CN109791038B - 台阶大小及镀金属厚度的光学测量 - Google Patents

台阶大小及镀金属厚度的光学测量 Download PDF

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Abstract

一种产生三维信息的方法包含：按经预先确定的步骤变更样本与光学显微镜的物镜之间的距离；在每一经预先确定的步骤处捕获图像；确定每一经捕获图像中的每一像素的特性值；针对每一经捕获图像确定跨所述经捕获图像中的所有像素的最大特性值；比较每一经捕获图像的所述最大特性值以确定每一经预先确定的步骤处是否存在所述样本的表面；基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第一表面上的第一经捕获图像；基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第二表面上的第二经捕获图像；及确定所述第一表面与所述第二表面之间的第一距离。

Description

台阶大小及镀金属厚度的光学测量
相关申请案的交叉参考
本申请案是2016年10月31日申请的标题为“晶片中开口尺寸的光学测量(OPTICALMEASUREMENT OF OPENING DIMENSIONS IN A WAFER)”的序列号为15/338,838的非临时美国专利申请案的部分接续案，且根据35U.S.C.§120规定主张所述美国专利申请案的优先权。所述美国专利申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。申请案15/338,838是2016年8月10日申请的标题为“自动化三维测量(AUTOMATED 3-D MEASUREMENT)”的序列号为15/233,812的非临时美国专利申请案的部分接续案，且根据35U.S.C.§120规定主张所述美国专利申请案的优先权。所述美国专利申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
所描述实施例大体上涉及测量样本的三维信息且更特定来说涉及按快速且可靠方式自动测量三维信息。
背景技术
各种对象或样本的三维(3-D)测量在许多不同应用中是有用的。一个此应用是在晶片级封装处理期间。在晶片级制造的不同步骤期间的晶片的三维测量信息可提供关于存在可能存在于晶片上的晶片处理缺陷的洞察。在晶片级制造期间的晶片的三维测量信息可在耗费额外资金来继续处理晶片之前提供关于不存在缺陷的洞察。当前通过人类操纵显微镜来收集样本的三维测量信息。人类用户使用其眼睛使显微镜聚焦以确定显微镜何时聚焦在样本的表面上。需要收集三维测量信息的改进的方法。
发明内容
在第一新颖方面中，使用光学显微镜通过以下步骤产生样本的三维(3-D)信息：按经预先确定的步骤变更所述样本与所述光学显微镜的物镜之间的距离；在每一经预先确定的步骤处捕获图像；确定每一经捕获图像中的每一像素的特性值；针对每一经捕获图像确定跨所述经捕获图像中的所有像素的最大特性值；比较每一经捕获图像的所述最大特性值以确定每一经预先确定的步骤处是否存在所述样本的表面；基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第一表面上的第一经捕获图像；基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第二表面上的第二经捕获图像；及确定所述第一表面与所述第二表面之间的第一距离。
在第二新颖方面中，一种三维(3-D)测量系统包含：确定样本的半透明层的厚度；及确定所述样本的金属层的厚度，其中所述金属层的所述厚度等于所述半透明层的所述厚度与第一距离之间的差，其中第一表面是光致抗蚀剂层的顶表面，且其中第二表面是金属层的顶表面。
在第三新颖方面中，使用光学显微镜通过以下步骤产生样本的三维(3-D)信息：按经预先确定的步骤变更所述样本与所述光学显微镜的物镜之间的距离；在每一经预先确定的步骤处捕获图像；确定每一经捕获图像中的每一像素的特性值；针对每一经捕获图像确定跨所述经捕获图像中的像素的第一部分的最大特性值；比较每一经捕获图像的所述最大特性值以确定每一经预先确定的步骤处是否存在所述样本的表面；确定聚焦在所述样本的凸块的顶点上的第一经捕获图像；基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第一表面上的第二经捕获图像；及确定所述凸块的所述顶点与所述第一表面之间的第一距离。
在第四新颖方面中，确定在跨所有经捕获图像的x-y像素位置的第二部分内的每一x-y像素位置的最大特性值，其中x-y像素位置的所述第二部分包含包含于每一经捕获图像中的至少一些所述x-y像素位置；确定所述经捕获图像的子集，其中仅包含x-y像素位置最大特性值的经捕获图像包含于所述子集中；及确定在所述经捕获图像子集内的所有经捕获图像当中，所述第一经捕获图像相较于所述经捕获图像子集内的所有其它经捕获图像聚焦在最高z位置上。
在下文详细描述中描述另外的细节及实施例以及技术。本发明内容并不意图限定本发明。本发明由权利要求书限定。
附图说明
随附图式(其中相同数字指示相同组件)说明本发明的实施例。
图1是执行样本的自动化三维测量的半自动化三维计量系统1的图。
图2是包含可调整物镜11及可调整载物台12的三维成像显微镜10的图。
图3是包含三维显微镜、样本处置器、计算机、显示器及输入装置的三维计量系统20的图。
图4是说明在变更光学显微镜的物镜与载物台之间的距离时捕获图像的方法的图。
图5是说明光学显微镜的物镜与样本表面之间的距离的图表，其中每一x-y坐标具有最大特性值。
图6是使用在图5中展示的每一x-y坐标的最大特性值呈现的图像的三维图。
图7是说明使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。
图8是说明当光致抗蚀剂开口在光学显微镜的视域内时使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。
图9是说明源自峰值模式操作的三维信息的图表。
图10是说明使用在各种距离处捕获的图像的求和模式操作的图。
图11是说明在使用求和模式操作时的错误表面检测的图。
图12是说明源自求和模式操作的三维信息的图表。
图13是说明使用在各种距离处捕获的图像的范围模式操作的图。
图14是说明源自范围模式操作的三维信息的图表。
图15是仅说明具有第一范围内的特性值的像素计数的图表。
图16是仅说明具有第二范围内的特性值的像素计数的图表。
图17是说明包含于峰值模式操作中的各种步骤的流程图。
图18是说明包含于范围模式操作中的各种步骤的流程图。
图19是聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上的经捕获图像(包含单个特征)的图。
图20是说明产生强度阈值的第一方法的图。
图21是说明产生强度阈值的第二方法的图。
图22是说明产生强度阈值的第三方法的图。
图23是样本中的光致抗蚀剂开口的三维图。
图24是在图23中展示的光致抗蚀剂的顶表面开口的二维图。
图25是在图23中展示的光致抗蚀剂的底表面开口的二维图。
图26是聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上的经捕获图像。
图27是说明检测在图26中说明的光致抗蚀剂层的边界的图。
图28是聚焦在光致抗蚀剂层的底表面上的经捕获图像。
图29是说明检测在图28中说明的光致抗蚀剂层的边界的图。
图30是聚焦在沟槽结构中的光致抗蚀剂层的顶表面上的经捕获图像。
图31是说明检测在图30中说明的光致抗蚀剂层的边界的图。
图32是部分填充有镀金属的光致抗蚀剂开口的三维图。
图33是部分填充有镀金属的光致抗蚀剂开口的横截面图。
图34是具有镀金属的光致抗蚀剂开口的三维图。
图35是具有镀金属的光致抗蚀剂开口的横截面图。
图36是钝化层上方的金属柱的三维图。
图37是钝化层上方的金属柱的横截面图。
图38是钝化层上方的金属的三维图。
图39是钝化层上方的金属的横截面图。
图40是说明接近于镀金属表面的半透明材料的测量的横截面图。
图41是说明当光致抗蚀剂开口在光学显微镜的视域内时使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。
图42是说明源自在图41中说明的峰值模式操作的三维信息的图表。
图43是聚焦在沟槽结构中的光致抗蚀剂层的顶表面上的经捕获图像的图，包含第分析区域A及第二分析区域B的轮廓。
图44是钝化结构上方的凸块的三维图。
图45是钝化结构上方的凸块的俯视图，包含第一分析区域A及第二分析区域B的轮廓。
图46是说明当整个凸块未定位于原始分析区域A中时调整分析区域A及分析区域B的俯视图。
图47是钝化结构上方的凸块的横截面图。
图48是说明当仅光致抗蚀剂层在光学显微镜的视域的区域B内时使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。
