TWI743200B - 用於最佳化以成像為基礎之疊對度量之聚焦的系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於憑藉具有一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統之一干涉儀裝置聚焦且量測之方法及系統，其係藉由分別引導一經重疊量測波前及參考波前朝向一聚焦感測器及朝向一成像感測器；其中引導該經重疊波前之一預定義聚焦照明光譜朝向該聚焦感測器，且其中引導該經重疊波前之一預定義量測照明光譜朝向該成像感測器。本發明揭示用於在樣品之載物台移動期間，維持具有一OCT聚焦系統之一干涉儀裝置之聚焦的方法及系統。

Description

用於最佳化以成像為基礎之疊對度量之聚焦的系統及方法
本發明係關於度量之領域，且更特定言之係關於以成像為基礎之疊對度量之最佳化聚焦及量測。
光學同調斷層攝影術(OCT)係一種光學信號獲取及處理方法。OCT自光學散射介質內擷取微米解析度三維影像。OCT依賴干涉技術，通常藉由採用近紅外光。此相對較長波長光的使用允許光穿透至一散射介質中。取決於光源(例如其中已採用超發光二極體及超短脈衝雷射)之性質，OCT已達成次微米解析度(具有在約100 [nm]波長範圍內發射之極寬光譜源)。 OCT係一類光學斷層攝影技術之一者。OCT之一相對最近實施方案係頻率域光學同調斷層攝影術，其提供信雜比方面之優點且允許更快信號獲取。OCT通常用作為生物學及醫學中之光學方法。市售OCT系統用於多樣化應用中，包含藝術品保護及診斷醫學，尤其在眼科學中，其中OCT系統可用於自視網膜內獲得詳細影像。 通常，在檢驗任務中且尤其在光學度量中，準確判定感測頭相距所檢驗目標之距離越來越重要。此係因為系統目標距離與整體量測準確度之間之密切聯繫。由於OCT基本上以與一Linnik干涉儀相同之方式操作，故OCT可被考慮用作類似Linnik干涉儀之一聚焦感測器。一Linnik干涉儀(如技術中已知)係一種通常用於顯微術、表面輪廓量測、地形及光學疊對度量中之雙光束干涉儀。 在疊對散射量測(其為光瞳散射量測或場散射量測)中，疊對標記通常為一光柵覆光柵結構且疊對資訊係攜載於下部光柵與上部光柵之相對相位中。在一並排類型之疊對散射量測中，疊對標記(即，度量目標)可包括毗鄰一光柵結構之一光柵且疊對資訊亦可攜載於下部光柵與上部光柵之相對相位中。 在疊對成像中，疊對標記(即，度量目標)可由用於單獨層之單獨標記組成且疊對資訊係攜載於各個別標記在偵測器上之位置中，該位置繼而係該等個別標記之不同繞射階之間的干涉之一結果。 現參考圖1、圖2A及圖2B，其示意性地示範如技術中已知之使用一Linnik干涉儀之一習知度量工具1000的實例，該度量工具1000可用於對一樣品1060之表面處之目標結構(例如，一晶圓之表面處之疊對目標)執行成像疊對量測。如圖1中所展示，度量工具1000可包含一光源1010，光源1010光學耦合至照明光學器件1025，照明光學器件1025潛在地具有角度及/或空間動態控制以用於產生一輻射探測光束1310。可使用一50/50光束分離器1040 (例如，一Linnik光束分離器)轉動探測光束1310朝向樣品1060。可使用量測光學器件1050 (亦標註為量測物鏡)將探測光束1310聚焦至樣品1060之表面上。 藉由量測物鏡1050收集且準直自目標散射之探測光束輻射，且樣品光束之至少一分率穿過光束分離器1040且沿著工具之一光學柱向上。樣品光束之分率可穿過管透鏡1105且聚焦至諸如一電荷耦合裝置(CCD)之一影像偵測器1120上。 經示範度量工具1000進一步包含一OCT聚焦系統，該OCT聚焦系統具有一第二光束分離器1100 (亦標註為聚焦光束分離器)、視需要一聚焦偵測器透鏡1115、一聚焦偵測器(FD) 1110 (亦標註為聚焦感測器)、參考光學器件1080 (亦標註為參考物鏡)及一反射器1090 (例如，參考鏡表面)，其皆依一Linnik型干涉儀組態予以配置。在一Linnik型干涉儀中，參考物鏡1080及量測物鏡1050具有類似光學效能及互補光學性質，使得樣品臂與參考臂的光學路徑長度匹配。 圖1及圖2A進一步示範一機械快門1070，其選擇性地打開及關閉光束分離器1040與參考物鏡1080之間之一光學路徑，該參考物鏡1080將一參考光束聚焦至反射器1090上。參考光束穿過參考物鏡1080朝向光束分離器1040返回。 探測光束功率之另一分率(稱為樣品光束)自樣品1060反射且被引導朝向光束分離器1040，此後其與參考光束一起行進。接著被引導至聚焦光束分離器1100，聚焦光束分離器1100將該兩個光束引導至其中其干涉之聚焦偵測器1110上。作為樣品光束與參考光束之間之干涉的一結果，在聚焦偵測器1110處偵測到干涉條紋。可分析干涉條紋以便偵測探測光束是否聚焦於樣品1060處。 如圖2A中所示範之度量工具示範類似於圖1中示範之裝置之一裝置2000。度量工具2000可進一步包含經組態以固持樣品1060之載物台(未展示)，且一平移機構(未展示)可機械耦合至載物台，其中平移機構經組態以在平行於量測物鏡之光學軸之一方向2061上移動載物台。圖2B示意性地示範一FD 1110之光學輸出信號2200，光學輸出信號2200可經分析以便偵測探測光束是否聚焦於樣品1060處。 例如，當樣品路徑與參考路徑之長度相差小於照明之同調長度時，來自兩條路徑之光干涉，相應地最佳樣品位置可被定義為其中干涉對比最大之位置或自其中對比最大之位置之一些偏移。 