本专利申请案根据35u.s.c.§119要求2015年11月30日提交的标题为“用于vuv光学组件的非接触式温度测量(noncontacttemperaturemeasurementsforvuvopticcomponents)”的第62/261,292号美国临时专利申请案，其主题通过引用并入本文中。
所描述的实施例涉及用于显微镜的光学计量及检验系统，且更具体地涉及与在真空紫外波长下操作的照明源及光学系统有关的光学计量及检验系统。
背景技术：
例如逻辑及存储器装置等半导体装置通常通过应用于样本的一系列处理步骤来制造。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如，光刻等是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制造多个半导体装置且接着将所述多个半导体装置分离成个别半导体装置。
在半导体制造工艺期间，在多个步骤使用检验及计量工艺来检测晶片上的缺陷。
光学计量技术提供了高产率的潜在性而没有样品损坏的风险。许多基于光学计量的技术(包含散射测量及反射计实施方案及相关联的分析算法)通常用于将纳米尺度结构的临界尺寸、膜厚度、成分、覆盖层及其它参数特征化。为了对现代半导体结构(包括高纵横比结构)执行高产率测量，必须采用范围广泛的照明波长，所述范围从真空紫外(vuv)波长到红外(ir)波长。
类似地，当检验例如半导体晶片等镜面或准镜面表面时，可使用明场(bf)及暗场(df)模态，这两者均执行图案化的晶片检验及缺陷检查。在bf检验系统中，收集光学器件经定位使得收集光学器件捕获被受检验表面镜面反射的大部分光。在df检验系统中，收集光学器件定位在镜面反射光的路径外部，使得收集光学器件捕获被受检验表面上的物体(例如晶片表面上的微电路图案或污染物)散射的光。可行的检验系统、特别是bf检验系统需要高辐射照明及高数值孔径(na)以最大化系统的缺陷灵敏度。
目前的晶片检验及计量系统通常采用包含vuv源等宽范围照明源，例如激光维持等离子体。激光维持等离子体是在温度低于激光等离子体的工作气体包围的高压灯泡中产生的。激光维持等离子体可获得显著的辐射率改善。当使用连续波长或脉冲泵源时，这些等离子体中的原子及离子发射会在所有光谱区域产生波长，包含短于200nm的波长。准分子发射也可被布置在激光维持等离子体中以用于171nm的波长发射(例如，氙准分子发射)。因此，高压灯泡中的简单气体混合物能够在深紫外(duv)波长下以足够的辐射率及平均功率维持波长覆盖以例如支持高产率、高分辨率bf晶片检验。
大功率照明源的可用性对用于将大功率辐射收集及聚焦到受测量样本上的光学组件造成了重大负担。污染及吸收问题可能会导致光学组件故障。监测现代计量及检验系统中光学组件的热特性对于确保工具性能及可靠性至关重要。
在一些实例中，与光学组件机械接触放置的传感器(例如，热电偶)测量温度。在一些情况下，接触式温度测量很容易实施，但是接触式热测量具有许多明显的局限性。例如，将传感器直接机械附接到光学元件可能非常困难且可能潜在地损坏光学器件本身。即使附接到光学元件，由于光学元件的热传导性差，它可能会展示不正确的温度。热电偶导线本身具有较高的热传导率且可能改变接触点的温度。另外，接触式传感器可吸收及散射系统中的光。因此，接触式传感器的物理存在也会改变触点处的温度及光学系统的温度。在许多情况下，由于清洁度要求、光学对准灵敏度等，敏感光学系统内部不可能安装接触式传感器。这些问题在vuv系统等中表现出来。接触式热测量仅测量触点处的温度。通常，这不是光学组件本身，而是与感兴趣的光学组件的温度非常不同的光学安装件。通常，在光学元件外围的一或两个点处的温度测量不能提供足够的信息来重新创建感兴趣的完整温度分布。通常，对总温度分布或光场中心的峰值温度的精确估计是优选的。
在其它一些实例中，通过热成像来测量温度。热成像不需要将传感器定位到光学元件上。因此，在许多应用中，对光学元件的热成像是优选的。通常，通过以一或多个校准的ir相机对目标物体成像来执行基于热成像的温度测量。然而，基于热成像的温度测量也受到显著限制。例如，热成像仪是昂贵的，且需要大量的集成工作来实现准确结果。另外，基于热量的温度测量需要被测量物体的清晰视图，且这在许多光学系统中很难或不可能实现。而且，在许多情况下，光学组件本身会透射或反射ir，且因此它们对于ir相机是不可见的。包含vuv透明材料(例如氟化镁、氟化钙及氟化锂)及vuv反射材料(例如，金属镜)的vuv光学组件就是这种情况。
