CN107851589A - 在激光暗场系统中用于斑点抑制的方法及装置 - Google Patents

在激光暗场系统中用于斑点抑制的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示用于检测半导体样本上的缺陷的装置及方法。系统包含：照明模块，其用于将非零阶高斯照明光束引导朝向样本上的多个位置；及收集模块，其用于检测响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光，且针对所述样本上的每一位置产生多个输出图像或信号。所述系统进一步包括通过以下步骤来检测缺陷的处理器系统：(i)处理所述输出图像或信号以保留大体上与一或多个非零阶高斯照明光束的点扩散函数匹配的经滤波图像或信号部分；以及(ii)分析所述经滤波图像或信号部分以检测所述样本上的缺陷。

Description

在激光暗场系统中用于斑点抑制的方法及装置
相关申请案的交叉参考
本申请案主张由万博莱·根德(Vaibhav Gaind)等人在2015年7月10日申请的第62/190,729号先前申请案美国临时申请案的权利，所述临时申请案的全文出于全部目的以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及在检验系统中用于半导体晶片或主光罩的缺陷检测的方法及系统，且更明确来说涉及在缺陷检测期间降低斑点效应。
背景技术
各种各样的检验系统可用于检验样本缺陷。激光通常用作许多检验系统中的光源以检测晶片或光罩上的缺陷。激光归因于其极高亮度而提供最有效率的照明方法中的一种。
然而，使用激光的一个缺点是激光的高空间及时间相干性在成像样本的表面上的图案时引起振铃效应(ringing effect)，或在表面特征无规则(例如，归因于表面或线边缘粗糙部(roughness))时引起斑点。振铃效应或斑点可使图像质量严重降级且引入过多噪声，因此降低检测缺陷的灵敏度。关于例如振铃及斑点现象的干涉效应的综合论述可发现于由J.W.古德曼(J.W.Goodman)、麦格劳-希尔(McGraw-Hill)所著的“傅立叶光学(FourierOptics)”及同样由J.W.古德曼、威利-国际科学(Wiley-Interscience)所著的“统计光学(Statistical Optics)”中。
可以各种方式减少这些有害的图像效应。提供部分非相干激光的一种常规技术涉及使用旋转扩散器。旋转扩散器通常由在激光束到达待成像物体之前引入到激光束的路径中的旋转毛玻璃屏组成。旋转扩散器将随机相位变动引入到入射激光束中，借此降低光束的空间相干性。随着扩散器的旋转，检测器可从独立视图或视角收集物体的图像。检测器又可集成独立检验视图以有效地合成待成像物体的非相干照明。与使用旋转扩散器相关联的一个问题涉及照明效率。扩散器通常由于光的过度散射而具有低效率。与旋转扩散器相关联的另一问题是其针对照明系统充当不理想的振源。最后，扩散器盘的旋转速度必须比检测器的集成时间更快以提供适当斑点抑制。这对于其中检测器的集成时间可低达几纳秒的高处理量系统是不可能的。
鉴于前述内容，需要用于缺陷检测同时降低斑点效应的改进的计量装置及技术。
发明内容
下文呈现本发明的简明概要以提供对本发明的特定实施例的基本理解。此概要并非本发明的全面综述且并未识别本发明的关键/重要元件或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文中揭示的一些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。
在一个实施例中，揭示一种用于检测半导体样本上的缺陷的系统。所述系统包含：照明模块，其用于将非零阶高斯(Gaussian)照明光束引导朝向样本上的多个位置；及收集模块，其用于检测响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光且针对所述样本上的每一位置产生多个输出图像或信号。所述系统进一步包括处理器系统，其通过以下步骤检测缺陷：(i)处理所述输出图像或信号以保留大体上与一或多个非零阶高斯照明光束的点扩散函数匹配的经滤波图像或信号部分；及(ii)分析所述经滤波图像或信号部分以检测所述样本上的缺陷。
在特定实施方案中，所述照明模块包括：(i)光源，其用于产生零阶高斯照明光束；(ii)非零阶高斯产生器，其用于更改所述零阶高斯照明光束以产生非零阶高斯照明光束；及(iii)一或多个光学元件，其用于将所述非零高斯照明光束引导朝向所述样本。在另一方面中，所述零阶高斯照明光束是零阶拉格耳(Laguerre)高斯照明光束且所述非零阶高斯照明光束是非零阶拉格耳高斯照明光束。在其它方面中，所述非零阶高斯产生器是螺旋相位板、衍射光栅或全息图，或空间光调制器或q板。
