用于光学表面缺陷材料特性化的方法及系统与流程

用于光学表面缺陷材料特性化的方法及系统
1.相关申请案的交叉参考
2.本专利申请案依据35u.s.c.
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119主张于2019年7月9日提出申请的标题为“使用光学显微镜的缺陷材料特性化的方法(method of defect material characterization using optical microscope)”的第62/871,872号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物以其全文引用方式并入本文中。
技术领域
3.所描述实施例涉及用于表面检验的系统，且更特定来说涉及半导体晶片检验模态。


背景技术：

4.例如逻辑及存储器装置等半导体装置通常通过应用于衬底或晶片的处理步骤序列而制作。通过这些处理步骤形成所述半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作工艺。半导体制作工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单一半导体晶片上制作多个半导体装置，且然后将所述多个半导体装置分离成个别半导体装置。
5.小心地控制半导体制作环境以最小化晶片污染。非想要材料颗粒会干涉制作过程、使所制作装置的性能降级或发生这两种情况。随着半导体设计规则不断演进，对衬底的均匀性及洁净度的要求不断提高。允许的缺陷数目及最大允许颗粒大小随着制作中装置的大小而按比例缩放。
6.一般来说，检验系统在生产过程中的任一时刻会检测样本上任一类型的缺陷。在一些实例中，检验系统通常用以在处理之前定位衬底上的缺陷以确保所述衬底适合于继续制造或者在生产之前识别晶片上的缺陷位点。一个此类检验系统是针对非所期望颗粒对晶片表面进行照明及检验的光学表面检验系统。光学表面检验系统通常是定位缺陷并产生位于每一经检验晶片上的缺陷的映图的高吞吐量系统。
7.另外，按材料类型、结构特性等对缺陷进行分类通常是所期望的。通常，单独缺陷再检验工具用以执行缺陷分类任务。在一些实例中，通过光学检验工具来定位缺陷。经检验晶片及缺陷位置映图被传送到缺陷再检验工具。缺陷再检验工具对由光学检验系统识别的缺陷位置中的一或多者执行详细分析以对每一位置处的缺陷进行分类。
8.通常按材料组成对缺陷进行分类。在一个实例中，对缺陷材料组成的了解使得操作者能够确定适当清洁程序以从晶片去掉缺陷颗粒。在另一实例中，对缺陷材料组成的了解指示晶片污染源，因此使得操作者能够采取行动来停止进一步晶片污染。
9.传统缺陷分类工具及技术在对小颗粒大小、吞吐量或两者的灵敏度方面受到限制。举例来说，能量色散x射线光谱法(edx)针对一些材料而非针对例如无机化合物或有机颗粒等其它材料以高灵敏度提供缺陷材料分析能力。另外，edx的吞吐量不足，因此无法在半导体制作设施中进行具成本效益的缺陷分类。
10.为增加吞吐量，可期望用用以检测缺陷位置的同一光学检验工具至少执行一些缺陷分类任务。特定来说，与采用edx或次级离子质谱法(sims)技术的传统分析工具相比，用光学检验工具执行缺陷成分分析带来显著优点。用光学检验工具执行缺陷分类消除了将晶片与缺陷映图传送到用于缺陷分类的另一工具的需要。另外，可立即从光学检验工具获得缺陷分类结果。在典型半导体装置制造过程中，这将转回时间从几小时减少到几分钟。另外，用光学检验工具进行缺陷分类是非破坏性的；在无需破坏样本、无需从样本移除材料等情况下执行分析。
11.赵(zhao)等人的且受让给kla公司的第2018/0188188号美国专利公开案描述了在高吞吐量下以对小颗粒大小的充分灵敏度检测缺陷并对所述缺陷进行分类的各种光学检验系统，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。特定来说，赵描述了采用相移相衬成像技术对缺陷进行分类的光学检验系统。相移相衬技术需要在光学系统的集光光瞳平面处对镜面反射光及经散射光进行空间分离以引入镜面反射光与经散射光之间的相对相移。为实现这种空间分离，照明射束的分布限制于物镜的光瞳平面内的所选位置。这限制了由照明源提供到晶片的光子数目，这又限制了光学检验系统的灵敏度。
12.随着半导体设计规则不断演进，必须由表面检验系统检测的最小颗粒大小在大小上不断缩小。另外，可期望用用以检测缺陷的同一光学工具对检测到的缺陷进行分类。所制作特征的大小的稳定减小及同时检测缺陷并对所述缺陷进行分类的需求给检验系统的灵敏度及吞吐量带来了挑战。
13.期望对光学表面检验系统进行改进从而以较大灵敏度及吞吐量检测晶片表面上照明光点的检验路径中的缺陷并对所述缺陷进行分类。


技术实现要素：

