具有改进的光斑大小能力的单波长椭圆偏振测量法

摘要

本文中呈现用于执行具有减小的测量光斑大小的单波长椭圆偏振测量法SWE测量的方法及系统。在一方面中，光瞳光阑位于集光光学路径中的光瞳平面处或所述光瞳平面附近以降低对目标边缘衍射效应的敏感度。在另一方面中，场光阑位于与所述集光光学路径中的晶片平面共轭的图像平面处或所述图像平面附近以降低对非所要光学‑结构相互作用的敏感度。在另一方面中，作用于所述SWE系统的输入光束的线性偏光器包含薄的、基于纳米粒子的偏光器元件。所述基于纳米粒子的偏光器元件改进照明光束质量且减少所述晶片平面上的像散。所述光瞳光阑及所述场光阑在非期望的光线到达检测器之前滤除所述光线。结果，测量光斑大小减小且用于小测量目标的工具间匹配性能大大增强。

说明书

相关申请案的交叉参考

本专利申请案根据35 U.S.C.§119规定主张2016年1月22日申请的标题为“单波长椭圆偏振测量法中的改进的光斑大小能力的方法(Methods of Improved Spot SizeCapability in Single Wavelength Ellipsometry)”的第62/286,279号美国临时专利申请案的优先权，所述专利申请案的标的物的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

所述实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，所述实施例涉及用于半导体结构的改进测量的方法及系统。

背景技术

半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常通过应用到样品的一系列处理步骤来制造。半导体装置的各种特征及多个结构层级通过这些处理步骤形成。例如，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制造多个半导体装置且接着将其分离成个别半导体装置。

计量过程用于半导体制造工艺期间的各种步骤以检测晶片上的缺陷以促成更高良率。光学计量技术提供高处理能力的可能性且无样品破坏的风险。数种基于光学计量的技术(包含散射测量法及反射测量法实施方案及相关联分析算法)常用于特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物、覆盖及其它参数。

半导体装置的特征大小持续减少、几何复杂性增加且材料组成更多样化对依赖工艺开发及工艺监测的光学计量系统带来难以满足的要求。为实现装置性能要求，在半导体装置制造过程期间必须精确控制在硅晶片上形成的薄膜(例如，氧化物层、氮化物层、金属层等等)的厚度及组合物。

常采用基于单波长椭圆偏振测量法(SWE)的测量技术及系统来测量薄膜特性。SWE系统利用基于模型的测量技术来基于从所测量结构反射的光的偏光性质而确定膜结构的物理性质。示范性计量系统及技术详细地描述于2004年5月11日发布的第6,734,968号美国专利案、2006年2月28日发布的第7,006,222号美国专利案及2007年8月7日发布的第7,253,901号美国专利案中，所有所述专利案都转让给科磊公司(KLA-Tencor Corporation)，所述专利案中的每一者的全部内容以引用的方式并入本文中。

在许多高级膜测量应用中，SWE系统由于其极佳测量可重复性及光学稳定性而受到偏好。单波长偏光光源传输恒定的光输出及极佳的波长稳定性。在相同或不同制造设施中的多个工具中，SWE系统展现极佳工具间匹配性能。此实现跨多个SWE系统共享椭圆偏振测量法模型、测量配方及光学常数。

然而，SWE系统所采用的光源展现较大相干长度，例如数十米的数量级。此将导致测量信号中出现显著相干假象，其可对系统性能有害。基于相干的假象出现在许多不同情况中。在一个实例中，从计量目标的边缘衍射的光导致从计量目标的边界内侧反射的光与从计量目标外侧反射的光之间的沿传播路径的干涉。在另一个实例中，归因于来自光学元件的表面的偶数反射之间的干涉而出现鬼影。在另一个实例中，所测量的数据由于来自光学表面粗糙度及涂层的散射效应、微粒污染物、黑色表面处理及与光机械结构的其它光相互作用而受到污染。

受污染光不仅仅携载关于测量目标盒的信息。SWE系统检测到任何量的受污染光均促成测量误差。在给定厚度测量误差容限内可测量到的最小目标大小常被称为“光斑大小”。测量光斑大小依据检测到的受污染光而变化。检测到的受污染光量越大，将针对给定厚度误差准则测量的“光斑大小”越大。在一些实例中，为满足合理光斑大小的测量误差规定，污染光水平必须小于检测到的光的10^-5。随着光斑大小要求及测量误差要求继续变得更严格，需要进一步减少污染光。