在另一实施例中，所述收集模块包含经定位以收集响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光的一或多个检测器。在另一方面中，通过将与所述非零阶高斯照明光束的所述点扩散函数匹配的核心图像与所述输出图像进行卷积而获得所述经滤波输出图像。在另一方面中，通过使用经训练以将与所述非零阶高斯照明光束的所述点扩散函数匹配的图像定义为缺陷的分类器分类所述输出图像而获得所述经滤波输出图像。在另一实例实施例中，所述收集模块经布置以在暗场模式中收集所述散射光。
本发明的替代实施例涉及一种检测半导体样本上的缺陷的方法。用非零阶高斯照明光束照明所述样本的多个位置。从经布置以检测响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光的一或多个检测器获得输出图像或信号。对所述输出图像或信号进行滤波以保留大体上与所述非零阶高斯照明光束的点扩散函数匹配的经滤波图像或信号部分。分析所述经滤波图像或信号以检测所述样本上的缺陷。
在特定方法实施方案中，用非零阶高斯照明光束照明所述样本的多个位置包括：(i)产生零阶高斯照明光束；(ii)从所述零阶高斯光束产生非零阶高斯照明光束；及(iii)将所述非零阶高斯照明光束引导朝向所述样本上的所述多个位置。
下文参考图进一步描述本发明的这些及其它方面。
附图说明
图1A说明高斯光束宽度依据沿光束的距离z而变化。
图1B说明拉格耳高斯(LG)光束截面的数种实例。
图2说明根据本发明的一个实施方案的通过用不同LG光束照明缺陷及线边缘粗糙部而获得的散射(或暗场)缺陷图像。
图3说明根据本发明的特定实施方案的起因于将与照明光束的点扩散函数(PSF)匹配的核心应用于经收集缺陷图像的经滤波缺陷图像。
图4是说明根据本发明的一个实施例的用于使用非零阶高斯光束及PSF匹配滤波来检测缺陷的程序的流程图。
图5是根据本发明的特定实施方案的运用非零阶高斯照明及PSF匹配滤波的检验系统的图解表示。
图6A说明根据本发明的特定实施方案的用于从标准横向电磁波(TEM00)产生螺旋形光束的螺旋波板。
图6B说明根据本发明的另一实施方案的使用具有叉形位错(fork dislocation)的衍射全息图产生±2阶高斯光束。
图6C说明根据本发明的另一实施方案的使用q板产生±2阶高斯光束。
具体实施方式
在以下描述中，陈述众多具体细节以提供对本发明的透彻理解。可在没有一些或全部这些具体细节的情况下实践本发明。在其它例子中，并未详细描述熟知过程操作以免不必要地使本发明不清楚。虽然将结合特定实施例描述本发明，但应了解，并不希望将本发明限于所述实施例。
介绍
用于检验半导体样本的传统激光系统趋于利用零阶高斯光束以使光束轮廓尽可能紧密而有利于对极小结构的检验。在暗场应用中使用此类相干系统的情况下，缺陷的散射效应与表面或线粗糙部的散射效应几乎相同，这称为“斑点效应”。因此，难以区分缺陷与表面或线粗糙部。举例来说，缺陷的强度可能不会高于斑点噪声的强度，使得用于定义缺陷的定限技术失败。
可使用各种方法来抑制斑点，例如在收集信道之间使用去相关以改进信噪比的信道融合；收集时相对于照明偏振的交叉偏振；及用角度或波长分集产生部分相干系统。此外，可使用匹配滤波来抑制不相关的噪声源，如散粒噪声。然而，当用零阶高斯光束扫描粗糙区域时，所产生的斑点保留入射光束的点扩散函数，且因此使用匹配滤波并未导致缺陷信噪比的任何改进。
用于检测缺陷的实例实施例：
本发明的特定实施例利用非零阶高斯光束以成像样本。首先将描述简单高斯光束。图1A说明高斯光束宽度依据沿光束的距离z而变化。图式展示以下参数：w0是光束腰；b是焦点深度；zR是罗利范围(Raleigh range)；且是总的角扩散。给定波长λ的高斯光束的形状仅取决于光束腰w0，所述光束腰w0是其中光束宽度w(z)最小(且同样地其中轴上(r＝0)强度最大)的其焦点(z＝0)的点处的光束大小的测量值。可从此参数确定描述高斯光束的其它参数。举例来说，ZR可如下定义：
尽管高斯函数的尾实际上从未达到零，但光束的“边缘”被称为半径，其中r＝w(z)随z线性增大。即，其中强度已降低到其轴上值的1/e2。即，对于z＞＞zR，参数w(z)随z线性增大。此关系意味着距腰较远处，光束“边缘”(在上述意义上)是圆锥形的。沿所述圆锥的线(其r＝w(z))与光束的中心轴(r＝0)之间的角度称作光束的发散度，其如下给出：
接着，距腰较远的光束的总的角扩散如下给出：
一种类型的非零阶高斯光束可采取拉格耳高斯(LG)的形式。尽管本文中将特定实施例描述为使用非零阶LG光束，但可使用其它类型的非零阶高斯光束(例如，厄米高斯(Hermite-Gaussian)、恩斯高斯(Ince-Gaussian)、超几何高斯、平顶、贝塞尔(Bessel)、艾瑞(Airy)或碎形光束等)。LG光束的方程式如下给出：
