CN109073565B - 晶片缺陷检查及审查系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示成像物镜及配备有此类成像物镜的检查系统。所述成像物镜可包含前物镜，所述前物镜经配置以产生受衍射限制的中间图像。所述成像物镜还可包含中继器，所述中继器经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像。所述中继器可包含三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到固定图像平面。

Description

晶片缺陷检查及审查系统
相关申请的交叉参考
本申请根据35 U.S.C.§119(e)规定要求2016年2月3日申请的第62/290,586号美国临时申请的权利。所述第62/290,586号美国临时申请的全文以引用的方式并入本文中。
本申请涉及2016年2月26日申请的共同待审的第15/055,292号美国专利申请。所述第15/055,292号美国专利申请的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及检查的领域，且特定来说涉及半导体装置的检查。
背景技术
薄抛光板(例如硅晶片及类似物)是现代技术非常重要的一部分。例如，晶片可指用于制造集成电路及其它装置的半导体材料的薄片。薄抛光板的其它实例可包含磁盘衬底、块规及类似物。尽管此处所描述的技术主要指晶片，但应了解，本技术还适用于其它类型的抛光板。术语晶片及术语薄抛光板在本发明中可互换使用。
晶片经受缺陷检查。预期用于执行此类检查的工具是高效且有效的。然而，应注意，大规模电路集成及尺寸缩减的最近发展已向这种期望提出挑战。即，随着缺陷变得越来越小，既有检查工具在检测缺陷时变得不那么高效及有效。
就此来说，需要没有前述缺点的改进检查系统。
发明内容
本发明涉及一种成像物镜。所述成像物镜可包含前物镜，所述前物镜经配置以产生中间图像。所述成像物镜还可包含中继器，所述中继器经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像。所述中继器可包含三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到固定图像平面。
本发明的进一步实施例涉及一种检查系统。所述检查系统可包含检测器，所述检测器定位于所述检查系统内的固定位置。所述检查系统还可包含前物镜，所述前物镜经配置以产生受衍射限制的中间图像。所述检查系统可进一步包含中继器，所述中继器经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像。所述中继器可包含三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到经定位在所述固定位置的所述检测器。
本发明的额外实施例涉及一种成像物镜。所述成像物镜可包含前物镜，所述前物镜经配置以产生受衍射限制的中间图像。所述成像物镜还可包含中继器，所述中继器经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像。所述中继器可包含三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到固定图像平面。所述三个球面镜可均为基本上不遮光的反射镜，且可经配置以相对于彼此具有不同曲率。
应了解，前文大体描述及下文详细描述两者皆仅为示范性及解释性，且未必限制本发明。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的主题。这些描述及图式一起用于解释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员通过参考附图可更好地理解本发明的众多优点，其中：
图1是描绘根据本发明的实施例配置的检查系统的框图；
图2是描绘根据本发明的实施例配置的示范性成像物镜的光学布局的示意图；
图3是描绘图2中展示的光学布局的一部分的示意图；
图4是描绘图2中展示的光学布局的另一部分的示意图；及
图5是描绘展示用于图2中展示的光学布局的各种放大率的多种变焦配置的重叠的光学布局的示意图。
具体实施方式
现将详细参考所揭示的主题，在附图中说明所述主题。
根据本发明的实施例涉及成像物镜及配备有此类成像物镜的检查系统。根据本发明配置的成像物镜可以完美(例如，受衍射限制)或不完美的中间图像及三镜全反射中继器为特征。以此方式配置的成像物镜可充当在第6,894,834号美国专利(其全文以引用的方式并入本文中)中描述的成像物镜的替代。应注意，在第6,894,834号美国专利中描述的成像物镜在中间图像平面处不提供受衍射限制性能，使得其不可用于共焦应用。预期根据本发明的实施例配置的成像物镜可被用作未来宽带成像物镜的基线设计。
大体上参考图1，展示描绘根据本发明的实施例配置的检查系统100的框图。检查系统100可包含照明源102、照明镜(或透镜系统)104、目标衬底106、衬底固持器107、成像物镜108、传感器(检测器)110，及数据处理器112。
照明源102可包含(例如)激光诱导等离子体源，其可输出光束122。照明镜104可反射且引导光束122，使得可朝向目标衬底106提供入射光束124。接着可通过可控制地平移衬底固持器107而在光束124下扫描目标衬底106(例如，晶片)，使得检查系统100的视场(FOV)可覆盖待检查的衬底上的区域。因此，可将输出光126从目标衬底106反射到成像物镜108，成像物镜108接着可将输出光的投影128输出到传感器110上。
