用于光學(xué)檢測的照射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請公開一種樣品的檢測裝置，包括：輻射源，用于導(dǎo)引光輻射到樣品的表面的區(qū)域上；多個圖像傳感器，被配置來接收從所述區(qū)域散射到不同的各角度范圍內(nèi)的輻射以形成所述區(qū)域的各圖像；圖像處理器，用于處理各圖像中的至少一個以檢測所述表面上的缺陷；匯聚光學(xué)裝置，包括：多個物鏡，分別與一個圖像傳感器關(guān)聯(lián)從而捕獲從所述表面散射的各自角度范圍內(nèi)的輻射并把捕獲的輻射傳送到所述一個圖像傳感器，其中物鏡具有各自的光軸，光軸以各自的傾斜角度與所述表面相交；多個傾斜校正單元，分別與物鏡關(guān)聯(lián)并且所述多個校正單元用于校準(zhǔn)各傾斜角度以產(chǎn)生實質(zhì)上無畸變的中間圖像；多個聚焦光學(xué)裝置，光學(xué)地連接以將中間圖像聚焦在所述圖像傳感器上。
【專利說明】用于光學(xué)檢測的照射系統(tǒng)
[0001]本申請是申請日為2003年09月08日、申請?zhí)枮?01110240143.6、發(fā)明名稱為“用于光學(xué)檢測的照射系統(tǒng)”的專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種光學(xué)檢測，特別地涉及一種用于如半導(dǎo)體晶圓片的固態(tài)表面檢測，以及固態(tài)表面上特征和缺陷檢測的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]在半導(dǎo)體設(shè)備制造中，光學(xué)檢測通常被用來檢測晶圓片表面的缺陷，如污染顆粒，劃傷以及材料層殘留物。上述缺陷能導(dǎo)致設(shè)備失效，從而切實影響生產(chǎn)收益。因此，在生產(chǎn)過程的不同階段中為確保清潔和質(zhì)量，需要對圖案化和未圖案化的晶圓片進(jìn)行仔細(xì)的檢測。
[0004]檢測半導(dǎo)體晶圓片的一個通常使用的方法是用一束激光掃描晶圓片表面，測量從每一光束入射點散射回來的光。這樣的一種基于暗場散射檢測的方法在美國專利6，366，690中由&等人提出，其闡述在這里被引用。311111211181^等人描述了一個基于光學(xué)檢測頭的晶圓片檢測系統(tǒng)。該光學(xué)檢測頭包括一個激光頭和許多由圍繞激光頭排列的光纖聚光器驅(qū)動的光傳感器。此光學(xué)頭被置于晶圓片上方，晶圓片被平移和旋轉(zhuǎn)來使光束可以掃描到整個表面。傳感器可檢測同時從該表面散射到不同角方向的光，并被光纖的位置確定。這樣，每次一個象素，沿螺旋路徑，整個晶圓片表面被掃描。
[0005]另一個在這里被引用的暗場晶圓片檢測系統(tǒng)是1虹'等人在美國專利6，271，916中所描述的。在此系統(tǒng)中，一激光束以法線方向射向晶圓片表面并沿螺旋路徑掃描表面。一個橢圓形鏡子被用來匯聚從表面散射出的遠(yuǎn)法線方向的激光射線。尤佳地，在第一個角范圍內(nèi)的散射光線被一個檢測器匯聚，而在第二個角度范圍內(nèi)的散射光線被另一個檢測器所匯聚。不同的檢測器信號被用來區(qū)分大缺陷和小缺陷。
[0006]—更進(jìn)一步的基于此方法的缺陷檢測系統(tǒng)是等在美國專利6，271，916中所描述的。其中，不同的寬/窄角度匯聚通道被采用。通過比較來自窄匯聚通道和寬匯聚通道的信號來區(qū)分微劃傷和顆粒。前向散射也可以被匯聚并用于此目的。散射強度也可以進(jìn)一步用具有單極化和多極化發(fā)射的順序照明來測量。
[0007](?皿叩等在6，392，793號美國專利中描述了一個具有高數(shù)值孔徑(嫩)的成像系統(tǒng)，其闡述被本發(fā)明所引用。該系統(tǒng)基于一個用于匯聚一定角度內(nèi)的反射、衍射、散射光線的反折射平面鏡和透鏡組。該系統(tǒng)有幾種應(yīng)用，包括用于暗場成像。
[0008]燈皿67等在5，909，276號美國專利中描述了一個用于檢測顆粒和缺陷的光學(xué)檢測模塊和方法，其闡述被本發(fā)明所引用。該模塊包括一個光源，其以入射余角照射待檢表面。一透鏡用于收集由表面缺陷引起的散射到光路外的非預(yù)期的反射光線。一個透鏡焦平面上的光電檢測器陣列來接收這些散射的光線。此陣列上的每一個象素對應(yīng)表面上的一個區(qū)域，而這些大量的象素就構(gòu)成了一個覆蓋整個表面的視場。
[0009]由于波束幅度的強自校正，光斑(81)6(^16)效應(yīng)在使用相干照射(⑶1161*6111:1111111111181:1011)的成像系統(tǒng)中是人所共知的。在基于等波幅激光照射的典型相干照射系統(tǒng)中，激光束被通過一個旋轉(zhuǎn)的擴散體，此擴散體減小了自校正，從而減小了相應(yīng)的光斑?？梢赃x擇地，激光束可以被通過一個不等長的光纖束，正如311職皿11121在6，249，381號美國專利中所描述的，其闡述被本發(fā)明所引用。可以在光路上設(shè)置兩束光纖來進(jìn)一步增強去光斑效果，如{(￡111)01等在美國專利申請發(fā)布…2002/0067478八1中所述。等被指定為本專利申請的受讓人，且他的闡述被本發(fā)明所引用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明的實施例提供了用于照射例如一個半導(dǎo)體晶圓片的樣品表面的改進(jìn)的方法和裝置，其使這樣的表面可以以高分辨率和高數(shù)據(jù)收集率被檢測。在這些實施例中，一個檢測系統(tǒng)包括一個用來照射待檢表面區(qū)域的高強度光發(fā)射源，典型為一脈沖激射束。一個或多個檢測器陣列被配置來接收表面區(qū)域的散射線并分別成像。
[0011]在本發(fā)明的一些實施例中，在脈沖激光射束入射到表面之前要進(jìn)行處理，以消弱通常由射束的相干性引起的光斑。在這些實施例中應(yīng)用的光斑消弱子系統(tǒng)在可以短至10！18的激光脈沖的持續(xù)時間內(nèi)，以新穎的方法得到了非常低的光斑對比(在樣品表面照射區(qū)域內(nèi)的亮度變化低至1%
[0012]在一些實施例中，光斑對比是通過使激光射束通過不同長度的光纖束而消弱的。其中的一個實施例中，光線束中包含不同長度的多模光纖。在另一個實施例中，可以端對端地連接兩束光纖。在獲得想要的光斑消弱程度的情況下，與使用單一光纖束相比，這樣的用法充分減少了每束光纖必需包含的光纖數(shù)量。
[0013]在另一個實施例中，光斑消弱子系統(tǒng)包含一個高速掃描器，通常以高速聲光變化器為基礎(chǔ)，它可以以足夠的速度掃描目標(biāo)平面(如樣品表面)上脈沖激光束的入射角度來獲得想要的光斑消弱程度。
[0014]在本發(fā)明的一些實施例中，激光源被配置為至少發(fā)射兩種不同波長的射線，這樣表面的散射特性可以同時用兩種波長來評估。用一個光學(xué)開關(guān)把激光射束導(dǎo)引至所述表面，不同波長的射束可以同時導(dǎo)引或單獨導(dǎo)引，以同樣的角度或不同的角度，入射到所述表面的同一區(qū)域。光學(xué)開關(guān)允許射束被以法線角度和傾斜角度聚焦在所述表面上。照射子系統(tǒng)對法線射束和傾斜射束進(jìn)行整形，使兩個射束照射在表面上的區(qū)域充分相同。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，產(chǎn)生光射線的裝置包括:
[0016]一個激光器，同時以多橫向振蕩模式工作來產(chǎn)生一個以第一個光斑對比為特點的輸入射束；以及
