寬帶及寬視場角補償器的制造方法
【專利說明】寬帶及寬視場角補償器
[0001 ] 相關申請案的交叉參考
[0002]本專利申請案依據(jù)35U.S.C.§119主張于2013年8月23日提出申請的標題為“寬帶及寬視場角補償器(Broadband and Wide Field Angle Compensator)” 的序列號為61/869，065的美國臨時專利申請案的優(yōu)先權，所述申請案的標的物以引用方式并入本文中。
技術領域
[0003]所描述實施例涉及光學計量系統(tǒng)，且更特定來說涉及包含可旋轉補償器元件的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]通常通過適用于樣品的一系列處理步驟制作例如邏輯及存儲器裝置的半導體裝置。通過這些處理步驟形成半導體裝置的各種特征及多個結構層級。舉例來說，除其它之夕卜，光刻也是涉及在半導體晶片上產生圖案的一種半導體制作過程。導體制作過程的額外實例包含但不限于化學機械拋光、蝕刻、沉積及離子植入?？稍趩蝹€半導體晶片上制作多個半導體裝置，且接著將所述多個半導體裝置分離成個別半導體裝置。
[0005]在半導體制造過程期間在各個步驟處使用光學計量過程來檢測晶片上的缺陷以促進較高合格率。光學計量技術提供高吞吐量而不具有樣本損毀的危險的可能性。若干種基于光學計量的技術(包含橢圓偏振測量、散射測量及反射測量實施方案)及相關聯(lián)分析算法共同用于表征臨界尺寸、膜厚度、組成及納米尺度結構的其它參數(shù)。
[0006]隨著裝置(例如，邏輯及存儲器裝置)朝較小納米尺度尺寸進展，表征變得更困難。并入有復雜三維幾何結構及具有迥異物理性質的材料的裝置加劇表征困難度。
[0007]長期以來，光學橢圓偏振測量一直被認為是提供對半導體及其它材料、表面狀況、層組成及厚度以及上覆氧化物層的準確表征的有效的非破壞性測量技術。特定來說，已證明，橢圓偏振測量對評估沉積于半導體或金屬襯底上的薄膜的厚度、結晶性、組成及折射率特性有用。
[0008]橢圓偏振計用具有已知偏振狀態(tài)的光束探測樣本。所述光束以非法向入射從樣本的表面反射。在反射之后，光束的偏振狀態(tài)取決于樣本的性質而即刻被修改。通過準確地測量經反射光束的偏振狀態(tài)且將其與原始偏振狀態(tài)比較，可確定樣本的各種性質。
[0009]在光譜橢圓偏振測量中，或者在每一新波長下改變探測波長且重復橢圓偏振測量，或者探測光束含有多個波長且用光譜分辨率檢測經反射光束。光譜橢圓偏振測量對于表征以堆疊層形成的多材料樣本為有利的。取決于光的材料及波長的不同深度穿透及光譜響應提供關于樣本的額外信息，所述信息不可從單個波長橢圓偏振計獲得。
[0010]已提出許多配置來測量在反射之后即刻發(fā)生的偏振狀態(tài)的改變。在一種類型的橢圓偏振計中，僅使用兩個光學元件:偏振器及分析器，其中的一者保持固定且另一者保持旋轉。此橢圓偏振計(通常被稱為旋轉-偏振器或旋轉-分析器橢圓偏振計)被稱作“不完整”旋光計，這是因為其對圓偏振分量的旋向性(handedness)不敏感且當正被分析的光幾乎完全地線偏振或擁有去偏振分量時展現(xiàn)較差性能。
[0011]通過包含放置于偏振器與分析器之間的旋轉補償器來減小旋轉-偏振器及旋轉-分析器橢圓偏振計的限制。可將補償器放置于樣本與偏振器之間，或樣本與分析器之間。補償器為光學組件，其相對于平行于其快軸偏振的光而延遲平行于其慢軸偏振的光。所述延遲與沿著兩個方向的折射率差及板的厚度成比例。
[0012]補償器最容易實施于經高度準直光束中。透射穿過補償器的經高度準直光束獲取跨越其波前的均勻延遲。此均勻性通常為分析的簡單性所要的。存在用于與經高度準直光束一起使用的各種補償器設計。以實例方式，在由加利福尼亞州(California)(美國)苗必達市(Milpitas)的科嘉公司(KLA-Tencor Corporat1n)制造的光束輪廓橢圓偏振計(BPE)的0P2XXX-0P9000模型族中使用復合零級波板。所述波板為空氣間隔的經抗反射涂布的石英雙板。在由加利福尼亞州(美國)苗必達市的科磊公司制造的光譜橢圓偏振計(SE)的0Ρ5ΧΧΧ-0Ρ7ΧΧΧ模型族中也使用復合零級波板。此波板為空氣間隔的氟化鎂(MgF2)雙板。在另一實例中，MgF2單板用于由加利福尼亞州(美國)苗必達市的科磊公司制造的光譜橢圓偏振計的0P9000族中。所有這些實例采用相對厚(大約一毫米)波板，所述波板適合于與經高度準直光一起使用但通常不適合于未經準直光。
