專利名稱：真空紫外參考反射計(jì)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般地涉及真空紫外反射率光譜法的儀器操作和應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可用于向具有高吞吐量的半導(dǎo)體制造商提供用于制造尖端半導(dǎo)體器件期間的過(guò)程控制的非接觸式度量能力。此外，本發(fā)明充分緊湊，以促進(jìn)它在集成(線上)過(guò)程控制應(yīng)用中的使用。
半導(dǎo)體工業(yè)目前正在開(kāi)發(fā)處理技術(shù)，以使得能夠制造由比過(guò)去任何時(shí)候都更薄的層構(gòu)成的器件和處理比過(guò)去任何時(shí)候都更小的特征尺寸。為了能夠獲得這些進(jìn)步，必須開(kāi)發(fā)支持性度量技術(shù)，這是因?yàn)楫?dāng)前的系統(tǒng)缺乏檢測(cè)處理?xiàng)l件的微妙變化所需的靈敏性。
長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，光學(xué)度量?jī)x器被用于半導(dǎo)體處理應(yīng)用中，這是因?yàn)樗鼈円话闶欠墙佑|式的、非破壞性的并且實(shí)現(xiàn)了較高的測(cè)量吞吐量。這些儀器大部分采用橢圓偏光法(ellipsometry)和/或反射法(reflectometry)方法來(lái)表征材料。傳統(tǒng)上，這些儀器已被用于測(cè)量膜厚度、光學(xué)屬性和其他材料特性，比如組成成分、孔隙度和粗糙度。最近，已經(jīng)對(duì)擴(kuò)展所述儀器以通過(guò)散射法(scatterometry)建模技術(shù)來(lái)表征關(guān)鍵的器件特征尺寸產(chǎn)生了興趣。
事實(shí)上，所有當(dāng)前的橢圓偏光法和反射法度量?jī)x器都在深紫外(～200nm)和近紅外(～1000nm)波長(zhǎng)之間的光譜區(qū)域的某個(gè)部分中操作。不幸的是，隨著半導(dǎo)體處理技術(shù)的進(jìn)步，以及隨著器件幾何形狀的縮小，這種儀器對(duì)于處理?xiàng)l件的變化的靈敏度降低了。如果沒(méi)有來(lái)自度量?jī)x器的靈敏、精確和可重復(fù)的反饋，半導(dǎo)體制造就無(wú)法充分控制過(guò)程設(shè)備，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量。簡(jiǎn)言之，常規(guī)光學(xué)儀器已經(jīng)達(dá)到了使其不適合于未來(lái)技術(shù)的極限。
一些公司已意識(shí)到對(duì)于真空紫外(VUV)(波長(zhǎng)一般短于190nm)光學(xué)度量設(shè)備的逐漸發(fā)展的需求，并且已制造了針對(duì)解決此需要的商業(yè)產(chǎn)品。示例包括德國(guó)的Sentech Instruments GmbH、美國(guó)的J.A.Woolam有限公司以及法國(guó)的Sopra公司。但是，這些公司都設(shè)計(jì)了依賴于橢圓偏光法技術(shù)的儀器，這種技術(shù)從其真正本質(zhì)上來(lái)說(shuō)要求復(fù)雜的硬件和控制系統(tǒng)。這種設(shè)備一般較緩慢，并且不能夠提供半導(dǎo)體制造環(huán)境中所需的高水平測(cè)量吞吐量。此外，這種儀器一般采用許多透射性極化元件，這些元件從效果上而言限制了可采用的最短波長(zhǎng)光子。結(jié)果，當(dāng)前的VUV橢圓偏光法度量系統(tǒng)只能在長(zhǎng)于約140nm的波長(zhǎng)上操作。
此外，現(xiàn)有技術(shù)美國(guó)專利No.6,414,302(Freeouf)描述了在整個(gè)光路都被保持在受控環(huán)境中的幾何形狀中執(zhí)行高能鏡面雙向橢圓偏光法測(cè)量的益處。雖然此方法確實(shí)嘗試了利用通過(guò)使用更高能量的光子而獲得的改進(jìn)的信號(hào)分辨能力，但是它也遭受著上述的與采用復(fù)雜橢圓偏光技術(shù)相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜情況。此外，這種設(shè)計(jì)要求在實(shí)際測(cè)量以及一系列測(cè)量之間都嚴(yán)格且可再現(xiàn)地控制周圍環(huán)境，以便獲得精確、可再現(xiàn)的結(jié)果。即，為了使由于環(huán)境影響而導(dǎo)致的測(cè)得數(shù)據(jù)的不確定性最小化，必須確保不僅實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臈l件，而且在每一個(gè)測(cè)量期間都可再現(xiàn)地實(shí)現(xiàn)和保持相同的適當(dāng)條件。如果條件變化，則儀器的可重復(fù)性和穩(wěn)定性都會(huì)受到不利影響。
在美國(guó)專利申請(qǐng)20020149774中，McAninch公開(kāi)了一種不需要將樣本放置在受控環(huán)境中的光學(xué)度量工具的凈化系統(tǒng)。利用這種布置將會(huì)難以實(shí)現(xiàn)可再現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)條件，這是因?yàn)轭A(yù)期流動(dòng)特性將會(huì)根據(jù)測(cè)量期間樣本的放置而發(fā)生相當(dāng)大的變化。還可預(yù)期到，諸如樣本尺寸和樣本表面上帶圖案的結(jié)構(gòu)的存在也會(huì)影響流動(dòng)特性。此外，此公開(kāi)沒(méi)有提到如何能將數(shù)據(jù)參考結(jié)合到設(shè)計(jì)中。
其他公司，比如均為美國(guó)公司的Acton Research公司和McPherson有限公司也已開(kāi)發(fā)了用于執(zhí)行VUV區(qū)域中的反射率和/或透射的光譜測(cè)量的光學(xué)儀器。一般來(lái)說(shuō)，這些系統(tǒng)采用步進(jìn)掃描技術(shù)，按照這種技術(shù)，通過(guò)結(jié)合在某個(gè)角度范圍上掃描衍射光柵，使用單個(gè)元件檢測(cè)器來(lái)記錄光譜。這樣，這些系統(tǒng)是耗時(shí)的，并且不太適合于半導(dǎo)體制造商的需求。
為了利用反射計(jì)實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性非常高的結(jié)果，必須提供一種裝置，通過(guò)這種裝置，反射率數(shù)據(jù)可以參考相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)或與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)相比較。這樣一來(lái)，可正確地考慮系統(tǒng)中發(fā)生在首次校準(zhǔn)系統(tǒng)的初始時(shí)間和執(zhí)行樣本測(cè)量的之后的時(shí)間之間的變化。
在現(xiàn)有技術(shù)中存在許多參考技術(shù)，但是一般來(lái)說(shuō)這些方法不是耗時(shí)并且涉及將參考樣本以機(jī)械方式定位到樣本位置之中和之外，就是對(duì)樣本和參考測(cè)量采用了單獨(dú)的檢測(cè)組件(即衍射元件和檢測(cè)器)，這可能導(dǎo)致不精確的結(jié)果。例如，一種利用單獨(dú)的檢測(cè)組件來(lái)參考反射計(jì)數(shù)據(jù)的方法是采用“雙光束”配置。在這種布置中，一般利用分光計(jì)來(lái)分散寬帶光，以便產(chǎn)生單色出射光束。此光束被分離成兩個(gè)部分樣本光束和參考光束。樣本光束被樣本反射并且被樣本檢測(cè)器所記錄，而參考光束繞過(guò)樣本并且被參考檢測(cè)器所記錄。該方法是耗時(shí)的，這是因?yàn)樗髵呙枭⒐鈻?，并且還遭受著早前描述的檢測(cè)器問(wèn)題。
從而，希望光學(xué)測(cè)量工具結(jié)合迅速且緊湊的、高度精確的參考裝置，以便促進(jìn)其在線上(in-line)度量應(yīng)用中的使用。
隨著器件幾何形狀的縮小，期望度量?jī)x器在越來(lái)越小的樣本區(qū)域上執(zhí)行測(cè)量。如果度量工具能夠在樣本的局部區(qū)域內(nèi)的多個(gè)這種部位同時(shí)執(zhí)行測(cè)量以便獲得更多信息，而沒(méi)有一般與樣本的重新定位和重新對(duì)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的時(shí)間增加，則將會(huì)是非常有利的。
由于當(dāng)前可用的光學(xué)度量技術(shù)中沒(méi)有一個(gè)克服了與在VUV區(qū)域中收集精確且可重復(fù)的光學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的困難，因此設(shè)計(jì)這種儀器將會(huì)大有益處。
事實(shí)上，所有光學(xué)度量?jī)x器都結(jié)合某種形式的建模算法，以從它們最初記錄的量中提取有意義的實(shí)質(zhì)信息。這種算法的性能嚴(yán)重依賴于它們要簡(jiǎn)縮的數(shù)據(jù)集合的性質(zhì)。覆蓋較寬波長(zhǎng)范圍的數(shù)據(jù)集合一般向擬合算法提供更多約束，從而導(dǎo)致更快的收斂和更精確的結(jié)果。
用于收集至少覆蓋兩個(gè)光譜區(qū)域的寬波長(zhǎng)范圍上的反射率數(shù)據(jù)的常規(guī)技術(shù)是采用步進(jìn)掃描技術(shù)，其中結(jié)合使用了單個(gè)元件檢測(cè)器和旋轉(zhuǎn)光柵單色器。通常如果所調(diào)查的波長(zhǎng)范圍足夠大，則在單個(gè)寬帶數(shù)據(jù)集合的獲取期間，可能必須手動(dòng)改變光柵、檢測(cè)器、光學(xué)器件和源。此方法通常是耗時(shí)的，并且不太適合于像半導(dǎo)體工業(yè)中遇到的制造環(huán)境那樣的制造環(huán)境。
干涉計(jì)被廣泛用于紅外光譜區(qū)域中，以收集寬波長(zhǎng)范圍上的數(shù)據(jù)；但是，這些儀器一般不被用于VUV中，這是因?yàn)閮x器的光學(xué)和機(jī)械容限隨著波長(zhǎng)而縮放，并且難以滿足此頻譜區(qū)域。
在美國(guó)專利申請(qǐng)20030071996中，Wang公開(kāi)了一種具有單獨(dú)的經(jīng)優(yōu)化的光束路徑的測(cè)量系統(tǒng)。雖然此系統(tǒng)使得能夠在多個(gè)光譜子帶上執(zhí)行有效的測(cè)量，但是它沒(méi)有為收集到的數(shù)據(jù)提供參考的裝置。從而，雖然信號(hào)吞吐量可能較高，但是系統(tǒng)可重復(fù)性可能相當(dāng)差。當(dāng)在VUV中操作時(shí)其影響尤其大，這是因?yàn)檫@種波長(zhǎng)非常易受大氣變化的影響，其迫使進(jìn)行頻繁的參考。
VUV中的高度可重復(fù)的反射率(reflectance)數(shù)據(jù)的收集大概可以用這樣一種系統(tǒng)來(lái)最好地實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使由改變數(shù)據(jù)的環(huán)境變化所引入的誤差最小化和/或完全消除這種誤差，所述環(huán)境變化可能發(fā)生在校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)束和后續(xù)的樣本測(cè)量開(kāi)始之間。這種系統(tǒng)的一個(gè)示例在美國(guó)專利序列號(hào)10/668,644中描述。申請(qǐng)人已認(rèn)識(shí)到，擴(kuò)展這種能力以促進(jìn)其在能夠獲取包括VUV和至少一個(gè)其他光譜區(qū)域在內(nèi)的寬波長(zhǎng)范圍上的數(shù)據(jù)的反射計(jì)中使用，將會(huì)是合乎需要的。
申請(qǐng)人還認(rèn)識(shí)到，確保來(lái)自構(gòu)成整個(gè)寬波長(zhǎng)帶的每個(gè)光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)集合是從樣本上的相同物理位置收集的并且是以相同的斑點(diǎn)尺寸收集的，將會(huì)是合乎需要的。此外，如果使用相同的相對(duì)于樣本的方位(即入射角度和方向)來(lái)收集這種數(shù)據(jù)集合以確保遇到類似的散射條件，則也將會(huì)是有利的。
申請(qǐng)人還認(rèn)識(shí)到，如果所述系統(tǒng)利用以下這種串行收集過(guò)程，則將會(huì)是合乎需要的在該串行收集過(guò)程中，來(lái)自每個(gè)光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)被順序收集以避免漫射光的復(fù)雜情況，而如果采用并行過(guò)程則將會(huì)預(yù)期這種復(fù)雜情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是向半導(dǎo)體制造工業(yè)提供能夠表征結(jié)合了更薄的層和更小的特征的半導(dǎo)體器件的可靠的光學(xué)度量工具。此儀器充分利用了通過(guò)等于或低于VUV波長(zhǎng)區(qū)域的材料表征而提供的對(duì)處理?xiàng)l件的微小變化的靈敏度提高。此儀器將會(huì)是非接觸式和非破壞性的，并將利用帶參考的反射法數(shù)據(jù)。
所述儀器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且健壯，從而使其易于在VUV波長(zhǎng)上操作。由于它的簡(jiǎn)單，因此它快速，從而使它適用于高吞吐量制造應(yīng)用中。系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為緊湊，并且要求的空間很小。儀器提供了使環(huán)境影響達(dá)到最低限度的優(yōu)點(diǎn)，以使得不需要在校準(zhǔn)、參考和樣本測(cè)量期間維持可再現(xiàn)的受控環(huán)境。此外，它提供了較小的測(cè)量斑點(diǎn)尺寸，以便能夠進(jìn)行在線測(cè)量或產(chǎn)品采樣，并且采用了成像光學(xué)器件，以便能夠同時(shí)獲得對(duì)局部區(qū)域內(nèi)的一系列部位的多個(gè)測(cè)量。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了在真空紫外光譜中操作的光譜學(xué)系統(tǒng)。更具體而言，提供了在真空紫外光譜中使用反射法技術(shù)的系統(tǒng)，以用于度量應(yīng)用中。該系統(tǒng)還包括結(jié)合成像分光計(jì)使用陣列檢測(cè)器。這樣一來(lái)，可同時(shí)收集多個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。此外，可為二維樣本區(qū)域同時(shí)收集多個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還包括使用固定衍射光柵，并且不需要使用極化元件。為了確保精確且可重復(fù)的測(cè)量，光路的環(huán)境受到控制。光路可包括環(huán)境受控腔，其中存在非吸光性凈化氣體，或使用了真空抽空技術(shù)。受控環(huán)境還可包括單獨(dú)的儀器腔和單獨(dú)的樣本腔。受控環(huán)境以可重復(fù)的方式限制對(duì)VUV光子的吸收。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了在真空紫外光譜中操作的光譜學(xué)系統(tǒng)。更具體而言，提供了在真空紫外光譜中使用反射法技術(shù)的系統(tǒng)，以用于度量應(yīng)用中。為了確保精確和可重復(fù)的測(cè)量，光路的環(huán)境受到控制，以限制可能存在于光路中的氣體的吸光作用。為了考慮到仍可能發(fā)生的吸光作用，光路的長(zhǎng)度被最小化。為了進(jìn)一步考慮到吸光作用，可以將反射率數(shù)據(jù)參考相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。參考在VUV反射計(jì)中尤其有利，這是因?yàn)檩^低的可用光子通量和記錄數(shù)據(jù)對(duì)光路中包含的氣體介質(zhì)的組成成分的靈敏性。從而，可減小由受控環(huán)境的變化所引入的誤差。在一個(gè)典型實(shí)施例中，VUV反射計(jì)可利用這樣一種技術(shù)，在該技術(shù)中光束分離器被用于產(chǎn)生樣本光束和參考光束，以形成接近平衡的Mach Zehnder干涉計(jì)的兩臂。在另一個(gè)典型實(shí)施例中，參考通道可由Michelson干涉計(jì)構(gòu)成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了在真空紫外光譜中操作的光譜學(xué)系統(tǒng)。更具體而言，提供了在真空紫外光譜中使用反射法技術(shù)的系統(tǒng)，以用于度量應(yīng)用中。為了確保精確和可重復(fù)的測(cè)量，光路的環(huán)境受到控制，以限制可能存在于光路中的氣體的吸光作用。VUV反射計(jì)可被用于監(jiān)視半導(dǎo)體處理環(huán)境中的多種數(shù)據(jù)。例如，該技術(shù)可用于測(cè)量膜或膜疊層的厚度、光學(xué)屬性、組成成分、孔隙度以及粗糙度。此外，這些VUV技術(shù)和裝置可用于表征器件的臨界尺寸和其他特征。VUV反射計(jì)系統(tǒng)可用作獨(dú)立的工具，或者系統(tǒng)的相對(duì)緊湊的性質(zhì)可被利用，以便系統(tǒng)被結(jié)合到其他過(guò)程工具中。從而，例如，這里所描述的VUV技術(shù)可被直接結(jié)合到用于淀積、蝕刻、光刻等的過(guò)程工具中，以便可有利地獲得在線測(cè)量、監(jiān)視和控制。
本發(fā)明的一個(gè)目的是向半導(dǎo)體制造工業(yè)提供能夠表征結(jié)合了更薄的層和更小的特征的半導(dǎo)體器件的可靠的光學(xué)度量工具。儀器用戶所采用的任何擬合算法可通過(guò)充分利用由兩個(gè)或多個(gè)光譜區(qū)域構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合所提供的更高級(jí)別的約束，來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的收斂和更精確的結(jié)果。此儀器將會(huì)是非接觸式和非破壞性的，并將利用寬帶反射率數(shù)據(jù)。
此儀器將會(huì)針對(duì)在第一光譜區(qū)域中操作而被優(yōu)化，并且能夠在至少一個(gè)其他光譜區(qū)域中具有良好性能。選擇出來(lái)的用于不同光譜區(qū)域中的源和檢測(cè)器被結(jié)合到儀器中的光學(xué)模塊內(nèi)，所述儀器允許對(duì)其選擇。此外，此模塊包含公共的輸送和收集光學(xué)器件，以使得利用類似的斑點(diǎn)屬性來(lái)收集不同光譜區(qū)域中的測(cè)量。此外，本發(fā)明采用了串行收集方法，通過(guò)該方法，來(lái)自不同光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)被順序收集，以避免漫射光復(fù)雜情況。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種光譜法系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)在第一光譜區(qū)域中操作而被優(yōu)化，并且能夠在至少一個(gè)其他光譜區(qū)域中具有良好性能。該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使得在收集來(lái)自第一光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)時(shí)不涉及移動(dòng)的光學(xué)元件(除了快門之外)。此外，該系統(tǒng)結(jié)合了光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊提供了針對(duì)不同光譜區(qū)域被優(yōu)化的可選擇的源和檢測(cè)器。同樣，該光學(xué)模塊提供了公共的輸送和收集光學(xué)器件，以使得能夠用類似斑點(diǎn)屬性收集不同光學(xué)區(qū)域中的測(cè)量。該模塊還提供了迅速為測(cè)得的數(shù)據(jù)提供參考的裝置，以確保實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性很高的結(jié)果。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種光譜法系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)在VUV中操作而被優(yōu)化，并且能夠在DUV-NIR中具有良好性能。此外，該系統(tǒng)結(jié)合了光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊提供了針對(duì)VUV和DUV-DIR被優(yōu)化的可選擇的源和檢測(cè)器。同樣，該光學(xué)模塊提供了公共的輸送和收集光學(xué)器件，以使得能夠用類似斑點(diǎn)屬性收集兩個(gè)光學(xué)區(qū)域中的每次測(cè)量。該模塊還提供了迅速為測(cè)得的數(shù)據(jù)提供參考的裝置，以確保實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性很高的結(jié)果。該模塊還在VUV源、樣本腔和VUV檢測(cè)器之間提供了受控環(huán)境，該受控環(huán)境起到以可重復(fù)的方式限制對(duì)VUV光子的吸收的作用。使用除DUV-NIR波長(zhǎng)外還包括VUV波長(zhǎng)的寬帶數(shù)據(jù)集合使得能夠有意義地表征更多種材料?？刹捎没陉嚵械臋z測(cè)儀器以允許同時(shí)收集更大的波長(zhǎng)區(qū)域。
以查閱以上描述和相關(guān)附圖之后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。


通過(guò)結(jié)合附圖參考以下描述，可獲得對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)的更全面的理解，附圖中類似的標(biāo)號(hào)指示類似的特征。但是，要注意，附圖僅僅示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此不應(yīng)當(dāng)被視為限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他同等有效的實(shí)施例。
圖1-對(duì)經(jīng)過(guò)100cm的標(biāo)準(zhǔn)大氣的光學(xué)透射和經(jīng)過(guò)100cm的包含1PPM的H2O和O2的受控環(huán)境的光學(xué)透射的比較。
圖2-VUV反射計(jì)的示意圖。
圖3-來(lái)自配備有MgF2窗口的Hamamatsu氘燈的光譜輸出。
圖4-來(lái)自Action Research公司的“Solar-blind”寬帶VUV濾光器。
圖5-VUV反射計(jì)的顛倒示意圖，其中示出了參考通道的結(jié)合。
圖6-典型偏軸拋物面鏡。
圖7-來(lái)自Acton Research公司的寬帶VUV-UV反射涂層。
圖8-利用小角度(實(shí)線)和大角度(虛線)入射配置的“穿透表膜(through-pellicle)”測(cè)量的示例。
圖9-利用成像反射計(jì)來(lái)同時(shí)記錄來(lái)自帶圖案的樣本上的不同物理位置的多個(gè)光譜。
圖10-具有參考通道的備選VUV反射計(jì)的示意圖。
圖11-幾乎所有光學(xué)器件都被容納在儀器腔內(nèi)的備選VUV反射計(jì)的示意圖。
圖11a-圖11的系統(tǒng)的備選示意圖。
圖11b-與過(guò)程工具集成的圖11的系統(tǒng)的示意圖。
圖12-典型測(cè)量流程圖。
圖12a-示例性詳細(xì)測(cè)量流程圖。
圖13-與Acton Research公司所制造的VUV光束分離器相關(guān)聯(lián)的典型屬性。
圖14作為濃度差異和路徑長(zhǎng)度差異的函數(shù)的誤差圖線。
圖15-典型反射率測(cè)量的示意圖。
圖16-測(cè)量出和計(jì)算出的來(lái)自淀積在硅襯度上的AI2OE薄層的反射率光譜。
圖17-通過(guò)迭代擬合過(guò)程對(duì)AI2O3層獲得的光學(xué)屬性(n和k值)。
圖18-與淀積在掩膜板上的殘余光阻材料的超薄(5)層相關(guān)聯(lián)的反射信號(hào)。差異信號(hào)對(duì)應(yīng)于層厚度增大1nm。
圖19-來(lái)自硅襯度上的10、14和18SiON層的反射率信號(hào)。
