具有激光器液滴等离子体照射器的光学成像系统的制作方法

具有激光器液滴等离子体照射器的光学成像系统的制作方法
【专利摘要】一种晶片检查系统包含激光器液滴等离子体LDP光源，所述激光器液滴等离子体光源以充分的辐射率产生光以使得能够以低至40纳米的波长进行明亮场检查。由所述LDP源产生的光被引导到所述晶片，且来自被照射的晶片的光被具有全反射元件的高NA物镜收集。检测器检测所述所收集光以供进一步的图像处理。所述LDP源包含液滴产生器，所述液滴产生器分配进料的液滴。由激光器产生的激发光聚焦在所述进料的液滴上。所述激发光与所述液滴的相互作用产生等离子体，所述等离子体在从40纳米到200纳米的频谱范围内以至少10W/mm2-sr的辐射率发射照射光。
【专利说明】具有激光器液滴等离子体照射器的光学成像系统
【技术领域】
[0001]所描述的实施例涉及用于显微术的照射源和系统。
【背景技术】
[0002]通常通过施加到衬底或晶片的一连串处理步骤来制造例如逻辑和存储器装置等半导体装置。通过这些处理步骤来形成半导体装置的各种特征和多个结构层级。举例来说，光刻尤其是一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械研磨、蚀刻、沉积，以及离子植入。多个半导体装置可被制造在单个半导体晶片上，且随后被分离成个别的半导体装置。
[0003]在半导体制造过程期间在各个步骤处使用检查过程来检测晶片上的缺陷，从而促进较高的良率。当检查例如半导体晶片等镜面或准镜面表面时，可使用明亮场(BF)形态，从而执行经图案化晶片检查以及缺陷检视两者。在BF检查系统中，收集光学器件经定位以使得所述收集光学器件俘获由被检查的表面镜面反射的光的实质部分。可行的BF检查系统需要高辐射照射以及高数值孔径(NA)来使系统的缺陷灵敏度最大化。
[0004]当前的晶片检查系统通常采用深紫外光(DUV)辐射的照射源，所述照射源具有短至260纳米的波长以及高数值孔径(NA)。一般来说，检查系统的缺陷灵敏度与照射光的波长除以物镜的NA成比例。在不进一步改进NA的情况下，当前的检查工具的整体缺陷灵敏度受到照射源的波长限制。
[0005]在宽频带成像工具的情况下，通常通过折反射式物镜(反射性和折射性光学元件的组合)将照射光递送到晶片。在窄频带成像工具的情况下，通常通过透射式物镜或显微镜将照射光递送到晶片。因此，当前的BF检查工具采用包含折射性光学元件的光学子系统。
[0006]在BF检查系统的一些实例中，可通过弧光灯来提供照射光。举例来说，基于电极的、相对高强度放电弧光灯用于检查系统中。然而，这些光源具有许多缺点。举例来说，基于电极的、相对高强度放电弧光灯具有归因于对来自电极的电流密度的静电约束而导致的辐射率限制和功率限制、作为黑色主体发射器的气体的有限的发射率、归因于阴极处的相对大的电流密度的存在而导致的由耐火材料制成的电极的相对快速的腐蚀，以及在所需的发射电流下在相对长的周期内对掺杂剂的不可控性(其可降低耐火阴极的操作温度)。
[0007]在一些其它实例中，可通过激光器直接提供照射光。一种方法是将较长波长源谐波上变频转换为较短波长。然而，可以可靠地持续的平均功率通常低于一瓦；远远低于高处理量、高分辨率BF晶片检查所需的十到一百瓦的平均功率。在另一实例中，已经开发出具有较高平均功率的受激准分子激光器，但是短波长下的受激准分子激光器的动力学将这些装置限制到低重复率(例如，若干kHz或更小)。另外，这些激光器是极短脉冲激光器(例如，数纳秒)。低重复率和短脉冲持续时间的组合导致被递送到被检查的晶片的注量，其远远超过用于构造晶片的材料(例如，Si02、S1、金属和光阻材料)的破坏极限。
[0008]在一些其它实例中，可通过由激光器(例如，激光器持续的等离子体)泵送的不相干光源提供照射光。激光器持续的等离子体是在由在比激光器等离子体低的温度下的工作气体包围的高压灯泡中产生的。虽然用激光器持续的等离子体获得实质性辐射率的改进，但这些等离子体的温度一般受到这些灯内的光物理和动力过程限制。当使用连续波长或脉动泵源时，这些等离子体中的纯原子和离子发射一般被限定到长于200nm的波长。受激准分子发射可布置在激光器持续的等离子体中以用于171nm下的波长发射(例如，氙受激准分子发射)，但这些源通常是窄频带，功率受限且辐射率受限。171纳米下的受激准分子发射在低压(例如，3巴及以下)下进行优化，且171nm发射的功率在高辐射率所需的较高压力下被极大地削减。因此，高压灯泡中的简单气体混合物仅能够在充分的辐射率和平均功率下持续高于200nm的波长覆盖来支持高处理量、高分辨率BF晶片检查。
[0009]远紫外光(EUV)光刻领域中的开发工作集中在于高功率电平(例如，照射器的中间焦点处的210瓦的平均功率)下发射以13纳米为中心的窄频带辐射的光源。已经使用激光器液滴等离子体架构来开发用于EUV光刻的光源。举例来说，通过CO2相干源来泵送在IOOkHz及更高的脉冲重复频率下操作的氙、锡、锂液滴目标。所实现的光是高功率(例如，照射器的中间焦点处的210瓦的平均功率是13纳米下的光刻工具的目标)。然而，构成半导体晶片的材料对于13纳米下的窄频带光实际上不展现出任何反射性。
[0010]需要具有用于BF检查应用的所需的辐射率和平均功率的较短波长照射源。优选的是，此类源应为连续波长或接近连续波长，以避免对所照射样品的破坏。此外，需要与此类源相容的可制造物镜和传感器，以实现可行的BF检查系统。

【发明内容】