14.本文中描述用于基于来自样本的暗场散射的相位而检测缺陷并对所述缺陷进行分类的方法及系统。在一些实施例中，通过用同一光学系统检测缺陷并对所述缺陷进行分类(即，由同一光学工具执行的缺陷检验及缺陷再检验)来增加吞吐量。在其它实施例中，通过并入本文中所描述的技术来增强光学检验及光学再检验工具。
15.在一个方面中，基于从集光光瞳中至少两个空间上相异的位置收集的经散射光的所测量相对相位而对缺陷进行分类。特定来说，所述缺陷分类是基于经散射光针对给定照明角度的所测量相对相位。因此，仅在检验系统的收集光学器件中实施本文中所描述的技术；从而产生简单且具成本效益的光学检验/缺陷再检验系统。从集光光瞳中至少两个空间上相异的位置收集经散射光，同时阻挡剩余光。在这些条件下，明确定义的干涉图案形成于检测器的光敏表面处的图像平面处。如果通过光瞳平面处两个空间上相异的位置透射的光之间存在相位差，那么依据干涉条纹在所述成像平面中的位置来确定所述相位差。所测量相位差指示所测量样本的材料组成。
16.在另一方面中，所述所测量相位差与通样品相关联的已知相位差值之间的差被确定为校正值。在一些实施例中，受测量的材料是具有已知材料性质及相位响应的已知材料。在这些实施例中，由检验系统测量的所述相位差与所述已知相位差之间的差指示所述测量系统中的系统误差，例如，光学像差、测量电子器件误差等。所述校正值存储在存储器中。由所述系统执行的后续相位差测量由所述所存储校正值校正以补偿存在于所述相位差测量
中的所述系统误差。
17.在另一方面中，使用快速傅立叶变换(fft)算法从存在于所检测图像中的干涉图案提取相位差信息。所述fft算法提供了极好噪声排除并且是计算上高效的。在其它实例中，采用测量的物理模型与所测量干涉图案的迭代拟合来确定从光瞳平面中的两个不同位置散射的光之间的相位差。
18.在另一方面中，检验系统包含经配置以在集光光瞳中的不同可编程位置处对光瞳进行取样的可编程光瞳孔口装置。以这种方式，针对每一相位差测量而控制光瞳平面中的每一取样位置的定位。
19.前文是发明内容且因此必然含有细节的简化、概述及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，发明内容仅为说明性的且不以任何方式为限制性的。在本文中所陈述的非限制性具体实施方式中，本文中所描述的装置及/或工艺的其它方面、发明性特征及优点将变得显而易见。
附图说明
20.图1是图解说明检验系统的一个实施例的简化图式，所述检验系统经配置以测量在集光光瞳中的相异位置处从样品收集的经散射光之间的相位差。
21.图2是图解说明由照明射束照明的晶片110的简化图式。
22.图3是图解说明掩模的图式，所述掩模阻挡所有经收集na处的光，惟通过孔口透射的光除外。
23.图4描绘图像平面处干涉图案的模拟的曲线图，所述干涉图案是通过从材料散射且通过集光光瞳中不同位置处的孔口透射的光的干涉而产生的。
24.图5描绘图像平面处干涉图案的模拟的曲线图，所述干涉图案是通过从与图4中所描绘的材料不同的材料散射且通过与图4中所描绘的孔口相同的孔口透射的光的干涉产生的。
25.图6描绘图像平面处干涉图案的模拟的曲线图，所述干涉图案是通过从与图4及5中所描绘的材料不同的材料散射且通过与图4中所描绘的孔口相同的孔口透射的光的干涉产生的。
26.图7描绘在一个实施例中图解说明在x方向上对称地位于光瞳的中心周围的光瞳孔口的图式。
27.图8描绘在另一实施例中图解说明在x方向上对称地位于光瞳的中心周围的光瞳孔口的图式。
28.图9描绘在一个实施例中图解说明在y方向上对称地位于光瞳的中心周围的光瞳孔口的图式。
29.图10描绘在另一实施例中图解说明在y方向上对称地位于光瞳的中心周围的光瞳孔口的图式。
30.图11是在一个实施例中图解说明可编程光瞳掩模装置的简化图式。
31.图12是在另一实施例中图解说明可编程光瞳掩模装置的简化图式。
32.图13图解说明示范性方法200的流程图，所述示范性方法可用于测量在集光光瞳中的相异位置处从样品收集的经散射光之间的相位差。
具体实施方式
33.现将详细参考背景技术实例及本发明的一些实施例，在附图中图解说明本发明的实例。
34.本文中描述用于基于来自样本的暗场散射的相位而检测缺陷并对所述缺陷进行分类的方法及系统。在一些实施例中，根据本文中所描述的方法及系统来检测纳米级缺陷颗粒并对所述纳米级缺陷颗粒进行分类。本文中所呈现的用于检测缺陷并对所述缺陷进行分类的方法及系统是非破坏性的且可集成到光学检验工具、缺陷再检验工具或集成式光学检验/缺陷再检验工具中。在一些实施例中，通过用同一光学系统检测缺陷并对所述缺陷进行分类(即，由同一光学工具执行的缺陷检验及缺陷再检验)来增加吞吐量。在其它实施例中，通过并入本文中所描述的技术来增强光学检验及光学再检验工具。
35.一般来说，来自缺陷的光散射取决于所述缺陷的许多性质。举例来说，除例如由折射率n及消光系数k描述的复杂折射率等材料性质之外，例如缺陷形状及大小等几何性质也会影响光散射。例如n及k等材料参数的值指示材料组成。然而，例如n及k等材料参数无法直接依据简单散射光强度测量而确定，这是因为所述材料参数在光强度测量中未与几何性质有效地解耦。
