TW200930977A - Interferometer utilizing polarization scanning - Google Patents

Description

200930977 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於分析包括例如薄膜厚度、材料组成、 及未光學解析的表面結構之表面結構特徵的方法。 【先前技術】 ❹ φ 干涉測量技術通常被用來測量一個物體的表面的輪 廓。為此，一干涉儀結合從所關心的表面反射的測量波前 及從參考面反射的參考波前以產生一干涉圖。在干涉圖中 的條紋表現出在所關心的表面和參考面之間的空間變化。 一掃描干涉儀在相當於或大於干涉波前㈣調長度之 把圍内掃描在干涉儀的參考及測量臂之間的光程差 (0PD)’以對用以測量干涉圖之每個照相機像素產生一掃描 =涉信號。-有限同調長度可透過使用例如白色光源被產 。通常’低㈣掃描干涉測量法被稱騎描白光干涉測 量法（SWU)。㈣信號是被局部化接近零_位置的一些 條紋。信號通常係經由JL古# 吊 由具有鐘型條紋對比波封之一正弦載 即，條紋）特徵化。構成如計量學的基礎之傳統 心、法疋利用條紋的局部化以測量表面輪廊。 SWU處理技術包括兩個原理趨勢。第一種方法是確定 ==中心的位置’且假定此位置對應於-光束從 射之二光束干涉儀的零光程差。第2種方法是 把信號轉變成頻域並且計算相位對波長的變化率，且假— 一個本質上線性的斜率直接與物體位置成正比。參看例Γ

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Peter de Groot的美國專利第53981 13號。後面的方法被 稱為頻域分析法（FDA)。 掃描干涉測量法可被用以測量具有複雜表面結構（諸 如薄膜、不同材料的離散結構、或未由一干涉顯微鏡的光 學解析度解析的離散結構）的物體之表面形貌及/或其他特 性。此種測量與例如平面顯示器組件的特徵、半導體晶圓 計量學及在原位薄膜和不同材料分析有關。參看例如2〇〇4 ❹年9月30日出版的Peter de Groot et al.的美國專利出 版號碼 US-20 04 0189999 A卜名稱為” Profiling c〇mplex

Surface Structures Using Scanning Interferometry” ， 其内容在此被一併供做參考，及2006年u月21日發佈的

Peter de Groot的美國專利第7139081號，名稱為”

Interferometry Method for El 1ipsometry,

Reflectometry, and Scatterometry Measurements,

Including Characterization of Thin Film Structures ❹ “，其内容在此被一併供做參考。 用於光學地決定有關一個物體的資訊的其他技術包括 擴圓測里術和反射測量術。當以一斜角，例如6 〇。，照明時， 有時帶有一可變角度或具有多波長，橢圓測量術決定一表 面的複雜反射率。為了達到比傳統橢圓儀可輕易達成者更 大的解析度’顯微橢圓儀測量相位及/或在物鏡的背焦面 (也就疋光瞳面）中的強度分佈’在光瞳面處’不同的照射 角度被映射至場位置。此種裝置是傳統偏振顯微鏡或，，錐 * ·

光偏振儀”的現代化，歷史上被連結至結晶學和礦物學， 1057-10148-PF 200930977 其利用正交的偏光 來分析雙折射材料 器和一伯特蘭透鏡以透過將 光瞳面成像

❹ 用於表面特徵化的傳統技術（例如， 測量術)依賴下列事實，卽“ 橢圓測量術和反射 取決於的光學界面的複雜反射率 性（例如，個別的層的材料特性和厚度）及 被用於測量反射率之光的三 離m姑 寻.波長、入射角和偏振 '實不上，特徵化儀器記錄由在已知範圍上改變這些參 數導致的反射率波動。 諸如最小平方擬合法的優化程序接著被用以透過使在 被測量的反射率數據及從光學結構的模型導出的反射率函 數之間的差異最小化以取得對未知參數的評估。這些被導 出的候選解經常被提前計算並且儲存在一資訊庫中，其經 由一最小平方或等效匹配及内插技術以決定正確的解。參 看例如 K. P. Bishop et al.的” Grating line shape characterization using scatterometry” ， SPIE 1545，64-73 (1991 )和 C· J. Raymond et a 1. 的 ” Scatterometry for CD measurements of etched structures” ， SPIE 2725， 720-728 (1996)。 諸如嚴格耦合波分析（RCWA)的詳細模型化解決發現特 徵結構（其產生觀察到繞射效應之被觀察到的干涉信號）的 反向問題。參看例如M. G. Moharam和T. K. Gaylord的 參考文獻，” Rigorous coupled-wave analysis of p1anar-grating diffraction 5 JOSA» 71(7)» 811(1981) 和 S. S. H. Naqvi et al.的” Linewidth measurement of 1057-10148-PF 7 200930977 gratings on photomasks: a simple technique” ，Appl. Opt·，31(10)，1377-1384 (1 992)。 來自光罩和晶圓上的光柵測試圖案之繞射圖案的分析 提供線寬和與製程控制相關的其他形貌特徵的非接觸性測 量。參看例如 Η· P. Kleinkneclrt ei: al.的” Linewidth measurement on IC masks and wafers by grating test patterns” ， Appl Opt. 19(4)， 525-533 (1980)和 C. J. 赢 Raymond 的 Scatterometry for Semi conductor ©

