TW202107215A - 使用數值孔徑減量之光學度量衡裝置 - Google Patents

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特洛伊 丹尼爾 黎包都
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Abstract

本發明揭示一種可判定一樣本之至少一個特性之度量衡裝置。該度量衡裝置包含：一光學系統，其藉助一第一及一第二物鏡透鏡來使用空間同調光；以及一偵測器，其偵測自該樣本反射之光。該等物鏡透鏡使用足以產生(例如)小於200 µm之一小探針大小的數值孔徑，而一空間濾光器用於減量由該偵測器觀看到之該光學系統的有效數值孔徑，以避免資訊損耗及由歸因於大數值孔徑之大角擴展導致的苛刻計算要求。該空間濾光器准許光在一所期望角範圍中通過，同時阻擋剩餘光，且經定位以防止該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡中之至少一者之全空間廣度的使用。

Description

使用數值孔徑減量之光學度量衡裝置
本發明係關於光學度量衡，且特定而言係關於一種用於一光學度量衡裝置之光學系統。
半導體工業以及其他複雜奈米技術程序工業在程序控制中需要極嚴密公差。隨著晶片之尺寸繼續收縮，公差需求繼續變得更嚴密。因此，期望量測極小尺寸(例如，大約幾奈米)之新的更精確方式。在此尺度下，典型顯微鏡(諸如光學顯微鏡)或掃描電子顯微鏡並不適合於獲得所期望精度或者進行快速非侵入性量測，此亦係可期望的。
光學度量衡技術已呈現為一解決方案。光學度量衡技術之基本原理係反射及/或散射來自一目標之光且量測所得光。所接收信號可簡單地基於來自樣本之光之反射率或由樣本引起之光之偏光狀態(Psi、δ)之改變。該光可經模型化以擷取經照射樣本之幾何結構及其他所期望參數。
隨著半導體裝置及移動至3D裝置結構之工業中臨界尺寸之連續收縮，用於量測裝置結構參數之光學度量衡正面臨愈來愈多挑戰，此歸因於缺乏參數敏感度及強參數相關性。因此，光學度量衡中之繼續改良係可期望的。
藉助一空間濾光器來減量如由偵測器觀看到之一光學度量衡裝置之一光學系統之有效數值孔徑。該光學度量衡裝置包含一光學系統，其將空間同調光聚焦至一樣本上之一小探針大小中且偵測經反射光。該空間濾光器准許光在一所期望角範圍中通過，同時阻擋剩餘光且經定位以防止使用一主要物鏡透鏡及/或接收物鏡透鏡之全空間廣度。該等物鏡透鏡可具有足以產生例如在最大尺寸上小於200 µm之一小探針大小的匹配數值孔徑。該空間濾光器減量如由該偵測器觀看到之該光學系統之該有效數值孔徑，以避免歸因於在該經反射光中擴展之特徵的資訊損耗及由大的角擴展引起之苛刻計算需求，該大的角擴展係由一數值孔徑引起。舉例而言，該空間濾光器可包含准許光以一小入射角範圍但以一相對大的方位角範圍通過之一孔徑。在其他實施方案中，該空間濾光器可包含准許光以一小方位角範圍但以一相對大的入射角範圍通過之一孔徑。在其他實施方案中，該空間濾光器可將該等入射角及方位角限制為一限定範圍。另外，該空間濾光器可包含准許光以單獨入射角或方位角通過之多個孔徑，且一可移動蓋可用於選擇光可通過之該多個孔徑中之一者。
在一項實施方案中，一種用於量測一目標之至少一個特性之光學度量衡裝置可包含一光學系統，其包含一第一物鏡透鏡，該第一物鏡透鏡經組態以接收同調光且將該同調光聚焦以斜向地入射在該目標上。該第一物鏡透鏡之光軸相對於該目標成一入射角及一方位角。同調光之至少一部分被反射。一第二物鏡透鏡經組態以接收被反射之該同調光。一偵測器經組態以接收被反射之該同調光且作為回應而產生信號。該度量衡裝置可包含一空間濾光器，其經組態以減量如由該偵測器觀看到之該光學系統之一有效數值孔徑。該空間濾光器定位在該光學系統中在該第一物鏡透鏡之一輸入與該偵測器之間。該空間濾光器阻擋該同調光之一部分退出該空間濾光器且准許該同調光之另一部分通過。經耦合以接收來自該偵測器之該等信號的至少一個處理器經組態以使用來自該偵測器之該等信號來判定該目標之至少一特性。
在一項實施方案中，一種用於執行由具有一光學系統之一光學度量衡裝置執行之一目標之至少一個特性之光學量測的方法包含使用一第一物鏡透鏡來聚焦沿著相對於該目標成一入射角及一方位角之一光軸斜向地入射在該目標上之同調光。該同調光之至少一部分自該目標反射且藉助一第二物鏡透鏡被接收。藉由阻擋該同調光之一第一部分且使該同調光之一第二部分在該第一物鏡透鏡之一輸入與一偵測器之間通過來減量如由一偵測器觀看到之該光學系統之一有效數值孔徑。該同調光由該偵測器偵測且用於判定該目標之至少一特性。
在另一實施方案中，一種用於量測一目標之至少一個特性之光學度量衡裝置包含一光學系統，其包含一第一物鏡透鏡，該第一物鏡透鏡經組態以接收同調光且將該光聚焦以斜向地入射在該目標上，其中該第一物鏡透鏡之一光軸相對於該目標成一入射角及一方位角。同調光之至少一部分被反射。一第二物鏡透鏡經組態以接收被反射之該同調光。一偵測器經組態以接收被反射之該同調光且作為回應而產生信號。該光學度量衡裝置包含用於減量如由該偵測器觀看到之該光學系統之該有效數值孔徑之一構件。至少一個處理器經組態以使用來自該偵測器之該等信號來判定該目標之至少一特性。
相關申請案之交叉參考
本申請案依據35 USC §119主張於2019年5月15日提出申請之標題為「使用數值孔徑減量之光學度量衡系統(OPTICAL METROLOGY SYSTEM USING NUMERICAL APERTURE REDUCTION)」之美國專利申請案第62/848,300號的優先權，該申請案之全文係以引用的方式併入本文中。
光學度量衡用於敏感樣本(諸如半導體裝置、平板顯示器等)之非接觸量測。通常，光學度量衡在製作期間用於在基板處理期間評估半導體裝置。藉助光學度量衡，用光照射一樣本，該樣本通常反射或散射光。在與樣本互動之後，所得光可經偵測及分析以判定樣本之一所期望特性。舉例而言，一模型化程序可用於分析，其中具有一可變參數(或多個可變參數)之樣本之一模型用於針對可變參數中之每一者以不同值計算對光之一預測回應。來自被測試樣本之經量測回應可與經計算回應比較以找出一最佳配合。對應於該最佳配合之可變參數之值可視為表示樣本之經量測特性。
