CN109564884A - 具有大颗粒监测和激光功率控制的表面缺陷检验 - Google Patents

具有大颗粒监测和激光功率控制的表面缺陷检验 Download PDF

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Abstract

本文中呈现用于在遍及大颗粒扫描时减小照明强度的方法及系统。表面检验系统使用分开前导测量点确定主测量点的检验路径中的大颗粒的存在。所述检验系统在所述大颗粒在所述主测量点内时减小入射照明功率。通过共同成像收集物镜使所述主测量点及所述前导测量点分开成像到一或多个检测器上。基于成像的收集设计使所述前导测量点的图像与所述主测量点的图像在一或多个晶片图像平面处空间上分离。分析从所述前导测量点检测的光以确定主照明光束及前导照明光束的光学功率减小的减小功率时间间隔。

Description

具有大颗粒监测和激光功率控制的表面缺陷检验
技术领域
所描述实施例涉及用于表面检验的系统，且更特定来说，涉及半导体晶片检验模态。
背景技术
通常通过应用到衬底或晶片的一系列处理步骤制造半导体装置(例如逻辑及存储器装置)。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可在单个半导体晶片上制造且接着分离为个别半导体装置。
在半导体制造工艺期间的各种步骤处使用检验工艺以检测晶片上的缺陷以促成较高良率。随着设计规则及工艺窗口继续在大小上缩小，需要检验系统捕获晶片表面上的更广泛范围的物理缺陷同时维持高处理量。
一种此检验系统是照明及检验未经图案化的晶片表面以寻找非所要颗粒的表面检验系统。随着半导体设计规则继续发展，必须通过表面检验系统检测的最小颗粒大小继续在大小上缩小。
为检测更小颗粒，基于激光散射的检验工具必须增大照明光的激光功率密度。但是，在一些实例中，高照明功率密度导致大尺寸颗粒归因于高功率激光加热而爆炸。此在晶片上产生数百个更小颗粒且加重污染问题。在其它实例中，更高照明功率密度损坏沉积在晶片上的薄膜或晶片本身。
通常，通过截止(dump)由照明源产生的照明光的部分而降低整体入射光束功率以避免达到热损坏阈值。在一些实例中，截止由照明源产生的大量光束功率以避免损坏晶片。在限制散粒噪声的典型裸晶片应用中，整体光束功率的损失导致缺陷检测敏感度的损失。
期望对扫描表面检验系统的改进以依较大敏感度检测晶片表面上的照明点的检验路径中的缺陷，同时避免大颗粒碎裂及对晶片表面的热损坏。
发明内容
本文中呈现用于在扫描遍及大颗粒时，减小照明强度的方法及系统。表面检验系统使用分开前导测量点确定主测量点的检验路径中的大颗粒的存在。所述检验系统在高功率照明到达所述大颗粒前，减小入射照明功率。
在一个方面中，通过共同成像收集物镜使所述主测量点及所述前导测量点两者分开成像到一或多个检测器上。基于成像的收集设计使所述前导测量点的图像与所述主测量点的图像在一或多个晶片图像平面处空间上分离。
在进一步方面中，由成像物镜收集的光穿过收集光束分裂器，所述收集光束分裂器从被引导到所述主成像检测器的信号分裂出主测量信号及激光功率测量信号的小部分。所述收集光束分裂器的光束分裂元件最小化来自主测量通道的信号损失，同时提供用于检测所述前导测量点的足够光。在一些实施例中，所述光束分裂元件包含具有反射率的孔径，所述反射率取决于跨光束的位置而变化以增强所述前导测量点的检测。
在另一进一步方面中，采用雾化滤光片以抑制归因于晶片具有的背景信号且改进所检测信号的信噪比。
在另一进一步方面中，遮蔽经定位在所述激光功率管理检测器前方的所述晶片图像平面附近的光束路径中以选择性地阻挡所述前导测量点或所述主测量点的任一图像。
在另一方面中，分析从所述前导测量点检测的光以在主照明光束及前导照明光束的光学功率减小时，确定减小功率时间间隔以避免所检验晶片的损坏或进一步污染。
前文是发明内容且因此必要地含有细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员将了解发明内容仅为阐释性的且不以任何方式加以限制。将在本文中阐述的非限制性实施方式中变得明白本文中描述的装置及/或工艺的其它方面、发明特征及优点。
附图说明
图1为说明检验系统的一个实施例的简化图，所述检验系统经配置以监测大颗粒污染且控制供应到所检验样本的照明光的光束强度。
图2是说明通过前导照明波束及主照明光束照明的晶片110的简化图。
图3是在一个操作案例中从检验系统的大颗粒检测器传送的信号的时间标绘图的图解说明。
图4是在另一个操作案例中从检验系统的大颗粒检测器传送的信号的时间标绘图的图解说明。
图5A描绘晶片在成像物镜的视野内的图像。
图5B描绘包含高反射区域及另一部分反射区域的孔径，所述高反射区域反射在一个区域内入射到收集光束分裂器114的实际上所有光，所述部分反射区域透射在另一区域内入射到收集光束分裂器的一些光。
图6描绘包含高反射区域198的孔径196，所述高反射区域198阻挡图5A中描绘的实际上所有正向散射光且透射图5A中描绘的大部分反向散射光。
图7描绘楔镜光束分裂器的实施例。
图8描绘基于衍射光学元件的光束分裂器的实施例。
图9描绘基于平行板镜光束分裂器的光束分裂器的实施例。
图10是说明检验系统的另一实施例的简化图，所述检验系统经配置以监测大颗粒污染且控制供应到所检验样本的照明光的光束强度。
图11是说明检验系统的另一实施例的简化图，所述检验系统经配置以监测大颗粒污染且控制供应到所检验样本的照明光的光束强度。
图12是说明检验系统的另一实施例的简化图，所述检验系统经配置以监测大颗粒污染且控制供应到所检验样本的照明光的光束强度。
