用于椭偏测量的光斑检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于椭偏测量的光斑检测方法，包括：设置用于检测的样品，该样品具有至少2个区域，分别为区域A和区域B；椭偏测量中的入射光在所述样品表面形成光斑；在2个区域间移动所述光斑，使得入射光在区域A或区域B表面产生的反射光光强值不同；根据获得的反射光光强计算获得所述光斑的位置和/或尺寸。所述样品的区域A和区域B的反射率不同，或者，所述样品的区域A和区域B的厚度不同。本发明专利技术可以实现对整个光谱范围的不同波长的光斑尺寸和聚焦高度位置进行测量。焦高度位置进行测量。焦高度位置进行测量。

【技术实现步骤摘要】
用于椭偏测量的光斑检测方法和装置


[0001]本专利技术属于光学测量
，特别涉及一种用于椭偏测量的光斑检测方法和装置。

技术介绍

[0002]光谱型椭偏仪是检测半导体晶圆膜厚的重要工具。由于某些半导体晶圆上的图案面积很小，因此为了能够检测小面积图案的膜厚，需要使用物镜将光束聚焦为一个面积很小的光斑。尽管物镜经过光学设计校正了色散、球差、慧差、场曲以及像散等像差，但是不同波长的光斑尺寸仍然会有细微的差别。
[0003]现有的对于光斑尺寸的检测，是通过将光斑照射到相同材料和膜厚的一系列不同大小的图案上测量膜厚，测量过程中逐渐增大图案的大小，当测量得到的膜厚值小于某个给定值时，此时图案的大小就可以认为是光斑的大小。由于该测量方法需要使用所有波长用以计算膜厚值，所以该测量方法无法区分和测量不同波长下的光斑尺寸，无法完全满足椭偏测量的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例之一，一种可用于光谱型椭偏仪检测光斑尺寸和/或聚焦位置的检测方法，包括步骤：
[0005]设置用于检测的样品，该样品具有至少2个区域，分别为区域A和区域B；
[0006]使椭偏测量中的入射光在所述样品表面形成光斑；
[0007]在2个区域间移动所述光斑，使得入射光在区域A或区域B表面产生的反射光光强值不同；
[0008]根据获得的反射光光强计算获得所述光斑的位置、尺寸和面积。
[0009]改变入射光波长，重复上述检测步骤，获得不同波长入射光的光斑尺寸。
[0010]本专利技术实施例，可用于光谱型椭偏仪检测入射到样品，例如半导体晶圆上的光斑尺寸与光斑聚焦位置，可以实现对整个光谱范围的不同波长的光斑尺寸和聚焦高度位置进行测量。在这里光斑尺寸，是指光斑的长、短轴尺寸。
附图说明
[0011]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：
[0012]图1根据本专利技术实施例之一的椭偏仪光斑检测结构示意图。
[0013]图2根据本专利技术实施例之一样品不同反射率形成的不同反射光强示意图。
[0014]图3根据本专利技术实施例之一样品不同高度差的扫描示意图。
[0015]图4根据本专利技术实施例之一光斑扫描光强分布以及光强微分曲线图，其中，4(a)是
光强沿扫描方向的分布图，4(b)是光强分布的微分曲线图。
[0016]图5根据本专利技术实施例之一光斑在具有高度差的样品表面的光强分布图。
[0017]图6根据本专利技术实施例之一光斑尺寸在x和y方向光随波长变化曲线图。
[0018]图7根据本专利技术实施例之一椭偏仪聚焦光斑面积随不同波长变化曲线图。
[0019]图8根据本专利技术实施例之一不同波长的聚焦z轴位置变化曲线图。
[0020]1——宽光谱光源，2——起偏器，3——第一聚焦镜头，4——第二镜头，5——检偏器，6——光谱探测器(光谱仪)，7——样品(晶圆片)，8——光斑。
具体实施方式
[0021]对于实施例中不同的附图说明如下。
[0022]图1是椭偏仪光斑尺寸检测结构，其中样品晶圆具有区域A和区域B，区域A和区域B具有不同反射率。图2是当入射光入射到具有不同的反射率的区域A和区域B后，不同入射光波长对应的不同反射光强变化曲线图。图3是当样品晶圆具有区域A和区域B，A、B区域是反射率相同的区域，区域B比区域A高度上更高，入射光在样品晶圆表面扫描，光斑由区域A移动到区域B光强相应变化的示意图。图4是椭偏仪光斑由区域A扫描到区域B某一波长光强沿扫描方向的分布以及光强微分，其中，图4(a)光斑由低反射率区域A扫描到高反射率区域B某一波长光强沿扫描方向的分布曲线图，图4(b)是光强分布的微分曲线图。图5是椭偏仪光斑由区域A移动到具有一定高度差的区域B的光强分布曲线图。图6提在x和y方向，椭偏仪光斑尺寸随波长的变化曲线图。