Metrology » Handbook of silicon semiconductor metrology ’ A. J. Deibold, Ed. , Marcel Dekker, Inc., New York (2001 )。 【發明内容】 如上所述， 一測試表面的特徵可經由在角度的一個範

接收到 物體的資訊。 的模型之比較產生有關測試 可能的結構參數，諸如薄膜厚 的信號與測試表面的反射特性 ，對於各 在物鏡光瞳面被成像至 照相機上的實施例中

1057-10148-PF 8 200930977 照相機像素’偏振0PD掃描對於對應在成像光瞳中的特定 位置之入射角與入射偏振的特定結合產生一信號，其包含 有關測試表面的反射特性的資訊。 這些實施例可被用於詳細分析在表面上的單一位置之 表面結構，例如，多層膜堆疊的厚度及折射率、或是未被 光學地解析的形貌之關鍵尺寸及形狀參數。 在測試表面被成像至照相機上的實施例中，照相機檢 〇 測在所有的入射角及所有的偏振態上被積分的信號，其係 在測6式表面上的特定點之特徵。此實施例可被用於產生在 穿過測試表面的結構中之變化的二維及三維〇㈨合成 影像，例如，薄膜的厚度輪廓、或是做為表面上的位置的 函數之在未被光學地解析的形貌之關鍵尺寸中的變化。 光源在頻譜上可為寬頻（例如，包括在多波長的能 量）。在此種實施例中，足约大以至少包含光源的同調長度 之在整# 0PD掃描獲得的信號的數學分析可提供經由例如 ©傅立葉分析將信號分成表示特定波長的多種複合信號。此 變化提供做為波長的函數之有關測試表面反射率的詳細資 訊。 光源可為空間非同調，使得在光瞳面中的不 此非同調。因為信號產生機構依賴同調性，只有那些從相 同光源點產生的繞射光束導致由電子控制器記錄的信號。 從而’舉例而t，在測試物體將來自對光瞳影像中的許多 點的照·射中之-點的光繞.射的實施例中，4些繞射光束將 不與來自光瞳面中的其他光源點的鏡面或繞射光束干涉。

1057-10148-PF 9 200930977 這可簡化用於分析將在傳統顯微鏡中被不良地解析或未光 學地解析的表面結構繞射或散射的模型化問題。 偏振0PD掃描可被引進至顯微鏡的成像部分或照明部 因此偏振0PD可在光從測試表面反射之前在光之前 或之後被掃描。另一種可能是將偏振0PD掃描器直接放置 在顯微物鏡之前，使得照明及成像光通過它。在此種實施 例中，顯微物鏡、偏振〇PD掃描器及偏振檢偏器的組合可 ❹被包裝成單—的子系統，其可方便地取代傳統顯微鏡之標 準的成像物鏡或干涉顯微鏡之傳統的干涉物鏡。 通常，在第一方面中，本發明之特點在於方法，其包 括·使用一顯微鏡以將從測試物體反射的光導向一檢測 器，改變在光之正交的偏振態之間的光程差（0PD)，以在改 變正交的偏振態間的〇PD時，從檢測器獲得一信號，及基 於獲仔的干涉信號，決定有關測試物體的資訊。 方法的實施可包括一或多個下列特點及/或其他方面 〇的特點。例如’決定資訊可包括將信號轉換（例如，使用傅 立葉轉換）成一反向0PD領域（例如，空間頻域）。 多種信號可在改變偏振態間的〇pD時被獲得，各信號 對應於檢測器的一不同的檢測器元件。有關測試物體的資 訊可基於多種獲得的信號被決定。 顯微鏡可被配置以將測試物體成像至檢測器上。或 者’顯微鏡可被配置以將顯微鏡的-光瞳面成像至檢測器 上。 在正父的偏振態間之光程差可被改變一數量，其大於

1057-10148-PF 200930977 提供光的光源之同調 ^ 長又。例如，對於一低同調光源，光 程差可被改變約2楙半七苗丄， 未或更大（例如，約5微米或更大、約 10微米或更大）。太一 士咸 ^ 二實施例中，光程差可被改變100 微米或更少（例如，約 、、’勺50微未或更少、約20微米或更少）。

在正交的偏振態間之I 之光差可在光從測試物體反射之前及 /或之後被改變。 ❺ ❿ 光可由—低同調光源提供。光可為寬頻光(例如，具有 一頻譜的半高全官， 見其為約5mn或更大、約10nm或更大、 約50nm或更大，ΛΛ 約10 Onm或更大）。光可為單色光。光可 由點光源提供。或者，光可由一空間擴展光源提供。 測試物體可包括一表面形貌，其係未由顯微鏡解析， 且決定有關測試物體的資訊可包括決定有關未光學解析的 表面形貌的貝訊。有關未光學解析的表面形貌的資訊可包 括表面形貌的高度輪廓、表面形貌的蝕刻深度、表面形貌 的步階高度、表面形貌的侧壁角度、表面形貌的間距、及/ 或表面形貌的線寬。有關表面形貌的資訊可為表面形貌的 一關鍵尺寸（CD)。 決定有關表面形貌的資訊可包括將干涉信號或從干涉 信號被導出的資訊與跟一組表面形貌模型相關聯的一組模 型化信號或是從與該組表面形貌模型相關聯的該組模型化 干涉信號被導出的資訊比較。決定有關表面形貌的資訊可 包括接收一模型化干涉信號或基於一模型表面形貌的嚴格 麵合波分析從模型化干涉信號被導出的資訊。 表面形貌可為一繞射結構。測試物體可包括一矽晶圓。

