TWI420068B - 側邊精密量測之干涉量測法 - Google Patents

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Description

側邊精密量測之干涉量測法
本發明係有關於干涉，例如，相位移干涉及根據相位移干涉影像執行側邊精密量測(lateral metrology)。
干涉光學技術被廣泛地用以測量光學厚度、平坦度、及精確的光學及機械組件的其他幾何及折射率特性。
例如，要測量一物體表面的表面輪廓，可使用一干涉儀將從物體表面反射的物體波前及從一參考表面反射的參考波前結合以形成一光學干涉圖案。在光學干涉圖案的強度輪廓(intensity profile)中的空間變化對應於在由在相對於參考表面之物體表面的輪廓中的變化導致的結合之物體與參考波前間的相位差。相位移干涉(PSI)可被用以準確地決定相位差及測量表面之對應的輪廓。
以PSI，光學干涉圖案係對於每一個在參考及測量波前間的多重相位移被記錄以產生一系列的光學干涉圖案，其通常跨越至少一整個周期的光學干涉(例如，從建設到破壞，再回到建設性干涉)。光學干涉圖案對於每一個圖案的空間位置定義一系列的強度值，其中，各系列的強度值具有對於相位移的正弦依存性，且相位移等於在該空間位置之結合的測量及參考波前間的相位移。使用此技藝中已知的數值技術，各空間位置的相位移係從強度值的正弦依存性被擷取以提供相對於參考表面之測量表面的輪廓。此種數值技術通常被稱為相位移演算法。
在PSI中的相位移可經由相對於從參考表面至干涉儀的光學路徑長度改變從物體表面至干涉儀的光學路徑長度(亦即，在物體及參考波前間的”光學路徑長度差”被改變)而被產生。例如，參考表面可相對於測量表面被移動。光源可為窄頻光源或寬頻光源。在後者的情況中，光學路徑長度差可在大於光源的同調長度的範圍內變化以局部化干涉條紋並且消除在窄頻PSI中出現的相位模糊。此種干涉方法被稱為“Scanning White－Light Interferometry”(SWLI)或是“Scanning Broadband Interferometry”，分別參閱例如N.Balasubramanian的美國專利第4340306號及Colonna de Lega等人的美國專利第6195168號。
雖然PSI可從相位移光學干涉圖案或影像中的干涉條紋擷取表面高度資訊，相同的干涉條紋會混淆在影像中的側邊精密量測特徵，諸如線寬或x、y特徵位置。要獲得此種側邊精密量測影像，發展現況的側邊精密量測通常依靠由傳統的非干涉影像系統產生之反射的強度輪廓。
發明人已瞭解一干涉輪廓儀，諸如寬頻或低同調干涉儀，可提供被掩埋在單層或多層膜之中或之下的結構的側邊精密量測。由輪廓儀測量的相位移干涉圖案被處理以提供適於側邊精密量測之掩埋結構的表面高度輪廓及/或無條紋的反射強度輪廓(亦即，大體上沒有光學干涉條紋的影像)。表面高度或反射強度輪廓可被分析以決定側邊精密量測特徵，諸如線寬或側邊特徵位置。
發明人也瞭解，在掃瞄干涉輪廓儀測量掩埋結構的反射強度輪廓的應用中，由輪廓儀獲得的干涉資料可被分析以決定輪廓儀在其產生掩埋結構之一良好聚焦的影像之掃瞄位置。通常，此最佳聚焦(best focus)的位置不對應於被測量的干涉訊號之最大的條紋對比的位置。最佳聚焦資訊可被用以提供掩埋結構之良好聚焦的反射強度輪廓。然後，此反射強度輪廓可被分析以決定側邊精密量測特徵，諸如線寬或掩埋結構的側邊特徵位置。
我們現在概括地總結本發明之不同的特徵及特點。
在一特徵中，一種方法包括：使用一掃瞄干涉系統，在包括一掩埋表面的物體之不同的掃瞄位置產生一序列的相位移干涉影像；根據物體之序列的相位移干涉影像確認對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置；及根據相位移干涉影像及掃瞄位置產生一最終影像，其中，在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。一些實施例包括根據影像輸出關於掩埋表面的資訊。
在一些實施例中，掃瞄干涉儀包括一參考表面，且產生序列的相位移干涉影像包括改變在從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的光學路徑長度。在一些實施例中，改變光學路徑長度包括相對於參考表面移動物體。
在一些實施例中，產生最終影像包括：從序列的相位移干涉影像選擇複數相位移干涉影像；及計算被選擇的相位移干涉影像的平均以產生一最終的影像。在一些實施例中，在鄰接之被選擇的相位移干涉影像間的相位移係一常數。例如，在一些實施例中，乘上被選擇的相位移干涉影像的數目之常數係等於2 π的整數倍。在一些實施例中，平均值係一不等加權的平均值。
在一些實施例中，選擇複數相位移干涉影像包括選擇在接近對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置的掃瞄位置的影像。
一些實施例包括根據最終影像決定關於掩埋表面之側邊精密量測的資訊。例如，在一些實施例中，側邊精密量測的資訊包括一或多個表面特徵的側邊位置。例如，某些實施例中，側邊精密量測的資訊包括一或多個表面特徵的側邊大小及/或二或多個表面特徵的側邊間隔。
在一些實施例中，根據最終影像決定關於掩埋表面之側邊精密量測的資訊包括使用機器視覺。例如，一些例子包括使用機器視覺檢測表面特徵的邊緣。
一些例子更包括根據相位移干涉影像決定關於物體的附加資訊。例如，一些例子包括根據側邊精密量測的資訊及關於物體的附加資訊決定關於物體的資訊。在不同的實施例中，關於物體的附加資訊包括關於物體的空間資訊及/或關於物體的材料特性資訊。例如，在一些實施例中，物體包括一薄膜，且關於物體的附加資訊包括薄膜厚度及/或薄膜的光學特性。
在一些實施例中，物體包括一第二表面，且其中，側邊精密量測的資訊包括相對於掩埋表面的表面特徵的位置之第二表面的表面特徵的位置。
在一些實施例中，干涉系統係一低同調掃瞄干涉系統。
在一些實施例中，干涉系統係一波長調諧干涉系統。
在一些實施例中，最終影像係一無條紋的強度影像。例如，在一些實施例中，產生序列的相位移干涉影像包括：干涉從一共同光源導出的一對波前，其中，一波前從物體表面反射且另一波前從參考表面反射，並且在干涉的波前之間引進一序列的相位移。在一些實施例中，各相位移干涉影像對應於由對應的相位移之干涉波前形成的強度影像。在一些實施例中，引進序列的相位移包括改變在干涉波前之間的光學路徑長度差。例如，在一些實施例中，光學路徑長度差係在可比較或大於光源的同調長度的範圍內被改變。
在一些實施例中，在包括一掩埋表面的物體之不同的掃瞄位置產生序列的相位移干涉影像包括：對於在物體上的各位置，產生不同的掃瞄位置之強度訊號。
在一些實施例中，確認對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置包括根據強度訊號的條紋對比確認最佳聚焦的位置。
一些實施例包括：決定對應於一或多個強度訊號的掩埋表面之局部的條紋對比的掃瞄位置及根據掃瞄位置決定最佳聚焦的掃瞄位置。
在一些實施例中，確認對應於掩埋表面的局部的條紋對比之掃瞄位置包括使一模型函數擬合於至少一強度訊號。例如，在一些實施例中，使一模型函數擬合於至少一強度訊號包括最小平方擬合。
一些實施例包括根據關於物體的資訊修正高條紋對比之掃瞄位置以決定最佳聚焦的掃瞄位置。例如，在一些實施例中，關於物體的資訊包括：膜厚度、膜折射特性、膜位置。
在一些實施例中，物體包括一掩埋表面，由一膜覆蓋，且具有被暴露至周圍環境的一上表面。方法更包括：根據條紋對比，確認對應於上表面的一掃瞄位置T ；根據條紋對比，確認對應於掩埋表面的一掃瞄位置C ；及根據下列關係決定最佳聚焦的掃瞄位置F ：
其中，n g 係膜的群折射率。一些實施例更包括決定n g 。在一些實施例中，物體包括一掩埋表面，由一膜部分地覆蓋，且具有被暴露至周圍環境的一上表面，使得掩埋表面的一區域被暴露至周圍環境，且方法包括：根據條紋對比，確認對應於膜的上表面的一掃瞄位置T ；根據條紋對比，確認對應於上表面的一掃瞄位置C ；根據條紋對比，確認對應於掩埋表面的暴露區域的一掃瞄位置I’ ；及根據下列關係決定最佳聚焦的掃瞄位置F ：
一些實施例包括輸出關於掩埋表面的資訊，包括根據關於掩埋表面的資訊控制積體電路製造裝置。
