用于光學檢測的照射系統的制作方法

專利名稱：用于光學檢測的照射系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學檢測，特別地涉及一種用于如半導體晶圓片的固態表面檢測，以及固態表面上特征和缺陷檢測的方法和裝置。
背景技術：
在半導體設備制造中，光學檢測通常被用來檢測晶圓片表面的缺陷，如污染顆粒，劃傷以及材料層殘留物。上述缺陷能導致設備失效，從而切實影響生產收益。因此，在生產過程的不同階段中為確保清潔和質量，需要對圖案化和未圖案化的晶圓片進行仔細的檢測。
檢測半導體晶圓片的一個通常使用的方法是用一束激光掃描晶圓片表面，測量從每一光束入射點散射回來的光。這樣的一種基于暗場散射檢測的方法在美國專利6,366,690中由Smilansky等人提出，其闡述在這里被引用。Smilansky等人描述了一個基于光學檢測頭的晶圓片檢測系統。該光學檢測頭包括一個激光頭和許多由圍繞激光頭排列的光纖聚光器驅動的光傳感器。此光學頭被置于晶圓片上方，晶圓片被平移和旋轉來使光束可以掃描到整個表面。傳感器可檢測同時從該表面散射到不同角方向的光，并被光纖的位置確定。這樣，每次一個象素，沿螺旋路徑，整個晶圓片表面被掃描。
另一個在這里被引用的暗場晶圓片檢測系統是Marxer等人在美國專利6,271,916中所描述的。在此系統中，一激光束以法線方向射向晶圓片表面并沿螺旋路徑掃描表面。一個橢圓形鏡子被用來匯聚從表面散射出的遠法線方向的激光射線。尤佳地，在第一個角范圍內的散射光線被一個檢測器匯聚，而在第二個角度范圍內的散射光線被另一個檢測器所匯聚。不同的檢測器信號被用來區分大缺陷和小缺陷。
一更進一步的基于此方法的缺陷檢測系統是Vaez-Iravani等在美國專利6,271,916中所描述的。其中，不同的寬/窄角度匯聚通道被采用。通過比較來自窄匯聚通道和寬匯聚通道的信號來區分微劃傷和顆粒。前向散射也可以被匯聚并用于此目的。散射強度也可以進一步用具有單極化和多極化發射的順序照明來測量。
Chuang等在6,392,793號美國專利中描述了一個具有高數值孔徑(NA)的成像系統，其闡述被本發明所引用。該系統基于一個用于匯聚一定角度內的反射、衍射、散射光線的反折射平面鏡和透鏡組。該系統有幾種應用，包括用于暗場成像。
Kinney等在5,909,276號美國專利中描述了一個用于檢測顆粒和缺陷的光學檢測模塊和方法，其闡述被本發明所引用。該模塊包括一個光源，其以入射余角照射待檢表面。一透鏡用于收集由表面缺陷引起的散射到光路外的非預期的反射光線。一個透鏡焦平面上的光電檢測器陣列來接收這些散射的光線。此陣列上的每一個象素對應表面上的一個區域，而這些大量的象素就構成了一個覆蓋整個表面的視場。
由于波束幅度的強自校正，光斑(speckle)效應在使用相干照射(coherent illumination)的成像系統中是人所共知的。在基于等波幅激光照射的典型相干照射系統中，激光束被通過一個旋轉的擴散體，此擴散體減小了自校正，從而減小了相應的光斑。可以選擇地，激光束可以被通過一個不等長的光纖束，正如Suganuma在6,249,381號美國專利中所描述的，其闡述被本發明所引用。可以在光路上設置兩束光纖來進一步增強去光斑效果，如Karpol等在美國專利申請發布US 2002/0067478 A1中所述。Karpol等被指定為本專利申請的受讓人，且他的闡述被本發明所引用。

發明內容
本發明的實施例提供了用于照射例如一個半導體晶圓片的樣品表面的改進的方法和裝置，其使這樣的表面可以以高分辨率和高數據收集率被檢測。在這些實施例中，一個檢測系統包括一個用來照射待檢表面區域的高強度光發射源，典型為一脈沖激射束。一個或多個檢測器陣列被配置來接收表面區域的散射線并分別成像。
在本發明的一些實施例中，在脈沖激光射束入射到表面之前要進行處理，以消弱通常由射束的相干性引起的光斑。在這些實施例中應用的光斑消弱子系統在可以短至10ns的激光脈沖的持續時間內，以新穎的方法得到了非常低的光斑對比(在樣品表面照射區域內的亮度變化低至1％)。
在一些實施例中，光斑對比是通過使激光射束通過不同長度的光纖束而消弱的。其中的一個實施例中，光線束中包含不同長度的多模光纖。在另一個實施例中，可以端對端地連接兩束光纖。在獲得想要的光斑消弱程度的情況下，與使用單一光纖束相比，這樣的用法充分減少了每束光纖必需包含的光纖數量。
在另一個實施例中，光斑消弱子系統包含一個高速掃描器，通常以高速聲光變化器為基礎，它可以以足夠的速度掃描目標平面(如樣品表面)上脈沖激光束的入射角度來獲得想要的光斑消弱程度。
在本發明的一些實施例中，激光源被配置為至少發射兩種不同波長的射線，這樣表面的散射特性可以同時用兩種波長來評估。用一個光學開關把激光射束導引至所述表面，不同波長的射束可以同時導引或單獨導引，以同樣的角度或不同的角度，入射到所述表面的同一區域。光學開關允許射束被以法線角度和傾斜角度聚焦在所述表面上。照射子系統對法線射束和傾斜射束進行整形，使兩個射束照射在表面上的區域充分相同。
根據本發明的一個實施例，產生光射線的裝置包括一個激光器，同時以多橫向振蕩模式工作來產生一個以第一個光斑對比為特點的輸入射束；以及用于混合輸入射束的橫向振蕩模式的光學裝置，來產生具有遠小于第一光斑對比的第二光斑對比的輸出射束。
在一個上述的實施例中，所述的光學裝置包括一個擴射器，和包括至少一束長度各自不同的多模光纖的光學裝置。通常，其中的激光器的特點在于射束發散率為M2，且其中的第二光斑對比小于第一光斑對比M2倍。用一個擴射器使激光的橫向振蕩模式變得不規則之后，激光射束的光斑對比被減小了M2倍。經過所述的光線束，光斑對比被進一步減小了激光縱模數和光纖數中較小的一個數值的平方根倍。
根據本發明的一個實施例，進一步提供出激光射束的光斑消弱裝置，包括一個光學掃描器，用于掃描目標平面上的射束的入射角；以及輸出光學裝置，用于引導從掃描器輸出的射束以使此射束照射到一個包括不同角度的范圍內的單一目標平面區域，以對射線進行去相關。
通常，激光射線包含持續時間短于1μs的脈沖，且其中的光學掃描器用足夠的速度掃描射束來把所述區域上形成的光斑對比減小到小于10％。更佳地，光學掃描器用足夠的速度掃描射束來把所述區域上形成的光斑對比減小到小于1％左右。
在一些實施例中，所述的光學掃描器包含一個光電掃描器，其反射一部分發生衍射的激射束并掃描不同角度范圍內的此部分反射過的射束。在其中的一個實施例中，所述的光電掃描器包含一個聲光變化器；以及一個驅動電路，其給變化器提供被頻率啁啾的脈沖來掃描反射的射束。