图13说明可用于监测大颗粒且控制照明功率以在不引发对晶片表面的热损坏的情况下改进缺陷敏感度的示范性方法500的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，其实例在附图中加以说明。
本文中描述的发明概念是基于较大颗粒(例如，直径大于微米的颗粒)比较小颗粒更可能被入射激光束损坏的观察。例如，较大颗粒具有更大表面积，且因而，易于比具有较小表面积的较小颗粒吸收明显更多功率。较大颗粒也归因于较大表面积及/或增大表面不规则性而易于比较小颗粒散射明显更多光。例如，从半径R的颗粒散射的相对光量与颗粒半径的6次幂成比例。利用大颗粒强烈散射光的倾向以减少表面检验期间的热损坏。
在一个方面中，表面检验系统实施照明功率控制功能性，其使用前导测量点确定主测量点的检验路径中的大颗粒的存在且产生控制信号以在照明的相对高功率部分到达大颗粒前减小入射照明功率。以此方式，可避免热损坏。通过共同成像收集物镜使主测量点及前导测量点两者分开成像到一或多个检测器上。
通过监测大颗粒且动态地调整照明功率，避免大颗粒爆炸及表面损坏同时维持严格的颗粒敏感度要求。在一些实施例中，在接近大颗粒时将照明功率切换到低电平且在经过大颗粒后切换回到高功率电平。在一些实施例中，在扫描晶片中心时或在结构部件(例如缺口、刻划线标记或易于产生大量散射光的晶片保持结构)的附近扫描时将照明功率维持在较低电平。
图1是可用于执行本文中描述的检验方法的表面检验系统100的一个实施例的简化示意图。出于简化目的，已省略系统的一些光学组件。举实例来说，也可包含折叠镜、偏振器、光束成形光学器件、额外光源、额外收集器及额外检测器。所有此类变动皆在本文中描述的本发明的范围内。本文中描述的检验系统可用于检验经图案化以及未经图案化的晶片。
如在图1中说明，照明源101产生被引导朝向晶片110的照明光束102。如在图1中描绘，通过照明子系统按倾斜角将照明提供到晶片110的表面。但是，一般来说，照明子系统可经配置以按法向入射角将光束引导到样本。在一些实施例中，系统100可经配置以按不同入射角(例如倾斜角及法向入射角)将多个光束引导到样本。大体上可同时或循序地将多个光束引导到样本。
举实例来说，照明源101可包含激光、二极管激光、氦氖激光、氩激光、固态激光、二极管泵浦固态(DPSS)激光、氙弧光灯、气体放电灯及LED阵列或白炽灯。光源可经配置以发射近单色光或宽带光。在一些实施例中，照明子系统经配置以在一时间间隔内将具有相对窄波长带的光(例如，近单色光或具有小于约20nm、小于约10nm、小于约5nm或甚至小于约2nm的波长范围的光)引导到样本。因此，如果光源是宽带光源，那么照明子系统也可包含可限制引导到样本的光的波长的一或多个光谱滤光片。一或多个光谱滤光片可为带通滤光片及/或边带滤光片及/或陷波滤光片。
照明光束102经引导到照明功率控制元件103。照明功率控制元件103经配置以根据从运算系统140接收的命令信号133控制照明光束102的光学功率。在一个实施例中，照明功率控制元件130经定位在照明源101与光束分裂元件103之间的照明光束路径中以在表面检验扫描期间动态地调整照明功率。
在优选实施例中，照明功率控制元件103是高效率低成本声光调制器(AOM)。通过提供快速切换能力但不具有昂贵的高压驱动器的射频(RF)驱动器调制透射穿过AOM的光学功率。
一般来说，照明功率控制元件103可使用选择性透射光学组件来实施，所述选择性透射光学组件可经调适以基于入射光的偏振而透射入射光的部分。在一些实施例中，照明功率控制元件103包含波板(例如四分之一波板)及偏振光束分裂器。在此配置中，波板可用于改变传入光的偏振，同时光束分裂器起作用以透射一或多个选定偏振(例如，线性偏振光)且反射所有其它偏振(例如，随机偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光)。通过反射光的部分，波板及光束分裂器起作用以减小经透射光的强度或功率电平。但是，波板及类似光学组件(例如，中性密度滤光片)无法如开关一般开启及关闭，且替代性地，必须移进及移出光束路径以提供两个相异功率电平。在一些情况中，此移动可能不够快而无法在表面检验扫描期间提供动态功率更改。
在一些实施例中，照明功率控制元件103包含可在“开启”状态与“关闭”状态之间切换的电光材料。当“开启”时，电光材料将传入光的偏振改变为预定偏振定向。此所谓“重新偏振光”可接着供应到偏振光束分裂器，所述偏振光束分裂器可取决于从电光开关输出的特定偏振而仅透射重新偏振光的部分。重新偏振光的其余部分可经反射且被摒弃(例如，被光束截止材料吸收)。在一些情况中，电光材料可在几纳秒到几微秒的时间跨距内在“开启”状态与“关闭”状态之间切换。
在特定实施例中，照明功率控制元件103包含高速电控光学快门，其称为勃克尔盒(Pockel Cell)。勃克尔盒可经设置在“开启”状态中以允许由照明源101产生的光自由穿过。当检测到大颗粒的存在时，勃克尔盒可切换到“关闭”状态以将所产生光的偏振改变为不同偏振，所述不同偏振可被偏振光束分裂器至少部分滤除。为在“开启”状态与“关闭”状态之间切换，可将由可变电源供应器提供的电压供应到勃克尔盒以改变穿过电光材料(通常，电光晶体)的光的偏振。可通过从运算系统140传送的控制信号133确定供应到勃克尔盒的电压。
在一些实施例中，通过照明源101产生恒定功率激光束。通过照明功率控制元件103将光束102控制在两个相异功率电平下(例如，“安全”功率电平及“全”功率电平)。安全功率电平可大体上小于全功率电平以在扫描遍及大颗粒时防止热损坏。例如，安全功率电平可为全功率电平的某一百分比(例如，在约1％与约50％之间)。在一个实施例中，安全功率电平可为全功率电平的约1％。其它可能性存在且大体上可取决于入射激光功率以及经扫描颗粒的大小及材料组成。
