基于分束器的椭圆偏振仪聚焦系统技术方案

椭圆偏振仪包括聚焦系统，该聚焦系统使用测量斑的图像确定用于椭圆偏振仪的最佳焦点位置。聚焦信号通过在由偏振器分析信号之前分离椭圆偏振仪测量斑来产生，从而避免对具有调制强度的该斑进行成像。该聚焦信号在传感器阵列上成像，并且基于该斑在该传感器阵列上的该位置，可以确定该椭圆偏振仪的该焦点位置。单个图像可用于确定该椭圆偏振仪的该焦点位置，从而允许实时聚焦位置测量。从而允许实时聚焦位置测量。从而允许实时聚焦位置测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于分束器的椭圆偏振仪聚焦系统
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2019年10月1日提交的名称为“基于分束器的椭圆偏振仪聚焦系统(BEAMSPLITTER BASED ELLIPSOMETER FOCUSING SYSTEM)”的美国非临时专利申请第16/590,373号的优先权，该专利申请以全文引用方式并入本文中。

技术介绍

[0003]椭圆偏振仪是检测从样品的表面反射的光的偏振状态的变化，以测量样品的特性的光学计量装置。举例来说，图1示出了常规光谱椭圆偏振仪10，其包括宽带光源12、偏振器14和透镜15，以将照射光聚焦在位于载物台18上的样品16的表面上。椭圆偏振仪10还包括在穿过透镜20之后的分析仪22。在穿过分析仪22之后，反射光由透镜系统24聚焦在检测器26上。
[0004]椭圆偏振仪10必须正确聚焦在样品上。一些系统使用独立聚焦系统，即附接到椭圆偏振仪但是使用独立的光路径的系统，用于确定聚焦系统且因此椭圆偏振仪相对于样品的位置。然而，此类聚焦系统需要非常精确的对准，这是昂贵且困难的。图1示出了包括具有孔径30的镜面28的集成聚焦系统的示例。镜面28将反射光束的外部光线反射到聚焦检测器32，同时反射光束的内部光线透射穿过孔径30并由椭圆偏振仪检测器26接收。通常，聚焦检测器32是位置敏感装置(PSD)或“四单元”，这两者均不对所检测光进行成像，但是原则上，将所有所接收的光相加。因此，此类装置由于杂散光而容易不准确。其它系统，如U.S.5,608,526中描述的系统，使用相机作为聚焦检测器32。然而，由于镜面28引起的系统误差，这类系统仍然遭受不精确性，因为检测器32仅采样光束的外部部分。此外，聚焦系统，如5,608,526中描述的聚焦系统，缺乏在样品上产生小照射斑大小所需的精度。
[0005]因此，需要用于椭圆偏振仪的改进的聚焦系统。

