阅读说明：本技术 可变分辨率光谱仪 (Variable resolution spectrometer ) 是由 M·尼尔 于 2019-01-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供用于复原数字化光谱的系统、方法、设备及制品,且所述系统、方法、设备及制品可包括：光学系统,其经配置以变换射线,所述光学系统包含衍射光栅、转向镜、载台及经配置以根据移动机制移动所述载台、衍射光栅或转向镜中的一者以改变所述载台上的所述射线的入射的致动器；传感器阵列,其安置于所述载台上,所述传感器阵列经配置以在多个测量位置处接收从所述光学系统入射的所述射线以获得多个射线光谱；及处理器,其电连接到所述传感器阵列,所述处理器经配置以接收所述射线光谱、使所述射线光谱交错以产生交错光谱,且从所述交错光谱去卷积对应于所述光学系统的点散布函数以产生经复原数字化光谱。(Systems, methods, apparatus, and articles of manufacture for recovering digitized spectra are provided and may include: an optical system configured to transform a ray, the optical system including a diffraction grating, a turning mirror, a stage, and an actuator configured to move one of the stage, diffraction grating, or turning mirror according to a movement mechanism to change an incidence of the ray on the stage; a sensor array disposed on the stage, the sensor array configured to receive the radiation incident from the optical system at a plurality of measurement locations to obtain a plurality of radiation spectra; and a processor electrically connected to the sensor array, the processor configured to receive the ray spectra, interleave the ray spectra to generate an interleaved spectrum, and deconvolute a point spread function corresponding to the optical system from the interleaved spectrum to generate a recovered digitized spectrum.)

可变分辨率光谱仪

相关申请案的交叉参考

本申请案主张在2018年1月6日申请的第62/614,397号美国临时申请案的优先权，所述申请案的全部揭示内容特此以引用的方式并入。

技术领域

本发明大体上涉及半导体计量的改进。更特定来说，本发明大体上涉及薄膜、光栅结构及临界尺寸结构的测量的改进。

背景技术

半导体制造业的演变对良率管理且特定来说对计量及检验系统寄予更高要求。临界尺寸继续缩小，然而产业需要减少实现高良率、高价值生产的时间。最小化从检测良率问题到将其修复的总时间决定半导体制造商的投资回报。

制造半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常包含使用大量制造工艺处理半导体晶片以形成所述半导体装置的各种特征及多个层级。例如，光刻是涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的光致抗蚀剂的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可以一布置制造于单个半导体晶片上且接着分成个别半导体装置。

可在半导体制造期间使用计量以进行(例如)半导体晶片或光罩的各种测量。计量工具可用于测量与各种半导体制造工艺相关联的结构及材料特性。例如，计量工具可测量材料组合物或可测量结构及膜的尺寸特性(例如膜厚度、结构的临界尺寸(CD)或叠加)。这些测量用于在半导体裸片的制造中促进工艺控制及/或良率效率。

随着半导体装置图案尺寸继续缩小，常常需要较小的计量目标。此外，测量准确度及匹配到实际装置特性的要求增加对于类装置目标以及裸片中及甚至装置上测量的需要。已提出各种计量实施方案以实现所述目标。例如，已提出基于主要反射光学器件的聚焦光束椭圆偏光术。变迹器可用于减轻引起照明光点散布超过通过几何结构光学器件定义的大小的光学衍射效应。高数值孔径工具结合同时多入射角照明的使用是实现小目标能力的另一方式。

其它测量实例可包含测量半导体堆叠的一或多个层的组合物、测量晶片上(或内)的特定缺陷及测量暴露到晶片的光刻辐射量。在一些情况中，计量工具及算法可经配置以用于测量非周期目标。

所关注参数的测量通常涉及许多算法。例如，入射光束与样本的光学相互作用是使用电磁(EM)解算器来建模及使用例如严格耦合波分析法(RCWA)、有限元素法(FEM)、动差法、表面积分法、体积积分法、有限差分时域法(FDTD)及其它的算法。通常使用几何引擎或在一些情况中使用过程建模引擎或两者的组合来对所关注目标进行建模(参数化所关注目标)。在这些情况中实施几何引擎。

可通过许多数据拟合及优化技术及科技来分析所收集数据，所述技术及科技包含：链接库；快速降级模型；回归；机器学习算法，例如神经网络、支持向量机(SVM)；降维算法，举例来说，例如主分量分析(PCA)、独立分量分析(ICA)及局部线性嵌入(LLE)；稀疏表示，例如傅里叶变换或小波变换；卡尔曼(Kalman)滤波器；促进来自相同或不同工具类型的匹配的算法及其它。

