TW202204848A - 高靈敏度的基於影像的反射測量 - Google Patents

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Abstract

用於執行成像反射測量的方法包括以下步驟：使用具有第一峰值波長的輸入射束來照射試樣上的測量區域；及使用該輸入射束從該試樣所反射的部分來獲得該測量區域的多個影像。為該等影像中的每個影像中的複數個像素中的每個像素決定反射比強度值。使用反射比強度值來決定與特定結構相關聯的參數。

Description

高靈敏度的基於影像的反射測量
此申請案主張於2020年3月26日所提出的US 16/831,575的優先權。該申請案的實質揭示內容及整體揭示內容特此以引用方式併入本文中。
本文中所述的實施例大致與成像反射計相關，且更詳細而言是與用於改善基於影像的反射測量的靈敏度的方法相關。
成像反射測量可以用來測量小型特徵的臨界尺度（CD）及膜的厚度。執行這些測量的系統一般利用點掃描機構或線掃描機構中的任一者。對於點掃描機構而言，每個點的光譜均被光譜儀記錄，該光譜儀大致包括光柵或棱鏡以將光譜分佈到線感測器上。對於線掃描機構而言，區域感測器的每一列均記錄掃描線的影像，且每一行均記錄光譜。這些機構為處理大型試樣或具有大的測量場的試樣提供了彈性。
需要提供改善的測量靈敏度的成像反射測量系統及方法。
本文中所述的實施例提供了基於影像的反射測量的改善的靈敏度。取決於產生的對比度，基於影像的反射測量可以用來識別試樣不同的特性或特徵。基於影像的反射測量的在類似的特性或特徵之間進行區分的能力取決於訊噪比。增加影像感測器的每個像素中的電子數量可以增加訊號，但每個像素均具有完整的阱容量，這限制了像素在到達飽和之前可以保持的電荷量。為了克服此限制，本文中所述的一些實施例藉由組合來自與多個影像中的特定結構相關聯的像素的反射測量來增加反射率訊號。這有效地增加了電子數量而不會超過完整的阱容量。
例如，依據特定的實施例，一種用於執行成像反射測量的方法包括以下步驟：使用具有第一峰值波長的第一輸入射束來照射試樣上的測量區域；在成像感測器處接收該第一輸入射束從該試樣所反射的部分；使用該第一輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第一影像，該多個第一影像中的每一者均包括複數個像素，其中第一對應像素包括來自該多個第一影像中的每一者且與該多個第一影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素；為該多個第一影像中的每個第一影像中的該複數個像素中的每個像素決定第一反射比強度值；基於該等第一對應像素中的每個像素的該第一反射比強度值來決定該等第一對應像素中的每一者的第一代表性的反射比強度值；及至少部分地基於與該多個第一影像中的結構相關聯的該等第一對應像素中的每一者的該第一代表性的反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的表面上的該結構相關聯的第一參數。該方法也包括以下步驟：使用具有與該第一峰值波長不同的第二峰值波長的第二輸入射束來照射該試樣上的該測量區域；在該成像感測器處接收該第二輸入射束從該試樣所反射的部分；使用該第二輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第二影像，該多個第二影像中的每一者均包括複數個像素，其中第二對應像素包括來自該多個第二影像中的每一者且與該多個第二影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素；為該多個第二影像中的每個第二影像中的該複數個像素中的每個像素決定第二反射比強度值；基於該等第二對應像素中的每個像素的該第二反射比強度值來決定該等第二對應像素中的每一者的第二代表性的反射比強度值；及至少部分地基於與該多個第二影像中的該結構相關聯的該等第二對應像素中的每一者的該第二代表性的反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的該表面上的該結構相關聯的第二參數。
在實施例中，該方法也包括以下步驟：使用一或更多道附加輸入射束照射該試樣上的該測量區域，及執行以下的對應步驟：接收該一或更多道附加輸入射束的部分；使用該一或更多道附加輸入射束的該等部分來獲得該測量區域的多個附加影像；決定附加反射比強度值；及決定與該試樣的該表面上的該結構相關聯的附加參數。在另一個實施例中，該方法也包括以下步驟：將該第一參數與該第二參數進行比較，以識別該第一峰值波長及該第二峰值波長的測量靈敏度。
在另一個實施例中，該第一參數是使用基於該等第一對應像素中的每個像素的該第一反射比強度值的平均值來決定的，且該第二參數是使用基於該等第二對應像素中的每個像素的該第二反射比強度值的平均值來決定的。
在另一個實施例中，與該結構相關聯的該第一參數及該第二參數是膜厚度或臨界尺度。
