TWI739990B - 非對稱放大檢查系統和照明模組 - Google Patents

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Abstract

一種照明模組，包括一對變形稜鏡，所述一對變形稜鏡包括第一變形稜鏡和第二變形稜鏡；其中所述一對變形稜鏡被構造為（a）接收沿著第一光軸傳播的第一輻射束，和（b）非對稱地放大所述第一輻射束以提供沿著平行於所述第一光軸的第二光軸傳播的第二輻射束；以及直角稜鏡，所述直角稜鏡被構造為接收所述第二輻射束並且執行所述第二輻射束的側向移位以提供第三輻射束；以及旋轉機構，所述旋轉機構被構造為透過旋轉所述第一變形稜鏡和所述第二變形稜鏡中的至少一個來改變所述一對變形稜鏡的非對稱放大倍率。

Description

非對稱放大檢查系統和照明模組
本申請要求享有於2017年1月23日提交的名稱為「ASYMMETRICAL MAGNIFICATION INSPECTION SYSTEM AND ILLUMINATION MODULE（非對稱放大檢查系統和照明模組）」的第15/412,879號美國非臨時申請的權益，其全部內容透過引用方式併入本文中。
本發明係關於非對稱放大檢查系統和照明模組。
越來越需要提供用於檢查物體（諸如半導體晶圓）的緊湊和可調節的檢查系統和照明模組。
本發明內容僅示出了方法和/或系統和/或模組的各種實例。不應使用這些示例來限制申請專利範圍的保護範圍。
通常希望在雙暗場工具中儘可能提高輸送量，但仍保持靈敏度。這樣做的一種方法是使用一個橢圓形的照明孔徑，斑點現在亦將是橢圓形的，但由於斑點大小而導致的靈敏度損失將透過收集區域的增加而被部分補償。
橢圓形斑點可以透過在X方向或Y方向收縮照明孔徑而獲得。
在檢查系統中（諸如加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司的Uvision工具），X方向透過聲光（acusto-optics）元件而被掃描，並因此具有固定的資料速率，Y方向透過移動機動平臺而被掃描。
在這種情況下，輸送量可以透過在Y方向上收縮孔徑來增加，並且增加平臺速度。
輸送量可以以如圖1和圖2所示的兩種方式增加。在圖1中，入射輻射束43和阻擋區域48處於相同的Y座標（它們是「並排的」）。收集束44在阻擋區域48的外部被收集。
在圖2中，入射輻射束45和阻擋區域49處於相同的X座標（它們是「一個在另一個之上」）。收集束46在阻擋區域49的外部被收集。
圖2的構造可能更好，因為圖2的構造允許更大的離軸（off-axis）照明角度，這增加了顆粒偵測的靈敏度。
可能需要透過改變入射輻射束的寬度對長度比率來控制入射輻射束的形狀。例如，所述改變可以發生在檢查系統的設置期間、當改變檢查系統的收集路徑的整體放大倍率時、當改變檢查系統的照明路徑的放大倍率時或者當將一個望遠鏡替換為另一個望遠鏡時。
入射輻射束的形狀可以透過使用具有可調節的非對稱放大倍率的照明模組而被決定。照明模組的非對稱放大倍率是（a）離開照明模組的輻射束的寬度對長度比率與（b）進入照明模組的輻射束的寬度對長度比率之間的比率。
提供了一種照明模組，所述照明模組可以包括一對變形稜鏡對、平行板（直角稜鏡）和用於旋轉變形稜鏡以便調節輻射束的非對稱放大倍率的旋轉元件。
所述一對變形稜鏡對和平行板可以位於轉塔（turret）的任何望遠鏡的上游——由此已有的望遠鏡不被替換，並且非對稱放大倍率可被容易地隨時間改變。
照明模組可以是模組化的，即檢查系統可以與照明模組一起操作或者不與照明模組一起操作。