36.在一个方面中，基于从集光光瞳中至少两个空间上相异的位置收集的经散射光的所测量相对相位而对缺陷进行分类。特定来说，缺陷分类是基于经散射光针对给定照明角度的所测量相对相位。因此，仅在检验系统的收集光学器件中实施本文中所描述的技术；从而产生简单且具成本效益的光学检验/缺陷再检验系统。
37.在一个实例中，基于经散射光在光瞳平面中的不同位置处的所测量相对相位而将缺陷颗粒分类为高k金属或低k透明介电材料。
38.在一些实例中，基于从缺陷散射的光的相位而确定缺陷的材料性质的值，例如n及k。特定来说，基于经散射光在光瞳平面中不同位置处的所测量相位差而确定材料性质。在这些实例中，基于缺陷的所确定材料性质而对缺陷进行分类。
39.图1是表面检验系统100的一个实施例的简化示意图，所述表面检验系统具有如本文中所描述的检验及分类功能性。通过非限制性实例方式提供表面检验系统100。一般来说，如本文中所描述的使经散射光在传感器上成像以形成缺陷的图像的任何光学显微镜或检验系统适合于实施本文中所描述的检验及分类功能性。此种光学显微镜或检验子系统可实施为台式分析工具的一部分或实施为用于缺陷检验、缺陷再检验或两者的自动化系统的一部分。
40.为简化起见，已省略系统的一些光学组件。通过实例方式，也可包含折叠镜、偏光器、射束成型光学器件、额外光源、额外集光器及额外检测器。所有此类变化形式均在本文中所描述的本发明的范围内。本文中所描述的检验系统可用于检验未经图案化晶片以及经图案化晶片。
41.如图1中所图解说明，照明源101产生朝向晶片110引导的照明光束102。在图1中所描绘的实施例中，聚焦光学器件103在测量光点104之上将照明光102聚焦到晶片110上。然而，一般来说，可采用任何适合照明光学元件以通过所期望测量光点大小将照明光102提供到晶片110上。在一些实施例中，一或多个射束成形元件包含于照明光学路径(即，照明源101与晶片110之间的光学路径)中以形成所期望射束轮廓。示范性射束轮廓包含高斯射束
形状、环形射束形状、平顶射束形状等。典型测量光点大小包含由跨越测量光点的最长延伸广度的尺寸表征的具有小到一微米到大到五百微米的长度的测量光点。
42.在一些实施例中，一或多个偏光器元件位于照明光学路径中以使照明光以所期望方式偏光。示范性偏光包含线性偏光、椭圆偏光、圆形偏光或无偏光。
43.如图1中所描绘，照明子系统以倾斜角将照明102提供到晶片110的表面。然而，一般来说，照明子系统可经配置以依法向入射角将光束引导到样品。典型入射角范围是从零度(法向入射)到与法向入射成八十度。在一些实施例中，系统100可经配置以依不同入射角(例如倾斜角及法向入射角)将多个光束引导到样品。可将多个光束大致同时或依序引导到样品。
44.通过实例方式，照明源101可包含激光器、二极管激光器、氦氖激光器、氩激光器、固态激光器、二极管泵送固态(dpss)激光器、氙弧灯、气体放电灯及led阵列或白炽灯。光源可经配置以发射接近单色光或宽频光。在一些实施例中，照明子系统经配置以将具有相对窄波长频带的光引导到样品(例如，接近单色光或具有小于约20nm、小于约10nm、小于约5nm或甚至小于约2nm的波长范围的光)。因此，如果光源是宽频光源，那么照明子系统也可包含可限制引导到样品的光的波长的一或多个光谱滤光器。一或多个光谱滤光器可以是带通滤光器及/或边缘滤光器及/或陷波滤光器。在一些实例中，入射在晶片110上的光的波长包含从红外线到极紫外线的范围的任一波长子集。一般来说，照明源101以光学波长范围内的光的任一所期望波长或波长范围而发射辐射。
45.在图1中所描绘的实施例中，照明源101经配置以根据从计算系统140接收的命令信号134控制照明光束102的光学功率。在一个实施例中，照明源101在表面检验扫描期间动态地调整照明功率。
46.在图1中所图解说明的实施例中，晶片定位系统125使晶片110在测量光点104之下移动。晶片定位系统125包含晶片卡盘109、运动控制器123、旋转载台121及平移载台122。晶片110支撑在晶片卡盘109上。如图2中所图解说明，晶片110定位成在其几何中心150与旋转载台121的旋转轴线大致对准。以这种方式，旋转载台121使晶片110在可接受容差内以规定角速度ω围绕其几何中心自旋。另外，平移载台122使晶片110以规定速度v
t
在大致垂直于旋转载台121的旋转轴线的方向上平移。运动控制器123协调通过旋转载台121使晶片110自旋并通过平移载台122使晶片110平移以实现晶片110在检验系统100内的所期望扫描运动。