图49是说明源自图48的峰值模式操作的三维信息的图表。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，其实例在随附图式中加以说明。在下文描述及权利要求书中，例如“顶部”、“下面”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“左”及“右”等关系术语可用于描述所描述结构的不同部分之间的相对定向，且应理解，所描述的整体结构可实际上以任何方式定向在三维空间中。
图1是半自动化三维计量系统1的图。半自动化三维计量系统1包含光学显微镜(未展示)、开启/关闭按钮5、计算机4及载物台2。在操作中，将晶片3放置在载物台2上。半自动化三维计量系统1的功能是捕获对象的多个图像且自动产生描述对象的各种表面的三维信息。这也称为对象的“扫描”。晶片3是由半自动化三维计量系统1分析的对象的实例。对象也可称为样本。在操作中，将晶片3放置在载物台2上且半自动化三维计量系统1开始自动产生描述晶片3的表面的三维信息的过程。在一个实例中，半自动化三维计量系统1开始于按压连接到计算机4的键盘(未展示)上的指定键。在另一实例中，半自动化三维计量系统1开始于跨网络(未展示)将开始命令发送到计算机4。半自动化三维计量系统1也可经配置以与自动化晶片处置系统(未展示)配接，所述自动化晶片处置系统在完成晶片的扫描之后就自动移除所述晶片且插入新晶片进行扫描。
全自动化三维计量系统(未展示)类似于图1的半自动化三维计量系统；然而，全自动化三维计量系统还包含机器人处置器，其可在无人类干预的情况下自动拾取晶片且将晶片放置在载物台上。以类似方式，全自动化三维计量系统也可使用机器人处置器自动从载物台拾取晶片且从载物台移除晶片。在生产许多晶片期间可期望全自动化三维计量系统，因为其避免人类操作者的可能污染且改进时间效率及总成本。替代地，当仅需测量少量晶片时，在研究及开发活动期间可期望半自动化三维计量系统1。
图2是包含多个物镜11及可调整载物台12的三维成像显微镜10的图。三维成像显微镜可为共焦显微镜、结构化照明显微镜、干涉仪显微镜或所属领域中众所周知的任何其它类型的显微镜。共焦显微镜将测量强度。结构化照明显微镜将测量经投影结构的对比度。干涉仪显微镜将测量干涉条纹对比度。
在操作中，将晶片放置在可调整载物台12上且选择物镜。三维成像显微镜10在调整载物台(晶片搁置于其上)的高度时捕获晶片的多个图像。此导致在晶片定位于远离所选择的透镜的各种距离处时捕获晶片的多个图像。在一个替代实例中，将晶片放置在固定载物台上且调整物镜的位置，借此在不移动载物台的情况下变更物镜与样本之间的距离。在另一实例中，可在x-y方向上调整载物台且可在z方向上调整物镜。
经捕获图像可本地存储在包含于三维成像显微镜10中的存储器中。替代地，经捕获图像可存储在包含于计算机系统中的数据存储装置中，其中三维显微镜10跨数据通信链路将经捕获图像传递到计算机系统。数据通信链路的实例包含：通用串行总线(USB)接口、以太网连接、火线总线接口、无线网络(例如WiFi)。
图3是包含三维显微镜21、样本处置器22、计算机23、显示器27(任选)及输入装置28的三维计量系统20的图。三维计量系统20是包含于半自动化三维计量系统1中的系统的实例。计算机23包含处理器24、存储装置25及网络装置26(任选)。计算机经由显示器27将信息输出到用户。如果显示器27是触摸屏装置，那么所述显示器还可用作输入装置。输入装置28可包含键盘及鼠标。计算机23控制三维显微镜21及样本处置器/载物台22的操作。当由计算机23接收开始扫描命令时，计算机发送一或多个命令以配置用于图像捕获的三维显微镜(“显微镜控制数据”)。例如，需选择正确物镜，需选择待捕获图像的分辨率，且需选择存储经捕获图像的模式。当由计算机23接收开始扫描命令时，计算机发送一或多个命令以配置样本处置器/载物台22(“处置器控制数据”)。例如，需选择正确高度(z方向)调整且需选择正确水平(x-y方向)对准。
在操作期间，计算机23致使样本处置器/载物台22调整到适当位置。一旦样本处置器/载物台22经适当定位，则计算机23将致使三维显微镜聚焦在焦平面上且捕获至少一个图像。接着，计算机23将致使所述载物台在z方向上移动，使得改变样本与光学显微镜的物镜之间的距离。一旦载物台移动到新位置，计算机23就将致使光学显微镜捕获第二图像。此过程继续直到在光学显微镜的物镜与样本之间的每一所要距离处捕获图像。将在每一距离处捕获的图像从三维显微镜21传递到计算机23(“图像数据”)。将经捕获图像存储在包含于计算机23中的存储装置25中。在一个实例中，计算机23分析经捕获图像且将三维信息输出到显示器27。在另一实例中，计算机23分析经捕获图像且经由网络29将三维信息输出到远程装置。在又一实例中，计算机23并不分析经捕获图像，而是经由网络29将经捕获图像发送到另一装置进行处理。三维信息可包含基于经捕获图像呈现的三维图像。三维信息可不包含任何图像，而是包含基于每一经捕获图像的各种特性的数据。
图4是说明在变更光学显微镜的物镜与样本之间的距离时捕获图像的方法的图。在图4中说明的实施例中，每一图像包含1000×1000个像素。在其它实施例中，图像可包含各种像素配置。在一个实例中，将连续距离之间的间隔固定为经预先确定的量。在另一实例中，连续距离之间的间隔可不固定。倘若仅样本的z方向扫描的部分需要额外z方向分辨率，那么在z方向上的图像之间的此不固定间隔可为有利的。z方向分辨率是基于在z方向上按每单位长度捕获的图像数目，因此在z方向上按每单位长度捕获额外图像将增大所测量的z方向分辨率。相反地，在z方向上按每单位长度捕获较少图像将减小所测量的z方向分辨率。
如上文论述，首先调整光学显微镜以使其聚焦在定位于与光学显微镜的物镜相距距离1处的焦平面上。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置(即，“存储器”)中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离2。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离3。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离4。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离5。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。针对光学显微镜的物镜与样本之间的N个不同距离继续所述过程。指示哪一图像与每一距离相关联的信息也存储在存储装置中以用于处理。
在替代实施例中，光学显微镜的物镜与样本之间的距离是固定的。实情是，光学显微镜包含变焦透镜，其允许光学显微镜变更光学显微镜的焦平面。以此方式，当载物台及由载物台支撑的样本固定时，光学显微镜的焦平面跨N个不同焦平面而变化。针对每一焦平面捕获图像且将图像存储在存储装置中。接着，处理跨所有各种焦平面的经捕获图像以确定样本的三维信息。此实施例需要变焦透镜，其可提供跨所有焦平面的足够分辨率且引入最小图像失真。另外，需要每一变焦位置之间的校准及变焦透镜的所得焦距。
图5是说明光学显微镜的物镜与样本之间的距离的图表，其中每一x-y坐标具有最大特性值。一旦针对每一距离捕获及存储图像，便可分析每一图像的每一像素的特性。例如，可分析每一图像的每一像素的光强度。在另一实例中，可分析每一图像的每一像素的对比度。在又一实例中，可分析每一图像的每一像素的条纹对比度。可通过比较像素的强度与预设数目个周围像素的强度来确定像素的对比度。针对关于如何产生对比度信息的额外描述，参见由詹姆斯许建国(James Jianguo Xu)等人于2010年2月3日申请的标题为“三维光学显微镜(3-D Optical Microscope)”的序列号为12/699,824的美国专利申请案(所述申请案的标的物以引用的方式并入本文中)。
图6是使用在图5中展示的每一x-y坐标的最大特性值呈现的三维图像的三维图。具有介于1与19之间的X位置的所有像素在z方向距离7处具有最大特性值。具有介于20与29之间的X位置的所有像素在z方向距离2处具有最大特性值。具有介于30与49之间的X位置的所有像素在z方向距离7处具有最大特性值。具有介于50与59之间的X位置的所有像素在z方向距离2处具有最大特性值。具有介于60与79之间的X位置的所有像素在z方向距离7处具有最大特性值。以此方式，可使用跨所有经捕获图像的每x-y像素的最大特性值产生图6中说明的三维图像。另外，在已知距离2且已知距离7的情况下，可通过从距离2减去距离7来计算图6中说明的井深度。
峰值模式操作
