專利名稱：用于白光干涉法以及鍍膜表征的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及白光干涉法，特別涉及以白光干涉法測(cè)量各種表面特性以及進(jìn)行鍍膜 表征。
背景技術(shù)：
有關(guān)白光干涉法的現(xiàn)有技術(shù)仍有一些尚待克服之問(wèn)題。下面的例子雖未必包括全 部狀況，但由下面更細(xì)節(jié)之描述可知這些問(wèn)題包括非必要的降低了白光干涉分辨率，和耗 用過(guò)多非必要信號(hào)處理時(shí)間及或計(jì)算資源?，F(xiàn)仍有此基本需求來(lái)改進(jìn)基于白光干涉法的測(cè)量技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種方法，以利用具有寬廣光譜光源之白光干涉儀測(cè) 量一樣品之表面形態(tài)?；谠跇悠泛鸵粎⒖济嬷g的相對(duì)掃描，干涉儀檢測(cè)到樣品一系列 取樣幅數(shù)上的干涉圖形強(qiáng)度數(shù)據(jù)。該方法包含的步驟為，對(duì)于樣品上的每個(gè)感興趣的點(diǎn)(X， y)(亦即待測(cè)點(diǎn))先對(duì)每一待測(cè)點(diǎn)(x，y)上因前述相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生干涉強(qiáng)度變化找出該待 測(cè)點(diǎn)(X，y)之包跡(envelope)，由此包跡可初步估計(jì)該待測(cè)點(diǎn)之粗略高度(Zraugh)，然后再 根據(jù)白光干涉的模式，由最佳曲線擬合法，去擬合已紀(jì)錄之干涉信號(hào)，找出干涉信號(hào)中之相 位差θ，由此相位差數(shù)據(jù)去改進(jìn)粗略高度之解析度，得到該有興趣待測(cè)點(diǎn)(χ，y)之高分辨 率形狀Zfim，此高分辨率形狀Zfim改進(jìn)了粗略高度(Zraugh)之分辨率。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于利用具有寬廣光譜光源之白光干涉儀提供一表征樣品 基材上膜層的方法。該方法為對(duì)于每個(gè)樣品上感興趣的點(diǎn)(x，y)(亦即待測(cè)點(diǎn))，基于在樣 品和參考面之間進(jìn)行的相對(duì)掃描，干涉儀紀(jì)錄待測(cè)面上每一點(diǎn)(χ，y) 一系列取樣幅數(shù)之干 涉強(qiáng)度變化，并由此干涉強(qiáng)度變化找出相對(duì)應(yīng)之合成包跡(envelope)，此合成包跡是由兩 組干涉信號(hào)所造成由膜層表面反射產(chǎn)生之干涉信號(hào)R，由膜層底部與基板界面反射產(chǎn)生 之干涉信號(hào)T。一旦找到由此兩信號(hào)合成之包跡，則相應(yīng)之方法為找到對(duì)應(yīng)包跡最高點(diǎn)之 信號(hào)幅數(shù)mmax，由包跡最高點(diǎn)之信號(hào)幅數(shù)mmax建立一信號(hào)處理區(qū)間[Himax-AnUA2],其中， A1及八2均為整數(shù)；位于此一信號(hào)處理區(qū)間之包跡為合成包跡，位于信號(hào)處理區(qū)間以外之 包跡定義為0。由此信號(hào)處理區(qū)間合成包跡找到在量測(cè)點(diǎn)(x，y)對(duì)應(yīng)此主信號(hào)之高度zd。m; 再由測(cè)量區(qū)沒(méi)有鍍膜部份，找到該部份之平均高度，做為參考高度avg ；由此參考高度與 主信號(hào)高度差別之絕對(duì)值及相關(guān)轉(zhuǎn)換因子得到對(duì)應(yīng)量測(cè)點(diǎn)U，y)上之鍍膜厚度t(x，y)。在某些情況，此方法還可能包含如下內(nèi)容利用白光干涉的模式，由最佳曲線擬合 法，擬合信號(hào)處理區(qū)間內(nèi)之干涉信號(hào)，找出對(duì)應(yīng)之主信號(hào)相位差θ d。m ；然后移除相位差 中之2 π不確定量，進(jìn)而找到該量測(cè)點(diǎn)(x，y)上之高分辨率形狀zd。m,fiM，此由相位找到之高 度提高了 zd。m之分辨率。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供又一種利用具有寬廣光譜光源之白光干涉儀表征 樣品基材上膜層的方法。該方法為對(duì)于樣品上的每個(gè)感興趣的位置(x，y)(亦即待測(cè)點(diǎn))，基于在樣品和參考面之間進(jìn)行的相對(duì)掃描，干涉儀檢測(cè)到待測(cè)面上每一點(diǎn)(χ，y) 一系列取 樣幅數(shù)之干涉強(qiáng)度變化，找出合成干涉信號(hào)之包跡，此包跡包括由膜層表面反射產(chǎn)生之干 涉信號(hào)R，由膜層底部與基板界面反射產(chǎn)生之干涉信號(hào)T ；由合成信號(hào)包跡最高點(diǎn)之信號(hào)幅 數(shù)HImax建立一信號(hào)處理區(qū)間[Himax-A1, Π1_+Δ2]，其中，L1I Δ2均為整數(shù)；位于此一信號(hào) 處理區(qū)間之包跡為合成包跡，位于信號(hào)處理區(qū)間以外之包跡定義為0。該方法進(jìn)一步包括 如下內(nèi)容利用此區(qū)間之包跡找到在量測(cè)點(diǎn)(x，y)對(duì)應(yīng)主信號(hào)之高度zd。m ；再用一高斯函數(shù) (Gaussian function)去擬合位于信號(hào)處理區(qū)間內(nèi)之包跡，然后用全部合成信號(hào)包跡減去 此高斯函數(shù)；此一減去高斯函數(shù)后之包跡稱為中間包跡(intermediateenvelope)，由此可 用以找出待測(cè)面上每一點(diǎn)(X，y)對(duì)應(yīng)此中間包跡之高度Zint ；最后由zd。m與Zint之差別，算 出待測(cè)面上每一點(diǎn)(X，y)上之鍍膜厚度t(x，y)。在某些情況，此方法還可能包括利用白光干涉的模式，由最佳曲線擬合法，擬合 信號(hào)處理區(qū)間內(nèi)之干涉信號(hào)，找出對(duì)應(yīng)之主信號(hào)相位差θ d。m ；然后移除相位差ed。m中之 2 π不確定量，進(jìn)而找到該量測(cè)點(diǎn)(x，y)上之高分辨率形狀zd。m,fiM，此由相位找到之高度提 高了 zd。m之分辨率。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供又一種利用具有寬廣光譜光源之白光干涉儀表征 樣品基材上膜層的方法。該方法包括如下內(nèi)容基于在樣品和參考面之間進(jìn)行的相對(duì)掃描， 檢測(cè)到一系列取樣幅數(shù)的干涉信號(hào)I (Z)，將其轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)之空間頻率(頻率領(lǐng)域)信號(hào)， 處理此空間頻率信號(hào)可得到樣品上每點(diǎn)膜厚t(x，y)之初步估計(jì)dMUght，并可由寬廣光源干 涉模式以最佳化曲線方式擬合干涉信號(hào)I (ζ)之部分信號(hào)，得到相位差信號(hào)，再由初步 估計(jì)之draugh去移除不確定部分，得到細(xì)微膜厚dfiM.此細(xì)微膜厚dfiM可提 高初步膜厚draugh之分辨率。本發(fā)明的其它目的還在于提供計(jì)算機(jī)可讀媒介，包括計(jì)算機(jī)程式，當(dāng)處理器執(zhí)行 此計(jì)算機(jī)程式時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述方法。適用本發(fā)明之某些具體形式尚具有如下特征與式樣。