其中C是正规化常数；z是距光束的焦点或腰的轴向距离；k＝2π/λ是波长λ的波数(以弧度/米为单位)；r是距光束的中心轴的径向距离；zR是罗利距离或范围；p对应于光束的径向分量；l涉及方位轴；是广义拉格耳多项式；w(z)是其中场振幅在沿光束的平面z处下降到其轴向值的1/e处的半径；i是虚数单位。zR还定义为：
其中l>0的LG光束携带轨道角动量。传统高斯光束对应于l＝0及p＝0，且产生方位对称的相位。然而，对于l>0，相位从exp(-ilφ)得到额外比重。旋转模数l的效应除影响拉格耳多项式外，还主要被含于相位因子exp(-ilφ)中，其中光束轮廓在绕光束的一次旋转(以)中推进(或滞后)达l个完整2π相位。
可使用螺旋相位板或衍射光学元件来产生LG光束。可获得用于DUV及UV波长的此类相位板。尽管以下实例说明产生l不为零的非零阶照明光束，但取决于特定检验应用，p参数还可变化以形成偶极、四极等。
图1B说明数种实例LG光束。如所示，展示LG光束针对p＝0，l＝0、1、2、3的不同组合的不同点扩散函数(PSF)。PSF 102a对应于LG00光束；PSF 102b对应于LG01光束；PSF 102c对应于LG02光束；且PSF 102d对应于LG03光束。
一般来说，这些LG光束在样本上都具有环面形状光环。当样本由环面形状光束轮廓照明时，缺陷的散射行为与表面粗糙部或线边缘粗糙部的散射行为不同。来自缺陷的散射效应捕捉照明的形状，使得缺陷产生完全显影的环面形状。相比之下，斑点散射并不具有环面或环形状，或仅具有部分环形状。换句话说，缺陷散射是能量转移现象，而表面粗糙部或线边缘粗糙部是干涉现象。对于任何非零阶高斯光束，缺陷信号形状将有可能与入射光束点扩散函数(PSF)形状高度相关。
图2说明根据本发明的一个实施方案的通过用不同LG光束来照明缺陷及线边缘粗糙部而获得的散射(或暗场)缺陷图像。在此实例中，在存在线边缘粗糙部的情况下，缺陷是线突部。如所示，缺陷图像201a起因于用LG00光束照明样本上的线边缘粗糙部分及缺陷。此缺陷图像201a含有来自线边缘粗糙部的斑点图像部分204a及来自缺陷的缺陷图像部分202a。如可见，斑点图像部分204a具有与缺陷部分202a类似的强度，使得可证明难以区分斑点与缺陷。
然而，对于越来越高阶的LG光束，缺陷部分放大且斑点部分缩小。举例来说，渐增的l导致照明光束的环面大小的增大。对于LG01光束，缺陷图像201b含有斑点部分204b及缺陷部分202b，且对于LG02光束，缺陷图像201c含有斑点部分204c及缺陷部分202c。缺陷图像部分清晰地保留扫描其较高阶光束的PSF。即，缺陷图像部分与PSF匹配，而光斑点图像部分与对应较高阶照明光束的PSF部分匹配或完全不匹配。
由于斑点起源于散射波的干涉，因此斑点将在PSF的全部点上具有相长干涉的可能性是低的。即，斑点特征将可能具有与PSF不同的形状。接着可对经收集图像使用算法或其它类型的滤波以重新捕捉缺陷的能量效应，而最小化斑点噪声的捕捉。因此，特定实施例可实施对与非零阶高斯光束的PSF匹配的输出图像或信号进行滤波的滤波过程，从而容易定位由较高阶LG光束产生的散射图像中的缺陷且非斑点。这基于照明光束的PSF的滤波允许容易区分缺陷与斑点，如本文中进一步描述。
图3说明根据本发明的特定实施方案的起因于将与照明光束匹配的核心应用于经收集缺陷图像的经滤波缺陷图像。如所示，将对应于μ00光束的核心304a应用于由此LG光束产生的散射缺陷及斑点图像，且导致经滤波图像305a。此经滤波图像305a含有斑点部分306a及缺陷部分302a。相比之下，将对应于μ01光束的核心304b应用于经检测图像，导致经滤波图像305b具有斑点部分306b及缺陷部分302b。最后，将对应于μ02光束的核心304c应用于经检测图像，导致经滤波图像305c具有斑点部分306c及缺陷部分302c。在越来越高阶下，斑点的部分环效应甚至降低且甚至消失。因此，由于此类斑点图像与核心的环面环并不匹配，因此部分环的存在(或完全不存在环)降低斑点信号的量值。所得经滤波缺陷表示SNR(信噪比)的显著提高。与μ00光束相比，以μ02光束观察到1.8倍的SNR。
图4是说明根据本发明的一个实施例的用于使用非零阶高斯光束及PSF匹配滤波来检测缺陷的程序400的流程图。尽管将所说明的程序描述为应用于半导体样品的暗场缺陷检验，但这些技术(及系统)适用于使用相干照明的其中斑点成问题的任何类型的缺陷检测。
最初，在操作402中，可用非零阶高斯光束照明样本上的多个位置。举例来说，可产生零阶高斯光束且使其通过光学元件以更改此光束的轨道角动量(OAM)而产生接着在样本上方扫描的非零阶高斯光束。