在一些實施例中，該多個第一影像中的每一者及該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的暴露時間來獲得的。在其他的實施例中，該多個第一影像中的每一者均是使用大約相同的第一暴露時間來獲得的，且該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的第二暴露時間來獲得的，該第二暴露時間與該第一暴露時間不同。
依據另一個的實施例，一種用於執行成像反射測量的方法包括以下步驟：使用具有第一峰值波長的第一輸入射束來照射試樣上的測量區域；在成像感測器處接收該第一輸入射束從該試樣所反射的部分；使用該第一輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第一影像，該多個第一影像中的每一者均包括複數個像素，其中第一對應像素包括來自該多個第一影像中的每一者且與該多個第一影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素；為該多個第一影像中的每個第一影像中的該複數個像素中的每個像素決定第一反射比強度值；及至少部分地基於與該多個第一影像中的結構相關聯的該等第一對應像素中的每一者的該第一反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的表面上的該結構相關聯的第一參數。
在實施例中，該第一參數是使用基於該等第一對應像素中的每個像素的該第一反射比強度值的平均值來決定的。
在另一個實施例中，與該結構相關聯的該第一參數是膜厚度或臨界尺度。
在另一個實施例中，該方法也包括以下步驟：使用具有與該第一峰值波長不同的第二峰值波長的第二輸入射束來照射該試樣上的該測量區域；在該成像感測器處接收該第二輸入射束從該試樣所反射的部分；使用該第二輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第二影像，該多個第二影像中的每一者均包括複數個像素，其中第二對應像素包括來自該多個第二影像中的每一者且與該多個影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素；為該多個第二影像中的每個第二影像中的該複數個像素中的每個像素決定第二反射比強度值；及至少部分地基於與該多個第二影像中的該結構相關聯的該等第二對應像素中的每一者的該第二反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的該表面上的該結構相關聯的第二參數。該多個第一影像中的每一者及該多個第二影像中的每一者均可以是使用大約相同的暴露時間來獲得的。該多個第一影像中的每一者均可以是使用大約相同的第一暴露時間來獲得的，且該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的第二暴露時間來獲得的，該第二暴露時間與該第一暴露時間不同。該方法也可以包括以下步驟：使用一或更多道附加輸入射束照射該試樣上的該測量區域，及執行以下的對應步驟：接收該一或更多道附加輸入射束的部分；使用該一或更多道附加輸入射束的該等部分來獲得該測量區域的多個附加影像；決定附加反射比強度值；及決定與該試樣的該表面上的該結構相關聯的附加參數。
根據請求項、說明書、及附圖，另外的態樣、優點、及特徵是顯而易見的。
在以下的詳細說明中，闡述了許多具體細節以提供對本文中所述的實施例的透徹了解。然而，應了解，可以在沒有這些具體細節的情況下實行各種實施例。在其他的實例中，未詳細描述眾所周知的方法、程序、及元件以便不使所述的特徵模糊。
將詳細參照各種實施例，該等實施例中的一或更多個示例被繪示於圖式中。每個示例均是藉由解釋的方式來提供的，且均不意味著作為限制。進一步地，可以將繪示或描述為一個實施例的一部分的特徵用在其他實施例上或與其他實施例結合使用以又產生另外的實施例。本說明書旨在包括這些變體及變型。
如本文中所指稱的「樣本」或「試樣」包括但不限於半導體晶圓、半導體工件、光刻掩模、及諸如記憶碟之類的其他工件等等。依據可以與本文中所述的其他實施例結合的一些實施例，系統及方法被配置為用於反射測量應用且被應用於反射測量應用。
本文中所述的實施例大致與改善成像反射測量的靈敏度相關。在一些實施例中，藉由組合來自與多個影像中的特定的一或更多個結構相關聯的像素的反射測量來增加反射率訊號。
圖1是依據實施例的成像反射計100的簡化橫截面圖。在此示例中所示出的成像反射計100可以用來實施本文中所述的方法。然而，僅將成像反射計100示作示例，且其他的成像反射計可以執行所述的方法。僅藉由示例的方式，可以使用配置為獲得試樣的一部分（而不是整個試樣）的影像的成像反射計及/或使用單波長或多波長光源的成像反射計來執行方法。
在圖1的示例中，通過光導器106向均化器108轉傳來自源模組102的光。來自均化器108的光116穿過照射光瞳114且朝向分束器120引導。光116的部分138被分束器120朝向參考感測器134反射，而光的部分122則穿過分束器120且繼續沿著朝向試樣130的光路徑行進。
光116的穿過分束器120的部分122藉由大像場透鏡126成像到試樣130上。從試樣130所反射的光通過透鏡126的至少一部分而被引導且被分束器120朝向成像感測器158反射。