[0013]其它補償器設計包含貝雷克(Berek)補償器、菲涅爾菱體(Fresnel rhomb)、K_棱鏡及索萊-巴比涅(Soleil-Babinet)補償器。所有這些設計均對視場角敏感且僅適合于在采用經高度準直光的橢圓偏振計內使用。
[0014]在一些實例中，補償器用于非準直光束中。補償器上的不同入射角在補償器內部具有不同傳播方向，且因此產生不同相移及振幅。此產生具有跨越波前的一系列偏振狀態(tài)的經透射光束。此更詳細地描述于美國光學會志54(1964) 1115頁到1120頁的霍姆斯(D.A.Holmes)的“推遲板的精確理論(Exact Theory of Retardat1n Plates)中，所述文章的全部內容以引用方式并入本文中。為減小變化入射角的影響，可減小補償器元件的厚度。舉例來說，薄的(大約十微米)單軸石英單板補償器用作并入到由加利福尼亞州(美國)苗必達市的科磊公司制造的愛勵(Aleris)產品族中的單個波長橢圓偏振計(SWE)的部分。
[0015]—般來說，薄的零級波板能夠適應較大視場。但這些波板通常比入射光的相干長度薄。因此，其遭受隨波長而變的相位及透射率振蕩。此對于用寬帶光操作的橢圓偏振計來說尤其成問題。抗反射涂層減小這些振蕩的振幅，但通常僅在短波長范圍內有很好作用。此夕卜，寬帶抗反射涂層可加應力于波板，從而降低跨越通光孔徑的推遲均勻性。一般來說，獨立式超薄零級波板無法承受甚至簡單涂層的應力。在前述單板補償器實例中，波板晶體(即，分別為石英及云母)接合到硼硅酸鹽(BK7)玻璃的厚(大約一毫米)襯底以為涂布有抗反射涂層的晶體提供機械穩(wěn)定性及支撐。當前制造過程實現(xiàn)非常薄的(大約10微米)石英晶體單板到BK7襯底的成功接合。但BK7并不透射紫外光，且因此不適合于在包含紫外光的寬帶橢圓偏振計內使用。
[0016]已提出用于與非準直光一起使用的其它補償器設計，包含潘查拉納姆(Pancharatnam)、貝克爾(Becker)、利奧(Lyot)的設計及并入有雙軸聚合物的設計。這些設計更詳細地描述于S.潘查拉納姆、印度科學院學報(Proceedings of the Indian Academyof Sciences)A41，130( 1955)中及P.葉(Yeh)、C.顧(Gu)的“液晶顯示器光學(Optics ofLiquid Crystal Displays)”，4.7到4.10章，威利(Wiley) (2010)中。每一所述專利的內容以全文引用方式并入本文中。
[0017]潘查拉納姆、貝克爾及利奧的設計使用具有兩種或兩種以上不同材料的單軸板或雙軸板的堆疊。每一板具有特定厚度及相對方位定向。這些設計中的每一者包含在與紫外光一起使用時的高色散區(qū)域。此使這些設計難以描述及穩(wěn)定。此外，這些補償器需要在關于偏振元件的固定布置中使用，從而使其不適于在旋轉元件橢圓偏振計內使用。此對于由J.D.德維爾(de Veer)在1975年9月9日頒布的美國專利第3，904，267號中描述的補償板也如此，所述美國專利以全文引用方式并入本文中。
[0018]雙軸晶體需要主折射率之間的特定關系來提供寬視場。此可經工程設計到聚合物中，但這些聚合物不可靠地透射紫外光。發(fā)明者并不知曉任何適合雙軸晶體。
[0019]現(xiàn)有補償器設計未實現(xiàn)以包含紫外波長的非準直寬帶照明源操作的旋轉補償器橢圓偏振測量工具。因此，期望經改進的補償器設計。

【發(fā)明內容】

[0020]提出一種可旋轉平行板補償器，其經配置而以跨越孔徑的高度推遲均勻性透射包含紫外線的在寬廣波長范圍內的非準直光。
[0021]在一個實施例中，可旋轉補償器包含光學接觸的四個個別板的堆疊。在所述堆疊的中間的兩個板各自由雙折射材料制成，所述雙折射