TWI509239B - 應用自旋波之非破壞性材料、結構、成分、或元件度量或檢測系統及方法 - Google Patents

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Description

應用自旋波之非破壞性材料、結構、成分、或元件度量或檢測系統及方法
本發明和半導體或其它多種材料之非破壞性檢測的多種系統與技術相關。更特別者，本發明的多種特性是針對於多種材料、結構、成分、與/或元件之非破壞性檢測或特性化的多種系統、設備、電路、與技術，該些材料、結構、成分、與/或元件的製作和多種微米製造流程或多種奈米製造流程相關，而且會顯現出鐵磁屬性(例如，多種鐵磁性半導體、磁性金屬、或磁性絕緣體)，其中該些非破壞性檢測或特性化能藉由產生與偵測多個自旋波而發生。在部分實施例中，可藉由對該些材料、結構、成份、或元件施加無線電頻率或微波幅射而產生多個自旋波；並且藉由偵測出一個相關微波電路中已傳輸、反射、與/或感應的多個電壓訊號而偵測到多個自旋波。
有多類薄膜材料因不同之目的而使用於該些半導體和硬碟機產業。一種薄膜之多項結構屬性或完整性的特性化是半導體和硬碟機裝置之工業製造的一個必要部份。然而，該薄膜結構屬性或完整性的特性化，特別是多種特定類別的薄膜，例如多種金屬膜，本質上經常具有挑戰性而且時常受到破壞。例如，在多數的工業應用中，判定多種鐵磁樣品的厚度就是一種破壞性流程。一根四點探針可用於探測該樣品的電阻值，從樣品的電阻可算出樣品厚度，或者是該樣品要進行物理性劈裂以獲得一個截面影像，由此就能測出樣品厚度。就材料製備或使用的觀點而言，牽涉破壞性檢測的多種材料特性化技術存有不期望的無效性，而且該些技術相應地很昂貴與/或耗時。
此外，用於度量多種薄膜的多數技術，例如橢圓測量或四探針測量，一般只能應用於測量該些連續型薄膜。對於設有圖案的多種薄膜來說，例如該些半導體或硬碟機產業所遇到的多種圖案化結構或元件，就要使用多種破壞性檢測技術，例如穿透式電子顯微鏡(TEM)與掃描式電子顯微鏡(SEM)。此外，任何現有的薄膜度量技術一般都受限於所能執行的該些測量類型，因此，任何現有的薄膜度量技術會不令人期望地受限於所能提供之該些薄膜特性化資訊的類別。
有鑑於以上說明，現有的多種薄膜特性化技術都會造成不期望的破壞；不期望地受限於該些可成功特性化之材料成分或結構的類型；不期望地受限於所測量之該些類別的材料或結構屬性；與/或不期望地高昂代價或耗費時間。對於一種度量、測量、或特性化技術、以及多種能克服一或多種限制之對應材料、結構、成分、與/或元件檢測工具存有需求。
根據本發明之多個實施例牽涉藉由多個自旋波之多種材料屬性的特性描述、與/或偵測不同類別之圖案化與/或非圖案化材料的多種缺陷。自旋波的作用類似於一般的波動，例如一塊小石頭墜入湖中時，就能在湖面觀察到的那類波動，該些波會沿著湖面傳播，並迅速地減弱，而且其能量最終會轉為熱。自旋波也會迅速地減弱。近來已證明出可明顯抑制一種自旋波的減弱，而且事實上可藉由自旋偏振電流的協助而相反地引起自旋波的放大。
一般而言，由於出現一種外部磁場、或一塊磁性固體本身的內部磁場，使多個自旋波起自於該磁性固體內之多個自旋電子、並經由該磁性固體內之多個自旋電子而傳播。一塊磁性固體內的多個電子會繞著該磁場而 旋進，其方式類似於一個陀螺因重力而旋進。該旋進頻率只和每個電子所陷入之該磁場、以及數種材料之屬性相關。在多種磁性固體中，多個鄰近原子內的多個電子會因交換偶合彼此限制，因而無法彼此獨立旋進。由於對稱性的緣故，多個鄰近電子間的相位移會相等，好比一個聲子波內之多個鄰近原子的相對位移會相等。這樣能引起在一個磁場內進行旋進之多個電子的類波解。
一種自旋波的建立包含首先要在一個磁化方向上排列多數的電子自旋，然後擾動該些電子的一部分，使之脫離磁化的方向。由於交換偶合的緣故，這些電子會開始旋進，拖曳鄰近的多個電子進入旋進狀態，因此會引發多個旋進電子脫離一原點的一次波動。實際上會有多個極為真實的波動，而且也會有一般多種波動的全部屬性。該些波動會由一點到另一點的進行干擾、散射、與轉移能量。該些波動會向下傳播多條磁迴路，提供有關該磁迴路的有用資訊，例如有助於偵測多種磁迴路缺陷的資訊。
可利用電氣、磁性、甚至光學方式產生並偵測多個自旋波。例如，一種電性偵測的主要範例就是在一種磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)的元件內部，其中該MRAM本身能夠產生並偵測多個自旋波。在非MRAM型的多種應用中，可利用一種外部裝置來產生並偵測多種自旋波。根據本發明的數個實施例，可利用多個外部微波源或電路元件來產生並偵測多個自旋波，以下將進一步說明。利用多個霍爾感應器可精確測量出多個反射與傳播的自旋波。在部分實施例中，有一列感應器能繪出一種磁性迴路的二維影像。再者，在多個特定實施例中，利用多種光學技術，例如利用Brillouin光散射(BLS)(如微型聚焦BLS)以及時間與位置解析的Kerr磁光效應(MOKE)，就能偵測到多個自旋波、或將多個自旋波繪製於一個近持續性的二維影像，而對應於一個完整的磁性迴路。
根據本發明的多個實施例，應用自旋波的檢測可完成多種材料、結構、成分、或元件的非破壞性檢測，例如多種半導體元件，尤其是納入多種磁性成分的多種半導體元件。由於該類檢測不會牽涉、並能完全避免製作多個複雜的內建自我測試(BIST)電路、以及利用BIST電路來配合傳統電氣測量，故該類檢測非常有用。因此，根據本發明的多項實施例，應用自旋波的檢測能很容易地在許多半導體製程的各部份進行非破壞性檢測與/或特性測量。
為了說明根據本發明而應用自旋波之度量的效用，本文提出具特殊代表性之多個範例的特性。所屬相關技術領域的一般專業人士應能了解本文所說明之多種代表性實施例並無限制性，而且尚存在許多根據本發明之多種應用自旋波的度量系統、設備、電路、或技術的其它方法。本文所考量之多個代表性範例的特性不應以任何方式減損以下事實：藉由多類系統、設備、零件、裝置、或技術、或藉由呈現相對於本文所考量該些代表性範例之另一種電機配置的一種完全相同或本質上完全相同的系統、設備、零件、裝置、或技術來完成激發或偵測根據本發明之多個實施例的多個自旋波。
在一項實施例中，應用自旋波的檢測包含判定或發現多種接地-訊號-接地(GSG)或GS共平面波導管的該高頻響應，其中該些導波管大約定位、或鄰近於所關注之一件樣品(例如一種材料、結構、成分、或元件)。多個高頻訊號會經由圍繞該些共平面波導管之該介電材料而沿著GSG或GS線路移動。藉由環繞該些線路之材料的特性，最後就能敏銳地判定出沿著該些線路傳播之該波動的多項特性。多種金屬具有高傳導性，例如，能輕易吸收多種電場，因而造成顯著的訊號衰減。具有多種明顯不同於空氣之介電常數的多種介電質可選擇性地阻礙多種特定頻率訊號，因而會改 變一種脈衝的形狀(例如，將方形脈衝改為不完全方正的脈衝)。該樣品會造成有效介電常數的一次變化或偏離。該變化取決於該波導管的形狀、尺寸與多種特性，而且和該介電常數發生在該些鄰近介電質的變化相關。各種測量結果間的該些特性差異可應用於本發明的多項實施例，以探測、評估、特性化、檢測、分析、或檢驗多種包含一或多種材料、結構、成分、元件、或系統之組合的材料、結構、成分、元件、或系統。
圖1A為一種代表性GSG共平面波導管的光學圖像，圖1B為一種代表性GSG共平面波導管的示意圖。多種共平面波導管能將多種高頻訊號傳導至多種微波零件與電路、或從多種微波零件與電路傳導多種高頻訊號。為了能在該系統內或系統外建立可傳導多種高頻訊號的多個波導管，必須了解一條波導管周圍的空間而適當地設計出該波導管。其原因在於：如圖2所示，沿著該波導管行進的該訊號不會在該些金屬線路內部行進，而是在該些金屬線路內部的空間行進。由於該訊號會沿著圍繞該波導管的空間傳播，多數的估算公式甚至模擬工具要依靠圍繞所考慮之該些材料之空間的該些電氣與磁性屬性。倘若多種所考慮之材料或結構特性發生變化時，該波導管的「特性阻抗」也會變化。
圖3A為一種波導管元件10的示意圖，可應用於根據本發明之一項實施例之應用自旋波的度量。該波導管元件10包含至少一條波導管12，可由一或多層材料所承載或嵌入至一或多層材料內，例如一層薄的介電質14(如一種氧化物)。有多個末端接頭設置在該元件10的任一端，而用於連接多個高頻接頭，其方式能由所屬相關技術領域之一般專業人員所輕易理解。可將兩個接頭連接至一台高頻分析儀，例如向量網路分析儀，以測量該波導管結構的多個S參數，而且其方式亦能由所屬相關技術領域之一般專業人員所理解。多條彼此相鄰定位與排列的波導管能另外連接至一套步 階式響應測量系統。例如，在特定實施例中，可同步利用一台向量網路分析儀與一套步階式響應測量系統。以下說明根據本發明而適用於不同材料系統之應用自旋波之度量方式的多種計算細節。在根據本發明的數個實施例中，藉由連接、或承載該樣品與/或多個自旋波測量裝置或元件的一或多個步進式馬達或壓電式平台，可繪製、掃描、或檢驗所考量的一件樣品。
因此，在一個代表性實施例中，可製作尺寸為次微米等級的多條波導管；而根據本發明之一種應用自旋波的度量系統或設備能掃描一片晶圓上具有圖案之一顆晶粒內的多個區域，並繪製一片晶圓上的一或多個部份(例如，該整片晶圓、或實質上該整片晶圓)，其中有多個形成圖案的晶粒存在於該晶圓表面。該波導管的尺寸越小，則所能研究之該樣品的尺寸就越小。例如，根據本發明的多個實施例，(可利用電子束微影技術)製作多條次微米級的波導管，且該些次微米級波導管可用於研究次微米尺寸樣品的特徵或特性。再者，該些波導管的尺寸越小，則限定於該波導管附近之一塊小區域的多個範圍就越多，因而就會對平面技術更為靈敏。
將一個外部磁場施加在一個鐵磁層內的多個交換耦合電子時，該些電子就圍繞該外部應用磁場方向而開始旋進。由於出現交換耦合的緣故，多個鄰近原子內的多個電子會鎖相，以致多個鄰近原子間的該相差會保持恆定，因而引起多個自旋波。全部電子同相旋進的模式稱之為靜磁駐波，並且會呈現一致的旋進模式。總體而論，某特定值的磁場只會有一種旋進模式。然而，在薄膜的情況時可量化該些模式。由於出現表面能的緣故，位在該固體邊界的該些電子無法旋進。這會造成該樣品厚度之內、或沿該樣品厚度之多個駐波的量化。
