TWI721993B - 用於量測在一半導體晶圓上之高度的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於判定一半導體結構之高度的裝置及方法。該系統包含：一照明模組，其用於引導一或多個源線或點朝向具有處於不同相對高度之多個表面的一樣品；及一收集模組，其用於偵測自該等表面反射之光。該收集模組含有經定位以接收自該等表面之一者反射之光的至少兩個偵測器，各偵測器前面具有一個狹縫或針孔。一第一偵測器從定位在一焦點之前之一狹縫或針孔接收反射光，且一第二偵測器從定位在該焦點之後之一狹縫或針孔接收反射光，使得除非該表面處於一最佳焦點，否則該第一偵測器及該第二偵測器接收到具有不同強度值之光。該系統包含一處理器系統，其用於基於由該等偵測器接收之來自該等表面之兩個表面的該偵測光而判定一高度。

Description

用於量測在一半導體晶圓上之高度的方法及裝置 相關申請案之交叉參考
本申請案主張由Shifang Li等人於2015年6月29日申請之先前申請案美國臨時申請案第62/186,215號之權利，該申請案之全文為全部目的而以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於用於特性化半導體晶圓之方法及系統，且更明確言之係關於判定在一半導體晶圓上之結構或表面之高度。
於積體電路之製造中使用之光微影或光學微影系統已存在一段時間。此等系統已證實在產品中之極小細節之精密製造及形成方面極為有效。在一些光微影系統中，一電路影像藉由經由一光束或輻射束(例如，UV或紫外光)轉印一圖案而寫入在一基板上。例如，微影系統可包含一光源或輻射源，該光源或輻射源將一電路影像投影穿過一光罩且使其至塗佈有對照射敏感之一材料(例如，光阻劑)的一矽晶圓上。曝露之光阻劑通常形成一圖案，該圖案在顯影之後於後續處理步驟(舉例而言如沈積及/或蝕刻)期間遮蔽晶圓之層。
歸因於大規模電路整合及半導體器件之減小的大小，光罩及經製造器件已變得對特徵變動(諸如臨界尺寸(CD)、高度、膜厚度及組成等)愈加敏感。在一特定實例中，三維(3D)檢測及度量通常用於半 導體產業中，諸如用於評估TSV(矽穿孔)及凸塊結構或粒子形狀(大小及高度)。高度變動若未經校正則可引起最終器件歸因於電氣時序誤差而未能滿足所要效能。更糟的是，高度變動可引起最終器件發生故障且不利地影響良率。
鑒於前述內容，需要用於判定結構高度之經改良度量裝置及技術。
下文呈現本發明之一簡化概要以提供對本發明之特定實施例之一基本理解。此概要並非本發明之一廣泛概述且並不識別本發明之關鍵/重要元件或描繪本發明之範疇。其唯一目的係以一簡化形式呈現本文中揭示之一些概念作為稍後呈現之更詳細描述之一序言。
在一項實施例中，揭示一種用於判定一半導體結構之高度的系統。該系統包含：一照明模組，其用於引導一或多個源線或點朝向具有處於不同相對高度之複數個表面的一樣品；及一收集模組，其用於偵測自該等表面反射之光。該收集模組含有經定位以接收自該等表面之一者反射之光的至少兩個偵測器。該等偵測器之一第一偵測器從一焦點之前之一位置接收更多反射光，且該等偵測器之一第二偵測器從該焦點之後之一位置接收更多反射光，使得除非該等表面之此一表面處於一最佳焦點，否則該第一偵測器及該第二偵測器接收到具有不同強度值之光。該系統亦包含一處理器系統，其用於基於由該至少兩個偵測器接收之來自該等表面之兩個表面的該偵測光而判定一高度。
在一特定實施方案中，該照明模組包括用於接收照明光且將該照明之一源點引導至該樣品上之一針孔，且該收集模組進一步包括：(i)一第一針孔，其定位在該焦點之前，該反射光之一部分通過該第一針孔而至該第一偵測器；及(ii)一第二針孔，其定位在該焦點之後，該反射光之一部分通過該第二針孔而至該第二偵測器。該第一偵測器 及該第二偵測器係光二極體偵測器。
在另一實施例中，該照明模組包括用於接收照明光且將該照明之一源線引導至該樣品上之一狹縫。該收集模組進一步包括：(i)一第一狹縫，其定位在該焦點之前，該反射光之一部分通過該第一狹縫而至該第一偵測器；及(ii)一第二狹縫，其定位在該焦點之後，該反射光之一部分通過該第二狹縫而至該第二偵測器。該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體陣列。
在一態樣中，該收集模組進一步包括一對針孔或狹縫，其等經定位使得在此等針孔或狹縫之間或此等針孔或狹縫之一者上接收到自一準焦或散焦表面反射之該焦點。在另一態樣中，該對針孔或狹縫經定位以在該等表面之一者散焦時接收到不同量之光且在此表面準焦時接收到相等量之光。在另一態樣中，該對針孔或狹縫經定位使得在該等表面之一特定表面散焦一特定量時，僅該第一偵測器及該第二偵測器之一者接收到來自該特定表面之一最大強度。
在另一實施例中，該照明模組包括用於接收照明光且將該照明之一源線引導至該樣品上之一狹縫。在此實施例中，該第一偵測器定位在該焦點之前，且該第二偵測器定位在該焦點之後。在另一態樣中，該照明模組包括用於接收照明光且將該照明之複數個源線或點引導至該樣品上之複數個狹縫或針孔，且該至少兩個偵測器係二維影像感測器。在另一實施例中，藉由使由該至少兩個偵測器接收之偵測光與一表面之一位置相關的一函數判定該高度。在又一態樣中，該收集模組包括三個或更多個偵測器，且該函數進一步使由該三個或更多個偵測器接收之偵測光與一表面之一位置及一縱向放大因數M相關。
在一替代實施例中，本發明係關於一種判定高度之方法。一或多個源線或點經引導朝向具有處於不同相對高度之複數個表面的一樣品。偵測自該等表面反射之光。藉由經定位以接收自該等表面之一者 反射之光的至少兩個偵測器偵測該反射光。該等偵測器之一第一偵測器從一焦點之前之一位置接收更多反射光，且該等偵測器之一第二偵測器從該焦點之後之一位置接收更多反射光，使得除非該等表面之此一表面處於一最佳焦點，否則該第一偵測器及該第二偵測器接收到具有不同強度值之光。基於由該至少兩個偵測器接收之來自該等表面之兩個表面的該等偵測光強度而判定一高度。