1057-1014S-PF 200930977 測試物體可包括一平面顯示器的—組件。 通常’在另一方面’本發明之特點在於方法，其包括: 導引-第-光束及一第二光束以照射在一測試物體上，第 -及第二光束係從—共同光源被導出且具有正交的偏振 態，當改變在第-及第二光束之間的一光程差時，使用一 共同的檢測器檢測從測試物體反射的第—及第二光束；當 改變在第-及第二光束之間的光程㈣’獲得對應於在檢 Ο ❹ 測的光束中之強度變化的-信號；及基於獲得的干涉信號 決定有關測試物體的資訊。 方法的實施τ包括-或多個下列特點及/或其他方面 的特點。例如’第一及第二光束可沿著一共同路徑照射在 測試物體上。 通常，在另外的方面，本發明之特點在於裝置，其包 括：一顯微鏡，被配置以將光導向照射在一測試物體上， 並將從測試物艘反射的光導向—檢測器；及—偏振光程差 :描器，被配置以改變在由顯微鏡導向至檢測器的光之正 交的偏振態間的一光程差（OP J))。 裝置的實施可包括—式 0從取夕個下列特點及/或可被配置 以實施本發明之其他方面的方法。在—些實施例中，裝置 匕括電子處理$ ’被叙合至檢測器且被配置以回應於變 化的0PD從檢測器接收一信號。電子處理器也可被耦合至 偏振0PD掃描器且被配置以使0PD的變化與由檢測器獲得 信號協調一致。電子處理器可被配置以基於信號決定有關 測試物體的資訊。電子處理器可被配置以將信號轉換至一

1057-10148-PF 12 200930977 反向0PD領域且基於轉換的信號決定有關測試物體的資 訊。電子處理器可被耦合至一電腦可讀媒體，其儲存與測 試物體的模型表面形貌有關的一資訊庫，且電子處理器可 被配置以將信號或從信號導出的資訊與資訊庫比較，以決 定有關測試物體的資訊。 檢測器可為一像素化檢測器且各像素可被配置以在檢 測光時產生一對應的信號。顯微鏡可包括—或多個光學組 ❹ 件，其被配置以將顯微鏡的光曈面成像在檢測器上。一或 多個光學組件可形成一伯特蘭（Bertrand)透鏡。顯微鏡可 包括一或多個光學組件，其被配置以將測試物體成像在檢 測器上。 顯微鏡可包括一物鏡且偏振0PD掃描器可被設置在物 鏡及檢測器之間。顯微鏡可包括一檢偏器（例如，線性偏光 器），其將從在檢測器之前的測試物體反射的光偏振。 裝置可包括一光源、，其才皮配置以將光導向至顯微鏡。偏振 ® 描器可被設置在光源及顯微鏡之間的光的路徑中。 光源可為一寬頻光源或一單色光源。光源可為一低同調光 源。光源可為一點光源或一空間擴展光源。 偏振0PD掃描器可將光分開成二個不同的光束，各自 具有一正交的偏振態（例如，正交的線性偏振態），沿著不 同的路徑將光束導向，在此，路徑中的至少一個係一可變 的路徑。偏振0PD掃描器可為一機械光學偏振〇叩掃描器。 偏振0PD掃描器可為_電$偏振㈣掃描器。，偏振_掃 描器可為一磁光偏振〇PD掃描器。 ^57-10148^ 13 200930977 裝置可被女裝在晶圓或平面顯示器工廠中且被用以做 為一計量工具以評估在微晶片或平面顯示器的生產中之不 同步驟。 在其他的優點中，實施例相對於傳統的干涉顯微鏡可 具有對振動之較低的敏感性。例如，在某些實施例中，因 為二干涉光束均從物體表面反射，實施例對於振動可為低 敏感性的(例如’第-階）。因此，當使用在將顯微鏡暴露 ❹於振動的環境中時，實施例可提供比傳統的干涉顯微鏡更 準碎的測量。另一個優點係傳統顯微鏡可被輕易地採用以 能夠實施揭露的技術。例如，一偏振〇pD掃描器可在光路 徑的^可輕易存取的部分，諸如在光源及成像光學元件之 間’被加入至一顯微鏡。 本發明之一或多個實施例的詳細說明被提出在附圖及 下面的說明中。其他的特點及優點將經由說明、圖式、及 申請專利範圍而明瞭。 ❹ 【實施方式】 參考第1周，一系統100包括一顯微鏡1〇1、—寬頻 低同調光源110、一偏振光程差(0PD)掃描器13〇、及—電 :控制器120(例如，一電腦)。顯微鏡m包括一物鏡17。、 :光源成像透鏡165 一分光器160、-伯特蘭透鏡15〇、 二照相貞U0(例如，包括_像素陣列的—數位相機）。 遠卡兒座標系統被提供做為參考。 在操作期間，來自光源⑴的光係經由透鏡112被導 l〇57-]〇i4g.pp 14 200930977 向至掃描器130，其改變在光的正交偏振態之間的〇ρΐ)β — 場光闌132’被設置於掃描器130和顯微鏡ιοί之間，把 光輸出掃描器130的光圈縮小’以提供一光束給顯微鏡 101 ° 分光器160(—非偏振分光器）透過物鏡ι7〇將光導向 至測試物體18 0。因此，測試物體1 8 〇的一表面丨8丨被具 有正交的線性偏振態的光照射。被測試物體18〇反射的光 ❹ 返回通過物鏡170’並且通過分光器ι6〇和伯特蘭透鏡15〇 被傳送到照相機140。顯微鏡1〇1也包括偏振混合器145(例 如，一檢偏器），其被配置以將提供一偏振的混合光束給照 相機140之正交偏振態取樣。例如，偏振混合器丨45可包 括一檢偏器，其具有相對於從測試表面181反射的光之正 交偏振態定向於45，的傳輸轴。 © 到照相機140上。 如說明，伯特蘭透鏡150包括一第一透鏡152和一第 透鏡154，且被配置以將物鏡的一光瞳面Η〗成像 照相機14 0和偏振〇pd掃描器

