表面倾斜或弯曲的透明材料的主体的高度图的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种样本的高度图的计算方法，该样本包括具有倾斜表面且折射率为η的透明材料的主体，该主体设置于从该主体的下方横向延伸的基底表面上。
【背景技术】
[0002]可以用光学轮廓仪测量主体的高度图。例如，光学轮廓仪可以是宽带干涉仪，如Mirau、Michelson 和 / 或 Linnik 干涉仪设备。
[0003]用于确定表面的高度图的这种设备可以包括:
[0004]宽带照射器，用于提供宽带照射光束；
[0005]分束器，用于将照射光束分束成用于在参考反射镜上反射的参考光束和用于在表面反射的测量光束；
[0006]检测器，用于从由参考反射镜反射的参考光束以及由表面反射的测量光束接收干扰辐射强度；
[0007]扫描部件，用于改变表面和设备之间的距离；以及
[0008]处理部件，用于接收来自检测器的表示该检测器上所接收到的干扰辐射强度的信号以及来自扫描部件的距离信号，并且将二者相结合得到高度图。
[0009]在参考光束的光路与测量光束的光路相等的情况下，检测器上所接收到的干扰辐射强度具有最大值。扫描部件可以将测试表面和设备之间的距离在该最大值上下改变几百微米，以确定该表面的高度图。
[0010]该设备还可以具有物镜，以使从表面反射的测量光束在检测器上成像。光学轮廓仪的物镜的最后的透镜元件LE(参见图4)可以具有有限的数值孔径，因此如果表面SF是倾斜的，则从倾斜表面反射的测量光束RM可能被反射到物镜的数值孔径之外(参见0N)，且该设备无法测量高度图。在本专利申请中，倾斜表面被定义为具有使得反射的测量光束被反射到光学轮廓仪的物镜的数值孔径之外并且无法使用光学轮廓仪测量正常高度图的倾斜度的表面。
[0011]可能需要一种使用具有有限数值孔径的物镜的光学轮廓仪来计算具有这种倾斜表面的透明材料的主体的高度图的方法。
【发明内容】
[0012]期望提供一种样本的高度图的计算方法，该样本包括具有倾斜或弯曲的表面的折射率为η的透明材料的主体。
[0013]因此，在实施例中，提供了一种样本的高度图的计算方法，所述样本包括具有倾斜或弯曲的表面的且折射率为η的透明材料的主体，所述主体设置于从该主体的下方横向延伸的基底表面上，所述计算方法包括以下步骤:
[0014]在光学轮廓仪的下方确定具有倾斜或弯曲的表面的透明材料的主体的第一区域以及从所述主体的下方横向延伸的基底表面的第二区域的位置；
[0015]利用所述光学轮廓仪来测量所述第一区域的高度图ZIS和所述第二区域的高度图ZUS ;以及
[0016]通过使用折射率n、所测量到的所述第一区域的高度图ZIS和所述第二区域的高度图ZUS，来计算倾斜或弯曲的表面的高度图HIS。
[0017]在利用光学轮廓仪测量倾斜表面的高度图(ZIS)期间，光学轮廓仪的传感器所接收到的辐射可能是从基底表面而不是从倾斜表面散射的，这是因为:后者被反射到物镜的数值孔径之外。在测量倾斜表面的高度图(ZIS)期间，折射率为η的透明材料的主体可能引起由折射率η和该主体的厚度所确定出的透明材料中的光路长度。该光路长度与物理长度不同，从而导致要测量的主体的下方的基底表面处于比实际低的高度。
[0018]因此，如果已知主体的下方的基底表面的虚拟高度(ZIS)和现实高度(ZUS)之间的偏移(AZUS)以及该主体的材料的折射率η，则可以根据光学轮廓仪对倾斜或弯曲的表面的高度图(ZIS)的测量值，就可以计算倾斜或弯曲的表面的高度图(HIS)。
[0019]根据实施例，倾斜或弯曲的表面的高度图HIS通过以下公式来计算:
[0020]HIS = AZUS/(n_l)+ZUS，
[0021]即HIS = (ZUS-ZIS)/(n-l)+ZUSo
[0022]即使从倾斜表面反射的辐射被反射到物镜的数值孔径之外，也可以利用该公式来计算倾斜或弯曲的表面的高度图(HIS)。如果主体的表面的倾斜度太大，则所测量到的ZIS不是该主体的表面的高度。代替地，高度算法捕捉来自该主体的下方的基底表面的信号，并计算高度(HIS)。
[0023]根据另一实施例，所述基底表面可以为平坦的表面。如果是平的表面，则基底表面的高度可以直接用来计算倾斜表面的高度。
[0024]根据另一实施例，所述基底表面可以为金属表面。
[0025]根据另一实施例，所述基底表面可以为半导体表面。
[0026]根据另一实施例，所述光学轮廓仪可以具有有限的数值孔径。
[0027]由于物镜具有有限的数值孔径，因此从倾斜或弯曲的表面反射的测量光束可能被反射到数值孔径之外。
[0028]根据另一实施例，在AZUSX)的区域，可以应用公式HIS = (ZUS-ZIS) / (n_l)+ZUS。这意味着ZIS低于与基底表面相对应的平面。
