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TWI489083B - 使用相位移之干涉量測信號的同調掃描干涉量測方法 - Google Patents

使用相位移之干涉量測信號的同調掃描干涉量測方法 Download PDF

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TWI489083B
TWI489083B TW103122025A TW103122025A TWI489083B TW I489083 B TWI489083 B TW I489083B TW 103122025 A TW103122025 A TW 103122025A TW 103122025 A TW103122025 A TW 103122025A TW I489083 B TWI489083 B TW I489083B
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light
test
detector
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interference
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Application number
TW103122025A
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English (en)
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TW201514443A (zh
Inventor
彼得Ｊ 古魯特
萊斯利Ｌ 迪克
Original Assignee
賽格股份有限公司
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Publication date
Application filed by 賽格股份有限公司 filed Critical 賽格股份有限公司
Publication of TW201514443A publication Critical patent/TW201514443A/zh
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Publication of TWI489083B publication Critical patent/TWI489083B/zh

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Description

使用相位移之干涉量測信號的同調掃描干涉量測方法 相關應用的相互參照
此申請書主張2013年6月26日申請的臨時專利申請案第61/839,448號的利益。上述臨時申請案的全部內容在此結合參考。
非接觸表面特性技術，例如同調掃描干涉量測方法(CSI)，是測量形狀和表面光潔度的有用工具，並且特別有關於製造業的製程開發、品質控制和製程控制。非接觸方法的良好特質係短測量時間、對環境混亂遲鈍(震動、聲學噪音等)不敏感及高解析度。
CSI的優點係考慮到測量表面結構，此表面結構從一顯像畫素到下一個的表面高度差異大於一半的波長，沒有所謂的相位移干涉量測方法(PSI)的干涉紋模糊特性。不過，CSI受限於其數據獲取速度、其掃描範圍以及容許某類型的干擾如震動、機械掃描誤差和工具雜訊的能力。
本發明的揭露有關於使用相位移之掃描干涉量測信號的同調掃描干涉量測方法。不同形態的揭露簡要說明如下。
一般而言，第一型態中，揭露的主題可以具體化為低同調掃描干涉量測方法，其中方法包括：對於從測試物反射的測試光和掃描干涉儀中的參考光之間一連串的光程差(OPD)的各個光程差，同時測量兩相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在第1和第2偵測器上以參考光干涉從測試物反射的測試光而產生，其中測試光和參考光得自共同來源，而且上述連串的OPD展延大於共同來源的同調長度的範圍。第1偵測器測量的干涉圖定義第1組的掃描干涉量測信號，對應於測試物上多重橫向位置，第2偵測器測量的干涉圖定義第2組的干涉量測信號，對應於測試物上大體上相同的多重橫向位置，其中第2組的各干涉量測信號係相對於第1組中對應的干涉量測信號相位移。每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD。上述方法更包括使用電子處理器處理干涉量測信號，以降低對誤差的敏感度決定有關測試物的資訊，其中電子處理器執行的操作包括：i)處理第1組的干涉量測信號，與第2組的干涉量測信號無關，得到關於測試物在多重橫向位置的第1處理資訊；ii)處理第2組的干涉量測信號，與第1組的干涉量測信號無關，得到關於測試物在多重橫向位置的第2處理資訊；以及iii)結合第1處理資訊和第2處理資訊，以降低對誤差的敏感度決定有關測試物的資訊。
上述方法的實施可以包括一或一以上的下列特徵 及/或其他形態的特徵。例如，一些實施中，第1處理資訊和第2處理資訊，各自不依存於OPD。第1處理資訊可包括多重第1數據值，對應於測試物上在不同橫向位置關於測試物的資訊。第2處理資訊可包括多重第2數據值，對應於與第1數據值相同的橫向位置上關於測試物的資訊。
一些實施中，第1處理資訊係相對高度圖、膜厚圖或表面輪廓圖中的任一。一些實施中，第2處理資訊係相對高度圖、膜厚圖或表面輪廓圖中的任一。一些實施中，關於測試物的資訊係相對高度圖、膜厚圖或表面輪廓圖中的任一。
一些實施中，電子處理器處理的干涉量測信號只來自第1和第2偵測器測量的干涉圖。
一些實施中，各同時測量的干涉圖之間的相位移大概90°。
一些實施中，各同時測量的干涉圖之間的相位移大概180°。
一些實施中，上述方法包括轉換相對於彼此的測試物或參考物的測量掃描位置，得到上述連串的強度值，對應於上述連串的OPD，在不同的測量掃描位置測量的每一干涉量測信號的各個強度值。不同的測量掃描位置可以以一致的掃描間隔分開。不同的測量掃描位置可以以不一致的掃描間隔分開。各干涉量測信號中的連續強度值可以在交替以第1掃描間隔和第2掃描間隔分開的測量掃描位置測量，第1掃描間隔小於第2掃描間隔。第1組掃描干涉量測信號的各干涉量測信號的多重強度值可以在第1偵測器的多重攝影機框架上測量，以 及第2組掃描干涉量測信號的各干涉量測信號的多重強度值可以在第2偵測器的多重攝影機框架上測量。得到上述連串的OPD的絕對範圍可以至少約25微米。強度值之間的掃描間隔可以至少約四分之3的干涉量測信號波長。可以以至少約10微米/秒的掃描速度轉換測量掃描位置。
上述方法更包括調變測試光和參考光。調變測試光和參考光可以包括週期性地轉換共同來源從大體上切斷狀態到導通狀態，以及同時測量共同來源的導通狀態期間產生的兩相位移干涉圖。第1偵測器可以包括第1攝影機快門，以及第2偵測器可以包括第2攝影機快門，其中調變測試光和參考光包括以大致相同的次數週期性地開關第1攝影機快門和第2攝影機快門，以及同時測量發生在第1攝影機快門和第2攝影機快門打開期間的兩相位移干涉圖。各偵測器的攝影機框架時間可以大於測量各強度值的時間長度。
一些實施中，各干涉量測信號的多重強度值以小於干涉量測信號的奈奎斯特率(Nyquist rate)的速度取得。
一些實施中，使用電子處理器處理第1組干涉量測信號以及處理第2組干涉量測信號，包括擬合函數至各干涉量測信號，以一個或一個以上的參數值參數化函數。函數可以表現為包括用以對應虛擬掃描位置的多重強度值，相對測量掃描位置定義虛擬掃描位置，其中對於各干涉量測信號，擬合上述函數包括：施加連續的位移至相對於測量掃描位置的虛擬掃描位置；估算虛擬掃描位置中對各個連續位移之函數；以及比較各估算的函數與對應的干涉量測信號間的相似度。估算函數 可以更包括變化虛擬掃描位置中對各個連續的位移之一或一以上的參數，以及根據一或一以上的變化參數計算函數的強度值。一或一以上的參數值可以包括相位值、平均大小值以及偏移值。比較各估算的函數與對應的干涉量測信號間的相似度可以包括決定虛擬掃描位置中哪個連續的位移產生函數與對應的干涉量測信號間的最佳擬合。決定虛擬掃描位置中哪個連續的位移產生最佳擬合可以包括應用窗函數至不同測量和估算的虛擬掃描位置。窗函數可以是漸小窗函數。窗函數可以包括升高的餘弦函數。比較各估算的函數與對應的干涉量測信號間的相似度可以包括確認虛擬掃描位置，和產生函數與對應干涉量測信號間差異的最小平方的函數參數。比較各估算的函數與對應的干涉量測信號間的相似度可以包括計算虛擬掃描位置中各個連續的位移的優質函數，優質函數指示估算函數和對應的干涉量測信號間的相似度。優質函數可以與虛擬位置上函數的大小平方成比例。優質函數可以與函數與虛擬掃描位置上對應干涉量測信號間最小平方差異成反比。虛擬掃描位置可以以一致的增加量分開，各增加量小於測量掃描位置間的間隔。虛擬掃描位置可以以一致的增加量分開，各增加量大於測量掃描位置間的間隔。
一些實施中，結合第1處理資訊和第2處理資訊包括平均第1處理資訊和第2處理資訊。第1處理資訊可以包括多重第1優質函數，各第1優質函數指示擬合於第1組干涉量測信號中對應的干涉量測信號的函數之間的相似度，以及第2處理資訊包括多重第2優質函數，各第2優質函數指示擬合 於第2組干涉量測信號中對應的干涉量測信號的函數之間的相似度。
一些實施中，提供光束包括從共同來源提供輸入光束，分離輸入光束為測試光和參考光。上述方法可以包括：引導測試光通過第1偏振濾波器往測試物，以及傳送參考光通過第2偏振濾波器往參考物，其中在分別到達第1偏振濾波器和第2偏振濾波器之前，測試光和參考光具有大致相同的強度以及相反偏振，通過第1和第2偏振濾波器後測試光和參考光互相正交偏振，以及測試光反射離開測試物和參考光反射離開參考物；結合反射的測試光和反射的參考光以提供結合光；傳送結合光通過光學元件，其中光學元件配置為改變結合光的偏振狀態；以及引導第1部分的結合光通過第3偏振濾波器往第1偵測器以產生第1干涉圖，以及引導第2部分的結合光通過第4偏振濾波器往第2偵測器以產生第2干涉圖。
測試光和參考光可以具有相同的偏振狀態，其中上述方法可以包括：傳送測試光通過第1光學元件和通過第1偏振濾波器以反射離開測試物，以及接受反射的測試光返回通過第1光學元件和第1偏振濾波器，其中第1光學元件配置為改變測試光的偏振狀態；傳送參考光通過第2光學元件和第2偏振濾波器以反射離開參考物；以及接受反射的參考光返回通過第2光學元件和第2偏振濾波器，其中第2光學元件配置為改變參考光的偏振狀態；結合反射的測試光和反射的參考光以產生結合光；以及引導第1部分的結合光通過第3偏振濾波器往第1偵測器以產生第1干涉圖，以及引導第2部分的結 合光通過第4偏振濾波器往第2偵測器以產生第2干涉圖。
上述方法可以包括：傳送測試光通過第1光學元件以反射離開測試物，以及接受反射的測試光返回通過第1光學元件，其中第1光學元件配置為改變測試光的偏振狀態；傳送參考光通過第2光學元件以反射離開參考物，以及接受反射的參考光返回通過第2光學元件，其中第2光學元件配置為改變參考光的偏振狀態；結合反射的測試光和反射的參考光為結合光；以及引導第1部分的結合光通過第1偏振濾波器至第1偵測器以產生第1干涉圖，以及引導第2部分的結合光通過第2偏振濾波器至第2偵測器以產生第2干涉圖。
分離輸入光束為測試光和參考光可以包括傳送輸入光束進入偏振光束分離器，使測試光和參考光互相正交偏振，其中上述方法可以包括：傳送測試光通過第1光學元件以反射離開測試物，以及接受反射的測試光返回通過第1光學元件，其中第1光學元件配置為改變測試光的偏振狀態；傳送參考光通過第2光學元件以反射離開參考物，以及接受反射的參考光返回通過第2光學元件，其中第2光學元件配置為改變參考光的偏振狀態；結合反射的測試光和反射的參考光為結合光；傳送結合光通過第3光學元件，其中第3光學元件配置為改變結合光的偏振狀態；以及引導第1部分的結合光通過第1偏振濾波器至第1偵測器以產生第1干涉圖，以及引導第2部分的結合光通過第2偏振濾波器至第2偵測器以產生第2干涉圖。
分離輸入光束為測試光和參考光可以包括傳送輸 入光束進入偏振光束分離器，使測試光和參考光互相正交偏振，其中上述方法可以更包括：傳送測試光通過第1光學元件以反射離開測試物，以及接受反射的測試光返回通過第1光學元件，其中第1光學元件配置為改變測試光的偏振狀態；傳送參考光通過第2光學元件以反射離開參考物，以及接受反射的參考光返回通過第2光學元件，其中第2光學元件配置為改變參考光的偏振狀態；結合反射的測試光和反射的參考光為結合光；以及引導第1部分的結合光通過第1偏振濾波器至第1偵測器以產生第1干涉圖，以及引導第2部分的結合光通過第2偏振濾波器以及通過第3光學元件至第2偵測器以產生第2干涉圖，其中第3光學元件配置為改變第2部分的偏振狀態。
分離輸入光束為測試光和參考光可以包括傳送輸入光束進入偏振光束分離器，使測試光和參考光互相正交偏振，其中上述方法可以包括：引導測試光往測試物以及引導參考光往參考物，其中測試光反射離開測試物以及參考光反射離開參考物；結合反射的測試光和反射的參考光在偏振光束分離器裏以提供結合光；傳送結合光通過光學元件，其中光學元件配置為改變結合光的偏振狀態；引導第1部分的結合光通過第1偏振濾波器至第1偵測器以提供第1干涉圖；以及引導第2部分的結合光通過第2偏振濾波器至第2偵測器以提供第2干涉圖。
一般而言，另一型態中，揭露的主題可以以低同調掃描干涉量測法具體化，包括：對於從測試物反射的測試光和掃描干涉儀中的參考光之間一連串的OPD(光程差)的各個 光程差(OPD)，同時測量兩相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在第1和第2偵測器上以參考光干涉從測試物反射的測試光而產生，其中測試光和參考光得自共同的來源，而且上述連串的OPD展延大於共同來源的同調長度的範圍，第1偵測器測量的干涉圖定義第1組的掃描干涉量測信號，對應於測試物上多重橫向位置，第2偵測器測量的干涉圖定義第2組的干涉量測信號，對應於測試物上大體上相同的多重橫向位置，其中第2組中各干涉量測信號係相對於第1組中對應的干涉量測信號相位移，每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD；以及對於第2組中的各個干涉量測信號和第1組中的對應干涉量測信號，使用電子處理器對干涉量測信號對施加全體最小平方(least square)擬合，以降低對誤差的敏感度決定有關測試物的資訊。
上述方法的實施可以包括一或一以上的下列特徵及/或其他形態的特徵。例如，一些實施中，關於測試物的處理資訊係相對高度圖、膜厚圖或表面輪廓圖中的任一。
一些實施中，各個同時測量的干涉圖間的相位移大概90°。
一些實施中，各個同時測量的干涉圖間的相位移大概180°。
