CN107003250B - 检验系统及具有增强检测的技术 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示用于检验半导体样本的方法及设备。在检验工具上，针对一或多个半导体样本的不同所关注层基于此类不同所关注层是否具有存在于此类不同所关注层内或附近的吸收剂类型材料选择多个不同波长范围。在所述检验工具上，在所述不同波长范围引导至少一个入射光束朝向所述不同所关注层，且作为响应，针对所述不同所关注层中的每一者获得输出信号或图像。分析来自所述不同所关注层中的每一者的所述输出信号或图像以检测此类不同所关注层中的缺陷。

Description

检验系统及具有增强检测的技术
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2014年12月2日申请的第62/086,596号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的全文出于全部目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及晶片检验系统的领域。更特定来说，本发明涉及使用较短波长的缺陷检测。
背景技术
一般来说，半导体制造产业涉及用于使用经分层且图案化到例如硅的衬底上的半导体材料制造集成电路的高度复杂技术。归因于电路集成的大规模及半导体装置的减小大小，经制造装置已变得对缺陷日益敏感。即，导致装置中的故障的缺陷变得越来越更小。装置在装运到终端用户或客户之前通常必须无故障。
半导体产业内使用多种检验系统以检测半导体晶片上的缺陷。然而，仍需要经改进的半导体晶片检验系统及技术。
发明内容
以下呈现本发明的简明概要以提供本发明的某些实施例的基本理解。此发明内容并非本发明的详尽概述且其并不识别本发明的决定性/关键要素或界定本发明的范围。此发明内容的唯一目的是以简化形式呈现本文中揭示的某些概念作为随后呈现的更详细描述的序言。
在一个实施例中，揭示一种用于检验半导体样本的方法。在检验工具上，针对一或多个半导体样本的不同所关注层基于此类不同所关注层是否具有存在于此类不同所关注层内或附近的吸收剂类型材料选择多个不同波长范围。在检验工具上，以不同波长范围引导至少一个入射光束朝向不同所关注层，且作为响应，针对不同所关注层中的每一者获得输出信号或图像。分析来自不同所关注层中的每一者的输出信号或图像以检测此类不同所关注层中的缺陷。
在特定实施方案中，吸收剂类型材料是SiN。一方面，选择不同波长范围包括：(i)针对不具有存在于不同所关注层中的第一者内或附近的SiN或具有存在于此第一所关注层下方的SiN的此第一所关注层选择低于SiN的吸收边缘波长的较短波长范围；及(ii)针对具有存在于不同所关注层中的第二者上方的SiN的此第二所关注层选择高于吸收边缘波长的较长波长范围。在进一步方面中，选择不同波长范围进一步包括在具有存在于不同所关注层中的第三者内的SiN的此第三所关注层处选择窄且较短波长范围。在进一步方面中，较短波长范围是220nm或更小；较长波长范围是230nm或更大；且窄且较短波长范围在约230nm与250nm之间。
在另一实施例中，选择不同波长范围包含确定是否如制造样本所使用的设计数据库中指定那样在不同所关注层中的每一者内或附近存在SiN。在另一方面中，选择不同波长范围包含在不提供制造样本所使用的设计数据库的情况下确定是否如使用层及材料类型的列表指定那样在不同所关注层中的每一者内或附近存在SiN。在另一实施方案中，将水平或垂直偏光应用于至少一个入射光束。在另一实例中，针对至少一个入射光束选择不同孔隙设置以实现针对至少一些不同所关注层的特定入射角。在替代实施例中，针对具有垂直堆叠结构的特定所关注层的至少一些不同波长范围包含用以检测垂直堆叠结构的表面上及贯穿垂直堆叠结构的深度两者的缺陷的较长波长范围及用以检测垂直堆叠结构的表面上的缺陷的较短波长范围。
在替代实施例中，本发明涉及一种用于检验半导体样本的检验系统。所述系统包含：照明光学器件模块，其用于基于不同所关注层是否具有存在于此类不同所关注层处的所关注层内或附近的吸收剂类型材料而在针对此类不同所关注层的多个不同波长范围产生入射光束且引导所述入射光束朝向一或多个半导体样本。所述系统还包含用于收集响应于入射光束而从不同所关注层反射或散射的输出光束的集光光学器件模块，及经配置用于执行上文中描述的方法中的一或多者的控制器。
参考图在下文中进一步描述本发明的这些及其它方面。
附图说明
图1A是依据波长而变化的信号强度的图表。
图1B是说明SiN材料的信号透射强度的图表。
图1C是说明存在SiN材料的情况下针对缺陷的信号强度的图表。
图2是说明根据本发明的一个实施例的检验过程的流程图。
图3是根据本发明的特定实施方案的实例检验系统的图解表示。
图4是根据本发明的替代实施方案的另一实例检验设备的图解表示。
具体实施方式
