TW202340706A - 用於光瞳偏振濾波之單一材料波板 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種光學檢測系統，其包含用於將自一目標散射之光之偏振自跨一收集光瞳空間變化之一橢圓偏振轉換成跨該收集光瞳一致定向之一線性偏振之一或多個單材料光柵。該一或多個單材料光柵具有根據該橢圓偏振跨該收集光瞳空間變化之相位延遲。該光學檢測系統亦包含用於濾除該線性偏振光之一線性偏振器。
Description
本發明係關於波板，且更明確言之，本發明係關於使用波板來抑制來自檢測目標(例如半導體晶圓)之表面散射。
波板(其提供相位延遲來使光通過其)可使用諸如晶體石英之雙折射材料製成。具有90度相位延遲之波板(即，四分之一波板)或具有180度相位延遲之波板(即，半波板)通常可自光學組件供應商取得。此等類型之波板係單片的且在組件之整個通光孔徑上具有均勻相位延遲。
然而，對於晶圓檢測應用，期望跨組件之通光孔徑具有變化相位延遲，使得可更高效抑制晶圓表面散射。已提出各種方法來藉由使用分段石英或具有變化石英厚度之一自由形式表面形狀達成相位延遲之任意控制來製造具有空間變化相位延遲之波板。
表面散射之強抑制(即，強霧抑制)涉及相位延遲之精確控制。較高散射角之表面散射之偏振係橢圓的。表面散射偏振應經均勻線性化以達成一高度抑制。習知波板難以達成此精確相位延遲控制。例如，使用自由形式拋光之表面輪廓難以達成波前誤差之高精度控制。使用習知雙折射材料作為一波板之另一挑戰在於光軸角係固定的，使得多個段用於變換偏振橢圓率及偏振定向兩者。拼接多個段提供對光軸定向之一些控制，但精細控制需要大量段，該等段難以整合成單件，同時維持高波前品質。
相位延遲亦可使用形式雙折射達成，其中諸如一光柵之一各向異性結構在透射零級光之兩個正交電場(例如平行及垂直於光柵線之電場)之間引入一相位差之一現象。使用形式雙折射之波板可商購，通常標記為光子晶體。此等波板之光柵藉由在刻有溝槽之一波紋基板上進行保形多層薄膜沈積來製造。光軸角由凹槽(即，刻於基板中之溝槽)之定向控制，而相位延遲由多層膜控制。接著，空間變化波板可藉由在一單片基板上圖案化微型組件來製造。由於各組件小至幾微米，因此此一像素化裝置可模仿一幾乎連續之空間變化波板。光軸定向亦可連續變化，但限於特定簡單模式。然而，此等裝置存在限制。首先，此一裝置藉由一薄膜塗佈程序製造。用於製造此一裝置之薄膜在非常短波長中一般不透明。其次，多層薄膜(例如約100層，如此等波板所常用)很難製造，因為其需要精確控制層厚度及層間形狀或形式。
可期望使用紫外光來檢測一目標，因為較短波長一般提供較高檢測靈敏度。非晶SiO
2對低至130 nm之一波長透明。已使用電子束微影及濕式蝕刻來演示在一SiO
2基板上製造之一形式雙折射四分之一波板。
控制光軸及相位延遲兩者之空間變化波板係光學檢測系統之有價值技術。此等技術對短(例如紫外線，諸如深紫外線(DUV)或真空紫外線(VUV))檢測波長特別有價值。根據一些實施例，此等波板可使用由單材料光柵及/或反射基板上之光柵達成之形式雙折射來實施。
在一些實施例中，一種光學檢測系統包含用於將自一目標散射之光之偏振自跨一收集光瞳空間變化之一橢圓偏振轉換成跨該收集光瞳一致定向之一線性偏振之一或多個單材料光柵。該一或多個單材料光柵具有根據該橢圓偏振跨該收集光瞳空間變化之相位延遲。該光學檢測系統亦包含用於濾除該線性偏振光之一線性偏振器。
在一些實施例中，一種方法包含照射一目標及收集自該照射目標散射之光。自該照射目標散射之該收集光具有跨一收集光瞳空間變化之一橢圓偏振。該方法亦包含使用一或多個單材料光柵將該收集光之偏振自跨該收集光瞳空間變化之該橢圓偏振轉換成跨該收集光瞳一致定向之一線性偏振。該一或多個單材料光柵具有根據該橢圓偏振跨該收集光瞳空間變化之相位延遲。該方法進一步包含使用一線性偏振器濾除具有跨該收集光瞳一致定向之該線性偏振之該光。
在一些實施例中，一種光學檢測系統包含用於將自一目標散射之光之偏振自跨一收集光瞳空間變化之一橢圓偏振轉換成跨該收集光瞳一致定向之一線性偏振之一或多個光柵。該一或多個光柵具有根據該橢圓偏振跨該收集光瞳空間變化之相位延遲。該一或多個光柵包含一反射基板上之至少一個光柵。該光學檢測系統亦包含用於濾除該線性偏振光之一線性偏振器。
在一些實施例中，一種方法包含照射一目標及收集自該照射目標散射之光。自該照射目標散射之該收集光具有跨一收集光瞳空間變化之一橢圓偏振。該方法亦包含使用一或多個光柵將該收集光之偏振自跨該收集光瞳空間變化之該橢圓偏振轉換成跨該收集光瞳一致定向之一線性偏振。該一或多個光柵具有根據該橢圓偏振跨該收集光瞳空間變化之相位延遲。該一或多個光柵包含一反射基板上之至少一個光柵。該方法進一步包含使用一線性偏振器濾除具有跨該收集光瞳一致定向之該線性偏振之該光。
相關申請案
本申請案主張2021年12月14日申請之美國臨時專利申請案第63/289,258號之權利及優先權，該案之全部內容以引用方式併入用於所有目的。
現將詳細參考各種實施例，其實例在附圖中繪示。在以下詳細描述中，闡述諸多具體細節以提供各種描述實施例之一透徹理解。然而，一般技術者將明白，可在沒有此等具體細節之情況下實踐各種描述實施例。在其他例項中，未詳細描述熟知方法、程序、組件、電路及網路以免不必要地模糊實施例之態樣。
圖1係根據一些實施例之一光學檢測系統100之一部分之一橫截面圖。光學檢測系統100用於檢測一目標102之缺陷(例如其上之顆粒)。在一些實施例中，目標102係一半導體晶圓(例如一未圖案化半導體晶圓)。例如，目標102係其上將製造但尚未製造半導體裝置之一拋光半導體晶圓。在製程開始之前，可使用光學檢測系統100檢測拋光半導體晶圓之缺陷。目標102安裝於一平台104上(例如在一晶圓卡盤上)用於檢測。
