CN211456205U - 基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源及检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源及检测系统，其包括飞秒激光器、泵浦耦合装置以及空芯光子晶体光纤；所述飞秒激光器用于生成具有飞秒脉冲的初始激光；所述泵浦耦合装置用于接收所述初始激光，并将所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤内；所述空芯光子晶体光纤用于对耦合进入其中的初始激光进行增益，以得到目标光束。本实用新型实施例通过产生稳定的、宽光谱的、高功率和高亮度的激光，且所生成的激光具有优异的单模光束质量和良好的方向性，以及可以与激光相媲美的亮度和空间相干性，可以满足集成电路制造工艺中缺陷特征尺寸越来越小以及高检测效率的要求。

Description

基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源及检测系统

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源及检测系统。

背景技术

在晶圆的制造过程中，化学气相沉淀、光学显影、化学机械研磨等不同的一系列制程会使晶圆表面产生不同的缺陷。在晶圆的缺陷种类中，无图案晶圆与图案晶圆是最常见的两种晶圆形式，而在具体的晶圆缺陷中，表面冗余物(颗粒，污染物等)、晶体缺陷(滑移线缺陷，堆垛层错)、划痕、图案缺漏等都是较为常见的晶圆缺陷。晶圆的缺陷检测贯穿在晶圆制造整个流程中，是保证制造良率的必要手段。

以光为探测源的晶圆缺陷检测系统分为明场检测系统和暗场检测系统。考虑宽带光源和窄带光源的比较，宽带检测系统使用一个高光强度的光源提供一系列不同的波长，而窄带检测系统则使用激光来产生单个波长。在明场检测系统中，利用反射光束来构造图像，微粒缺陷类型的信噪比在很大程度在取决于使用波长的不同，故多数制造商使用宽带明场检测系统，以便更加灵活地捕捉特定的缺陷类型，获得更好的检测灵敏度。对于暗场技术，激光源比宽带光源又更占上风，因为暗场窄带检测系统依靠反射束之外的散射光，激光源提供的更高强度对于在高速下捕捉强缺陷信号至关重要，高的激光功率可增加扫描速度以获得更高的产能。光源的选择，还涉及到缺陷检测的精度，一般来说光源波长越小，可聚焦成更细的束斑，可检测的精度越高。

随着集成电路制造工艺的不断进步，硅片的尺寸越来越大，产品的特征尺寸越來越小，产品对制造过程中的缺陷也越来越敏感。在这样的背景下，为了提高产品的良率和产能，业内对集成电路制造过程中的硅片缺陷检测与分析也提出了更高的要求。因此，具备高功率、高亮度、宽光谱等性能的光学检测系统是最佳选择。目前KLA-Tencor提出的由几十千瓦的近红外连续光泵浦的激光维持等离子技术(LSP)，相比于传统的电弧和脉冲激光驱动等离子源，拥有更高的亮度和输出功率。然而，随着泵浦功率的增加，LSP开始变得不稳定，对泵浦光的畸变、对流气流、激光功率的波段较为敏感，离子体的形状随之变大，位移发生改变，从而影响其检测的稳定性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源及检测系统，其能够产生稳定的、宽光谱的、高功率和高亮度的激光，且所生成的激光具有优异的单模光束质量和良好的方向性，以及可以与激光相媲美的亮度和空间相干性，满足了集成电路制造工艺中缺陷特征尺寸越来越小以及高检测效率的要求。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源，其包括飞秒激光器、泵浦耦合装置以及空芯光子晶体光纤；

所述飞秒激光器用于生成具有飞秒脉冲的初始激光；

所述泵浦耦合装置用于接收所述初始激光，并将所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤内；

所述空芯光子晶体光纤用于对耦合进入其中的初始激光进行增益，以得到目标光束。

进一步地，所述飞秒激光器为产生脉宽范围小于900fs的初始激光的激光器。

进一步地，所述泵浦耦合装置包括耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件和衍射光学器件中的任一个或者多个。

进一步地，所述空芯光子晶体光纤包括至少一条空芯光子晶体子光纤。

进一步地，所述空芯光子晶体子光纤的中心波长位于近红外波段范围内。

另一方面，本实用新型实施例提供了一种检测系统，该检测系统包括载物台、控制单元、成像装置以及基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源；