根據本發明方法之多個實施例，多種非侵害性之應用自旋波的度量技 術是根據多個自旋波與鐵磁共振(FMR)的現象，並且取決於應用在一種鐵磁樣品之微波能量或輻射以及該鐵磁樣品之磁力間的交互作用。可藉由一或多個波導管結構施加該微波能量。對於施加在一或多個波導管結構的多個時變訊號(如正弦型訊號)而言，當該施加的訊號頻率與某一特定駐波的磁化模式匹配時，微波能量會最有效地結合該些前述之已量化的磁化模式。
根據本發明的多個實施例，可藉由牽涉利用多個圖案化、整合、或共平面之波導管的一種時間解析測量技術而在一種工業或製造環境中輕易且實際完成多個薄膜樣品的鐵磁共振測量，該些測量涉及觀察所吸收之微波功率的吸收強度，且該微波功率對應於一或多個所施加之外部或非原本磁場。在該技術中，一種時變訊號、脈衝、或波動(例如，一個方波)要施加在一個共平面波導管的一端，產生可沿著該波導管傳播的微波幅射。該脈衝的上升/下降邊界會使曝露於該微波幅射之一件樣品的瞬間施加磁化向量發生變化。該變化會造成該些電子關於一個新方向的旋進。然而，由於有阻尼的緣故，磁化實際上會順應該外部磁場的方向。如圖3B所示，導因於該阻尼震盪之該最終電氣訊號是一種阻尼正弦曲線。該震盪頻率取決於該有效磁場，而指數型衰減則取決於一個阻尼常數。對於一種特定鐵磁性材料而言，由於施加一種恒定的磁場，故可由基本頻率和二階旋進頻率之間的差值來確定該薄膜的厚度。根據本發明的多個實施例，可將多種應用自旋波的度量技術應用於各種不同目的，包含估算、分析、或測量至少以下的物理資訊、性質、參數、或數據：(a)多種鐵磁性薄膜或結構的厚度；(b)多種鐵磁性薄膜或結構的多個局部厚度變化；以及(c)顯現多種製造缺陷或多種製造缺陷的本質，例如形成圖案的缺陷。
已有多種鐵磁性薄膜材料利用於硬碟機工業以及半導體工業的各種目 的。該些薄膜材料之結構完整性的特性化，特別是多種金屬薄膜之結構完整性的特性化通常富有挑戰性，且一般而言，傳統的特性化本質上會有破壞性。傳統之特性化是一項昂貴的流程，根據本發明的多個實施例可以避免或完全排除傳統上會形成破壞的特性化。此外，一般而言，多數的傳統式薄膜度量技術，例如橢圓測量或四探針測量，通常只能應用於測量該些連續的薄膜。對於多種圖案化結構來說，例如該些使用於半導體與HDD工業的圖案化結構要採用破壞性檢測，例如TEM與SEM。根據本發明的多個實施例，多種應用自旋波的度量技術可應用於使用含有多種鐵磁性薄膜、薄層材料的多種工業、或多種工業生產環境，例如硬碟機(HDD)、磁阻式隨機隨取記憶體(MRAM)、以及自旋電子裝置的製造。根據本發明的多項實施例，多種應用自旋波的度量技術至少能完成下列工作：(a)測量多種圖案化或非圖案化薄膜的結構完整性；(b)測量多種圖案化薄膜是否存在不規則性或缺陷特性；(c)辨識或判定該薄膜材料的類型、或區別多種圖案化與非圖案化之不同的薄膜材料；以及(d)利用自旋波共振判定多種圖案化與非圖案化薄膜的厚度。
可藉由該些自旋波以及FMR頻譜的三種不同特徵來測量該些物理性質，且該些物理性質明顯地不受彼此影響。此外，很難發現一種傳統的度量方法或測量技術本身能夠提供以上的全部資訊。此外，根據本發明之不同實施例不僅能以非破壞方式判定多種樣品屬性，當該樣品的厚度降低時，也能提升該應用自旋波之度量技術的精確性。
根據本發明的一項特點，一種度量過程包含在一件樣品的目標測量位置以內激發多個自旋波；偵測在該目標測量位置之內所激發該些自旋波的至少一種性質；以及根據偵測出該目標測量位置之內所激發該些自旋波的 性質而自動產生一個目標測量位置數據集，該目標測量位置數據集對應於至少一種材料的厚度、一種材料的完整性測量、呈現一種製造缺陷、以及一種範圍型態的製造缺陷。可以用一或多種方式形成激發多個自旋波、與/或偵測出該目標測量位置內所激發之該些自旋波的至少一種性質，例如，藉由多個圖案化或整合性結構元件，如波導管。可針對該樣品的複數個(a)目標測量位置、與/或(b)多個樣品而自動重複進行激發多個自旋波、偵測該些自旋波的至少一種性質、以及自動產生一個目標測量位置數據組的任一者。
根據本發明的又一項特點，一種度量系統包含：一個第一設備、裝置、或結構，可設置而在一件樣品的一個目標測量位置內激發多個自旋波；一個第二設備、裝置、或結構，可設置而偵測該樣品之目標測量位置內所激發之多個自旋波的至少一種性質；以及一個處理系統，可設置而根據偵測出該目標測量位置內所激發之該些自旋波的至少一種性質而自動產生一個目標測量位置數據集，該目標測量位置數據集對應於至少一種材料的厚度、一種材料的完整性測量、呈現一種製造缺陷、以及一種範圍型態的製造缺陷。
該第一設備包含一個訊號發生單元，可連接於一個第一組圖案化或整合性結構元件，例如多個整合的波導管；以及該第二設備包含一個訊號偵測單元，可連接於一個第二組圖案化或整合性結構元件，例如多個整合的波導管。根據本發明的多個實施例，該處理系統包含系統控制、訊號偵測、處理、與/或多個分析資源，例如一或多個訊號處理單元或裝置、多個微控制器、多個狀態機、多個計算裝置、或多個電腦系統、以及多個記憶體/資訊儲存資源、與之相關的電腦讀取媒介、以及多組對應的程式指令，執行程式指令時會進行一或多次度量、測量、或檢測流程。該系統進一步包 含一個定位設備，可設置而完成該樣品和該第一設備與該第二設備之至少一者之間的相對定位。該定位設備包含一個自動平台或平台組件，能在空間中使該樣品相對於x 、y 、z 軸或方向而定位。
該第一設備、該第二設備、該處理系統、與該定位設備可設置而自動產生複數個目標測量位置數據組，使其對應於該樣品內的複數個目標測量位置，其中該複數個目標測量位置數據組中的每一個目標測量位置數據組可對應於該複數個目標測量位置之其中一個目標測量位置的一種材料厚度、一種材料的完整性測量、呈現一種製造缺陷、與一種範圍型態之製造缺陷的至少其中一者。此外，該第一設備、該第二設備、該處理系統、與該定位設備可設置而自動產生複數個目標測量位置數據組，使其對應於複數個樣品，其中該複數個目標測量位置數據組中的每一個目標測量位置數據組可對應於該複數個樣品之其中一件樣品的一種材料厚度、一種材料的完整性測量、呈現一種製造缺陷、與一種範圍型態之製造缺陷的至少其中一者。
根據本發明的一項特點，一種度量流程包含提供一件樣品；提供一個第一偏磁場；藉由一個第一組圖案化結構元件產生第一輻射，該第一組圖案化結構元件可根據多種微米製造技術與/或多種奈米製造技術所製作；同時將該樣品之一個第一目標測量位置曝露於該第一偏磁場以及該第一幅射，藉此激發該第一目標測量位置內的多個自旋波；以及偵測一個第一響應訊號，該第一響應訊號可對應於該第一目標測量位置內所激發之該些自旋波的一種性質。該第一幅射包含微波幅射、無線電頻率輻射、或另一種波長或頻率(例如，毫米波輻射)所特性化的輻射。該第一組圖案化結構元件包含一個第一組波導管。
偵測該第一響應訊號包含產生一個電氣訊號，可由一個第二組圖案化 結構元件所傳送，該第二組圖案化電路元件傳送之該電氣訊號對應於一種方式，藉此方式使在該第一目標測量位置內激發之該些自旋波和該第一組圖案化結構元件所產生之該第一幅射發生交互作用。該第二組圖案化結構元件包含一個第二組波導管。該第一組波導管與該第二組波導管為物理上不同或物理上相同。
偵測該第一響應訊號包含偵測通過該樣品所傳輸的輻射；偵測該樣品所反射的輻射；與/或藉由對應於該第一目標測量位置內該些自旋波性質的磁感應而在該第二組圖案化結構元件內產生一個電壓。
該前述流程亦包含計算該些第一響應訊號的多個時域與/或頻域特性；判定一種材料厚度、一種材料完整性測量、呈現一種製造缺陷、一種範圍型態的製造缺陷、以及對應於該第一目標測量位置內該些自旋波性質之一種製程統計的至少一者。
該上述流程另外包含提供一個第二偏磁場；同時將該樣品之該第一目標測量位置曝露於該第一偏磁場以及該第一幅射和該第一組圖案化結構元件所產生之第二輻射的其中一者，藉此在該第一目標測量位置內激發多個自旋波；以及偵測一個第二響應訊號，該第二響應訊號對應於該第一目標測量位置內所激發該些自旋波的一種性質。
此外，該流程包含移動該樣品；使該樣品的一個第二目標測量位置曝露於該第一偏磁場與一個第二偏磁場，並同時將該樣品的該第二目標測量位置曝露於該第一幅射和該第一組圖案化結構元件所產生之第二輻射的其中一者，藉此激發該第二目標測量位置內的多個自旋波；以及偵測一個第二響應訊號，該第二響應訊號對應於該第二目標測量位置內所激發之該些自旋波的一種性質。移動該樣品包含：移動該樣品，而該第一組圖案化結構元件維持不動；與/或移動該第一組圖案化結構元件，而該樣品維持不 動。
根據本發明的一項特點，一種度量流程包含提供一件樣品；提供一個第一偏磁場；產生第一輻射；同時將該樣品之一個第一目標測量位置曝露於該第一偏磁場以及該第一幅射，藉此激發該第一目標測量位置內的多個自旋波；以及偵測一個第一響應訊號，該第一響應訊號藉由一個第一組圖案化結構元件而對應於該第一目標測量位置內所激發之該些自旋波的一種性質，該第一組圖案化結構元件可根據多種微米製造技術與/或奈米製造技術所製作。該第一幅射包含微波幅射、無線電頻率輻射、或其它輻射(例如，由一種不同波長/頻率所特性化的輻射)。該第一組圖案化結構元件包含一個第一組波導管。
偵測該第一響應訊號包含產生一個電氣訊號，可由該第一組圖案化結構元件所傳送，該第一組圖案化結構元件所傳送之該電氣訊號對應於一種方式，藉此方式使激發於該第一目標測量位置內之該些自旋波和該第一幅射發生交互作用。
偵測該第一響應訊號會取決於實施例的細節而包含偵測通過該樣品所傳輸的輻射、偵測該樣品所反射的輻射、與/或藉由對應於該第一目標測量位置內該些自旋波性質的磁感應而在該第一組圖案化結構元件內產生一個電壓。
