CN1662808A - 用于检测不透明膜层埋覆缺陷的光学技术 - Google Patents

用于检测不透明膜层埋覆缺陷的光学技术 Download PDF

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Abstract

一样品的一局部区域被聚焦加热用以产生暂时的物理变形。当该被加热的区域冷却至一基线(baseline)温度的同时，该结构的表面由时常使用一或多个探测光束来照射该被加热的区域并检测回返光线而来加以光学监视。在某些实施例中，在该结构内随着时间而变化的热消散与光学反射性的间有相互关系。在其它的实施例中，该结构的表面变形与该表面的光线散射变化有相互关连。在施用一抽运脉冲(pump pulse)及不多于三个探测脉冲之后，一随时间改变(time varying)的回返光线讯号被拿来与一来自一参考表面的回返光线讯号相比较。这两个讯号之间的偏差可指出该样品中的一个异常之处。从这些讯号及它们被比较的衰减常数可建构出第一级指数衰减曲线。

Description

用于检测不透明膜层埋覆缺陷的光学技术
技术领域
本发明有关于半导体组件的制造。特别是，本发明有关于在非均质结构中，如在多层式的集成电路中，表面缺陷的检测。
背景技术
半导体结构在图案化处理之前，期间及的后都被检查。集成电路组件中的图案化的金属膜层通常是使用一镶嵌技术来产生的，在该镶嵌技术中一图案被蚀刻到一绝缘的介电层中，接着用数种标准的沉积技术，如化学气相沉积(CVD)，物理气相沉积(PVD)，或电子铜电镀(ECP)中的任何一种来填充该图案。在此处理的过程中，缺陷会被产生在该金属内或底下，如气隙，介电层的填充不足或蚀刻不足，以及其它与接口有关的缺陷会被产生。
大体上，这些缺陷使用光学检查技术是无法直接接近的，因为这些表面层是不透光的。某些程度而言，它们可使用扫描式电子显微镜(SEM)，或电子束检查(EBI)来加以检测。虽然有时候可用SEM看到被埋覆的缺陷，但该技术是被设计来在一基材或晶圆上的特定位置上进行评估的用，而不是用来扫描。EBI是一种使用一扫描的电子束的检查技术，该电子束可扫描一整个晶圆的绝大部分用以自动地找到缺陷。原理上，它可看到SEM工具看到的任何东西。然而，EBI工具对于制造生产而言太慢且昂贵。它们典型地被使用在产品开发阶段的研究及开发上。
在美国专利第4,710,030号中提议使用一短的，非破坏性的激光脉冲(持续时间0.01-100ps)的抽运光束来在一待测的结构中诱发一热-弹性变形，或应力波，并使用一被导向该变形区域的低功率激光探测束监视该结构的暂时反应。由分析该回返的探测束的强度，有关于缺陷及该结构的其它特征的信息就可被推导出来。
除了短脉冲诱发的应力波的反射的外，气隙及界面缺陷在响应一抽运光束(pump beam)上也会产生其它已知的物理效应，如在声音传播上的改变及降低热消散。这些效应在Pico-second Ultrasonics，Grahn et al.，IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol.25 No.12，pp.2562-2568(Dec.1989)文件中被讨论到。
美国专利第5,633,711号揭示另一种监视一结构对于打击(impinge)在该结构上且局部地加热的激发激光脉冲的该暂时反应的例子。在此揭示中，除了探测光束的强度的外，诸如声音震荡及极性扰动等现象都被列入考虑。
揭示在上述专利中的技术的一缺点为检测讯号中的一低讯号/噪声比(SNR)。有该抽运光束所产生的应力波与反射性的非常小的改变有关联(被表达为该光线落在该表面上的百分比)。其数值范围典型地落在1×10-6至1×10-4之间。因此，由在一相对长的时段中，如每一检测点一秒钟，重复该检测程序以对于该不佳的SNR进行补偿是必要的。重复该检测程序对于获得有意义的数据而言是有必要的。又，该重复的频率本身是受限在性能周期之间，在该检测单元内实施机械性调整所需时间。因此，对于全晶圆检查而言，评估一结构所需的时间即变得不切实际地长。
美国专利第6,320,666号揭示一种强度经过调制的抽运激光束，其被聚焦在一样品上用以周期性地激发该样品。用该抽运光束来周期性的加热可在该样品表面上产生一随时间改变的变形。一从第二激光获得的探测激光束被聚焦在该样品上的被周期性地加热的区域。该抽运及探测光束被间隔开来，且该探测光束在该被调制的加热的频率下经历一周期性的角度偏向。一光电检测器被提供用以监视该探测光束的被反射的功率并产生一响应的输出讯号。该输出讯号被过滤且被处理用以提供该样品的经过调制的光学反射性的测量。一转向设备被提供用以调整该抽运光束及探测光束照在该样品表面上的位置点。该转向设备被用来将该光束点从重迭，对齐的位置移动到一分离达约10微米的位置。测量可在光束点被逐渐地改变时，或在独立的分离间隔处，进行。该专利也提议由改变抽运光束的调制频率来增加信息，及由使用色彩变化的光源在多个波长下获得独立的反射性测量值。
美国专利第5,748,317号揭示了使用时间延持的激光抽运光束及探测光束来决定薄膜的热特性。反射比及其它光学特性的测量被用来估算一薄膜的Kapitza电阻。有关于该薄膜的结构的接口或其内的接口系得自于仿真或得自于另一样品的参考数据来作成。该技术需要从一样品得到量化的结论。这是相当耗时间且复杂，且对于生产线输出的快速量化评估而言并不理想，因为生产在线有大量的晶圆或类似的样品需要被快速地评估。
在美国专利第6,253,621号建议分析产生于一受测的样品中响应一脉冲式激光的声波，该激光被导向该样品上的一微小点。声波被检测且该有传导性的结构的一部分的折射部分的一声音指标然后被空间地图映至该样品上。该专利声称，缺陷可通过样品内比较(intra-samplecomparision)，或通过与一已知是无缺陷的组件相比较而被检测出来。
上述的传统技术需要大规模地分析与时间相关的讯号。这些分析是缓慢且昂贵的。
发明内容
本发明改善了在非均质结构中，如在多层式的集成电路中的次表面缺陷的检测质量及速度。
本发明检测在非均质的结构中，如在多层式的集成电路中，的被埋覆的缺陷而无需依赖高敏感度且昂贵的与时间相关的讯号的分析。
本发明提供一种方法及系统，用来瞬间地加热一待测结构的一局部地区并由此产生一物理变形于其内。当该被加热的区域冷却至一基线(baseline)温度的同时，该结构的表面由时常使用一或多个探测光束来照射该被加热的区域并检测回返光线而来加以光学监视。在某些实施例中，在该结构内的热消散与光学反射性的随着时间的变化有相互关连。在其它的实施例中，该结构的表面变形与该表面的光线散射变化有相互关连。得自于被散射的或被反射的光线的光电检测器的数据，以及被决定的衰减常数建构出一第一级指数的衰减曲线由。通过使用一扫描装置依序地将抽运光束及探测光束施用至该结构的许多区域上可产生一地图。该结构的状况然后可通过将局部衰减常数的该地图与得自于一无缺陷结构的地图相比较来加以评估。依据本发明，无需建构该样品的实际热特性的判断，或将该Kapitza电阻量化。相反地，本发明通过使用一抽运-探测技术，在该抽运-探测系统被施用到一样品上时，偏离该抽运-探测系统的被期待的行为的一简单的检测即会有一旗标被发出。该抽运-探测系统被设计成每一画素都可非常快速地获得数据。产出率是通过将一样品中的异常处特征化所需的步骤消除来达成的。对于生产线质量控制而言只要确认有异常处存在即已足够。
本发明提供一种用来评估一样品的光学设备，其包括光束处理镜片，其用来将一脉冲式相干性(coherent)的光束分割成一脉冲式抽运光束及介于一至三束之间的脉冲式探测光束。该抽运光束打击在样品上用以暂时地激发该样品，及该探测光束在该抽运光束打击到该样品上的后的一个时间点打击到该样品上。该光学设被更包含一设置在该探测光束的回返路径上的光电检测器，及一分析器其接收来自于该检测器的讯号，该讯号为光线在该检测器中被检测到的反应。在该样品内的一个异常处是通过介于来自该样品的回返光线与来自于一参考样品的一相应点的回返光线两者间的差异而被标示出来。该分析器可计算该讯号的一与时间相关的函数。
依据该光学设备的一个式样，该光电检测器也被设置在该抽运光束的回返路径上。
依据该光学设备的一个式样，该与时间相关的函数为一第一级指数衰减曲线。
依据该光学设备的另一式样，该分析器进一步决定该曲线的衰减常数。
依据该光学设备的一个式样，回应该衰减常数，该分析器会产生一在该样品内的次表面缺陷的标示。
该光学设备的另一式样包括一扫描机制，用来将该抽运光束及探测光束扫描于该样品上。
