一种光谱椭偏测量系统和一种光谱椭偏测量方法技术方案

本发明专利技术提供了一种光谱椭偏测量系统和光谱椭偏测量方法。该光谱椭偏测量系统包括：光源，用于提供偏振态的入射光；至少一组反射式投影物镜，被配置为：根据目标尺寸，调节自身的位置和/或焦距；根据该位置及该焦距，将该入射光会聚到待测样品的表面，以形成该目标尺寸的光斑；以及从该待测样品的表面获取该光斑的反射光，并根据该位置及该焦距对该反射光进行准直处理；以及探测器，获取该反射式投影物镜输出的反射光，并根据该反射光的偏振态参数确定该待测样品表面的薄膜厚度。本发明专利技术能够根据晶圆的图形尺寸，灵活调节聚焦到晶圆表面的光斑尺寸大小，从而准确测量出晶圆表面的薄膜厚度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱椭偏测量系统和一种光谱椭偏测量方法


[0001]本专利技术涉及半导体量测设备，具体涉及了一种光谱椭偏测量系统、一种光谱椭偏测量方法，以及一种计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着集成电路工艺不断进步，鳍式场效应晶体管（Fin Field
‑
Effect Transistor，Fin FET）和3D NAND新型器件结构更加复杂，造成工艺窗口越来越小，芯片的成品率和性能对工艺的微小变化变得越来越敏感。成品率管理要求对集成电路芯片制造工艺流程中每个工艺步骤都有相应的监控，目的是在尽量不影响生产的前提下能够及时发现和解决问题。在此，薄膜厚度（Thin film thickness）参数的测量是集成电路工艺检测和控制的必不可少的手段之一。
[0003]光谱椭偏仪（Spectroscopic ellipsometry，简称SE）是目前国际先进薄膜厚度量测设备的主流技术，采用特定数值孔径（Numerical aperture，简称NA）的镜头聚焦光束至晶圆表面，通过其表面反射回的光的偏振态进行信息反演获取膜厚信息。
[0004]镜头NA值决定了光束聚焦在晶圆表面的光斑大小。然而，目前市面上国内外膜厚设备的镜头NA值均为固定值。当晶圆对焦至最佳焦面时，其光斑大小是固定不变的。但是，面对薄膜厚度小于28nm，甚至14nm的工艺节点，晶圆上用于检测薄膜精确度的图形尺寸也会随之变小。也就是说，需要膜厚量测机台的聚焦于晶圆上的SE聚焦光斑也越来越小，通常SE聚焦光斑的尺寸小于50
>×
50um，或40
×
40um，或30
×
30um。一方面，如果聚焦的SE聚焦光斑大于上述晶圆的图形尺寸，由于周边其他厚度的区域光信息会耦合进来，从而会影响量测精度，即量测出来的图形尺寸区域的厚度值一定会失真。另一方面，如果聚焦的SE聚焦光斑过小，实际量测的晶圆的图形尺寸区域的厚度信息容易受到机台环境内的细微扰动的影响，例如机台内运动部件带来的机械微振动、空气流动、环境温度变化、机台和/或卡盘的控制精度误差等，进而影响对于同一片均匀晶圆的同一个点的量测精度，即对于该点重复测量多次的量测结果。
[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本领域亟需一种光谱椭偏测量技术，用于根据晶圆的图形尺寸，灵活调节聚焦到晶圆表面的光斑尺寸大小，从而准确测量出晶圆表面的薄膜厚度。