附圖用于描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅僅局限于如下所述之具體形式。圖1為適用于本發(fā)明方法及系統(tǒng)之白光干涉顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a為可以圖1所示白光干涉顯微鏡進(jìn)行表征的樣品表面的形態(tài)示意圖；圖2b為當(dāng)樣品與參考面沿縱軸方向(ζ)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由圖1所示白光干涉顯微 鏡記錄到的樣品上某一點(diǎn)(x，y) = (Xi, Yi)的干涉信號(hào)強(qiáng)度變化示意圖；圖3a為利用已有技術(shù)，即僅用干涉信號(hào)之包跡數(shù)據(jù)去得到樣品上每一點(diǎn)(x，y)= (Xi, Yi)之表面高度的方法，在樣品上沿y方向所描繪之高度曲線；圖3b為利用圖2b中之干涉信號(hào)，直接計(jì)算信號(hào)中之相位，顯示相位之2 π不確定 性之曲線；圖3c為采用已有傅立葉轉(zhuǎn)換(Fourier Transfer)技術(shù)所得到的，具有條紋印出 誤差(Fringe print-through)的表面形態(tài)；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中，以干涉方法表征樣品表面的流程圖；圖5a為采用圖4所示干涉方法表征樣品之分辨率與現(xiàn)有技術(shù)中近采用包跡信息所獲結(jié)果之分辨率的對(duì)比圖。圖5b為采用圖4所示干涉方法測(cè)量樣品表面所得的，無(wú)條紋印出誤差的表面形 態(tài)；圖6a及6b為適用本發(fā)明方法表征鍍膜樣品之示意圖，其中，圖6a為具有未鍍膜 之參考區(qū)的樣品示意圖，圖6b為完全被鍍膜覆蓋的樣品示意圖；圖7a為光線從基材上具有鍍膜之樣品上進(jìn)行反射的示意圖；圖7b及7c是由基材上具有鍍膜之樣品所獲干涉信號(hào)強(qiáng)度的曲線；圖8為本發(fā)明實(shí)施例中采用干涉方法表征基材上具有鍍膜之樣品的部分流程示 意圖；圖9a及9b為本發(fā)明實(shí)施例中采用干涉方法表征基材上具有鍍膜之樣品的又一部 分流程示意圖；圖10為采用圖9b所示方法將全部包跡減去高斯擬合包跡程序之示意圖。圖11為本發(fā)明另一實(shí)施例中，采用干涉方法表征基材上具有鍍膜之樣品的又一 種流程示意圖；圖12為由薄膜模型公式計(jì)算出的，因不同膜厚d造成的不同相位的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下細(xì)節(jié)描述將可幫助對(duì)本發(fā)明更加了解，不過(guò)并非限制本發(fā)明須完全按照所有 這些細(xì)節(jié)。在某些情形下，為人熟知之組件可能不顯示或特別描述，以免影響對(duì)發(fā)明本身之 描述。所以這些描述及插圖是用來(lái)解釋發(fā)明，而非將發(fā)明限制于這些描述范圍內(nèi)。本發(fā)明的目的在于，使用白光干涉之方法，在空間領(lǐng)域由最佳曲線擬合，得到干涉 信號(hào)中相位訊息，而用以估測(cè)待測(cè)樣品表面形狀。本發(fā)明的其他目的在于，對(duì)具有鍍膜樣 品，用門檻方法區(qū)分干涉圖中包跡分量，進(jìn)行鍍膜表征。如圖1所示為一適用于本發(fā)明之方法及系統(tǒng)的白光干涉顯微鏡10示意圖，其可用 以測(cè)量樣品12之表面特征。所謂特征，舉例來(lái)說(shuō)，包括樣品12在ζ方向之表面形狀(xyz 坐標(biāo)如圖1)。樣品12之表面形狀包括樣品12上每一量測(cè)點(diǎn)(X，y)在ζ方向之高度。干涉儀10包括一白光或非同調(diào)光源(incoherent light source) 14。這里所述的 白光系指非同調(diào)光源，亦即短同調(diào)距離及寬帶電磁輻射光源。舉一并非特定之例，光源波長(zhǎng) 在400nm到700nm(或頻率4. 3 X IO14到7. 5 X IO14Hz)之間。舉另一并非特定之例，光源可 包括一或多個(gè)白熱輻射燈泡，一或多個(gè)發(fā)光二極體(LED)。一般來(lái)說(shuō)光源14最好能有75nm 以上光譜范圍。在某些情況光源14光譜范圍有200nm以上。白光干涉顯微鏡中之照明光學(xué)系統(tǒng)16聚集光源14之發(fā)光20A，照射至分光鏡18 如光線20B。照明光學(xué)系統(tǒng)16包括兩個(gè)透鏡組(16A，16B)鏡筒(16C)及孔徑(16D)?？讖?之作用為選擇樣品12上照明范圍，及遮擋雜散光以增進(jìn)影像對(duì)比。利用照明光學(xué)系統(tǒng)之知 識(shí)，照明光學(xué)系統(tǒng)16可利用較多或較少光件或利用其它種類光學(xué)組件。系統(tǒng)16 —般來(lái)說(shuō) 可包括任何光學(xué)組件，并非局限于圖中之示意設(shè)計(jì)。在所述的干涉儀10中，分光鏡從照明光學(xué)系統(tǒng)16接收光線20B。一部分光線20B 經(jīng)過(guò)分光鏡18反射后，形成光線20C進(jìn)入物鏡22。此處所述的物鏡22包括一單獨(dú)的聚焦 透鏡，但這并非是必然的。在某些情況下，物鏡22還可能包括很多透鏡及其它光學(xué)組件。顯微物鏡22接收光線20C，并輸出照射于樣品12和參考面26的光束20D。光線20D在顯微物鏡中被分光鏡24分成兩部份，反射部份為光線20E，穿透部份 為光線20F。反射光線20E被反射面26反射回物鏡22和成像元件28、30、32 (將在下面描 述)。此反射面26將被稱之參考面26。參考面最好為一高品質(zhì)平滑表面之光學(xué)反射面。穿 透部份光線20F觸及樣品12 (待測(cè)面)后，又有部份光被反射回物鏡22以及成像元件28、 30、32(亦將在下面描述)。從物鏡22傳回之光線20G包括從參考面26反射回物鏡22之光20E及從樣品 12(測(cè)試面)反射回物鏡22之光20F。對(duì)于樣品12表面(待測(cè)面)上的每一點(diǎn)及參考面 上相應(yīng)的點(diǎn)來(lái)說(shuō)，均存在如20F和20E之類的多對(duì)光線。每對(duì)光線均對(duì)樣品上的一個(gè)點(diǎn)相 應(yīng)的干涉產(chǎn)生影響。運(yùn)用好的照明光學(xué)設(shè)計(jì)(如Kohler照明)及選擇適當(dāng)光源，使得所有 發(fā)光點(diǎn)合起來(lái)造成之干涉信號(hào)能有良好對(duì)比而重迭于傳統(tǒng)之顯微鏡影像上。光線20G被指向一成像系統(tǒng)，所述的成像系統(tǒng)包括反射鏡28、成像光件30以及傳 感器32。光線20G經(jīng)反射鏡28反射后形成光線201，并直接指向成像光件30。在本實(shí)施例 中，成像光件30為一透鏡，但這并非必然之事。實(shí)際上，成像光件30也可包括多個(gè)透鏡及 其它合適光件。光線201穿過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)30后以光線20J的形態(tài)傳輸至傳感器32。傳 感器32可能包含一陣列像素，每一像素包括一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)器(如CXD和或CMOOS光感應(yīng) 器，圖中未顯示)，這些感應(yīng)器可感應(yīng)照于其上之光線20J的強(qiáng)度，并輸出代表在與這些感 應(yīng)器所在像素區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)度之信號(hào)34。傳感器32可能包括一數(shù)碼相機(jī)或類似裝置，這些 裝置包括其自有的成像光件和處理信號(hào)電子元件(均未顯示于圖中)。在本實(shí)施例中，設(shè)置傳感器32以提供測(cè)量到的強(qiáng)度信號(hào)34給處理器36。