CN115380194A - 高灵敏度的基于影像的反射测量 - Google Patents

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Abstract

用于执行成像反射测量的方法包括：使用具有第一峰值波长的输入射束照射样品上的测量区域；及使用所述输入射束的从所述样品反射的部分获得所述测量区域的多个影像。为这些影像的每个影像中的多个像素的每个像素确定反射强度值。使用反射强度值来确定与特定结构相关联的参数。

Description

高灵敏度的基于影像的反射测量
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2020年3月26日递交的US 16/831,575的优先权。为了所有目的通过引用将US 16/831,575的公开内容整体并入本文中。
技术领域
本文中描述的实施方式大体涉及成像反射计，且更特定而言涉及用于改善基于影像的反射测量的灵敏度的方法。
背景技术
成像反射测量可以用来测量小型特征的关键尺度(CD)及膜的厚度。执行这些测量的系统一般利用点(spot)扫描机构或线扫描机构中的任一者。对于点扫描机构而言，每个点的光谱均被光谱仪记录，该光谱仪大致包括光栅或棱镜以将光谱分布到线传感器上。对于线扫描机构而言，区域传感器的每一行均记录扫描线的影像，且每一列均记录光谱。这些机构为处理大型样品或具有大的测量场的样品提供了灵活性。
需要提供改善的测量灵敏度的成像反射测量系统及方法。
发明内容
本文中描述的实施方式提供基于影像的反射测量的改善的灵敏度。根据产生的对比度，基于影像的反射测量可以用来识别样品的不同特性或特征。基于影像的反射测量的在类似的特性或特征之间进行区分的能力取决于信噪比。增加影像传感器的每个像素中的电子数量可以增大信号，但每个像素均具有满阱容量，这限制了像素在到达饱和之前可以保持的电荷量。为了克服此限制，本文中描述的一些实施方式通过组合来自多个影像中的与特定结构相关联的像素的反射测量来增加反射性(reflectivity)信号。这有效地增加了电子数量而不会超过满阱容量。
例如，依据特定的实施方式，一种用于执行成像反射测量的方法包括：使用具有第一峰值波长的第一输入射束来照射样品上的测量区域；在成像传感器处接收所述第一输入射束的从所述样品反射的部分；使用所述第一输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的部分来获得所述测量区域的多个第一影像，所述多个第一影像中的每一者均包括多个像素，其中第一对应像素包括来自所述多个第一影像中的每一者且在所述多个第一影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；为所述多个第一影像的每个第一影像中的所述多个像素的每个像素确定第一反射强度值(reflectance intensityvalue)；基于所述第一对应像素中的每个像素的所述第一反射强度值来确定所述第一对应像素中的每一者的第一代表反射强度值；及至少部分地基于所述多个第一影像中的所述第一对应像素的每一者的所述第一代表反射强度值，来确定与所述测量区域内的所述样品的表面上的结构相关联的第一参数，所述第一对应像素与所述结构相关联。所述方法还包括：使用具有与所述第一峰值波长不同的第二峰值波长的第二输入射束来照射所述样品上的所述测量区域；在所述成像传感器处接收所述第二输入射束的从所述样品反射的部分；使用所述第二输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的部分来获得所述测量区域的多个第二影像，所述多个第二影像中的每一者均包括多个像素，其中第二对应像素包括来自所述多个第二影像中的每一者且在所述多个第二影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；为所述多个第二影像中的每个第二影像中的所述多个像素中的每个像素确定第二反射强度值；基于所述第二对应像素中的每个像素的所述第二反射强度值来确定所述第二对应像素中的每一者的第二代表反射强度值；及至少部分地基于所述多个第二影像中的所述第二对应像素的每一者的所述第二代表反射强度值，来确定与所述测量区域内的所述样品的所述表面上的所述结构相关联的第二参数，所述第二对应像素与所述结构相关联。
在一实施方式中，所述方法还包括：使用一或更多道附加输入射束照射所述样品上的所述测量区域，及执行以下的对应步骤：接收所述一或更多道附加输入射束的部分；使用所述一或更多道附加输入射束的部分来获得所述测量区域的多个附加影像；确定附加反射强度值；及确定与所述样品的所述表面上的所述结构相关联的附加参数。在另一个实施方式中，所述方法还包括：将所述第一参数与所述第二参数进行比较，以识别所述第一峰值波长及所述第二峰值波长的测量灵敏度。
在另一个实施方式中，所述第一参数是使用基于所述第一对应像素中的每个像素的所述第一反射强度值的平均值来确定的，且所述第二参数是使用基于所述第二对应像素中的每个像素的所述第二反射强度值的平均值来确定的。