表面181 的反射特性之資訊的信號。 130被連 制器120記錄照相機強度 從光源110發出的光之正 變化。因為在光瞳面中的 光之一特定入射角和一特 素，經由偏振的干涉，偏 一特定結合產生包含有關 物鏡170可為— 高數值孔徑（NA)的物鏡。例如，物鏡

l〇57-l〇148-?F 15 200930977 170可具有大約0.4或更大（例如，ο』或更大、q.7或更 大）的NA。在一些實施例中，物鏡I”可具有^或更大的 NA(例如’物鏡170可與浸液結合被使用以將“增加超過 1)〇 不希望受理論約束，一給 學地表示為 定像素之導致的信號可被數 Kx，y，t) = ix+iy+φχι: c〇s[^+i»i], (1.) 其中 7,=τΚ+^ιΓ Iy=j\zy+zx\2 (2.) zx-r++ r_ cos(2Q) z丄=r_ sin(2Q) , zx = r_ sin(2Q) (3.) 並且 r- = (~rp)-rs r+=(~rp) + r' (4.) 這裡，Ω是在光瞳面中的方位角，且。和^係對應於 入射角0之測試表面的s —和p_偏振反射率。角波數⑦係干涉 條紋經過的速率。例如，历=viW；l，其中，v是〇pD變化 的速率且；I是波長。 對於遵守正弦條件的成像系統，入射角φ根據下式由先 瞳面中的位置尤，又而產生 sin[卢(X,少)]=^2+H Na p (5.) 其中’ P是光瞳的最大半徑。對於—碳

咴化矽表面之相位 1057-10148-PF 16 200930977 Θ的變化及穿過光瞳面的平均強度Λ + Λ分別被顯示於第 2Α圖和第2Β圖。相位範圍是81度，且穿過光瞳的強度變 化是50%。對於此資料而言，物鏡170的ΝΑ是0. 8。 在獲得資料之後，信號可用許多方法處理以決定有關 測試物體的資訊。在一些實施例中，信號的處理包括如上 面討論般對於一些或所有信號將信號轉換到反向的尺寸。 此種轉換可包括一信號的傅立葉轉換。因為例如在表面地 形圖中的領域變化、光學系統參數及/或薄膜厚度，信號和 轉換係各個像素不同。轉換可在頻域分析法（FDA)期間或者 其擴展期間進行。例示的FDA方法被說明於美國專利第 5398113 號，名稱為” METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE TOPOGRAPHY MEASUREMENTS BY SPATIAL-FREQUENCY ANALYSIS OF INTERFEROGRAMS” 和 2003 年 3 月 8 日申請的 美國專利申請案序號1 0/795, 808，名稱為” PROFILING COMPLEX SURFACE STRUCTURES USING HEIGHT SCANNING ❿ INTERFEROMETRY” ，專利和專利申請案的内容在此被供做 參考。不過，應理解處理一個信號不需要轉換。例如，即 使沒有信號的轉換，一干涉波封的最大值可提供有關測試 物體的資訊。 資料分析可包括將信號或從信號導出的資訊（例如，信 號的頻譜）與對應於例如已知的表面結構（例如，模型化結 構或其特徵已經由諸如掃描探針或電子顯微術之其他技術 被決定的結構）之一預先存在的資料庫比較。例如，在此說 明的系統可被用以決定有關測試物體之未光學地解析的表 1057-10148-PF 17 200930977 面形貌的資訊’諸如有關去本舉 、 有關未先學地解析的光柵、貫孔、溝 槽、或凸塊的資訊。 在上面討論之用於表面特徵化的傳統技術（例如，擴圓 測量術和反射測量術）可被應用於資料。例如，經由將儲存 於資料庫中之測量的資料盥 种，、從先學結構的模型導出的對應 函數之間的差異最小化，最佳 、 取住化％序（例如，最小平方擬合） 可被用以估計測試物體的形貌的未知結構參數。 ❹ 雖然在系統m中的顯微鏡1〇1係被配置以將光瞳面 成像到照相機’其他的配置也是可能的。例如，在一些實 施例中，顯微鏡可被配置以將測試表自181成像到照相機 140上。例如，參閱第3圖，顯示以此方式被配置的系統 特別，顯微鏡101包括一筒鏡25〇,其將測試表面i8i 成像到照相機14“，而不包括一伯特蘭透鏡。在此，各 照相機像素對應於在測試表面i 8〗上的一點。 對於各照相機像素，偏振〇PD掃描產生一信 苴 含有關在物鏡之所有的照明角度積分 點之反射特性的資訊。從而，對於一特別的像素，的特疋 JT〇,〇, (〇 = J^2^2 ^ Ix+Iy+ ^TJ~y c〇S[^ + dy _ ( 6 ) 這導致做為時間的函數之強度，其係在測試物體表面 上的各特定點的光學特性的特徵。進—步的細節可經由例 如放置在光瞳面的孔徑而被選擇地收集，以便例如隔離光 瞳的區域並且檢查光瞳的這些區域之積分的干涉如何在物 體表面上隨位置而變化。’例如，環形孔徑可被用以隔離在