雖然在 圖1僅以一條線代表信號(hào)強(qiáng)度信號(hào)34，但本領(lǐng)域技術(shù)人員悉知，強(qiáng)度信號(hào)34代表傳感器陣 列32中每一像素所檢測(cè)到的強(qiáng)度信號(hào)。雖未在圖中顯示，在某些情況下，傳感器32和處理 器36之間還可設(shè)置一些合適的信號(hào)處理元件，這些信號(hào)處理元件可能還包括但并非局限 于如下裝置，如放大電路、電壓數(shù)碼轉(zhuǎn)換裝置、驅(qū)動(dòng)電路、濾波電路、記憶裝置及信號(hào)選擇電 路等。處理器36可能為具有適當(dāng)配置之計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部份(圖中未示出)，或可能是屬 于嵌入干涉儀系統(tǒng)的一部分。圖1中處理器36可能不只一個(gè)，他們可能是受控于中央處理 器以及或被分配工作。根據(jù)此領(lǐng)域?yàn)槿怂夹g(shù)，處理器36最好有內(nèi)置存儲(chǔ)元件和/或者 也可讀取外設(shè)的存儲(chǔ)器件(圖中未示出)。處理器36內(nèi)部或已有編好程序或可讀取程序38。參見(jiàn)如下具體說(shuō)明，處理器36 執(zhí)行程序38，用以處理信號(hào)34，算出樣品12之表面形狀訊息40。處理器36也可藉控制信 號(hào)35控制傳感器32讀取信號(hào)。圖2A為一典型但并非惟一樣品示意圖，此類樣品通?？捎筛缮鎯x10量測(cè)表面特 征。圖2樣品之表面52，從宏觀來(lái)看近似平面(χ-y平面)，但實(shí)際上樣品之表面52其表面 形狀(如，在ζ方向上的高度)呈現(xiàn)各種微小變化。在白光干涉顯微鏡實(shí)際工作時(shí)，會(huì)造成樣品12與參考面26之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用以 改變從樣品表面52反射的光20F以及從參考面26反射的光20E之間的光程差。造成相對(duì) 運(yùn)動(dòng)之方法(但并非全部方法)可為移動(dòng)樣品12、移動(dòng)樣品12所在平臺(tái)(圖中未示出)， 移動(dòng)參考面26，和/或移動(dòng)物鏡22 (參考面26與顯微物鏡22 —體設(shè)置的情況下)。本實(shí) 施例中，相對(duì)運(yùn)動(dòng)是藉傳動(dòng)裝置42讓參考面26與顯微物鏡22 —起ζ方向做精密移動(dòng)所產(chǎn)生的。驅(qū)動(dòng)裝置42可選用，但不局限于如下設(shè)備壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、手動(dòng)或由一個(gè) 或結(jié)合數(shù)個(gè)其它合適驅(qū)動(dòng)裝置。處理器36可藉控制信號(hào)44來(lái)控制傳動(dòng)裝置42。傳動(dòng)裝置 42中可能還包括一個(gè)位置傳感器(圖中未示出)，該位置傳感器能經(jīng)控制信號(hào)44反饋位置 信號(hào)給處理器36。本實(shí)施例中，處理器36經(jīng)由控制信號(hào)44，使傳動(dòng)裝置42帶動(dòng)參考面26在ζ方向 運(yùn)動(dòng)。當(dāng)參考面26在ζ方向上移動(dòng)時(shí)，處理器36藉由控制信號(hào)35控制傳感器32捕獲強(qiáng) 度信號(hào)34。處理器36可能以同步方式控制參考面26之運(yùn)動(dòng)及傳感器32捕獲強(qiáng)度信號(hào)34。 舉例來(lái)說(shuō)，信號(hào)處理器36可能控制偵檢器32在分別時(shí)段，亦即對(duì)應(yīng)參考面26相對(duì)待測(cè)面 12在不同ζ位置，讀取信號(hào)強(qiáng)度34。對(duì)應(yīng)在這各個(gè)時(shí)段，空間各個(gè)高度之ζ位置，在本描述 中以幅(數(shù))代表。對(duì)于每一幅來(lái)說(shuō)，從待測(cè)面反射之光20F與從參考面反射之光20Ε有 不同之光程差。如上所述，從待測(cè)面反射之光20F與從參考面反射之光20Ε沒(méi)有光程差時(shí)， 兩者造成之干涉信號(hào)有最好的對(duì)比。圖2Β所述圖標(biāo)50標(biāo)示了待測(cè)樣品12表面52上某一點(diǎn)(x，y) = (Xi, Yi)信號(hào)強(qiáng) 度34之變化。信號(hào)強(qiáng)度34稱為干涉數(shù)據(jù)、干涉信號(hào)或干涉圖。圖2B之信號(hào)強(qiáng)度34乃參 考面26相對(duì)于樣品12(待測(cè)面)做縱向(ζ)運(yùn)動(dòng)時(shí)由傳感器32紀(jì)錄之一系列幅數(shù)信號(hào)。 對(duì)某些裝置，待測(cè)面12上某一點(diǎn)(x，y) = (X^yi)即對(duì)應(yīng)傳感器32上一像素。在圖中描繪 數(shù)據(jù)50，于每幅取樣位置所得之信號(hào)以方塊表示。從代表信號(hào)強(qiáng)度34之描繪數(shù)據(jù)50，我們 可發(fā)現(xiàn)幾件事首先如所預(yù)料，描繪數(shù)據(jù)50顯示信號(hào)強(qiáng)度34在某一取樣區(qū)間內(nèi)有相對(duì)較強(qiáng) 信號(hào)(如圖中幅數(shù)30至70)。這是因?yàn)閷?duì)每一量測(cè)點(diǎn)(x，y) = (Xi，yi)，其干涉信號(hào)為由光 源上不同位置及不同波長(zhǎng)之光所造成，對(duì)這些迭加信號(hào)，只有在從待測(cè)面反射之光20F與 從參考面反射之光20E其光程差接近于零之情況，其合成信號(hào)對(duì)比最好(亦即信號(hào)中振幅 最高部份)。從圖標(biāo)50中也可見(jiàn)到傳感器32所量到之背景信號(hào)強(qiáng)度Ibg(稱為直流強(qiáng)度)。 此為從待測(cè)面反射之光20F與從參考面反射之光20E其光程差相當(dāng)大時(shí)，傳感器32所量到 之信號(hào)強(qiáng)度，代表沒(méi)有明顯之干涉信號(hào)。從待測(cè)面12上某一點(diǎn)(x，y) = (X^yi)所量到之干涉信號(hào)對(duì)比最強(qiáng)之位置是當(dāng) 參考面26上對(duì)應(yīng)之一點(diǎn)，其反射光20E之光程與該待測(cè)點(diǎn)反射光20F相等時(shí)。在該位置， 信號(hào)強(qiáng)度34之振幅最大。不過(guò)在圖2之圖標(biāo)50可見(jiàn)紀(jì)錄每一光強(qiáng)度34之幅數(shù)，彼此之間 有一間距ΔΖ。考慮到如下因素，如計(jì)算資源消耗太多以及光源本身強(qiáng)度振蕩變化及干涉信號(hào)34 中之噪聲，因此并不易直接由很小的取樣間距，來(lái)決定從待測(cè)面反射光20F與從參考面反 射光20Ε其光程相等之精確位置。以640X480之像素陣列之一幅數(shù)據(jù)為例為例，若取樣間 距ΔΖ = lnm，掃描10 μ m，須要儲(chǔ)存10000組640 X 480光強(qiáng)數(shù)據(jù)，這是一不實(shí)際，需要太長(zhǎng) 時(shí)間而且昂貴的做法。因此有必要對(duì)如圖2B中圖標(biāo)50所示此類型取樣數(shù)據(jù)干涉強(qiáng)度信號(hào)34進(jìn)行處理， 以便獲得最佳信號(hào)對(duì)比位置，其精確度能小于取樣間距Δζ。在現(xiàn)有技術(shù)中有多種可判別對(duì) 應(yīng)于最佳信號(hào)對(duì)比的ζ位置之技術(shù)。這些現(xiàn)有技術(shù)包括估計(jì)一干涉強(qiáng)度信號(hào)34(如圖2Β) 之”包跡”，然后估計(jì)出包跡之最高點(diǎn)或包跡之質(zhì)心。圖2Β中以虛線顯示此包跡Mm(ζ)。如 圖2Β所示，包跡Mm(ζ)顯示信號(hào)34之強(qiáng)度范圍。在這些情況下，包跡Mm(ζ)與光源14之能 率頻譜有關(guān)，亦即包跡Mm (ζ)為光源14能率頻譜之傅立葉轉(zhuǎn)換。