47.在示范性操作情景中，检验以位于晶片110的几何中心150处的测量光点104开始，且然后将晶片110旋转并平移直到测量光点104到达晶片110的外周界(即，当r等于晶片110的半径时)为止。由于旋转载台121及平移载台122的协调运动，由测量光点104照明的点轨迹在晶片110的表面上循螺旋形路径而行。晶片110的表面上的螺旋形路径被称为检验轨道127(未展示其全部)。图2中将示范性检验轨道127的一部分图解说明为tracki。如图2中所图解说明，测量光点104位于距晶片110的几何中心的距离r处，并且缺陷颗粒126正在接近测量光点104。在一些实施例中，检测系统100能够使小到50纳米的缺陷颗粒沿着颗粒的最大广度尺寸定位。在一些实施例中，检验系统100能够使小到10纳米的缺陷颗粒沿着颗粒的最大广度尺寸定位。
48.如图1中所描绘，检验系统100包含成像集光物镜112，所述成像集光物镜用于将测量光点104处在收集角度范围内从晶片110散射及/或反射的光111成像到收集光学器件子
系统的一或多个晶片图像平面(例如，图像平面119)上。物镜112经配置以收集暗场散射光。在一些实施例中，物镜112捕获具有0.1到0.99的数值孔径(na)的经散射光。
49.尽管图1中图解说明集光物镜112的特定标称定向，但应理解，集光物镜相对于晶片表面的定向可取决于(举例来说)晶片的入射角及/或形貌特性而适当地布置。
50.在一些实施例中，收集光学路径(即，晶片110与检测器120之间的光学路径)包含一或多个偏光器光学元件113以选择具有所期望偏光的光。在一些实施例中，一或多个偏光器元件113包含简单偏光器。在一些其它实施例中，一或多个偏光器元件113包含与偏光器组合的相位板。在这些实施例中的一些实施例中，所述相位板经设计以更改散射光的偏光。
51.在一些实施例中，收集光学路径包含一或多个光瞳中继光学器件(例如，光瞳中继光学器件115)以形成一或多个经中继光瞳平面(例如，光瞳平面106)。这可以是所期望的以准许对一或多个光修改元件(例如，掩模元件)的集光光瞳平面的容易通达从而控制从如本文中所描述的光瞳的特定区域收集的光量。另一选择是，可期望将控制从如本文中所描述的光瞳的特定区域收集的光量的所有光修改元件(例如，掩模元件)定位在一个光瞳平面处或附近。如图1中所描绘，收集光学路径包含两个光瞳平面(例如，光瞳平面105及106)，且光瞳掩模114及116分别位于光瞳平面105及106处。
52.在图1中所描绘的实施例中，光学元件117将所收集光111聚焦到图像平面119上，其中图像由检测器120检测。
53.成像检测器120一般来说用以将所检测光转换成指示晶片110在所检测视野内的所检测图像的电信号。一般来说，成像检测器120可大致包含此项技术中已知的任何光电检测器。然而，特定检测器可基于检测器的所期望性能特性、要检验的样品类型及照明的配置而选择以供在本发明的一或多个实施例内使用。一般来说，检测器120以图框模式或扫描模式获取图像信息。在扫描模式中，在晶片110移动的同时收集图像。如果可用于检验的光量相对低，那么可采用例如时间延迟积分(tdi)相机的效率增强检测器来增加系统的信噪比及吞吐量。在另一实例中，采用信号积分来实现用于相位测量的充足snr。取决于可用信号，可从几纳秒到一秒而选择积分时间。冗长积分时间的缺点是测量时间长且易受例如机器震动等环境扰乱影响。取决于可用于检验的光量及所执行的检验类型，可使用其它检测器，例如电荷耦合装置(ccd)相机、光电二极管阵列、光电管及光电倍增管(pmt)或具有在检测器前面的可扫描孔口的个别pmt/光电二极管。
54.可以各种成像模式(例如亮场、暗场及共焦)实施成像检测器120。可通过使用不同孔口或傅立叶滤光器来实施例如亮场、暗场及相衬的各种成像模式。以引用方式并入本文中的第7,295,303号及第7,130,039号美国专利进一步详细描述这些成像模式。在所描绘实例中，检测器120通过使以较大视场角收集的经散射光成像来产生暗场图像。在另一实例中，匹配入射光点104的针孔可放置在检测器(例如，检测器120)前面以产生共焦图像。以引用方式并入本文中的第6,208,411号美国专利进一步详细描述这些成像模式。另外，在第6,271,916号美国专利及第6,201,601号美国专利中描述表面检验系统100的各个方面，所述两个美国专利以引用方式并入本文中。
55.在另一方面中，计算系统140经配置以基于所检测信号131的改变而确定缺陷在扫描路径中的位置。另外，计算系统140经配置以基于如本文中所描述的其材料特性而对缺陷进行分类。
56.在一个方面中，从集光光瞳中的至少两个空间上相异的位置收集经散射光，同时阻挡剩余光。在这些条件下，明确定义的干涉图案形成于检测器的光敏表面处的图像平面处。如果通过光瞳平面处两个空间上相异的位置透射的光之间存在相位差，那么依据干涉条纹在成像平面中的位置来确定相位差。所测量相位差指示所测量样本的材料组成。
