TW202332901A - 用於同時測量多層薄膜的干涉和橢圓信號的系統和方法 - Google Patents

用於同時測量多層薄膜的干涉和橢圓信號的系統和方法 Download PDF

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Abstract

一種系統可包括：寬頻光源，其發射經偏振成兩個正交偏振狀態之偏振光；多個光束分光器，其用於組合及分裂這些偏振狀態；以及干涉單元，其用於相對於樣品表面產生干涉圖案；具有適當設計之透鏡，其將該偏振光聚焦在預定位置處；以及感測器，其分析隨角度及波長變化之該偏振光。該系統亦可包括控制器，其配置以經由截光器之操作調變參考臂且允許對系統產生之資料使用不同資料分析模式。

Description

用於同時測量多層薄膜的干涉和橢圓信號的系統和方法
所揭示技術之具體實例大致上係關於用於經由同時應用橢圓法及干涉法而測量樣品之光學性質的系統。
某些習知光學系統可利用反射計、橢圓計或光譜儀來測量所研究薄膜之光學性質，例如，膜厚度、光吸收等。其他光學系統可使用干涉計或繞射計來推斷薄膜之材料性質。此等光學系統中之許多者在本質上被視為非破壞性的，他們使用光及模型來推導薄膜之膜厚度、形貌或其他性質。
在一些情況下，光學系統可利用寬頻光，例如白光，作為測量方法之部分，從而使得測量值能夠作為波長之函數進行擬合。其他方法可使用單個光波長，此可簡化模型化及光學系統。在許多情況下，習知光學系統可使用偏振光作為所測量薄膜之探針。此等方法中之許多者可調變探測光之相位，同時測量由與薄膜之相互作用誘發的相移。
薄膜之測量係半導體、顯示器、光學元件等製造中之常見工業實踐。歸因於接觸技術之測量速度，習知技術在本質上典型地係光學的。然而，對於運用光學技術測量多層複雜薄膜之形貌或膜厚度存在若干挑戰。具體言之，當薄膜沈積在經微影圖案化之特徵之上時，此等埋入式結構將修改來自樣品之光學回應，從而產生測量挑戰。一些傳統測量技術依賴於重複的次表面結構來匹配測量與模型。其他方法使用技術之依序組合，其將適用性延伸至經隔離、非重複子結構。因此，此等方法通常增加非所需成本及時間，同時使系統設計及模型化更複雜。
另外，傳統干涉測量典型地並不利用實體模型來解釋樣品表面之形貌特徵。實情為，這些測量經判定為直接測量，需要校準程序。相比之下，橢圓測量被稱為間接或模型化結果，需要材料之實體光學性質（複雜折射率）之回歸或模型來萃取膜厚度，從而使複雜薄膜之干涉及橢圓資料之整合更繁瑣。
在一個實例中，上文所描述之問題可藉由一種用於同時干涉法及橢圓法之光學系統解決，該光學系統包含：寬頻光源，其配置以發射經偏振至兩個正交偏振狀態之偏振光；複數個光束分光器，其配置以組合及分裂經偏振至兩個正交偏振狀態之偏振光；干涉單元，其配置以相對於樣品之表面產生干涉圖案；複數個透鏡，其配置以將偏振光聚焦在預定位置處；以及複數個偵測器，其配置以分析隨角度及波長變化之偏振光。特定言之，所揭示技術通常提供用於同時測量波長相依橢圓相位及干涉相位之系統及方法，該波長相依橢圓相位係s及p偏振狀態之間的相位差，該干涉相位係樣品與參考表面之間的s或p偏振狀態之相位差。對於在其表面上具有複雜薄膜之樣品，干涉相位係由薄膜之光學性質修改，在本質上不再被視為體積，歸因於來自次表面介面之干涉而經延遲或相移某一量，及/或由複雜膜之材料性質（特定言之，電導率或複雜色散）修改。另外，樣品表面上之複雜重複結構可能如光柵一樣起作用，以明確界定之方式散射光。藉由同時測量橢圓及干涉相位（連同任何複合振幅資訊），可獲得樣品之更徹底光學特徵界定。
藉由測量s及p偏振狀態之相對相位以及s及/或p偏振狀態中誘發之相移兩者，可產生綜合模型以描述來自樣品之光學回應。藉由依序或同時對橢圓及干涉性質兩者進行聯合回歸，可減少無約束之浮動變數之數目，從而產生可靠膜厚度及形貌結果。在一個實例中，回歸程序可與獲得測量值同時發生。在另一實例中，回歸程序可在實際測量之前發生，並且查找表隨後用於識別薄膜性質。在其他實例中，查找表及回歸程序之組合可用於判明所要薄膜性質。
測量可在一個或許多波長之上發生。可組合跨波長之資料以描述樣品之光學性質。可藉由使用系統及樣品之寬頻光學回應來模型化資料。可藉由使用具有已知光學及形貌性質之樣品來進行系統之校準。樣品之波長回應可包括在模型程序中，或可用作浮動參數。
藉由同時測量薄膜之干涉及橢圓信號，可高效地獲得實現薄膜之更徹底光學特徵界定的技術效應。此外，同時測量薄膜之干涉及橢圓信號使得能夠同時判定膜厚度性質及形貌，而無需機械移動樣品及/或自光學系統添加/移除組件。另外，所揭示技術可允許測量複雜多層透明膜堆疊光學性質以擬合具有少量浮動變數之綜合模型的能力，從而允許更簡化及準確的模型化程序。此外，所揭示技術有利地補償由自樣品表面之反射產生的相位改變，並且促進用於高速製造之薄膜特徵界定的可靠解決方案。
應理解，提供以上發明內容而以簡化形式引入在實施方式中進一步描述的概念的選擇。其並非意欲識別所主張標的物之關鍵或必需特徵，所主張標的物之範圍唯一地由實施方式之後的申請專利範圍來界定。此外，所主張標的物並不限於解決上文或在本揭示內容之任何部分中指出的任何缺點之實施方式。
所揭示技術之實施方式大致上係關於用於測量經製造產品之薄膜性質的方法及設備。各種工業典型地依賴於薄膜測量以確保產品之品質控制及良好製造實踐，並且在一些情況下，此等薄膜測量經整合至程序流程中以確保例如預組裝或整合符合單元級規格。薄膜之待測量之典型性質係表面形貌及膜厚度。測量薄膜之表面形貌（除其他光學性質之外）之標準方式可藉由橢圓計提供；橢圓計之示意性實例將提供在圖1中。對應地，薄膜之厚度可經由干涉法而測量；林尼克類型之光譜干涉計之示意性實例將提供在圖2中。干涉法及橢圓法兩者可組合在單個光學系統中，其中可經由測量在系統之第一偵測臂中接收到的信號而獲得干涉信號，並且可經由測量在系統之第二偵測臂中接收到的信號而獲得橢圓信號。在第一實例中，干涉及橢圓信號可經由偏振光束分光器分離出，並且在第一偵測臂中獲得之信號可為具有一個偏振之柯勒（Koehler）照明之干涉信號，而在第二偵測臂中獲得之第二信號可為具有正交偏振之經準直光束之橢圓信號；光學系統之此類實例具體實例將提供在圖3中。替代地，截光器可設置在圖3之光學系統之參考臂中，以允許干涉中斷、允許純橢圓信號或純偏振光學顯微鏡信號；光學系統之此類實例具體實例將提供在圖4中。對圖3之光學系統之進一步修改可包括藉由非偏振光束分光器分離待在第一偵測臂及第二偵測臂中接收到之信號，同時將固定偏振器包括在第一偵測臂中且將旋轉分析器包括在第二偵測臂中。此可允許經由測量經準直光束之偏振之旋轉而進行對橢圓信號之進一步特徵界定。此類光學系統展示在圖5中，並且在參考臂中具有額外截光器的圖5之系統展示在圖6中。因此，圖7至圖10分別展示用於操作圖3至圖6之光學系統的實例方法之流程圖。
圖1說明遵循包括在美國專利11,269,204中之設計的橢圓計100。橢圓計100意欲用於評估其上形成有一或多個層114之樣品112。典型地，層114可為介電層或金屬層。
橢圓計100包括用於產生探測光束122之光源120。在一個實例中，光源120可為產生穩定窄波長光束之雷射器。下文將論述光源之其他變體。在另一實例中，光源120之輸出經偏振。替代地，偏振器可置放在光束之路徑中以提供偏振控制。
在此情況下，可藉由光束分光器124將探測光束122導向樣品。可運用聚焦元件126將光束聚焦至樣品上。聚焦元件126可具有相對高數值孔徑（NA）以在樣品上產生大入射角展度以用於橢圓信號之測量。在一個實例中，聚焦元件126可具有至少0.5且更佳地約0.9之NA。具有0.5之NA的聚焦元件將產生相對於法線自零度至30度的入射角。0.9 NA（或更大）將把範圍延伸至約64度（及超出）。
在一個實例中，聚焦元件126係複合顯微鏡物鏡。聚焦元件126可包括透鏡、鏡面或兩者之組合。在其他實例中，探測光束經聚焦至直徑為約10微米或更小且在一些情況下更佳地為約一微米之光點大小。
自樣品反射之光可由透鏡126收集且經導向至光偵測器130。在到達光偵測器130之前，探測光束122傳遞穿過補償器，在此情況下，四分之一波片140，以用於延遲光束之偏振狀態中之一者的相位。在探測光束照在樣品上之前，四分之一波片可位於光束路徑中。後一方法可在減少由透鏡126產生之像差方面具有一些優點。在一較佳具體實例中，補償器可誘發90度之相位延遲；然而，更大或更小延遲係可能的。
光束可接著傳遞穿過線性偏振器144，該線性偏振器用以致使光束之兩個偏振狀態彼此干涉。為了最大化所要信號，偏振器之軸可相對於四分之一波片140之快軸及慢軸以45度之角度定向。取決於樣品條件，可存在偏振器之最佳位向將相對於四分之一波片之快軸及慢軸介於30度與60度之間的某處之情形。
光偵測器130可較佳地由光偵測器元件或像素132之二維陣列構成。此類配置在市售電荷耦接裝置（CCD）陣列中係典型的。來自光偵測器130之元件的輸出可供應至控制器150，該控制器可含有處理單元。控制器150亦可控制並監測四分之一波片140及在一些情況下線性偏振器144之位置。
如圖1中所見，探測光束122之部分直接傳遞穿過光束分光器124以照在入射功率偵測器156上。入射功率偵測器156可經提供以監測探測光束光源之輸出功率的波動。入射功率偵測器156之輸出亦可供應至控制器以提供歸一化。
在一些情況下，可能需要在多於一個波長下獲得測量值。若需要運用極小光點大小來進行測量，使得雷射光源產生相干光束，則光源120可包含各自具有不同波長下之輸出的兩個或更多個雷射器。此等雷射器可依序經供能以產生不同波長下之資料。替代地，光源120可包含可調諧雷射器。
光源120亦可為將產生多色探測光束之白光源。波長選擇濾光器160（在圖1中由虛線框展示）可接著置放在光源與偵測器之間的光路徑中的某處。濾光器可採用選擇性地移動至光束之路徑中之簡單帶通（彩色）濾光器的形式。替代地，單色儀可用於依序選擇窄波長區。