一些實施中，上述方法包括轉換相對於彼此的測試物或參考物的測量掃描位置，得到上述連串的OPD，在不同的測量掃描位置測量的每一干涉量測信號的各個強度值。不同的測量掃描位置可以以一致的掃描間隔分開。不同的測量掃描 位置可以以不一致的掃描間隔分開。各干涉量測信號中的連續強度值可以在交替以第1掃描間隔和第2掃描間隔分開的測量掃描位置測量，第1掃描間隔小於第2掃描間隔。第1組掃描干涉量測信號的各干涉量測信號的多重強度值可以在第1偵測器的多重攝影機框架上測量，其中第2組掃描干涉量測信號的各干涉量測信號的多重強度值在第2偵測器的多重攝影機框架上測量。上述方法可以包括調變測試光和參考光。調變測試光和參考光可以包括週期性地轉換共同來源從大體上切斷狀態到導通狀態，以及同時測量共同來源的導通狀態期間產生的兩相位移干涉圖。第1偵測器可以包括第1攝影機快門，以及第2偵測器可以包括第2攝影機快門，其中調變測試光和參考光包括以大致相同的次數週期性地開關第1攝影機快門和第2攝影機快門，以及同時測量在第1攝影機快門和第2攝影機快門打開期間發生的兩相位移干涉圖。各偵測器的攝影機框架時間可以大於測量各強度值的時間長度。
一些實施中，各干涉量測信號的多重強度值以小於干涉量測信號的奈奎斯特率(Nyquist rate)的速度取得。
一些實施中，電子處理器處理的干涉量測信號只來自第1和第2偵測器測量的干涉圖。對各干涉量測信號對施加全體最小平方(least square)擬合，包括：擬合第1模型函數至第2組中的干涉量測信號；擬合第2模型函數至第2組中的對應干涉量測信號；結合對於連續的估算掃描位置之第1模型函數與干涉量測信號之間差異的平方、以及對於連續的估算掃描位置之第2模型函數與對應的干涉量測信號之間差異的平 方；以及決定產生結合的最小值之估算掃描位置。第1模型函數和第2模型函數可以各自表現為對於對應的虛擬掃描位置包括多重強度值，虛擬掃描位置相對於測量掃描位置定義。一或一以上參數值可以包括相位值、平均大小值以及偏移值。
一些實施中，提供光束包括：從共同來源提供輸入光束；在偏振光束分離器分離輸入光束為測試光和參考光，使測試光和參考光互相正交偏振，引導測試光往測試物以及引導參考光往參考物，其中測試光反射離開測試物，以及參考光反射離開參考物；在偏振光束分離器結合反射的測試光和反射的參考光以提供結合光；傳送結合光通過光學元件，其中光學元件配置為改變結合光的偏振狀態；引導第1部分的結合光通過第1偏振濾波器至第1偵測器以提供第1干涉圖；以及引導第2部分的結合光通過第2偏振濾波器至第2偵測器以提供第2干涉圖。
一般而言，另一型態中，揭露的主題可以在低同調掃描干涉量測系統中具體化，包括：干涉量測裝置，包括光源、干涉儀、第1偵測器以及第2偵測器，上述裝置配置為對於從測試物反射的測試光和參考光之間一連串的OPD(光程差)的各個光程差(OPD)，同時測量第1和第2相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在第1和第2偵測器上以參考光干涉從測試物反射的測試光而產生，測試光和參考光得自光源，第1偵測器測量的各干涉圖，定義第1組的掃描干涉量測信號，對應於測試物上多重橫向位置，第2偵測器測量的各干涉圖定義第2組的干涉量測信號，對應於測試物上大體上相同的多重橫向 位置，其中第2組的各干涉量測信號係相對於第1組中對應的干涉量測信號相位移，每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD；以及電子處理器，偶合至干涉量測裝置，其中電子處理器配置為執行以下的操作，包括：i)處理第1組的干涉量測信號，與第2組的干涉量測信號無關，得到關於測試物在多重橫向位置的第1處理資訊；ii)處理第2組的干涉量測信號，與第1組的干涉量測信號無關，得到關於測試物在多重橫向位置的第2處理資訊；以及iii)結合第1處理資訊和第2處理資訊，以降低對誤差的敏感度決定有關測試物的資訊。
上述系統的實施可以包括一或一以上的下列特徵及/或其他形態的特徵。例如，一些實施中，光源配置為提供輸入光束，以及上述系統更包括一目標組合，配置為轉換輸入光束為測試光束和參考光束，其中測試光束和參考光束具有互相正交偏振狀態。目標組合可以更配置為在測試光束和參考光束的組成元件間導入相位移。輸入光束可以具有線性偏振狀態或非偏振。第1偵測器的各畫素在測試物上可以排列成與第2偵測器的對應畫素大體上相同的位置。
一般而言，另一型態中，揭露的主題可以具體化為低同調掃描干涉量測系統，上述系統包括：干涉量測裝置，包括光源、干涉儀、第1偵測器以及第2偵測器，上述裝置配置為對於從測試物反射的測試光和參考光之間一連串的OPD(光程差)的各個光程差(OPD)，同時測量第1和第2相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在第1和第2偵測器上以參 考光干涉從測試物反射的測試光而產生，測試光和參考光得自光源，第1偵測器測量的各干涉圖，定義第1組的掃描干涉量測信號，對應於測試物上多重橫向位置，第2偵測器測量的各干涉圖，定義第2組的干涉量測信號，對應於測試物上大體上相同的多重橫向位置，其中第2組的各干涉量測信號係相對於第1組中對應的干涉量測信號相位移，每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD；以及電子處理器，偶合至干涉量測裝置，其中電子處理器配置為執行以下的操作，包括處理干涉量測信號，以降低對誤差的敏感度決定有關測試物的資訊，其中配置電子處理器處理的干涉量測信號只來自第1和第2偵測器測量的干涉圖。
上述系統的實施可以包括一或一以上的下列特徵及/或其他形態的特徵。例如，一些實施中，光源配置為提供輸入光束，以及上述系統更包括一目標組合，配置為轉換輸入光束為測試光束和參考光束，其中測試光束和參考光束具有互相正交偏振狀態。目標組合可以更配置為在測試光束和參考光束的組成元件間導入相位移。
一些實施中，輸入光束具有線性偏振狀態或非偏振。
一些實施中，第1偵測器的各畫素在測試物上排列成與第2偵測器的對應畫素大體上相同的位置。
在附圖和以下說明中闡明一或一以上的實施例的細節。根據說明、圖形和專利申請範圍，其他特徵將會明顯。
50‧‧‧干涉量測系統
51‧‧‧干涉儀
52‧‧‧電腦控制系統
53‧‧‧測量物
54‧‧‧光源
55‧‧‧第1鏡片元件
56‧‧‧第2鏡片元件
57‧‧‧分光元件
58‧‧‧偏振目標
59‧‧‧第3鏡片元件
60‧‧‧偏振分光器
61‧‧‧參考物
62‧‧‧偵測器組合
63‧‧‧波片
64‧‧‧第4鏡片元件
65‧‧‧分光元件
66‧‧‧第1偵測器
67‧‧‧第2偵測器
68‧‧‧第1偏光片
69‧‧‧第2偏光片
70‧‧‧整合驅動電子界面(轉換台)
71‧‧‧傳感器
150‧‧‧干涉信號
151‧‧‧干涉圖案
152‧‧‧干涉紋
154‧‧‧低同調波封
302‧‧‧偏光片
304‧‧‧偏光片
350‧‧‧干涉儀測量系統
351‧‧‧干涉儀
354‧‧‧來源
355、356‧‧‧第1和第2鏡片元件
358‧‧‧目標組合
359‧‧‧目標鏡片
360‧‧‧第1分光器
362‧‧‧偵測器組合
363‧‧‧波片
365‧‧‧第2分光器
366‧‧‧第1偵測器
367‧‧‧第2偵測器
368‧‧‧第1偏光片
369‧‧‧第2偏光片
380‧‧‧孔徑
402‧‧‧第1偏光片
404‧‧‧第2偏光片
406‧‧‧第1波片
408‧‧‧第2波片
450‧‧‧干涉儀測量系統
451‧‧‧干涉儀
454‧‧‧來源
455、456‧‧‧第1和第2鏡片元件
458‧‧‧目標組合
460‧‧‧分光元件
462‧‧‧偵測器組合
465‧‧‧分光器
466‧‧‧第1偵測器
467‧‧‧第2偵測器
506‧‧‧第1波片
508‧‧‧第2波片
550‧‧‧干涉儀測量系統
551‧‧‧干涉儀
554‧‧‧來源
555、556‧‧‧第1和第2鏡片元件
558‧‧‧目標組合
560‧‧‧非偏振分光器
562‧‧‧偵測器組合
566‧‧‧第1偵測器
567‧‧‧第2偵測器
568‧‧‧偏光片
569‧‧‧第2偏光片
606‧‧‧第1波片
608‧‧‧第2波片
610‧‧‧第3波片
650‧‧‧干涉儀測量系統
651‧‧‧干涉儀
654‧‧‧來源
655、656‧‧‧第1和第2鏡片元件
658‧‧‧目標組合
659‧‧‧目標鏡片
660‧‧‧分光器
662‧‧‧偵測器組合
665‧‧‧分光器
666‧‧‧第1偵測器
667‧‧‧第2偵測器
668‧‧‧第1偏光片
669‧‧‧第2偏光片
706‧‧‧第1波片
708‧‧‧第2波片
710‧‧‧波片
750‧‧‧干涉儀測量系統
751‧‧‧干涉儀
754‧‧‧來源
755、756‧‧‧第1和第2鏡片元件
758‧‧‧目標組合
760‧‧‧偏振分光元件
762‧‧‧偵測器組合
765‧‧‧分光元件
768‧‧‧偏光片
769‧‧‧偏光片元件
802‧‧‧條狀
804‧‧‧條狀
802、804、806和808‧‧‧框架
1001‧‧‧模型函數
1002‧‧‧實驗干涉信號
1502‧‧‧點
1504‧‧‧信號對
1506‧‧‧箭頭
1602‧‧‧不可被焊料潤濕的區域
1603‧‧‧可被焊料潤濕的區域
1607‧‧‧外表面
1609‧‧‧外表面
1650‧‧‧結構
1651‧‧‧基板
1729‧‧‧圖案化特徵
1730‧‧‧物體
1732‧‧‧晶圓
1734‧‧‧光阻層
1736‧‧‧基板層界面
ζ‧‧‧掃描位置
[第1圖]係掃描干涉量測系統的範例概要圖；[第2圖]係從低同調掃描干涉量測系統的偵測器畫素得到的模擬干涉信號圖；[第3-7圖]係不同掃描干涉儀測量系統圖；[第8圖]係說明強調數據獲取的概念圖；[第9圖]係掃描位置對樣品數的圖；[第10圖]係說明最小平方(LSQ)擬合可以如何用於擬合模型函數至實驗干涉信號的概念圖；[第11圖]係同調掃描干涉儀紀錄的範例同調掃描干涉量測(CSI)信號圖；[第12圖]係用於第11圖的CSI信號的LSQ優質函數圖；[第13圖]係用於第11圖的CSI信號的LSQ優質函數圖；[第14圖]係說明使用均一數據取樣取樣的模擬低同調干涉信號的範例之雙重圖；[第15圖]係說明使用非均一數據取樣程序取樣的模擬低同調干涉信號的範例之雙重圖；[第16a圖]係適於在錫凸塊(Solder bump)製程中使用之結構概要圖；[第16b圖]係錫凸塊(Solder bump)製程發生後第16a圖中的結構概要圖；[第17圖]係包括基板和壓在上面的層的物體之側面概要圖；[第18圖]係說明單一偵測器在高度雜訊上分散取樣的模 擬效果圖；[第19圖]係說明雙偵測器系統在高度雜訊上分散取樣的模擬效果圖，其中平均來自兩相位移偵測器的高度資訊；[第20圖]係說明單一偵測器在7倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數之模擬平方根(rms)高度測量誤差對正弦頻率圖；[第21圖]係根據平均來自兩相位移偵測器和7倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數的高度測量誤差，說明模擬平方根(rms)高度測量誤差對正弦頻率圖；[第22圖]係根據兩相位移偵測器和7倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數的正交最小平方(LSQ)擬合，說明模擬平方根(rms)高度測量誤差對正弦頻率圖；[第23-24圖]係平方根(rms)雜訊圖，分別對於單一攝影機系統和雙攝影機系統，作為子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數的函數，其中優質函數質心用於定位信號峰值；[第25圖]係測量物的高度模擬偏離圖，作為單一偵測器在11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數和5%斜坡度校準誤差之高度的函數；[第26圖]係測量物的高度模擬偏離圖，作為根據平均來自兩相位移偵測器的高度偏離、11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數和5%斜坡度(ramp rate)校準誤差之高度的函數；[第27圖]係測量物的高度模擬偏離圖，作為單一偵測器以11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數、10奈米平方根雜訊值及5%斜坡度校準誤差之高度的函數；以及 [第28圖]係測量物的高度模擬偏離圖，作為根據平均來自兩相位移偵測器的高度偏離、11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數、10奈米平方根雜訊值、5%斜坡度(ramp rate)校準誤差及5°正交校準誤差之高度的函數。
揭露同調掃描干涉量測法的實施例以及執行上述實施例的系統，其中成像相同表面的兩偵測器同時取得干涉資訊，第1偵測器取得的資訊和第2偵測器取得的資訊之間有相對的相位移。兩偵測器取得的資訊在大於用於掃描干涉量測的光源的同調長度之掃描範圍中得到。偶合至兩偵測器的電子處理器處理來自兩偵測器的干涉量測信號，決定關於成像的表面的地形資訊。電子處理器可以配置為處理來自第1偵測器的干涉量測信號，與第2偵測器的干涉量測信號無關，然後結合獨立處理的信號，產生地形資訊。或者，或除此之外，電子處理器可以配置為一起處理來自兩偵測器的干涉量測信號，產生地形資訊，其中來自兩偵測器的干涉量測信號就是電子處理器處理的干涉量測信號。當最小化由於振動誤差及/或掃描相關誤差的信號雜訊，及加強數據獲取速度時，同調掃描干涉量測技術的一或一以上的實施例可以有助於得到關於表面的地形資訊。
以下的揭露分割為分開的部分。首先，說明掃描干涉儀系統的範例，用於在兩偵測器同時取得相位移干涉信號。然後，討論取得對於振動補償和速度加強的正交干涉量測信號的方法。然後提出滑動窗最小平方法(LSQ)分析的原理， 利用從兩偵測器得到的相位移干涉量測信號的離散取樣。最後，提出同調掃描法的範例應用，以及說明對於不同的獲取技術之配對至模擬的相位移干涉信號的圖案範例。
相位移之干涉量測信號的同時測量的低同調掃描干涉儀
參考第1圖，用以得到干涉信號的範例測量系統50包括電性偶合至電腦控制系統52的干涉儀51。測量系統50可實施決定測量物53的一或一以上的空間特性。一些實施中，一或一以上的空間特性有關於測量物53的地形，例如薄膜的厚度或表面高度。可以以測量物53的定義區上的輪廓圖決定空間特性。或者，或除此之外，空間特性關聯有關另一物體例如一部分的系統50的測量物53的位置，一些實施中，其他物體係錫凸塊(Solder bump)度量衡系統的參考部分。無論如何，系統50可實施決定包括一或一以上至少部分覆蓋層的物體的一或一以上的空間特性，例如，接觸一層光阻或焊料(例如，錫凸塊)的基板。
來源54可以是光譜寬頻源，例如白光燈，或是可以包括複數的不同波長，例如起因於複數的發光二極體。作為另一選擇或結合寬頻源，來源54可以包括窄頻或準單色源。從來源54發射的光可以偏振或非偏振(即，隨機偏振)。
第1鏡片元件55，可包括例如消色差雙合透鏡(Achromatic Doublet)，擴大和傳送來源54發射的光束。第2鏡片元件56，也可包括消色差雙合透鏡，傳送準直光束(collimated beam)至分光元件57，分光元件57反射入射光束(Incident beam)至偏振目標58。偏振目標58包括的元件排 列為分離入射光束成為具有不同偏振的分離測試光束和參考光束。例如，偏振目標58可以是偏振的邁克生(Michelson)目標，包括第3鏡片元件59及偏振分光器60。第3鏡片元件59可以包括，例如，消色差雙合透鏡(Achromatic Doublet)或其他目標鏡片，引導輸入光往(和收集光自)測試和參考表面。最好，第3鏡片元件59具有數值孔徑，適於分解測量物的表面上的特徵，也容許成像相當大範圍的視域。例如，第3鏡片元件59可以具有約0.2的數值孔徑。第3鏡片元件59從分光元件57往偏振分光器60傳送入射光束，然後偏振分光器60分離入射光束成為偏振的測試光束和偏振的參考光束。例如，偏振分光器60可以只傳送具有第1偏振的部分入射光束，而只反射具有第2偏振的部分入射光束，第2偏振與第1偏振正交，因此形成線性偏振測試光束和線性偏振參考光束。在邁克生型(Michelson-type)目標中，分光器60的分光界面以銳角朝向第3鏡片元件59定義的光軸(例如45度)，引導參考光束至側參考物61以及引導測量物53上的測試光束。