在另一个实施方式中，与所述结构相关联的所述第一参数及所述第二参数是膜厚度或关键尺度。
在一些实施方式中，所述多个第一影像中的每一者及所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的暴露时间获得的。在其他的实施方式中，所述多个第一影像中的每一者均是使用大约相同的第一暴露时间获得的，且所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的第二暴露时间获得的，所述第二暴露时间与所述第一暴露时间不同。
依据另一个实施方式，一种用于执行成像反射测量的方法包括：使用具有第一峰值波长的第一输入射束来照射样品上的测量区域；在成像传感器处接收所述第一输入射束的从所述样品反射的部分；使用所述第一输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的部分来获得所述测量区域的多个第一影像，所述多个第一影像中的每一者均包括多个像素，其中第一对应像素包括来自所述多个第一影像中的每一者且在所述多个第一影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；为所述多个第一影像中的每个第一影像中的所述多个像素中的每个像素确定第一反射强度值；及至少部分地基于所述多个第一影像中的所述第一对应像素的每一者的所述第一反射强度值，来确定与所述测量区域内的所述样品的表面上的结构相关联的第一参数，所述第一对应像素与所述结构相关联。
在一实施方式中，所述第一参数是使用基于所述第一对应像素中的每个像素的所述第一反射强度值的平均值来确定的。
在另一个实施方式中，与所述结构相关联的所述第一参数是膜厚度或关键尺度。
在另一个实施方式中，所述方法还包括：使用具有与所述第一峰值波长不同的第二峰值波长的第二输入射束来照射所述样品上的所述测量区域；在所述成像传感器处接收所述第二输入射束的从所述样品反射的部分；使用所述第二输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的部分来获得所述测量区域的多个第二影像，所述多个第二影像中的每一者均包括多个像素，其中第二对应像素包括来自所述多个第二影像中的每一者且在所述多个影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；为所述多个第二影像中的每个第二影像中的所述多个像素中的每个像素确定第二反射强度值；及至少部分地基于所述多个第二影像中的所述第二对应像素的每一者的所述第二反射强度值，来确定与所述测量区域内的所述样品的所述表面上的所述结构相关联的第二参数，所述第二对应像素与所述结构相关联。所述多个第一影像中的每一者及所述多个第二影像中的每一者均可以是使用大约相同的暴露时间获得的。所述多个第一影像中的每一者均可以是使用大约相同的第一暴露时间获得的，且所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的第二暴露时间获得的，所述第二暴露时间与所述第一暴露时间不同。所述方法还可以包括：使用一或更多道附加输入射束照射所述样品上的所述测量区域，及执行以下的对应步骤：接收所述一或更多道附加输入射束的部分；使用所述一或更多道附加输入射束的部分来获得所述测量区域的多个附加影像；确定附加反射强度值；及确定与所述样品的所述表面上的所述结构相关联的附加参数。
根据权利要求书、说明书、及附图，另外的方面、优点、及特征是显而易见的。
附图说明
可以通过参照以下详细说明及附图来最佳地了解本文中所述的各种实施方式(关于结构及操作方法两者)以及这些实施方式的特征及优点，在这些附图中：
图1是成像反射计的简化截面图。
图2是多波长光源的简化截面图。
图3是成像反射计系统的简化截面图，所述成像反射计系统被配置为提供区域反射测量及点反射测量。
图4是流程图，其概述用于测量样品的反射性的方法。
图5A是依据实施方式示出包括不同类型的结构的样品上的测量区域的影像，图5B是依据实施方式绘示来自单个像素的测量噪声及来自多个像素的测量噪声的曲线图。
图6示出依据实施方式的多个影像，这些影像各自包括测量区域。
图7是绘示依据实施方式的照射与成像之间的同步的时序图。
图8A-8B是流程图，其绘示依据一些实施方式的用于执行成像反射测量的方法。
将理解到，为了简化及清楚绘示起见，图中所示的元件不一定是依比例绘制的。例如，可能为了清楚起见而相对于其他元件放大了一些元件的尺度。进一步地，在适当的情况下，可以在图中重复附图标记以指示对应或类似的元件。
具体实施方式
在以下的详细说明中，阐述了许多具体细节以提供对本文中所述的实施方式的透彻了解。然而，应了解，可以在没有这些具体细节的情况下实行各种实施方式。在其他的实例中，未详细描述众所周知的方法、程序、及部件以便不使所述的特征模糊。
