TWI763037B - 用於干涉缺陷檢測之設備和方法 - Google Patents

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TWI763037B
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奈傑爾 Ｐ 史密斯
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Abstract

使用從一干涉儀中的一干涉通道及一偏振修改通道獲得的資料來偵測缺陷。干涉物鏡將一經偏振照明光束分割成一參考照明及一樣本光束，該參考照明被一參考表面反射而不修改該偏振，該樣本光束被一樣本表面反射，這可能修改該偏振。來自該樣本光束且無偏振變化的光與該參考照明組合，並經導引至該干涉通道，該干涉通道可測量該樣本之反射率及/或形貌。來自具有經修改偏振之該樣本光束的光經導引至該偏振修改通道。可使用在該偏振修改通道處所偵測之光強度，連同反射率及形貌資料來識別該樣本的缺陷或其他特性。

Description

用於干涉缺陷檢測之設備和方法
本發明係關於樣本(諸如半導體晶圓)之光學檢測，使用表面形貌或反射率及偏振修改之偵測。
〔相關申請案之交互參照〕
本申請案依據35 USC 119主張於2019年9月25日申請之美國臨時專利申請案第62/906,055號標題為「SAMPLE SURFACE POLARIZATION MODIFICATION IN INTERFEROMETRIC DEFECT INSPECTION」之優先權，其全文以引用方式併入本文中。
半導體及其他類似產業經常在處理期間使用光學工具用於非接觸式樣本評估。一種類型的評估係缺陷檢測。缺陷(諸如在樣本上之粒子或其他不規則性)可能干擾成品裝置之效能。習知地，用於偵測缺陷之光學工具使用亮場及暗場檢測。亮場及暗場偵測工具基於由缺陷所造成的光之散射來偵測缺陷。缺陷偵測需要從樣本之大部分獲取資料，且通常自整個樣本獲取資料。由於半導體裝置之尺寸持續縮小且設計變得愈複雜，所以需要偵測愈小缺陷，這使得更難以使用習知光學檢測工具(諸如亮場及暗場偵測工具)。
使用從在一干涉儀中的一干涉通道及偵測偏振修改之一通道所獲得的資料來偵測缺陷。干涉物鏡將一經偏振照明光束分割成一參考照明及一樣本光束，該參考照明被一參考表面反射而不修改該偏振，該樣本光束被一樣本表面反射，這可能修改該偏振。來自該樣本光束且無偏振變化的光與該參考照明組合，並經導引至該干涉通道，該干涉通道可測量該樣本之反射率及/或形貌。來自具有經修改偏振之該樣本光束的光經導引至該偏振修改通道。在該偏振修改通道處所偵測之光的強度可連同該樣本之該反射率及形貌資料一起使用，以識別該樣本上的缺陷。
在一實施方案中，一種光學檢測設備可經組態以偵測一樣本上之一缺陷。該光學檢測設備可包括一干涉物鏡，該干涉物鏡包括一偏振分光器及一參考鏡。該偏振分光器可經組態以接收經偏振之一照明光束並導引該照明光束之一第一部分朝向該參考鏡作為參考照明。該偏振分光器可進一步導引該照明光束之一第二部分朝向該樣本作為樣本照明。該參考鏡可經組態以反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明。該偏振分光器可接收來自該參考鏡之該經反射參考照明及來自該樣本之經反射樣本照明，並將該經反射參考照明與該經反射樣本照明之一第一部分組合為一干涉光束。沿一干涉通道導引該干涉光束。沿不同於該干涉通道的一偏振修改通道導引該經反射樣本照明之一第二部分。該光學檢測設備進一步包括：一第一偵測器，其在該干涉通道中，該第一偵測器經組態以接收該干涉光束，並自該樣本產生一第一組光學資料；及一第二偵測器，其在該偏振修改通道中，該第二偵測器經組態以接收該經反射樣本照明之該第二部分，並產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料。耦接至該第一偵測器及該第二偵測器的至少一個處理器可經組態以使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之一缺陷。
在一實施方案中，一種偵測一樣本上之一缺陷之方法可包括導引經偏振的一照明光束之一第一部分朝向一參考鏡作為參考照明。該參考鏡反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明。該方法可進一步包括導引該照明光束之一第二部分朝向該樣本作為樣本照明，該樣本反射該照明光束之該第二部分以產生經反射樣本照明，其中該樣本之一區域部分地修改該樣本照明之該偏振。該經反射參考照明與來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第一部分經組合為一干涉光束，該干涉光束基於偏振而經導引沿著一干涉通道。基於偏振而沿一偏振修改通道導引來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第二部分，其中該偏振修改通道不同於該干涉通道。偵測該干涉通道中之該干涉光束以產生一第一組光學資料，及在該偏振修改通道中偵測該經反射樣本照明之該第二部分，以產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料。使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之一缺陷。
在一實施方案中，一種光學檢測設備可經組態以偵測一樣本上之一缺陷。該光學檢測設備可包括用於導引經偏振的一照明光束之一第一部分朝向一參考鏡作為參考照明，並導引該照明光束之一第二部分朝向該樣本作為樣本照明的構件。該參考鏡反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明，且該樣本將反射且部分地修改該照明光束之該第二部分之該偏振以產生經反射樣本照明。該光學檢測設備可包括用於組合該經反射參考照明與該經反射樣本照明之一第一部分作為一干涉光束，並沿一干涉通道導引該干涉光束的一構件。該光學檢測設備可包括用於沿一偏振修改通道導引該經反射樣本照明之一第二部分的一構件，該偏振修改通道不同於該干涉通道。該光學檢測設備可包括：用於偵測該干涉通道中之該干涉光束以產生一第一組光學資料的一構件；及用於偵測在該偏振修改通道中的該經反射樣本照明之該第二部分以產生指示該樣本 照明之偏振修改的一第二組光學資料的一構件。該光學檢測設備可包括用於使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之一缺陷的一構件。
100:相移干涉儀/干涉儀/光學計量裝置
110:光源
112:光/入射光束
114:聚光透鏡
115:場光闌
116:照明透鏡
118:分光器
119:偏振器/線性偏振器
120:偏振修改通道
121:箭頭
122:光學組件
124:偵測器
130:干涉物鏡
130M:Mirau物鏡
131:四分之一波片/圓偏振器/偏振器
132:分光器/偏振器/偏振分光器
132M:分光器
133:四分之一波片/偏振器
134:樣本物鏡
134M:光瞳
135:樣本照明
136:參考物鏡
137:致動器
138:參考鏡
138M:參考鏡
139:參考照明
140:樣本
142:夾盤
144:置物台
150:干涉通道
151:經組合光束
152:光學組件
153:四分之一波片
154:偵測器
156:相位遮罩
158:偵測器陣列
170:電腦
172:處理器
174:記憶體
176:顯示器
177:通訊埠
178:輸入裝置
179:儲存媒體
202:偏振器像素
204:偏振器像素
206:偏振器像素
208:偏振器像素
300:相移干涉儀/光學計量裝置
500:掃描干涉儀
502:致動器
554:偵測器
802:干涉影像/影像
803:周圍區域
804:區域/第一區域
806:區域/第二區域
808:區域/第三區域
812:偏振修改影像
813:周圍區域
814:區域/第一區域
816:區域/第二區域
818:區域/第三區域
900:缺陷判定程序
902:方塊
904:方塊
906:方塊
908:方塊
910:方塊
912:方塊
914:方塊
916:方塊
918:方塊
1000:缺陷判定程序
1002:方塊
1004:方塊
1006:方塊
1008:方塊
1010:方塊
1012:方塊
1014:方塊
P0:光
P90:光
R:參考鏡/極
S:樣本
X:座標
Y:座標
Z:高度/座標
θ:極
[圖1]繪示相移干涉儀的示意圖，該相移干涉儀具有偏振修改通道以偵測被樣本修改之經偏振入射光。
[圖2A]與[圖2B]繪示相位遮罩的側面透視圖及俯視平面圖。
[圖2C]繪示相位遮罩之一單元部分，該單元部分包括在整個相位遮罩上重複的具有四個離散偏振之偏振器像素之2x2陣列。
[圖3]繪示另一相移干涉儀的示意圖，該相移干涉儀具有偏振修改通道以偵測被樣本修改之經偏振入射光。
[圖4]繪示一Mirau物鏡之示意圖。
[圖5]繪示掃描干涉儀的示意圖，該掃描干涉儀具有偏振修改通道以偵測被樣本修改之經偏振入射光。
[圖6]及[圖7]係分別繪示針對用於偏振修改通道之電場系統模型，在樣本光路徑及參考鏡光路徑中的偏振之演進的簡化圖。
[圖8]繪示由在干涉通道中之偵測器所接收之干涉影像，及由在偏振修改通道中之偵測器接收的偏振修改影像。
[圖9]係繪示使用干涉資料及偏振混合資料之特性判定程序的流程圖。
[圖10]係繪示特性缺陷判定程序之的流程圖。
干涉儀係光學工具，習知用於光學計量，以測量樣本表面上之高度差異，即，表面形貌。干涉儀能夠藉由判定各像素的干涉信號之相位來測量物體上之高度差異。判定信號的相位需要自樣本上之各點獲得多個測量。掃描干涉儀可使用經偏振光且沿樣本之光學軸或參考表面實體地移動(掃描)以修改信號相位，該參考表面功能上垂直於樣本的表面。掃描干涉儀一般逐步掃描而產生相位之四分之一波變化。藉由處理來自樣本上之各點的不同相位處之多個測量，可判定在樣本上之各點處之表面的垂直高度(Z)，且各點的高度可經組合以判定樣本的形貌。