針對一OCT系統之常見做法可大體標註為：移動、聚焦及量測。通常，依一次性準直定位參考鏡1090，使得最大干涉對比與成像感測器1120上之目標影像之最大對比一致；及以下步驟為： 移動：在初始步驟，移動樣品之載物台(未展示)以將樣品表面處之一目標結構帶入成像感測器之視場中。 聚焦：在下一步驟，掃描量測物鏡1050與樣品1060之間之離距(即距離)，以便調變形成於聚焦感測器1110處之條紋，如圖2B中所展示。FD之輸出信號2200之分析允許識別量測物鏡1050與樣品1060之間之離距，其產生最大條紋對比。相應地，主物鏡1050與樣品1060之間之離距經設定以提供一最大條紋對比。 量測：在此步驟，藉由成像感測器1120使樣品成像，其中針對目標之疊對量測，在獲取期間關閉參考路徑之快門1070。 在下文中，移動載物台以將量測照明設定至樣品之表面上的待成像之下一目標結構上。 然而，如上文所論述且如圖1及圖2A中所繪示，所實施OCT聚焦系統具有一些缺點。直至目前，並未嘗試在載物台移動至樣品之表面處之各目標期間維持聚焦。在各載物台移動之後，應掃描量測物鏡1050與樣品1060之間之距離以識別最大條紋對比之位置；接著在每次載物台移動之後，應將樣品至物鏡離距設定至此最佳位置。在各載物台移動之後，此聚焦使各目標量測所需之時間增加。 此外，照明光譜針對各目標定義一次且針對聚焦任務及量測任務兩者係相同的，而針對聚焦任務之最佳光譜可不同於針對疊對樣品量測之最佳光譜。 聚焦信號及樣品影像隨波長而改變，例如：樣品(例如，一疊對晶圓)上之不同材料之一反射率隨波長而改變；光至樣品上之不同層之穿透隨波長而變動；且來自樣品上之構件之光之散射及繞射隨波長而變動。聚焦信號及樣品影像可隨樣品處理變異(例如，膜厚度、光阻劑曝光、蝕刻之深度及更多)而改變。提供對程序及目標位點變異之最大不敏感性之用於聚焦之波長可能並非提供最穩健疊對量測之相同波長。相應地，當一共同照明光譜用於聚焦任務且用於量測任務時，一些效能歸因於折衷的光譜選擇而損失。 此外，由於聚焦系統使用與用於度量相同之照明，故可用於聚焦之光譜受約束於用於度量之頻寬且無法實現使用儘可能最寬之光譜頻寬用於聚焦。此係不利的，因為以OCT為基礎之聚焦系統期望一短同調長度且同調長度與所使用照明之頻寬逆相關。 正是在此背景內容內呈現本發明的實施例。
一些實施例提供一種度量及檢驗系統，其包括： - 一光學度量工具，其具有一光學柱，該光學柱含光學耦合至一第一物鏡之一第一光束分離器；及 - 一光學同調斷層攝影術聚焦系統，其包括： 一第二物鏡及一參考表面，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置，及 一第二光束分離器，其光學耦合至該第一光束分離器之一輸出波前； 其中： § 該參考表面係經組態以反射一預定聚焦光譜內之照明之一二向色反射器；及/或 § 該第二光束分離器係經組態以引導一預定聚焦光譜內之照明至一聚焦感測器且引導一預定量測光譜內之照明至一成像感測器之一二向色光束分離器。 在一些實施例中，該度量及檢驗系統進一步包括光學耦合至該第一光束分離器之照明光學器件。 在一些實施例中，該度量及檢驗系統進一步包括光學耦合至該照明光學器件之一照明輸入。 在一些實施例中，該照明輸入包括經組態以攜載該聚焦光譜及該量測照明光譜兩者之一光纖耦合器。 在一些實施例中，該照明光學器件包括：至少一個光學透鏡、一照明光瞳孔徑及一照明視場光闌。 在一些實施例中，該度量及檢驗系統進一步包括經組態以選擇性地打開及關閉該第一光束分離器與該第二物鏡之間之該光學路徑的一機械快門。 在一些實施例中，該度量及檢驗系統進一步包括以下之至少一者：聚焦偵測器透鏡及至少一個管透鏡。 在一些實施例中，該預定聚焦光譜係約380 [nm]至約430 [nm]及該預定量測光譜係約430 [nm]至約1200 [nm]。 本發明之一些實施例提供一種度量及檢驗系統，其包括： - 一光學度量工具，其具有含光學耦合至一第一物鏡之一第一光束分離器之一光學柱；及 - 一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統，其包括： § 一第二物鏡及一參考表面，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置，及 § 一第二光束分離器，其光學耦合至該第一光束分離器之該輸出波前； 其中： · 該參考表面係經組態以反射一聚焦光譜內之照明之一二向色反射器；及/或 · 該聚焦系統進一步包括： § 一聚焦光譜濾光器輪，其光學耦合於第二光束分離器與一聚焦感測器之間，其經組態以引導該聚焦光譜內之照明至該聚焦感測器；及 § 一成像光譜濾光器輪，其光學耦合於該第二光束分離器與一成像感測器之間，其經組態以引導一量測光譜內之照明至該成像感測器。 在一些實施例中，該預定聚焦光譜係約380 [nm]至約430 [nm]及該預定量測光譜係約430 [nm]至約1200 [nm]。 本發明之一些實施例提供一種使用具有一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統之一干涉儀裝置聚焦且量測之方法；該方法包括分別引導一經重疊量測波前及參考波前朝向一聚焦感測器及朝向一成像感測器之一步驟； - 其中引導該經重疊波前之一預定義聚焦照明光譜朝向該聚焦感測器，及 - 其中引導該經重疊波前之一預定義量測照明光譜朝向該成像感測器。 