[0017]用于混合輸入射束的橫向振蕩模式的光學(xué)裝置，來產(chǎn)生具有遠(yuǎn)小于第一光斑對比的第二光斑對比的輸出射束。
[0018]在一個上述的實施例中，所述的光學(xué)裝置包括一個擴射器，和包括至少一束長度各自不同的多模光纖的光學(xué)裝置。通常，其中的激光器的特點在于射束發(fā)散率為I2，且其中的第二光斑對比小于第一光斑對比I2倍。用一個擴射器使激光的橫向振蕩模式變得不規(guī)則之后，激光射束的光斑對比被減小了 I2倍。經(jīng)過所述的光線束，光斑對比被進(jìn)一步減小了激光縱模數(shù)和光纖數(shù)中較小的一個數(shù)值的平方根倍。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進(jìn)一步提供出激光射束的光斑消弱裝置，包括:
[0020]一個光學(xué)掃描器，用于掃描目標(biāo)平面上的射束的入射角；以及
[0021]輸出光學(xué)裝置，用于引導(dǎo)從掃描器輸出的射束以使此射束照射到一個包括不同角度的范圍內(nèi)的單一目標(biāo)平面區(qū)域，以對射線進(jìn)行去相關(guān)。
[0022]通常，激光射線包含持續(xù)時間短于1 V 8的脈沖，且其中的光學(xué)掃描器用足夠的速度掃描射束來把所述區(qū)域上形成的光斑對比減小到小于10%。更佳地，光學(xué)掃描器用足夠的速度掃描射束來把所述區(qū)域上形成的光斑對比減小到小于1%左右。
[0023]在一些實施例中，所述的光學(xué)掃描器包含一個光電掃描器，其反射一部分發(fā)生衍射的激射束并掃描不同角度范圍內(nèi)的此部分反射過的射束。在其中的一個實施例中，所述的光電掃描器包含一個聲光變化器；以及一個驅(qū)動電路，其給變化器提供被頻率啁啾的脈沖來掃描反射的射束。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，另外提供一種樣品光學(xué)檢測裝置，包括:
[0025]一個檢測器組件，其被配置來捕獲某區(qū)域的圖像；
[0026]—個激光源，用于產(chǎn)生分別具有第一波長和第二波長的第一射束和第二射束；以及
[0027]一個照射模塊，用來導(dǎo)引第一射束和第二射束照射所述樣品的所述區(qū)域，照射模塊包含一個光學(xué)開關(guān)，可以同時獨立地控制第一射束和第二射束使每個射束以法線方向或傾斜方向照射所述區(qū)域。
[0028]在一個實施例中，所述的光學(xué)開關(guān)被配置來導(dǎo)引第一射束以法向方向入射到所述表面，而導(dǎo)引第二射束以傾斜方向入射到所述表面。通常地，所述的照射模塊包含中繼光學(xué)裝置，其用來導(dǎo)引傾斜入射到表面的射束以使第一射束和第二射束以充分相同的幾何輪廓照射到所述表面的所述區(qū)域。
[0029]另外地或可以選擇地，所述的照射模塊包含放大倍數(shù)可選的遠(yuǎn)心放大光學(xué)裝置，用它來在不移動激光源或照射模塊的其它組件的情況下改變激光源照射區(qū)域的尺寸。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，再提供一種產(chǎn)生光射線的方法，包含:
[0031]控制一個多橫向振蕩模式同時工作的激光器，來產(chǎn)生一個以第一個光斑對比為特點的輸入射束；以及
[0032]混合輸入射束的橫向振蕩模式來產(chǎn)生具有遠(yuǎn)小于第一光斑對比的第二光斑對比的輸出射束。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其進(jìn)一步提供一個激光射束的光斑消弱方法，包括:
[0034]光學(xué)地掃描一個充分固定的擴射器上的射束，以使射束以不同的角度通過擴射器以及
[0035]導(dǎo)引從擴射器出來的不同角度范圍內(nèi)的射束使其照射目標(biāo)表面的一個區(qū)域。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還提供一個樣品的光學(xué)檢測方法，包括:
[0037]產(chǎn)生分別具有不同的第一波長和第二波長的第一激光射束和第二激光射束；以及
[0038]利用一個光學(xué)開關(guān)導(dǎo)引第一射束和第二射束照射所述樣品的某區(qū)域，此光學(xué)開關(guān)可以同時獨立地控制第一射束和第二射束使每個射束以法線方向或傾斜方向照射所述區(qū)域；以及
[0039]捕獲從所述區(qū)域散射的射線來形成該區(qū)域的一個圖像。
[0040]為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1是描述本發(fā)明的一個實施例的光學(xué)檢測系統(tǒng)工作原理的方框圖。
[0042]圖2是本發(fā)明的一個實施例中的照射模塊的示意圖。
[0043]圖3八是本發(fā)明一個實施例的激光光斑消弱模塊的側(cè)視示意圖。
[0044]圖38是本發(fā)明另一個實施例的激光光斑消弱模塊的側(cè)視示意圖。
[0045]圖4是本發(fā)明一個實施例中用于照射模塊的光學(xué)放大和開關(guān)元件的側(cè)視示意圖。
[0046]圖5是本發(fā)明一個實施例中一個光學(xué)匯聚模塊的側(cè)視示意圖。
[0047]圖6是本發(fā)明個實施例中一個高嫩物鏡的光學(xué)示意圖。
[0048]圖7是本發(fā)明的另一個實施例中的光學(xué)匯聚模塊的側(cè)視示意圖。
[0049]圖8是本發(fā)明一個實施例中一個遠(yuǎn)焦中繼鏡和傾斜校正單元的光學(xué)示意圖。
[0050]圖9描述了本發(fā)明一個實施例中用于光學(xué)檢測系統(tǒng)的光學(xué)匯聚通道的示意圖。
[0051]圖10是本發(fā)明一個實施例中一個待檢半導(dǎo)體晶圓片的俯視圖，顯不了晶圓片表面上的成像區(qū)域。
[0052]圖11是本發(fā)明一個實施例中應(yīng)用于光學(xué)檢測系統(tǒng)的信號處理子系統(tǒng)的方框圖。
【具體實施方式】
[0053]請參閱圖1所示，是描述本發(fā)明的一個實施例的用于光學(xué)檢測半導(dǎo)體晶圓片22的系統(tǒng)20的方框圖。典型地，晶圓片22被用半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域內(nèi)通常的方法圖案化，且系統(tǒng)20應(yīng)用暗場光學(xué)技術(shù)來檢測晶圓片表面的缺陷。然而，可選擇地是，系統(tǒng)20的原理可以被應(yīng)用到未圖案化的晶圓片和檢測其它類型的樣品和表面，如掩模和中間掩模。進(jìn)一步地，盡管系統(tǒng)20用于暗場檢測，但本發(fā)明的一些方面可以應(yīng)用于明視場檢測，以及其它的照明、檢測和成像領(lǐng)域。
[0054]系統(tǒng)20包含一個照射模塊24，用脈沖激光射線照射樣品22的表面。典型地，模塊24可以同時或分時發(fā)射兩種或多種不同波長的激光射線。任何波長的激光射線可以被模塊24引導(dǎo)照射到晶圓片22，沿正常途徑或者如下所述間接地到達(dá)晶圓片表面。照射模塊可以發(fā)生可見光、紫外和/或紅外光。這里所用的“照射”(丨口皿丨!!社丨如)和“光射線”1-8(1181:1011)應(yīng)該被理解為任意或全部的可見光，紫外和紅外光。
