CN1688864A - 使用干涉仪测定样品的形貌和成分 - Google Patents

Abstract

使用具有光束分光镜(402)、倾斜参考镜(401)和探测器(405)的干涉仪测量样品(403)的形貌。数据处理单元测量第一套条纹线干扰，形成描述所述样品形貌的第一套轮廓，所述第一套轮廓绘制成沿所述样品第一轴延伸的迹线，调节所述迹线相对所述样品的相对位置以形成第二套条纹线干扰，测量所述第二套干涉仪条纹线干扰形成描述形貌的第二套轮廓，将所述第一和第二套轮廓交错形成具有增强分辨率的形貌描述。该方法可以进一步包括通过匹配反射率与波长曲线表征包含有某些材料的样品。

Description

使用干涉仪测定样品的形貌和成分

优先权要求

本申请要求如下申请的优先权：2002年8月9日提交的名称为“用干涉仪测定样品成分的方法和装置”的美国专利申请10/215,894，2002年8月9日提交的名称为“干涉测量形貌方法的预定参考比例”的美国专利申请10/215,897，2002年8月9日提交的名称为“利用预定参考比例的干涉测量形貌方法”的美国专利申请10/215,801，2002年8月9日提交的名称为“将条纹线干扰转换为在样品台上特定位置的样品高度的高级信号处理技术”的美国专利申请10/215,905。

技术领域

本发明领域一般地涉及测量技术，并且，更具体地涉及用于干涉形貌测量的预定参考比例。

背景技术

1.0基本干涉测量法

干涉测量法包括分析干涉波，用于测量距离。干涉仪是执行干涉测量法的测量工具，通常从第一反射表面反射第一系列光波，并从第二反射表面反射第二系列光波。第一和第二系列波随后组合形成组合波形。接着对通过检测组合波形得到的信号进行处理，用于得出反射表面的相对位置。图1表示一种干涉仪的一个实例，它常常被称为迈克尔逊干涉仪。

参看图1，光源101和分光镜102用于形成被引导到参考镜104的第一组光波，以及被引导到平面镜103的第二组光波。分光镜102将来自光源101的光106有效分开，用于形成这些组的光波。通常，分光镜102的设计是将来自光源101的光106平均分开，使来自光源101的50％光强度照射到参考镜104，来自光源101的50％光强度照射到平面镜103。

至少一部分照射到平面镜103的光反射回到分光镜102(反射后沿+z方向传播)，并且至少一部分照射到参考镜104的光反射回到分光镜102(反射后沿-y方向传播)。从参考镜104和平面镜103反射的光由分光镜102有效组合，形成第三组光波沿-y方向传播并到达探测器105。接着分析探测器105检测到的光强度图，以便测量平面镜103和参考镜104之间分别存在的距离d₁和d₂之差。

这就是说，对于平面波阵面，如果距离d₂是已知的，通过测量探测器105接收的光强度可以测量距离d₁。这里，根据波干涉原理，如果距离d₁等于d₂，则在用分光镜102组合时，反射波形将彼此相长干涉(从而其振幅加在一起)。同样地，如果距离d₁与d₂之差是光源101发出的光波长一半，则在用分光镜组合时反射的波形将彼此相消干涉(从而其振幅彼此相减)。

前一种情况(相长干涉)在探测器105处得到相对最大光强度(即，相对“最亮”的光)，后一种情况(相消干涉)得到相对最小光强度(即，相对“最暗”的光)。当距离d₁与d₂之差是零与光源101发出的光的波长一半之间的某个值，则探测器105检测到的光强度小于相长干涉得到的相对最亮光，但大于相消干涉得到的相对最暗光(例如，是相对“最亮”和“最暗”光强度之间的一个“灰度”)。探测器105检测的精确“灰度”是距离d₁与距离d₂之差的函数。

特别是，随着距离d₁与d₂之差偏离零并接近光源101发出的光的波长一半，探测器105检测到的光变暗。因此，通过分析探测器105检测到的光强度，可以准确测量距离d₁与d₂之差。对于平面光波阵面，光强度在探测器105整个表面是“恒定”的，因为(根据过分简单的观点)无论距离d₁与d₂之差如何(甚至是零)，相同的“效应”将作用到任何一对反射光线经过的每个光路长度上，所述成对的反射光线由分光镜102组合形成照射到探测器105的光线。

这里，注意到分光镜102的45°取向使参考镜照射的和平面镜照射的部分光在分光镜102内穿过相同距离。例如，从图1的分析可以看出，参考镜和平面镜照射的部分光线107在分光镜102内穿过相同距离；并且参考镜和平面镜照射的部分光线108在分光镜102内穿过相同距离。由于从分光镜102到达探测器105的所有光线必须穿过相同距离d₃，因此可以清楚的是，仅有平面镜和参考镜照射的部分光(它们组合形成到达探测器105的公共光线)之间的光路长度差必须来自于距离d₁与d₂之差；并且；同样地，对于平波阵面，距离d₁与d₂之差将同等地影响到达探测器105的所有光线。这样，理想地，在整个探测器上将检测到相同的“灰度”，并且，特定的“灰度”在波干涉原理上可以用于确定距离d₁与d₂之差。

2.0具有“倾斜”参考镜的干涉仪

参看图2，当参考镜204倾斜时(例如，从图2看，θ大于0°)，探测器205检测的光强度在探测器205的整个表面上变得不一致，因为平面镜203与参考镜204照射的光部分之间的光路长度之差不再是一致的。也就是，参考镜204的“倾斜”导致照射到参考镜204的光波之间的光路长度变化；从而导致探测器205检测到的光强度变化。

这里，由于波干涉原理仍将应用于探测器202，倾斜参考镜204产生的光路长度变化可以看成是引起到达探测器205的光经过的光路长度差，从而有效地通过λ/2、λ、3/2λ、2λ、5/2λ、3λ等距离(其中λ是光源的波长)。这相应地对应于沿探测器205的z轴在相长干涉与相消干涉之间连续地来回转变。图3a表示干涉仪参考镜倾斜时(从图2中观察)，探测器305检测到的光强度图350。

这里请注意，光强度图350包括相对最小值352a、352b和352c；以及相对最大值351a、351b、351c和351d。相对最小值352a、352b和352c在探测器305的区域内形成“最暗”色调，被称为“条纹线”。图3b表示当干涉仪的参考镜倾斜时在探测器上出现的条纹线的图形。这里，理想地，沿x轴延伸的条纹线在其移过探测器z轴时将反复出现。条纹线的间距是光源波长和参考镜倾斜角度的函数。更具体地，条纹线的间距正比于光源波长并反比于倾斜角度。因此，条纹线间距可以表示为～λ/θ。

附图说明

附图以例子的形式对本发明进行图解，但本发明并不限于附图中的图。

图1表示干涉测量系统；

图2表示具有倾斜参考镜的干涉测量系统；

图3a表示当干涉仪参考镜倾斜时产生的光强度图；

图3b表示当参考镜倾斜时干涉仪探测器检测到的条纹线；

图4a表示条纹线如何绘图到沿样品台的特定y轴位置；

图4b表示当样品放置到干涉仪样品台时对具有倾斜参考镜的干涉仪的条纹线造成的扰动；

图5表示一个用于产生样品形貌描述的方法的实施例；

图6表示一个建立参考比例的方法的实施例，由此可以测量条纹线变化；

图7a表示一个参考标准的“顶视图”；

图7b表示图7a参考标准的斜视图；

图7c表示当参考标准放置在样品台上时，具有倾斜参考镜的干涉仪的探测器上出现的图像；

图8表示一种方法的实施例，用于将条纹线对准干涉仪样品台上放置的参考标准的基准线；

图9a表示表示具有倾斜参考镜的干涉仪的CCD阵列探测器上相邻的条纹线；

图9b表示当高度为λ/4的样品沿其光路放置时对一根条纹线造成的干扰；

图10a表示一个用预定测量比例测量样品形貌的、具有倾斜参考镜的干涉仪实施例；

图10b表示一个计算系统的实施例；

图11a表示检测条纹的方法；

图11b表示用于检测条纹线的电路；

图11c表示与图11b电路的运行相关的信号；

图12a表示用于形成预定测量比例的条纹迹线的实施例；

图12b表示预定测量比例的透视图；

图13表示当样品置于干涉仪时对图12a条纹迹线造成的干扰的一个实施例；

图14表示通过分析图12a和13的条纹迹线得出的样品形貌信息；

图15表示可以用于实现图10a形貌测量单元的电路的一个实施例；

图16a表示样品沿y轴移动后条纹迹线的“新”图案；

图16b表示对应于图18a观察到的“新”条纹图迹线的样品“新”相对位置；

图17表示从图13和18a中观察到的条纹迹线推导出的样品形貌描述；

图18a表示一个适合于表征样品成分的反射率与光源波长关系的代表性图；

图18b表示可以用于产生反射率与光源曲线的第一方法；

图18c表示可以用于产生反射率与光源曲线的第二方法；

图19a表示扩展到其相关参考区外部的条纹线干扰的代表性图；

图19b表示可以引起图19a所示条纹线干扰图的样品代表性图；

图20表示可以用于跟随在其相关参考区以外被干扰的条纹线的方法；

图21a表示可以用于跟随在其相关参考区以外被干扰的条纹线干扰特定边缘的方法；

图21b表示用于跟随图19中条纹线1951b的向下倾斜边缘片段的代表性图；

图21c表示用于跟随图19中条纹线1951b的向上倾斜边缘片段的代表性图。

具体实施方式

如下所述，利用了干涉测量法的原理以便得到样品表面形貌的准确描述。更具体地，使用预定的参考比例测量干涉仪探测器检测到的条纹线干扰(这是样品放入干涉仪引起的)。结果，可以绘制样品表面特定位置的样品高度，从而可以得出样品形貌细微差别的精确描述。

