TW201825864A - 用於圖案化半導體特徵之特徵化的掃描白光干涉測量系統 - Google Patents

用於圖案化半導體特徵之特徵化的掃描白光干涉測量系統 Download PDF

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Abstract

一種白光干涉測量計量裝置在影像平面及物鏡光瞳平面中操作。該干涉測量計量裝置自干涉測量資料提取具有複合參數且係方位角、入射角及波長之函數的電場，該干涉測量資料係獲自該光瞳平面。使用基於對一零繞射階特有之該方位角、該入射角及該波長之一電場模型之該電場來判定樣本之特性。該光瞳平面中之光瞳之一中心可係基於每一新量測處之該干涉測量資料之一傅立葉變換來判定，且用於將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之相機的每一像素轉換成入射於該樣本上之光的一組獨特入射角與方位角。

Description

用於圖案化半導體特徵之特徵化的掃描白光干涉測量系統
本發明係關於光學計量且特定而言係關於干涉測量計量。
半導體及其他類似工業通常使用光學計量設備以在處理期間提供對基板之非接觸評估。一種類型之光學計量係掃描白光干涉測量。 一掃描白光干涉測量計使用經分裂以產生一探測光束及一參考光束之寬頻光，該探測光束與該參考光束在被組合時產生一干涉圖案。一掃描白光干涉測量計習用地使用經組合光束之間的各種路徑差異來產生一樣本之複數個影像。在偵測器之每一像素(其對應於樣本表面上之點)處對關於路徑差異之所得干涉條紋之分析提供了一樣本之表面高度輪廓之三維資訊。因此，由聚焦至一半導體晶圓上之一給定位點上之一給定光點大小之一掃描白光干涉測量系統收集之資料含有闡述薄膜之局部堆疊及其圖案之資訊。此量測所需之光點大小可理論上受繞射限制。
一種白光干涉測量計量裝置在影像平面及物鏡光瞳平面中進行操作。該干涉測量計量裝置自干涉測量資料提取具有複合參數且係方位角、入射角及波長之函數之電場，該干涉測量資料係自該光瞳平面獲得。使用基於對一零繞射階特有的該方位角、該入射角及該波長之一電場模型之該電場來判定樣本之特性。該光瞳平面中之該光瞳之一中心可基於每一新的量測處之該干涉測量資料之一傅立葉(Fourier)變換而判定且用於將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之相機之每一像素轉換成入射於該樣本上之光之一組獨特入射角與方位角。 在一項態樣中，一種利用一白光干涉測量計來特徵化一樣本之方法包含：利用該白光干涉測量計自該樣本獲得干涉測量資料，該干涉測量資料包括關於來自一相機之每一像素之一光學路徑差異之強度，該相機在量測該樣本時對該白光干涉測量計之一物鏡光瞳平面進行成像；自該干涉測量資料提取具有複合參數之一電場，該電場係方位角、入射角及波長之函數；及使用基於對一零繞射階特有的該方位角、該入射角及該波長之一電場模型之該電場來判定該樣本之一或多個特性。 在一項態樣中，一種能夠特徵化一樣本之白光干涉測量計包含：一寬頻光源，其產生寬頻光之一照射光束；一分束器，其將該照射光束朝向該樣本引導且將該照射光束引導穿過一物鏡光瞳平面處之一孔徑光闌，其中該照射光束由該樣本反射以形成一經反射光束，該分束器將該經反射光束朝向一相機引導；一干涉測量物鏡，其接收該照射光束且將該照射光束聚焦於該樣本上，該干涉測量物鏡包括用以形成一參考光束之一參考鏡，其中該經反射光束與該參考光束組合以基於該經反射光束與該參考光束之間的一光學路徑差異而在該經反射光束中產生干涉；該相機，其具有複數個像素，在該光學路徑差異變化之同時，該相機擷取該物鏡光瞳平面之影像以產生該樣本之干涉測量資料，該干涉測量資料包括關於每一像素處之該光學路徑差異之強度；及至少一個處理器，其經耦合以接收該樣本之該干涉測量資料，該至少一個處理器自該干涉測量資料提取具有複合參數之一電場，該電場係方位角、入射角及波長之函數，且使用基於對一零繞射階特有的該方位角、該入射角及該波長之一電場模型之該電場來判定該樣本之一或多個特性。 在一項態樣中，一種處理來自具有一圖案化結構之一樣本之白光干涉測量資料之方法包含：利用一白光干涉測量計自具有該圖案化結構之該樣本獲得干涉測量資料，該白光干涉測量計包括一物鏡光瞳平面中之一光瞳且來自該樣本之該干涉測量資料係由對該物鏡光瞳平面進行成像而獲得，該干涉測量資料包括關於來自一相機之每一像素之光學路徑差異之強度，該相機在量測具有該圖案化結構之該樣本時對該物鏡光瞳平面進行成像；在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換；及使用每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換及該白光干涉測量計之一光源之一光譜來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之一中心。 在一項態樣中，一種用於量測具有一圖案化結構之一樣本之白光干涉測量計包含：一寬頻光源，其產生寬頻光之一照射光束；一分束器，其將該照射光束朝向具有該圖案化結構之該樣本引導且將該照射光束引導穿過一物鏡光瞳平面中之一光瞳，其中該照射光束由該樣本反射以形成一經反射光束，該分束器將該經反射光束朝向一相機引導；一干涉測量物鏡，其接收該照射光束且將該照射光束聚焦於該樣本上，該干涉測量物鏡包括用以形成一參考光束之一參考鏡，其中該經反射光束與該參考光束組合以基於該經反射光束與該參考光束之間的一光學路徑差異而在該經反射光束中產生干涉；該相機，其具有複數個像素，在該光學路徑差異變化之同時，該相機擷取該物鏡光瞳平面之影像以產生該樣本之干涉測量資料，該干涉測量資料包括關於每一像素處之該光學路徑差異之強度；及至少一個處理器，其經耦合以接收具有該圖案化結構之該樣本之該干涉測量資料，該至少一個處理器在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換，且使用每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換以及該寬頻光源之一光譜來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之一中心。
相關申請案交叉參考 本申請案根據35 USC 119主張2016年12月1日提出申請之標題為「A SCANNING WHITE-LIGHT INTERFEROMETRY SYSTEM FOR CHARACTERIZATION OF PATTERNED SEMICONDUCTOR FEATURES」之美國臨時申請案第62/429,022號之優先權，該美國臨時申請案係以其全文引用之方式併入本文中。 一掃描白光干涉測量計硬體系統及一分析方法使用並非受繞射限制且可小於10 µm之一光點大小來提取結構資訊。此掃描白光干涉測量計依賴於物鏡光瞳平面而非影像平面中之操作。可同時量測由光源之光譜界定之一連續波長範圍及由光學系統之數值孔徑(NA)界定之入射角之資料。分析可有利地使用掃描白光干涉測量計硬體之一電場模型及一系統級模型之一構造，該構造將基於硬體之校準併入至將被擬合至原始資料之模型中。 圖1及圖2圖解說明一光學計量裝置100之一示意圖，該光學計量裝置係一掃描白光干涉測量計，其能夠在物鏡光瞳平面及影像平面中操作以量測一樣本110之一或多個實體特性。圖1圖解說明在以點劃線104圖解說明之光瞳平面中操作之光學計量裝置100，而圖2圖解說明在與樣本110之表面對準之以一雙點劃線106圖解說明之影像平面中操作之光學計量裝置。如所圖解說明，計量裝置100包含安裝於一載台122上之卡盤120。載台122能夠在笛卡爾(Cartesian) (亦即，X及Y)座標或極(亦即，R及θ)座標或者此兩者之某一組合中進行水平運動。載台亦可能夠沿著Z座標進行垂直運動。 光學計量裝置100經組態以用於對藉由反射來自樣本110之表面之光而形成之離焦(through-focus)白光干涉信號進行光瞳平面及影像平面偵測。白光干涉測量計100包含一寬頻光源130、一照射透鏡132及一分束器136。若期望，則可在分束器136之前或之後添加面向與分束器136相反之方向之一第二分束器作為用以抵消由分束器136導致之任何橫向移位或將光之一部分提供至另一感測器(例如，以監測來自光源130之光位準)之一機構。光源130產生沿著光軸102之一照射光束。一漫射器112可在照射透鏡132之前定位於光軸102上。照射光束通過一孔徑光闌108後續接著一可選擇視場光闌114。孔徑光闌108由透鏡132聚焦於物鏡光瞳平面104上且由分束器136朝向一干涉測量物鏡140引導(例如，透射)。一偏光器138可定位於分束器136與干涉測量物鏡140之間。偏光器138可為(例如)一線性偏光器，但在某些實施例中可為一圓形偏光器。將偏光器138圖解說明為定位於光瞳平面104之前，但偏光器138可定位於光瞳平面104之後。若光瞳平面104係在干涉測量物鏡140之實體主體內，則可將偏光器138放置於光瞳平面104之前或併入至物鏡140之主體中。然而，將偏光器138併入至物鏡140之主體中需要定製製造且使偏光器138相對於物鏡140之主體之旋轉變得比偏光器138與物鏡140分離之情況困難。若期望，則由透鏡132形成之孔徑光闌108之影像可在物鏡140之主體外部且可使用一額外透鏡來將孔徑光闌108之影像聚焦至光瞳平面104上，並且可將偏光器138放置於孔徑光闌108之影像下方。 光源130可為一單個寬頻光源或者具有經組合以產生寬頻照射光束之不同波長範圍之多個光源。光源130較佳地係非同調的且線性偏光的，並且可包含用以藉由使用濾光器、光譜儀或其他構件而選擇一較窄頻帶陣列之一能力。光源130可在恆定強度下操作，其中光位準由機械/光學構件外部控制(例如，可選擇中性密度)或由電構件外部控制(例如，相機曝光時間)。藉由實例而非限制方式，光源130可為一白熾燈，例如W、SiC等；弧光燈，例如Xe、D2等；發光二極體；可由微波、雷射或射頻感應激發之電漿燈，其由固體物種之氣體組成，包含但不限於Xe、Ar、Ne、Hg、Fe、Mn等及其任何組合。光源130之發射光譜可處於200 nm至2 µm之範圍內，且可(例如)處於350 nm至900 nm之範圍內。藉由實例方式，圖3圖解說明可用作如由相機160收集之光源130之一Xe弧光燈之一所量測光譜。如所圖解說明，Xe弧光燈源具有藉由光學元件、相機及光源之光譜性質之一迴旋而判定之400 nm至900 nm之一有用操作範圍。 由光源130發射之光可被遞送至成像光學器件(例如，藉由一適當選擇之光纖、液體光導或與適當介面光學器件直接耦合)。當光學計量裝置100將孔徑光闌108成像至物鏡光瞳平面104上時，在孔徑光闌108入口處之輸入光束之強度及相位理想地係均勻的。光學計量裝置100經組態以用於光瞳平面偵測，其中將藉由量測光瞳平面之一影像中之出射光之分佈而作為波長、入射角及方位角之函數來量測一樣本之反射率。因此，若源分佈係均勻的，則光瞳平面影像將比源分佈係不均勻之情況更接近於所要反射率函數。為達成光瞳平面104處之一均勻光量值及相位，可將漫射器112定位於孔徑光闌108之前。漫射器112可為一圓盤漫射器(例如，具有3 mm之一厚度)或者10 mm至40 mm長的一熔融石英光管(具有7 mm正方形或圓形剖面、具有以150粒度與600粒度之間的粒度研磨之輸出表面)。漫射器112之端緊接在孔徑光闌108之前且(若期望)與該孔徑光闌接觸而定位，並且因此由透鏡132成像至光瞳平面104上。然而，在實踐中，自光源130或其遞送光學器件(例如，透鏡132及分束器136)得到之某一結構係可能的且可在分析期間校正照射之量值及相位之變化。藉由使輸入光束之量值及相位之變化最小化，減小對校準及維持該校準之需要。藉由實例方式，針對具有1024個偵測位準之一12位元信號，光源130均勻度優於0.1％係合意的。 成像光學器件將孔徑光闌108成像至最終干涉測量物鏡140之入口光瞳上，其中一可選擇視場光闌114適當地插置於該孔徑光闌與該最終干涉測量物鏡之間。改變視場光闌114將改變樣本110上之量測光點之大小。藉由實例方式，光點大小之所要目標範圍係3 µm至50 µm。可存在視場光闌114之至少兩個可選擇大小，例如，一個可選擇大小用以產生在3 µm至10 µm之範圍內之一光點大小且另一可選擇大小用以產生在15 µm至30 µm之範圍內之一光點大小。 干涉測量物鏡140經組態以將入射光分裂成自樣本反射之一探測光束以及自一參考表面反射並與自樣本反射之光重新組合之一參考光束。藉由實例方式，將干涉測量物鏡140圖解說明為一米洛物鏡，其包含一透鏡142、一分束器144及一參考鏡146。參考鏡146與分束器144之間隔可(例如)小於50 µm。圖4A圖解說明米洛物鏡140上方之XY平面之幾何形狀，其中將方位角指定為θ且圖4B圖解說明米洛物鏡140之XZ平面之幾何形狀，其中將入射角(AOI)指定為ϕ。然而，若期望，則干涉測量物鏡140可為另一類型之物鏡，諸如一邁克生(Michelson)物鏡或者使用一林尼克(Linnik)幾何形狀之多個物鏡。因此，圖1中所圖解說明之干涉測量物鏡140可為提供必需之波前分裂及重新組合以允許干涉發生之任何單個或多個透鏡配置。 對干涉測量物鏡140之選擇取決於光學計量裝置100之干涉機構。干涉測量物鏡140亦係成像光學器件中之一中心組件。