[0055]從晶圓片散射的大角度范圍內(nèi)的光線被光學(xué)匯聚模塊26所收集。模塊26包含匯聚光學(xué)裝置28，它把晶圓片22的表面成像在多個相機30上。光學(xué)裝置28可以包含一個大數(shù)值孔徑(嫩)的物鏡或者許多單獨的物鏡，每個照相機一個。這些可選的光學(xué)配置，如相機30，將在后面描述。光學(xué)裝置28和相機30被合適地安置，以確保所有的相機都是給晶圓片表面的同一區(qū)域成像，如被照射模塊24照射的區(qū)域，這時每個相機捕獲不同角度范圍內(nèi)的散射線。每一個相機30包含一個兩維的檢測元件陣列，如業(yè)內(nèi)所知的冗0或(1103陣列。陣列中的每一個檢測元件對被照射模塊24照射區(qū)域的相應(yīng)的點成像。因此，基于不同相機30中的相應(yīng)的檢測元件產(chǎn)生的信號，在晶圓片上任意點的散射特性可以作為角度的函數(shù)被確定。
[0056]典型的相機30通過一個系統(tǒng)控制器32與照射模塊的激光脈沖同步，這樣每一個相機產(chǎn)生的圖象輸出幀與唯一的一個激光脈沖的散射線相對應(yīng)。每一個相機的輸出被接收、數(shù)字化并被圖像處理器34分析。在后面將詳細(xì)描述的典型的圖像處理器包含附屬的硬件信號處理電路和/或可編程數(shù)字信號處理器(0398)。諸如\-巧三維平臺36的機械掃描裝置以光柵形式平移晶圓片22，以使發(fā)射模塊24的每一束激光脈沖都照射晶圓片表面的不同區(qū)域，并與前一束脈沖照射的區(qū)域相鄰(通常也會有一小點重疊)。可選擇地或額外地，相對于晶圓片照射和匯聚模塊可以被掃描。
[0057]圖像處理器34處理每一幀相機30輸出的圖象以分析出可預(yù)示出晶圓片表面缺陷的圖像特點。此圖像特點被傳輸?shù)揭粋€主控計算機38，通常為一臺裝有相應(yīng)軟件的多用途計算機，它分析此特點并產(chǎn)生出待檢晶圓片的缺陷列表(或缺陷地圖)。
[0058]被模塊24照射并被相機30成像的區(qū)域可以使用整個晶圓片表面或表面特定區(qū)域上的平臺36來掃描。如果模塊24發(fā)生的脈沖足夠的短，例如充分少于1 V 8，平臺36就可以連續(xù)地移動晶圓片22而不會引起相機圖片明顯的模糊。典型的照射區(qū)域大約為2X1皿，盡管此區(qū)域可以被后面描述的照射模塊中的光學(xué)放大裝置放大或縮小。假定每一個相機30包含一個2000乂 1000的檢測單元陣列，映射到晶圓片表面上每一個象素的尺寸大概是IX 1 VIII。當(dāng)照射模塊24以每秒400個脈沖的重復(fù)率工作時，每一個相機30到圖像處理器34的數(shù)據(jù)輸出率將是800兆象素/秒(80011^618/86(3)。以這個速度，一個全部12”的半導(dǎo)體晶圓片可以在不到2分鐘內(nèi)以1 VIII的分辨率掃描完畢。需要理解的是，這些圖像分辨率，尺寸和速度的典型數(shù)據(jù)只是作為例子來引用，根據(jù)不同的系統(tǒng)速度和分辨率要求這些數(shù)據(jù)可以增大或減小。
[0059]控制器32也調(diào)整平臺36的2方向數(shù)值(高度)來維持相機30的合適的焦點在晶圓片表面上。可選或另外地，控制器可以調(diào)整相機的光學(xué)裝置來達(dá)到這個目的。進(jìn)一步可選或另外地，控制器可以命令圖像處理器34和主控計算機38校正不同相機30捕獲的圖像的比例和配準(zhǔn)偏差，從而對高度變化進(jìn)行補償。
[0060]為了校驗和調(diào)整焦距，控制32使用了一個自動聚焦照射器40和一個自動聚焦傳感器模塊42。照射器40通常包含一個激光器(未畫出)，如一個⑶二極管激光器，它以斜角發(fā)射出一個準(zhǔn)直射束到被模塊24照射的晶圓片表面區(qū)域上或其附近，在晶圓片表面上形成一個光斑。晶圓片22 2軸方向上相對于匯聚模塊26的變化將會導(dǎo)致光斑的水平位移。通常包含一個檢測陣列(也未畫出)的傳感器模塊42捕獲晶圓片表面上的光斑圖像。通過提供給控制器32 —個晶圓片表面相對匯聚模塊在2軸方向上的測量值，光斑的圖像被分析以檢測光斑的水平位移?？刂破黩?qū)動平臺36直到光斑處于預(yù)先校正過的參考點上，這標(biāo)志著聚焦正確。
[0061]照射器40發(fā)射的光束在到晶圓片表面的過程中可以通過匯聚光學(xué)裝置28，且傳感器模塊42同樣可捕獲通過匯聚光學(xué)裝置的表面光斑的圖像。這種情況下，照射器40的工作波長范圍就與照射模塊24的不同。因而，就可以用適當(dāng)?shù)臑V光器阻止自動聚焦光束進(jìn)入相機30，同時消除模塊24發(fā)出的脈沖光束對自動聚焦測量的干擾。
[0062]做為選擇，可以用其它的領(lǐng)域內(nèi)的自動聚焦方法。例如，可以使用電容性傳感器來確定和調(diào)整光學(xué)裝置和晶圓片表面間的垂直距離。
[0063]請參閱圖2所示，是本發(fā)明的一個實施例中的照射模塊的示意圖。激光頭50包含一個脈沖激光器，其被配置為發(fā)射單波長光或同時發(fā)射兩種波長的光。例如，激光頭可以包含一個如:孔？激光器，如？0811:1^6公司(108 6社08，制造的的
^0111^1011 15型激光器，它有內(nèi)部頻率轉(zhuǎn)換器，能使激光頭以基波的二次諧波(527=111)的頻率發(fā)射激光。同時可增加外部頻率轉(zhuǎn)換器來提供四次諧波(263=0)輸出。做為選擇，模塊24被配置為可同時發(fā)射3種或更多波長的激光，進(jìn)一步做為選擇或額外地，模塊24可提供一個波長可變的輸出。通常地，激光頭50被0開關(guān)來發(fā)射出短促、高強度的脈沖，如上所述的脈沖持續(xù)少于1 V “也可以少至10=8)。更佳的是，激光腔被配置為多橫軸模式，這樣有助于減小下面所述的晶圓片表面的干射光斑。
[0064]一個諧波分離模塊52把激光頭50發(fā)出的激光按不同波長分離成兩束光線。在一個實施例中，模塊52簡單地包含一個本領(lǐng)域熟知的雙色光束分離器。被分離的光束被下面詳述的光斑消弱模塊所處理，以消除干射光斑。可選的望遠(yuǎn)鏡56被用來擴展激光束以在晶圓片22表面上形成理想的照射區(qū)域。如圖所示，這些望遠(yuǎn)鏡可以被安放在一個旋轉(zhuǎn)的輪子上，以便于選擇合適的一個。盡管圖2中的實施例包含了與激光頭50輸出的不同波長光相配套的單獨的光斑消弱模塊和望遠(yuǎn)鏡，在其它的實施例中，諧波分離模塊可以被放置在光路的更下游，以使兩種波長的光束公用一個光斑消弱模塊和/或一套望遠(yuǎn)鏡。
[0065]被望遠(yuǎn)鏡56擴展過的輸出光束被準(zhǔn)直透鏡58傳送到可變光強濾光器60。這些可方便地安在旋轉(zhuǎn)濾光輪上的濾光器可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)兩束照射到晶圓片22上的光束的強度。偏光器62可以同樣地被旋轉(zhuǎn)來確定光束的偏振角度。選擇光束分離器64使每束光中可知的一小部分偏向能量計66。能量計提供每束光強度的測量值為圖像處理器34所用來校正每個脈沖光束的之間的能量差異，或者為激光頭50提供反饋控制。能量計66也可以用來為相機30提供同步輸入，下面有述。
[0066]—個包含中繼鏡68的光學(xué)開關(guān)模塊70可以控制每一個波長的光束的射束路徑，使其以法線方向或斜角方向入射到晶圓片22上。后面會詳述的開關(guān)模塊70為法線輸出光學(xué)裝置72和斜角輸出光學(xué)裝置74提供入射光束。斜角輸出光學(xué)裝置74通常被配置成以和表面成大約5°和50°之間的角度來照射晶圓片表面，盡管更大和更小的角度也是可能的。光學(xué)裝置72和74通常的數(shù)值孔徑(嫩)范圍為大約0.01到0.2。開關(guān)模塊也可以被設(shè)置來阻止其中一種波長的光，使只有一種波長的光入射至晶圓片表面(法線方向或斜角方向當(dāng)同時使用兩種波長的光時，可以在一種波長的光路中(實施例中為斜角光束)引入包含合適透鏡的色度補償元件76，以使法線光束和斜角光束以充分相同的幾何外形照射晶圓片表面的同一區(qū)域。