參考圖3，當輸入輻射束51穿過楔形物52時，輸入輻射束51將被傾斜以提供輸出輻射束53。所述傾斜是以基本上等於(n-1)*α的角度θ傾斜，其中n是楔形物材料的折射率，並且α是楔形物表面之間的角度。
根據相對於射束的拐折角，輸出輻射束53在一維上具有比輸入輻射束51的寬度（Din）小的寬度（Dout）：Dout = Din*sinus(β-θ)/sinβ。
射束在寬度上的變化不影響射束的長度。射束的長度是在與圖3的平面垂直的平面中量測的。透過引入非對稱的放大倍率，照明模組可以將圓形輻射束轉換成橢圓形輻射束。
圖4示出了照明模組的一部分。所述部分包括第一變形稜鏡61和第二變形稜鏡62。
在圖4中，第一變形稜鏡61被表示為第一AP 61，並且第二變形稜鏡62被表示為第二AP 62。
圖4還示出了物鏡20和物鏡20的焦點11。焦點11可以「落」在被檢查的物體上。
第一變形稜鏡61接收第一輻射束81（第一輻射束81沿著第一光軸88傳播），並朝向第二變形稜鏡62輸出第二輻射束82。第二變形稜鏡62輸出沿著第二光軸89傳播的第三輻射束83，第二光軸89平行於第一光軸。
第三輻射束83比第一輻射束81窄（在圖4的平面處），但是具有與第一輻射束81相同的長度（在與圖4的平面垂直的平面內）。
非對稱放大倍率值可以是第三輻射束的寬度對長度比率除以第一輻射束的寬度對長度比率。
圖5示出了照明模組的一部分。在圖5中，第一變形稜鏡61被順時針旋轉（相對於圖4），從而導致非對稱放大倍率的變化，並且輸出更窄的第三輻射束（與圖4相比）。
非對稱放大倍率亦可受到第一變形稜鏡的材料和第二變形稜鏡的材料的影響。
圖6示出了物體10和檢查系統90，檢查系統90包括照明模組91、收集光學元件92、偵測器80、影像處理器101、控制器100和記憶體模組102。
照明模組91可以包括：（i）包括第一變形稜鏡61和第二變形稜鏡62的一對變形稜鏡、（ii）諸如第一旋轉單元（RM）71和第二旋轉單元（RM）72的旋轉機構、（iii）直角稜鏡63、（iv）中繼單元64、（v）諸如環形（doughnut-shaped）鏡子65的分束單元、（vi）諸如望遠鏡66和另一個望遠鏡66'的一個或多個望遠鏡和（vii）物鏡20。
圖6還示出了轉塔75，轉塔75連接至多個望遠鏡並且可以被移動以便使用另一個望遠鏡替換一個望遠鏡。
物鏡和分束單元亦屬於收集光學元件92。
所述一對變形稜鏡被構造為（a）接收沿著第一光軸傳播的第一輻射束，和（b）非對稱地放大第一輻射束以提供沿著平行於第一光軸的第二光軸傳播的第二輻射束。
矩形稜鏡63被構造為接收第二輻射束，並且執行第二輻射束的側向移位（lateral shift）以提供第三輻射束。
旋轉機構被構造為旋轉第一變形稜鏡和第二變形稜鏡中的至少一個，從而改變第一輻射束的非對稱放大倍率。
中繼單元64、環形鏡子65、望遠鏡66和物鏡20（統稱為額外光學元件94）可以光學地操縱第三輻射束83以提供入射至物體10上的入射輻射束85。額外光學元件可以包含其他或更少的光學部件。
收集光學元件92被構造為接收反射輻射束86，並使反射輻射束86傳遞穿過收集光學元件92，以提供被偵測器80偵測的偵測輻射束87。收集光學元件92可以包含物鏡20、望遠鏡66和環形鏡子65。收集光學元件92可以包含其他或更少的光學部件。
反射輻射束86因使用入射輻射束85對物體進行照明而從物體10反射。
掃描器60被構造為在與圖6的平面不同的平面內掃描第一輻射束。例如，可以在與圖6的平面垂直的平面內掃描第一輻射束。
照明模組被構造為將在光瞳面（pupil plane）78中的第一輻射束的掃描轉化為入射輻射束85的掃描。在光瞳面78中的掃描被中繼至在望遠鏡的後焦平面79中的掃描。
影像處理器101被構造為處理物體10的圖像。所述圖像是由偵測器產生的偵測信號構成的。
