CN1800837B

CN1800837B - 交变配置的光学检测

Info

Publication number: CN1800837B
Application number: CN200510138027.8A
Authority: CN
Inventors: A·盖塔; D·柯恩古特; D·肖姆; I·平卡斯; R·埃纳特
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: US20060066843A1; US7397552B2; CN1800837A

Abstract

用于检测样例的成像系统包括以脉冲式光辐射来辐射样例表面的照射模块。平移至少样例和一部分成像系统中的一个以致通过表面上的脉冲式光辐射来扫描辐射区域来达到通过脉冲发光的各自的连续脉冲来辐射连续的、部分重叠的帧的目的的机械扫描器。收集散射自表面的光辐射以致捕获辐射帧的图像序列的收集模块。与脉冲式光辐射同步的至少在第一和第二不同光学配置之间的交替中改变成像系统的配置的系统控制器。

Description

交变配置的光学检测

相关申请的交叉参考

本申请要求2004年9月27日申请的美国临时专利申请60/613,641的优先权。本申请也涉及美国专利申请10/511,092。这两个相关申请在此合并引用。

技术领域

本发明主要涉及光学检测，特别是用于探测半导体晶片中的特征(feature)和缺陷的方法和系统。

背景技术

光学检测普遍用于半导体器件的制造中，来探测晶片表面上的缺陷，例如杂质颗粒，刮痕和原材料的未去除部分。缺陷可导致器件故障，因此大量地减少生产产量。因此，需要仔细地检测来核实在制造过程的不同阶段中的未图案化的晶片及图案化的晶片的清洁度和质量。

用于检测半导体晶片的一般方法是在晶片表面上进行激光束扫描并测量入射光束在每一点的散射光。在上述的美国专利申请____中介绍了基于暗域散射探测的典型检测系统。例如，在美国专利6,366,690、6,271,916、6,538,730、6,392,793和5,909,276中介绍了其它的光学检测系统，它们公开的内容在此合并引用。

在一些申请中，光学检测系统使用两种不同的光束。例如，美国专利4,191,476，介绍了由两种不同波长的光在光敏屏上分别形成两个发光图案的系统和方法，其公开的内容在此合并引用。以相同方式形成图案，每个图案都由屏的辐照产生，辐照的光来源于相干光源并由两个干涉束构成，其中一束由在探测下来自表面散射的光构成并在屏上成像。视频信号来源于屏，代表在两个图案中亮度总和的空间变化。

在美国专利6,825,924中介绍了包括双重光束发光的另一个检测系统，该专利的公开内容在此合并引用。该系统包括发光器，该发光器包括双重峰值波长管，是发射两种不同颜色光的光源。每束有色光具有狭窄的波长范围，峰值波长在各自的两个互补色中的一个。该系统包括用于支持具有精细地形成预定图案的表面的衬底的支持工具(supporting means)。发射自发光器的光以预定的角度照射该表面，该表面起到衍射光栅的作用。该系统确定衬底的图案化表面是否由于上述光通过精细图案化的表面被衍射而散焦从而被损毁。

美国专利4,643,569介绍了包括扫描器的双重光束激光检测系统，该扫描器以第一和第二角度置换地重复扫描一行，是同步的扫描，该专利的公开内容在此合并引用。系统处理获得自每个并行的双重扫描束的数据，因此与在相同的检测率下进行处理的单束激光检测装置相比，降低了数据处理率。

发明内容

典型地，需要光学检测系统提供高的缺陷探测能力、低的错误探测概率和高的吞吐量及速度。这种高要求往往受系统硬件性能的限制。例如，其中的一个与光学检测系统相关的性能限制是用于测量散射光(scattered radiation)的探测器元件的受限的动态范围(dynamic range)。在许多实际情况中，被检测样例的表面上的不同的部件(feature)和组件具有不同的散射特性。因此，散射光(scattered radiation)的动力范围经常超出探测器元件的动力范围。高的散射光的动力范围可导致探测器元件中的一些饱和，而其它的具有不良的信噪比。这些影响显著地降低了系统的缺陷探测能力。

本发明的实施例提供了用于光学检测的改良方法和系统，它们克服了例如上面所提到的那些性能限制。在一些实施例中，光学检测系统包括以脉冲式光辐射辐射样例表面的照射模块。该系统通过在表面上的脉冲式光辐射来扫描辐射区域，因此，在样例的表面上辐射连续的、部分重叠的帧(frame)序列。典型地，通过脉冲发光的各自的连续的脉冲来辐射连续的帧。该系统进一步包括光学收集模块，来收集散射自表面的光辐射以致捕获辐射帧的图像序列。

在一些实施例中，以与脉冲式光辐射同步地在两个不同的光学配置之间交替来变化系统的配置。因此，该图像序列包括两个交叉的图像子序列，在一个光学配置中捕获一个子序列。图像处理器共同处理在第一和第二子序列中的图像以探测样例中的缺陷。