图7是说明使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。如上文关于图4论述，首先调整光学显微镜以使其聚焦在定位于与光学显微镜的物镜相距距离1处的平面上。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置(即，“存储器”)中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离2。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离3。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离4。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离5。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。针对光学显微镜的物镜与载物台之间的N个不同距离继续所述过程。指示哪一图像与每一距离相关联的信息也存储在存储装置中以用于处理。
在峰值模式操作中确定跨在一个z距离处的单个经捕获图像中的所有x-y位置的最大特性值，而不是确定跨在各种z距离处的所有经捕获图像的每一x-y位置的最大特性值。换句话说，针对每一经捕获图像，选择跨包含于经捕获图像中的所有像素的最大特性值。如在图7中说明，具有最大特性值的像素位置将可能在不同经捕获图像之间变化。特性可为强度、对比度或条纹对比度。
图8是说明当光致抗蚀剂(PR)开口在光学显微镜的视域内时使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。对象的俯视图展示PR开口在x-y平面中的横截面区域。PR开口还具有z方向上的特定深度的深度。下文在图8中的俯视图展示在各种距离处捕获的图像。在距离1处，光学显微镜未聚焦在晶片的顶表面或PR开口的底表面上。在距离2处，光学显微镜聚焦在PR开口的底表面上，但未聚焦在晶片的顶表面上。此导致与接收从离焦的其它表面(晶片的顶表面)反射的光的像素相比，接收从PR开口的底表面反射的光的像素中的特性值(强度/对比度/条纹对比度)增大。在距离3处，光学显微镜未聚焦在晶片的顶表面或PR开口的底表面上。因此，在距离3处，最大特性值将远低于在距离2处测量的最大特性值。在距离4处，光学显微镜未聚焦在样本的任何表面上；然而，归因于空气的折射率与光致抗蚀剂层的折射率的差异，测量到最大特性值(强度/对比度/条纹对比度)的增大。图11及随附文字更详细描述此现象。在距离6处，光学显微镜聚焦在晶片的顶表面上，但未聚焦在PR开口的底表面上。此导致与接收从离焦的其它表面(PR开口的底表面)反射的光的像素相比，接收从晶片的顶表面反射的光的像素中的特性值(强度/对比度/条纹对比度)增大。一旦确定来自每一经捕获图像的最大特性值，就可利用结果来确定晶片的表面定位于哪些距离处。
图9是说明源自峰值模式操作的三维信息的图表。如关于图8论述，在距离1、3及5处捕获的图像的最大特性值具有小于在距离2、4及6处捕获的图像的最大特性值的最大特性值。在各种z距离处的最大特性值的曲线可归因于环境效应(例如振动)而含有噪声。为使此噪声最小化，可在进一步数据分析之前应用标准平滑法，例如具有某核心大小的高斯滤波(Gaussian filtering)。
通过峰值寻找算法执行一种比较最大特性值的方法。在一个实例中，使用导数法沿着z轴定位零交叉点以确定存在每一“峰值”的距离。接着，比较在发现峰值的每一距离处的最大特性值以确定测量到最大特性值的距离。在图9的情况中，将在距离2处发现峰值，此用作晶片的表面定位于距离2处的指示。
通过比较每一最大特性值与预设阈值来执行比较最大特性值的另一方法。可基于晶片材料、距离及光学显微镜的规格来计算阈值。替代地，可在自动化处理之前通过经验测试确定阈值。在任一情况中，比较每一经捕获图像的最大特性值与阈值。如果最大特性值大于阈值，则确定最大特性值指示晶片的表面的存在。如果最大特性值不大于阈值，则确定最大特性值并不指示晶片的表面。
求和模式操作
图10是说明使用在各种距离处捕获的图像的求和模式操作的图。如上文关于图4论述，首先调整光学显微镜以使其聚焦在定位于与光学显微镜的物镜相距距离1处的平面上。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置(即，“存储器”)中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离2。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离3。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离4。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离5。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。针对光学显微镜的物镜与样本之间的N个不同距离继续所述过程。指示哪一图像与每一距离相关联的信息也存储在存储装置中以用于处理。
将每一经捕获图像的所有x-y位置的特性值相加在一起，而不是确定跨在一个z距离处的单个经捕获图像中的所有x-y位置的最大特性值。换句话说，针对每一经捕获图像，将包含于经捕获图像中的所有像素的特性值加总在一起。特性可为强度、对比度或条纹对比度。远大于相邻z距离的平均经加总特性值的经加总特性值指示在所述距离处存在晶片的表面。然而，此方法也可导致如在图11中描述的假肯定(false positive)。
图11是说明在使用求和模式操作时的错误表面检测的图。在图11中说明的晶片包含硅衬底30及沉积在硅衬底30的顶部上的光致抗蚀剂层31。硅衬底30的顶表面定位于距离2处。光致抗蚀剂层31的顶表面定位于距离6处。在距离2处捕获的图像将导致远大于在不存在晶片的表面的距离处捕获的其它图像的特性值总和。在距离6处捕获的图像将导致远大于在不存在晶片的表面的距离处捕获的其它图像的特性值总和。此时，求和模式操作看似是存在晶片的表面的有效指示符。然而，在距离4处捕获的图像将导致远大于在不存在晶片的表面的距离处捕获的其它图像的特性值总和。这成问题，因为如在图11中清晰展示，晶片的表面未定位于距离4处。实情是，距离4处的特性值总和的增大是定位于距离2及6处的表面的伪像。辐射光致抗蚀剂层的光的主要部分并不反射，而是行进到光致抗蚀剂层中。此光行进的角度归因于空气及光致抗蚀剂的折射率差异而改变。新角度比辐射光致抗蚀剂的顶表面的光角度更接近于法线。光行进到在光致抗蚀剂层下方的硅衬底的顶表面。接着，通过极大程度上反射的硅衬底层反射光。在反射光离开光致抗蚀剂层且进入空气时，反射光的角度归因于空气与光致抗蚀剂层之间的折射率差异而再次改变。辐射光的此第一重新引导、反射及第二重新引导致使光学显微镜观察到距离4处的特性值(强度/对比度/条纹对比度)的增大。此实例说明每当样本包含透明材料时，求和模式操作将检测到不存在于样本上的表面。
图12是说明源自求和模式操作的三维信息的图表。此图表说明在图11中说明的现象的结果。距离4处的加总特性值的大值错误地指示距离4处存在表面。需要不导致晶片的表面的存在的假肯定指示的方法。
范围模式操作
图13是说明使用在各种距离处捕获的图像的范围模式操作的图。如上文关于图4论述，首先调整光学显微镜以使其聚焦在定位于与光学显微镜的物镜相距距离1处的平面上。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置(即，“存储器”)中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离2。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离3。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台，使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离4。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。接着，调整载物台使得光学显微镜的物镜与样本之间的距离是距离5。接着，光学显微镜捕获图像，所述图像存储在存储装置中。针对光学显微镜的物镜与样本之间的N个不同距离继续所述过程。指示哪一图像与每一距离相关联的信息也存储在存储装置中以用于处理。
确定包含于一个z距离处的单个经捕获图像中的具有特定范围内的特性值的像素的计数，而不是确定跨所述单个经捕获图像中的所有x-y位置的所有特性值的总和。换句话说，针对每一经捕获图像，确定具有特定范围内的特性值的像素的计数。特性可为强度、对比度或条纹对比度。远大于相邻z距离处的平均像素计数的一个特定z距离处的像素计数指示所述距离处存在晶片的表面。此方法减少在图11中描述的假肯定。
