CN111699378A

CN111699378A - 用于光学检查衬底的方法和系统

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Publication number: CN111699378A
Application number: CN201880089068.8A
Authority: CN
Inventors: 马约·杜朗德热维涅
Original assignee: Unity Semiconductor SAS
Current assignee: Unity Semiconductor SAS
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: TWI791722B; US11300520B2; US20210215617A1; FR3076618B1; FR3076618A1; EP3735578A1; TW201937158A; CN111699378B; WO2019134887A1

Abstract

本发明涉及一种用于检查衬底(2)的方法(100、200)并且涉及一种实施这种方法的检查系统，所述方法包括以下步骤：在源自同一个光源(20)的两个光束(4、5)的相交处创建测量空间，并且所述测量空间包含干涉条纹，所述衬底(2)相对于所述测量空间移动；获取(102、202)表示由衬底(2)散射的光的测量信号；计算(108、208)表示缺陷(3)穿过测量空间的期望信号的至少一个期望调制频率；确定(114、214)表示所述测量信号在邻域中的频率含量的特征值，以构成表示缺陷(3)的存在的已验证信号；以及分析所述已验证信号以定位和/或识别缺陷(3)。

Description

用于光学检查衬底的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于检查例如晶片的衬底的方法，该衬底例如用于微电子学、光学或光电子学。本发明还涉及一种实施这种方法的用于检查衬底的系统。

更特别地但非限制性地，本发明的领域是通过多普勒效应进行光学检测的领域。

背景技术

必须在衬底的制造过程中和之后检查诸如用于电子学、光学或光电子学的例如晶片的衬底，以便能够检测和识别存在于其表面或其空间中的任何缺陷。这些缺陷通常很小，可能是晶体缺陷、磨损、粗糙度等。

通常，检查不仅旨在检测缺陷或颗粒的存在与否，而且还用于对这些缺陷进行分类，并提供有关缺陷的诸如位置、大小和/或性质之类的定性信息和/或统计数据的项。这些信息项能够表示衬底的制造过程或使用衬底的生产步骤的质量。

已经开发了目的在于检测越来越小的缺陷并提供上述信息项的检查系统。

已知用于检查衬底的不同技术。

如例如在文献US 6,590,645 B1中所描述的，基于暗场散射信号的强度的测量的技术是已知的。仅由晶片上的缺陷或颗粒散射的光被检测器收集；检测器不能获取镜面反射，因此可以提高检测对比度。散射强度的变化表明在晶片表面上存在缺陷。

另一种技术是激光多普勒测速仪或LDV。

例如在文献WO 2009/112704中并且基于干涉类型的检测来描述该技术。工作原理是在源自同一个光源的两个光束的相交处创建干涉条纹的空间，并使待检测晶片穿过该测量空间。光束和检测元件以执行暗场检测的方式来配置。当缺陷或颗粒穿过干涉条纹时，构成多普勒脉冲的测量信号(例如电信号)在检测器上显示其存在。多普勒脉冲是具有双频分量的信号：低频信号和高频分量，所述低频信号形成信号包络并对应于由缺陷散射的平均光强度，所述高频分量对应于包含缺陷的运动速度的信息的多普勒频率，且与干涉条纹之间的距离相关。

已知技术基于强度测量。然后，将缺陷的检测质量直接与检测系统的动力学和信噪比相关。然而，存在于衬底上的缺陷的性质和大小差异很大。然后就会出现不同的困难。

因此，某些类型的缺陷会导致检测信号的饱和，并因此导致其不可量化。另外，可以捕获不对应于缺陷的真实存在而是对应于伪像的寄生信号。相反地，可能无法检测到小的缺陷或缺陷结构的部分。

为了免除大量的寄生测量源，以优化信噪比并明确地提取信号，从而可以获得有关缺陷性质和特征的信息项，实施基于暗场技术的测量系统需要大量装置，例如多个光源和检测器或大量的数据处理。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于检查衬底的方法和系统，其可以克服这些缺点。

本发明的目的是提出一种用于检查衬底的方法和系统，其允许更可靠地检测缺陷。

本发明的另一目的是提出一种用于检查衬底的方法和系统，其使得可以对存在于衬底上的缺陷进行检测、区分和分类，而无需安装复杂且昂贵的测量和信号处理装置。

本发明的另一目的是提出一种用于检查衬底的方法和系统，其使得可以利用当前的检查装置来显示缺陷分布，而很少或不对其硬件架构进行修改。

这些目的至少部分地通过一种用于检查衬底的方法来实现，该方法包括以下步骤：

-基于源自同一个光源的至少两个光束，在所述至少两个光束之间的相交处创建测量空间，该测量空间包含干涉条纹并且被定位成延伸到衬底之上或之中，所述衬底相对于所述测量空间在平行于所述衬底的主表面的方向上移动；

