本公開(kāi)涉及光學(xué)干涉技術(shù)，且特別涉及相干梯度感測(cè)(Coherent Gradient Sensing)，且更特別涉及基于偏振的相干梯度感測(cè)的系統(tǒng)及方法。

本文中提及的任何專利公開(kāi)或?qū)＠墨I(xiàn)的全部公開(kāi)可通過(guò)參照來(lái)被并入，包含：美國(guó)專利號(hào)3,829,219、5,526,116、6,031,611，以及由M.P.Rimmer et al.發(fā)表的“Evaluation of large aberrations using lateral-shear interferometer having a variable shear”App.Opt.,Vol.14,No.1,pp.142-150,January 1975，以及由Schreiber et al.發(fā)表的“Lateral shearing interferometer based on two Ronchi phase gratings in series”，App.Opt.,Vol.36,No.22,pp.5321-5324,August 1997。

背景技術(shù)：

相干梯度感測(cè)是一種干涉技術(shù)，用以測(cè)量平面的一中或多種基于形狀的特性(例如，高度，斜率及曲率)。相干梯度感測(cè)技術(shù)使用準(zhǔn)直相干光作為光探頭以得到表示實(shí)質(zhì)上由任何材料形成的鏡面反射式平面的形狀信息。當(dāng)鏡面反射式平面不平整時(shí)，反射探頭光束的波前被扭曲且因此反射探頭光束在測(cè)量時(shí)取得與表面形狀相關(guān)的光程差或者相位差。

彼此相對(duì)間隔的兩個(gè)光柵設(shè)置在反射探頭光束的路徑上以控制測(cè)量的扭曲的波前。第一光柵將反射探頭光束衍射成不同等級(jí)的空間分離的衍射分量。第二光柵進(jìn)一步衍射由第一光柵產(chǎn)生的每個(gè)衍射分量。相對(duì)于第二光柵定位的光組件(例如透鏡)通過(guò)衍射由第一光柵產(chǎn)生的兩個(gè)不同的衍射分量來(lái)結(jié)合由第二光柵產(chǎn)生的兩個(gè)選擇的衍射分量。兩個(gè)選擇的衍射分量相互干涉以產(chǎn)生干涉圖案。由兩個(gè)光柵產(chǎn)生的衍射影響兩個(gè)選擇的衍射分量之間的相對(duì)空間位移，稱為剪切距離。干涉圖案含有允許將反射平面上由剪切距離所分離的兩個(gè)位置的不連續(xù)的高度差提取出的信息。這些高度差可被解讀為局部平面梯度，其又可進(jìn)一步被處理以通過(guò)數(shù)值積分產(chǎn)生平面形狀(topography)信息或者通過(guò)數(shù)值微分產(chǎn)生曲率信息。