在另一特徵中，一種方法，包括：相對於一參考表面，產生包括一掩埋表面的物體之一序列的相位移干涉影像；及根據相位移干涉影像產生掩埋表面的一最終影像，其中，在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。一些實施例包括根據影像輸出關於掩埋表面的資訊。
在一些實施例中，參考表面係一干涉系統的一表面，且產生序列的相位移干涉影像包括改變在從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的光學路徑長度。
在一些實施例中，改變光學路徑長度包括相對於參考表面移動物體。
一些實施例包括根據最終影像決定關於掩埋表面的側邊精密量測資訊。例如，側邊精密量測的資訊可包括一或多個表面特徵的側邊位置、一或多個表面特徵的側邊大小、及/或二或多個表面特徵的側邊間隔。
在一些實施例中，根據最終影像決定關於掩埋表面的側邊精密量測資訊包括使用機器視覺。例如，一些實施例使用機器視覺檢測表面特徵的邊緣。
在一些實施例中，決定側邊精密量測資訊包括根據第一參數決定特徵化一表面特徵的第一參數及特徵化一表面特徵的第二參數。
一些實施例包括根據相位移干涉影像決定關於物體的附加資訊。一些實施例包括根據側邊精密量測資訊及關於物體的附加資訊決定關於物體的資訊。在一些實施例中，關於物體的附加資訊包括關於物體的空間資訊及/或關於物體的材料特性資訊。例如，物體包括一薄膜，且關於物體的附加資訊包括薄膜厚度及/或薄膜的光學特性。
在一些實施例中，物體包括一第二表面，且側邊精密量測資訊包括相對於在掩埋表面上的一表面特徵的位置之在第二表面上的一表面特徵的位置。
在一些實施例中，產生最終影像包括：從序列的相位移干涉影像選擇複數相位移干涉影像；及計算被選擇的相位移干涉影像的平均以產生一最終的影像。在一些實施例中，在鄰接之被選擇的相位移干涉影像間的相位移係一常數。例如，在一些實施例中，乘上被選擇的相位移干涉影像的數目之常數係等於2 π的整數倍。在一些實施例中，平均值係一不等加權的平均值。
在一些實施例中，干涉系統係一低同調干涉系統，且方法包括：在不同的掃瞄位置產生物體之一序列的相位移干涉影像；確認對應於掩埋表面的一掃瞄位置；根據掃瞄位置從序列中選擇複數相位移干涉影像；及根據選擇的相位移干涉影像產生一最終的影像。
在一些實施例中，在不同的掃瞄位置產生物體之一序列的相位移干涉影像包括：對於在物體上的各位置產生不同的掃瞄位置的強度訊號，根據強度訊號的條紋對比確認對應於掩埋表面的掃瞄位置。
在一些實施例中，確認掃瞄位置包括使一模型函數擬合至強度訊號。例如，在一些實施例中，使一模型函數擬合至強度訊號包括最小平方擬合。
在一些實施例中，選擇複數相位移干涉影像包括選擇在接近對應於掩埋表面之掃瞄位置的掃瞄位置的影像。
一些實施例包括使用干涉系統以提供掩埋表面之序列的相位移干涉圖案。在一些實施例中，干涉系統係一白光掃瞄干涉系統。在一些實施例中，干涉系統係波長調諧干涉系統。例如，在一些實施例中，最終影像係一無條紋強度影像。
在一些實施例中，產生序列的相位移干涉影像包括：干涉從一共同光源導出的一對波前，其中，一波前從物體表面反射且另一波前從參考表面反射，並且在干涉的波前之間引進一序列的相位移。
在一些實施例中，輸出關於掩埋表面的資訊包括根據關於掩埋表面的資訊控制積體電路製造裝置。
在一些實施例中，物體包括至少二掩埋表面。一些此種實施例更包括：使用一掃瞄干涉系統，對於至少二掩埋表面的每一個，在物體之不同的掃瞄位置產生各自的序列的相位移干涉影像；對於至少二掩埋表面的每一個，根據物體之各自的序列的相位移干涉影像確認對應於各自的掩埋表面之最佳聚焦的位置之各自的掃瞄位置；對於至少二掩埋表面的每一個，根據各自的相位移干涉影像及對應於各自的掩埋表面之最佳聚焦的位置之掃瞄位置產生各自的最終的影像，其中，在各自的最終影像中的干涉條紋相對於在各自的相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。一些實施例包括根據影像輸出關於至少二掩埋表面的資訊。一些實施例更包括結合各自的最終影像以產生一合成的影像。
在另一特徵中，一種方法，包括：相對於一參考表面，產生包括一掩埋表面的物體之一序列的相位移干涉影像；根據序列的相位移干涉影像產生物體的掩埋表面之表面高度輪廓；及根據掩埋表面之表面高度輪廓決定關於掩埋表面的側邊精密量測資訊。一些實施例包括根據表面高度輪廓輸出關於掩埋表面的資訊。
在一些實施例中，參考表面係一干涉系統的一表面，且產生序列的相位移干涉影像包括改變在從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的光學路徑長度。在一些實施例中，改變光學路徑長度包括相對於參考表面移動物體。
一些實施例包括根據表面高度輪廓產生一側邊精密量測影像。
在一些實施例中，決定側邊精密量測資訊包括根據側邊精密量測影像決定資訊。
在一些實施例中，決定側邊精密量測資訊包括根據使用機器視覺的側邊精密量測影像決定資訊。例如，一些例子包括使用機器視覺檢測表面特徵的邊緣。
在一些實施例中，側邊精密量測的資訊包括一或多個表面特徵的側邊位置。例如，側邊精密量測的資訊包括一或多個表面特徵的側邊大小、及/或二或多個表面特徵的側邊間隔。
一些實施例包括根據相位移干涉影像決定關於物體的附加資訊。例如，一些實施例包括根據側邊精密量測資訊及關於物體的附加資訊決定關於物體的資訊。在一些實施例中，關於物體的附加資訊包括關於物體的空間資訊。在一些實施例中，關於物體的附加資訊包括關於物體的材料特性資訊。
在一些實施例中，物體包括一薄膜，且關於物體的附加資訊包括薄膜厚度及/或薄膜的光學特性。
在一些實施例中，物體包括一第二表面，且側邊精密量測資訊包括相對於掩埋表面的一表面特徵的位置之第二表面的一表面特徵的位置。
在一些實施例中，根據相位移干涉影像決定關於物體之附加的資訊包括根據相位移干涉影像產生掩埋表面的一最終影像，其中，在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。
在一些實施例中，最終影像對應於干涉系統的最佳聚焦的位置。
在一些實施例中，決定側邊精密量測資訊包括：根據第一參數決定特徵化一表面特徵的第一參數及特徵化一表面特徵的第二參數。
在一些實施例中，產生序列的相位移干涉影像包括：干涉從一共同光源導出的一對波前，其中，一波前從物體表面反射且另一波前從參考表面反射，並且在干涉的波前之間引進一序列的相位移。
在一些實施例中，各相位移干涉影像對應於由對應的相位移之干涉波前形成的強度影像。
在一些實施例中，引進序列的相位移包括改變在干涉波前之間的光學路徑長度差。例如，在一些實施例中，光學路徑長度差係在可比較或大於光源的同調長度的範圍內被改變。
一些實施例包括使用干涉系統以提供掩埋表面之序列的相位移干涉圖案。
例如，在一些實施例中，干涉系統係一白光掃瞄干涉系統或是波長調諧干涉系統。
在一些實施例中，輸出關於掩埋表面的資訊包括根據關於掩埋表面的資訊控制積體電路製造裝置。
在另一特徵中，一種裝置，包括電腦可讀媒體，其使得一處理器可：根據物體之一序列的相位移干涉影像，產生在一物體中之掩埋表面的最終影像，其中，在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。
在另一特徵中，一種裝置，包括電腦可讀媒體，其使得一處理器可：根據物體之一序列的相位移干涉影像，產生物體之一掩埋表面的表面高度輪廓；根據表面高度輪廓決定關於掩埋表面的側邊精密量測資訊。
在另一特徵中，一種裝置，包括電腦可讀媒體，其使得一處理器可：根據物體之一序列的相位移干涉影像，在一物體中之掩埋表面的最佳聚焦的位置，產生一最佳影像，其中，在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。
在另一特徵中，一種裝置，包括：一干涉儀，其在操作期間，相對於參考表面，產生包括一掩埋表面的物體之一序列的相位移干涉影像；及一電子控制器，被耦接至干涉儀，其在操作期間，根據相位移干涉影像產生掩埋表面的最終影像，其中，在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少，並且根據最終影像輸出資訊。在一些實施例中，在操作期間，電子控制器根據序列的相位移干涉影像，產生物體之一掩埋表面的表面高度輪廓；根據表面高度輪廓決定關於掩埋表面之附加的側邊精密量測資訊。
