CN115876789A - 一种暗场成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例的目的是提供一种暗场成像方法和装置。所述暗场成像方法包括：将暗场光信号分解至多个探测器中；在各个探测器中分别对分光后的光信号进行不同程度地调制。本申请实施例具有以下优点：通过设置照明装置和反射装置，实现了在待检测样品上不同表面特征上获得不同光强的照明；通过将暗场信号光分解到若干个探测器中，并分别对不同探测器接收的光信号进行不同程度地调制，从而增大暗了场检测的动态范围；通过采用多种分光方式和光调制方法的组合，可适用于多种检测场景，进一步提高了缺陷检出率和检测效率。

Description

一种暗场成像方法和装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种暗场成像方法和装置。

背景技术

暗场(dark-field，DF)成像是指成像系统通过获取目标物体的散射光成像，此时照明光束在物体上的镜面反射光线需在成像系统入瞳以外。在对晶圆均匀照明时，不同区域因表面形貌、表面粗糙度、微粒大小、划痕长短等不同，引起散射信号强度区别较大，而探测器受限于有限的动态范围仅可探测一定尺寸范围内的微粒或一定粗糙度范围内的表面，超过该范围的特征的高强度信号将使得探测器过饱，低强度信号将淹没至噪声中而无法探测。

基于现有技术的光学检测系统一般采用一致的暗场成像，即在同一照明、探测条件下完成物体的检测，该方式无法同时完成物体不同区域表面特征的暗场检测。

并且，晶圆不同区域在一致的暗场照明下，当探测器对小尺寸微粒有微弱响应时，大尺寸微粒的散射信号不仅使得探测器对应区域过曝甚至溢出而且会在探测系统元件中往返反射产生大量杂光引起探测器其他区域产生响应，从而降低了系统暗场检测动态范围和缺陷识别的真实性。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种暗场成像方法和装置。

本申请实施例提供了一种暗场成像方法，其中，所述方法包括：将暗场光信号分解至多个探测器中；在各个探测器中分别对分光后的光信号进行不同程度地调制。

本申请实施例提供了一种暗场成像装置，其特征在于，所述暗场成像装置包括成像装置、照明装置和分光装置；

其中，所述照明装置用于提供暗场光源；

其中，所述分光装置用于将暗场光信号进行分解。

根据一个实施例，所述暗场成像装置还包括运动台，所述运动台用于携带待检测样品移动。

根据一个实施例，所述分光装置包括以下任一种：光振幅分光片；光波长分光片；多面反射镜。

根据一个实施例，所述成像装置包括调整装置，所述调整装置用于对接收的光信号进行光调制；其中，所述调制装置包括以下任一种：可变孔径光阑；可变厚度衰减片。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：通过将暗场信号光分解到若干个探测器中，并分别对不同探测器接收的光信号进行不同程度地调制，从而增大暗了场检测的动态范围；通过采用多种分光方式和光调制方法的组合，可适用于多种检测场景，进一步提高了缺陷检出率和检测效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了使用本申请实施例的暗场成像方法的流程图；

图2示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图；

图3示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图；

图4示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图；

图5示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图；

图6示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图；

图7示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图；

图8示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图；

图9示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

应当理解的是，当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。与此相对，当一个单元被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一单元时，则不存在中间单元。应当按照类似的方式来解释被用于描述单元之间的关系的其他词语(例如“处于...之间”相比于“直接处于...之间”，“与...邻近”相比于“与...直接邻近”等等)。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

还应当提到的是，在一些替换实现方式中，所提到的功能/动作可以按照不同于附图中标示的顺序发生。举例来说，取决于所涉及的功能/动作，相继示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以按照相反的顺序来执行。

除非另行定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与示例性实施例所属领域内的技术人员通常所理解的相同的含义。还应当理解的是，除非在这里被明确定义，否则例如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释成具有与其在相关领域的上下文中的含义相一致的含义，而不应按照理想化的或者过于正式的意义来解释。