57.在另一方面中，所测量相位差与同样品相关联的已知相位差值之间的差由计算系统140确定为校正值。在一些实施例中，受测量(即，在测量光点104内)的材料是具有已知材料性质及相位响应的已知材料。在这些实施例中，由检验系统(例如，检验系统100)测量的相位差与已知相位差之间的差指示测量系统中的系统误差，例如，光学像差、测量电子器件误差等。校正值存储在存储器(例如，存储器142)中。由系统执行的后续相位差测量由所存储校正值校正以补偿存在于相位差测量中的系统误差。校正值对于由检验系统使用用以执行校准测量的掩模布置(即，在校准测量期间经取样的光瞳中的特定位置)来执行的测量是有效的。可针对如本文中所描述的不同掩模布置进行额外校准测量以针对每一组取样位置而确定校正因子。
58.如图1中所描绘，掩模114位于光瞳平面106处。另一选择是，掩模114可位于光瞳平面105处。掩模位于一个光瞳平面还是另一光瞳平面处是设计偏好问题，且在本专利文件的范围内请审慎考虑所有替代方案。图3描绘对掩模114的图解说明。如图3中所描绘，掩模114阻挡所有经收集na处的光，惟通过孔口151及152透射的光除外。在图3中所描绘的实施例中，孔口151的中心位于0.358na
x
及0.0nay(对应于晶片处21度的入射角)处。孔口151的半径是光瞳153的半径的1/12。孔口152的中心位于0.788na
x
及0.0nay(对应于晶片处52度的入射角)处。孔口152的半径是光瞳153的半径的1/12。所有孔口位于单个光瞳平面处还是不同光瞳平面处是设计偏好问题，且在本专利文件的范围内请审慎考虑所有替代方案。
59.图4描绘检测器120的光敏表面处的图像平面处干涉图案的模拟的曲线图160，所述干涉图案是通过透过孔口151及152透射的光的干涉产生的。在此实例中，检测器120包含70微米正方形像素的973
×
973阵列，且照明光具有266纳米的波长。图4图解说明测量光点的中心处图像平面的缩放视图。如图4中所图解说明，干涉条纹定中心于图像的中心位置(即，(x,y)＝(0,0))处。因此，在此实例中，从样本材料收集且通过孔口151透射的经散射光具有与从样本材料收集且通过孔口152透射的经散射光相同的相位，即，零相位差。
60.图5描绘检测器120的光敏表面处的图像平面处干涉图案的另一模拟的曲线图161，所述干涉图案是通过透过孔口151及152从不同于图4的材料透射的光的干涉产生的。图5图解说明测量光点的中心处图像平面的缩放视图。如图5中所图解说明，干涉条纹未定中心于图像的中心位置(即，(x,y)＝(0,0))处。因此，在此实例中，从样本材料收集且通过孔口151透射的经散射光具有与从样本材料收集且通过孔口152透射的经散射光不同的相位。在此实例中，相位差由角度φa表征。
61.图6描绘检测器120的光敏表面处的图像平面处干涉图案的另一模拟的曲线图162，所述干涉图案是通过透过孔口151及152从不同于图4的另一材料透射的光的干涉产生的。图6图解说明测量光点的中心处图像平面的缩放视图。如图6中所图解说明，干涉条纹未定中心于图像的中心位置(即，(x,y)＝(0,0))处。因此，在此实例中，从样本材料收集且通过孔口151透射的经散射光具有与从样本材料收集且通过孔口152透射的经散射光不同的相位。在此实例中，相位差由角度φb表征。
62.如图5及6中所描绘，每一所测量材料展现从样本材料收集且通过孔口151透射的经散射光与从样本材料收集且通过孔口152透射的经散射光之间的相位差。最重要的是，与每一材料相关联的相位差显著不同。举例来说，如图5及6中所描绘，由φa与φb之间的差表征的相位差的差为大约0.6乘以干涉条纹的空间周期(即，大约200度)。因此，相位差值(即，光瞳平面中与两种不同材料对应的两个不同位置之间的相对相位)指示材料之间的光学性质(例如，n值及k值)的差。
63.通过非限制性实例方式提供孔口151及152的特定位置及大小。一般来说，在本专利文件的范围内可审慎考虑许多不同孔口大小及位置。举例来说，光瞳平面中每一孔口的大小可在从0.01na到0.3na的范围中。
64.一般来说，使用特定掩模几何结构测量的相位差值不唯一地识别所测量样本的材料组成，尽管在一些情形中可能如此。为了区分具有高置信度的材料，可使用若干个不同掩模几何结构来测量相位差值，即，测量与光瞳平面中多组不同位置相关联的相位差。如果不同掩模几何结构的数目充分大，那么可从与差掩模几何结构中的每一者相关联的所测量干涉条纹导出光瞳平面中的相位映图。此相位映图然后用于唯一地识别所测量样本的材料性质，例如，n及k。在一个实例中，使材料参数(例如，n及k)的值在材料的物理模型中浮动且采用迭代拟合程序来估计最优地拟合所测量相位映图的材料参数的值。
65.发明人已发现，可从具有少到两个不同掩模几何结构的样本的相位差测量导出有用材料特性化信息。在一些实例中，具有两个不同掩模几何结构的缺陷颗粒的相位差测量足以依大于90％的准确度将所测量颗粒分类为金属(非常大的k值)或非金属(非常小的或零k值)。