成像反射計100可以包括多個其他透鏡（例如110、112、118、136），該等透鏡使光成形及/或沿著光路徑引導光，以照射試樣130、照射參考感測器134、向其他的透鏡（例如120、140、144）引導光、並向成像感測器158引導從試樣所反射的光。例如，在一些實施例中，光可以穿過一或更多個偏振器（例如偏振器110、154）。可以將該一或更多個偏振器安插在照射路徑及/或成像路徑中以在圖案不是圓形對稱的時候提供增強的對試樣130上的圖案結構的尺度改變及/或膜厚度的靈敏度。也可以安插波紋板以變更偏振光的相位。波紋板及/或偏振器可以處於固定的角度以提供偏振的反射測量，或者可以旋轉以提供橢圓偏振測量。應理解，依據本文中所述的實施例的成像反射計可以不包括圖1的示例中所示出的所有光學構件及/或可以包括不包括在此示例中的其他光學構件。
此示例中的源模組102提供了可以依序產生不同光束的多波長光源，每道光束均具有狹窄的波長範圍。在一些實施例中，藉由可以個別啟動的複數個光源來提供多波長光源。光源中的每一者均產生光束，且光束中的至少一些具有不同的標稱波長。
在其他的實施例中，藉由調整送到源模組102的源功率以產生具有不同標稱波長的光束來提供多波長光源。每個波長的功率均可以被獨立控制以最佳化每個波長下測得的反射比的動態範圍。
在又其他的實施例中，藉由寬帶光源及一組帶通濾波器來提供多波長光源。可以將寬帶光源與帶通濾波器一起使用以產生選定的標稱波長下的光束。
在又其他的實施例中，源模組102可以包括複數個光源、寬帶光源、及一組帶通濾波器。
在實施例中，大像場透鏡126具有比試樣130的尺寸稍大的測量場尺寸（或照射面積），使得可以在不掃描光或移動平台132的情況下藉由成像感測器158獲取全試樣影像。例如，大像場透鏡126可以具有300 mm或更大的測量場尺寸以供測量具有300 mm的直徑的半導體晶圓。大像場透鏡126可以是遠心透鏡，使得從大像場透鏡126向試樣130行進的光線大約與光軸線平行，該光軸線與試樣130的表面實質垂直。這在整個試樣130上或跨整個測量區域提供了實質法向的照射。因為照射角度大約相同，所以這可以減少測量誤差。遠心成像允許光跨整個像場用實質相同的角度反射以到達成像感測器。在實施例中，例如，照射試樣130的光在約350 nm到約1200 nm的波長範圍上可以具有小於0.3度的遠心性誤差，且在一些實施例中，在約350 nm到約1100 nm的波長範圍上可以具有小於1%的遠心性誤差。如本文中所使用的，遠心性誤差是光線相對於法線（或光軸線）向晶圓表面入射及從晶圓表面反射的角度偏差的度量。
在一些實施例中，大像場透鏡126具有小於試樣130的直徑的場尺寸。在此情況下，區域（或測量區域）被成像，且光學件及/或平台132可以被移動及/或光學模組可以被掃描以對相鄰的場進行成像。取決於應用，測量區域的尺寸可以大約與晶粒或步進器的場相同。可以使用已知的技術來縫合相鄰的影像以提供多場影像或全試樣影像。
成像感測器158可以是區域成像感測器，其包括用於捕捉從試樣130所反射且穿過成像光瞳150的光142的一或更多個數位攝影機。成像感測器158基於接收到的光142來提供試樣130的影像。在一些實施例中，成像感測器158可以包括配置為對試樣130的整個表面進行成像的單個攝影機。在其他的實施例中，成像感測器158可以包括多個攝影機，每個攝影機均對試樣130上相鄰的或稍微重疊的場（或測量區域）進行成像。可以使用已知的技術將相鄰的影像縫合在一起。可以藉由使用較高解析度的成像感測器或使用各自對較小的場進行成像的多個成像感測器來增加影像解析度。
成像反射計100包括向試樣130提供光的照射路徑及向成像感測器158提供光的成像路徑。這允許獨立控制照射數值孔徑（NA）及成像NA。僅藉由示例的方式，若成像感測器158具有5120個像素乘5120個像素的陣列尺寸且成像NA為約0.004，則試樣130上的像素尺寸對於300 mm晶圓而言為約60 µm，這在365 nm的波長下具有約55 µm的瑞利解析度且在1 µm的波長下具有約153 µm的瑞利解析度。一般而言，照射NA大於成像NA，以校正殘餘的色遠心誤差並提供對試樣130的傾斜及彎曲的容差。在一些實施例中，照射NA的範圍可以為從約0.005到約0.5，且成像NA的範圍可以為從約0.003到約0.2。
參考感測器134可以包括用於捕捉從分束器120所反射的光138的一或更多個數位攝影機。參考感測器134可以具有比成像感測器158還低的解析度。參考感測器134可以用來監測光138的均勻性及穩定性，並提供對由成像感測器158進行的反射比測量的實時校準。參考感測器134處的測量可以用來調整光源的特性（例如輸出功率）以提供空間性及時間性的校正。
圖2是依據實施例的多波長光源的簡化橫截面圖。可以將多波長光源例如用作圖1的成像反射計100中的源模組102的一部分。多波長光源包括複數個光源202及複數條光纖206。光源202可以各自包括一或更多個發光二極體（LED）及/或雷射二極體（LD）。光源202各自藉由光纖206中的一者與均化器208光學耦接。光源202中的每一者均產生射束，且射束中的至少一些可以具有不同的標稱波長。來自均化器208的光可以向大像場透鏡引導且用來如關於圖1所述地對試樣進行成像。