依据该光学设备的另一式样，该相干性的脉冲具有一介于100×10-15秒至3×10-12秒之间的持续时间。
依据该光学设备的另一式样，该相干性的脉冲具有一介于100×10-15秒至1×10-9秒之间的持续时间。
依据该光学设备的另一式样，该抽运光束垂直地入射到该样品的一表面上。
依据该光学设备的另一式样，该抽运光束以斜角地入射到该样品的一表面上。
依据该光学设备的另一式样，该光束处理镜片依极性来处理该抽运光束及探测光束。
依据该光学设备的另一式样，该光束处理镜片包括一极性化的分束器用来将该光束分成抽运光束及探测光束，一后向反射器其可反射该探测光束，及一非极性化的分束器其接收经过该后向反射器的探测光束，及接收该抽运光束用以将探测光束及抽运光束结合起来。
依据该光学设备的另一式样，该光束处理镜片以波长来处理该抽运光束及该探测光束。
依据该光学设备的另一式样，该光束处理镜片包括一后向反射器其反射该探测光束，及一分光镜用来将光束分成该探测光束及抽运光束，及用来将该探测光束及抽运光束重新结合起来。
依据该光学设备的另一式样，该光束处理镜片也包括一第二谐波振荡晶体其被设置在该光束的光学路径上。
依据该光学设备的另一式样，该探测光束包括多个暂时被分散的小光束(beamlets)，及该光束处理镜片包括多个设置在该光束的路径上的反射式边缘滤光镜，及多个后向反射器，每一后向反射器都反射一个小光束，及一分光镜其接收经过该后向反射器的小光束，并将小光束与抽运光束结合起来。
依据该光学设备的另一式样，该光束处理镜片包括一对设置在该光束的路径上的衍射光栅用来将一线性调频的频率(frequency chirp)施加于脉冲上。
依据该光学设备的另一式样，该探测光束包括多个暂时被分散的小光束，及该光束处理镜片包括多个设置在该光束的路径上的反射式边缘滤光镜，及多个后向反射器，每一后向反射器都反射一个小光束，且进一步包括设置在小光束的路径上的聚焦镜片，其中该小光束以不同的入射角撞击在该样品上。
依据该光学设备的另一式样，有一第一检测器被设置在该探测光束的镜面反射角度范围内及一第二检测器被设置在该探测光束的镜面反射角度范围外。
依据该光学设备的另一式样，该抽运光束的极性不同于该探测光束的极性，且有一第一检测器被设置在该抽运光束从该样品回返的一第一回返路径上，及一第二检测器被设置在该探测光束从该样品回返的一第二回返路径上，其中该第一回返路径的一部分避开该第二回返路径。
依据该光学设备的另一式样，其包括一极化的分束器其被设置在第一回返路径与第二回返路径的一共同部分上。
依据该光学设备的另一式样，该极化的分束器被设置在该抽运光束的镜面反射角度范围之内及在该探测光束的镜面反射角度范围之内。
依据该光学设备的另一式样，该极化的分束器被设置在该抽运光束的镜面反射角度范围之外及在该探测光束的镜面反射角度范围之外。
在该光学设备的一式样中，有一第一探测光束及一第二探测光束，该第一探测光束的波长不同于该第二探测光束的波长。该光学设备包括用于该第一探测光束与该第二探测光束的对波长有反应的集光镜片将该第一探测光束投射在从该样品回返的第一回返路径上，及将该第二探测光束投射在从该样品回返的第二回返路径上。该光学设备有一第一检测器其被设置在该第一回返路径上，及一第二检测器其被设置在该第二回返路径上。
依据该光学设备的另一式样，该集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测光束的镜面反射角度范围内及在该第二探测光束的镜面反射角度范围内。
依据该光学设备的另一式样，该集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测光束的镜面反射角度范围的外及在该第二探测光束的镜面反射角度范围之外。
依据该光学设备的另一式样，该集光镜片被设置在该抽运光束的从该样品回返的第三回返路径上，并包括一被设置在该第二回返路径上的第三检测器。
依据该光学设备的另一式样，该集光镜片包括多个反射式边缘滤光器。
依据该光学设备的另一式样，该集光镜片包括一棱镜。
依据该光学设备的一个式样，该集光镜片包括一衍射光栅。
依据该光学设备的另一式样，该探测光束包括一第一探测光束及一第二探测光束，该第一探测光束相对于该样品的入射角不同于该第二探测光束相对于该样品的入射角。该光学设备进一步包括第一集光镜片及第二集光镜片，它们分别将该第一探测光束投射在从该样品回返的第一回返路径上及将该第二探测光束投射在从该样品回返的第二回返路径上，及其中该检测器包括一设在该第一回返路径上的第一检测器及一设在该第二回返路径上的第二检测器。
依据该光学设备的另一式样，该第一集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测光束的镜面反射角度范围内及第二集光镜片的一集光透镜被设置在该第二探测光束的镜面反射角度范围内。
依据该光学设备的另一式样，该第一集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测光束的镜面反射角度范围之外及等第二集光镜片的一集光透镜被设置在该第二探测光束的镜面反射角度范围之外。
依据该光学设备的另一式样，该检测器也包括第三集光镜片其将该抽运光束投射在从该样品回返的第三回返路径上，并包括一设在该第三回返路径上的第三检测器。
本发明提供用来评估一样品的方法，其包括将一脉冲化的相干性的光线的抽运光束打击到该样品上用以暂时激发该样品，的后将一脉冲化的探测光束打击到该样品的一被激发的区域上，检测该探测光束从该样品回返的回返光线，将该回返光线与来自一参考样品的对应的回返光线相比较，及标示出在该样品中的一异常处的存在以回应该比较。该回返光线的一与时间相关联的函数可被计算出来。
该方法的另一式样包括以极性来处理该抽运光束及该探测光束。
该方法的另一式样包括产生该脉冲化相干性的光线的来源光束，将该来源光束分割用以形成该抽运光束及该探测光束，依据一第一极性将该抽运光束极化，依据一第二极性将该探测光束极化，沿着一延伸到该样品的第一光学路径投射该抽运光束，及沿着一延伸到该样品的第二光学路径投射该探测光束，其中该第二光学路径比该第一光学路径长。
该方法的另一式样包括以波长来处理该抽运光束及该探测光束。
在本发明的另一式样中，该探测光束包括多个被暂时地分散的小光束，借着将该小光束沿着光学路径投射而让小光束打击到该基材上，每一光学路径都延伸至该样品，每一路径都具有一不同的长度，其中该小光束以不同的入射角打击到该样品上。
附图说明
为了更加了解本发明，应参照附图来阅读本发明的详细说明，其中相同的组件在图中被标以相同的组件标号，及其中：
图1显示出依据本发明的暂时照射的后一有缺陷的及一无缺陷的半导体结构的反应；
图2为一光学检查系统的示意图，该系统依据本发明的一被揭示的实施例来建构及操作的；
图3为一适合使用在图2所示的依据本发明的一被揭示的光学检测系统的检测器中的光检测器电路的示意图；
图4为一光学检查系统的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的，其中一抽运光束及一探测光束的极性是不相同的；
图5为一光学检查系统的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的，其中一抽运光束及一探测光束的极性是不相同的；
图6为一光学检查系统的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的，其中通过使用一分光镜一抽运光束及一探测光束依据波长被分割，且藉由使用一后向反射器而被暂时分散；
图7为一光学检查系统的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的，其中通过使用一系列的反射性边缘滤光器及后向反射器，该抽运光束及探测光束依波长被暂时处理；
图8为一光学检查系统的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的，其中通过使用一衍射光栅对，该抽运光束及探测光束依波长被暂时处理；
图9显示出在图8的系统中被产生的脉冲的暂时的分散；
图10为一光学检查系统的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的，其中有多个被暂时地分散的探测光束以不同的角度打击到一基材上；
图11为一用在本发明的实施例中的用来检测被反射的光线的检测子系统的示意图，其中该抽运光束及探测光束根据极性被处理的；
