TWI835976B - 成像反射計 - Google Patents

Abstract

成像反射計包括源模組，該源模組經配置產生不同標稱波長的複數個輸入光束。佈置具有第一數值孔徑（NA）的照明瞳孔，使得複數個輸入光束中的每個輸入光束通過照明瞳孔。大場透鏡經配置接收複數個輸入光束中的每個輸入光束的至少一部分，以及在正被成像的樣品上提供實質遠心照明。大場透鏡亦經配置接收從樣品所反射的實質遠心照明的被反射的部分。被反射的部分通過具有第二NA的成像瞳孔，並由生成圖像資訊的成像感測器模組所接收，其中第二NA比第一NA低。

Description

成像反射計

本申請案主張於2019年3月7日提出申請的美國非臨時申請案第16/295,173號之權益，而美國非臨時申請案第16/295,173號係主張於2019年1月23日提出申請的美國臨時申請案第62/795,640號之權益，兩份申請案之全部內容出於所有目的整體上藉由引用方式併入本文中。

本案描述的實施例一般係關於成像反射計（imaging reflectometers），且更具體地，係關於提供高速和高解析度反射量測（reflectometry measurement）的系統和方法。

在多個波長下施行成像反射量測被稱為「多光譜（multi-spectral）成像」（更少數量的波長）或「高光譜（hyper-spectral）成像」（更多數量的波長）。成像反射可以用於量測小特徵的臨界尺寸（CD）和薄膜的厚度。施行這些量測的系統通常使用點掃描機制或線掃描機制之一。對於點掃描機制，每個點的光譜由通常包括光柵或稜鏡的光譜儀所記錄，以將光譜分配到線感測器上。對於線掃描機制，區域感測器的每一行（row）記錄掃描線的圖像，以及每一列（column）則記錄光譜。這些機制為處理大型樣品或具有大量測領域（measurement field）的樣品提供了彈性。

需要提供改進的量測速度和/或解析度的成像反射系統。

本案描述的一些實施例在多個波長下提供高速和高解析度反射量測。根據一實施例，例如，使用區域成像技術，其中樣品的區域被照明並使用區域成像感測器來成像。在一些實施例中使用的大場透鏡可以照明整個樣品以提供全樣品（或全晶圓）成像。區域圖像提供樣品上許多點的量測，從而提高了量測速度。區域成像感測器亦可以提供高空間解析度。

根據一實施例，成像反射計包括源模組，該源模組經配置產生複數個輸入光束。複數個輸入光束中的每個輸入光束可由不同的光源產生，且複數個輸入光束中的至少一些輸入光束可具有與複數個輸入光束中的其他輸入光束不同的標稱（nomial）波長。源模組可經配置以第一轉換速率順序地產生複數個輸入光束中的不同輸入光束。照明瞳孔（illumination pupil）具有第一數值孔徑（numerical aperture；NA）。可沿著第一光徑佈置照明瞳孔，使得複數個輸入光束中的每個輸入光束通過照明瞳孔。光束分離器沿著第一光徑佈置在照明瞳孔的下游。光束分離器可經配置沿著第二光徑將該複數個輸入光束中的每個輸入光束的第一部分引導向參考感測器，及允許該複數個輸入光束中的每個輸入光束的第二部分通過該光束分離器並沿該第一光徑繼續行進（continue）。沿著第一光徑佈置大場透鏡。大場透鏡可經配置接收來自光束分離器的複數個輸入光束中的每個輸入光束的第二部分，且將複數個輸入光束中的每個輸入光束的第二部分提供為正被成像的樣品上的實質遠心照明。在約350 nm至約1100 nm的波長範圍內，實質遠心照明的遠心誤差可以小於0.1度。大場透鏡亦可經配置接收從樣品所反射的實質遠心照明的被反射的部分，以及將被反射的部分沿著第一光徑導引向光束分離器，其中被反射的部分由光束分離器沿著第三光徑引導。成像瞳孔（imaging pupil）具有第二NA，第二NA比照明瞳孔的第一NA低（lower）。成像瞳孔可沿著第三光徑佈置在光束分離器的下游，使得被反射的部分通過成像瞳孔。成像感測器模組沿著第三光徑佈置在成像瞳孔的下游。成像感測器模組可經配置接收被反射的部分並生成對應的圖像資訊。成像感測器模組可經配置基於來自參考感測器的資訊來標準化（normalize）圖像資訊的至少部分。成像感測器模組可經配置以與源模組的第一轉換速率相同或更快的幀速率來生成圖像資訊。

