專利名稱：用于波前控制和改進的3d測量的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在計量應用中使用復合光學波前測量的領域，特別是在結合有薄膜的集成電路的測量領域，以及成像處理應用。
背景技術：
一同待審并給正常轉讓的PCT申請?zhí)朠CT/IL/01/00335，公布號WO 01/77629，美國專利號6,819,435，和PCT申請?zhí)朠CT/IL02/00833，公布號WO03/062743，在此一并結合參考，其在整體上，都描述了一些方法和系統(tǒng)，用于波前分析和用于表面映射、相位變化分析、光譜分析、對象檢查、存儲數(shù)據(jù)信息檢索、三維成像，以及其他使用波前分析的適合的應用。
這些方法的一些原理被描述在圖1和圖2中。圖1顯示了一個簡化的局部示意圖，局部示意說明了波前分析功能。該圖1的功能可以概括為包括如下的子功能I.獲得多個不同相變變換波前，對應于一個被分析的波前，其具有一個振幅和一個相位；II.獲得多個相變變換波前的多個強度圖；與III.使用多個強度圖獲得一個輸出，其指示了該被分析的波前的相位和振幅中的至少一個，也可能是兩個。
參閱圖1，第一個子功能，表示為“A”，可以通過如下功能實現(xiàn)一個波前，其可以由多個點光源代表，一般標注為參考數(shù)字100。波前100有一個典型的空間不一致的相位特性，以實線表示并且一般標注為參考數(shù)字102。波前100也有一個典型的空間不一致的振幅特性，以虛線表示并且一般標注為參考數(shù)字103。這樣，以一個傳統(tǒng)方式，通過從任何物體接收光，例如通過讀一個光盤，如一個DVD或緊致盤104，可以獲得一個波前。
這種方法實現(xiàn)以一種增強方式對具有諸如標注為參考數(shù)字102的相位特性和諸如標注為參考數(shù)字103的振幅特性的測量。應當注意，通過相位的定義，從針對相關的相位圖或針對波前中任意兩點的相差來說，相位特性是一個相對特性。一般來說，所有的這些申請，以及其要求保護的，所有關于“相位”的測量或計算，或者相似的敘述，諸如相位圖，都可以理解為指的是一個相移，或相差，或針對在那些討論場合下的特定相位環(huán)境的相關相位的測量或計算。
一個變換，象征性的以參考數(shù)字106標注，被施加于該被分析的波前100，由此獲得一個變換后的波前，象征性的以參考數(shù)字108標注。多個不同的相變，最好是空間相變，由光路徑延遲110，112和114表示，被施加于該變換后的波前108，由此獲得多個不同的相變變換波前，分別由參考數(shù)字120，122和124表示。應當理解，在多個不同相變變換波前之間所顯示的差別，是部分變換后的波前相對于其余部分被不同的延遲。
第二個子功能，表示為“B”，可以通過施加一個變換，最好是一個傅立葉變換，來實現(xiàn)到多個不同的相變變換波前。最后，功能B需要多個不同相變變換波前的強度特性的檢測。這樣的檢測輸出是一些強度圖，就像標注為參考數(shù)字130，132和134的示例那樣。
第三個子功能，表示為“C”，可以通過如下功能實現(xiàn)諸如通過使用一個計算機136來表達多個強度圖，例如圖130，132和134，作為被分析的波前的相位和振幅的，與多個不同相變的至少一個數(shù)學函數(shù)，其中相位和振幅中的至少一個，也可能是兩個是未知的，并且典型的以光路徑延遲110，112和114到變換的波前108表示的多個不同相變是已知的；并且例如借助計算機136，使用該至少一個數(shù)學函數(shù)獲得被分析的波前的相位和振幅中的至少一個也可能是兩個的指示，在這里由標注為參考數(shù)字138的相位函數(shù)和標注為參考數(shù)字139的振幅函數(shù)來表示，可以看出，其分別代表了波前100的相位特性102和振幅特性103。波前100可以代表包含的信息或被測對象的高度圖，諸如這個例子中的緊致盤或DVD 104。
圖2描述了一個簡化的局部示例，適用于實施圖1功能的波前分析系統(tǒng)的局部框圖。參見圖2，一個波前，此處標注為參考數(shù)字150，通過一個透鏡152，被聚焦到一個相位控制器154，該相位控制器154最好位于透鏡152的焦平面上。該相位控制器154生成相變，并且可以是例如一個空間的光調(diào)制器或一系列不同透明的空間不均勻的物體。安置一個第二透鏡156，以至將波前150成像到檢測器158，諸如一個CCD檢測器。該第二透鏡156被安置的位置最好是使得該檢測器158位于它的焦平面上。檢測器158的輸出最好提供給數(shù)據(jù)存儲和處理電路160，其最好執(zhí)行了如上述圖1描述的功能“C”。
圖3描述了一個簡化的局部示例，局部的說明了用于表面映射使用了圖1的功能和結構的系統(tǒng)。參見圖3，一束輻射，例如光或聲能，被從一個輻射源200隨意地經(jīng)由一個光束擴展器202提供至一個分束器204，該分束器204反射至少部分輻射到一個要被檢測的表面206。從被檢測表面206反射的輻射是一個表面映射波前，其具有振幅和相位，并且包含關于表面206的信息。至少部分入射到表面206的輻射被從該表面206反射，并經(jīng)由分束器204傳輸并經(jīng)由一個聚焦透鏡208聚焦到一個相位控制器210，該相位控制器210最好位于輻射源200的像平面上。該相位控制器210可以是例如一個空間光調(diào)制器或一系列不同透明的空間不均勻的物體。安置一個第二透鏡212，以至將表面206成像至一個檢測器214，諸如一個CCD檢測器。最好該第二透鏡212的安置位置使得檢測器214位于它的焦平面上。檢測器214的輸出的一個例子是一組強度圖，標注為參考數(shù)字215，檢測器214的輸出最好提供至數(shù)據(jù)存儲和處理電路216，該電路216最好執(zhí)行圖1中描述的功能“C”，提供一個輸出，指示了該表面映射波前的相位和振幅中的一個也可以是兩個。這個輸出最好進一步被處理以獲得關于表面206的信息，諸如表面的幾何變化和反射率。該相位控制器210被描述為施加多個不同空間相變至從表面206反射并由透鏡208傅立葉變換的輻射波前。多個不同空間相變的應用提供了多個不同相變變換波前，其可以隨后被檢測器214所檢測。
該算法和計算方法的基本原理被描述于圖4，其描述了一個圖1功能的一部分的簡化的功能框圖示例。在圖4顯示的該示例性的設置中，施加于該被分析的波前的變換是一個傅立葉變換，至少三個不同的空間相變被施加于這樣變換的波前，并且至少三個強度圖被用于獲得該波前的相位和振幅中的至少一個的指示。如圖4所示，參考上述圖1中說明的子功能“C”，該強度圖被用于獲得一個該被分析的波前的相位和振幅中的至少一個也可能是兩個的輸出指示。
參考圖4，該被分析的波前表述為一個第一復值函數(shù)f(x)＝A(x)ei(x)，其中“x”是一個空間位置的一般指示。該復值函數(shù)具有一個振幅分布A(x)與一個相位描述(x)，與被分析的波前的振幅和相位等同。該第一復值函數(shù)f(x)＝A(x)ei(x)以參考數(shù)字300標注。多個不同空間相變中的每一個都被施加于該變換的波前，最好是通過施加一個空間的均勻的具有一個已知值的空間相位延遲至該變換后的波前的給定空間區(qū)域。參見圖4，該控制這些不同相變的空間函數(shù)以“G”標注，它的一個實例，對于一個相位延遲值θ，被標注為參考數(shù)字304。函數(shù)“G”是一個施加在該變換后的波前的每一個空間位置的相變的空間函數(shù)。在該標注為參考數(shù)字304的特定實例中，該空間的均勻空間相位延遲，具有一個θ值，被施加于該變換后的波前的一個空間中央?yún)^(qū)域，如由具有θ值的該函數(shù)的中間部分所標識的，該θ值是大于該函數(shù)別處的值。
多個期望的強度圖，標注為空間函數(shù)I1(x)，I2(x)和I3(x)，其中每個都表達為第一復值函數(shù)f(x)和該空間函數(shù)G的一個函數(shù)，如參考數(shù)字308的標注。接著，一個第二復值函數(shù)S(x)，其具有一個絕對值|S(x)|和一個相位α(x)，被定義為該第一復值函數(shù)f(x)和該空間函數(shù)“G”的傅立葉變換的卷積。這個第二復值函數(shù)，標注為參考數(shù)字312，表示為公式 其中符號“*”代表卷積，并且 是函數(shù)“G”的傅立葉變換。(x)，波前相位，和α(x)，該第二復值函數(shù)的相位之間的差別表示為ψ(x)，標注為參考數(shù)字316。
每一個期望的強度圖作為f(x)和G的函數(shù)的表達，被標注為參考數(shù)字308，該絕對值和S(x)的相位的定義，標注為參考數(shù)字312，以及ψ(x)的定義，標注為參考數(shù)字316，使得每一個期望的強度圖可以表達為波前A(x)的振幅的第三函數(shù)，該第二復值函數(shù)的絕對值|S(x)|，該波前相位和該第二復值函數(shù)ψ(x)的相位之間的差，以及由至少三個不同相變中的一個造成的已知相位延遲，其中每一個相變對應至少三個強度圖中的一個。這個第三函數(shù)標注為參考數(shù)In(x)=|A(x)+(eiθn-1)|S(x)|e-iψ(x)|2|,]]>其中每個函數(shù)最好都具有一般形式其中In(x)是期望的強度圖，n＝1，2或3。在這三個函數(shù)中，θ1，θ2和θ3是該均勻空間相位延遲的已知值，每一個都被施加于該變換后的波前的一個空間區(qū)域，因此影響多個不同的空間相變，其分別產(chǎn)生強度圖I1(x)，I2(x)和I3(x)。應當理解，優(yōu)選的，在任何給定的空間位置x0，該第三函數(shù)是僅在相同空間位置x0的A，ψ和|S|的一個函數(shù)。該強度圖被標注為參考數(shù)字324。
通過求解至少三個公式，關于在至少三個不同的相位延遲θ1，θ2和θ3的至少三個強度值I1(x0)，I2(x0)和I3(x0)，該第三函數(shù)被用于求解每個特定的空間位置x0，以此獲得三個未知的A(x0)，|S(x0)|和ψ(x0)中的至少一部分。這個過程一般被重復用于全部的空間位置并由此獲得波前A(x)的振幅，該第二復值函數(shù)|S(x)|的絕對值，以及波前相位與第二復值函數(shù)ψ(x)的相位的差，如標注為參考數(shù)字328。因此，一旦A(x)，|S(x)|和ψ(x)已知，則以參考數(shù)字312表示的定義第二復值函數(shù)的公式，就被用于全面求解空間位置“x”的實際的號碼以獲得α(x)，第二復值函數(shù)的相位，如參考數(shù)字332標注。最后，通過為該波前的相位與第二復值函數(shù)的相位之間的差ψ(x)增加第二復值函數(shù)的相位α(x)，獲得該被分析的波前的相位(x)，如參考數(shù)字336標注。
一個波前分析系統(tǒng)可以包括兩個功能體(functionality)-一個成像功能體和一個成像波前分析功能體，如下面的圖5所示。通過成像功能體520，要被分析的波前510被成像，以形成一個成像波前530。該成像波前被一個成像分析功能體540所分析，并且通過數(shù)據(jù)存儲及處理元件550，關于該波前的結果信息隨后被處理并存儲。應當注意，成像功能體520和成像波前分析功能體540，可以作為同一聯(lián)合系統(tǒng)的兩個子功能體實現(xiàn)，而且在一些情況下該成像波前530可以在該同一聯(lián)合系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部生成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供改進的進行波前分析和3D測量的實現(xiàn)方法和裝置，特別是基于對一個光學系統(tǒng)的中介面，諸如一個像平面的輸出進行分析的方法和裝置。這些提供的方法和裝置可以被施加于不同的波前分析和測量方法，諸如上述PCT申請No.PCT/IL/01/00335，以及PCT申請No.PCT/IL/02/00096中提供的方法，以及其他現(xiàn)有技術已知的波前分析方法。本發(fā)明也提供了巧妙的，改進的并增強的用于波前分析的方法和系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明尋求提供一種新的裝置和方法，用于測量針對薄膜涂層的表面形貌，其克服了一些現(xiàn)有技術方法的缺陷和不足。已經(jīng)存在很多現(xiàn)有技術方法來分析從一個物體反射的或通過一個物體傳輸?shù)牟ㄇ?，諸如通過干涉測量法以及在上述專利文獻中描述的波前分析方法。然而，物體表面上的薄膜涂層的存在，由于多重反射而將一個附加的相變增加到該反射的或傳輸?shù)牟ㄇ?。這個相變造成了計算反射該波前的表面形貌的誤差。已知薄膜涂層厚度和成分層的折射率，不管是通過現(xiàn)有知識還是通過使用已知方法直接測量，都可以通過使用已知公式來計算由于多重反射造成的該附加的相變。為了正確計算表面形貌，可以從該反射或傳輸?shù)墓庵邢蛳鳒p這個附加相位。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供了一個相位測量系統(tǒng)，其整合了在多層物體，諸如存在的薄膜涂層上進行準確測量的能力?，F(xiàn)有的用于進行這些操作的橢圓測量法一般使用大的照射點，這些大的照射點只能提供較低的空間解析度和較低的二維成像能力，由于當使用大角度的入射光時，橫跨這樣的大照射點的景深的限制。通過在諸如上述被參考的專利文件中描述過的那些測量裝置的成像光學系統(tǒng)中增加一個寬帶光源和一個濾光輪或一個分光計，多層物體的檢測和測量的能力可以得到改進。使用一個濾光輪，從整個視野反射的光獨立的針對物體的每一個像素或每一段被光譜性的分析。使用一個分光計，從物體的一個或多個選擇區(qū)域反射的光獨立地針對每個像素或段被光譜性地分析。增加分光計或濾光輪使得可以在物體的每段或每像素上測量透明或半透明多層的厚度。通過結合相位測量，可以獲得頂部的表面形貌。通過使用上述的新穎的光譜分析方法，預先已知的折射率和在多層堆疊中的層的厚度，以及執(zhí)行已知的反射測量或橢圓測量算法，該薄膜涂層的厚度可以被準確的計算。可供選擇并且相反的，通過使用上述的光譜分析方法，預先已知的在多層堆疊中的層的準確的厚度以及已知反射測量或橢圓測量算法，該薄膜的折射率可以被準確的計算。作為通過上述方法計算獲得的，使用已知的薄膜涂層厚度和物體的每像素或每段上的折射率， 由于該薄膜涂層的存在而造成的相變可以通過已知公式被準確的計算出來。作為由該折射率的實數(shù)和復數(shù)元素計算得來的這個相變，可以從該反射或傳輸?shù)墓獾臏y量相位中被消除或削弱，從而正確地獲得表面形貌。