圖20-與10SiOn層的膜厚度增大相關(guān)聯(lián)的130nm、157nm和193nm處的反射率差異信號(hào)。
圖21-與10-15％范圍內(nèi)的16SiON層處理氮濃度矩陣相關(guān)聯(lián)的反射率信號(hào)。
圖22-與具有10％的氮的16SiON層的氮濃度增大相關(guān)聯(lián)的130nm、157nm和193nm處的反射率差異信號(hào)。
圖22a-對(duì)于20SiON膜的不同氮摻雜分布圖。在所有情況下，樣本都被暴露到1e15原子/cm2的相同劑量。
圖22b-由于多種非均勻氮分布而產(chǎn)生的反射率差異信號(hào)(相對(duì)于均勻摻雜的樣本)。
圖23-反射率測(cè)量期間入射的DUV和VUV光子與典型半導(dǎo)體疊層樣本的交互作用。
圖24-來(lái)自展現(xiàn)不同SiN厚度的SiO2/SiN/Si樣本的反射率光譜。
圖25-來(lái)自展現(xiàn)不同SiO2層厚度的SiO2/SiN/Si樣本的反射率光譜。
圖26-典型散射法測(cè)量的示意圖，其中示出了反射的光束和衍射的光束。
圖27-通過(guò)散射法測(cè)量獲得的典型輸出的圖示。
圖28-與標(biāo)稱65nm行陣列相關(guān)聯(lián)的反射信號(hào)和與標(biāo)稱65nm行寬的1nm增大相對(duì)應(yīng)的差異信號(hào)。
圖29-與由63nm、65nm和67nm行和間隔構(gòu)成的行陣列相關(guān)聯(lián)的反射信號(hào)。
圖30-與由65nm寬的行和間隔(對(duì)于1000的標(biāo)稱行高)構(gòu)成的行陣列相關(guān)聯(lián)反射信號(hào)。與所述結(jié)構(gòu)的行高的10增大相對(duì)應(yīng)的差異信號(hào)。
圖31-具有光學(xué)模塊的寬帶反射計(jì)的示意圖。
圖32-覆蓋VUV和DUV-NIR光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)。
圖33-覆蓋VUV和DUV-NIR光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)的串行測(cè)量流程圖。
圖34-覆蓋三個(gè)光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)。
圖35-覆蓋三個(gè)光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)的串行測(cè)量流程圖。
圖36-利用旋轉(zhuǎn)鏡和覆蓋VUV和DUR-NIR光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)的備選實(shí)施例。
圖37-覆蓋三個(gè)光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)的備選實(shí)施例。
圖38-不具有內(nèi)翻式(flip-in)鏡并覆蓋兩個(gè)光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)的備選實(shí)施例。
圖39-不具有內(nèi)翻式鏡并覆蓋兩個(gè)光譜區(qū)域的寬帶參考反射計(jì)的串行測(cè)量流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了提高光學(xué)度量設(shè)備的靈敏度以用于挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，希望擴(kuò)展執(zhí)行這種測(cè)量的波長(zhǎng)范圍。具體而言，利用擴(kuò)展到被稱為真空超紫外(VUV)的電磁光譜的區(qū)域之中并超過(guò)電磁光譜的區(qū)域的波長(zhǎng)較短(能量較高)的光子，將會(huì)是有利的。過(guò)去，由于承認(rèn)VUV(以及更低的)光子在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下被強(qiáng)烈吸收這一事實(shí)，花費(fèi)在開(kāi)發(fā)被設(shè)計(jì)成在這些波長(zhǎng)上操作的光學(xué)儀器的精力相對(duì)較少。真空超紫外(VUV)波長(zhǎng)一般被視為小于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)。從而，VUV波長(zhǎng)一般被視為小于約190nm的波長(zhǎng)。雖然對(duì)于VUV范圍的底端沒(méi)有普適的截止點(diǎn)，但是本領(lǐng)域中的某些人會(huì)認(rèn)為VUV終止，而極紫外(EUV)范圍開(kāi)始(例如某天會(huì)定義小于100nm的波長(zhǎng)為EUV)。雖然這里所描述的原理可以適用于高于100nm的波長(zhǎng)，但是這些原理一般也適用于低于100nm的波長(zhǎng)。從而，將會(huì)意識(shí)到，這里所使用的術(shù)語(yǔ)VUV是想要指示小于約190nm的波長(zhǎng)，但是VUV不想要排除更低的波長(zhǎng)。從而，這里所描述的VUV一般是想要包括一般小于約190nm的波長(zhǎng)，但是不排除低端波長(zhǎng)。此外，低端VUV一般可以被解釋成低于約140nm的波長(zhǎng)。
實(shí)際上，一般幾乎所有形式的物質(zhì)(固體、液體和氣體)在VUV波長(zhǎng)上都展現(xiàn)越來(lái)越強(qiáng)的光學(xué)吸收特性。諷刺的是，正是這個(gè)相當(dāng)基本的物質(zhì)屬性本身要為VUV光學(xué)度量技術(shù)可獲得的增大的靈敏度負(fù)責(zé)。這是因?yàn)樵谳^長(zhǎng)波長(zhǎng)上產(chǎn)生不可檢測(cè)的材料光學(xué)行為變化的小的過(guò)程條件變化，在VUV波長(zhǎng)上可導(dǎo)致這種材料的可測(cè)量特性的相當(dāng)大且易檢測(cè)的變化。
VUV光子被大多數(shù)形式的物質(zhì)強(qiáng)烈吸收這一事實(shí)妨礙了簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展或修改常規(guī)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光學(xué)度量設(shè)備以促進(jìn)在VUV中的操作。當(dāng)前的工具被設(shè)計(jì)為在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下操作，并且除了缺乏其他以外，一般還缺乏在這些較短波長(zhǎng)上操作所需的受控環(huán)境。VUV輻射被O2和H2O分子都強(qiáng)烈吸收，從而這些種類的物質(zhì)必須被保持在相當(dāng)?shù)偷乃?，以允許VUV光子透射經(jīng)過(guò)儀器的光路。為了更好地說(shuō)明這一點(diǎn)，在圖1中以光子波長(zhǎng)的函數(shù)的方式繪出了經(jīng)過(guò)100cm路徑長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)大氣(圖線100)和包含1PPM的O2和H2O濃度級(jí)別(圖線110)的受控環(huán)境的光學(xué)透射。正如從該圖中可看到的，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)大氣的光子透射在低于約200nm的波長(zhǎng)處陡降。
常規(guī)光學(xué)儀器不僅是打算在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件中工作的，而且它們一般采用使得它們不適合于VUV操作的一批光學(xué)元件和設(shè)計(jì)。為了利用反射計(jì)實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性高的結(jié)果，希望提供這樣一種裝置，通過(guò)該裝置，反射率數(shù)據(jù)可以參考相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)或與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)相比較。這樣一來(lái)，可正確考慮發(fā)生在首次校準(zhǔn)系統(tǒng)的初始時(shí)間和執(zhí)行樣本測(cè)量的之后的時(shí)間之間的系統(tǒng)變化。在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)上，這種變化中通常是源的光譜輸出的強(qiáng)度變化占優(yōu)勢(shì)。但是，當(dāng)在VUV波長(zhǎng)上工作時(shí)，環(huán)境條件的變化(即光路的環(huán)境中的吸光物類的濃度的變化)可能扮演重要得多的角色。
從而，常規(guī)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的系統(tǒng)未能針對(duì)解決吸光環(huán)境對(duì)測(cè)量過(guò)程的重大影響。為了確保獲得精確且可重復(fù)的反射率數(shù)據(jù)，希望不僅提供控制包含光路的環(huán)境的裝置，而且還確保在校準(zhǔn)、測(cè)量和參考過(guò)程的所有方面期間都正確考慮到確實(shí)發(fā)生的吸光作用。
從而，希望提供一種具有受控環(huán)境的光學(xué)度量工具，其被設(shè)計(jì)為在VUV波長(zhǎng)上以及低于VUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)上操作。此外，為了確保獲得精確且可重復(fù)的結(jié)果，希望所述設(shè)計(jì)結(jié)合健壯的參考方法，這種參考方法起的作用是減少或完全去除由受控環(huán)境的變化所引入的誤差。
在圖2中給出了示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)反射計(jì)度量工具200的示意圖。如圖所示，源210、光束調(diào)節(jié)模塊220、光學(xué)器件(未示出)、分光計(jì)230和檢測(cè)器240被包含在環(huán)境受控的儀器腔202內(nèi)。樣本250、附加光學(xué)器件260、機(jī)動(dòng)臺(tái)270(其可包括可任選的去吸器(desorber))被容納在單獨(dú)的環(huán)境受控的樣本腔204中，以便能夠在不污染儀器腔環(huán)境質(zhì)量的情況下加載和卸載樣本。儀器腔和樣本腔經(jīng)由可控耦合機(jī)構(gòu)206相互連接，所述耦合機(jī)構(gòu)206允許發(fā)生光子傳送，并且如果需要的話還允許發(fā)生氣體交換。例如，耦合機(jī)構(gòu)206可以是光學(xué)窗口，可以是在需要光學(xué)透射路徑時(shí)打開(kāi)的閘式閥，或者可以是適當(dāng)?shù)卦试S光路被耦合在兩個(gè)腔之間的其他機(jī)構(gòu)。這樣一來(lái)，提供了儀器腔和樣本腔之間的光路。此外，位于受控環(huán)境外部的處理器290可被用于分析測(cè)得的數(shù)據(jù)。將會(huì)意識(shí)到，處理器290可以是可以對(duì)收集到的數(shù)據(jù)提供適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和/或存儲(chǔ)的多種計(jì)算裝置中的任何一種。
雖然在圖2中未明確示出，但是要注意，系統(tǒng)還可配備有自動(dòng)設(shè)備和其他相關(guān)的機(jī)械化組件，以幫助以自動(dòng)方式加載和卸載樣本，從而進(jìn)一步增大測(cè)量吞吐量。此外，正如本領(lǐng)域中已知的，還可結(jié)合樣本腔而使用負(fù)載固定腔，以改善環(huán)境控制，并增大系統(tǒng)交換樣本的吞吐量。
在操作中，來(lái)自源210通過(guò)光束調(diào)節(jié)模塊220被修改，并且經(jīng)由輸送光學(xué)器件通過(guò)耦合機(jī)構(gòu)窗口206被定向和聚焦在容納在樣本腔204中的樣本250上。從樣本反射的光傳播回來(lái)，經(jīng)過(guò)耦合機(jī)構(gòu)206，被收集光學(xué)器件所捕捉，并被聚焦到分光計(jì)230的入射平面上。正如下文中更詳細(xì)討論的，在一個(gè)實(shí)施例中，分光計(jì)230可以是成像分光計(jì)。此類分光計(jì)一般配備有某種形式的多元件檢測(cè)器240(例如陣列檢測(cè)器)，以使得它能夠同時(shí)收集某個(gè)范圍中的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。設(shè)備的整個(gè)光路被保持在受控環(huán)境內(nèi)，所述受控環(huán)境的作用是去除吸光物類并允許VUV光子透射。根據(jù)所需要的最低操作波長(zhǎng)，可通過(guò)向儀器腔和樣本腔引入諸如高純度氮、氬、或氦之類的非吸光性的凈化氣體，和/或通過(guò)經(jīng)由真空進(jìn)行抽空，從而利用凈化或真空系統(tǒng)280產(chǎn)生受控環(huán)境。如果使用高純度凈化氣體，則耦合機(jī)構(gòu)206可由MgF2窗口構(gòu)成，而如果是被抽空的，則可采用機(jī)械閘式閥。其他可能的合適的窗口材料包括熔凝硅石、摻雜了氟的熔凝硅石、石英、CaF、SrF、BaF、MgF2，LaF和LiF。將會(huì)意識(shí)到，通過(guò)利用抽空技術(shù)和機(jī)械閘式閥的組合，可進(jìn)一步減少光子吸收。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，VUV源210是長(zhǎng)鼻突型氘(D2)燈，例如由日本的Hamamatsu制造的L7293型。這種源是寬帶VUV源，并且將成熟的弧光燈技術(shù)與氟化鎂(MgF2)窗口相組合，以提供低至約115nm的連續(xù)發(fā)射(見(jiàn)圖3的圖線300)。但是該窗口可由多種VUV材料構(gòu)成，包括熔凝硅石、摻雜了氟的熔凝硅石、石英、CaF、SrF、BaF、MgF2，LaF和LiF。燈的突出式設(shè)計(jì)提供了良好的方向性，從而使得能夠?qū)UV光子有效地耦合到反射計(jì)光學(xué)系統(tǒng)中。D2弧光燈的特征在于高穩(wěn)定性、高亮度和長(zhǎng)壽命，從而使它們非常適合于要求嚴(yán)苛的半導(dǎo)體度量應(yīng)用。本發(fā)明的備選實(shí)施例可結(jié)合多種其他VUV源，包括但不限于窄帶源和無(wú)窗口釋放源，其可發(fā)射低至115nm及以下的光子。例如，無(wú)窗口源可以是差動(dòng)抽吸式釋放源。從而，這里提供的系統(tǒng)和技術(shù)對(duì)于低端VUV(或更低)應(yīng)用尤其有用。
再次參考圖2，光束調(diào)節(jié)模塊220允許空間和/或光譜過(guò)濾元件修改源光束的屬性。雖然一般可能不需要此功能，但是可能出現(xiàn)認(rèn)為該功能有利的應(yīng)用。示例可包括通過(guò)使用孔隙來(lái)修改源光束的空間或時(shí)間相干性，或引入“日盲(solar blind)”濾光器以防止波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光通過(guò)可能出現(xiàn)在光束路徑中的各種光學(xué)表面處的散射機(jī)構(gòu)而生成偽VUV信號(hào)。在設(shè)備的一個(gè)特定實(shí)施例中，“日盲”濾光器是來(lái)自ActonResearch公司的VUV濾光器，其典型反射屬性在圖4中示出，其中圖線400用于Acton Research部件號(hào)120-VBB濾光器，圖線410用于Acton Research部件號(hào)170-VBB濾光器。
在圖5中提供了光學(xué)反射計(jì)度量工具500的一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)的圖，其中更詳細(xì)示出了包括設(shè)備的測(cè)量和參考通道的光學(xué)器件。雖然未示出，但是將會(huì)意識(shí)到，光學(xué)反射計(jì)度量工具可包括圖2所示的組件，例如凈化或真空系統(tǒng)280、處理器290、臺(tái)270等等。如圖5所示，在儀器腔502中可提供源510、分光計(jì)530和陣列檢測(cè)器540。樣本腔504通過(guò)耦合機(jī)構(gòu)(未示出)耦合到儀器腔502。
再次參考圖5，將描述樣本測(cè)量的光路?？梢钥闯?，來(lái)自源510的光被鏡1調(diào)準(zhǔn)并定向?yàn)槌蚬馐蛛x器1，在這里源光束被分離成樣本光束和參考光束成分(一般分別由光束508和506表示)。樣本光束508從光束分離器1反射到平面鏡5，在這里它被重新定向?yàn)槌蜱R2。在這里，光被向下聚焦(進(jìn)入該圖的平面中)到樣本550上。從樣本550反射的光(從該圖的平面向外)被調(diào)準(zhǔn)光學(xué)器件(鏡3)所捕捉，在這里它通過(guò)光束分離器2被定向?yàn)槌蚓劢构鈱W(xué)器件，即鏡4。在這里光隨后被聚焦到分光計(jì)530的入射平面上。在樣本的測(cè)量期間，快門1和2是打開(kāi)的，而快門3保持關(guān)閉。
在一個(gè)實(shí)施例中，鏡1、鏡2、鏡3和鏡4是偏軸拋物面反射鏡；其示例在圖6中被示為偏軸鏡600。這些鏡最好在其制造之后被用常規(guī)技術(shù)拋光，然后被覆蓋上某種形式的寬帶反射性涂層610，比如Al/MgF2(某些制造商可直接將鋁和MgF2層重疊著實(shí)現(xiàn)在鏡上，或者其他材料的薄層可位于鋁層之下或之上)。后拋光通過(guò)使由于菱形車削假象(diamond turning artifact)產(chǎn)生的問(wèn)題達(dá)到最小限度，從而改善了鏡的成像屬性。寬帶涂層610被定制為提高VUV中的鏡反射屬性。尤其適合于用作涂層610的涂層的示例是由Acton Research公司生產(chǎn)的。圖7示出Acton Research公司生產(chǎn)的涂層#1000、#1200和#1600的反射率圖線(分別是圖線700、710和720)。對(duì)于在較短波長(zhǎng)上工作的情況，其他像單質(zhì)銥這樣的涂層可能更合適。
雖然其他類型的鏡也可被結(jié)合到系統(tǒng)中，但是使用偏軸拋物面反射鏡使得能夠用近法向入射照射/收集來(lái)獲得反射率數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生了許多益處。這些優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)化了隨后的測(cè)量數(shù)據(jù)分析，這是因?yàn)闃O化作用可被忽略；在樣本上產(chǎn)生了對(duì)稱的測(cè)量區(qū)域照射；使得利用較大的入射角時(shí)遇到的樣本平面處的散射作用達(dá)到最低限度；以及促進(jìn)了緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這對(duì)于集成和/或線上度量應(yīng)用來(lái)說(shuō)是很重要的考慮因素。此外，某些光學(xué)測(cè)量本身就可能受益于近法向配置的使用。典型示例包括但不限于利用散射方法和對(duì)光子掩膜的穿透表膜測(cè)量來(lái)對(duì)高縱橫比特征進(jìn)行的尺寸表征。例如，正如圖8所示的和本領(lǐng)域已知的，半導(dǎo)體光刻掩膜襯底800可具有一個(gè)或多個(gè)膜810，這些膜被表膜820所保護(hù)。對(duì)一個(gè)(或多個(gè))膜810的穿透表膜測(cè)量可以受益于近法向配置。
偏軸拋物面鏡通常是由不同光學(xué)器件制造商所生產(chǎn)的；它們本身易于獲得且相對(duì)便宜。就集成和對(duì)準(zhǔn)而言，它們提供了較大的自由度，并且與用于類似應(yīng)用的曲面鏡相比，它們不會(huì)遭受同樣程度的散光。
在本發(fā)明的一個(gè)尤其有用的實(shí)施例中，偏軸拋物面鏡被設(shè)計(jì)成使得偏軸角(在圖6中表示為θ)等于90°。這種布置提供了相當(dāng)大的靈活性，并且更不易受較短波長(zhǎng)上的散射影響(所涉及的入射角較小的結(jié)果)。靈活性產(chǎn)生于以下事實(shí)一個(gè)這種光學(xué)器件繞與光學(xué)器件的中心光線軸平行的軸的旋轉(zhuǎn)映射出二維圖案(即圓)，這與處理其他偏軸角的光學(xué)器件的三維圖案(即錐體)相反。此特定幾何配置提供了許多系統(tǒng)增強(qiáng)的可能性和優(yōu)點(diǎn)。
這種增強(qiáng)的一個(gè)示例是使得能夠?qū)⒍鄠€(gè)源結(jié)合到系統(tǒng)中。其他源可被放置在圍繞與光學(xué)器件的中心光線軸垂直的軸的適當(dāng)位置處。為了選擇另一個(gè)源，只需要使光學(xué)器件繞軸旋轉(zhuǎn)。這種布置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)將會(huì)實(shí)現(xiàn)在儀器的初始對(duì)準(zhǔn)階段。利用法向入射配置使得能夠簡(jiǎn)單地確定工具的照射和收集臂上的正確對(duì)準(zhǔn)，這是因?yàn)?，從它們?huì)聚焦到與中心聚焦相垂直的表面這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，它們將會(huì)在軸上工作。這導(dǎo)致了更好的斑點(diǎn)清晰度，從而導(dǎo)致了更好的整體成像性能。
再次返回圖5，一旦光進(jìn)入分光計(jì)530，它就被平面鏡531反射，被聚焦鏡532調(diào)準(zhǔn)，并且入射在衍射光柵533上。被光柵衍射的光中的某個(gè)部分被第二聚焦鏡534收集，并且聚焦到對(duì)VUV敏感的陣列檢測(cè)器540的表面上。正如本領(lǐng)域中已知的，從衍射光柵反射的光變成在空間上間隔跨檢測(cè)器的寬度的波長(zhǎng)。注意，在該特定實(shí)施例中，分光計(jì)內(nèi)的所有光學(xué)器件也都被涂覆上了諸如Al/MgF2之類的寬帶反射性涂層，以提高其效率。理想情況下，分光計(jì)是成像分光計(jì)，這種成像分光計(jì)是以這樣一種方式來(lái)設(shè)計(jì)的它在大面積平面場(chǎng)中提供無(wú)散光成像，就像Chromex Instruments制造的250is/sm的情況那樣(另見(jiàn)美國(guó)專利No.4932768)。這種分光計(jì)通常允許寬范圍的多個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)離開(kāi)分光計(jì)，以被檢測(cè)器元件所檢測(cè)(這與某些類型的嘗試將出射光限制到單個(gè)波長(zhǎng)的分光計(jì)相反)。通常，這種分光計(jì)利用固定衍射光柵，這是因?yàn)椴恍枰梢苿?dòng)衍射光柵來(lái)生成變化的波長(zhǎng)上的數(shù)據(jù)。成像分光計(jì)可以與陣列檢測(cè)器結(jié)合使用，以便離開(kāi)分光計(jì)的多個(gè)波長(zhǎng)可散布在陣列檢測(cè)器的寬度上。從而，跨檢測(cè)器的寬度的列被提供以不同波長(zhǎng)的光。成像分光計(jì)的內(nèi)部元件可被設(shè)計(jì)成使得多個(gè)波長(zhǎng)被充分分辨，以便陣列檢測(cè)器可精確地獲得各種波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。
此外，如果衍射光柵是全息離子蝕刻型的，以便使由于在短波長(zhǎng)上散射的光而產(chǎn)生的漫射光最少，則將會(huì)是有利的。本發(fā)明的備選實(shí)施例也可結(jié)合其他類型的VUV分光計(jì)，包括比如法國(guó)的Jobin-Yvon制造的那種非周期性曲面光柵配置，比如加拿大的Resonance有限公司制造的那種羅蘭環(huán)配置，或者比如美國(guó)的Catalina Scientific公司制造的那種小階梯光柵配置。此外，所使用的衍射光柵不需要是可移動(dòng)的，而是更寧愿被實(shí)現(xiàn)為固定衍射光柵。
雖然對(duì)于本發(fā)明可使用任何數(shù)目的對(duì)VUV敏感的陣列檢測(cè)器，但是希望使用這樣一種檢測(cè)器，它提供VUV光子的高效轉(zhuǎn)換，同時(shí)提供寬動(dòng)態(tài)范圍。背面稀疏、背面照射、未經(jīng)涂覆的電荷耦合器件(CCD)尤其適合于此應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈兲峁┝烁叨褥`敏性，并且避免了由于多晶硅柵區(qū)域中的VUV光子吸收而引起的損耗，而這種多聚硅柵區(qū)域中的VUV光子吸收正是這種器件的涂覆磷的、正面照射的對(duì)應(yīng)物所遇到的。一般預(yù)期，與那些處理抗反射層的器件相比，未經(jīng)涂覆的器件在寬波長(zhǎng)范圍上的性能較好?？梢允褂玫牧硪环N類型的陣列檢測(cè)器是耦合到標(biāo)準(zhǔn)CCD或光敏二極管(PDA)的微通道板狀檢測(cè)器。適合于此應(yīng)用的微通道板狀檢測(cè)器的一個(gè)示例是由美國(guó)的Burle Industries有限公司制造的?；蛘撸绻嬲丈涞腃CD或光敏二極管陣列配備有以下這樣的磷涂層，則可獨(dú)立使用正面照射的CCD或光敏二極管陣列這種磷涂層吸收短波長(zhǎng)光子并重新發(fā)射較長(zhǎng)波長(zhǎng)光子，這些較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子隨后可被器件有效地收集。