在一些實施例中，干涉儀包括下列其中之一：林尼克(Linnik)干涉儀、麥可遜(Michelson)干涉儀、斐索(Fizeau)干涉儀。
在一些實施例中，掃瞄干涉儀包括具有一同調長度的一寬頻光源。在操作期間，掃瞄干涉儀將從物體反射的物體波前與從參考表面反射的參考波前干涉，並且在比光源的同調長度大的範圍內改變在波前之間的光學路徑長度差。
在一些實施例中，干涉儀包括具有一可調光源之不相等路徑長度的干涉儀。在操作期間，不相等路徑長度的干涉儀包括經由改變光源的波長引進在從物體反射的物體波前及從參考表面反射的參考波前之間的相位移。
在另一特徵中，一種裝置，包括：一干涉儀，其在操作期間，相對於參考表面，產生包括一掩埋表面的物體之一序列的相位移干涉影像；及一電子控制器，被耦接至干涉儀，其在操作期間，根據序列的相位移干涉影像產生物體之掩埋表面的表面輪廓且根據表面輪廓產生側邊精密量測資訊，並且輸出資訊。
在一些實施例中，在操作期間，電子控制器根據序列的相位移干涉影像，額外地產生一最終影像。在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少，並且根據影像輸出資訊。
在一些實施例中，干涉儀包括下列其中之一：林尼克干涉儀、麥可遜干涉儀、斐索干涉儀。
在一些實施例中，掃瞄干涉儀包括具有一同調長度的一寬頻光源。在操作期間，掃瞄干涉儀將從物體反射的物體波前與從參考表面反射的參考波前干涉，並且在比光源的同調長度大的範圍內改變在波前之間的光學路徑長度差。
在一些實施例中，干涉儀包括具有一可調光源之不相等路徑長度的干涉儀。在操作期間，不相等路徑長度的干涉儀包括經由改變光源的波長引進在從物體反射的物體波前及從參考表面反射的參考波前之間的相位移。
在另一特徵中，一種裝置，包括：一掃瞄干涉儀，其在操作期間，在包括一掩埋表面的物體之不同的掃瞄位置產生一序列的相位移干涉影像；及一電子控制器，被耦接至干涉儀，其在操作期間：根據物體之序列的相位移干涉影像確認對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之一掃瞄位置；及根據相位移干涉影像及掃瞄位置產生一最終影像。在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。
在一些實施例中，在操作期間，電子控制器從序列的相位移干涉影像中選擇複數相位移干涉影像，及計算被選擇的相位移干涉影像的平均以產生一最終影像。
在一些實施例中，被選擇的影像包括在接近對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置的掃瞄位置的影像。
在一些實施例中，干涉儀包括下列其中之一：林尼克干涉儀、麥可遜干涉儀、斐索干涉儀。
在一些實施例中，掃瞄干涉儀包括具有一同調長度的一寬頻光源，其在操作期間，將從物體反射的物體波前與從參考表面反射的參考波前干涉，並且在比光源的同調長度大的範圍內改變在波前之間的光學路徑長度差。一些實施例包括一移動平台，被配置以改變在物體及參考表面間的距離。
在一些實施例中，各相位移干涉影像對應於由對應的相位移之干涉波前形成的強度影像。在一些實施例中，引進序列的相位移包括改變在干涉波前之間的光學路徑長度差。在一些實施例中，光學路徑長度差係在可比較或大於光源的同調長度的範圍內被改變。
這裡的”最佳聚焦的位置”或”最佳聚焦的掃瞄位置”指關注的掩埋表面在其被干涉儀聚焦之掃瞄干涉儀的掃瞄位置。也就是，其係一掃瞄位置，在該處關注的掩埋表面係在掃瞄干涉儀的物鏡之景深之內。總景深DOF的估計被給為： 其中，λ 0 係照明光的中心波長，n 係在測試物體及干涉儀物鏡的物鏡元件間的媒體的折射率，且NA 等於物鏡的數值孔徑。變數e 係可由位於顯微物鏡的像平面中之檢測器解析的最小距離，其橫向放大率係M 。
這裡的”光”不限定於在可見光光譜區域中的電磁輻射，更一般地係指在紫外光、可見光、近紅外光及紅外光光譜區域之任一個中的電磁輻射。
應瞭解”輸出關於掩埋表面的資訊”包括，但不限定於輸出至使用者的顯示器、印表機、機器可讀媒體或是儲存裝置、電子控制器等。輸出也可包括自動地控制一或多個裝置。此種裝置可包括，但不限定於與積體電路製造相關的裝置。
除非另外定義，在此使用的所有技術及科學名詞具有與熟知本發明所屬之技藝者通常瞭解者相同的意義。在與供做參考的任何文件衝突的情況中，以本說明書為主。
本發明之其他特徵、目的、及優點從下面的詳細說明將更加明瞭。
在一實施例中，一掃瞄白光干涉(SWLI)系統提供一測試物體的一干涉輪廓測量。一種典型的掃瞄干涉儀的例子係圖1所示的米勞(Mirau)型掃瞄干涉系統200。
參閱圖1，一低同調(例如，光譜寬頻或光譜延伸)光源模組205提供照明光206至分光器208，其將光導向米勞干涉物鏡組合210。組合210包括一接物透鏡211、在定義參考鏡215之其小的中心部分上具有反射鍍膜的一參考平面212、及一分光器213。在操作期間，接物透鏡211通過參考平面212朝向一測試樣品220聚焦照明光。分光器213將聚焦光的第一部分反射至參考鏡215以定義參考光222並且將聚焦光的第二部分傳送至測試樣品220以定義測量光224。然後，分光器213將從測試樣品220反射(或散射)的測量光及從參考鏡215反射的參考光重新結合，且接物鏡211及成像透鏡230將結合的光成像以在檢測器(例如，多像素照相機)240上形成一干涉圖案。因為干涉圖案被成像在檢測器上，照相機240的各像素獲得對應於在測試物體220上之一不同的側邊(亦即，x－y )位置的一干涉訊號。來自檢測器的測量訊號被送至一電腦21。
在圖1的實施例中的掃瞄係由壓電換能器(PZT)260完成，其被耦接至米勞干涉物鏡組合210，其被配置以沿著接物鏡211的光軸相對於測試樣品220整體地掃瞄組合210以在照相機240的各像素提供掃瞄干涉資料。在典型的實施例中，干涉資料係被儲存為在PZT掃瞄期間以不同的相位移取得的一序列的干涉圖案。或者，PZT可被耦接至測試樣品而非組合210以提供在其間的相對運動，如PZT致動器270所指示者。在再一實施例中，掃瞄可經由沿著接物鏡211的光軸相對於接物鏡211移動參考鏡215及分光器213的一或兩者而被提供。在典型的實施例中，干涉資料被電腦271儲存為在PZT掃瞄期間以不同的相位移取得的一序列的干涉圖案。
圖2a顯示在單層膜274下方之基板272，在此情況中係溝槽273，中之具有一掩埋特徵的例示的測試物體的截面。樣品220包括二界面，亦即，空氣－薄膜界面(亦即，上表面)275及薄膜－基板界面(亦即，掩埋表面)276。
圖2b顯示SWLI訊號，其為在PZT掃瞄期間於照相機240的一像素處獲得的掃瞄位置的函數。PZT掃瞄在大於光源201的同調長度之範圍內改變在干涉儀的參考及測量臂之間的光學路徑長度差(OPD)。因為薄膜274足夠厚，掃瞄干涉強度訊號277將包括二不同的、局部化的條紋區域278及279。這些區域對應於在從參考表面215反射的光與分別從上界面275及下界面276反射的光之間的零OPD的位置
一些技術已被發展以分開及分析上述類型的干涉訊號以決定薄膜上表面及基板上表面的輪廓。一些技術包括經由它們的波封或訊號強度確認對應於每一層的訊號，如A.Bosseboeuf and S.Petigrand,“Application of microscopic interferometry techniques in the MEMS field”Proc.SPIE 5145,1－16(2003)所述。第二種方式係將訊號變換成頻域並且檢查變換的訊號之振幅及相位以決定層的位置。例如，參閱美國專利第5398113號，名稱為"METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE TOPOGRAPHY MEASUREMENT BY SPATIAL－FREQUENCY ANALYSIS OF INTERFEROGRAMS"，及美國專利刊物第US－2004－0085544－A1號，名稱為”INTERFEROMETRY METHOD FOR ELLIPSOMETRY,REFLECTOMETRY,AND SCATTEROMETRY MEASUREMENTS,COMPRISING CHARACTERIZATION OF THIN FILM STRUCTURES”，在此一併供做參考。
