CN106291899A - 照明模块、光学显微系统及电子束检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明模块、光学显微系统及电子束检测装置，属于半导体检测技术领域。该照明模块被配置成提供至少两种不同波长的照明光并且能够根据待检测样品选择照明光的波长。该光学显微系统包括照明模块；光学成像模块，配置成利用照明模块发出的照明光对电子束检测装置中的待检测样品进行成像；探测模块，配置成接收光学成像模块所成的像；软件电控模块，配置成为光学显微系统提供电力供给和对应的软件算法控制，其中探测模块将所成的像的图像信息传递给软件电控模块。该电子束检测装置包括上述的光学显微系统。

Description

照明模块、光学显微系统及电子束检测装置

技术领域

本发明涉及半导体检测技术领域，特别涉及照明模块、光学显微系统及电子束检测装置。

背景技术

电子束检测装置是一种公认的半导体器件生产过程中的缺陷检测设备。该电子束检测装置的主要原理是利用高能电子束轰击被测物体表面，探测被轰击区域产生的二次电子、背散射电子等获取被测样品本身的各种物理、化学信息，如形貌、成分等。

电子束检测装置的放大倍率高，分辨率高，但同时其可观测视场小。为准确将被检目标送到电子束检测设备的视场范围之内，通常会在电子束检测装置中加入具有预对准、粗定位功能的光学显微系统。

而目前电子束检测装置至少存在如下技术问题：

在光学显微系统中，由于不同晶圆样品的表面材料不同，因此光源的选择对样品的成像质量等有重要的影响。现有的光学显微系统一般使用单一波长光源，而使用这种单一波长光源其成像质量并不理想。例如使用蓝色光源，虽然镜头的分辨率更高，但是如果被测物体上表面镀有膜层，就会因为蓝光的穿透力不强，景深小等因素导致其成像质量不好而漏掉很多被检信息。即使使用固定成分的白光光源，也会由于被测物体的结构形貌对不同波长光的反射率不同而造成成像图像光强分布不均或对比度不好的情况。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种照明模块、光学显微系统及电子束检测装置。所述技术方案如下：

本发明的一个目的是提供了一种用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块。

本发明的另一目的是提供了一种用于电子束检测装置中的光学显微系统。

本发明的还一目的是提供了一种电子束检测装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块，其中，所述照明模块被配置成提供至少两种不同波长的照明光并且能够根据待检测样品选择所述照明光的波长。

进一步地，所述照明模块还被配置成根据待检测样品选择所述至少两种波长的照明光的强度和/或混合比重。

进一步地，所述照明模块被配置成对所述至少两种不同波长的照明光同时进行开/关控制和等量光强亮度调节控制、或者对所述至少两种不同波长的照明光分别进行开/关控制和光强亮度控制。

具体地，所述照明模块包括：

至少两种不同颜色的单色光源，所述至少两种不同颜色的单色光源能够发出至少两种不同颜色的光；

控制器，配置成控制所有的单色光源的开/关、亮度调节、混合比重、亮度同步等量调节中的至少一种；

电源，用于为所有的单色光源提供电力供给；

1分3光纤分支器，用于将所有的单色光源发出的光接收和混合，并最终形成一束光输出到所述电子束检测装置中的光学成像模块上。

在一个示例中，所述至少两种单色光源包括红光光源、蓝光光源和绿光光源中的至少两种；或者包括红光光源、蓝光光源和黄光光源中的至少两种，其中所述照明模块配置成选择所述至少两种单色光源中的至少一种输出光或选择所述至少两种单色光源中的至少两种按照预定的混合比重输出光。

在另一示例中，所述至少两种不同波长的照明光为三种不同颜色的光，

所述照明模块包括：

三色贴片式发光二极管；

控制器，用于控制三色贴片式发光二极管的开/关和亮度调节；

电源，用于为三色贴片式发光二极管提供电力供给；

匀光器，用于将三色贴片式发光二极管发出的光混合均匀后导出到所述电子束检测装置中的待检测样品上，

其中，所述三色贴片式发光二极管配置成能够发出红蓝绿三种颜色的光，并由控制器控制成发出红蓝绿三种颜色的光中的任一种或它们的任意组合。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于电子束检测装置中的光学显微系统，包括：

