TW201732271A - 用於超光譜成像計量之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種計量系統，其包含：一照明源，其經組態以產生一照明光束；一或多個照明光學器件，其等經組態以將該照明光束導引至一樣本；一或多個收集光學器件，其等經組態以收集自該樣本發出之照明；一偵測器；及一超光譜成像子系統。該超光譜成像子系統包含：一分散元件，其定位於該組收集光學器件之一光瞳平面處，該分散元件經組態以光譜分散該所收集之照明；一透鏡陣列，其包含一聚焦元件陣列；及一或多個成像光學器件。該一或多個成像光學器件組合該光譜分散之所收集之照明以在該透鏡陣列上形成該光瞳平面之一影像。該透鏡陣列之該等聚焦元件使該所收集之照明以一陣列圖案分佈於該偵測器上。

Description

用於超光譜成像計量之系統及方法
本發明大體上係關於計量，且更特定言之，本發明係關於超光譜成像計量。
散射測量計量系統可藉由量測及分析自樣本散射、反射或繞射之光學輻射(例如，光)之一圖案而非量測樣本之一影像及/或另外亦量測樣本之一影像而特徵化一半導體晶圓上之特徵之大小、形狀或分佈。由計量系統偵測之散射、反射或繞射光之圖案可受晶圓上之具體特徵以及入射於晶圓上之光波長影響。因此，來自一特定晶圓之散射、反射或繞射光之此圖案之一敏感度可基於光之入射波長而變化。 可期望使用多個光波長特徵化一晶圓。然而，用於產生多個散射測量量測之典型方法相對於一單一量測增大量測獲取時間及/或減少與各量測相關聯之光。因此，應期望提供一種用於處理諸如上文所識別之缺陷之系統及方法。
揭示根據本發明之一或多項闡釋性實施例之一種計量系統。在一項闡釋性實施例中，該計量系統包含一照明源，其經組態以產生一照明光束。在另一闡釋性實施例中，該計量系統包含一或多個照明光學器件，其等經組態以將該照明光束導引至一樣本。在另一闡釋性實施例中，該計量系統包含一或多個收集光學器件，其等經組態以收集自該樣本發出之照明。在另一闡釋性實施例中，該計量系統包含一偵測器。在另一闡釋性實施例中，該計量系統包含一超光譜成像子系統。在另一闡釋性實施例中，該超光譜成像子系統包含一分散元件，其定位於該組收集光學器件之一光瞳平面處，該分散元件經組態以光譜分散該所收集之照明。在另一闡釋性實施例中，該超光譜成像子系統包含一透鏡陣列，其包含一聚焦元件陣列。在另一闡釋性實施例中，該超光譜成像子系統包含一或多個成像光學器件。在另一闡釋性實施例中，該一或多個成像光學器件組合該光譜分散之所收集之照明以在該透鏡陣列上形成該光瞳平面之一影像。在另一闡釋性實施例中，該透鏡陣列之該等聚焦元件使該所收集之照明以一陣列圖案分佈於該偵測器上。 揭示根據本發明之一或多項闡釋性實施例之一種超光譜成像裝置。在一項闡釋性實施例中，該超光譜成像裝置包含一分散元件，其經組態以定位於一組收集光學器件之一光瞳平面處。在另一闡釋性實施例中，該組收集光學器件經組態以收集自一樣本發出之照明。在另一闡釋性實施例中，該分散元件經組態以光譜分散該所收集之照明。在另一闡釋性實施例中，該超光譜成像裝置包含一透鏡陣列，其包含一聚焦元件陣列。在另一闡釋性實施例中，該超光譜成像裝置包含一或多個成像光學器件。在另一闡釋性實施例中，該一或多個成像光學器件組合該組空間分散波長以使該光瞳平面成像於該透鏡陣列上。在另一闡釋性實施例中，該透鏡陣列之該等聚焦元件經組態以使該所收集之照明以一陣列圖案分佈。 揭示根據本發明之一或多項闡釋性實施例之一種方法。在一項闡釋性實施例中，該方法包含由一組收集光學器件自一樣本收集照明。在另一闡釋性實施例中，該方法包含由一分散元件光譜分散該所收集之照明，其中該分散元件定位於該組收集光學器件之一光瞳平面處。在另一闡釋性實施例中，該方法包含在包含一聚焦元件陣列之一透鏡陣列上產生該光瞳平面之一影像。在另一闡釋性實施例中，該組光譜分散之所收集之照明經組合以形成該光瞳平面之該影像。在另一闡釋性實施例中，該方法包含使該所收集之照明以一陣列圖案分佈。
相關申請案之交叉參考 本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)規定主張2016年2月2日申請之將Andrew V. Hill命名為發明者之名稱為「HYPER SPECTRAL IMAGING IN OVERLAY SCATTEROMETRY」之美國臨時申請案第62/290,157號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。 本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)規定主張2016年7月21日申請之將Andrew V. Hill命名為發明者之名稱為「SYSTEM AND METHOD FOR HYPERSPECTRAL IMAGING METROLOGY」之美國臨時申請案第62/365,120號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。 現將詳細參考繪示於附圖中的所揭示之標的物。已相對於本發明之特定實施例及具體特徵來特別展示及描述本發明。本文中所闡述之實施例被視為具闡釋性而非限制性。一般技術者應易於明白，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下實行形式及細節之各種改變及修改。 