具体实施方式

图1示出了光学计量设备100的示意图，该光学计量设备包括相位掩模以执行对来自单个相机图像的样品表面形貌的干涉检测。光学计量设备100被示为相移干涉仪，并且在本文中有时可称为干涉仪100。通过使用相位掩模，可通过单次曝光获得数据，并且因此每次获取的时间由用于移动、聚焦和执行图案识别的时间以及图像转移速率控制。另外，通过用单次曝光获得数据，所有轴线上的振动的影响减小，尤其是在低频下的那些。干涉仪100可使用表面测量来评估样品，例如，以确定样品的一个或多个特性或样品上的特征或者以找到位于样品上的缺陷。

相位掩模常规上使用具有不同相移的重复2×2像素块的阵列，如美国7,230,717中所示，该专利全文并入本文。在整个相位掩模中，重复2×2像素块的阵列允许相对快速地测量来自单个图像的干涉信号的相位，并且因此确定具有低振动贡献的表面形貌。形貌测量可用于确定样品的特性或样品上的特征，或者用于通过找到多个管芯中的相同场内位置处的相对于参考具有不同表面高度的区域来检测缺陷。

然而，在相位掩模阵列中使用2×2像素块意味着干涉仪的横向分辨率为像素尺寸的至少两倍(甚至针对最佳光学分辨率)。此外，使用具有重复2×2像素块的相位掩模来分析样品，假定了在每个2×2像素块内存在恒定的形貌。因此，通过常规相位掩模阵列无法准确测量来自样品上具有显著图案频率含量(例如，约1/像素尺寸)的区域的形貌。因此，期望对相位掩模阵列进行改进，如以下讨论的。

干涉仪100被示为包括用于产生偏振光的光源110、用于产生正交偏振的测试光束和参考光束的干涉物镜系统130，以及包括以像素级微偏振器阵列的形式的相位掩模155的相机150。干涉仪100中的光源110可以是产生期望波长的光(例如，约460nm)的窄带光源。例如，光源110可以是LED、激光或白炽光源，诸如钨灯、或等离子体源或弧光灯、或任何其他合适的高亮度光源。一个或多个适当滤光器可与具有过大带宽的光源结合使用，但该设计将是较低效的。以举例的方式，可使用具有20nm半峰全宽(FWHM)带宽的光源(诸如LED)。如果需要，可使用Kohler照明、临界照明或其他中间形式的照明或其他分布(诸如环形)以在干涉物镜系统130的入射光瞳处产生光源110的图像，只要照明方案不修改干涉行为以使得其不能被解释即可。来自光源110的光112由照明透镜114聚焦在干涉物镜系统130中的两个物镜的后焦平面上，被示为以Linnik配置进行布置(在穿过一个或多个分束器120、132之后)。

来自光源110的光穿过偏振器116，该偏振器可以是例如线性偏振器，但在一些实施方案中可以是圆偏振器，并且具有可调整的可变取向以最大化条纹反差。分束器120(其可为非偏振50/50分束器)将偏振光引导(例如，反射)到干涉物镜系统130。可使用偏振光(例如，如果相位检测器依赖于偏振)，但在其他实施方案中(例如，其中使用不同材料或材料厚度来引入相位滞后)，可使用非偏振光。

干涉物镜系统130被配置为将入射光分成从样品反射的测试光束和从参考表面反射的参考光束，并且将来自样品的反射测试光束与来自参考表面的反射参考光束重新组合。以举例的方式，干涉物镜系统130被示为Linnik几何形状，但如果需要，可使用其他干涉物镜(诸如Michelson或Mirau物镜)。物镜的选择可取决于器械中的光的偏振态而受到限制。

干涉物镜系统130被示为包括偏振分束器132、用于对测试样品的表面进行成像的样品物镜134，以及互补参考物镜136和参考镜138。偏振分束器132用于在两个物镜134和136之间分离入射光，使得偏振态在样品路径和参考路径之间正交。偏振分束器132透射在分束器132的成角度面的平面内线性偏振的光并且反射具有正交偏振的光。可使用任何形式的偏振分束器，具有良好效率的示例包括具有线栅偏振元件的那些，或在分束器立方体的内部成角度面处具有适当薄膜涂层的MacNeille立方体。分束器132的特性可与光源110的带宽匹配，因为偏振效率随波长的变化将改变反射光束和透射光束中的光的平衡或混合该光的偏振态。

在图1的配置中，入射在样品140和参考镜138处的光为线偏振的。入射光束路径中的线性偏振器116可用于改变平行于偏振分束器132的每个偏振轴线的光的比例，并且因此改变每个路径中的光束的相对强度。以这种方式调整线性偏振器允许使信号和参考光束的强度达到相同水平，并且因此产生所期望的最高可能干涉条纹反差。这是一个优点，因为它允许干涉仪针对具有不同反射率的样品进行优化。

