[發(fā)明專利]一種包含相位補償器的橢圓偏振儀的校準方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210374589.2
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102878940A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐鵬;王林梓;劉濤;劉健鵬;李國光
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微電子研究所;北京智朗芯光科技有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01N21/21;G01J4/00
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對包含相位補償器的橢偏測量系統(tǒng)中偏振方向、相位補償器的快（慢）軸方向、相位補償器的延遲角度、光入射角度的校準方法。

背景技術(shù)

隨著半導體行業(yè)的快速發(fā)展，利用光學測量技術(shù)精確測量晶片上單層或多層薄膜形成的三維結(jié)構(gòu)的臨界尺度（Critical?Dimension）、空間形貌和材料特性變得十分重要。為了使測量結(jié)果有效，所用的測量系統(tǒng)應(yīng)該能夠高精確度地測量膜厚和/或薄膜構(gòu)成。目前，眾所周知的非破壞性檢測技術(shù)——橢圓偏振測量法，通過測量樣品反射的光的偏振來獲得樣品的特征參數(shù)。因其有高敏感性且具有非破壞性和非接觸等優(yōu)點，而得到了從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應(yīng)用，從半導體物理、微電子學到生物學等方面的廣泛應(yīng)用。

基于橢偏法的測量原理如下：

光源所發(fā)射出的光經(jīng)過第一片偏振器(通常稱為起偏器)后，成為偏振光，之后照射在待測表面上。該偏振光經(jīng)待測表面改變其偏振狀態(tài)，例如經(jīng)過反射后，穿過第二片偏振器(通常稱為檢偏器)，隨后進入光探測器，通過分析待測樣品反射來的光的光強可以得到待測樣品表面的特征信息，即橢偏參數(shù)（ψ，△）。由于每次測量只能取得一組實驗值，通常需要旋轉(zhuǎn)起偏器或者檢偏器，使入射光的偏振態(tài)具有時間依賴性（使起偏器旋轉(zhuǎn)），或者分析反射光的方法具有時間依賴性（使檢偏器旋轉(zhuǎn)）。此外，在上述橢圓偏振儀中，若樣品反射光的偏振態(tài)接近于為線偏振光，則橢圓偏振儀的敏感性會降到很低，因此包含相位補償器的橢圓偏振儀的應(yīng)用也越來越廣泛。

此外，由于橢偏參數(shù)不僅與樣品參數(shù)值有關(guān)系，而且還是入射角、波長、偏振器件的方位角和位相延遲等參數(shù)的函數(shù)，因此，為了準確地得到樣品的未知參量(比如，薄膜厚度、折射率n、消光系數(shù)k等)，在測量之前需要對橢圓偏振儀中偏振器的偏振方向，及相位補償器的快軸（或慢軸）方向以及位相延遲角度進行比較準確的校準，校準的精度決定了測量的精度。

現(xiàn)有技術(shù)中，對橢偏儀中偏振器件的偏振方向的校準，一般是通過固定起偏器P在0度附近的某個位置(P1)，固定檢偏器A不動，通過旋轉(zhuǎn)相位補償器C，測量光強I₁，獲得此角度下的I₁(t)曲線；然后，改變起偏器P的角度至P2，測量光強I₂，得到I₂(t)曲線；重復上述測量，在不同P角度下測量光強，獲得不同起偏器P角度下得到I(t)曲線。對上述I(t)曲線進行傅里葉展開，獲得不同起偏器P角度下的傅里葉系數(shù)；尋找一個與傅里葉系數(shù)有關(guān)，并且在P=0時具有最小值的函數(shù)；通過數(shù)據(jù)分析，尋找使該函數(shù)值最小的起偏器P的位置，即可認為此處為P=0處（具體可參見Joungchel?lee,“Rotating-compensator?multichannelellipsometry:Applicationsfor?real?time?Stokes?vector?spectroscopy?of?thin?filmgrowth”，REVIEW?OF?SCIENTIFIC?INSTRUMENTS，VOLUME69,NUMBER4，APRIL1998）。然后，再通過反正切校準法，來獲得系統(tǒng)的Cs值與A-As值（具體可參見Joungchel?lee,“Rotating-compensator?multichannel?ellipsometry:Applicationsfor?real?time?Stokes?vector?spectroscopy?of?thin?film?growth”，REVIEW?OF?SCIENTIFIC?INSTRUMENTS，VOLUME69,NUMBER4，APRIL1998.以及Ilsin?An,Jaeho?Lee,“A?Single?Zone?Azimuth?Calibration?for?RotatingCompensator?Multichannel?Ellipsometry”,The?Japan?Society?of?Applied?Physics，2003）。由于上述校準方法中，一般都需要電動或手動轉(zhuǎn)動起偏器P，而且確定偏振器的偏振方向后，還需要手動或者電動將偏振器轉(zhuǎn)動至所需的某個角度，則機械結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和或人為操作的誤差，都會造成實際角度與需要設(shè)定的角度之間的誤差，從而導致樣品測量的不準確性，因此，現(xiàn)有技術(shù)中，偏振器角度的校準方法精度均比較低，從而限制了橢偏儀的測量精度。