在實施例中，多波長源依序產生輸入射束中不同的輸入射束及/或依序產生多道輸入射束的組合。可以用大致與成像感測器（例如圖1中所示的成像感測器158）的幀率相同的切換速率依序產生射束，以在試樣上的相同場在每個波長均實現一個影像。在一些實施例中，感測器的幀率可以比波長切換速率還快。較快的切換速率允許對每個波長下的多個影像進行平均以實現較高的訊噪比。光源202中的每一者的輸出功率均可以被獨立控制及調整，使得感測器訊號在每個波長下均接近飽和以最大化訊噪比。光源202中的每一者均可以具有足以實現高速測量（或在成像感測器的讀出速度下或接近該讀出速度的測量）的輸出功率。
在一些實施例中，可以藉由在光纖206與均化器208之間安插漫射器來增加光通量。可以藉由諸如二向色分束器之類的其他構件來組合多個光源202，且可以藉由諸如自由空間光學件中繼器之類的其他構件將光源202耦接到均化器208中。
在一些實施例中，可以將帶通濾波器安插在光源202中的每一者與該等光源的相應的光纖206之間，以窄化每個波長的帶寬。較窄的帶寬可以為試樣的表面上的厚膜堆疊或緻密圖案的測量提供較佳的靈敏度。帶通濾波器可以藉由消除LED的波長漂移準確地界定測量波長以改善測量準確度。
成像感測器（例如圖1中所示的成像感測器158）可以具有高的讀出速度（例如50到1000幀每秒（FPS）或更大，且高達1億像素每幀或更大）。舉個例子，在100 FPS的讀出速度下，成像感測器可以能夠每分鐘執行6000次反射率測量。測量可以是在相同或不同的波長下進行。在相同的波長下獲得多次測量可以增強訊噪比並改善測量靈敏度。
圖3是依據實施例的成像反射計系統300的簡化橫截面圖，該成像反射計系統被配置為提供區域反射測量及點反射測量。在此示例中，來自源模組302的光穿過照射光瞳314且朝向大像場透鏡326引導。大像場透鏡326可以具有在不掃描光或移動平台332的情況下實現區域反射測量的場尺寸（或照射面積）。大像場透鏡326可以是遠心透鏡，使得從大像場透鏡326向試樣行進的光線與光軸線實質平行且具有與上述圖1的成像反射計類似的低的遠心性誤差。
在此示例中，成像反射計系統300也包括點反射計376。點反射計376可以是實現點反射測量的高靈敏度反射計。可以將點反射計376安裝在機器手臂372上，該機器手臂允許將點反射計376移動到試樣上的任何位置以供進行點測量及/或在區域測量期間移動到大像場透鏡326的視野之外。例如，機器手臂可以是R-θ機器手臂。或者，平台332可以是x-y掃描平台，其將試樣定位在大像場透鏡326或點反射計376下方。
在一些實施例中，大像場透鏡326可以用來執行全試樣影像或大區域影像的反射測量。使用區域測量，可以識別試樣上特定的一或更多個點以供進一步測量，且點反射計376可以用來在特定的點處執行點反射測量。點反射計376的波長範圍可以大於大像場透鏡326的波長範圍。
圖3是成像反射計系統300的簡化橫截面圖，且為了簡單起見，未示出許多零件及元件。例如，此圖式並不單獨示出分束器、參考感測器、成像感測器、成像光瞳、及/或多個其他元件。應理解，成像反射計系統300可以包括這些及其他元件，例如關於圖1及/或其他常規反射計系統所述的那些元件。
圖4是流程圖，其概述依據實施例用於使用成像反射計來測量試樣的反射率的方法，該成像反射計包括大像場透鏡。方法包括以下步驟：用第一切換速率依序產生複數道輸入射束（402）。在一些實施例中，該複數道輸入射束中的每一者均藉由不同的光源來產生，且該複數道輸入射束中的至少一些可以具有與該複數道輸入射束中的其他輸入射束不同的標稱波長。在其他的實施例中，該複數道輸入射束中的至少一些是藉由寬帶光源來產生的，且該複數道輸入射束中的每一者的波長是使用一組帶通濾波器來界定的。
該複數道輸入射束中的每一者均通過具有第一NA的照射光瞳來引導（404）。照射光瞳可以沿著第一光路徑佈置。在一些實施例中，該複數道輸入射束中的每一者均可以被分開，且該複數道輸入射束中的每一者的第一部分均可以朝向參考感測器沿著第一光路徑引導，且該複數道輸入射束中的每一者的第二部分均可以被允許沿著第一光路徑繼續行進。
該複數道輸入射束中的每一者的至少一部分均使用大像場透鏡來在被成像的試樣上提供為實質遠心的照射（406）。該複數道輸入射束中的每一者的一部分也均可以被提供到參考感測器以供監測輸入射束的均勻性及穩定性。在一些實施例中，大像場透鏡的測量場可以大於被成像的試樣以提供全試樣測量。
實質遠心的照射從試樣所反射的反射部分在大像場透鏡處被接收並通過第二NA的成像光瞳來引導，該第二NA小於照射光瞳的第一NA（408）。可以使用分束器通過成像光瞳來引導反射部分。
在成像感測器模組處，反射部分被接收且對應的影像資訊被產生，其中影像資訊是用與第一切換速率相同或比第一切換速率還快的幀率產生的（410）。可以基於來自參考感測器的資訊來校準或標準化影像資訊。