圖2展示林尼克干涉計200之示意性實例。林尼克干涉計200之設計遵循《應用光學（Applied Optics）》，第57卷，第12期，2018年4月20日中所說明之設計。林尼克干涉計200可用於評估樣品260。樣品260可例如包括基板之頂部上之薄膜，並且可利用林尼克干涉計200以便提供對樣品260之厚度之測量。
林尼克干涉計200可包括光源280。在圖1中所給出之實例具體實例中，光源280可包括可傳遞穿過光纜之白光源。在一較佳具體實例中，光源280可為鹵素燈，其可在使光傳遞穿過透鏡275之後產生經準直白光光束。
自透鏡275投影之經準直白光可接著傳遞穿過第一光束分光器235，從而分裂成兩個經準直白光光束，其中第一光束進入林尼克干涉計200之參考臂257的第一物鏡240，並且第二光束進入林尼克干涉計200之參考臂257中的林尼克干涉計200之測量臂256的第二物鏡255。較佳地，參考臂257之第一物鏡240及測量臂256之第二物鏡255具有共同光學性質（例如，匹配數值孔徑）。第一物鏡240可用以將來自第一光束分光器235之入射準直光聚焦至參考鏡面245上。可經由機械致動器250調整第一光束分光器235與參考鏡面245之間的距離，該機械致動器可由控制器285控制。在一個實例中，機械致動器250可為由鋯鈦酸鉛或PZT製成之壓電裝置。
來自第一光束分光器235之第二光束可進入測量臂256之第二物鏡255中，並且可聚焦至安裝在載物台265上之樣品260上。載物台可耦接至步進馬達270，該步進馬達可允許視情況機械操縱樣品260在樣品260之平面中的位置，從而允許樣品厚度沿著樣品260上之不同點之成像。
自樣品260散射及/或繞射之測量光可傳遞穿過第二物鏡255以經透射穿過第一光束分光器235且在第二光束分光器220處經接收。類似地，自參考鏡面245反射之參考光可傳遞穿過第一物鏡240以由第一光束分光器235反射且在第二光束分光器220處經接收。來自樣品260之光及來自參考鏡面245之光可接著干涉第二光束分光器220，從而產生干涉信號。干涉信號之部分可接著在聚焦透鏡215處經收集且經由光纖210在光纖光譜儀205處經獲得；在光纖光譜儀205處獲得之干涉信號之部分可接著在A/D轉換之後傳輸至控制器285。另外，干涉信號之另一部分可視情況在管透鏡225處經收集且使用電荷耦接裝置（CCD）攝影機230進行成像，從而允許干涉信號之強度輪廓之成像。
機械致動器250可經操作以按閉環方式操縱參考鏡面245。在一個實例中，機械致動器250可藉由控制器285按閉環方式操作以致動參考鏡面245以維持在CCD攝影機230處接收到之信號的零狀態。在另一實例中，機械致動器250可按閉環方式操作，以便維持在光纖光譜儀205處接收到之干涉信號之聚焦。
在測量光與參考光之間存在相位差，其直接判定白光光譜干涉信號。在處理在光纖光譜儀205處獲得之干涉信號之後，對於各波長，白光光譜干涉信號可表達為測量光與參考光之間的相位差之函數。對白光干涉信號之進一步分析可接著經實施以便校正例如歸因於第一物鏡240及第二物鏡255之光學性質之失配的相位誤差，以及歸因於第一光束分光器235中之均質性的其他相位誤差，以用於進行更精確膜厚度測量。
圖3說明用於樣品352之同時干涉法及橢圓法之光學系統300的第一實例具體實例。樣品352可包括薄膜，例如沈積在經微影圖案化之特徵之上的多層薄膜。在光學系統300中，干涉信號可自運用具有隨波長變化之第一偏振的柯勒照明對樣品352進行成像而獲得，而橢圓信號可自對隨光瞳平面357內之波長及角度位置變化的經準直光信號進行成像而獲得。
光學系統300可包括產生寬頻光之光源304。光源304可例如為鹵素燈，其可產生白光光譜。來自光源304之光可接著傳遞穿過偏振裝置308，該偏振裝置可產生具有第一偏振之第一光束312及具有正交於第一偏振之第二偏振之第二光束316。偏振裝置308可例如為光聲偏振裝置或偏振光束分光器。
兩個正交偏振光束可接著前進穿過光學系統300之兩個個別光學臂。第一光束312可自第一鏡面320反射，以傳遞穿過第一透鏡328，從而產生經準直或接近經準直光束。第二光束316可自第二鏡面324反射，傳遞穿過第二透鏡332、光圈336及第三透鏡340，其中透鏡332、340具有用於產生柯勒照明之適當設計。當光源304之影像在與樣品352之平面一致之焦平面358中散焦時，柯勒照明實現，從而提供樣品之均勻照明。在一個實例中，第一光束312可具有相對於樣品352之入射平面的p偏振，而第二光束316可具有相對於樣品352之入射平面的s偏振。光圈336定位在透鏡332、340之間，並且相對於第四透鏡356，以便與第四透鏡356之後焦距維持恰當距離。因此，第一光束312可維持為處於p偏振狀態中之經準直光束，而第二光束316可維持為處於s偏振狀態中之柯勒照明。
第二光束316可接著自第三鏡面348反射，並且光束312、316可接著在第一偏振光束分光器344處重組合且同軸，其中第一光束312透射穿過第一偏振光束分光器344，而第二光束316可自第一偏振光束分光器344反射。
在第一偏振光束分光器344處同軸之光束312、316可接著發送至干涉單元349。在此具體實例中，干涉單元349係屬於林尼克類型，其中測量臂355包括第四透鏡356，其中第四透鏡356維持在非偏振光束分光器360與樣品352之間，並且參考臂365包括第五透鏡364，其中第五透鏡364維持在非偏振光束分光器360與平面鏡368之間。測量臂355及參考臂365可配置以在不存在樣品352之情況下維持相同光學路徑長度，以便允許歸因於在測量臂355及參考臂365之光學路徑長度中引入小差值的樣品352之存在而在非偏振光束分光器360處產生干涉圖案。透鏡356、364可為物鏡。可選擇具有增強橢圓信號之適當NA值的物鏡。此外，較大NA值實現對角度資訊之分析。較佳地，測量臂355之第四透鏡356及參考臂365之第五透鏡364具有共同光學性質（例如，匹配NA）。
干涉單元349可配置以接收光束312、316，這些光束可接著各自反射及透射穿過非偏振光束分光器360。兩個光束312、316中之各者可以穿過參考臂365之第一透射層級透射穿過非偏振光束分光器360，並且可以穿過測量臂355之第二反射層級自非偏振光束分光器360反射。在一個實例中，可選擇50/50光束分光器以平衡透射及反射光功率；然而，可考慮到所測量樣品而選擇其他光束分光比率。在參考臂365中，光束312、316可傳遞穿過第五透鏡364，自平面鏡368反射，並且返回至非偏振光束分光器360。平面鏡368之表面可經特徵界定為在表面平坦度之預校準容許度內。在測量臂355中，光束312、316可透射穿過第四透鏡356，並且自樣品352散射及/或反射，該第四透鏡將第一光束312之經準直光聚焦至樣品352上之光點。在一個實例中，第一光束312在樣品上之光點之大小可處於第四透鏡356之繞射極限。光束312、316與樣品352之相互作用可將第一光束312及第二光束316中之各者之偏振自線性偏振改變成橢圓偏振，其中偏振改變量取決於樣品352之光學性質及各光束相對於樣品352之入射角。在參考臂365中自平面鏡368反射之光束312、316及在測量臂355中自樣品352散射及/或反射之光束312、316可能接著干涉非偏振光束分光器360處之相似偏振狀態。
干涉光束312、316可接著進一步透射穿過非偏振光束分光器360且照射在第二偏振光束分光器372上。具有s偏振之光可接著由第二偏振光束分光器372反射至第一偵測臂375中，該第一偵測臂375包括第六透鏡376及第一感測器380。第一偵測臂375可主要接收柯勒照明，伴有小部分經準直光束，該小部分經準直光束可能歸因於與樣品352之相互作用而已以s偏振旋轉。自第二偏振光束分光器372反射之光可接著在第六透鏡376處經收集，並且經透射至第一感測器380。具有p偏振之光可接著透射穿過第二偏振光束分光器372至第二偵測臂385中，該第二偵測臂385包括第七透鏡384及第二感測器388。第二偵測臂385可主要接收來自第一光束312之經準直光，伴有來自第二光束316之柯勒照明之一部分，該柯勒照明之該部分可能歸因於與樣品352之相互作用而已旋轉成p偏振。透射穿過第二偏振光束分光器372之光可接著在第七透鏡384處經收集，並且經透射至第二感測器388。感測器380、388可為例如CCD攝影機，並且可接著將接收到之信號傳輸至可含有處理單元之控制器397。
在第一感測器380處獲得之光信號可為來自非偏振光束分光器360處之經s偏振之光之干涉的干涉信號，藉此第六透鏡376可收集及聚焦來自樣品352之柯勒照明。可經由掃描在第一感測器380處接收到的光信號之波長而獲得在第一感測器380處接收到的干涉信號之調變。雖然在第一感測器380處接收到之干涉信號之一部分可能歸因於經準直光束，但來自經準直光束之貢獻可能產生背景信號或強度移位，藉此減少干涉信號之條紋對比度。最終結果係柯勒照明及其干涉，而非未經準直照明，將聚焦在第一感測器380處。
在第二感測器388處獲得之光信號可為運用干涉圖壓印之橢圓信號，藉此第七透鏡384可收集及聚焦來自光瞳平面357之經準直光。可經由掃描在第二感測器388處接收到的光信號之波長而獲得在第二感測器388處接收到的橢圓信號之調變。橢圓信號可測量波長相依橢圓相位，其係歸因於光與樣品352之相互作用而產生的經p偏振之光與經s偏振之光之間的相位差。雖然在第二感測器388處接收到之橢圓信號之一部分可能歸因於柯勒照明，但柯勒照明之貢獻可能產生為橢圓信號中之背景信號或強度移位。最終結果係經準直照明之光及其干涉，而非柯勒照明，將聚焦在第二感測器388處。