归因于较小特征大小及多参数相关性，未来的计量应用提出挑战。期望对SWE系统进行改进。

发明内容

本文中呈现用于执行具有减小的测量光斑大小的单波长椭圆偏振测量法(SWE)测量的方法及系统。

在一方面中，光瞳光阑位于集光光学路径中的光瞳平面处或所述光瞳平面附近以降低对目标边缘衍射效应的敏感度。在一些实施例中，圆形形状的孔径位于在SWE系统的集光光学器件的光瞳平面处或附近所收集的光束中。在优选实施例中，光瞳光阑120位于某位置(其中来自受污染信号的所要测量信号的空间分离处于最大值)处的集光光学器件的光瞳平面中。

在另一方面中，场光阑位于与所述集光光学路径中的晶片平面共轭的图像平面处或所述图像平面附近以降低对非所要光学-结构相互作用的敏感度。在一些实施例中，集光光学路径中包含矩形形状的场光阑。在优选实施例中，场光阑位于分析器前方的图像平面中。

在另一方面中，作用于所述SWE系统的输入光束的线性偏光器包含薄的、基于纳米粒子的偏光器元件。基于纳米粒子的偏光器元件改进照明光束质量且减少所述晶片平面上的像散。薄的、基于纳米粒子的偏光器元件位于在照明源后方但在SWE系统的椭圆偏光器前方的照明路径中。

在进一步方面中，调整场光阑、光瞳光阑或两者的孔径尺寸以通过限制光透射来增大对结构特定特征(例如，膜厚度)的测量敏感度。通过限制光透射，源自晶片平面处的计量目标外侧的光、与通过源自计量目标内侧的光与源自计量目标外侧的光之间的相互作用产生的干涉相关联的光及反射到所收集光束中的杂散光被吸收或以其它方式被重新引导而远离检测器。结果，测量光斑大小减小且用于较小测量目标的工具间匹配性能大大增强。

前述为发明内容且因此必然包含细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员将理解，发明内容仅为阐释性的且无论如何不具有限制性。本文中所描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点将在本文中所陈述的非限制性详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1描绘具有减小的测量光斑大小的示范性SWE系统100。

图2描绘说明位于所照明的计量目标中及周围的晶片平面处的辐照度的模拟的图。

图3描绘说明归因于源自计量目标内侧的光而在集光光瞳平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图160。

图4描绘说明归因于源自计量目标外侧的光而在集光光瞳平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图165。

图5描绘说明归因于源自计量目标内侧的光而在集光图像平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图170。

图6描绘说明归因于源自计量目标外侧的光而在集光图像平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图175。

图7描绘说明归因于源自计量目标内侧的光与源自计量目标外侧的光之间的干涉而在集光图像平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图180。

图8描绘说明在过滤之前，与集光物镜共轭的平面处的辐照度分布的测量的图185。

图9描绘说明在过滤之后，与集光物镜共轭的平面处的辐照度分布的测量的图190。

图10描绘说明使用传统SWE系统的不同焦平面偏移距离获得的测量光斑大小的图191。

图11描绘说明使用并入基于纳米粒子的输入光束偏光器的SWE系统的不同焦平面偏移距离获得的测量光斑大小的图194。

图12描绘说明具有矩形的、经适当塑形的结构的计量目标的SWE测量结果的图197。

图13描绘场光阑的实施例，所述场光阑包含经配置以相对于彼此移动以实现具有所要尺寸及位置的矩形形状孔径的四个可移动、吸收性嵌板。

图14说明执行至少一个新颖方面中的SWE测量的方法200。

具体实施方式

现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，其实例在附图中予以说明。

本文中呈现用于执行具有减小的测量光斑大小的单波长椭圆偏振测量法(SWE)测量的方法及系统。通过包含以下项来实现测量光斑大小的减小：1)光瞳光阑，其位于靠近SWE系统的光瞳平面的位置处的集光光学路径中；2)场光阑，其位于靠近与SWE系统的晶片平面共轭的图像平面的位置处的集光光学路径中；3)线性偏光器，其包含薄的、高消光比、基于纳米粒子的偏光器元件，所述偏光器元件位于SWE系统的照明源与晶片之间的照明路径中；或其任何组合。减小测量光斑大小将实现更精确的薄膜测量及增强的工具间匹配性能。在一些实例中，针对具有范围从400微米到40微米的测量光斑大小的薄膜测量实现0.02埃的工具间匹配规定。