[0067]請參閱圖3八所示，是本發(fā)明一個實施例中光斑消弱模塊54的側(cè)視圖。如圖所示，該模塊可以被應(yīng)用于其中一種波長，也可以兩種波長都應(yīng)用，只要根據(jù)兩種波長正確設(shè)計模塊中的光學(xué)元件。
[0068]如上所述，在領(lǐng)域內(nèi)共知的相干照射系統(tǒng)中，基于連續(xù)波(⑶)的激光射束通過一個旋轉(zhuǎn)擴射器，就減小了自相關(guān)和相應(yīng)的光斑對比。但是在系統(tǒng)20中，激光頭50發(fā)射的激光脈沖持續(xù)的時間太短，使這個傳統(tǒng)的辦法失效了，因為如果要充分的減小光斑對比該擴射器必須以不切實際的高速度旋轉(zhuǎn)。
[0069]因此，在圖3八所示模塊54的實施例中，驅(qū)動一個聲光變換器82高速地掃描目標(biāo)平面84上激光束的入射角。這樣的高速掃描使光束在激光脈沖的持續(xù)時間內(nèi)以足夠的角度范圍入射到目標(biāo)平面上(即晶圓片上)來充分地消弱光斑對比。從激光頭50輸入模塊54的光束通常被一個圓柱形的光束擴射器86所擴散。與激光脈沖同步的驅(qū)動器88驅(qū)動變換器82使一部分激光束發(fā)生衍射。驅(qū)動器88產(chǎn)生被頻率啁啾的驅(qū)動電信號，驅(qū)動變換器82使在激光脈沖持續(xù)時間內(nèi)發(fā)生變化的角度內(nèi)的激光束的一階光束(打!"# 01X161090發(fā)生衍射。一個圖像透鏡97使一階光束90成像在目標(biāo)平面84上。位于透鏡97的傅立葉平面上的控光裝置94阻止了光束中不發(fā)生偏離的零階光束(況抓01X1610。另外，為提高效率(模塊54輸出的強度與輸入強度對比)，可以增加第二個聲光變換器來同時掃描零階光束。
[0070]做為驅(qū)動器88采用頻率線性調(diào)制的結(jié)果，發(fā)生衍射的一階光束在目標(biāo)平面84上的入射角在激光脈沖期間迅速地變化。對于一個給定的調(diào)制帶寬八？和掃描時間1(等于激光脈沖持續(xù)時間)，聲光掃描的可辨點數(shù)⑶即)大概為八打。換句話說，激光束被分解為見?？個不相干的不同角度成分。例如，給定一個持續(xù)時間為100 — 300118的激光脈沖，在400到8001112范圍內(nèi)的線性調(diào)制帶寬八？將減小射束光斑到輸入射束光斑的6-16%。輸出中會保留輸入激光束的偏振。
[0071]做為進(jìn)一步的可選項，可以用領(lǐng)域內(nèi)共知的其它類型的高速掃描器代替變換器，如旋鏡掃描器。然而，光斑的消弱程度依賴于掃描器的旋轉(zhuǎn)速度。
[0072]請參閱圖38所示，是本發(fā)明另一個實施例中光斑消弱模塊54的側(cè)視圖。這個實施例使用光纖束100和102來把光束從激光器頭50傳送到望遠(yuǎn)鏡56。做為選擇地，可以只使用一個光纖束，如以后所述。通常，光纖束100和102包含石英和其它的紫外半透明光纖。
[0073]光纖束100和102中的每一條光纖的長度都不同，因此就產(chǎn)生了 ~種不同的被擴射器104混合在一起的斑紋圖樣。因此，輸出到望遠(yuǎn)鏡56的光束中的光斑對比的減弱系數(shù)為#72。如果在模塊54中使用單一的本領(lǐng)域內(nèi)共知的單模光纖束，減小光斑對比到1%將需要10，000根不同長度的光纖。這個方法實現(xiàn)起來成本很高且有難度。為此，這里使用兩個端到端連接的光纖束100和102，產(chǎn)生~ = II X?。?！個不同的斑紋圖樣，這里和!II分別代表光纖束100和102中單根光纖的數(shù)目。因此，如果光纖束100和102各有100根光纖，就可以實現(xiàn)減弱輸出對比到1%的目的。另外，通過使用一束后面描述的多模光纖，就能以更低的實際難度得到更好的光斑消弱效果。
[0074]—個輸入耦合器108把來自激光器50并通過擴射器104的光束聚焦到光纖束100。任何合適的散射元件都可以用于此目的，如本領(lǐng)域共知的顯微鏡陣列或攪模器。假定激光束的相干長度為11^，光纖束100包含100根按1 一 21^步長均勻分度的光纖。一個傅立葉透鏡110把光纖束100的輸出光束聚焦到光纖束102，以使100中每根光纖的輸出充分的分布在102的所有光纖中。102中的光纖也按長度均勻分度。一個輸出耦合器112把從102中輸出的光束匯聚到望遠(yuǎn)鏡56。盡管圖中所示的耦合器108和112以及傅立葉透鏡110是簡單的透鏡，在實際中耦合器和傅立葉透鏡可以包含多單元，遠(yuǎn)心的光學(xué)裝置?；诙说蕉斯饫w束的光斑消弱系統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)見上面提到的美國專利申請公報舊2002/0067478 八1
[0075]在另外的一個實施例中，模塊54可包含一個圖中未顯不出的多模光纖束。除了傅立葉透鏡110和光纖束102被移除之外，這個實施例在結(jié)構(gòu)上與圖38所示的相似。這在激光器50產(chǎn)生多個橫向振蕩模式時非常有用。光纖束100中的每一根多模光纖都支持多種傳播波形，并且通過光纖的光學(xué)距離不同。
【發(fā)明者】發(fā)現(xiàn)使用一到兩百根多模光纖(取決于光纖的直徑、數(shù)值孔徑以及長度)與多模激光同時作用，能夠產(chǎn)生10，000個不同的斑紋圖樣以減弱輸出對比到1%。然而，多模光纖的使用破壞了輸入光束偏振。
[0076]發(fā)射多模激光的橫向振蕩模式的數(shù)量大概用可以確定，這里12是在X和V方向上多模激光束相對于相同射束直徑的單模激光的角偏差率。例如1/= 30的激光將產(chǎn)生大約1000各不同的橫向振蕩模式。每一個橫向振蕩模式是自相干的(在激光的相干長度內(nèi))，但和其它的橫向振蕩模式在空間上卻是不重疊和不相干的。利用使光束一個擴散器把這些橫向振蕩模式混合起來，即使在沒有光纖束的情況下也可以減少光斑對比
倍，在此例中為30倍。另外，激光束可以通過擴射器被傅立葉透鏡聚焦到長度不同的多模光纖束中，如前所述。在此這種情況下，光斑消弱模塊54把激光的橫向振蕩模式和縱向模式結(jié)合起來，得到的光斑對比消弱率為(匪這里?使光纖束中光纖的條數(shù)。對于?=100且(=1/= 10，光斑對比就被消弱到原來的1%。
[0077]可選擇地或附加地，光斑消弱模塊54可以應(yīng)用其它的本領(lǐng)域內(nèi)熟知的消斑方法。模塊54也可以用于使激光束均質(zhì)化(11011108611121118)，以使光束區(qū)域即晶圓片22表面上的照射區(qū)域內(nèi)的剖面強度充分相同。
[0078]圖4是本發(fā)明一實施例中照射模塊24的詳細(xì)成分的側(cè)視圖。此實施例中某些方面和圖2中的實施例不同，而圖2中別的部分在這里被簡化省略。本領(lǐng)域內(nèi)的熟手能夠明白，圖2和圖4中成分及特點的其它不同的組合也可以用在系統(tǒng)20中。
[0079]在圖4所示的實施例中，一個包含不同放大倍數(shù)望遠(yuǎn)鏡56的望遠(yuǎn)鏡組件120被用于激光頭50兩個不同波長的輸出。另外如圖2中所示，也可以每個波長的輸出各使用一個單獨的望遠(yuǎn)鏡56。通常，望遠(yuǎn)鏡56包含遠(yuǎn)心的?！昂绻鈱W(xué)裝置，以使物平面124(在光斑消弱模塊54的輸出處)上的每一點能照射到望遠(yuǎn)鏡后的傅立葉平面上的所有點。所有的望遠(yuǎn)鏡56都具有相同的焦平面，以使物平面124和傅立葉平面126在組件120的放大倍數(shù)改變時不會移動。望遠(yuǎn)鏡同時被色彩校正，以使它們在兩種激光波長下具有相同的焦平面。望遠(yuǎn)鏡可以安放在一個轉(zhuǎn)輪122上，便于在控制器32的控制下調(diào)整放大倍數(shù)。