交替的光学配置可以发光角度、数值孔径、波长、偏振或这些参数的组合而不同于另一个。在一些实施例中，成像系统配置的交替可包括照射模块、收集模块或两者配置的交替。

在一些实施例中，辐射区域的扫描模式(pattern)、脉冲产生、图像的捕获和两个光学配置之间的交替是彼此同步的以致每使用光学配置中的一个，样例表面的每个区域至少被成像一次。图像处理器可随后使用两个配置来分析被成像表面上的部件(features)以增强系统的缺陷探测能力。

这里介绍了若干个典型光学配置对，包括照射模块和/或收集模块的不同设备。可选择地，将本发明的原理应用于在三个或更多的不同光学配置之间交替的系统中。

为此，依据本发明的实施例，提供用于样例检测的成像系统，包括：

设置用于以脉冲式光辐射来辐射样例表面的照射模块；

设置用于平移(translate)样例和一部分成像系统的至少之一以致通过表面上的脉冲式光辐射扫描辐射区域来达到通过脉冲发光的各自的连续脉冲来辐射连续的、部分重叠的帧的目的的机械扫描器；

设置用于收集散射自表面的光辐射以致捕获辐射帧的图像序列的收集模块；

设置用于在与脉冲式光辐射同步的至少第一和第二不同光学配置之间的交替中改变成像系统的配置，以使序列包含至少在第一和第二光学配置中分别捕获的第一和第二交替图像子序列的系统控制器；和

设置用于在第一和第二子序列中共同处理图像以致探测出样例中的缺陷的图像处理器。

在实施例中，照射模块包括设置用于产生红外(IR)、可见光和紫外光(UV)波长范围中的至少一种的脉冲光辐射的脉冲激光器。

在另一实施例中，设置机械扫描器用于进行至少关于照射及收集模块平移样例和关于样例平移照射及收集模块中的一个。

在再一实施例中，设置系统控制器用于彼此同步脉冲式光辐射的定时(timing)、机械扫描器的扫描图案(pattern)、捕获图像序列的定时和在至少两个光学配置之间交替的定时。

在再另一实施例中，照射模块包括一个用于在先于辐射表面之前减少脉冲式光辐射中的相干斑点水平的斑点减少模块。

在实施例中，照射模块包括设置用于以相应于各自第一和第二光学配置的各自不同的第一和第二辐射角度辐射表面的第一和第二光学路径(paths)、和通过系统控制器控制的快速切换模块(FSM)。设置FSM用来交替地给第一和第二光学路径中的一个发送脉冲光辐射以致改变图像系统的配置。

在另一实施例中，照射模块包括一通过系统控制器控制的可开关的快门(shutter)。该快门设置用于在两个不同值之间交替脉冲光辐射的数值孔径以致改变图像系统的配置。

在再一实施例中，照射模块包括一通过系统控制器控制的可开关的偏振器/衰减器。该偏振器/衰减器设置用于在两个不同值之间交替至少脉冲光辐射的亮度和偏振中的一个以致改变成像系统的配置。

在再另一实施例中，照射模块设置用于在两个不同值之间交替脉冲光辐射的波长以致改变成像系统的配置。

在实施例中，收集模块包括一通过系统控制器控制的可开关的收集模块。该收集模块用于在两个不同值之间交替至少一些收集的散射光的至少角度范围、数值孔径、亮度和偏震中的一个以致改变成像系统的配置。

另外地或二中择一地，可开关的收集模块设置用于同时将第一衰减施加到来自表面的各自的第一区域的收集的散射光和将不同于第一衰减的第二衰减施加到来自表面的各自的第二区域的收集的散射光。

在实施例中，收集模块包括至少一个包括多个设置用于成像收集的散射光以致产生图像序列的探测元件的探测器阵列，以及其中系统控制器是设置用于在两个不同值之间交替至少一些探测器元件的至少增益和感光度中的一个以致改变成像系统的配置。