根據本發明的一個實施例，另外提供一種樣品光學檢測裝置，包括一個檢測器組件，其被配置來捕獲某區域的圖像；一個激光源，用于產生分別具有第一波長和第二波長的第一射束和第二射束；以及一個照射模塊，用來導引第一射束和第二射束照射所述樣品的所述區域，照射模塊包含一個光學開關，可以同時獨立地控制第一射束和第二射束使每個射束以法線方向或傾斜方向照射所述區域。
在一個實施例中，所述的光學開關被配置來導引第一射束以法向方向入射到所述表面，而導引第二射束以傾斜方向入射到所述表面。通常地，所述的照射模塊包含中繼光學裝置，其用來導引傾斜入射到表面的射束以使第一射束和第二射束以充分相同的幾何輪廓照射到所述表面的所述區域。
另外地或可以選擇地，所述的照射模塊包含放大倍數可選的遠心放大光學裝置，用它來在不移動激光源或照射模塊的其它組件的情況下改變激光源照射區域的尺寸。
根據本發明的一個實施例，再提供一種產生光射線的方法，包含控制一個多橫向振蕩模式同時工作的激光器，來產生一個以第一個光斑對比為特點的輸入射束；以及混合輸入射束的橫向振蕩模式來產生具有遠小于第一光斑對比的第二光斑對比的輸出射束。
根據本發明的一個實施例，其進一步提供一個激光射束的光斑消弱方法，包括光學地掃描一個充分固定的擴射器上的射束，以使射束以不同的角度通過擴射器以及導引從擴射器出來的不同角度范圍內的射束使其照射目標表面的一個區域。
根據本發明的一個實施例，還提供一個樣品的光學檢測方法，包括產生分別具有不同的第一波長和第二波長的第一激光射束和第二激光射束；以及利用一個光學開關導引第一射束和第二射束照射所述樣品的某區域，此光學開關可以同時獨立地控制第一射束和第二射束使每個射束以法線方向或傾斜方向照射所述區域；以及捕獲從所述區域散射的射線來形成該區域的一個圖像。
為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。


圖1是描述本發明的一個實施例的光學檢測系統工作原理的方框圖。
圖2是本發明的一個實施例中的照射模塊的示意圖。
圖3A是本發明一個實施例的激光光斑消弱模塊的側視示意圖。
圖3B是本發明另一個實施例的激光光斑消弱模塊的側視示意圖。
圖4是本發明一個實施例中用于照射模塊的光學放大和開關元件的側視示意圖。
圖5是本發明一個實施例中一個光學匯聚模塊的側視示意圖。
圖6是本發明個實施例中一個高NA物鏡的光學示意圖。
圖7是本發明的另一個實施例中的光學匯聚模塊的側視示意圖。
圖8是本發明一個實施例中一個遠焦中繼鏡和傾斜校正單元的光學示意圖。
圖9描述了本發明一個實施例中用于光學檢測系統的光學匯聚通道的示意圖。
圖10是本發明一個實施例中一個待檢半導體晶圓片的俯視圖，顯示了晶圓片表面上的成像區域。
圖11是本發明一個實施例中應用于光學檢測系統的信號處理子系統的方框圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，是描述本發明的一個實施例的用于光學檢測半導體晶圓片22的系統20的方框圖。典型地，晶圓片22被用半導體設備制造領域內通常的方法圖案化，且系統20應用暗場光學技術來檢測晶圓片表面的缺陷。然而，可選擇地是，系統20的原理可以被應用到未圖案化的晶圓片和檢測其它類型的樣品和表面，如掩模和中間掩模。進一步地，盡管系統20用于暗場檢測，但本發明的一些方面可以應用于明視場檢測，以及其它的照明、檢測和成像領域。
系統20包含一個照射模塊24，用脈沖激光射線照射樣品22的表面。典型地，模塊24可以同時或分時發射兩種或多種不同波長的激光射線。任何波長的激光射線可以被模塊24引導照射到晶圓片22，沿正常途徑或者如下所述間接地到達晶圓片表面。照射模塊可以發生可見光、紫外和/或紅外光。這里所用的“照射”(illumination)和“光射線”(opticalradiation)應該被理解為任意或全部的可見光，紫外和紅外光。
從晶圓片散射的大角度范圍內的光線被光學匯聚模塊26所收集。模塊26包含匯聚光學裝置28，它把晶圓片22的表面成像在多個相機30上。光學裝置28可以包含一個大數值孔徑(NA)的物鏡或者許多單獨的物鏡，每個照相機一個。這些可選的光學配置，如相機30，將在后面描述。光學裝置28和相機30被合適地安置，以確保所有的相機都是給晶圓片表面的同一區域成像，如被照射模塊24照射的區域，這時每個相機捕獲不同角度范圍內的散射線。每一個相機30包含一個兩維的檢測元件陣列，如業內所知的CCD或CMOS陣列。陣列中的每一個檢測元件對被照射模塊24照射區域的相應的點成像。因此，基于不同相機30中的相應的檢測元件產生的信號，在晶圓片上任意點的散射特性可以作為角度的函數被確定。
典型的相機30通過一個系統控制器32與照射模塊的激光脈沖同步，這樣每一個相機產生的圖象輸出幀與唯一的一個激光脈沖的散射線相對應。每一個相機的輸出被接收、數字化并被圖像處理器34分析。在后面將詳細描述的典型的圖像處理器包含附屬的硬件信號處理電路和/或可編程數字信號處理器(DSPs)。諸如X-Y-Z三維平臺36的機械掃描裝置以光柵形式平移晶圓片22，以使發射模塊24的每一束激光脈沖都照射晶圓片表面的不同區域，并與前一束脈沖照射的區域相鄰(通常也會有一小點重疊)。可選擇地或額外地，相對于晶圓片照射和匯聚模塊可以被掃描。
圖像處理器34處理每一幀相機30輸出的圖象以分析出可預示出晶圓片表面缺陷的圖像特點。此圖像特點被傳輸到一個主控計算機38，通常為一臺裝有相應軟件的多用途計算機，它分析此特點并產生出待檢晶圓片的缺陷列表(或缺陷地圖)。
被模塊24照射并被相機30成像的區域可以使用整個晶圓片表面或表面特定區域上的平臺36來掃描。如果模塊24發生的脈沖足夠的短，例如充分少于1μs，平臺36就可以連續地移動晶圓片22而不會引起相機圖片明顯的模糊。典型的照射區域大約為2×1mm，盡管此區域可以被后面描述的照射模塊中的光學放大裝置放大或縮小。假定每一個相機30包含一個2000×1000的檢測單元陣列，映射到晶圓片表面上每一個象素的尺寸大概是1×1μm。當照射模塊24以每秒400個脈沖的重復率工作時，每一個相機30到圖像處理器34的數據輸出率將是800兆象素/秒(800Mpixels/sec)。以這個速度，一個全部12”的半導體晶圓片可以在不到2分鐘內以1μm的分辨率掃描完畢。需要理解的是，這些圖像分辨率，尺寸和速度的典型數據只是作為例子來引用，根據不同的系統速度和分辨率要求這些數據可以增大或減小。
控制器32也調整平臺36的Z方向數值(高度)來維持相機30的合適的焦點在晶圓片表面上。可選或另外地，控制器可以調整相機的光學裝置來達到這個目的。進一步可選或另外地，控制器可以命令圖像處理器34和主控計算機38校正不同相機30捕獲的圖像的比例和配準偏差，從而對高度變化進行補償。
