用環形照射的暗場檢查系統的製作方法

2023-10-05 23:49:24 3

專利名稱：用環形照射的暗場檢查系統的製作方法
用環形照射的暗場檢查系統趙國衡M ·瓦埃茲-伊拉瓦尼S ·揚K ·巴斯卡爾相關申請本申請要求2009年7月22日提交的題為「具有增強能力的缺陷檢查系統(Defect Inspection System With Enhanced Capabilities) 」 的美國臨時專利申請 61/227，713 的優先權。發明背景發明領域本發明涉及暗場檢查系統，更具體地涉及形成用於該檢查系統的環形照射。相關技術半導體晶片上的表面最佳是平的。然而，即使對於空白晶片，一些殘餘粗糙度不可避免地存在。可能只是2nm或更小(即遠小於用於檢查的光的波長)的該粗糙度仍然可在暗場檢查系統中的成像傳感器處的所檢測的散射光中產生不合需要的波動。這些波動可表徵為噪聲基底(floor)，並且在本文中被引用為「斑點」。對於晶片檢查，斑點實際上是成像傳感器的靈敏度的限制因素。即，否則可能被檢測到的小粒子(例如，缺陷)可被斑點攪亂 (obfuscate)0暗場晶片檢查的常規方法還未被設計成克服斑點，包括寬帶系統或雷射暗場檢查系統的邊緣對比(EC)模式。不幸的是，寬帶系統的EC模式使用低亮度寬帶光源，這在成像傳感器處產生較低的照射水平。此外，由於數值孔徑(NA)用於照射和成像兩者，因此寬帶系統的EC模式具有可用於缺陷檢測的固有受限的NA。該受限的NA可產生低的光解析度， 以及用於散射光的相對較低的收集效率。諸如克拉-坦科股份有限公司公司(KLA-Tencor)所供應的普碼系列(Puma family)產品之類的典型雷射暗場檢查系統使用斜光入射，該斜光入射創建可有些限制解析度的相對較大的線寬度(例如，大約Ium)。此外，典型雷射暗場檢查系統使用單個照射角，這產生強的空間相干性。強的空間相干性可產生相對較大水平的粗糙度感生的波動 (或斑點)，這可影響該系統對真實缺陷的最終靈敏度。因此，出現了對可顯著地改進缺陷檢測靈敏度的暗場檢查系統的需求。發明概述晶片的表面粗糙度通常在暗場檢查系統中的成像傳感器處的所檢測的散射光中產生小的波動。被稱為斑點的這些波動可表徵為噪聲基底。對於晶片檢查，否則可能被檢測到的小缺陷(例如，粒子)可被斑點攪亂。最小化斑點效應的暗場檢查系統可包括用於在晶片上生成合成的、聚焦照射線或二維場的多個光束成形路徑。每一光束成形路徑可有利地以斜角照射晶片。多個光束成形頁
路徑可形成環形照射。該環形照射可降低斑點效應，由此改進SNR(信噪比)。檢查系統還可包括用於捕捉來自晶片的散射光的物鏡，以及用於接收物鏡的輸出的成像傳感器。由於晶片照射以斜角進行，因此物鏡可具有高的NA (數值孔徑)(例如，至少0. 5)，由此改進光解析度。在一個實施例中，斜角相對於表面法線可在60-85度之間。在一個實施例中，光束成形路徑中的每一個可包括光源(例如，雷射器或雷射二極體)以及圓柱形透鏡。每一圓柱形透鏡可相對於來自其相應光源的光束傾斜和旋轉。每一圓柱形透鏡可具有與照射線平行放置的圓柱軸。在一個實施例中，每一圓柱形透鏡可繞其圓柱軸旋轉以使像差最小化。在一個實施例中，至少一個光束成形路徑包括第一、第二和第三圓柱形透鏡。第一和第二圓柱形透鏡之一在任何時間點都位於光束成形路徑。第一和第二圓柱形透鏡中的每一個可確定照射線的長度。第三圓柱形透鏡可確定照射線的寬度。在另一個實例中，第一和第二圓柱形透鏡可被縮放透鏡替代，該縮放透鏡允許在預定範圍內選擇特定照射線長度。在一個實施例中，暗場檢查系統的成像傳感器可包括與晶片上的粒子的圖像的形狀相匹配的數字圖像處理濾波器。例如，該形狀可以是環狀。在一個實施例中，多個光束成形路徑可包括多個雷射器以及耦合到多個雷射器的多模光纖。調製器可調製多模光纖所攜帶的光束。鏡子可被放置成用於反射和引導用於生成照射線的光束。在一個實施例中，鏡子可包括非球面環形鏡子。