1.0将探测器表面位置绘制成样品台表面迹线

图4a和4b共同表示具有倾斜参考镜的干涉仪探测器405上出现的条纹线；以及这些条纹线在样品台403上的相应“迹线”之间存在的“绘图”的实施例。这里，样品台403可以具有反射涂层，使其本身表现得与上述背景技术中的平面镜103相同(或者至少相似)。参看图4a，对于45°取向的分光镜402，每根条纹线有效地“绘制成”样品台403上在特定y轴位置上平行于x轴的迹线。即，每根条纹线被分光镜402“绘制成”90°反射并朝向样品台403。这里，如果探测器上的条纹线的z轴位置(例如，z轴位置zk)投射到分光镜402(通过投影491)，并且由分光镜402“反射”偏转90°角度(形成投影492)到达样品台403，到达样品台403的投影492将到达样品台403的特定y轴位置(例如，图4a中所示的y_k)。

参看图4b，当待测量形貌的样品(如，样品460)置于样品台403时，将出现条纹线干扰(与出现样品之前的原始外观相比)。对于每根条纹线，干扰沿其“绘制成”的迹线跟随样品460的形貌，如图4a所示，迹线沿样品台403平行于x轴。因此，参看图4b，在探测器405上条纹线451b、451c、451d的干扰分别“绘制成”样品台403上的迹线452b、452c、452d。由于样品460没有覆盖样品台403的迹线452a、452e，因此条纹线451a和451e在探测器403上仍保持未受干扰。

3.0使用预定测量比例的干涉测量技术

图5表示通过使用预定测量比例测量光条纹线干扰(当样品放置在干涉仪样品台上产生的)得出样品形貌描述的方法的一个实施例。根据图5的方法，首先建立测量比例(也称为参考比例，比例，等等)501。测量比例也被看作类似于标尺，用于测量条纹线干扰。这样，当样品放入干涉仪并且产生样品的干涉图像时502，使用预定的测量比例通过测量条纹线可以精确地得出样品形貌503。

也就是，样品放入干涉仪时条纹线产生的干扰可以精确地转换成沿着样品台xy平面上已知位置的样品高度。预定参考比例不但可以得到高度精确的表面形貌描述，也可以有效地得到表面形貌描述(例如，根据设备的精密程度和/或所用时间)。图6到9a、9b与建立测量比例有关，紧接着下面将讨论每一幅图。

4.0建立测量比例

图6表示建立测量比例的方法。注意到图6的方法包括“xy平面准确度”步骤610；以及“z方向准确度”步骤611。这里，参看图4b和图6，设定xy平面准确度610对应于得到可以导出沿样品台403平面精确位置的测量比例。同样地，设定z方向准确度611对应于得到可以跟踪样品460形貌轮廓的精确变化的测量比例。通过组合建立xy平面准确度和z方向准确度，可以在样品460表面以及样品台403的多个x和y位置产生精确跟踪样品高度(z方向)的样品三维描述。

根据图6的方法，xy平面的准确度是通过步骤610建立的，其中将探测器405检测到的条纹线等间距对齐校准标准的条纹线(注意，参看图4b，校准标准存在于样品台403上而不是样品460上)。一旦条纹线对齐(步骤610)，则计算“每像素单位的样品高度值”参数(步骤611)。

这里，可以使用一个阵列的光敏感器件(如，一个阵列的电荷耦合器件(CCD))实现探测器405。每个阵列点可以看作是一个“像素”。由于使用这个阵列，干扰条纹线特征经过的每个光敏感器件对应于样品形貌上惟一的x、y、z位置(在探测器405的表面平面以上)。也就是，设定xy平面的准确度(步骤610)是将探测器像素“绘制成”样品台xy平面的特定位置。同样，条纹线在样品放入干涉仪时受到干扰，条纹线从其原始的未受干扰像素位置向探测器运动的距离，将对应于原始未干扰像素位置绘制成的那些特定x，y样品台位置的样品高度。

这样，由于组成阵列的每个光敏感装置占据探测器405平面上一定的表面积(即，每个像素具有一个“尺寸”)，当测量条纹线干扰的扩展时，每个像素通常对应于样品台上方特定单位的“高度”，因为测量是沿着探测器z轴。也就是，回想图4b的讨论，即样品460放置在干涉仪样品台403上产生条纹线干扰，条纹线位置的具体变化将转换成具体的样品高度。

这里，通过样品460放入干涉仪中，条纹线区或部分将沿探测器405表面“移动”(即，受干扰)，样品的高度可以从沿z轴的距离推导出来。同样，每个像素位置与样品台403表面上方沿z轴的具体单位距离相关，从而可以用这些距离“算出”样品台403上方的样品高度。此内容的进一步讨论还要在下面参照图9a和9b给出。

但是，为了解释图6，一个像素代表的、样品台403上方沿z轴的单位距离量可以看作是“每像素单位的样品高度值”(步骤611)。例如，如果每像素单位的样品高度值是20nm，并且当样品置于样品台上时，检测的条纹线沿探测器405的z轴移动3个像素，则计算出的样品高度是60nm。另外，每个像素的光敏感元件可以被设定，以便提供到达探测器405惟一xz位置的光强度作为数字输出。例如，阵列中的每个光敏感元件可以设定成提供一个字节的信息，此信息代表探测器405表面的特定惟一xz位置检测到的光强度。

一旦在步骤610将条纹线对齐校准标准，并在步骤611算出样品高度测量的每像素单元，则在步骤612通过记录如下内容形成预定测量比例：1)与样品未放在样品台上时将探测器条纹线绘制到样品台403相关的信息(例如，当样品未放在样品台上时，对于探测器405上检测到每根条纹线：a)记录在探测器405上的其x，z像素位置；以及b)识别探测器405上的x，z位置如何绘制成样品台403上的x，y位置)；以及2)每像素单位的样品高度值。

注意，样品是表面形貌待测量的“物品”。根据图6的方法，一旦未干扰条纹线已经对齐并且记录下其绘制位置，并且一旦算出并记录每像素单位的样品高度值，就在步骤612记录适合于形成测量比例，此测量比例可以用于测量样品形貌。

3.1将条纹线对齐校准标准

图7a到7c和图8涉及将条纹线对齐校准标准的技术(步骤610)，如同图6所示。校准标准是一种具有高精度分开的标记的装置。例如，NationalInstitute of Standards and Technology(NIST)提供具有均匀间隔的纵向光栅(例如，每个光栅间隔1μm)。校准标准的一个例子示于图7a和7b。这里，每个栅格(或其它标记)在校准标准表面上均匀间隔距离“Y”。图7a表示代表性校准标准700的顶视图，而图7b表示代表性校准标准700的斜视图。

图7c表示当校准标准放在样品台时，具有倾斜参考镜的干涉仪的探测器上出现的光图像701。这里，光图像包括校准标准的标记图像以及倾斜的干涉仪参考镜上得到的条纹线。在图7c中，为了简化图示，校准标记和条纹线采用“分屏”图示法表示，即，校准标准标记710a到710f出现在光图像701的左侧702，条纹线711a到711e出现在光图像右侧703。

注意，在图7c的代表性图示中，校准标准放在样品台上，使校准标记沿x轴延伸。图8表示将图7c所示的光图像中的条纹线711a到711e对准校准标记710a到710e的技术。根据图8的方法，并参考图4b和图8(注意，需要想象将图4b的样品460替换为校准标准)，调节参考镜404的倾斜角度，使条纹线810a到810e的间距与校准标记811a到811e的间距相等，如图801a所示。这里，回想图3的讨论，条纹线的间距反比于参考镜的倾斜角度θ。

由于条纹间距是倾斜角度θ的函数，因此在步骤820通过将倾斜角度θ调节为适当值，使条纹线间距与校准标记间距相等。图801a表示相邻条纹线间距与相邻校准标记间距相等的实施例。同样，相邻校准标记810a到810e与相邻条纹线811a到811e具有相同间距(“Y”)。在其它实施例中(例如，条纹线密度大于校准标记密度)，每根校准标记可以设定固定数量的条纹线。例如，仅仅作为一个实施例，每根校准标记可以设定10根条纹线，使条纹线密度是校准标准的校准标记密度的10倍。

但是注意，即使图8中的图801a表示条纹线间距等于校准标记间距，条纹线自身811a到811e不对齐校准标记810a到810e。这里，在步骤821可以调节参考镜404沿y轴的位置。即，通过调节参考镜404的y轴位置，条纹线可以沿探测器z轴向上或向下移动，并且根据图8的方法，可以调节参考镜404的y轴位置，使得如图801b所示，条纹线811a到811e与校准标记810a到810e平齐。注意，条纹线811a到811e在图801b中表示为间隔距离Y。这又回到原始的如图7c所示的校准标准相邻标记之间的间距Y。注意，第二步骤821是可选择的，因为步骤820中条纹线间距的设定建立了样品台xy平面中的测量准确度。

这里，结合将条纹线绘制成在具体y轴位置沿样品台403的x轴延伸的迹线(如同上面参考图4a的详细讨论)，将条纹线与置于样品台403上的校准标准对齐使条纹线之间的相对间距精确并准确地对应于沿样品台403的y轴的具体距离。这样，如果建立了条纹线与校准标记之比为1∶1(并已知校准标记间隔距离为Y)，则条纹线可以用于测量样品表面变化，因为它们沿样品台y轴精确地分开Y。同样，如同另外实施例，如果建立了条纹线与校准标记之比为10∶1(并且已知校准标记间隔距离为Y)，则条纹线可以用于测量样品表面变化，因为它们沿样品台y轴精确地分开0.1Y。

在一个实施例中，当条纹线绘制到样品台xy平面时相邻条纹线之间的距离被探测器上检测到的相邻条纹线之间的像素数量标准化。这种计算有效地对应于每个像素对应的沿样品台y轴(以及沿样品台x轴)距离(即，每个像素代表的沿探测器x轴和y轴的“每像素”距离)。

例如，如果探测器上相邻条纹线之间存在10个像素，并且如果相邻条纹线绘制成间隔距离Y的样品台迹线，作为计算过程的结果，在x和y方向上都可以具有0.1Y的每像素分辨率。在这种情况下，例如，探测器x轴上的一连串5个像素可以在样品台(或样品)表面绘制成0.5Y距离；同样，探测器z轴上的一连串5个像素可以在样品台(或样品)表面绘制成0.5Y距离。