图1示出了致动器137，该致动器附接到参考物镜136以垂直于竖直方向(Z轴)移动参考物镜136，以便改变入射在样品140上的测试光束135和入射在参考镜138上的参考光束139之间的光学路径差，其可用于例如将干涉仪聚焦在测量位置处。干涉仪100在单个图像中捕获所有期望相位数据，并且因此不需要扫描(例如，改变光学路径差)以捕获相位数据，如在扫描干涉仪中那样。在实施过程中，可沿光轴移动单独的参考物镜136、单独的参考镜138、样品、或干涉物镜系统130的整个光学组件，以改变测试光束和参考光束之间的光学路径差。然而，应当理解，关于其他干涉物镜，可通过在平行于竖直方向的方向上移动参考镜来改变路径差。从光学角度来看，相对于彼此移动的样品或整个成像系统之间不存在差异；然而，存在实际意义，即光学系统的质量可限制对台的选择，这继而可限制最低台准确度。

如图所示，来自样品物镜134的测试光束135入射在样品140上，该样品保持在安装在台144上的卡盘142上。台144能够在笛卡尔(即，X和Y)坐标或极(即，R和θ)坐标或两者的某种组合中进行水平运动。台还可以能够沿着Z坐标进行竖直运动。

测试光束135从样品140反射，并且所得的反射光束返回穿过样品物镜134，并且通过偏振分束器132与反射参考光束139组合以形成组合光束151。当所有点处的样品光束路径和参考光束路径之间的路径差变化小于光源的相干长度时，发生样品光束和参考光束之间的干涉。

所得的组合光束151由分束器120引导(例如，透射)朝向相机150。应当理解，如果需要，分束器120可透射来自光源110的照明光并且反射从样品140反射的光。还应当理解，如果使用依赖于除偏振之外的方法的相位掩模来产生信号相位的偏移，则分束器132无需为偏振分束器。例如，如果通过在参考表面138处放置具有像素化相位延迟元件的相位掩模而在光束路径中的一者(例如，参考光束139的路径)中产生相移，则可使用非偏振光而不是使用偏振光。

图2示出了干涉仪100’的另一种配置，该干涉仪通过使用圆偏振光来避免对图1所示的分束器120的需要。干涉仪100’类似于图1所示的干涉仪100，相似指定的元件是相同的。在干涉仪100’的配置中，如图2所示，圆偏振器131和133被定位在样品物镜134和参考物镜136之前，使得入射在样品表面和参考表面处的光被圆偏振。图2中的干涉仪100’的配置允许图1所示的非偏振分束器120的功能被偏振分束器132的第四面替换。图2所示的配置在样品路径和参考路径中的每一者中使用圆偏振光，因为每个路径必须在偏振分束器132中进行一次反射和一次透射，这有利地平衡了偏振分束器132的偏振效率的任何不平衡的影响。另外，当样品为半导体晶片时，通过样品表面处的圆偏振光进行操作是有利的，因为晶片上的图案包括许多组的线，这些线起到线性偏振器的作用并且产生器械的取向灵敏度。

如图1和图2两者所示，组合光束由透镜系统(由透镜152示出)聚焦以在与相机150重合的平面处产生样品的图像。如图1所示，当反射光束由线性偏振光组成时，输出偏振器154可定位在透镜152和相机150之间。从样品140以及从参考镜138反射的光的偏振取向是正交的。圆偏振器154(例如，四分之一波片)将正交偏振光束转换成相反方向的圆偏振光，例如，来自样品140的p偏振测试光束被转换成右手圆偏振，并且来自参考镜138的s偏振参考光束被转换成左手圆偏振。在图2的配置中，反射光束是圆偏振的，但针对样品信号和参考信号在相反方向上，并且因此不需要输出偏振器。

相机150包括在检测器阵列158(诸如CCD阵列)之前的以像素级微偏振器阵列156的形式的相位掩模155，其位于基本上相同的图像平面中以从透镜系统152接收样品的图像。组合光束穿过微偏振器阵列156，从而在检测器阵列158上创建干涉图案的多个(N个)交错样品，其中例如每个样品之间的相位差具有相同量值。因此，相机150接收与参考信号组合的样品的图像，针对小路径差，其在相机150中的每个像素处创建干涉图。相位掩模155中的微偏振器阵列156中的不同相移元件产生多个(N个)样品的交错图像，每个样品具有相同的相移，即根据相位存在干涉图的N个不同样品。可一起处理具有不同相移的各组附近样品(像素)以获得局部高度。可使用除N之外的多个像素来执行处理，其中可如本文所讨论的那样选择用于处理的像素的数量和布置。以举例的方式，微偏振器阵列156包括具有偏振器取向0°、45°、90°和135°的以四个为一组布置的线性偏振器阵列，这些线性偏振器在测试光束和参考光束之间引入两倍于偏振器角度(参考)的相移。微偏振器阵列156和检测器阵列158可以是例如4D Technologies使用由Moxtek制造的线栅偏振器阵列来制造的Phasecam。