所選擇干涉測量物鏡140設定系統之數值孔徑且因此判定可被量測之最大(及在一米洛物鏡之情形中，最小)入射角。物鏡之放大率在設定可被解析之視域及最小特徵大小中起一核心作用。針對介於3 µm至50 µm之間的光點大小範圍，放大率可為大於50倍(例如，100倍)，且數值孔徑將為大於0.7(例如，0.8)。 若期望，則光學計量裝置100可利用水、油、乙醇或另一液體以一浸沒模式操作以增加物鏡之數值孔徑。此操作模式亦可用於透過折射率匹配(index matching)而消除不合意表面特徵(亦即，一所關注特徵之頂部上之一厚二氧化矽層)或者自一個二氧化矽光柵去除散射測量信號。 在利用一干涉測量物鏡(諸如一米洛物鏡或一邁克生物鏡)之情況下，系統可藉由由致動器118相對於樣本110僅移動物鏡或移動整個光學總成101而改變路徑差異，該致動器可為能夠在Z方向上進行細微運動之一壓電掃描器。藉助使用林尼克幾何形狀，僅參考物鏡、僅參考鏡或整個光學總成將相對於樣本110移動。自一光學觀點來看，是樣本還是整個成像系統相對於彼此進行移動不存在差異；然而，存在實際影響，亦即，光學系統之質量可限制對載台之選擇，此繼而可限制最小載台準確度。不管掃描方法如何，應存在一種將干涉條紋圖案之位置帶至樣本110上之焦點之方法。掃描系統應沿著一單個軸(例如，Z軸)移動，且必須能夠在圍繞最佳焦點之-50 µm至+50 µm之一範圍內操作(就圍繞焦平面之移動來表達)。在某些情形(例如，在一林尼克組態系統中移動參考鏡)中，實際移動可為不同的但應理解，此運動範圍係焦平面中所量測之等效位移。 圖1及圖2圖解說明一致動器118，該致動器附接至光學總成101、用於沿著Z座標調整光學總成101及因此干涉測量物鏡140之垂直位置以使入射於樣本110上之一探測光束145與入射於參考鏡146上之一參考光束147之間的路徑差異變化。然而，應理解，在利用其他干涉測量物鏡(諸如一邁克生物鏡或者使用一林尼克幾何形狀之一干涉測量物鏡)之情況下，可藉由在與垂直方向垂直之一方向上移動一參考鏡而使路徑差異變化。然而，為簡單起見，由於在圖1中藉由調整干涉測量物鏡140相對於樣本之垂直位置而使探測光束145與參考光束147之間的路徑差異變化，因此使可用於光學計量裝置100中之任何類型之干涉測量物鏡中之路徑差異變化將有時在本文中稱為使高度變化、使z位置變化或使光學路徑差異變化。 照射透鏡132將孔徑光闌108之一影像聚焦至干涉測量物鏡140之後焦平面上。因此，光學計量裝置100利用科勒(Kohler)照射來操作。在利用科勒照射之情況下，孔徑光闌108中之每一點產生入射於樣本110上之一平行光束。一平行光束之入射角僅取決於自孔徑光闌108中的該光束所源自之點至光軸102之距離。理想地，照射透鏡132、干涉測量物鏡140及孔徑光闌108共用同一光軸102且光源130係空間非同調的，使得來自孔徑光闌108中之不同點之光不進行干涉。在實踐中，照射透鏡132、干涉測量物鏡140及孔徑光闌108與光軸102之對準將為不理想的，然而，在仔細對準之情況下，光學系統仍可產生來自孔徑光闌108中之不同點之可接受最小光干涉(儘管存在非理想對準)。 照射光束自樣本110反射且所得反射光束往回通過干涉測量物鏡140、偏光器138、孔徑光闌108並由分束器136朝向相機160引導(例如，反射)。應理解，若期望，則分束器136可反射來自光源130之照射光且透射自樣本110反射之光。所反射光束可由一鏡150反射且由一透鏡152成像至一相機160上。一輸出偏光器158定位於透鏡152與相機160之間。另外，介於透鏡152與一偏光器158之間的一輔助透鏡154可移動至光束路徑中或自該光束路徑移出，如由箭頭156所圖解說明。 可為一勃氏(Bertrand)透鏡之輔助透鏡154可移動至光軸102中以將物鏡光瞳平面104成像至相機160上，如由圖1中之光瞳平面影像104a所圖解說明。因此，光學計量裝置100能夠進行物鏡光瞳平面偵測。在光瞳平面偵測中，影像中之每一點由僅自一單個方向入射於樣本110上之光產生。來自樣本110之所有經照射部分之光貢獻於光瞳平面影像中之每個點處之信號。若樣本係未圖案化的(例如，具有或不具有均勻膜之一單個平坦表面)，則缺乏空間分辨係適當的。當樣本110係圖案化(如圖1中所圖解說明)時，期望控制經照射區(稱為「探測區域」)之大小及形狀。舉例而言，可期望限制探測區域，使得探測區域含有若干個重複之標稱相同之結構。視場光闌(「f光闌」) 114被成像至樣本上且因此可用於控制探測區域之大小及形狀。探測區域之大小取決於f光闌114之大小及光學系統之放大率。藉由實例方式，一400 µm直徑圓形f光闌可在樣本110上產生一8 µm直徑圓形探測區域。可使用氣動致動器或伺服機構來將系統自影像移動至光瞳平面及自一大的f光闌移動至一小的f光闌。 在輔助透鏡154自光軸移出(如圖2中所圖解說明)之情況下，相機接收影像平面106之一經放大影像(由交叉陰影線樣本110a及相機160處之影像平面106a圖解說明)。因此，光學計量裝置100亦能夠進行影像平面偵測。在影像平面偵測中，由相機160接收之經成像樣本110之表面上之每個點與樣本110之表面上之其他點具有空間間隔，但來自孔徑光闌108之所有部分之光均貢獻於每個點處之影像。 光學計量裝置100具有在影像平面中之操作與光瞳平面中之操作之間移位之能力。如圖1及圖2中所圖解說明，在光學路徑中存在輔助透鏡154之情況下，光學計量裝置100以光瞳平面偵測模式操作，且當自光學路徑去除輔助透鏡154時，光學計量裝置100以影像平面偵測模式操作。然而，若期望，則光學計量裝置100可在自光學路徑去除輔助透鏡154時以光瞳平面偵測模式操作且可在輔助透鏡154插入至光學路徑中時以影像平面偵測模式操作。在另一組態中，一分束器可與兩個相機一起使用，一個相機經組態以提供光瞳平面偵測且另一相機經組態以同時提供影像平面偵測。 光學計量裝置100中所使用之偏光元件138及158可為一種類型或若干類型之一混合物，包含但不限於薄膜、線柵、稜鏡、立方體及其組合。每一偏光器138、158可具有連續旋轉或以90°增量旋轉之能力。偏光器138緊接在干涉測量組件之前(例如，在干涉測量物鏡140之輸入處)定位且輸出偏光器158緊接在相機160之前定位，並且因此使照射光束及反射光束兩者偏光。偏光器之若干個其他實體實現可與光學計量裝置100一起使用。舉例而言，在一個例項中，替代偏光器138，可將一偏光器138a (其在圖1中用虛線展示)放置於光源130與分束器136之間，該偏光器將偵測臂(包含透鏡152、154及相機160)與干涉測量物鏡140分離，並且可將另一偏光器138b放置於偵測臂中。在此例項中，光一次通過每一偏光器138a及138b，且因此兩個偏光器138a及138b之相對定向應係已知的。在另一例項中，定位於干涉測量物鏡140之輸入處之偏光器138可連同偏光器138b一起用於偵測臂中，其中光兩次通過第一偏光器138且一次通過第二偏光器138b。再次，兩個偏光器138及138b之相對定向應係已知的。可使用其他可能組態，舉例而言，若干涉測量物鏡140具有一林尼克組態，則可能組態包含一單個偏光器(其位於樣本物鏡之輸入處)或兩個偏光器(其中一個偏光器位於樣本物鏡之輸入處且另一偏光器位於參考物鏡之輸入處)或者其其他組合。 藉助使用多個偏光器(或穿過一單個偏光器138之多個遍次)，同時監測多個輸出偏光相關信號係可能的。舉例而言，若將經設定為透射P偏光之一偏光放置於繼而被輸入至一干涉測量物鏡之光源之輸出處，則在偵測系統之前，可使用一偏光分束器立方體來將P偏光發送至一個相機且將S偏光發送至另一相機。以此方式，可與PS同時地監測P入射光及P所得光之結果或者PP信號。藉由簡單地旋轉第一偏光器，將能夠監測SP及SS。 另外，若期望，則除了輸出偏光器158之外亦可使用一補償器(例如，藉由將該補償器放置於輸出偏光器158之前)。輸出偏光器158可用於阻擋不與第一偏光器138對準之光。添加一補償器將會藉由添加由一元件(諸如介於第一偏光器138與補償器之間的分束器136)旋轉之背光而允許增強信號。 光學計量裝置100之偵測系統包含相機160，且可包含額外相機(若期望)，此取決於光學設計及其他系統組件之能力。相機160之偵測器範圍以及像素大小可經選擇以與由作為一整體之光學系統投影至該相機上之影像的大小以及所要解析度一致。訊框獲取速率應與掃描器運動一致，使得掃描器理想地在訊框之間移動達相同距離，且在訊框擷取時間期間移動達相同距離。相機160之偵測器的波長敏感度亦應與光源130一致。相機160之位元深度應具有8位元解析度之一最小值，但一較高解析度(諸如16位元)係合意的。 藉由實例方式，相機160可包含具有1024x1280像素之一CCD偵測器。相機160可能夠以高達30 Hz訊框速率進行12位元操作。可針對一256x256像素影像使用8位元操作、硬體分級(binning)及區域限制來將獲取速率改良為80 Hz。可使用之其他適合偵測器包含單個或多個一維或二維光電偵測器(諸如光電二極體)陣列。 應理解，光學計量裝置100之光學系統可包含額外組件及/或其他成像組態，該等額外組件及/或其他成像組態(例如)使光瞳平面偵測成為預設操作模式，且將一輔助透鏡移動至光束路徑中以提供影像平面偵測。另一選擇係，可使用與適合透鏡及相機組合之一分束器來同時進行光瞳平面偵測及影像平面偵測，但在兩種模式中將相對於光學計量裝置100存在所接收光之一強度損失。 相機160經耦合至一電腦170，諸如一工作站、一個人電腦、中央處理單元或其他適當電腦系統或者多個系統。電腦170宜係包含於光學計量裝置100中，或者經連接至該光學計量裝置，或係以其他方式與該光學計量裝置相關聯。電腦170亦可控制載台122之移動，以及控制卡盤120之操作。電腦170亦收集並分析自相機160獲得之干涉測量資料，如本文中所論述。舉例而言，電腦170可分析干涉測量資料以判定樣本110的一或多個實體特性，如下文所論述。電腦170可分析干涉測量資料以判定光瞳平面之一中心，如下文所論述。電腦170包含具有記憶體174之至少一個處理器172以及一使用者介面(例如，包含一顯示器176及輸入裝置178)。體現有電腦可讀程式碼之一非暫時性電腦可用儲存媒體179可被電腦170使用以致使至少一個處理器控制光學計量裝置100且執行包含本文中所闡述之分析的功能。用於自動地實施此詳細說明中所闡述之一或多個動作的資料結構及軟體程式碼可由熟習此項技術者鑒於本發明而實施且儲存於(例如)一電腦可用儲存媒體179上，該電腦可用儲存媒體可為可儲存供諸如處理器172之一電腦系統使用之程式碼及/或資料的任何裝置或媒體。電腦可用儲存媒體179可為(但不限於)諸如磁碟機、磁帶、壓縮光碟及DVD (數位多功能光碟或數位視訊光碟)之磁性及光學儲存裝置。一通信埠177亦可被用於接收指令(其用於程式化電腦170以執行本文中所闡述之功能中的任何一或多者)，且可表示任何類型的通信連接，諸如通向網際網路或任何其他電腦網路的通信連接。另外，本文中所闡述之功能可全部或部分地被體現於一特殊應用積體電路(ASIC)或一可程式化邏輯裝置(PLD)的電路內，且該等功能可係以可用於建立如本文中所闡述而操作之一ASIC或PLD之一電腦可理解的描述符語言來體現。 當自樣本110散射之光與同調光組合時，干涉發生。若經組合探測光束與參考光束之間的路徑差異變化(舉例而言，藉由提供樣本110與干涉測量物鏡140之間的在垂直(Z)方向上之相對運動)，則干涉在相消最小值與相長最大值之間連續地移動，且產生所得影像中之條紋。干涉條紋在影像平面偵測及光瞳平面偵測兩者中產生。藉由將入射光分裂成兩個路徑而滿足同調條件，該兩個路徑中之一者(有時稱為信號路徑)自樣本110反射，且另一者(有時稱為參考路徑)自一參考表面反射。當來自兩個路徑之光重新組合時，在沿著信號路徑及參考路徑之光自光源130之同一部分發出之情況下且在針對存在之所有波長，信號路徑與參考路徑之間的光學路徑差異變化達小於光源之同調長度之情況下，干涉將發生。當所有波長處之光學路徑差異係相同(其與需要之零路徑差異不同)時，最大干涉發生。 一圖案化目標(諸如樣本110上所圖解說明之圖案化目標)將可能使入射光在多個方向上繞射，使得對一共同源點之要求意味著僅來自一空間非同調源之零階繞射光可形成干涉條紋。若光源係真正單色的，則路徑差異將總是小於源同調長度且針對任何路徑差異值均將看到條紋。對於較寬頻寬光源，將僅在光學路徑差異在所有波長處相同之位置周圍之一小的Z範圍內觀察到條紋。 在影像平面中，白光干涉條紋僅發生於一極短路徑差異(針對400 nm至800 nm波長照射，大約2 µm)上。對此信號之簡單分析允許對表面位置在Z軸上之位置進行極精確判定且因此可用作一聚焦指示符。對聚焦位置隨目標表面上之位置之變化之分析允許量測表面之形貌。因此，光學計量裝置100可使用影像平面信號偵測來定位圖案特徵且使儀器聚焦。 隨著系統使路徑差異變化(例如，沿著Z軸掃描光學系統101)，一系列影像由相機160擷取。完整資料集表示信號I(X,Y,Z)。應針對每一所擷取影像準確地已知位置Z。若位置Z自一個影像至下一影像改變達一恆定量，則可使用分析技術(諸如快速傅立葉變換)來分析信號之頻率內容。若位置Z連續地改變，則影像將在相機之積分時間期間改變，且此亦必須在分析期間被納入考量。一恆定曝光時間係合意的。 Z上之最佳影像間距(再次就圍繞焦平面之移動來表達)由光源130部分地判定。針對在波長λ處具有峰值強度之光，干涉條紋信號之主導空間頻率係大約λ/2，使得針對具有λ ≈ 600 nm之可見光照射，條紋週期係大約300 nm。