如圖2c所示，若薄膜夠薄，對應於上界面275及下界面276的條紋訊號278a及279a重疊，從而使訊號的分析複雜。即使如此，一些技術可被用以分開及分析此類型的干涉訊號，包括在上面的參考文獻中及在美國專利申請序號10/941,649，名稱為“METHODS AND SYSTEMS FOR INTERFEROMETRIC ANALYSIS OF SURFACES AND RELATED APPLICATIONS”，被公開為美國專利刊物第US－2005－0078318－A1號，在此一併供做參考。在一些實施例中，電腦271可使用模型基底(model－based)技術以決定複雜表面結構的資訊，如美國專利第7151607號，名稱為“PROFILING COMPLEX SURFACE STRUCTURES USING SCANNING INTERFEROMETRY"，及美國專利刊物第US－2006－0262321號，"METHOD AND SYSTEM FOR ANALYZING LOW－COHERENCE INTERFEROMETRY SIGNALS FOR INFORMATION ABOUT THIN FILM STRUCTURES"所述，其內容在此一併供做參考。
例如，一些實施例以用於分析低同調干涉訊號的滑動視窗最小平方程序為特徵。此程序可被用以準確地確認對應於在一薄膜堆疊中的不同表面之部分的低同調干涉訊號。此程序利用最小平方優化連續地通過掃瞄執行一擬合。第一步是根據理論上會期望由此一堆疊產生的訊號之模型產生一擬合函數，然後使用一或多個可變參數，包括干涉相位值，以將擬合最佳化至在各掃瞄位置的實際訊號。LSQ擬合對其最為成功的掃瞄位置確定訊號的位置，其可被分析以決定關於測試物體220的資訊，諸如表面高度。
如圖3繪示，在一實施例中，掃瞄干涉系統200係被用以根據由一SWLI測量決定的表面輪廓執行測試物體220的側邊精密量測。如上所述，系統220以沿著表面高度(z )座標的線在多個掃瞄位置獲得的一序列的干涉圖案影像的形式獲得SWLI資料。在照相機240的一像素上獲得的典型的干涉強度訊號305被顯示為掃瞄位置的函數。干涉強度訊號305顯示對應於測試物體220的上及下界面275及276之局部化的條紋對比的區域310及315。
使用例如上面提及的分析技術之電腦271分析界面強度訊號以產生薄膜274及基板層272的高度輪廓320及325。諸如表面高度輪廓圖330的表面高度資料係對於掩埋的基板層272被產生。在表面高度輪廓圖330中，基板272的掩埋表面276的較高部分係由較深的色彩指示，而較低的部分係由較淺的色彩指示，使得溝槽273係由順著圖的中心進行的淺色帶表示。表面高度輪廓圖330可被分析以決定掩埋表面的側邊精密量測特徵，諸如線寬335或溝槽273的位置340。許多已知的機器視覺技術容易地適於表面高度資料的側邊精密量測。例如，一個用以執行此種分析的套裝軟體係”Sherlock”，由RDP Vision Group,5877 Huberville Ave.,Dayton,OH 454311發行。另一個此種套裝軟體係Cognex Corporation,One Vision Drive Natick,MA 01760－2059的"VISIONPRO"。
應瞭解上述技術可被延伸至更複雜的測試物體。例如，圖4顯示由包括二氧化矽(SiO2 )及矽(Si)的樣品的上表面及掩埋溝槽之模型基底的同時測量產生的三維輪廓圖的例子。輪廓資料可被分析以提供側邊精密量測資料。例如，使用上面提及的技術，掩埋矽層的表面高度輪廓可被確認，被轉變成側邊精密量測影像，及使用機器視覺分析以決定側邊測量特徵，諸如溝槽寬度405、溝槽位置410、或溝槽間隔415。
雖然PSI的一個目的係充分利用在干涉條紋中包含的表面高度資訊(如上所述)，有這些完全相同的條紋係不受歡迎的情況。例如，一些側邊精密量測應用依靠由傳統的非干涉成像系統產生的強度圖案。在這些狀況中，最好提供沒有干涉條紋的反射的強度輪廓。
如圖5中所示，在一實施例中，掃瞄干涉系統200係被用以根據從SWLI資料擷取的反射強度輪廓執行測試物體220的側邊精密量測。如上所述，系統200以沿著表面高度(z )座標的線在多個掃瞄位置獲得的一系列的干涉圖案影像的形式獲得SWLI資料。在照相機240的單一像素上獲得的典型的干涉強度訊號505被顯示為掃瞄位置的函數。干涉強度訊號505顯示對應於測試物體220的上及下界面275及276之局部化的條紋對比的區域510及515。
電腦271分析界面強度訊號以確認對應於下界面276的條紋對比的區域。例如，在薄膜274夠厚使干涉訊號505表示對應於薄膜的上界面275及下界面276的二不同的條紋區域510及515的實施例中，沿著掃瞄之在條紋對比515中的第二峰值的位置可被視為下表面276。如上所述，在以多層膜或薄膜為特徵的實施例中，其以條紋對比的重疊區域產生干涉訊號，其他技術可被用以確認對應於掩埋結構的干涉資料。電腦271處理干涉資料以產生沒有條紋之掩埋基板層272的反射強度輪廓530。
用以產生沒有條紋之反射強度輪廓530的一種技術係平均在環繞對應於下界面276的對比峰值515之掃瞄位置取得的一序列的相位移干涉圖案影像535a、535b、535c、及535d。如圖5所示，影像535a、535b、535c、及535d係具有一相對明亮的反射中心溝槽273的掩埋表面之模擬的干涉影像。從左至右的影像係依序被相位移名義上等於π/2的數量。因為掃瞄位置被選擇，使得相位移影像被相等地間隔且在全部相位移中跨越2 π，平均序列大體上使干涉條紋空白以產生無條紋的反射側邊精密量測影像530。雖然四個相位移干涉圖案影像被顯示，應瞭解可使用更多或更少個。
在一些實施例中，其他的條紋削減技術可被使用，諸如在美國專利刊物第US 2003－0197871－A1號，名稱為"INTERFEROMETRY METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING METROLOGY IMAGES"中說明者，在此一併供做參考。此種技術包括例如取序列的相位移影像之不相等地加權的平均值以提供一反射的強度輪廓，其較不易於受誤差，諸如透印誤差或相位移校準誤差的影響。
電腦271分析無條紋反射強度輪廓530以決定一掩埋表面的側邊精密量測特徵，諸如線寬540或溝槽273的位置545。如上所述，許多已知的機器視覺技術容易地適於反射強度輪廓的側邊精密量測。
結合物體參數，諸如數值孔徑及照明測試物體220的光之光譜頻寬，決定對應於掩埋表面276之峰值條紋對比的掃瞄位置。另一方面，被產生在照相機240之掩埋表面276的影像在該處被良好聚焦(此後為最佳聚焦的位置)的掃瞄位置係由例如薄膜274的厚度、折射特性(例如，折射率)、及在空間中的位置決定。因而，這兩個位置通常不相等。條紋對比之參數依存性的進一步討論可在2004年10月27日申請之美國專利申請案第10/974,466號，名稱為"SCANNING INTERFEROMETRY FOR THIN FILM THICKNESS AND SURFACE MEASUREMENTS”被發現，且在此一併供做參考。
圖6a及6b繪示一種情況，其中峰值對比(peak contrast)的掃瞄位置不等於掩埋表面276之最佳聚焦的位置。圖6a顯示在掩埋表面276的最佳聚焦的位置之干涉系統200的結構。通過透鏡211之從在掩埋表面276上的點605反射的光之邊緣光線係由實線指示。無材料之透鏡211的邊緣光線係由虛線指示。來自在掩埋表面276上的點605之光行進通過薄膜274。光在空氣－薄膜界面275被折射，然後被透鏡211良好準直，接著被透鏡230(未顯示)聚焦以在照相機240(未顯示)形成良好聚焦的影像。
圖6顯示在對應於掩埋表面276的峰值對比的掃瞄位置之干涉系統200的結構。從在掩埋表面276上的點605反射的光之邊緣光線係由實線指示。無材料之由透鏡211聚焦的光之邊緣光線係由虛線指示。來自在掩埋表面276上的點605之光行進通過薄膜274且在空氣－薄膜界面275被折射。因為掩埋表面276及透鏡211的相對位置係與在最佳聚焦結構中者不同，反射光不易由透鏡211準直，且然後由透鏡230(未顯示)導向而在照相機240(未顯示)形成不良聚焦的影像。在一些實施例中，此不良的聚焦會使在掩埋表面276上的結構(例如，溝槽273，未顯示)之橫向特徵變得模糊。例如，在其中干涉系統200係以高的數值孔徑或窄的景深操作的實施例會易於受到不良聚焦導致的誤差的影響。