為了校驗和調整焦距，控制32使用了一個自動聚焦照射器40和一個自動聚焦傳感器模塊42。照射器40通常包含一個激光器(未畫出)，如一個CW二極管激光器，它以斜角發射出一個準直射束到被模塊24照射的晶圓片表面區域上或其附近，在晶圓片表面上形成一個光斑。晶圓片22Z軸方向上相對于匯聚模塊26的變化將會導致光斑的水平位移。通常包含一個檢測陣列(也未畫出)的傳感器模塊42捕獲晶圓片表面上的光斑圖像。通過提供給控制器32一個晶圓片表面相對匯聚模塊在Z軸方向上的測量值，光斑的圖像被分析以檢測光斑的水平位移。控制器驅動平臺36直到光斑處于預先校正過的參考點上，這標志著聚焦正確。
照射器40發射的光束在到晶圓片表面的過程中可以通過匯聚光學裝置28，且傳感器模塊42同樣可捕獲通過匯聚光學裝置的表面光斑的圖像。這種情況下，照射器40的工作波長范圍就與照射模塊24的不同。因而，就可以用適當的濾光器阻止自動聚焦光束進入相機30，同時消除模塊24發出的脈沖光束對自動聚焦測量的干擾。
做為選擇，可以用其它的領域內的自動聚焦方法。例如，可以使用電容性傳感器來確定和調整光學裝置和晶圓片表面間的垂直距離。
請參閱圖2所示，是本發明的一個實施例中的照射模塊的示意圖。激光頭50包含一個脈沖激光器，其被配置為發射單波長光或同時發射兩種波長的光。例如，激光頭可以包含一個NdYLF激光器，如Positive Light公司(Los Gatos，California)制造的的Evolution 15型激光器，它有內部頻率轉換器，能使激光頭以基波的二次諧波(527nm)的頻率發射激光。同時可增加外部頻率轉換器來提供四次諧波(263nm)輸出。做為選擇，模塊24被配置為可同時發射3種或更多波長的激光，進一步做為選擇或額外地，模塊24可提供一個波長可變的輸出。通常地，激光頭50被Q開關來發射出短促、高強度的脈沖，如上所述的脈沖持續少于1μs(也可以少至10ns)。更佳的是，激光腔被配置為多橫軸模式，這樣有助于減小下面所述的晶圓片表面的干射光斑。
一個諧波分離模塊52把激光頭50發出的激光按不同波長分離成兩束光線。在一個實施例中，模塊52簡單地包含一個本領域熟知的雙色光束分離器。被分離的光束被下面詳述的光斑消弱模塊所處理，以消除干射光斑。可選的望遠鏡56被用來擴展激光束以在晶圓片22表面上形成理想的照射區域。如圖所示，這些望遠鏡可以被安放在一個旋轉的輪子上，以便于選擇合適的一個。盡管圖2中的實施例包含了與激光頭50輸出的不同波長光相配套的單獨的光斑消弱模塊和望遠鏡，在其它的實施例中，諧波分離模塊可以被放置在光路的更下游，以使兩種波長的光束公用一個光斑消弱模塊和/或一套望遠鏡。
被望遠鏡56擴展過的輸出光束被準直透鏡58傳送到可變光強濾光器60。這些可方便地安在旋轉濾光輪上的濾光器可以根據需要調節兩束照射到晶圓片22上的光束的強度。偏光器62可以同樣地被旋轉來確定光束的偏振角度。選擇光束分離器64使每束光中可知的一小部分偏向能量計66。能量計提供每束光強度的測量值為圖像處理器34所用來校正每個脈沖光束的之間的能量差異，或者為激光頭50提供反饋控制。能量計66也可以用來為相機30提供同步輸入，下面有述。
一個包含中繼鏡68的光學開關模塊70可以控制每一個波長的光束的射束路徑，使其以法線方向或斜角方向入射到晶圓片22上。后面會詳述的開關模塊70為法線輸出光學裝置72和斜角輸出光學裝置74提供入射光束。斜角輸出光學裝置74通常被配置成以和表面成大約5°和50°之間的角度來照射晶圓片表面，盡管更大和更小的角度也是可能的。光學裝置72和74通常的數值孔徑(NA)范圍為大約0.01到0.2。開關模塊也可以被設置來阻止其中一種波長的光，使只有一種波長的光入射至晶圓片表面(法線方向或斜角方向)。當同時使用兩種波長的光時，可以在一種波長的光路中(實施例中為斜角光束)引入包含合適透鏡的色度補償元件76，以使法線光束和斜角光束以充分相同的幾何外形照射晶圓片表面的同一區域。
請參閱圖3A所示，是本發明一個實施例中光斑消弱模塊54的側視圖。如圖所示，該模塊可以被應用于其中一種波長，也可以兩種波長都應用，只要根據兩種波長正確設計模塊中的光學元件。
如上所述，在領域內共知的相干照射系統中，基于連續波(CW)的激光射束通過一個旋轉擴射器，就減小了自相關和相應的光斑對比。但是在系統20中，激光頭50發射的激光脈沖持續的時間太短，使這個傳統的辦法失效了，因為如果要充分的減小光斑對比該擴射器必須以不切實際的高速度旋轉。
因此，在圖3A所示模塊54的實施例中，驅動一個聲光變換器82高速地掃描目標平面84上激光束的入射角。這樣的高速掃描使光束在激光脈沖的持續時間內以足夠的角度范圍入射到目標平面上(即晶圓片上)來充分地消弱光斑對比。從激光頭50輸入模塊54的光束通常被一個圓柱形的光束擴射器86所擴散。與激光脈沖同步的驅動器88驅動變換器82使一部分激光束發生衍射。驅動器88產生被頻率啁啾的驅動電信號，驅動變換器82使在激光脈沖持續時間內發生變化的角度內的激光束的一階光束(firstorder)90發生衍射。一個圖像透鏡97使一階光束90成像在目標平面84上。位于透鏡97的傅立葉平面上的控光裝置94阻止了光束中不發生偏離的零階光束(zero order)。另外，為提高效率(模塊54輸出的強度與輸入強度對比)，可以增加第二個聲光變換器來同時掃描零階光束。
做為驅動器88采用頻率線性調制的結果，發生衍射的一階光束在目標平面84上的入射角在激光脈沖期間迅速地變化。對于一個給定的調制帶寬Δf和掃描時間T(等于激光脈沖持續時間)，聲光掃描的可辨點數(NRP)大概為NRP＝ΔfT。換句話說，激光束被分解為NRP個不相干的不同角度成分。例如，給定一個持續時間為100-300ns的激光脈沖，在400到800MHz范圍內的線性調制帶寬Δf將減小射束光斑到輸入射束光斑的6-16％。輸出中會保留輸入激光束的偏振。
做為進一步的可選項，可以用領域內共知的其它類型的高速掃描器代替變換器，如旋鏡掃描器。然而，光斑的消弱程度依賴于掃描器的旋轉速度。
請參閱圖3B所示，是本發明另一個實施例中光斑消弱模塊54的側視圖。這個實施例使用光纖束100和102來把光束從激光器頭50傳送到望遠鏡56。做為選擇地，可以只使用一個光纖束，如以后所述。通常，光纖束100和102包含石英和其它的紫外半透明光纖。