在與先前說明完全相同或類似於先前說明的一種方法中，該流程包含計算該些第一響應訊號的多個時域與/或頻域特性的至少一者；判定一種材料厚度、一種材料完整性測量、呈現一種製造缺陷、一種範圍型態的製造缺陷、以及對應於該第一目標測量位置內該些自旋波性質之一種製程統計的至少一者。相應地，該流程亦包含提供一個第二偏磁場；同時將該樣品之該第一目標測量位置曝露於該第一偏磁場以及該第一輻射與第二輻射 的其中一者，藉此在該第一目標測量位置內激發多個自旋波；以及藉由該第一組圖案化結構元件偵測一個第二響應訊號，該第二響應訊號對應於該第一目標測量位置內所激發該些自旋波的一種性質。此外，該流程包含移動該樣品；使該樣品的一個第二目標測量位置曝露於該第一偏磁場與一個第二偏磁場的其中一者，並同時將該樣品的該第二目標測量位置曝露於該第一幅射和第二輻射的其中一者，藉此激發該第二目標測量位置內的多個自旋波；以及藉由該第一組圖案化結構偵測一個第二響應訊號，該第二響應訊號對應於該第二目標測量位置內所激發之該些自旋波的一種性質。
根據本發明的一項特點，一種度量設備包含：一個偏磁場單元，可設置而提供一組偏磁場；一個第一組圖案化結構元件，可設置而在一個空間自旋波產生區內提供輻射，該第一組圖案化結構元件可根據多種微米製造技術與/或多種奈米製造技術所製作；一個樣品平台，可設置而承載一件樣品，以致該樣品的一個第一目標測量位置能配置在該空間自旋波發生區內；以及一個響應訊號發生設備，可設置而產生一個響應訊號，該響應訊號對應於該樣品之該第一目標測量位置內所發生之多個自旋波的一種性質。
該設備進一步包含一組信號發生器。該第一組圖案化結構元件包含一個第一組波導管，可連接該組信號發生器。該第一組波導管包含複數個電性獨立的波導管，可連接該組信號發生器。例如，在一種組態設定中，一個開關單元可設置而將該第一組波導管內之複數個電性獨立的波導管連接到一個單一信號發生器。在另一種組態設定中，該組信號發生器包含複數個信號發生器。
該響應訊號發生設備可設置而偵測通過該樣品所傳輸的輻射，偵測該樣品所反射的輻射，與/或藉由磁感應而產生一個電壓，以反應該第一目 標測量位置內之多個自旋波的一種性質。在一項實施例中，該響應訊號發生設備包含一個第二組圖案化結構元件，例如一個第二組波導管，該第二組波導管可由多種微米製造技術或多種奈米製造技術的其中一者所製作。該第二組波導管包含複數個電性獨立的波導管。同時，該第一組波導管與該第二組波導管包含相同數目之電性獨立的波導管。
該樣品平台可設置而移動該樣品，使該樣品的一個第二目標測量位置定位在該空間自旋波發生區之內。或者，該設備包含一種移位設備，可設置而移動該組圖案化結構元件，而該樣品保持不動。
根據本發明的另一項特點，一種度量設備包含：一個偏磁場單元，可設置而提供一組偏磁場；一個輻射發生設備，可設置而在一個空間自旋波發生區內提供輻射；一個樣品平台，可設置而承載一件樣品，以致該樣品的一個第一目標測量位置配置在該空間自旋波發生區內；以及一個第一組圖案化結構元件，可設置而產生一個響應訊號，該響應訊號對應於該第一目標測量位置內之多個自旋波的一種性質，該第一組圖案化結構元件可根據多種微米製造技術與/或多種奈米製造技術所製作。該樣品平台可設置而移動該樣品，使該樣品的一個第二目標測量位置、一個第三目標測量位置、與/或其它目標測量位置定位在該空間自旋波發生區之內。
該第一組圖案化結構元件包含一個第一組波導管，可連接一組電氣訊號偵測器，而該第一組波導管包含複數個電性獨立的波導管。該設備亦包含一個開關單元，可將該第一組波導管內之複數個電性獨立的波導管連接至一個單一的電氣訊號偵測器。或者，該組電氣訊號偵測器包含複數個電氣訊號偵測器。
該第一組圖案化結構件可設置而偵測通過該樣品所傳輸的輻射，偵測該樣品所反射的輻射，與/或藉由磁感應而產生一個電壓，以反應該第一 目標測量位置內之多個自旋波的一種性質。
在部分實施例中，該輻射發生設備包含一個第二組圖案化結構元件，例如一個第二組波導管，該第二組波導管可根據多種微米製造技術或多種奈米製造技術所製作。該第二組波導管包含複數個電性獨立的波導管。同時，該第一組波導管與該第二組波導管包含相同數目之電性獨立的波導管。
在本發明中，說明一種指定元件、或考量或利用一特定圖示之特定元件編號、或利用對應說明素材之參照可包含另一相關圖示或說明素材中所發現之相同、等效、或類似元件或元件編號。除非另外特別說明，否則本文說明中使用「/」表示「與/或」。
根據已知的多種數學定義(例如，可對應於「An Introduction to Mathematical Reasoning：Numbers,Sets,and Functions 」(作者Peter J.Eccles，Cambridge University Press(1998))的第11章-有限集合的屬性(例如第140頁)，本文中所採用之術語「組」對應於或定義為一種非空的有限元件組織，能以數學方式呈現至少含有一個的集合(即本文將一組定義為對應單一態或單一元件組、或一個多重元件組)。一般而論，一組中的一項元件可取決於所考慮之該組集合而包含或成為一套系統、一種設備、一種裝置、一種結構、一種結構特性、一個物件、一個流程、一個物理參數、或一數值。
如本文所所進一步詳述，根據本發明之多項實施例指定為多項系統、設備、電路、與技術，能非破壞性地/非接觸性地進行探測、評估、特性化、測量、檢測、分析、與/或檢查多種材料、結構、成分、與/或元件，其中(1)該些材料、結構、成分、與/或元件能以多種微米製程或奈米製 程而進行或製作(例如，牽涉多種微米級特性尺寸、幾何形狀、或線寬的多種微米尺寸製作流程，或牽涉多種奈米級特性尺寸、幾何形狀、或線寬的多種奈米尺寸製作流程)；以及(2)該些材料、結構、成分、與/或元件呈現磁場相關性質或多種屬性，例如，多種磁場相關的電氣屬性，如多種鐵磁特性。在不同實施例中，該些材料、結構、成分、或元件包含多種鐵磁半導體材料，例如使用於硬碟機(HDD)、磁阻式隨機隨取記憶體(MRAM)、或自旋式電子電路的多種鐵磁材料。
根據本發明的多項實施例，非破壞性檢測的存在是藉由(1)多個自旋波的發生、以及(2)偵測多個自旋波、或自旋波相關之多種現象或效應。在部分實施例中，多個自旋波的發生牽涉將所考慮之一組材料、結構、成分、或元件曝露於(a)一或多個磁場，例如一組施加的外部或外在磁場；以及(b)藉由多個積體電路元件、或形成圖案之電路元件所產生的無線電頻率、或微波能量或輻射，例如，多個接地-訊號-接地(GSG)與/或接地-訊號(GS)探針、波導管、或積體電路圖案，以下將詳細說明之。偵測該些自旋波牽涉偵測、感應、或測量多個因發生前述自旋波而存在或產生的多個特定訊號、訊號參數、與/或電路參數。在多個實施例中，偵測該些自旋波可藉由偵測一種電路的一或多個部份，例如一種無線電頻率或微波電路，可設置而施加或傳輸微波幅射至所考慮之多種材料、結構、成分、或元件，並且在其中發生多個自旋波、多個自旋波相關效應，例如因所考慮之多種材料、結構、成分、或元件內發生該些自旋波而感應多個電壓訊號。
為了達到簡潔清晰起見，在以下說明之不同部分中，根據本發明之多個實施例的非破壞性探測、評估、特性化、測量、檢測、分析、與/或檢驗可簡單歸類為「非破壞性檢測」。藉由多個自旋波或自旋波相關效應的非 破壞性檢測可歸類為自旋波或應用自旋波的度量、測量、探測、檢測、特性化、分析或檢驗。此外，以下揭露的各部份會說明多種微波訊號/微波幅射的使用，所屬相關技術領域的一般專業人員可理解設計出根據本發明之自旋波度量或測量系統、設備、或電路的多種實施例而操作利用其它多種頻率的多個訊號與輻射，例如多種無線電頻率訊號/無線電頻率輻射，或微米波訊號/微米波輻射。
代表性測量的特性/利用自旋波度量的屬性
鐵磁性薄膜厚度的決定
測量或估計鐵磁性薄膜的厚度牽涉到兩種現象：(a)多個鐵磁薄膜樣品中的去磁場；以及(b)當多個磁矩由一個施加磁場的方向而分佈時，該鐵磁性薄膜中多個電子所經歷的旋進運動。當一件鐵磁薄膜樣品曝露於或置放在一個外部磁場 H b 之內時，該鐵磁薄膜樣品會在沿著平行於該磁場方向的兩面產生多個磁極。這樣會造成該鐵磁樣品內的一個磁場，可視為一個去磁場 H d 。如圖4的例示說明，該去磁場 H d 會藉由該去磁場 H d 的大小而傾向於降低該鐵磁樣品內的該整體磁場。該去磁場 H d 正比於所施加的磁場大小以及該樣品厚度的倒數。
該些電子的旋進頻率會從平衡位置而略微擾動，可根據以下Kittle的FMR頻率方程式而決定之：
其中，ω p 是該些磁矩的該旋進角頻率，γ 是旋磁比，μ 0 是自由空間的介電常數，M S 是所研究之該樣品的磁飽和，H k 是該樣品的各向異性場，而H b 是該施加的磁場。
在一個鐵磁薄膜樣品中，由於該去磁場的緣故，該施加的磁場會因為 該樣品厚度倒數的因素而下降。因此，該樣品內的該磁場可如下寫出：
其中α 1 是使該施加磁場相關於該去磁場的因子。請留意該旋進角頻率(ω p )和該旋進頻率(f p )的關係為ω p =2πf p ，可結合公式(1)與(2)而得到如下表示的FMR：
如公式(3)所見，該FMR頻率的平方與該施加偏磁場呈線性關係。此外，該線性關係的斜率取決於該樣品厚度的倒數。因此，該樣品的厚度可由該FMR頻譜的斜率而直接決定。
代表性樣品厚度測量技術的特點
圖5A是一種製作在一件檢測樣品上端、或在一件檢測樣品上端形成圖案之GSG波導管結構實施例的圖像。圖5B是圖5A之該GSG波導管結構的剖面示意圖，對應於通過圖5A之虛線的剖面。藉由根據本發明之應用自旋波的度量而執行多個樣品厚度的實驗測量牽涉到將多個不同厚度之鐵磁樣品薄膜/圖案沉積在一片玻璃膜、玻璃層、玻璃基板、或玻璃載體的上方。更特別者，要沉積厚度為100nm、75nm、30nm、與20nm的多個NiFe薄膜樣品(例如，基於已知或事先計算的沉積率而利用材料沉積時間所測量)。如圖5B(模仿或對應於一種磁性元件的多個部份，其方式可由該相關技術領域之一般人員所理解)的圖示說明，可將多個銅波導管(例如，圖5A所示)沉積在該些樣品薄膜上方，並且藉由一個SiO2 絕緣層而使銅波導管與NiFe薄膜分開。
可利用高頻接地-訊號-接地(GSG)探針(可由圖5A該最左邊的波導管中發現一組)來探測該波導管結構之兩端而執行多次電性測量。可利用一台高頻脈衝發生器在該波導管之一端施加一個2V、400ps的脈衝，並利用一台高頻即時示波器在另一端測量其響應。在測量期間，可沿著平面以外方向，在該樣品上施加一個已知磁場(該偏磁場)。