根據(jù)本發(fā)明更加優(yōu)選的方法，通過以上述的波前分析方法結合傅立葉變換光譜學，并使用一個寬帶光源，當測量一個包含多層的物體時由于多重反射造成的相變可以被計算出來。該傅立葉變換光譜學通過以下步驟執(zhí)行1、增加一個移動鏡作為一個參考鏡，并在撞擊物體的光和從該參考鏡反射的光之間生成干涉，并接著為每個運動獲得該干涉圖案的強度圖。
2、以與傅立葉變換光譜學相似的方式，傅立葉變換各像素的累積強度數(shù)據(jù)以獲得各像素的光譜反射比。
3、通過使用各像素的光譜反射比、關于材料的預定數(shù)據(jù)，以及已有的分光光度測量或反射測量模型，獲得該物體的各像素中各層的厚度。
4、通過使用已知算法和獲得的關于厚度的數(shù)據(jù)和在各像素上各層材料的折射率，計算在各像素中由于多層堆疊造成的相變。
5、通過使用上述波前分析方法獲得被反射波前的相位和振幅。這個相位數(shù)據(jù)也包括由于在各像素的多層堆疊生成的相變。
6、從利用波前分析方法(如第5段所述)獲得的相位數(shù)據(jù)中，減去計算得出的在各像素上由于多層堆疊造成的相變(如上述第4段所述)，以獲得真正的表面形貌。
這是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例提供的，而根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，進一步提供了一個用于測量物體厚度的光學裝置，包括(i)一個物鏡，置于所述物體的平面上方，它的光軸垂直于所述平面；(ii)一個光源，具有一個發(fā)射波長范圍，所述的源置于所述透鏡上方，并且基本上在所述透鏡的焦平面內(nèi)，以至所述透鏡由此生成一個準直射束，所述源橫向(lateral)偏離于所述光軸，以至所述準直射束以一個非法向(non-normal)的入射角度照射所述物體；(iii)一個第一偏振元件，置于所述源和所述透鏡之間；(iv)一個檢測器元件，基本上置于由所述透鏡生成的所述物體的像平面內(nèi)，并且橫向偏離于所述光軸；以及(v)一個第二偏振元件，置于所述透鏡和所述檢測器之間。
該透鏡最好有一個大于0.5的數(shù)字孔徑。而且，該光源最好是一個寬帶光源。另外，它可以有大量的離散波長。該檢測器元件最好是一個檢測器陣列。
根據(jù)本發(fā)明進一步的優(yōu)選實施例，提供了一種對具有一些透明層的物體的表面形貌的測量方法，包括如下步驟(i)照射所述物體并由此測量一個被反射的波前的振幅和相位，通過步驟(a)獲得對應于所述其振幅和相位正被測量的波前的多個不同相變變換波前；(b)獲得所述多個相變變換波前的多個強度圖；及(c)使用所述多個強度圖以獲得一個指示所述波前的所述振幅和測量相位的輸出；及(ii)通過所述物體的寬帶照射來測量所述透明層的厚度，并在至少兩個波長上分析所述物體的反射強度；
(iii)從所述厚度測量，計算一個由所述透明層的多重反射造成的所述反射波前的被計算的相位圖；及(iv)將所述計算出的相位圖與所述被測相位相比較，以獲得所述物體的表面形貌。
在上述方法中，所述比較步驟較佳地包括從與從所述物體相同位置上的測量的相位中減去從所述計算出的相位圖獲得的相位值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，提供了一種用于測量一個物體中的透明層的厚度的光學裝置，包括(i)一個相干光源，用于照射所述物體；(ii)一個檢測器，用于測量來自所述透明層的反射比；(iii)一個干涉計，用于測量通過相干照射自所述物體反射的相位；及(iv)一個處理單元，利用所述被測相位和所述反射比在一個數(shù)學模型中將所期望的反射相位和所期望的反射振幅描述為透明層的厚度和光學屬性的函數(shù)，以至獲得在所述物體中的所述透明層的所述厚度。
在這個實施例中使用了一個從相干光源照射獲得的相位，與從該相關光源的反射率獲得的振幅的組合，和/或使用寬帶照射的不同技術的反射測量分析。這個相位和振幅的組合提供了一個更好的透明層厚度的測量。該相位分析可以從使用相干照射的干涉測量方法開始。該反射測量分析可以從寬帶照射和標準分析技術(濾光輪，分光光度計)，或從一些相干光源的振幅分析中被提供。
另外，根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，提供了一種對物體中的透明層厚度進行測量的方法，包括步驟(i)以相干光在至少一個預定波長上照射所述物體；(ii)提供一個干涉計并測量從所述物體反射的所述相干光的相位；
(iii)以多個另外的預定離散波長的光照射所述物體；(iv)測量在所述多個預定離散波長上的所述光的反射比；(v)使用一個數(shù)學模型將在所述多個預定離散波長上的所述反射光的所期望的相位和振幅特性，描述為透明層的厚度和光學屬性的函數(shù)，及(vi)在所述數(shù)學模型中利用所述被測相位和反射比的值，獲得所述物體中的所述透明層的所述厚度。
在上述方法中，所述多個預定離散波長可以優(yōu)選的通過使用濾光輪或使用分光光度計來獲得。另外，該多個預定離散波長優(yōu)選的從至少一個相干光源獲得。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，物體中至少一個點可以具有一個已知的結構，以至在至少一個點的所期望的相位特性延遲是絕對已知的，并且該方法也包括使用該絕對已知相位特性來確定整個物體上的絕對相差的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，提供了一種獲得一個物體的聚焦影像的方法，包括步驟(i)照射所述物體；(ii)在一個任意平面內(nèi)，獲得從所述物體發(fā)出的所述照射的一個波前的振幅和相位信息，該任意平面上所述波前不是必然生成一個聚焦圖像；(iii)借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算所述波前的向下傳播路徑上的一系列另外的平面上的波前的形態(tài)；及(iv)確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前具有聚焦圖像的形態(tài)。
在這個方法中，該確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前具有聚焦圖像的形態(tài)的步驟，優(yōu)選的包括在每個所述另外的平面上，計算該波前至少一個光學特性的復值函數(shù)的熵，其中所述熵被從該波前的所述復值函數(shù)的累積表面區(qū)域的測量中確定；及確定傳播步驟，其中所述熵是最小的。該波前的所述復值函數(shù)優(yōu)選的是一個復振幅函數(shù)，一個復相位函數(shù)，和一個復振幅及相位函數(shù)中的至少一個。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，提供了一種測量一個物體的第一和第二段之間的高度差的方法，包括步驟(i)照射所述物體的所述兩段；(ii)在一個任意平面內(nèi)，獲得從所述物體發(fā)出的所述照射的一個波前的振幅和相位信息，該任意平面上所述波前不是必然生成一個聚焦圖像；(iii)借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算所述波前的向下傳播路徑上的一系列另外的平面上的波前的形態(tài)；(iv)確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前具有所述第一段的一個聚焦圖像的形態(tài)；(v)確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前具有所述第二段的一個聚焦圖像的形態(tài)；及(vi)通過減去所述波前具有所述第二段的一個聚焦圖像的形態(tài)的所述另外的平面，與所述波前具有所述第一段的一個聚焦圖像的形態(tài)的所述另外的平面之間的距離，獲得所述高度差。
在上述方法中，較佳地使用所述兩段之間的所述的高度差作為一個估計高度差，以減少發(fā)生在其他測量方法中的相位含糊度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，也提供了一種用于在相位測量系統(tǒng)中解決2π含糊度的方法，包括步驟(i)以第一波長照射一個物體并確定撞擊所述物體的第一波前的相位信息；(ii)以第二波長照射所述物體并確定撞擊所述物體的第二波前的相位信息；(iii)在所述物體上定義至少兩個段；
(iv)在所述第一段中指定第一點集，并在所述第二段中指定第二點集，將所述第一點集中的一個點定義為第一錨點，并將所述第二點集中的一個點定義為第二錨點；(v)解開所述第一和第二相位信息中的至少一個信息，獲得所述第一錨點和所述第一點集之間的高度差，與所述第二錨點與所述第二點集之間的高度差；(vi)使用所述第一和第二相位信息，計算在第一點集中的點與第二點集中的點之間的高度差，確定對應于該點集合對的高度差集合；(vii)獲得一個近似高度含糊度集合，每個近似高度含糊度對應于一個在所述高度差集合中的高度差；(viii)使用所述近似高度含糊度集合來確定在所述第一和所述第二錨點之間的一個近似高度含糊度集合；(ix)從所述第一和所述第二錨點之間的所述近似高度含糊度集合，確定所述第一和第二錨點之間的所述高度含糊度的最可能的值；及(x)通過使用所述最可能的含糊度的值，求解第一和第二相位信息測量之間的2π含糊度。
在這個方法中，所述第一和第二錨點之間的所述高度含糊度的最可能的值優(yōu)選的是取自最接近于所述第一和所述第二錨點之間的近似高度含糊度集合的平均值的值?？晒┻x擇的并優(yōu)選的，所述第一和第二錨點之間的所述高度含糊度的最可能的值是取自所述第一和所述第二錨點之間的近似高度含糊度集合的柱狀圖的最大值。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，進一步提供了一組過濾器，用于一個光學系統(tǒng)中的空間過濾，每個過濾器都具有一個特征尺寸的開口和特征光譜屬性，其中每個過濾器的所述開口和所述光譜屬性被選擇以在所述系統(tǒng)中增加圖像反差(contrast)。每個過濾器的所述開口和所述光譜屬性優(yōu)選的被選擇，以相互抵消(offset)隨著增加波長而增加的成像光的空間傳播和隨著增加孔徑尺寸而減小的成像光的空間傳播的影響。而且，針對每個所述的過濾器，所述過濾器的所述開口與所述過濾器操作的波長的比優(yōu)選的基本上是固定的。上述任何一組過濾器中，其中所述空間過濾優(yōu)選地在所述成像系統(tǒng)的視野的一個中央?yún)^(qū)域和一個周邊區(qū)域之間被執(zhí)行。使用這些組過濾器使得無需機械移動為不同波長獲得不同孔徑。