在一些實施例中，該方法進一步包括僅自該OCT聚焦系統之一參考表面反射該預定義聚焦照明光譜。 本發明之一些實施例提供一種用於維持具有一光學度量工具及一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統之一干涉儀裝置之聚焦的方法；該方法包括： - 經由該OCT聚焦系統之一聚焦偵測器監測一參考光束及一量測光束之一干涉光束； - 使該OCT聚焦系統之一參考表面平移，使得在該經監測干涉光束處觀測到一最大條紋對比；及 - 在一量測之前，使該參考表面平移回至其標稱位置且藉由調整該光學度量工具之一量測物鏡與一樣品之間的離距而使該光學度量工具聚焦，使得該經監測干涉光束產生該經觀測最大條紋對比。 在一些實施例中，該方法進一步包括掃描及量測該OCT聚焦系統之該參考表面與一參考物鏡之間的離距。 在一些實施例中，該樣品與該量測物鏡之間之離距調整與該參考表面返回至其標稱位置之平移成比例。 在一些實施例中，監測、掃描、量測、平移及聚焦之步驟係持續的。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張於2016年9月15日申請之美國臨時專利申請案第62/394,838號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。 在下列實施方式中，闡述許多特定細節以提供本發明之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將瞭解可在無此等具體細節之情況下實踐本發明。在其他例項中，未詳細描述熟知的方法、程序及組件，以免混淆本發明。 本發明係關於度量之領域，且特定言之係關於最佳化以成像為基礎之疊對度量之聚焦及量測；例如，在可充當微電子裝置之一基板之一疊對晶圓之表面處之目標結構。 本發明之實施例係關於依具有藉由在樣品之載物台移動期間維持聚焦及/或藉由為聚焦任務及量測任務提供不同照明光譜而改良聚焦效能的可能之一組態併入一OCT聚焦系統之檢驗系統。 本發明之一些實施例提供一種經組態以為量測任務及聚焦任務之各者提供最佳照明光譜之聚焦工具。由於不同波長穿透至晶圓裝置結構中之不同深度，故通常期望控制自裝置中之何深度導出聚焦信號。相應地，針對聚焦之最佳光譜可不同於針對晶圓之疊對量測之最佳光譜。 根據一些實施例，本發明提供一種如圖3及圖4A中示意性地示範之檢驗設備，該檢驗設備具有：一干涉儀裝置3000、4000，其經組態以引導一量測波前以自一量測表面3060反射且隨後與一參考波前重疊以形成一干涉圖案，該量測波前及該參考波前係自一共同源導出。 根據一些實施例，干涉儀裝置3000包括：一第一光束分離器3040，其經定位以沿不同方向引導該量測波前及該參考波前且隨後將其再組合且引導至一第二光束分離器3100；第二光束分離器3100，其經定位以引導經再組合量測波前及參考波前(亦標註為干涉波前或干涉光束)朝向一成像感測器3120及朝向一聚焦感測器3110；及一參考表面(亦標註為參考反射器) 3090，其經定位及組態以如所示範將參考波前朝向第一光束分離器3040反射回，其依一Linnik型干涉儀組態予以配置。 根據一些實施例，干涉儀3000進一步包括光學耦合於第一光束分離器3040與樣品3060之間之一量測物鏡3050。量測物鏡3050經組態以使量測照明光束聚焦且集中至樣品之表面上之一目標上且以便使目標成像至成像感測器3120上。 根據一些實施例，干涉儀3000進一步包括光學耦合於第一光束分離器3040與參考表面3090之間之一參考物鏡3080。參考物鏡3080經組態以使參考照明光束聚焦且集中至參考表面3090上。根據一些實施例，參考物鏡與量測物鏡相同。 如圖4A中之檢驗設備示範具有類似於如圖3中示範之裝置之一些構件的一干涉儀裝置4000。根據本發明之一些實施例，干涉儀裝置4000包括： - 一光學度量工具，其具有含光學耦合至一第一物鏡3050之一第一光束分離器3040之一光學柱；及 - 一光學同調斷層攝影術聚焦系統，其包括： § 一第二物鏡3080及一參考表面3090，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置(其中該參考物鏡具有與該量測物鏡互補之光學性質，使得量測臂與參考臂之光學路徑長度匹配)； § 一第二光束分離器3100，其光學耦合至第一光束分離器3040之一輸出波前。 根據一些實施例，第一光束分離器3040係一50/50光束分離器(例如一Linnik光束分離器)。 根據一些實施例，第二光束分離器3100係一二向色光束分離器，該二向色光束分離器經組態以引導一預定義聚焦光譜內之光/照明至聚焦感測器3110 (視需要經由一聚焦偵測器透鏡3115)，及引導一預定義量測光譜內之光/照明至成像感測器3120 (視需要經由中繼透鏡3105)。 根據一些實施例，參考表面3090係一二向色參考反射器，該二向色參考反射器經組態以反射一預定義聚焦光譜內之光/照明且衰減一預定義量測光譜內之光/照明。 根據一些較佳實施例，第二光束分離器3100係一二向色光束分離器，該二向色光束分離器經組態以引導一預定義聚焦光譜內之光/照明；及參考表面3090係一二向色參考反射器，該二向色參考反射器經組態以反射該預定義聚焦光譜內之光/照明且衰減一預定義量測光譜內之光/照明。 