这里，回想到通过记录与探测器条纹线绘制到样品台相关的信息而特别形成的预定测量比例，注意存储x和y方向的每像素分辨率成为存储用于此目的的信息。例如，如果x和y方向的每像素分辨率对应于0.1Y距离，则沿探测器z轴检测到的分开30个像素的未干扰条纹线，可以认为反映了沿样品台y轴分开3Y距离的迹线。同样，如果条纹线穿过探测器x轴延伸100个像素，则可以认为是沿样品x轴延伸10Y距离的迹线。

最后，注意先前描述的“每像素单位的样品高度值”(并且紧接着下面更详细讨论)与刚刚讨论的沿样品台x和y轴的“每像素”距离差别应该被提出。也就是，根据本发明测量技术，像素位置不但可以用于识别样品台xy平面的具体位置，而且可以用于识别样品台上方z轴的样品高度。沿样品台x和y轴的“每像素”距离属于前者，而“每像素单位的样品高度值”属于后者。

3.2计算每像素单位的样品高度值

再请看图6，在步骤610将条纹线对齐校准标准(例如，可能记录x和y方向的“每像素”分辨率)，在建立测量比例的下一个步骤611中计算每像素单位的样品高度值。由图6的讨论回想到，“每像素单位的样品高度值”代表沿探测器z轴一个像素的条纹线干扰转换成的、在样品台上方沿z轴的单位距离。由于干涉测量法是基于照射到参考镜的光与照射到样品台的光之间的光路长度差，因此将样品放入样品台有效地改变了放入之前存在的光路长度差。也就是，照射到样品台(而不是倾斜参考镜)的至少一部分光将使其光路长度变短，因为它是从样品而不是样品台反射回来的。

此缩短的光路长度对应于光路长度差变化，从而造成对条纹线位置的干扰。这样，为了计算每像素单位的样品高度值，条纹线位置的干扰量需对应于样品放入样品台时出现的光路长度变化。这里，为了更好理解光路长度变化，依次进行无样品的干涉仪分析，以及有样品的干涉仪分析。图4a和9a表示无样品干涉仪的光学系统，图9b表示有样品的干涉仪光学系统。紧接着下面对其每一项讨论。通过对比有样品和无样品存在的光学条件(特别关注光路长度变化)，将导出每像素单位的样品高度值。

现在参看图4a，假定第一距离493代表θ＝0°的参考面499与倾斜参考镜404之间的距离λ，第二距离494代表θ＝0°的参考面499与倾斜参考镜404之间的距离3λ/2。可以看出，当样品未放在样品台时，条纹线出现在倾斜参考镜404和θ＝0°的参考面499之间λ/2的每个整数距离上。这样，例如，第一条纹线495出现在探测器405上的第一距离493，第二条纹线496出现在探测器405上的第二距离494。

这个特性可以看作是“好像”在如下二者之间存在一种关系：1)在倾斜参考镜404和θ＝0°的参考面499之间λ/2的每个整数距离在倾斜参考镜404上的“截距”；以及2)条纹线在探测器405本身上的位置。也就是，回想到图3的讨论，条纹线495、496按照～λ/θ彼此分开，还需注意，距离493、494与倾斜参考镜404的截距497、498沿倾斜参考镜404分开λ/(2sinθ)(因为距离494比距离493长λ/2，由基本几何学，直角三角形的斜边等于直角边λ/2除以此边相对角的正弦(sinθ))。

这里，～λ/θ与λ/(2sinθ)是一致的(特别是对于小角度θ)，因此如下二者之间的相关关系可以被想象：1)在倾斜参考镜404和θ＝0°的参考面499之间λ/2的每个整数距离在倾斜参考镜404上的截距之间的距离；以及2)在探测器405上出现的条纹线之间的距离。

图9a和9b表示当样品放在样品台时出现的条纹线位置变化的例子。特别是，图9a提供样品未放在样品台时的进一步光学分析，图9b提供样品放在样品台时的光学分析。通过对比这一对分析，对每像素单位的样品高度值的合适理解可以明确地表示。

与图4a相似，图9a表示样品台903a上未放样品时的干涉仪910。当干涉仪的样品台903a上没有样品时，照射到样品台903a的光与照射到倾斜参考镜904a的光之间光路长度差(导致在探测器905a上出现条纹线)的变化主要是θ＝0°的参考面999a与倾斜参考镜904a之间距离的函数。这里，当样品未放在样品台903a时，所有照射到样品台903a的光在从分光镜902a到样品台903a(以及重新返回)的传播过程中经过相同距离d1。

这样，从分光镜902a到倾斜参考镜904a之间的光路长度“变化”可以看成是照射到样品台903a的光与照射到倾斜参考镜904a的光之间出现的光路长度差“变化”的“主要贡献”，由此导致在探测器905a上出现多根条纹线。这里，由于从分光镜902a到倾斜参考镜904a之间的光路长度“变化”清楚出现在θ＝0°的参考面999a与倾斜参考镜904a之间区域内，因此在θ＝0°的参考面999a与倾斜参考镜904a之间的区域作为光学分析关注的主要区域。

回想到，样品台903a未放样品时，条纹线出现在倾斜参考镜904a与θ＝0°的参考面999a之间λ/2的每个整数距离上，并且相关关系可以想象成探测器上条纹线距离与倾斜参考镜404上截距之间的关系。这样，图9a表示第一条纹线995a穿过一部分CCD探测器905a，此条纹线来自θ＝0°的参考面999a与倾斜参考镜904a之间λ距离993a；第二条纹线996a穿过CCD探测器905a的相同部分，此条纹线来自θ＝0°的参考面999a与倾斜参考镜904a之间3λ/2距离994a。

参看图9b，注意样品912已经放在干涉仪911的样品台903b上。这里，假定样品912：1)具有高度(沿z轴测量)λ/4；以及2)定位在样品台903b的y轴位置，其中样品台903b已经在放上样品912之前绘制成条纹线995a(如图9a所示)。在这种情况下，执行恰当的光学分析可以通过将样品912的形状在距离993a的位置叠加到θ＝0°的参考面999b，而该位置在放入样品912之前已经存在。

图9b表示这种叠加，由此修改了参考面999b的形状。这里，将样品的形状叠加到距离993a的位置反映出如下事实：1)样品912定位在绘制了条纹线995a的样品台903b的y轴位置(因为距离993a“引起”条纹线995a的出现)；以及2)对正在从样品(而不是样品台)反射的那部分光引起光路长度变化λ/4。

光路长度变化引起条纹线995a位置的干扰，因为光路长度差(照射到样品台的光与照射到参考镜的光之间)在放入样品后已经变化。这样，条纹线995a沿探测器905b向下运动到一个新位置(图9b所示的条纹线995b)。条纹线995b的新位置对应于参考面999b与倾斜参考镜904b之间距离993b，它与样品放入之前存在的长度相同(即，λ)。但是，用样品912的形状修改参考面的形状有效地生成了在z轴靠下位置的相同长度距离993b。这样，条纹线995b也向下移动到探测器905b表面上的靠下位置。

这里，变化λ/4使条纹线995b下降了其原始位置907(样品912放入之前)与条纹线996b之间距离的一半。当考虑到距离993b可以分成3λ/4长的第一片段以及λ/4长的第二片段时(注意，距离993b的总长度λ保持不变)，将自然得到上述结果。λ/4片段可以与倾斜参考镜904b形成直角三角形(如图9b所示)，由基本几何学，当样品912放入干涉仪911时，距离993b与倾斜参考镜904b的截距将沿参考镜904b的平面移动λ/(4sinθ)。由于在倾斜参考镜904b上的“截距”位置与探测器905b本身上的条纹线995b位置之间存在相关关系，因此这相当于条纹线995b的运动占其与条纹线996b分离距离的一半。

与上述给出的分析一致，高度为λ/2的样品912将使条纹线996b下降更远，从而足以完全重合条纹线995b。这样，显然“每像素单位的样品高度值”可以计算成λ/(2N)，其中N是样品未放到样品台904a时(如图9a所示)CCD探测器905a上相邻条纹线之间的像素数量。例如，参看图9a，可以看出相邻条纹线995a和996a之间有10个像素。对于波长λ＝20nm的光源，这对应于“每像素单位的样品高度值”为每像素1nm(即，20nm/20像素＝1nm/像素)。这样，由于在此实施例中放入样品使条纹线556a，b移动5个像素，因此可以精确地计算出样品高度为5nm。

再返回到图6，在步骤611计算“每像素单位的样品高度值”是由光源波长λ，以及样品未放入样品台时条纹线之间存在的像素数量。这里注意到，在步骤610，将条纹线与校准标准对齐的过程可以调节探测器上条纹线之间的距离，这样，在步骤611计算“每像素单位的样品高度值”将在对齐条纹线位置的步骤610之后进行。

在一个实施例中，一旦在步骤611算出“每像素单位的样品高度值”，就在步骤612将与探测器条纹线绘制到样品台相关的信息与“每像素单位的样品高度值”一起存储，如上所述，这相当于存储可以用于有效地建立测量比例的信息，利用此测量比例可以测量条纹线变化，从而确定样品形貌。

5.0设备的实施例

图10a表示能确定表面形貌的试验测量系统的一个实施例，它是利用预定的测量比例通过对比样品放入样品台1003时出现的条纹线确定表面形貌。图10a的试验测量系统包括光源1001和分光镜1002。光源可以使用不同类型的光源，如气体激光器、半导体激光器、可调谐激光器等等。可以使用准直透镜或其它装置将光源1001的光形成平面波阵面。分光镜1002的方向使光源的第一部分光传播到参考镜1004，光源的第二部分光朝向样品台1003。分光镜1002可以用若干不同的光学件实现，例如玻璃、薄膜等等。

为了如上所述恰当地引导光，分光镜1002的位置相对于进行表面形貌测量的平面(在图10a中是xy平面)的角度为α。在另一个的实施例中，a＝45°，但本领域一般技术人员可以将此角度确定并实施为适当其特殊应用的不同角度。分光镜1002也可以设计成将光源1001的50％光引导到参考镜1004，将光源1001的另外50％光引导到样品台1003。但本领域一般技术人员可以确定其它可用的百分数。

在更广泛的意义上，参考镜1004可以看成是反射面的一个例子，用于将光反射回到分光镜1002。反射面可以通过若干不同的原理实施，例如在平表面形成的任何适合的反射涂层。反射面可以倾斜角度θ，从而沿探测器1005表面出现适当间隔的条纹线。如上所述，θ的大小可以调节，以便将条纹线对齐校准标准。