根據(jù)本發(fā)明的另外的優(yōu)選的實施例，也提供一種在一個成像系統(tǒng)中用于空間過濾的增加反差的方法，包括步驟(i)提供一個具有至少兩個獨立可控相位調(diào)制范圍和一個主軸的雙折射空間光調(diào)制器；(ii)在所述雙折射空間光調(diào)制器之前設置一個線性偏振元件，其中所述線性偏振元件的偏振方向與所述空間光調(diào)制器的所述主軸不一致；(iii)在所述雙折射空間光調(diào)制器之后設置一個線性偏振元件；(iv)確定所述兩個相位調(diào)制范圍之間的所要求的透射比，以至該圖像的輸出圖像反差得到優(yōu)化；(v)通過旋轉至少一個所述線性偏振元件并在至少一個所述調(diào)制范圍上調(diào)整相位延遲，從所述系統(tǒng)獲得多個波前輸出，以至(a)在每個波前輸出中，一個不同的相位延遲在兩個相位調(diào)制范圍之間被獲得；(b)所有的波前輸出都在兩個相位調(diào)制范圍之間具有相同的透射比，及(c)所述的相同透射比是等于所述所要求的透射比。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，也提供一種用于在一個光學系統(tǒng)中減少相干噪聲的方法，包括步驟(i)照射一個要被成像的物體；(ii)在一個沿著所述波前的傳播路徑的第一平面內(nèi)，測量從所述物體發(fā)出的照射的一個波前的振幅和相位信息，在該第一平面所述波前生成一個聚焦圖像；(iii)通過一個散焦距離在所述系統(tǒng)中散焦所述圖像；(iv)在與所述第一平面相距所述散焦距離的一個第二平面內(nèi)，獲得從所述物體發(fā)出的照射的一個波前的散焦振幅和相位信息；(v)使用所述散焦振幅和相位波形信息，借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，在與所述第二平面相距所述散焦距離的所述第一聚焦平面上，計算重新聚焦的振幅和相位波形信息；及(vi)結合所述測量的振幅和相位波形信息，與所述重新聚焦的振幅和相位波形信息，以減少在所述成像物體中的相干噪聲。
在這個方法中，所述結合步驟，優(yōu)選的通過平均，比較，和圖像處理中的至少一個來執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，還提供一種在一個第一給定平面內(nèi)減少波前中的噪聲的方法，所述噪聲由位于一個第二平面內(nèi)的擾動引起，所述方法包括步驟(i)測量在所述給定平面上的所述波前的振幅和相位信息；(ii)借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算在所述波前的傳播路徑上的另外的平面內(nèi)的波前的振幅和相位信息；(iii)確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前是包含所述擾動的圖像被優(yōu)化聚焦；(iv)在所述優(yōu)化地聚焦位置變更所述波前，以至所述擾動被消除；及(v)使用所述變更的波前，借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，在所述第一平面上計算新的振幅和相位波形信息，從該第一平面上可以獲得沒有所述局部擾動引起的噪聲的一個圖像。
在這個方法中，所述擾動由所述波前的傳播路徑上的灰塵或缺陷所造成。在這種情況下，該擾動出現(xiàn)為自一個不在焦點的灰塵微粒的同心條紋。而且，所述擾動優(yōu)選地通過圖像處理被消除。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，提供了一種在一個光學系統(tǒng)中，在給定平面上減少一個波前中的像差的方法，所述像差產(chǎn)生于所述光學系統(tǒng)中的其他地方，包括步驟(i)在所述給定平面上測量所述波前的振幅和相位；(ii)借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算所述波前的傳播路徑上的另外的平面上的該波前的振幅和相位信息；(iii)確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前是所述像差源被定位；(iv)在所述像差源的位置上變更所述波前，以至所述像差被消除；及(v)使用所述被變更的波前，借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算在另一個平面上的新的振幅和相位波形信息，從中一個無像差圖像可以被獲得。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，也提供了一種在一個物體的圖像中減少相干噪聲的方法，包括步驟(i)提供一個包含有一個光路的成像系統(tǒng)，該光路包括一個相干光源，一個相位控制器和多個光學元件；(ii)在一個像平面上測量表示所述物體的圖像的一個波前的振幅和相位信息；(iii)移動所述物體，所述光源和至少一個所述光學元件中的至少一個的位置并且重新聚焦；(iv)在所述移動和重新聚焦步驟之后，測量表示所述物體的圖像的一個波前的振幅和相位信息；及(v)在所述移動步驟之前和之后，平均所述波前的振幅和相位信息，以至減少所述相干噪聲。
在上述方法中，所述移動優(yōu)選地包括在至少一個軸中移動所述源，并相應移動該相位控制器以將它保持在該移動的光源的像平面中，其中該圖像在時域內(nèi)被積分。另外，該相位控制器被保持在該源的像平面內(nèi)，在源上的相同點優(yōu)選地與該移動不相關地成像在該相位控制器的相同點上。可供選擇的并優(yōu)選的，所述移動包括在所述光路內(nèi)移動所述相位控制器，以產(chǎn)生多個相變變換波前，或該物體沿著Z軸移動至不同的聚焦和散焦狀態(tài)，或該物體移動至不同的離軸位置或不同的傾斜角度。該方法也優(yōu)選的包括圖像配準步驟。
上述方法的步驟的一個實例可以優(yōu)選地包括(i)在該光源和PLM的一個給定位置取一個圖像；(ii)沿著它的任意軸移動該PLM；(iii)據(jù)此移動該光源，以至該光源的圖像落入它在移動前落入過的該PLM的相同位置；(iv)在PLM和光源的這個新位置取另一個圖像。結果是全部的所要求的信息在這兩個圖像中保持相同，因為僅要求該光源和PLM是共軛的，但該光束穿過該系統(tǒng)內(nèi)不同的路徑，造成不同的空間噪聲圖案，也就是不同組的條紋。
(v)將這兩個圖像平均以改進該信噪比(vi)為多個圖像重復這個過程并因此進一步的改善信噪比，并且最后(vii)利用該“平均圖像”作為該相位測量系統(tǒng)的輸入，并獲得具有較小噪聲的相位。
根據(jù)本發(fā)明又一個優(yōu)選實施例，所述光路優(yōu)選地包括一個旋轉的光楔，該光楔以這樣的方式被放置，即所述光路隨著所述光楔的旋轉而執(zhí)行空間運動，但不需要任何其他所述的光學元件的運動。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，提供了一種在一個成像系統(tǒng)中減少相干噪聲的方法，包括步驟(i)使用一個適度的寬帶光源成像一個物體，以得到一個具有第一準確性等級的平滑圖像；
(ii)將所述物體的特征的初步計算高度確定在相位含糊度的限制之內(nèi)，所述第一準確性等級被所述寬帶源的短的相干長度所限制；(iii)使用一個相干光源成像所述物體，以得到一個比所述平滑圖像噪聲更大的圖像，但具有一個第二準確性等級，好于所述第一準確性等級；及(iv)使用所述物體的特征的初步計算高度作為由所述相干成像獲得的相位的初始輸入，以增加的準確性確定所述特征的高度。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，提供一種使用一個成像系統(tǒng)以好于所述成像系統(tǒng)的分辨率的分辨率確定一個物體的特征的邊緣的位置的方法，包括步驟(i)在圍繞著最佳焦點的多個不同的散焦距離上產(chǎn)生所述特征的一系列圖像，并生成該照射等級的記錄作為跨越所述圖像的側向距離的一個函數(shù)；及(ii)針對一個點檢查所述記錄，在該點上所述照射等級會聚在一個跨越所述圖像的公共橫向距離上，所述點為所述特征的邊緣的位置。
最后，根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，提供一種在一個多層結構中執(zhí)行一個交疊測量的方法，包括步驟(i)照射所述多層結構，并在所述多層結構的第一層內(nèi)生成表示一個平面的圖像的第一復波前圖的振幅和相位信息；(ii)借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算表示在所述多層結構的第二層內(nèi)一個平面的圖像的第二復波前圖的振幅和相位信息；及(iii)比較所述第一和第二復波前圖以提供關于所述第一和第二層的交疊的信息。
在這個方法中，所述交疊測量優(yōu)選地在一個單成像處理中被執(zhí)行，無需成像系統(tǒng)重新聚焦。而且，通過這個方法，在所述交疊測量中所述振幅和相位信息的使用，相比于沒有使用相位信息的成像方法，優(yōu)選地做到了增強的反差測量。它也可以獲得關于所述多層結構的三維信息，相比于沒有使用相位信息的成像方法，因此改進了配準不良的測量。而且，在所述交疊測量中使用相位信息，相比于沒有使用相位信息的成像方法，做到了增大的焦深(depth of focus)測量，因此在一個單成像處理中能夠成像多層。


通過如下的詳細描述，并結合附圖，本發(fā)明會被更加全面的理解和認識。圖1至5在背景中做過簡要描述，其他附圖在下面詳細描述。這些附圖可以被總結如下圖1顯示了一個簡化的局部示例，局部圖例性地說明了波前分析功能體；圖2是一個局部示例，說明適用于實施圖1的功能體的波前分析系統(tǒng)的局部框圖；圖3是一個局部示例，局部圖例說明用于表面映射使用了圖1的功能體和結構的系統(tǒng)；圖4描述了用在本申請的不同實施例中的算法和運算方法的基本原則，并描述了一個簡化的功能框圖，說明了圖1的功能體的部分；圖5描述了一個示意性的波前分析系統(tǒng)，包括兩個功能體-一個成像功能體和一個成像波前分析功能體；圖6示意性的描述了本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的元件，使得可以借助橢圓測量法，并且使用在圖1至5中所示的裝置和方法中所描述的相位的測量方發(fā)，實現(xiàn)一個多層物體的檢測和測量；圖7是針對三個不同波長的，反射自硅上的多層堆疊二氧化硅的光的相位和振幅的圖例；圖8示意性地說明了當照射一個由多個層構成的物體時，借助合適的照射條件，減小由于多重反射造成的相變的影響的一個方法；圖9示意性的顯示了相位測量的數(shù)據(jù)如何可以被用于區(qū)分不同的多層堆疊，這些多層堆疊具有相同的反射比與不同的相變，并且不能被“白光”方法區(qū)分；圖10示意性地說明了一個波前在Z方向上的傳播，描述了通過該波前分析方法，任何在某個平面內(nèi)的已知波前都可以使用已知傳播公式被傳播到任何其他期望的平面；圖11顯示了一個任意波前的作為它的沿著聚焦距離的傳播位置的函數(shù)的熵圖；圖12是獨立適用于一個圖像或一個波前的不同段的“最佳聚焦”的方法的示意圖；圖13說明了本發(fā)明的另一個優(yōu)選方法，使用通過施加立體波前傳播方法而獲得的最佳聚焦和高度測量；圖14是一個干涉測量裝置的示意說明，基于白光和相干光干涉測量的結合使用；圖15示意性地說明了借助一個包含中心環(huán)的針對不同波長具有不同透射比的孔徑，例如通過使用不同的光譜過濾器，針對不同波長的孔徑尺寸如何可以被變更；圖16圖解地顯示了一個優(yōu)選方法，實施這個方法減少了在波前中的擾動的影響，例如由光路中的灰塵或缺陷造成的擾動；圖17說明了一個優(yōu)選裝置，用于實現(xiàn)在一個成像系統(tǒng)中光學移動的方法，該成像系統(tǒng)自身的任何元件都沒有機械移動；圖18說明了一個使用線光源的相干成像系統(tǒng)，減少了光的空間相干性，以增加橫向分辨率；在圖18所述描述的配置中，Y方向上的空間相干性被消除；圖19是一個顯微結構圖像的說明，取自一個具有x50物鏡的顯微鏡，來說明在這樣的圖像中增加分辨率的方法；