总之，特征大小不断缩小且结构特征深度不断增加对光学计量系统提出了很高的要求。光学计量系统必须满足日益复杂的高产率目标的高精度及精度要求以保持成本效益。在这种情况下，必须采用大功率光学系统，且在操作期间监测光学组件的热特性变得越来越重要。在许多实例中，不可能执行这些测量。因此，需要改善的系统及方法来克服这些限制。
技术实现要素：
本文中描述了用于以长波长红外光(例如，8微米到15微米)对光学元件执行非接触温度测量的方法及系统。测量中的所述光学元件对长波长红外光展现出低发射率，且通常对长波长红外光具有高反射性或高度透射性。
在一个方面中，在长波长ir波长下具有高发射率、低反射率及低透射率的材料涂层被安置在计量或检验系统的一或多个光学元件的选定部分上方。材料涂层的位置在由所述计量或检验系统用于对样本执行测量的主要测量光的直接光学路径外部。通过在位于主要测量光的直接光学路径外部的区域上用ir发射材料涂覆光学元件，减少了主要测量光与ir发射材料之间的相互作用。
在一些实施例中，进行温度测量的光学元件对于ir是透明的。在这些实施例中，所述ir透明光学组件的部分涂覆有ir发射材料以实现热成像。在一些其它实施例中，所述光学元件对ir具有反射性。在这些实施例中，所述ir发射光学组件的部分涂覆有ir发射材料以实现热成像。
在一些其它实施例中，对于长ir红外波长具有高发射率的材料位于光学元件的中心处，以使得当所述光学系统包含将主要测量光引导离开所述光学元件的中心部分的遮蔽时能够对光学元件进行热成像。
在进一步方面中，以单个ir相机对ir透明光学元件的前后表面执行基于ir成像的温度测量。
在另一方面中，通过光学系统中的另一光学元件来对光学元件执行基于ir成像的温度测量。如果光学元件对于ir照明是透明或反射的，那么可通过主要测量光束的光学路径中的多个光学元件来执行测量，前提是涂覆有ir发射材料的测量点在ir相机的视场中不会彼此遮蔽。
在另一方面中，通过调整经测量温度来消除由于二次反射引起的所述ir发射材料的寄生加热的影响。在另一方面中，一或多个光学元件的形状及ir发射材料涂层在光学元件上的位置经优化以最小化入射在ir发射材料涂层上的杂散主要测量光的量。
在另一方面中，基于所收集的热图像来估计由ir相机成像的一或多个光学元件的温度分布。
在另一方面中，基于所收集的热图像来估计由ir相机成像的每一光学元件吸收的主要测量光的总量。
在另一方面中，基于所收集的热图像来估计由ir相机成像的每一光学元件的透射效率。
在另一方面中，基于所收集的热图像来估计对由ir相机成像的每一光学元件的损坏的幅度。
在另一方面中，基于所述主要照明光的光学路径中的一或多个光学元件的所收集热图像来估计所述主要照明光的强度。
上述内容是发明内容，且因此必然包含了细节的简化、概括及省略；因此，所属领域技术人员将明白，所发明内容仅是说明性的而不是以任何方式进行限制。在本文中描述的非限制性详细描述中，本文中描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是说明在位于穿过光学元件的主要测量光的直接光学路径上的多个区域上涂覆有在长ir波长下具有高发射率的材料的光学透镜元件的简图。
图2是说明在图1中描绘的多个涂覆区域的位置的简图，所述区域在一个实施例中在ir相机的视场中可见。
图3是说明在另一实施例中在ir相机的视场中的多个涂覆区域的位置的简图。
图4是说明在光学元件的前表面上的多个区域及在光学元件的后表面上的多个区域上涂覆有在长ir波长下具有高发射率的材料的光学透镜元件的简图。
图5是说明在图4中描绘的多个涂覆区域的位置的简图，所述区域在ir相机的视场中。
图6是说明主要测量光的光学路径中的两个光学透镜元件的简图。每一光学透镜元件在位于穿过这两个光学元件的主要测量光的直接光学路径外部的多个区域上涂覆有在长ir波长下具有高发射率的材料。
图7是说明在图6中描绘的多个涂覆区域的位置的简图，所述区域在ir相机的视场中。
图8说明了棱镜元件，其使入射在用于执行如本文中所述的ir温度测量的ir发射材料上的杂散主要测量光的量最小化。
图9说明了透镜元件，其使入射在用于执行如本文中所述的ir温度测量的ir发射材料上的杂散主要测量光的量最小化。
图10说明了用于测量样本的特性的光学测量系统，其采用如本文中所述的对具有低ir发射率的光学元件的基于ir的热成像。
图11是说明适用于以长波长红外光对测量系统的一或多个光学元件的温度分布曲线进行成像的一种示范性方法200的流程图。
具体实施方式
现在详细参考本发明的背景实例及一些实施例，其实例在附图中进行说明。
本文中描述了用于以长波长红外光(例如，8微米到15微米)对光学元件执行非接触温度测量的方法及系统。测量中的所述光学元件对长波长红外光展现出低发射率，且通常对长波长红外光具有高反射性或高度透射性。由于这些原因，对这些光学组件的基于ir的温度测量是困难的或不可能的。