在一態樣中，接收照明光且經由一源針孔將該照明光之一源點引導至該樣品上。一第一針孔定位在該焦點之前，該反射光之一部分通過該第一針孔而至該第一偵測器，且一第二針孔定位在該焦點之後，該反射光之一部分通過該第二針孔而至該第二偵測器，其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體偵測器。在另一態樣中，接收照明光且經由一源狹縫將該照明光之一源線引導至該樣品上。一第一狹縫定位在該焦點之前，該反射光之一部分通過該第一狹縫而至該第一偵測器，且一第二狹縫定位在該焦點之後，該反射光之一部分通過該第二狹縫而至該第二偵測器，其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體陣列。
在另一實例中，接收照明光且經由一源狹縫將該照明光之一源線引導至該樣品上，其中該第一偵測器定位在該焦點之前且該第二偵測器定位在該焦點之後，且其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體陣列。在另一實例中，接收照明光且經由複數個源針孔或狹縫將該照明光之複數個源線或點引導至該樣品上，且其中該至少兩個偵測器係二維影像感測器。
在一態樣中，藉由使由該至少兩個偵測器接收之偵測光與一表面之一位置相關的一函數判定高度，且藉由三個或更多個偵測器偵測該反射光。在此態樣中，該函數進一步使由該三個或更多個偵測器接收之偵測光與一表面之一位置及一縱向放大因數M相關。
在另一所揭示實施例中，一種裝置包含：一照明模組，其用於引導一源線或點朝向具有處於不同相對高度之複數個表面的一樣品；及一收集模組，其用於偵測自該等表面反射之光。該收集模組包括一快速可變焦點透鏡、一偵測器，及用於將自該等表面之一者反射之光引導至該偵測器上之一收集狹縫或針孔。系統亦包含一處理器系統，其用於基於所接收之來自兩個表面的成至少兩個不同焦點深度之偵測光而判定該兩個表面之間的一高度。
在另一實施例中，該系統包含用於引導複數個源線或點朝向具有處於不同相對高度之複數個表面的一樣品之一照明模組，且該等源線或點依不同焦點深度引導朝向該樣品。該系統亦具有用於偵測自該等表面反射之光的一收集模組，且該收集模組含有經定位以接收自該等表面反射之光的至少兩個偵測器。該至少兩個偵測器經配置以接收回應於成該等不同焦點深度之該等源線或點而反射之光，使得各偵測器接收到不同焦點深度光。此系統亦具有一處理器系統，其用於基於由該至少兩個偵測器接收之來自該等表面之兩個表面的偵測光而判定一高度。在又一態樣中，該照明模組進一步經組態以將該等源線或點引導至該樣品上之不同xy位置上。
下文參考圖進一步描述本發明之此等及其他態樣。
100:點掃描系統
101:樣本/晶圓
102:光源
104:源針孔
106:物鏡
108a:點/焦平面/源針孔之焦點
108b:反射點
108c:反射束
110:第一分束器
112:第二分束器
117a:第一針孔
117b:第二針孔
120a:光二極體偵測器(PD1)
120b:光二極體偵測器(PD2)
130a:表面S1
130b:表面S2
130c:表面S3
131:點源
134a:過聚焦反射光
134b:表面S2之焦點
134c:欠聚焦反射光
150:處理器系統
200:線掃描系統/線方案系統
202:入射光
204:源狹縫
208:入射光線
212:第二分束器
217a:狹縫
217b:第二狹縫
218a:透鏡
218b:透鏡
220a:光偵測器陣列(PDA)
220b:第二光偵測器陣列(PDA)
230a:光偵測器陣列(PDA)
230b:光偵測器陣列(PDA)
350:快速可變聚焦透鏡/液體透鏡
352a:點
352b:點
500:系統
501:樣本
504:照明線
506:透鏡/物鏡
507:繞射光學元件(DOE)
510:分束器
512a:照明束
512b:照明束
514:透鏡
516a:分束器
516b:分束器
518a:線電荷耦合器件(CCD)
518b:線電荷耦合器件(CCD)
518c:線電荷耦合器件(CCD)
600:程序
602:操作
604:操作
606:操作
608:操作
D1:偵測器
D2:偵測器
z1:位置
z2:位置
圖1A及圖1B係根據本發明之一項實施例之具有差動偵測器之一點掃描系統之圖形表示。
圖1C係根據本發明之一個實施方案之來自三個不同表面之反射之一簡化圖形表示。
圖1D係依據z位置變化之來自圖1C之三個表面之偵測z軸強度之一圖表。
圖2A及圖2B係根據本發明之兩個替代實施例之具有差動偵測器 之一線掃描系統之圖形表示。
圖3A及圖3B繪示根據本發明之另一實施方案之具有一快速可變聚焦透鏡之一線方案系統。
圖4A繪示根據一替代實施例之使用平行源狹縫之一系統。
圖4B繪示根據另一替代實施例之使用源狹縫之一棋盤圖案之一系統。
圖5A係根據本發明之另一實施例之用於依不同焦點深度投影多個線掃描之一系統之一圖示。
圖5B繪示圖5A之偵測器之相對定位。
圖6係繪示根據本發明之一項實施例之用於判定一結構之高度的一程序之一流程圖。
在以下描述中，闡述諸多具體細節以提供對本發明之一透徹理解。可在無一些或全部此等具體細節之情況下實踐本發明。在其他例項中，未詳細描述熟知製程操作以免不必要地使本發明不清楚。雖然將結合特定實施例描述本發明，但將瞭解，並不意欲將本發明限於該等實施例。
介紹
用於判定高度之一些技術可包含：(1)三角測量法，(2)幾何陰影法，(3)適用各種共焦顯微鏡，及(4)適用白光(或寬頻光)干涉儀。前兩種方法已開始捨棄當代MEOL(中段製程)或BEOL(後段製程)應用中之當前精度要求。後兩種方法通常未能滿足當前處理量要求。
通常關於一色旋轉盤或掃描工具組態共焦方法。共焦方法對於色及掃描方案兩者而言通常皆為緩慢的。在色佈局中，樣本上之各點對應於一光譜之一量測。掃描方案必須取得多個圖框。掃描方案亦需克服有限填充比，例如，針孔對間距比。