分別在第一感測器380及第二感測器388處接收到之干涉及橢圓信號可接著運用控制器397之處理單元進行分析，並且經由回歸擬合至綜合模型以描述樣品352之光學回應。具有經柯勒照明之第一偏振之干涉信號及具有經準直照明之第二正交偏振之橢圓信號可依序或同時回歸，並且回歸程序可與測量同時發生。替代地，回歸程序可在實際測量之前發生，並且查找表可隨後用於識別性質。查找表及回歸程序之組合可用於判明樣品352之所要性質。
圖4說明用於樣品452之同時經偏振、多波長顯微法及橢圓法的光學系統400之第二實例具體實例。樣品452可包括薄膜，例如沈積在經微影圖案化之特徵之上的多層薄膜。在光學系統400中，偏振光學信號可自運用具有隨波長變化之第一偏振的柯勒照明對樣品452進行成像而獲得，而橢圓信號可自對具有隨光瞳平面457內之波長及角度位置變化之第二偏振的經準直光信號進行成像而獲得。
光學系統400可包括產生寬頻光之光源404。光源404可例如為鹵素燈，其可產生白光光譜。來自光源404之光可接著傳遞穿過波長選擇偏振裝置408，該波長選擇偏振裝置可產生兩個正交偏振光束。波長選擇偏振裝置408可例如為光聲偏振裝置或偏振光譜儀。
兩個正交偏振光束可接著前進穿過光學系統400之兩個個別光學臂。第一光束412可自第一鏡面420反射，以傳遞穿過第一透鏡428，從而產生經準直或接近經準直光束。第二光束416可自第二鏡面424反射，傳遞穿過第二透鏡432、光圈436及第三透鏡440，其中透鏡432、440具有用於產生柯勒照明之適當設計。在一個實例中，第一光束412可具有相對於樣品452之入射平面的p偏振，而第二光束416可具有相對於樣品452之入射平面的s偏振。光圈436可定位在透鏡432、440之間，並且相對於第四透鏡456，以便與第四透鏡456之後焦距維持恰當距離。因此，第一光束412可維持為處於p偏振狀態中之經準直光束，而第二光束416可維持為處於s偏振狀態中之柯勒照明。
第二光束416可接著自第三鏡面448反射，並且光束412、416可接著在第一偏振光束分光器444處重組合且同軸，其中第一光束412透射穿過第一偏振光束分光器444，而第二光束416可自第一偏振光束分光器444反射。
在第一偏振光束分光器444處同軸之光束412、416可接著發送至干涉單元449。在此具體實例中，干涉單元449係屬於林尼克類型，其中測量臂455包括第四透鏡456，其中第四透鏡456維持在非偏振光束分光器460與樣品452之間，並且參考臂465包括第五透鏡464，其中第五透鏡464維持在非偏振光束分光器460與平面鏡468之間。測量臂455及參考臂465可配置以最大化歸因於樣品452之存在而在非偏振光束分光器460處產生的干涉圖案。然而，相比於圖3之光學系統300，光學系統400可在參考臂465中含有截光器463，該截光器定位在非偏振光束分光器460與第五透鏡464之間。截光器463可以固定頻率自旋，並且可用以週期性地中斷測量臂455中之光束412、416，從而用以消除測量臂455中之光與參考臂465中之光之間的干涉。透鏡456、464可為物鏡。可選擇具有增強橢圓信號之適當NA值的物鏡。此外，較大NA值實現對角度資訊之分析。較佳地，測量臂455之第四透鏡456及參考臂465之第五透鏡464具有共同光學性質（例如，匹配NA）。
干涉單元449可配置以接收光束412、416，這些光束可接著各自反射及透射穿過非偏振光束分光器460。兩個光束412、416中之各者可以穿過參考臂465之第一透射層級透射穿過非偏振光束分光器460，並且可以穿過測量臂455之第二反射層級自非偏振光束分光器460反射。在一個實例中，可選擇50/50光束分光器以平衡透射及反射光功率；然而，可考慮到所測量樣品而選擇其他光束分光比率。在參考臂465中，光束412、416可傳遞穿過第五透鏡464，自平面鏡468反射，並且返回至非偏振光束分光器460。平面鏡468之表面可經特徵界定為在表面平坦度之預校準容許度內。在測量臂455中，光束412、416可透射穿過第四透鏡456，並且自樣品452散射及/或反射，該第四透鏡將第一光束412之經準直光聚焦至樣品452上之光點。在一個實例中，第一光束412在樣品452上之光點之大小可處於第四透鏡456之繞射極限。光束412、416與樣品452之相互作用可致使第一光束412及第二光束416中之各者之偏振自線性偏振改變成橢圓偏振，其中偏振改變量取決於樣品452之光學性質。在參考臂465中自平面鏡468反射之光束412、416及在測量臂455中自樣品452散射及/或反射之光束412、416可接著在非偏振光束分光器460處重組。
光束412、416可接著進一步透射穿過非偏振光束分光器460且照射在第二偏振光束分光器472上。具有s偏振之光可接著由第二偏振光束分光器472反射至第一偵測臂475中，該第一偵測臂475包括第六透鏡476及第一感測器480。第一偵測臂475可主要接收柯勒照明，伴有小部分經準直光束，該小部分經準直光束可能歸因於與樣品452之相互作用而已以s偏振旋轉。自第二偏振光束分光器472反射之光可接著在第六透鏡476處經收集，並且經透射至第一感測器480。具有p偏振之光可接著透射穿過第二偏振光束分光器472至第二偵測臂485中，該第二偵測臂485包括第七透鏡484及第二感測器488。第二偵測臂485可主要接收來自第一光束412之經準直光，伴有來自第二光束416之柯勒照明之一部分，該柯勒照明之該部分可能歸因於與樣品452之相互作用而已旋轉成p偏振。透射穿過第二偏振光束分光器472之光可接著在第七透鏡484處經收集，並且經透射至第二感測器488。感測器480、488可為例如CCD攝影機，並且可接著將接收到之信號傳輸至可含有處理單元之控制器497。
歸因於藉由引入截光器463而移除干涉，第一偵測臂475可充當用於經s偏振之光的多波長偏振顯微鏡，從而允許依據角度及波長在第一感測器480處對樣品452進行成像。第六透鏡476可將自樣品452獲得之光聚焦在焦平面458處。可經由掃描偏振裝置408之波長而獲得在第一感測器480處接收到的信號之波長相依性。
在第二感測器488處獲得之光信號可為純橢圓信號，並且第七透鏡484可收集自光瞳平面457獲得之光。可經由掃描來自偏振裝置408之光之波長而獲得在第二感測器488處接收到的橢圓信號之調變。橢圓信號可測量波長相依橢圓相位，其係歸因於光與樣品452之相互作用而產生的經p偏振之光與經s偏振之光之間的相位差。雖然在第二感測器488處接收到之橢圓信號之一部分可能歸因於柯勒照明，但該柯勒照明將歸因於透鏡484而並不聚焦在第二感測器488處。此外，歸因於藉由截光器463移除光學系統400中之干涉，在第二感測器488處接收到的橢圓信號之模型化可藉由不必模型化干涉臂對測量結果之影響而簡化。
分別在第一感測器480及第二感測器488處接收到之光學及橢圓信號可接著運用控制器497之處理單元進行分析，並且經由回歸擬合至綜合模型以描述樣品452之光學性質。光學信號及橢圓信號可依序或同時回歸，並且回歸程序可與測量同時發生。替代地，回歸程序可在實際測量之前發生，並且查找表可隨後用於識別性質。查找表及回歸程序之組合可用於判明樣品452之所要性質。此外，光學系統400之成像能力可經由將在存在干涉（當撤銷啟動截光器463時）之情況下在偵測臂475、485中接收到之光學信號與在不存在干涉（當啟動截光器463時）之情況下在偵測臂475、485中接收到之光學信號進行比較而增強。
圖5說明用於樣品552之同時干涉法及橢圓法之光學系統500的第三實例具體實例。樣品552可包括薄膜，例如沈積在經微影圖案化之特徵之上的多層薄膜。在光學系統500中，干涉信號可自運用具有隨波長變化之第一偏振的柯勒照明對樣品552進行成像而獲得，而具有第二偏振之橢圓信號可自對具有隨光瞳平面557內之波長及角度位置變化之第二偏振的經準直光信號進行成像而獲得。
光學系統500可包括產生寬頻光之光源504。光源504可例如為鹵素燈，其可產生白光光譜。來自光源504之光可接著傳遞穿過波長選擇偏振裝置508，該波長選擇偏振裝置可產生兩個正交偏振光束。波長選擇偏振裝置508可例如為光聲偏振裝置或光譜儀。
兩個正交偏振光束可接著前進穿過光學系統500之兩個個別光學臂。第一光束512可自第一鏡面502反射，以傳遞穿過第一透鏡528，從而產生經準直或接近經準直光束。第二光束516可自第二鏡面524反射，傳遞穿過第二透鏡532、光圈536及第三透鏡540，其中透鏡532、540具有用於產生柯勒照明之適當設計。在一個實例中，第一光束512可具有相對於樣品552之入射平面的p偏振，而第二光束516可具有相對於樣品552之入射平面的s偏振。光圈536定位在透鏡532、540之間，並且相對於第四透鏡556，以便與第四透鏡556之後焦距維持恰當距離。因此，第一光束512可維持為處於p偏振狀態中之經準直光束，而第二光束516可維持為處於s偏振狀態中之柯勒照明。
第二光束516可接著自第三鏡面548反射，並且光束512、516可接著在偏振光束分光器544處重組合且同軸，其中第一光束512透射穿過偏振光束分光器544，而第二光束516可自偏振光束分光器544反射。
已經由偏振光束分光器544同軸之光束512、516可接著發送至干涉單元549。在此具體實例中，干涉單元549係屬於林尼克類型，其中測量臂555包括第四透鏡556，其中第四透鏡556維持在第一非偏振光束分光器560與樣品552之間，並且參考臂565包括第五透鏡564，其中第五透鏡564維持在第一非偏振光束分光器560與平面鏡568之間。測量臂555及參考臂565可配置以最大化歸因於樣品552之存在而在第一非偏振光束分光器560處產生的干涉圖案。透鏡556、564可為物鏡，並且可具有經選擇以增強橢圓信號之NA。較佳地，測量臂555之第四透鏡556及參考臂565之第五透鏡564具有共同光學性質（例如，匹配NA）。