大體上參考圖1至圖6，揭示根據本發明之一或多項實施例之用於超光譜成像計量之系統及方法。本發明之實施例係關於一種用於在一單一偵測器上同時量測與多個波長相關聯之多個計量影像之超光譜計量系統。本發明之額外實施例係關於量測與計量系統之一光瞳平面(例如，一物鏡之一後焦平面、一繞射平面或類似者)相關聯之光譜解析照明。進一步實施例係關於使與用於多個波長之光瞳平面相關聯之照明交錯以促進同時量測與來自一樣本之光之角分佈相關聯之光譜解析照明。 本文中應認識到，散射測量計量系統通常可藉由量測及分析來自一樣本之散射、反射或繞射光之一圖案而特徵化該樣本之一或多個態樣。此外，可量測散射、反射或繞射光之圖案，而非量測樣本之一影像及/或另外亦量測樣本之一影像。應注意，光學系統通常包含兩個交互平面(reciprocal plane)：一影像平面及一光瞳平面。一影像平面(例如，一場平面或與該影像平面共軛之任何平面)可對應於樣本之一影像。因此，依任何角度自樣本上之一特定點發出之光可經成像至影像平面中之一對應特定點。相比之下，依一特定角度自樣本(無關於樣本上之位置)發出之光可經成像至光瞳平面(或與光瞳平面共軛之任何平面)中之一特定點。據此而言，光瞳平面中之光之一空間分佈可對應於自樣本收集之光之一角分佈。 應進一步認識到，光瞳平面可對應於自樣本收集光之一光學元件(例如，一物鏡或其類似者)之後焦平面。例如，許多物鏡在後焦平面(例如，對應於光瞳平面)處提供一孔徑光闌，使得傳播通過系統之光之角範圍或數值孔徑受限於此繞射平面中。為本發明之目的，可互換地使用術語光瞳平面、後焦平面及繞射平面。然而，應注意，僅為了闡釋性目的而提供上述光瞳平面、後焦平面及繞射平面之位置描述且該描述不應被解釋為具限制性。 另外，一光瞳平面中之一光分佈可根據照明波長而變化。例如，一樣本上之特徵可在一第一角分佈中散射、反射及/或繞射包含一第一波長之照明且可進一步在一第二角分佈中散射、反射及/或繞射包含一第二波長之照明。應認識到，與包含特定波長之照明相關聯之一光瞳平面中之輻射(例如，一散射測量信號)之一分佈圖案對樣本特性(例如，一樣本上之特徵之一大小、形狀或分佈)之偏差可比其他圖案更敏感。因此，同時量測與用於多個波長之一光瞳平面相關聯之照明可為有益的。本發明之實施例係關於一種量測與一計量系統之光瞳平面相關聯之光譜解析照明之超光譜成像系統。本發明之一些實施例係關於將光瞳平面分成多個片段且將光譜分散照明自各片段導引至一偵測器上。據此而言，可同時量測與來自用於多個波長之光瞳平面之照明相關聯之資料。本發明之一些實施例係關於在一偵測器上產生片段之各者之一按比例調整且光譜分散之影像。因此，可同時量測用於多個波長之光瞳平面之影像。 如貫穿本發明所使用，術語「樣本」大體上係指由一半導體材料或非半導體材料(例如，一晶圓或類似者)形成之一基板。例如，一半導體材料或非半導體材料可包含(但不限於)單晶矽、砷化鎵及磷化銦。一樣本可包含一或多個層。例如，此等層可包含(但不限於)一光阻、一介電材料、一導電材料及一半導電材料。此項技術中已知許多不同類型之此等層，且如本文中所使用之術語樣本意欲涵蓋其上可形成所有類型之此等層之一樣本。形成於一樣本上之一或多個層可經圖案化或未經圖案化。例如，一樣本可包含複數個晶粒，各晶粒具有可重複圖案化特徵。此等材料層之形成及處理最終可導致完整器件。許多不同類型之器件可形成於一樣本上，且如本文中所使用之術語樣本意欲涵蓋其上製造此項技術中已知之任何類型之器件之一樣本。此外，為本發明之目的，術語樣本及晶圓應被解釋為可互換。 圖1係根據本發明之一或多項實施例之一超光譜計量系統之一概念視圖。在一項實施例中，系統100包含：一照明源102，其經組態以產生具有包含多個波長之光譜內容之一照明光束104；一超光譜成像子系統106，其定位於系統100之一光瞳平面處以光譜分散光瞳平面處之照明；及一偵測器108，其捕獲與光瞳平面相關聯之光譜分散照明。據此而言，系統100可同時捕獲與用於多個離散光譜頻帶之光瞳平面相關聯之照明。 在另一實施例中，照明源102可包含(但不限於)具有包含多個離散波長之一光譜之一多色光源、一寬頻帶光源、一波長可調諧光源或一波長掃掠光源。此外，照明光束104之光譜內容可包含選定光波長，其等包含(但不限於)紫外(UV)輻射、可見輻射或紅外(IR)輻射。在另一實施例中，照明源102包含一超連續譜雷射源。 在另一實施例中，系統100包含一照明路徑110，其包含將照明光束104導引至一樣本114之一或多個照明光學元件112。照明光學元件112可包含適合於修改及/或調節照明光束104之一或多個光學元件。例如，照明路徑110可包含將照明光束104聚焦至樣本114上之一或多個位置上之一物鏡116。在另一實施例中，系統100包含適合於固定一樣本114之一置物台總成118。此外，置物台總成118可定位及/或平移樣本114以使樣本114之一或多個部分曝露於照明光束104。 在另一實施例中，系統100包含一收集路徑120，其包含收集自樣本114發出之樣本輻射122之一或多個光學元件。例如，收集路徑120可接收自樣本114反射或散射(例如，經由鏡面反射、漫反射及其類似者)之輻射。舉另一實例而言，收集路徑120可接收由樣本114產生之輻射(例如，與照明光束104之吸收相關聯之發光及其類似者)。作為一額外實例，收集路徑120可自樣本114接收輻射之一或多個繞射階 (例如，0階繞射、±1階繞射、±2階繞射及其類似者)。 