圖20顯示了圖19的圖像的放大部分，說明了在該圖像中的邊緣的細節(jié)如何由于顯微鏡的分辨率的限制而變得模糊了；圖21是一個圖表，顯示了針對不同散焦等級的跨越了在圖20的圖像中的結構邊緣的照射的截面曲線；及圖22示意性地說明了一個周期性子波長結構的截面，它的細節(jié)是要借助本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例來分辨并描述。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖6，其圖解地說明了本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的元件，使得可以借助橢圓測量法，并使用前述的相位測量方法，對一個多層物體進行檢測和測量。該照射光源600被置于光學系統(tǒng)中，安置的方式是通過一個成像系統(tǒng)，諸如一個顯微鏡的物鏡604，該物體的表面602被一個傾斜的平行光束606以一個相對于該物體表面的法向已知的入射角度所照射。該照射光束608是被從物體表面反射，并且借助一個高數(shù)字孔徑物鏡604，被再次聚焦到最好是一個像素陣列的檢測器610中。用這種方法，該反射的光束在該檢測器中生成了一個圖像，包含有整個大視野的信息。由于在執(zhí)行測量處的入射角的原因，對于s和p偏振的反射是不同的，并且因此可以借助橢圓測量法確定每像素的厚度。一個偏振元件612被置于該入射光束中，最好是在光源600和物鏡604之間，并且一個偏振元件614被置于反射光束中，最好位于物鏡604和檢測器元件610之間，借助該偏振元件614，使用偏振器和補償器，來分析在該反射光束內(nèi)的偏振。該測量每次是在一個相當大的視野上進行的，并且使用成像橢圓測量法可以實現(xiàn)一個更高的空間分辨率。使用這些測量方法，已知入射角度，已知折射率，已知在多層堆疊中的各層標稱厚度，及已知算法，那么就可以準確地計算出在物體每像素或每段上的薄膜涂層厚度?？晒┻x擇并相反的，使用上述的光譜分析方法，先前已知的在多層堆疊中的各層厚度和已知的算法，可以準確的計算出在物體在每像素或每段上的薄膜的折射率。已知薄膜涂層厚度和折射率，可以通過已知公式計算出由于該物體在每像素或每段上的薄膜涂層的存在而造成的相變。這種相變可以從被反射或透射的光的相位中消除或削減，以正確地獲得表面形貌。該照射光可以是包含一個單波長的相干光源，若干相關光源或寬帶光源。該反射光可以被進行光譜分析以提供更多的信息，用于計算該薄膜涂層厚度或折射率。
該被從物體反射的波前，對于該兩次偏振的每一次，被兩次測量。通過以該第二偏振的被測量的復振幅來分度一個偏振的被測量的復振幅，該由于表面形貌造成的相變得到補償。使用這些測量，已知入射角度，已知折射率，已知在多層堆疊中的各層厚度，并已知算法，可以準確計算該物體的在每像素或每段上的薄膜涂層厚度?？晒┻x擇的，使用上述測量，已知在多層堆疊中的各層的準確厚度和已知算法，則可以準確地計算出該物體在每像素或每段上的該薄膜的折射率。已知薄膜涂層厚度和折射率，則可以通過已知公式計算出該物體的在每像素或每段上由于薄膜涂層的存在造成的相變。這種相變可以從被反射或透射的光的相位中消除或削減，以正確地獲得表面形貌。該照射光可以是包含一個單波長的相干光源，若干相關光源或寬帶光源。該反射光可以被進行光譜分析以提供更多的信息，用于計算該薄膜涂層厚度或折射率。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，使用該反射光的光譜信息，結合一個被測量的反射波前相位，以得到在一個多層堆疊中各層的厚度。使用一個寬帶光源，借助一個濾光輪或分光計，該來自一個多層物體的反射光被分析。另外，通過使用具有一個或多個波長的相干光源和一個相位測量系統(tǒng)，可以獲得該反射波前的相位和振幅。該由相位測量系統(tǒng)獲得的相位數(shù)據(jù)增加附加數(shù)據(jù)到上述的光譜分析中。結合由相位測量系統(tǒng)獲得的相位數(shù)據(jù)和上述的光譜分析，得到在多層堆疊中的各層厚度。因為可以獲得有關的相位數(shù)據(jù)，也就是不同位置之間的有關的相差，并非絕對相移，所以期望在該視野中有一個位置，在該位置已知該薄膜涂層厚度具有高的準確性。該絕對相移可以通過在這個位置執(zhí)行的測量而被確定?？晒┻x擇的，在該視野中的一個沒有透明層的位置，也可以用作為這樣的位置，即在該位置已知該厚度具有高準確性。圖7顯示了一個反射自硅上的多層堆疊二氧化硅的光的三個不同波長的相位和振幅的例子。
注意，圖7顯示的厚度依賴于3個波長的相位和振幅，也就是說對應于通過3個相干光源的干涉測量進行相位分析的情況。為了得到更多的數(shù)據(jù)，每個相位提供不同數(shù)據(jù)，而對這些相同的3個光源，通過分析它們的振幅，進行反射率分析。從該圖像上應注意的另一件事是，厚度的相位和振幅測量中的含糊度的類型是不同的—當振幅含糊度是周期性的時候。因此，根據(jù)圖7，當獲得0.6的振幅時，人們不知道是否該厚度是～0nm，～180nm，～350nm等等。在相位測量中的“不確定范圍”是厚度范圍，也就是說當人們在一個波長中得到一個相位“1”時，400～500nm的厚度都是這個厚度的結果。這兩種類型的具有不同不確定或含糊度的數(shù)據(jù)的結合，實現(xiàn)了幾乎沒有含糊度地準確定位該厚度。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，描述了一種改進算法，用于在存在薄膜的情況下的相位重建和表面形貌測量。薄膜涂層的存在，由于多重反射，在反射或透射的波前中增加了相變。這種相變，在計算反射波前的表面形貌中，造成有誤差(也就是偏離了從反射物體生成的波前)。已知薄膜涂層厚度和反射率，通過已知公式可以計算出增加的相變，該增加的相變可以從被反射或透射的光的相位中消除或削減，以正確計算表面形貌。根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例，在該視野中至少提供了一個錨點，在視野中該薄膜涂層厚度是已知具有高準確性的。在該視野中一個沒有薄膜涂層的位置也可以用作為一個錨點。另外，在一個或多個波長上由該物體反射的波前的相位數(shù)據(jù)或振幅數(shù)據(jù)或相位與振幅數(shù)據(jù)的結合也是給定的。這些錨點被用于獲得在該視野中的堆疊結構的其他點上或在其他區(qū)域內(nèi)的厚度，而無論這些錨點位于何處。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，提供了一種當照射一個由多個層構成的物體時，借助合適的照射條件，減少由于多重反射造成的相變的影響的方法。這如圖8所示。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，包括多層的物體800被一束傾斜的光束802以一個大的入射角度照射。由于該大入射角，該多重反射808的振幅被減小了，并且僅有來自每一層的每一側的一個反射是主要的。在圖8所示的例子中，有一個來自最外層的前表面的反射804，和一個來自最外層的后表面的反射806。因此，可以使用一個反射的簡化模型，假設僅有來自每一層的每一側的反射。相對于使用具有多重反射的完整的橢圓測量模型的相變計算，使用簡化的2光束模型的相變計算的偏差減小了。根據(jù)另一實施例，該物體被一束傾斜的平行光束以在最外層和緊挨著最外層下面的一層之間的Brewster角(如果有一個的話)照射。在這種情況下，對來自這兩層之間的表面的光的p偏振，沒有反射，而只有s偏振被從這個表面反射出去。因此，所有的多重反射804，808等等，是s-偏振的。如果一個交叉偏振器被置于反射路徑上，則只有p-偏振光被透射和測量，而且因為這種s-偏振只自該第一反射發(fā)生，因此這種測量方法可以容易地測量外表面輪廓，沒有來自下面各層的干擾。
根據(jù)這個實施例的方法，提供了一種算法，用于對存在一個或多個透明層的情況，使用白光干涉測量法進行形貌測量。這個算法包括如下步驟A.取得“標準”白光干涉測量法圖像強度數(shù)據(jù)。
B.以與傅立葉光譜學相似的方式，對每像素的強度數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，以獲得每像素的光譜反射比。
C.使用現(xiàn)有的“分光光度術”模型，已知的關于每像素上材料的厚度和折射率的數(shù)據(jù)與上述步驟B所述的計算得出的每像素上的光譜反射比，以獲得每像素上各層的準確厚度。
D.使用已知算法和關于每像素上各層材料的厚度和折射率的數(shù)據(jù)，計算每像素上由于多層堆疊造成的相變。
E.使用通過白光干涉測量法獲得的強度數(shù)據(jù)，通過“最佳聚焦”波包獲得物體的輪廓。這些輪廓包括了每像素上由于多層堆疊引起的相變造成的誤差。
F.使用計算出的每像素上由于多層堆疊造成的相變(如上述步驟D所述)，校正由該相位造成的相干包絡峰值的誤差，并獲得校正后的表面形貌。
為了增加現(xiàn)有知識以增加高度測量的范圍，或以由不同的多層堆疊組成的物體來進行操作，該視野最好被分成不同的段，每段具有不同特性，這樣，對每個不同的段，它的不同特性的現(xiàn)有知識是可以被增加的。在先技術已知，一些“白光”方法，僅依據(jù)振幅數(shù)據(jù)進行分割。然而，根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例，將通過相位測量系統(tǒng)獲得的相位和振幅數(shù)據(jù)以結合方式運用，改進了獲得物體的表面分割的處理過程。在一個優(yōu)選實施例中，獲得至少兩個波前，其表示在兩個不同波長上的一個物體的圖像，其中每個波前都具有相位和振幅數(shù)據(jù)，這些相位和振幅數(shù)據(jù)被用于進行圖像的分割。這個方法可被用于校正通過已知方法從“白光”獲得的分割?？晒┻x擇并優(yōu)選的，該數(shù)據(jù)可以用于區(qū)分不同的具有相同反射比和不同相變(并沒能被“白光”方法加以區(qū)分)的多層堆疊，如圖9所示。
在上述波前分析方法中，所述多個不同的空間相變中的每個都被施加于該變換的波前，優(yōu)選地通過將一個空間上一致的具有一個已知值的相位延遲施加至該變換波前的一個給定空間區(qū)域。如上述結合圖4的描繪，管理這些不同相變的空間函數(shù)被標注為“G”。函數(shù)“G”是一個施加在變換波前的每一個空間位置的相變的空間函數(shù)。在一個優(yōu)選實施例中，該空間相變被施加到該變換波前的中心部分，并用作為該變換波前的一個低通濾波器。然而，當該函數(shù)“G”的空間維度較大時，它就不能擔當真正的低通濾波器了。在這種情況下，重建該成像的波前是很困難的。而且，該函數(shù)“G”的空間維度是與使用的波長成比例的，因此對于較短波長不能擔當一個低通濾波器。根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選方法，實現(xiàn)了一個改進算法。根據(jù)該改進算法，實施了一個以具有小空間維度的“假”“G”進行的基本重建。從這個重建后的波前，通過數(shù)字低通濾波，獲得了一個新的“S”函數(shù)，對應于該“真”空間維度，并且計算出α(x)和ψ(x)的校正值。使用這些校正值獲得一個被校正的重建。迭代的繼續(xù)這個處理可以增加重建的準確性。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選方法，也提供了一種方法，通過波前傳播和再聚焦來改進相位和表面形貌測量。因為，正如已知，Maxwell方程有唯一解，當在一個任意平面內(nèi)的特定解和它所有的邊界條件已知時，在任何其他平面內(nèi)的解可以被絕對地確定。這樣，通過上述的波前分析方法，或通過在某個平面內(nèi)的任何已知的波前恢復(retrieval)方法，在一個任意平面，該輻射復振幅可以被分析或恢復，并可以通過已知公式傳播至任何其他期望的平面?，F(xiàn)在參考圖10，其示例性的描述了一個波前在Z方向上的傳播。一個波前，以方框1000的形式，并具有給定的振幅，傳播一個距離Z1到達平面P1。在平面P1，該被傳播的輻射的復振幅可以由函數(shù)A(x，y)eiφ(x，y)|來描述。在P1中的振幅不再一致。在平面P1中的該輻射的復振幅進一步傳播一個距離Z2到平面P2。隨著該波前的復振幅的傳播，振幅和相位被改變，并且在平面P2獲得一個由函數(shù)A′(x，y)eiφ′(x，y)|描述的不同的復振幅。如果該波前在一個平面是已知的，那么它可以在任何其他平面內(nèi)被計算出來。在上述PCT國際公布號WO 03/062743中，描述了一種方法，用于通過軟件傳播，也就是通過使用基于Maxwell方程的解的算法，獲得不同的“聚焦”狀態(tài)，以計算該波前的物理傳播。使用這種方法，如果測量設備沒有聚焦于要被測量的物體，該(未聚焦)的測量的復振幅可以被從測量平面?zhèn)鞑ブ寥魏纹渌谕钠矫?，以獲得一個對應于聚焦圖像的波前。