針對一較佳聚焦光譜之一非限制性實例係在380 [nm]至410 [nm]或380 [nm]至430 [nm]之範圍內之一波長。針對一較佳量測光譜之一非限制性實例係在430 [nm]至1200 [nm]之範圍內之一波長。 根據一些實施例，成像感測器3120包括一場平面陣列感測器。根據一些實施例，成像感測器3120包括電荷耦合裝置(CCD)。 根據一些實施例，干涉儀3000、4000進一步包括光學耦合於一照明源3010與第一光束分離器3040之間之照明光學器件3025。照明光學器件3025具有角度及/或空間動態控制，其經組態以用於產生一輻射探測光束3310。根據一些實施例，照明源3010係經組態以攜載聚焦及量測照明光譜兩者之光纖耦合器。 根據一些實施例，照明光學器件3025包括以下之至少一者： - 一照明光瞳孔徑3020，其經組態以界定經成像物件處之照明之角度分佈； - 一照明視場光闌3030，其經組態以限制該經成像物件處之該照明之空間範圍(藉此界定視場)；及 - 至少一個光學透鏡3021。 根據一些實施例，干涉儀裝置3000、4000進一步包括經組態以選擇性地打開及關閉第一光束分離器3040與參考物鏡3080之間之一光學路徑之一機械快門1070。 根據一些實施例，干涉儀裝置3000、4000進一步包括經組態以使樣品3060相對於光學量測光束平移之一平移載物台(未展示)。 如圖3及圖4A中所示範之干涉儀組態允許提供針對聚焦任務及量測任務之不同照明光譜。相應地，可在擷取量測影像的同時偵測圖4B中示範之聚焦信號4200，此係因為所提供的組態僅允許聚焦光譜內之光自二向色參考鏡3090返回，而二向色光束分離器3100阻擋聚焦光譜內之光到達成像感測器3120且阻擋量測光譜內之光到達聚焦感測器3110。 此外，根據一些實施例，干涉儀3000、4000組態(如圖3及圖4A中所示範)：實現最佳化用於導出聚焦之照明光譜以最小化晶圓之處理變異之影響；實現最佳化用於獲取疊對目標影像之照明光譜以最大化所要系統效能量度(例如，準確度、疊對殘差、工具誘發移位及更多)；且實現獲取(量測)任務及聚焦任務兩者的同時最佳化。 本發明之一些實施例提供一種經組態以在樣品之載物台的移動期間(尤其當改變目標時)維持聚焦之聚焦工具。晶圓及載物台行進平坦度之偏差誘發不可接受位準之影像散焦。相應地，必須在移動至各疊對目標之後且在獲取量測影像之前調整量測物鏡與晶圓之間之離距。本發明之一些實施例允許在一載物台移動期間之連續聚焦維持，且因此可免除或至少減少在移動之後重新獲取聚焦所需之時間。 根據一些實施例，干涉儀裝置3000、4000進一步包括機械地耦合至參考表面3090之一平移機構(未展示)，其中該平移機構經組態以在平行於參考物鏡3080之光學軸之一方向4091上移動參考表面3090，用於促成干涉儀平衡。圖4B示範一聚焦感測器3110之選用輸出信號4200，該輸出信號4200可經分析以便偵測探測光束3310是否聚焦於樣品3060處。 根據一些實施例，干涉儀裝置3000、4000進一步包括經組態以選擇性地打開及關閉第一光束分離器3040與第二物鏡3080之間之光學路徑的一機械快門3070。 根據一些實施例，在量測期間(例如，在實際影像擷取期間)阻擋自參考臂返回之光(例如，自參考表面3090返回之光)到達第一光束分離器3040 (例如，藉由一快門3070)，以防止重疊光譜區域到達成像感測器3120。 針對一OCT系統之一常見做法大體標註有三個步驟：移動、聚焦及量測；其中在「移動」步驟，移動樣品之載物台(未展示)以將樣品之表面處之一目標結構帶入至成像感測器之視場中，及在「聚焦」及「量測」步驟之後，移動載物台以將量測照明設定至樣品之表面上的待成像之下一目標結構上。 為在載物台移動至樣品之表面處之各目標期間維持聚焦，本發明之一些實施例提供一種用於具有一光學度量工具及一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統之一干涉儀裝置(例如，一Linnik干涉儀)之持續聚焦監測及調整之方法；該方法包括以下步驟： - 掃描且量測一參考表面(例如3090)與參考物鏡(例如3080)之間之一離距； - 經由一聚焦感測器(例如3110)監測一參考光束與一量測光束之一干涉光束； - 使該參考表面位置移位，其中使得在該經監測參考光束處觀測到一最大條紋對比；及 - 在一量測之前，使該參考表面平移回至其標稱位置且藉由調整該光學度量工具之一量測物鏡(例如3050)與一樣品(例如3060)之間之該離距而使該光學度量工具聚焦，使得該經監測參考光束產生該經觀測最大條紋對比。 根據一些實施例，樣品與量測物鏡之間之離距調整係根據參考表面返回至其標稱位置之平移，且與該平移成比例。根據一些非限制性實施例，術語「成比例」係指1.3或更小之一係數。 根據一些實施例，術語「標稱」係指作為一目標或一近似值之一接受條件。根據一些實施例，參考表面之標稱位置係其初始位置之約±10 [nm]或更小。 根據一些實施例，移位係由經組態以在平行於該參考物鏡之該光學軸之一方向上移動該載物台的一平移機構提供。 根據一些實施例，用於聚焦監測及調整之方法可係持續方法，藉此掃描、監測及調整之步驟係持續步驟。 根據一些實施例，用於干涉儀裝置之聚焦監測之方法實現晶圓與物鏡之間之離距的持續監測，且因此可在載物台移動期間及/或之後校正晶圓高度之改變。因此，量測疊對度量所需之時間可被顯著減小。