在另一實施例中，多個光束成形路徑可包括寬帶光源以及用於接收寬帶光源的輸出的光管。聚光透鏡可準直光管的輸出。鏡子可被放置成用於反射和引導從聚光透鏡輸出的、用於生成照射線的光束。在一個實施例中，鏡子可包括非球面環形鏡子。在每一光束成形路徑包括光源的一個實施例中，至少一個光源包括用於生成具有多個波長的雷射束的多個雷射器和二向色(dichroic)光束組合器。由於不同的缺陷可對不同的波長作出不同的響應，因此這些多個波長可便於缺陷檢測和標識。在每一光束成形路徑包括光源的另一實施例中，每一光源可以是雷射器，並且相鄰光束成形路徑具有不同波長的雷射器。在一個實施例中，多個光束成形路徑可包括雷射器以及耦合到該雷射器的漫射器。光纖束可接收漫射器的輸出。光纖束的每一光纖可貢獻光以形成照射線。在一個實施例中，暗場檢查系統可包括被放置成接收物鏡的輸出的分束器。在此情況下，成像傳感器可包括多個成像傳感器，每一成像傳感器用於檢測分束器所輸出的光的特定波長。例如，成像傳感器可包括用於檢測分束器所輸出的光的第一波長的第一成像傳感器以及用於檢測分束器所輸出的光的第二波長的第二成像傳感器。在具有分束器所輸出的三個或更多個波長的一個實施例中，可只選擇多個成像傳感器的子集以供圖像分析。還描述了一種配置暗場檢查系統的方法。在該方法中，形成光束成形路徑以提供環形照射。每一光束成形路徑用於以斜角照射晶片。值得注意的是，多個光束成形路徑的輸出可在晶片上形成聚焦照射線。附圖簡述圖IA示出包括多個光束成形路徑的示例性照射環，每一光束成形路徑包括光源以及相應的照射光學器件。圖IB示出圖IA的照射環可以斜角照射晶片。
圖2示出可使用多個TDI級在掃描方向上掃描的填充過多的(over-filled)照射區域。圖3示出可使用與圖2所示的配置相比實質上縮減數量的TDI級來掃描的填充不足的(under-field)照射區域。圖4示出包括相對於其光束傾斜和旋轉以在晶片上形成合成的照射場的三個圓柱形透鏡的示例性照射配置。圖5和6示出可如何基於方位角和極角來確定用於照射場生成的圓柱形透鏡的取向。圖7示出包括用於提供多個照射場長度的三個圓柱形透鏡的示例性光束成形路徑。圖8示出包括背景斑點和呈現環形圖像的四個粒子的未經圖案化的晶片表面的成像傳感器輸出表示。圖9示出可調製(例如，搖動)來自多個雷射器的並經由多模光纖遞送的雷射束以增加平均效應的示例性檢查系統。

圖10示出可準直寬帶光源所生成的光以將其更有效地遞送到最終照射鏡子的示例性檢查系統。圖11示出組合不同波長的雷射束以增加平均效應並改進缺陷標識。圖12示出使用以不同極角交錯的不同波長的雷射束以增加平均效應並改進缺陷標識。圖13示出包括多個檢測通道的示例性檢查系統1300。圖14示出其中漫射器可接收來自雷射器的相干光並生成不相干光的示例性檢查系統。附圖的詳細描述晶片表面的粗糙度可在暗場檢查系統中的成像傳感器處的所檢測的散射光中產生不合需要的波動。對於晶片檢查，該波動(在本文中稱為斑點)實際上是成像傳感器的靈敏度的限制因素。根據經改進的暗場檢查系統的一方面，可使用環形照射減少斑點，這可有利地降低空間相干性，並且由此改進光靈敏度。圖IA示出包括多個光束成形路徑101的示例性照射環100。每一光束成形路徑 102可包括光源102以及相應的照射光學器件103。在一個實施例中，光源102可以是雷射器或雷射二極體。值得注意的是，還參考圖1B，光源102(經由照射光學器件10 可以斜角照射晶片104。在一個實施例中，斜照射角(如從晶片法線所測量的)可以是從60到 85度。這些斜照射角可釋放物鏡111隻用於成像，由此允許使用高的NA(例如，從0. 5到 0. 97)。成像傳感器110可被放置成使用標準成像路徑配置(為了簡便起見未示出)來接收來自物鏡111的聚焦光的樣本/缺陷散射分量。值得注意的是，當對兩個獨立的、隨機噪聲源求平均時，總隨機噪聲減少。