将详细参照各种实施方式，这些实施方式中的一或更多个示例被绘示于图中。每个示例均是通过解释的方式来提供的，且均不意味着作为限制。进一步地，可以将绘示或描述为一个实施方式的一部分的特征用在其他实施方式上或与其他实施方式结合使用以又产生另外的实施方式。本说明书旨在包括这些修改及变化。
本文中所指称的“样本”或“样品”包括但不限于半导体晶片、半导体工件、光刻掩模、及诸如存储盘之类的其他工件等等。依据可以与本文中描述的其他实施方式结合的一些实施方式，系统及方法被配置为用于反射测量应用或被应用于反射测量应用。
本文中描述的实施方式大体涉及改善成像反射测量的灵敏度。在一些实施方式中，通过组合来自多个影像中的与特定的一或更多个结构相关联的像素的反射测量来增加反射性信号。
图1是依据一实施方式的成像反射计100的简化截面图。在此示例中所示出的成像反射计100可以用来实施本文中描述的方法。然而，仅将成像反射计100示作示例，且其他的成像反射计可以执行所述的方法。仅作为示例，可以使用配置为获得样品的一部分(而不是整个样品)的影像的成像反射计及/或使用单波长或多波长光源的成像反射计来执行方法。
在图1的示例中，通过光导106将来自源模块102的光转送到均化器108。来自均化器108的光116穿过照射光瞳114且被导向分束器120。光116的部分138被分束器120朝向参考传感器134反射，而光的部分122则穿过分束器120且继续沿着朝向样品130的光路行进。
光116的穿过分束器120的部分122通过大像场透镜126成像到样品130上。从样品130反射的光通过透镜126的至少一部分被引导且被分束器120朝向成像传感器158反射。
成像反射计100可以包括多个其他透镜(例如110、112、118、136)，这些透镜使光成形及/或沿着光路引导光，以照射样品130、照射参考传感器134、向其他透镜(例如120、140、144)引导光、并向成像传感器158引导从样品反射的光。例如，在一些实施方式中，光可以穿过一或更多个偏振器(例如偏振器110、154)。可以将该一或更多个偏振器安插在照射路径及/或成像路径中以在图案不是圆形对称的时候针对样品130上的图案结构的尺度改变及/或膜厚度提供增强的灵敏度。也可以安插波片以改变偏振光的相位。波片及/或偏振器可以处于固定的角度以提供偏振的反射测量，或者可以旋转以提供椭圆偏振测量。应理解，依据本文中描述的实施方式的成像反射计可以不包括图1的示例中所示出的所有光学元件及/或可以包括不包括在此示例中的其他光学元件。
此示例中的源模块102提供可以依序产生不同光束的多波长光源，每道光束均具有窄的波长范围。在一些实施方式中，通过可以单独启动的多个光源来提供多波长光源。光源中的每一者均产生光束，且光束中的至少一些具有不同的标称波长。
在其他的实施方式中，通过调整送到源模块102的源功率以产生具有不同标称波长的光束来提供多波长光源。每个波长的功率均可以被独立控制以最佳化在每个波长下测得的反射的动态范围。
在又其他的实施方式中，通过宽带光源及一组带通滤波器来提供多波长光源。可以将宽带光源与带通滤波器一起使用以产生选定的标称波长的光束。
在又其他的实施方式中，源模块102可以包括多个光源、宽带光源、及一组带通滤波器。
在一实施方式中，大像场透镜126具有比样品130的尺寸稍大的测量场尺寸(或照射面积)，使得可以在不扫描光或移动平台132的情况下通过成像传感器158获取全样品影像。例如，大像场透镜126可以具有300mm或更大的测量场尺寸以供测量具有300mm的直径的半导体晶片。大像场透镜126可以是远心透镜，使得从大像场透镜126向样品130行进的光线大约与光轴平行，所述光轴与样品130的表面实质垂直。这在整个样品130上或跨整个测量区域提供了实质法向的照射。因为照射角度大约相同，所以这可以减少测量误差。远心成像允许光跨整个像场以实质相同的角度反射以到达成像传感器。在一实施方式中，例如，照射样品130的光在约350nm到约1200nm的波长范围上可以具有小于0.3度的远心性误差，且在一些实施方式中，在约350nm到约1100nm的波长范围上可以具有小于1％的远心性误差。如本文中所使用的，远心性误差是向晶片表面入射及从晶片表面反射的光线相对于法线(或光轴)的角度偏差的度量。
在一些实施方式中，大像场透镜126具有小于样品130的直径的场尺寸。在此情况下，区域(或测量区域)被成像，且光学件及/或平台132可以被移动及/或光学模块可以被扫描以对相邻的场进行成像。取决于应用，测量区域的尺寸可以大约与裸片或步进器的场相同。可以使用已知的技术来缝合相邻的影像以提供多场影像或全样品影像。
成像传感器158可以是区域成像传感器，其包括用于捕捉从样品130反射且穿过成像光瞳150的光142的一或更多个数字照相机。成像传感器158基于接收到的光142来提供样品130的影像。在一些实施方式中，成像传感器158可以包括配置为对样品130的整个表面进行成像的单个照相机。在其他的实施方式中，成像传感器158可以包括多个照相机，每个照相机均对样品130上相邻的或稍微重叠的场(或测量区域)进行成像。可以使用已知的技术将相邻的影像缝合在一起。可以通过使用较高分辨率的成像传感器或使用各自对较小的场进行成像的多个成像传感器来增大影像分辨率。