-根据测量空间在所述衬底上的位置，获取表示由衬底散射的光的测量信号；

-计算表示所述衬底的缺陷穿过测量空间的期望信号的至少一个期望参数，所述至少一个期望参数包括至少一个期望调制频率；

-确定表示测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的特征值，以构成表示缺陷的存在的已验证信号；以及

-分析所述已验证信号以定位和/或识别缺陷。

根据本发明，在源自同一个光源的两个(或更多个)光束的相交处创建测量空间，所述光束以非零角度相交。由此，这些光束在该测量空间中产生干涉条纹。

表示由衬底散射的光的测量信号能够是例如通过光电检测器(例如雪崩光电二极管)获取的信号。该信号对应于在衬底穿过测量空间期间以一定空间或者一个或更多个立体角由衬底散射的光。优选地，该散射光不包括镜面反射。因此，在不产生散射的纯反射衬底的情况下，测量信号应该为零。

当例如衬底中的缺陷(例如孔或颗粒)的散射源穿过测量空间时，所述散射源产生散射光，该散射光的强度会由于晶片的移动而通过光束的干涉随时间进行调制。因此，该强度以取决于光束的布置和衬底的移动速度的调制频率被调制。

与具有调制频率的散射源或缺陷的通过相对应的测量信号能够被称为多普勒脉冲。在测量信号中的调制频率的存在构成了频率信号，这使得可以将穿过测量空间的缺陷与在该测量空间之外产生散射光的缺陷区分开。实际上，在后一种情况下，缺陷不会穿过干涉条纹，因此不会产生调制频率。

有利地，根据本发明的方法因此使得可以至少通过频率信号来识别和区分缺陷，该频率信号仅能够通过穿过测量空间的缺陷来传输。

为此，根据本发明的方法实施了预测或计算表示缺陷穿过测量空间的期望信号的步骤。该计算能够涉及期望调制频率。该计算还能够涉及与例如信号形状或包络有关的其他期望参数，所述其他期望参数在频谱域中由期望调制频率周围的调制频谱指示。

根据本发明的方法还包括确定表示测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的特征值的步骤。这些特征值是通过将测量信号与表示穿过测量空间的缺陷的期望信号的特征进行比较而获得的，该特征值基本上与期望调制频率相关。因此，基于这些特征值，构成已验证信号，该已验证信号比测量空间中存在缺陷的原始测量信号更具代表性。

因此，缺陷的检测不再与由该缺陷反向散射的光强度相关。特别是由于信噪比改善，甚至能够检测到很小尺寸的或产生很小的散射的缺陷。

另外，根据本发明的方法使得可以从连续的散射背景中区分出产生多普勒脉冲的缺陷或颗粒。实际上，因为连续背景对应于脉冲的非相干叠加或随机相位，该连续背景是由于产生强度噪声而没有明显的频率分量的多个散射体的叠加。

该方法还使得可以将源自测量空间的信号与在该空间之外产生的信号区分开，因为所述信号在期望调制频率处不包括明显的频率分量。这是在透明衬底的情况下，特别是来自与检查面相对的表面的信号的情况。

因此，出于分析目的，本发明使得可以产生已验证信号，与强度测量信号相比，该已验证信号的用于缺陷检测的特征(特异性、辨别能力、信噪比)被极大改善。

能够在获取表示散射光的测量信号期间、之前和/或之后执行计算期望参数和确定特征值以构成已验证信号的步骤。因此，这些步骤能够实时地和/或利用存储的测量信号来执行。所述这些步骤能够通过数字和/或模拟数据处理设备来执行。

能够针对在对衬底执行移动期间测量的一个或更多个测量信号来执行根据本发明的方法的所有步骤，以便利用测量空间来扫描衬底的表面的全部或部分。该表面特别地能够是衬底的两个外表面之一或者是衬底的空间内的一部分或界面。

此外，根据本发明的方法还能够包括以下步骤：

-确定特征值的阈值；以及

-将已验证信号与所述阈值进行比较。

已验证信号与阈值的这种比较使得可以选择所有或仅某些类型的缺陷和/或抑制残留的背景噪声。

根据一个实施例，能够基于利用具有已知特征的测试衬底获得的已验证信号来执行确定阈值的步骤。

特别地，能够基于对没有散射源的干净衬底和/或在其上已经放置具有已知特征的散射球的衬底的统计研究来执行该确定阈值的步骤。所述阈值能够被确定为能够在检查衬底期间检测最大数量的可能缺陷，同时仍避免错误检测。

根据有利的实施例，确定特征值的步骤能够包括以下步骤：

-根据模型函数对期望信号进行建模，以产生建模信号；

-将建模信号与测量信号进行比较，包括计算在建模信号与测量信号之间的欧几里德范数的含义内的距离。

建模步骤能够例如通过对具有由高斯函数调幅的正弦函数、可选地具有连续分量的多普勒脉冲(期望信号)进行建模来执行。然后，能够通过执行例如如下所述的似然计算或以这种方式建模的多普勒脉冲与所获取的测量信号之间的相关性的计算来获得特征值。然后，所述特征值表示所获取的测量信号与期望的多普勒脉冲之间的相似性的测量值，或者所获取的测量信号包含多普勒脉冲的概率。

