TW202134599A - 藉雷射頻率偏移之快速相位移干涉 - Google Patents

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Abstract

一種聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統包含：一雷射，其經組態以產生一入射光束；一第一光學分離器，其經光學耦合至該雷射且經組態以將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分；至少一個相位移通道，其經光學耦合至該第一光學分離器且經組態以用一聲光調變器(AOM)自從該第一光學分離器接收之該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束；及一第二光學分離器，其經組態以自該至少一個相位移通道接收該至少一個頻率偏移光束，且經組態以將該至少一個頻率偏移光束引導至經組態以用該至少一個頻率偏移光束來獲取一樣本之一干涉圖之一干涉儀。

Description

藉雷射頻率偏移之快速相位移干涉
本發明大體上係關於光學度量衡之領域，且更特定言之係關於一種用於藉雷射頻率偏移之快速相位移干涉之系統及方法。
諸如光學干涉儀及光學波前干涉之度量衡系統及程序已用於量測樣本之某些特性。光學波前干涉可包含將一入射波前分離成兩個波或光束：用於探測測試光學器件且載送測試光學器件之波前像差資訊之一樣本光束，及一參考光束。接著，可將測試光束及參考光束組合在一起以產生由一二維感測器記錄之一干涉圖或干涉圖案。調整與測試光束同參考光束之間之一光學路徑差異(OPD)成比例之組合測試及參考光束的相位移可包含：直接改變一光學路徑長度(OPL)。然而，隨著對半導體裝置之需求增加，對經改良製造設備特性化能力(舉例而言，諸如光學度量衡能力)之需要亦將繼續增加。
因而，提供一種解決上文所識別之方法之缺點的系統及方法將為有利的。
根據本發明之一或多項實施例，揭示一種聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統。在一項實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含經組態以產生一入射光束之一雷射。在另一實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含光學耦合至該雷射之一第一光學分離器。在另一實施例中，該第一光學分離器經組態以將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分。在另一實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含光學耦合至該第一光學分離器之至少一個相位移通道。在另一實施例中，該至少一個相位移通道包含一AOM。在另一實施例中，該至少一個相位移通道經組態以接收該入射光束之該至少一個部分。在另一實施例中，該AOM經組態以自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束。在另一實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含經組態以自該至少一個相位移通道接收該至少一個頻率偏移光束之一第二光學分離器。在另一實施例中，該第二光學分離器經組態以將該至少一個頻率偏移光束引導至經組態以用該至少一個頻率偏移光束獲取一樣本之一干涉圖的一干涉儀。
根據本發明之一或多項實施例，揭示一種方法。在一項實施例中，該方法可包含但不限於運用一雷射源產生一入射光束。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用一第一光學分離器將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用該第一光學分離器將該入射光束之該至少一個部分引導至一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統之至少一個相位移通道中。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用該AOM雷射頻率偏移器系統之該至少一個相位移通道中之一AOM自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用一第二光學分離器接收該至少一個頻率偏移光束。在另一實施例中，該方法可包含但不限於經由該第二光學分離器將該至少一個頻率偏移光束引導至經組態以用該至少一個頻率偏移光束獲取一樣本之一干涉圖的一干涉儀。
根據本發明之一或多項實施例，揭示一種特性化系統。在一項實施例中，該特性化系統包含經組態以獲取一樣本之一干涉圖之一干涉儀。在另一實施例中，該特性化系統包含光學耦合至該干涉儀之一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統。在另一實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含經組態以產生一入射光束之一雷射。在另一實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含光學耦合至該雷射之一第一光學分離器。在另一實施例中，該第一光學分離器經組態以將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分。在另一實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含光學耦合至該第一光學分離器之至少一個相位移通道。在另一實施例中，該至少一個相位移通道包含一AOM。在另一實施例中，該至少一個相位移通道經組態以接收該入射光束之該至少一個部分。在另一實施例中，該AOM經組態以自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束。在另一實施例中，該AOM雷射頻率偏移器系統包含經組態以自該至少一個相位移通道接收該至少一個頻率偏移光束之一第二光學分離器。在另一實施例中，該第二光學分離器經組態以將該至少一個頻率偏移光束引導至該干涉儀。在另一實施例中，該干涉儀經組態以用該至少一個頻率偏移光束獲取該樣本之該干涉圖。
根據本發明之一或多項實施例，揭示一種方法。在一項實施例中，該方法可包含但不限於運用一雷射源產生一入射光束。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用一第一光學分離器將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用該第一光學分離器將該入射光束之該至少一個部分引導至一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統之至少一個相位移通道中。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用該AOM雷射頻率偏移器系統之該至少一個相位移通道中之一AOM自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束。在另一實施例中，該方法可包含但不限於運用一第二光學分離器接收該至少一個頻率偏移光束。在另一實施例中，該方法可包含但不限於經由該第二光學分離器將該至少一個頻率偏移光束引導至一干涉儀。在另一實施例中，該方法可包含但不限於在該干涉儀中運用該至少一個頻率偏移光束獲取一樣本之一干涉圖。
應理解，前文一般描述及下文[實施方式]兩者僅為例示性且說明性的，且不一定限制如所主張之本發明。併入於本說明書中且構成本說明書之一部分之隨附圖式繪示本發明之實施例，且與一般描述一起用於說明本發明之原理。
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2019年11月21日申請之標題為PHASE-SHIFT INTERFEROMETRY BY LASER FREQUENCY SHIFT之以Haifeng Huang、Rui-Fang Shi及Dan Wack為發明人之美國臨時專利申請案序號62/938,725的權利，該案之全文係以引用的方式併入本文中。
已關於特定實施例及其等之特定特徵特別展示且描述本發明。本文中所闡述之實施例被視為闡釋性的而非限制性的。一般技術者應容易明白，可做出形式及細節上之各種改變及修改而不脫離本發明之精神及範疇。現將詳細參考在隨附圖式中繪示之所揭示標的物。
大體上參考圖1至圖8C，根據本發明之一或多項實施例，描述一種用於藉雷射頻率偏移之快速相位移干涉之系統及方法。
本發明之實施例係關於藉由使用聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器來在幾毫秒(ms)或亞ms之一時間段中執行多步階(例如，
Figure 02_image001