也可通过并不包含建模、优化及/或拟合的算法来分析所收集数据。

计算算法是通常针对其中使用一或多个方法的计量应用(例如计算硬件的设计及实施方案、平行化、计算分布、负载平衡、多服务支持、动态负载优化等)而优化。可在固件、软件、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程光学组件等中进行算法的不同实施方案。

数据分析及拟合步骤通常追求以下目标中的一或多者：(1)CD、侧壁角(SWA)、形状、应力、组合物、膜、带隙、电性质、焦点/剂量、叠加、产生工艺参数(例如，抗蚀剂状态、分压、温度、聚焦模型)及/或其任何组合的测量；(2)计量系统的建模及/或设计；及(3)计量目标的建模、设计及/或优化。

在目前可用的膜测量系统中，照明光束首先穿过待测量的膜堆叠且接着穿过光栅或棱镜。在传感器上产生包括经数字化及传递到计算引擎的像素阵列的所得光谱的图像。所述计算引擎使用建模技术以确定膜堆叠的性质，例如每一层的厚度或材料性质。

这些系统表现出的一个问题在于：其光谱分辨率是受其光学点散布函数(PSF)及传感器像素大小限制。所述问题在测量厚膜堆叠(例如高纵横比(HAR)装置，例如，3D快闪)时在PSF的宽度大于光谱信号的周期时加剧。此信号接着在其经量化成也具有类似于光谱信号的周期的顺序的个别像素时被进一步衰减。

这些衰减效应通常在针对膜堆叠参数解算之前从信号去卷积，因为对这些效应进行建模在计算资源方面是昂贵的。然而，去卷积无法用厚膜堆叠正确地重建理想光谱。此失败在如紫外线的较短波长中最为明显。

此外，厚膜堆叠对较短波长产生高频率响应。常规技术无法重建理想光谱用于后处理。使用常规技术的计算引擎无法正确地确定基础膜堆叠性质。此大大降低检验工具的有效性。

本发明克服这些及其它限制，因此改进检验工具测量新类型的膜堆叠的能力。

发明内容

在本发明的实施例中，提供一种可变分辨率光谱仪，其包括经配置以变换射线的光学系统、载台上的传感器、致动器及处理器。所述光学系统可包含衍射光栅、转向镜、载台及经配置以根据移动机制移动所述载台、衍射光栅或转向镜中的一者以改变所述载台上的所述射线的入射的致动器。所述移动机制可包含起始位置及结束位置。所述可变分辨率光谱仪可进一步包含安置于所述载台上的传感器阵列且包含多个像素列。所述传感器阵列可经配置以在多个测量位置处接收从所述光学系统入射的所述射线以获得多个射线光谱。每一像素列可具有至少一个像素。所述可变分辨率光谱仪可进一步包含电连接到所述传感器阵列的处理器。所述处理器可进一步经配置以接收所述射线光谱、使所述射线光谱交错以产生交错光谱及从所述交错光谱去卷积对应于所述光学系统的点散布函数以产生经复原数字化光谱。

在另一实施例中，本发明可体现为一种用于复原数字化光谱的方法。此方法可包括：提供经配置以变换射线的光学系统；执行扫描操作；及使用处理器将射线光谱处理成数字化光谱。所述光学系统可包含衍射光栅、转向镜、致动器及载台。所述扫描操作可包含：使用所述致动器根据移动机制移动所述载台、衍射光栅或转向镜中的一者以改变所述载台上的所述射线的入射；及使用传感器阵列在多个测量位置处感测从所述光学系统入射于所述传感器阵列上的射线以获得多个射线光谱，其中像素列中的每一者具有至少一个像素。所述移动机制可具有起始位置及结束位置。所述传感器阵列可安置于所述载台上且可包含多个像素列。在所述处理器处，可接收射线光谱，可使所述射线光谱交错以产生交错光谱，且可从所述交错光谱去卷积对应于所述光学系统的点散布函数以产生经复原数字化光谱。

在另一实施例中，本发明可体现为一种非暂时性计算机可读存储媒体，其包括用于在一或多个计算装置上执行步骤的一或多个程序。所述步骤可包含：接收从入射于传感器阵列上的射线获得的射线光谱；使所述射线光谱交错以产生交错光谱；及从所述交错光谱去卷积对应于光学系统的点散布函数以产生经复原数字化光谱。所述传感器阵列可包含多个像素列，且所述像素列中的每一者可具有至少一个像素。所述传感器阵列可安置于载台上。所述射线光谱可从光学系统接收，所述光学系统包括载台、衍射光栅及转向镜，其中所述载台、衍射光栅或转向镜可使用致动器根据移动机制移动以改变所述载台上的射线的入射。此移动机制可具有起始位置及结束位置。