该实施例的优点在于，除了测量信号的局部噪声和期望调制频率之外，还考虑了期望的多普勒脉冲包络的形状。

根据另一实施例，确定特征值的步骤能够包括使用适于仅传输测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的通带来对所述测量信号进行带通滤波。

在这种情况下，特征值能够考虑例如经滤波的测量信号的调制振幅，或者经滤波的测量信号的调制振幅与滤波之前的测量信号的连续值之间的比率。

根据另一实施例，确定特征值的步骤能够包括以下步骤：

-计算测量信号的局部傅立叶变换，以获得局部功率谱密度；

-基于在期望调制频率处或包含所述期望调制频率的邻域中的功率谱密度来确定特征值。

局部傅立叶变换是对在例如滑动窗口内的测量信号的一部分或测量信号的邻域而计算的傅立叶变换。

当然，确定特征值的步骤还能够实施其他的信号处理方法，例如小波变换或时频变换。

有利地，根据本发明的方法还能够包括通过使用已验证信号来构造衬底的图像的步骤。

实际上，通过利用针对衬底整体确定的多个特征值，可以基于已验证信号构造表示保留的所有缺陷的衬底的图像或映射。

根据非限制性实施例，图像构造步骤能够包括以下步骤：将强度值分配给对应于(或位于)衬底上或中的位置的特征值，所述强度值与图像的像素相对应。

因此，根据本发明的方法使得可以可视化衬底上的缺陷存在与否，分配给像素的强度值与由缺陷反向散射的光的振幅信号无关或不同。也就是说，即使在缺陷的尺寸非常小的情况下，根据本发明的方法也可以获得检测缺陷存在的更大的可靠性。

根据实施例，根据本发明的方法能够包括确定从测量信号和/或已验证信号推导的代表性参数的步骤。

该代表性参数能够从已验证信号和/或基于已验证信号验证的多普勒脉冲的测量信号中推导。该代表性参数能够是，例如，源自已验证信号的似然比、或可见度、脉冲的调制振幅、脉冲的最大振幅，或者源自测量信号或源自已验证信号(如果其中存在该信息)的振幅的平均值。

根据实施例，根据本发明的方法能够包括图像构造步骤，该图像构造步骤包括：将强度值分配给对应于(或位于)衬底上或中的位置的代表性值，所述强度值对应于图像的像素。

有利地，根据本发明的方法还能够包括将图像的像素分类为逻辑对象，以便重构已验证缺陷的步骤。

实际上，由于构造的图像仅表示每个像素的缺陷存在与否，因此将像素分类为(二进制)逻辑对象的步骤使得可以重构缺陷，从而表示缺陷，并根据其尺寸、形状、位置等对缺陷进行分类。由此获得的二进制逻辑对象能够根据统计分析方法或已知形状的识别方法进行处理和分析。

因此，能够基于特征值形成逻辑对象映射。能够对基于表示同一个检测信号的不同类型的特征值构造并且通过应用不同处理方法获得的多个映射进行构造和组合，以进一步改善缺陷的区分和分类。因此，例如，能够获得与已验证信号的不同阈值相对应的多个缺陷映射，以验证测量值并改善缺陷的分类。

此外，能够使用基于特征值形成的逻辑对象映射以执行统计分析，并遵循某种衬底制造方法来研究缺陷的特征。然后能够根据这些分析来调整制造方法的相应步骤。

能够将常规获得的散射强度的映射与遵循根据本发明的用于分析衬底的缺陷的方法所建立的映射进行组合。

根据本发明的方法还使得可以创建和比较与通过不同门限值水平验证的特征值或可见度值相对应的图像。然后，重构为逻辑对象的缺陷可能会全部或部分地出现或消失，因为获得的图像能够具有不同水平的对比度或动态性。然后能够确认或修改所选择的验证阈值。因此，能够改善缺陷的分析和分类。

此外，根据本发明的方法使得可以比较与特征值和/或通过衬底散射的光直接获得的强度图像相对应的图像或映射。强度图像取决于衬底的照明条件，例如光强度、光束的偏振、光束的入射角度以及缺陷的特征。通过将存在的期望调制频率的检测门限值所验证的特征值的映射与直接测量的强度的映射进行组合，使得可以例如收集诸如衬底的粗糙度的信息项，并通过区分存在于衬底的表面处或空间中和/或衬底的两个面上的缺陷来检查照明波长下的透明衬底。这些映射的比较还允许区分缺陷的性质、其结构或尺寸的可能性。

有利地，根据本发明的方法可以用于检查在检查波长下不透明或透明的衬底。在不透明的衬底的情况下，能够仅检查面向测量空间的表面。

特别地，根据本发明的方法能够被实施以检查用于电子学、光学或光电子学的透明或不透明晶片，并且特别地用于表示存在于这种晶片的表面上的所有缺陷。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于检查衬底的系统，该系统包括测量模块，该测量模块包括：