举例来说，可相对于照明光束扫描晶片(或其它样本类型)以获得晶片的整个扫描带部分的图像。为从每一位置获得信号或图像，晶片可相对于光束柱移动；光束柱可相对于晶片移动；或光束柱及晶片都可相对于彼此移动。可将所得图像条带分成图像补片(imagepatch)，并行地或串行地单独分析所述图像补片。尽管通常将以单一选定波长检验晶片的全部补片，但替代方法可包含以选定波长设置检验每一补片或补片集，这取决于此补片的特定材料特性。偏振及光圈设置还可应用于经收集光。
接着，在操作404中，可从收集自一或多个检测器的图像或信号获得输出图像或信号。可以任何合适方式形成输出图像以分析缺陷。举例来说，可使用裸片对裸片、单元对单元或裸片对数据库技术以通过比较测试图像与参考图像而获得差分图像。举例来说，可通过减去可与另一参考图像区域不同的经成像测试区域而获得输出图像，所述另一参考图像区域无缺陷且是从另一裸片、单元获得或从设计数据库仿真。
接着，在操作406中，对输出图像或信号进行滤波以获得与非零照明光束的PSF匹配的经滤波图像及信号。举例来说，接着可基于匹配PSF核心对图像或信号进行滤波。即，可使用与非零阶高斯光束的PSF匹配的滤波来对来自经检测图像的缺陷进行滤波。举例来说，如果μ02入射光束跨样本扫描，那么可使用仿真此μ02入射光束的PSF的核心(例如，304c)来对每一所得图像进行滤波。接着，可将PSF核心与输出图像进行卷积以对来自此输出图像的缺陷进行滤波。
可使用其它技术来对缺陷图像或信号进行滤波。举例来说，分类器模型(任何机器学习算法，例如类神经网络、支持向量机(SVM)或确定树或类神经网络)可经训练以滤出作为缺陷的圆形形状。
可对经检测图像或在比较测试图像与参考图像之后获得的“差分”图像执行滤波过程。结果是相同的。然而，与在比较参考图像与测试图像之前对从检测器获得的图像进行滤波相比，对差分图像进行滤波可节省计算时间。
接着，在操作408中，可分析经滤波图像或信号以确定任何位置是否具有缺陷。可使用任何合适技术以任何合适方式分析经滤波信号或图像。当测试图像区域与参考图像区域之间的差异大于预定阈值(其对于样本上的不同图案类型或位置可基于所要灵敏度等级而变化)时，可旗标缺陷。
在一个实施例中，设计数据库(用以制造受测试的主光罩及晶片)用以产生待成像的区域的参考光学图像。一般来说，通过模拟主光罩制程及光刻过程以仿真晶片图案而呈现这些参考图像。还仿真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)以产生仿真晶片图案图像。在另一实施例中，可用检验工具成像相同裸片或单元的实际相同区域且将其用作待与对应相同裸片或单元的测试区域比较的参考区域。
可修复样本上的缺陷，或可丢弃所述样本。如果可确定此缺陷的源，那么可调整用于制造下一样本的过程以最小化缺陷。例如，特定缺陷签名可与晶片制造期间的特定过程条件或问题相关联，且当在晶片上发现此类缺陷签名时，可调整或校正此类条件或问题。
本发明的特定实施例利用将信息添加到缺陷图像而未添加或仅最小限度地将此信息的部分添加到公害(例如表面或线边缘粗糙部)的机制。即，将结构独有地添加到经检测缺陷图像且未添加到斑点图像。缺陷图像含有在视觉上区分缺陷图像与斑点图像(其在视觉上未以相同方式更改)的独有形态信息。接着，可使用缺陷图像的此额外信息以对来自公害图像的此类缺陷图像进行滤波。
总的说来，使用非零阶高斯照明光束与后处理的这些机制在暗场成像系统中，尤其对于其中大晶片噪声限制暗场系统的使用的大阵列、深层及后端层可为有用的。这可潜在地使暗场系的对此类晶片的灵敏度显著提高。
一般来说，用于实施本发明的技术的适用检验工具可包含用于产生非零阶高斯入射光光束的至少一个光源。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；收集光学器件，其用于引导响应于入射光束而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有利于缺陷检测，包含收集后滤波，如本文中进一步描述。
图5是根据本发明的特定实施方案的运用非零阶高斯照明及PSF匹配滤波的检验系统的图解表示。如所示，系统500包含用于产生大体上相干照明光束的光源502。光源的输出可采取任何合适形式，例如用于产生零阶高斯光束的激光源。由激光源产生的照明光束通过更改所述零阶高斯光束的非零阶产生器503以产生非零阶高斯光束。
非零阶产生器503可采取用于产生非零阶高斯照明光束的任何合适形式。在一个实施例中，将相位板插入到入射光束的路径中。实际上，非零阶产生器503针对非零阶引入轨道角动量(OAM)。给定l状态的轨道角动量可由螺旋相位板、衍射光栅/全息图、空间光调制器、q板等产生。
由塑料或玻璃制成的螺旋波板是其中材料的厚度以螺旋型样增加以将相位梯度压印于通过其的光上的板。图6A说明根据本发明的特定实施方案的用于从标准横向电磁波(TEM00)产生螺旋形光束的螺旋波板602。对于给定波长，给定l的OAM状态需要通过d＝lλ/(n-1)(其中n是整数)给出阶梯高度(板的最薄部分与最厚部分之间的高度)。尽管波板本身是有效率的，但它们可能相对昂贵且可无法根据不同波长调整。
