CN116438445B - 涡旋旋光仪 - Google Patents

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Abstract

一种光学计量装置使用具有方位角变化偏振状态和/或相位状态的多波长光束(称为涡旋光束)。该计量装置在大范围的入射角内将涡旋光束聚焦在待测样本上。该计量装置可以检测从样本反射的涡旋光束的图像，并且根据入射角和方位角测量返回光的偏振状态，该偏振状态可以在多个不同波长下进一步测量。涡旋光束包括方位角变化偏振状态，从而使得能够测量所有期望的偏振状态，而不需要使用移动的光学部件。在多个入射角和波长上检测到的偏振状态信息提供了可以用来确定样本的一个或多个特性的精确确定的数据。

Description

涡旋旋光仪
相关专利申请的交叉引用
本申请根据35USC§119要求2020年12月2日提交的题为“VORTEX POLARIMETER”的美国非临时申请17/110,214的优先权，该条款和该非临时申请两者的全文以引用方式并入本文。
技术领域
本文所述的主题的实施方案一般涉及光学计量，并且更具体地涉及使用光学涡旋光束的光学计量。
背景技术
半导体和其他类似工业通常使用光学计量装备来在处理期间提供对衬底的非接触式评估。借助光学计量，用例如单个波长或多个波长下的光照射待测样本。在与样本相互作用之后，检测并分析所得光以确定该样本的期望特性。
一种类型的计量装置是椭圆偏振仪，该椭圆偏振仪检测从样本表面反射的光的偏振状态的变化，以便测量样本的特性。常规光谱椭圆偏振仪包括宽带光源、偏振状态发生器、偏振状态分析器和检测器，并且使用倾斜入射角(例如65°)。光谱椭圆偏振仪可以用于产生多个波长上的椭圆偏振测量。然而，典型地，旋转光学器件(诸如一个或多个旋转偏振器或补偿器)用于生成椭圆偏振测量。然而，使用旋转光学器件生成测量相对较慢。此外，椭圆偏振仪限于固定的入射角，并且不提供关于其他入射角的信息。
另一种类型的计量装置是光谱反射仪，该光谱反射仪通常在垂直入射时测量样本的反射率。光谱反射仪可以提供有限的偏振信息，例如，使用旋转偏振器并且测量每个期望的偏振状态下的反射率。如同椭圆偏振仪一样，使用旋转偏振器来生成偏振信息是相对缓慢的，因为其需要针对每一个期望的偏振的单独检测事件。另外地，光谱反射仪产生垂直入射光，因此限制了固定的入射角(即0°)，并且不提供关于其他入射角的信息。
一种改进的计量装置可满足需要，该计量装置减少在多个入射角和波长下完成多个偏振测量所需的时间。
发明内容
光学计量装置使用包括方位角变化相位和/或偏振状态的光束(称为涡旋光束)，该光束使得能够同时测量所有期望的偏振信息。因此，该光学计量装置不需要使用移动的光学部件(诸如旋转偏振器)来获得测量参数，如常规计量装置通常所需要的。光学计量装置所使用的涡旋光束可以包括多个波长，使得可以与偏振信息同时获取光谱信息。涡旋光束在大范围的入射角内聚焦在待测样本上，这允许在多个入射角下同时获取多个偏振测量。光学计量装置可以根据入射角和方位角的位置使用由反射的涡旋光束产生的图像(例如从物镜的后光瞳平面)来确定反射的光学涡旋光束的偏振状态，该偏振状态可在多个波长上进一步测量。在多个入射角、方位角和波长上检测到的偏振状态信息提供了可以用来确定样本的一个或多个特性的精确确定的信息。
在一个实施方式中，能够确定样本的特性的光学计量装置可以包括将光束转换成光学涡旋光束的偏振状态发生器。计量装置还可以包括聚焦光学器件，该聚焦光学器件具有垂直于样本表面的光轴。聚焦光学器件在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上将光学涡旋光束聚焦在样本上。检测器在聚焦光学器件的光瞳平面的图像中接收来自样本的反射的光学涡旋光束。检测器基于光瞳平面的图像中的多个位置同时测量反射的光学涡旋光束的偏振状态，每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中半径对应于入射角，并且方位角对应于来自光学涡旋光束的初始偏振状态。至少一个处理器从检测器接收光瞳平面的图像，并且被配置为至少使用反射的光学涡旋光束的偏振状态来确定样本的特性。
在一个实施方式中，一种使用光学计量装置表征样本的方法可以包括：生成光学涡旋光束，并且沿着垂直于该样本的表面的光轴将光学涡旋光束聚焦在该样本上。光学涡旋光束在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上聚焦在样本上。该方法还可以包括：基于光瞳平面的图像中的多个位置来测量来自聚焦光学器件的光瞳平面的图像中的样本的反射的光学涡旋光束的偏振状态，每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中半径对应于入射角，并且方位角对应于来自光学涡旋光束的初始偏振状态。至少使用来自反射的光学涡旋光束的偏振状态来确定样本的特性。
在一个实施方式中，一种能够确定样本的特性的光学计量装置可以包括：用于生成光学涡旋光束的装置以及用于沿着垂直于样本的表面的光轴将光学涡旋光束聚焦在样本上的装置。光学涡旋光束在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上聚焦在样本上。光学计量装置还可以包括：用于基于光瞳平面的图像中的多个位置来测量来自聚焦光学器件的光瞳平面的图像中的样本的反射的光学涡旋光束的偏振状态的装置，每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中半径对应于入射角，并且方位角对应于来自光学涡旋光束的初始偏振状态；以及用于至少使用来自反射的光学涡旋光束的偏振状态来确定样本的特性的装置。
附图说明
图1示出了被配置为使用光学涡旋光束来确定样本的特性的光学计量装置。
图2示出了使用螺旋相位板来生成光学涡旋光束。
图3示出了具有变化相位和偏振状态的螺旋光束的投影。
图4示出了可以用作方位角变化延迟器以产生光学涡旋光束的空间光调制器。
图5示出了偏振成像检测器的透视图。
图6示出了由反射的涡旋光束产生的一组图像，该组图像可以由偏振成像检测器在不同偏振状态下同时获取。