相移干涉儀使用經偏振光及具有像素陣列之相位遮罩，該等像素產生多個相移，使得可用單次曝光獲取具有多個相移之干涉測量資料。因此，不同於掃描干涉儀，每次獲取的時間僅受限於移動、聚焦、及執行圖案辨識的時間、以及影像傳送速率，且非依據掃描時間而變化。此外，由於一相移干涉儀以單一曝光來獲取資料，所以減少所有軸中之振動效應，尤其是在低頻率下的振動效應。
半導體晶圓圖案包括當作偏振器的特徵。例如，半導體記憶體裝置中的主要圖案係改變入射光之偏振的一系列平行線。其他類型的半導體裝置類似地包括具有改變入射光之偏振的平行線或其他結構的圖案。
若使用經偏振光的干涉儀(諸如相移干涉儀或包括偏振器的掃描干涉儀)測量改變經反射光之偏振的樣本，則當入射偏振向量及任何表面偏振向量未對準時，所偵測光之反射率(例如，強度)將減少。雖然經圓偏振光可用以減小樣本表面偏振的影響，但相較於非偏振表面，當作完美線性偏振器之表面的反射強度仍將下降50%。被樣本表面改變的入射光之偏振定向導致經反射光具有與入射光之偏振不同的不同偏振定向之組合，其在本文中稱為偏振修改。
如本文所討論，使用經偏振光的干涉儀可偵測樣本表面處的偏振修改的量值，從而使影像強度變化能夠被指定至正確原因，例如，樣本表面之反射率變化或由樣本表面所造成的偏振修改。另外，偵測樣本表面處之偏振修改提供一額外的資料通道，其可用來判定該樣本之所欲特性，包括缺陷偵測。
圖1繪示一相移干涉儀100的示意圖，該相移干涉儀能夠判定樣本之至少一部分的表面高度(Z)(例如，形貌)測量，並可識別樣本表面處之反射率變化或偏振修改。例如，樣本可係半導體晶圓、平坦面板基材、或其他類型的樣本。樣本表面形貌連同反射率變化或偏振修改的識別可用於評估樣本之表面(諸如缺陷檢測)，如本文所描述。
干涉儀100包括一干涉通道150，該干涉通道偵測從樣本140反射之光與從一參考鏡138反射之光之間的干涉之強度。來自干涉通道150之資料可用以判定樣本之反射率及/或樣本140之一拓樸。干涉儀100進一步包括一偏振修改通道120，其偵測由樣本140所引起之偏振修改的發生及量值。
應理解，雖然圖1繪示在相移干涉儀100中之一偏振修改通道120，但使用偏振修改通道120不受限於此。例如，所屬技術領域中具有通常知識者可基於本文所述之原理合併在其他類型的干涉儀中(諸如，如在圖5中所說明之掃描干涉儀)使用偏振修改通道120。
如所繪示，干涉儀100包括一光源110以產生光112。光源110可係一窄頻帶光源，其產生例如大約450nm的一所欲波長之光。例如，光源110可係LED、雷射、或白熾光源，諸如鎢燈、或電漿源或弧光燈、或任何其他合適的高亮度光源。可結合使用一或多個適合的濾光器與一寬頻光源以產生光的一或多個所欲波長。舉實例而言，可使用具有20nm半高全寬(full width at half maximum,FWHM)頻寬之光源，諸如LED。一或多個聚光透鏡114及一場光闌115可用以收集來自光源110之光112。若為所欲，可使用一Kohler照明、臨界照明、或其他中 間形式之照明或其他分佈，諸如環狀。舉實例而言，在Kohler照明中，孔徑光闌(未圖示)藉由照明透鏡116而成像在干涉物鏡130中之物鏡的背焦平面上，且場光闌115成像於樣本140上。光112行進穿過一偏振器，且一分光器118用以導引光112之一部分朝向干涉物鏡130。分光器118可係一非偏振分光器。光112行進穿過偏振器119(其係線性偏振器)，且可具有可調整以最大化條紋對比的可變定向。若為所欲，光源110可產生經偏振光，這可消除偏振器119之需要。
舉實例而言，在圖1中之干涉物鏡130繪示為Linnik幾何，但若為所欲，可使用其他干涉物鏡，諸如，Michelson或Mirau物鏡。干涉物鏡130經組態以將經偏振入射光112分割成一樣本照明135(其從樣本140反射)及一參考照明139(其從一參考鏡138反射)，並重新組合來自樣本之經反射樣本照明與來自參考表面之經反射參考照明。干涉物鏡130可包括一分光器132、一樣本物鏡134(其用於成像測試樣本之表面)及參考鏡138。在一些實施方案中，例如，在Linnik物鏡幾何中，如在圖1中所繪示，干涉物鏡130可進一步包括與樣本物鏡134互補的一參考物鏡136。在Michelson物鏡幾何中，可自參考路徑移除參考物鏡136。分光器132係透射一偏振分量且反射正交偏振分量的一偏振分光器。分光器132將樣本140與參考鏡138之間的入射光112與經導引朝向參考鏡138之參考照明139分離，該參考照明相對於經導引朝向樣本140之樣本照明135正交地偏振。例如，分光器132可透射在分光器132之成角度面之平面中經線性偏振的光且反射具有正交偏振之光。可使用任何形式的偏振分光器；具有良好效率之實例包括具有線柵偏振元件者，或具有在分光器立方體之內部成角度面上具有適當薄膜塗層的MacNeille立方體。分光器132之性質可與光源110之頻寬匹配，因為隨波長而變化的偏振效率將改變經反射光束及經透射光束中的光之偏振狀態的平衡或混合其偏振狀態。此外，偏振器119可設定為對偏振分光器132之軸成45°，或若為所欲，設定為某其他角度，以平衡樣本140及參考鏡138之反射率。
圖1繪示一致動器137，其可選地可附接至參考物鏡136以使參考物鏡136沿光軸移動，以改變入射在樣本140上之樣本照明135與入射在參考鏡138上之參考照明139之間的光程差。可使用致動器137(若包括)以例如最佳化在一測量位置處之干涉條紋之對比，且可用於掃描參考表面以在一特定位置處獲取多個相移。實務上，參考物鏡136單獨、參考鏡138單獨、樣本140、或干涉物鏡130的整個光學總成可沿光軸移動，以改變樣本照明135與參考照明139之間的光程差。然而，應理解，使用其他干涉物鏡，路徑差可以其他方式改變，例如藉由移動樣本140之垂直位置。從光學觀點，樣本或相對於彼此移動之整個成像系統之間沒有差異；然而，有實際意義，即，光學系統的質量可限制置物台之選擇，其可繼而限制最小置物台準確度。應理解，致動器137的使用不排除需要聚焦系統，例如藉由使樣本相對於光學總成移動、或使光學總成相對於樣本移動，或兩者之組合。
如所繪示，樣本照明135行進穿過樣本物鏡134，並入射在樣本140上，該樣本固持於安裝在一置物台144上的夾盤142上。置物台144能夠在笛卡兒(即，X及Y)座標、或極(即，R及θ)座標、或兩者之某組合中之水平運動，以相對於干涉物鏡130適當地定位在樣本上的各所欲位置以供測量。該置物台亦可係能夠沿z座標垂直運動，例如，以用於聚焦或用於改變路徑差。樣本照明135從樣本140反射，且經反射樣本照明往回行進穿過樣本物鏡134。類似地，參考照明139行進穿過參考物鏡136(若使用)，且入射在參考鏡138上。參考照明139自參考鏡138反射，且經反射參考照明往回行進穿過參考物鏡136。
一般而言，表面將以與入射光不同的偏振狀態反射該入射光。參考鏡138經選擇以最小化此效應。因此，參考鏡138(例如，表面)係非偏振性，並將經反射之參考照明139，而不修改參考照明139之偏振狀態。據此，經反射參考照明將由偏振分光器132依與從偏振分光器132獲得參考照明139相同之方式 導引。例如，如圖1所繪示，參考照明139係藉由反射而從偏振分光器132獲得，且據此，偏振分光器132將高效率地反射經反射參考照明朝向干涉通道150。
若樣本140亦係非偏振性，則入射在樣本140上且被該樣本反射之樣本照明135將表現類似於參考照明139。換言之，樣本照明135之偏振狀態將不會被樣本140修改，且在被樣本140反射之後，經反射樣本照明135將具有與入射樣本照明相同的偏振狀態。在此情況中，偏振分光器132將依與從偏振分光器132獲得樣本照明135之相同方式來導引經反射樣本照明。例如，如圖1所繪示，樣本照明135係藉由透射而從偏振分光器132獲得，且據此，偏振分光器132將高效率地透射經反射樣本照明朝向干涉通道150，其中經反射樣本照明及經反射參考照明將彼此干涉。
干涉通道150接收包括經反射之參考照明139及經反射之樣本照明135之一部分的一經組合光束151，該經組合光束具有未被樣本140修改的偏振。干涉通道150包括例如一或多個光學組件152(例如，透鏡)及接收經組合光束151的一偵測器154。在干涉通道150中的四分之一波片153將正交偏振光束轉換成相反方向圓偏振光，例如，來自樣本140之p偏振樣本照明轉換成右旋圓偏振，且來自參考鏡138之s偏振參考照明轉換成左旋圓偏振。光學組件152將經組合光151成像到偵測器154上，該偵測器可係相機。偵測器154包括在一偵測器陣列158(諸如一CCD陣列)之前的一相位遮罩156，該相位遮罩具有產生多個相移的一像素陣列，該偵測器陣列與在相位遮罩156中的該像素陣列逐像素對準，且位於實質上相同的影像平面中。經組合光束151行進穿過相位遮罩156之像素陣列，在偵測器陣列158上產生干涉圖案的數目(N)個交錯樣本，其中例如各樣本之間的相位差之量值相同。因此，偵測器154接收與參考信號組合的樣本之非偏振態樣的影像，其導因於小路徑差，產生一干涉圖。相位遮罩156中之不同相移元件產生數目(N)個樣本的交錯影像，其各自具有相同相移，即，有干涉圖之N個不 同樣本依據相位而變動。具有不同相移之鄰近樣本(像素)的群組可經一起處理以獲得局部高度。舉實例而言，相位遮罩156可係以四個為一群組配置的線性偏振器之像素陣列，例如其中偏振器定向0°、45°、90°及135°，該等偏振器定向引入的信號與參考照明之間的相移係所參考偏振器定向的兩倍。相位遮罩156及偵測器陣列158可係例如由Onto Innovation Inc.使用Moxtek所製造之線柵偏振器所製造的Phasecam。
