CN1662811A - 双光点相敏的检测 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于光学评估一样品(22)的设备，其包括一辐射线源(24)，用于形成一同调辐射光束；数个移动式光学透镜(26)，(28)，其用于聚焦该光束以于该样品的一表面上形成第一及第二光点(48)，(50)，其并可用于一起扫描该表面上该光点；集光器(46)，(52)，(54)，其经定位以收集由该第一及第二光点散射出的辐射线，并可用以聚焦该经收集的辐射线以形成干涉条纹图案；以及一检测器，其当该光点于该表面上被扫描时可检测该干涉条纹图案中的变化。
Description
技术领域
本发明是关于激光扫描系统，且更明确而言是关于以激光扫描为基础进行基材的光学检测的方法及系统。
背景技术
在显微镜领域中，众所皆知可在影像样本中观察相位变化以强化该难以看见的特征检测。例如，由M.Bass、E.W.Van Stryland、D.R.Williams、W.L.Wolfe等人在光学手册II(McGraw Hill书局，1995年第2版)第17.28-17.36页所描述的微分干涉差(DIC)显微镜，其全文合并于此以供参考。DIC显微镜可提供单投射阴影图像以有效的显示光路径的梯度。此取样区域在光路径沿某一特定方向增加时会较为明亮，而路径差减少时该取样区域则会呈现反向对比。路径差的梯度越陡，影像对比度则越大。DIC方法在突显特征(如超细肌丝及明显交界面)时非常有用，且可呈现局部折射率的差异以及表面高度的变化。
移动式声光透镜组件亦已为该领域所广知。该种组件描述于如授与Eveleth等人的美国专利第3,851,951号中，其全文揭示合并于此以供参考。一声音转换器耦接于一声光布拉格盒(Bragg cell)的一端。该声音转换器可于该布拉格盒中产生经调频的声音脉冲，并由该盒的一端行进至另一端。行进的声音脉冲的空间频率变化会使通过脉冲区的激光束聚焦在影像平面。当声音脉冲由该布拉格盒的一端行进至另一端时(发挥移动式透镜的作用)，其可使欲进行扫描的聚焦激光点遍及于该影像平面。
发明内容
本发明的目的在于提供以激光扫描进行一样品的光学检查的改良方法及系统，且特别适用于感应由该样品散射出的激光辐射线中的相位变化。
于本发明的较佳实施例中，移动式透镜组件系用于聚焦一激光束，以于样品表面产生(并扫描)一对近距离的焦点。较佳来说，该移动式透镜组件至少包含一声光布拉格盒(如前文所述)以及两个藉形成两近距离(一般为部分重迭)的声音脉冲(其同时行经该布拉格盒)所建立的焦点。该由样品表面的两点散射出的光线会形成一干涉条纹图案，其中该条纹偏移的位置可作为两散射束间相位差的函数。一检测器会测量该偏移以判定该表面上相变化的空间梯度。
较佳是测量该条纹的偏移，而网格形式的光束点(其周期与干涉条纹相同)定位于该检测器的前。该网格系经调整以使该光束间(一般系该表面的平滑区域)一已知的特定相位差阻挡明亮的条纹。其后，当样品上的两个点一起被扫描时，由检测器所接收到的光讯号会与该点间的相对相位差成比例。
因此，符合本发明该较佳实施例所提出用于样品的光学评估设备包括：
一辐射源，其可用于产生同调辐射(coherent radiation)束；
移动式光学透镜，其是用于聚焦该光束以于该样品表面形成第一及第二光点，其并可用于一起扫描该表面上的该光点；
数个集光器，其系经定位以收集由该第一及第二光点散射出的辐射线，并可聚焦该经收集的辐射线以形成一干涉条纹图案；以及
一检测单元，其系用以检测该干涉条纹图案中的变化。