不同類型之光學度量衡裝置可用於樣本之非接觸量測，諸如(例如)反射計、橢圓偏光計、散射計、干涉儀等。某些光學度量衡裝置可照射該裝置且簡單量測反射率或強度值。其他裝置可以各種方式將該光偏光以量測由樣本引起之光之偏光狀態(Psi、δ)之改變。此外，光學度量衡裝置可在一單個波長或窄頻帶之波長下操作，而其他裝置可在複數個波長(光譜)下操作。
用於光學度量衡裝置之光學系統通常將光聚焦至樣本上之小探針(斑點)大小中。光學系統可包含具有一大數值孔徑(NA)之一物鏡透鏡以產生小斑點大小且解析比具有一較小數值孔徑之可更精細之細節。然而，一大數值孔徑之使用可導致光之一經增加角擴展。換言之，具有一大數值孔徑之一透鏡比具有一較小數值孔徑之一透鏡具有以一較大角擴展之一較大光錐。因此，與具有一小數值孔徑之一物鏡透鏡相比，具有一大數值孔徑之一物鏡透鏡在一大入射角及方位角範圍內產生光。然而，具有一大入射角及方位角範圍之光可導致在計算所得光上之困難。然而，甚至更成問題的係，一大入射角及方位角範圍可致使特徵可在原始資料中模糊化，此不可透過處理來復原。
某些光學度量衡裝置，特定而言具有中紅外線範圍之彼等操作通常在一既定組態中依賴於具有一單入射角之一相對大的探針大小(例如，大約一或多個毫米)或具有最小模型化需求。此等習用儀器並不會經歷如上文所論述的關於一小探針大小之困難。
然而，可期望將入射光聚焦至樣本上之小探針大小，但亦期望限制所偵測之入射角及/或方位角範圍，例如，以避免歸因於信號模糊化之資訊損耗及苛刻計算需求。一種達成此之方式係使用一組不平衡物鏡，例如，一個物鏡透鏡具有一高數值孔徑輸入且另一物鏡透鏡具有一低數值孔徑輸出。然而，一組不平衡物鏡之使用需要定製設計之物鏡透鏡且難以實現並且係昂貴的，尤其對於反射物鏡。
根據一項實施方案，可藉由限制入射角範圍及/或方位角範圍來減量如由偵測器觀看到之光學系統之有效數值孔徑，同時仍在樣本上產生一小探針大小以經由光學系統通過。可使用光學系統內之一空間濾光器來減量有效數值孔徑。空間濾光器准許某些光以一所期望第一入射角範圍、一所期望方位角範圍或其一組合通過，同時將光阻擋在所期望入射角或方位角範圍外部。舉例而言，空間濾光器可位於主要物鏡透鏡之輸入與偵測器之間，例如，在主要聚焦物鏡透鏡或接收物鏡透鏡之輸入或輸出中之任一者處，或在接收物鏡透鏡與偵測器之間在兩個聚焦元件之間的一共軛平面處。可藉助空間濾光器來使用空間同調光。舉例而言，空間濾光器可包含准許光以一小入射角範圍但以一相對大的方位角範圍通過之一孔徑。在其他實施方案中，空間濾光器可包含准許光以一小方位角範圍但以一相對大的入射角範圍通過之一孔徑。在其他實施方案中，空間濾光器可將入射角及方位角兩者限制為一限定範圍。另外，空間濾光器可包含准許光以單獨入射角或方位角通過之多個孔徑，且一可移動蓋可用於選擇光可經由其通過之多個孔徑中之一者。
本文中使用空間濾光器來減量光學系統之有效數值孔徑，同時達成一小探針大小。比較而言，有時習用地相對於物鏡透鏡使用孔徑光闌或場光闌(例如)來防止諸如非預期反射或繞射之雜散光進入光學系統，但並不減量光學系統之數值孔徑。舉例而言，孔徑光闌之其他使用包含減少或消除假影或者清理來自一雷射之探測束之空間模式。因此，此等系統使用孔徑光闌以用於對探測束或所接收束進行品質控制，但不減量光學系統之有效數值孔徑。
圖1圖解說明一光學度量衡裝置100之一簡化示意圖，該光學度量衡裝置包含具有一經減量有效數值孔徑之一光學系統以判定一樣本101 (其有時可稱為一目標)之特性。光學度量衡裝置100可經組態以執行樣本101之量測，例如，反射測量或橢圓測量(包含穆勒(Mueller)矩陣橢圓測量)。
光學度量衡裝置100包含產生空間同調光112之一光源110。在某些實施方案中，光112可係例如在中紅外線光譜區域或紅外線光譜之其他區域中之紅外線光。舉例而言，光源110可產生具有介於2.5 μm與30 μm之間、或更特定而言介於5 μm與13 μm之間或其他所期望範圍之波長的紅外線光。然而，若需要，可使用例如在紫外線、可見光或近紅外線光譜區域中之其他波長之光。由光源110產生之光112可包含一波長範圍(亦即，寬頻帶)或可係單色的。舉例而言，光源110可經調諧以在一所期望光譜範圍中依序產生具有不同波長之光。藉由實例之方式，出於信雜比(SNR)考量，光源110可係一同調、可寬泛調諧的基於雷射之發射器，其提供一適合平均功率(例如，在樣本處大於1 mW，且更特定而言10 mW至100 mW)。舉例而言，光源110可係一可調諧量子串接雷射(QCL)，其產生在所期望波長中之紅外線光。在一項實施方案中，QCL光源110可係自Block Engineering, LLC、DRS Daylight Solutions或Pranalytica購買之類型。在另一實施方案中，光源110可係(例如)光學參數振盪器(OPO)或放大器(OPA)或者與一單光器配對之一頻率梳狀雷射源。一基於雷射之光源之重複率應大於1 MHz或者可使用一連續波方法。可使用較低重複率，例如，小於500 kHz，然而，必須使用一觸發系統將所調變的時序與光源同步。若需要，光源110可係不同波長之其他同調源。
光學度量衡裝置100包含具有聚焦光學器件120之一光學系統，該聚焦光學器件將光112聚焦且引導該光以斜向地入射在樣本101之一頂部表面上。聚焦光學器件120可係折射的、反射的或其一組合。聚焦光學器件120可係一物鏡透鏡122以及反射光學元件123及124。物鏡透鏡122將光112聚焦且引導該光以便以介於30°與70°之間的一入射角或任何其他所期望角斜向地入射在樣本101上。物鏡透鏡122可在一金屬或玻璃基板上具有一裸露或受保護金或鋁塗層。物鏡透鏡122可係一史瓦西物鏡、球形、橢圓形、離軸抛物線形鏡或其組合。而且，額外或較少反射光學元件可用於聚焦光學器件120。若需要，則另外或另一選擇係，可在聚焦光學器件120中使用折射光學器件。折射光學器件可由若干材料製成，包含但不限於硒化鋅、矽、鍺、氟化鎂、氟化鋇或氟化鈣。