這樣，可以從一系列被傳播的波前或一系列圖像，通過找到具有所謂“最小熵”的該波前或圖像，獲得該最佳聚焦平面。一個這種涵義的有用的熵的例子是該波前的復振幅函數(shù)的累積“表面面積(surface area)”。優(yōu)選的，例如可以通過該波前的復振幅函數(shù)的積分，來獲得該表面面積。另一個可能的熵的例子是單獨的該波前的振幅函數(shù)的累積表面面積，或該波前的相位函數(shù)的累積表面面積。使用已知傳播公式，通過一個測量的復波前到不同平面的軟件傳播，可以獲得一系列波前。從一個軟件再聚焦或從任何其他光源，諸如從該物體的不同聚焦位置，可以獲得一系列像。對于強度圖像，熵的一個可能的定義是該圖像的強度函數(shù)的累積表面面積?，F(xiàn)在參考圖11，其顯示了作為它的沿著焦距的傳播位置的函數(shù)的一個任意波前的熵圖。該在橫坐標零點的焦距代表開始平面，在此處該波前被測量?？梢钥闯?，隨著焦點經(jīng)由最佳焦點1100的提升，熵也經(jīng)過了一個定義明確的最小值。該在圖右手側的局部最小值1102，是一個由于進入焦點的光束限制孔徑的位置造成的假象。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選方法，并參考在圖12中所示該方法的示例，“最佳聚焦”被獨立施加于該圖像的，或該波前1200，1202的不同的段。通過使用從一段的“最佳焦點”1204的平面到另一段的“最佳焦點”1206的平面的波前傳播，這兩段之間的高度差可以被確定作為兩個聚焦平面之間的傳播距離，如圖12所示。另外，一段的熵自身可以用作為一個用于該段的散焦量的測量或初始估計。換句話說，通過測量不同段的熵，人們可以從該熵函數(shù)的收斂率的預定了解計算和估計在焦點位置的差，以及不同段之間的高度差。這樣，所有的這3個步驟可以被整合入一個高度測量方法中，即(i)通過一個測量的波前的波前傳播，獲得若干復波前和對應的圖像，每個復波前對應于一個不同的焦點狀態(tài)，(ii)通過對每段施加最小熵算法，確定每段的“最佳焦點”復波前，以及(iii)通過該對應于第一段的最佳焦點復波前與對應于第二段的最佳焦點復波前之間的“傳播距離”，計算任意兩段之間的高度差。
應該注意，可以通過傳播構建一個像，在其中第一段和第二段都是焦點對準的，即使沒有計算各段之間的高度差。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選方法，最佳聚焦和高度測量可以通過施加立體波前傳播來獲得?，F(xiàn)在參考圖13，其顯示了一個使用這種方法被觀測的物體1300，其中，通過僅使用該波前的角頻譜的一部分，根據(jù)它被傳播的方向該波前被成像，并僅在某個特定的方向上傳播。在這個期望的方向上，傳播可以借助一個有效孔徑光闌1302實現(xiàn)。通過有效的將該孔徑光闌1302移動到圖13中它的虛線位置，該波前隨后借助軟件在一個不同方向上被再次傳播，以根據(jù)它被傳播的方向，成像該角頻譜的另一部分，如圖13中虛線所示。這樣，兩個在不同方向的不同的波前傳播可以被獲得。這相似于在立體觀測中獲得的兩個不同的圖像。使用這兩個不同的波前，以類似于使雙眼可以確定深度知覺的方式，可以得到關于該物體的深度或高度數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在提供使用該最佳焦點位置的，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方法的其他應用。為了使用多波長波前確定方法增加表面形貌測量的范圍，如同上述，關于在視野中的不同段的高度的先前數(shù)據(jù)是經(jīng)常被需要的，以克服成像噪聲，其限制了一個多波長測量方案克服2π含糊度的能力。根據(jù)本發(fā)明，該關于在視野中的不同段的高度的先前數(shù)據(jù)可以從每段的“最佳聚焦”獲得。以一個相似的方式，該用于解2π含糊度干擾的先前數(shù)據(jù)可以從視野中每段的“最佳焦距”獲得。
根據(jù)本發(fā)明又一個優(yōu)選實施例，提供了一種裝置和方法，用于增加表面形貌測量的范圍。在表面形貌測量中，很多情況下都要求在一個大范圍上測量高度。由于2π含糊度，用于高度測量的干涉測量法的范圍是有限的。一個可以增加高度范圍的已知方法是使用若干不同的波長去解決2π含糊度的問題。然而，這個方法是對噪聲敏感的。
根據(jù)這個方法，在不同段中的不同像素之間的2π含糊度的量級(order)通過結合至少兩個相位的波長重建來計算，使用如下算法A.在至少一個波長上展開重建波前的相位(其中只在遠離階差的區(qū)域才會獲得明確的相位測量)。
B.在該視野(下文稱FOV)中的每段中選擇一個錨點。
C.計算在每段中的多對點的明確的高度差，成為該段的錨點的每對之一，使用該重建波前的相位。該高度差可以被明確地計算，因為在每段中各對點中的每個點是相互靠近的。
D.從該兩段中的各對點的含糊度的量級，從各段中的一個，該兩段的兩個錨點的含糊度的量級可以為每對點重復獲得。
E.設定這些對錨點的含糊度的量級的直方圖，并選擇一個針對該量級的值。這個值可以是最可能值，最接近平均值的值或任何導自含糊度的量級的直方圖的統(tǒng)計值。
F.再次使用該被選取的量級值來再次導出具有較高準確度的各點的含糊度量級。
這個方面可以針對不同對錨點重復實施，以提高準確度和對噪聲的魯棒性。
根據(jù)另一方法，在FOV中的不同段內(nèi)的不同像素之間的2π含糊度的量級可以通過結合相位的至少兩個波長重建來計算，使用如下第二算法，其在數(shù)學上是與前述算法等價的A.在至少一個波長上展開重建波前的相位(其中只在遠離階差的區(qū)域才會獲得明確的相位測量)。
B.對于在FOV中的任意兩段，S、T，選擇多對點(Mi，Ni)，其中Mi是S的點，Ni是T的點，并且為每對點(Mi，Ni)，結合至少兩個波長重建去計算在點Mi的高度和點Ni的高度之間的明確的差。
C.在點Ni增加展開的高度(在步驟A獲得)，在點Mi減去展開的高度(在步驟A獲得)，獲得在點Mi的明確的高度和在點Mi的展開(在步驟A獲得)高度之間的高度差Δi的含糊度量級。
D.設定差Δi的含糊度量級的直方圖，并選擇針對該量級的一個值。這個值可以是最可能值，最接近平均值的值或任何導自含糊度的量級的直方圖的統(tǒng)計值。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的優(yōu)選方法，在視野中的不同像素之間的該2π含糊度的量級可以通過結合至少兩個波前重建來計算，以在兩個波長上獲得它們的相位，使用如下算法A.在視野中選擇若干參考點和一個錨點。
B.使用重建波前的相位，計算視野中各像素與參考點之間的含糊度量級。
C.使用計算出的各像素與參考點之間的含糊度量級，反復推導某個像素和該錨點之間的含糊度量級。
D.設定那個像素的含糊度量級的直方圖，并選擇最大可能的量級。
這個方法可以針對不同錨點而重復使用，以增加準確性。
當使用兩個或更多的波長以生成一個物體的表面形貌時，兩個或更多單波長重建可以被獲得，每個波長一個?？傊褂靡粋€單波長相位函數(shù)確定該波前的相位，而結合其他波長相位去解這個波長的相位的2π含糊度。然而，這兩個或更多的解出的單波長重建可以被用于以如下方式生成一個改進的重建。在視野中的每個位置，這些解出的單波長重建中只有一個被用于確定該波前的相位，局部的具有最高質(zhì)量的那一個。因此，對于不同段，根據(jù)每段上各波長的數(shù)據(jù)質(zhì)量，可以使用不同的單波長重建。在其他波長上的相位，其局部上缺少準確性，被結合尋解更準確的波長的相位的2π含糊度?？晒┻x擇的，所有解出的單波長重建的某個平均值可以被使用，其中用于計算這個平均值的權重通過各個單波長重建的質(zhì)量圖而被確定，其可以是針對FOV中的不同位置而不同。
在“白光干涉測量法”中，該條紋圖案僅在具有小于該光相干波長的相對于一個參考鏡的光路差的若干高度上是可見的。因此，當一個白光光源和一個相干光源一起使用時，該“白光干涉測量法”條紋圖案可以用作為一個錨點高度，用于以相干光源解決干涉測量法的含糊度。作為一個例子，在FOV中具有1μm的高度差的兩個區(qū)域，使用多相干波長，可以被看作1μm差也可以看作4μm差，但使用白光，可以明確地確定這兩個區(qū)域是否相差1μm?？晒┻x擇的，將白光干涉和相干光干涉測量法一同使用，可以為該干涉測量法提供現(xiàn)有數(shù)據(jù)。現(xiàn)在參考圖14，其是一個基于使用了組合的白光和相干光干涉測量法的干涉測量裝置的示意圖。該白光1400和相干光1402借助分束器1404，1406引導到達物體1401，被反射的光成像于該CCD 1408。
為波長分析使用寬帶照射，由于該寬帶光的有限的相干長度，在高度計算上造成了誤差。根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，一個使用具有足夠低的誤差的寬帶照射的測量可以被用作為一個數(shù)據(jù)生成器，并為相干光源干涉測量法提供一個先驗的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選方法，提供了裝置和光學元件，用于改進波前重建的反差。在不同的反差方法中，諸如Zernike相位反差和諸如上述的與國際專利申請公布號WO 03/062743描述的方法，成像反差依賴于孔徑尺寸和波長，由于通過相位光調(diào)制器(PLM)的中央?yún)^(qū)域和周邊區(qū)域的光之間的干擾，被相當?shù)墓獾燃壌_定的反差穿過了這兩個區(qū)域。這兩個區(qū)域的能級越接近，圖像的反差也就越大。波長越長，則在PLM的平面內(nèi)的光的空間傳播就越大。另外，孔徑越小，PLM的平面內(nèi)的光的空間傳播就越大。因此，期望將孔徑尺度變換為波長的函數(shù)，為了獲得每個波長的優(yōu)化反差。
對不同波長的孔徑尺度可以借助孔徑來調(diào)整，該孔徑包括針對不同波長具有不同透射比的同心圓，例如使用不同的光譜過濾器，如圖15所示。這樣，每個波長或波長范圍都以其自身的孔徑被提供。這樣一個孔徑結構可以優(yōu)化用于不同波長或波長范圍的反差，以及根據(jù)使用的波長縮放的孔徑的空間尺度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，代替使用光譜敏感的過濾器作為系統(tǒng)孔徑，它可被置于接近PLM的位置，為了改變PLM周邊部分相比于中央部分的的透射比。當這個區(qū)域的透射比減小時，反差可以被增強。這可以針對每個波長不同地提高反差。如果這個反差較低，則可以使用PLM空間光譜傳輸?shù)恼{(diào)整功能來改善這個反差，并且特別是PLM的中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域的相對的光譜傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的更多的優(yōu)選方法，提供有一個方法，在光學系統(tǒng)中，在相位控制器之前和之后，增加一個偏振器和一個第二旋轉式偏振器，其中該相位控制器由雙折射材料構成，以控制和優(yōu)化以不同的顯微鏡空間過濾法在圖像平面中獲得的反差。該相位控制器具有多個不同的空間部件。在各部件上，可以根據(jù)施加于各部件的控制信號為這兩個光偏振選取不同的光路差。該偏振器的偏振狀態(tài)和在各部件上的光路差，影響了光的透射比和相位延遲。因此，改變該光路差和旋轉第二偏振器可以控制在該相位控制器的各空間部件上的光的透射比和相位延遲。
在一個優(yōu)選實施例中，該相位控制器具有兩個空間部件，并且該雙折射材料的光軸與該第一偏振器的軸成45度。如果該第一偏振器的軸平行于X軸，則該相位控制器的各空間部件的透射比τ可表示為τi=12[1+cos(θi)cos(2α)]|---(1)]]>其中θi-由相位控制器生成的在某個空間位置i上的兩個偏振之間的相位延遲。
α-旋轉式偏振器相對于X軸(第一偏振器的軸)的角度。
在相位控制器各部件上通過該旋轉式偏振器后的光的相位延遲由下式給出tan(θi′)=cos(α-45)sin(θi)cos(α-45)cos(θi)-sin(α-45)|---(2)]]>相位控制器的兩個空間部件之間的相位延遲差是Δθ＝θ1′-θ2′|(3)其中使用該相位延遲差去獲得多個不同的用于在波前分析中使用的相變波前。
對于任何要求的透射比τ1/τ2，Δθ有四個不同的解，其中也可能需要不同的α值。因此，這四個解可以被用于獲得四個不同的圖像，這是為提供一個完整的波前確定所要求的，正如在本申請背景部分的描述。相反，如果第二偏振器被保持固定，也就是對于固定的α，由相位延遲調(diào)整在PLM的不同空間部件中施加以獲得所要求的透射比的相差，則θ有兩個解，并因此θ′有四個解，并且因此Δθ至少有四個解。因此，這四個解可以被用于獲得為提供一個完整波前確定所要求的四個不同圖像，如本申請背景部分中所描述。