盡管現(xiàn)有CGS系統(tǒng)的成功，提供CGS系統(tǒng)較佳的樣品平面測(cè)量的期望仍舊與日俱增，包含更少的測(cè)量噪聲以及更高的分辨率，以在更大范圍的測(cè)量應(yīng)用中提供更好的測(cè)量功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的一個(gè)方面涉及一種測(cè)量鏡面反射式平面的至少一個(gè)基于形狀的特性的方法。所述方法包含：將具有第一圓偏振的準(zhǔn)直激光束引導(dǎo)至樣品平面；反射來(lái)自所述樣品平面的所述準(zhǔn)直激光束以形成反射激光束，所述反射激光束具有第二圓偏振且包含所述鏡面反射式平面的形狀信息；將具有所述第二圓偏振的所述反射激光束轉(zhuǎn)換為線偏振反射激光束；將所述線偏振反射激光束的第一部分引導(dǎo)至具有第一定向的第一對(duì)軸向間隔分離的光柵，并形成兩個(gè)第一衍射分量，以及結(jié)合所述兩個(gè)第一衍射分量以在第一圖像傳感器上形成第一干涉圖案；將所述線偏振反射激光束的第二部分引導(dǎo)至具有第二定向的第二對(duì)軸向間隔分離的光柵，并形成兩個(gè)第二衍射分量，以及結(jié)合所述兩個(gè)第二衍射分量以在第二圖像傳感器上形成第二干涉圖案，所述第二定向正交于所述第一定向；以及處理所述第一干涉圖案及所述第二干涉圖案以確定所述鏡面反射式平面的所述至少一個(gè)基于形狀的特性。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中引導(dǎo)所述線偏振反射激光束的所述第一部分及所述第二部分包含使用光束分光器來(lái)將所述線偏振反射激光束的所述第一部分及所述第二部分傳送至相應(yīng)的第一中繼組件及第二中繼組件。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中所述線偏振反射激光束的所述第一部分及所述第二部分具有實(shí)質(zhì)上相同的強(qiáng)度。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中引導(dǎo)所述準(zhǔn)直激光束包含自激光源產(chǎn)生初始激光束且將所述初始激光束穿過(guò)第一光束擴(kuò)展器以形成第一擴(kuò)展激光束，且接著穿過(guò)光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)以形成第二擴(kuò)展激光束。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中所述初始激光束以及所述第一擴(kuò)展激光束系為線偏振且所述方法包含使所述第一擴(kuò)展激光束穿過(guò)四分之一波延遲板以形成圓偏振準(zhǔn)直激光束。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中將具有所述第二圓偏振的所述反射激光束轉(zhuǎn)換為所述線偏振反射激光束包含使所述反射激光束穿過(guò)所述四分之一波延遲板。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中結(jié)合所述兩個(gè)第一衍射分量包含使用第一中繼透鏡系統(tǒng)使所述兩個(gè)第一衍射分量穿過(guò)第一傅立葉光圈；以及其中結(jié)合所述兩個(gè)第二衍射分量包含使用第二中繼透鏡系統(tǒng)使所述兩個(gè)第二衍射分量穿過(guò)第二傅立葉光圈。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中具有第一圓偏振的所述準(zhǔn)直激光束具有介于300mm至450mm的之間的直徑。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中所述準(zhǔn)直激光束是由氦氖激光器所發(fā)射的初始激光束所形成的。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中所述第一對(duì)軸向間隔分離的光柵及所述第二對(duì)軸向間隔分離的光柵每個(gè)由相位光柵所組成。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，還包含：控制所述線偏振反射激光束的所述第一部分的第一放大率以及控制所述線偏振反射激光束的所述第二部分的第二放大率，使得形成于所述第一圖像傳感器上的所述第一干涉圖案具有與形成于所述第二圖像傳感器上的所述第二干涉圖案相同的尺寸。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中所述第一圖像傳感器具有第一像素且與第一相機(jī)透鏡結(jié)合以形成第一相機(jī)，其中所述第二圖像傳感器具有第二像素且與第二相機(jī)透鏡結(jié)合以形成第二相機(jī)，且其中所述第一相機(jī)及所述第二相機(jī)的每個(gè)具有多軸位置控制，以在所述樣品平面與所述第一圖像傳感器和所述第二圖像傳感器的的所述第一像素和所述第二像素之間，執(zhí)行平面至傳感器的像素匹配。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，其中所述至少一個(gè)基于形狀的特性包含所述樣品平面上的兩個(gè)位置之間的高度差、斜率及曲率。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的方法，還包含：引導(dǎo)所述兩個(gè)第一衍射分量穿過(guò)具有可調(diào)尺寸及可調(diào)軸向位置的第一可調(diào)光圈；引導(dǎo)所述兩個(gè)第二衍射分量穿過(guò)具有可調(diào)尺寸及可調(diào)軸向位置的第二可調(diào)光圈；分別調(diào)整所述第一可調(diào)光圈及所述第二可調(diào)光圈的尺寸及軸向位置的至少一個(gè)，以阻擋兩個(gè)第一衍射等級(jí)及兩個(gè)第二衍射等級(jí)以外的衍射等級(jí)。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是一種用以測(cè)量具有鏡面反射式平面的樣品的至少一個(gè)基于形狀的特性的系統(tǒng)，包含：激光源，發(fā)射第一線偏振激光束；偏振光束分光器，被布置以傳輸所述第一線偏振激光束；波板，被布置以傳輸由所述偏振光束分光器所傳輸?shù)乃龅谝痪€偏振激光束以形成第一圓偏振激光束；光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)，接收且將所述第一圓偏振激光束引導(dǎo)至所述樣品平面以形成具有第二圓偏振的反射激光束且所述反射激光束包含關(guān)于所述樣品平面的形狀信息，其中所述反射激光束離開(kāi)所述光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)，穿過(guò)所述波板并自所述偏振光束分光器反射以形成第二線偏振激光束；光束分光器，被布置以傳輸且反射所述第二線偏振激光束的相應(yīng)的第一部分及第二部分；第一中繼組件，被布置以接收并將所述第二線偏振激光束的所述第一部分引導(dǎo)至具有第一定向的第一對(duì)軸向間隔分離的光柵，并形成兩個(gè)第一衍射分量，其中所述兩個(gè)第一衍射分量結(jié)合以在第一圖像傳感器上形成第一干涉圖案；第二中繼組件，被布置以接收并將所述第二線偏振激光束的所述第二部分引導(dǎo)至具有第二定向的第二對(duì)軸向間隔分離的光柵以形成兩個(gè)第二衍射分量，其中所述兩個(gè)第二衍射分量結(jié)合以在第二圖像傳感器上形成第二干涉圖案；及處理器，被配置以處理所述第一干涉圖案及所述第二干涉圖案以確定具有所述鏡面反射式平面的所述樣品的所述至少一個(gè)基于形狀的特性。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)基于形狀的特性包含所述樣品平面上的兩個(gè)位置之間的高度差、斜率及曲率。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，其中所述樣品平面具有直徑且其中所述光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)被配置以擴(kuò)展所述第一圓偏振激光束以具有等于或大于所述樣品平面的直徑的直徑。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，其中所述第一對(duì)軸向間隔分離的光柵及所述第二對(duì)軸向間隔分離的光柵每個(gè)都是由全像光柵所形成的。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，其中所述第一中繼組件及所述第二中繼組件每個(gè)具有可調(diào)的放大率。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，其中所述第一中繼組件包含補(bǔ)償光束分光器。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，還包含可操作地布置于所述激光源與所述偏振光束分光器之間的光束擴(kuò)展器且所述光束擴(kuò)展器被配置以擴(kuò)展所述第一線偏振激光束。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，其中所述光束分光器為50:50的光束分光器。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，還包含：第一相機(jī)透鏡，與定義第一相機(jī)的所述第一圖像傳感器結(jié)合，其中所述第一圖像傳感器具有第一像素；第二相機(jī)透鏡，與定義第二相機(jī)的所述第二圖像傳感器結(jié)合，其中所述第二圖像傳感器具有第二像素；其中，所述第一相機(jī)及所述第二相機(jī)的每個(gè)具有多軸位置控制，以在所述樣品平面與所述第一圖像傳感器和所述第二圖像傳感器的所述第一像素和所述第二像素之間，執(zhí)行平面至傳感器的像素匹配。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面是如上所描述的系統(tǒng)，還包含：第一可調(diào)光圈，可操作地布置于所述第一中繼組件中且位于所述第一圖像傳感器與所述第一對(duì)軸向間隔分離的光柵之間，所述第一可調(diào)光圈具有可調(diào)尺寸及可調(diào)軸向位置；及第二可調(diào)光圈，可操作地布置于所述第二中繼組件中且位于所述第二圖像傳感器與所述第二對(duì)軸向間隔分離的光柵之間，所述第二可調(diào)光圈具有可調(diào)尺寸及可調(diào)軸向位置。

