围内且在斜入射下更厚。
[0026]如光学涂层设计中所知，具有不同折射率的两种材料的多层堆叠可产生具有光谱性及角度性宽阻带的相当高反射电介质镜面涂层。此设计在对应于四分之一波长条件(其确保因光干涉现象引起的最大反射)的波长及厚度下尤其有效。所述涂层堆叠也称为分布式布拉格反射器。然而，即使当薄膜厚度并非正好四分之一波长时，也可实现有效反射。此反射促成光子到结构中的相对低的穿透。如文中所提出的解决方案，应使用所述阻带以外的波长(及/或角度)。
[0027]还可通过使用较长波长大大地增进不透明硬掩模或其它非透明或部分透明层下方的深层结构的测量。明确来说，在HAR存储器结构的情况下，最佳度量方案对应于将波长范围扩展到红外(IR)光谱区域内。
[0028]发明人意识到，在单个系统中组合IR及可见波长的能力对测量复杂3D结构的细节来说是重要的。一般来说，应使用相对长波长深入地穿透到结构中(或抑制具有相对大间距的结构的高衍射阶数)。使用相对短波长对提供有关易得到相对短波长(通常，顶部水平层)以及相对小CD及粗糙度特征的结构的尺寸信息来说仍是重要的。在一些情况下，使用较长波长可有益于测量具有相对粗糙表面或界面的目标的尺寸特性，因为较长波长对粗糙度通常具有较低敏感性。
[0029]虽然将波长范围从190nm到900nm(或甚至150nm到900nm)的典型范围增加到更宽波长范围(例如190nm到2000nm或甚至150nm到2000nm)会对半导体光学度量工具造成若干设计问题，但这些问题已如本文中所述般得到解决且其在先前IR光学度量装置中无法被适当解决。
[0030]IR+可见光+UV系统设计中的一个障碍为光不足，这受在整个所需波长范围内产生足够光子的可行源所限制。然而，激光驱动等离子源可克服光子不足。例如，由12000KCT激光维持等离子光源(LSP)及75W，6000KCT Xe灯产生的光子的比较(经由黑体计算(假设完全不透明))显示，在150nm到2000nm的整个波长范围内，LSP比Xe灯产生显著更多的光子。另外，如图3中可见，在220nm到820nm的整个波长范围内，来自LSP的随波长而变的模/数转换器(ADC)计数比来自150W光纤耦合Xe灯显著更高。在UV及深UV (DUV)中，LSP的亮度也为Xe灯的亮度的10倍以上。此外，在IR中，LSP的亮度也为Xe灯的亮度的5倍到8倍。因此，LSP可用于实现本文中所述的度量所需且使用传统光源无法实现的光级。
[0031]图4说明经配置以确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多个特性的系统的一个实施例。所述系统包含照明子系统，其经配置以将光引导到在晶片上形成的一或多个结构。所述光包含UV光、可见光及IR光。可如文中所述般配置所述一或多个结构。例如，所述一或多个结构包含至少一个HAR结构或至少一个大横向尺寸结构。
[0032]在图4中所示的实施例中，照明子系统展示为包含光源400、一或多个滤光器402、偏振组件404、场光阑406、孔径光阑408及一或多个具有反射能力的光学元件410。在一个实施例中，所述照明子系统包含至少一个LSP。例如，光源400可为LSP。一或多个滤光器402可用于控制所述照明子系统的光级及/或光谱输出。滤光器402可包含如文中另外所述般配置的多区域滤光器。偏振组件404可用于产生离开所述照明子系统的所需偏振态。所述偏振组件可为偏振器及/或补偿器。所述偏振组件可为固定式、可旋转式或旋转式且可包含任何适宜的市售偏振组件。虽然图4中的照明子系统展示为包含一个偏振组件，但所述照明子系统可包含一个以上偏振组件。场光阑406控制所述照明子系统的视场(FOV)且可包含任何适宜的市售场光阑。孔径光阑408控制所述照明子系统的数值孔径(NA)且可包含任何适宜的市售孔径光阑。将来自光源400的光引导通过一或多个具有反射能力的光学元件410，以聚焦到晶片420上的一或多个结构(图4中未图示)上。所述照明子系统可包含光谱椭圆偏振术、反射术及散射测量领域中已知的任何类型及布置的滤光器402、偏振组件404、场光阑406、孔径光阑408及光学元件410。
[0033]所述系统还包含检测子系统，其经配置以产生响应于来自所述一或多个结构的光(归因于引导到所述一或多个结构的光)的输出。在图4中所示的实施例中，所述检测子系统展示为包含一或多个具有反射能力的光学元件422、孔径光阑424、偏振组件426及场光阑430。一或多个光学元件422可包含任何适宜的此类元件且可收集来自在晶片420上形成的一或多个结构的光。孔径光阑424控制所述检测子系统的NA。
[0034]偏振组件426可用于分析所需偏振态。所述偏振组件可为偏振器或补偿器。所述偏振组件可为固定式、可旋转式或旋转式且可包含任何适宜的市售偏振组件。另外，虽然检测子系统展示为包含一个偏振组件，但所述检测子系统可包含一个以上的偏振组件。