根據(jù)本發(fā)明，對于任何給定的透射比τ1/τ2，通過使用一個固定相位控制器，可以在相位控制器的兩個部件之間發(fā)現(xiàn)四個不同的相位延遲。在一個優(yōu)選實施例中，該固定相位控制器由雙折射材料組成，在它之前具有一個偏振器并且在它之后具有一個旋轉式偏振器。該相位控制器的雙折射材料的光軸與該第一偏振器成45度。該相位控制器的一個部件用作為一個λ/4波片，其他部件用作為一個λ波片。在這種情況下，該相位控制器的λ/4波片部件的透射比總是0.5。該相位控制器在λ波片部件中的透射比可以通過該第二偏振器的旋轉控制，并由下式給出τ=12[1+cos(2α)]|---(4)]]>在該相位控制器的λ波片部件中的相位延遲總是零，但在該相位控制器的λ/4波片部件中的相位延遲由下式給出 使用公式(5)，可以針對任何給定的透射比τ1/τ2在該相位控制器的兩個部件之間發(fā)現(xiàn)四個不同的相位延遲。
根據(jù)本發(fā)明的更多優(yōu)選方法，在一些不同的實施例中，提供了用于通過減小由于物體的相干照射引入的噪聲，改進波前重建的圖像質(zhì)量的裝置和算法。根據(jù)這樣的第一實施例，比較或結合在不同平面中的不同的測量的傳播波前的相位和振幅分量，可以校正波前測量并減小噪聲，因為它們之間的差僅是由噪聲而非真正的數(shù)據(jù)造成的。根據(jù)這個方法，通過在一個焦平面上取一個測量值，包括全波前重建，和在圖像通過系統(tǒng)硬件被散焦已知量的另一測量值，也包括全波前重建，可以實現(xiàn)噪聲減小。通過被施加的散焦的已知數(shù)量，該散焦波前隨后通過傳播軟件被重新聚焦，如上述方法的描述，因此生成了一個第二焦點對準的波前，并且借助平均，比較，或任何其他已知成像處理功能的這兩個波前的組合可以被用于減少噪聲。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，一個有噪聲的波前，其中該噪聲是由一個在不同平面的本地擾動造成的，諸如由光路中的灰塵或缺陷造成的，被傳播到該平面，其中該擾動是本地的，也就是該擾動是焦點對準的。在那個平面內(nèi)，該擾動可以隨后被消除，例如通過鄰近區(qū)域的內(nèi)插或均化，或通過任何其他方法。該修改的波前隨后被向后傳播到最初的平面，或傳播到任何其他經(jīng)定義的平面，以產(chǎn)生一個無擾動波前。相同的方法可以被用于校正圖像像差，一該波前可以被傳播到一個平面，該像差的源被置于該平面中，并具有一個已知形式，這里該像差被消除，并且該波前向后傳播產(chǎn)生一個無像差波前。
現(xiàn)在參考圖16，其圖解的顯示了一個優(yōu)選方法，實施這個方法減少了在波前中的擾動的影響，例如由光路中的灰塵或缺陷造成的擾動，通過直接計算該擾動源的位置，也就是該擾動是焦點對準的平面，使用該擾動的環(huán)形條紋的頻率和位置。這個定位知識可以被用于消除該擾動，例如通過在相同位置增加一個虛擬擾動源，其抵消了真實的擾動源。該擾動可以是任何點源擾動或任何其他類型的擾動，諸如由光學組件生成的擾動。圖16顯示了該擾動源的位置1602，和它的發(fā)射波前1606，和造成的條紋圖案1604。
可以使用本發(fā)明進一步的優(yōu)選方法，經(jīng)由在光學成像路徑中的任何元件的移動，通過獲得要被檢查的物體的許多圖像，在成像中，尤其是在相干成像中，與在上述的波前分析的結果中，減少噪聲。這個移動可以是下面描述的移動中的一個或組合
I.物體照射光源在全部三個軸上的移動，在該光路上的PLM的對應移動將其維持在該移動光源的圖像平面內(nèi)，因此補償了光源移動，其中該圖像被結合在時域內(nèi)。
II.使用在光路中來產(chǎn)生多個相變變換波前的PLM的移動。
III.物體沿著Z軸到不同的聚焦和散焦狀態(tài)的移動。
IV.物體在不同的離軸位置或不同的傾斜和圖像配準上的移動。
V.在光路上任何光學組件的移動。
根據(jù)這些方法，對于多個圖像的移動和均化的補償被執(zhí)行，以減少噪聲的影響，因為圖像信息是附加的，并且噪聲是針對各移動位置而空間不同的，并且因此是達到平均的。補償可以通過這些多個像的配準和這些配準像的均化完成的?？晒┻x擇的并優(yōu)選的，這些移動借助硬件被補償并均化了該多個圖像?？晒┻x擇的，這些移動優(yōu)選地借助軟件，諸如波前傳播和控制軟件被補償。這些配準，補償和均化既可以根據(jù)圖像強度，也可以根據(jù)該物體的重建產(chǎn)生的測量結果而進行。
現(xiàn)在參考圖17，其顯示了一個優(yōu)選的裝置，根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例而構建并操作，用于執(zhí)行改變該光源1702和在該光束撞擊其上的PLM上的特定點1722之間的光路，沒有成像系統(tǒng)本身的任何元件的機械移動的方法。在光路穿過系統(tǒng)期間，被準直的照射物體的光束以這樣一種方式被駕馭，使得它總是撞擊在PLM上的相同的點1722。如圖17中1704所示，沿著不同的光路，該光束穿過光源和PLM之間的成像系統(tǒng)。該準直的照射物體的光束被駕馭的同時照射物體，在它的返回路徑上，它被向后駕馭至一個平行于它的入射路徑的路徑。在圖17中，使用一個旋轉光楔1706來產(chǎn)生光束的運動。該光楔最好是圍繞平行于照射系統(tǒng)光軸的一個軸1702旋轉。光楔1706的旋轉造成了輸入照射光束1710，它的路徑是以虛線顯示，產(chǎn)生一個路徑，該路徑從該旋轉光楔在它的輸出點1712擺動，描述了一個由于光楔被旋轉而循環(huán)引導的路徑，該自輸出點的傳播方向循環(huán)地依賴于光楔的旋轉位置。在圖17中，該路徑僅顯示了旋轉光楔的一個位置。在圖17中的優(yōu)選實施例中，該擺動光束被引導入一個屋脊五角棱鏡1708控制，并且從這里被反射的光束被進一步在一個分束器1714上朝著系統(tǒng)1704的成像部分反射，并隨后到達該PLM1722。該五角棱鏡1708，其被用于在X和Y方向上創(chuàng)建一個奇數(shù)反射，與在分束器1714中的發(fā)射相結合，造成一個偶數(shù)反射，因此產(chǎn)生一個回向反射效應，并且該返回的光束總是平行于入射光束。任何以給定角度進入光楔的光束，在經(jīng)過整個光路后以同樣的角度返回。因此，光源和在PLM上的撞擊點之間的成像關系是不變的，即使它們之間的光路隨著光楔的旋轉而經(jīng)歷了空間運動。
根據(jù)本發(fā)明進一步的優(yōu)選實施例，提供了一種通過比較或結合一個成像物體的被計算和被測量的傅立葉變換的強度，減少成像系統(tǒng)中的相干噪聲，以校正測量并由此減小噪聲的方法。一個實現(xiàn)這種方法的優(yōu)選方式最好包括步驟(i)在一個物體的圖像平面執(zhí)行一個測量，包括物體全波前重建，并計算該波前的傅立葉變換，(ii)通過直接成像傅立葉平面，獲得該成像該物體的成像系統(tǒng)的傅立葉平面的實際強度圖像，(iii)以在該傅立葉平面獲得的實際強度圖像，通過圖像處理來組合或均化或處理從重建波前獲得的經(jīng)計算的傅立葉變換的強度，同時留下計算出的傅立葉變換的未變的最初相位，以及(iv)使用該相同的相位函數(shù)執(zhí)行一個逆傅立葉變換，以產(chǎn)生一個具有最小噪聲的變更的波前重建。
另外，在成像系統(tǒng)中的相干噪聲優(yōu)選地可以通過使用一個諸如寬帶光源和相干光源這樣的光源組合而被減少。該寬帶光源被用于實現(xiàn)一個平滑圖像，以定義視野中的不同的段并確定初步計算的段高度在相位含糊度的限制內(nèi)，盡管該計算的高度由于白光的有限的相干長度而不太準確。這些初步計算的高度用作為由該相干光源獲得的相位的初始輸入以確定各段的正確高度，使用該相干光源可以被準確地確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，可以通過使用兩個或更多波長來減少在成像系統(tǒng)中的相干噪聲，以生成一個物體的表面形貌，并且兩個或更多單波長重建可以被獲得，每個波長一個?？傊?，一個單波長相位函數(shù)被用于確定該波前的相位，其中其他波長相位函數(shù)被組合以求解這個波長的相位的2π含糊度。然而，這些兩個或更多的被解出的單波長重建可以被用于以如下方式生成一個改進的重建。在視野中的各個位置，不同的單波長重建被比較，并且當一個或更多的被解出的單波長重建在某個位置給出了一個平滑圖案時，其他單波長重建的其他圖案以相同方式被平滑。該平滑也可以被更復雜的加權算法影響，諸如借助該平滑的單波長重建的質(zhì)量圖來加權。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，可以通過使用由光的兩個不同的偏振獲得的兩個圖像的組合或均化來減少一個成像系統(tǒng)中的相干噪聲。
一個以空間相關光工作的成像系統(tǒng)可能是有噪聲的，因為許多光源引起的條紋，特別是在光路中不同層之間的干擾圖案?？梢云谕麥p少光的空間相干性以消除這種條紋并增加橫向分辨率。然而，為了獲得多個相變的變換波前之外的多個強度圖，被施加空間相變的波前上的空間相干性是優(yōu)選的。根據(jù)這個優(yōu)選的方法，一個只在一維具有空間相干性的光源是優(yōu)選被使用的。其可以通過使用例如一個線光源而不是一個點光源來實現(xiàn)。這個線光源可以被用于從一個被檢查物體上反射光，或將光透射通過由一個局部透明的被檢查物體。另外，施加在該變換的波前的各空間位置上的相變的空間函數(shù)(在上文中標記為“G”)優(yōu)選的是一個線性函數(shù)，在一個具有類線性，相對小的寬度的被拉長的形狀的區(qū)域中，穿過該變換波前的中央?yún)^(qū)域，生成一個空間一致的空間相位延遲。這個結合該線光源的線性空間函數(shù)，減少運算算法與上述那些算法非常相似。這個線性相位延遲可以例如通過一個在傅立葉平面中的過濾器而被引入，如圖18所示。在圖18的優(yōu)選實施例中，該光從一個線光源1800射出，并經(jīng)過物體1802。該合成的波前通過一個透鏡1804聚焦到一個線性相位控制器1806上，優(yōu)選的是位于透鏡1802的焦平面上。一個第二透鏡1808被放置，以將該波前成像至該檢測器1810。
在上述圖18的結構中，Y方向上的空間相干性被消除了。在像平面上，如圖18的優(yōu)選實施例中的照相機表面上獲得的，僅針對一維(X)而非對其他維度(Y)，獲得該物體和過濾器的傅立葉變換的卷積。因此，這個用于被檢測物體的測量所要求的計算，也就是獲得被分析的波前的相位和振幅，僅需要在一維上執(zhí)行，而不是在兩個維度上執(zhí)行。另外，該測量和分析系統(tǒng)對被檢查物體在Y軸上的傾斜的敏感性要小的多，無論該測量是通過反射還是通過透射而進行。該被檢查物體隨后可被旋轉以減小在其他維度的傾斜敏感性。應當清楚，線形只是該光源的優(yōu)選形狀的一個例子，而任何非點光源的形狀都影響相干性，因此都可以被使用。每當該光的空間相干性在一個維度上依次被破壞時，通過使用兩個圖像的結合，該被檢查物體可以獨立的在兩個維度上被重建。這兩個重建可被結合以重建該物體的2-D圖像的第三維。
這兩個一維重建優(yōu)選的可以通過以相同方式旋轉光源和傅立葉平面中的相板而獲得。可供選擇的，這兩個一維重建可以通過使用光的兩個不同的偏振來獲得。每個偏振都具有它自己的1維光源和在傅立葉平面上的一維相板。一個旋轉偏振器優(yōu)選的在一個時間上將強度圖發(fā)送到照相機。更加優(yōu)選的，該光源可以包括兩個交叉的1維光源(線光源)，每個光源都具有一個不同的偏振。該在傅立葉平面中的相板包括具有一個交叉圖案的雙折射材料，在該交叉中的一條線僅對一個偏振執(zhí)行一個合適的相移，而該交叉中的另一條正交線對另一個偏振執(zhí)行一個合適的相移。一個旋轉偏振器優(yōu)選的在一個時間上將一強度圖發(fā)送到照相機。
在許多應用中，人們希望測量小的形貌特征，其僅能剛好被一個光學系統(tǒng)分辨，或者甚至是比被該光學系統(tǒng)所能分辨的最小尺寸還要小得多。這種測量所要求的準確性可能需要好于一個通過傳統(tǒng)成像已經(jīng)看不清或甚至看不到這些形貌特征的光學系統(tǒng)的分辨率的幾個量級?，F(xiàn)在參考圖19，描述了由一個具有x50物鏡的顯微鏡獲得的集成光學波導結構的一個圖像。需要測量0.05μ的準確度，該波導之間的形貌特征或空間的寬度，使用一個具有0.5μ分辨率的光學系統(tǒng)。
現(xiàn)在參考圖20，顯示了圖19的圖像的一個放大部分，如圖19中該圖像的標記區(qū)域所指示的，描述了在該圖像中邊緣的細節(jié)如何由于顯微鏡的有限分辨率而模糊的。當要被測量的目標圖像在不同散焦位置被獲得的時候，圖像的模糊度根據(jù)散焦等級而被改變。
現(xiàn)在參考圖21，該圖表顯示了針對不同散焦等級的跨越了在該器件的圖像中的該波導的邊緣的照射的截面的曲線?？梢钥闯?，所有的截面穿過了相同的高度位置，其中被指示的寬度是這些黑線的真實寬度。