图7示出了高光谱成像检测器的透视图。
图8示出了高光谱成像检测器的单个宏单元的俯视图。
图9示出了可以由高光谱成像检测器同时采集的由反射的涡旋光束产生的一组图像。
图10示出了庞加莱球以及左旋圆(LC)和右旋圆(RC)偏振输入光实现的涡旋光束中可能的各种偏振状态。
图11示出了庞加莱球以及使用垂直(V)和水平(H)偏振输入光实现的涡旋光束中可能的各种偏振状态。
图12A至图12E示出了计量装置的配置，其中从来自偏振状态发生器(PSG)和输出偏振状态分析器(PSA)的输入偏振状态的不同组合来测量样本的各种穆勒矩阵元素。
图12F示出了4×4穆勒矩阵元素。
图13是示出了由作为高光谱涡旋旋光仪操作的计量装置提供的关于时间的信息的曲线图。
图14是示出了由捕获光谱椭圆偏振测量数据和/或光谱反射测量数据的常规计量装置提供的关于时间的信息的曲线图。
图15是示出了由作为高光谱涡旋旋光仪操作的计量装置提供的信息密度的曲线图。
图16是示出了由捕获光谱椭圆偏振测量数据和/或光谱反射测量数据的常规计量装置提供的信息密度的曲线图。
图17示出了示出由计量装置捕获的信息密度的三维柱状图。
图18是示出了使用光学计量装置(诸如图1的光学计量装置)表征样本的方法的流程图。
具体实施方式
光学计量装置能够使用包括方位角变化相位和/或偏振状态的宽带光的涡旋光束在多个入射角和多个波长下测量多个偏振状态。例如使用具有大数值孔径的垂直入射物镜，在大范围的入射角内将涡旋光束聚焦在样本上。通过对物镜的后光瞳平面进行成像，可以根据半径(对应于入射角)和方位角(对应于涡旋光束的初始偏振状态)来检测反射的涡旋光束的偏振状态。
偏振成像检测器可以用于在每个入射角和方位角下同时获取多个偏振状态。高光谱成像检测器可以用于在每个入射角和方位角下同时获取光谱信息。另外地，利用高光谱成像检测器之前的线性偏振器，可以在每个入射角和方位角下获得偏振信息。
计量装置可以被配置为例如具有线性偏振器和波片，以获取穆勒矩阵的N、C、S分量。在一些实施方式中，计量装置可以被配置为以在单次拍摄(即，所捕获图像)中在多个波长下获取全穆勒矩阵。在多个入射角、束方位角和波长下的偏振或相位信息的获取使得能够进行更精确的膜和折射率测量以及由于所附加的约束而更精确地确定临界尺寸(CD)结构。例如，围绕每个入射角的全2π方位角旋转的使用使得能够确定样本各向异性并且为CD测量提供所附加的约束。
图1示出了被配置为使用涡旋光束来确定样本的特性的光学计量装置100。如图所示，计量装置100包括光源102，该光源可以是发射多个波长(例如在一个或多个波长带中)或单个波长的宽带或多光谱光源。在一些实施方式中，光源102可以产生多个非连续的波长带。在一些实施方式中，光源102可以同时产生多个波长带，而在其他实施方式中，光源102可以例如在短时间段内分别产生多个波长带中的每一个波长带。光源102可以具有低相干性以防止散斑出现在检测到的图像中。多光谱光源102例如可以包括一组高亮度LED，以匹配用于高光谱成像仪的每个通道的中心波长。在一些实施方式中，光源102可以是宽带频率梳状光源或傅立叶域锁模激光光源。在一些实施方式中，宽带连续光源(诸如灯)可以例如在单个宽带的波长中产生多个连续的波长。例如，光源102可以是热(卤素)灯泡或高压电弧放电等离子体灯。由反射透镜104和106以及视场光阑108示出的一个或多个光学部件可以用于准直由光源102产生的光103。由光源102产生的光103可以是高斯光束。
计量装置100包括光学系统，该光学系统被配置为将由光源产生的光103转换为光学涡旋光束，例如，具有方位角变化偏振状态或在一些实施方式中具有方位角变化相位状态的光束。以示例的方式，计量装置100可以包括偏振状态发生器(PSG)110以产生光学涡旋光束111。例如，PSG可以包括偏振器112和波片113(例如四分之一或一半)，与方位角变化延迟器114组合以实现光学涡旋光束。
涡旋光束允许所有入射辐射对于每个方位角具有相同的偏振状态，诸如对于方位角偏振光束的所有S偏振，或者对于径向偏振光束的所有P偏振。另外地，还存在通过方位角在空间上改变偏振状态的选项。这将等效于将偏振状态改变映射到方位角而非时间，如在旋转元件椭圆偏振仪的情况下。通过方位改变偏振状态将产生用于数据分析的对称象限。
图2以示例的方式示出了使用螺旋相位板202来生成光学涡旋光束。螺旋相位板是晶体或塑料的螺旋形片，专门针对期望的拓扑电荷和入射波长对其进行设计。如图所示，具有基模(例如TEM00)横向高斯模式的光束204入射到螺旋相位板202上。光束204例如可以是由图1中所示的光源102产生的光。如图所示，螺旋相位板202将高斯光束变换成螺旋光束206。螺旋光束206可以具有方位角变化相位。螺旋光束电场可以具有一般形式：
其中是螺旋相，α是振幅，m是轨道角动量(OAM)量子数，φ是关于螺旋相位板202中的缺陷的方位角，r是螺旋相位板202上的径向位置，并且d表示引起引起m*2π方位角相位变化的光程变化。
类似于使用螺旋相位板202生成光学涡旋光束，可以包括偏振器112、波片113和方位角变化延迟器114的PSG 110可以产生具有根据方位角变化的偏振的光学涡旋光束。
例如，图3示出了具有变化相位和偏振状态的螺旋光束的横截面。如图所示，涡旋光束形成具有例如光束直径的约5％至10％的中心空隙的光环。涡旋光束可以形成具有图(a)中的TM01模式或图(b)中的TE01模式的偏振涡旋，以及具有图(c)中的轨道角动量OAM+1或图(d)中的OAM-1的相位涡旋。OAM量子数或拓扑电荷(±1、±2、±3......)根据等式1定义了在波束中沿方位角方向对给定波的电磁场发生了多少个2相循环，
参考图1，方位角变化延迟器114例如可以是s板或q板，它们都具有拓扑电荷，其中在点(x，y)处的局部快轴以q.A度取向，其中A是点(x，y)的方位，并且点(0,0)是涡旋的中心。例如，s-板是具有例如使用UV光刻永久写入二氧化硅玻璃中的双折射结构并在具有拓扑电荷s的快轴中具有方位角变化的板，并且被调谐到单个波长。例如，q板是具有局部光轴的方位角分布的双折射液晶或聚合物板，其在其中心缺陷处具有拓扑电荷q。具有拓扑电荷q的q板可以基于输入光束偏振生成+/-2q电荷涡旋。PSG 110可以包括波片115，该波片可以是四分之一波片或半波片，该波片修改偏振涡旋光束111以根据光束方位提供偏振状态的空间调制。应当注意，螺旋相位板(SPP)、Q板(QO)和S板(SP)有时可以在垂直入射下以透射模式操作。在此类配置中，元件114可以是折叠式反射镜，并且元件115可以是在透射模式下操作的方位角变化延迟器。