图12为一用在本发明的实施例中的用来检测被反射的光线的检测子系统的示意图，其中该抽运光束及探测光束根据极性被处理的；
图13为使用一系列的边缘滤光器的检测子系统的示意图，该检测子系统是为了要使用在本发明的有多个波长不同的探测光束的实施例中而被建构及操作的；
图14为使用一棱镜的检测子系统的示意图，该检测子系统是为了要使用在本发明的有多个波长不同的探测光束的实施例中而被建构及操作的；
图15为一检测子系统的示意图，该检测子系统是为了要使用在本发明的有多个以不同的入射角打击到一基材上的探测光束的实施例中而被建构及操作的；及
图16为一流程图，其显示依据本发明所揭示的实施例的用来检测在不透光的薄膜中的埋覆缺点的方法。
主要组件符号说明
10最上面的一列          12入射的抽运脉冲
14无缺陷结构            16底下的一列
18结构                  20基材气隙
22抽运脉冲              24，26，28，30，32，34椭圆
36图表                  38曲线
40曲线                  42光学检查系统
44激光源                46脉冲化的光束
47光束处理镜片          48脉冲
50光束转换器            52抽运小光束
54，56探测小光束        58导向镜片
64聚焦镜片              60基材
62扫描仪                66集光镜片
68检测器                70数据取样器
72检测器                         74数据取样器
76分析器                         78光电探测器电路
80光电探测器                     82抽运小光束
84光电探测器                     86探测小光束
88倍增器                         90差分放大器
92线路                           94光学检查系统
96波型锁定的激光源               98光束
100极性化的分束器                102抽运小光束
104探测小光束                    106非极性化的分束器
108后向反射器                    110反射器
112共同路径                      114光学检查系统
116第二谐波振荡晶体              118光束
120分光镜                        122抽运小光束
124探测小光束                    126分光镜
128共同路径                      130光学检查系统
132抽运小光束                    134探测小光束
136共同路径                      138光学检查系统
140，142，144反射式边缘滤光器
146，148，150小光束              152抽运小光束
154，156，158后向反射器          160分光镜
162，164，166反射器              168共同路径
170光学检查系统                  172光栅对
174频率经线性调整的光束          176脉冲
178波峰                          180，182，184波峰
186光学检查系统                  188抽运小光束
190，192，194探测小光束          196，198，200分束器
202分束器                        204，206，208反射器
210，212，214聚焦镜片            216检测子系统
218聚光镜片                      220探测小光束
222被反射的光束                  224角度
226极化的分束器                   228探测小光束
230抽运小光束                     232探测检测器
234抽运检测器                     236检测器
238射线                           240检测子系统
242检测子系统                     244，246，248探测小光束
250反射器                         258，260，262探测检测器
252，254，256反射式边缘滤光器
264抽运小光束                     266抽运检测器
268检测子系统                     270棱镜
272检测子系统                     274抽运小光束
276，278，280探测小光束           288，290，292集光镜片
294检测器                         296，298，300检测器
具体实施方式
在下面的说明中，许多特定的细节被提出用以提供本发明的一完整的了解。然而，对于熟习此技艺者而言将会很明显的是，本发明可在没有这些特定的细节下被实施。在其它的例子中，已知的电路，及控制逻辑并没有被详细地描述以避免对本发明的真正技术特征造成不必要的遮掩。
概论
本案发明人发现在一非均质的结构中，如一集成电路中，的热消散是一极为重要的物理效果，其可被用一特殊的方式加以开发用以检测出被埋覆的缺陷。因为热消散是时间的一平滑函数，分析一讯号只需要一非常小量的与时间有关的测量。在本发明的某些应用中，只要使用到少至1至3个测量及可被快速地达成。该热处理的初始形式并不重要，只要其发生在一相对于该热消散期间而言很短的时间长度的内即可。
本案发明人同时发现，加热的暂时反应对于初始条件并没有非常敏感。因此，一抽运光束的一单一短脉冲可带着足够的强度被输送以进行热消散测量，无需使用到数个脉冲的资源。
表面加热诱发在半导体基材中的反射性的改变及表面变形。在本发明的实施例中，这两个效果可被同步地或分别地测量用以追踪该热消散处理。一探测光束的镜面反射测量对于追踪反射性改变特别有用，及一被偏转的探测光束的测量对于追踪表面变形是特别有用的。
热消散造成该样品的温度以指数的方式衰减，其可被表示为下面的公式
T(t)＝T0e-at                    (1)
其中T为温度，T0为初始温度，t为时间，及a为一衰减常数。不同缺陷，如气隙及界面缺陷，的存在会减缓热消散，降低衰减常数a的值。假设该反射性或表面变形是与温度成正比，则衰减常数a可通过测量一探测光束在两或三个点处的被反射或被散射的强度，并将测量资料套用到一第一级指数衰减曲线中即可加以估算。本案发明人已发现此估算是可行的，且较高级阶的效果可因在制造环境中的质量控制而被忽略。
或者，使用下面的一简化的公式来估算该热衰减也是可行的
α＝[ln(T2-T1)]/(tt-t1)         (2)
当只有2或3个测量时，例如一个抽运光束及只有1或2个探测光束。
现参照图1，图1显示一有缺陷的及一无缺陷的半导体结构的抽运光束照射后的反应，其以剖面的方式示出。最上面的一列10显示出对于在t0时间入射到一无缺陷的结构14上的入射抽运脉冲12在热效果上的反应，其在三个不同时间被示出。底下的一列16显示在具有次表面气隙20的结构上在t0时间接受相同的抽运光束22的后的一相应的结果。椭圆24，26，28代表在该结构14内被消散的热能的前端。椭圆30，32，34代表在该结构18内被消散的热能的相应前端。当前端前进通过结构14，18时，该椭圆的面积变大，被施加的热能被散布到该结构的一愈来愈大的部分上。因此，结构14的被椭圆28围起来的该部分的平均温度小于结构14的被椭圆26围起来的该部分的平均温度。相类似地，椭圆32大于椭圆30，且结构18的被椭圆32围起来的该部分的平均温度小于结构18的被椭圆30围起来的该部分的平均温度。
比较在最上面一列10与底下一列16中的对应的椭圆可看出，一开始在t0时间时椭圆24与椭圆30之间并没有差异，且在时间t1时椭圆26与椭圆32之间只有很小的差异。在时间t2时，椭圆34的面积小于椭圆28的面积，且结构18上被椭圆围起来的部分的局部温度高于结构14上被椭圆28围起来的部分的温度。这在图表36中可以图形清楚看出，该图表是以表面温度TSURF及时间为轴画出的，其中曲线38及曲线40分别对应于结构14及结构18。根据公式(1)，曲线38及40两者都指数地衰减。缺陷结构18的表面温度的衰减比无缺陷结构14的表面温度的衰减慢。曲线40的衰减常数a小于曲线38的衰减常数。