對(duì)現(xiàn)有以包跡為基礎(chǔ)之方法，若以強(qiáng)度信號(hào)34的模式來(lái)解釋則易于理解。圖2B 中圖標(biāo)50顯示之空間強(qiáng)度信號(hào)34可以如下模式表述，即Im (xi Yi) = Ibg {1+V (Xi, Yi) Gm (Xi, Yi) cos [2 π k0 (2m Δ ζ) + θ (Xi, Yi) ]}⑴式中符號(hào)為m為取樣幅數(shù)(即在ζ方向取樣數(shù)據(jù)編號(hào))，m= {1，2，···，Ν}；Iffl(Xi, Yi)為待測(cè)面12上某一量測(cè)點(diǎn)(X，y) = (Xi, Yi)在第m個(gè)取樣幅數(shù)之強(qiáng)度 信號(hào)34 ；Ibg為背景DC信號(hào)；V(xi; Yi)為待測(cè)面12上某一量測(cè)點(diǎn)(X，y) = (Xi, Yi)干涉之對(duì)比度(通常為一 常數(shù))；Gffl (xi; Yi)為強(qiáng)度信號(hào)在第m個(gè)取樣幅數(shù)之包跡值；Δ z為取樣間距。Kino等人在美國(guó)專利US5，194,918中提出的方案是以包跡為基礎(chǔ)運(yùn)用休伯特轉(zhuǎn) 換(Hilbert transform)之方法，(以下將以此專利列為休伯特轉(zhuǎn)換方法之參考文件)。休 伯特轉(zhuǎn)換是將強(qiáng)度信號(hào)引進(jìn)90°相位差，因此在(1)式中隨ζ值在空間變化之量及其休伯 特轉(zhuǎn)換將可分別寫成IbgV (Xi, Yi) Gm (Xi, Yi) cos [2 π k0 (2m Δ ζ) + θ (Xi, Yi) ](la)IbgV (Xi, Yi) Gm (Xi, Yi) sin [2 π k0 (2m Δ ζ) + θ (Xi, Yi) ](lb)上兩式中三角函數(shù)前系數(shù)Mm = IbgV(xi; Yi)Gm(xi; Yi)將可由式(Ia)及(Ib)平方 和再開(kāi)方得到。由于IbgV(Xi，Yi)在多數(shù)狀況為一常數(shù)，對(duì)任一幅數(shù)之包跡值Gm(Xi，Yi)乃 正比于此系數(shù)Mm，Mffl(xi; Yi)將被稱為調(diào)制系數(shù)或因其正比于Gm(Xi，yi)，亦可被稱為包跡。另一由K. Larkin 提出以包跡為基礎(chǔ)之方法(K. Larkin, "Efficientnonlinear algorithm for envelope detection in white lightinterferometry,"J. Opt. Soc. Am. A 13,832-843(1996)，(以下將以此文稱為L(zhǎng)arkin方法之參考文件)，系根據(jù)以下假設(shè)對(duì)任 一幅數(shù)m，當(dāng)鄰近幅數(shù)η = m-2, m_l，m+1, m+2，其包跡值GnUi，Yi)相當(dāng)接近包跡值Gm (Xi， Yi) ο系數(shù)Mm= IbgV (Xi，yi)Gm (Xi，yi)即可用以下公式直接算出Mm(U) = 1/4 Mnrl-IX-I1^Im-U)2]1/2 (2)運(yùn)用此公式時(shí)，取樣間距Δ ζ約須光源14中主要波長(zhǎng)(即公式(l)kQ之倒數(shù))1/8 之長(zhǎng)度。尚有如Ai等人于美國(guó)專利US5633715提出的以包跡為基礎(chǔ)之方法，此技術(shù)由強(qiáng)度 信號(hào)對(duì)ζ微分的平方來(lái)估計(jì)包跡，亦即Mm(Xi,yi) = [I' m(Xi,yi)]2(3)其中Γ m為強(qiáng)度信號(hào)Im對(duì)ζ的微分(以下將以此專利列為此微分方法之參考文 件)。一旦找到包跡Mm(Xi，yi)，即可找到其最大值Mmax以及其對(duì)應(yīng)的位置zmax。Zfflax即為 估計(jì)之強(qiáng)度信號(hào)中對(duì)比最佳位置，也就是對(duì)樣品12上某一點(diǎn)(x，y) = (X^yi)所估算之高 度。如前所述，樣品12上之位置(X，y) = (xi; Yi)可能是對(duì)應(yīng)傳感器32上之像素。經(jīng)過(guò)一趟縱向(ζ)掃描后，可以理解的是，傳感器32上每一 像素對(duì)應(yīng)之ζ方向資訊Zmax即可找到，所以可估算出待測(cè)面12之整體表面形狀。
另一個(gè)用包跡Mm(Xi，yi)找出強(qiáng)度信號(hào)34中對(duì)比最佳位置之方法為計(jì)算強(qiáng)度信號(hào) 34之質(zhì)心位置。這種技術(shù)(或稱質(zhì)量中心技術(shù))系利用質(zhì)心公式
權(quán)利要求
一種用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，該樣品包括基材及設(shè)置在基材上的一層薄膜，其特征在于，該方法包括如下步驟針對(duì)樣品上每一個(gè)有興趣之位置(x，y)基于在樣品和參考面之間進(jìn)行的一系列取樣幅數(shù)的掃描，檢測(cè)到干涉信號(hào)I(z)；將I(z)轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)之頻率領(lǐng)域信號(hào)，處理此頻率信號(hào)可得到樣品上有興趣之位置(x，y)的膜厚d(x，y)之初步估值drough；由寬廣光源干涉模式以最佳化曲線方式擬合干涉信號(hào)I(z)之部分信號(hào)，得到相位差信號(hào)θf(wàn)ine，再由初步估計(jì)之drough去移除θf(wàn)ine中之2π不確定部分，得到優(yōu)化之膜厚dfine，此優(yōu)化膜厚dfine分辨率高于膜厚drough。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特征 在于，所述的寬廣光源模式可以下式表示，即Im (xi Yi) = Ibg{1+V (Xi, Yi) Gm(Xi, Yi) cos [2 π k0 (2m Δ ζ) + θ (Xi, Yi)]}式中，m為取樣幅數(shù)(即在ζ方向取樣數(shù)據(jù)編號(hào))，Iffl(xi; Yi)為待測(cè)面上某一量測(cè)點(diǎn) (x，y) = (Xi^yi)在第m個(gè)取樣幅數(shù)之強(qiáng)度信號(hào)，Ibg為背景DC信號(hào)，V(Xi，yi)為待測(cè)面12 上某一量測(cè)點(diǎn)(χ，y) = (xi; Yi)干涉之對(duì)比度(通常為一常數(shù))，Gm(Xi，Yi)為強(qiáng)度信號(hào)在 第m個(gè)取樣幅數(shù)之包跡值，Δ ζ為取樣間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其 特征在于，該方法中，將I(Z)轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)之頻率領(lǐng)域信號(hào)的過(guò)程包括將檢測(cè)到的空間領(lǐng) 域中的強(qiáng)度信號(hào)I(Z)在頻率領(lǐng)域特性與相應(yīng)的薄膜光譜分布模式之特性進(jìn)行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特征 在于，該方法中，薄膜光譜分布模式具體如下式所示