[0011]一种明亮场晶片检查系统包含激光器液滴等离子体(LDP)光源，所述激光器液滴等离子体光源以充分的辐射率产生低至40纳米的波长的光进行检查。所述LDP源包含液滴产生器，所述液滴产生器分配进料的液滴。由激光器产生的激发光聚焦在所述进料的液滴上。所述激发光与液滴的相互作用产生一种等离子体，所述等离子体在从40纳米到200纳米的频谱范围内以至少10W/mm2-sr的福射率且在一些实例中以高于lkW/mm2_sr的福射率发射照射光。
[0012]在第一实施例中，所述LDP光源在从100纳米到200纳米的频谱范围内以至少10W/mm2-sr的辐射率且在一些实例中以高于lkW/mm2-sr)的辐射率产生照射光。具有约一微米的波长以及在I纳秒与40纳秒之间的脉冲持续时间的固态激光器产生具有在I毫焦耳与20毫焦耳之间的脉冲能量的激发光。在这些能量水平下，可使大小为约50微米的合适进料的液滴离子化为具有4eV到IOeV的等离子体温度的等离子体。合适的进料包含但不限于Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O。具体来说，合适的进料可包含呈氢化物或氧化物分子组合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。在一个非限制性实例中，合适的进料可包含SiH4, SiO2, 02、CH4, H2O和C02。在其它实例中，合适的进料包含稀有气体、碱金属和劍七物。
[0013]一种可操作以在这些波长下检查半导体晶片的检查系统包含光学元件，所述光学元件有效地收集由等离子体发射的照射光、将所述照射光引导到晶片，以及收集并放大从所述晶片发射的成像光。呈现全反射光学子系统，所述全反射光学子系统是由上覆有铝的MgF2构造以使吸收损耗最小化。
[0014]在第二实施例中，所述LDP光源在从40纳米到55纳米的频谱范围内以至少IOW/mm2-sr的辐射率产生照射光。具有约一微米的波长以及在I纳秒与40纳秒之间的脉冲持续时间的固态激光器产生具有在I毫焦耳与20毫焦耳之间的脉冲能量的激发光。在这些能量水平下，可使大小为约50微米的合适进料的液滴离子化为具有SeV到20eV的等离子体温度的等离子体。合适的进料包含但不限于稀有气体、碱金属，以及金属卤化物。
[0015]一种可操作以在这些波长下检查半导体晶片的检查系统包含光学元件，所述光学元件有效地收集由等离子体发射的照射光、将所述照射光引导到晶片，以及收集并放大从所述晶片发射的成像光。呈现全反射光学子系统，所述全反射光学子系统包含具有钪和硅的交替层的多层布拉格反射镜以使吸收损耗最小化。
[0016]前文描述是概述，且因此必然地含有细节的简化、概括和省略；因此，所属领域的技术人员将了解，所述概述仅是说明性的，且绝不是限制性的。如仅由权利要求书界定的本文描述的装置和/或过程的其它方面、发明性特征和优点将在本文陈述的非限制性详细描述中变得显而易见。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是说明常用于半导体装置制造中的材料的反射特性的曲线图。
[0018]图2是说明包含激光器液滴等离子体光源110的晶片检查系统100的简化图。
[0019]图3是说明在各种等离子体温度下的碳的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0020]图4是说明在各种等离子体温度下的锌的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0021]图5是说明在各种等离子体温度下的硅的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0022]图6是说明在各种等离子体温度下的铜的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0023]图7是说明在各种等离子体密度下的钠的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0024]图8是说明在各种等离子体密度下的钾的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0025]图9是说明在各种等离子体温度和密度下的氩的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0026]图10是说明在各种等离子体温度下的氪的发射强度的模拟结果的曲线图。
[0027]图11是说明物镜130的简化图，其中照射光125和所收集光135占据光瞳面131中的空间上分离的区域。
[0028]图12是说明物镜130的简化图，照射光125和所收集光135占据光瞳面131中的
空间上重叠的区域。
[0029]图13是说明在第一实施例中将照射光倾斜射入到物镜130中的简化图。
[0030]图14是说明在第二实施例中将照射光倾斜射入到物镜130中的简化图。
[0031]图15是说明包含局部驱动和信号处理电路的示范性TDI传感器模块的图。
[0032]图16是说明TDI传感器模块的示范性模块阵列的图。
[0033]图17是说明TDI传感器模块的示范性模块阵列的图。