光纖束100和102中的每一條光纖的長度都不同，因此就產生了N種不同的被擴射器104混合在一起的斑紋圖樣。因此，輸出到望遠鏡56的光束中的光斑對比的減弱系數為N1/2。如果在模塊54中使用單一的本領域內共知的單模光纖束，減小光斑對比到1％將需要10,000根不同長度的光纖。這個方法實現起來成本很高且有難度。為此，這里使用兩個端到端連接的光纖束100和102，產生N＝n×m個不同的斑紋圖樣，這里n和m分別代表光纖束100和102中單根光纖的數目。因此，如果光纖束100和102各有100根光纖，就可以實現減弱輸出對比到1％的目的。另外，通過使用一束后面描述的多模光纖，就能以更低的實際難度得到更好的光斑消弱效果。
一個輸入耦合器108把來自激光器50并通過擴射器104的光束聚焦到光纖束100。任何合適的散射元件都可以用于此目的，如本領域共知的顯微鏡陣列或攪模器。假定激光束的相干長度為1mm，光纖束100包含100根按1-2mm步長均勻分度的光纖。一個傅立葉透鏡110把光纖束100的輸出光束聚焦到光纖束102，以使100中每根光纖的輸出充分的分布在102的所有光纖中。102中的光纖也按長度均勻分度。一個輸出耦合器112把從102中輸出的光束匯聚到望遠鏡56。盡管圖中所示的耦合器108和112以及傅立葉透鏡110是簡單的透鏡，在實際中耦合器和傅立葉透鏡可以包含多單元，遠心的光學裝置。基于端到端光纖束的光斑消弱系統的進一步細節見上面提到的美國專利申請公報US 2002/0067478 A1在另外的一個實施例中，模塊54可包含一個圖中未顯示出的多模光纖束。除了傅立葉透鏡110和光纖束102被移除之外，這個實施例在結構上與圖3B所示的相似。這在激光器50產生多個橫向振蕩模式時非常有用。光纖束100中的每一根多模光纖都支持多種傳播波形，并且通過光纖的光學距離不同。發明者發現使用一到兩百根多模光纖(取決于光纖的直徑、數值孔徑以及長度)與多模激光同時作用，能夠產生N＝10,000個不同的斑紋圖樣以減弱輸出對比到1％。然而，多模光纖的使用破壞了輸入光束偏振發射多模激光的橫向振蕩模式的數量大概用M2xMy2可以確定，這里M2是在X和Y方向上多模激光束相對于相同射束直徑的單模激光的角偏差率。例如M2x＝My2＝30的激光將產生大約1000各不同的橫向振蕩模式。每一個橫向振蕩模式是自相干的(在激光的相干長度內)，但和其它的橫向振蕩模式在空間上卻是不重疊和不相干的。利用使光束一個擴散器把這些橫向振蕩模式混合起來，即使在沒有光纖束的情況下也可以減少光斑對比(M2xMy2)1/2倍，在此例中為30倍。另外，激光束可以通過擴射器被傅立葉透鏡聚焦到長度不同的多模光纖束中，如前所述。在此這種情況下，光斑消弱模塊54把激光的橫向振蕩模式和縱向模式結合起來，得到的光斑對比消弱率為(NM2xMy2)1/2，這里N使光纖束中光纖的條數。對于N＝100且M2x＝My2＝10，光斑對比就被消弱到原來的1％。
可選擇地或附加地，光斑消弱模塊54可以應用其它的本領域內熟知的消斑方法。模塊54也可以用于使激光束均質化(homogenizing)，以使光束區域即晶圓片22表面上的照射區域內的剖面強度充分相同。
圖4是本發明一實施例中照射模塊24的詳細成分的側視圖。此實施例中某些方面和圖2中的實施例不同，而圖2中別的部分在這里被簡化省略。本領域內的熟手能夠明白，圖2和圖4中成分及特點的其它不同的組合也可以用在系統20中。
在圖4所示的實施例中，一個包含不同放大倍數望遠鏡56的望遠鏡組件120被用于激光頭50兩個不同波長的輸出。另外如圖2中所示，也可以每個波長的輸出各使用一個單獨的望遠鏡56。通常，望遠鏡56包含遠心的Kohler光學裝置，以使物平面124(在光斑消弱模塊54的輸出處)上的每一點能照射到望遠鏡后的傅立葉平面上的所有點。所有的望遠鏡56都具有相同的焦平面，以使物平面124和傅立葉平面126在組件120的放大倍數改變時不會移動。望遠鏡同時被色彩校正，以使它們在兩種激光波長下具有相同的焦平面。望遠鏡可以安放在一個轉輪122上，便于在控制器32的控制下調整放大倍數。
一個雙色光束分離器128在實施例中代替了圖2中的諧波分離模塊52。光束分離器128把一種波長的光傳送到第一個光路130，把另一種波長的光傳送到第二個光路132。每個光路中都包括如上所述的一個濾光器60和一個偏光器62。一個光學開關134決定哪一種波長的光被傳送到法線光學裝置72，哪一種被傳遞到斜角光學裝置74。光學開關134包含一個旋轉鏡136，它可以被放置在兩套裝置的任意一套上，標號為136a和136b。當旋轉鏡放在136A時，它使光路132中的光偏轉到斜角光學裝置74中，同時允許光路130中的光通過它到法線光學裝置72中。切換開關134中的旋轉鏡到136b，可使光路132中的光通過它到法線光學裝置72中，同時使光路130中的光偏轉到斜角光學裝置74中。開關134可以進一步設置成把光路130和132中的光一同傳送到法線光學裝置72或斜角光學裝置74中。一個雙色光合成器把一或兩個光路中的光按需要導引至法線通道。開光134也可以包含一個光束障礙(未畫出)，當只需要一種波長的光照射晶圓片22時阻斷光路130或132。
法線和斜角光學裝置72和74包含中繼鏡140，用來把激光束傳遞到晶圓片22上需要的區域。另外，斜角光學裝置74包含一個旋轉鏡142，它以合適的斜角把激光束導引至表面。通常，72和74是非成像光學裝置，調整它們使法線光束和斜角光束照射在晶圓片表面上的區域充分相同。(例如，可以調整斜角光學裝置74來使激光束離軸通過，以補償入射斜角)。由相機30成像的晶圓片上的區域可發生變化且在一些情況下可以是矩形而不是正方形，如后面有述。因此，中繼鏡140可以包含如一個或多個柱面透鏡的變形元件，以使激光束照射的區域與相機30成像的區域相匹配。
請參閱圖5所示，是本發明一實施例中的匯聚模塊26的側視圖。在這個實施例和圖1所示實施例中，模塊26都包含5個相機30。可選擇地，模塊26可以包含更多或更少的相機，通常為10個。上面提到，所有的相機對來自晶圓片22表面上公共區域148的散射線成像，但是每個相機被配置為匯聚光軸角度不同的射線(如不同的仰角和/或方位角)。盡管系統20主要用于暗場檢測，但有法線入射或斜角入射光束的配合，一個或者多個相機30也可以用于明視場檢測。
一個物鏡150匯聚并校準從區域148散射的光線。為了匯聚低仰角的散射線，物鏡150最好具有較高的NA，高至0.95尤佳。下面的圖6中描述了一個使用了多個折射元件的物鏡150的設計實例。另外，物鏡150可以包含反射元件或反折射元件，這在上面提到的6,392,793號美國專利中有述。如圖5所示，每一個相機30被定位，以接收物鏡150匯聚的特定角度部分的光。
每一個相機30用一個帶通濾光器152(bandpass filter)選擇要接收的波長范圍。也可以使用雙色光束分離器做為濾光器152，使一個相機30接收沿給定角度的一種波長的散射光線，而另一個相機接收沿相同角度的另一種波長的散射光線。進一步可選擇地，可以選擇濾光器152使另一個波長范圍內的射線通過，如晶圓片發熒光的波段。例如，當有機材料如感光樹脂被266nm的光照射時，它們會在400nm的范圍內發熒光。因此，設置濾光器152允許400nm波段內的光通過，就可用相機30來檢測有機材料上的缺陷或殘余物。
