CN110139827B - 用于反射和透射纳米光子器件的高吞吐量、高分辨率光学计量 - Google Patents

用于反射和透射纳米光子器件的高吞吐量、高分辨率光学计量 Download PDF

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Abstract

本公开内容涉及用于纳米光子器件的光学计量。根据本公开内容的计量***包括样本相机和参考相机，每个相机连接到配置有计算机处理器和计算机化存储器的至少一个计算机。可调光源被引导到经受样本相机成像的纳米光子器件，并且参考光源经受所述参考相机成像以在存储器中记录参考照明参数。所述计算机化存储器存储计算机可读软件命令，其从所述样本相机和所述参考相机收集各组图像数据，以通过比较所述各组图像数据来识别纳米光子器件的至少一个纳米光子特性。示例示出了用于以晶片级或卷对卷组件制造的线栅偏振器和其他器件的计量。

Description

用于反射和透射纳米光子器件的高吞吐量、高分辨率光学计量
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月26日提交的美国临时专利申请序列号62/413,291的权益，该专利申请的公开内容通过引用明确地并入本文。
关于联邦政府资助研究的声明
本发明是在国家科学基金会授予的授权号ECCS1120823和EEC1160494下借助政府支持做出的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本公开内容涉及用于纳米光子器件的光学计量。
背景技术
纳米加工的最新进展为在晶片级、卷对卷(R2R)和片对片(S2S)生产线上制造大量纳米光子器件铺平了道路。这些纳米光子器件包括：纳米制造的偏振器(NFP)，其可以将液晶显示器(LCD)中的功耗降低多达20％；金属网格，其使得能够实现灵活的触摸屏和显示器；完美的吸收剂，如黑硅；以及各种金属和/或电介质纳米结构颜色，其可在超高分辨率和/或微显示器和打印或在光谱相机传感器中用作滤色器。
纳米加工工艺包括槽模涂布、喷墨、凹版涂布、浸涂和刀口涂布。真空纳米制造工艺包括：真空沉积工艺，例如溅射、电子束蒸发、掠射角溅射、掠射角电子束蒸发、热蒸发、原子层沉积、化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积；等离子体蚀刻工艺，例如反应离子蚀刻、电感或电容耦合等离子体反应离子蚀刻和离子铣削；真空图案化工艺，如电子束光刻、X射线光刻和离子束光刻。另外，周围环境纳米图案化工艺包括光刻、压印光刻、各向同性湿法蚀刻技术和各向异性湿法蚀刻技术，例如结晶蚀刻和金属辅助化学蚀刻。
这些生产线上将需要计量以提供质量控制并提供用于产出管理的手段——其中识别出有缺陷的器件并且可以准确找出并纠正缺陷的根本原因。计量必须在高吞吐量下进行表征以跟上生产线的步伐，并且其数据必须是空间上分辨的，以便可以成功地识别小缺陷和细微的区域到区域变化。如我们将要展示的那样，用于纳米光子器件的功能计量可以同时完成这两件事。
纳米计量的传统方法——其是关键尺寸(CD)计量，如SEM和AFM——将极难达到与纳米光子器件生产线保持同步所需的吞吐量。例如，SEM只能以CD本身的量级的视场测量CD，因此几乎不可能在高吞吐量下表征大区域。散射测量法可用于表征更大的区域，并有可能利用成像技术来实现高空间分辨率，但测量通常需要在大量的按顺序测量的单独状态(如不同的散射角度)下获取数据，并且接着是进行逆模型计算或查找表搜索CD。这固有地限制了散射测量法的吞吐量。
关键尺寸(CD)计量对于高吞吐量纳米光子器件制造难以扩展。幸运的是，CD计量不是器件表征所必需的。可以改为使用功能计量——其顾名思义测量器件的功能，在这种情况下，它能够具有高得多的吞吐量。功能计量通常以芯片的电测试的形式用于半导体工业中。电气测试可以在几秒内完成，这可以使由数十亿个单独的晶体管、过孔和互连组成的芯片全都以重要的CD合格。有人可能会争辩说，如果芯片通过电气测试，可以假设CD处于规格状态而无需直接测量它们。现在，因为芯片生产线具有数百个单独的制造步骤，所以在中间步骤中的CD计量仍然是必要的，但是在纳米光子器件制造中，完成的器件可能仅需要少量的制造步骤。在没有中间CD计量的情况下对完成的纳米光子器件进行功能计量是最有效的。
本文公开的***和方法解决了这些和其他需求。
发明内容
本公开内容涉及用于检查纳米光子器件的大面积功能计量***。所述大面积功能计量***可包括一个或多个光源、光学部件诸如透镜和偏振器，以及一个或多个相机传感器。所述光源可以将光照射到纳米光子器件上，而所述光学部件可以引导光通过***并调制光的状态。所述相机传感器可以记录与照射光相互作用的所述纳米光子器件的图像。可以将所述图像作为一个或多个状态的函数。所述***还可以包括检测器，该检测器可以处理图像以检测缺陷。然后可以使用一个或多个缺陷签名对所述缺陷进行分类。基于该分类，可以自动识别缺陷的根本原因。
附图说明
包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了下面描述的几个方面。
图1A和1B是用于透射和反射测量的***架构的示意图。
图2是用于透射和反射测量的一般***架构的示意图。
图3A和3B是如本公开内容中所讨论的玻璃基板上的线栅偏振器(WGP)的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图3C是如本文所公开的线栅偏振器光学功能的示意图。
图3D和3E是如本公开内容中描述的传统分光光度测量工具的相应视图和相应对比率图。
图3F和3G是如本公开内容中所述的成像分光光度测量工具的相应视图和对比率的相应的基于相机的成像。
图3H和3I是如本公开内容中所述的成像分光光度测量工具的相应视图和对比率的相应的基于百万像素(高分辨率)相机的成像。
图4是如本文所述的在给定波长下使用图3H的分光光度法识别相应纳米光子器件中的缺陷的对比率的示例图像。
图5A是根据本文公开的***和方法的识别纳米光子器件中的缺陷的计算机化方法的流程图。
图5B是根据本文公开的***和方法的平均对比率与引导至纳米光子器件的样本束光的波长的关系曲线的示例图。
图5C是照明组件的示例示意图。
图6A是示出根据本公开内容的计量架构以考虑经受成像的移动样本的示意图。
图6B是示出根据本公开内容的计量架构以通过将线屏幕相机安装在适当位置来考虑经受成像的移动样本的示意图。
图6C和6D是如本文所讨论的考虑移动样本的相应的透射和反射计量架构的示意图解。
图7是如本文所述的用于使线栅偏振器经受对比率和透射强度分析的计量架构的示意图解。
图8是如本文所述的用于使线栅偏振器经受对比率和透射强度分析的计量架构的示意图解。
图9是如本文所述的用于使线栅偏振器经受p偏振的对比率和透射强度分析的计量架构和曝光时间约束的示意图解。
图10是如本文所述的用于使线栅偏振器经受对比率和透射强度分析作为s偏振的函数的计量架构和曝光时间约束的示意图解。
图11A和11B是如本文所述的用于使线栅偏振器经受对比率和透射强度分析作为s偏振的函数的计量结构、曝光时间约束和由偏振状态的变化引起的转换延迟的示意图解。
图11C是如图7-11B中所示并且配置有用于同时进行相应的Tp和Ts分析的并行偏振架构的计量***的示意图解。
图12是在经受图6-11中阐述的计量的图4的纳米光子器件上示出的缺陷的注释图像。
图13是其中阈值降低了噪声并且强调了经受图6-11中阐述的计量的图4的纳米光子器件中存在的缺陷的、图12的图像的图解。
图14是四大类缺陷的图像。(i)左上角处导致圆形禁区的粒子、(ii)以具有变化的阴影的水平条纹所见的喷嘴-喷嘴液滴体积变化、(iii)以蓝色竖直线所见的喷墨打印头射不出，以及(iv)由于模板与晶片的硬接触而导致的、导致以中心处的蓝色环形环所见的RLT变化的次优压印力方法。