在一个方面中，在长波长ir波长下具有高发射率、低反射率及低透射率的材料涂层被安置在计量或检验系统的一或多个光学元件的选定部分上方。材料涂层的位置在由所述计量或检验系统用于对样本执行测量的主要测量光的直接光学路径外部。通过在位于主要测量光的直接光学路径外部的区域上用ir发射材料涂覆光学元件，减少了主要测量光与ir发射材料之间的相互作用。
图1描绘了在区域105a到d(区域105d隐藏在图1中)上涂覆有在长波长ir波长下具有高发射率的材料的光学透镜元件102。区域105a到d位于穿过光学元件102的主要测量光103的直接光学路径外部。如图1中所描绘，区域105a到d位于ir相机101的视场内。因此，由ir相机101收集的热图像包含区域105a到d的温度。
图2说明了区域105a到d在ir相机101的视场中的位置。另外，还说明了光学元件102的周边及主要测量光103在光学元件102上的投射。如图2中所描绘，区域105a到d位于光学元件102的面上，但是位于主要测量光103的直接光学路径外部。虽然在图2中说明了四个离散区域段，但是一般来说，对任何数量的不同区域段或主要测量光103的直接光学路径外部的整个区域涂覆在长的ir波长下具有高发射率的材料。
图3说明了在另一实施例中以在长ir波长下具有高发射率的材料涂覆的区域106的位置。还说明了光学元件102的周边及主要测量光103在光学元件102上的投射。如图3中所描绘，区域106位于光学元件102的面上，但是位于主要测量光103的直接光学路径外部。在此实施例中，ir发射材料位于光学元件的整个外围周围。在此实施例中，由ir相机101收集的热图像包含可用于预测整个光学元件102的完整温度分布的一组丰富的温度值。
在一些实施例中，光学元件102对于ir是透明的(例如，vuv光学系统的透镜)。在这些实施例中，ir透明光学组件的部分涂覆有ir发射材料以实现热成像。在一个实例中，氧化物涂层被安置在vuv透镜上。
在一些其它实施例中，光学元件对ir具有反射性(例如，vuv光学系统的镜)。在这些实施例中，ir发射光学组件的部分涂覆有ir发射材料以实现热成像。在一个实例中，氧化物涂层被安置在vuv金属镜(例如，铝或铂镜)上。
在一些其它实施例中，对于长ir波长具有高发射率的材料位于光学元件的中心处。当计量系统包含遮蔽时，这些实施例是合适的，所述遮蔽将主要测量光引导离开光学元件的中心部分(例如，在采用遮蔽的计量系统的瞳面附近)。在这些实施例中，基于由ir相机收集的图像来对光学元件的中心部分执行温度测量。
在进一步方面中，以单个ir相机对ir透明光学元件的前后表面执行基于ir成像的温度测量。图4描绘了在光学元件102的前表面上的区域107a及107c上涂覆有在长波长ir波长下具有高发射率的材料的光学透镜元件102。另外，也在光学元件102的后表面上的区域107b及107d(区域107d隐藏在图4中)上涂覆有在长波长ir波长下具有高发射率的材料的光学透镜元件102。区域107a到d位于穿过光学元件102的主要测量光103的直接光学路径外部。而且，如图4中所描绘，区域107a到d位于ir相机101的视场内。因此，由ir相机101收集的热图像包含区域107a到d的温度。
图5说明了区域107a到d在ir相机101的视场中的位置。另外，还说明了光学元件102的周边及主要测量光103在光学元件102上的投射。虽然在图5中说明了四个离散区域段，但是一般来说，可以在长ir波长下具有高发射率的材料涂覆任何数量的不同区域段或主要测量光103的直接光学路径外部的整个区域，前提是透镜元件102的前表面上的涂覆区域在ir相机101的视场中不会遮蔽透镜元件102的后表面上的涂覆区域。
在一些实施例中，透镜元件102是对ir透明的vuv光学透镜元件。vuv光学元件102的前表面的温度由ir相机101测量，所述ir相机101在ir相机101与vuv光学器件102的前表面之间具有未被遮蔽的光学路径。另外，相同的ir相机101通过光学元件本身测量vuv光学元件102的背表面的温度。因为vuv光学元件102对于ir照明是透明的，所以可通过透镜本身执行测量，前提是在前表面上涂覆有ir发射材料的测量点在ir相机101的视场中不会遮蔽在后表面上涂覆有ir发射材料的测量点。
在另一方面中，通过光学系统中的另一光学元件来对光学元件执行基于ir成像的温度测量。如果光学元件对于ir照明是透明或反射的，那么可通过主要测量光束的光学路径中的多个光学元件来执行测量，前提是涂覆有ir发射材料的测量点在ir相机的视场中不会彼此遮蔽。以此方式，多个光学元件的温度测量可由单个ir相机系统同时执行。