在下列的實(shí)施方式中提出本公開(kāi)內(nèi)容的額外的特征及優(yōu)點(diǎn)，且部分地對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是清楚的，并且通過(guò)實(shí)施在說(shuō)明書(shū)、其權(quán)利要求以及說(shuō)明書(shū)附圖所描述的實(shí)施例來(lái)被認(rèn)識(shí)。可以理解的是，以上發(fā)明內(nèi)容以及以下具體實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且旨在提供概況或者框架以理解權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

附圖被包括以提供進(jìn)一步的理解，并且被并入以及作為本說(shuō)明書(shū)的一部分。圖示出了一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，并且同具體實(shí)施方式一起來(lái)解釋各種實(shí)施例的原理和操作。這樣，從以下具體實(shí)施方式結(jié)合附圖，將更全面地理解本公開(kāi)。

圖1是根據(jù)公開(kāi)的示例性基于偏振的CGS系統(tǒng)的示意圖。

圖2是圖1的基于偏振的CGS系統(tǒng)的示意性光學(xué)圖。

圖3是為圖2的基于偏振的CGS系統(tǒng)的三維的基于CAD的視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)請(qǐng)參考本發(fā)明的各個(gè)不同的實(shí)施例，其也在附圖中予以圖示說(shuō)明。無(wú)論何時(shí)，在所有圖式中相同或相似組件符號(hào)及標(biāo)記是用以意指相同或相似部件。圖式并非以原比例繪示，且本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解該圖在何處已經(jīng)被簡(jiǎn)化從而說(shuō)明本公開(kāi)的重要方面。