圖2A及圖2B繪示相位遮罩156的側面透視圖及俯視平面圖。圖2C繪示相位遮罩156之單元部分，該單元部分包括具有四個離散偏振器定向(0°、45°、90°、135°)之偏振器像素202、204、206、及208之2x2陣列，其中單元部分在整個相位遮罩156上重複，使得相位遮罩156包括具有離散偏振器定向的重複像素陣列。定向在0°、45°、90°、及135°之偏振器像素202、204、206、及208分別實現樣本照明135與參考照明139之間的具有0°、90°、180°及270°之相移的干涉。相位遮罩156之陣列中的像素具有之大小及間距匹配偵測器陣列158中之像素的大小及間距，使得偵測器陣列158中之各像素與相位遮罩156之對應像素匹配(即，對準)。
偵測器154的其他配置是可行的。例如，若為所欲，可使用除90°以外的相移步階。此外，在一單元中使用多於四個相移可係有利的。此外，該等像素的配置不需要是圖2C中展示的順序。可使用的其他類型之像素配置進一步描述於2018年11月21日申請之美國專利申請案第16/197,929號標題為「Interferometer with Pixelated Phase Shift Mask」中，該案全文以引用方式併入本文中。
干涉通道150偵測被偏振分光器132正交地偏振的樣本照明135與參考照明139之間的相位差。四分之一波片153將經線性偏振樣本照明135及參考照明139轉換成左旋圓偏振及右旋圓偏振，其等行進穿過相位遮罩156之後干涉。 偵測器陣列158接收干涉之後的所得光，並偵測在偵測器陣列158中的各像素處之強度。
如上文所提及，一般而言，表面將以與入射光不同的偏振狀態反射該入射光。因此，參照回至圖1，樣本140之表面很可能改變入射光之偏振狀態。若在樣本140之表面上的照明點內之一或多個區域修改樣本照明135之偏振，則此等區域之經反射樣本照明135將具有混合之偏振分量。一些光可變成去偏振，但對於在例如半導體晶圓上遇到的規則結構，主要回射信號將維持經偏振。經反射樣本照明中混合之偏振分量將係具有與入射樣本照明135相同之偏振狀態的一分量與正交於其之另一分量的總和。如上文所討論，偏振分光器132將導引具有平行於入射樣本照明135之偏振分量的經反射樣本照明朝向干涉通道150。例如，如圖1所繪示，具有與入射樣本照明相同之偏振分量的經反射樣本照明之部分將被透射朝向干涉通道150，其中經反射樣本照明之該部分及經反射參考照明將彼此干涉。在測試路徑信號與參考路徑信號組合後，在干涉通道150中所偵測之干涉信號的調變強度將降低達導因於被樣本140修改偏振而損失的光量。
具有正交於入射樣本照明135之偏振分量的經反射樣本照明之部分將被偏振分光器132導引朝向偏振修改通道120，如箭頭121所指示。例如，如圖1中所繪示，樣本照明135係藉由透射而從偏振分光器132獲得，且據此，偏振分光器132將高效率地反射具有正交偏振分量的經反射樣本照明之部分朝向偏振修改通道120。當然，若樣本140之區域將偏振修改成非完全正交於樣本照明之偏振狀態的狀態，則偏振分光器132仍將導引具有經修改偏振之經反射樣本照明，但具有較低的效率，例如，小於所有的具有經修改偏振之經反射樣本照明將被導引至偏振修改通道120，而具有經修改偏振之經反射樣本照明之其餘部分可被導引至干涉通道150。
偏振修改通道120包括例如一或多個光學組件122(例如，透鏡) 及一偵測器124。偵測器124例如可係接收經修改偏振樣本照明的一相機。因此，偵測器124接收經修改偏振樣本照明以偵測在樣本140處之偏振修改的發生及量值。偵測器124可接收樣本140之影像，其可從該影像偵測由樣本所產生之偏振修改的量值。由偵測器124所接收的樣本140之影像可與由干涉通道150中之偵測器154所接收的樣本之影像對準，例如使得分開的偵測器124及154中之對應像素對應於樣本140上的相同位置。
用於干涉通道150之偵測器154及用於偏振修改通道120之偵測器124耦接至電腦170，諸如工作站、個人電腦、中央處理單元或其他適當電腦系統、或多個系統。電腦170較佳地包括在干涉儀100中、或連接至該干涉儀、或以其他方式與該干涉儀相關聯。電腦170亦可控制置物台144之移動以及控制夾盤142之操作。電腦170亦收集並分析從偵測器154及偵測器124所獲得的干涉資料及偏振修改資料，如本文所討論。例如，電腦170可分析干涉資料及偏振修改資料以判定樣本140之一或多個物理特性，諸如缺陷的存在，如下文所討論。電腦170包括含記憶體174的至少一個處理器172以及包括例如一顯示器176及輸入裝置178的一使用者介面。使電腦可讀的程式碼體現的非暫時性電腦可使用之儲存媒體179可由電腦170使用，用於引起該至少一個處理器控制干涉儀100，及執行包括本文所述之分析的功能。用於自動實施本實施方式中所描述之一或多個動作的資料結構及軟體碼可由所屬技術領域中具有通常知識者按照本揭露予以實作，並儲存在例如一電腦可使用之儲存媒體179上，該儲存媒體可係可儲存碼及/或資料以供電腦系統(諸如處理器172)使用的任何裝置或媒體。電腦可使用之儲存媒體179可係但不限於磁性及光學儲存裝置，諸如快閃隨身碟、磁碟機、磁帶、光碟、及DVD(數位多功能光碟或數位視訊光碟)。一通訊埠177亦可用以接收用以程式化電腦170之指令，以執行本文所述之功能之任何一或多者，且可表示諸如至網際網路或任何其他電腦網路之任何類型的通訊連接。通訊埠177可進一步在前 饋或反饋程序中匯出信號(例如具有測量結果及/或指令)至另一系統(諸如外部處理工具)，以基於該等測量結果來調整與樣本之製造程序步驟相關聯的一程序參數。此外，本文所述之功能可整體或部分地體現於特定應用積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)或可程式化邏輯裝置(programmable logic device,PLD)之電路系統內，且該等功能可以電腦可理解之描述符語言予以體現，該電腦可理解之描述符語言可用來建立如本文所述般操作的ASIC或PLD。
使用相位遮罩(如在圖1中所繪示)，當同時在四個不同相位處偵測信號時，可判定在由像素單元所表示的單一位置處的表面高度z。若所有四個像素皆位於相同的表面高度z，則可使用在2x2像素單元中所接收之信號Sι(其中i係表達為90°之倍數的在各像素處之相移，且應理解，360°相移與0°相移相同)來計算表面高度z,，例如，使用
Figure 109131695-A0305-02-0016-1
因此，若光源之波長λ已知，則可使用方程式A來從四個相位信號判定表面高度z。從四個所測量強度或從不同數目個強度計算這些參數的其他構件係可行的，如對於所屬技術領域中具有通常知識者將係顯而易見者。
舉實例而言，可使用三個已知相移來判定表面高度z。例如，用三個樣本(S i ,i=1,2,4)，表面高度z可從以下判定：
Figure 109131695-A0305-02-0016-2
應理解的是，在方程式B中可選擇不同的樣本S i ，且從這三個所測量強度來計算這些參數的其他構件係可行的，如對於所屬技術領域中具有通 常知識者將係顯而易見者。
有利的是，因為相移干涉儀(諸如干涉儀100)可從單一擷取影像來判定樣本表面之形貌，所以這些裝置能夠例如依與習知檢測工具(諸如亮場及暗場檢測工具)相當的速率，快速檢測樣本(例如，半導體晶圓)之整個表面是否有缺陷，同時提供在習知工具中無法提的供額外資訊，諸如形貌及表面偏振。此外，在一單一曝光內獲得所有資料的情況中，減小所有軸中之振動效應，尤其在低頻率下者。相移干涉儀的靈敏度足以偵測由缺陷所造成的表面高度變化，且側向解析度可經組態例如具有所欲影像大小(例如，像素大小及陣列大小)及物鏡放大率，以擷取例如具有從0.2μm到至少100μm之側向大小的所欲所關注缺陷。例如，在一個實施例中，像素大小可與干涉儀的解析度匹配。搭配450nm之波長及0.30之儀器數值孔徑(NA)，使用Sparrow極限(λ/2NA)的儀器解析度係750nm。使用750nm之像素大小將有效工具解析度設定為1.5μm(因為測量使用一2x2像素核心)，同時從各相機影像提供最大可能獲取面積，且因此獲得最佳樣本獲取速率。甚至更小缺陷的偵測可在本文中執行及使用，並進一步描述於於2018年11月21日申請之美國專利申請案第16/197,737號標題為「Sub-Resolution Defect Detection」中，該案全文以引用方式併入本文中。
圖3繪示另一相移干涉儀300，其使用一偏振修改通道120以偵測樣本140之偏振修改。相移干涉儀300類似於圖1所示的相移干涉儀100，相似元件符號之元件相同。相移干涉儀300與相移干涉儀100在佈局上不同，且藉由使用圓偏振，而非如藉由相移干涉儀100所使用的線性偏振。
如圖3所繪示，相移干涉儀300包括一分光器118，該分光器經由一偏振器119導引(例如，反射)光朝向干涉物鏡130，並導引(例如，透射)具有被樣本140修改之一偏振分量的經反射樣本照明朝向偏振修改通道120。偏振分光器132繪示反射樣本照明朝向樣本140，並透射參考照明139朝向參考鏡138， 且透射光朝向干涉通道150。
偏振器119可係線性偏振器，但在一些實施例中，可係圓偏振器，且可具有可調整以最大化條紋對比的可變定向。四分之一波片131及133定位在樣本140與參考鏡138之前，例如，在分光器132與樣本物鏡134與參考物鏡136(若使用)之間。如所繪示，樣本照明135行進穿過四分之一波片131及樣本物鏡134，且入射於樣本140上。樣本照明135從樣本140反射，且經反射樣本照明往回行進穿過樣本物鏡134及四分之一波片131。類似地，參考照明139行進穿過四分之一波片133及參考物鏡136(若使用)，且入射於參考鏡138上。參考照明139自參考鏡138反射，且經反射參考照明穿過往回行進穿過參考物鏡136及四分之一波片133。
四分之一波片131及133將來自偏振分光器132的經正交偏振光束轉換成具有相反方向的圓偏振光，例如，p偏振光束轉換成右旋圓偏振，且s偏振光束轉換成左圓偏振。因此，若四分之一波片131與133之快軸平行，則樣本照明135及參考照明139在行進穿過四分之一波片131及133之後被以反向方式圓偏振。在樣本路徑及參考路徑之各者中使用圓偏振光的情況下，各路徑必須在偏振分光器132中進行一次反射及一次透射，藉此平衡在偏振分光器132之偏振效率的任何不平衡之影響。