图15A和15B是粒子缺陷的图像。一个粒子导致一个其中可能没有任何特征被图案化的圆形禁区，如在左边的图中所见的。右边的图给出了可能导致此类缺陷的典型粒子的缩放图像。
图16是硅纳米线(SiNW)阵列样本的一组RGB(红、绿、蓝)图像及其相应的SEM和反射比光谱。
图17是如本文所述的被配置为提供图像数据以计算对比率和透射强度的用于卷对卷制造组件的示例性计量架构的示意图。
图18是用于晶片级垂直硅纳米线阵列的足以为主题纳米光子器件提供一组光反射比数据的示例性计量架构的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考实施方案，其示例在附图和实施例中示出。然而，本公开内容可以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方案。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。本文使用的术语“包括(comprising)”及其变体与术语“包含(including)”及其变体被同义地使用，并且是开放式的非限制性术语。尽管本文使用术语“包括”和“包含”来描述各实施方案，但是术语“基本上由……组成(consistingessentially of)”和“由……组成(consisting of)”可以被使用来代替“包括”和“包含”以提供更具体的实施方案，并且也被公开了。如在本公开内容和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”包括复数个提及物，除非上下文另有明确说明。
以下定义被提供以帮助本说明书中使用的术语，并且决不限制本公开内容。这些定义仅作为手边术语的各自解释的示例。
定义
纳米光子功能计量(NFM)——用于纳米光子器件的功能计量。NFM记录根据状态的函数透射、反射、衍射、偏振或散射光的纳米光子器件的图像，并且在一些情况下记录处于已知状态的参考物的图像，然后处理这些图像以计算作为状态的函数的纳米光子特性。
纳米光子器件——一种器件，其具有的最小特征尺寸处于与其相互作用的光的波长的量级，并且所述特征的几何结构或材料特性被设计成提供特定的纳米光子特性作为输出。
参考物——一种典型产物，其具有基本上已知的一个或多个纳米光子特性值，并且其图像有时用作图像处理中的分母以计算纳米光子器件的纳米光子特性。参考物的示例包括高度反射镜和空气(通常用于透射比测量以近似完美的透射比)。
强度——一个与测量期间相机传感器检测到的平均光通量成比例的量。缩写为I(尤其在表1中)。有关如何计算强度的详细数学描述可在标题为“图像处理”的部分中找到。
纳米光子特性——纳米光子器件的特性，其是描述纳米光子器件如何影响它与之相互作用的光的量。一些纳米光子特性在表A中列出：
表A.纳米光子特性及其定量定义
透射比：
Figure DA00040022933158700687
反射比：
Figure GDA0004002293310000062
吸收比：A＝1-ITransmittance-IReflectance                             等式(3)
衍射效率：
Figure GDA0004002293310000063
散射效率：
Figure GDA0004002293310000064
偏振效率：
Figure GDA0004002293310000071
偏振转换效率：
Figure GDA0004002293310000072
对比率：
Figure GDA0004002293310000073
雾度(Haze)：
Figure GDA0004002293310000074
*I是强度的缩写。参见强度的定义。
**sample是表示样本光束的下标，reference是表示参考光束的下标。
***这里样本光束的偏振状态与参考物的偏振状态不同。
****注意，CR也可以根据p偏振光和s偏振光的透射比来计算。
状态——与纳米光子器件相互作用的光或正由相机传感器检测的光的特性。它可以包括以下：
1.照射纳米光子器件的光的光谱含量
2.照射纳米光子器件的光的偏振含量
3.照射纳米光子器件的光与纳米光子器件的表面形成的入射角
4.相机的视角
5.相机的接收角范围
6.照射相机传感器的光的光谱含量
7.照射相机传感器的光的偏振含量。
光——电磁辐射，包括但不限于紫外线、可见光、近红外光、红外光等。
光源——产生光的某物。
光学部件——折射光(如透镜)、反射光(如反射镜)、衍射光(如衍射光栅)、散射光(如漫射器)和/或调制光的光谱含量或偏振含量的某物。这些部件可用于控制光的状态。
相机传感器——感测光的光检测器阵列。相机传感器可以是区域传感器或线扫描传感器。相机传感器的一些示例包括：单色相机、彩色相机、RGB相机、三芯片彩色相机、多光谱相机、高光谱相机、电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机、增强电荷耦合器件(ICCD)相机、电子倍增增强电荷耦合器件相机(emICCD)、雪崩光电二极管阵列、时间延迟积分(TDI)线扫描相机、双线彩色线扫描相机、三线彩色线扫描相机、四线彩色线扫描相机。
缺陷——导致与所述纳米光子器件的预期设计的显著不同并且导致所述纳米光子器件的纳米光子特性的不同的制造工艺或初始基板的结果。
缺陷检测——感测未定义的缺陷的存在。
缺陷识别——知晓已检测到的特定缺陷类型。
根本原因——名义制造工艺的偏离或偏移的根本原因。
对象空间像素尺寸——映射到(纳米光子器件上的)对象空间的图像中的像素大小。
视场(FOV)——相机镜头和相机传感器实现的视野。换句话说，映射到对象空间的由相机传感器记录的图像的大小。
制造吞吐量——生产线的吞吐量，在晶片级制造的情况下为面积吞吐量(m2/s)，或在R2R制造的情况下为线性吞吐量(m/s)。S2S制造可以在面积或线性吞吐量下运作。
可允许表征时间——对于每个晶片、每个片材或卷的每个线段NFM必须执行其表征的时间。
***表征时间——对于每个晶片、每个片材或卷的每个线段NFM执行其表征实际所花费的时间。
线栅偏振器(WGP)——一种偏振器，其基于宽度为纳米级、长度为宏观尺度的金属线。
金属网格(MMG)——一种基于纳米级金属线的网格的透明导电表面。
抗反射器——一种由于存在纳米结构而抗反射的纳米光子器件。
完美的吸收器——一种在任何一个或多个特定范围的光谱带上高度吸收的纳米光子器件。
完美的反射器——一种在任何一个或多个特定范围的光谱带上高度反射的纳米光子器件。
纳米结构颜色——具有由于纳米结构的存在而产生的颜色的纳米光子器件。
NFM***的组成
NFM***由光源、光学部件和相机传感器组成：
光源
一个或多个光源用于产生照射纳米光子器件的光。需要选择光源以具有适当的光谱特性、强度和形状因素。可以使用任何数量的不同类型的光源，取决于对于给定情况最有意义的是什么。光源的一些示例包括：白炽光源、卤素灯、弧光灯、荧光灯、LED(发光二极管)、白光LED、LED阵列、OLED(有机LED)、可调光源、激光器、可调谐激光器、超连续激光器。
光学部件
在大多数***中，当光从光源行进至样本并到达相机时，会有光学部件来引导和调制光。可以利用各种光学部件来获得特定的结果，包括以下：透镜、偏振器、分束器、反射镜、半透明镜、聚焦镜、衍射光栅、滤色器、可变光圈、孔径或狭缝。
相机传感器
相机传感器，其是阵列检测器，与非阵列检测器相反，因为它们使得能够快速、同时地获取空间分辨的测量结果。重要的是表征是空间分辨的，以便不仅可以检测缺陷，还可以根据其空间签名识别缺陷。这允许区分不同类型的缺陷(圆形、线性、周期性等)，这允许洞察缺陷源自何处(根本原因分析)。大多数经典的分光光度计***使用非空间分辨的检测器。