來自樣本101之經反射光119係由另一組聚焦光學器件130接收。與聚焦光學器件120一樣，接收經反射光119之聚焦光學器件130可係折射的、反射的，或其一組合。舉例而言，聚焦光學器件130包含一接物鏡132，其在用於聚焦光學器件120時匹配物鏡透鏡122。聚焦光學器件130經圖解說明為包含反射光學元件133及134。物鏡透鏡132可在一金屬或玻璃基板上具有一裸露或受保護金或鋁塗層。該物鏡透鏡可係一史瓦西物鏡、球形、橢圓形、離軸抛物線形鏡，或其組合。而且，額外或較少反射光學元件可用於聚焦光學器件130。另外或另一選擇係，若需要，可在聚焦光學器件130中使用折射光學器件。折射光學器件可係由若干材料製成，包含但不限於硒化鋅、矽、鍺、氟化鎂、氟化鋇，或氟化鈣。
物鏡透鏡122及132可係(例如)具有相同數值孔徑之匹配物鏡透鏡。藉由實例之方式，物鏡透鏡122及132之數值孔徑可係0.3，其對於一橢圓偏光計係一相對大的值。由於使用一斜向入射角，因此量測斑點可係非對稱的，但物鏡透鏡122及132之數值孔徑(舉例而言)可足以將光聚焦成在其最大尺寸上小於200 µm之一量測斑點。在某些實施方案中，數值孔徑可足以將光聚焦成在其最大尺寸上係100 µm或更小(例如50 µm)之一量測斑點。物鏡透鏡122及132可係史瓦西型物鏡，但可使用其他類型之物鏡。
一空間濾光器180可被定位在光學路徑中且充當用以減量如由偵測器150觀看到之光學系統之有效數值孔徑之一構件。如所圖解說明，空間濾光器180可係位於接收物鏡透鏡132之輸入側處，但可係位於主要物鏡透鏡122之輸入與偵測器150之間。主要物鏡透鏡122之輸入係一後焦平面。空間濾光器180可係定位在以下各項中之一者處：主要物鏡透鏡122之後焦平面、第一物鏡透鏡與第二物鏡透鏡之間、接收物鏡透鏡132之後焦平面處，以及接收物鏡透鏡132與偵測器150之間於兩個聚焦元件142與144之間之一共軛平面中。空間濾光器180包含准許某些光以一所期望第一入射角範圍、一所期望方位角範圍或其一組合通過同時將光阻擋在所期望入射角或方位角範圍外部之一或多個孔徑。在使用將入射角及/或方位角範圍限制為(例如)一經設計角±2.5°之一空間濾光器180的情況下，光學系統的有效數值孔徑可被減量至(例如)0.1。藉由將空間濾光器180定位在光學路徑中之樣本之後，主要物鏡透鏡122之相對大的數值孔徑可有利地在樣本上產生一小斑點，同時空間濾光器180減量如由偵測器150接收或觀看到之光學系統的有效數值孔徑。空間濾光器180可被定位在樣本101之前，例如，在主要物鏡透鏡122之輸入或輸出處，此將同樣減量光學系統之有效數值孔徑，但由於空間濾光器180減量主要物鏡透鏡122之數值孔徑，因此樣本101上之斑點大小可被增加。
一偵測器150接收所得經反射光119，例如，在通過空間濾光器180之後，且因此觀看到光學系統之一有效數值孔徑，該有效數值孔徑相對於若空間濾光器180不存在偵測器150將觀看到的而減量。舉例而言，偵測器150偵測影像平面中之光.  偵測器150可包含一或多個單像素光電偵測器元件，例如，具有對紅外線光敏感之一單像素之一單片式晶片。偵測器元件之大小可經選擇以符合偵測器元件之平面處之束大小。偵測器150應匹配光源110之輸出範圍。舉例而言，一電荷耦合裝置(CCD)型或互補金屬氧化物半導體(CMOS)型偵測器通常由矽製造，且因此並不適合於偵測紅外線波長。各種材料及偵測器組態適合於紅外線內之特定範圍。舉例而言，一熱電冷卻(TEC)碲化汞鎘(MCT)偵測器可與產生一中紅外線光譜區域中之一波長(例如，大約5 μm至13 μm)之一光源一起使用。一液氮冷卻MCT偵測器可用於低信號位準，或基於氘化三甘氨酸硫酸鹽之元件(DTGS)而用於具有高反射值及潛在MCT偵測器飽和度之應用。在波長範圍係大約2 μm至5 μm之實施例中，基於硒化鉛(PbSe)、銻化銦(InSb)或砷化銦鎵(InGaAs)之偵測器可用於增強偵測能力。可藉助一跨阻抗放大器151來預先放大來自偵測器150之信號輸出。
應理解，在光學度量衡裝置100之束路徑中可存在額外光學元件。舉例而言，光學度量衡裝置100之光學總成可經組態使得來自樣本之背側或樣本101下方之卡盤108之反射被消除。如圖1中所圖解說明，可包含一刀刃140以阻擋背側反射，同時允許樣本反射通過。刀刃140可位於光學度量衡裝置100之光學系統中之一點處，其中樣本反射及背側反射可彼此隔離。舉例而言，圖1圖解說明一般而言安置在樣本101與偵測器150之間的一刀刃140，例如，接收聚焦光學器件130與一偵測器150之間或一偏光器(分析器)(若使用)與偵測器150之間。如所圖解說明，刀刃140可介於透鏡142與144之間且可位於透鏡142之焦點平面處，此使樣本反射及背側反射成像。刀刃140阻擋背側反射，亦即，來自樣本101之底部表面之經反射光。透鏡144因此接收樣本反射但並非背側反射，且將樣本反射提供至偵測器150。因此，偵測器150不接收由刀刃140阻擋之背側反射。
光學系統可在光源110之後的束路徑中包含額外光學元件以擴展光112以便允許聚焦光學器件120在樣本101上達成一所期望光斑大小。而且，光學系統可在偵測器150之前的束路徑中包含額外光學元件(諸如一束擴展或減量系統)以變更束之大小，例如，以使其與偵測器元件大小相稱。該束擴展或減量系統可包含可由例如一金屬或玻璃基板上之裸露或受保護金或鋁塗層製造之一或多個折射光學器件及/或可由例如硒化鋅、矽、鍺、氟化鎂、氟化鋇或氟化鈣製造之反射光學器件。
另外，一或多個偏光元件可係在光學度量衡裝置100之束路徑中。舉例而言，如圖1中以虛線所圖解說明，光學度量衡裝置100可包含在樣本101之前的束路徑中之一偏光元件170及在樣本101之後的束路徑中之一偏光元件(分析器) 172中之一者或兩者(或沒有)。舉例而言，硒化鋅線柵偏光器可用於控制光束之輸入偏光狀態以及光束在激勵偵測器150中之偵測元件之前的最終狀態。若光學度量衡裝置100使用一偏光元件(例如)作為一橢圓測量量測系統之部分，則準確操作取決於偏光控制組件。舉例而言，對於量測準確度及信雜比(SNR)，一高消光比(例如，大於1000比1)及偏光控制組件之傳輸效率係可期望的。