[0023]图7是椭偏仪聚焦光斑面积随着入射光随着不同波长变化曲线图。图8是随着不同波长变化的的聚焦z轴位置变化曲线图。
[0024]根据一个或者多个实施例，一种可用于检测光谱型椭偏仪光斑尺寸和聚焦位置的在线检测方法。椭偏仪按照光路方向，依次包括宽光谱光源1、起偏器2、第一聚焦镜头3、第二镜头4、检偏器5、探测器6。宽光谱光源1包括一或多个氙灯或LDLS光源以及其他宽带照明源。
[0025]宽光谱光源1发出的光准直后经过起偏器2和第一聚焦镜头3后入射到样品7上形成光斑8，再由样品7上反射后经第二镜头(透镜)4、检偏器5等光学元件，入射到探测器6，该探测器6可以是光谱仪。
[0026]样品7具有A、B两个区域，A、B两个区域具有不同的反射率光谱。这里的样品7可以是一片晶圆片，在一片晶圆上制备两种不同反射率的区域A和B，使得入射光在A区域反射率低，在B区域反射率高，或者相反。晶圆片上两种不同反射率的区域A和B，可以通过设计和生长多层高折射率、低折射率交替的膜层实现。
[0027]光谱型椭偏仪的入射光在样品(通常为半导体晶圆)的截面为椭圆，移动椭圆光斑的长轴\短轴/(或者移动晶圆)，使得椭圆光斑沿长轴或短轴由低反区域A移动到高反区域B。在此过程中，探测器6(光谱仪)测量到长轴或短轴不同光斑位置、不同波长的光强，准确地说，光功率。
[0028]这时，对某一波长入射光(例如550nm)在x或y方向扫描得到的光强曲线进行微分，微分曲线可以采用高斯函数很好的拟合。拟合得到的高斯函数峰值位置就是x或y方向光斑位置，高斯函数宽度(例如3σ或者其他根据需求自定义的宽度)可以作为光斑在x或y方向的
大小。这里，对于光斑尺寸的计算对于光学测量属于一种已知的计算方法。对所有波长入射光进行此操作可以得到光斑x和y方向的大小与入射光波长的关系。由于椭偏仪设备的运动平台具有X、Y、Z轴方向的设计，支持运动平台沿X、Y、Z轴方向移动，X、Y轴定义的面即为晶圆片的表面，Z轴方向即是垂直晶圆片表面的方向。
[0029]对不同波长的椭圆光斑，用x和y方向大小作为椭圆光斑的长短轴长度计算椭圆光斑的面积大小。
[0030]将光斑移动到不同的z轴位置，可以测量得到各个波长不同z轴位置的光斑尺寸，光斑面积最小的z轴位置可以作为聚焦位置，或称为焦点。
[0031]当晶圆片上A、B两个区域具有一定的高度差，而A和B两个区域的反射率光谱相同(或者很接近)。当聚焦光斑从区域A移动到具有一定高度差的区域B，例如，区域B比区域A在高度上更高一些，光谱仪6接收到的光强先降低后增强，可以得到一条负高斯函数形状的曲线。高斯函数谷值位置可以作为光斑x或者y方向的位置，高斯函数的宽度(例如3σ或者其他根据需求自定义的宽度)可以作为光斑在x或y方向的大小。对所有波长进行此操作可以得到光斑x和y方向的大小与波长的关系。
[0032]对不同波长的椭圆光斑，用x和y方向大小作为椭圆光斑的长短轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于椭偏测量的光斑检测方法，包括以下步骤：设置用于检测的样品，该样品具有至少2个区域，分别为区域A和区域B；椭偏测量中的入射光在所述样品表面形成光斑；在2个区域间移动所述光斑，使得入射光在区域A或区域B表面产生的反射光光强值不同；根据获得的反射光光强计算获得所述光斑的位置和/或尺寸，改变入射光波长，重复检测步骤，获得不同波长入射光的光斑尺寸，所述样品的区域A和区域B的反射率不同，或者，所述样品的区域A和区域B的厚度不同。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述样品的区域A和区域B的反射率不同，同时，所述样品的区域A和区域B的厚度不同。3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述样品为晶圆。4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，通过在所述样品表面先后生长不同高低折射率材料形成所述样品表面的不同折射率的区域。5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在垂直于样品表面的方向上移...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄源，杨翼，
申请(专利权)人：睿励科学仪器上海有限公司，
类型：发明
国别省市：