下面结合附图对本申请实施例作进一步详细描述。

图1示出了使用本申请实施例的暗场成像方法的流程图。所述方法包括步骤S1、步骤S2和步骤S3。

其中，所述方法通过本申请实施例的暗场成像装置实现。所述暗场成像装置包含于缺陷检测设备。并且，所述缺陷检测设备中设置了多个用于接收暗场光信号的探测器。

参照图1，在步骤S1中，将暗场光信号分解至多个探测器中。

具体地，通过使用预定的分光方法将暗场光信号分解至多个探测器中。

其中，所述分光方法包括但不限于以下任一种：

1)分振幅法；例如使用半透半反镜对光束进行分光；

2)分波段法；例如使用如二向色镜对光束进行分光；

3)分视场法；例如使用多面反射镜在目标中间像面上对不同视场的光束分光。

在步骤S2中，在各个探测器中分别对分光后的光信号进行不同程度地调制。

具体地，通过使用预定的光调制方法在各个探测器中分别对接收的光信号进行不同程度地调制。

其中，所述光调制方法包括但不限于以下任一项：

1)可变孔径光阑法；

2)可变厚度衰减片法；

3)光源波长调制法。

其中，可变孔径光阑法和可变厚度衰减片法的调制方式可适用于上述三种分光方式，光源波长调制法的调制方式适用于分波段法的分光方式。

根据本申请实施例的方法，通过将暗场信号光分解到若干个探测器中，并分别对不同探测器接收的光信号进行不同程度地调制，从而增大了暗场检测的动态范围；通过采用多种分光方式和光调制方法的组合，可适用于多种检测场景，进一步提高了缺陷检出率和检测效率。

下面对根据本申请实施例的暗场成像装置进行说明。

根据本申请实施例的暗场成像装置可作为半导体制造工艺设备中的缺陷检测设备，或者包含于缺陷检测设备。

所述暗场成像装置包括成像装置、照明装置和分光装置。

其中，所述成像装置包括各种可用于获得光信号的器件，包括但不限于物镜、筒镜、相机及其组合等。

其中，所述照明装置用于提供暗场光源，所述暗场光源包括各种可提供暗场照明的光源，例如，激光、LED等。

所述照明装置发出的照明光束照射至待检测样品的表面。所述待检测样品包括但不限于晶圆。

其中，所述分光装置用于将暗场光信号进行分解。

优选地，所述分光装置包括但不限于以下任一种：

1)光振幅分光片；例如半透半反镜等；

2)光波长分光片；例如二向色镜等；

3)多面反射镜。

根据一个实施例，所述暗场成像装置还包括调整装置，所述调整装置用于对接收的光信号进行光调制；

其中，所述调制装置包括但不限于以下任一种：

1)多个可变孔径光阑；通过设置不同大小的孔径光阑来对光信号进行不同程度的调制；

2)多个可变厚度衰减片；通过设置不同厚度的衰减片，对经过不同厚度的衰减片的光信号进行不同程度的调制。

根据一个实施例，所述暗场成像装置还包括运动台。

其中，所述运动台用于携带待检测样品移动。

优选地，成像装置的成像范围小于待检测样品的尺寸时，通过运动台带动待检测样品移动来实现对整个晶圆的检测。

根据本实施例，通过将暗场信号光分解到若干个探测器中，并分别对不同探测器接收的光信号进行不同程度地调制，从而增大暗了场检测的动态范围；通过采用多种分光方式和光调制方法的组合，可适用于多种检测场景，进一步提高了缺陷检出率和检测效率。