記憶體模組102可以用於存儲物體10的圖像，檢查方案和類似資料。
控制器100被構造為控制檢查系統90的操作。
圖7示出了物體10和檢查系統90。
圖7的檢查系統與圖6的檢查系統的不同之處在於： a. 不包括第一旋轉單元71。 b. 不包括第二旋轉單元72。 c. 示出了連接在檢查系統的結構元件210和照明模組91之間的連接元件200。
連接元件200能夠將照明模組連接到結構元件210並且允許將照明模組與結構元件斷開。結構元件可以是側壁、桿、殼體、機架和類似元件。
檢查系統90可以與照明模組91一起操作，或可不與照明模組91一起操作。在某種意義上，照明模組是模組化模組，其可取決於被檢查物體、檢查配方和類似因素而被添加或移除。
先前示出的照明模組中的任何一個亦可以被視為模組化模組。
圖8示出了方法110的實例。
方法110可以開始於初始化步驟112。
初始化步驟112可以包括透過由旋轉機構旋轉一對變形稜鏡中的第一變形稜鏡和第二變形稜鏡中的至少一個來設定這一對變形稜鏡的非對稱放大倍率。若這對稜鏡已經被設定為提供期望的非對稱放大倍率，則不需要旋轉第一和第二變形稜鏡中的任一個。
初始化步驟112之後可以是掃描第一輻射束的步驟114。
步驟114之後可以是步驟116，步驟116使用第一輻射束對這一對變形稜鏡進行照明。第一輻射束沿著第一光軸傳播。
步驟116之後可以是步驟118，步驟118透過這一對變形稜鏡非對稱地放大第一輻射束，以提供沿平行於第一光軸的第二光軸傳播的第二輻射束。
步驟118之後可以是步驟120，步驟120透過直角稜鏡側向移位第二輻射束以提供第三輻射束。
步驟120之後可以是步驟122，步驟122光學操縱第三輻射束以提供入射至物體上的入射輻射束。
步驟122之後可以是步驟124，步驟124透過收集光學元件來收集來自物體的反射輻射束並將偵測輻射束提供給偵測器。
步驟124之後可以是步驟126，步驟126由偵測器產生偵測信號。偵測信號反映偵測輻射束。
步驟126之後可以是步驟128，步驟128從偵測信號重建物體的一個或多個區域的一個或多個圖像，並對一個或多個圖像進行影像處理。
影像處理可以在缺陷偵測處理期間、在審閱處理期間和/或在量測處理期間被執行。
物體可以是半導體晶圓、光刻掩模、太陽能電池板或包含微觀甚至是奈米級度量的結構元件的任何物體。
輻射可以是可見光、紫外線、極紫外線、深紫外線、近紅外線和類似輻射。
儘管以上已經論述了多個示例性態樣和實施方式，但是本領域技術人員將認識到某些修飾、置換、添加和上述的子組合。因此，所附申請專利範圍和下文介紹的請求項意欲被解釋為包括所有這種修飾、置換、添加和子組合，只要這些修飾、置換、添加和子組合在這些請求項的真實精神和範圍內。
儘管已經結合本發明的具體實施方式描述了本發明，但顯而易見的是，許多替代、修飾和變化對於本領域技術人員而言將是顯而易見的。因此，意欲涵蓋落入所附申請專利範圍的精神和廣泛範圍內的所有這些替代、修飾和變化。
應理解的是，為了清楚起見而在分開的實施方式的上下文中描述的本發明的某些特徵亦可以被組合提供在單個實施方式中。反之，為了簡潔起見而在單個實施方式的上下文中描述的本發明的各種特徵亦可以被分別提供或以任何合適的子組合來提供。
除非另外定義，否則本文使用的所有技術和科學術語具有與本發明所屬領域的普通技術人員所通常理解的相同的含義。儘管與本文描述的方法相似或等同的方法能用於實踐或測試本發明，但本文描述了合適的方法。
本領域技術人員將會理解，本發明不限於上文已經特別示出和描述的內容。相反，本發明的保護範圍由所附申請專利範圍界定，並且包含本領域技術人員在閱讀前述描述時將會想到的上文描述的各種特徵的組合和子組合兩者以及它們的變化和修改。儘管已經顯示和描述了本發明的優選實施方式，但是應該理解的是，可以使用各種替換物、替代物和等同物，並且本發明應該僅由申請專利範圍及其等同內容限定。