[0035]场光阑430控制所述检测子系统的FOV。所述检测子系统捕获从晶片420反射离开的光并将所述光引导通过一或多个具有反射能力的光学元件422及偏振组件426，以聚焦到场光阑430上，所述场光阑可用作所述检测子系统的分光计子系统461及481的分光计狭缝。然而，场光阑430可定位在分光计子系统461及481的分光计狭缝位置或其附近。
[0036]所述检测子系统可包含光谱椭圆偏振术、反射术及散射测量领域中已知的任何类型及布置的光学元件422、孔径光阑424、偏振组件426及场光阑430。在图4中所示的实施例中，光学元件434将光引导到分光计子系统461及481中的一者。在一个实施例中，光学元件434可为回转镜。如果所述回转镜在图4中所示的位置，那么所述回转镜将把光引导到分光计子系统481中。如果翻离所述回转镜在图4中所示的位置，那么光进入分光计子系统461。在另一实施例中，光学元件434为二向色分光器。
[0037]分光计子系统461涵盖深UV到近IR的波长。分光计子系统461展示为包含一或多个具有反射能力的光学元件446及450、光栅448、滤光器452及检测器454。光学元件446将光引导到光栅448 (其将光分散成光谱)。来自光栅的光由光学元件446引导到光学元件450，其将光引导通过滤光器452到达检测器454。检测器454产生响应于从晶片420上的一或多个结构反射离开的光的输出。检测器454可为电荷耦合装置(CCD)或光二极管阵列(I3DA)。
[0038]分光计子系统481涵盖IR波长。分光计子系统481展示为包含一或多个具有反射能力的光学元件436及440、光栅438、滤光器442及检测器444。光学元件436将光引导到光栅438 (其将光分散成光谱)。来自光栅的光由光学元件436引导到光学元件440，其将光引导通过滤光器442到达检测器444。检测器444产生响应于从晶片420上的一或多个结构反射离开的光的输出。检测器444可为PDA。
[0039]分光计子系统461及481可包含光谱椭圆偏振术、反射术及散射测量领域中已知的任何类型及布置的光学元件。在一个实施例中，所述检测子系统包含第一分光计子系统481 (其经配置以检测来自所述一或多个结构的IR光而非UV光)及第二分光计子系统461 (其经配置以检测来自所述一或多个结构的UV光而非IR光)。例如，所述第二分光计子系统可经配置以检测来自所述一或多个结构的深UV到近IR光而非IR光。以此方式，所述检测子系统可包含两个分光计，一个专用于IR且另一个专用于UV。例如，如图4中所示，第一分光计子系统481可由光学元件436及440、光栅438、滤光器442及检测器444组成。这些元件可组成检测子系统的IR分光计。第二分光计子系统461可由光学元件446及450、光栅448、滤光器452及检测器454组成。这些元件可组成所述系统的UV分光计。
[0040]本文中所述的系统布置与不同版本的光学度量系统兼容。例如，在一个实施例中，所述照明及检测子系统经配置以用于椭圆偏振术。所述椭圆偏振术可包含此项技术中已知的任何适宜的椭圆偏振术。例如，所述椭圆偏振术可为光谱椭圆偏振术(SE)。通常，SE可为具有单或双旋转补偿器配置的穆勒矩阵SE (Mueller Matrix SE，MMSE)、多入射角(AOI)SE或具有多方位角测量的SE。
[0041]在另一实施例中，所述照明及检测子系统经配置以用于反射术。所述反射术可包含此项技术中已知的任何反射术。在一些实施例中，所述照明及检测子系统中的至少一者包含切趾元件，且所述照明及检测子系统经配置以用于SE、光谱反射术(SR)、射束轮廓椭圆偏振术(BPE)或射束轮廓反射术(BPR)。切趾元件优选定位于孔径光阑408及/或424附近。另外，本文中所述的实施例可经配置以包含不同子系统的组合，例如SE与SR或SE与角分解反射术。
[0042]本文中所述的实施例还有利地提供相对小光斑大小测量能力。例如，本文中所述的实施例提供一种通过光学度量在相对小面积(例如小于50微米x50微米的面积)内测量特征为具有相对大微米级尺寸(例如，HAR结构)的结构的度量法。在一个实施例中，所述照明子系统经配置以将光引导到所述一或多个结构上的光斑，且所述光斑具有至少一个小于50微米的横向尺寸。在一个此实例中，如果所述光斑为圆斑，那么所述圆斑可具有小于50微米的直径。在另一个此实例中，如果所述光斑为椭圆斑，那么所述椭圆斑的较小尺寸可为小于50微米。
[0043]通过使用反射光学系统设计(例如，上文在SE的情况中另外所述者)及通过使用切趾光学系统设计(例如，上文在SE、SR、BPE或BPR的情况中另外所述者)实现相对小光斑大小测量能力。本文中所述的系统可经进一步配置以用于SE，如在1997年3月4日颁发给片望卡-科尔(Piwonka-Corle)等人的第5，608, 526号美国专利案中所述，所述专利申