系統100可包含(但不要求包含)一光束分離器124以作為照明路徑110及/或收集路徑120兩者之部分。據此而言，一單一光學元件(例如，物鏡116)可導引照明光束104沿一第一光學路徑通過光束分離器124至樣本114且導引來自樣本114之樣本輻射122沿一第二光學路徑通過光束分離器124。 在另一實施例中，系統100包含一或多個中繼光學元件126。例如，中繼光學元件126可將光瞳平面或與光瞳平面共軛之一平面中繼至超光譜成像子系統106 (例如，中繼至超光譜成像子系統106之一第一光學元件、中繼至超光譜成像子系統106之一入射光瞳或類似者)。例如，中繼光學元件126可在超光譜成像子系統106之一第一光學元件上產生一光瞳平面(例如，物鏡116之一後孔徑、一繞射平面或類似者)之一影像。因此，超光譜成像子系統106可光譜分散光瞳平面處之樣本輻射122之分佈且將輻射導引至偵測器108以同時捕獲與用於樣本輻射122之多個波長之光瞳平面相關聯之照明。在另一實施例中，系統100包含限制樣本114之視野傳播通過系統100之一視場光闌128。 在另一實施例中，系統100包含通信地耦合至偵測器108之一控制器130。例如，控制器130可經組態以接收資料，資料包含(但不限於)量測結果(目標影像、光瞳影像及其類似者)或計量度量(例如，精度、工具引起之偏移、敏感度、繞射效率、跨焦取像量測(through-focus)斜率、側壁角度、臨界尺寸及其類似者)。在另一實施例中，控制器130通信地耦合至照明源102。例如，控制器130可導引照明源102以提供一或多個選定照明波長。就一般意義而言，控制器130可與系統100內之任何元件通信地耦合。在另一實施例中，控制器130通信地耦合至照明光學元件112及/或照明源102以導引照明光束104與樣本114之間的入射角之調整。 在另一實施例中，控制器130對自偵測器108接收之資料實行資料分析。例如，控制器130可基於接收自偵測器108之資料產生計量資料(例如，疊對計量資料、散射測量資料或類似者)。 圖2係根據本發明之一或多項實施例之包含超光譜成像子系統106之一放大視圖之一超光譜計量系統之一概念視圖。在一項實施例中，超光譜成像子系統106光譜分散光瞳平面處之樣本輻射122，將光瞳平面分成多個片段且將與各片段相關聯之照明導引至偵測器108之空間分離部分。據此而言，與光瞳平面相關聯之照明可經分段及分佈為偵測器108上之一陣列圖案。在另一實施例中，超光譜成像子系統106光譜分散偵測器108上之樣本輻射122，使得陣列圖案經光譜分散。因此，與具有不同波長之光瞳平面相關聯之照明可佔據偵測器上之不同位置。 在一項實施例中，超光譜成像子系統106包含定位於系統100之一光瞳平面處之一分散元件132以光譜分散光瞳平面處之樣本輻射122之分佈。例如，分散元件132可分散光瞳平面處之樣本輻射122，使得樣本輻射122自分散元件132之出射角根據光譜內容(例如，波長)而變化。以繪示之方式，如圖2中所展示，包含入射於分散元件132上之三個不同波長之樣本輻射122可經分散為樣本輻射122之不同子光束(例如，λ1 、λ2 、λ3 )。 然而，應注意，與圖2中所繪示及上文所描述之不同波長相關聯之子光束之描繪僅為了闡釋性目的而提供且不應被解釋為具限制性。例如，樣本輻射122可包含一寬光譜範圍(例如，與照明光束104之光譜範圍相關聯或類似者)，使得由分散元件132分散之樣本輻射122可包含一單一光譜分散光束(例如，不具有不同子光束)。 分散元件132可為適合於將光譜分散引入至樣本輻射122中之此項技術中已知之任何類型之分散元件。例如，分散元件132可透過諸如(但不限於)繞射或折射之任何機制將分散引入至樣本輻射122中。此外，分散元件132可由透射及/或反射光學元件形成。 在一項實施例中，分散元件132包含藉由根據光譜內容(例如，波長)依不同角度折射樣本輻射122而光譜分散樣本輻射122之一稜鏡。在另一實施例中，分散元件132包含透過繞射來光譜分散樣本輻射122之一繞射光學元件。例如，分散元件132可包含光譜分散光瞳平面中之樣本輻射122以使得繞射角根據樣本輻射122之光譜內容而變化之一繞射光柵。一分散元件132可包含任何類型之繞射光柵，諸如(但不限於)一製造光柵(例如，一全像光柵、一刻線光柵、一炫耀光柵或類似者)或一動態生成光柵(例如，一聲光調變器、一電光調變器或類似者)。在一項實施例中，分散元件132包含由與一傳感器耦合之一固體介質組成之一聲光調變器，該傳感器經組態以產生傳播通過固體介質之超音波。可藉由傳播之超音波來修改固體介質之性質(諸如(但不限於)折射率)，使得樣本輻射122在與固體介質相互作用之後被繞射。此外，超音波可依介質中之聲速傳播通過固體介質且具有與驅動信號之頻率以及固體介質中之聲速相關之一波長。 在另一實施例中，超光譜成像子系統106包含用以中繼光瞳平面(例如，中繼定位於超光譜成像子系統106之第一光學元件處的光瞳平面之一影像、超光譜成像子系統106之入射光瞳或類似者)之超光譜中繼光學元件134。例如，如圖2中所繪示，超光譜中繼光學元件134可收集自分散元件132導引之光譜分散樣本輻射122之至少一部分以形成光瞳平面之中繼影像。據此而言，超光譜中繼光學元件134可組合樣本輻射122之光譜分散分量以形成光瞳平面之影像。因此，樣本輻射122可不在光瞳平面之中繼影像之位置處被光譜分散，而可在超光譜成像子系統106內之其他位置被光譜分散。 