在一些其它实施例中，照明功率控制元件103经配置以产生两个以上相异功率电平。例如，AOM可按任何合适频率来驱动且因此调制广泛范围内的照明功率。在另一实例中，勃克尔盒可经驱动以产生大体上任何相移且因此可与偏振光束分裂器组合以产生大体上任何输出功率电平。在一些实施例中，照明功率控制元件103可包含电路及/或软件以提供连续功率电平调整(例如，呈闭合反馈回路的形式)。
一般来说，本发明可涵盖用于动态地更改照明源的功率电平的任何适当技术，前提是功率控制元件提供相对快速响应(例如，几纳秒到几微秒的数量级)及至少两个相异功率电平(例如，“安全”功率电平及“全”功率电平)。
在穿过照明功率控制元件103后，照明光束经引导到光束分裂元件104，所述光束分裂元件104从由照明源101产生的照明光束102产生前导照明光束106A及主照明光束106B。前导照明光束106A及主照明光束106B经引导到晶片表面。可以一或多个方式更改到达晶片的表面的光，包含偏振、强度、大小及形状等。在图1中描绘的实施例中，光束分裂元件104将前导照明光束106A及主照明光束106B引导到物镜105。物镜105使前导照明光束106A及主照明光束106B分别聚焦到晶片110上的前导测量点107及主测量点108处。
在优选实施例中，光束分裂元件104照明两个空间上相异的测量点107及108。前导测量点107的照明是相对低功率的，且主测量点108的照明是相对高功率的。在一些实例中，前导测量点的总照明功率小于主测量点的总照明功率的百分之十。前导测量点的总功率经选择为恰好足够高以检测大颗粒，而主测量光束的总功率经维持为尽可能高以最大化缺陷敏感度。
在图1中说明的实施例中，晶片定位系统125使晶片110在前导照明光束106A及主照明光束106B下方移动。晶片定位系统125包含晶片卡盘109、运动控制器123、旋转台121及平移台122。晶片110经支撑在晶片卡盘109上。如图2中说明，晶片110经定位为其几何中心150大致对准旋转台121的旋转轴。以此方式，旋转台121使晶片110在可接受容限内以指定角速度ω围绕其几何中心自旋。另外，平移台122使晶片110以指定速度VT在大致垂直于旋转台121的旋转轴的方向上平移。运动控制器123协调通过旋转台121的晶片110的自旋及通过平移台122的晶片110的平移以在检验系统100内实现晶片110的所要扫描运动。
在示范性操作案例中，检验开始于定位在晶片110的几何中心150处的前导测量点107及主测量点108且接着使晶片110旋转及平移，直到前导测量点107及主测量点108到达晶片110的外外围(即，当R等于晶片110的半径时)。归因于旋转台121及平移台122的协调运动，由前导测量点107及主测量点108照明的点轨迹循着晶片110的表面上的螺旋路径。晶片110的表面上的螺旋路径称为检验径迹127(未完整展示)。示范性检验径迹127的部分在图2中说明为TRACKi。
如在图2中说明，前导测量点107及主测量点108经定位为与晶片123的几何中心相距距离R。在优选实施例中，前导测量点107在大小及强度剖面上与主测量点108十分类似。另外，前导测量点107沿着晶片平面处的扫描路径定位在主测量点108前方的特定距离D处。
图7描绘光束分裂元件的实施例160，例如，其可经实施为图1中描绘的光束分裂元件104。实施例160是包含楔形光学元件167的楔镜光束分裂器。光学元件167的入射表面162包含光学涂层，所述光学涂层导致小百分比的入射光束161(例如，小于百分之十)从空气-涂层界面处的入射表面反射。反射光164形成前导测量光束。入射光束161的其余部分穿过光学元件167且从光学元件167的包含镜涂层的背侧表面163反射。在入射表面162处，大百分比的光束透射穿过楔-涂层界面。透射光束165形成在空间上从前导测量光束移位的主测量光束。入射光的小部分保持截留在楔光学元件167内且再次内反射。此光的部分穿过楔-涂层界面且形成光束166。此光被摒弃(例如，被检验系统100的另一元件吸收)。
图8描绘光束分裂元件的实施例170，例如，其可经实施为图1中描绘的光束分裂元件104。实施例170是基于衍射光学元件(DOE)的光束分裂器，其包含DOE 171。通过DOE 171将入射光束173分散为与不同方向对准的不同衍射级。通过光学器件172大致校准分散光且通过镜174引导分散光朝向晶片110。在一个实例中，-1级衍射光形成经采用为前导测量光束的光束175，+1级衍射光形成经采用为主测量光束的光束176，且更高级衍射光形成被摒弃的光束177。
图9描绘光束分裂元件的实施例180，例如，其可经实施为图1中描绘的光束分裂元件104。实施例180是包含矩形光学元件187的平行板光束分裂器。光学元件187的入射表面182包含光学涂层，所述光学涂层导致小百分比的入射光束181(例如，小于百分之十)从空气-涂层界面处的入射表面反射。反射光184形成前导测量光束。入射光束181的其余部分穿过光学元件187且从光学元件187的包含镜涂层的背侧表面183反射。在入射表面182处，大百分比的光束透射穿过楔-涂层界面。透射光束185形成在空间上从前导测量光束移位的主测量光束。入射光的小部分保持截留在楔光学元件187内且再次内反射。此光的部分穿过楔-涂层界面且形成光束186。此光被摒弃(例如，被检验系统100的另一元件吸收)。