干涉單元549可配置以接收光束512、516，這些光束可接著各自反射及透射穿過第一非偏振光束分光器560。兩個光束512、516中之各者可以穿過參考臂565之第一透射層級透射穿過第一非偏振光束分光器560，並且可以穿過測量臂555之第二反射層級自第一非偏振光束分光器560反射。50/50光束分光器可經選擇以平衡干涉計單元之兩個臂之間的光功率，然而，其他組合可經選擇以包括樣品之特性。在參考臂565中，光束512、516可傳遞穿過第五透鏡564，自平面鏡568反射，並且返回至第一非偏振光束分光器560。平面鏡568之表面可經特徵界定為在平坦度之預校準容許度內。在測量臂555中，光束512、516可透射穿過第四透鏡556，並且自樣品552散射及/或反射，該第四透鏡將第一光束512之經準直光聚焦至樣品552上之光點。在一個實例中，第一光束512在樣品552上之光點之大小可處於第四透鏡556之繞射極限。光束512、516與樣品552之相互作用可致使第一光束512及第二光束516中之各者之偏振自線性偏振改變，其中偏振改變量取決於樣品552之光學性質。在參考臂565中自平面鏡568反射之光束512、516及在測量臂555中自樣品552散射及/或反射之光束512、516可能接著干涉第一非偏振光束分光器560處之相似偏振狀態。
在第一非偏振光束分光器560處已經干涉之光束512、516可接著進一步透射穿過第一非偏振光束分光器560且照射在第二非偏振光束分光器572上。光可接著由第二非偏振光束分光器572反射至第一偵測臂575中，該第一偵測臂575包括第六透鏡580及第一感測器584。分別相比於圖3至圖4之光學系統300、400，第一偵測臂575可視情況包括定位在第二非偏振光束分光器572與第六透鏡580之間以便濾除經p偏振之光的固定偏振器576；傳遞穿過固定偏振器576之光可接著主要包括柯勒照明，伴有小部分經準直光束。經由固定偏振器576濾光之柯勒照明可接著由第六透鏡580聚焦，並且經透射至第一感測器584；傳遞穿過透鏡580之經準直光將並不聚焦在第一感測器584處。光亦可透射穿過第二非偏振光束分光器572至第二偵測臂585中，該第二偵測臂包括第七透鏡592及第二感測器596。分別相比於圖3至圖4之光學系統300、400，第二偵測臂585可包括定位在第二非偏振光束分光器572與第七透鏡592之間的旋轉偏振器588。旋轉偏振器588可接著旋轉，以便獲得關於光瞳平面557之偏振狀態的進一步資訊。經由旋轉偏振器588濾光之經準直光可接著由第七透鏡592聚焦，並且經透射至第二感測器596；傳遞穿過透鏡592之任何柯勒照明將並不聚焦在第二感測器596處。感測器584、596可為例如CCD攝影機，並且可接著將接收到之信號傳輸至可含有處理單元之控制器597。
在第一感測器584處獲得之光信號可為來自在第一非偏振光束分光器560處之經s偏振之光之干涉的干涉信號，並且第六透鏡580可將來自樣品552之光收集在聚焦平面558處。可經由掃描偏振裝置508之波長而獲得在第一感測器584處接收到的干涉信號之調變。雖然在第一感測器584處接收到之干涉信號之一部分可能歸因於經準直光束，但經準直光束之貢獻可能充當干涉信號之干涉條紋中的背景信號，從而減少干涉條紋對比度，並且可能歸因於光束512、516之不同光學路徑設計而並不與柯勒照明相互作用。
在第二感測器596處獲得之光信號可為沿著旋轉偏振器588之偏振軸之偏振光的橢圓信號，其中第七透鏡592收集來自光瞳平面557之光。旋轉偏振器588之旋轉可能夠取樣光瞳平面557之所有偏振狀態，從而分別相較於圖3至圖4之光學系統300、400，提供進一步橢圓資料。可經由掃描偏振裝置508之波長而獲得在第二感測器596處接收到的橢圓信號之調變。橢圓信號可測量波長相依橢圓相位，其係歸因於光與樣品552之相互作用而產生的經p偏振之光與經s偏振之光之間的相位差。雖然在第二感測器596處接收到之橢圓信號之一部分可能歸因於柯勒照明，但該柯勒照明將並不聚焦在第二感測器596處，並且因此可能造成橢圓信號中之離焦背景。
分別在第一感測器584及第二感測器596處接收到之干涉及橢圓信號可接著運用控制器597進行分析，並且經由回歸擬合至綜合模型以描述樣品552之光學回應。干涉信號及橢圓信號可依序或同時回歸，並且回歸程序可與測量同時發生。替代地，回歸程序可在實際測量之前發生，並且查找表可隨後用於識別性質。查找表及回歸程序之組合可用於判明樣品552之所要性質。
圖6說明用於樣品652之同時經偏振、多波長顯微法及橢圓法的光學系統600之第四實例具體實例。樣品652可包括薄膜，例如沈積在經微影圖案化之特徵之上的多層薄膜。在光學系統600中，偏振光學信號可自運用具有隨波長變化之第一偏振的柯勒照明對樣品652進行成像而獲得，而具有第二偏振之橢圓信號可自對具有隨光瞳平面657內之波長及角度位置變化之第二偏振的經準直光信號進行成像而獲得。
光學系統600可包括產生寬頻光之光源604。光源604可例如為鹵素燈，其可產生白光光譜。來自光源604之光可接著傳遞穿過偏振裝置608，該偏振裝置可產生兩個正交偏振光束。偏振裝置608可例如為光聲偏振裝置或光譜儀。
兩個正交偏振光束可接著前進穿過光學系統600之兩個個別光學臂。第一光束612可自第一鏡面602反射，以傳遞穿過第一透鏡628，從而產生經準直或接近經準直光束。第二光束616可自第二鏡面624反射，傳遞穿過第二透鏡632、光圈636及第三透鏡640，其中透鏡632、640具有用於產生柯勒照明之適當設計。光圈636可定位在透鏡632、640之間，並且相對於第四透鏡656，以便與第四透鏡656之後焦距維持恰當距離。因此，第一光束612可維持為處於線性偏振狀態中之經準直光束，而第二光束616可維持為處於正交線性偏振狀態中之柯勒照明。
第二光束616可接著自第三鏡面448反射，並且光束612、616可接著在偏振光束分光器644處重組合且同軸，其中第一光束612透射穿過偏振光束分光器644，而第二光束616可自偏振光束分光器644反射。
已在偏振光束分光器644處同軸之光束612、616可接著發送至干涉單元649。在此具體實例中，干涉單元649係屬於林尼克類型，其中測量臂655包括第四透鏡656，其中第四透鏡656維持在第一非偏振光束分光器660與樣品652之間，並且參考臂665包括第五透鏡664，其中第五透鏡664維持在第一非偏振光束分光器660與平面鏡668之間。測量臂655及參考臂665可配置以在不存在樣品652之情況下維持最佳光學路徑長度，以便允許在第一非偏振光束分光器660處產生干涉圖案。然而，分別相比於圖3、圖5之光學系統300、500，光學系統600可在參考臂665中含有截光器663，該截光器定位在第一非偏振光束分光器660與第五透鏡664之間。截光器663可以固定頻率自旋，並且可用以週期性地中斷測量臂655中之光束612、616，從而用以消除測量臂655中之光與參考臂665中之光之間的干涉。透鏡656、664可為物鏡，並且可具有經選擇以增強橢圓信號之NA。較佳地，測量臂655之第四透鏡656及參考臂665之第五透鏡664具有共同光學性質（例如，匹配NA）。
干涉單元649可配置以接收光束612、616，這些光束可接著各自反射及透射穿過非偏振光束分光器660。兩個光束612、616中之各者可以穿過參考臂665之第一透射層級透射穿過第一非偏振光束分光器660，並且可以穿過測量臂655之第二反射層級自非偏振光束分光器660反射。50/50光束分光器可經選擇以平衡干涉計單元之兩個臂之間的光功率，然而，其他組合可經選擇以包括樣品之特性。在參考臂665中，光束612、616可傳遞穿過第五透鏡664，自平面鏡668反射，並且返回至第一非偏振光束分光器660。平面鏡668之表面可經特徵界定為在表面平坦度之預校準容許度內。在測量臂655中，光束612、616可透射穿過第四透鏡656，該第四透鏡將第一光束612之經準直光聚焦至樣品652上之光點，並且使這些光束自樣品652散射及/或反射。在一個實例中，第一光束612在樣品652上之光點之大小可處於第四透鏡656之繞射極限。光束612、616與樣品652之相互作用可致使第一光束612及第二光束616中之各者之偏振自純線性偏振狀態改變，其中改變量取決於樣品652之光學性質。在參考臂665中自平面鏡668反射之光束612、616及在測量臂655中自樣品652散射及/或反射之光束612、616可接著在第一非偏振光束分光器660處重組。
在第一非偏振光束分光器660處已經干涉之光束612、616可接著進一步透射穿過第一非偏振光束分光器660且照射在第二非偏振光束分光器672上。光可接著由第二非偏振光束分光器672反射至第一偵測臂675中，該第一偵測臂675包括第六透鏡680及第一感測器684。分別相比於圖3至圖4之光學系統300、400，第一偵測臂675可視情況包括定位在第二非偏振光束分光器672與第六透鏡680之間以便濾除具體光偏振狀態的固定偏振器676；傳遞穿過固定偏振器676之光可接著主要包括柯勒照明，伴有小部分經準直光束。經由固定偏振器676濾光之柯勒照明可接著由第六透鏡680聚焦至第一感測器684上。光亦可透射穿過第二非偏振光束分光器672至第二偵測臂685中，該第二偵測臂685包括第七透鏡692及第二感測器696。分別相比於圖3至圖4之光學系統300、400，第二偵測臂685可包括定位在第二非偏振光束分光器672與第七透鏡692之間的旋轉偏振器688。旋轉偏振器688可接著旋轉，以便獲得關於光瞳平面657之偏振狀態的進一步資訊。經由旋轉偏振器688濾光之光可接著由第七透鏡692聚焦至第二感測器696上。感測器684、696可為例如CCD攝影機，並且可接著將接收到之信號傳輸至可含有處理單元之控制器697。
歸因於藉由引入截光器663而移除干涉，第一偵測臂675可充當用於線性偏振光之多波長偏振顯微鏡，從而允許依據波長在第一感測器684處對樣品652進行成像。第六透鏡680可將自樣品652獲得之光聚焦在焦平面658處。可經由掃描波長偏振裝置608而獲得在第一感測器684處接收到的信號之調變。