當施加一個偏磁場時，多數電子的該些磁矩會沿著該磁場方向排列。當該些電子由其平均位置而略微受到擾動時，該些電子不會立即排列回最初位置而是在該磁化方向上旋進，並且當該材料的阻尼決定一個特性時間後，該些電子會緩慢地排列在該磁場方向。公式(1)顯示該些磁矩旋進時的該頻率值。根據Faraday感應定律，該些旋進會在任何多種電路或電路附近感應多個電壓，包含對應於該波導管結構的該電路。因該些旋進所感應之多個電壓可疊加至沿著該波導管行進的該脈衝，並可從該些訊號中扣除該背景電壓而擷取該些電壓。
圖6A說明當一個脈衝訊號施加在該波導管結構之另一端時，(利用一台示波器)在圖5A該波導管結構(75nm波導管結構)一端所獲得之一種正規化訊號。該訊號可疊加至因該些電子之該些磁矩旋進所導致的該感應電壓訊號，如圖6B所示可以擷取該訊號。
可扣除施加該最高偏磁場(5952 Oe)時所測出的該訊號而求出該FMR訊號，其中該最高偏磁場是由全部其它施加的偏磁場所求出。該FMR訊號的頻率可由公式(1)中求出，且會隨著施加的磁場而增加。圖7明顯表示隨著偏壓增加而上升的訊號頻率，說明該FMR訊號是所施加之偏磁場的函數。當該FMR訊號是以該施加之偏磁場函數而求出時，可執行一次快速傅利葉轉換(FFT)。從該FFT頻譜可求出該FMR頻率。
圖8顯示從所考慮之該些樣品所求出多個FMR訊號的FFT輪廓圖，可 繪為該FMR頻率的平方(y -軸)對該施加之偏磁場(x -軸)的函數。如公式(1)所預測的結果，該些輪廓圖的多條實線顯示該些FMR旋進頻率的平方與該偏磁場之間大致呈現一種線性關係。
如圖8所示，公式(1)可預測出，當該些樣品厚度降低時，該些實線的斜率大小就會降低。除了M s 、H b 、α 1 、與H k 以外，公式(1)所有的數量均為物理常數。利用磁飽和的公稱值840kA/m(取自文獻)，公式(1)斜率(/4π 2 )的前因子可計算為1.039×1015 Hz2 /(A/m)。因此，該斜率之厚度相關性1-α 1 /t sample ，可繪成該樣品厚度倒數的函數而求出α 1 。
圖9A顯示根據樣品厚度倒數之斜率的相關性，圖9B則是按照誤差修正的對應圖。圖9A與9B另外說明所求出之樣品數據與對應公式的線性配合度。更特別者，圖9A顯示該斜率之厚度相關性(1-α 1 /t sample )，是(1/t sample )的一個函數。可留意當對應於大塊樣品而1/t sample =0時，理論上該線條應達到1。然而，如圖9A所示，該線條實際上會交插於數值為0.118的一點，該值可定義為一項因子，能使磁飽和數值發生誤差。可令該磁飽和值等於99.12kA/m而輕易修正該誤差值，並重複該些計算。圖9B顯示該對應的更新或誤差修正圖。
代表性蝕刻不規則偵測技術的特性
該FMR響應和該些鐵磁性薄膜厚度之間相關性的直接結果就是蝕刻不規則度，例如根據本發明的多個實施例(例如，如上所說明的樣品厚度測量結果)而直接偵測出多件樣品有部份蝕刻。部份蝕刻是MRAM以及位元模式HDD媒介的一種主要故障機制。所考慮之該些偵測出部份蝕刻的樣品包含多個含有兩種厚度的薄膜。因此，從類似於上述實驗的多項實驗中可直接測出兩種不同的頻率。
圖10A是一種GSG波導管的圖像，該GSG波導管在該波導管的一個中心部份含有一個方形的鐵磁圖案層，其中可將多條線性溝槽蝕刻至該鐵磁圖案層。如圖10B所示，使用於執行多次自旋波測量時所施加的代表性偏磁場可偵測出部份蝕刻。
在該些部份蝕刻偵測實驗中，可利用如圖10B所示方式，在該元件上掃過平面外的偏磁場。圖11A是對應多次時域測量的輪廓圖。由於NiFe在平面外方向的矯頑磁性非常小，故該些測量中的多個對稱點應當約每250次迭代才會很明顯。圖11A以多條垂直虛線顯示該些對稱點。從對應的圖11B和11C中可清楚看見兩個不同頻率之間的該些干擾圖案。
可根據每個偏磁場所獲得之該時間訊號來執行快速傅利葉轉換(FFT)，其結果如圖12所示，圖中將所測量之該些時域訊號頻率的平方繪為一個迭代函數。從圖12中可發現三種不同的頻率。該些頻率的其中二者(以實線顯示)會隨著磁場而線性增加，而第三頻率(與虛線顯示)會隨著磁場而減少。該第三頻率歸類為該其它兩種頻率的一次非線性組合。由於該些磁場值用於背景相減的緣故，當該些時域(以及該些頻域)訊號接近該磁場值而使該磁場由一種遞增磁場轉為一種遞減磁場(即迭代數字250、750、與1250)時，該些時域(以及該些頻域)訊號就會不清楚。可留意所有後續的迭代數字會對應於圖10B所示的偏磁場。
偵測多個鐵磁性薄膜缺陷的代表特性
當根據本發明之一項實施例而執行多次應用自旋波的測量時，例如藉由先前所述之流程執行多次測量，可蝕刻多個缺陷至多個鐵磁性薄膜中以評估、判定、或找到出現在該些薄膜內多種缺陷效應。
圖13A-C說明多個代表類型的鐵磁結構或圖案、以及對應或相關的多 個缺陷，該些缺陷已藉由應用自旋波的度量進行研究以便偵測出多項缺陷。該些鐵磁性薄膜為多個矩形或方型高導磁合金圖案，並包含特殊型態的缺陷結構，可藉由蝕刻形成。更特別者，圖13A、13B、與13C說明之該些缺陷可分別歸類為「垂直線缺陷」、「水平線缺陷」、與「圓形反點陣列缺陷」。該類缺陷可由該相關領域之一般專業人員所理解。
垂直線缺陷
圖14說明該些自旋波測量的頻譜，其中該些自旋波測量是根據本發明之一項實施例，在圖13A具有多條垂直缺陷之該鐵磁樣品上執行多次自旋波測量。圖14所示之該頻譜類似於先前所說明之該些測量，該頻譜與磁場呈線性關係。還有一種低頻分量會隨施加的偏磁場而降低。在一種類似於該先前測量的方式中，可看見兩個而非三個頻率分量，顯示該樣品的整個厚度均已蝕刻。因此，對應於根據本發明之多項實施例所執行的多次自旋波測量的該頻譜特性可定義為多個指標，該些指標對應於所顯現的該些垂直線缺陷。該測量中也有非對稱的事證，其原因是該些垂直線並未完全對準該波導管。因此，應用自旋波的度量也會提供一種方式，能顯示多個對準的誤差、或擷取或估計對準(或對不準)的資訊，該資訊對應於所考慮之一件樣品的一或多層。
水平線缺陷
圖15A-C繪出該些自旋波測量頻譜的多個部份，該些測量是在具有水平線缺陷的一個NiFe樣品上所完成。該些高導磁合金結構具備多個水平線缺陷，其基本性質不同於具備多個垂直線缺陷的該些高導磁合金結構。在圖15A-C可發現：由於含有水平線缺陷，部份形式的頻率量化非常明顯。 如圖15A所示，該些頻率特徵在迭代數500與1000之間呈現對稱。然而，如圖15B-C所示，當更接近檢驗該些頻率特徵時，頻率的量化就清楚可見。此外，可發現一些分明的頻率分量，該些頻率分量實際上與施加的偏磁場無關。該頻率量化可定義為含有多個水平線缺陷之多件樣品的證據或一種特徵。
圓形反點陣列缺陷
圖16A-B繪出含有多個圓形反點陣列缺陷之一種高導磁合金薄膜樣品所測出的多種頻率特徵。該樣品的該些頻率特徵明顯不同於含有多個水平線缺陷或多個垂直線缺陷的多件樣品。較特別者，可觀察到一項單一頻率，該頻率與施加的偏磁場無關(即在該頻譜內明顯未發現多種磁場相關特徵)。因此，該頻譜特徵可定義為出現該些圓形反點陣列缺陷的一項指標，該指標不同於對應多種水平線缺陷或垂直線缺陷之多種頻譜指標。
代表性鐵磁性薄膜材料判定技術的特性
如圖6B所示，由於阻尼會使該些個別磁矩旋進的振幅減弱，故該自旋波訊號的衰減為時間函數。該阻尼完全是一種材料相關現象，可用於評估、歸類、特性化、分析、或識別該材料或材料所產生之材料成分。
如圖5所示，在該代表性應用自旋波的度量設備中，該些FMR訊號的脈衝響應可由以下公式所推導：
其中正弦分量起因於將該電子矩之該二維圓形旋進投影在該一維波導管結構上。先前已討論過公式(3)所示該旋進頻率f p ，並且和該樣品之厚 度判定相關。此處，該阻尼參數(λ )很重要，和該衰減時間常數(τ )有關。該阻尼參數可用來判定該鐵磁材料、或製作該薄膜的材料成分。該阻尼參數純粹是一種材料屬性，可用於評估、分類、特性化、分析、或識別該材料或一種薄膜的材料成分。
該阻尼參數可由下列公式決定：λ =2/τ . (5)
可評估、分類、特性化、分析、或識別薄膜材料成分的一種自旋波測量流程的一或多個部份可完全相同、實質上完全相同、或類似於用於判定薄膜厚度之該自旋波測量流程。一般而論，一次測量就足以判定一種鐵磁薄膜的該厚度和該材料成分。擷取自該些先前測量(如圖6B所示)的多個自旋波訊號可用於判定材料成分或材料類別。
結果
圖17A-B說明一種代表性流程或程序的多個部份，可偵測出先前提到的指數型衰減。更特別者，圖17A說明一種有代表性的(例如，所測量到的)自旋波FMR訊號。該代表性自旋波FMR訊號大小的自然對數繪於圖17B的插圖內。峰值偵測可用來找出多個後續峰值的大小以及該後續峰值的時間相依性，其方法如圖17B所示，可說明指數型FMR脈衝的衰減。從該數據中可估計指數型衰減的斜率。該斜率可藉由圖17B的該條虛線而顯示。根據公式(4)，該斜率等於該阻尼常數的倒數(1/τ )。因此，可利用公式(4)算出該阻尼參數。
圖18的圖面顯示多個所測量或估算的阻尼參數值，可適用所考慮相關於施加偏磁場的多件特定鐵磁樣品。例如，對於具有厚度為100nm的一件NiFe樣品而言，該算出的阻尼參數約為200MHz，該值符合以其它方法所 測量的多種報告值。
另一種測量該阻尼參數的方法是藉由一台向量網路分析儀(VNA)。圖19顯示對於一個含有一層CoFeB之第一樣品、以及一個含有一層NiFe之第二樣品的一次的VNA頻率掃描。該鐵磁層會在多個特徵頻率時吸收微波功率，造成該訊號強度的陡降。該陡降類似或對應一個Lorentzian函數，包含一個半高全寬(FWHM)值△ω 。該阻尼常數α 可由下列公式估算：
該些測量可得到多個不同的α 值，如CoFeB(0.015)與NiFe(0.018)。利用該α 值或一個不同的響應頻率就能辨識各種不同的材料或材料成分。
