TW201631315A - 檢測系統及具有增強偵測之技術 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於檢測半導體樣本之方法及設備。在一檢測工具上，針對一或多個半導體樣本之不同所關注層基於此等不同所關注層是否具有存在於此等不同所關注層內或附近之一吸收劑類型材料選擇複數個不同波長範圍。在該檢測工具上，在該等不同波長範圍引導至少一入射光束朝向該等不同所關注層，且作為回應，針對該等不同所關注層之各者獲得輸出信號或影像。分析來自該等不同所關注層之各者之該等輸出信號或影像以偵測此等不同所關注層中之缺陷。

Description

檢測系統及具有增強偵測之技術 [相關申請案之交叉參考]
此申請案主張2014年12月2日申請之美國臨時專利申請案第62/086,596號之優先權，該申請案之全文為了全部目的以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於晶圓檢測系統之領域。更特定言之，本發明係關於使用較短波長之缺陷偵測。
一般言之，半導體製造產業涉及用於使用經分層且圖案化至諸如矽之一基板上之半導體材料製造積體電路之高度複雜技術。歸因於電路整合之大規模及半導體裝置之減小大小，經製造裝置已變得對缺陷日益靈敏。即，導致裝置中之故障之缺陷變得愈來愈更小。裝置在裝運至末端使用者或客戶之前通常必須無故障。
半導體產業內使用多種檢測系統以偵測一半導體晶圓上之缺陷。然而，仍需要經改良之半導體晶圓檢測系統及技術。
以下呈現本發明之一簡明概要以提供本發明之某些實施例之一基本理解。此發明內容並非本發明之一詳盡概述且其並不識別本發明之決定性/關鍵重要元件或界定本發明之範疇。此發明內容的唯一目 的係以一簡化形式呈現本文中揭示之某些概念作為隨後呈現之更詳細描述之一序言。
在一實施例中，揭示一種用於檢測半導體樣本之方法。在一檢測工具上，針對一或多個半導體樣本之不同所關注層基於此等不同所關注層是否具有存在於此等不同所關注層內或附近之一吸收劑類型材料選擇複數個不同波長範圍。在檢測工具上，以不同波長範圍引導至少一入射光束朝向不同所關注層，且作為回應，針對不同所關注層之各者獲得輸出信號或影像。分析來自不同所關注層之各者之輸出信號或影像以偵測此等不同所關注層中之缺陷。
在一特定實施方案中，吸收劑類型材料係SiN。在一態樣中，選擇不同波長範圍包括：(i)針對不具有存在於不同所關注層之一第一者內或附近之SiN或具有存在於此第一所關注層下方之SiN之此第一所關注層選擇低於SiN之一吸收邊緣波長之一較短波長範圍；及(ii)針對具有存在於不同所關注層之一第二者上方之SiN之此第二所關注層選擇高於吸收邊緣波長之一較長波長範圍。在一進一步態樣中，選擇不同波長範圍進一步包括在具有存在於不同所關注層之一第三者內之SiN之此第三所關注層處選擇一窄且較短波長範圍。在一進一步態樣中，較短波長範圍係220nm或更小；較長波長範圍係230nm或更大；且窄且較短波長範圍在約230nm與250nm之間。
在另一實施例中，選擇不同波長範圍包含判定是否如製造樣本所使用之一設計資料庫中指定般在不同所關注層之各者內或附近存在SiN。在另一態樣中，選擇不同波長範圍包含在不提供製造樣本所使用之一設計資料庫之情況下判定是否如使用層及材料類型之一清單指定般在不同所關注層之各者內或附近存在SiN。在另一實施方案中，將一水平或垂直偏光應用至至少一入射光束。在另一實例中，針對至少一入射光束選擇不同孔徑設定以達成針對至少一些不同所關注層之 一特定入射角。在一替代實施例中，針對具有一垂直堆疊結構之一特定所關注層之至少一些不同波長範圍包含用以偵測垂直堆疊結構之一表面上及貫穿垂直堆疊結構之一深度兩者之缺陷之一較長波長範圍及用以偵測垂直堆疊結構之表面上之缺陷之一較短波長範圍。
在一替代實施例中，本發明係關於一種用於檢測一半導體樣本之檢測系統。該系統包含：一照明光學器件模組，其用於基於不同所關注層是否具有存在於此等不同所關注層處之一所關注層內或附近之一吸收劑類型材料而在針對此等不同所關注層之複數個不同波長範圍產生一入射光束且引導該入射光束朝向一或多個半導體樣本。系統亦包含用於收集回應於入射光束而自不同所關注層反射或散射之一輸出光束之一集光光學器件模組，及經組態用於執行上文中描述之方法之一或多者之一控制器。
參考圖在下文中進一步描述本發明之此等及其他態樣。
200‧‧‧檢測程序
202‧‧‧操作
204‧‧‧操作
205‧‧‧操作
206‧‧‧操作
207‧‧‧操作
208‧‧‧操作
210‧‧‧操作
212‧‧‧操作
214‧‧‧操作
300‧‧‧檢測系統
301‧‧‧濾光輪
303‧‧‧光譜濾光器
304‧‧‧照明器
305‧‧‧照明光
306‧‧‧偏光濾光器
307‧‧‧偏光器/偏光濾光器
308‧‧‧定位機構
309‧‧‧孔徑
310‧‧‧光學器件元件
312‧‧‧光學器件元件
314‧‧‧載物台
328‧‧‧50-50光束分離器
332‧‧‧物鏡
334‧‧‧樣本
335‧‧‧自動聚焦系統
337‧‧‧二向色性光束分離器
338‧‧‧鏡
340‧‧‧透鏡群組
354‧‧‧感測器
390‧‧‧控制器/電腦系統
400‧‧‧系統
402‧‧‧鏡
404‧‧‧Xe弧光燈
406‧‧‧聚光透鏡