图2显示了用于透射、正入射反射测量和成角度反射测量的NFM***的简单设计。显示的***包含刚刚提到的三个部件。请注意，这些***被显示为具有单束架构——稍后我们将讨论使用双束架构的优势。通过示出具有不同颜色和入射角的光束以及具有不同视角的相机，在各示例中部分地示出了***的定义状态的能力。各种光学部件，如透镜和分束器，用于使每种设置成为可能。注意，该图并未穷尽地示出可以使用的所有各种状态和光学部件。例如，光束的偏振含量未在图1A中示出。请注意，相机传感器和相机镜头的组合通常就被称为相机。这在图2中示出，并且贯穿本文档我们可以使用术语相机来识别该子***。
NFM***测量工艺
以下列表描述了NFM***进行的测量：
1.一个或多个光源产生光
2.来自光源的光可能或可能不被光学部件引导或调制(此时通常使用透镜来聚焦或准直来自光源的光)
3.然后光与纳米光子器件和/或参考物相互作用
4.已与纳米光子器件或参考物相互作用的光可能或可能不由光学部件引导或调制。(通常此时透镜将光聚焦到相机传感器上)
5.然后在曝光时间期间由相机传感器检测光
6.然后将相机传感器读数以图像的形式读出到计算机
7.处理图像以计算强度(参见标题为图像处理的部分)
8.使用强度计算纳米光子特性
图像处理
来自相机采集的图像需要经受一些处理以将它们变成强度图像，以便它们可用于计算纳米光子特性。为什么必须这样做有几个原因。其一，相机传感器的动态范围可以相对较小。为了测量大范围的光照水平，使用相机上的中性密度(ND)滤光器、可变光圈以及曝光时间和增益设置的组合。真正明亮的测量，如参考测量，需要ND滤光器和/或可变光圈来衰减光束，以便可以使用在相机可用曝光时间范围内的曝光时间。另一方面，实际上暗淡的测量可能是如此暗淡，以致于相机只能通过使用长曝光和/或高增益来获得图像，因此不需要ND滤光器。在计算强度时，需要考虑增益、曝光时间和ND滤光器或可变光圈的存在的差异。此外，还需要考虑相机的读取噪声和暗噪声。图像经受以下等式中所见的操作以产生强度的图像。
Figure GDA0004002293310000111
其中：
I                         强度
DN                        代表数字值(图像中的像素值)
Noiseread                   相机的读取噪声
Noisedark                   相机的暗噪声
Gain                      相机增益
texp                       相机曝光时间
TND                        ND滤光器的透射比
TIris                       可变光圈的透射比
然后该强度值的图像可以直接与任何其他强度值的图像进行比较，并且可以用于计算纳米光子特性，如“定义”部分中表1中列出的那些。
***设计
在设计NFM***时，一个目标是确保***能够对其预定用于的纳米光子器件执行一般检查、缺陷检测和缺陷识别。这里有几个主要考虑因素：
1.所需的空间分辨率
2.需要测量的所需纳米光子特性
3.生产介质的制造运动的形状因素和类型(连续卷、停止/启动)
4.生产线的面积或线性制造吞吐量
所需空间分辨率
所需的空间分辨率是最基本的考虑因素。必须确定需要测量的最小对象空间像素尺寸，并且相机的空间分辨率需要适当地与此匹配。最小对象空间像素尺寸由检测纳米光子器件中期望缺陷所需要的所需空间分辨率确定。这源于对***正被设计用于的纳米光子器件中缺陷如何表现自己的了解。例如，NFP和MMG可能预期用于显示器，因此将最小对象空间像素尺寸设置为显示器中像素尺寸的量级的某物的大小会是有意义的，以确保对应于单个显示像素的每个区域符合规格。单独的缺陷实际上可能比NFM的空间分辨率小得多，但它们的集体效应将由NFM测量为缺陷所在的像素中的纳米光子特性的差异。需要考虑相机镜头的分辨能力和成像特性，以便可以利用传感器的实际分辨率。通常，应选择能够以最大FOV实现期望的最小对象空间像素尺寸的相机镜头。
需要测量的所需纳米光子特性
必须考虑需要测量的纳米光子特性的类型。这将决定***测量架构以及***特性，所述***测量架构例如***的测量反射比和/或透射比的能力，所述***特性例如照射的偏振/光谱含量、检测器的光谱选择性、照射角度、视角等。例如，NFP可以通过以下两种纳米光子特性来表征：1.对比率和2.p偏振光的透射比。这涉及1.WGP透射p偏振光的图像、2.WGP透射s偏振光的图像3.参考图像与它们一起。该***将需要在透射模式下设置，并且将需要能够使照射WGP的光偏振。
制造运动的形状因素和类型
需要考虑生产介质。通常，存在三种类型的将用于制造纳米光子器件的生产介质：1.晶片级、2.卷对卷(R2R)，以及3.片对片(S2S)处理。晶片级涉及将纳米光子器件制造到分立的晶片上，这些分立的晶片通常在它们移动通过生产线时开始和停止。R2R制造涉及将纳米光子器件制造到连续的材料(通常是塑料)卷上，该材料卷以线性运动沿生产线向下平移，通常从不停止运动。S2S制造具有两种先前制造介质的要素，其中制造在分立的材料片上进行，该材料片可在其各自的图案化步骤期间连续移动但可在片材之间停止移动。需要考虑这些不同的形状因素来选择***部件。例如，晶片级制造可能更好地适用于区域捕获相机，因为晶片通常在制造步骤之间停止移动，并且一个相机可能潜在地在一帧中对整个晶片成像。另一方面，在R2R制造以及S2S制造中，器件可以不断地以线性运动方式移动，在这种情况下，线扫描相机可能更有用，因为它们非常适合拍摄线性平移物体的图像。然而，在某些情况下可能的并且可能更适合的是，将区域捕获相机用于R2R，将线扫描相机用于晶片级。
制造吞吐量
还必须考虑制造吞吐量，无论它是面积还是线性的。取决于制造场景，可能需要以生产线的速度检查总器件面积的多达100％。另一方面，采样较小量的器件面积可能是合适的。无论哪种方式，每条生产线都要求来自计量的一定吞吐量。计量必须满足此吞吐量，否则它将成为生产线的瓶颈。
制造吞吐量(在等式中示为Thrumanufacturing)可用于确定可允许表征时间(在等式中示为tchar，allow)。这针对以下两个实施方案示出：
晶片级的在线表征：
Figure GDA0004002293310000141
R2R的在线表征：
Figure GDA0004002293310000142
其中hline是由对象空间像素尺寸定义的线的高度。请注意，对于R2R的在线表征，不能使卷向后移动以便计量可以检查卷的另一条带。因此，当卷经过时，可能需要同时检查卷的整个宽度。***表征时间是***实现的表征时间(在等式中示为tchar，system)，必须小于或等于可允许表征时间。***表征时间由等式13描述的许多不同因素组成。
tchar，system＝∑tacquisition+∑tmoe btwn states+∑tmove btwn FOVs    等式(13)
其中：
∑tacqisitio是每个状态下每个图像的所有单独采集时间的总和。采集时间由其中感测光的曝光以及其中产生图像并将其提供给计算机的读出组成。
∑tmove btwn states是在状态之间移动所花费的时间的总和。这可能是如以下这样的事：
-旋转衍射光栅以改变可调光源中光的光谱含量所花费的时间
-旋转偏振器以改变光的偏振含量所花费的时间
∑tmove btwn FOVs是在不同FOV之间移动以便可以检查整个纳米光子器件区域所花费的时间的总和。仅当所有单独相机FOV的总和小于需要检查的总器件面积时，这是必要的。
通过为需要检查的每个FOV部署一个完整的***，可以完全消除Σtmove btwn FOVs。例如，可以沿R2R线的宽度放置多个线扫描相机，以在整个卷滚动时检查整个卷，而不是将一个相机移动到沿着卷的宽度的不同的点。类似地，也可以通过为需要表征的每个状态部署一个完整***来消除∑tmove btwn states。
提高吞吐量的想法
