[发明专利]散射计量装置及其计量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体形貌测量领域，特别涉及散射计量装置及其计量方法。

背景技术

散射计量提供了一种非接触式、无损伤、快速、高精度、低成本的半导体形貌参数测量手段，并逐渐成为先进工艺控制(APC)的重要环节，有力地支撑了32nm及以下技术节点的进一步发展。

散射计量的测量对象具有一定周期性结构，如光刻胶密集线、孔阵列等。测量原理为：将一束测量光投射到被测对象上，测量其散射/反射光的特征，该特征可以是反射光强随入射角度或波长变化的谱线，以及其他可以反映被测对象结构的散射光测量。对象结构指形貌特征，典型的可以是Height(高度)、Top-CD(顶部CD)、Bottom-CD(底部CD)、Mid-CD(腰部CD)、SWA(侧壁陡度)、Corner-Roundness(转角圆化)、Under-Cut(底切)等参数。测得散射光特征后，利用模型算法计算已知结构的散射光特征，模型算法可以是严格耦合波理论(RCWA)、有限时域差分(FDTD)、有限元法(FEM)等，将计算结果与测量结果做匹配，找到最相近的结果即认为是被测对象的结构。这是一个逆向求解的过程，测得的有效散射光特征越多，精度越高，则求解精度越高，速度越快。传统的获取散射光特征的装置主要分两种：光谱型散射仪和角分辨型散射仪。

光谱型散射仪一般基于反射仪、椭偏仪等光谱测量设备，测量的是散射光强、偏振参量等随波长的变化谱线。光谱型散射仪测量时入射光角度固定，一次只能测得一个入射角方向的散射光特征。然而，对于不同膜系结构的被测对象，其测量灵敏度最优的测量角度是不同的，因此，需改变入射角以进行最优化的测量配置。光谱型散射仪需通过机械方式改变入射光角度以测得不同入射角的散射光谱，这时，测量精度会受机械定位精度的影响，测量速度也会降低。

角分辨型散射仪测量散射光强(或其他可测量)随角度的变化谱线，即可测得散射光随入射角和方位角变化的二维谱线。由于现有的探测器最多只能测得两维信息，若想通过角分辨型散射仪测得散射光的光谱信息，则只能通过依次测量不同波长的方式进行，因而制约了测量速度。

一般而言，对于某一种被测对象膜系结构，在光谱型测量方案和角分辨测量方案中均可找个一个相对最优的测量条件范围，即一定的入射光波长范围和入射角范围。在该范围内测得的信号的灵敏度最优。因此，希望可以找到一种测量装置和方法可以同时兼有频谱型和角分辨型测量方案的优势，最大限度地提高散射光信号的灵敏度和散射光特征的数量，提高测量的精度，同时不牺牲测量速度。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有散射测量测量精度和测量灵敏度不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种散射计量装置，包括：

光源系统，发出一组线形排列的平行入射光；

投射系统，将所述平行入射光的每一束光以不同的入射角入射到被测对象形成测量光斑，所述测量光斑经过被测对象反射后通过所述投射系统形成一组线形排列的平行测量光；

分光单元，将所述平行测量光沿与其线性排列方向成一夹角的方向分离波长，形成二维散射光谱，其中，所述二维散射光谱中的一维显示光谱特征，另一维显示角分辨特征；

二维阵列探测器，接收所述二维散射光谱。

进一步，所述光源系统包括光源和光源整形系统，所述光源产生二维面形光，所述二维面形光通过光源整形系统形成所述平行入射光。

优选的，所述光源为宽光谱光源。

优选的，所述光源为白光或者多个分立谱线组成的复合光源。

进一步，所述光源整形系统包括光纤簇和光源整形器。

优选的，所述光纤簇的入射面为二维面形，出射面为一维线形。

优选的，所述光纤簇的入射面为三维面形，出射面为一维线形，所述光纤簇的每一束光纤的入射面与所述三维面形相切。

进一步，所述光源整形器为凹透镜阵列或者自聚焦系统。

进一步，所述分光单元为光栅或者棱镜。

进一步，还包括起偏器和检偏器，所述起偏器位于所述光源系统和所述投射系统之间，将所述平行入射光分为TE模偏振光和TM模的偏振光，所述检偏器位于所述投射系统和所述分光单元之间，用于对所述平行测量光进行检偏。

进一步，在所述起偏器和所述投射系统之间设置有补偿器。

进一步，所述投射系统包括第一透镜和第二透镜，所述平行入射光通过所述第一透镜将所述平行入射光的每一束光以不同的入射角入射到被测对象，所述测量光斑经过被测对象反射后通过所述第二透镜形成所述平行测量光。