408‧‧‧光導管
410‧‧‧透鏡
411‧‧‧二向色光束分離器/濾光器
412‧‧‧第二偏光器
414‧‧‧第二光譜濾光器
416‧‧‧第二照明光瞳
418‧‧‧第一照明光瞳
420‧‧‧第一光譜濾光器
422‧‧‧第一偏光器
424‧‧‧二向色光束分離器
426‧‧‧光瞳中繼器
428‧‧‧50-50光束分離器
432‧‧‧物鏡
434‧‧‧樣本
437‧‧‧二向色光束分離器
438‧‧‧二向色光束分離器
440‧‧‧放大透鏡
442‧‧‧光瞳
446‧‧‧偏光器
448‧‧‧變焦透鏡
450a‧‧‧長號鏡
450b‧‧‧長號鏡
450c‧‧‧長號鏡
450d‧‧‧長號鏡
452‧‧‧方向
454a‧‧‧第一偵測器
454b‧‧‧第二偵測器
456‧‧‧放大透鏡
458‧‧‧光瞳
460‧‧‧偏光器/變焦透鏡
462‧‧‧方向
490‧‧‧控制器/電腦系統
圖1A係依據波長而變化之信號強度之一圖表。
圖1B係繪示SiN材料之信號傳輸強度之一圖表。
圖1C係繪示存在SiN材料之情況下針對一缺陷之信號強度之一圖表。
圖2係繪示根據本發明之一實施例之一檢測程序之一流程圖。
圖3係根據本發明之一特定實施方案之一例示性檢測系統之一圖解表示。
圖4係根據本發明之一替代實施方案之另一例示性檢測設備之一圖解表示。
在以下描述中，闡述許多具體細節以提供本發明之一透徹理解。可在無一些或全部此等具體細節之情況下實踐本發明。在其他例 項中，未詳細描述熟知組件或程序操作以免不必要地使本發明模糊。雖然將結合此等特定實施例描述本發明，但應理解，不意欲將本發明限於此等實施例。
通常可在晶圓檢測期間最佳化此等條件用於達成來自一晶圓結構中之一缺陷之最佳信雜比(SNR)。可比較來自一特定晶圓位置處之一缺陷區域之經偵測信號與其中不存在一缺陷之一對應參考區域之經偵測信號。首先，光或電磁場(電場)必須到達缺陷位置以接收來自缺陷之一回應信號或光。入射光到達缺陷之可能性依據包圍缺陷區域之材料之材料性質而變化。包圍或定位於一不透明材料下方之一缺陷可對可到達此缺陷之光量具有嚴重限制，而透明材料容許光更有可能到達此缺陷。n,k材料性質(或折射率n及消光係數k)之一較大改變將趨於具有可更有效經比較或分析用於缺陷偵測之一較大經偵測信號。一般言之，信號係介電率之平方之一函數，其係n+ik且係一複雜函數。因此，改變n或k可影響所產生之信號。最後，缺陷周圍之經更改局部電場之至少一部分通常必須傳播至晶圓之頂表面且接著由晶圓檢測工具之集光光學器件之入射光瞳收集以用於檢測期間之分析目的。在缺陷附近存在不透明且透射材料將影響此集光程序。
存在可不利地影響缺陷之偵測之若干因素。舉例而言，在缺陷附近或缺陷周圍存在SiN可有時以複雜的方式影響經偵測信號。在晶圓製造程序期間之程序變動亦可充當一非所要雜訊，此係因為通常不期望量測可使缺陷信號模糊之此等雜訊源。此等程序變動或多或少出現在製造程序中之全部步驟處且因此相關聯之雜訊源存在於全部晶圓層之檢測中。
在一缺陷下方存在不透明材料層可減少或消除來自此等不透明層下方之雜訊源。因此，在一些情況中，可期望取決於測試中之結構所處之位置而在經檢測之晶圓結構中具有吸收材料。由於SiN在低於 230nm之波長處開始變得不透明，所以SiN之存在可有助於在使用比230nm更短之一波長之情況下限制檢測中之晶圓程序變動雜訊。
晶圓檢測中之另一一般因素係較短波長趨於產生針對許多關注層或缺陷之較強信號。此效應來自其中一晶圓上之一粒子之信號與s6/波長4成比例使得(一般言之)較短波長產生較多信號之羅利與米氏(Raleigh and Mie)散射理論。即，較短波長通常容許一更靈敏檢測。一般言之，只要不存在任何大的材料n及k性質改變(其可在存在一吸收類型材料之情況下出現)，則通常可在較短波長處獲得較多缺陷信號強度。圖1A係依據波長而變化之信號強度之一圖表。因此，當檢測區域不存在吸收材料時可使用較短波長。
然而，在一些情況中，針對吸收劑類型材料之特定材料性質改變可勝過較短波長與強信號強度之間之關係。一常見吸收劑材料係SiN。通常貫穿半導體製造程序使用SiN作為一硬遮罩、間隔件或記憶體(電荷)儲存媒體。SiN具有對大於約230nm之波長透明且對低於該臨限值之波長逐漸變得不透明(隨著波長減小具有增加之吸收)之一光學性質。圖1B係繪示SiN材料之信號傳輸強度之一圖表。如所展示，SiN(或其他類型之吸收材料)在諸如低於約230nm之較短波長處變得吸收(即，不透明或較少透射)。因此，若SiN係一檢測中之所關注層，則較佳使用一較長波長以達成一較強經偵測信號。
若SiN材料在一所關注缺陷或層附近，則此SiN存在亦可影響缺陷信號強度，如圖1C中所繪示。如所展示，信號在約245nm處達到峰值。然而，在存在SiN(或其他吸收劑材料)之情況下針對一缺陷之信號可取決於特定周圍材料性質及結構以及缺陷的材料性質及結構而在不同波長處達到峰值。針對諸如氧化物之其他類型之周圍材料之缺陷信號可具有一不同峰值位置。