在以下描述中，阐述许多具体细节以提供本发明的透彻理解。可在无一些或全部此类具体细节的情况下实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知组件或过程操作以免不必要地使本发明模糊。虽然将结合这些特定实施例描述本发明，但应理解，不希望将本发明限于这些实施例。
通常可在晶片检验期间优化条件用于实现来自晶片结构中的缺陷的最佳信噪比(SNR)。可比较来自特定晶片位置处的缺陷区域的经检测信号与其中不存在缺陷的对应参考区域的经检测信号。首先，光或电磁场(电场)必须到达缺陷位置以接收来自缺陷的响应信号或光。入射光到达缺陷的可能性依据包围缺陷区域的材料的材料性质而变化。包围或定位于不透明材料下方的缺陷可对可到达此缺陷的光量具有严重限制，而透明材料允许光更有可能到达此缺陷。n,k材料性质(或折射率n及消光系数k)的较大改变将趋于具有较大经检测信号，所述较大经检测信号可更有效地经比较或分析以用于缺陷检测。一般来说，信号是电容率的平方的函数，其是n+ik且是复杂函数。因此，改变n或k可影响所产生的信号。最后，缺陷周围的经更改局部电场的至少一个部分通常必须传播到晶片的顶表面且接着由晶片检验工具的集光光学器件的入射光瞳收集以用于检验期间的分析目的。在缺陷附近存在不透明且透射材料将影响此集光过程。
存在可不利地影响缺陷的检测的若干因素。举例来说，在缺陷附近或缺陷周围存在SiN可有时以复杂的方式影响经检测信号。在晶片制造工艺期间的工艺变动也可充当非所需噪声，这是因为通常不期望测量可使缺陷信号模糊的此类噪声源。此类工艺变动或多或少出现在制造工艺中的全部步骤处且因此相关联的噪声源存在于全部晶片层的检验中。
在缺陷下方存在不透明材料层可减少或消除来自此类不透明层下方的噪声源。因此，在一些情况中，可期望取决于测试中的结构所处的位置而在经检验的晶片结构中具有吸收材料。由于SiN在低于230nm的波长处开始变得不透明，所以SiN的存在可有助于在使用比230nm更短的波长的情况下限制检验中的晶片工艺变动噪声。
晶片检验中的另一一般因素是较短波长趋于产生针对许多关注层或缺陷的较强信号。此效应来自罗利与米氏(Raleigh and Mie)散射理论，在所述理论中，晶片上的粒子的信号与s6/波长4成比例使得(一般来说)较短波长产生较多信号。即，较短波长通常允许更灵敏检验。一般来说，只要不存在任何大的材料n及k性质改变(其可在存在吸收类型材料的情况下出现)，通常就可在较短波长处获得较多缺陷信号强度。图1A是依据波长而变化的信号强度的图表。因此，当检验区域不存在吸收材料时可使用较短波长。
然而，在一些情况中，针对吸收剂类型材料的特定材料性质改变可胜过较短波长与强信号强度之间的关系。常见吸收剂材料是SiN。通常贯穿半导体制造工艺使用SiN作为硬掩模、间隔件或存储器(电荷)存储媒体。SiN具有对大于约230nm的波长透明且对低于所述阈值的波长逐渐变得不透明(随着波长减小具有增加的吸收)的光学性质。图1B是说明SiN材料的信号透射强度的图表。如所展示，SiN(或其它类型的吸收材料)在例如低于约230nm的较短波长处变得吸收(即，不透明或较少透射)。因此，如果SiN是检验中的所关注层，那么优选地使用较长波长以实现较强经检测信号。
如果SiN材料在所关注缺陷或层附近，那么此SiN存在还可影响缺陷信号强度，如图1C中所说明。如所展示，信号在约245nm处达到峰值。然而，在存在SiN(或其它吸收剂材料)的情况下针对缺陷的信号可取决于特定周围材料性质及结构以及缺陷的材料性质及结构而在不同波长处达到峰值。针对例如氧化物的其它类型的周围材料的缺陷信号可具有不同峰值位置。
因此，在一些情况中，可期望当涉及SiN(其它波长范围针对其它材料类型)时具有高于230nm(或在信号峰值波长范围处)的检验波长。期望具有具备宽带光谱(其包含高于及低于来自SiN的约230nm的吸收边缘的波长)的检验器以最大化取决于存在的材料的经检测信号。类似地，SiN的存在可影响在检验中检测的噪声使得具有高于及低于230nm吸收边缘的波长允许最大化信噪比的最大灵活性。可使用其它吸收边缘以影响存在除了SiN之外的其它类型的材料的情况下的波长选择。虽然关于SiN的存在或缺乏描述以下实施例，但这些技术可被容易地更改且应用于其它吸收剂类型的材料。可应用本发明的实施例的替代实例吸收剂材料可包含铜铟镓二硒(CIGS)、CdTe非晶硅、SiO2等。
一般来说，基于不同所关注样本层是否具有存在于此类所关注层内或附近的例如SiN的吸收剂类型材料在检验工具上选择针对此类不同所关注层的不同波长范围。在检验工具上，将不同波长范围引导朝向一或多个样本的不同所关注层且作为响应，从不同所关注层中的每一者收集输出信号或图像。接着，可分析来自不同所关注层中的每一者的经收集输出信号或图像以检测此类不同所关注层中的缺陷。