在一些实施方式中，方位角变化延迟器114可以为可以编程为拓扑q板的向列空间光调制器(SLM)。可以将SLM编程以显示具有不同空间双折射的全息图。如果延迟器114是SLM，则可以将SLM编程为拓扑q板，以根据光束方位和光束半径两者来改变光学涡旋光束111的偏振或相位，并且波片115可以被省略。因此，SLM延迟器114能够随按需涡流重新配置而变化。
图4以示例的方式示出了可以用作方位角变化延迟器114的SLM 402。图4另外地以示例的方式示出了不同的拓扑q板结构404、406、408和410，可以用这些拓扑q板结构经由带状电缆403对SLM 402进行编程。SLM 402可以通过创建不同折射率的全息图来创建动态涡旋和涡旋阵列。由SLM 402产生的全息图通常是在中心具有非零拓扑电荷(相奇点)的螺旋延迟图案，并且当观看时呈现为叉形图案。可以将SLM 402编程以生成动态涡旋或涡旋阵列，并且可以将其调谐以获得宽带效率，并且补偿系统波前误差或其他像差。
在一些实施方式中，对于宽带偏振控制，如果方位角变化延迟器114(图1中所示)为SLM，则可以将SLM编程以提供根据波长变化的全息光栅。可以使用调谐到每个特定波长的SLM延迟器114连续地处理不同的光谱带。
另外地，在一些实施方式中，如果方位角变化延迟器114为SLM，则SLM还可以用于提供像差校正，例如对非理想涡旋光束的校正。SLM延迟器114的像差校正可以用于补偿系统之间和系统本身内的系统差异。可以通过寻址SLM延迟器114上的全息图来最小化理想涡旋光束和像差光束之间的误差。
在一些实施方式中，如果存在小于一的在期望的波长下一些涡旋光束转换效率，则四分之一波片115(其可以是菲涅尔菱体)可以与线性偏振分束器116一起使用，以通过拒绝高斯光束并使涡旋光束通过来清理光束。例如，方位角延迟器114的效率可以在不同波长下变化，导致可以是高斯光束的光103的一部分在不同波长下穿过方位角延迟器114。四分之一波片115和线性偏振器116作为偏振敏感相位噪声滤波器操作。例如，四分之一波片115将涡旋光束111中的相位调制图案方位角地移位到通过随后的偏振器116的取向。随机相位被移位到相同随机相位集合，并且被偏振器116拒绝并被引导到光束收集器117。
在一些实施方式中，分束器118可以用于将涡旋光束111的一部分引导朝向光谱仪119以生成参考光谱。
计量装置100包括聚焦光学器件130(示出为分束器132)和物镜134，以将涡旋光束111引导并聚焦在保持在卡盘142上的样本140上。物镜134可以是垂直入射无限校正折射或反射物镜。例如，在一个实施方式中，物镜134可以是施瓦茨希尔德物镜。物镜134的光轴可以垂直入射在样本140上，然而，物镜134可以具有大的数值孔径(例如0.8NA至0.95NA)以产生具有大范围的入射角(AOI)和方位角的入射光束135。例如，物镜134的NA可能足以通过2π旋转和从0°到72°或更大的AOI范围照射样本以进行方位测量。然而，应当理解，在使用包括中心空隙的涡旋光束的情况下，样本140将被介于约8°与72°之间的AOI照射。垂直入射高数值孔径物镜134的使用允许小的覆盖区和高的入射角两者，这对于诸如椭圆偏振之类的技术来说通常需要较大的覆盖区。此外，通过垂直入射，在不移动偏振器的情况下用计量装置100实现椭圆偏振测量。
多光谱或单波长涡旋光束111入射在物镜134的后孔径处，从而实现多光谱涡旋偏振测量。物镜134的光瞳将涡旋光束111的方位角位置和AOI位置映射到样本140上。镜面反射将使光束返回到物镜134的光瞳的相对象限中具有相同空间频率的位置。X和Y空间频率将具有负乘数，以将入射光映射到反射光。来自样本的散射(例如，归因于光栅结构)还可以显现为光瞳图像中的结构，其可以用作确定样本(例如，光栅)结构的附加约束。
工作台144上的卡盘142能够运动以产生样本140(保持在卡盘142上)与计量装置100的聚焦光学器件130之间的相对运动，使得可以在样本140的多个不同位置处执行测量。例如，工作台144可以例如在笛卡尔坐标平面(X，Y)方向内线性地移动样本140，或者可以例如在极坐标平面(R，θ)内旋转并且线性地移动样本140。如果需要，可以同时移动工作台144、计量装置100的一个或多个光学元件或两者以产生工作台与聚焦光学器件130之间的相对运动。例如，工作台144可以旋转，同时计量装置100的更多光学元件线性移动。工作台144或计量装置100的光学元件还可以能够进行竖直(Z)运动，例如用于聚焦。
作为高光谱涡旋旋光仪操作的计量装置100具有在某些操作模式中旋转不变的能力。如果工作台144是R/θ工作台，这将提供附加益处，因为测量光束的对称性将不需要偏振器旋转以匹配工作台旋转。例如，所有S或所有P偏振可以通过所有AOI和方位角入射在样本处。
来自样本140的反射光经由物镜134和分束器132返回，并且被引导到检测器臂150。在检测器臂150中，一个或多个检测器在物镜134的光瞳平面的图像中接收来自样本140的反射的光学涡旋光束。一个或多个检测器中的每一者可以根据入射角和方位角的位置来同时测量反射的涡旋光束的特性。反射的涡旋光束的特性可以是例如根据入射角和方位角的位置的反射的涡旋光束的偏振状态或者在多个入射角、多个方位角和多个波长中的每一者下的反射的涡旋光束的光谱信息。例如，检测器臂150可以包括偏振成像检测器156或高光谱成像检测器160，或者可以包括偏振成像检测器156和高光谱成像检测器160两者。例如，如图1所示，从样本140返回的光的一部分被第二分束器152引导到偏振成像检测器156，并且从样本140返回的光的另一部分被引导到第二分束器152，到达高光谱成像检测器160。如果在检测器臂150中仅存在一个检测器，则第二分束器152将不是必需的。一个或多个光学元件可以位于一个或多个检测器156和160之前的光束路径中。例如，在高光谱成像检测器160之前可以存在延迟器158，该延迟器可以是静止的或可以旋转，并且可以是四分之一或半波片。