使用一依据本发明的检查工具于一大量生产环境中时，缺陷的精确位置及特征并不是永远都必需被确定。为了某些质量控制的目的，只需要标明有一缺陷存在即已足够。在某些实施例中，一个区陷的存在可藉由指定一预定的可容许的数值范围给该衰减常数a来判定，在该范围的外时则该样品即被认定为有缺陷。
在某些适合有图案的半导体晶圆的实施例中，在一样品中的衰减常数a(公式1)的数值被拿来与得自另一样品相应的位置处的数值相比较。衰减常数a(公式1)的数值可与本文中所述的光学讯号的其它面向相结合用以改善产出率及促进一缺陷存在的判断，这在名称为”Multi-DetectorDefect Detection System and a Method for Detecting Defects”的美国专利申请案第10/097,442号中有描述，该申请案的内容由此参照被并于本文中。例如，该被反射的抽运光束的强度可显示出该光束目前是否有入射到一金属表面上或入射到一介电表面上，后者在检测气隙上是不被关注的。在某些实施例中，反射信息可被回馈到一扫描机(未示出)，该扫描机然后可更快速地前进用以到达一更受关注的区域。
在某些实施例中，揭示于本文中的本发明被结合到一可检查整个晶圆的更为综合性的系统中，该系统包括使用传统的激光散射检测装置的子系统。此一综合性的系统可同时检测表面缺陷，如微粒及刮痕，以及被埋覆的缺陷。
实施例1
现参照图2，其为一光学检查系统42的示意图，该系统依据本发明的一被揭示的实施例来建构及操作的。图2显示数个对于揭示于下文中的其它实施例而言是共同的特征。这些共同特征的细节为了简明起见将不会被重复。
一模式锁定的激光源44射出一光线(其被示意地以脉冲48示出)的脉冲化的光束46。该激光源44可以是一Vitesse波型锁定的Ti:青玉激光，其可在800nm的波长下产生100×10-15秒的脉冲，或一DPM-1000 DPSS波型锁定的Nd:YVO激光，其可在1047nm的波长下产生3×10-12秒的脉冲。这两种激光源都可从设在美国加周Santa Clara市的Coherent公司购得。在某些实施例中，激光源44可产生具有一持续时间介于100×10-15秒至1×10-9秒的间的脉冲。或者，脉冲式非相干性的光线的来源可被用来产生该光束46，但具有DIC结构的实施例除外。
光束46进入光束处理镜片47，其包括一光束转换器50其可将光束46分割成一抽运小光束52及一或多个探测小光束，其代表性地被标记为探测小光束54，56。该光束转换器50也将探测光束54，56相对于该抽运光束52延迟不同的时间长度，并进一步处理该抽运光束52及探测光束54，56而能够以其它的特性来区别它们。光束处理镜片47也包括检测镜片58及聚焦镜片64。
在系统42的某些实施例中，光束46的分割可通过改变小光束的极性来达成。在这些实施例中，只有两种极性状态，使得只有一抽运小光束及一探测小光束被形成，如小光束54。这被执行使得抽运小光束52的极性不同于探测小光束54的极性。然而，在晶圆中的被图案化的金属互联机层典型地具有长且平行的导体，它们对于正交的极性有不同的反应。当测试这些结构时，极性的消散就不是区别抽运小光束52与探测小光束54的好方法了。
在系统42的其它实施例中，抽运小光束52与探测小光束54，56系依据波长来加以处理。来自波型被锁定的激光的短激光脉冲包含一有限的镜面反射范围，使得不同的波长可从光束46本身内被选取。或者，光束46可经历一或多次非线性的混合处理，如第二及第三谐波振荡，用以产生一组脉冲化的探测小光束54，56，这两者都与该抽运小光束52完全地同步，而抽运小光束52与探测小光束54，56是用波长来区分彼此。
在系统42的其它实施例中，检测镜片58会造成抽运小光束52与探测小光束54，56以不同的角度打击到一基材60上。然后使用多个检测器来区别探测小光束54，56，每一检测器都设置成只收集一小光束的镜面反射。此技术适合检测来自于表面变形的被散射的光线，如果来自该镜面反射的散射角度很小的话。
在系统42的所有实施例中，抽运小光束52与探测小光束54，56都被暂时地分散，使得其内的脉冲每一个都占据介于该激光源44所发射的连续脉冲之间的时间间隔的一段独一无二的子时段。在施加该抽运小光束52的后，探测小光束54，56系在不同的时间入射到该基材60上。利用每一小光束在不同时间的反射及散射可提供有关于在该基材60中的热消散的信息。施加到探测小光束54，56的最大时延必需小于介于光束46(及抽运小光束52)的连续脉冲之间的时间间隔T，用以在每一组抽运光束与探测光束之间维持一因果关系。介于光束46的脉冲之间的最佳时间间隔及介于探测小光束54，56之间的时延都与应用相关联，其都是以待测的基材60的组成为依据。介于光束46的脉冲之间的时间间隔最好是该热衰减的至少10个半衰期，用以确保每一连续的抽运小光束是到达一几近完全放松的表面上。又，一被用来将小光束扫掠过该基材60的扫描仪典型地被调整，使得连续的抽运小光束在该基材60上有部分的重迭。更佳的是该重迭是大部分的或甚至是完全重迭。在任何例子中，被探测小光束54，56所覆盖的区域不应延伸出过抽运小光束52所覆盖的区域。在抽运小光束52与探测小光束54，56之间的时延是通过在将它们导引至该晶圆上的前让每一小光束延着不同长度的光学路径前进来产生的。某些已知的光学迟延的方法为自由空间迟延路径，光纤传输路径迟延，及使用一对衍射光栅或棱镜来施加一不同的迟延时间到不同的光谱构件上的线性调频(chirped)脉冲展宽器。
扫描仪62将抽运小光束52与探测小光束54，56相对于基材60移位用以检查一给定的基材60的区域，且导引镜片58及聚焦镜片64让抽运小光束52与探测小光束54，56照射在基材60上。抽运小光束52与探测小光束54，56可正交地或倾斜地照射到基材60的表面上。
扫描仪62(其可以是任何传统的光学偏转系统，如一振荡镜子，转动的多面镜子，或声光偏转器)在一主要扫掠方向上将抽运小光束52与探测小光束54，56移动横越该基材60。在某些实施例中，扫描仪62可以是一二维扫描仪，在该例子中机械桌台可被省略。此外，通过使用传统的扫描技术，在基材60与抽运小光束52及探测小光束54，56之间的相对旋转及移动运动的许多结合可被利用，用以最佳地扫描该基材60的不同的区域。例如，扫描仪62可被程序化用以整个跳过基材60上可被容忍的区域，或可在基材60上的不甚关键区域稀疏地取样，而在重要区域作彻底地或重复地扫描。在一次要扫描方向上(典型地是与主要扫描方向正交的方向)的移动典型地是通过将基材60相对于聚焦镜片64作机械式地位移来达成。这可利用一适当的机械桌台的完成。
在抽运小光束52及探测小光束54，56的镜面反射角度范围内的光线从该基材60回返至集光镜片66且被一检测器68及一数据取样器70检测到及处理。非必要地，一额外的检测器72及数据取样器74可被提供给被基材60散射的光线用。
数据取样器70，74的输出被连结到一适当的分析器，其让指数曲线接近检测器68，72的检测信息。分析器76可具有多个输出通道，且可包括输出装置，如显示器及绘图机(未示出)，用来显示曲线及将该衰减常数a(公式1)的局部数值图映到该基材60的表面上。此分析器在此技艺中是已知的。例如，可从设在美国加州Santa Clara市的Applied Materials公司购得的CompassTM晶圆检查系统内的数据分析硬件与软件即适用在分析器76上。应被了解的是，在下文中所揭示的检测方式中，在操作时，不同的检测器被耦合到该分析器76，典型地系透过数据取样器，其细节为了简明起见而被省略。
在基材60上被抽运光束52照射的点的轮廓及被探测小光束所照射的点的轮廓对于测量有重大的影响。如在参照图1的说明中所揭露的，紧接在局部照射的后的热扩散同时垂直及侧向地发生。埋覆的缺陷及界面只要是影响垂直的扩散。热的侧向扩散实际上是降低用检测器68及72所作的测量的有效性。因为扩散与基材60内的温度梯度有关，所以侧向扩散可通过抽运小光束52的轮廓，如平顶形状，使其所照射的抽运光点具有低的侧向强度梯度来将其最小化，其中一包含至少80％的入射能量的区域内的差异在5％的内。侧向消散然后主要发生在该抽运光束光点的边缘。因此，当偿试要检测次表面气隙时，该聚焦镜片64被建构成，由探测小光束54，56照射的光点被局限在一探测区域内，该探测区域小于该抽运光点且被定在该抽运光点的中心。垂直的消散是在此一探测区域内可被见到的主要效果。在另一方面，当偿试要使用从探测小光束54，56被散射的光线来检测表面变形时，则一平顶形的抽运小光束52可能并非是最佳的，因为一侧向热梯度是所想要，用以产生所需要的变形。