根據尼奎斯特定理(Nyquist Theorem)，具有300 nm週期之一信號之全特徵化需要以不小於150 nm之間隔進行取樣。一較迅速取樣(例如，其中一掃描中之點之間的實體間距介於10 nm與100 nm之間)對於減小信號雜訊比可為有益的。 針對具有頻寬400 nm至900 nm之光，若Z係在焦平面(Z=0)之大約2 µm內，則觀察到來自一單個反射表面之條紋。針對圖案化目標，條紋圖案通常關於焦平面不對稱地在一大得多之Z範圍內延伸。Z上之20 µm之一總改變(表達為相對於焦平面之移動)通常足以擷取全信號。 用以執行一掃描之時間應儘可能短，前提係掃描器運動保持均勻且影像信號雜訊比不受短曝光時間之不利影響。系統可掃描之速率與一資料訊框(亦即，一單個影像)可被收集之速率一致。存在待考量之數個相關點：(1)系統可在Z上掃描之速度，(2)掃描速率對系統振動之影響，(3)掃描中之影像之間的Z改變之任何變化，(4)使每一所獲取影像與掃描中之一Z位置明確相關之能力，及(5)系統振動對所獲取信號中之雜訊之頻率分佈之影響。掃描器選擇與此等點中之每一者有密切關係。一般而言，掃描器應以可能在垂直於掃描之軸上使用錯誤校正閉環運動之一閉環模式操作，亦即，具有兩個從軸以補償第三軸之一個三軸載台。應使用能夠在掃描器移動時記錄該掃描器之位置之內部感測器。掃描器可使用一電、壓電或磁性驅動系統或者其一組合。藉由實例方式，可使用由Physik Instrumente製造之一單軸壓電掃描器，諸如P-625K018壓電奈米定位載台(Piezo Nanopositioning Stage)。 在操作中，光學計量裝置100掃描光學系統101 (如由箭頭116所指示)，從而收集影像平面中之干涉圖案。白光干涉係多個波長干涉圖案之疊加，如圖5A及圖5B中所圖解說明。舉例而言，圖5A圖解說明由λ1 、λ2 及λ3 圖解說明之複數個波長之非同調疊加。圖5B圖解說明複數個波長(例如，包含圖5A中所圖解說明之波長)之一組合，其用以產生相機160中之一單個像素處之光之一所量測強度，其中垂直軸表示強度且水平軸表示自樣本110之表面之Z位置(亦即，高度)。熟習此項技術者將理解，圖5A及圖5B係概念性圖解說明且一曲線(諸如圖5B中所圖解說明之曲線)一般需要三個以上波長(諸如圖5A中所圖解說明之波長)之一組合。在影像平面偵測中，當波長之峰值係相等的且所有圖案具有一共同相位時，偵測表面(Z=0)。藉由量測照射光點中之多個位置(亦即，藉由偵測針對相機160中之不同像素之強度信號)，可判定不同位置處之高度差異。舉例而言，圖6A圖解說明來自干涉測量物鏡140且入射於樣本110之不同位置處之照射光點之細光束103a及103b。藉由偵測針對相機160中與細光束103a及103b相關聯之像素之影像平面中之強度信號，可判定細光束103a及103b入射之位置之間的高度差異。舉例而言，圖6B圖解說明信號A (例如，來自細光束103a)與一信號B (例如，來自細光束103b)之一比較，其中信號A與信號B之強度之間的差異和細光束103a及103b入射之位置之間的高度差異直接相關。藉由平行於樣本110之表面而掃描干涉測量物鏡140，可將樣本110之表面之形貌映射為一個三維影像。在美國專利第5,398,113號中較詳細地闡述白光干涉測量及其一般操作，該美國專利以其全文引用之方式併入本文中。 在光瞳平面中，光瞳平面影像中之每一點(X,Y)對應於入射光束之一單個入射角(f)及方位角(θ)。在知曉光瞳之中心之位置以及如何自像素距光瞳中心之一距離轉換為一入射角之情況下，對在Z變化時偵測平面中之一點(X,Y)處之信號I(X,Y,Z)之調變之分析攜載關於來自樣本之零階繞射信號強度之資訊。因此，光學計量裝置100允許自樣本之位於探測區域內之部分作為入射角及方位角之函數來偵測零階繞射之強度。對I(X,Y,Z)之適當分析亦允許提取光譜行為。 由於僅針對零階繞射光而觀察到干涉條紋，因此僅針對在照射系統之孔徑內之入射角而獲得一有用信號。因此，使用具有最高可能數值孔徑(NA)之一物鏡及具有相同NA之一照射系統提供有用入射角f之最大可能範圍。使用具有小於物鏡之NA之一NA之一照射系統將減小可用於系統中之最大入射角。使用具有比物鏡之NA高之一NA之一照射系統係不合意的，此乃因最高角度將在物鏡處被阻擋，且入射於此等角度處之光將可能被散射至相機160中並且可引入不想要之雜訊。 在光瞳平面偵測中，每一點處之條紋信號由具有獨特入射及方位角之光產生。因此，可藉由將所處理之影像點限制於在所要範圍內之影像點而減小用於分析中之角度範圍，且因此使用最高可能照射NA不存在不利結果。 在光學計量裝置100係處於光瞳平面操作中時由相機160獲取之一影像中之一點(X,Y) (或等效地，(f,θ))處，當路徑差異沿著Z軸改變時，獲得一信號I(X,Y,Z)。如上文所論述，可以數種不同方式(舉例而言，藉由垂直於XY平面而移動樣本110、藉由移動干涉測量物鏡140、藉由移動整個光學系統101同時保持樣本110靜止或藉由移動一參考鏡)改變路徑差異。藉由對信號I(X,Y,Z)進行適合分析，可判定樣本110之諸多性質。 系統之原始輸出係實體XYZ空間中之影像資料I(X,Y,Z)之一長方體，其中Z軸表示信號路徑與參考路徑之間的路徑差異之一改變。Z軸垂直於晶圓且因此垂直於結構之頂部表面。連續影像之間的Z間隔S(X,Y)可為恆定的且由偵測器進行之影像收集應與掃描器之運動緊密同步。每一訊框由相機160中之偵測器之每一像素處之光學強度之量測組成。可在影像平面中收集資料(例如)以用於聚焦偵測及圖案辨識，或在光瞳平面中收集資料以用於樣本110之特徵化。圖7圖解說明在來自具有一個二氧化矽光柵結構之一樣本之光瞳平面中收集之影像資料之一原始長方體之XZ平面的一實例，該二氧化矽光柵結構在一(100) Si基板上、具有720 nm之節距、180 nm之底部臨界尺寸以及300 nm之厚度。圖7中間之黑色區係由米洛物鏡中之參考鏡所致，且Z=0 (亦即，焦平面)大約位於結構之中間。圖8圖解說明相機之一給定像素處之隨Z而變之所量測信號。 可藉由比較信號與一經模型化信號且調整模型中之參數直至獲得最佳擬合而分析資料。產生最佳擬合之參數係所要量測結果。有時期望在擬合程序之前處理信號以使該比較較高效(舉例而言，藉由執行信號之一頻率分析及/或藉由校正跨越照射光瞳之光源之空間變化)。在另一方法中，可使用對信號之對稱之一實驗分析來判定關於樣本目標中之圖案不對稱之資訊。舉例而言，此方法之一種應用係在量測層至層疊蓋誤差時，其中以不同微影操作轉印之兩個圖案之間的位移會將不對稱引入至信號中。在另一方法中，比較可在一所獲取資料集I(X,Y,Z)與自一已知良好樣本獲取之一集之間進行。信號之間的差異指示測試圖案與呈某種形式之優良圖案不同。對不合意圖案改變與所偵測信號中所見之改變之間的關係之適當特徵化允許識別有缺陷部分。 圖9係圖解說明利用一白光干涉測量計(諸如光學計量裝置100)來特徵化一樣本之一方法之一流程圖。如所圖解說明，利用白光干涉測量計自樣本獲得干涉測量資料(202)。干涉測量資料包含關於來自一相機之每一像素之光學路徑差異之強度，該相機在量測樣本時對白光干涉測量計之一物鏡光瞳平面進行成像。來自樣本之干涉測量資料不包含非零繞射階。可藉由以下操作而針對光瞳平面處之源強度之變化校正干涉測量資料：自一校準樣本獲得強度校正資料C1 (X,Y)，該強度校正資料包括關於來自相機之每一像素之光學路徑差異之一強度，該相機在量測校準樣本時對白光干涉測量計之物鏡光瞳平面進行成像；及針對來自相機之每一各別像素使用強度資料校正來調整關於來自相機之每一像素之光學路徑差異之強度。可藉助在白光干涉測量計中在相機之前使用一輸出偏光器而獲得干涉測量資料以抑制由白光干涉測量計中之光學元件導致之不期望偏光消除之影響。 在一項實施方案中，藉由以下操作而獲得干涉測量資料：產生寬頻光之一照射光束；使用一分束器來將照射光束引導穿過物鏡光瞳平面處之一孔徑光闌；使照射光束偏光；使用一干涉測量物鏡來致使照射光束被入射於樣本上，其中照射光束反射離開樣本以產生一經反射光束；利用干涉測量物鏡接收經反射光束以將經反射光束朝向分束器引導；使經反射光束偏光；使用分束器來將經反射光束朝向相機引導；將物鏡光瞳平面之一影像聚焦於相機上；在分束器將反射光束朝向相機引導之後且在反射光束由相機接收作為物鏡光瞳平面之一影像之前使經反射光束偏光；其中在干涉測量物鏡使光學路徑差異變化之同時，相機擷取物鏡光瞳平面之影像。另外，可在照射光束通過物鏡光瞳平面處之孔徑光闌之前使該照射光束漫射以減小光瞳平面處之強度之變化。 自干涉測量資料提取具有複合參數之一電場，該電場係方位角、入射角及波長之函數(204)。可藉由在每一像素處執行干涉測量資料之一傅立葉變換而提取來自干涉測量資料之具有複合參數之電場。舉例而言，可藉由(例如)在執行一傅立葉變換之前或之後將來自對物鏡光瞳平面進行成像之相機之每一像素轉換成入射於樣本上之光之一組獨特入射角與方位角而提取電場。另外，可將每一組入射角及來自傅立葉變換之空間頻率轉換為一波長。可藉由以下操作而執行將來自對物鏡光瞳平面進行成像之相機之每一像素轉換成入射於樣本上之光之該組獨特入射角與方位角：使用來自樣本之干涉測量資料來判定物鏡光瞳平面之一中心；及基於物鏡光瞳平面之中心而針對來自相機之每一像素判定入射於樣本上之光之該組獨特入射角與方位角。 使用基於對一零繞射階特有的方位角、入射角及波長之一電場模型之電場來判定樣本之一或多個特性(206)。電場模型可表示為一個廣義瓊斯矩陣。可藉由將自干涉測量資料提取之電場擬合至電場模型而判定樣本之一或多個特性。所量測信號F(ϕ,θ,k)可被視為電場模型Eout (ϕ,θ,k)與由工具效應(亦即，工具中之未直接包含於電場模型中之缺陷)引起的對所量測信號之一貢獻P(ϕ,θ,k)之一簡單乘積。因此，期望對由工具中之未直接包含於電場模型Eout (ϕ,θ,k)中之缺陷產生之工具效應P(ϕ,θ,k)進行特徵化及校正。貢獻於所量測信號F(ϕ,θ,k)之工具效應P(ϕ,θ,k)可由諸多源(包含但不限於光源之空間及光譜分佈、光學組件反射及透射隨位置及波長之變化、偏光消除元件、穿過光學系統之路徑之相對相位延遲、不對準以及偵測器敏感度之空間及光譜變化)產生。可針對源強度隨空間頻率以及光瞳平面內之位置(X,Y)之變化C2 (X,Y,k)而校正自干涉測量資料提取之電場，或由該源強度隨空間頻率、入射角及方位角之變化C3 (ϕ,θ,k)校正該電場。若影像內之位置(X,Y)與光瞳內之角度位置(ϕ,θ)之間的關係係已知的，則項C2 (X,Y,k)可僅包含以k所示之光譜項，此乃因在應用該項時需要關係K = 2kcosϕ。舉例而言，電場模型可包含來自一模型樣本之貢獻(包含一或多個可變參數)以及來自一模型白光干涉測量計之貢獻(包含白光干涉測量計之光學組件之一雙衰減模型，及總源強度隨波長之任何變化C4 (ϕ,θ,k)以及用於白光干涉測量計之光源之物鏡光瞳平面中之強度及相位分佈，亦即，已在自干涉測量資料判定之電場中被校正之工具效應P(ϕ,θ,k))。對源分佈之校正或模型化可分佈於四個校正函數中之任何者當中，從而意欲允許所有實際源變化，使得C1 (X,Y).C2 (X,Y,k).C3 (ϕ,θ,k).C4 (ϕ,θ,k) = P(ϕ,θ,k)。對用於校正P(ϕ,θ,k)中之不想要之信號變化之一特定源之函數C1 至C4 的選擇可有利地取決於貢獻之來源而進行。舉例而言，相機像素敏感度可使用C1 (X,Y)來校正(若其獨立於波長)或使用C2 (X,Y,k)來校正(若其係波長相依的)。另一選擇係，可使用方位角、入射角及波長之電場模型之一庫來判定樣本之一或多個特性。 圖10係圖解說明用於分析已由光學計量裝置100收集之資料之一方法之另一流程圖。如所圖解說明，獲得自樣本110所量測之資料(252)。針對相機160之一所選擇像素(X,Y) (254)，提取相對於Z之強度I(X,Y,Z) (256)，從而產生類似於圖8中所展示之信號之一信號。可針對光瞳平面處之強度變化而校正相對於Z之強度信號(258)。如上文所論述，在孔徑光闌108入口處之輸入光束之強度應係均勻的，此大大藉助於對漫射器112之使用。然而，由光源130及光學系統所致之孔徑光闌108處之強度之某一變化係可能的且光瞳強度之此變化將被校正。可使用一校準樣本(例如，具有一平滑表面、具有一已知膜及材料性質之一樣本，使得模型可用於判定該樣本之反射率)來執行之光瞳平面之一校準量測，以產生一強度校正信號C1 (X,Y)且利用強度校正信號來校正相對於Z之強度信號，亦即，I(X,Y,Z)/C1 (X,Y) (258)。另一選擇係，光瞳平面處之信號強度及相位之變化可在分析中之一不同點處被校正，或被包含於模型中，或者藉由校正與模型項之一組合而被允許。 如圖10中所圖解說明，在當前像素處將一傅立葉變換應用於所得經校正信號，以產生一經傅立葉變換信號F(X,Y,K) (260)，其中K係變換空間頻率。如上文所論述，藉由透過自一個影像至下一影像改變Z位置達一恆定量而產生資料，可使用一快速傅立葉變換。針對相機之所有所要像素(X,Y)執行提取強度、校正光瞳強度及傅立葉變換(262)。 可藉由將(X,Y)轉換為(f,θ)而將資料變換成具有一給定入射角(AOI) (f)及方位角(θ)之資料集(264)。藉由以下操作而變換資料：使用來自樣本之干涉測量資料來判定物鏡光瞳平面之一中心；及基於物鏡光瞳平面之中心而針對來自相機之每一像素判定入射於樣本上之光之該組獨特入射角與方位角。當在電場空間中執行模型化時，使用方位角θ之一全範圍。