[0080]一個雙色光束分離器128在實施例中代替了圖2中的諧波分離模塊52。光束分離器128把一種波長的光傳送到第一個光路130，把另一種波長的光傳送到第二個光路132。每個光路中都包括如上所述的一個濾光器60和一個偏光器62。一個光學(xué)開關(guān)134決定哪一種波長的光被傳送到法線光學(xué)裝置72，哪一種被傳遞到斜角光學(xué)裝置74。光學(xué)開關(guān)134包含一個旋轉(zhuǎn)鏡136，它可以被放置在兩套裝置的任意一套上，標(biāo)號為1363和136匕當(dāng)旋轉(zhuǎn)鏡放在136八時，它使光路132中的光偏轉(zhuǎn)到斜角光學(xué)裝置74中，同時允許光路130中的光通過它到法線光學(xué)裝置72中。切換開關(guān)134中的旋轉(zhuǎn)鏡到1361可使光路132中的光通過它到法線光學(xué)裝置72中，同時使光路130中的光偏轉(zhuǎn)到斜角光學(xué)裝置74中。開關(guān)134可以進(jìn)一步設(shè)置成把光路130和132中的光一同傳送到法線光學(xué)裝置72或斜角光學(xué)裝置74中。一個雙色光合成器把一或兩個光路中的光按需要導(dǎo)引至法線通道。開光134也可以包含一個光束障礙(未畫出)，當(dāng)只需要一種波長的光照射晶圓片22時阻斷光路130或 132。
[0081]法線和斜角光學(xué)裝置72和74包含中繼鏡140，用來把激光束傳遞到晶圓片22上需要的區(qū)域。另外，斜角光學(xué)裝置74包含一個旋轉(zhuǎn)鏡142，它以合適的斜角把激光束導(dǎo)引至表面。通常，72和74是非成像光學(xué)裝置，調(diào)整它們使法線光束和斜角光束照射在晶圓片表面上的區(qū)域充分相同。(例如，可以調(diào)整斜角光學(xué)裝置74來使激光束離軸通過，以補償入射斜角由相機30成像的晶圓片上的區(qū)域可發(fā)生變化且在一些情況下可以是矩形而不是正方形，如后面有述。因此，中繼鏡140可以包含如一個或多個柱面透鏡的變形元件，以使激光束照射的區(qū)域與相機30成像的區(qū)域相匹配。
[0082]請參閱圖5所示，是本發(fā)明一實施例中的匯聚模塊26的側(cè)視圖。在這個實施例和圖1所示實施例中，模塊26都包含5個相機30?？蛇x擇地，模塊26可以包含更多或更少的相機，通常為10個。上面提到，所有的相機對來自晶圓片22表面上公共區(qū)域148的散射線成像，但是每個相機被配置為匯聚光軸角度不同的射線(如不同的仰角和/或方位角)。盡管系統(tǒng)20主要用于暗場檢測，但有法線入射或斜角入射光束的配合，一個或者多個相機30也可以用于明視場檢測。
[0083]—個物鏡150匯聚并校準(zhǔn)從區(qū)域148散射的光線。為了匯聚低仰角的散射線，物鏡150最好具有較高的嫩，高至0.95尤佳。下面的圖6中描述了一個使用了多個折射元件的物鏡150的設(shè)計實例。另外，物鏡150可以包含反射元件或反折射元件，這在上面提到的6，392，793號美國專利中有述。如圖5所示，每一個相機30被定位，以接收物鏡150匯聚的特定角度部分的光。
[0084]每一個相機30用一個帶通濾光器152 0^11(11)2188選擇要接收的波長范圍。也可以使用雙色光束分離器做為濾光器152，使一個相機30接收沿給定角度的一種波長的散射光線，而另一個相機接收沿相同角度的另一種波長的散射光線。進(jìn)一步可選擇地，可以選擇濾光器152使另一個波長范圍內(nèi)的射線通過，如晶圓片發(fā)熒光的波段。例如，當(dāng)有機材料如感光樹脂被26611111的光照射時，它們會在40011111的范圍內(nèi)發(fā)熒光。因此，設(shè)置濾光器152允許40011111波段內(nèi)的光通過，就可用相機30來檢測有機材料上的缺陷或殘余物。
[0085]通過阻止某些范圍內(nèi)校準(zhǔn)過的散射光，一個空間濾光器154可以被用來限制每個相機30的匯聚角度?？臻g濾光器在消除圖案化晶圓片上重復(fù)特征的背景衍射方面尤其有用。為本領(lǐng)域所熟知的，為增強系統(tǒng)20對于實際缺陷的靈敏度，空間濾光器可以根據(jù)晶圓片表面特征衍射圖來進(jìn)行選擇。用于此目的的空間濾光器已經(jīng)在2002年1月15日提交的美國專利申請10/050,890中被描述。該申請與本專利申請的受讓人相同，它的闡述被本申請所引用。對應(yīng)于不同類型晶圓片圖案的衍射紋，該專利申請描述了一個制造合適的空間濾光器的方法。此方法可以應(yīng)用在模塊26的濾光器154中。另外為領(lǐng)域內(nèi)所熟知的，空間濾光器154可以包含固定圖形。
[0086]—個旋轉(zhuǎn)偏振器156被應(yīng)用在光路中來選擇將被相機30接收的散射光線的偏振方向。偏振器很有用，例如它通過消除粗糙和/或高反射的晶圓片表面結(jié)構(gòu)引起的背景散射可以提高檢測靈敏度?？蛇x擇地，偏振器156被實現(xiàn)為一光束偏振分離器，它使兩個相機30接收沿給定角度的正交偏振的散射光線。
[0087]進(jìn)一步可選擇地(圖中未顯示)，光路中可以包含一個光束分離器，它把沿一定匯聚角度的散射光分給兩個或多個不同的相機30。光束分離器可以用來實現(xiàn)前面所述的波長分離，或按預(yù)先設(shè)定的比例把同波長的光分給兩個或更多的相機。在到不同相機的光路中，可以在光束分離器后面應(yīng)用不同的空間濾光器154，來濾除對應(yīng)于不同類型晶圓片圖案的衍射紋。進(jìn)一步可選擇地，光束分離器可以按不同比例把一定角度的光分給兩個或多個相機，如按100:1的比例。這樣就有效的增加了系統(tǒng)20的動態(tài)范圍，因為在散射光線很強的區(qū)域，接收較大部分散射光線的相機已經(jīng)飽和，但接收較小部分散射光線的相機還可以產(chǎn)生有意義的圖像數(shù)據(jù)。這樣的安排在2002年1月5日提交的美國專利申請10/050，889中有描述，該申請與本專利申請的受讓人相同，它的闡述被本申請所引用。
[0088]聚焦透鏡158把經(jīng)過匯聚和濾波的光聚焦到相機30上。透鏡158可以手動或由傳動系統(tǒng)調(diào)節(jié)?？勺兊姆糯箸R160用來調(diào)節(jié)相機接收的圖像的尺寸。另外，每個相機前的透鏡158和放大鏡160的功能可以用一個光學(xué)單元實現(xiàn)。放大鏡決定了相機30捕獲圖像的分辨率，即與相機輸出圖像的每一個象素相對應(yīng)的晶圓片表面區(qū)域的尺寸。放大鏡160通常與照射模塊24中的望遠(yuǎn)鏡56協(xié)同工作，因此照射區(qū)域的大小與被相機成像的區(qū)域的大小基本相同。
[0089]每一個相機30包含一個圖像增強器162，它的光電陰極在聚焦透鏡和放大鏡的像平面上。任意合適類型的圖像增強管都可以用于此目的，包括第一代和第二代，如1?腦腦 1:811 ？1101:011108 1(.1(.生產(chǎn)的 06654 圖像增強器。在激光頭50通常的每秒1000次脈沖的重復(fù)頻率下，為了在系統(tǒng)20要求的環(huán)境中提供最佳的成像，圖像增強器162最好具有高帶寬和高分辨率，門控操作，大電流和低熒光存儲器。圖像增強器的可用直徑至少為18臟，直徑為25 — 40111111效果更好。