)相位移干涉，從而大大減少熱漂移、機械振動、聲音雜訊(acoustic noise)及空氣擺動(air wiggle)之影響。本發明之實施例亦關於在介於深紫外線(DUV)與紅外線(IR)之間之一廣波長範圍內達到優於10-5 波之一相位移準確度。本發明之實施例亦關於藉由使用雷射頻率梳技術(諸如一頻率偏移回饋雷射)來量測一干涉儀中之測試路徑與參考路徑之間的一光學路徑差異至約1微米之一準確度。
諸如光學干涉儀及光學波前干涉之度量衡系統及程序已用於量測樣本之某些特性。光學波前干涉可包含將一入射波前分離成兩個波或光束：用於探測測試光學器件且載送測試光學器件之波前像差資訊之一樣本光束，及一參考光束。接著，可將樣本光束及參考光束組合在一起以產生由一感測器記錄之一干涉圖或干涉圖案。
圖1繪示一例示性干涉儀100 (例如，一馬赫-陳爾德(Mach-Zehnder)干涉儀)之一簡化示意圖。在一項實施例中，干涉儀100包含一或多個光學路徑。例如，一或多個光學路徑包含但不限於藉由一光學分離器106產生之一測試路徑102及一參考路徑104。在另一實施例中，測試路徑102及參考路徑104藉由一光學分離器108組合。例如，光學分離器106及/或光學分離器108可包含但不限於一實體光纖分離器、自由空間中之一透鏡或類似者。
在另一實施例中，干涉儀100 (例如，光學、實體、電及/或通信地)耦合至一照明源110。例如，照明源110可經組態以產生具有一選定波長之一照明光束。例如，照明源110可包含但不限於能夠發射範圍近似在深紫外線(DUV) (例如，157奈米(nm))與中紅外線(MIR) (例如，6000 nm)之間之照明的任何源。藉由另一實例，照明源110可包含此項技術中已知之任何照明源，包含但不限於一光纖雷射、一光纖耦合光源、一光纖耦合半導體雷射及類似者。藉由另一實例，照明源110可經由一光學耦合器114耦合至干涉儀100。
在另一實施例中，干涉儀100 (例如，光學、實體、電及/或通信地)耦合至一感測器112。例如，感測器112可為一個二維(2D)感測器112。
在圖1中，照明源110產生一入射波前，該入射波前藉由光學分離器106分離成引導至測試路徑102中之一樣本光束及引導至參考路徑104中之一參考光束。在測試路徑102內，樣本光束藉由一鏡116引導至測試光學器件118，且在經過測試光學器件118之後，將測試光學器件118之波前像差資訊載送至光學分離器108。在參考路徑104內，參考光束藉由一鏡120引導至光學分離器108。
在另一實施例中，感測器112可捕捉參考路徑104之參考光束與測試路徑102之樣本光束之間之一或多個干涉圖案(即，干涉圖)。在此方面，干涉圖之經調變強度與樣本光束之光學路徑之變動相關聯。本文中應注意，光學路徑之變動可歸因於一樣本118a之高度之變動(例如，歸因於一圖案之存在)或沿著樣本光束之路徑之折射率之變動。因此，干涉圖案(干涉圖)可指示樣本118a之拓樸。
一般而言，本文中應注意，干涉儀100經組態以在樣本118a之一個側或兩側上執行量測。例如，干涉儀100可經組態以用感測器112執行樣本118a之一表面之二維量測。藉由另一實例，干涉儀100可包含經組態以在一樣本118a之一第一表面上執行一或多個量測的一第一干涉儀子系統，及經組態以在樣本118a之與第一表面相對之一第二表面上執行一或多個量測的一第二干涉儀子系統。在另一實施例中，第一干涉儀子系統及第二干涉儀子系統經組態以同時在樣本118a之相對側上執行量測。第一干涉儀子系統及第二干涉儀子系統可為相同的，但其等不需要在全部實施例中相同。
樣本118a可包含此項技術中已知之任何樣本，包含但不限於一晶圓、一半導體晶圓、一倍縮光罩、一遮罩及類似者。在一項實施例中，樣本118a可安置於一固持機構或一樣本載物台上/內。例如，干涉儀100可包含經組態以垂直地(或實質上垂直地)、水平地(或實質上水平地)固持樣本118a之一固持機構或一樣本載物台，及類似者。
本文中應注意，測試光學器件118可包含經組態以容許將一樣本光束(例如，自照明源110)提供至樣本118a且接收自樣本118a偏轉之照明(例如，以提供至感測器112)的任何數目及/或類型之光學元件。例如，一或多個光學元件可包含但不限於準直器、透鏡、稜鏡、圓對稱透鏡、柱面透鏡、光束整形器、鏡、波板、偏振器、濾光片及類似者。例如，一或多個光學元件可包含但不限於一非球面準直透鏡。一或多個光學元件可經組態以修改照明光束之一或多個特性，包含但不限於照明光束之一直徑。在一項實施例中，一或多個光學元件準直一發散照明光束。在另一實施例中，一或多個光學元件可經組態以引導及/或聚焦所傳播之照明朝向感測器112，使得干涉條紋覆疊於樣本118a之一影像上。另外，本文中應注意，樣本118a可為一光學成像系統之一組件。
接著，光學分離器108將樣本光束及參考光束組合在一起且將組合波引導至感測器112，感測器112記錄干涉圖案或干涉圖。方程式1係干涉方程式：
Figure 02_image003
方程式1 其中
Figure 02_image005
及
Figure 02_image007
分別為測試光束強度及參考光束強度。
Figure 02_image009
係含有測試光學器件之波前像差資訊且將被量測之兩個波之間的相位差，
Figure 02_image011
係相位移，其中
Figure 02_image013
且
Figure 02_image015
係相位移步階之總數。針對各相位步階
Figure 02_image011
，存在一對應干涉圖強度
Figure 02_image018
。當
Figure 02_image020
時，可求解原始相位
Figure 02_image022
、
Figure 02_image024
及
Figure 02_image026
。在方程式1中，相位
Figure 02_image028
與測試光束同參考光束之間之光學路徑差異(OPD)成比例，如方程式2中所提供：
Figure 02_image030
方程式2 其中
Figure 02_image032
係光在真空中之速度且
Figure 02_image034
係在真空中兩個波之間之等效光學路徑差異，其已包含兩個光學路徑中之材料折射率之效應。自方程式2，應理解，代替改變OPD或除改變OPD之外，亦可藉由改變雷射頻率而實現相位移。方程式3繪示各相位步階
Figure 02_image036
之判定：
Figure 02_image038
方程式3 其中
Figure 02_image040
係針對第
Figure 02_image042
相位移步階自
Figure 02_image044
之雷射頻率偏移。自方程式3，應理解，藉雷射頻率偏移之相位移之方法僅在OPD不為零時起作用。
調整與測試光束同參考光束之間之OPD成比例之組合測試及參考光束的相位移可包含：直接改變一光學路徑長度(OPL)。圖2A及圖2B繪示根據本發明之一或多項實施例之用於量測OPD的例示性系統之簡化示意圖。
本文中應注意，一馬赫-陳爾德干涉儀之額外論述可在由Herbert Gross編輯之Handbook of Optical Systems ，第5卷：Metrology of Optical Components and Systems (Wiley-VCH，2012年)中找到，該案之全文併入本文中。
雖然本發明之實施例將干涉儀100繪示為一馬赫-陳爾德干涉儀，但本文中應注意，術語「干涉儀100」應被解釋為擴展至及/或包含此項技術中已知之任何類型之干涉儀(例如，一菲左(Fizeau)干涉儀、雙菲左干涉儀、一剪切干涉儀或類似者)。一般而言，干涉儀100可經組態以執行表面高度量測及/或表面斜率量測，且干涉儀100之各種組態及組件僅經提供用於繪示且不應被解釋為限制性的。預期可利用在本發明之範疇內之若干等效或額外光學組態。在此方面，干涉儀100可包含任何數目個額外及/或替代光學元件而不脫離本發明之精神及範疇。例如，使用菲左干涉儀用於晶圓特性化大體上描述於以下者中：2003年3月20日申請之美國專利第6,847,458號；2011年10月27日申請之美國專利第8,949,057號；及2013年1月15日申請之美國專利第9,121,684號，該等案各者之全文併入本文中。另外，干涉系統進一步論述於以下者中：2020年10月20日發佈之美國專利第10,809,055號；及2019年11月19日申請之美國專利申請案第16/688,539號，該等案各者之全文併入本文中。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
在圖2A中，於一項實施例中，干涉儀100包含(例如，光學、實體、電及/或通信地)經耦合至干涉儀100之一飛秒雷射200。例如，飛秒雷射200可係經由一光學耦合器114耦合至干涉儀100。例如，光學耦合器114可包含但不限於一實體光纖耦合器、自由空間中之一透鏡，或類似者。
在另一實施例中，干涉儀100之參考路徑104包含一延遲線202。例如，可首先將延遲線202調諧至測試路徑102及參考路徑104兩者在其處具有相同路徑長度之點，此將容許感測器112藉由短飛秒脈衝看見干涉條紋。應注意，此相等OPL點之準確度係大約數十微米(