對於對N個獨立的、隨機噪聲源求平均，總隨機噪聲減少7 。以上所描述的環形照射可提供統計上獨立的噪聲源(即斑點)，由此在增強粒子信號的同時有效地抵消一些噪聲源，如在下文中所詳細描述的。該抵消過程此處還被稱為「求平均」。注意，N可以是偶數或奇數。通過使用以上所描述的照射配置，晶片104甚至可由寬帶晶片檢查工具使用延時積分(TDI)來檢查。在2007年6月5日公告的授予克拉-坦科股份有限公司的題為「用於通過使用抖動來重構下採樣圖像以標識基板表面中的缺陷的方法以及裝置(Method And Apparatus For Identifying Defects In A Substrate Surface By Using Dithering To Reconstruct Under-Sampled Images) 」 的美國專利 7227984 中描述了各種 TDI 技術和配置，並且其通過引用結合於此。注意，在寬帶工具中，通常可能需要具有大量積分級的TDI 來改進光預算。例如，圖2示出可使用TDI級202在掃描方向203上掃描的填充過多的照射區域203(通常在寬帶工具中)。然而，配置有TDI級202以基本上覆蓋填充過多的照射區域201的TDI傳感器可能是昂貴的，並且因與大的傳感器區域相關聯的較低產量而難以生產。值得注意的是，光源102以及其相應的照射光學器件103可在晶片104上生成薄的、亮的照射線(例如，約IOum)，由此顯著地增加每單位面積的光強度(與寬帶光源相比)。為了使TDI級最小化，可形成與TDI積分方向垂直的照射線。例如，圖3示出可使用基本上縮減數量的TDI級302在掃描方向303上掃描的填充不足的照射區域303(即晶片上的照射線)。術語「填充不足」是指與「填充過多的」照射區域相比(參見例如圖2)提供用於照射的顯著較小的區域。該TDI級的減少可顯著地降低與傳感器相關的成本，同時提供高靈敏度和高吞吐量檢查所需的足夠的照射亮度。在一個實施例中，為了優化晶片檢查的吞吐量，照射線的長度可在l_3mm的範圍內。在一個實施例中，對於多個方位照射角，可至少部分地疊加來自不同的照射角的照射線以形成照射線，即填充不足的照射區域301。在另一實施例中，可有效地級聯來自不同的照射角的照射線以形成照射線。圖4示出包括相對於其光束傾斜和旋轉以在晶片上形成合成的照射線的三個圓柱形透鏡的示例性照射配置。具體地，三個圓柱形透鏡411、412和413(其可能構成來自三個光束成形路徑的照射光學器件的一部分)可分別相對於雷射束401、402和403 (其可能由其相應的光源輸出，為了簡便起見未示出)傾斜和旋轉以在晶片410上形成照射線。在一個實施例中，可根據照射角確定傾斜和旋轉角。圖4示出用於圓柱形透鏡411、412和413的分別為0、45和90度方位角的示例性角。注意，每一圓柱形透鏡接收來自其相關聯的雷射束的準直光，並且在晶片410上生成與其長軸平行的聚焦線，該長軸被稱為a軸。取決於照射的方位角，圓柱形透鏡可具有不同的取向。例如，圖5示出可如何基於方位角Φ和極角θ來確定用於照射線生成的圓柱形透鏡501的取向。a軸被稱為圓柱軸， 其中c軸被稱為圓柱形透鏡的光軸。b軸垂直於a軸和c軸兩者。如果照射線沿著χ軸，則圓柱形透鏡501的a軸與χ軸平行。在一個實施例中，圓柱形透鏡501的b軸可與入射光
束垂直放置以使像差最小化。由於不管照射的入射角如何圓柱形透鏡501的a軸都與χ軸平行，因此圓柱形透鏡501的取向可由相對於a軸的旋轉角方便地定義。以下等式導出用於圓柱形透鏡的取向， 其作為方位角Φ和極角θ的函數。照射光束矢量可由以下等式表示
權利要求
1.一種暗場檢查系統，包括用於在晶片上生成合成的、聚焦照射線的多個光束成形路徑，每一光束成形路徑用於以斜角照射所述晶片，所述多個光束成形路徑形成環形照射； 用於捕捉來自所述晶片的散射光的物鏡；以及用於接收所述物鏡的輸出的成像傳感器。