通過阻止某些范圍內校準過的散射光，一個空間濾光器154可以被用來限制每個相機30的匯聚角度。空間濾光器在消除圖案化晶圓片上重復特征的背景衍射方面尤其有用。為本領域所熟知的，為增強系統20對于實際缺陷的靈敏度，空間濾光器可以根據晶圓片表面特征衍射圖來進行選擇。用于此目的的空間濾光器已經在2002年1月15日提交的美國專利申請10/050,890中被描述。該申請與本專利申請的受讓人相同，它的闡述被本申請所引用。對應于不同類型晶圓片圖案的衍射紋，該專利申請描述了一個制造合適的空間濾光器的方法。此方法可以應用在模塊26的濾光器154中。另外為領域內所熟知的，空間濾光器154可以包含固定圖形。
一個旋轉偏振器156被應用在光路中來選擇將被相機30接收的散射光線的偏振方向。偏振器很有用，例如它通過消除粗糙和/或高反射的晶圓片表面結構引起的背景散射可以提高檢測靈敏度。可選擇地，偏振器156被實現為一光束偏振分離器，它使兩個相機30接收沿給定角度的正交偏振的散射光線。
進一步可選擇地(圖中未顯示)，光路中可以包含一個光束分離器，它把沿一定匯聚角度的散射光分給兩個或多個不同的相機30。光束分離器可以用來實現前面所述的波長分離，或按預先設定的比例把同波長的光分給兩個或更多的相機。在到不同相機的光路中，可以在光束分離器后面應用不同的空間濾光器154，來濾除對應于不同類型晶圓片圖案的衍射紋。進一步可選擇地，光束分離器可以按不同比例把一定角度的光分給兩個或多個相機，如按100∶1的比例。這樣就有效的增加了系統20的動態范圍，因為在散射光線很強的區域，接收較大部分散射光線的相機已經飽和，但接收較小部分散射光線的相機還可以產生有意義的圖像數據。這樣的安排在2002年1月5日提交的美國專利申請10/050,889中有描述，該申請與本專利申請的受讓人相同，它的闡述被本申請所引用。
聚焦透鏡158把經過匯聚和濾波的光聚焦到相機30上。透鏡158可以手動或由傳動系統調節。可變的放大鏡160用來調節相機接收的圖像的尺寸。另外，每個相機前的透鏡158和放大鏡160的功能可以用一個光學單元實現。放大鏡決定了相機30捕獲圖像的分辨率，即與相機輸出圖像的每一個象素相對應的晶圓片表面區域的尺寸。放大鏡160通常與照射模塊24中的望遠鏡56協同工作，因此照射區域的大小與被相機成像的區域的大小基本相同。
每一個相機30包含一個圖像增強器162，它的光電陰極在聚焦透鏡和放大鏡的像平面上。任意合適類型的圖像增強管都可以用于此目的，包括第一代和第二代，如Hamamatsu Photonics K.K.(Shizuoka-ken，Japan)生產的C6654圖像增強器。在激光頭50通常的每秒1000次脈沖的重復頻率下，為了在系統20要求的環境中提供最佳的成像，圖像增強器162最好具有高帶寬和高分辨率，門控操作，大電流和低熒光存儲器。圖像增強器的可用直徑至少為18mm，直徑為25-40mm效果更好。
圖像增強器162的輸出被中繼光學裝置164聚焦在一個圖像傳感器166上。中繼光學裝置可以包含直接連接到圖像傳感器芯片的中繼透鏡或光纖顯象管。圖像傳感器166包含一個檢測單元的二維矩陣，如CCD或CMOS陣列。例如，圖像傳感器可以包含一個CMOS數字圖像傳感器，如MicronTechnology Inc.(Boise，IDAHO)公司生產的MI-MV13。這個傳感器具有1280×1025個象素，12μm的水平和垂直間距，以及每秒500全幀的幀頻。
與只使用圖像傳感器166而不用圖像增強器的相機相比，在相機30中使用圖像增強器162充分增強了相機的靈敏度。增強器可門控，并與來自照射模塊24的光脈沖同步，以增強相機的靈敏度和進一步降低噪聲電平。通常，增強器162要根據照射模塊發出的波長選擇高量子效率的光電陰極，而增強器的熒光體要發射圖像傳感器166敏感度高的不同波長范圍的光。因此，圖像增強器除了放大入射光以外，還有助于把散射自晶圓片22的紫外線和藍色光轉化為硅圖像傳感器更敏感的綠光或紅光。另外，增強器162有低通空間濾光器的作用，有利于平滑散射光線中的可引起傳感器166輸出圖像失真的高頻成分。
受傳感器166分辨率的影響，增強器162最好具有高分辨率。例如，要充分利用上面提到的MV13傳感器的分辨率，增強器162應該提供1640個沿對角線的清晰象素。這個分辨率標準也可以用調制傳遞函數也表現，一個33線對/毫米的測試圖像的MTF為30％。一般地，由于在圖像增強管內的反射，相機捕獲圖像中的亮點能導致亮環(bright halo)的形成，這會影響到圖像的分辨率。增強器162最好能抑制這種反射，使在任何情況下亮環直徑不超過0.2mm。進一步地，為更充分利用傳感器166的分辨率，增強器162應該具備高最大輸出亮度(MOB)的線性品質，通常到600μw/cm2的水平。
圖6是本發明一個實施例中的物鏡150的詳細光學示意圖。在此實施例中，物鏡150包含十個元件，全部由熔融石英制成(折射率1.499679)，參數見下面列表。每個元件的第一表面是指更接近物平面(在圖的右邊)的表面，且曲率中心位于右側的表面的曲率半徑為正。
透鏡170第一表面曲率-554.32距物平面距離0.10厚度28.92第二表面曲率38.23透鏡172第一表面曲率22.17距透鏡172第二表面距離14.35厚度42.86第二表面曲率59.97透鏡174第一表面曲率116.11
距透鏡172第二表面距離0.10厚度28.99第二表面曲率90.24透鏡176第一表面曲率233.96距透鏡174第二表面距離0.105厚度10.00第二表面曲率578.50透鏡178第一表面曲率260.16距透鏡176第二表面距離15.94厚度53.07第二表面曲率136.10透鏡180第一表面曲率446.16距透鏡178第二表面距離0.10厚度10.00第二表面曲率-2850.63透鏡182第一表面曲率437.81距透鏡180第二表面距離34.11厚度28.54第二表面曲率294.90透鏡184第一表面曲率701.43距透鏡182第二表面距離0.10厚度10.00第二表面曲率-4117.15透鏡186第一表面曲率1275.43距透鏡184第二表面距離21.78厚度48.42第二表面曲率395.84透鏡188第一表面曲率-11047.73距透鏡186第二表面距離0.10
厚度132.30第二表面曲率313.99圖6所示的物鏡150的數據孔徑NA＝0.95.