线性偏振器157可以位于检测器160和延迟器之间。线性偏振器157可以是固定的或可以旋转。偏振器157和延迟器158中的一者或多者有时可以被称为偏振状态分析器(PSA)164。在偏振成像检测器156之前，可以存在延迟器154，该延迟器可以旋转并且该延迟器可以是四分之一或半波片。如果检测器156不是偏振成像检测器156，而是二维传感器，则在分束器152和检测器156之间可以存在可以旋转的偏振器153(用虚线示出)，或者延迟器154和偏振器153两者，其中偏振器153在延迟器154和检测器156之间。在最后的配置中，延迟器和偏振器153中的一者或两者可以旋转。然而，如果检测器156是偏振状态检测器156，则偏振器153不是必需的(如虚线所示)。延迟器154、偏振器153或偏振状态检测器156中的一者或多者有时可以被称为偏振状态分析器(PSA)162。也可以在偏振成像检测器156之前存在附加元件，诸如波长分离器155(诸如滤色器)，以及透镜和孔径光阑(未示出)。利用偏振成像检测器156和高光谱成像检测器160，测量获取是快速的，因为测量可以在单次拍摄图像中获得或者作为有限数量的拍摄获取来获得，例如以使用偏振成像检测器156获得多个波长，从而提高吞吐量。
偏振成像检测器156接收在物镜134的光瞳平面处成像的来自样本140的反射的光学涡旋光束。偏振成像检测器156根据入射角和方位角的位置来同时测量反射的涡旋光束的多个偏振状态。
图5示出了偏振成像检测器500的示例，该偏振成像检测器可以用作计量装置100中的偏振成像检测器156。偏振成像检测器500例如可以是例如由LucidVision Labs公司或索雷博光电科技公司(Thorlabs，Inc)使用由索尼(Sony)生产的传感器生产的成像旋光仪照相机，偏振成像检测器500包括微偏振器阵列502，该微偏振器阵列与二维传感器510对准。微偏振器阵列502是具有多个(例如四个)偏振取向的线栅偏振器504的阵列。微偏振器阵列502中的每个偏振器504与二维传感器510中的像素512对准。另外地，偏振成像检测器500可以包括微透镜阵列520，其中每个透镜522与单独的偏振器504和像素512对准。
偏振成像检测器500可以被定义为宏像素阵列，其中每个宏像素包括有线栅偏振器504的多个具像素，该线栅偏振器具有与检测器像素512对准的不同偏振状态。例如，如图5所示，宏像素506可以被定义为具有4种不同偏振状态(例如0°、45°、-45°和90°)的2×2像素阵列。偏振成像检测器500可以包括227×227宏像素阵列以对全2π方位进行成像并且具有从约8°到约72°的有效AOI范围，即提供每一个宏像素约0.6°的AOI的分辨率
图6以示例的方式示出了一组四个图像600，该四个图像基于360nm节距和180nm宽和200nm高的线的Si上的氧化光栅上的涡旋旋光计的模拟，由偏振成像检测器500同时捕获，每个图像602、604、606、608在不同的偏振状态(例如0°、45°、-45°和90°)下产生，并且包括全2π方位，并且具有从约8°到约72°的有效AOI范围。偏振成像检测器500允许根据AOI和方位角测量反射的涡旋光束的偏振。利用具有包括多个偏振取向的宏像素的偏振成像检测器500和涡旋光束，能够在不移动偏振器的情况下进行椭圆偏振测量。
参考图1，偏振成像检测器156可以包括波长分离器155(例如滤色器)，以选择单个波长或窄带波长用于成像。在另一个示例中，波长分离器155可以在时间上分离反射的涡旋光束中的多个波长，例如，其中光源102同时或顺序地产生多个波长。例如，波长分离器155可以是声光可调谐滤波器，该声光可调谐滤波器将反射的涡旋光束中的波长(在这种情况下使用衍射)分离成窄波长带，并且在每个带之间快速切换，例如最小切换时间为200ns并且偏振成像检测器156随时间推移在每个波长带内捕获图像。波长分离器155可以其他方式在时间上分离波长。例如，可以使用类似于声光可调谐滤波器的其他类型的可调谐滤波器。在另一个实施方式中，光源102可以例如通过循环开和关、快门、作为频率梳等顺序地产生多个波长，并且偏振成像检测器156可以与光源102同步地高速捕获图像以收集多个帧，每个帧表示一个波长。
除了偏振成像检测器156之外或作为其替代，计量装置100可以包括高光谱成像检测器160，该高光谱成像检测器接收在物镜134的光瞳平面处成像的来自样本140的反射的光学涡旋光束，并且在多个方位角和多个波长中的每一者下同时测量反射的涡旋光束的光谱信息。
图7示出了高光谱成像检测器700的示例的透视图，该高光谱成像检测器可以用作计量装置100中的高光谱成像检测器160。高光谱成像检测器700例如可以是由校际微电子中心(IMEC)生产的、或由Ximea生产的作为xiSPEC或Cubert生产的作为Firefleye的高光谱传感器。高光谱成像检测器700包括光谱滤波器702的阵列，该光谱滤波器的阵列中的每一者与下面的传感器704中的像素对准。高光谱成像检测器700例如可以包括宏像素706的阵列，该宏像素的阵列中的每一者包括多个光谱分辨像素。例如，每个宏像素可以是9×9像素阵列，每个像素分辨不同的光谱范围，例如从350nm到700nm，并且一个像素分辨白光。如果需要，高光谱成像检测器700例如可以每次拍摄检测多达100个离散波长，例如(350nm至1700nm)。高光谱成像检测器700可以包括光瞳图像被映射到的227×227宏像素阵列。阵列的中心是零，并且AOI背离中心径向地增加到例如72°，其中每微像素0.6°(即，72°/113)。在一些实施方式中，可以使用多个高光谱成像检测器(例如，与二向色分束器一起使用)，用于将不同光谱范围引导到不同的高光谱成像检测器，以增加光谱和/或空间分辨率。
图8示出了宏像素706的俯视图，该宏像素包括分辨所识别的不同光谱范围的多个像素以及未经过滤(即收集全波长范围)的一个像素708。通过利用高光谱成像检测器700(例如，利用旋转的滤色器轮)根据空间而不是根据时间来收集波长，测量速度增加，但是只检测到在每个波长下的总信号的仅一小部分(按面积)。通过在每个宏单元中使用未过滤像素708，为每个宏像素(AOI)下的可缩放总强度测量提供参考。每一个宏像素中的所有波长的强度的面积平均值应当等于参考像素强度。除此之外或另选地，由光谱仪119(图1中所示)产生的参考光谱可以用作参考。
