[发明专利]具有改进的光斑大小能力的单波长椭圆偏振测量法

说明书

本文中呈现用于执行具有减小的测量光斑大小的单波长椭圆偏振测量法SWE测量的方法及系统。在一方面中，光瞳光阑位于集光光学路径中的光瞳平面处或所述光瞳平面附近以降低对目标边缘衍射效应的敏感度。在另一方面中，场光阑位于与所述集光光学路径中的晶片平面共轭的图像平面处或所述图像平面附近以降低对非所要光学‑结构相互作用的敏感度。在另一方面中，作用于所述SWE系统的输入光束的线性偏光器包含薄的、基于纳米粒子的偏光器元件。所述基于纳米粒子的偏光器元件改进照明光束质量且减少所述晶片平面上的像散。所述光瞳光阑及所述场光阑在非期望的光线到达检测器之前滤除所述光线。结果，测量光斑大小减小且用于小测量目标的工具间匹配性能大大增强。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案根据35 U.S.C.§119规定主张2016年1月22日申请的标题为“单波长椭圆偏振测量法中的改进的光斑大小能力的方法(Methods of Improved Spot SizeCapability in Single Wavelength Ellipsometry)”的第62/286,279号美国临时专利申请案的优先权，所述专利申请案的标的物的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

所述实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，所述实施例涉及用于半导体结构的改进测量的方法及系统。

背景技术

半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常通过应用到样品的一系列处理步骤来制造。半导体装置的各种特征及多个结构层级通过这些处理步骤形成。例如，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。半导体制造工艺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造多个半导体装置且接着将其分离成个别半导体装置。

计量过程用于半导体制造工艺期间的各种步骤以检测晶片上的缺陷以促成更高良率。光学计量技术提供高处理能力的可能性且无样品破坏的风险。数种基于光学计量的技术(包含散射测量法及反射测量法实施方案及相关联分析算法)常用于特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物、覆盖及其它参数。

半导体装置的特征大小持续减少、几何复杂性增加且材料组成更多样化对依赖工艺开发及工艺监测的光学计量系统带来难以满足的要求。为实现装置性能要求，在半导体装置制造过程期间必须精确控制在硅晶片上形成的薄膜(例如，氧化物层、氮化物层、金属层等等)的厚度及组合物。

常采用基于单波长椭圆偏振测量法(SWE)的测量技术及系统来测量薄膜特性。SWE系统利用基于模型的测量技术来基于从所测量结构反射的光的偏光性质而确定膜结构的物理性质。示范性计量系统及技术详细地描述于2004年5月11日发布的第6,734,968号美国专利案、2006年2月28日发布的第7,006,222号美国专利案及2007年8月7日发布的第7,253,901号美国专利案中，所有所述专利案都转让给科磊公司(KLA-Tencor Corporation)，所述专利案中的每一者的全部内容以引用的方式并入本文中。

在许多高级膜测量应用中，SWE系统由于其极佳测量可重复性及光学稳定性而受到偏好。单波长偏光光源传输恒定的光输出及极佳的波长稳定性。在相同或不同制造设施中的多个工具中，SWE系统展现极佳工具间匹配性能。此实现跨多个SWE系统共享椭圆偏振测量法模型、测量配方及光学常数。

然而，SWE系统所采用的光源展现较大相干长度，例如数十米的数量级。此将导致测量信号中出现显著相干假象，其可对系统性能有害。基于相干的假象出现在许多不同情况中。在一个实例中，从计量目标的边缘衍射的光导致从计量目标的边界内侧反射的光与从计量目标外侧反射的光之间的沿传播路径的干涉。在另一个实例中，归因于来自光学元件的表面的偶数反射之间的干涉而出现鬼影。在另一个实例中，所测量的数据由于来自光学表面粗糙度及涂层的散射效应、微粒污染物、黑色表面处理及与光机械结构的其它光相互作用而受到污染。