10‧‧‧物體11‧‧‧焦點20‧‧‧物鏡43‧‧‧入射輻射束44‧‧‧收集束45‧‧‧入射輻射束46‧‧‧收集束48‧‧‧阻擋區域49‧‧‧阻擋區域51‧‧‧輸入輻射束52‧‧‧楔形物53‧‧‧輸出輻射束60‧‧‧掃描器61‧‧‧第一變形稜鏡62‧‧‧第二變形稜鏡63‧‧‧直角稜鏡64‧‧‧中繼單元65‧‧‧環形鏡子66‧‧‧望遠鏡71‧‧‧第一旋轉單元72‧‧‧第二旋轉單元75‧‧‧轉塔78‧‧‧光瞳面79‧‧‧後焦平面80‧‧‧偵測器81‧‧‧第一輻射束82‧‧‧第二輻射束83‧‧‧第三輻射束85‧‧‧入射輻射束86‧‧‧反射輻射束87‧‧‧偵測輻射束88‧‧‧第一光軸89‧‧‧第二光軸90‧‧‧檢查系統91‧‧‧照明模組92‧‧‧收集光學元件94‧‧‧額外光學元件100‧‧‧控制器101‧‧‧影像處理器102‧‧‧記憶體模組110‧‧‧方法112‧‧‧步驟114‧‧‧步驟116‧‧‧步驟118‧‧‧步驟120‧‧‧步驟122‧‧‧步驟124‧‧‧步驟126‧‧‧步驟128‧‧‧步驟200‧‧‧連接元件210‧‧‧結構元件66'‧‧‧另一個望遠鏡
為了更好地理解本發明並且表示如何實施本發明，現在將單純以示例的方式參考所附附圖，所附附圖中相同的附圖標記始終表示對應的元件或部分。
現在將詳細地參考所附附圖，需要強調的是，示出的細節僅作為實例，並且僅用於對本發明的優選實施方式進行說明性論述的目的，並且是為了提供被相信是針對本發明的原理和概念方面的最有用和容易理解的描述而存在的。在這點上，並不試圖比基本理解本發明所需的內容更詳細地表示本發明的結構細節，結合附圖的描述使得本領域技術人員明白如何在實踐中可以體現本發明的各種形式。在所附附圖中：
圖1示出了收集和照明數值孔徑的示例;
圖2示出了收集和照明數值孔徑的示例;
圖3示出楔形物、輸入輻射束和輸出輻射束的示例；
圖4示出了照明模組的一部分的示例;
圖5示出了照明模組的一部分的示例;
圖6示出了檢查系統的示例；
圖7示出了檢查系統的示例；和
圖8示出了方法的實例。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10‧‧‧物體
20‧‧‧物鏡
60‧‧‧掃描器
61‧‧‧第一變形稜鏡
62‧‧‧第二變形稜鏡
63‧‧‧直角稜鏡
64‧‧‧中繼單元
65‧‧‧環形鏡子
66、66’‧‧‧望遠鏡
71‧‧‧第一旋轉單元(RM)
72‧‧‧第二旋轉單元(RM)
75‧‧‧轉塔
78‧‧‧光瞳面
79‧‧‧後焦平面
80‧‧‧偵測器
81‧‧‧第一輻射束
82‧‧‧第二輻射束
83‧‧‧第三輻射束
85‧‧‧入射輻射束
86‧‧‧反射輻射束
87‧‧‧偵測輻射束
90‧‧‧檢查系統
91‧‧‧照明模組
92‧‧‧收集光學元件
94‧‧‧額外光學元件
100‧‧‧控制器
101‧‧‧影像處理器
102‧‧‧記憶體模組

Claims (14)

  1. 一種照明模組，包括：一對變形稜鏡，該一對變形稜鏡包括一第一變形稜鏡和一第二變形稜鏡；其中該一對變形稜鏡被構造為(a)接收沿著一第一光軸傳播的一第一輻射束，和(b)非對稱地放大該第一輻射束以提供沿著一第二光軸傳播的一第二輻射束，該第二光軸平行於該第一光軸；一直角稜鏡，該直角稜鏡被構造為接收該第二輻射束並且執行該第二輻射束的一側向移位以提供一第三輻射束，其中該一對1形稜鏡被構造為在該第一輻射束和該第二輻射束之間引入一側向移位，並且其中由該直角稜鏡引入的該側向移位被構造為補償由該一對變形稜鏡引入的該側向移位；和一旋轉機構，該旋轉機構被構造為透過旋轉該第一變形稜鏡和該第二變形稜鏡中的至少一個來改變該一對變形稜鏡的一非對稱放大倍率。