另外，依据本发明的实施例，这里提供了用于使用成像系统检测样例的方法，该方法包括：

用脉冲光辐射辐射样例的表面；

通过脉冲光辐射在表面上扫描辐射区域以致通过脉冲发光的各自连续的脉冲在表面上辐射出连续、部分重叠的帧；

收集来自表面的光学散射光以致捕获辐射帧的图像序列；

在与脉冲式光辐射同步的至少第一和第二不同光学配置之间的交替中改变成像系统的配置，以使序列包含至少在第一和第二光学配置中分别捕获的第一和第二交替的图像子序列；和

共同处理在第一和第二子序列中的图像以探测样例中的缺陷。

附图说明

本发明通过下面其实施例的详细描述、及一起的附图，将被更充分地理解：

图1是框图，依据本发明的实施例示意地说明了用于光学检测的系统；

图2是依据本发明的实施例在检测下半导体晶片示意性的上视图；

图3-8是框图，依据本发明的实施例示意地说明了照射模块的细节；和

图9是框图，依据本发明的实施例示意地说明了收集模块的细节。

实施例的详细描述

系统描述

图1是框图，依据本发明的实施例示意地说明了用于样例光学检测的系统20，例如半导体晶片22。典型地，晶片22包括多个以重复图案(pattern)布置的特殊半导体器件的管芯(dies)23。在一些实施例中，使用任何已知的半导体器件制造工艺图案化晶片22，并且系统20将暗域光学技术应用于探测晶片表面的缺陷。二者择一地，下面描述的系统20的原理和检测方法也可应用于未被图案化的晶片和其它类型样例和表面的检测，例如掩模(masks)和标线(reticles)。

系统20包括辐射晶片22表面的照射模块24。在一些实施例中，模块24包括光源，例如发射脉冲激光的激光器。在一些实施例中，模块24以单波长发射激光(laser radiation)。在其它实施例中，模块24以两个或更多的不同波长，同时或一次一束地发射激光。通过模块24沿晶片表面的法线方向或斜地撞击晶片22来控制激光。可配置照射模块来发射在可见光、紫外(UV)和/或红外(IR)范围的波长内的光辐射。

来自晶片22的散射光在预定的角度范围通过光学收集模块26收集。模块26包括成像晶片22表面到多个暗箱(camera)30的收集光学器件28。光学器件28包括带高数值孔径(NA)的单物镜(objective)或个体物镜的集合，一个用于每个暗箱。布置光学器件28和暗箱30以使所有暗箱在晶片表面的相同区域，即被照射模块24照射的区域成像，而每个暗箱捕获散射进入不同角度范围的光。每暗箱30典型地包括探测元件的二维阵列，例如本技术领域已知的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)阵列。将每个阵列的每个探测元件成像到照射模块24照射的区域内的相应的点上。因此，基于在不同的暗箱30的相应探测元件产生的信号可确定作为角度的函数的晶片22的任何给定的点的散射特性。

二者择一地，在本发明的其它实施例中(未在图中显示)，收集模块26可仅包括带适合的光学器件的单暗箱。可以与图1中显示的多暗箱实施例基本上相同的方式将下面描述的同步原理、交替光学配置和图像处理应用于这种单暗箱实施例。

系统控制器32将暗箱30与照射模块24产生的激光脉冲同步，以使每个暗箱产生的每个图像相应于来自单激光脉冲的散射光。通过图像处理器34接收、数字化、分析每个暗箱的输出。图像处理器经常包括专用的硬件信号处理电路和/或可编程数字信号处理器(DSPs)。

机械扫描器，例如X-Y-Z台(stage)36，典型地在光栅图案(pattern)内平移晶片22，以使来自照射模块24的每个激光脉冲在晶片的表面上辐射出不同的帧，该帧典型地重叠先前脉冲辐射出的帧。在下面图2中显示了典型的扫描图案(pattern)。在可选实施例中，固定晶片不动并且相对于该晶片扫描照射和收集模块。可在整个晶片表面上，或在其的选择区域上使用台36扫描模块24辐射的帧和暗箱30成的像。若模块24辐射的脉冲足够的短，例如基本上小于1μs，则台36可以该方式连续平移晶片22而不会导致通过暗箱捕获的图像中有明显的斑点。

在一些实施例中，系统20使用两个不同的光学配置，在晶片22表面上成像每个区域或部件(feature)两次，以达到使用双成像来探测各种表面缺陷的目的。典型地，系统在交替的激光脉冲的两个配置之间交替。控制器32将晶片22的机械平移与激光脉冲的定时、暗箱30的图像捕获定时和在两个光学配置之间的交替同步。

通过使用这种同步操作，系统产生在晶片表面上的部分重叠的帧的图像序列，每个激光脉冲捕获一图像。由于系统在每个激光脉冲的光学配置之间交替，图像序列包括两个交叉的子序列，每个子序列包括使用两个光学配置中的一个捕获的图像。

图像处理器34处理通过每个暗箱30产生的图像以达到提取可指示晶片表面上缺陷的图像特征的目的。处理器34从每个暗箱30接收两个使用各自的两个光学配置捕获的辐射表面图像的子序列。处理器34共同地处理来自两个子序列的图像以探测表面上的潜在的缺陷。双图像处理典型地增大了探测出缺陷的概率并降低了错误探测的概率，这些将在下面解释。在一些情况下每个光学配置对不同类型的缺陷是灵敏的，探测出的缺陷数量将基本上翻倍。然而，在典型的情况中，在通过每个配置成像的缺陷之间有重叠。在这种情况下，除了增大探测出缺陷的概率之外，作为双配置成像的结果，识别缺陷的可信度水平也提高了。