在一實施例中，大場透鏡的量測領域具有大於300 mm的直徑。

在另一個實施例中，實質遠心照明的量測領域大於正被成像的樣品。

在另一個實施例中，大場透鏡是遠心透鏡。

在另一個實施例中，大場透鏡的場尺寸（field size）小於正被成像的樣品，且成像反射計進一步包括樣品台，該樣品台經配置使樣品相對於量測領域移動。

在另一個實施例中，大場透鏡的場尺寸小於正被成像的樣品，且成像反射計經配置移動光學模組以在樣品上提供不同的量測領域。

在另一個實施例中，成像反射計亦包括點反射計，該點反射計設置在大場透鏡和樣品台之間的大場透鏡的下游。點反射計可經配置施行點反射量測。點反射計的量測領域可小於大場透鏡的量測領域，且點反射計的波長範圍大於大場透鏡的波長範圍。

在另一個實施例中，不同的光源包括不同的發光二極體（LED）或不同的雷射二極體（LD）。

在另一個實施例中，源模組包括寬頻光源和一組帶通濾波器，用於提供選定的標稱波長的光束。

在另一個實施例中，複數個輸入光束中的每個輸入光束係由不同的光源產生。

在另一個實施例中，成像感測器模組包括多個攝影機（camera），每個攝影機經配置使樣品的區域（area）成像。

在又一個實施例中，成像感測器模組包括單一攝影機，該單一攝影機經配置使樣品的整個表面成像。

根據另一個實施例，一種用於量測樣品的反射率（reflectivity）的方法包括順序地產生複數個輸入光束。複數個輸入光束中的每個輸入光束可由不同的光源產生。複數個輸入光束中的至少一些輸入光束具有與複數個輸入光束中的其他輸入光束不同的標稱波長。複數個輸入光束中的每個輸入光束被引導通過具有第一NA的照明瞳孔。沿第一光徑佈置照明瞳孔。複數個輸入光束中的每個輸入光束被分離，且複數個輸入光束中的每個輸入光束的第一部分沿著第二光徑引導向參考感測器。複數個輸入光束中的每個輸入光束的第二部分被允許沿著第一光徑繼續前進（continue）。使用大場透鏡來將複數個輸入光束中的每個輸入光束的第二部分提供作為正被成像的樣品上的實質遠心照明， 在約350 nm至約1100 nm的波長範圍內，該實質遠心照明的遠心誤差小於0.1度。在大場透鏡處接收從樣品所反射的實質遠心照明的被反射的部分，且被反射的部分沿著第一光徑引導向光束分離器。使用光束分離器將被反射的部分引導通過成像瞳孔。成像瞳孔具有第二NA，第二NA比照明瞳孔的第一NA低（lower）。成像瞳孔沿著第三光徑佈置在光束分離器的下游。接收被反射的部分，並在成像感測器模組處生成對應的圖像資訊。基於來自參考感測器的資訊，標準化圖像資訊的至少部分。

在一實施例中，以第一轉換速率順序地產生複數個輸入光束，且以與第一轉換速率相同或更快的幀速率（frame rate）來產生圖像資訊。

在另一個實施例中，產生複數個輸入光束的步驟亦包括以下步驟：提供第一源功率以產生複數個輸入光束中的第一輸入光束，以及提供與第一源功率不同的第二源功率以產生複數個輸入光束中的第二輸入光束。第一源功率和第二源功率分別取決於第一輸入光束和第二輸入光束的標稱波長。

在又一個實施例中，大場透鏡的量測領域小於正被成像的樣品，且該方法亦包括以下步驟：使樣品相對於實質遠心照明的領域（field）移動。

根據又一個實施例，一種用於使用包括大場透鏡和點反射計的成像反射計來量測樣品的反射率的方法，該方法包括以下步驟：以第一轉換速率順序地產生複數個輸入光束。複數個輸入光束中的每個輸入光束可由不同的光源產生，且複數個輸入光束中的至少一些輸入光束可具有與複數個輸入光束中的其他輸入光束不同的標稱波長。該方法亦包括以下步驟：引導複數個輸入光束中的每個輸入光束通過具有第一NA的照明瞳孔。沿第一光徑佈置照明瞳孔。該方法亦包括以下步驟：使用大場透鏡將複數個輸入光束中的每個輸入光束的至少一部分提供作為在正被成像的樣品上的實質遠心照明；及在大場透鏡處接收從該樣品所反射的該實質遠心照明的被反射的部分並將該等被反射的部分引導通過成像瞳孔。成像瞳孔具有第二NA，第二NA比照明瞳孔的第一NA低（lower）。該方法亦包括以下步驟：在成像感測器模組處接收被反射的部分並生成對應的圖像資訊。可以以與第一轉換速率相同或更快的幀速率來生成圖像資訊。該方法亦包括以下步驟：在樣品的一或多個區域上施行點反射量測。點反射計的量測領域小於大場透鏡的量測領域。