干涉仪100使用偏振数据来确定由偏振分束器132正交偏振的测试光束135和参考光束139之间的相位差。输出偏振器154(例如，四分之一波片)将线性偏振的测试光束135和参考光束139转换为左手圆偏振和右手圆偏振，其在穿过微偏振器阵列156之后干涉。检测器阵列158接收在干涉之后的所得光，并且检测器阵列158中的每个像素处的强度被转换为电荷。

相机150(例如，检测器阵列158)耦接到计算机系统170，诸如工作站、个人计算机、中央处理单元或其他适当的计算机系统或多个系统。计算机系统170优选地包括在干涉仪100中，或者连接到该干涉仪或以其他方式与该干涉仪相关联。计算机系统170还可控制台144的移动，以及控制卡盘142的操作。计算机系统170还收集和分析如本文所讨论的从相机150获得的干涉数据。例如，计算机系统170可分析干涉数据以确定样品140的一个或多个物理特性(诸如缺陷的存在)，如下所讨论。计算机系统170包括具有存储器174的至少一个处理器172，以及包括例如显示器176和输入设备178的用户界面。计算机系统170可使用体现有计算机可读程序代码的非暂态计算机可用存储介质179，以用于致使至少一个处理器控制干涉仪100并且执行包括本文所述的分析的功能。鉴于本公开，本领域的普通技术人员可实现本具体实施方式中描述的用于自动实现一个或多个动作的数据结构和软件代码，并且将该数据结构和软件代码存储在例如非暂态计算机可用存储介质179上，该非暂态计算机可用存储介质可以是可存储代码和/或数据以供计算机系统诸如处理器172使用的任何设备或介质。计算机可用存储介质179可以是(但不限于)磁存储设备和光学存储设备，诸如磁盘驱动器、磁带、光盘和DVD(数字通用光盘或数字视频光盘)。通信端口177还可用于接收指令，该指令用于对计算机系统170进行编程以执行本文所述的功能中的任何一者或多者，并且可表示任何类型的通信连接，诸如到互联网或任何其他计算机网络的通信连接。通信端口177可在前馈或反馈过程中将信号(例如，具有测量结果和/或指令)进一步导出到另一个系统(诸如外部处理工具)以便基于测量结果调整与样品的制造过程步骤相关联的过程参数。另外，本文所述的功能可全部或部分地体现在专用集成电路(ASIC)或可编程逻辑器件(PLD)的电路中，并且这些功能可体现在可用于创建如本文所述那样操作的ASIC或PLD的计算机可理解的描述符语言中。

因此，样品140的表面形貌、样品140的特性(包括一个或多个缺陷的存在，包括尺寸、位置、类型等)可由计算机系统170确定，并且可被传送并存储在存储器中。存储在存储器中的缺陷的群体可由生产工程师使用以驱动产量改善和控制产量偏移。在另一个示例中，由计算机系统170确定的样品140的表面形貌或样品140的特性(包括一个或多个缺陷的存在，包括尺寸、位置、类型等)可被传送到处理工具，这致使处理工具基于所测量的样品140的表面形貌或特性来调整与半导体晶片制造序列的制造过程步骤相关联的一个或多个过程参数(例如，在前馈过程中的样品140或在反馈过程中后续处理的样品的过程参数)。在另一个示例中，由计算机系统170确定的样品140的所确定的一个或多个物理特性(包括一个或多个缺陷的存在，包括尺寸、位置、类型等)可被传送以致使基于缺陷的存在而拒绝样品的至少一部分(例如，晶片的管芯)。在一些实施方案中，缺陷存在的指示可与样品或样品的至少一部分(例如，具有缺陷的管芯)相关联，并且缺陷存在的指示可被调用并用于拒绝样品或样品的部分(例如，通过在样品处理的完成时从成品批次中排除样品或样品的部分)。

图3A和图3B示出了常规微偏振器阵列356的侧面透视图和顶部平面图。图3C示出了微偏振器阵列356的一部分，其包括在整个微偏振器阵列356上重复的具有四个离散偏振(0°、45°、90°、135°)的偏振器像素302、304、306和308的2×2阵列，使得微偏振器阵列356包括具有离散偏振的微偏振器像素的重复阵列。当在相位掩模155中使用微偏振器阵列356时，处于0°、45°、90°和135°的偏振器像素302、304、306和308取向使得能够分别干扰测试光束135和参考光束139之间的0°、90°、180°和270°的相位滞后。微偏振器像素的尺寸和间距与检测器阵列158中的像素的尺寸和间距匹配，使得检测器阵列158中的每个像素与微偏振器阵列356的微偏振器元件匹配(即，对准)。