如圖7繪示，在一實施例中，掃瞄干涉系統200被用以根據良好聚焦的反射強度輪廓執行測試物體220的側邊精密量測。如上所述，系統200以沿著表面高度(z)座標的線在多個掃瞄位置獲得的一系列的干涉圖案影像的形式獲得SWLI資料。在照相機240的一像素上獲得的典型的干涉強度訊號705被顯示為掃瞄位置的函數。干涉強度訊號705顯示對應於測試物體220的上及下界面275及276之局部化的條紋對比的區域710及715。
電腦271分析干涉強度訊號以確認對應於掩埋表面276的最佳聚焦的位置之掃瞄位置。例如，在一些實施例中，有關於膜274的厚度、折射特性、及/或空間位置可使用例如在上面一併供做參考的美國專利刊物第US－2006－0262321號之"METHOD AND SYSTEM FOR ANALYZING LOW－COHERENCE INTERFEROMETRY SIGNALS FOR INFORMATION ABOUT THIN FILM STRUCTURES"中說明的技術根據強度訊號被決定。
最佳聚焦的位置係根據此資訊及，選擇地或附加地，關於干涉儀系統200的光學特性之資訊被決定。使用此資訊，電腦271使用光學中眾所周知的技術(例如，斯涅耳定律等)計算最佳聚焦的位置。此分析的例子被給出如下。
電腦271處理干涉資料以在最佳聚焦的位置產生掩埋基板層272的一無條紋之反射強度輪廓730。例如，如上所述，無條紋之反射強度輪廓730可經由平均在環繞對應於最佳聚焦的位置之掃瞄位置720的掃瞄位置取得的一系列的相位移干涉圖案影像735a、735b、735c、及735d而獲得。在一些實施例中，可使用其他技術，諸如在美國專利申請案號US－2003－0197871－A1中說明者，其名稱為"INTERFEROMETRY METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING METROLOGY IMAGES"，且在上面一併供做參考。
電腦271分析無條紋反射強度輪廓730以決定一掩埋表面的側邊精密量測特徵，諸如線寬740或溝槽273的位置745。如上所述，許多已知的機器視覺技術容易地適於反射強度輪廓的側邊精密量測。
數種技術可被用以決定掩埋表面276之最佳聚焦的位置。通常，這些資訊使用由分析干涉強度訊號決定的資訊以提供測試物體之空間特性(例如，在不同的側邊位置之膜厚度)及/或光學特性(例如，折射率或群折射率)的估計。這些特性(在一些情況，以及先前已知或以其他方式決定的物體特性)被用以決定最佳聚焦的位置。
例如，在不同的實施例中，干涉儀強度訊號被分析以決定對應於掩埋表面之峰值條紋對比的位置。如上討論，由於覆蓋掩埋表面的膜之光學特性，此位置通常並不等於掩埋表面之最佳聚焦的位置。一修正因子係使用關於測試物體的資訊被計算。
例如，在下面說明的技術中，空間及光學特性的估計被用以決定有關於在覆蓋掩埋表面276的膜274之物理厚度及光學厚度間的差異的資訊。一層材料的光學厚度L’ 通常係由下列關係給出L '＝n 'L , Eq.(2)其中，n’ 係膜274的折射率且L 係膜274的物理厚度。不過，如在美國專利申請案序號10/974,466中說明者，名稱為"SCANNING INTERFEROMETRY FOR THIN FILM THICKNESS AND SURFACE MEASUREMENTS"說明者，在上面一併供做參考，對於薄膜產生的干涉訊號相當有趣且有一些驚奇，特別是對高NA接物鏡。例如，圖11(a)及11(b)比較對於在折射率4的基板上之折射率n’ ＝2的一L ＝2－μm層的假想介電膜之干涉顯微鏡的模型的電腦模擬。圖6(a)顯示以白光照明，有對應於二界面之不同的訊號。膜似乎為物理厚度L 的兩倍，光學厚度則接近Ln’ 。訊號被良好地分開且可分別分析每一個訊號以決定各界面的輪廓。根據Eq.2，用以找出物理厚度的技術係曲折射率n’ 分開。不過，模型顯示修正更加準確地係膜材料的群速度指數n G ，其考慮到在材料中的色散。注意群速度指數被定義為相對於頻率之波數的導數。此區分是相當重要的。例如，若膜是一般的二氧化矽，使用群速度指數相對於習知技術改善測量準確性4%。
圖6(b)顯示對於單色光及高NA接物鏡，再次有兩個訊號，不過這一次它們比圖6(a)中更加接近，光學厚度則接近L/n’ 。在此，表觀厚度實際上比物理厚度差約二的因子。在此情況中使用Eq.2對於決定修正的物理厚度將會導致更加嚴重的誤差。此狀況在使用高NA接物鏡及寬頻光時更加複雜。在此種情況中，上述兩種效果互相競爭，當由於高NA的離焦傾向相對於物理厚度減小光學厚度時，色散傾向相對於物理厚度增加光學厚度。在一些實施例中，這些效果的競爭可經由減小孔徑204的大小被簡化，以便減低高NA效果對於光學厚度的影響。這使得色散效果佔有主要地位，使得Ln G 保持光學厚度之良好的估計。
在下面的討論中，為了簡化，假設此估計係適當的，且使得n G 係膜274的有效折射率。例如，再次參閱圖7，令T 等於在對應於空氣－薄膜界面275之局部化的條紋對比710的區域內之峰值對比的掃瞄位置。因為此界面275並非掩埋界面，T 將僅取決於界面的物理位置。令C 等於在對應於掩埋表面276之峰值條紋對比715的區域之掃瞄位置。此位置取決於在掃瞄內之掩埋表面276的實際位置I 、膜274的厚度，其係等於t ＝T －I 、及膜274的有效折射率(亦即，群折射率)n g 。修正層274的光學厚度n g t ，我們獲得C ＝T －n g t , Eq.(3)其中，我們已選擇z 軸，使得T >I 。掩埋表面276之最佳聚焦的位置F 為F ＝T －t/n g . Eq.(4)由此可見，掩埋層276之最佳聚焦的位置可使用下式由測量的位置T 及C 加以計算：
在此情況中，為了決定F ，估計的材料之有效折射率(在此情況中係群折射率n g )必須通過某些手段被提供。此有效折射率可為已知或是可使用例如在X.Colonna de Lega及P.de Groot的“Optical Topography Measurement of Patterned Wafers”in CHARACTERIZATION AND METROLOGY FOR ULSI TECHNOLOGY 2005.AIP Conference Proceedings,Volume 788,pp.432－436(2005)中說明的方法被計算。
參閱圖8，在另一例子中，部分的膜274被移除(例如，經由蝕刻)以將掩埋表面276的一區域801暴露至周圍的媒體(例如，空氣)。此一結構的例子係積體電路製造中熟悉的介層窗或接觸孔。在此結構中，物理的薄膜厚度可直接被測量為從膜的上方至被暴露在蝕刻區域801的底部之材料的距離。考慮對應於在暴露區域801中之測試物體220上的一位置之干涉訊號802。令I’ 等於對應於對比峰值803的掃瞄位置。因為掩埋界面276在此位置被暴露，位置I’ 將對應於蝕刻區域801的底部。其次，考慮對應於非在暴露區域801中之測試物體220上的一位置之干涉訊號804。如上，令T等於對應於空氣－薄膜界面275之條紋對比810的區域之峰值對比位置的掃瞄位置。因為界面275並非一掩埋界面，T 將僅取決於界面的物理位置。令C 等於條紋對比的區域815對應於掩埋表面276之位置的掃瞄位置。然後，膜厚度被給出為：t ＝T －I' . Eq.(6)假定膜厚度在關注的區域係均勻的，暴露區域的深度將等於T ，且如此有效折射率可經由採用下列比率而獲得： 由Eqs.4及7可得到最佳聚焦位置為： 其未取決於n g 。從而，不需要進一步測量有效折射率。