致动器可为压电致动器、伺服电动机、步进电动机或另一合适致动器。

在实施例中，载台可通过致动器根据递增平移移动机制移动。在递增平移移动机制中，载台可沿着从起始位置到结束位置的线性路径以一或多个增量可平移地移动，且所述增量中的每一者可具有分离达小于起始位置与结束位置之间的总线性距离的递增线性距离的起始点及结束点。

在实施例中，载台可通过致动器根据连续平移移动机制移动。在连续平移移动机制中，载台可沿着从起始位置到结束位置的线性路径基本上连续地可平移地移动。

在实施例中，载台可通过致动器根据递增旋转移动机制移动。在递增平移移动机制中，载台可沿着从起始位置到结束位置的弧形路径以一或多个增量可旋转地移动，且所述增量中的每一者可具有分离达小于起始位置与结束位置之间的总弧长的递增弧长的起始点及结束点。

在实施例中，载台可通过致动器根据连续旋转移动机制移动。在连续旋转移动机制中，载台可沿着从起始位置到结束位置的弧形路径基本上连续地可旋转地移动。

在实施例中，衍射光栅可通过致动器根据递增平移移动机制移动。在递增平移移动机制中，衍射光栅可沿着从起始位置到结束位置的线性路径以一或多个增量可平移地移动，且所述增量中的每一者可具有分离达小于起始位置与结束位置之间的总线性距离的递增线性距离的起始点及结束点。

在实施例中，衍射光栅可通过致动器根据连续平移移动机制移动。在连续平移移动机制中，衍射光栅可沿着从起始位置到结束位置的线性路径基本上连续地可平移地移动。

在实施例中，衍射光栅可通过致动器根据递增旋转移动机制移动。在递增平移移动机制中，衍射光栅可沿着从起始位置到结束位置的弧形路径以一或多个增量可旋转地移动，且所述增量中的每一者可具有分离达小于起始位置与结束位置之间的总弧长的递增弧长的起始点及结束点。

在实施例中，衍射光栅可通过致动器根据连续旋转移动机制移动。在连续旋转移动机制中，衍射光栅可沿着从起始位置到结束位置的弧形路径基本上连续地可旋转地移动。

在实施例中，转向镜可通过致动器根据递增平移移动机制移动。在递增平移移动机制中，转向镜可沿着从起始位置到结束位置的线性路径以一或多个增量可平移地移动，且所述增量中的每一者可具有分离达小于起始位置与结束位置之间的总线性距离的递增线性距离的起始点及结束点。

在实施例中，转向镜可通过致动器根据连续平移移动机制移动。在连续平移移动机制中，转向镜可沿着从起始位置到结束位置的线性路径基本上连续地可平移地移动。

在实施例中，转向镜可通过致动器根据递增旋转移动机制移动。在递增平移移动机制中，转向镜可沿着从起始位置到结束位置的弧形路径以一或多个增量可旋转地移动，且所述增量中的每一者可具有分离达小于起始位置与结束位置之间的总弧长的递增弧长的起始点及结束点。

在实施例中，转向镜可通过致动器根据连续旋转移动机制移动。在连续旋转移动机制中，转向镜可沿着从起始位置到结束位置的弧形路径基本上连续地可旋转地移动。

多个测量位置内的两个测量位置可分离达小于像素宽度的距离。

传感器阵列可为电荷耦合装置(CCD)。

附图说明

为更充分理解本发明的性质及目的，应参考结合附图进行的以下详细描述，其中：

图1是理想反射计光谱；

图2是光学点散布函数；

图3是其中应用光学点散布函数的理想反射计光谱；

图4是由数字化其中应用光学点散布函数的理想反射计光谱所产生的数字化光谱(200到300nm)；

图5是像素分辨率下的反射计点散布函数；

图6是其中去卷积像素分辨率下的点散布函数的经复原数字化光谱；

图7是其中传感器安装到载台的光谱仪；

图8是可致动载台；

图9是可致动转向镜；

图10是可致动衍射光栅；

图11是获取射线光谱的实施例方法1100；

图12是处理射线光谱的实施例方法1200；

图13是交错的10x样本光谱；

图14是处于10x像素分辨率下的10x点散布函数；

图15是其中去卷积10x像素分辨率下的点散布函数的10x光谱；

图16是1x经复原光谱与10x经复原光谱的比较；

图17是1x经复原光谱与2x经复原光谱的比较；

图18是1x经复原光谱与4x经复原光谱的比较；

图19是1x经复原光谱与8x经复原光谱的比较；

图20是1x经复原光谱与16x经复原光谱的比较；及

图21是1x经复原光谱与4x经复原光谱的修订比较。

具体实施方式

尽管将依据某些实施例描述所主张的标的物，但包含未提供本文中所陈述的所有益处及特征的实施例的其它实施例也在本发明的范围内。可在不脱离本发明的范围的情况下作出各种结构、逻辑、过程步骤及电子变化。因此，本发明的范围仅参考所附权利要求书予以定义。