若模型化使用反射率而非電場，則將針對某些樣本(例如，未圖案化樣本)僅需要方位角範圍之一部分。另外，藉由將空間頻率K及入射角(f)轉換為k而將資料變換成具有一給定波長之資料集(266)。在一特定入射角f處之信號傅立葉變換具有一頻率項K=2k*cos(f)，而非僅k (k係光源之空間頻率，k=2p/l)，使得在Z上之傅立葉變換之後，「頻率」空間中之每一切片不對應於一單個逆波長。因此，使用一逐像素內插來獲得作為在一恆定波長處之AOI及方位角之函數之經變換信號。提取所得信號F(f,θ,k) (268)，該所得信號可然後被擬合至一模型。 如上文所論述，可在所提取信號被變換之前針對光瞳平面中之強度及相位之變化而校正該信號(例如，在步驟258中)。若期望，則可在變換之後針對強度及相位之變化而校正該信號。舉例而言，可使用先前判定之校準資料針對信號強度及相位之變化C2 (X,Y,k)而校正經變換信號，如步驟261中所圖解說明。此校正可補充或替代在步驟258處使用所量測函數C1 (X,Y)來校正相對於Z之信號(258)。舉例而言，圖11A及圖11B圖解說明自經變換信號去除跨越光瞳平面之源強度之變化，其中圖11A圖解說明在XY平面中Z = 0處之原始強度資料，且圖11B圖解說明圖11A中所展示之強度資料，但其中去除光瞳強度變化。若期望，則替代使用函數C2 (X,Y,k)之校正或除了使用函數C2 (X,Y,k)之校正之外，可將校正判定為入射角(ϕ)及方位角(θ)之函數且在座標系統轉換之後作為一函數C3 (ϕ,θ,k)應用於信號，如步驟269中所圖解說明。另一選擇係，校正中之某些或所有校正可作為用於下文所論述之系統模型中之一函數C4 (ϕ,θ,k)被包含且校正C1 (X,Y)、C2 (X,Y,k)、C3 (ϕ,θ,k)不需要應用於圖10中所圖解說明之程序中。應明瞭，儘管針對源光譜及分佈之校正可在圖10中所圖解說明之程序中應用於一個以上地方，但應用於一個步驟中之一校正不應在另一步驟中再次應用。舉例而言，可使用一個校正(例如，C2 (X,Y,k))來校正相機像素敏感度之變化，同時可使用另一校正C3 (ϕ,θ,k)來進行其他一切。因此，應用C1 (X,Y)、C2 (X,Y,k)、C3 (ϕ,θ,k)及C4 (ϕ,θ,k)中之一或多者之淨效應係對光學計量工具效應P(ϕ,θ,k)之分量之一近似，此以其他方式不被允許。 為將信號F(f,θ,k)擬合至一模型，產生針對光學計量工具效應P(ϕ,θ,k)以及樣本之一模型。光學計量工具模型效應P(ϕ,θ,k)之某些分量可有利地被直接包含於電場模型中。舉例而言，載入光學系統之一雙衰減模型(270)。雙衰減模型將光學計量工具之系統組件(諸如分束器及干涉測量物鏡140)中之雙衰減模型化，且可包含可變參數，諸如偏光器138及158之角度。雙衰減模型可具有數個實施例。舉例而言，雙衰減模型可包含一有限數目個(例如，五個)參數，諸如偏光器138及158之兩個偏光器角度、自物鏡140中之分束器144之透射及反射百分比(例如，在所有AOI處50/50可為一基線)以及物鏡140中之參考鏡146之反射率(例如，在所有AOI處100％可為一基線)。然而，若期望，則雙衰減模型可包含較大數目個參數。舉例而言，雙衰減模型可包含針對參考鏡146及/或分束器144之頂部及底部表面之一薄膜堆疊模型。舉例而言，藉助使用一薄膜堆疊模型，所添加之每一膜將包含另一厚度及光學色散。光學色散可自一固定查找表取得或係浮動的而使用各種光學色散模型中之一者。雙衰減模型之複雜性在很大程度上受對物鏡140之實際構造之瞭解限制。因此，隨著資料之保真度改良，可使用具有增加之複雜性之一簡單雙衰減模型。可(例如)藉由以下操作而在一校準階段中預產生雙衰減模型：利用光學計量裝置來量測一校準樣本；及比較所量測信號與基於量測已知樣本之一理想光學計量裝置而模型化之信號；以及判定相對於匹配所量測信號所必需之理想光學計量裝置之變化。選擇樣本模型參數(272)且基於所選擇參數及雙衰減模型而產生信號之一模型(274)。藉由實例方式，可使用嚴格耦合波分析(RCWA)或其他適當技術來產生信號模型。執行所提取信號與經模型化信號之間的一比較以計算擬合之均方差(MSE) (276)。選擇新的模型參數且擬合程序重複進行直至找到被認為良好(例如，在一規定容差內)之一MSE或最佳MSE為止(278)，且程序若以產生最佳擬合之參數結束(280)，則該等參數係所要量測結果。量測結果可與樣本相關地被儲存或被提供給一終端使用者。 若期望，則如先前所闡述，可分階段處理實驗資料以使用校正函數C1 (X,Y)、C2 (X,Y,k)及C3 (ϕ,θ,k)中之一或多者來去除由計量裝置引入之失真及變換中之某些或所有失真及變換(例如，在圖10中所圖解說明之步驟258、261及269中之一或多者處)。可分階段處理模型資料以產生由計量裝置收集之資料之一模擬。在進行工具資料與系統模型之間的擬合之一比較之前，對該工具資料及該系統模型進行變換之程度可變化，只要對每一者進行適當數目個變換以將其帶至原始資料與系統模型之間的關係之模型中之相同地方即可。可在使用各種方案進行處理之後執行擬合。舉例而言，如圖10中所圖解說明，原始信號可經處理以去除或減小工具效應P(k,f,θ)，從而產生一經校正空間頻率映射F’(f,θ,λ)。在274處產生之用以匹配此信號之模型信號不允許在光瞳平面中分佈照射。在某些情形中，諸如若樣本110係未圖案化的，則經校正信號資料F’(k,f,θ)之大小可藉由擬合至目標反射率之行為之一模型(尤其作為方位角θ之函數)而顯著減小。 在另一方法中，一系統模型可用於預測一原始信號I(X,Y,Z)，包含諸如以下各項之效應：源光譜、光瞳平面中之照射分佈、每一光學組件處之吸收及散射損失以及諸如物鏡之組件之偏光效應。在另一實例中，可在不校正源光譜及空間分佈之情況下將原始信號I(X,Y,Z)轉換為一空間頻率映射F(k,f,θ)。系統模型可如上文所論述被處理，但將包含所有工具效應，諸如源光譜、光瞳平面中之照射分佈、每一光學組件處之吸收及散射損失以及諸如物鏡之組件之偏光效應。 在形成一系統級模型時，直接使用電場而非強度，此乃因相位資訊在干涉測量系統中係相關的。為此，採用一瓊斯矩陣形式體系。光瞳平面中之操作要求瓊斯矩陣之分量具有一固有之位置相依性。系統級模型之表述明確取決於偏光器之數目及偏光器相對於其他光學組件之位置。 作為一實例，如圖1及圖2中所圖解說明，光學計量裝置100使用定位於干涉測量物鏡140上方之一單個偏光器138，其中來自光源130之光在通過偏光器138之後進入干涉測量物鏡140且自樣本110返回之經反射光進入同一偏光器138。因此，存在光之兩個偏光例項，其中該等偏光例項具有相同定向。光學計量裝置100之偵測臂中之偏光器158用於去除由偏光器138與相機160之間的介入光學系統所致的來自樣本110之經反射光之偏光改變。 兩個偏光器之若干個其他實體實現可與光學計量裝置100一起使用。舉例而言，在一個例項中，可將圖1中所展示之一偏光器138a放置於光源130與分束器136之間，該偏光器將偵測臂與干涉測量物鏡140分離，並且可將另一偏光器138b放置於偵測臂中。在此例項中，光一次通過每一偏光器138a及138b，且因此兩個偏光器138a及138b之相對定向應係已知的。在另一例項中，定位於干涉測量物鏡140之輸入處之偏光器138可連同偏光器138b一起用於偵測臂中，其中光兩次通過第一偏光器138且一次通過第二偏光器138b。再次，兩個偏光器138及138b之相對定向應係已知的。 可基於以下假定而產生電場系統模型：忽略由光學元件誘發之偏光消除、假定偏光器係理想的、輸入光係完全非偏光的、米洛物鏡之雙衰減主導系統以及米洛物鏡中之分束器足夠薄以忽略一射線在透射之後的橫向移位。可視需要去除此等假定中之每一者以改良系統模型。在此等假定下且使用圖4A及圖4B中所圖解說明之幾何約定，針對具有偏光器138之光學計量裝置100之組態或針對具有兩個偏光器138a及138b之一組態照在參考鏡146或樣本110上之射線之傳出電場向量可如下以矩陣形式被寫出。 (方程式1)其中在下表1中闡述該等項中之每一者。 表1 在一般情形中，入射電場EIn 將隨空間頻率k以及光瞳中之位置(其隨ϕ及θ變化)變化。可以實驗方式判定函數e1(k,ϕ,θ)及e2(k,ϕ,θ)。另一選擇係，若已知光瞳照射係完全均勻的，或若針對隨ϕ及θ之變化而校正模型與之進行比較之信號，則模型可將電場視為獨立於ϕ及θ。類似地，若模型與針對源光譜而被校正之一信號進行比較，則該模型可被視為獨立於k。 另外，模型包含來自樣本S以及偏光器及分束器之貢獻。物鏡分束器透過項t而引入雙衰減。入射光兩次通過物鏡分束器，一次係在樣本之方向上且另一次係在自樣本反射之後，並且因此方程式1包含兩個分束器項(其為一般性起見而被識別為tBS1 及tBS2 )。每一偏光器由一旋轉項Rz表示。 如下重寫(方程式1)係有幫助的： (方程式2)「其中」其中A之元素係： (方程式3.1)(方程式3.2)(方程式3.3)(方程式3.4)若g1及g2係P或S線性偏光的(亦即，分別0°或90°，則可展示為矩陣M係： (方程式4)其暗示，A矩陣之每一元素與輸入及輸出偏光器組合之一特定組合相關聯。覆蓋具有偏光器138或具有兩個偏光器138a及138b之光學計量裝置100之組態之輸出電場的通解： (方程式5.1)(方程式5.2)然而，具有偏光器138之光學計量裝置100之組態意味著g1 = g2 = g，此將(方程式5.1)及(方程式5.2)簡化為： (方程式6.1)(方程式6.2)若光學計量裝置100具有包含定位於干涉測量物鏡140之輸入處之偏光器138及定位於偵測臂中之偏光器138b之組態，則(方程式1)經更改以包含另一偏光器瓊斯矩陣，該另一偏光器瓊斯矩陣按照(方程式2)來寫出且保持已定義之M及A矩陣相同並將在最一般情形中被寫為： (方程式7)然而，具有偏光器138及偏光器138b之組態意味著g1 = g2 = g，且可展示所得電場向量將具有以下形式： (方程式8)若g1 = g2 = g3= g，則(方程式8)將減小為(方程式6.1)，但存在對此組態之實際影響。偏光器138在干涉測量物鏡140上方之小的不對準係可能的且可在相機160處產生具有偏光之一混合之一信號。在偵測器臂中使用一第二偏光器158使小的不對準誤差最小化。而且，第二偏光器158可幫助消除偽偏光消除，雖然已假定該偽偏光消除並非一因素，但實際上其可為一因素。 儘管線性偏光已係本發明之重點，但對圓形偏光之使用對於系統模型具有某些令人關注之含義。當使用兩個右圓形偏光器時，M矩陣將係： (方程式9)其中此結果係令人關注的，此乃因不存在方位角項且A矩陣之元素之組合減小為： (方程式10.1)(方程式10.2)對兩個左圓形偏光器之使用產生一類似結果。不具有方位角相依性會存在數個可能之益處，包含僅考量一個象限來降低信號獲取或將四個象限一起求平均作為改良信號雜訊比之一方式之能力。 給定基於線性偏光之電場之形式，可利用下式計算偵測器處(亦即，在執行一傅立葉變換之前)之原始信號： (方程式11)其中q及f如圖4A及圖4B中一般被定義，EOut 及ERef 係來自含有樣本110及參考鏡146之路徑之傳出電場並且皆與入射場EIn 成比例，k係波向量(k = 2π/λ，其中λ係源波長)，且z係樣本與參考光束之間的路徑差異，其中z =0意味著此兩個路徑匹配。 如先前所論述，藉由沿著z軸進行掃描且依次對每一像素處之所得信號進行傅立葉變換而收集一樣本110之資料，如圖10之流程圖中所圖解說明。對(方程式11)之檢驗表明，僅交叉項將產生一非零結果且若僅保持來自傅立葉變換之正頻率或負頻率，則彼等交叉項中之僅一者將係相關的。因此，經變換信號將採取以下形式： (方程式12)當比較依據(方程式12)之以上信號模型與實驗信號(例如，在圖10中之步驟276處)時，可使用一複比例因子。再次返回參考(方程式11)，應清楚，藉由入射場Ein 中之光譜及空間變化來調變FT[信號]之量值。Ein 之光譜及空間變化可被視為獨立函數，亦即可使用： (方程式13)其中E0 (t)僅包含對強度之時變改變，且針對同時獲取之所有信號係恆定的，V(k)係源光譜，且Pˈ(ϕ,θ)係光瞳平面中之源空間變化。此因式分解係有用的，此乃因可單獨地估計V(k)及Pˈ(ϕ,θ)，但若穿過光學器件的路徑修改EIn 的光譜內容(例如，當使用透射針對其而隨入射角及波長改變之塗層時)，則存在一般性的丟失。自(方程式11)中之指數項(亦即，2kcos(f)z)導出相位項，且z值將取決於在應用傅立葉變換之前真實空間資料如何迴繞，例如，若該真實空間資料迴繞至零，則z將係零。另外，應注意，傅立葉變換中之因變數係2kcos(f)。因此，一因子cos(f)將調變由變數之此改變所產生之信號的振幅。因此，(方程式12)可被重寫為： (方程式14)因此，依據(方程式12)之信號係步驟268之核心，且依據(方程式13)之信號係來自步驟268之最終形式，包含相位及量值縮放項。 圖12A及圖12B圖解說明利用光學計量裝置100來收集之實驗資料之行為，以及基於具有偏光器138之一組態之依據(方程式14)之系統模型之一演示。圖12A及圖12B圖解說明對於一個二氧化矽光柵之一模型之原始資料之一複縮放因子(量值及相位) (其與P(ϕ,θ,k)成比例)的圖，該二氧化矽光柵在一(100) Si基板上、具有360 nm之節距、180 nm之底部臨界尺寸，以及300 nm之厚度。圖12A對照入射角(AOI)及波向量(k)來標繪縮放及相位之量值。