因此，在一些情況中，可期望當涉及SiN(針對其他材料類型之 其他波長範圍)時具有高於230nm(或在一信號峰值波長範圍處)之檢測波長。期望具有具備一寬頻光譜(其包含高於及低於來自SiN之約230nm之吸收邊緣之波長)之一檢測器以最大化取決於存在之材料之經偵測信號。類似地，SiN之存在可影響在檢測中偵測之雜訊使得具有高於及低於230nm吸收邊緣之波長容許最大化信雜比之最大靈活性。可使用其他吸收邊緣以影響存在除了SiN之外之其他類型之材料之情況下之波長選擇。雖然關於SiN之存在或缺乏描述以下實施例，但此等技術可容易更改且應用至其他吸收劑類型之材料。可應用本發明之實施例之替代例示性吸收劑材料可包含銅銦鎵二硒(CIGS)、CdTe非晶矽、SiO2等。
一般言之，基於不同所關注樣本層是否具有存在於此等所關注層內或附近之諸如SiN之一吸收劑類型材料在一檢測工具上選擇針對此等不同所關注層之不同波長範圍。在檢測工具上，將不同波長範圍引導朝向一或多個樣本之不同所關注層且作為回應，自不同所關注層之各者收集輸出信號或影像。接著可分析來自不同所關注層之各者之經收集輸出信號或影像以偵測此等不同所關注層中之缺陷。
圖2係繪示根據本發明之一實施例之一檢測程序200之一流程圖。最初，在操作202中提供具有一相關聯之所關注層之一晶圓用於檢測。舉例而言，所關注層可由SiN構成。針對另一晶圓或一相同晶圓之所關注層，SiN可在所關注層附近但不實際存在於所關注層中。在一特定實例中，所關注目標或結構可由除了SiN之外之材料形成，但此等所關注目標或結構可定位成鄰近具有至少一些SiN之一結構或定位在該結構附近。在測試中之另一晶圓可含有定位於所關注層下方之SiN。另一晶圓之所關注層可不含有SiN材料或結構或在SiN材料或結構附近。一般言之，可在已執行製造程序中之不同步驟之後針對具有不同或相同所關注層之不同晶圓或在相同晶圓上之不同或相同所關 注層上重複此檢測技術200。
一般言之，將針對具有不同SiN特性(或其他吸收劑材料特性)或缺乏其之不同所關注層使用不同波長範圍。舉例而言，可在檢測工具中針對不同所關注層選擇不同波長及孔徑組合，如本文中進一步描述。
在所繪示之實例中，在操作204中可判定SiN是否存在於所關注層中或附近。在一實施例中，可標記設計資料庫以指定含有SiN之層，且將此經標記之設計資料庫提供至檢測系統。舉例而言，設計資料庫可指定相對於設計之各經檢測層之SiN位置。亦可藉由檢視識別用於各層之材料之GDS2設計檔案而提供或判定SiN之存在，且接著可判定含有SiN之層及此等SiN層是否處在各所關注層之上方或下方或是否包含各所關注層。在另一實施例中，可將含有SiN之位置(例如，提供相對於一晶圓之層堆疊之位置)之一清單提供至檢測系統而不提供設計資料庫。
若SiN不存在於所關注層中或附近，則在操作205中可在一較短波長範圍產生入射光用於偵測所關注層中之缺陷以達成一強經偵測信號。舉例而言，可使用小於或等於約230nm之一波長以偵測來自不含有SiN之一所關注區域之一信號。圖1A展示如相較於較長波長，230nm或更小之此範圍將導致在不存在SiN之情況下針對缺陷之一相對強信號。然而，可使用其他較短波長範圍(例如，低於約190nm、低於約200nm、低於約210nm或低於約220nm)。可取決於檢測工具上可用之波長使用一更短波長範圍。
然而，若存在SiN，則在操作206中可接著判定SiN是否處在所關注層下方。若SiN處在所關注層下方，則在操作205中，可藉由達成信號強度之一強回應，同時亦歸因於SiN在較短波長處係不透明來達成來自SiN下方之其他雜訊源之一減少而在一較短波長範圍產生入射光 用於偵測缺陷。舉例而言，將波長設定在低於約230nm、220nm、210nm、200nm或190nm(如圖1B中所繪示)。
若SiN不在所關注層下方，則在操作207中可接著判定SiN是否定位於所關注層上方或所關注層內。若SiN處在所關注層中(或所關注層由SiN構成)，則在操作208中可在一窄且較短兩者之波長範圍產生入射光用於偵測所關注層中之缺陷以達成一強經偵測信號。舉例而言，選擇在約230nm與250nm之間之波長範圍，諸如在圖1C中針對SiN所展示。若SiN處在所關注層上方，則在操作210中可在一較長波長產生入射光以達成針對SiN下方之一缺陷之一較強經偵測信號。舉例而言，經選擇波長大於約230nm或240nm，高於約230nm或240nm，SiN變得透明，如圖1B中所繪示。
若SiN處在缺陷下方，則通常吸收光而非可能地反射光，此將降低缺陷位置處之電場。若SiN鄰近於缺陷或處在缺陷上方，則SiN亦將吸收入射於晶圓之表面上之光且此配置亦將趨於降低缺陷位點處之電場。因此，缺陷位置附近之任何SiN通常導致在SiN係吸收之波長之一較低信號。
亦可選擇不同波長範圍以檢測諸如一垂直NAND(VNAND)或其他3D結構之一半導體堆疊結構內之不同層級。舉例而言，使用具有一較短波長範圍(例如，一紅色-可見、紫外及/或一深紫外範圍)之入射光以偵測3D結構之一表面上之缺陷。使用具有一較高波長範圍(例如，一藍色-可見、紅外及/或近紅外範圍)之入射光以偵測垂直堆疊之表面上及貫穿垂直堆疊之一深度兩者之缺陷。在一特定實例中，較長波長在約700nm與950nm之間且較短波長在約190nm至450nm之間。可比較使用第一波長範圍及第二波長範圍偵測之缺陷以獲得僅貫穿3D結構之深度之缺陷，從而排除表面上之缺陷。
亦可將一偏光設定應用至較長或較短波長範圍。舉例而言，可 針對經選擇波長範圍選擇一水平或垂直偏光。可基於諸如缺陷類型、樣本組合物、波長範圍或子頻帶選擇等之任何適合檢測參數應用一偏光設定。