单波长椭偏仪执行具有改进的光束质量且具有对目标边缘衍射效应及非所要光学-结构相互作用的减小敏感度的薄膜测量。SWE系统经配置以包含靠近集光光瞳平面的孔径、靠近与晶片平面共轭的图像平面的孔径及线性偏光器(其包含薄的基于纳米粒子的偏光器元件)中的任何者。每一元件经选择以优化对所关注参数的测量敏感度、测量精确度及系统匹配度。基于纳米粒子的偏光器元件改进照明光束质量且减少所述晶片平面上的像散。光瞳孔径及场孔径提供视障且在从测量目标外侧衍射或反射的非期望、所收集光到达检测器之前有效地吸收它们。结果，较小测量目标(例如，40μm×40μm目标)的薄膜测量精确度大大增强。

图1描绘具有减小的测量光斑大小的示范性SWE系统100。SWE系统100包含产生入射在晶片115上的照明光束114的照明源110。当光束从照明源110传播到晶片115时，照明光束114穿过线性偏光器，所述线性偏光器包含薄的、基于纳米粒子、高消光比的输入光束偏光器元件111、照明光学器件112及椭圆偏光器元件113(例如，四分之一波板补偿器、相位延迟器等等)。照明源110与晶片115之间的元件是照明光学器件子系统的部分。光束114照明包含测量光斑116的晶片115的部分。从测量光斑116收集所收集光束117。所收集光117穿过补偿器118(例如，四分之一波板补偿器、相位延迟器等等)、集光光学器件119(包含集光光瞳光阑120)、集光场光阑121及分析器元件122。所收集光束117入射在检测器123的表面上。晶片115与检测器123之间的元件是集光光学器件子系统的部分。

在一个实例中，检测器123是光伏检测器。然而，一般来说，可预期其它检测器技术(例如，位置敏感检测器(PSD)、红外线检测器、电荷耦合装置(CCD)等等)。检测器123将所收集光转换成指示所收集光的强度的电信号125。从测量光斑116收集的光经由所检测光斑124投射到检测器123上。在这个意义上，测量光斑116包含最终投射到检测器123的表面上的所收集光部分所源自的晶片上的位置。

计算系统130接收所测量信号125且基于所测量信号125执行计量目标的所关注参数的基于模型的测量。

如图1中所描绘，照明光束114以斜角提供到晶片115的表面。一般来说，照明光可以任何斜角或任何数目个斜角提供到晶片115的表面。

照明光束114是窄带照明光。在一个实例中，窄带照明光具有带有极窄带的约632.8纳米的中心波长(例如，亚纳米范围的波长)。在一些实例中，窄带光源的发射光谱由激光(例如，氦-氖激光)产生。然而，一般来说，任何适合的窄带照明源可涵盖于此专利文件的范围内。

如图1中所描绘，Z轴法向于晶片115的表面而定向。X轴及Y轴与晶片115的表面共面，且因此垂直于Z轴。照明光束114的主射线126及所收集光束117的主射线127界定垂直于XY平面的入射平面。照明光束114以相对于Z轴的入射角AOI入射在晶片115的表面上且位于入射平面X'Z内。入射平面相对于固定到晶片116的坐标系XY以方位角Az定向。

照明光束以斜角几何投射到样品的表面上导致照明光束剖面沿与入射平面对准的方向伸长。举非限制性实例来说，投射在晶片表面上的圆形照明光束导致形状为椭圆的照明区域。因此，一般来说，表面的斜照明将导致相对于照明剖面伸长的投射照明区域，且伸长的方向与入射平面对准。此外，伸长的量值随着入射角增大而增大。更明确来说，在不存在衍射及像差效应的情况下，光束形状与入射角在入射平面的方向上的余弦成反比。

图2描绘说明以安置在晶片115上的计量目标128的中间为中心的晶片平面处的辐照度的模拟的图。传入光束(例如，具有高斯(Gaussian)光束分布的光束)照明计量目标以及围绕计量目标的区域。图中说明计量目标128(例如，薄膜垫)的边界。将存在于计量目标128的边界内的辐照度标示为I_in。将存在于计量目标128的边界外的辐照度标示为I_out。如图2中所描绘，计量目标为具有40微米×40微米的尺寸的正方形形状。