本文中揭示值范围。所述范围规定下限值及上限值。除非另有陈述，否则所述范围包含最小值(下限值或上限值)的量值的所有值及所述范围的值之间的范围。

本文中所揭示的实施例解决厚膜测量(包含三维快闪(3D快闪)膜堆叠的测量)的挑战。还可使用本发明的实施例实现薄膜、光栅及CD结构的测量的改进。本文中所揭示的技术、方法及设备可实施于反射计测量系统及椭圆偏光计测量系统两者中以及其它适当计量系统中。

计量工具的实施例可包括：照明系统，其照明目标；收集系统，其捕获通过所述照明系统与目标、装置或特征的相互作用(或缺少所述相互作用)提供的相关信息；及处理系统，其使用一或多种算法分析所收集的信息。计量工具可用于测量与各种半导体制造工艺相关联的结构及材料特性(例如，结构及膜的材料组合物、尺寸特性(例如膜厚度及/或结构的临界尺寸、叠加等))。这些测量可用于在半导体裸片的制造中促进工艺控制及/或良率效率。

根据本发明的实施例的计量工具可包括可结合本发明的某些实施例用于(例如)测量各种前述半导体结构及材料特性的一或多个硬件配置。此类硬件配置的实例尤其包含以下各者：(1)光谱椭圆偏光计(SE)；(2)具有多个照明角的SE；(3)测量穆勒矩阵元素的SE(例如，使用(若干)旋转补偿器)；(4)单波长椭圆偏光计；(5)光束轮廓椭圆偏光计(角度分辨椭圆偏光计)；(6)光束轮廓反射计(角度分辨反射计)；(7)宽带反射光谱仪(光谱反射计)；(8)单波长反射计；(9)角度分辨反射计；(10)成像系统；及(11)散射计(例如，散斑分析器)。

硬件配置可分成离散操作系统。替代地，一或多个硬件配置可组合成单个工具。另外，可存在众多光学元件，包含透镜、准直器、镜、四分之一波片、偏光器、检测器、相机、光圈及/或光源。波长可从约120nm变化到3微米。对于非椭圆偏光计系统，所收集的信号可经偏光分辨或未偏光。在许多情况中，多个计量工具可用于对单个或多个计量目标的测量。

根据本发明的一些实施例的照明系统可包含一或多个光源。此光源可产生仅具有一个波长的光(即，单色光)、具有许多离散波长的光(即，多色光)、具有多个波长的光(即，宽带光)及/或扫掠波长(连续扫掠或在波长之间跳跃扫掠)的光(即，可调谐光源或扫频光源)。合适光源的实例是：白光源、紫外线(UV)激光、弧光灯或无电极灯、激光维持等离子(LSP)源、中超源(例如宽带激光源)或较短波长源(例如x射线源)、极UV源或其一些组合。所述光源还可经配置以提供具有足够亮度的光，所述足够亮度在一些情况中可为大于约1W/(nm cm2 Sr)的亮度。计量系统还可包含用于稳定光源的功率及波长的对所述光源的快速反馈。光源的输出可经由自由空间传播递送或在一些情况中可经由任何类型的光纤或光导递送。

计量工具可经设计以进行与半导体制造有关的许多不同类型的测量。本发明的某些实施例可应用于此类测量。例如，在某些实施例中，工具可测量一或多个目标的特性，例如临界尺寸、叠加、侧壁角、膜厚度、工艺相关参数(例如，焦点及/或剂量)。目标可包含本质上周期性的特定所关注区域(举例来说，例如存储器裸片中的光栅)。目标可包含可通过计量工具测量其厚度的多个层或膜。目标可包含(例如)使用对准及/或叠加配准操作放置于(或已存在于)半导体晶片上供使用的目标设计。特定目标可定位于半导体晶片上的各种位置处。例如，目标可定位于(例如，裸片之间的)划线道内及/或定位于所述裸片自身中。在某些实施例中，可通过同一或多个计量工具(在相同时间或不同时间)测量多个目标。可组合来自此类测量的数据。来自计量工具的数据在半导体制造工艺中可用于(例如)前向馈送、后向馈送及/或侧向馈送校正到工艺(例如，光刻、蚀刻)，且因此可产生完整的工艺控制解决方案。