1057-10I48-PF 】8 200930977 測試表面1 81之特定角度的入射。做為另一個例子，可使 用偶極或四極孔徑。 在上述的系統中’ 0PD掃描器1 30被設置在光源11 〇 和顯微鏡101之間的光的路徑中。不過，其他的構造也是

可能的。例如，參閱第6圖，一系統600可包括一偏振〇PD 掃描器630 ’其位於分光器16〇及物鏡ι7〇之間的光路徑 中。在此配置中’光復行通過〇pD掃描器，使得，至少對 於某些光線’在正交的偏振態之間的光程差將大約是兩倍 於《又置在光單次通過掃描器處之對應的偏振〇PD掃描器 的數量。雖然此結構包括筒鏡25〇且被配置以將表面181 成像在照相機140上’選擇地，顯微鏡可包括如系統1〇〇 中所示之伯特蘭透鏡，且可將光瞳面丨5 1成像到照相機 140 上。 在系統600中，偏振0PD掃描器13〇和偏振混合器以5 就被放在顯微目鏡之前。此方法的優點係裝置組件中的數 ® 個可在一表面分析子系統601中結合。例如，此子系統可 被弄成與一傳統的顯微鏡或干涉顯微鏡平台相容，因此簡 化說明的技術的實施。一顯微鏡的傳統目鏡可被替換成例 如子系統。 ，9〇°，180°，27〇°之义，7 對於系統6 0 0，在方位角q 偏振軸的最簡單的例子+，分析以光瞳面成像係盘方程 式⑴相g。對其它的方位角，分析因為復行而可能更複 雜，但是仍然提供有用的資訊。在成像的情況中，如第6 圖所示’不同的調變係以類似方程式⑷的方式被整合:

1057-10148-PF 19 200930977 不同的顯微鏡系統的示意圖被顯示於第7A_7C圖。特 別，參閱第7A圖，在一些實施例中，一顯微鏡系統7〇1包 括一電子控制器710、一偏振〇pd掃描器720、一空間擴展 光源730、及一分光器74〇’其經由〇pD掃描器從光源將光 經由顯微物鏡750導向至一測試表面76〇。從測試表面76〇 反射的光經由顯微物鏡750回到分光器740且經由表面成 像透鏡7 9 0和偏振混合器7 8 0被導向照相機7 7 0。 〇 選擇地，表面成像透鏡790可與一光瞳面（例如，伯特 蘭）透鏡791交換。電子控制器71〇被耦接至偏振〇pD掃描 器720及照相機770並控制其操作。 參考第7B圖，另一顯微鏡系統7〇2包括與顯微鏡系統 701的其它組件結合的寬頻光源732及長掃描偏振〇pD掃 描器722。在此，”長掃描"意為包含大於光源的同調長度 之長度的掃描。例如，典型的白光光源具有大約2至1〇微 米的同調長度，且帶有對應於較寬的頻寬之較小的同調長 © 度。因此’在-些實施例中，一長掃描可為在從大約2至 10微米的範圍内。 參考第7C圖，一另外的顯微鏡系統7〇3包括與顯微鏡 7〇1的其它組件結合的一光源734及一偏振〇pD掃描器 724。在此，掃描器724係被排列於在分光器74〇和物鏡 750之間的光路徑中，而不是在光源和分光器7α之間。 偏振OPD掃描器可被設置在如上所述的顯微鏡系統的 其他位置。例十，在一些實施例中,，偏振〇pD掃描器可被 設置在分光器740和照相機770之間。

1057-1014S-PF 20 200930977 ❹ Ο 通常’多種不㈣判光源可被料光源3Q u 如’光源11 0可為一寬頻光源(例如，—寬頻L肋光源、— 螢光光源、-白熾光源、一電弧燈）或—單色光源（例如， 雷射源’諸如一雷射二極體、或與一窄帶通遽光器結合使 用的-寬頻㈣）。舉例而言，寬頻光源可具有諸如—波長 頻譜’其具有至少6抓、至少、12.25nm、至少25nm、至少 50mn、至少l〇〇nm、或至少15〇nffi的半高全寬（f肫趵。^ 光源Π 0可為一空間擴展光源或點光源。在某些實施 例中，例如，使用光瞳面或測試表面的成像，光源ΐι〇可 為光譜上寬冑，並且可同時以至少兩冑波長照射測試表 面。在此情況中，偏振0PD掃描產生類似於第4圖顯示者 的一調變信號，其繪示將被觀察到的一信號，具有以5〇〇μ 的波長為中心之1 〇〇nm寬的連續的寬頻頻譜。干涉效應的 局部化係由下列事實導致’即不同的波長產生可只在兩個 偏振態之間的零OPD的位置一致之重疊干涉信號。在第4 圖中的信號的傅立葉轉換把信號分成其組成波長，使計算 機可決定在二偏振態間的相對相位，以及對於二或更多波 長的每一個之干涉信號貢獻的強度。第5圖顯示在第4圖 中的信號的傅立葉變換的大小。標示κ的空間頻率係線性 地正比於光源頻譜的角波數Α。在此，紅=27Γ/500 nm。 現在移到偏振OPD移位器ι30和“Ο，通常，能夠相 對於一正交偏振偏移一偏振態的任何設備可被使用。其包 括兩個電光偏振OPD掃描器、磁光偏振〇pD掃描器、及光 學機械OPD掃描器。電光〇PD掃描器和磁光偏振〇pD掃描

