CN109690234B - 用于优化以成像为基础的覆盖度量的聚焦的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示用于凭借具有光学相干断层摄影术OCT聚焦系统的干涉仪装置通过分别引导经重叠测量波前及参考波前朝向聚焦传感器及朝向成像传感器进行聚焦且测量的方法及系统；其中引导所述经重叠波前的预定义聚焦照明光谱朝向所述聚焦传感器，且其中引导所述经重叠波前的预定义测量照明光谱朝向所述成像传感器。本发明揭示用于在样品的载物台移动期间，维持具有OCT聚焦系统的干涉仪装置的聚焦的方法及系统。

Description

用于优化以成像为基础的覆盖度量的聚焦的系统及方法

相关申请案的交叉参考

本申请案主张于2016年9月15日申请的第62/394,838号美国临时专利申请案的权益，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及度量的领域，且更特定来说涉及以成像为基础的覆盖度量的优化聚焦及测量。

背景技术

光学相干断层摄影术(OCT)是一种光学信号获取及处理方法。OCT从光学散射介质内捕获微米分辨率三维图像。OCT依赖干涉技术，通常通过采用近红外光来进行。此相对较长波长光的使用允许光穿透到散射介质中。取决于光源(例如其中已采用超发光二极管及超短脉冲激光)的性质，OCT已实现次微米分辨率(具有在约100nm波长范围内发射的极宽光谱源)。

OCT是一类光学断层摄影技术中的一者。OCT的相对最近实施方案是频率域光学相干断层摄影术，其提供信噪比方面的优点且允许更快信号获取。OCT通常用作为生物学及医学中的光学方法。市售OCT系统用于多样化应用中，包含艺术品保护及诊断医学，尤其在眼科学中，其中OCT系统可用于从视网膜内获得详细图像。

通常，在检验任务中，尤其在光学度量中，准确确定感测头相距所检验目标的距离越来越重要。这是因为系统目标距离与整体测量准确度之间的密切联系。由于OCT基本上以与林尼克(Linnik)干涉仪相同的方式操作，因此OCT可被考虑用作类似林尼克干涉仪的聚焦传感器。林尼克干涉仪(如所属领域中已知)是一种通常用于显微术、表面轮廓测量、地形及光学覆盖度量中的双光束干涉仪。

在覆盖散射测量(其为光瞳散射测量或场散射测量)中，覆盖标记通常为光栅覆光栅结构且覆盖信息是携载于下部光栅与上部光栅的相对相位中。在并排类型的覆盖散射测量中，覆盖标记(即，度量目标)可包括毗邻光栅结构的光栅且覆盖信息还可携载于下部光栅与上部光栅的相对相位中。

在覆盖成像中，覆盖标记(即，度量目标)可由用于单独层的单独标记组成且覆盖信息携载于每一个别标记在检测器上的位置中，所述位置又是所述个别标记的不同衍射阶之间的干涉的结果。

现参考图1、2A及2B，其示意性地示范如所属领域中已知的使用林尼克干涉仪的常规度量工具1000的实例，所述度量工具1000可用于对样品1060的表面处的目标结构(例如，晶片的表面处的覆盖目标)执行成像覆盖测量。如图1中所展示，度量工具1000可包含光源1010，光源1010光学耦合到照明光学器件1025，照明光学器件1025潜在地具有角度及/或空间动态控制以用于产生辐射探测光束1310。可使用50/50光束分离器1040(例如，林尼克光束分离器)转动探测光束1310朝向样品1060。可使用测量光学器件1050(还标注为测量物镜)将探测光束1310聚焦到样品1060的表面上。

通过测量物镜1050收集且准直从目标散射的探测光束辐射，且至少一部分样品光束穿过光束分离器1040且沿着工具的光学柱向上。所述部分的样品光束可穿过管透镜1105且聚焦到例如电荷耦合装置(CCD)的图像检测器1120上。

经示范度量工具1000进一步包含OCT聚焦系统，所述OCT聚焦系统具有第二光束分离器1100(还标注为聚焦光束分离器)、任选地聚焦检测器透镜1115、聚焦检测器(FD)1110(还标注为聚焦传感器)、参考光学器件1080(还标注为参考物镜)及反射器1090(例如，参考镜表面)，其都布置成林尼克型干涉仪配置。在林尼克型干涉仪中，参考物镜1080及测量物镜1050具有类似光学性能及互补光学性质，使得样品臂与参考臂的光学路径长度匹配。

图1及2A进一步示范机械快门1070，其选择性地打开及关闭光束分离器1040与参考物镜1080之间的光学路径，所述参考物镜1080将参考光束聚焦到反射器1090上。参考光束穿过参考物镜1080朝向光束分离器1040返回。