在圖12B中，對照2kcos(f)來標繪相位，且對照入射角來標繪scale*cos(f)，從而產生簡單線性結果。應注意，資料中之某些資料的相位行為不遵循相位與2kcos(f)之間的線性關係。彼資料係在光源之光譜中之信號極弱的邊緣處收集。檢驗比例因子之縮放之行為係用以驗證所量測資料係在一通常有用範圍內之一良好方式。 圖13A、圖13B及圖13C係將所闡述模型應用於資料之圖解說明，該資料係在540 nm之一波長下針對介於自24°至34°(0.41至0.57)之入射角(數值孔徑)使用應用於一個二氧化矽光柵之一5 µm光點大小而在光學計量裝置100上所收集，該二氧化矽光柵在一(100) Si基板上、具有360 nm之節距、180 nm之底部臨界尺寸以及300 nm之厚度。連續曲線係系統模型且虛曲線係實驗資料。 如上文所論述，在一光瞳成像系統(諸如由光學計量裝置100使用之光瞳成像系統)中，判定孔徑光闌108之光瞳之中心位置連同如何在偵測器上之一位置與入射角(AOI) (f)及方位角(θ)之間進行轉換(例如，在圖10之步驟264中)。能夠在任何時間而非作為一校準步驟而量測光瞳平面係合意的，且當獲得光瞳影像涉及移動一光學組件時，此係更加合意的，此係由光學計量裝置100所完成。儘管現有技術可用於在自一膜樣本獲得信號時判定光瞳之中心，但當自一圖案化樣本獲得信號時，現有技術並不良好地起作用。 藉由實例方式，若將使用一膜樣本(亦即，一平坦反射目標)來找到光學計量裝置100之一光瞳中心，則位置(X,Y)處之傅立葉變換信號F(X,Y,K)以及空間頻率K取決於：a)源光譜V(k) (k=2π/λ)；b)入射角ϕ，在該入射角處空間頻率K = 2kcosϕ；c)處於入射角ϕ、方位角θ及空間頻率k之樣本之反射率r(ϕ,θ,k)；d)光瞳平面P(X,Y)中之照射之相對(經正規化)空間變化；e)光瞳中心之位置(X0 ,Y0 )；及(X,Y)與入射角ϕ之間的縮放(A,B)，如下。 (方程式15)(方程式16)在一薄膜或適合單個表面反射體(諸如鉻)之情形中，反射率r(ϕ,θ,k)極緩慢地變化，且因此可如下寫出對S(X,Y,K)係一最大值之空間頻率Kpk 之一良好近似。 (方程式17)組合(方程式16)與(方程式17)得出下式。 (方程式18)使得 (方程式19)若將Kpk 2 (X,Y)之所量測值擬合至像素位置X及Y中之一冪級數，則： (方程式20)可如下判定X0 、Y0 、A及B之值： (方程式21)(方程式22)(方程式23)(方程式24)藉由實例方式，圖14圖解說明Kpk 對像素數目之僅沿著Y軸之一個二次擬合之一樣本圖，在矽上使用一27.1 nm厚之SiO2 層而量測該二次擬合。圖14中所展示之曲線中間的間隙發生在由米洛物鏡中之參考鏡遮擋之區域中。該圖展示對資料之最佳二次擬合。使用(方程式21)至(方程式24)得出Y0 = 125.9及A=0.0046，假定Y=Y0 。圖15圖解說明針對用於圖14之相同樣本之光瞳內之所有像素之Kpk 的一輪廓圖。圖15中之黑色光點係在由於一弱信號而未進行任何計算之點處產生。 針對其中材料厚度及光學性質係可獲得之一良好特徵化之薄膜或單個表面，可使用菲涅爾(Fresnel)方程式來計算樣本反射率r(ϕ,θ,k)。若跨越光瞳P(X,Y)之照射位準係已知的，則可計算源光譜V(k)。 存在用於判定P(X,Y)之數種可能方法，若所量測掃描白光干涉測量計(SWLI)信號係I(X,Y,Z)，則該數種可能方法包含但不限於使用以下方法。 一種方法係使用不存在干涉條紋之信號位準(諸如發生在距樣本與參考光束之間的最大干涉之平面之一較長距離處)，已將該信號位準定義為Z=0。源強度與較大Z處之信號成比例(方程式25)。 (方程式25)另一方法係將每一像素(X,Y)處之信號擬合至一實證模型，其中信號I(X,Y,Z)係一緩慢變化之背景A(X,Y,Z)與具有一緩慢變化之包絡B(X,Y,Z)之一干涉信號cos(kZ+α)之總和(方程式26)。然後使用P(X,Y)=A(X,Y,0)，其中針對所有(X,Y)以相同方式定義Z=0 (例如，其係聚焦平面或掃描中點)。 (方程式26)可使用來自具有已知反射率r(ϕ,θ,k)之一校準樣本之一經傅立葉變換信號F(X,Y,K)以及所量測光瞳分佈P(X,Y)、藉由應用關係K=2kcosϕ且利用適當轉換函數ϕ(X,Y)及θ(X,Y)來量測源光譜V(k) (方程式27)。 (方程式27)若針對此計算使用一足夠大之面積，則P(X,Y)之變化之效應達到平均，且可如下將近似P(X,Y)≈1用於(方程式27)中： (方程式28)可藉由光學計量裝置100而實施判定P(X,Y)及V(k)之所有以上替代方法。針對一矽基板上之具有已知厚度之一SiO2 薄膜，或針對一固體金屬樣本，(方程式28)提供對源光譜V(k)之一充分估計。可藉由對來自多個樣本之結果求平均而改良該估計。藉由實例方式，圖3展示一所量測光譜，該所量測光譜使用如藉由組合來自鉻及Si樣本上之27.1 nm SiO2 之所量測光譜而導出之k=2π/λ被轉換為波長之函數。 藉由在孔徑光闌108之後的照射路徑中利用數個不同窄頻(10 nm或50 nm FWHM)濾光器量測V(k)而執行對方法之進一步驗證。藉由實例方式，圖16圖解說明對照針對每一濾光器之所量測峰值波長而標繪之每一源光譜V(k)之峰值處之波長。針對此測試，在V(k)回應之計算中使用(方程式28)。如可見，所量測峰值波長與預期峰值波長之間的符合係良好的，此對進行(方程式27)中之近似P(X,Y)≈1提供證明。 針對膜及簡單表面，傅立葉變換信號F(X,Y,K)與源光譜V(k)密切相關，此乃因樣本反射率r(ϕ,θ,k)及源空間變化P(X,Y)兩者皆隨位置及波長緩慢地改變或根本不改變。舉例而言，圖17A及圖17B分別圖解說明針對Si樣本上之27.1 nm SiO2 之光瞳中之一個像素(X,Y)處之掃描白光干涉測量計(SWLI)信號及信號傅立葉變換，其中圖17A中之線302係SWLI信號I(X,Y,Z)，且在圖17B中，線304係信號傅立葉變換F(X,Y,K)之振幅。然而，對於具有光柵之樣本，根據在零方位角θ下針對光柵節距d及入射角ϕ之光柵方程式，在某些k、ϕ組合下存在具有由非零繞射階之出現或消失導致之一條紋之位置： (方程式29)圖18圖解說明展示針對Si上之一SiO2 光柵之F(X,Y,k)之量值的一光瞳圖，該SiO2 光柵在λ=632 nm處具有一180 nm CD、720 nm節距，並且圖解說明由非零繞射階之出現或消失導致之條紋之一實例。圖18中之資料已被內插以去除空間頻率K之入射角相依性，且因此針對恆定k = 2π/λ來標繪。 由於條紋位置取決於波長，因此根據(方程式29)，並非針對一單個(X,Y)位置處之所有K值皆存在一條紋。圖19A及圖19B分別展示針對Si上之180 nm CD、720 nm間距之SiO2 光柵在由圖18中之小十字310標記之位置處之掃描白光干涉測量計(SWLI)信號及信號傅立葉變換，其中圖19A中之線312係SWLI信號I(X,Y,Z)，且在圖19B中，線314係信號傅立葉變換F(X,Y,K)之振幅。信號傅立葉變換F(X,Y,K)係滿足(方程式29)之ϕ之一最小接近值。當樣本具有一光柵時，藉由將Kpk(X,Y)擬合至x及y中之一冪級數而找到光瞳中心之方法(如(方程式20)至(方程式24)中所論述)失敗，此乃因Kpk不再能明確地被判定。 當待量測之樣本包含一光柵時，可使用來自一膜目標之校準來判定光瞳中心(X0 ,Y0 )。然而，由於可移動光學元件(諸如輔助透鏡154)之位置之變化性，因此使用一校準目標不允許光瞳影像在校準與量測之間移動。另一選擇係，在一圖案化目標之每一量測之前，可定位可移動光學元件(諸如輔助透鏡154)且可自樣本上之一膜面積量測光瞳中心。遺憾地，此程序可為緩慢的，尤其係在輔助透鏡154必須在每一量測之前進行切換以允許使用圖案辨識之情況下。因此，期望能夠自一圖案化樣本量測光瞳中心(X0 ,Y0 )。 圖20展示圖解說明處理白光干涉測量資料來自具有一圖案化結構之一樣本(例如)以判定光瞳中心之一方法之一流程圖。如所圖解說明，利用一白光干涉測量計自具有圖案化結構之樣本獲得干涉測量資料(402)，其中白光干涉測量計包含一物鏡光瞳平面中之一光瞳且由對物鏡光瞳平面進行成像而獲得來自樣本之干涉測量資料。干涉測量資料包括關於來自一相機之每一像素之光學路徑差異之強度，該相機在量測具有圖案化結構之樣本時對物鏡光瞳平面進行成像。 如上文在圖10中步驟252至258所論述，可獲得干涉測量資料作為相對於來自樣本之路徑差異z之一強度信號，且(例如)使用來自一校準樣本之一所量測強度校正信號C1 (X,Y)來針對光瞳平面處之強度之變化而校正相對於z之強度信號，如先前所闡述。 在每一像素處執行干涉測量資料之一傅立葉變換(404)。舉例而言，如圖10中之步驟260處所論述，可將一傅立葉變換應用於每一像素處之經校正強度信號，以產生一傅立葉信號F(X,Y,K)，其中K係變換中之一空間頻率。若藉由自一個影像至下一影像改變z位置達一恆定量而產生資料，則可使用一快速傅立葉變換。 藉由實例方式，可藉由將針對每一像素之傅立葉變換擬合至光源之所量測光譜以提取一縮放因子而判定光瞳之中心，該縮放因子透過關係K=2kcosϕ將傅立葉變換之空間頻率K連結至源光譜V(k)之空間頻率。若樣本反射率係恆定的，則所量測傅立葉變換F(X,Y,K)僅與頻率縮放之源光譜V(K/2cosϕ)成比例(方程式30)。 (方程式30)舉例而言，峰值波長可為係最佳擬合之波長。可然後藉由以下操作而判定光瞳之中心：藉由將每一像素處之干涉測量資料之傅立葉變換擬合至光源之光譜而提取一特性波長、空間頻率或對每一像素之所量測傅立葉變換之等效描述；及將特性波長、空間頻率或對每個像素之所量測傅立葉變換之等效描述擬合至一所計算信號以找到物鏡光瞳平面中之光瞳之中心。舉例而言，針對每個像素之峰值波長可擬合至一個二次冪級數。 因此，為了自一圖案化樣本量測光瞳中心(X0 ,Y0 )，將所量測信號傅立葉變換F(X,Y,K)擬合至藉由分析來自一校準樣本(例如，具有一薄膜或鉻表面)之資料而獲得之光譜V(K/2cosϕ)。光譜V(k)係可以任意波數k (=2π/λ)內插之所量測光譜。 若F0 (X,Y)在模型中並非浮動的而是最初(舉例而言)使用下式來設定，則可係合意的： (方程式31)針對cosf而非f方便地執行實際擬合，在(方程式30)中使用D = cosf給出： (方程式32)因此，如可見，將每一像素處之干涉測量資料之傅立葉變換擬合至光源之所量測光譜之程序產生針對參數(F0(X,Y))及一入射角之餘弦(D(X,Y))之最佳擬合值。另外，可使用方程式32基於每一像素處之干涉測量資料之傅立葉變換至光源之所量測光譜之擬合而判定一權重。舉例而言，將結果之一權重(W(X,Y))計算為(F0 (X,Y)/MSE)2，其中MSE係所量測值F(X,Y,K)與最佳擬合模型結果F0 (X,Y)V(K/2D(X,Y))之間的差之平方之所有K之總和。所計算值D(X,Y)及W(X,Y)將隨像素位置(X,Y)變化。由於已將D(X,Y)定義為入射角ϕ(X,Y)之餘弦，因此D(X,Y)必須遵守-1 ≤ D(X,Y) ≤ +1。程序必須藉由用符號(D) (+1或-1)替換|D|＞1之值或藉由拒斥資料點而允許由於信號雜訊而出現之|D(X,Y)|＞1之值。 將D(X,Y)之所量測值擬合至針對D隨(X,Y)之變化之一模型(方程式33)，以產生對光瞳中心位置(X0,Y0)以及像素至角度縮放因子A及B之最佳擬合估計。 (方程式33)權重W(X,Y)用於藉由使用具有較低不確定性之D(X,Y)之值而使擬合有偏差。舉例而言，擬合演算法使擬合之良好程度之一指示符(有時稱為χ2)最小化。舉例而言，若一信號y=f(X)被擬合至資料{Xi ,Yi }，則可藉由使用χ2 = Σ (yi -f(xi ))2Wi / ΣWi 而應用每一資料點之權重Wi 。 在一項實施方案中，依據每一像素處之干涉測量資料之傅立葉變換至光源之所量測光譜之最佳擬合之均方差的倒數而判定權重W(X,Y)。 在另一實施方案中，藉由將擬合常數F0 (X,Y)除以每一像素處之干涉測量資料之傅立葉變換至光源之所量測光譜之最佳擬合之均方差而判定權重。熟習此項技術者將明瞭對資料進行加權之其他方法。 圖21圖解說明藉由針對用於產生圖18之Si光柵上之相同180 nm CD、720 nm節距之SiO2 將信號傅立葉變換F(X,Y,K)擬合至一所儲存源光譜I(k)而獲得之所量測因子1/ D(X,Y)。圖21與圖15之一比較展示在圖18中所見之條紋圖案附近之結果係不可靠的。圖22展示針對圖21中所展示之光瞳中心資料所計算之權重，其中暗點指示近零權重。可藉由向針對其而計算一結果|D(X,Y)| ＞ 1之資料點指派零權重而方便地包含該等資料點。如可見，靠近條紋圖案之點被給定近零權重，且因此與在不對用於擬合中之資料進行加權之情況下獲得之結果相比，使用(方程式33)對光瞳中心(X0 ,Y0 )之計算得以改良。所量測光瞳中心位置係X0 =130.9、Y0 =133.1。 圖23A及圖23B展示分別沿著X軸及Y軸之使用(方程式32)之擬合結果與藉由視覺上檢驗光瞳平面資料而獲得之手動導出結果之間的比較。所使用之樣本係用於形成圖17及圖18之180 nm CD、720 nm間距之光柵，且輔助透鏡154經移動使得光瞳中心出現在明顯不同位置處。 藉助使用光瞳中心判定程序，可依據量測資料而獲得對光瞳中心之一準確量測，且因此可在每一新的量測時判定該準確量測。因此，降低了對預先校準之要求。此外，程序可與任何樣本(亦即，與一光柵或未圖案化膜)一起使用。程序以複合源光譜(舉例而言，一多峰值源光譜)或者在存在兩個或兩個以上最大值之情況下以類似強度工作。 如圖10中所論述，處理白光干涉測量資料之方法可進一步包含基於物鏡光瞳平面中之光瞳之中心而將來自對物鏡光瞳平面進行成像之相機之每一像素轉換成入射於樣本上之光之一組獨特入射角與方位角。另外，可將光瞳之中心提供至一樣本模型，且使用每一像素處之干涉測量資料之傅立葉變換以及樣本模型來判定樣本之一或多個特性。 雖然出於指導性目的結合特定實施例一起圖解說明本發明，但本發明並不限於此。可在不背離本發明之範疇之情況下作出各種變更及修改。因此，隨附申請專利範圍之精神及範疇不應限於前述說明。