图1到6用图形展示信号重建的示范性过程。图1展示如通过实例性反射计从晶片接收的作为光射线的理想光谱。图2展示用于所述实例性反射计的光学器件的光学PSF。在射线穿过反射计时，图1中所展示的所述理想光谱与图2中所展示的光学PSF进行卷积，从而导致图3中所展示的经卷积(模糊)的光谱。在已穿过反射计的光学器件的射线入射落在传感器像素上时，此模糊光谱是经数字化或量化成图4中所展示的数字模糊光谱。从图4的所述数字模糊光谱去卷积与其分辨率匹配的数字点散布函数(图5中所展示)以复原相较于图6中的原始理想光谱所展示的经去卷积的数字光谱。

如可在图6中所描绘的经复原光谱中观察，此方法未充分复原原始光谱。

本发明的一个实施例通过将传感器阵列安装到高精确度运动载台而解决此问题。所述运动载台可接着使所述传感器阵列沿着照射射线的波长轴平移或旋转。在本发明的其它实施例中，传感器阵列安装到固定载台，且转向镜或衍射光栅经平移或旋转以修改照射射线的入射。

图7描绘根据本发明的可变分辨率光谱仪700的示范性实施例。可变分辨率光谱仪700可包括光学系统，所述光学系统可包含孔径光阑701、衍射光栅702、聚焦透镜703、转向镜704、阶数选择滤波器(order sorting filter)705及载台707。传感器阵列706可安装到载台707。传感器阵列706可与处理器708通信。此通信可经由可体现为任何合适构件(例如数字信号载波线或其它合适构件，无论有线或无线的)的通信链路。此通信链路可为数字或模拟的。在一些实施例中，所述通信链路是经由TCP/IP的有线以太网络链路。在一些实施例中，采用模拟/数字信号转换器。

在静止状态中，孔径光阑701可经定位使得其从晶片接收射线709。孔径光阑701可阻挡射线709的一部分且可允许射线709的一部分穿过到衍射光栅702。在衍射光栅702处，射线709可分解成其相应分量波长且经引导朝向聚焦透镜703。在聚焦透镜703处，射线709可聚焦于传感器阵列706处。在穿过聚焦透镜703之后，射线709可穿过转向镜704，接着穿过阶数选择滤波器705。射线709在已穿过所述光学组件之后可入射落在安装到载台707的传感器706上。在传感器706处，射线可被感测及转换成电信号，所述电信号接着可被发送到处理器708。

孔径光阑701可经配置以仅允许射线709的一部分穿过其到光学系统的其余部分中。孔径光阑701可为固定或可变孔径光阑或光圈。

衍射光栅702可经配置以使入射射线709衍射成其分量波长。衍射光栅702还可经定位使得光轴经引导朝向光学系统的其余部分(例如，以聚焦透镜703开始)。在一个实施例中，衍射光栅702成角度使得衍射光栅后光轴相对于衍射光栅前光轴偏移九十度。在一些实施例中，衍射光栅后光轴基于系统700的所要封装而选择。

阶数选择滤波器705可经配置以选择性地阻断大于(例如)一的衍射级。在一些实施例中，例如，在入射于衍射光栅702上的光的200nm分量产生多个衍射级时，阶数选择滤波器705仅允许经衍射光的200nm分量的第一衍射级穿过到传感器阵列706的接收200nm光的(若干)像素。

载台707可经定位使得在例子中衍射光栅后光轴法向于载台707。替代地，载台707可经定位使得衍射光栅后光轴与通过其的轴共线。

在实施例中，传感器阵列706包括多个像素。像素可包括子像素。像素可为椭圆或矩形的。在椭圆或圆形像素的情况中，像素宽度可经定义为弦，所述弦在椭圆的情况中可为长轴或短轴，或者在圆的情况中可为直径。在矩形或正方形像素的情况中，像素宽度可经定义为与所述矩形或正方形像素的两个不同边缘相交的线段。在任何例子中，像素宽度可为在如下两个相异点处与像素的最外周长相交的线段：起始点及结束点。

传感器阵列706的像素布置成多个像素列，其中每一像素列具有至少一个像素。此布置可在传感器阵列706中形成多列像素行。在传感器阵列706为一维传感器或线性传感器的情况中，传感器阵列706可具有n列的行，每一行具有一个像素，从而形成n x 1像素阵列。在传感器阵列706为二维传感器的情况中，传感器阵列706可具有n列m个像素，从而形成n xm像素阵列。

传感器阵列706可体现为电荷耦合装置(CCD)。替代性地，传感器阵列706可体现为另一类型的图像传感器，例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)或N型金属氧化物半导体(NMOS)芯片或平板检测器中的有源像素传感器。