陣列檢測(cè)器540的另一個(gè)方面是它可被冷卻到低溫(低于0℃)，以降低暗計(jì)數(shù)(即由于熱而生成的載體)，在低光子級(jí)別占優(yōu)勢(shì)的情況下，這種暗計(jì)數(shù)會(huì)掩蔽測(cè)得的信號(hào)并且會(huì)不利地影響系統(tǒng)精度。為了冷卻檢測(cè)器，必須將其封裝在密封腔中，以防止可冷凝物類累積在設(shè)備上。這通常是通過(guò)將設(shè)備安裝在用MgF2窗口密封的真空腔中以防止VUV光子通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)的。為了在較短波長(zhǎng)上(一般低于約115nm，這是MgF2的透射截止點(diǎn))工作，可去除保護(hù)性窗口，這是因?yàn)槭芸丨h(huán)境可能是由真空形成的，而不是由非吸光性凈化氣體形成的。尤其適合的檢測(cè)器(DV-420-BN型)是由北愛(ài)爾蘭的AndorTechnology制造的。此特定檢測(cè)器是寬度為26.6mm、高度為6.7mm的陣列檢測(cè)器。這種檢測(cè)器是由排列成行和列的像素陣列形成的。在該示例中，典型像素的寬度和高度可為26微米，雖然具有更小的10微米量級(jí)上的分辨率的檢測(cè)器一般也是可獲得的。
為了幫助在帶圖案的樣本上選擇離散的測(cè)量位置，可采用光學(xué)照相機(jī)系統(tǒng)565(即照相機(jī)加必要的聚焦元件)。雖然有許多種將這種系統(tǒng)集成到反射計(jì)配置中的方式，但一種可能的方法是用它來(lái)捕捉經(jīng)過(guò)樣本通道508并且從光束分離器2反射的光束。當(dāng)以這種方式使用時(shí)，照相機(jī)系統(tǒng)565可被用于在樣本光束508處于使用狀態(tài)時(shí)(即當(dāng)快門1打開(kāi)時(shí))的任何時(shí)間收集圖像。或者，可向照相機(jī)系統(tǒng)添加內(nèi)翻式鏡，以暫時(shí)將樣本光束的一部分(在從樣本反射之后)重新定向到照相機(jī)。最后，還可以選擇將單獨(dú)的照射和/或收集光學(xué)器件引入反射計(jì)中，以獲取圖像并定位樣本上的特定特征。
結(jié)合基于陣列的檢測(cè)器使用成像光譜儀，使得與利用常規(guī)掃描單色儀和單個(gè)元件檢測(cè)器布置的情況相比，能夠更快且更精確地收集整個(gè)光譜(這是因?yàn)槿鄙僖苿?dòng)部件)。此外，它實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量成像反射法，從而允許來(lái)自樣本上的小區(qū)域的數(shù)據(jù)易被收集和從空間上分辨。這允許了在實(shí)際的帶圖案的產(chǎn)品樣本上執(zhí)行測(cè)量，而不是只在覆蓋型“測(cè)試”襯底或晶片上執(zhí)行測(cè)量。實(shí)際上，成像光學(xué)器件和高靈敏度的檢測(cè)系統(tǒng)的組合使得能夠在局部區(qū)域內(nèi)的一系列部位同時(shí)執(zhí)行多個(gè)測(cè)量。
圖9示出了實(shí)現(xiàn)這種多測(cè)量的方式。這些技術(shù)利用了所選擇的作為二維陣列檢測(cè)器的檢測(cè)器。從而，例如，對(duì)于圖5，陣列檢測(cè)器540可以是二維陣列檢測(cè)器。圖9的左側(cè)給出了帶圖案的樣本50的一部分，其中形成了四個(gè)矩形結(jié)構(gòu)900。例如，這種結(jié)構(gòu)900可形成在半導(dǎo)體襯底上，例如帶圖案的多晶硅襯底結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)或形成在半導(dǎo)體晶片上的其他結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)900可被半導(dǎo)體襯底的不帶圖案的區(qū)域所圍繞(將會(huì)意識(shí)到所示結(jié)構(gòu)只是說(shuō)明性的，用于幫助理解本發(fā)明，而正如這里所說(shuō)明的，樣本的某些部分或結(jié)構(gòu)可能經(jīng)歷同時(shí)的多個(gè)測(cè)量)。疊加在樣本的中間兩個(gè)特征上的是垂直矩形920，其限定被成像到分光計(jì)的入射狹縫上的空間區(qū)域。雖然實(shí)際上可能會(huì)照射樣本上的大得多的區(qū)域，但是只有從指定區(qū)域反射的光才會(huì)被分光計(jì)收集，從而被檢測(cè)器記錄。此區(qū)域的寬度和高度是分光計(jì)入射狹縫的狹縫寬度930和狹縫高度940結(jié)合所選擇的支持性收集和照射光學(xué)器件的函數(shù)。典型狹縫的可具有20-30微米量級(jí)的寬度，以及1厘米量級(jí)的高度。如圖9的示例中所示，樣本和狹縫可被視為，由行和列形成(行是從頁(yè)左到頁(yè)右，例如行950，列是從頁(yè)頂?shù)巾?yè)底)。來(lái)自樣本的經(jīng)過(guò)分光計(jì)的入射狹縫的信息隨后被衍射光柵衍射，然后被提供到陣列檢測(cè)器。樣本的行信息從物理上映射到檢測(cè)器的行，但是列信息卻不是如此，這是因?yàn)檠苌涔鈻欧稚⒘行畔?，以使得源自所有列的給定波長(zhǎng)成分將會(huì)映射到檢測(cè)器上的單個(gè)列。結(jié)果，與樣本上的不同垂直位置(即行)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)被成像到檢測(cè)器的不同垂直位置(行)上。
由于檢測(cè)器是由一系列像素行(通常是256、512或1024行)構(gòu)成的，因此每行像素將會(huì)記錄與帶圖案的樣本上的不同離散位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。這一點(diǎn)在圖9的右側(cè)示出，其給出了從樣本550上的五個(gè)不同行部位950收集到的反射率光譜圖線960。從而，對(duì)于樣本信息的任何給定行部位950，可獲得某個(gè)范圍的波長(zhǎng)的光譜圖線。此外，陣列檢測(cè)器可同時(shí)收集來(lái)自多個(gè)不同行部位950的信息。從而，可同時(shí)收集多個(gè)波長(zhǎng)以及多個(gè)行部位的數(shù)據(jù)?？蓹z測(cè)到的樣本部分的各行的分辨率依賴于陣列檢測(cè)器中使用的像素高度。通過(guò)選擇和/或調(diào)整收集和照射光學(xué)器件、入射狹縫寬度和檢測(cè)器像素組合(binning)配置，可實(shí)現(xiàn)各種大小的一系列測(cè)量部位。這樣一來(lái)，樣本的二維區(qū)域可被光路照射，并且來(lái)自二維區(qū)域的數(shù)據(jù)可被記錄在二維陣列檢測(cè)器上。如圖9的光譜圖線960所示，這種技術(shù)可被用來(lái)表征樣本結(jié)構(gòu)900和/或區(qū)分樣本結(jié)構(gòu)900和樣本不帶圖案的區(qū)域。此外，雖然狹縫寬度被示為只將給定行映射到樣本結(jié)構(gòu)900上，但是樣本也可被移動(dòng)(在圖中左右移動(dòng))，以便狹縫寬度的給定行與帶圖案的區(qū)域和不帶圖案的區(qū)域都交疊，從而提供的數(shù)據(jù)指示兩個(gè)區(qū)域的組合。
同是收集來(lái)自給定局部區(qū)域內(nèi)的多個(gè)離散位置的數(shù)據(jù)的能力提供了測(cè)量吞吐量方面的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)儀器中每個(gè)部位的測(cè)量時(shí)間中的一大部分產(chǎn)生于樣本放置(即將樣本部位精確調(diào)整和定位到測(cè)量位置中)。此外，這種獨(dú)特的能力在對(duì)間隔較近的部位之間的比較測(cè)量感興趣的應(yīng)用中也是有用的。典型示例包括但不限于與化學(xué)機(jī)械拋光應(yīng)用相關(guān)的凹陷和腐蝕研究。從而，不是結(jié)合樣本移動(dòng)執(zhí)行多個(gè)單獨(dú)的測(cè)量，而是單個(gè)測(cè)量就可返回與樣本的二維區(qū)域中的多個(gè)位置相關(guān)的數(shù)據(jù)。將會(huì)意識(shí)到，在這種技術(shù)中，光學(xué)元件(例如鏡、光束分離器等)的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)是這樣的與不利用二維測(cè)量的應(yīng)用相比，提供較大的無(wú)失真區(qū)域。從而，在一個(gè)實(shí)施例中，這里所提供的光學(xué)VUV反射計(jì)系統(tǒng)也可表征為二維反射計(jì)系統(tǒng)。將會(huì)意識(shí)到，這種二維數(shù)據(jù)收集的許多用途將與上述照相機(jī)元件一起被利用，以便可發(fā)生對(duì)被分析的二維樣本區(qū)域的圖案識(shí)別。
這里所描述的系統(tǒng)和技術(shù)尤其有利于用在需要高速測(cè)量的應(yīng)用中。除了獲得來(lái)自給定局部區(qū)域內(nèi)的多個(gè)離散位置的數(shù)據(jù)的能力之外，還可在不需要利用可移動(dòng)衍射光柵的緩慢的步進(jìn)掃描技術(shù)的情況下獲得這些測(cè)量。
作為早前討論的吸光問(wèn)題的結(jié)果，小環(huán)境擾動(dòng)可大大影響VUV波長(zhǎng)上的測(cè)得數(shù)據(jù)。因此，需要提供一種裝置，這種裝置能夠在短時(shí)間段中執(zhí)行測(cè)量，以便使由測(cè)量過(guò)程期間發(fā)生的環(huán)境變化導(dǎo)致的有害作用達(dá)到最小限度。此外，需要提供一種裝置，通過(guò)這種裝置，可以使測(cè)得的數(shù)據(jù)參考已知標(biāo)準(zhǔn)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化。此外，提供參考的裝置應(yīng)當(dāng)用于進(jìn)一步最小化和/或完全消除發(fā)生在校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)束和后續(xù)樣本測(cè)量開(kāi)始之間的改變數(shù)據(jù)的環(huán)境變化所引起的誤差。
為了確保系統(tǒng)(即源的輸出、環(huán)境條件等等)中的變化被正確考慮到并且不會(huì)導(dǎo)致不精確的數(shù)據(jù)，參考是有必要的。雖然對(duì)于確保任何波長(zhǎng)段中的反射法結(jié)果的穩(wěn)定性都是必要的，但當(dāng)在VUV中操作時(shí)，參考更加重要，這是因?yàn)榭捎霉庾油扛停⑶宜涗浀臄?shù)據(jù)對(duì)于光路中包含的氣態(tài)介質(zhì)的成分的敏感度更高。
再次參考圖5，在這里所描述的VUV裝置中，數(shù)據(jù)參考是通過(guò)使用參考光束通道506來(lái)完成的。正如這里更詳細(xì)描述的，希望參考光束通道與源光束通道508相平衡(或與源光束通道508具有相同的光束長(zhǎng)度)。此參考光束通道506在圖5中示出，它是當(dāng)源光束被分離成樣本和參考成分時(shí)在光束分離器1處產(chǎn)生的。此光束透射經(jīng)過(guò)光束分離器，并被鏡6、7和8反射，然后被鏡9反射。然后光束被光束分離器2反射，之后沿著與先前針對(duì)樣本光束通道508描述的路徑相同的路徑去到檢測(cè)器?？煽乜紫犊杀挥脕?lái)選擇性地啟用或禁用參考光束通道和樣本光束通道。例如，孔隙可從可控光快門形成。在參考測(cè)量期間，快門1被關(guān)閉，而快門2和快門3保持打開(kāi)。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)顯而易見(jiàn)的是，如果樣本和參考光束從光束分離器1到光束分離器2傳播過(guò)的光路被精確調(diào)整以便它們的長(zhǎng)度幾乎相等，則它們形成接近平衡的Mach-Zehnder干涉計(jì)的兩臂。還易看出的是，存在許多結(jié)合了其他干涉計(jì)設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)此目的的其他等同布置。一個(gè)這種備選實(shí)施例的示例在圖10中示出，其中Michelson干涉計(jì)被結(jié)合到了設(shè)計(jì)中。雖然未示出，圖2或5的系統(tǒng)的其他元件，例如耦合機(jī)構(gòu)、照相機(jī)、凈化或真空系統(tǒng)、處理器等等也可與圖10的系統(tǒng)的使用相結(jié)合。在圖10的布置中，來(lái)自源1010的光被鏡1調(diào)準(zhǔn)，并且被定向?yàn)槌蚬馐蛛x器1020，在這里樣本光束1030和參考光束1040被分割。樣本光束1030傳播經(jīng)過(guò)快門1，并且被偏軸拋物面反射鏡(鏡2)聚焦到樣本1050上。來(lái)自樣本的光被相同的光學(xué)器件捕捉，并沿其原始路徑傳播回去。然后光束傳播經(jīng)過(guò)光束分離器1020，并被另一偏軸拋物面反射鏡(鏡3)聚焦到分光計(jì)1070的入射狹縫1060上，最后被定向?yàn)槌蜿嚵袡z測(cè)器1080。在樣本測(cè)量期間，快門1和2是打開(kāi)的，而快門3保持關(guān)閉。
在參考測(cè)量期間，參考光束1040經(jīng)過(guò)光束分離器1020和快門3，然后它被鏡4沿其路徑反射回去。然后它以與樣本光束類似的方式被光束分離器1020反射并被聚焦取分光計(jì)1070的入射狹縫1060上。在參考測(cè)量期間，快門2和3是打開(kāi)的，而快門1保持關(guān)閉。
這些參考配置的益處可描述如下。因?yàn)橛晌庑源髿馕镱愐鸬腣UV光子衰減是光路長(zhǎng)度的功能(路徑越長(zhǎng)，就遇到越多的吸光性分子)，并且由于此相關(guān)性是非線性的，因此如果每個(gè)光束要遇到類似的衰減作用，則樣本和參考臂的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)基本相同。如果不是這樣，并且臂具有不同的長(zhǎng)度，則校準(zhǔn)測(cè)量之后的任何時(shí)間獲得的數(shù)據(jù)只有在環(huán)境中的吸光性物類的濃度與執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)存在的濃度精確相等時(shí)才是精確的。由于要確保此條件幾乎是不可能的，因此除非樣本和參考路徑長(zhǎng)度相等，否則要獲得精確結(jié)果的可能性很低。
正如下文中更詳細(xì)描述的，提供參考光束允許了獲得指示光學(xué)反射計(jì)系統(tǒng)條件的測(cè)量。例如，光學(xué)反射計(jì)系統(tǒng)內(nèi)吸光性氣體的存在可能嚴(yán)重影響從特定樣本獲得的數(shù)據(jù)。參考光束通道提供了指示環(huán)境或其他系統(tǒng)條件的機(jī)制。于是從參考通道獲得的數(shù)據(jù)可被用來(lái)調(diào)整或校正從樣本獲得的數(shù)據(jù)。從而，使用參考光束來(lái)提供指示光路的環(huán)境條件的機(jī)制允許了根據(jù)從光學(xué)度量系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的精確度提高。此外，使用參考光束可允許在寬范圍的環(huán)境條件上獲得合適的樣本數(shù)據(jù)，從而減輕了環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于波長(zhǎng)較短的測(cè)量尤其如此。
除了確保獲得高度精確的反射率數(shù)據(jù)外，參考通道配置還提供了多個(gè)其他直接益處。首先，參考方案擴(kuò)展了能夠獲得可靠且精確的數(shù)據(jù)的可接受的環(huán)境操作條件的范圍。很簡(jiǎn)單，只要吸光性物類的濃度低到足以允許可測(cè)量的一部分VUV光子離開(kāi)源、被樣本反射并到達(dá)檢測(cè)器，就可執(zhí)行精確的測(cè)量。這降低了對(duì)受控環(huán)境的要求，并使得能夠在更寬范圍的條件上進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。從根本上來(lái)說(shuō)，參考方法使得能夠在寬范圍的適當(dāng)環(huán)境(而不是可再現(xiàn))環(huán)境上執(zhí)行精確測(cè)量。同樣，這里所描述的干涉計(jì)方法不僅平衡了通道的路徑長(zhǎng)度，而且還起到了平衡檢測(cè)器所看到的頻譜強(qiáng)度分布的作用。這是很重要的，因?yàn)樗试S了較長(zhǎng)的集成時(shí)間，并幫助減輕了檢測(cè)器所固有的任何非線性作用。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，除了樣本本身以外，幾乎所有光學(xué)元件都被容納在儀器腔內(nèi)。圖11中示出了此配置，它大大降低了對(duì)樣本腔的空間要求，從而使得它很適合于集成過(guò)程控制應(yīng)用。如圖11所示，提供了光學(xué)反射計(jì)度量工具1100。在儀器腔1102內(nèi)提供了源1110、分光計(jì)1170和陣列檢測(cè)器1180。在儀器腔內(nèi)還提供了樣本光束路徑和參考路徑的所有光學(xué)元件。從而，鏡1-6和快門1-3都位于儀器腔1102內(nèi)。鏡2將光束向下(進(jìn)入該圖的平面中)聚焦，經(jīng)過(guò)耦合機(jī)構(gòu)1106進(jìn)入樣本腔1104中。然后，樣本光束從樣本1150向上(從該圖的平面向外)傳播，經(jīng)過(guò)耦合機(jī)構(gòu)到鏡3。如圖11所示，參考光束路徑經(jīng)過(guò)兩個(gè)耦合機(jī)構(gòu)1105A(例如窗口或閘式閥)，這兩個(gè)耦合機(jī)構(gòu)1105A將參考光束從儀器腔1102耦合到樣本腔1104中，然后返回儀器腔1102中。這樣一來(lái)，參考光束經(jīng)歷了樣本腔的環(huán)境，就像樣本光束一樣。理想情況下，參考光束在樣本腔1104中傳播的距離將會(huì)匹配樣本光束在樣本腔中傳播的距離。此外，將會(huì)注意到，就像樣本光束一樣，參考光束經(jīng)過(guò)一個(gè)耦合機(jī)構(gòu)兩次。從而，參考光束的光路被設(shè)計(jì)為嚴(yán)格模擬樣本光束的情況。這樣一來(lái)，參考光束和樣本光束的光路不僅整體上類似，而且就在儀器腔和樣本腔中路徑來(lái)說(shuō)也是類似的。將會(huì)意識(shí)到，圖11所示的耦合機(jī)構(gòu)的路徑和布置是示例性的，可在仍實(shí)現(xiàn)這里所描述的益處的同時(shí)利用其它的路徑和布置。
圖11a示出了圖11的包含鏡2和3的儀器腔1102、耦合機(jī)構(gòu)1106以及包含樣本1150的樣本腔1104的布置。如圖11a所示，樣本光束1107和參考光束1109傳播經(jīng)過(guò)樣本腔1104。將會(huì)意識(shí)到，雖然可能不那么合乎需要，但系統(tǒng)可被配置成使得參考光束不經(jīng)過(guò)樣本腔。這種配置例如可用于，就初始校準(zhǔn)時(shí)間和之后的樣本測(cè)量時(shí)間而言，樣本光束在樣本腔中傳播的路徑長(zhǎng)度充分小并且樣本腔中的吸光性物類的濃度充分受控之時(shí)，從而這種配置所引入的誤差在可接受的誤差容限內(nèi)。在這種情況下，參考光束可被配置為使得參考光束和樣本光束在儀器腔中都傳播相同的光學(xué)距離。由于參考光束僅在儀器腔中傳播，總光束路徑因此將會(huì)不同。這樣一來(lái)，兩個(gè)光束經(jīng)歷的環(huán)境仍一般性地匹配(除了樣本腔中的路徑長(zhǎng)度外)。在樣本腔被用高質(zhì)量非吸光性氣體凈化或它被用高真空設(shè)備抽空的情況下，可實(shí)現(xiàn)這種條件。
圖11和圖11a的系統(tǒng)可被用作獨(dú)立的工具，或者可以與另一個(gè)過(guò)程工具相集成。在一個(gè)實(shí)施例中，圖11a的系統(tǒng)可以僅僅被用某個(gè)機(jī)構(gòu)附接到過(guò)程工具，該機(jī)構(gòu)允許在過(guò)程工具和度量工具樣本腔之間傳輸樣本。但是，圖11b示出了用于將光學(xué)反射計(jì)度量工具與過(guò)程工具相集成的另一種方式。如圖11b所示，儀器腔1102被耦合到耦合機(jī)構(gòu)1106。耦合機(jī)構(gòu)1106例如可以是窗口。在該情況下，耦合機(jī)構(gòu)1106可以是形成在過(guò)程工具1105上的閘式閥，或者允許過(guò)程工具1105的環(huán)境與樣本腔1104共享的某個(gè)其他機(jī)構(gòu)。如圖11b所示，樣本1150不需要離開(kāi)過(guò)程工具的環(huán)境，相反樣本1150可被包含在過(guò)程工具的區(qū)域1175內(nèi)。區(qū)域1175可以是處理腔、傳輸區(qū)域或過(guò)程工具內(nèi)的其他區(qū)域。在圖示示例中，當(dāng)耦合機(jī)構(gòu)1106(例如閘式閥)打開(kāi)時(shí)，區(qū)域1175和樣本腔1104之間的環(huán)境被共享(注意雖然被稱為樣本腔，但樣本腔1104不接收樣本，而是具有與包含樣本的區(qū)域共享的環(huán)境)?；蛘?，打開(kāi)耦合機(jī)構(gòu)可被視為從效果上而言擴(kuò)展了樣本腔1104以包括區(qū)域1175。這樣一來(lái)，在區(qū)域1175和樣本腔1104之間，諸如吸光物類的濃度之類的環(huán)境條件可能是類似的。參考光束1109和樣本光束1107的光束路徑再一次可被設(shè)計(jì)為在區(qū)域1175和樣本腔1104的公共環(huán)境內(nèi)具有類似的長(zhǎng)度。圖11b的機(jī)構(gòu)的有利之處同樣在于可通過(guò)提供諸如閘式閥這樣的單個(gè)簡(jiǎn)單耦合機(jī)構(gòu)來(lái)利用樣本工具完成集成。如上所述，如果區(qū)域1175內(nèi)的環(huán)境可被嚴(yán)格控制，則可以在可接受的誤差容限內(nèi)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，而無(wú)需在樣本腔和區(qū)域1175之間共享環(huán)境。在這種情況下，耦合機(jī)構(gòu)1106可以是窗口，而度量工具將會(huì)不需要樣本腔1104。
圖11b的過(guò)程工具1105可以是任何類型的樣本處理機(jī)構(gòu)，例如淀積過(guò)程工具、蝕刻過(guò)程工具、光刻過(guò)程工具、平面化(planarization)過(guò)程工具等等。在該布置中，樣本將被包含在過(guò)程工具1105內(nèi)。過(guò)程工具可包含位于可被經(jīng)過(guò)耦合機(jī)構(gòu)1106的光束所觸及的光路中的樣本。樣本可位于專供度量測(cè)量使用的過(guò)程工具樣本腔中，或者可位于過(guò)程工具的某個(gè)其他區(qū)域內(nèi)。在圖11b的配置中，光學(xué)反射計(jì)度量工具1100從而可以是單獨(dú)附加單元，該單元由儀器腔1102(和相關(guān)聯(lián)的元件)構(gòu)成，該儀器腔1102可連接到具有耦合機(jī)構(gòu)1106的過(guò)程工具1105。圖11b的配置的有利之處在于光學(xué)度量工具容易適應(yīng)于用于多種過(guò)程工具，這是因?yàn)檫^(guò)程工具制造只需要在過(guò)程工具上提供耦合機(jī)構(gòu)，而無(wú)需要在工具本身內(nèi)結(jié)合重要的度量元件。
利用圖11、11a和11b的配置，相對(duì)于儀器腔內(nèi)所包含的光路長(zhǎng)度，樣本腔內(nèi)的光路長(zhǎng)度可能相當(dāng)短。在優(yōu)選實(shí)施例中，樣本腔中的光路可以短到在微米范圍內(nèi)?；蛘撸瑸榱艘子谠O(shè)計(jì)過(guò)程工具，路徑可以長(zhǎng)到數(shù)百厘米范圍內(nèi)。但是，光路越長(zhǎng)，就越需要使吸光性特征的存在達(dá)到最小限度，從而增大了對(duì)樣本腔施加的環(huán)境要求。如果利用短光路，則對(duì)樣本腔環(huán)境質(zhì)量的要求降低，從而降低了穩(wěn)定時(shí)間并增加和樣本吞吐量。另一個(gè)益處是，與光學(xué)表面位于樣本腔的循環(huán)環(huán)境中的情況相比，容納在被持續(xù)維護(hù)的儀器腔內(nèi)的光學(xué)表面不易受到污染影響。雖然在圖11中沒(méi)有明確示出，但是暗示了不論通過(guò)對(duì)樣本腔本身的明智設(shè)計(jì)、還是通過(guò)某種其他的調(diào)整或定位樣本或者樣本和儀器腔之間的一個(gè)或多個(gè)耦合機(jī)構(gòu)的手段，參考和樣本光束的光路長(zhǎng)度都是接近相等的。圖11、11a和11b示出了對(duì)尺寸減小的樣本腔的使用。將會(huì)再次意識(shí)到，圖2、5、11、11a和/或11b的系統(tǒng)的其他特征和元件可彼此互換，即使圖中并未示出這種特征或元件的全部。從而，例如，圖11的光學(xué)反射計(jì)度量工具可利用照相機(jī)、凈化或真空系統(tǒng)、處理器、Michelson干涉計(jì)設(shè)計(jì)等，并且將會(huì)意識(shí)到，在任何特定圖中示出的系統(tǒng)并不限于僅用于所示出的那些元件或所示出的元件布置。