成像反射计100包括向样品130提供光的照射路径及向成像传感器158提供光的成像路径。这允许独立控制照射数值孔径(NA)及成像NA。仅作为示例，若成像传感器158具有5120个像素乘5120个像素的阵列尺寸且成像NA为约0.004，则样品130上的像素尺寸对于300mm晶片而言为约60μm，这在365nm的波长下具有约55μm的瑞利分辨率且在1μm的波长下具有约153μm的瑞利分辨率。一般而言，照射NA大于成像NA，以校正残余的色远心误差并提供对样品130的倾斜及弯曲的容差。在一些实施方式中，照射NA的范围可以为从约0.005到约0.5，且成像NA的范围可以为从约0.003到约0.2。
参考传感器134可以包括用于捕捉从分束器120反射的光138的一或更多个数字照相机。参考传感器134可以具有比成像传感器158较低的分辨率。参考传感器134可以用来监测光138的均匀性及稳定性，并对由成像传感器158进行的反射测量提供实时校准。参考传感器134处的测量可以用来调整光源的特性(例如输出功率)以提供空间性及时间性的校正。
图2是依据一实施方式的多波长光源的简化截面图。可以将该多波长光源例如用作图1的成像反射计100中的源模块102的一部分。该多波长光源包括多个光源202及多条光纤206。光源202可以各自包括一或更多个发光二极管(LED)及/或激光二极管(LD)。光源202各自通过光纤206中的一者与均化器208光学耦接。光源202中的每一者均产生射束，且射束中的至少一些可以具有不同的标称波长。来自均化器208的光可以向大像场透镜引导且用来如关于图1所述地对样品进行成像。
在一实施方式中，多波长源依序产生输入射束中不同的输入射束及/或依序产生多道输入射束的组合。可以用大致与成像传感器(例如图1中所示的成像传感器158)的帧率相同的切换速率依序产生这些射束，以在每个波长均实现样品上的相同场的一个影像。在一些实施方式中，传感器的帧率可以比波长切换速率还快。较快的切换速率允许对每个波长下的多个影像进行平均以实现较高的信噪比。光源202中的每一者的输出功率均可以被独立控制及调整，使得传感器信号在每个波长下均接近饱和以最大化信噪比。光源202中的每一者均可以具有足以实现高速测量(或在成像传感器的读出速度下或接近所述读出速度的测量)的输出功率。
在一些实施方式中，可以通过在光纤206与均化器208之间安插扩散器(diffuser)来增加光通量(optical throughput)。可以通过诸如二向色分束器之类的其他构件来组合多个光源202，且可以通过诸如自由空间光学件中继器之类的其他构件将光源202耦接到均化器208中。
在一些实施方式中，可以将带通滤波器安插在光源202中的每一者与这些光源的相应的光纤206之间，以窄化每个波长的带宽。较窄的带宽可以为样品的表面上的厚膜堆叠或密集图案的测量提供较佳的灵敏度。带通滤波器可以通过消除LED的波长漂移准确地界定测量波长以提高测量准确度。
成像传感器(例如图1中所示的成像传感器158)可以具有高的读出速度(例如50到1000帧每秒(FPS)或更大，且高达1亿像素每帧或更大)。作为示例，在100FPS的读出速度下，成像传感器可以能够每分钟执行6000次反射性测量。测量可以是在相同或不同的波长下进行。在相同的波长下获得多次测量可以增强信噪比并改善测量灵敏度。
图3是依据一实施方式的成像反射计系统300的简化截面图，该成像反射计系统被配置为提供区域反射测量及点反射测量。在此示例中，来自源模块302的光穿过照射光瞳314且朝向大像场透镜326引导。大像场透镜326可以具有在不扫描光或移动平台332的情况下实现区域反射测量的场尺寸(或照射面积)。大像场透镜326可以是远心透镜，使得从大像场透镜326向样品行进的光线与光轴实质平行且具有与上述图1的成像反射计类似的低的远心性误差。
在此示例中，成像反射计系统300还包括点反射计376。点反射计376可以是实现点反射测量的高灵敏度反射计。可以将点反射计376安装在机器手臂372上，该机器手臂允许将点反射计376移动到样品之上的任何位置以用于进行点测量及/或在区域测量期间移动到大像场透镜326的视场之外。例如，机器手臂可以是R-θ机器手臂。或者，平台332可以是x-y扫描平台，其将样品定位在大像场透镜326或点反射计376下方。
在一些实施方式中，大像场透镜326可以用来执行全样品或大区域影像反射测量。使用区域测量，可以识别样品上特定的一或更多个点以用于进一步测量，且点反射计376可以用来在特定的点处执行点反射测量。点反射计376的波长范围可以大于大像场透镜326的波长范围。
图3是成像反射计系统300的简化截面图，且为了简单起见，未示出许多零件及元件。例如，此图并不单独示出分束器、参考传感器、成像传感器、成像光瞳、及/或多个其他元件。应理解，成像反射计系统300可以包括这些及其他元件，例如关于图1及/或其他常规反射计系统所述的那些元件。
