專利名稱：雙光點相敏的檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于激光掃描系統(tǒng)，且更明確而言是關(guān)于以激光掃描為基礎(chǔ)進行基材的光學(xué)檢測的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在顯微鏡領(lǐng)域中，眾所皆知可在影像樣本中觀察相位變化以強化該難以看見的特征檢測。例如，由M.Bass、E.W.Van Stryland、D.R.Williams、W.L.Wolfe等人在光學(xué)手冊II(McGraw Hill書局，1995年第2版)第17.28-17.36頁所描述的微分干涉差(DIC)顯微鏡，其全文合并于此以供參考。DIC顯微鏡可提供單投射陰影圖像以有效的顯示光路徑的梯度。此取樣區(qū)域在光路徑沿某一特定方向增加時會較為明亮，而路徑差減少時該取樣區(qū)域則會呈現(xiàn)反向?qū)Ρ?。路徑差的梯度越陡，影像對比度則越大。DIC方法在突顯特征(如超細肌絲及明顯交界面)時非常有用，且可呈現(xiàn)局部折射率的差異以及表面高度的變化。
移動式聲光透鏡組件亦已為該領(lǐng)域所廣知。該種組件描述于如授與Eveleth等人的美國專利第3,851,951號中，其全文揭示合并于此以供參考。一聲音轉(zhuǎn)換器耦接于一聲光布拉格盒(Bragg cell)的一端。該聲音轉(zhuǎn)換器可于該布拉格盒中產(chǎn)生經(jīng)調(diào)頻的聲音脈沖，并由該盒的一端行進至另一端。行進的聲音脈沖的空間頻率變化會使通過脈沖區(qū)的激光束聚焦在影像平面。當(dāng)聲音脈沖由該布拉格盒的一端行進至另一端時(發(fā)揮移動式透鏡的作用)，其可使欲進行掃描的聚焦激光點遍及于該影像平面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供以激光掃描進行一樣品的光學(xué)檢查的改良方法及系統(tǒng)，且特別適用于感應(yīng)由該樣品散射出的激光輻射線中的相位變化。
于本發(fā)明的較佳實施例中，移動式透鏡組件系用于聚焦一激光束，以于樣品表面產(chǎn)生(并掃描)一對近距離的焦點。較佳來說，該移動式透鏡組件至少包含一聲光布拉格盒(如前文所述)以及兩個藉形成兩近距離(一般為部分重迭)的聲音脈沖(其同時行經(jīng)該布拉格盒)所建立的焦點。該由樣品表面的兩點散射出的光線會形成一干涉條紋圖案，其中該條紋偏移的位置可作為兩散射束間相位差的函數(shù)。一檢測器會測量該偏移以判定該表面上相變化的空間梯度。
較佳是測量該條紋的偏移，而網(wǎng)格形式的光束點(其周期與干涉條紋相同)定位于該檢測器的前。該網(wǎng)格系經(jīng)調(diào)整以使該光束間(一般系該表面的平滑區(qū)域)一已知的特定相位差阻擋明亮的條紋。其后，當(dāng)樣品上的兩個點一起被掃描時，由檢測器所接收到的光訊號會與該點間的相對相位差成比例。
因此，符合本發(fā)明該較佳實施例所提出用于樣品的光學(xué)評估設(shè)備包括一輻射源，其可用于產(chǎn)生同調(diào)輻射(coherent radiation)束；移動式光學(xué)透鏡，其是用于聚焦該光束以于該樣品表面形成第一及第二光點，其并可用于一起掃描該表面上的該光點；數(shù)個集光器，其系經(jīng)定位以收集由該第一及第二光點散射出的輻射線，并可聚焦該經(jīng)收集的輻射線以形成一干涉條紋圖案；以及一檢測單元，其系用以檢測該干涉條紋圖案中的變化。
較佳來說，該移動式光學(xué)透鏡包括一聲光布拉格盒及一耦接至該盒的聲音轉(zhuǎn)換器，以形成第一及第二調(diào)頻聲音脈沖，其會沿該盒的一長度方向行進，使得當(dāng)該輻射光束通過該盒時可由該第一及第二脈沖進行聚焦以分別形成(并掃描)該第一及第二光點。更佳者，該轉(zhuǎn)換器是可控制以改變相對時點及該聲音脈沖的相位，以控制一間距及該第一及第二光點的相對相位。為能促進該檢測器對條紋偏移的檢測，該轉(zhuǎn)換器所形成的該聲音脈沖的時點較佳為可控制的，以改變該干涉條紋的空間周期。
較佳來說，該檢測單元包括一檢測器，其系適用于形成一輸出訊號以響應(yīng)該干涉條紋圖案的改變；及一訊號處理器，其系耦接至該檢測單元以接收并處理輸出訊號，以由其取得該表面散射的輻射線中其相位變化的空間梯度，該訊號可指出該樣品表面上的高度變化。