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特征 在于，該方法中，I(Z)在頻率領(lǐng)域信號(hào)具體如下式所示If(Kz)) I = |u(k) I |B(k) |_s，其中，k為波長(zhǎng)倒數(shù)、u(k)為光源照射于樣品之電場(chǎng)光 譜分布、B(k)為樣品薄膜之電場(chǎng)光譜分布，且在處理I(Z)頻率信號(hào)的過(guò)程中，還從I(Z)中 移除了 u(k)項(xiàng)，從而由I(Z)的頻率領(lǐng)域信號(hào)中分離出一個(gè)測(cè)量到的振幅量|B(k) Iffleas0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法中，比較檢測(cè)到的強(qiáng)度信號(hào)I(Z)在頻率領(lǐng)域中的特性與相應(yīng)的薄膜光譜分布模式之特性的過(guò)程包括比較測(cè)量到的振幅量|B(k) I_s和由薄膜光譜分布模式預(yù)估的量
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特征 在于，該方法中，比較測(cè)量到的振幅量|B(k) |_s和由薄膜光譜分布模式預(yù)估的量|B(k) I的 過(guò)程包括通過(guò)變化一膜層厚度參數(shù)d從而確定|B(k) |_s和|B(k) I在頻率領(lǐng)域上的最佳相 關(guān)性，以及選擇此具有最佳相關(guān)性膜層厚度參數(shù)d為膜層厚度d(x，y)估算值draugh。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特征在于，當(dāng)相關(guān)性為最大值時(shí)，相關(guān)性最佳。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特征 在于，比較測(cè)量到的振幅量|B(k) |_s和由薄膜光譜分布模式預(yù)估的量|B(k) I的過(guò)程包括 最小化一優(yōu)化函數(shù)，該優(yōu)化函數(shù)是基于對(duì)|B(k) !.,和|B(k) ι在頻率領(lǐng)域的距離，以及選取 優(yōu)化函數(shù)最小時(shí)的膜層厚度參數(shù)d為膜層厚度d(x，y)的估算值dMUgh。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，所述的優(yōu)化值包含|B(k) |_s與|B(k) I之差值的平方和。
11.根據(jù)權(quán)利要求3 10中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，估算一在一寬廣光源的中心波數(shù)h的薄膜光譜分布模式 相位吣。-0^，(1)，其隨薄膜厚度(10^7)于(_π，π]范圍內(nèi)周期性變化之相位值，且并用 膜層厚度d(x，y)的估算值dMUgh除去因相位差θ fiM引起的不確定性，從而在有興趣的位置 (X，y)獲取一膜層厚度d(x，y)的高分辨率值dfiM，其具體步驟包括將薄膜光譜分布模式相位θω(Λ10ν(1)的變化分區(qū)，其每一區(qū)對(duì)應(yīng)相位θ ^el(Ivd)變 化的一個(gè)周期；選用一特定來(lái)移除相位差的不確定性，此0fiM為與估算值Clraugh在同一分 區(qū)的特定值；以及，選取對(duì)應(yīng)于此特定θ fine的高分辨率估值dfiM。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法還包含這樣的步驟，即，提供一對(duì)照表(LUT)，此對(duì)照表提供膜層厚度d(x， y)，在一寬廣光源的中心波數(shù)h情況，由薄膜光譜模式計(jì)算，所對(duì)應(yīng)之相位θ model(k0, d)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品 之方法，其特征在于，該方法中，估算檢測(cè)到的強(qiáng)度信號(hào)I(Z)的相位差的過(guò)程為根據(jù)所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)之振幅而決定該所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的一包跡；根據(jù)該包跡而決定在有興趣之位置(x，y)上該樣品表面形狀的一粗略估值z(mì)MUgh;采用最佳曲線擬合法，以一寬廣光譜干涉模型擬合至少檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(z)的一部分， 藉此來(lái)估算該所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)之一初步相位差θ ；采用粗略估值z(mì)MUgh，或者其角度等量，從初步相位差θ中移除不確定性，從而獲得所 檢測(cè)到的強(qiáng)度信號(hào)I(Z)的相位差0fine。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，確定粗略估值Zraugh的過(guò)程包括確定一包跡的質(zhì)心，以及令粗略估值Zraugh與包跡的 質(zhì)心相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求13 14中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，采用最佳曲線擬合法以寬廣光譜干涉模式擬合至少檢測(cè) 強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的一部分，此過(guò)程包括將一優(yōu)化函數(shù)最小化，對(duì)所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的每一 幅數(shù)m信號(hào)，此優(yōu)化函數(shù)將寬廣干涉模式與所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)聯(lián)系起來(lái)，加以最小化，并 對(duì)各幅數(shù)m以其對(duì)應(yīng)的包跡值來(lái)加權(quán)優(yōu)化函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，估算所檢測(cè)的強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的相位差θ fine的過(guò)程為確定一對(duì)應(yīng)于包跡最大值的幅數(shù)mmax ；采用幅數(shù)mmax確定一處理區(qū)間，該處理區(qū)間包含多個(gè)處于[Himax-ApUA2]內(nèi)的幅數(shù)， 其中KxR Δ2為整數(shù)幅數(shù)，且處于該處理區(qū)間內(nèi)的幅數(shù)數(shù)目少于所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(z)的 幅數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法中，根據(jù)所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)的振幅確定所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的包跡的過(guò) 程為確定一處理區(qū)間包跡，在處于處理區(qū)間以內(nèi)情況下，該處理區(qū)間包跡具有一所檢測(cè)強(qiáng) 度信號(hào)I(Z)的包跡值，而在超出處理區(qū)間的情況下，該處理區(qū)間包跡的值為零。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法中，確定粗略估值Zraugh的過(guò)程為確定處理區(qū)間包跡的質(zhì)心，并將粗略估值 Zrough設(shè)定為與處理區(qū)間包跡的質(zhì)心相等。