在系统42的某些实施例中，基材60的表面变形也可使用极性化的抽运-探测小光束来加以检测。抽运小光束52及探测小光束54，56被安排成一差分干涉对比(DIC)结构，在此例子中该激光源44必需产生相干性的光线。由波长相同的抽运小光束及探测小光束(或两个探测小光束)回返的回返光线脉冲必需被初始地调整，使得该二小光束在振幅上大致相同且在时间上重迭用以在小光束打到该基材60的一无缺陷区域上时有意地产生破坏性的干涉。小光束的极性也应被转动，使得它们彼此相匹配。时延被加以调正使得小光束产生标称(nominal)的破坏性干涉，用以提供一零背景讯号。当抽运小光束被入射时，该检测器送出对应于每一探测小光束的讯号然后组成该表面基材60相对于其本身在t0时间的位置的位移的干涉测量。当热缓和随着时间发生时，相对的表面位移指数地接近零。
提供一平衡的光电检测器安排于该系统42内是所想要的，用以降低DC偏移量并改上SNR。现参照图3其为一适合使用在依据本发明的一被揭示的的检测器68，72中的光电探测器电路78的示意图。光电检测器80接收一被反射的抽运小光束82，及一光电检测器84接收一被反射的探测小光束86。一可变的增益调整器88被设置在抽运小光束82及探测小光束两者的光路径中的一路径上用以平衡光电检测器80，84的讯号输出。大体上，抽运小光束82及探测小光束86在时间上被分开一时延tdelay，其相对于该检测器频宽而言是很短的，使得检测器对于此时延不敏感。光电检测器80，84的输出被馈送到一差分放大器90中，该差分放大器可产生一输出讯号于电线92上，该输出讯号代表光电检测器80，84的输出的间的差异。为了要校准该电路78，该时延tdelay被设定为0且可变的增益调整器88被调整用以让该差分放大器90的输出为无(null)。一由设在美国加州San Jose的New Focus公司所制造的型号为1807的平衡的光电接收器可被使用在检测器68，72中以达成电路78的目标。
实施例2
现参照图4，其为一光学检查系统94的示意图，该系统系依据本发明的另一实施例来建构及操作的。一波型锁定的激光源96射出一变动地极性化的输出光束98其具有一所想要的输出强度比，这将于下文中说明。或者，一脉冲化的非相干性光源可被用来产生该光束98，除了具有一DIC结构的实施例的外。光束98被一极性化的分束器100分割成一抽运小光束102及一探测小光束104。抽运小光束102的强度对探测小光束104的强度比可通过调整光束98的极性来加以调整。该抽运小光束102进入到一无极性的分束器106中，通过该聚焦镜片64，照射在该基材60上。抽运小光束102可垂直地或斜角地照射在该基材60上。该探测小光束104通过一后向反射器108且被一反射器110被反射朝向该分束器106。该后向反射器108是可调整的，用以提供一长度可改变的路径，并用以提供该探测小光束104相对于该抽运小光束102一可变的时延。该抽运小光束102及探测小光束104在该分束器106中被再度对齐，以沿着一共同的路径112前进，该共同的路径112通过该聚焦镜片64，到达该基材60。该共同的路径112可直角地或斜角地打在该基材60的表面上，及该抽运小光束102可偏离该探测小光束104。
在系统94中，分束器100及后向反射器108组成一光束转换器，其利用极性及时延两者来处理光束98。系统94的探测方式可以是下文所揭示的任何一种探测方式。
实施例3
现参照图5，其为一光学检查系统114的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的。系统114的许多与系统94(图4)相同的细节将为了简明的原因而不再重复说明。在系统114中，脉冲48经历谐波振荡，用以产生一组脉冲化的探测小光束，它们都与该抽运小光束完全地同步且是用波长来区分彼此。光束46通过一第二谐波振荡(SHG)晶体116。因此，一出射的光束118具有两个不同的、谐波地相关联的频率组成。光束118被一分光镜120分成一抽运小光束122及一探测小光束124，该探测小光束124具有一频率，其为该抽运小光束122的第二谐波。或者，该抽运小光束122可以是该探测小光束124的第二谐波。探测小光束124被该后向反射器108及反射器110重新导向。该抽运小光束122进入到另一分光镜126中并在该处与探测小光束124重新被对齐，以沿着一共同的路径128前进，该共同的路径128通过该聚焦镜片64，到达该基材60。该共同的路径128可直角地或斜角地打在该基材60的表面上，及该抽运小光束可偏离该探测小光束。
在系统114中，该晶体116，该分光镜120及后向反射器108组成一光束转换器，其利用极性及时延两者来处理抽运小光束122及探测小光束124。系统114的探测方式可以是下文所揭示的任何一种探测方式。
在某些实施例中，晶体116可被视为一用来产生第三谐波的晶体。此外，晶体116可被视为多个谐波振荡晶体，每一晶体在其本身的光学路径上，使得多个波长被离散的探测小光束可被产生。
实施例4
现参照图6，其为一光学检查系统130的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的。系统130与系统114(图5)相类似，但晶体116被省掉了。
系统130展示的事实为，该超快的脉冲48天生地包含一大的光谱带宽，其具有一最小带宽Δω，其被界定为 Δω · τ ≅ 1 . 光束46被分光镜120分成一抽运小光束132及一探测小光束134，抽运小光束132具有不同于探测小光束134的频率组成。探测小光束134被该后向反射器108及反射器110重新导向。该抽运小光束132进入到另一分光镜126中并在该处与探测小光束134重新被对齐，以沿着一共同的路径136前进，该共同的路径136通过该聚焦镜片64，到达该基材60。该共同的路径136可直角地或斜角地打在该基材60的表面上，及该抽运小光束132可偏离该探测小光束134。
在系统130中，分光镜120及后向反射器108组成一光束转换器，其利用极性及时延两者来处理抽运小光132束及探测小光束134。系统130的探测方式可以是下文所揭示的任何一种探测方式。
实施例5
现参照图7，其为一光学检查系统138的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的。在系统138中，一系列的反射式边缘滤光器140，142，144接收该光束46，并产生多个小光束146，148，150，及一抽运小光束，每一小光束都具有一独一无二的波段。小光束146，148，150分别被后向反射器154，156，158所接收。小光束146，148，150然后被反射器162，164，166导引至一分光镜160，在该处它们重新与抽运小光束对齐用以沿着一共同的路径168前进。
后向反射器154，156，158形成自由空间延迟路线。它们被设置成让小光束146，148，150，及抽运小光束152的光学路径的长度都不相同。因此，反射式边缘滤光器140，142，144及后向反射器154，156，158共同构成一供光束46使用的时间及波长光束转换器。
该共同的路径168通过该聚焦镜片64，到达该基材60，每一组成在不同的时间到达。该共同的路径168可直角地或斜角地打在该基材60的表面上，及该抽运小光束可偏离该探测小光束。系统114的探测方式可以是下文所揭示的任何一种探测方式。
实施例6
现参照图8，其为一光学检查系统170的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的。在系统170中，一对平行的衍射光栅对172被设置在该光束46的路径上。光栅对172导入一组迟延，延展该脉冲48，用以产生一频率被线性调频的光束174。光栅对172通过选择介于光栅之间的距离，光束46的入射角，及光栅周期来建构的，用以在介于激光源44所发出的连续的脉冲之间的时间间隔内分割该脉冲。光束174实际上是由一串脉冲176组成，所有这些脉冲都发生在时间间隔T内。
在系统170中，光栅对172构成的一光束转换器，其利用极性及时延两者来处理光束46。或者，一棱镜对可被相同的目的而被使用，这在此技艺中是已知的。系统170的探测方式可以是下文所揭示的任何一种探测方式。