[0034]图18是检查通过从激光器液滴等离子体产生的照射光照射的半导体晶片的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]现将详细参考背景实例以及本发明的一些实施例，附图中说明了所述实施例的实例。[0036]图1说明曲线图280，所述曲线图指示在半导体装置的制造中通常利用的若干材料的空气-材料界面处的法向入射反射。图1说明硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、铜(Cu)、碳(C)和钨(W)的反射率以作为入射到每种材料的光的波长的函数。一般来说，这些材料中的每一者在100纳米到200纳米的波长范围中的反射率类似于在更长波长(例如，大于当前BF检查系统中所采用的260纳米的波长)处的反射率。因此，从反射光的角度来看，100纳米到200纳米范围中的照射源相对于发射260纳米以上的源来说不应显著不利。47纳米附近的反射率是约5%。虽然显著低于100纳米与200纳米之间的范围，但是这些材料对窄频带范围(例如，10纳米波频带)中的照射光的响应仍可用于检查目的。
[0037]揭示了 一种不相干辐射源，其包含在大于10W/mm2-sr的辐射率下在40纳米与200纳米之间的频谱区域中的发射。另外，揭示了利用所述光源的示范性晶片检查系统。所述光源包含通过液滴产生器而被分配为一连串液滴的进料。在一些实施例中，激光器的输出被聚焦到液滴上，以产生在40纳米与55纳米之间的频谱区域中发射光的等离子体。在一些其它实施例中，激光器的输出被聚焦到液滴上，以产生在100纳米与200纳米之间的频谱区域中发射光的等离子体。
[0038]图2说明晶片检查系统100，所述晶片检查系统经配置以使用在40纳米与200纳米之间的频谱区域中的照射光来检查晶片。晶片检查系统100包含激光器液滴等离子体(LDP)光源110，激光器液滴等离子体光源110产生在40纳米与200纳米之间的频谱区域中的照射光。照射光被传输到晶片140，且成像物镜130将反射的照射光引导到检测器160。在一些实施例中，由光源110产生的照射光被收集器120搜集且被至少一个照射光学器件125传输到物镜130。在一些实施例中，照射光学器件125和成像物镜130可主要包括相同的元件且实质上是相同的。在一些其它实施例中，由光源110产生的照射光被收集器120搜集且被至少一个照射光学器件125直接传输到样品140，而不首先被引导穿过成像物镜130的元件。样品140响应于入射到样品140的照射光而发射成像光。然而，所述成像光仍被搜集为所收集光且被成像物镜130放大。在一些实施例中，物镜130经由变焦光学器件150将所收集光传输到成像检测器160，变焦光学器件150进一步放大从样品140收集的图像。检测器160接收成像光且将所述光转换为电信号。检测器160将所述电信号传送到处理器170以供处理器170进行进一步的图像处理。在一些实施例中，样品140通过真空或静电机构而附着到定位系统180。以此方式，样品140在物镜130下方灵活定位。
[0039]在一个方面中，LDP光源110在40纳米与200纳米之间的频谱区域内在大于IOW/mm2-sr的福射率下在40纳米与200纳米之间的频谱区域中发射宽频带福射。此类福射适合于在宽频带光学显微镜中成像的经图案化半导体晶片的BF检查，所述经图案化半导体晶片可以高处理量(例如，至少5个晶片/小时)成像在从100微米到数毫米的视野上。
[0040]在一些实施例中，LDP光源110在4eV到IOeV的温度中产生等离子体115，所述等离子体在大于10W/mm2-sr的辐射率下在100纳米与200纳米之间的频谱区域中发射光。在一些其它实施例中，LDP光源110在8eV到20eV的温度范围中产生等离子体115，所述等离子体在至少10W/mm2-sr的福射率下在40纳米与55纳米之间的频谱区域中发射光。在一些实施例中，可实现高达lkW/mm2-sr的福射率。
[0041]如图2中所描绘，LDP光源110包含液滴产生器111和激光器113。液滴产生器111分配进料112的一连串液滴。激光器113产生激发光116，所述激发光被聚焦到进料的液滴上。所述激发光致使进料液滴离子化，从而形成发射照射光的等离子体。在一些实施例中，液滴产生器111是基于可市购的喷墨技术的高频率流体分配器。在一个实例中，液滴产生器111以50千赫兹与200千赫兹之间的速率分配进料112的一连串标称50微米液滴。在其它实例中，液滴大小可在25微米与100微米之间变化。在一些实施例中，激光器113是固态激光器，其具有在I纳秒与40纳秒之间，且更特定来说，在5纳秒与20纳秒之间的脉冲持续时间。固态激光器113的输出波长为约I微米(例如，在0.9微米与1.1微米之间)。固态激光器113每个脉冲产生I毫焦耳与20毫焦耳之间的能量，且更特定来说，每个脉冲产生3毫焦耳与10毫焦耳之间的能量。在一些实施例中，固态激光器113是基于镱(Yb)的固态激光器。在一些其它实施例中，固态激光器113是基于钕(Nb)的固态激光器。
[0042]在一些实施例中，可将小电荷施加到由液滴产生器111分配的每一液滴的颗粒，且可将可控电场引入液滴飞行路径中。以此方式，可通过受控电场来操纵每一液滴以将每一液滴精确地定位在由激光器113产生的激发光路径内。
[0043]为了在大于10W/mm2-sr的辐射率下在40纳米与200纳米之间的频谱区域中从激光器液滴等离子体获得照射光，必须选择合适的材料且必须在充分高的等离子体密度下将所述材料加热到充分高的等离子体温度。可通过使离子化激光脉冲中的光子的数目与正由激光器113激发的小球或液滴中的原子的数目匹配来确定液滴等离子体的温度。举例来说，用作激光器等离子体115的目标的液体铜液滴可在被激发到4eV(或更高的)等离子体温度时产生大量的宽频带IOOnm到200nm的辐射。可以每脉冲约5毫焦耳到10毫焦耳的激光脉冲能量或这些脉冲能量附近的范围中获得这些等离子体温度。为了点燃等离子体，需要供应接近5e9到lelOW/cm2的注量。因此，为了点燃并且持续等离子体，激光113应具有在I纳秒与40纳秒之间的脉冲长度。由TRUMPF集团(德国)制造的可市购的薄盘激光器可适合于此目的。虽然可市购的薄盘激光器可操作以点燃且持续等离子体115，但将此激光器类型从简单的振荡器修改为注入播种主控振荡器功率放大器(MOPA)架构会更接近地产生所需的操作条件。