進一步態樣、優點與特徵由專利申請範圍、說明書及所附圖式得以彰顯。

在下面的實施方式中，闡述許多特定細節，以便提供對本案所述實施例的徹底瞭解。然而，應當瞭解，可以在沒有這些特定細節的情形下，實施各種實施例。在其他的情形中，並未詳述習知的方法、程序及部件，以便不會模糊了所述特徵。

將詳細參考各種實施例，其中的一或多個實例繪示於圖示中。每個實例都是藉由解釋的方式提供的，並非旨在作為限制。此外，作為一個實施例的部分所示或所述的特徵可以使用在其他實施例上或與其他實施例結合使用，以產生其他進一步實施例。該描述意欲包括這些修改和變化。

如本案所指的「試樣（specimen）」或「樣品（sample）」包括但不限於半導體晶圓、半導體工件、光微影遮罩及其他工件（如記憶碟等）。根據可以與本案描述的其他實施例組合的一些實施例，系統和方法經配置用於反射應用或應用於反射應用。

本案描述的實施例一般係關於成像反射量測。根據一實施例，例如，成像反射計可包括可以用於提供全晶圓照明的大場透鏡。從樣品反射的光通過大場透鏡，並使用成像感測器成像。

可以提供在多個波長下的光，從而提供不同波長的量測。在一實施例中，源模組經配置產生具有不同標稱波長的複數個光束。可以在不同的波長下施行反射量測。

圖1是根據一實施例的成像反射計100的簡化截面圖。在此實例中，來自源模組102的光通過光導106中繼（relay）到均勻器（homogenizer）108。來自均勻器108的光116通過照明瞳孔114並被引導向光束分離器120。光116的一部分138被光束分離器120朝向參考感測器134反射，以及光的一部分122通過光束分離器120並沿著光徑朝向樣品130繼續行進。

通過光束分離器120的光116的一部分122被大場透鏡126成像到樣品130上。從樣品130所反射的光被引導通過透鏡126的至少一部分，並被光束分離器120朝向成像感測器158反射。

成像反射計100可包括數個其他透鏡（如110、112、118、136），該等數個其他透鏡沿著光徑使光成形（shape）和/或將其引導，以照明樣品130，引導到參考感測器134、引導到其他透鏡（如120、140、144），以及引導從樣品所反射的光以在成像感測器158上形成繞射受限的圖像（diffraction limited images）。在一些實施例中，例如，光可通過一或多個偏振器（如偏振器110、154）。可以將一或多個偏振器插入照明和/或成像路徑中，以當圖案不是圓形對稱時，為樣品130上的圖案結構的尺寸變化和/或膜厚度變化提供增強的靈敏度。也可以插入波片（wave plate）以改變偏振光的相位。波片和/或偏振器可以成固定角度以提供偏振反射量測，或者可以旋轉以提供橢圓量測（ellipsometry measurement）。應當理解，根據本案描述的實施例的成像反射計可不包括圖1的實例中所示的所有光學元件和/或可包括此實例中未包含的其他光學元件。

源模組102提供多波長光源。在一些實施例中，多波長光源由複數個光源提供。每個光源產生光束，且光束的至少一些具有不同的標稱波長。

在其他實施例中，藉由調整源功率以將多波長光源提供給源模組102，以產生具有不同標稱波長的光束。可以獨立控制每個波長的功率，以最佳化在每個波長下量測反射度（reflectance）的動態範圍。

在其他實施例中，多波長光源係由寬頻光源和一組帶通濾波器提供。寬頻光源可與帶通濾波器一起使用，以在選定的標稱波長下產生光束。

在其他實施例中，源模組102可包括複數個光源、寬頻光源和一組帶通濾波器。

在一實施例中，大場透鏡126具有略大於樣品130的直徑的量測領域尺寸（或照明區域），使得成像感測器158可以獲取全樣品（full-sample）圖像而無需掃描光或移動平台132。例如，大場透鏡126可具有300 mm或更大的量測領域尺寸，以用於量測具有300 mm直徑的半導體晶圓。大場透鏡126可以是遠心透鏡，使得從大場透鏡126行進到樣品130的光線大致平行於光軸，該光軸實質垂直於樣品130的表面。如此在整個樣品130上或整個量測領域上提供實質正交（normal）的照明。由於照明角度近似相同，如此可以減少量測誤差。遠心成像允許在整個領域（field）上以實質相同的角度反射的光到達成像感測器。在一實施例中，例如，照射樣品130的光在約350 nm至約1200 nm的波長範圍內可具有小於0.3度的遠心誤差，以及在一些實施例中，在約350 nm至約1100 nm的波長範圍內，遠心誤差小於1％。如本案所使用的，遠心誤差是從晶圓表面入射以及從晶圓表面反射的主光相對於法線（或相對於光軸）的角度偏差的量測。