白光干涉量測可為半導體產業中之3D檢測及度量提供一高解析度方法。市場上存在兩種類型之此等器件：(1)掃描白光干涉儀(「SWI」)及(2)分光白光干涉儀。在SWI器件中，樣本(例如，受檢測之晶圓)或檢測光學器件之任一者沿垂直於晶圓表面之一方向(諸如z方向)掃描達一距離。在特定z值處獲得多個圖框以判定晶圓表面上之一特定x-y位置之高度量測值。此等SWI器件係穩健的但通常緩慢的，此係因為其等要求各xy位置之多個z量測值。此外，此技術要求在取得一量測值之前將樣本移動至一視域且予以穩定，此例如在掃描一整個晶圓時限制速度。同樣地，當前分光白光干涉儀之處理量對於滿足半導體產業中之需求而言亦係緩慢的。
一自動聚焦機構亦可用於半導體檢測及度量過程中之一光學探測(OP)。在此技術中，使用一斬波器運用諸如傅科測試(Foucault test)之類似原理來測試焦點是否在預設位置之上、後面或之後。光通過斬波器而至一雙單元(bi-cell)光偵測器。雙單元光偵測器及斬波器與一鎖定放大器電子連接。當光對焦時，來自斬波器之參考信號與來自雙單元光偵測器之兩個通道之信號之間存在零相位移。若光欠聚焦或過聚焦，則一單元之相分別負或正位移至一參考信號，且另一單元之相以一相反方向位移。運用一100倍物鏡，此方法可偵測且伺服迴路以控制焦點使其比20nm更佳。然而，斬波器技術之處理量有限。
總結而言，三角測量及幾何陰影技術在目標結構高度縮短至15微米以下時並未提供3D檢測之所需準確度及精度。共焦及干涉量測方法通常並未提供所需處理量或對於例如MEOL或BEOL中之3D檢測而言過於昂貴。
用於判定結構高度之實例實施例：
本發明之特定實施例提供一新穎方法以達到高準確度高度判定同時具有高速度。本發明之特定實施例包含用於量測在一半導體晶圓 上之結構高度的裝置及方法，其等使用差動偵測器估計對應於受測試之物件之高度資訊的焦點位移而不獲得在不同照明條件下之額外量測值或處於一相同測試位點之z位置。為清楚地繪示操作，本文中描述兩個一般例示性實施方案，即點掃描及線掃描佈局。另外，亦描述一快速焦點差動偵測實施例。
點及線掃描系統各自可大致包含用於引導一或多個源線或點朝向具有處於不同相對高度之複數個表面的一樣品之一照明模組。系統亦可包含用於偵測自表面之兩個表面反射之光的一收集模組，且此收集模組含有經定位以接收自該兩個表面反射之光的至少兩個偵測器。至少一第一偵測器將趨於從一焦點之前之一位置接收更多反射光，且至少一第二偵測器將趨於從焦點之後之一位置接收更多反射光，使得除非處於一最佳焦點，否則第一偵測器及第二偵測器接收到具有不同強度值之光。一或多個處理器亦可經組態以基於由該兩個(或更多個)偵測器感測之光強度而判定兩個表面之間的一高度。
圖1A及圖1B係根據本發明之一項實施例之具有差動偵測器之一點掃描系統100之圖形表示。如所示，系統100包含用於產生一或多個光束之一光源102。光源可採取任何形式以產生一或多個電磁波形。亦可使用多個光源。一或多個光源可產生具有僅一個波長之光(例如，單色光)、具有許多離散波長之光(例如，多色光)、具有多個波長之光(例如，寬頻光)，及/或連續或在波長之間跳躍掃過波長之光(例如，可調諧源或掃頻源)。例如，不同波長可搭配不同材料使用以達成關於受測試之材料上之入射光透明或不透明。一雷射光源可用於光源102，其可提供與分光方法(諸如白光干涉量測及色共焦顯微鏡)相比更高之一亮度。雷射光源(諸如二極體雷射)改良光源之壽命、穩定性及熱控制。適合光源之其他實例係：一白光源；一紫外線(UV)雷射；一弧光燈或一無電極燈；彩色或白色發光二極體(LED)；一雷射 持續電漿(LSP)源，例如，商業上可購自Woburn,Massachusetts之Energetiq Technology公司之雷射持續電漿源；一超連續源(諸如一寬頻雷射源)，諸如商業上可購自Morganville,New Jersey之NKT Photonics公司之超連續源；或較短波長源，諸如x射線源、極UV源或其等之某一組合。(若干)光源亦可經組態以提供具有足夠亮度之光，足夠亮度在一些情況中可為大於約1W/(nm cm2 Sr)之一亮度。度量系統亦可包含對光源之一快速回饋以穩定其功率及波長。可經由自由空間傳播或在一些情況中經由任何類型之光纖或光導傳送光源之輸出。
系統100亦可包含一源針孔104，經產生光束經引導通過該源針孔104且自一第一分束器110反射並投影穿過物鏡106而至一樣本101(諸如具有具不同相對高度之各種表面或結構的一半導體晶圓)上。物鏡106可為一高放大率物鏡，諸如一遠心類型。一些或全部入射光穿過物鏡106而以點(例如，圖1A中之108a)至樣本101之至少一部分上。入射光在照明點處之光點大小可受繞射限制。
晶圓101亦可安置在一載物台(未展示)上，該載物台經組態以定位晶圓101以在特定量測位點處接收入射光。載物台可為固定的或可在x方向、y方向及/或z方向上掃描。在一個例項中，可諸如透過機械及/或靜電夾箝將晶圓101夾箝至載物台。例如，載物台可使晶圓101在垂直於入射光之軸之一平面106(例如，x-y平面)中或在平行於此入射軸之一方向(例如，z軸)上平移。
接著，光自晶圓101反射並散射，且透過物鏡106收集光。此系統亦包含一第二分束器112，其定位於反射光之路徑中且由材料構造以將反射束劃分成兩個輸出束。選擇分束器112相對於110之定向及厚度以管理影像品質。第一針孔117a及第二針孔117b各自分別定位於經劃分束路徑之各者中。第一針孔117a定位在焦點之前，且第二針孔117b定位在焦點之後。系統亦包含兩個偵測器120a及120b(例如，光 二極體偵測器(PD1及PD2))以各自經由其等各自針孔接收經劃分輸出光且輸出對應於偵測輸出光之一輸出信號或影像。