另外地，如果光源102(图1中所示)包括与高光谱成像检测器700的可检测带宽匹配的可单独寻址的光谱通道，则可以将光源102控制为使用每个通道单独地照射样本。使用每个彩色图像和参考像素，可以在空间上将归一化校准以选择性地增加在每个检测通道处的信噪比(SNR)，而不过度曝光样本140。
图9以示例的方式示出了一组图像900，该图像基于360nm节距和180nm宽和200nm高的线的Si上的氧化光栅上的涡旋旋光计的模拟，由高光谱成像检测器700同时捕获，每个图像901、902、903、904、905、906、907、908和909在不同的波长下产生，并且包括全2π方位，并且具有从约8°到约72°的有效AOI范围。高光谱成像检测器700允许根据AOI和方位角测量反射的涡旋光束的光谱信息。
检测器臂150中的检测器(例如，偏振成像检测器156和高光谱成像检测器160)耦合到计算机170，诸如工作站、个人计算机、中央处理单元或其他适当的计算机系统或多个处理器。计算机系统170优选地包括在计量装置100中，或者连接到该计量装置或以其他方式与该计量装置相关联。计算机系统170可以控制工作台144的移动，并且收集和分析从检测器156和160获得的数据，如所讨论的。例如，可以使用光谱和/或偏振信息(例如，使用建模)来分析来自物镜134的光瞳的反射图像。此外，可以分析来自反射的涡旋光束的关于入射角和/或方位角的光谱和/或偏振信息。例如，在方位角和AOI两者中添加信息通道提供了解决临界尺寸(CD)和膜结构的附加约束，从而改善薄膜灵敏度。高光谱涡旋光束提供了更多的信息，这是因为对全2π方位进行成像，并且具有约8°到约72°的有多个颜色通道的有效AOI范围。例如，1D光束轮廓反射计(BPR)的使用允许精确地确定色散模型。由于所附加的约束，多个AOI可以允许更精确的膜和折射率测量以及更精确的CD结构的确定。AOI围绕方位方向的全2π旋转可以进一步允许样本各向异性的确定，并为CD测量提供所附加的约束。例如，一些涡旋模式在较高的AOI下提供薄膜灵敏度，而不需要深紫外(DUV)波长。例如，使用高光谱涡旋偏振测量的改进的测量灵敏度在一体化化学机械抛光(CMP)市场和其他市场中具有应用和效用。
计算机系统170可以分析图像数据以确定样本140的一个或多个物理特性。计算机系统170包括具有存储器174的至少一个处理器172，以及包括例如显示器176和输入装置178的用户界面。具有具体体现的计算机可读程序代码的非暂态计算机可用存储介质182可以由至少一个处理器172用来作为被编程为执行本文所公开的技术的专用计算机来操作。根据本公开，本领域的普通技术人员可实现本具体实施方式中描述的用于自动实现一个或多个动作的数据结构和软件代码，并且将该数据结构和软件代码存储在例如计算机可用存储介质182上，该计算机可用存储介质可以是可存储代码和/或数据以供计算机系统诸如至少一个处理器172使用的任何装置或介质。计算机可用存储介质182可以是但不限于磁存储装置和光学存储装置，诸如磁盘驱动器、磁带、光盘和DVD(数字通用光盘或数字视频光盘)，以及存储器。通信端口184还可用于接收指令，这些指令用于对至少一个处理器172进行编程以执行本文所述的功能中的任何一者或多者，并且可以表示任何类型的通信连接，例如到互联网或任何其他计算机网络的通信连接。通信端口184可以在前馈或反馈过程中将信号(例如，带有测量结果和/或指令)进一步导出到另一个系统(诸如外部处理工具)，以便基于测量结果调整与样本的制造工艺步骤相关联的工艺参数。另外，本文所述的功能可全部或部分地体现在专用集成电路(ASIC)或可编程逻辑器件(PLD)的电路中，并且这些功能可体现在可用于创建如本文所述那样操作的ASIC或PLD的计算机可理解的描述符语言中。
因此，样本140的确定的一个或多个物理特性可以由计算机系统170确定，并且可以例如在存储器或数据库中传送和存储。样本特性可以被传送以调整与制造序列中的特定制造过程步骤相关联的一个或多个过程工具(例如，负责或有助于样本特性的过程工具)或调整样本本身的制造序列。
通过使用各种光学元件，计量装置100可以被配置为产生多个不同涡旋旋光仪配置。例如，如与图10中所示的庞加莱球一起说明，使用左旋圆(LC)和右旋圆(RC)偏振输入光(例如，通过偏振器112和波片113)，可以用计量装置100实现偏离庞加莱球的子午线的各种偏振状态。类似地，如图11中所示，使用线性(例如，垂直及水平)偏振输入光(例如，通过偏振器112)，可以用计量装置100实现偏离庞加莱球的子午线的附加的各种偏振状态。因此，计量装置100使用偏振器112和波片113的简单配置实现涡旋光束的大量偏振状态。换句话说，可以针对所有方位角和AOI产生任意偏振状态，并且该偏振状态可以在方位角上变化。
图12A至图12E示出了计量装置100的配置，其中从来自偏振状态发生器(PSG)110和输出偏振状态分析器(PSA)162的输入偏振状态的不同组合来测量样本的各种穆勒矩阵元素。图12F示出了4×4穆勒矩阵元素用于参考。
例如，图12A示出了来自由PSG 110引起的不同偏振态并且针对PSA的不同配置(该PSA可以是图1中所示的PSA 162或164)的样本的可测量MM元素或那些MM元素的组合。对于第一列中的每个PSG状态(标记为涡旋PSG状态)，图12A示出了PSA是旋转偏振器(例如，检测器是二维传感器)(列2)以及PSA是偏振状态照相机156(列3)的情况下的信号。列4示出了关于PSG状态和PSA配置(用对齐的行示出)的样本140的MM元素的可测量组合(两个元素的总和和差集)。列5示出了当使用2个PSG状态时关于PSG状态和PSA配置(用对齐的行示出)的样本140的可测量单个MM元素；其中圆圈的4×4矩阵表示MM元素，其中黑色圆圈指示测量的MM元素。
