TW202400966A - 用於繞射式覆蓋的外差式光學相位測量裝置 - Google Patents

用於繞射式覆蓋的外差式光學相位測量裝置 Download PDF

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    • G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching

Abstract

本發明提供用於一多層樣本之繞射式覆蓋（DBO）度量衡的方法及系統。在一個實例中，一種方法可包括經由一光源及一光學調變器產生空間結構化光，將該空間結構化光透射至該多層樣本上，在複數個感測器中之一或多者處偵測經繞射空間結構化光，及基於在該複數個感測器中的該一或多者處偵測到之該經繞射空間結構化光估算該多層樣本之一覆蓋誤差。

Description

用於繞射式覆蓋的外差式光學相位測量裝置
所揭示技術之具體實例大體上係關於用於經由繞射式覆蓋（DFO）度量衡測量覆蓋誤差的方法、技術、系統及設備。
包含許多分層結構之電子裝置（諸如半導體裝置）可經由各種製造步驟而形成。在半導體製造期間實施的各種步驟中，度量衡程序可用以確保多層樣本之處理的實施之準確度。可用以表徵半導體裝置製造的度量衡之典型形式歸因於特性化之速度及最小侵襲性為光學度量衡。包括散射測量術、繞射測定法及反射測量術實施及相關聯分析演算法等之數個基於光學度量衡之技術通常可用以表徵關鍵尺寸，諸如膜厚度、組成物、覆蓋、間距及奈米級結構之其他參數。
在製造程序期間，多層樣本之不同層中之結構的相對位置可變為偏移。此類偏移誤差被稱作覆蓋誤差。最小化覆蓋誤差可係所需要的，此係因為若覆蓋誤差太大，則多層樣本之功能性可受損。
覆蓋誤差可基於在多層樣本上之各種位置處藉由微影工具形成的專用目標結構之測量值典型地評估。目標結構可採用許多形式，諸如方框結構中之方框。在此形式中，方框經創建於多層樣本之一個層上且第二較小（或較大）方框經創建於另一層上。局部覆蓋誤差係藉由比較兩個方框之中心之間的對準測量。此類測量值典型地係在晶圓之「切道」中獲得，其中目標結構經產生並用於程序控制及效能驗證。覆蓋誤差最通常在光微影製程期間正好在抗蝕劑顯影步驟之後測量，以便減少未對準蝕刻步驟之可能性；經圖案化抗蝕劑覆蓋誤差係相對於圖案化膜堆疊態樣而測量。若覆蓋誤差太大，則常常一晶圓可藉由剝離抗蝕劑及運用滿足程序步驟覆蓋要求之裝備經由光微影製程步驟重處理而重工。有時，蝕刻後覆蓋誤差亦經監測以驗證整合程序。
存在用於測量多層樣本之覆蓋誤差的若干實例方法，其中的一個實例為基於影像之覆蓋（image-based overlay；IBO）。習知IBO度量衡可包括對專用目標結構之影像的分析以估算覆蓋誤差。典型地，影像分析涉及影像中之特定目標特徵（例如，線段、方框等）的識別且覆蓋誤差係基於此等特徵之相對位置而計算。專用目標結構可特定針對於影像處理演算法。舉例而言，與覆蓋目標（例如，框中框目標、框架中框架目標、先進成像度量衡（advanced imaging metrology；AIM）目標）相關聯之線段可經特定設計以符合演算法之特殊性。出於此原因，傳統的基於影像覆蓋度量衡分析演算法可運用任意覆蓋目標或裝置結構不可靠地執行。
用於測量多層樣本之覆蓋誤差的另一實例方法為繞射式覆蓋（DBO）。類似於IBO測量，繞射式覆蓋（DBO）測量及其變體可直接地或間接地測量多層樣本之覆蓋誤差。直接測量典型地估算繞射階（通常限於零階及一階）之位置或強度，且使用各種校準方案以優化該測量之準確度。在一個實例中，多層樣本可包括第一層中之第一週期性結構，及第二層中之第二週期性結構，該第二週期性結構定位於第一週期性結構之頂部上。藉由以特定波長照明多層樣本及測量如藉由彼此重疊的第一結構及第二結構產生的所得繞射圖案之強度，可獲得用於覆蓋誤差之測量。在第一光柵與第二光柵之間的恆定經程式化覆蓋偏移亦可用作減少多層膜堆疊光學性質對正確覆蓋誤差之影響的方法。其他DBO量測變體可使用模型化演算法以擴展可分析經繞射資訊所針對的可用範圍；此類方法包括對光譜含量之分析及對理想化模型之適配以估算覆蓋誤差。
然而，運用上述度量衡技術存在若干挑戰。在習知IBO度量衡之情況下，用於分析影像資料之演算法可經使用以便解譯自目標結構獲得的影像，以便推斷結構之特徵，諸如邊緣、線段等。此等影像分析演算法可為目標結構特定的，從而減小方法之靈活性。另外，相較於習知DBO（其不利用最小可分辨間距間隔以便量測覆蓋誤差），IBO度量衡可利用光學可分辨之某一最小間距間隔。
目前IBO及DBO方法（直接及模型化）中之誤差隨波長（λ）及數值孔徑（NA）縮放，其導致用於儀器之較高NA或較低λ。亮場（bright field；BF）高NA系統之挑戰可能是眾多的，尤其是當考慮工作距離（working distance；WD）及景深（depth of field；DOF）規格時。法向軸線BF儀器可具有非常高NA（一些大於0.8），但導致小WD及極密DOF；此等約束條件最終限制生產機器之產出量。離軸BF系統（類似於光譜橢圓偏光計）可增加照明之有效NA，並減輕與高NA成像物鏡相關聯的挑戰中之一些；然而，此增益隨後藉由接收光學件之有效DOF及光點大小限制。光點大小為覆蓋測量之中心變數，此係因為其隨後判定判定測量之總信噪比的目標特徵之最小大小。波長縮放產生其自身挑戰，此係因為將光學件推送至低於450 nm將引入像差、吸收率及其他不需要的系統誤差，從而不合需要地增加設計及部分成本。
為解決上文所描述的挑戰，需要可運用控制設計成本同時增強效能之數值孔徑及波長範圍對小目標進行操作的方法。同樣，去除模型化光學回應將導致更穩固測量，更簡單設計。在當前具體實例之一個實例中，結構化光用於在沒有DOF之相關聯懲罰或損失的情況下增加系統之有效NA，同時藉由樣本上之繞射結構直接調變。調諧繞射結構或結構化光允許k空間中之匹配條件待實現。結構化光之調變隨後產生繞射階之調變，且在與波長特定照明組合時產生經繞射影像相對於結構化光的相對位移隨波長而變之直接測量。
在一個實例中，上文所描述的問題可由一種方法解決，該方法包含：藉由將自一光源發射之光投影通過一光學調變器自該光源產生空間結構化光；將該空間結構化光從該光學調變器透射至一多層週期樣本上；在複數個感測器中之一或多者處偵測來自該多層週期樣本之經繞射空間結構化光，該複數個感測器以通信方式耦接至計算系統；及基於在計算系統處接收之關於在該複數個感測器中的一或多者處偵測到之經繞射空間結構化光的信號來估算多層週期樣本之覆蓋誤差。詳言之，本文提供的所揭示技術大體上提供可利用所產生結構化光之週期性與多層樣本之週期性之混合，從而引起可與參考信號之相位及強度相比較的可量測相位及強度變化以便判定覆蓋誤差之量值的系統及方法。
另外，本文提供的所揭示技術允許若干變體，其可取決於用於繞射光之偵測及分析而或多或少合適。在一些實例中，結構化光可包括固定空間週期，或變化之空間週期及/或振幅，其中變化之空間週期及/或振幅在繞射信號中展示。另外，在一些實例中，結構化光可包括單一光波長，或可包括波長之頻譜，或可根據波長而測量，其可影響繞射峰之位置。另外，在全部前述實例中，繞射光可自光瞳平面(pupil plane)或影像平面獲得，從而另外允許光瞳平面中之傅立葉分析。在另外其他實例中，結構化光可包括正交空間變體，換言之可包括在一個方向上具有經調變空間週期之一第一光束，及在第二垂直方向上具有經調變空間週期之一第二光束，從而使得能夠探測覆蓋結構之向量覆蓋位移。
以此方式，藉由利用運用結構化光（例如，運用光學調變器結構化之光）的DBO度量衡，外差式技術可用於以多種方式測量多層樣本之覆蓋誤差，從而允許所使用之光學偵測技術的較大靈活性。藉由在DBO度量衡中使用結構化光，可獲得超出繞射峰之位置及強度的更多資訊，從而允許覆蓋誤差之測量的更大敏感度。在DBO度量衡中採用結構化光之技術效應在於藉由週期性結構之空間週期與結構化光之空間週期的混合誘發的相位及強度變化可經測量。
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的關鍵或必需特徵，所主張標的物的範疇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發明的任何部分中所指出的任何缺點的實施。