一般而言，該干涉條紋包括數(shù)條明亮及陰暗條紋，并以一條紋周期作交替，且該集光器較佳包括一光束截補器，其系經(jīng)耦接并定位以使該光束截補器可在該條紋特定位置處阻擋該明亮條紋照射在檢測器上。最佳的情況是，該光束截補器包括一網(wǎng)格，且其網(wǎng)格周期大致等于條紋周期。此外(或者可替換的是)，該檢測器可包括一第一檢測器及一第二檢測器，其中該第一檢測器系經(jīng)定位以使未被該光束截補器阻擋的該輻射線照射在該第一檢測器上，而該第二檢測器系經(jīng)定位以使被該光束截補器阻擋的該輻射線的至少一部份照射在該第二檢測器上，以測量由該第一及第二光點散射出的總輻射線強度。該光束截補器較佳系用于反射該被阻止照射在該第一檢測器上的輻射線部分，且該第二檢測器系經(jīng)定位以使反射的輻射線照射在該第二檢測器上。
較佳來說，該移動式波光器(traveling wave optics)可用于聚焦該光束以使該光點具有一預(yù)定光點寬度，并使該光點相隔一約光點寬度的三至五倍間的距離。
于一較佳實施例中，該移動式光學(xué)透鏡包括一聲光布拉格盒及一耦接至該盒的聲音轉(zhuǎn)換器，該聲音轉(zhuǎn)換器系用以形成一調(diào)頻聲音脈沖，使的沿該盒的長度方向行進，以在該輻射光束通過該盒時可由該聲音脈沖進行聚焦并掃描；以及一分光器，其經(jīng)配置以將由布拉格盒中的聲音脈沖所聚焦及掃描的該光束分隔開，以于該表面上形成該第一及第二光點。
此處并提出一符合本發(fā)明較佳實施例的方法，該方法用于光學(xué)評估一樣品，其包括將一同調(diào)輻射的光束聚焦以于該樣品的一表面形成第一及第二光點，其并可用于一起掃描該表面上的該光點；收集由該第一及第二光點散射出的輻射線，并聚焦該經(jīng)收集的輻射線以形成一干涉條紋圖案；以及當(dāng)該光點于該表面上被掃描時檢測該干涉條紋中的一偏移。
本發(fā)明在通過下文的詳細說明及其實施例，并參照附加圖示后將可獲得更完整的了解。


圖1至圖3是一符合本發(fā)明較佳實施例的雙點式光掃描及檢測系統(tǒng)的側(cè)面示意圖；以及圖4是一流程圖，其可概要說明符合本發(fā)明的一較佳實施例中用于雙點式掃描的方法。
主要組件符號說明20 雙點式光掃描及檢測系統(tǒng)22 樣品24 激光源26 布拉格盒28 轉(zhuǎn)換器30 移動式透鏡32 移動式透鏡34 移動方向36 焦點平面 38 訊號處理器40 集光鏡42 分光器44 放大鏡46 物鏡48 光點 50 光點52 透鏡 54 透鏡56 光束截補器58 檢測器62 分光器70 第二分光器72 聚焦透鏡 74 檢測器具體實施方式
圖1是一符合本發(fā)明的一較佳實施例的雙點式光掃描及檢測系統(tǒng)20側(cè)面示意圖。此系統(tǒng)一般用于一樣品22的自動化、高速檢測?；蛘?，該包含在系統(tǒng)20中的工作原理也可應(yīng)用于該光學(xué)影像的其它區(qū)域中，如業(yè)界已熟知的反射模式(示于附圖)及穿透模式等兩種方式。此種系統(tǒng)在觀察半導(dǎo)體晶圓及光罩的缺陷及圖案變化，以及其它光學(xué)相為基礎(chǔ)的檢測應(yīng)用(例如掃描式顯微鏡，特別是共焦顯微鏡)時特別有用。
一激光源24可輸出一激光束，其可直接通過一聲光布拉格盒26。一聲音轉(zhuǎn)換器28可緊密連續(xù)的將兩聲音脈沖施加至盒26中，使兩移動式透鏡30及32由該盒的一端移動至另一端，如箭頭移動方向34所示。較佳而言，布拉格盒26至少包含一可在折射率上表現(xiàn)高聲音效果及降低聲音衰減的材料，例如TeO2、LiNbO3、SiO2或H2O，或其它業(yè)界已知材料。兩透鏡的每一個可于一焦點平面36中將該激光束聚焦成各個點。當(dāng)透鏡30及32行經(jīng)盒26時，此兩光點會延著該焦點平面的一線快速掃描。因為該聲光效果為線性，兩移動式透鏡可部分重迭而不會實質(zhì)影響任一透鏡的聚焦特性?？蛇x擇的是，來自激光源24的該激光束可由一預(yù)掃描儀35(例如一掃描鏡或其它聲光盒)掃描通過盒26，以使該激光束追蹤該移動式透鏡。