与天文应用中的日冕测量类似，照明光围绕目标的边缘衍射。在一些实例中，照明光在目标边缘处的衍射将在所投射图像中产生非所要的光晕。光晕效应的精确物理体现取决于所投射的目标形状及大小。但是，此衍射光干涉源自计量目标区域内侧的光，且因此引起厚度测量的误差。

在一方面中，圆形形状的孔径位于在SWE系统100的集光光学器件的光瞳平面附近所收集的光束中。在图1中所描绘的实施例中，集光光学器件119包含与集光物镜集成的光瞳光阑120。在所描绘的实施例中，光瞳光阑120包含具有光可自由穿过的圆形形状孔径的非透明结构。

在优选实施例中，光瞳光阑120位于集光光学器件的光瞳平面中。此位置处存在源自计量目标内的光与源自计量目标外侧的光之间的最大分离。在此位置中，光瞳光阑120最有效地阻挡非所要光。此外，所收集光束在此位置处具有最大范围。

沿所收集光的光学轴(即，光学z轴)的任何平面处的总辐照度I(r)可由方程式(1)表达，

I(r)＝I_in+I_out+I_int>

其中I_in是源自计量目标内的光的辐照度，I_out是源自计量目标外侧的光的辐照度，且I_int是源自计量目标内的光与计量目标外侧的光之间的干涉的辐照度，如方程式(2)所表达，

其中是每一波的偏光向量，其中是分量之间的相位差，且假定最差情况案例，与计量目标内侧的光相关联的偏光向量及与计量目标外侧的光相关联的偏光向量设置为相等，

方程式(3)表达信号对污染量度(SCR)，其界定依据沿所收集光的光学轴(即，光学z轴)的位置变化的所要信号(即，源自计量目标区域内的信号)对污染信号(例如，源自计量目标区域外侧的信号及干涉信号)的比率。

执行搜索以识别沿光学路径的SCR的最高值的位置。在一些实施例中，SCR的最高值的位置位于存在所要信号与污染信号之间的最大分离的位置处，其中物理视障装置(例如，孔径)最有效地阻挡污染信号且最小程度地阻挡所要信号。在一个实例中，仅包含干涉以作为非所要信号污染源。根据巴俾涅(Babinet)原理，出于模型化目的，将来自孔径的衍射场分解成段且将其单独地进行传播。

图3描绘说明归因于源自计量目标内侧的光而在集光光瞳平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图160。

图4描绘说明归因于源自计量目标外侧的光而在集光光瞳平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图165。

图3中所表示的信号是所要的且应加以检测，而图4中所表示的信号是非所要的且应在检测之前去除。

由于在光瞳平面中成像而从计量目标128衍射的光经再分布且集中于光瞳边缘附近，如图4中所说明。因此，在此位置处获得高SCR。集中在光束外围处的非所要信号被具有相对较大开口(例如，毫米数量级)的光瞳光阑所去除。所收集光源的辐照度分布在空间上最集中在晶片平面处。因此，边缘衍射效应对于相对较小的计量目标是最突出的。因此，将光瞳光阑用于减轻这些效应对于相对较小的计量目标是最有效的。

图5描绘说明归因于源自计量目标内侧的光而在集光图像平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图170。

图6描绘说明归因于源自计量目标外侧的光而在集光图像平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图175。

图7描绘说明归因于源自计量目标内侧的光与源自计量目标外侧的光之间的干涉而在集光图像平面处收集的光束的辐照度分布的模拟的图180。

图5描绘应加以检测的所要光的图像。然而，如图6及7中所描绘，归因于边缘衍射及干涉的非所要光未在集光光学器件的图像平面处以一种简单方式与所要光在空间上分离。因此，在此位置处获得低SCR。鉴于此原因，位于图像平面处的孔径未有效地阻挡由计量目标的边缘处的衍射引发的非所要光信号。

在另一方面中，靠近SWE系统的集光光学器件的图像平面的集光光学路径中包含矩形形状的场光阑。在图1中所描绘的实施例中，场光阑121位于分析器122前方的图像平面中。在所描绘的实施例中，场光阑121包含具有光可自由穿过的矩形形状孔径的非透明结构。

位于中间图像处的集光光学路径中的场光阑防止视域外侧的光到达检测器。在一个实例中，场光阑去除由所收集光束与光束路径中的光机械元件之间的相互作用引起的杂散光。这些相互作用通常自身显现为围绕所收集光束的相对较大半径环。此特定显现是归因于光束路径中的光学元件的对称圆柱形外壳。