图14是说明源自范围模式操作的三维信息的图表。在知道存在于晶片上的不同材料类型及光学显微镜配置的情况下，可针对每一材料类型确定特性值的预期范围。例如，光致抗蚀剂层将反射辐射光致抗蚀剂层的顶表面的相对少量光(即，4％)。硅层将反射辐射硅层的顶表面的光(即，37％)。在距离4处观察到的重新引导反射(即，21％)将远大于在距离6处观察到的来自光致抗蚀剂层的顶表面的反射；然而，在距离4处观察到的重新引导反射(即，21％)将远小于在距离2处观察到的来自硅衬底的顶表面的反射。因此，当寻找光致抗蚀剂层的顶表面时，以光致抗蚀剂的预期特性值为中心的第一范围可用于滤除具有在第一范围以外的特性值的像素，借此滤除具有并非源自来自光致抗蚀剂层的顶表面的反射的特性值的像素。在图15中说明通过应用第一特性值范围而产生的跨所有距离的像素计数。如在图15中展示，通过应用第一范围滤除来自其它距离(表面)的一些但未必所有像素。这在多个距离处测量的特性值落入第一范围内时发生。然而，在对像素进行计数之前应用第一范围仍使得所要表面处的像素计数比其它距离处的其它像素计数更突出。这在图15中说明。在应用第一范围之后，距离6处的像素计数大于距离2及4处的像素计数，而在应用第一范围之前，距离6处的像素计数小于距离2及4处的像素计数(如在图14中展示)。
以类似方式，当寻找硅衬底层的顶表面时，可使用以硅衬底层的预期特性值为中心的第二范围来滤除具有第二范围以外的特性值的像素，借此滤除具有并非源自来自硅衬底层的顶表面的反射的特性值的像素。在图16中说明通过应用第二特性值范围而产生的跨所有距离的像素计数。此范围应用凭借知道存在于所扫描晶片上的所有材料的预期特性值而减少晶片表面定位于距离4处的错误指示。如关于图15论述，通过应用范围滤除来自其它距离(表面)的一些但未必所有像素。然而，当在多个距离处测量的特性值并不落入相同范围内时，那么应用范围的结果将消除来自其它距离(表面)的所有像素计数。图16说明此案例。在图16中，在产生每一距离处的像素计数之前应用第二范围。应用第二范围的结果是仅对距离2处的像素进行计数。这产生硅衬底的表面定位于距离2处的非常明确的指示。
应注意，为减少由潜在噪声(例如环境振动)引起的影响，可在实施任何峰值搜寻操作之前将标准平滑操作(例如高斯滤波)应用到沿着z距离的总像素计数。
图17是说明包含于峰值模式操作中的各种步骤的流程图200。在步骤201中，按经预先确定的步骤变更样本与光学显微镜的物镜之间的距离。在步骤202中，在每一经预先确定的步骤处捕获图像。在步骤203中，确定每一经捕获图像中的每一像素的特性。在步骤204中，针对每一经捕获图像，确定跨所述经捕获图像中的所有像素的最大特性。在步骤205中，比较每一经捕获图像的最大特性以确定每一经预先确定的步骤处是否存在样本的表面。
图18是说明包含于范围模式操作中的各种步骤的流程图300。在步骤301中，按经预先确定的步骤变更样本与光学显微镜的物镜之间的距离。在步骤302中，在每一经预先确定的步骤处捕获图像。在步骤303中，确定每一经捕获图像中的每一像素的特性。在步骤304中，针对每一经捕获图像，确定具有第一范围内的特性值的像素的计数。在步骤305中，基于每一经捕获图像的像素计数确定每一经预先确定的步骤处是否存在样本的表面。
图19是包含单个特征的经捕获图像的图。特征的一个实例是光致抗蚀剂层中呈圆形形状的开口。特征的另一实例是光致抗蚀剂层中呈沟槽形状的开口(例如未镀重新分布线(RDL)结构)。在晶片制造过程期间，测量晶片层中的光致抗蚀剂开口的各种特征的能力是有利的。光致抗蚀剂开口的测量在金属镀到孔中之前提供结构中的瑕疵的检测。例如，如果光致抗蚀剂开口不具有正确大小，那么镀RDL宽度将是错误的。检测此类型的缺陷可防止缺陷晶片的进一步制造。防止缺陷晶片的进一步制造节省材料及处理费用。图19说明当经捕获图像聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上时，从光致抗蚀剂层的顶表面反射的光的经测量强度大于从光致抗蚀剂层中的开口反射的光的经测量强度。如下文更详细论述，与经捕获图像中的每一像素相关联的信息可用于产生经捕获图像中的每一像素的强度值。接着，可比较每一像素的强度值与强度阈值以确定每一像素与经捕获图像的第一区域(例如光致抗蚀剂层的顶表面)相关联，还是与经捕获图像的第二区域(例如光致抗蚀剂开口区)相关联。这可通过以下步骤完成：(i)首先将强度阈值应用到经捕获图像中的每一像素的经测量强度；(ii)将具有低于强度阈值的强度值的所有像素分类为与经捕获图像的第一区域相关联；(iii)将具有高于强度阈值的强度值的所有像素分类为与经捕获图像的第二区域相关联；及(iv)将特征界定为相同区域内邻接与相同区域相关联的其它像素的像素群组。
在图19中展示的经捕获图像可为彩色图像。彩色图像的每一像素包含红色、蓝色及绿色(RBG)通道值。这些色彩值的每一者可经组合以产生每一像素的单个强度值。在下文描述用于将每一像素的RBG值转换为单个强度值的各种方法。
第一方法是使用三个加权值将三个色彩通道转换为强度值。换句话说，每一色彩通道具有其自身加权值或转换因子。可使用在系统配方中界定的三个转换因子的默认集合或基于其样本测量需求修改三个转换因子。第二方法是从每一色彩通道的默认色彩通道值减去每一像素的色彩通道，接着使用在第一方法中论述的转换因子将此结果转换为强度值。第三方法是使用“色差”方案将色彩转换为强度值。在色差方案中，通过像素的色彩相较于经预定义的固定红色、绿色及蓝色色彩值的接近程度来定义所得像素强度。色差的一个实例是像素的色彩值与固定色彩值之间的加权向量距离。“色差”的又一方法是具有从图像自动导出的固定色彩值的色差法。在一个实例中，其中图像的边界区已知具有背景色彩。边界区像素的色彩的加权平均值可用作色差方案的固定色彩值。
一旦彩色图像已转换为强度图像，就可比较强度阈值与每一像素的强度以确定像素所属的图像区域。换句话说，具有高于强度阈值的强度值的像素指示像素接收从样本的第一表面反射的光，且具有低于强度阈值的强度值的像素指示像素未接收从样本的第一表面反射的光。一旦将图像中的每一像素映射到某一区域，就可确定聚焦在图像中的特征的近似形状。
图20、图21及图22说明产生强度阈值的三种不同方法，所述强度阈值可用于区分测量从光致抗蚀剂层的顶表面反射的光的像素与测量未从光致抗蚀剂层的顶表面反射的光的像素。
图20说明产生用于分析经捕获图像的强度阈值的第一方法。在此第一方法中，针对每一经测量强度值产生像素计数。此类型的图也称为直方图。一旦产生每强度值的像素计数，便可确定源自从光致抗蚀剂层反射的经测量光的像素的峰值计数与源自未从光致抗蚀剂层反射的经测量光的像素的峰值计数之间的强度范围。选择所述强度范围内的强度值作为强度阈值。在一个实例中，选择两个峰值计数之间的中点作为阈值强度。在落入本发明的揭示内容内的其它实例中，可使用两个峰值计数之间的其它强度值。
图21是产生用于分析经捕获图像的强度阈值的第二方法。在步骤311中，作出关于表示光致抗蚀剂区域的经捕获图像的第一百分比的确定。可通过物理测量、光学检测或基于生产规格作出此确定。在步骤312中，作出关于表示光致抗蚀剂开口区的经捕获图像的第二百分比的确定。可通过物理测量、光学检测或基于生产规格作出此确定。在步骤313中，根据由每一像素测量的强度对经捕获图像中的所有像素分类。在步骤314中，选择具有所有像素强度的倒数第二百分比内的强度的所有像素。在步骤315中，分析所有所选择的像素。
图22说明确定强度阈值的第三方法。在步骤321中，将经预先确定的强度阈值存储到存储器中。在步骤322中，比较每一像素的强度与经存储强度阈值。在步骤323中，选择具有小于强度阈值的强度值的所有像素。在步骤324中，分析所选择的像素。
无关于如何产生强度阈值，使用阈值强度值以大致确定经捕获图像中的特征的边界所处的位置。接着，将使用特征的大致边界以确定特征的边界的更精确测量，如下文论述。
图23是在图19中展示的光致抗蚀剂开口的三维图。在制造过程期间关注各种光致抗蚀剂开口测量，例如顶部开口及底部开口的面积、顶部开口及底部开口的直径、顶部开口及底部开口的圆周、顶部开口及底部开口的横截面宽度，及开口的深度。第一测量是顶部表面开口面积。图8(及随附文字)描述如何从在距样本的不同距离处获得的多个图像选择聚焦在光致抗蚀剂开口的顶表面上的图像及聚焦在光致抗蚀剂开口的底表面上的图像。一旦选择聚焦在顶表面上的图像，便可使用聚焦在光致抗蚀剂开口的顶表面上的图像来确定上述顶部开口测量。同样地，一旦选择聚焦在光致抗蚀剂开口的底表面上的图像，便可使用聚焦在光致抗蚀剂开口的底表面上的图像来确定上述底部开口测量。如在上文及詹姆斯许建国(James Jianguo Xu)等人于2010年2月3日申请的标题为“三维光学显微镜(3-D OpticalMicroscope)”的序列号为12/699,824的美国专利申请案(所述申请案的标的物以引用的方式并入本文中)中论述，在捕获多个图像时可将图案或网格投影到样本的表面上。在一个实例中，包含经投影图案或网格的图像用于确定光致抗蚀剂开口测量。在另一实例中，在相同z距离处捕获的未包含图案或网格的新图像用于确定光致抗蚀剂开口测量。在后一实例中，不具有样本上的经投影图案或网格的新图像提供“更清晰”图像，其提供光致抗蚀剂开口的边界的更容易检测。
图24是在图23中展示的顶表面开口的二维图。二维图清晰地展示顶表面开口的边界(实线)40。使用最佳拟合线(虚线41)跟踪边界。一旦产生最佳拟合线跟踪，就可产生最佳拟合线41的直径、面积及圆周。
图25是在图23中展示的底表面开口的二维图。二维图清晰地展示底表面开口的边界(实线42)。使用最佳拟合线(虚线43)跟踪边界。一旦产生最佳拟合线跟踪，就可计算最佳拟合线的底表面开口直径、面积及圆周。