图4是流程图，其概述依据实施方式的用于使用成像反射计来测量样品的反射性的方法，所述成像反射计包括大像场透镜。所述方法包括以第一切换速率依序产生多道输入射束(402)。在一些实施方式中，该多道输入射束中的每一者均由不同的光源产生，且该多道输入射束中的至少一些可以具有与该多道输入射束中的其他输入射束不同的标称波长。在其他的实施方式中，该多道输入射束中的至少一些是由宽带光源产生的，且该多道输入射束中的每一者的波长是使用一组带通滤波器界定的。
该多道输入射束中的每一者均被引导通过具有第一NA的照射光瞳(404)。照射光瞳可以沿着第一光路布置。在一些实施方式中，该多道输入射束中的每一者均可以被分开，且该多道输入射束中的每一者的第一部分均可以沿着第一光路被导向参考传感器，且该多道输入射束中的每一者的第二部分均可以被允许沿着第一光路继续行进。
该多道输入射束中的每一者的至少一部分均使用大像场透镜来在被成像的样品之上提供为实质远心的照射(406)。该多道输入射束中的每一者的一部分还均可以被提供到参考传感器以用于监测输入射束的均匀性及稳定性。在一些实施方式中，大像场透镜的测量场可以大于被成像的样品以提供全样品测量。
实质远心的照射从样品反射的反射部分在大像场透镜处被接收并被引导通过具有第二NA的成像光瞳，该第二NA小于照射光瞳的第一NA(408)。可以使用分束器引导该反射部分通过成像光瞳。
在成像传感器模块处，接收反射部分且产生对应的影像信息，其中影像信息是用与第一切换速率相同或比第一切换速率较快的帧率产生的(410)。可以基于来自参考传感器的信息来校准或标准化影像信息。
在一些实施方式中，可以处理使用本文中所述的实施方式获得的影像以识别工艺偏移。可以依据已知的偏移识别技术来处理影像。例如，可以将在多个波长下测量到的反射与建模的反射或已知的良好样品进行比较。也可以将在样品上的不同位置处测得的图案进行比较以识别变化及/或异常。可以通过计算多个波长下的均方根(RMS)差来量化测得的变化。可以通过基于测量数据选择具有最高灵敏度的一或更多个波长来增强测量灵敏度。可以通过对理论模型的非线性回归来处理多波长反射以导出膜厚度及/或图案的CD。
应理解，可以将本文中所述的成像反射计配置为独立计量工具或与其他的计量工具或工艺工具整合在一起。作为示例，可以将本文中所述的成像反射计与工艺工具整合在一起并布置在将成像反射计与工艺腔室分离的窗口外部。在一些实施方式中，布置在窗口外部的大像场透镜为布置在工艺腔室内部的样品提供照射。可以将大像场透镜配置为向样品的全部或一部分提供照射(例如测量区域的尺寸可以大约与裸片或步进器的场相同)。这允许在样品位于真空腔室的内部的同时，在处理期间执行反射测量及/或在处理之后立即执行反射测量。这可以缩短控制回路，改善工艺控制，并避免由空气环境所造成的材料损伤。
图5A-5B依据实施方式绘示如何可以通过组合来自一影像中的不同像素的测量来增加信噪比。在图5A中，以方形画出影像502内的测量区域504的轮廓。出于此示例的目的，假设测量区域504与影像502(或成像传感器)的200像素乘200像素的区域对应。测量区域504内的点506由箭头指示，且点506与单个像素对应。
在实验中，捕捉了大约100个影像，且在每个影像内，将来自点506的反射强度值与来自200像素乘200像素的测量区域504内的40,000个像素的平均反射强度值进行比较。结果示于图5B中，其中与来自测量区域504内的40,000个像素的平均反射强度值510相比，来自单个点506的测得的反射强度值508具有大得多的噪声。
图6示出依据实施方式的多个影像602a、602b、……、602n，这些影像各自包括测量区域604。应理解，一些实施方式可以包括附加的测量区域。测量区域中的每一者均大致包括具有类似的特征或特性的结构。在图6的示例中，x轴及y轴代表影像602a、602b、……、602n内的二维位置，而z轴则代表时间。虽然因为影像602a、602b、……、602n堆叠的方式而在此示例中未示出，但测量区域604位于每个影像中的相同区域中(或在每个影像中测量区域604包括相同的x、y像素)。并且，每个影像中的测量区域604均包括样品上相同的特征。
如关于图5B所解释的，可以通过从测量区域内的像素中的每一者确定平均反射强度值来增加信噪比。用类似的方式，可以通过使用多个影像602a、602b、……、602n为每个x、y像素位置确定第一平均反射强度值来增加信噪比。也就是说，可以使用每个影像中相同x、y位置处的像素来为测量区域604中的每个x、y像素位置确定第一平均反射强度值。然后，使用每个像素的第一平均反射强度值，可以仅使用与测量区域604内的给定结构相关联的那些像素来为该结构确定第二平均反射强度值。可以使用第二平均反射强度值来确定与该结构相关联的参数(例如CD或膜厚度)。
应理解，虽然在先前的示例中使用了平均反射强度值，但也可以在确定代表反射强度值时使用其他参数或统计方法。例如，可以将中值反射强度值、反射强度值的总和、或其他参数或统计方法与本文中描述的实施方式一起使用。