-耦合到光源的干涉测量设备，以基于源自光源的至少两个光束在所述至少两个光束之间的相交处创建测量空间，该测量空间包含干涉条纹并且被定位成延伸到衬底之上或之中；

-用于将所述衬底相对于所述测量空间在平行于所述衬底的主表面的方向上移动的设备；

-用于根据测量空间在所述衬底上的位置来获取表示由衬底散射的光的测量信号的光电设备；

该系统还包括处理模块，所述处理模块被布置为：

-执行对表示所述衬底的缺陷通过测量空间的期望信号的至少一个期望参数(包括至少一个期望调制频率)的计算；

-执行对表示测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的特征值的确定，以构成表示缺陷存在的已验证信号；以及

-执行对所述已验证信号的分析，以定位和/或识别缺陷。

该处理模块能够被并入到测量模块中，或者在测量模块的外部并且以有线或无线的方式连接到测量模块。

根据实施例，本发明的系统能够包括：用于使衬底绕垂直于所述衬底的主表面的转动轴线转动的设备；以及用于平移移动干涉测量设备的设备，所述设备布置为在相对于转动轴线的径向方向上移动测量空间。

应当注意在这种情况下，如果衬底以恒定速度转动，则期望调制频率取决于测量空间相对于转动轴线的径向位置。

附图说明与具体实施方式

通过阅读非限制性的实施方式和实施例的详细描述以及根据附图，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：

-图1是根据本发明的系统的非限制性实施例的示意图；

-图2是根据本发明的测量方法的非限制性实施例的示意图；

-图3示出了在检查衬底期间在获取的测量信号中存在的多普勒脉冲的示例；

-图4a-4d示出了根据本发明的方法的步骤的特征值的分配的示例；

-图5a-5d示出了根据本发明的方法的步骤的特征值的分配的另一示例；

-图6a-6d示出了根据本发明的方法的步骤的特征值的分配的另一示例；

-图7a和图7b示出了用于确定噪声门限值的直方图的示例；

-图8a和图8b示出了利用本发明的方法检查衬底的非限制性示例；

-图9是根据本发明的测量方法的另一非限制性实施例的示意图；并且

-图10示出了利用本发明的方法检查衬底的非限制性示例。

应该理解，如下描述的实施例绝不是限制性的。如果如下描述的特征的选择足以赋予技术优势或者将本发明与现有技术区别开，则尤其可以考虑仅包括该特征的选择的本发明的变型，所述特征的选择独立于所描述的其他特征。该选择包括不具有结构细节或者仅具有结构细节的一部分的至少一个优选功能性特征，只要该部分单独足以赋予技术优点或者将本发明与现有技术区别开。

特别地，能够将所描述的所有变型和所有实施例组合在一起，只有从技术的观点对该组合不存在异议。

在附图中，几个附图共有的元素使用相同的附图标记。

在所示实施例中，根据本发明的方法待检查的衬底能够是旨在用于电子学、光学或光电子学中的任何晶片。根据晶片的期望应用，所述晶片能够具有圆形或任何其他形状的周缘。

图1示意性地示出了根据本发明的检查系统的示例。

系统1包括光源20和耦合到该光源的干涉测量设备30，该干涉测量设备布置为面向待检查的衬底2的表面S。

干涉测量设备30包括旨在将由光源20发射的光分离为两个光束4和5的设备。

该干涉测量设备30能够利用大量光学元件(例如，分离器立方体、反射镜和聚焦光学器件)制成。

该干涉测量设备也能够利用光纤耦合器制成，该光纤耦合器将注入光纤的光导向两个另外的光纤和聚焦光学器件，以形成所述两个光束4和5。

该干涉测量设备也能够利用平面光导制成，该平面光导的入口耦合到光源20并且包括两个分支，以将源自光源20的光束分成两个入射光束4和5。

在所有情况下，入射光束4、5相对于彼此定向，以便相交并在它们的相交处形成包括多个平行干涉条纹的测量空间，或者至少基本上沿由光束4、5的入射的方向确定的方向定向。光束4、5能够通过聚焦光学器件成形。所述光束能够特别地被聚焦，使得它们形成测量空间的相交对应于这些光束的聚焦点或“腰”，从而最小化测量空间的尺寸。能够使用不同的光偏振态。

光源20是具有相干长度的激光器，该相干长度适于产生干涉条纹的空间。

在所示的实施例中，衬底2被驱动为绕垂直于表面S的转动或对称轴线X转动。实际上，衬底2被放置并保持在卡盘类型的合适支撑件上(未示出)。该支撑件是可移动的并且例如通过电机转动地被驱动。该支撑件包括例如角度编码器类型的传感器，使得可以知道衬底随时间变化的角位置。