射线709中的每一射线可凭借入射而在入射点处且以一入射角照射于传感器阵列706上。每一射线的入射可通过位置及入射角描述。

图8描绘其中致动器801通过传动连杆组802可操作地连接到载台707的本发明的实施例。在此实施例中，载台707是被驱动组件。

图9描绘其中致动器901通过传动连杆组902可操作地连接到转向镜704的本发明的实施例。在此实施例中，转向镜704是被驱动组件。

图10描绘其中致动器1001通过传动连杆组1002可操作地连接到衍射光栅702的本发明的实施例。在此实施例中，衍射光栅702是被驱动组件。

在根据图7到10的实施例中，被驱动组件(载台707、衍射光栅702或转向镜704)分别由致动器801、901或1001在递增移动机制中驱动。在这些实施例中，载台707、衍射光栅702或转向镜704开始定位于其中衍射光栅后光轴在起始位置处与传感器阵列706相交的标称原位置处。传感器阵列706在获取步骤中在测量位置处获取数据达固定曝光时间。所述数据接着被传送到处理器708且在存储步骤中被存储。载台707、衍射光栅702或转向镜704接着可平移或可旋转地移动，使得与传感器阵列706相交的衍射光栅后光轴已改变像素宽度的分数量。接着重复获取步骤、存储步骤及移动步骤直到在一些实施例中已实现固定数目次重复。在其它实施例中，接着重复获取步骤、存储步骤及移动步骤直到传感器阵列706与衍射光栅后光轴的相交点已移动到结束位置(例如，相对于其原始位置的整个像素宽度)。在一些实施例中，像素宽度的分数量是像素的十分之一且重复次数是十次。

在根据图7到10的其它实施例中，被驱动组件(载台707、衍射光栅702或转向镜704)分别由致动器801、901或1001在连续移动机制中驱动。在此实施例中，载台707、衍射光栅702或转向镜704开始定位于标称原位置处。传感器阵列706在初始获取步骤中在初始测量位置处获取数据达固定曝光时间。载台707、衍射光栅702或转向镜704开始基本上连续地可平移或可旋转地移动。传感器阵列706在运动中获取步骤中在像素宽度(各自为测量位置)的经定义分数量处获取数据达固定曝光时间。所述数据接着被传送到处理器708且在存储步骤中被存储。接着重复运动中获取步骤及存储步骤直到在一些实施例中已实现固定数目次重复。在其它实施例中，接着重复运动中获取步骤及存储步骤直到传感器阵列706与衍射光栅后光轴的相交点已移动到结束位置(例如，相对于其原始位置的整个像素宽度)。在一些实施例中，重复次数是十次。

测量的数目(Φ)是基于在起始位置与结束位置之间进行多少次测量而定义，例如，在一个像素内进行的测量的次数。例如，典型Φ可为2、4、8、10、16或另一整数。测量的次数、起始位置及结束位置可用于确定在多个测量位置中的测量次数。

在一些实施例中，像素宽度的分数量小于一个像素宽度(例如，像素宽度的十分之一)。在其它实施例中，像素宽度的分数量大于一个像素宽度。

致动器801、901及1001可尤其体现为能够进行次微米移动或定位的压电致动器、伺服电动机或步进电动机。传动连杆组802、902及1002可体现为用于传送来自致动器的致动力以导致被驱动组件的适当平移或旋转的任何构件。例如，压电致动器可用于借助于直接传动连杆组致动被驱动组件以使被驱动组件平移或借助于凸轮传动连杆组致动被驱动组件以使被驱动组件旋转。在另一例子中，伺服电动机或步进电动机通过体现为皮带、齿条及小齿轮或凸轮的传动连杆组可操作地连接到被驱动组件以使被驱动组件平移，或通过体现为轴件(其可连接到齿轮箱以使被驱动组件旋转)的传动连杆组可操作地连接到被驱动组件。

图11展示使用光学系统700获取呈射线光谱的形式的数据的实施例方法1100。在步骤1101，提供光学系统，其包含孔径光阑、衍射光栅、聚焦透镜、转向镜、阶数选择滤波器；及致动器、载台及感测阵列。在步骤1102，执行扫描操作以获取扫描数据。所述扫描操作可包含：使用致动器根据移动机制移动所述载台、所述衍射光栅或所述转向镜中的一者以改变所述载台上的射线的入射，所述移动机制具有起始位置及结束位置；及使用安置于所述载台上的包含多个像素列(每一像素列具有至少一个像素)的传感器阵列在多个测量位置处感测从光学系统入射于所述传感器阵列上的射线以获得多个射线光谱。