在一些實施例中，可以處理使用本文中所述的實施例來獲得的影像以識別製程偏移。可以依據已知的偏移識別技術來處理影像。例如，可以將在多個波長下測量到的反射比與建模的反射比或已知的良好試樣進行比較。也可以將測得的圖案在跨試樣的不同位置處進行比較以識別變化及/或異常。可以藉由計算多個波長下的均方根（RMS）差來量化測得的變化。可以藉由基於測量資料選定具有最高靈敏度的一或更多個波長來增強測量靈敏度。可以藉由對理論模型進行非線性回歸來處理多波長反射比以導出圖案的膜厚度及/或CD。
應理解，可以將本文中所述的成像反射計配置為獨立計量工具或與其他的計量工具或製程工具整合在一起。舉個例子，可以將如本文中所述的成像反射計與製程工具整合在一起並佈置在將成像反射計與製程腔室分離的窗口外部。在一些實施例中，佈置在窗口外部的大像場透鏡為佈置在製程腔室內部的試樣提供照射。可以將大像場透鏡配置為向試樣的全部或一部分提供照射（例如測量區域的尺寸可以大約與晶粒或步進器的場相同）。這允許在試樣位在真空腔室的內部的同時進行處理的期間及/或在試樣位在真空腔室的內部的同時進行處理之後立即執行反射測量。這可以縮短控制迴圈，改善製程控制，並避免由空氣環境所造成的材料損傷。
圖5A-5B繪示如何可以依據實施例藉由組合來自影像中的不同像素的測量來增加訊噪比。在圖5A中，以方形畫出影像502內的測量區域504的輪廓。出於此示例的目的，假設測量區域504與影像502（或成像感測器）的200像素乘200像素的區域對應。測量區域504內的點506由箭頭所指示，且點506與單個像素對應。
在實驗中，捕捉了大約100個影像，且在每個影像內，將來自點506的反射比強度值與來自200像素乘200像素的測量區域504內的40,000個像素的平均反射比強度值進行比較。結果示於圖5B中，其中與來自測量區域504內的40,000個像素的平均反射比強度值510相比，來自單個點506的測得的反射比強度值508的雜訊相當大。
圖6示出依據實施例的多個影像602a、602b、...、602n，該等影像各自包括測量區域604。應理解，一些實施例可以包括附加的測量區域。測量區域中的每一者均大致包括具有類似的特徵或特性的結構。在圖6的示例中，x軸線及y軸線代表影像602a、602b、...、602n內的二維位置，而z軸線則代表時間。雖然因為影像602a、602b、...、602n堆疊的方式所以在此示例中未示出，但測量區域604位於每個影像中的相同區域中（或測量區域604包括每個影像中相同的x、y像素）。並且，每個影像中的測量區域604均包括試樣上相同的特徵。
如關於圖5B所解釋的，可以藉由決定來自測量區域內的像素中的每一者的平均反射比強度值來增加訊噪比。用類似的方式，可以藉由使用多個影像602a、602b、...、602n來為每個x、y像素位置決定第一平均反射比強度值來增加訊噪比。也就是說，可以使用每個影像中相同x、y位置處的像素來為測量區域604中的每個x、y像素位置決定第一平均反射比強度值。然後，使用每個像素的第一平均反射比強度值，可以為測量區域604內的給定結構僅使用與該結構相關聯的那些像素來決定第二平均反射比強度值。可以使用第二平均反射比強度值來決定與結構相關聯的參數（例如CD或膜厚度）。
應理解，雖然在先前的示例中使用了平均反射比強度值，但也可以在決定代表性的反射比強度值時使用其他的參數或統計方法。例如，可以將中值反射比強度值、反射比強度值的總和、或其他參數或統計方法與本文中所述的實施例一起使用。
並且，雖然可以使用每個影像中在相同x、y位置處的像素來為每個x、y像素位置決定第一平均反射比強度值，但在一些實施例中，也可以使用每個影像中大約在相同x、y位置處的像素。大約在相同x、y位置處的像素包括與每個影像中的測量區域大約相同的部分相關聯的像素（即不位於相同x、y位置處但包括來自試樣的相同部分的影像資訊的像素）。
圖7是繪示依據實施例的照射與成像之間的同步的時序圖。可以將時序圖例如與如圖2中所示的多波長光源及如圖1中所示的成像感測器一起使用。在時序圖中，將對不同的照射源及成像感測器的控制繪示為時間的函數。每個照射源（源1、源2、...、源6）均提供照射一段時間，該照射由曲線繪示，該曲線起初上升，然後平穩，最後下降。這代表源導通、穩定、然後關斷。應理解，圖7僅被提供為示例，且可以使用任何使源導通的方法且可以使用任何數量的照射源。
照射源（源1、源2、...、源6）照射試樣，且向成像感測器引導照射的反射部分，在該成像感測器處獲得影像。每個源均可以提供具有約0.1 nm或更小到約50 nm或更大的狹窄波長範圍的輸入射束。只是舉個例子，在實施例中，源1可以提供約350 nm的峰值波長，源2可以提供約430 nm的峰值波長，源3可以提供約530 nm的峰值波長，源4可以提供約590 nm的峰值波長，源5可以提供約730 nm的峰值波長，而源6則可以提供約940 nm的峰值波長。
圖7中所示的時序圖也繪示對成像感測器的控制。在每個源導通或提供照射的時間段（標記為積分時間）期間，成像感測器獲得多個影像。每個影像均由圖中的矩形所表示，且在此示例中，成像感測器在每個積分時間期間獲得八個影像。每個影像均包括複數個像素。每個像素均與來自測量區域的特定部分的反射照射對應。