图2是说明根据本发明的一个实施例的检验过程200的流程图。最初，在操作202中提供具有相关联的所关注层的晶片用于检验。举例来说，所关注层可由SiN组成。针对另一晶片或相同晶片的所关注层，SiN可在所关注层附近但不实际存在于所关注层中。在特定实例中，所关注目标或结构可由除了SiN之外的材料形成，但此类所关注目标或结构可定位成邻近具有至少一些SiN的结构或定位在所述结构附近。在测试中的另一晶片可含有定位于所关注层下方的SiN。另一晶片的所关注层可不含有SiN材料或结构或在SiN材料或结构附近。一般来说，可在已执行制造工艺中的不同步骤之后针对具有不同或相同所关注层的不同晶片或在相同晶片上的不同或相同所关注层上重复此检验技术200。
一般来说，将针对具有不同SiN特性(或其它吸收剂材料特性)或缺乏不同SiN特性的不同所关注层使用不同波长范围。举例来说，可在检验工具中针对不同所关注层选择不同波长及孔隙组合，如本文中进一步描述。
在所说明的实例中，在操作204中可确定SiN是否存在于所关注层中或附近。在一个实施例中，可标记设计数据库以指定含有SiN的层，且将此经标记的设计数据库提供到检验系统。举例来说，设计数据库可指定相对于设计的每一经检验层的SiN位置。还可通过重检识别用于每一层的材料的GDS2设计文件而提供或确定SiN的存在，且接着可确定含有SiN的层及这些SiN层是否处在每一所关注层的上方或下方或是否包含每一所关注层。在另一实施例中，可将含有SiN的位置(例如，提供相对于晶片的层堆叠的位置)的列表提供到检验系统而不提供设计数据库。
如果SiN不存在于所关注层中或附近，那么在操作205中可在较短波长范围产生入射光用于检测所关注层中的缺陷以实现强经检测信号。举例来说，可使用小于或等于约230nm的波长以检测来自不含有SiN的所关注区域的信号。图1A展示如相较于较长波长，230nm或更小的此范围将导致在不存在SiN的情况下针对缺陷的相对强信号。然而，可使用其它较短波长范围(例如，低于约190nm、低于约200nm、低于约210nm或低于约220nm)。可取决于检验工具上可用的波长使用更短波长范围。
然而，如果存在SiN，那么在操作206中可接着确定SiN是否处在所关注层下方。如果SiN处在所关注层下方，那么在操作205中，可通过实现信号强度的强响应，同时还归因于SiN在较短波长处是不透明来实现来自SiN下方的其它噪声源的减少而在较短波长范围产生入射光用于检测缺陷。举例来说，将波长设置在低于约230nm、220nm、210nm、200nm或190nm(如图1B中所说明)。
如果SiN不在所关注层下方，那么在操作207中可接着确定SiN是否定位于所关注层上方或所关注层内。如果SiN处在所关注层中(或所关注层由SiN组成)，那么在操作208中可在窄且较短两者的波长范围产生入射光用于检测所关注层中的缺陷以实现强经检测信号。举例来说，选择在约230nm与250nm之间的波长范围，例如在图1C中针对SiN所展示。如果SiN处在所关注层上方，那么在操作210中可在较长波长产生入射光以实现针对SiN下方的缺陷的较强经检测信号。举例来说，经选择波长大于约230nm或240nm，高于约230nm或240nm，SiN变得透明，如图1B中所说明。
如果SiN处在缺陷下方，那么通常吸收光而非可能地反射光，这将降低缺陷位置处的电场。如果SiN邻近于缺陷或处在缺陷上方，那么SiN还将吸收入射于晶片的表面上的光且此布置还将趋于降低缺陷位点处的电场。因此，缺陷位置附近的任何SiN通常导致在SiN具有吸收性的波长处的较低信号。
还可选择不同波长范围以检验例如垂直NAND(VNAND)或其它3D结构的半导体堆叠结构内的不同层级。举例来说，使用具有较短波长范围(例如，红色-可见、紫外及/或深紫外范围)的入射光以检测3D结构的表面上的缺陷。使用具有较高波长范围(例如，蓝色-可见、红外及/或近红外范围)的入射光以检测垂直堆叠的表面上及贯穿垂直堆叠的深度两者的缺陷。在特定实例中，较长波长在约700nm与950nm之间且较短波长在约190nm到450nm之间。可比较使用第一波长范围及第二波长范围检测的缺陷以获得仅贯穿3D结构的深度的缺陷，从而排除表面上的缺陷。
还可将偏光设置应用于较长或较短波长范围。举例来说，可针对经选择波长范围选择水平或垂直偏光。可基于例如缺陷类型、样本组合物、波长范围或子带选择等的任何适合检验参数应用偏光设置。
还可将孔隙设置应用于较短及/或较长波长范围。举例来说，可基于例如缺陷类型、样本组合物、将检验的样本结构的类型、偏光设置、波长范围或子带选择等的任何适合检验参数选择用于实现一组特定入射角(AOI)的孔隙设置。
再次参考图2，在操作212中，可检测在多个位置处从所关注层反射及/或散射的输出光。在操作212中，可使用输出光以产生数字化信号或图像。举例来说，可相对于照明光束扫描每一晶片以获得针对晶片的整个扫描带部分的图像。为了从每一位置获得信号或图像，可使晶片相对于光束柱移动；可使光束柱相对于晶片移动；或可使光束柱及晶片两者相对于彼此移动。可将所得图像扫描带分成经个别并行或串行分析的图像图块。虽然将通常使用单个经选择波长检验晶片的全部图块，但替代方法可包含使用取决于每一图块的特定SiN特性的经选择波长设置检验此图块或图块集。还可将偏光及孔隙设置应用于经收集光。