[0029]根据另一实施例，倾斜或弯曲的表面可以沿所述主体的边缘设置。
[0030]由于基底表面可能很近因此可以表示基底表面在主体下方的位置，这是有利的。其次，靠近边缘的透明材料可能很薄。折射率引起的这种横向效应会非常小，可以忽略不
i+o
[0031]根据另一实施例，所述主体进一步包括另一表面，并且所述计算方法还包括以下步骤:
[0032]在利用所述光学轮廓仪测量所述第一区域的高度图和所述第二区域的高度图期间，测量所述另一表面FS的第三区域的高度图。
[0033]该另一表面可以是例如主体的顶部，其倾斜度或弯曲是有限的，因而测量设备可以直接测量高度图。这样，可以利用光学轮廓仪来测量或计算主体的整个表面(倾斜或弯曲的表面+另一表面)的高度。
[0034]根据另一实施例，所述另一表面设置在所述主体的顶部并且与倾斜或弯曲的表面邻接。
[0035]根据另一实施例，所述另一表面符合以下表达式:ZUS - ZIS〈0。
[0036]如果测量倾斜表面的高度图(ZIS)的结果发现ZUS-ZIS〈0，则测量倾斜表面的高度图(ZIS)的测量结果是有效的，并且可以在不进行任何进一步计算的情况下直接使用该测量结果。
[0037]根据另一实施例，所述主体是球形罩。
[0038]球形罩的边缘可以是不能直接利用光学轮廓仪测量的倾斜表面，而球形罩的顶部可以利用光学轮廓仪直接测量。
[0039]根据另一实施例，所述光学轮廓仪包括如下设备其中之一:白光干涉设备、移相干涉设备、波长扫描干涉设备、共焦设备、聚焦形状恢复设备(shape from focusapparatus)、彩色共焦设备和结构照明显微设备。
[0040]这些光学轮廓仪可以具有有限的数值孔径。根据本发明，通过计算倾斜表面的高度图，可以将光学轮廓仪的使用向着倾斜表面扩展。
【附图说明】
[0041]以下将参考示意性附图，通过示例的方式描述本发明的实施例，其中附图中相应的附图标记表示相应的部件，并且其中:
[0042]图la和lb示出根据实施例的Mirau干涉仪系统；
[0043]图2示出根据实施例的Michel son干涉仪系统；
[0044]图3示出根据实施例的Linnik干涉仪系统；
[0045]图4示出从倾斜表面反射的测量光束可能如何被反射到物镜的数值孔径之外；
[0046]图5a不出球形罩；
[0047]图5b示出所测量的图5a的球形罩的高度图的截面；以及
[0048]图5c示出应用本申请所描述的方法之后测量到的图5a的球形罩的高度图的截面。
【具体实施方式】
[0049]图la和lb示出根据实施例的用于测量样本1的表面的高度图的光学轮廓仪(例如，干涉仪系统)。光学轮廓仪可以是干涉仪设备，例如Mirau干涉仪设备4、MichelSOn和/或Linnik干涉仪设备。
[0050]图la和lb的设备4可以包括:照射器23，用于提供窄带或宽带的照射光束。照射器可以包括福射源5、第一透镜6、第一镜7和第二透镜8，用于提供照射光束。照射光束可以平行。照射光束可以在照射光束分束器10上反射，并穿过物镜17，之后到达分束器12，以将该照射光束分束成参考光束25和测量光束24。
[0051]参考光束可以在参考反射镜14上反射。测量光束可以从样本1的表面反射。从参考反射镜14反射的光束可以在分束器12上再次反射。从样本1反射的光束可以穿过分束器12。参考光束和测量光束可以发生干涉，并且穿过物镜17、照射光束分束器10和透镜15，到达检测器16。可以利用检测器16来测量干涉光束的强度。
[0052]参考反射镜14、物镜17和分束器12可以共同形成Mirau物镜，并且可以被扫描仪11沿着光轴并穿过物镜17的焦平面而相对于样本1进行光学扫描。
[0053]叶片9可以设置于照射器23中，以过滤照射光束的光瞳。
[0054]干涉仪设备可以例如是Mirau干涉仪(图la和图lb).Michelson干涉仪(图2)或Linnik干涉仪设备(图3)。干涉仪可以用于获得包括干扰辐射强度的自相关函数，以作为与样本表面的扫描距离的函数。
[0055]图4示出从倾斜表面反射的测量光束可能如何被反射到光学轮廓仪的数值孔径之外。光学轮廓仪的物镜的最后的透镜元件LE(参见图4)可以具有有限的数值孔径，或NA可以被限制为除物镜以外的光学元件。如果样本的表面SF是倾斜的，则从倾斜表面反射的测量光束RM可能被反射到最后的透镜元件的数值孔径之外(参见0N)，且该设备无法测量高度图。
[0056]在本专利申请中，倾斜或弯曲的表面定义为具有使得反射的测量光束被反射到光学轮廓仪的物镜的数值孔径之外或靠近光学轮廓仪的物镜的数值孔径的倾斜度的表面，由此利用光学轮廓仪无法测量正常的高度图。如果角度接近角度限制，则来自上表面的信号可能变弱，且需要应用本申请的方法。
[0057]图5a示出在反射平面基板上的透