Figure 02_image046
)，其受飛秒雷射200之脈衝寬度(例如，100飛秒(
Figure 02_image048
))限制。藉由另一實例，接著可將延遲線202調諧至測試路徑102與參考路徑104兩者之間之目標OPD (例如，1米)的點。本文中應注意，在必要時，可將飛秒雷射分散能力添加至測試路徑102及/或參考路徑104。在此方面，可量測OPD至大約數十微米之一準確度。
在另一實施例中，一光學耦合器206經定位於光學分離器108與感測器112之間。例如，光學耦合器206可包含但不限於一實體光纖耦合器、自由空間中之一透鏡，或類似者。
在圖2B中，於一項實施例中，一頻率偏移回饋(FSF)雷射系統210經耦合至干涉儀100。在另一實施例中，FSF雷射系統210包含用作一頻率梳雷射之一FSF雷射212。例如，FSF雷射212可為基於鐿光纖的，且可在一近紅外(NIR)區中以大約一微米之一測距準確度、大約1米之一偵測範圍，及高達1百萬赫(MHz)之一量測速率工作。
在另一實施例中，FSF雷射212 (例如，光學、實體、電及/或通信地)耦合至一光學循環器214。在另一實施例中，光學循環器214 (例如，光學、實體、電及/或通信地)耦合至干涉儀100。例如，光學循環器214可經由光學耦合器114耦合至干涉儀100。
在另一實施例中，除透射一主光束之外，光學耦合器114亦可藉由光學耦合器114上之一表面之一背向反射產生一參考光束。例如，參考光束可行進通過光學循環器214而至一偵測器216。
在另一實施例中，由光學耦合器114透射之主光束經由第一光學分離器106分離而沿著測試路徑102 (例如，具有測試光學器件118)及參考路徑104往下(down)，且在照射到(striking)一鏡218之前由光學分離器108組合。在另一實施例中，鏡218將測試光束反射回而沿著測試路徑102往下或將參考光束反射回而沿著參考路徑104往下，該參考光束通過光學耦合器114及光學循環器214而到達偵測器216。
在另一實施例中，偵測器216量測由光學耦合器114產生之參考光束與藉由鏡218反射之光束之間的差拍信號(beat signal)以量測測試路徑102之一選定OPL或參考路徑104之一選定OPL。例如，選擇一OPL可包含阻擋測試路徑102以量測參考路徑104或阻擋參考路徑104以量測測試路徑102之任一者。在另一實施例中，在分開量測測試路徑102之OPL及參考路徑104之OPL之後計算測試路徑102與參考路徑104之間之OPD。例如，量測通過測試路徑102或參考路徑104之任一者之光學耦合器114與鏡218之間的絕對距離，且差異判定OPD。
在另一實施例中，光學耦合器206定位於光學分離器108與鏡218之間。例如，當從干涉儀100調換FSF雷射系統210時，可從干涉儀100調換鏡218。
本文中應注意，OPD量測雷射波長可不同於波前度量衡中所使用之波長。因而，在使用方程式3以計算相位移量之前，可需要用干涉儀100之準確幾何大小及折射率將經量測OPD轉換為波前度量衡波長之OPD。
另外，本文中應注意，關於使用一FSF雷射進行準確測距之額外論述可在J. I. Kim等人之「Ranging with Frequency-Shifted Feedback Lasers: From μ m-Range Accuracy to MHz-Range Measurement Rate 」(Applied Physics B ， 122，295，2016年)中找到，該案之全文併入本文中。
圖3A及圖3B大體上繪示根據本發明之一或多項實施例之用於相位移中之一聲光調變器(AOM) 300之簡化示意圖。一AOM 300可使用來自一波產生器302之一射頻(RF)波
Figure 02_image050
以產生一聲波，該聲波可在AOM晶體中沿著一聲波傳播方向產生一週期性折射率圖案。例如，來自波產生器302之射頻(RF)波
Figure 02_image050
可為可調諧的。當對準時，具有一零階雷射頻率
Figure 02_image052
之入射光可藉由布拉格(Bragg)繞射自零階偏轉至一一階方向。例如，取決於對準，一階可具有
Figure 02_image054
或
Figure 02_image056
之一雷射頻率偏移，其中
Figure 02_image050
係RF頻率。當對準時，繞射效率可高於85% (例如，在一可見光波長中或在一紅外線波長中)。
在一個實例中，在光束大小係1毫米(
Figure 02_image058
)且一聲波速度在AOM晶體中範圍在3000 m/s與5000 m/s之間之情況下，一階光束之接通/關斷(on/off)速度小於一微秒(
Figure 02_image060
)。在此實例中，一階光束與透射零階光束之間之偏轉角在空氣中係約幾度之角，從而容許分離兩個階。
本文中應注意，雖然頻率調變(FM)亦可非常快速地使雷射頻率準確偏移(例如，亞
Figure 02_image060
範圍)，但FM同時產生多個頻率分量，該多個頻率分量難以在空間上分離且可不方便用於相位移干涉應用。
另外，本文中應注意，關於AOM之額外論述可在Handbook of Optics ，第II卷，第2版，第12章：ACOUSTO-OPTIC DEVICES AND APPLICATIONS (McGraw-Hill，1995年)中找到，該案之全文併入本文中。
圖4繪示根據本發明之一或多項實施例之用於藉AOM雷射頻率偏移器之相位移實現之一系統400之一簡化示意圖。本文中應注意，針對圖4理解頻率上移(up-shift)模式(例如，如圖3A中所繪示)，但圖4可適用於一頻率下移(down-shift)模式(例如，如圖3B中所繪示)。
在另一實施例中，AOM雷射頻率偏移器系統400包含一或多個相位移通道402，其中各相位移通道402包含一AOM 300。例如，AOM雷射頻率偏移器系統400可包含等於相位移步階之一數目
Figure 02_image062
之相位移通道402數目。在另一實施例中，雷射頻率藉由一或多個相位移通道402之各者中之AOM 300偏移達一不同RF頻率
Figure 02_image064
，其中RF頻率
Figure 02_image064
偏移之各者對應於一不同相位步階。例如，一或多個相位移通道402可為可調諧的，此係因為來自波產生器302之射頻(RF)波
Figure 02_image064
可為可調諧的。本文中應注意，為清楚起見，已自圖4移除圖3A及圖3B中所繪示之零階光束及RF頻率
Figure 02_image064
波。
在一項實施例中，AOM雷射頻率偏移器系統400包含經組態以產生具有一零階雷射頻率
Figure 02_image067
之一入射光束的一雷射404。例如，雷射404可為(但不限於)一連續波(CW)雷射。在另一實施例中，AOM雷射頻率偏移器系統400包含經組態以將來自雷射404之光學器件分離至一或多個相位移通道402的一光學分離器406。在另一實施例中，AOM雷射頻率偏移器系統400包含經組態以組合來自一或多個相位移通道402之一或多個光學器件的一光學分離器408。例如，光學分離器406及/或光學分離器408可包含但不限於一實體光纖組合器、自由空間中之一透鏡或類似者。
在另一實施例中，一或多個相位移通道402之各者包含在光學分離器406與一通道特定AOM 300之間之一光學耦合器410。在另一實施例中，一或多個相位移通道402之各者包含在通道特定AOM 300與光學分離器408之間之一光學耦合器412。例如，光學耦合器410及/或光學耦合器412可包含但不限於一實體光纖耦合器、自由空間中之一透鏡或類似者。
在另一實施例中，在存在多個相位移通道402之情況下，一次僅一個AOM 300在作用中以針對該AOM 300產生其特定之一階繞射，使得僅對應相位移通道402在作用中且耦合至通向一下游應用之一光學耦合器114。在另一實施例中，另一相位移通道402中之雷射光束此時處於零階且未偏轉，意謂其等未耦合至通向下游應用之光學耦合器114。在另一實施例中，AOM 300 (及因此，對應相位移通道402)之間之切換接通/關斷序列係透過使用脈衝RF技術對驅動RF波之非常快速接通/關斷觸變(微秒數量級)來控制。因此，藉由在AOM雷射頻率偏移器系統400中使用脈衝RF技術，吾人可在ms或甚至亞ms之一時間段內執行光學干涉中之多步階相位移程序。
在一個非限制性實例中，針對633奈米(nm)之一波長，
Figure 02_image067
係4.7×1014 Hz。若OPD = 1米，則雷射頻率
Figure 02_image067
需要偏移達約300 MHz之一
Figure 02_image069
以實現
Figure 02_image071
之一相位移。若經量測OPD準確至30
Figure 02_image073
，則在雷射線寬係幾千赫(kHz)之情況下，
Figure 02_image071
之一相位移將準確至10-5 波之位準。
本文中應注意，典型相位移步階在相位移干涉中在自
Figure 02_image075
至
Figure 02_image077
之範圍內均等分佈。例如，一6+1對稱相位移演算法使用