更多細節在圖10中。 現參考圖5，其示意性地示範根據本發明之一些實施例之一干涉儀裝置5000，其中其構件之一些類似於如圖3及圖4A中所示範之裝置3000、4000之構件。根據一些實施例，本發明提供一種檢驗設備，該檢驗設備包括：一干涉儀裝置5000，其經組態以引導一量測波前以自一量測表面3060反射且隨後與一參考波前重疊以形成一干涉圖案，該量測波前及該參考波前自一共同源導出。干涉儀5000包括： - 一光學度量工具，其具有含光學耦合至一第一物鏡3050之一第一光束分離器3040之一光學柱；及 - 一光學同調斷層攝影術聚焦系統，其包括： § 一第二物鏡3080及一參考表面3090，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置，及 § 一第二光束分離器3100，其光學耦合至該第一光束分離器3040之一輸出波前。 根據一些實施例，參考表面5090係經組態以反射一聚焦光譜內之光且衰減一量測光譜內之光的一二向色參考鏡。 根據一些實施例，第二光束分離器5100係一50/50光束分離器。 根據一些實施例，干涉儀裝置5000進一步包括光學耦合於第二光束分離器5100與聚焦偵測器透鏡3115之間之一聚焦光譜濾光器輪5130，且該聚焦光譜濾光器輪5130經組態以引導一聚焦光譜內之光至聚焦偵測器3110。 根據一些實施例，干涉儀裝置5000進一步包括光學耦合於第二光束分離器5100與管透鏡3105之間之一成像光譜濾光器輪5140，且該成像光譜濾光器輪5140經組態以引導量測光譜內之光至成像感測器3120。 如圖5中所示範之干涉儀組態允許提供針對聚焦任務及量測任務之不同照明光譜。相應地，可在擷取量測影像的同時偵測聚焦信號，此係因為所提供組態僅允許聚焦光譜內之光自二向色參考鏡3090返回，而成像光譜濾光器輪5130阻擋聚焦光譜內之光到達成像感測器3120，且同時聚焦光譜濾光器輪5130阻擋量測光譜內之光到達聚焦感測器3110。 如圖5中所示範之干涉儀組態使聚焦及量測照明光譜能夠重疊。根據一些實施例，聚焦光譜及量測光譜兩者皆在量測臂及參考臂上傳播。根據一些實施例，聚焦光譜及量測光譜兩者皆被引導朝向聚焦感測器及場平面感測器兩者。根據一些實施例，將一帶通濾光器(諸如聚焦濾光器輪5140)插入至聚焦感測器臂中以隔離用於聚焦感測之光譜。根據一些實施例，將一不同帶通濾光器(諸如聚焦成像濾光器輪5130)插入至場平面陣列感測器中以隔離用於疊對量測之光譜。根據一些實施例，聚焦濾光器及量測濾光器可由修改到達各臂上之感測器之光譜的濾光器取代。 現參考圖6，其示意性地示範根據本發明之一些實施例之一干涉儀裝置6000，其中其構件之一些類似於如圖3、圖4A及圖5中所示範之裝置3000、4000及5000之構件。根據一些實施例，本發明提供一種檢驗設備，該檢驗設備包括：一干涉儀裝置6000，其經組態以引導一量測波前以自一量測表面3060反射且隨後與一參考波前重疊以形成一干涉圖案，該量測波前及該參考波前自一共同源導出。干涉儀6000包括： - 一光學度量工具，其具有含光學耦合至一第一物鏡3050之一第一光束分離器3040之一光學柱；及 - 一光學同調斷層攝影術聚焦系統，其包括： § 一第二物鏡3080及一參考表面3090，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置，及 § 一第二光束分離器3100，其光學耦合至第一光束分離器3040之一輸出波前。 根據一些實施例，參考表面3090係一二向色參考反射器，該二向色參考反射器經組態以反射一預定義聚焦光譜內之光且衰減一預定義量測光譜內之光。 根據一些實施例，第二光束分離器6100係如圖3及圖4A之上文描述中詳述之一二向色光束分離器。根據其他實施例，第二光束分離器6100係一50/50光束分離器，且其中干涉儀裝置6000進一步包括一聚焦光譜濾光器輪5130及一成像光譜濾光器輪5140，如上文圖5之描述中展示及詳述(圖6中未示範輪5130、5140)。 相應地，如圖6中所示範之干涉儀組態允許提供針對聚焦任務及量測任務之不同照明光譜。 根據一些實施例，裝置6000之組態允許使用：兩個單獨光源6210及6310，其用於供應針對量測及針對聚焦監測之不同照明光譜(可選擇地各別經由光學透鏡6215及6315)；及一二向色光束分離器/組合器6400，其經組態以有效組合來自兩個光源6210及6310之光，使得其可照明相同視場。 根據一些實施例，如圖3、圖4A、圖4B、圖5及圖6中所示範，具有藉由Linnik干涉儀之聚焦感測之以影像為基礎之疊對度量系統實現： - 獨立定義針對聚焦及量測之各者之照明光譜； - 藉由基於自晶圓及參考鏡返回之光的光譜含量而將其隔離而進行同時聚焦獲取及量測； - 藉由調變或調適參考鏡與Linnik物鏡(參考表面對參考物鏡)之間之離距而監測晶圓與量測物鏡之間之離距； - 相應地，可持續監測晶圓與量測物鏡之間之離距。 根據一些實施例，本發明之應用及/或實施方案經組態用於檢驗一晶圓上之光柵目標旁邊的光柵，其中各光柵印刷於一不同程序層上。在一些實施例中，本發明之應用經組態用於檢驗定向於X軸上用於量測X疊對之一對光柵及/或定向於Y軸上用於量測Y疊對之一對光柵。 在一些實施例中，目標照明可具有寬或窄光譜含量。在一些實施例中，晶圓高度可經調整以最大化形成於成像感測器上之目標的影像之對比。