并且，虽然可以使用每个影像中在相同x、y位置处的像素来为每个x、y像素位置确定第一平均反射强度值，但在一些实施方式中，也可以使用每个影像中大约在相同x、y位置处的多个像素。大约在相同x、y位置处的多个像素包括在每个影像中的与测量区域的大约相同的部分相关联的像素(即不位于相同x、y位置处但包括来自样品的相同部分的影像信息的像素)。
图7是绘示依据实施方式的照射与成像之间的同步的时序图。可以将该时序图例如与如图2中所示的多波长光源及如图1中所示的成像传感器一起使用。在该时序图中，将对不同的照射源及成像传感器的控制绘示为时间的函数。每个照射源(源1、源2、……、源6)均提供照射达一段时间，所述照射由曲线绘示，所述曲线起初上升，然后平稳，最后下降。这代表源导通、稳定、然后关断。应理解，图7仅被提供为示例，且可以使用任何使源导通的方法且可以使用任何数量的照射源。
照射源(源1、源2、……、源6)照射样品，且向成像传感器引导照射的反射部分，在该成像传感器处获得影像。每个源均可以提供具有约0.1nm或更小到约50nm或更大的窄波长范围的输入射束。仅作为示例，在一实施方式中，源1可以提供约350nm的峰值波长，源2可以提供约430nm的峰值波长，源3可以提供约530nm的峰值波长，源4可以提供约590nm的峰值波长，源5可以提供约730nm的峰值波长，而源6则可以提供约940nm的峰值波长。
图7中所示的时序图也绘示对成像传感器的控制。在每个源导通或提供照射的时间段(标记为积分时间)期间，成像传感器获得多个影像。每个影像均由图中的一矩形表示，且在此示例中，成像传感器在每个积分时间期间获得八个影像。每个影像均包括多个像素。每个像素均与来自测量区域的特定部分的反射照射对应。
在此示例中，暴露时间是传感器暴露于照射的时间长度，且帧率是一个影像的暴露的开始到下一个影像的暴露的开始(或一个影像的暴露的结束到下一个影像的暴露的结束)之间的时间长度的倒数。该时序图还示出通道保护带，其是关断一个照射源与导通下一个照射源之间的时间长度。
依据一些实施方式，根据照射源的数量或用于特定测量的照射源的数量，可以使用第一波长(例如源1)获得多个第一影像，可以使用第二峰值波长(例如源2)获得多个第二影像，以此类推。可以为每个影像的每个像素确定反射强度值，且可以基于这些反射强度值来确定参数(例如厚度、CD等等)。可以将在每个峰值波长下获得的参数进行比较以识别提供最佳测量灵敏度的峰值波长(或波长)。暴露时间、帧率、积分时间、通道保护带、照射强度、导通持续时间、及其他的设定也可以变化且对于不同的照射源而言可以不同。
图8A是流程图，其绘示依据实施方式的用于执行成像反射测量的方法。所述方法包括：使用具有第一峰值波长的第一输入射束来照射样品上的测量区域(802)，及在成像传感器处接收第一输入射束的从样品反射的部分(804)。测量区域可以是比样品小的区域。第一输入射束可以是宽带射束或具有窄波长范围的射束。成像传感器可以包括一或更多个数字照相机。
所述方法还包括：使用第一输入射束的从样品反射且在成像传感器处接收的部分来获得测量区域的多个第一影像，该多个第一影像中的每一者均包括多个像素，其中第一对应像素包括来自该多个第一影像中的每一者且在该多个第一影像中的每一者中与测量区域大约相同的部分相关联的单个像素(806)。这些对应像素可以各自具有相同的x、y像素位置，或这些对应像素可以包括来自样品的相同部分的影像信息。
确定多个第一影像中的每个第一影像中的该多个像素中的每个像素的第一反射强度值(808)，及至少部分地基于多个第一影像中的与测量区域内的样品的表面上的结构相关联的第一对应像素中的每个第一对应像素的第一反射强度值，来确定与所述结构相关联的第一参数(810)。与结构相关联的参数可以是膜厚度及/或CD值。
可以将图8A中所提供的方法用作独立的方法以确定第一参数，或可以将该方法与图8B中所提供的方法结合使用以识别用于照射的最佳峰值波长。图8B的方法包括：使用具有与第一峰值波长不同的第二峰值波长的第二输入射束照射样品上的测量区域(812)，及在成像传感器处接收第二输入射束的从样品反射的部分(814)。
该方法还包括：使用第二输入射束的从样品反射且在成像传感器处接收的部分来获得测量区域的多个第二影像，该多个第二影像中的每一者均包括多个像素，其中第二对应像素包括来自该多个第二影像中的每一者且在该多个第二影像中的每一者中与测量区域的大约相同的部分相关联的单个像素(816)。
确定多个第二影像中的每个第二影像中的该多个像素中的每个像素的第二反射强度值(818)，及至少部分地基于多个第二影像中的与测量区域内的样品的表面上的结构相关联的第二对应像素中的每个第二对应像素的第二反射强度值，来确定与所述结构相关联的第二参数(820)。第一参数可以是使用基于第一对应像素中的每个像素的第一反射强度值的平均值来确定的，且第二参数是使用基于第二对应像素中的每个像素的第二反射强度值的平均值来确定的。可以将第一参数与第二参数进行比较，以识别第一峰值波长及第二峰值波长的测量灵敏度。