传感器110可包含一或多个电荷耦合装置(CCD)、CCD阵列、时间延迟积分(TDI)传感器、TDI传感器阵列、光倍增管(PMT)以及各种其它类型的光学传感装置。可将通过传感器110捕捉的信号提供到数据处理器112以进行额外处理。在一些实施例中，数据处理器112可经配置以分析所感测光束的强度、相位及/或其它特性。数据处理器112还可经配置以将分析结果提供到一或多个系统或用户。
现参考图2到4，展示描绘根据本发明配置的成像物镜108的示范性实施方案的示意图。成像物镜108可包含前物镜130及中继器(其还可充当变焦光学装置，且因此可被称作变焦中继器)132。在一些实施例中，前物镜130被放置在如图3中展示的中间图像前面且具有包含以下各者的物镜头部：(1)平凸透镜130A，其具有还充当反射表面的平面侧；(2)凹凸透镜130B；及(3)凹面镜130C；以及一系列折射熔融硅石及氟化钙透镜。
预期在不脱离本发明的精神及范围的情况下，前物镜130可与图2到4中描绘的配置不同地配置。预期尽管前物镜130的特定实施方案可变化，但其仍可经调整(优化)以在中间图像处提供受衍射限制性能(例如，具有0.9或更好的斯特列尔(Strehl)比，且在一些实施例中，具有0.5或更好的斯特列尔比)。接着可将中间图像放大相当大的值(例如，50X)，使得在中间图像平面处的数值孔径(NA)减小到相对较小的值(例如，0.2或更小)。预期较小的NA通过优化在中间图像处的受衍射限制性能，而使实现所述性能成为可能。在界面(即中间图像平面)处的较小NA还使得前物镜130及变焦中继器132的耦合相对容易，使得可独立地设计前物镜130及变焦中继器132，而在中间图像处的界面可为远心的。此外，应注意，因为在界面处的NA小，变焦中继器132及前物镜130的对准容限相对宽松，其可又允许以具成本效益的方式来设计及制造成像物镜108。
在一些实施例中，可能优选的是使中间图像是远心的，使得由变焦中继器132引入的像差可被最小化。在中间图像无法是远心的情况中，可考虑瞳孔位置的适当匹配，使得通过变焦中继器132引入的像差可被优化。图4是详细说明示范性变焦中继器132的描绘。
如图4中所展示，变焦中继器132可包含三个(部分)球面镜132A、132B及132C，其皆可轴向及垂直(例如，以Y及Z方向)移动以维持固定图像平面140。应注意，维持固定图像平面140允许传感器110保持在固定位置，这可由于各种原因而被理解。还应注意，在一些实施例中，变焦中继器132的镜132A、132B及132C可为全反射镜而不遮光。应注意消除遮光是因为遮光可减小低到中频率信号响应。
在一些实施例中，变焦中继器132的镜132A、132B及132C经配置具有不同曲率。应注意，通过以此方式配置变焦中继器132，在图像路径中创建相对于中间图像的共轭图像平面。如果将场光阑放置在自动校正像差的照明路径中的共轭图像平面处，那么不需要优化从场光阑到晶片共轭的照明。换句话说，照明路径设计现在是自动完成的。
在一些实施例中，中继器经设计以覆盖2X变焦范围。如果期望大的变焦范围，那么变焦范围可被划分为多个子变焦组合件，其中每一子变焦组合件实施三镜变焦中继器132，其中在所述子变焦范围内像差经校正。这些变焦组合件132可经配置为可切换且可一起利用以实现更大的变焦范围。应注意，由于中继器的NA相对较小(如先前所描述)，变焦组合件的倾斜及放置容限可相对宽松，这使得可替换变焦可行。图5是描绘如本文描述重叠的多个子变焦组合件的示意图。应注意，由于全反射设计，以此方式配置的镜中继器将能够自动校正色像差。
如将从上文了解，根据本发明配置的成像物镜可提供完美(受衍射限制)的中间图像，从而使得有可能提供用于共焦应用的实施方案。受衍射限制还意味着指派到像差的边限可因此减小，从而允许配备有根据本发明配置的成像物镜的检查系统在减小透镜加热及杂散光的情况下更高效。应注意，由于在中间图像处的NA相对较小，因此集成容限相对较宽松，从而允许独立地设计及测试变焦中继器及前物镜。此外，由于变焦中继器经配置以全部利用经配置具有最小散射的镜，因此可减小由散射引起的杂散光(这是全反射中继器设计的额外优点)。此外，由于实施变焦中继器所需要的镜的数目减小，因此根据本发明配置的成像物镜的制造成本可显著减小(例如，相较于折射熔融硅石及氟化钙透镜，低NA球面镜的成本非常低)，从而提供可由于各种原因而被理解的特征。
应了解，尽管上文的实例将晶片称为目标衬底，但此类参考仅为示范性的且不意味具限制性。预期在不脱离本发明的精神及范围的情况下，成像物镜及配备有根据本发明配置的成像物镜的检查系统还可适用于其它类型的抛光板。本发明中使用的术语晶片可包含用于制造集成电路及其它装置的半导体材料的薄片，以及其它薄抛光板(例如，磁盘衬底、块规及类似物)。
还应了解，为说明目的，图中描绘的各种框分开呈现。可预期，尽管图中描绘的各种框可实施为单独(及通信地耦合)装置及/或处理单元，但在不脱离本发明的精神及范围的情况下，它们还可集成在一起。
据信，通过前文描述将了解本发明的系统及设备及其许多伴随优点，且应明白在不脱离所揭示的主题或不牺牲其所有材料优点的情况下可对组件的形式、构造及布置作出各种改变。所描述的形式仅为解释性的。

Claims (21)

1.一种成像物镜，其包括：