所揭示技術之實施大體上係關於用於測量多層樣本之覆蓋誤差的方法及設備。各種工業典型地依賴於覆蓋誤差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。在一些實例中，此類樣本可包括可為此目的利用的規則圖案。此規則圖案可允許繞射式覆蓋（DBO）度量衡，藉此基板上之規則圖案可充當繞射光柵，從而導致可提供關於樣本之覆蓋誤差之資訊的可觀測繞射峰。圖1展示測量多層樣本之第一實例測量系統，其可產生供在DBO度量衡中使用的結構化光；圖2展示類似於圖1但能夠藉由相對於結構化光之任意角度測量樣本偏移之第二實例測量系統。在產生結構化光時，可能需要採用結構化光經由光學調變器的空間調變。圖3展示用於產生空間上調變結構化光及測量來自多層樣本表面之傳出結構化光的測量系統（包括光學調變器）之實例功能圖。圖4展示第三實例測量系統，其包括樣本定位設備。圖5展示第四實例測量系統，其包括光學調變器，及樣本之定位設備，以及其他特徵。圖1至圖5之系統可經使用以便產生結構化光且接著測量來自樣本表面之經繞射結構化光。圖6展示用於產生並測量來自樣本表面之結構化光之0階繞射信號的第一實例方法。圖7展示用於產生來自樣本表面之結構化光之0階繞射信號並經由時間序列分析測量該信號的第二實例方法。圖8展示用於產生來自樣本表面之結構化光之1階繞射信號並經由時間序列分析相對於參考信號測量該1階繞射信號的第三實例方法，圖9展示用於產生並測量隨波長而變的來自樣本表面之結構化光之1階繞射信號的第四實例方法。圖10展示用於產生並測量光瞳平面中之來自樣本表面之結構化光（可為0階或高階）之繞射信號的第五實例方法。圖11展示用於產生並測量來自樣本表面之結構化光（可為0階或高階）之繞射信號的第六實例方法，該結構化光包括在兩個垂直方向上的空間調變（在本文中亦被稱作正交空間變化）。
圖1說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統100之一第一實例。在實例中，系統100包括能夠產生投影至樣本區域110上之結構化光的光源120。在一些實例中，光可直接投影至樣本區域110上。在其他實例中，可需要組態光源120以產生投影至樣本區域110上的旋轉結構化光。如投影至樣本區域110上之結構化光可藉由一第一感測器160測量。第二感測器可用以測量結構化光之角位。來自第一感測器160及第二感測器之資料可經收集並傳遞至計算系統190。在藉由光源120產生之光旋轉的實例中，計算系統190將具有使如藉由第二感測器測量之角位與藉由第一感測器160獲取之資料同步的能力。計算系統190亦可配置以用於儲存並分析資料。
圖2說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統200之一第二實例。類似於圖1之系統100，系統200包括樣本區域210、光源220、第一感測器260及計算系統290。然而，對於系統200，經投影結構化光已展示為旋轉至一任意角度，其中其後續資料表示展示於計算系統290上。將瞭解結構化光可旋轉至任意離散角度或連續地旋轉。無論如何，來自第一感測器260及第二感測器之資料可經同步。
圖3為說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之實例的功能圖300。實例包括同步模組及照明器模組。
所揭示技術之某些實施大體上包括大漫散射表面例如以自光源移除任何熱點或光學不均勻性。此表面之大小典型地與樣本之大小及曲率成正比，因此允許樣本表面之全部角度待例如在沒有任何熱點的情況下同時被照明。樣本及觀測感測器可經幾何學上組態使得感測器可對來自樣本表面之經漫散射空間上經調變光進行成像。此空間上調變光可變換成相位及隨後變換成表面高度。
除漫反射螢幕（例如，具有平坦或彎曲表面）以外，可使用空間上經調變光源。螢幕可經離軸照明。樣本可自動地分段以操縱樣本（例如，藉由旋轉）。感測器（例如，區域掃描攝影機)可具有對樣本物件之表面進行成像的光學件。攝影機及光學件可以觀察來自樣本表面之漫反射光的此方式設置。資料可在一第一樣本位向上收集，樣本可經旋轉（例如，至少90度)，且資料可經再次收集。
圖4說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之一第三實例400。系統400包括配置以用於定位樣本401之樣本定位設備410。樣本定位設備410可例如為機器人或具有用於揀取、置放及/或對準樣本401的一或多個軸的其他自動設備。系統400亦包括可具有用於在測量之前及/或期間定位樣本410之一或多個軸的一分段設備420。系統400亦包括用於例如測量樣本401之尺寸、構形及特性的測量設備460。系統400亦具有可配置以用於例如使運動、測量及/或分析同步的計算系統490。
圖5說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之一第四實例500。系統包括樣本定位設備510、至少一個光源520、波長選擇裝置530、光學調變器535、第一透鏡元件540、一第一感測器560、第二透鏡元件565、第二感測器570、第三透鏡元件575及計算系統590。系統亦包括配置以用於接收經投影光之投影表面550。樣本定位設備510大體上配置以用於定位樣本501。
在一些具體實例中，光源520配置以用於通過波長選擇裝置530、光學調變器535照射光以通過第一透鏡元件540將結構化光投影至樣本501上。光源520可具有例如能夠產生並旋轉結構化光的投影光學件。在某些具體實例中，光源520可自一群組選擇，該群組包括：發光二極體（light emitting diode；LED）、雷射器、電漿源及燈絲源。
在某些具體實例中，系統具有多個光源，包括配置以用於去除任何零條件之光源520。此等多個光源可配置以用於在不同寬度、空間頻率及入射角下照射光以擴展動態範圍、去除相位誤差或增強敏感度。
在一些具體實例中，一或多個特定波長可藉由使用波長選擇裝置530（諸如光柵、液晶、聲光透射濾光器或可調諧雷射源）選擇。
在一些具體實例中，光學調變器535包括配置以用於致使一圖案待藉由藉由光源520照射至樣本501上之結構化光創建的編碼器。樣本501之表面可係有光澤的，例如，樣本501可由玻璃製成。
在一些具體實例中，第二透鏡元件565可配置以用於分辨在於第一感測器560處接收之前自樣本501之表面變形、反射及/或繞射的光。類似地，第三透鏡元件575可配置以用於分辨在於第二感測器570處接收之前自樣本501之表面變形、反射及/或繞射的光。
在一些具體實例中，光學感測器設備包括至少第一感測器560及第二感測器570，並分別配置以用於在接收到通過第二透鏡元件565及第三透鏡元件575中之每一者透射的光之後俘獲樣本501之影像。光學感測器設備可包括自一群組選擇的多於一個感測器之陣列，該群組包括：CMOS感測器、光偵測器、光電倍增管（photomultiplier tube；PMT）及電荷耦合裝置（charged coupled device；CCD）。樣本501之表面可用來使結構化光變形、反射或繞射，且第一感測器560及第二感測器570中之每一者可例如讀取此經變形、經反射或經繞射光。詳言之，第一感測器560可配置以用於偵測來自樣本501之為0階繞射信號的繞射光，而第二感測器570可配置以用於偵測來自樣本之為1階繞射樣本的繞射光。
在一些具體實例中，測量系統可進一步包括置放於樣本501與第一透鏡元件540之間的一光束分裂器（圖中未示），使得由光學調變器535產生之結構化光可傳遞通過透鏡元件及光束分裂器，其中光之第一部分透射通過該光束分裂器並到達樣本，且第二部分自光束分裂器反射，自參考表面（圖中未示）反射，透射通過第四透鏡元件（圖中未示），並在第三感測器（圖中未示）處經偵測到。在一個實例中，參考表面可為平坦鏡面，其中平坦鏡面之表面係在預校準平度級內。在一個實例中，可選擇50/50光束分裂器以平衡透射及反射光功率；然而，可考慮到所測量樣本501而選擇其他光束分裂比率。在一些實例中，第二感測器可為以下各者中之一者：CMOS感測器、光偵測器、光電倍增管（PMT）及電荷耦合裝置（CCD）。