双光束架构
两个相机(110A，110B)的双光束架构可用于减少***表征时间。在双光束***中，参考和样本测量同时进行(如图1B中所示)，这消除了顺序地进行测量所带来的额外时间，并且还消除了两测量之间可能发生的光束强度波动引起的测量不准确。在双光束***中，使用分束器(175)将来自光源的光分成两个不同的光束——样本光束和参考光束。样本光束通过纳米光子器件，参考光束进入测量它作为参考物的相机。参考光束中的光学应该复制样本光束中使用的光路长度，只是在这种情况下物平面(object plane，物面)是参考物平面，该参考物平面是虚拟平面(图1B中的虚线所标记的)或参考物体(如反射镜)，其与器件表面距分束器中心的距离相同，参考相机距参考物平面的距离应与样本相机距样本平面的距离相同。这确保参考光束路径中的每个相机像素正看到与样本光束路径中的相同像素对应的光束部分。这确保了纳米光子特性的成功图像计算。图1B显示了透射和正入射反射NFM***的双光束架构。
分箱
分箱(binning)可用于增加NFM***的吞吐量。分箱是用于描述下采样图像分辨率的术语，其通过将相机传感器中的多个像素聚集在一起作为一个像素来进行。这降低了空间分辨率，但允许更快的相机读出速度。这可能证明适合于缺陷检测，而缺乏空间签名可能会降低识别缺陷并将其与根本原因联系起来的能力。
连续旋转衍射光栅
在可调光源中通常以旋转-停止-旋转方式旋转单色器中的衍射光栅。在不同取向之间旋转所花费的时间可能花费大量时间，并且如果要测量许多光谱带，则这可能显著地影响吞吐量。在多光谱和高光谱情况下，连续旋转衍射光栅并经由相机的曝光窗口定义光谱带的宽度对***吞吐量将是有益的。由于在此设置中的光栅运动是连续的，因此没有时间被花费于在不同光谱带之间移动上。在需要测量少量分离的光谱带的情况下，传统的旋转-停止-旋转-停止方法仍然有用。
相机和光束与卷或片材的同步移动
如果无法停止卷并且采集时间不是快至足以没有模糊地捕捉移动主体，则相机(675)和光束可以与卷一起同步平移，以消除相对运动。图6C和6D中针对透射和反射情况显示了这一点。每次向前运动后都可以重置相机。图6C和6D的设置包括上述分束器(695)、相机(675，650)，并且两者都用于对跨过辊(660A，660B)的样本的图像进行采样。
如果卷行进等于视场高度的长度所需的时间等于或小于表征时间减去将相机重置到其初始位置所花费的时间，则相机可以连续表征卷的一列。
如果一个相机无法足够地覆盖卷，则可以使其在卷上在宽度方向上来回扫描，或者可以使光束并行化。
每次向前运动后都可以简单地重置相机，但这种移动需要时间，可能需要消除。在这种情况下，建议使用位于沿卷长度的不同位置的多个***，这些***是交错开的，使得在后***表征在前***没有表征的卷部分。
该同步运动策略也可以用于纳米光子器件的瞬态行为被讨论的情况。这种情况的一个例子是，器件在沿R2R***移动的同时经受热循环或弯曲时需要测量。面积捕获相机可以在卷经受这些工艺时与卷同步移动以虑及这一点。
杂项
处理卷的平面外摆动
在R2R或S2S***中，卷或片材具有在平面外方向上上下摆动的潜在问题，可能导致相机拍摄的失焦图像。这可以潜在地通过使用额外的辊来消除长段的无支撑卷、通过在背板上滑动卷或者通过使用具有足够大的焦深的相机镜头(例如远心镜头)来解决。背板可以简单地是光滑的表面或轴承表面(如空气轴承)。在反射情况下，背板可以是不透明的，但是在透射情况下，背板需要是透明的。替代地，可以使用部分背板，其中排除光束需要通过之处。在卷或片材上也可能有一些定位标记，其允许在任何给定时刻测量卷或片材的z-位置，并且可以响应于此移动相机或光学器件的位置以考虑位置的变化。(在片对片和晶片级***中，可以使用基于真空或静电保持力的卡紧装置来提供这种支撑)。
处理卷幅行走
可以在卷上放置定位标记，并用相机或激光***跟踪定位标记，以实时跟踪平面内的卷运动。基于该信息，可以建立控制反馈回路，其引导卷回到其名义位置。这种卷幅(web)引导可以通过诸如Roll-2-Roll Technologies公司(https：//www.r2r-tech.com/content/web-guide-systems-overview)提供的***之类的***来进行。
使用远心镜头限制视角
具有普通镜头的相机接受来自表面的一角度范围的光。使用远心镜头将有助于将角度范围限制为仅平行于镜头光轴或非常接近于平行于镜头光轴的那些角度。这可以用于检查特定的视角。
雾度测量
在使用成像技术时，根据广泛使用的ASTM D1003标准不可能进行雾度测量。ASTMD1003定义雾度如下：
“雾度，η-in透射，样本对光的散射是导致通过它观察的物体的对比度下降的原因。被散射使其方向从入射光束的方向偏离不止规定角度的透射光的百分比。”
而是，可以使用在某个期望截止角(基于ASTM D1003为2.5°)以上和以下的散射效率的测量。在合适的角分辨率下的多次测量的总和可以在截止角以上和以下的不同视角获得，并且两个总和的比率可以用作量化雾度的参数。这在等式9中示出。
需要考虑相机镜头的数值孔径以确定将由相机成像的角度范围，以确保它们根据需要与截止角度对准。可以使用低NA透镜或远心镜头将接收角的范围基本上减小到非常接近正好轴上光线的角度。这允许有效探测窄范围的视角。
计算机化设备
在本公开内容的各种计量架构中描述的每个部件可以被配置用于连接至与该部件相关联的计算机、与该计算机一起运行、结合该计算机或控制该计算机。计算机包括各种智能装置而不受限制，包括处理器的机器、计算机化存储器、软件、计算机实施的指令，以及通过使用存储在非暂时性计算机可读介质上的计算机化指令实现的任何自动化。
缺陷识别与根本原因分析
器件纳米光子特性的图像提供了大量信息，不仅包括功能量本身，还包括它如何在器件区域上和在单独器件(或卷或片材的区域)之间变化。该信息使得不仅能够检测缺陷，还能够识别单独器件内和单独器件之间的缺陷。然而检测只是表明存在缺陷，识别会增加有关***检测到的缺陷类型的知识。三个缺陷签名(功能、空间和时间)使得能够识别特定类型的器件缺陷并且允许确定缺陷的根本原因。这对于在纳米光子器件制造中运行有效的产出管理至关重要。与某些特定制造工艺相关的制造误差类型、它们产生的缺陷以及它们的签名列表显示于表4-8中。
工艺误差的表
压印误差
在液滴分配(表4)或实际压印步骤(表5)期间，可能发生整个压印工艺中的误差。这些误差通常表现为缺失图案的区域(由于拉脱、滞留空气等)或导致残余层厚度(RLT)的变化。RLT变化导致CD变化，因为RLT必须通过压印后去渣蚀刻去除，其中RLT较薄的区域中的特征变薄。请注意，仅通过目视检查压印的质量，可以在压印完成后立即识别出许多这些误差。例如，粘附失败很容易识别，并且在进一步使用之前必须清洁模板。
表4.喷墨***误差
Figure GDA0004002293310000191
Figure GDA0004002293310000201
表5.压印工艺误差
Figure GDA0004002293310000202
Figure GDA0004002293310000211
Figure GDA0004002293310000221
还可能存在由非理想配方参数导致的误差。最重要的配方参数是液滴图案、扩散时间以及压印中涉及的各种压印力。这还可能涉及液滴图案与模板图案中的任何方向性的不匹配，并且当为WGP压印光栅特征时可以尤其增强。早期关于液滴扩散工艺的模拟的工作已经捕获了特征尺寸和密度对特征填充的影响。这些误差及其影响列表显示于表6中。请注意，所有这些误差都是时间上重复的，因为它们是设置参数。
表6.压印配方误差以及导致的缺陷/签名
Figure GDA0004002293310000231
蚀刻工艺误差
大多数纳米光子器件需要蚀刻步骤以将掩模特征转移到下面的基板中。在蚀刻工艺中可能发生各种已知的误差，这些误差列表显示于表7中，包括蚀刻得太短/太长、蚀刻轮廓和突破性问题。