Figure 02_image079
之一步階且具有7個步階。一6+1對稱相位移演算法之一論述可在K.G. Larkin及B.F. Oreb之「A new seven-sample symmetrical phase-shift algorithm 」(Proc. SPIE，1755，2，1992年)中找到，該案之全文併入本文中。
使用OPD = 1米，6+1對稱相位移演算法可對應於0 MHz、50 MHz、100 MHz、150 MHz、200 MHz、250 MHz及300 MHz之一雷射頻率偏移序列，且AOM雷射頻率偏移器系統400可包含六個相位移通道402 (或若0 MHz無偏移亦被給予一通道，則七個)。全部步階之相位步階準確度優於10-5 波。本文中應注意，可將驅動RF頻率控制在Hz位準之一準確度，使得來自RF頻率誤差之相位移誤差係可忽略的。在此方面，此一高相位步階準確度無法藉由改變OPL (例如，藉由一高含鉛量(high-lead-containing)壓電陶瓷，包含但不限於PZT)之傳統方式實現。在其中未準確地知道OPD (例如，僅在1 mm位準上知道OPD = 1 m)之一情況中，本文中應注意，吾人可調諧AOM通道之RF頻率以實現
Figure 02_image079
均等分離之0至
Figure 02_image081
範圍6+1對稱相位移程序。
入射雷射與一AOM之間之對準取決於驅動RF頻率
Figure 02_image083
。例如，各AOM中之雷射入射角匹配針對最高繞射效率之AOM之布拉格繞射條件。因而，當RF頻率
Figure 02_image083
自50 MHz改變為300 MHz時，需要多個相位移通道402以實現一高繞射效率，此係因為一單一相位移通道402將需要AOM 300之相當大的對準及重新對準。
本文中應注意，總相位移可在相位移通道402之間以均勻間隔分佈，使得相位移通道402之數目可等於總相位移之一可除數(例如，0至300 MHZ可包含具有50 MHz之一均勻分佈之7個通道，意謂各後續通道具有高於先前通道之50 MHz之一偏移
Figure 02_image083
以產生0 MHz、50 MHz、100 MHz、150 MHz、200 MHz、250 MHz及300 MHz通道)。另外，本文中應注意，總相位移可在相位移通道402之間以不均勻間隔分佈。
在相位移干涉中，當執行相位移程序時使測試路徑102及參考路徑104之強度保持恆定至關重要。運用圖4之多通道402設計，可藉由將一參考導向器(director)插入至光線路中而校正光強度變化。圖5A及圖5B大體上繪示根據本發明之一或多項實施例之AOM雷射頻率偏移器系統400之一子系統500之簡化示意圖。
在如圖5A中繪示之一個例示性子系統500中，光學分離器408通向子系統500之一光學耦合器502。光學耦合器502通向一光學分離器504，光學分離器504通向一參考偵測器506及一光學耦合器508。例如，光學耦合器502及/或光學耦合器508可包含但不限於一實體光纖耦合器、自由空間中之一透鏡或類似者。光學耦合器508通向光學耦合器114。本文中應注意，圖5A繪示一自由空間光學系統。
在如圖5B中繪示之另一例示性子系統500中，光學分離器408經由一光學分離器510通向參考偵測器506及光學耦合器114，而無需光學耦合器502、光學分離器504及/或光學耦合器508。本文中應注意，圖5B繪示圖5A之一光纖變體。
參考偵測器506可監測且校正入射光束中之功率波動，從而容許
Figure 02_image086
及
Figure 02_image088
之一穩定性優於0.1%而無需大量努力。然而，本文中應注意，參考偵測器506可需要一足夠大的頻寬以在一快速相位移之RF接通/關斷期間儘可能地減少信號轉變時間，且正確地記錄入射光束功率波動。
在另一實施例中，一或多個AOM 300及/或包含一或多個AOM 300之一或多個相位移通道402可經由一控制器(例如，一控制器702，如本文中進一步詳細描述)控制。例如，控制器可判定哪一AOM 300、哪一相位移通道402及/或哪一波產生器302接通。藉由另一實例，控制器可調整來自波產生器302之射頻(RF)波
Figure 02_image090
。然而，本文中應注意，可手動地控制或調整一或多個AOM 300、一或多個相位移通道402及/或波產生器302。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
圖6繪示根據本發明之一或多項實施例之一干涉儀600之一簡化示意圖。例如，涉儀600可包含但不限於一共同路徑模式光纖尖端繞射干涉儀(FTDI)。
在一項實施例中，干涉儀600包含一或多個光學路徑。例如，一或多個光學路徑包含但不限於藉由一光學分離器106產生之一測試路徑102及一參考路徑104。在另一實施例中，干涉儀600經由測試路徑102及/或參考路徑104之光強度之控制來使用線性偏振光(例如，s-偏振)用於干涉圖對比度之一選擇位準。在另一實施例中，干涉儀600使用偏振維持(PM)光纖來耦合組件。然而，本文中應注意，干涉儀600之至少一些組件可配置於自由空間中。
在另一實施例中，干涉儀600包含光學耦合器114。例如，傳入光束可經由光學耦合器114接收。在另一實施例中，測試路徑102及參考路徑104運用光學分離器108組合。
在另一實施例中，測試路徑102包含測試光學器件118。在另一實施例中，測試路徑102包含自光學分離器106通向測試光學器件118之一光纖尖端或針孔繞射(例如，取決於干涉儀600是包含經由光纖光學器件耦合之組件還是包含配置於自由空間中之組件)。在另一實施例中，測試光學器件118通向光學分離器108。
在另一實施例中，參考路徑104可包含具有光學分離器108之一光纖尖端(例如，在干涉儀600包含經由光纖光學器件耦合之組件之情況下)。然而，本文中應注意，光學分離器108可獨立於測試路徑102及/或參考路徑104 (例如，在干涉儀600包含配置於自由空間中之組件之情況下)。本文中應注意，為清楚起見，未繪示藉由光學分離器108自參考路徑104之反射及自測試路徑102之透射。
在另一實施例中，干涉儀600耦合至感測器112。例如，干涉儀600之光學分離器108可通向感測器112。
在另一實施例中，一或多個光學元件602成直線地定位於光學分離器108與感測器112之間。例如，一或多個光學元件602可包含但不限於準直器、透鏡、稜鏡及類似者。例如，一或多個光學元件602可包含但不限於一非球面準直透鏡。在另一實施例中，一或多個光學元件602經組態以引導、修改及/或聚焦傳播朝向感測器112之照明。
另外，本文中應注意，關於圖1、圖2A及圖2B中所繪示之組件之任何實施例可關於圖6中繪示之組件。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
本文中應注意，關於FTDI之額外論述可在2020年3月13日申請之美國專利申請案第16/818,050號中找到，該案之全文併入本文中。
在另一實施例中，如上文所提供之方程式2設定干涉儀600之量測雷射之線寬之一要求。例如，在
Figure 02_image092
量測中達到1毫雷得(mrad) RMS之一準確度(針對633 nm光，其係約0.1 nm RMS波前誤差)可要求雷射線寬小於48 kHz，其中OPD = 1 m，其給出6.3公里(km)之一同調長度。為了達到具有1 m之一OPD之相位移步階之10-5 波準確度，接著，雷射線寬可需要低至幾kHz。雷射頻率度量衡社群已顯示kHz位準線寬容易藉由雷射頻率穩定性技術達到。雷射頻率量測準確度之世界紀錄係大約10-18 。本文中應注意，關於kHz位準線寬之額外論述可在T. Bothwell等人之「JILA SrI optical lattice clock with uncertainty of 2 × 10-18 」(Metrologia，56 (2019年) 065004)中找到，該案之全文併入本文中。
雖然本發明之實施例將干涉儀600繪示為一FTDI，但本文中應注意，術語「干涉儀600」應被解釋為擴展至及/或包含此項技術中已知之任何類型之干涉儀(例如，一菲左干涉儀、雙菲左干涉儀、一剪切干涉儀或類似者)。一般而言，干涉儀600可經組態以執行表面高度量測及/或表面斜率量測，且干涉儀600之各種組態及組件僅經提供用於繪示且不應被解釋為限制性的。預期可利用在本發明之範疇內之若干等效或額外光學組態。在此方面，干涉儀600可包含任何數目個額外及/或替代光學元件而不脫離本發明之精神及範疇。例如，使用菲左干涉儀用於晶圓特性化大體上描述於以下者中：2003年3月20日申請之美國專利第6,847,458號；2011年10月27日申請之美國專利第8,949,057號；及2013年1月15日申請之美國專利第9,121,684號，該等案各者之全文併入本文中。另外，干涉系統進一步論述於以下者中：2020年10月20日發佈之美國專利第10,809,055號；及2019年11月19日申請之美國專利申請案第16/688,539號，該等案各者之全文併入本文中。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
