(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210627876.3 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 机械科学研究院浙江分院有限公司 地址 310000 浙江省杭州市上城区中河中 路175号 (72)发明人 陈星　许岚　计亚平　冯泽舟　 (74)专利代理 机构 杭州杭诚专利事务所有限公 司 33109 专利代理师 陈东明 (51)Int.Cl. G01N 21/21(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/41(2006.01) G01B 11/06(2006.01) (54)发明名称 一种可变入射角的光谱椭偏仪 (57)摘要 本发明公开了一种可变入射角的光谱椭偏 仪。 为了现有技术对于集成电路芯片制造工艺， 椭偏仪测量灵敏度低的问题； 本发明包括： 偏振 光发生组件， 将光源起偏成线性偏振光后聚焦到 晶圆表面的待测点； 偏振光反射组件， 将经晶圆 反射后的偏振光聚焦到光谱仪的入射狭缝上； 入 射角选择孔， 设置在偏振光发生组件或偏振光反 射组件中， 通过平移达到根据待测膜层结构计算 选择的最大灵敏度对应的测量入射角。 根据待测 膜层结构选择测量入射角， 通过平移入射角选择 孔改变入射角， 最大程度上优化测量的灵敏度。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114910422 A 2022.08.16 CN 114910422 A 1.一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特 征在于， 包括： 偏振光发生组件， 将光源起偏成线性偏振光后聚焦到晶圆表面的待测点； 偏振光反射组件， 将经晶圆反射后的偏振光聚焦到光谱仪的入射狭缝 上； 入射角选择孔， 设置在偏振光发生组件或偏振光反射组件中， 通过平移达到根据待测 膜层结构计算选择的最大灵敏度对应的测量入射角。 2.根据权利要求1所述的一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特征在于， 所述的入射角选 择孔呈弧形孔径； 孔径宽度小于光束宽度。 3.根据权利要求1或2所述的一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特征在于， 所述的入射 角选择孔设置在滑块上， 滑块 通过驱动机构平 移改变测量入射角。 4.根据权利要求1所述的一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特征在于， 所述的偏振光发 生组件依次包括 光源、 光源小孔、 第一 准直组件、 偏振态发生器和第一聚焦组件。 5.根据权利要求1所述的一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特征在于， 所述的偏振光反 射组件依次包括第二 准直组件、 偏振态分析器、 第二聚焦组件和光谱仪 。 6.根据权利要求5所述的一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特征在于， 所述的入射角选 择孔设置在偏振态分析器与第二聚焦组件之间。 7.根据权利要求1所述的一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特 征在于， 根据待测膜层结构计算选择测量入射角的过程 为： 获得待测膜层的结构模型， 包括各待测膜层的厚度和膜层材 料的折射率； 确定入射角范围[ θmin， θmax]和步长Δθ； 确定待测参数xi及测量条件； 测量条件 包括入射角 θ、 方向角、 波长范围和起偏器角度； 对于每一个入射角 θ， 计算椭偏参数(Ψ， Δ)以及待测参数(xi)的测量灵敏度 和 选择相应的灵敏性 最大的入射角 θ作为测量入射角。 8.根据权利要求1或4或5所述的一种可变入射角的光谱椭偏仪， 其特征在于， 还包括： 分析处理器， 进入光谱仪中的光经过光电转换后获得光谱， 根据光谱计算晶圆的椭偏参数， 结合表面膜层结构模型， 采用最小二乘法计算膜层厚度和折 射率。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114910422 A 2一种可变入射角的光谱椭偏仪 技术领域 [0001]本发明涉及一种椭偏仪领域， 尤其涉及一种可变入射角的光谱椭偏仪 。 背景技术 [0002]光谱椭偏仪是一种用途很广的科学仪器。 它通过测量偏振光通过表面和经过表面 薄膜反射后， 偏振态的变化来推算出薄膜的厚度、 薄膜的光学折射率以及薄膜的其他性能， 灵敏度极高， 可以测到1/10原子大小的膜厚的变化。 [0003]二十多年前， 光谱椭偏仪被集成电路制造行业采用， 开始用来检测 薄膜制造工艺 中薄膜的厚度和折射率。 几乎在同时， 它 又被用来测 量集成电路光刻和刻蚀工艺中的线宽 (又称关键尺寸)。 经过二十多年的发展， 它已成为集成电路制造工艺中不可缺少的的检测 设备。 [0004]目前集成电路芯片制造工艺的最小线宽已经达到7纳米， 已远远小于光谱椭偏仪 光源的波长， 造成其测量灵敏度下降。 为提高光谱椭偏仪的测量灵敏度， 行业中的研发人员 不断从光源、 探测 器、 入射角和偏振态的被测参数， 椭偏仪的结构(琼斯矩阵， 穆勒矩阵)等 方面改进。 [0005]例如， 一种在中国专利文献上公开的 “椭偏仪测量超薄膜层的精度提升方法和装 置”， 其公告号CN106403830B， 包括直角三棱镜、 平凸球面透镜、 超薄膜层和玻璃基底。 通过 在椭偏仪中引入Ott o结构激发表面等离子体共振， 利用微米尺度光束测试分析椭偏参数随 入射波长、 入射角度、 空气隙厚度的变化曲线， 拟合椭偏参数曲线获得超薄膜层的厚度和光 学常数。 但是 该方案的装置与计算方法较为复杂， 成本较高。 发明内容 [0006]本发明主要解决现有技术对于集成电路芯片制造工艺， 椭偏仪测量灵敏度低的问 题； 提供一种可变入射角的光谱椭偏仪， 待测膜层结构 选择测量入射角， 最大程度上优化测 量的灵敏度。 [0007]本发明的上述 技术问题主 要是通过 下述技术方案得以解决的： 一种可变入射角的光谱椭偏仪， 包括： 偏振光发生组件， 将光源起偏成线性偏振光后聚焦到晶圆表面的待测点； 偏振光反射组件， 将经晶圆反射后的偏振光聚焦到光谱仪的入射狭缝 上； 入射角选择孔， 设置在偏振光发生组件或偏振光反射组件中， 通过平移达到根据 待测膜层结构计算选择的最大灵敏度对应的测量入射角。 [0008]本方案根据待测膜层结构选择测量入射角， 通过平移入射角选择孔改变入射角， 最大程度上优化测量的灵敏度。 且本方案仅增加 一个可移动改变的入射角选择孔， 结构简 单， 优化成本低。 [0009]作为优选， 所述的入射角选择孔呈弧形孔径； 孔径宽度小于光束宽度。 通过上下移 动定义入射角选择孔， 为达 到能改变入射角的效果， 要求 光束要比这个孔大 得多。说　明　书 1/4 页 3 CN 114910422 A 3