另一部分的探测光束功率(称为样品光束)从样品1060反射且被引导朝向光束分离器1040，此后其与参考光束一起行进。接着被引导到聚焦光束分离器1100，聚焦光束分离器1100将所述两个光束引导到其中其干涉的聚焦检测器1110上。作为样品光束与参考光束之间的干涉的结果，在聚焦检测器1110处检测到干涉条纹。可分析干涉条纹以便检测探测光束是否聚焦于样品1060处。

如图2A中所示范的度量工具示范类似于图1中示范的装置的装置2000。度量工具2000可进一步包含经配置以固持样品1060的载物台(未展示)，且平移机构(未展示)可机械耦合到载物台，其中平移机构经配置以在平行于测量物镜的光学轴的方向2061上移动载物台。图2B示意性地示范FD 1110的光学输出信号2200，光学输出信号2200可经分析以便检测探测光束是否聚焦于样品1060处。

举例来说，当样品路径与参考路径的长度相差小于照明的相干长度时，来自两条路径的光干涉，相应地最优样品位置可被定义为其中干涉对比最大的位置或从其中对比最大的位置的一些偏移。

针对OCT系统的常见做法可大体标注为：移动、聚焦及测量。通常，以一次性准直定位参考镜1090，使得最大干涉对比与成像传感器1120上的目标图像的最大对比一致；及以下步骤为：

移动：在初始步骤，移动样品的载物台(未展示)以将样品表面处的目标结构带入成像传感器的视场中。

聚焦：在下一步骤，扫描测量物镜1050与样品1060之间的间隔(即距离)，以便调制形成于聚焦传感器1110处的条纹，如图2B中所展示。FD的输出信号2200的分析允许识别测量物镜1050与样品1060之间的间隔，其产生最大条纹对比。相应地，主物镜1050与样品1060之间的间隔经设置以提供最大条纹对比。

测量：在此步骤，通过成像传感器1120使样品成像，其中针对目标的覆盖测量，在获取期间关闭参考路径的快门1070。

在下文中，移动载物台以将测量照明设置到样品的表面上的待成像的下一目标结构上。

然而，如上文所论述且如图1及2A中所说明，所实施OCT聚焦系统具有一些缺点。直到目前，并未尝试在载物台移动到样品的表面处的每一目标期间维持聚焦。在每一载物台移动之后，应扫描测量物镜1050与样品1060之间的距离以识别最大条纹对比的位置；接着在每次载物台移动之后，应将样品到物镜间隔设置到此最优位置。在每一载物台移动之后，此聚焦使每一目标测量所需的时间增加。

此外，照明光谱针对每一目标定义一次且针对聚焦任务及测量任务两者是相同的，而针对聚焦任务的最优光谱可不同于针对覆盖样品测量的最优光谱。

聚焦信号及样品图像随波长而改变，例如：样品(例如，覆盖晶片)上的不同材料的反射率随波长而改变；光到样品上的不同层的穿透随波长而变化；且来自样品上的构件的光的散射及衍射随波长而变化。聚焦信号及样品图像可随样品处理变异(例如，膜厚度、光致抗蚀剂曝光、蚀刻的深度及更多)而改变。提供对过程及目标位点变异的最大不敏感性的用于聚焦的波长可能并不是提供最稳健覆盖测量的同一波长。相应地，当共同照明光谱用于聚焦任务且用于测量任务时，一些性能归因于折衷的光谱选择而损失。

此外，由于聚焦系统使用与用于度量相同的照明，因此可用于聚焦的光谱受约束于用于度量的带宽且无法实现使用尽可能最宽的光谱带宽用于聚焦。这是不利的，因为以OCT为基础的聚焦系统期望短相干长度且相干长度与所使用照明的带宽逆相关。