[0044]通过非限制性实例，图3到6说明适合作为进料112以在100纳米到200纳米的范围中从激光器等离子体产生高辐射率辐射的不同材料。图3说明碳的模拟的等离子体发射频谱的曲线图200。强度被绘制为4eV、8eV和IOeV的等离子体温度下的波长的函数。图4说明锌的模拟的等离子体发射频谱的曲线图210。强度被绘制为2eV、4eV、8eV和IOeV的等离子体温度下的波长的函数。图5说明硅的模拟的等离子体发射频谱的曲线图220。强度被绘制为在le_3g/cm3的等离子体密度下在2eV、4eV、8eV和IOeV的等离子体温度下的波长的函数。图6说明铜的模拟的等离子体发射频谱的曲线图230。强度被绘制为4eV、8eV和IOeV的等离子体温度下的波长的函数。图3到6中所说明的所有四种材料展现出随着等离子体温度增加在100纳米到200纳米的范围中的增加的发射。然而，转换效率不随等离子体温度而增加。举例来说，铜在4eV下展现出比在8eV或IOeV下更高的转换效率。而且，锌在4eV下展示从100纳米到200纳米的良好转换效率，但最大发射的波长随着温度增加到SeV和IOeV而转变为低于150纳米。以此方式，可通过改变进料的等离子体温度来调谐光源110的所需的宽频带发射频谱。
[0045]除了碳、硅、锌和铜之外，各种各样的进料可适合于在100纳米到200纳米的范围中从激光器等离子体产生高辐射率。举例来说，镓、铟、氧和砷可为合适的。另外，可掺杂磷酸盐或氯化物(例如，用水)以产生合适进料的液滴。类似地，可掺杂金属卤化物和碱金属以产生合适进料的液滴。合适的进料可包含但不限于Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O。具体来说，合适的进料可包含呈氢化物或氧化物分子组合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。在一个非限制性实例中，合适的进料可包含SiH4、SiO2, 02、CH4, H2O和C02。在其它实例中，合适的进料包含稀有气体、碱金属和卤化物。
[0046]为了在大于10W/mm2_sr的福射率下在40纳米与55纳米之间的频谱区域中从激光器液滴等离子体获得照射光，必须选择合适的材料且必须在充分高的等离子体密度下将所述材料加热到充分高的等离子体温度。
[0047]通过非限制性实例，图7到10说明适合作为进料112以在40纳米到55纳米的范围中从激光器等离子体产生高辐射率的不同材料。图7说明钠的模拟的等离子体发射频谱的曲线图240。强度被绘制为在12eV的等离子体温度下在le_3grams/cm3、le_4grams/cm3和le-5gramS/Cm3的等离子体密度下的波长的函数。图8说明钾的模拟的等离子体发射频谱的曲线图250。强度被绘制为在12eV的等离子体温度下在le_3grams/cm3、le_4grams/cm3和le-5gramS/Cm3的等离子体密度下的波长的函数。图9说明氩的模拟的等离子体发射频谱的曲线图260。强度被绘制为在12eV的等离子体温度下在le_4grams/cm3和le_5grams/cm3的等离子体密度下以及在IOeV的等离子体温度下在le-4grams/cm3的等离子体密度下的波长的函数。图10说明氪的模拟的等离子体发射频谱的曲线图270。强度被绘制为在le-5grams/cm3的等离子体密度下在IOeV和12eV的等离子体温度下的波长的函数。钾、钠和氩全部展现出在40纳米到55纳米的范围中的有用量的发射，尤其在等离子体密度接近le-5grams/cm3且等离子体温度接近12eV时。然而,必须将氪驱动到接近20eV的等离子体温度以产生有用量的发射。
[0048]除了钾、钠、氩和氪之外，各种各样的进料可适合于在40纳米到55纳米的范围中从激光器等离子体产生高辐射率辐射。举例来说，金属卤化物和碱金属是用于在等离子体温度在SeV与20eV之间附近下生产48nm附近的辐射的两种系列的实际进料。另外，合适的进料可包含但不限于Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O。具体来说,合适的进料可包含呈氢化物或氧化物分子组合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。在一个非限制性实例中，合适的进料可包含SiH4、Si02、02、CH4、H20和C02。在其它实例中，合适的进料包含稀有气体。
[0049]如图2中所说明，由光源112产生的照射光必须与大量光学组件相互作用以有效地照射并成像晶片。目前，折射性或透射性光学组件无法用于在40纳米与200纳米之间的频谱区域中有效地操纵光。这些波长下的光很容易被已知的透射材料吸收。因此，在系统100内仅折射性光学组件用于在40纳米与200纳米之间的频谱区域中有效地操纵光。此外，每一元件的每表面反射率必须被保持在合适的范围内，使得检测器160可在高速操作中搜集充分的图像信号。在其中光源110产生100纳米与200纳米之间的光的实施例中，基于散装铝的、宽频带涂覆的光学物镜、收集器、变焦和照射子系统是合适的。具体来说，上覆着MgF2的铝反射镜对于从IOOnm到200nm以及更长的波长传递充分的性能。