在檢測期間，來自一光源(未展示)之光106以一斜角照射目標102。在一些實施例中，光106係紫外線。例如，光106係深紫外線(即，具有200 nm至280 nm之間的一波長)或在真空紫外線範圍之一上部中(例如，具有100 nm至200 nm之間的一波長)。
一些光106由目標102反射為反射光108。然而，一些光106由目標102散射為散射光110。例如，目標102之表面上之一缺陷(例如一顆粒)會將光106散射為散射光110。然而，即使沒有缺陷，但一些光106發生表面散射(例如歸因於目標102之表面粗糙度)以產生散射光110。以各種散射角自目標102之表面散射之散射光110由一物鏡112收集。散射光110收集於一收集光瞳內。與由一缺陷散射不同，由表面散射產生之散射光110係降低由光學檢測系統100用於缺陷偵測之信雜比之一雜訊源。因此，期望在由表面散射產生之散射光110到達用於缺陷偵測之偵測器120之前將其濾除。
由表面散射產生之散射光110在由物鏡112收集時具有跨收集光瞳空間變化之一橢圓偏振。橢圓偏振可跨收集光瞳變化量值及定向兩者。然而，對於一給定類型之目標102，橢圓偏振在目標102間(即，在目標102之不同例項之間)變化不大(至少在定向上)。因此，一特定類型之目標102具有來自表面散射之散射光110，其在收集光瞳中之一給定點處具有實質上相同定向之橢圓偏振，但橢圓偏振(包含其定向)針對目標102跨收集光瞳空間變化。例如，若目標102係一特定類型(例如一特定大小、材料及/或製造商)之半導體晶圓(例如拋光半導體晶圓)，則來自表面散射之散射光110之橢圓偏振針對所有半導體晶圓在收集光瞳中之一給定點處具有實質上相同定向。
物鏡112準直散射光110且將其導引至一光柵114。光柵114將由來自目標102之表面散射產生之散射光110之偏振自跨收集光瞳空間變化之橢圓偏振轉換成跨收集光瞳一致定向之一線性偏振。光柵114藉由具有(即，向散射光110提供)根據橢圓偏振跨收集光瞳空間變化之相位延遲來達成此結果。光柵114係一透射光學組件：透射通過光柵114之散射光110使其偏振由光柵114轉換。
光柵114沿由物鏡112收集及準直之散射光110之光軸安置於物鏡112與一線性偏振器116之間。線性偏振器116具有允許其濾除具有由光柵114提供之一致定向線性偏振之散射光110且透射具有垂直於該線性偏振之一偏振之光之一定向。由一缺陷(例如顆粒)散射之光110具有不同於由表面散射產生之光110之偏振態。因此，線性偏振器116濾除由來自目標102之表面散射產生之散射光110，同時透射由來自目標102上之一缺陷之散射產生之至少一些散射光110。後一散射光110由一管透鏡118聚焦至用於缺陷偵測之一偵測器120 (例如一數位攝影機)上。線性偏振器116沿散射光110之光軸安置於光柵114與管透鏡118之間。管透鏡118沿散射光110之光軸安置於線性偏振器116與偵測器120之間。光學檢測系統100亦可包含其他光學組件(未展示)(例如用於導引及/或聚焦光)。
圖2係根據一些實施例之一光柵200之一橫截面圖，光柵200係光柵114 (圖1)之一實例。根據一些實施例，位於一基板202上之光柵200係具有基於形式雙折射之相位延遲之一波板：光柵200係具有形式雙折射之一人造各向異性結構，而基板202並非雙折射。光柵200包含基板202上之一系列線204。系列中之連續線204由各自溝槽206分離。線204及溝槽206在自圖2之頁面出來(或等效地，進入圖2之頁面)之一方向上延伸。因此，線204及溝槽206平行於垂直於圖2之頁面之一軸線且垂直於圖2之水平軸線。因此，光柵200係一維光柵。
連續線204之間的距離(即，間距)係節距208。線204具有一線寬210。溝槽206具有一深度212。
線204由一單一材料(例如玻璃)組成，其可為相同於基板202之材料。光柵200可藉由將溝槽206蝕刻至基板202中或藉由在基板202上選擇性生長線204來形成。線204及基板202可為對散射光110之波長透明之任何材料(例如，可為絕緣體且因此為介電材料，其對散射光110之波長透明)。在一些實施例中，用於線204之單一材料係SiO
2(即，二氧化矽)(例如熔融矽石)且基板202亦可為SiO
2(例如熔融矽石)。在一些其他實施例中，用於線204之單一材料係藍寶石且基板202亦可為藍寶石。藍寶石具有比SiO
2更高之一折射率且因此以比SiO
2更小之一深度212提供更強相位延遲。在一些其他實施例中，用於線204之單一材料係氟化鈣(CaF
2)且基板202亦可為CaF
2。
平行於線204及溝槽206之電場之有效介電常數係：
(1)
且垂直於線204及溝槽206之電場之有效介電常數係：
(2)
其中ε
1係線204之介電常數(且亦可為基板202之介電常數)，ε
0係溝槽206 (例如空氣)之介電常數，且f係光柵200之工作週期。工作週期等於線寬210與節距208之比率；因此，工作週期在沒有線204時等於0且在沒有溝槽206時等於1。因此，此等兩個正交偏振之間的折射率差(即，
與
之間的差)係ε
1及f之一函數。當工作週期為50%左右(例如，在40%至50%之間，如圖3D中所展示)時，差達到一最大值。
已知
及
，光柵200之相位延遲可使用熟知物理學來計算。圖3A至圖3D係展示對於266 nm光，光柵200之相位延遲302如何取決於節距208、深度210及工作週期