圖7是本發明的另一個實施例中的光學匯聚模塊26的側視示意圖。在這里，模塊26包含多個單獨的成像通道，每一個成像通道都有各自的匯聚光學裝置，而不是圖5和圖6中共用一個物鏡。通道190用來匯聚以各自不同角度從晶圓片22散射的光線。每個通道包含一個遠焦中繼鏡192和一個傾斜校正單元(TCU)194作為物鏡，它們形成了晶圓片表面的中間圖像。一個倍數可調的放大模塊(MGM)198把中間圖像聚焦在相機30的入射面上。如上面所述，系統20中相機的入射面通常為相機中的圖像增強器的光電陰極平面。
遠焦中繼鏡192和傾斜校正單元(TCU)194用來解決傾斜表面成像的兩個問題1.從表面上的點到物鏡入射光瞳的物距在物鏡視場內會變化。
2.由于表面相對于物鏡光軸是傾斜的，物鏡的形成的中間圖像也是傾斜和彎曲的。遠焦中繼鏡和傾斜校正單元(TCU)解決了這些問題，使得盡管通道190捕獲圖像的角度不同，但所有通道190的中間圖像196都是晶圓片表面同一區域148的平的，無畸變的圖像，這一點會在后面詳述。同樣的光學設計可以用在所有不同視角的遠焦中繼鏡192和所有放大模塊198中。根據物平面相對于光軸的傾斜仰角的不同，以各通道190視角的仰角為函數的TCU194的設計也不同。
圖8是本發明一實施例中一個遠焦中繼鏡和傾斜校正單元的詳細光學示意圖；盡管存在物平面的傾斜，但由于遠焦中繼鏡屬于等大遠心設計，所以不產生梯形失真且對區域148圖像的放大相同。遠焦中繼鏡光學對稱于它的光瞳214，且包含下面列出參數(以mm為單位)的元件(圖中從左到右)。每個元件的第一表面是指更接近物平面(圖中左側)的表面，且曲率中心位于右側的表面的曲率半徑為正。
透鏡200第一表面曲率-29.53；距物面距離60.48；厚度9.99；第二表面曲率-36.37。
透鏡202第一表面曲率469.41；距透鏡200第二表面面距離32.98；
厚度14.85；第二表面曲率-100.00透鏡204第一表面曲率-69.56；距透鏡202第二表面面距離36.50；厚度4.41；第二表面曲率-76.35透鏡206第一表面曲率61.15；距透鏡204第二表面面距離10.20；厚度11.78；第二表面曲率-345.29透鏡208第一表面曲率-89.45；距透鏡206第二表面面距離4.72；厚度5.50；第二表面曲率54.75透鏡210第一表面曲率255.13；距透鏡208第二表面面距離38.23；厚度18.21；第二表面曲率-63.34透鏡212第一表面曲率-60.74；距透鏡210第二表面面距離41.26；厚度19.39；第二表面曲率-165.26透鏡212的第二表面與光瞳214之間的距離是20.00mm。光瞳右側的元件與上面描述的元件相同，只是方向相反。
圖8所示的遠焦中繼鏡192的NA取決于波長在0.25與0.3之間。空間濾光器154和偏光器156(最好還有一個波長過濾器)可以插在位于光瞳214處的中繼鏡192的傅立葉平面上，如圖所示。
TCU194包含一個棱鏡216，其入射面218大體上平行于遠焦中繼鏡192的像平面。(上面提到的，此像平面相對于中繼鏡光軸的角度等于如晶圓片22表面的物平面相對于光軸的角度。在此例中，物平面和像平面相對光軸的傾斜角度為60°)。中繼鏡192輸出的光線的折射產生了中間圖像196做為假象圖像，它可以大體平行于棱鏡216的出射面220。在本實施例中，中繼鏡192的光軸和晶圓片的法線成60°角，棱鏡216的面218和面220的頂角為46.56°。可以看出，作為中繼鏡192相對于晶圓片表面的傾斜角的函數，棱鏡角和方位將會發生變化。
為了補償棱鏡216引入的偽彗差，TCU194包含一對參數熔融石英柱面透鏡222和224，參數如下(單位mm)透鏡222(平凹的)第一表面曲率平的距透鏡200(中繼鏡192的最后一個透鏡)第二表面距離18.51厚度13.78第二表面曲率92.90離心距5.65傾斜角度-4.93°(相對于中繼鏡192光軸)透鏡224(平凸的)第一表面曲率平的距透鏡200第二表面距離39.27厚度11.38第二表面曲率-103.17離心距-15.39傾斜角度-16.77°在此配置中，棱鏡216的面218距透鏡200的第二表面71.27mm，離心距-3.84mm，傾斜角度-69.69°圖9是本發明實施例中一個成像通道190的側視圖，顯示了光學裝置和相機30的機械設計。在此實施例中，為了機械上方便，遠焦中繼鏡包括一個旋轉鏡(未畫出)，它把中繼鏡的光軸彎曲成圖中所示。然而在機能上，中繼鏡192以上面所述的方式工作。中繼鏡192的中心根據需要裝有容納偏光器156的濾光單元230，波長濾光器152(未畫出)以及空間濾光器154。
與圖5相比，在此實施例中聚焦透鏡158和放大模塊198的位置被顛倒了，但是它們的功能實質上是一樣的。模塊198包含多個放大倍數不同的透鏡，它們可以通過旋轉圖4中的望遠鏡組件來選擇。假定增強器162的分辨率為15μm，而相機30要以0.5μm-4μm之間的分辨率(從物平面處測量)對晶圓片表面成像模塊198應該提供的放大倍數大概在4X到32X之間。放大模塊198應該可以在常用物鏡和備用物鏡之間進行選擇，以滿足防大倍數的需要，如本例。
圖10是本發明一實施例中一個晶圓片的頂視圖，顯示了被系統20掃描過的圖像236的圖案。晶圓片22被分成領域內所知的芯片232。平臺36(圖1)按圖10中箭頭234的方向以光柵圖掃描晶圓片22。可選擇地，連續掃描線可以在相反的方向上來回移動。在這個例子中，相機30首先在光柵的一條掃描線上捕獲芯片A′B′C′，...，的圖像236，然后在后面的一條掃面線上捕獲A，B，C，...，的圖像。在每條掃描線中，四個貼有標簽a，b，c和d的鄰近連續的圖像236，在寬度上覆蓋了每個芯片。通常，選擇光柵圖使連續的掃描線可以充分覆蓋晶圓片22的整個表面。但是為了描述清晰，圖10僅僅顯示了兩條掃描線。