以下所提出的權(quán)利要求被并入該具體實(shí)施方式并且構(gòu)成該具體實(shí)施方式的一部份。

在部分圖式中所示的卡式坐標(biāo)僅為參考而不作為關(guān)于方向或方位的限制。

圖1為根據(jù)本公開(kāi)的示例性的基于偏振的(polarization-based)CGS系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱為系統(tǒng))10之示意圖。系統(tǒng)10包含激光源20，沿著第一光軸A1發(fā)射線偏振(linearly polarized)激光束22L，以示例之方式用虛線雙箭頭指出”X”偏振。所述系統(tǒng)10包含光束擴(kuò)展器30，兩個(gè)折鏡FM1、FM2及定義第二光軸A2的偏振光束分光器BSP。所述系統(tǒng)10沿著第一光軸A1還包含波板WP及光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)50，光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)50鄰近于具有形狀待測(cè)量的平面82的樣品80。在示例中，樣品80的平面82為鏡面反射式平面。且在示例中，形狀可能相對(duì)復(fù)雜，舉例來(lái)說(shuō)，超過(guò)簡(jiǎn)單的拋物線類(lèi)型的曲率。在示例中，系統(tǒng)10測(cè)量待測(cè)的樣品80的平面82的至少一個(gè)基于形狀的特性，例如兩個(gè)位置之間的高度差，一個(gè)或多個(gè)位置之斜率以及曲率。

系統(tǒng)10沿著第二光軸A2還包含第二光束分光器BS，第二光束分光器BS定義第三光軸A3，第一中繼組件100沿第三光軸A3設(shè)置。折鏡FM3還沿第二光軸A2設(shè)置且定義第四光軸A4，第二中繼組件200沿第四光軸A4設(shè)置。第一中繼組件100及第二中繼組件200定義第一干涉儀臂及第二干涉儀臂且允許同時(shí)收集在X方向中及在Y方向中(或普遍地來(lái)說(shuō)，任意兩方向)的平面形狀信息。相較于先前技術(shù)之單臂系統(tǒng)，此繼而導(dǎo)致更高的測(cè)量產(chǎn)出量以及具有其中的移動(dòng)部件的數(shù)量減少或消除的簡(jiǎn)化系統(tǒng)。第一中繼組件100及第二中繼組件200的每個(gè)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)集，且此數(shù)據(jù)集是用以確定樣品80的平面82的一個(gè)或多個(gè)基于形狀的參數(shù)。兩個(gè)完整的數(shù)據(jù)集提供冗余(即，平面形狀再現(xiàn)是超定的(overdetermined)，其用以改善測(cè)量信賴度及錯(cuò)誤最小化，例如，將不良像素舍棄或給予不良像素更少的權(quán)重。

圖2為圖1之系統(tǒng)10更詳細(xì)之光學(xué)圖，而圖3是為系統(tǒng)10基于CAD之三維視圖。示例性的光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)50沿著第一光軸A1依序包含一雙透鏡52、負(fù)新月透鏡54及平凹透鏡56。第一中繼組件100沿著第三光軸A3包含補(bǔ)償板104、第一光柵對(duì)110(剪切距離平行于x軸)及第一中繼透鏡系統(tǒng)120、第一傅立葉環(huán)狀光圈板130、第一相機(jī)透鏡140及包含第一像素150P的第一圖像傳感器150(參照?qǐng)D1中最左邊的特寫(xiě)插頁(yè))。第一相機(jī)透鏡140及第一圖像傳感器150定義第一相機(jī)151。

第二中繼組件200沿著第四光軸A4包含第二光柵對(duì)210(剪切距離平行于y軸)、第二中繼透鏡系統(tǒng)220、第二傅立葉環(huán)狀光圈板230、第二相機(jī)透鏡240及包含第二像素250P的第二圖像傳感器250(參照?qǐng)D1中最右邊的特寫(xiě)插頁(yè))，第二相機(jī)透鏡240及第二圖像傳感器250定義第二相機(jī)251。