超光譜成像子系統106可包含與樣本114共軛之一平面(例如，一場平面)，其定位於超光譜中繼光學元件134之兩者之間以含有樣本114之一光譜分散影像。在一項實施例中，超光譜成像子系統106包含一濾光器(例如，限制樣本輻射122之光譜內容之一空間濾光器)。例如，超光譜成像子系統106可包含限制樣本輻射122之光譜範圍之一光譜視場光闌136。舉另一實例而言，超光譜成像子系統106可包含選擇性控制樣本輻射122之光譜內容之各部分之強度之一部分透射元件。例如，樣本輻射122之光譜內容之部分之強度可被正規化為一共同值以補償一繞射分散元件132之繞射效率之差異。舉另一實例而言，超光譜成像子系統106可包含一動態可控制元件(諸如(但不限於)一空間光調變器)以動態地控制傳播至偵測器108之樣本輻射122之光譜內容。 在另一實施例中，超光譜成像子系統106包含形成為一聚焦元件(例如，透鏡)陣列之一透鏡陣列138。在另一實施例中，透鏡陣列138定位於光瞳平面之中繼影像處，使得透鏡陣列138根據透鏡陣列138之聚焦元件之分佈將光瞳平面中之樣本輻射122分成多個片段。據此而言，透鏡陣列138之各聚焦元件可捕獲光瞳平面中之樣本輻射122之分佈之一特定部分。 圖3係圖2之一部分140之一放大視圖，其繪示根據本發明之一或多項實施例繪示由透鏡陣列138分段光瞳平面中之樣本輻射122。在一項實施例中，樣本輻射122在透鏡陣列138上之入射角根據光譜內容(例如，波長)而變化。此外，樣本輻射122自透鏡陣列138之出射角可根據光譜內容(例如，波長)而變化。據此而言，透鏡陣列138之各聚焦元件可收集與來自光瞳平面之一特定部分之所有波長相關聯(例如，與自樣本114之一特定散射角範圍相關聯)之照明且將所收集之照明以一光譜分散圖案導引至偵測器108。 在另一實施例中，透鏡陣列138之各聚焦元件將樣本輻射122聚焦至偵測器108上。例如，如圖3中所繪示，透鏡陣列138可聚焦樣本輻射122，使得由相鄰聚焦元件收集之樣本輻射122不會在偵測器108上重疊。 透鏡陣列138之聚焦元件之大小、形狀或分佈可控制光瞳平面之分段(例如，由各聚焦元件收集之樣本輻射122之散射角範圍)以及樣本輻射122在偵測器上之分佈。透鏡陣列138可為此項技術中已知之任何類型之透鏡陣列，諸如(但不限於)一維透鏡陣列或二維透鏡陣列。在一項實施例中，透鏡陣列138包含一維透鏡陣列。例如，一維透鏡陣列可形成為柱面透鏡之一維陣列。在另一實施例中，透鏡陣列138包含二維透鏡陣列。例如，二維透鏡陣列可包含以二維圖案 (諸如(但不限於)網格圖案、偏離網格圖案或六邊形圖案)分佈之聚焦元件。此外，可以規則圖案(例如，一晶格配置或類似者)或不規則圖案分佈聚焦元件。另外，可以週期性配置或非週期性配置(例如，隨機配置或類似者)分佈聚焦元件。 本文中應注意，由定位於系統100之一光瞳平面處之一透鏡陣列138之一特定聚焦元件收集之樣本輻射122之散射角範圍可取決於該特定聚焦元件之大小或形狀。在一項實施例中，透鏡陣列138之聚焦元件之大小跨越光瞳平面之影像之空間範圍恆定。據此而言，由各聚焦元件收集之樣本輻射122之一散射角範圍之一大小可恆定。在另一實施例中，透鏡陣列138之聚焦元件之大小可跨越光瞳平面之影像之範圍而變化。例如，聚焦元件之大小在光瞳平面之關注區域中可小於額外區域，使得所捕獲之散射角之解析度可在關注區域中增大。 透鏡陣列138可包含折射及/或繞射光學元件。例如，透鏡陣列138可包含(但不限於)球形聚焦元件(例如，其中一或多個表面包含一球之一部分之聚焦元件)、菲涅耳(Fresnel)聚焦元件或作為具有變化折射率之區域嵌入一透明材料之一體積內之繞射光學元件。 圖4係繪示根據本發明之一或多項實施例之在透鏡陣列138上形成光瞳平面402之一影像之一示意圖。在一項實施例中，透鏡陣列138包含柱面聚焦元件404之一維陣列。例如，如圖4中所繪示，一透鏡陣列138可包含具有依節距406分佈之相等寬度之相鄰柱面聚焦元件404之一陣列。據此而言，透鏡陣列138可將光瞳平面402之影像分成一系列線性片段。因此，光瞳平面402之影像之各線性片段可包含由樣本114在如沿著聚焦元件之分離方向量測之一散射角範圍內散射之樣本輻射122。此外，可不沿著垂直於第一方向之一第二方向分段光瞳平面402之影像。 圖5係繪示根據本發明之一或多項實施例之由如圖4中所描繪之透鏡陣列138形成之樣本輻射122在一偵測器108上之一例示性分佈之一示意圖。在一項實施例中，跨越偵測器108光譜分散包含三個不同波長(例如，λ1 、λ2 、λ3 )之樣本輻射122。例如，光瞳平面402之影像中之與波長λ1 相關聯之樣本輻射122可經分段及聚焦至偵測器108上以作為一陣列圖案502。據此而言，各片段502可包含與自樣本114之一特定散射角範圍相關聯之樣本輻射122。此外，光瞳平面402之影像中之與波長λ2 相關聯之樣本輻射122可經分段及聚焦至偵測器108上以作為一陣列圖案504，陣列圖案504自陣列圖案502位移(例如，偏離或類似者)。另外，光瞳平面402之影像中之與波長λ3 相關聯之樣本輻射122可經分段及聚焦至偵測器108上以作為一陣列圖案506，陣列圖案506自陣列圖案502進一步位移。據此而言，陣列圖案502、504、506可在偵測器108上交錯。在另一實施例中，如圖5中所繪示，樣本輻射122之光譜範圍以一非重疊分佈而分佈於偵測器108上。