f的圖形。圖3A係展示依據節距208及深度212而變化之相位延遲302之變化的一圖形300。圖3B係展示針對節距208之不同固定值依據深度212而變化之相位延遲302之變化的一圖形310。圖3C係針對深度212之不同固定值依據節距208而變化之相位延遲302之變化的一圖形320。圖3D係展示針對節距208及深度212之固定值依據工作週期332 (即，工作週期
f)而變化之相位延遲302之變化的一圖形330。
光柵200之此等兩個正交偏振之間(即，
與
之間)的折射率差通常比一自然雙折射材料之正交偏振之折射率差大得多。因此，用一光柵200達成一特定相移之深度212比達成該相移之一自然雙折射波板之厚度小得多。用於達成一半波相移(即，用於使用光柵200實施一半波板)之深度212仍比光柵節距208大很多。例如，在光106及散射光110之一266 nm波長處，使用熔融矽石作為基板202及線204，一半波板之深度212係約1.4 um。節距208應足夠小以避免產生傳播級，即，小於波長除以基板202之折射率(即，介電常數之平方根)：
(3)
在DUV至VUV波長處180°相位延遲之最小縱橫比係16:1。最小縱橫比亦取決於波長且趨於隨波長變短而減小。
使用一光柵200 (圖2)實施以線性化橢圓偏振散射光110之偏振之一波板之光軸角(即，定向)及相位延遲之一閉合解可使用一瓊斯(Jones)矩陣得到。具有任意光軸角及相位延遲之此一波板由一瓊斯矩陣描述：
(4)
其中
ϕ係相位延遲且
θ係波板之光軸角(界定為平行於光柵線204)。光軸角指示光柵200之定向。具有一振幅比r及相位差δ之一任意輸入偏振(即，入射於波板上之光之一偏振)由波板變換成一不同偏振態：
(5)
為將一任意散射偏振變換成x偏振(且因此變換成一線性偏振)，將光之y分量設定為0：
(6)
其中x分量平行於入射面且y分量垂直於入射面。接著，波板之光軸角及相位延遲由以下給出：
(7a)
(7b)
r及δ兩者隨散射角而變化。因此，其等係收集光瞳位置之函數。光軸角及相位延遲亦係收集光瞳位置之函數。
類似地，一任意散射偏振可藉由將光之x分量設定為0來變換成y偏振(且因此變換成一線性偏振)：
(8)
波板之光軸角及相位延遲由以下給出：
(9a)
(9b)
方程式7a至7b及9a至9b提供基於一光柵200 (圖2)之一單片波板之閉合解以藉由相應地對準局部光軸(及因此光柵定向)及相位延遲來將收集光瞳上之一任意分佈橢圓偏振轉換成一均勻線性偏振。兩個解決方案達成將跨收集光瞳之變化橢圓偏振轉換成跨收集光瞳之均勻線性偏振之相同效應。但取決於表面散射之偏振分佈，一個解決方案在最大相移方面可比另一者要求更低且因此可更容易製造。
圖4A係跨一收集光瞳之表面散射偏振之一實例之一圖400。如圖4A展示，表面散射偏振跨收集光瞳空間變化，包含在其定向上。圖4B係跨具有一光柵200之一波板之光軸之收集光瞳之一圖410，光柵200將圖4A之表面散射偏振變換成x偏振(且因此變換成跨收集光瞳之均勻線性偏振之一實例)，如基於方程式7a所判定。圖4B之光柵之光軸(及因此光柵之定向)跨收集光瞳空間變化，如所展示。圖4C係跨圖4B之波板(即，光柵200)之相位延遲422之收集光瞳之一圖420，如基於方程式7b所判定。跨收集光瞳空間變化之相位延遲422在圖4C中使用以度數為單位之一灰階色條展示。相位延遲422係相位延遲302 (圖3A至圖3D)之一實例。圖4D係在由表面散射產生之散射光110 (圖1)通過圖4B及圖4C之波板(即，光柵200)之後跨輸出偏振(即，散射光110之偏振)之收集光瞳之一圖430。如由方程式7a及7b所指示，輸出偏振係跨收集光瞳之一x偏振(即，x方向上之一均勻偏振)且因此係均勻線性的。
類似地，圖4E係跨具有一光柵200之一波板之光軸之收集光瞳之一圖440，光柵200將圖4A之表面散射偏振變換成y偏振(且因此變換成跨收集光瞳之均勻線性偏振之另一實例)，如基於方程式9a所判定。圖4E之光柵之光軸(及因此光柵之定向)跨收集光瞳空間變化，如所展示。圖4F係圖4E之波板(即，光柵200)之相位延遲452之收集光瞳之一圖450，如基於方程式9b所判定。跨收集光瞳空間變化之相位延遲452在圖4F中使用以度數為單位之一灰階色條展示。一相移π已自相位延遲圖450減去(即，相位延遲452之值已減小180°)。相位延遲452係相位延遲302 (圖3A至圖3D)之一實例。圖4G係在由表面散射產生之散射光110 (圖1)通過圖4E及圖4F之波板(即，光柵200)之後跨輸出偏振(即，散射光110之偏振)之收集光瞳之一圖460。如由方程式9a及9b所指示，輸出偏振係跨收集光瞳之一y偏振(即，y方向上之一均勻偏振)且因此係均勻線性的。
圖4C與圖4F之比較表明：對於圖4A之表面散射偏振，將偏振變換成一x偏振比將偏振變換成一y偏振需要一更低最大相移。使用一更低最大相移可為有利的，因為其易於製造。
由一光柵200 (圖2)提供之相位延遲隨光柵深度212幾乎線性增加，如圖3A及圖3B中所展示。光柵深度212 (圖2)可經設定為一固定值(即，整個光柵200之一恆定深度)，其對應於收集光瞳內相位延遲範圍之中間。此固定深度212在整個收集光瞳上提供恆定相位延遲。更一般而言，光柵200之光柵深度212可經設定為整個波板之一固定值(即，跨收集光瞳之一恆定深度)，因此在整個收集光瞳上提供恆定(即，均勻)相位延遲。在此等實施例中，跨收集光瞳之相位變化(即，相位延遲變化)由光柵工作週期
f(例如工作週期332，圖3D)控制，光柵工作週期