现参照图9，其为显示脉冲48(图8)的时间分散的图表。一代表在该串脉冲176中的第一个脉冲的波峰178为一抽运脉冲。接下来的波峰180，182，184为探测脉冲。波峰178，180，182，184的每一者都具有一不同的波段，且被不同地迟延。
实施例7
现参照图10，其为一光学检查系统186的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的。在此实施例中，光束46分别被分束器196，198，200分成抽运小光束188，及多个探测小光束190，192，194。抽运小光束188被导向镜片58导引而通过一分束器202及聚焦镜片64，且直角地或斜角地撞击到该基材60上。
每一分束器196，198，200的相对反射性及透射性典型地被选择(但并非必要)，使得所有小光束190，192，194都具有相同的强度。小光束190，192，194分别被后向反射器154，156，158反向反射。小光束190，192，194然后分别被反射器204，206，208重新朝向基材60导向，通过聚焦镜片210，212，214。反射器204，206，208被安排成可让小光束190，192，194以不同的角度入射到基材60上。由小光束190，192，194及抽运小光束188所照射的光点可以相重迭，或以许多不同组合的方式相偏移。
后向反射器154，156，158形成自由空间延迟线路。它们被设置成可让小光束190，192，194的光学路径的长度互不相同。因此，分束器196，198，200，后向反射器154，156，158及反射器204，206，208共同组成一供光束46用的时间光束转换器。系统186的探测方式可以是本文所揭示的任何一种探测方式。系统186所代表的实施例的优点为，其不需要有多个波长来供小光束190，192，194用。因此，一窄频谱激光可被用作为激光源44。又，被反射的小光束的间有良好的自然分隔，消除了在共线实施例中的串音(crosstalk)可能。在某些应用中，串音可通过使用小光束190，192，194的角度及空间分离被进一步降低。
实施例8
现参照图11，其为一探测子系统216的示意图，该子系统被建构及操作以使用在本发明的实施例中。子系统216在抽运及探测小光束是依据极性来加以处理的本发明的实施例中，如系统94(图4)，是特别有用的。子系统216参照图4来加以说明，应被了解的是，所揭示内容可被应用到其它的实施例中。
光束集光镜片218被安装在抽运及探射小光束220的镜面反射角度范围内用，如探测小光束104(图4)，用以捕捉从基材60回返的抽运及探测小光束。该镜面反射角度范围是用一角度224来代表。该集光镜片218与聚焦镜片64(图4)的镜片可以是相同的或是不相同的镜片。光束222进入到一极性化的分束器226，在该处光束222被分为抽运小光束230及探测小光束228，它们分别被抽运检测器234及探测检测器232所探测。如上文提及的，抽运检测器234及探测检测器232可以是快速单一组件检测器或快速影像检测器。收集来自于抽运检测器234的有关于抽运小光束230的信息的目的为建立在t＝0时的基线状态。抽运检测器234在最初温度升高时查看基材，并提供一参考值给探测检测器，补偿不同样品的间导因于表面粗糙度，线宽，图案上的精确位置等所造成的差异。这些物理特性会造成讯号上的变化，这些变化与热效应无关。这些效应可通过将探测讯号除以抽运讯号来产生正规化的讯号而来加以去除。又，如上文提及的，导因于温度改变的讯号是相对地小且是被载负在一较大的DC讯号上。来自抽运小光束230的该DC组成可用平衡的光电检测器(如实施例1中所提及的)来从探测小光束中撷取出来。探测检测器232收集在时间间隔T期间在不同点的信息用以建立施加到目前被照射的基材区域上的衰减常数a(公式1)。
一检测器236被设置在该角度224的外并检测从抽运小光束及探测小光束被散射出来的光线。一快速单一组件检测器可被用作为该检测器236。或者，检测器236可以多个检测器来实施，这些检测器被设置在围绕在该被照射的点周围的不同的位置上。检测器236应离该镜面反射角度愈远愈好。非必要地，该包括在入射光束及一从基材60指向检测器236的射线238内的角度应为90度。更小的角度也可被使用，但介于入射光束与该射线238的间的角度应至少是照射镜片的NA的两倍大，其为照射圆锥的一半角度。
实施例9
现参照图12，其为一检测子系统240的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的。该子系统240与子系统216(图11)相类似。然而，在子系统240中，抽运及探测小光束220是从角度224的外到达该基材60。该探测检测器232及抽运检测器234是检测被散射而不是被反射的光线。一额外的检测器236可被用来检测从该抽运及/或探测小光束被散射的光线。探测检测器232及抽运检测器234应收集在被镜面反射的光线圆锥内但被偏心的光线。例如，通过使用一偏离法向(normal direction)±10度的照射圆锥，该集光镜片应收集±2度的角度，其中心在该法向角度的一侧2度的位置。探测小光束也被位移至该抽运小光束的一侧约该小光束的直径的1/2处，用以接收因表面扭曲所造成的偏转。在此实施例中，抽运及探测小光束并没有完全重迭。
实施例10
现参照图13，其为一检测子系统242的示意图，该系统系依据本发明的另一实施例来建构及操作的。该子系统242在探测小光束依波长被处理的系统中，如系统114(图5)，是特别有用的。
从基材60被散射或被反射的光束222通过集光镜片218。光束222的组成且具有不同的波长的探测小光束244，246，248被反射器250重新导向通过一系列的反射式边缘过滤器252，254，256而到达相应的探测检测器258，260，262。反射式边缘过滤器252，254，256每一个都被建构成可将一探测小光束244，246，248重新导向并容许其它的探测小光束持续向前。该光束222的另一组成的抽运小光束通过每一反射式边缘过滤器252，254，256并继续朝向一抽运检测器266。因为光束222的探测小光束组成已被反射式边缘过滤器252，254，256预先整理，所以检测器258，260，262不需要是波段可选择的。
在该子系统242中，集光镜片218可位在该入射抽运及探测小光束的镜面反射角范围之内或之外。在后者的例子中，检测器236如果有必要的话可被省略，或当检测器258，260，262，266已被用作为暗域检测器时，其可被用来收集被镜面地反射的光线。
实施例11
现参照图14，其为一检测子系统268的示意图，该系统依据本发明的另一实施例来建构及操作的。该子系统268与子系统242(图13)相类似，并提供光束222的波长分散。然而，在子系统268中，这是通过使用一棱镜270取代边缘过滤器252，254，256(图13)来达成的。此技艺中所已知的其它色散组件，如一光栅，也可被用来取代棱镜270。
在子系统268中，集光镜片218可位在该入射抽运及探测小光束的镜面反射角范围之内或之外。在后者的例子中，检测器236如果有必要的话可被省略，或当检测器258，260，262，266已被用作为暗域检测器时，其可被用来收集被镜面地反射的光线。
实施例12
现参照图15，其为一检测子系统272的示意图，该系统系依据本发明的另一实施例来建构及操作的。在子系统272中，一抽运小光束274通过聚焦镜片64到达基材60。抽运小光束274可通过使用本文中所揭示的任何实施例来产生，且可法向地或斜角地打击到基材60的表面上。多个探测小光束276，278，280分别被聚焦镜片282，284，286导引至基材60上。探测小光束276，278，280可用本文中所揭示的可得到多个空间上隔离开来的探测小光束的实施例来产生。例如，系统186(图10)即是适当的例子。或者，探测小光束276，278，280可使用任何可产生多个脉冲化的光束的方法来产生。应被了解的是，子系统272并不适用于DIC结构。
基材60上由探测小光束276，278，280所照射的光点可与子系统272所照射的光点相迭合，或用多种不同的方式彼此偏离。在任何一种情况中，探测小光束276，278，280相对于基材60的入射角是不相同的。探测小光束276，278，280在检测器258，260，262上的一给定点处的反射角因而相应地不同。
探测小光束276，278，280的被反射的光线分别通过集光镜片288，290，292。抽运小光束274的反射过该聚焦镜片64回返。在某些实施例中，分离的集光镜片(未示出)可被包括在抽运小光束274的反射路径内。每一集光镜片288，290，292都位在探测小光束276，278，280的镜面角范围的外，除了其各别的探测小光束之外。