图6描绘了主要测量光103的光学路径中的光学透镜元件102及108。光学透镜元件102在区域105a到d上涂覆有在长波长ir波长下具有高发射率的材料。另外，光学透镜元件108在区域109a到d上涂覆有在长波长ir波长下具有高发射率的材料。区域105a到d及109a到d分别位于穿过光学元件102及108的主要测量光103的直接光学路径外部。而且，如图6中所描绘，区域105a到d及109a到d位于ir相机101的视场内。因此，由ir相机101收集的热图像包含区域105a到d及109a到d的温度。
图7说明了区域105a到d及109a到d在ir相机101的视场中的位置。另外，还说明了光学元件102的周边及主要测量光103在光学元件102上的投射。虽然在图7中说明了涂覆在每一透镜元件上的四个离散区域段，但是一般来说，可以在长ir波长下具有高发射率的材料涂覆任何数量的不同区域段或主要测量光103的直接光学路径外部的整个区域，前提是透镜元件102的表面上的涂覆区域在ir相机101的视场中不会遮蔽透镜元件108的表面上的涂覆区域。
在一些实施例中，光学元件102及108是vuv光学元件。通过经由被安置在ir相机与vuv光学元件108之间的vuv光学元件102的ir成像来测量vuv光学元件108上的涂覆位置的温度。
一般来说，任何数量的光学元件的热测量可由ir相机以本文中所述的方式来测量，前提是在每一光学元件上涂覆有ir发射材料的测量点在ir相机的视场中不会彼此遮蔽，且光学元件本身是红外透射或红外反射的。
在一些实施例中，ir发射材料的涂层包含氧化物材料，例如氧化硅、氧化铝等。在一些实施例中，在直接与主要测量光束相互作用的光学元件的区域外部的位置处以ir光发射材料涂覆vuv光学元件。随后，vuv光学元件涂覆有氟化钙、氟化镁或氟化锂涂层以实现期望的vuv光学系统性能。在一个实施例中，将氧化铝涂层施加到与主要测量光束直接相互作用的光学元件外部的区域的铝反射镜。随后，镜涂覆有氟化镁或类似的保护涂层。
虽然ir发射材料位于主要测量光束的直接光学路径外部，但是由主要测量光束(例如，背向反射等)导出的杂散光可能被ir发射材料吸收，导致温度测量有误差。在这种情况下，所测量的温度将不仅反映正常操作中的光学元件的操作温度，而且还将反映杂散光对ir发射材料的偶然加热，如果ir发射材料不存在于光学元件上，那么将不会发生加热。在一个实例中，入射到主要测量光束的直接光学路径外部的氧化物涂层上的背向反射的vuv照明光引起氧化物涂层的加热及增加的温度读数。
在一个进一步方面中，二次反射对ir发射材料的寄生加热的影响是通过调整所测量的温度以补偿所述影响而消除的(例如，减小所测量的温度值以补偿由来自主要测量光束的二次反射所引起的温度升高)。
在另一方面中，一或多个光学元件的形状及ir发射材料涂层在光学元件上的位置经优化以最小化入射在ir发射材料涂层上的杂散主要测量光的量。
图8说明了棱镜元件181，其使入射在用于执行如本文中所述的ir温度测量的ir发射材料上的杂散主要测量光的量最小化。在一个实例中，棱镜元件181用作用于半导体测量系统中的照明波长选择的畸变棱镜。主要测量光182穿过棱镜元件181且产生二次反射184，其在逸出之前在棱镜结构内部传播。通过将ir发射材料183a到b定位在棱镜拐角附近的位置处，大致上所有二次反射184均逸出棱镜结构而没有入射到ir发射材料的区域183a到b上。
图9说明了透镜元件191，其使入射在用于执行如本文中所述的ir温度测量的ir发射材料上的杂散主要测量光的量最小化。在一个实例中，透镜元件191用作在半导体测量系统中使用的聚焦光学器件。主要测量光192穿过透镜元件191且产生二次反射194，其在逸出之前在棱镜结构内部传播。通过将ir发射材料193a到b定位在透镜外围附近的位置处，大致上所有二次反射194均逸出透镜结构而没有入射到ir发射材料的区域193a到b上。
一般来说，光学组件可经具体成形以增强基于ir的热测量。对于特定的光学设计，涂层可经定位以使对直接及间接测量光(例如，vuv照明光)的暴光最小化。另外，光学元件的形状可经优化以通过最小化对直接及间接测量光的暴光、使ir相机的可见度最大化或这两者来实现基于ir的热测量。
在另一方面中，半导体测量系统包含ir成像系统以对如本文中所述的光学元件执行基于ir的温度测量。
图10说明了用于测量样本的特性的光学测量系统100，其包含具有低ir发射率的光学元件的基于ir的热成像。如图10中所示，系统100可用于执行被安置在样本定位系统141上的样本140的光学散射测量。