前物镜，其经配置以产生设置在样品固持件上的半导体晶片的一部分的受衍射限制的中间图像，其中所述中间图像由设置在所述样品固持件上的所述半导体晶片的所述部分反射的来自激光诱导等离子体源的照明形成，其中所述前物镜包括：
透镜，其具有充当反射表面的平面侧；
凹凸透镜；
凹面镜；及
一系列折射熔融硅石及氟化钙透镜；及
中继器，其经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像，所述中继器包括三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到固定图像平面。
2.根据权利要求1所述的成像物镜，其中所述中继器是三镜中继器。
3.根据权利要求1所述的成像物镜，其中所述三个球面镜均是基本上不遮光的反射镜。
4.根据权利要求1所述的成像物镜，其中所述三个球面镜具有不同曲率。
5.根据权利要求1所述的成像物镜，其中所述三个球面镜是至少可轴向或垂直移动，同时仍维持所述中间图像到所述固定图像平面的所述投影。
6.根据权利要求1所述的成像物镜，其中所述前物镜经进一步配置以放大所述中间图像，以减小所述前物镜与所述中继器之间的界面处的所述中间图像的数值孔径。
7.根据权利要求1所述的成像物镜，其中在界面处的所述中间图像的数值孔径是0.2或更小。
8.根据权利要求1所述的成像物镜，其中由所述前物镜产生的所述中间图像是远心的。
9.根据权利要求1所述的成像物镜，其进一步包括：
至少一个额外中继器，其经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像，所述至少一个额外中继器包括三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的第二投影传递到所述固定图像平面，其中所述至少一个额外中继器具有与所述第一个提到的中继器的变焦范围不同的变焦范围。
10.一种检查系统，其包括：
照明源，其中所述照明源包括激光诱导等离子体源；
样品固持件，其经配置以固持半导体晶片；
检测器，其经定位在所述检查系统内的固定位置处；
及
成像物镜，其经配置以将所述半导体晶片成像到所述检测器上，其中所述成像物镜包括前物镜和中继器，
其中所述前物镜经配置以产生所述半导体晶片的一部分的受衍射限制的中间图像，
其中所述中继器经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像，所述中继器包括三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到经定位在所述固定位置处的所述检测器。
11.根据权利要求10所述的检查系统，其中所述三个球面镜均是基本上不遮光的反射镜。
12.根据权利要求10所述的检查系统，其中所述三个球面镜具有不同曲率。
13.根据权利要求10所述的检查系统，其中所述三个球面镜是至少可轴向或垂直移动，同时仍维持所述中间图像到所述检测器的所述投影。
14.根据权利要求10所述的检查系统，其中所述前物镜经进一步配置以放大所述中间图像，以减小在所述前物镜与所述中继器之间的界面处的所述中间图像的数值孔径。
15.根据权利要求10所述的检查系统，其中在界面处的所述中间图像的数值孔径是0.2或更小。
16.根据权利要求10所述的检查系统，其中由所述前物镜产生的所述中间图像是远心的。
17.根据权利要求10所述的检查系统，其中所述前物镜包括：
透镜，其具有充当反射表面的平面侧；
凹凸透镜；
凹面镜；及
一系列折射熔融硅石及氟化钙透镜。
18.根据权利要求10所述的检查系统，其中所述检测器是时间延迟积分TDI检测器。
19.根据权利要求10所述的检查系统，其进一步包括：
至少一个额外中继器，其经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像，所述至少一个额外中继器包括三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的第二投影传递到经定位在所述固定位置处的所述检测器，其中所述至少一个额外中继器具有与所述第一个提到的中继器的变焦范围不同的变焦范围。
20.一种成像物镜，其包括：
前物镜，其经配置以产生设置在样品固持件上的半导体晶片的一部分的受衍射限制的中间图像，其中所述中间图像由设置在所述样品固持件上的所述半导体晶片的所述部分反射的来自激光诱导等离子体源的照明形成；及
中继器，其经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像，所述中继器包括三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到固定图像平面，所述三个球面镜均是基本上不遮光的反射镜，所述三个球面镜经进一步配置以相对于彼此具有不同曲率。
21.一种成像物镜，其包括：
前物镜，其经配置以产生设置在样品固持件上的半导体晶片的一部分的受衍射限制的中间图像，其中所述中间图像由设置在所述样品固持件上的所述半导体晶片的所述部分反射的来自激光诱导等离子体源的照明形成；及
中继器，其经配置以接收由所述前物镜产生的所述中间图像，所述中继器包括三个球面镜，所述球面镜经定位以将所述中间图像的投影传递到固定图像平面，其中所述三个球面镜是至少可轴向或垂直移动，同时仍维持所述中间图像到所述固定图像平面的所述投影。
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