注意，若掩埋表面276及/或薄膜表面275在橫向(x,y)維度上顯著地改變高度，或是若薄膜274在橫向(x,y)維度上顯著地改變光學特性(例如，有效折射率)，最佳聚焦的位置也將在橫向維度上改變。舉例而言，若物體220的表面特徵273夠深(亦即，比干涉儀系統200的景深還深)，即可能為此情況。在此種例子中，部分的產生的反射強度輪廓將不被良好聚焦。為了避免此點，測試物體220可被分割成數個區域，其中，厚度及/或光學特性(且因此掩埋表面276的最佳聚焦的位置)在整個橫向維度上較為均勻。例如，測試物體200可被分割成對應於暴露區域801的區域、對應於掩埋表面特徵273的區域(未顯示)、及一或多個對應於剩餘的掩埋膜276之區域。上述技術可分別被應用至各區域以產生多個良好聚焦之無條紋的反射強度輪廓(這實質上等價於將各區域當做一分開的掩埋表面)。在一些實施例中，這些多重輪廓可被分別地分析以提供關於測試物體220之對應的區域的側邊精密量測資訊。在一些實施例中，一些或全部的多重強度輪廓也可被結合以形成一較大的合成之良好聚焦的無條紋的反射強度輪廓，其可被整體地分析以在對應於多重結合輪廓的區域上決定關於測試物體220的側邊精密量測資訊。
在一些實施例中，干涉系統200在應用一或多個上述程序之多個模式。例如，系統可在第一模式中操作以根據表面高度輪廓執行側邊精密量測，及在第二模式中操作以根據無條紋反射強度輪廓執行側邊精密量測。在一些實施例中，在第一模式中獲得的資訊可被用以幫助、改善、校準及/或證明在第二模式中之系統的操作。
此外，由干涉系統200產生的干涉訊號可直接被分析以測量測量物體220的空間及/或材料特性以決定關於物體220的資訊，其可被用以幫助、改善、校準及/或證明使用上述技術完成的側邊精密量測測量。
雖然上述測試物體220包括單一膜及單一掩埋特徵(亦即，溝槽273)，上述程序可被應用以提供以例如不同形狀及尺寸的多層或膜及多個掩埋特徵為特徵之更複雜物體的側邊精密量測。
例如，圖9a及9b分別顯示測試物體900的截面示意圖及俯視圖，其係在半導體處理中經常遭遇的類型。參閱圖9a及9b，測量物體900包括被沉積在基板910上的墊905(例如，金屬接觸墊)。覆蓋層915(例如，聚醯亞胺層)已被沉積在基板910及墊905上，然後被蝕刻以產生通過覆蓋層915至墊905的導通孔920。導通孔920具有錐形的側壁925。
此類型物體900的結構通常被使用在IC生產應用中以在半導體晶圓中提供個別層之間的電氣接觸。例如，若導通孔920被填充導電材料，一額外的層被沉積在覆蓋層915上方，電氣接觸將被產生在墊905及新的層之間。不過，此種接觸結構通常易於受到諸如導通孔920與墊905對不準之誤差的影響。同樣地，測量物體900的數個特性是受到關注的。
參閱圖9a，例子包括覆蓋層915從底部界面930至上表面935的厚度z1 、覆蓋層915從底部界面930至上表面935的厚度z2 、墊905從底部界面930至墊905的上方的厚度z3 。並且關注側壁角度θ1 及θ2 。參閱圖9b，附加的關注的量係導通孔920的長度x0 及寬度y0 ，及如同由定位座標(x1 、y1 、x2 、y2 )指示之導通孔920相對於墊905的定位。同樣關注的是側壁925的厚度。
注意物體900具有厚度、膜結構及光學特性在橫向維度上改變的的區域(例如，導通孔920的區域、墊905的區域)。如上討論，在一些實施例中，測試物體可被分割為多個區域，其在整個橫向維度上均勻。然後，關注的掩埋表面之最佳聚焦的位置對於各區域被得到，且多個無條紋的強度輪廓對於各區域被產生。然後，這些輪廓可被分別分析，或是被結合並做為一合成物被分析。在下面，為了簡化，將假設這些橫向變動不明顯，因此，在掩埋表面之最佳聚焦的位置之單一無條紋強度輪廓將提供在整個物體900上之清晰的資訊。
參閱圖10，干涉系統200(未顯示)操作以提供掃瞄干涉強度訊號(例如，訊號1005)。訊號被分析以局部化對應於上表面935及掩埋界面930的條紋對比的區域並且提供各自的表面之表面輪廓1010及1020。訊號也被分析以決定對應於最佳聚焦的位置1030之掃瞄位置，並且在此位置產生無條紋的強度輪廓1040。
表面輪廓1010及1020被分析以決定厚度z1 、z2 及z3 。無條紋的強度輪廓1040係使用機器視覺技術被分析以決定側邊精密量測資訊。經由確認諸如墊905的邊緣及導通孔920等特徵，機器視覺可決定資訊，諸如導通孔920尺寸(x0 、y0 )及導通孔與掩埋墊905的定位(x1 、y1 、x2 、y2 )、及側壁925的側邊厚度及/或角度(θ1 、θ2 )。在一些實施例中，一或多個被測量的參數可被用以確定或改善另一測量。例如，側壁925的側邊厚度及膜厚度z2 的知識提供對於導通孔920的側壁角度的估計，其可被用以確定直接由無條紋強度輪廓決定的側壁角度(例如，θ1 、θ2 )。
在一些實施例中，掃瞄干涉強度訊號可被用以決定進一步的資訊，包括例如覆蓋膜915或墊905的材料特性(例如，折射率)。此資訊可被用以改善或淨化其他測量。例如，如上所述，覆蓋膜915的折射率的知識可被使用在決定用以獲得無條紋強度輪廓之最佳聚焦的位置。
上述技術可被用以監測及/或控制IC製造過程。例如，一物體可在製造過程的中間階段被測量。若一或多個被測量的量在某一預定的容限之外，使得物體可能無法在程序結束被正確地操作，則物體會被當做缺陷品而丟棄。這避免浪費在進一步處理無法產生一工作裝置的物體。被測量的資訊也可被回饋以修正製造過程以便使其回到可接受的容限內。例如，對於測量物體900，若導通孔920及墊905的定位變成對不準，則物體會被丟棄，且用以形成導通孔905的蝕刻程序被修正以重新對準用於接著處理物體的蝕刻。在一些實施例中，上述監測及/或控制技術可經由輸出關於測量物體的資訊至控制一或多個IC製造或測量工具的自動單元而被完成。例如，在一些實施例中，系統200可被耦接至一製造工具，諸如光微影工具、蝕刻工具等，以根據關於在測量物體上之特徵的對準或位置的資訊自動地調整工具的對準。在一些實施例中，系統200可被耦接至一自動缺陷檢測或再檢查工具以自動地供應工具關於物體的資訊，其幫助、補充、或確定工具的檢測及/或再檢查程序。
上述程序可被應用至大範圍的低同調干涉系統。例如，在干涉儀中的光源可為下列任一種：具有或沒有光譜帶通濾光器的白熾燈，諸如鹵素燈泡或金屬鹵化物燈；寬頻雷射二極體；發光二極體；相同或不同類型的數個光源的結合；弧光燈；在可見光光譜區域中的任何光源；在IR光譜區域中的任何光源，特別是對於增強的側邊解析度；及具有比平均波長的0.1%寬的淨光譜帶寬的任何光源或光源之結合。
在一些實施例中，光源係空間同調光源。例如，在一些實施例中，光源包括所謂的”單模”光纖，其對於沿著光纖傳播的光僅支持單一(或者，在某些情況中，一些)空間模式。參看例如可在http：//www.rp－photonics.com/single_mode_fibers.html找到的Encyclopedia of Laser Physics and Technology 。在一些實施例中，光源包括一光纖，其包括光子能隙材料(例如，光子晶體材料)或是其他的非線性材料，其能夠在非常寬的波長範圍內(例如，高達數百奈米或更大)支持空間同調光，從而容許非常寬頻的空間同調照明。參看例如可在http：//www.rp－photonics.com/photonic_crystal_fibers.html找到的Encyclopedia of Laser Physics and Technology 。此一光纖也可為一單模光纖，對於在一非常寬的波長範圍內(例如，跨越從紅外光以上至紫外光以下的波長之範圍)的光支持單一(或少數)空間模式。參看可在http：//www.rp－photonics.com/supercontinuum_generation.html找到的Encyclopedia of Laser Physics and Technology 。在一些實施例中，光源包括一光纖，其包含非線性材料，其作用以進一步擴寬被輸入至光纖的光之光譜範圍。非線性效應(例如，拉曼散射或四波混合)在光沿著光纖傳播時發生，產生與存在於輸入光者不同波長的光。在一些此種實施例中，光源可包括較窄頻的光源，具有由光纖提供的光譜擴寬以產生寬頻輸出光104。
在進一步的實施例中，光源可包括能夠產生空間同調輸出光束的共振腔。此一光源可包括例如由一光源(例如，雷射、發光二極體(LED)、或LED陣列)泵激的共振腔以激發共振腔以共振腔的單一(或一些)空間模式共振。因而，共振腔的輸出將是空間同調。在一些實施例中，共振腔可包括一濾光器，其作用以限制由共振腔支持之空間模式的數目。再者，掃瞄系統可：被壓電裝置、步進馬達、及聲音線圈的任一個驅動；被光機或光電地實施而非純移動(例如，經由使用液晶、電光效應、應變光纖、及旋轉波板的任一種)；具有撓曲底座的驅動器及具有機械平台，例如滾子軸承或空氣軸承，的任何驅動器的任一種。在額外的干涉儀實施例中，相位移可經由改變測量及參考波前的波長對於一固定、非零的光學路徑差被引進。最近的應用有波長調諧PSI且在例如G.E.Sommargren.的美國專利第4594003號中被說明。