f跨收集光瞳空間變化(例如，具有一恆定節距208)。工作週期之值可基於相位延遲對工作週期之相依性模擬來計算(例如，如同圖3D)。圖5係工作週期502跨收集光瞳變化以達成圖420 (圖4C)之相位延遲422之一圖500，假定一深度212為1750 nm且一數值孔徑為0.975。工作週期502之值在圖5中使用一灰階色條展示。
具有一光柵200之此一波板之設計圖案具有空間變化光柵方向(例如，如同圖4B或圖4E)及光柵工作週期(例如，如同圖5)兩者。圖6A至圖6C係圖4A至圖4D及圖5之圖之光柵200之部分之平面圖。圖6A至圖6C展示收集光瞳中三個各自位置600、610及620處之光柵定向及工作週期。在圖410 (圖4B)及500 (圖5)中標記位置600、610及620。位置600在收集光瞳之中心中，位置610在收集光瞳之右邊，且位置620在收集光瞳之右上方。中心位置600具有一水平光柵定向、一64 nm線寬210及一64%工作週期，如圖6A中所展示。右位置610具有一水平光柵定向、一96 nm線寬210及一96%工作週期，如圖6B中所展示。右上位置620具有一-40°光柵定向、一60 nm線寬210及一60%工作週期，如圖6C中所展示。所有三個位置600、610及620及整個光柵200之節距208係100 nm。因此，除一均勻深度212之外，光柵200亦具有一均勻節距208。在其他實例中，節距208及/或深度212可均勻用於一光柵200 (且因此跨收集光瞳均勻)但具有不同值，或可跨光柵200 (且因此跨收集光瞳)變化。
為達成期望相位延遲，用作一波板之一單一光柵200針對至少一些位置可具有一高縱橫比。例如，縱橫比係約16:1以達成DUV至VUV光之半波相位延遲(即，實施一半波板)。為降低縱橫比且易於製造，可使用多個光柵200 (例如兩個光柵200)來代替一單一光柵200。多個光柵200 (其等之各者係一單獨波板)共同將由來自一目標102之表面散射產生之散射光110之偏振自跨收集光瞳空間變化之一橢圓偏振(包含其定向上之變化)轉換成跨收集光瞳一致定向之一線性偏振。在一些實施例中，多個光柵200之各者係一維光柵。除對縱橫比及因此對工作週期放寬要求之外，多光柵設計亦允許其他參數選擇，其可進一步使光柵易於製造。
圖7係根據一些實施例之一光學檢測系統700之一部分之一橫截面圖。代替一單一光柵114，光學檢測系統700包含安置於物鏡112與線性偏振器116之間的一第一光柵114及一第二光柵714。兩個光柵114及714一起提供由來自目標102之表面散射產生之散射光110之偏振之期望均勻線性化。除此之外，光學檢測系統700如針對光學檢測系統100 (圖1)所描述般發揮功能。
圖8係根據一些實施例之兩個一維光柵802及806之一橫截面圖。第一光柵802係第一光柵114 (圖7)之一實例且第二光柵806係第二光柵714 (圖7)之一實例，或反之亦然。第一光柵802在一第一基板804上且第二光柵806在不同於第一基板804之一第二基板808上。第一光柵802由可為相同於第一基板804之材料之一單一材料組成。第二光柵806亦可由可相同於第二基板808之一單一材料組成。第一光柵802及/或第一基板804可由相同於第二光柵806及/或第二基板808之材料組成。用於第一光柵802、第一基板804、第二光柵806及/或第二基板808之材料之實例包含(但不限於)熔融矽石、氟化鈣或藍寶石。
圖9係根據一些實施例之相同基板904上之兩個一維光柵902及906之一橫截面圖。第一光柵902係第一光柵114 (圖7)之另一實例且第二光柵906係第二光柵714 (圖7)之另一實例，或反之亦然。光柵902及906位於基板904之對置側上：第一光柵902位於基板904之一第一側(例如面向物鏡112之側，圖7)上且第二光柵906位於基板904之一第二側(例如面向線性偏振器116之側，圖7)上。第一光柵902及/或第二光柵906由可為相同於基板904之材料之一單一材料組成。因此，第一光柵902、基板904及第二光柵906全部可由相同單一材料組成。用於第一光柵902、基板904及/或第二光柵906之材料之實例包含(但不限於)矽石或藍寶石。兩個光柵902及906有效組成一雙面光柵。一雙面光柵具有低反射且不使用抗反射塗層之優點。
在一些實施例中，多個光柵具有相同佈局。例如，兩個光柵802及806 (圖8)或兩個光柵902及906 (圖9)可具有相同佈局，使得各光柵802及806或902及906提供由兩個光柵提供之總相位延遲之一半。兩個光柵802及806之各者或兩個光柵902及906之各者之光柵深度212可為用於期望相位延遲之總深度之一半，因此將各光柵之縱橫比放寬兩倍。光柵深度212可跨兩個光柵802及806之各者或兩個光柵902及906之各者均勻(即，恆定)。
替代地，多個光柵具有不同佈局(但仍可具有相同深度212，其可跨各光柵均勻)。例如，第一光柵802 (圖8)或902 (圖9)具有一均勻工作週期，使得其工作週期跨光柵(且因此跨收集光瞳)恆定，且具有一變化定向，使得其定向(且因此其光軸)跨收集光瞳空間變化。但第二光柵806 (圖8)或906 (圖9)具有一變化工作週期，使得其工作週期跨光柵(且因此跨收集光瞳)空間變化，且具有一致光柵定向，使得其定向(且因此其光軸)跨光柵(且因此跨收集光瞳)相同。第一光柵802或902之均勻工作週期與一均勻深度212之組合導致一均勻相位延遲(例如半波或近半波)。第一光柵802或902之變化定向(及因此變化光軸角)旋轉偏振，使得橢圓偏振之長軸平行。第二光柵806或906之變化工作週期導致跨第二光柵806或906且因此跨收集光瞳之一變化相位延遲。第二光柵806或906之一致定向(即，光軸角)但變化相位延遲使橢圓偏振線性化。即使在到達光柵之前，由表面散射產生之光110可跨收集光瞳之一大部分為幾乎線性偏振(即，僅略微橢圓)，從而導致第二光柵806或906之大部分之一近零相位延遲及近零光柵線寬210。