設(shè)備中采用的光束分離器可以具有各種設(shè)計(jì)。例如，光束分離器可以是遮掩整個(gè)光束直徑的部分透射性光束分離器，或者是遮掩整個(gè)光束直徑的某個(gè)部分的完全反射鏡。如果需要在115nm以上的波長(zhǎng)上操作并且VUV光子通量充足，則可利用采用MgF2襯底的常規(guī)薄膜干涉光束分離器。尤其合適于此應(yīng)用的光束分離器是由Acton Research公司制造的(VUVBS-45-MF-2D型)。此光束分離器的典型反射率和透射率屬性在圖13中呈現(xiàn)為圖線1310和1320。圖線1310和1320分別示出作為波長(zhǎng)函數(shù)的45°處的百分比反射率和45°處的百分比透射率。如果需要在低于115nm的波長(zhǎng)上操作，或者如果光子級(jí)別足夠低，則可使用空間光束分離器(對(duì)分光路的完全反射鏡)或內(nèi)翻式鏡方法(利用內(nèi)翻式鏡替換光束分離器1和2并去除快門1和2)。
鏡6、7和8提供了一種調(diào)整參考臂中的路徑長(zhǎng)度以便它與參考臂中的路徑長(zhǎng)度嚴(yán)格平行的手段，例如圖5所示的那樣。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，存在許多完成此目的的備選手段。例如，可使用圖11所示的配置，其中不存在鏡7和8。與這種做法相關(guān)聯(lián)的益處在進(jìn)行圖14的檢查時(shí)變得顯而易見(jiàn)，其中對(duì)于不同的路徑長(zhǎng)度差異和O2和H2O污染物濃度(以PPM為單位)繪出了樣本臂和參考臂之間的吸光率差異。圖14繪出了從校準(zhǔn)系統(tǒng)的初始時(shí)間到測(cè)量未知樣本的之后的時(shí)間的污染物濃度差異與儀器的樣本通道和參考通道的路徑長(zhǎng)度的差異之間的關(guān)系。圖線1410、1420和1430對(duì)應(yīng)于對(duì)于特定的一組濃度和路徑長(zhǎng)度差異，在測(cè)得的反射率數(shù)據(jù)中將會(huì)引入的0.01％、0.10％和1％的絕對(duì)誤差線。從而，例如，點(diǎn)1445示出，如果測(cè)量校準(zhǔn)樣本的時(shí)間和測(cè)量樣本測(cè)量的時(shí)間之間的濃度差異在1.0E+01到1.0E+02之間，并且路徑長(zhǎng)度差異約為0.01厘米，則會(huì)導(dǎo)致0.01％的近似絕對(duì)誤差。將會(huì)意識(shí)到，圖14是用于證明這里所描述的原理的典型曲線圖。例如，圖14中的曲線圖假設(shè)O2和H2O同時(shí)變化(即，10PPM的濃度差異對(duì)應(yīng)于O2的10PPM變化和H2O的10PPM變化)。此外，將會(huì)意識(shí)到，可能存在其他的作為吸光性物類的污染物。此外，雖然圖14給出145nm波長(zhǎng)上的數(shù)據(jù)，但是其他波長(zhǎng)也會(huì)類似地反映這里所描述的概念。
從而，如果特定應(yīng)用要求誤差被保持在0.1％以下，并且如果可以預(yù)期在初始校準(zhǔn)和最終樣本測(cè)量時(shí)間之間樣本腔中的吸光性物類的濃度將會(huì)在100PPM的量級(jí)上變化，則如圖14所反映的，可計(jì)算最大路徑長(zhǎng)度差異。在所給出的示例中，這種路徑長(zhǎng)度差異可以小于約0.025cm。如果所預(yù)期的濃度差異越大，則可接受的路徑長(zhǎng)度差異將會(huì)減小。類似地，如果誤差必須被保持得更低，則可接受的路徑長(zhǎng)度差異(對(duì)于給定的濃度差異)必須更低。注意，這些效果高度依賴于環(huán)境中的吸光性物類的存在性，并且對(duì)于給定路徑長(zhǎng)度差異，吸光率差異會(huì)隨著環(huán)境惡化而非線性增大。
雖然不同應(yīng)用可以承受不同程度的非精確性，但是可能在許多應(yīng)用中，一般寧愿將這種誤差保持在低于0.1％，而在許多情況下保持在0.01％以下或更低。可能遇到的濃度差異的范圍很大程度上將會(huì)依賴于如何設(shè)計(jì)和使用儀器。例如，獨(dú)立系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成與充分的凈化和/或真空控制一起使用，以便濃度差異可能被保持在非常低的級(jí)別(在一位數(shù)PPM的級(jí)別)，而在度量?jī)x器被附接到其他過(guò)程工具的集成應(yīng)用(例如參考圖11b所描述的，從而樣本腔的某個(gè)部分位于其他過(guò)程工具內(nèi))中，則可能無(wú)法控制差異。
在樣本測(cè)量和參考測(cè)量?jī)烧咂陂g，以上參考圖5、10或11描述的實(shí)施例的快門2起精確控制測(cè)量持續(xù)時(shí)間的作用，而測(cè)量持續(xù)時(shí)間直接影響所測(cè)得的數(shù)據(jù)的精確度。這樣，快門2最好是可以在毫秒時(shí)間等級(jí)上被精確控制的高速電子快門。這種快門的一個(gè)示例是由美國(guó)的Thermo Oriel制造的76994型。快門2還起到防止來(lái)自源的光到達(dá)儀器中的光學(xué)表面的作用，以便防止由于暴露到來(lái)自源的光的時(shí)間延長(zhǎng)而導(dǎo)致的這些表面的變化。
注意到以下這點(diǎn)是很重要的利用這里給出的設(shè)計(jì)，來(lái)自樣本通道和參考通道的信號(hào)都是用分光計(jì)內(nèi)的衍射光柵的相同區(qū)域來(lái)分散的，并且都是用公共的檢測(cè)器來(lái)記錄的。這幫助了避免由于光柵的局部性能差異和多個(gè)檢測(cè)器之間的響應(yīng)差異而導(dǎo)致的不精確性。
此外，希望存在這樣一種手段，其調(diào)整或調(diào)節(jié)樣本光束和參考光束進(jìn)入分光計(jì)的角度，以便兩個(gè)光束相一致。兩個(gè)光束的入射角之間的差異可能導(dǎo)致復(fù)雜情況，其中包括但不限于由于不同的有效光譜分辨率(由于兩個(gè)光束“看到”不同的有效狹縫寬度)而造成的兩個(gè)信號(hào)的比率之中的假象和不需要的特征。通過(guò)使用用來(lái)支持光束分離器2的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)安裝裝置，可提供調(diào)整入射角的有效手段。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到也可采用許多其他的調(diào)整入射角的手段。如上所述，可能希望使樣本光束和參考光束的光路距離嚴(yán)格匹配，以便獲得接近相等的光路長(zhǎng)度。還可能希望使諸如鏡、光束分離器等光學(xué)元件的數(shù)目和類型相匹配，以便提供具有基本上類似的特性的參考和樣本路徑。但是，由于由腔的環(huán)境條件導(dǎo)致的吸收將會(huì)是主要因素，因此光路距離可能會(huì)是匹配光束路徑方面的最關(guān)鍵的因素。
考慮到環(huán)境吸收所給出的挑戰(zhàn)，希望將設(shè)備的整體光學(xué)長(zhǎng)度減小到盡可能小。對(duì)此設(shè)計(jì)參考可被優(yōu)化到什么程度的限制將會(huì)依賴于許多系統(tǒng)特性，其中包括但不限于源的亮度和所需要的光譜分辨率。此外，減小儀器的體積以便使穩(wěn)定時(shí)間和凈化儀器和/或樣本腔所需的凈化氣體的質(zhì)量達(dá)到最小限度，也是有益的?？赡茴A(yù)期，通過(guò)引入受迫循環(huán)和智能機(jī)械設(shè)計(jì)以確保發(fā)生充分的氣體混合，可從某種程度上影響這些特性。
儀器的受控環(huán)境帶來(lái)了許多相關(guān)益處。首先，真空或高純度凈化條件的使用必然暗示著不存在可能導(dǎo)致氧化物增加、碳?xì)浠衔镌龆?、水分吸收之類的可能的污染物。由于尖端晶片處理技術(shù)結(jié)合了更薄的層和更小的特征，這些更薄的層和更小的特征現(xiàn)在相當(dāng)于和/或小于與通過(guò)污染過(guò)程無(wú)意產(chǎn)生的膜的厚度相關(guān)的尺寸，因此這種考慮因素變得越發(fā)重要。在涉及越薄層的應(yīng)用中，很可能通過(guò)在任選的解吸器單元(見(jiàn)圖2)中對(duì)樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)量處理以便去除可能存在的污染層，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度的提高。正如本領(lǐng)域中已知的，這種解吸器可以通過(guò)熱處理來(lái)去除水分和諸如碳?xì)浠衔镏惖钠渌廴疚铩＿@種能力在確保校準(zhǔn)和測(cè)試材料的精度方面也將會(huì)扮演關(guān)鍵角色。受控環(huán)境的另一個(gè)益處是它將會(huì)提供極佳的測(cè)量穩(wěn)定度，這是因?yàn)閮x器內(nèi)的溫度和顆粒級(jí)別將受到良好控制。
可能注意到，這里所描述的參考技術(shù)提供了超越傳統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并且參考技術(shù)可以與校準(zhǔn)技術(shù)聯(lián)合被使用，和/或取代校準(zhǔn)技術(shù)被使用。在傳統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)中，提供了具有已知特性(例如已知反射率)的參考以便測(cè)量。然后來(lái)自已知樣本的測(cè)量被用于幫助分析從取自未知樣本的測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)。但是，如果每次在對(duì)未知樣本進(jìn)行測(cè)量之前都執(zhí)行校準(zhǔn)(尤其是在對(duì)每個(gè)樣本執(zhí)行多個(gè)測(cè)量時(shí))，這種校準(zhǔn)技術(shù)是耗時(shí)的。此外，校準(zhǔn)本身會(huì)引入誤差，這是因?yàn)樾?zhǔn)樣本的質(zhì)量可能隨著時(shí)間而降低(例如因?yàn)樾?zhǔn)樣本隨時(shí)間而變得受污染)。此外，校準(zhǔn)樣本移動(dòng)進(jìn)樣本腔和移動(dòng)出樣本腔會(huì)引入更多的影響數(shù)據(jù)分析的精確度的環(huán)境變化。這里所描述的參考技術(shù)可以在沒(méi)有誤差的機(jī)械引入的情況下完成。
但是，這里所提供的參考技術(shù)可以迅速地并且在對(duì)系統(tǒng)影響最小的情況下被執(zhí)行。從而，例如，在每次從樣本收集測(cè)量之前，可很容易地獲得參考測(cè)量。從而可獲得在時(shí)間上接近樣本數(shù)據(jù)收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參考，以指示度量系統(tǒng)的條件。此外，此參考數(shù)據(jù)可用于調(diào)整樣本數(shù)據(jù)，這是因?yàn)橄到y(tǒng)吸光效果已被檢測(cè)到。此外，此參考數(shù)據(jù)可真實(shí)地表征系統(tǒng)，而不依賴于標(biāo)準(zhǔn)樣本。此參考數(shù)據(jù)還可用于調(diào)整樣本數(shù)據(jù)，這是因?yàn)橐寻l(fā)生了其他系統(tǒng)變化(即源輸出的相似變化)。參考技術(shù)也可與傳統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)相結(jié)合，以更充分地表征收集到的數(shù)據(jù)。從而，可以在某種周期性基礎(chǔ)上(一天一次、一周一次等等)上執(zhí)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，并且可以更頻繁地執(zhí)行參考技術(shù)，例如每樣本一次或在每次從樣本取得測(cè)量之前。
在圖12中，在高級(jí)別上提供了校準(zhǔn)、參考和測(cè)量序列1200中涉及的典型步驟示例。如步驟1202所示，校準(zhǔn)樣本可被加載到樣本腔中，并且適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)狀態(tài)(例如吸光性物類)可被確立。然后，可對(duì)已知校準(zhǔn)樣本執(zhí)行測(cè)量以便校準(zhǔn)光學(xué)反射計(jì)系統(tǒng)，如步驟1204所示。將會(huì)注意到，系統(tǒng)可以在此時(shí)被實(shí)際校準(zhǔn)，或者校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以僅僅被收集以被用來(lái)調(diào)整從對(duì)未知樣本進(jìn)行的測(cè)量給出的任何最終數(shù)據(jù)結(jié)果(例如通過(guò)后續(xù)軟件算法實(shí)現(xiàn)的調(diào)整)。然后，如步驟1206所示，可獲得對(duì)參考通道的測(cè)量，以便表征和記錄執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)反射計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)。將會(huì)注意，如圖所示，對(duì)參考通道的測(cè)量被示為是在對(duì)校準(zhǔn)樣本的測(cè)量之后執(zhí)行的，但是，參考測(cè)量也可在校準(zhǔn)測(cè)量之前被執(zhí)行。但是，希望使這種測(cè)量在時(shí)間上相對(duì)接近，以便可確定校準(zhǔn)時(shí)的系統(tǒng)特性。
接下來(lái)，需要分析的未知樣本被加載到樣本腔中，并且適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)狀態(tài)(例如吸光性物類)可被確立，如步驟1208所示。然后，可從未知樣本獲得光學(xué)反射計(jì)測(cè)量，如步驟1212中所示。然后，如步驟1214所示，可獲得對(duì)參考通道的測(cè)量，以便表征和記錄對(duì)未知樣本執(zhí)行測(cè)量時(shí)反射計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)。再次注意到，如圖所示，對(duì)參考通道的測(cè)量被示為是在對(duì)未知樣本的測(cè)量之后執(zhí)行的，但是，參考測(cè)量也可在未知樣本測(cè)量之前被執(zhí)行。最后，如步驟1216中所示，可利用來(lái)自系統(tǒng)校準(zhǔn)測(cè)量之時(shí)和樣本測(cè)量之時(shí)執(zhí)行的參考測(cè)量的記錄信息來(lái)調(diào)整樣本測(cè)量的結(jié)果。進(jìn)行這些調(diào)整是為了去除由系統(tǒng)狀態(tài)變化導(dǎo)致的誤差。從而，這樣一來(lái)，可考慮到校準(zhǔn)之時(shí)和未知樣本測(cè)量之時(shí)吸光性物類的濃度變化。從而，參考光束可被用于幫助表征周圍環(huán)境濃度或濃度變化，尤其是在諸如路徑長(zhǎng)度差異之類的其他變量是已知的或者可被精確估計(jì)的情況下。正如以下將參考圖14更詳細(xì)描述的，參考光束路徑和樣本光束路徑之間的非零路徑長(zhǎng)度差異的存在將會(huì)限制可能由于吸光性物類濃度變化而進(jìn)行的校正的精確度。此外，可能考慮到的變化還包括校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)與未知樣本測(cè)量時(shí)之間可能存在的參考光束路徑和樣本光束路徑之間公共的系統(tǒng)元件的變化。例如，可能針對(duì)源特征、共享光學(xué)器件、分光計(jì)、檢測(cè)器等的變化。這種變化可能是使用年限/壽命變化、溫度變化、機(jī)械變化等的結(jié)果。
在圖12a的流程圖中提供了校準(zhǔn)、參考和測(cè)量序列1200中涉及的典型步驟的更詳細(xì)示例。如步驟1205所示，具有已知反射率的校準(zhǔn)樣本可被加載到測(cè)量位置中(例如樣本腔內(nèi))，然后可能發(fā)生凈化和/或真空抽吸以確立適當(dāng)?shù)偷奈庑晕镱惌h(huán)境濃度。然后可從校準(zhǔn)樣本獲得光學(xué)反射計(jì)測(cè)量，以記錄校準(zhǔn)樣本的強(qiáng)度，如步驟1210所示。這種數(shù)據(jù)可被處理器或其他計(jì)算系統(tǒng)保存。接下來(lái)，可計(jì)算源強(qiáng)度分布，如步驟1215所示。步驟1220包括在時(shí)刻t1記錄參考通道的強(qiáng)度。然后利用先前記錄和計(jì)算數(shù)據(jù)，可計(jì)算參考反射率，如步驟1225中所示。
接下來(lái)，可將未知樣本加載到系統(tǒng)中，并且再次獲得適當(dāng)?shù)奈庑晕镱悵舛?，如步驟1230所示。然后另一個(gè)參考測(cè)量可被記錄和保存，如步驟1235所示，其中在時(shí)刻t2參考通道的強(qiáng)度被記錄。然后在步驟1240中利用來(lái)自步驟1235的數(shù)據(jù)再次計(jì)算源強(qiáng)度分布。源強(qiáng)度分布可被改寫，如步驟1245中所示。然后未知樣本的強(qiáng)度可被記錄，如步驟1250中所示，并且樣本反射率可被計(jì)算，如步驟1255中所示?？衫貌襟E1260和1265的改寫方程來(lái)計(jì)算樣本反射率。將會(huì)注意到，步驟1265的方程的指數(shù)項(xiàng)是針對(duì)單個(gè)腔中有兩個(gè)光束(樣本和參考)的情況來(lái)寫的。在更復(fù)雜的兩腔情況下，它將會(huì)擴(kuò)展到包括兩個(gè)指數(shù)成分，一個(gè)用于表征第一腔中的差異，第二個(gè)用于表征第二腔中的差異。
然后可對(duì)同一未知樣本或另一未知樣本執(zhí)行附加測(cè)量。將會(huì)意識(shí)到，對(duì)于這種附加參考，可能不會(huì)對(duì)每個(gè)這種測(cè)量都進(jìn)行校準(zhǔn)樣本的另一次加載和測(cè)量，相反，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可能被存儲(chǔ)以供再次使用，而只需要再次執(zhí)行參考和未知樣本步驟。在另一個(gè)實(shí)施例中，參考步驟的數(shù)據(jù)也可被再次使用，以使得不是對(duì)每個(gè)附加的未知樣本測(cè)量都執(zhí)行附加參考。從而，將會(huì)意識(shí)到，可以以多種方式來(lái)利用這里所描述的參考技術(shù)，而同時(shí)仍獲得參考技術(shù)的益處中的至少某些。
如圖12a的步驟1255-1265中所示，路徑長(zhǎng)度和濃度差異的相關(guān)性被清楚示出。正如步驟1265中也示出的，當(dāng)路徑長(zhǎng)度差異(Lsample-Lreferece)朝著零減小時(shí)，由指數(shù)相關(guān)項(xiàng)導(dǎo)致的任何誤差都減小，這是因?yàn)楫?dāng)差異逼近零時(shí)，指數(shù)項(xiàng)逼近1。注意，這將在獨(dú)立于濃度差異(N2-N1)的情況下發(fā)生。除了圖中所示的典型步驟外，意識(shí)到在不存在光的情況下執(zhí)行的背景測(cè)量(即在樣本和參考快門都關(guān)閉的情況下進(jìn)行的測(cè)量)將會(huì)被記錄，并被從所有后續(xù)測(cè)量中減去。由于儀器中使用的檢測(cè)器既被冷卻已受到溫度控制這一事實(shí)，不太可能需要定期執(zhí)行這種背景測(cè)量，因?yàn)轭A(yù)期與這種檢測(cè)器配置相關(guān)聯(lián)的背景級(jí)別是較低的且非常穩(wěn)定的。
將會(huì)意識(shí)到，可以在不需要使用上述參考技術(shù)的情況下獲得這里所公開(kāi)的光學(xué)度量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。從而，可獨(dú)立于參考技術(shù)或與參考技術(shù)相結(jié)合地實(shí)現(xiàn)這里所公開(kāi)的系統(tǒng)和技術(shù)。此外，可以用不同于這里所公開(kāi)的系統(tǒng)的光學(xué)度量系統(tǒng)或用在不同波長(zhǎng)上操作的系統(tǒng)來(lái)利用這里提供的參考技術(shù)。但是，這里所公開(kāi)的參考技術(shù)和光學(xué)度量系統(tǒng)在被結(jié)合使用時(shí)可能會(huì)尤其有利。
雖然在圖12和12a中未示出，但是在存在相當(dāng)高級(jí)別的漫射光的情況下，在數(shù)據(jù)獲取過(guò)程期間執(zhí)行額外的校正性步驟將會(huì)是有用的。漫射光是指通過(guò)散射過(guò)程在系統(tǒng)的光束路徑中的光學(xué)表面處生成的光。這種光的存在最終將會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)器所記錄的偽計(jì)數(shù)(即波長(zhǎng)不是λo的光入射到與λo相對(duì)應(yīng)的像素上)。雖然這里所描述的VUV裝置已被設(shè)計(jì)成大大減少設(shè)備內(nèi)的漫射光的生成，但是在某些情況下針對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行校正仍將是有利的。
針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的漫射光進(jìn)行校正的一種方法涉及嘗試記錄儀器的光譜范圍之下(即設(shè)備的較低波長(zhǎng)截止點(diǎn)之下)的光。在此區(qū)域下記錄的任何信號(hào)不應(yīng)當(dāng)被定義為存在，而是應(yīng)該被假定為是由散射過(guò)程產(chǎn)生的。在擁有對(duì)這種信號(hào)的強(qiáng)度(作為波長(zhǎng)的函數(shù))的理解的情況下，可以從儀器的光譜范圍內(nèi)的同時(shí)記錄“真”信號(hào)的較長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域中減去適當(dāng)?shù)摹奥涔狻必暙I(xiàn)。
這里所公開(kāi)的概念提供了一種VUV光學(xué)反射計(jì)度量工具。這種工具的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且健壯，從而使其易于在VUV波長(zhǎng)上操作。此外，該工具避免了與橢圓偏光法技術(shù)相關(guān)聯(lián)的許多問(wèn)題。例如，可以在沒(méi)有極化元件的情況下利用這里所公開(kāi)的工具的技術(shù)。在橢圓偏光法中，從樣本表面反射的光的極化狀態(tài)的變化被測(cè)量。典型的橢圓偏光法技術(shù)使用至少兩個(gè)極化元件(一個(gè)在樣本之前的光路中，一個(gè)在樣本之后的光路中)。由于針對(duì)多個(gè)極化角收集數(shù)據(jù)的性質(zhì)，這種技術(shù)是耗時(shí)的。此外，極化元件一般是吸光性的，從而使其不適合于低波長(zhǎng)測(cè)量，尤其是在約140nm或更小的VUV區(qū)域中。從而，這里所描述的系統(tǒng)和技術(shù)(其可在無(wú)極化元件的情況下使用)尤其有利于用于處于低端VUV區(qū)域(或更低的)波長(zhǎng)。極化元件的吸光性質(zhì)也增大了收集充足的光以獲得測(cè)量所需要的時(shí)間。
從而，可能希望提供一種反射計(jì)工具，其利用這里所公開(kāi)的技術(shù)，并具有非極化光路，以便可獲得獨(dú)立于極化的測(cè)量。這里所示的獨(dú)立于極化的技術(shù)提供了一種獨(dú)立于相位的反射系數(shù)幅度測(cè)量。這里所公開(kāi)的反射計(jì)工具一般在光路內(nèi)包括多個(gè)波長(zhǎng)，直到光路撞擊衍射光柵，在這里波長(zhǎng)在空間上分隔開(kāi)來(lái)。傳統(tǒng)上，橢圓偏光法技術(shù)涉及在光路中的某點(diǎn)將光源過(guò)濾為單個(gè)波長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)注意，這里所描述的技術(shù)和工具中至少某些可適用于被稱為極化反射法的應(yīng)用。這種應(yīng)用一般可使用位于樣本之前或之后的單個(gè)極化元件，以使得能夠收集兩個(gè)可能的極化狀態(tài)之一的反射系數(shù)幅度數(shù)據(jù)。