[0090]圖像增強器162的輸出被中繼光學(xué)裝置164聚焦在一個圖像傳感器166上。中繼光學(xué)裝置可以包含直接連接到圖像傳感器芯片的中繼透鏡或光纖顯象管。圖像傳感器166包含一個檢測單元的二維矩陣，如或0103陣列。例如，圖像傳感器可以包含一個0103數(shù)字圖像傳感器，如11(31011 1601111010^7 1110- (00186, 10^0)公司生產(chǎn)的11-爾13。這個傳感器具有1280X 1025個象素，12 V0的水平和垂直間距，以及每秒500全幀的幀頻。
[0091]與只使用圖像傳感器166而不用圖像增強器的相機相比，在相機30中使用圖像增強器162充分增強了相機的靈敏度。增強器可門控，并與來自照射模塊24的光脈沖同步，以增強相機的靈敏度和進(jìn)一步降低噪聲電平。通常，增強器162要根據(jù)照射模塊發(fā)出的波長選擇高量子效率的光電陰極，而增強器的熒光體要發(fā)射圖像傳感器166敏感度高的不同波長范圍的光。因此，圖像增強器除了放大入射光以外，還有助于把散射自晶圓片22的紫外線和藍(lán)色光轉(zhuǎn)化為硅圖像傳感器更敏感的綠光或紅光。另外，增強器162有低通空間濾光器的作用，有利于平滑散射光線中的可引起傳感器166輸出圖像失真的高頻成分。
[0092]受傳感器166分辨率的影響，增強器162最好具有高分辨率。例如，要充分利用上面提到的靈13傳感器的分辨率，增強器162應(yīng)該提供1640個沿對角線的清晰象素。這個分辨率標(biāo)準(zhǔn)也可以用調(diào)制傳遞函數(shù)也表現(xiàn)，一個33線對/毫米的測試圖像的II？為30%。一般地，由于在圖像增強管內(nèi)的反射，相機捕獲圖像中的亮點能導(dǎo)致亮環(huán)(匕匕仏11810)的形成，這會影響到圖像的分辨率。增強器162最好能抑制這種反射，使在任何情況下亮環(huán)直徑不超過0.2皿。進(jìn)一步地，為更充分利用傳感器166的分辨率，增強器162應(yīng)該具備高最大輸出亮度(108)的線性品質(zhì)，通常到600⑶/⑽2的水平。
[0093]圖6是本發(fā)明一個實施例中的物鏡150的詳細(xì)光學(xué)示意圖。在此實施例中，物鏡150包含十個元件，全部由熔融石英制成(折射率1.499679),參數(shù)見下面列表。每個元件的第一表面是指更接近物平面(在圖的右邊)的表面，且曲率中心位于右側(cè)的表面的曲率半徑為正。
[0094]透鏡170
[0095]第一表面曲率:一 554.32
[0096]距物平面距離:0.10
[0097]厚度:28.92
[0098]第二表面曲率:38.23
[0099]透鏡172
[0100]第一表面曲率:22.17
[0101]距透鏡172第二表面距離:14.35
[0102]厚度:42.86
[0103]第二表面曲率:59.97
[0104]透鏡174
[0105]第一表面曲率:116.11
[0106]距透鏡172第二表面距離:0.10
[0107]厚度:28.99
[0108]第二表面曲率:90.24
[0109]透鏡176
[0110]第一表面曲率:233.96
[0111]距透鏡174第二表面距離:0.105
[0112]厚度:10.00
[0113]第二表面曲率:578.50
[0114]透鏡178
[0115]第一表面曲率:260.16
[0116]距透鏡176第二表面距離:15.94
[0117]厚度:53.07
[0118]第二表面曲率:136.10
[0119]透鏡1洲
[0120]第一表面曲率:446.16
[0121]距透鏡178第二表面距離:0.10
[0122]厚度:10.00
[0123]第二表面曲率:-2850.63
[0124]透鏡182
[0125]第一表面曲率:437.81
[0126]距透鏡180第二表面距離:34.11
[0127]厚度:28.54
[0128]第二表面曲率:294.90
[0129]透鏡184
[0130]第一表面曲率:701.43
[0131]距透鏡182第二表面距離:0.10
[0132]厚度:10.00
[0133]第二表面曲率:-4117.15
[0134]透鏡186
[0135]第一表面曲率:1275.43
[0136]距透鏡184第二表面距離:21.78
[0137]厚度:48.42
[0138]第二表面曲率:395.84
[0139]透鏡188
[0140]第一表面曲率:一11047.73
[0141]距透鏡186第二表面距離:0.10
[0142]厚度:132.30
[0143]第二表面曲率:313.99
[0144]圖6所示的物鏡150的數(shù)據(jù)孔徑嫩=0.95.
[0145]圖7是本發(fā)明的另一個實施例中的光學(xué)匯聚模塊26的側(cè)視示意圖。在這里，模塊26包含多個單獨的成像通道，每一個成像通道都有各自的匯聚光學(xué)裝置，而不是圖5和圖6中共用一個物鏡。通道190用來匯聚以各自不同角度從晶圓片22散射的光線。每個通道包含一個遠(yuǎn)焦中繼鏡192和一個傾斜校正單元(1⑶)194作為物鏡，它們形成了晶圓片表面的中間圖像。一個倍數(shù)可調(diào)的放大模塊(161)198把中間圖像聚焦在相機30的入射面上。如上面所述，系統(tǒng)20中相機的入射面通常為相機中的圖像增強器的光電陰極平面。
[0146]遠(yuǎn)焦中繼鏡192和傾斜校正單元(1⑶)194用來解決傾斜表面成像的兩個問題:
[0147]1.從表面上的點到物鏡入射光瞳的物距在物鏡視場內(nèi)會變化。
[0148]2.由于表面相對于物鏡光軸是傾斜的，物鏡的形成的中間圖像也是傾斜和彎曲的。遠(yuǎn)焦中繼鏡和傾斜校正單元(1⑶)解決了這些問題，使得盡管通道190捕獲圖像的角度不同，但所有通道190的中間圖像196都是晶圓片表面同一區(qū)域148的平的，無畸變的圖像，這一點會在后面詳述。同樣的光學(xué)設(shè)計可以用在所有不同視角的遠(yuǎn)焦中繼鏡192和所有放大模塊198中。根據(jù)物平面相對于光軸的傾斜仰角的不同，以各通道190視角的仰角為函數(shù)的1^194的設(shè)計也不同。
[0149]圖8是本發(fā)明一實施例中一個遠(yuǎn)焦中繼鏡和傾斜校正單元的詳細(xì)光學(xué)示意圖；盡管存在物平面的傾斜，但由于遠(yuǎn)焦中繼鏡屬于等大遠(yuǎn)心設(shè)計，所以不產(chǎn)生梯形失真且對區(qū)域148圖像的放大相同。遠(yuǎn)焦中繼鏡光學(xué)對稱于它的光瞳214，且包含下面列出參數(shù)(以!11111為單位)的元件(圖中從左到右)。每個元件的第一表面是指更接近物平面(圖中左側(cè))的表面，且曲率中心位于右側(cè)的表面的曲率半徑為正。
[0150]透鏡200
[0151]第一表面曲率:-29.53；
[0152]距物面距離:60.48；
[0153]厚度:9.99；
[0154]第二表面曲率:一 36.37。
[0155]透鏡202
[0156]第一表面曲率:469.41 ；
[0157]距透鏡200第二表面面距離:32.98 ；
[0158]厚度:14.85；
[0159]第二表面曲率:一 100.00
[0160]透鏡204
[0161]第一表面曲率:-69.56 ；
[0162]距透鏡202第二表面面距離:36.50 ；
[0163]厚度:4.41；
[0164]第二表面曲率:-76.35
[0165]透鏡206
[0166]第一表面曲率:61.15 ；
[0167]距透鏡204第二表面面距離:10.20 ；
[0168]厚度:11.78；
[0169]第二表面曲率:一 345.29
[0170]透鏡208
[0171]第一表面曲率:-89.45；