表7.蚀刻误差和导致的缺陷/签名
Figure GDA0004002293310000241
Figure GDA0004002293310000251
掠射角金属沉积(GLAD)误差
制作一些WGP的一个重要制造步骤是将铝GLAD到限定金属线的线空间图案上。这个过程类似于蚀刻，可以运行得太短/太长并且具有轮廓效应。
表8.GLAD沉积误差和导致的缺陷/签名
Figure GDA0004002293310000252
Figure GDA0004002293310000261
执行根本原因分析
一旦表征了一批器件(或卷的一部分)，纳米光子特性图像可用于识别缺陷及其签名。然后可以使用这些签名将缺陷与其所有可能的根本原因(无论哪个具有相同的签名)相匹配。可能识别多个匹配物，因为一些工艺误差具有相似的签名。通过一些实验(清洁压印模板、在处理期间改变晶片的取向)和进一步的了解(最近更换的喷墨器、蚀刻室达到使用寿命终点等)，可以识别和处理特定的根本原因。该一般过程在图5A的流程图中概述。
用于缺陷识别的阈值测试
简单的阈值处理测试可用于确定某些类型的缺陷的存在，并且区分不同的缺陷类型。表4-8用于针对所有纳米光子器件进行概括。对于特定器件，基于特定器件定义为“很差”或被视为“变化”或“脱离目标”的功能特性的量。例如，在WGP中，“很差”的功能特性将是接近1的CR(几乎没有偏振效应)，或接近0％的Tp(无透射)。这些会由灾难性缺陷引起，所述灾难性缺陷例如其中图案基本上受损的点缺陷。阈值处理操作可以应用于包含数据例如CR的矩阵，其中对小于或等于某个小数(如2)的值计数，2以上的值被忽略(见图13)。这将矩阵转换成仅包含灾难性地影响CR的缺陷(1310，1320)的矩阵。这些缺陷通常是点缺陷，因此该方法可用于将点缺陷与其他缺陷隔离。可以通过在用于器件性能的目标值处进行阈值处理来识别“脱离目标”值。例如，WGP可能需要具有CR＞10,000且Tp＞84％以满足行业标准。可以将阈值置于这些值处，并且将小于这些值的任何值识别为“脱离目标”。这可用于识别未通过质量控制检查的器件区域。“变化”是指量在某个值周围变化的功能特性。可以在功能特性的值处进行阈值处理，所述功能特性的值是背离目标或平均值的某个显著的统计变化，以识别从某个名义值显著变化地合格的器件区域。
空间频域分析
可以对包含功能特性量的2D矩阵进行傅里叶分析，以识别数据中的周期性图案。这有助于识别在某些类型的缺陷中出现的某些空间签名。例如，可以识别图12中所见的周期性图案，并且可以通过使用傅里叶分析来量化图案的周期和方向。
示例
以下阐述下列示例以说明根据所公开主题的器件、方法和结果。这些示例不旨在包括本文公开的主题的所有方面，而是说明代表性的方法和结果。这些示例不旨在排除对于本领域技术人员来说显而易见的本公开内容的等同物和变体。
例1.将NFM用于特定的纳米光子器件制造场景
选择两个示例性器件制造场景用于进一步分析：卷对卷(R2R)上的线栅偏振器(WGP)和晶片级的硅纳米线(SiNW)阵列。计量***适用于这些情况中的每一种。每种情况都有其自己的最低器件要求和架构细微差别，这有助于它实现合适的吞吐量。这两个例子说明了在针对特定器件设计***时应该做出的各种决策，例如选择光谱带数量、***数量、场数量、运动策略等。
R2R上的纳米制造偏振器
可以有几种类型的纳米制造偏振器(NFP)。例如，线栅偏振器(WGP)和超材料偏振器是两种类型的NFP。WGP是本文详细讨论的示例NFP。
WGP旨在与目前用于液晶显示器(LCD)的有机背膜偏振器竞争。后偏振膜的目标是在选择性地通过p偏振光的同时透射来自背光的光。有机薄膜偏振器吸收s偏振光，而WGP将其反射回来(见图3C)，从而创造了回收利用该光并提高LCD中的功率效率的机会。为了使WGP与工业偏振器竞争，它们必须达到一定的性能指标，其如下：对比率(CR)≥104和p偏振光的透射(Tp)≥84％。WGP的SEM显示在图3A和3B中。
为了计算CR和Tp，***必须获得以下图像：1.WGP透射p偏振光，2.WGP透射s偏振光，以及两种情况下的参考物。为实现此，将使用一个***，在该***中照射样本的光具有一种或另一种偏振状态，每个***都是双光束***并同时测量相应的参考物。对WGP透射s偏振光成像的***将单独控制***表征时间，因为该测量将需要最长的曝光。我们将仅使用白光来检查WGP，因为WGP对光谱含量没有非常有用的依赖性。
假设制造NFP的R2R生产线以100mm/min的速度移动。我们将采用线扫描***进行此测量。假设该***使用一个具有足够宽的FOV的相机来以20μm的对象空间像素尺寸对卷的整个宽度成像。基于卷速度和像素的高度，等式13告诉我们可允许的表征时间为～12ms/线。因此，对WGP透射s偏振光成像的***需要在12ms内完成其对每条线的表征。典型的线扫描相机读出速率可以是100KHz，因此读出时间将是可以忽略的，并且因为没有在状态之间移动上花费时间，所以几乎整个12ms都可以用于相机曝光。
本文的***在图17中示出。示出了仅一个***，但是具有处于相反状态的偏振器的复制***将沿着卷向下被进一步使用。可以根据等式1由第一***收集的信息计算Tp，并且可以根据等式8的第二部分由每个***获取的Tp和Ts图像计算CR。
垂直硅纳米线(SiNW)阵列
SiNW阵列可用于增加各种气体、生物和光学传感器的灵敏度。根据几何结构，SiNW阵列可呈现鲜艳的色彩(图16中所见)。由于纳米光子功能，SiNW阵列可以用成像分光光度法表征。
图16中示出了SiNW阵列样本的反射光谱的示例。通常，纳米线直径的变化使峰左/右移。在图16中，最粗的纳米线对应于峰以最长波长为中心的反射光谱。纳米线高度的变化使峰的强度上/下移。计量***必须能够测量足够波长下的光谱反射比，以定义光谱峰的位置、扩展和幅度。可以使用仅10个窄光谱带(每个～5nm)来分辨图16中看到的光谱峰。计量检查以查看峰是否已经移位或扩展——这表明纳米线的CD变化，以及还检查缺失的特征——这可能产生类似于下面的Si衬底的反射光谱的反射光谱。图16中的RGB图像显示了光学功能的大量变化，这意味着微小的CD变化和存在缺失图案的区域。
本公开内容为对于100mm晶片具有60晶片/小时的吞吐量的工厂的示例建模。根据等式11，我们计算每个晶片的可允许表征时间为60s/晶片。我们会用来表征vSiNW的***将包括可调光源以及一个或多个黑白区域相机。该可调光源将允许我们调查照射vSiNW阵列的光的为光谱含量的状态。此***在图18中示意性示出。
根据我们已做的之前的实验，我们选择20×20mm的FOV。给定晶片的面积和FOV的面积，将需要20个不同的FOV来覆盖全部晶片面积。这意味着***在测量期间必须移动到新的FOV 19次。基于我们已在实验室中使用的***，每次移动可能花～0.1s，使得FOV之间的移动的总时间等于1.9s。如果我们想要表征10个不同的光谱带，则在不同光谱带之间将有9次移动，这也可能每次移动花～0.1s或每个FOV总共花0.9s。然后，这乘以FOV的数量，我们看到在状态之间移动所花费的总时间将是18s。
根据等式13，我们计算出将有剩余的40.1s为采集时间的总和。由于在20个FOV中的每个中将有10次采集(总共200次采集)，为每次采集留下0.201s。根据我们检查vSiNW阵列的经验，相机采集时间显著小于此(为数十ms的量级)。
衍射纳米光子器件
具有衍射功能的纳米光子器件可以用两种方式中的一种或两种用功能计量来表征：1)通过改变相机相对于器件的角度取向和2)通过改变器件的照射角度。改变这些角度取向允许***表征器件将入射光衍射成各种角度的能力。这当然可以关于光谱带和偏振状态进行。
一般注意事项
应该注意的是，在成熟的生产线上，计量通常不需要表征产品的100％。小得多的产品百分比被表征，并且使用统计数据将其与产品的剩余部分相关联，因此这种计量不一定需要达到100％的目标。然而，仍然正在取得资格的工厂生产线需要更广泛的表征，达100％以上，因此100％是该分析的目标。