样品台1003支承需要测量表面形貌的的试验样品。当光从样品台1003和/或样品台1003上的样品反射之后，它与参考镜1004反射的光组合。组合后的光传播到探测器1005。在较广泛的意义上，探测器1005可以看成是光电转换器件，用于将探测器表面的光强度分布转换成电信号形式。例如，如上所述，探测器1005可以实施为接收光表面上的电荷耦合器件(CCD)阵列，该CCD阵列分成若干像素。这里，每个像素的输出信号代表该像素接收的强度。

条纹检测单元1006处理探测器1005产生的数据。条纹检测单元1006负责检测探测器1005上出现的各个条纹的位置。下面参考图11a到11c更详细地说明条纹检测单元1006，但重要的是要认识到，条纹检测单元1006可以以很多方式实施。例如，条纹检测单元1006可以实施为计算系统(如，个人计算机(PC)、工作站等等)内的主板(具有中央处理器(CPU))。这里，条纹检测可以利用主板能执行的软件程序进行。在另外实施例中，条纹检测单元1006可以实施为专用的硬件(例如，一件或多件半导体芯片)，而不是软件程序。在另外实施例中，检测条纹可以使用专用硬件和软件的一些组合。

图11a到11c进一步说明至少一个实施例的条纹检测单元。图11a提供一种执行条纹检测的方法1100。图11b提供一个专用硬件电路1150的实施例，用于有效地执行图11a的方法。图11c表示可以应用于图11b电路的波形。根据图11a的方法，在步骤1104，条纹的检测是通过取一列探测器阵列数据的一阶导数。一列探测器阵列数据是沿探测器像素阵列的同一列延伸的像素的光强度集合。例如，如果图11a的阵列1101看成是CCD干涉仪的CCD探测器，穿过阵列的第一列1102将拥有“第一”列CCD数据，穿过阵列的第二列1103将拥有“第二”列CCD数据，等等。

由一列CCD数据得到的光强度值将显示出一系列相对最小值。即，由于每列CCD数据对应于沿z轴到达CCD探测器的“一串”光强度值，并且在相同的x轴位置，如果光强度值相对其z轴位置作图，则将出现相对最小值点的集合。这是自然出现的，例如，当参看图3并认识到通过在固定的x坐标在+z方向沿光强度图350传播，将显示出一系列相对最小值(即，在对应于条纹线352a、352b、352c的位置)。图11c提供另一个实施例，其中给出沿探测器z轴和在固定x位置的光强度典型分布1112。

从图11c可以看出，每个相对最小值(如，点z₂、z₄、z₆、z₈，等等)对应于条纹线(回想到，相消干涉的结果是条纹线对应于相对最小的光强度)。这样，可以精确地识别探测器上条纹线出现的像素位置。也就是，由于被分析的此列CCD数据的x坐标是已知的(如，x_n)，并且由于条纹检测过程识别条纹线出现的特定z轴坐标(如，z₂、z₄、z₆、z₈，等等)，因此对于CCD数据列的每种分析可以容易地识别定义每种情况条纹线位置的一套像素坐标(如，(x_n，z₂)；(x_n，z₄)；(x_n，z₆)；(x_n，z₈)；等等)。

在步骤1104取一列CCD数据的一阶导数(相对于z轴)并接着在步骤1105判断一阶导数是否从负值变为正值，是识别接收特定列CCD数据条纹线的每个像素z坐标的一种方式。虽然这种方法以软件、硬件或二者组合的方式实现，图11b和11c涉及使用专用硬件的一种方法。其中，波形1112代表的一列CCD数据提供给输入1108。接着，该列CCD数据1112同时输送到比较器1106和延迟单元1107。延迟单元1107有效地产生该列CCD数据1112的延迟或位移(如波形1113所示)。

比较器1109指示一对波形1112、1113中的哪个较大。波形1114是一个从波形1112、1113产生的比较器输出信号1109的例子。注意，每个上升沿是由每个相对最小值触发的(如，点z₂、z₄、z₆、z₈，等等)。本领域的一般技术人员将会认识到，表示这对波形1112、1113中的哪个较大，在数学上对应于取波形1112的一阶导数(步骤1105)以及判断其极性。其中，判断极性是否从负变到正对应于识别相对最小值(因为波形的斜率在最小值从负变到正)。这样，如图11c所示，比较器输出信号的每个上升沿对齐此列CCD数据的每个相对最小值。

4.0预定测量比例以及基于此的形貌测量的实施例

再参看图10a，以及已经完成的对条纹检测单元1006实施例的说明(如上面参考图11a到11c进行的描述)，本部分详细讨论形貌测量单元1007操作的实施例。讨论形貌测量单元的操作是通过说明如何展开精确形貌描述。但是，在开始这样的讨论之前先对总的方法简要描述，并且简要描述与建立测量比例有关的特殊细节。

再参看图5，回想到在进行形貌测量(步骤503)之前首先建立测量比例(步骤501)。这里，图6到9b表示形成测量可以通过：1)样品未放在样品台时将条纹线对齐校准标准；2)识别绘制到样品台上的探测器条纹线；以及3)识别每像素单位的样品高度值。因此，在一个实施例中，存储的测量比例信息包括当样品未放入干涉仪时存储干涉仪图像的条纹线位置。这有效地起到基线的作用，当样品放入干涉仪时出现的条纹线干扰与此基线对比。

从上面参考图11a到11c对条纹线检测(条纹检测单元1006执行的)的讨论，显然，条纹线在整个探测器1005上的位置可以通过对每个探测器列的条纹检测分析来确定。这样，形成测量比例可以通过：1)样品未放在干涉仪时将条纹线对齐校准标准；2)检测条纹线在探测器上出现的像素位置(如，对于每个探测器列执行条纹检测)；3)存储这些像素位置；4)存储或者识别样品台上迹线之间的距离(如同通过条纹线绘制到样品台的方式确定，例如，利用x和y方向参数中的每像素分辨率)，或者，通过简单记录校准标准距离；以及5)根据条纹线距离存储或者识别每像素单位的样品高度值。

图12a表示可以存储的像素位置信息，它有助于形成存储的测量比例。其中显示出一个阵列的探测器像素位置，并且在样品未放入样品台时检测到条纹线的每个位置放上“X”。这样，从图12a的例子可以看出，检测到5个条纹线1201、1202、1203、1204和1205。可以存储从而利用其产生测量比例的信息组成可以包括：1)探测器上观察到的条纹线分离绘制到样品台xy平面上的迹线之间的距离(和/或可以确定距离的参数，例如上述x和y方向参数的每像素变化)；2)探测器上每根条纹线的位置(如，图12中具有“X”的每个像素的(x，z)像素坐标；以及3)当建立参考镜倾斜角度时计算的“每像素单位的样品高度值”。紧接着下面描述每一条这些内容的相关性。

从图8回想到，将条纹线811a到811e对齐校准标准标记810a到810e，使条纹线811a到811e分别绘制成沿样品台y轴间隔距离“Y”的样品台迹线。图12a表示存储的测量比例识别每根检测到的条纹线沿样品y轴的分离。例如，作为一种方法，一根条纹线(如，条纹线1203)可以识别为“基线”条纹，其在缓冲器台对应(即，“绘制”)的y轴位置定义为y＝0。

在每根条纹线绘制成迹线的实施例中，迹线沿样品x轴延伸，并且相邻条纹线在样品台上的迹线间距Y，迹线1204对应于样品上的y轴位置为y＝-Y，迹线1202对于样品上的y轴位置为y＝+Y。同样地，迹线1205对应于样品上的y轴位置为y＝-2Y，迹线1201对于样品上的y轴位置为y＝+2Y。注意，简单地再参考图4a，探测器405的z轴上的“较高”条纹线将绘制成沿探测器y轴的“较低”位置。这样，定位在基线条纹1203下面的条纹线1202、1201具有正的极性，而位于基线条纹1203上面的条纹线1204、1205具有负的极性。

保持跟踪每根条纹线在探测器上的位置(如，图12a中具有“X”的每个像素的(x，z)像素坐标)，有效地对应于沿样品台表面位于特定y轴位置的大量不同“子”测量比例的位置。图12b是透视图，其中表示出在惟一y轴位置处沿x轴的每个测量样品高度的测量比例的集合。这是观看预定测量比例的另一种方式，对于条纹线间距绘制成样品台上距离Y的实施例，是将探测器上接收的信息转化成多个测量比例：1)沿样品台y轴分开距离Y；2)“竖立”地处于样品台上，从而在样品台上方测量样品高度(使用“每像素单位的测量高度”参数)；以及3)沿探测器x轴延伸。

注意，保持跟踪条纹检测位置对应于数据压缩程度，因为可以丢弃与条纹线不相关的像素坐标(即，在图12中没有“X”的那些)。并且，当进一步数据压缩时，如果特定条纹线的所有条纹检测(如，与条纹线1205相关的每个“X”)在相同z轴坐标上延伸，则表示整个条纹线仅需要存储一个数据(即，z轴坐标)。为了恰当地记录测量比例信息，也记录每像素单位的样品高度值。注意，如果在条纹线中出现“弯曲”(例如，由于有缺陷的光学系统)，为了“修正”条纹线就可以根据条纹线数据逐个像素地应用校正因子。

如上面参考图9a和9b的所述，以及紧接着下面将要描述的，通过利用样品放到样品台时在特定坐标(x，z)位置出现的干扰(按像素)因子，每个像素单位的样品高度测量用于在特定位置定义样品高度。在某种意义上，探测器上的每个像素对应于沿图12b中所示任何测量比例的垂直轴(即，沿z轴)的“记号”，这里，“记号”之间的距离是每像素单位的样品高度。

图13表示图12a的条纹线在样品放入样品台时产生干扰之后的图。这里，图13的条纹线1301对应于图12a的条纹线1201，图13的条纹线1302对应于图12的条纹线1202a，等等。注意，图13的条纹线1301-1305还对应于图4b中描述出梯形样品460外形的条纹线451e到451a。图14表示当图13和12a的相应条纹线之间差别(即，条纹线干扰)的计算结果。例如，将图12a的条纹线从其对应的图13条纹线中减去(即，从条纹线1305中减去条纹线1205，从条纹线1304中减小条纹线1204，等等)并乘以-1(为了校正图13所示的颠倒的形貌轮廓)，将得到图14中的轮廓1401到1405。