修改光的相位的另一方法是运用衍射光栅或全息图。对于l＝0状态，衍射光栅/全息图将由平行线组成。然而，对于l＝1状态，将存在“叉形”位错，且位错上方的线的数目将比下方大。图6B说明根据本发明的另一实施方案的使用具有叉形位错的衍射全息图(632)以产生非零阶高斯光束。可通过增加位错上方及下方的线的数目差来产生其中l>1的OAM状态。如同螺旋波板，这些衍射光栅/全息图针对l固定，但不限于特定波长。空间光调制器可经配置以通过与衍射光栅/全息图相同的方式运作，但可受控于计算机以动态地产生广范围的OAM状态。
用于产生OAM的另一方法是基于可发生于每一向异性且非均质的介质中的光从旋角动量(SAM)-OAM耦合。特定来说，可将q板插入到入射光束路径中。可使用可通过利用SAM正负号变化而产生OAM的液晶、聚合物或次波长光栅来构造q板。在此情况中，OAM正负号受控于输入偏振。图6C说明根据本发明的另一实施方案的使用q板(例如652)来产生±2阶高斯光束。
此类特征可结合用于减少斑点的其它机构使用，所述机构例如旋转扩散器；收集信道的信道融合、交叉偏振；经由波长或角度变动产生部分相干系统等。数种斑点减少技术及装置是进一步描述于由麦迪·万姿-伊万尼(Mehdi Vaez-Iravani)等人在2008年1月15日发布的第7,319,229号美国专利中，所述专利的全文出于全部目的以引用的方式并入本文中。
除用于产生(例如)零阶高斯激光束的相干光源外，光源还可采取用于产生一或多个电磁波形的任何形式。即，还可使用多个光源。一或多个光源可产生仅具有一个波长的光(例如，单色光)、具有若干离散波长的光(例如，多色光)、具有多个波长的光(例如，宽带光)，及/或连续地或在波长之间跳跃扫过波长的光(例如，可调谐源或扫频源)。举例来说，不同波长可与不同材料一起使用以实现相对于受测试的材料上的入射光透明或不透明。激光源可用于光源502，与例如白光干涉术及色共焦显微术的分光法相比，激光源可提供较高亮度。例如二极管激光的激光源改进光源的寿命、稳定性及热控制。合适光源的其它实例是：白光源、紫外(UV)激光、弧光灯或无电极灯、彩色或白色发光二极管(LED)、例如在商业上可购自马萨诸塞州沃本的Energetiq技术公司(Energetiq Technology,Inc.of Woburn,Massachusetts)的激光支持的等离子体(LSP)源、例如在商业上可购自新泽西州摩根维尔的NKT光电公司(NKT Photonics Inc.of Morganville,New Jersey)的超连续源(例如宽带激光源)，或例如x射线源、极UV源的较短波长源，或其某一组合。光源还可经配置以提供具有足够亮度的光，在一些情况中，亮度可为大于约1W/(nm cm2Sr)的亮度。检验系统还可包含对光源的快速反馈，以稳定光源的功率及波长。光源的输出可经由自由空间传播传递，或在一些情况中经由光纤或任何类型的光导传递。
来自光源的入射光束通常可通过用以将光束中继(例如，塑形、聚焦或调整焦点偏移、滤波/选择波长、滤波/选择偏振状态、重调大小、放大、减少失真等)朝向样本的任何数目个及任何类型的透镜。
还可将偏振设置应用于较长或较短波长范围。举例来说，可针对选定波长范围，选择水平或垂直偏振。可基于任何合适检验参数(例如缺陷类型、样本成分、波长范围或子频带选择等)而应用偏振设置。
还可将光圈设置插入到照明(及收集)路径中。举例来说，可基于任何合适检验参数(例如缺陷类型、样本成分、待检验样本结构的类型、偏振设置、波长范围或子频带选择等)来选择用于实现一组特定入射角(AOI)的光圈设置。
物镜506可为高放大率物镜，例如远心型。一些或全部入射光通过物镜506而到样本501的至少一部分上。照明点处入射光的光点大小可受衍射限制。
特定检验系统实施例可经配置以检验半导体样本，例如晶片及主光罩。可使用本发明的检验装置来检验或成像的其它类型的样本包含太阳能板结构、光盘等。
样本501还可被安置于经配置以定位样本501以在特定测量位点处接收入射光的载台530上。在一个例子中，可例如通过机械及/或静电箝夹，将样本501箝夹到载台。
载台530可为固定的或可在x方向、y方向及/或z方向上扫描。举例来说，载台可使样本501在垂直于入射光轴的平面(例如，x-y平面)中在或平行于此入射轴的方向(例如，z轴)上平移。
检验系统500还可包含用于使载台530(及样本501)相对于入射光束移动的定位机构531。举例来说，一或多个电动机机构可相应由螺钉驱动及步进器电动机、具有反馈位置的线性驱动或频带致动器及步进器电动机形成。一或多个定位机构531还可经配置以使检验系统的其它组件(例如照明或收集镜、光圈、波长滤波器、偏振器等)移动。