例如，陣列圖案502、504、506之各者可具有一節距508且可相對於彼此位移。此外，光譜分散樣本輻射122在偵測器108上之一空間範圍510 (例如，來自透鏡陣列138之一單一聚焦元件之所有光譜分散波長之照明之一空間範圍)可小於節距508。據此而言，來自相鄰聚焦元件之照明可不在偵測器108上重疊。 本文中應注意，圖5中所繪示之偵測器108上之不同陣列圖案之描述以及相關聯之描述僅為了闡釋性目的而提供且不應被解釋為具限制性。例如，樣本輻射122可經分佈為一單一光譜分散陣列圖案。此外，在樣本輻射122之光譜內容包含一連續波長範圍 (例如，與一寬頻帶照明源102相關聯或類似者)之情況中，光譜分散樣本輻射122之空間範圍510可包含樣本輻射122之一對應連續變化波長分佈。 應進一步注意，可藉由透鏡陣列138之聚焦元件之形狀、大小或分佈控制樣本輻射122在偵測器108上之分佈。例如，如圖5中所繪示，由柱面透鏡之一維陣列形成之一透鏡陣列138可在偵測器108上提供一線性陣列圖案(例如，陣列圖案502)。舉另一實例而言，由聚焦元件之二維陣列形成之一透鏡陣列138可在偵測器108上提供二維陣列圖案。在一些實施例中，二維透鏡陣列138可與二維分散元件132耦合，使得樣本輻射122在偵測器108上以二維形式光譜分散。 在另一實施例中，偵測器108可經放置在透鏡陣列138之一焦平面處。據此而言，與由一聚焦元件收集之樣本輻射122之一特定波長相關聯之一片段之一寬度512可與如由系統100捕獲之樣本114之一視野相關。此外，可藉由一視場光闌(例如，圖1之視場光闌128或類似者)控制寬度512。因此，寬度512可經調整以減輕樣本輻射122之光譜內容之重疊(例如，不同光譜範圍、一連續光譜分佈或類似者)。 在另一實施例中，由透鏡陣列138之各聚焦元件收集之樣本輻射122經提供至偵測器108以作為光瞳平面之對應部分之一按比例調整之影像。例如，超光譜中繼光學元件134、透鏡陣列138及/或一或多個額外光學元件(未展示)可將光瞳平面之分段及空間分散表示中繼至偵測器108。舉另一實例而言，一或多個額外中繼光學元件(未展示)可將光瞳平面自透鏡陣列138中繼至偵測器108。據此而言，偵測器108可同時捕獲光瞳平面之多個分段、按比例調整及交錯例項(例如，對應於樣本輻射122之多個光譜範圍)。 在另一實施例中，可藉由考量接收自樣本發出之一特定光譜範圍之陣列圖案之偵測器108之像素來建構表示該特定光譜範圍之光之角分佈之一光瞳影像。例如，一光瞳影像可包含一陣列圖案中之多個片段，其中各片段包含來自光瞳平面之一部分之聚焦照明。舉另一實例而言，一光瞳影像可包含一陣列圖案中之多個片段，其中各片段包含光瞳平面之一部分之一按比例調整之影像。在另一實施例中，多個光瞳影像之陣列圖案可在偵測器上交錯。據此而言，偵測器108可同時捕獲一個以上光瞳影像，其中各光瞳影像表示來自樣本之照明之一不同光譜範圍。 在另一實施例中，來自偵測器108之量測資料可經處理(例如，由控制器130或類似者處理)以合併及/或按比例調整經量測之陣列圖案之片段以形成一連續光瞳影像。 本文中應注意，分段光瞳平面中之樣本輻射122且將光譜分散樣本輻射122自各片段導引至一偵測器可提供系統100之光、實體空間及/或量測時間之一高效率使用。例如，所收集之樣本輻射122之各波長處之光學強度(例如，光譜功率)可依最小損耗提供至偵測器。舉另一實例而言，可由一單一偵測器108使用量測光瞳平面之一單一影像所需之相同偵測器面積來量測與光瞳平面相關聯之光譜解析照明。例如，(例如，由透鏡陣列138或類似者)分段光瞳平面且將樣本輻射122自各片段聚焦至偵測器108上可減少樣本輻射122之各波長所需之偵測器面積且可在偵測器108上提供空間以同時捕獲與用於多個波長之光瞳平面相關聯之照明。此外，同時量測與光瞳平面相關聯之光譜解析照明可促進快速量測時間(例如，相對於依序捕獲用於不同照明波長之光瞳平面之影像或類似者)。 再次參考圖1，照明源102可包含適合於產生具有多個光譜分量之一照明光束104之此項技術中已知之任何照明源。例如，照明源102可包含用於同時捕獲與用於一寬波長光譜之光瞳平面相關聯之照明之一寬光譜範圍。舉另一實例而言，照明源102可包含用於同時捕獲與用於選定照明光譜頻帶之光瞳平面相關聯之照明之多個窄光譜頻帶範圍。 照明源102可(但不限於)由一白色光源(例如，具有包含可見波長之一光譜之一寬頻帶光源)、一雷射源、一弧光燈、一無電極燈或一雷射保續電漿(LSP)源形成。例如，照明源102可包含一超連續譜光源。作為另一實例，照明源102可包含一超連續譜雷射源(例如，一白光雷射源)。此外，可經由自由空間傳播或引導光(例如，一光纖、一光導管或類似者)遞送照明光束104。在另一實施例中，照明源102係一可調諧照明源。據此而言，照明光束104之輻射波長可經調整為任何選定輻射波長 (例如，UV輻射、可見輻射、紅外輻射或類似者)。另外，照明光束104可展現任何程度之空間及/或時間相干。例如，組態為一雷射源之一照明源102可產生一空間及時間相干照明光束104。舉另一實例而言，組態為一燈源之一照明源102可產生一空間及/或時間不相干照明光束104。 照明源102可經由照明路徑110依任何角度將照明光束104導引至樣本。例如，照明光學元件112可包含(但不限於)一或多個透鏡、一或多個偏光器、一或多個濾光器、一或多個光束分離器、一或多個擴散器、一或多個均勻器、一或多個變跡器或一或多個光束成形器。