[0050]在其中光源110产生40纳米与55纳米之间的光的实施例中，用于47纳米光的具有拥有充足的反射率差异的多层材料对的堆叠的布拉格反射镜是合适的。另外，材料对必须在47纳米下具有合适大的表层深度，使得在此波长下的辐射不会被显著吸收入所选材料的多个(例如，40个或更多)成对层中。钪/硅(Sc/Si)材料对已经证明针对47纳米光传递充足的反射率和充分的带宽，且因此物镜照射角容限。对适合于反射这些波长下的辐射的反射性涂层的分析描述于以下文献中:1)S.榆林、F.斯嘉芙、T.菲戈尔和N.凯瑟的“Sc/Si多层的增强的反射率和稳定性(Enhanced reflectivity andstability of Sc/Si multilayers) ”，SPIE学报中的用于X射线、EUV光刻、激光和其它应用的反射镜技术中的进步，Vol.51930277-786X(2004)，其全部以引用的方式并入本文中；以及2) A.阿奎拉、F.塞尔玛丝、Y.刘和E.古力克森的“对于25nm到50nm远紫外光具有高反射率和宽带宽的三材料多层涂层(Trimaterial multilayer coatings with highreflectivity and wide bandwidth for25_50nm extreme ultraviolet light)，，,光学快报Vol.17(24)，#117387(2009)，其全部以引用的方式并入本文中。
[0051]收集器120可以是用以搜集从等离子体115产生的照射光的任何合适的形状。合适的实例包含椭圆形收集器以及具有多个表面外形的收集器。用于收集从等离子体发射的光的不范性技术描述于颁予KLA-Tencor科技公司的于2010年4月27日发布的美国专利7，705，331中，其全部以引用的方式并入本文中。
[0052]如图2中所描绘，检查系统100包含单个激光器，所述单个激光器直接聚焦在液滴上以产生等离子体115。然而，检查系统100可包含一个以上激光器，其中每一激光器被不同地或相同地配置。举例来说，所述激光器可经配置以产生可在同时或在不同时间被引导到液滴的具有不同特性的光。在另一实例中，所述激光器可经配置以从相同或不同方向将光引导到液滴。用于将激发光引导到目标的示范性技术描述于前面提到的美国专利7，705，331中，其全部以引用的方式并入本文中。
[0053]可通过照射光学器件125来传输照射光。照射光学器件125可包含中空光学均质器或反射光管，以将照射光有效地传输到样品或物镜。用于传输短波长光(例如，波长在40纳米与200纳米之间的光)的示范性技术描述于申请者KLA-Tencor公司的第PCT/US2010/039150号国际专利申请案中，且于2010年12月23日在第2010/148293A2号国际公开案中公开，其全部以引用的方式并入本文中。
[0054]可行的BF检查系统需要被设计成具有充足的视野以及良好位于由晶片检查工具准许的成像要求内的失真的成像物镜。如上文所论述，可行的BF检查系统包含具有大NA的物镜130。在一些实例中，所述NA可大于0.7。在其它实例中，所述NA可大于0.9。除了高NA之外，穿过物镜130的光路径应优选地包含与反射性表面的最小数目的相互作用，以使与每一相互作用相关联的吸收损耗最小化。用于使用四反射镜、四回合设计的具有全反射组件的物镜的示范性设计描述于颁予KLA-Tencor科技公司的于2008年4月I日发布的美国专利7，351，980中，其全部以引用的方式并入本文中。另外，用于使用四反射镜、六回合设计的具有全反射组件的物镜的示范性设计描述于指派给卡尔蔡司SMT AG且在2010年7月29日在第2010/0188738A1号美国专利公开案下公开的第12/568，483号美国专利申请案中，其全部以引用的方式并入本文中。
[0055]照射方向影响了检查系统100如何解析晶片上的结构。图11到14说明晶片140的倾斜照射的若干实例。
[0056]图1lA说明在四反射镜、四回合配置中的物镜。图1lB说明物镜130的光瞳面131。在此实施例中，物镜130将照射光125引导到晶片140且搜集来自晶片140的所收集光135。然而，照射光125和所收集光135占据光瞳面131中的空间上分离的区域。如所说明，整个物镜130具有0.8的NA。照射光瞳132表示穿过光瞳面131的照射光125的横截面图。如所说明，所述照射NA是0.4。类似地，收集光瞳133表示穿过光瞳面131的所收集光135的横截面图。如所说明，所述成像NA是0.4。通过保持与照射光瞳分离的收集光瞳，使模糊最小化，但是以用于成像的减小的NA为代价。另外，照射和收集可在0.8物镜NA内左右移动。
[0057]图12A说明在四反射镜、四回合配置中的物镜130。图12B说明物镜130的光瞳面131。在此实施例中，物镜130将照射光125引导到晶片140且搜集来自晶片140的所收集光135。然而，照射光125和所收集光135占据光瞳面131中的空间上重叠的区域。如所说明，整个物镜130具有0.8的NA。照射光瞳132表示穿过光瞳面131的照射光125的横截面图。如所说明，所述照射NA是0.32。类似地，收集光瞳133表示穿过光瞳面131的所收集光135的横截面图。如所说明，所述成像NA是0.8。然而，通过使收集光瞳与照射光瞳重叠，将需要使用照射与成像之间的光束分离，或发生模糊，这限制了用于成像的可用NA。
[0058]图13说明在四反射镜、四回合配置中的物镜130。在此实施例中，照射光125倾斜地插入在物镜130的反射表面136与137之间，且穿过反射表面137的孔口 138到达晶片140。以此方式，照射光被直接传输到晶片140，其中仅有非常少量的模糊，且几乎整个物镜130可用于成像。