正是在此背景内容内呈现本发明的实施例。

发明内容

一些实施例提供一种度量及检验系统，其包括：

-光学度量工具，其具有光学柱，所述光学柱含光学耦合到第一物镜的第一光束分离器；及

-光学相干断层摄影术聚焦系统，其包括：

第二物镜及参考表面，其与所述第一光束分离器布置成干涉仪配置，及

第二光束分离器，其光学耦合到所述第一光束分离器的输出波前；

其中：

·所述参考表面是经配置以反射预定聚焦光谱内的照明的二向色反射器；及/或

·所述第二光束分离器是经配置以引导预定聚焦光谱内的照明到聚焦传感器且引导预定测量光谱内的照明到成像传感器的二向色光束分离器。

在一些实施例中，所述度量及检验系统进一步包括光学耦合到所述第一光束分离器的照明光学器件。

在一些实施例中，所述度量及检验系统进一步包括光学耦合到所述照明光学器件的照明输入。

在一些实施例中，所述照明输入包括经配置以携载所述聚焦光谱及所述测量照明光谱两者的光纤耦合器。

在一些实施例中，所述照明光学器件包括：至少一个光学透镜、照明光瞳孔径及照明视场光阑。

在一些实施例中，所述度量及检验系统进一步包括经配置以选择性地打开及关闭所述第一光束分离器与所述第二物镜之间的所述光学路径的机械快门。

在一些实施例中，所述度量及检验系统进一步包括以下中的至少一者：聚焦检测器透镜及至少一个管透镜。

在一些实施例中，所述预定聚焦光谱是约380到430nm及所述预定测量光谱是约430到1200nm。

本发明的一些实施例提供一种度量及检验系统，其包括：

-光学度量工具，其具有含光学耦合到第一物镜的第一光束分离器的光学柱；及

-光学相干断层摄影术(OCT)聚焦系统，其包括：

·第二物镜及参考表面，其与所述第一光束分离器布置成干涉仪配置，及

·第二光束分离器，其光学耦合到所述第一光束分离器的所述输出波前；

其中：

·所述参考表面是经配置以反射聚焦光谱内的照明的二向色反射器；及/或

·所述聚焦系统进一步包括：

·聚焦光谱滤光器轮，其光学耦合于第二光束分离器与聚焦传感器之间，其经配置以引导所述聚焦光谱内的照明到所述聚焦传感器；及

·成像光谱滤光器轮，其光学耦合于所述第二光束分离器与成像传感器之间，其经配置以引导测量光谱内的照明到所述成像传感器。

在一些实施例中，所述预定聚焦光谱是约380到430nm及所述预定测量光谱是约430到1200nm。

本发明的一些实施例提供一种使用具有光学相干断层摄影术(OCT)聚焦系统的干涉仪装置聚焦且测量的方法；所述方法包括分别引导经重叠测量波前及参考波前朝向聚焦传感器及朝向成像传感器的步骤；

-其中引导所述经重叠波前的预定义聚焦照明光谱朝向所述聚焦传感器，及

-其中引导所述经重叠波前的预定义测量照明光谱朝向所述成像传感器。

在一些实施例中，所述方法进一步包括仅从所述OCT聚焦系统的参考表面反射所述预定义聚焦照明光谱。

本发明的一些实施例提供一种用于维持具有光学度量工具及光学相干断层摄影术(OCT)聚焦系统的干涉仪装置的聚焦的方法；所述方法包括：

-经由所述OCT聚焦系统的聚焦检测器监测参考光束及测量光束的干涉光束；

-使所述OCT聚焦系统的参考表面平移，使得在所述经监测干涉光束处观测到最大条纹对比；及

-在测量之前，使所述参考表面平移回到其标称位置且通过调整所述光学度量工具的测量物镜与样品之间的间隔而使所述光学度量工具聚焦，使得所述经监测干涉光束产生所述经观测最大条纹对比。

在一些实施例中，所述方法进一步包括扫描及测量所述OCT聚焦系统的所述参考表面与参考物镜之间的间隔。

在一些实施例中，所述样品与所述测量物镜之间的间隔调整与所述参考表面返回到其标称位置的平移成比例。

在一些实施例中，监测、扫描、测量、平移及聚焦的步骤是持续的。

附图说明

在说明书的结尾部分中特别指出且明确主张被视为本发明的标的物。然而，可通过在结合附图阅读时参考下文详细描述而最好地理解有关本发明的组织及操作方法两者，以及其目的、特征及优点，其中：

图1示意性地示范具有林尼克聚焦检测的现有技术以图像为基础的覆盖测量工具；

图2A示意性地示范类似于图1的另一现有技术以图像为基础的覆盖测量工具；

图2B示意性地示范图2A中示范的聚焦检测器(FD)的现有技术输出信号；

图3示意性地示范根据本发明的一些实施例的具有干涉仪装置的检验设备；

图4A示意性地示范根据本发明的一些实施例的具有干涉仪装置的另一检验设备；

图4B示意性地示范根据本发明的一些实施例的图4A中示范的聚焦检测器(FD)的输出信号；

图5示意性地示范根据本发明的一些实施例的具有干涉仪装置的另一检验设备；

图6示意性地示范根据本发明的一些实施例的具有干涉仪装置的另一检验设备；

图7示意性地说明根据本发明的一些实施例的针对检验设备的示范性实施方案；

图8A示意性地说明根据本发明的一些实施例的针对检验设备的另一示范性实施方案；

图8B示意性地示范根据本发明的一些实施例的图8A中示范的聚焦检测器(FD)的输出信号；

图9示意性地示范根据本发明的一些实施例的用于最优聚焦及测量的方法；及

图10示意性地示范根据本发明的一些实施例的用于维持聚焦的方法。

应了解为阐释的简单及清晰起见，图中所展示的元件未必按比例绘制。举例来说，为清晰起见，一些元件的尺寸可相对于其它元件夸大。此外，在认为适当的情况下，元件符号可在图中重复以指示相应或类似元件。