在一項實施例中，照明源102依法向於樣本114之一表面之入射角將照明光束104導引至樣本114。在另一實施例中，照明源102依一角度(例如，一掠射角、一45度角及其類似者)將照明光束104導引至樣本114。在另一實施例中，照明光束104在樣本114上之入射角係可調整的。例如，照明光束104通過光束分離器124及物鏡116之路徑可經調整以控制照明光束104在樣本114上之入射角。據此而言，照明光束104可具有通過光束分離器124及物鏡116之一標稱路徑，使得照明光束104在樣本114上具有一法向入射角。此外，可藉由修改照明光束104在光束分離器124上之位置及/或角度(例如，藉由可旋轉鏡、一空間光調變器、一自由形式照明源或類似者)來控制照明光束104在樣本114上之入射角。 置物台總成118可包含此項技術中已知之任何樣本置物台架構。例如，置物台總成118可包含(但不限於)一線性置物台。舉另一實例而言，置物台總成118可包含(但不限於)一旋轉置物台。此外，樣本114可包含一晶圓，諸如(但不限於)一半導體晶圓。 此外，本文中應注意，偵測器108可包含適合於量測接收自樣本114之照明之此項技術中已知之任何光學偵測器。例如，一偵測器108可包含(但不限於)一CCD偵測器、一TDI偵測器、一光電倍增管(PMT)、一雪崩光電二極體(APD)或類似者。在另一實施例中，一偵測器108可包含適合於識別自樣本114發出之輻射波長之一光譜偵測器。此外，收集路徑120可包含多個光學元件以導引及/或修改由物鏡116收集之照明，物鏡116包含(但不限於)一或多個透鏡、一或多個濾光器、一或多個偏光器、一或多個光束塊或一或多個光束分離器。 在另一實施例中，控制器130包含一或多個處理器142。在另一實施例中，一或多個處理器142經組態以執行維持在一記憶體144或記憶體媒體中之一組程式指令。此外，控制器130可包含一或多個模組，其等含有儲存在記憶體144中之可由一或多個處理器142執行之一或多個程式指令。一控制器130之一或多個處理器142可包含此項技術中已知之任何處理元件。就此意義而言，一或多個處理器142可包含經組態以執行演算法及/或指令之任何微處理器類型器件。如貫穿本發明所描述，在一項實施例中，一或多個處理器142可由一桌上型電腦、大型電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或經組態以執行經組態以操作系統100之一程式之任何其他電腦系統(例如，網路電腦)組成。應進一步認識到，術語「處理器」可經廣泛地定義以涵蓋具有一或多個處理元件(其等執行來自一非暫時性記憶體144之程式指令)之任何器件。 本文中應認識到，可由控制器130實施貫穿本發明所描述之步驟。此外，控制器130可由一單一組件或多個組件形成。本文中應進一步注意，控制器130之多個組件可容置於一共同外殼中或多個外殼內。依此方式，任何控制器或控制器之組合可經分開封裝為適合於整合成一完整系統100之一模組。 記憶體144可包含適合於儲存可由相關聯之一或多個處理器142執行之程式指令之此項技術中已知之任何儲存媒體。例如，記憶體144可包含一非暫時性記憶體媒體。作為一額外實例，記憶體144可包含(但不限於)一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁性或光學記憶體器件(例如，光碟)、一磁帶、一固態硬碟及其類似者。應進一步注意，記憶體144可容置於具有一或多個處理器142之一共同控制器外殼中。在一項實施例中，記憶體144可相對於一或多個處理器142及控制器130之實體位置在遠端定位。例如，控制器130之一或多個處理器142可存取可透過一網路(例如，網際網路、內部網路及其類似者)存取之一遠端記憶體(例如，伺服器)。因此，上述描述不應被解釋為對本發明之一限制而僅解釋為一繪示。 再次參考圖2，在一項實施例中，分散元件132係可動態地組態的。據此而言，可組態及/或可選擇分散元件132之操作(例如，分散值、一特定光波長之出射角或類似者)。例如，具有不同分散值之一系列繞射光學元件(例如，具有不同線性分散值之一系列繞射光柵或類似者)可安裝至一可平移總成(未展示)，使得可動態地修改超光譜成像子系統106之分散值。可平移總成可為適合於組態超光譜成像子系統106之分散元件132之此項技術中已知之任何類型之可平移總成。例如，可平移總成可包含(但不限於)一旋轉總成或一線性平移器。此外，可平移總成可包含一可手動平移總成、一可電動平移總成或類似者。 在另一實施例中，可動態地修改一動態生成之分散元件132 (例如，一聲光調變器、一電光調變器或類似者)之分散。例如，可動態地調整一傳感器之一調變頻率以修改來自分散元件132之光譜分散樣本輻射122之路徑。 圖6係繪示根據本發明之一或多項實施例之在用於超光譜成像計量之一方法600中實行之步驟之一流程圖。申請人注意到，先前在本文中之系統100之內容脈絡中所描述之實施例及實現技術應被解釋為延伸至方法600。然而，應進一步注意，方法600不受限於系統100之架構。 在一項實施例中，方法600包含由一組收集光學器件自一樣本收集照明之步驟602。例如，一或多個收集光學器件可依大量散射角自一樣本收集照明(例如，樣本輻射122) (例如，來自由樣本散射、反射及/或繞射之一照明源之照明)。