參考鏡138係非偏振性，並將經反射之參考照明139，而不修改參考照明139之偏振狀態。在往回行進穿過四分之一波片133之後，經反射參考照明將變成線性偏振，但具有正交於入射參考照明之偏振狀態的偏振狀態。據此，偏振分光器132將高效率地導引(例如，反射，如圖3所繪示)經反射參考照明朝向干涉通道150。
若樣本140係非偏振性，則入射在樣本140上且被該樣本反射之樣本照明135將表現類似於參考照明139。換言之，樣本照明135之偏振狀態將不會 被樣本140修改，且在被樣本140反射且往回行進穿過四分之一波片131之後，經反射樣本照明135將變成線性偏振，具有正交於入射樣本照明之偏振狀態的偏振狀態。據此，偏振分光器132將高效率地導引(例如，透射，如圖3所繪示)未經修改的經反射樣本照明朝向干涉通道150，其中經反射樣本照明及經反射參考照明將彼此干涉。
若樣本140之表面修改樣本照明135之偏振，則在行進穿過四分之一波片131之後，經反射樣本照明135將具有混合之線性偏振分量。在行進穿過四分之一波片131之後，具有未被樣本140修改的偏振分量之經反射樣本照明之部分將具有正交於入射樣本照明之偏振狀態的偏振狀態，並將由偏振分光器132導引(例如，透射，如圖3所繪示)朝向干涉通道150，其中樣本照明及經反射參考照明將彼此干涉，如上文所論述。在測試路徑信號與參考路徑信號組合後，在干涉通道150中所偵測之干涉信號的調變強度將降低達導因於被樣本140修改偏振而損失的光量。
具有被樣本140所修改之偏振的經反射樣本照明135之部分將行進穿過四分之一波片131，並將至少部分地被偏振分光器132在入射光束112之方向往回導引(例如，反射，如圖3所繪示)，即，朝向偏振修改通道120。例如，若樣本照明之圓偏振完全被樣本140轉換成相反圓偏振狀態，則在往回行進穿過四分之一波片131之後，經反射樣本照明將變成經線性偏振，具有正交於入射樣本照明之偏振分量的偏振分量。偏振分光器132將高效率地導引具有經修改偏振的經反射樣本照明之部分朝向偏振修改通道120。當然，若樣本140之區域將偏振修改成非完全正交於樣本照明之偏振狀態的狀態，則偏振分光器132仍將導引具有經修改偏振之經反射樣本照明，但具有較低的效率，例如，小於所有的具有經修改偏振之經反射樣本照明將被導引至偏振修改通道120，而具有經修改偏振之經反射樣本照明之其餘部分可被導引至干涉通道150。
具有被樣本140修改之偏振的樣本照明之部分被分光器118導引朝向偏振修改通道120，該偏振修改通道偵測由樣本所產生之偏振修改的量值，如上文所論述。
雖然在圖3中所繪示之干涉物鏡130具有一Linnik幾何(或Michelson幾何(若移除參考物鏡136))，然而如上文所述，可使用其他干涉物鏡幾何(諸如Mirau物鏡)。圖4繪示一Mirau物鏡130M，其可用作為在干涉儀100中的干涉物鏡。使用Mirau物鏡130M，偏振分光器132接收來自偏振器119的經偏振照明光束，並導引該照明光束的全部朝向Mirau物鏡130M，例如，偏振器119可設定為對偏振分光器132之軸成0°。Mirau物鏡130M包括一分光器132M及一光瞳134M(其可係一透鏡)，以及定位於光瞳134M上(例如，在中心)的一參考鏡138M。如所繪示，一四分之一波片131設置在分光器132與Mirau物鏡130M之間，且在不存在由樣本進行偏振修改的情況中，造成在分光器132處的經反射參考照明及經反射樣本照明之偏振正交於其入射線性偏振方向。類似於在圖3中所描述之操作，偏振分光器132導引經反射參考照明及具有未經修改偏振的經反射樣本照明之部分至干涉通道150，並導引具有經修改偏振之經反射樣本照明至偏振修改通道120。物鏡的選擇可取決於儀器中的光之偏振狀態而受限制。若為所欲，四分之一波片131的功能可被包括在分光器132M及光瞳134M中。例如，在光瞳134M上之參考鏡138M可包括一圓偏振器。經反射樣本照明及經反射參考照明之偏振的定向平行，而在圖3中所示的相位遮罩干涉儀需要正交偏振。因此，Mirau物鏡可較佳地搭配下文所述之圖5的掃描干涉儀一起使用。若使用線性偏振(如在圖1中所討論者)，而非在圖3中所論述之圓偏振，可在沒有四分之一波片131的情況下使用Mirau物鏡130M，且干涉通道150及偏振修改通道120分別平行及垂直於來自樣本140之光。
圖5繪示另一掃描干涉儀500，其可使用一偏振修改通道120以偵 測樣本140的偏振修改。掃描干涉儀500可類似於相移干涉儀100，相似元件符號之元件相同。掃描干涉儀500例如可包括干涉通道150及偏振修改通道120，如所討論者。掃描干涉儀500可包括耦接至樣本物鏡134的一致動器502，該致動器係由電腦系統170控制以沿光軸調整樣本物鏡134之垂直位置(Z高度)，使得可獲得多個相移的干涉信號。此外或替代地，可使用置物台144調整樣本140之垂直位置(Z高度)。作為進一步的替代例，可藉由使參考鏡在平行於光軸的方向移動，或藉由單獨使用致動器137來移動參考物鏡136，來達成掃描。掃描干涉儀500可使用無一相位陣列的一偵測器554(諸如一相機)，以偵測多個相移的干涉信號，從該等干涉信號可產生在各位置處的表面高度(且因此，樣本之一形貌)，或可產生在樣本之各位置處的反射率測量，如所屬技術領域中所熟知者。
圖6及圖7係分別繪示針對用於圖3及圖5所示的偏振修改通道120之電場系統模型，在樣本光路徑及參考鏡光路徑中的偏振之演進的簡化圖。在例如移除四分之一波片131及133的情況中，可產生用於圖1之類似電場系統模型。可基於以下假設來產生用於偏振修改通道120的電場系統模型：由光學元件所誘導之去偏振被忽略、假設該等偏振器係理想的、輸入光完全未被偏振、不包括雙衰減性，且僅為了論述之目的，包括軸向射線(入射角及方位角兩者均係零)。可按所欲移除這些假設之各者以改善系統模型。輸入偏振器119可設定為對偏振分光器132之軸成45°，或若為所欲，設定為某其他角度，以平衡樣本140及參考鏡138之反射率。偏振分光器132當作一線性偏振器，將處於一偏振狀態之光發送至樣本140，及將處於正交偏振狀態之光發送至參考鏡138。為了方便起見，等效線性偏振器對於經導引至樣本的光表示為P0，及對於經導引至參考鏡的光表示為P90，但可根據偏振分光器132的操作而改變角度。四分之一波片131與133設定為相對於偏振方向成45°之角度。若為所欲，在信號通道及參考通道兩者中的四分之一波片131與133之快軸可彼此平行，或其等可彼此成90°。光被樣本140或被 參考鏡138反射且在返回時偏振分量運作猶如經旋轉90°。在這些假設下，對於具有偏振器119、132、及131之光學計量裝置100之組態，可用如下矩陣形式來寫出照射在樣本140上且進入偏振修改通道120中的射線之出射電場向量。
E sample =P -45 P 0 Q -45 FSQ 45 P 0 P 45 E in (方程式1)
其中各項描述於下表1中。圖6繪示從光源110至偵測器124的樣本光路徑中之偏振演進，其中圖6之上部繪示由光源110發射且入射在樣本140的光之路徑，而圖6之下部繪示由樣本140反射且由偵測器124所接收之光的光路徑。
類似地，對於具有偏振器119、132與133之光學計量裝置300之組態，可用如下矩陣形式來寫出照射在參考鏡138上且進入偏振修改通道120中的射線之出射電場向量。
E mirror =P -45 P 90 Q -45 FRQ 45 P 90 P 45 E in (方程式2)
其中各項描述於下表1中。圖7繪示從光源110至偵測器124的參考鏡光路徑中之偏振演進，其中圖7之上部繪示由光源110發射且入射在參考鏡138的光之路徑，而圖7之下部繪示由參考鏡138反射且由偵測器124所接收之光的光路徑。
Figure 109131695-A0305-02-0023-3
若為所欲，反射對電場之效應可被包括在用於樣本S或參考鏡R之瓊斯矩陣的計算中，在該情況中在方程式1或2中將不使用反射項F。
在一般情況下，入射電場EIn將隨空間頻率k以及在光瞳中的位置而變化。此外，該模型包括來自樣本S以及偏振器與分光器的貢獻，包括在分光器及其他組件中雙衰減性的效應。
採用近似值rsp=rps=0，偏振修改通道120中之信號強度係I polarization mixing =｜E sample +E mirror ｜2 (方程式3)
Figure 109131695-A0305-02-0023-4
若參考鏡138及樣本140係完美反射器，使得rpp=rss、spp=sss、且sps=ssp=0，則如預期在偏振修改通道120中沒有信號。除非參考鏡138被改變，否 則項｜rpp-rss｜係恆定的。因此，在偏振修改通道120中的一信號指示不同的樣本反射係數spp及sss、或顯著去偏振項ssp及sps。對於完美參考鏡(rpp=rss,rps=rp=0)，方程式4變成
Figure 109131695-A0305-02-0024-5
藉由比較，干涉通道150中之信號之量值的一簡單形式(沒有樣本照明與參考照明之間的路徑差及一垂直(0°)相位遮罩元件)係
Figure 109131695-A0305-02-0024-6
在不混合樣本照明135之偏振的樣本140上之一較低反射率區域(即，具有spp=sss<1且ssp=sps=0者)將在偵測器154處產生低於具有完美反射率(spp=sss=1)的強度影像，但將不會在偵測器124中產生信號。
在spp≠sss及/或ssp+sps≠0的樣本140上之區域將在偵測器154處產生較低強度影像，但亦將在偵測器124中產生一信號。此一區域之一實例係一組平行線，如常見於半導體裝置中。這些區域當作線性偏振器，且spp及sss中之一者接近零。具有更複雜二維圖案或三維圖案的其他區域，及具有各向異性材料(諸如類鑽碳)的區域，亦可顯著地混合偏振狀態，使得ssp及sps中之一或兩者不是零。