在操作214中，接着可分析输出信号或图像以确定任何位置是否具有缺陷。可使用任何适合技术以任何适合方式分析经产生信号或图像。作为实例，可使用裸片到裸片、单元到单元或裸片到数据库技术来检验样本。即，可针对可不同于无缺陷且从另一裸片、单元获得或从设计数据库模拟的另一参考图像区域的经成像测试区域检测缺陷。当测试图像区域与参考图像区域之间的差异大于可基于样本上的不同图案类型或位置的所需灵敏度水平而变动的预定义阈值时可对缺陷添加标记。
在一个实施例中，使用设计数据库(用于制造在测试中的主光罩及晶片)以建立经成像的区域的参考光学图像。一般来说，通过模拟主光罩制造工艺及光刻工艺以模拟晶片图案而呈现这些参考图像。还模拟检验工具的物理配置及光学特性(例如，波长范围、照明及光学透镜配置、像差效应等)以产生经模拟晶片图案图像。在另一实施例中，相同裸片或单元的实际相同区域可使用检验工具成像且用作待与对应相同裸片或单元的测试区域进行比较的参考区域。较短波长提供经改进的分辨率及对比度以便改进用于裸片到数据库呈现图像及工具图像的比较过程。
可修复样本上的缺陷或可摒弃样本。如果可确定此缺陷源，那么可调整用于制造下一样本的工艺以最小化缺陷。举例来说，某些缺陷特征可与晶片制造期间的某些工艺条件或问题相关联，且当在晶片上发现此类缺陷特征时可调整或校正此类条件或问题。
某些实施例通过使用较短波长及灵活带选择实现针对下一代设计规则(DR)的晶片缺陷检测以改进缺陷信号、检验处理量、缺陷特性化及扰乱点减少。可设置具有广波长范围的检验工具以具有用于检验不同晶片z平面(例如，在3D堆叠结构中)的不同波长范围。此灵活设置将允许最完整检验覆盖范围。另外，可使用经检测信号中的额外信息及不同工具设置以进行缺陷分类及/或扰乱点抑制。
可实施任何适合检验系统以在存在及缺乏例如SiN的吸收剂类型材料的两种情况下检验多种类型的材料。某些检验器工具实施例提供灵活波长选择以涵盖大范围的晶片材料性质。另外，检验工具可操作以提供较短波长且可包含灵活偏光选择以获得最佳信号。检验系统还可操作以在一次扫描中收集更多信息以改进检验处理量、缺陷分类、扰乱点抑制。举例来说，当SiN材料不存在或存在于晶片层结构下方时，可选择小于约230nm(或更低)的波长范围以阻挡下伏噪声源并检测缺陷。系统可操作以在本文中描述的任何波长范围以及针对除了SiN之外的其它类型的吸收剂类型材料以及3D堆叠结构的其它波长范围产生光。
一般来说，用于本发明的技术的实施方案的适用检验工具可包含至少一个光源，其用于在不同波长产生入射光束以检测包含吸收剂及非吸收剂类型材料两者的不同材料类型中的缺陷以及定位于垂直半导体堆叠的表面上及/或多种深度处的可能缺陷。此检验还可包含：照明光学器件，其用于将入射光束引导到所关注区域；集光光学器件，其用于引导响应于入射光束从所关注区域发射的输出光束；传感器，其用于检测输出光束且从经检测输出光束产生图像或信号；及控制器，其用于控制检验工具的组件且促进多种材料中及表面上以及堆叠中的多种深度处的缺陷检测，如本文中进一步描述。
在一个实施例中，检验工具包含用于在较长波长(高于230nm到950nm)及较短波长(190nm到230nm)产生且收集光的照明及集光模块。在特定实施例中，检验工具产生且收集在两个波长范围中的光：近UV到近红外(NIR)或IR范围及深紫外(DUV)到近UV范围。这些波长范围不意在是限制性的，且可考虑其它范围或将其它范围应用于本发明的实施例。举例来说，可使用较低波长(例如，低于190nm)。在低于190nm的情况下，SiN继续变得更具吸收性，因此在较低波长，下伏噪声将继续减少。当设计规则减小时，层厚度也趋于减小以便需要材料的更多吸收以使下伏噪声保持低。可选择190nm范围最小值用于在宽带实施方案中仅可支持此最低波长的光学器件。检验器工具还可提供用于平行及垂直电场的偏光选项及用于跨针对长波长路径及短波长路径中的每一者的波长范围应用的一组子带波长滤光器。
(独立或同时)使用短波长及长波长允许：(i)在缺乏例如SiN的吸收剂材料的情况下捕捉缺陷；(ii)在所关注层下方存在吸收剂材料的情况下捕捉缺陷；(iii)在所关注层中存在吸收剂材料的情况下捕捉缺陷；(iv)在所关注层上方存在吸收剂材料的情况下捕捉缺陷；(v)使用较短波长捕捉垂直堆叠结构中的表面缺陷；(vi)通过使用较长波长捕捉垂直堆叠中的表面缺陷及埋藏缺陷两者；及(vii)通过使用较短及较长波长缺陷报告的差异仅捕捉垂直堆叠中的埋藏缺陷。
图3是根据本发明的特定实施方案的实例检验系统300的图解表示。如所展示，系统300包含产生照明光305的宽带光源(例如，照明器304)。光源的实例包含激光驱动光源、高功率等离子体光源、透照光源(例如，卤素或Xe灯)、滤光灯、LED光源等。除了宽带光源之外，检验系统还可包含任何适合数目及类型的额外光源。
来自光源的入射光束通常可通过用于中继(例如，塑形、聚焦或调整聚焦偏移、滤光/选择波长、滤光/选择偏光状态、重设大小、放大、减少变形等)光束朝向样本的任何数目及类型的透镜。
照明器304可包含用于产生具有较短波长范围光束及较长波长范围光束的入射光束的任何适合光学元件。举例来说，照明器304可包含具有个别可选择插入(或旋转)到照明路径中以改变照明光束的波长的可选择带通滤光器的滤光轮301。