所述载物台用于放置待检测晶圆；

所述控制单元用于控制所述载物台进行相应的转动，并控制所述激光光源以及所述成像装置的工作状态；

所述成像装置包括调制单元以及摄像机，所述调制单元用于控制所述激光光源生成的目标光束照射至随载物台进行相应转动的待检测晶圆的表面；所述摄像机接收所述待检测晶圆的表面的反射光以及散射光，以得到所述待检测晶圆的整个表面的扫描图像，并将所述扫描图像发送至控制单元进行检测分析；其中，所述激光光源包括：飞秒激光器、泵浦耦合装置以及空芯光子晶体光纤；

所述飞秒激光器用于生成具有飞秒脉冲的初始激光；

所述泵浦耦合装置用于接收所述初始激光，并将所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤内；

所述空芯光子晶体光纤用于对耦合进入其中的初始激光进行增益，以得到目标光束。

进一步地，所述飞秒激光器为产生脉宽范围小于900fs的初始激光的激光器。

进一步地，所述泵浦耦合装置包括耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件和衍射光学器件中的任一个或者多个。

进一步地，所述空芯光子晶体光纤包括至少一条空芯光子晶体子光纤。

进一步地，所述空芯光子晶体子光纤的中心波长位于近红外波段范围内。

本实用新型实施例能够产生稳定的、宽光谱的、高功率和高亮度的激光，且所生成的激光具有优异的单模光束质量和良好的方向性，以及可以与激光相媲美的亮度和空间相干性，满足了集成电路制造工艺中缺陷特征尺寸越来越小以及高检测效率的要求。同时，该检测系统中应用到由激光光源生成的激光，不仅能够满足明场和暗场结合的检测方式，还能够提高产能，降低晶圆的生成成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参见图1，其是本实用新型实施例提供一种基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源的结构示意图，该基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源10可以包括飞秒激光器11、泵浦耦合装置12以及空芯光子晶体光纤13；所述飞秒激光器11用于生成具有飞秒脉冲的初始激光；所述泵浦耦合装置12用于接收所述初始激光，并将所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤13内；所述空芯光子晶体光纤13用于对耦合进入其中的初始激光进行增益，以得到目标光束。

其中，所述飞秒激光器11能够作为飞秒激光光源，并产生具有飞秒脉冲的初始激光。作为可选的，所述飞秒激光器11为产生脉宽范围小于900fs的初始激光的激光器，具体的型号在本实施例中并不作限定。所述泵浦耦合装置12能够将接收到的所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤13内，以便空芯光子晶体光纤13作为增益介质实现对初始激光的增益，从而生成超宽、高功率高亮度的白光光谱，即生成目标光束，其中的白光光谱的波长可以是200-2100nm。

在一实施例中，所述泵浦耦合装置12可以包括耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件和衍射光学器件中的任一个或者多个。当然，所述泵浦耦合装置12除了可以选用上述耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件和衍射光学器件等器件中的一种或多种，所述泵浦耦合装置12还可以包括具有特定功能的光学镜组，具体的实现方式可以根据用户的需求进行设置，在本实施例中不作限定。其中，所述泵浦耦合装置能够将飞秒激光器11产生的具有飞秒脉冲的初始激光聚焦耦合射入空芯光子晶体光纤13中。

在一实施例中，所述空芯光子晶体光纤13包括至少一条空芯光子晶体子光纤。作为可选的，所述空芯光子晶体子光纤的中心波长位于近红外波段范围内。其中，所述空芯光子晶体光纤包括中心波长在近红外波段范围内，能够产生超宽、高功率高亮度的白光光谱的单条空芯光子晶体子光纤或多条空芯光子晶体子光纤组合。上述空芯光子晶体子光纤与传统光纤不同，并不是通过全内反射导光，而是被微结构包围的空隙中传导光，且仅传导包层的光子带隙覆盖的近红外波段范围内的光。故可知，空芯光子晶体光纤可以是一条空芯光子晶体子光纤，也可以是多条空芯光子晶体子光纤的集合。