在具有不同佈局之多個光柵之另一實例中，第一光柵802 (圖8)或902 (圖9)具有跨光柵(且因此跨收集光瞳)空間變化之一工作週期及跨光柵(且因此跨收集光瞳)空間變化之一定向(即，光軸角)。第二光柵806 (圖8)或906 (圖9)亦具有跨光柵(且因此跨收集光瞳)空間變化之一工作週期及跨光柵(且因此跨收集光瞳)空間變化之一定向。第一光柵802或902具有跨光柵(且因此跨收集光瞳)均勻(即，恆定)之一深度且第二光柵806或906具有跨光柵(且因此跨收集光瞳)均勻之一深度。此等兩個深度可相等。
在具有不同佈局之多個光柵之又一實例中，第一光柵802 (圖8)或902 (圖9)及第二光柵806 (圖8)或906 (圖9)具有跨光柵(且因此跨收集光瞳)空間變化之不同定向且因此具有不同光軸角定向，但亦具有實質上相等相位延遲(例如，在製造容限內)。此一佈局可提供放寬蝕刻深度要求且同時允許更大靈活性來達成期望均勻線性偏振。具有90°相位延遲之兩個光柵之佈局可基於以下數學公式來判定。
具有兩個不同光軸角
θ
1 及
θ
2 之兩個四分之一波板光柵之瓊斯矩陣係：
(10)
由此等兩個光柵(即，由此等兩個四分之一波板)提供之偏振變換寫為：
(11)
其中
α=θ
1-θ
2 且
β=θ
1+θ
2 。
為將散射偏振變換成一均勻y偏振(且因此變換成一均勻線性偏振)，將x分量設定為0：
(12)
將x分量之實部及虛部兩者設定為0：
(13a)
(13b)
方程式13a及13b可經數值求解以得到第一光柵802或902 (即，第一四分之一波板)之光軸角
θ
1 及第二光柵806或906 (即，第二四分之一波板)之光軸角
θ
2 之佈局。圖10及圖11係分別展示跨收集光瞳之
θ
1 及
θ
2 之值之空間變化的圖1000及1100。圖10及圖11之光軸角根據方程式13a及13b來計算，假定兩個光柵之一深度212為700 nm、一節距208為100 nm及一工作週期為50%。圖10及圖11之光柵一起將來自傾斜照明之橢圓偏振表面散射變換成一致定向之線性偏振光。圖10及圖11之光柵具有四分之一連續設計，使得光軸角(即，光柵定向)跨通過光柵之中心之水平及垂直軸線不連續。
圖12係根據一些實施例之一光學檢測系統1200之一部分之一橫截面圖。光學檢測系統1200包含如同光學檢測系統700般配置之光學檢測系統700之元件且進一步包含一均勻波板1202。均勻波板1202具有均勻相位延遲且因此為自目標102散射之光110提供跨收集光瞳之均勻相位延遲。在一些實施例中，第一光柵114及第二光柵安置於均勻波板1202與線性偏振器116之間。均勻波板1202可安置於物鏡112與第一光柵114之間。第一光柵114及第二光柵714可為光柵802及806 (圖8)或902及906 (圖9)。
在一些實施例中，光學檢測系統1200之兩個光柵114及714 (在圖8之單獨基板804及808上或在圖9之一單一基板904上)具有不同佈局及不同光軸角定向但類似相位延遲。與均勻波板1202結合使用之兩個光柵114及714之佈局可基於以下數學公式來判定：
(14)
將x分量之實部及虛部兩者設定為0：
(15a)
(15b)
方程式15a及15b可經數值求解以得到兩個光柵114及714之各自光軸角
θ
1 及
θ
2 之佈局。圖13及圖14係分別展示
θ
1 及
θ
2 之值之空間變化的圖1300及1400。圖13及圖14之光軸角根據方程式15a及15b計算，假定深度212、節距208及工作週期相同於圖10及圖11，且假定由均勻波板1202 (圖12)提供y方向上之一額外相位延遲π/15。圖13及圖14之光柵一起將來自傾斜照明之橢圓偏振表面散射變換成一致定向之線性偏振光。圖13及圖14之光柵具有半連續設計，使得光軸角(即，光柵定向)跨通過光柵之中心之水平軸線不連續，但跨通過光柵之中心之垂直軸線連續。因此，均勻波板1202之添加允許其中光柵114及714兩者之光軸角在光瞳之一半上連續之一設計。此一設計在收集光瞳上具有較少波前中斷且因此使目標102上之缺陷(例如顆粒)之影像較少影響影像品質。
在一些實施例中，具有空間變化相位延遲之二維(2D)光柵用作將由來自目標102之表面散射產生之橢圓偏振光110轉換成一致定向之線性偏振光之一或多個光柵之一者。使用一2D光柵係使製造易於達成近零相位延遲之另一方法。一維(1D)光柵之近零相位延遲可涉及近0%或100%之一工作週期以導致一高縱橫比。在x及y方向上具有相等工作週期之一2D光柵可代以用於達成近零相位延遲。2D光柵亦可在不改變相位延遲之情況下提供增加透射。
圖15A係根據一些實施例之一2D光柵1500之一平面圖。2D光柵1500可為光柵114 (圖1)之一實例。2D光柵1500具有在x及y方向兩者上由溝槽1504分離之柱(例如矩形) 1502：連續柱1502在x及y方向兩者上藉由各自溝槽1504彼此分離。柱1502具有一x方向節距1506 (即，x方向上連續柱1502之間的間距)、一x方向線寬1508、一y方向節距1510 (即，y方向上連續柱1502之間的間距)及一y方向線寬1512。2D光柵1500亦具有等於x方向線寬1508與x方向節距1506之比率之一x方向工作週期及等於y方向線寬1512與y方向節距1510之比率之一y方向工作週期。x方向及/或y方向工作週期可跨2D光柵1500且因此跨收集光瞳空間變化。例如，x方向及/或y方向工作週期跨2D光柵1500空間變化，因為x方向線寬1508及/或y方向線寬1512空間變化，而x方向節距1506及y方向節距1510跨2D光柵1500且因此跨收集光瞳均勻。在一些實施例中，溝槽1504之深度跨2D光柵1500且因此跨收集光瞳均勻。