100‧‧‧光學計量裝置/計量裝置/白光干涉測量計
101‧‧‧光學總成/光學系統
102‧‧‧光軸
103a‧‧‧細光束
103b‧‧‧細光束
104‧‧‧點劃線/物鏡光瞳平面/光瞳平面
104a‧‧‧光瞳平面影像
106‧‧‧雙點劃線/影像平面
106a‧‧‧影像平面
108‧‧‧孔徑光闌
110‧‧‧樣本/經成像樣本
112‧‧‧漫射器
114‧‧‧可選擇視場光闌/視場光闌/f光闌
116‧‧‧箭頭
118‧‧‧致動器
120‧‧‧卡盤
122‧‧‧載台
130‧‧‧寬頻光源/光源
132‧‧‧照射透鏡/透鏡
136‧‧‧分束器
138‧‧‧偏光器/偏光元件/第一偏光器
138a‧‧‧偏光器
138b‧‧‧偏光器/第二偏光器
140‧‧‧干涉測量物鏡/物鏡/米洛物鏡
142‧‧‧透鏡
144‧‧‧分束器
145‧‧‧探測光束
146‧‧‧參考鏡
147‧‧‧參考光束
150‧‧‧鏡
152‧‧‧透鏡
154‧‧‧輔助透鏡/透鏡
156‧‧‧箭頭
158‧‧‧輸出偏光器/偏光器/偏光元件/第二偏光器
160‧‧‧相機
170‧‧‧電腦
172‧‧‧處理器
174‧‧‧記憶體
176‧‧‧顯示器
177‧‧‧通信埠
178‧‧‧輸入裝置
179‧‧‧非暫時性電腦可用儲存媒體/電腦可用儲存媒體
Z‧‧‧方向/垂直方向
f‧‧‧入射角
θ‧‧‧方位角
λ‧‧‧波長/源波長
λ1‧‧‧波長
λ2‧‧‧波長
λ3‧‧‧波長
圖1及圖2圖解說明能夠在物鏡光瞳平面及影像平面中操作以量測一樣本之一或多個實體特性之一掃描白光干涉測量計之一示意圖。 圖3圖解說明可用作掃描白光干涉測量計中之光源之一Xe弧光燈之一所量測光譜。 圖4A及圖4B圖解說明一米洛(Mirau)物鏡上方之XY平面及該米洛物鏡之XZ平面之幾何形狀。 圖5A及圖5B圖解說明多個波長干涉圖案之疊加。 圖6A圖解說明來自一干涉測量物鏡之照射光點之入射於樣本之不同位置處之細光束。 圖6B圖解說明來自圖6A中所圖解說明之細光束之信號之一比較。 圖7圖解說明使用以光瞳平面模式操作之一掃描白光干涉測量計自具有一光柵之一樣本收集之原始資料之一訊框的一實例。 圖8圖解說明相機之一給定像素處之隨Z而變之所量測信號。 圖9係圖解說明利用一白光干涉測量計來特徵化一樣本之一方法之一流程圖。 圖10係圖解說明用於分析已由光學計量裝置收集之資料之一方法之另一流程圖。 圖11A及圖11B圖解說明跨越光瞳平面之強度變化之去除。 圖12A及圖12B圖解說明對於一光柵之一模型之原始資料之一複縮放因子(量值及相位)之圖。 圖13A、圖13B及圖13C係將一模型應用於由掃描白光干涉測量計收集之資料之圖解說明。 圖14圖解說明Kpk 對像素數目之僅沿著y軸之一樣本圖，其中使用未圖案化樣本來量測一個二次擬合。 圖15圖解說明針對用於圖14之相同樣本之光瞳內之所有像素之Kpk 的一輪廓圖。 圖16圖解說明每一源光譜I(k)之峰值處之波長相對於針對掃描白光干涉測量計之照射路徑中之數個不同窄頻濾光器之所量測峰值波長之一圖。 圖17A及圖17B分別圖解說明針對一未圖案化樣本之光瞳中之一個像素處之一掃描白光干涉測量計信號及信號傅立葉變換。 圖18圖解說明展示針對一光柵樣本之傅立葉變換F(X,Y,k)之量值之一光瞳圖。 圖19A及圖19B分別圖解說明由圖18中之小十字標記之位置處之掃描白光干涉測量計信號及信號傅立葉變換。 圖20係圖解說明處理來自具有一圖案化結構之一樣本之白光干涉測量資料且特定而言判定光瞳中心之一方法之一流程圖。 圖21圖解說明藉由針對用於產生圖18之光柵樣本將信號傅立葉變換F(X,Y,K)擬合至一所儲存源光譜I(k)而獲得之所量測因子。 圖22展示針對圖21中所展示之光瞳中心資料所計算之權重，其中暗點指示近零權重。 圖23A及圖23B展示分別沿著X軸及Y軸之光瞳之擬合結果與藉由視覺上檢驗光瞳平面資料而獲得之手動導出結果之間的比較。

Claims (61)

  1. 一種利用一白光干涉測量計來特徵化一樣本之方法，該方法包括： 利用該白光干涉測量計自該樣本獲得干涉測量資料，該干涉測量資料包括關於來自一相機之每一像素之一光學路徑差異之強度，該相機在量測該樣本時對該白光干涉測量計之一物鏡光瞳平面進行成像； 自該干涉測量資料提取具有複合參數之一電場，該電場係方位角、入射角及波長之函數；及 使用基於對一零繞射階特有之該方位角、該入射角及該波長之一電場模型之該電場來判定該樣本之一或多個特性。
  2. 如請求項1之方法，其中來自該等樣本之該干涉測量資料不包含非零繞射階。
  3. 如請求項1之方法，其中使用基於該方位角、該入射角及該波長之該電場模型之該電場來判定該樣本之該一或多個特性包括將自該干涉測量資料提取之該電場擬合至該電場模型。
  4. 如請求項3之方法，其中該電場模型包含：來自一模型樣本之貢獻，包含一或多個可變參數；以及來自一模型白光干涉測量計之貢獻，包含該白光干涉測量計之光學組件之一雙衰減模型，以及來自該白光干涉測量計之一光源之光在該物鏡光瞳平面中之強度及相位分佈。
  5. 如請求項1之方法，其中使用基於該方位角、該入射角及該波長之該電場模型之該電場來判定該樣本之該一或多個特性包括使用該方位角、該入射角及該波長之該電場模型之一庫。
  6. 如請求項1之方法，進一步包括針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  7. 如請求項6之方法，其中針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料包括： 自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括關於來自該相機之每一像素之該光學路徑差異之一強度，該相機在量測該校準樣本時，對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像；及 針對來自該相機之每一像素，使用該強度校正資料來調整關於來自該相機之每一各別像素之該光學路徑差異之該強度。
  8. 如請求項6之方法，其中針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料包括： 自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括針對來自該相機之每一像素之隨空間頻率之一強度，該相機在量測該校準樣本時，對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像； 在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換，以產生一經傅立葉變換信號；及 使用該強度校正資料來調整該經傅立葉變換信號。
  9. 如請求項6之方法，其中針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料包括： 自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括相對於針對來自該相機之每一像素而判定之一入射角及方位角之具空間頻率之一強度，該相機在量測該校準樣本時，對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像；及 在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換，以產生一經傅立葉變換信號； 將該經傅立葉變換信號之每一像素轉換為該入射角及該方位角；以及 使用該強度校正資料來調整該經傅立葉變換信號。
  10. 如請求項1之方法，其中自該干涉測量資料提取具有複合參數之該電場包括在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換。
  11. 如請求項10之方法，其中提取該電場包括： 將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機之每一像素轉換成入射於該樣本上之光的一組獨特入射角與方位角；及 將每一組入射角及來自該傅立葉變換之空間頻率轉換為一波長。
  12. 如請求項11之方法，其中將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機之每一像素轉換成入射於該樣本上之該光之該組獨特入射角與方位角包括： 使用來自該樣本之該干涉測量資料來判定該物鏡光瞳平面中之一光瞳之一中心；及 基於該物鏡光瞳平面中之該物鏡光瞳之該中心，而針對來自該相機之每一像素判定入射於該樣本上之該光之該組獨特入射角與方位角。
  13. 如請求項12之方法，其中使用來自該樣本之該干涉測量資料來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心包括： 藉由將每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換擬合至該光源之一所量測光譜，而針對每一像素提取該傅立葉變換之該波長或空間頻率之一縮放因子； 將該光源之該所量測光譜之該波長或空間頻率乘以每個像素之該縮放因子；及 將該所量測光譜之乘以每個像素之該縮放因子之該波長或空間頻率擬合至一餘弦函數，以找到該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心，以及該入射角隨像素距該光瞳中心之距離改變之一速率。
  14. 如請求項13之方法，其中將該所量測光譜之乘以每個像素之該縮放因子之該波長或空間頻率擬合至該餘弦函數以找到該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心包括藉由至該光源之該所量測光譜之一擬合優度來對該所量測光譜之該波長或空間頻率進行加權。
  15. 如請求項1之方法，其中將該電場模型表示為一個廣義瓊斯矩陣。
  16. 如請求項1之方法，其中提取該電場包括將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機之每一像素轉換成入射於該樣本上之光的一組獨特入射角與方位角。
  17. 如請求項1之方法，其中利用該白光干涉測量計自該樣本獲得干涉測量資料包括在該白光干涉測量計中於該相機之前使用一輸出偏光器以抑制由該白光干涉測量計中之光學元件導致之不期望偏光消除的影響。
  18. 如請求項1之方法，其中利用該白光干涉測量計自該樣本獲得干涉測量資料包括： 產生寬頻光之一照射光束； 使用一分束器來將該照射光束引導穿過該物鏡光瞳平面處之一孔徑光闌； 使該照射光束偏光； 使用一干涉測量物鏡來致使該照射光束被入射於該樣本上，其中該照射光束反射離開該樣本以產生一經反射光束； 利用該干涉測量物鏡接收該經反射光束以將該經反射光束引導朝向該分束器； 使該經反射光束偏光； 使用該分束器來將該經反射光束引導朝向該相機； 將該物鏡光瞳平面之一影像聚焦於該相機上； 在該分束器將該經反射光束引導朝向該相機之後且在該經反射光束由該相機接收作為該物鏡光瞳平面之該影像之前，使該經反射光束偏光； 其中在該干涉測量物鏡使該光學路徑差異變化之同時，該相機擷取該物鏡光瞳平面之影像。
  19. 如請求項18之方法，進一步包括選擇性地將該物鏡光瞳平面之一影像聚焦於該相機上，或將該樣本之一影像聚焦於該相機上，且利用該相機來擷取該樣本之影像。
  20. 如請求項18之方法，進一步包括在該照射光束通過該物鏡光瞳平面處之該孔徑光闌之前，使該照射光束漫射以減小該物鏡光瞳平面處之強度的變化。
  21. 一種能夠特徵化一樣本之白光干涉測量計，該白光干涉測量計包括： 一寬頻光源，其產生寬頻光之一照射光束； 一分束器，其將該照射光束引導朝向該樣本，且將該照射光束引導穿過一物鏡光瞳平面處之一孔徑光闌，其中該照射光束由該樣本反射以形成一經反射光束，該分束器將該經反射光束引導朝向一相機； 一干涉測量物鏡，其接收該照射光束且將該照射光束聚焦於該樣本上，該干涉測量物鏡包括用以形成一參考光束之一參考鏡，其中該經反射光束與該參考光束組合以基於該經反射光束與該參考光束之間之一光學路徑差異而在該經反射光束中產生干涉； 該相機，其具有複數個像素，在該光學路徑差異變化的同時，該相機擷取該物鏡光瞳平面的影像以產生該樣本的干涉測量資料，該干涉測量資料包括關於每一像素處之該光學路徑差異的強度；及 至少一個處理器，其經耦合以接收該樣本之該干涉測量資料，該至少一個處理器自該干涉測量資料提取具有複合參數之一電場，該電場係方位角、入射角及波長之函數，且使用基於對一零繞射階特有之該方位角、該入射角及該波長之一電場模型之該電場來判定該樣本的一或多個特性。