在一些实施例中，作为图像处理的部分，处理器34记录来自两个子序列的图像到普通的坐标系统，以使可关联和比较在两个光学配置中成像的晶片部件(features)和组件。

在一些实施例中，处理器34从两个子序列中选择图像或具有更高质量的图像(例如具有更高分辨率、更高对比度、或任何其它质量标准的图像)并且使用该图像来探测成像区域的缺陷。二者择一地，处理器34可合并来自全部子序列的涉及特殊的晶片特征或缺陷的信息以达到提高缺陷探测能力的目的。另外地或二者择一地，处理器34可使用来自子序列中的一个的图像来分析辐射区域的某个区域并且可使用来自第二个子序列的图像来分析其它区域。在一些实施例中，关于使用哪个子序列来用于每个区域或特征(feature)的确定可依据预定的定位(map)或其它定义。在其它实施例中，该确定随图像到图像变化。进一步另外地或二者择一地，任何合适方法，例如图案识别方法和其它本领域已知的图像处理方法，可用于识别图像子序列中的缺陷。

图像的特征和/或潜在的识别的缺陷传给主机38，典型地是带合适软件的用于一般目的的计算机或工作站。计算机38分析特征或产生关于检测下晶片的缺陷列表和缺陷定位。

图1的光学检测系统是典型配置，是为了解释的清楚和简洁选出的。该系统的一些方面相似于上述美国专利申请______中详细描述的光学检测系统。在任何适合的光学检测或扫描系统，包括一些上述参照中描述的系统中可交替使用下面描述的方法。

交替光学配置

如上所指出的，与光学检测系统相关联的性能的限制之一是在暗箱30中探测元件的受限的动力范围。在许多实际情况中，晶片22表面上的不同的部件(feature)具有不同的散射特性。例如，经常以通过导线(conductors)和部件重复的、周期的图案为特征的包括存储器件的管芯区域。这种周期结构典型地在数个离散角度反射光辐射的大多数。然而，在管芯的这种区域中的表面缺陷经常在广泛的范围内更均匀地散射光辐射。管芯区域包括逻辑器件，在另一方面，在广泛的角度范围内典型地散射光。

由于整个管芯的不同的散射特性，结果是通过暗箱30成像的散射光的动力范围，在特殊的光学配置中，经常超过探测元件的动力范围。在这种情况下，通过暗箱30捕获的图像经常包括探测元件饱和的区域和/或低亮度和低信噪比的区域，都显著地降低了系统的缺陷探测能力。

为了克服动力范围的限制和增强图像的质量和系统20的缺陷探测性能，系统使用两个不同的光学配置对晶片22表面上的每个部件(feature)成像两次。光学配置可互不同，例如，通过它们的辐射角度、数值孔径、波长、偏振或这些参数的组合。下面的图3-9显示了数个可使用的典型光学配置对。虽然这里描述的样例中的一些被显示克服了动力范围的限制，但同步的双成像方法一般地也提供了在其它成像场合的改良的探测性能。例如，用某些偏振或波长可更容易地探测出一些表面缺陷，而不用管动力范围。

如上所指出的，系统20典型地随每个激光脉冲在两光学配置之间交替。换句话说，偶数脉冲使用其中一个配置，而奇数脉冲使用另一个配置。在一些实施例中，可一般化双配置原理，以使系统20使用更大数量的光学配置来成像晶片22。在这些实施例中，图像处理器34共同地处理许多图像，等于使用的光学配置的数量。

图2是依据本发明的实施例在检测下典型半导体晶片22示意性的上视图。晶片22分成管芯23，每个管芯包括特殊的半导体器件。在一些实施例中，系统20以光栅图案(pattern)扫描晶片22，将晶片22的区域分成多个扫描行(line)39。在每个激光脉冲，照射模块24在晶片22的表面上辐射特殊的帧。晶片的机械平移和激光脉冲同步以使相应于连续激光脉冲的帧沿扫描行接近50％地重叠。

图2显示了由相应于偶数激光脉冲的偶数帧40(记做A、B、C和D)和相应于奇数激光脉冲的奇数帧42(记做A’、B’、C’和D’)的交叉序列构成的典型扫描行39。如上面所指出的，偶数帧使用光学配置中的一个，并且奇数帧使用另一个配置。扫描方向由箭头44指出。在这个实施例中，系统20顺序地在晶片表面上辐射记做A，A’，B，B’，C，C’，D，D’，A，A’，...的帧。从而，暗箱30捕获了相应于该帧序列的图像序列。