技术实现思路

[0006]椭圆偏振仪包括聚焦系统，该聚焦系统使用测量斑的图像确定用于椭圆偏振仪的最佳焦点位置。聚焦信号通过在由偏振器分析测量信号之前分离反射测量信号来产生，从而避免成像测量斑中的调制强度。另外，在分析仪之前分离反射的测量信号避免了成像测量斑从不同样品的相对移动，该相对移动是由反射椭圆偏振在入射角分布上的差异引起的。聚焦信号在传感器阵列上成像，并且基于斑在传感器阵列上的位置，可以确定椭圆偏振仪的焦点位置。单个图像可用于确定椭圆偏振仪的焦点位置，从而允许实时聚焦位置测量。
[0007]在一个具体实施中，椭圆偏振仪包括源，该源沿路径发射光；偏振器，该偏振器使光偏振以产生样品光束，该样品光束与样品相互作用并且被反射以产生反射光束；补偿器，该补偿器安置于样品光束或反射光束的路径中，补偿器诱导光的偏振状态的相位延迟，其中偏振器和补偿器中的至少一者围绕平行于光的传播方向的轴线旋转；分束器，该分束器定位在补偿器之后、在反射光束的路径中，分束器被定位成接收反射光束并且将反射光束的第一部分引导到聚焦系统并将反射光束的第二部分引导到分析仪，其中反射光束的第一
部分和反射光束的第二部分均包括反射光束的整个横截面；聚焦系统被定位成从分束器接收反射光束的第一部分，聚焦系统包括：透镜系统，该透镜系统接收反射光束的第一部分，透镜系统将与椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的任何偏差放大；和第一检测器，该第一检测器被定位成从透镜系统接收反射光束的第一部分，其中第一检测器包括二维传感器，并且聚焦系统中的透镜系统在二维传感器上产生斑并且二维传感器产生斑的图像；分析仪被定位成从分束器接收反射光束的第二部分；第二检测器，该第二检测器被定位成从分析仪接收反射光束；和处理器，该处理器接收图像并且被配置为在图像中获取斑在二维传感器上的位置，以确定与椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的偏差。
[0008]在一个具体实施中，一种聚焦椭圆偏振仪的方法包括沿路径产生光；使光偏振以产生样品光束，该样品光束与样品相互作用并且被反射以产生反射光束；诱导样品光束或反射光束中的光的偏振状态的相位延迟；使偏振或偏振状态的相位延迟中的至少一者旋转；分离反射光束并沿第一路径引导反射光束的第一部分并且沿第二路径引导反射光束的第二部分，其中反射光束的第一部分和反射光束的第二部分均包括反射光束的整个横截面；将反射光束的第一部分聚焦到二维传感器上的斑中，其中将与椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的任何偏差放大；产生斑的图像；在图像中确定斑在二维传感器上的位置；使用斑在二维传感器上的位置确定与最佳聚焦位置的偏差；基于与最佳聚焦位置的偏差调整椭圆偏振仪的焦点位置；分析反射光束的第二部分的偏振状态；以及检测反射光束的所分析的第二部分。
[0009]在一个具体实施中，椭圆偏振仪包括沿路径发射光；偏振器，该偏振器使光偏振以产生样品光束，该样品光束与样品相互作用并且被反射以产生反射光束；补偿器，该补偿器安置于样品光束或反射光束的路径中，补偿器诱导光的偏振状态的相位延迟；分析仪，该分析仪定位在补偿器之后的反射光束的路径中，其中偏振器、补偿器和分析仪中的至少一者围绕平行于光的传播方向的轴线旋转；聚焦系统，该聚焦系统定位在补偿器之后且分析仪之前的反射光束的路径中，聚焦系统包括：分束器，该分束器被定位成接收所述射光束并将反射光束的第一部分引导到透镜系统并且将反射光束的第二部分引导到分析仪，其中反射光束的第一部分和反射光束的第二部分均包括反射光束的整个横截面；透镜系统被定位成接收反射光束的第一部分并将反射光束的第一部分引导到第一检测器，透镜系统将与椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的任何偏差放大；和第一检测器，该第一检测器被定位成从透镜系统接收反射光束的第一部分，其中第一检测器包括二维传感器，聚焦系统中的透镜系统在二维传感器上产生斑并且二维传感器产生斑的图像；第二检测器，该第二检测器被定位成从分析仪接收反射光束；和处理器，该处理器接收图像并且被配置为在图像中获取斑在二维传感器上的位置，以确定与椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的偏差。
附图说明
[0010]图1示出了具有常规聚焦系统的椭圆偏振仪。
[0011]图2示出了根据本专利技术的实施方案的具有高精度聚焦系统的椭圆偏振仪100。
[0012]图3示出了聚焦系统中的相机的其上具有显著较小斑的二维传感器。
[0013]图4是示出了由聚焦系统提供的传感器信号的处理以自动地调整椭圆偏振仪的焦点位置的流程图。
[0014]图5示出了没有强度调制但由于旋转光学器件引起的摆动的传感器上的自动聚焦斑。
[0015]图6示出了具有强度调制和由于旋转光学器件引起的摆动两者的传感器上的自动聚焦斑。