另选地，代替微偏振器阵列356，可使用相位掩模，该相位掩模包括相位延迟元件的重复阵列，一个此类阵列357的一部分在图3D中以透视图示出。具有相位延迟元件阵列的相位掩模可以是以正方形阵列蚀刻到不同深度的双折射石英掩模，该双折射石英掩模匹配检测器阵列158中的像素的尺寸和间距并且与检测器阵列158对准。在相位掩模中使用相位延迟像素的情况下，偏振光可不在干涉仪100、100’中使用，并且具有相位延迟像素的相位掩模可被放置在例如参考表面138处的参考光束139路径中，以在测试光束135与参考光束139之间产生相位延迟。相位延迟像素中的每一者在参考光束和样品光束之间引入潜在不同的延迟。相位掩模包括具有离散相位延迟的相位延迟元件的重复阵列，该相位延迟元件与检测器阵列的像素对准。此类掩模的制造技术在半导体工业中是已知的，其中相位变化通常在用于光刻的光掩模中使用。可通过校准每个像素处的相位延迟来改善每个相位元件中的深度控制。

如图3A至图3D所示，常规微偏振器阵列356或相位延迟阵列357使用具有不同相位延迟的2×2像素阵列，这类似于美国7,230,717中所示的那种，该专利全文并入本文。然而，在使用2×2像素块的情况下，干涉仪的横向分辨率为像素尺寸的至少两倍(甚至针对最佳光学分辨率)。此外，使用具有常规2×2像素块的相位掩模来分析样品假定了每个2×2像素块内的恒定形貌，因为具有显著图案频率含量(例如，约1/像素尺寸)的区域不能用常规相位掩模测量。

图4A示出了具有2×2像素块阵列(如图3A至图3D所示的微偏振器阵列356或相位延迟阵列357)的常规相位掩模400。相位掩模400中的每个像素的中心的数字表示该像素的测试光束与参考光束之间的相移，例如，表示为90°的倍数。

在操作中，接收2×2像素块中的信号S_i(i＝1、2、3或4)并且将其用于计算表面高度z，例如，四像素块中的所有像素的平均高度，例如，使用：

应当理解，干涉仪100、100’可以其他方式基于像素块中的每个相移的信号S_i来产生干涉测量值。

通过使用常规2×2像素块，如图4A所示，具有信号S_i(i＝1、2、3或4)的像素分组可以单像素间隔获得。换句话讲，假设像素不在图像的边缘处，则每个像素可被包括在四个不同但相邻的2×2像素块中。以举例的方式，图4B示出了相位掩模400，但具有包括i＝1、2、3和4的不同2×2像素分组，通过不同阴影并且还通过较粗线402示出。应当理解，图4B所示的不同阴影和较粗线402仅是为了更容易地识别2×2像素分组，并且不是相位掩模400本身的一部分。如在图4B中可见，相位掩模400中的每个像素是各自具有不同相移的2×2像素分组的一部分。

虽然常规相位掩模400允许以单像素间距确定高度z的值，但相位掩模400的配置使用相同信号值的50％来产生相邻结果。例如，从具有暗阴影的2×2像素组(图4B中用虚线412示出)获得的测量结果以及从另一个2×2像素组(用虚线412示出)获得的结果均使用相同的S₂信号和S₄信号，即它们使用相同信号值的50％。

使用相位掩模来分析样品要求标称样品在每个2×2像素分组内未图案化，或者标称样品具有连续子分辨率图案，其中相位掩模中的像素尺寸的大小没有可见变化。

图4C示出了相位掩模400，其类似于图4B所示的那种，但将从样品成像的分辨竖直线422和424叠加到相位掩模400上。如在图4C中可见，分辨竖直线422和424的存在意味着不满足样品未图案化或具有连续子分辨率图案的要求。竖直线422和424表示由工具分辨的样品上的图案密度的变化。在用较暗线示出的2×2块432中，竖直线422的左侧在像素1和3上成像，而相同竖直线的右侧在像素2和4上成像。竖直线422的存在将改变信号，使得等式1将不会产生正确的表面高度z。此外，信号甚至易受垂直于图案方向的小移动的影响。例如，竖直线424被示为主要在2×2块434中的像素2和4中成像，而较少的竖直线424在块434的像素1和3中成像。竖直线424的不同量将使像素所产生的信号的值改变不同的量，从而产生不正确的表面高度。