  2. 如請求項1所述的照明模組，其中該旋轉機構包括一第一旋轉單元和一第二旋轉單元，該第一旋轉單元用於旋轉該第一變形稜鏡，該第二旋轉單元用於旋轉該第二變形稜鏡。
  3. 如請求項1所述的照明模組，包括一中繼透鏡、分束光學元件、一望遠鏡和一物鏡。
  4. 如請求項3所述的照明模組，包括用於掃描該第一輻射束的一掃描器；並且其中該照明模組被構造為將在一光瞳面處的該第一輻射束的一掃描中繼至在該望遠鏡的一後焦平面上的一掃描。
  5. 一種檢查系統，該檢查系統包括：一偵測器；收集光學元件；一照明模組，該照明模組能拆卸地連接到該檢查系統的一結構元件；多個望遠鏡，該多個望遠鏡由一轉塔保持，並位於該照明模組和一物體之間；其中該照明模組包括：一對變形稜鏡，該一對變形稜鏡包括一第一變形稜鏡和一第二變形稜鏡；其中該一對變形稜鏡被構造為(a)接收沿著一第一光軸傳播的一第一輻射束，和(b)非對稱地放大該第一輻射束以提供沿著一第二光軸傳播的一第二輻射束，該第二光軸平行於該第一光軸；一直角稜鏡，該直角稜鏡被構造為接收該第二輻射束並且執行該第二輻射束的一側向移位以提供一第三輻射束；和額外光學元件，該額外光學元件用於光學地操縱 該第三輻射束以提供一入射輻射束，該入射輻射束入射到該物體上；並且其中該收集光學元件被構造為朝向該偵測器引導一反射輻射束；其中該反射輻射束因使用該入射輻射束照明該物體而從該物體反射。
  6. 如請求項5所述的檢查系統，其中該照明模組包括一旋轉機構，該旋轉機構被構造為旋轉該第一變形稜鏡和該第二變形稜鏡中的至少一個，從而改變該一對變形稜鏡的一非對稱放大倍率。
  7. 如請求項6所述的檢查系統，其中該旋轉機構包括一第一旋轉單元和一第二旋轉單元，該第一旋轉單元用於旋轉該第一變形稜鏡，該第二旋轉單元用於旋轉該第二變形稜鏡。
  8. 如請求項5所述的檢查系統，包括用於掃描該第一輻射束的一掃描器；並且其中該照明模組被構造為將該第一輻射束的一掃描轉化成該入射輻射束的一掃描。
  9. 如請求項5所述的檢查系統，包括被構造為處理該物體的圖像的一影像處理器；並且其中該圖像是用由該偵測器產生的偵測信號構造的。
  10. 如請求項5所述的檢查系統，其中該一對變形稜鏡被構造為在該第一輻射束和該第二輻射束之 間引入一定的側向移位；並且其中由該直角稜鏡引入的該量測移位經構造以補償該一定的側向移位。
  11. 如請求項5所述的檢查系統，進一步包括用於掃描該第一輻射束的一掃描器；並且其中該照明模組被構造為將在一光瞳面處的該第一輻射束的一掃描中繼到在一望遠鏡的一後焦平面上的一掃描。
  12. 一種用於對一物體進行照明的方法，該方法包括以下步驟：透過由一旋轉機構旋轉一對變形稜鏡中的一第一變形稜鏡和一第二變形稜鏡中的至少一個，來設定該一對變形稜鏡的一非對稱放大倍率；使用一第一輻射束照明該一對變形稜鏡；其中該第一輻射束沿著一第一光軸傳播；透過該一對變形稜鏡在一個維度上非對稱地放大該第一輻射束，以提供沿一第二光軸傳播的一第二輻射束，該第二光軸平行於該第一光軸；和透過一直角稜鏡側向移位該第二輻射束以提供一第三輻射束，其中該一對變形稜鏡被構造為在該第一輻射束和該第二輻射束之間引入一側向移位，並且其中由該直角稜鏡引入的該側向移位被構造為補償由該一對變形稜鏡引入的該側向移位。
  13. 如請求項12所述的方法，其中該第三輻射 束沿著該第一光軸傳播。
  14. 如請求項12所述的方法，進一步包括以下步驟：透過一掃描器掃描該第一輻射束。
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