一些實施中，參考物61是光學平面以及包括只有單一反射表面。例如，參考物61可以是參考鏡。一些實施中，參考物61展現3維表面地形及/或包括反射光的一個以上的隔開層。以下討論中，假設沒有限制參考物61是包括單一反射表面的參考鏡。
偏振分光器60結合從參考鏡61和從測量物53反射的光。結合的光被導回第3鏡片元件59，第3鏡片元件59校準和傳送結合光往分光元件57。至少一部分的結合光通過分 光元件57並且入射在偵測器組合62上。
如以上所說明的，參考和測試光束路徑以使用分光器60的偏振編碼。偏振編碼容許控制的相位移，利用干涉儀51中其他地方的偏光片和波片兩者導入。例如，偵測器組合62包括波片63、第4光學元件64、分光元件65、第1偵測器66、第2偵測器67、第1偏光器68以及第2偏光器69。結合光首先通過波片63，波片63在結合光之偏振的參考和測試光束元件之間移動相位。例如，波片63可以是四分之一波片，對於結合光束的正交偏振元件其光軸朝向45°。此波片轉換線性偏振的測量和參考光束為圓形偏振的光束，其中在參考和測試光束的組成元件(例如，組成電場元件Ey和Ex)之間有大概90°相位移。其他相位移可以同樣導入。如更下面所述，偵測器組合62內不同光學元件可以產生不同相位移，以容許光到達各偵測器。
具有有其相對相位移的參考和測試光束元件之結合光，接著以第4光學元件64傳送至分光元件65。第4光學元件64是成像鏡片，並且可以是排列為聚焦進來的光束之另一消色差雙合透鏡或其他光學元件。分光元件65是非偏振分光器，引導第1部分的結合光往第1偵測器66以及第2部分的結合光往第2偵測器67。不過，到達偵測器之前，源自分光元件65之各部份的結合光通過對應的偏光器元件。例如，第1部分的結合光通過其光軸定位在第1角度(例如，0°)的第1偏光器68，以及第2部分的結合光通過其光軸定位在第2不同角度(例如，45°)的第2偏光器69。各偏光器元件阻擋沒有與偏 光器元件的光軸排成一直線之光的元件。假設參考和測試光束從波片63圓形偏振，第1光束部分和第2光束部分將各包括部分的測試光束元件和參考光束元件。不過，第1光束部分和第2光束部分將相對彼此相位移。使用技藝中熟悉的製造技術，可以形成偏光器元件作為分光元件65的表面上的薄膜。或者，偏光器元件可以是分開的獨立元件。
通過第1偏光器68的第1部分的結合光束聚焦至第1偵測器66。同樣地，通過第2偏光器69的第2部分的結合光束聚焦至第2偵測器67。因為各部分的結合光包括反射測試光束元件和反射參考光束元件，上述兩元件在各偵測器干涉產生對應的偵測信號，指示合成光束強度。
各偵測器典型地包括複數的偵測器元件，例如畫素，排列成至少一和一以上的通常二維。以下的論述中，假設不限制第1偵測器66和第2偵測器67各包括二維陣列的偵測器元件。例如，各偵測器可以是包括多重畫素的CCD。第1圖所示的實施例中，第1部分的結合光以第4鏡片元件64聚焦(通過分光器65後)至第1偵測器66，因此偵測器66的各偵測器元件對應各點，例如，測量物53的小區域或位置。同樣地，(被分光器65反射後)第2部分的結合光以第4鏡片元件64聚焦至第2偵測器67，使第2偵測器67的各偵測器元件對應測量物53的各點。於是，可以在各第1和第2偵測器觀察干涉圖案，甚至用於延伸(例如空間非同調)照明。紀錄於橫跨各偵測器的畫素陣列之干涉圖案稱作干涉圖。
本實施例中，排列第1偵測器66和第2偵測器67， 使上述兩偵測器各個的影像點大體上對應於測量物53上的相同點。例如，假設第1偵測器66的畫素排列在x和y方向的2維陣列，使第1偵測器66的各畫素P1 位於不同的座標，P1 (x,y)。同樣地，假設第2偵測器67的畫素排列在y和z方向的2維陣列，使第2偵測器67的各畫素P2 位於不同的座標，P2 (y,z)。然後排列兩偵測器，使測量物上相同的影像點Pm 以一對畫素即來自第1偵測器66的P1 (x,y)和來自第2偵測器67的P2 (y,z)成像。即，排列第1偵測器66的各畫素以記錄源自大體上相同影像點的測試光束和參考光束干涉，作為第2偵測器67的對應畫素。理論上，排列各畫素至完全相同影像點；不過，某數量的對不準是可接受的，只要對物體的可測量的空間頻率的影響在測試中夠小。例如，假設可測量的空間頻率內容通常受限於系統光解析度和空間取樣，畫素間可接受程度的對不準可以約為畫素的1/10。如上所說明的，第1部分的結合光束和第2部分的結合光束在它們之間有相對的相位移。因此，即使排列偵測器的畫素以成像測量物53上相同的點，第1偵測器66和第2偵測器67紀錄的干涉圖，如果在大體上相同時間紀錄，將相對彼此相位移。同時取得的干涉圖間的相位移可以是例如約90°、約180°、或任何其他相位移。
系統50係典型地配置為在引導至參考物61並從參考物61反射的光與引導至測量物53並從測量物53反射的光之間建立光程差(OPD)。一些實施中，可以以電機動傳感器例如壓電傳感器(PZT)以及電腦控制系統52控制的整合驅動電子界面70移動或開動測量物53，為了沿著改變干涉儀51的 OPD的方向產生精確掃描。一些實施中，系統50配置為藉由移動參考物61修正OPD；其他實施中，系統50配置為藉由移動測量物53修正OPD。例如，如第1圖所示，偏振目標58，包括參考物61，可以偶合至沿著z方向調整目標58的位置之傳感器71。一些實施中，系統50配置為以測量物53的地形中至少與高度變化一樣大的量修正OPD。例如，就錫凸塊度量衡學來說，可以改變OPD約60微米或更大。一些實施中，以至少和干涉儀的同調長度一樣大的距離，例如大約幾米，改變OPD。
因為OPD的修正係藉由掃描測量物53的位置或參考物61的位置，第1偵測器66和第2偵測器67同時紀錄複數的偵測器信號。關於此揭露的目的，偵測器信號的同時紀錄係指，對於特定的OPD，第1偵測器66和第2偵測器67的曝光和整合時間同時發生。如此取得的偵測器信號可以以數位格式儲存為干涉信號陣列，其中各畫素取得對應的干涉信號，各干涉信號代表強度的變化，作為關於測量物53或參考物61的不同位置之OPD的函數，依轉換哪個物體而定。例如，如果第1偵測器66和第2偵測器67各包括128×128陣列的畫素，以及如果64影像在掃瞄期間由各偵測器儲存，然後將有大約32,000干涉信號(每一偵測器約16,000)，各干涉信號的長度係64個數據點，以兩個偵測器一起紀錄。又，就如同記錄在第1偵測器66和第2偵測器67的干涉圖對於特定的OPD相對彼此相位移，對於一系列的OPD第1偵測器66的畫素紀錄的各干涉信號相位移，相對於同系列的OPD的第2偵測器67 的對應畫素紀錄的干涉信號，如果畫素排列成成像在測量物53上大約相同點。使用寬頻源54的實施例中，干涉信號可以指掃描白光干涉量測(SWLI)干涉信號，通常更指低同調長度掃描干涉信號。
取得數據後，電腦52可以處理來自各偵測器的干涉信號以決定關於測量物53的資訊。例如，一些實施中，電腦52可以處理來自第1偵測器66的干涉信號，與來自第2偵測器67的干涉信號無關，根據例如圖案擬合技術。藉由處理來自第1和第2偵測器兩者的干涉信號得到的資訊，可以與OPD無關。例如，電子處理器可以獨立各從第1偵測器66和第2偵測器67得到代表關於測量物53的資訊之數據值的對應圖。各圖可以包括多重數據值，其中特定圖的各數據值對應於測量物上不同的橫向位置(例如，在x或y方向)。因為第1和第2偵測器的排列，從第1偵測器66得到的圖中之數據值對應於與從第2偵測器67得到的圖中之數據值相同的橫向位置。數據值可以代表例如測量物53的高度、測量物上的膜厚、或折射率的資訊。數據值也可以代表關於測量物53的其他資訊。
然後電腦52可以結合獨立處理的資訊以產生關於測量物53的數據。例如，來自結合資訊的數據可以指測量物的表面地形。或者，或除此之外，數據可以指測量物上形成的膜之厚度輪廓。一些實施中，電腦52一起處理來自兩偵測器的資訊，產生關於測量物53的數據。例如，電腦52可以施加全體安裝至從第1偵測器66和第2偵測器67得到的資訊。
第1圖所示的實施例，圖示邁克生型(Michelson type)的干涉儀，其中分光器60引導參考光離開測試光的光軸(例如，分光器可以45°朝向輸入光，所以測試光和參考互相成直角行進)。其他實施例中，干涉量測系統50可以包括其他類型的干涉儀。例如，干涉量測系統可以包括顯微鏡，配置為與一或一以上不同干涉目標一起使用，各提供不同的倍率。各個干涉目標包括分光器，用於分離輸入光為測試光和參考光。
不同干涉目標的範例包括米勞型(Mirau type)目標。米勞型(Mirau type)目標中，分光器定位成在輸入光的路徑中引導參考光沿著光軸回到小參考鏡。參考鏡可以是小的，藉此大體上不影響輸入光，因為以目標鏡片聚焦。另一實施例中，干涉目標可以是林尼克型(Linnik type)，在此情況下分光器位於測試表面(關於輸入光)的目標鏡片之前，並沿著不同路徑引導測試和參考光。分開的目標鏡片用於聚焦參考光至參考鏡片。換句話說，分光器分離輸入光成為測試和參考光，然後分開的目標鏡片聚焦測試和參考光至分別的測試和參考表面。理論上，兩目標鏡片互相配對，使測試和參考光有相似的像差和光學路徑。一些實施中，系統可以配置為收集測試光，測試光傳送通過測試樣品，而非被反射，隨後與參考光結合。對於如此的實施例，例如，系統可以實現具有雙顯微鏡目標在每個腳上的馬赫-桑德耳干涉儀(Mach-Zehnder interferometer)。
干涉儀中的光源54可以是以下任一：白熱源，例 如鹵素燈泡或金屬鹵化物燈，具有或不具有光譜帶通濾光器；寬頻雷射二極體；發光二極體；相同或不同型的一些光源的組合；弧光燈；可見光譜區域(在約390奈米和700奈米之間)中的任何來源；近紅外線(IR)光譜區(在約700奈米和3微米之間)中的任何來源；以及UV光譜區(在約390奈米和10奈米之間)中的任何來源。關於寬頻應用，來源最好具有寬於平均波長5%的網光譜頻寬，或更理想地大於平均波長的10%、20%、30%或甚至50%。關於可調的、窄頻應用，調頻範圍最好是寬的(例如，關於可見光大於50奈米、大於100奈米、或甚至大於200奈米)，以提供寬範圍的波長之反射資訊，然而在任何特定設定的光譜寬最好是窄的，以最優化解析度，例如小至10奈米、2奈米、或1奈米。光源54也可以包括一或一以上散光器元件，以增加來源發射的輸入光的空間範圍。
一些實施中，光源54可以包括調變其輸出強度的能力。例如，光源54可以偶合至電腦52或可以調變光源54輸出光的強度的另一控制器。光源54可以在大體上切斷(例如，光源54沒有發射光或幾乎沒有光，使偵測器測量零強度)至大體上導通(例如，光源54以全強度發射光或強度足以被偵測器測量)之間調變。一些實施中，光源54可以配置為提供偏振或非偏振光。例如，光源54可以包括一或一以上光學元件，以改變光源54發射的光的偏振，用以得到想要的偏振，例如線性或圓形的偏振。
雖未顯示，干涉儀51也可以包括一或一以上的孔徑，例如位於第1鏡片元件55和第2鏡片元件56之間及/或 分光元件57和偵測器組合62之間的孔徑。孔徑也可以位於干涉儀51中其他適合的位置。
電子偵測器可以是以空間解析度測量光學干涉圖案之任意類型的偵測器，例如多重像素CCD或CMOS攝影機，能夠每秒記錄多重框架。例如，偵測器可以有約10框架/秒、25框架/秒、50框架/秒、75框架/秒或100框架/秒的攝影機框架率。也可能其他框架率。各偵測器也可以包括快門(機械或電動)，當快門關閉時能夠阻擋入射至偵測器表面的光。取代改變光源54輸出的光強度，可以以開和關偵測器上的快門達成光調變。一些實施中，偵測器包括或電性偶合至操作快門開和關的控制器。例如，在某些情況下，操作快門的控制器可以是電腦52的一部分。
又，系統中不同的轉換台，例如轉換台70，可以：以壓電裝置、歨進馬達和音圈其中任一驅動；光機或光電實施而非純轉換(例如，使用液晶、電光效果、應變光纖和旋轉波片中任一)，以導入光學路徑長度變化；具有彎曲裝設的任一驅動器以及任何具有機械台例如滾動軸承(roller bearing)或氣體軸承的驅動器。轉換台可以容許沿著測量及/和參考物體的轉換方向之可變的掃瞄速度。例如，掃瞄速度可以約0.5微米/秒、1微米/秒、10微米/秒、20微米/秒、30微米/秒、40微米/秒或50微米/秒。也可能其他掃描速度。轉換台移動的絕對掃描範圍也可能變化。例如，掃描範圍可以跨過約5微米、10微米、20微米、25微米、30微米、40微米、50微米的距離。也可能其他掃描範圍。
第2圖係從低同調掃描干涉量測系統例如系統50的偵測器畫素得到的模擬干涉信號150的圖。干涉信號150包括複數的偵測器強度值，得自於物體的單一點，例如有單一反射界面的矽晶圓的點。偵測器畫素測量的強度值繪製為從物體點反射的測試光和從參考物體反射的參考光之間的OPD函數。對於特定的OPD橫跨偵測器的畫素陣列，收集的強度值對應於干涉圖。干涉信號150係低同調掃描白光干涉量測(SWLI)信號，藉由掃描OPD得到，例如藉由移動透鏡、測量物、及/和參考物以改變測試光或參考光行進的光學路徑。
第2圖中，強度值繪作OPD(在此掃描位置ζ)的函數，並標示具有複數的干涉紋152的干涉圖案151，在任一側根據低同調波封154最大限度衰變。沒有低同調波封的情況下，干涉圖案的干涉紋典型地在寬範圍的光學光程差上具有相似的振幅。波封154本身不特意出現在如此的干涉信號中，但用於討論顯示。沿著OPD軸的干涉圖案的位置通常有關於零OPD的位置，例如對應於從物體點和從參考物反射的光之間零OPD的掃描位置。零OPD掃描位置是物體地形的函數，說明各物體點的相對高度以及物體本身的定向和位置，影響關於干涉儀的各物體點位置。干涉信號也包括有關例如干涉儀透鏡的工具性作用，例如透鏡的數值孔徑(NA)、數據獲取率、掃描速度、用於獲取干涉信號的光波長、波長函數的偵測器靈敏度、以及其他工具性特性。
調變干涉紋152的振幅之同調波封154的寬度，通常對應於偵測光的同調長度。決定同調長度的因素中，係關 於例如來源的光譜頻寬之暫時的同調現象，以及關於例如照明物體的光入射角度範圍之空間同調現象。典型地，同調長度降低，當：(a)來源的光譜頻寬增加及/或(b)入射角度範圍增加。根據用於取得數據之干涉儀的構造，這些同調現象之一或另一可以支配或它們可以兩者大體上貢獻給全部的同調長度。藉由從具有單一反射面例如不是薄膜結構的物體得到干涉信號，可以決定干涉儀的同調長度。同調長度對應於全寬度，調變觀察到的干涉圖案之波封最大值一半。
如同第2圖中可看到的，同調掃描干涉(CSI)信號150起因於偵測具有以大於同調波封的寬度因而以大於偵測光的同調長度變化之光程差範圍的光。通常，低同調干涉信號可以起因於得到偵測光的干涉紋，係偵測光的同調波封調變的振幅。例如，可以在OPD上得到干涉圖案，對於OPD觀察的干涉紋的振幅相對於彼此至少20%、至少30%、或者至少50%不同。
可以構成低同調干涉儀，用以在相當於或大於干涉儀的同調長度之OPD的範圍偵測干涉信號。例如，偵測的OPD的範圍可以至少2倍大於或3倍大於同調長度。一些實施中，偵測光的同調長度至少大於偵測光的標稱波長。