技术实现思路

[0006]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
[0007]为了克服现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种光谱椭偏测量系统和一种光谱椭偏测量方法，以及一种计算机可读存储介质，不仅能够根据晶圆的图形尺寸，灵活调
节聚焦到晶圆表面的光斑尺寸大小，从而准确测量出晶圆表面的薄膜厚度，而且此测量过程不损耗光强，提高了光能的利用率。
[0008]具体来说，根据本专利技术的第一方面提供的上述光谱椭偏测量系统，包括：光源，用于提供偏振态的入射光；至少一组反射式投影物镜，被配置为：根据目标尺寸，调节自身的位置和/或焦距；根据该位置及该焦距，将该入射光会聚到待测样品的表面，以形成该目标尺寸的光斑；以及从该待测样品的表面获取该光斑的反射光，并根据该位置及该焦距对该反射光进行准直处理；以及探测器，获取该反射式投影物镜输出的反射光，并根据该反射光的偏振态参数确定该待测样品表面的薄膜厚度。
[0009]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该光谱椭偏测量系统还包括起偏器，其中，该起偏器位于该光源与该反射式投影物镜之间，用于对该光源输出的光束进行偏振处理，以向该反射式投影物镜提供该偏振态的入射光。
[0010]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该光谱椭偏测量系统还包括验偏器，其中，该验偏器位于该反射式投影物镜与该探测器之间，用于对该反射式投影物镜输出的反射光进行偏振处理，以向该探测器提供反映了偏振态变化的反射光。
[0011]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该光谱椭偏测量系统还包括反射式准直模组，其中，该反射式准直模组由平面反射镜及球面反射镜组成，并位于该光源与该起偏器之间，用于对该光源输出的发散光束进行准直处理，并将准直获得的平行光束传输到该起偏器。
[0012]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该反射式投影物镜由凸面反射镜及带有通光孔的凹面反射镜组成，其中，该入射光经由该通光孔穿过该凹面反射镜以到达该凸面反射镜，由该凸面反射镜进行发散反射以返回所述凹面反射镜，再由该凹面反射镜进行会聚反射以会聚到该反射式投影物镜的焦点，该反射式投影物镜通过调节该凸面反射镜与该凹面反射镜的间距来调节自身焦距。
[0013]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该反射式投影物镜的焦距，其中，为该凸面反射镜的焦距，为该凹面反射镜的焦距，d为该凸面反射镜与该凹面反射镜的间距。
[0014]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该凸面反射镜及该凹面反射镜中的至少一者为非球面反射镜。
[0015]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该根据目标尺寸调节自身的位置和/或焦距的步骤包括：根据待测样品的图形尺寸，确定该光斑的目标尺寸；根据该目标尺寸，确定会聚到该待测样品的表面的光束的入射光锥角；根据该入射光锥角，确定该反射式投影物镜的目标焦距；以及根据该目标焦距，调节该凸面反射镜的位置、该凹面反射镜的位置，和/或该凸面反射镜与该凹面反射镜的间距。
[0016]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该光谱椭偏测量系统还包括驱动装置。该驱动装置分别连接所述凸面反射镜及所述凹面反射镜，用于根据所述目标焦距，调节所述凸面反射镜的位置、所述凹面反射镜的位置，和/或所述凸面反射镜与所述凹面反射镜的间距。
[0017]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该光谱椭偏测量系统包括两组该反射式投影物镜，其中，第一反射式投影物镜位于该光源与该待测样品之间，用于根据该目标尺寸调节自身的第一位置和/或第一焦距，并根据该第一位置及该第一焦距，将该入射光会聚到该待测样品的表面，以形成该目标尺寸的光斑，第二反射式投影物镜位于该待测样品与该探测器之间，其第二位置及第二焦距跟随该第一反射式投影物镜的第一位置及第一焦距同步联动，用于从该待测样品的表面获取该光斑的反射光，并根据该二位置及该焦距对该反射光进行准直处理。
[0018]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，该光谱椭偏测量系统包括一个该反射式投影物镜、分束片及球面反射镜，其中，该分束片位于该光源与该反射式投影物镜之间，用于将该光源提供的该偏振态的入射光传输到该反射式投影物镜，并将该反射式投影物镜输出的反射光传输到该探测器，该球面反射镜位于该待测样品输出该反射光的一侧，其曲率半径等于其球心到达该光斑的间距，用于将该反射光经由该待测样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱椭偏测量系统，其特征在于，包括：光源，用于提供偏振态的入射光；至少一组反射式投影物镜，被配置为：根据目标尺寸，调节自身的位置和/或焦距；根据所述位置及所述焦距，将所述入射光会聚到待测样品的表面，以形成所述目标尺寸的光斑；以及从所述待测样品的表面获取所述光斑的反射光，并根据所述位置及所述焦距对所述反射光进行准直处理；以及探测器，获取所述反射式投影物镜输出的反射光，并根据所述反射光的偏振态参数确定所述待测样品表面的薄膜厚度。2.如权利要求1所述的光谱椭偏测量系统，其特征在于，还包括起偏器，其中，所述起偏器位于所述光源与所述反射式投影物镜之间，用于对所述光源输出的光束进行偏振处理，以向所述反射式投影物镜提供所述偏振态的入射光。3.如权利要求2所述光谱椭偏测量系统，其特征在于，还包括验偏器，其中，所述验偏器位于所述反射式投影物镜与所述探测器之间，用于对所述反射式投影物镜输出的反射光进行偏振处理，以向所述探测器提供反映了偏振态变化的反射光。4.如权利要求2所述的光谱椭偏测量系统，其特征在于，还包括反射式准直模组，其中，所述反射式准直模组由平面反射镜及球面反射镜组成，并位于所述光源与所述起偏器之间，用于对所述光源输出的发散光束进行准直处理，并将准直获得的平行光束传输到所述起偏器。5.如权利要求1所述的光谱椭偏测量系统，其特征在于，所述反射式投影物镜由凸面反射镜及带有通光孔的凹面反射镜组成，其中，所述入射光经由所述通光孔穿过所述凹面反射镜以到达所述凸面反射镜，由所述凸面反射镜进行发散反射以返回所述凹面反射镜，再由所述凹面反射镜进行会聚反射以会聚到所述反射式投影物镜的焦点，所述反射式投影物镜通过调节所述凸面反射镜与所述凹面反射镜的间距来调节自身焦距。6.如权利要求5所述的光谱椭偏测量系统，其特征在于，所述反射式投影物镜的焦距，其中，为所述凸面反射镜的焦距，为所述凹面反射镜的焦距，为所述凸面反射镜与所述凹面反射镜的间距。7.如权利要求5所述的光谱椭偏测量系统，其特征在于，所述凸面反射镜及所述凹面反射镜中的至少一者为非球面反射镜。8.如权利要求5所述的光谱椭偏测量系统，其特征在于，所述根据目标尺寸调节自身的位置和/或焦距的步骤包括：根据待测样品的图形尺寸，确定所述光斑的目标尺寸；根据所述目标尺寸，确定会聚到所述待测样品的表面的光束的入射光锥角；根据所述入射光锥角，确定所述反射式投影物镜的目标焦距...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑜，杨峰，吕彤欣，韩景珊，
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：