在一些實施例中，大場透鏡126具有小於樣品130的直徑的場尺寸。在這種情況下，區域（或量測領域）被成像且光學元件和/或平台132可以被移動和/或光學模組可以被掃描以使相鄰的領域成像。取決於應用，量測領域的尺寸可與晶粒（die）或步進場（stepper field）的尺寸大致相同。可使用習知技術來縫合（stitch）相鄰圖像，以提供多領域（multi-field）或全樣品圖像。

成像感測器158可以是包括一或多個數位攝影機的區域成像感測器，用於捕獲從樣品130反射並通過成像瞳孔150的光142。成像感測器158基於接收到的光142提供樣品130的圖像。在一些實施例中，成像感測器158可包括單一攝影機，該單一攝影機經配置使樣品130的整個表面成像。在每個成像感測器158在樣品130上相鄰或稍微重疊的領域（或區域）成像的實施例中，成像感測器158可包括多個攝影機。可使用習知技術將相鄰圖像縫合在一起。可藉由使用較高解析度的成像感測器或使用使較小領域各自成像的多個成像感測器來提高圖像解析度。

成像反射計100包括向樣品130提供光的照明路徑以及向成像感測器158提供光的成像路徑。如此允許獨立控制照明數值孔徑（NA）和成像NA。僅作為實例，如果成像感測器158具有5120像素×5120像素的陣列尺寸且成像NA為約0.004，則對於在波長365 nm下具有約55 µm瑞利解析度（Rayleigh resolution）以及在波長1 µm下具有約153 µm瑞利解析度的300 mm晶片，樣品130上的像素尺寸為約60 μm。通常，照明NA大於成像NA以校正殘餘的色遠心誤差（chromatic telecentric error）以及對樣品130的傾斜和彎曲提供容差。在一些實施例中，照明NA可在約0.005至約0.5的範圍內，且成像NA可在約0.003至約0.2的範圍內。

參考感測器134可包括一或多個數位攝影機，其用於捕獲從光束分離器120反射的光138。參考感測器134可具有比成像感測器158更低的解析度。參考感測器134可用於監控光138的均勻性和穩定性，並提供對由成像感測器158所作的反射度量測的即時校準。參考感測器134處的量測可用於調整光源的特性（如輸出功率）以提供空間和時間校正。

圖2是根據一實施例的多波長光源的簡化截面圖。多波長光源可例如用作圖1的成像反射計100中的源模組102的部分。多波長光源包括複數個光源202和複數個光纖206。光源202可各自包括一或多個發光二極體（LED）和/或雷射二極體（LD）。光源202各自藉由光纖206之一而與均勻器208光學耦接。光源202的各者產生光束，且光束的至少一些可具有不同的標稱波長。來自均勻器208的光可被引導到大場透鏡，且用於使樣品成像，如關於圖1所描述的。

在一實施例中，多波長源順序地產生輸入光束中不同的輸入光束和/或順序地產生多個輸入光束的組合。可以以與成像感測器（如圖1所示的成像感測器158）的幀速率大致相同的轉換速率順序地產生光束，以在樣品上的相同領域的每個波長下獲得一個圖像。在一些實施例中，感測器的幀速率可以比波長轉換速率更快。更快的轉換速率能夠對每個波長下的多個圖像作平均，以實現更高的信號對雜訊比。可獨立地控制和調整每個光源202的輸出功率，使得感測器信號在每個波長下接近飽和，以最大化信號對雜訊比。每個光源202可具有足夠的輸出功率以實現高速量測（或以成像感測器的讀出速度或接近其讀出速度的量測）。

在一些實施例中，可藉由在光纖206和均勻器208之間插入擴散器（diffuser）來增加大場尺寸的光流通量（optical throughput）。可以藉由其他手段（如二向色光束分離器）組合多個光源202，且光源202可以藉由其他手段（如自由空間光學中繼器）耦合到均勻器208中。