在第二感測器696處獲得之光信號可為沿著旋轉偏振器688之偏振軸之偏振光的橢圓信號，其中第七透鏡692聚焦來自光瞳平面657之光。偏振器688之旋轉可能夠取樣光瞳平面657中之所有偏振，從而分別相較於圖3至圖4之光學系統300、400，提供進一步橢圓資料。可經由掃描光偏振裝置608之波長而獲得在第二感測器696處接收到的橢圓信號之調變。橢圓信號可測量歸因於光與樣品652之相互作用而產生的波長及角度相依橢圓相位。雖然在第二感測器696處接收到之橢圓信號之一部分可能歸因於柯勒照明且造成橢圓信號之背景，但經準直光，而非柯勒照明，將聚焦在第二感測器696處。此外，歸因於藉由截光器663消除干涉，橢圓信號之模型化可簡化。
分別在第一感測器684及第二感測器696處接收到之光學及橢圓信號可接著運用控制器697進行分析，並且經由回歸擬合至綜合模型以描述樣品652之光學回應。光學信號及橢圓信號可依序或同時回歸，並且回歸程序可與測量同時發生。替代地，回歸程序可在實際測量之前發生，並且查找表可隨後用於識別性質。查找表及回歸程序之組合可用於判明樣品662之所要性質。此外，光學系統600之成像能力可經由將在存在干涉（當撤銷啟動截光器663時）之情況下在偵測臂675、685中接收到之光學信號與在不存在干涉（當啟動截光器663時）之情況下在偵測臂675、685中接收到之光學信號進行比較而增強。
以此方式，圖5之光學系統500及圖6之光學系統600兩者可各自提供用於經由同時對物鏡之光瞳平面中之光的偏振狀態及物鏡之焦平面中之光進行成像而對樣品進行成像的光學系統之實例。圖5之光學系統500及圖6之光學系統600兩者可各自包括：寬頻光源，其配置以發射經偏振至兩個正交偏振狀態之偏振光；複數個光束分光器，其配置以組合及分裂偏振狀態；干涉單元，其包括參考臂及測量臂，參考臂含有物鏡及待成像之樣品；複數個透鏡，其配置以將偏振光聚焦在預定位置處；第一偵測臂，其配置以偵測物鏡之焦平面中之光；以及第二偵測臂，其包括配置以偵測物鏡之光瞳平面中的光之偏振狀態的旋轉分析器。儘管圖3之光學系統300及圖4之光學系統400各自配置以對具有第一偏振之干涉信號及具有第二正交偏振之橢圓信號進行成像，其中第一偏振及第二偏振中之各者固定，但圖5之光學系統500及圖6之光學系統600兩者配置以對光瞳平面中隨角度變化之橢圓信號之偏振狀態進行成像，從而允許對光瞳平面中之柯勒照明之偏振狀態進行直接成像。
圖7展示用於自圖3之光學系統300獲得同時干涉及橢圓信號的方法700。將參考本文中且關於圖3所描述之系統描述方法700，但應理解，類似方法可在不脫離本揭示內容之範圍的情況下應用於其他系統。方法700可經進行且可在控制器397處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法700之指令可由控制器397結合自光學系統之感測器，諸如上文參考圖3所描述之感測器，接收到的信號執行。控制器可採用光學系統之致動器來根據下文所描述之方法調整光學系統之操作。
在710處，方法700可使來自光源（諸如圖3之光源304）之光傳遞穿過光偏振裝置（諸如圖3之偏振裝置308）。偏振裝置可產生兩個交叉偏振光束。在一個實例中，交叉偏振光束可包括具有線性偏振光之第一光束（諸如圖3之第一光束312）（諸如圖3之樣品352），以及正交於第一光束之線性偏振光之第二光束（諸如圖3之第二光束316）。
在720處，方法700可收集及分析在第一感測器（諸如圖3之第一感測器380）處接收到之干涉信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖3所描述之光學系統，並且可產生待在第一感測器處接收到之干涉信號。在第一感測器處接收到之信號可經由處理器（諸如圖3之控制器397之處理器）經歷A/D轉換。處理器可接著對後處理信號進行回歸，以便使干涉信號擬合至綜合模型，以便產生樣品之厚度之資料。回歸可與在第一感測器處之信號之測量同時進行，經由波長回歸。替代地，回歸可在測量之前進行，並且後處理信號可與儲存在處理器之非暫時性記憶體中之值的查找表進行比較，以便獲得樣品之厚度之資料。在一個實例中，自第一感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。在另一實例中，自第一感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。
在730處，方法700可收集及分析在第二感測器（諸如圖3之第二感測器388）處接收到之橢圓信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖3所描述之光學系統，並且可產生待在第二感測器處接收到之橢圓信號。在第二感測器處接收到之信號可經由處理器經歷A/D轉換。處理器可接著對後處理信號進行回歸，以便使橢圓信號擬合至綜合模型，以便產生樣品之形貌之資料。回歸可與在第二感測器處之信號之測量同時進行，經由角度及波長回歸。替代地，回歸可在測量之前進行，並且後處理信號可與儲存在處理器之非暫時性記憶體中之值的查找表進行比較，以便獲得樣品之形貌之資料。在一個實例中，自第二感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。在另一實例中，自第二感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。在730之後，方法700可接著結束。
圖8展示用於自圖4之光學系統400獲得同時干涉及橢圓信號的方法800。將參考本文中且關於圖4所描述之系統描述方法800，但應理解，類似方法可在不脫離本揭示內容之範圍的情況下應用於其他系統。方法800可經進行且可在控制器497處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法800之指令可由控制器497結合自光學系統之感測器，諸如上文參考圖4所描述之感測器，接收到的信號執行。控制器可採用光學系統之致動器來根據下文所描述之方法調整光學系統之操作。
在810處，方法800可使來自光源（諸如圖4之光源404）之光傳遞穿過光偏振裝置（諸如圖4之偏振裝置408）。偏振裝置可產生兩個交叉偏振光束。在一個實例中，交叉偏振光束可包括具有線性偏振光之第一光束（諸如圖4之第一光束412）（諸如圖4之樣品452），以及具有正交於第一光束之線性偏振之第二光束（諸如圖4之第二光束416）。
在820處，方法800可啟動截光器（諸如圖4之截光器463），以便消除來自光學系統之光學信號之干涉。截光器可用以消除在光學系統之第一感測器（諸如圖4之第一感測器480）及第二感測器（諸如圖4之第二感測器488）處接收到的信號中之干涉，從而有效地將在第一感測器處接收到之信號轉變成樣品之偏振光學顯微信號。
在830處，方法800可收集及分析在第一感測器（諸如圖4之第一感測器480）處接收到之偏振光學信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖4所描述之光學系統，並且可產生待在第一感測器處接收到之偏振光學信號。在第一感測器處接收到之信號可經由處理器（諸如圖4之控制器497之處理器）經歷A/D轉換，並且可依據波長提供樣品之偏振光學顯微資料。在一個實例中，自第一感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。在另一實例中，自第一感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。
在840處，方法800可收集及分析在第二感測器（諸如圖4之第二感測器488）處接收到之橢圓信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖4所描述之光學系統，並且可產生待在第二感測器處接收到之橢圓信號。在第二感測器處接收到之信號可經由處理器經歷A/D轉換。處理器可接著對後處理信號進行回歸，以便使橢圓信號擬合至綜合模型，以便產生樣品之形貌之資料。歸因於在第二感測器處接收到之信號中沒有干涉，模型可簡化。回歸可與在第二感測器處之信號之測量同時進行，經由角度及波長回歸。替代地，回歸可在測量之前進行，並且後處理信號可與儲存在處理器之非暫時性記憶體中之值的查找表進行比較，以便獲得樣品之形貌之資料。在一個實例中，自第二感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。在另一實例中，自第二感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。在840之後，方法800可接著結束。
以此方式，圖7之方法700及圖8之方法800中之各者可提供用於光學系統（諸如分別圖3之光學系統300及圖4之光學系統400）之方法，藉此光學系統中之各者可經由寬頻光源發出待偏振成具有正交偏振之兩個偏振光束；經由複數個光束分光器組合及分裂正交偏振，經由干涉單元干涉來自兩個光束之光，該干涉單元包括參考臂及測量臂，測量臂含有物鏡及待成像之樣品；經由複數個透鏡將偏振光聚焦在預定位置處；經由處理器接收來自第一偵測臂中之第一感測器的第一光偵測信號集合及來自第二偵測臂中之第二感測器的第二光偵測信號集合；以及允許經由處理器之資料獲取系統對在處理器處接收到之第一光偵測信號集合及第二光偵測信號集合使用不同資料分析模式。相比於圖3之光學系統300，圖4之光學系統400可在干涉單元之參考臂中包括截光器，該截光器可調變參考臂中之光信號。
資料分析模式可包括用於圖8之方法800中的第一模式，其中截光器可以恆定頻率旋轉，處理器可接收來自第一感測器之第一光偵測信號集合作為具有第一偏振之光學顯微鏡信號，並且處理器可接收來自第二感測器之第二光偵測信號集合作為不受第二偏振干涉之橢圓信號。用於圖7之方法700中的第二模式可不包括藉由截光器調變參考臂中之光，其中處理器可接收來自第一感測器之第一光偵測信號集合作為具有第一偏振之干涉信號及來自第二感測器之第二光偵測信號集合作為具有第二偏振之橢圓信號。