下面结合示例来对本申请实施例的暗场成像装置进行说明。

基于上文描述的三种分光方法和三种光调制方法的不同组合，图2至图9分别示出了采用不同分光方法和光调制方法的暗场成像装置的结构示意图。

图2示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

根据本示例的暗场成像装置采用分振幅法作为分光方法，采用可变孔径光阑法作为光调制方法。

图2中的各个附图标记及其所对应的部件表示如下：

201：运动台；

202：暗场光源；

203：物镜；

204：筒镜；

205：半透半反镜；

206：第一可变孔径光阑；

207：第二可变孔径光阑；

208：第一探测器；

209：第二探测器；

210：晶圆。

图2所示的缺陷检测装置包括运动台201、暗场光源202、物镜203、筒镜204、半透半反镜205、第一可变孔径光阑206、第二可变孔径光阑207、第一探测器208、第二探测器209。

其中，运动台201用于带动晶圆210移动。

其中，所述物镜203和筒镜204用于获取晶圆210表面的散射光线成像。

其中，半透半反镜205设置在筒镜之上。通过半透半反镜205以分振幅法的分光方式将光信号分解到第一探测器208和第二探测器209中。

其中，第一可变孔径光阑206设置在半透半反镜205与第一探测器208之间，第二可变孔径光阑207设置在半透半反镜205与第二探测器209之间。

所述第一可变孔径光阑206和第二可变孔径光阑207作为光强调制的器件，用于控制进入探测器的光强大小，该第一可变孔径光阑206和第二可变孔径光阑207大小均是可改变的，并且第一可变孔径光阑206和第二可变孔径光阑207的大小是不同的。

可基于不同的晶圆形貌特征来改变孔径光阑大小，从而以合适的动态范围进行检测。具体地，对于晶圆上高粗糙度的表面(将产生高强度的暗场信号光)，则缩小孔径光阑，以防止探测器饱和；对于晶圆上低粗糙度的表面(将产生低强度的暗场信号光)，则增大孔径光阑，以防止探测器探测不到光信号。

其中，第一探测器208和第二探测器209分别接收经过第一可变孔径光阑206和第二可变孔径光阑207的光信号，并采用可变孔径光阑法的光调制方法分别进行调制，从而对两种大小的孔径光阑收集到的光信号进行不同程度的调制。

本实施例的暗场成像装置通过在不同探测端设置两个不同大小的孔径光阑，极大地提高了暗场检测的动态范围，并且针对不同晶圆可改变孔径光阑大小，以获得合适的动态范围进行检测。

图3示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

参照图3，其中的部件包括运动台301、暗场光源302、物镜303、两个筒镜304、半透半反镜305、第一可变孔径光阑306、第二可变孔径光阑307、第一探测器308、第二探测器309和晶圆310。

本示例的暗场成像装置与图2中的暗场成像装置具有相似地结构，并且同样采用分振幅法作为分光方法，采用可变孔径光阑法作为光调制方法。与之不同的是，本示例中的半透半反镜305设置在物镜303和两个筒镜304之间。

图4示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

根据本示例的暗场成像装置采用分振幅法作为分光方法，采用可变厚度衰减片法作为光调制方法。

图4中的各个附图标记及其所对应的部件表示如下：

401：运动台；

402：暗场光源；

403：物镜；

404：筒镜；

405：半透半反镜；

406：第一中性密度滤波片组；

407：第二中性密度滤波片组；

408：第一探测器；

409：第二探测器；

410：晶圆。

图4所示的缺陷检测装置包括运动台401、暗场光源402、物镜403、筒镜404、半透半反镜405、第一中性密度滤波片组406、第二中性密度滤波片组407、第一探测器408、第二探测器409。

其中，运动台401用于带动晶圆410移动。

其中，所述物镜403、筒镜404用于获取晶圆410表面的散射光线成像。

其中，半透半反镜405设置在筒镜之上。通过半透半反镜405以分振幅法的分光方式将光信号分解到第一探测器408和第二探测409中。

其中，第一中性密度滤波片组406设置在半透半反镜405与第一探测器408之间，第二中性密度滤波片组407设置在半透半反镜405与第二探测器409之间。

所述第一中性密度滤波片组406和第二中性密度滤波片组407均由两块直角楔形中性密度滤光片组成。并且，当该两片中性密度滤光片沿斜面移动时，光束通过滤光片的光程将被改变，进而调制光的强度。