[0172]距透鏡206第二表面面距離:4.72 ；
[0173]厚度:5.50；
[0174]第二表面曲率:54.75
[0175]透鏡210
[0176]第一表面曲率:255.13 ；
[0177]距透鏡208第二表面面距離:38.23 ；
[0178]厚度:18.21；
[0179]第二表面曲率:一 63.34
[0180]透鏡212
[0181]第一表面曲率:-60.74 ；
[0182]距透鏡210第二表面面距離:41.26 ；
[0183]厚度:19.39；
[0184]第二表面曲率:一 165.26
[0185]透鏡212的第二表面與光瞳214之間的距離是20.00臟。光瞳右側(cè)的元件與上面描述的元件相同，只是方向相反。
[0186]圖8所示的遠(yuǎn)焦中繼鏡192的嫩取決于波長在0.25與0.3之間?？臻g濾光器154和偏光器156 (最好還有一個波長過濾器)可以插在位于光瞳214處的中繼鏡192的傅立葉平面上，如圖所示。
[0187]I⑶194包含一個棱鏡216，其入射面218大體上平行于遠(yuǎn)焦中繼鏡192的像平面。(上面提到的，此像平面相對于中繼鏡光軸的角度等于如晶圓片22表面的物平面相對于光軸的角度。在此例中，物平面和像平面相對光軸的傾斜角度為60。中繼鏡192輸出的光線的折射產(chǎn)生了中間圖像196做為假象圖像，它可以大體平行于棱鏡216的出射面220。在本實施例中，中繼鏡192的光軸和晶圓片的法線成60。角，棱鏡216的面218和面220的頂角為46.56。?？梢钥闯?，作為中繼鏡192相對于晶圓片表面的傾斜角的函數(shù)，棱鏡角和方位將會發(fā)生變化。
[0188]為了補償棱鏡216引入的偽彗差，I⑶194包含一對參數(shù)熔融石英柱面透鏡222和224，參數(shù)如下(單位:111111):
[0189]透鏡222(平凹的)
[0190]第一表面曲率:平的
[0191]距透鏡200(中繼鏡192的最后一個透鏡)第二表面距離:18.51
[0192]厚度:13.78
[0193]第二表面曲率:92.90
[0194]離心距:5.65
[0195]傾斜角度:-4.93。(相對于中繼鏡192光軸)
[0196]透鏡224(平凸的)
[0197]第一表面曲率:平的
[0198]距透鏡200第二表面距離:39.27
[0199]厚度:11.38
[0200]第二表面曲率:-103.17
[0201]離心距:-15.39
[0202]傾斜角度:-16.77。
[0203]在此配置中，棱鏡216的面218距透鏡200的第二表面71.27臟，離心距-3.84臟，傾斜角度:-69.69。
[0204]圖9是本發(fā)明實施例中一個成像通道190的側(cè)視圖，顯示了光學(xué)裝置和相機30的機械設(shè)計。在此實施例中，為了機械上方便，遠(yuǎn)焦中繼鏡包括一個旋轉(zhuǎn)鏡(未畫出)，它把中繼鏡的光軸彎曲成圖中所示。然而在機能上，中繼鏡192以上面所述的方式工作。中繼鏡192的中心根據(jù)需要裝有容納偏光器156的濾光單元230，波長濾光器152(未畫出)以及空間濾光器154。
[0205]與圖5相比，在此實施例中聚焦透鏡158和放大模塊198的位置被顛倒了，但是它們的功能實質(zhì)上是一樣的。模塊198包含多個放大倍數(shù)不同的透鏡，它們可以通過旋轉(zhuǎn)圖4中的望遠(yuǎn)鏡組件來選擇。假定增強器162的分辨率為15 而相機30要以0.5 —4^！11之間的分辨率(從物平面處測量)對晶圓片表面成像，模塊198應(yīng)該提供的放大倍數(shù)大概在4乂到32乂之間。放大模塊198應(yīng)該可以在常用物鏡和備用物鏡之間進(jìn)行選擇，以滿足防大倍數(shù)的需要，如本例。
[0206]圖10是本發(fā)明一實施例中一個晶圓片的頂視圖，顯示了被系統(tǒng)20掃描過的圖像236的圖案。晶圓片22被分成領(lǐng)域內(nèi)所知的芯片232。平臺36(圖1)按圖10中箭頭234的方向以光柵圖掃描晶圓片22?？蛇x擇地，連續(xù)掃描線可以在相反的方向上來回移動。在這個例子中，相機30首先在光柵的一條掃描線上捕獲芯片八’ 8’ ，…，的圖像236，然后在后面的一條掃面線上捕獲、8,(:,…，的圖像。在每條掃描線中，四個貼有標(biāo)簽和(1的鄰近連續(xù)的圖像236，在寬度上覆蓋了每個芯片。通常，選擇光柵圖使連續(xù)的掃描線可以充分覆蓋晶圓片22的整個表面。但是為了描述清晰，圖10僅僅顯示了兩條掃描線。
[0207]照射模塊21和相機30 (圖1)與平臺36同步以使圖像236與晶圓片24上的芯片232排列一致。換句話說，如圖10所示，通過使每個圖像3，匕0和(1覆蓋芯片一個預(yù)定的區(qū)域，實現(xiàn)了圖像236與芯片232排列一致。每個圖像的區(qū)域與被前一掃描線同一圖像覆蓋的區(qū)域一致。因此，任意相機30捕獲的芯片8的圖像與統(tǒng)一相機捕獲的芯片八的圖像在同一位置應(yīng)該具有實質(zhì)上相同的特點。這種對應(yīng)利于后面的芯片間比較。上面提到的，所有的相機30同時對晶圓片22的同一區(qū)域成像。這樣圖10中的圖案特點就是任意或全部相機捕獲的圖像的特點，盡管由于不同的視角使相機之間可能會有些差異。這種差異通常僅在芯片比較后進(jìn)行校正，后面有述。
[0208]把圖像236與芯片232的邊界排列整齊是通過調(diào)節(jié)相機的光學(xué)裝置和丨或調(diào)節(jié)傳感器166(圖5)的圖像捕獲區(qū)域來實現(xiàn)的。這是(:103圖像傳感器的一個優(yōu)勢，如上面提到過的IV — 13，允許在不必減少輸出象素的情況下調(diào)節(jié)圖像中的行的數(shù)目。換句話說，實際上行的數(shù)目可以被增加或減少來提供需要的圖像高度，因此每個芯片232被分成固定整數(shù)個圖像236。為補償圖像高度上的變化，傳感器的幀率也因此被增大或減小，以維持需要的象素輸出率(以及系統(tǒng)20的處理能力)。
[0209]圖11是從原理上描述了在本發(fā)明一個實施例中圖像處理器34和主計算機38的信號處理過程。圖像處理器34包含多個處理通道240，通常一個通道對應(yīng)一個相機30。相機30捕獲的每幀圖像通常以連續(xù)的數(shù)字象素值的形式傳送到相應(yīng)的通道240。典型地，相機30輸出8位的數(shù)字量。傳感器166，如上面提到的0103 IV 一 13傳感器，通常包含板上模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可輸出高精度的亮度值，如10位。在這里，每個相機30都可包含一個10位/8位轉(zhuǎn)換器(未畫出)，它把傳感器的輸出數(shù)值精度調(diào)整為8位。此縮放比例可以是線性的，也可以選擇為側(cè)重低亮度部分。例如對于后者，此10位/8位轉(zhuǎn)換器可以包含一個以平方根或?qū)?shù)比例進(jìn)行縮放的10位輸入8位輸出的查找表(⑶丁)。
[0210]在每個通道240中，一個象素值校正的標(biāo)準(zhǔn)化模塊242用來補償能量傳感器66(圖2)提供的激光的脈沖間能量差異。接下來是一個象素值校正的圖像補償模塊246來處理基準(zhǔn)輸入提供的特定相機的一致性偏差?；鶞?zhǔn)輸入通常是預(yù)先校準(zhǔn)的，能反應(yīng)出激光束在相機的成像區(qū)域148上的強度分布差異，象素到象素的靈敏度差異以及相機產(chǎn)生的固定模式噪聲。模塊246的作用是保證所有相機產(chǎn)生的所有圖像的所有象素的靈敏度充分一致。