[0059]图14说明照射光125的倾斜插入的另一实例。在此实施例中，照射光125反射离开反射元件139到达反射表面136的一部分136.1。部分136.1可包含与反射表面136的其它部分不同的表面几何形状。此外，在一些实例中，部分136.1经定位以使得其不参与通过物镜130收集来自晶片140的光。入射到部分136.1的照射光125通过孔口 138被反射和引导到晶片140。因此，照射光倾斜地插入在物镜130的反射表面136与137之间，且穿过反射元件137的孔口 138。以此方式，照射光被直接传输到晶片140，其中仅有非常少量的模糊，且几乎整个物镜130可用于成像。
[0060]在一些实施例中，上文所论述的光学配置可在经特别优化以用于照射目的的反射元件中的一者或一者以上中具有非均一的光学特性。举例来说，涂层可经优化以增加归因于照射路径中的高暴露能量而导致的涂层耐用性。
[0061]在一个实施例中,可用多个TDI传感器模块实施检测器160。每一 TDI传感器模块可有利地包含局部电路以用于驱动和信号处理。相对于等效区域的大型单片装置，包含这些TDI传感器模块的模块阵列可增加装置可制造性，同时减小驱动和处理要求。示范性TDI传感器模块和模块阵列描述于由KLA-Tencor公司于2009年10月7日申请的标题为“用于高速检查的具有局部驱动和信号处理电路的TDI传感器模块(TDI Sensor Modules WithLocalized Driving And Signal Processing Circuitry For High Speed Inspection)”的美国专利申请案12/575，376中，且所述申请案以引用的方式并入本文中。
[0062]图15说明包含局部驱动和信号处理电路(在本文还称为局部电路)的示范性TDI传感器模块800的俯视图。具体来说，TDI传感器模块800包含TDI传感器802、用于处理来自TDI传感器802的信号的处理电路803、时序和串行驱动电路804，和像素门驱动器电路 805。
[0063]在一个实施例中，处理电路803可提供相关双重取样(⑶S)和其它模拟前端(AFE)功能(例如，模拟增益控制)、模/数转换(ADC)，和数字后处理(例如，黑色等级校正)、每像素增益和偏移校正、线性度校正、查找表(LUT)，和数据压缩。所述处理可为固定的，或依赖于来自检查系统的额外的、可能是实时的输入，以执行例如子像素内插、用以防止数字饱和的模拟增益控制、图像位置移位，和图像空间失真校正等功能。在一个实施例中，局部处理电路803可在模拟或数字域中操纵各种所俘获的图像(下文更详细地描述)，进而节省检查系统的图像分析计算机中的通信和处理带宽。
[0064]时序和串行驱动电路804可控制用于TDI的时钟时序和驱动。可包含例如复位脉冲产生、多相位串行寄存器时钟产生和ADC同步等特征。这实现非常准确的时序，在高计时速度下需要非常准确的时序来实现高SNR(信噪比)。
[0065]像素门驱动器电路805提供较慢但较高的电流TDI门驱动信号以使数据俘获与检查图像运动且与其它TDI传感器同步。像素门驱动器电路805可通常提供正方形波和/或正弦波形的三相位或四相位驱动波形。更一般来说，像素门驱动器电路805可使用数/模转换来提供任意函数产生，以便优化电荷传递、热耗散，和传感器的SNR。以引用的方式并入本文中的标题为“对TDI传感器的连续计时(Continuous Clocking Of TDI SensorsVIA美国专利申请案10/992，063更详细地描述了此数/模转换。
[0066]有利的是，局部驱动电路意味着每一 TDI传感器模块具有其自身的个别组的驱动器(即，驱动器804和805)。这些个别驱动器需要显著更小的电流，且因此可显著小于常规的大面积TDI传感器驱动器。值得注意的是，局部地分布来自多个小驱动器的高保真度、高电流波形(与TDI传感器模块相关联)比分布来自一个大驱动器的波形可缩放得多，甚至在总电流要求是相同时也如此。
[0067]在一个实施例中，处理电路803、时序和串行驱动电路804以及像素门驱动电路805中的每一者可实施于集成电路上，定位在PCB (印刷电路板)801上的TDI传感器802周围。应注意，用于实施驱动/处理电路的IC的数目可基于实施例而变化。在一个实施例中，可使用多层陶瓷衬底来实施PCB801。图16说明包含连接到PCB801的数据收发器807 (例如，10千兆位光学收发器)的示范性PCB801的侧视图，其中PCB801包含与TDI传感器模块800的驱动/处理电路通信的配线(出于简明起见而未图示)。应注意，PCB还可提供用于传感器系统的超高真空接口，且允许信号和电力在传感器侧上的高质量真空区域与光纤侧上的低质量真空区域或大气压附近的区域之间通过。在一个实施例中，光纤806可附接到数据收发器807以允许在TDI传感器模块800与系统级检查组件808之间传送驱动/处理数据。在另一实施例中，可使用低电压差动信令(LVDS)或类似的电信令和数字多路复用在板外传输来自TDI传感器模块800的数字数据。特定协议可选自业界标准，或由电子或光学高速数字通信领域中的技术人员来规定。
[0068]图17说明TDI传感器模块901的示范性模块阵列900 (还称为传感器模块阵列)。应注意，定位在TDI传感器周围的驱动/处理电路占用预定空间。因此，邻近行中的TDI传感器可经对准，以使得在用于连续扫描配置中时实现至少100%的图像覆盖。举例来说，在图17中所示的实施例中，上部行可相对于下部行有偏移，使得TDI传感器定位在由邻近行的驱动/处理电路产生的间隙中。为了确保图像覆盖中没有间隙，每一 TDI传感器的宽度等于或大于TDI传感器之间的空间。在此配置中，当被检查的晶片正在TDI图像扫描方向902上移动时，传感器模块阵列900可确保完整的图像俘获。