其中，第一探测器408和第二探测器409分别接收经过第一可变孔径光阑406和第二可变孔径光阑407的光信号，并采用可变厚度衰减片的光调制方法分别进行调制，从而对经过不同厚度的中性密度滤光片的光信号进行不同程度的调制。

本实施例的暗场成像装置通过在不同探测端设置两个不同厚度的中性密度滤光片来不同程度上改变探测器的响应，从而提高暗场检测的动态范围，并且针对不同晶圆可改变中性密度滤光片的厚度，以获得合适的动态范围进行检测。

图5示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

参照图5，其中的部件包括运动台501、暗场光源502、物镜503、两个筒镜504、半透半反镜505、第一中性密度滤波片组506、第二中性密度滤波片组507、第一探测器508、第二探测器509和晶圆510。

本示例的暗场成像装置与图4中的暗场成像装置具有相似地结构，并且同样采用分振幅法作为分光方法，采用可变厚度衰减片法作为光调制方法。与之不同的是，本示例中的半透半反镜505设置在物镜503和两个筒镜504之间。

图6示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

根据本示例的暗场成像装置采用分波段法作为分光方法，采用光源波长调制法作为光调制方法。

图6中的各个附图标记及其所对应的部件表示如下：

601：运动台；

602：暗场光源；

603：物镜；

604：筒镜；

605：二向色镜；

606：第一探测器；

607：第二探测器；

608：晶圆。

图6所示的缺陷检测装置包括运动台601、暗场光源602、物镜603、筒镜604、光波长分光片605、第一探测器606、第二探测器607。

其中，运动台601用于带动晶圆608移动。

其中，所述物镜603、筒镜604用于获取晶圆608表面的散射光线成像。

其中，暗场光源602可输出不同波段的光束。

其中，二向色镜605设置在筒镜。通过二向色镜605以分波段法的分光方式将光信号分解到第一探测器606和第二探测607中。

其中，第一探测器606和第二探测器607分别接收以分波段法的分光后的光信号，并采用光源波长调制法的光调制方法分别进行调制，从而在两个探测器中对不同光源输出功率的信号强度的光信号进行调制。

本实施例的暗场成像装置通过光波长分光片将暗场光源分解为不同波长的光信号，从而在不同的探测端接收不同信号强度的光信号进行调制，实现了可调的高动态范围暗场检测方式。

图7示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

参照图7，其中的部件包括运动台701、暗场光源702、物镜703、两个筒镜704、二向色镜705、第一探测器706、第二探测器707和晶圆708。

本示例的暗场成像装置与图6中的暗场成像装置具有相似地结构，并且同样采用分波段法作为分光方法，采用光源波长调制法作为光调制方法。与之不同的是，本示例中的二向色镜705设置在物镜703和筒镜704之间。

图8示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

根据本示例的暗场成像装置采用分视场作为分光方法，采用可变孔径光阑法作为光调制方法。

图8中的各个附图标记及其所对应的部件表示如下：

801：运动台；

802：暗场光源；

803：物镜；

804：筒镜；

805：分光棱镜；

806：第一可变孔径光阑；

807：第二可变孔径光阑；

808：第一成像镜组；

809：第二成像镜组；

810：第一探测器；

811：第二探测器；

812：晶圆。

图8所示的暗场成像装置包括运动台801、暗场光源802、物镜803、筒镜804、分光棱镜805、第一可变孔径光阑806、第二可变孔径光阑807、第一成像镜组808、第二成像镜组809、第一探测器810、第二探测器811。