另外，光學度量衡裝置100可在束路徑中包含一或多個相位調變器，諸如光彈性調變器(PEM)、電光調變器或旋轉補償器。舉例而言，圖1以虛線圖解說明在樣本101之前的束路徑中之一PEM 174及在樣本101之後的束路徑中之一PEM 176，其可不存在於或其之一者或兩者可存在於光學度量衡裝置100中。舉例而言，PEM 174之功能係，任一者在反射出樣本101之前或之後或者兩者在反射出樣本101之前及之後在偵測器150處產生對光束之一時間相依偏光，此取決於幾何結構。時間相依性質係使得束以一已知頻率(例如，大約50 kHz)在線性偏光與圓形偏光狀態之間振盪。在使用一或多個PEM 174及176的情況下，偵測器150之時間回應應足以回應PEM之調變速率。預先放大來自偵測器150之信號輸出之跨阻抗放大器151可具有係PEM之調變頻率之至少兩倍的一頻帶寬(例如)且可係200 kHz或更大。應理解，當圖解說明PEM 174及176時，相位調變器可係電光調變器或其他適合類型之調變器。
一或多個PEM 174、176可經調整使得由可調諧光源110依序產生之光之每一波長在每一波長處具有相同偏光延遲。舉例而言，可將施加至PEM 174及/或176之電壓設定為針對由光源110產生之每一不同波長之一特定值以達成相同延遲。因此，藉助諸如一可調諧QCL之一波長可變光源110，所期望延遲及波長係用於設定施加至之主體中之傳感器之電壓的輸入。因此，一般方案需要調諧光源110之波長(例如，可調諧QCL)且同時調整PEM 174及/或176上之電壓以跨越光源110之光譜範圍而產生相同延遲(諸如四分之一波長)，亦即，依序而非並行操作。系統之依序操作可由光源110之可調諧性質指定。所期望延遲及波長係用於設定施加至PEM之主體中之傳感器之電壓的輸入。可藉由以特定偏光器及調變器定向量測經由整個光學系統之傳輸來執行對施加至PEM之主體中之傳感器之電壓之校準。若使用兩個PEM 174及176，則調變頻率可相差幾kHz或更多。用於光學度量衡裝置100中之PEM之主體可係(例如)硒化鋅。
若需要，一旋轉補償器可用於代替一PEM來進行延遲。與PEM (＜1 kHz與50 kHz)相比，一旋轉補償器在一低得多的頻率下操作且因此與使用PEM相比可減少輸送量。然而，可藉助一旋轉補償器來同時延遲多個波長。若使用多個光源及偵測器或一陣列偵測器，則一旋轉補償器之使用可用於對系統進行多工。
應理解，光學度量衡裝置100中之光學總成可具有各種組態及操作模式且不限於圖1中所展示。度量衡裝置100可組態為包含一光源110、聚焦光學器件120、樣本101、接收聚焦光學器件130、及偵測器150之一反射計，且可或可不包含使用一偏光元件170。在一橢圓偏光計組態中，度量衡裝置100可包含一光源110、一偏光元件170、一PEM 174 (或補償器)或PEM 176 (或電光調變器或旋轉補償器)、聚焦光學器件120、樣本101、接收聚焦光學器件130、一分析器(偏光元件) 172及偵測器150。在一穆勒矩陣橢圓偏光計組態中，度量衡裝置100可包含一光源110、一偏光元件170、一PEM 174 (或電光調變器或旋轉補償器)、聚焦光學器件120、樣本101、接收聚焦光學器件130、一第二PEM 176 (或電光調變器或旋轉補償器)、一分析器(偏光元件) 172及偵測器150。
鑒於本發明，熟習此項技術者將很好地理解反射計、橢圓偏光計及穆勒矩陣橢圓偏光計之操作及分析。舉例而言，在一單個調變器之情形中，可監測來自偵測器150之電壓輸出以提取PEM調變頻率下之DC以及第一及第二諧波。可藉由包含在光源110之後的一光學截波器192或直接監測偵測器之DC電壓來提取DC信號。若使用兩個調變器，則其等可具有不同諧振頻率且可在DC、第一及第二諧波、兩個調變器之總和及差頻率以及總和及差頻率之兩倍下監測電壓。如熟習此項技術者將理解，可藉助一單個PEM來提取N、C及S之習用橢圓測量值。此外，如熟習此項技術者將理解，可藉由在束已反射出樣本之後且在分析線性偏光器之前將一第二PEM併入光學路徑中來同時量測穆勒矩陣之八個分量。藉由進一步擴展，四個PEM之使用將允許同時量測穆勒矩陣之全部分量。
偵測器150自由處理器160接收之經偵測光產生複數個輸出信號。輸出信號指示樣本101對樣本101上之斜向入射光之一回應。使用輸出信號，可判定樣本之一特性。藉由實例之方式，可監測來自偵測器150之輸出信號以在一單個PEM調變器之情形中在PEM調變頻率下及在兩個調變器之總和及差頻率下以及在兩個PEM調變器之情形中在總和及差頻率之兩倍下提取DC值以及第一及第二諧波。可藉助跨阻抗放大器151經由一數位或類比鎖定放大(LIA)程序來監測非零頻率信號。若需要，束路徑中之一機械光學截波器192允許亦待由LIA進行之DC信號之量測。若不使用機械截波器，則可使用一數位多工電錶及適合信號隔離及數位或類比低通濾光器。鎖定隱含方案之時間常數將由系統之信雜比設定。對於一多調變器系統，可使用額外解調變器，其等可係在LIA之跨阻抗放大器151內部以提供一個以上通道，例如，在存在三個信號的情況下，可存在三個單獨單通道LIA或一個3通道LIA。PEM 174及176之操作之頻率範圍使一場可程式化閘陣列(FPGA)之使用成為一種用於簡化跨阻抗放大器151之儀器且在不增加硬體的情況下達成按比例調整系統複雜度之一直接方式的良好方法。
偵測器150可耦合至至少一個處理器160，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。應理解，可使用一個處理器、多個單獨處理器或多個經鏈接處理器，此等全部處理器在本文中可互換地稱為處理器160、至少一個處理器160、一或多個處理器160。處理器160較佳地包含於度量衡裝置100中或連接至度量衡裝置100或者以其他方式與光學度量衡裝置100相關聯。舉例而言，處理器160可例如藉由控制耦合至卡盤108之一載台109之移動來控制樣本101之位置。舉例而言，載台109可夠在笛卡耳(亦即，X及Y)座標或極(亦即，R及θ)座標或者兩者之某一組合中進行水平運動。載台亦可夠沿著Z座標進行垂直運動。處理器160可進一步控制卡盤108之操作以固持或釋放樣本101。處理器160亦可收集及分析如本文中所論述地自偵測器150獲得之資料。舉例而言，處理器160可分析資料以判定如下文所論述的樣本101之一或多個實體特性。處理器160包含具有記憶體164之至少一個處理單元162以及包含例如一顯示器166及輸入裝置168之一使用者介面。