[0069]在一个实施例中，来自邻近行的TDI传感器之间的一些最小重叠可提供冗余数据。此冗余数据可例如确保由TDI传感器模块901产生的图像数据的准确对准。在最小重叠的一个实施例中，检查系统可从一个TDI传感器模块任意地选择将用于边缘像素的数据。在另一实施例中，检测系统可使用子像素数字处理来组合并对准来自多个TDI传感器模块的数据，以实现边缘像素附近的改进的质量数据。
[0070]应注意，用于模块阵列900的有效数据速率可显著高于单个大TDI传感器。此速率之所以得以实现是因为模块阵列可具有有效的总大小以及比在单个TDI传感器中实际上制造的输出通道的数目大的输出通道的数目。进一步注意，任何数目的行的TDI传感器模块可包含于模块阵列中，即TDI传感器模块促进缩放。此缩放产生额外的系统灵活性和性能。
[0071]在另一实施例中，可通过对准TDI传感器模块的列而增加检测到的数据的整合。举例来说，图17说明包含三行1001、1002、1003和1004的TDI传感器模块1010的示范性模块阵列1000。在此实施例中，行1001到1003俘获并处理相同(或非常类似)的光学图像数据的样本。因此，模块阵列1000可为每一条被检查的晶片提供数据流。此整合可使与等离子体光源(由于其点产生而固有不稳定)相关联的波动最小化，所述波动原本会导致检查困难。此配置还可降低等离子体光源子系统的一致性和稳定性要求，其改进了检查系统的可制造性和操作寿命。
[0072]可通过将晶片移位(左移或右移)间隙距离，且随后执行另一 TDI图像扫描来覆盖另一条，而检查在此实施例中由于传感器之间的间隙而遗漏的被检查表面的其它部分。这被称为交错配置。应注意，可通过补偿TDI图像扫描的数目来改变TDI传感器模块的列之间的间隔，即，间隔越大，TDI图像扫描的数目(且因此，条的数目)越大。进一步注意，在一些实施例中甚至可使用单行TDI传感器模块，其中TDI传感器模块之间的间隔确定了提供100%的检查覆盖所需的条的数目。
[0073]使用模块阵列用于检查的一个优点在于，被检查表面仅需要被部分照射。此分散的照射还可有利地分散与照射相关联的热量，进而允许热量更快地耗散到邻近的较冷的区域，且因此降低在高速检查期间破坏被检查表面的可能性。
[0074]使用模块阵列的另一优点是增加的信噪比(SNR)。应注意，对于可见光，光子的能量一般足以将一个电子激发成传导状态。也就是说，一个光子通常产生不超过一个信号产生电子。然而，随着光子的能量变得更高，额外的电子可进入传导状态且被收集。因此，对于每个像素的给定的TDI传感器电子阱容量，短波长光(例如，40纳米到200纳米的波长范围中的光)可有效地减小最大光子检测水平。而且，因为光子点噪声的图像SNR与所收集光子的平方根成比例，所以短波长光将减小SNR。
[0075]上述模块阵列可有利地改进检查系统的噪声特性(即，SNR)。具体来说，使两个TDI传感器模块收集冗余图像数据可使SNR提高2的平方根，且引申开来，使N个TDI传感器模块收集冗余数据可使SNR提高N的平方根。
[0076]应注意，虽然在上文详细地描述了 TDI传感器模块和TDI传感器阵列，但检查系统100可包含执行快闪运行中模式的传感器模块/阵列(其产生一系列静态图像)，或常规的CXD(电荷耦合装置)帧传递读出来取代TDI。
[0077]图18说明检查半导体晶片的方法500。在第一步骤(步骤501)中，分配进料的一连串液滴。在第二步骤(步骤502)中，将由激光器产生的激发光聚焦到进料液滴以点燃等离子体，所述等离子体发射照射光。在第三步骤(步骤503)中，检测从由照射光照射的半导体晶片反射的光。
[0078]如本文中所使用，术语“样品”一般指代晶片。然而，将理解，本文中所描述的方法和系统可用于提供此项技术中已知的任何其它样品的照射。
[0079]尽管出于指导目的而在上文描述某些特定实施例，但本专利文献的教示具有一般适用性且不限于上文描述的特定实施例。举例来说，系统100可包含一个以上光源(未图示)。所述光源可被不同地或相同地配置。举例来说，所述光源可经配置以产生具有不同特性的光，所述光可在同时或在不同时间以相同或不同的入射角被引导到样品。所述光源可根据本文中所描述的实施例中的任一者来配置。另外，所述光源中的一者可根据本文中所描述的实施例中的任一者来配置，且另一光源可为此项技术中已知的任何其它光源。因此，在不脱离如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下，可实践所描述的实施例的各种特征的各种修改、调适和组合。
【权利要求】
1.一种设备，其包括: 光源，其包括: 液滴产生器，其分配进料的一连串液滴；以及 激光器，其产生激发光，所述激发光被引导到所述进料的液滴，其中所述激发光与所述进料的所述液滴的相互作用致使所述液滴离子化，从而形成发射照射光的等离子体，其中所述照射光包括从约40纳米到约200纳米的频谱区域中的光，且其中所述照射光可用于照射样品。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述激发光是由具有在I纳秒与40纳秒之间的脉冲持续时间的固态激光器产生。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述激发光的波长是约I微米。