19.根據(jù)權(quán)利要求17 18中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，采用最佳曲線擬合法以將所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)的至少 一部分?jǐn)M合至一寬廣光譜干涉模式的過(guò)程為最小化一優(yōu)化函數(shù)，對(duì)于處于處理區(qū)間內(nèi)的 每一幅數(shù)m來(lái)說(shuō)，此優(yōu)化函數(shù)將所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)與寬廣光譜干涉模式聯(lián)系起來(lái)，加以 最小化，并對(duì)于處于處理區(qū)間內(nèi)的每一幅數(shù)m由相應(yīng)的有關(guān)第m幅數(shù)的處理區(qū)間包跡的值 來(lái)加權(quán)優(yōu)化函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16 18中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中估算所檢測(cè)到的強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的相位差的過(guò)程為，利用最大幅數(shù)m_確定一第 二處理區(qū)間，該處理區(qū)間包括處于[mmax-Δ 3，mmax+Δ 4]范圍內(nèi)的多數(shù)個(gè)幅數(shù)，其中Δ3、Δ4& 含整數(shù)幅數(shù)，且處于處理區(qū)間內(nèi)的幅數(shù)數(shù)目少于所檢測(cè)到的強(qiáng)度信號(hào)Ι(ζ)的幅數(shù)數(shù)目，并 且Δ3、Δ4不同于Δ” Δ2。根據(jù)所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的振幅確定所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(z)的包跡的過(guò)程為去定一 第二處理區(qū)間包跡，在處于第二處理區(qū)間包跡的情況下，該第二處理區(qū)間包跡具有一所檢 測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)的包跡值，而在超出第二處理區(qū)間包跡的情況下，該第二處理區(qū)間包跡的 值為零；以及，采用最佳曲線擬合法以將所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)的至少一部分?jǐn)M合至一寬廣光 譜干涉模式的過(guò)程為最小化一優(yōu)化函數(shù)，對(duì)于處于第二處理區(qū)間內(nèi)的每一幅數(shù)m來(lái)說(shuō)，此 優(yōu)化函數(shù)將所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)與寬廣光譜干涉模式聯(lián)系起來(lái)，加以最小化，并對(duì)于處于 第二處理區(qū)間內(nèi)的每一幅數(shù)m由相應(yīng)的有關(guān)第m幅數(shù)在第二處理區(qū)間包跡的值來(lái)加權(quán)優(yōu)化 函數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16 18中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，其中包括采用最佳曲線擬合法以將所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ) 的至少一部分?jǐn)M合至一寬廣光譜干涉模式的過(guò)程為最小化一優(yōu)化函數(shù)，對(duì)于每一幅數(shù)m 來(lái)說(shuō)，此優(yōu)化函數(shù)將所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)與寬廣光譜干涉模式聯(lián)系起來(lái)，加以最小化，并 對(duì)于每一幅數(shù)m由相應(yīng)的有關(guān)第m幅數(shù)的包跡值來(lái)加權(quán)優(yōu)化函數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16 21中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，其中處于處理區(qū)間[Himax-Anmma^A2]范圍內(nèi)的幅數(shù)數(shù)量和膜層厚度d(x，y)無(wú)關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求16 22中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，在空間領(lǐng)域內(nèi)，處理區(qū)間[Himax-AnUA2]的寬度少于 廣譜光源中心波長(zhǎng)λ ^的兩倍。
24.根據(jù)權(quán)利要求13 23中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，其中采用粗略估值Zraugh或者其角度等量，從初步相位差 θ中移除不定性，包括確定至少如下之一的量一個(gè)是整數(shù)P另一是在0<ν<2π范圍 內(nèi)的數(shù)值V，此二數(shù)是在此式(xi; Yi) =ρ(2π)+ν中定出，其中根據(jù)式
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法中，采用粗略估值Zraugh或者其角度等量，從初步相位差θ中移除不確定性， 從而獲得所檢測(cè)到的強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)的相位差θ fine的過(guò)程，包括根據(jù)式θ fine = 2 π ρ+ θ和 θ fine =之一，來(lái)確定相位差0fim。
26.一種用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀的方法，其特征在 于，該方法包含如下步驟針對(duì)該樣品上每一有興趣之位置(χ，y)檢測(cè)該樣品與一參考表面間一相對(duì)掃描之一連串幅數(shù)的干涉圖樣強(qiáng)度資料； 根據(jù)該所檢測(cè)強(qiáng)度資料之振幅而決定該所檢測(cè)強(qiáng)度資料的一包跡； 根據(jù)該包跡而決定在該有興趣之位置(x，y)上該樣品表面形狀的一粗略估值Zraugh; 采用最佳曲線擬合法以將該所檢測(cè)強(qiáng)度資料擬合至一寬廣光譜干涉模型，藉此來(lái)估算 該所檢測(cè)強(qiáng)度資料之一相位差θ ；以及采用該相位差θ再精化該表面形狀的一粗略估值ZMUgh，以獲取在該有興趣之位 置(x，y)上該樣品表面形狀的一精算估值Zfim，該精算估值Zfim具有較該粗略估值Zraugh為 高的分辨率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀 的方法，其特征在于，寬廣光譜干涉模型的形式為Im (xi Yi) = Ibg{l+V(Xi, Yi) Gm (xi; Yi) cos [2 Jik0 (2m Δ ζ)+θ (Xi, Yi)]}其中 m 為取樣幅數(shù)，Iffl(Xi, Yi)為在位置(X，Y) = (Xi, Yi)在第m個(gè)取樣幅數(shù)之強(qiáng)度信號(hào)，Ibg為背景DC信號(hào)，V(Ui)為在位置(x，y) = (Xi^yi)干涉之對(duì)比度，Gm(Xi，yi)為強(qiáng)度信號(hào)在第m個(gè)取 樣幅數(shù)之包跡值，Δ Z為取樣間距。