图12展示获取及处理呈由处理器708接收的射线光谱的形式接收的数据的实施例方法1200。在步骤1201，使用如本文中所描述的光学系统及传感器阵列获取射线光谱。在方法1200的一些实施例中，根据方法1100获取射线光谱。在步骤1202，由处理器708接收射线光谱。在步骤1203，使所述射线光谱交错以产生表示传感器阵列的分辨率乘数的交错光谱。此交错光谱(例如)在图13中(例如)针对Φ＝10展示。在图13中，展示针对交错中的每一测量位置的间隙。在步骤1204，在图14中针对Φ＝10示范性的对应于光学系统的点散布函数(也表示分辨率乘数)是产生经复原数字化光谱的经去卷积的交错光谱。所述经复原数字化光谱是在高于传感器阵列的实际分辨率的分辨率下。例如，在Φ＝10下的经复原数字化光谱相较于其在图15中的原始反射计理想光谱而展示。

例如，基于Φ＝4的交错可涉及指定四个测量A₁到A₄中的每一者。每一测量可具有N个像素，因此可将获取“X”中的个别像素标记为A_X,1到A_X,N。通过这4次获取的N个像素，交错光谱接着可具有4x N个像素，其包括像素：A_1,1、A_1,2、A_1,3、A_1,4、…、A_N,1、A_N,2、A_N,3、A_N,4。

在本发明的实施例中，基于每像素十个测量点或Φ＝10获取射线光谱。

处理器708可体现为包含处理器及电子数据存储单元的计算机子系统。处理器708可包含微处理器、微控制器或其它装置。

处理器708可以任何合适方式(例如，经由可包含有线及/或无线传输媒体的一或多个传输媒体)耦合到传感器阵列706，使得处理器708可接收输出。处理器708可经配置以使用所述输出执行许多功能。系统700可从处理器708接收指令或其它信息。处理器708可任选地与另一晶片检验工具、晶片计量工具或晶片检视工具(未说明)电子通信以接收额外信息或发送指令。例如，处理器708可与扫描电子显微镜电子通信。

本文中所描述的处理器708、(若干)其它系统或(若干)其它子系统可为各种系统(包含个人计算机系统、图像计算机、大型计算机系统、工作站、网络设备、因特网设备或其它装置)的部分。所述子系统或系统还可包含任何合适处理器，例如平行处理器。另外，所述子系统或系统可包含具有高速处理及软件的平台作为独立或联网工具。

处理器708可分别安置于系统700或另一装置中或以其它方式作为系统700或另一装置的部分。在实例中，处理器708可为独立控制单元的部分或在集中式质量控制单元中。可使用多个处理器708。

处理器708可实际上通过硬件、软件及固件的任何组合实施。另外，如本文中所描述的其功能可由一个单元执行，或在不同组件(其每一者可又由硬件、软件及固件的任何组合实施)之间分配。使处理器708实施各种方法及功能的程序代码或指令可存储于可读存储媒体(例如电子数据存储单元中的存储器或其它存储器)中。

如果系统700包含一个以上处理器708，那么不同子系统可彼此耦合，使得可在所述子系统之间发送图像、数据、信息、指令等。例如，一个子系统可通过任何合适传输媒体耦合到(若干)额外子系统，所述传输媒体可包含任何合适有线及/或无线传输媒体。此类子系统中的两者或两者以上还可通过共享计算机可读存储媒体(未展示)有效耦合。

处理器708可经配置以分别使用系统700的输出或其它输出执行许多功能。例如，处理器708可经配置以将输出发送到电子数据存储单元或另一存储媒体。处理器708可如本文中所描述般进一步配置。

处理器708可为缺陷检视系统、检验系统、计量系统或某一其它类型系统的部分。因此，本文中所揭示的实施例描述可以许多方式针对具有或多或少适于不同应用的不同能力的系统定制的一些配置。

如果系统包含一个以上子系统，那么所述不同子系统可彼此耦合，使得可在所述子系统之间发送图像、数据、信息、指令等。例如，一个子系统可通过任何合适传输媒体耦合到(若干)额外子系统，所述传输媒体可包含任何合适有线及/或无线传输媒体。此类子系统中的两者或两者以上也可通过共享计算机可读存储媒体(未展示)有效耦合。

处理器708可根据本文中所描述的实施例中的任一者配置。处理器708也可经配置以分别使用系统700的输出或使用来自其它来源的图像或数据执行其它功能或额外步骤。

处理器708可以所属领域中已知的任何方式分别通信地耦合到系统700的各种组件或子系统中的任一者。此外，处理器708可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，来自例如检视工具、包含设计数据的远程数据库及类似者的检验系统的检验结果)。以此方式，分别地，所述传输媒体可分别用作处理器708与系统700的其它子系统或处理器708与系统700外部的系统之间的数据链路。