針孔大小趨於小於針孔之位置處之實際束大小，因此光之一部分(例如，~50%)由針孔阻擋。當待成像之結構表面處於一焦平面(例如，如圖1A中所示之108a)時，在光偵測器1及2上接收到之光強度相等或「平衡」。關於圖1B，受測試之結構未定位在最佳焦平面處。在此實例中，脫離實際結構之頂表面的反射點108b低於源針孔之焦點108a，使得反射束108c聚焦在照明焦點下方。現第一針孔117a歸因於此第一針孔117a上之較大光點而阻擋更多輸出光。相比之下，第二針孔117b阻擋較少輸出光，此係因為束在第一針孔117a處較靠近焦點。在此情況中，PD2(120b)接收比PD1(120a)更高之一輸出強度位準。
圖1C係根據本發明之一個實施方案之來自三個不同表面之反射之一簡化圖形表示。此圖式展示三個不同替代表面高度S1至S3。表面S3展示為定位在比S2更大之一高度處，S2定位在比S1更大之一高度處。圖1C繪示準焦、欠聚焦及過聚焦之表面的射線行為。在此實例中，點源131展示為聚焦至表面S2(130b)上。此點源131亦展示為相對於表面S3(130c)欠聚焦且相對於表面S1(130a)過聚焦。
在此實例中，存在兩個偵測器D1及D2，其等定位於影像空間中使得表面S2之焦點(134b)處於D1及D2之位置中間的一位置。在此實例中，來自表面S3之欠聚焦反射光(134c)聚焦在偵測器D2之位置處，而來自表面S1之過聚焦反射光(134a)聚焦在偵測器D1之位置處。
在一個例示性實施方案中，收集針孔經放置使得自高度之預期範圍反射之焦點皆投影於兩個偵測器之間或兩個偵測器上。兩個偵測器之間的間距可為靈活的，且量測範圍(兩個偵測器距離愈遠則z範圍愈大)與量測精度(當表面位置過遠而失焦時，一偵測器信號變得過弱且量測強度與雜訊相比係弱的)之間存在一折衷。平均上，兩個偵測 器可放置於與影像空間中之FWHM(半峰全幅值)焦點深度相同之長度處。
一般而言，收集針孔亦可基於表面位置值相對於預期照明焦點之預期範圍而相對於彼此及其對應偵測器放置。收集針孔之放置亦較佳經選擇以導致收集足夠光以在來自兩個偵測器之光量之間進行比較，而不具有高於此等收集信號位準之雜訊位準，例如，在信號對雜訊比(SNR)要求內。例如，收集針孔經放置以具有大於約1或大於約50之一SNR值。
圖1D係依據z位置變化之來自圖1C之三個表面之偵測z軸強度之一圖表。各曲線係自不同表面S1、S2及S3反射回之光的軸上z強度分佈，其亦為位於z之位置處之一針孔(或狹縫)偵測器之輸出信號。兩條垂直線標記兩個偵測器D1及D2之位置，及其等回應於不同表面位置反射光之各自輸出。
強度之位準取決於待測試之特定表面上之散焦量及各偵測器之特定位置。偵測器經配置使得其等在光欠聚焦或過聚焦時接收到不同量之強度。如圖1D中繪示，當光欠聚焦且自表面S1反射時，偵測器D1接收比偵測器D2更多的光。同樣地，當光過聚焦且自表面S3反射時，偵測器D2接收比偵測器D1更多的光。相比之下，當源點聚焦於表面S2上時，兩個偵測器D1及D2接收到自表面S2反射之實質上相等光。
亦應注意，不同表面之峰值出現在不同z位置處且由不同偵測器擷取。例如，來自S1之信號之峰值在位置z1處由偵測器D1擷取，而信號S3之峰值在位置z2處由偵測器D2擷取。事實上，不同表面曲線之間之強度值在z位置之一廣範圍處彼此顯著不同，惟在結構之表面匹配照明焦點或處於最佳焦點時除外。換言之，偵測器亦可相對於針孔定位使得一個偵測器針對一最大預期欠聚焦值接收到最大量之光，且另一偵測器針對一最大預期過聚焦值接收到最大量之光。
兩個不同表面位置之間的高度差係Ht=Sa-Sb，且可基於下文方程式計算此Ht。M係光學器件設計已知之縱向放大因數。然而，放大率可取決於表面性質，例如，一鏡面M之大小係一漫射表面或一點物件之大小的2倍。
D=f(z)=f(Ms)
Da=F(sa)
Db=F(sb)
Figure 105120616-A0305-02-0015-2
產生函數F以計算高度。函數F可為經良好校正之光學器件已知。替代地或額外地，可使用已知樣本表面來校準函數F。最簡單案例係假定F係採用正規化差動信號之一高斯函數(Gaussian function)，此容許消除F中之一些共同強度因數。因為M隨表面類型變化，所以可使用兩個以上偵測器使得亦可從多個偵測器之信號計算M。
接著，函數F可用以將來自PD1及PD2之強度轉換為來自此兩個不同表面之反射點之兩個表面之間的高度。可產生任何適合函數F以將來自多個經定位偵測器及多個表面之偵測差動信號轉換成一高度度量。例如，共焦z回應之一例示性函數F可表達為：
Figure 105120616-A0305-02-0015-3
其中NA係物鏡之數值孔徑，且λ係波長。
或者，可在一小散焦範圍內藉由一高斯函數近似表示該函數：
Figure 105120616-A0305-02-0015-5
其中w係焦點深度之1/e2寬度，I0係一縮放因數，△=z1-z2係兩個偵測器之間的距離，且z 0係待量測之一表面之焦點回應曲線之峰值位置，可從兩個偵測器信號之比導出z 0：
Figure 105120616-A0305-02-0016-6
接著藉由以下給出一表面之z高度：
Figure 105120616-A0305-02-0016-8
其中D1係來自第一偵測器之強度值，D2係來自第二偵測器之強度值，M係光學器件之縱向放大率，且k係一縮放因數。可從關於已知表面位置(或z位置)及已知焦點位置(最佳、欠聚焦及過聚焦)之實驗量測值判定縮放因數，諸如I0及k。當M未知或受樣本性質影響時，k變得取決於樣本性質(其未知)。接著，可使用兩個以上偵測器來量測z高度使得可藉由比較一對以上偵測器之比而消除k。亦可針對不同操作條件(諸如可於如本文中描述之一高度判定過程中使用之不同波長範圍)校準上述函數F。
可藉由任何適合技術產生用於基於經量測差或比信號判定高度之一函數或模型。例如，可藉由量測具有處於不同高度之複數個結構的一校準晶圓之高度而獲得複數個已知高度。接著，可從已知結構獲得差或比偵測信號且使用其等產生模型。例如，模型可採取用於判定高度之上述方程式之形式。可基於校準晶圓判定常數k。在一替代實例中，可模擬複數個已知高度及差或比信號且使用其等產生高度模型。在另一實施例中，可使用一參考方法在配方設置期間針對一特定類型之應用產生偵測之不同或比信號與結構高度之間的函數。