考慮前述說明，算出一或多個阻尼參數可促進或完成所考慮之一種材料、或一或多種鐵磁材料或結構之材料成份的評估、計算、特性化、分析、或識別。根據本發明之部分實施例使用一種計算的阻尼參數來評估或參照一份表格或數據組，該表格或數據組可定義或儲存多個阻尼參數值與材料特徵、屬性、類別、與/或成份資訊之間的關連性。例如，在一項實施例中，一種材料成分測量流程能產生一組計算的阻尼參數值，並利用一或多個該些值(例如，一個單一或一個平均計算阻尼參數值)來查詢或評估一種材料成分識別符。該材料成分識別符可進一步儲存為相關於所考慮之多個自旋波測量結果、與/或呈現於或輸出至一台顯示裝置。
代表性應用自旋波之度量系統的特性
根據本發明之多個實施例，應用自旋波的度量或測量系統、設備、與電路能顯示各類組態設定，例如，可依據一或多個實施例的細節、預期的多個樣品特徵(例如，材料、結構、元件、或特性幾何、區域、或尺寸)、 對應於將要在多個受測區域執行多次自旋波測量的期望空間解析度、以及各種目的、需求、或要求的製造或檢測環境。此外，一種根據本發明應用自旋波的測量流程或過程牽涉一或多種方式，可將微波幅射施加或傳輸至所考慮的一件樣品；以及牽涉一或多種方式，可偵測該樣品內多個自旋波性質的特性。相應地，一種應用自旋波的度量系統或設備包含一或多個適當類型的電路、或電路元件，該些電路、或電路元件可設置而提供微波幅射以及偵測一種自旋波相關的響應。以下要詳細說明具有特殊代表性、但並非限制多種應用自旋波的度量系統、設備、與電路的特性，以進一步協助理解。
代表性應用自旋波之檢測系統/設備組態設定的特性
圖20A-D之多個示意圖顯示根據本發明之一項實施例的一種應用自旋波的度量或測量系統、設備、與裝置100的多個部份。在一項實施例中，該設備100包含：一個測量單元110，可藉由一個第一組微波線路140a與一個第二組微波線路140b而分別連接一個發生器單元150與一個偵測器單元160；一個偏磁場單元170；以及一個載台或載台組件180。
該偏磁場單元170可設置而將一組偏磁場施加在該DUT 190，而且當該偏磁場單元170將一個偏磁場施加至該DUT 190時，該測量單元110可設置而施加或傳輸微波幅射至該DUT 190的多個部分，藉此可利用相同、類似、或大致類似於上述的方式而促進多次應用自旋波的測量。該測量單元110可進一部設置為偵測或產生一或多類響應訊號，該些響應訊號對應於該DUT 190內該些自旋波的性質。例如，在一些實施例中，該測量單元110可設置為藉由對應於該DUT 190內該些自旋波性質的多個磁感應響應電壓訊號來產生響應訊號。
根據本發明之一項實施例，圖20B為顯示一個測量單元110的側視圖，圖20C為顯示該測量單元110的一個第一上視圖，以及圖20D為顯示一個測量單元110的第二上視圖。該測量單元110內之該材料、與/或該些電路結構或元件的數量、類別、與組織取決於實施例的細節。一般而言，該測量單元110包含：一組波導管或波導管元件或結構，例如一組發生器波導管120，可連接於該第一組微波線路140a；與一組偵測器波導管130，可連接於該第二組微波線路140b。該組發生器波導管120與該組偵測器波導管130包含形成圖案或整合的多個波導管層、結構、或元件，可根據多種微米尺寸與/或奈米尺寸製造技術而製作(例如，半導體或多種相關類別材料、結構、或元件製程)。
在圖20D所示之該實施例中，該測量單元110包含：一個單一發生器波導管或波導管元件或結構120，可連接一個第一微波線路140a；一個單一偵測器波導管或波導管元件或結構130，可連接一個第二微波線路140b。在一個針對一種SiO2 基材與一種NiFe樣品的代表性實施例中，該發生器波導管120含有一個約10μm的單一線路、一個約5μm的訊號-接地寬度、一個約30μm的接地寬度、一個約10μm的長度、以及一個大於200nm的波導管厚度；該偵測器波導管130有相同或本質上相同的多個尺寸。該發生器波導管120與該偵測器波導管130之間分開的距離約為20μm。
該組發生器波導管120可藉由該第一組微波線路140a而連接該發生器單元150，該組偵測器波導管130可藉由該第二組微波線路140b而連接該偵測器單元160。該發生器單元150可設置為供應或提供多個微波頻率電氣訊號給該組發生器波導管120，並能包含一個函數發生器，所用方式可由相關領域之一般專業人士所輕易理解。該偵測器單元160可設置為偵測、測量、處理、與/或分析由該組偵測器波導管130所傳送的多個微波頻率電 氣訊號，並且包含一或多台光譜分析儀、一台即時示波器、一台取樣示波器、一台向量分析儀、或其它類型的訊號偵測或擷取裝置，所用方式可由相關領域之一般專業人士所輕易理解。
在進行自旋波測量的流程時，該DUT 190的一或多個預期或適當部分要定位在該測量單元110與該偏磁場單元170之間，以致能在該DUT 190的該些部分產生或激發多個自旋波，並偵測到該DUT內之該些自旋波的性質。更特別者，該DUT 190可定位在相對於該偏磁場單元170，使該偏磁場單元170所提供之一個偏磁場能在所考慮之該DUT 190的該些部分建立對應的電子旋進；且該DUT 190可定位在相對於該測量單元110，使所考慮之該DUT 190的該些部分上(內部)所承載或配置的多個材料、結構、特性、或元件能曝露於該組發生器波導管120所產生的該微波幅射。
根據本發明的多個實施例，該偏磁場單元170包含一或多類磁場源或發生器，可配置而產生多個適用於多次應用自旋波測量的磁場。例如，在部分實施例中，該偏磁場單元170包含一或多個電磁鐵、永久性磁鐵、與/或投射式電磁鐵。該偏磁場單元170所提供之一系列代表性磁場大小估計為100 Oe(NiFe樣品)以及1T(CoFe樣品)。該偏磁場單元170與該DUT 190會根據實施例的細節而彼此相對定位、或可彼此相對定位，以致能在該DUT 190上方或下方提供、施加、或傳輸偏磁場(例如，橫斷於一平面，而該平面對應於該DUT 190的一個表面或一層)，與/或在該DUT 190旁提供、施加、或傳輸偏磁場(例如，在一平面內、或平行於一平面，而該平面對應於該DUT 190的一個表面或一層)。例如，該偏磁場單元170與該DUT 190為相對定位、或可相對定位，以致(a)能將正向體波橫向、或實質上橫向施加或傳輸至該DUT 190的一個平面層或表面、或一個實質平面層或表面；與/或(b)能將表面或逆向體波平行於、或實質上平行於該DUT 190 的一個平面層或表面、或一個實質平面層或表面而施加或傳輸。
關於該組發生器波導管120，當該發生器單元150輸出多個微波頻率電氣訊號時，沿著該組發生器波導管120傳輸的該些訊號會在環繞該組發生器波導管120的該空間區域內產生該微波幅射。該微波幅射存在是根據一種空間輻射分布、或取決於該組發生器波導管120之物理設計以及藉此所傳送該些微波電氣訊號參數的輻射圖，其方式可由所屬相關技術領域之一般專業人員所輕易理解。在不同之實施例中，該DUT 190定位於、或可定位在相對於該組發生器波導管120，以致所考慮之一或多個DUT層、表面、或結構可曝露於該組發生器波導管120所產生的Oersted磁場，其方式可由所屬相關技術領域之一般專業人員所理解。在一個具代表性實施例中，一個水平或大致水平的外部/最外部DUT層或表面定位於、或可定位於該測量單元110之外大約500nm的距離。
一個自旋波發生區可定義為一個空間體或區域，使偏磁場與微波幅射能在其中同時提供給一個DUT 190的一或多個目標自旋波測量區域、位置、或地點，以致能在該些目標DUT自旋波測量地點執行多次應用自旋波的測量。該偏磁場單元170與該組發生器波導管120取決於實施例的細節，可設置而提供至少一個以及可能多個自旋波發生區。
為了在預期的目標DUT自旋波測量地點上(或之內)出現多次自旋波測量，該DUT 190必須適當地定位在相對於該偏磁場單元170、該組發生器波導管120、以及該組偵測器波導管130。如圖20A所示的該實施例中，一個自旋波發生區可定義為鄰近於該測量單元110的一個底面、或位在該測量單元110的一個底面之下(例如，實質上直接在其下方)、該載台組件180的一個上平面之上、以及該測量單元的該組發生器波導管120的幾何形狀或多個邊界所定義的一個空間區域之內。
該載台組件180可承載或支撐該DUT 190的一或多個部分。在不同實施例中，該載台組件180可以移動，並能配置為利用一種受控制或可控制(例如，可編程/選擇)的方式移動該設備100與/或該DUT 190的多個部份，以便在一組預期目標DUT自旋波測量地點之上、一組預期目標DUT自旋波測量地點之內、與/或一組預期目標DUT自旋波測量地點的各處促成多次的自旋波測量。圖21A之示意圖顯示出一個應用自旋波之測量設備100的多個部份，其中該載台組件180可設置為承載與移動該DUT 190，而該測量單元110與該偏磁場單元170保持相對靜止於該載台組件180。或者，圖21B之示意圖顯示出一個應用自旋波之測量設備100的多個部份，其中該測量單元110可設置為可移動，而該載台組件180可保持該DUT 190在一個不動的位置。該偏磁場單元170取決於實施例的細節而能夠維持不動/固定、或可移動。
圖22A-22B之示意圖顯示根據本發明之另一實施例的一個應用自旋波的度量或測量設備或裝置102的多個部份，可設置為傳送自旋波的度量或測量結果。在一項實施例中，該設備102包含：一個傳輸測量單元112，例如一組發生器波導管120或波導管結構或元件，可藉由一個第一組微波線路140a而連接至一個發生器單元150；以及一個偵測測量單元114，例如一組偵測器波導管130或波導管結構或元件，可藉由一個第二組微波線路140b而連接一個偵測器單元160。該設備102進一步包含一個偏磁場單元170以及一個載台或載台組件180。該設備102的每個元件都有一種相同於、實質上相同於、類比、或類似於以上說明的一種結構與功能。
該組發生器波導管120與該組偵測器波導管130能彼此進行空間補償，其方向為橫斷於該組發生器波導管120的一個底面以及該組偵測器波導管130的一個上平面。該載台設備180包含一個上平面，可設置為承載 或支撐至少一個DUT 190的多個部份，以致該DUT 190可配置在該組發生器波導管120的該底面與該組偵測器波導管130的該上平面之間。該偏磁場單元170可設置而在該組發生器波導管120的該底面與該組偵測器波導管130的該上平面之間的該空間區域內提供偏磁場。該偏磁場取決於實施例的細節與/或所考慮的一種自旋波測量模式(例如，對應於一個將要激發的預期自旋波模式)，而能夠延伸或指向或朝向(a)橫向；或(b)平行於該DUT 190的一組平面層或表面、或大致平面層或表面(例如，包含一個最外側或外部DUT層或表面)。因此，如圖22所示之該實施例，一個自旋波發生區可定義在該組發生器波導管120的該底面和該組偵測器波導管130的該上平面之間，使一個橫斷區域平行於該組發生器波導管120之該幾何形狀或多個邊界所定義該些平面。