計算系統590包括配置以用於藉由協調至少一個光源520、第一感測器560及/或第二感測器570以及任何其他相關聯感測器（諸如第三感測器）使系統鎖相的同步模組。在另外實例中，計算系統590可採用至少一個光源520、第一感測器560及/或第二感測器570以及其他相關聯感測器的鎖相放大。計算系統590進一步包括配置以用於基於自投影表面550及樣本501接收到之光來計算覆蓋值的分析模組。
在某些具體實例中，第一感測器560可例如借助於工作台與樣本定位設備510耦接。在替代實施中，第一感測器560可與樣本定位設備510實體地分開。
類似地，在某些具體實例中，第二感測器570亦可例如借助於工作台與樣本定位設備510耦接。在此等具體實例中，第二感測器570可與第一感測器560協調調整，或可獨立於第一感測器而調整。在替代實施中，第一感測器560可與樣本定位設備510實體地分開。
圖6展示用於自光學測量系統（諸如圖5之光學測量系統）產生並測量結構化繞射光以便測量可具有週期性結構的多層樣本（諸如圖5之樣本501）之覆蓋誤差的第一方法600。將參考本文中且關於圖5所描述之系統描述方法600，但應理解，類似方法可在不脫離本發明之範疇的情況下應用於其他系統。方法600可經進行且可在計算系統590處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法600之指令可藉由計算系統590結合自光學系統之感測器（諸如上文參考圖5所描述的感測器）接收到的信號而執行。計算系統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。
在步驟610處，方法600包括經由光學調變器（諸如圖5之光學調變器535）產生結構化光。光可首先經由光源（諸如圖5之光源520）、光學調變器且接著通過透鏡元件（諸如圖5之第一透鏡元件540）發射。光學調變器可在自光源發射之光上賦予固定空間週期（或頻率）。在一個實例中，頻率可基於多層樣本之已知或預期性質（諸如多層樣本之一或多個分層結構的週期性）來選擇。
在步驟620處，方法600視情況包括經由光學調變器調變結構化光之空間週期。在一些實例中，空間週期可經由在一第一較低空間週期與第二較高空間週期之間週期性調整空間週期而調整。在其他實例中，空間週期可經由在一第一較低振幅與第二較高振幅之間週期性調整結構化光之振幅而調整。在另外其他實例中，結構化光之空間週期可以某些組合方式藉由直接調整結構化光之空間週期及藉由調整結構化光之振幅而調變。
在步驟630處，方法600包括將結構化光投影至多層樣本上。光可自光源投影通過光學調變器及透鏡元件以碰撞在多層樣本上。在一個實例中，投影至樣本上及在感測器（諸如圖5之第一感測器560）處後續收集的光可經組態於亮場照明組態中。
在步驟640處，方法600包括在感測器（諸如圖5之第一感測器560）處偵測0階繞射信號。光可自樣本變形、反射及/或繞射，傳遞通過另一透鏡元件（諸如圖5之第二透鏡元件565），以在感測器處接收。詳言之，照射在多層樣本上的光可藉由多層樣本之一或多個週期性結構繞射，且感測器可經定位以偵測經繞射結構化光。結構化光之電場將藉由多層樣本之電容率的週期空間變化調變，該週期空間變化接著可賦予相變至經繞射結構化光上，其中相變依賴於多層樣本之電容率的週期性。舉例而言，對於包括一第一週期層及具有相同週期性但自第一週期層偏移恆定量（換言之，含有覆蓋誤差）之第二週期層的分層樣本，經繞射結構化光將獲得與覆蓋誤差成比例之相變。藉由比較經繞射結構化光之相位與參考（例如，結構化光在藉由多層樣本繞射之前的相位），可獲得覆蓋誤差。在一些實例中，結構化光之週期性可如620中所描述而調整，以便回歸(regress)覆蓋位移。
在步驟650處，方法600包括分析隨結構化光之空間週期而變的0階繞射信號以獲得覆蓋誤差。在步驟650之後，方法600可結束。如步驟640中所描述，經繞射結構化光可包括與覆蓋誤差成比例之相移，該相移接著可藉由比較繞射光之相位與參考之相位而偵測到。繞射光與參考光之比較可經由計算系統實現。在結構化光之空間週期經振幅調變、頻率調變或二者的實例中，所得相移可根據結構化光之振幅調變及或頻率調變而測量。
圖7展示用於自光學測量系統（諸如圖5之光學測量系統）產生及測量結構化繞射光的第二方法700。將參考本文中且關於圖5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發明之範疇的情況下應用於其他系統。方法700可經進行且可在計算系統590處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法700之指令可藉由計算系統590結合自光學系統之感測器（諸如上文參考圖5所描述的感測器）接收到的信號而執行。計算系統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。
在步驟710處，方法700包括經由光學調變器（諸如圖5之光學調變器535）產生結構化光。光可首先經由光源（諸如圖5之光源520）、光學調變器且接著通過透鏡元件（諸如圖5之第一透鏡元件540）發射。光學調變器可在自光源發射之光上賦予固定空間週期（或頻率）。在一個實例中，頻率可基於多層樣本之已知或預期性質（諸如多層樣本之一或多個分層結構的週期性）來選擇。
在步驟720處，方法700視情況包括經由光學調變器調變結構化光之空間週期。在一些實例中，空間週期可經由在一第一較低空間週期與第二較高空間週期之間不斷地調整空間週期而調整。在其他實例中，空間週期可經由在一第一較低振幅與第二較高振幅之間不斷地調整結構化光之振幅而調整。在另外其他實例中，結構化光之空間週期可以某些組合方式藉由直接調整結構化光之空間週期及藉由調整結構化光之振幅而調變。
在步驟730處，方法700包括將結構化光投影至多層樣本上。光可自光源投影通過光學調變器及透鏡元件以碰撞在多層樣本上。在一個實例中，投影至樣本上及在感測器（諸如圖5之第一感測器560）處後續收集的光可經組態於亮場照明組態中。
在步驟740處，方法700包括在感測器處偵測0階繞射信號。光可自樣本變形、反射及/或繞射，傳遞通過另一透鏡元件（諸如圖5之第二透鏡元件565），以在感測器處接收。詳言之，照射在多層樣本上的光可藉由多層樣本之一或多個週期性結構繞射，且感測器可經定位以偵測經繞射結構化光。結構化光之電場將藉由多層樣本之電容率的週期空間變化調變，該週期空間變化接著可賦予相變至經繞射結構化光上，其中相變依賴於多層樣本之電容率的週期性。舉例而言，對於包括一第一週期層及具有相同週期性但自第一週期層偏移恆定量（換言之，含有覆蓋誤差）之第二週期層的分層樣本，經繞射結構化光將獲得與覆蓋誤差成比例之相變。藉由比較經繞射結構化光之相位與參考（例如，結構化光在藉由多層樣本繞射之前的相位），可獲得覆蓋誤差。在一些實例中，結構化光之週期性可如步驟720中所描述而調整，以便回歸覆蓋位移。
在步驟750處，方法700包括分析在感測器處偵測到的隨時間變化之0階繞射信號之不對稱性以便獲得覆蓋誤差。結構化光之空間頻率與多層結構之不對稱性的混合將產生繞射光信號中之不對稱週期信號，其可經由例如在感測器處偵測到之光信號的像素軌跡來分析。藉由測量繞射光之時間序列信號的不對稱性，或許有可能判定覆蓋誤差之量值，以及多層結構中之一或多個層之間的偏移之類型。舉例而言，對於包括一第一週期層及具有相同週期性但在第一方向上自第一週期層偏移覆蓋誤差之第二週期層的分層樣本，藉由分析感測器處的經偵測信號之像素軌跡，可推斷覆蓋誤差之量值以及第一方向。
圖8展示用於自光學測量系統（諸如圖5之光學測量系統）產生及測量結構化繞射光的第三方法800。將參考本文中且關於圖5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發明之範疇的情況下應用於其他系統。方法800可經進行且可在計算系統590處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法800之指令可藉由計算系統590結合自光學系統之感測器（諸如上文參考圖5所描述的感測器）接收到的信號而執行。計算系統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。