上述的照明模块；

光学成像模块，配置成利用照明模块发出的照明光对电子束检测装置中的待检测样品进行成像；

探测模块，配置成接收所述光学成像模块所成的像；

软件电控模块，配置成为光学显微系统提供电力供给和对应的软件算法控制，其中所述探测模块将所成的像的图像信息传递给软件电控模块。

在一个示例中，所述光学显微系统能够依据不同的待测样品表面的特征对照明模块和探测模块给出优化的参数设置。

根据本发明的还一目的，提供了一种电子束检测装置，包括：上述的光学显微系统。

在一个示例中，所述电子束检测装置还包括：

电子光学系统，用于发射电子束，并控制电子束偏转以轰击扫描晶圆样品，同时检测被轰击区域产生的二次电子、背散射电子，获取被测晶圆样品的相关信息。

在一个示例中，所述的电子束检测装置还包括：

前端设备腔，用于为待测样品的初步位置调整提供场所或暂时存放未检晶圆样品；

大气机械手，位于前端设备腔内，用于将待测样品检测前进入和检测完成后载出传递；

位置调整装置，位于前端设备腔内，用于对待测样品进行检测前的初步位置调整；

主真空腔，用于维持电子束检测装置正常工作所需要的真空状态；

预真空腔，用于将待测样品传入和传出主真空腔的过渡腔室；

真空机械手，位于主真空腔内，用于将未检测的待测样品送入主真空腔进行检测和将检测完的待测样品从主真空腔送出到预真空腔；

样品台，位于主真空腔内并用于支撑、固定待测样品，并实现待测样品在主真空腔内的移动；

软件电控系统，用于为所述电子束检测装置提供电力支撑和软件算法控制。

本发明提供的技术方案具备以下优点中的至少一个：

(1)本发明提供的电子束检测装置具有多波长照明光源的预对准光学显微系统，可实现对不同的晶圆样品和检测目标选用不同波长的照明光，或选择不同波长按不同比重混合的照明光，从而达到对不同的晶圆样品和检测目标，其中的光学显微镜都可有理想的成像效果，进而提高了光学显微系统预对准的精度，以满足电子光学系统对图像搜索位置的精度要求，并减少了电子光学系统的搜索时间，提高了检测效率；

(2)本发明提供的照明模块、光学显微系统及电子束检测装置均具有结构紧凑、易于集成的特点，且电子束检测装置能够在样品检测过程中对不同批次的晶圆样品和检测目标，根据不同的晶圆特征(例如不同的晶圆表面膜层或图案)自动进行照明模块、探测器模块的参数匹配设置或所述光学显微系统能够依据不同的待测样品表面的特征对照明模块和探测模块给出优化的参数设置，以得到更高对比度的图片，从而有利于图片的匹配、对准和定位。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电子束检测装置的结构示意图；

图2是图1所示的光学显微系统的结构示意图；

图3是图2所示的照明模块的一个示例的结构示意图；

图4是图2所示的照明模块的另一可替代的示例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，其示出了根据本发明的一个实施例的电子束检测装置100。电子束检测装置100包括光学显微系统1，光学显微系统1用于预对准、粗定位晶圆样品在整个机器坐标系中的位置，这样以便晶圆样品的被检测目标能够以较高的精度被送入光学显微系统1的视野中进行高精度定位。

电子束检测装置100还包括电子光学系统2、前端设备腔3、位置调整装置4、预真空腔5、主真空腔6和软件电控系统7。具体地，电子光学系统2用于发射电子束，并控制电子束偏转以轰击扫描晶圆样品8，同时检测被轰击区域产生的二次电子、背散射电子等以获取被检测的晶圆样品8本身的各种物理、化学信息，例如形貌、成分等。前端设备腔3用于为晶圆样品8初步位置调整提供场所，也可以用于暂时存放未检晶圆样品。位置调整装置4设置在前端设备腔3内，用于对晶圆样品8进行检测前的初步位置调整；预真空腔5用于将晶圆样品8传入和传出主真空腔6的过渡腔室，通过预真空腔5的设置有利于维护主真空腔7的真空状态。主真空腔6用于维持电子束检测装置100正常工作所需的真空状态。软件电控系统7用于为电子束检测装置100提供电力支撑和相关功能的软件算法控制。