如同以下更詳細說明，可以使用不同的方法得到干涉量測信號的強度值。例如，一些實施例中，畫素取得一致間隔的量測信號的強度值。即，在OPD的範圍取得干涉信號的各強度值，其中各連續OPD間的差異相同。一些實施例中，以不一致間隔的偵測器的各畫素取得強度值。例如，可以以強 調方式取得干步信號的強度值，使強度值以連續配對取得，其中各配對中強度值間的掃描距離相對於配對間的掃描距離(例如，在多重干涉紋的長度上)是短的(例如，單一干涉紋的長度內)。
一些實施例中，記錄強度值的數據取得率相對於被取樣的對應干涉圖案可以是分散的。例如，參考第2圖所示的干涉信號150，強度值可以以大於干涉紋152的1/4波長之掃描間隔記錄，一些實施中，可以在被掃描的(典型地但不受限於，1/4花紋周期的奇數倍數)OPD的範圍以產生基礎干涉信號的子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣之掃描間隔記錄強度值。分散取得數據強度值的優點包括降低執行特定距離的掃描所需的時間，因為記錄較少的數據點。當然，使用單一偵測器分散取得強度值可能大體上增加偵測的干涉信號中的雜訊，使得恢復基礎信號困難，如果不是不可能的話。不過，對於特定實施，使用對齊其中在各偵測器測量的信號相對於彼此地相位移的測量物上相同影像點的多重偵測器，允許信號以低雜訊恢復並加強抵抗誤差。
正如同掃描位置間的間隔可以是不一致的，強度值取得率可以是不一致的。一些實施例中，掃描測量物或參考物的速度可以在取得數據強度值的位置間的區域中增加。例如，在不知道表面存在或不要求數據取得的區域，當轉換測量物或參考物時，可以加快掃瞄速度。因此，一些實施中，可以降低用於在掃描長度取得數據的時間。
一些實施中，測量物可以包括一以上的反射表 面，例如包括一或一以上至少部分光學傳送層的基板。以最外面的光學傳送層和環繞大氣(或真空)間的界面定義第1反射表面。以層之間或層和基板之間的各個界面定義附加的反射表面。在如此的實施例中，從測量物反射的光可以包括貢獻例如從各反射的表面或界面反射的分離光束。因為各反射表面或界面一般沿著光束傳播軸間隔開，當與從測量物反射的光結合，各分離的光束產生不同的干涉圖案。對應的偵測器觀察的干涉圖案包括從測量物反射的各分離光束所產生的干涉圖案的總和。因為通過OPD的範圍掃描測量物及/或參考物，並根據之後的厚度或層，從各界面產生的干涉信號可以重疊。
上述干涉儀的附加構造也是可能的。例如，第3-7圖係第1圖所示的低同調干涉儀系統的另一構造的表示圖。為了方便觀看，電腦控制系統在第3-7圖中不顯示。與干涉量測系統50相似，第3-7圖中顯示的各干涉儀包括兩分離的偵測器，共同對齊測量物上相同位置，也排列為同時測量干涉信號，作為測試光束和測量光束間掃描OPD的函數。參考和測試光束路徑在干涉儀的特定點以偏振編碼，允許使用偏光片和波片兩者在干涉信號間的控制相位移。對於各OPD，在第1偵測器測量的干涉信號顯示關於在第2偵測器測量的對應干涉信號之相對相位移。各構造中的電腦控制系統可操作處理記錄在第1偵測器的干涉信號，與來自第2偵測器的干涉信號無關，得到關於測量物的地形資訊，或是一起處理來自各偵測器的干涉信號，其中控制系統處理的干涉信號只從兩偵測器得到。顯示於第1和3-7圖干涉儀構造的變化也是可能的。
第3圖係範例干涉儀測量系統350的概圖，用以得到關於測量物的地形資訊，其中系統350包括干涉儀351。干涉儀351包括來源354、第1和第2鏡片元件355、356、目標組合358以及偵測器組合362。對照第1圖所示的實施例，來源354產生線性偏振至45°的光。又，干涉儀351包括兩，而非三，分光元件：目標組合358中的第1分光器360及偵測器組合362中的第2分光器365，兩者係非偏振分光元件。分光器360從來源354接收偏振輸入光束並分離光束為測試光束和參考光束。測試光束往測量物53反射，然而參考光束以分光器360往參考物61傳送。到達測量物53之前，測試光束通過其光軸90°的第1偏光片302。同樣地，參考光束通過其光軸對齊0°的第2偏光片304。於是，形成正交偏振測試和參考光束。測量物53和參考物61反射後，測試和參考光束再一次通過它們分別的偏光片並在分光器360再結合。然後再結合的光束通過波片363。本範例中，波片363排列在偵測器組合362的外面，在目標鏡片359之前或是在目標鏡片359和孔徑闌(aperture stop)380之間。相似於第1圖所示的範例，波片363在正交偏振光束的不同組成元件間導入相位移。然後上述光束以目標鏡片359對準並通過孔徑380和成像鏡片364至分光器365。分光器365引導結合光束的第1光束部分至第1偵測器366以及結合光束的第2光束部分至第2偵測器367。不過，到達偵測器之前，藉由分光器365得到的結合光的各部分通過對應的偏光片元件。例如，第1部分的結合光通過其光軸朝向第1角度(例如，0°)的第1偏光片368，以及第2部分的 結合光通過其光軸朝向第2不同角度(例如，45°)的第2偏光片369。假設參考和測試光束從波片363圓形偏振，第1光束部分和第2光束部分將各包括部分的測試光束元件和參考光束元件。不過，第1光束部分和第2光束部分將相對於彼此相位移。
第4圖係另一範例干涉儀測量系統450的概圖。系統450的干涉儀451包括來源454、第1和第2鏡片元件455、456、目標組合458以及偵測器組合462。來源454可以產生具有任何偏振狀態的光。相似於第3圖所示的構造，目標組合458包括非偏振分光元件460。不過，對照第3圖，目標組合458也包括第1波片406(例如，其光軸對齊45°的四分之一波片)，排列在分光元件460的輸出面和第1偏光片402之間。目標組合458也包括第2波片408(例如，其光軸對齊45°的四分之一波片)，排列在分光元件460的輸出面和第2偏光片404之間。波片406、408，根據已知製造技術，可以是製造在分光元件460的外表面上的薄膜。波片406和408達成與第1和3圖中的波片一樣的功能，對測試和參考光束的組成元件施加相位移。不過，在此範例中，在結合反射的測試和測量光束之前施加相位移。因此，不需要波片作為目標組合458的一部分或是在目標組合458和偵測器組合462之間。干涉儀451中相位移信號的偵測與第1和3圖所示相似。即，偵測器組合462分光器465分離結合光束為第1和第2光束部分，到達偵測器組合462的第1偵測器466和第2偵測器467前各光束分別通過對應的偏光片(468，469)。如同先前的範例，測量和參考光束在各偵測器干涉，其中記錄在兩偵測器內的干涉信號之間有相 對的相位移。
第5圖係另一範例干涉儀測量系統550的概圖。系統550的干涉儀551包括來源554、第1和第2鏡片元件555、556、目標組合558以及偵測器組合562。來源554在此範例中提供垂直或水平偏振入射光。相似於第4圖所示的構造，目標組合558包括非偏振分光器560和兩分離波片：測試光束路徑中的第1波片506和參考光束路徑中的第2波片508。不過，本範例中，第1波片506係其光軸朝向-45°的1/8波片，以及第2波片508係其光軸朝向+45°的1/8波片。測試光束和參考光束各製造兩通道通過其光束路徑中對應的1/8波片。通過波片兩次的漸增效果相似於測試光束和參考光束各通過一1/4波片。相似於前範例，然後結合光束在偵測器組合562中分離，使第1部分通過偏光片568至第1偵測器566以及第2部分通過第2偏光片569至第2偵測器567，因此一旦到達它們個別的偵測器，上述兩部分在它們之間具有相對的相位移。第5圖所示的構造特別適於對測量物53的雙折射效果的下降敏感度。
第6圖係另一範例干涉儀測量系統650的概圖。系統650的干涉儀651包括來源654、第1和第2鏡片元件655、656、目標組合658以及偵測器組合662。來源654產生線性偏振至45°的照明。目標組合658的分光器660在此範例中係偏振分光器，分離線性偏振光進入正交偏振測試和參考光束元件。目標組合658的第1波片606和第2波片608分別是其光軸排列在+45°的四分之一波片。當參考光束和測試光束通過光片，在到達參考物和測試物前，它們各自轉換為圓形偏振光。 然後分別以參考物61和測量物53反射參考光束和測試光束，此時它們第二次通過形成於分光器660上的波片，並轉換回線性偏振光。測試和參考光束由分光器660結合，並在引導至偵測器組合662之前引導至第3波片610(例如，其光軸排列在+45°的四分之一波片)。或者，第3波片610可以放置在目標鏡片659的後階段和光闌670的前階段，而非放置在目標鏡片659的前階段。第3波片610加入相位移至測試和參考光束的組成元件。相似於第1圖所示的構造，引導結合的光束至偵測器組合662。偵測器組合662中的分光器665引導結合光束的第1光束部分至第1偵測器666以及結合光束的第2光束部分至第2偵測器667。不過，到達偵測器前，得自分光元件665的各部分的結合光通過對應的偏光片元件。例如，第1部分的結合光通過其光軸朝向第1角度(例如，0°)的第1偏光片668，以及第2部分的結合光通過其光軸朝向第2不同角度(例如，45°)的第2偏光片669。第1光束部分和第2光束部分相對彼此相位移，並且各部分包含來自參考光束和測試光束的貢獻。
第7圖係另一範例干涉儀測量系統750的概圖。系統750的干涉儀751包括來源754、第1和第2鏡片元件755、756、目標組合758以及偵測器組合762。相似於第6圖所示的構造，目標組合包括偏振分光元件760和兩波片：排列在分光元件760和測量物53之間的第1波片706以及排列在分光元件760和參考物61之間的第2波片708。不過，干涉儀751在目標組合758中不包括附加波片。取而代之，偵測器組合762包括單一波片710(例如，光軸排列在0°的四分之一波片)，排 列在分光元件765和偏光片元件769之間。又，偵測器組合762的偏光片768和769兩者的光軸其排列在45°。在此構造中，波片710在分光器765反射的光束部分的組成元件之間導入相位移。
取得干涉信號
如前段所述，同調掃描干涉量測系統使用兩偵測器，對齊以同時成像物體的相同表面，其中第1偵測器取得的資訊和第2偵測器取得的資訊之間有相對的相位移。當相對於第2偵測器在第1偵測器記錄的干涉量測信號之間可以導入不同的相位移時，在某些實施中，具有從各偵測器取得相位正交的數據之益處。相位正交中，同時取得之干涉圖，在第1偵測器和第2偵測器得到的，具有它們之間約90°的相對相位偏移。
例如，取得相位正交的干涉量測數據的優點係提供直接的技術，用以取消干涉量測系統中週期性發生的振動誤差。尤其，干涉量測系統中某些振動誤差顯示本身為表面輪廓紋波，具有干涉量測信號本身的干涉紋的頻率約兩倍的頻率。這些振動誤差可以因為不同理由發生，包括，例如，意外的掃描動作行為或外部振動進入干涉量測系統的偶合，例如馬達、泵或其他機械裝置所產生的振動。藉由建立相同範圍的OPD得到的兩份干涉量測信號，其中一份相對於另一份相位移約90°，當結合得自兩信號的資訊時，可以取消振動誤差，例如，藉由平均得自各干涉量測信號的地形資訊。同樣地，其他誤差具有多重的兩倍干涉量測干涉紋頻率之頻率，也可以利用此技術取消。因此，對於相同影像點同時記錄相位正交的低同調干 涉量測信號可以壓制因相對高頻振動誤差(例如，偵測器約10%或更多的框架率)以及有關掃描增加的其他誤差的偏離。對於其他原因產生的週期誤差，可以在同時取得的干涉圖之間施加不同的相位移。例如，在數據取得掃描期間，同時取得的干涉信號間藉由導入約180°的相位移可以取消有關光強度(強度偏移和振幅誤差)中的變化之某些類型的週期誤差。雖然同時取得的干涉圖間加入特定的相位移可以降低特定的誤差模式，也可以使用0°的相位移，只為了降低隨機雜訊的出現。
可以更修正相位移低同調干涉信號的同時獲取以加強干涉量測系統取得數據的速度。例如，干涉儀中兩偵測器可以以比干涉信號的干涉紋移動的速度，即參考物或測量的轉換速度，較分散的速度取樣干涉信號的強度值。一些實施中，干涉信號的取樣以子奈奎斯特率(sub-Nyquist rate)發生。奈奎斯特速度係理解為對應於可以不混疊取樣信號的較低界限。關於本揭露，奈奎斯特率等於每干涉週期兩攝影機框架。子奈奎斯特取樣的範例包括以大於被取樣的干涉信號的四分之一波長的掃描間隔獲取強度值。
獲取強度值之間的掃描間隔(即，取得數據強度值之後繼的OPD間的距離)可以一致或不一致。例如，一些實施中，可操作兩偵測器同時取得標稱正交的第1對干涉圖，後面有短掃描間隔(例如單一干涉紋的長度內)，然後同時取得也是標稱正交的第2對干涉圖。其次，較長的掃描間隔(例如，超過多重干涉紋的長度)可以發生在下一對同時干涉圖獲取之前。此技術稱作"中斷"數據獲取。一些情況下，在各偵測器取 得之連續成對的干涉圖在偵測器的相鄰攝影機框架中得到，在如此情況下，各個獲取連續對之間的最小分離時間根據偵測器的快門時間及/或光源的調變速度決定。
第8圖係圖解支持中斷資料獲取的原則。兩偵測器，攝影機A和攝影機B，用於同時取樣正交的干涉信號。攝影機A接收產生干涉信號A的入射光束，而攝影機B接收產生干涉信號B的入射光束。如第8圖所示，干涉信號A和B是相位正交。條狀802和條狀804各對應於偵測器A的單一框架之框架整合時間。同樣地，條狀806和條狀808各對應於偵測器B的單一框架之框架整合時間。因此，第8圖顯示各偵測器處理兩框架的期間。本範例中，偵測器A的框架與偵測器B的框架同步，使上述兩偵測器間的一對框架在大約相同的時間開始和結束。各框架間的虛線對應於各偵測器的行間傳輸點，在此期間測量的強度值從記錄的畫素位移。調變兩偵測器上的入射光，使各偵測器暴露於入射光只有一部分的框架時間。可以使用各種不同技術達成此調變。例如，引得測試光和參考光的來源可以週期性地開關。或者，各偵測器可以包括週期性地阻斷入射光的機械或電子快門機構，假設入射光束夠強，容許被測。一些實施中，可以以偶合至偵測器的電腦系統控制機械或電子快門的啟動。也可以使用其他的調變機構。
第8圖中框架802、804、806和808的陰影區指示偵測器取樣干涉信號之部分的框架時間(即，光出現的時間)。每框架只得到一強度值。偵測器在全框架時間整合，但因為光只短時間出現，有效的整合時間是短的且受限於陰影 區。如第8圖所示，偵測器A在位置0取樣干涉信號A，而偵測器B在位置1同時取樣干涉信號B。為了容易看，干涉信號不展現正規關聯低同調掃描的波封形狀。在位置0和1獲取強度值，後面有短掃描間隔(例如，藉由測量物或參考物的轉變)，就在這時，偵測器A和偵測器B再分別在點2和3取樣干涉信號A和B。然後上述兩偵測器取得正交的第1強度對[I0 ,I1 ]，以及正交的第2強度對[I2 ,I3 ]，其中第2對強度值相對於第1對強度值以約180°位移。以偵測器測量下一對強度值前，干涉儀系統在比最先兩對強度值之間的間隔長之間隔掃描OPD。獲取各偵測器中的強度值也橫跨行間傳輸點。以此方式使用中斷正交偵測的優點係在相對短的時段提供四個強度樣品，其中可以使用強度值重建部分的干涉信號。
不一致或可變掃描間隔也對加強干涉量測系統獲取數據的速度是有用的。例如，當執行對晶圓錫凸塊的計量時，根據預期的特徵高度，藉由隔開取樣步驟，錫凸塊結構可以容許降低必須取得這些干涉信號的強度值的總時間。這稱作非線性掃描，因為取樣密度橫度掃描改變。換言之，取樣密度可以沿著其中期望產生感興趣的特徵之掃描區域增加，並在感興趣的區域之間降低。第9圖係非線性掃描期間取樣位置圖。在各掃描位置，同時取得來自兩攝影機的框架，所以圖中顯示的26個位置代表52個總框架。如第9圖所示，對於在約-4微米與約4微米之間的掃描位置，以及對於約32微米與約44微米之間的掃描位置，取樣密度是高的。相比之下，增加掃描速度以快速”略過”約4微米與約32微米之間大部分不感興趣的 區域，造成取樣密度下降，因為攝影機框架率是固定的。
分析取得的干涉信號