在一个方面中，检验系统100包含成像收集物镜111，所述成像收集物镜111经采用以使前导测量点107及主测量点108两者处在收集角范围内从晶片110散射及/或反射的光成像到收集光学器件子系统的一或多个晶片图像平面上。基于成像的收集设计使所述前导测量点的图像与所述主测量点的图像在一或多个晶片图像平面处空间上分离。此允许独立地检测与主测量点及前导测量点相关联的散射信号，即便主测量点与前导测量点之间的分离距离D十分小(例如，小于250微米)。在一个实施例中，分离距离D为大致150微米。基于成像的收集设计也改进信号检测的动态范围，这是因为来自主测量点的散射光未与来自前导测量点的散射光混合。
尽管在图1中说明收集物镜111的特定标称定向，但应理解，可取决于(例如)入射角及/或晶片的形貌特性适当地布置收集物镜相对于晶片表面的定向。
如在图1中描绘，成像物镜111使从前导测量点107及主测量点108两者散射及/或反射的光成像。成像光的部分112与从主测量点108散射及/或反射的光相关联，且成像光的部分113与从前导测量点107散射及/或反射的光相关联。如在图1、10及11中描绘，收集光学器件经设计，使得激光功率测量通道共享主测量通道的大部分光学元件。
在一个方面中，通过成像物镜111收集的光穿过收集光束分裂器114，所述收集光束分裂器114从被引导到主成像检测器的信号分裂出主测量信号及激光功率测量信号的小部分。收集光束分裂器114的光束分裂元件经设计以最小化来自主测量通道的信号损失，同时提供用于前导光束检测的足够光。以此方式，主缺陷通道具有足够信噪比以满足所要晶片处理量下的缺陷检测要求。
如在图1中描绘，相对大比例的成像光经引导到成像检测器120。在一些实例中，通过成像物镜111收集的成像光的90％以上经引导到成像检测器120。在一些实例中，通过成像物镜111收集的成像光的95％以上经引导到成像检测器120。在一些实例中，通过成像物镜111收集的成像光的99％以上经引导到成像检测器120。
在一些实施例中，收集光束分裂器114的光束分裂元件包含涂层，所述涂层使相对大百分比的入射光反射朝向成像检测器120且使相对小百分比的入射光透射朝向激光功率管理(LPM)检测器130。在一些实施例中，涂层经不均匀地施加在光束分裂元件上，使得所反射的光的比例跨光束分裂元件在空间上不均匀。
但是，在进一步方面中，光束分裂元件包含孔径(例如，涂层孔径)，使得所反射的光的比例取决于跨光束分裂元件的位置而变动。图5A描绘晶片在成像物镜111的视野内的图像。如在图5A中说明，大颗粒126经定位在视野内。发明人已发现，从大颗粒散射的光的大部分是沿着照明方向散射。图5A描绘正向散射光192(即，在照明方向上投射)。另外，从大颗粒126散射的光的大部分是反向散射光191(即，在与照明方向相反的方向上投射)。为增强前导测量点对大颗粒存在的检测敏感度，将孔径引入到收集光束分裂器114，其允许在正向及反向散射光的区域中比视野内的其它区域的朝向LPM检测器130的更高透射百分比。在图5B中描绘的一个实例中，孔径193包含高反射区域194，所述高反射区域194使在区域194内入射到收集光束分裂器114的实际上所有光反射朝向成像检测器120。另外，孔径193包含反射区域195，所述反射区域195的反射率低于高反射区域194。在区域195内入射到收集光束分裂器114的光部分反射朝向成像检测器120且部分透射朝向LPM检测器130。在一些实施例中，在区域195内入射到收集光束分裂器114的低于百分之二的光部分透射朝向LPM检测器130。
成像检测器120大体上起作用以将所检测光转换为指示晶片110在所检测视野内的所检测图像的电信号。一般来说，成像检测器120可包含此项技术中已知的大体上任何光电检测器。但是，可基于检测器的所要性能特性、待检验样本的类型及照明的配置来选择特定检测器以用在本发明的一或多个实施例内。例如，如果可用于检验的光量相对低，那么效率增强检测器(例如时间延迟积分(TDI)相机)可经采用以增大信噪比及系统的处理量。但是，取决于可用于检验的光量及所执行检验的类型，可使用其它检测器(例如电荷耦合装置(CCD)相机、光电二极管阵列、光电管及光电倍增管(PMT))。
可在各种成像模式(例如明视场、暗视场及共焦)中实施成像检测器120。可通过使用不同孔径或傅立叶(Fourier)滤光片实施各种成像模式(例如明视场、暗视场及相位对比)。第7,295,303号及第7,130,039号美国专利(其以引用的方式并入本文中)进一步详细描述这些成像模式。在另一实例(未展示)中，检测器通过使按较大视场角收集的散射光成像而产生暗视场图像。在另一实例中，可将匹配入射点115的针孔放置于检测器(例如，检测器120)前方以产生共焦图像。第6,208,411号美国专利(其以引用的方式并入本文中)进一步详细描述这些成像模式。另外，在第6,271,916号美国专利及第6,201,601号美国专利(其两者以引用的方式并入本文中)中描述表面检验系统100的各种方面。
在进一步方面中，透射穿过收集光束分裂器114的光的部分穿过大致定位在收集光学器件系统的光瞳平面处的雾化滤光片116。晶片110的表面并非完全平坦及抛光。因此，将通过LPM检测器130检测背景信号。雾化滤光片116抑制此背景信号，因此改进所检测信号的信噪比。发明人已发现，晶片雾化并非空间上均匀的，且实际上强烈取决于正向散射光。为增强前导测量点对大颗粒存在的检测敏感度，在光瞳平面117处引入孔径作为雾化滤光片。孔径经配置以阻挡正向散射光的大部分。在图6中描绘的一个实例中，孔径196包含高反射区域198，所述高反射区域198阻挡图5A中描绘的实际上所有正向散射光且透射图5A中描绘的大部分反向散射光。