在步驟810處，方法800包括經由光學調變器（諸如圖5之光學調變器535）產生結構化光。光可首先經由光源（諸如圖5之光源520）、光學調變器且接著通過透鏡元件（諸如圖5之第一透鏡元件540）發射。光學調變器可在自光源發射之光上賦予固定空間週期（或頻率）。在一個實例中，頻率可基於多層樣本之已知或預期性質（諸如多層樣本之一或多個分層結構的週期性）來選擇。
在步驟820處，方法800視情況包括經由光學調變器調變結構化光之空間週期。在一些實例中，空間週期可經由在一第一較低空間週期與第二較高空間週期之間系統地及連續地調整空間週期而調整。在其他實例中，空間週期可經由在一第一較低振幅與第二較高振幅之間週期性調整結構化光之振幅而調整。在另外其他實例中，結構化光之空間週期可以某些組合方式藉由直接調整結構化光之空間週期及藉由調整結構化光之振幅而調變。
在步驟830處，方法800包括將結構化光投影至多層樣本上。光可自光源投影通過光學調變器及透鏡元件以碰撞在多層樣本上。在一個實例中，投影至樣本上及在感測器（諸如圖5之第二感測器570）處後續收集的光可經組態於亮場照明組態中。
在步驟840處，方法800包括產生結構化光之參考信號。在一些具體實例中，參考信號可經由計算系統以數值方式產生，且在感測器處偵測到之繞射光可經由計算系統相對於以數值方式產生之參考信號來分析。在其他具體實例中，結構化光之參考信號可碰撞在參考表面（諸如關於圖5之某些具體實例描述的參考表面）上。自參考表面反射之光及自多層樣本繞射之光可具有確定相位關係（其可用於鎖相放大），以便藉由多層樣本測量藉由結構化光之繞射誘發的相對相移。
在步驟850處，方法800包括在感測器（諸如圖5之第二感測器570）處偵測結構化光之1階繞射信號。覆蓋目標可以此使得1階經繞射項攜載大量功率並以相對於投影至樣本上之光的特定角度定向的方式設計。圖5之系統可經最佳化以便對1階項進行成像。光可自樣本變形、反射及/或繞射，傳遞通過另一透鏡元件（諸如圖5之第三透鏡元件575）以在感測器處接收。詳言之，照射在多層樣本上的光可藉由多層樣本之一或多個週期性結構繞射，且感測器可經定位以偵測1階經繞射結構化光。結構化光之電場將藉由多層樣本之電容率的週期空間變化調變，該週期空間變化接著可賦予相變至經繞射結構化光上，其中相變依賴於多層樣本之電容率的週期性。舉例而言，對於包括一第一週期層及具有相同週期性但自第一週期層偏移恆定量（換言之，含有覆蓋誤差）之第二週期層的分層樣本，經繞射結構化光將獲得與覆蓋誤差成比例之相變。藉由比較經繞射結構化光之相位與參考信號，可獲得覆蓋誤差。在一些實例中，結構化光之週期性可如步驟820中所描述而調整，以便回歸覆蓋位移。
在步驟860處，方法800包括應用1階繞射信號相對於參考信號之鎖相技術以獲得覆蓋誤差。在參考信號自自參考表面反射並在另一感測器（諸如關於圖5描述之第三感測器）處偵測到的結構化光偵測到之具體實例中，參考信號可作為時間序列資料而獲得，且可例如在逐像素基礎上獲得。結構化光之參考信號可具有與在感測器處獲得之經繞射結構化光的確定相位關係，藉此允許具有相同空間週期及與參考信號具有確定相位關係的信號待經由鎖相放大（諸如經由圖5之計算系統590）而獲得。詳言之，在感測器處獲得的繞射光相對於參考信號之所得相移可與覆蓋誤差成比例。在空間週期經調變的實例中，所得相移可根據空間週期而分析（例如，可在遠場中之空間週期域中分析相移），以便獲得隨空間週期而變的相位圖。
圖9展示用於自光學測量系統（諸如圖5之光學測量系統）產生及測量結構化繞射光的第四方法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發明之範疇的情況下應用於其他系統。方法900可經進行且可在計算系統590處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法900之指令可藉由計算系統590結合自光學系統之感測器（諸如上文參考圖5所描述的感測器）接收到的信號而執行。計算系統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。
在步驟910處，方法900包括經由光學調變器（諸如圖5之光學調變器535）產生結構化光。光可首先經由光源（諸如圖5之光源520）發射，其接著可傳遞通過波長選擇裝置（諸如圖5之波長選擇裝置530）、光學調變器，且接著通過透鏡元件（諸如圖5之第一透鏡元件540）。光學調變器可在自光源發射之光上賦予固定空間週期（或頻率）。在一個實例中，頻率可基於多層樣本之已知或預期性質（諸如多層樣本之一或多個分層結構的週期性）來選擇。
在步驟920處，方法900視情況包括經由光學調變器調變結構化光之空間週期。在一些實例中，空間週期可經由在一第一較低空間週期與第二較高空間週期之間連續地及系統地調整空間週期而調整。在其他實例中，空間週期可經由在一第一較低振幅與第二較高振幅之間調整結構化光之振幅而調整。在另外其他實例中，結構化光之空間週期可以某些組合方式藉由直接調整結構化光之空間週期及藉由調整結構化光之振幅而調變。
在步驟930處，方法900視情況包括改變光之波長。在一些實例中，一或多個特定波長可藉由使用波長選擇裝置（諸如光柵、液晶、聲光透射濾光器或可調諧雷射源）而選擇。另外，藉由改變光源之波長，繞射光之各種階的角位將偏移。波長自較低波長至較長波長之調變得到分層光柵之繞射階的調變。藉由改變波長，在0階項中攜載的功率之量的變化可經測量。類似地，藉由測量及/或成像隨波長而變之1階繞射項，覆蓋結構之視位置將看起來系統地隨波長而偏移。隨波長之相對偏移提供用於準確判定覆蓋目標之間距的自參考方法；在與結構化光信號組合時，橫向位移可經準確測量。
在一些情況下，0階及1階繞射模式兩者可在同一視場內經俘獲。此等兩個模式之重疊可隨不同之波長及結構化光調變而測量；結構化光提供關於影像中呈現之空間頻率的資訊，且不同波長改變空間頻率之位置。
在步驟940處，方法900包括將結構化光投影至多層樣本上。光可自光源、通過波長選擇裝置、光學調變器及透鏡元件投影以碰撞在多層樣本上。在一個實例中，投影至樣本上及在感測器（諸如圖5之第二感測器570）處後續收集的光可經組態於亮場照明組態中。
在步驟950處，方法900包括產生結構化光之參考信號。在一些具體實例中，參考信號可經由計算系統以數值方式產生，且在感測器處偵測到之繞射光可經由計算系統相對於以數值方式產生之參考信號來分析。在其他具體實例中，結構化光之參考信號可碰撞在參考表面（諸如關於圖5之某些具體實例描述的參考表面）上。自參考表面反射之光及自多層樣本繞射之光可具有確定相位關係（其可用於鎖相放大），以便藉由多層樣本測量藉由結構化光之繞射誘發的相對相移。
在步驟960處，方法900包括在感測器（諸如圖5之第二感測器570）處偵測結構化光之1階繞射信號。覆蓋目標可以此使得1階經繞射項攜載大量功率並以相對於投影至樣本上之光的特定角度定向的方式設計。圖5之系統可經最佳化以便對1階項進行成像。光可自樣本變形、反射及/或繞射，傳遞通過另一透鏡元件（諸如圖5之第三透鏡元件575）以在感測器處接收。詳言之，照射在多層樣本上的光可藉由多層樣本之一或多個週期性結構繞射，且感測器可經定位以偵測1階經繞射結構化光。結構化光之電場將藉由多層樣本之電容率的週期空間變化調變，該週期空間變化接著可賦予相變至經繞射結構化光上，其中相變依賴於多層樣本之電容率的週期性。舉例而言，對於包括一第一週期層及具有相同週期性但自第一週期層偏移恆定量（換言之，含有覆蓋誤差）之第二週期層的分層樣本，經繞射結構化光將獲得與覆蓋誤差成比例之相變。藉由比較經繞射結構化光之相位與參考信號，可獲得覆蓋誤差。在一些實例中，結構化光之週期性可如步驟920中所描述而調整，以便回歸覆蓋位移。另外，在一些實例中，光之波長可諸如經由波長選擇裝置調整，如步驟930中所描述，以便提供用於回歸覆蓋位移的額外參數。