這里所公開(kāi)的工具和技術(shù)與橢圓計(jì)技術(shù)相比之所以有利還因?yàn)楣馐鄬?duì)于樣本所需的較小的入射角。從而，例如參考圖11a所示，與通常使用70°量級(jí)的入射角的橢圓計(jì)技術(shù)相對(duì)，利用這里所公開(kāi)的技術(shù)，10°或更小，甚至4°或更小的入射角Φ都是可能的。這是有利的，因?yàn)槎攘抗ぞ叩母采w區(qū)更小，并且度量工具與過(guò)程的集成更簡(jiǎn)單。例如，可以通過(guò)使用一個(gè)耦合機(jī)構(gòu)，而不是需要多個(gè)耦合機(jī)構(gòu)，來(lái)將這里所公開(kāi)的度量工具與過(guò)程工具相集成。
一旦光譜反射率數(shù)據(jù)被檢測(cè)器所記錄，它就被發(fā)送到圖1所示的處理器單元，在這里它隨后經(jīng)由解析算法被簡(jiǎn)縮。這些算法一般使光學(xué)數(shù)據(jù)(例如反射率)與樣本的其他屬性相聯(lián)系，然后樣本的其他屬性可被測(cè)量和/或記錄。如果樣本由襯底1510上的薄膜1505(或薄膜疊層)構(gòu)成，則情況可如圖15所示，并且相關(guān)聯(lián)的樣本屬性可包括以下的量例如但不限于膜厚度、復(fù)折射率、組成成分、孔隙度和表面或界面粗糙度。
數(shù)據(jù)簡(jiǎn)縮一般是通過(guò)用某種形式的Fresnel方程結(jié)合一個(gè)或多個(gè)模型以描述構(gòu)成樣本的一個(gè)或多個(gè)材料的光學(xué)屬性，從而來(lái)完成的。根據(jù)所涉及的材料的性質(zhì)，存在大量這種模型，它們具有不同程度的適用性。常用模型包括但不限于有效中值近似(EMA)和通常稱為“諧波振蕩器”的變化。不論數(shù)據(jù)集合簡(jiǎn)縮時(shí)使用的特定模型為何，更大的目標(biāo)一般都是使用有效數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述測(cè)得的數(shù)據(jù)，以便可通過(guò)迭代優(yōu)化過(guò)程來(lái)獲得與樣本屬性有關(guān)的某些參數(shù)(如上所述)。即，將測(cè)得的數(shù)據(jù)集合與利用依賴于與樣本性質(zhì)相關(guān)的參數(shù)集合的表達(dá)式計(jì)算出的數(shù)據(jù)集合相比較。通過(guò)反復(fù)調(diào)整參數(shù)值直到實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)集合之間的充分吻合，來(lái)使測(cè)得的數(shù)據(jù)集合和計(jì)算出的數(shù)據(jù)集合之間的差異達(dá)到最小。此差異通過(guò)是按“吻合度”參數(shù)來(lái)量化的。
由于與深紫外(DUV)和可見(jiàn)光區(qū)域中的較長(zhǎng)波長(zhǎng)相比，許多材料在其光學(xué)屬性的VUV區(qū)域中展現(xiàn)的結(jié)構(gòu)要多得多，因此存在與這里所描述的VUV裝置所提供的數(shù)據(jù)范圍擴(kuò)展相關(guān)聯(lián)的相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)，尤其是當(dāng)與數(shù)據(jù)簡(jiǎn)縮過(guò)程相關(guān)時(shí)。這一點(diǎn)通過(guò)圖16和圖17中提供的示例來(lái)說(shuō)明。圖16中的兩條曲線代表淀積在硅襯底上的薄(～50)氧化鋁(Al2O3)層的測(cè)得的反射率光譜1610(實(shí)線)和計(jì)算出的反射率光譜1620(點(diǎn)線)。計(jì)算出的結(jié)果是用上述數(shù)據(jù)簡(jiǎn)縮方法獲得的。很明顯，在測(cè)得的光譜和計(jì)算出的光譜之間獲得了極佳的吻合，從而提供了對(duì)所獲取的結(jié)果的精確度的高置信度。
針對(duì)Al2O3層獲得的n和k值(分別為復(fù)折射率的實(shí)部和虛部的值)在圖17中給出。正如從n值圖線1710和k值圖線1720中顯而易見(jiàn)的，DUV和可見(jiàn)光區(qū)域中的光學(xué)屬性在限定結(jié)構(gòu)方面揭示的東西很少，這是因?yàn)榕cn和k光譜相關(guān)聯(lián)的主峰都在VUV中的較短波長(zhǎng)上。由于擬合算法中的參數(shù)固有地與這些峰的位置、幅度和寬度相關(guān)(除了與其他事物相關(guān)以外)，因此通過(guò)向擬合例程提供跨越感興趣的波長(zhǎng)的實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)，可大大幫助對(duì)這種參數(shù)的精確確定。換言之，由于許多材料的光學(xué)屬性往往在VUV(而不是DUV或可見(jiàn)光區(qū)域)中展現(xiàn)其限定結(jié)構(gòu)的大部分，因此在嘗試精確確定這種屬性時(shí)，非常希望利用此光譜區(qū)域中的測(cè)得數(shù)據(jù)。圖18示出如何利用這里所公開(kāi)的VUV技術(shù)來(lái)識(shí)別和測(cè)量半導(dǎo)體工藝環(huán)境中的非常薄的層。圖中的第一曲線1810對(duì)應(yīng)于右側(cè)的y軸，它給出了與掩膜板襯底上的超薄(5)殘余光阻層相關(guān)聯(lián)的反射率信號(hào)。第二典型180對(duì)應(yīng)于左側(cè)的y軸，它給出了與所述殘余光阻層的膜厚度的1增加相關(guān)聯(lián)的差異信號(hào)。很明顯，差異信號(hào)的最大變化發(fā)生在較短的VUV波長(zhǎng)處，并且當(dāng)波長(zhǎng)接近DUV中的較長(zhǎng)波長(zhǎng)時(shí)，差異信號(hào)趨向于零。圖19提供了如何使用所公開(kāi)的方法來(lái)測(cè)量或監(jiān)視超薄層的厚度的另一個(gè)示例。圖中給出了三條曲線，它們對(duì)應(yīng)于從由淀積在硅襯底上的氮氧化硅(SiON)的薄10層(曲線1810)、薄14層(曲線1820)和薄18層(曲線1830)構(gòu)成的樣本記錄的反射率光譜。很明顯，光譜之間的差異同樣在較短的VUV波長(zhǎng)處最大，并且在該情況下，在較長(zhǎng)的DUV波長(zhǎng)處根本不存在。由于其涉及半導(dǎo)體過(guò)程控制，因此這是越來(lái)越重要的一個(gè)方面，這是因?yàn)榘雽?dǎo)體工業(yè)正在不斷努力將越來(lái)越薄的層結(jié)合到半導(dǎo)體器件中。
在進(jìn)行圖20的檢查時(shí)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)，圖12給出了作為膜厚度的函數(shù)(相對(duì)于具有13％氮的標(biāo)稱10層)的SiO0.87N0.13層反射率變化(相對(duì)于標(biāo)稱的10層)。正如從圖中顯而易見(jiàn)的，對(duì)于給定膜厚度變化，130nm(圖線2010)處的反射率變化比157nm(圖線2020)或193nm(圖線2030)處所預(yù)期的大。實(shí)際上，130nm處的VUV中的變化比起193nm處的DUV中所展現(xiàn)的要大7倍。圖21和圖22示出一般如何使用這里所描述的VUV技術(shù)來(lái)監(jiān)視材料或膜的組成成分。圖21給出了淀積在Si上的濃度從10％到15％的一系列六個(gè)16厚SiON層的反射率光譜。很明顯，區(qū)域2110是對(duì)SiON膜的組成成分變化的靈敏度最高的區(qū)域，并且其中心約在130nm處。在圖22的檢查之后進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)，圖22給出了作為膜厚度的函數(shù)(相對(duì)于標(biāo)稱10層)的SiON層反射率變化(相對(duì)于具有10％氮的標(biāo)稱10層)。正如從圖中顯而易見(jiàn)的，對(duì)于給定膜厚度變化，130nm(圖線2010)處的反射率變化比157nm(圖線2020)或193nm(圖線2030)處所預(yù)期的大。
作為使用這里所給出的VUV方法所提供的益處的另一個(gè)示例，考慮確定展現(xiàn)非均勻氮分布(是膜厚度的函數(shù))的SiON膜的組成成分。圖22a給出了經(jīng)歷1e15氮原子/cm2劑量的20SiO2膜的一系列四個(gè)氮分布。氮原子百分比被繪作膜深度(從環(huán)境/膜界面開(kāi)始測(cè)量)的函數(shù)。雖然在四個(gè)樣本內(nèi)包含相同數(shù)目的氮原子，但是這里原子的分布大有不同。在一種情況下，氮被均勻分散在層的整個(gè)厚度中(圖線2240)，在另一情況下，它的結(jié)合方式是使得它展現(xiàn)以膜厚度為中心的寬高斯型分布(圖線2250)，在另一情況下，它展現(xiàn)底重式高斯型分布(中心更接近膜/襯底界面)(圖線2260)，在最后一種情況下，它展現(xiàn)指數(shù)衰減型分布(圖線2270)。
圖22b給出與展現(xiàn)居中寬高斯型(圖線2251)、底重式高斯型(圖線2261)和指數(shù)衰減型(圖線2271)分布的樣本相關(guān)聯(lián)的反射率差異信號(hào)。反射率差異信號(hào)是通過(guò)從與其他三個(gè)分布相關(guān)聯(lián)的反射率信號(hào)中減去與正常分布的樣本相關(guān)聯(lián)的反射率信號(hào)而獲得的。很明顯，非均勻分布的樣本都在光譜的VUV區(qū)域中展現(xiàn)重大且清楚可辨的反射率差異信號(hào)，而同時(shí)在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)處展現(xiàn)很少或不展現(xiàn)差異。此圖幫助進(jìn)一步說(shuō)明了這里所公開(kāi)的VUV技術(shù)如何能夠用于測(cè)量和/或監(jiān)視超薄層的組成分布。
雖然圖17-圖22b的典型層是Al2O3、光阻材料和SiON層，但是將會(huì)意識(shí)到，也可以按類似的方式測(cè)量淀積在多種襯底上的其他材料的層和膜疊層，所述多種襯底包括但不限于硅晶片和光掩膜板。
當(dāng)測(cè)量某些由兩層或多層構(gòu)成的膜疊層時(shí)，可實(shí)現(xiàn)由VUV波長(zhǎng)所提供的另一優(yōu)點(diǎn)。隨著疊層中的膜數(shù)目增大，一般優(yōu)化例程中探索的參數(shù)數(shù)目也會(huì)增大。隨著參數(shù)數(shù)目增大，參數(shù)之間存在相關(guān)性的可能性也會(huì)增大。在某些情況下，這可能促成測(cè)得結(jié)果的不精確或不穩(wěn)定。在某些情況下，可以通過(guò)經(jīng)由結(jié)合智能加權(quán)函數(shù)來(lái)使用VUV中的光學(xué)數(shù)據(jù)，從而簡(jiǎn)化該問(wèn)題，因而降低優(yōu)化例程中探索的參數(shù)的數(shù)目。
此函數(shù)在以下被稱為“動(dòng)態(tài)加權(quán)函數(shù)”，它涉及根據(jù)特定數(shù)據(jù)對(duì)所探索的參數(shù)集合的確定的預(yù)期貢獻(xiàn)，來(lái)在優(yōu)化過(guò)程期間動(dòng)態(tài)地對(duì)所述特定數(shù)據(jù)給予更大或更小的強(qiáng)調(diào)。在這種方法，預(yù)期貢獻(xiàn)是基于樣本的預(yù)期配置(即構(gòu)成樣本的層的厚度和組成成分)來(lái)動(dòng)態(tài)估計(jì)的，并且是在逐次迭代的基礎(chǔ)上被更新的。例如，如圖23所示，當(dāng)測(cè)量由淀積在硅襯底2340上的二氧化硅(SiO2)層2310和氮化硅(SiN)層2320構(gòu)成的兩層膜疊層時(shí)，可以證明，在搜索頂部的SiO2膜的厚度期間，對(duì)VUV中的數(shù)據(jù)點(diǎn)給出更大的強(qiáng)度將會(huì)是有益的。這是由于以下事實(shí)造成的在大于約1000的厚度下，SiN實(shí)際上對(duì)VUV光子是不透明的。從而，如圖23中所示，來(lái)自SiN-襯底界面的反射率2350可能存在于用DUV波長(zhǎng)進(jìn)行的測(cè)量中，但可能不存在于用VUV波長(zhǎng)進(jìn)行的測(cè)量中。從而，如果忽略DUV和更長(zhǎng)的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，則在優(yōu)化過(guò)程期間，實(shí)際上可以不考慮下面的SiN層的厚度。在進(jìn)行圖24和圖25的檢查之時(shí)進(jìn)一步說(shuō)明了這一點(diǎn)。圖24給出了來(lái)自三個(gè)SiO2/SiN/Si樣本的反射率數(shù)據(jù)。在這些樣本中，SiN層厚度從1000(圖線2410)變到2000(圖線2420)再變到3000(圖線2430)，而SiO2層厚度保持固定在10。很明顯，來(lái)自三個(gè)樣本的反射率光譜在DUV區(qū)域中顯得顯著不同，而在VUV波長(zhǎng)上幾乎相同。這是由于以下事實(shí)造成的VUV光子不會(huì)穿透SiN層，而是“看到”由淀積在SiN襯底上的10的SiO2構(gòu)成的樣本。從而，應(yīng)用很強(qiáng)調(diào)VUV而很不強(qiáng)調(diào)DUV和更長(zhǎng)波長(zhǎng)的加權(quán)函數(shù)減少了優(yōu)化例程所探索的參數(shù)集合，這是因?yàn)榻Y(jié)果對(duì)SiN層厚度就不敏感了。這種方法減少或完全去除了SiO2和SiN層的厚度參數(shù)之間的可能存在的任何相關(guān)性，從而起到了提高測(cè)量結(jié)果的精度和可重復(fù)性的作用。此外，與可能使用常規(guī)方法相比，這種方法一般會(huì)導(dǎo)致解答在短得多的時(shí)間段中收斂。
這種動(dòng)態(tài)加權(quán)函數(shù)的益處的更多證明在圖25中給出，該圖也給出了來(lái)自三個(gè)SiO2/SiN/Si樣本的反射率光譜。在該情況下，在這些樣本之中，SiN層厚度固定在1000，而SiO2層從0(圖線2510)變化到10(圖線2520)再變化到20(圖線2530)。如圖所示，光譜在VUV區(qū)域中展現(xiàn)清楚的差異，而在DUV中看起來(lái)幾乎是相同的。從而，由于這里所描述的工具和技術(shù)對(duì)吸光效果的靈敏性，所測(cè)量的薄膜中對(duì)較短波長(zhǎng)的吸收可被有利地利用。此外，在對(duì)期望樣本特性的粗略估計(jì)(例如對(duì)下面的SiN膜厚度的粗略估計(jì))已知的情況下，對(duì)于某些波長(zhǎng)區(qū)域中的反射系數(shù)數(shù)據(jù)可賦予更大的重要性(或動(dòng)態(tài)加權(quán))。
雖然圖23、圖24和圖25的典型樣本是由SiO2/SiN/Si構(gòu)成的，但是很明顯動(dòng)態(tài)加權(quán)函數(shù)方法也可用于測(cè)量和監(jiān)視處理多于兩層并且由不同材料構(gòu)成的樣本。
動(dòng)態(tài)加權(quán)函數(shù)也可與迭代數(shù)據(jù)擬合過(guò)程結(jié)合使用。例如，對(duì)于從以上參考圖23-25描述的SiO2/SiN/Si層收集的數(shù)據(jù)，迭代過(guò)程可被用來(lái)嘗試確定每層的厚度。在擬合例程的每次迭代期間，可在每個(gè)波長(zhǎng)上從數(shù)據(jù)上比較計(jì)算出的數(shù)據(jù)集合和測(cè)得的數(shù)據(jù)集合之間的差異，并將該差異用于確定擬合例程的參數(shù)值(在此情況下是膜厚度)中做出的改變是否是對(duì)前次迭代中獲得的參數(shù)值的改進(jìn)。包括考慮到樣本的近似性質(zhì)的加權(quán)因子是有利的。例如，圖25中的數(shù)據(jù)清楚地揭示出～180nm以上的波長(zhǎng)不包含關(guān)于頂部SiO2層的厚度的信息。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)擬合方法在探索此厚度時(shí)將會(huì)忽略這個(gè)事實(shí)，并嘗試比較在所有被測(cè)波長(zhǎng)上的測(cè)得數(shù)據(jù)和計(jì)算出的數(shù)據(jù)。結(jié)果，被比較的波長(zhǎng)中的大多數(shù)(大于180nm的那些)只能增大結(jié)果的不確定性，這是因?yàn)樗鼈兇砑訖?quán)比較函數(shù)中的一大部分。利用動(dòng)態(tài)加權(quán)函數(shù)方法，可解決此問(wèn)題，以便只有能被合理預(yù)期包含有用信息的測(cè)得數(shù)據(jù)才會(huì)被包括到加權(quán)比較函數(shù)中。該方法是動(dòng)態(tài)的，因?yàn)樽龀雠袥Q的過(guò)程(其中測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被考慮)可在每次迭代之后被重復(fù)。
當(dāng)涉及帶圖案的樣本時(shí)，一般調(diào)用附加理論構(gòu)造來(lái)正確描述光散射，這種光散射是由于測(cè)量光子和周期性帶圖案特征之間的交互而發(fā)生的。參考圖26示出這種光散射。圖26示出帶圖案的襯底2610以及由入射光束2640產(chǎn)生的反射光束2620和衍射光束2630。這種形式的非成像光學(xué)尺寸度量被稱為散射法，并且通常涉及在數(shù)據(jù)簡(jiǎn)縮過(guò)程期間采用某種形式的“嚴(yán)格耦合波分析(RCWA)”。此技術(shù)利用了從帶圖案的樣本散射光的靈敏性，并通過(guò)使用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)表達(dá)式將構(gòu)成樣本的特征的尺寸與從該樣本記錄的光學(xué)信號(hào)聯(lián)系起來(lái)。換言之，散射法使得能夠通過(guò)考慮從包含帶圖案的特征的樣本散射或衍射的光，來(lái)確定帶圖案的特征的尺寸。
可以利用此方法在帶圖案的襯底2700上測(cè)量和/或監(jiān)視的典型量的示例在圖27中圖示出，并且包括但不限于臨界尺寸(線寬)2710、側(cè)壁角度2720、溝深(或線高)2730、溝寬2740和膜厚度2750。要理解，這些量代表可以在薄膜疊層和/或結(jié)構(gòu)中測(cè)量和/或監(jiān)視的許多這種量中選擇出的一些。在包括半導(dǎo)體器件和存儲(chǔ)介質(zhì)在內(nèi)的許多領(lǐng)域中都能找到這種性質(zhì)的帶圖案的薄膜樣本。
實(shí)際上，對(duì)光散射物理學(xué)的回顧揭示短波長(zhǎng)光子，比如VUV中的光子，生來(lái)就比波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光子更適合于測(cè)量或監(jiān)視帶圖案的特征的較小的臨界尺寸，這是由于前者所提供的更大的靈敏度造成的?？梢钥闯?，對(duì)于許多涉及尖端半導(dǎo)體器件的臨界尺寸度量應(yīng)用，測(cè)量只可能用短波長(zhǎng)VUV光子進(jìn)行。這一點(diǎn)將通過(guò)以下提供的示例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。
圖28示出與線寬確定相關(guān)的典型VUV測(cè)量。圖中的第一曲線2810對(duì)應(yīng)于右側(cè)的y軸，它給出了從具有130nm節(jié)距(pitch)的65nm線陣列獲得的反射信號(hào)。即，被構(gòu)造成展現(xiàn)由65nm寬的間隙隔開(kāi)的65nm寬的線的線陣列。圖28中的第二曲線2820對(duì)應(yīng)于左側(cè)的y軸，它給出了66nm和65nm線陣列之間的反射信號(hào)差異。即，該曲線代表了與展現(xiàn)65nm寬的線和間隙的線陣列的線寬增大1nm相關(guān)聯(lián)的差異信號(hào)。正如從圖中可明顯看出的，只有在與線陣列的節(jié)距(65nm線寬度+65nm間隙寬度＝130nm節(jié)距)相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)上以及低于該波長(zhǎng)的波長(zhǎng)上，才會(huì)預(yù)期差異信號(hào)的突出且顯著的變化。從而，為了利用這里所描述的方法測(cè)量或監(jiān)視這種結(jié)構(gòu)中的線寬度，所測(cè)量的波長(zhǎng)范圍必須包括等于或低于節(jié)距波長(zhǎng)的波長(zhǎng)。
圖29示出與節(jié)距確定相關(guān)的典型VUV測(cè)量。圖中的三條曲線代表預(yù)期來(lái)自由63nm(曲線2910)、65nm(曲線2920)和67nm(曲線2930)的線和間隙構(gòu)成的線陣列的反射率信號(hào)。即，數(shù)據(jù)代表來(lái)自具有相等線寬度和間隙寬度、但具有126nm、130nm和134nm的節(jié)距的信號(hào)。正如從圖中可明顯而看出，三個(gè)光譜的變化在與線陣列節(jié)距相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(在該示例中又是接近130nm)處和低于該波長(zhǎng)的波長(zhǎng)處的光譜區(qū)域中最為明顯。
圖30示出這里所描述的VUV技術(shù)和裝置如何能被用于測(cè)量或監(jiān)視構(gòu)成線陣列的線高度的變化。圖中給出了兩條曲線。第一曲線3010對(duì)應(yīng)于左側(cè)的y軸，它給出了來(lái)自具有65nm線和間隙的線陣列的預(yù)期反射率信號(hào)，其中線高是1000。第二曲線3020對(duì)應(yīng)于右側(cè)的y軸，它給出了與相同線陣列的線高度10增大相關(guān)聯(lián)的差異信號(hào)。很明顯，線高度的變化帶來(lái)的光譜特征與通過(guò)稍早給出的線寬度和節(jié)距(參見(jiàn)圖29和30)引入的變化顯著不同。即，展現(xiàn)由高度變化導(dǎo)致的最小的差異信號(hào)的光譜區(qū)域?qū)嶋H上是展現(xiàn)由線寬度和節(jié)距變化導(dǎo)致的最大的差異信號(hào)的同一光譜區(qū)域。
這里所描述的VUV技術(shù)和裝置在半導(dǎo)體過(guò)程控制度量領(lǐng)域的應(yīng)用既是眾多的又是范圍廣泛的。一般而言，已證明這里所提供的VUV反射計(jì)技術(shù)可提供示出給定波長(zhǎng)上的反射率大小的數(shù)據(jù)。此外，這些測(cè)量的靈敏度可以與半導(dǎo)體制造過(guò)程數(shù)據(jù)有意義地聯(lián)系起來(lái)，以提供指示各種過(guò)程變量的數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，這里所提供的系統(tǒng)和技術(shù)可用于過(guò)程控制和過(guò)程表征應(yīng)用中。已給出了這種情況中選中的某些情況的特定示例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這些方法可進(jìn)一步應(yīng)用到許多其他情況中。
這里所描述的技術(shù)可被結(jié)合到用于度量應(yīng)用的離線(off-line)獨(dú)立度量設(shè)備中。但是，由于可以用可相對(duì)迅速且可重復(fù)地產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果的相對(duì)不復(fù)雜的硬件解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，因此這里所描述的技術(shù)可能尤其適合于結(jié)合到多種半導(dǎo)體過(guò)程工具中的任何一種中。從而，例如，這里所描述的VUV技術(shù)可被直接結(jié)合到用于淀積、蝕刻、光刻等的工具中，以便可有利地獲得在線測(cè)量、監(jiān)視和控制。
上述設(shè)備、組件、材料和技術(shù)可被用于利用寬帶范圍波長(zhǎng)的系統(tǒng)中。例如，包括VUV波長(zhǎng)的反射計(jì)可被配置為在至少一個(gè)其他光譜區(qū)域中操作。從而，以上參考圖1-30所描述的系統(tǒng)和技術(shù)中的全部或部分可結(jié)合寬帶系統(tǒng)和技術(shù)被使用。圖31-39以及以下的相關(guān)文本描述了可以與上述設(shè)備、組件、材料和技術(shù)結(jié)合使用的各種寬帶系統(tǒng)和技術(shù)。
寬帶系統(tǒng)3100的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化圖示在圖31中給出。在操作中，來(lái)自三個(gè)源3102、3104和3106之一的光被光學(xué)模塊3108選擇、定向和聚焦到樣本3110的表面上。在從樣本反射之后，光再次被收集和定向到三個(gè)檢測(cè)器3112、3114和3116中光學(xué)模塊3108所選擇的那個(gè)。在某些情況下，光學(xué)模塊還可在源、樣本腔3120和檢測(cè)器之間提供受控環(huán)境。此外，在某些情況下，光學(xué)模塊可以通過(guò)提供用來(lái)為收集到的數(shù)據(jù)提供參考的裝置來(lái)起到改進(jìn)系統(tǒng)性能的作用。光學(xué)模塊被處理器3122所控制，該處理器還可用來(lái)分析檢測(cè)器所記錄的數(shù)據(jù)。