较佳来说，该移动式光学透镜包括一声光布拉格盒及一耦接至该盒的声音转换器，以形成第一及第二调频声音脉冲，其会沿该盒的一长度方向行进，使得当该辐射光束通过该盒时可由该第一及第二脉冲进行聚焦以分别形成(并扫描)该第一及第二光点。更佳者，该转换器是可控制以改变相对时点及该声音脉冲的相位，以控制一间距及该第一及第二光点的相对相位。为能促进该检测器对条纹偏移的检测，该转换器所形成的该声音脉冲的时点较佳为可控制的，以改变该干涉条纹的空间周期。
较佳来说，该检测单元包括一检测器，其系适用于形成一输出讯号以响应该干涉条纹图案的改变；及一讯号处理器，其系耦接至该检测单元以接收并处理输出讯号，以由其取得该表面散射的辐射线中其相位变化的空间梯度，该讯号可指出该样品表面上的高度变化。
一般而言，该干涉条纹包括数条明亮及阴暗条纹，并以一条纹周期作交替，且该集光器较佳包括一光束截补器，其系经耦接并定位以使该光束截补器可在该条纹特定位置处阻挡该明亮条纹照射在检测器上。最佳的情况是，该光束截补器包括一网格，且其网格周期大致等于条纹周期。此外(或者可替换的是)，该检测器可包括一第一检测器及一第二检测器，其中该第一检测器系经定位以使未被该光束截补器阻挡的该辐射线照射在该第一检测器上，而该第二检测器系经定位以使被该光束截补器阻挡的该辐射线的至少一部份照射在该第二检测器上，以测量由该第一及第二光点散射出的总辐射线强度。该光束截补器较佳系用于反射该被阻止照射在该第一检测器上的辐射线部分，且该第二检测器系经定位以使反射的辐射线照射在该第二检测器上。
较佳来说，该移动式波光器(traveling wave optics)可用于聚焦该光束以使该光点具有一预定光点宽度，并使该光点相隔一约光点宽度的三至五倍间的距离。
于一较佳实施例中，该移动式光学透镜包括一声光布拉格盒及一耦接至该盒的声音转换器，该声音转换器系用以形成一调频声音脉冲，使的沿该盒的长度方向行进，以在该辐射光束通过该盒时可由该声音脉冲进行聚焦并扫描；以及一分光器，其经配置以将由布拉格盒中的声音脉冲所聚焦及扫描的该光束分隔开，以于该表面上形成该第一及第二光点。
此处并提出一符合本发明较佳实施例的方法，该方法用于光学评估一样品，其包括：
将一同调辐射的光束聚焦以于该样品的一表面形成第一及第二光点，其并可用于一起扫描该表面上的该光点；
收集由该第一及第二光点散射出的辐射线，并聚焦该经收集的辐射线以形成一干涉条纹图案；以及
当该光点于该表面上被扫描时检测该干涉条纹中的一偏移。
本发明在通过下文的详细说明及其实施例，并参照附加图示后将可获得更完整的了解。
附图说明
图1至图3是一符合本发明较佳实施例的双点式光扫描及检测系统的侧面示意图；以及
图4是一流程图，其可概要说明符合本发明的一较佳实施例中用于双点式扫描的方法。
主要组件符号说明
20 双点式光扫描及检测系统 22 样品
24 激光源 26 布拉格盒
28 转换器 30 移动式透镜
32 移动式透镜 34 移动方向
36 焦点平面 38 讯号处理器
40 集光镜 42 分光器
44 放大镜 46 物镜
48 光点 50 光点
52 透镜 54 透镜
56 光束截补器 58 检测器
62 分光器 70 第二分光器
72 聚焦透镜 74 检测器
具体实施方式
图1是一符合本发明的一较佳实施例的双点式光扫描及检测系统20侧面示意图。此系统一般用于一样品22的自动化、高速检测。或者，该包含在系统20中的工作原理也可应用于该光学影像的其它区域中，如业界已熟知的反射模式(示于附图)及穿透模式等两种方式。此种系统在观察半导体晶圆及光罩的缺陷及图案变化，以及其它光学相为基础的检测应用(例如扫描式显微镜，特别是共焦显微镜)时特别有用。