在一些實施例中，在各載物台移動至一後續疊對目標之後，Linnik干涉儀可用於重新獲得晶圓聚焦。在一些實施例中，自經擷取影像內之目標之相對位置提取疊對量測。 現參考圖7，其示意性地繪示根據上文詳述之一些實施例之針對檢驗設備的一例示性實施方案，具有用於聚焦偵測之UV發光二極體之一寬頻照明器7000。如圖7之實例中所展示，一雷射驅動電漿光源7010產生跨越可見光譜及近IR光譜之寬頻輻射。雷射驅動電漿光源7010經由至少一個光學透鏡7321及一照明視場光闌7020光學耦合至一中性密度輪7030。中性密度輪7030經組態以實現光的衰減以避免感測器飽和。中性密度輪7030進一步耦合至一帶通濾光器輪7040，帶通濾光器輪7040經組態以實現來自源之寬分佈內的不同光譜分佈之選擇。一二向色光束分離器7060有效地將經由帶通濾光器輪7040接收之電漿光譜與自一UV LED 7050接收之照明組合，該UV LED 7050經組態以提供針對聚焦感測之固定光譜。經組合光束接著耦合至一多模光纖7070中，藉此進行一寬頻照明輸出。 現參考圖8A，其示意性地繪示根據上文詳述之一些實施例之針對檢驗設備的一例示性實施方案，一疊對度量顯微鏡頭8000。藉由一Linnik光束分離器3040將來自一多模光纖7070 (亦展示於圖7中)之輸出分離成量測路徑及參考路徑。參考鏡8090包括一二向色塗層，使得其反射來自LED 7050 (展示於圖7中)之UV光譜且衰減來自雷射驅動電漿源7010 (展示於圖7中)之寬頻光譜。晶圓3060反射來自LED之UV光譜及來自雷射驅動電漿源之寬頻光譜兩者。特定言之，UV光譜自晶圓之頂層反射，使得來自晶圓處理變異及先前層上的構件對聚焦感測的影響最小化。根據觀測印刷於晶圓中之下部層上之疊對目標所需，可見光譜及近IR光譜能夠穿透至該等層。二向色光束分離器3100有效地將來自參考路徑及量測路徑之UV光投送至聚焦感測器。二向色光束分離器亦有效地將可見量測光及近IR量測光投送至場陣列感測器。根據一些實施例，參考鏡8090可經調變以提供晶圓高度位置之持續感測及校正。圖8B示意性地示範根據本發明之一些實施例之如圖8A中所示範的聚焦偵測器(FD) 3110之一選用輸出信號8200。 現參考圖9，其示意性地示範使用具有一OCT聚焦系統的一干涉儀裝置之根據本發明之一些實施例之聚焦且量測一樣品(例如晶圓)上之一目標之程序。該程序包含： - 使樣品平移9100，以將視場(FoV)設定於樣品之表面上之一當前目標上； - 藉由調整該樣品與量測物鏡之間之離距而使照明聚焦9200至目標上；及 - 量測(即成像) 9300當前目標，同時阻擋參考光束路徑返回至第一(Linnik)光束分離器。 根據一些實施例，聚焦9200藉由以下達成：引導量測波前以自目標反射，且隨後與一參考波前重合，以形成干涉光束；及藉由引導該干涉光束朝向聚焦感測器及朝向成像感測器；且其中調整該量測物鏡與該樣品之間之該離距，使得在經掃描干涉光束處(經由一聚焦感測器)觀測到一最大條紋對比。 根據一些實施例，本發明提供一種用於使用具有一光學同調斷層攝影術(OCD)聚焦系統之一干涉儀裝置最佳聚焦且量測之方法；方法9500包括分別引導一經重疊量測波前及參考波前朝向一聚焦感測器及朝向一成像感測器引導9520之一步驟；其中引導該經重疊波前之一預定義聚焦照明光譜朝向該聚焦感測器，且其中引導該經重疊波前之一預定義量測照明光譜朝向該成像感測器。 根據一些實施例，方法9500進一步包括僅自OCT聚焦系統之一參考表面反射9510預定義聚焦照明光譜(即在量測波前與參考波前重疊之前)。 圖9進一步示範根據本發明之一些實施例之用於最佳化聚焦及量測之方法9500與聚焦9200及量測9300之程序的整合。 現參考圖10，其示意性地示範用於維持具有一光學度量工具及一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統之一干涉儀裝置之聚焦的方法10000；例如在樣品之載物台移動至樣品之表面處之各目標期間。 根據本發明之一些實施例；方法10000包括： - 經由(OCT系統之)一聚焦感測器監測及量測10100一參考光束及一量測光束之一干涉光束； - 使(OCT系統之)一參考反射器表面相對於一參考物鏡平移10200以在經監測干涉光束處觀測一最大條紋對比； - 回應於到達一樣品之一量測位置，使參考反射器表面以一已知量平移10300回至其標稱位置；及 - 在一垂直步驟中，藉由與已知量成比例地調整10400樣品與(光學度量工具之)一量測物鏡之間的離距而使光學度量工具聚焦，使得經監測參考光束產生經觀測最大條紋對比。 根據一些實施例，方法10000進一步包括掃描及量測參考反射器與參考物鏡之間之離距10250。 根據一些實施例，監測、量測、掃描、平移及聚焦之步驟係持續的。 根據一些實施例，如上文及圖10中所描述之方法可應用於如上文實施例中之一干涉儀裝置3000、4000、5000、6000、7000、8000上。 根據所提供實施例之至少一些，以散射量測為基礎之疊對系統可具有最佳化在不同於量測波長之波長下之聚焦的能力。以成像為基礎之疊對系統可透過本發明之實施方案提供針對程序變異的類似位準之穩健性。 此外，在各移動之後重新獲取疊對目標之聚焦的程序構成大量「移動及量測」時間預算。持續聚焦追蹤可顯著減小針對以影像為基礎之疊對量測之擁有成本(cost-of-ownership)。 雖然本文已繪示及描述本發明之特定特徵，但是一般技術者現將想到許多修改例、替代例、變化例及等效例。因此，應瞭解，隨附發明申請專利範圍旨在涵蓋如落於本發明之真正精神內之所有此等修改及改變。