一旦由干涉儀的兩偵測器取得強度值，偶合至偵測器的電腦控制系統分析信號以重建關於測量物的地形資訊。可以以兩種方法執行上述分析。電腦控制系統可以處理得自第1偵測器的畫素之干涉信號以產生關於測量物的第1資訊，以及獨立處理得自第2偵測器的畫素之干涉信號以產生關於測量物的第2資訊。例如，第1和2資訊可以包括例如測量物的相對高度圖、測量物的表面輪廓、或是在測量物上一或一以上的薄膜的膜厚圖之資訊。或者，第1和2資訊可以包括函數，指示模型信號如何匹配第1或2干涉信號。可以結合(例如，平均)第1和2資訊以產生關於測量物之結實的地形資訊，其中由於振動誤差或掃描率誤差的雜訊被壓抑。
取代分別分析來自偵測器的干擾信號，電腦控制系統可以一起處理來自兩偵測器的干涉量測信號以決定關於測量物的資訊，其中電子處理器處理的量測信號係只來自第1和2偵測器測量的干涉圖。處理來自偵測器的干涉信號之不同方法的更進一步細節闡明如下。
為了給干涉儀掃描增加(例如，子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣、可變的掃描率及中斷的數據獲取)的靈活性，以及最大化用以增加抵抗振動和掃描相關誤差之相位正交資訊的優點，對實驗的CSI信號可以使用模型信號之修正的最小平方(LSQ)擬合。一些實施中，LSQ擬合法的應用施加擬合至第1和第2偵測器測量的干涉信號，以提供來自各偵測器之 關於測量物的分離的高度資訊，然後平均獨立計算的高度資訊。或者，一些實施例中，全體最小平方(LSQ)擬合可以施加至干涉信號以得到關於測量物的地形資訊。
最小平方擬合：基本原理
論述可以如何修正LSQ以容納得自兩偵測器的不一致掃描間隔和相位正交資訊之前，先複習最小平方擬合法的基本原理是有益的。可以在美國專利第7,321,431中找到LSQ的附加的細節，美國專利第7,321,431在此全體合併參考。LSQ擬合中，比較實驗信號與複合相位移模型信號的真實部分。模型信號的範例是複合的正餘弦信號，容許可變的載波相位。模型信號可以得自第1原理或使用系統特性程序憑經驗決定。系統特性法(關於此也可以在美國專利第7,321,431中找到更進一步的細節)考慮到可能包含儀器特性之缺陷、歪斜和偏移的信號，而可以原則上說明儀器與包含未解析的特徵或太薄不能以波封分開判斷的薄膜之複合的表面結構相互作用。
第10圖係顯示最小平方(LSQ)擬合如何用於擬合模型函數1001至實驗干涉信號1002的概念圖，其中根據偵測器的單一畫素在多重掃描位置記錄實驗干涉信號1002。當OPD在測試光束和參考光束之間改變時，變數ζ對應於不同的干涉儀掃描位置。實驗干涉信號1002的各記錄的強度值關聯不同的ζ。還有局部的掃描座標，關聯擬合函數1001。擬合函數1001可以根據期望的信號模型並包括一或一以上的可變參數。在假設的掃描位置，例如，使用最小平方擬合(雖然也可以使用其他最優化技術)，可變參數改變以最優化擬合函數 1001的擬合至實驗干涉信號1002。對於擬合最成功的上述掃描位置定位上述信號，且在此點最優化的參數是想要的最後結果。適合的擬合函數可以包括複合信號模型T，在有角的干涉紋頻率K°具有分離的固定偏移C，平均光度V和局部相位φ，並可以表示如下： 複合或分解的模型信號T，在質量上特性化為以同調波封調變的干涉紋，並具有相同信號的正餘弦版本之虛構和真實的部分，為了簡單起見，擬合函數使用單一橫向座標y顯示依存影像內的位置；雖然對於全成像當然是兩橫向座標x,y。
實驗干涉信號表示為I，當需要最優化f的擬合至信號I，調整擬合函數f的位置，並容許(C,V,φ)隨著掃描位置ζ變化： LSQ法，藉由在各個掃描位置ζ最優化漸小的視窗w內的擬合，求得參數(C,V,φ)。上述最優化在各ζ最小化平方差函數，其中平方差函數可以表示為： 上述視窗w對局部掃描設置範圍限制，並讓我們用一些計算集中注意力於信號的某些特徵。漸小的視窗，例如，升高的餘弦(見等式(14)，再往前)，比簡單方形視窗更寬容掃描ζ中的缺陷。見例如P.de Groot,“Derivation of phase shift algorithms for interferometry using the concept of a data sampling windows(起源於使用數據取樣視窗的概念之干涉量測的相位 移演算法)”Appl.Opt.(應用光學)34(22)4723-4730(1995)，在此全體合併參考。
最適合求得在各掃描位置ζ的信號強度V係期望根據實驗信號I的波封升降，如第11和12圖所示。第11圖係範例CSI信號圖，以對於Si基板上形成的SiO2 的3微米透明薄膜之掃描干涉儀記錄，並使用具有80奈米頻寬的800奈米波長光源。最小化模型信號和實驗信號間平方差X2 的掃描位置，當信號強度V強時，定位上述信號。當模型代表不透明表面時，第12圖係對於第11圖的CSI信號之LSQ優質函數圖。第12圖的範例中的優質函數等於CSI信號和模型函數間測量的干涉紋對比的平方。如第12圖所示，擬合模型函數至CSI信號產生兩峰值，對應於上表面和透明膜的基板之位置。
一些實施中，模型信號可以代表具有多重界面之複合表面結構，其中相對於多重函數峰值，產生單一優質函數峰值。例如，第13圖係第11圖的CSI信號之LSQ優質函數圖，當時模型信號對應於具有與得到CSI信號的結構相同的基本薄膜結構之表面。CSI信號的特色為首先執行表面結構的校準步驟以得到模型信號，然後在其次的測量中使用模型信號補償表面結構，假設結構遍及表面合理地不變。使用代表複合表面結構的模型信號之優點係降低錯誤確認最佳光學掃描位置的可能性，應是優質函數由於測量物中界面存在被最小化在局部最小。
最小平方擬合：強度值的靈活取樣
在實際掃描干涉儀系統中，實驗干涉信號典型地 由配置為捕捉多重影像的偵測器(例如，CCD攝影機)或攝影機框架記錄，各框架在不同的掃描位置記錄。因此，通過偵測器在全數Y離散橫向場位置y取樣干涉信號I，其中離散橫向位置以偵測器畫素數量j=0..(Y-1)索引。對於全成像，也將會有沿著x方向索引的離散橫向位置。在離散掃描位置也取樣這些信號。一些實施中，樣品強度值在掃描方向均勻分佈(即，一致掃描間隔)，以及對於直接比較以全同的方式取樣模型信號T。不過，干涉儀系統中為了提供更大的靈活性和容納可變的掃描率，取樣強度值的掃描間隔及/或模型信號可以不規則地隔開(即，不均勻的掃描間隔)。
獲取數據後，對於各畫素j我們具有實驗信號數據Ij,z 的向量，用於以z=0,1..N-1索引之對應的掃描位置ζz 。這些掃描位置可以不規則地隔開，但假設是已知的。擬合函數依賴對於以索引的掃描位置定量的模型信號T。值係離散數據點的數量，其上的擬合函數被比作實驗信號。通常，係奇數，因此對於均勻取樣，有模型信號點在中心，面臨任一側相同數量的點。
靈活的取樣策略係對與獲取掃描分離的指數n=0,1..Neval -1之連續的虛擬估算掃描位置決定擬合等級。估算掃描可以是具有與想要的一樣小(或一樣大)取樣增加的一致格柵。
傳統的LSQ中，此估算格柵連結至實驗掃描位置ζ z 。在此，取 而代之，容許估算在掃描位置發生，而非對應於記錄的強度值數據點。
為了決定對特定的估算掃描位置的實驗數據之模型信號的擬合等級，第1步驟係定位最符合估算掃描位置的實驗掃描位置： 一些特別的情況下，例如中斷獲取，可能有興趣使中心位置z center 與特定數據點一致，例如其中z是偶數或奇數或受限於某範圍之點。見，例如，L.L.Deck和P.J de Groot,“Punctuated quadrature phase-shifting interferometry(中斷的正交相位移干涉量測法)，”Optics letters(光學文獻)23(1),19(1998)，在此全體合併參考。一旦確認位置z center ，可以引出一部分的強度數據如下： 其中， 以及其中降低子向量的j依存性，只為了簡化所視的表示法。偏移△係中心點在估算中向左或向右的點數，可以由以下提供 (thin film：薄膜，round：約，all other modes：所有其他模式)其中，”薄膜”指基板表面上形成的薄層物質(見，例如美國專利第7,298,494，在此全體合併參考)。暗中假定實驗數據多少平均貢獻給掃描中心的任一側。更多的情況下，為奇數是 有用的雖然不是必要的。其他情況下，例如，當數據成對到達(例如，以中斷的數據獲取)時，最好是偶數。
為以下的掃描位置計算模型信號： 計算模型信號值遵循模型信號的頻域版的複反轉離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform)(DFT) 其中K v 指在指數範圍v =vmin,..vmax 定義的頻寬內之頻率值(例如，以每微米掃描的相位弧度為單位)。為想要包括在重建信號模型T中的光譜中之感興趣區域(ROI)，決定變數vmin 和vmax 。上述值遵循理論模型或根據系統的特性描述的模型，之後在此揭露中更詳細說明。
使用離散子向量和T ，等式(3)的平方差函數變成 其中 χ2 的窗函數w可以是任何適當的變小加權函數。例如，可以表示上升的餘弦視窗為： 其中視窗寬度比模型信號掃描範圍的總長度寬一點 以及偏移係用於往右位移視窗 (thin film：薄膜，all other modes：所有其他模式)
第14和15圖說明對於均勻和非均勻數據取樣兩者的擬合函數如何取樣和比較實驗信號。第14圖係雙重圖，說明均勻數據取樣的範例，其中以低於估算速度(每干涉紋4樣品)的速度(每干涉紋4/3樣品)取樣實驗數據，例如，以因數u： 第14圖的上圖描出偵測器在離散掃描位置取樣的干涉信號的略圖。不同的取樣值以圖中點1402代表。第14圖的下圖描出為掃描位置定量之真實部分的擬合函數。由於窗函數，估算的擬合函數的區域相對於原始實驗信號變窄。箭頭1404指示對於擬合函數比作實驗數據強度值的n之估算掃描位置。如第14圖的範例所示，因數u等於3(即，掃描位置ζ z 之間的間隔係三倍大於各個n的估算位置之間的間隔)以及實驗信號數據取樣是我們所稱的”3倍子奈奎斯特”，意指就相位來說的增加是在攝影機框架間典型的π/2階的3倍。估算掃描，是虛擬的結構，在此範例中繼續使用π/2階，即使真實取樣是3π/2。LSQ估算中樣品是13。也可能是其他子奈奎斯特取樣比。例如，實驗數據取樣可以以攝影機框架間相位階的2和15倍之間的任何速度進行。也可以是其他速度。
注意第14圖所示的範例中，估算階比數據獲取階細。不過，其他實施中，估算階可以與數據獲取階尺寸相同或 大於數據獲取階。例如，一些實施中，如果估算階大於數據獲取階，可以加速數據處理。
中斷獲取數據強度值中，有一對快速接連不斷連續的獲取，直到下一獲取對之前，後面有一些延遲。第15圖是雙重圖，說明實驗的同調干涉信號的模擬範例，使用非均勻數據取樣程序取樣，特別中斷數據獲取，以及對於取得的數據的模擬擬合函數。第15圖中的上圖描出模擬干涉信號的略圖，由偵測器在離散掃描位置ζ z 取樣。不同的取樣值以點1502代表，在圖中組合成信號對1504，其中各信號對1504的取樣強度值，在掃描軸上以緊密分離隔開。信號對以較長掃描間隔互相隔開。第15圖中的下圖說明為掃描位置定量的擬合函數的真實部分。由於窗函數，估算的擬合函數的區域相對於原始實驗信號變窄。箭頭1506指示對於n的估算掃描位置，擬合函數在n被比作實驗數據強度值。
上述實驗掃描位置可以表示為 其中int( )只回到論證的整數部分(即，函數始終捨入至最近整數值)。中斷的數據取樣是特殊情況，為此用以決定z center (等式(5))的等式需要使用對於z之偶數值以及對於代表數據對的奇數值的之偶數值。於是，最符合估計掃描位置的實驗掃描位置可以表示為：
不拘數據取樣策略(例如，均勻、子奈奎斯特 (sub-Nyquist)、中斷或可變)，等式(11)的離散平方差函數取代等式(12)後是 展開為 定義解向量 重寫等式(20)為 作為簡化，目前定義
於是等式(22)呈現更簡潔的外觀 其中，了解數量I ,T Re ,T Im ,w都根據，以及總結是全部。
繼續此短縮表示法，我們藉由設定偏導數為零，尋找對於平方差函數χ2 的最小值
設定等式(28)-(30)為0，我們有ΣI w=Σ[(Λ n )0 +(Λ n )1 T Re -T Im (Λ n )2 ]w (31)
ΣIT Re w=Σ[(Λ n )0 T Re +(Λ n )1 T Re 2 -(Λ n )2 T Re T Im ]w (32)
-ΣIT Im w=Σ[-(Λ n )0 T Im -(Λ n )1 T Re T Im +(Λ n )2 T Im 2 ]w. (33)這些結果導出對於解向量Λ的矩陣等式：Λ n =Ξ n D n (34)對於 其中 對於關鍵參數的結果係：C n =(Λ n )0 (37)
其中，相位上3個撇的符號指示局部相位φ的干涉紋級數中有3重不確定，首先穿過掃描位置，然後從畫素到畫素，最後關於掃描的絕對開始位置的全部。
原則上，矩陣Ξ n 係估算掃描位置指數n的函數。不過，因為矩陣唯獨根據模型信號而非實驗數據，最多有實驗數據獲取前計算的N eval 明顯值Ξ n 。在極限的情況下，其中模 型信號不是估算位置的函數，然後所有的Ξ n 是相同的，不需要計算作為n的函數。中間的情況是第15圖的中斷數據獲取，對此有明顯值Ξ n ，但根據長階對短階之比也可能有重複的圖案，尤其是如果此比率形成整數。最後感興趣的情況是我們有實際掃描動作的完整知識，例如，使用附加的感應器記錄所有動作，包括意外的振動。在此情況下，具有和指數位置n一樣多的不同Ξ值。如此的感應器的範例可以在美國專利第8,004,688號和美國專利第8,379,218號，任一在此全體合併參考。
優質函數
此點的論述包括對於均勻和不均勻取樣兩者的LSQ演算法。其次，定義優質函數可以用於定位信號和決定表面輪廓以說明信號長度的定義中的差異。
用於定位信號和決定表面輪廓的優質函數定義可以取決於想要達成什麼。例如，如果足夠確定峰值信號強度對應於信號位置，然後最簡單的優質函數與等式(38)產生的信號大小V的平方成比例。這是所謂的堅固優質模式，可以表示如下： 這是合理的一般用途優質函數。
或者，並與理想的圖案匹配概念更一致，可以定義”最擬合”優質函數，代表模型函數和干涉儀信號之間的適合度，求解參數(C ,V ,φ)後由等式(20)的χ2 最小化函數的倒數所定量。為了確保信號大小V在選擇的位置上仍然合理強烈，信號 大小包括在最擬合優質函數的定義中如下： 分母中的值防止意外除以零，雖然其他數也可以使用。前面的等式稱作精細的優質函數，可以對隨機雜訊更靈敏。
決定測量物表面高度h j 等於沿著偵測器的各畫素之估算掃描位置定位優質函數的峰值。如同先前的演算法中，可以使用一些測量模式，各測量模式執行不同的峰值搜尋。例如，當決定測試物的上表面高度輪廓時，優質函數中最右或最左(視掃描方向而定)峰值沿著掃描方向確認。如果使用擬合基礎優質函數，峰值的位置係對應於模型函數對實驗信號的最佳擬合之掃描位置。當決定膜厚時，可以使用優質函數的最強兩峰值。對於擬合基礎優質函數，各峰值的位置係對應於模型函數對測量信號的最佳擬合之掃描位置。
隨著峰值的確認(依出現結構的類型即單一或多界面而定)，在各峰值為中心的周圍三點執行二次插值法。最好，點跨隔峰值，但操作干涉儀的使用者可以選擇不同值。對於不透明表面或不期望多峰值的其他狀況有用的另一方法係質心法，其中表面高度h j 可以表示如下： 此等式提供關於與OPD無關的測量物之資訊範例，也藉由處理來自與其他偵測器分離的一偵測器的干涉量測信號得到。
事實上，等式(42)的總計中的n值範圍只需要足夠包括干涉紋對比波封，例如，達10%對比程度。N值應集中在 優質函數中的峰值位置。可以在等式(42)中使用堅固優質函數或精細的優質函數。