1057-10】48-PF 21 200930977 分別經由電场及磁場改變你_ /6 1£ At _ „ 嘴又變從偏振態至另一偏振態的 0PD。 ❺ ❹ 通常’匕們包括-組件，其光學特性取決於電或磁場 的存在而變化。組件包括液晶胞和電光晶冑，例如，機械 光學偏振移位器利用一移動組件改變在偏振態之間的 0PD。參考第8圖，一 0PD掃描器8〇〇包括一麥克森干涉儀。 -偏振分光器810將進來的光分裂成具有正交偏振態的二 光束，並且沿著不同的路徑導引二光束。在第8圖中，不 同的路徑係分別表示為x偏振路程和y偏振路程。χ偏振 路程包括一反射鏡850,其相對於分光器8 1〇被固定 偏振路程包括一反射鏡84〇，被耦接到致動器86〇(例如， pzt致動益）’其被配置以相對於分光器81〇掃描反射鏡84〇 的位置。從反射鏡850及840反射的光被分光器81〇重新 結合並且被導引離開〇PD掃描器8 〇 〇。額外的光學組件可 被包括以根據需要導引輸出光。也被包括在〇pD掃描器 800中的分別是透鏡822、824、826和828及四分之一波 片812和814。例如’在與寬頻光源結合被使用處，四分 之一波片812和814根據需要可為無色的四分之一波片。 少考第9圖’偏振〇pj)掃描器的更進一步的例子 包括一對偏振分光器950和940，其中，偏振分光器950 被設置以從反射鏡9iO接收—輸入光束。分光器95〇沿著 一固定路徑20將對應於進入的光之一偏振態的第一光束 導向至偏振分光器940。固定的反射鏡920被設置在此光 * ·' 束的路徑中。 1057-10148-PF 22 200930977 對應於正交偏振態的其它光束從另一反射鏡932反射 並且經由偏振分光器940與第一光束結合以產生一輸出光 束。反射鏡930被安裝在一致動器932上，其被配置以改 變反射鏡930的位置，從而改變在分光器95〇和分光器94〇 之間的第2光束的光程距離。 其他機械光學構造也是可能的。 通常，偏振0PD掃描器的掃描範圍可以變化。對於包 ❹含寬頻光源的實施例來說，掃描範圍至少應該包含光源的 同調長度，例如對於典型的白色光源的數個微米。在一些 實施例中，掃描範圍可在從大約i到1〇〇λ的範圍内，這裡 λ是光源的代表波長（例如，峰值波長）。 通常，雖然顯微鏡系統和偏振〇PD移位器的某些實施 例已被說明’其他的實施例也是可能的。例#，一或多個 額外的組件可被包括在說明的系統中。例如’顯微鏡及/ 或0PD移位器可包括額外的組件，諸如一或多個淚光器或 ❹ 者用於直接觀察測試物體的一接目鏡。 上述系統可被用於21種的應用。例如，系統可被用於 測試物體18G的表面結構的分析，包括薄琪厚度、材料指 數和未光學地解析的表面結構。 可被分析的測試物體的類型包括半導體晶圓、MEMs裝 置、光學組件、平板顯示器、以及一般的R&D和生產控制 使用。 ♦在其他應用中，技術可被應用在半導體製造中的程序 控制。一個这種例子是關鍵尺寸（CD)的在製程中的監控，

1057-10148-PF 23 200930977 其對於微米和Μ大小的报多高科技組件是重要的。例子 包括半導體IC製程，諸如電晶體和邏輯創造，以及銅镶嵌 廣義地疋義’ CD包括橫向尺寸、钱刻深度、薄膜厚 度、步階高度、侧壁角度和料半導體I置的效能之相關 勺物理尺寸。CD计量學提供在製造的過程中發生的製程控 制和缺陷檢測，特別是由於諸如㈣、研磨、清潔和圖案 化的製程。另外’ CD計量學所必需的基本測量能力具有在

半導體1C製造（包括例如顯示器、奈米結構和繞射光學元 件）之外的寬廣應用。 更般地，如上所述的技術可被用於任何下列的表面 分析問題：簡單的薄膜；多層薄膜；繞射或以其他方式產 生複雜的干涉效應之銳角部及表面形貌；不解析的表面粗 链，未解析的表面形貌，例如，在一不這樣光滑的表面上 之次波長寬度的溝槽；不同的材料；表面之偏振依存的特 丨導致干涉現象之入射角依存的擾動之表面或變形表面 ❿形貌的撓曲、振動或移動。對於簡單的薄膜的情況來說， 所關心的可變參數可為薄媒厚度、薄膜的折射率、基板的 折射率、或—些其結合。對於不同材料的情況來說，例如， 表面可包括薄膜和一固態金屬的結合，且一適當數量之角 度依存的表面特性將被產生至一理論推估的資料庫，其可 包括兩表面結構類型以經由匹配至對應的干涉強度信號而 自動地辨識薄膜或固態金屬。 上述的任何計算機分析方法可用硬體或軟體或兩t的 結合被實現。方法可用電腦程式被實施，其使用遵循在此