在本实例中，由与光学显微镜通信的计算机系统自动产生最佳拟合线。可通过分析所选择的图像的暗部分及亮部分之间的转变而产生最佳拟合线，如下文更详细论述。
图26是光致抗蚀剂层中的开口的二维图像。将图像聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上。在此实例中，从光致抗蚀剂层的顶表面反射的光是亮的，因为显微镜聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上。从光致抗蚀剂开口测量的光强度是暗的，因为光致抗蚀剂开口中不存在反射表面。使用每一像素的强度来确定像素属于光致抗蚀剂的顶表面还是光致抗蚀剂中的开口。来自光致抗蚀剂的顶表面与光致抗蚀剂中的开口之间的转变的强度改变可跨越多个像素及多个强度级。图像背景强度也可能不是均匀的。因此，需要进一步分析来确定光致抗蚀剂的边界的确切像素位置。为确定单个表面转变点的像素位置，在转变区外部的相邻亮区内获得强度平均值，且在转变区外部的相邻暗区内获得强度平均值。使用相邻亮区的平均值与相邻暗区的平均值之间的中间强度值作为区分像素属于光致抗蚀剂的顶表面还是光致抗蚀剂中的开口的强度阈值。此强度阈值可不同于先前论述的用于选择单个经捕获图像内的特征的强度阈值。一旦确定中间强度阈值，就比较中间强度阈值与所有像素以区分属于光致抗蚀剂的顶表面或光致抗蚀剂中的开口的像素。如果像素强度高于强度阈值，就将像素确定为光致抗蚀剂像素。如果像素强度低于强度阈值，就将像素确定为开口区像素。多个边界点可以此方式确定且用于拟合形状。接着，使用拟合形状来计算光致抗蚀剂的顶开口的所有所要尺寸。在一个实例中，拟合形状可选自以下的群组：圆形、方形、矩形、三角形、椭圆形、六边形、五边形等。
图27说明跨图26的亮度转变周围的相邻区的经测量强度的变化。在相邻区的最左部分处，经测量强度较高，因为显微镜聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上。经测量光强度通过相邻区的亮度转变而减小。经测量光强度在相邻区的最右部分处下降到最小范围，因为在相邻区的最右部分中不存在光致抗蚀剂层的顶表面。图27绘制跨相邻区的经测量强度的此变化。接着，可通过应用阈值强度来确定指示光致抗蚀剂层的顶表面在何处结束的边界点。光致抗蚀剂的顶表面结束的边界点定位于经测量强度与阈值强度的相交点处。在沿着亮度转变定位的不同相邻区处重复此过程。针对每一相邻区确定边界点。接着，使用每一相邻区的边界点来确定顶表面边界的大小及形状。
图28是光致抗蚀剂层中的开口的二维图像。将图像聚焦在光致抗蚀剂开口的底表面上。在此实例中，从光致抗蚀剂开口区的底表面反射的光是亮的，因为显微镜聚焦在光致抗蚀剂开口的底表面上。从光致抗蚀剂区反射的光也相对亮，因为衬底是具有高反射率的硅或金属籽晶层。归因于由光致抗蚀剂边界引起的光散射，从光致抗蚀剂层的边界反射的光较暗。使用每一像素的经测量强度来确定像素是否属于光致抗蚀剂开口的底表面。来自光致抗蚀剂的底表面与光致抗蚀剂开口区之间的转变的强度改变可跨越多个像素及多个强度级。图像背景强度也可能不是均匀的。因此，需要进一步分析来确定光致抗蚀剂开口的确切像素位置。为确定边界点的像素位置，在相邻像素内确定具有最小强度的像素的位置。多个边界点可以此方式确定且用于拟合形状。接着，使用拟合形状来计算底部开口的所要尺寸。
图29说明跨图28的亮度转变周围的相邻区的经测量强度的变化。在相邻区的最左部分处，经测量强度较高，因为显微镜聚焦在光致抗蚀剂开口的底表面上。经测量光强度减小到最小强度且接着通过相邻区的亮度转变而减小。归因于来自衬底表面的光反射，经测量光强度在相邻区的最右部分处升高到相对高强度范围。图29绘制跨相邻区的经测量强度的此变化。接着，可通过寻找最小经测量强度的位置来确定指示光致抗蚀剂开口的边界所处的位置的边界点。边界点定位于最小经测量强度所处的位置。在沿着亮度转变定位的不同相邻区处重复该过程。针对每一相邻区确定边界点。接着，使用每一相邻区的边界点来确定底表面边界的大小及形状。
图30是光致抗蚀剂层中的沟槽结构(例如未镀重新分布线(RDL)结构)的二维图像。将图像聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上。在此实例中，从光致抗蚀剂层的顶表面反射的光是亮的，因为显微镜聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上。从光致抗蚀剂层中的开口反射的光较暗，因为从开口沟槽区反射较少光。使用每一像素的强度来确定像素属于光致抗蚀剂的顶表面还是光致抗蚀剂中的开口区。来自光致抗蚀剂的顶表面与光致抗蚀剂中的开口区之间的转变的强度改变可跨越多个像素及多个强度级。图像背景强度也可能不是均匀的。因此，需要进一步分析来确定光致抗蚀剂的边界的确切像素位置。为确定单个表面转变点的像素位置，在转变区外部的相邻亮区内获得强度平均值，且在转变区外部的相邻暗区内获得强度平均值。使用相邻亮区的平均值与相邻暗区的平均值之间的中间强度值作为区分顶表面光致抗蚀剂反射与非顶表面光致抗蚀剂反射的强度阈值。一旦确定中间强度阈值，就比较中间强度阈值与所有相邻像素以确定顶表面像素与光致抗蚀剂开口区之间的边界。如果像素强度高于强度阈值，就将像素确定为顶表面光致抗蚀剂像素。如果像素强度低于强度阈值，就将像素确定为光致抗蚀剂开口区像素。多个边界点可以此方式确定且用于拟合形状。接着，使用拟合形状来计算沟槽的光致抗蚀剂开口的所有所要尺寸，例如沟槽宽度。
图31说明跨图30的亮度转变周围的相邻区的经测量强度的变化。在相邻区的最左部分处，经测量强度较高，因为显微镜聚焦在光致抗蚀剂层的顶表面上。经测量光强度通过相邻区的亮度转变而减小。经测量光强度在相邻区的最右部分处下降到最小范围，因为在相邻区的最右部分中不存在光致抗蚀剂层的顶表面。图31绘制跨相邻区的经测量强度的此变化。接着，可通过应用阈值强度来确定指示光致抗蚀剂层的顶表面结束的边界点。光致抗蚀剂的顶表面结束的边界点定位于经测量强度与阈值强度的相交点处。在沿着亮度转变定位的不同相邻区处重复此过程。针对每一相邻区确定边界点。接着，使用每一相邻区的边界点来确定顶表面边界的大小及形状。
关于图26到图31，像素强度仅为可用于区分图像中的不同区域的像素的像素特性的一个实例。例如，也可使用每一像素的波长或色彩而以类似方式区分来自图像中的不同区域的像素。一旦精确界定每一区域之间的边界，接着，使用所述边界来确定PR开口的临界尺寸(CD)，例如其直径或宽度。通常，接着比较经测量CD值与在其它类型的工具(例如临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM))上测量的值。为确保生产监测工具中的测量精度，此种类的交叉校准是必要的。
图32是部分填充有镀金属的光致抗蚀剂开口的三维图。光致抗蚀剂层中的开口呈沟槽形状，例如镀重新分布线(RDL)结构。在晶片制造过程期间，在光致抗蚀剂仍完整时测量沉积到光致抗蚀剂开口中的镀金属的各种特征的能力是有利的。例如，如果金属的厚度不够厚，就可始终镀覆额外金属，只要光致抗蚀剂尚未被剥除。在晶片仍处于可返工阶段时发现潜在问题的能力防止缺陷晶片的进一步制造且节省材料及处理费用。
图33是部分填充有镀金属的光致抗蚀剂开口的横截面图。图33清晰地展示光致抗蚀剂(“PR”)区域的顶表面的高度大于镀金属的顶表面的高度。还在图33中说明镀金属的顶表面的宽度。使用上文描述的各种方法，可确定光致抗蚀剂区域的顶表面的z位置及镀金属的顶表面的z位置。光致抗蚀剂区域的顶表面与镀金属的顶表面之间的距离(也称为“步高”)等于光致抗蚀剂区域的顶表面的高度与镀金属的顶表面的高度之间的差。为确定镀金属的厚度，需要光致抗蚀剂区域的厚度的另一测量。如上文关于图11论述，光致抗蚀剂区域是半透明的且具有不同于露天的折射率的折射率。因此，聚焦在从光致抗蚀剂区域的底表面反射的光上的经捕获图像的焦平面实际上未定位于光致抗蚀剂区域的底表面处。然而，此时，我们的目标不同。不希望滤除错误表面测量，而是现需要光致抗蚀剂区域的厚度。图40说明未从光致抗蚀剂区域的顶表面反射的入射光的部分如何归因于光致抗蚀剂材料的折射率而按不同于入射光的角度行进通过光致抗蚀剂区域。如果未解决此错误，那么光致抗蚀剂区域的经测量厚度是D'(聚焦在从光致抗蚀剂区域的顶表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置减去聚焦在从光致抗蚀剂区域的底表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置)，图40清晰地说明经测量厚度D'不接近光致抗蚀剂区域的实际厚度D。然而，可通过将校正计算应用到光致抗蚀剂区域的经测量厚度而移除由光致抗蚀剂区域的折射率引入的错误。在图40中展示第一校正计算，其中光致抗蚀剂区域的实际厚度(D)等于光致抗蚀剂区域的经测量厚度(D')乘以光致抗蚀剂区域的折射率。在图40中展示第二校正计算，其中光致抗蚀剂区域的实际厚度(D)等于光致抗蚀剂区域的经测量厚度(D')乘以光致抗蚀剂区域的折射率加上偏移值。第二校正计算更普遍且考虑以下事实：光致抗蚀剂的折射率依据波长而变化，且当通过透明介质成像时，物镜的球面像差可能影响z位置测量。因此，只要遵循适当校准过程，就可使用聚焦在从光致抗蚀剂区域的底表面反射的光上的经捕获图像的焦平面的z位置来计算光致抗蚀剂区域的实际厚度。