每个轮廓1401到1405对应于由测量比例确定的在y轴位置样品形貌的准确描述。注意，形貌轮廓1401到1405是按像素垂直测量的，并且作为结果，“每像素单位的样品高度值”参数可以用于精确地确定每个x轴位置的样品高度。例如，注意到梯形轮廓达到3个像素的最大高度。这里，如果“每个像素单位的样品高度测量”参数对应于每像素1nm，则测量的样品最大高度为3nm。

虽然图12a、13和14有助于描述图10a形貌测量单元1007操作的一个实施例，但图15表示图10a中所示的形貌测量单元1007的电路设计实施例1507。根据图15的设计，分别在输入1522和1521接收存储的测量比例以及干扰条纹线数据。这里，与图12a相关的信息可以认为是一些存储的测量比例数据(不包括每像素单位的样品高度以及未干扰条纹线对应的样品台y轴位置)，以及图13所示条纹线图案可以认为是样品放入样品台时干扰条纹线数据的一个例子。在这种情况下，注意到图15的输入1521对应于图10a的输入1021，图15的输入1522对应于图10a的输入1022。注意，在图10a的独特实施例中，样品数据和存储的测量比例数据是从其自己的存储器区1024、1023中提取的。如果使用公用存储器，输入1021、1022可以合并成一个公用数据通路。

条纹线提取单元1501从其适合的存储器区1523、1524提取相应的条纹线用于比较。这里，考虑到它们存储的方式，可以提取相应的成对的条纹线。例如，如果与测量比例信息相关的第一条纹线(如图12的条纹线1201)的z轴像素坐标可以自动存储(由检测单元1006)在第一存储器区1524，以及如果与样品信息相关的第一干扰条纹线(如，图13的条纹线1301)的z轴像素坐标自动存储在第一存储器区1523(由检测单元1006)，条纹线提取单元1501通过自动指向这些相同存储器区可以提取这些相同系列的条纹线数据。这样，条纹线1201和1301可以分别在输入1522、1521处在一起，条纹线1202和1302可以分别在输入1522、1521处在一起，等等。

这些条纹线的样品台y轴位置可以保持跟踪(例如，通过与每根未干扰的条纹线的像素位置一起存储在存储器1524中)，使一起处于输入1522、1521的这对条纹线的分析可以跟踪到特定的样品台y轴位置。一旦提取出一对相应的条纹线，就计算干扰和干扰位置之差，接着乘以-1将数据适当转化(注意，如果参考镜倾斜角度是以参考镜底部而不是顶部转动(如同整个本说明书所示的))，则可以去除因子-1。

这在成对条纹线对应的样品台y轴位置形成代表样品轮廓(按像素测量)的一串新数据(例如，图14中的轮廓1402)。这样，将每个x轴坐标的像素数乘以“每像素单位的样品高度值”参数，将由此对条纹线得到正确的样品轮廓。除了形貌测量单元，形貌轮廓可以存储或显示。它们也可以通过不同数据压缩技术进行压缩，从而减小被处理的数据量。

再看图10a，重要的是认识到，形貌测量单元1007可以用大量的方式以及根据大量不同处理方案实施。例如，整个单元1007可以实施成计算系统(例如，个人计算机(PC)、工作站等等)内的主板(具有中央处理器(CPU))。这里，形貌轮廓的显现可以用主板执行的软件程序实现。注意，如果条纹检测单元1006和形貌测量单元1007的功能都以软件形式实施，则在光电(O/E)转换器1005之后可以使用计算系统，用于执行彻底的形貌测量分析。

同样，数据处理是否(或多大程度)通过执行软件程序和/或专用硬件实施，在探测器“之后”执行的处理，更一般地可以看成是通过“数据处理单元”1020执行。这里，数据处理单元1020可以实施成专用硬件(例如，如图10a所示的)，或者另外可供选择的或组合使用的，可以实施为计算系统。计算系统的一个实施例示于图10b。也可以适当使用一般用途处理器、数字信号处理器(DSP)和/或一般用途/数字信号混合处理器。

这样，这里所述的任何信号处理技术可以以可执行指令的形式存储在可机读介质上。因此，可以理解的是，本发明的实施例可以用作或用于支承可以在一些形式的处理核心(例如，计算机中央处理器(CPU)上执行的软件程序)执行的软件程序，或者在可机读介质上或在可机读介质内实施或实现。可机读介质包括通过机器(例如计算机)存储或传输可读形式的信息的任何机构。例如，可机读介质包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置以及电、光、声或其它形式传播的信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)，等等。

图10b表示计算系统1000的一个实施例，它可以执行可机读介质上的指令，注意，其它的(例如，更精心设计的)计算系统实施例也是可以的。在一个实施例中，可机读介质可以是固定介质，如硬盘驱动器1002。在其它实施例中，可机读介质是可以移动的，例如CD-ROM1003、光盘、磁带等等。将存储在可机读介质上的指令(或其部分)装入存储器(例如，随机存取存储器(RAM))1005，接着处理核心执行指令。也可以通过网络接口1007接收指令，再将其装入存储器1005。

在其它实施例中，形貌测量单元1006可以实施成专用硬件(例如，一个或多个半导体芯片)而不是软件程序。在其它实施例中，可以使用专用硬件和软件的一些组合显现形貌轮廓。此外，可以并行分析多个形貌轮廓(例如，图15电路的多套实施例，可以同时对不同套的条纹线对操作)。

6.0通过多个形貌测量交错得到的高分辨率形貌描述

图16a、16b和17表示增强沿y轴样品台的形貌测量整体分辨率的技术。再参看图10a，注意步进电机连接到样品台1003，使样品台沿y轴移动。这里，对于上面详细讨论的迹线分离Y，样品台可以移动一个距离(例如，小于Y)，用于有效地增强迹线分离的分辨率。

例如，如果样品台沿y轴移动Y/2，条纹线的迹线将有效地“移动”，从而跟踪到样品的新位置。图16b表示这些新迹线的例子。注意，这些迹线可以与图4b所示的原始迹线对比，从而比较其移动方式。图16a提供相应检测到的“新”样品条纹。

图17表示更全面的形貌描述的一个实施例，这是当图13和16a的形貌信息通过在适当y轴位置对齐或交错其轮廓而组合得到的。此更全面的形貌信息可以随后存储到易失存储器(例如，半导体芯片)或非易失存储器(例如，硬盘存储装置)；和/或可以显示在屏幕上，从而能容易地看到形貌信息。注意，作用于步进电机1008的控制可以由图10a的数据处理单元1020监视；并且同样地，与上面描述一致，这种控制可以由软件、专用硬件或二者组合进行管理。

重要的是注意到，可以使用其它方法有效地达到与上面所述相同或相似的效果。即，可以使用其它可选择的技术，以便有效地提供可以交错在一起从而形成整个样品的较高分辨率图像的迹线集合。例如，根据一种方法，调节光源发出光的相位，从而“调节”条纹线在探测器上的位置。这里，改变光的相位的做法与参看图16a、16b和17在上面讨论的移动样品台具有相似效果。

即，将出现样品上绘制条纹线迹线的新相对位置，由此得到一套“新”的迹线，可以与其它套迹线(在不同样品台和/或光相位位置形成的)交错，从而形成高分辨率形貌图像。根据另一种相关方法，倾斜参考镜的位置沿光轴移动(例如，沿图10a所示的y轴)，用于“调节”条纹线位置。

而且，将出现样品上条纹线绘制的新相对位置，由此形成一套“新”的迹线与其它套迹线交错。并且，可以使用不同的光波长(例如，可以使用不同“颜色”的光)。但是，需要对所用的每种光波长建立一个单独的测量比例。

无论是否使用或者使用哪种技术(或组合技术)形成不同套的交错迹线，还需要使用放大和条纹线。对于放大，参看图10a，注意到其中包括放大镜1010。“每像素单位的样品高度值”参数和“沿样品台x和y方向的每像素单位距离”参数，可以通过干涉仪中使用的放大倍数增强。例如，如果没有放大而在相邻条纹线之间存在10个像素(例如，图9a所示)，放大10倍将有效地将相邻条纹线移动到距离100个像素，而不是10个像素。因为条纹线仍被认为是分离λ/2的距离，因此每像素单位的样品高度值可以由λ/(2N)确定。这样，N增大10倍对应于样品高度每个变化增大10倍。

对于条纹线，也注意到(如上所述)图3所示条纹线对应于光强度图350中所示的相对最小值位置。更一般地，条纹线可以认为是光强度图中的任何强度特征(例如，最小值位置、相大值位置等等)，如上所述，其位置在样品放入样品台时受到干扰。最后注意到，步进电机1009可以用于调节参考镜1004沿y轴的位置和/或调节参考镜的倾斜角度。

7.0通过分析条纹线强度、信息表征样品成分

图18a到18b表示如何通过分析干涉仪探测器检测到的条纹线强度值确定样品的材料成分。这是再次参看图11a到11c和12a的讨论，注意条纹线的检测包括特定像素位置的识别。因此，一旦成功检测到条纹线，就可以丢弃用于确定条纹线的光强度数据。但是，根据这部分描述的测量技术，光强度信息被认为是有用信息，除了表面形貌以外，由这些信息可以进一步开发对样品的表征。

更具体地，构成样品表面的材料可以通过表征样品表面反射率与干涉仪光源光波长的函数来确定。图18a的实线图部分是“反射率与波长”曲线的代表性图示。这里，由于反射率与波长曲线是反射表面微细结构细节的函数，这些微细结构细节如导电性、点阵间距、点阵类型等，并且由于特定材料或物质(例如，诸如钴(Co)的纯材料，或者合金或材料的其它组合，如氮化硅(Si₃N₄)，“镍铁”(Ni_100-xFe_x)，等等)的这些相同的微细结构细节具有特定值，因此特定材料或物质的“反射率与波长”曲线常常是惟一确定的。