決定模型信號
至少有兩種方法建立複合模型信號T：根據理論或根據實驗。對於根據理論的模型信號，在一些情況下足夠理論地描述信號為在干涉紋對比波封V調變的頻率K0 展開之載波。離散取樣複合模型信號遵循此方法可以表示為： 等式(43)中的負相位項指示增加的掃描對應於移動干涉物離開測量物。這與表面高度的增加相反，根據定義對應於相位的正改變。等式(43)是掃描白光干涉量測(SWLI)系統中可期望的信號類型的理想化模型。
對於根據實驗的模型信號，可以使用從量測儀器本身取得的實證數據，在此情況下，根據典型信號的頻率領域代表之反轉離散傅立葉轉換(DFT)： 上述係干涉儀系統之典型干涉信號的頻率領域代表的數據的多重畫素的平均，使用標準的人工產品取得，例如SiC平面或其他參考材料。
以此方式取得模型信號可能有複雜的波封及非線性相位，依真實儀器特性而定。變數vmin,vmax 定義想要包括入模型信號T重建內的光譜中感興趣區域(ROI)內的正頻率K的範圍(例如，以每微米掃描的相位弧度為單位)。
雙偵測器數據獲取-平均的最後高度
以兩偵測器處理正交數據獲取的方法係對從標為a和b的兩偵測器得到的強度信號,獨立執行LSQ分析。然後平均優質函數，或者二擇一地計算再平均各偵測器的各畫素之最後高度數據,。平均的有理數係某測量誤差(例如振動及/或掃描動作的結果)
在CSI中優勢地以兩倍干涉紋頻率顯示為週期誤差。因此，相位正交中取得的兩數據集原則上將抵消誤差。以此方式平均數據的優點係從平均得到的最後結果無論如何，就週期誤差而言，決不比單一偵測器獲取差。又，即使在兩偵測器的信號間之相位差不完全90°，也可能接近完全取消誤差。平均法具有附加好處，對於兩偵測器不需要準確校準相對干涉紋對比和強度偏移。
雙偵測器數據獲取-全擬合(正交LSQ)
替換平均資料，處理來自各偵測器的數據的技術，包括施加全擬合至來自各偵測器的資料。對於如此的全擬合，可以供給關於干涉儀操作的附加資訊，包括，例如，標稱相位正交的決定。對於此正交LSQ法，讓我們假設至少已知兩偵測器間相位差，即使不是完全90°，並讓我們更進一步假設來自兩偵測器的信號彼此之間根據逐個畫素已經被標準化，因此它們有相同的干涉紋可見度V和偏移D。然後，對應於信號,的兩擬合函數為
其中 全體最小平方(LSQ)擬合是同時發生的最小化 其中，等式(23)-(26)的範例接著是簡化表示法。應注意對於此全優化技術兩信號共用解向量Λ。
計算現在密切比較等式(28)-(39)，因為等式(48)的導函數形成線性總合，導出以下結果：Λ n =Ξ n D n (49)對於 以及 在完全正交的極限情況下，=π/2及是的共軛複數。等式(50)簡化成 也可以更簡化。例如，一些實施中，設法使模型信號的真實和 虛擬部分達到大小相同，這將使兩其他項退出等式(52)，導出非常簡潔的計算。然而，假使為了精確的相位正交調整儀器比只是估算校準步驟中的相位差困難，等式(50)是更一般且實際的公式。
範例應用
使用同時取得的上述相位移干涉信號之低同調干涉量測法和系統，可用於任一以下表面分析問題：簡單薄膜；多層薄膜；折射否則產生複合干涉效果之尖緣和表面特徵；未解析的表面粗糙度；未解析的表面特徵，例如另外的平滑表面上的子波長寬度槽；不同的材料；表面的偏極依存性，例如雙折射；以及表面的偏轉、振動或動作或可變形的表面特徵，引起干涉現象的入射角度相關擾動。對於薄膜的情況，感興趣的參數可能是膜厚、膜的折射率、基板的折射指數或其中某結合。以下討論包括物體和裝置的範例應用展現的特徵。
IC(積體電路)封裝和互聯計量
其中，積體電路的晶片尺寸封裝、晶圓級封裝和3D(3維)封裝的進步已經引起縮小特徵尺寸和大寬高比，產生表面計量應用的難題，就橫向特徵解析和效率來說，例如，錫凸塊計量、直通矽晶穿孔(TSV)計量和重新分配層(RDL)計量。例如，雖然一般同調掃描干涉量測(CSI)提供表面結構的測量，上述表面結構具有在相鄰成像畫素之間大於一半波長的表面高度差而無相位移量測的干涉紋模糊，CSI由於其速度和振動容許量可能受限制。當提高獲取速度和降低由於振動和其他掃描相關誤差的雜訊時，錫凸塊、TSV和RDL計量中使用 在此論述之系統和方法提供共調掃描干涉量測的益處。
參考第16a和16b圖，結構1650係在錫凸塊處理期間產生的結構範例。結構1650包括基板1651、不可被焊料潤濕的區域1602以及可被焊料潤濕的區域1603。區域1602具有外表面1607。區域1603具有外表面1609。
處理期間，大塊的焊料1604位於接觸可潤濕區域1603。一旦流過焊料，焊料形成與可潤濕區域1603的牢固接接觸。鄰接的不可潤濕區域1602作用像堤，防止溢出的焊料在結構周圍不良的遷移。想要知道結構的空間特性，包括表面1607、1609的相對高度和相對於表面1602之焊料1604的尺寸。結構1650包括可能分別產生干涉圖案之區域間複數的界面。如第16b圖所示，焊料1604可以是球狀、準球狀或比較平。一些實施中，焊料可能具有高帽形狀，其中接近基板的焊料底部橫向比焊料的上部寬。焊接特徵的高度可能從5微米分佈超過60微米(例如，約10微米、約20微米、約30微米、約40微米或約50微米)。焊接特徵，當測量中心到中心(例如，約10微米、約20微米、約30微米、約40微米、約50微米、約60微米、約70微米、約80微米或約90微米)時，可能以約5微米到100微米的距離互相分離。又，區域1602和1603對干涉儀光源波長可以是透明的或不透明。
在此揭露的干涉量測系統和方法可以用於估算錫凸塊的表面地形，包括層間的界面，以抵抗振動及/或掃描相關誤差之可再生且比較快的方式提供增加的樣品估算流量。可用於先前或其他應用的干涉儀參數的範例如下：各偵測器可以 具有約30框架/秒、40框架/秒、50框架/秒、60框架/秒、70框架/秒、80框架/秒、90框架/秒、100框架/秒、200框架/秒或500框架/秒的框架率；掃描增量可以至少約0.1微米/框架、至少約0.5微米/框架、至少約1微米/框架、至少約2微米/框架、至少約5微米/框架或至少約10微米/框架；掃描速度(例如，沿著第1圖中的z方向)可以至少約1微米/秒、至少約5微米/秒、至少約10微米/秒、至少約20微米/秒、至少約30微米/秒、至少約40微米/秒、至少約50微米/秒、至少約60微米/秒、至少約70微米/秒、至少約80微米/秒、至少約90微米/秒或至少約100微米/秒；取樣間隔(例如，樣品間的距離)可以至少約底層干涉量測信號的四分之3波長、至少約四分之5波長、至少約四分之7波長、至少約四分之9波長或至少約四分之11波長；沿著z方向的絕對掃描範圍可以至少約10微米，至少約25微米、至少約50微米、至少約75微米、至少約100微米、至少約150微米、至少約200微米或至少約250微米；每視場的獲取時間可以約少於0.05秒、約少於0.1秒、約少於0.25秒、約少於0.5秒、約少於0.75秒或約少於1秒；視場間的移動和停留時間(例如，橫向通過測量物)可以少於約0.05秒、少於約0.1秒、少於約0.25秒、少於約0.5秒、少於約0.75秒或少於約1秒；橫向樣品間的距離可以少於約0.5微米、少於約1微米、少於約3微米、少於約5微米或少於約10微米。也可以使用其他干涉儀參數。
根據選擇的參數，可以使用干涉儀快速遍及全晶圓成像多重視場。例如，如本文所述的雙偵測器干涉儀可以成 像50毫米晶圓、100毫米晶圓、200毫米晶圓、300毫米晶圓或450毫米晶圓。可以使用雙偵測器干涉儀成像晶圓，速率包括，例如，至少約10晶圓/小時、至少約15晶圓/小時、至少約20晶圓/小時、至少約25晶圓/小時、至少約30晶圓/小時、至少約40晶圓/小時、至少約50晶圓/小時、至少約75晶圓/小時或至少約100晶圓/小時。可以更進一步修正上述參數及/或使用的處理演算法(例如，使用或不使用優質函數質心法的高度平均或正交LSQ)，對資料獲取的理想速度平衡理想的雜訊下降。
半導體處理
對於工具特殊監控或對於控制流程本身，上述的系統與方法可以在半導體製程中使用。在製程監控應用中，在未形成圖案的Si晶圓(監控晶圓)上以對應的製程工具生長、沉積、拋光或蝕刻除去單一/多層膜，隨後使用本文揭露的雙偵測器干涉量測系統測量厚度及/或光學性質。這些監控晶圓厚度的平均(及/或光學性質)以及晶圓均一性用於決定是否關聯的製程工具以目標規格操作或應重定目標、調整或從生產性使用取出。
製程控制應用中，在形成圖案的Si，生產晶圓上以對應的製程工具生長、沉積、拋光或蝕刻除去單一/多層膜，隨後以本文揭露的使用滑動視窗LSQ技術的干涉量測系統測量厚度及/或光學性質。用於製程控制的生產性測量典型地包括小測量部位以及對準測量工具至感興趣樣品區之能力。此部位可以由多層膜堆疊(可以本身圖案化)組成，然後需要複合數 學建模以抽取有關的物理參數。製程控制測量決定整合流程的穩定度並決定是否整合的加工應繼續、重定目標、改向至其他設備或完全停工。
明確地，例如，可以使用本文揭露的干涉量測系統和方法監控利用以下設備的裝置和製造的材料：擴散、快速熱退火、化學氣體沉積工具(低壓和高壓兩種)、介電質蝕刻、化學機械拋光器、電漿沉積、電漿蝕刻、光刻軌跡和光刻曝光工具。另外，本文揭露的干涉量測系統可以用於監視和控制以下製程：溝槽和隔離、電晶體形成以及隔層介電質形成(例如雙鑲嵌)。
第17圖係在微電子裝置的製造期間可以監視之物體1730的範例。物體1730包括基板，例如晶圓1732，和上覆層，例如光阻層1734。物體1730包括複數的界面，在不同折射率的材料間出現。例如，定義物體周圍界面1738，其中光阻層1734的外表面接觸環境周圍物1730，例如液體、空氣、其他氣體或真空。定義基板層界面1736在晶圓1732的上表面和光阻層1734的下表面之間。晶圓的表面可以包括複數的圖案化特徵1729。這些特徵的其中一些具有和鄰接部分的基板相同的高度，但反射率不同。其他特徵可以相對於鄰接部分的基板往上或往下延伸。因此，界面1736可以在光阻的外表面下層展現複雜的變化地形。在微影蝕刻製程期間，本文揭露的雙偵測器低同調掃描干涉儀可用於分析物體1730的表面特性和界面，例如表面地形，光阻層1734的膜厚，或物體1730內形成的附加層的相對高度。
模擬
使用本文所述同調掃描干涉量測系統和方法決定測量物的空間特性，在根據模擬同時測量的相位移干涉量測信號的以下範例的上下文中更進一步說明。在此提出的模擬利用來自Massachusetts Needham的PTC之MathCad(商標)電腦模擬軟體發展。假設測量物具有不透明單一表面的參考平面。
關於模擬假設以下系統參數：設定光源的中央波長等於800奈米，以及設定照度的頻寬等於80奈米；假設光具有完全的高斯(Gaussian)光譜輪廓波數區域；設定系統的數值孔徑等於0；模擬操作的總計掃描距離等於40微米；假設各偵測器的區域(對於單一偵測器排列和雙偵測器排列)相等於1畫素長和300畫素寬的光罩；設定LSQ模型信號的信號寬度等於大約9微米；接近最高峰值根據優質函數的二次插值法執行LSQ峰值搜尋；模型信號係完全熟悉的；設定標準取樣率等於100奈米/框架(即，每干涉信號的干涉紋4框架)；假設干涉紋可見度為100%；數據的獲取是裝上快門的(即，沒有”水桶效應(Bucket effect)”因此整合時間有效地為0)；數據強度值的取樣發生在標準取樣率或子奈奎斯特(sub-Nyquist)率，其中子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數是標準取樣率的整數倍；對於中斷獲取當使用雙偵測器系統時，相位相反(即，鄰接強度值)相位移約180度且以等於兩倍標準取樣率的速率取得連續強度值；以及假設參考面往一方向傾斜覆蓋約4微米的高度範圍。
第18圖係說明單一偵測器在高度雜訊上分散取樣 的效果圖。第19圖係說明雙偵測器系統在高度雜訊上分散取樣的效果圖，其中平均來自兩偵測器的高度資訊。如第19圖所示，對於第18圖所示的各個不同的子奈奎斯特(sub-Nyquist)，雙偵測器系統的平方根雜訊值等級以差不多2的因數降低。
值得注意第18圖中單一偵測器系統以11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣，我們開始耗盡同調波封以及平方根雜訊值(rms noise)開始從預期的平方根統計往上偏離。15倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣時，例如，只有5資料點對80奈米頻寬光源展開同調波封，以及實質上以單一攝影機測量失敗。
純正弦變化引起的高度誤差
包括純正弦變化引起的誤差之模擬，也以從0延伸到偵測器架框率之101不同的振動頻率估算。振動干擾的振幅在模擬中設定為10奈米。結果是0到90°振動相位偏移的平均靈敏度。
第20-22圖係正弦振動引起的rms(平方根)高度測量誤差圖，其中干涉信號也必須子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣。第20圖明確顯示以7倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數取樣干涉信號的單一偵測器之rms(平方根)高度測量誤差對正弦頻率圖。無子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣時，峰值靈敏度隨光頻寬對平均波長的比例縮放，係CSI中的典型。見例如表面地形的光學測量中P.de Groot,“Coherence Scanning Interferometry(同調掃描干涉量測法)，R.Leach編輯，第187-208頁(Springer Verlag Berlin,2011)，在此全體合併參考。 以子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣，峰值保持，但靈敏度曲線變寬並接受更寬範圍的振動頻率，如第20圖所示。峰值寬度的增加等於子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數。峰值寬度說明調整測量環的機制之難度，以便接近一半攝影機速度，為了避免振動頻率在峰值靈敏度。
當轉換至平均來自各偵測器的高度資訊的雙偵測器排列時，第21圖顯示因數10降低在正弦振動引起的測量誤差。加之，正交LSQ(即，全擬合)產生更進一步的因數2降低測量誤差的峰值振幅以及窄化靈敏度峰值，如第22圖所示。
純隨機變化引起的高度誤差
雖然第20-22圖的純正弦振動的轉換函數曲線提供有用資訊，在均勻分佈遍及所有頻率的全隨機振動的情況下測試演算法是有用的。為此，也執行MathCad模擬以決定傾斜模擬參考平面的測量平坦度的偏離，用以顯示週期誤差以及超過4微米高度範圍的系統性變形。
第23和24圖係作為子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數的函數之平方根雜訊值(rms noise)圖，以及概述單一攝影機系統和雙攝影機系統間的性能差異，當時使用優質函數質心法定位信號峰值。對於子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數高達9倍(900奈米/框架)，可以以約10的因數改善降低平方根雜訊值(rms noise)。一旦子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數到達11倍，雙攝影機排列的平方根雜訊值(rms noise)開始從預期的平方根統計偏離，意指稍微更窄的頻寬光源在此取樣率更理想。對於單一和雙攝影機系統，對取樣的依存通常依循二次曲線，假設 振動誤差的頻寬轉換曲線以子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數線性變寬，以及整合的雜訊增加為此頻寬內雜訊貢獻的和方根(root sum square)。