圖32給出本發(fā)明的實(shí)施例3200，該實(shí)施例被配置為收集VUV和DUV-NIR中的參考寬帶反射率數(shù)據(jù)。在操作中，來(lái)自這兩個(gè)光學(xué)區(qū)域的光以串行方式被獲得。即，來(lái)自VUV的反射率數(shù)據(jù)首先被獲得和被提供參考，之后來(lái)自DUV-NIR區(qū)域的反射率數(shù)據(jù)被收集和被提供參考。一旦兩個(gè)數(shù)據(jù)集合都已被記錄，它們就被接合在一起以形成單個(gè)寬帶光譜。
儀器被分隔成兩個(gè)環(huán)境受控的腔，儀器腔3202和樣本腔3204。儀器腔3202容納大多數(shù)系統(tǒng)光學(xué)器件，并且不會(huì)定期對(duì)大氣開(kāi)放。樣本腔3204容納樣本3206和參考光學(xué)鏡M-5，并且定期開(kāi)放以幫助更換樣本。
在操作中，首先通過(guò)將內(nèi)翻式源鏡FM-1切換到“外”位置以允許來(lái)自VUV源3201的光被聚焦鏡M-1收集、調(diào)準(zhǔn)并重新定向?yàn)槌蚬馐蛛x器元件BS，從而獲得VUV數(shù)據(jù)。利用平衡Michelson干涉計(jì)布置，沖擊光束分離器的光被分割成兩個(gè)成分，樣本光束3210和參考光束3212。樣本光束被光束分離器BS反射，并傳播經(jīng)過(guò)快門S-1。在此期間快門S-2關(guān)閉。樣本光束繼續(xù)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償板CP，并經(jīng)由聚焦鏡M-2通過(guò)窗口W-1被重新定向和聚焦到樣本腔中。包括補(bǔ)償板是為了消除樣本和參考路徑之間可能發(fā)生的相位差異，這種相位差異產(chǎn)生于以下事實(shí)由于光束分離器的操作性質(zhì)，在樣本通道中傳播的光只經(jīng)過(guò)光束分離器襯底一次，但是在參考通道中傳播的光卻經(jīng)過(guò)光束分離器襯底三次。從而，補(bǔ)償板與光束分離器由相同材料構(gòu)造而成，并且具有相同厚度。這確保了傳播經(jīng)過(guò)樣本通道的光也經(jīng)過(guò)相同的光束分離器襯底材料總厚度。窗口W-1是由對(duì)VUV波長(zhǎng)充分透明的材料構(gòu)造成的，以便保持上述系統(tǒng)中較高的光吞吐量。
進(jìn)入樣本腔3204的光沖擊樣本3206并通過(guò)W-1被反射回來(lái)，在這里它被鏡M-2收集、調(diào)準(zhǔn)和重新定向。來(lái)自M-2的光傳播經(jīng)過(guò)補(bǔ)償板CP、快門S-1和光束分離器BS，在這里它在不受內(nèi)翻式檢測(cè)器鏡FM-2(與FM-1同時(shí)切換到“外”位置)阻礙的情況下通過(guò)，在FM-2處它被聚焦鏡M-3重新定向和聚焦到VUV分光計(jì)3214的入射狹縫上。在此處，來(lái)自樣本光束的光被VUV分光計(jì)分散，并被與其相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)器所獲取。
在樣本光束3210的收集之后，參考光束3212被測(cè)量。這是通過(guò)關(guān)閉快門S-1和打開(kāi)快門S-2來(lái)完成的。這使得參考光束3212能夠傳播經(jīng)過(guò)光束分離器BS和快門S-2，其中它經(jīng)由聚焦鏡M-4通過(guò)窗口W-2被重新定向和聚焦到樣本腔中。窗口W-2也是由對(duì)VUV波長(zhǎng)充分透明的材料構(gòu)造而成的，以便保持上述系統(tǒng)中的較高的光吞吐量。
一旦在樣本腔3204內(nèi)，光就被平面反射鏡M-5的表面反射，并被反射回鏡M-4，在鏡M-4處它被收集、調(diào)準(zhǔn)和重新定向?yàn)槌蚬馐蛛x器BS。然后光被光束分離器BS反射為朝向鏡M-3，在鏡M-3處它被重新定向和聚焦到VUV分光計(jì)3214的入射狹縫上。
一旦樣本光束和參考光束都已被收集，處理器(未示出)就可被用于計(jì)算帶參考的VUV反射率光譜。
在測(cè)量VUV數(shù)據(jù)集合之后，通過(guò)將源和檢測(cè)器內(nèi)翻式鏡、FM-1和FM-2都分別切換到“內(nèi)”位置來(lái)獲得DUV-NIR數(shù)據(jù)。結(jié)果，來(lái)自VUV源3201的光被阻擋，而來(lái)自DUV-NIR源3203的光被允許在被聚焦鏡M-6收集、調(diào)準(zhǔn)和重新定向之后經(jīng)過(guò)窗口W-3。類似地，將內(nèi)翻式鏡FM-2切換到“內(nèi)”位置將會(huì)引導(dǎo)來(lái)自樣本光束3210(當(dāng)快門S-1打開(kāi)和快門S-2關(guān)閉)和參考光束3212(光快門S-2打開(kāi)并且快門S-1關(guān)閉時(shí))的光經(jīng)過(guò)窗口W-4到鏡M-7上，該鏡M-7將光聚焦到DUV-NIR分光計(jì)3216的入射狹縫上，在DUV-NIR分光計(jì)3216處它被分散并被其檢測(cè)器收集。適當(dāng)?shù)腄UV-NIR分光計(jì)和檢測(cè)器在當(dāng)今市場(chǎng)中是常見(jiàn)的。尤其匹配良好的組合是由法國(guó)的Jobin Yvon制造的。VS-70結(jié)合了不采用翻轉(zhuǎn)鏡的高效率(f/2)光學(xué)設(shè)計(jì)。此儀器具有小的物理覆蓋區(qū)，結(jié)合了排序波光器，并且可以與線性CCD或PDA檢測(cè)器一起使用。
用于系統(tǒng)中的內(nèi)翻式鏡被設(shè)計(jì)為使得它們能夠迅速并可重復(fù)地切換位置，以便使與光束方向性誤差相關(guān)聯(lián)的光吞吐量的損耗達(dá)到最小。尤其合適的機(jī)動(dòng)型內(nèi)翻式鏡是由美國(guó)的New Focus制造的。在經(jīng)略微修改的實(shí)施例中，這些鏡可被光束分離器/快門對(duì)完全取代；但是這可能伴隨著不合需要的VUV信號(hào)強(qiáng)度損耗。
一旦樣本光束和參考光束都已被獲得，則處理器被用于計(jì)算帶參考的DUV-NIR反射率光譜。這樣一來(lái)，在VUV和DUV-NIR光譜區(qū)域中串行地獲得了帶參考的反射率數(shù)據(jù)。注意，VUV和DUV-NIR分光計(jì)都需要配備有必要的排序?yàn)V波器，以避免由于較高階的衍射成分而造成的復(fù)雜情況。
由于兼容真空的組件與其標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)物相比一般設(shè)計(jì)起來(lái)都更難并且制造起來(lái)更昂貴，因此對(duì)于VUV操作不關(guān)鍵的系統(tǒng)元件被安裝在受控環(huán)境之外。從而，DUV-DIR源3203和分光計(jì)/檢測(cè)器3216被安裝在受控環(huán)境之外。但這種布置不是必需的。
圖33中給出了總結(jié)與本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的操作相關(guān)聯(lián)的串行收集過(guò)程的流程圖3300。更具體而言，如步驟3302中所示，系統(tǒng)首先通過(guò)將內(nèi)翻式源(FM-1)和檢測(cè)器(FM-2)鏡切換到“外”位置來(lái)允許VUV光譜區(qū)域的收集。然后在步驟3304中，系統(tǒng)通過(guò)打開(kāi)快門S-1來(lái)開(kāi)始VUV樣本通道數(shù)據(jù)獲取。此外，在步驟3306中，通過(guò)關(guān)閉快門S-1停止VUV樣本通道數(shù)據(jù)獲取。然后在步驟3308中，通過(guò)打開(kāi)快門S-2來(lái)開(kāi)始VUV參考通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)在步驟3310中，通過(guò)關(guān)閉快門S-2停止VUV參考通道數(shù)據(jù)獲取。此外，在步驟3312中，計(jì)算VUV反射率光譜。然后，在步驟3314中，通過(guò)將內(nèi)翻式源(FM-1)和檢測(cè)器(FM-2)鏡切換到“內(nèi)”位置來(lái)允許DUV-NIR光譜區(qū)域的收集。接下來(lái)，在步驟3316中，通過(guò)打開(kāi)快門S-1來(lái)開(kāi)始DUV-NIR樣本通道數(shù)據(jù)獲取。然后，在步驟3318中，通過(guò)關(guān)閉快門S-1停止DUV-NIR樣本通道數(shù)據(jù)獲取。然后在步驟3320中，通過(guò)打開(kāi)快門S-2來(lái)開(kāi)始DUV-NIR參考通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)在步驟3322中，通過(guò)關(guān)閉快門S-2停止DUV-NIR參考通道數(shù)據(jù)獲取。此外，在步驟3324中，計(jì)算DUV-NIR反射率光譜。然后，在步驟3326中，來(lái)自VUV和DUV-NIR光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)被接合在一起以獲得單個(gè)寬帶反射率光譜。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例提供了許多益處。例如，系統(tǒng)已被優(yōu)化以獲得更高效和精確的VUV性能。除了其他事物以外，這還要求包含VUV光子傳播的光路的環(huán)境被控制，以便諸如氧和水分之類的吸光性物類的濃度被保持在充分低的水平，以允許充分的光吞吐量。這可以按以上更詳細(xì)描述的多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)包括根據(jù)所需要的系統(tǒng)性能級(jí)別，來(lái)利用非吸光性氣體凈化環(huán)境和/或經(jīng)由真空系統(tǒng)進(jìn)行抽空。
在VUV數(shù)據(jù)獲取期間，內(nèi)翻式源和檢測(cè)器鏡被切換到“外”位置，因此不為測(cè)量貢獻(xiàn)任何機(jī)械不確定性。實(shí)際上，在VUV數(shù)據(jù)的獲取中不涉及移動(dòng)的光學(xué)元件(除了快門以外)。這是有利的，其原因很多。首先，由于較低的可用光子通量和可用的有效光學(xué)器件和涂層的普遍短缺，比起在其他波長(zhǎng)區(qū)域中進(jìn)行的測(cè)量來(lái)，短波長(zhǎng)VUV測(cè)量一般執(zhí)行起來(lái)挑戰(zhàn)性更大。第二，超薄(＜100)膜的表征嚴(yán)重依賴于精確的強(qiáng)度或幅度信息，這是因?yàn)閬?lái)自這種膜的反射率光譜一般不會(huì)展現(xiàn)像來(lái)自其較厚膜對(duì)應(yīng)物的光譜那樣的與干涉作用相關(guān)的突出光譜特征。
此實(shí)施例所提供的另一益處是它提供了一種為收集到的數(shù)據(jù)集合提供參考的迅速且自動(dòng)化的手段，從而實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)性很高的結(jié)果。此能力起到了減少或完全去除由系統(tǒng)的光吞吐量變化所引入的誤差的作用。在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)上，這種變化一般是由源輸出變化所驅(qū)動(dòng)的，而在VUV中，預(yù)期光路的環(huán)境中的吸光性物類的濃度變化將會(huì)占優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例所提供的另一個(gè)益處與使用單個(gè)光學(xué)輸送/收集模塊相關(guān)。此公共模塊起到了不論所調(diào)整的光譜區(qū)域如何，都能幫助利用相同的斑點(diǎn)尺寸和方位收集來(lái)自樣本上的相同位置的數(shù)據(jù)的作用。為此，DUV-NIR源和分光計(jì)被選擇為使其與VUV源和分光計(jì)保持基本上類似的光收集/輸送特性。系統(tǒng)的這個(gè)方面在研究帶圖案的樣本的情況下尤其重要。
此外，單個(gè)光學(xué)模塊簡(jiǎn)化了集成和制造期間的儀器對(duì)準(zhǔn)，尤其是針對(duì)由自聚焦例程所引起的復(fù)雜情況而言。
本發(fā)明所提供的另一個(gè)益處產(chǎn)生于其串行操作方法。通過(guò)散射過(guò)程生成的漫射光可能是成問(wèn)題的，因?yàn)樗鼰o(wú)法被簡(jiǎn)單地以參考方式去掉，從而可能導(dǎo)致非線性系統(tǒng)響應(yīng)和記錄的反射率數(shù)據(jù)的不精確性。通過(guò)串行地收集來(lái)自每個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域的數(shù)據(jù)并為其提供參考，檢測(cè)器處記錄的散射光子的強(qiáng)度可被大大減小。這是因?yàn)樵谌魏谓o定時(shí)刻只有來(lái)自一個(gè)源的光傳播經(jīng)過(guò)系統(tǒng)。從而，來(lái)自其他光譜區(qū)域的光無(wú)法散射和導(dǎo)致檢測(cè)器處記錄的偽信號(hào)。當(dāng)在VUV波長(zhǎng)區(qū)域中工作時(shí)這尤其有利的，這是因?yàn)榕c波長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況相比，在VUV波長(zhǎng)區(qū)域中散射機(jī)制扮演的角色重大的得多。
只要通過(guò)添加備選的源、分光計(jì)和檢測(cè)器，就易將上述寬帶系統(tǒng)和技術(shù)擴(kuò)展到包含其他光譜區(qū)域。圖34給出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的備選寬帶系統(tǒng)3400，它已被優(yōu)化以便在第一光譜區(qū)域中操作，并且被設(shè)計(jì)為在第二和第三光譜區(qū)域中都性能良好。例如，除了如圖32所示的源3201和3203外，還可使用第三源3302。在一個(gè)實(shí)施例中，源3201可以是VUV源，源3203可以是DUV源，源3302可以是NIR源。相應(yīng)的VUV分光計(jì)3214、DUV分光計(jì)3216和NIR分光計(jì)3304可以與各相關(guān)源一起使用。和以前一樣，源和檢測(cè)器內(nèi)翻式鏡集合被用于將光從備選源輸送到備選分光計(jì)和檢測(cè)器。在該實(shí)施例中，第一光譜區(qū)域數(shù)據(jù)是用處于“外”位置的內(nèi)翻式鏡(FM-1、FM-2、FM-3和FM-4)來(lái)收集的，第二光譜區(qū)域數(shù)據(jù)是在只有內(nèi)翻式鏡FM-1和FM-2被切換到“內(nèi)”位置的情況下用源3203收集的，第三光譜區(qū)域數(shù)據(jù)是在只有FM-3和FM-4被切換到“內(nèi)”位置的情況下用源3302收集的。
此實(shí)施例的串行測(cè)量過(guò)程的流程圖3500在圖35中給出。更具體而言，如步驟3502中所示，通過(guò)將所有內(nèi)翻式源和檢測(cè)器鏡都切換到“外”位置來(lái)允許第一光譜區(qū)域的收集。然后在步驟3504中，通過(guò)打開(kāi)快門S-1來(lái)開(kāi)始第一樣本通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)，在步驟3506中，通過(guò)關(guān)閉快門S-1停止第一樣本通道數(shù)據(jù)獲取。此外在步驟3508中，通過(guò)打開(kāi)快門S-2來(lái)開(kāi)始第一參考通道數(shù)據(jù)獲取。然后在步驟3510中，通過(guò)關(guān)閉快門S-2停止第一參考通道數(shù)據(jù)獲取。然后，在步驟3512中，計(jì)算第一光譜區(qū)域反射率光譜。此外，在步驟3514中，通過(guò)將內(nèi)翻式源(FM-1)和檢測(cè)器(FM-2)鏡切換到“內(nèi)”位置來(lái)允許第二光譜區(qū)域的收集。接下來(lái)，在步驟3516中，通過(guò)打開(kāi)快門S-1來(lái)開(kāi)始第二光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)，在步驟3518中，通過(guò)關(guān)閉快門S-1停止第二光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。然后在步驟3520中，通過(guò)打開(kāi)快門S-2來(lái)開(kāi)始第二光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)在步驟3522中，通過(guò)關(guān)閉快門S-2停止第二光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。此外，在步驟3524中，計(jì)算第二光譜區(qū)域反射率光譜。然后，在步驟3526中，通過(guò)將內(nèi)翻式源(FM-1)和檢測(cè)器(FM-2)鏡切換到“外”位置并將內(nèi)翻式源(FM-3)和檢測(cè)器(FM-4)切換到“內(nèi)”位置來(lái)允許第三光譜區(qū)域的收集。接下來(lái)，在步驟3528中，通過(guò)打開(kāi)快門S-1來(lái)開(kāi)始第三光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)，在步驟3530中，通過(guò)關(guān)閉快門S-1停止第三光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)在步驟3532中，通過(guò)打開(kāi)快門S-2來(lái)開(kāi)始第三光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。此外在步驟3534中，通過(guò)關(guān)閉快門S-2停止第三光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。然后，在步驟3536中，計(jì)算第三光譜區(qū)域反射率光譜。接下來(lái)，來(lái)自第一、第二和第三光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)被接合在一起以獲得單個(gè)寬帶反射率光譜。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的備選寬帶系統(tǒng)3600在圖36中給出，其中對(duì)源3201和3203以及分光計(jì)3214和3216的選擇是通過(guò)聚焦光學(xué)器件RM-1和RM-2的旋轉(zhuǎn)而不是通過(guò)使用內(nèi)翻式鏡來(lái)完成的。在該實(shí)施例中，RM-1和RM-2是轉(zhuǎn)動(dòng)角為90°的偏軸拋物面鏡。從而，RM-1可繞連接RM-1和光束分離器BS的線所限定的光軸旋轉(zhuǎn)，以便收集來(lái)自VUV源3201或DUV-DIR源3203的光。類似地，聚焦鏡RM-2可繞由RM-2和BS之間的線所限定的軸旋轉(zhuǎn)，以將光聚焦到VUV分光計(jì)3214或DUV-DIR分光計(jì)3216的入射狹縫上。
這種布置與圖32的實(shí)施例相比使用的光學(xué)組件更少，從而可產(chǎn)生更小的儀器覆蓋區(qū)。這種方法的潛在缺陷是由于聚焦光學(xué)器件RM-1和RM-2的旋轉(zhuǎn)，它確實(shí)向VUV測(cè)量過(guò)程引入了某種程度的機(jī)械不確定性。
本發(fā)明的備選實(shí)施例在圖37中參考系統(tǒng)3700給出，其中參考通道3212中采用的平衡干涉計(jì)是Mach-Zehnder型的而不是圖32、圖34和圖36的實(shí)施例中所示的Michelson配置的。此實(shí)施例需要附加的光學(xué)元件，但是就去往和來(lái)自樣本3206表面的光的角輸送和收集而言，提供了更大的靈活性。
在操作中，來(lái)自第一源3201的光被聚焦鏡M-1收集、調(diào)準(zhǔn)并被重新定向?yàn)槌蚬馐蛛x器BS-1，在這里它被分割成樣本光束3210和參考光束3212成分。當(dāng)打開(kāi)快門S-1并關(guān)閉快門S-2時(shí)，啟用了樣本光束3210。在該狀態(tài)下，從光束分離器BS-1反射的光被聚焦鏡M-2通過(guò)W-1收集和聚焦到樣本上。從樣本3206反射的光經(jīng)由窗口W-1離開(kāi)樣本腔3204，并被聚焦鏡M-3收集、調(diào)準(zhǔn)和重新定向?yàn)槌蚱矫骁RM-4。離開(kāi)鏡M-4的光傳播經(jīng)過(guò)第二光束分離器BS-2，并被聚焦鏡M-5收集和聚焦到第一光譜區(qū)域分光計(jì)3214的入射狹縫上。在此處，來(lái)自樣本光束3210的光被分光計(jì)分散，并被檢測(cè)器獲取。
在收集第一光譜區(qū)域樣本光束之后，測(cè)量第一光譜區(qū)域參考光束。這是通過(guò)關(guān)閉快門S-1并打開(kāi)快門S-2來(lái)完成的。這允許了參考光束3212傳播經(jīng)過(guò)光束分離器BS-1，在這里它經(jīng)由聚焦鏡M-6通過(guò)窗口W-2被重新定向和聚焦到樣本腔3204中。一旦在樣本腔3204內(nèi)，光就從平面參考鏡M-7的表面反射，并被聚焦鏡M-8收集、調(diào)準(zhǔn)和重新定向?yàn)槌蚱矫骁RM-9。此光被光束分離器BS-2反射，并被聚焦鏡M-5重新定向和聚焦到第一光譜區(qū)域的分光計(jì)3214的入射狹縫上。一旦已獲得樣本光束和參考光束，就用處理器(未示出)計(jì)算第一光譜區(qū)域的帶參考的反射率數(shù)據(jù)。
來(lái)自第二和第三光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)再次被用源和檢測(cè)器內(nèi)翻式鏡集合收集，以將光從備選源輸送到備選分光計(jì)及其相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)器。具體而言，當(dāng)只有內(nèi)翻式鏡FM-1和FM-2被切換到“內(nèi)”位置時(shí)，第二光譜區(qū)域數(shù)據(jù)被收集，而當(dāng)只有FM-3和FM-4被切換到“內(nèi)”位置時(shí)，第三光譜區(qū)域數(shù)據(jù)被收集。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在圖38中作為系統(tǒng)3800給出。這個(gè)雙光譜區(qū)域配置也結(jié)合了Mach-Zehnder干涉計(jì)參考系統(tǒng)，但不需要使用內(nèi)翻式鏡來(lái)選擇光譜區(qū)域。相反，兩個(gè)附加源快門(S-1和S-4)已被添加到系統(tǒng)中以完成此任務(wù)。當(dāng)執(zhí)行第一光譜區(qū)域的測(cè)量時(shí)，快門S-1是打開(kāi)的，快門S-4是關(guān)閉的。相反，當(dāng)執(zhí)行第二光譜區(qū)域測(cè)時(shí)，快門S-1是關(guān)閉的，而S-4是打開(kāi)的。
由于此實(shí)施例不使用內(nèi)翻式鏡，因此與前述實(shí)施例相比，系統(tǒng)可重復(fù)性可在某種程度上有所改進(jìn)，這是因?yàn)槿コ伺c內(nèi)翻式鏡相關(guān)聯(lián)的機(jī)械定位誤差。
圖38的實(shí)施例的串行測(cè)量過(guò)程的流程圖3900在圖39中給出。更具體而言，如步驟3902中所示，第一光譜區(qū)域的收集是通過(guò)打開(kāi)第一源快門S-1來(lái)允許的。然后在步驟3904中，通過(guò)打開(kāi)快門S-2來(lái)開(kāi)始第一光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)，在步驟3906中，通過(guò)關(guān)閉快門S-2停止第一光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。然后在步驟3908中，通過(guò)打開(kāi)快門S-3來(lái)開(kāi)始第一光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。此外在步驟3910中，通過(guò)關(guān)閉快門S-3停止第一光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。然后，在步驟3912中，計(jì)算第一光譜區(qū)域反射率光譜。接下來(lái)，在步驟3914中，通過(guò)關(guān)閉第一源快門S-1并打開(kāi)第二源快門S-4來(lái)允許第二光譜區(qū)域的收集。然后，在步驟3916中，通過(guò)打開(kāi)快門S-2來(lái)開(kāi)始第二光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)，在步驟3918中，通過(guò)關(guān)閉快門S-2停止第二光譜區(qū)域樣本通道數(shù)據(jù)獲取。此外在步驟3920中，通過(guò)打開(kāi)快門S-3來(lái)開(kāi)始第二光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。然后在步驟3922中，通過(guò)關(guān)閉快門S-3停止第二光譜區(qū)域參考通道數(shù)據(jù)獲取。接下來(lái)，在步驟3924中，計(jì)算第二光譜區(qū)域反射率光譜。然后，在步驟3926中，來(lái)自第一和第二光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)被接合在一起以獲得單個(gè)寬帶反射率光譜。