28.根據(jù)權(quán)利要求26 27中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算 一樣品表面形狀的方法，其特征在于，該方法還包含如下步驟在使用該最佳曲線擬合法之 前，去估算所檢測(cè)強(qiáng)度資料之一 DC分量，并從該所檢測(cè)強(qiáng)度資料減去該DC分量以獲取移除 DC分量強(qiáng)度資料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀 的方法，其特征在于，估算DC分量之步驟包含取下列二資料之一平均值在檢測(cè)強(qiáng)度資料中，沿第一方向，記錄多個(gè)在空間分開(kāi)的幅數(shù)及強(qiáng)度資料，在檢測(cè)光強(qiáng) 度資料中，沿第二方向，為相反與第一方向者，記錄多個(gè)在空間分開(kāi)的幅數(shù)其光強(qiáng)度資料。
30.根據(jù)權(quán)利要求28項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形 狀的方法，其特征在于，在采用該曲線擬合法之前，從該寬廣光譜干涉模型中移除一 DC項(xiàng)， 而獲得一 DC移除模型，且其中采用該最佳曲線擬合法之步驟包含將一優(yōu)化函數(shù)最小化，該 優(yōu)化函數(shù)使得DC移除強(qiáng)度資料與該DC移除模型相關(guān)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一 樣品表面形狀的方法，其特征在于，該方法中，DC移除模型所具有的形式為 I: =M卵12 Jiko (2mA ⑴,其中m為幅數(shù)，I；該DC移除模型第m幅數(shù)之值，Mm為該DC 移除模型第m個(gè)幅數(shù)之包跡項(xiàng)，Δ ζ為取樣間距，k。為該寬廣光譜光源之中心波數(shù)，并且θ 是與該幅數(shù)m無(wú)關(guān)之相位差。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀 的方法，其特征在于，該方法中，對(duì)于該連串幅數(shù)之每一個(gè)幅數(shù)m，該DC移除強(qiáng)度資料被第m 幅數(shù)之包跡所對(duì)應(yīng)之值Mm加權(quán)。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀 的方法，其特征在于，用一寬廣光譜模式去擬合檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I (ζ)，此過(guò)程包括將一優(yōu)化函 數(shù)最小化，此優(yōu)化函數(shù)將寬廣干涉模式與所檢測(cè)強(qiáng)度信號(hào)I(Z)聯(lián)系起來(lái)，并對(duì)第m幅以其 包跡的對(duì)應(yīng)值來(lái)加權(quán)優(yōu)化函數(shù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求26 33中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一 樣品表面形狀的方法，其特征在于，該方法中，估算相位差之步驟包括獲取具有2 π不確定 量之一相位值，并且其中采用相位差θ以再精化該表面形狀之粗略估值Zraugh的步驟包含 展開(kāi)相位差θ以從該相位值移除該2 π不確定量。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀 的的方法，其特征在于，展開(kāi)相位差之步驟涉及到?jīng)Q定以下至少一項(xiàng)在方程式=ρ2π+ν中之一整數(shù)ρ值，以及于0彡ν<2π范圍內(nèi)一 ν值，其中為根據(jù)式 2π
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀 的方法，其特征在于，采用相位差以再精化該表面形狀之粗略估值Zraugh的步驟，包括根據(jù) Cj5fine = 2 πρ+θ與Cj5fine=其中之一來(lái)決定采用相位單位之一精算估值ΦΗηε。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一樣品表面形狀 的方法，其特征在于，該方法還包括的步驟為將以角相位表示之精算估值，轉(zhuǎn)換成以 對(duì)應(yīng)于該寬廣光譜光源之中心波長(zhǎng)λ。的空間單位來(lái)表示之精算估值^㈣。
38.根據(jù)權(quán)利要求26 31中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中估算一 樣品表面形狀的方法，其特征在于，該方法中，決定樣品之表面形狀之粗略估值Zraugh的步 驟，包括計(jì)算包跡之一質(zhì)心并將粗略估值Zraugh設(shè)定為與包跡之質(zhì)心相等。
39.一種用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，該樣品包括基材及設(shè) 置在基材上的一層薄膜，該方法包括如下步驟針對(duì)樣品上每一個(gè)有興趣之位置(χ，y)檢測(cè)樣品與一參考表面間一相對(duì)掃描之一連串幅數(shù)的干涉圖樣強(qiáng)度資料； 根據(jù)所檢測(cè)強(qiáng)度資料之振幅來(lái)決定所檢測(cè)強(qiáng)度資料之一合成包跡，合成包跡包含下屬 項(xiàng)目之組合一 R干涉圖樣，其對(duì)應(yīng)于反射自薄膜之一曝露表面的光；以及一 T干涉圖樣， 其對(duì)應(yīng)于反射自基材與薄膜間之一界面的光；確定對(duì)應(yīng)于合成包跡之一極大值的一幅數(shù)mmax ；采用該幅數(shù)Hlmax以決定一處理區(qū)間與一處理區(qū)間包跡，該處理區(qū)間包含在[Hlmax-A1, HIfflax+Δ 2]范圍內(nèi)之多個(gè)幅數(shù)，其中A1與Δ2包含整數(shù)個(gè)幅數(shù)；該處理區(qū)間包跡對(duì)應(yīng)于在該 處理區(qū)間內(nèi)之合成包跡，并且在該處理區(qū)間外具有一零值；根據(jù)該處理區(qū)間包跡而決定在該有興趣之位置(χ，y)上之一第一表面形狀之一估值rJ ·zMom >采用該第一表面形狀之估值Zd。m以估算薄膜在有興趣之位置一厚度t(x，y)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，所述寬廣光譜光源之干涉模式為Im (xi Yi) = Ibg {1+V (xi; Yi) Gm (xi; Yi) cos [2 π k0 (2m Δ ζ) + θ (Xi，yi) ]}，其中 m 為取樣幅數(shù)，Iffl(Xi, id為在位置(X，Y) = (Xi, Yi)在第m個(gè)取樣幅數(shù)之強(qiáng)度信號(hào)，Ibg為背景DC信號(hào)，V(Ui)為在位置(x，y) = (Xi^yi)干涉之對(duì)比度，Gm(Xi，yi)為強(qiáng)度信號(hào)在第m個(gè)取 樣幅數(shù)之包跡值，Δ Z為取樣間距。