[0016]图7是示出了聚焦椭圆偏振仪的方法的流程图。
具体实施方式
[0017]用于椭圆偏振仪的实时聚焦系统可以使用椭圆偏振仪测量斑的图像确定针对椭圆偏振仪的最佳焦点位置。聚焦信号通过在由偏振器分析测量信号之前分离反射测量信号来产生，从而避免成像测量斑中的调制强度。另外，在分析仪之前分离反射的测量信号避免了成像测量斑从不同样品的相对移动，该相对移动是由反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种椭圆偏振仪，包括：源，所述源沿路径发射光；偏振器，所述偏振器使所述光偏振以产生样品光束，所述样品光束与样品相互作用并且被反射以产生反射光束；补偿器，所述补偿器安置于所述样品光束或所述反射光束的路径中，所述补偿器诱导所述光的偏振状态的相位延迟，其中，所述偏振器和所述补偿器中的至少一者围绕与所述光的传播方向平行的轴线旋转；分束器，所述分束器定位于所述补偿器之后、在所述反射光束的路径中，所述分束器被定位成接收所述反射光束并将所述反射光束的第一部分引导到聚焦系统并将所述反射光束的第二部分引导到分析仪，其中，所述反射光束的第一部分和所述反射光束的第二部分两者均包括所述反射光束的整个横截面；所述聚焦系统被定位成从所述分束器接收所述反射光束的第一部分，所述聚焦系统包括：透镜系统，所述透镜系统接收所述反射光束的第一部分，所述透镜系统将与所述椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的任何偏差放大；和第一检测器，所述第一检测器被定位成从所述透镜系统接收所述反射光束的第一部分，其中，所述第一检测器包括二维传感器，并且所述聚焦系统中的透镜系统在所述二维传感器上产生斑并且所述二维传感器产生所述斑的图像；所述分析仪被定位成从所述分束器接收所述反射光束的第二部分；第二检测器，所述第二检测器被定位成从所述分析仪接收所述反射光束；和处理器，所述处理器接收所述图像并且被配置成在所述图像中获取所述斑在所述二维传感器上的位置，以确定与所述椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的偏差。2.根据权利要求1所述的椭圆偏振仪，其中，所述处理器被配置成使用所述斑在所述二维传感器上的单个图像确定与所述椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的偏差。3.根据权利要求1所述的椭圆偏振仪，其中，所述偏振器和所述补偿器中的所述至少一者的旋转使得随着所述偏振器和所述补偿器中的所述至少一者旋转，所述斑的位置在所述二维传感器上移动，其中，所述处理器被配置成对由所述偏振器和所述补偿器中的所述至少一者的旋转引起的所述斑的位置在所述二维传感器上的移动进行补偿。4.根据权利要求3所述的椭圆偏振仪，其中，所述处理器被耦合以接收角位置信号，所述角位置信号指示所述偏振器和所述补偿器中的所述至少一者的角位置，其中，所述处理器被配置成使用所述角位置信号对由所述偏振器和所述补偿器中的所述至少一者的旋转引起的所述斑的位置在所述二维传感器上的移动进行补偿。5.根据权利要求1所述的椭圆偏振仪，还包括用于改变所述椭圆偏振仪的焦点位置的致动器，其中，所述致动器基于与所述最佳聚焦位置的偏差改变所述椭圆偏振仪的焦点位置。6.根据权利要求1所述的椭圆偏振仪，其中，所述分束器是薄膜分束器。7.根据权利要求1所述的椭圆偏振仪，其中，所述透镜系统将与所述椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的任何偏差放大到至少2x。8.根据权利要求1所述的椭圆偏振仪，其中，由所述透镜系统聚焦于所述二维传感器上
的斑的大小是所述二维传感器的50％或更小。9.一种聚焦椭圆偏振仪的方法，所述方法包括：沿路径产生光；使所述光偏振以产生样品光束，所述样品光束与样品相互作用并且被反射以产生反射光束；诱导所述样品光束或所述反射光束中的光的偏振状态的相位延迟；使所述偏振或所述偏振状态的相位延迟中的至少一者旋转；分离所述反射光束并沿第一路径引导所述反射光束的第一部分并且沿第二路径引导所述反射光束的第二部分，其中，所述反射光束的第一部分和所述反射光束的第二部分两者均包括所述反射光束的整个横截面；将所述反射光束的第一部分在二维传感器上聚焦到斑中，其中，将与所述椭圆偏振仪的最佳聚焦位置的任何偏差放大；产生所述斑的图像；在所述图像中确定所述斑在所述二维传感器上的位置；使用所述斑在所述二维传感器上的位置确定与所述最佳聚焦位置的偏差；基于与所述最佳聚焦位置的偏差调整所述椭圆偏振仪的焦点位置；分析所述反射光束的第二部分的偏振状态；以及检测所述反射光束的所分析的第二部分。10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用所述斑在所述二维传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：昂图创新有限公司，
类型：发明
国别省市：