體現有電腦可讀程式碼之一非暫時性電腦可用儲存媒體169可由處理器160使用，以便致使至少一個處理器控制光學度量衡裝置100且執行包含本文中所闡述之分析之功能。用於自動實施此詳細說明中所闡述之一或多個動作之資料結構及軟體碼可由熟習此項技術者鑒於本發明實施且儲存於(例如)一電腦可用儲存媒體169上，該電腦可用儲存媒體可係可儲存供諸如處理單元162之一電腦系統使用之碼及/或資料之任何裝置或媒體。電腦可用儲存媒體169可係(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)之快閃驅動器、磁性及光學儲存裝置。一通信埠167亦可用於接收用於將處理器160程式化以執行本文中所闡述之功能中之任一者或多者的指令且可表示諸如至網際網路或任何其他電腦網路之任何類型之通信連接。通信埠167可在一前饋或回饋程序中進一步將例如具有量測結果及/或指令之信號匯出至諸如外部程序工具之另一系統，以便基於量測結果調整與樣本之一製作程序步驟相關聯之一程序參數。另外，本文中所闡述之功能可全部或部分地體現於一特殊應用積體電路(ASIC)或一可程式化邏輯裝置(PLD)之電路內，且該等功能可以可用於創建如本文中所闡述地操作之一ASIC或PLD之一電腦可理解描述符語言來體現。
光學度量衡裝置100之原始輸出係電壓值對例如光源110上之波長設定點之一光譜。在使用一單個PEM 174或176之情形中，自LIA記錄電壓值且將其稱為DC (截波器頻率)、1F (PEM頻率)及2F (PEM頻率之第二諧波)信號。LIA量測均方根電壓，截波器將全部信號減半且截波器係一方波。由於DC信號係一方波且該鎖定僅提取第一分量，因此來自用於DC放大之鎖定放大器之經量測電壓乘以校正因子，例如，π/4。因此，取決於是否使用光學截波器192，需要進行兩個至三個解調變。取決於偏光分量之光軸之定向，該光譜可用於計算橢圓測量值N、C及S。若自源方向觀察樣本係正時將入射平面視為以順時針旋轉之0度角方向，則45°下之第一偏光器、90°下之PEM及+45°下之分析偏光器之組態之計算之最簡單實施例係：
Figure 02_image001
方程式1
Figure 02_image003
方程式2
Figure 02_image005
方程式3
其中J1及J2係第一類別之貝索(Bessel)函數，使得J1 = J1(A)且J2 = J2(A)，其中A = 2.4048雷得。可以此方式產生複數個輸出信號，其中該等輸出信號指示樣本反射，例如，樣本對光斜向地入射在樣本上之回應。模型化及一最佳配合判定可用於判定一樣本之一特性。
光學度量衡裝置100可使用一窄頻帶寬可調諧雷射系統作為其光源110。光源110之某些實例在光源110之出口處產生具有1.5 mm至2 mm之一廣度之光。一探針大小(亦即，斑點大小)係所期望的，例如，小於200 μm且小至50 μm。為達成所期望斑點大小且同時為最小化色像差，可使用反射光學元件，但可使用其他類型之光學元件，例如，折射或者折射及反射之一組合。因此，舉例而言，主要物鏡透鏡122及接收物鏡透鏡123可係匹配反射物鏡，諸如史瓦西物鏡。用於產生所期望探針大小之物鏡122及132之數值孔徑(NA)可係大約0.3，此係一橢圓偏光計之一大值。大約0.1之一值係更期望的且對於橢圓偏光計係更常見的。由物鏡122及132之相對大的數值孔徑暗指之經增加角擴展可導致一苛刻計算問題以及原始資料中之特徵模糊化。可期望將入射光聚焦至樣本上之一小探針大小，但亦限制所偵測之入射角及/或方位角範圍，例如，以避免歸因於信號之模糊化之資訊損耗及苛刻計算需求。
根據一項實施方案，藉由空間濾光器180來減量光學度量衡裝置之光學系統的有效數值孔徑。空間濾光器180之概念基礎係認識到一空間同調雷射束與一顯微鏡中之科勒(Köhler)照射之模型之間的差異。在具有科勒照射之一顯微鏡中，照射系統將一細射線錐遞送至物鏡之頂部焦點平面中的一點。此等射線係由物鏡準直，且形成傳播至樣本之一平面波前。傳播角度取決於點在頂部焦點平面中之位置。經照射光瞳之廣度及焦距判定數值孔徑，且因此判定接近樣本之光的角範圍。頂部焦點平面中之全部點相對於彼此皆不同調，因此全部單獨射線錐束皆彼此獨立。然而，當頂部焦點平面中之照射係同調時，亦即，頂部焦點平面中之全部點相對於彼此鎖相時，在物鏡之後的全部小射線錐束相對於彼此鎖相，使得替代眾多小平面波前，其等連結起來形成一大球形波前。
然而，入射角取決於物鏡之頂部焦點平面中通量的分佈。舉例而言，假定與物鏡之光瞳相比，雷射束係極小的。自物鏡射出之束的角將取決於束在物鏡(類似於科勒照射之物鏡)之光瞳平面中的位置。考量小束(其係偏心的)及隨著頂部焦點平面中之束之直徑增加會發生何事。在此程序之極端情況下，當束亦經擴展使得與物鏡之光瞳相比其係大的時，將存在光瞳之大約均勻照射，且樣本之斑點將係艾瑞圓盤圖案(Airy disc pattern)。入射角將有效地由物鏡之軸判定。在極小模型與極大模型之間，將存在其中束中心之位置及物鏡之位置兩者判定入射角之條件。因此，可期望束轉向係準確的。
圖2藉由實例之方式圖解說明在物鏡之前方具有恆定入射角值的座標。入射角值以度為單位。依據至樣本之法線來量測入射角，因此入射角的低值更靠近物鏡之孔徑的頂部。圖2中僅展示未漸暈之射線的座標，因此在視覺上解釋中央遮蔽之限制以及歸因於史瓦西物鏡中之蜘蛛型支撐(spider support)之中斷係可能的。
圖3圖解說明在空間濾光器180將經組態以將入射角嚴格限制為45° ± 2.5°但接受一大方位角範圍之情況下的空間濾光器180之孔徑座標。若需要，可將遮罩限制為其他入射角，例如，45° ± 5.0°、35° ± 2.5°等。圖4圖解說明空間濾光器180將經組態以將方位角限制為例如0° ± 2.5°但接受一大入射角範圍(例如，30°至60°)之情形下的空間濾光器180之孔徑座標。若需要，可將遮罩限制為其他入射角及方位角範圍。