若參考鏡138及樣本140係完美元件，例如rpp=rss、spp=sss、且sps=ssp=0，則在偏振修改通道120中沒有信號。因此，與干涉通道150相比，此通道可以更高增益操作，且因此可偵測樣本反射係數中的較小不平衡。一般來說， 樣本反射率瓊斯矩陣中的非對角線項sps及ssp遠小於對角項spp及sss。因為在偏振修改通道120中之「正常(normal)」信號係零，所以高增益操作允許偵測到具有弱去偏振(ssp+sps≠0)之區域，即使對主要干涉信號上的影響小，此係因為ssp+sps«spp+sss。因此，偏振修改通道120可識別造成非對角線樣本反射率項變化的具有據推測相同圖案之區域之間的某些差異。如所熟知，此類效應之實例包括圖案線寬、相對高度及材料性質的變化，此係因為這些效應係在藉由光學臨界尺度(Optical Critical Dimension,OCD)工具(亦稱為散射儀)測量次解析度圖案性質過程中使用反射率變化的基礎。此類裝置之實例係由Nanometrics,Inc.製造之Atlas III OCD系統。在本實施方案中，在具有相同預定圖案之區域之間在偏振修改通道120中的信號變化係可用以依據由缺陷對局部反射率係數所進行的修改來識別圖案中的缺陷的額外資訊。
因此，比較在偵測器154及偵測器124處所接收之信號強度，將使能夠判定偏振修改之量值及反射率變化。此外，偵測器154及偵測器124之對應像素可對準且映射至樣本140上之實體位置。因此，藉由在偵測器154及偵測器124兩者處成像樣本140，偏振修改及反射率變化可映射至樣本140上之特定位置。
圖8繪示例如由在干涉通道150中之偵測器154所接收的樣本140之干涉影像802、及例如由偏振修改通道120中之偵測器124所接收的樣本140之偏振修改影像812的強度之實例。干涉影像802之一第一區域804對應於偏振修改影像812之一第一區域814，且該兩個第一區域映射至樣本140上之相同位置。類似地，在干涉影像802及偏振修改影像812中之區域806及816對應於彼此及在樣本140上之相同位置，且同樣地，在干涉影像802及偏振修改影像812中的區域808及818對應於彼此及在樣本140上之相同位置。在干涉影像802中的區域804、806、及808表示具有相對於周圍區域803減小強度的區域，而在偏振修改影像812中之區域814、816、及818表示相對於周圍區域813相同或增加強度的區域。如藉由在 圖8中陰影所繪示，白色指示高強度，即，干涉影像802及偏振修改影像812接收一大信號，且黑色指示低或無強度，即，干涉影像802及偏振修改影像812接收極少或無信號。在圖8中，例如在干涉影像802中的區域804及808相對於周圍區域803使用暗化陰影指示區域804及808中之強度減小相同量，而在區域806中使用黑色陰影指示區域806中之強度減小較大的量，即，干涉影像802在區域806中接收極少或沒有信號。區域804、806、及808中強度減小之原因可導因於樣本140之反射率變化(spp=sss<1)及/或樣本140所造成的光之偏振修改(spp≠sss及/或sps+ssp≠0)。在不使用偏振修改通道120的情況下，產生對應的偏振修改影像812，在干涉影像802中之區域804、806、及808中之強度減小的原因未知。偏振修改影像812中之區域814、816、及818對應於干涉影像802中之區域804、806、及808，且使用不同陰影位準來繪示樣本140所引起之偏振修改量的差異。
如在圖8中所繪示，在干涉影像802中之第一區域804及偏振修改影像812中之第一區域814表示在樣本140上不修改樣本照明135之偏振的一較低反射率區域：spp=sss<1、sps+ssp=0，其中為了方便，採用的亮周圍區域之反射率係spp=sss=1、sps=ssp=0。導因於樣本140上之對應區域相對於在樣本140上之其他區域的較低反射率，在干涉影像802中之區域804相對於在影像802中之周圍區域803具有減小的強度(由在圖8中之陰影表示)。然而，在偏振修改影像812中的區域814未接收一信號(如黑色陰影所指示)，此係因為在樣本140上之對應區未混合樣本照明135之偏振。應理解，干涉影像802及偏振修改影像812中之不同區域之黑色及白色邊界僅在圖中指示區域之位置，且不表示信號強度。
在干涉影像802中之第二區域806及偏振修改影像812中之第二區域816表示樣本上的一區域，在該區域中樣本140上無減小之反射率量，但是有樣本照明135之完全偏振修改：spp=-sss
Figure 109131695-A0305-02-0026-7
1，sps+ssp≠0。因此，如可見，干涉影像802中之區域806具有大幅減小或零強度，即，干涉影像802未接收信號(如黑色 陰影所指示)，且導因於樣本照明135之偏振修改，偏振修改影像812中之區域816接收強度增加(由白色陰影所表示)。
在干涉影像802中之第三區域808及偏振修改影像812中之第三區域818表示樣本上的一區域，在該區域中樣本140上有減小之反射率量，以及樣本照明135之偏振修改量：spp≠sss、spp+sss<1、sps+ssp≠0。如可見，在干涉影像802中之區域808具有一減小強度(由暗化陰影表示)，且在偏振修改影像812中之區域818接收小增加的強度，即，導因於樣本照明135的偏振修改，偏振修改影像812接收增加的信號(以相對於周圍區域813的較亮陰影繪示)。據此，可判定區域808中之強度減小係導因於樣本140上之反射率的變化以及樣本140所導致的樣本照明135之偏振修改兩者。
據此，比較干涉影像802與偏振修改影像812中的對應區域之強度，使能夠判定在干涉影像802中之強度變化是否導因於樣本140之反射率變化、偏振修改、或反射率變化及偏振修改兩者。此外，偏振修改及反射率變化可映射至樣本140上之特定位置。
進一步地，如上文所討論，可使用來自干涉通道150之資料來判定樣本140之形貌。若為所欲，可比較所判定之形貌與一或多個參考表面(例如，其他樣本、或相同樣本140中之其他位置)，以判定形貌是否係標稱或異常。形貌特性的比較(例如，以逐像素基礎，從參考位置之形貌特性減去樣本之所關注區域之形貌特性)移除共同的圖案結構或特性並僅留下變化。例如可使用定限(thresholding)來識別候選缺陷，且基於一或多個缺陷特性(諸如高度、大小、形狀、紋理等)過濾候選缺陷，來將所得變化判定為缺陷。可使用從干涉通道150所判定的樣本140之形貌連同來自偏振修改通道120的偏振修改資料，例如以偵測缺陷。
因此，隨著偏振修改信號的變化，可使用偏振修改通道120偵測 在樣本140上之一偏振圖案的變化，即使偏振圖案中的變化未呈現為干涉通道150中之反射率或形貌變化。另外，在樣本140上遮掩圖案佈局或損壞圖案結構的缺陷可藉由其對偏振修改信號、信號強度或形貌的影響予以偵測。因此，偏振修改通道120不僅使能夠分析偏振修改效應作為表面資料之部分(例如，減低對樣本表面之偏振效應的靈敏度)，而且還額外地提供可在偵測及分類缺陷中使用的資訊，該等缺陷無法僅基於干涉通道中之影像強度或所測量樣本形貌來識別。
因此，樣本140之一或多個所判定物理特性(諸如缺陷之存在，如下文所論述，包括大小、位置、類型等)可藉由電腦系統170來判定，且可傳達及儲存在例如記憶體中或資料庫中。缺陷資料可經傳達以調整與製造序列中之特定製造程序步驟相關聯的一或多個程序工具(例如，是所偵測缺陷原由的程序工具)，或例如藉由拒絕或摒棄樣本或樣本之一部分來調整樣本本身的製造序列。
例如，半導體程序線可藉由使預期良率損失或檢出率(kill rate)與所偵測到缺陷類型之各者相關聯來使用缺陷資料。缺陷的檢出率一般組合使用生存統計來判定哪些晶粒很可能為良品。為了從對一給定晶圓上之所報告缺陷來評估良率影響，可指派分類。在一實施方案中，可使用針對各缺陷所計算之特徵以自動方式執行分類。在另一實施方案中，可將該晶圓裝載至具有較高空間解析度的另一工具上，並且擷取各缺陷之影像，使得缺陷可例如由操作員予以手動分類。可依各種方式使用可包括位置及分類的缺陷資料。例如，可使用缺陷資料以例如藉由基於所偵測缺陷之數目、類型及位置，拒絕或摒棄樣本或樣本之一部分(例如，整個晶圓或來自晶圓的晶粒)，來調整樣本本身的製造序列。例如，如果晶圓超過用於良率損失的臨限，則可報廢整個晶圓，避免下游程序工具資源的消耗。
此外，可使用缺陷資料來調整與製造序列中之特定製造程序步驟 相關聯的一或多個程序工具(例如，是所偵測缺陷原由的程序工具)，包括調整程序參數或從生產線移除程序工具。例如，可比較缺陷資料與來自經受稍微不同上游處理之晶圓的缺陷資料，從而可調整特定程序工具的程序參數以減少缺陷。在一實例中，化學機械拋光(CMP)工具之漿料組成物可基於缺陷資料而改變。藉由比較在漿料變化之前及之後的缺陷群體，可識別並使用產生較少缺陷的漿料組成物。以此方式，例如在程序開發期間，由缺陷檢測工具提供的線內良率學習提供快速調諧程序流程。此外，缺陷資料可用於監測上游程序工具的健全，且識別是缺陷原由的任何工具及相對於所識別工具採取校正動作。例如，理解在給定處理步驟的各缺陷類型之最可能根本原因，可使用缺陷資料來監測上游程序工具的健全。舉實例而言，可使用統計程序控制(SPC)系統來執行此類型的偏離監測，以導因於一或多種缺陷類型而將樣本標記為偏離規格。基於缺陷類型，可識別是偏離原由的上游程序工具，並例如藉由調整程序參數或藉由在進一步樣本受影響之前卸下程序工具以進行保養而予以適當解決。缺陷資料亦可用於最佳化程序工具的預防保養排程。
若為所欲，可使用其他類型的干涉儀來獲得樣本之表面形貌。例如，干涉儀可將經組合的樣本照明與參考照明分離以供多個偵測器予以偵測(各偵測器具有單一線性偏振元件)，而非使用一相位遮罩。藉由將經組合的測試照明及參考照明分離至多個相機(各相機具有不同線性偏振器角度)，允許同時偵測具有多個相移之干涉信號的一替代配置係可行的。此一配置用在不同路徑取樣中的像素取樣樣本上的相同點，而允許達成最大像素密度，但具有額外的成本並且難以維持經分離通道之間的對準及當光束被分離時避免修改偏振狀態。若系統經組態使得入射在樣本及參考鏡上的光經線性偏振，則在此配置中可使用一圓偏振器，其可係置於經組合光束被分開之前的單一圓偏振器，或在經組合光束分離之後的各路徑可具有其自己的圓偏振器。