[0211]在一定平臺36(圖1)坐標(biāo)下，給定相機產(chǎn)生的每個圖像幀中每個象素的象素值和晶圓片22上特定芯片上特定區(qū)域的一定角度的散射光線的強度有關(guān)。一個芯片到芯片((116-^0-(116)的比較模塊250把當(dāng)前圖像幀中每個象素的象素值和同一相機接收的前一掃描過的芯片中相同位置的象素值相比較。因此，關(guān)于圖10，芯片8的圖像中的每個象素和芯片八的圖像中相應(yīng)的象素進(jìn)行比較，等等。由于這個目的，掃描前一芯片所記錄的象素值被存在一個延時線緩沖器252中。模塊250利用相互的坐標(biāo)差異數(shù)據(jù)254來正確的登記當(dāng)前芯片和前一芯片。例如，由于平臺36的定位錯誤(這對于不同視角的所有的相機30都是一樣的)或晶圓片表面相對于光學(xué)焦點的高度變化(各相機之間不同的傾斜匯聚角度會引起坐標(biāo)差異)等都會廣生坐標(biāo)差異。
[0212]只要給定的芯片沒有缺陷，當(dāng)前幀內(nèi)每個象素的象素值應(yīng)該和從緩沖器252中讀出幀中相應(yīng)象素的象素值在預(yù)定的公差范圍內(nèi)是一樣的。令一方面，如果有象素的象素值與被緩存幀中相應(yīng)象素的象素值的差異超過了一定的門限，這種差異可能就是該象素區(qū)域存在缺陷的表現(xiàn)。圖像處理通道240把每一個在芯片對芯片(也一(116)比較中發(fā)現(xiàn)差異的象素報告給主計算機38，然后由它來比較不同通道報告的偏差象素值，如下所述。
[0213]然而，在通道240把偏差象素值報告給主計算機以前，利用失真校正器255對象素值進(jìn)行調(diào)節(jié)，來校正在不同的相機和處理器通道間的圖像失真和重合失調(diào)。這種失真通常是由于不同相機的角度和光路不同造成的。這種失真的校正是計算密集型的任務(wù)。因此，校正器255可只對那些可疑缺陷區(qū)域內(nèi)的象素進(jìn)行失真校正，這些象素的象素值被某通道240比較模塊250發(fā)現(xiàn)與前一芯片相應(yīng)象素的差異超過了預(yù)先設(shè)定的門限。對于在任何通道比較模塊250都沒有發(fā)現(xiàn)偏差的象素(應(yīng)占晶圓片上象素的絕大多數(shù))就不進(jìn)一步的計算了。門限和/或其它象素挑選標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)被設(shè)定為使不超過一定比例如1%的象素需要進(jìn)行失真校正。
[0214]—個主計算機中的多角度決策模塊256(通常為軟件過程)把從所有通道240讀入的失真校正過的偏差象素收集起來。基于從不同通道獲取的對于特定偏差象素的數(shù)據(jù)，模塊256能夠構(gòu)建晶圓片22上相應(yīng)位置散射光線的角度剖面。此散射剖面使模塊256能夠根據(jù)預(yù)編程的決策規(guī)則和門限確定發(fā)生在晶圓片該位置的缺陷并進(jìn)行分類。例如，這些規(guī)則能確定從一給定位置的散射線測量值是否是顆?；騽潅?何顆?；騽潅某叽绠?dāng)晶圓片22掃描結(jié)束時，主計算機發(fā)布一個缺陷列表報告258，指出發(fā)現(xiàn)的所有缺陷的位置何類型。
[0215]另外，在進(jìn)行芯片對芯片比較或其它的缺陷處理之前，通道240可以被配置來校正所有圖像象素的坐標(biāo)失真。這樣，不需要上面實施例中的把圖像236和芯片232對齊。在多散射角(如多個相機30捕獲的射線)的情況下，接下來可以進(jìn)行每個象素的芯片對芯片比較。美國專利申請10/097,442與本專利申請的受讓人相同，它的闡述被本申請所引用。該申請描述的多檢測器缺陷檢測方法做必要的修正后可以在本例中應(yīng)用?？蛇x擇地或附加地，通道240可以配置為模塊250把當(dāng)前芯片與另一晶圓片上已記錄象素值的的芯片進(jìn)行比較(晶圓片對晶圓片比較
[0216]如上所述，盡管這里描述的實施例專門涉及到了系統(tǒng)20中晶圓片22的暗場檢測，本發(fā)明的原理也可以應(yīng)用與其它的光學(xué)檢測領(lǐng)域，以及其它類型的照射和成像系統(tǒng)。上述實施例可以作為示例被引用，且本發(fā)明不局限于上文所著重描述的范圍。更佳的，本發(fā)明的范圍包括上述的不同的特點及其結(jié)合，以及本領(lǐng)域內(nèi)的熟手通過閱讀前述的描述和現(xiàn)有技術(shù)中未闡述的技術(shù)后進(jìn)行的變更和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種樣品的光學(xué)檢測裝置，包括: 檢測器組件，所述檢測器組件被配置來捕獲在樣品的表面一個區(qū)域的圖像； 激光源，所述激光源用于產(chǎn)生具有分別且不同的第一波長和第二波長的第一射束和第二射束；以及 照射模塊，所述照射模塊被配置來導(dǎo)引射線的第一射束和第二射束照射所述樣品的所述區(qū)域，所述照射模塊包括光學(xué)開關(guān)，所述光學(xué)開關(guān)能被操作來同時且獨立地在法線光學(xué)裝置與斜角光學(xué)裝置之間開關(guān)第一射束和第二射束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樣品的光學(xué)檢測裝置，其中所述的照射模塊進(jìn)一步包括中繼光學(xué)裝置，所述中繼光學(xué)裝置被配置來導(dǎo)引傾斜入射到所述表面的射束以使第一射束和第二射束以實質(zhì)上相同的幾何輪廓剖面照射到所述表面的所述區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樣品的光學(xué)檢測裝置，其中所述的照射模塊進(jìn)一步包括放大倍數(shù)可選的遠(yuǎn)心放大光學(xué)裝置，以在不移動激光源或照射模塊的其它組件的情況下改變所述激光源照射區(qū)域的尺寸。
4.一種樣品的光學(xué)檢測方法，包括: 產(chǎn)生具有分別不同的第一波長和第二波長的激光射線的第一射束和第二射束； 利用光學(xué)開關(guān)導(dǎo)引第一射束和第二射束照射所述樣品的表面的區(qū)域，所述光學(xué)開關(guān)操作成能同時并獨立地在法線光學(xué)裝置與斜角光學(xué)裝置之間開關(guān)第一射束和第二射束；以及 捕獲從所述區(qū)域散射的射線來形成該區(qū)域的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的樣品的光學(xué)檢測方法，其中所述導(dǎo)引第一和第二射束包括導(dǎo)引傾斜入射到所述表面的射束以使所述第一射束和所述第二射束以實質(zhì)上相同的幾何輪廓照射到所述表面的所述區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的樣品的光學(xué)檢測方法，其中所述導(dǎo)引第一和第二射束包括使所述第一射束和所述第二射束通過放大倍數(shù)可選的遠(yuǎn)心放大光學(xué)裝置，改變所述激光射線的照射區(qū)域的尺寸。
【文檔編號】G01N21/88GK104502357SQ201410569577
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2003年9月8日 優(yōu)先權(quán)日:2002年9月30日
【發(fā)明者】倫·納弗塔立, 艾麥夏·捷塔, 翰·菲德門, 都倫·休漢, 吉爾·布萊 申請人:應(yīng)用材料以色列公司, 應(yīng)用材料公司
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