1000‧‧‧度量工具1010‧‧‧光源1025‧‧‧照明光學器件1040‧‧‧50/50光束分離器1050‧‧‧量測光學器件/量測物鏡/主物鏡1060‧‧‧樣品1070‧‧‧機械快門1080‧‧‧參考光學器件/參考物鏡1090‧‧‧反射器/參考鏡1100‧‧‧第二光束分離器1105‧‧‧管透鏡1110‧‧‧聚焦偵測器1115‧‧‧聚焦偵測器透鏡1120‧‧‧影像偵測器/成像感測器1310‧‧‧輻射探測光束2000‧‧‧裝置/度量工具2061‧‧‧方向2200‧‧‧光學輸出信號3000‧‧‧干涉儀裝置3010‧‧‧照明源3020‧‧‧照明光瞳孔徑3021‧‧‧光學透鏡3025‧‧‧照明光學器件3030‧‧‧照明視場光闌3040‧‧‧第一光束分離器/Linnik光束分離器3050‧‧‧量測物鏡/第一物鏡3060‧‧‧量測表面/樣品/晶圓3070‧‧‧機械快門3080‧‧‧參考物鏡/第二物鏡3090‧‧‧參考表面/參考反射器/參考鏡3100‧‧‧第二光束分離器/二向色光束分離器3105‧‧‧中繼透鏡/管透鏡3110‧‧‧聚焦感測器3115‧‧‧聚焦偵測器透鏡3120‧‧‧成像感測器3310‧‧‧輻射探測光束4000‧‧‧干涉儀裝置4091‧‧‧方向4200‧‧‧聚焦信號/輸出信號5000‧‧‧干涉儀裝置/干涉儀5100‧‧‧第二光束分離器5130‧‧‧聚焦光譜濾光器輪/成像光譜濾光器輪/聚焦成像濾光器輪5140‧‧‧成像光譜濾光器輪/聚焦濾光器輪6000‧‧‧干涉儀裝置6100‧‧‧第二光束分離器6210‧‧‧光源6215‧‧‧光學透鏡6310‧‧‧光源6315‧‧‧光學透鏡6400‧‧‧二向色光束分離器/組合器7000‧‧‧寬頻照明器/干涉儀裝置7010‧‧‧雷射驅動電漿光源7020‧‧‧光闌7030‧‧‧中性密度輪7040‧‧‧帶通濾光器輪7050‧‧‧UV發光二極體7060‧‧‧二向色光束分離器7070‧‧‧多模光纖7321‧‧‧光學透鏡8000‧‧‧疊對度量顯微鏡頭/干涉儀裝置8090‧‧‧參考鏡8200‧‧‧輸出信號9100‧‧‧步驟9200‧‧‧步驟9300‧‧‧步驟9500‧‧‧方法9510‧‧‧步驟9520‧‧‧步驟10000‧‧‧方法10100‧‧‧步驟10200‧‧‧步驟10250‧‧‧步驟10300‧‧‧步驟10400‧‧‧步驟
在說明書之結尾部分中特別指出且明確主張被視為本發明之標的物。然而，可藉由在結合附圖閱讀時參考下文詳細描述而最佳地理解有關本發明的組織及操作方法兩者，以及其目的、特徵及優點，其中： 圖1示意性地示範具有Linnik聚焦偵測之一先前技術以影像為基礎之疊對量測工具； 圖2A示意性地示範類似於圖1之另一先前技術以影像為基礎之疊對量測工具； 圖2B示意性地示範圖2A中示範之聚焦偵測器(FD)之一先前技術輸出信號； 圖3示意性地示範根據本發明之一些實施例之具有一干涉儀裝置的一檢驗設備； 圖4A示意性地示範根據本發明之一些實施例之具有一干涉儀裝置的另一檢驗設備； 圖4B示意性地示範根據本發明之一些實施例之圖4A中示範的聚焦偵測器(FD)之一輸出信號； 圖5示意性地示範根據本發明之一些實施例之具有一干涉儀裝置的另一檢驗設備； 圖6示意性地示範根據本發明之一些實施例之具有一干涉儀裝置的另一檢驗設備； 圖7示意性地繪示根據本發明之一些實施例之針對檢驗設備的一例示性實施方案； 圖8A示意性地繪示根據本發明之一些實施例之針對檢驗設備的另一例示性實施方案； 圖8B示意性地示範根據本發明之一些實施例之圖8A中示範的聚焦偵測器(FD)之一輸出信號； 圖9示意性地示範根據本發明之一些實施例之用於最佳聚焦及量測的一方法；及 圖10示意性地示範根據本發明之一些實施例之用於維持聚焦的一方法。 應瞭解為闡釋之簡單及清晰起見，圖中所展示之元件未必按比例繪製。例如，為清晰起見，一些元件之尺寸可相對於其他元件誇大。此外，在認爲適當的情況下，元件符號可在圖中重複以指示相應或類似元件。
3000‧‧‧干涉儀裝置
3010‧‧‧照明源
3020‧‧‧照明光瞳孔徑
3021‧‧‧光學透鏡
3025‧‧‧照明光學器件
3030‧‧‧照明視場光闌
3040‧‧‧第一光束分離器/Linnik光束分離器
3050‧‧‧量測物鏡/第一物鏡
3060‧‧‧量測表面/樣品/晶圓
3070‧‧‧機械快門
3080‧‧‧參考物鏡/第二物鏡
3090‧‧‧參考表面/參考反射器/參考鏡
3100‧‧‧第二光束分離器/二向色光束分離器
3105‧‧‧中繼透鏡/管透鏡
3110‧‧‧聚焦感測器
3115‧‧‧聚焦偵測器透鏡
3120‧‧‧成像感測器
3310‧‧‧輻射探測光束

Claims (24)

  1. 一種度量及檢驗系統，其包括：一光學度量工具，其經組態以在一預定量測光譜內執行光學度量，該光學度量工具具有含光學耦合至一第一物鏡之一第一光束分離器之一光學柱；及一光學同調斷層攝影術聚焦系統，其包括：一第二物鏡及一參考表面，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置，及一第二光束分離器，其光學耦合至該第一光束分離器之一輸出波前；其中該參考表面係經組態以反射一預定聚焦光譜內之照明且衰減該預定量測光譜內之光之一二向色反射器。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包括光學耦合至該第一光束分離器之照明光學器件。