在一些實施例中，可以在每個光源202和其相應的光纖206之間插入帶通濾波器，以使每個波長的頻寬（bandwidth）變窄。較窄的頻寬可以為厚膜堆疊或密集圖案的量測提供更好的靈敏度。帶通濾波器可以藉由消除LED的波長漂移來準確地界定量測波長，以改善量測準確度。

成像感測器（如圖1中所示的成像感測器158）可具有高讀​​出速度（如每秒50至1000幀（FPS）或更多且高達每幀最多1億像素或更多）。作為一實例，在100 FPS的讀出速度下，成像感測器可能夠每分鐘施行6000次反射率量測。量測可以在相同或不同的波長下進行。在相同波長下獲得多個量測可以提高信號對雜訊比並改善量測靈敏度。

圖3是根據一實施例的經配置提供面積反射量測和點反射量測的成像反射計系統300的簡化截面圖。在此實例中，來自源模組302的光通過照明瞳孔314，並被引導向大場透鏡326。大場透鏡326具有場尺寸（或照明區域），該場尺寸使得能夠進行面積反射度量測而無需掃描光或移動平台332。大場透鏡326可以是遠心透鏡，使得從大場透鏡326行進到樣品的光線實質平行於光軸且具有與上述圖1的反射計類似的低遠心誤差。

在此實例中，成像反射計系統300亦包括點反射計376。點反射計376可以是能夠進行點反射量測的高靈敏度反射計。點反射計376可安裝在機械臂372上，機械臂372允許點反射計376移動到樣品上的任何位置以進行點量測和/或在面積量測期間移動到大場透鏡326的視野（field of view）之外。機械臂可以是例如R-θ（R-theta）機械臂。或者，平台332可以是將樣品定位在大場透鏡326或點反射計376下方的x-y掃描平台。

在一些實施例中，大場透鏡326可用於施行全樣品或大面積反射量測。使用面積量測，可識別樣品上的一或多個特定點以作進一步量測，且點反射計376可用於在特定點處施行點反射量測。點反射計376的波長範圍可大於大場透鏡326的波長範圍。

圖3是成像反射計系統300的簡化截面圖，且為簡化起見，許多部分及部件未示出。例如，此圖式沒有分別示出光束分離器、參考感測器、成像感測器、成像瞳孔和/或數個其他部件。應當理解，成像反射計系統300可包括這些和其他部件，如關於圖1和/或其他常規反射計系統所描述的部件。

圖4是概述根據一實施例的一種使用成像反射計量測樣品的反射率的方法之流程圖，該成像反射計包括大場透鏡。該方法包括以下步驟：以第一轉換速率順序地產生複數個輸入光束（402）。在一些實施例中，複數個輸入光束中的每個輸入光束是由不同的光源產生的，且複數個輸入光束中的至少一些輸入光束可具有與複數個輸入光束中的其他輸入光束不同的標稱波長。在其他實施例中，複數個輸入光束中的至少一些輸入光束是由寬頻光源產生的，以及使用一組帶通濾波器來提供複數個輸入光束中的每個輸入光束的波長。

複數個輸入光束中的每個輸入光束被引導通過具有第一NA的照明瞳孔（404）。照明瞳孔可沿著第一光徑佈置。在一些實施例中，複數個輸入光束中的每個輸入光束可以被分離，且複數個輸入光束中的每個輸入光束的第一部分可沿著第一光徑引導向參考感測器，且複數個輸入光束中的每個輸入光束的第二部分可被允許沿著第一光徑繼續行進。

使用大場透鏡來將複數個輸入光束中的每個輸入光束的至少一部分提供作為正被成像的樣品上的實質遠心照明（406）。複數個輸入光束中的每個輸入光束的一部分也可被提供給參考感測器，以用於監控輸入光束的均勻性和穩定性。在一些實施例中，大場透鏡的量測領域可大於正被成像的樣品以提供全樣品量測。

從樣品所反射的實質遠心照明的被反射的部分在大場透鏡處被接收，並被引導通過具有第二NA的成像瞳孔，該成像瞳孔的第二NA低於照明瞳孔的第一NA（408）。可使用光束分離器將被反射的部分引導通過成像瞳孔。

接收被反射的部分，並在成像感測器模組處生成對應的圖像資訊，其中以與第一轉換速率相同或更快的幀速率來生成圖像資訊（410）。可以基於來自參考感測器的資訊來對圖像資訊校準或標準化。