亦可將一孔徑設定應用至較短及/或較長波長範圍。舉例而言，可基於諸如缺陷類型、樣本組合物、經檢測之樣本結構之類型、偏光設定、波長範圍或子頻帶選擇等之任何適合檢測參數選擇用於達成一組特定入射角(AOI)之一孔徑設定。
再次參考圖2，在操作212中可偵測在複數個位置處自所關注層反射及/或散射之輸出光。在操作212中可使用輸出光以產生數位化信號或影像。舉例而言，可相對於照明光束掃描各晶圓以獲得針對晶圓之整個掃描帶部分之影像。為了自各位置獲得一信號或影像，可使晶圓相對於光束柱移動；可使光束柱相對於晶圓移動；或可使光束柱及晶圓兩者相對於彼此移動。可將所得影像掃描帶分成經個別並列或串列分析之影像圖塊。雖然將通常使用一單一經選擇波長檢測一晶圓之全部圖塊，但一替代方法可包含取決於各圖塊之特定SiN特性使用一經選擇波長設定檢測此圖塊或圖塊組。亦可將偏光及孔徑設定應用於經收集光。
在操作214中可接著分析輸出信號或影像以判定任何位置是否具有一缺陷。可使用任何適合技術以任何適合方式分析經產生信號或影像。藉由實例，可使用一晶粒至晶粒、單元至單元或晶粒至資料庫技術以檢測樣本。即，可針對可不同於無缺陷且自另一晶粒、單元獲得或自一設計資料庫模擬之另一參考影像區域之一經成像測試區域偵測缺陷。當一測試影像區域與參考影像區域之間之一差異大於可基於樣本上之不同圖案類型或位置之所要靈敏度位準而變動之一預定義臨限值時可對一缺陷旗標。
在一實施例中，使用設計資料庫(用於製造在測試中之光罩及晶 圓)以建立經成像之區域之參考光學影像。一般言之，藉由模擬光罩製造程序及光微影程序以模擬晶圓圖案而呈現此等參考影像。亦模擬檢測工具之實體組態及光學特性(例如，波長範圍、照明及光學透鏡組態、像差效應等)以產生經模擬晶圓圖案影像。在另一實施例中，一相同晶粒或單元之實際相同區域可使用檢測工具成像且用作待與一對應相同晶粒或單元之測試區域比較之參考區域。較短波長提供經改良之解析度及對比度以便改良用於晶粒至資料庫呈現影像及工具影像之比較程序。
可修復一樣本上之缺陷或可摒棄樣本。若可判定此缺陷源，則可調整用於製造下一樣本之一程序以最小化缺陷。舉例而言，某些缺陷訊符可與晶圓製造期間之某些程序條件或問題相關聯，且當在一晶圓上發現此等缺陷訊符時可調整或校正此等條件或問題。
某些實施例透過使用較短波長及靈活頻帶選擇實現針對下一代設計規則(DR)之晶圓缺陷偵測以改良缺陷信號、檢測處理能力、缺陷特性化及擾亂點減少。可設置具有一廣波長範圍之一檢測工具以具有用於檢測不同晶圓z平面(例如，在一3D堆疊結構中)之一不同波長範圍。此靈活設置將容許最完整檢測覆蓋範圍。又，可使用經偵測信號中之額外資訊及不同工具設定以進行缺陷分類及/或擾亂點抑制。
可實施任何適合檢測系統以在存在及缺乏諸如SiN之一吸收劑類型材料之兩種情況下檢測多種類型之材料。某些檢測器工具實施例提供靈活波長選擇以涵蓋大範圍之晶圓材料性質。另外，檢測工具可操作以提供較短波長且可包含靈活偏光選擇以獲得最佳信號。檢測系統亦可操作以在一掃描中收集更多資訊以改良檢測處理能力、缺陷分類、擾亂點抑制。舉例而言，當SiN材料不存在或存在於晶圓層結構下方時，可選擇小於約230nm(或更低)之一波長範圍以阻擋下伏雜訊源且偵測缺陷。系統可操作以在本文中描述之任何波長範圍以及針對 除了SiN之外之其他類型之吸收劑類型材料以及3D堆疊結構之其他波長範圍產生光。
一般言之，用於本發明之技術之實施方案之一適用檢測工具可包含至少一光源，其用於在不同波長產生一入射光束以偵測包含吸收劑及非吸收劑類型材料兩者之不同材料類型中之缺陷以及定位於一垂直半導體堆疊之一表面上及/或多種深度處之可能缺陷。此一檢測亦可包含：照明光學器件，其用於將入射光束引導至所關注區域；集光光學器件，其用於引導回應於入射光束自所關注區域發射之一輸出光束；一感測器，其用於偵測一輸出光束且自經偵測輸出光束產生一影像或信號；及一控制器，其用於控制檢測工具之組件且促進多種材料中及表面上以及一堆疊中之多種深度處之缺陷偵測，如本文中進一步描述。
在一實施例中，一檢測工具包含用於在較長波長(高於230nm至950nm)及較短波長(190nm至230nm)產生且收集光之照明及集光模組。在一特定實施例中，檢測工具產生且收集在兩個波長範圍中之光：近UV至一近紅外(NIR)或IR範圍及一深紫外(DUV)至近UV範圍。此等波長範圍不意欲係限制性，且可考慮其他範圍或將其他範圍應用至本發明之實施例。舉例而言，可使用較低波長(例如，低於190nm)。低於190nm，SiN繼續變得更吸收，因此在較低波長，下伏雜訊將繼續減少。當設計規則減小時，層厚度亦趨於減小以便需要材料之更多吸收以使下伏雜訊保持低。可選擇190nm範圍最小值用於在一寬頻實施方案中可僅支援此最低波長之光學器件。檢測器工具亦可提供用於平行及垂直電場之偏光選項及用於跨針對長波長路徑及短波長路徑之各者之波長範圍應用之一組子頻帶波長濾光器。
(獨立或同時)使用短波長及長波長容許：(i)在缺乏諸如SiN之一吸收劑材料之情況下擷取缺陷；(ii)在所關注層下方存在一吸收劑材 料之情況下擷取缺陷；(iii)在所關注層中存在一吸收劑材料之情況下擷取缺陷；(iv)在所關注層上方存在一吸收劑材料之情況下擷取缺陷；(v)使用較短波長擷取一垂直堆疊結構中之表面缺陷；(vi)藉由使用較長波長擷取表面缺陷及埋藏於一垂直堆疊中之缺陷兩者；及(vii)藉由使用較短及較長波長缺陷報告之一差異僅擷取一垂直堆疊中之埋藏缺陷。