一旦将校正方程式应用到光致抗蚀剂区域的经测量厚度，便可获得光致抗蚀剂区域的真实厚度。再次参考图33，现在可计算镀金属的厚度。镀金属的厚度等于光致抗蚀剂区域的厚度减去光致抗蚀剂区域的顶表面的z位置与镀金属的顶表面的z位置之间的差。
图34是具有镀金属的圆形光致抗蚀剂开口的三维图。图35是具有在图34中展示的镀金属的圆形光致抗蚀剂开口的横截面图。图35的横截面图类似于图33的横截面图。图35清晰地展示光致抗蚀剂(“PR”)区域的顶表面的高度大于镀金属的顶表面的高度。使用上文描述的各种方法，可确定光致抗蚀剂区域的顶表面的z位置及镀金属的顶表面的z位置。光致抗蚀剂区域的顶表面与镀金属的顶表面之间的距离(也称为“台阶高度”)等于光致抗蚀剂区域的顶表面的高度与镀金属的顶表面的高度之间的差。为确定镀金属的厚度，需要光致抗蚀剂区域的厚度的另一测量。如上文关于图11论述，光致抗蚀剂区域是半透明的且具有不同于露天的折射率的折射率。因此，聚焦在从光致抗蚀剂区域的底表面反射的光上的经捕获图像的焦平面实际上未定位于光致抗蚀剂区域的底表面处。然而，此时，我们的目标不同。现需要光致抗蚀剂区域的厚度。图40说明未从光致抗蚀剂区域的顶表面反射的入射光的部分如何归因于光致抗蚀剂材料的折射率而按不同于入射光的角度行进通过光致抗蚀剂区域。如果未解决此错误，那么光致抗蚀剂区域的经测量厚度是D'(聚焦在从光致抗蚀剂区域的顶表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置减去聚焦在从光致抗蚀剂区域的底表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置)，图40清晰地说明经测量厚度D'不接近光致抗蚀剂区域的实际厚度D。然而，可通过将校正计算应用到光致抗蚀剂区域的经测量厚度而移除由光致抗蚀剂区域的折射率引入的错误。在图40中展示第一校正计算，其中光致抗蚀剂区域的实际厚度(D)等于光致抗蚀剂区域的经测量厚度(D')乘以光致抗蚀剂区域的折射率。在图40中展示第二校正计算，其中光致抗蚀剂区域的实际厚度(D)等于光致抗蚀剂区域的经测量厚度(D')乘以光致抗蚀剂区域的折射率加上偏移值。第二校正计算更普遍且考虑以下事实：光致抗蚀剂的折射率依据波长而变化，且当通过透明介质成像时物镜球面像差可能影响z位置测量。因此，只要遵循适当校准过程，便可使用聚焦在从光致抗蚀剂区域的底表面反射的光上的经捕获图像的焦平面的z位置来计算光致抗蚀剂区域的实际厚度。
一旦将校正方程式应用到光致抗蚀剂区域的经测量厚度，就可获得光致抗蚀剂区域的真实厚度。再次参考图35，现可计算镀金属的厚度。镀金属的厚度等于光致抗蚀剂区域的厚度减去光致抗蚀剂区域的顶表面的z位置与镀金属的顶表面的z位置之间的差。
图36是钝化层上方的金属柱的三维图。图37是在图36中展示的钝化层上方的金属柱的横截面图。图37清晰地展示钝化层的顶表面的高度小于金属层的顶表面的高度。还在图37中说明镀金属的顶表面的直径。使用上文描述的各种方法，可确定钝化层的顶表面的z位置及金属层的顶表面的z位置。钝化层的顶表面与金属层的顶表面之间的距离(也称为“台阶高度”)等于金属层的顶表面的高度与钝化层的顶表面的高度之间的差。为确定金属层的厚度，需要钝化层的厚度的另一测量。如上文关于图11论述，半透明材料(例如光致抗蚀剂区域或钝化层)具有不同于露天的折射率的折射率。因此，聚焦在从钝化层的底表面反射的光上的经捕获图像的焦平面实际上未定位于钝化层的底表面处。然而，此时，我们的目标不同。现需要钝化层的厚度。图47说明未从钝化层的顶表面反射的入射光的部分如何归因于钝化材料的折射率而按不同于入射光的角度行进通过钝化层。如果未解决此错误，那么钝化层的经测量厚度是D'(聚焦在从钝化区域的顶表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置减去聚焦在从钝化区域的底表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置)，图47清晰地说明经测量厚度D'不接近钝化层的实际厚度D。然而，可通过将校正计算应用到钝化层的经测量厚度而移除由钝化层的折射率引入的错误。在图47中展示第一校正计算，其中钝化层的实际厚度(D)等于钝化层的经测量厚度(D')乘以钝化层的折射率。在图47中展示第二校正计算，其中钝化层的实际厚度(D)等于钝化层的经测量厚度(D')乘以钝化层的折射率加上偏移值。第二校正计算更普遍且考虑以下事实：钝化层的折射率依据波长而变化，且当通过透明介质成像时，物镜的球面像差可能影响z位置测量。因此，只要遵循适当校准过程，就使用聚焦在从钝化层的底表面反射的光上的捕获图像的焦平面的z位置来计算钝化层的实际厚度。
一旦将校正方程式应用到钝化层的经测量厚度，便可获得钝化层的真实厚度。再次参考图37，现可计算金属层的厚度。金属层的厚度等于钝化层的厚度及钝化层的顶表面的z位置与金属层的顶表面的z位置之间的差之和。
图38是钝化层上方的金属的三维图。在此特定情况中，所展示的金属结构是重新分布线(RDL)。图39是在图38中展示的钝化层上方的金属的横截面图。图39清晰地展示钝化层的顶表面的高度小于金属层的顶表面的高度。使用上文描述的各种方法，可确定钝化层的顶表面的z位置及金属层的顶表面的z位置。钝化层的顶表面与金属层的顶表面之间的距离(也称为“台阶高度”)等于金属层的顶表面的高度与钝化层的顶表面的高度之间的差。为确定金属层的厚度，需要钝化层的厚度的另一测量。如上文关于图11论述，半透明材料(例如光致抗蚀剂区域或钝化层)具有不同于露天的折射率的折射率。因此，聚焦在从钝化层的底表面反射的光上的经捕获图像的焦平面实际上未定位于钝化层的底表面处。然而，此时，我们的目标不同。现需要钝化层的厚度。图40说明未从钝化层的顶表面反射的入射光的部分如何归因于钝化材料的折射率而按不同于入射光的角度行进通过钝化层。如果未解决此错误，那么钝化层的经测量厚度是D'(聚焦在从钝化区域的顶表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置减去聚焦在从钝化区域的底表面反射的光上的经捕获图像的经测量z位置)，图40清晰地说明经测量厚度D'不接近钝化层的实际厚度D。然而，可通过将校正计算应用到钝化层的经测量厚度而移除由钝化层的折射率引入的错误。在图40中展示第一校正计算，其中钝化层的实际厚度(D)等于钝化层的经测量厚度(D')乘以钝化层的折射率。在图40中展示第二校正计算，其中钝化层的实际厚度(D)等于钝化层的经测量厚度(D')乘以钝化层的折射率加上偏移值。第二校正计算更普遍且考虑以下事实：钝化层的折射率依据波长而变化，且当通过透明介质成像时，物镜的球面像差可能影响z位置测量。因此，只要遵循适当校准过程，就可使用聚焦在从钝化层的底表面反射的光上的经捕获图像的焦平面的z位置来计算钝化层的实际厚度。
一旦将校正方程式应用到钝化层的经测量厚度，就可获得钝化层的真实厚度。再次参考图39，现可计算金属层的厚度。金属层的厚度等于钝化层的厚度及钝化层的顶表面的z位置与金属层的顶表面的z位置之间的差之和。
图41是说明当光致抗蚀剂开口在光学显微镜的视域内时使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。从类似于在图32中展示的样本结构的样本获得在图41中说明的经捕获图像。此结构是镀金属沟槽结构。样本的俯视图展示光致抗蚀剂开口(镀金属)在x-y平面中的面积。PR开口也具有z方向上的特定深度的深度(高于镀金属)。在下文图41中的俯视图展示在各种距离处捕获的图像。在距离1处，光学显微镜未聚焦在光致抗蚀剂区域的顶表面或镀金属的顶表面上。在距离2处，光学显微镜聚焦在镀金属的顶表面上，但未聚焦在光致抗蚀剂区域的顶表面上。这导致与接收从离焦的其它表面(光致抗蚀剂区域的顶表面)反射的光的像素相比，接收从镀金属的顶表面反射的光的像素中的特性值(强度/对比度/条纹对比度)增大。在距离3处，光学显微镜未聚焦在光致抗蚀剂区域的顶表面或镀金属的顶表面上。因此，在距离3处，最大特性值将远低于在距离2处测量的最大特性值。在距离4处，光学显微镜未聚焦在样本的任何表面上；然而，归因于空气的折射率与光致抗蚀剂区域的折射率的差异，测量到最大特性值(强度/对比度/条纹对比度)的增大。图11、图40及随附文字更详细描述此现象。在距离6处，光学显微镜聚焦在光致抗蚀剂区域的顶表面上，但未聚焦在镀金属的顶表面上。这导致与接收从离焦的其它表面(镀金属的顶表面)反射的光的像素相比，接收从光致抗蚀剂区域的顶表面反射的光的像素中的特性值(强度/对比度/条纹对比度)增大。一旦确定来自每一经捕获图像的最大特性值，便可利用结果来确定晶片的每一表面定位于哪些距离处。