在此示例中，暴露時間是感測器暴露於照射的時間長度，且幀率是一個影像的暴露的開始到下一個影像的暴露的開始（或一個影像的暴露的結束到下一個影像的暴露的結束）之間的時間長度的倒數。時序圖也示出通道保護帶，其是關斷一個照射源與導通下一個照射源之間的時間長度。
依據一些實施例，取決於照射源的數量或用於特定測量的照射源的數量，可以使用第一波長（例如源1）來獲得多個第一影像，可以使用第二峰值波長（例如源2）獲得多個第二影像，以此類推。可以為每個影像的每個像素決定反射比強度值，且可以基於反射比強度值來決定參數（例如厚度、CD等等）。可以將在每個峰值波長下獲得的參數進行比較以識別提供最佳測量靈敏度的峰值波長（或波長）。暴露時間、幀率、積分時間、通道保護帶、照射強度、導通持續時間、及其他的設定也可以被變化且對於不同的照射源而言可以不同。
圖8A是流程圖，其繪示依據實施例用於執行成像反射測量的方法。方法包括以下步驟：使用具有第一峰值波長的第一輸入射束來照射試樣上的測量區域（802），及在成像感測器處接收第一輸入射束從試樣所反射的部分（804）。測量區域可以是比試樣還小的區域。第一輸入射束可以是寬帶射束或具有狹窄的波長範圍的射束。成像感測器可以包括一或更多個數位攝影機。
方法也包括以下步驟：使用第一輸入射束的從試樣所反射且在成像感測器處接收的部分來獲得測量區域的多個第一影像，該多個第一影像中的每一者均包括複數個像素，其中第一對應像素包括來自該多個第一影像中的每一者且與該多個第一影像中的每一者中的測量區域大約相同的部分相關聯的單個像素（806）。對應的像素可以各自具有相同的x、y像素位置，或對應的像素可以包括來自試樣的相同部分的影像資訊。
決定多個第一影像中的每個第一影像中的該複數個像素中的每個像素的第一反射比強度值（808），及至少部分地基於與多個第一影像中的結構相關聯的第一對應像素中的每個第一對應像素的第一反射比強度值，來決定與測量區域內的試樣的表面上的結構相關聯的第一參數（810）。與結構相關聯的參數可以是膜厚度及/或CD值。
可以將圖8A中所提供的方法用作獨立的方法以決定第一參數，或可以將該方法與圖8B中所提供的方法結合使用以識別照射的最佳峰值波長。圖8B的方法包括以下步驟：使用具有與第一峰值波長不同的第二峰值波長的第二輸入射束來照射試樣上的測量區域（812），及在成像感測器處接收第二輸入射束從試樣所反射的部分（814）。
方法也包括以下步驟：使用第二輸入射束的從試樣所反射且在成像感測器處接收的部分來獲得測量區域的多個第二影像，該多個第二影像中的每一者均包括複數個像素，其中第二對應像素包括來自該多個第二影像中的每一者且與該多個第二影像中的每一者中的測量區域大約相同的部分相關聯的單個像素（816）。
決定多個第二影像中的每個第二影像中的該複數個像素中的每個像素的第二反射比強度值（818），及至少部分地基於與多個第二影像中的結構相關聯的第二對應像素中的每個第二對應像素的第二反射比強度值，來決定與測量區域內的試樣的表面上的結構相關聯的第二參數（820）。第一參數可以是使用基於第一對應像素中的每個像素的第一反射比強度值的平均值來決定的，且第二參數是使用基於第二對應像素中的每個像素的第二反射比強度值的平均值來決定的。可以將第一參數與第二參數進行比較，以識別第一峰值波長及第二峰值波長的測量靈敏度。
在一些實施例中，可以基於第一對應像素中的每個像素的第一反射比強度值來決定第一對應像素中的每一者的第一代表性的反射比強度值。第一代表性反射比強度值可以例如是第一對應像素的每個像素的反射比強度值的平均值。可以至少部分地基於第一代表性反射比強度值來決定第一參數。可以基於第二對應像素中的每個像素的第二反射比強度值來決定第二對應像素中的每一者的第二代表性的反射比強度值。第二代表性反射比強度值可以例如是第二對應像素的每個像素的反射比強度值的平均值。可以至少部分地基於第二代表性反射比強度值來決定第二參數。
一些實施例包括以下步驟：使用一或更多道附加輸入射束來照射試樣上的測量區域，及執行以下的對應步驟：在成像感測器處接收該一或更多道附加輸入射束從試樣所反射的部分；使用該一或更多道附加輸入射束的從試樣所反射且在成像感測器處接收的部分來獲得測量區域的多個附加影像；決定附加反射比強度值；及決定與試樣的表面上的結構相關聯的附加參數。該一或更多道附加輸入射束中的每一者均可以具有與其他峰值波長中的任一者不同的峰值波長。
應理解，圖8A-8B中所繪示的具體步驟提供了依據一些實施例用於測量反射率的特定方法。也可以依據替代性實施例執行其他的步驟序列。例如，替代性實施例可以用不同的順序執行上文所概述的步驟。並且，圖8A-8B中所繪示的個別步驟還可以包括可以用各種序列執行的多個子步驟。並且，還可以取決於特定的應用而添加或移除附加的步驟。
雖然上文涉及具體的實施例，但也可以在不脫離該等實施例的基本範圍的情況下設計其他的及另外的實施例。例如，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以將本發明的一或更多個實施例的特徵與其他實施例的一或更多個特徵組合在一起。因此，要用說明性而非限制性的意義來看待本說明書及附圖。因此，本發明的範圍不應參照以上說明來決定，而是應該參照隨附請求項以及其等效物的全部範圍來決定。