由所收集光的光束与光束路径中的光机械元件之间的相互作用引起的杂散光在较大目标的测量中尤其普遍。在一个实例中，基于测量目标大小来确定目标的图像投射到集光物镜的图像平面上。基于集光物镜的放大率计算场光阑孔径的大小。

图8描绘说明在不过滤的情况下，与集光物镜共轭的平面处的照明光束的测量的图185。如图8中所说明，杂散光在图像中表现为围绕光束的一个环128。

图9描绘说明在如本文中所描述，适当大小的场光阑位于集光光学路径中的情况中，与集光物镜共轭的平面处的照明光束的图190。如图9中所说明，场光阑滤除从计量目标外侧反射的非所要光。

在另一方面中，位于照明源与任何椭圆偏光器元件之间的SWE系统的照明路径中的线性偏光器包含薄的、高消光比、基于纳米粒子的偏光器元件。在图1中所描绘的实施例中，薄的、基于纳米粒子的偏光器元件111位于在照明源110后方但在椭圆偏光器113前方的照明路径中。因而，偏光器元件111有时指称用来调节输入光束的输入光束偏光器，而非用来出于测量目的对照明光束赋予参考偏光的椭圆偏光器。在图1中所描绘的实施例中，薄的、基于纳米粒子的偏光器元件111吸收垂直于透射轴而偏光的光。通过嵌入硅酸钠玻璃中的球形椭圆体纳米粒子而在薄的、基于纳米粒子的偏光器元件111中产生偏光。示范性的薄的、基于纳米粒子的偏光器可购自(美国)新泽西州牛顿市的Newton公司(Thorlabs,Inc.,Newton,New Jersey(USA))。

薄的、基于纳米粒子的偏光器提供与传统Glan-Thompson(GT)偏光器类似的消光比及(与常规的基于聚合物的元件相比)明显较高的损坏临限值。在一些实施例中，薄的、基于纳米粒子的偏光器元件111为约200微米厚，而相当的GT偏光器为约10毫米厚。薄的偏光器提供更好的像差控制且薄的、基于纳米粒子的偏光器的折射率不取决于入射角。这导致光学系统中的像散显著减少，且因此降低光斑大小能力。相比之下，传统GT偏光器配置通过折射分离光束偏光，但超常射线折射率是角度相依的，而寻常波折射率是恒定的。这导致像差及光束质量降低。

图10描绘说明使用传统SWE系统的不同焦平面偏移距离获得的测量光斑大小的图191。曲线192说明针对各种焦平面偏移距离的图1中所描绘的X'方向上的晶片平面处的测量光斑大小。曲线193说明针对各种焦平面偏移距离的图1中所描绘的Y'方向上的晶片平面处的测量光斑大小。图191是基于从采用常规GT偏光器的SWE系统收集的实验数据产生的。归因于像散效应，在X'方向及Y'方向上测量的最小光斑大小以不同焦平面偏移达到它们的最小大小。因此，不可能选择在两个方向上最小化测量光斑大小的焦平面偏移。

图11描绘说明使用并入基于纳米粒子的输入光束偏光器的SWE系统(例如SWE系统100)的不同焦平面偏移距离获得的测量光斑大小的图194。曲线195说明针对各种焦平面偏移距离的图1中所描绘的X'方向上的晶片平面处的测量光斑大小。曲线196说明针对各种焦平面偏移距离的图1中所描绘的Y'方向上的晶片平面处的测量光斑大小。在此案例中，在X'方向及Y'方向上测量的最小光斑大小依几乎相同的焦平面偏移(即，如图11中所描绘的约15微米的焦平面偏移)达到其最小大小。因此，可能选择在两个方向上最小化测量光斑大小的焦平面偏移。

举实例来说，图12说明通过采用如本文中所描述的场光阑及光瞳光阑改进(即，减小)有效测量光斑大小。图12描绘说明具有矩形的、经适当塑形的结构的计量目标的SWE测量结果的图197。跨目标扫描照明光斑。在所提供的实例中，通过识别对所测量SWE信号提供最佳拟合的膜厚度参数来测量特性化目标的膜厚度。期望膜厚度变动保持在一个规定范围内，同时照明光束仍处于适当塑形的结构内。因此，假定当测量结果移出此范围时发生照明光束与目标区域的边缘的非所要相互作用。