圖5藉由實例之方式圖解說明主要物鏡透鏡122及接收物鏡透鏡132 (其等可係匹配反射物鏡，諸如一史瓦西物鏡)之透視圖。如所圖解說明，具有經組態以限制入射角但接受一大方位角範圍之一孔徑182之空間濾光器180定位在接收物鏡透鏡132之輸入側處。舉例而言，空間濾光器180可組態為經定大小以裝配在接收物鏡132之輸入側上方之一帽蓋。在其他實施方案中，空間濾光器180可經組態以裝配在接收物鏡132之輸出側上方或在主要物鏡透鏡122之輸入側或輸出側上方。舉例而言，空間濾光器180可在一商用3D印表機上以黑色聚乳酸(PLA)進行3D印刷或以其他方式產生。
圖6A至圖6F圖解說明空間濾光器180中孔徑182之各種組態。舉例而言，圖6A圖解說明用以限制入射角但接受一大方位角範圍之孔徑182之一組態。舉例而言，圖6A中之孔徑182定位在空間濾光器180之中心(且可與物鏡透鏡之中心對準)處，且因此將准許光在定中心在物鏡透鏡之光軸上之一有限入射角範圍內通過且准許光在定中心在物鏡透鏡之光軸上之一較大方位角範圍內通過。
圖6B圖解說明孔徑182之一組態，該孔徑定中心在光軸上且經組態以准許光在定中心在光軸上之一有限方位角範圍內通過且准許光在定中心在光軸上之一較大入射角範圍內通過。
圖6C圖解說明具有多個孔徑182及184之空間濾光器180之一組態，該等孔徑使光在有限入射角及方位角範圍兩者內通過，但由於存在兩個孔徑182及184，因此使光以兩個不同入射角範圍通過(如所展示)。若需要，藉由將圖6C中所展示之空間濾光器180旋轉90度，孔徑182及184將使光以兩個不同方位角範圍通過。若需要，孔徑182及184可定位成不同入射角及方位角範圍兩者。在光學度量衡裝置中使用時，兩個孔徑182及184中之一者將被覆蓋使得僅一個孔徑使光通過。例如可在校準期間或自動地移動一可移動蓋186以選擇性地阻擋住孔徑182及184中之一者，從而准許光通過剩餘的未覆蓋孔徑。
圖6D圖解說明使光以定中心在光軸上之若干個入射角及方位角通過但使光不沿著光軸通過之一孔徑182。
圖6E圖解說明選擇具有一有限入射角範圍及有限方位角範圍之光之一孔徑182，入射角範圍及方位角範圍圖解說明為係偏心的，亦即，對於方位角偏離中心線183且對於入射角偏離中心線185，亦即，入射角範圍及方位角範圍未定中心在光軸上。若需要，孔徑182可定位在中心線183上以將方位角範圍定中心在光軸上，及/或定位在中心線185上以將入射角範圍定中心在光軸上。
圖6F圖解說明選擇具有一第一入射角範圍及第二方位角範圍之光之一偏心孔徑182之另一組態，其中第一與第二範圍係不同的，例如，可接受比方位角範圍大之一入射角範圍。
圖7A圖解說明樣本101以及物鏡透鏡122及132之一透視圖。物鏡透鏡122及32各自包含一光軸OA，其相對於至樣本101之法線N成一入射角θO 。物鏡透鏡122及132之光軸OA形成一入射平面(POI)。而且，光軸OA相對於樣本101成一方位角φO ，如由入射平面(POI)相對於一參考定向(Ref)所定義，參考定向可例如基於樣本上之一扁平部或一校準光柵等來定義。物鏡透鏡122及132之入射角及方位角係對稱的，且因此圖7A中僅圖解說明相對於接收物鏡透鏡132之角。
圖7中圖解說明物鏡透鏡122及132之數值孔徑，該等數值孔徑由物鏡透鏡122及132之空間廣度極大地放大。因此，物鏡透鏡122及132具有定中心在光軸OA上之一入射角範圍δAOI ，該入射角範圍δAOI 係θ1 - θ2 。類似地，物鏡透鏡122及132具有定中心在光軸上之一方位角範圍δAA ，該方位角範圍δAA 係φ1 - φ2 。舉例而言，在具有0.3之一數值孔徑及45º之一入射角的情況下，物鏡透鏡122及132具有圍繞45º±17.46º之一入射角範圍δAOI ，且方位角範圍δAA 類似地係圍繞光軸±17.46º之δAOI 。
圖7B類似於圖7A且圖解說明樣本101以及物鏡透鏡122及132之一透視圖，但圖解說明接收物鏡透鏡132上方之空間濾光器180之一孔徑182。孔徑182准許光在一有限入射角範圍δAOI 內但在一相對大的方位角範圍δAA 內通過且阻擋剩餘光。藉由實例之方式，空間濾光器180之孔徑182可准許圍繞光軸之一±2.5º入射角範圍，例如，圍繞45º，且可准許圍繞光軸之一±15.0º方位角範圍以便通過。
圖7C類似於圖7A且圖解說明樣本101以及物鏡透鏡122及132之一透視圖，但圖解說明接收物鏡透鏡132上方之空間濾光器180之孔徑182之另一實施方案。圖7C圖解說明孔徑182准許光在一有限入射角範圍δAOI 內且在一有限方位角範圍δAA 內通過，有限入射角範圍δAOI 及有限方位角範圍δAA 兩者係偏心的且阻擋剩餘光。藉由實例之方式，圖C中之空間濾光器180之孔徑182可准許圍繞例如40º之一中心入射角之一±2.5º入射角範圍，且可准許圍繞未定中心在光軸上之一中心方位角之一±2.5º方位角範圍。
圖8A至圖8D圖解說明史瓦西型物鏡透鏡122及132以及空間濾光器180之各種位置之剖面圖，該空間濾光器阻擋除通過孔徑182之光以外的光。藉由實例之方式，如圖8A中所圖解說明，空間濾光器180定位在物鏡透鏡122之一後焦平面處主要物鏡透鏡122之輸入側122in上方。圖8B圖解說明定位在主要物鏡透鏡122之輸出側122out上方之空間濾光器180，該空間濾光器介於物鏡透鏡122與樣本之間。圖8C圖解說明定位在接收物鏡透鏡132之輸入側132in上方之空間濾光器180，例如，介於樣本與物鏡透鏡132之間。圖8D圖解說明定位在物鏡透鏡132之後焦平面處接收物鏡透鏡132之輸出側132out上方之空間濾光器180。另外，如圖1中所圖解說明，空間濾光器180可定位在接收物鏡透鏡132與偵測器150之間，位於兩個聚焦元件142與144之間的一共軛平面處。因此，空間濾光器180可位於相對於物鏡透鏡122及132之各種位置中。
圖9A及圖9B圖解說明在若干個波長上方沈積在一單晶[100]矽樣本上之一2.2 µm熱SIO2 膜上的一序列量測之實驗(圖9A)及模擬(圖9B)結果。對於實驗圖表(圖9)，在不具有一空間濾光器(例如，不具有上限)的情況下及在具有空間濾光器180具有不同角範圍之兩個變體(例如，接受45° ± 2.5°之入射角之一空間濾光器上限及接受35° ± 2.5°之入射角之一空間濾光器上限)的情況下收集橢圓測量值δ之量測。如在實驗圖表(圖9A)中所觀看到，由使用空間濾光器引起之入射角範圍之變化變更經量測回應。模擬圖表(圖9B)在具有以上條件的情況下使用系統之一光學模型來模擬實驗量測。如所觀看到，模擬圖表(圖9B)與實驗圖表(圖表9A)非常一致。實驗與模擬圖表之間的一致性指示光學系統之數值孔徑之減量及使用空間濾光器180之一所期望入射角之選擇可準確地經模式化且可用於一樣本之一或多個特性之量測。