100:成像反射計 102:源模組 106:光導器 108:均化器 110:透鏡 112:透鏡 114:照射光瞳 116:光 118:透鏡 120:透鏡 122:部分 126:大像場透鏡 130:試樣 132:平台 134:參考感測器 136:透鏡 138:光 140:透鏡 142:光 144:透鏡 150:成像光瞳 154:偏振器 158:成像感測器 202:光源 206:光纖 208:均化器 300:成像反射計系統 302:源模組 314:照射光瞳 326:大像場透鏡 332:平台 372:機器手臂 376:點反射計 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟 502:影像 504:測量區域 506:點 508:反射比強度值 510:平均反射比強度值 604:測量區域 802:步驟 804:步驟 806:步驟 808:步驟 810:步驟 812:步驟 814:步驟 816:步驟 818:步驟 820:步驟 620a:子區域 620b:子區域 602n:子區域
可以藉由參照以下詳細說明及附圖來最佳地了解本文中所述的各種實施例（關於結構及操作方法兩者）以及該等實施例的特徵及優點，在該等附圖中：
圖1是成像反射計的簡化橫截面圖。
圖2是多波長光源的簡化橫截面圖。
圖3是成像反射計系統的簡化橫截面圖，該成像反射計系統被配置為提供區域反射測量及點反射測量。
圖4是流程圖，其概述用於測量試樣的反射率的方法。
依據實施例，圖5A是示出包括不同類型的結構的試樣上的測量區域的影像，而圖5B則是曲線圖，該曲線圖繪示來自單個像素的測量雜訊及來自多個像素的測量雜訊。
圖6示出依據實施例的多個影像，該等影像各自包括測量區域。
圖7是繪示依據實施例的照射與成像之間的同步的時序圖。
圖8A-8B是流程圖，其繪示依據一些實施例用於執行成像反射測量的方法。
將理解到，為了容易及明確說明起見，圖式中所示的構件不一定是依比例繪製的。例如，可能為了明確起見而相對於其他構件誇大了一些構件的尺度。進一步地，在適當的情況下，可以在圖式之中重複附圖標記以指示對應或類似的構件。
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Claims (18)

  1. 一種用於執行成像反射測量的方法，該方法包括以下步驟： 使用具有一第一峰值波長的一第一輸入射束來照射一試樣上的一測量區域； 在一成像感測器處接收該第一輸入射束從該試樣所反射的部分； 使用該第一輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第一影像，該多個第一影像中的每一者均包括複數個像素，其中第一對應像素包括來自該多個第一影像中的每一者且與該多個第一影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素； 為該多個第一影像中的每個第一影像中的該複數個像素中的每個像素決定一第一反射比強度值； 基於該等第一對應像素中的每個像素的該第一反射比強度值來決定該等第一對應像素中的每一者的一第一代表性的反射比強度值； 至少部分地基於與該多個第一影像中的一結構相關聯的該等第一對應像素中的每一者的該第一代表性的反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的一表面上的該結構相關聯的一第一參數； 使用具有與該第一峰值波長不同的一第二峰值波長的一第二輸入射束來照射該試樣上的該測量區域； 在該成像感測器處接收該第二輸入射束從該試樣所反射的部分； 使用該第二輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第二影像，該多個第二影像中的每一者均包括複數個像素，其中第二對應像素包括來自該多個第二影像中的每一者且與該多個第二影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素； 為該多個第二影像中的每個第二影像中的該複數個像素中的每個像素決定一第二反射比強度值； 基於該等第二對應像素中的每個像素的該第二反射比強度值來決定該等第二對應像素中的每一者的一第二代表性的反射比強度值；及 至少部分地基於與該多個第二影像中的該結構相關聯的該等第二對應像素中的每一者的該第二代表性的反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的該表面上的該結構相關聯的一第二參數。
  2. 如請求項1所述的方法，進一步包括以下步驟：使用一或更多道附加輸入射束照射該試樣上的該測量區域，及執行以下的對應步驟：接收該一或更多道附加輸入射束的部分；使用該一或更多道附加輸入射束的該等部分來獲得該測量區域的多個附加影像；決定附加反射比強度值；及決定與該試樣的該表面上的該結構相關聯的附加參數。