干涉儀光學可形成下列任一種：採用例如米勞或麥可遜接物透鏡的干涉顯微鏡；林尼克、杜曼－格林(Twyman Green)系統；採用過濾或結構光源光譜以便提供遠離零OPD的同調峰值之斐索干涉儀；光纖干涉儀；及馬赫－倫德爾(Mach Zehnder)，特別是用於描繪透明媒體的輪廓。
在一些實施例中，干涉儀可被配置，使得一些或全部的干涉儀的光學元件係反射元件。例如，在輸入光係位於UV或極UV(EUV)光譜的應用中，使用典型材料的折射光學元件將會吸收大量的光。在此種應用中，干涉儀中的所有折射元件可由諸如曲面鏡的反射元件取代。
系統中之不同的移動平台可：被壓電裝置、步進馬達、及聲音線圈的任一個驅動；被光機或光電地實施而非純移動(例如，經由使用液晶、電光效應、應變光纖、及旋轉波板的任一種)以引進光學路徑長度變化；具有撓曲底座的驅動器及具有機械平台，例如滾子軸承或空氣軸承，的任何驅動器的任一種。資料分析可包含下列任一種：頻域分析(FDA)；峰值條紋分析；動態濾光以即時擷取條紋能見度；最小平方技術以同時擷取條紋能見度及相位；及條紋能見度分析，其後接著相位分析，其可能包含以修正的光譜對相位進行個別的測量；圖案匹配或模型基底分析，包括未解析特徵的分析。
在上述實施例中，電腦271處理相位移干涉資料。更普遍地，處理可在一電子控制器中執行，其包括硬體、軟體、或二者的結合以控制系統的其他組件並處理相位移影像以擷取要求的關於測量物體的資訊。上述處理步驟可使用標準的編程技術以電腦程式實施。此種程式被設計以在可編程電腦上執行，其包括一處理器、一資料儲存系統(包括記憶體及/或儲存元件)、至少一輸入裝置、及至少一輸出裝置，諸如顯示器或印表機。程式碼被應用以輸出資料(例如，來自CCD照相機的相位移影像)以執行在此說明的功能並且產生輸出資訊(例如，側邊精密量測影像，包括表面輪廓及/或反射強度輪廓、側邊精密量測資訊等)，其被應用至一或多個輸出裝置。各個此種電腦程式可以高階程序或物件導向程式語言、或是組合或機械語言被實施。再者，語言可為編譯或直譯語言。各個此種電腦程式可被儲存在電腦可讀的儲存媒體上(例如，CD ROM或是磁碟)，其當由電腦讀取時可使得電腦中的處理器執行在此說明的分析。
在不同的實施例中，干涉儀系統200輸出精密量測資料給例如一使用者顯示器、一印表機、一機器可讀媒體或儲存裝置、一電子控制器等。在一些實施例中，輸出資料可自動地控制另外的裝置(例如，IC處理及/或精密量測工具)。
其他的特徵、優點及修正係位於下面申請專利範圍的範疇內。
21、271．．．電腦
104．．．寬頻輸出光
200．．．掃瞄干涉系統
201．．．光源
205．．．光源模組
206．．．照明光
208、213．．．分光器
210．．．干涉物鏡組合
211．．．接物透鏡
212．．．參考平面
215．．．參考鏡
220．．．測試樣品
222．．．參考光
224．．．測量光
230．．．成像透鏡
240．．．照相機
260．．．壓電換能器
270．．．致動器
272、910．．．基板
273．．．溝槽
274．．．膜
275、276、930．．．界面
330．．．表面高度輪廓圖
335、540、740．．．線寬
405．．．溝槽寬度
415．．．溝槽間隔
605．．．點
803．．．對比峰值
900．．．測試物體
905．．．墊
915．．．覆蓋層
920．．．導通孔
925．．．側壁
935．．．上表面
340、410、545、720、745、1030．．．位置
320、325、530、730、1010、1020、1040．．．輪廓
277、278a、279a、305、505、705、802、804、1005．．．訊號
535a、535b、535c、535d、735a、735b、735c、735d．．．影像
278、279、310、315、510、515、710、715、801、815．．．區域
圖1顯示掃瞄干涉系統200。
圖2a顯示圖1中之測試物體220的細節。
圖2b顯示由干涉系統200產生的例示的干涉強度訊號。
圖2c顯示由干涉系統200產生的例示的干涉強度訊號。
圖3繪示使用表面輪廓之側邊精密量測的測量。
圖4顯示一多層測試物體的表面高度輪廓。
圖5繪示使用一反射強度輪廓之側邊精密量測的測量。
圖6a繪示在掩埋表面276的影像在其被良好聚焦在照相機240的掃瞄位置之掃瞄干涉系統200。
圖6b繪示在對應於掩埋表面276的峰值對比的掃瞄位置之掃瞄干涉系統200。
圖7繪示使用良好聚焦的反射強度輪廓之側邊精密量測的測量。
圖8繪示使用具有部分暴露的掩埋表面之一測試物體的良好聚焦的反射強度輪廓之側邊精密量測的測量。
圖9a顯示測試物體900的截面。
圖9b顯示測試物體900的上下視圖。
圖10繪示測試物體900的精密量測。
圖11a及11b顯示具有一薄膜之物體的模範干涉強度訊號。
220．．．測試樣品
272．．．基板
273．．．溝槽
274．．．膜
275．．．空氣－薄膜界面
276．．．薄膜－基板界面
305．．．干涉強度訊號
310、315．．．條紋對比的區域
320、325．．．高度輪廓
330．．．表面高度輪廓圖
335．．．線寬
340．．．位置

Claims (44)

  1. 一種使用掃描干涉系統以量測掩埋表面之方法，該方法包括：使用一掃瞄干涉系統，包括一參考表面用以在包括一掩埋表面的物體之不同的掃瞄位置產生一序列的相位移干涉影像，每一掃描位置對應於從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的一不同光學路徑長度差；根據物體之序列的相位移干涉影像確認對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置；及根據相位移干涉影像及對應於最佳聚焦的位置之掃瞄位置產生一最終影像，其中相對於相位移干涉影像條紋強度的對比，降低最終影像的條紋強度，並且掩埋表面的最佳聚焦的位置不同於光學路徑長度差為零的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中產生序列的相位移干涉影像包括改變在從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的光學路徑長度。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中，改變光學路徑長度包括相對於參考表面移動物體。
  4. 如申請專利範圍第3項的方法，其中，產生最終影像包括：從序列的相位移干涉影像選擇複數相位移干涉影像；及計算被選擇的相位移干涉影像的平均以產生一最終的影像。
  5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中，選擇複數相位移干涉影像包括選擇在接近對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置的掃瞄位置的影像。
  6. 如申請專利範圍第5項的方法，更包括：根據最終影像決定關於掩埋表面之側邊精密量測的資訊。
  7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中，側邊精密量測的資訊包括下列各項的至少一項：一或多個表面特徵的側邊位置、一或多個表面特徵的側邊大小、二或多個表面特徵的側邊間隔。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中，根據最終影像決定關於掩埋表面之側邊精密量測的資訊包括使用機器視覺。
  9. 如申請專利範圍第8項的方法，更包括：根據相位移干涉影像決定關於物體的附加資訊。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，更包括：根據側邊精密量測的資訊及關於物體的附加資訊決定關於物體的資訊。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，關於物體的附加資訊包括下列各項的至少一項：關於物體的空間資訊和關於物體的材料特性資訊。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，物體包括一薄膜，且關於物體的附加資訊包括下列各項的至少一項：薄膜厚度、薄膜位置、及薄膜的光學特性。