該組發生器波導管120、該組偵測器波導管130、以及該偏磁場單元170相對定位於一個DUT 190之間，並取決於多個實施例之細節而以不同方式出現。例如，該載台組件180可設置為移動該DUT 190，而該組發生器波導管120、該組偵測器波導管130、與該偏磁場單元170則維持不動。或者，該組發生器波導管120、該組偵測器波導管130、與該偏磁場單元170設置為可移動，而該載台組件180可將該DUT 190保持在一個不動的位置。
該組發生器波導管120可設置為首先接收、檢測、或探測來自於該發生器單元150的多個電氣訊號，並且首先產生、檢測、或探測對應的微波幅射。該微波幅射是根據一個指定或預期的空間輻射分布、或對應於該組發生器波導管120之該物理設計以及該些檢測或探針電氣訊號之該些特徵的輻射圖而產生，其方式為所屬相關技術領域的一般專業人員所容易理解。該探針微波幅射能行進至並且通過該DUT 190的多個部份，而多個自旋波能作用、影響、調節、或擾動該探針輻射，藉此造成響應輻射。當曝 露於該響應輻射時，該組偵測器波導管130會傳送多個二次接收或響應電氣訊號，或多個二次接收或響應電氣訊號會沿著該組偵測器波導管130傳遞。該些響應電氣訊號可提供給該偵測器單元160。
圖23之示意圖顯示一個應用自旋波之度量或測量設備或裝置104的多個部份，可根據本發明之一項實施例設置而反射多個自旋波的測量值。在一項實施例中，該設備104包含一組發生器/偵測器波導管或波導管結構或元件125，能設置為傳送多個微波頻率電氣訊號並產生對應的微波幅射。所產生的微波幅射會顯示一個空間輻射圖，其方式如上所述。該組發生器/偵測器波導管125連接於一個發生器/偵測器單元155，例如可藉由一組微波線路140而連接一台向量網路分析儀(VNA)。該設備104另外包含：一個偏磁場單元170，可設置為在該組發生器/偵測器波導管125所產生之該微波幅射的空間範圍內提供一組偏磁場；以及一個載台組件180，可設置為承載或支撐一個DUT 190的多個部份。
至少有一個自旋波發生區可定義在該組發生器/偵測器波導管125的一個底面與該載台組件180之一個上平面之間，其方式相同於或類似於以上所述。一或多個目標DUT自旋波測量地點可定位在一個自旋波發生區之內，以致可在該目標DUT自旋波測量地點上(或之內)執行多次自旋波的測量，其中該地點曝露於一個偏磁場與微波幅射的任一者。該組發生器/偵測器波導管125會將微波幅射輸出至該DUT 190，並從該DUT 190收到反射的微波幅射。該DUT 190內的多個自旋波會作用、影響、調節、或擾動入射至該DUT 190的微波幅射，因此該反射的微波幅射會傳送、包含、或納入對應該DUT 190內之該些自旋波的資訊(例如，多個吸收光譜特徵)。
代表性發生器/偵測器波導管陣列組態設定的特性
在部分實施例中，可藉由組織或製作成陣列、或陣列型式圖案之多個發生器波導管120與偵測器波導管130而完成多次自旋波的測量。該些陣列、或陣列型式組織的發生器波導管120與偵測器波導管130能根據一種選擇(例如個別/順序)或同步基礎、且取決於實施例的細節而相對於一或多個DUT 190而促進多個目標DUT自旋波測量地點的自旋波檢測。
圖24A-C之示意圖為根據本發明之多個實施例的多個代表性發生器/偵測器波導管陣列200a-c。根據本發明之多個實施例而設置為利用一個發生器/偵測器波導管陣列內的多對個別發生器/偵測器波導管來選擇執行多次應用自旋波測量可包含多種適當類型的開關或訊號路徑選擇元件。例如，圖25之示意圖顯示一個應用自旋波之測量設備106的多個部份，其中一個第一微波頻率開關165a配置在一個發生器單元150與一個發生器/偵測器陣列200d之間，而一個第二微波頻率開關165b配置在該發生器/偵測器陣列200d與一個偵測器單元160之間。根據本發明之多個實施例而設置為執行多次同步應用自旋波測量可包含多個發生器單元150與多個偵測器單元160，其方式如圖26所示之代表實施例107的圖表說明。為了進一步理解前述圖示，圖27之示意圖顯示一個應用自旋波之測量設備108的多個部份，可設置在一個10 x 4 DUT陣列上執行自旋波檢測，該10 x 4 DUT陣列藉由四個發生器/偵測器波導管陣列200b-1、200b-2、200b-3、200b-4而包含一個首先通過的第四DUT 190a、190b、190c、190d，其中該發生器/偵測器波導管陣列的任一者可設置為檢測一個含有十個DUT 190的陣列。
代表性偵測器單元的其它特性
一個偵測器單元160或一個發生器/偵測器單元155可設置為處理與/或分析所收到的多個電氣訊號。一個偵測器單元160或一個發生器/偵 測器單元155可進一步設置為產生對應之應用自旋波測量資訊、數據、或多項結果，例如本文所說明之一或多類應用自旋波的測量資訊或結果(例如，材料厚度資訊、指標、數據、或數值；材料完整性或不完整性資訊、指標、或數據；製造缺陷資訊、指標、或數據；與/或材料成分或類別資訊、指標、識別符、或數據)。在數個實施例中，一個偵測器單元160或一個發生器/偵測器單元155包含或連接至一或多類處理或運算資源，例如一個運算裝置或電腦系統，含有一或多個處理單元、記憶體(例如，存機存取記憶體(RAM)與唯讀記憶體(ROM))、資料儲存(例如，一或多個磁碟機與/或光學硬碟機)、多種使用者介面裝置(例如，一個滑鼠、或其它類別的指示裝置、一個鍵盤、與一個顯示裝置)。該偵測器單元160或該發生器/偵測器單元155可進一步包含多個通訊資源(例如，一個網路介面卡)，該偵測器單元160或該發生器/偵測器單元155可藉此而連接一個網路，例如一個網際網路與/或一個局部區域網路(LAN)。
根據本發明的多個實施例，一個偵測器單元160或一個發生器/偵測器單元155所連接的一個運算裝置或運算系統可包含一或多類電腦讀取媒介(例如，一或多類固定式與/或移動式記憶體或資料存取媒介)，可儲存多個程式指令，當執行該些程式指令時，該些程式指令能管理或控制該些應用自旋波之檢測流程的性能、與/或產生應用自旋波的測量資訊或多個結果。
代表性應用自旋波之度量/檢驗流程的特性
圖28的流程圖是根據本發明之一項實施例的一個代表性應用自旋波的檢測與/或測量流程300。在一項實施例中，該流程300包含：一個第一流程部分302，該第一流程部分302牽涉提供一組校準或參考樣品；與第二 和第三流程部分304、306，該第二和第三流程部分304、306牽涉在該(些)參考樣品上執行一組應用自旋波與/或其它類別的測量，並儲存對應的多個校準或參考結果。一件校準或參考樣品包含一件樣品，其中含有已知的(例如，事先決定或先驗的)多個特徵或屬性，或包含一件樣品，其中含有預期會落在多個特定(例如，預期良好或預期規格)範圍內的多個特徵或屬性(例如，來自一條製造線的一件樣品，且符合最近或最新的規格)。
一個第四流程部分310牽涉提供一個第一或隨後的檢測或檢驗樣品，以及一個第五流程部分312牽涉在該目前的檢測樣品上執行一組應用自旋波的測量，例如本文所說明之一種類型的一或多次非侵入式測量。第六至第九流程部分320,322,324,326牽涉比較多個應用自旋波的測量結果，該些結果得自於含有多個校準或參考樣品結果的該目前檢測樣品；判定該些目前的結果是否合於規格或超出規格；以及根據該比較而藉由一種通過狀態、或失效/駁回/重工狀態而分類、標示、或辨識該目前檢驗樣品。
倘若需要考慮其它檢測或檢驗樣品時，一個第十流程部分330可將控制回復到該第四流程部分310。否則，在一項實施例中，一個第十一流程部分332牽涉在一或多個檢測或檢驗樣品上處理或分析多個應用自旋波的測量結果。例如，該第十一流程部分332牽涉多個應用自旋波之測量結果的統計分析。該分析能指向辨識一組樣品中一或多個應用自旋波之測量值的多個變化或分佈情形(例如，藉此辨識材料、結構、或裝置相關的處理變化)；根據該些應用自旋波之測量結果以及多類製造誤差或缺陷(例如，前述之不同類別型態的缺陷)之間的一或多項關連性、映射、或相關性而將多個應用自旋波的測量結果進行特性化或分類。一個第十二流程部分334牽涉儲存該些處理/分析結果，一個第十三流程部分336牽涉提供該些分析結果的視覺呈現(例如，提供電子版或印刷版的樣品或晶圓圖，能顯示出所 發生或分佈的多種製程變動或誤差，其中該些製程變動或誤差與藉由多次應用自旋波的測量相關，或可由多次應用自旋波的測量決定)。
圖29A之流程圖是根據本發明之一項實施例的一個流程400，可執行傳輸多個應用自旋波的測量結果。在一項實施例中，該流程400包含：一個第一流程部分402，牽涉提供或施加一個第一參考或背景偏磁場；一個第二流程部分404，牽涉發出一個微波訊號(例如，利用一組波導管，其方式文本已說明)；以及一個第三流程部分406，牽涉測量(例如，藉由一組波導管，可設置為接收該發出的微波訊號)一個傳輸微波訊號的一或多項屬性(例如，功率、振幅等)。一個第四流程部分408，牽涉將該些屬性儲存為一個背景訊號的定義值。
一個第五流程部分410，牽涉提供或施加一個測量偏磁場。一個第六流程部分412，牽涉發出一個微波訊號，以及一個第七流程部分414，牽涉測量一個已傳輸的訊號，該訊號對應於該已發出的微波訊號。一個第八流程部分416，牽涉將該背景訊號從該目前所測到已傳輸之訊號中扣除，以及一個第九流程部分418，牽涉儲存、傳送、或輸出對應之已扣除訊號數據或一組已扣除的訊號值。
圖29B之流程圖是根據本發明之一項實施例的一個流程500，可執行反應多個應用自旋波的測量結果。在一項實施例中，該流程500包含：一個第一流程部分502，牽涉提供或施加一個背景偏磁場；一個第二流程部分504，牽涉發出一個微波訊號並同步測量一個反射訊號。一個第三流程部分508，牽涉將該測量到的反射訊號儲存為一個背景訊號。