照射模塊21和相機30(圖1)與平臺36同步以使圖像236與晶圓片24上的芯片232排列一致。換句話說，如圖10所示，通過使每個圖像a，b，c和d覆蓋芯片一個預定的區域，實現了圖像236與芯片232排列一致。每個圖像的區域與被前一掃描線同一圖像覆蓋的區域一致。因此，任意相機30捕獲的芯片B的圖像與統一相機捕獲的芯片A的圖像在同一位置應該具有實質上相同的特點。這種對應利于后面的芯片間比較。上面提到的，所有的相機30同時對晶圓片22的同一區域成像。這樣圖10中的圖案特點就是任意或全部相機捕獲的圖像的特點，盡管由于不同的視角使相機之間可能會有些差異。這種差異通常僅在芯片比較后進行校正，后面有述。
把圖像236與芯片232的邊界排列整齊是通過調節相機的光學裝置和/或調節傳感器166(圖5)的圖像捕獲區域來實現的。這是CMOS圖像傳感器的一個優勢，如上面提到過的MV-13，允許在不必減少輸出象素的情況下調節圖像中的行的數目。換句話說，實際上行的數目可以被增加或減少來提供需要的圖像高度，因此每個芯片232被分成固定整數個圖像236。為補償圖像高度上的變化，傳感器的幀率也因此被增大或減小，以維持需要的象素輸出率(以及系統20的處理能力)。
圖11是從原理上描述了在本發明一個實施例中圖像處理器34和主計算機38的信號處理過程。圖像處理器34包含多個處理通道240，通常一個通道對應一個相機30。相機30捕獲的每幀圖像通常以連續的數字象素值的形式傳送到相應的通道240。典型地，相機30輸出8位的數字量。傳感器166，如上面提到的CMOS MV-13傳感器，通常包含板上模擬/數字轉換器，可輸出高精度的亮度值，如10位。在這里，每個相機30都可包含一個10位/8位轉換器(未畫出)，它把傳感器的輸出數值精度調整為8位。此縮放比例可以是線性的，也可以選擇為側重低亮度部分。例如對于后者，此10位/8位轉換器可以包含一個以平方根或對數比例進行縮放的10位輸入8位輸出的查找表(LUT)。
在每個通道240中，一個象素值校正的標準化模塊242用來補償能量傳感器66(圖2)提供的激光的脈沖間能量差異。接下來是一個象素值校正的圖像補償模塊246來處理基準輸入提供的特定相機的一致性偏差。基準輸入通常是預先校準的，能反應出激光束在相機的成像區域148上的強度分布差異，象素到象素的靈敏度差異以及相機產生的固定模式噪聲。模塊246的作用是保證所有相機產生的所有圖像的所有象素的靈敏度充分一致。
在一定平臺36(圖1)坐標下，給定相機產生的每個圖像幀中每個象素的象素值和晶圓片22上特定芯片上特定區域的一定角度的散射光線的強度有關。一個芯片到芯片(die-to-die)的比較模塊250把當前圖像幀中每個象素的象素值和同一相機接收的前一掃描過的芯片中相同位置的象素值相比較。因此，關于圖10，芯片B的圖像中的每個象素和芯片A的圖像中相應的象素進行比較，等等。由于這個目的，掃描前一芯片所記錄的象素值被存在一個延時線緩沖器252中。模塊250利用相互的坐標差異數據254來正確的登記當前芯片和前一芯片。例如，由于平臺36的定位錯誤(這對于不同視角的所有的相機30都是一樣的)或晶圓片表面相對于光學焦點的高度變化(各相機之間不同的傾斜匯聚角度會引起坐標差異)等都會產生坐標差異。
只要給定的芯片沒有缺陷，當前幀內每個象素的象素值應該和從緩沖器252中讀出幀中相應象素的象素值在預定的公差范圍內是一樣的。令一方面，如果有象素的象素值與被緩存幀中相應象素的象素值的差異超過了一定的門限，這種差異可能就是該象素區域存在缺陷的表現。圖像處理通道240把每一個在芯片對芯片(die to die)比較中發現差異的象素報告給主計算機38，然后由它來比較不同通道報告的偏差象素值，如下所述。
然而，在通道240把偏差象素值報告給主計算機以前，利用失真校正器255對象素值進行調節，來校正在不同的相機和處理器通道間的圖像失真和重合失調。這種失真通常是由于不同相機的角度和光路不同造成的。這種失真的校正是計算密集型的任務。因此，校正器255可只對那些可疑缺陷區域內的象素進行失真校正，這些象素的象素值被某通道240比較模塊250發現與前一芯片相應象素的差異超過了預先設定的門限。對于在任何通道比較模塊250都沒有發現偏差的象素(應占晶圓片上象素的絕大多數)就不進一步的計算了。門限和/或其它象素挑選標準應被設定為使不超過一定比例如1％的象素需要進行失真校正。
一個主計算機中的多角度決策模塊256(通常為軟件過程)把從所有通道240讀入的失真校正過的偏差象素收集起來。基于從不同通道獲取的對于特定偏差象素的數據，模塊256能夠構建晶圓片22上相應位置散射光線的角度剖面。此散射剖面使模塊256能夠根據預編程的決策規則和門限確定發生在晶圓片該位置的缺陷并進行分類。例如，這些規則能確定從一給定位置的散射線測量值是否是顆粒或劃傷(何顆粒或劃傷的尺寸)。當晶圓片22掃描結束時，主計算機發布一個缺陷列表報告258，指出發現的所有缺陷的位置何類型。
另外，在進行芯片對芯片比較或其它的缺陷處理之前，通道240可以被配置來校正所有圖像象素的坐標失真。這樣，不需要上面實施例中的把圖像236和芯片232對齊。在多散射角(如多個相機30捕獲的射線)的情況下，接下來可以進行每個象素的芯片對芯片比較。美國專利申請10/097,442與本專利申請的受讓人相同，它的闡述被本申請所引用。該申請描述的多檢測器缺陷檢測方法做必要的修正后可以在本例中應用。可選擇地或附加地，通道240可以配置為模塊250把當前芯片與另一晶圓片上已記錄象素值的的芯片進行比較(晶圓片對晶圓片比較)。
如上所述，盡管這里描述的實施例專門涉及到了系統20中晶圓片22的暗場檢測，本發明的原理也可以應用與其它的光學檢測領域，以及其它類型的照射和成像系統。上述實施例可以作為示例被引用，且本發明不局限于上文所著重描述的范圍。更佳的，本發明的范圍包括上述的不同的特點及其結合，以及本領域內的熟手通過閱讀前述的描述和現有技術中未闡述的技術后進行的變更和修改。
權利要求
1.一種用于產生光射線的裝置，其特征在于其包括激光器，同時以多橫向振蕩振蕩模式工作來產生一個以第一個光斑對比為特點的輸入射束；以及用于混合輸入射束的橫向振蕩模式的光學裝置，來產生具有遠小于第一光斑對比的第二光斑對比的輸出射束。