圖9展示用於自圖5之光學系統獲得同時干涉及橢圓信號的方法900。將參考本文中且關於圖5所描述之系統描述方法900，但應理解，類似方法可在不脫離本揭示內容之範圍的情況下應用於其他系統。方法900可經進行且可在控制器597處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法900之指令可由控制器597結合自光學系統之感測器，諸如上文參考圖9所描述之感測器，接收到的信號執行。控制器可採用光學系統之致動器來根據下文所描述之方法調整光學系統之操作。
在910處，方法900可使來自光源（諸如圖5之光源504）之光傳遞穿過光偏振裝置（諸如圖5之偏振裝置508）。偏振裝置可產生兩個交叉偏振光束。在一個實例中，交叉偏振光束可包括具有線性偏振光之第一光束（諸如圖5之第一光束512）（諸如圖5之樣品552），以及具有正交於第一光束之線性偏振光之第二光束（諸如圖5之第二光束516）。
在920處，方法900可旋轉分析器（諸如圖5之旋轉偏振器588）。在一個實例中，旋轉分析器可經由控制器以固定頻率旋轉。在另一實例中，旋轉分析器可手動地或經由控制器進行調整，以固定在離散偏振角度處。
在930處，方法900可收集及分析在第一感測器（諸如圖5之第一感測器584）處接收到之干涉信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖5所描述之光學系統，並且可產生待在第一感測器處接收到之干涉信號。在第一感測器處接收到之信號可經由處理器（諸如圖5之控制器597之處理器）經歷A/D轉換。處理器可接著對後處理信號進行回歸，以便使干涉信號擬合至綜合模型，以便產生樣品之厚度之資料。回歸可與在第一感測器處之信號之測量同時進行，經由角度及波長回歸。替代地，回歸可在測量之前進行，並且後處理信號可與儲存在處理器之非暫時性記憶體中之值的查找表進行比較，以便獲得樣品之厚度之資料。在一個實例中，自第一感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。在另一實例中，自第一感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。
在940處，方法900可收集及分析在第二感測器（諸如圖5之第二感測器596）處接收到的隨旋轉分析器之旋轉角度變化的橢圓信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖5所描述之光學系統，並且可產生待在第二感測器處接收到之橢圓信號。在第二感測器處接收到之信號可經由處理器經歷A/D轉換。處理器可接著對後處理信號進行回歸，以便使橢圓信號擬合至綜合模型，以便產生樣品之形貌之資料。回歸可與在第二感測器處之信號之測量同時進行，經由角度、旋轉偏振器之位向角度及波長回歸。替代地，回歸可在測量之前進行，並且後處理信號可與儲存在處理器之非暫時性記憶體中之值的查找表進行比較，以便獲得樣品之形貌之資料。在一個實例中，自第二感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。此可例如在旋轉分析器置放在離散角度處之情況下進行。在另一實例中，自第二感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。此可例如在旋轉分析器以恆定頻率旋轉之情況下進行。在940之後，方法900可接著結束。
圖10展示用於自圖6之光學系統獲得同時干涉及橢圓信號的方法1000。將參考本文中且關於圖6所描述之系統描述方法1000，但應理解，類似方法可在不脫離本揭示內容之範圍的情況下應用於其他系統。方法1000可經進行且可在控制器697處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法1000之指令可由控制器697結合自光學系統之感測器，諸如上文參考圖10所描述之感測器，接收到的信號執行。控制器可採用光學系統之致動器來根據下文所描述之方法調整光學系統之操作。
在1010處，方法1000可使來自光源（諸如圖6之光源604）之光傳遞穿過偏振裝置（諸如圖6之偏振裝置608）。在一個實例中，交叉偏振光束可包括線性偏振光之第一光束（諸如圖6之第一光束612）（諸如圖6之樣品652），以及具有正交於第一光束之線性偏振光之第二光束（諸如圖6之第二光束616）。
在1020處，方法1000可旋轉旋轉分析器（諸如圖6之旋轉偏振器688）。在一個實例中，旋轉分析器可經由控制器以固定頻率旋轉。在另一實例中，旋轉分析器可手動地或經由控制器進行調整，以固定在離散偏振角度處。
在1030處，方法1000可啟動截光器（諸如圖6之截光器663），以便消除光學系統中之光學信號之干涉。截光器可用以消除在光學系統之第一感測器（諸如圖6之第一感測器684）及第二感測器（諸如圖6之第二感測器696）處接收到的信號中之干涉，從而有效地將在第一感測器處接收到之信號轉變成樣品之偏振光學顯微信號。
在1040處，方法1000可收集及分析在第一感測器（諸如圖6之第一感測器684）處接收到之干涉信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖6所描述之光學系統，並且可產生待在第一感測器處接收到之偏振光學信號。在第一感測器處接收到之信號可經由處理器（諸如圖6之控制器697之處理器）經歷A/D轉換，並且可依據波長提供樣品之光學偏振資料。在一個實例中，自第一感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。在另一實例中，自第一感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。
在1050處，方法1000可收集及分析在第二感測器（諸如圖6之第二感測器696）處接收到的隨旋轉分析器之旋轉角度變化的橢圓信號。第一及第二光束可傳遞穿過如關於圖6所描述之光學系統，並且可產生待在第二感測器處接收到之橢圓信號。在第二感測器處接收到之信號可經由處理器經歷A/D轉換。處理器可接著對後處理信號進行回歸，以便使橢圓信號擬合至綜合模型，以便產生樣品之形貌之資料。歸因於在第二感測器處接收到之信號中沒有干涉，模型可簡化。回歸可與在第二感測器處之信號之測量同時進行，經由角度、旋轉偏振器之位向角度及波長回歸。替代地，回歸可在測量之前進行，並且後處理信號可與儲存在處理器之非暫時性記憶體中之值的查找表進行比較，以便獲得樣品之形貌之資料。在一個實例中，自第二感測器接收到之信號可在曝光時間內進行時間平均。此可例如在旋轉分析器置放在離散角度處之情況下進行。在另一實例中，自第二感測器接收到之信號可即時更新，從而產生用於第一感測器之各取樣週期的個別資料集。此可例如在旋轉分析器以恆定頻率旋轉之情況下進行。在1050之後，方法1000可接著結束。
以此方式，圖3至圖6之光學系統可用於獲得樣品之同時干涉及橢圓資訊。同時測量樣品之干涉及橢圓信號之技術效應係同時獲得樣品之膜厚度及形貌性質，而無需機械移動樣品及/或自光學系統添加/移除組件。換言之，樣品之膜厚度及形貌性質可經由同時干涉及橢圓測量而獲得，同時將樣品維持在靜止位置中，及/或無需自光學系統添加或移除組件。圖4至圖6之光學系統可包括用於更多成像能力之額外特徵。舉例言之，在圖4、圖6之光學系統中添加截光器可允許所接收信號中之干涉的使用者控制之施加/移除，從而允許比較非干涉及干涉信號以用於樣品之進一步特徵界定。另外，圖5至圖6之光學系統可包括旋轉偏振器，從而允許光瞳平面中之光之偏振狀態的進一步特徵界定。藉由在單個光學系統內實現同時橢圓及干涉能力，樣品之光學特徵界定可經由擬合至具有較少浮動參數之用於橢圓法及干涉法之綜合模型而簡化。單個光學系統內之同時橢圓及干涉能力亦可允許藉由減少在樣品之光學特徵界定期間花費之時間來進行樣品之光學性質之更高效特徵界定。
本揭示內容提供對一種用於同時干涉法及橢圓法之光學系統的支援，該光學系統包含：寬頻光源，其配置以發射經偏振至兩個正交偏振狀態之偏振光；複數個光束分光器，其配置以組合及分裂經偏振至兩個正交偏振狀態之偏振光；干涉單元，其配置以相對於樣品之表面自偏振光產生干涉圖案；複數個透鏡，其配置以將偏振光聚焦在預定位置處；以及複數個偵測器，其配置以分析隨角度及波長變化之偏振光。在系統之第一實例中，寬頻光源配置以透射光，該光待由光聲裝置或偏振光束分光器及光譜儀偏振以產生具有第一偏振之第一光束及具有正交於第一偏振之第二偏振之第二光束。在系統之第二實例中，視情況包括第一實例，複數個透鏡包括第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡，其中第一光束自第一鏡面反射且透射穿過準直第一光束之第一透鏡，並且其中第二光束自第二鏡面反射，透射穿過第二透鏡，傳遞穿過光圈且透射穿過第三透鏡，其中第二透鏡及第三透鏡之設計及光圈之定位適合於自第二光束產生柯勒照明。在系統之第三實例中，視情況包括第一及第二實例中之一者或兩者，系統進一步包含：第一偏振光束分光器，其中在透射穿過第一透鏡之後，經準直第一光束透射穿過第一偏振光束分光器，藉此變成與自由第一偏振光束分光器反射之第二光束產生的柯勒照明同軸。在系統之第四實例中，視情況包括第一至第三實例中之一或多者或各者，干涉單元配置以接收來自第一光束及第二光束之入射光，並且包括以下中之各者：第一偏振光束分光器；測量臂，其包括複數個透鏡中之第四透鏡及樣品，其中第四透鏡定位在偏振光束分光器與樣品之間；以及參考臂，其包括複數個透鏡中之第五透鏡及第三鏡面，其中第五透鏡定位在偏振光束分光器與第三鏡面之間。