在一个示例中，在前端设备腔3内设置有用于晶圆样品8检测前进入和检测完成后载出传递的大气机械手31。在主真空腔6中设置有真空机械手61和样品台62。具体地，真空机械手61用于将待测样品从预真空腔5中送入主真空腔6进行检测和将检测完的晶圆样品8从主真空腔6中送出到预真空腔5中，样品台62用于支撑和固定晶圆样品8，并实现晶圆样品8在主真空腔6内移动。

下面通过详细描述本发明所提供的电子束检测装置的工作流程来进一步说明电子束检测装置100的具体结构。

在使用时，晶圆样品8通过大气机械手31送入前端设备腔3内的位置调整装置4上，之后位置调整装置4对该送入的晶圆样品8进行初步的位置调整。待位置调成完成后，大气机械手31将该晶圆样品8送入预真空腔5中，之后预真空腔5抽真空至预设状态。然后，真空机械手61将晶圆样品8从预真空腔5送入主真空腔6中的样品台62上，之后软件电控系统7选择对准策略，样品台62根据软件电控系统7所选择的对准策略将晶圆样品8送到光学显微系统1的光学成像模块20的观察视场内，以便光学显微系统1进行拍照和图像采集。

如图2所示，光学显微系统1包括照明模块10、光学成像模块20、探测模块30和软件电控模块40。其中照明模块10包括被配置成提供至少两种不同波长的照明光并且能够根据待检测样品选择该照明光的波长。例如照明模块10能够根据不同的晶圆样品和检测目标选择不同波长的照明光按照预定的比重混合输出，也可以根据不同的晶圆样品和检测目标选择不同强度的照明光。光学成像模块20被配置成利用照明模块10发出的照明光对电子束检测装置100中的待检测样品进行成像。探测模块30被配置成接收光学成像模块20所成的像。软件电控模块40被配置成为光学显微系统1提供电力供给和对应的软件算法控制，其中探测模块30将所成的像的图像信息传递给软件电控模块40。在本发明的一个示例中，软件电控模块40包括硬件模块和软件模块，软件电控模块40通过外部接口与软件电控系统7(将在下面进行详述)连接，当然本领域技术人员可以明白，软件电控模块可以通过无线或有线的方式与软件电控系统7连接。

在使用时，电子束检测装置100能够根据不同的晶圆特征，例如不同的晶圆表面膜层或图案，自动进行照明模块10和探测器模块30的参数匹配设置以获得更高对比度的图片所述光学显微系统能够依据不同的待测样品表面的特征对照明模块和探测模块给出优化的参数设置，这样有利于图片的匹配、对准和定位，由此提高了光学显微系统1预对准的精度，从而满足了电子光学系统2对图像搜索位置精度的要求，减少了电子光学系统2的搜索时间，提高了检测效率。

参见图3，其示出了根据本发明一个示例的照明模块110。照明模块110还包括至少两种不同颜色的单色光源111、控制器112、电源113和1分3光纤分支器114。具体地，至少两种不同颜色的单色光源111包括红光光源101、蓝光光源102和绿光光源103。本领域技术人员可以明白，单色光源111还可以设置成包括红光光源101、蓝光光源102和黄光光源104。也可以将单色光源111配置成包括上述红光光源101、蓝光光源102和绿光光源103中的任意两种光源，还可以将单色光源111配置成包括上述红光光源101、蓝光光源102和黄光光源104中的任意两种光源。在一个示例中，上述的红光光源、蓝光光源、绿光光源或黄光光源可以是设置成点光源的形式。电源113为单色光源111提供电力支持。

在使用时，控制器112用于控制单色光源111的开/关、亮度调节、混合比重、亮度同步等量调节中的至少一种。具体地，控制器112可以根据待检测样品来选择单独调节单个光源或者同时控制单个光源，例如单独调节红光光源101，或者蓝光光源102，或者单独调节绿光103或者黄光光源104，也就是说，控制器112对单色光源111的控制分为以下方式实现：