具体实施方式

在下列实施方式中，阐述许多特定细节以提供本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将了解可在无这些具体细节的情况下实践本发明。在其它例子中，未详细描述熟知的方法、程序及组件，以免混淆本发明。

本发明涉及度量的领域，且特定来说涉及优化以成像为基础的覆盖度量的聚焦及测量；举例来说，在可充当微电子装置的衬底的覆盖晶片的表面处的目标结构。

本发明的实施例涉及以具有通过在样品的载物台移动期间维持聚焦及/或通过为聚焦任务及测量任务提供不同照明光谱而改进聚焦性能的可能的配置并入OCT聚焦系统的检验系统。

本发明的一些实施例提供一种经配置以为测量任务及聚焦任务中的每一者提供最优照明光谱的聚焦工具。由于不同波长穿透到晶片装置结构中的不同深度，因此通常期望控制从装置中的何深度导出聚焦信号。相应地，针对聚焦的最优光谱可不同于针对晶片的覆盖测量的最优光谱。

根据一些实施例，本发明提供一种如图3及4A中示意性地示范的检验设备，所述检验设备具有：干涉仪装置3000、4000，其经配置以引导测量波前以从测量表面3060反射且随后与参考波前重叠以形成干涉图案，所述测量波前及所述参考波前是从共同源导出。

根据一些实施例，干涉仪装置3000包括：第一光束分离器3040，其经定位以沿不同方向引导所述测量波前及所述参考波前且随后将其再组合且引导到第二光束分离器3100；第二光束分离器3100，其经定位以引导经再组合测量波前及参考波前(还标注为干涉波前或干涉光束)朝向成像传感器3120及朝向聚焦传感器3110；及参考表面(还标注为参考反射器)3090，其经定位及配置以如所示范将参考波前朝向第一光束分离器3040反射回，其布置成林尼克型干涉仪配置。

根据一些实施例，干涉仪3000进一步包括光学耦合于第一光束分离器3040与样品3060之间的测量物镜3050。测量物镜3050经配置以使测量照明光束聚焦且集中到样品的表面上的目标上且以便使目标成像到成像传感器3120上。

根据一些实施例，干涉仪3000进一步包括光学耦合于第一光束分离器3040与参考表面3090之间的参考物镜3080。参考物镜3080经配置以使参考照明光束聚焦且集中到参考表面3090上。根据一些实施例，参考物镜与测量物镜相同。

如图4A中的检验设备示范具有类似于如图3中示范的装置的一些构件的干涉仪装置4000。根据本发明的一些实施例，干涉仪装置4000包括：

-光学度量工具，其具有含光学耦合到第一物镜3050的第一光束分离器3040的光学柱；及

-光学相干断层摄影术聚焦系统，其包括：

·第二物镜3080及参考表面3090，其与所述第一光束分离器布置成干涉仪配置(其中所述参考物镜具有与所述测量物镜互补的光学性质，使得测量臂与参考臂的光学路径长度匹配)；

·第二光束分离器3100，其光学耦合到第一光束分离器3040的输出波前。

根据一些实施例，第一光束分离器3040是50/50光束分离器(例如林尼克光束分离器)。

根据一些实施例，第二光束分离器3100是二向色光束分离器，所述二向色光束分离器经配置以引导预定义聚焦光谱内的光/照明到聚焦传感器3110(任选地经由聚焦检测器透镜3115)，及引导预定义测量光谱内的光/照明到成像传感器3120(任选地经由中继透镜3105)。

根据一些实施例，参考表面3090是二向色参考反射器，所述二向色参考反射器经配置以反射预定义聚焦光谱内的光/照明且衰减预定义测量光谱内的光/照明。

根据一些优选实施例，第二光束分离器3100是二向色光束分离器，所述二向色光束分离器经配置以引导预定义聚焦光谱内的光/照明；及参考表面3090是二向色参考反射器，所述二向色参考反射器经配置以反射所述预定义聚焦光谱内的光/照明且衰减预定义测量光谱内的光/照明。

针对优选聚焦光谱的非限制性实例是在380到410nm或380到430nm的范围内的波长。针对优选测量光谱的非限制性实例是在430到1,200nm的范围内的波长。

根据一些实施例，成像传感器3120包括场平面阵列传感器。根据一些实施例，成像传感器3120包括电荷耦合装置(CCD)。

根据一些实施例，干涉仪3000、4000进一步包括光学耦合于照明源3010与第一光束分离器3040之间的照明光学器件3025。照明光学器件3025具有角度及/或空间动态控制，其经配置以用于产生辐射探测光束3310。根据一些实施例，照明源3010是经配置以携载聚焦及测量照明光谱两者的光纤耦合器。