  22. 如請求項21之白光干涉測量計，其中來自該樣本之該干涉測量資料不包含非零繞射階。
  23. 如請求項21之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器將自該干涉測量資料提取之該電場擬合至該電場模型，以使用基於該方位角、該入射角及該波長之該電場模型之該電場來判定該樣本之該一或多個特性。
  24. 如請求項23之白光干涉測量計，其中該電場模型包含：來自一模型樣本之貢獻，包含一或多個可變參數；以及來自一模型白光干涉測量計之貢獻，包含該白光干涉測量計之光學組件之一雙衰減模型，以及來自該白光干涉測量計之該寬頻光源之光在該物鏡光瞳平面中之強度及相位分佈。
  25. 如請求項21之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器使用該方位角、該入射角及該波長之該電場模型之一庫而使用基於該方位角、該入射角及該波長之該電場模型之該電場來判定該樣本之該一或多個特性。
  26. 如請求項21之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  27. 如請求項26之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器：自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括關於來自該相機之每一像素之該光學路徑差異之一強度，該相機在量測該校準樣本時，對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像；且針對來自該相機之每一像素，使用該強度校正資料來調整關於來自該相機之每一各別像素之該光學路徑差異之該強度，從而針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  28. 如請求項26之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器：自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括針對來自該相機之每一像素之隨空間頻率之一強度，該相機在量測該校準樣本時，對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像；在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換，以產生一經傅立葉變換信號；且使用該強度校正資料來調整該經傅立葉變換信號，從而針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  29. 如請求項26之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器：自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括相對於針對來自該相機之每一像素而判定之一入射角及方位角之具空間頻率之一強度，該相機在量測該校準樣本時，對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像；在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換以產生一經傅立葉變換信號；將該經傅立葉變換信號之每一像素轉換為該入射角及該方位角；且使用該強度校正資料來調整該經傅立葉變換信號，從而針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  30. 如請求項21之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換，以自該干涉測量資料提取具有複合參數之該電場。
  31. 如請求項30之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器：將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機之每一像素轉換成入射於該樣本上之光的一組獨特入射角與方位角；且將每一組入射角及來自該傅立葉變換之空間頻率轉換為一波長，從而自該干涉測量資料提取具有複合參數之該電場。
  32. 如請求項31之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器：使用來自該樣本之該干涉測量資料來判定該物鏡光瞳平面中之一光瞳之一中心；且基於該物鏡光瞳平面中之該物鏡光瞳之該中心，而針對來自該相機之每一像素判定入射於該樣本上之該光之該組獨特入射角與方位角，從而將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機之每一像素轉換成入射於該樣本上之該光之該組獨特入射角與方位角。
  33. 如請求項32之白光干涉測量計，該至少一個處理器：藉由將每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換擬合至該光源之一所量測光譜，而針對每一像素提取該傅立葉變換之該波長或空間頻率之一縮放因子；將該光源之該所量測光譜之該波長或空間頻率乘以每個像素之該縮放因子；且將該所量測光譜之乘以每個像素之該縮放因子之該波長或空間頻率擬合至一餘弦函數，以找到該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心以，及該入射角隨像素距該光瞳中心之距離改變之一速率，從而使用來自該樣本之該干涉測量資料來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心。
  34. 如請求項33之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器藉由至該光源之該所量測光譜之一擬合優度來對該所量測光譜之該波長或空間頻率進行加權，以將該所量測光譜之乘以每個像素之該縮放因子之該波長或空間頻率擬合至該餘弦函數。
  35. 如請求項21之白光干涉測量計，其中該電場模型被表示為一個廣義瓊斯矩陣。
  36. 如請求項21之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機的每一像素轉換成入射於該樣本上之光的一組獨特入射角與方位角以提取該電場。
  37. 如請求項21之白光干涉測量計，進一步包括經定位於該相機之前之一偏光器，該偏光器抑制由光學系統、該分束器及該干涉測量物鏡中之至少一者導致之不期望偏光消除的影響。
  38. 如請求項21之白光干涉測量計，進一步包括： 一光學系統，其自該分束器接收該經反射光束，該光學系統係可組態以選擇性地將該物鏡光瞳平面之一影像聚焦於該相機上，或將該樣本之一影像聚焦於該相機上； 其中該相機進一步擷取該樣本之影像。
  39. 如請求項21之白光干涉測量計，進一步包括經定位於該物鏡光瞳平面處之該孔徑光闌之前之一漫射器，該漫射器使通過該物鏡光瞳平面處之該孔徑光闌之該照射光束漫射，以減小該物鏡光瞳平面處之強度的變化。
  40. 一種處理來自具有一圖案化結構之一樣本之白光干涉測量資料之方法，該方法包括： 利用一白光干涉測量計，自具有該圖案化結構之該樣本獲得干涉測量資料，該白光干涉測量計包括一物鏡光瞳平面中之一光瞳，且來自該樣本之該干涉測量資料係藉由對該物鏡光瞳平面進行成像而獲得，該干涉測量資料包括關於來自一相機之每一像素之光學路徑差異的強度，該相機在量測具有該圖案化結構之該樣本時對該物鏡光瞳平面進行成像； 在每一像素處，執行該干涉測量資料之一傅立葉變換；及 使用每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換及該白光干涉測量計之一光源之一光譜來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之一中心。
  41. 如請求項40之方法，其中判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心包括： 藉由將每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換擬合至該光源之該光譜，而針對每一像素提取一空間頻率縮放因子，其中該源光譜之空間頻率係乘以該縮放因子；及 將每個像素之該所量測傅立葉變換之該縮放因子擬合至模型，以找到該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心。
  42. 如請求項41之方法，其中將每個像素之該所量測傅立葉變換之該縮放因子擬合至該模型以找到該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心包括藉由至該光源之該光譜之一擬合優度來對該縮放因子進行加權。
  43. 如請求項41之方法，其中將每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換擬合至該光源之該光譜包括使一縮放參數以及一入射角之餘弦浮動。
  44. 如請求項41之方法，進一步包括判定每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換之一擬合之一權重。
  45. 如請求項40之方法，其中自干涉測量資料獲得該光源之該光譜，該干涉測量資料係藉由在量測一校準樣本時對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像而獲得。
  46. 如請求項40之方法，其中針對由該白光干涉測量計執行之每一新的量測來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之一新的中心。
  47. 如請求項40之方法，進一步包括針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  48. 如請求項47之方法，其中針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料包括： 自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括關於來自該相機之每一像素之該光學路徑差異之一強度，該相機在量測該校準樣本時對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像；及 針對來自該相機之每一像素，使用該強度校正資料來調整關於來自該相機之每一各別像素之該光學路徑差異之該強度。
  49. 如請求項40之方法，進一步包括基於該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心，而將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機之每一像素轉換成入射於該樣本上之光的一組獨特入射角與方位角。
  50. 如請求項40之方法，進一步包括： 將該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心提供至一樣本模型；及 使用該物鏡平面中之該光瞳之該中心以在該光瞳平面之一影像中之像素位置與該光瞳平面中之一入射角及一方位角之間進行轉換。
  51. 一種用於量測具有一圖案化結構之一樣本之白光干涉測量計，其包括： 一寬頻光源，其產生寬頻光之一照射光束； 一分束器，其將該照射光束引導朝向具有該圖案化結構之該樣本，且將該照射光束引導穿過一物鏡光瞳平面中之一光瞳，其中該照射光束由該樣本反射以形成一經反射光束，該分束器將該經反射光束引導朝向一相機； 一干涉測量物鏡，其接收該照射光束且將該照射光束聚焦於該樣本上，該干涉測量物鏡包括用以形成一參考光束之一參考鏡，其中該經反射光束與該參考光束組合以基於該經反射光束與該參考光束之間之一光學路徑差異而在該經反射光束中產生干涉； 該相機，其具有複數個像素，在該光學路徑差異變化的同時，該相機擷取該物鏡光瞳平面之影像以產生該樣本的干涉測量資料，該干涉測量資料包括關於每一像素處之該光學路徑差異的強度；及 至少一個處理器，其經耦合以接收具有該圖案化結構之該樣本之該干涉測量資料，該至少一個處理器在每一像素處執行該干涉測量資料之一傅立葉變換，且使用每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換以及該寬頻光源之一光譜來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之一中心。
  52. 如請求項51之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器：藉由將每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換擬合至該寬頻光源之該光譜而針對每一像素提取一空間頻率縮放因子，其中該源光譜之空間頻率係乘以該縮放因子；且將每個像素之該所量測傅立葉變換之該縮放因子擬合至模型以找到該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心，從而判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心。