曲线198描绘使用传统SWE系统(无如本文中所描述的光瞳光阑、场光阑及薄的基于纳米粒子的输入光束偏光器)执行的测量。在所说明的实例中，在约20微米的线性扫描内，测量是稳定的(即，由于在30微米与50微米之间扫描到测量光束的中心)。超出此限制范围时，光束开始与适当塑形的目标的边缘相互作用且所测量的厚度开始增大。

曲线199描绘使用包含如本文中所描述的光瞳光阑、场光阑及薄的基于纳米粒子的输入光束偏光器的SWE系统执行的测量。在所说明的实例中，在约40微米的线性扫描内，测量是稳定的(即，由于在20微米与60微米之间扫描到测量光束的中心)。超出此范围时，光束开始与适当塑形的目标的边缘相互作用且所测量的厚度开始增大。应注意，就包含光瞳光阑、场光阑及薄的、基于纳米粒子的输入光束偏光器来说，有效测量光斑大小较小的，这是因为在边缘效应开始影响测量之前，线性扫描的范围明显较大。

包含如本文中所描述的光瞳光阑、场光阑及薄的基于纳米粒子的输入光束偏光器的SWE系统的测量展现：针对40um×40um测量目标，膜厚度测量的工具间匹配低至0.02埃。对不包含如本文中所描述的光瞳光阑、场光阑及薄的基于纳米粒子的输入光束偏光器的SWE系统执行的类似测量展现：针对相同40um×40um测量目标，膜厚度测量的工具间匹配大于0.2。

在一些实施例中，SWE系统100经配置为离散测量偏光器及旋转补偿器系统。在这些实施例中，针对一个或多个方位角及入射角，使用连续旋转补偿器(例如，图1中所描绘的补偿器118)依离散偏光器角度执行测量。在一些实施例中，偏光器113包含可旋转偏光器元件，且计算系统130将指示所要偏光状态的命令信号141传递到偏光器113。作为响应，偏光器113旋转且在所要偏光状态时停止。以此方式，SWE系统100经配置以在一个固定偏光角度处停止。

在一些实施例中，SWE系统100经配置为旋转偏光器系统。在这些实施例中，在偏光状态针对一个或多个方位角及入射角连续变化时执行测量。在一些实施例中，偏光器113包含可旋转偏光器元件，且计算系统130将指示偏光状态的所要变化速率的命令信号141传递到偏光器113。作为响应，偏光器113以所要角速度旋转。

在一些实施例中，SWE系统100经配置为旋转偏光器及旋转补偿器系统。在这些实施例中，针对一个或多个方位角及入射角，使用连续旋转的偏光器(例如，图1中所描绘的偏光器113)及连续旋转的补偿器(例如，图1中所描绘的补偿器118)执行测量。在一些实施例中，补偿器118包含可旋转偏光器元件，且计算系统130将指示偏光状态的所要变化速率的命令信号145传递到补偿器118。作为响应，补偿器118以所要角速度旋转。

在进一步方面中，SWE系统100还包含选择性分析器角度。类似地，计算系统130将指示所要分析器角度的命令信号142传递到选择性分析器122。

与偏光状态无关，在一些实施例中，SWE系统100还经配置以选择用于测量的AOI及Az的范围。

在一些实施例中，调整场光阑121以实现所要信号拒斥。如图1中所描绘，计算系统130将指示所要孔径大小的命令信号143传递到场光阑121。作为响应，场光阑121调整到所要孔径大小。在一些实施例中，场光阑121包含经配置以调整孔径大小的有源元件，例如可移动狭缝、刀刃、基于MEMS的镜元件等等。图13描绘场光阑121的实施例，所述场光阑121包含经配置以相对于彼此移动以实现所要尺寸及位置的矩形形状孔径的四个可移动、吸收性嵌板151到154。

在一些实施例中，调整光瞳光阑120以实现所要信号拒斥。如图1中所描绘，计算系统130将指示所要光瞳光阑孔径大小的命令信号144传递到光瞳光阑120。作为响应，光瞳光阑120调整到所要孔径大小。在这些实施例中，光瞳光阑120包含经配置以调整光瞳光阑120的孔径的有源元件，例如可移动快门元件、刀刃、基于MEMS的镜元件等等。