如图10中所描绘，系统100包含用于产生照明光的激光维持等离子体(lsp)照射源110。在一些实施例中，lsp照明源110经配置以产生150纳米与2,500纳米之间的波长。lsp照明光源能够产生适用于计量及检验应用的大功率及高亮度宽带光。lsp照明源110包含激光器113及聚焦光学器件114，所述聚焦光学器件114将激光辐射聚焦到由透明灯泡112所含的工作气体111中。激光辐射将气体111激发成发光的等离子体状态。这种效应通常被称为用激光辐射“抽吸”等离子体。等离子体灯泡112经配置以包含工作气体物质以及所产生的等离子体115。在一些实施例中，lsp照射源110由具有几千瓦量级的光束功率的红外激光泵来维持。激光光束被聚焦到由等离子体灯泡112所含的一定体积的低压或中压工作气体111中。例如，在10,000开尔文与20,000开尔文之间的等离子体温度下等离子体对激光功率的吸收产生及维持等离子体。
在所说明的实施例中，等离子体灯泡112包含具有球形端的圆柱形形状。在一些实施例中，等离子体灯泡112包含大致球形、大致圆柱形、大致椭圆形及大致长椭球形中的任一种。这些形状通过非限制性实例提供。然而，可预期许多其它形状。等离子体灯泡112对于激光泵光的至少部分是大致上透明的，且对于由维持在等离子体灯泡112内的等离子体115发射的可收集照明(例如，ir光、可见光、紫外光)的至少部分也是大致上透明的。
本文中预期可再填充等离子体灯泡112可用于在各种气体环境中维持等离子体。在一个实施例中，等离子体灯泡112的工作气体111可包含惰性气体(例如，稀有气体或非惰性气体)或非惰性气体(例如，汞)或它们的混合物。一般来说，等离子体灯泡130可填充有本领域中已知的适用于激光器维持等离子体光源的任何气体。另外，工作气体可包含两种或更多种气体的混合物。作为非限制性实例，工作气体可包含ar、kr、xe、he、ne、n2、br2、cl2、i2、h2o、o2、h2、ch4、no、no2、ch3oh、c2h5oh、co2、nh3、一种或多种金属卤化物、ne/xe混合物、ar/xe混合物、kr/xe混合物、ar/kr/xe混合物、arhg混合物、krhg混合物及xehg混合物中的任一者或组合。通常，本发明应当被解释为扩展到任何光泵等离子体产生系统，且应当被进一步解释为扩展到适用于在等离子体灯泡内维持等离子体的任何类型的工作气体。
光束成形光学器件120及121将入射光成形并引导通过偏振器124。在所描绘的实施例中，光束成形光学器件120及121准直由lsp照明源110产生的照明光。在一些实施例中，光束成形光学器件120及121包含一或多个准直镜、光圈、单色器及光束挡块，多层光学器件、折射光学器件、衍射光学器件(例如波带片)，或其任何组合。
在所描绘的实施例中，经准直照明光穿过偏振器124。在一些实施例中，偏振器124经配置以选择性地围绕照明光束的光轴旋转偏振元件。一般来说，偏振器124可包含用于任何偏振元件及旋转所属领域中已知的偏振元件的系统。例如，偏振器124可包含机械耦合到旋转致动器的偏振元件。在一个实例中，偏振元件可为罗雄棱镜(rochonprism)。在另一实例中，偏振元件可包含光束移位器。偏振器124经配置以在系统100内以旋转活动或旋转非活动状态操作。在一个实例中，偏振器124的旋转致动器可为不活动的，使得偏振元件围绕照明光束的光轴保持旋转地固定。在另一实例中，旋转致动器可围绕照明光的光轴以选定的角频率ωp旋转偏振元件。在一些其它实施例中，偏振器124经配置以具有围绕照明光束的光轴的固定偏振角。
如图10中所描绘，偏振器124产生指向分束器125的偏振光束。分束器125将偏振光束指向物镜130。在图10中所描绘的实施例中，物镜130被布置在仅包含反射光学元件的四镜四通配置中。物镜130包含反射镜131到134，其将照明光(即，主要测量光)聚焦到晶片140的表面上。照明光在一定的入射角范围内聚焦到晶片140的表面上。聚焦的偏振照明光与晶片140的相互作用通过反射、散射、衍射、透射或其它类型的过程中的任一者来修改辐射偏振。在与晶片140相互作用之后，经修改的光被物镜130收集并被引导到分束器125。分束器125经配置以将经修改的光透射到偏振器126。在图10中所描绘的实施例中，偏振器126包含偏振器元件，当光束穿过偏振器126到色散元件127及光谱仪的检测器170时，所述偏振器元件围绕经修改的光束的光轴保持旋转固定。在光谱仪中，具有不同波长的光束分量在不同方向上折射(例如，在棱镜光谱仪中)或衍射(例如，在光栅光谱仪中)到检测器170的一或多个检测器元件。检测器可为光电二极管的线性阵列，其中每一光电二极管测量不同波长范围内的辐射。由光谱仪接收到的辐射在偏振状态方面进行分析，允许由光谱仪对由偏振器126传递的辐射进行光谱分析。检测到的光谱171被传递到计算系统130用于分析晶片140的结构特性。