系统1的检测模块50使得可以收集和接收由衬底2散射的光并且基于所收集的光产生测量信号。检测模块50特别地包括例如光电二极管类型、雪崩光电二极管、CCD或MOS的光电检测器。测量信号再现了与干涉条纹相对应的随时间变化来收集的光的光强度变化。

如图1所示的系统1还包括布置在衬底2的表面S与检测模块50之间的光纤40，以将散射的光收集并导向检测模块50。能够将图1中未示出的元件放置在衬底2与光纤40之间，以增加光纤收集的光量。这些元件尤其能够是凹透镜或反射镜。这些尤其可以是至少部分地再现椭圆形的反射镜，其中测量空间和光纤40的端部(或面向该光纤40的准直光学器件)分别定位在该椭圆的焦点处。因此，光纤40能够收集散射到大部分立体角上的光。

当缺陷3或颗粒穿过具有干涉条纹的测量空间时，通过检测元件50获得的测量信号包括具有由包络调制的调制频率处的频率分量的多普勒脉冲。

这样的调制脉冲的示例在图3中示出。信号11能够例如以随时间变化的检测模块50的输出处的电压(以伏特为单位)的形式或等效数字信号的形式表示。

这样的多普勒脉冲能够以具有以下双频率分量的信号11的形式表示：低频分量和高频分量，所述低频分量形成信号包络、对应于由缺陷散射的平均光强度；在调制频率处的所述高频分量包含缺陷速度的信息。也称为多普勒频率的高频f_D通过以下关系式与缺陷在垂直于条纹的方向上的移动速度v和干涉条纹之间的距离Δ相关：f_D＝v/Δ。图3还示出了脉冲的以下参数：包络的最大值I_max和I_min以及信号的偏移量P。

衬底2被安装在转动的支撑件上，该支撑件的角速度是已知且可测量的。除了转动运动之外，将衬底2及其支撑件、或者光学组件与干涉测量设备30和检测模块50的光纤40一起移动的径向运动系统(未示出)使得干涉条纹的空间可以例如以螺旋运动覆盖衬底的整个表面。如果使衬底2的转动速度保持恒定，这是最容易执行的，则缺陷3穿过具有干涉条纹的测量空间的速度取决于其相对于对称轴线X的径向位置。在这种情况下，根据上述给出的关系式，当缺陷更靠近衬底2的中心时，多普勒频率f_D降低。当然，也可以使用变化的转动速度。例如，当测量空间与对称轴线X的距离增加时，连续降低的转动速度允许获得恒定的多普勒频率f_D。

测量空间或干涉条纹空间在衬底覆盖表面S的区域中延伸。优选地，入射光束4、5布置为使得测量空间的垂直于表面S的尺寸小于衬底S的厚度。例如，对于厚度约为1mm的衬底，测量空间的尺寸能够约为50μm。

如前所述，存在于测量空间中的表面S上的缺陷产生测量信号(多普勒脉冲)，该测量信号的频率含量不同于不穿过测量空间的衬底空间内或相对表面上存在的缺陷所产生的测量信号的频率含量。实际上，在这种情况下，测量信号不包括调制频率。

具有干涉条纹的测量空间相对于衬底2的位置已知随时间变化。因此，可以计算期望调制频率，该期望调制频率对应于与缺陷的存在相对应的多普勒频率f_D。

最后，仍然参考图1，根据本发明的检查系统1包括处理设备60，例如微处理器或计算机，其连接至干涉测量设备30和/或检测模块50并被配置为实施用于检查衬底的方法的所有步骤，例如下文所述的方法100的步骤106-124或方法200的步骤206-224。

图2是根据本发明的用于检查衬底的方法的非限制性实施例的示意图；

图2所示的方法100包括步骤102，该步骤102获取与由穿过测量空间的衬底的区域散射的光相对应的测量信号。测量信号反映了随时间变化的衬底散射的强度。如下详述，测量空间是基于两个干涉光束创建的。衬底以已知的角速度绕其对称轴线(X)转动。

方法100还包括确定与测量空间相对于衬底的相对位置相对应的期望调制频率的步骤104。该期望调制频率是多普勒频率，该频率是缺陷穿过测量空间的速度以及缺陷所在的衬底上的位置的函数。为了执行该方法的步骤104，因此必须在步骤106中确定测量空间相对于衬底的相对位置，并由此推导出缺陷穿过该相对位置处的测量空间的速度。然后在步骤108期间，能够计算出与相对位置相对应的调制频率。

根据方法100的实施例，确定调制频率的步骤104能够与获取测量信号的步骤102并行或期间执行，如图2中的箭头150所示。

根据另一个实施例，确定期望调制频率的步骤104能够在获取测量信号的步骤102已经部分或完全终止之后执行，即通过使用存储的测量信号执行。

根据所示实施例的方法100还包括计算表示缺陷3的存在的已验证信号的步骤114，该步骤包括确定表示测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的特征值。