圖9係繪示可由一光學檢測工具(諸如干涉儀100)執行之一缺陷判定程序900之一實例的流程圖。如圖9中所繪示，產生經偏振之一照明光束(902)，例如，如圖1、圖3、圖4或圖5之光源110及偏振器119所繪示。該照明光束之一第一部分經導引朝向一參考鏡作為參考照明，該參考鏡反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明(904)，例如，如圖1、圖3或圖5之偏振分光器132、或圖4之分光器132M所繪示。該照明光束之一第二部分經導引朝向該樣本作為樣本照明，該樣本反射該照明光束之該第二部分以產生經反射樣本照明，其中該樣本之一區域部分地修改該樣本照明之偏振(906)，例如，如圖1、圖3或圖5之偏振分光器132、或圖4之分光器132M所繪示。
一偏振分光器接收來自參考鏡之經反射參考照明與來自參考表面之經反射參考照明(908)，例如，如圖1、圖3、圖4及圖5之偏振分光器132所繪示。經反射參考照明及經反射樣本照明之一第一部分經組合為一干涉光束，且藉由偏振分光器沿一干涉通道導引該干涉光束(910)，例如，如圖1、圖3、圖4及圖5之偏振分光器132所繪示。用該偏振分光器沿不同於該干涉通道的一偏振修改通道導引來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第二部分(912)，例如，如圖1、圖3、圖4及圖5之偏振分光器132所繪示。
偵測該干涉通道中之該干涉光束以產生一第一組光學資料(914)，例如，如圖1、圖3或圖5之偵測器154、554所繪示。偵測在該偏振修改通道中的該經反射樣本照明之該第二部分，以產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料(916)，例如，如圖1、圖3或圖5之偵測器124所繪示。使用從該第一組光學資料所判定的形貌或強度之至少一者及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之一缺陷(918)。
在一實施方案中，該照明光束之該第一部分係藉由該偏振分光器導引朝向該參考鏡且經線性偏振而具有一第一偏振定向，而該照明光束之該第 二部分係藉由該偏振分光器導引朝向該樣本且經線性偏振而具有一第二偏振定向。例如，入射在該參考鏡上之該參考照明經線性偏振且具有該第一偏振定向，且入射在該樣本上的該樣本照明經線性偏振且具有該第二偏振定向，該第二偏振定向正交於該第一偏振定向。該經反射樣本照明之該第一部分可具有與該第二偏振定向對準的一第一偏振定向分量，且該經反射樣本照明之該第二部分可具有與該第一偏振定向對準且正交於該經反射樣本照明之該第一部分之該第一偏振定向分量的一第二偏振定向。在一實施方案中，入射在該參考鏡上的該照明光束之該第一部分經圓偏振而具有一第一旋向性，且入射在該樣本上的該照明光束之該第二部分經圓偏振而具有一第二旋向性，該第二旋向性不同於該第一旋向性。在一實施方案中，使用該偏振分光器所接收之該經反射參考照明經線性偏振而具有該第二偏振定向偏振，且其中該經反射樣本照明之該第一部分經線性偏振而具有與該第一偏振定向對準的一方向，且該經反射樣本照明之該第二部分經線性偏振而具有與該第二偏振定向對準的一方向。例如，該樣本照明及該經反射樣本照明可行進穿過一第一四分之一波片，該參考照明及該經反射參考照明可行進穿過一第二四分之一波片。
在一實施方案中，該干涉光束可行進穿過一四分之一波片。
在一實施方案中，可使用來自該第一組光學資料之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料之該偏振修改，來偵測在該樣本之該區域處的偏振修改。在一實施方案中，例如，該樣本之該區域係一第一區域，且其中該樣本之一第二區域部分地修改該樣本照明之該偏振達與該樣本之該第一區域不同的一量，並且該程序可進一步包含使用來自該第一組光學資料的該第二區域處之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料的該第二區域中之該偏振修改來偵測該樣本之該第二區域處之該偏振修改。
在一實施方案中，可使用該第一組光學資料及該第二組光學資料 來偵測在該樣本之該區域處的較低反射率。例如，可使用來自該第一組光學資料之該干涉光束之一強度減小及來自該第二組光學資料之該偏振修改，來偵測在該樣本之該區域處的較低反射率。
在一實施方案中，第一資料組可係從該干涉光束產生的該樣本之一第一影像，且該第二組光學資料可係自該經反射樣本照明之該第二部分產生的該樣本之一第二影像。
該程序可進一步包括使用一第二分光器將該照明光束導引朝向該偏振分光器，例如，如圖3及圖5之分光器118所繪示。該經反射樣本照明之該第二部分可用該第二分光器接收自該偏振分光器且沿該偏振修改通道予以導引，例如，如圖3及圖5之分光器118所繪示。
在一實施方案中，該照明光束之該第一部分可經導引朝向該參考鏡作為該參考照明，且該照明光束之該第二部分可經導引至該樣本作為該樣本照明，該偏振分光器係一干涉物鏡之部分，例如，如圖1、圖3及圖5之偏振分光器132所繪示。例如，干涉物鏡可係Linnik物鏡或Michelson物鏡中之一者。
在一實施方案中，該照明光束之該第一部分可經導引朝向該參考鏡作為該參考照明，且該照明光束之該第二部分可經導引至該樣本作為該樣本照明，該偏振分光器係一干涉物鏡之部分，例如，如圖4之分光器132M所繪示。例如，該干涉物鏡可係一Mirau物鏡，其中該參考鏡定位於該照明光束、該經反射參考照明及該經反射樣本照明行進穿過其的該干涉物鏡的一光瞳上，例如，如圖4所繪示之光瞳134M及參考鏡138M所繪示者。該照明光束及該經反射參考照明及該經反射樣本照明可行進穿過定位於該偏振分光器與該光瞳之間的一四分之一波片，例如，如在圖4中的圓偏振器131所繪示。
圖10係繪示可由一光學檢測工具(諸如干涉儀100)執行之一缺陷判定程序1000之一實例的流程圖。如在圖10所繪示，在方塊1002，經偏振的一 照明光束之一第一部分經導引朝向一參考鏡作為參考照明，該參考鏡反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明。此外，在方塊1004，該照明光束之一第二部分經導引朝向該樣本作為樣本照明，該樣本反射該照明光束之該第二部分以產生經反射樣本照明，其中該樣本之一區域部分地修改該樣本照明之偏振。例如，入射在該參考鏡上之該參考照明經線性偏振且具有一第一偏振定向，且入射在該樣本上的該樣本照明經線性偏振且具有一第二偏振定向，該第二偏振定向正交於該第一偏振定向。在另一實例中，入射在該參考鏡上的該照明光束之該第一部分經圓偏振而具有一第一旋向性，且入射在該樣本上的該照明光束之該第二部分經圓偏振而具有一第二旋向性，該第二旋向性不同於該第一旋向性。用於導引該照明光束之一第一部分朝向一參考鏡作為參考照明的一構件例如可包括偏振分光器132或分光器132M及四分之一波片131(如圖1、圖3、圖4或圖5所示)，該參考鏡反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明。用於導引該照明光束之一第二部分朝向該樣本作為樣本照明的一構件例如可包括偏振分光器132或分光器132M及四分之一波片131或133(如圖1、圖3、圖4或圖5所示)，該樣本反射該照明光束之該第二部分以產生經反射樣本照明，其中該樣本之一區域部分地修改該樣本照明之偏振。
在方塊1006，該經反射參考照明與來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第一部分經組合為一干涉光束，基於偏振而沿一干涉通道導引該干涉光束。此外，在方塊1008，基於偏振而沿一偏振修改通道導引來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第二部分，其中該偏振修改通道不同於該干涉通道。用於組合該經反射參考照明與來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第一部分作為一干涉光束、並基於偏振而沿一干涉通道導引該干涉光束的一構件；例如可包括偏振分光器132、分光器132M、四分之一波片131、132(圖1、圖3、圖4或圖5所示者)。用於基於偏振而沿一偏振修改通道導引來自該樣本 之該區域的該經反射樣本照明之一第二部分的一構件例如可包括偏振分光器132、分光器132M及四分之一波片131(圖1、圖3、圖4或圖5所示者)，其中該偏振修改通道不同於該干涉通道。
在方塊1010，偵測該干涉通道中之該干涉光束以產生一第一組光學資料。例如，該第一組光學資料可係由該干涉光束產生的該樣本之一影像。此外，在方塊1012，偵測在該偏振修改通道中的該經反射樣本照明之該第二部分，以產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料。例如，該第二組光學資料可係自該經反射樣本照明之該第二部分產生的該樣本之一第二影像。用於偵測該干涉通道中之該干涉光束以產生一第一組光學資料的一構件例如可包括偵測器154、554及四分之一波片153(圖1、圖3或圖5所示者)。用於偵測在該偏振修改通道中的該經反射樣本照明之該第二部分以產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料的一構件例如可包括偵測器124及線性偏振器119(圖1、圖3或圖5所示者)。