第一圖像傳感器150及第二圖像傳感器250電性連接到處理器300。

在系統(tǒng)10的操作的示例中，激光源20發(fā)射線偏振激光束22L，其具有相對(duì)小(例如，1mm)的初始直徑。線偏振激光束22L是由光束擴(kuò)展器30所接收，其將線偏振激光束22L擴(kuò)展于例如50倍至200倍之間,例如擴(kuò)展至直徑大約80mm。折鏡FM1、FM2供以導(dǎo)引線偏振激光束22X穿過(guò)偏振光束分光器BSP至波板WP。偏振光束分光器BSP進(jìn)行偏振且被對(duì)準(zhǔn)以將最大化在傳輸過(guò)程中穿過(guò)其的線偏振激光束22X的強(qiáng)度，同時(shí)將背面反射的不使用的激光束的強(qiáng)度最小化。波板WP包含石英晶體四分之一波延遲板其是供以轉(zhuǎn)換線偏振激光束22X，以形成圓偏振激光束22RH，例如，右手偏振激光束。此圓偏振激光束22RH還可被形成為左手偏振激光束。

右手偏振激光束22RH進(jìn)入光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)50，其被設(shè)置以接收并擴(kuò)展右手偏振激光束22RH的尺寸。在示例中，光束擴(kuò)展的量為4倍，舉例來(lái)說(shuō)，自80mm直徑的光束擴(kuò)展至320mm直徑的光束。經(jīng)擴(kuò)展的右手偏振激光束22RH作為實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的激光束入射于樣品80的平面82上。樣品80的平面82位于樣品平面SP。值得一提的是光束擴(kuò)展量是基于樣品80的尺寸來(lái)選擇。因此，以直徑為450mm的晶片來(lái)說(shuō)，光束擴(kuò)展器30及光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)50的不同的光束擴(kuò)展量可用于實(shí)現(xiàn)具有選擇尺寸(例如，選擇直徑)的右手偏振激光束22RH。

準(zhǔn)直的右手偏振激光束22RH自樣品80的平面82反射且反轉(zhuǎn)其圓偏振為左手，因此定義左手偏振激光束22LH。左手偏振激光束22LH獲取反射的波前的錯(cuò)誤等于晶片平面形變量2X’(x,y)、2X’(x,y)的斜率分布的3維形變量(deformation)2·ΔZ(x,y)的兩倍。左手偏振激光束22LH反向行進(jìn)穿過(guò)光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)50且穿過(guò)波板WP，其轉(zhuǎn)換左手偏振激光束22LH為在y方向上具有線偏振，即形成線偏振激光束22Y。線偏振激光束22Y以具有晶片平面的斜率分布的八倍(即8X’(x,y)及8Y’(x,y))的4倍減縮(例如，80mm的直徑光束)離開(kāi)光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)50的輸入端。

線偏振激光束22Y接著離開(kāi)偏振光束分光器BSP而朝向第一中繼組件100及第二中繼組件200。偏振光束分光器BSP被對(duì)準(zhǔn)以最大化入射到第二光束分光器BS上的反射線偏振激光束22Y，該第二光束分光器BS為部分地傳輸而部分地反射，例如，50：50激光分光器。因此，線偏振激光束22Y的一半被向下導(dǎo)引行進(jìn)于第三光軸A3且穿過(guò)第一中繼組件100，而線偏振激光束的另一半是通過(guò)折鏡FM3向下導(dǎo)引行進(jìn)于第二中繼組件200。須注意是，對(duì)每一偏振來(lái)說(shuō)，偏振光束分光器BSP為以幾乎100％效率來(lái)反射X偏振光及Y偏振光的偏振光束分光器。因此，激光光束強(qiáng)度在光程中實(shí)際上被分割的唯一位置是在第二光束分光器BS，以致于第一中繼組件100及第二中繼組件200每個(gè)接收實(shí)質(zhì)上是行進(jìn)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)10的激光束的一半，減去在每個(gè)的上游光學(xué)界面(例如，在光束擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡組件平面處等)中由于反射而發(fā)生相對(duì)小的光損耗。