一旦执行了计算已验证信号的步骤114，根据图1所示实施例的方法100就继续进行步骤116，在该步骤期间确定特征值的阈值，所述阈值也称为门限值。当然，确定阈值的该步骤116可以不必需在每次迭代中执行。优选地，该步骤例如在测试衬底上在前阶段中或在测试测量期间执行。

在步骤118期间，将验证后的信号与阈值进行比较。

例如，当已验证信号大于阈值时，能够认为该已验证信号有效地表示了实际缺陷。例如，然后可以将所有小于阈值的值设置为零或确定的值，以仅在已验证信号中保留实际上表示缺陷的特征值。

下面给出确定特征值和确定阈值的示例。

根据第一种方法，将对应于理想多普勒脉冲的期望信号建模为例如在由高斯函数振幅调制的期望调制频率处的正弦函数。建模信号还包含一个连续分量，该分量中添加了噪声。如图3所示，能够估算该理想信号的参数。然后可以计算理想多普勒脉冲与假定包含期望调制频率的测量信号之间的似然比。测量信号与理想脉冲越相似，似然比越高。

似然比R例如能够定义为如下：

在该等式中，f_mes..是测量信号，f_est.是估算的理想信号，而σ_ω是表示估算信号和测量信号之间的残留噪声的标准偏差。||||表示欧几里德范数。

该比率能够简化并以对数形式表达：

显然，当噪声减小和/或当估算信号更接近测量信号

时，比率r增加。

似然比能够用作特征值。能够选择最小似然比以构成阈值。

图4a和4b表示例如在图2所示的方法的步骤102中获取的测量信号400、402，其被表示为随时间(ms)变化的电压(mV)。图4a中的信号400对应于穿过测量空间的颗粒，并包含期望调制频率。图4b中的信号402对应于产生散射但不穿过测量空间的颗粒(例如，存在于衬底2的另一面上的颗粒)。因此，所述信号402不包含期望调制频率。这通过计算如上详述的似然比来验证。

分别在图4c和4d中示出计算结果。当测量信号包含多普勒脉冲时，似然比404增加并超过阈值408(图4c)。在相反的情况下，似然比406仅构成噪声，并且不超过阈值408(图4d)。因此能够得出结论，图4b的测量信号402不是由于元件穿过测量空间造成的。

根据用于确定测量信号的特征值的第二种方法，对测量信号执行带通滤波。滤波器的通带被调整为仅在期望调制频率周围传输测量信号的一部分。因此，信号中可以存在的其他频率被衰减或抑制。然后阈值能够被选择为仅保留在期望调制频率下具有大于最小值的调制振幅的已验证信号，并抑制其他信号。

图5a和5b分别示出了测量信号500、502，第一个包含多普勒脉冲，第二个不包含期望调制频率。图5c和5d中分别示出了源自带通滤波的相应的已验证信号504、506。代表性特征值能够是例如滤波信号504、506的调制的振幅值或表示滤波信号的调制振幅与未滤波测量信号的连续值之比的可见度值。如图5c和5d所示，阈值508能够确定为被接受为表示实际缺陷的特征值的最小值。

根据用于确定测量信号的特征值的第三种方法，能够通过例如在滑动时间窗口中对测量信号进行局部傅立叶变换来执行频谱检测。在获得的频谱中，能够选择与期望调制频率相对应的峰值作为表示多普勒脉冲的实际存在的特征值。如前所述，可以确定门限值，使得该峰值的振幅值必须大于阈值以表示实际缺陷的存在。为了考虑包络的振幅调制，也可以选择在包含期望调制频率的频谱带中的能量或功率的测量值作为特征值。

图6a-6d中示出了此方法的示例。示出了被测信号600、602(图6a和6b)以及它们各自的频谱604、606(图6c和6d，以dB为单位)。在所示的示例中，包含多普勒脉冲的信号600的频谱604具有与期望调制频率相对应的峰值610。阈值608被选择为仅保留在期望调制频率处包含振幅大于门限值的频谱分量的已验证信号的部分。在不包含多普勒脉冲的信号602的频谱606中，除了连续分量(0MHz)的峰值之外看不到峰值。

也能够使用用于分配特征值的其他方法。

在下文中将更详细地考虑阈值的选择。

通常，阈值既取决于在衬底上或衬底中存在缺陷或颗粒的先验概率，又取决于错误检测和不检测的成本；有可能对该数字做出折衷。阈值还取决于多普勒脉冲的频率、检测到的多普勒脉冲的信噪比以及所讨论的噪声类型。目的是在测量信号中检测微弱的信号而没有噪声，从而导致过多的错误检测。此外，阈值能够是固定的，或者能够根据优选的选择标准变化来调整。为了确定考虑了检查系统的约束的阈值，能够对衬底或校准区域进行统计研究。这项研究包括观察在检查干净的晶片(即没有散射源)期间或具有明确定义的特征的球体沉积过程中获得的特征值的直方图。阈值能够被确定为能够检测最大数量的缺陷，同时最好地避免错误警报。