一個第四流程部分510，牽涉提供或施加一個測量偏磁場，以及一個第五流程部分512，牽涉發出一個微波訊號並同步測量一個反射訊號。一個第六流程部分516，牽涉將該背景訊號從該目前所測到已反射之訊號中扣除， 以及一個第七流程部分518，牽涉儲存、傳送、或輸出對應之已扣除訊號數據或一組已扣除的訊號值。
圖30之流程圖是根據本發明之一項實施例的一個應用自旋波的測量流程600。在一項實施例中，該流程600包含一個第一流程部分602，牽涉在所考慮之一或多個樣品或DUT內的一組目標自旋波測量地點上(或之內)產生或激發多個自旋波。該第一流程部分602牽涉藉由多個排列成圖案或整合的結構，例如多個波導管或傳輸線，將微波、無線電頻率輻射、與/或其它頻率輻射施加或傳輸至一或多個目標自旋波測量地點。該些排列成圖案或整合的結構具有微米大小與/或奈米大小的多種特徵尺寸(例如，多個微米級或奈米級的特徵幾何形狀或最小線寬)，可藉由多種微米製造/微米等級製造技術、與/或多種奈米製造/奈米等級製造技術所製作，例如，多種積體電路製造技術(例如，一或多次微影、電子束微影、材料沉積或塗佈流程、以及材料移除或蝕刻流程)，可為所屬相關技術領域之一般專業人員所理解。
該第一流程部分602亦牽涉在所考慮之一組目標樣品或DUT自旋波測量地點之間完成一次適當的相關定位、並且建立可用於發生多個自旋波的一個偏磁場與微波或無線電頻率輻射。例如，可藉由控制移動相關於一個偏磁場單元以及一個微波或無線電頻率輻射源(例如，一組波導管)的一件樣品或DUT而發生該適當之相關定位。
一個第二流程部分604牽涉偵測或產生多個響應訊號，該些響應訊號可對應於該目標樣品、或多個DUT自旋波測量地點內之該些自旋波的性質。在多個實施例中，該第二流程部分604牽涉藉由一組波導管來偵測一或多類響應訊號。一個第三流程部分606，牽涉計算、測量、分析、或處理該些響應訊號的時域與/或頻域特性，以及一個第四流程部分608，牽涉 判定對應之材料或材料結構厚度數據、材料或材料結構完整性數據、製程缺陷數據、材料或材料結構成分數據、與/或製程變動或符合性統計資料或數據。
本發明之多個特定實施例的特性至少說明與用於檢測多種鐵磁材料、結構、成分、或元件之各現有系統、設備、電路、與/或技術相關的至少一種特性、問題、限制、與/或缺點。儘管本發明已說明和多個特定實施例相關之特點、特性、與/或優點，但其它實施例亦顯示該些特點、特性、與/或優點，而且並非全部實施例必須將該些特點、特性、與/或優點顯示於本發明的範圍內。所屬技術領域之一般專業人士可察知該些以上揭露的多種系統、設備、零件、流程、或其替代品可如預期地和其它不同的系統、設備、零件、流程、與/或應用方式相結合。此外，所屬技術領域之一般專業人士可對不同之實施例進行各種修改、變更、與/或改良。
例如，在部分實施例中，可利用除了上述該些特定代表性自旋波發生與/或偵測方式外的一或多種方式來產生與/或偵測多個自旋波。如一個代表性實施例所示，可藉由一種感應技術(例如，牽涉如上所說明之一組整合波導管)在一件樣品內產生或激發多個自旋波，而且可藉由多個霍爾感應器來偵測該樣品內對應於多種自旋波性質之一或多個響應訊號。如多個特定實施例中另一個代表性範例所示，一件樣品本身可承載一或多組圖案化結構元件、或在一件樣品內製作出一或多組圖案化結構元件，以產生多個自旋波、或偵測自旋波/與自旋波相關的多種效應。例如，一件樣品包含製作或整合於該樣品上(內)的一組發生器波導管結構，而且一種自旋波偵測設備或裝置(例如，一組偵測器波導管)會留在該樣品之外。或者，一件樣品包含一組製作或整合於該樣品上(內)的偵測器波導管結構，而且一種自旋波發生設備或裝置(例如，一組發生器波導管)會留在該樣品之外。
本文已詳細說明多項實施例，本發明與下列專利申請範圍包含上述代表性實施例的修改/變動，以及其它實施例的修改/變動。
10‧‧‧波導管元件
12‧‧‧波導管
14‧‧‧介電質
100‧‧‧應用自旋波的度量或測量系統、設備、與裝置
102‧‧‧應用自旋波的度量或測量設備或裝置
106‧‧‧應用自旋波之測量設備
108‧‧‧應用自旋波之測量設備
110‧‧‧測量單元
112‧‧‧傳輸測量單元
114‧‧‧偵測測量單元
120‧‧‧發生器波導管
125‧‧‧發生器/偵測器波導管或波導管結構或元件
130‧‧‧偵測器波導管
140a‧‧‧第一組微波線路
140b‧‧‧第二組微波線路
150‧‧‧發生器單元
155‧‧‧發生器/偵測器單元
160‧‧‧偵測器單元
165a‧‧‧第一微波頻率開關
165b‧‧‧第二微波頻率開關
170‧‧‧偏磁場單元
180‧‧‧載台或載台組件
190‧‧‧DUT
200‧‧‧發生器/偵測器陣列
200a-c‧‧‧發生器/偵測器波導管陣列
200b-1、200b-2、200b-3、200b-4‧‧‧發生器/偵測器波導管陣列
300‧‧‧應用自旋波的檢測與/或測量流程
302‧‧‧第一流程部分
304‧‧‧第二流程部分
306‧‧‧第三流程部分
310‧‧‧第四流程部分
312‧‧‧第五流程部分
320‧‧‧第六流程部分
322‧‧‧第七流程部分
324‧‧‧第八流程部分
326‧‧‧第九流程部分
330‧‧‧第十流程部分
332‧‧‧第十一流程部分
334‧‧‧第十二流程部分
336‧‧‧第十三流程部分
400‧‧‧流程
402‧‧‧第一流程部分
404‧‧‧第二流程部分
406‧‧‧第三流程部分
408‧‧‧第四流程部分
410‧‧‧第五流程部分
412‧‧‧第六流程部分
414‧‧‧第七流程部分
416‧‧‧第八流程部分
418‧‧‧第九流程部分
500‧‧‧流程
502‧‧‧第一流程部分
504‧‧‧第二流程部分
508‧‧‧第三流程部分
510‧‧‧第四流程部分
512‧‧‧第五流程部分
516‧‧‧第六流程部分
518‧‧‧第七流程部分
600‧‧‧應用自旋波的測量流程
602‧‧‧第一流程部分
604‧‧‧第二流程部分
606‧‧‧第三流程部分
608‧‧‧第四流程部分
圖1A為一種代表性製作之GSG共平面波導管的光學影像。
圖1B為一種代表性GSG共平面波導管的示意圖。
圖2是一個訊號在多個波導管之間的一個空間區域內發生或行進的示意圖。
圖3A為一種波導管元件的示意圖，可應用於根據本發明之一項實施例之應用自旋波的度量法。
圖3B顯示多個對應於阻尼正弦性質的阻尼自旋波震盪。
圖4是一個施加在一件樣品之外部磁場Hb的示意圖，可在該樣品之各面產生北極(N)和南極(S)。
圖5A的圖像是一種製作在一件檢測樣品上端、或在一件檢測樣品上端形成圖案之一個GSG波導管結構的實施例。
圖5B為圖5A之該GSG波導管結構的剖面示意圖。
圖6A說明當一個脈衝訊號施加在對應於圖5A之75nm波導管結構之另一端時，該75nm波導管結構的一端所獲得的一個正規化訊號。
圖6B顯示擷取一個FMR訊號的多種特性。
圖7的圖示是作為一個應用偏磁場函數之代表性FMR訊號。
圖8顯示多個FMR訊號的FFT輪廓圖，該些FMR訊號可繪為該FMR頻率的平方(y-軸)與該施加之偏磁場(x-軸)的函數。
圖9A的圖示顯示圖8所示多個斜率與樣品厚度倒數的關係。
圖9B是對應於圖9A的一項誤差修正圖。
圖10A是一個GSG波導管的圖像，該GSG波導管在該波導管的一個中心部份含有一個方形的鐵磁圖案或圖案層，其中已將多條線性溝槽蝕刻至該鐵磁圖案層。
圖10B為一個所施加的代表性偏磁場，可用於執行多次自旋波測量而偵測出圖10A之該GSG波導管內的部份蝕刻。
圖11A為多次時域自旋波測量的一個輪廓圖，可指向偵測圖10A之該鐵磁圖案內的部份蝕刻。
圖11B-11C為多次時域自旋波的測量，可指向偵測圖10A之該鐵磁圖案內的部份蝕刻。
圖12為所測量之多個時域訊號的頻率圖，該些時域訊號為迭代函數，對應於多次自旋波的測量，該些測量可偵測圖10A之該鐵磁圖案內的部份蝕刻。
圖13A-C說明多個代表類型製作的鐵磁結構，並對應於多個垂直線缺陷、水平線缺陷、與圓形反點陣列缺陷，可根據本發明之一項實施例而藉由應用自旋波的度量進行研究。
圖14說明該些自旋波測量的頻譜，可對應於根據本發明之一項實施例而在圖13A具有多條垂直缺陷之一件鐵磁樣品上所執行之多次自旋波測量。
圖15A-C繪出該些自旋波測量頻譜的多個部份，該些測量是根據本發明之一項實施例而在圖13B具有水平線缺陷的一個NiFe樣品上所完成。
圖16A-B繪出圖13C含有多個圓形反點陣列缺陷之一種高導磁合金薄膜樣品所測出的多種頻率特徵。
圖17A-B說明一種代表性流程或程序的多個部份，可偵測出指數型自旋波衰減性質。
圖18的圖面顯示多個所測量或估算的阻尼參數值，可適用所考慮相對於施加偏磁場之多件特定鐵磁樣品。
圖19顯示對於一個含有一層CoFeB之第一樣品、以及一個含有一層NiFe之第二樣品的一次的VNA頻率掃描。
圖20A-D之多個示意圖顯示根據本發明之一項實施例的一種應用自旋波度量或測量系統、設備、與裝置100的多個部份。
圖21A之示意圖顯示一個應用自旋波之測量設備的多個部份，其中該載台組件設置為承載與移動一件DUT，而一個測量單元與一個偏磁場單元相對該載台組件維持不動。
圖21B之示意圖顯示一個應用自旋波之測量設備的多個部份，其中一個測量單元與一個偏磁場單元設置為可移動，而一個載台組件將一個DUT停留在一個不動的位置。
圖22A-22B之示意圖顯示根據本發明之另一實施例的一個應用自旋波的度量或測量設備或裝置的多個部份，可設置為傳送自旋波的度量或測量。
圖23之示意圖顯示一個應用自旋波之度量或測量設備或裝置的多個部份，可根據本發明之一項實施例設置而反射多個自旋波的測量。
圖24A-C之示意圖為根據本發明之多個實施例的多個代表性發生器/偵測器波導管陣列。
圖25之示意圖顯示一個應用自旋波之測量設備的多個部份，其中一個第一微波頻率開關可配置在一個發生器單元與一個發生器/偵測器陣列之間，而一個第二微波頻率開關可配置在該發生器/偵測器陣列與一個偵測器單元之間。