行動(dòng)經(jīng)過(guò)第一中繼組件100的線偏振激光束22Y的部分穿過(guò)補(bǔ)償板104，其補(bǔ)償線偏振激光束22Y在穿過(guò)第二光束分光器BS以到達(dá)第二中繼組件200所獲得的額外光程。除補(bǔ)償板104之外，第一中繼組件100及第二中繼組件200被物理地定位使得第二光束分光器BS與第一中繼組件100的第一光柵對(duì)110以及第二中繼組件200的第二光柵對(duì)210之間的總光程相同。線偏振激光束22Y穿過(guò)補(bǔ)償板104后接著到達(dá)第一光柵對(duì)110。在示例中，光柵對(duì)110包含一對(duì)間隔可變且平行的Ronchi或衍射光柵。線偏振激光束22Y被第一光柵對(duì)110衍射到處于不同相對(duì)強(qiáng)度的數(shù)個(gè)等級(jí)：0^th、±1^st、±2^nd等，。

自第一光柵對(duì)110離開(kāi)的兩個(gè)感興趣的光束分量為：自第一光柵對(duì)110的0^th等級(jí)分量及+1^st等級(jí)分量，以及自第二光柵對(duì)210的+1^st等級(jí)分量以及0^th等級(jí)分量。值得一提的是，光柵對(duì)110和210中的兩個(gè)光柵的衍射等級(jí)的不同的組合可被結(jié)合以產(chǎn)生干涉；在實(shí)際上，使用較低的衍射等級(jí)是最被期望的。這兩個(gè)光束分量在X方向(視圖的平面的左右)中以正比于光柵空間頻率以及第一光柵對(duì)110之間的軸向的分離量(Z距離)的量側(cè)向地剪切。這些以及其他衍射的光束分量的“對(duì)”進(jìn)入第一中繼透鏡系統(tǒng)120且被聚焦于第一傅立葉環(huán)狀光圈板130的周?chē)?。第一中繼透鏡系統(tǒng)120以及第一傅立葉環(huán)狀光圈板130定義平行于具有期望衍射等級(jí)的衍射角而對(duì)齊的光軸。第一傅立葉環(huán)狀光圈板130的中心孔洞(即，凈光圈)的尺寸是為可調(diào)且是被選擇以阻擋衍射光束分量的所有的非期望對(duì)，因此僅傳輸來(lái)自于光柵的串聯(lián)對(duì)的所期望的剪切1^st等級(jí)光束分量BA1、BB1對(duì)。

第一傅立葉環(huán)狀光圈板130的最佳z位置以及尺寸(凈光圈)可依據(jù)樣品80的平面82的整體形狀而改變。對(duì)完美的平面物體來(lái)說(shuō)，期望的衍射等級(jí)將位于與第一中繼透鏡系統(tǒng)120的傅立葉平面處的非期望等級(jí)的最大分離量以及最小直徑處。對(duì)名義上地凸透鏡物體(曲線朝下)來(lái)說(shuō)，最小直徑的平面將移動(dòng)靠近于第一相機(jī)151，而對(duì)名義上地凸透鏡物體(曲線朝上)來(lái)說(shuō)，最小直徑的平面將移動(dòng)而相對(duì)于傅里葉平面更接近樣品80。光圈軸向位置及直徑的自動(dòng)調(diào)整將最大化能夠利用系統(tǒng)10測(cè)量的物體形狀的范圍。

剪切衍射光束分量BA1、BB1通過(guò)第一相機(jī)透鏡140被聚焦以像素化(數(shù)字的)第一圖像傳感器150(CCD、CMOS等)，其中每一光束分量與其對(duì)應(yīng)物相干涉以在第一圖像傳感器150上產(chǎn)生空間強(qiáng)度分布(干涉條紋)。第一中繼透鏡系統(tǒng)120及第一相機(jī)透鏡140被設(shè)置使樣品平面SP結(jié)合到(conjugate)第一圖像傳感器150但卻縮小估計(jì)約20倍，舉例來(lái)說(shuō)，具有大約15mm的光束直徑。更普遍地來(lái)說(shuō)，選擇縮小率以最大化第一圖像傳感器150上的圖像的尺寸。實(shí)際上，10倍至40倍的縮小率是典型的。每個(gè)亮紋及暗紋是對(duì)應(yīng)于晶片在剪切的X方向上的斜率的八倍的點(diǎn)的軌跡，使得亮紋對(duì)應(yīng)于同相N*π*λ的剪切衍射光束分量BA1和BA2(即相長(zhǎng)干涉)，且每個(gè)暗紋對(duì)應(yīng)于同相N*π*λ/2的分量(即相消干涉)。