本文中應注意，取決於透過本發明描述為經組態以行進通過干涉儀100、AOM雷射頻率偏移器系統400及/或干涉儀600及/或藉由干涉儀100、AOM雷射頻率偏移器系統400及/或干涉儀600產生的各種光束之方向，圖1至圖2B中所繪示之任何光學分離器106、108及/或圖4A至圖6中所繪示之光學分離器406、408可被視為光學組合器。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
圖7A至圖7C大體上繪示根據本發明之一或多項實施例之用於相位移干涉之例示性特性化系統。
現參考圖7A，在一項實施例中，一特性化系統700 (例如，一相位移干涉系統或類似者)包含AOM雷射頻率偏移器系統400、干涉儀600及一控制器702。在另一實施例中，AOM雷射頻率偏移器系統400 (例如，光學、實體、電及/或通信地)耦合至干涉儀600。例如，AOM雷射頻率偏移器系統400之光學耦合器114可耦合至干涉儀600之光學耦合器114。本文中應注意，AOM雷射頻率偏移器系統400可如圖4中所繪示或可包含如圖5A或圖5B中所繪示之子系統500。
現參考圖7B，在一項實施例中，一特性化系統710 (例如，一相位移干涉系統)包含AOM雷射頻率偏移器系統400、干涉儀100及控制器702。在另一實施例中，AOM雷射頻率偏移器系統400 (例如，光學、實體、電及/或通信地)耦合至干涉儀100。例如，AOM雷射頻率偏移器系統400之光學耦合器114可耦合至干涉儀100之光學耦合器114。本文中應注意，AOM雷射頻率偏移器系統400可如圖4中所繪示或可包含如圖5A或圖5B中所繪示之子系統500。
現參考圖7C，在一項實施例中，一特性化系統720 (例如，一相位移干涉系統)包含FSF雷射系統210、AOM雷射頻率偏移器系統400、干涉儀100及控制器702。本文中應注意，AOM雷射頻率偏移器系統400可如圖4中所繪示或可包含如圖5A或圖5B中所繪示之子系統500。
在另一實施例中，FSF雷射系統210首先耦合至干涉儀100。在此實施例中，鏡218安裝於干涉儀100內。例如，用FSF雷射系統210及鏡218量測干涉儀100中之光學差異。本文中應注意，此實施例在圖7C中用一(1)標記。
在另一實施例中，將FSF雷射系統210與干涉儀100解耦合且接著將AOM雷射頻率偏移器系統400耦合至干涉儀100。在此實施例中，代替鏡218，將感測器112調換至干涉儀100中。本文中應注意，此實施例在圖7C中用一(2)標記。
雖然未展示，但應理解，一FSF雷射系統210可耦合至干涉儀600 (例如，為了量測測試路徑102及/或參考路徑104之OPL之目的)，使得當在將AOM雷射頻率偏移器系統400耦合至干涉儀600之前首先將FSF雷射系統210耦合至干涉儀600時，干涉儀600之感測器112可與一鏡218切換。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
雖然本發明之實施例繪示一共用控制器702，但本文中應注意，AOM雷射頻率偏移系統400及/或FSF雷射系統210可耦合至與耦合至干涉儀100或干涉儀600之控制器702不同之一控制器702 (或若干控制器702)。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
雖然本發明之實施例繪示共用光學耦合器114，但本文中應注意，光學耦合器114可為具有連鎖組件之光學耦合器總成，其中系統200、400、600之各者包含光學耦合器總成之連鎖組件之一組件。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
再次參考例示性6+1對稱相位移演算法，演算法對感測器非線性及相位步階誤差不敏感。運用一快速相機(例如，＞ 10千圖框/秒(kfps))且使用AOM雷射頻率偏移器系統400來進行相位移程序，吾人可在幾ms或亞ms之一時間窗內執行多步階相位移波前量測(例如，
Figure 02_image094
)。運用環境控制，預期來自系統熱漂移、機械振動、聲音雜訊及空氣擺動之對
Figure 02_image096
的影響在此一短時間窗內是較小的。另外，平均化多個快速量測之波前結果將進一步改良準確度。例如，針對持續一選擇時間段(例如，幾分鐘)之一波前量測程序，一飛秒雷射可用於監測OPD漂移，且驅動RF頻率將被對應地調諧以達到目標相位移步階。
在另一實施例中，如圖7A至圖7C中繪示，控制器702 (例如，實體、電及/或通信地)經耦合至干涉儀100、干涉儀600及/或AOM雷射頻率偏移器系統400；及/或干涉儀100、干涉儀600及/或AOM雷射頻率偏移器系統400之組件。例如，控制器702可經耦合至一固持機構或樣本載物台、用於固持機構或樣本載物台之致動器、感測器、經安裝光學器件、入射光源、波產生器302、控制一或多個相位移通道402之光學器件，或干涉儀100、干涉儀600及/或AOM雷射頻率偏移器系統400內之其他組件。
在實施例中，控制器702之一或多個處理器704可經組態以執行經儲存於記憶體706中之一程式指令集，程式指令集經組態以引起一或多個處理器實行本發明之各種步驟及程序。在另一實施例中，一使用者介面708 (例如，實體、電及/或通信地)經耦合至控制器702。
本文中應注意，控制器702及干涉儀100之一或多個組件可係以此項技術中已知之任何方式通信地耦合至系統之各種其他組件。例如，控制器702及干涉儀100可係經由一有線連接(例如，銅導線、光纖纜線及類似者)或無線連接(例如，RF耦合、IR耦合、資料網路通信(例如，WiFi、WiMax、3G、4G、4G LTE、5G、藍芽及類似者))彼此通信地耦合，且通信地耦合至其他組件。
在一項實施例中，一或多個處理器704可包含此項技術中已知之任一或多個處理元件。在此意義上，一或多個處理器704可包含經組態以執行軟體演算法及/或指令之任何微處理器型裝置。在一項實施例中，一或多個處理器704可由一桌上型電腦、主機電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或經組態以執行一程式(其經組態以操作干涉儀100)之其他電腦系統(例如，網路連結電腦)組成，如在本發明各處描述。應認知，在本發明各處描述之步驟可藉由一單一電腦系統或替代地藉由多個電腦系統實行。此外，應認知，在本發明各處描述之步驟可在一或多個處理器704之任一或多者上實行。一般而言，術語「處理器」可廣泛定義為涵蓋具有執行來自記憶體706之程式指令之一或多個處理元件的任何裝置。此外，干涉儀100之不同子系統(例如，照明源110、FSF雷射系統210、AOM雷射頻率偏移器系統400、感測器112、控制器702、使用者介面708)可包含適用於實行在本發明各處描述之步驟之至少一部分的處理器或邏輯元件。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之一限制而是僅為一繪示。
記憶體706可包含此項技術中已知之適用於儲存可藉由相關聯之一或多個處理器704執行之程式指令及由干涉儀100接收/產生之資料的任何儲存媒體。例如，記憶體706可包含一非暫時性記憶媒體。例如，記憶體706可包含但不限於一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一磁性或光學記憶體裝置(例如，磁碟)、一磁帶、一固態硬碟及類似者。進一步應注意，記憶體706可與一或多個處理器704一起容置於一共同控制器外殼中。在一替代實施例中，記憶體706可相對於處理器704及控制器702之實體位置遠端定位。在另一實施例中，記憶體706維持用於引起一或多個處理器704實行在本發明各處描述之各種步驟的程式指令。
在一項實施例中，一使用者介面708通信地耦合至控制器702。在一項實施例中，使用者介面708可包含但不限於一或多個桌上型電腦、平板電腦、智慧型電話、智慧型手錶或類似者。在另一實施例中，使用者介面708包含用於將干涉儀100之資料顯示給一使用者之一顯示器。使用者介面708之顯示器可包含此項技術中已知之任何顯示器。例如，顯示器可包含但不限於一液晶顯示器(LCD)、一基於有機發光二極體(OLED)之顯示器或一CRT顯示器。熟習此項技術者應認知，能夠與一使用者介面708整合之任何顯示裝置適用於本發明中之實施方案。在另一實施例中，一使用者可回應於經由使用者介面708顯示給使用者之資料而輸入選擇及/或指令。
在另一實施例中，控制器702之一或多個處理器704經組態以執行如圖8A至圖8C中所繪示之以下方法或程序之一或多個步驟：
圖8A繪示根據本發明之一或多項實施例之用於產生雷射頻率偏移光之一方法或程序800。本文中應注意，方法或程序800之步驟可全部或部分藉由干涉儀100或干涉儀600實施。然而，進一步應認知，方法或程序800不限於干涉儀100或干涉儀600，因為額外或替代系統級實施例可實行方法或程序800之步驟之全部或部分。