在一些实施例中，通过相对于计量系统的入射平面旋转计量目标来选择方位角。例如，SWE系统100可包含支撑样品115的旋转台。在这些实施例中，计算系统130将命令信号传递到旋转台以使样品115相对于光学器件系统旋转(例如，围绕图1中所描绘的z轴旋转)以实现所要方位角。

在进一步方面中，调整场光阑、光瞳光阑或其两者的孔径尺寸以通过限制光透射来增大对结构特定特征(例如，膜厚度)的测量敏感度。通过限制光透射，与源自晶片平面处的计量目标外侧的光相关联的光、通过源自计量目标内侧的光与源自计量目标外侧的光之间的相互作用产生的干涉光及反射到所收集光束中的杂散光被吸收或以其它方式被重新引导而远离检测器。以此方式，检测对所关注参数的变化最敏感的光线。

图14说明执行至少一个新颖方面中的SWE测量的方法200。方法200适合于由计量系统(例如本发明的图1中所说明SWE系统100)实施。在一方面中，应认识到，方法200的数据处理框可经由由计算系统130或任何其它通用计算系统的一个或多个处理器执行的预编程算法来实行。在本文中应认识到，SWE系统100的特定结构方面不表示限制且应解释为仅具有阐释性。

在框201中，通过照明源产生窄带照明光的光束。

在框202中，通过照明光学器件子系统将窄带照明光束引导到安置于所测量样品(例如，半导体晶片)上的计量目标。

在框203中，通过线性偏光器使窄带照明光束线性地偏光。在一些实施例中，线性偏光器是薄的、基于纳米粒子的偏光器。

线性偏光之后，在框204中，使窄带照明光束椭圆地偏光。

在框205中，从由窄带照明光束照明的计量目标收集所收集光束。

在框206中，从在集光光学器件子系统的光瞳平面处或附近收集的光束的其余部分去除所收集光束的第一部分，所述集光光学器件子系统经配置以从计量目标收集所收集光束。在一些实施例中，通过经配置以吸收或重新引导所去除光的孔径来去除所收集光束的第一部分。

在框207中，从在集光光学器件子系统的图像平面处或附近收集的光束的其余部分去除所收集光束的第二部分。在一些实施例中，通过经配置以吸收或重新引导所去除光的孔径来去除所收集光束的第二部分。

在框208中，在对入射光敏感的检测器的表面上检测所收集光束的第三部分。

在框209中，检测器产生指示所收集光束的所检测部分的多个输出信号。

一般来说，本文中所描述的用于控制信号污染的方法及系统不限于应用于单波长椭偏仪系统中，且其可在包含光谱椭圆偏振测量法系统等等的任何部分相干计量系统中实施。

在进一步实施例中，系统100包含用于基于根据本文中所描述的方法收集的测量数据执行实际装置结构的测量的一个或多个计算系统130。一个或多个计算系统130可以通信方式耦合到检测器(例如，检测器123)。在一方面中，一个或多个计算系统130经配置以接收与样品115的结构的测量相关联的测量数据125。

应认识到，可由单个计算机系统130或(替代地)由多计算机系统130实行本发明全文中所描述的一个或多个步骤。此外，系统100的不同子系统(例如检测器123)可包含适合于实行本文所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前文描述不应解释为对本发明的限制而应解释为阐释。

此外，计算机系统130可以所属领域中已知的任何方式以通信方式耦合到检测器123。例如，一个或多个计算系统130可耦合到与检测器123相关联的计算系统。在另一个实例中，可通过耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制检测器123。

SWE系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体来从所述系统的子系统(例如，检测器123等等)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可用作系统100的计算机系统130与其它子系统之间的数据链路。

SWE系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体来从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量结果、模型化输入、模型化结果、参考测量结果等等)。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与其它系统(例如，SWE系统100机载存储器、外部存储器或其它外部系统)之间的数据链路。例如，计算系统130可经配置以经由数据链路从储存媒体(即，存储器132或外部存储器)接收测量数据。例如，使用检测器123获得的强度测量结果可储存在永久性或半永久性存储装置(例如，存储器132或外部存储器)中。就此来说，可从机载存储器或从外部存储器系统输入测量结果。此外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。例如，由计算机系统130确定的测量模型或实际装置参数值可被传递且储存在外部存储器中。就此来说，可将测量结果输出到另一个系统。

计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、主计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可在广义上定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一个或多个处理器的任何装置。