图7a和7b示出了通过计算两个衬底的似然比而获得的特征值的直方图。

对于图7，假定衬底是干净的，或者至少包括很少的颗粒，因为衬底从来不会完全干净。直方图示出了计算出的特征值的分布，该分布基本上对应于检查系统的噪声水平。

对于图7b，衬底被颗粒污染。直方图示出了特征值以与噪声相对应的低水平出现的非常显著的降低以及覆盖整个直方图并对应于缺陷检测的平坦区域。除了错误检测之外，还由此可视化了与由实际缺陷引起的多普勒脉冲相对应的实际检测。

知道噪声的下降趋势后，可以通过使用与干净衬底相对应的图7a中的直方图来确定最佳阈值，以便检测最大可能数量的多普勒脉冲并避免最大的错误检测。在所示的示例中，能够以例如20至50的似然比来建立阈值。例如，能够通过查找直线的直方图的x轴线的相交来建立门限值，所述直线表示与噪声相对应的低特征值的出现的降低。

能够观察到，利用干净的衬底建立的门限值能够应用于在受污染的衬底上进行的测量值，如图7b所示。

阈值还能够根据测量空间的参数、衬底的转动速度以及被检查的衬底上的缺陷密度而变化。当用于获取信号的系统或方法发生重大变化时，可能需要验证并重新调整阈值。

当然，能够以任何其他方式来建立检测门限值，例如通过分析错误检测，和/或在已知样品上不存在检测的实例。

在方法100的步骤116期间，将各自的特征值大于所选择的阈值的多普勒脉冲视为经验证的脉冲，即指示衬底上存在缺陷的真实实例。

仍然参考图2，在根据本发明的方法100的步骤120期间，与经验证并因此表示真实缺陷的脉冲相关联的特征值与在衬底上缺陷被检测到的位置相关联，以便形成图像。为此，图像的每个像素与对应于特征值的强度值相关联。例如，值1能够与经验证的脉冲的特征值相关联，并且值0能够与未经验证的脉冲相关联，即所述脉冲的特征值不超过所选门限值水平。

图8a和8b示出了方法100的步骤120。

图8a示出了测量信号，以灰度表示。图8b示出了在同一衬底上应用门限值后的已验证信号。图8b中使用的特征值是似然比。能够清楚地观察到已验证信号的辨别能力(“真实”缺陷的检测)。

根据图2所示的实施例的方法100还包括将利用特征值构造的图像的像素分类为二进制逻辑对象(称为“二进制大对象”或“blobs”)的步骤122。该步骤122使得可以将像素分组为缺陷。为了执行该步骤，能够使用用于对图像进行处理和统计分析的已知方法。

在步骤124期间，对于每个二进制大对象或缺陷，对其参数和物理特征进行统计分析。这些参数和特征能够包括例如面积、形状、椭圆率、取向、似然性(如果使用了该特征值)等。还能够执行形状识别。

图9是根据本发明的用于检查衬底的方法的另一非限制性实施例的示意图。

图9所示的方法200的步骤202至218、222和224与图2所示的方法100的步骤102至118、122和124相同，因此在下文中将不再描述。

一旦在步骤218中通过将已验证信号或各个特征值与阈值进行比较来已经验证了多普勒脉冲，则在步骤220a期间就确定了表示已验证脉冲的参数。该代表性参数能够从已验证信号和/或基于已验证信号验证的多普勒脉冲的测量信号中推导。该代表性参数能够是，例如，源自已验证信号的似然比、或可见度、脉冲的调制振幅、脉冲的最大振幅或者源自测量信号或已验证信号(如果该信息存在于其中)的平均振幅。

例如，可以基于缺陷通过的特征调制频率处的调制振幅来获得穿过测量空间的缺陷的尺寸。这种关系式在图10中示出，其中圆形缺陷3的直径为d。缺陷3的相对于测量空间中的条纹间距离δ的尺寸d越大，则对应于对比度大的调制振幅与测量信号包络的最大值之间的比率越小。

调制振幅能够以不同的方式计算。一种方法在W.M.Farmer的“Measurement ofParticle Size,Number Density,and Velocity using a Laser Interferometer”,Appl.Opt.,11,pp.2603-2612,1972中描述。调制振幅以可见度参数V的形式表达，定义为如下：

强度I_max和I_min以及偏移量P在图3中定义。然后使用可见度V以便从中直接推导颗粒的直径。

在步骤220a之后，在步骤220b期间，以与参考图2描述的方法100的步骤120类似的方式，通过将每个已验证脉冲的代表性参数(例如可见度)与衬底上的位置相关联来构造图像。

根据另一实施例，根据本发明的方法的图像构造步骤使用源自已验证信号的表示检测到的脉冲的包络参数。这些代表性参数能够是包络I_max、I_min和偏移量P的最大值，如图3所示。能够在分配特征值的步骤期间估算这些参数，如之前对于计算似然比的描述。因此，能够通过以下计算直接推导测量信号的振幅A：

A＝(I_max+I_min)/2.