  3. 如請求項1所述的方法，進一步包括以下步驟：將該第一參數與該第二參數進行比較，以識別該第一峰值波長及該第二峰值波長的一測量靈敏度。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該第一參數是使用基於該等第一對應像素中的每個像素的該第一反射比強度值的一平均值來決定的，且該第二參數是使用基於該等第二對應像素中的每個像素的該第二反射比強度值的一平均值來決定的。
  5. 如請求項1所述的方法，其中與該結構相關聯的該第一參數及該第二參數是膜厚度。
  6. 如請求項1所述的方法，其中與該結構相關聯的該第一參數及該第二參數是臨界尺度（CD）。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該多個第一影像中的每一者及該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的一暴露時間來獲得的。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該多個第一影像中的每一者均是使用大約相同的一第一暴露時間來獲得的，且該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的一第二暴露時間來獲得的，該第二暴露時間與該第一暴露時間不同。
  9. 如請求項1所述的方法，其中該多個第一影像中的每一者均是使用大約相同的一第一照射強度來獲得的，且該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的一第二照射強度來獲得的，該第二照射強度與該第一照射強度不同。
  10. 一種用於執行成像反射測量的方法，該方法包括以下步驟： 使用具有一第一峰值波長的一第一輸入射束來照射一試樣上的一測量區域； 在一成像感測器處接收該第一輸入射束從該試樣所反射的部分； 使用該第一輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第一影像，該多個第一影像中的每一者均包括複數個像素，其中第一對應像素包括來自該多個第一影像中的每一者且與該多個第一影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素； 為該多個第一影像中的每個第一影像中的該複數個像素中的每個像素決定一第一反射比強度值；及 至少部分地基於與該多個第一影像中的一結構相關聯的該等第一對應像素中的每一者的該第一反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的一表面上的該結構相關聯的一第一參數。
  11. 如請求項10所述的方法，其中該第一參數是使用基於該等第一對應像素中的每個像素的該第一反射比強度值的一平均值來決定的。
  12. 如請求項10所述的方法，其中與該結構相關聯的該第一參數是膜厚度。
  13. 如請求項10所述的方法，其中與該結構相關聯的該第一參數是臨界尺度（CD）。
  14. 如請求項10所述的方法，進一步包括以下步驟： 使用具有與該第一峰值波長不同的一第二峰值波長的一第二輸入射束來照射該試樣上的該測量區域； 在該成像感測器處接收該第二輸入射束從該試樣所反射的部分； 使用該第二輸入射束的從該試樣所反射且在該成像感測器處接收的該等部分來獲得該測量區域的多個第二影像，該多個第二影像中的每一者均包括複數個像素，其中第二對應像素包括來自該多個第二影像中的每一者且與該多個影像中的每一者中的該測量區域大約相同的一部分相關聯的單個像素； 為該多個第二影像中的每個第二影像中的該複數個像素中的每個像素決定一第二反射比強度值；及 至少部分地基於與該多個第二影像中的該結構相關聯的該等第二對應像素中的每一者的該第二反射比強度值，來決定與該測量區域內的該試樣的該表面上的該結構相關聯的一第二參數。
  15. 如請求項14所述的方法，其中該多個第一影像中的每一者及該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的一暴露時間來獲得的。
  16. 如請求項14所述的方法，其中該多個第一影像中的每一者均是使用大約相同的一第一暴露時間來獲得的，且該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的一第二暴露時間來獲得的，該第二暴露時間與該第一暴露時間不同。
  17. 如請求項14所述的方法，進一步包括以下步驟：使用一或更多道附加輸入射束照射該試樣上的該測量區域，及執行以下的對應步驟：接收該一或更多道附加輸入射束的部分；使用該一或更多道附加輸入射束的該等部分來獲得該測量區域的多個附加影像；決定附加反射比強度值；及決定與該試樣的該表面上的該結構相關聯的附加參數。
  18. 如請求項14所述的方法，其中該多個第一影像中的每一者均是使用大約相同的一第一照射強度來獲得的，且該多個第二影像中的每一者均是使用大約相同的一第二照射強度來獲得的，該第二照射強度與該第一照射強度不同。
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