圖5是概述根據一實施例的一種使用成像反射計量測樣品的反射率的方法之流程圖，該成像反射計包括大場透鏡與點反射計。

該方法包括以下步驟：以第一轉換速率順序地產生複數個輸入光束（502）；及使用大場透鏡將複數個輸入光束中的每個輸入光束的至少一部分提供作為在正被成像的樣品上的實質遠心照明（504）。

該方法亦包括以下步驟：接收從樣品所反射的實質遠心照明的被反射的部分並生成對應的圖像資訊（506），以及使用點反射計在樣品的一或多個區域上施行點反射量測（508）。使用大場透鏡獲得的圖像資訊可提供全樣品或大面積量測，其用於識別點反射量測的區域。例如，可使用大場透鏡獲得全樣品圖像，接著可使用點反射計量測熱點或其他感興趣的區域。

圖6是概述根據又一實施例的用於量測樣品的反射率的方法的流程圖。該方法包括以下步驟：以第一轉換速率順序地產生複數個輸入光束（602）；將複數個輸入光束中的每一個的至少一部分提供為正被成像的第一樣品上的實質遠心照明（604）；以及接收從第一樣品所反射的實質遠心照明的被反射的部分並產生對應的圖像資訊（606）。該方法亦包括以下步驟：使用複數個輸入光束中的一子集（subset）來量測第二樣品的反射率，其中基於圖像資訊來決定該複數個輸入光束中的該子集（608）。複數個輸入光束中的至少一些輸入光束可具有不同的標稱波長，且在步驟（606）中所獲得的圖像資訊可用於識別提供特定靈敏度或量測結果的波長，該特定靈敏度或量測結果可取決於結構和/或樣品上的薄膜。

應當理解，根據一些實施例，圖4至圖6所示的特定步驟提供用於量測反射率的具體方法。根據替代實施例，也可施行其他的步驟順序。例如，替代實施例可以以不同順序施行以上概述的步驟。此外，圖4至圖6所示的個別步驟可包括可以以各種順序施行的多個子步驟。此外，可以根據特定應用來添加或刪除附加步驟。

在一些實施例中，使用本案描述的實施例獲得的圖像可以是識別製程偏移（process excursion）的製程。可以根據習知的偏移識別技術來處理圖像。例如，可以將在多個波長下測得的反射度與模擬反射度或習知的好樣品作比較。亦可在樣品上的不同位置處比較測得的圖案，以識別變化和/或離群值（outlier）。可以藉由計算多個波長下的均方根（RMS）差異來量化測得的變化。可以藉由基於量測資料選擇對製程變化具有最高靈敏度的一或多個波長，來提高量測靈敏度。可以藉由非線性回歸到理論模型來處理多波長反射度，以得出（derive）膜厚度和/或CD或圖案。

應當理解，本案描述的成像反射計可經配置為獨立的計量工具或與其他計量或處理工具整合。作為實例，如本案所述之成像反射計可與處理工具整合且佈置在將成像反射計與處理腔室分開的窗（window）的外部。在一些實施例中，佈置在窗外部的大場透鏡為佈置在處理腔室內的樣品提供照明。大場透鏡可經配置向樣品的全部或一部分提供照明（例如，量測領域的尺寸可以大約是晶粒或步進場的尺寸）。如此允許當樣品在真空腔室內時，在處理期間和/或在處理之後立即施行反射量測。這樣可以縮短控制迴路、改善製程控制，以及避免空氣環境造成的材料損壞。

儘管前面所述係針對特定實施例，但在不背離本揭示案的基本範圍的情況下，可設計其他與進一步的實施例，且且其範圍由以下申請專利範圍確定。

100:成像反射計 102:源模組 106:光導 108:均勻器 110:透鏡 112:透鏡 114:照明瞳孔 116:光 118:透鏡 120:光束分離器 122:光116的一部分 126:大場透鏡 130:樣品 132:平台 134:參考感測器 136:透鏡 138:光116的一部分 140:透鏡 142:光 144:透鏡 150:成像瞳孔 154:偏振器 158:成像感測器 202:光源 206:光纖 208:均勻器 300:成像反射計系統 302:源模組 314:照明瞳孔 326:大場透鏡 332:平台 372:機械臂 376:點反射計 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟 502:步驟 504:步驟 506:步驟 508:步驟 602:步驟 604:步驟 606:步驟 608:步驟