也就是，不同的材料或物质表现出不同的“反射率与波长”曲线。这样，通过找出样品的“反射率与波长”曲线，就可以确定构成样品的材料或物质。这里，不是丢弃探测器检测的光强度值，而可以分析它们，从而确定样品在干涉仪光源特定波长下的特定反射率。

通过改变光源波长，并且通过监视样品响应于此的反射率变化，就可以测量样品的“反射率与波长”曲线。因此，这可以用于确定样品本身的材料组成。图18a表示这种测量的代表性结果，其中表示出具体测量的反射率与所用波长的数据点。当数据点画出样品反射率曲线时，就可确定样品成分。

在不同实施例中，在检测到条纹线的像素位置检测到的光强度用于进行反射率分析。这样，在一些情况下，不但使用检测到条纹线的像素位置(用于形成样品的表面形貌描述)，而且样品条纹线的光强度值用于帮助表征构成样品的材料。

但也注意到，对条纹线除相对最小值之外的一些特征也可以进行适当分析。为了进行反射率分析，在一些情况下跟踪相对最大光强度值是有用的，而不是相对最小光强度值。这样，在一些情况下，用于形貌目的的条纹线可以与用于反射率分析的条纹线相同(例如，都是相对最小值)，而在其它情况下，用于形貌目的的条纹线可以与用于反射率分析的条纹线不同(例如，一个是相对最小值，另一个是相对最大值)。

而且，在一些实施例中，预先可以对干涉仪与空间和/或波长相关的特征进行表征，从而可以成功地消除对反射率测量的任何不利影响。例如，如果第一像素位置检测到的光强度小于第二像素位置(例如，由于与干涉仪相关的光缺陷)，则本领域一般技术人员可以将属于干涉仪缺陷造成的与样品自身特征反射性能造成的光强度差(在一对像素之间)进行分离。同样的也可以用于干涉仪波长相关的不一致性或缺陷(如果存在)。

在一个最简单的情况下，如图18b所示的方法，假设样品全部由单一成分组成(例如，样品全部由Co组成，或者全部由Si₃N₄组成，等等)。由于样品是均一成分，因此条纹线在探测器表面“自由移动”，不影响整个反射率实验。这里，考虑到背景中提到的条纹线可以按照～λ/θ分离，在反射率计算(或至少光强度记录)1810之间进行光源波长(λ)调节1811将导致条纹线在探测器表面移动。但是，由于干涉仪的空间和波长相关的不一致性可以消除，并且因为样品具有均匀的反射率，因此无论条纹线位置如何都可以记录“反射率与波长”曲线。

在更可能的情况下，如图18c所示，可能更需要在每次波长变化时重新排列条纹线。即，在波长变化后1821，使条纹线重新定位1822，从而使其出现在先前波长下排列过程中出现的相同位置。由于它们绘制到样品台的方式，这使测量能确定样品特定区域的反射率。同样，当样品由不同材料或物质混合组成时(例如，第一区是硅(Si)，第二区是铜(Cu))，干涉仪能根据逐个像素识别不同的混合物。

即，第一“反射率与波长”曲线可以测量绘制到第一像素位置的部分样品，第二“反射率与波长”曲线可以测量绘制到第二像素位置的部分样品。通过跟踪不同像素(或者不同组像素)的分离曲线，样品在绘制位置具有不同材料/物质，将在不同像素位置之间由不同“反射率与波长”曲线揭示出来。同样可以在精确的样品位置上识别不同的材料/物质。

条纹线可以重新定位1822，例如，通过调节参考镜倾斜角度，从而补偿波长变化导致的移动。同样，“反射率与波长”曲线的“新”数据点产生可以通过：1)改变光源波长1821；2)调节条纹线1822，从而重合波长变化前存在的位置；以及3)计算并存储条纹线反射率(或者至少存储检测的强度，以便随后计算强度)1820。注意，本领域一般技术人员容易进行反射率计算，因为他们认识到检测的强度与样品反射率成正比。

注意，与先前参考图16a、16b和17讨论的技术相似，一旦形成第一套条纹线位置的第一组反射率曲线(例如，对于第一套条纹线位置根据图18c的方法循环多次)，就可以得到第二套条纹线位置的第二组反射率曲线(例如，对于第二套条纹线位置根据图18c方法循环多次)。

接着，对应组的反射率曲线可以交错(例如，类似于参考图17讨论的概念)，从而在更好的分辨率程度上确定样品成分。注意，执行样品的“反射率与波长”分析程序(例如，如上所述)可以与确定样品形貌的程序(例如，前面部分中讨论的)结合在一起(在之前或之后执行)，从而可以实现测量样品表面形貌和其材料成分的样品完整描述。

而且，再简单地参看图10a，数据处理单元1020可以设计成保持跟踪测量的反射率与波长曲线(例如，通过软件或硬件)。并且，数据处理单元1020可以设计成将测量的曲线与已知材料或物质的这种曲线的数据库对比(例如，通过把测量的曲线与数据库中存储的曲线相关联)，从而确定一个特定的曲线与已知材料或物质的曲线匹配。由于很多这样的技术可以用软件实现，因此它们可以嵌入可机读介质中。

8.0对延伸到其相关参考区以外的条纹线干扰进行测量的信号处理技术

再参看图13，注意条纹线干扰“适合于”每个条纹线干扰保持在其相应的参考区内。参考区对应于，与在受到干扰时首先投射来的、用于表明样品高度变化的条纹线相邻的光学图像数据场。例如，参看图12a，条纹线1204和条纹线1203的图像数据场对应于条纹线1204的参考区，条纹线1203与条纹线1202之间的图像数据场对应于条纹线1203的参考区，等等。

接着对比图12a和13，注意到最大样品高度和条纹线间距的组合，使每根条纹线干扰保持在其参考区内。这使得相当简单地产生图14所示的样品形貌轮廓。即，所有条纹线的像素位置及其相关干扰容易单独存储到(即，没有伴随其它条纹线的像素位置)特定的存储器位置(例如，为条纹线参考区划分的)，并与其相应的未干扰条纹线位置对比。

因此，一般地，根据不同的实施例，可以识别预定的最大值、可测量/可允许样品高度，使条纹线干扰设计成保持在其相应的参考区内。这使导出形貌信息所需的信号处理保持在最小复杂程序附近。注意，通过操纵条纹线间距(例如，调节倾斜角度θ)容易建立任何这样的“最大高度”结构。并且不会丢失测量分辨率，因为交错技术(例如，参考图16a、16b和17讨论的)可以用于适当地发展具有所需分辨率的形貌描述。

但是相比之下，希望容易地测量突破其各自参考区的条纹线干扰，可以使用更强的信号处理技术准确地“跟踪”特定的条纹线。即，例如，如果存储器资源再次划分，从而根据图像的参考区组织数据的存储，则不同条纹线的像素位置可以出现在公共参考区内。图19a表示探测器1905检测、突破其各自参考区的条纹线1951b、1951c、1951d的代表性图示。相应地注意到，条纹线1951b的片段BC、EF以及条纹线1951c的片段HI、JK出现在相同的参考区内(即，位于未干扰条纹线位置1913和1912之间)。

图19b表示可以导致图19a所示条纹线干扰的样品1960的代表性图示。这里注意到，图19a的条纹线1951a、1951b、1951c、1951d、1951e分别绘制成图19b的迹线1952a、1952b、1952c、1952d、1952e。对比图19b的样品1960与图4b的样品460，注意到图19b的较高样品1960(与图4b的较矮样品460相比)可以导致条纹线1951b、1951c、1951d突破其各自参考区。

7.1根据逐个参考区的存储器划分

在对适合于跟踪相同参考区内多根条纹线的更加复杂信号处理技术开始讨论之前，先简要讨论用于存储检测条纹线干扰的像素数据的存储器资源(例如，分别在图10和15中的存储器1023、1523)如何划分，使其存储根据逐个参考区存储像素数据。重要的是在此讨论的开始强调，无论条纹线根据逐个参考区的存储器划分是否达到突破其各自的参考区，都采用根据逐个参考区的存储器划分。同样，存储器划分可以应用于先前参考图13到15讨论的信号处理技术，以及图19a所示条纹线突破其各自参考区的那些环境。

根据参考区分析参考区的存储图像数据可以进行容易/有效的存储器管理。即，用于存储干扰图像数据的存储器资源(例如，图10a的存储器资源1023)可以看作是分隔成自身的参考区部分。因此，无论探测器在不同的测量以及不同样品上检测的条纹线如何，都容易实现存储器组织/使用。

例如，根据一个实施例，存储参考比例信息包括存储(例如，在图10a的存储器资源1024)未干扰条纹线出现的探测器每个z轴位置。同样，第一预定的存储器位置可以保留下来存储第一未干扰条纹线(例如，图12a的条纹线1205)的z轴位置(例如，“Z₁”)，第二预定存储器或寄存器区保留下来用于存储第二未干扰条纹线(例如，图12a的条纹线1204)的z轴位置(例如，“Z₂”)，等等。

同样，无论参考区边界(即，未干扰条纹线的相邻位置)本身在不同参考比例之间如何变化，此边界总是存储在预先确定的存储器/寄存器位置。即，例如，即使测试设备在其整个使用寿命过程中存储不同的具体测量比例(例如，不同的条纹线间距)，也总是认为第一参考区由已经存储在存储器1024的第一和第二预定存储器位置的z轴值z₁和z₂界定。

结果，根据其特定的参考区，检测到的条纹线干扰的像素位置可以容易地“收集”。也就是，获知参考区边界后，条纹检测单元1006将相同参考区区内的条纹线片段存储到存储器1023的公共区(例如，参看图19a，条纹线片段HI、BC、EF和JK的像素坐标可以存储在存储器1023的公共存储器位置)。并且，这些存储器1023的区域也可以预先建立(例如，无论第一参考区的z轴边界如何，存储器1023的第一预定区留给第一参考区内检测的像素值；无论第一参考区的z轴边界如何，存储器1023的第二预定区留给第二参考区内检测的像素值，等等)。

并且，形貌测量单元1007可以设计成自动从这些存储器1023预定区中读取，以便有目的地提取某些参考区内的数据并且不需要知道其具体的z轴边界。例如，形貌测量单元1007可以预先设计成：1)读取第一地址(或一组地址)，用于获得“第一”参考区内检测条纹线的像素位置；2)读取第二地址(或一组地址)，用于获得“第二”参考区内检测条纹线的像素位置；等等。同样，根据这个观点，形貌测量单元不需要获取具体z轴边界值。