图42是说明源自在图41中说明的峰值模式操作的三维信息的图表。如关于图41论述，在距离1、3及5处捕获的图像的最大特性值具有低于在距离2、4及6处捕获的图像的最大特性值的最大特性值。在各种z距离处的最大特性值的曲线可含有归因于环境效应(例如振动)的噪声。为使此噪声最小化，可在进一步数据分析之前应用标准平滑法，例如具有特定核心大小的高斯滤波(Gaussian filtering)。
通过峰值寻找算法执行一种比较最大特性值的方法。在一个实例中，使用导数法沿着z轴定位零交叉点以确定存在每一“峰值”的距离。接着，比较在发现峰值的每一距离处的最大特性值以确定测量到最大特性值的距离。在图42中展示的情况中，将在距离2处发现峰值，此用作样本的表面定位于距离2处的指示。
通过比较每一最大特性值与预设阈值来执行比较最大特性值的另一方法。可基于样本材料、距离及光学显微镜的规格来计算阈值。替代性地，可在自动化处理之前通过经验测试确定阈值。在任一情况中，比较每一经捕获图像的最大特性值与阈值。如果最大特性值大于阈值，那么确定最大特性值指示样本的表面的存在。如果最大特性值不大于阈值，那么确定最大特性值并不指示样本的表面。
上文描述的峰值模式方法的替代用途、图13中描述的范围模式方法及相关文字可用于确定样本的不同表面的z位置。
图43是聚焦在沟槽结构中的光致抗蚀剂层的顶表面上的经捕获图像的图，包含第一分析区域A及第二分析区域B的轮廓。如上文论述，每一经捕获图像的整个视域可用于产生三维信息。然而，具有仅使用视域的可选择部分(区域A或区域B)产生三维信息的选项是有利的。在一个实例中，用户使用与处理经捕获图像的计算机通信的鼠标或触摸屏装置选择区域。一旦选择，就可将不同阈值应用到每一区域以更有效地挑选出如在图42中展示的特定表面峰值。在图43中说明此案例。当期望获取关于镀金属的顶表面的三维信息时，设置视域的可选择部分(区域A)以包含镀金属的多个区域，这是因为与金属表面相关联的特性值通常比与光致抗蚀剂相关联的特性值大得多，因此可将高阈值应用到区域A以滤除与光致抗蚀剂相关联的特性值来改进金属表面峰值的检测。替代性地，当期望获取关于光致抗蚀剂区域的顶表面的三维信息时，将视域的可选择部分(区域B)设置为定位于图像中心的小区。相较于与金属表面相关联的特性值，与光致抗蚀剂表面相关联的特性值通常相对弱。用于确定特性值计算的原始信号的质量在围封于区域B内的视域的中心周围是最佳的。通过设置区域B的适当阈值，可更有效地检测光致抗蚀剂表面的弱特性值峰值。用户可经由显示样本的俯视图像的图形接口设置及调整区域A及区域B以及每一区域内使用的阈值，且将其保存在用于自动化测量的配方中。
图44是钝化结构上方的凸块的三维图。图45是在图44中展示的钝化结构上方的凸块的俯视图，包含第一分析区域A及第二分析区域B的轮廓。区域A可经设置，使得区域A在自动化序列测量期间将始终包含金属凸块的顶点。区域B并不围封金属凸块的任何部分且仅围封钝化层的部分。仅分析所有经捕获图像的区域A提供像素过滤，使得所分析的大多数像素包含关于金属凸块的信息。分析所有经捕获图像的区域B提供像素过滤，使得所分析的所有像素包含关于钝化层的信息。用户可选择分析区域的应用提供基于位置而非像素值的像素过滤。例如，当需要钝化层的顶表面的位置时，可应用区域B且可从分析立即消除由金属凸块引起的所有效应。在另一实例中，当需要金属凸块的顶点的位置时，可应用区域A且可从分析立即消除由大钝化层区引起的所有效应。
在一些实例中，固定区域A与区域B之间的空间关系也是有用的。当测量已知大小的金属凸块时(例如在图44及图45中说明)，固定区域A与区域B之间的空间关系以提供一致测量是有用的，因为区域A始终用于测量金属凸块的三维信息，且区域B始终用于测量钝化层的三维信息。此外，当区域A及区域B具有固定空间关系时，一个区域的调整自动引起另一区域的调整。在图46中说明此情境。图46是说明当整个凸块未定位于原始分析区域A中时调整分析区域A及分析区域B的俯视图。此可由于多种原因而发生，例如处置器对样本的不精确放置或样本制造期间的工艺变化。无论原因为何，区域A需经调整以适当地以金属凸块的顶点为中心。区域B也需经调整以确保区域B并不包含金属凸块的任何部分。当区域A与区域B之间的空间关系固定时，那么区域A的调整自动引起区域B的重新对准。
图47是在图44中说明的钝化结构上方的凸块的横截面图。当钝化层的厚度远大于图像获取期间光学显微镜的经预先确定的步骤之间的距离时，可如上文论述般容易地检测钝化层的顶表面的z位置。然而，当钝化层的厚度并非远大于光学显微镜的经预先确定的步骤之间的距离(即，钝化层相对薄)时，可能无法容易地检测及测量钝化层的顶表面的z位置。难度归因于相较于从钝化层的底表面反射的光的大百分比，从钝化层的顶表面反射的光的百分比较小而产生。换句话说，相较于与钝化层的底表面相关联的特性值峰值，与钝化层的顶表面相关联的特性值峰值非常弱。当聚焦在来自钝化层的底表面的高强度反射上的经预先确定的步骤处的经捕获图像与聚焦在来自钝化层的顶表面的低强度反射上的经预先确定的步骤处的经捕获图像相距小于几个经预先确定的步骤时，无法区分从钝化层的底表面接收的反射与从钝化层的顶表面接收的反射。可通过不同方法的操作解决此问题。
在第一方法中，可增大跨扫描的经预先确定的步骤总数，以便提供跨整个扫描的额外分辨率。例如，可使跨相同扫描距离的经预先确定的步骤数目加倍，这将导致扫描的Z分辨率加倍。此方法还将导致在单个扫描期间捕获的图像量加倍。可增大扫描的分辨率直到可区分从顶表面反射测量的特性峰值与从底表面反射测量的特性峰值。图49说明其中在扫描中提供足够分辨率以区分来自钝化层的顶表面及底表面的反射的情境。
在第二方法中，还增大经预先确定的步骤总数，然而，仅步骤的一部分用于捕获图像且其余部分被略过。
在第三方法中，可变更经预先确定的步骤之间的距离，使得步骤之间的距离在钝化层附近较小，且步骤之间的距离在钝化层附近以外较大。此方法提供在钝化层附近的较大分辨率及在钝化层附近以外的较小分辨率。此方法无需将额外经预先确定的步骤添加到扫描，而是按非线性方式重新分布经预先确定的步骤以在无需高分辨率的情况下牺牲较低分辨率在需要之处提供额外分辨率。
对于关于如何改进扫描分辨率的额外描述，参见由詹姆斯许建国(James JianguoXu)等人于2011年12月21日申请的标题为“包含可插入组件以提供多种成像及测量能力的三维显微镜(3D Microscope Including Insertable Components To Provide MultipleImaging and Measurement Capabilities)”的序列号为13/333,938的美国专利申请案(所述申请案的标的物以引用的方式并入本文中)。
使用上文论述的方法的任一者，可确定钝化层的顶表面的z位置。
金属凸块的顶点相对于钝化层的顶表面的高度(“钝化层上方的凸块高度”)也是所关注的量度。钝化层上方的凸块高度等于凸块的顶点的z位置减去钝化层的顶表面的z位置。上文描述钝化层的顶表面的z位置的确定。可使用不同方法执行凸块的顶点的z位置的确定。
在第一方法中，通过确定跨所有经捕获图像的每一x-y像素位置的峰值特性值的z位置来确定凸块的顶点的z位置。换句话说，针对每一x-y像素位置，在每个z位置处跨所有经捕获图像比较经测量特性值，且将含有最大特性值的z位置存储在阵列中。跨所有x-y像素位置执行此过程的结果是所有x-y像素位置的阵列及每个x-y像素位置的相关联峰值z位置。阵列中的最大z位置测量为凸块的顶点的z位置。对于关于如何产生三维信息的额外描述，参见由詹姆斯许建国(James Jianguo Xu)等人于2010年2月3日申请的标题为“三维光学显微镜(3-D Optical Microscope)”的序列号为12/699,824的美国专利申请案及第8,174,762号美国专利(所述申请案及专利的标的物以引用的方式并入本文中)。
在第二方法中，通过产生凸块的表面的拟合三维模型且接着使用三维模型计算凸块的表面的峰值来确定凸块的顶点的z位置。在一个实例中，此可通过产生上文关于第一方法描述的相同阵列来完成，然而，一旦完成阵列，就使用阵列来产生三维模型。可使用拟合到数据的二阶多项式函数产生三维模型。一旦产生三维模型，便确定凸块的表面斜率的导数。凸块的顶点经计算定位于凸块的表面斜率的导数等于零之处。
一旦确定凸块的顶点的z位置，就可通过从凸块的顶点的z位置减去钝化层的顶表面的z位置来计算钝化层上方的凸块高度。
图48是说明当仅钝化层在光学显微镜的视域的区域B内时使用在各种距离处捕获的图像的峰值模式操作的图。通过仅分析区域B(在图45中展示)内的像素，排除关于金属凸块的所有像素信息。因此，通过分析区域B内的像素所产生的三维信息将仅受存在于区域B中的钝化层影响。从类似于在图44中展示的样本结构的样本获得在图48中说明的经捕获图像。此结构是钝化结构上方的金属凸块。样本的俯视图展示钝化层在x-y平面中的面积。在仅选择区域B内的像素的情况下，在俯视图中不可见金属凸块。在下文图48中的俯视图展示在每一距离处捕获的图像。在距离1处，光学显微镜未聚焦在钝化层的顶表面或钝化层的顶表面上。在距离2处，光学显微镜未聚焦在样本的任何表面上；然而，归因于空气的折射率与钝化层的折射率的差异，测量到最大特性值(强度/对比度/条纹对比度)的增大。图11、图40及随附文字更详细地描述此现象。在距离3处，光学显微镜未聚焦在钝化层的顶表面或钝化层的底表面上。因此，在距离3处，最大特性值将远低于在距离2处测量的最大特性值。在距离4处，光学显微镜聚焦在钝化层的顶表面上，这导致与接收从离焦的其它表面反射的光的像素相比，接收从钝化层的顶表面反射的光的像素中的特性值(强度/对比度/条纹对比度)增大。在距离5、6及7处，光学显微镜未聚焦在钝化层的顶表面或钝化层的底表面上。因此，在距离5、6及7处，最大特性值将远低于在距离2及4处测量的最大特性值。一旦确定来自每一经捕获图像的最大特性值，就可利用结果来确定样本的每一表面定位于哪些距离处。