在方塊1014，使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之一缺陷。用於使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之該缺陷的一構件例如可包括一或多個處理器172，該一或多個處理器具有專用硬體或實施記憶體174或非暫時性電腦可使用之儲存媒體179中的可執行碼或軟體指令。在一些實施方案中，可額外使用來自該第一組光學資料之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料之該偏振修改，來偵測在該樣本之該區域處的偏振修改。例如，該樣本之該區域可係一第一區域，且該樣本之一第二區域可部分地修改該樣本照明之該偏振達與該樣本之該第一區域不同的一量。可使用來自該第一組光學資料的該第二區域處之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料之該第二區域處的該偏振修改而在該樣本之該第二區域處偵測該偏振修改。用於使用來自該第 一組光學資料的該第二區域處之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料的該第二區域中之該偏振修改來偵測該樣本之該第二區域處之該偏振修改的一構件例如可包括一或多個處理器172，該一或多個處理器具有專用硬體或實施記憶體174或非暫時性電腦可使用之儲存媒體179中的可執行碼或軟體指令。在一些實施方案中，可額外使用該第一組光學資料及該第二組光學資料來偵測在該樣本之該區域處的較低反射率。用於使用該第一組光學資料及該第二組光學資料來偵測該樣本之該區域處之較低反射率的一構件例如可包括一或多個處理器172，其具有專用硬體或實施記憶體174中的可執行碼或軟體指令或非暫時性電腦可使用之儲存媒體179中。
在本說明書全文中，參考「一個實例(one example)」、「一實例(an example)」、「某些實例(certain examples)」或「例示性實施方案(exemplary implementation)」意指在所主張標的之至少一個特徵及/或實例中可包括結合特徵及/或實例所描述的特定特徵、結構或特性。因此，在本說明書全文各處中出現的詞句「在一個實例中(in one example)」、「一實例(an example)」、「在某些實例中(in certain examples)」或「在某些實施方案中(in certain implementations)」或其他類似詞句非必然係指相同的特徵、實例及/或限制。此外，在一或多個實例及/或特徵中可組合特定特徵、結構、或特性。
本文所包括的實施方式之一些部分就儲存在特定設備或特殊用途運算裝置或平台之記憶體內的演算法或在二進位數位信號上的操作之符號表示法來呈現。在本特定說明書的上下文中，用語特定設備或類似者包括一般用途電腦，一旦其經程式化以根據來自程式軟體的指令執行特定操作。演算法說明及符號表示法係在信號處理或相關技術領域方面所屬技術領域中具有通常知識者用於向其他具有通常知識者傳達其作品內容之技術的實例。此處是演算法，並且大致上視為自我一致的操作序列或導致所欲結果的類似信號處理。在此上下文 中，操作或處理涉及物理量之物理操縱。雖然不一定，然而一般而言，此類量可採取能夠被儲存、傳送、組合、比較或以其他方式操縱的電信號或磁性信號的形式。將此類信號指稱為位元、資料、值、元素、符號、字元、符號、數字、數值、或類似者，主要出於通用原因而經證實為方便的。然而，應理解，所有這些或類似用語皆與適當的物理量相關聯，且僅係方便的標示。如從本文中所討論顯而易見，應理解，在本說明書全文中，利用諸如「處理(processing)」、「運算(computing)」、「計算(calculating)」、「判定(determining)」或類似用語係指特定設備(諸如特殊用途電腦、特殊用途運算設備、或類似特殊用途電子運算裝置)之動作或處理程序，除非另有明確說明。因此，在本說明書的上下文中，特殊用途電腦或類似特殊用途電子運算裝置能夠操縱或變轉在特殊用途電腦或類似特殊用途電子運算裝置之記憶體、暫存器、或其他資訊儲存裝置、傳輸裝置、或顯示裝置內的信號(一般而言，表示為物理電子或磁性量)。
在前述實施方式中，已提出許多具體細節以提供對所主張標的之徹底理解。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可實踐所主張標的而無需這些具體細節。在其他情況下，未詳細描述所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之方法及設備，以不混淆所主張標的。
如本文中所使用，用語「及(and)」、「或(or)」與「及/或(and/or)」可包括各種意義，亦預期至少部分取決於使用此類用語的上下文。一般而言，若使用「或(or)」來使一清單(諸如A、B或C)相關聯，係意欲此處以含括性意義上使用的A、B、及C，以及此處以排他性意義上使用的A、B或C。此外，如本文中所使用，用語「一或多個(one or more)」可用於描述單數的任何特徵、結構或特性，或可用於描述複數個特徵、結構或特性或特徵、結構或特性之一些其他組合。然而，應注意，此僅係一說明性實例且所主張標的不限於此實例。
雖然已經繪示及描述目前被視為實例特徵者，但所屬技術領域中 具有通常知識者將明白，可進行各種其他修改，且可取代均等物，而不脫離所主張標的。此外，可對所主張標的之教示進行許多修改以適應特定情況，而不背離本文所述之中心概念。
雖然為了說明目的而關於具體實施例來說明本發明，但本發明不限於此。可進行各種調適及修改而未悖離本發明之範疇下。因此，隨附申請專利範圍之精神及範疇不應限於前述說明。
110:光源
112:光/入射光束
114:聚光透鏡
115:場光闌
116:照明透鏡
118:分光器
119:偏振器/線性偏振器
120:偏振修改通道/偏振混合通道
122:光學組件
124:偵測器
130:干涉物鏡
131:四分之一波片/圓偏振器/偏振器
132:分光器/偏振器/偏振分光器
133:四分之一波片/偏振器
134:樣本物鏡
135:樣本照明
136:參考物鏡
137:致動器
138:參考鏡
139:參考照明
140:樣本
142:夾盤
144:置物台
150:干涉通道
151:經組合光束
152:光學組件
153:四分之一波片
154:偵測器/干涉偵測器
156:相位遮罩
158:偵測器陣列
170:電腦
172:處理器
174:記憶體
176:顯示器
177:通訊埠
178:輸入裝置
179:儲存媒體
300:相移干涉儀/光學計量裝置

Claims (20)

  1. 一種光學檢測設備，其經組態以偵測一樣本上之一缺陷，該光學檢測設備包含： 一干涉物鏡，其包含一偏振分光器，該偏振分光器經組態以接收經偏振之一照明光束並導引該照明光束之一第一部分朝向一參考鏡作為參考照明，且經組態以導引該照明光束之一第二部分朝向該樣本作為樣本照明，其中該參考鏡經組態以反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明，該偏振分光器進一步經組態以接收來自該參考鏡之該經反射參考照明及來自該樣本之經反射樣本照明，該偏振分光器經組態以組合該經反射參考照明與該經反射樣本照明之一第一部分作為一干涉光束，該干涉光束經導引沿著一干涉通道，且該經反射樣本照明之一第二部分經導引沿著不同於該干涉通道的一偏振修改通道； 一第一偵測器，其在該干涉通道中，該第一偵測器經組態以接收該干涉光束，並自該樣本產生一第一組光學資料； 一第二偵測器，其在該偏振修改通道中，該第二偵測器經組態以接收該經反射樣本照明之該第二部分，並產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料；及 至少一個處理器，其耦接至該第一偵測器及該第二偵測器，且經組態以使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之該缺陷。
  2. 如請求項1之光學檢測設備，其中該干涉物鏡係一Linnik物鏡或Michelson物鏡之一者。
  3. 如請求項1之光學檢測設備，其進一步包含： 一第一四分之一波片，其在該偏振分光器與該參考鏡之間；及 一第二四分之一波片，其在該偏振分光器與該樣本之間。
  4. 如請求項1之光學檢測設備，其進一步包含在該偏振分光器與該第一偵測器之間的一四分之一波片。
  5. 如請求項1之光學檢測設備，其中該至少一個處理器進一步經組態以使用來自該第一組光學資料之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料之該偏振修改，來偵測在該樣本之一區域處的偏振修改。
  6. 如請求項5之光學檢測設備，其中該樣本之該區域係一第一區域，且其中該樣本之一第二區域部分地修改該樣本照明之該偏振達與該樣本之該第一區域不同的一量，其中該至少一個處理器進一步經組態以使用來自該第一組光學資料的該第二區域中之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料的該第二區域中之該偏振修改來偵測該樣本之該第二區域處之偏振修改。
  7. 如請求項1之光學檢測設備，其中該至少一個處理器進一步經組態以使用該第一組光學資料及該第二組光學資料來偵測在該樣本之一區域處的一較低反射率。
  8. 如請求項7之光學檢測設備，其中該至少一個處理器經組態以使用來自該第一組光學資料之該干涉光束之一強度減小及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測在該樣本之該區域處的該較低反射率。
  9. 如請求項1之光學檢測設備，其中該第一偵測器接收來自該干涉光束的該樣本之一第一影像，且該第二偵測器接收來自該樣本照明之該第二部分的該樣本之一第二影像。
  10. 如請求項1之光學檢測設備，其進一步包含： 一第二分光器，其導引該照明光束朝向該干涉物鏡，並導引該經反射樣本照明之該第二部分沿著包含該第二偵測器之該偏振修改通道。