在PSA 162是旋转偏振器153的情况下，检测器156可以是简单的2D传感器(而不是偏振状态照相机)，并且不使用延迟器154。另选地，检测器可以是高光谱照相机160，旋转偏振器可以是偏振器157，并且不使用延迟器158。旋转偏振器PSA通常通过以下方式来操作：连续地旋转偏振器，并且在全旋转的N个片上获取N个信号。偏振器还可以通过移动和停止步骤来操作，并且针对偏振器的N个角度获取N个信号。这些信号然后通过傅里叶变换处理以获得“DC”、“余弦(2w)”和“正弦(2w)”分量，在图12A中表示为Idc、Ic2和Is2。如果需要，为了获得Idc、Ic2和Is2，可以使用其他算法来代替傅立叶变换，如本领域普通技术人员将清楚的。符号“Io”实际上是源强度，即，如果样本140是完美镜子，即为检测器所看到的DC信号。Io通常在装置100的初步校准过程中获得。
在PSA是偏振状态照相机156(列3)的情况下，仅使用偏振状态照相机156，而不使用偏振器153和延迟器154。
例如，图12B类似于图12A，并且示出了来自由PSG 110引起的不同偏振态并且针对PSA的不同配置(该PSA可以是图1中所示的PSA 162或164)的样本的可测量MM元素或那些MM元素的组合。在图12B中，与图12A不同，PSA包括在旋转偏振器153、157之前的固定延迟器154、158，或者可选地，在偏振状态照相机156之前的延迟器154。延迟器是具有在45度(f＝45度)下的快轴的1/4波片(d＝90度)。图12B的列2示出了PSA是延迟器和旋转偏振器的情况。例如，PSA可以在检测器156(其可以是2D传感器)之前包括固定延迟器154和旋转偏振器153。另选地，PSA可以在高光谱照相机160之前包括固定延迟器158和旋转偏振器157。图12B的列3示出了具有PSA的情况，该PSA包括具有延迟器154的偏振状态照相机156，而没有偏振器153。
例如，图12C类似于图12A，并且示出了来自由PSG 110引起的不同偏振态并且针对PSA的不同配置(该PSA可以是图1中所示的PSA 162或164)的样本的可测量MM元素或那些MM元素的组合。图12C表示类似于图12B的配置，但在图12C中，延迟器呈现45度的延迟，即，1/8波片。与图12A和图12B不同，图12C的配置、两个PSG状态的组合(列5中示出)不允许测量六个独立的MM元素。相反，如列5中所示，可以测量四个独立的MM元素(黑色未连接的圆圈)，并且可以测量两个MM元素(连接的灰色圆圈)的两个组合(总和)。
例如，图12D类似于图12A，并且示出了来自由PSG 110引起的不同偏振状态并且针对PSA 162或164的样本的可测量MM元件或那些MM元件的组合，与图12A至图12C中不同，该图包括作为1/4波片的旋转延迟器154、158，随后是固定偏振器153、157和检测器156(其是2D传感器)、160。固定偏振器153和2D传感器可以由偏振状态照相机156代替，即，PSA 162包括旋转延迟器154和偏振状态照相机156。然而，在此实施方式中，由于旋转元件为延迟器154，因此偏振状态照相机156的使用将不会带来任何明显的吞吐量或SNR益处。因此，图12D不包括示出具有偏振状态照相机的PSA配置的列，该列等效于图12A至图12C中的列3。图12D中的列2示出了PSA包括154中的旋转延迟器和153中的固定偏振器以及156中的2D传感器检测器、或者158中的旋转延迟器和高光谱照相机160之前的固定偏振器157的情况。
在旋转延迟器的情况下，检测器获取对应于延迟器的快轴的不同方位的N个信号。这些信号的傅立叶变换将给出DC、余弦(2w)、正弦(2w)、余弦(4w)和正弦(4w)分量，在列2中标记为Idc、Ic2、Is2、Ic4和Is4。
例如，图12E类似于图12D，并且示出了来自由PSG 110引起的不同偏振态并且针对PSA 162或164)的样本的可测量MM元素或那些MM元素的组合。图12E示出了类似于图12D的PSA配置的PSA配置，但是其中旋转延迟器154、158是1/8波片。图12D和12E所示的配置以示例的方式有利地使得能够使用PSG 110的六个偏振状态来测量样本140的所有MM元件。
图13是示出了由作为高光谱涡旋旋光仪操作的计量装置100提供的随时间推移的信息的曲线图1300。如图所示，通过高光谱涡旋光束111的使用，可以在一次拍摄(即，图像捕获)或最多2次拍摄中在大量波长(例如，约80个波长或更多(在350nm至1700nm之间的任何地方))和大量入射角(AOI)(例如，在约8°至72°之间)上获得所有偏振的数据。如果需要，可以执行附加拍摄，例如以便在各个波长下从偏振成像检测器156捕获数据。
相比较而言，图14是示出了由捕获光谱椭圆偏振测量数据和/或光谱反射测量数据的常规计量装置提供的随时间推移的信息的曲线图1400。如图所示，光谱椭圆偏振1402数据可以包括大量波长，但限于单个入射角(AOI)(例如，65°)，且在一段时间(例如全旋转补偿器循环)内测量偏振信息。光谱反射1404数据类似地可以包括大量的波长，但是限于单个入射角(AOI)(例如，0°)。此外，还在一段时间内捕获任何相位信息(光谱反射数据1404示出两个偏振)，因为其可能需要针对每一个偏振的全扫描。
因此，如图13和图14中可见，作为高光谱涡旋旋光仪操作的计量装置100可以提高信息的获取速度，并且因此相对于常规计量系统提高吞吐量。
图15是示出了由作为高光谱涡旋旋光仪操作的计量装置100提供的信息密度的曲线图1500，其中z轴表示方位角。如图所示，通过高光谱涡旋光束111的使用，有可能在大量波长(例如，约80个波长或更多(在350nm至1700nm之间的任何地方))和大量入射角(AOI)(例如，在约8°至72°之间)、在一组方位角上(即，0至2π)上获得所有偏振的数据。
相比较而言，图16是示出了由捕获光谱椭圆偏振测量数据和/或光谱反射测量数据的常规计量装置提供的信息密度的曲线图1600，其中z轴表示方位角。如所示出的，光谱椭圆偏振测量1602数据及光谱反射测量数据1604均不提供关于方位角的信息。
因此，如图15和图16中可见，作为高光谱涡旋旋光仪操作的计量装置100通过同时收集入射角和方位角来提供增加的信息密度。
图17示出了示出由计量装置100捕获的信息密度的三维柱状图1700。如所示出的，每一个图像(由图像1702示出)中的半径R捕获入射角(AOI)(例如从0°到72°)，该角度捕获从0至2π的无限入射平面的方位角取向以及该角度Δ捕获可编程相移基准，例如，取决于所选择的涡旋类型。时间可在Z轴上示出，但实际上是一次获取(即一次拍摄)的积分时间。如多个图像1704、1706、1708、1710、1712所示，可以在多个波长上同时捕获信息。因此，与由常规计量装置获取的信息(例如，如图14和图16中所示)相比，可以看出计量装置100在实质上更少时间内获取更多信息。