(1)仅打开单色光源111中的其中一种光源对其进行控制；

(2)仅打开单色光源111中的任意两种光源对其进行控制；

(3)同时打开上述三种光源进行控制，在对上述三种光源进行控制时，可以对三种光源分别进行控制，通过亮度调节控制不同组分光的比重，从而获得不同波长比重混合的光；还可以对上述三种光源进行同步等量控制，从而实现不同波长等比重混合的光，同时光强亮度可调。

在一个示例中，单色光源111可以为LED点光源，也可以为其它类型的点光源或具有类似功能的光源，本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。在另一示例中，红色光源101、蓝色光源102和绿色或者黄色光源103、104均通过光源光纤接口115与1分3光纤分支器14连接，以将单色光源111所发出的光导入1分3光纤分支器114中，之后1分3光纤分支器114将上述三种光源的照明光混合成一束光输出到电子束检测装置100中的光学成像模块20上。

参见图4，其示出了根据本发明的可替代的示例的照明模块210。照明模块210包括三色贴片式发光二极管211、控制器212、电源213和匀光器214。三色贴片式发光二极管211发出红光、蓝光和绿光。三色贴片式发光二极管211受到控制器212的控制，可以分别单独发出红光、蓝光和绿光中的任意一种或者两种，当然也可以同时发出上述三种光。在使用过程中，电源213为三色贴片式发光二极管211提供电力供给，控制器212根据实际样品的拍摄效果选择三色贴片式发光二极管211发出不同颜色的光，同时还能根据需要调节光强，之后三色贴片式发光二极管211所发出的光通过匀光器214混合均匀后导出至光学成像模块20上。

当光学显微系统1的照明模块10为图3所示的照明模块110时，光学显微系统1可以选择单色光源111中的红光光源101、蓝光光源102和绿色光源103中的一种进行拍照，或者选择单色光源111中的红光光源101、蓝光光源102和黄光光源104中的一种进行拍照，当然也可以选择由不同波长的光按预定比重混合输出的光作为照明光源，之后单色光源111所发出的光导入1分3光纤分支器114中，该选择过程可以手动进行选择，也可以由软件电控系统7通过软件电控模块40和控制器112共同控制完成。然后，当单色光源111按照软件电控系统7和控制器112的控制发出所需的光后，1分3光纤分支器将上述该所需的光输出到电子束检测装置100中的光学成像模块20上。

当光学显微系统1的照明模块10为图4所示的照明模块210时，光学显微系统1可以需要选择三色贴片式发光二极管211发出三种颜色的光中的一种或两种光作为照明光源，也可以同时发出三种颜色的光，此时可以根据需要通过手动或者软件控制系统7和控制器212控制三色贴片式发光二极管所发出的三种颜色的光的比例，之后通过匀光器214将上述不同比例的光进行混合并作为照明光源，然后匀光器214在将光混合均匀后导出至光学成像模块20上。

在软件电控系统7完成对准策略设置后，即可对批量晶圆样品进行检测。在检测时，由样品台62将待测晶圆样品8的检测目标送到电子光学系统2的观察视场内进行高分辨率的检测。待检测完成后由真空机械手61将晶圆样品8从主真空腔6送入到预真空腔5中。最后，通过大气机械手31将晶圆样品8由预真空腔5经前端设备腔3送出。

本发明提供的技术方案具备以下优点中的至少一个：

(1)本发明提供的电子束检测装置具有多波长照明光源的预对准光学显微系统，可实现对不同的晶圆样品和检测目标选用不同波长的照明光，或选择不同波长按不同比重混合的照明光，从而达到对不同的晶圆样品和检测目标光学显微镜都可有理想的成像效果，进而提高了光学显微系统预对准的精度，以满足电子光学系统对图像搜索位置的精度要求，并减少了电子光学系统的搜索时间，提高了检测效率；

(2)本发明提供的照明模块、光学显微系统及电子束检测装置均具有结构紧凑、易于集成的特点，且电子束检测装置能够在样品检测过程中对不同批次的晶圆样品和检测目标，根据不同的晶圆特征(例如不同的晶圆表面膜层或图案)自动进行照明模块、探测器模块的参数匹配设置或所述光学显微系统能够依据不同的待测样品表面的特征对照明模块和探测模块给出优化的参数设置，以得到更高对比度的图片，从而有利于图片的匹配、对准和定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块，其特征在于，