从图中可看出晶片22表面的上每个点被成像两次，一次偶数帧，和一次奇数帧。结果，图像处理器34从每个暗箱30接收两个图像子序列[A，B，C，D，A，B，...]和[A’，B’，C’，D’，A’，B’，...]，每个被捕获的使用两个不同光学配置中的一个。因为在序列中连续的帧之间有50％的重叠，与仅使用单光学配置的检测系统相比并在相同的扫描速度下操作，系统20使用两倍的的激光脉冲比率。

在许多情况中，所有的晶片22的管芯23是特殊表面图案(pattern)的复制。此外，许多缺陷检测方法基于管芯-到-管芯的比较，或成像的管芯到“金本位(gold standard)”管芯的比较。对于这些原因，典型地依据帧在管芯23的位置来标记帧。(例如，图2中的帧A通常指管芯的左顶角帧。)帧边界经常与管芯边界对准。不管任何重复的图案(pattern)的在与不在，都可在晶片表面上执行这里的描述方法和系统，例如管芯复制。同样地，给定任何管芯的编号方式和标记方式和帧边界和管芯边界的任何对准或未对准，都可实现这里描述的方法和系统。

图2所显示的扫描图案是为了说明清楚选出的典型图案。在可选实施例中，可使用任何数量的扫描行和帧来扫描晶片22。重叠比率不是50％的也可使用。特别地，可稍微增加重叠以保证接近帧边界的区域不会由于扫描容差和其它的边缘的影响而被错过。由于同样理由，在连续的偶数帧之间和在连续的奇数帧之间引入轻微的重叠。也使用任何适当的扫描图案(pattern)而不是图2中所示的光栅图案。帧边界可与管芯边界对准或异步。

典型光学配置对

图3是框图，依据本发明的实施例示意地说明了照射模块24的细节。在图3中，模块24以两个不同的发光角度来交替地辐射晶片22。在模块24中的激光器46发射一串激光脉冲。该激光46的脉冲比率典型地在0.1-20KHz的范围内并且脉冲时延典型地在6-1000ns范围内，虽然也可使用其它合适的值。

在一些实施例中，通过斑点减少模块50来处理激光脉冲来达到减少由于激光照射的相干性而通常会增加的斑点的目的。斑点是使用相干(coherent)照射的成像系统中众所周知的效果，它是由激光的强波幅(amplitude)自相关作用导致的。斑点减少技术在本技术领域是已知的。一些技术涉及将激光束通过减少波幅自相关作用的旋转散射器(diffuser)。其它的技术涉及将光束通过一束或更多束的不同长度的光学纤维。例如，在上述的美国专利申请______和美国专利6,249,381和美国专利申请公开US 2002/0067478 A1中描述了斑点减少技术，这些公开内容在此合并引用。为实现模块50可使用任何合适的斑点减少技术。

将激光脉冲通过透镜54进入快速开关模块(FSM)58。FSM 58交替地将输入的激光脉冲发送到两个输出之一，因此在两个不同的光学路径上交替，每个都包括照射光学器件62。在图3的例子中，第一光学路径，包括照射光学器件62A，以垂直的角度辐射晶片22。第二光学路径，包括照射光学器件62B，以倾斜的角度辐射晶片22。二者择一地，可选择两个互不同的任何两个辐射角度。在每个光学路径中可使用一个或更多的反射镜66以达到合适地控制激光发光的目的。

在一些实施例中，FSM 58包括适当的声光偏转(AOD)器。可用于这种目的的典型器件是由Crystal Technology公司(Palo Alto，California)的4080-2声光偏转器。关于该器件的细节参见www.crystaltechnology.com/acoustoopticdefl.html。二者择一地，FSM 58可包括适当的空间光调节器(SLM)，例如由Meadowlark Optics(Frederick，Colorado)生产的液晶基器件。关于这些产品的细节参见www.meadowlark.com/Products/SLM.htm。二者择一地，FSM 58可包括适合的微电子机械系统(MEMS)，例如由Digital Light Processing(DLP^TM)division of TexasInstruments公司(Plano，Texas)生产的0.7XGA微反光镜器件。关于这种产品的细节参见www.dlp.com。进一步二者择一地，FSM 58可包括有能力以所需的转换率将激光脉冲交替地发送到照射光学器件62A和62B的任何其它适合的器件。

照射光学器件62A和62B都包括适合的层叠透镜、滤波器和/或用于聚焦和控制激光脉冲以所需的亮度和辐射角度来辐射晶片22上所需的点的规模的其它的光学组件。

收集光学器件28收集来自晶片22表面的散射光。从这点，成像和缺陷检测处理依据上面的图1和图2描述的系统而继续下去。

图4是框图，依据本发明的另一实施例示意地说明了照射模块24的细节。图4是使用两个具有不同辐射角度的光学配置的另一例子。在本例子中，然而，在斑点减少模块50之前定位FSM 58，并且模块50仅包括在其中的一个光学配置中。因此，进行交替激光脉冲的发送到照射光学器件62A和62B先于斑点减少。这种配置是有用的，例如，对于具有照射光学器件62B的以更高的亮度和/或更低的数值孔径(NA)辐射晶片22。另一方面，照射光学器件62A以更低的亮度(因为斑点减少模块50的固有的传输损失)和/或更大的数值孔径辐射晶片22。