在另一进一步方面中，遮蔽(例如，边缘屏蔽)经定位在LPM检测器前方的晶片图像平面附近的光束路径中以选择性地阻挡前导测量点或主测量点的任一图像。此可经采用以用于校准目的、光束选择或其它配置。在一些实例中，晶片图像平面处的光束阻挡屏蔽改进检测器的动态范围。
如在图1中描绘，检验系统100包含阻挡物119，其在晶片图像平面118处或附近的与从主测量点108散射及/或反射的光相关联的成像光的部分112的光束路径中。以此方式，仅源自前导测量点107的散射光经投射到LPM检测器130上。
LPM检测器大体上起作用以将所检测光转换为指示从主测量点、前导测量点或两者散射的光量的电信号。在一些实施例中，LPM检测器为成像检测器。但是，在一些其它实施例中，LPM检测器为非成像检测器，所述非成像检测器经配置以产生指示从主测量点、前导测量点或两者散射的光量的单输出信号。单输出信号允许以高处理量高效率地检测大颗粒。
一般来说，LPM检测器可包含此项技术中已知的大体上任何光电检测器。但是，可基于检测器的所要性能特性、待检验样本的类型及照明的配置来选择特定检测器以在本发明的一或多个实施例内使用。例如，如果可用于检验的光量相对低，那么效率增强检测器(例如时间延迟积分(TDI)相机)可经采用以增大信噪比及系统的处理量。但是，取决于可用于检验的光量及所执行检验的类型，可使用其它检测器(例如电荷耦合装置(CCD)相机、光电二极管阵列、光电管及光电倍增管(PMT))。
在图1中描绘的本发明的至少一个实施例中，单检测器(例如，个别光电倍增管(PMT))经采用作为LPM检测器130以仅检测从前导测量点散射的光。LPM检测器130的输出信号131经传送到运算系统140用于处理以确定大颗粒的存在。
图10描绘另一实施例中的检验系统200。检验系统200与检验系统100共享相同编号的元件。在图10中描绘的实施例中，采用两个不同检测器以分开检测从前导测量点及主测量点散射的光以获得不同功率电平下的信号信息。如在图10中描绘，LPM检测器130仅检测从前导测量点散射的光且将指示所检测光的信号131传送到运算系统140。另外，检验系统200包含LPM检测器135(例如，单个PMT)，所述LPM检测器135经配置以仅检测从主测量点散射的光。角隅棱镜134将从主测量点108成像的光的部分引导朝向检测器135。LPM检测器135的输出信号136经传送到运算系统140用于处理以确定大颗粒的存在。
图11描绘另一实施例中的检验系统300。检验系统300与检验系统100共享相同编号元件。在图11中描绘的实施例中，采用阵列检测器310以分开检测从前导测量点及主测量点散射的光以获得信号信息。如在图11中描绘，LPM检测器310检测从前导测量点散射的光且将指示所检测光的信号139传送到运算系统140。另外，LPM检测器310检测从主测量点散射的光且将指示所检测光的信号138传送到运算系统140。衰减元件137经定位在从主测量点成像的光的光学路径中以避免阵列检测器310处的饱和。在一些实施例中，在成像模式中采用检测元件阵列(例如，32像素线性PMT阵列)以增大检测器分辨率且使入射在阵列检测器310上的前导测量点及主测量点两者成像。
图12描绘另一实施例中的检验系统400。检验系统400与检验系统100共享相同编号元件。在图12中描绘的实施例中，收集成像物镜401经配置以在不使用收集光束分裂器的情况下，使从前导测量点散射的光及从主测量点散射的光成像在图像平面118处的空间分离位置处。以此方式，与从主测量点108散射及/或反射的光相关联的所有成像光及与从前导测量点107散射及/或反射的光相关联的所有成像光可用于在分开位置处检测。在图12中描绘的实施例中，成像检测器120经定位在晶片图像平面118附近且在与从主测量点108散射及/或反射的光相关联的成像光的光束路径中。类似地，LPM检测器130经定位在晶片图像平面118附近且在与从前导测量点107散射及/或反射的光相关联的成像光的光束路径中。一般来说，可包含额外光学元件(未展示)以引导图像平面118处的空间分离光束朝向相应检测器。
在进一步方面中，运算系统140经配置以基于从前导测量点检测的所检测信号的改变来确定扫描路径中的大颗粒的大小。基于颗粒大小，将照明功率减小到避免颗粒爆炸及晶片表面上的污染的后续扩散的电平。
如在图2中描绘，大颗粒126在接近前导测量点107的扫描路径上。大颗粒126将首先经过前导测量点107且在短时间后，大颗粒将在主测量点108下方经过。如在图2中说明，前导测量点107与主测量点108分离达分离距离D。在此实例中，分离距离D为大致150微米。在大颗粒126行进距离D所花费的时间中，检验系统100必须感测大颗粒126的存在，估计其大小且当大颗粒126在主测量点108的视野内时减小照明功率。
图3描绘在一个操作案例中从检测器130传送到运算系统140的信号131的时间标绘图的图解说明。运算系统140从检测器130接收信号131的连续例子，其指示在每一测量时间从前导测量点107接收的散射光量。运算系统140比较此信号的振幅与预定阈值VT H以确定散射光量是否超过阈值。参考图3，运算系统140确定信号131在时间TLP1处超过预定阈值VT H且保持高于VT H达时间周期ΔTLP1。此时，运算系统140估计应在何时减小照明功率且随后应在何时恢复照明功率以避免向大颗粒投予高能照明。在一个实例中，运算系统通过将已知分离距离D除以所检验晶片表面的已知速度(例如，Vs＝ω*R+VT)来估计前导测量点107与主测量点108之间的延迟时间TD。照明功率应减小的最小时间长度是在前导测量点处感测到大颗粒(假定前导测量点的大小与主测量点大致相同)的时间周期ΔTLP1。另外，运算系统140系统在时间周期ΔTLP1的两端上加上缓冲时间TB以实现具有ΔTLP1+2*TB的持续时间的减小功率间隔。运算系统140将命令信号133传送到照明功率控制元件102以在时间TRPI START起始减小功率间隔。TRPI START在时间上比TLP1提前达量TD-TB。类似地，运算系统140将命令信号133传送到照明功率控制元件102以在时间TRPI STOP终止减小功率间隔。将缓冲时间加到减小功率间隔以适应颗粒的大小及其位置的估计中的任何误差(例如，归因于量化效应等)。如在图3中说明，在照明功率减小的减小功率间隔期间遮蔽指示从前导测量点107检测的光量的信号131。
