表面傾斜或彎曲的透明材料的主體的高度圖的計算方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種樣本的高度圖的計算方法，該樣本包括具有傾斜表面且折射率為η的透明材料的主體，該主體設置于從該主體的下方橫向延伸的基底表面上。
【背景技術】
[0002]可以用光學輪廓儀測量主體的高度圖。例如，光學輪廓儀可以是寬帶干涉儀，如Mirau、Michelson 和 / 或 Linnik 干涉儀設備。
[0003]用于確定表面的高度圖的這種設備可以包括:
[0004]寬帶照射器，用于提供寬帶照射光束；
[0005]分束器，用于將照射光束分束成用于在參考反射鏡上反射的參考光束和用于在表面反射的測量光束；
[0006]檢測器，用于從由參考反射鏡反射的參考光束以及由表面反射的測量光束接收干擾輻射強度；
[0007]掃描部件，用于改變表面和設備之間的距離；以及
[0008]處理部件，用于接收來自檢測器的表示該檢測器上所接收到的干擾輻射強度的信號以及來自掃描部件的距離信號，并且將二者相結(jié)合得到高度圖。
[0009]在參考光束的光路與測量光束的光路相等的情況下，檢測器上所接收到的干擾輻射強度具有最大值。掃描部件可以將測試表面和設備之間的距離在該最大值上下改變幾百微米，以確定該表面的高度圖。
[0010]該設備還可以具有物鏡，以使從表面反射的測量光束在檢測器上成像。光學輪廓儀的物鏡的最后的透鏡元件LE(參見圖4)可以具有有限的數(shù)值孔徑，因此如果表面SF是傾斜的，則從傾斜表面反射的測量光束RM可能被反射到物鏡的數(shù)值孔徑之外(參見0N)，且該設備無法測量高度圖。在本專利申請中，傾斜表面被定義為具有使得反射的測量光束被反射到光學輪廓儀的物鏡的數(shù)值孔徑之外并且無法使用光學輪廓儀測量正常高度圖的傾斜度的表面。
[0011]可能需要一種使用具有有限數(shù)值孔徑的物鏡的光學輪廓儀來計算具有這種傾斜表面的透明材料的主體的高度圖的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]期望提供一種樣本的高度圖的計算方法，該樣本包括具有傾斜或彎曲的表面的折射率為η的透明材料的主體。
[0013]因此，在實施例中，提供了一種樣本的高度圖的計算方法，所述樣本包括具有傾斜或彎曲的表面的且折射率為η的透明材料的主體，所述主體設置于從該主體的下方橫向延伸的基底表面上，所述計算方法包括以下步驟:
[0014]在光學輪廓儀的下方確定具有傾斜或彎曲的表面的透明材料的主體的第一區(qū)域以及從所述主體的下方橫向延伸的基底表面的第二區(qū)域的位置；
[0015]利用所述光學輪廓儀來測量所述第一區(qū)域的高度圖ZIS和所述第二區(qū)域的高度圖ZUS ;以及
[0016]通過使用折射率n、所測量到的所述第一區(qū)域的高度圖ZIS和所述第二區(qū)域的高度圖ZUS，來計算傾斜或彎曲的表面的高度圖HIS。
[0017]在利用光學輪廓儀測量傾斜表面的高度圖(ZIS)期間，光學輪廓儀的傳感器所接收到的輻射可能是從基底表面而不是從傾斜表面散射的，這是因為:后者被反射到物鏡的數(shù)值孔徑之外。在測量傾斜表面的高度圖(ZIS)期間，折射率為η的透明材料的主體可能引起由折射率η和該主體的厚度所確定出的透明材料中的光路長度。該光路長度與物理長度不同，從而導致要測量的主體的下方的基底表面處于比實際低的高度。
[0018]因此，如果已知主體的下方的基底表面的虛擬高度(ZIS)和現(xiàn)實高度(ZUS)之間的偏移(AZUS)以及該主體的材料的折射率η，則可以根據(jù)光學輪廓儀對傾斜或彎曲的表面的高度圖(ZIS)的測量值，就可以計算傾斜或彎曲的表面的高度圖(HIS)。
[0019]根據(jù)實施例，傾斜或彎曲的表面的高度圖HIS通過以下公式來計算:
[0020]HIS = AZUS/(n_l)+ZUS，
[0021]即HIS = (ZUS-ZIS)/(n-l)+ZUSo
[0022]即使從傾斜表面反射的輻射被反射到物鏡的數(shù)值孔徑之外，也可以利用該公式來計算傾斜或彎曲的表面的高度圖(HIS)。如果主體的表面的傾斜度太大，則所測量到的ZIS不是該主體的表面的高度。代替地，高度算法捕捉來自該主體的下方的基底表面的信號，并計算高度(HIS)。
[0023]根據(jù)另一實施例，所述基底表面可以為平坦的表面。如果是平的表面，則基底表面的高度可以直接用來計算傾斜表面的高度。
[0024]根據(jù)另一實施例，所述基底表面可以為金屬表面。
[0025]根據(jù)另一實施例，所述基底表面可以為半導體表面。
[0026]根據(jù)另一實施例，所述光學輪廓儀可以具有有限的數(shù)值孔徑。
[0027]由于物鏡具有有限的數(shù)值孔徑，因此從傾斜或彎曲的表面反射的測量光束可能被反射到數(shù)值孔徑之外。
[0028]根據(jù)另一實施例，在AZUSX)的區(qū)域，可以應用公式HIS = (ZUS-ZIS) / (n_l)+ZUS。這意味著ZIS低于與基底表面相對應的平面。
[0029]根據(jù)另一實施例，傾斜或彎曲的表面可以沿所述主體的邊緣設置。