一集光鏡40可收集來自焦點平面36的光線，并將其傳導(dǎo)經(jīng)一分光器42。一放大鏡44及物鏡46接著會聚焦該光束以于該樣品22表面上形成兩光點48及50。物鏡46可收集兩光點散射出來的光線，并于該物鏡的出口瞳鏡處(其一般以放大鏡44的一光束截補器界定出)形成明亮及陰暗的線性干涉圖案。條紋的數(shù)目一般等于光點隔距與該光點寬度比例的兩倍。該光點隔距可由改變該聲音脈沖(用以建立移動式透鏡30及32)的相對時點的方式控制的。較佳而言，為能提供少量的條紋、同時避免于該光點間發(fā)生重迭，該光點分隔約三及五個光點寬度。當(dāng)光點48及50以透鏡30及32于樣品22上進行掃描時，位置或條紋偏移是與由兩光點散射出的光射線間的相位差成比例。前述相位差一般系因表面高度的局部變異(例如，因集成電路特征或缺陷所導(dǎo)致的變異)所致，且可能因表面材料的折射率所致。
由物鏡46所收集的光線會由放大鏡44及分光器42直接導(dǎo)向由透鏡52及54所形成的聚焦放大鏡。此透鏡系經(jīng)配置以產(chǎn)生物鏡46出口的共軛相，干涉圖案會于該處再次聚焦。具網(wǎng)格型態(tài)的光束截補器56系放置于該共軛平面。該網(wǎng)格經(jīng)選擇以使其具有與干涉圖案相同的周期。截補器56較佳系經(jīng)定位，以使該網(wǎng)格在該條紋的某一特定位置時可實質(zhì)完全的阻擋該干涉圖案的明亮條紋。該特定位置最佳選擇在光點48及50位于樣品22表面的平滑區(qū)域時的條紋位置，于該處該光點間的相位差為零。若該干涉條紋的周期或相位差與該網(wǎng)格的周期或相位差間有不匹配情形，可通過改變轉(zhuǎn)換器28的訊號輸入的方式來校正移動式透鏡30及32的相關(guān)延遲及相位。
通過該截補器56的網(wǎng)格的光線會被一檢測器58接收，其較佳系一光倍增管(然其它類型的檢測器亦可使用)。當(dāng)干涉圖案的位置因該樣品表面的相位差而偏移時，通過該網(wǎng)格及抵達檢測器的光強度會隨的改變。因此，由檢測器58輸出的訊號振幅會與該光點48及50間的相位偏移成比例。此訊號由一訊號處理器38處理以形成一高對比相位梯度的樣品表面影像，其邊緣及其它高度變化都會被放大。一般來說，處理器38至少包含一通用計算機，內(nèi)含有合適軟件及前置電路以與檢測器58及其它系統(tǒng)組件20互動。較佳而言，處理器38也可控制轉(zhuǎn)換器28以便按所需調(diào)整比例或移動式透鏡30及32。
圖2是一符合本發(fā)明一替代實施例的系統(tǒng)60的側(cè)面示意圖。于此實施例中，轉(zhuǎn)換器28僅于布拉格盒26中形成一單一移動式透鏡30。為能于樣品22上形成兩光點48及50，分光器62(一般為一繞射組件，例如一穿透式光柵)系安插在光路徑中(如圖2所示)。兩近距離衍射級可提供兩光點?；蛘?，可以相同方式使用一雙折射組件以形成兩光點，或以如前述光學(xué)手冊中描述的Nomarski顯微鏡的類似方式使用的。于其它式樣中，此實施例的操作大致與圖1的實施例相同。當(dāng)然，當(dāng)僅使用單一移動式透鏡時(如圖2的實施例所示)，光點48及50的相關(guān)位置及相位無法立即作調(diào)整。
圖3是一符合本發(fā)明的另一替代實施例的系統(tǒng)68的側(cè)面示意圖。此處由樣品22散射的光線是由一第二分光器70分隔，經(jīng)由一附加的聚焦透鏡72將一部份光線導(dǎo)至另一檢測器74。此配置中的檢測器74會形成一訊號，該訊號與該樣品散射出的總光強度成比例。因此，雖然檢測器58可明確地測量相位變化(主因樣品表面的高度變化所致)，檢測器74也可測量表面反射率的變化。表面相位及反射率特性的個別測量較佳系與處理器38相結(jié)合以提供精確、詳細的表面診斷圖案。
或者，檢測器74可定位并與合適的光學(xué)儀器進行配置以測量由截補器56反射的光線。于此情況下，無須額外的分光器70即可由檢測器58及74的輸出訊號的總合得到樣品22的總散射強度的測量結(jié)果。
圖4是一流程圖，其概要說明一符合本發(fā)明較佳實施例用于雙點式掃描及檢測的方法(其使用圖1至圖3所示的系統(tǒng))。來自激光源24的光束由布拉格盒26中的移動式透鏡或透鏡群聚焦，以于樣品22表面型成雙光點48及50，并于該表面上一起掃描該光點(于掃描步驟80處)。該系統(tǒng)光學(xué)組件可收集兩光點散射出的輻射線，并將所收集的輻射線聚焦以于一共軛平面形成干涉條紋圖案(于收集步驟82處)。該輻射線系聚焦于檢測器58上，較佳系經(jīng)由截補器56聚焦于檢測器上。該檢測器及處理器38可共同界定出一檢測單元，其可檢測該光點在表面上掃描時的條紋變化(于改變檢測步驟84處)。亦可選擇的是，該散射的總輻射線強度也可由如檢測器74進行測量(于強度測量步驟86處)。步驟84可得相位數(shù)據(jù)，同時步驟86可得反射率數(shù)據(jù)，其可共同或個別使用以獲取有關(guān)樣品22表面的信息。