在一步驟802中，產生具有一零階雷射頻率之入射光。在一項實施例中，藉由雷射404產生入射光。在另一實施例中，入射光透射穿過光學分離器406。
在一步驟804中，藉由用一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統之一第一AOM通道中之一第一AOM使入射光偏轉而產生具有一第一雷射頻率偏移之光。在一項實施例中，光學分離器406將入射光引導至第一AOM通道402。在另一實施例中，第一AOM通道402在作用中，且入射光行進通過第一AOM 300。在另一實施例中，AOM基於來自波產生器302之一射頻(RF)波
Figure 02_image098
產生一聲波。在另一實施例中，第一AOM 300使入射光偏轉以產生具有第一雷射頻率偏移之光。在另一實施例中，具有第一雷射頻率偏移之光進入光學分離器408。
在一步驟806中，藉由用AOM雷射頻率偏移器系統之一第二AOM通道中之一第二AOM使入射光偏轉而產生具有一第二雷射頻率偏移之光。在一項實施例中，光學分離器406將入射光引導至第二AOM通道402。在另一實施例中，第二AOM通道402在作用中，且入射光行進通過第二AOM 300。在另一實施例中，第二AOM 300使入射光偏轉以產生具有第二雷射頻率偏移之光。在另一實施例中，具有第二雷射頻率偏移之光進入光學分離器408。
在一步驟808中，藉由用AOM雷射頻率偏移器系統之至少一第三AOM通道中之至少一第三AOM使入射光偏轉而產生具有至少一第三雷射頻率偏移之光。在一項實施例中，光學分離器406將入射光引導至第三AOM通道402。在另一實施例中，第三AOM通道402在作用中，且入射光行進通過第三AOM 300。在另一實施例中，第三AOM 300使入射光偏轉以產生具有第三雷射頻率偏移之光。在另一實施例中，具有第三雷射頻率偏移之光進入光學分離器408。
本文中應注意，步驟804、806、808可循序執行，使得一次僅一個AOM通道402在作用中。另外，本文中應注意，藉由AOM通道402產生之雷射頻率偏移可以均勻或非均勻間隔循序增加，如上文所描述。
本文中應注意，光學分離器406可經組態以同時將入射光引導至全部AOM通道402，或可經組態以僅將入射光引導至經接通或作用中AOM通道402。另外，本文中應注意，光學分離器408可經組態以同時接收具有雷射頻率偏移之光束，或可經組態以僅接收來自經接通或作用中AOM通道402之具有雷射頻率偏移之光束。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
在一步驟810中，用一參考偵測器循序監測具有第一雷射頻率偏移之光、具有第二雷射頻率偏移之光及具有至少第三雷射頻率偏移之光。在一項實施例中，將具有雷射頻率偏移之光(或若干光)之一部分分離至參考偵測器506。例如，光束分離器504可將具有雷射頻率偏移之光(或若干光)之部分分離至參考偵測器506。
在一步驟812中，將具有第一雷射頻率偏移之光、具有第二雷射頻率偏移之光及具有至少第三雷射頻率偏移之光循序傳遞至一干涉儀用於相位移干涉。
圖8B繪示根據本發明之一或多項實施例之用於產生雷射頻率偏移光之一方法或程序820。本文中應注意，方法或程序820之步驟可全部或部分藉由干涉儀100或干涉儀600實施。然而，進一步應認知，方法或程序820不限於干涉儀100或干涉儀600，因為額外或替代系統級實施例可實行方法或程序820之步驟之全部或部分。
在一步驟822中，運用一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統執行循序相位移以循序地產生具有一第一雷射頻率偏移之光、具有一第二雷射頻率偏移之光及具有至少一第三雷射頻率偏移之光。在一項實施例中，執行方法或程序800之一或多個步驟用於循序相位移。
在一步驟824中，運用一干涉儀使用循序產生之具有第一雷射頻率偏移之光、具有第二雷射頻率偏移之光及具有至少第三雷射頻率偏移之光來執行相位移干涉。例如，控制器702之一或多個處理器704可經組態以：自干涉儀100或600接收一或多個經獲取干涉圖；及自一或多個經獲取干涉圖內之表面高度量測值或表面斜率量測值產生一或多個表面高度或表面斜率圖。本文中應注意，控制器702可經組態以自此項技術中已知之任何來源接收一或多個干涉圖。因此，控制器702可經組態以自除檢測子系統102之外之來源(包含但不限於記憶體706、一外部儲存裝置、一網路及類似者)接收干涉圖。
圖8C繪示根據本發明之一或多項實施例之用於產生雷射頻率偏移光之一方法或程序830。本文中應注意，方法或程序830之步驟可全部或部分藉由干涉儀100或干涉儀600實施。然而，進一步應認知，方法或程序830不限於干涉儀100或干涉儀600，因為額外或替代系統級實施例可實行方法或程序830之步驟之全部或部分。
在一步驟832中，運用一干涉儀內之一頻率偏移回饋(FSF)雷射系統及一鏡量測干涉儀中之測試路徑與參考路徑之間之一光學路徑差異。在一項實施例中，FSF雷射系統210用於量測干涉儀100或干涉儀600之測試路徑102及/或參考路徑104之光學路徑長度(OPL)。例如，在量測兩者之OPL之情況下，分開且依次量測測試路徑102及參考路徑104。
在一步驟834中，將FSF雷射系統與一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統切換，且將干涉儀內之一鏡與一二維感測器切換。在一項實施例中，將FSF雷射系統210與干涉儀100或干涉儀600解耦合，且將AOM雷射頻率偏移器系統400耦合至干涉儀100或干涉儀600。在另一實施例中，將干涉儀100或干涉儀600內之鏡218與感測器112切換。
在一步驟836中，運用AOM雷射頻率偏移器系統執行循序相位移以循序地產生具有一第一雷射頻率偏移之光、具有一第二雷射頻率偏移之光及具有至少一第三雷射頻率偏移之光。在一項實施例中，執行方法或程序800之一或多個步驟用於循序相位移。
在一步驟838中，運用干涉儀使用循序產生之具有第一雷射頻率偏移之光、具有第二雷射頻率偏移之光及具有至少第三雷射頻率偏移之光來執行相位移干涉。例如，控制器702之一或多個處理器704可經組態以：自干涉儀100或600接收一或多個經獲取干涉圖；及自一或多個經獲取干涉圖內之表面高度量測值或表面斜率量測值產生一或多個表面高度或表面斜率圖。本文中應注意，控制器702可經組態以自此項技術中已知之任何來源接收一或多個干涉圖。因此，控制器702可經組態以自除檢測子系統102之外之來源(包含但不限於記憶體706、一外部儲存裝置、一網路及類似者)接收干涉圖。
雖然本發明之實施例繪示FSF雷射系統210及AOM雷射頻率偏移器系統400之光學耦合及解耦和，但本文中應注意，特性化系統700可包含經配置以容許FSF雷射系統210及AOM雷射頻率偏移器系統400兩者之安裝使得不需要FSF雷射系統210及AOM雷射頻率偏移器系統400之光學耦合及解耦和的光學組件。另外，本文中應注意，干涉儀100及/或干涉儀600可包含經配置以容許感測器112及鏡218兩者之安裝使得不需要感測器112及鏡218之切換的光學組件。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之一限制而是僅為一繪示。
本文中應注意，為本發明之目的，「具有一雷射頻率偏移之光」及「頻率偏移光束」可被視為等效的。
雖然方法或程序800、820、830之步驟包含循序操作(例如，循序相位移、循序監測或類似者)，但本文中應注意，在僅存在一個頻率偏移光束之情況下不需要循序操作。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
本文中應注意，方法或程序800、820、830不限於所提供之步驟及/或子步驟。方法或程序800、820、830可包含更多或更少步驟及/或子步驟。例如，在子系統500未安裝於AOM雷射頻率偏移器系統400內之情況下，步驟810可為選用的。另外，方法或程序800、820、830可同時執行步驟及/或子步驟。此外，方法或程序800、820、830可循序(包含以所提供之順序或除所提供順序之外之一順序)執行步驟及/或子步驟。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之範疇之一限制而是僅為一繪示。
本文中所描述之全部方法或程序可包含將方法或程序實施例之一或多個步驟之結果儲存於記憶體中。結果可包含本文中所描述之任何結果且可依此項技術中已知之任何方式儲存。記憶體可包含本文中所描述之任何記憶體或此項技術中已知之任何其他適合儲存媒體。在已儲存結果之後，結果可在記憶體中存取且藉由本文中所描述之任何方法或系統實施例使用，經格式化用於顯示給一使用者，藉由另一軟體模組、方法或系統使用，及類似者。此外，結果可「永久地」、「半永久地」、「暫時地」儲存或儲存達某一時段。例如，記憶體可為隨機存取記憶體(RAM)，且結果可不一定無限期地保存於記憶體中。
進一步經考慮，上文所描述之方法之實施例之各者可包含本文中所描述之任何(若干)其他方法之任何(若干)其他步驟。另外，上文所描述之方法之實施例之各者可藉由本文中偶描述之任何系統執行。