图18是示出了使用诸如本文所讨论的光学计量装置之类的光学计量装置100表征样本的方法的流程图1800。如框1802所示，生成光学涡旋光束。例如，光学计量装置可以将光束转换为光学涡旋光束。光学涡旋光束可以包括方位角变化偏振状态和/或方位角变化相位状态。可以通过以下方式来生成光学涡旋光束：用方位角延迟器和波片来转换光束以根据方位角产生偏振状态的空间调制。另外地，可以产生具有多个波长的光学涡旋光束。一种用于生成光学涡旋光束的装置例如可以包括光源102、偏振器112、方位角变化延迟器114(其可以是螺旋相位板、s板、q板、被编程以产生光学涡旋光束的空间光调制器(SLM))、以及四分之一波片或半波片(诸如波片113和/或115)。
在框1804处，沿着垂直于样本表面的光轴将光学涡旋光束聚焦在样本上，其中在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上将光学涡旋光束聚焦在样本上。例如，可以使用具有高数值孔径(例如，大于0.8NA)的物镜来聚焦光学涡旋光束，该高数值孔径足以在从0度到至少70度的入射角上聚焦光。一种用于沿着垂直于样本表面的光轴将光学涡旋光束聚焦在样本上的装置(其中光学涡旋光束在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上聚焦在样本上)例如可以包括分束器132和物镜134。
在框1806处，光学计量装置可以基于光瞳平面的图像中的多个位置来测量来自聚焦光学器件的光瞳平面的图像中的样本的反射的光学涡旋光束的偏振状态，每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中半径对应于入射角，并且方位角对应于来自光学涡旋光束的初始偏振状态。在一些实施方式中，可以通过在光瞳平面的图像中的多个位置处检测反射的光学涡旋光束的多个偏振状态来同时测量偏振状态。可以针对多个波长测量偏振状态。在一些实施方式中，在测量偏振之前，反射的光学涡旋光束可以在一个或多个偏振状态下被偏振。例如，在一些实施方式中，可以使用宏像素来检测反射的光学涡旋光束的图像，其中每个宏像素检测多个不同的偏振状态。在一些实施方式中，可以使用宏像素来检测反射的光学涡旋光束的图像，其中每个宏像素检测多个不同波长中的每一者。在一个实施方式中，宏像素还可以检测可以用作基准信号以降低SNR的多个不同波长的组合。一种用于基于光瞳平面的图像中的多个位置来测量来自聚焦光学器件的光瞳平面的图像中的样本的反射的光学涡旋光束的偏振状态的装置例如可以包括波片154A、偏振器154B、波长分离器155、偏振成像检测器156、偏振器157、波片158及高光谱成像检测器160，每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中半径对应于入射角，并且方位角对应于来自光学涡旋光束的初始偏振状态。
在框1808处，至少使用来自反射的光学涡旋光束(例如，来自光瞳平面的接收到的图像)的偏振状态来确定样本的特性。例如，包括N、C和S分量的一个或多个穆勒矩阵元素可以使用来自反射的涡旋光束的偏振作为入射角和方位角的位置来确定。一种用于至少使用来自反射的光学涡旋光束的偏振状态来确定样本的特性的装置例如可以是计算机系统170中的一个或多个处理器172。
贯穿本说明书对“一个示例”、“示例”、“某些示例”或“示例性实施方式”的参考意味着结合特征和/或示例描述的特定特征、结构或特性可以包含在所要求保护的主题的至少一个特征和/或示例中。因此，短语“在一个示例中”、“示例”、“在某些示例中”或“在某些实施方式中”或在本说明书中各个地方的其他类似短语不一定都指相同的特征、示例和/或限制。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个示例和/或特征中组合。
本文包含的详细描述的一些部分是根据存储在特定设备或专用计算装置或平台的存储器内的二进制数字信号上的操作的算法或符号表示来呈现的。在本特定说明书的上下文中，术语特定设备等包括一旦被编程为根据来自程序软件的指令执行特定操作的通用计算机。算法描述或符号表示是信号处理或相关领域中普通技术人员用来将其工作实质内容传达给所属领域中其他技术人员的技术的示例。这里的算法通常被认为是一个自洽的操作序列或类似的信号处理序列，从而得到期望的结果。在此上下文中，操作或处理涉及物理量的物理操纵。通常，但是不是必然地，此类量可以采取能够被存储、传送、组合、比较或以其他方式操纵的电或磁信号的形式。已经证明有时(主要是出于惯用用法的原因)将此类信号指代为位、数据、数值、元素、符号、字符、项、数字、数码等是方便的。然而，应理解，所有这些或类似术语将与适当物理量相关联，且仅为方便的标记。除非另外特别说明，否则如从本文的论述中显而易见的，应理解，整个说明书论述中使用的诸如“处理”、“计算(computing/calculating)”、“确定”等术语是指特定设备(诸如专用计算机、专用计算设备或类似的专用电子计算装置)的动作或过程。因此，在本说明书的上下文中，专用计算机或类似专用电子计算装置能够操纵或变换信号，通常表示为存储器、寄存器或专用计算机或类似专用电子计算装置的其他信息存储装置、传输装置或显示装置内的物理电子量或磁量。
在前述详细描述中，已经阐述了许多特定细节以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，所要求保护的主题可以在没有这些特定细节的情况下实施。在其他情况下，没有详细描述普通技术人员已知的方法和设备，以免模糊所要求保护的主题。
如本文所用的术语“和”、“或”和“和/或”可以包含多种含义，这些含义至少部分地取决于使用此类术语的上下文。通常，如果用于关联列表，例如A、B或C，则“或”旨在表示A、B和C，此处在包含性意义上使用，以及A、B或C，此处在排它性意义上使用。另外，如本文所使用的术语“一个或多个”可以用于描述呈单数的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述多个特征、结构或特性或它们的其他组合。但是应当指出的是，这仅仅是说明性示例，并且要求保护的主题不限于此示例。