因此，利用相位掩模400中的相移的常规配置，不可能准确地确定具有可分辨图案的区域中的表面形貌，如竖直线422和424所示，其中图案大小为像素尺寸的约1/2至4倍。此外，如果常规2×2像素块下的区域具有分辨图案，则2×2像素块中的缺陷的检测可为困难的，因为可能无法确定信号变化是图案还是亚分辨缺陷的结果。

图5A示出了相位掩模500的一部分，其通过布置像素以使得所有离散相移被包括在重复像素组中来改善上述问题，该重复像素组是一列宽的行和一行高的列两者。虽然相位掩模500示出了相移的特定布置，但应当理解，设想了在一列宽的行和一行高的列两者中具有所有离散相移的重复像素组的其他相移布置。此外，相位掩模500包括块中的重复像素组，该块包括多个行和列中的像素。例如，在一个具体实施中，在相位掩模500中存在多个(N个)预定相移的情况下，在正方形块(例如，布置成正方形(√N×√N)像素组)或其他尺寸块(例如，布置成块(n×m)像素组，其中n＝m或n≠m，并且n＝N或n≠Ν)中，存在重复竖直线性像素组(例如，竖直布置成单列(1×N)像素组)以及重复水平线性像素组(例如，水平布置成单行(N×1)像素组)。相位掩模500中的每个像素的中心处的数字表示该像素的测试光束与参考光束之间的相移，例如，表示为90°的倍数。不同于在行中水平地重复仅两个相移(例如，1、2、1、2、1、2…)并且在列中竖直地重复仅两个相移(例如，1、3、1、3、1、3…)的相位掩模400，相位掩模500在每行中水平地包括所有相移(例如，3、1、4、2、3、1、4、2…)并且在每列中竖直地包括所有相移(例如，3、2、1、4、3、2…)。因此，相位掩模500具有在水平方向和竖直方向上均具有不同相移的重复像素组。相位掩模500中的像素布局具有为一像素宽并且包括所有N个相移(例如，N＝4)的竖直和水平像素组。

应当理解，虽然相位掩模500被示为使用四个不同的相移(例如，N＝4)，但如果需要，可使用更小数量(即，三个)或更大数量的相移。以举例的方式，表面高度z可使用三个已知相移来确定，并且相位掩模500在水平方向和竖直方向上均重复具有三个不同相移的像素组。例如，对于三个样品(S_i，i＝1、2、4)，表面高度z可由以下确定：

使用具有不同相移(N＝4)的四个像素对于正方形布局是有利的，并且即使关于单行或列布局，也提供优于三像素解决方案的某个噪声减小。

以举例的方式，图5B示出了相位掩模500，其具有处于用暗框502、504、506和508识别的竖直列的四个像素组，这些竖直列为一像素宽(1×4)。应当理解，像素组在整个像素阵列上以每列重复(但相位掩模500的仅一部分在图5B中示出)。可以看出，列502、504、506和508中的每一者包括所有四个相移，并且因此允许使用等式1来确定任何1像素宽列内的四个像素的平均高度z。通过使一个像素沿所选择的像素分组偏移(例如，使框502向下偏移一个像素)，形成了新像素分组，根据其可使用来自先前分组的三个像素加上一个新像素来确定新表面高度z结果，由此以像素单间距产生独特结果。

图5C示出了相位掩模500，其具有处于用暗框512、514、516和518识别的水平行的四个像素组，这些水平行为一像素高(4×1)。应当理解，像素组在整个像素阵列上以每行重复(但相位掩模500的仅一部分在图5C中示出)。可以看出，行512、514、516和518中的每一者包括所有四个相移，并且因此允许使用等式1来确定任何1像素高行内的四个像素的平均高度Z。类似于上面的讨论，通过使一个像素沿所选择的像素分组偏移(例如，使框512向右偏移一个像素)，形成了新像素分组，根据其可使用来自先前分组的三个像素加上一个新像素来确定新表面高度z结果，由此以像素单间距产生独特结果。

另外，相位掩模500可包括可用的块，这些块包括以多个行和列的像素(例如，2×2像素)。例如，图5D示出了具有用暗框522、524、526、528、530和532识别的2×2像素分组的相位掩模。应当理解，像素块组在整个像素阵列上重复(但相位掩模500的仅一部分在图5D中示出)。图5E类似地示出了具有不同2×2像素分组的相位掩模。由于每个2×2分组包括所有四个相移，因此可使用等式1来确定2×2分组内的四个像素的平均高度Z。然而，需注意，由于相位掩模500中的像素的配置，2×2像素分组不可与单像素间距一起使用。例如，如图5D中由虚线框534识别的，相位掩模500中存在不包括所有四个相移的2×2分组，并且因此，不能使用等式1来确定2×2分组534中的四个像素的平均高度Z。然而，相位掩模500中的2×2分组的单像素间距的损失是可接受的，因为所有独特的2×2像素分组是可用的，并且相位掩模500提供对单像素宽列和单像素高行的访问。