從而，如上所述，提供了寬帶系統(tǒng)，其可被優(yōu)化以便在第一光譜區(qū)域中操作并且能夠在至少一個(gè)其他光譜區(qū)域中具有良好性能。光學(xué)模塊中的公共輸送和收集光學(xué)器件使得能夠用類似的斑點(diǎn)屬性來(lái)收集不同的光譜區(qū)域。例如，可獲得用于從樣本進(jìn)行收集的類似的斑點(diǎn)尺寸。此外，在不同光譜區(qū)域之間，收集光斑的方位可以基本類似。此外，所描述的系統(tǒng)和技術(shù)允許了串行數(shù)據(jù)收集方法，通過(guò)該方法來(lái)自不同光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)被串行收集以避免漫射光復(fù)雜情況。系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成使得在收集來(lái)自第一光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)時(shí)不涉及移動(dòng)的光學(xué)元件(除了快門以外)。此外，系統(tǒng)可結(jié)合一個(gè)光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊提供了針對(duì)不同光譜區(qū)域而優(yōu)化的可選擇的源和檢測(cè)器。光學(xué)模塊還可提供了用于迅速為測(cè)得數(shù)據(jù)提供參考的機(jī)構(gòu)，以便確?？蓪?shí)現(xiàn)可重復(fù)性較高的結(jié)果。
因此上述寬帶系統(tǒng)和技術(shù)提供了一種度量方法，其允許在多個(gè)光譜范圍上精確收集來(lái)自樣本的光學(xué)度量數(shù)據(jù)。通過(guò)具有寬范圍波長(zhǎng)的光學(xué)數(shù)據(jù)，儀器用戶所采用的擬合算法可通過(guò)充分利用由兩個(gè)或多個(gè)光譜區(qū)域構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合所提供的更高級(jí)別的約束，來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的收斂和更精確的結(jié)果。
當(dāng)如上所述針對(duì)多個(gè)光譜區(qū)域收集光學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)可在計(jì)算機(jī)、處理器等中被組合以形成可被分析的連續(xù)數(shù)據(jù)集合?？梢园炊喾N方式來(lái)組合數(shù)據(jù)，理想情況下，在光譜區(qū)域連接處，來(lái)自每個(gè)分光計(jì)的數(shù)據(jù)將會(huì)匹配。例如，可選擇預(yù)定波長(zhǎng)以確定對(duì)于特定波長(zhǎng)將會(huì)用哪個(gè)分光計(jì)來(lái)收集數(shù)據(jù)。例如，對(duì)于190nm以下的波長(zhǎng)，將會(huì)只從VUV分光計(jì)取得數(shù)據(jù)，而對(duì)于大于190的波長(zhǎng)，可從DUV-NIR分光計(jì)取得數(shù)據(jù)。但是，如果在交叉點(diǎn)處來(lái)自每個(gè)分光計(jì)的結(jié)果不同的化，則這種方法可能導(dǎo)致波長(zhǎng)交叉點(diǎn)處收集到的數(shù)據(jù)的不連續(xù)。這種變化可能使得擬合算法和數(shù)據(jù)處理復(fù)雜化。在另一種方法中，從每個(gè)分光計(jì)收集數(shù)據(jù)的波長(zhǎng)在某個(gè)確定的范圍(例如20nm)中是交疊的。在該交疊區(qū)域中，每個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)可被計(jì)算成來(lái)自每個(gè)分光計(jì)的平均值。在另一種備選方案中，可應(yīng)用分級(jí)平均或最佳擬合算法來(lái)連接數(shù)據(jù)。也可利用任何其他適當(dāng)?shù)慕M合來(lái)自每個(gè)光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)的方法。
在考慮到本說(shuō)明書的情況下，對(duì)本發(fā)明的更多修改和備選實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)是顯而易見(jiàn)的。因此，本說(shuō)明書應(yīng)當(dāng)被解釋為只是說(shuō)明性的，并且是用來(lái)教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式的。應(yīng)當(dāng)理解，這里所示出和描述的本發(fā)明的形式應(yīng)當(dāng)被理解為目前優(yōu)選的實(shí)施例。等同元素可取代這里所示出和描述的那些，并且本發(fā)明的某些特征的使用可以獨(dú)立于其他特征的使用，這對(duì)于受益于本發(fā)明的此說(shuō)明書的本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種反射計(jì)裝置，包括光源，其被用于產(chǎn)生樣本通道光路；至少一個(gè)參考通道光路，該參考通道光路被配置為不遇到樣本；至少一個(gè)光學(xué)元件，其選擇性地啟用或禁用所述參考通道光路或所述樣本通道光路中的至少一個(gè)；以及多個(gè)反射計(jì)系統(tǒng)元件，其被所述樣本通道光路和所述參考通道光路兩者共享，其中所述參考通道光路被配置為收集可用來(lái)考慮系統(tǒng)或環(huán)境變化的數(shù)據(jù)，以調(diào)整通過(guò)使用所述反射計(jì)獲得的反射率數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用一個(gè)或多個(gè)光束分離器設(shè)備來(lái)確立的，以便分割來(lái)自所述光源的源光束，并且隨后重新組合所述分割的部分，以便它們被定向到公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中各個(gè)通道的選擇是通過(guò)使用可控孔隙來(lái)完成的。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述可控孔隙是光學(xué)快門。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)光束分離器設(shè)備是由遮掩整個(gè)光束直徑的部分透射性光束分離器、或遮掩整個(gè)光束直徑的某個(gè)部分的完全反射鏡構(gòu)成的。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路構(gòu)成干涉計(jì)的平衡臂。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述干涉計(jì)是Mach-Zehnder干涉計(jì)或Michelson干涉計(jì)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用兩個(gè)或更多個(gè)機(jī)動(dòng)的完全反射鏡形式的可控孔隙來(lái)確立的，以便引導(dǎo)來(lái)自所述光源的源光束全部通過(guò)所述樣本通道光路或所述參考通道光路，并且將所述樣本通道光路和所述參考通道光路引導(dǎo)到公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路具有接近相等的光路長(zhǎng)度，以便使由低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)中的吸光性物類產(chǎn)生的環(huán)境影響達(dá)到最低限度。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置充分緊湊，以便幫助集成到過(guò)程工具中，以便可有利地獲得在線測(cè)量、監(jiān)視和控制。
11.一種反射計(jì)，包括光源，其被用于產(chǎn)生樣本通道光路，該樣本通道光路被配置為遇到具有至少一個(gè)未知屬性的樣本；以及用于為所述反射計(jì)提供參考的裝置，以使得能夠調(diào)整從所述樣本獲得的反射率數(shù)據(jù)以便考慮到反射計(jì)校準(zhǔn)時(shí)間和獲得樣本反射率數(shù)據(jù)的時(shí)間之間的反射計(jì)或環(huán)境變化，其中所述用于提供參考的裝置包括參考通道光路。
12.如權(quán)利要求11所述的反射計(jì)，其中所述樣本通道光路和所述用于提供參考的裝置形成干涉計(jì)的平衡臂。
13.如權(quán)利要求13所述的反射計(jì)，其中所述干涉計(jì)是Mach-Zehnder干涉計(jì)或Michelson干涉計(jì)。
14.如權(quán)利要求11所述的反射計(jì)，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用一個(gè)或多個(gè)光束分離器設(shè)備來(lái)確立的，以便分割來(lái)自所述光源的源光束，并且隨后重新組合所述分割的部分，以便它們被定向到衍射元件和檢測(cè)器的公共部分。
15.如權(quán)利要求14所述的反射計(jì)，其中各個(gè)通道的選擇是通過(guò)使用可控孔隙來(lái)完成的。
16.如權(quán)利要求15所述的反射計(jì)，其中所述可控孔隙是光學(xué)快門。
17.如權(quán)利要求11所述的反射計(jì)，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用兩個(gè)或更多個(gè)機(jī)動(dòng)的完全反射鏡形式的可控孔隙來(lái)確立的，以便引導(dǎo)來(lái)自所述光源的源光束全部通過(guò)所述樣本通道光路或所述參考通道光路，并且將所述樣本通道光路和所述參考通道光路引導(dǎo)到公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
18.如權(quán)利要求11所述的反射計(jì)，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路具有接近相等的光路長(zhǎng)度，以便使由低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)中的吸光性物類產(chǎn)生的環(huán)境影響達(dá)到最低限度。
19.如權(quán)利要求18所述的反射計(jì)，還包括至少一個(gè)環(huán)境受控腔，所述樣本通道光路和所述參考通道光路至少部分是在所述一個(gè)環(huán)境受控腔中形成的。
20.如權(quán)利要求11所述的反射計(jì)，其中所述參考通道光路不遇到未知樣本或校準(zhǔn)樣本。
21.如權(quán)利要求11所述的反射計(jì)，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路共享公共的源、衍射光柵和檢測(cè)器。
22.一種獲得來(lái)自第一樣本的反射率數(shù)據(jù)的方法，包括提供樣本光學(xué)通道；提供參考光學(xué)通道，所述樣本光學(xué)通道和所述參考光學(xué)通道至少共享某些公共的光學(xué)元件，其中至少包括衍射光柵和檢測(cè)器的公共部分；利用所述參考光學(xué)通道來(lái)用所述檢測(cè)器獲得參考數(shù)據(jù)，所述參考數(shù)據(jù)指示獨(dú)立于所述樣本光學(xué)通道路徑中任何樣本的使用的系統(tǒng)或環(huán)境參數(shù)；以及通過(guò)利用與從所述第一樣本收集樣本反射率數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)來(lái)為從所述樣本光路獲得的反射率數(shù)據(jù)提供參考。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一樣本是未知樣本。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一樣本是校準(zhǔn)樣本。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述參考數(shù)據(jù)的收集在時(shí)間上與所述第一樣本反射率數(shù)據(jù)的收集相接近。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一樣本是未知樣本，并且其中對(duì)所述反射率數(shù)據(jù)的參考考慮到了校準(zhǔn)時(shí)間和獲得所述第一樣本反射率數(shù)據(jù)的時(shí)間之間的系統(tǒng)或環(huán)境變化。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一樣本是校準(zhǔn)樣本，所述方法還包括對(duì)未知樣本執(zhí)行反射率測(cè)量。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中與所述校準(zhǔn)樣本的反射率測(cè)量相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)的檢測(cè)在時(shí)間上與從所述樣準(zhǔn)樣本獲得反射率數(shù)據(jù)相接近。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括獲得與所述未知樣本相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)。
30.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一樣本是未知樣本，所述方法還包括對(duì)校準(zhǔn)樣本執(zhí)行反射率測(cè)量。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中與所述未知樣本的反射率測(cè)量相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)的檢測(cè)在時(shí)間上與從所述樣本獲得反射率數(shù)據(jù)相接近。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括獲得與所述校準(zhǔn)樣本相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)。
33.一種獲得來(lái)自未知樣本的反射率數(shù)據(jù)的方法，包括提供樣本光學(xué)通道；提供參考光學(xué)通道，所述樣本光學(xué)通道和所述參考光學(xué)通道至少共享某些公共的光學(xué)元件，其中至少包括衍射光柵和檢測(cè)器的公共部分；利用所述檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)來(lái)自校準(zhǔn)樣本的反射率數(shù)據(jù)；利用所述參考光學(xué)通道來(lái)用所述檢測(cè)器獲得第一參考數(shù)據(jù)，其獲得時(shí)間與所述校準(zhǔn)時(shí)間相接近，所述第一參考數(shù)據(jù)指示獨(dú)立于所述樣本光學(xué)通道路徑中任何樣本的使用的系統(tǒng)或環(huán)境參數(shù)；利用所述檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)自未知樣本的反射率數(shù)據(jù)；利用所述參考光學(xué)通道來(lái)用所述檢測(cè)器獲得第二參考數(shù)據(jù)，其獲得時(shí)間與所述未知樣本反射率數(shù)據(jù)的檢測(cè)時(shí)間相接近，所述第二參考數(shù)據(jù)指示獨(dú)立于所述樣本光學(xué)通道路徑中任何樣本的使用的系統(tǒng)或環(huán)境參數(shù)；以及通過(guò)利用所述第一參考數(shù)據(jù)和所述第二參考數(shù)據(jù)來(lái)為從所述未知樣本獲得的反射率數(shù)據(jù)提供參考。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述樣本光學(xué)通道和所述參考光學(xué)通道形成干涉計(jì)的平衡臂。
35.如權(quán)利要求34所述的反射計(jì)，其中所述干涉計(jì)是Mach-Zehnder干涉計(jì)或Michelson干涉計(jì)。
36.如權(quán)利要求33所述的反射計(jì)，其中所述樣本光學(xué)通道和所述參考光學(xué)通道是用一個(gè)或多個(gè)光束分離器設(shè)備來(lái)確立的，以便分割來(lái)自光源的源光束，并且隨后重新組合所述分割的部分，以便它們被定向到所述衍射光柵和所述檢測(cè)器的公共部分。
37.一種反射測(cè)量裝置，其在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)上操作，所述裝置包括光源，該光源提供包括等于或低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的源光束；樣本通道光路；參考通道光路；分光計(jì)，其在光從樣本反射之后接收來(lái)自所述樣本通道光路的光；以及檢測(cè)器，其接收從所述分光計(jì)的輸出透射的等于或低于DUV波長(zhǎng)的光波長(zhǎng)，其中所述參考通道光路被用于為所述反射計(jì)提供參考以便至少某些反射計(jì)系統(tǒng)特征的獲得時(shí)間與獲得來(lái)自所述樣本的反射系數(shù)數(shù)據(jù)的時(shí)間相接近。
38.如權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述提供參考使得能夠調(diào)整從所述樣本獲得的反射率數(shù)據(jù)，以便考慮到裝置校準(zhǔn)時(shí)間和獲得所述樣本反射率數(shù)據(jù)的時(shí)間之間的裝置或環(huán)境變化。
39.如權(quán)利要求37所述的裝置，還包括至少一個(gè)環(huán)境受控腔，所述樣本通道光路和所述參考通道光路至少部分被包括在所述環(huán)境受控腔中。
40.如權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述樣本通道光路被配置為遇到所述樣本，所述參考通道光路被配置為不遇到所述樣本，并且其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路可通過(guò)操縱一個(gè)或多個(gè)可控孔隙來(lái)選擇。
41.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路共享衍射光柵和檢測(cè)器的公共部分。
42.如權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用一個(gè)或多個(gè)光束分離器設(shè)備來(lái)確立的，以便分割所述源光束，并且隨后重新組合所述分割的部分，以便它們被定向到公共的衍射元件和檢測(cè)器。
43.如權(quán)利要求42所述的裝置，其中對(duì)所述樣本通道光路或所述參考通道光路的選擇是通過(guò)使用光學(xué)快門形式的可控孔隙來(lái)完成的。
44.如權(quán)利要求42所述的裝置，其中所述光束分離器設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)是遮掩整個(gè)光束直徑的部分透射性光束分離器、或遮掩整個(gè)光束直徑的某個(gè)部分的完全反射鏡。
45.如權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用兩個(gè)或更多個(gè)機(jī)動(dòng)的完全反射鏡形式的可控孔隙來(lái)確立的，以便引導(dǎo)所述源光束全部通過(guò)所述樣本通道光路或所述參考通道光路，并且將所述樣本通道光路和所述參考通道光路引導(dǎo)到公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
46.如權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路具有接近相等的光路長(zhǎng)度，以便使由吸收低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的吸光性物類產(chǎn)生的環(huán)境影響達(dá)到最低限度。
47.如權(quán)利要求46所述的裝置，其中所述樣本通道和所述參考通道構(gòu)成干涉計(jì)的平衡臂。
48.如權(quán)利要求47所述的裝置，其中所述干涉計(jì)是Mach-Zehnder干涉計(jì)或Michelson干涉計(jì)。
49.如權(quán)利要求37所述的裝置，該裝置還包括經(jīng)由至少一個(gè)耦合機(jī)構(gòu)連接的至少兩個(gè)環(huán)境受控腔。
50.如權(quán)利要求49所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用一個(gè)或多個(gè)光束分離器設(shè)備來(lái)確立的，以便分割所述源光束，并且隨后重新組合所述分割的部分，以便它們被定向到公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
51.如權(quán)利要求50所述的裝置，其中對(duì)所述樣本通道光路或所述參考通道光路之一的選擇是通過(guò)使用可控孔隙來(lái)完成的。
52.如權(quán)利要求50所述的裝置，其中所述光束分離器設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)是遮掩整個(gè)光束直徑的部分透射性光束分離器、或遮掩整個(gè)光束直徑的某個(gè)部分的完全反射鏡。
53.如權(quán)利要求49所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用兩個(gè)或更多個(gè)機(jī)動(dòng)的完全反射鏡形式的可控孔隙來(lái)確立的，以便引導(dǎo)所述源光束全部通過(guò)所述樣本通道光路或所述參考通道光路，以重新組合所述參考通道光路和所述樣本通道光路，以便兩個(gè)路徑都具有公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
54.如權(quán)利要求49所述的裝置，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路具有接近相等的光路長(zhǎng)度，以便使由吸收低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的物質(zhì)產(chǎn)生的環(huán)境影響達(dá)到最低限度。
55.如權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述樣本通道和所述參考通道構(gòu)成干涉計(jì)的平衡臂。
56.如權(quán)利要求55所述的裝置，其中所述干涉計(jì)是Mach-Zehnder干涉計(jì)或Michelson干涉計(jì)。
57.如權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述檢測(cè)器是陣列檢測(cè)器，其接收多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，以使得能夠?yàn)樗鰳颖镜亩S區(qū)域內(nèi)的多個(gè)部位同時(shí)獲得反射率數(shù)據(jù)。
58.如權(quán)利要求57所述的裝置，其中所述樣本通道光路被配置為遇到所述樣本，所述參考通道光路被配置為不遇到所述樣本，并且其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路可通過(guò)操縱一個(gè)或多個(gè)可控孔隙來(lái)選擇。
59.如權(quán)利要求58所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路共享公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
60.如權(quán)利要求58所述的裝置，其中所述樣本通道光路和所述參考通道光路是用一個(gè)或多個(gè)光束分離器設(shè)備來(lái)確立的，以便分割源光束，并且隨后重新組合所述分割的部分，以便它們被定向到公共的衍射元件和公共的檢測(cè)器。