66.在另一方面中，计算系统140经配置以从存在于由检测器120检测到的图像131中的干涉图案提取相位差信息。在一些实例中，采用快速傅立叶变换(fft)算法，以基于所测量干涉图案而确定从光瞳平面中两个不同位置散射的光之间的相位差。fft算法提供极好噪声排除且是计算上高效的。在其它实例中，采用测量的物理模型与所测量干涉图案的迭代拟合来确定从光瞳平面中两个不同位置散射的光之间的相位差。在此实例中，使指示相位差的一或多个参数在物理模型中浮动，且以迭代方式估计所述值。
67.在一些实施例中，优化位于光瞳平面中的孔口位置以增强针对不同材料所测量的相位差之间的对比度。举例来说，如果光瞳平面中孔口之间的间隔太大，那么所测量相位差针对许多不同材料将看起来类似。然而，如果光瞳平面中孔口之间的间隔太小，那么所测量相位差的值将具有低信噪比。在许多实例中，通过对与每一所关注材料相关联的相位映图的了解而告知孔口之间的间隔。举例来说，如果已知在特定na范围内发生相位差的大转变，那么孔口的间隔经选择以仅跨越所述na范围，其中已知发生所述转变。在一些实例中，光瞳平面中孔口之间的空间间隔跨越从0.1到0.9的na范围。
68.在其它实施例中，孔口位置经选择以最小化由检验工具的焦点偏移(即，焦点误差)诱发的测量误差。如本文中所描述的通过集光光瞳中的相位差的材料特性化对焦点偏移相对不灵敏。然而，相位差的测量对焦点偏移的灵敏度取决于不同孔口的位置。在一些实例中，孔口对称地位于光瞳的中心周围以最小化对焦点偏移的测量灵敏度。图7及8描绘在x方向上围绕光瞳的中心对称的孔口151及152的不同位置。图9及10描绘在y方向上围绕光瞳的中心对称的孔口151及152的不同位置。
69.在一些实施例中，位于光瞳平面中的孔口的大小经优化以既增强针对不同材料所测量的相位差之间的对比度又最小化对于数据收集(尤其对于小于100纳米的颗粒)必要的时间。如果孔口大小太小，那么透射非常少的光。这需要在长获取时间内进行信号积分以实现充分信噪比。然而，如果孔口大小太大，那么区分与不同材料相关联的相位差变得困难，这是因为来自光瞳的太多部分的光被测量。在一些实施例中，孔口大小在从0.01na到0.3na的范围中。
70.尽管在前文中论述光瞳平面中两个不同位置之间的相位差的计算，但一般来说，可在两个以上位置(例如，三个或三个以上位置)当中计算相位差。在两个以上位置当中估计相位差会缩短获取时间，但需要计算上更复杂的相位确定。
71.基于与光瞳平面中不同位置相关联的所测量相位差而使材料性质特性化依赖于光瞳平面中经散射光相位的非均匀性。然而，另外，光瞳平面中的光散射强度也可以是非常不均匀的。如果强度差充分大，那么干涉条纹的对比度会显著降低且相位测量的分辨率会受影响。在一些实施例中，通过使来自一个孔口的经透射光相对于另一孔口衰减来克服这种限制。在一些实施例中，采用中性密度滤光器、较小孔口大小或两者的组合来使穿过一个孔口的经透射光的强度相对于另一孔口而衰减。图1描绘跨越孔口152但不跨越孔口151的光瞳平面106处的中性密度滤光器118。以这种方式，使通过孔口152透射的到达检测器120的光的强度相对于通过孔口151透射的到达检测器120的光的强度而衰减。
72.如前文中所描述，在一些实例中，需要光瞳中取样位置中的两个或更多个不同位置而对缺陷进行分类。另外，光瞳中的最优取样位置取决于所考虑的材料而发生变化。
73.在另一方面中，检验系统包含经配置以在计算系统140的控制下在不同位置处对光瞳进行取样的可编程光瞳孔口装置。以这种方式，计算系统140针对每一相位差而测量控制光瞳平面中每一取样位置的定位。
74.图11在一个实施例中描绘可编程光瞳掩模装置170。如图11中所描绘，可编程光瞳掩模装置170包含掩模元件171及掩模元件172。掩模元件171包含阻挡光瞳中所收集光的光学元件171a及171b。光学元件171a及171b相对于彼此固定并固定于光瞳内其位置中。光学元件171a及171b在空间上分离；从而显露线性光学透明狭缝171c。掩模元件172包含阻挡光瞳中所收集光的v形光学元件172a及172b。光学元件172a及172b相对于彼此固定并在空间上分离，从而显露v形光学透明狭缝172c。掩模元件172可在x方向上跨越光瞳而移动。另外，掩模元件172耦合到致动器174。致动器174通信地耦合到计算系统，例如，计算系统140。在一个实例中，计算系统140将指示掩模元件172在光瞳中的所期望位置的控制命令175传递到致动器174。作为响应，致动器174将掩模元件172平移到光瞳中的所期望位置。
75.如图11中所描绘，掩模元件172在x方向上的移动会改变光瞳中的孔口开口173a及173b(光通过其透射到检测器120)之间的间隔距离。在图11中所描绘的实施例中，孔口开口173a及173b围绕x轴对称并由掩模元件172的x位置确定在y方向上所述孔口开口之间的距离。在一个实施例中，掩模元件171位于图1中所描绘的检验系统100的光瞳平面105处且掩模元件172位于光瞳平面106处。