图49是说明源自图48的峰值模式操作的三维信息的图表。归因于通过仅分析所有经捕获图像的区域B内的像素而提供的像素过滤，峰值模式操作仅提供钝化层在两个z位置(2及4)处的表面的指示。钝化层的顶表面定位在两个经指示z位置定位的较高者处。两个经指示z位置定位的最低者是错误“伪影表面”，其中归因于钝化层的折射率而测量从钝化层的底表面反射的光。仅使用定位于区域B内的像素测量钝化层的顶表面的z位置简化了峰值模式操作，且减小归因于来自定位于相同样本上的金属凸块的光反射的错误测量的可能性。
上文描述的峰值模式方法的替代用途、图13中描述的范围模式方法及相关文字可用于确定样本的不同表面的z位置。
尽管出于指导目的在上文描述某些特定实施例，但本专利文献的教示具有一般适用性且不限于上文描述的特定实施例。因此，在不脱离如在权利要求书中陈述的本发明的范围的情况下可实践所描述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。

Claims (18)

1.一种使用光学显微镜产生样本的三维信息的方法，所述方法包括：
按经预先确定的步骤变更所述样本与所述光学显微镜的物镜之间的距离；
在每一经预先确定的步骤处捕获图像，其中所述样本的第一表面及所述样本的第二表面在经捕获图像的每一者的视域内；
确定每一经捕获图像中的每一像素的特性值；
针对每一经捕获图像确定跨所述经捕获图像中的所有像素的最大特性值；
比较每一经捕获图像的所述最大特性值以确定每一经预先确定的步骤处是否存在所述样本的表面；
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第一表面上的第一经捕获图像；
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第二表面上的第二经捕获图像；
确定所述第一表面与所述第二表面之间的第一距离；
确定所述样本的半透明层的厚度；及
至少部分地基于所述半透明层的所述厚度来确定所述样本的金属层的厚度，其中所述光学显微镜包含载物台，其中所述样本由所述载物台支撑，其中所述光学显微镜经调适以与计算机系统通信，其中所述计算机系统包含经调适以存储每一经捕获图像的存储器装置，其中所述光学显微镜为共焦显微镜、结构化照明显微镜或干涉仪中的一者，且其中每一像素的所述特性值为强度、对比度或条纹对比度中的一者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属层的所述厚度等于所述半透明层的所述厚度与所述第一距离之间的差，其中所述第一表面是光致抗蚀剂层的顶表面，且其中所述第二表面是金属层的顶表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属层的所述厚度等于所述半透明层的所述厚度与所述第一距离之和，其中所述第一表面是钝化层的顶表面，且其中所述第二表面是金属层的顶表面。
4.根据权利要求2所述的方法，其中仅使用每一经捕获图像的部分来确定所述样本的所述半透明层的所述厚度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中可通过用户输入选择每一经捕获图像的所述部分。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述半透明层的所述厚度包括：
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在从所述样本的所述半透明层的底表面反射的光上的第三经捕获图像；及
基于捕获所述第三经捕获图像的位置及所述半透明层的折射率确定所述半透明层的所述底表面的位置。
7.一种使用光学显微镜产生样本的三维信息的方法，所述方法包括：
按经预先确定的步骤变更所述样本与所述光学显微镜的物镜之间的距离；
在每一经预先确定的步骤处捕获图像，其中所述样本的第一表面及所述样本的第二表面在经捕获图像的每一者的视域内；
确定每一经捕获图像中的每一像素的特性值；
针对每一经捕获图像确定具有第一范围内的特性值的像素的计数，其中不具有所述第一范围内的特性值的所有像素未包含于所述像素计数中；
基于每一经捕获图像的所述像素计数确定每一经预先确定的步骤处是否存在所述样本的表面；
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第一表面上的第一经捕获图像；
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第二表面上的第二经捕获图像；
确定所述第一表面与所述第二表面之间的第一距离；
确定所述样本的半透明层的厚度；及
至少部分地基于所述半透明层的所述厚度来确定所述样本的金属层的厚度，其中所述光学显微镜包括载物台，其中所述样本由所述载物台支撑，其中所述光学显微镜经调适以与计算机系统通信，其中所述计算机系统包含经调适以存储每一经捕获图像的存储器装置，其中所述光学显微镜为共焦显微镜、结构化照明显微镜或干涉仪中的一者，且其中每一像素的所述特性值为强度、对比度或条纹对比度中的一者。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属层的所述厚度等于所述半透明层的所述厚度与所述第一距离之间的差，其中所述第一表面是光致抗蚀剂层的顶表面，且其中所述第二表面是金属层的顶表面。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属层的所述厚度等于所述半透明层的所述厚度与所述第一距离之和，其中所述第一表面是钝化层的顶表面，且其中所述第二表面是金属层的顶表面。
10.根据权利要求9所述的方法，其中仅使用每一经捕获图像的部分以确定所述样本的所述半透明层的所述厚度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中可通过用户输入选择每一经捕获图像的所述部分。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述确定所述半透明层的所述厚度包括：
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在从所述样本的所述半透明层反射的光上的第三经捕获图像；及
基于捕获所述第三经捕获图像的位置及所述半透明层的折射率确定所述半透明层的底表面的位置。
13.一种三维测量系统，其包括：
光学显微镜，其包括物镜及载物台，其中所述光学显微镜经调适以按经预先确定的步骤变更由所述载物台支撑的样本与所述光学显微镜的所述物镜之间的距离；及
计算机系统，其包括处理器及存储装置，其中所述计算机系统经调适以：
存储在每一经预先确定的步骤处捕获的图像，其中所述样本的第一表面及所述样本的第二表面在每一图像的视域内；
确定每一经捕获图像中的每一像素的特性值；
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第一表面上的第一经捕获图像；
基于每一经捕获图像中的每一像素的所述特性值确定聚焦在所述样本的第二表面上的第二经捕获图像；及
确定所述第一表面与所述第二表面之间的第一距离，
确定所述样本的半透明层的厚度；及
至少部分地基于所述半透明层的所述厚度来确定所述样本的金属层的厚度，其中所述光学显微镜经调适以与所述计算机系统通信，其中所述计算机系统的所述存储装置经调适以存储每一经捕获图像，其中所述光学显微镜为共焦显微镜、结构化照明显微镜或干涉仪中的一者，且其中每一像素的所述特性值为强度、对比度或条纹对比度中的一者。
14.根据权利要求13所述的三维测量系统，其中所述金属层的所述厚度等于所述半透明层的所述厚度与所述第一距离之间的差。
15.根据权利要求13所述的三维测量系统，其中所述金属层的所述厚度等于所述半透明层的所述厚度与所述第一距离之和。
16.根据权利要求13所述的三维测量系统，其中仅使用每一经捕获图像的部分以确定所述样本的所述半透明层的所述厚度，且其中可通过用户输入选择每一经捕获图像的所述部分。
17.根据权利要求13所述的三维测量系统，其中所述计算机系统进一步经调适以：
接收识别待分析的每一经捕获图像的部分的用户输入。
18.根据权利要求14所述的三维测量系统，其中仅使用每一经捕获图像的部分以确定所述样本的所述半透明层的所述厚度。
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