接着，光从样本501反射且散射。输出光束可由任何合适数目个及合适类型的收集光学器件(例如506a、506b、506c、518)引导及塑形，所述光学器件例如光瞳中继器、一或多个镜或透镜、偏振器、光圈及用于使输出光束变焦且将其聚焦到一或多个检测器(例如520a、520b、521)上的光学元件。如所示，检测器520a及520b在两个信道中接收散射暗场光，而检测器521经布置以接收反射输出光。举例来说，检测器可包含CCD(电荷耦合器件)或TDI(时间延迟积分)检测器、光电倍增管(PMT)，或其它传感器。
系统500还可包含控制器或计算机系统526。举例来说，由每一检测器捕捉的信号可由控制器526处理，所述控制器526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数字信号以供处理的模/数转换器的信号处理器件。
在特定实施方案中，控制器526包含：PSF滤波器522，其用于对来自经检测散射暗场图像或信号的环面形状进行滤波；及缺陷检测模块524，其用于发现缺陷，如上文所述。尽管将检验系统说明为具有两个暗场信道，但可使用任何合适数目个信道以收集任何部分或大体上全部的暗场散射光。
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，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使用者输入(例如，改变波长、偏振或光圈配置、观察检测结果数据或图像、设置检验工具配方)的一或多个输入器件(例如，键盘、鼠标、操纵杆)。
可在硬件及/或软件的任何合适组合中实施本发明的技术。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合适组合且通常还可经配置以控制检验系统的各种组件。举例来说，控制器可控制照明源的选择性启动、照明或输出光圈设置、波长带、焦点偏移设置、偏振设置等。控制器还可经配置以接收从每一检测器获得的图像或信号，且分析所得图像或信号以确定样本上是否存在缺陷、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，控制器可包含经编程以实施本发明的方法实施例的指令的处理器、存储器及其它计算机接口设备。
因为可在经特殊配置的计算机系统上实施此类信息及程序指令，所以此系统包含用于执行本文中描述的各种操作的程序指令/计算机过程码(其可存储于计算机可读媒体上)。机器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光盘；磁光媒体，例如光盘；及经特殊配置以存储且执行程序指令的硬件器件，例如只读存储器器件(ROM)及随机存取存储器(RAM)。程序指令的实例包含例如由编译器产生的机器过程代码及含有可由计算机使用解释器执行的较高阶过程代码的文件两者。
应注意，检验系统的上文描述及图式不应被解释为限制系统的特定组件，且所述系统可以许多其它形式具体实施。举例来说，预期检验或测量工具可具有来自经布置以检测主光罩或晶片的缺陷及/或解析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合适特征。举例来说，检验或测量工具可经调适以用于明场成像显微术、暗场成像显微术、全天空成像显微术、相位对比显微术、偏振对比显微术及相干性探针显微术。还预期可使用单一及多种成像方法以捕捉目标图像。这些方法包含例如单爪、双爪、单爪相干性探针显微术(CPM)及双爪CPM方法。非成像光学方法(例如散射术)还可预期形成检验或计量装置的部分。
此外，任何合适透镜布置可用以将入射光束引导朝向样本且将源于样本的输出光束引导朝向检测器。系统的照明及收集光学元件可具反射性或透射性。输出光束可从样本反射或散射或透射通过样本。同样地，可使用任何合适检测器类型或任何合适数目个检测元件来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。
对于未来晶片缺陷检验，缺陷信号归因于DR收缩而显著降低。因此，由于存在用渐减波长实现较高缺陷信号的一般趋势，因此可期望具有较短波长、更好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的焦点深度、对焦点变化的高热灵敏度、低处理量等的缺点。特定系统实施例提供追踪及校正焦点、调整系统参数以优化S/N等的特征。另外，此布置允许在一次扫描中获得更多信息以使检验具成本效益。此外，通过以一个单一扫描获取多个信息，可针对缺陷特性化、信号增强及噪声/公害减少有效地执行后处理。
除如上文描述的本发明的特定实施例之外，检验工具还可包括可使用的一或多个硬件配置。此类硬件配置的实例包含但不限于以下各者：光束轮廓反射计(角度解析反射计)、宽带反射分光仪(分光反射计)、单波长反射计、角度解析反射计、成像系统，及散射计(例如，斑点分析仪)。