4.根据权利要求2所述的设备，其中由所述固态激光器产生的脉冲的能量在I毫焦耳与20晕焦耳之间。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述固态激光器取自由以下各者组成的群组:基于镱Yb的固态激光器和基于钕Nb的固态激光器。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述照射光在从40纳米到55纳米的频谱范围内具有至少10W/mm2_sr的福射率。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述进料包含稀有气体、碱金属和金属卤化物中的任一者。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述等离子体达到8电子伏特与20电子伏特之间的温度。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述照射光在从100纳米到200纳米的频谱范围内具有至少10W/mm2-sr的福射率。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述进料包含呈氢化物分子组合物或氧化物分子组合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述进料取自由以下各者组成的群组:SiH4、SiO2, O2, CH4, H2O 和 C02。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述等离子体达到4电子伏特与10电子伏特之间的温度。
13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括: 收集器，其搜集由所述等离子体发射的可用于照射所述样品的所述照射光；以及 物镜，其搜集并放大响应于入射到样品的所述照射光而从所述样品发射的所收集光，且将所述所收集光引导到检测器。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述物镜将所述照射光引导到所述样品，且其中所述照射光和所述所收集光占据所述物镜的光瞳面中的空间上分离的区域。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述物镜将所述照射光引导到所述样品，且其中所述照射光和所述所收集光占据所述物镜的光瞳面中的空间上重叠的区域。
16.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括: 至少一个照射光学器件，其将所述照射光从所述收集器引导到所述样品，其中所述物镜的光瞳面仅包含所述所收集光。
17.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括: 至少一个照射光学器件，其将所述照射光从所述收集器引导到具有非均一光学轮廓的所述物镜的至少一个反射元件，其中所述元件的第一部分将所述照射光反射到所述样品，且其中所述元件的第二部分搜集响应于所述照射光而从所述样品发射的所述所收集光。
18.根据权利要求13所述的设备，其中所述检测器是硅时间延迟和积分TDI传感器。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述样品是经图案化的半导体晶片。
20.根据权利要求13所述的设备，其中所述等离子体的几何形状的大小经设计以实质上与所述物镜的展度匹配。
21.一种用于半导体晶片检查的系统，其包括: 光源，其包括: 液滴产生器，其分配进料的一连串液滴；以及 激光器，其产生激发 光，所述激发光被引导到所述进料的液滴，其中所述激发光与所述进料的所述液滴的相互作用致使所述液滴离子化，从而形成发射照射光的等离子体；以及 物镜，其搜集并放大响应于入射到样品的所述照射光而从所述样品发射的所收集光，且将所述所收集光引导到检测器。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述照射光在从40纳米到55纳米的频谱范围内具有至少10W/mm2-sr的福射率。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述物镜在所述所收集光的光学路径中包括多个反射元件，且其中所述多个反射元件是由被MgF2上覆的铝构造。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述照射光在从100纳米到200纳米的频谱范围内具有至少10W/mm2-sr的辐射率。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述物镜在所述所收集光的光学路径中包括多个反射元件，且其中所述多个反射元件被以布拉格反射镜布置配置的Sc/Si材料对涂覆。
26.—种检查半导体晶片的方法，其包括: 分配进料的一连串液滴； 将由激光器产生的激发光聚焦到所述进料的液滴以点燃等离子体，所述等离子体发射照射光；以及 检测从由所述照射光照射的半导体晶片反射的光。
27.一种方法，其包括: 分配进料的一连串液滴；以及 将由激光器产生的激发光聚焦到所述进料的液滴以点燃等离子体，所述等离子体在从40纳米到200纳米的频谱范围内以至少10W/mm2-sr的辐射率发射照射光。
【文档编号】H01L21/66GK103460366SQ201280016263
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年1月30日 优先权日:2011年2月14日
【发明者】理查德·W·索拉兹, 斯特凡·P·杜兰特, 秀辉·黄 申请人:科磊股份有限公司