如果可以監視實際掃描位置ζ z 或者傳送至LSQ演算，靈活掃描形式容許完全更正高度誤差。只有包括χ2 在優質函數計算中此方法有效，如同等式(41)。例如，藉由使用致力於測量掃描位置之分離的感應器，可以得到掃描資訊。
不正確掃描率引起的高度誤差
當使用LSQ時，特別對於子奈奎斯特(sub-Nyquist)掃描的一個關注點，係有效掃描率，由干涉紋通過的速率決定，相對於模型信號而不同，或是有效掃描率因數值孔徑效應或表面傾斜而失真。如此的變化可以快速導致誤差。例如，第25圖係高度誤差圖，作為掃描高度的函數，以及顯示對於相對溫和情況的5%斜坡度校準誤差以及11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數，發生誤差的實質增加。子奈奎斯特(sub-Nyquist)倍數指數據樣品間略過接近3干涉紋，導致放大測量強度對預期值的不匹配。
為了解決增加的誤差，可以使用附加的加工，在視場藉由平均干涉紋速率以高準確率推斷正確的干涉紋速率。然後可以使用平均干涉紋速率校訂模型信號。或者，或除此之外，可以使用雙偵測器排列改正由於掃描不匹配增加的誤差。
例如，第26圖係高度偏離圖，作為通過測量物的高度函數，當時使用具有高度平均法的正交LSQ。如第26圖 所示，顯然大體上補償每個干涉紋元件兩週期。
多重誤差源
第27圖係高度誤差圖，作為模擬掃描的掃描高度函數，當時在單一偵測器系統中結合多重誤差。第27圖說明單一偵測器在11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數(每攝影機框架1100奈米)中以5%斜坡度校準誤差和10奈米平方根隨機雜訊值(對應於256位元動態範圍中2位元平方根)的結合引起的高度誤差。使用兩相位移偵測器以及利用根據優質質心法的高度平均法之干涉儀系統可以施加至相同的信號。例如，第28圖顯示使用雙偵測器排列在11倍子奈奎斯特(sub-Nyquist)取樣倍數中且具有實際誤差源例如5°正交校準誤差的情況下，可以得到好過100奈米的表面地形重複性。這些結果更進一步說明雙偵測法的健全性和降低對謹慎校準的需求
電腦執行
根據實施例，本文說明用以處理同時取得的相位移干涉信號的技術和分析，其中各干涉信號來自分離的不同偵測器，可以利用干涉儀系統中的控制電子實施，其中通過硬體或軟體，或兩者的結合實施控制電子設備。上述技術利用電腦程式中遵循本文所述的方法和圖形的標準編程技術可以實施。施加程式碼至輸入數據以執行本文所述的函數並產生輸出資訊。施加輸出資訊(例如，相關於目標物體對光學組合的相對位置之位置資訊)至一或一以上的輸出裝置，例如顯示裝置。必要時，可以在高階程序或物體導向編程語言中執行各程 式以與電腦系統溝通，或是可以在組合或機械語言中執行程式。總之，可以是編譯或直譯式語言。又，程式可以在為其目的編程的專用積體電路上運行。
當電腦讀取儲存媒體或裝置以執行本文所述的程序時，可以儲存各個如此的電腦程式在儲存媒體或裝置(例如，其中包括ROM、磁碟、快閃驅動器)，可由一般或專用可編程電腦讀出，用以配置和操作電腦。電腦程式也可以在程式執行期間駐在快閃或主記憶體內。以電腦可讀儲存媒體與電腦程式配置也可以執行本文所述的分析結果，其中如此配置的儲存媒體使電腦以特定的和預先定義的方式操作，用以執行本文所述的函數。
實施例有關用以決定關於測試物的資訊的干涉量測系統和方法。關於適合的低同調干涉量測系統、電子處理系統、軟體以及相關的處理演算之另外的資訊揭露於共有的美國專利第5,600,441、6,195,168、7,321,431、7,796,273和以US-2005-0078318-A1、US-2004-0189999-A1及US-2004-0085544-A1公告的美國專利申請，各內容在此全體合併參考。
已說明許多實施例。然而，不脫離發明的精神和範圍可能做各種修正而是可以理解的。因此，其他的實施例在以下申請專利範圍的範圍內。
50‧‧‧干涉量測系統
51‧‧‧干涉儀
52‧‧‧電腦控制系統
53‧‧‧測量物
54‧‧‧光源
55‧‧‧第1鏡片元件
56‧‧‧第2鏡片元件
57‧‧‧分光元件
58‧‧‧偏振目標
59‧‧‧第3鏡片元件
60‧‧‧偏振分光器
61‧‧‧參考物
62‧‧‧偵測器組合
63‧‧‧波片
64‧‧‧第4鏡片元件
65‧‧‧分光元件
66‧‧‧第1偵測器
67‧‧‧第2偵測器
68‧‧‧第1偏光片
69‧‧‧第2偏光片
70‧‧‧整合驅動電子界面
ζ‧‧‧掃描位置

Claims (74)

  1. 一種低同調掃描干涉量測方法，包括下列步驟：同時測量兩相位移干涉圖步驟，對於從一測試物反射的測試光和一掃描干涉儀中的參考光之間一連串的OPD(光程差)的各個光程差(OPD)，同時測量兩相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在第1和第2偵測器上以參考光干涉從上述測試物反射的上述測試光而產生，其中上述測試光和上述參考光得自一共同來源，而且上述連串的OPD展延大於上述共同來源的一同調長度的一範圍；定義第1組的干涉量測信號步驟，上述第1偵測器測量的上述干涉圖定義一第1組的干涉量測信號，對應於上述測試物上多重橫向位置；定義第2組的干涉量測信號步驟，上述第2偵測器測量的上述干涉圖定義一第2組的干涉量測信號，對應於上述測試物上大體上相同的多重橫向位置，其中上述第2組的各干涉量測信號係相對於上述第1組中一對應的干涉量測信號相位移，其中每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD；以及使用電子處理器步驟，使用一電子處理器處理上述干涉量測信號，以降低對誤差的敏感度決定有關上述測試物的資訊，其中上述電子處理器執行的操作包括：i)處理上述第1組的干涉量測信號，與上述第2組的干涉量測信號無關，得到關於上述測試物在上述多重橫向位置的第1處理資 訊；ii)處理上述第2組的干涉量測信號，與上述第1組的干涉量測信號無關，得到關於上述測試物在上述多重橫向位置的第2處理資訊；以及iii)結合上述第1處理資訊和上述第2處理資訊，以降低對上述誤差的敏感度決定有關上述測試物的上述資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，上述第1處理資訊和上述第2處理資訊，各自不依存於上述OPD。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中，上述第1處理資訊包括複數的第1數據值，對應於上述測試物上在不同橫向位置關於上述測試物的資訊，以及上述第2處理資訊包括複數的第2數據值，對應於與上述第1數據值相同的橫向位置上關於上述測試物的資訊。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中，上述第1處理資訊係一相對高度圖、一膜厚圖或一表面輪廓圖中的任一。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中，上述第2處理資訊係一相對高度圖、一膜厚圖或一表面輪廓圖中的任一。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中，關於上述測試物的上述資訊係一相對高度圖、一膜厚圖或一表面輪廓圖中的任一。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，電子處理器處理的上述干涉量測信號只來自上述第1和第2偵測器測量的上述干涉圖。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，各同時測量的干涉圖之間的上述相位移大概90°。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，各同時測量的干涉圖之間的上述相位移大概180°。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的方法，包括轉換相對於彼此的上述測試物或一參考物的一測量掃描位置，得到上述連串的強度值，對應於上述連串的OPD，在一不同的測量掃描位置測量的每一干涉量測信號的各個強度值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，上述不同的測量掃描位置以一致的掃描間隔分開。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，上述不同的測量掃描位置以不一致的掃描間隔分開。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，各上述干涉量測信號中的連續強度值在交替以一第1掃描間隔和一第2掃描間隔分開的測量掃描位置測量，上述第1掃描間隔小於上述第2掃描間隔。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，上述第1組干涉量測信號的各干涉量測信號的上述連續強度值在上述第1偵測器的多重攝影機框架上測量，以及上述第2組干涉量測信號的各干涉量測信號的上述連續強度值在上述第2偵測器的多重攝影機框架上測量。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，得到上述連串的OPD的一絕對範圍至少約25微米。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，強度值之間的一掃描間隔至少約四分之3的上述干涉量測信號波長。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，以至少約10 微米/秒的一掃描速度轉換上述測量掃描位置。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的方法，包括調變上述測試光和上述參考光。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中，調變上述測試光和上述參考光包括週期性地轉換共同來源從一大體上切斷狀態到一導通狀態，以及同時測量上述共同來源的上述導通狀態期間產生的兩相位移干涉圖。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中，上述第1偵測器包括一第1攝影機快門，以及上述第2偵測器包括一第2攝影機快門，其中調變上述測試光和上述參考光包括以大致相同的次數週期性地開關上述第1攝影機快門和上述第2攝影機快門，以及同時測量在上述第1攝影機快門和上述第2攝影機快門打開期間發生的兩相位移干涉圖。
  21. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中，各偵測器的一攝影機框架時間大於測量各強度值的一時間長度。
  22. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，各干涉量測信號的上述連續強度值以小於上述干涉量測信號的一奈奎斯特率(Nyquist rate)的一速度取得。
  23. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，使用上述電子處理器處理上述第1組干涉量測信號以及處理上述第2組干涉量測信號，包括擬合一函數至各干涉量測信號，以一個或一個以上的參數值參數化上述函數。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的方法，其中，上述函數可表現為包括用以對應虛擬掃描位置的複數強度值，相對上述 測量掃描位置定義上述虛擬掃描位置，其中對於各干涉量測信號，擬合上述函數包括：施加連續的位移至相對於上述測量掃描位置的上述虛擬掃描位置；估算上述虛擬掃描位置中對各個連續位移之上述函數；以及比較各估算的函數與上述對應的干涉量測信號間的一相似度。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中，估算上述函數更包括變化上述虛擬掃描位置中對各個連續的位移之一或一以上的上述參數，以及根據一或一以上的變化參數計算上述函數的上述強度值。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中，上述一或一以上的參數值包括一相位值、一平均大小值以及一偏移值。
  27. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中，比較各估算的函數與上述對應的干涉量測信號間的一相似度包括決定上述虛擬掃描位置中哪個上述連續的位移產生上述函數與上述對應的干涉量測信號間的一最佳擬合。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的方法，其中，決定上述虛擬掃描位置中哪個上述連續的位移產生上述最佳擬合包括應用一窗函數至上述不同測量和估算的虛擬掃描位置。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的方法，其中，上述窗函數是一漸小窗函數。
  30. 如申請專利範圍第28項所述的方法，其中，上述窗函數包 括一升高的餘弦函數。
  31. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中，比較各估算的函數與上述對應的干涉量測信號間的一相似度包括確認上述虛擬掃描位置，和產生上述函數與上述對應干涉量測信號間一差異的一最小平方的上述函數的參數。
  32. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中，比較各估算的函數與上述對應的干涉量測信號間的相似度包括計算上述虛擬掃描位置中各個連續的位移的一優質函數，上述優質函數指示上述估算函數和上述對應的干涉量測信號間的一相似度。
  33. 如申請專利範圍第32項所述的方法，其中，上述優質函數與上述虛擬位置上上述函數的一大小的平方成比例。
  34. 如申請專利範圍第32項所述的方法，其中，上述優質函數成反比於上述函數與上述虛擬掃描位置上上述對應干涉量測信號間一最小平方差異。
  35. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中，上述虛擬掃描位置以相同的增加量分開，各增加量小於上述測量掃描位置間的一間隔。
  36. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中，上述虛擬掃描位置以相同的增加量分開，各增加量大於上述測量掃描位置間的一間隔。
  37. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，結合上述第1處理資訊和上述第2處理資訊包括平均上述第1處理資訊和上述第2處理資訊。