7.2跟踪相同参考区内的多根条纹线

如前所述，无论条纹线是否将突破其相应的参考区，存储器资源可以根据基准在参考区上分隔。例如，参看图13和12a：1)条纹线1205和1305的像素位置可以从存储器1024、1023读出，结果读出第一参考区未干扰和干扰的数据(这些可以彼此相减形成形貌轮廓1405)；2)条纹线1204和1304的像素位置可以从存储器1024、1023读出，结果读出第二参考区未干扰和干扰的数据(这些可以彼此相减形成形貌轮廓1404)；等等。

但是，如果条纹线干扰突破其相应参考区，则需要更加复杂的信号处理技术。也就是，一旦条纹线干扰突破其参考区，则不同条纹线可以占据相同参考空间。同样，需要使用一种技术，用于识别相同参考区空间内不同条纹线，从而可以正确测量其各自的干扰。例如，图19a的条纹线片段BC代表在样品台以上的高度大于条纹线片段HI。同样，需要识别不同条纹线，识别其相应的未干扰位置，从而其相应的未干扰位置可以用作测量形貌的基准。

图20表示重点跟踪条纹线干扰各个斜率(即，“边缘”)的信号处理技术，以便处理一个公共参考区内存在的不同条纹线。并且，在跟踪特定条纹线干扰边缘的同时进行计算，将每个条纹线干扰位置转换成其对应的样品高度(z_s)。在获知xy样品台空间的具体位置后，信号处理技术能得出对应于具有x、y、z_s数据位置。接着存储并画出这些x、y、z_s数据位置，从而显示样品的整个形貌。并且，参见下面更详细描述，该技术允许进一步压缩像素数据，以便进一步减小处理费用。

根据图20的信号处理技术，在第一方向(例如，图19a所示的“向下”倾斜方向)在每个参考区跟踪不同条纹线的迹线边缘2001。例如，为了执行第一跟踪步骤2001，该技术可以：1)从存储器中读取对应于未干扰条纹线位置1914和1913之间的参考区的图像数据，并跟踪条纹线1951b向下的边缘片段“AB”；接着2)从存储器读取对应于未干扰条纹线位置1913和1912之间的参考区的图像数据，并跟踪条纹线1951b向下的边缘片段“BC”和条纹线1951c的“HL”，等等。最终将处理未干扰条纹线位置1911下面的参考区，表示步骤2001结束。

接着，在沿“向上”方向执行第二跟踪步骤2001的过程中，该技术可以(在位置1911下面以及在位置1911与1912之间的参考区已经处理完之后)：1)从存储器读取对应于未干扰条纹线位置1913和1912之间参考区的图像数据，并跟踪条纹线1951b和条纹线1951c的向上边缘片段“EF”和“JK”；接着，2)从存储器读取对应于未干扰条纹线位置1914和1913之间参考区的图像数据，并跟踪条纹线1951b的向上边缘片段“FG”；等等。最终将处理未干扰条纹线位置1915和1914之间的参考区，表示步骤2002结束。

图21a到21c表示可以用于在向上或向下方向处理数据的方法的一个实施例。图21a表示方法，图21b涉及其在“向下”方向的应用，图21c涉及其在“向上方向”的应用。下面将讨论沿每个方向操作的例子。参看图21a和21b，从相应的存储器位置中读出参考区的数据2101。这里，可以用一个地址位置(或一组地址位置)重新取回参考区数据2101，其中在存储器中找到处于所述其场内检测条纹线的像素位置。

接着，从与参考区上边界相交之处开始“跟踪”每个条纹线片段(例如，通过识别最近像素位置的存在)，同时将其转换成在恰当xy样品台位置的样品高度z_s2102。跟踪和转换2102可以看成是多维2102₁到2102_n，其中维数取决于被处理的不同条纹线片段的数量。即，如果需要在向下方向处理一个片段(例如，如同参考区在位置1914与1913之间的情况)n＝1；如果在向下方向需要两个片段(例如，如同参考区在位置1913和1912之间的情况)n＝2；等等。

通过在与其“上”边界相交处开始并搜索或者否则识别最近位置像素坐标(在参考区数据内)的存在(例如，通过扫描数据并捆绑相交处“下面和/或右侧最靠近的像素位置，在简单的情况下，这对应于仅是选择具有次最高x值的像素位置)。接着连续地重复此过程直到达到与下一个较低参考区的相交点，或者条纹线返回并再次穿过上边界。

通过使用存储的测量比例信息和理解所有几何和光学，条纹线片段的每个像素位置可以转换成其适当的x，y，z_s样品形貌信息。在一个实施例中，与这里图示的一致，对于任何条纹线像素位置(x，z)：1)适当的样品台x坐标值的确定是通过将像素的x坐标乘以“x和y方向每像素分辨率”参数(例如，在3.1部分结尾处讨论的)；2)适当的样品台y坐标值的确定是通过参考被跟踪的特殊的条纹线(例如，条纹线1951b处于样品台y轴位置-Y)；以及3)适当的样品高度z_s的确定是根据关系式

z_s＝REF2+(R-dz)

其中：a)REF2是将条纹线已经突破多少参考区考虑在内的“基线基准”；b)R是“每个参考区突破的样品高度”；以及c)dz是像素z轴探测器位置与较低参考区边界REF1(即，z-REF1)之差乘以每像素单位的样品高度参数。上述每条的更彻底讨论如下。

REF2可以看成是持续跟踪每个条纹线的变量。即，在不同实施例中，对于被跟踪的每个条纹线保持单独的REF2变量。每当条纹线突破另一个参考区时，其相应的REF2变量增加N(Δz)，其中N是相邻条纹线之间的像素数量(沿探测器z轴)，Δz是每像素单位的样品高度(例如，3.2部分中讨论的)。这样，当条纹线处于其参考区内(例如，条纹线1951b的片段AB)，REF2变量是0，没有突破其参考区。

当条纹线突破其第一参考区并需要穿过第二参考区(例如，条纹线1951b的片段BC)，对于条纹线第二参考区中出现的转换过程，条纹线REF2变量将增加到N(Δz)。同样地，当条纹线进入第三参考区时，对于第三参考区中出现的转换过程，条纹线REF2变量将增加到值2N(Δz)，等等。同样地，条纹线的REF2变量将每个参考区转换成相应的样品高度距离。

而REF2变量代表“当前”对于一个特定条纹线已经测量的样品高度值，R(“每参考区突破的样品高度”)代表当前处理的参考区内条纹线迹线所包含的样品高度位置的范围。同样，R是N(Δz)固定值。这里，对于任何探测器z轴位置，R-dz项有效地表示条纹线延伸到当前参考区内多远。即，当dz表示每像素单位的样品高度乘以特定像素位置对应的REF1上面的距离Δz(参看图21b)，当dz为0时，条纹线完全扩展到参考区，与下一个较低参考区相交(例如，图21b和19a中的点B)；并且，当dz为R/2时，条纹线进入当前参考区的一半，等等。

当“向下”倾斜的条纹线已经跟踪到参考区时，图21a方法的循环性表明将提取和分析下一个较低参考区的数据。例如，在分析位置1914和1913之间的参考区之后(从而跟踪条纹线1951b的片段AB)，将接着分析位置1913和1912之间的参考区(从而跟踪条纹线1951b的片段BC和条纹线1951c的HI)，等等。这里，在一对参考区分析之间，对进入下一个较低参考区内的每个条纹线，识别/记录每个条纹线的相交点(例如，在分析位置1913和1912之间的参考区之后的点C和I)。

对于未进入下一个参考区的那些条纹线，可以进行一定形式的数据压缩。例如，对于条纹线1951b，当分析位置1912与1911之间的参考区时，可以在点D1处终止数据跟踪过程，从而实际上仅测量样品边缘。另外，从点D1到点D2可以减慢跟踪过程，从而当穿过样品平面时减小转换样品点的密度。任一项上述技术减小用于形貌信息的像素位置数量，从而对应于一种形式的数据压缩。

在跟踪向下倾斜的条纹线边缘后，重复相似的过程，但沿相反的、向上的方向。这里，可以再次参看图21a的方法。图21c表示处理条纹线1951b的条纹线片段EF(当分析位置1913和1912之间的参考区时)。这里，向上方向的处理与向下方向的处理相似。

最明显的差别是，在一个实施例中，根据如下关系式确定适当的样品高度z_s：

z_s＝REF2-dz

其中，REF2是考虑条纹线已经突破多少参考区的相同“基线基准”，但是在向上方向每当分析较高的基准时减小(而不是增大)N(Δz)。注意，在这种情况下为确定dz，较低边界是REF2。一旦跟踪完所有条纹线，并且跟踪过程到达最高参考区，就留下一些(x，y，z_s)数据点，可以描述样品三维形貌。本领域的一般技术人员将能开发执行上述技术的形貌测量单元1007软件和/或硬件。

9.0结语

在上面的说明中，参考具体的代表性实施例描述了本发明。但是，很显然，在不偏离权利要求限定的本发明宽广精神和范围的条件下，可以对上述内容做出不同的修改和变化。因此，说明和附图被认为是解释性的，而不是限制性的。

Claims (55)

1.一种方法，包括：

a)利用预先确定的测量比例信息测量第一套干涉仪条纹线干扰，以便形成描述置于所述干涉仪样品台上的样品形貌的第一套轮廓，所述第一套轮廓绘制成在所述样品和所述样品台第一轴线延伸的迹线，所述迹线沿所述样品和所述样品台的第二轴线彼此之间具有可识别的间距；

b)调节所述迹线与所述样品的相对位置，从而形成第二套条纹线干扰；

c)利用所述预先确定的测量比例信息测量所述第二套干涉仪条纹线干扰，以便形成描述所述样品形貌的第二套轮廓；以及

d)将所述第一套轮廓与所述第二套轮廓交错，形成沿所述第二轴线的分辨率小于所述间距的所述样品形貌描述。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述调节还包括移动所述样品台。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述调节还包括改变光源发出的光的相位，所述光源是所述干涉仪的一部分。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述调节还包括改变倾斜参考镜的位置，所述倾斜参考镜是所述干涉仪的一部分。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述调节是使用不同波长实现的。