[0030]由于基底表面可能很近因此可以表示基底表面在主體下方的位置，這是有利的。其次，靠近邊緣的透明材料可能很薄。折射率引起的這種橫向效應會非常小，可以忽略不
i+o
[0031]根據(jù)另一實施例，所述主體進一步包括另一表面，并且所述計算方法還包括以下步驟:
[0032]在利用所述光學輪廓儀測量所述第一區(qū)域的高度圖和所述第二區(qū)域的高度圖期間，測量所述另一表面FS的第三區(qū)域的高度圖。
[0033]該另一表面可以是例如主體的頂部，其傾斜度或彎曲是有限的，因而測量設備可以直接測量高度圖。這樣，可以利用光學輪廓儀來測量或計算主體的整個表面(傾斜或彎曲的表面+另一表面)的高度。
[0034]根據(jù)另一實施例，所述另一表面設置在所述主體的頂部并且與傾斜或彎曲的表面鄰接。
[0035]根據(jù)另一實施例，所述另一表面符合以下表達式:ZUS - ZIS〈0。
[0036]如果測量傾斜表面的高度圖(ZIS)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)ZUS-ZIS〈0，則測量傾斜表面的高度圖(ZIS)的測量結(jié)果是有效的，并且可以在不進行任何進一步計算的情況下直接使用該測量結(jié)果。
[0037]根據(jù)另一實施例，所述主體是球形罩。
[0038]球形罩的邊緣可以是不能直接利用光學輪廓儀測量的傾斜表面，而球形罩的頂部可以利用光學輪廓儀直接測量。
[0039]根據(jù)另一實施例，所述光學輪廓儀包括如下設備其中之一:白光干涉設備、移相干涉設備、波長掃描干涉設備、共焦設備、聚焦形狀恢復設備(shape from focusapparatus)、彩色共焦設備和結(jié)構(gòu)照明顯微設備。
[0040]這些光學輪廓儀可以具有有限的數(shù)值孔徑。根據(jù)本發(fā)明，通過計算傾斜表面的高度圖，可以將光學輪廓儀的使用向著傾斜表面擴展。
【附圖說明】
[0041]以下將參考示意性附圖，通過示例的方式描述本發(fā)明的實施例，其中附圖中相應的附圖標記表示相應的部件，并且其中:
[0042]圖la和lb示出根據(jù)實施例的Mirau干涉儀系統(tǒng)；
[0043]圖2示出根據(jù)實施例的Michel son干涉儀系統(tǒng)；
[0044]圖3示出根據(jù)實施例的Linnik干涉儀系統(tǒng)；
[0045]圖4示出從傾斜表面反射的測量光束可能如何被反射到物鏡的數(shù)值孔徑之外；
[0046]圖5a不出球形罩；
[0047]圖5b示出所測量的圖5a的球形罩的高度圖的截面；以及
[0048]圖5c示出應用本申請所描述的方法之后測量到的圖5a的球形罩的高度圖的截面。
【具體實施方式】
[0049]圖la和lb示出根據(jù)實施例的用于測量樣本1的表面的高度圖的光學輪廓儀(例如，干涉儀系統(tǒng))。光學輪廓儀可以是干涉儀設備，例如Mirau干涉儀設備4、MichelSOn和/或Linnik干涉儀設備。
[0050]圖la和lb的設備4可以包括:照射器23，用于提供窄帶或?qū)拵У恼丈涔馐?。照射器可以包括福射?、第一透鏡6、第一鏡7和第二透鏡8，用于提供照射光束。照射光束可以平行。照射光束可以在照射光束分束器10上反射，并穿過物鏡17，之后到達分束器12，以將該照射光束分束成參考光束25和測量光束24。
[0051]參考光束可以在參考反射鏡14上反射。測量光束可以從樣本1的表面反射。從參考反射鏡14反射的光束可以在分束器12上再次反射。從樣本1反射的光束可以穿過分束器12。參考光束和測量光束可以發(fā)生干涉，并且穿過物鏡17、照射光束分束器10和透鏡15，到達檢測器16。可以利用檢測器16來測量干涉光束的強度。
[0052]參考反射鏡14、物鏡17和分束器12可以共同形成Mirau物鏡，并且可以被掃描儀11沿著光軸并穿過物鏡17的焦平面而相對于樣本1進行光學掃描。
[0053]葉片9可以設置于照射器23中，以過濾照射光束的光瞳。
[0054]干涉儀設備可以例如是Mirau干涉儀(圖la和圖lb).Michelson干涉儀(圖2)或Linnik干涉儀設備(圖3)。干涉儀可以用于獲得包括干擾輻射強度的自相關函數(shù)，以作為與樣本表面的掃描距離的函數(shù)。
[0055]圖4示出從傾斜表面反射的測量光束可能如何被反射到光學輪廓儀的數(shù)值孔徑之外。光學輪廓儀的物鏡的最后的透鏡元件LE(參見圖4)可以具有有限的數(shù)值孔徑，或NA可以被限制為除物鏡以外的光學元件。如果樣本的表面SF是傾斜的，則從傾斜表面反射的測量光束RM可能被反射到最后的透鏡元件的數(shù)值孔徑之外(參見0N)，且該設備無法測量高度圖。
[0056]在本專利申請中，傾斜或彎曲的表面定義為具有使得反射的測量光束被反射到光學輪廓儀的物鏡的數(shù)值孔徑之外或靠近光學輪廓儀的物鏡的數(shù)值孔徑的傾斜度的表面，由此利用光學輪廓儀無法測量正常的高度圖。如果角度接近角度限制，則來自上表面的信號可能變?nèi)酰倚枰獞帽旧暾埖姆椒ā?br>[0057]圖5a示出在反射平面基板上的透