參考以下實施方式及所附圖式，本案描述的各個實施例在有關組織及操作方法及其特徵和優點方面將可最清楚瞭解，其中：

圖1是根據一實施例的成像反射計的簡化截面圖；

圖2是根據一實施例的多波長光源的簡化截面圖；

圖3是根據一實施例的經配置提供面積反射量測和點反射量測的成像反射計系統的簡化截面圖；及

圖4至圖6是根據一些實施例概述用於量測樣品的反射率的方法的流程圖。

將理解的是，為了圖示的簡單和清楚起見，圖中所示的元件未必按比例繪製。例如，為了清楚起見，一些元件的尺寸可能相對於其他元件被放大（exaggerated）。此外，在認為適當的情況下，可在圖示之間重複元件符號以指示對應或相似的元件。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:成像反射計

102:源模組

106:光導

108:均勻器

110:透鏡

112:透鏡

114:照明瞳孔

116:光

118:透鏡

120:光束分離器

122:光116的一部分

126:大場透鏡

130:樣品

132:平台

134:參考感測器

136:透鏡

138:光116的一部分

140:透鏡

142:光

144:透鏡

150:成像瞳孔

154:偏振器

158:成像感測器

Claims (20)

1. 一種成像反射計，包括：一源模組，該源模組經配置產生複數個輸入光束，該複數個輸入光束中的每個輸入光束係由一不同的光源產生，該複數個輸入光束中的至少一些輸入光束具有與該複數個輸入光束中的其他輸入光束不同的標稱波長，該源模組經配置以一第一轉換速率(switching rate)順序地產生該複數個輸入光束中的不同輸入光束；一照明瞳孔，該照明瞳孔具有一第一數值孔徑(NA)，該照明瞳孔沿著一第一光徑佈置，使得該複數個輸入光束中的每個輸入光束通過該照明瞳孔；一光束分離器，該光束分離器沿著該第一光徑佈置在該照明瞳孔的下游，該光束分離器經配置沿著一第二光徑將該複數個輸入光束中的每個輸入光束的一第一部分引導向一參考感測器，及允許該複數個輸入光束中的每個輸入光束的一第二部分通過該光束分離器並沿該第一光徑繼續行進(continue)；一大場透鏡(large field lens)，該大場透鏡沿該第一光徑佈置，該大場透鏡經配置接收來自該光束分離器的該複數個輸入光束中的每個輸入光束的該第二部分，及提供該複數個輸入光束中的每個輸入光束的該第二部分作為一正被成像的(being imaged)樣品上的實質遠心照明(telecentric illumination)，在約350nm至約1100nm的一波長範圍內，該實質遠心照明的 一遠心誤差小於0.1度，該大場透鏡亦經配置接收從該樣品所反射的該實質遠心照明的被反射的部分並沿著該第一光徑將該等被反射的部分引導向該光束分離器，其中該等被反射的部分被該光束分離器引導沿著一第三光徑；一成像瞳孔，該成像瞳孔具有一第二NA，該第二NA比該照明瞳孔的該第一NA低(lower)，該成像瞳孔沿著該第三光徑佈置在該光束分離器的下游，使得該等被反射的部分通過該成像瞳孔；及一成像感測器模組，該成像感測器模組沿著該第三光徑佈置在該成像瞳孔的下游，該成像感測器模組經配置接收該等被反射的部分並生成對應的圖像資訊，該成像感測器模組經配置基於來自該參考感測器的資訊來標準化該圖像資訊中的至少部分，該成像感測器模組經配置以與該源模組的該第一轉換速率相同或更快的一幀速率(frame rate)來生成該圖像資訊。
2. 如請求項1所述之成像反射計，其中該大場透鏡的一量測領域(measurement field)具有大於300mm的一直徑。
3. 如請求項1所述之成像反射計，其中該實質遠心照明的一量測領域大於該正被成像的樣品。
4. 如請求項1所述之成像反射計，其中該大場透鏡是一遠心透鏡。
5. 如請求項1所述之成像反射計，其中該大場 透鏡的一場尺寸小於該正被成像的樣品，該成像反射計進一步包括一樣品台，該樣品台經配置使該樣品相對於一量測領域移動。
6. 如請求項1所述之成像反射計，其中該大場透鏡的一場尺寸小於該正被成像的樣品，且該成像反射計經配置移動一光學模組以在該樣品上提供不同的量測領域。