  3. 如請求項2之系統，其進一步包括光學耦合至該照明光學器件之一照明輸入。
  4. 如請求項3之系統，其中該照明輸入包括經組態以攜載該預定聚焦光譜及該預定量測光譜兩者之一光纖耦合器。
  5. 如請求項2之系統，其中該照明光學器件包括：至少一個光學透鏡、一照明光瞳孔徑及一照明視場光闌。
  6. 如請求項1之系統，其進一步包括經組態以選擇性地打開及關閉該第一光束分離器與該第二物鏡之間之光學路徑之一機械快門。
  7. 如請求項1之系統，其進一步包括以下之至少一者：聚焦偵測器透鏡及至少一個管透鏡。
  8. 如請求項1之系統，其中該預定聚焦光譜係380[nm]至430[nm]及該預定量測光譜係430[nm]至1200[nm]。
  9. 一種度量及檢驗系統，其包括：一光學度量工具，其經組態以在一預定量測光譜內執行光學度量，該光學度量工具具有含光學耦合至一第一物鏡之一第一光束分離器之一光學柱；及一光學同調斷層攝影術聚焦系統，其包括：一第二物鏡及一參考表面，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置，及一第二光束分離器，其光學耦合至該第一光束分離器之一輸出波前；其中該第二光束分離器係一二向色光束分離器，其經組態以引導一預定聚焦光譜內之照明至一聚焦感測器且引導該預定量測光譜內 之照明至一成像感測器；及其中該參考表面係一二向色反射器，其經組態以反射該預定聚焦光譜內之照明且衰減該預定量測光譜內之光。
  10. 如請求項9之系統，其進一步包括光學耦合至該第一光束分離器之照明光學器件。
  11. 如請求項10之系統，其進一步包括光學耦合至該照明光學器件之一照明輸入。
  12. 如請求項11之系統，其中該照明輸入包括經組態以攜載該預定聚焦光譜及該預定量測光譜兩者之一光纖耦合器。
  13. 如請求項10之系統，其中該照明光學器件包括：至少一個光學透鏡、一照明光瞳孔徑及一照明視場光闌。
  14. 如請求項9之系統，其進一步包括經組態以選擇性地打開及關閉該第一光束分離器與該第二物鏡之間之光學路徑之一機械快門。
  15. 如請求項9之系統，其進一步包括以下之至少一者：聚焦偵測器透鏡及至少一個管透鏡。
  16. 如請求項9之系統，其中該預定聚焦光譜係380[nm]至430[nm]及該 預定量測光譜係430[nm]至1200[nm]。
  17. 一種度量及檢驗系統，其包括：一光學度量工具，其經組態以在一量測光譜內執行光學度量，該光學度量工具具有含光學耦合至一第一物鏡之一第一光束分離器之一光學柱；及一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統，其包括：一第二物鏡及一參考表面，其與該第一光束分離器依一干涉儀組態予以配置，及一第二光束分離器，其光學耦合至該第一光束分離器之一輸出波前；其中該參考表面係經組態以反射一聚焦光譜內之照明且衰減該量測光譜內之光之一二向色反射器；及該聚焦系統進一步包括：一聚焦光譜濾光器輪，其光學耦合於該第二光束分離器與一聚焦感測器之間，該聚焦光譜濾光器輪經組態以引導該聚焦光譜內之照明至該聚焦感測器；及一成像光譜濾光器輪，其光學耦合於該第二光束分離器與一成像感測器之間，該聚焦光譜濾光器輪經組態以引導該量測光譜內之照明至該成像感測器。
  18. 如請求項17之系統，其中該聚焦光譜係380[nm]至430[nm]及該量測光譜係430[nm]至1200[nm]。
  19. 一種用於使用具有一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統之一干涉儀裝置聚焦及量測之方法；該方法包括分別(separately)引導一經重疊量測波前及參考波前朝向一聚焦感測器及朝向一成像感測器之一步驟；其中引導該經重疊量測波前及參考波前之一預定義聚焦照明光譜朝向該聚焦感測器，及其中引導該經重疊量測波前及參考波前之一預定義量測照明光譜朝向該成像感測器。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包括僅自該OCT聚焦系統之一參考表面反射該預定義聚焦照明光譜。
  21. 一種用於維持具有一光學度量工具及一光學同調斷層攝影術(OCT)聚焦系統之一干涉儀裝置之聚焦之方法；該方法包括：經由該OCT聚焦系統之一聚焦偵測器監測一參考光束及一量測光束之一干涉光束；使該OCT聚焦系統之一參考表面平移，使得在該經監測干涉光束處觀測到一最大條紋對比；及在一量測之前，使該參考表面平移回至其標稱位置且藉由調整該光學度量工具之一量測物鏡與一樣品之間的離距(separation)而使該光學度量工具聚焦，使得該經監測干涉光束產生該經觀測最大條紋對比。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包括掃描且量測該OCT聚焦系統之該參考表面與一參考物鏡之間的離距。
  23. 如請求項21之方法，其中該樣品與該量測物鏡之間之該離距調整與該參考表面返回至其標稱位置之該平移成比例。
  24. 如請求項22之方法，其中監測、掃描、量測、平移及聚焦之步驟係持續的。
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