根据一些实施例，照明光学器件3025包括以下中的至少一者：

-照明光瞳孔径3020，其经配置以界定经成像对象处的照明的角度分布；

-照明视场光阑3030，其经配置以限制所述经成像对象处的所述照明的空间范围(借此界定视场)；及

-至少一个光学透镜3021。

根据一些实施例，干涉仪装置3000、4000进一步包括经配置以选择性地打开及关闭第一光束分离器3040与参考物镜3080之间的光学路径的机械快门1070。

根据一些实施例，干涉仪装置3000、4000进一步包括经配置以使样品3060相对于光学测量光束平移的平移载物台(未展示)。

如图3及4A中所示范的干涉仪配置允许提供针对聚焦任务及测量任务的不同照明光谱。相应地，可在捕获测量图像的同时检测图4B中示范的聚焦信号4200，这是因为所提供的配置仅允许聚焦光谱内的光从二向色参考镜3090返回，而二向色光束分离器3100阻挡聚焦光谱内的光到达成像传感器3120且阻挡测量光谱内的光到达聚焦传感器3110。

此外，根据一些实施例，干涉仪3000、4000配置(如图3及4A中所示范)：实现优化用于导出聚焦的照明光谱以最小化晶片的处理变异的影响；实现优化用于获取覆盖目标图像的照明光谱以最大化所要系统性能量度(例如，准确度、覆盖残差、工具诱发移位及更多)；且实现获取(测量)任务及聚焦任务两者的同时优化。

本发明的一些实施例提供一种经配置以在样品的载物台的移动期间(尤其当改变目标时)维持聚焦的聚焦工具。晶片及载物台行进平坦度的偏差诱发不可接受电平的图像散焦。相应地，必须在移动到每一覆盖目标之后且在获取测量图像之前调整测量物镜与晶片之间的间隔。本发明的一些实施例允许在载物台移动期间的连续聚焦维持，且因此可免除或至少减少在移动之后重新获取聚焦所需的时间。

根据一些实施例，干涉仪装置3000、4000进一步包括机械地耦合到参考表面3090的平移机构(未展示)，其中所述平移机构经配置以在平行于参考物镜3080的光学轴的方向4091上移动参考表面3090，用于促成干涉仪平衡。图4B示范聚焦传感器3110的选用输出信号4200，所述输出信号4200可经分析以便检测探测光束3310是否聚焦于样品3060处。

根据一些实施例，干涉仪装置3000、4000进一步包括经配置以选择性地打开及关闭第一光束分离器3040与第二物镜3080之间的光学路径的机械快门3070。

根据一些实施例，在测量期间(例如，在实际图像捕获期间)阻挡从参考臂返回的光(例如，从参考表面3090返回的光)到达第一光束分离器3040(例如，通过快门3070)，以防止重叠光谱区域到达成像传感器3120。

针对OCT系统的常见做法大体标注有三个步骤：移动、聚焦及测量；其中在“移动”步骤，移动样品的载物台(未展示)以将样品的表面处的目标结构带入到成像传感器的视场中，及在“聚焦”及“测量”步骤之后，移动载物台以将测量照明设置到样品的表面上的待成像的下一目标结构上。

为在载物台移动到样品的表面处的每一目标期间维持聚焦，本发明的一些实施例提供一种用于具有光学度量工具及光学相干断层摄影术(OCT)聚焦系统的干涉仪装置(例如，林尼克干涉仪)的持续聚焦监测及调整的方法；所述方法包括以下步骤：

-扫描且测量参考表面(例如3090)与参考物镜(例如3080)之间的间隔；

-经由聚焦传感器(例如3110)监测参考光束与测量光束的干涉光束；

-使所述参考表面位置移位，其中使得在所述经监测参考光束处观测到最大条纹对比；及

-在测量之前，使所述参考表面平移回到其标称位置且通过调整所述光学度量工具的测量物镜(例如3050)与样品(例如3060)之间的所述间隔而使所述光学度量工具聚焦，使得所述经监测参考光束产生所述经观测最大条纹对比。

根据一些实施例，样品与测量物镜之间的间隔调整是根据参考表面返回到其标称位置的平移，且与所述平移成比例。根据一些非限制性实施例，术语“成比例”是指1.3或更小的系数。

根据一些实施例，术语“标称”是指作为目标或近似值的接受条件。根据一些实施例，参考表面的标称位置是其初始位置的约±10nm或更小。

根据一些实施例，移位是由经配置以在平行于所述参考物镜的所述光学轴的方向上移动所述载物台的平移机构提供。

根据一些实施例，用于聚焦监测及调整的方法可为持续方法，借此扫描、监测及调整的步骤是持续步骤。

根据一些实施例，用于干涉仪装置的聚焦监测的方法实现晶片与物镜之间的间隔的持续监测，且因此可在载物台移动期间及/或之后校正晶片高度的改变。因此，测量覆盖度量所需的时间可被显著减小。更多细节在图10中。