前述該較佳實施例是由范例的方式闡述，且本發(fā)明并非限定在前述特別圖示及描述的內(nèi)容。相反的，本發(fā)明的范圍包括前述各種特征的結(jié)合及其部分結(jié)合，以及熟習(xí)此項技術(shù)人士在閱讀前述未被已知技術(shù)揭示的內(nèi)容后對該內(nèi)容所進行的任何修改。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)評估一樣品的設(shè)備，其至少包含一輻射線源，其適用于形成一同調(diào)輻射束；移動式光學(xué)透鏡，其用于聚焦該光束以于該樣品的一表面上形成第一及第二光點，其并可用于一起掃描該表面上的該光點；數(shù)個集光器，其經(jīng)定位以收集由該第一及第二光點散射出的輻射線，并可聚焦該經(jīng)收集的輻射線以形成一干涉條紋圖案；以及一檢測單元，其用以檢測該干涉條紋圖案中的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該移動式光學(xué)透鏡至少包含一聲光布拉格盒以及一耦接至該盒的聲音轉(zhuǎn)換器，以形成第一及第二調(diào)頻聲音脈沖，該脈沖沿該盒的一長度方向移動，使得當(dāng)該輻射光束通過該盒時可由該第一及第二脈沖聚焦以分別形成及掃描該第一及第二光點。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中該轉(zhuǎn)換器可控制以改變該聲音脈沖的相對時點及相位，以控制該第一及第二光點的一間距及相對相位。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的該聲音脈沖的時點是可控制以改變該干涉條紋的空間周期，以幫助該檢測器檢測該條紋的偏移。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該檢測單元至少包含一檢測器，其用于形成一輸出訊號以響應(yīng)該干涉條紋圖案的變化；以及一訊號處理器，其經(jīng)耦接以接收并處理該輸出訊號，以由該輸出訊號取得自該表面散射的輻射線中一相位的空間梯度變化。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中該空間梯度表示該樣品表面上的高度變化。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該干涉條紋至少包含數(shù)條明亮及陰暗條紋，其以一條紋周期作交替，且其中該集光器至少包含一光束截補器，該光束截補器經(jīng)配置及定位，以于該條紋的特定位置處阻擋該明亮條紋照射在該檢測器上。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該光束截補器至少包含一網(wǎng)格，且該網(wǎng)格周期實質(zhì)等于該條紋周期。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該檢測器至少包含一第一檢測器，其經(jīng)定位以使該未被該光束截補器阻擋的輻射線照射在該第一檢測器上，且該檢測器至少包含一第二檢測器，其經(jīng)定位以使該被該光束截補器阻擋的至少一部份輻射線照射在該第二檢測器上，以測量由該第一及第二光點散射出的總輻射線強度。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中該光束截補器用于反射該被阻止照射在該第一檢測器上的輻射線部分，且其中該第二檢測器經(jīng)定位以使該經(jīng)反射的輻射線照射在該第二檢測器上。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該移動式波光器可用于聚焦該光束以使該光點具有一預(yù)定光點寬度，且可使該光點相隔一光點寬度的三至五倍間的距離。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該移動式光學(xué)透鏡至少包含一聲光布拉格盒以及一耦接至該盒的聲音轉(zhuǎn)換器，用以形成一調(diào)頻聲音脈沖，其沿著該盒的一長度方向移動，使得當(dāng)該輻射光束通過該盒時可由該聲音脈沖進行聚焦及掃描；以及一分光器，其系經(jīng)配置以將由該布拉格盒中的聲音脈沖所聚焦及掃描的光束分隔開，以于該表面上形成該第一及第二光點。