  11. 一種偵測一樣本上之一缺陷之方法，該方法包含： 導引經偏振的一照明光束之一第一部分朝向一參考鏡作為參考照明，該參考鏡反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明； 導引該照明光束之一第二部分朝向該樣本作為樣本照明，該樣本反射該照明光束之該第二部分以產生經反射樣本照明，其中該樣本之一區域部分地修改該樣本照明之偏振； 組合該經反射參考照明與來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第一部分作為一干涉光束，並基於偏振而沿一干涉通道導引該干涉光束； 基於偏振而沿一偏振修改通道導引來自該樣本之該區域的該經反射樣本照明之一第二部分，其中該偏振修改通道不同於該干涉通道； 偵測該干涉通道中之該干涉光束以產生一第一組光學資料； 偵測在該偏振修改通道中的該經反射樣本照明之該第二部分，以產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料；及 使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之該缺陷。
  12. 如請求項11之方法，其中入射在該參考鏡上之該參考照明經線性偏振且具有一第一偏振定向，且入射在該樣本上的該樣本照明經線性偏振且具有一第二偏振定向，該第二偏振定向正交於該第一偏振定向。
  13. 如請求項11之方法，其中入射在該參考鏡上的該照明光束之該第一部分經圓偏振而具有一第一旋向性，且入射在該樣本上的該照明光束之該第二部分經圓偏振而具有一第二旋向性，該第二旋向性不同於該第一旋向性。
  14. 如請求項11之方法，其進一步包含使用來自該第一組光學資料之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料之該偏振修改，來偵測在該樣本之該區域處的偏振修改。
  15. 如請求項14之方法，其中該樣本之該區域係一第一區域，且其中該樣本之一第二區域部分地修改該樣本照明之該偏振達與該樣本之該第一區域不同的一量，該方法進一步包含使用來自該第一組光學資料的該第二區域中之該干涉光束之一強度變化及來自該第二組光學資料的該第二區域中之該偏振修改來偵測該樣本之該第二區域處之偏振修改。
  16. 如請求項11之方法，其進一步包含使用該第一組光學資料及該第二組光學資料來偵測在該樣本之該區域處的較低反射率。
  17. 如請求項16之方法，其中偵測在該樣本之該區域處的該較低反射率包含：使用來自該第一組光學資料之該干涉光束之一強度減小及來自該第二組光學資料之該偏振修改。
  18. 如請求項11之方法，其中該第一組光學資料包含自該干涉光束產生的該樣本之一第一影像，且該第二組光學資料包含自該經反射樣本照明之該第二部分產生的該樣本之一第二影像。
  19. 一種光學檢測設備，其經組態以偵測一樣本上之一缺陷，該光學檢測設備包含： 用於導引經偏振的一照明光束之一第一部分朝向一參考鏡作為參考照明，並導引該照明光束之一第二部分朝向該樣本作為樣本照明的構件，該參考鏡反射該照明光束之該第一部分以產生經反射參考照明，其中該樣本將反射且部分地修改該照明光束之該第二部分之該偏振以產生經反射樣本照明； 用於組合該經反射參考照明與該經反射樣本照明之一第一部分作為一干涉光束，並沿一干涉通道導引該干涉光束的構件； 用於沿一偏振修改通道導引該經反射樣本照明之一第二部分的構件，其中該偏振修改通道不同於該干涉通道； 用於偵測該干涉通道中之該干涉光束以產生一第一組光學資料的構件； 用於偵測在該偏振修改通道中的該經反射樣本照明之該第二部分以產生指示該樣本照明之偏振修改的一第二組光學資料的構件；及 用於使用該第一組光學資料及來自該第二組光學資料之該偏振修改來偵測該樣本上之該缺陷的構件。
  20. 如請求項19之光學檢測設備，其進一步包含用於產生入射在該參考鏡上的該照明光束之該第一部分的具有一第一旋向性之圓偏振，及產生入射在該樣本上的該照明光束之該第二部分的具有一第二旋向性之圓偏振的一構件，該第二旋向性不同於該第一旋向性。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070030477A1 (en) * 2005-08-02 2007-02-08 Kla-Tencor Technologies Corp. Systems Configured to Generate Output Corresponding to Defects on a Specimen
TWM458554U (zh) * 2013-04-19 2013-08-01 Avva R & D Corp 晶圓缺陷檢測機台
WO2018216277A1 (ja) * 2017-05-22 2018-11-29 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU4536093A (en) * 1992-07-31 1994-03-03 Biostar, Inc. Devices and methods for detection of an analyte based upon light interference
US7095507B1 (en) 2002-09-27 2006-08-22 Kla-Tencor Technologies Corporation Method and apparatus using microscopic and interferometric based detection
US7324214B2 (en) 2003-03-06 2008-01-29 Zygo Corporation Interferometer and method for measuring characteristics of optically unresolved surface features
TWI334921B (en) 2003-09-15 2010-12-21 Zygo Corp Surface profiling using an interference pattern matching template
KR101427433B1 (ko) * 2006-08-02 2014-08-08 가부시키가이샤 니콘 결함 검출 장치 및 결함 검출 방법
EP2097713A4 (en) * 2006-12-22 2010-09-15 Zygo Corp DEVICE AND METHOD FOR MEASURING SURFACE PROPERTIES
US8310681B2 (en) 2007-06-22 2012-11-13 Compact Imaging, Inc. Orthogonal reference analysis system with enhanced SNR
US8120781B2 (en) * 2008-11-26 2012-02-21 Zygo Corporation Interferometric systems and methods featuring spectral analysis of unevenly sampled data
US8107084B2 (en) * 2009-01-30 2012-01-31 Zygo Corporation Interference microscope with scan motion detection using fringe motion in monitor patterns
JP6369860B2 (ja) * 2014-07-15 2018-08-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥観察方法及びその装置
CN106323163B (zh) * 2015-07-10 2019-03-08 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种表面3d检测装置及检测方法
US10935501B2 (en) * 2017-12-01 2021-03-02 Onto Innovation Inc. Sub-resolution defect detection
CN108195849A (zh) * 2018-01-23 2018-06-22 南京理工大学 基于短相干动态泰曼干涉仪的位相缺陷检测系统及方法
US10937705B2 (en) * 2018-03-30 2021-03-02 Onto Innovation Inc. Sample inspection using topography
US10830709B2 (en) * 2018-09-28 2020-11-10 Onto Innovation Inc. Interferometer with pixelated phase shift mask

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070030477A1 (en) * 2005-08-02 2007-02-08 Kla-Tencor Technologies Corp. Systems Configured to Generate Output Corresponding to Defects on a Specimen
TWM458554U (zh) * 2013-04-19 2013-08-01 Avva R & D Corp 晶圓缺陷檢測機台
WO2018216277A1 (ja) * 2017-05-22 2018-11-29 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

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