在步驟970處，方法900包括應用1階繞射信號相對於參考信號之鎖相技術以獲得覆蓋誤差。在參考信號自自參考表面反射並在另一感測器（諸如關於圖5描述之第三感測器）處偵測到的結構化光偵測到之具體實例中，參考信號可作為時間序列資料而獲得，且可例如在逐像素基礎上獲得。結構化光之參考信號可具有與在感測器處獲得之經繞射結構化光的確定相位關係，藉此允許具有相同空間週期及與參考信號具有確定相位關係的信號待經由鎖相放大（諸如經由圖5之計算系統590）而獲得。詳言之，在感測器處獲得的繞射光相對於參考信號之所得相移可與覆蓋誤差成比例。在空間週期經調變的實例中，所得相移可根據空間週期而分析（例如，可在遠場中之空間週期域中分析相移），以便獲得隨空間週期而變的相位圖。在除調變結構化光之空間週期外或替代調變結構化光之空間週期，調變結構化光之波長的另外其他實例中，所得相移可根據波長經進一步分析，以便獲得隨波長及/或空間週期而變的相位圖。
圖10展示用於自光學測量系統（諸如圖5之光學測量系統）產生及測量結構化繞射光的第五方法1000。將參考本文中且關於圖5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發明之範疇的情況下應用於其他系統。方法1000可經進行且可在計算系統590處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法700之指令可藉由計算系統590結合自光學系統之感測器（諸如上文參考圖5所描述的感測器）接收到的信號而執行。計算系統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。
在步驟1010處，方法1000包括經由光學調變器（諸如圖5之光學調變器535）產生結構化光。光可首先經由光源（諸如圖5之光源520）發射，其接著可傳遞通過波長選擇裝置（諸如圖5之波長選擇裝置530）、光學調變器，且接著通過透鏡元件（諸如圖5之第一透鏡元件540）。光學調變器可在自光源發射之光上賦予固定空間週期（或頻率）。在一個實例中，頻率可基於多層樣本之已知或預期性質（諸如多層樣本之一或多個分層結構的週期性）來選擇。
在步驟1020處，方法1000視情況包括經由光學調變器調變結構化光之空間週期。在一些實例中，空間週期可經由在一第一較低空間週期與第二較高空間週期之間連續地及系統地調整空間週期而調整。在其他實例中，空間週期可經由在一第一較低振幅與第二較高振幅之間調整結構化光之振幅而調整。在另外其他實例中，結構化光之空間週期可以某些組合方式藉由直接調整結構化光之空間週期及藉由調整結構化光之振幅而調變。
在步驟1030處，方法1000視情況包括改變光之波長。在一些實例中，一或多個特定波長可藉由使用波長選擇裝置（諸如光柵、液晶、聲光透射濾光器或可調諧雷射源）而選擇。另外，藉由改變光源之波長，繞射光之各種階的角位將偏移。波長自較低波長至較長波長之調變得到分層光柵之繞射階的調變。藉由改變波長，在0階項中攜載的功率之量的變化可經測量。類似地，藉由測量及/或成像隨波長而變之1階繞射項，覆蓋結構之視位置將看起來系統地隨波長而偏移。隨波長之相對偏移提供用於準確判定覆蓋目標之間距的自參考方法；在與結構化光信號組合時，橫向位移可經準確測量。
在一些情況下，0階及1階繞射模式兩者可在同一視場內經俘獲。此等兩個模式之重疊可隨不同之波長及結構化光調變而測量；結構化光提供關於影像中呈現之空間頻率的資訊，且不同波長改變空間頻率之位置。
在步驟1040處，方法1000包括將結構化光投影至多層樣本上。光可自光源、通過波長選擇裝置、光學調變器及透鏡元件投影以碰撞在多層樣本上。在一個實例中，投影至樣本上及在感測器（諸如圖5之第二感測器570）處後續收集的光可經組態於亮場照明組態中。
在步驟1050處，方法1000視情況包括產生結構化光之參考信號。在一些具體實例中，參考信號可經由計算系統以數值方式產生，且在感測器處偵測到之繞射光可經由計算系統相對於以數值方式產生之參考信號來分析。在其他具體實例中，結構化光之參考信號可碰撞在參考表面（諸如關於圖5之某些具體實例描述的參考表面）上。自參考表面反射之光及自多層樣本繞射之光可具有確定相位關係（其可用於鎖相放大），以便藉由多層樣本測量藉由結構化光之繞射誘發的相對相移。
在步驟1060處，方法1000包括在感測器（諸如圖5之第二感測器570）處偵測結構化光之1階繞射信號。覆蓋目標可以此使得1階經繞射項攜載大量功率並以相對於投影至樣本上之光的特定角度定向的方式設計。圖5之系統可經最佳化以便對1階項進行成像。光可自樣本變形、反射及/或繞射，傳遞通過另一透鏡元件（諸如圖5之第三透鏡元件575）以在感測器處接收。詳言之，照射在多層樣本上的光可藉由多層樣本之一或多個週期性結構繞射，且感測器可經定位以偵測1階經繞射結構化光。結構化光之電場將藉由多層樣本之電容率的週期空間變化調變，該週期空間變化接著可賦予相變至經繞射結構化光上，其中相變依賴於多層樣本之電容率的週期性。舉例而言，對於包括一第一週期層及具有相同週期性但自第一週期層偏移恆定量（換言之，含有覆蓋誤差）之第二週期層的分層樣本，經繞射結構化光將獲得與覆蓋誤差成比例之相變。藉由比較經繞射結構化光之相位與參考信號，可獲得覆蓋誤差。在一些實例中，結構化光之週期性可如步驟1020中所描述而調整，以便回歸覆蓋位移。另外，在一些實例中，光之波長可諸如經由波長選擇裝置調整，如步驟1030中所描述，以便提供用於回歸覆蓋位移的額外參數。
在步驟1070處，方法1000視情況包括應用1階繞射信號相對於參考信號之鎖相技術以獲得覆蓋誤差。在參考信號自自參考表面反射並在另一感測器（諸如關於圖5描述之第三感測器）處偵測到的結構化光偵測到之具體實例中，參考信號可作為時間序列資料而獲得，且可例如在逐像素基礎上獲得。結構化光之參考信號可具有與在感測器處獲得之經繞射結構化光的確定相位關係，藉此允許具有相同空間週期及與參考信號具有確定相位關係的信號待經由鎖相放大（諸如經由圖5之計算系統590）而獲得。詳言之，在感測器處獲得的繞射光相對於參考信號之所得相移可與覆蓋誤差成比例。在空間週期經調變的實例中，所得相移可根據空間週期而分析（例如，可在遠場中之空間週期域中分析相移），以便獲得隨空間週期而變的相位圖。在除調變結構化光之空間週期外或替代調變結構化光之空間週期，調變結構化光之波長的另外其他實例中，所得相移可根據波長經進一步分析，以便獲得隨波長及/或空間週期而變的相位圖。
在步驟1080處，方法1000包括分析光瞳平面中之繞射光。在一個實例中，物鏡可置放於多層樣本與感測器之間，以便對光瞳平面之光進行成像。空間及時間調變可作為影像平面中之信號之傅立葉變換在光瞳平面中反射。接著可使用逆傅立葉分析，以便分析隨經繞射結構化光之空間週期而變的誘發相移，以便自經調變信號提取相對覆蓋誤差/位移。
圖11展示用於自光學測量系統（諸如圖5之光學測量系統）產生及測量結構化繞射光的第六方法1100。將參考本文中且關於圖5所描述之系統描述方法1100，但應理解，類似方法可在不脫離本發明之範疇的情況下應用於其他系統。方法1100可經進行且可在計算系統590處經儲存在非暫時性記憶體中。用於進行方法1100之指令可藉由計算系統590結合自光學系統之感測器（諸如上文參考圖5所描述的感測器）接收到的信號而執行。計算系統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。
在步驟1105處，方法1100包括經由光學調變器（諸如圖5之光學調變器535）產生一第一結構化光信號。光可首先經由光源（諸如圖5之光源520）發射，其接著可傳遞通過波長選擇裝置（諸如圖5之波長選擇裝置530）、光學調變器，且接著通過透鏡元件（諸如圖5之第一透鏡元件540）。光學調變器可在自光源發射之光上賦予固定空間週期（或頻率）。在一個實例中，頻率可基於多層樣本之已知或預期性質（諸如多層樣本之一或多個分層結構的週期性）來選擇。