2.如權利要求1所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述多個光束成形路徑中的每一個包括光源。
3.如權利要求2所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述多個光束成形路徑中的每一個包括圓柱形透鏡，每一圓柱形透鏡相對於來自其相應光源的光束傾斜和旋轉。
4.如權利要求3所述的暗場檢查系統，其特徵在於，相對於樣本表面法線的所述斜角在60-85度之間。
5.如權利要求3所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述物鏡的數值孔徑(NA)至少為0. 5。
6.如權利要求3所述的暗場檢查系統，其特徵在於，每一圓柱形透鏡具有與照射線平行放置的圓柱軸。
7.如權利要求6所述的暗場檢查系統，其特徵在於，每一圓柱形透鏡繞其圓柱軸旋轉以使像差最小化。
8.如權利要求6所述的暗場檢查系統，其特徵在於，至少一個光束成形路徑包括第一、 第二和第三圓柱形透鏡，其中所述第一和第二圓柱形透鏡之一在任何時間點都位於所述光束成形路徑中，其中所述第一和第二圓柱形透鏡中的每一個確定所述照射線的長度，並且其中所述第三圓柱形透鏡確定所述照射線的寬度。
9.如權利要求6所述的暗場檢查系統，其特徵在於，至少一個光束成形路徑包括連續縮放透鏡和圓柱形透鏡，其中所述連續縮放透鏡允許在預定範圍內選擇特定照射線長度， 並且其中所述圓柱形透鏡確定所述照射線的寬度。
10.如權利要求3所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述成像傳感器包括與所述晶片上的粒子的形狀相匹配的數字圖像處理濾波器。
11.如權利要求9所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述形狀是環狀。
12.如權利要求3所述的暗場檢查系統，其特徵在於，每一光源是雷射器。
13.如權利要求1所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述多個光束成形路徑包括 多個雷射器；耦合到所述多個雷射器的多模光纖；用於調製所述多模光纖所攜帶的光束的調製器；以及用於反射和引導用於生成所述照射線的光束的鏡子。
14.如權利要求13所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述鏡子包括非球面環形鏡子。
15.如權利要求1所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述多個光束成形路徑包括 寬帶光源；接收所述寬帶光源的輸出的光管； 用於準直所述光管的輸出的聚光透鏡；以及用於反射和引導從所述聚光透鏡輸出的、用於生成所述照射線的光束的鏡子。
16.如權利要求15所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述鏡子包括非球面環形鏡子。
17.如權利要求2所述的暗場檢查系統，其特徵在於，至少一個光源包括用於生成具有多個波長的雷射束的多個雷射器和二向色光束組合器。
18.如權利要求2所述的暗場檢查系統，其特徵在於，每一光源是雷射器，並且相鄰光束成形路徑具有不同波長的雷射器。
19.如權利要求1所述的暗場檢查系統，其特徵在於，所述多個光束成形路徑包括雷射器；耦合到所述雷射器的漫射器；以及用於接收所述漫射器的輸出的光纖束，其中每一光纖貢獻光以形成所述照射線。
20.如權利要求3所述的暗場檢查系統，其特徵在於，每一光源是雷射器。
21.如權利要求3所述的暗場檢查系統，其特徵在於，每一光源是雷射二極體。
22.如權利要求1所述的暗場檢查系統，其特徵在於，還包括被放置成接收所述物鏡的輸出的分束器，其中所述成像傳感器包括用於檢測所述分束器所輸出的光的第一波長的第一成像傳感器以及用於檢測所述分束器所輸出的光的第二波長的第二成像傳感器。