上文針對一針孔系統描述之差動偵測原理(例如，如用圖1A至圖 1D繪示)可擴展至一線掃描方案中。圖2A及圖2B展示此擴展之例示性實施例。如圖2A中所示，藉由使入射光202通過一源狹縫204而使一入射光線208照明至晶圓上。當然，用一入射光線跨樣本掃描導致一更快速技術。此替代系統200亦可包含取代圖1A及圖1B之系統100之兩個針孔117a及117b之兩個狹縫217a及217b。此線掃描系統200亦可包含分別取代圖1A及圖1B之系統100之兩個PD 120a及120b之兩個光偵測器陣列(PDA)220a及220b。
儘管不需要，然系統200亦可包含任何適合透鏡(諸如218a及218b)以將輸出光進一步聚焦至各對應PDA上，以便達成一較高光效率位準且沿線提供足夠橫向解析度。即，線方案系統200亦可包含添加在兩個PDA之前之兩個透鏡218a及218b以沿各狹縫之線更佳解析空間解析度，而導致晶圓上之各點至少在晶圓對焦時沿該線清晰成像至PDA上。PDA亦可經定位使得晶圓上之離焦點在系統之焦點深度內或幾乎在系統之焦點深度中。
圖2B繪示根據本發明之另一實施例之一線掃描方案之一簡化版本。對於該簡化版本，藉由PDA 230a及230b之有限寬度取代狹縫功能。因此，可免除PDA之前之兩個透鏡(如圖2A中所示之透鏡218a及218b)。
用於將偵測信號轉換成一高度值之上述方法可擴展至一線掃描系統。例如，可以上文描述之相同方式、沿線以一逐點方式處理來自對應於晶圓上之相同點之PDA1及PDA2之像素之偵測強度值。
另一替代系統可實施一快速可變聚焦透鏡(諸如藉由法國巴黎Parrot之一營業單位VariOptic之液體透鏡)以取代圖2A或圖2B之第二分束器212、第二狹縫217b及第二PDA 220b。圖3A及圖3B繪示根據本發明之另一實施方案之具有一快速可變聚焦透鏡(或液體透鏡)350之一線方案系統。在此替代例中，如圖3A中所示，液體透鏡350設定在 第一焦距處以將狹縫217a之前之源狹縫聚焦於點352a處。在此第一焦距處取得一量測值。如圖3B中所示，接著將液體透鏡350設定在第二焦距處以將狹縫217a之後之源狹縫聚焦於點352b處。接著獲得另一量測值。接著，使用一類似演算法來將來自兩個表面之此兩個量測值轉換成高度。
線方案實施例亦可進一步變成一區域偵測方案。例如，源狹縫可擴展為帶狀線(圖4A)或一棋盤圖案(圖4B)，且PDA由二維像素化影像感測器(諸如CCD、CMOS或類似者)取代。可藉由任何適合分束機構(諸如繞射光學元件(DOE)、稜鏡等)達成多個帶狀線或棋盤圖案之線。在特定實施例中，各偵測器之像素與對應照明結構之像素結構對準。在此等區域方案中，可從二維偵測器獲得更多資料，此亦可容許判定系統失焦多少及一較高信號對雜訊比。
在本文中描述之實施例之任一者中，可使用任何適合數目個偵測器。當使用兩個以上偵測器時，較佳該等偵測器沿z軸依約相等距離定位。例如，兩個以上PD或PDA可用來獲得與使用僅兩個PD或PDA相比更大之一資料量。不同偵測器可放置在相對於預期焦點或高度範圍之不同位置處。增加偵測器之數目在未知表面性質變化時趨於解析判定表面高度之模糊性。更多偵測器亦導致晶圓上之結構之一增加的信號對雜訊比或擴展的量測高度範圍。
當使用兩個以上偵測器時，可基於已知高度或一熟知/模擬光學器件系統及偵測器相對於一組已知z位置處之複數個已知量測值之相對位置而產生一函數。只要存在足夠數目個偵測器以判定函數F，則可無需已知聚焦函數F。用於判定高度之技術亦可包含以此函數使用來自兩個以上偵測器之偵測信號來判定兩個表面之間的高度，以及如本文中描述之其他參數，諸如M、I0及k。
對於其中DOF(焦點深度)有限之較高NA系統，量測之動態範圍 (其可被定義為z範圍對精度比)可為有限的。為擴展動態範圍，可使用聚焦在不同z高度處之多個照明束。多個照明束之焦點在物鏡空間中可依約DOF之相同長度間隔。多個偵測器可經配置使得各個偵測器定位於相鄰束之焦點之間。圖5A係根據本發明之另一實施例之用於依不同焦點深度投影多個線掃描之一系統500之一圖示。如所示，系統包含一或多個透鏡506以接收並整形一照明線504，該照明線504經引導朝向一光學元件(諸如繞射光學元件或DOE 507)以產生多個照明線。在所繪示實施例中，兩個照明束512a及512b由DOE 507產生且經由分束器510及物鏡506依兩個不同焦點深度入射於樣本501上。當然，可產生例如呈兩個或更多個線或點之形式之兩個以上照明束並將其引導至樣本上。
接著，回應於成不同焦點深度之多個入射束而自樣本反射多個輸出束。接著，該多個輸出束由一或多個透鏡(諸如514)聚焦至兩個或更多個分束器(例如，516a及516b)上，該等分束器分別引導不同輸出束朝向不同偵測器(諸如線CCD 518a、518b及518c)。CCD經定位使得兩個束(512a及512b)之兩個反射焦點位於兩個相鄰CCD之影像空間中之z位置中間(參見圖5B)。因此，與一單一束組態相比，動態範圍擴展2倍。例如，當表面高度在CCD對518a及518b之範圍外時，518b及518c之偵測器對仍可產生量測值。
除使多個照明線或點在z方向內偏移之外，此多個入射線及點亦可在xy方向平面中偏移。在此後者實施例中，可藉由一簡單鏡或稜鏡取代分束器以將偏移輸出束反射至不同偏移偵測器，與一分束器相比，此容許偵測各輸出束之一更高百分比，分束器例如損失50%之束。上述實施例之任一者可實施此簡單鏡或稜鏡。
上述實施例針對各對表面使用至少兩個強度值來判定此等表面之間的高度。當強度隨波長扇出且各像素偵測對應且有限波長頻寬內 之強度時，此等裝置及技術比使用一光譜範圍之色共焦方案更有效率。再者，對於特定實施例，晶圓上每點之數位化操作之數目可顯著小於其中需要數百個數位化數字以獲得光譜資訊之一色方案。因此，本發明之特定裝置及技術實施例趨於顯著更快速。另外，在照明時使用一針孔陣列之共焦系統在針孔之間留下間隙且需要覆蓋此等孔之方法，此亦降低操作效率。