综上，本实施例意在提出一种基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源。该激光光源将飞秒脉冲泵浦到空芯光子晶体光纤内，产生稳定的、宽光谱的、高功率和高亮度的目标光束，该目标光束具有优异的单模光束质量和良好的方向性，以及可以与激光相媲美的亮度和空间相干性，满足了集成电路制造工艺中缺陷特征尺寸越来越小以及高检测效率的要求满足晶圆缺陷检测的需求。具体地，该基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源通过采用飞秒激光器产生的飞秒激光脉冲作为激励源，泵浦耦合器件将产生的飞秒激光脉冲耦合入空芯光子晶体光纤组件内传输，可以稳定地发出超宽的白光光谱(200-2100nm)，同时还具有优异的单模光束质量和良好的方向性，以及可以与激光相媲美的亮度和空间相干性，克服了现有晶圆缺陷检测光源技术的不足，增加了检测系统的空间分辨率和扫描速度，提高产能。

参见图2，其是本实用新型实施例提供的一种检测系统，该检测系统可以用于检测晶圆表面的缺陷。该检测系统包括载物台20、控制单元30、成像装置40以及基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源(简称为激光光源)10；

所述载物台20用于放置待检测晶圆50；

所述控制单元30用于控制所述载物台20进行相应的转动，并控制所述激光光源10以及所述成像装置40的工作状态；

所述成像装置40包括调制单元41以及摄像机42，所述调制单元41用于控制所述激光光源10生成的目标光束照射至随载物台20进行相应转动的待检测晶圆50的表面；所述摄像机42接收所述待检测晶圆50的表面的反射光以及散射光，以得到所述待检测晶圆50的整个表面的扫描图像，并将所述扫描图像发送至控制单元30进行检测分析；

其中，如图1所示，所述激光光源10可以包括飞秒激光器11、泵浦耦合装置12以及空芯光子晶体光纤13；所述飞秒激光器11用于生成具有飞秒脉冲的初始激光；所述泵浦耦合装置12用于接收所述初始激光，并将所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤13内；所述空芯光子晶体光纤13用于对耦合进入其中的初始激光进行增益，以得到目标光束。

其中，待检测晶圆50可以放置在载物台20上，该载物台20能够在控制单元30的控制下以一定的速率旋转。该控制单元30还能够控制所述激光光源10的工作状态，还能够控制成像装置40的工作状态。当待检测晶圆50随着载物台20转动时，所述激光光源10可以生成目标光束，并通过成像装置40中的调制单元41将目标光束照射至待检测晶圆50的表面，此时成像装置40的摄像机42即可以接受来自待检测晶圆50的表面的反射光和散射光，从而进行相应的成像，即获取待检测晶圆50的整个表面的扫描图像。成像装置40还能够将获取到的扫描图像发送至控制单元30进行相应的检测分析，从而完成相应的检测。

其中，所述飞秒激光器11能够作为飞秒激光光源，并产生具有飞秒脉冲的初始激光。作为可选的，所述飞秒激光器11为产生脉宽范围小于900fs的初始激光的激光器，具体的型号在本实施例中并不作限定。所述泵浦耦合装置12能够将接收到的所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤13内，以便空芯光子晶体光纤13作为增益介质实现对初始激光的增益，从而生成超宽、高功率高亮度的白光光谱，即生成目标光束，其中的白光光谱的波长可以是200-2100nm。

在一实施例中，所述泵浦耦合装置12可以包括耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件和衍射光学器件中的任一个或者多个。当然，所述泵浦耦合装置12除了可以选用上述耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件和衍射光学器件等器件中的一种或多种，所述泵浦耦合装置12还可以包括具有特定功能的光学镜组，具体的实现方式可以根据用户的需求进行设置，在本实施例中不作限定。其中，所述泵浦耦合装置能够将飞秒激光器11产生的具有飞秒脉冲的初始激光聚焦耦合射入空芯光子晶体光纤13中。