虽然已经说明和描述了目前被认为是示例性特征的内容，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种其他修改，并且在不脱离要求保护的主题的情况下可以取代等效物。另外，在不脱离本文所描述的中心概念的情况下，可以进行许多修改以使特定情况适应要求保护的主题的教导内容。
因此，希望所要求保护的主题不限于所公开的特定示例，而是这样的所要求保护的主题还可包括落在所附权利要求书及其等效物的范围内的所有方面。

Claims (20)

1.一种能够确定样本的特性的光学计量装置，所述光学计量装置包括：
偏振状态发生器，所述偏振状态发生器将光束转换成光学涡旋光束；
聚焦光学器件，所述聚焦光学器件具有垂直于所述样本表面的光轴，所述聚焦光学器件在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上将所述光学涡旋光束聚焦在所述样本上；
检测器，所述检测器在所述聚焦光学器件的光瞳平面的图像中接收来自所述样本的反射的光学涡旋光束，并且基于所述光瞳平面的所述图像中的多个位置来测量来自所述反射的光学涡旋光束的偏振状态，每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中所述半径对应于所述入射角，并且所述方位角对应于来自所述光学涡旋光束的初始偏振状态；和
至少一个处理器，所述至少一个处理器从所述检测器接收所述光瞳平面的所述图像，并且至少使用来自所述反射的光学涡旋光束的所述偏振状态来确定所述样本的特性。
2.根据权利要求1所述的光学计量装置，其中所述光学涡旋光束包括方位角变化相位和偏振状态。
3.根据权利要求1所述的光学计量装置，其中所述偏振状态发生器包括方位角延迟器和波片，以根据方位角产生偏振状态的空间调制。
4.根据权利要求1所述的光学计量装置，其中所述检测器同时测量来自所述反射的光学涡旋光束的所述偏振状态，并且包括多个宏像素，所述每个宏像素包括多个子像素和具有不同偏振状态的多个偏振器，并且所述多个偏振器中的每一者与二维传感器中的像素对准。
5.根据权利要求1所述的光学计量装置，所述光学计量装置还包括产生所述光束的光源，所述光源产生具有多个波长的光，其中所述检测器测量来自在多个波长下的所述反射的光学涡旋光束的所述偏振状态。
6.根据权利要求1所述的光学计量装置，其中所述光束包括多个波长，其中所述检测器针对所述多个波长测量来自所述反射的光学涡旋光束的所述偏振状态。
7.根据权利要求6所述的光学计量装置，其中所述检测器包括高光谱成像传感器。
8.根据权利要求6所述的光学计量装置，所述光学计量装置还包括延迟器，其中偏振器位于所述延迟器与所述检测器之间。
9.根据权利要求1所述的光学计量装置，所述光学计量装置还包括在所述检测器之前的旋转偏振器。
10.根据权利要求1所述的光学计量装置，其中由所述聚焦光学器件产生的所述多个入射角为从0度到至少70度。
11.根据权利要求1所述的光学计量装置，其中所述处理器使用来自所述反射的光学涡旋光束的偏振状态来确定所述样本的穆勒矩阵的分量。
12.一种使用光学计量装置表征样本的方法，所述方法包括：
生成光学涡旋光束；
沿着垂直于所述样本表面的光轴将所述光学涡旋光束聚焦在所述样本上，其中在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上将所述光学涡旋光束聚焦在所述样本上；
基于光瞳平面的图像中的多个位置来测量来自聚焦光学器件的所述光瞳平面的所述图像中的所述样本的反射的光学涡旋光束的偏振状态，所述每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中所述半径对应于所述入射角，并且所述方位角对应于来自所述光学涡旋光束的所述初始偏振；以及
至少使用来自所述反射的光学涡旋光束的所述偏振状态来确定所述样本的特性。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述光学涡旋光束包括方位角变化相位和偏振状态。
14.根据权利要求12所述的方法，其中生成所述光学涡旋光束包括：用方位角延迟器和波片来变换光束以根据方位角产生偏振状态的空间调制。
15.根据权利要求12所述的方法，其中通过在所述光瞳平面的所述图像中的所述多个位置处检测所述反射的光学涡旋光束的多个偏振状态来同时测量所述偏振状态。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述光学涡旋光束包括多个波长，其中针对所述多个波长测量所述偏振状态。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个入射角为从0度到至少70度。
18.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括使用来自所述反射的光学涡旋光束的偏振状态来确定所述样本的穆勒矩阵的分量。
19.一种能够确定样本的特性的光学计量装置，所述光学计量装置包括：
用于生成光学涡旋光束的装置；
用于沿着垂直于所述样本表面的光轴将所述光学涡旋光束聚焦在所述样本上的装置，其中在对应于初始偏振状态的多个入射角和多个方位角上将所述光学涡旋光束聚焦在所述样本上；
用于基于光瞳平面的图像中的多个位置来测量来自聚焦光学器件的所述光瞳平面的所述图像中的所述样本的反射的光学涡旋光束的偏振状态的装置，每个位置在半径和方位角中的至少一个方面不同，其中所述半径对应于所述入射角，并且所述方位角对应于来自所述光学涡旋光束的所述初始偏振；以及
用于至少使用来自所述反射的光学涡旋光束的所述偏振状态来确定所述样本的特性的装置。
20.根据权利要求19所述的光学计量装置，其中所述光学涡旋光束包括多个波长，并且针对所述多个波长测量所述偏振状态。
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