41.根據(jù)權(quán)利要求39 40中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，根據(jù)處理區(qū)間包跡以決定第一表面形狀之估值Zd。m的步 驟，包括決定處理區(qū)間包跡之一質(zhì)心并將表面形狀之估值Zd。m設(shè)定成與處理區(qū)間包跡之質(zhì) 心相等。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法包括如下步驟采用一最佳曲線擬合法以將對(duì)應(yīng)于該處理區(qū)間包跡幅數(shù)所檢測(cè)強(qiáng)度資料之部分?jǐn)M合 至一寬廣光譜干涉模型，來(lái)估算對(duì)應(yīng)于該處理區(qū)間包跡幅數(shù)所檢測(cè)強(qiáng)度資料部分之相位差9 dom 展開(kāi)相位差θ dim以從其移除一 2 π不確定量并獲取一個(gè)經(jīng)展開(kāi)之相位差； 以及，采用該經(jīng)展開(kāi)之相位差以再精化表面形狀之估值Zd。m，以獲取在有興趣之位置 (X，y)上表面形狀之一精算估值Zd。m,fiM，該精算估值Zd。m,fiM具有較粗略估值Zd。m為高的分 辨率。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法中，采用該最佳曲線擬合法以將對(duì)用于該處理區(qū)間之包跡之該等幅數(shù)之所 檢測(cè)強(qiáng)度資料之該部分?jǐn)M合至一寬廣光譜干涉模型之步驟，包含將一優(yōu)化函數(shù)最小化，對(duì) 在該處理區(qū)間包跡內(nèi)之每一個(gè)幅數(shù)m而言，該優(yōu)化函數(shù)使得所檢測(cè)強(qiáng)度資料與寬廣光譜干 涉模型相關(guān)，且其中將該優(yōu)化函數(shù)最小化之步驟包含對(duì)于在該處理區(qū)間包跡內(nèi)之每一個(gè)幅 數(shù)m，以對(duì)應(yīng)第m個(gè)幅數(shù)之該合成包跡對(duì)所檢測(cè)強(qiáng)度資料在優(yōu)化函數(shù)中加權(quán)。
44.根據(jù)權(quán)利要求39 43中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特征在于，該方法中，在該處理區(qū)間[Himax-AnmmaJA2]內(nèi)之該等多個(gè)幅數(shù)之?dāng)?shù) 量與該薄膜之厚度t(x，y)無(wú)關(guān)。
45.根據(jù)權(quán)利要求39 44中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，該處理區(qū)間[Himax-AnmmaJA2]之寬度小于該寬廣光譜光 源在空間領(lǐng)域之一中心波長(zhǎng)λ ^的兩倍。
46.根據(jù)權(quán)利要求39 45中任一項(xiàng)所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣 品之方法，其特征在于，該方法中，采用第一表面形狀之估值Zd。m以估算該薄膜之厚度t (χ, y)的步驟包含估算該基材之一參考面之一平均表面形狀Zref, avg，該基材參考面位于遠(yuǎn)離該薄膜處；以及，決定該表面形狀之該估值Zd。m與該基材參考面之平均表面形狀ZMf, avg間之一差 值，并采用該差值來(lái)估算在該有興趣之位置(x，y)的薄膜厚度t(x，y)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法中，采用該差值來(lái)估算在有興趣之位置(x，y)的薄膜厚度t(x，y)之步驟包 括若該R干涉圖樣是該R干涉圖樣與該T干涉圖樣之主要分量，則采用該差值以作為在 該有興趣之位置(χ，y)的薄膜厚度之估值t(x，y)，以及，若該T干涉圖樣是該R干涉圖樣 與該T干涉圖樣之主要分量，則將該差值之一絕對(duì)值除以一因子N(k。)-1，以獲取在該有興 趣之位置(χ，y)之該薄膜厚度t(x，y)之一估值，其中N(k。)是該薄膜之一群折射率，并且 K0是該寬廣光譜光源之一中心波數(shù)。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，若該R干涉圖樣是該R干涉圖樣與該T干涉圖樣之主要分量，則在該有興趣之位置(X， y)之該第一表面形狀之估值Zd。m代表該薄膜之該曝露表面之該表面形狀之一估值。
49.根據(jù)權(quán)利要求39到45任一所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之 方法，其特征在于，該方法中采用該第一表面形狀之估值Zd。m來(lái)估算該薄膜之厚度t (x, y) 的步驟包含有下列步驟將該處理區(qū)間包跡擬合至一高斯函數(shù)；從該合成包跡減去該高斯函數(shù)以決定一中間包跡；基于該中間包跡來(lái)決定在該有興趣之位置(χ，y)之一第二表面形狀之一第二估值7 -z^int ·以及，決定該第一表面形狀之第一估值z(mì)d。m與該第二表面形狀之該第二估值Zint間一 差值，并使用該差值來(lái)估算在該有興趣之位置之該薄膜之一厚度t (x, y)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法中，使用差值來(lái)估算在有興趣之位置(x，y)之薄膜之厚度t(x，y)的步驟包 含有如下步驟若R干涉圖樣是R干涉圖樣與T干涉圖樣之主要分量，則將差值除以一因子N(K。)，以 獲取在有興趣之位置(x，y)之薄膜之厚度t(x，y)之估值，其中N(K。)是薄膜之一群折射率， 并且K0是寬廣光譜光源之一中心波數(shù)；以及，若T干涉圖樣是R干涉圖樣與T干涉圖樣之主要分量，則將差值之一絕對(duì)值除以一因子N(K。)，以獲取在有興趣之位置(x，y)之薄膜之厚度t(x，y)之估值.
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述用于在具有寬廣光譜光源之干涉儀中測(cè)量樣品之方法，其特 征在于，該方法進(jìn)一步包括估算薄膜之曝露表面形狀，其中若R干涉圖樣是R干涉圖樣與T干涉圖樣之主要分量，則在有興趣之位置(X，y)之第 一表面形狀之第一估值Zd。m代表薄膜之曝露表面之表面形狀之一估值；以及，若T干涉圖樣是R干涉圖樣與T干涉圖樣之主要分量，在有興趣之位置(x，y)之 第二表面形狀之第二估值Zint代表薄膜之曝露表面之表面形狀之一估值。
52.一種包含有電腦之指令之電腦程式產(chǎn)品，該等電腦指令在由一經(jīng)適當(dāng)組配之處理 器執(zhí)行時(shí)，會(huì)致使該處理器去執(zhí)行如權(quán)利要求1 51所述之方法。
53.包含此處所述任何特征、或這些特征的組合，或這些特征的替代組合的方法。
54.一種包含有電腦之指令之電腦程式產(chǎn)品，該等電腦指令在由一經(jīng)適當(dāng)組配之處理 器執(zhí)行時(shí)，會(huì)致使該處理器去執(zhí)行包含此處所述任何特征、或這些特征的組合，或這些特征 的替代組合的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用具有寬廣光譜光源之白光干涉儀測(cè)量一樣品之表面形態(tài)的方法。該方法是基于在樣品和一參考面之間的一系列取樣幅數(shù)的掃描，干涉儀檢測(cè)到樣品上的干涉圖形強(qiáng)度數(shù)據(jù)，其包含的步驟為，對(duì)于樣品上的每個(gè)感興趣的點(diǎn)(x，y)(亦即待測(cè)點(diǎn))先對(duì)每一待測(cè)點(diǎn)(x，y)上因前述相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生干涉強(qiáng)度變化找出該待測(cè)點(diǎn)(x，y)之包跡，由此包跡可初步估計(jì)該待測(cè)點(diǎn)之粗略高度(zrough)，然后再根據(jù)白光干涉的模式，由最佳曲線擬合法，去擬合已紀(jì)錄之干涉信號(hào)，找出干涉信號(hào)中之相位差θ，由此相位數(shù)據(jù)及已找到之粗略高度，進(jìn)一步得到該點(diǎn)之正確高度，也就是白光干涉應(yīng)該得到之高分辨率形狀zfine，進(jìn)而提高了僅由粗略高度在白光干涉技術(shù)中所未能獲得之分辨率。類似的方法可用于描述覆蓋于基材上的膜層。
文檔編號(hào)G01N21/45GK101952683SQ200880114402
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
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