在一些实施方式中，可以基于第一对应像素中的每个像素的第一反射强度值确定第一对应像素中的每一者的第一代表反射强度值。第一代表反射强度值可以例如是第一对应像素的每个像素的反射强度值的平均值。可以至少部分地基于第一代表反射强度值来确定第一参数。可以基于第二对应像素中的每个像素的第二反射强度值确定第二对应像素中的每一者的第二代表反射强度值。第二代表反射强度值可以例如是第二对应像素的每个像素的反射强度值的平均值。可以至少部分地基于第二代表反射强度值来确定第二参数。
一些实施方式包括：使用一或更多道附加输入射束来照射样品上的测量区域，及执行以下的对应步骤：在成像传感器处接收该一或更多道附加输入射束的从样品反射的部分；使用该一或更多道附加输入射束的从样品反射且在成像传感器处接收的部分来获得测量区域的多个附加影像；确定附加反射强度值；及确定与样品的表面上的结构相关联的附加参数。该一或更多道附加输入射束中的每一者均可以具有与其他峰值波长中的任一者不同的峰值波长。
应理解，图8A-8B中所绘示的具体步骤提供了依据一些实施方式的用于测量反射性的特定方法。也可以依据替代性实施方式执行其他步骤序列。例如，替代性实施方式可以用不同的顺序执行上文所概述的步骤。并且，图8A-8B中所绘示的个别步骤还可以包括可以用各种序列执行的多个子步骤。并且，还可以取决于特定的应用而添加或移除附加的步骤。
虽然上文涉及具体的实施方式，但也可以在不脱离这些实施方式的基本范围的情况下设计其他的及另外的实施方式。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将本发明的一或更多个实施方式的特征与其他实施方式的一或更多个特征组合在一起。因此，要用说明性而非限制性的意义来看待本说明书及附图。因此，本发明的范围不应参照以上说明来确定，而是应该参照随附权利要求书以及其等同物的全部范围来确定。

Claims (18)

1.一种用于执行成像反射测量的方法，所述方法包括：
使用具有第一峰值波长的第一输入射束照射样品上的测量区域；
在成像传感器处接收所述第一输入射束的从所述样品反射的部分；
使用所述第一输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的所述部分来获得所述测量区域的多个第一影像，所述多个第一影像中的每一者均包括多个像素，其中第一对应像素包括来自所述多个第一影像中的每一者且在所述多个第一影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；
为所述多个第一影像的每个第一影像中的所述多个像素的每个像素确定第一反射强度值；
基于所述第一对应像素中的每个像素的所述第一反射强度值来确定所述第一对应像素中的每一者的第一代表反射强度值；
至少部分地基于所述多个第一影像中的所述第一对应像素的每一者的所述第一代表反射强度值，来确定与所述测量区域内的所述样品的表面上的结构相关联的第一参数，所述第一对应像素与所述结构相关联；
使用具有与所述第一峰值波长不同的第二峰值波长的第二输入射束照射所述样品上的所述测量区域；
在所述成像传感器处接收所述第二输入射束的从所述样品反射的部分；
使用所述第二输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的所述部分来获得所述测量区域的多个第二影像，所述多个第二影像中的每一者均包括多个像素，其中第二对应像素包括来自所述多个第二影像中的每一者的在所述多个第二影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；
为所述多个第二影像的每个第二影像中的所述多个像素的每个像素确定第二反射强度值；
基于所述第二对应像素中的每个像素的所述第二反射强度值来确定所述第二对应像素中的每一者的第二代表反射强度值；及
至少部分地基于所述多个第二影像中的所述第二对应像素的每一者的所述第二代表反射强度值，来确定与所述测量区域内的所述样品的所述表面上的所述结构相关联的第二参数，所述第二对应像素与所述结构相关联。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：使用一或更多道附加输入射束照射所述样品上的所述测量区域，及执行以下的对应步骤：接收所述一或更多道附加输入射束的部分；使用所述一或更多道附加输入射束的所述部分来获得所述测量区域的多个附加影像；确定附加反射强度值；及确定与所述样品的所述表面上的所述结构相关联的附加参数。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述第一参数与所述第二参数进行比较，以识别所述第一峰值波长及所述第二峰值波长的测量灵敏度。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一参数是使用基于所述第一对应像素中的每个像素的所述第一反射强度值的平均值来确定的，且所述第二参数是使用基于所述第二对应像素中的每个像素的所述第二反射强度值的平均值来确定的。
5.如权利要求1所述的方法，其中与所述结构相关联的所述第一参数及所述第二参数是膜厚度。