因此，具有以一像素宽的水平分组并以一像素高的竖直分组表示的所有相移的相位掩模500有利地允许选择像素分组以匹配样品上的任何位置处的图案的主要取向。分组的取向可被选择以从水平(4×1)改变为竖直(1×4)至块，例如在单个图像内为(2×2)。此外，分组取向的选择发生在捕获图像之后，并且有利地避免了重新获取数据的需要，这改善了吞吐量。

以举例的方式，图5F示出了相位掩模500，其中从样品成像的竖直线552和554叠加到相位掩模500上。例如，竖直线552和554表示由工具分辨的样品上的图案密度的变化。虽然相位掩模400(如图4C所示)不能够测量类似的竖直线，但相位掩模500的像素分组可有利地被修改以匹配图案的取向，例如竖直线552和554。例如，如图5F所示，可选择具有暗框502、504、506和508的一像素宽(1×4)的竖直列。因此，在图5F所示的示例中，像素分组502的所有四个像素检测竖直线552的左边缘的相同部分。类似地，像素组504的所有四个像素检测竖直线552的右边缘的相同部分。每个像素分组506和508中的所有四个像素类似地分别检测竖直线554的左边缘和右边缘的相同部分。线的光学图像在一像素宽的竖直像素分组中的所有四个像素中是相同的，并且因此，图案对相位掩模500的影响是相同的。因此，可使用等式1来提取这些分组中的像素的平均表面高度Z，并且因此，竖直线552和554的测量高度比图4C中的竖直线422和424的测量高度更准确，从而允许更容易地检测缺陷。系统分辨率在最高图案信息内容的方向上改善到一个像素的尺寸，代价是沿着没有内容的方向的分辨率减小。如果需要，可通过使用来自三个像素组的数据和等式2来改善沿该方向的分辨率。

因此，相位掩模500允许优化对样品上的图案的分析。以举例的方式，图5G示出了对重复竖直线性像素组552、重复水平线性像素组554和重复像素块组556的可能选择。应当理解，在实施过程中，正是由检测器阵列158成像的交错干涉图的组被选择用于分析。可以不同方式优化相同图像的不同部分，例如，通过选择不同的竖直、水平或块(例如，2×2)像素分组，或者可将多个分析方案应用于相同区域，所有这些都不需要重新获取图像数据。另外，相位掩模500在当前的2×2相位掩模布局(例如，相位掩模400)上使沿图案方向的分辨率提高两倍。

以举例的方式，图6为示出了例如使用图1和图2所示的干涉仪100、100’来执行干涉测量的方法的流程图，其中相移掩模具有布置(例如，如图5A至图5G所示)。如图所示，例如由光源110产生照明光束(602)。例如，通过干涉物镜系统130，例如使用偏振分束器132，将照明光束分成入射在样品上的测试光束和入射在参考表面上的参考光束(604)。例如，通过干涉物镜系统130，例如使用偏振分束器132，使测试光束与参考光束在分别由样品表面和参考表面反射之后组合(606)。例如，通过透镜系统152，将组合光束聚焦以形成样品的图像(607)。

使组合光束或者在组合成组合光束之前的参考光束或测试光束中的一者穿过具有像素阵列的相位掩模，像素阵列中的每个像素适于产生组合光束中的测试光束和参考光束之间的多个预定相移中的一个预定相移，其中像素阵列中的像素被布置为包括一列宽的重复水平线性像素组和一行高的重复竖直线性像素组中的所有预定相移(608)。例如，相位掩模可以是图1、图2和图5A至图5G所示的相位掩模155和500。相位掩模可被定位成使得组合光束穿过相位掩模，并且相位掩模中的像素为线性偏振器，该线性偏振器具有多个偏振器取向中的一者以产生测试光束和参考光束之间的预定相移。另选地，相位掩模可被定位成使得在组合成组合光束之前的参考光束或测试光束中的一者穿过相位掩模，并且相位掩模中的像素为相位延迟元件，该相位延迟元件具有多个相位延迟中的一者以产生测试光束和参考光束之间的预定相移。