圖26之示意圖顯示一個應用自旋波之測量設備的多個部份，該應用自旋波之測量設備係設置為與多個發生器單元及多個偵測器單元執行同步應用自旋波測量。
圖27之示意圖顯示一個應用自旋波之測量設備的多個部份，可設置為藉由四個發生器/偵測器波導管陣列而在一個10 x 4 DUT陣列上執行自旋波檢測，其中每一組陣列可設置成檢測一個含有十個DUT的陣列。
圖28的流程圖是根據本發明之一項實施例的一個代表性應用自旋波的檢驗與/或測量流程。
圖29A之流程圖是根據本發明之一項實施例的一個流程，可執行傳輸多個應用自旋波的測量結果。
圖29B之流程圖是根據本發明之一項實施例的一個流程，可執行反應多個應用自旋波的測量結果。
圖30之流程圖是根據本發明之一項實施例而完成多次應用自旋波測量的流程。
100‧‧‧應用自旋波的度量或測量系統、設備、與裝置
110‧‧‧測量單元
140a‧‧‧第一組微波線路
140b‧‧‧第二組微波線路
150‧‧‧發生器單元
160‧‧‧偵測器單元
170‧‧‧偏磁場單元
180‧‧‧載台或載台組件
190‧‧‧DUT

Claims (31)

  1. 一種應用自旋波之度量方法，包含：提供一件樣品，而承置於一樣品載台；提供一個第一偏磁場；藉由一個第一組圖案化結構元件產生第一輻射，該第一組圖案化結構元件是根據多個微米製造技術與多個奈米製造技術的至少其中一個所製作，其中該第一幅射包含微波輻射以及無線電頻率輻射的其中一者；同時將該樣品以該樣品載台而移動於該第一偏磁場以及該第一輻射之間，而使該樣品之一個第一目標測量位置經移動而曝露於該第一偏磁場以及該第一輻射之間的一自旋波發生區，藉此激發該第一目標測量位置內的多個自旋波；偵測一個第一響應訊號，該第一響應訊號對應於該第一目標測量位置內所激發該些自旋波的一種性質；以及根據該第一響應訊號而判定一件樣品中出現一製造缺陷，該製造缺陷對應於該第一目標測量位置內所激發該些自旋波的該性質。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一目標測量位置位於一片晶圓上具有圖案之一顆晶粒內。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一組圖案化結構元件包含一個第一組波導管。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中偵測該第一響應訊號包含產生一個電氣訊號，可由一個第二組圖案化結構元件所傳送，以對應於該第一目標測量位置內激發之該些自旋波。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該第二組圖案化結構元件包 含一個第二組波導管。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中偵測該第一響應訊號包含偵測該樣品所反射之輻射。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中偵測該第一響應訊號包含偵測通過該樣品而傳輸之輻射。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一組波導管與該第二組波導管物理上並不相同，以及其中該樣品相對於該第一組波導管與該第二組波導管之其中一者為可移動。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一組波導管與該第二組波導管物理上相同。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：計算該些第一響應訊號之多種時域與頻域特性的至少其中一者；以及判定可對應於該第一目標測量位置內該些自旋波特性的一種材料厚度、一種材料完整性測量值、一種類別型態之製造缺陷、與一種製造流程統計的至少其中一者。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該類別型態之製造缺陷為一垂直線缺陷、一水平線缺陷、以及一點陣列缺陷的其中一者。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：提供一個第二偏磁場；同時將該樣品之該第一目標測量位置曝露於該第一偏磁場、以及該第一幅射和該第一組圖案化結構元件所產生之第二輻射中的其中一者，藉此激發該第一目標測量位置內的多個自旋波；偵測一個第二響應訊號，該第二響應訊號對應於該第一目標測量位置內所激發該些自旋波的一種性質。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：移動該樣品；將該樣品的一個第二目標測量位置曝露於該第一偏磁場與一個第二偏磁場中的其中一者，同時使該樣品的該第二目標測量位置曝露於該第一幅射與該第一組圖案化結構元件所產生之第二輻射的其中一者，藉此激發該第二目標測量位置內的多個自旋波；偵測一個第二響應訊號，該第二響應訊號對應於該第二目標測量位置內所激發該些自旋波的一種性質；以及判定一件樣品中出現一製造缺陷，該製造缺陷對應於該第一目標測量位置內所激發該些自旋波的該性質，其中該第二幅射包含微波輻射以及無線電頻率輻射的其中一者。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中移動該樣品包含以下其中一者：移動該樣品而該第一組圖案化結構元件維持不動，以及移動該第一組圖案化結構元件而該樣品維持不動。
  15. 一種應用自旋波之度量設備，包含：一個偏磁場單元，可設置而在一個空間自旋波發生區內提供一組偏磁場；一個第一組圖案化結構元件，可設置而在該空間自旋波發生區內提供輻射，該第一組圖案化結構元件是根據多種微米製造技術與多種奈米製造技術的至少一種所製作，其中該輻射包含微波輻射以及無線電頻率輻射的其中一者；一個樣品載台，可設置而承載一件樣品，以致該樣品的一個第一目標測量位置可配置在該空間自旋波發生區之內； 一個響應訊號發生設備，可設置而產生一個響應訊號，該響應訊號於該樣品設置於該空間自旋波發生區內時對應於該樣品之該第一目標測量位置內所產生之多個自旋波的一種性質；以及一個處理單元，可設置而判定一件樣品中出現一製造缺陷，該製造缺陷對應於該第一目標測量位置內所激發該些自旋波的該性質。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該第一目標量測位置位於一片晶圓上具有圖案之一顆晶粒內。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之設備，進一步包含一組信號發生器。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之設備，其中該第一組圖案化結構元件包含一個第一組波導管，可連接於該組信號發生器。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之設備，其中該第一組波導管包含複數個電性獨立的波導管，可連接於該組信號發生器。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之設備，進一步包含一個開關單元，可將該第一組波導管內複數個電性獨立的波導管連接至一個單獨的信號發生器。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之設備，其中該組信號發生器包含複數個信號發生器。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該響應訊號發生設備可設置為偵測通過該樣品傳輸之輻射與該樣品所反射之輻射的其中一者。
  23. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該響應訊號發生設備可設置為藉由磁感應而產生一個電壓訊號，以對應於該第一目標測量位置內之多個自旋波的一種性質。
  24. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該響應訊號發生設備包含一個第二組圖案化結構元件，可根據多種微米製造技術與多種奈米製造 技術的其中一種所製作，以及其中該樣品載台可設置而相對於該第一組圖案化結構元件以及該第二組圖案化結構元件的至少其中一者移動該樣品。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之設備，其中該第二組圖案化結構元件包含一個第二組波導管。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之設備，其中該第二組波導管包含複數個電性獨立的波導管。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之設備，其中該第一組波導管與該第二組波導管具有相同數目之電性獨立的波導管。
  28. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該樣品載台可設置為移動該樣品，將該樣品的一個第二目標測量位置定位在該空間自旋波發生區內。
  29. 如申請專利範圍第15項所述之設備，進一步包含一種移位設備，可設置而移動該第一組圖案化結構元件，而該樣品保持不動。
  30. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該處理單元可進一步設置為判定可對應於該第一目標測量位置內該些自旋波特性的一材料厚度、一材料完整性測量值、一類別型態之製造缺陷、與一製造流程統計的至少其中一者。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之設備，其中該類別型態之製造缺陷為一垂直線缺陷、一水平線缺陷、與一點陣列缺陷的其中一者。
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