6.如权利要求1所述的方法，其中与所述结构相关联的所述第一参数及所述第二参数是关键尺度(CD)。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述多个第一影像中的每一者及所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的暴露时间获得的。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述多个第一影像中的每一者均是使用大约相同的第一暴露时间获得的，且所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的第二暴露时间获得的，所述第二暴露时间与所述第一暴露时间不同。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述多个第一影像中的每一者均是使用大约相同的第一照射强度获得的，且所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的第二照射强度获得的，所述第二照射强度与所述第一照射强度不同。
10.一种用于执行成像反射测量的方法，所述方法包括：
使用具有第一峰值波长的第一输入射束照射样品上的测量区域；
在成像传感器处接收所述第一输入射束的从所述样品反射的部分；
使用所述第一输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的所述部分来获得所述测量区域的多个第一影像，所述多个第一影像中的每一者均包括多个像素，其中第一对应像素包括来自所述多个第一影像中的每一者的在所述多个第一影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；
为所述多个第一影像的每个第一影像中的所述多个像素的每个像素确定第一反射强度值；及
至少部分地基于所述多个第一影像中的所述第一对应像素的每一者的所述第一反射强度值，来确定与所述测量区域内的所述样品的表面上的结构相关联的第一参数，所述第一对应像素与所述结构相关联。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一参数是使用基于所述第一对应像素中的每个像素的所述第一反射强度值的平均值来确定的。
12.如权利要求10所述的方法，其中与所述结构相关联的所述第一参数是膜厚度。
13.如权利要求10所述的方法，其中与所述结构相关联的所述第一参数是关键尺度(CD)。
14.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
使用具有与所述第一峰值波长不同的第二峰值波长的第二输入射束照射所述样品上的所述测量区域；
在所述成像传感器处接收所述第二输入射束的从所述样品反射的部分；
使用所述第二输入射束的从所述样品反射且在所述成像传感器处接收的所述部分来获得所述测量区域的多个第二影像，所述多个第二影像中的每一者均包括多个像素，其中第二对应像素包括来自所述多个第二影像中的每一者且在所述多个影像中的每一者中与所述测量区域的大约相同的一部分相关联的单个像素；
为所述多个第二影像的每个第二影像中的所述多个像素的每个像素确定第二反射强度值；及
至少部分地基于所述多个第二影像中的所述第二对应像素的每一者的所述第二反射强度值，来确定与在所述测量区域内的所述样品的所述表面上的所述结构相关联的第二参数，所述第二对应像素与所述结构相关联。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述多个第一影像中的每一者及所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的暴露时间获得的。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述多个第一影像中的每一者均是使用大约相同的第一暴露时间获得的，且所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的第二暴露时间获得的，所述第二暴露时间与所述第一暴露时间不同。
17.如权利要求14所述的方法，进一步包括：使用一或更多道附加输入射束照射所述样品上的所述测量区域，及执行以下的对应步骤：接收所述一或更多道附加输入射束的部分；使用所述一或更多道附加输入射束的所述部分来获得所述测量区域的多个附加影像；确定附加反射强度值；及确定与所述样品的所述表面上的所述结构相关联的附加参数。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述多个第一影像中的每一者均是使用大约相同的第一照射强度获得的，且所述多个第二影像中的每一者均是使用大约相同的第二照射强度获得的，所述第二照射强度与所述第一照射强度不同。
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