76.图12在一个实施例中描绘可编程光瞳掩模装置180。如图12中所描绘，可编程光瞳掩模装置180包含：掩模元件181，其包含阻挡光瞳中所收集光的光学元件181a-d；及掩模元件182，其包含阻挡光瞳中所收集光的光学元件182a-d。光学元件181a-d相对于彼此固定，
且光学元件182a-d相对于彼此固定。光学元件181a-d在空间上分离；从而显露与x方向及y方向分别对准的线性光学透明狭缝。类似地，光学元件182a-d在空间上分离；从而显露与x方向及y方向分别对准的线性光学透明狭缝。
77.掩模元件181可在x方向上跨越光瞳而移动。另外，掩模元件181耦合到致动器184b。致动器184b通信地耦合到计算系统，例如，计算系统140。在一个实例中，计算系统140将指示掩模元件181在光瞳中所期望位置的控制命令185b传递到致动器184b。作为响应，致动器184b将掩模元件181平移到光瞳中的所期望位置。类似地，掩模元件182可在y方向上跨越光瞳而移动。另外，掩模元件182耦合到致动器184a。致动器184a通信地耦合到计算系统，例如，计算系统140。在一个实例中，计算系统140将指示掩模元件182在光瞳中所期望位置的控制命令185a传递到致动器184a。作为响应，致动器184a将掩模元件182平移到光瞳中的所期望位置。
78.如图12中所描绘，掩模元件181在x方向上的移动改变了孔口开口183b在x方向上的位置而无需移动孔口开口183a的位置。类似地，掩模元件182在y方向上的移动改变了孔口开口183b在y方向上的位置而无需移动孔口开口183a的位置。以这种方式，通过在每一测量之间调整掩模元件181、182或两者的位置来进行光瞳中若干个不同位置与光瞳中固定点之间的相位差测量。在一个实施例中，掩模元件181位于图1中所描绘的检验系统100的光瞳平面105处且掩模元件182位于光瞳平面106处。
79.在一些其它实施例中，可编程光瞳掩模装置包含各自具有固定孔口图案的若干个不同掩模元件。可编程光瞳掩模装置包含致动器子系统(例如，线性平移载台、旋转载台等)以将所期望掩模元件选择性地定位在光瞳平面中的所期望位置中。在一个实例中，计算系统140将控制命令信号传递到致动器子系统。作为响应，致动器子系统根据控制命令信号将所期望掩模元件定位在光学系统的集光光瞳平面中的所期望位置中。
80.一般来说，计算系统140经配置以使用从每一检测器获得的电信号来检测晶片的特征、缺陷或光散射性质。计算系统140可包含此项技术中已知的任何适当处理器。另外，计算系统140可经配置以使用此项技术中已知的任何适当缺陷检测算法或方法。举例来说，计算系统140可使用裸片与数据库比较或阈值算法来检测样品上的缺陷。
81.另外，检验系统100可包含可用于接受来自操作者的输入的外围装置(例如，键盘、鼠标、触控屏幕等)并向操作者显示输出的外围装置(例如，显示监视器)。来自操作者的输入命令可由计算系统140使用以调整集光光瞳内的取样位置。所得取样位置可在显示监视器上以图形方式向操作者呈现。
82.检验系统100包含处理器141及一定量的计算机可读存储器142。处理器141及存储器142可通过总线143通信。存储器142包含一定量的存储器144，所述存储器存储在由处理器141执行时致使处理器141执行本文中所描述的缺陷检测及分类功能性的程序代码。
83.图13图解说明可用于对缺陷进行分类的示范性方法200的流程图。在一些非限制性实例中，参考图1所描述的检验系统100经配置以实施方法200。然而，一般来说，方法200的实施不受本文中所描述的特定实施例限制。
84.在框201中，第一量的照明光由照明源产生并被引导到样品的表面上的测量光点。
85.在框202中，响应于第一量的照明光而从样品的表面上的测量光点收集第一量的所收集光。第一量的所收集光包含集光物镜的集光光瞳内的暗场散射光。
86.在框203中，阻挡第一量的所收集光的第一部分。
87.在框204中，透射第一量的所收集光的第二部分。第一量的所收集光的第二部分由在第一配置中的一或多个掩模元件选择。从集光光瞳中至少两个空间上相异的位置选择第一量的所收集光。
88.在框205中，在与样品的表面共轭的场平面处或附近检测由第一量的所收集光的第二部分形成的第一干涉图案。
89.在框206中，从第一干涉图案确定由第一配置中的一或多个掩模元件从至少两个空间上相异的位置中的第一位置选择的经透射光与由第一配置中的一或多个掩模元件从至少两个空间上相异的位置中的第二位置选择的经透射光之间的第一相位差。
90.本文中描述可用于检验样品的检验系统或工具的各种实施例。术语“样品”在本文中用于指代此项技术中已知的可检验其缺陷、特征或其它信息(例如，雾量或膜性质)的晶片、光罩或任一其它样本。