现参考图5，其示意性地示范根据本发明的一些实施例的干涉仪装置5000，其中其构件的一些类似于如图3及4A中所示范的装置3000、4000的构件。根据一些实施例，本发明提供一种检验设备，所述检验设备包括：干涉仪装置5000，其经配置以引导测量波前以从测量表面3060反射且随后与参考波前重叠以形成干涉图案，所述测量波前及所述参考波前从共同源导出。干涉仪5000包括：

-光学度量工具，其具有含光学耦合到第一物镜3050的第一光束分离器3040的光学柱；及

-光学相干断层摄影术聚焦系统，其包括：

·第二物镜3080及参考表面3090，其与所述第一光束分离器布置成干涉仪配置，及

·第二光束分离器3100，其光学耦合到所述第一光束分离器3040的输出波前。

根据一些实施例，参考表面5090是经配置以反射聚焦光谱内的光且衰减测量光谱内的光的二向色参考镜。

根据一些实施例，第二光束分离器5100是50/50光束分离器。

根据一些实施例，干涉仪装置5000进一步包括光学耦合于第二光束分离器5100与聚焦检测器透镜3115之间的聚焦光谱滤光器轮5130，且所述聚焦光谱滤光器轮5130经配置以引导聚焦光谱内的光到聚焦检测器3110。

根据一些实施例，干涉仪装置5000进一步包括光学耦合于第二光束分离器5100与管透镜3105之间的成像光谱滤光器轮5140，且所述成像光谱滤光器轮5140经配置以引导测量光谱内的光到成像传感器3120。

如图5中所示范的干涉仪配置允许提供针对聚焦任务及测量任务的不同照明光谱。相应地，可在捕获测量图像的同时检测聚焦信号，这是因为所提供配置仅允许聚焦光谱内的光从二向色参考镜3090返回，而成像光谱滤光器轮5130阻挡聚焦光谱内的光到达成像传感器3120，且同时聚焦光谱滤光器轮5130阻挡测量光谱内的光到达聚焦传感器3110。

如图5中所示范的干涉仪配置使聚焦及测量照明光谱能够重叠。根据一些实施例，聚焦光谱及测量光谱两者都在测量臂及参考臂上传播。根据一些实施例，聚焦光谱及测量光谱两者都被引导朝向聚焦传感器及场平面传感器两者。根据一些实施例，将带通滤光器(例如聚焦滤光器轮5140)插入到聚焦传感器臂中以隔离用于聚焦感测的光谱。根据一些实施例，将不同带通滤光器(例如聚焦成像滤光器轮5130)插入到场平面阵列传感器中以隔离用于覆盖测量的光谱。根据一些实施例，聚焦滤光器及测量滤光器可由修改到达每一臂上的传感器的光谱的滤光器取代。

现参考图6，其示意性地示范根据本发明的一些实施例的干涉仪装置6000，其中其构件的一些类似于如图3、4A及5中所示范的装置3000、4000及5000的构件。根据一些实施例，本发明提供一种检验设备，所述检验设备包括：干涉仪装置6000，其经配置以引导测量波前以从测量表面3060反射且随后与参考波前重叠以形成干涉图案，所述测量波前及所述参考波前从共同源导出。干涉仪6000包括：

-光学度量工具，其具有含光学耦合到第一物镜3050的第一光束分离器3040的光学柱；及

-光学相干断层摄影术聚焦系统，其包括：

·第二物镜3080及参考表面3090，其与所述第一光束分离器布置成干涉仪配置，及

·第二光束分离器3100，其光学耦合到第一光束分离器3040的输出波前。

根据一些实施例，参考表面3090是二向色参考反射器，所述二向色参考反射器经配置以反射预定义聚焦光谱内的光且衰减预定义测量光谱内的光。

根据一些实施例，第二光束分离器6100是如图3及4A的上文描述中详述的二向色光束分离器。根据其它实施例，第二光束分离器6100是50/50光束分离器，且其中干涉仪装置6000进一步包括聚焦光谱滤光器轮5130及成像光谱滤光器轮5140，如上文图5的描述中展示及详述(图6中未示范轮5130、5140)。

相应地，如图6中所示范的干涉仪配置允许提供针对聚焦任务及测量任务的不同照明光谱。

根据一些实施例，装置6000的配置允许使用：两个单独光源6210及6310，其用于供应针对测量及针对聚焦监测的不同照明光谱(任选地分别经由光学透镜6215及6315)；及二向色光束分离器/组合器6400，其经配置以有效组合来自两个光源6210及6310的光，使得其可照明相同视场。