2.根據權利要求1所述的用于產生光射線的裝置，其特征在于其中所述的光學裝置包括擴射器。
3.根據權利要求1所述的用于產生光射線的裝置，其特征在于其中所述的光學裝置包括至少一個長度各不相同的多模光纖束。
4.根據權利要求1所述的用于產生光射線的裝置，其特征在于其中所述的激光器的特點在于射束發散率為M2，且其中的第二光斑對比小于第一光斑對比M2倍。
5.一種激光射束的光斑消弱裝置，其特征在于其包括光學掃描器，耦接用于掃描目標平面上的射束的入射角；以及輸出光學裝置，用于引導從掃描器輸出的射束以使此射束照射到包括不同角度的范圍內的單一目標平面區域，以對射線進行去相關
6.根據權利要求5所述的激光射束的光斑消弱裝置，其特征在于其中所述的激光射線包含持續時間短于1μs的脈沖，且其中的光學掃描器用足夠的速度掃描射束來把所述區域上形成的光斑對比減小到小于10％。
7.根據權利要求6所述的激光射束的光斑消弱裝置，其特征在于其中所述的光學掃描器用足夠的速度掃描射束來把所述區域上形成的光斑對比減小到小于1％左右。
8.根據權利要求5所述的激光射束的光斑消弱裝置，其特征在于其中所述的光學掃描器包括光電掃描器，其通過衍射將一部分射束偏折，并在不同角度范圍內對射束的偏折部分的入射角進行掃描。
9.根據權利要求8所述的激光射束的光斑消弱裝置，其特征在于其中所述的光電掃描器包括聲光變化器；以及驅動電路，其施加頻率啁啾脈沖給變化器來掃描射束的偏折部分。
10.一種樣品的光學檢測裝置，其特征在于其包括檢測器組件，其被配置來捕獲在樣品一個區域的圖像；激光源，用于產生具有分別且不同的第一波長和第二波長的第一射束和第二射束；以及照射模塊，用來導引射線的第一射束和第二射束照射所述樣品的所述區域，照射模塊包括光學開關，可以被操作來同時且獨立地導引第一射束和第二射束，使每個射束以法線方向或傾斜方向照射所述區域。
11.根據權利要求10所述的樣品的光學檢測裝置，其特征在于其中所述的光學開關被配置來導引第一射束以法線方向入射到所述表面，而導引第二射束以傾斜方向入射到所述表面。
12.根據權利要求11所述的樣品的光學檢測裝置，其特征在于其中所述的照射模塊包括中繼光學裝置，其用來導引傾斜入射到表面的射束以使第一射束和第二射束以實質上相同的幾何輪廓剖面照射到所述表面的所述區域。
13.根據權利要求10所述的樣品的光學檢測裝置，其特征在于其中所述的照射模塊包括放大倍數可選的遠心放大光學裝置，在不移動激光源或照射模塊的其它組件的情況下改變激光源照射區域的尺寸。
14.一種產生光射線的方法，其特征在于其包括在多橫向振蕩模式同時操作激光器，來產生以第一個光斑對比為特點的輸入射束；以及混合輸入射束的橫向振蕩模式來產生具有遠小于第一光斑對比的第二光斑對比的輸出射束。
15.根據權利要求14所述的產生光射線的方法，其特征在于其中所述的混合橫向振蕩模式包括使輸入射束通過一個擴射器。
16.根據權利要求14所述的產生光射線的方法，其特征在于其中所述的混合橫向振蕩模式包括使至少輸入射束和輸出射束中的一個通過具有長度各自不同的多模光纖束。
17.根據權利要求14所述的產生光射線的方法，其特征在于其中所述的激光器的特點在于射束發散率為M2，且其中的第二光斑對比小于第一光斑對比M2倍。
18.一種激光射束的光斑消弱方法，其特征在于其包括光學地掃描射束來改變目標平面上的射束的入射角；以及導引被掃描的射束以使此射束照射到包括不同角度的范圍內的單一目標平面區域，以對射線進行去相關。
19.根據權利要求18所述的激光射束的光斑消弱方法，其特征在于其中所述的激光射線包括持續時間短于1μs的脈沖，且其中的光學掃描射束的入射角包含用足夠的速度掃描射束來把所述區域上形成的光斑對比減小到小于10％。
20.根據權利要求19所述的激光射束的光斑消弱方法，其特征在于其中所述的光學掃描射束的入射角包括用足夠的速度掃描射束來把所述區域上形成的光斑對比減小到小于1％左右。
21.根據權利要求18所述的激光射束的光斑消弱方法，其特征在于其中所述的光學掃描器包括光電掃描器，其通過衍射將一部分射束偏折，并在不同角度范圍內對射束的偏折部分的入射角進行掃描。
22.根據權利要求21所述的激光射束的光斑消弱方法，其特征在于其中所述的應用光電掃描器包括給施加頻率啁啾脈沖給變化器來掃描射束的偏折部分。
23.一種樣品的光學檢測方法，其特征在于其包括產生具有分別不同的第一波長和第二波長的激光射線的第一激光射束和第二激光射束；以及利用光學開關導引第一射束和第二射束照射所述樣品的某區域，此光學開關操作成可以同時獨立地控制第一射束和第二射束使，每個射束以法線方向或傾斜方向照射所述區域；以及捕獲從所述區域散射的射線來形成該區域的圖像。
24.根據權利要求23所述的樣品的光學檢測方法，其特征在于其中所述的導引第一射束和第二射束包括啟動光學開關導引第一射束以法向方向入射到所述表面，而導引第二射束以傾斜方向入射到所述表面。
25.根據權利要求24所述的樣品的光學檢測方法，其特征在于其中所述的導引第二射束包括導引傾斜入射到表面的射束以使第一射束和第二射束以實質上相同的幾何輪廓照射到所述表面的所述區域。
26.根據權利要求23所述的樣品的光學檢測方法，其特征在于其中所述的導引第一和第二射束包括使這些射束通過放大倍數可選的遠心放大光學裝置，在不移動激光源或照射模塊的其它組件的情況下改變激光源照射區域的尺寸。
全文摘要
本發明是有關于一種用于光學檢測的照射系統，包括一個激光器，為產生以第一個光斑對比為特點的輸入射束此激光器同時以多橫向振蕩模式工作。輸入射束的橫向振蕩模式被光學混合來產生具有第二光斑對比的輸出射束，此第二光斑對比充分小于第一光斑對比。
文檔編號G01N21/47GK1771456SQ03823097
公開日2006年5月10日 申請日期2003年9月8日 優先權日2002年9月30日
發明者倫·納弗塔立, 艾麥夏·捷塔, 翰·菲德門, 都倫·休漢, 吉爾·布萊 申請人:應用材料以色列股份有限公司, 應用材料有限公司