同樣地，線偏振激光束22Y的穿過(guò)第二中繼組件200的部分穿過(guò)第二光柵對(duì)210，其在示例中為間隔可變且平行的Ronchi或衍射光柵。這些光柵繞著局部光軸A3旋轉(zhuǎn)90°，以達(dá)到正交于第一中繼組件100中的第一光柵對(duì)110。行進(jìn)于第二中繼組件200中的線偏振激光束22Y被衍射成數(shù)個(gè)幾個(gè)等級(jí)：0^th、±1^st、±2^nd等。自第一光柵對(duì)110及第二光柵對(duì)210離開(kāi)的兩個(gè)感興趣的光束分量為：自第一光柵的0^th等級(jí)及+1^st等級(jí)，以及自第二光柵的+1^st等級(jí)以及0^th等級(jí)。此兩光束分量現(xiàn)在通過(guò)正比于光柵空間頻率以及于第二光柵對(duì)210之間的軸向的分離量(Z距離)的量在Y方向(進(jìn)出視圖的平面)中側(cè)向地剪切。這些以及其他衍射的光束分量BA2、BB2的“對(duì)”進(jìn)入第二中繼透鏡系統(tǒng)220且被聚焦于第二傅立葉環(huán)狀光圈板230的周?chē)?/p>

第二傅立葉環(huán)狀光圈板230的尺寸及位置為可調(diào)的使得其可被設(shè)置以阻擋衍射光束分量的所有非期望對(duì)，因此僅傳輸來(lái)自于串聯(lián)光柵對(duì)210的剪切1^st等級(jí)光束分量的剪切衍射光束分量BA2、BB2的期望對(duì)。值得一提的是，0、-1以及-1、0的衍射等級(jí)還可被使用，且通常可使用任意的奇數(shù)等級(jí)。

如同第一傅立葉環(huán)狀光圈板130，第二傅立葉環(huán)狀光圈板230的理想z位置及尺寸(凈光圈)可依據(jù)樣品80的平面82的整體形狀而改變。

剪切衍射光束分量BA2、BB2通過(guò)第二相機(jī)透鏡240也被聚焦以像素化(數(shù)字的)第二圖像傳感器250(CCD、CMOS等)，其中每個(gè)剪切衍射光束分量BA2、BB2與其對(duì)應(yīng)物相干涉以在第二圖像傳感器250上產(chǎn)生空間的強(qiáng)度分布(干涉條紋)。第二中繼透鏡系統(tǒng)220及第二相機(jī)透鏡240被設(shè)置使樣品平面SP結(jié)合到(conjugate)第二圖像傳感器250但卻縮小估計(jì)約20倍，使得在示例中，剪切衍射分量光束B(niǎo)A2、BB2具有大約15mm的直徑。如前所述的關(guān)于第一中繼組件100，選擇縮小率以最大化在第二圖像傳感器250上的圖像的尺寸。還指出，微量調(diào)整構(gòu)成第一光柵對(duì)110及第二光柵對(duì)210的光柵的分離量可被執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)匹配兩個(gè)中繼組件100、200的剪切距離。

每個(gè)亮紋及暗紋是對(duì)應(yīng)于晶片在剪切的Y方向的斜率的八倍的點(diǎn)的軌跡，使得亮紋對(duì)應(yīng)于同相N*π*λ的剪切光束分量(即相長(zhǎng)干涉)，且每個(gè)暗紋對(duì)應(yīng)于同相的分量N*π*λ/2(即相消干涉)。

在示例中，第一中繼組件100及第二中繼組件200的每個(gè)被設(shè)置以允許匹配它們關(guān)于剪切距離及以及對(duì)象至傳感器的放大率的性能。因此，舉例來(lái)說(shuō)，第一光柵對(duì)110及第二光柵對(duì)210可被平行于Z軸地進(jìn)行軸向調(diào)整，其允許控制與每個(gè)光柵對(duì)110、210有關(guān)的剪切距離，其中光柵分離量正比于剪切距離。進(jìn)一步，在示例中，第一中繼組件100及第二中繼組件200的每個(gè)包含允許精細(xì)的控制對(duì)象至傳感器的放大率的放大率調(diào)整量。在此，“精細(xì)的控制”意指透鏡位置控制的分辨率相對(duì)于關(guān)于對(duì)象平面82的圖像的特征(feature)的分辨率(例如1個(gè)像素)較大。