一激光源24可输出一激光束，其可直接通过一声光布拉格盒26。一声音转换器28可紧密连续的将两声音脉冲施加至盒26中，使两移动式透镜30及32由该盒的一端移动至另一端，如箭头移动方向34所示。较佳而言，布拉格盒26至少包含一可在折射率上表现高声音效果及降低声音衰减的材料，例如TeO2、LiNbO3、SiO2或H2O，或其它业界已知材料。两透镜的每一个可于一焦点平面36中将该激光束聚焦成各个点。当透镜30及32行经盒26时，此两光点会延着该焦点平面的一线快速扫描。因为该声光效果为线性，两移动式透镜可部分重迭而不会实质影响任一透镜的聚焦特性。可选择的是，来自激光源24的该激光束可由一预扫描仪35(例如一扫描镜或其它声光盒)扫描通过盒26，以使该激光束追踪该移动式透镜。
一集光镜40可收集来自焦点平面36的光线，并将其传导经一分光器42。一放大镜44及物镜46接着会聚焦该光束以于该样品22表面上形成两光点48及50。物镜46可收集两光点散射出来的光线，并于该物镜的出口瞳镜处(其一般以放大镜44的一光束截补器界定出)形成明亮及阴暗的线性干涉图案。条纹的数目一般等于光点隔距与该光点宽度比例的两倍。该光点隔距可由改变该声音脉冲(用以建立移动式透镜30及32)的相对时点的方式控制的。较佳而言，为能提供少量的条纹、同时避免于该光点间发生重迭，该光点分隔约三及五个光点宽度。当光点48及50以透镜30及32于样品22上进行扫描时，位置或条纹偏移是与由两光点散射出的光射线间的相位差成比例。前述相位差一般系因表面高度的局部变异(例如，因集成电路特征或缺陷所导致的变异)所致，且可能因表面材料的折射率所致。
由物镜46所收集的光线会由放大镜44及分光器42直接导向由透镜52及54所形成的聚焦放大镜。此透镜系经配置以产生物镜46出口的共轭相，干涉图案会于该处再次聚焦。具网格型态的光束截补器56系放置于该共轭平面。该网格经选择以使其具有与干涉图案相同的周期。截补器56较佳系经定位，以使该网格在该条纹的某一特定位置时可实质完全的阻挡该干涉图案的明亮条纹。该特定位置最佳选择在光点48及50位于样品22表面的平滑区域时的条纹位置，于该处该光点间的相位差为零。若该干涉条纹的周期或相位差与该网格的周期或相位差间有不匹配情形，可通过改变转换器28的讯号输入的方式来校正移动式透镜30及32的相关延迟及相位。
通过该截补器56的网格的光线会被一检测器58接收，其较佳系一光倍增管(然其它类型的检测器亦可使用)。当干涉图案的位置因该样品表面的相位差而偏移时，通过该网格及抵达检测器的光强度会随的改变。因此，由检测器58输出的讯号振幅会与该光点48及50间的相位偏移成比例。此讯号由一讯号处理器38处理以形成一高对比相位梯度的样品表面影像，其边缘及其它高度变化都会被放大。一般来说，处理器38至少包含一通用计算机，内含有合适软件及前置电路以与检测器58及其它系统组件20互动。较佳而言，处理器38也可控制转换器28以便按所需调整比例或移动式透镜30及32。
图2是一符合本发明一替代实施例的系统60的侧面示意图。于此实施例中，转换器28仅于布拉格盒26中形成一单一移动式透镜30。为能于样品22上形成两光点48及50，分光器62(一般为一绕射组件，例如一穿透式光栅)系安插在光路径中(如图2所示)。两近距离衍射级可提供两光点。或者，可以相同方式使用一双折射组件以形成两光点，或以如前述光学手册中描述的Nomarski显微镜的类似方式使用的。于其它式样中，此实施例的操作大致与图1的实施例相同。当然，当仅使用单一移动式透镜时(如图2的实施例所示)，光点48及50的相关位置及相位无法立即作调整。