在系統之第五實例中，視情況包括第一至第四實例中之一或多者或各者，干涉單元配置以使第一光束及第二光束中之各者以穿過參考臂之第一透射層級及穿過測量臂之第二反射層級傳遞穿過非偏振光束分光器，並且其中來自參考臂及測量臂中之各者的入射光經重組且干涉非偏振光束分光器。在系統之第六實例中，視情況包括第一至第五實例中之一或多者或各者，第四透鏡將來自非偏振光束分光器的第一光束之入射光向下聚焦至樣品之表面上的經準直光之第一光點，並且其中第四透鏡將來自非偏振光束分光器的第二光束之發散光顯現至樣品之表面上的均勻柯勒照明之第二光點，第二光點之大小大於第一光點之大小。在系統之第七實例中，視情況包括第一至第六實例中之一或多者或各者，系統進一步包含：第二偏振光束分光器，其配置以接收源自非偏振光束分光器之第一光束及第二光束之干涉光；第一偵測臂，其包含複數個透鏡中之第六透鏡及第一偵測器；以及第二偵測臂，其包含複數個透鏡中之第七透鏡及第二偵測器，其中第一偵測器及第二偵測器與處理器通信。在系統之第八實例中，視情況包括第一至第七實例中之一或多者或各者，第一偵測臂配置以經由第六透鏡將光聚焦至第一偵測器上而接收具有第二偏振之干涉光，並且第二偵測臂配置以經由第七透鏡將光聚焦至第二偵測器上而接收具有第一偏振之干涉光。本揭示內容亦提供對一種用於經由同時對物鏡之光瞳平面中之光的偏振狀態及物鏡之焦平面中之光進行成像而對樣品進行成像的光學系統之支援，該光學系統包含：寬頻光源，其配置以發射經偏振至兩個正交偏振狀態之偏振光；複數個光束分光器，其配置以組合及分裂偏振狀態；干涉單元，其包括參考臂及測量臂，參考臂含有物鏡及待成像之樣品；複數個透鏡，其配置以將偏振光聚焦在預定位置處；第一偵測臂，其配置以偵測物鏡之焦平面中之光；以及第二偵測臂，其包括配置以偵測物鏡之光瞳平面中的光之偏振狀態的旋轉分析器。在系統之第一實例中，複數個透鏡包含：第一透鏡，其配置以產生經準直光束；第二透鏡及第三透鏡，該第二透鏡及該第三透鏡配置以產生柯勒照明；測量臂中之第四透鏡，其係物鏡；參考臂中之第五透鏡；第一偵測臂中之第六透鏡；以及第二偵測臂中之第七透鏡。在系統之第二實例中，視情況包括第一實例，系統進一步包含：第一偵測臂，其包含固定偏振器及第六透鏡，第六透鏡配置以解析待在第一偵測器處偵測到的具有第一偏振之柯勒照明；以及第二偵測臂，其包含旋轉分析器及第七透鏡，第七透鏡配置以解析待在第二偵測器處偵測到的具有與旋轉分析器之偏振軸對準之偏振的經準直光。在系統之第三實例中，視情況包括第一及第二實例中之一者或兩者，旋轉分析器配置以在第一條件及第二條件下操作，藉此在第一條件下，旋轉分析器沿著與偏振軸之一或多個離散位置對準的軸透射來自光瞳平面之光，並且在第二條件下，旋轉分析器藉由以恆定頻率旋轉偏振軸來對來自光瞳平面之光進行成像。在系統之第四實例中，視情況包括第一至第三實例中之一或多者或各者，在無光瞳平面之偏振狀態之模型的情況下，具有與在第二偵測器處偵測到的旋轉分析器之偏振軸對準之偏振的經準直光信號經分析為角度之函數。
本發明亦提供對一種用於光學系統之方法的支援，該方法包含：透射來自寬頻光源的待偏振成具有正交偏振之兩個偏振光束的光，經由複數個光束分光器組合及分裂正交偏振，經由參考臂及測量臂在干涉單元處干涉來自兩個光束中之各者之光，測量臂含有物鏡及待成像之樣品，經由複數個透鏡將偏振光聚焦在預定位置處，經由光學系統之干涉單元之參考臂中的截光器調變參考臂中之光信號，在處理器處接收來自第一偵測臂中之第一感測器的第一光偵測信號集合及來自第二偵測臂中之第二感測器的第二光偵測信號集合，以及允許對經由包括資料獲取系統之處理器接收到的第一光偵測信號集合及第二光偵測信號集合使用不同資料分析模式。在方法之第一實例中，資料分析模式包括：第一模式，其中截光器以恆定頻率旋轉，處理器接收來自第一感測器之第一光偵測信號集合作為具有第一偏振之光學顯微鏡信號，並且處理器接收來自第二感測器之第二光偵測信號集合作為不受第二偏振干涉之橢圓信號；以及第二模式，其中截光器處於斷開狀態，處理器接收來自第一感測器之第一光偵測信號集合作為具有第一偏振之干涉信號，並且處理器接收來自第二感測器之第二光偵測信號集合作為具有第二偏振之橢圓信號。在方法之第二實例中，視情況包括第一實例，截光器之旋轉與處理器之資料獲取系統同步。在方法之第三實例中，視情況包括第一及第二實例中之一者或兩者，在第一模式下，處理器之資料獲取系統配置以依序或同時對具有第一偏振之干涉信號及具有第二偏振之橢圓信號進行聯合回歸。在方法之第四實例中，視情況包括第一至第三實例中之一或多者或各者，對具有第一偏振之干涉信號及具有第二偏振之橢圓信號的回歸擬合至綜合模型以描述樣品之膜厚度及形貌。在方法之第五實例中，視情況包括第一至第四實例中之一或多者或各者，第一光偵測信號集合係在第一模式及第二模式下進行比較，並且第二光偵測信號集合係在第一模式及第二模式下進行比較。
所揭示態樣可在一些情況下實施在硬體、韌體、軟體或其任何組合中。所揭示態樣亦可實施為由一或多個或非暫時性電腦可讀媒體攜載或儲存在一或多個或非暫時性電腦可讀媒體上的指令，這些指令可由一或多個處理器讀取及執行。此類指令可被稱作電腦程式產品。如本文中所論述，電腦可讀媒體意謂可由計算裝置存取之任何媒體。藉助於實例且並非限制，電腦可讀媒體可包含電腦儲存媒體及通信媒體。
另外，此書面描述參考特定特徵。應理解，在本說明書中，本揭示內容包括彼等特定特徵之所有可能組合。舉例言之，當在特定態樣之上下文中揭示特定特徵的情況下，彼特徵亦可在可能之情況下用於其他態樣之上下文中。
而且，當在本申請案中參考具有兩個或更多個所界定步驟或操作之方法時，除非上下文排除彼等可能性，否則所界定步驟或操作可按任何次序或同時進行。
此外，術語「包含」及其文法等效物用於本揭示內容中以意謂視情況存在其他組件、特徵、步驟、程序、操作等。舉例言之，「包含（comprising）」或「其包含（which comprises）」組件A、B及C之物件可含有僅組件A、B及C，或其可含有組件A、B及C連同一或多個其他組件。
而且，為方便起見，並且參考諸圖中所提供之圖，使用諸如「右」及「左」之方向。但所揭示標的物在實際使用中或在不同實施方式中可具有數個位向。因此，在所有實施方式中，在諸圖中豎直、層級、向右或向左之特徵可不具有相同位向或方向。
已參考所說明具體實例來描述及說明本發明之原理，將認識到，所說明具體實例可在不脫離此類原理之情況下修改配置及細節，並且可以任何所要方式組合。並且儘管前述論述集中於特定具體實例，但涵蓋其他組態。
特定言之，儘管本文中使用諸如「根據本發明之具體實例」或其類似者的表達，但此等片語意欲大致上參考具體實例可能性，並且並不意欲將本發明限制於特定具體實例組態。如本文中所使用，此等術語可參考可組合至其他具體實例中的相同或不同具體實例。
儘管已出於說明之目的說明及描述本發明之特定具體實例，但應理解，可在不脫離本發明之精神及範圍的情況下進行各種修改。因此，本發明不應受除隨附申請專利範圍以外的限制。
100:橢圓計 112:樣品 114:層 120:光源 122:探測光束 124:光束分光器 126:聚焦元件/透鏡 130:光偵測器 140:四分之一波片 144:線性偏振器 150:控制器 156:入射功率偵測器 160:波長選擇濾光器 200:林尼克干涉計 205:光纖光譜儀 210:光纖 215:聚焦透鏡 220:第二光束分光器 225:管透鏡 230:電荷耦接裝置攝影機 235:第一光束分光器 240:第一物鏡 245:參考鏡面 250:機械致動器 255:第二物鏡 256:測量臂 257:參考臂 260:樣品 265:載物台 270:步進馬達 275:透鏡 280:光源 285:控制器 300:光學系統 304:光源 308:偏振裝置 312:第一光束/光束/干涉光束 316:第二光束/光束/干涉光束 320:第一鏡面 324:第二鏡面 328:第一透鏡 332:第二透鏡/透鏡 336:光圈 340:第三透鏡/透鏡 344:第一偏振光束分光器 348:第三鏡面 349:干涉單元 352:樣品 355:測量臂 356:第四透鏡/透鏡 357:光瞳平面 358:焦平面 360:非偏振光束分光器 364:第五透鏡/透鏡 365:參考臂 368:平面鏡 372:第二偏振光束分光器 375:第一偵測臂 376:第六透鏡 380:第一感測器/感測器 384:第七透鏡 385:第二偵測臂 388:第二感測器/感測器 397:控制器 400:光學系統 404:光源 408:波長選擇偏振裝置/偏振裝置 412:第一光束/光束 416:第二光束/光束 420:第一鏡面 424:第二鏡面 428:第一透鏡 432:第二透鏡/透鏡 436:光圈 440:第三透鏡/透鏡 444:第一偏振光束分光器 448:第三鏡面 449:干涉單元 452:樣品 455:測量臂 456:第四透鏡/透鏡 457:光瞳平面 458:焦平面 460:非偏振光束分光器 463:截光器 464:第五透鏡/透鏡 465:參考臂 468:平面鏡 472:第二偏振光束分光器 475:第一偵測臂/偵測臂 476:第六透鏡 480:第一感測器/感測器 484:第七透鏡/透鏡 485:第二偵測臂/偵測臂 488:第二感測器/感測器 497:控制器 500:光學系統 504:光源 508:波長選擇偏振裝置/偏振裝置 512:第一光束/光束 516:第二光束/光束 524:第二鏡面 528:第一透鏡 532:第二透鏡/透鏡 536:光圈 540:第三透鏡/透鏡 544:偏振光束分光器 548:第三鏡面 549:干涉單元 552:樣品 555:測量臂 556:第四透鏡/透鏡 557:光瞳平面 558:聚焦平面 560:第一非偏振光束分光器 564:第五透鏡/透鏡 565:參考臂 568:平面鏡 572:第二非偏振光束分光器 575:第一偵測臂 576:固定偏振器 580:第六透鏡/透鏡 584:第一感測器/感測器 585:第二偵測臂 588:旋轉偏振器 592:第七透鏡/透鏡 596:第二感測器/感測器 597:控制器 600:光學系統 604:光源 608:偏振裝置/光偏振裝置/波長偏振裝置 612:第一光束/光束 616:第二光束/光束 624:第二鏡面 628:第一透鏡 632:第二透鏡/透鏡 636:光圈 640:第三透鏡/透鏡 644:偏振光束分光器 649:干涉單元 652:樣品 655:測量臂 656:第四透鏡/透鏡 657:光瞳平面 658:焦平面 660:第一非偏振光束分光器 663:截光器 664:第五透鏡/透鏡 665:參考臂 668:平面鏡 672:第二非偏振光束分光器 675:第一偵測臂/偵測臂 676:固定偏振器 680:第六透鏡 684:第一感測器/感測器 685:第二偵測臂/偵測臂 688:旋轉偏振器/偏振器 692:第七透鏡 696:第二感測器/感測器 697:控制器 700:方法 710:步驟 720:步驟 730:步驟 800:方法 810:步驟 820:步驟 830:步驟 840:步驟 900:方法 910:步驟 920:步驟 930:步驟 940:步驟 1000:方法 1010:步驟 1020:步驟 1030:步驟 1040:步驟 1050:步驟