  38. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中，上述第1處理資訊包括複數的第1優質函數，各第1優質函數指示擬合於上述第1組干涉量測信號中一對應的干涉量測信號的一函數之間的一相似度，以及上述第2處理資訊包括複數第2優質函數，各第2優質函數指示擬合於上述第2組干涉量測信號中一對應的干涉量測信號的一函數之間的一相似度。
  39. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，提供上述光束包括下列步驟：從上述共同來源提供一輸入光束；以及分離上述輸入光束為上述測試光和上述參考光。
  40. 如申請專利範圍第39項所述的方法，更包括下列步驟：引導上述測試光通過一第1偏振濾波器往上述測試物，以及傳送上述參考光通過一第2偏振濾波器往一參考物，其中在分別到達上述第1偏振濾波器和上述第2偏振濾波器之前，上述測試光和上述參考光具有大致相同的強度以及相反偏振，通過上述第1和第2偏振濾波器後上述測試光和上述參考光互相正交偏振，以及上述測試光反射離開上述測試物和上述參考光反射離開上述參考物；結合上述反射的測試光和上述反射的參考光以提供結合光；傳送上述結合光通過一光學元件，其中上述光學元件配置為改變上述結合光的一偏振狀態；以及 引導一第1部分的上述結合光通過一第3偏振濾波器往上述第1偵測器以產生上述兩相位移干涉圖的一第1干涉圖，以及引導一第2部分的上述結合光通過一第4偏振濾波器往上述第2偵測器以產生上述兩相位移干涉圖的一第2干涉圖。
  41. 如申請專利範圍第39項所述的方法，其中，上述測試光和上述參考光具有相同的偏振狀態，上述方法更包括下列步驟：傳送上述測試光通過一第1光學元件和通過一第1偏振濾波器以反射離開上述測試物，以及接受上述反射的測試光返回通過上述第1光學元件和上述第1偏振濾波器，其中上述第1光學元件配置為改變上述測試光的一偏振狀態；傳送上述參考光通過一第2光學元件和一第2偏振濾波器以反射離開上述參考物；以及接受上述反射的參考光返回通過上述第2光學元件和上述第2偏振濾波器，其中上述第2光學元件配置為改變上述參考光的一偏振狀態；結合上述反射的測試光和上述反射的參考光以產生結合光；以及引導一第1部分的上述結合光通過一第3偏振濾波器往上述第1偵測器以產生上述兩相位移干涉圖的一第1干涉圖，以及引導一第2部分的上述結合光通過一第4偏振濾波器往上述第2偵測器以產生上述兩相位移干涉圖的一第2干涉圖。
  42. 如申請專利範圍第39項所述的方法，更包括下列步驟： 傳送上述測試光通過一第1光學元件以反射離開上述測試物，以及接受上述反射的測試光返回通過上述第1光學元件，其中上述第1光學元件配置為改變上述測試光的一偏振狀態；傳送上述參考光通過一第2光學元件以反射離開一參考物，以及接受上述反射的參考光返回通過上述第2光學元件，其中上述第2光學元件配置為改變上述參考光的一偏振狀態；結合上述反射的測試光和上述反射的參考光為結合光；以及引導一第1部分的上述結合光的通過一第1偏振濾波器至上述第1偵測器以產生兩相位移的干涉圖的一第1干涉圖，以及引導一第2部分的上述結合光通過一第2偏振濾波器至上述第2偵測器以產生兩相位移的干涉圖的一第2干涉圖。
  43. 如申請專利範圍第39項所述的方法，其中，分離上述輸入光束為上述測試光和上述參考光包括傳送上述輸入光束進入一偏振光束分離器，使上述測試光和上述參考光互相正交偏振，其中上述方法更包括下列步驟：傳送上述測試光通過一第1光學元件以反射離開上述測試物，以及接受上述反射的測試光返回通過上述第1光學元件，其中上述第1光學元件配置為改變上述測試光的一偏振狀態；傳送上述參考光通過一第2光學元件以反射離開一參考 物，以及接受上述反射的參考光返回通過上述第2光學元件，其中上述第2光學元件配置為改變上述參考光的一偏振狀態；結合上述反射的測試光和上述反射的參考光為結合光；傳送上述結合光通過一第3光學元件，其中上述第3光學元件配置為改變上述結合光的一偏振狀態；以及引導一第1部分的上述結合光通過一第1偏振濾波器至上述第1偵測器以產生上述兩相位移干涉圖的一第1干涉圖，以及引導一第2部分的上述結合光通過一第2偏振濾波器至上述第2偵測器以產生兩相位移干涉圖的一第2干涉圖。
  44. 如申請專利範圍第39項所述的方法，其中，分離上述輸入光束為上述測試光和上述參考光包括傳送上述輸入光束進入一偏振光束分離器，使上述測試光和上述參考光互相正交偏振，其中上述方法更包括下列步驟：傳送上述測試光通過一第1光學元件以反射離開上述測試物，以及接受上述反射的測試光返回通過上述第1光學元件，其中上述第1光學元件配置為改變上述測試光的一偏振狀態；傳送上述參考光通過一第2光學元件以反射離開一參考物，以及接受上述反射的參考光返回通過上述第2光學元件，其中上述第2光學元件配置為改變上述參考光的一偏振狀態；結合上述反射的測試光和上述反射的參考光為結合光；以 及引導一第1部分的上述結合光通過一第1偏振濾波器至上述第1偵測器以產生上述兩相位移干涉圖的一第1干涉圖，以及引導一第2部分的上述結合光通過一第2偏振濾波器以及通過一第3光學元件至上述第2偵測器以產生上述兩相位移干涉圖的一第2干涉圖，其中上述第3光學元件配置為改變上述第2部分的一偏振狀態。
  45. 如申請專利範圍第39項所述的方法，其中，分離上述輸入光束為上述測試光和上述參考光包括傳送上述輸入光束進入一偏振光束分離器，使上述測試光和上述參考光互相正交偏振，其中上述方法更包括下列步驟：引導上述測試光往上述測試物以及引導上述參考光往上述參考物，其中上述測試光反射離開上述測試物以及上述參考光反射離開上述參考物；結合上述反射的測試光和上述反射的參考光在上述偏振光束分離器裏以提供結合光；傳送上述結合光通過一光學元件，上述光學元件配置為改變上述結合光的一偏振狀態；引導一第1部分的上述結合光通過一第1偏振濾波器至上述第1偵測器以提供上述兩相位移干涉圖的一第1干涉圖；以及引導一第2部分的上述結合光通過一第2偏振濾波器至上述第2偵測器以提供上述兩相位移干涉圖的一第2干涉圖。
  46. 一種低同調掃描干涉量測方法，包括下列步驟： 對於從一測試物反射的測試光和一掃描干涉儀中的參考光之間一連串的OPD(光程差)的各個光程差(OPD)，同時測量兩相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在第1和第2偵測器上以參考光干涉從一測試物反射的上述測試光而產生，其中上述測試光和上述參考光得自一共同的來源，而且上述連串的OPD展延大於上述共同來源的同調長度的一範圍；上述第1偵測器測量的上述干涉圖定義一第1組的干涉量測信號，對應於上述測試物上多重橫向位置；上述第2偵測器測量的上述干涉圖定義一第2組的干涉量測信號，對應於上述測試物上大體上相同的多重橫向位置，其中上述第2組中各干涉量測信號係相對於上述第1組中一對應的干涉量測信號相位移，每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD；以及對於上述第2組中的各個干涉量測信號和上述第1組中的上述對應干涉量測信號，使用一電子處理器施加一全體最小平方(least square)擬合至上述干涉量測信號對，以降低對誤差的敏感度決定有關上述測試物的資訊。
  47. 如申請專利範圍第46項所述的方法，其中，關於上述測試物的上述資訊係一相對高度圖、一膜厚圖或一表面輪廓圖中的任一。
  48. 如申請專利範圍第46項所述的方法，其中，各個同時測量的上述干涉圖間的上述相位移大概90°。
  49. 如申請專利範圍第46項所述的方法，其中，各個同時測量 的上述干涉圖間的上述相位移大概180°。
  50. 如申請專利範圍第46項所述的方法，包括轉換相對於彼此的上述測試物或一參考物的一測量掃描位置，得到上述連串的OPD，在一不同的測量掃描位置測量的每一干涉量測信號的各個強度值。
  51. 如申請專利範圍第50項所述的方法，其中，上述不同的測量掃描位置以一致的掃描間隔分開。
  52. 如申請專利範圍第50項所述的方法，其中，上述不同的測量掃描位置以不一致的掃描間隔分開。
  53. 如申請專利範圍第50項所述的方法，其中，各上述干涉量測信號中的連續強度值可以在交替以一第1掃描間隔和一第2掃描間隔分開的測量掃描位置測量，上述第1掃描間隔小於上述第2掃描間隔。
  54. 如申請專利範圍第50項所述的方法，其中，上述第1組干涉量測信號的各干涉量測信號的上述複數的強度值可以在上述第1偵測器的多重攝影機框架上測量，其中上述第2組干涉量測信號的各干涉量測信號的上述複數的強度值在上述第2偵測器的多重攝影機框架上測量。
  55. 如申請專利範圍第50項所述的方法，其中，包括調變上述測試光和上述參考光。
  56. 如申請專利範圍第55項所述的方法，其中，調變上述測試光和上述參考光包括週期性地轉換上述共同來源從一大體上切斷狀態到一導通狀態，以及同時測量上述共同來源的上述導通狀態期間產生的兩相位移干涉圖。
  57. 如申請專利範圍第55項所述的方法，其中，上述第1偵測器包括一第1攝影機快門，以及上述第2偵測器包括一第2攝影機快門，其中調變上述測試光和上述參考光包括以大致相同的次數週期性地開關上述第1攝影機快門和上述第2攝影機快門，以及在上述第1攝影機快門和上述第2攝影機快門打開期間發生同時測量兩相位移干涉圖。
  58. 如申請專利範圍第55項所述的方法，其中，各偵測器的一攝影機框架時間大於測量各強度值的一時間長度。
  59. 如申請專利範圍第46項所述的方法，其中，各干涉量測信號的複數的強度值以小於上述干涉量測信號的一奈奎斯特率(Nyquist rate)的一速度取得。
  60. 如申請專利範圍第46項所述的方法，其中，上述電子處理器處理的干涉量測信號只來自上述第1和第2偵測器測量的上述干涉圖。
  61. 如申請專利範圍第60項所述的方法，其中，實施上述全體最小平方(least square)擬合於各干涉量測信號對，包括：擬合一第1模型函數至上述第2組中的上述干涉量測信號；擬合一第2模型函數至上述第2組中的上述對應干涉量測信號；結合對於連續的估算掃描位置之上述第1模型函數與上述干涉量測信號之間上述差異的平方、以及對於上述連續的估算掃描位置之上述第2模型函數與上述對應干涉量測信號之間上述差異的平方；以及決定產生上述結合的一最小值之上述估算掃描位置。
  62. 如申請專利範圍第61項所述的方法，其中，上述第1模型函數和上述第2模型函數各自表現為對於對應的虛擬掃描位置包括複數的強度值，上述虛擬掃描位置相對於上述測量掃描位置定義。
  63. 如申請專利範圍第62項所述的方法，其中，一或一以上參數值包括一相位值、一平均大小值以及一偏移值。
  64. 如申請專利範圍第46項所述的方法，其中，提供上述光束包括下列步驟：從上述共同來源提供一輸入光束；在一偏振光束分離器分離上述輸入光束為上述測試光和上述參考光，使上述測試光和上述參考光互相正交偏振；引導上述測試光往上述測試物以及引導上述參考光往上述參考物，其中上述測試光反射離開上述測試物，以及上述參考光反射離開上述參考物；在上述偏振光束分離器結合上述反射的測試光和上述反射的參考光以提供結合光；傳送上述結合光通過一光學元件，上述光學元件配置為改變上述結合光的偏振狀態；引導一第1部分的上述結合光通過一第1偏振濾波器至上述第1偵測器以提供上述兩相位移干涉圖的一第1干涉圖；以及引導一第2部分的上述結合光通過一第2偏振濾波器至上述第2偵測器以提供上述兩相位移干涉圖的一第2干涉圖。
  65. 一種低同調掃描干涉量測系統，包括： 一干涉量測裝置，包括一光源、一干涉儀、一第1偵測器以及一第2偵測器，上述裝置配置為對於從一測試物反射的測試光和參考光之間一連串的OPD的各個光程差(OPD)，同時測量第1和第2相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在上述第1和第2偵測器上以上述參考光干涉從上述測試物反射的上述測試光而產生，上述測試光和上述參考光得自上述光源，上述第1偵測器測量的各干涉圖，定義一第1組的掃描干涉量測信號，對應於上述測試物上多重橫向位置，上述第2偵測器測量的各干涉圖，定義一第2組的干涉量測信號，對應於上述測試物上大體上相同的多重橫向位置，其中上述第2組的各干涉量測信號係相對於上述第1組中一對應的干涉量測信號相位移，每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD；以及一電子處理器，偶合至上述干涉量測裝置，其中上述電子處理器配置為執行以下的操作，包括：i)處理上述第1組的干涉量測信號，與上述第2組的干涉量測信號無關，得到關於上述測試物在上述多重橫向位置的第1處理資訊；ii)處理上述第2組的干涉量測信號，與上述第1組的干涉量測信號無關，得到關於上述測試物在上術多重橫向位置的第2處理資訊；以及iii)結合上述第1處理資訊和上述第2處理資訊，以降低對誤差的敏感度決定有關上述測試物的上述資訊。
  66. 如申請專利範圍第65項所述的掃描干涉量測系統，其中， 上述光源配置為提供一輸入光束，以及上述系統更包括一目標組合，配置為轉換上述輸入光束為上述測試光束和上述參考光束，其中上述測試光束和上述參考光束具有互相正交偏振狀態。
  67. 如申請專利範圍第66項所述的掃描干涉量測系統，其中，上述目標組合可以更配置為在上述測試光和上述參考光的組成元件間導入一相位移。
  68. 如申請專利範圍第65項所述的掃描干涉量測系統，其中，上述輸入光束具有一線性偏振狀態或非偏振。
  69. 如申請專利範圍第65項所述的掃描干涉量測系統，其中，上述第1偵測器的各畫素在上述測試物上排列成與上述第2偵測器的一對應畫素大體上相同的位置。
  70. 一種低同調掃描干涉量測系統，包括：一干涉量測裝置，包括一光源、一干涉儀、一第1偵測器以及一第2偵測器，上述裝置配置為對於從一測試物反射的測試光和參考光之間一連串的OPD的各個光程差(OPD)，同時測量第1和第2相位移干涉圖，對應於強度圖案，分別在上述第1和第2偵測器上以從上述測試物反射的上述測試光干涉上述參考光而產生，上述測試光和上述參考光得自上述光源，上述第1偵測器測量的各干涉圖，定義一第1組的干涉量測信號，對應於上述測試物上多重橫向位置，上述第2偵測器測量的各干涉圖定義一第2組的干涉量測信號，對應於上述測試物上大體上相同的多重橫向位置， 其中上述第2組的各干涉量測信號係相對於上述第1組中一對應干涉量測信號相位移，每個干涉量測信號包括連續的強度值，對應於上述連串的OPD；以及一電子處理器，偶合至上述干涉量測裝置，其中上述電子處理器配置為執行以下的操作，包括處理上述干涉量測信號，以降低對誤差的敏感度決定有關上述測試物的資訊，其中配置上述電子處理器處理的上述干涉量測信號只來自上述第1和第2偵測器測量的上述干涉圖。
  71. 如申請專利範圍第70項所述的掃描干涉量測系統，其中，上述光源配置為提供一輸入光束，以及上述系統更包括一目標組合，配置為轉換上述輸入光束為上述測試光束和上述參考光束，其中上述測試光束和上述參考光束具有互相正交偏振狀態。
  72. 如申請專利範圍第71項所述的掃描干涉量測系統，其中，上述目標組合可以更配置為在上述測試光和上述參考光的組成元件間導入一相位移。
  73. 如申請專利範圍第70項所述的掃描干涉量測系統，其中，上述輸入光束具有一線性偏振狀態或非偏振。
  74. 如申請專利範圍第70項所述的掃描干涉量測系統，其中，上述第1偵測器的各畫素在上述測試物上排列成與上述第2偵測器的一對應畫素大體上相同的位置。
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