例2.对WGP执行根本原因分析
图12示出了以大约550nm为中心的窄光谱带中WGP在16×19mm场(2048×2448像素)中的CR图。该WGP制造在玻璃晶片上。人们可以注意到存在许多不同的缺陷(1200，1210和1220)，每个缺陷都具有独特的功能和空间签名。由于我们仅查看一个晶片，我们无法确定时间签名。该WGP经历了以下制造工艺：金属沉积(正入射)、压印、去渣蚀刻(以突破源自压印的残余层厚度)，以及将压印特征转移到金属涂覆的基板中的蚀刻。
在表9中，基于已知的工艺误差如列表示出的那些，按照上述程序对一些可见缺陷执行根本原因分析。在这种情况下，纳米光子特性是WGP的CR。
表9.图12中所见的缺陷，它们的签名、可能的根本原因和测试。
Figure GDA0004002293310000301
Figure GDA0004002293310000311
在所有情况下，有许多可能的根本原因具有缺陷的功能和空间签名。缺乏时间签名使得根本原因分析显著更加困难。该表的一列描述了可以运行哪些进一步的测试以帮助消除某些根本原因，并且在许多情况下，该测试与获得时间签名有关，表达其重要性。
点缺陷
明显某物导致了这些区域中的缺失特征。在蚀刻期间，对于图12中识别的点缺陷，排除粒子，因为在蚀刻期间的粒子产生大致为粒子的尺寸的受影响区域，并且这些受影响区域——其有时几乎1mm宽，比正常粒子大得多。然而，在压印期间的粒子产生比粒子本身大得多的受影响区域，因此这可能是可能的根本原因。气泡也是可能的根本原因，但通常影响小得多的区域(微米级)，并且通常不会产生在缺陷周围的具有较低CR的晕圈。点缺陷也可能是由于模板缺陷造成的，但通常这些缺陷不是基本上圆形的，也不由晕圈包围。无论如何，如果清理模板并且没有减轻点缺陷，这证明模板可能具有永久性缺陷。当然，点缺陷可能只是由于操作不当而直接在器件上产生的划伤。可以排除这一点，确保最小心地处理样本。基于此分析，点缺陷很可能是由于压印期间的粒子造成的。
当光透射穿过WGP时，光会从针孔例如这些点缺陷散射出来。这可能对点缺陷周围所见的晕圈有一些贡献。此外，这些区域最终会使相机像素饱和，导致某种溢出。可以确定这些效应的贡献以确保晕圈不完全是由于除压印期间粒子排除之外的原因。
周期性变化
看到清晰的周期性图案在图像中从上到下延伸。这表明WGP线的CD是变化的。该图案的线在WGP上的线的方向上，并且由于在光栅特征的方向上发生定向的液滴扩散。此外，周期性变化具有～0.4mm的明确定义的周期，这与所使用的液滴图案很好地对应。因此，这被识别为由非理想液滴图案引起的扩散误差。
线性典型产物
看到在两个对角线方向上延伸的线性典型产物。在每个方向上延伸的典型产物的相似性表明它们是相关的。然而，能排除与液滴分配问题——诸如偏离的喷嘴、堵塞和部分堵塞——有关的问题，因为——尽管这些具有线性空间签名——它们仅见于一个线性方向上。已知导致此空间签名的唯一工艺误差是模板缺陷。使用电子束制作模板，并且可以存在在该工艺中产生的线性典型产物以及许多其他典型产物。模板缺陷是众多的足以使得有必要被单独地定义。
例3.用于偏振器器件的***架构
图6-11示出了考虑如图6A所示的移动器件的R2R计量架构(即，读取器相机575随着卷500移动)。对于从卷(500)的底部引导的透射光(560)或卷上的反射光(560)这可能是真的。否则，另一种解决方案是使用如图6B所示的线扫描相机(585)，例如时间延迟积分。在图7和8中，相机(775)必须曝光足够长的时间以获得良好的信噪比。相机(775)对于通过卷(700)的透射光(760)是p偏振的(Tp)时候，并且然后对于该透射光是s偏振的(Ts)时候再次，逐帧地收集关于该透射光的相机视场中的卷的像素数据。对于Tp(图7的p偏振光的透射)曝光是短的，但对于Ts(图8的s偏振光的透射)曝光是长的。图9和10示出了测量Tp和Ts以计算CR(CR＝Tp/Ts)，使得对于每个偏振状态只需要一次测量。在一个示例中，仅需要测量400nm的波长，因为Tp和CR在较长波长下较高。图11A和11B示出一非限制性示例，其中相机/读取器花费额外的33ms来以每秒30帧的速度读取帧以改变光束的偏振状态。必须跨覆盖卷的宽度所需的场进行此操作。在一个非限制性示例中，***为场之间的每次移动增加大约500ms。本文体现了***的变化，例如通过增加用于改变波长的时间(例如，500ms)来测量两个波长的CR，以及增加额外的时间(例如，额外的500ms)用于再次改变偏振。捕获时间相应地倍增。图11C示出了其组合，其中除了波长变化之外的所有移动都可以通过使用两个专用的并行化***(一个用于Tp，一个用于Ts)来消除。
该***的细节在图6C和6D中示出，用于相应的透射和反射操作，其中滚动装置(660A，660B)使卷移动通过***，以使得卷经受来自可调光源(625)的样本光束，该样本光束被引导通过偏振器(614)和透镜(615)、分束器(695)、分离距离可调的反射镜(630A，630B)和读取器相机(675)。参考光束由读取器相机(650A)读取。
额外的实施方案
1.一种大面积功能计量***，包括：
可调光源；
参考光学器件；
分束器；
光束光学器件；以及
相机。
2.根据实施方案1所述的***，其中，该***用于纳米光子器件的卷对卷制造。
3.根据实施方案1所述的***，其中，连续旋转的衍射光栅用于基本上消除在相邻光谱带之间旋转衍射光栅所花费的时间。
4.根据实施方案1所述的***，其中，光谱带的宽度基本上由相机的曝光时间和衍射光栅的旋转速度决定。
5.根据实施方案2所述的***，其中，所述相机和光束光学器件与所述卷同步移动，以基本上消除所述相机和所述卷之间的相对运动。
6.根据实施方案2所述的***，其中，光谱图像可以与空间图像捕获同时拍摄。
7.根据实施方案2所述的***，其中，所述相机拍摄一系列短曝光图像，并且每个图像的行对应于卷的给定条带。
8.根据实施方案7所述的***，其中，累积对应于卷的给定条带的图像，使得最终累积的信号具有相当高的信噪比。
9.根据实施方案2所述的***，其中，所述***在卷的自由跨度的一部分上使用支撑件，以基本上消除在未被支撑的卷的长度上的平面外位移和聚焦模糊。
10.根据实施方案1所述的***，其中，该***用于纳米光子器件的晶片级制造。
11.根据实施方案1所述的***，其中，使用双光束架构。
12.根据实施方案1所述的***，其中，所述***使用滤色器来捕获多个光谱带。
13.根据实施方案1所述的***，其中，通过确定以下中的一个或多个，所述***基本上实现特定器件制造场景的期望吞吐量：所需场的数量、光谱带的数量和宽度、偏振状态的数量或者各个相机可以使用的最大允许曝光时间。
14.根据实施方案13所述的***，其中，采样的器件的数量随着卷前进而减小，以基本上保持吞吐量。
15.根据实施方案1所述的***，其中，所述光学功能图的集合包含可用于基本上识别所述器件中的缺陷的特定类型的功能、空间或时间信息。
16.根据实施方案15所述的***，其中，缺陷基本上与源于特定制造工艺误差的根本原因相关联。
17.根据实施方案1所述的***，可用于制造纳米级器件，如果所述器件的特征还具有可与所述器件的其他功能参数相关的一些纳米光子效应的话。
18.根据实施方案1所述的***，其中，所述***用于纳米制造工艺的实时监测。
19.根据实施方案1所述的***，其中，所述***与纳米级器件的真空处理兼容。
20.根据实施方案2所述的***，其中，所述***使用跟踪定位在所述卷上标记以用于反馈控制回路，所述反馈控制回路基本上稳定所述卷和相机之间的相对位置。
21.根据实施方案1所述的***，其中，放置多个***使得每个***基本上表征另一***不表征的基板的一部分。