图4描绘在另一操作案例中从检测器130传送到运算系统140的信号131的时间标绘图的图解说明。在此操作案例中，连续检测两个大颗粒。参考图4，运算系统140确定信号131在时间TLP1超过预定阈值VT H且保持高于VT H达时间周期ΔTLP1。此时，运算系统140估计应在何时减小照明功率且随后应在何时恢复照明功率以避免向第一大颗粒投予高能照明。如参考图3描述，运算系统估计前导测量点107与主测量点108之间的延迟时间TD且确定具有ΔTLP1+2*TB的持续时间的减小功率间隔。运算系统140将命令信号133传送到照明功率控制元件102以在时间TRPI1 START起始减小功率间隔且在时间TRPI1 STOP终止减小功率间隔。TRPI1 START在时间上比TLP1提前达量TD-TB。在减小功率间隔期间，遮蔽信号131。但是，存在足够信号电平来继续监测后续大颗粒。此通过在减小功率间隔期间引入减小预定阈值VT L来实现。如在图4中描绘，运算系统140确定信号131在时间TLP2超过减小预定阈值VT L且保持高于VT L达时间周期ΔTLP2。此时，运算系统140估计应在何时减小照明功率且随后应在何时恢复照明功率以避免向第二大颗粒投予高能照明。运算系统估计前导测量点107与主测量点108之间的延迟时间TD且确定具有ΔTLP2+2*TB的持续时间的减小功率间隔。运算系统140将命令信号133传送到照明功率控制元件102以在时间TRPI2 START起始减小功率间隔且在时间TRPI2 STOP终止减小功率间隔。TRPI2 START在时间上比TLP2提前量TD-TB。在终止第二减小功率间隔后，照明功率返回到正常电平以及使用预定阈值VT H。
检验系统100、200、300及400还包含处理由检测器检测的散射信号所需的各种电子组件(未展示)。例如，系统100、200、300及400可包含用以从检测器接收信号且将信号放大达预定量的放大器电路。在一些实施例中，包含模/数转换器(ADC)(未展示)以将放大信号转换为适合于用在运算系统140内的数字格式。在一个实施例中，处理器141可通过传输媒体直接耦合到ADC。或者，处理器141可从耦合到ADC的其它电子组件接收信号。以此方式，处理器可通过传输媒体及任何中介电子组件间接耦合到ADC。
一般来说，运算系统140经配置以使用从每一检测器获得的电信号检测晶片的特征、缺陷或光散射性质。运算系统140可包含此项技术中已知的(若干)任何适当处理器。另外，运算系统140可经配置以使用此项技术中已知的任何适当缺陷检测算法或方法。例如，运算系统140可使用裸片对数据库比较或阈值算法来检测样本上的缺陷。
另外，检验系统100、200、300及400可包含可用于接受来自操作者的输入的外围装置(例如，键盘、鼠标、触摸屏等)及向操作者显示输出的外围装置(例如，显示监视器)。来自操作者的输入命令可由运算系统140用于调整用于控制照明功率的阈值。可在显示监视器上以图形方式向操作者呈现所得功率电平。
检验系统100、200、300及400包含处理器141及一定量的计算机可读存储器142。处理器141及存储器142可经由总线143通信。存储器142包含一定量的存储器144，所述存储器144存储程序代码，所述程序代码当由处理器141执行时，致使处理器141执行本文中描述的功率控制及缺陷检测功能性。
尽管前文已参考前导测量点及主测量点描述照明功率控制，但是本文中描述的方法及系统也可类似地应用于多点表面检验系统。在多点检验系统中，同时采用数个前导照明点及主照明点。照明光是从一或多个照明源供应到这些照明点。通常，前导测量点集与主测量点集经配置为具有介于点集之间的相当大间距，使得检验结果可在检验径迹的连续部分间交错且检测器处的串扰被最小化。第2009/0225399号美国专利公开案(其以引用的方式并入本文中)进一步详细描述多点扫描技术。
图13说明可用于监测大颗粒且控制照明功率以在不引发对晶片表面的热损坏的情况下改进缺陷敏感度的示范性方法500的流程图。在一些非限制性实例中，分别参考图1、10及11描述的检验系统100、200、300及400经配置以实施方法500。但是，一般来说，方法500的实施方案不受本文中描述的特定实施例限制。
在框501中，在主测量点处使用主照明光束且在前导测量点处使用前导照明光束照明样本的表面。
在框502中，使从前导测量点散射的光量及从主测量点散射的光量成像到成像物镜的晶片图像平面处的分开位置。
在框503中，在引导朝向成像检测器的主要测量通道与引导朝向一或多个激光功率管理(LPM)检测器的LPM通道之间分裂从前导测量点散射的成像光量及从主测量点散射的成像光量。
在框504中，基于通过一或多个LPM检测器的LPM检测器检测的从前导测量点散射的光量来调整主照明光束及前导照明光束的光学功率。