较短波长范围可具有小于针对SiN的约230nm(或小于约200nm、210nm或220nm)或小于针对另一特定吸收剂类型材料的吸收边缘波长的最大值。较长波长可大于约210nm、220nm或230nm。较短波长的最小值是任选的，其取决于检验器系统的性质及成本。一般来说，每一检验波长范围还可基于其照明及集光光瞳孔隙形状的优化、入射及集光路径的偏光、放大、像素大小或其任何组合而选择。
照明器还可包含可用于进一步界定入射光束的光谱的一或多个额外光谱滤光器(例如，303)。举例来说，每一光谱滤光器可进一步用于优化对于希望捕捉的缺陷的灵敏度。单独偏光滤光器306也可选择性定位于入射光束路径中以进一步优化对于特定波长范围的检验灵敏度。举例来说，可选择水平偏光(以及较长波长)用于穿透到厚堆叠的垂直沟槽中。偏光滤光器还可包含垂直偏光设置。
还可使用光瞳中继器(未展示)以使入射光重新成像且将光瞳聚焦到物镜332处的系统光瞳上。可使用50-50光束分离器328以将光发送到物镜332。50-50光束分离器328还可经布置以将从样本反射或散射的光发送朝向集光光学器件。可在入射光束路径中使用共轭于系统光瞳(定位于物镜处)的光瞳。每一光瞳或孔隙可具有特定形状以使光路径的部分模糊以最大化针对所述特定波长范围的信号。
优选针对用于缺陷检测的全部波长优化物镜332。举例来说，物镜332具有包含透镜涂层的组合物及用于色差校正的布置。在替代实施例中，物镜332可为全反射物镜或折射或组合(折反射)配置。
从样本反射或散射的所得输出光束接着可由另一个二向色光束分离器337接收，所述二向色光束分离器337可经布置以经由自动聚焦系统335将自动聚焦插入到物镜332中。自动聚焦光束可具有与不同检验带分离的波长。只要用于自动聚焦的波长不在针对较短或较长波长范围中的任何者的检验波带中，那么所述波长就可变动，且所述波长不一定需要在检验带之间。组件的成本及可用性可影响自动聚焦插入所在的位置。
在一个实施例中，自动聚焦波长是在较长波长范围与较短波长范围之间。替代地，自动聚焦波长可高于较长波长范围及较短波长范围两者。自动聚焦波长带可为40nm或更小以最小化归因于晶片材料响应的聚焦平面改变。举例来说，自动聚焦系统335可使用LED光源。二向色光束分离器337可经布置以反射自动聚焦波带且透射高于及低于所述区域的全部光。50-50光束分离器328也可经配置以使自动聚焦光高效率地(例如，通过使用涂层)通过。此组件可使自动聚焦的光效率改进达几乎4倍。
如果自动聚焦波长远高于较长波长范围及较短波长范围两者，那么自动聚焦光束将受不同于检验成像系统的热诱发聚焦改变影响。所述系统可包含用以提供对归因于环境(温度、压力)、透镜加热等的聚焦改变的反馈的机构。作为实例，自动聚焦系统335可包含呈温度及压力传感器的形式的反馈机构及安装于晶片卡盘的侧上用于评估焦平面改变的校准晶片。基于反馈，自动聚焦系统335可调整透镜元件中的一或多者(例如通过移动透镜以形成可调整气隙)以引入聚焦校正。还可基于此反馈确定校正的频率。
输出光束可通过任何适合数目及类型的集光光学器件(例如，光瞳中继器(透镜群组340)及镜338、偏光器307、孔隙309及光学器件元件310及312)引导且塑形以用于使输出光束变焦且聚焦到传感器354上。作为实例，传感器354可呈CCD(电荷耦合装置)或TDI(延时积分)检测器、光电倍增管(PMT)或其它传感器的形式。
为了将特定孔隙(309)插入集光路径中以便优化对于每一波长范围的检验灵敏度，光瞳中继器340可经设计以形成系统光瞳(在物镜332处)的图像。可选择不同孔隙设置以便实现样本上的不同入射角。同样为了优化检验灵敏度的目的，将偏光滤光器(306或307)定位在照明或集光路径中。
长波长带通可在约230nm与950nm之间且短波长可小于约230nm。可使用子带光谱滤光器(未展示)以优化对于长波长路径中的埋藏缺陷或对于短波长路径中的表面缺陷(例如粒子)的检验灵敏度。
在另一系统实施例中，产生两个同时较短及较长波长路径。此同时波长系统可用于定位3D垂直堆叠结构中的缺陷以及考虑吸收类型材料的存在或缺乏。如上文中进一步描述，使用具有较短波长范围(例如，红色-可见、紫外及/或深紫外范围)的入射光以检测3D堆叠结构的表面上的缺陷，而使用具有较长波长范围(例如，蓝色-可见、红外及/或近红外范围)的入射光以检测垂直堆叠的表面上及贯穿垂直堆叠的深度两者的缺陷。可针对具有SiN或多晶Si的位置使用进一步光谱选择。
图4是根据本发明的特定实施方案的实例检验设备的图解表示。此系统的组件可类似于如关于图3描述的组件。产生两个不同波长照明光束的实例系统进一步描述于2015年7月7日由史蒂芬·R.·兰格(Steven R.Lange)颁布的美国专利9,075,027中，所述专利的全文为了全部目的以引用的方式并入本文中。此专利还描述一种使用两个同时照明及集光波长路径的系统。