在此方面，本發明之優點包含藉由使用AOM雷射頻率偏移器在幾ms或亞ms之一時間段中執行多步階(例如，
Figure 02_image100
)相位移干涉，從而大大減少熱漂移、機械振動、聲音雜訊及空氣擺動之影響。本發明之優點亦包含在介於DUV與IR之間之一廣波長範圍內達到優於10-5 波之一相位移準確度，此運用傳統相位移方法(諸如使用一PZT)不可行。本發明之優點亦包含藉由使用雷射頻率梳技術(諸如一頻率偏移回饋雷射)而量測一干涉儀中測試路徑與參考路徑之間之OPD至約1微米之一準確度。
熟習此項技術者將認知，為概念清楚起見，將本文中所描述之組件操作、裝置、物件及其伴隨論述用作實例，且考慮各種組態修改。因此，如本文中所使用，所闡述之特定範例及隨附論述意欲表示其等更一般類別。一般而言，任何特定範例之使用意欲表示其類別，且未包含特定組件、操作、裝置及物件不應被視為限制性的。
如本文中所使用，諸如「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「上」、「向上」、「下」、「向下」及「往下」之方向性術語意欲為描述之目的而提供相對位置，且並不意欲指定一絕對參考系。熟習此項技術者將明白對所描述實施例之各種修改，且本文中定義之一般原理可應用於其他實施例。
關於本文中對實質上任何複數及/或單數術語之使用，熟習此項技術者可視上下文及/或應用而自複數轉化成單數及/或自單數轉化成複數。為清楚起見，本文中未明確闡述各種單數/複數置換。
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。應理解，此等所描繪架構僅為例示性的，且事實上可實施達成相同功能性之許多其他架構。在一概念意義上，用以達成相同功能性之組件之任何配置經有效「相關聯」使得達成所要功能性。因此，在本文中經組合以達成一特定功能性之任兩個組件可被視為彼此「相關聯」使得達成所要功能性，而與架構或中間組件無關。同樣地，如此相關聯之任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。可耦合之特定實例包含但不限於可實體配合及/或實體互動組件及/或可無線互動及/或無線互動組件及/或邏輯互動及/或可邏輯互動組件。
此外，應理解，本發明藉由隨附發明申請專利範圍定義。此項技術者將理解，一般而言，在本文中且特別是在隨附發明申請專利範圍(例如，隨附發明申請專利範圍之主體)中所使用之術語一般意欲為「開放式」術語(例如，術語「包含(including)」應被解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應解釋為「至少具有」，術語「包括(includes)」應被解釋為「包括但不限於」，及類似者)。此項技術者進一步將理解，若想要一經引入請求項敘述之一特定數目，則此一意圖將明確敘述於請求項中，且若缺乏此敘述，則不存在此意圖。例如，作為理解之一輔助，下文隨附發明申請專利範圍可含有引導性片語「至少一個」及「一或多個」之使用以引入請求項敘述。然而，此等片語之使用不應被解釋為隱含：藉由不定冠詞「一」或「一個」引入一請求項敘述將含有此經引入請求項敘述之任何特定請求項限制於僅含有一個此敘述之發明，即使相同請求項包含引導性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一」或「一個」之不定冠詞(例如，「一」及/或「一個」通常應被解釋為意謂「至少一個」或「一或多個」)；上述內容對於用於引入請求項敘述之定冠詞之使用同樣適用。另外，即使明確敘述一經引入請求項敘述之一特定數目，熟習此項技術者仍將認知，此敘述通常應被解釋為意謂至少該敘述數目(例如，「兩條敘述」之基本敘述(無其他修飾語)通常意謂至少兩條敘述、或兩條或更多條敘述)。此外，在其中使用類似於「A、B及C之至少一者及類似者」之一慣用表述之例項中，一般在熟習此項技術者將理解該慣用表述之意義上預期此一構造(例如，「具有A、B及C之至少一者的一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C的系統，等等)。在其中使用類似於「A、B或C之至少一者及類似者」之一慣用表述之例項中，一般在熟習此項技術者將理解該慣用表述之意義上預期此一構造(例如，「具有A、B或C之至少一者的一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C的系統，等等)。此項技術者進一步將理解，無論是在實施方式、發明申請專利範圍還是圖式中，呈現兩個或更多個替代項之實際上任何轉折連詞及/或片語應被理解為考慮以下可能性：包含該等項之一者、該等項之任一者或兩項。例如，片語「A或B」將被理解為包含「A」或「B」或「A及B」之可能性。
據信藉由前述描述將理解本發明及其許多伴隨優點，且將明白，可對組件之形式、構造及配置作出各種改變而不脫離所揭示標的物或不犧牲全部其材料優點。所描述之形式僅為說明性的，且下文發明申請專利範圍之意圖係涵蓋且包含此等改變。此外，應理解，本發明藉由隨附發明申請專利範圍定義。
100:干涉儀 102:測試路徑/檢測子系統 104:參考路徑 106:光學分離器 108:光學分離器 110:照明源 112:感測器 114:光學耦合器 116:鏡 118:測試光學器件 118a:樣本 120:鏡 200:飛秒雷射/系統 202:延遲線 206:光學耦合器 210:頻率偏移回饋(FSF)雷射系統 212:頻率偏移回饋(FSF)雷射 214:光學循環器 216:偵測器 218:鏡 300:聲光調變器(AOM) 302:波產生器 400:聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統/聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移系統 402:相位移通道/聲光調變器(AOM)通道 404:雷射 406:光學分離器 408:光學分離器 410:光學耦合器 412:光學耦合器 500:子系統 502:光學耦合器 504:光學分離器/光束分離器 506:參考偵測器 508:光學耦合器 510:光學分離器 600:干涉儀/系統 602:光學元件 700:特性化系統 702:控制器 704:處理器 706:記憶體 708:使用者介面 710:特性化系統 720:特性化系統 800:程序 802:步驟 804:步驟 806:步驟 808:步驟 810:步驟 812:步驟 820:程序 822:步驟 824:步驟 830:程序 832:步驟 834:步驟 836:步驟 838:步驟
熟習此項技術者藉由參考附圖可更佳理解本發明之許多優點，其中： 圖1係根據本發明之一或多項實施例之一干涉儀之一簡化方塊圖； 圖2A係根據本發明之一或多項實施例之一干涉儀之一簡化方塊圖； 圖2B係根據本發明之一或多項實施例之一干涉儀之一簡化方塊圖； 圖3A係根據本發明之一或多項實施例之一聲光調變器之一簡化方塊圖； 圖3B係根據本發明之一或多項實施例之一聲光調變器之一簡化方塊圖； 圖4係根據本發明之一或多項實施例之一聲光調變器雷射頻率偏移器系統之一簡化方塊圖； 圖5A係根據本發明之一或多項實施例之一聲光調變器雷射頻率偏移器系統之一簡化方塊圖； 圖5B係根據本發明之一或多項實施例之一聲光調變器雷射頻率偏移器系統之一簡化方塊圖； 圖6係根據本發明之一或多項實施例之一干涉儀之一簡化方塊圖； 圖7A係根據本發明之一或多項實施例之包含一干涉儀及一聲光調變器雷射頻率偏移器系統的一特性化系統之一簡化方塊圖； 圖7B係根據本發明之一或多項實施例之包含一干涉儀及一聲光調變器雷射頻率偏移器系統的一特性化系統之一簡化方塊圖； 圖7C係根據本發明之一或多項實施例之包含一干涉儀及一聲光調變器雷射頻率偏移器系統的一特性化系統之一簡化方塊圖； 圖8A係繪示根據本發明之一或多項實施例之用於運用一聲光調變器進行雷射頻率偏移的一方法或程序之一流程圖； 圖8B係繪示根據本發明之一或多項實施例之用於運用一聲光調變器進行干涉的一方法或程序之一流程圖；及 圖8C係繪示根據本發明之一或多項實施例之用於運用一聲光調變器進行干涉的一方法或程序之一流程圖。
112:感測器
114:光學耦合器
400:聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統/聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移系統
500:子系統
600:干涉儀
700:特性化系統
702:控制器
704:處理器
706:記憶體
708:使用者介面

Claims (28)