图3是一符合本发明的另一替代实施例的系统68的侧面示意图。此处由样品22散射的光线是由一第二分光器70分隔，经由一附加的聚焦透镜72将一部份光线导至另一检测器74。此配置中的检测器74会形成一讯号，该讯号与该样品散射出的总光强度成比例。因此，虽然检测器58可明确地测量相位变化(主因样品表面的高度变化所致)，检测器74也可测量表面反射率的变化。表面相位及反射率特性的个别测量较佳系与处理器38相结合以提供精确、详细的表面诊断图案。
或者，检测器74可定位并与合适的光学仪器进行配置以测量由截补器56反射的光线。于此情况下，无须额外的分光器70即可由检测器58及74的输出讯号的总合得到样品22的总散射强度的测量结果。
图4是一流程图，其概要说明一符合本发明较佳实施例用于双点式扫描及检测的方法(其使用图1至图3所示的系统)。来自激光源24的光束由布拉格盒26中的移动式透镜或透镜群聚焦，以于样品22表面型成双光点48及50，并于该表面上一起扫描该光点(于扫描步骤80处)。该系统光学组件可收集两光点散射出的辐射线，并将所收集的辐射线聚焦以于一共轭平面形成干涉条纹图案(于收集步骤82处)。该辐射线系聚焦于检测器58上，较佳系经由截补器56聚焦于检测器上。该检测器及处理器38可共同界定出一检测单元，其可检测该光点在表面上扫描时的条纹变化(于改变检测步骤84处)。亦可选择的是，该散射的总辐射线强度也可由如检测器74进行测量(于强度测量步骤86处)。步骤84可得相位数据，同时步骤86可得反射率数据，其可共同或个别使用以获取有关样品22表面的信息。
前述该较佳实施例是由范例的方式阐述，且本发明并非限定在前述特别图示及描述的内容。相反的，本发明的范围包括前述各种特征的结合及其部分结合，以及熟习此项技术人士在阅读前述未被已知技术揭示的内容后对该内容所进行的任何修改。
Claims (24)
1.一种用于光学评估一样品的设备，其至少包含：
一辐射线源，其适用于形成一同调辐射束；
移动式光学透镜，其用于聚焦该光束以于该样品的一表面上形成第一及第二光点，其并可用于一起扫描该表面上的该光点；
数个集光器，其经定位以收集由该第一及第二光点散射出的辐射线，并可聚焦该经收集的辐射线以形成一干涉条纹图案；以及
一检测单元，其用以检测该干涉条纹图案中的变化。
2.如权利要求1所述的设备，其中该移动式光学透镜至少包含一声光布拉格盒以及一耦接至该盒的声音转换器，以形成第一及第二调频声音脉冲，该脉冲沿该盒的一长度方向移动，使得当该辐射光束通过该盒时可由该第一及第二脉冲聚焦以分别形成及扫描该第一及第二光点。
3.如权利要求2所述的设备，其中该转换器可控制以改变该声音脉冲的相对时点及相位，以控制该第一及第二光点的一间距及相对相位。
4.如权利要求3所述的设备，其中该转换器所产生的该声音脉冲的时点是可控制以改变该干涉条纹的空间周期，以帮助该检测器检测该条纹的偏移。
5.如权利要求1所述的设备，其中该检测单元至少包含：
一检测器，其用于形成一输出讯号以响应该干涉条纹图案的变化；以及
一讯号处理器，其经耦接以接收并处理该输出讯号，以由该输出讯号取得自该表面散射的辐射线中一相位的空间梯度变化。
6.如权利要求5所述的设备，其中该空间梯度表示该样品表面上的高度变化。
7.如权利要求1所述的设备，其中该干涉条纹至少包含数条明亮及阴暗条纹，其以一条纹周期作交替，且其中该集光器至少包含一光束截补器，该光束截补器经配置及定位，以于该条纹的特定位置处阻挡该明亮条纹照射在该检测器上。
8.如权利要求7所述的设备，其中该光束截补器至少包含一网格，且该网格周期实质等于该条纹周期。