此外，由一樣本收集之照明之角分佈可表示為照明之一空間分佈(例如，在一光瞳平面、一後焦平面、一繞射平面或類似者中)。 在另一實施例中，方法600包含由一分散元件光譜分散所收集之照明之步驟604。例如，一分散元件可定位於一光瞳平面處。因此，分散元件可根據所收集之照明之光譜內容來光譜分散光瞳平面。 在另一實施例中，方法600包含在聚焦元件之一透鏡陣列上產生光瞳平面之一影像之步驟606。例如，光譜分散之所收集之照明可經組合以在透鏡陣列上形成光瞳平面之影像。 在另一實施例中，方法600包含使所收集之照明以一陣列圖案分佈之步驟608。例如，透鏡陣列可根據聚焦元件之分佈將光瞳平面(例如，光瞳平面在透鏡陣列上之影像)分成多個片段。因此，透鏡陣列之各聚焦元件可收集及分佈光瞳平面之一部分，使得所收集之照明(例如，在一偵測器、另一光學元件或類似者上)形成一陣列圖案。在另一實施例中，陣列圖案經光譜分散。例如，各光譜部分(例如，樣本輻射122之波長)可與一陣列圖案相關聯且對應於多個光譜部分之陣列圖案可經空間位移。據此而言，一偵測器可同時捕獲與用於大量波長之光瞳平面相關聯之照明，該大量波長與樣本輻射122相關聯。在另一實施例中，陣列圖案(例如，用於一給定光譜部分之陣列圖案)之各元素可包含光瞳平面之一部分之一按比例調整之影像。此外，可同時捕獲與光瞳平面相關聯之多個照明影像(例如，一光瞳平面或類似者)。 本文中所描述之標的物有時繪示含於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應瞭解，所描繪之此等架構僅具例示性，且事實上可實施達成相同功能性之許多其他架構。就一概念意義而言，達成相同功能性之組件之任何配置經有效地「相關聯」，使得達成所要功能性。因此，不管架構或中間組件如何，本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件可被視為彼此「相關聯」，使得達成所要功能性。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所要功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可耦合」以達成所要功能性。可耦合之具體實例包含(但不限於)可實體相互作用及/或實體相互作用之組件及/或可無線相互作用及/或無線相互作用之組件及/或可邏輯相互作用及/或邏輯相互作用之組件。 據信，將由前述描述理解本發明及其之許多伴隨優點，且將明白，可在不背離所揭示之標的物或不犧牲所揭示之標的物之所有材料優點之情況下實行組件之形式、建構及配置之各種改變。所描述之形式僅具解釋性，且以下發明申請專利範圍意欲涵蓋及包含此等改變。此外，應瞭解，本發明由隨附發明申請專利範圍定義。
100‧‧‧系統 102‧‧‧照明源 104‧‧‧照明光束 106‧‧‧超光譜成像子系統 108‧‧‧偵測器 110‧‧‧照明路徑 112‧‧‧照明光學元件 114‧‧‧樣本 116‧‧‧物鏡 118‧‧‧置物台總成 120‧‧‧收集路徑 122‧‧‧樣本輻射 124‧‧‧光束分離器 126‧‧‧中繼光學元件 128‧‧‧視場光闌 130‧‧‧控制器 132‧‧‧分散元件 134‧‧‧超光譜中繼光學元件 136‧‧‧光譜視場光闌 138‧‧‧透鏡陣列 140‧‧‧部分 142‧‧‧處理器 144‧‧‧記憶體 402‧‧‧光瞳平面 404‧‧‧柱面聚焦元件 406‧‧‧節距 502‧‧‧陣列圖案/片段 504‧‧‧陣列圖案 506‧‧‧陣列圖案 508‧‧‧節距 510‧‧‧空間範圍 512‧‧‧寬度 600‧‧‧方法 602‧‧‧步驟 604‧‧‧步驟 606‧‧‧步驟 608‧‧‧步驟 λ1‧‧‧子光束/波長 λ2‧‧‧子光束/波長 λ3‧‧‧子光束/波長
熟習此項技術者可藉由參考附圖更佳理解本發明之數種優點，其中： 圖1係根據本發明之一或多項實施例之一超光譜計量系統之一概念視圖。 圖2係根據本發明之一或多項實施例之包含超光譜成像子系統之一放大視圖之一超光譜計量系統之一概念視圖。 圖3係圖2之一部分之一放大視圖，其繪示根據本發明之一或多項實施例繪示由透鏡陣列分段光瞳平面中之樣本輻射。 圖4係繪示根據本發明之一或多項實施例之在一透鏡陣列上形成光瞳平面之一影像之一示意圖。 圖5係繪示根據本發明之一或多項實施例之由圖4中所繪示之透鏡陣列進行之樣本輻射在一偵測器上之一例示性分佈之一示意圖。 圖6係根據本發明之一或多項實施例之繪示在用於超光譜成像計量之一方法中實行之步驟之一流程圖。
100‧‧‧系統
102‧‧‧照明源
104‧‧‧照明光束
106‧‧‧超光譜成像子系統
108‧‧‧偵測器
110‧‧‧照明路徑
112‧‧‧照明光學元件
114‧‧‧樣本
116‧‧‧物鏡
118‧‧‧置物台總成
120‧‧‧收集路徑
122‧‧‧樣本輻射
124‧‧‧光束分離器
126‧‧‧中繼光學元件
128‧‧‧視場光闌
130‧‧‧控制器
142‧‧‧處理器
144‧‧‧記憶體

Claims (33)

  1. 一種計量系統，其包括： 一照明源，其經組態以產生一照明光束； 一或多個照明光學器件，其等經組態以將該照明光束導引至一樣本； 一或多個收集光學器件，其等經組態以收集自該樣本發出之照明； 一偵測器；及 一超光譜成像子系統，其包括： 一分散元件，其定位於該組收集光學器件之一光瞳平面處，該分散元件經組態以光譜分散該所收集之照明； 一透鏡陣列，其包含一聚焦元件陣列；及 一或多個成像光學器件，其中該一或多個成像光學器件組合該光譜分散之所收集之照明以在該透鏡陣列上形成該光瞳平面之一影像，其中該透鏡陣列之該等聚焦元件使該所收集之照明以一陣列圖案分佈於該偵測器上。