柱1502由一單一材料(例如玻璃)組成，其可為相同於柱1502安置於其上之一基板之材料。2D光柵1500可藉由將溝槽1504蝕刻至基板中或藉由在基板上選擇性生長柱1502來形成。柱1502及基板可為對散射光110之波長透明之任何材料(例如，可為絕緣體且因此為介電材料，其對散射光110之波長透明)。在一些實施例中，用於柱1502之單一材料係SiO
2(例如熔融矽石)且基板亦可為SiO
2(例如熔融矽石)。在一些其他實施例中，用於柱1502之單一材料係藍寶石且基板亦可為藍寶石。藍寶石具有比SiO
2更高之一折射率且因此以比SiO
2更小之一深度212提供更強相位延遲。在一些其他實施例中，用於柱1502之單一材料係氟化鈣(CaF
2)且基板亦可為CaF
2。
圖15B係展示x方向線寬1508及y方向線寬1512之組合之模擬相位延遲值的一圖形1520。用於產生圖形1520之模擬假定x方向節距1506及y方向節距1510兩者等於100 nm。圖形1520中之一區域1524具有一近零相位延遲1522。圖15C係展示x方向線寬1508及y方向線寬1512之組合之通過一2D光柵1500之模擬透射率1542的一圖形1540。達成約99.6%之一最大透射率。
在上述實施例中，(若干)光柵及(若干)對應基板具透射性。替代地，用於(若干)光柵之(若干)基板可具反射性。圖16係根據一些實施例之一反射基板1602上之一光柵1600之一橫截面圖。如同光柵200 (圖2)，光柵1600係具有基於形式雙折射之相位延遲之一波板。光柵1600包含基板1602上之一系列線1604。系列中之連續線1604由各自溝槽1606分離。線1604及溝槽1606在自圖16之頁面出來(或等效地，進入圖16之頁面)之一方向上延伸。因此，線1604及溝槽1606平行於垂直於圖16之頁面之一軸線且垂直於圖16之水平軸線。光柵1600係一維光柵。
連續線1604之間的距離(即，間距)係節距1608。線1604具有一線寬1610。溝槽1606具有一深度1612。在一些實施例中，光柵深度1612可經設定為一固定值(即，整個光柵1600之一恆定深度)(例如，對應於收集光瞳內相位延遲範圍之中間)。
反射基板1602由金屬或另一反射材料組成。線1604可由一單一材料(例如玻璃)組成。單一材料之實例包含(但不限於) SiO
2(例如熔融矽石)、藍寶石或CaF
2。替代地，線1604可具有多個層，其中不同層由不同各自材料組成。一般而言，儘管基板1602具反射性，但線1604可由對散射光110之波長透明之一或多種材料製成(例如，可為絕緣體且因此為介電材料，其對散射光110之波長透明)。除反射基板1602之外，光柵1600可如針對光柵200 (圖2)所描述般來設計。
圖17係根據一些實施例之一光學檢測系統1700之一部分之一橫截面圖。光學檢測系統1700對應於光學檢測系統100 (圖1)，其中光柵114用一反射基板上之一光柵1702替換。光柵1702及其反射基板係光柵1600及反射基板1602 (圖16)之實例。光柵1702沿散射光110之路徑安置於物鏡112與線性偏振器116之間。光柵1702之反射基板將來自物鏡112之散射光110導引向線性偏振器116。根據一些實施例，光柵1702可具有針對光柵114 (例如針對光柵200)所描述之一佈局。
代替一反射基板上之一單一光柵1702，一光學檢測系統可具有各自反射基板上之多個光柵(例如各自反射基板1602上之多個光柵1600，圖16)。例如，一光學檢測系統可具有兩個此等光柵。
圖18及圖19係根據一些實施例之光學檢測系統1800/1900之各自部分之橫截面圖。光學檢測系統1800/1900對應於光學檢測系統700，其中第一光柵114及第二光柵714用一反射基板上之一第一光柵1802及一反射基板上之一第二光柵1804替換。第一光柵1802及其反射基板係光柵1600及反射基板1602 (圖16)之實例，第二光柵1804及其反射基板亦如此。第一光柵1802及其反射基板及第二光柵1804及其反射基板沿散射光110之路徑安置於物鏡112與線性偏振器116之間。第一光柵1802之反射基板將來自物鏡112之散射光110導引向第二光柵1804。第二光柵1804之反射基板將來自第一光柵1802之散射光110導引向線性偏振器116。光學檢測系統1800與1900之不同點在於第一光柵1802及第二光柵1804在安置於其各自基板上時位於系統中之角度。第一光柵1802及第二光柵1804可具有針對第一光柵802及第二光柵806所描述之各自佈局(例如，可具有針對第一光柵802及第二光柵806所描述之相同佈局或不同佈局之任何者)。
在一些實施例中，具有空間變化相位延遲且安置於一反射基板上之一2D光柵用作將由來自目標102之表面散射產生之橢圓偏振光110轉換成一致定向之線性偏振光之一或多個光柵之一者。例如，2D光柵1500 (圖15A)可安置於一反射基板而非一透射基板上。