处理器708是与计量工具或检验工具(例如系统700)电子通信。例如，处理器708可经配置以执行方法1100的实施例。

额外实施例涉及一种非暂时性计算机可读媒体，其存储可在控制器上执行以用于执行如本文中所揭示的计算机实施方法的程序指令。特定来说，如图7中所展示，处理器708可包含可含有非暂时性计算机可读媒体(其包含可在处理器708上执行的程序指令)的电子数据存储单元或其它存储媒体。所述计算机实施方法可包含本文中所描述的包含方法1100的(若干)任何方法的(若干)任何步骤。

实施方法(例如本文中所描述的方法)的程序指令可存储于计算机可读媒体上，例如存储于电子数据存储单元或其它存储媒体中。所述计算机可读媒体可为存储媒体，例如磁盘或光盘、磁带或任何其它合适非暂时性计算机可读媒体。

程序指令可以各种方式中的任一者实施，包含基于程序的技术、基于组件的技术及/或面向对象的技术等。例如，程序指令可视需要使用ActiveX控件、C++对象、JavaBeans、微软基础类别(MFC)、流式SIMD扩展(SSE)或其它技术或方法论实施。

实验

具有噪声的数据可损害去卷积算法的性能。再次考虑上文进行的方法，但其中增加噪声到数据。如果噪声小于数据的数量级，那么去卷积将适当地操作。然而，如果噪声是与数据为相同数量级，那么去卷积通常将放大噪声且所得信号将不可用。因此，必须针对本发明的实施例仔细地考虑每一所获取光谱的信噪比以产生可接受结果。考虑下文在图16到19中所展示的光谱，其中用光谱仪中所使用的传感器的典型噪声模拟数据。总信号获取时间经保持恒定，在待交错的Φ＝2、4、8及16个光谱子样本间划分。

图17到18展示通过本发明的实施例复原的光谱与在Φ＝1下复原的光谱的此比较。图17展示根据本发明的实施例的在Φ＝2下的经复原光谱相较于根据常规方法复原的光谱的比较。此比Φ＝1取样方法好得多，但经复原光谱低估0与1之间的光谱振幅。图18展示根据本发明的实施例的在Φ＝4下的经复原光谱相较于根据常规方法复原的光谱的比较。此是在最适度的过冲及下冲的情况下的性能。图19展示根据本发明的实施例的在Φ＝8下的经复原光谱相较于根据常规方法复原的光谱的比较。图19中的经复原光谱描绘明显过冲，但振幅类似于图17的振幅。图20展示根据本发明的实施例的在Φ＝16下的经复原光谱相较于根据常规方法复原的光谱的比较。这是过冲，此将可能不呈现可接受结果。

可需要仔细平衡交错样本的数目及每一样本中的噪声。如果选择太少交错样本，那么可能无法适当复原原始光谱。如果选择太多交错样本，那么噪声放大可主导结果，从而使其不可用。可被考虑来缓解此问题的若干方法是显而易见的。首先，可使用较少噪声传感器。第二，可使用经设计以处理有噪声的数据的更复杂去卷积算法(例如维纳(Wiener)去卷积)。第三，增加用于经获取中的每一个别信号的获取时间可减少噪声。其它方法也可辅助。

所述第三方法具有增加总获取时间的非所要副作用，此可降低半导体工具的总处理量。然而，厚膜及3D快闪使用案例是难题。高噪声、低分辨率信号价值不大，不管工具可多快地获取所述信号。在此类情况中，以处理量交换测量质量可为可接受选择。

图21描绘其中用于每一交错光谱的获取时间增加四倍(此近似将信噪比提高两倍)的实例。通过此配置，尽管引入传感器噪声，但仍观察到原始光谱的优异复原。

根据本发明的系统、方法及设备克服在像素大小相较于光谱信号频率较大时的混叠问题。其产生用于通过计算引擎处理的高分辨率信号。此外，其实现去卷积的使用以经由来自光谱的去卷积像素阵列量化及从光谱去卷积光学点散布函数的高分辨率再现而重建原始光谱信号。

在本文中所揭示中的各个实施例及实例中所描述的方法的步骤足以执行本发明的方法。因此，在实施例中，方法基本上由本文中所揭示的方法的步骤的组合组成。在另一实施例中，方法由此类步骤组成。

尽管已参考一或多个特定实施例描述本发明，但将理解，可在不脱离本发明的范围的情况下进行本发明的其它实施例。