在本文中针对可用于检验样本的检验系统或工具描述各种实施例。术语“样本”在本文中用于指此项技术中已知的晶片、主光罩(reticle)或可经检验以寻找缺陷、特征或其它信息(例如，雾化量及薄膜性质)的任何其它样品。
如本文中使用，术语“晶片”大体上是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。通常可在半导体制造设施中找到及/或处理此类衬底。在一些情况中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。或者，晶片可包含形成于衬底上的一或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可“经图案化”或“未经图案化”。例如，晶片可包含具有可重复图案特征的多个晶粒。
“主光罩”可为在主光罩制造工艺的任何阶段的主光罩，或可能被释放或可能未被释放以在半导体制造设施中使用的成品主光罩。主光罩或“掩模”大体上被定义为其上形成有大体上不透明区域且配置为图案的大体上透明衬底。衬底可包含(例如)玻璃材料，例如石英。在光刻工艺的曝光步骤期间，可将主光罩可放置在覆盖抗蚀剂的晶片上方，使得主光罩上的图案可转印到抗蚀剂。
在一或多个示范性实施例中，所描述功能可实施为硬件、软件、固件或其任何组合。如果实施为软件，那么功能可作为一或多个指令或程序代码存储在计算机可读媒体上或在计算机可读媒体上传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，所述通信媒体包含促成计算机程序从一个位置转移到另一位置的任何媒体。存储媒体可为可通过通用或专用计算机存取的任何可用媒体。举实例来说且非限制性，此类计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置或可用于携载或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码构件且可通过通用或专用计算机或通用或专用处理器存取的任何其它媒体。而且，任何连接可被适当地称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波的无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波的无线技术包含于媒体的定义中。如本文中使用，磁盘及光盘包含光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地重现数据，而光盘使用激光光学地重现数据。上文的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。
尽管为教示目的在上文描述某些特定实施例，但是本专利文件的教示具有一般适用性且不限于上文描述的特定实施例。在一个实例中，检测器140可被光纤阵列取代。在一个实例中，检验系统100可包含一个以上光源(未展示)。光源可不同地或相同地配置。例如，光源可经配置以产生具有不同特性的光，所述光可在相同或不同时间以相同或不同入射角在相同或不同照明区处引导到晶片。光源可根据本文中描述的实施例的任一者配置。另外，光源中的一者可根据本文中描述的实施例中的任一者配置且另一光源可为此项技术中已知的任何其它光源。在一些实施例中，检验系统可同时在一个以上照明区内照明晶片。多个照明区可在空间上重叠。多个照明区可在空间上相异。在一些实施例中，检验系统可在不同时间在一个以上照明区内照明晶片。不同照明区可在时间上重叠(即，在一定时间周期内同时被照明)。不同照明区可在时间上相异。一般来说，照明区的数目可为任意的且每一照明区可为相等或不同大小、定向及入射角。在又一实例中，检验系统100可为具有独立于晶片123的任何运动进行扫描的一或多个照明区的扫描点系统。在一些实施例中，使照明区沿着扫描线按重复图案扫描。扫描线可与晶片123的扫描运动对准或可不与晶片123的扫描运动对准。尽管如本文中呈现，晶片定位系统125通过协调旋转及平移移动而产生晶片123的运动，但在又一实例中，晶片定位系统100可通过协调两个平移移动而产生晶片123的运动。例如，运动晶片定位系统125可沿着两个正交线性轴产生运动(例如，X-Y运动)。在此类实施例中，扫描间距可定义为沿着任一运动轴的相邻平移扫描之间的距离。在此类实施例中，检验系统包含照明源及晶片定位系统。照明源在照明区内将一定量的辐射供应到晶片的表面。晶片定位系统使晶片在通过扫描间距特性化的扫描运动中移动(例如，在一个方向上往复扫描且在正交方向上步进达等于扫描间距的量)。
因此，在不脱离如在权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下可实践所描述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。

Claims (20)

1.一种表面检验系统，其包括：
照明源，其经配置以产生照明光束；
光束分裂元件，其经配置以将所述照明光束分裂为前导照明光束及主照明光束；
照明物镜，其经配置以在前导测量点及主测量点处将所述前导照明光束及所述主照明光束分别投射到晶片的表面上；
成像物镜，其经配置以使从所述前导测量点散射的光量及从所述主测量点散射的光量成像到所述成像物镜的晶片图像平面处的分开位置；
收集光束分裂器，其经配置以在引导朝向成像检测器的主要测量通道与引导朝向一或多个激光功率管理LPM检测器的LPM通道之间分裂从所述前导测量点散射的所述成像光量及从所述主测量点散射的所述成像光量，所述一或多个LPM检测器经配置以产生指示从所述前导测量点散射的所述光量的输出信号；及
运算系统，其经配置以：