图5是框图，依据本发明的再一实施例示意地说明了照射模块24的细节。在图5中，通过使用可开关的快门70在单光学路径中实现了具有不同数值孔径的两个光学配置。在两个预定的值之间与激光脉冲同步地交替快门70的直径，因此提供了两个具有不同数值孔径的光学配置。快门直径的开关由控制器32控制，并且典型地与暗箱30的时间调配和系统的扫描图案(pattern)同步。例如，快门70可包括电子机械快门例如由Vincent Associates(Rochester，New York)生产的Uniblitz器件。关于这些器件的细节参见www.uniblitz.com。虽然照射光学器件62在图中显示是以垂直角度辐射晶片的，也可使用任何适合的辐射角度。

图6是框图，依据本发明的再另一实施例示意地说明了照射模块24的细节。图6也使用单光学路径。开关衰减器/偏振器74在两个光学配置之间交替激光脉冲的亮度和/或偏振。

具有不同偏振的光学配置是有用的，例如，对于包括密周期导线布线图(dense periodic conductor pattern)的成像管芯区域，例如存储区域和总线(buses)。这种周期结构导致当入射辐射的偏振平行于导线的方向时的强反射和当偏振垂直于导线的方向时的弱反射。

具有不同的亮度的光学配置在多种高动力范围的场合中是有用的。在提供给图像处理器34的两个图像中，使用更高亮度配置捕获的图像典型地用于检查产生弱反射的管芯区域。使用更低亮度配置捕获的第二个图像用于分析强反射的区域，该区域在第一个图像中经常是饱和的。

衰减器/偏振器74通过控制器32控制和同步。在一些实施例中，衰减器/偏振器74包括Pockels单元器件，例如由Inrad公司(Northvale，NewJersey)生产的PBC05器件。关于这种器件的细节参www.inrad.com/pages/crystals.html。在一些实施例中，如本领域已知的，可通过将开关偏振调节器结合固定的偏振来进行光束亮度的交替。如上面图5，可以任何适合的辐射角度布置照射光学器件62。

图7是框图，依据本发明的另一实施例示意地说明了照射模块24的细节。在本例中，两个光学配置使用不同的光学波长和辐射角度。激光器46这里包括同时发射具有两个波长的记做λ₁和λ₂的脉冲进入两个各自的光学路径的双波长激光器。一对阻塞/通路模块78，记做78A和78B，交替地由控制器32控制以使它们中的一个通过奇数脉冲和阻塞偶数脉冲，反之亦然。在一些实施例中，阻塞/通路模块78可包括适合的MEMS器件，例如上面描述的Texas InstrumentsDLP器件，可控地将每个第二脉冲从光学路径偏转开来进入适合的倾倒(dumper)器件。二者择一地，阻塞/通路模块可包括适合的可开关快门，例如上面描述的快门70，在开状态和完全关的状态之间交替地开关。

在照射晶片22表面之前，在第一和第二光学路径中的脉冲分别地通过斑点减少模块50A和50B、透镜54A和54B和照射光学器件62A和62B。这种配置是有用的，例如不同的管芯区域对不同的波长的反应是不同的。如另一例子，当晶片具有对使用的两个波长中的一个是透明的顶层时，双波长成像可能是有用的。通过使用两个波长，在该层的上面和下面都可探测出缺陷。

图8是框图，依据本发明的再一实施例示意地说明了照射模块24的细节。在图8中，使用单光学路径，两个光学配置以相同的辐射角度使用不同的光学波长。激光器46包括以波长λ₁和λ₂发射脉冲的双波长激光器。开关波长滤波器82由控制器32控制以致在偶数脉冲间隔通过波长λ₁而阻塞波长λ₂。在奇数脉冲间隔，控制滤波器82以致通过波长λ₂而阻塞波长λ₁。例如，开关波长滤波器82可包括石英声光器件，例如由Crystal Technology公司(Palo Alto，Califomia)生产的模块4390。

滤波器82的输出因此包括波长在λ₁和λ₂之间从脉冲到脉冲交替的一串脉冲。在辐射晶片22之前脉冲通过斑点减少模块50、透镜54、反射镜66和照射光学器件62。虽然图8以垂直的角度辐射晶片显示了光学器件62，也可使用任何适合的辐射角度。