圖3係根據本發明之一特定實施方案之一例示性檢測系統300之一圖解表面。如所展示，系統300包含產生照明光305之一寬頻光源(例如，照明器304)。光源之實例包含一雷射驅動光源、一高功率電漿光源、一透照光源(例如，鹵素或Xe燈)、一濾光燈、LED光源等。除了寬頻光源之外，檢測系統亦可包含任何適合數目及類型之額外光源。
來自光源之入射光束通常可通過用於中繼(例如，塑形、聚焦或調整聚焦偏移、過濾/選擇波長、過濾/選擇偏光狀態、調整大小、放大、減少變形等)光束朝向一樣本之任何數目及類型之透鏡。
照明器304可包含用於產生具有一較短波長範圍光束及一較長波長範圍光束之一入射光束之任何適合光學元件。舉例而言，照明器304可包含具有個別可選擇插入(或旋轉)至照明路徑中以改變照明光束之波長之可選擇帶通濾光器之一濾光輪301。
較短波長範圍可具有小於針對SiN之約230nm(或小於約200nm、210nm或220nm)或小於針對另一特定吸收劑類型材料之一吸收邊緣波長之一最大值。較長波長可大於約210nm、220nm或230nm。較短波長之最小值係選用的，其取決於檢測器系統之性質及成本。一般言之，各檢測波長範圍亦可基於其照明及集光光瞳孔徑形狀之最佳化、入射及集光路徑之偏光、放大、像素大小或其等之任何組合而選擇。
照明器亦可包含可用於進一步界定入射光束之光譜之一或多個額外光譜濾光器(例如，303)。舉例而言，各光譜濾光器可進一步用於最佳化對於意欲擷取之缺陷之靈敏度。一分離偏光濾光器306亦可選擇性定位於入射光束路徑中以進一步最佳化對於特定波長範圍之檢測靈敏度。舉例而言，可選擇水平偏光(以及較長波長)用於穿透至厚堆疊之垂直溝渠中。偏光濾光器亦可包含一垂直偏光設定。
亦可使用一光瞳中繼器(未展示)以使入射光重新成像且將光瞳聚焦至物鏡332處之系統光瞳上。可使用一50-50光束分離器328以將光發送至物鏡332。50-50光束分離器328亦可經配置以將自樣本反射或散射之光發送朝向集光光學器件。可在入射光束路徑中使用共軛於系統光瞳(定位於物鏡處)之一光瞳。各光瞳或孔徑可具有一特定形狀以使光路徑之部分模糊以最大化針對該特定波長範圍之信號。
較佳針對用於缺陷偵測之全部波長最佳化物鏡332。舉例而言，物鏡332具有包含透鏡塗層之一組合物及用於色差校正之配置。在一替代實施例中，物鏡332可係一全反射物鏡或折射或一組合(折反射)組態。
自樣本反射或散射之所得輸出光束接著可由另一個二向色光束分離器337接收，該二向色光束分離器337可經配置以經由自動聚焦系統335將一自動聚焦插入至物鏡332中。自動聚焦光束可具有與不同檢測頻帶分離之一波長。只要用於自動聚焦之波長不在針對較短或較長波長範圍之任何者之檢測波帶中，且不一定需要在檢測頻帶之間，則該波長可變動。組件之成本及可用性可影響自動聚焦插入所在之位置。
在一實施例中，自動聚焦波長係在較長波長範圍與較短波長範圍之間。替代地，自動聚焦波長可高於較長波長範圍及較短波長範圍兩者。自動聚焦波長頻帶可係40nm或更小以最小化歸因於晶圓材料 回應之聚焦平面改變。舉例而言，自動聚焦系統335可使用一LED光源。二向色光束分離器337可經配置以反射自動聚焦波帶且透射高於及低於該區域之全部光。50-50光束分離器328亦可經組態以使自動聚焦光高效率地(例如，藉由使用一塗層)通過。此元件可使自動聚焦之光效率改良達幾乎4倍。
若自動聚焦波長遠高於較長波長範圍及較短波長範圍兩者，則自動聚焦光束將受不同於檢測成像系統之熱誘發聚焦改變影響。系統可包含用以提供對歸因於環境(溫度、壓力)、透鏡加熱等之聚焦改變之回饋之機構。藉由實例，自動聚焦系統335可包含呈溫度及壓力感測器之形式之回饋機構及安裝於晶圓卡盤之側上用於評估焦平面改變之一校準晶圓。基於回饋，自動聚焦系統335可調整透鏡元件之一或多者(諸如藉由移動透鏡以形成一可調整氣隙)以引入聚焦校正。亦可基於此回饋判定校正之頻率。
輸出光束可藉由任何適合數目及類型之集光光學器件(諸如，光瞳中繼器(透鏡群組340)及鏡338、一偏光器307、孔徑309及光學器件元件310及312)引導且塑形以用於使輸出光束變焦且聚焦至感測器354上。藉由實例，感測器354可呈一CCD(電荷耦合裝置)或TDI(延時積分)偵測器、光電倍增管(PMT)或其他感測器之形式。
為了將特定孔徑(309)插入集光路徑中以便最佳化對於各波長範圍之檢測靈敏度，光瞳中繼器340可經設計以形成系統光瞳(在物鏡332處)之一影像。可選擇不同孔徑設定以便達成樣本上之不同入射角。亦為了最佳化檢測靈敏度之目的，將一偏光濾光器(305或307)定位在照明或集光路徑中。
長波長帶通可在約230nm與950nm之間且短波長可小於約230nm。可使用子頻帶光譜濾光器(未展示)以最佳化對於長波長路徑中之埋藏缺陷或對於短波長路徑中之表面缺陷(諸如粒子)之檢測靈敏度。