接收指示从所述前导测量点散射的所述光量的所述输出信号；及
将命令信号传送到照明功率控制元件，所述命令信号致使所述照明功率控制元件基于所述输出信号而调整所述照明光束的光学功率。
2.根据权利要求1所述的表面检验系统，其进一步包括：
晶片定位系统，其可操作以在扫描运动中使所述晶片移动，使得所述前导测量点及所述主测量点沿着检验路径跨所述晶片的所述表面移动。
3.根据权利要求2所述的表面检验系统，其中所述前导测量点经定位在所述检验路径中的所述主测量点前方且与所述主测量点分离达预定分离距离。
4.根据权利要求1所述的表面检验系统，其中指示从所述前导测量点散射的所述光量的所述输出信号为单值信号。
5.根据权利要求1所述的表面检验系统，其中指示从所述前导测量点散射的所述光量的所述输出信号指示从所述前导测量点散射的所述光的图像。
6.根据权利要求1所述的表面检验系统，其中所述照明功率控制元件是声光调制器。
7.根据权利要求1所述的表面检验系统，其进一步包括：
雾化滤光片，其经定位在所述成像物镜的光瞳平面处或附近的所述成像物镜与所述一或多个LPM检测器之间的光学路径中。
8.根据权利要求1所述的表面检验系统，其中所述收集光束分裂器包含孔径，与从所述前导测量点散射的其它光相比，所述孔径将更大比例的反向散射光及正向散射光引导到所述LPM通道中。
9.根据权利要求1所述的表面检验系统，其进一步包括：
遮蔽元件，其经定位在所述LPM通道的光学路径中，所述遮蔽元件经配置以在所述一或多个LPM检测器的LPM检测器前方的晶片图像平面处或附近的所述LPM通道中选择性地阻挡从所述主测量点散射的所述成像光量或从所述前导测量点散射的所述成像光量。
10.根据权利要求1所述的表面检验系统，其中所述一或多个LPM检测器的第一LPM检测器产生指示从所述前导测量点散射的所述光量的输出信号，且所述一或多个LPM检测器的第二LPM检测器产生指示从所述主测量点散射的所述光量的输出信号。
11.根据权利要求1所述的表面检验系统，其中所述一或多个LPM检测器的阵列检测器产生指示从所述前导测量点散射的所述光量的第一输出信号及指示从所述主测量点散射的所述光量的第二输出信号。
12.根据权利要求1所述的表面检验系统，其中到所述照明功率控制元件的所述命令信号致使所述照明功率控制元件减小所述照明光束的所述光学功率达在指示从所述前导测量点散射的所述光量的所述输出信号超过预定阈值后的减小功率时间间隔。
13.根据权利要求12所述的表面检验系统，其中所述减小功率时间间隔包含所述前导测量点超过所述预定阈值的时间量。
14.根据权利要求12所述的表面检验系统，其中在指示从所述前导测量点散射的所述光量的所述输出信号超过预定阈值后的固定时间起始所述减小功率时间间隔，其中所述固定时间是依据所述前导测量点与所述主测量点之间的分离距离。
15.一种方法，其包括：
在主测量点处使用主照明光束及在前导测量点处使用前导照明光束照明样本的表面；
使从所述前导测量点散射的光量及从所述主测量点散射的光量成像到成像物镜的晶片图像平面处的分开位置；
在引导朝向成像检测器的主要测量通道与引导朝向一或多个激光功率管理LPM检测器的LPM通道之间分裂从所述前导测量点散射的所述成像光量及从所述主测量点散射的所述成像光量；及
基于通过所述一或多个LPM检测器的LPM检测器检测的从所述前导测量点散射的光量来调整所述主照明光束及所述前导照明光束的光学功率。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
在扫描运动中使所述样本移动，使得所述前导测量点及所述主测量点沿着检验路径跨所述样本的所述表面移动，其中所述前导测量点经定位在所述检验路径中的所述主测量点前方且与所述主测量点分离达预定分离距离。
17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
在所述一或多个LPM检测器的LPM检测器前方的晶片图像平面处或附近的所述LPM通道中选择性地阻挡从所述主测量点散射的所述成像光量或从所述前导测量点散射的所述成像光量。
18.根据权利要求15所述的方法，其中减小所述主照明光束的所述光学功率及所述前导照明光束的所述光学功率达在指示从所述前导测量点散射的所述光量的输出信号超过预定阈值后起始的减小功率时间间隔。
19.一种设备，其包括：
照明子系统，其经配置以在前导测量点及主测量点处将前导照明光束及主照明光束分别投射到晶片的表面上；
成像物镜，其经配置以使从所述前导测量点散射的光量及从所述主测量点散射的光量成像到所述成像物镜的晶片图像平面处的分开位置；
收集光束分裂器，其经配置以在引导朝向成像检测器的主要测量通道与引导朝向一或多个激光功率管理LPM检测器的LPM通道之间分裂从所述前导测量点散射的所述成像光量及从所述主测量点散射的所述成像光量，所述一或多个LPM检测器经配置以产生指示从所述前导测量点散射的所述光量的输出信号；及
运算系统，其包括：
一或多个处理器；及
非暂时性计算机可读媒体，其存储指令，所述指令当由所述一或多个处理器执行时，致使所述设备：
接收指示从所述前导测量点散射的所述光量的所述输出信号；及
将命令信号传送到照明功率控制元件，所述命令信号致使所述照明功率控制元件基于所述输出信号而调整所述照明光束的光学功率。
20.根据权利要求19所述的设备，其中减小所述主照明光束的所述光学功率及所述前导照明光束的所述光学功率达在指示从所述前导测量点散射的所述光量的所述输出信号超过预定阈值后起始的减小功率时间间隔。
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