其中，运动台801用于带动晶圆812移动。

其中，所述物镜803和筒镜804用于获取晶圆812表面的散射光线成像。

其中，分光棱镜805具有三面，其左右两面为反射镜，上面为透过面。并且，分光棱镜805设置在筒镜804之后目标的共轭像处。通过分光棱镜805以分视场法的分光方式将光信号分解到第一探测器810和第二探测811中。

其中，在分光棱镜805和第一探测器810之间设置第一成像镜组808，在第一成像镜组808和分光棱镜805之间设置第一可变孔径光阑806；在分光棱镜805和第二探测器811之间设置第二成像镜组809，在第二成像镜组809和分光棱镜805之间设置第二可变孔径光阑807。

其中，所述第一成像镜组808和第二成像镜组809用于将共轭像再次成像到相应的第一探测器810和第二探测811上。

与图2中的第一可变孔径光阑206和第二可变孔径光阑207相似，本示例中的第一可变孔径光阑806和第二可变孔径光阑807的用于通过改变孔径光阑尺寸实现可调的高动态范围暗场检测，此处不在赘述。

其中，第一探测器810和第二探测811分别接收经过分视场法进行分光后的光信号，并采用可变孔径光阑法的光调制方法分别进行调制，从而对两种大小的孔径光阑收集到的光信号进行不同程度的调制。

本实施例的暗场成像装置通过全反射镜将暗场光源分解为不同视场的光信号，并与图2所示的暗场成像装置类似，通过在不同探测端设置两个不同大小的孔径光阑，极大地提高了暗场检测的动态范围。

图9示出了根据本申请实施例的一个示例性的暗场成像装置的结构示意图。

参照图9，其中的部件包括运动台901、暗场光源902、物镜903、筒镜904、分光棱镜905、第一可变孔径光阑906、第二可变孔径光阑907、第三可变孔径光阑908、第一成像镜组909、第二成像镜组910、第三成像镜组911、第一探测器912、第二探测器913和第三探测器914和晶圆915。

本示例的暗场成像装置与图8中的暗场成像装置具有相似地结构。与之不同的是，本示例中的暗场成像装置比图8多设置了一个探测器、成像镜组和可变孔径光阑。并且，分光棱镜905具有四面，其左右两面为反射镜，上下两面为透过面。

本示例的暗场成像装置同样采用分视场作为分光方法，采用可变孔径光阑法作为光调制方法。本示例的暗场成像装置比图8多设置了一个探测器，进一步提高了暗场检测的动态范围。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何基于本申请实施例的暗场成像装置的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种暗场成像方法，其中，所述方法包括：

将暗场光信号分解至多个探测器中；

在各个探测器中分别对分光后的光信号进行不同程度地调制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将暗场光信号分解至多个探测器中包括：

通过使用预定的分光方法将暗场光信号分解至多个探测器中；

其中，所述分光方法包括以下任一种：

分振幅法；

分波段法；

分视场法。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在各个探测器中分别对分光后的光信号进行不同程度地调制包括：

通过使用预定的光调制方法在各个探测器中分别对接收的光信号进行不同程度地调制；

其中，所述光调制方法包括以下任一种：

可变孔径光阑法；

可变厚度衰减片法；

光源波长调制法。

4.一种暗场成像装置，其特征在于，所述暗场成像装置包括成像装置、照明装置和分光装置；

其中，所述照明装置用于提供暗场光源；

其中，所述分光装置用于将暗场光信号进行分解。

5.根据权利要求4所述的暗场成像装置，其特征在于，所述暗场成像装置还包括运动台，所述运动台用于携带待检测样品移动。

6.根据权利要求4所述的暗场成像装置，其特征在于，所述分光装置包括以下任一种：

光振幅分光片；

光波长分光片；

多面反射镜。

7.根据权利要求4所述的暗场成像装置，其特征在于，所述成像装置包括调整装置，所述调整装置用于对接收的光信号进行光调制；

其中，所述调制装置包括以下任一种：

可变孔径光阑；

可变厚度衰减片。

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