具有多個光柵之一光學檢測系統可包含一或多個光柵與透射基板及一或多個光柵與反射基板之一混合。在一反射基板上具有至少一個光柵之一光學檢測系統亦可具有一均勻波板(例如均勻波板1202，圖12)，其為散射光110提供均勻相位延遲。
圖20係繪示根據一些實施例之在檢測一目標時濾除來自表面散射之光之一方法2000的一流程圖。方法2000可使用一光學檢測系統100 (圖1)、700 (圖7)、1200 (圖12)、1700 (圖17)、1800 (圖18)或1900 (圖19)來執行。儘管方法2000中之步驟依一特定順序描述，但其等可依一不間斷方式同時執行。
在方法2000中，照射(2002)一目標(例如目標102，圖1、圖7、圖12或圖17至圖19)(例如，用一斜角光106，圖1、圖7、圖12或圖17至圖19)。在一些實施例中，使用(2004)紫外光照射目標。例如，用具有130 nm或更大之一波長之紫外光(例如DUV或VUV光)照射目標。在一些實施例中，目標係(2006)一半導體晶圓(例如一未圖案化半導體晶圓)。例如，目標可為一拋光半導體晶圓。
收集(2008)自照射目標散射之光(例如散射光110，圖1、圖7、圖12或圖17至圖19)。例如，使用物鏡112收集散射光110 (圖1、圖7、圖12或圖17至圖19)。自照射目標散射之收集光具有跨收集光瞳空間變化之一橢圓偏振。橢圓偏振之空間變化可包含其定向之空間變化。
使用一或多個光柵，將收集光之偏振自跨收集光瞳空間變化之橢圓偏振轉換(2010)成跨收集光瞳一致定向之一線性偏振。一或多個光柵具有根據橢圓偏振跨收集光瞳空間變化之相位延遲。除具有空間變化相位延遲之一或多個光柵之外，亦可使用一均勻波板(例如均勻波板1202，圖12)。
在一些實施例中，一或多個光柵包含(2012)至少一個單材料光柵(例如：光柵114，圖1；一或多個光柵200，圖2)。例如，所有光柵可為單材料光柵。一或多個光柵可包含(2014)一第一單材料光柵及一第二單材料光柵(例如光柵114及714，圖7或圖12)。第一及第二光柵可為一維的(例如：光柵802及806，圖8；光柵902及906，圖9)。一或多個光柵可包含(2016)二維單材料光柵(例如2D光柵1500，圖15A)。
在一些實施例中，一或多個光柵包含(2018)一反射基板上之至少一個光柵(例如：一或多個光柵1600，圖16；光柵1702，圖17；光柵1802及1804，圖18至圖19)。例如，所有光柵可在反射基板上。一或多個光柵可包含(2020)一第一反射基板上之一第一光柵及一第二反射基板上之一第二光柵。第一及第二光柵可為一維的。一或多個光柵可包含(2022)一反射基板上之二維光柵。
使用一線性偏振器(例如線性偏振器116，圖1、圖7或圖12)濾除(2024)實質上線性偏振光。因此，方法2000藉由濾除由目標上之表面散射產生之散射光來提高用於目標上之缺陷偵測(例如顆粒偵測)之信雜比。散射光係一種霧，其若留下過濾則會使光學檢測系統之影像品質降級。
已為了解釋而參考特定實施例來描述以上描述。然而，上文繪示性討論不意欲具窮舉性或將申請專利範圍之範疇限制於所揭示之精確形式。可鑑於上述教示進行諸多修改及變化。實施例經選擇以最佳解釋申請專利範圍及其實際應用之基本原理以藉此使熟習技術者能夠最佳使用實施例及適合於特定預期用途之各種修改。
100:光學檢測系統
102:目標
104:平台
106:光
108:反射光
110:散射光
112:物鏡
114:光柵
116:線性偏振器
118:管透鏡
120:偵測器
200:光柵
202:基板
204:線
206:溝槽
208:節距
210:線寬
212:深度
300:圖形
302:相位延遲
310:圖形
320:圖形
330:圖形
332:工作週期
400:圖
410:圖
420:圖
422:相位延遲
430:圖
440:圖
450:圖
452:相位延遲
460:圖
500:圖
502:工作週期
600:中心位置
610:右位置
620:右上位置
700:光學檢測系統
714:第二光柵
802:第一光柵
804:第一基板
806:第二光柵
808:第二基板
902:第一光柵
904:基板
906:第二光柵
1000:圖
1100:圖
1200:光學檢測系統
1202:均勻波板
1300:圖
1400:圖
1500:2D光柵
1502:柱
1504:溝槽
1506:x方向節距
1508:x方向線寬
1510:y方向節距
1512:y方向線寬
1520:圖形
1522:相位延遲
1524:區域
1540:圖形
1600:光柵
1602:反射基板
1604:線
1606:溝槽
1608:節距
1610:線寬
1612:深度
1700:光學檢測系統
1702:光柵
1800:光學檢測系統
1802:第一光柵
1804:第二光柵
1900:光學檢測系統
2000:方法
2002:照射
2004:使用
2006:目標係一未圖案化半導體晶圓(例如一拋光半導體晶圓)
2008:收集
2010:轉換
2012:包含
2014:包含
2016:包含
2018:包含
2020:包含
2022:包含
2024濾除
為較佳理解各種描述實施方案，應結合以下圖式參考以下[實施方式]。
圖1係根據一些實施例之一光學檢測系統之一部分之一橫截面圖。
圖2係根據一些實施例之圖1之光學檢測系統中光柵之一實例之一橫截面圖。
圖3A至圖3D係展示圖2之光柵之相位延遲如何取決於光柵之節距、深度及工作週期的圖形。
圖4A係跨一收集光瞳之表面散射偏振之一實例之一圖。
圖4B係跨具有一光柵之一波板之光軸之收集光瞳之一圖，光柵將圖4A之表面散射偏振變換成x偏振。