9.如权利要求7所述的设备，其中该检测器至少包含一第一检测器，其经定位以使该未被该光束截补器阻挡的辐射线照射在该第一检测器上，且该检测器至少包含一第二检测器，其经定位以使该被该光束截补器阻挡的至少一部份辐射线照射在该第二检测器上，以测量由该第一及第二光点散射出的总辐射线强度。
10.如权利要求9所述的设备，其中该光束截补器用于反射该被阻止照射在该第一检测器上的辐射线部分，且其中该第二检测器经定位以使该经反射的辐射线照射在该第二检测器上。
11.如权利要求1所述的设备，其中该移动式波光器可用于聚焦该光束以使该光点具有一预定光点宽度，且可使该光点相隔一光点宽度的三至五倍间的距离。
12.如权利要求1所述的设备，其中该移动式光学透镜至少包含：
一声光布拉格盒以及一耦接至该盒的声音转换器，用以形成一调频声音脉冲，其沿着该盒的一长度方向移动，使得当该辐射光束通过该盒时可由该声音脉冲进行聚焦及扫描；以及
一分光器，其系经配置以将由该布拉格盒中的声音脉冲所聚焦及扫描的光束分隔开，以于该表面上形成该第一及第二光点。
13.一种用于光学评估一样品的方法，其至少包含：
聚焦一同调辐射束，以于该样品的一表面上形成第一及第二光点，并于该表面上一同扫描该光点；
收集由该第一及第二光点散射出的辐射线，并聚焦该经收集的辐射线以形成一干涉条纹图案；以及
检测该干涉条纹部分的改变。
14.如权利要求13所述的方法，其中聚焦该同调辐射束的步骤至少包含施加第一及第二调频声音脉冲至一声光布拉格盒，使该第一及第二脉冲可沿该盒的一长度方向行进，以使得当该辐射光束通过该盒时可由该第一及第二脉冲聚焦以分别形成并扫描该第一及第二光点。
15.如权利要求14所述的方法，其中施加第一及第二调频声音脉冲的步骤至少包含改变该声音脉冲的一相对时点及相位，以控制该第一及第二光点的一间距及相对相位。
16.如权利要求15所述的方法，其中改变该相对时点及相位的方法至少包含控制该时点以改变该干涉条纹的一空间周期，以便帮助一检测器检测该条纹的偏移。
17.如权利要求13所述的方法，其中检测该偏移的步骤至少包含形成一输出讯号以响应该干涉条纹图案的变化，并处理该输出讯号以由其取得该表面散射的辐射线中相位变化的一空间梯度。
18.如权利要求17所述的方法，其中该空间梯度系表示该样品表面上的高度变化。
19.如权利要求13所述的方法，其中该干涉条纹至少包含数条明亮及阴暗条纹，其以一条纹周期作交替，且其中检测该改变的步骤至少包含定位一光束截补器，使其可于该条纹的一特定位置处阻挡该明亮条纹，且当该光点于该表面上被扫描时可测量通过该光束截补器的辐射线。
20.如权利要求19所述的方法，其中该光束截补器至少包含一网格，其周期系实质等于该条纹周期。
21.如权利要求19所述的方法，其并至少包含测量被该光束截补器所阻挡的该辐射线的至少一部份，以测量由该第一及第二光点散射的总辐射线强度。
22.如权利要求21所述的方法，其中该光束截补器适用于反射该被阻止照射在该第一检测器上的辐射线部分，且其中测量该被阻挡的辐射线部分的步骤至少包含测量由该光束截补器散射出的辐射线。
23.如权利要求13所述的方法，其中聚焦该光束的步骤至少包含以一预定光点宽度形成该光点，并使得该光点相隔一光点宽度的三至五倍间的距离。
24.如权利要求13所述的方法，其中聚焦该光束的步骤至少包含：
施加一调频声音脉冲至一声光布拉格盒以形成一调频声音脉冲，该声音脉冲沿该盒的一长度方向行进，以使得当该辐射光束通过该盒时可由该声音脉冲进行聚焦及扫描；以及
将由该布拉格盒中的该声音脉冲所聚焦及扫描的光束分隔开，以于该表面上形成该第一及第二光点。
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