1057-10148-PF 24 200930977 說明的方法和特點之標準編程技術。程式碼被應用於輪入 資料以執行在此說明的功能並且產生輸出資訊。輸出資訊 被應用於-或多個輸出裝置，諸如一顯示監視器。各程^ 可用高階程序或物件導向編程語言被實施以與一電腦系統 通訊。不過，若想要，程式可用組合或機器語言被實施。 無論如何，語言可為編譯或直譯式語言。而且，程式可在 為該目的被預先編程之專用的積體電路上執行。 〇 各個此種電腦程式最好被儲存在儲存媒體或裝置上 (例如，ROM或磁碟），其可被一般或特殊用途之可編程電 腦讀取，用於在儲存媒體或裝置被電腦讀取時配置並操作 電腦以執行在此說明的程序。電腦程式也可在程式執行期 間常駐在快取或主記憶體中。分析方法也可被實施為電腦 可讀取的存儲媒體，其配置有一電腦程式，這裡，如此配 置的儲存媒體使得一電腦以一特定及預先定義的方式操作 以實行在此說明的功能。 © 因此，其他實施例係位於下列申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖係干涉系統的一實施例的圖式。 第2A圖及第2B圖分別係在干涉系統的一例子中穿過 一光曈面的模型化相位及強度的圖表。 第3圖係干涉系統的一實施例的圖式。 . 第4圖係♦採用一寬頻照明，對於當在一偏振0PD掃描 期間混合二正交偏振態時產生的單一像素之一例示的干涉 1057-10148-PF 25 200930977 1吞现tfV你喟圖0 第5圖係顯示圖4所示的信號之傅立葉轉換的標繪圖。 第6圖係干涉系統的一實施例的圖式。 第7A-7C圖係顯示干渉系統的實施例的示意圖。 第8圖係機械光學偏振0PD移位器的一實施例。 第9圖係機械光學偏振0PD移位器的一實施例。 在不同圖式中的同樣的參考符號標示同樣的元件。 ®【主要元件符號說明】 20 :固定路徑； 100、200、600 :系統； 101 :顯微鏡； U 0 :寬頻低同調光滹； 112 :透鏡； 120、710 ··電子控制器·， ❿ 130、630、72〇、724、_ :偏振 〇Ρί)婦打。。 132 :場光闌； 田益； 14 0、7 7 0 ··照相機； 145 :偏振藏合器； 150 :伯特蘭透鏡； 151 :光瞳面； 152 :第一透鏡； 154 :第二透鏡； 160、740 :分光器； ·

1057-10148-PF 200930977 165 ： 光源成像透鏡； 170 : 物鏡； 180 : 測試物體； 181 > 760 :測試表面； 250 :筒鏡； 6 01 :表面分析子系統.； 645、780:偏振混合器； 701、702、703 :顯微鏡系統； 722 :長掃描偏振OPD掃描器； 7 3 0 :空間擴展光源； 732 :寬頻光源； 7 3 4 :光源； 750 :顯微物鏡； 790 :表面成像透鏡； 791 :光瞳面透鏡； 800 : OPD掃描器； 810、950、940 :偏振分光器； 812、814:四分之一波片； 822、824、826、828 :透鏡； 840、850、910、920、930 :反射 860、932 :致動器。 27

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Claims (1)

1. 200930977 十、申請專利範圍： 1. 一種方法，包括·· 使用一顯微鏡以將光導向—測試物體，並將從測試物 體反射的光導向一檢測器，在該處光包括具有正交偏振態 的分量； 4 改變在光的分量之間的光程差（〇PD); 在改變分量間的0PD時，從檢測器獲得一干涉信號； 及 …，