如图4中所展示，系统400包含经由镜402及聚光透镜406引导且聚焦到光导管408中的宽带光源(例如，Xe弧光灯404)。光导管通常使光均质化。接着，可由透镜410接收均质化光，所述透镜410准直经接收光。
系统400还包含用于将入射光束分成沿着较短带路径引导的较短波长光束及沿着较长带路径引导的较长波长光束的光学元件。系统400可包含用于将入射光分成两个不同可选择波长带路径的二向色光束分离器411。在所说明的系统中，第一波长路径包含第一光谱滤光器420及定位于第一照明光瞳418附近的第一偏光器422。第二波长路径包含第二光谱滤光器414及定位于第二照明光瞳416附近的第二偏光器412。
可以任何适合方式实施二向色光束分离器或滤光器411。举例来说，可在系统400中利用具有取决于光的波长选择性反射或透射光的二向色光学涂层的二向色棱镜以将入射光束分成两个单独波长路径。
每一路径光谱中的每一光谱滤光器可用于进一步界定每一光束的光谱。举例来说，每一光谱滤光器可进一步用于优化每一路径对于希望被捕捉的缺陷或吸收剂材料的存在或缺乏的灵敏度，如上文中进一步描述。单独偏光滤光器还可定位于每一光谱路径中以进一步优化对于每一波长范围的检验灵敏度。举例来说，可针对较长波长范围选择水平偏光(以及较长波长)。
来自光源的每一入射光束还可通过用于中继(例如，塑形、聚焦或调整聚焦偏移、滤光/选择波长、滤光/选择偏光状态、重设大小、放大、减少变形等)光束朝向样本的若干透镜。在所说明的实施例中，来自两个波长路径的入射光束通过例如镜的照明路径光学元件引导且由经布置以重组合来自两个波长带路径的入射光束的二向色光束分离器424接收。重组合的入射光束可接着由例如光瞳中继器426、50-50光束分离器428及物镜432的任何照明光学器件引导到样本434上。
光瞳中继器426可用于使经组合光重新成像且将每一光瞳聚焦到物镜432处的系统光瞳上。50-50光束分离器428可用于将光发送到物镜432。50-50光束分离器428还可经布置以将从样本反射或散射的光发送朝向集光光学器件。
优选针对用于缺陷检测的全部波长优化物镜432。举例来说，物镜432具有包含透镜涂层的组合物及用于色差校正的布置。在替代实施例中，物镜432可为全反射物镜或折射或组合(折反射)配置。
从样本反射或散射的所得输出光束可接着由可经布置以将自动聚焦插入到物镜432中的另一个二向色光束分离器437接收。自动聚焦光束可具有与两个检验带分离的波长。只要用于自动聚焦的波长不在针对如上文中所描述的短或长波长路径的检验波带中，那么所述波长就可变动。
二向色光束分离器437可经布置以反射自动聚焦波带且透射高于及低于自动聚焦区域的全部光。50-50光束分离器428还可经配置以使自动聚焦光高效率地(例如，通过使用涂层)通过。
二向色光束分离器437还可经布置以使经反射或经散射输出光束透射到另一输出二向色光束分离器438，所述输出二向色光束分离器438将输出光束分成类似于成像波长带的较长及较短波长带路径。
第一输出光束可由任何适合数目及类型的集光光学器件(例如光瞳中继器及放大透镜440、光瞳442附近的偏光器446、变焦透镜448及可沿着方向452独立移动的长号镜450a和450b)引导且塑形。第一输出光束由第一检测器454a接收。同样地，第二输出光束可由任何适合数目及类型的集光光学器件(例如光瞳中继器及放大透镜456、光瞳458附近的偏光器460、变焦透镜460及可沿着方向462独立移动的长号镜450c和450d)引导且塑形。第二输出光束由第二检测器454b接收。
不管特定系统实施例为何，可针对每一光学元件的路径中的光的特定波长范围优化此光学元件。举例来说，针对较短波长范围优化此较短波长路径中的光学元件，而针对较长波长范围优化此较长波长范围路径中的光学元件。同样地，针对经组合较短及较长波长范围优化此类经组合波长范围光的路径中的光学元件。优化可包含例如通过选择玻璃类型、布置、形状及涂层(例如，抗反射涂层、高度反射涂层)而最小化波长相依像差以最小化针对对应波长范围的像差。举例来说，透镜经布置以通过较短及较长波长范围最小化由色散引起的效应。在另一实施例中，全部光学元件是反射性的。反射检验系统及配置的实例进一步描述于2008年4月1日颁布的美国专利第7,351,980号中，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。
检验工具的光学布局可不同于上文关于图3或图4描述的光学布局。举例来说，只要针对特定经选择波长带或子带优化透射涂层且最小化每一波带上方的像差，那么系统显微镜物镜就可为许多可能布局中的一者。不同光源可用于每一路径。举例来说，Xe源可用于长波长路径且HgXe或Hg灯可用于短波长路径。多个LED或斑纹爆破(buster)激光二极管也是用于每一路径的可能源。可经由仅透镜方法、具有光学长号的主要固定透镜或其任何组合而修改变焦以包含不同放大范围。
某些检验系统实施例可经配置用于检验半导体结构。可使用本发明的检验设备检验或成像的其它类型的结构包含太阳能面板结构、光盘等。