圖4C係跨圖4B之波板之相位延遲之收集光瞳之一圖。
圖4D係在藉由表面散射產生之散射光通過圖4B及圖4C之波板之後跨輸出偏振之收集光瞳之一圖。
圖4E係跨具有一光柵之一波板之光軸之收集光瞳之一圖，光柵將圖4A之表面散射偏振變換成y偏振。
圖4F係跨圖4E之波板之相位延遲之收集光瞳之一圖。
圖4G係在藉由表面散射產生之散射光通過圖4E及圖4F之波板之後跨輸出偏振之收集光瞳之一圖。
圖5係跨圖4B及圖4C之波板之收集光瞳之工作週期之一變化圖。
圖6A至圖6C係圖4B至圖4D及圖5之圖之光柵之部分之平面圖，其等展示收集光瞳中三個各自位置處之光柵定向及工作週期。
圖7係根據一些實施例之具有充當波板之兩個光柵之一光學檢測系統之一部分之一橫截面圖。
圖8係根據一些實施例之不同各自基板上之兩個一維光柵之一橫截面圖。
圖9係根據一些實施例之相同基板上之兩個一維光柵之一橫截面圖。
圖10及圖11展示根據一些實施例之針對在一光學檢測系統中用作波板之一對光柵跨收集光瞳之空間變化光柵定向。
圖12係根據一些實施例之除兩個空間變化光柵之外亦具有一均勻光柵之一光學檢測系統之一部分之一橫截面圖。
圖13及圖14展示根據一些實施例之針對一光學檢測系統中用作波板之一對光柵以及一均勻波板跨收集光瞳之空間變化光柵定向。
圖15A係根據一些實施例之一2D光柵之一平面圖。
圖15B係展示圖15A之2D光柵之x方向線寬及y方向線寬之組合之模擬相位延遲值的一圖形。
圖15C係展示x方向線寬及y方向線寬之組合之透過圖15A之2D光柵之模擬透射率的一圖形。
圖16係根據一些實施例之一反射基板上之一光柵之一橫截面圖。
圖17係根據一些實施例之一光學檢測系統之一部分之一橫截面圖。
圖18及圖19係根據一些實施例之光學檢測系統之各自部分之橫截面圖。
圖20係繪示根據一些實施例之在檢測一目標時濾除來自表面散射之光之一方法的一流程圖。
在附圖及說明書中，相同元件符號係指對應部件。
100:光學檢測系統
102:目標
104:平台
106:光
108:反射光
110:散射光
112:物鏡
114:光柵
116:線性偏振器
118:管透鏡
120:偵測器
Claims (24)
- 一種光學檢測系統，其包括： 一或多個單材料光柵，其等用於將自一目標散射之光之偏振自跨一收集光瞳空間變化之一橢圓偏振轉換成跨該收集光瞳一致定向之一線性偏振，其中該一或多個單材料光柵具有根據該橢圓偏振跨該收集光瞳空間變化之相位延遲；及 一線性偏振器，其用於濾除該線性偏振光。
- 如請求項1之系統，其中該目標係一半導體晶圓。
- 如請求項2之系統，其中該半導體晶圓未經圖案化。
- 如請求項3之系統，其中該未圖案化半導體晶圓經拋光。
- 如請求項1之系統，其中該光係紫外線。
- 如請求項1之系統，其中： 該一或多個單材料光柵包括一第一光柵及一第二光柵；且 該第一及第二光柵係一維的。
- 如請求項6之系統，其中： 該第一光柵具有跨該收集光瞳空間變化之一工作週期及跨該收集光瞳空間變化之一定向；且 該第二光柵具有跨該收集光瞳空間變化之一工作週期及跨該收集光瞳空間變化之一定向。
- 如請求項7之系統，其中： 該第一光柵具有跨該收集光瞳恆定之一深度；且 該第二光柵具有跨該收集光瞳恆定之一深度。
- 如請求項6之系統，其中： 該第一光柵具有一均勻工作週期及跨該收集光瞳空間變化之一定向；且 該第二光柵具有跨該收集光瞳空間變化之一工作週期及一致定向。
- 如請求項6之系統，其中： 該第一光柵在一第一基板上；且 該第二光柵在不同於該第一基板之一第二基板上。
- 如請求項6之系統，其中： 該第一光柵在一基板之一第一側上；且 該第二光柵在與該第一側對置之該基板之一第二側上。
- 如請求項6之系統，其中該第一光柵及該第二光柵具有相同佈局。
- 如請求項6之系統，其中： 該第一光柵及該第二光柵具有跨該收集光瞳空間變化之不同定向；且 該第一光柵及該第二光柵具有實質上相等相位延遲。
- 如請求項6之系統，其進一步包括用於為自該目標散射之該光提供均勻相位延遲之一均勻波板。
- 如請求項14之系統，其中該第一光柵及該第二光柵安置於該均勻波板與該線性偏振器之間。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個單材料光柵包括選自由一熔融矽石基板、一藍寶石基板及氟化鈣(CaF 2)基板組成之群組之一基板上之一光柵。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個單材料光柵包括二維光柵。
- 一種方法，其包括： 照射一目標； 收集自該照射目標散射之光，其中自該照射目標散射之該收集光具有跨一收集光瞳空間變化之一橢圓偏振； 使用一或多個單材料光柵將該收集光之偏振自跨該收集光瞳空間變化之該橢圓偏振轉換成跨該收集光瞳一致定向之一線性偏振，其中該一或多個單材料光柵具有根據該橢圓偏振跨該收集光瞳空間變化之相位延遲；及 使用一線性偏振器濾除具有跨該收集光瞳一致定向之該線性偏振之該光。
- 如請求項18之方法，其中該目標係一半導體晶圓。
- 如請求項19之方法，其中該半導體晶圓未經圖案化。
- 如請求項20之方法，其中該未圖案化半導體晶圓經拋光。
- 如請求項18之方法，其中該光係紫外線。
- 如請求項18之方法，其中： 該一或多個單材料光柵包括一第一光柵及一第二光柵；且 該第一及第二光柵係一維的。
- 如請求項18之方法，其中該一或多個單材料光柵包括二維光柵。
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