圖10係圖解說明一種執行由具有一光學系統之一光學度量衡裝置(例如，度量衡裝置100)執行之一目標之至少一個特性之光學量測的方法之一流程圖。如所圖解說明，使用一第一物鏡透鏡將同調光聚焦以沿著相對於目標成一入射角及一方位角之一光軸斜向地入射在目標上，其中同調光之至少一部分自目標反射(1002)。藉助一第二物鏡透鏡來接收被反射之同調光(1004)。藉由阻擋同調光之一第一部分且准許同調光之一第二部分在光學系統中在第一物鏡透鏡之一輸入與一偵測器之間的一位置處通過來減量如由一偵測器觀看到之光學系統之一有效數值孔徑(1006)。藉助偵測器來偵測被反射之同調光(1008)。使用由偵測器偵測之同調光來判定目標之一特性(1010)。
在某些實施方案中，該同調光可係例如在2.5 µm與30 µm之間的光譜範圍中之紅外線光，且該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡可係反射光學元件。另外，在某些實施方案中，入射角可介於30º與70º之間。該第一物鏡透鏡可具有足以將該同調光聚焦成在其最大尺寸上小於200 µm之一量測斑點之一數值孔徑，且該阻擋係介於該目標與該偵測器之間。可准許同調光之該第二部分在一第一入射角範圍及一第二方位角範圍中之至少一者或者其一組合中通過。
在某些實施方案中，該第一物鏡透鏡之該輸入係一後焦平面，且該阻擋可係在以下各項中之一者處：該第一物鏡透鏡之該後焦平面、該第一物鏡透鏡與該第二物鏡透鏡之間、該第二物鏡透鏡之該後焦平面處以及該第二物鏡透鏡與該偵測器之間在兩個透鏡之間的一共軛平面中。
在某些實施方案中，該方法可進一步包含移動一蓋以選擇性地覆蓋兩個孔徑中之一者以准許該同調光之該第二部分以兩個不同入射角範圍或兩個不同方位角範圍中之一者通過。
在某些實施方案中，該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡可具有匹配數值孔徑且阻擋該同調光之該第一部分可防止使用該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡中之至少一者之一全空間廣度。
儘管出於指導性目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的情況下作出各種更改及修改。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:光學度量衡裝置/度量衡裝置 101:樣本 108:卡盤 109:載台 110:光源/可調諧量子串接雷射光源/可調諧光源/波長可變光源 112:空間同調光/光 119:經反射光/所得經反射光 120:聚焦光學器件 122:物鏡透鏡/主要物鏡透鏡/物鏡/史瓦西型物鏡透鏡 122in:輸入側 122out:輸出側 123:反射光學元件/接收物鏡透鏡 124:反射光學元件 130:聚焦光學器件/接收聚焦光學器件 132:接物鏡/物鏡透鏡/接收物鏡透鏡/物鏡/接收物鏡/史瓦西型物鏡透鏡 132in:輸入側 132out:輸出側 133:反射光學元件 134:反射光學元件 140:刀刃 142:聚焦元件/透鏡 144:聚焦元件/透鏡 150:偵測器 151:跨阻抗放大器 160:處理器 162:處理單元 164:記憶體 166:顯示器 167:通信埠 168:輸入裝置 169:非暫時性電腦可用儲存媒體/電腦可用儲存媒體 170:偏光元件 172:偏光元件/分析器 174:光彈性調變器/單個光彈性調變器 176:光彈性調變器/第二光彈性調變器/單個光彈性調變器 180:空間濾光器 182:孔徑/偏心孔徑 183:中心線 184:孔徑 185:中心線 186:可移動蓋 192:光學截波器/機械光學截波器 1002:步驟 1004:步驟 1006:步驟 1008:步驟 1010:步驟 N:法線 OA:光軸 Ref:參考定向 δAA :方位角範圍/有限方位角範圍 δAOI :入射角範圍/有限入射角範圍 θO :入射角 φO :方位角
圖1圖解說明具有一光學系統之一光學度量衡裝置之一示意圖，該光學系統具有一經減量有效數值孔徑。
圖2圖解說明一物鏡透鏡之入射角之恆定值座標。
圖3圖解說明用於經組態以限制一物鏡透鏡之入射角之範圍的一空間濾光器之孔徑座標。
圖4圖解說明用於經組態以限制一物鏡透鏡之方位角之範圍的一空間濾光器之孔徑座標。
圖5圖解說明一主要物鏡透鏡及一接收物鏡透鏡之一透視圖，其中在接收物鏡透鏡之輸入側上具有一空間濾光器。
圖6A至圖6F圖解說明一空間濾光器中孔徑之各種組態。
圖7A至圖7C圖解說明樣本及具有不同有效數值孔徑之物鏡透鏡之透視圖。
圖8A至圖8D圖解說明史瓦西(Schwarzschild)型主要物鏡透鏡及接收物鏡透鏡以及用於阻擋光之空間濾光器之各種位置之剖面圖。
圖9A及圖9B圖解說明分別用於使用具有及不具有一空間濾光器之一物鏡透鏡自一樣本收集之資料的實驗及模擬結果。
圖10係圖解說明藉助包含一空間濾光器之一光學度量衡裝置來執行一樣本之至少一個特性之光學量測的方法之一流程圖。
122:物鏡透鏡/主要物鏡透鏡/物鏡/史瓦西型物鏡透鏡
132:接物鏡/物鏡透鏡/接收物鏡透鏡/物鏡/接收物鏡/史瓦西型物鏡透鏡
180:空間濾光器
182:孔徑/偏心孔徑

Claims (20)

  1. 一種用於量測一目標之至少一個特性之光學度量衡裝置，該光學度量衡裝置包括： 一光學系統，其包括： 一第一物鏡透鏡，其經組態以接收一同調光，且將該同調光聚焦以斜向地入射於該目標上，其中該第一物鏡透鏡之一光軸相對於該目標成一入射角及一方位角，其中該同調光之至少一部分被反射； 一第二物鏡透鏡，其經組態以接收被反射之該同調光； 一偵測器，其經組態以接收被反射之該同調光，且作為回應而產生信號； 一空間濾光器，其經組態以減量如由該偵測器觀看到之該光學系統之一有效數值孔徑，該空間濾光器係定位在該光學系統中於該第一物鏡透鏡之一輸入與該偵測器之間，且該空間濾光器阻擋該同調光之一第一部分退出該空間濾光器，且准許該同調光之一第二部分通過；及 至少一個處理器，其經耦合以接收來自該偵測器之該等信號，該至少一個處理器經組態以使用來自該偵測器之該等信號來判定該目標之至少一特性。