通过检测器来检测组合光束，该检测器具有像素阵列，该像素阵列与相位掩模的像素阵列对准并且放置在样品图像的平面中以接收包括交错干涉图的样品图像，该交错干涉图根据组合光束中的测试光束和参考光束之间的预定相移而不同并且被分组在重复水平线性像素组和重复竖直线性像素组中(610)。例如，检测器可以是图1和图2所示的检测器阵列158。对交错干涉图的重复组执行干涉测量(616)。可将信号传送到处理工具，这致使处理工具基于样品的干涉测量值调整与样品制造序列的制造过程步骤相关联的过程参数(618)。因此，所得的测量值可例如在前馈或反馈过程中用于修改、改变或通知测试样品的进一步处理或后续处理样品的处理。就这一点而言，可将测量结果导出到另一个系统。以举例而非限制的方式，在接收到数据之后，光刻处理工具可改变其在测试样品或后续样品上使用的焦点位置，或者CMP抛光工具可改变后续样品或相同测试样品(如果被取回以用于附加抛光的话)的抛光过程期间施加的参数，诸如持续时间和压力。在一些具体实施中，基于样品上的感兴趣测试区域中的缺陷存在，可传送信号以致使拒绝样品的至少一部分(例如，晶片的管芯)。例如，缺陷存在的指示可与样品或样品的至少一部分(例如，具有缺陷的管芯)相关联，并且缺陷存在的指示可被调用并用于拒绝样品或样品的部分(例如，通过在样品处理的完成时从成品批次中排除样品或样品的部分)。因此，缺陷的检测可例如在前馈过程中用于修改、改变或通知测试样品的进一步处理。就这一点而言，可将检测结果导出到另一个系统。在一些具体实施中，指示缺陷存在的信号可存储在存储器中，并且存储器中的缺陷群体可由生产工程师使用以驱动产量改善和控制产量偏移。

在一些具体实施中，如虚线框612和614所指示，方法可包括确定样品的一部分中的图案的取向(612)。例如，图案的取向可由用户或样品的已知处理设计来通知。另选地，可测量图案的取向，例如，作为图像数据的处理的一部分(因为图案可由干涉仪100、100’分辨)或由另一个计量工具测量。可基于样品部分中的图案的取向，针对样品部分的干涉测量值选择分组在重复水平线性像素组或重复竖直线性像素组中的交错干涉图(614)。例如，如图5F所示，如果样品上的图案为样品上的在样品部分中具有水平取向或竖直取向的线，则基于样品部分中的图案的取向来选择重复水平线性像素组或重复竖直线性像素组中的交错干涉图，以便匹配样品部分中的线的水平取向或竖直取向。在一些具体实施中，像素阵列中的像素被布置为还包括重复像素块组中的所有预定相移，该重复像素块组包括位于多个行和列中的像素(例如，如图5D和图5E所示的块所示)。在一些具体实施中，可确定样品的一部分不具有分辨图案，并且可针对样品部分的干涉测量值选择分组在重复像素块组中的交错干涉图(614)。应当理解，样品的单个图像可包括具有图案的不同取向和/或具有未分辨图案的多个部分，并且可针对图像的每个部分进行像素组(例如，竖直线性组、水平线性组或块组)的不同选择。

在一个具体实施中，干涉测量值可产生每组交错干涉图中的像素的平均表面高度，例如，如参考等式1和2所讨论的。

在一个具体实施中，方法还可包括使用干涉测量值来检测样品上的缺陷，其中传送到处理工具的信号基于所检测的缺陷。例如，可通过将样品表面的测量高度与一个或多个参考表面的测量高度进行比较来检测缺陷。例如，可通过以下方式来检测缺陷：确定样品表面在一个或多个检测像素处的表面高度，并且执行表面高度与样品表面上的一个或多个不同位置处的测量表面高度或金样品表面的逐像素比较，并且如果比较区域的表面高度差超过阈值，则确定缺陷的存在。缺陷检测在以下中进一步描述：2018年11月21日提交的名称为“亚分辨缺陷检测(Sub-Resolution Defect Detection)”的美国专利申请号16/197,737(具有代理人案卷号NAN311US)，以及2018年11月21日提交的名称为“使用形貌的样品检查(Sample Inspection Using Topography)”的美国专利申请号16/197,849(具有代理人案卷号NAN316 US)，这两个申请均全文以引用方式并入本文。

在一个具体实施中，方法还可包括使用干涉测量值来确定样品的粗糙度，其中传送到处理工具的信号基于样品的粗糙度。例如，可通过例如确定每个目标像素周围的像素邻域的表面高度以及计算目标像素的标准偏差来确定样品的粗糙度。结果是其中每个像素处的值指示邻域上的局部粗糙度的图像。

在一个具体实施中，方法还可包括使用干涉测量值来确定样品上的特征的特性，其中传送到处理工具的信号基于特征的特性。例如，可使用干涉测量值来生成样品的形貌，根据其可确定诸如临界尺寸、线宽、侧壁角度、膜厚度、凹陷、弓形、翘曲等的特性。