61.如權(quán)利要求58所述的裝置，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路具有接近相等的光路長(zhǎng)度，以便使由吸收低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的物質(zhì)產(chǎn)生的環(huán)境影響達(dá)到最低限度。
62.如權(quán)利要求61所述的裝置，其中所述參考通道光路和所述樣本通道光路構(gòu)成干涉計(jì)的平衡臂。
63.如權(quán)利要求62所述的裝置，其中所述干涉計(jì)是Mach-Zehnder干涉計(jì)或Michelson干涉計(jì)。
64.如權(quán)利要求57所述的裝置，還包括至少一個(gè)是反射性光學(xué)器件的光學(xué)元件。
65.如權(quán)利要求64所述的裝置，其中所述至少一個(gè)光學(xué)元件是偏軸拋物面鏡。
66.如權(quán)利要求65所述的裝置，其中所述偏軸拋物面鏡經(jīng)歷了常規(guī)拋光，以去除其制造期間引入的菱形車削假象，以便改進(jìn)成像性能。
67.如權(quán)利要求65所述的裝置，其中所述偏軸拋物面鏡被設(shè)置為在偏離鏡的中心光線軸90°處操作。
68.如權(quán)利要求64所述的裝置，其中所述反射性光學(xué)器件被涂覆有寬帶反射性涂層，以提高低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的反射系數(shù)。
69.如權(quán)利要求68所述的裝置，其中所述寬帶VUV-UV反射性涂層包括鋁和MgF2。
70.如權(quán)利要求57所述的裝置，其中所述陣列檢測(cè)器是電荷耦合器件(CCD)。
71.如權(quán)利要求70所述的裝置，其中所述CCD具有背面稀疏、背面照射設(shè)計(jì)。
72.如權(quán)利要求57所述的裝置，其中所述分光計(jì)是按以下方式來(lái)設(shè)計(jì)的成像光譜儀其通過(guò)結(jié)合校正性光學(xué)器件來(lái)在大面積平面場(chǎng)中提供無(wú)散光成像。
73.如權(quán)利要求57所述的裝置，其中在所述源和所述分光計(jì)之間引入了光束調(diào)節(jié)模塊，用于修改所述源光束的空間或時(shí)間相干性、或用于修改所述源光束的光譜屬性。
74.如權(quán)利要求57所述的裝置，所述裝置充分緊湊，以便幫助集成到過(guò)程工具中，以便可有利地獲得在線測(cè)量、監(jiān)視和控制。
75.一種用于獲得來(lái)自二維樣本區(qū)域的反射率數(shù)據(jù)的光學(xué)反射計(jì)，該反射計(jì)包括光源，其提供光束；多個(gè)光學(xué)元件，其被配置為利用樣本通道光束路徑以引導(dǎo)所述光束去往二維樣本區(qū)域和來(lái)自所述二維樣本區(qū)域；至少一個(gè)參考通道光束路徑，所述參考通道光束路徑被配置為不遇到樣本；至少一個(gè)光學(xué)元件，其選擇性地啟用或禁用所述參考通道光束路徑或所述樣本通道光束路徑中的至少一個(gè)；分光計(jì)，其既在所述參考通道光束路徑中又在所述樣本通道光束路徑中，所述分光計(jì)在所述分光計(jì)的出口處提供多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)；以及陣列檢測(cè)器，其既在所述參考通道光束路徑中又在所述樣本通道光束路徑中，所述陣列檢測(cè)器接收多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)以使得能夠?yàn)樗龆S樣本區(qū)域內(nèi)的多個(gè)部位同時(shí)獲得反射率數(shù)據(jù)，其中所述參考通道光束路徑被配置為收集可被用來(lái)考慮系統(tǒng)或環(huán)境變化的數(shù)據(jù)，以調(diào)整通過(guò)使用所述反射計(jì)所獲得的反射率數(shù)據(jù)。
76.如權(quán)利要求75所述的反射計(jì)，其中所述光源提供低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)。
77.如權(quán)利要求76所述的反射計(jì)，其中所述參考通道光束路徑和所述樣本通道光束路徑具有接近相等的光路長(zhǎng)度，以便使由低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)中的吸光性物類產(chǎn)生的環(huán)境影響達(dá)到最低限度。
78.如權(quán)利要求77所述的反射計(jì)，還包括至少一個(gè)環(huán)境受控腔，其中形成所述樣本光束路徑和所述參考光束路徑。
79.如權(quán)利要求78所述的反射計(jì)，還包括多個(gè)環(huán)境受控腔，至少一個(gè)腔是樣本腔。
80.如權(quán)利要求75所述的反射計(jì)，所述參考通道光束路徑使得能夠調(diào)整從所述樣本獲得的反射率數(shù)據(jù)，以便考慮到反射計(jì)校準(zhǔn)時(shí)間和獲得所述樣本反射率數(shù)據(jù)的時(shí)間之間的反射計(jì)或環(huán)境變化。
81.一種利用反射計(jì)分析樣本的反射率特性的方法，該方法包括提供至少一個(gè)光束；通過(guò)利用樣本光學(xué)通道將所述光束引導(dǎo)到樣本的二維樣本區(qū)域上；在所述光束被所述樣本反射之后，在成像分光計(jì)內(nèi)接收所述光束的至少一部分；在所述分光計(jì)的出射平面處提供多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)；利用二維陣列檢測(cè)器接收所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，以便允許為所述樣本的二維區(qū)域內(nèi)的多個(gè)部位同時(shí)獲得反射率數(shù)據(jù)；提供參考光學(xué)通道，所述樣本光學(xué)通道和所述參考光學(xué)通道至少共享某些公共的光學(xué)元件；利用所述參考光學(xué)通道來(lái)用所述檢測(cè)器獲得參考數(shù)據(jù)，所述參考數(shù)據(jù)指示獨(dú)立于所述樣本光學(xué)通道路徑中任何樣本的使用的系統(tǒng)或環(huán)境參數(shù)；以及通過(guò)利用與從所述樣本收集樣本反射率數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)為從所述樣本光路獲得的反射率數(shù)據(jù)提供參考。
82.如權(quán)利要求81所述的方法，其中所述參考通道光束路徑使得能夠調(diào)整樣本反射率數(shù)據(jù)，以便考慮到反射計(jì)校準(zhǔn)時(shí)間和獲得所述樣本反射率數(shù)據(jù)的時(shí)間之間的反射計(jì)或環(huán)境變化。
83.如權(quán)利要求82所述的方法，還包括利用照相機(jī)執(zhí)行圖案識(shí)別，以便從所述樣本的所需二維區(qū)域獲得反射率數(shù)據(jù)。
84.如權(quán)利要求81所述的方法，其中被所述陣列檢測(cè)器分辨的反射率數(shù)據(jù)包括低于DUV波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。
85.如權(quán)利要求84所述的方法，其中被所述陣列檢測(cè)器分辨的反射率數(shù)據(jù)包括小于約140nm的波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。
86.如權(quán)利要求81所述的方法，還包括在至少一個(gè)環(huán)境受控腔中透射所述光束；以及控制所述至少一個(gè)環(huán)境受控腔中的環(huán)境以允許低于DUV光的波長(zhǎng)的透射。
87.如權(quán)利要求86所述的方法，其中所述至少一個(gè)環(huán)境受控腔是樣本腔。
88.如權(quán)利要求87所述的方法，其中所述光束是通過(guò)多個(gè)環(huán)境受控腔透射的。
89.一種分析由形成在襯底上的多個(gè)薄膜構(gòu)成的樣本的方法，該方法包括提供形成在所述襯底上的至少第一和第二薄膜的預(yù)期配置；至少部分基于所述預(yù)期配置確定最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定的所述第一薄膜的至少一個(gè)光學(xué)屬性和不是最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定的所述第二薄膜的至少一個(gè)光學(xué)屬性；在包括至少多個(gè)低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)在內(nèi)的波長(zhǎng)范圍上記錄所述樣本的光學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)集合；以及通過(guò)基于對(duì)最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定的所述第一薄膜的至少一個(gè)光學(xué)屬性的確定和對(duì)不是最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定的所述第二薄膜的至少一個(gè)光學(xué)屬性的確定，對(duì)所記錄的光學(xué)屬性數(shù)據(jù)集合加權(quán)，來(lái)表征所述第一薄膜的至少一個(gè)屬性。
90.一種分析由形成在襯底上的至少一個(gè)薄膜構(gòu)成的微型器件的方法，該方法包括提供所述至少一個(gè)薄膜的預(yù)期配置；至少部分基于所述預(yù)期配置確定最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定至少一個(gè)器件光學(xué)屬性；利用反射計(jì)記錄在包括至少多個(gè)低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)在內(nèi)的波長(zhǎng)范圍上的所述器件的光學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)集合；以及通過(guò)基于對(duì)最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定的所述至少一個(gè)器件光學(xué)屬性的確定，對(duì)所記錄的光學(xué)屬性數(shù)據(jù)集合加權(quán)，來(lái)表征所述器件的至少一個(gè)物理屬性。
91.一種用于分析由形成在襯底上的至少一個(gè)薄膜構(gòu)成的襯底的裝置，該裝置包括光源，其提供至少具有低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的源光束；至少一個(gè)環(huán)境受控腔，光束在其中傳播，所述腔被充分控制以允許低于DUV光的波長(zhǎng)的透射；樣本通道光路，其被配置為遇到所述襯底；參考通道光路，其被配置為提供不遇到所述襯底的路徑，其中所述參考通道光路被配置為收集可用來(lái)考慮到系統(tǒng)或環(huán)境變化的數(shù)據(jù)，以調(diào)整通過(guò)使用所述反射計(jì)所獲得的反射率數(shù)據(jù)；分光計(jì)，其接收所述源光束的至少一部分，所述分光計(jì)在所述分光計(jì)的出射平面處提供多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)包括低于DUV波長(zhǎng)的光波長(zhǎng)；陣列檢測(cè)器，其接收所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，所述陣列檢測(cè)器為所述襯底的二維區(qū)域內(nèi)的多個(gè)部位同時(shí)獲得低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)反射率數(shù)據(jù)；以及數(shù)據(jù)處理器，其耦合到所述陣列檢測(cè)器，以檢測(cè)所述襯底反射率數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理器被配置為接收與所述至少一個(gè)薄膜的預(yù)期配置相關(guān)的數(shù)據(jù)，至少部分基于所述預(yù)期配置確定最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定的至少一個(gè)薄膜光學(xué)屬性，在包括至少多個(gè)低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)在內(nèi)的波長(zhǎng)范圍上記錄所述襯底的光學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)集合；以及通過(guò)基于對(duì)最主要在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中限定的所述至少一個(gè)光學(xué)屬性的確定，對(duì)所記錄的光學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)集合加權(quán)，來(lái)表征所述第一薄膜的至少一個(gè)物理屬性。
92.一種反射計(jì)，其在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)上操作，所述反射計(jì)包括光源，其產(chǎn)生包括低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光，所述光被用于在所述反射計(jì)中產(chǎn)生至少一個(gè)光束；至少一個(gè)環(huán)境受控腔，光束在其中傳播，所述腔被充分控制以允許低于DUV光的波長(zhǎng)的透射；分光計(jì)，其接收所述光束的至少一部分，所述分光計(jì)在所述分光計(jì)的出射平面處提供多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)包括低于DUV波長(zhǎng)的光波長(zhǎng)；以及陣列檢測(cè)器，其接收所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，所述陣列檢測(cè)器檢測(cè)低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)。
93.一種反射計(jì)，其在低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)上操作，所述反射計(jì)包括光源，其產(chǎn)生包括低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光，所述光被用于在所述反射計(jì)中產(chǎn)生至少一個(gè)光束；多個(gè)環(huán)境受控腔，光束在其中傳播，所述腔被充分控制以允許低于DUV光的波長(zhǎng)的透射，所述腔中的至少一個(gè)腔是樣本腔，其被配置為支撐樣本，希望從該樣本收集反射率數(shù)據(jù)；分光計(jì)，其接收所述光束的至少一部分并提供所述光束的至少一部分作為分光計(jì)輸出；以及檢測(cè)器，其接收所述分光計(jì)輸出，所述檢測(cè)器檢測(cè)等于或低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)。
94.一種利用反射計(jì)收集來(lái)自樣本的反射率數(shù)據(jù)的方法，包括收集低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)，所述方法包括產(chǎn)生低于DUV波長(zhǎng)的光波長(zhǎng)，所述光被用于在所述反射計(jì)中產(chǎn)生至少一個(gè)光束；在至少一個(gè)環(huán)境受控腔中透射所述光束；控制所述至少一個(gè)環(huán)境受控腔中的環(huán)境以允許低于DUV光的波長(zhǎng)的透射；將所述光束引導(dǎo)到樣本上；在所述光束被所述樣本反射之后在分光計(jì)內(nèi)接收所述光束的至少一部分；在所述分光計(jì)的出射平面處提供多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)包括低于DUV波長(zhǎng)的光波長(zhǎng)；以及利用陣列檢測(cè)器來(lái)接收所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，所述陣列檢測(cè)器檢測(cè)低于DUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，以便收集低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的樣本反射率數(shù)據(jù)。
95.一種用于獲得來(lái)自二維樣本區(qū)域的反射率數(shù)據(jù)的光學(xué)反射計(jì)，該反射計(jì)包括光源，其提供光束；多個(gè)光學(xué)元件，其被配置為引導(dǎo)所述光束去往和來(lái)自二維樣本區(qū)域；分光計(jì)，其接收所述光束，所述分光計(jì)在所述分光計(jì)的出射平面處提供多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)；以及陣列檢測(cè)器，其接收所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，以使得能夠?yàn)樗龆S樣本區(qū)域內(nèi)的多個(gè)部位同時(shí)獲得反射率數(shù)據(jù)。
96.一種利用反射計(jì)分析樣本的反射率特性的方法，該方法包括提供至少一個(gè)光束；將所述光束引導(dǎo)到樣本的二維區(qū)域上；在所述光束被所述樣本反射之后，在成像分光計(jì)內(nèi)接收所述光束的至少一部分；在所述分光計(jì)的出射平面處提供多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)；以及利用二維陣列檢測(cè)器來(lái)接收所述多個(gè)空間上分離的光波長(zhǎng)，以便允許為所述樣本的二維區(qū)域內(nèi)的多個(gè)部位同時(shí)獲得反射率數(shù)據(jù)。
97.一種寬帶反射計(jì)裝置，包括第一光源，其在第一光譜區(qū)域中操作；第二光源，其在第二光譜區(qū)域中操作，所述第一和第二光譜區(qū)域至少部分不同；以及與所述第一光源和所述第二光源一起使用的公共光學(xué)模塊，所述光學(xué)模塊包括輸送和收集光學(xué)器件，以幫助在所述第一光源和所述第二光源之間進(jìn)行選擇，并且?guī)椭谒龅谝还庾V區(qū)域和所述第二光譜區(qū)域中進(jìn)行測(cè)量，以便每個(gè)光譜區(qū)域的樣本斑點(diǎn)具有至少一個(gè)類似的斑點(diǎn)屬性，其中所述第一光源、所述第二光源和所述公共光學(xué)模塊被配置為采用串行數(shù)據(jù)收集方法，以便從所述第一光譜區(qū)域和所述第二光譜區(qū)域順序地收集的數(shù)據(jù)可被連接在一起，以產(chǎn)生由所述第一光譜區(qū)域和所述第二光譜區(qū)域兩者的至少某些部分構(gòu)成的寬帶光譜區(qū)域的反射率數(shù)據(jù)。
98.一種寬帶反射計(jì)裝置，包括光學(xué)模塊，被配置為在具有第一光譜區(qū)域的光和具有第二光譜區(qū)域的光之間進(jìn)行選擇，所述光學(xué)模塊包括至少某些公共的輸送和收集光學(xué)器件，以幫助在所述第一光譜區(qū)域和所述第二光譜區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，以便每個(gè)光譜區(qū)域的樣本上的樣本斑點(diǎn)至少具有一個(gè)類似的斑點(diǎn)屬性；以及至少一個(gè)參考通道光路，所述參考通道光路被配置為獨(dú)立于所述樣本；其中所述寬帶反射計(jì)裝置針對(duì)在所述第一光譜區(qū)域中的操作而優(yōu)化，而同時(shí)仍至少能夠收集所述第二光譜區(qū)域中的數(shù)據(jù)。
99.一種寬帶反射計(jì)裝置，包括第一光源，其在第一光譜區(qū)域中操作；第二光源，其在第二光譜區(qū)域中操作，所述第一和第二光譜區(qū)域至少部分不同；以及與所述第一光源和所述第二光源一起使用的公共光學(xué)模塊，所述光學(xué)模塊包括輸送和收集光學(xué)器件，以幫助在所述第一光源和所述第二光源之間進(jìn)行選擇，并且?guī)椭谒龅谝还庾V區(qū)域和所述第二光譜區(qū)域中進(jìn)行測(cè)量，以便每個(gè)光譜區(qū)域的樣本上的樣本斑點(diǎn)具有類似的方位。
100.一種寬帶反射計(jì)裝置，其針對(duì)在VUV區(qū)域中操作而被優(yōu)化，并且至少能夠在DUV區(qū)域中操作，該反射計(jì)裝置包括單個(gè)光學(xué)模塊，其被配置為在VUV光源和DUV光源之間以及VUV分光計(jì)和DUV分光計(jì)之間進(jìn)行選擇，所述單個(gè)光學(xué)模塊包括至少某些公共的輸送和收集光學(xué)器件，有助于以至少一個(gè)類似的斑點(diǎn)屬性在每個(gè)光譜區(qū)域中進(jìn)行測(cè)量；至少一個(gè)樣本通道光路；至少一個(gè)參考通道光路；以及環(huán)境受控腔，其包圍所述單個(gè)光學(xué)模塊的至少一部分，其中所述VUV光源、所述DUV光源和所述單個(gè)光學(xué)模塊被配置為采用串行數(shù)據(jù)收集方法，以便從VUV光譜區(qū)域和DUV光譜區(qū)域順序地收集的數(shù)據(jù)可被連接在一起，以產(chǎn)生由所述VUV光譜區(qū)域和所述DUV光譜區(qū)域兩者的至少某些部分構(gòu)成的寬帶光譜區(qū)域的反射率數(shù)據(jù)。
101.一種利用反射計(jì)收集來(lái)自樣本的反射率數(shù)據(jù)的方法，包括收集低于深紫外(DUV)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)，該方法包括產(chǎn)生低于DUV波長(zhǎng)的第一光波長(zhǎng)，所述第一光波長(zhǎng)被用于在所述反射計(jì)中產(chǎn)生第一光束；在至少一個(gè)環(huán)境受控腔中透射所述第一光束；控制所述至少一個(gè)環(huán)境受控腔內(nèi)的環(huán)境，以允許低于DUV光的波長(zhǎng)的透射；將所述第一光束引導(dǎo)到樣本上；在所述第一光束已被所述樣本反射之后，在第一分光計(jì)內(nèi)接收所述第一光束的至少一部分；產(chǎn)生高于VUV波長(zhǎng)的第二光波長(zhǎng)，所述第二光波長(zhǎng)被用于在所述反射計(jì)中產(chǎn)生第二光束；以及將所述第二光束引導(dǎo)到樣本上，以提供高于VUV波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)，其中所述第一光束和所述第二光束是用至少某些公共的光學(xué)元件以順序方式形成的。
102.一種在寬帶光譜范圍上獲得來(lái)自第一樣本的反射率數(shù)據(jù)的方法，包括產(chǎn)生第一光譜范圍中的第一光波長(zhǎng)，所述第一光波長(zhǎng)被用于在所述反射計(jì)中產(chǎn)生第一光束；將所述第一光束引導(dǎo)到樣本上；在所述第一光束已被所述樣本反射之后，在第一分光計(jì)內(nèi)接收所述第一光束的至少一部分；產(chǎn)生第二光譜范圍中的第二光波長(zhǎng)，所述第二光譜范圍與所述第一光譜范圍不同；所述第二光波長(zhǎng)被用于在所述反射計(jì)中產(chǎn)生第二光束；以及將所述第二光束引導(dǎo)到樣本上，以提供所述第二光譜范圍中的波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)，提供樣本光學(xué)通道；提供參考光學(xué)通道，所述樣本光學(xué)通道和所述參考光學(xué)通道至少共享某些公共的光學(xué)元件；以及利用所述參考光學(xué)通道來(lái)獲得所述第一光譜范圍或所述第二光譜范圍中的至少一個(gè)中的參考數(shù)據(jù)，所述參考數(shù)據(jù)指示獨(dú)立于所述樣本光學(xué)通道中任何樣本的使用的系統(tǒng)或環(huán)境參數(shù)。
全文摘要
提供了在真空紫外光譜中操作的光譜學(xué)系統(tǒng)(500)。更具體而言，提供了在真空紫外光譜中使用反射法技術(shù)的系統(tǒng)，以用于度量應(yīng)用中。為了確保精確且可重復(fù)的測(cè)量，光路(506、508)的環(huán)境受到控制，以限制可能存在于光路中的氣體的吸光作用。為了考慮到仍可能發(fā)生的吸光作用，光路的長(zhǎng)度被最小化。為了進(jìn)一步考慮到吸光作用，可以使反射率數(shù)據(jù)參考相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G01N21/55GK1856702SQ200480027513
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
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