抽运小光束274的反射是被检测器294检测到的。探测小光束276，278，280的反射是分别由被适当地放置的检测器296，298，300来检测的。在检测器296，298，300作为暗域检测器的实施例中，它们是光电倍增管。当检测器296，298，300检测镜面反射时，它们是光电倍增管，但因为来自该被反射的小光束的相对大的讯号，其最好是PIN二极管用以达到一高动态范围。
在上面的揭示中，集光镜片288，290，292被放置在它们各自的探测小光束276，278，280的镜面角范围内用以评估被反射的光线。或者集光镜片288，290，292可被放置在所有探测小光束276，278，280的镜面角度范围的外，在此例子中检测器296，298，300是作为暗域检测器的用。在这些实施例中，分离的聚光镜片(未示出)可为了检测器294被提供，或检测器294甚至可被拿掉。
在某些实施例中，探测小光束276，278，280可被暂时地散布，如在本文的不同实施例中提到的是系统170(图8)。
在子系统272其它实施例中，探测小光束276，278，280可同时到达基材60上的相同光点或不同光点，这可简化光束处理镜片。
操作
现参照图16，图16为一流程图，其显示依据本发明所揭示的实施例的用来检测在不透光的薄膜中的埋覆缺点的方法。该方法开始于步骤302，在该步骤中一依据上述的实施例的一所建构的设备被安装。
接下来，在步骤304一参考样品被安装在该设备上。
接下来，在步骤306该样品被扫描至一受关注的点。在某些应用中，该样品的所有的点在一预定的分辨率下被扫描，而在其它应用中，只有被选定的受关注的点才被评估。
接下来，在步骤308，从扫描仪在步骤306被定位的点收集资料。依据在上文中所述的任何一实施例所揭示的，该样品被一如本文中所述的抽运小光束所照射，然后被一连串的探测小光束照射。在某些应用中，只要一探测小光束即足够。依据本发明，在任何一种情况下，所需要的透测小光束不多于三个。从光电探测器取得的原始数据被储存取来。或者，该原始数据可被正规化并加以储存以便于与测试样品比较。或者，一衰减常数可根据公式(1)或公式(2)被计算出来并加以储存。无论选择哪一种方式，来自于测试样品的数据都会接受如下文所述的相同的处理。
现在控制前进到决定步骤310，在该步骤将会作出该参考样品是否仍有多个点待评估的决定。如果在决定步骤310作出的决定是肯定的话，则控制会回到步骤306。
如果在决定步骤310作出的决定是否定的话，则控制会前进到步骤312，一测试样品会以与步骤304中安装参考样品相同的方式被安装在该设备上。
接下来，在步骤314，该扫描仪被定位。与步骤306中所执行的同样的扫描操作在步骤314被执行，用以评估该测试及参考样品上的相对应的点。
接下来，在步骤316，用在步骤308所实施的方式来从该测试样品上目前的点收集资料，其细节将不再重复。
现在控制将前进到决定步骤318，在步骤316得到的数据将与从参考样品的对应点得到的数据作比较。在上文中提到的美国申请案第10/097,442号中所教导的统计方法可被用来实施此比较。或者使用公式(2)的数据简化方法可被使用。在任何例子中，该结果都将与一预定的容限或标准(它们都是随着应用的不同而有所不同)相比较，且将决定在目前的点所作的测量是否超出预定的容限。
如果在步骤318所作的决定是肯定的话，则控制会前进至步骤324，该步骤将于下文中说明。
如果在步骤318所作的决定是否定的话，则控制会前进至决定步骤320，在该步骤将会作出该测试样品是否仍有多个点待评估的决定。
如果在决定步骤320作出的决定是肯定的话，则控制会回到步骤314。
如果在决定步骤320作出的决定是否定的话，则控制会前进到步骤最终步骤322且该处理即在该处结束。后续的测试样品可通过在步骤312处进入到流程图中而被评估，因为参考数据无需被重新收集且制造条件没有被改变。
步骤324是在步骤318的决定是肯定的情形下才会被执行。其结论为有一异常处存在。并不需要采取任何进一步的步骤来描绘该异常处的特征。在生产线的环境中，可能需要立即将该测试样品因其是不合规格而加以剔除。因此，控制前进至最后的步骤322，因为已无需继续扫描来延误制造。或者，可将测试样品的所有异常处标示出来用以更有效地调整制程，或为了其它评估目的需要标示出所有异常处。在这些应用中，控制会前进到决定步骤320，如在图16的流程图中的虚线所示。
本发明并不局限于上文中所示及描述的特定实施例。相反地，本发明的范围包括上文所描述的不同的特征的组合及部分组合，以及一些不在现有技艺中的特征的变化及修改。

Claims (60)

1.一种用来评估一样品的光学设备，其至少包含：
光束处理镜片，其用来将一脉冲式的光束分割成一抽运小光束及一探测小光束，该抽运小光束打击在样品上用以暂时地激发该样品，及该探测小光束在该抽运小光束打击到该样品上的后打击到该样品上；
一光检测器，其被设置在该探测小光束的回返路径上；
一分析器，其接收来自于该检测器的讯号，该讯号为光在该检测器中被检测到的反应，该讯号是用来与从一参考样品获得的对应讯号相比较，其中存在该样品中的异常处是由该讯号与该对应讯号的间的偏差来标示出。
2.如权利要求1所述的光学设备，其中该探测小光束实际上是三个小光束，它们在不同时间打击到该样品上。
3.如权利要求1所述的光学设备，其中该探测小光束实际上是两个小光束，它们在不同时间打击到该样品上。
4.如权利要求1所述的光学设备，其中该分析器被设计成可比较该讯号的第一级指数衰减与该对应的讯号的第一级指数衰减。
5.如权利要求1所述的光学设备，其更包含一扫描机构，用来将该抽运小光束及该探测小光束扫掠过该样品。
6.如权利要求1所述的光学设备，其中该光检测器被设置在该抽运小光束的回返路径上。
7.如权利要求1所述的光学设备，其中该光线的脉冲具有介于100×10-15秒至3×10-12秒之间的持续时间。
8.如权利要求1所述的光学设备，其中该光线的脉冲持续约100×10-15秒至1×10-9秒的时间。
9.如权利要求1所述的光学设备，其中该抽运小光束垂直地入射到该样品的表面上。
10.如权利要求1所述的光学设备，其中该抽运小光束斜角地入射到该样品的表面上。
11.如权利要求1所述的光学设备，其中该光束处理镜片依极性来处理抽运小光束及探测小光束。
12.如权利要求1所述的光学设备，其中该光束处理镜片包含：
一极性化的分束器，用来将该光束分成抽运小光束及探测小光束；
一后向反射器，其可反射该探测小光束；及
一非极性化的分束器，其接收经过该后向反射器的探测小光束，及接收该抽运小光束用以将探测小光束及抽运小光束结合起来。
13.如权利要求1所述的光学设备，其中该光束处理镜片以波长来处理该抽运小光束及该探测小光束。
14.如权利要求1所述的光学设备，其中该光束处理镜片包括一后向反射器其可反射该探测小光束，及一分光镜用来将光束分成该探测小光束及抽运小光束，及用来沿着一共同的光学路径重新导引该探测小光束及抽运小光束。
15.如权利要求1所述的光学设备，其中该光束处理镜片更包含一第二谐波振荡晶体其被设置在该光束的光学路径上。
16.如权利要求1所述的光学设备，其中该探测小光束包括多个暂时被分散的探测小光束，及该光束处理镜片包含：
多个设置在该光束的路径上的反射式边缘滤光镜；
多个后向反射器，每一后向反射器都反射一探测小光束；及
一分光镜，其接收该抽运小光束及通过该后向反射器的探测小光束，用以将探测小光束与抽运光束结合起来。
17.如权利要求1所述的光学设备，其中该光束处理镜片包括一对设置在该光束的路径上的衍射光栅，用来将一线性调频的频率施加于该光束的脉冲上。
18.如权利要求1所述的光学设备，其中该探测小光束包括多个暂时被分散的探测小光束，及该光束处理镜片包含：
多个设置在该光束的路径上的反射式边缘滤光镜；
多个后向反射器，每一后向反射器都反射一被暂时分散的小光束；及
聚焦镜片，其被设置在该被暂时分散的小光束的路径上，其中该被暂时分散的小光束以不同的入射角撞击在该样品上。
19.如权利要求1所述的光学设备，其中该检测器包含一第一检测器，其被设置在该探测小光束的镜面反射角度范围内及一第二检测器其被设置在该探测小光束的镜面反射角度范围外。
20.如权利要求1所述的光学设备，其中该抽运小光束的极性不同于该探测光束的极性，及该检测器包含：
一第一检测器，其被设置在该抽运小光束从该样品回返的一第一回返路径上；及
一第二检测器，其被设置在该探测小光束从该样品回返的一第二回返路径上，其中该第一回返路径的一部分避开该第二回返路径。