所述系统还可包含控制器或计算机系统(例如，390或490)。举例来说，由每一检测器捕捉的信号可由控制器390处理，所述控制器390可包含具有经配置以将来自每一传感器的模拟信号转换成用于处理的数字信号的模/数转换器的信号处理装置。控制器可经配置以分析经感测光束的强度、相位及/或其它特性。控制器可经配置(例如，使用编程指令)以提供用于显示所得测试图像及其它检验特性的用户接口(例如，在计算机屏幕上)，如本文中进一步描述。控制器还可包含用于提供用户输入(例如改变波长、偏光或孔隙配置；观看检测结果数据或图像；设置检验工具配方)的一或多个输入设备(例如，键盘、鼠标、操纵杆)。
可以硬件及/或软件的任何适合组合实施本发明的技术。控制器通常具有经由适当总线或其它通信机构耦合到输入/输出端口及一或多个存储器的一或多个处理器。
控制器可为软件及硬件的任何适合组合且通常经配置以控制检验系统的多种组件。举例来说，控制器可控制照明源的选择性激活、照明或输出孔隙设置、波长带、聚焦偏移设置、偏光设置等。控制器还可经配置以：接收由每一检测器产生的图像或信号且分析所得图像或信号以确定缺陷是否存在于样本上；特性化存在于样本上的缺陷或以其它方式特性化样本。举例来说，控制器可包含处理器、存储器及经编程以实施本发明的方法实施例的指令的其它计算机外围设备。
因为此信息及程序指令可实施于经特别配置的计算机系统上，所以此系统包含可存储于计算机可读媒体上的用于执行本文中描述的多种操作的程序指令/计算机程序码。计算机可读媒体的实例包含(但不限于)磁性媒体，例如硬盘、软盘及磁带；光学媒体，例如CD-ROM磁盘；磁光媒体，例如光盘；及经特别配置以存储且执行程序指令的硬件装置，例如只读存储器装置(ROM)及随机存取存储器(RAM)。程序指令的实例包含机器码(例如通过编译器产生)及含有可由计算机使用解译器执行的较高阶码的文件。
如图3中所说明，样本334还可放置于检验系统300的载物台314上，且检验系统300还可包含用于相对于入射光束移动载物台(及样本)的定位机构308。作为实例，一或多个电机机构可各自由螺旋驱动及步进电机、具有反馈位置的线性驱动或带致动器及步进电机形成。一或多个定位机构308还可经配置以移动检验系统的其它组件，例如照明或集光镜、孔隙、波长滤光器、偏光器等。
应注意，不应将检验系统的上文描述及图式理解为对系统的特定组件的限制且系统可以许多其它形式体现。举例来说，预期检验或测量工具可具有来自经布置用于检测缺陷及/或分辨主光罩或晶片的特征的关键方面的任何数目个已知成像或计量工具的任何适合特征。作为实例，检验或测量工具可经调适用于明场成像显微术、暗场成像显微术、全天空成像显微术、相位对比度显微术、偏光对比显微术及相干性探针显微术。还预期可使用单个及多个图像方法以捕捉目标的图像。这些方法包含(例如)单抓斗、双抓斗、单抓斗相干性探针显微术(CPM)及双抓斗CPM方法。还可预期例如散射测量的非成像光学方法作为检验或计量设备的形成部分。
可使用任何适合透镜布置以将入射光束引导朝向样本且将从样本发出的输出光束引导朝向检测器。系统的照明及集光光学元件可为反射性或透射性。输出光束可从样本反射或散射或透射穿过样本。同样地，可使用任何适合检测器类型或数目的检测元件以接收输出光束且基于经接收输出光束的特性(例如，强度)提供图像或信号。
针对将来晶片缺陷检验，归因于DR收缩而显著减少缺陷信号。因此，因为存在使用减小波长实现较高缺陷信号的一般趋势，所以可期望具有较短波长、更好的分辨率及较小检验像素。然而，此较短波长检验配置可具有小焦深、对聚焦改变的高热灵敏度、较低处理量等的缺点。某些系统实施例提供跟踪且校正聚焦、调整系统参数以优化S/N等的特征。另外，此布置允许在扫描中获得更多信息以使检验具成本效益。另外，通过在单次扫描处获取多个信息，可有效执行用于缺陷特性化、信号增强及噪声/扰乱点减少的后处理。
虽然为了清楚理解的目的已详细描述本发明，但应明白可在所附权利要求书的范围内实践某些改变及修改。应注意，存在实施本发明的过程、系统及设备的许多替代方式。举例来说，可从经透射、反射或组合输出光束获得缺陷检测特性数据。因此，应将本实施例视为阐释性而非限制性，且本发明不限于本文中给定的细节。

Claims (22)

1.一种用于检验半导体样本的方法，其包括：
在检验工具上，针对一或多个半导体样本的不同所关注层基于此类不同所关注层是否具有存在于此类不同所关注层内或附近的吸收剂类型材料选择多个不同波长范围；
在所述检验工具上，在所述不同波长范围引导至少一个入射光束朝向所述不同所关注层，且作为响应，针对所述不同所关注层中的每一者获得多个输出信号或图像；及
分析来自所述不同所关注层中的每一者的所述输出信号或图像以检测此类不同所关注层中的缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸收剂类型材料是SiN。
3.根据权利要求2所述的方法，其中选择所述不同波长范围包括：
针对不具有存在于所述不同所关注层中的第一者内或附近的SiN或具有存在于此第一所关注层下方的SiN的此第一所关注层选择低于SiN的吸收边缘波长的较短波长范围；及