在步驟1110處，方法1100視情況包括經由光學調變器調變第一結構化光信號之空間週期。在一些實例中，空間週期可經由在一第一較低空間週期與第二較高空間週期之間連續地及系統地調整空間週期而調整。在其他實例中，空間週期可經由在一第一較低振幅與第二較高振幅之間調整結構化光之振幅而調整。在另外其他實例中，第一結構化光信號之空間週期可藉由直接調整第一結構化光信號之空間週期及藉由調整第一結構化光信號之振幅以某些組合方式而調變。
在步驟1115處，方法1100視情況包括改變光之波長。在一些實例中，一或多個特定波長可藉由使用波長選擇裝置（諸如光柵、液晶、聲光透射濾光器或可調諧雷射源）而選擇。另外，藉由改變光源之波長，繞射光之各種階的角位將偏移。波長自較低波長至較長波長之調變得到分層光柵之繞射階的調變。藉由改變波長，在0階項中攜載的功率之量的變化可經測量。類似地，藉由測量及/或成像隨波長而變之1階繞射項，覆蓋結構之視位置將看起來系統地隨波長而偏移。隨波長之相對偏移提供用於準確判定覆蓋目標之間距的自參考方法；在與第一結構化光信號組合時，橫向位移可經準確測量。
在一些情況下，0階及1階繞射模式兩者可在同一視場內經俘獲。此等兩個模式之重疊可隨不同之波長及結構化光調變而測量；結構化光提供關於影像中呈現之空間頻率的資訊，且不同波長改變空間頻率之位置。
在步驟1120處，方法1100包括經由光學調變器產生第二結構化光信號。組合的第一結構化光信號與第二結構化光信號可被稱作2D結構化光信號。第二結構化光信號可與第一結構化光信號同時產生，或可以相對於第一結構化光信號之定相偏移產生。光可首先經由光源發射，其接著可傳遞通過波長選擇裝置、光學調變器且接著通過透鏡元件。光學調變器可在自光源發射之光上賦予固定空間週期（或頻率）。在一個實例中，頻率可基於多層樣本之已知或預期性質（諸如多層樣本之一或多個分層結構的週期性）來選擇。第二結構化光信號之空間結構可垂直於第一光結構之空間調變。換言之，對應於樣本之平面內的第一結構化光信號之空間結構的k向量之分量可垂直於對應於樣本之平面內的第二結構化光信號之空間結構的k向量之分量。為實務上進行此工作，第二結構化光源之週期性可以此使得傅立葉變換峰值之振幅藉由大於取樣方案之有效頻寬分隔開的方式調諧。覆蓋目標可經設計以提供關於覆蓋誤差之向量資訊。在一個實例中，覆蓋目標可包含可由兩個正交波向量表示的彼此垂直定向之陣列。藉由平行於多層樣本之一個波向量配置第一結構化光信號之空間結構，及平行於第二波向量配置第二結構化光信號之空間結構，可獲得覆蓋誤差之向量圖。
在步驟1125處，方法1100視情況包括經由光學調變器調變第二結構化光信號之空間週期。在一些實例中，空間週期可經由在一第一較低空間週期與第二較高空間週期之間連續地及系統地調整空間週期而調整。在其他實例中，空間週期可經由在一第一較低振幅與第二較高振幅之間調整結構化光之振幅而調整。在另外其他實例中，第二結構化光信號之空間週期可藉由直接調整第二結構化光信號之空間週期及藉由調整第二結構化光信號之振幅以某些組合方式而調變。
在步驟1130處，方法1100視情況包括改變光之波長。在一些實例中，一或多個特定波長可藉由使用波長選擇裝置（諸如光柵、液晶、聲光透射濾光器或可調諧雷射源）而選擇。另外，藉由改變光源之波長，繞射光之各種階的角位將偏移。波長自較低波長至較長波長之調變得到分層光柵之繞射階的調變。藉由改變波長，在0階項中攜載的功率之量的變化可經測量。類似地，藉由測量及/或成像隨波長而變之1階繞射項，覆蓋結構之視位置將看起來系統地隨波長而偏移。隨波長之相對偏移提供用於準確判定覆蓋目標之間距的自參考方法；在與第二結構化光信號組合時，橫向位移可經準確測量。
在一些情況下，0階及1階繞射模式兩者可在同一視場內經俘獲。此等兩個模式之重疊可隨不同之波長及結構化光調變而測量；結構化光提供關於影像中呈現之空間頻率的資訊，且不同波長改變空間頻率之位置。
在步驟1135處，方法1100包括將結構化光投影至多層樣本上。光可自光源、通過波長選擇裝置、光學調變器及透鏡元件投影以碰撞在多層樣本上。在一個實例中，投影至樣本上及在一或多個感測器（諸如圖5之第一感測器560及第二感測器570）處後續收集的光可經組態於亮場照明組態中。
在步驟1140處，方法1100視情況包括產生結構化光之參考信號。在一些具體實例中，參考信號可經由計算系統以數值方式產生，且在一或多個感測器處偵測到之繞射光可經由計算系統相對於以數值方式產生之參考信號來分析。在其他具體實例中，結構化光之參考信號可碰撞在參考表面（諸如關於圖5之某些具體實例描述的參考表面）上。自參考表面反射之光及自多層樣本繞射之光可具有確定相位關係（其可用於鎖相放大），以便藉由多層樣本測量藉由結構化光之繞射誘發的相對相移。
在步驟1145處，方法1100包括偵測2D結構化光之繞射信號。在一些實例中，覆蓋目標可以此使得1階經繞射項攜載大量功率並以相對於投影至樣本上之光的特定角度定向的方式設計。圖5之系統可經最佳化以便對1階項進行成像。光可自樣本變形、反射及/或繞射，傳遞通過一或多個其他透鏡元件（諸如圖5之第二透鏡元件565及第三透鏡元件575）以待分別在一或多個感測器處接收。詳言之，照射在多層樣本上的光可藉由多層樣本之一或多個週期性結構繞射，且一或多個感測器可經定位以偵測1階經繞射結構化光。結構化光之電場將藉由多層樣本之電容率的週期空間變化調變，該週期空間變化接著可賦予相變至經繞射結構化光上，其中相變依賴於多層樣本之電容率的週期性。舉例而言，對於包括一第一週期層及具有相同週期性但自第一週期層偏移恆定量（換言之，含有覆蓋誤差）之第二週期層的分層樣本，經繞射結構化光將獲得與覆蓋誤差成比例之相變。藉由比較經繞射結構化光之相位與參考信號，可獲得覆蓋誤差。在一些實例中，結構化光之週期性可如步驟1110及步驟1125中所描述而調整，以便回歸覆蓋位移。另外，在一些實例中，光之波長可諸如經由波長選擇裝置調整，如步驟1115及步驟1130中所描述，以便提供用於回歸覆蓋位移的額外參數。在一個實例中，經繞射2D結構化光可在一第一感測器（諸如圖5之第一感測器560）及第二感測器（諸如圖5之第二感測器570）處偵測到，其中對應於第一結構化光信號之繞射光係在第一感測器處偵測到，且對應於第二結構化光信號之繞射光係在第三感測器處偵測到。
在步驟1150處，方法1100視情況包括應用1階繞射信號相對於參考信號之鎖相技術以獲得覆蓋誤差。在參考信號自自參考表面反射並在另一感測器（諸如關於圖5描述之第三感測器）處偵測到的結構化光偵測到之具體實例中，參考信號可作為時間序列資料而獲得，且可例如在逐像素基礎上獲得。結構化光之參考信號可具有與在一或多個感測器處獲得之經繞射結構化光的確定相位關係，藉此允許具有相同空間週期及與參考信號具有確定相位關係的信號待經由鎖相放大（諸如經由圖5之計算系統590）而獲得。詳言之，在一或多個感測器處獲得的繞射光相對於參考信號之所得相移可與覆蓋誤差成比例。在空間週期經調變的實例中，所得相移可根據空間週期而分析（例如，可在遠場中之空間週期域中分析相移），以便獲得隨空間週期而變的相位圖。在除調變結構化光之空間週期外或替代調變結構化光之空間週期，調變結構化光之波長的另外其他實例中，所得相移可根據波長經進一步分析，以便獲得隨波長及/或空間週期而變的相位圖。
在步驟1155處，方法1100包括分析結構化光之2D繞射信號以獲得覆蓋信號之向量位移。包含2D繞射信號的經繞射第一結構化光信號及經繞射第二結構化光信號中之每一者可具有相對於參考信號（其可例如經由步驟1150之鎖相放大而測量）之相移，其中每一相移隨各別空間頻率及波長而變。經繞射第一結構化光信號相對於參考信號的隨空間週期及波長而變之相移，及經繞射第二結構化光信號相對於參考信號的隨空間週期及波長而變之相移界定相位圖，如步驟1150中所描述。藉由根據空間週期及/或波長分析相位圖（其包括關於經繞射第一結構化光信號相對於參考信號之相移及經繞射第二結構化光信號相對於參考信號之相移的資訊），可獲得覆蓋誤差之向量位移（換言之，覆蓋誤差包括在兩個垂直方向上的偏移誤差）。