6.如权利要求1所述的方法，还包括存储所述的形貌描述。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述存储还包括存储在易失存储器中。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述存储还包括存储在非易失存储器中。

9.如权利要求1所述的方法，还包括将所述形貌描述显示在屏幕上，从而可以看到所述形貌描述。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述测量第一套干涉仪条纹线干扰还包括：

a)从所述干涉仪的探测器提供的光强度图中检测所述条纹线；以及

b)利用所述预先确定的测量比例信息在所述检测到的条纹线的各自对应位置上对比所述检测到的条纹线的形状以形成所述第一套轮廓，所述预先确定的测量比例信息还包括当所述条纹线未干扰时所述检测到的条纹线在其各自位置上的形状。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述预先确定的测量比例信息还包括将每个所述干扰的程度转换成所述样品高度测量值的参数。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述检测所述条纹线还包括检测所述光强度图内的相对最小值。

13.如权利要求10所述的设备，还包括压缩组成所述第一套轮廓的数据。

14.如权利要求1所述的方法，还包括形成所述预先确定的测量比例是通过：

存储用于识别沿所述样品台的迹线的信息，所述迹线是探测器上检测到的多个条纹线绘制成的，所述探测器是所述干涉仪的一部分；以及

存储可以用于将所述条纹线位置干扰转换成沿所述迹线的所述样品多个形貌轮廓的参数，所述条纹线的位置干扰是：

1)由所述样品放置在所述样品台上产生的，并且

2)可以在所述探测器上观察到。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述探测器还包括一个光敏感器件阵列，每个阵列的位置对应于惟一像素。

16.如权利要求15所述的方法，还包括计算所述参数是通过将所述干涉仪使用的光源的波长除以2N，这里N是所述样品未放在所述样品台上时所述探测器上观察到的相邻条纹线之间的像素数量。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述存储信息还包括存储用于识别所述迹线之间的间距的信息。

18.如权利要求18所述的方法，还包括当所述探测器上观察到的一对条纹线之间的间距已经调节到等于放置在所述样品台上的校准标准的标记分开的间距之后确定所述信息。

19.如权利要求18所述的方法，还包括倾斜所述干涉仪内的参考镜，以便进行所述条纹线间距的所述调节。

20.如权利要求14所述的方法，其中所述存储信息还包括存储所述探测器上观察到的所述条纹线的位置。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述探测器还包括光敏感器件阵列，每个阵列的位置对应于惟一像素。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述存储信息还包括存储在所述探测器上观察到的条纹线的像素位置。

23.如权利要求20所述的方法，还包括从所述探测器提供的光强度图中检测所述条纹线。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述检测所述条纹线还包括沿所述光强度图找出相对最小值。

25.如权利要求1所述的方法，其中所述测量还包括：

跟踪已经突破其参考区的条纹线干扰；以及

将所述跟踪的条纹线干扰的每个像素位置转换成x，y，z_s数据点，这里x和y表示干涉仪样品台平面上的位置，z_s表示所述x，y位置上方的样品高度，所述样品置于干涉仪样品台上，从而形成所述条纹线干扰，所述条纹线干扰在所述干涉仪探测器上观察到。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述跟踪条纹线干扰还包括通过参考区基准跟踪参考区上的所述条纹线干扰。

27.如权利要求25所述的方法，所述通过参考区基准跟踪参考区上的所述条纹线干扰还包括：

a)读取第一参考区的图像数据，所述图像数据包括所述第一参考区内检测到的条纹线的像素位置，所述条纹线是一条所述条纹线；

b)在对应于所述条纹线与所述第一参考区上边界相交的像素位置开始，接着沿向下方向跟踪所述条纹线的每个像素位置，以及所述沿着其方向的被每个像素位置的所述转换。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述特定像素的转换还包括根据下式计算z_s：

z_s＝REF2+(R-dz)

式中：

a)REF2是考虑到所述条纹线已经突破多少参考区的基线基准；

b)R是表示每个参考区突破的样品高度值的参数；以及

c)dz是所述探测器上所述像素z轴位置与所述参考区下边界位置之差乘以每像素单位的样品高度参数。

29.如权利要求28所述的方法，还包括每当所述条纹线干扰突破到另一个参考区时将所述REF2参数增大R。

30.如权利要求29所述的方法，其中R＝N(Δz)，式中N是所述探测器上观察到的相邻条纹线之间的像素位置数量，Δz是所述每像素单位的样品高度参数。

31.如权利要求25所述的方法，其中所述通过参考区基准跟踪参考区上的所述条纹线干扰还包括：

a)读取第二参考区的图像数据，所述第二参考区的所述图像数据包括所述第二参考区内检测到的条纹线的像素位置，所述条纹线是一条所述条纹线，所述第二参考区在所述第一参考区下面；

b)在对应于所述条纹线与所述第二参考区上边界相交的像素位置开始，接着沿向下方向跟踪所述条纹线的每个像素位置，以及所述每个像素位置的所述转换。

32.如权利要求25所述的方法，其中所述其中所述通过参考区基准跟踪参考区上的所述条纹线干扰还包括：

a)读取第一参考区的图像数据，所述图像数据包括所述第一参考区内检测到的条纹线的像素位置，所述条纹线是一条所述条纹线；

b)在对应于所述条纹线与所述第一参考区下边界相交的像素位置开始，接着沿向上方向跟踪所述条纹线的每个像素位置，以及所述每个像素位置的所述转换。

33.一种设备，包括：

a)干涉仪，所述干涉仪还包括：

1)放置样品的样品台，以及

2)观察多根条纹线的探测器；以及

b)数据处理单元

1)利用预先确定的测量比例信息测量第一套条纹线干扰，以便产生描述所述样品形貌的第一套轮廓，所述第一套轮廓绘制简要描述所述样品和所述样品台第一轴延伸的迹线，所述迹线沿所述样品和所述样品台的第二轴彼此之间具有可识别的间距；

2)调节所述迹线相对所述样品的位置，从而形成第二套条纹线干扰；

3)利用预先确定的测量比例信息测量所述第二套干涉仪条纹线干扰，以便产生描述所述样品形貌的第二套轮廓；

d)将所述第一套轮廓和所述第二套轮廓交错，形成沿所述第二轴线的分辨率小于所述间距的所述样品形貌描述。

34.如权利要求33所述的设备，其中所述设备所述调节迹线的相对位置是通过移动所述样品台。

35.如权利要求33所述的设备，其中所述设备调节所述迹线的相对位置是通过改变作为所述干涉仪一部分的光源发出的光的相位。

36.如权利要求33所述的设备，其中所述设备调节所述迹线的相对位置是通过改变作为所述干涉仪一部分的倾斜参考镜的位置。

37.如权利要求33所述的设备，其中所述设备调节所述迹线的相对位置是通过使用不同的波长。

38.如权利要求33所述的设备，其中所述数据处理单元设计成存储所述形貌描述。

39.如权利要求38所述的设备，其中所述数据处理单元设计成将所述形貌描述存储在易失存储器中。

40.如权利要求38所述的设备，其中所述数据处理单元设计成将所述形貌描述存储在非易失存储器中。

41.如权利要求33所述的设备，其中所述数据处理单元设计成在屏幕上显示所述形貌描述，从而可以看到所述形貌描述。

42.如权利要求33所述的设备，其中所述数据处理单元的所述测量第一套干涉仪条纹线干扰是通过：

a)从所述干涉仪的探测器提供的光强度图中检测所述条纹线；以及

b)利用所述预先确定的测量比例信息在所述检测到的条纹线各自位置上对比所述检测到的条纹线的形状，形成所述第一套轮廓，所述预先确定的测量比例信息还包括当所述条纹线未干扰时在所述检测到的条纹线在其各自位置上的形状。

43.如权利要求42所述的设备，其中所述预先确定的测量比例信息还包括将每个所述干扰的程度转换成所述样品高度值的参数。

44.如权利要求42所述的设备，其中所述数据处理单元检测所述条纹线是通过在所述光强度图内检测相对最小值。

45.如权利要求33所述的设备，其中所述数据处理单元利用预先存储的测量比例信息测量所述条纹线的干扰，以便产生描述置于所述样品台上的所述样品的形貌的多个轮廓，所述测量比例信息还包括：

1)用于识别所述条纹线绘制成的沿所述样品台的迹线的信息；以及

2)用于将所述干扰转换成沿所述迹线所述样品多个形貌轮廓的参数。

46.如权利要求45所述的设备，其中所述数据处理单元还包括计算系统。

47.如权利要求45所述的设备，其中所述探测器还包括光敏感器件阵列，从而形成像素阵列，每个像素将光强度转换成电信号。

48.如权利要求47所述的设备，其中所述计算系统还包括可执行指令形式的软件，当其运行时执行一种方法，所述方法包括：

通过将所述干涉仪使用的光源的波长除以2N计算所述参数，这里N是当所述样品未放在所述样品台上时所述探测器观察到的相邻条纹线之间所述像素的数量。

49.如权利要求46所述的设备，其中识别所述条纹线绘制成的沿所述样品台的迹线的所述信息还包括识别所述迹线之间间距的第二参数。

50.如权利要求46所述的设备，其中识别所述条纹线绘制成的沿所述样品台的迹线的所述信息还包括所述探测器上观察到的所述条纹线的位置。

51.如权利要求50所述的设备，其中所述探测器还包括光敏感器件阵列，每个阵列位置对应于惟一像素。

52.如权利要求51所述的设备，其中识别所述条纹线绘制成的沿所述样品台的迹线的所述信息还包括在所述探测器上观察到所述条纹线的像素位置。

53.如权利要求46所述的设备，其中所述计算系统还包括可执行指令形式的软件，当其运行时执行一种方法，所述方法包括：

从所述探测器提供的光强度图中检测所述条纹线。

54.如权利要求53所述的设备，其中所述检测所述条纹线还包括沿所述光强度图找出相对最小值。

55.如权利要求45所述的设备，其中所述数据处理单元还包括由专用硬件形成的条纹检测单元，用于从所述探测器提供的光强度图中检测所述条纹线。

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