图7是示出与图1和图2所示干涉仪100、100’一起使用的计算机系统170的硬件具体实施的示例的示意图。计算机系统170包括例如硬件部件，诸如外部接口702，该外部接口可以是能够连接以从相机150接收数据并且向台144提供控制信号或导出缺陷数据的有线或无线接口。计算机系统170还包括用户界面，该用户界面包括例如显示器176和输入设备178。计算机系统170还包括可通过总线704耦接在一起的一个或多个处理器172和存储器174。计算机系统170的一个或多个处理器172和其他部件可类似地通过总线704(单独总线)耦接在一起，或者可直接连接在一起或前述的组合。

存储器174可包含可执行代码或软件指令，该可执行代码或软件指令在由一个或多个处理器172执行时致使一个或多个处理器作为被编程以执行本文所公开的算法的专用计算机来操作。例如，如图7所示，存储器174包括一个或多个部件或模块，该一个或多个部件或模块在由一个或多个处理器172实现时实现如本文所述的方法。虽然部件或模块被示为存储器174中的可由一个或多个处理器172执行的软件，但应当理解，部件或模块可以是处理器中或处理器外的专用硬件。

如图所示，存储器174可包括特征取向确定单元706，该特征取向确定单元在由一个或多个处理器172实现时致使一个或多个处理器172例如使用从干涉仪100、100’获取的图像数据来确定或获得样品上的任何可分辨图案的取向。如上所讨论，还可从用户或与样品相关联的已知过程设计获得特征的取向以及附加信息(诸如相对于卡盘142的样品放置的已知取向)。另选地，可根据来自不同计量工具的测量值确定特征的取向。

存储器174还可包括像素组选择单元708，该像素组选择单元在由一个或多个处理器172实现时致使一个或多个处理器172选择相位掩模的可重复像素组(例如，在一列宽的行中或在一行高的列中，或在像素块中)以用于基于样品上的图案的取向的干涉测量。例如，如果特征取向确定单元706确定图案是水平取向的，则可选择水平线性像素组；如果图案是竖直取向的，则可选择竖直线性像素组；并且如果没有图案是可分辨的，则可选择像素块组、水平线性像素组或竖直线性像素组中的一者或多者。

存储器174可包括测量单元710，该测量单元在由一个或多个处理器172实现时致使一个或多个处理器172根据从相机150接收的信号使用重复像素组中的预定相移来执行干涉测量。例如，测量单元710可致使一个或多个处理器172测量每个可重复像素组中的像素的平均表面高度，例如，以确定样品的形貌。测量单元710还可致使一个或多个处理器使用干涉测量值来检测样品上的缺陷，检测样品表面的粗糙度，或者使用干涉测量值来确定样品上的特征的特性(诸如临界尺寸、线宽、侧壁角度、膜厚度、凹陷、弓形、翘曲等)。如果测量单元710正在执行样品表面的测量高度与一个或多个参考表面的测量高度的比较，例如，以检测缺陷，则参考表面应具有与样品表面相同的取向，并且相同的像素组选择(例如，水平线性像素组、竖直线性像素组或像素块组)应当用于参考表面，如用于样品表面。本文所述的方法可取决于应用通过各种方式来实现。例如，这些方法可在硬件、固件、软件或它们的任何组合中实现。对于硬件具体实施，一个或多个处理器可在以下内实现：一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子设备、被设计为执行本文所述的功能的其他电子单元、或它们的组合。

对于涉及固件和/或软件的具体实施，方法可通过执行本文所述的单独功能的模块(例如，规程、功能等)来实现。有形地体现指令的任何机器可读介质可用于实现本文所述的方法。例如，软件代码可存储在存储器中并由一个或多个处理器单元执行，从而致使处理器单元作为被编程为执行本文所公开的算法的专用计算机来操作。存储器可在处理器单元内或在处理器单元外部实现。如本文所用，术语“存储器”是指任何类型的长期存储器、短期存储器、易失性存储器、非易失性存储器或其他存储器，并且不限于任何特定类型的存储器或存储器的数量，或存储器存储的介质的类型。

如果在固件和/或软件中实现，则功能可作为一个或多个指令或代码存储在非暂态计算机可读存储介质上。示例包括用数据结构编码的计算机可读介质和用计算机程序编码的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是可由计算机访问的任何可用介质。以举例而非限制的方式，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置、半导体存储装置或其他存储设备，或可用于存储以指令或数据结构的形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质；如本文所用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光器光学地再现数据。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

除了存储在计算机可读存储介质上之外，指令和/或数据可作为信号设置在包括在通信装置中的传输介质上。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发器。指令和数据存储在非暂态计算机可读介质(例如，存储器174)上，并且被配置为致使一个或多个处理器作为被编程为执行本文所公开的算法的专用计算机来操作。也就是说，通信装置包括传输介质，该传输介质具有指示用于执行所公开功能的信息的信号。

虽然出于说明目的结合具体实施方案示出了本发明，但本发明不限于此。在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种适配和修改。因此，所附权利要求书的精神和范围不应限于前述描述。