藉由在束路徑中添加額外光狀態控制元件(諸如偏光控制元件、波長控制元件及束傳播方向控制元件)，可將從量測位點獲取之兩個或更多個輸出信號或光束偵測為可彼此相減或以其他方式彼此比較之任何信號類型。例示性信號包含但不限於任何類型之散射量測、分光、橢偏量測及/或反射量測信號，包含：Ψ、△、Rs(s偏光之複合反射率)、Rp(p偏光之複合反射率)、Rs(|rs|2)、Rp(|rp|2)、R(未偏光反射率)、α(分光「α」信號)、β(分光「β」信號)及此等參數之函數，諸如tan(Ψ)、cos(△)、((Rs-Rp)/(Rs+Rp))、穆勒矩陣(Mueller matrix)元素(Mij)等。替代地或額外地可依據入射角、偵測角、偏光、入射之方位角、偵測方位角、角分佈、相位或波長或一個以上此等參數之一組合量測該等信號。該等信號亦可為一信號組合之一特性化，諸如複數個任何上述橢偏量測及/或反射量測信號類型之一平均值。其他實施例可使用單色或雷射光源，其中以一單一波長而非多個波長可獲得信號之至少一者。照明波長可為任何範圍，例如，自X射線波長至遠紅外線波長。
圖6係繪示根據本發明之一項實施例之用於判定一結構之高度的一程序600之一流程圖。在操作602中，光經引導通過一或多個針孔或狹縫而至具有具一未知z位置之一表面的一樣本上。接著，在操作604中，可從經定位以從相對於焦點之不同位置接收光的兩個或更多個偵測器之各者收集一信號。例如，不同位置對應於具有焦點之前之一收 集針孔/狹縫及焦點之後之一收集針孔/狹縫。
量測值可包含任何適合輻射信號，諸如散射量測、反射量測或橢偏量測信號，包含本文中描述之實例。可基於對所關注結構之信號敏感度選擇所獲取信號之類型。例如，特定波長及特定偏光狀態可對某些特定結構尺寸或具有不同表面粗糙度或沈積層更為敏感。所關注結構可包含任何3D結構，諸如TSV、凸塊、多層結構/堆疊等。
針對至少另一表面重複操作602及604以獲得待判定其等之間的一相對高度之表面對。例如，一個表面可呈一基板之形式，而另一表面係一TSV結構之頂部。在獲取兩個或更多個表面之信號之後，接著在操作606中，可比較經收集信號以判定樣本之兩個表面之間的高度差。若僅存在針對各特定所關注表面收集之兩個信號，則該等信號可簡單相減以獲得一差信號或相除以獲得一信號比，接著可將此等結果輸入至使此等差動信號與高度相關之一函數中。若存在藉由三個或更多個偵測器針對各表面收集之兩個以上信號，則可使用任何數目種技術。例如，可產生一函數以使三個或更多個信號與高度相關。在另一較簡單使用案例中，附加量測可用作一冗餘量測以抑制雜訊或改良量測準確度。
用於處理偵測信號之替代演算法可包含組合三個或更多個信號以獲得一單一差信號，諸如一差或比信號。例如，接著可視情況選擇且分析對應於一對信號之最高信號差或比以判定高度。在另一實例中，可將差/比信號精簡為一單一差/比值，諸如一平均差或比值。即，可判定不同偵測器對之差/比信號之平均值以獲得一平均差/比信號，使得可從額外量測信號減少雜訊而具有對信號處理之最小損失。
高度一經判定，在操作608中，便可判定並報告此高度是否在規格內。可基於例如與平均差相比之任何適合高度臨限值或百分比值定義高度規格。例如，在一預定義範圍內之高度值可導致「良好」之一 品質指示；否則，在預定義範圍外之高度值可報告為一「不良」品質指示。接著，程序可結束或針對多個目標重複。
藉由對已知品質結構(例如，不同焦點值之已知不良及良好高度範圍及對應強度值)之訓練技術可擴展本發明之特定無模型實施例。基於機器學習方法(諸如類神經網路)之一演算法可用來基於已知結構之一訓練集使量測信號與一測試結構(諸如一TSV結構)中之預程式化變動或Cu柱高度相關。即，具有預定義或已知變動之一訓練集可經量測以獲得信號，以判定用於使偵測信號與特徵或製程變動相關之一模型。在完成機器學習操作之後，可使用此模型從自具有未知特性之所關注結構獲得之信號提取特徵及製程相關參數。
在進一步實施例中，改變某些製程參數。例如，一Cu柱結構之電鍍條件或與產生TSV結構相關之蝕刻條件可用作建立一DOE(實驗設計)訓練集之另一方式，例如，依不同鍍敷或蝕刻條件處理不同晶圓。
在建立一DOE訓練集之後，使用不同製程條件製造之目標可經量測以依兩個或更多個焦點位置從來自多個量測位點之一單一量測位點獲得信號(諸如特定信號類型)，接著作為訓練演算法之一部分處理該等信號。為判定訓練集之高度參數，可藉由一參考度量特性化來自訓練集之此等目標，該參考度量可為破壞性的(例如，截面TEM)或非破壞性的(例如，藉由原子力顯微鏡(AFM)或CD~SEM)。已知特徵參數可僅包含關於不良或良好品質之指示，而非具體度量值。
可使用硬體及/或軟體之任何適合組合來實施上述技術之任一者。在一一般實例中，一度量工具可包括：一照明模組，其照明一目標；一收集模組，其擷取藉由該照明系統與一目標、器件或特徵之相互作用(或缺乏相互作用)而提供之相關資訊；及一處理系統，其使用一或多個演算法分析所收集之資訊。度量工具通常可用來量測關於與 各種半導體製程相關聯之結構及材料特性(例如，材料組成、結構及膜之尺寸特性(諸如膜厚度及/或結構之臨界尺寸)、疊對等)之各種輻射信號。此等量測可用來促進半導體晶粒製造之製程控制及/或良率效率。
度量工具可包括可結合如上文描述之本發明之特定實施例使用之一或多種硬體組態。此等硬體組態之實例包含但不限於以下各者：束輪廓反射計(角度解析反射計)、寬頻反射分光計(分光反射計)、單波長反射計、角度解析反射計、成像系統，及散射計(例如，散斑分析儀)。
硬體組態可分離成離散操作系統。另一方面，一或多個硬體組態可組合成一單一工具。美國專利第7,933,026號中進一步繪示並描述此多個硬體組態組合成一單一工具之一項實例，該專利之全文為全部目的而以引用的方式併入本文中。系統可包含特定透鏡、準直器、鏡、四分之一波板、偏光器、偵測器、相機、光圈及/或光源。光學系統之波長可自約120nm變化至3微米。所收集之信號可經偏光解析或未偏光。
