[发明专利]用于光谱椭圆偏光仪或反射计的透镜设计

说明书

一种透镜系统包含弯曲主镜及非球面副镜。所述非球面副镜具有小于所述主镜的直径的直径，并与所述主镜共享光轴。所述非球面副镜及所述主镜相对于所述光轴旋转地对称。在所述非球面副镜上安置支撑构件，所述支撑构件可在所述透镜系统的操作波长内是透明的。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张于2017年10月11日申请且指派的第62/571,106号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述美国申请案的揭示内容特此以引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及透镜系统。

背景技术

半导体制造产业的发展对良率管理及特定来说计量及检验系统的需求越来越大。临界尺寸继续缩减，但产业需要减少实现高良率、高值生产的时间。最小化从检测良率问题到解决所述问题的总时间确定半导体制造商的投资报酬率。

制造半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常包含使用大量制造工艺来处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征及多个层级。例如，光刻是涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的光致抗蚀剂的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上的布置中制造多个半导体装置，且接着将其分离成个别半导体装置。

在半导体制造期间可使用计量以进行例如半导体晶片或光罩的各种测量。计量工具可用于测量与各种半导体制造工艺相关联的结构及材料特性。例如，计量工具可测量材料组分或可测量结构及膜的尺寸特性(例如膜厚度、结构的临界尺寸(CD)或叠加)。这些测量用于在半导体裸片的制造期间促进工艺控制及/或良率效率。

随着半导体装置模式尺寸继续收缩，通常需要更小计量目标。此外，对测量准确度的需求及与实际装置特性匹配增加对装置类目标以及裸片中及甚至装置上测量的需求。已提出各种计量实施方案以实现所述目标。例如，已提出基于主要反射光学器件的聚焦束椭圆偏光测量术。可使用变迹器来减轻光学衍射的效果，从而导致照明点的扩展超过由几何光学器件界定的尺寸。使用具有同时多个入射角照明的高数值孔径工具是实现小目标能力的另一方式。

其它测量实例可包含测量半导体堆叠的一或多个层的组分，测量晶片上(或内)的某些缺陷，及测量暴露到晶片的光刻辐射的量。在一些情况中，计量工具及算法可经配置用于测量非周期性目标。

图1是展示示范性椭圆偏光仪的集光透镜及聚焦透镜配置的示意图。图1的设计具有高像差量。点可需要尽可能小，但像差增加聚焦点的尺寸。

图1说明离轴设计。离轴设计消除系统中的对称性。对称性系统趋于更容易校准，及对称性允许可进行更快计算的假定。离轴设计具有高于相同数值孔径(NA)的轴上设计的入射角(AOI)。当光以非法向入射反射时，其改变偏振。使光学器件改变光的偏振状态可为一个问题，因为图1的系统用于测量偏振。

图2展示偏振如何随着入射角的改变而改变。改变的振幅随着波长改变，但基本功能形式是二次的。换句话来说，如果AOI减少2倍，那么偏振改变将减少4倍。

除了入射角之外，透镜及镜还可影响偏振。不同光线可具有不同偏振移位，此可使校准具有挑战性。校准可降低工具的准确度及/或精度，而更准确偏振可提供更好的测量。

史瓦西(Schwarzschild)透镜是具有两个球面镜的物镜。图3中说明具有光线轨迹的实例。对于相同NA，最大入射角小于图1的设计。鉴于偏振移位相对于AOI的二次性质，此是对图1的改进。史瓦西透镜旋转地对称的。由于旋转对称性，使用史瓦西设计的模拟及分析需要较少计算时间，且校准更简单。

然而，史瓦西透镜具有限制性。中心遮蔽及腿部将阻挡通过透镜的约25％的光。相对于图1的设计，中心遮蔽及腿部还导致额外衍射。此增加给定NA的点尺寸。中心遮蔽及腿部对环绕能量的效果如图4中所示。