专利名称：光学检验系统以及其中使用的辐射光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检验物体的系统，包括-用于照射被检验物体的照射系统，所述照射系统包括辐射光源，-物镜，将被照射物体成像到图像传感器上，和-图像传感器，用于将来自被检验物体的辐射转变为可检测信号。
在上述检验系统中，来自被检验物体的辐射通常包含关于该物体内或上存在的图案、该物体上的层的厚度和/或该物体上材料的成分的信息。
光学检验系统广泛用于检验各种物体。例如，在半导体工业中使用了自动晶片检验系统。这种晶片检验系统用于检验晶片处理的质量，以便检测晶片上的处理缺陷、层厚度和/或污染物。
在处理晶片的过程中，将图案阵列置于晶片上，并且必须以亚微米级的精度放置每个图案，这是因为线宽度和像元非常小。为每个图案在晶片上构建连续的层，并且在可以进行任何其它的处理之前，必须仔细检查这些层。光学检验用于确定是否已经引起了缺陷，例如失配、电短路和杂质。
当前，在晶片检验系统中，使用了高功率Hg/Xe电弧灯发射的宽带辐射。这些Hg/Xe电弧灯产生200-700nm范围内的辐射，其中主要使用较短波长的辐射。
然而，半导体工业不断减小晶片上的特征尺寸。目前采用80-90nm的线宽度，而不久前的最小线宽度仅为200nm。减少线宽度需要在晶片检验系统中使用波长更小的辐射光源，以便能够观察到更小的细节。
其次，为了有效地操作该晶片检验系统，要求被检验产品上的辐射通量存在一个最小值，以便达到所需的检验速度(晶片/小时)。
利用当前的Hg/Xe电弧光源，限制了对于提供较短波长和提高被检验产品上的辐射通量的选择，这是由于不存在较短波长的发射辐射以及对于较长波长的受限辐射率造成的。
本发明的目的在于针对以上问题提供一种解决方案。为此，本发明提供了一种根据导言部分的检验系统，其特征在于该辐射光源包括
-至少一个阴极-至少一个阳极-一个或多个板，位于所述(多个)阴极和所述(多个)阳极之间，并且基本上为电绝缘的，其中每个板包括至少一个孔，按照某种方式使该孔对准，从而在阴极和阳极之间生成连续路径，在该路径上放电可以延伸。
在以上系统中，该板尤其是级联放置的并且彼此之间基本上为电绝缘的，与(多个)阴极之间基本上为电绝缘的并且与(多个)阳极之间基本上为电绝缘的。
辐射光源的排列也称作级联电弧辐射光源。例如在US-A-4871580中公开了一种级联电弧光源，在此一并引入作为参考。级联电弧包含三个主要部分；阴极部分、阳极部分和位于二者之间的板部分。该板部分典型包括级联叠置的具有孔的几个板，其构成了电弧。操作过程中，电流从阳极流到阴极，穿过级联板中的孔，从而生成发光的等离子。
级联电弧光源提供了比普通Hg/Xe电弧光源高得多的辐射率。级联电弧光源在非常小的几何范围内发射其通量，并且具有大约为0.1W/nm/mm2/sr的辐射率。相对于当前使用的高功率Hg/Xe电弧灯，本光源具有两个主要的优点。首先，该光源发射较短波长的光，从而获得更高的空间分辨率。级联电弧光源发射波长从低于125nm到红外范围内的辐射。可以轻易地达到120-400nm的范围，或者优选时，考虑到低于190nm时石英中的吸收，该范围为190-400nm。而且，该光源具有小的几何范围，从而能够更大程度地放大所要检验的物体，甚至是以非常高的速度。
优选的是，根据本发明的检验系统提供了一种波长范围，该范围限制为任意的波带或者波带集合，其至少包含波长至少为190nm的辐射。
例如，当该检验系统用于检验半导体器件时，这些从190nm开始的较短波长的辐射是非常有利的。
有利的是，该辐射光源生成辐射率大于10mW/nm/mm2/球面度的辐射。
尽管原理上根据本发明的系统可以检验所有类型的物体，但是该系统尤其适用于检验裸露的、经部分或全部处理的半导体晶片或者用于光刻处理中的分划板或者掩模，其中这些分划板和掩模用于在半导体晶片上生成带图案的层。
优选的是，该照射系统包括用于使物体上图像平面中的照射空间分布均匀化的光学装置。尤其是该光学装置包含光束均匀器。
这种光束均匀器调节来自辐射光源的光，并且使其空间分布均匀化。
本发明还涉及以上描述的一种辐射光源，以用于光学检验系统中。
将参照附图描述本发明，其中
图1示意表示了级联电弧光源；和图2示意表示了根据本发明的用于晶片检验的光学设计。
这些附图完全是示意性的，并且没有按照比例画出。图中相似的元件尽量用相同的附图标记来表示。
图1表示了级联电弧辐射光源1。所述级联电弧包括三个主要部分；阴极部分、阳极部分和位于二者之间的板部分。该板部分包括级联叠置的几个板，其构成了电弧。
如图1所示的级联电弧的示例性结构，其包括中央通道3，其长度在20-200mm之间变化并且直径在0.5-10mm之间变化。
附图标记6表示阴极尖端。在图1中仅仅表示了一个阴极尖端。实际上，该阴极的数量是可变的，但是优选存在至少三个阴极尖端。有利的是，该阴极尖端包括钍钨合金。该阴极尖端优选围绕中央通道3旋转设置并且将其安装到中空保持器8中，通过该保持器经由管道9提供冷却水。保持器8至少部分地密封在电绝缘套管10(例如由石英制成)中，并且通过螺帽11使其保持在适当的位置，该螺帽11具有橡胶环(未在图1中示出)并且真空密闭夹紧该保持器8。通过螺帽12使管道9夹紧在保持器8中。