91.如本文中所使用，术语“晶片”一般来说指代由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。此类衬底通常可在半导体制作设施中被发现及/或处理。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。另一选择是，晶片可包含形成于衬底上的一或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可以是“经图案化的”或“未经图案化的”。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
[0092]“光罩”可以是在光罩制作过程的任一阶段的光罩或者可经释放或可不经释放以在半导体制作设施中使用的完成光罩。光罩或“掩模”一般来说被定义为具有形成于其上且以图案配置的大致不透明区域的大致透明衬底。举例来说，衬底可包含玻璃材料，例如石英。光罩可在光刻过程的曝光步骤期间沉积于光致抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得可将光罩上的图案转印到光致抗蚀剂。
[0093]
在一或多个示范性实施例中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任一组合中实施。如果以软件实施，那么所述功能可作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上或通过所述计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体，所述通信媒体包含便于将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何媒体。存储媒体可以是可由通用或专用计算机进行存取的任何可用媒体。通过实例而非限制方式，这种计算机可读媒体可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置，或者可用于携载或存储呈指令或数据结构形式的所期望程序代码构件并可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器进行存取的任何其它媒体。而且，任何连接都被恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(dsl)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(例如红外线、无线电及微波)都包含于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。上文的组合也应包含于计算机可读取媒体的范围内。
[0094]
尽管上文出于指导性目的描述一些特定实施例，但本专利文件的教示内容具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。在一个实例中，检测器120可被滤光器阵列替换。在一个实例中，检验系统100可包含一个以上光源(未展示)。光源可以不同或相同方式
配置。举例来说，光源可经配置以产生可在相同或不同时间以相同或不同入射角在相同或不同照明区处引导到晶片的具有不同特性的光。光源可根据本文中所描述的实施例中的任一者进行配置。另外，光源中的一者可根据本文中所描述的实施例中的任一者进行配置，且另一光源可以是此项技术中已知的任一其它光源。在一些实施例中，检验系统可在一个以上照明区之上同时将晶片照明。多个照明区可在空间上重叠。多个照明区可在空间上相异。在一些实施例中，检验系统可在不同时间在一个以上照明区之上将晶片照明。不同照明区可在时间上重叠(即，在某一段时间内被同时照明)。不同照明区可在时间上相异。一般来说，照明区数目可以是任意的，且每一照明区可具有相等或不同大小、定向及入射角。在又另一实例中，检验系统100可以是具有独立于晶片110的任一运动而扫描的一或多个照明区的扫描光点系统。在一些实施例中，沿着扫描线以重复图案对照明区进行扫描。扫描线可与晶片110的扫描运动对准或不对准。尽管如本文中所呈现，晶片定位系统125通过协调的旋转移动及平移移动来产生晶片110的运动，但在又另一实例中，晶片定位系统100可通过协调两个平移移动来产生晶片110的运动。举例来说，运动晶片定位系统125可产生沿着两个正交线性轴线的运动(例如，x-y运动)。在此类实施例中，扫描间距可定义为沿着任一运动轴线的邻近平移扫描之间的距离。在此类实施例中，检验系统包含照明源及晶片定位系统。照明源在照明区上方将一定量的辐射供应到晶片的表面。晶片定位系统在由扫描间距表征的扫描运动中移动晶片(例如，在一个方向上来回扫描且步进与在正交方向上的扫描间距相等的量)。
[0095]
因此，可在不背离如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下实践对所描述实施例的各种特征的各种修改、改动及组合。