检测器170从晶片140收集辐射，且产生指示对入射照明光敏感的样本140的性质的输出信号171。检测器170能够解析一或多个光子能量，且产生指示样本性质的每一能量分量的信号。在一些实施例中，检测器170包含ccd阵列、光电二极管阵列、cmos检测器及光电倍增管中的任一者。在一些实施例中，例如，在实施波长色散计量的系统100的实施例中，检测器170是波长色散检测器。在一些其它实施例中，例如，在实施能量色散计量的系统100的实施例中，检测器170是能量色散检测器。
在另一方面中，系统100包含对系统100的多个光学元件执行热成像的ir相机系统150及160。如图10中所描绘，ir相机150经定位使得涂覆有ir发射材料的光学元件120及121的部分在ir相机150的视场内。例如，光学元件120的区域122a及122b涂覆有ir发射材料，且光学元件121的区域123a及123b涂覆有ir发射材料。由ir相机150收集的ir图像151被传送到计算系统130用于分析光学元件120及121的温度分布。类似地，ir相机160经定位使得涂覆有ir发射材料的光学元件131到134的部分在ir相机160的视场内。另外，ir发射材料的区域经定位使得它们在每一相应ir相机的视场中不会彼此遮蔽。由ir相机160收集的ir图像161被传送到计算系统130用于分析光学元件131到134的温度分布。
系统100还包含计算系统130，其用于获取由检测器170产生的信号171且至少部分地基于所获取的信号来确定样本的性质。在进一步实施例中，计算系统130经配置以采用实时关键标注(rtcd)实时存取模型参数，或其可存取经预先计算的模型的程序库以确定与样本140相关联的至少一个样本参数值的值。
如图10中所说明，系统100包含样本定位系统141，其经配置以相对于系统100的照明源110及检测器170对准及定向样本140。计算系统130将命令信号(未展示)传送给样本定位系统141的运动控制器，所述样本定位系统141指示样本140的期望位置。作为响应，运动控制器产生命令信号给样本定位系统141的各种致动器以实现样本140的期望定位。
在一个进一步方面中，计算系统130经配置以接收由ir相机150及160收集的热图像。计算系统130进一步经配置以基于接收到的热图像来估计由ir相机150及160成像的光学元件中的每一者的温度分布。在一些实施例中，计算系统130进一步经配置以基于接收到的热图像来估计由ir相机150及160成像的光学元件中的每一者吸收的主要测量光的总量。在一个实例中，由光学元件中的一或多者吸收的光量指示主要照明光的光谱。在另一实例中，由光学元件中的一或多者吸收的光量指示用于vuv光谱的光学元件的透射效率接近或低于用于构造光学元件的材料的吸收边缘(例如，接近120纳米)。
在另一方面中，计算系统130经配置以基于接收到的热图像来估计对光学元件的损坏的幅度。损坏的光学元件将表现出更高的温度及不同的温度分布特性。以此方式，接收到的热图像指示光学元件的健康状况。
在另一方面中，计算系统130经配置以基于吸收光学元件或光学元件组的经测量的温度分布曲线来估计主要照明光的强度。在一个实例中，以此方式估计vuv照明光的强度，而不引起以常规方式执行测量所需的额外光损失。
应当认识到，可通过单个计算机系统130或(替代地)多个计算机系统130而实行整个本发明中所描述的各种步骤。另外，系统100的不同子系统(例如样本定位系统140、ir相机150及160或检测器170)可包含适合于实行本文中所描述的步骤的至少部分的计算机系统。因此，前述描述不应被解释为对本发明有限制性，但仅具说明性。另外，一或多个计算系统130可经配置以执行本文中描述的方法实施例中的任一者的任何其它步骤。
另外，计算机系统130可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到ir相机150及160。例如，一或多个计算系统130可分别耦合到与ir相机150及160相关联的计算系统。在另一实例中，检测器170及ir相机150及160中的任一者可由耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制。
系统100的计算机系统130可经配置以通过传输媒体从系统的子系统(例如，检测器170、ir相机150及160等)接收及/或获取数据或信息，所述传输媒体可包含有线及/或无线部分。以此方式，所述传输媒体可充当计算机系统130与系统100的其它子系统之间的数据链路。