然后能够将图像强度值分配给每个参数A，以构造已验证缺陷的映射。

当然，本发明不限于刚刚所描述的示例，并且在不超出本发明的范围的情况下能够对这些示例进行许多调整。

Claims

1.一种用于检查衬底(2)的方法(100、200)，所述方法(100、200)包括以下步骤：

-基于源自同一个光源(20)的至少两个光束(4、5)，在所述至少两个光束(4、5)之间的相交处创建测量空间，所述测量空间包含干涉条纹并且被定位成延伸到衬底(2)之上或之中，所述衬底(2)相对于所述测量空间在平行于所述衬底(2)的主表面(S)的方向上移动；

-根据所述测量空间在所述衬底(2)上的位置，获取(102、202)表示由衬底(2)散射的光的测量信号；

-计算(108、208)表示所述衬底(2)的缺陷(3)穿过测量空间的期望信号的至少一个期望参数，所述至少一个期望参数包括至少一个期望调制频率；

-确定(114、214)表示测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的特征值，以构成表示缺陷(3)的存在的已验证信号；以及

-分析所述已验证信号以定位和/或识别缺陷(3)。

2.根据权利要求1所述的方法(100、200)，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-确定(116、216)所述特征值的阈值；以及

-将所述已验证信号与所述阈值进行比较(118、218)。

3.根据权利要求2所述的方法(100、200)，其特征在于，基于利用具有已知特征的测试衬底(2)获得的已验证信号来执行确定(116、216)阈值的步骤。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法(100、200)，其特征在于，确定特征值的步骤(114、214)包括以下步骤：

-根据模型函数对所述期望信号进行建模，以产生建模信号；

-将所述建模信号与测量信号进行比较，包括计算在所述建模信号与测量信号之间的欧几里德范数的含义内的距离。

5.根据权利要求1至3之一所述的方法(100、200)，其特征在于，确定特征值的步骤(114、214)包括使用适于仅传输测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的通带来对所述测量信号进行带通滤波。

6.根据权利要求5所述的方法(100、200)，其特征在于，所述特征值考虑：

-经滤波的测量信号的调制振幅；

-所述经滤波的测量信号的调制振幅与测量信号的连续值之间的比率。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法(100、200)，其特征在于，确定特征值的步骤(114、214)包括以下步骤：

-计算所述测量信号的局部傅立叶变换，以获得局部功率谱密度；

-基于在所述期望调制频率处或包含期望调制频率的邻域中的功率谱密度来确定特征值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100、200)，其特征在于，所述方法还包括通过使用所述已验证信号来构造衬底(2)的图像的步骤(120、220)。

9.根据权利要求8所述的方法(100、200)，其特征在于，所述图像构造步骤(120)包括以下步骤：将强度值分配给与所述衬底(2)上或中的位置相对应的特征值，所述强度值与图像的像素相对应。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100、200)，其特征在于，所述方法包括确定从所述测量信号和/或已验证信号推导的代表性参数的步骤(220a)。

11.根据权利要求10所述的方法(100、200)，其特征在于，所述方法包括图像构造步骤(220b)，所述图像构造步骤包括将强度值分配给与衬底(2)上或中的位置相对应的代表性参数，所述强度值与图像的像素相对应。

12.根据权利要求9至11之一所述的方法(100、200)，其特征在于，所述方法还包括将所述图像的像素分类为二进制对象以便重构已验证缺陷的步骤(122、222)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100、200)，其特征在于，所述方法被实施以检查用于电子学、光学或光电子学的透明或不透明晶片(2)。

14.一种用于检查衬底(2)的系统(1)，所述系统(1)包括：

-耦合到光源(20)的干涉测量设备(30)，以基于源自所述光源(20)的至少两个光束(4、5)在所述至少两个光束之间的相交处创建测量空间，所述测量空间包含干涉条纹并且被定位成延伸到衬底(2)之上或之中；

-用于将所述衬底(2)相对于所述测量空间在平行于所述衬底的主表面(S)的方向上移动的设备；

-用于根据所述测量空间在所述衬底上的位置来获取表示由衬底(2)散射的光的测量信号的光电设备(50)；

所述系统还包括处理模块(60)，其布置为：

-执行对表示所述衬底(2)的缺陷(3)穿过测量空间的期望信号的至少一个期望参数的计算(108、208)，所述至少一个期望参数包括至少一个期望调制频率；

-执行对表示所述测量信号在期望调制频率周围邻域中的频率含量的特征值的确定(114、214)，以构成表示缺陷(3)的存在的已验证信号；以及

-执行对所述已验证信号的分析，以定位和/或识别缺陷(3)。

15.根据前述权利要求所述的系统(1)，其特征在于，所述系统包括用于使所述衬底(2)绕垂直于所述衬底的主表面(S)的转动轴线(X)转动的设备，以及用于平移移动所述干涉测量设备(30)的设备，该设备被设置为在相对于所述转动轴线(X)的径向方向上移动测量空间。