   基於獲得的干涉信號’決定有關測試物體的資訊。 2·如申請專利範圍第μ的方法，其中，決定資訊包 括將信號轉換至一反向0PJ)領域。 3.如申請專利範圍第2項的方法，其中，信號係使用 傅立葉轉換被轉換》 4·如申請專利範圍第丨項的方法，其中，當改變偏振 態間的0PD時，獲得多種信號，各信號對應於檢測器的一 不同的檢測器元件。 5. 如申請專利範圍第4項的方^ . 丄 矛項町万去，其中，有關測試物 體的資訊係基於多種獲得的信號被決定。 6. 如申請專利範圍第1項的方沬甘+ β $歹决，其中，顯微鏡被配 置以將測試物體成像至檢測器上。 7. 如申請專利範圍第1項的方法 唄不决，其中，顯微鏡被配 置以將顯微鏡的一光瞳面成像至檢剩器上。 8.如申請專利範圍第1項的方法 ^ * ’其中，0PD係被改 變一數量，其大於提供光的光源之同調長产。 ， 1057-10148-PF 28 200930977 9.如申請專利範圍第1項的方法，其中，改變具有正 父偏振態的分量間的_包括沿著不同的路徑導引分量， 且當分量係位於不同路徑上時改變至少一分量的光程。 1〇,如申請專利範圍第9項的方法，其中，分量係在 先從測試物體反射之前沿著不同的路徑被導引。 如申請專利範圍第10項的方法，其中，分量係 光從測試物體反射之前沿著相同的路徑被重新結合。 如申喷專利範圍第1 〇項的方法，其中，分量係在 光從測試物體反射之後沿著相同的路徑被重新結合/、 13. 如申請專利範圍第9項的方法，其中，分量係在 先從測試物體反射之後沿著不同的路徑被導引。 14. 如申請專利範圍第Μ的方法，其中，光係由一 低同調光源提供。 15·如申請專利範圍第1項的方法，其中，光係寬頻 光。 ❹ 16.”請專利範圍第1項的方法，其中，光係單色 光。 17. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，光係由— 點光源提供。 18. 如申請專利範圍第！項的方法，其中，光係由— 空間擴展光源提供。 如申請專利範圍第的方法，其中，測試物體 I括表面形芦，其係未由顯微鏡•光學解析，且決定有關 、'古、體的= 貝訊包括決定有關未光學解析的表面形貌的資 1057-10148-PF 29 200930977 訊0 20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中，有關未光 學解析的表面形貌的資訊包括表面形貌的高度輪廟、表面 形貌的蝕刻深度、表面形貌的步階高度、表面形貌的側壁 角度、表面形貌的間距、或表面形貌的線寬。 21. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，決定有關 表面形貌的資訊包括將信號或從信號被導出的資訊與跟一 組表面形貌模型相關聯的一組模型化信號或是從與該組表 面形貌模型相關聯的該組模型化信號被導出的資訊比較。 22. 如申請專利範圍第！項的方法，其中，決定有關 表面形貌的資訊包括接收一模型化信號或基於一模型表面 形貌的嚴格麵合波分析從模型化信號被導出的資气 23. 如申請專利範圍第！項的方法，其中，表面形貌 係一繞射結構。 24.如申請專利範圍第丄項的方法，其中，測試物體 φ 包括一矽晶圓。 25·如申請專利範圍第1項的方法，其中，測試物體 包括一平面顯示器的一組件。 26. —種方法，包括： 導引-第-光束及一第二光束以照射在一測試物體 上，第-及第二光束係從一共同光源被導出且具有正交的 偏振態； • 當改變在第一及第二光束之間的-光程差_)時，使 用-共同的檢測器在第一及第二光束從測試物體反射之後 1057-10148-PF 30 200930977 檢測第一及第二光束； 時，獲得對應於 ;及 當改變在第一及第二光束之間的〇pD 在檢測的光束中之強度變化的一干涉信號 基於獲得的信號決定有關測試物體的資訊。 27.如申請專利範圍第26項的方法，其中，第一及第 光束沿著一共同的路徑照射在測試物體上。 28. —種襞置，包括：

   一光源； 一顯微鏡，被排列以將來自光源的光以照射在一測試 物體上’並將從測試物體反射的光導向—檢測器，在該處 光包括具有正交偏振態的分量；及 一偏振光程差（0PD)掃描器，被配置以改變在光的分量 間的一 0PD。 29. 如申請專利範圍第28項的裝置，更包括一電子處 理器，被耦合至檢測器且被配置以回應於變化的〇pD從檢 ❿ 測器接收一信號。 30. 如申請專利範圍第29項的裝置，其中，電子處理 器也被耦合至偏振〇PD掃描器且被配置以使〇pi)的變化與 由檢測器獲得信號協調一致。 31. 如申請專利範圍第29項的裝置，其中，電子處理 器被編程以基於信號決定有關測試物體的資訊。 32. 如申請專利範圍第31項的裝置，其中，電子處理 器被編程以將信號轉換至一反向〇pD領域且基於轉換的信 说決疋有關測試物體的資訊。 1057-10148-PF 31 200930977 33.如申請專利範圍第 器被耦合至一電腦可讀媒體 面形貌有關的一資訊庫，且 從信號導出的資訊與資訊庫 資訊。 29項的裝置，其中，電子處理 ，其儲存與測試物體的模型表 電子處理器被編程以將信號或 比較’以決定有關測試物體的 34. 如申請專利範圍帛28項的裝置，其中，檢測器係 -像素化檢測器且各像素被配置以在檢測光時產生一對應 的信號。 ~ 35. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，顯微鏡包 括一或多個光學組件，其被配置以將顯微鏡的光瞳面成像 在檢測器上。 36. 如申請專利範圍第35項的裝置，其中，一或多個 光學組件形成一伯特蘭透鏡。 37. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，顯微鏡包 括一或多個光學組件，其被配置以將測試物體成像在檢測 器上。 38. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，顯微鏡包 括一物鏡且偏振0PD掃描器被設置在物鏡及檢測器之間。 39. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，顯微鏡包 括一檢偏器’其將從檢測器之前的測試物體反射的光偏振。 40. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，偏振0PD 掃描器被設置在光源及顯微鏡之間的光的路徑中。 41. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，光源係一 争- 寬頻光源。 1057-10148-PF 32 200930977 42. 如申請專利範圍帛28項的裳置，其中，光源係一 低同調光源。 43. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，光源係一 單色光源。 44. 如申請專利範圍第28項的裝 點光源。 其中’先源係- ❹ 45. 如申請專利範圍第28項的裝置，其中，光源係一 擴展光源。 46. 如申請專利範圍第別項的裝置，其中，偏振_ 掃描器包括-分光器’其將光的分量分開成二個不同的光 束，各自對應於一分量。 4,如申請專利範圍“6項的裝置，其中，偏振_ 掃描器包括光學組件，其在會新細人 夬在重新組合光束之前沿著不同的 路徑導引二個不同的光束。 48‘如申請專利範圍㈣項的装置，其中，偏振_ 描括可調整的組件，其被配置以改變路徑中的至少 一個的光程長度。 49.如申請專利範圍第48項的裝置，其中，可調整的 組件係-機械光學組件、一電光組件、或一磁光組件。 1057-H)14§-PF 33