22.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件是线栅偏振器，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的透射强度。
23.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件是线栅偏振器，并且所述光学功能是在一个或多个波长光谱带或视角或照射角度下的对比率。
24.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由纳米线阵列组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的反射强度。
25.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由纳米线阵列组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的透射强度。
26.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由纳米线阵列组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的散射强度。
27.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由纳米粒子阵列组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的反射强度。
28.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由纳米粒子阵列组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的透射强度。
29.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由纳米粒子阵列组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的散射强度。
30.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由衍射光学器件组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的反射强度。
31.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由衍射光学器件组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的透射强度。
32.根据实施方案1所述的***，其中，所述纳米光子器件由衍射光学器件组成，并且所述光学功能是在一个或多个偏振态或波长光谱带或视角或照射角度下的散射强度。
33.一种用于检测纳米光子器件的制造中的缺陷的方法，包括以下步骤：
使用权利要求1所述的***测量光学功能，其中在基板上的纳米光子器件的一个区域中的一个或多个点处测量所述光学功能，其中所述光学功能选自波长光谱带、偏振态、照射角度和视角；以及
编制多维数据集以形成所述器件的光学功能图。
34.一种大面积功能计量***，其中，所述***：
用于检查具有纳米光子特性的纳米光子器件
由以下部分中的一个或多个组成：光源、光学部件和相机传感器
在所述纳米光子器件上照射光，其中，所述纳米光子器件与所述光相互作用以提供一种或多种所述纳米光子特性
利用所述相互作用的光在所述相机传感器上记录图像，其中，所述图像作为一个或多个状态的函数。
其中所述状态是以下中的一个或多个：1.照射所述纳米光子器件的所述光的光谱含量，2.照射所述纳米光子器件的所述光的偏振含量，3.照射所述纳米光子器件的所述光与所述纳米光子器件的表面形成的入射角，4.所述相机传感器的视角，5.所述相机的接收角范围，6.照射所述相机传感器的所述相互作用的光的光谱含量，7.照射所述相机传感器的所述相互作用的光的偏振含量。
其中所述纳米光子器件是一种如下器件：其具有的最小特征尺寸处于照射在其上的所述光的波长的量级，并且所述特征的几何结构或材料特性被设计成提供一个或多个所述纳米光子特性作为输出。
记录参考在所述相机传感器上的图像，该图像是以下中的一个：1.来自反射镜的光，2.来自所述光源的无阻挡光，其中由所述相机、所述光学部件和所述光源的位置限定的物平面和图像平面的位置和在所述光与所述纳米光子器件相互作用后记录所述光的所述图像时相同，其中所述参考的所述图像作为已知状态的函数。
处理在所述光与所述纳米光子器件相互作用之后所述光的所述图像和所述参考的所述图像，以根据所述状态的函数计算所述纳米光子器件的区域中的一个或多个点处的所述纳米光子特性。
其中所述纳米光子特性为以下中的一个：1.透射比，2.反射比，3.吸收比，4.衍射效率，5.散射效率，6.偏振效率，7.偏振转换效率，8.雾度，9.对比率
35.根据实施方案34所述的***，其中，所述***用于所述纳米光子器件的晶片级制造。
36.根据实施方案34所述的***，其中，所述***用于所述纳米光子器件的卷对卷制造。
37.根据实施方案34所述的***，其中，所述***用于所述纳米光子器件的片对片制造
38.根据实施方案34所述的***，其中，所述纳米光子器件是以下中的一个：纳米制造的偏振器、金属网格、抗反射器、基本上完美的吸收器、基本上完美的反射器、纳米线阵列、纳米线分散体、纳米粒子阵列、纳米粒子分散体、衍射光学器件或纳米结构颜色器件。
39.根据实施方案34所述的***，其中，所述纳米光子器件是纳米制造的偏振器，并且所述纳米光子特性是一种或多种状态的透射比。
40.根据实施方案34所述的***，其中，所述纳米光子器件是纳米制造的偏振器，并且所述纳米光子特性是一种或多种状态下的对比率
41.根据实施方案34所述的***，其中，所述纳米光子器件是金属网，并且所述纳米光子特性是在一种或多种状态下的透射比。
42.根据实施方案34所述的***，其中，所述纳米光子器件是金属网，并且所述纳米光子特性是在一种或多种状态下的雾度。
43.根据实施方案34所述的***，其中，连续旋转的衍射光栅用于基本上消除在相邻光谱带之间旋转衍射光栅所花费的时间。
44.根据实施方案43所述的***，其中，所述光谱带的宽度基本上由所述相机的曝光时间和所述衍射光栅的旋转速度决定。
45.根据实施方案34所述的***，其中，所述***的所述部分与移动基板同步移动，以基本上消除所述部分与所述基板之间的相对运动。
46.根据实施方案34所述的***，其中，所述***的所述部分是相机传感器，并且进一步所述相机传感器是高光谱线扫描相机传感器。
47.根据实施方案34所述的***，其中，所述纳米光子器件使用支撑件来基本上消除导致聚焦模糊的平面外位移。
48.根据实施方案34所述的***，其中，所述光学部件的所述部分是具有焦深的透镜，所述焦深基本上消除由所述基板的平面外位移导致的聚焦模糊。
49.根据实施方案34所述的***，其中，所述***使用所述基板上的定位标记和反馈控制环，所述反馈控制环调节所述相机的焦平面以基本上消除由所述基板的平面外位移导致的聚焦模糊。
50.根据实施方案34所述的***，其中，所述***将所述基板上的跟踪定位标记用于反馈控制回路，所述反馈控制回路使所述基板基本定位在平面内。
51.根据实施方案34所述的***，其中，使用双光束架构。
52.根据实施方案34所述的***，其中，该***用于纳米制造工艺的实时监测。
53.根据实施方案34所述的***，其中，放置两个这样的***，使得每个***基本上表征另一个***不表征的基板的一部分。
54.根据实施方案34所述的***，其中，通过确定以下中的一个或多个，所述***基本上实现特定器件制造场景的期望吞吐量：所需***的数量、所需相机传感器的数量、纳米光子特性的数量、状态的数量和最大允许表征时间。