所述照明模块被配置成提供至少两种不同波长的照明光并且能够根据待检测样品选择所述照明光的波长。

2.根据权利要求1所述的用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块，其特征在于，

所述照明模块还被配置成根据待检测样品选择所述至少两种波长的照明光的强度和/或混合比重。

3.根据权利要求2所述的用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块，其特征在于，

所述照明模块被配置成对所述至少两种不同波长的照明光同时进行开/关控制和等量光强亮度调节控制、或者对所述至少两种不同波长的照明光分别进行开/关控制和光强亮度控制。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块，其特征在于，

所述照明模块包括：

至少两种不同颜色的单色光源，所述至少两种不同颜色的单色光源能够发出至少两种不同颜色的光；

控制器，配置成控制所有的单色光源的开/关、亮度调节、混合比重、亮度同步等量调节中的至少一种；

电源，用于为所有的单色光源提供电力供给；

1分3光纤分支器，用于将所有的单色光源发出的光接收和混合，并最终形成一束光输出到所述电子束检测装置中的光学成像模块上。

5.根据权利要求4所述的用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块，其特征在于，

所述至少两种单色光源包括红光光源、蓝光光源和绿光光源中的至少两种；或者包括红光光源、蓝光光源和黄光光源中的至少两种，其中所述照明模块配置成选择所述至少两种单色光源中的至少一种输出光或选择所述至少两种单色光源中的至少两种按照预定的混合比重输出光。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于电子束检测装置中的光学显微系统的照明模块，其特征在于，

所述至少两种不同波长的照明光为三种不同颜色的光，

所述照明模块包括：

三色贴片式发光二极管；

控制器，用于控制三色贴片式发光二极管的开/关和亮度调节；

电源，用于为三色贴片式发光二极管提供电力供给；

匀光器，用于将三色贴片式发光二极管发出的光混合均匀后导出到所述电子束检测装置中的待检测样品上，

其中，所述三色贴片式发光二极管配置成能够发出红蓝绿三种颜色的光，并由控制器控制成发出红蓝绿三种颜色的光中的任一种或它们的任意组合。

7.一种用于电子束检测装置中的光学显微系统，包括：

根据权利要求1-6中任一项所述的照明模块；

光学成像模块，配置成利用照明模块发出的照明光对电子束检测装置中的待检测样品进行成像；

探测模块，配置成接收所述光学成像模块所成的像；

软件电控模块，配置成为光学显微系统提供电力供给和对应的软件算法控制，其中所述探测模块将所成的像的图像信息传递给软件电控模块。

8.根据权利要求7所述的用于电子束检测装置中的光学显微系统，其特征在于，

所述光学显微系统能够依据不同的待测样品表面的特征对照明模块和探测模块给出优化的参数设置。

9.一种电子束检测装置，包括：根据权利要求7或8所述的光学显微系统。

10.根据权利要求9所述的电子束检测装置，所述电子束检测装置还包括：

电子光学系统，用于发射电子束，并控制电子束偏转以轰击扫描晶圆样品，同时检测被轰击区域产生的二次电子、背散射电子，获取被测晶圆样品的相关信息。

11.根据权利要求9或10所述的电子束检测装置，所述电子束检测装置还包括：

前端设备腔，用于为待测样品的初步位置调整提供场所或暂时存放未检晶圆样品；

大气机械手，位于前端设备腔内，用于将待测样品检测前进入和检测完成后载出传递；

位置调整装置，位于前端设备腔内，用于对待测样品进行检测前的初步位置调整；

主真空腔，用于维持电子束检测装置正常工作所需要的真空状态；

预真空腔，用于将待测样品传入和传出主真空腔的过渡腔室；

真空机械手，位于主真空腔内，用于将未检测的待测样品送入主真空腔进行检测和将检测完的待测样品从主真空腔送出到预真空腔；

样品台，位于主真空腔内并用于支撑、固定待测样品，并实现待测样品在主真空腔内的移动；

软件电控系统，用于为所述电子束检测装置提供电力支撑和软件算法控制。