[发明专利]光学测量

说明书

本发明涉及光学测量，特别涉及但并不仅仅涉及椭圆率测量和轮廓或外形测量。

已经提出过各种用于外形测量的光学系统，例如测量硅片上覆盖的金属痕迹的厚度。

由于光学方法的非接触性和无损性，所以它们是非常有吸引力的方法。此外，该方法比接触性方法有更宽的带宽。特别是干涉方法具有测量亚纳米范围内(在1MHz带宽内)微小高度变化的潜力。在使用这些系统测量小的外形变化时最主要的问题在于，样品材料中的材料变化可导致光的相移，该相移掩盖了因外形造成的变化。获得精密测量的另一困难在于这样的问题，即使较小的外部振动(颤噪效应)都能够造成比外形变化产生的相位变化大的相位误差。为了克服这个问题，必须在极好地隔离外部影响的环境下进行测量，或利用共用光路技术设计仪器，由此使参考和探测光束都通过几乎相同的光路，以抵消任何颤噪效应，而显然不抵消有关样品的信息。

按照本发明，提供一种光学测量装置，它包括光辐射源光束产生装置，用于从所述光辐射源产生主光束和二级光束，其中，所述主光束射向一个物体以便测量该物体的局部结构，所述二级光束照射在所述物体上用作参考光；光处理装置，用于在从所述物体反射后，从所述主光束和所述二级光束产生三级光束和四级光束；和合束装置，使所述三级光束和四级光束合束，以获得表示所述物体表面附近的结构的光信号。

本发明还提供偏振光椭圆率测量装置，它包括透镜装置，将从样品反射的光聚焦在后焦平面上；选择装置，从到达后焦平面的光中选择至少两个不同偏振状态的光；和测量装置，用于测量被选择光的参数，以提供可由该参数计算样品特性的信息。

选择装置最好选择到达后平面的s偏振光和p偏振光分量。

测量装置最好还包括使被选择光相互干涉的装置。测量装置测量由相互干涉造成的条纹的幅度和相位。

选择装置可包括设置于后焦平面上且在相应于选择的偏振位置上开口的遮光板，从而使其它偏振光被遮光板阻挡。遮光板可以包括设置来选择s偏振和p偏振光的开口。

选择装置最好包括遮光板，使被选择的光穿过遮光板上的开口；和分离装置，用于分离穿过遮光板开口的p偏振光和s偏振光分量。分离装置可在空间上分离这两个分量。分离装置可包括沃拉斯顿棱镜(Wollaston prism)。

选择装置可包括相位分离装置，用于对被选择光施加一个差分相移。相位分离装置可包括普克耳盒(Pockel cell)。可有选择地操作普克耳盒，以改变差分相移，从而允许利用测量装置进行各组测量。

可设有透镜装置，用以使分离的分量会聚在一起产生干涉。透镜装置可以包括与其平分p方向和s方向之间角度的通先轴对准的偏光镜装置。

本发明还设有轮廓测量装置，包括透镜装置，用于把从样品反射的光聚焦到共轭平面；选择装置，用于选择共轭平面上两个不同位置上的光；和测量装置，用于测量被选择光的参数，由该参数可获得有关样品的轮廓信息。

选择装置可包括在两个位置上有开口的遮光板。两个位置最好对称地位于系统光轴的两侧。测量装置可包括使被选择光干涉，并测量由干涉造成的条纹的幅度和相位的装置。测量装置还可包括变换透镜装置，用于将通过透镜的光的傅立叶变换投射到在其上形成光干涉条纹的平面上。该装置最好还包括测量条纹的位置和反差的装置。

在第三方案中，本发明提供如前两段所述的轮廓测量装置，还包括按上述任一方案定义的偏振光椭圆率测量装置。该装置最好还包括从偏振光椭圆率测量装置获得有关样品特性信息的装置，利用该信息从轮廓测量装置获得的测量结果中除去与材料有关的信息，提供基本真实的轮廓信息。

下面，仅利用实例，并参照附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的装置的示意图；

图2是根据本发明另一方案的相位阶跃的相位反差显微镜；

图3a和图3b表示图2所示装置的局部；

图4和图5表示根据本发明不同实施例的偏振光椭圆率测量仪结构的示意图；

图6表示图5所示偏振光椭圆率测量仪中使用的遮光板的示意图；

图7表示共焦显微镜系统；

图8表示图7所示系统的变形例；

图9表示根据本发明又一实施例的共用光路光干涉仪；

图10表示按照本发明另一方案构成的全视场偏振光椭圆率测量仪，和

图11表示按照本发明的特定方案的装有偏振光椭圆率测量仪的轮廓测量装置的示意图；

图12表示图11所示装置中使用的遮光板的示意图；

图13a表示在图12所示的装置内的平面上的光分布，和