上面图3-8显示了典型实施例，其中在两个光学配置之间的交替在照射模块24中进行。另外地或二者择一地，在光学配置之间的交替在收集模块26中进行。这种典型实施例在下面图9的描述中解释。可使用图3-9的配置的任何适合组合，也可使用额外的光学配置对，来实现系统20的其它实施例，这对于在阅读这些实施例的描述后的本技术领域技术人员是显而易见的。

图9是框图，依据本发明的实施例示意地说明了收集模块26的细节。在该实施例中，照射模块24以垂直或倾斜的预定角度辐射晶片22。通过物镜86来收集散射光。成像透镜90将散射光聚焦到暗箱30的探测阵列94的平面上。开关收集模块98定位在透镜86和90之间的光学路径上。模块98由控制器32来控制以致在两个预定的配置之间从一个激光脉冲到另一个地交替模块26的光学收集性质。

在一些实施例中，模块98包括类似于上面的图3和4的FSM 58的快速开关模块。模块98因此通过模块26来改变收集的光的角度范围。类似于FSM 58，如上面所解释，在一些实施例中模块98包括声光器件、SLM或MEMS器件。

在其它实施例中，模块98可包括用于交替收集的光的偏振的适合的偏振旋转器，例如上述的MES器件(DLP)或液晶基器件(Meadowlark)。

在再另一实施例中，模块98可包括适合的可变传输器件，例如本领域已知的Kerr单元，其在两个预定的传输值之间交替以致交替收集的光的亮度(动力范围)。

另外地或二者择一地，可通过交替在探测阵列94中的探测元件的增益和/或敏感度来进行交替收集的光的动力范围。

在一些实施例中，模块98可包括沿光收集的角度范围提供不均匀的衰减的掩膜。例如，在期望管芯或晶片的某个区域产生更强的反射的情形下，模块98可用于从这些区域阻塞或减少散射光，因此防止探测器的饱和和退化。在该实施例中，设置物镜86和模块98以使在被检测晶片表面的图像平面中定位模块98，并且透镜90将模块98的平面成像到探测阵列94的平面上。在一些实施例中，作为外部的、预定的映射，先于检测过程，可在模块98中识别和设置被阻塞和/或被衰减的区域。在其它实施例中，在晶片表面测定(maps)高反射区域的初始学习阶段，可自动地或半自动地识别这些区域。

在交替实施例中，模块98可进行收集光的交替空间过滤。在该实施例中，聚光器件28在两个不同的聚光角度范围之间交替。

虽然这里描述的方法和系统主要地致力于半导体晶片的暗域检测，本发明方面也可既应用于亮域检测，也应用于照射、检测和成像的其它区域例如标线、液晶显示器(LCD)和印刷电路板(PCB)的检测。

因此，应意识到通过例子的方法引用了上面描述的实施例，并且本发明并不限于以上的特别描述和显示。相反地，本发明的范围既包括以上描述的各种特征的组合和子组合，也包括未在先前技术中公开的，本领域技术人员在阅读前述描述后对其的变形和修改。

Claims

1.一种用于半导体晶片的特征和缺陷检测的成像系统，其特征在于，包括：

照射模块，设置用于以脉冲式光辐射来照射样例表面；

机械扫描器，设置用于平移样例和照射及收集模块中的至少一个以扫描被脉冲式光辐射照射的该表面上的一区域，并通过所述脉冲式光辐射的连续脉冲来照射所述表面上的第一帧和数个连续的、基本重叠的帧，所述连续的帧中的每一个与各自的前一帧有至少50％的重叠；

收集模块，设置用于收集所述表面散射的光辐射，以捕获由所述第一帧和数个连续的、基本重叠的帧组成的图像序列；

系统控制器，设置用于在至少第一光学配置和不同于第一光学配置的第二光学配置之间交替改变所述成像系统的配置，所述交替与脉冲式光辐射的定时同步，其中该图像序列包含至少在第一光学配置下捕获的第一组图像和在第二光学配置下捕获的第二组图像，其中该表面的该区域的至少一部分的至少两个图像被捕获，所述至少两个图像包括使用第一光学配置捕获的第一图像和使用第二光学配置捕获的第二图像；和

图像处理器，设置用于共同处理该第一图像和该第二图像，以通过分析使用第一和第二光学配置中的每一个而反映的该表面上的特征来探测出样例中的缺陷。

2.根据权利要求1的系统，其特征在于，照射模块包括脉冲激光器，设置用于产生红外(IR)、可见光和紫外光(UV)波长范围的至少之一中的脉冲式光辐射。

3.根据权利要求1的系统，其特征在于，机械扫描器设置用于执行相对照射及收集模块平移样例和相对样例平移照射及收集模块的至少之一。

4.根据权利要求1的系统，其特征在于，系统控制器设置用于彼此同步脉冲式光辐射的定时、晶片的机械平移、捕获图像序列的定时和在至少两个光学配置之间交替的定时。

5.根据权利要求1的系统，其特征在于，照射模块包括一个减少斑点模块，设置成在辐射表面之前减少脉冲式光辐射中的相干斑点水平。

6.根据权利要求1的系统，其特征在于，照射模块包括设置用于以对应于第一和第二光学配置的各自不同的第一和第二辐射角度来辐射表面的第一和第二光学路径、和由系统控制器控制的快速切换模块，所述快速切换模块设置用来交替向第一和第二光学路径之一发送脉冲式光辐射以致改变成像系统的配置。