在另一系統實施例中，產生兩個同時較短及較長波長路徑。此一同時波長系統可用於定位一3D垂直堆疊結構中之缺陷以及考量吸收類型材料之存在或缺乏。如上文中進一步描述，使用具有一較短波長範圍(例如，一紅色-可見、紫外及/或一深紫外範圍)之入射光以偵測3D堆疊結構之一表面上之缺陷，而使用具有一較長波長範圍(例如，一藍色-可見、紅外及/或近紅外範圍)之入射光以偵測垂直堆疊之表面上及貫穿垂直堆疊之一深度兩者之缺陷。可針對具有SiN或多晶Si之位置使用進一步光譜選擇。
圖4係根據本發明之一特定實施方案之一例示性檢測設備之一圖解表示。此系統之組件可類似於如關於圖3描述之組件。產生兩個不同波長照明光束之例示性系統進一步描述於2015年7月7日由Steven R.Lange頒布之美國專利9,075,027中，該專利之全文為了全部目的以引用的方式併入本文中。此專利亦描述一種使用兩個同時照明及集光波長路徑之系統。
如圖4中所展示，系統400包含經由鏡402及聚光透鏡406引導且聚焦至光導管408中之一寬頻光源(例如，Xe弧光燈404)。光導管通常使光均質化。接著可由透鏡410接收均質化光，該透鏡410準直經接收光。
系統400亦包含用於將入射光束分成沿著一較短頻帶路徑引導之一較短波長光束及沿著一較長頻帶路徑引導之一較長波長光束之光學元件。系統400可包含用於將入射光分成兩個不同可選擇波長頻帶路徑之二向色光束分離器411。在所繪示之系統中，一第一波長路徑包含一第一光譜濾光器420及定位於一第一照明光瞳418附近之第一偏光器422。第二波長路徑包含一第二光譜濾光器414及定位於一第二照明光瞳416附近之第二偏光器412。
可以任何適合方式實施二向色光束分離器或濾光器411。舉例而 言，可在系統400中利用具有取決於光之波長選擇性反射或透射光之二向色光學塗層之二向色稜鏡以將入射光束分成兩個分離波長路徑。
各路徑光譜中之各光譜濾光器可用於進一步界定各光束之光譜。舉例而言，各光譜濾光器可進一步用於最佳化各路徑對於意欲經擷取之缺陷或一吸收劑材料之存在或缺乏之靈敏度，如上文中進一步描述。一分離偏光濾光器亦可定位於各光譜路徑中以進一步最佳化對於各波長範圍之檢測靈敏度。舉例而言，可針對較長波長範圍選擇水平偏光(以及較長波長)。
來自光源之各入射光束亦可通過用於中繼(例如，塑形、聚焦或調整聚焦偏移、過濾/選擇波長、過濾/選擇偏光狀態、調整大小、放大、減少變形等)光束朝向一樣本之若干透鏡。在所繪示之實施例中，來自兩個波長路徑之入射光束藉由諸如鏡之照明路徑光學元件引導且藉由經配置以重組合來自兩個波長頻帶路徑之入射光束之二向色光束分離器424接收。重組合之入射光束可接著由諸如光瞳中繼器426、一50-50光束分離器428及物鏡432之任何照明光學器件引導至樣本434上。
一光瞳中繼器426可用於使經組合光重新成像且將各光瞳聚焦至物鏡432處之系統光瞳上。一50-50光束分離器428可用於將光發送至物鏡432。50-50光束分離器428亦可經配置以將自樣本反射或散射之光發送朝向集光光學器件。
較佳針對用於缺陷偵測之全部波長最佳化物鏡432。舉例而言，物鏡432具有包含透鏡塗層之一組合物及用於色差校正之配置。在一替代實施例中，物鏡432可係一全反射物鏡或折射或一組合(折反射)組態。
自樣本反射或散射之所得輸出光束可接著由可經配置以將一自動聚焦插入至物鏡432中之另一個二向色光束分離器437接收。自動聚 焦光束可具有與兩個檢測頻帶分離之一波長。只要用於自動聚焦之波長不在針對如上文中所描述之短或長波長路徑之檢測波帶中，則該波長可變動。
二向色光束分離器437可經配置以反射自動聚焦波帶且透射高於及低於自動聚焦區域之全部光。50-50光束分離器428亦可經組態以使自動聚焦光高效率地(例如，藉由使用一塗層)通過。
二向色光束分離器437亦可經配置以使經反射或經散射輸出光束透射至另一輸出二向色光束分離器438，該輸出二向色光束分離器438將輸出光束分成類似於成像波長頻帶之較長及較短波長頻帶路徑。
第一輸出光束可由任何適合數目及類型之集光光學器件(諸如光瞳中繼器及放大透鏡440、光瞳442附近之一偏光器446、變焦透鏡448及可沿著方向452獨立移動之長號鏡450a孔450b)引導且塑形。第一輸出光束由一第一偵測器454a接收。同樣地，第二輸出光束可由任何適合數目及類型之集光光學器件(諸如光瞳中繼器及放大透鏡456、光瞳458附近之一偏光器460、變焦透鏡460及可沿著方向462獨立移動之長號鏡450c孔450d)引導且塑形。第二輸出光束由一第二偵測器454b接收。
不管特定系統實施例為何，可針對各光學元件之路徑中之光之特定波長範圍最佳化此光學元件。舉例而言，針對較短波長範圍最佳化此較短波長路徑中之光學元件，而針對較長波長範圍最佳化此較長波長範圍路徑中之光學元件。同樣地，針對一經組合較短及較長波長範圍最佳化此等經組合波長範圍光之路徑中之光學元件。最佳化可包含例如藉由選擇玻璃類型、配置、形狀及塗層(例如，抗反射塗層、高度反射塗層)而最小化波長相依像差以最小化針對對應波長範圍之像差。舉例而言，透鏡經配置以藉由較短及較長波長範圍最小化由色散引起之效應。在另一實施例中，全部光學元件係反射性的。反射檢 測系統及組態之實例進一步描述於2008年4月1日頒布之美國專利第7,351,980號中，該專利之全文以引用的方式併入本文中。