系统100的计算机系统130可经配置以通过传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，温度测量结果、建模输入、建模结果等)，所述传输媒体可包含有线及/或无线部分。以此方式，传输媒体可充当计算机系统130与其它系统(例如，存储器板上系统100、外部存储器或外部系统)之间的数据链路。例如，计算系统130可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器132)接收测量数据(例如，信号151、161及171)。例如，使用ir相机150及160获得的温度测量结果可存储在永久或半永久性存储器装置(例如，存储器132)中。在这方面，温度测量结果可从板上存储器或从外部存储器系统导入。另外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。例如，由计算机系统130确定的温度分布可存储在永久或半永久性存储器装置(例如，外部存储器)中。在这方面，测量结果可能被导出到另一系统。
计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广义上定义为涵盖具有一或多个处理器的任何装置，所述处理器执行来自存储器媒体的指令。
实施例如本文中所述的方法的程序指令134可通过例如有线、电缆或无线传输链路等传输媒体来传输。例如，如图10中所说明，存储在存储器132中的程序指令通过总线133被传输到处理器131。程序指令134被存储在计算机可读媒体(例如，存储器132)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或磁带。
如参考图10所描述，系统100包含光学散射仪系统。然而，一般来说，可在本专利文件的范围内预期与一或多种不同的计量或检验技术相关联的光学元件的温度测量。
一般来说，本文中所述的温度测量为各种光学计量及检验系统提供有用的性能反馈。本文中所述的温度测量技术可改善在膜、关键尺寸(cd)及组成计量中使用的光谱椭圆偏振测量(se)、光谱反射测量(sr)及光束轮廓反射测量(bpr)系统的性能。另外，本文中描述的温度测量技术可改善用于检测各种类型及大小的缺陷的晶片及掩模检验系统的性能。
作为非限制性实例，在本专利文件的范围内可预期包含光谱椭圆偏振测量(包含穆勒矩阵椭圆偏振测量)、穆勒矩阵光谱椭圆偏振测量、光谱反射测量、光谱散射测量、散射测量覆盖、光束轮廓反射测量(角度及偏振解析)、光束轮廓椭圆偏振测量、单个或多个离散波长椭圆偏振测量、多入射角椭圆偏振测量及光谱旋光仪的以下光学计量技术中的任一者。
如本文中所述的计量技术可用于确定半导体结构的特性。示范性结构包含但不限于finfet、例如纳米线或石墨烯等低维结构、低于10nm结构、薄膜、光刻结构、硅通孔(tsv)、例如dram、dram4f2、flash等存储器结构，及例如3d-nand结构等高纵横比存储器结构。示范性结构特性包含但不限于例如线边缘粗糙度、线宽度粗糙度、孔径、孔密度、侧壁角度、轮廓、膜厚度、临界尺寸、节距等几何参数，及例如电子密度、晶粒结构、形态、定向、应力、应变、元素识别及材料组成等材料参数。
在一些实施例中，本文中描述的温度测量技术可被实施为制造工艺工具的部分。制造工艺工具的实例包含但不限于光刻暴光工具、膜沉积工具、注入工具及蚀刻工具。以此方式，温度测量的结果用于控制制造工艺。
图11说明了根据至少一个发明方面的适合于产生光学元件的热图像的方法200。应当认识到，方法200的数据处理元件可经由作为程序指令134的部分存储且由计算系统130的一或多个处理器执行的预编程算法来实行。虽然在图10中描绘的系统100的上下文中呈现了以下描述，但是在本文中认识到系统100的特定结构方面不表示限制，且应当被解释为仅是说明性的。
在框201中，照明源产生一定量的主要照明光。
在框202中，将主要照明光投射到样本的表面上。主要照明光具有光学路径，所述光学路径包含一或多个光学元件，所述一或多个光学元件由在8微米到15微米范围内的长波长红外波长下具有低发射率的材料构成。
在框203中，利用波长在8微米到15微米范围内的长波长红外光来成像一或多个光学元件的温度分布曲线。一或多个光学元件的部分涂覆有在长波长红外波长下具有高发射率的材料。涂覆有高发射率材料的一或多个光学元件的部分与主要照明光的直接光学路径中的一或多个光学元件的部分分离。