根据一些实施例，如图3、4A、4B、5及6中所示范，具有通过林尼克干涉仪的聚焦感测的以图像为基础的覆盖度量系统实现：

-独立定义针对聚焦及测量中的每一者的照明光谱；

-通过基于从晶片及参考镜返回的光的光谱含量而将其隔离而进行同时聚焦获取及测量；

-通过调制或调适参考镜与林尼克物镜(参考表面对参考物镜)之间的间隔而监测晶片与测量物镜之间的间隔；

-相应地，可持续监测晶片与测量物镜之间的间隔。

根据一些实施例，本发明的应用及/或实施方案经配置用于检验晶片上的光栅目标旁边的光栅，其中每一光栅印刷于不同过程层上。在一些实施例中，本发明的应用经配置用于检验定向于X轴上用于测量X覆盖的一对光栅及/或定向于Y轴上用于测量Y覆盖的一对光栅。

在一些实施例中，目标照明可具有宽或窄光谱含量。在一些实施例中，晶片高度可经调整以最大化形成于成像传感器上的目标的图像的对比。在一些实施例中，在每一载物台移动到后续覆盖目标之后，林尼克干涉仪可用于重新获得晶片聚焦。在一些实施例中，从经捕获图像内的目标的相对位置提取覆盖测量。

现参考图7，其示意性地说明根据上文详述的一些实施例的针对检验设备的示范性实施方案，具有用于聚焦检测的UV发光二极管的宽带照明器7000。如图7的实例中所展示，激光驱动等离子体光源7010产生跨越可见光谱及近IR光谱的宽带辐射。激光驱动等离子体光源7010经由至少一个光学透镜7321及照明视场光阑7020光学耦合到中性密度轮7030。中性密度轮7030经配置以实现光的衰减以避免传感器饱和。中性密度轮7030进一步耦合到带通滤光器轮7040，带通滤光器轮7040经配置以实现来自源的宽分布内的不同光谱分布的选择。二向色光束分离器7060有效地将经由带通滤光器轮7040接收的等离子体光谱与从UV LED 7050接收的照明组合，所述UV LED 7050经配置以提供针对聚焦感测的固定光谱。经组合光束接着耦合到多模光纤7070中，借此进行宽带照明输出。

现参考图8A，其示意性地说明根据上文详述的一些实施例的针对检验设备的示范性实施方案，覆盖度量显微镜头8000。通过林尼克光束分离器3040将来自多模光纤7070(还展示于图7中)的输出分离成测量路径及参考路径。参考镜8090包括二向色涂层，使得其反射来自LED 7050(展示于图7中)的UV光谱且衰减来自激光驱动等离子体源7010(展示于图7中)的宽带光谱。晶片3060反射来自LED的UV光谱及来自激光驱动等离子体源的宽带光谱两者。特定来说，UV光谱从晶片的顶层反射，使得来自晶片处理变异及先前层上的构件对聚焦感测的影响最小化。根据观测印刷于晶片中的下部层上的覆盖目标所需，可见光谱及近IR光谱能够穿透到所述层。二向色光束分离器3100有效地将来自参考路径及测量路径的UV光投送到聚焦传感器。二向色光束分离器还有效地将可见测量光及近IR测量光投送到场阵列传感器。根据一些实施例，参考镜8090可经调制以提供晶片高度位置的持续感测及校正。图8B示意性地示范根据本发明的一些实施例的如图8A中所示范的聚焦检测器(FD)3110的选用输出信号8200。

现参考图9，其示意性地示范使用具有OCT聚焦系统的干涉仪装置的根据本发明的一些实施例的聚焦且测量样品(例如晶片)上的目标的过程。所述过程包含：

-使样品平移9100，以将视场(FoV)设置于样品的表面上的当前目标上；

-通过调整所述样品与测量物镜之间的间隔而使照明聚焦9200到目标上；及

-测量(即成像)9300当前目标，同时阻挡参考光束路径返回到第一(林尼克)光束分离器。

根据一些实施例，聚焦9200通过以下实现：引导测量波前以从目标反射，且随后与参考波前重合，以形成干涉光束；及通过引导所述干涉光束朝向聚焦传感器及朝向成像传感器；且其中调整所述测量物镜与所述样品之间的所述间隔，使得在经扫描干涉光束处(经由聚焦传感器)观测到最大条纹对比。

根据一些实施例，本发明提供一种用于使用具有光学相干断层摄影术(OCT)聚焦系统的干涉仪装置最优聚焦且测量的方法；方法9500包括分别引导经重叠测量波前及参考波前朝向聚焦传感器及朝向成像传感器引导9520的步骤；其中引导所述经重叠波前的预定义聚焦照明光谱朝向所述聚焦传感器，且其中引导所述经重叠波前的预定义测量照明光谱朝向所述成像传感器。