21.如权利要求20所述的光学设备，其更包含一极性化的分束器，其被设置在第一回返路径与第二回返路径的一共同部分上。
22.如权利要求21所述的光学设备，其中该极化的分束器被设置在该抽运小光束的镜面反射角度范围的内及在该探测小光束的镜面反射角度范围之内。
23.如权利要求21所述的光学设备，其中该极化的分束器被设置在该抽运小光束的镜面反射角度范围的外及在该探测小光束的镜面反射角度范围之外。
24.如权利要求1所述的光学设备，其中该探侧小光束包含一第一探测小光束及一第二探测小光束，该第一探测小光束的波长不同于该第二探测小光束的波长，并更包含用于该第一探测小光束与该第二探测小光束的对波长有反应的集光镜片，该集光镜片将该第一探测小光束投射在从该样品回返的第一回返路径上，及将该第二探测小光束投射在从该样品回返的第二回返路径上；及
其中该检测器包含一被设置在该第一回返路径上的第一检测器，及一第二检测器其被设置在该第二回返路径上。
25.如权利要求24所述的光学设备，其中该集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测小光束的镜面反射角度范围内及在该第二探测小光束的镜面反射角度范围内。
26.如权利要求24所述的光学设备，其中该集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测小光束的镜面反射角度范围的外及在该第二探测小光束的镜面反射角度范围之外。
27.如权利要求24所述的光学设备，其中该集光镜片被设置在该抽运小光束的从该样品回返的第三回返路径上，并更包含一被设置在该第二回返路径上的第三检测器。
28.如权利要求24所述的光学设备，其中该集光镜片包含多个反射式边缘滤光器。
29.如权利要求24所述的光学设备，其中该集光镜片包含一棱镜。
30.如权利要求24所述的光学设备，其中该集光镜片包含一衍射光栅。
31.如权利要求1所述的光学设备，其中该探测小光束包括一第一探测小光束及一第二探测小光束，该第一探测小光束相对于该样品的入射角不同于该第二探测小光束相对于该样品的入射角，该光学设备更包含第一集光镜片及第二集光镜片，它们分别将该第一探测小光束投射在从该样品回返的第一回返路径上及将该第二探测小光束投射在从该样品回返的第二回返路径上；及
其中该检测器包含一设在该第一回返路径上的第一检测器及一设在该第二回返路径上的第二检测器。
32.如权利要求31所述的光学设备，其中该第一集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测光束的镜面反射角度范围内及该第二集光镜片的一集光透镜被设置在该第二探测光束的镜面反射角度范围内。
33.如权利要求31所述的光学设备，其中该第一集光镜片的一集光透镜被设置在该第一探测光束的镜面反射角度范围的外及该第二集光镜片的一集光透镜被设置在该第二探测光束的镜面反射角度范围之外。
34.如权利要求31所述的光学设备，其中该检测器也包含第三集光镜片其将该抽运小光束投射在从该样品回返的第三回返路径上，并更包含一设在该第三回返路径上的第三检测器。
35.一种用来评估一样品的方法，其至少包含以下的步骤：
将一脉冲化的光线的抽运小光束打击到该样品上用以暂时激发该样品；
然后将一脉冲化的探测小光束打击到该样品的一被激发的区域上；
检测该探测小光束从该样品回返的回返光线；
将另一抽运小光束打击到一参考样品上；
然后将另一探测小光束打击到该参考样品一被激发的区域上；
将该探测小光束的该回返光线与来自该另一探测小光束的回返光束相比较；及
当检测到一介于该探测小光束的该回返光线与该另一探测小光束的回返光束的间的差异时，回报该样品的一异常处出在该样品中的一异常处以作为该比较步骤的响应。
36.如权利要求35所述的方法，其中该探测小光束实际上是两个探测小光束。
37.如权利要求35所述的方法，其中该探测小光束实际上是三个探测小光束。
38.如权利要求35所述的方法，其中该比较步骤包含计算该探测小光束的该回返光线与来自该另一探测小光束的回返光束的一与时间相关的函数。
39.如权利要求38所述的方法，其中该与时间相关的函数为一第一级指数衰减曲线。
40.如权利要求35所述的方法，其更包含决定该曲线的一衰减常数的步骤。
41.如权利要求35所述的方法，其中该光线的脉冲持续约100×10-15秒至3×10-12秒的时间。
42.如权利要求35所述的方法，其中该光线的脉冲持续约100×10-15秒至1×10-9秒的时间。
43.如权利要求35所述的方法，其中该抽运小光束垂直地入射到该样品的表面上。
44.如权利要求35所述的方法，其中该抽运小光束斜角地入射到该样品的表面上。
45.如权利要求35所述的方法，其更包含依极性来处理该抽运小光束及该探测小光束的步骤。
46.如权利要求35所述的方法，其中打击一抽运小光束及打击一探测小光束的步骤是通过以下的步骤来形成：
产生该脉冲化光线的一来源光束；
将该来源光束分割用以形成该抽运小光束及该探测小光束；
根据一第一极性将该抽运小光束极化；
根据一第二极性将该探测小光束极化；
沿着一延伸到该样品的第一光学路径投射该抽运小光束；及
沿着一延伸到该样品的第二光学路径投射该探测小光束，其中该第二光学路径比该第一光学路径长。
47.如权利要求35所述的方法，其更包含依波长来处理该抽运小光束及该探测小光束的步骤。
48.如权利要求35所述的方法，其中该探测小光束包含多个暂时被分散的探测小光束，及该打击出一探测小光束的步骤是由以下的步骤来形成：
将该被暂时分散的探测小光束沿着多个光学路径投射出，每一光学路径都延伸至该样品，且每一路径都具有不同的长度，其中该被暂时分散的探测小光束系以不同的入射角度打击到该样品上。
49.如权利要求48所述的方法，其中检测回返光线的步骤更包含检测该被暂时分散的探测小光束中的一在从该样品回返的一第一回返路径上的第一探测小光束的一第一光线及该被暂时分散的探测小光束中的一在从该样品回返的一第二回返路径上的第二探测小光束的一第二光线。
50.如权利要求49所述的方法，其中该第一回返路径的至少一部分位于该被暂时分散的探测小光束中的该第一探测小光束的一镜面反射角度范围内，及该第二回返路径的至少一部分位于该被暂时分散的探测小光束中的该第二探测小光束的一镜面反射角度范围内。
51.如权利要求49所述的方法，其中该第一回返路径的至少一部分位于该被暂时分散的探测小光束中的该第一探测小光束的一镜面反射角度范围之外，及该第二回返路径的至少一部分位于该被暂时分散的探测小光束中的该第二探测小光束的一镜面反射角度范围之外。
52.如权利要求48所述的方法，其中该检测回返光线的步骤更包含检测该抽运小光束在一从该样品回返的第三回返路径上的一第三光线。
53.如权利要求35所述的方法，其中该抽运小光束的极性不同于该探测小光束的极性，及该检测回返光线的步骤是由以下的步骤来实施的：
检测该抽运小光束在从该样品回返的一第一回返路径上的第一光线；及
检测该抽运小光束在从该样品回返的一第二回返路径上的第二光线，其中该第一回返路径的一部分避开该第二回返路径。
54.如权利要求53所述的方法，其中该第一回返路径及该第二回返路径共享一共同部分，及该检测回返光线的步骤更包含根据极性处理在该共同部分上的该探测小光束及该抽运小光束。
55.如权利要求54所述的方法，其中该共同部分被设置在该抽运小光束的镜面反射角范围内及在该探测小光束的镜面反射角范围内。
56.如权利要求54所述的方法，其中该共同部分被设置在该抽运小光束的镜面反射角范围的外及在该探测小光束的镜面反射角范围之外。
57.如权利要求35所述的方法，其中该抽运小光束的波长不同于该探测小光束的波长，及检测回返光线的步骤是由以下的步骤来实施的：
检测该抽运小光束在从该样品回返的一第一回返路径上的第一光线；及
检测该抽运小光束在从该样品回返的一第二回返路径上的第二光线，其中该第一回返路径的一部分避开该第二回返路径。
58.如权利要求57所述的方法，其中该第一回返路径及该第二回返路径共享一共同部分，及该检测回返光线的步骤更包含根据极性处理在该共同部分上的该探测小光束及该抽运小光束。
59.如权利要求58所述的方法，其中该共同部分被设置在该抽运小光束的镜面反射角范围内及在该探测小光束的镜面反射角范围内。
60.如权利要求58所述的方法，其中该共同部分被设置在该抽运小光束的镜面反射角范围的外及在该探测小光束的镜面反射角范围之外。
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