硬件配置可分离成离散操作系统。另一方面，一或多个硬件配置可组合到单一工具中。多个硬件配置到单一工具中的此组合的一个实例进一步说明且描述于第7,933,026美国专利中，所述专利的全文为全部目的以引用的方式并入本文中。系统可包含特定透镜、准直器、镜、四分的波板、偏振器、检测器、相机、光圈及/或光源。光学系统的波长可从约120nm改变到3微米。所收集的信号可经偏振解析或非偏振。
系统可包含集成在相同工具上的多个计量头。然而，在许多情况中，多个计量工具可用于测量样本上单一区域或多个区域。多计量工具的若干实施例进一步描述于例如由赞谷易(Zangooie)等人的标题为“多个工具及结构分析(Multiple tool and structureanalysis)”的美国7,478,019中，所述专利的全文出于全部目的以引用的方式并入本文中。
应认知，在本发明每一处描述的每一个步骤可由单处理器系统或替代地多处理器系统实行。此外，系统的不同子系统(例如上文描述的光源及/或检测器系统实施例)可包含适于控制系统状态、预处理信号或实行本文中描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应被解释为对本发明的限制而是仅为说明。此外，一或多个处理器系统可经配置以执行本文中描述的方法实施例的任一者的任何其它步骤。
另外，处理器系统可以所属领域中已知的任何方式通信耦合到检测器系统。举例来说，一或多个处理器系统可耦合到与检测器系统相关联的计算系统。在另一实例中，检测器系统可直接受控于耦合到处理器系统的单一计算机系统。
处理器系统可经配置以通过传输媒体(可包含有线及/或无线部分)从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量信号、差分信号、统计结果、参考或校准数据、训练数据、模型、经提取特征或变换结果、经变换数据集、曲线拟合、定性及定量结果等)。以此方式，传输媒体可用作处理器系统与其它系统(例如，外部存储器、参考测量源或其它外部系统)之间的数据链路。举例来说，处理器系统可经配置以经由数据链路从存储媒体(例如，内部或外部存储器)接收测量数据。举例来说，使用检测系统获得的结果可存储于永久或半永久存储器器件(例如，内部或外部存储器)中。在此方面，可从机载存储器或从外部存储器系统输入光谱结果。此外，处理器系统可经由传输媒体发送数据到其它系统。举例来说，可传递由处理器系统确定的定性及/或定量结果且将其存储于外部存储器中。在此方面，可将测量结果输出到另一系统。
处理器系统可包含但不限于CPU、GPU板、FPGA、可编程逻辑阵列、个人计算机系统、主计算机系统、工作站、图像计算机或所属领域中已知的任何其它器件。一般来说，术语“处理器系统”可广泛地定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任何器件。实施例如本文中描述的方法的方法的程序指令可经由例如电线、电缆或无线传输链路的传输媒体传输。程序指令可存储于计算机可读媒体(例如存储器)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、闪存、随机存取存储器或磁盘或光盘。
检验工具可经设计以使许多不同类型的测量与半导体制造相关。用于确定特定目标特性的额外计量技术还可与上述缺陷检测技术组合。举例来说，在特定实施例中，工具还可测量信号且确定一或多个目标的其它特性，例如质量及缺陷量值、关键尺寸、叠盖、膜厚度、过程相关参数(例如，镀覆条件)等。目标可包含特定所关注区域，例如光栅、用于芯片之间的互连的铜柱。目标可包含多个层(或膜)，例如光阻层或钝化层。
所收集的数据可通过若干数据拟合及优化技术与科技分析，包含机器学习算法，例如类神经网络、支持向量机(SVM)；维度降低算法，例如(例如)PCA(主分量分析)、ICA(独立分量分析)、LLE(本地线性嵌入)；卡尔曼滤波(Kalman filter)；促进与相同或不同类型的匹配的算法及其它。
通常使用例如计算硬件的设计及实施、平行化等的一或多种方法针对数据处理速度及准确度优化计算算法。可在固件、软件、FPGA、可编程逻辑阵列等中完成算法的不同实施方案。
可使用数据分析来探求以下目标中的一者：对高度、质量、缺陷数目、CD、成分、膜的测量；产生处理参数(例如，镀覆或蚀刻设置)及/或其任何组合。
此处呈现的本发明的特定实施例大体上论述半导体处理及质量控制的领域，且不限于硬件、算法/软件实施方案及架构，且使用上文总结的案例。
尽管已为清楚理解的目的而详细描述前述发明，但将明白，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、系统及装置的许多替代方式。因此，本发明实施例应被视为阐释性的且非限制性的，且本发明不限于本文中给出的细节。