根據(jù)這個方法，要被測量的目標的幾個圖像優(yōu)選的在不同的散焦位置被取得，并且跨越該圖像中的不同形貌特征的照射的截面被標出。該邊緣和不同形貌特征之間的間距的準確測量可以通過尋找這樣點來獲得，即在該點上，針對不同的聚焦位置，該照射標繪出在作為橫向位置的一個函數(shù)的強度的函數(shù)中的一個固定點上的全部收斂。該照射光源可以具有任意程度的相干性。當窄線以一個相對于成像傳感器的主軸的旋轉角度被定位的時候，可以獲得確定這些線的真實寬度的較高準確性。這在圖19和圖20中通過相對于橫跨X和Y軸的成像傳感器的軸的斜窄線而被標示。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，一個被測目標的幾個測量值通過使用一個波前分析系統(tǒng)在不同的散焦位置被取得?？缭皆搱D像中的不同形貌特征的邊緣的強度或相位或兩者的截面被標繪。該邊緣和不同形貌特征之間的間距的準確測量可以通過查找這些標繪處的半高點而獲得。
現(xiàn)在參考圖22，其圖解地說明了一個周期性子波長結構的截面，它的細節(jié)是要借助本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例來分辨并描述的。根據(jù)這個實施例的方法，借助分光鏡的橢圓測量法被用于執(zhí)行這種子波長測量。這種周期性的結構被數(shù)學地切分為幾個虛擬層。每層都具有不同的平均的光學參數(shù)，n和k，由于不同材料包含該切片的百分比不同。圖22的優(yōu)選實施例中，該材料是空氣及另一種構成該結構本身的材料。如果該切分的周期子波長結構被認為是一個規(guī)則的多層堆疊，那么各切片的平均光學參數(shù)n和k可以借助分光鏡的橢圓測量法和相關的算法而獲得。因此，可以獲得在該形貌特征的各切片上的不同材料的不同百分比。這些計算出的百分比可以根據(jù)被設計的結構，與該切片上不同材料的期望百分比相比較。與在各切片上不同材料的期望百分比的任何偏離都可以解釋為制做的結構與想要的結構的偏離。
可供選擇并且優(yōu)選的，各切片的被測量的平均光學參數(shù)，n和k，與所期望的平均光學參數(shù)n和k相比較。任何偏離都可以解釋為制做的結構與設計結構的偏離?？晒┻x擇的，各切片的被測量的平均光學參數(shù)，n和k，優(yōu)選的與存儲在許多模擬周期性的子波長結構的庫中的關于n和k的數(shù)據(jù)相比較。任何與被存儲數(shù)據(jù)的偏離都可以解釋為制做的形貌特征與模擬的結構的偏離。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，該周期子波長結構，借助使用本發(fā)明的波前分析系統(tǒng)的分光鏡橢圓測量法來測量，如同上述。另外，在這種情況下，在圖像波前上的各像素可以被認為對應于一個不同的周期性的子波長結構。上述的借助分光鏡的橢圓測量法隨后被獨立地施加于該圖像的各像素。
在半導體集成電路(IC)工業(yè)，對較高的電路封裝密度的要求越來越高。這種要求已經(jīng)導致了新材料和工藝的發(fā)展，以實現(xiàn)增加的封裝密度和亞微米器件尺寸。在這種微小尺寸上制作IC對電路增加了更大的復雜性，并提高了對改進方法的要求，以在生產(chǎn)的不同階段檢查集成電路。一個IC由許多層構建，這些層構成了器件和電路導體。交疊是在平板印刷工藝中生成的各層之間的配準不良，而交疊測量被用于監(jiān)測平版印刷工藝。
現(xiàn)在描述一些執(zhí)行改進的交疊測量的優(yōu)選方法，基于使用相位數(shù)據(jù)用于薄膜對準和測量的方法的使用。這些方法具有一些潛在的用法和超過現(xiàn)有方法的優(yōu)勢，用于交疊目標的測量。通過將被測波前的復振幅從一個交疊材料的頂表面?zhèn)鞑サ饺魏纹渌谕钠矫?，按照本發(fā)明的方法，可以獲得不同層的聚焦圖像。這些不同平面的圖像通過一個單波前的軟件操作而導出，優(yōu)選的在一個單成像過程和一個短時幀中被獲得，并由此免受由于在成像不同層的不同聚焦級上取得的多個圖像造成的噪聲和機械擾動。在不同層中的不同的圖像隨后可以被測量，對比或相互對準。
另一個優(yōu)選的方法被用于增強反差。一些交疊目標是很難使用傳統(tǒng)的明視場成像方案來觀察的。這些目標包括經(jīng)過化學機械拋光(CMP)之后的交疊目標，或包含有非常薄的層的目標，諸如只有幾個納米。這種反差增強可以通過本發(fā)明的方法來較好的識別這樣的目標，因為由于成像層之間的相差造成的低反差可以被增強。而且，該方法使得可以區(qū)分非常薄的層一般可以低至小于10nm。
另一個優(yōu)選方法利用3D信息，其可以提供關于被檢查的目標的完整形貌的附加真實信息，以改進數(shù)據(jù)分析和配準不良的計算。該3D數(shù)據(jù)可以指出該處理工藝的不對稱現(xiàn)象，例如箱(box)的傾斜或箱邊緣的不同傾斜。關于一個層的傾斜的信息，在顯微鏡級，可以被用于步進式反饋或用于控制任何化學/工具處理工藝。如果該傾斜現(xiàn)象是肉眼可見的，那么借助軟件的簡單傾斜消除就可以改進配準不良計算的準確性和可重復性。
本發(fā)明的方法，作為一個相位分析工具，允許具有一個相對大焦深的FOV的高度圖的重建，因為一個層，其可能在強度圖中是失焦的，可以通過該相位方法被更好地聚焦。這個特征允許以單抓(singlegrap)形式檢測幾個層，也就是不需要在各自層上連續(xù)聚焦。這種多焦點成像被稱為“雙抓(double grap)”，這種現(xiàn)有技術處理是容易錯誤的，例如由于機械運動造成的像的對準不良。而且，每個成像步驟所要求的附加時間被避免了，由此提高了產(chǎn)能。
該3D信息甚至可以在小的散焦上被獲得。這意味著用于3D測量的有效焦深是大于使用相同光學系統(tǒng)的傳統(tǒng)2D系統(tǒng)的焦深。
通過利用已知公式將該重建波前的復振幅從一個平面?zhèn)鞑サ饺魏纹渌谕钠矫?，一個擴展的3D和對象的表面映射范圍被獲得，而無需更多的掃描。
不需要將測量裝置聚焦到被測目標上。在一個平面上的該被測波前的復振幅可以從測量平面?zhèn)鞑サ饺魏纹渌谕钠矫嬉垣@得一個聚焦的目標的圖像。
通過將被測波前的復振幅從測量平面?zhèn)鞑サ饺魏纹渌谕钠矫嬉垣@得一個聚焦的目標的圖像，這兩個平面之間的絕對距離可以被計算出來。
通過將被測波前的復振幅從測量平面?zhèn)鞑サ饺魏纹渌谕钠矫嬉垣@得一個聚焦圖像，一個大焦深的聚焦的目標的圖像可以被獲得。
根據(jù)本發(fā)明，一個3D傳感器可以被加入到一個現(xiàn)有的2D交疊檢查系統(tǒng)。
該加入到現(xiàn)有2D系統(tǒng)中的3D傳感器提供了3D信息，該3D信息可以被用于為2D測量尋找一個最佳焦點。
該被用做一個焦點系統(tǒng)的3D傳感器也可以處理半透明層，特別是如果有折射率系數(shù)和這種絕緣層的標稱厚度的現(xiàn)有知識。
該3D信息也可以提供可以預測工具引起的移位(TIS)問題并允許數(shù)據(jù)分析和因此進行焦點校正的數(shù)據(jù)。
使用3D信息，結合2D測量，用于在“多數(shù)票(majority vote)”的相同思想中的針對通過/失敗(或任何0/1)決定的較好的配準不良的更好的分析。
由于3D傳感器要求一個單波長(或窄帶寬)，因此可以設計一個具有較好的消除色度失真性能的光學系統(tǒng)。
該目標的圖像可以根據(jù)不同散焦位置獲得。通過使用不同聚焦位置在高分辨率下查找線寬，并查找如上述的輪廓的交叉點的方法，每個目標的位置可以較佳的準確性被確定。
上述的方法及實現(xiàn)已經(jīng)被描述，有時并沒有涉及該實現(xiàn)的具體細節(jié)或元件。一些擴展本方法和裝置的可能的方式，以及一些可能的方法細節(jié)和實現(xiàn)該方法的可能的設備元件都描述在PCT No.PCT/IL/01/00335和美國專利No.6,819,435，及PCT申請No.PCT/IL02/00833中。
應當注意，特定的具體實例或具體數(shù)字細節(jié)的給出，只是打算去解釋本發(fā)明的一個可能的實現(xiàn)方案，本發(fā)明的方法并不受它們的限制。
應當注意，本文件中詳述本發(fā)明方法和裝置的細節(jié)和詳情，包括這些特征的任何組合，都只是一些可能的系統(tǒng)和本發(fā)明方法的實現(xiàn)的示例，本發(fā)明的方法并不受它們的限制。
應當知道，出于清楚的目的而被描述在各自的實施例的上下文中的本發(fā)明的不同特征，也可以被組合提供在一個單一的實施例中。相反的，出于清楚的目的而被描述在各自的實施例的上下文中的本發(fā)明的不同特征，也可以被單獨提供或以任何合適的部分組合形式提供。
權利要求
1.用于測量物體的厚度的光學裝置，包括物鏡，置于所述物體的平面上方，且所述物鏡的光軸垂直于所述平面；光源，具有一個發(fā)射波長范圍，所述光源置于所述透鏡上方，并且基本上在所述透鏡的焦平面內(nèi)，以至所述透鏡自其生成一個準直射束，所述光源橫向偏離于所述光軸，以至所述準直射束以一個非法向的入射角度照射所述物體；第一偏振元件，置于所述光源和所述透鏡之間；檢測器元件，基本上置于由所述透鏡生成的所述物體的像平面內(nèi)，并且橫向偏離于所述光軸；以及第二偏振元件，置于所述透鏡和所述檢測器之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中所述透鏡具有一個大于0.5的數(shù)字孔徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中所述光源是一個寬帶源。
4.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中所述光源具有多個離散波長。
5.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中所述檢測器元件是一個檢測器陣列。
6.一種測量具有一些透明層的物體的表面形貌的方法，包括步驟照射所述物體并通過以下步驟，測量自其反射的波前的振幅和相位獲得對應于所述其振幅和相位正被測量的波前的多個不同相變的變換波前；獲得所述多個相變的變換波前的多個強度圖；及使用所述多個強度圖以獲得指示所述波前的所述振幅和測量的相位的輸出；及通過所述物體的寬帶照射來測量所述透明層的厚度，并在至少兩個波長上分析來自所述物體的反射強度；利用所述厚度測量，計算由所述透明層的多重反射造成的所述反射波前的計算的相位圖；及將所述計算出的相位圖與所述測量的相位相比較，以獲得所述物體的表面形貌。
7.權利要求6的方法，其中所述比較步驟包括從在所述物體上所述測量的相位減去自所述計算的相同位置的相位圖獲得的相位值。
8.用于測量物體中的透明層的厚度的光學裝置，包括相干光源，用于照射所述物體；檢測器，用于測量來自所述透明層的反射比；干涉計，用于測量通過相干照射自所述物體發(fā)射的相位；及處理單元，在一數(shù)學模型中利用所述測量的相位和所述反射比，所述數(shù)學模型將所期望的反射相位和所期望的反射振幅描述為透明層的厚度和光學屬性的函數(shù)，以獲得在所述物體中的所述透明層的所述厚度。
9.一種測量物體中的透明層的厚度的方法，包括步驟在至少一個預定波長上以相干光照射所述物體；提供一個干涉計并測量從所述物體反射的所述相干光的相位；以多個另外的預定離散波長的光照射所述物體；測量在所述多個預定離散波長上的所述光的反射比；使用一個數(shù)學模型，所述數(shù)學模型將在所述多個預定離散波長上的所述反射光的所期望的相位和振幅特性描述為透明層的厚度和光學屬性的函數(shù)，及在所述數(shù)學模型中利用所述被測相位和反射比的值，獲得所述物體中的所述透明層的所述厚度。
10.權利要求9所述的方法，其中所述多個預定離散波長是通過使用一個濾光輪而獲得的。
11.權利要求9所述的方法，其中所述多個預定離散波長是通過使用一個分光光度計而獲得的。
12.權利要求9所述的方法，其中所述多個預定離散波長是從所述至少一個相干光源獲得。
13.權利要求8所述的方法，其中在所述物體中的至少一個點具有一個已知結構，以至在所述至少一個點上的所述期望的相位特性延遲是絕對已知的，并且使用所述絕對已知的相位特性來確定所述整個物體上的絕對相差。
14.一種用于獲得物體的聚焦圖像的方法，包括步驟照射所述物體；在一個任意平面內(nèi)，獲得從所述物體發(fā)出的所述照射的波前的振幅和相位信息，在該任意平面上所述波前不是必須生成一個聚焦圖像；借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算所述波前的向下傳播路徑上的一系列另外的平面上的波前的形態(tài)；及確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前具有聚焦圖像的形態(tài)。