[圖1]說明橢圓計之示意性實例。
[圖2]說明林尼克類型（Linnik-type）干涉計之示意性實例。
[圖3]說明根據本揭示內容的用於同時橢圓法及干涉法之系統的第一實例具體實例。
[圖4]說明根據本揭示內容的用於同時橢圓法及干涉法之系統的第二實例具體實例。
[圖5]說明根據本揭示內容的用於同時橢圓法及干涉法之系統的第三實例具體實例。
[圖6]說明根據本揭示內容的用於同時橢圓法及干涉法之系統的第四實例具體實例。
[圖7]說明根據本揭示內容的用於利用圖3之系統來測量樣品之光學性質的實例方法之流程圖。
[圖8]說明根據本揭示內容的用於利用圖4之系統來測量樣品之光學性質的實例方法之流程圖。
[圖9]說明根據本揭示內容的用於利用圖5之系統來測量樣品之光學性質的實例方法之流程圖。
[圖10]說明根據本揭示內容的用於利用圖6之系統來測量樣品之光學性質的實例方法之流程圖。
400:光學系統
404:光源
408:波長選擇偏振裝置/偏振裝置
412:第一光束/光束
416:第二光束/光束
420:第一鏡面
424:第二鏡面
428:第一透鏡
432:第二透鏡/透鏡
436:光圈
440:第三透鏡/透鏡
444:第一偏振光束分光器
448:第三鏡面
449:干涉單元
452:樣品
455:測量臂
456:第四透鏡/透鏡
457:光瞳平面
458:焦平面
460:非偏振光束分光器
463:截光器
464:第五透鏡/透鏡
465:參考臂
468:平面鏡
472:第二偏振光束分光器
475:第一偵測臂/偵測臂
476:第六透鏡
480:第一感測器/感測器
484:第七透鏡/透鏡
485:第二偵測臂/偵測臂
488:第二感測器/感測器
497:控制器

Claims (20)

  1. 一種用於同時干涉法及橢圓法之光學系統，其包含： 寬頻光源，其配置以發射經偏振成兩個正交偏振狀態之偏振光； 複數個光束分光器，其配置以組合及分裂經偏振成該兩個正交偏振狀態之該偏振光； 干涉單元，其配置以相對於樣品之表面自該偏振光產生干涉圖案； 複數個透鏡，其配置以將該偏振光聚焦在預定位置處；以及 複數個偵測器，其配置以分析隨角度及波長變化之該偏振光。
  2. 如請求項1之光學系統，其中該寬頻光源配置以透射光，該光待由光聲裝置或偏振光束分光器及光譜儀偏振以產生具有第一偏振之第一光束及具有正交於該第一偏振之第二偏振之第二光束。
  3. 如請求項2之光學系統，其中該複數個透鏡包括第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡，其中該第一光束自第一鏡面反射且透射穿過準直該第光束之第一透鏡，並且其中該第二光束自第二鏡面反射，透射穿過第二透鏡，傳遞穿過光圈且透射穿過第三透鏡，其中該第二透鏡及該第三透鏡之設計及該光圈之定位適合於自該第二光束產生柯勒照明。
  4. 如請求項3之光學系統，其進一步包含第一偏振光束分光器，其中在透射穿過該第一透鏡之後，經準直的該第一光束透射穿過該第一偏振光束分光器，藉此變成與從透過該第一偏振光束分光器反射之該第二光束產生的該柯勒照明同軸。
  5. 如請求項2之光學系統，其中該干涉單元配置以接收來自該第一光束及該第二光束之入射光，並且包括以下中之各者：第一偏振光束分光器；測量臂，其包括該複數個透鏡中之第四透鏡及該樣品，其中該第四透鏡定位在該偏振光束分光器與該樣品之間；以及參考臂，其包括該複數個透鏡中之第五透鏡及第三鏡面，其中該第五透鏡定位在該偏振光束分光器與該第三鏡面之間。
  6. 如請求項5之光學系統，其中該干涉單元配置以使該第一光束及該第二光束中之各者以穿過該參考臂之第一透射層級及穿過該測量臂之第二反射層級傳遞穿過非偏振光束分光器，並且其中來自該參考臂及該測量臂中之各者的入射光被重組且干涉該非偏振光束分光器。
  7. 如請求項6之光學系統，其中該第四透鏡將來自該非偏振光束分光器的該第一光束之入射光向下聚焦至該樣品之該表面上的經準直光之第一光點，並且其中該第四透鏡將來自該非偏振光束分光器的該第二光束之發散光顯現至該樣品之該表面上的均勻柯勒照明之第二光點，該第二光點之大小大於該第一光點之大小。
  8. 如請求項6之光學系統，其進一步包含：第二偏振光束分光器，其配置以接收來自該非偏振光束分光器之該第一光束及該第二光束之干涉光；第一偵測臂，其包含該複數個透鏡中之第六透鏡及第一偵測器；以及第二偵測臂，其包含該複數個透鏡中之第七透鏡及第二偵測器，其中該第一偵測器及該第二偵測器與處理器通信。
  9. 如請求項8之光學系統，其中該第一偵測臂配置以經由該第六透鏡將光聚焦至該第一偵測器上而接收具有該第二偏振之該干涉光，並且該第二偵測臂配置以經由該第七透鏡將光聚焦至該第二偵測器上而接收具有該第一偏振之該干涉光。
  10. 一種用於經由同時對物鏡之光瞳平面中之光的偏振狀態及該物鏡之焦平面中之光進行成像而對樣品進行成像的光學系統，該光學系統包含： 寬頻光源，其配置以發射經偏振成兩個正交偏振狀態之偏振光； 複數個光束分光器，其配置以組合及分裂這些偏振狀態； 干涉單元，其包括參考臂及測量臂，該參考臂含有該物鏡及待成像之該樣品； 複數個透鏡，其配置以將該偏振光聚焦在預定位置處； 第一偵測臂，其配置以偵測該物鏡之該焦平面中之光；以及 第二偵測臂，其包括配置以偵測該物鏡之該光瞳平面中之光的偏振狀態的旋轉分析器。
  11. 如請求項10之光學系統，其中該複數個透鏡包含：第一透鏡，其配置以產生經準直光束；第二透鏡及第三透鏡，該第二透鏡及該第三透鏡配置以產生柯勒照明；該測量臂中之第四透鏡，其係該物鏡；該參考臂中之第五透鏡；該第一偵測臂中之第六透鏡；以及該第二偵測臂中之第七透鏡。
  12. 如請求項11之光學系統，其進一步包含：該第一偵測臂，其包含固定偏振器及該第六透鏡，該第六透鏡配置以解析待在第一偵測器處偵測到的具有第一偏振之柯勒照明；以及該第二偵測臂，其包含該旋轉分析器及第七透鏡，該第七透鏡配置以解析待在第二偵測器處偵測到的具有與該旋轉分析器之偏振軸對準之偏振的經準直光。
  13. 如請求項12之光學系統，其中該旋轉分析器配置以在第一條件及第二條件下操作，藉此在該第一條件下，該旋轉分析器沿著與該偏振軸之一或多個離散位置對準的一軸透射來自該光瞳平面之光，並且在該第二條件下，該旋轉分析器藉由以恆定頻率旋轉該偏振軸來對來自該光瞳平面之光進行成像。
  14. 如請求項12之光學系統，其中在無該光瞳平面之這些偏振狀態之模型的情況下，在該第二偵測器處偵測到的具有與該旋轉分析器之偏振軸對準之偏振的經準直光信號被分析為角度之函數。
  15. 一種用於光學系統之方法，其包含： 透射來自寬頻光源的待偏振成具有正交偏振之兩個偏振光束的光； 經由複數個光束分光器組合及分裂這些正交偏振； 經由參考臂及測量臂在干涉單元處干涉來自該兩個光束中之各者之光，該測量臂含有物鏡及待成像之樣品； 經由複數個透鏡將偏振光聚焦在預定位置處； 經由該光學系統之該干涉單元之該參考臂中的截光器調變該參考臂中之光信號； 在處理器處接收來自第一偵測臂中之第一感測器的第一光偵測信號集合及來自第二偵測臂中之第二感測器的第二光偵測信號集合；以及 允許對經由包括資料獲取系統之該處理器接收到的該第一光偵測信號集合及該第二光偵測信號集合使用不同資料分析模式。
  16. 如請求項15之方法，其中該資料分析模式包括：第一模式，其中該截光器以恆定頻率旋轉，該處理器接收來自該第一感測器之該第一光偵測信號集合作為具有第一偏振之光學顯微鏡信號，並且該處理器接收來自該第二感測器之該第二光偵測信號集合作為不受第二偏振干涉之橢圓信號；以及第二模式，其中該截光器處於斷開狀態，該處理器接收來自該第一感測器之該第一光偵測信號集合作為具有該第一偏振之干涉信號，並且該處理器接收來自該第二感測器之該第二光偵測信號集合作為具有該第二偏振之橢圓信號。
  17. 如請求項16之方法，其中該截光器之旋轉與該處理器之該資料獲取系統同步。
  18. 如請求項16之方法，其中在該第一模式下，該處理器之該資料獲取系統配置以依序或同時對具有該第一偏振之這些干涉信號及具有該第二偏振之這些橢圓信號進行聯合回歸。
  19. 如請求項18之方法，其中對具有該第一偏振之這些干涉信號及具有該第二偏振之這些橢圓信號的該回歸擬合至綜合模型以描述該樣品之膜厚度及形貌。
  20. 如請求項16之方法，其中該第一光偵測信號集合係在該第一模式及該第二模式下進行比較，並且該第二光偵測信號集合係在該第一模式及該第二模式下進行比較。
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