  13. 如申請專利範圍第6項的方法，其中，物體包括一 第二表面，且其中，側邊精密量測的資訊包括相對於掩埋表面的表面特徵的位置之第二表面的表面特徵的位置。
  14. 如申請專利範圍第3項的方法，其中，干涉系統係一低同調掃瞄干涉系統。
  15. 如申請專利範圍第3項的方法，其中，產生最終影像包括平均至少一些相位移干涉影像以便最終影像係一無條紋的強度影像。
  16. 如申請專利範圍第14項的方法，其中，在包括一掩埋表面的物體之不同的掃瞄位置產生序列的相位移干涉影像包括：對於在物體上的各位置，產生不同的掃瞄位置之強度訊號。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其中，確認對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置包括根據強度訊號的條紋對比確認最佳聚焦的位置。
  18. 如申請專利範圍第17項的方法，更包括：決定對應於一或多個強度訊號的掩埋表面之局部的條紋對比的掃瞄位置；及根據局部的條紋對比之掃瞄位置決定最佳聚焦的掃瞄位置。
  19. 如申請專利範圍第18項的方法，其中，確認對應於掩埋表面的局部的條紋對比之掃瞄位置包括使一模型函數擬合於至少一強度訊號。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中，使一模型 函數擬合於至少一強度訊號包括最小平方擬合。
  21. 如申請專利範圍第18項的方法，更包括：根據關於物體的資訊修正局部的條紋對比之掃瞄位置以決定最佳聚焦的掃瞄位置。
  22. 如申請專利範圍第21項的方法，其中，關於物體的資訊包括下列各項之至少一項：膜厚度、膜折射特性、膜位置。
  23. 如申請專利範圍第22項的方法，其中，物體包括一掩埋表面，由一膜覆蓋，且具有被暴露至周圍環境的一上表面，且更包括：根據條紋對比，確認對應於上表面的一掃瞄位置T ；根據條紋對比，確認對應於掩埋表面的一掃瞄位置C ；及根據下列關係決定最佳聚焦F 的掃瞄位置： 其中，n g 係膜的群折射率。
  24. 如申請專利範圍第21項的方法，其中，物體包括一掩埋表面，由一膜部分地覆蓋，且具有被暴露至周圍環境的一上表面，使得掩埋表面的一區域被暴露至周圍環境，更包括：根據條紋對比，確認對應於膜的上表面的一掃瞄位置T ；根據條紋對比，確認對應於上表面的一掃瞄位置C ；根據條紋對比，確認對應於掩埋表面的暴露區域的一掃瞄位置I’ ； 及根據下列關係決定最佳聚焦F 的掃瞄位置：
  25. 一種分析具有掩埋表面之物體之相位移干涉影像之方法，該方法包括：相對於一參考表面，使用干涉顯微鏡產生包括一掩埋表面的物體之一序列的相位移干涉影像，其中一不同的掃描位置產生每一相位移干涉影像，不同的掃描位置對應於從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的一光學路徑長度差；及根據相位移干涉影像產生掩埋表面的一最終影像，其中相對於相位移干涉影像條紋強度的對比，降低最終影像的條紋強度，並且干涉顯微鏡的掩埋表面的最佳聚焦的位置不同於光學路徑長度差為零的位置。
  26. 如申請專利範圍第25項的方法，其中，參考表面係干涉顯微鏡的一表面，且產生序列的相位移干涉影像包括改變在從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的光學路徑長度。
  27. 如申請專利範圍第26項的方法，更包括：根據最終影像決定關於掩埋表面的側邊精密量測資訊。
  28. 如申請專利範圍第27項的方法，其中，根據最終影像決定關於掩埋表面的側邊精密量測資訊包括使用機器視覺。
  29. 如申請專利範圍第28項的方法，更包括：根據相 位移干涉影像決定關於物體的附加資訊。
  30. 如申請專利範圍第29項的方法，更包括：根據側邊精密量測資訊及關於物體的附加資訊決定關於物體的另外的資訊。
  31. 如申請專利範圍第27項的方法，其中，干涉顯微鏡係一低同調干涉顯微鏡，且產生最終影像包括：確認對應於掩埋表面的一掃瞄位置；根據對應於最佳聚焦的位置掃瞄位置從序列中選擇複數相位移干涉影像；及根據選擇的相位移干涉影像產生最終影像。
  32. 一種用於決定關於來自相位移干涉影像之掩埋表面之側邊量測資訊之方法，該方法包括：相對於一參考表面，產生包括一掩埋表面的物體之一序列的相位移干涉影像；根據序列的相位移干涉影像產生物體的掩埋表面之表面高度輪廓；及根據掩埋表面之表面高度輪廓決定關於掩埋表面的側邊精密量測資訊。
  33. 如申請專利範圍第32項的方法，其中，參考表面係一干涉系統的一表面，且產生序列的相位移干涉影像包括改變在從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的光學路徑長度。
  34. 如申請專利範圍第33項的方法，其中，改變光學路徑長度包括相對於參考表面移動物體。
  35. 如申請專利範圍第34項的方法，更包括：根據表面高度輪廓產生一側邊精密量測影像，且其中，決定側邊精密量測資訊包括根據側邊精密量測影像決定資訊。
  36. 如申請專利範圍第35項的方法，其中，決定側邊精密量測資訊包括根據使用機器視覺的側邊精密量測影像決定資訊。
  37. 如申請專利範圍第36項的方法，更包括：根據相位移干涉影像決定關於物體之附加的資訊。
  38. 如申請專利範圍第37項的方法，更包括：根據側邊精密量測資訊及關於物體的附加資訊決定關於物體的另外的資訊。
  39. 如申請專利範圍第37項的方法，其中，根據相位移干涉影像決定關於物體之附加的資訊包括根據相位移干涉影像產生掩埋表面的一最終影像，其中，在最終影像中的干涉條紋相對於在相位移干涉影像中的干涉條紋被減少。
  40. 如申請專利範圍第39項的方法，其中，最終影像對應於干涉系統的最佳聚焦的位置。
  41. 一種非暫存的可讀媒體，用於根據相位移干涉影像產生物體內之掩埋表面之影像，該非暫存的可讀媒體使得一處理器可：根據一物體之一序列的相位移干涉影像，在對應於一干涉顯微鏡之物體中之掩埋表面的最佳聚焦的一位置，產生一最終影像，序列的相位移干涉影像係使用干涉顯微鏡 所取得，干涉顯微鏡包括一參考表面，每一相位移干涉影像係由對應於從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的一光學路徑長度差之一不同掃描位置所取得，其中相對於相位移干涉影像條紋強度的對比，降低最終影像的條紋強度，並且干涉顯微鏡的掩埋表面的最佳聚焦的位置不同於光學路徑長度差為零的位置；及輸出根據影像的資訊。
  42. 一種掃描干涉系統，用於量測掩埋表面，該掃描干涉系統包括：一掃瞄干涉儀，包括一參考表面，其在操作期間，在包括一掩埋表面的物體之不同的掃瞄位置產生一序列的相位移干涉影像，每一掃描位置對應於從物體收集的光及從參考表面收集的光之間的一不同光學路徑長度差；及一電子控制器，被耦接至干涉儀，其在操作期間：根據物體之序列的相位移干涉影像確認對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之一掃瞄位置；及根據相位移干涉影像及對應於最佳聚焦的位置之掃瞄位置產生一最終影像，其中，在最終影像中的條紋強度的一對比相對於在相位移干涉影像中的條紋強度的一對比被減少，並且干涉顯微鏡的掩埋表面的最佳聚焦的位置不同於光學路徑長度差為零的位置；及輸出根據影像的資訊。
  43. 如申請專利範圍第42項的掃描干涉系統，其中，在操作期間，電子控制器從序列的相位移干涉影像中選擇 複數相位移干涉影像，被選擇的影像包括在接近對應於掩埋表面的最佳聚焦的位置之掃瞄位置的掃瞄位置的影像；及計算被選擇的相位移干涉影像的平均以產生一最終影像。
  44. 如申請專利範圍第43項的掃描干涉系統，其中，掃瞄干涉儀包括具有一同調長度的一寬頻光源，其在操作期間，將從物體反射的物體波前與從參考表面反射的參考波前干涉，並且在比光源的同調長度大的範圍內改變在波前之間的光學路徑長度差。
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