可经由传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)传输实施方法(例如本文中所描述的方法)的程序指令134。例如，如图1中所说明，储存在存储器132中的程序指令134经由总线133传输到处理器131。程序指令134储存在计算机可读媒体(例如，存储器132)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘、或磁带。

在一些实例中，将测量模型实施为光学临界尺寸计量系统(可购自美国加利福尼亚州苗必达市科磊公司)的元件。以此方式产生模型且准备在系统收集测量信号之后立即使用所述模型。

在一些其它实例中，例如，由实施软件(可购自美国加利福尼亚州苗必达市科磊公司)的计算系统脱机实施测量模型。所得经训练的模型可作为可由执行测量的计量系统存取的库的元素并入。

在又一方面中，本文中所描述的测量模型结果可用于将主动反馈提供给工艺工具(例如光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等等光刻)。例如，可将基于本文中所描述的测量方法而确定的所测量参数值传递到光刻工具以调整光刻系统以实现所要输出。可以类似方式将蚀刻参数(例如蚀刻时间、扩散率等等)或沉积参数(例如时间、浓度等等)包含在测量模型中以将主动反馈分别提供给蚀刻工具或沉积工具。在一些实例中，可将对基于所测量装置参数值及经训练测量模型而确定的工艺参数的校正传递到光刻工具、蚀刻工具或沉积工具。

如本文中所述，术语“临界尺寸”包含一个结构的任何临界尺寸(例如底部临界尺寸、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角、光栅高度等等)、任何两个或两个以上结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)及两个或两个以上结构之间的位移(例如，覆盖光栅结构之间的覆盖位移等等)。结构可包含三维结构、图案化结构、覆盖结构等等。

如本文中所描述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。

如本文中所描述，术语“计量系统”包含在任何方面中至少部分用于特性化样品的任何系统，包含测量应用(例如临界尺寸计量、覆盖计量、焦点/剂量计量及组合物计量)。然而，此类技术术语不限制如本文中所描述的术语“计量系统”的范围。此外，SWE系统100可经配置以测量经图案化晶片及/或未经图案化晶片。所述计量系统可经配置为LED检验工具、边缘检验工具、背侧检验工具、宏观检验工具或多模式检验工具(同时涉及来自一个或多个平台的数据)及受益于本文中所描述的方法的任何其它计量或检验工具。

本文中描述可用于处理样品的半导体处理系统(例如，检验系统或光刻系统)的各个实施例。术语“样品”在本文中用来指代晶片、光罩或可通过所属领域中已知的方式处理(例如，打印或检验缺陷)的任何其它样本。

如本文中所使用，术语“晶片”通常指代由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。此类衬底通常可见于半导体制造设施中及/或在半导体制造设施中处理。在一些情况中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含在衬底上形成的一个或多个不同材料层。在晶片上形成的一个或多个层可“经图案化”或“未经图案化”。例如，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。

“光罩”可为在主光罩制造工艺的任何阶段中的光罩或可经释放或可未经释放以用于半导体制造设施中的成品光罩。光罩或“遮罩”一般定义为具有在其上形成且配置成图案的实质上不透明区域的实质上透明衬底。所述衬底可包含(例如)玻璃材料，例如非晶SiO₂。可在光刻工艺的曝光步骤期间将光罩安置在光致抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得可将所述光罩上的图案转印到所述光致抗蚀剂。

在晶片上形成的一个或多个层可经图案化或未经图案化。例如，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理可最终产生成品装置。可在晶片上形成许多不同类型的装置，且如本文中使用的术语“晶片”旨在涵盖其上制造所属领域中众所周知的任何类型的装置的晶片。

在一个或多个示范性实施例中，所述功能可以硬件、软件、固件或其任何组合实施。若以软件实施，那么功能可作为一个或多个指令或程序代码储存在计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机储存媒体及通信媒体两者，其包含便于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何媒体。储存媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。举实例来说且不限于此，此类计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘储存装置、磁盘储存装置或其它磁储存装置、或可用来以指令或数据结构的形式携载或储存所要程序代码构件且可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接可适宜地称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么所述同轴电缆、光缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包含在媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及磁盘包含光盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而磁盘用激光光学地再现数据。上述内容的组合还应包含在计算机可读媒体的范围内。

尽管上文出于指导目的描述某些特定实施例，但本专利文献的教示内容具有普遍适用性且不限于上文所描述的特定实施例。据此，可在不背离如发明权利要求书中所陈述的本发明范围的情况下实践所述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。