15.根據(jù)權利要求14的方法，其中所述確定在所述另外的平面上所述波前具有聚焦圖像的形態(tài)的步驟包括在每個所述另外的平面上，計算該波前的至少一個光學特性的復值函數(shù)的熵，其中所述熵從該波前的所述復值函數(shù)的累積表面面積的測量被確定；及確定所述熵是最小的傳播步驟。
16.權利要求15的方法，其中該波前的所述復值函數(shù)是一個復振幅函數(shù)，一個復相位函數(shù)，和一個復振幅及相位函數(shù)中的至少一個。
17.一種測量物體的第一和第二段之間的高度差的方法，包括步驟照射所述物體的所述兩段；在一個任意平面內(nèi)，獲得從所述物體發(fā)出的所述照射的波前的振幅和相位信息，在該任意平面上所述波前不是必須生成一個聚焦圖像；借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算所述波前的向下傳播路徑上的一系列另外的平面上的波前的形態(tài)；確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前具有所述第一段的一個聚焦圖像的形態(tài)；確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前具有所述第二段的一個聚焦圖像的形態(tài)；及通過減去所述波前具有所述第二段的一個聚焦圖像的形態(tài)的所述另外的平面與所述波前具有所述第一段的一個聚焦圖像的形態(tài)的所述另外的平面之間的距離，獲得所述高度差。
18.根據(jù)權利要求17的方法，其中使用所述兩段之間的所述的高度差作為估計的高度差，以減少在其他測量方法中出現(xiàn)的相位含糊度。
19.一種用于在相位測量系統(tǒng)中解決2π含糊度的方法，包括步驟在第一波長上照射物體并確定撞擊在所述物體上的第一波前的相位信息；在第二波長上照射所述物體并確定撞擊在所述物體上的第二波前的相位信息；在所述物體中定義至少兩個段；在所述第一段中指定第一點集，并在所述第二段中指定第二點集，將所述第一點集中的一個點定義為第一錨點，并將所述第二點集中的一個點定義為第二錨點；解開所述第一和第二相位信息中的至少一個信息，獲得所述第一錨點和所述第一點集之間的高度差，與所述第二錨點與所述第二點集之間的高度差；使用所述第一和第二相位信息，計算在第一點集中的點與第二點集中的點之間的高度差，以確定對應于這些點對集合的一個高度差集合；獲得一個近似高度含糊度集合，每個近似高度含糊度對應于在所述高度差集合中的一個高度差；使用所述近似高度含糊度集合以確定在所述第一和所述第二錨點之間的一個近似高度含糊度集合；從所述第一和所述第二錨點之間的所述近似高度含糊度集合，確定所述第一和第二錨點之間的所述高度含糊度的最可能值；及通過使用所述最大可能的含糊度的值，求解第一和第二相位信息測量之間的2π含糊度。
20.權利要求19的方法，其中所述第一和第二錨點之間的所述高度含糊度的所述最可能值是最接近于所述第一和所述第二錨點之間的所述近似高度含糊度集合的平均值的值。
21.權利要求19的方法，其中所述第一和第二錨點之間的所述高度含糊度的所述最可能值是所述第一和所述第二錨點之間的所述近似高度含糊度集合的柱狀圖的最大值。
22.一組過濾器，用于光學系統(tǒng)中的空間過濾，每個過濾器都具有一個特征尺寸的開口和特征光譜屬性，且其中每個過濾器的所述開口和所述光譜屬性被選擇以在所述系統(tǒng)中增加圖像反差。
23.根據(jù)權利要求22的一組過濾器，其中每個過濾器的所述開口和所述光譜屬性被選擇，相互抵消隨著增加波長而增加的成像光的空間傳播和隨著增加孔徑尺寸而減小的成像光的空間傳播的影響。
24.根據(jù)權利要求22的一組過濾器，其中針對每個所述的過濾器，所述過濾器的所述開口與所述過濾器操作的波長的比基本上是固定的。
25.根據(jù)權利要求22的一組過濾器，其中所述空間過濾在所述成像系統(tǒng)的視野的一個中央?yún)^(qū)域和一個周邊區(qū)域之間被執(zhí)行。
26.根據(jù)權利要求22的一組過濾器，其中所述組過濾器使得無需機械移動而為不同波長獲得不同孔徑。
27.一種在成像系統(tǒng)中增加反差用于空間過濾的方法，包括步驟提供具有至少兩個分離可控的相位調(diào)制區(qū)和一個主軸的雙折射空間光調(diào)制器；在所述雙折射空間光調(diào)制器之前設置一個線性偏振元件，其中所述線性偏振元件的偏振方向與所述空間光調(diào)制器的所述主軸不一致；在所述雙折射空間光調(diào)制器之后設置一個線性偏振元件；確定所述兩個相位調(diào)制區(qū)之間的所要求的透射比，以至該圖像的輸出圖像反差被優(yōu)化；通過旋轉至少一個所述線性偏振元件并在至少一個所述調(diào)制區(qū)中調(diào)整相位延遲，從所述系統(tǒng)獲得多個波前輸出，以至在每個波前輸出中，在所述兩個相位調(diào)制區(qū)之間獲得一個不同的相位延遲；所有的波前輸出在所述兩個相位調(diào)制區(qū)之間具有相同的透射比，及所述相同的透射比等于所述所要求的透射比。
28.一種用于在光學系統(tǒng)中減少相干噪聲的方法，包括步驟照射要被成像的物體；在一個沿著所述波前的傳播路徑的第一平面內(nèi)，測量從所述物體發(fā)出的照射的一個波前的振幅和相位信息，在該第一平面上所述波前生成一個聚焦圖像；通過一個散焦距離在所述系統(tǒng)中散焦所述圖像；在與所述第一平面相距所述散焦距離的一個第二平面內(nèi)，獲得從所述物體發(fā)出的照射的一個波前的散焦的振幅和相位信息；使用所述散焦的振幅和相位波前信息，借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算在與所述第二平面相距所述散焦距離的所述第一聚焦平面的重新聚焦的振幅和相位波形信息；及組合所述測量的振幅和相位波形信息與所述重新聚焦的振幅和相位波形信息，以減少在所述成像物體中的相干噪聲。
29.權利要求28的方法，其中所述組合步驟通過平均，比較，和圖像處理中的至少一個來執(zhí)行。
30.一種減少在第一給定平面的波前中的噪聲的方法，所述噪聲由位于一個第二平面內(nèi)的擾動引起，包括步驟測量在所述給定平面上的所述波前的振幅和相位信息；借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算在所述波前的傳播路徑中的另外的平面上的波前的振幅和相位信息；確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前使得包含所述擾動的圖像被優(yōu)化聚焦；在所述優(yōu)化地聚焦的位置變更所述波前，以至所述擾動被消除；及使用所述變更的波前，借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算在所述第一平面上的新的振幅和相位波形信息，利用所述新的振幅和相位波形信息可以獲得沒有所述局部擾動引起的噪聲的圖像。
31.根據(jù)權利要求30的方法，其中所述擾動表現(xiàn)為不在焦點上的灰塵微粒引起的同心條紋。
32.權利要求30的方法，其中所述擾動通過圖像處理被消除。
33.權利要求30的方法，其中所述擾動由所述波前的傳播路徑上的灰塵或缺陷所造成。
34.在光學系統(tǒng)中，一種減少在給定平面上的一個波前中的像差的方法，所述像差產(chǎn)生于所述光學系統(tǒng)中的其他地方，所述方法包括步驟測量在所述特定平面上所述波前的振幅和相位信息；借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算所述波前的傳播路徑上的另外的平面上的該波前的振幅和相位信息；確定在所述另外的平面中的哪個平面上所述波前使得所述像差源被定位；在所述像差源的位置上變更所述波前，以至所述像差被消除；及使用所述被變更的波前，借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算在另一個平面上的新的振幅和相位波形信息，利用所述新的振幅和相位波形信息可以獲得沒有像差的圖像。
35.一種減少物體的圖像中的相干噪聲的方法，包括步驟提供包含有一個光路的成像系統(tǒng)，該光路包括一個相干光源，一個相位控制器和多個光學元件；測量表示在一個圖像平面上的所述物體的圖像的波前的振幅和相位信息；移動所述物體，所述光源和至少一個所述光學元件中的至少一個的位置并且重新聚焦；在所述移動和重新聚焦步驟之后，測量表示所述物體的圖像的波前的振幅和相位信息；及在所述移動步驟之前和之后，平均所述波前的振幅和相位信息，以至減少所述相干噪聲。
36.權利要求35的方法，其中所述移動包括沿至少一個軸移動所述源，并相應移動該相位控制器以將它保持在該移動的光源的圖像平面中，其中這些圖像在時域內(nèi)被積分。
37.權利要求35的方法，其中該相位控制器被保持在該源的圖像平面內(nèi)，在該源上的相同點應該于所述移動無關地被成像在該相位控制器的相同點上。
38.權利要求35的方法，其中所述移動包括在所述光路內(nèi)移動所述相位控制器，以產(chǎn)生多個相變的變換波前。
39.權利要求35的方法，其中所述移動包括該物體沿著Z軸移動至不同的聚焦和散焦狀態(tài)。
40.權利要求35的方法，其中所述移動包括該物體移動至不同的離軸位置或不同的傾斜位置，也包括圖像配準步驟。
41.權利要求35的方法，其中所述光路還包括一個旋轉的光楔，所述光楔以這樣的方式被放置，以使所述光路隨著所述光楔的旋轉而執(zhí)行空間運動，但不需要任何其他所述的光學元件的運動。
42.一種減少成像系統(tǒng)中的相干噪聲的方法，包括步驟使用一個適度的寬帶光源成像一個物體，以得到具有第一準確性等級的平滑圖像；確定所述物體的特征的初步計算高度在相位含糊度的限制之內(nèi)，所述第一準確性等級被所述寬帶源的短的相干長度所限制；使用一個相干光源成像所述物體，以得到一個比所述平滑圖像噪聲更大的圖像，但具有好于所述第一準確性等級的一個第二準確性等級；及使用所述物體的特征的初步計算高度作為由所述相干成像獲得的相位的初始輸入，以增加的準確性確定所述特征的高度。
43.一種使用成像系統(tǒng)以好于所述成像系統(tǒng)的分辨率的分辨率確定一個物體的特征的邊緣的位置的方法，包括步驟在圍繞著最佳焦點的多個不同的散焦距離上產(chǎn)生所述特征的一系列圖像，并生成這些照射等級的記錄作為跨越所述圖像的橫向距離的函數(shù)；及針對一個點檢查所述記錄，在該點上所述照射等級會聚在一個跨越所述圖像的公共橫向距離上，所述點為所述特征的邊緣的位置。
44.一種在多層結構中執(zhí)行交疊測量的方法，包括步驟照射所述多層結構，并生成表示在所述多層結構的第一層內(nèi)的一個平面的圖像的第一復波前圖的振幅和相位信息；借助所述波前的傳播屬性的數(shù)學解答，計算表示在所述多層結構的第二層內(nèi)的一個平面的圖像的第二復波前圖的振幅和相位信息；及比較所述第一和第二復波前圖以提供關于所述第一和第二層的交疊的信息。
45.權利要求44的方法，其中所述交疊測量在一單個成像處理中被執(zhí)行，無需成像系統(tǒng)重新聚焦。
46.權利要求44的方法，其中在所述交疊測量中使用所述振幅和相位信息，相比于沒有使用相位信息的成像方法，實現(xiàn)了增大的反差測量。
47.權利要求44的方法，其中在所述交疊測量中使用所述振幅和相位信息，可以獲得關于所述多層結構的三維信息，從而相比于沒有使用相位信息的成像方法，改進了配準不良的測量。
48.權利要求44的方法，其中在所述交疊測量中使用相位信息，相比于沒有使用相位信息的成像方法，實現(xiàn)了增大的焦深測量，從而在一單個成像處理中能夠成像多層。
全文摘要
執(zhí)行波前分析，包括相位和振幅信息，與在光學系統(tǒng)中的3D測量的方法和裝置，并且特別是那些基于分析光學系統(tǒng)的中間平面，例如一個圖像平面的輸出。描述了存在薄膜涂層的情況下，表面形貌，或一個多層結構的各層的測量。結合相位和振幅映射的多波長分析被使用。描述了使用有效波前傳播，基于Maxwell方程的解，通過波前傳播和重聚焦來改進相位和表面形貌測量的方法。通過這種相位控制方法，或通過使用寬帶和相干光源結合的方法，實現(xiàn)了在光學成像系統(tǒng)中的相干噪聲的減少。通過改進反差或通過3D成像，在單鏡頭成像中，這些方法適用于集成電路檢查，以改進交疊測量技術。
文檔編號G01B9/02GK101076705SQ200580013467
公開日2007年11月21日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權日2004年3月11日
發(fā)明者約埃爾·阿里耶利, 謝伊·韋爾夫林, 埃曼努埃爾·蘭茲曼, 加夫里爾·費金, 塔爾·庫茲涅茲, 約拉姆·薩班 申請人:Icos視檢系統(tǒng)有限公司