  2. 如請求項1之光學度量衡裝置，其中該同調光係紅外線光，且該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡係反射光學元件。
  3. 如請求項1之光學度量衡裝置，其中該第一物鏡透鏡之該輸入係一後焦平面，且該空間濾光器係定位在以下各項中之一者處：該第一物鏡透鏡之該後焦平面處、該第一物鏡透鏡與該第二物鏡透鏡之間、該第二物鏡透鏡之該後焦平面處，及該第二物鏡透鏡與該偵測器之間於兩個透鏡之間之一共軛平面中。
  4. 如請求項1之光學度量衡裝置，其中該空間濾光器准許該同調光之該第二部分在一第一入射角範圍及一第二方位角範圍中之至少一者或者其一組合中通過。
  5. 如請求項1之光學度量衡裝置，其中該第一物鏡透鏡具有足以將該同調光聚焦成在其最大尺寸上小於200 µm之一量測斑點之一數值孔徑，且該空間濾光器係定位在該光學系統中於該目標與該偵測器之間。
  6. 如請求項1之光學度量衡裝置，其中該空間濾光器包括准許該光學系統中之該同調光以兩個不同入射角範圍或兩個不同方位角範圍通過之兩個單獨孔徑，該光學度量衡裝置進一步包括一可移動蓋，其移動以選擇性地覆蓋該兩個單獨孔徑中之一者。
  7. 如請求項1之光學度量衡裝置，其中該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡具有匹配數值孔徑，且其中該空間濾光器防止使用該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡中之至少一者之一全空間廣度。
  8. 一種用於執行由具有一光學系統之一光學度量衡裝置執行之一目標之至少一個特性之光學量測的方法，該方法包括： 使用一第一物鏡透鏡，將同調光聚焦以沿著相對於該目標成一入射角及一方位角之一光軸斜向地入射在該目標上，其中該同調光之至少一部分係自該目標反射； 藉助一第二物鏡透鏡接收被反射之該同調光； 藉由阻擋該同調光之一第一部分且准許該同調光之一第二部分在該光學系統中於該第一物鏡透鏡之一輸入與一偵測器之間之一位置處通過來減量如由一偵測器觀看到之該光學系統之一有效數值孔徑； 藉助該偵測器來偵測被反射之該同調光；及 使用由該偵測器偵測之該同調光來判定該目標之至少一特性。
  9. 如請求項8之方法，其中該同調光係紅外線光，且該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡係反射光學元件。
  10. 如請求項8之方法，其中該第一物鏡透鏡之該輸入係一後焦平面，且其中該阻擋係在以下各項中之一者處：該第一物鏡透鏡之該後焦平面、該第一物鏡透鏡與該第二物鏡透鏡之間、該第二物鏡透鏡之該後焦平面處，及該第二物鏡透鏡與該偵測器之間於兩個透鏡之間之一共軛平面中。
  11. 如請求項8之方法，其中准許該同調光之該第二部分在一第一入射角範圍及一第二方位角範圍中之至少一者或其一組合中通過。
  12. 如請求項8之方法，其中該第一物鏡透鏡具有足以將該同調光聚焦成在其最大尺寸上小於200 µm之一量測斑點之一數值孔徑，且該光學系統中之該阻擋係介於該目標與該偵測器之間。
  13. 如請求項8之方法，進一步包括移動一蓋以選擇性地覆蓋兩個孔徑中之一者，以准許該同調光之該第二部分以兩個不同入射角範圍或兩個不同方位角範圍中之一者通過。
  14. 如請求項8之方法，其中該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡具有匹配數值孔徑，且其中阻擋該同調光之該第一部分防止該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡中之至少一者之一全空間廣度的使用。
  15. 一種用於量測一目標之至少一個特性之光學度量衡裝置，該光學度量衡裝置包括： 一光學系統，其包括： 一第一物鏡透鏡，其經組態以接收同調光，且將該同調光聚焦以斜向地入射在該目標上，其中該第一物鏡透鏡之一光軸係成一入射角及一方位角，其中該同調光之至少一部分被反射； 一第二物鏡透鏡，其經組態以接收被反射之該同調光，該第二物鏡透鏡係與該第一物鏡透鏡隔開； 一偵測器，其經組態以接收被反射之該同調光，且作為回應而產生信號；及 一構件，用於減量如由該偵測器觀看到之該光學系統之一有效數值孔徑，及 至少一個處理器，其經耦合以接收來自該偵測器之該等信號，該至少一個處理器經組態以使用來自該偵測器之該等信號來判定該目標之至少一特性。
  16. 如請求項15之光學度量衡裝置，其中該同調光係紅外線光，且該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡係反射光學元件。
  17. 如請求項15之光學度量衡裝置，其中用於減量該光學系統之該有效數值孔徑之該構件係定位在該光學系統中於以下各項中之一者處：該第一物鏡透鏡之一後焦平面處、該第一物鏡透鏡與該第二物鏡透鏡之間、該第二物鏡透鏡之該後焦平面處，及該第二物鏡透鏡與該偵測器之間於兩個透鏡之間之一共軛平面中。
  18. 如請求項15之光學度量衡裝置，其中該第一物鏡透鏡具有足以將該同調光聚焦成在其最大尺寸上小於200 µm之一量測斑點之一數值孔徑，且用於減量該光學系統之該有效數值孔徑之該構件係定位在該光學系統中於該目標與該偵測器之間。
  19. 如請求項15之光學度量衡裝置，進一步包括用於在兩個不同入射角範圍或兩個不同方位角範圍中之一者之間進行選擇之一構件。
  20. 如請求項15之光學度量衡裝置，其中該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡具有匹配數值孔徑，且其中用於減量該光學系統之該有效數值孔徑之該構件防止該第一物鏡透鏡及該第二物鏡透鏡中之至少一者之一全空間廣度的使用。
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