13.一種用于光學(xué)評估一樣品的方法，其至少包含聚焦一同調(diào)輻射束，以于該樣品的一表面上形成第一及第二光點，并于該表面上一同掃描該光點；收集由該第一及第二光點散射出的輻射線，并聚焦該經(jīng)收集的輻射線以形成一干涉條紋圖案；以及檢測該干涉條紋部分的改變。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中聚焦該同調(diào)輻射束的步驟至少包含施加第一及第二調(diào)頻聲音脈沖至一聲光布拉格盒，使該第一及第二脈沖可沿該盒的一長度方向行進，以使得當(dāng)該輻射光束通過該盒時可由該第一及第二脈沖聚焦以分別形成并掃描該第一及第二光點。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中施加第一及第二調(diào)頻聲音脈沖的步驟至少包含改變該聲音脈沖的一相對時點及相位，以控制該第一及第二光點的一間距及相對相位。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中改變該相對時點及相位的方法至少包含控制該時點以改變該干涉條紋的一空間周期，以便幫助一檢測器檢測該條紋的偏移。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測該偏移的步驟至少包含形成一輸出訊號以響應(yīng)該干涉條紋圖案的變化，并處理該輸出訊號以由其取得該表面散射的輻射線中相位變化的一空間梯度。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該空間梯度系表示該樣品表面上的高度變化。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該干涉條紋至少包含數(shù)條明亮及陰暗條紋，其以一條紋周期作交替，且其中檢測該改變的步驟至少包含定位一光束截補器，使其可于該條紋的一特定位置處阻擋該明亮條紋，且當(dāng)該光點于該表面上被掃描時可測量通過該光束截補器的輻射線。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該光束截補器至少包含一網(wǎng)格，其周期系實質(zhì)等于該條紋周期。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其并至少包含測量被該光束截補器所阻擋的該輻射線的至少一部份，以測量由該第一及第二光點散射的總輻射線強度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該光束截補器適用于反射該被阻止照射在該第一檢測器上的輻射線部分，且其中測量該被阻擋的輻射線部分的步驟至少包含測量由該光束截補器散射出的輻射線。
23.如權(quán)利要求13所述的方法，其中聚焦該光束的步驟至少包含以一預(yù)定光點寬度形成該光點，并使得該光點相隔一光點寬度的三至五倍間的距離。
24.如權(quán)利要求13所述的方法，其中聚焦該光束的步驟至少包含施加一調(diào)頻聲音脈沖至一聲光布拉格盒以形成一調(diào)頻聲音脈沖，該聲音脈沖沿該盒的一長度方向行進，以使得當(dāng)該輻射光束通過該盒時可由該聲音脈沖進行聚焦及掃描；以及將由該布拉格盒中的該聲音脈沖所聚焦及掃描的光束分隔開，以于該表面上形成該第一及第二光點。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光學(xué)評估一樣品(22)的設(shè)備，其包括一輻射線源(24)，用于形成一同調(diào)輻射光束；數(shù)個移動式光學(xué)透鏡(26)，(28)，其用于聚焦該光束以于該樣品的一表面上形成第一及第二光點(48)，(50)，其并可用于一起掃描該表面上該光點；集光器(46)，(52)，(54)，其經(jīng)定位以收集由該第一及第二光點散射出的輻射線，并可用以聚焦該經(jīng)收集的輻射線以形成干涉條紋圖案；以及一檢測器，其當(dāng)該光點于該表面上被掃描時可檢測該干涉條紋圖案中的變化。
文檔編號G02B21/14GK1662811SQ03814725
公開日2005年8月31日 申請日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月7日
發(fā)明者哈伊姆·費爾德曼 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司, 應(yīng)用材料以色列公司