  1. 一種聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統，其包括： 一雷射，其經組態以產生一入射光束； 一第一光學分離器，其經光學耦合至該雷射，其中該第一光學分離器經組態以將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分； 至少一個相位移通道，其經光學耦合至該第一光學分離器，其中該至少一個相位移通道包含一AOM，其中該至少一個相位移通道經組態以接收該入射光束之該至少一個部分，其中該AOM經組態以自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束；及 一第二光學分離器，其經組態以自該至少一個相位移通道接收該至少一個頻率偏移光束，其中該第二光學分離器經組態以將該至少一個頻率偏移光束引導至經組態以用該至少一個頻率偏移光束來獲取一樣本之一干涉圖之一干涉儀。
  2. 如請求項1之AOM雷射頻率偏移器系統，其中該至少一個相位移通道及該至少一個頻率偏移光束包含經組態以接收該入射光束之一第一部分之一第一相位移通道、經組態以接收該入射光束之一第二部分之一第二相位移通道，及經組態以接收該入射光束之至少一第三部分之至少一第三相位移通道。
  3. 如請求項2之AOM雷射頻率偏移器系統，其中該第一相位移通道經組態以自該入射光束之該第一部分產生一第一頻率偏移光束，其中該第二相位移通道經組態以產生一第二頻率偏移光束，其中該至少該第三相位移通道經組態以產生至少一第三頻率偏移光束。
  4. 如請求項1之AOM雷射頻率偏移器系統，其中該至少一個相位移通道之一頻率係可調諧的。
  5. 如請求項1之AOM雷射頻率偏移器系統，進一步包括： 一參考偵測器，其經光學耦合於該第二光學分離器與該干涉儀之間，其中該參考偵測器經組態以針對該入射光束之功率波動，監測該至少一個頻率偏移光束。
  6. 一種方法，其包括： 運用一雷射源來產生一入射光束； 運用一第一光學分離器，將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分； 運用該第一光學分離器，將該入射光束之該至少一個部分引導至一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統之至少一個相位移通道中； 運用該AOM雷射頻率偏移器系統之該至少一個相位移通道中之一AOM，自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束； 運用一第二光學分離器來接收該至少一個頻率偏移光束；及 經由該第二光學分離器，將該至少一個頻率偏移光束引導至經組態以用該至少一個頻率偏移光束獲取一樣本之一干涉圖之一干涉儀。
  7. 如請求項6之方法，其中該至少一個相位移通道及該至少一個頻率偏移光束包含經組態以接收該入射光束之一第一部分之一第一相位移通道、經組態以接收該入射光束之一第二部分之一第二相位移通道，及經組態以接收該入射光束之至少一第三部分之至少一第三相位移通道。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一相位移通道經組態以自該入射光束之該第一部分產生一第一頻率偏移光束，其中該第二相位移通道經組態以產生一第二頻率偏移光束，其中該至少該第三相位移通道經組態以產生至少一第三頻率偏移光束。
  9. 如請求項6之方法，其中該至少一個相位移通道之一頻率係可調諧的。
  10. 如請求項6之方法，進一步包括： 經由經光學耦合於該第二光學分離器與該干涉儀之間之一參考偵測器，針對該入射光束之功率波動，監測該至少一個頻率偏移光束。
  11. 一種特性化系統，其包括： 一干涉儀，其經組態以獲取一樣本之一干涉圖；及 一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統，其經光學耦合至該干涉儀，其中該AOM雷射頻率偏移器系統包括： 一雷射，其經組態以產生一入射光束； 一第一光學分離器，其經光學耦合至該雷射，其中該第一光學分離器經組態以將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分； 至少一個相位移通道，其經光學耦合至該第一光學分離器，其中該至少一個相位移通道包含一AOM，其中該至少一個相位移通道經組態以接收該入射光束之該至少一個部分，其中該AOM經組態以自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束；及 一第二光學分離器，其經組態以自該至少一個相位移通道接收該至少一個頻率偏移光束，其中該第二光學分離器經組態以將該至少一個頻率偏移光束引導至該干涉儀，其中該干涉儀經組態以用該至少一個頻率偏移光束來獲取該樣本之該干涉圖。
  12. 如請求項11之特性化系統，其中該至少一個相位移通道及該至少一個頻率偏移光束包含經組態以接收該入射光束之一第一部分之一第一相位移通道、經組態以接收該入射光束之一第二部分之一第二相位移通道，及經組態以接收該入射光束之至少一第三部分之至少一第三相位移通道。
  13. 如請求項12之特性化系統，其中該第一相位移通道經組態以自該入射光束之該第一部分產生一第一頻率偏移光束，其中該第二相位移通道經組態以產生一第二頻率偏移光束，其中該至少該第三相位移通道經組態以產生至少一第三頻率偏移光束。
  14. 如請求項11之特性化系統，其中該至少一個相位移通道之一頻率係可調諧的。
  15. 如請求項11之特性化系統，進一步包括： 一參考偵測器，其經光學耦合於該第二光學分離器與該干涉儀之間，其中該參考偵測器經組態以針對該入射光束之功率波動，監測該至少一個頻率偏移光束。
  16. 如請求項11之特性化系統，其中該干涉儀包括通向一感測器之一或多個光學路徑，其中該一或多個光學路徑之一光學路徑包含一組測試光學器件，其中該組測試光學器件包含該樣本。
  17. 如請求項16之特性化系統，其中該感測器係一二維感測器。
  18. 如請求項16之特性化系統，進一步包括： 一頻率偏移回饋(FSF)雷射系統，其中該FSF雷射系統經光學耦合至該干涉儀以量測該一或多個光學路徑之一光學路徑長度，其中在量測該一或多個光學路徑之該光學路徑長度之後，將該FSF雷射系統與該干涉儀解耦和，其中在將該FSF雷射系統解耦和之後，將該AOM雷射頻率偏移器系統光學耦合至該干涉儀。
  19. 如請求項18之特性化系統，其中當將該FSF雷射系統經光學耦合至該干涉儀時，將一鏡安裝於該干涉儀內，其中在運用該FSF雷射系統量測該一或多個光學路徑之該光學路徑長度之後，自該干涉儀移除該鏡，其中在將該FSF雷射系統解耦和之後，於將該AOM雷射頻率偏移器系統光學耦合至該干涉儀時，將該感測器安裝於該干涉儀中。
  20. 一種方法，其包括： 運用一雷射源來產生一入射光束； 運用一第一光學分離器，將該入射光束分離成該入射光束之至少一個部分； 運用該第一光學分離器，將該入射光束之該至少一個部分引導至一聲光調變器(AOM)雷射頻率偏移器系統之至少一個相位移通道中； 運用該AOM雷射頻率偏移器系統之該至少一個相位移通道中之一AOM，自該入射光束之該至少一個部分產生至少一個頻率偏移光束； 運用一第二光學分離器來接收該至少一個頻率偏移光束； 經由該第二光學分離器，將該至少一個頻率偏移光束引導至一干涉儀；及 在該干涉儀中，用該至少一個頻率偏移光束來獲取一樣本之一干涉圖。
  21. 如請求項20之方法，其中該至少一個相位移通道及該至少一個頻率偏移光束包含經組態以接收該入射光束之一第一部分之一第一相位移通道、經組態以接收該入射光束之一第二部分之一第二相位移通道，及經組態以接收該入射光束之至少一第三部分之至少一第三相位移通道。
  22. 如請求項21之方法，其中該第一相位移通道經組態以自該入射光束之該第一部分產生一第一頻率偏移光束，其中該第二相位移通道經組態以產生一第二頻率偏移光束，其中該至少該第三相位移通道經組態以產生至少一第三頻率偏移光束。
  23. 如請求項20之方法，其中該至少一個相位移通道之一頻率係可調諧的。
  24. 如請求項20之方法，進一步包括： 經由經光學耦合於該第二光學分離器與該干涉儀之間之一參考偵測器，針對該入射光束之功率波動，監測該至少一個頻率偏移光束。
  25. 如請求項20之方法，其中該干涉儀包括通向一感測器之一或多個光學路徑，其中該一或多個光學路徑之一光學路徑包含一組測試光學器件，其中該組測試光學器件包含該樣本。
  26. 如請求項25之方法，其中該感測器係一二維感測器。
  27. 如請求項25之方法，進一步包括： 將一頻率偏移回饋(FSF)雷射系統光學耦合至該干涉儀； 運用該FSF雷射系統來量測該一或多個光學路徑之一光學路徑長度； 將該FSF雷射系統與該干涉儀解耦和；及 在將該FSF雷射系統解耦和之後，將該AOM雷射頻率偏移器系統光學耦合至該干涉儀。
  28. 如請求項27之方法，進一步包括： 當將該FSF雷射系統光學耦合至該干涉儀時，將一鏡安裝於該干涉儀內； 在運用該FSF雷射系統來量測該一或多個光學路徑之該光學路徑長度之後，自該干涉儀移除該鏡；及 在將該FSF雷射系統解耦和之後，於將該AOM雷射頻率偏移器系統光學耦合至該干涉儀時，將該感測器安裝於該干涉儀中。
TW109140443A 2019-11-21 2020-11-19 聲光調變器雷射頻率偏移器系統、用於快速相位移干涉之方法、及特性化系統 TWI840633B (zh)

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