  2. 如請求項1之計量系統，其中該偵測器上之該陣列圖案經光譜分散。
  3. 如請求項2之計量系統，其中與該所收集之照明之一第一波長相關聯之該陣列圖案之一第一部分相對於與該所收集之照明之一第二波長相關聯之該陣列圖案之一第二部分而空間位移。
  4. 如請求項3之計量系統，其中該陣列圖案之該第一部分及該陣列圖案之該第二部分以一非重疊分佈而空間分佈於該偵測器上。
  5. 如請求項1之計量系統，其中該超光譜成像子系統進一步包括： 一濾光器，其定位於與該樣本共軛之一平面處，其中與該樣本共軛之該平面與該樣本之一光譜分散影像相關聯，其中該濾光器使該所收集之照明之一選定部分通過。
  6. 如請求項5之計量系統，其中該濾光器包含限制該所收集之照明之空間範圍之一空間濾光器。
  7. 如請求項5之計量系統，其中該濾光器包含一空間光調變器。
  8. 如請求項1之計量系統，其中該透鏡陣列包含一一維透鏡陣列。
  9. 如請求項8之計量系統，其中該透鏡陣列包含一柱面透鏡陣列。
  10. 如請求項1之計量系統，其中該透鏡陣列包含一二維透鏡陣列。
  11. 如請求項1之計量系統，其中該分散元件包括： 一繞射光柵。
  12. 如請求項11之計量系統，其中該繞射光柵包括： 一炫耀繞射光柵、一刻線繞射光柵或一全像繞射光柵之至少一者。
  13. 如請求項1之計量系統，其中該分散元件包括： 一聲光調變器。
  14. 如請求項1之計量系統，其中該照明源包括： 一超連續譜雷射源。
  15. 一種超光譜成像裝置，其包括： 一分散元件，其經組態以定位於一組收集光學器件之一光瞳平面處，其中該組收集光學器件經組態以收集自一樣本發出之照明，其中該分散元件經組態以光譜分散該所收集之照明； 一透鏡陣列，其包含一聚焦元件陣列；及 一或多個成像光學器件，其中該一或多個成像光學器件組合該組空間分散波長以使該光瞳平面成像於該透鏡陣列上，其中該透鏡陣列之該等聚焦元件經組態以使該所收集之照明以一陣列圖案分佈。
  16. 如請求項15之超光譜成像裝置，其中該陣列圖案經光譜分散。
  17. 如請求項16之超光譜成像裝置，其中與該所收集之照明之一第一波長相關聯之該陣列圖案之一第一部分相對於與該所收集之照明之一第二波長相關聯之該陣列圖案之一第二部分而空間位移。
  18. 如請求項17之超光譜成像裝置，其中該陣列圖案之該第一部分及該陣列圖案之該第二部分以一非重疊分佈進行空間分佈。
  19. 如請求項15之超光譜成像裝置，其中該超光譜成像子系統進一步包括： 一濾光器，其定位於與該樣本共軛之一平面處，其中與該樣本共軛之該平面與該樣本之一光譜分散影像相關聯，其中該濾光器使該所收集之照明之一選定部分通過。
  20. 如請求項19之超光譜成像裝置，其中該濾光器包含限制該所收集之照明之範圍之一空間濾光器。
  21. 如請求項19之超光譜成像裝置，其中該濾光器包含一空間光調變器。
  22. 如請求項15之超光譜成像裝置，其中該透鏡陣列包含一一維透鏡陣列。
  23. 如請求項22之超光譜成像裝置，其中該透鏡陣列包含一柱面透鏡陣列。
  24. 如請求項15之超光譜成像裝置，其中該透鏡陣列包含一二維透鏡陣列。
  25. 如請求項15之超光譜成像裝置，其中該分散元件包括： 一繞射光柵。
  26. 如請求項25之超光譜成像裝置，其中該繞射光柵包括： 一炫耀繞射光柵、一刻線繞射光柵或一全像繞射光柵之至少一者。
  27. 如請求項15之超光譜成像裝置，其中該分散元件包括： 一聲光調變器。
  28. 一種計量系統，其包括： 一照明源，其經組態以產生一照明光束； 一或多個照明光學器件，其等經組態以將該照明光束導引至一樣本； 一或多個收集光學器件，其等經組態以收集自該樣本發出之照明； 一超光譜成像子系統，其產生一組光瞳影像，其中該組光瞳影像之個別光瞳影像表示來自具有一特定光譜波長範圍之該一或多個收集光學器件之該所收集之照明之一角分佈；及 一偵測器，其經組態以捕獲該組光瞳影像。
  29. 如請求項28之計量系統，其中該組光瞳影像之一第一光瞳影像包含一影像片段陣列，其中該組光瞳影像之一第二光瞳影像包含一第二影像片段陣列，其中該第一影像片段陣列至少與該第二影像片段陣列在該偵測器上交錯。
  30. 如請求項28之計量系統，其中該等個別光瞳影像之該等特定光譜波長範圍係非重疊的。
  31. 一種方法，其包括： 由一組收集光學器件自一樣本收集照明； 由一分散元件光譜分散該所收集之照明，其中該分散元件定位於該組收集光學器件之一光瞳平面處； 在包含一聚焦元件陣列之一透鏡陣列上產生該光瞳平面之一影像，其中該組光譜分散之所收集之照明經組合以形成該光瞳平面之該影像；及 使該所收集之照明以一陣列圖案分佈。
  32. 如請求項31之方法，其中使該所收集之照明以一陣列圖案分佈包括： 使該所收集之照明以一光譜分散陣列圖案分佈。
  33. 如請求項31之方法，其進一步包括： 在與該樣本共軛之一平面處過濾該所收集之照明以使該所收集之照明之一選定部分通過。
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