以此方式，藉由採用空間結構化光用於繞射式覆蓋（DBO）度量衡，或許有可能獲得多層樣本之覆蓋誤差，以用於多種測量設定。在DBO度量衡中採用結構化光之技術效應在於多層樣本之週期性結構的空間週期與結構化光之空間週期的外差法出現，使得自樣本繞射之光包括與覆蓋誤差成正比的相移。藉由測量隨空間週期及/或波長而變的結構化光之相移，接著可獲得經校準覆蓋誤差。詳言之，繞射光之覆蓋誤差簽名可使用若干不同技術（包括：經由隨在0階或1階繞射峰中之任一者中之結構化光的波長及/或空間週期而變之相移，其可在光瞳平面或影像平面中之任一者中經測量；經由結構化光之時間序列信號的不對稱性；及經由用於2D結構化光的相移之向量位移；等）來測量。另外，藉由採用具有樣本之空間週期之空間結構化光的外差法以便測量繞射光之相移，可獲得超出繞射峰之位置及強度的較多資訊，從而允許相較於習知DBO度量衡的覆蓋誤差之測量的較大敏感度。
本發明提供對於一種方法之支援，該方法包含：藉由將自一光源發射之光投影通過一光學調變器自該光源產生空間結構化光；將該空間結構化光自該光學調變器透射至一多層週期樣本上；在複數個感測器中之一或多者處偵測來自該多層週期樣本之經繞射空間結構化光，該複數個感測器以通信方式耦接至計算系統；及基於在計算系統處接收之關於在該複數個感測器中的一或多者處偵測到之經繞射空間結構化光的信號估算多層週期樣本之覆蓋誤差。在方法之一第一實例中，複數個感測器中的一或多者係自一群組選擇，該群組包括：CMOS感測器、光偵測器、光電倍增管（PMT）及電荷耦合裝置（CCD）。在視情況包括第一實例的方法之第二實例中，該光源包括自一群組選擇之至少一者，該群組包括：發光二極體（LED）、雷射器、電漿源及燈絲源。在視情況包括第一實例及第二實例中之一者或兩者的方法之在第三實例中，光學調變器產生具有給定空間週期之空間結構化光。在視情況包括第一至第三實例中之一或多者或每一者的方法之第四實例中，空間結構化光之空間週期可經由振幅調變、頻率調變或兩者之組合而調變。在視情況包括第一至第四實例中之一或多者或每一者的方法之第五實例中，估算覆蓋誤差包括回歸空間結構化光之空間週期或光源之波長中的至少一者。在視情況包括第一至第五實例中之一或多者或每一者的方法之第六實例中，該方法進一步包含：複數個透鏡元件，其中該複數個透鏡元件之一第一透鏡元件置放於光學調變器與多層週期樣本之間，且該複數個透鏡元件之剩餘部分的每一透鏡元件置放於多層週期樣本與該複數個感測器中之一或多個感測器之間，且其中將在該複數個感測器中之一或多個感測器處偵測到之經繞射空間結構化光與一參考信號相比較。在視情況包括第一至第六實例中之一或多者或每一者的方法之第七實例中，估算覆蓋誤差係基於估算隨時間變化的經繞射空間結構化光之電場之不對稱性。在視情況包括第一至第七實例中之一或多者或每一者的方法之第八實例中，複數個感測器中之一或多者中之每一者為CCD，且其中經繞射空間結構化光與參考信號之間的相位差係藉由比較經繞射空間結構化光與參考信號而估算為隨時間變化及隨CCD中之每一者上之像素位置而變。在視情況包括第一至第八實例中之一或多者或每一者的方法之第九實例中，估算覆蓋誤差包括經由經繞射空間結構化光相對於參考信號之鎖相放大而估算經繞射空間結構化光與參考信號之間的相位差。在視情況包括第一至第九實例中之一或多者或每一者的方法之第十實例中，該方法進一步包含：置放於多層週期樣本與複數個感測器中之一或多者之間的一物鏡，該物鏡將經繞射空間結構化光之空間傅立葉變換投影至物鏡之光瞳平面中，以在複數個感測器中的一或多者處偵測，且其中估算覆蓋誤差包括將傅立葉逆變換應用於在複數個感測器中之一或多者處偵測到的經繞射空間結構化光之空間傅立葉變換。在視情況包括第一至第十實例中之一或多者或每一者的方法之第十一實例中，自光學調變器透射的空間結構化光包括經投影至多層週期樣本之平面上的二維（2D）空間變化，且其中估算覆蓋誤差包括基於在複數個感測器中之一或多者處偵測到的經繞射空間結構化光之2D空間變化估算覆蓋誤差之向量位移。在視情況包括第一至第十一實例中之一或多者或每一者的方法之第十二實例中，估算覆蓋誤差包括估算經繞射空間結構化光相對於參考信號之相位差，參考信號係藉由計算系統產生。
本發明亦提供對於用於估算多層週期樣本之覆蓋誤差之系統的支援，該系統包含：一軸；一光學調變器，其與該軸耦接；一透鏡元件；一光源，其配置以用於通過光學調變器照射光以將空間結構化光沿著軸通過透鏡元件投影至多層週期樣本上；複數個感測器，其配置以用於偵測來自多層週期樣本之經繞射空間結構化光；及一計算系統，其包括；一同步模組，其配置以用於應用在複數個感測器中之一或多者處偵測到之光相對於參考信號的鎖相放大；及一分析模組，其配置以用於計算參考信號與在複數個感測器中的一或多者處偵測到之經繞射空間結構化光之間的相位差，該相位差隨以下各者中的一或多者而變：光源之波長，及空間結構化光之空間週期。在系統之一第一實例中，複數個感測器中之一或多者係自一群組選擇，該群組包括：CMOS感測器、光偵測器、光電倍增管（PMT）及電荷耦合裝置（CCD）。在視情況包括第一實例的系統之第二實例中，光源包括自一群組選擇之至少一者，該群組包括：發光二極體（LED）、雷射器、電漿源及燈絲源。在視情況包括第一實例及第二實例中之一者或兩者的系統之第三實例中，複數個感測器包括配置以用於偵測來自多層週期樣本之經繞射空間結構化光的一第一感測器，及配置以用於偵測來自光學調變器的空間結構化光之參考信號的一第二感測器。在視情況包括第一實例至第三實例中之一或多者或每一者的系統之第四實例中，參考信號係藉由計算系統產生。在視情況包括第一實例至第四實例中之一或多者或每一者的系統之第五實例中，在第一感測器處偵測到之經繞射空間結構化光為一階繞射信號。
本發明亦提供對用於多層週期樣本之繞射式覆蓋（DBO）度量衡之光學系統的支援，該光學系統包含：一軸；一光學調變器，其耦接至該軸；一透鏡元件；一光源，其配置以用於通過該光學調變器照射光以沿著該軸投影空間結構化光；一光束分裂器，其定位於該光學調變器與該多層週期樣本之間，該光束分裂器配置以用於在垂直於該軸之方向上反射空間結構化光的第一部分，並沿著該軸透射空間結構化光之第二部分及將該第二部分透射至多層週期樣本上；一參考表面，其配置以用於接收光之第一部分，並將光之第一部分作為待在一第一感測器處偵測之參考信號反射；一第二感測器，其配置以用於偵測來自多層週期樣本之經繞射空間結構化光；及一計算系統，其包括：一同步模組，其配置以用於應用在第二感測器處之經繞射空間結構化光相對於在第一感測器處偵測到之參考信號的鎖相放大；及一分析模組，其配置以用於計算在第二感測器處偵測到之經繞射空間結構化光相對於在第一感測器處偵測到之參考信號之間的一相位差，該相位差隨以下各者中的一或多者而變：光源之波長，空間結構化光之空間週期。
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，所述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。作為實例而非限制，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，在本說明書中之揭示內容包括彼等特定特徵之所有可能組合。舉例而言，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。舉例而言，「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，在所有實施中，在諸圖中豎直、水平、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。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，但此等片語意欲大體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實施例中的相同或不同實施例。