7. 如請求項1所述之成像反射計，進一步包括：一點反射計，該點反射計設置在該大場透鏡和一樣品台之間的該大場透鏡的下游，該點反射計經配置施行點反射量測，其中該點反射計的一量測領域小於該大場透鏡的一量測領域，且該點反射計的一波長範圍大於該大場透鏡的一波長範圍。
8. 如請求項1所述之成像反射計，其中該等不同的光源包括不同的發光二極體(LED)或不同的雷射二極體(LD)。
9. 如請求項1所述之成像反射計，其中該源模組包括一寬頻光源和一組帶通濾波器，用於提供一選定的標稱波長的一光束。
10. 如請求項1所述之成像反射計，其中該複數個輸入光束中的每個輸入光束係由一不同的光源產生。
11. 如請求項1所述之成像反射計，其中該成像感測器模組包括多個攝影機，每個攝影機經配置使該樣品的一區域成像。
12. 如請求項1所述之成像反射計，其中該成像感測器模組包括一單一攝影機，該單一攝影機經配置使該樣品的一整個表面成像。
13. 一種用於量測一樣品的反射率的方法，該方法包括以下步驟：順序地產生複數個輸入光束，該複數個輸入光束中的每個輸入光束係由一不同的光源產生，該複數個輸入光束中的至少一些輸入光束具有與該複數個輸入光束中的其他輸入光束不同的標稱波長；引導該複數個輸入光束中的每個輸入光束通過一照明瞳孔，該照明瞳孔具有一第一數值孔徑(NA)，該照明瞳孔沿著一第一光徑佈置；分離該複數個輸入光束中的每個輸入光束並沿著一第二光徑將該複數個輸入光束中的每個輸入光束的一第一部分引導向一參考感測器，以及允許該複數個輸入光束中的每個輸入光束的一第二部分沿著該第一光徑繼續行進；使用一大場透鏡來將該複數個輸入光束中的每個輸入光束的該第二部分提供作為一正被成像的樣品上的實質遠心照明，在約350nm至約1100nm的一波長範圍內，該實質遠心照明的一遠心誤差小於0.1度；在該大場透鏡處接收從該樣品所反射的該實質遠心照明的被反射的部分並沿著該第一光徑將該等被反射的部分引導向一光束分離器； 使用該光束分離器將該等被反射的部分引導通過一成像瞳孔，該成像瞳孔具有一第二NA，該第二NA比該照明瞳孔的該第一NA低(lower)，該成像瞳孔沿著一第三光徑佈置在該光束分離器的下游；及接收該等被反射的部分並在一成像感測器模組處生成對應的圖像資訊，其中基於來自該參考感測器的資訊來標準化該圖像資訊的至少部分。
14. 如請求項13所述之方法，其中以一第一轉換速率順序地產生該複數個輸入光束，且以與該第一轉換速率相同或更快的一幀速率來生成該圖像資訊。
15. 如請求項13所述之方法，其中產生該複數個輸入光束的步驟進一步包括以下步驟：提供一第一源功率以產生該複數個輸入光束中的一第一輸入光束；及提供與該第一源功率不同的一第二源功率以產生該複數個輸入光束中的一第二輸入光束，其中該第一源功率和該第二源功率分別取決於該第一輸入光束和該第二輸入光束的該等標稱波長。
16. 如請求項13所述之方法，其中該大場透鏡的一量測領域大於該正被成像的樣品。
17. 如請求項13所述之方法，其中該等不同的光源包括不同的發光二極體(LED)或不同的雷射二極體(LD)。
18. 如請求項13所述之方法，其中該大場透鏡 的一量測領域小於該正被成像的樣品，且該方法進一步包括以下步驟：使該樣品相對於實質遠心照明的該領域移動。
19. 一種使用一成像反射計量測一樣品的反射率的方法，該成像反射計包括一大場透鏡和一點反射計，該方法包括以下步驟：以一第一轉換速率順序地產生複數個輸入光束，該複數個輸入光束中的每個輸入光束係由一不同的光源產生，該複數個輸入光束中的至少一些輸入光束具有與該複數個輸入光束中的其他輸入光束不同的標稱波長；引導該複數個輸入光束中的每個輸入光束通過一照明瞳孔，該照明瞳孔具有一第一數值孔徑(NA)，該照明瞳孔沿著一第一光徑佈置；使用該大場透鏡來將該複數個輸入光束中的每個輸入光束的至少一部分提供作為一正被成像的樣品上的實質遠心照明，在該大場透鏡處接收從該樣品所反射的該實質遠心照明的被反射的部分並將該等被反射的部分引導通過一成像瞳孔，該成像瞳孔具有一第二NA，該第二NA比該照明瞳孔的該第一NA低；接收該等被反射的部分並在一成像感測器模組處生成對應的圖像資訊，其中以與該第一轉換速率相同或更快的一幀速率生成該圖像資訊；及在該樣品的一或多個區域上施行點反射量測，其中該 點反射計的一量測領域小於該大場透鏡的一量測領域。
20. 如請求項19所述之方法，其中該大場透鏡的一量測領域大於該正被成像的樣品。