系統可包含整合在相同工具上之多個度量頭。然而，在許多情況中，多個度量工具用於對樣本上之一單一區域或多個區域進行量測。例如，在藉由Zangooie等人標題為「Multiple tool and structure analysis」之美國7,478,019中進一步描述多工具度量之數個實施例，該專利之全文為全部目的而以引用的方式併入本文中。
特定硬體組態之照明系統可包含一或多個光源。繼而，一或多個偵測器或分光計經組態以經由收集光學元件接收自樣品之表面反射或以其他方式散射之照明。適合感測器包含電荷耦合器件(CCD)、CCD陣列、時間延遲積分(TDI)感測器、TDI感測器陣列、光倍增管(PMT)及其他感測器。量測光譜或偵測信號資料(隨位置、波長、偏 光、方位角等變化)可從各偵測器傳遞至一處理器系統(例如，圖1A之150)以供分析。
應認知，可藉由一單一處理器系統或者一多處理器系統實行貫穿本發明描述之各個步驟。此外，系統之不同子系統(諸如上述光源及/或偵測器系統實施例)可包含適於控制系統狀態、預處理信號或實行本文中描述之步驟之至少一部分的一電腦系統。因此，前述描述不應解釋為非本發明之一限制而僅為一繪示。此外，一或多個處理器系統可經組態以執行本文中描述之方法實施例之任一者之(若干)任何其他步驟。
另外，處理器系統可以此項技術中已知之任何方式通信耦合至一偵測器系統。例如，一或多個處理器系統可耦合至與偵測器系統相關聯之計算系統。在另一實例中，可藉由耦合至處理器系統之一單一電腦系統直接控制偵測器系統。
處理器系統可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體從其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如，量測信號、差信號、統計結果、參考或校準資料、訓練資料、模型、提取特徵或變換結果、變換資料集、曲線擬合、定性及定量結果等)。以此方式，傳輸媒體可充當處理器系統與其他系統(例如，外部記憶體、參考量測源或其他外部系統)之間的一資料鏈路。例如，處理器系統可經組態以經由一資料鏈路從一儲存媒體(例如，內部或外部記憶體)接收量測資料。例如，使用偵測系統獲得之結果可被儲存在一永久或半永久記憶體器件(例如，內部或外部記憶體)中。在此方面，可從板上記憶體或從一外部記憶體系統輸入光譜結果。此外，處理器系統可經由一傳輸媒體將資料發送至其他系統。例如，可將由處理器系統判定之定性及/或定量結果傳遞且儲存在一外部記憶體中。在此方面，量測結果可輸出至另一系統。
處理器系統可包含但不限於：GPU板、FPGA、可程式化邏輯陣列、一個人電腦系統、主機電腦系統、工作站、影像電腦，或此項技術中已知之任何其他器件。一般而言，術語「處理器系統」可廣泛定義為涵蓋具有執行來自一記憶體媒體之指令的一或多個處理器之任何器件。可經由一傳輸媒體(諸如一線、電纜或無線傳輸鏈路)傳輸實施諸如本文中描述之方法之方法的程式指令。程式指令可儲存在一電腦可讀媒體(例如，記憶體)中。例示性電腦可讀媒體包含唯讀記憶體、快閃記憶體、一隨機存取記憶體，或一磁碟或光碟。
度量工具可經設計以進行與半導體製造相關之許多不同類型之量測。用於判定品質及/或定量高度之本發明之特定實施例可利用此等量測。用於判定特定目標特性之額外度量技術亦可與上述高度判定技術組合。例如，在特定實施例中，工具亦可量測信號且判定一或多個目標之其他特性，諸如品質及缺陷量值、臨界尺寸、疊對、膜厚度、製程相關參數(例如，鍍敷條件)等。目標可包含特定所關注區域，諸如(舉例而言)用於晶片之間的互連之Cu柱。目標可包含多個層(或膜)，諸如光阻層或鈍化層。
可藉由許多資料擬合及最佳化技術與科技來分析所收集之資料，包含：機器學習演算法，諸如類神經網路、支援向量機(SVM)；維度縮減演算法，諸如(舉例而言)PCA(主分量分析)、ICA(獨立分量分析)、LLE(局部線性嵌入)；卡爾曼(Kalman)濾波器；促進與相同或不同工具類型之匹配之演算法，及其他。
通常針對資料處理速度及準確度最佳化計算演算法，其中使用諸如計算硬體之設計及實施、平行化等之一或多種方法。可在韌體、軟體、FPGA、可程式化邏輯陣列等中實現演算法之不同實施。
資料分析可用來探求以下目的之一者：對高度、品質、缺陷數目、CD、組成、膜之量測；產生製程參數(例如，鍍敷或蝕刻設定)； 及/或其等之任何組合。
此處呈現之本發明之特定實施例大致討論半導體製程及品質控制之領域，而不限於硬體、演算法/軟體實施方案及架構，且使用上文概述之案例。
儘管為清楚理解之目的已詳細描述前述本發明，但將明白，可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐某些改變及修改。應注意，存在實施本發明之製程、系統及裝置之許多替代方式。因此，本發明實施例應被視為闡釋性的且非限制性的，且本發明不應限於本文中給出之細節。
100‧‧‧點掃描系統
101‧‧‧樣本/晶圓
102‧‧‧光源
104‧‧‧源針孔
106‧‧‧物鏡
108a‧‧‧點/焦平面/源針孔之焦點
110‧‧‧第一分束器
112‧‧‧第二分束器
117a‧‧‧第一針孔
117b‧‧‧第二針孔
120a‧‧‧光二極體偵測器PD1
120b‧‧‧光二極體偵測器PD2
150‧‧‧處理器系統

Claims (17)

  1. 一種用於判定一半導體結構之高度的系統，其包括：一照明模組，其用於引導一或多個源線或點朝向具有處於不同相對高度之複數個表面的一樣品(specimen)；一收集模組，其用於偵測自該等表面反射之光，其中該收集模組含有經定位以接收自該等表面之一者反射之光的至少兩個偵測器，其中該等偵測器之一第一偵測器從一焦點之前之一位置接收更多反射光，且該等偵測器之一第二偵測器從該焦點之後之一位置接收更多反射光，使得除非該等表面之此一表面處於此第一偵測器及第二偵測器接收具有一相同強度之光的一最佳焦點，否則該第一偵測器及該第二偵測器接收到具有不同強度值之光；及一處理器系統，其用於基於將由該至少兩個偵測器之每一者自處於不同相對高度之該等表面之二者所接收之該偵測光轉換為相對於該兩個表面之另一者之該兩個表面中之一者之該高度值而判定一高度值，其中該高度值經由一函數或模型以基於由該第一偵測器及該第二偵測器自該兩個表面所偵測之光的一差異或比率(ratio)而判定。