在另一方面中，采用波长大于11微米的红外光来测量计量或检验系统的光学元件的温度。在一些实施例中，光学元件展现出一定的发射率。例如，玻璃透镜展现出高发射率、一定的反射率，但是大致上不透射波长大于11微米的光。在这些实施例中，可基于整个光学器件或光学器件的大部分来成像光学元件的温度分布曲线，这是因为温度探测器光可与由计量系统本身采用的主要测量光的直接光学路径一致执行样本的测量。
如本文中所使用，术语“真空紫外光”或“vuv光”是指将被空气、氧气、二氧化碳及水分子显著吸收的紫外光。vuv光通常包含波长小于约190nm的光。术语“非真空紫外光”或“非vuv光”是指深紫外光、紫外光、可见光、红外光或其任何组合。通常，术语非vuv光是指波长大于约190nm的任何光。另外，术语“接近真空紫外光”或“接近vuv光”用于指波长为约190nm到约200nm(例如，约193nm)的光，其在大气中部分透射。vuv光、非vuv光以及接近vuv光可为单色、接近单色、多色或宽带光。
本文中描述了可用于处理样本的半导体处理系统(例如，检验系统、计量系统或光刻系统)的各种实施例。术语“样本”在本文中用于指可通过所属领域中已知的方式处理(例如，印刷或检验缺陷)的晶片、光罩或任何其它样本。
如本文中所使用，术语“晶片”一般是指由半导体材料或非半导体材料形成的衬底。实例可包含(但不限于)单晶硅、砷化镓及磷化铟。这种衬底可通常在半导体制造设施中找到及/或处理。在一些情况下，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含在衬底上形成的一或多层不同材料。形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。例如，晶片可包含多个裸片，其具有可重复的图案特征。
“光罩”可为在光罩制造工艺的任何阶段的光罩，或者可或可不释放用于半导体制造设施的完整光罩。光罩或“掩模”通常被定义为基本上透明的基底，其上形成有大致上不透明的区域且以某种图案配置。衬底可包含例如(例如)石英等玻璃材料。光罩可在光刻工艺的暴光步骤期间安置在抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得光罩上的图案可转移到抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。例如，晶片可包含多个裸片，每一裸片具有可重复的图案特征。这些材料层的形成及处理最终可导致完整装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，及如本文所使用的术语“晶片”希望包含于其上制造所属技术领域中已知的任何类型的装置的晶片。
在一或多个示范性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果以软件实施，那么功能可作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上或经由所述计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体和通信媒体(包含促进将计算机程序从一处转移到另一处的任何媒体)两者。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。例如且无限制，这种计算机可读媒体可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置，或可用于携带或存储呈指令或数据结构形式的期望程序代码且可通过通用或专用计算机、或通用或专用处理器存取的任何其它媒体。而且，将任何连接适当地称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光缆、双绞线、数字订户线(dsl)或例如红外线、无线电及微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么在媒体的定义中包含同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或例如红外线、无线电及微波等无线技术。如本文中使用的磁盘及光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘借助于激光光学地再现数据。上述组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。
虽然上文出于说明目的描述了某些特定实施例，但是本专利文件的教导具有普遍适用性且不限于上述特定实施例。因此，可在不脱离根据权利要求中阐述的本发明的范围的情况下实践所描述的实施例的各种特征的各种修改、改编及组合。