根据一些实施例，方法9500进一步包括仅从OCT聚焦系统的参考表面反射9510预定义聚焦照明光谱(即在测量波前与参考波前重叠之前)。

图9进一步示范根据本发明的一些实施例的用于优化聚焦及测量的方法9500与聚焦9200及测量9300的过程的集成。

现参考图10，其示意性地示范用于维持具有光学度量工具及光学相干断层摄影术(OCT)聚焦系统的干涉仪装置的聚焦的方法10000；例如在样品的载物台移动到样品的表面处的每一目标期间。

根据本发明的一些实施例；方法10000包括：

-经由(OCT系统的)聚焦传感器监测及测量10100参考光束及测量光束的干涉光束；

-使(OCT系统的)参考反射器表面相对于参考物镜平移10200以在经监测干涉光束处观测最大条纹对比；

-响应于到达样品的测量位置，使参考反射器表面以已知量平移10300回到其标称位置；及

-在垂直步骤中，通过与已知量成比例地调整10400样品与(光学度量工具的)测量物镜之间的间隔而使光学度量工具聚焦，使得经监测参考光束产生经观测最大条纹对比。

根据一些实施例，方法10000进一步包括扫描及测量参考反射器与参考物镜之间的间隔10250。

根据一些实施例，监测、测量、扫描、平移及聚焦的步骤是持续的。

根据一些实施例，如上文及图10中所描述的方法可应用于如上文实施例中的干涉仪装置3000、4000、5000、6000、7000、8000上。

根据所提供实施例的至少一些，以散射测量为基础的覆盖系统可具有优化在不同于测量波长的波长下的聚焦的能力。以成像为基础的覆盖系统可透过本发明的实施方案提供针对程序变异的类似电平的稳健性。

此外，在每一移动之后重新获取覆盖目标的聚焦的过程构成大量“移动及测量”时间预算。持续聚焦追踪可显著减小针对以图像为基础的覆盖测量的拥有成本(cost-of-ownership)。

虽然本文已说明及描述本发明的特定特征，但是所属领域的一般技术人员现将想到许多修改例、替代例、变化例及等效例。因此，应了解，所附权利要求书希望涵盖如落于本发明的真正精神内的所有此类修改及改变。

Claims (16)

1.一种度量及检验系统，其包括：

-光学度量工具，其经配置以在预定测量光谱内执行光学度量，其具有含光学耦合到第一物镜的第一光束分离器的光学柱；及

-光学相干断层摄影术聚焦系统，其包括：

第二物镜及参考表面，其与所述第一光束分离器布置成干涉仪配置，及

第二光束分离器，其光学耦合到所述第一光束分离器的输出波前；

其中所述参考表面是经配置以反射预定聚焦光谱内的照明且衰减所述预定测量光谱内的光的二向色反射器。

2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括光学耦合到所述第一光束分离器的照明光学器件。

3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括光学耦合到所述照明光学器件的照明输入。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述照明输入包括经配置以携载所述预定聚焦光谱及所述预定测量光谱两者的光纤耦合器。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述照明光学器件包括：至少一个光学透镜、照明光瞳孔径及照明视场光阑。

6.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以选择性地打开及关闭所述第一光束分离器与所述第二物镜之间的光学路径的机械快门。

7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括以下中的至少一者：聚焦检测器透镜及至少一个管透镜。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定聚焦光谱是380到430nm及所述预定测量光谱是430到1200nm。

9.一种度量及检验系统，其包括：

-光学度量工具，其经配置以在预定测量光谱内执行光学度量，其具有含光学耦合到第一物镜的第一光束分离器的光学柱；及

-光学相干断层摄影术聚焦系统，其包括：

第二物镜及参考表面，其与所述第一光束分离器布置成干涉仪配置，及

第二光束分离器，其光学耦合到所述第一光束分离器的输出波前；

其中所述第二光束分离器是经配置以引导预定聚焦光谱内的照明到聚焦传感器且引导所述预定测量光谱内的照明到成像传感器的二向色光束分离器；且

其中所述参考表面是经配置以反射所述预定聚焦光谱内的照明且衰减所述预定测量光谱内的光的二向色反射器。

10.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括光学耦合到所述第一光束分离器的照明光学器件。

11.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括光学耦合到所述照明光学器件的照明输入。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述照明输入包括经配置以携载所述预定聚焦光谱及所述预定测量光谱两者的光纤耦合器。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述照明光学器件包括：至少一个光学透镜、照明光瞳孔径及照明视场光阑。

14.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括经配置以选择性地打开及关闭所述第一光束分离器与所述第二物镜之间的光学路径的机械快门。

15.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括以下中的至少一者：聚焦检测器透镜及至少一个管透镜。

16.根据权利要求9所述的系统，其中所述预定聚焦光谱是380到430nm及所述预定测量光谱是430到1200nm。

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