  2. 如請求項1之系統，其中：該照明模組包括用於接收照明光且將該照明光之一源點引導至該樣本上之一針孔；及該收集模組進一步包括：一第一針孔，其定位在該焦點之前，該反射光之一部分通過該第一針孔而至該第一偵測器；及一第二針孔，其定位在該焦點之後，該反射光之一部分通 過該第二針孔而至該第二偵測器，其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體偵測器。
  3. 如請求項1之系統，其中：該照明模組包括用於接收照明光且將該照明光之一源線引導至該樣品之一狹縫；及該收集模組進一步包括：一第一狹縫，其定位在該焦點之前，該反射光之一部分通過該第一狹縫而至該第一偵測器；及一第二狹縫，其定位在該焦點之後，該反射光之一部分通過該第二狹縫而至該第二偵測器，其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體陣列。
  4. 如請求項1之系統，其中該收集模組進一步包括一對針孔或狹縫，其等經定位使得在不同相對高度之該等表面之高度的一預期範圍所反射之該焦點係相對於影像空間而在此等針孔或狹縫之間或在此等針孔或狹縫之一者上被接收。
  5. 如請求項4之系統，其中該對針孔或狹縫經定位以在該等表面之一者散焦時接收到不同量之光且在此表面準焦時接收到相等量之光。
  6. 如請求項5之系統，其中該對針孔或狹縫經定位使得在該等表面之一特定表面散焦一特定量時，僅該第一偵測器及該第二偵測器之一者接收到來自該特定表面之一最大強度。
  7. 如請求項1之系統，其中：該照明模組包括用於接收照明光且將該照明之一源線引導至該樣品上之一狹縫，其中該第一偵測器定位在該焦點之前，及其中該第二偵測器定位在該焦點之後。
  8. 如請求項1之系統，其中：該照明模組包括用於接收照明光且將該照明之複數個源線或點引導至該樣品上之複數個狹縫或針孔，及該至少兩個偵測器係二維影像感測器。
  9. 如請求項1之系統，其中該收集模組進一步包括一對針孔或狹縫，其等相對於該第一偵測器及該第二偵測器而經定位以使得該第一偵測器接收用於一最大預期欠聚焦(under-focus)值之光的一最大量且該第二偵測器接收用於一最大預期過聚焦(over-focus)值之光的一最大量。
  10. 如請求項1之系統，其中該收集模組包括三個或更多個偵測器，且該函數或模型進一步使由該三個或更多個偵測器接收之偵測光與一表面之一位置及一縱向放大因數M相關。
  11. 一種判定高度之方法，其包括：引導一或多個源線或點朝向具有處於不同相對高度之複數個表面的一樣品；偵測自該等表面反射之光，其中藉由經定位以接收自該等表面之一者反射之光的至少兩個偵測器偵測該反射光，其中該等偵測器之一第一偵測器從一最佳焦點之前之一位置接收更多反射光，且該等偵測器之一第二偵測器從該最佳焦點之後之一位置接收更多反射光，使得除非該等表面之此一表面處於此第一偵測器及第二偵測器接收具有一相同強度之光的一最佳焦點，否則該第一偵測器及該第二偵測器接收到具有不同強度值之光；及基於將由該至少兩個偵測器之每一者自處於不同相對高度之該等表面之二者所接收之該偵測光轉換為相對於該兩個表面之另一者之該兩個表面中之一者之該高度值而判定一高度值，其 中該高度值經由一函數或模型以基於由該第一偵測器及該第二偵測器自該兩個表面所偵測之光的一差異或比率而判定。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包括：接收照明光且經由一源針孔將該照明光之一源點引導至該樣品上，其中一第一針孔定位在該最佳焦點之前，該反射光之一部分通過該第一針孔而至該第一偵測器，且一第二針孔定位在該最佳焦點之後，該反射光之一部分通過該第二針孔而至該第二偵測器，其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體偵測器。
  13. 如請求項11之方法，其進一步包括：接收照明光且經由一源狹縫將該照明光之一源線引導至該樣品上，其中一第一狹縫定位在該最佳焦點之前，該反射光之一部分通過該第一狹縫而至該第一偵測器，且一第二狹縫定位在該最佳焦點之後，該反射光之一部分通過該第二狹縫而至該第二偵測器，其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體陣列。
  14. 如請求項11之方法，其進一步包括：接收照明光且經由一源狹縫將該照明光之一源線引導至該樣品上，其中該第一偵測器定位在該最佳焦點之前且該第二偵測器定位在該最佳焦點之後，且其中該第一偵測器及該第二偵測器係光二極體陣列。
  15. 如請求項11之方法，其進一步包括：接收照明光且經由複數個源針孔或狹縫將該照明光之複數個源線或點引導至該樣品上及在一對針孔或狹縫處自該等表面接收該反射光，該對針孔或在狹縫經定位使得在不同相對高度之該等表面之高度的一預期範圍所反射之該焦點係相對於影像空間而在此等針孔或狹縫之間或此等針孔或狹縫之一者上被接收，且其中該至少兩個偵測器係二維影像感測器。
  16. 如請求項11之方法，其中藉由三個或更多個偵測器偵測該反射 光，且該函數或模型進一步使由該三個或更多個偵測器接收之偵測光與一表面之一位置及一縱向放大因數M相關。
  17. 如請求項11之方法，其進一步包括接收且經由一源針孔或狹縫將該照明光之一源點或狹縫引導至該樣品上，其中一對針孔或狹縫相對於該第一偵測器及該第二偵測器而經定位以使得該第一偵測器接收用於一最大預期欠聚焦值之光的一最大量且該第二偵測器接收用於一最大預期過聚焦值之光的一最大量。
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