在示例中，相機(jī)151、251被配置有使能圖像至傳感器像素匹配的多軸位置控制，即，分別將對(duì)象平面82上的位置的映像匹配至第一圖像傳感器150、第二圖像傳感器250上的第一像素150P及第二像素250P的相同位置。在示例中，第一中繼組件100及第二中繼組件200中的放大率調(diào)整由第一中繼透鏡系統(tǒng)120及第二中繼透鏡系統(tǒng)220的每一個(gè)或第一相機(jī)透鏡140及第二相機(jī)透鏡240的每一個(gè)中的至少一個(gè)可移動(dòng)組件所提供。

第一圖像傳感器150及第二圖像傳感器250分別產(chǎn)生第一傳感器信號(hào)S1及第二傳感器信號(hào)S2，該第一傳感器信號(hào)S1及第二傳感器信號(hào)S2被傳輸至處理器300且被處理器300所處理以確定樣品80的平面82的一個(gè)或者多個(gè)基于形狀的特性。

相較于使用非偏振光學(xué)，在系統(tǒng)10中使用偏振光學(xué)減少的光學(xué)損失的數(shù)量為4倍。此造成較強(qiáng)的傳感器信號(hào)S1、S2，繼而造成較佳樣品平面測(cè)量(例如，較少噪聲)，且較高的測(cè)量分辨率，其取決于數(shù)字圖像傳感器中的每個(gè)像素中的光子的數(shù)量。系統(tǒng)10的配置還允許減少其他不利的光學(xué)效應(yīng)，例如漫射光，且還允許平衡干涉光束分量(BA1、BB1、BA2、BB2)中的光強(qiáng)度。此改善的激光束的產(chǎn)出量還允許使用源自激光源20的高斯光束22X的中心部分及相對(duì)平坦(即均勻分布)部分來(lái)改善光束的均勻性，而舍棄光束的尾部部分。通過(guò)此種方式，照明的均勻性可被改善，而不致實(shí)質(zhì)地不利地影響執(zhí)行平面形狀測(cè)量所需的光強(qiáng)度。進(jìn)一步，最大化系統(tǒng)10中的可用強(qiáng)度允許縮短在第一圖像傳感器150及第二圖像傳感器250處的曝光時(shí)間，其減少由于震動(dòng)造成的模糊(例如，樣品的震動(dòng))。雙臂系統(tǒng)10的較高的光學(xué)傳輸率還允許使用較低功率因此允許激光源20的更穩(wěn)定的激光。

在示例中，第一光柵對(duì)110及第二光柵對(duì)210可包含直紋或是基于全像技術(shù)的二元光學(xué)組件，其中于0等級(jí)及+1等級(jí)的能量比可被設(shè)計(jì)以具有平衡的相對(duì)強(qiáng)度，使得非期望的奇數(shù)衍射等級(jí)及偶數(shù)衍射等級(jí)的強(qiáng)度可被最小化以防止或最小化偽光束(ghost beam)的衍射及/或干涉條紋且改善條紋對(duì)比度，其提供更高的信噪比。此替代效率較差的黑柵/開(kāi)放空間(black-bar/open-space)的Ronchi光柵，其50％的入射激光束被每個(gè)光柵的柵(bar)所阻擋(吸收)。此外，Ronchi光柵的每一對(duì)造成小于25％的傳輸率。對(duì)每個(gè)衍射等級(jí)來(lái)說(shuō)，衍射相位光柵的效率(于極限)可為100％，取決于它們是如何被使用二元光學(xué)或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生(厚膜)的全像技術(shù)(CGH)或直紋/閃耀光柵凹槽幾何結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)。一旦母版(master)被產(chǎn)生，全部中的任一者可被以低成本的方法進(jìn)行復(fù)制。相較于柵空間類(lèi)型的光柵，全像光柵的復(fù)制過(guò)程在跨光柵的平面內(nèi)維度是更均勻的且光柵至光柵為可再現(xiàn)的。舉例來(lái)說(shuō)，全像光柵沒(méi)有不足(run-out)及光柵對(duì)光柵的放大率的問(wèn)題。故以具有12.7微米的等效間距(pitch)的光柵來(lái)說(shuō)(名義上地)，全像光柵穩(wěn)定在小于10nm的數(shù)量級(jí)上，但柵格光柵在50nm至100nm之間的數(shù)量級(jí)上變化。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，可以在不脫離如在所附權(quán)利要求中所限定的本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，對(duì)在這里所描述的本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行各種改變。因此，本公開(kāi)覆蓋這些改變或者變化，只要他們?cè)谒綑?quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi)。