23.如權利要求1所述的暗場檢查系統，其特徵在於，還包括被放置成接收所述物鏡的輸出的分束器，其中所述成像傳感器包括多個成像傳感器，每一成像傳感器用於檢測所述分束器所輸出的光的特定波長。
24.如權利要求23所述的暗場檢查系統，其特徵在於，選擇所述多個成像傳感器的子集以供圖像分析。
25.—種配置暗場檢查系統的方法，所述方法包括形成多個光束成形路徑以提供環形照射，每一光束成形路徑用於以斜角照射晶片，其中所述多個光束成形路徑的輸出在所述晶片上形成聚焦照射線。
26.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，形成所述多個光束成形路徑包括傾斜和旋轉每一光束成形路徑中的至少一個圓柱形透鏡。
27.如權利要求沈所述的方法，其特徵在於，每一圓柱形透鏡具有與照射線平行放置的圓柱軸。
28.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，還包括繞其圓柱軸旋轉至少一個圓柱形透鏡以使像差最小化。
29.如權利要求沈所述的方法，其特徵在於，還包括使用第一圓柱形透鏡來確定所述照射線的長度，以及使用第二圓柱形透鏡來確定所述照射線的寬度。
30.如權利要求沈所述的方法，其特徵在於，還包括使用縮放透鏡來確定所述照射線的長度，以及使用圓柱形透鏡來確定所述照射線的寬度。
31.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，形成所述多個光束成形路徑包括將多模光纖耦合到相干光源的輸出；調製所述多模光纖所攜帶的光束；以及反射和弓I導用於生成所述照射線的經調製光束。
32.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，形成所述多個光束成形路徑包括將光管耦合到不相干光源的輸出；準直所述光管的輸出；以及反射和弓I導用於生成所述照射線的光束經準直的輸出。
33.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，形成所述多個光束成形路徑包括在至少一個光束成形路徑中，組合來自多個雷射器的輸出，每一雷射器具有不同的波長。
34.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，形成所述多個光束成形路徑包括 在相鄰光束成形路徑中提供具有不同波長的雷射。
35.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，形成所述多個光束成形路徑包括 將漫射器耦合到雷射器的輸出；以及將光纖束耦合到所述漫射器的輸出，其中所述光纖束的每一光纖貢獻光以形成所述照射線。
36.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，所述斜角相對於樣本表面法線在60-85度之間。
全文摘要
使歸因於樣本表面粗糙度的斑點噪聲最小化的暗場檢查系統可包括用於在晶片上生成合成的、聚焦照射線的多個光束成形路徑。每一光束成形路徑可以斜角照射晶片。多個光束成形路徑可形成環形照射。該環形照射可降低斑點效應，由此改進SNR。物鏡可捕捉來自晶片的散射光，並且成像傳感器可接收物鏡的輸出。由於晶片照射以斜角進行，因此物鏡可具有高NA，由此改進成像傳感器的光解析度和所得信號電平。
文檔編號H01L21/66GK102473663SQ201080033782
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月16日 優先權日2009年7月22日
發明者K·巴斯卡爾, M·瓦埃茲-伊拉瓦尼, S·揚, 趙國衡 申請人:克拉-坦科股份有限公司