Claims (20)

1.一种用于检测半导体样本上的缺陷的系统，其包括：
照明模块，其用于将非零阶高斯照明光束引导朝向样本上的多个位置；
收集模块，其用于检测响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光，且针对所述样本上的每一位置产生多个输出图像或信号；及
处理器系统，其用于通过以下步骤来检测缺陷：
处理所述输出图像或信号，以保留大体上与一或多个非零阶高斯照明光束的点扩散函数匹配的经滤波图像或信号部分，以及
分析所述经滤波图像或信号部分，以检测所述样本上的缺陷。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述照明模块包括：
光源，其用于产生零阶高斯照明光束；
非零阶高斯产生器，其用于更改所述零阶高斯照明光束以产生非零阶高斯照明光束；及
一或多个光学元件，其用于将所述非零阶高斯照明光束引导朝向所述样本。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述零阶高斯照明光束是零阶拉格耳高斯照明光束，且所述非零阶高斯照明光束是非零阶拉格耳高斯照明光束。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述非零阶高斯产生器是螺旋相位板。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述非零阶高斯产生器是衍射光栅或全息图。
6.根据权利要求2的系统，其中所述非零阶高斯产生器是空间光调制器或q板。
7.根据权利要求2的系统，其中所述收集模块包含经定位以收集响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光的一或多个检测器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中通过将与所述非零阶高斯照明光束的所述点扩散函数匹配的核心图像与所述输出图像进行卷积而获得所述经滤波输出图像。
9.根据权利要求7所述的系统，其中通过使用经训练以将与所述非零阶高斯照明光束的所述点扩散函数匹配的图像定义为缺陷的分类器来分类所述输出图像而获得所述经滤波输出图像。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述收集模块经布置以在暗场模式中收集所述散射光。
11.一种检测半导体样本上的缺陷的方法，其包括：
用非零阶高斯照明光束来照明所述样本的多个位置；
从经布置以检测响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光的一或多个检测器获得输出图像或信号；
对所述输出图像或信号进行滤波，以保留大体上与所述非零阶高斯照明光束的点扩散函数匹配的经滤波图像或信号部分；以及
分析所述经滤波图像或信号，以检测所述样本上的缺陷。
12.根据权利要求11所述的方法，其中用非零阶高斯照明光束来照明所述样本的多个位置包括：
产生零阶高斯照明光束；
从所述零阶高斯光束产生非零阶高斯照明光束；以及
将所述非零阶高斯照明光束引导朝向所述样本上的所述多个位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述零阶高斯照明光束是零阶拉格耳高斯照明光束，且所述非零阶高斯照明光束是非零阶拉格耳高斯照明光束。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述非零阶高斯照明光束由螺旋相位板产生。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述非零阶高斯照明光束由衍射光栅或全息图产生。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述非零阶高斯照明光束由空间光调制器或q板产生。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述一或多个检测器经定位以收集响应于所述非零阶高斯照明光束而从所述样本散射的光。
18.根据权利要求17所述的方法，其中通过将与所述非零阶高斯照明光束的所述点扩散函数匹配的核心图像与所述输出图像进行卷积来获得所述经滤波输出图像。
19.根据权利要求17所述的方法，其中通过使用经训练以将与所述非零阶高斯照明光束的所述点扩散函数匹配的图像定义为缺陷的分类器来分类所述输出图像而获得所述经滤波输出图像或信号部分。
20.根据权利要求11所述的方法，其中基于在暗场模式中对散射光的收集来获得所述输出图像或信号。
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