[发明专利]用于计量光束稳定的系统及方法

说明书

本发明描述用于测量样品同时通过旋转偏光器元件来主动稳定经受偏光变化的光学测量光束的方法及系统。通过基于聚焦测量光束点的测量而主动控制光束路径中的光学元件的位置来补偿由旋转偏光器元件诱发的所述聚焦测量光束点的移动。可采用反馈及前馈两种控制方案来减小光束位置误差。在一个方面中，测量系统包含照明光束路径、收集光束路径或照明光束路径及收集光束路径两者中的旋转光学偏光器、光束位置传感器及主动光束补偿元件。由所述光束位置传感器检测光束位置误差，且将控制命令传送到所述主动光束补偿元件以减小测得的光束位置误差。

技术领域

所描述的实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，所描述的实施例涉及用于改进测量分辨率及较小测量框大小的方法及系统。

背景技术

通常，通过施加于样品的一系列处理步骤来制造例如逻辑及存储器装置的半导体装置。通过这些处理步骤来形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如，其中的光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制造工艺。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。多个半导体装置可制造于单个半导体晶片上且接着分离成个别半导体装置。

执行上文所描述的光刻工艺以选择性地移除覆盖晶片的表面的抗蚀剂材料的部分，借此暴露抗蚀剂形成于其上的样品的下伏区域以用于例如蚀刻、材料沉积、植入及其类似者的选择性处理。因此，在许多例子中，光刻工艺的性能主要确定形成于样品上的结构的特性(例如尺寸)。因此，光刻的趋势是设计能够形成具有越来越小尺寸的图案的系统及组件(例如抗蚀剂材料)。

在半导体制造工艺期间的各种步骤中使用基于光学计量的检验过程来检测晶片上的缺陷以促成较高良率。光学计量技术提供无样本损坏风险的高生产率。已描述包含反射测量、椭偏测量及散射测量实施方案及相关联的分析算法的基于光学计量的许多技术来特性化装置几何形状。然而，维持小测量框大小仍为挑战。小测量框大小在半导体在线产品计量中是尤其重要的，其中可用于计量目标的面积是极小的。测量框大小是指样品上的最小面积，其中测量结果稳定且不受光学计量的边缘效应(例如归因于光学衍射翼)影响。因此，测量框大小越小，计量目标所需的面积越小。在半导体行业中，当分配给计量目标的晶片空间受限制(通常，在切割线内或甚至在裸片内)时，所要框大小规格通常会非常有挑战，例如30μm×30μm、10μm×10μm或甚至更小。

为缩小测量框大小的大小，必须最小化产生于包围测量目标的区域且到达检测器的信号信息量。为最小化非所要信号干扰，必须在测量目标区域的外溢最小的情况下将照明光投射到测量目标上。

必须控制衍射、像差、图像质量及其它限制效应以实现较小照明点大小。不管经设计以控制测量框大小的现有方法如何，在全测量范围内实现小测量框大小规格是非常有挑战的。

基于光学的许多测量系统采用旋转偏光器元件来操纵提供到样品的照明光、从样品收集的光或两者的偏光。在实际系统中，偏光光学器件的输入及输出面不完全平行。此失准通常称为楔形。另外，用于约束偏光光学器件的旋转运动的机械轴承具有有限同心度及偏转误差。这引起偏光光学器件围绕穿过偏光光学器件的光束的光轴摇晃。楔形误差及旋转轴承误差改变光束相对于系统中的其它光学元件的光学路径。这本身表现为光学路径中的各种关键位置处的光束定位误差。例如，就光谱椭偏仪系统来说，当旋转偏光元件时，楔形误差及旋转轴承误差引起光束与偏光器狭缝、受测量样品及光谱仪狭缝失准。当测量点在偏光元件的旋转期间移动时，测量精确度、准确度及多个工具之间的匹配变差。

为试图缓解这些问题，已考虑各种解决方案。在一些实例中，制造具有非常小楔形公差的偏光光学器件。然而，尤其在合理成本内，可实现的楔形误差公差存在实际制造限制。另外，即使可制造具有零楔形误差的偏光器元件，但环境条件(例如温度)的变化引起楔角改变，从而导致测量点在偏光器元件的旋转期间移动。