檢測工具之光學佈局可不同於上文關於圖3或圖4描述之光學佈局。舉例而言，只要針對特定經選擇波長頻帶或子頻帶最佳化透射塗層且最小化各波帶上方之像差，則系統顯微鏡物鏡可係許多可能佈局之一者。不同光源可用於各路徑。舉例而言，Xe源可用於長波長路徑且HgXe或Hg燈可用於短波長路徑。多個LED或斑紋爆破(buster)雷射二極體亦係用於各路徑之可能源。可經由一僅透鏡方法、具有一光學長號之一主要固定透鏡或其等之任何組合而修改變焦以包含不同放大範圍。
某些檢測系統實施例可經組態用於檢測半導體結構。可使用本發明之檢測設備檢測或成像之其他類型之結構包含太陽能面板結構、光碟等。
系統亦可包含一控制器或電腦系統(例如，390或490)。舉例而言，由各偵測器擷取之信號可由控制器390處理，該控制器390可包含具有經組態以將來自各感測器之類比信號轉換成用於處理之數位信號之一類比轉數位轉換器之一信號處理裝置。控制器可經組態以分析經感測光束之強度、相位及/或其他特性。控制器可經組態(例如，使用程式化指令)以提供用於顯示所得測試影像及其他檢測特性之一使用者介面(例如，在一電腦螢幕上)，如本文中進一步描述。控制器亦可包含用於提供使用者輸入(諸如改變波長、偏光或孔徑組態；觀看偵測結果資料或影像；設置一檢測工具配方)之一或多個輸入裝置(例如，一鍵盤、滑鼠、操縱桿)。
可以硬體及/或軟體之任何適合組合實施本發明之技術。控制器通常具有經由適當匯流排或其他通信機構耦合至輸入/輸出埠及一或多個記憶體之一或多個處理器。
控制器可係軟體及硬體之任何適合組合且通常經組態以控制檢測系統之多種組件。舉例而言，控制器可控制照明源之選擇性啟動、照明或輸出孔徑設定、波長頻帶、聚焦偏移設定、偏光設定等。控制器亦可經組態以：接收由各偵測器產生之影像或信號且分析所得影像或信號以判定缺陷是否存在於樣本上；特性化存在於樣本上之缺陷或以其他方式特性化樣本。舉例而言，控制器可包含一處理器、記憶體及經程式化以實施本發明之方法實施例之指令之其他電腦周邊設備。
由於此資訊及程式指令可實施於一經特別組態之電腦系統上，故此一系統包含可儲存於一電腦可讀媒體上用於執行本文中描述之多種操作之程式指令/電腦程式碼。電腦可讀媒體之實例包含(但不限於)磁性媒體，諸如硬碟、軟碟及磁帶；光學媒體，諸如CD-ROM磁碟；磁光媒體，諸如光碟；及經特別組態以儲存且執行程式指令之硬體裝置，諸如唯讀記憶體裝置(ROM)及隨機存取記憶體(RAM)。程式指令之實例包含機器碼(諸如藉由一編譯器產生)及含有可由電腦使用一解譯器執行之較高階碼之檔案。
如圖3中所繪示，樣本334亦可放置於檢測系統300之一載物台314上，且檢測系統300亦可包含用於相對於入射光束移動載物台(及樣本)之一定位機構308。藉由實例，一或多個馬達機構可各由一螺旋驅動及步進馬達、具有回饋位置之線性驅動或帶致動器及步進馬達形成。一或多個定位機構308亦可經組態以移動檢測系統之其他組件，諸如照明或集光鏡、孔徑、波長濾光器、偏光器等。
應注意，不應將一檢測系統之上文描述及圖式理解為對系統之特定組件之一限制且系統可以許多其他形式體現。舉例而言，預期檢測或量測工具可具有來自經配置用於偵測缺陷及/或解析一光罩或晶圓之特徵之關鍵態樣之任何數目個已知成像或度量衡工具之任何適合特徵。藉由實例，一檢測或量測工具可經調適用於明場成像顯微術、 暗場成像顯微術、全天空成像顯微術、相位對比度顯微術、偏光對比顯微術及相干性探針顯微術。亦預期可使用單一及多個影像方法以擷取目標之影像。此等方法包含(例如)單抓斗、雙抓斗、單抓斗相干性探針顯微術(CPM)及雙抓斗CPM方法。亦可預期諸如散射量測之非成像光學方法作為檢測或度量設備之形成部分。
可使用任何適合透鏡配置以將入射光束引導朝向樣本且將自樣本發出之輸出光束引導朝向一偵測器。系統之照明及集光光學元件可係反射性或透射性。輸出光束可自樣本反射或散射或透射穿過樣本。同樣地，可使用任何適合偵測器類型或數目之偵測元件以接收輸出光束且基於經接收輸出光束之特性(例如，強度)提供一影像或一信號。
針對將來晶圓缺陷檢測，歸因於DR收縮而顯著減少一缺陷信號。因此，由於存在使用減小波長達成較高缺陷信號之一般趨勢，因此可期望具有較短波長、較佳解析度及較小檢測像素。然而，此一較短波長檢測組態可具有小焦深、對聚焦改變之高熱靈敏度、較低處理能力等之缺點。某些系統實施例提供追蹤且校正聚焦、調整系統參數以最佳化S/N等之特徵。另外，此配置容許在一掃描中獲得更多資訊以使檢測具成本效益。又，藉由在一單一掃描處獲取多個資訊，可有效執行用於缺陷特性化、信號增強及雜訊/擾亂點減少之後處理。
雖然為了清楚理解之目的已詳細描述本發明，但應明白可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐某些改變及修改。應注意，存在實施本發明之程序、系統及設備之許多替代方式。舉例而言，可自一經透射、反射或一組合輸出光束獲得缺陷偵測特性資料。因此，應將本實施例視為闡釋性而非限制性，且本發明不限於本文中給定之細節。
300‧‧‧檢測系統
301‧‧‧濾光輪
303‧‧‧光譜濾光器
304‧‧‧照明器
305‧‧‧照明光
306‧‧‧偏光濾光器
307‧‧‧偏光器/偏光濾光器
308‧‧‧定位機構
309‧‧‧孔徑
310‧‧‧光學器件元件
312‧‧‧光學器件元件
314‧‧‧載物台
328‧‧‧50-50光束分離器
332‧‧‧物鏡
334‧‧‧樣本
335‧‧‧自動聚焦系統
337‧‧‧二向色光束分離器