在一实施例中，所述空芯光子晶体光纤13包括至少一条空芯光子晶体子光纤。作为可选的，所述空芯光子晶体子光纤的中心波长位于近红外波段范围内。其中，所述空芯光子晶体光纤包括中心波长在近红外波段范围内，能够产生超宽、高功率高亮度的白光光谱的单条空芯光子晶体子光纤或多条空芯光子晶体子光纤组合。上述空芯光子晶体子光纤与传统光纤不同，并不是通过全内反射导光，而是被微结构包围的空隙中传导光，且仅传导包层的光子带隙覆盖的近红外波段范围内的光。故可知，空芯光子晶体光纤可以是一条空芯光子晶体子光纤，也可以是多条空芯光子晶体子光纤的集合。

通常，检测晶圆表面缺陷的检测系统可以分为明场检测系统和暗场检测系统。在光学中，明场和暗场有着明确的含义。明场系统是使用从基底反射的与入射角度相同的反射光束构造图像。暗场系统是利用反射光以外的散射光构造图像。从检测原理上来区分，暗场检测和明场检测是有本质区别的，暗场检测接收的是缺陷的散射光，所以比较适合检测硅片表面的不规则颗粒，光源打到这类缺陷后垂直反射的光很少，大部分向四处散射。而明场检测接收的是反射光，所以比较适合检测图形的缺失，因为缺陷和正常图形在同一水平位置，光源打到缺陷上后，大部分光反射回去，而散射到四周的很少。在很多情况下，暗场系统有更高的产能，而宽带明场系统有更好的灵敏度，能够感测到更广泛的缺陷类型。多数晶圆厂使用明场和暗场结合的检查系统，以确保发现所有层中的全部关键缺陷，并实施最有效力和效率的抽样策略。

因此，本实施例中的检测系统包括基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源，不但具有宽带光源多波长的优势，还具有激光高亮度高功率的优势，满足晶圆明场和暗场结合的检测系统，提高产能的同时又降低了成本。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源，其特征在于，包括飞秒激光器、泵浦耦合装置以及空芯光子晶体光纤；

所述飞秒激光器用于生成具有飞秒脉冲的初始激光；

所述泵浦耦合装置用于接收所述初始激光，并将所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤内；

所述空芯光子晶体光纤用于对耦合进入其中的初始激光进行增益，以得到目标光束。

2.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述飞秒激光器为产生脉宽范围小于900fs的初始激光的激光器。

3.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述泵浦耦合装置包括耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件、衍射光学器件中的任一个或者多个。

4.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述空芯光子晶体光纤包括至少一条空芯光子晶体子光纤。

5.如权利要求4所述的激光光源，其特征在于，所述空芯光子晶体子光纤的中心波长位于近红外波段范围内。

6.一种检测系统，其特征在于，包括载物台、控制单元、成像装置以及基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源；

所述载物台用于放置待检测晶圆；

所述控制单元用于控制所述载物台进行相应的转动，并控制所述激光光源以及所述成像装置的工作状态；

所述成像装置包括调制单元以及摄像机，所述调制单元用于控制所述激光光源生成的目标光束照射至随载物台进行相应转动的待检测晶圆的表面；所述摄像机接收所述待检测晶圆的表面的反射光以及散射光，以得到所述待检测晶圆的整个表面的扫描图像，并将所述扫描图像发送至控制单元进行检测分析；

其中，所述激光光源包括：飞秒激光器、泵浦耦合装置以及空芯光子晶体光纤；

所述飞秒激光器用于生成具有飞秒脉冲的初始激光；

所述泵浦耦合装置用于接收所述初始激光，并将所述初始激光耦合入所述空芯光子晶体光纤内；

所述空芯光子晶体光纤用于对耦合进入其中的初始激光进行增益，以得到目标光束。

7.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述飞秒激光器为产生脉宽范围小于900fs的初始激光的激光器。

8.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述泵浦耦合装置包括耦合光纤、非球面透镜、光学棱镜组、耦合物镜、光学透镜阵列、全息漫反射器件和衍射光学器件中的任一个或者多个。

9.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述空芯光子晶体光纤包括至少一条空芯光子晶体子光纤。

10.如权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述空芯光子晶体子光纤的中心波长位于近红外波段范围内。

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