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:測量系統/測量系統之第一實例 110:樣本區域 120:光源 160:第一感測器 190:計算系統 200:測量系統/測量系統之第二實例 210:樣本區域 220:光源 260:第一感測器 290:計算系統 300:功能圖 400:系統/測量系統之第三實例 401:樣本 410:樣本定位設備 420:分段設備 460:測量設備 490:計算系統 500:系統/測量系統之第四實例 501:樣本 510:樣本定位設備 520:光源 530:波長選擇裝置 535:光學調變器 540:第一透鏡元件 560:第一感測器 565:第二透鏡元件 570:第二感測器 575:第三透鏡元件 590:計算系統 600:方法 610-650:步驟 700:方法 710-750:步驟 800:方法 810-860:步驟 900:方法 910-970:步驟 1000:方法 1010-1080:步驟 1100:方法 1105-1155:步驟
[圖1]說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之一第一實例100。
[圖2]說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之一第二實例200。
[圖3]為說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之實例的功能圖300。
[圖4]說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之一第三實例400。
[圖5]說明根據所揭示技術之某些實施的測量系統之一第四實例500。
[圖6]說明根據所揭示技術之某些實施的用於產生結構化光以便經由對零階繞射光之分析對繞射式覆蓋（DFO）樣本之覆蓋誤差進行成像的第一方法600之實例。
[圖7]說明根據所揭示技術之某些實施的用於產生結構化光以便經由對零階繞射光之時間序列分析對DFO樣本之覆蓋誤差進行成像的第二方法700之實例。
[圖8]說明根據所揭示技術之某些實施的用於產生結構化光以便經由相對於參考信號對一階繞射光之分析對DFO樣本之覆蓋誤差進行成像的第三方法800之實例。
[圖9]說明根據所揭示技術之某些實施的用於產生結構化光以便經由調變結構化光之波長及分析所得一階繞射信號對DFO樣本之覆蓋誤差進行成像的第四方法900之實例。
[圖10]說明根據所揭示技術之某些實施的用於產生結構化光以便經由對光瞳平面中之繞射光之分析對DFO樣本之覆蓋誤差進行成像的第五方法1000之實例。
[圖11]說明根據所揭示技術之某些實施的用於產生結構化光之2D正交圖案以便對DFO樣本之覆蓋誤差進行成像的第五方法1000之實例。
600:方法
610-650:步驟

Claims (20)

  1. 一種方法，其包含： 經由光學調變器投影從光源發射的光，而從該光源產生空間結構化光； 將該空間結構化光從該光學調變器透射至多層週期樣本上； 在複數個感測器中之一或多者處偵測來自該多層週期樣本之經繞射空間結構化光，該複數個感測器以通信方式耦接至計算系統；及 基於在該計算系統處接收的在該複數個感測器中之該一或多者處偵測到之該經繞射空間結構化光的信號來估算該多層週期樣本之覆蓋誤差。
  2. 如請求項1之方法，其中該複數個感測器中之該一或多者是從一群組選擇，該群組包括：CMOS感測器、光偵測器、光電倍增管（PMT）及電荷耦合裝置（CCD）。
  3. 如請求項2之方法，其中該光源包括從一群組中選擇至少一者，該群組包括：發光二極體（LED）、雷射器、電漿源及燈絲源。
  4. 如請求項3之方法，其中該光學調變器產生具有一給定空間週期的空間結構化光。
  5. 如請求項4之方法，其中該空間結構化光的該空間週期可經由振幅調變、頻率調變或兩者之一組合調變。
  6. 如請求項5之方法，其中估算該覆蓋誤差包括將該空間結構化光之該空間週期或該光源之波長中之至少一者回歸。
  7. 如請求項6之方法，其進一步包含複數個透鏡元件，其中該複數個透鏡元件中之第一透鏡元件置放於該光學調變器與該多層週期樣本之間，且該複數個透鏡元件之一剩餘部分的每一透鏡元件置放於該多層週期樣本與該複數個感測器中之該一或多者之間，且其中將在該複數個感測器中之該一或多者處偵測到之該經繞射空間結構化光與一參考信號相比較。
  8. 如請求項7之方法，其中估算該覆蓋誤差是基於估算隨時間變化的該經繞射空間結構化光的電場之不對稱性。
  9. 如請求項7之方法，其中該複數個感測器中之該一或多者中之每一者為CCD，且其中該經繞射空間結構化光與該參考信號之間的一相位差係藉由比較該經繞射空間結構化光與該參考信號而估算為隨時間變化及隨所述CCD中之每一者上的像素位置而變。
  10. 如請求項7之方法，其中估算該覆蓋誤差包括經由相對於該參考信號鎖相放大該經繞射空間結構化光而估算該經繞射空間結構化光與該參考信號之間的一相位差。
  11. 如請求項6之方法，其進一步包含放置於該多層週期樣本與該複數個感測器中之該一或多者之間的物鏡，該物鏡將該經繞射空間結構化光之空間傅立葉變換投影至該物鏡之光瞳平面中，以在該複數個感測器中的該一或多者處偵測，且其中估算該覆蓋誤差包括將傅立葉逆變換應用於在該複數個感測器中之該一或多者處偵測到的該經繞射空間結構化光之該空間傅立葉變換。
  12. 如請求項6之方法，其中從該光學調變器透射的該空間結構化光包括經投影至該多層週期樣本之一平面上的二維（2D）空間變化，且其中估算該覆蓋誤差包括基於在該複數個感測器中之該一或多者處偵測到的該經繞射空間結構化光之該2D空間變化估算該覆蓋誤差之向量位移。
  13. 如請求項7之方法，其中估算該覆蓋誤差包括估算該經繞射空間結構化光相對於該參考信號之相位差，該參考信號藉由該計算系統產生。
  14. 一種用於估算一多層週期樣本中之覆蓋誤差的系統，該系統包含： 軸； 光學調變器，其與該軸耦接； 透鏡元件； 光源，其配置以用於通過該光學調變器照射光以通過該透鏡元件將空間結構化光沿著該軸投影至該多層週期樣本上； 複數個感測器，其配置以用於偵測來自該多層週期樣本之經繞射空間結構化光；及 計算系統，其包括： 同步模組，其配置以用於應用在該複數個感測器中之一或多者處偵測到之光相對於參考信號的鎖相放大；及 分析模組，其配置以用於計算該參考信號與在該複數個感測器中的該一或多者處偵測到之該經繞射空間結構化光之間的相位差，該相位差隨以下各者中的一或多者而變：該光源之波長，及該空間結構化光之空間週期。
  15. 如請求項14之系統，其中該複數個感測器中之該一或多者是從一群組中選擇，該群組包括：CMOS感測器、光偵測器、光電倍增管（PMT）及電荷耦合裝置（CCD）。
  16. 如請求項15之系統，其中該光源包括從一群組中選擇至少一者，該群組包括：發光二極體（LED）、雷射器、電漿源及燈絲源。
  17. 如請求項16之系統，其中該複數個感測器包括配置以用於偵測來自該多層週期樣本之經繞射空間結構化光的一第一感測器，及配置以用於偵測來自該光學調變器之該空間結構化光之該參考信號的一第二感測器。
  18. 如請求項16之系統，其中該參考信號是藉由該計算系統產生。
  19. 如請求項17之系統，其中在該第一感測器處偵測到之該經繞射空間結構化光為一階繞射信號。
  20. 一種用於多層週期樣本之繞射式覆蓋（DBO）度量衡的光學系統，該光學系統包含： 軸； 光學調變器，其耦接至該軸； 透鏡元件； 光源，其配置以用於通過該光學調變器照射光以沿著該軸投影空間結構化光； 光束分裂器，其定位於該光學調變器與該多層週期樣本之間，該光束分裂器配置以用於反射在垂直於該軸之方向上的該空間結構化光之第一部分，並沿著該軸透射該空間結構化光之第二部分並透射至該多層週期樣本上； 參考表面，其配置以用於接收光之該第一部分，且將光之該第一部分反射以作為將在第一感測器處偵測之參考信號； 第二感測器，其配置以用於偵測來自該多層週期樣本之經繞射空間結構化光；及 計算系統，其包括： 同步模組，其配置以用於應用在該第二感測器處之該經繞射空間結構化光相對於在該第一感測器處偵測到之該參考信號的鎖相放大；及 分析模組，其配置以用於計算在該第二感測器處偵測到之該經繞射空間結構化光相對於在該第一感測器處偵測到之該參考信號之間的相位差，該相位差隨以下各者中的一或多者而變：該光源之波長，及該空間結構化光之空間週期。
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