针对具有存在于所述不同所关注层中的第二者上方的SiN的此第二所关注层选择高于所述吸收边缘波长的较长波长范围。
4.根据权利要求3所述的方法，其中选择所述不同波长范围进一步包括：
在具有存在于所述不同所关注层中的第三者内的SiN的此第三所关注层处选择窄且较短波长范围。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述较短波长范围是220nm或更小；
所述较长波长范围是230nm或更大；及
所述窄且较短波长范围在230nm与250nm之间。
6.根据权利要求4所述的方法，其中选择所述不同波长范围包含确定是否如制造所述样本所使用的设计数据库中指定那样在所述不同所关注层中的每一者内或附近存在SiN。
7.根据权利要求4所述的方法，其中选择所述不同波长范围包含在不提供制造所述样本所使用的设计数据库的情况下确定是否如使用层及材料类型的列表指定那样在所述不同所关注层中的每一者内或附近存在SiN。
8.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括将水平或垂直偏光应用于所述至少一个入射光束。
9.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括针对所述至少一个入射光束选择不同孔隙设置以实现针对至少一些所述不同所关注层的特定入射角。
10.根据权利要求1所述的方法，其中针对具有垂直堆叠结构的特定所关注层的至少一些所述不同波长范围包含用以检测所述垂直堆叠结构的表面上及贯穿所述垂直堆叠结构的深度两者的缺陷的较长波长范围及用以检测所述垂直堆叠结构的所述表面上的缺陷的较短波长范围。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸收剂类型材料是SiO2。
12.一种用于检验半导体样本的检验系统，其包括：
照明光学器件模块，其用于基于不同所关注层是否具有存在于此类不同所关注层处的所关注层内或附近的吸收剂类型材料而在针对此类不同所关注层的多个不同波长范围产生入射光束且引导所述入射光束朝向一或多个半导体样本；
集光光学器件模块，其用于收集响应于所述入射光束而从所述不同所关注层反射或散射的输出光束；及
控制器，其经配置以执行以下操作：
针对一或多个半导体样本的不同所关注层基于此类不同所关注层是否具有存在于此类不同所关注层内或附近的吸收剂类型材料选择多个不同波长范围；
在所述不同波长范围使至少一个入射光束经引导朝向所述不同所关注层，且作为响应，针对所述不同所关注层中的每一者获得多个输出信号或图像；及
分析来自所述不同所关注层中的每一者的所述输出信号或图像以检测此类不同所关注层中的缺陷。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述吸收剂类型材料是SiN。
14.根据权利要求13所述的系统，其中选择所述不同波长范围包括：
针对不具有存在于所述不同所关注层中的第一者内或附近的SiN或具有存在于此第一所关注层下方的SiN的此第一所关注层选择低于SiN的吸收边缘波长的较短波长范围；及
针对具有存在于所述不同所关注层中的第二者上方的SiN的此第二所关注层选择高于所述吸收边缘波长的较长波长范围。
15.根据权利要求14所述的系统，其中选择所述不同波长范围进一步包括：
在具有存在于第三组所述不同所关注层中的每一者内的SiN的此第三所关注层处选择窄且较短波长范围。
16.根据权利要求15所述的系统，其中：
所述较短波长范围是220nm或更小；
所述较长波长范围是230nm或更大；及
所述窄且较短波长范围在230nm与250nm之间。
17.根据权利要求15所述的系统，其中选择所述不同波长范围包含确定是否如制造所述样本所使用的设计数据库中指定那样在所述不同所关注层中的每一者内或附近存在SiN。
18.根据权利要求15所述的系统，其中选择所述不同波长范围包含在不提供制造所述样本所使用的设计数据库的情况下确定是否如使用层及材料类型的列表指定那样在所述不同所关注层中的每一者内或附近存在SiN。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器进一步经配置用于将水平或垂直偏光应用于所述至少一个入射光束。
20.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器进一步经配置用于针对所述至少一个入射光束选择不同孔隙设置以实现针对至少一些所述不同所关注层的特定入射角。
21.根据权利要求12所述的系统，其中针对具有垂直堆叠结构的特定所关注层的至少一些所述不同波长范围包含用以检测所述垂直堆叠结构的表面上及贯穿所述垂直堆叠结构的深度两者的缺陷的较长波长范围及用以检测所述垂直堆叠结构的所述表面上的缺陷的较短波长范围。
22.根据权利要求12所述的系统，其中所述吸收剂类型材料是SiO2。
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