55.一种使用实施方案34的功能计量***来检测纳米光子器件中的缺陷的方法
其中所述缺陷是偏离所述纳米光子器件的预期性能并且导致所述纳米光子器件的纳米光子特性的不期望变化。
56.根据实施方案55所述的方法，进一步包括将缺陷基本上与根本原因相关联的方法，其中，所述根本原因是相对于期望的纳米制造工艺的偏离。
57.根据实施方案55所述的方法，其中，所述根本原因可以源于J-FIL喷墨***误差。
58.根据实施方案55所述的方法，其中，所述根本原因可以源于PFIL槽模工艺误差。
59.根据实施方案55所述的方法，其中，所述根本原因可以源于压印工艺误差。
60.根据实施方案55所述的方法，其中，所述根本原因可以源于蚀刻工艺误差。
61.根据实施方案55所述的方法，其中，所述根本原因可以源于掠射角金属沉积误差。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与如本公开内容所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。本文引用的出版物和引用它们所针对的材料通过引用被具体地并入。
本领域技术人员将理解，可以对优选实施方案进行许多改变和修改，并且可以在不脱离本公开内容的精神的情况下进行这些改变和修改。因此，旨在所附权利要求覆盖落入本公开内容的真实精神和范围内的所有这些等同变型。

Claims (16)

1.一种用于检查纳米光子器件的大面积功能计量***，该大面积功能计量***包括：
光源，被配置为将光照射在纳米光子器件的一部分上；
光学部件，用于控制从所述光源发出的所述光的状态；
相机传感器，用于记录经受从所述光源照射的光的所述纳米光子器件的一部分的图像，
其中所述图像作为一个或多个状态的函数；
检测器，用于处理所述图像以检测所述纳米光子器件中的一个或多个缺陷；以及
计算装置，用于计算作为所述一个或多个状态的函数的所述纳米光子器件的区域中的一个或多个点处的纳米光子特性，并且使用由所述计算装置识别的所述纳米光子特性来检测缺陷的根本原因，以关联所述一个或多个缺陷与根本原因，所述根本原因对应于纳米制造过程的偏离，其中，所述使用由所述计算装置识别的所述纳米光子特性来检测缺陷的根本原因还包括：
使用功能、空间和时间签名中的一个或多个缺陷签名对所述缺陷进行分类；以及
基于所述缺陷的分类，识别所述缺陷的根本原因。
2.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，所述一个或多个状态被定义并且包括以下中的一个或多个：1)照射所述纳米光子器件的光的光谱含量，2)照射所述纳米光子器件的光的偏振含量，3)照射所述纳米光子器件的光与所述纳米光子器件的表面形成的入射角，4)所述相机传感器的视角，5)所述相机传感器的接收角范围，6)从所述纳米光子器件反射的照射所述相机传感器的相互作用的光的光谱含量，或7)照射所述相机传感器的所述相互作用的光的偏振含量。
3.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，所述纳米光子器件具有处于照射在所述纳米光子器件上的光的波长的量级的最小特征尺寸，并且其中响应于所述光源照射的光，所述纳米光子器件的特征的几何结构或材料特性提供一个或多个纳米光子特性。
4.根据权利要求3所述的大面积功能计量***，其中，所述一个或多个纳米光子特性包括以下中的至少一个：1)透射比，2)反射比，3)吸收比，4)衍射效率，5)散射效率，6)偏振效率，7)偏振转换效率，8)雾度，或9)对比率。
5.根据权利要求4所述的大面积功能计量***，其中，所述纳米光子器件是纳米制造的偏振器，并且所述一个或多个纳米光子特性包括在一个或多个状态下的透射比；所述纳米光子器件是纳米制造的偏振器，并且所述一个或多个纳米光子特性包括在一个或多个状态下的对比率；所述纳米光子器件是金属网，并且所述一个或多个纳米光子特性包括在一个或多个状态下的透射比；或者所述纳米光子器件是金属网，并且所述一个或多个纳米光子特性包括在一个或多个状态下的雾度。
6.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，所述相机传感器记录源于来自参考的光的参考图像，其中所述参考图像用于计算纳米光子特性。
7.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，大面积功能计量***是产生所述纳米光子器件的晶片级制造***、卷对卷制造***或片对片制造***的一部分。
8.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，所述纳米光子器件是纳米制造的偏振器、金属网格、抗反射器、基本上完美的吸收器、基本上完美的反射器、纳米线阵列、纳米线分散体、纳米粒子阵列、纳米粒子分散体、衍射光学器件、超材料或纳米结构颜色器件。
9.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，使用连续旋转的衍射光栅，并且其中光谱带的宽度基本上由所述相机传感器的曝光时间和所述衍射光栅的旋转速度决定，以基本上消除在相邻光谱带之间旋转所述衍射光栅花费的时间。
10.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，所述相机传感器与移动的基板同步移动，以基本上消除所述相机传感器与基板之间的相对运动。
11.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，还包括支撑件，所述纳米光子器件放置在所述支撑件上，以基本上消除引起所述相机传感器所拍摄的图像中的聚焦模糊的平面外位移。
12.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，其中，所述光学部件包括具有焦深的透镜，所述焦深基本上消除由基板的平面外位移引起的聚焦模糊。
13.根据权利要求1所述的大面积功能计量***，还包括控制***，用于识别所述纳米光子器件的基板上的定位标记以及调整所述相机传感器的焦平面以基本上消除由所述基板的平面外位移引起的聚焦模糊。
14.一种用于使用大面积功能计量***实时监测纳米制造过程的方法，该方法包括：
将从光源发出的光照射在纳米光子器件的一部分上；
借助于光学部件控制从所述光源发出的所述光的状态；
借助于相机传感器记录经受所述光的所述纳米光子器件的一部分的图像，
其中所述图像被拍摄为一个或多个状态的函数；
借助于检测器处理所述图像以检测所述纳米光子器件中的一个或多个缺陷；以及
借助于计算装置计算作为所述一个或多个状态的函数的所述纳米光子器件的区域中的一个或多个点处的纳米光子特性，并且使用由所述计算装置识别的所述纳米光子特性来检测缺陷的根本原因，以关联所述一个或多个缺陷与根本原因，其中所述根本原因是相对于纳米制造过程的偏离，
其中，所述使用由所述计算装置识别的所述纳米光子特性来检测缺陷的根本原因还包括：
使用功能、空间和时间签名中的一个或多个缺陷签名对所述缺陷进行分类；以及
基于所述缺陷的分类，识别所述缺陷的根本原因。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述缺陷是相对于所述纳米光子器件的预期性能的偏离，并且导致所述纳米光子器件的纳米光子特性的不期望变化。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述根本原因源于J-FIL喷墨***误差、PFIL槽模工艺误差、压印工艺误差、蚀刻工艺误差或掠射角金属沉积误差。
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