通过从电弧组件上去除保持器8，替换阴极尖端6，并且将具有新的尖端的保持器放回组件中，就可以轻易替换该阴极尖端6。
附图标记4表示入口，通过该入口可以提供冲洗气体。这种冲洗气体的实例可以是惰性气体，诸如氩和氙。附图标记5表示喷嘴状阳极，其位于通道3中与阴极6相对的端部。在所示实施例中，阳极5包括可轻易去除的圆锥插入物，该插入物置于水冷却板15的圆锥孔中。冷却水经由入口16提供给该冷却板15，并且经由出口17从该冷却板排出。
级联板14的叠层通过螺栓18和螺母19固定于阳极板15。由于存在套管20、盖子21和环22与23而实现了电绝缘。该级联板14例如由铜制成。由于级联电弧中的高温达到16500K以上，因此必须冷却该板。冷却液体通道(未在图1中示出)接近中央通道3，从而获得了良好的散热性。级联板14相互分开并且利用“O”型环24、间隔物25(例如PVC间隔物)和由氮化硼制成的中央环26构成的密封系统而电绝缘。该密封确保了能够将电弧保持在0.05到20bar之间的压强。中央环是白色的并且反射等离子辐射的光。中央环的目的是保护“O”型环避免在等离子光吸收的影响下而融化。
在级联电弧的操作过程中，电流为20-200A的直流电可以从喷嘴状阳极5流到阴极尖端6。利用脉冲电流的级联电弧的操作也是可以的。
通过以下方式可点燃该电弧，首先将气压降低到大约10mbar并且在阳极和阴极之间施加大约1000V的电压差(电压尤其取决于电极距离等等)。一旦点燃了电弧，气体的压强就提高到工作压强，即0.05-20bar。还可能想到其它点燃过程。
图2示意表示了根据本发明的晶片检验系统光学设计的实例。应当明白在本发明的范围内许多其它的设计方案也是可行的。附图标记32表示照明系统。在本实例中，所述系统包括用作光源的级联电弧31。而且，该照明系统32包括用于在空间上使照明系统32的出口33处的光束强度均匀化的装置34。
通过出口33离开照明系统的光束经过准直透镜系统35。附图标记38表示检验系统的物镜。附图标记39表示图像传感器。物镜将光束成像到晶片37上并且收集从晶片反射的光。利用分束器36，将光引导出照明路径，并且该分束器与物镜共同生成晶片的图像。
尽管利用以上实例表述了本发明，但是这不意味着本发明仅仅限于这些实例。相反，在本发明的范围内的许多变型都是可能的。
权利要求
1.用于检验物体的系统，包括-用于照射将被检验的物体的照射系统，所述照射系统包括辐射光源，-物镜，将被照射物体成像到图像传感器上，和-图像传感器，用于将来自将被检验的物体的辐射转变为可检测信号，其特征在于，该辐射光源包括-至少一个阴极-至少一个阳极-一个或多个板，位于所述一个或多个阴极和所述一个或多个阳极之间，并且基本上为电绝缘的，其中每个板包括至少一个孔，按照某种方式使该孔对准，从而在阴极和阳极之间生成连续路径，在该路径上放电可以延伸。
2.根据权利要求1所述的检验系统，其特征在于波长范围限制为任意的波带或者波带集合，其至少包含波长至少为190nm的辐射。
3.根据权利要求1或2所述的检验系统，其特征在于辐射光源生成辐射率大于10mW/nm/mm2/球面度的辐射。
4.根据权利要求1所述的检验系统，其特征在于被照射的物体是裸露的、经部分或全部处理的半导体晶片。
5.根据权利要求1所述的检验系统，其特征在于被照射的物体是用于光刻处理中的分划板或者掩模，其中这些分划板和掩模用于在半导体晶片上生成带图案的层。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的检验系统，其特征在于照射系统包括用于使照射的空间分布均匀化的光学装置。
7.根据权利要求6所述的检验系统，其特征在于该光学装置包括光束均匀器。
8.如权利要求1所述的辐射光源在光学检验系统中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种用于检验物体的系统。这种系统包括a)用于照射被检验物体的照射系统，所述照射系统包括辐射光源，b)物镜，将被照射物体成像到图像传感器上，c)图像传感器，用于将来自被测物体的辐射转变为可检测信号。该辐射光源包括A)至少一个阴极，B)至少一个阳极，C)一个或多个板，位于所述一个或多个阴极和所述一个或多个阳极之间，并且基本上为电绝缘的，其中每个板包括至少一个孔，按照某种方式使该孔对准，从而在阴极和阳极之间生成连续路径，在该路径上放电可以延伸。
文档编号G01B15/08GK1717582SQ200380104357
公开日2006年1月4日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年11月28日
发明者M·哈维拉格, D·C·施拉姆, R·A·H·恩格恩, A·H·J·范登布兰德特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司