7.根据权利要求1的系统，其特征在于，照射模块包括由所述系统控制器控制的可开关快门，所述快门设置用于在两个不同值之间交替照射光学器件的数值孔径以致改变成像系统的配置。

8.根据权利要求1的系统，其特征在于，照射模块设置包括由所述系统控制器控制的可开关的偏振器/衰减器，所述偏振器/衰减器用于在两个不同值之间交替脉冲光辐射的亮度和偏振中的至少之一以致改变成像系统的配置。

9.根据权利要求1的系统，其特征在于，照射模块设置用于在两个不同值之间交替脉冲式光辐射的波长以致改变成像系统的配置。

10.根据权利要求1的系统，其特征在于，收集模块包括由系统控制器控制的可开关的收集模块，所述可开关收集模块设置用于在两个不同值之间交替至少一些所收集散射光的角度范围、数值孔径、亮度和偏振中的至少之一以致改变成像系统的配置。

11.根据权利要求10的系统，其特征在于，可开关的收集模块设置用于同时地将第一衰减施加到来自表面上相应第一区域的已收集散射光，并将不同于第一衰减的第二衰减施加到来自表面上相应第二区域的已收集散射光。

12.根据权利要求1的系统，其特征在于，收集模块包括至少一个探测器阵列，所述探测器阵列包括多个用于成像所收集的散射光以致产生图像序列的探测元件，且其中系统控制器设置用于在两个不同值之间交替至少一些探测器元件的增益和感光度的至少之一以致改变成像系统的配置。

13.一种使用成像系统来检测半导体晶片的特征和缺陷的方法，其特征在于，所述方法包括：

以脉冲式光辐射来照射样例表面；

扫描被脉冲式光辐射照射的该表面上的区域，并通过所述脉冲式光辐射的连续脉冲来照射所述表面上的第一帧和数个连续的、基本重叠的帧，所述连续的帧中的每一个与各自的前一帧有至少50％的重叠；

收集从所述表面散射的光辐射，以捕获由所述第一帧和数个连续的、基本重叠的帧组成的图像序列；

在至少第一光学配置和不同于第一光学配置的第二光学配置之间交替改变成像系统的配置，所述交替与脉冲式光学辐射的定时同步，其中该图像序列包含至少在第一光学配置下捕获的第一组图像和在第二光学配置下捕获的第二组图像，其中该表面的该区域的至少一部分的至少两个图像被捕获，所述至少两个图像包括使用第一光学配置捕获的第一图像和使用第二光学配置捕获的第二图像；和

共同处理该第一图像和该第二图像，以通过分析使用第一和第二光学配置中的每一个而反映的该表面上的特征来探测出样例中的缺陷。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，辐射表面包括使用红外(IR)、可见光和紫外光(UV)波长范围的至少之一中的脉冲激光来产生脉冲式光辐射。

15.根据权利要求13的方法，其特征在于，扫描区域包括相对脉冲光辐射平移样例和相对样例平移脉冲光辐射中的至少之一。

16.根据权利要求13的方法，其特征在于，辐射表面、扫描区域、收集辐射和改变配置其中的每一个包括彼此同步脉冲式光辐射的定时、机械扫描器的扫描图案、捕获图像序列的定时和在至少两个光学配置之间交替的定时。

17.根据权利要求13的方法，其特征在于，辐射表面包括减少脉冲式光辐射中的相干斑点水平。

18.根据权利要求13的方法，其特征在于，改变成像系统的配置包括在两种不同值之间交替脉冲式光辐射的辐射角度、收集辐射的收集角度、照射光学器件的数值孔径、收集光学器件的数值孔径、脉冲式光辐射的偏振、收集辐射的偏振、脉冲式光辐射的亮度、收集辐射的亮度和脉冲式光辐射的波长的至少之一。

19.根据权利要求13的方法，其特征在于，收集光辐射包括使用至少一个包括多个探测元件的探测器阵列以致产生图像序列来成像散射光，且其中改变成像系统的配置包括在两个不同值之间交替至少一些探测器元件的增益和感光度的至少一个。

20.根据权利要求13的方法，其特征在于，收集光辐射包括同时地将第一衰减施加到来自表面上相应第一区域的已收集散射光，并将不同于第一衰减的第二衰减施加到来自表面上相应第二区域的已收集散射光。