338‧‧‧鏡
340‧‧‧透鏡群組
354‧‧‧感測器
390‧‧‧控制器/電腦系統

Claims (20)

  1. 一種用於檢測半導體樣本之方法，其包括：在一檢測工具上，針對一或多個半導體樣本之不同所關注層基於此等不同所關注層是否具有存在於此等不同所關注層內或附近之一吸收劑類型材料選擇複數個不同波長範圍；在該檢測工具上，在該等不同波長範圍引導至少一入射光束朝向該等不同所關注層，且作為回應，針對該等不同所關注層之各者獲得複數個輸出信號或影像；及分析來自該等不同所關注層之各者之該等輸出信號或影像以偵測此等不同所關注層中之缺陷。
  2. 如請求項1之方法，其中該吸收劑類型材料係SiN。
  3. 如請求項2之方法，其中選擇該等不同波長範圍包括：針對不具有存在於該等不同所關注層之一第一者內或附近之SiN或具有存在於此第一所關注層下方之SiN之此第一所關注層選擇低於SiN之一吸收邊緣波長之一較短波長範圍；及針對具有存在於該等不同所關注層之一第二者上方之SiN之此第二所關注層選擇高於該吸收邊緣波長之一較長波長範圍。
  4. 如請求項3之方法，其中選擇該等不同波長範圍進一步包括：在具有存在於該等不同所關注層之一第三者內之SiN之此第三所關注層處選擇一窄且較短波長範圍。
  5. 如請求項4之方法，其中：該較短波長範圍係220nm或更小；該較長波長範圍係230nm或更大；且該窄且較短波長範圍在約230nm與250nm之間。
  6. 如請求項4之方法，其中選擇該等不同波長範圍包含判定是否如 製造該樣本所使用之一設計資料庫中指定般在該等不同所關注層之各者內或附近存在SiN。
  7. 如請求項4之方法，其中選擇該等不同波長範圍包含在不提供製造該樣本所使用之一設計資料庫之情況下判定是否如使用層及材料類型之一清單指定般在該等不同所關注層之各者內或附近存在SiN。
  8. 如請求項4之方法，其進一步包括將一水平或垂直偏光應用至該至少一入射光束。
  9. 如請求項4之方法，其進一步包括針對該至少一入射光束選擇不同孔徑設定以達成針對至少一些該等不同所關注層之一特定入射角。
  10. 如請求項1之方法，其中針對具有一垂直堆疊結構之一特定所關注層之至少一些該等不同波長範圍包含用以偵測該垂直堆疊結構之一表面上及貫穿該垂直堆疊結構之一深度兩者之缺陷之一較長波長範圍及用以偵測該垂直堆疊結構之該表面上之缺陷之一較短波長範圍。
  11. 一種用於檢測一半導體樣本之檢測系統，其包括：一照明光學器件模組，其用於基於不同所關注層是否具有存在於此等不同所關注層處之一所關注層內或附近之一吸收劑類型材料而在針對此等不同所關注層之複數個不同波長範圍產生一入射光束且引導該入射光束朝向一或多個半導體樣本；一集光光學器件模組，其用於收集回應於該入射光束而自該等不同所關注層反射或散射之一輸出光束；及一控制器，其經組態以執行以下操作：針對一或多個半導體樣本之不同所關注層基於此等不同所關注層是否具有存在於此等不同所關注層內或附近之一吸收 劑類型材料選擇複數個不同波長範圍；在該等不同波長範圍使至少一入射光束經引導朝向該等不同所關注層，且作為回應，針對該等不同所關注層之各者獲得複數個輸出信號或影像；及分析來自該等不同所關注層之各者之該等輸出信號或影像以偵測此等不同所關注層中之缺陷。
  12. 如請求項11之系統，其中該吸收劑類型材料係SiN。
  13. 如請求項12之系統，其中選擇該等不同波長範圍包括：針對不具有存在於該等不同所關注層之一第一者內或附近之SiN或具有存在於此第一所關注層下方之SiN之此第一所關注層選擇低於SiN之一吸收邊緣波長之一較短波長範圍；及針對具有存在於該等不同所關注層之一第二者上方之SiN之此第二所關注層選擇高於該吸收邊緣波長之一較長波長範圍。
  14. 如請求項13之系統，其中選擇該等不同波長範圍進一步包括：在具有存在於一第三組該等不同所關注層之各者內之SiN之此第三所關注層處選擇一窄且較短波長範圍。
  15. 如請求項14之系統，其中：該較短波長範圍係220nm或更小；該較長波長範圍係230nm或更大；且該窄且較短波長範圍在約230nm與250nm之間。
  16. 如請求項14之系統，其中選擇該等不同波長範圍包含判定是否如製造該樣本所使用之一設計資料庫中指定般在該等不同所關注層之各者內或附近存在SiN。
  17. 如請求項14之系統，其中選擇該等不同波長範圍包含在不提供製造該樣本所使用之一設計資料庫之情況下判定是否如使用層及材料類型之一清單指定般在該等不同所關注層之各者內或附 近存在SiN。
  18. 如請求項14之系統，其中該控制器進一步經組態用於將一水平或垂直偏光應用至該至少一入射光束。
  19. 如請求項14之系統，其中該控制器進一步經組態用於針對該至少一入射光束選擇不同孔徑設定以達成針對至少一些該等不同所關注層之一特定入射角。
  20. 如請求項11之系統，其中針對具有一垂直堆疊結構之一特定所關注層之至少一些該等不同波長範圍包含用以偵測該垂直堆疊結構之一表面上及貫穿該垂直堆疊結構之一深度兩者之缺陷之一較長波長範圍及用以偵測該垂直堆疊結構之該表面上之缺陷之一較短波長範圍。
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