  53. 如請求項52之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器係藉由至該寬頻光源之該光譜之一擬合優度來對該縮放因子進行加權，以將每個像素之該所量測傅立葉變換之該縮放因子擬合至該模型，以找到該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心。
  54. 如請求項52之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器使一縮放參數以及一入射角之餘弦浮動，以將每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換擬合至該光源之該光譜。
  55. 如請求項52之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器進一步判定每一像素處之該干涉測量資料之該傅立葉變換之一擬合之一權重。
  56. 如請求項51之白光干涉測量計，其中自干涉測量資料獲得該寬頻光源之該光譜，該干涉測量資料係藉由在量測一校準樣本時對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像而獲得。
  57. 如請求項51之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器針對由該白光干涉測量計執行之每一新的量測來判定該物鏡光瞳平面中之該光瞳之一新的中心。
  58. 如請求項51之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  59. 如請求項58之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器：自一校準樣本獲得強度校正資料，該強度校正資料包括關於來自該相機之每一像素之該光學路徑差異之一強度，該相機在量測該校準樣本時，對該白光干涉測量計之該物鏡光瞳平面進行成像；且針對來自該相機之每一像素，使用該強度校正資料來調整關於來自該相機之每一各別像素之該光學路徑差異之該強度，從而針對該物鏡光瞳平面處之強度的變化來校正該干涉測量資料。
  60. 如請求項51之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器基於該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心，而將來自對該物鏡光瞳平面進行成像之該相機的每一像素轉換成入射於該樣本上之光的一組獨特入射角與方位角。
  61. 如請求項51之白光干涉測量計，其中該至少一個處理器將該物鏡光瞳平面中之該光瞳之該中心提供至一樣本模型，且使用該物鏡平面中之該光瞳之該中心以在該光瞳平面之一影像中之像素位置與該光瞳平面中之一入射角及一方位角之間進行轉換。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113203398A (zh) * 2021-04-29 2021-08-03 刘飞进 高精度动态倾角测量方法及测量装置
TWI843228B (zh) * 2020-05-09 2024-05-21 大陸商深圳中科飛測科技股份有限公司 測量系統和方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3436768A1 (en) * 2016-04-01 2019-02-06 The University of Liverpool Optical interferometry apparatus and method
JP2019152570A (ja) * 2018-03-05 2019-09-12 東芝メモリ株式会社 測定装置
DE102018106292B3 (de) * 2018-03-19 2019-07-18 Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH Verfahren zum Ablichten einer Sequenz von Schnittflächen im Innern eines Licht streuenden Objekts mit verbesserter Abtastung
TWI664586B (zh) * 2018-03-22 2019-07-01 National Taiwan Normal University 透過瑕疵複數光場之透明基板瑕疵檢測方法
US10816464B2 (en) * 2019-01-23 2020-10-27 Applied Materials, Inc. Imaging reflectometer
US11460418B2 (en) 2019-08-26 2022-10-04 Kla Corporation Methods and systems for semiconductor metrology based on wavelength resolved soft X-ray reflectometry
DE102021200109A1 (de) * 2021-01-08 2022-07-14 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren zur flächenhaften Bestimmung einer Karte wenigstens eines Strukturpara-meters einer strukturierten Oberfläche eines diffraktiven optischen Elements
US12013350B2 (en) 2021-05-05 2024-06-18 Onto Innovation Inc. Effective cell approximation model for logic structures
CN114858752B (zh) * 2022-03-14 2024-08-27 西安电子科技大学 基于光瞳面调制的定量微分干涉相衬显微成像装置及方法
CN114754705B (zh) * 2022-04-11 2023-05-05 华侨大学 垂直扫描白光干涉谱辅助穆勒矩阵椭偏测量系统及方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5398113A (en) 1993-02-08 1995-03-14 Zygo Corporation Method and apparatus for surface topography measurement by spatial-frequency analysis of interferograms
US7317531B2 (en) * 2002-12-05 2008-01-08 Kla-Tencor Technologies Corporation Apparatus and methods for detecting overlay errors using scatterometry
US6963445B2 (en) 2003-02-07 2005-11-08 Hoover Rex A Light diffuser for optical microscopes replacing condenser with opal glass to produce near-koehler illumination
US7061623B2 (en) 2003-08-25 2006-06-13 Spectel Research Corporation Interferometric back focal plane scatterometry with Koehler illumination
TWI335417B (en) 2003-10-27 2011-01-01 Zygo Corp Method and apparatus for thin film measurement
US7321430B2 (en) 2004-04-22 2008-01-22 Zygo Corporation Vibration resistant interferometry
GB0415766D0 (en) * 2004-07-14 2004-08-18 Taylor Hobson Ltd Apparatus for and a method of determining a characteristic of a layer or layers
US7791727B2 (en) 2004-08-16 2010-09-07 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for angular-resolved spectroscopic lithography characterization
EP1853874B1 (en) 2005-01-20 2009-09-02 Zygo Corporation Interferometer for determining characteristics of an object surface
US8009297B2 (en) * 2005-12-07 2011-08-30 Kabushiki Kaisha Topcon Optical image measuring apparatus
JP2009535609A (ja) 2006-04-28 2009-10-01 マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット 画像の記録及び表面の調査のための方法及び装置
US7619746B2 (en) 2007-07-19 2009-11-17 Zygo Corporation Generating model signals for interferometry
KR101254161B1 (ko) 2007-12-14 2013-04-18 지고 코포레이션 주사 간섭계를 사용해서 표면 구조를 분석하는 방법 및 장치
US8004688B2 (en) 2008-11-26 2011-08-23 Zygo Corporation Scan error correction in low coherence scanning interferometry
JP5400481B2 (ja) * 2009-06-03 2014-01-29 株式会社トプコン 光画像計測装置
JP5515459B2 (ja) * 2009-07-06 2014-06-11 ソニー株式会社 半導体デバイスの製造方法
US8189202B2 (en) * 2009-08-04 2012-05-29 Zygo Corporation Interferometer for determining overlay errors
US9243886B1 (en) 2012-06-26 2016-01-26 Kla-Tencor Corporation Optical metrology of periodic targets in presence of multiple diffraction orders
US9581430B2 (en) 2012-10-19 2017-02-28 Kla-Tencor Corporation Phase characterization of targets
WO2014138522A1 (en) 2013-03-08 2014-09-12 Kla-Tencor Corporation Pupil plane calibration for scatterometry overlay measurement
WO2014209987A1 (en) 2013-06-26 2014-12-31 Zygo Corporation Coherence scanning interferometry using phase shifted interferometrty signals
US10495446B2 (en) * 2015-06-29 2019-12-03 Kla-Tencor Corporation Methods and apparatus for measuring height on a semiconductor wafer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI843228B (zh) * 2020-05-09 2024-05-21 大陸商深圳中科飛測科技股份有限公司 測量系統和方法
CN113203398A (zh) * 2021-04-29 2021-08-03 刘飞进 高精度动态倾角测量方法及测量装置

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