用于提高检测灵敏度的多点照明的制作方法
【专利说明】用于提高检测灵敏度的多点照明
[0001 ] 相关申请案的交叉参考
[0002]本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2013年8月9日申请的标题为“用于表面扫描系统的分割高斯光束与多点平顶照明(Split Gaussian Beams and Mult1-Spot Flat-TopIlluminat1n for Surface Scanning Systems)” 的第61/864,024号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]所描述的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】
[0004]半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常由施加到衬底或晶片的处理步骤序列来制造。半导体装置的各种特征及多个结构层级是由这些处理步骤形成。举例来说，除其它以外，光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制造多个半导体装置且接着可将多个半导体装置分成个别半导体装置。
[0005]在半导体制造过程期间在各种步骤处使用检验过程以检测晶片上的缺陷以促进较高良率。随着设计规则及过程窗在大小上继续收缩，需要检验系统捕获未经图案化晶片表面及经图案化晶片表面两者上的更广泛范围的物理缺陷同时维持高产量。类似地，需要检验系统捕获光罩表面上的更广泛范围的物理缺陷。
[0006]—种此类检验系统是照明及检验晶片表面的扫描表面检验系统。在照明点下扫描晶片直到检验所述晶片表面的所要部分为止。通常，高功率、基于激光的照明源产生具有非均匀(例如，高斯)光束强度分布的照明光。然而，通常可期望，将在检验系统的视域上具有尽可能均匀的强度分布的照明光投射到待检验的样本上。
[0007]举例来说，在高功率、基于激光的检验系统中，入射激光光束的功率密度能够损坏晶片表面。对于运用短脉冲激光照明源的检验系统，衬底损坏主要与峰值功率密度有关。通过入射光学辐射与晶片表面的交互产生过量热，尤其是在经受具有峰值功率密度的入射光的入射区域中。
[0008]在另一实例中，成像系统一般依靠具有在视域上尽可能均匀的强度分布的照明光来有效地对样本的表面进行成像。
[0009]从非均匀(例如，高斯)光束源产生均匀强度分布的一种方法是，仅使用光束轮廓的中心部分。虽然稳健且简单，但在显著系统成本下会浪费显著量的光。此外，必须注意适当倾出未使用的光同时避免杂散光问题。
[0010]另一方法涉及对接收非均匀输入光束且产生多个次级光束的衍射光学元件(DOE)的使用。通过控制次级光束的相对相位及位置，DOE可产生在晶片表面处近似均匀强度分布的复合照明光。
[0011]不幸地，DOE元件对照明光束轮廓中的周期相位及强度波动(波前误差)高度灵敏，且也对输入光束相对于DOE的位置高度灵敏。此外，制造的DOE是通常不可经调适以适应最终照明分布的要求的改变的固定光学结构。类似地，制造的DOE不可经有效地变更以响应于输入光束的相位或强度分布的改变。此外，DOE与标准光学组件(例如，球面透镜及平面镜)相比，对于设计及制造两者也相对较昂贵。
[0012]产生均匀分布的另一方法涉及对漫射器的使用。然而，漫射器也有上文相对于DOE描述的许多相同问题。此外，在涉及相干照明的应用中，漫射器可引起非所要斑纹。
[0013]产生均匀分布的另一方法涉及对非球状光学器件的使用。然而，非球状光学器件也有上文相对于DOE描述的许多相同问题。
[0014]在一些实例中，可运用多个独立光源来产生均匀分布。然而，额外系统成本是不合意的。
[0015]—般来说，现有光束整形系统的缺点包含低效率、对像差的灵敏度、复杂性及较差的灵活性。通常，设计用于从单个高斯光束产生均匀分布而无光倾出的系统以将输入光束分成多个复本且单独操纵每一复本。此类操纵包含衰减、相位延迟，或空间复位。然而，此类操纵显著地受复本之间的干涉影响，尤其是在考虑输入光束的真实世界像差时。
[0016]因此，期望对扫描检验系统的改进以减轻用于照明待检验的样本的多个照明光束之间的干涉。
【发明内容】
[0017]本发明呈现用于最小化从非均匀照明源产生的多个照明光束之间的干涉以在检验系统的视域上提供有效均匀照明分布的方法及系统。
[0018]—方面，通过运用从具有非均匀强度分布的脉冲照明源产生多个照明光束的光学子系统有效地减轻多个照明光束之间的干涉。光学子系统在待检验的样本的表面处引入多个照明光束之间的光学延迟。由于照明表面的多个光束是时间分离的，所以检测器处的照明光束之间的干涉被最小化。
[0019]另一方面，通过运用时间延迟积分(TDI)检测器及从具有非均匀强度分布的照明源产生多个照明光束的光学子系统有效地减轻多个照明光束之间的干涉。光学子系统将多个照明光束中的每一者引导到待检验的样本的表面，使得由每一光束照明的样本的表面的每一区域与其它区域空间分离。TDI检测器接收从由照明光束中的每一者照明的样本的每一区域收集的大量光。由光学系统成像到TDI检测器上的点目标使用与电荷通过检测器的传送速度相同的速度跨越检测器表面移动。由于每一照明区域是空间分离的，所以所关注的点目标移动通过点目标的运动轨迹的路径中的任何照明区域而无干涉。由其路径中的每一照明区域照明的点目标的图像随着相关联的电荷耦合装置(CCD)电荷跨越检测器传送而跨越TDI检测器移动。因此，所关注的点目标将与来自其运动轨迹中的每一照明点的照明光交互，且所述交互将被传递到TDI检测器且被积分。以此方式，照明点沿着所关注的点目标的运动方向的相对位置不影响在视域上的照明效率分布。
[0020]通过非限制性实例呈现经配置以从具有非均匀强度分布的照明源产生多个照明光束的光学子系统的若干实施例。所呈现的实施例在待检验的样本的表面处产生多个照明光束，使得由每一光束照明的样本的表面的每一区域从其它区域中的至少一者时间延迟、从其它区域中的至少一者空间移位，或两者。
[0021]在一些实施例中，运用光学子系统产生具有大约相同强度的非均匀照明光束的复本。在一些实例中，在有多个照明光束之间的光学延迟下，将这些复本引导到待检验的样本的表面。在一些实例中，将复本引导到待检验的样本的表面，使得由每一光束照明的样本表面的区域空间分离。在一些实例中，在有多个照明光束之间的光学延迟下且在空间分离下，将复本引导到待检验的样本的表面。
[0022]在一些实施例中，运用光学子系统将非均匀照明光束空间分割成至少两个半光束。在一些实例中，将脉冲照明光束空间分割成至少两个半光束，且在长于脉冲长度的时间内延迟任何空间重叠的半光束以避免干涉。在这些实例中，稍微空间移位半光束使得总强度分布在中心周围具有平坦顶部。在一些实例中，此导致对照明光的更有效使用。此外，每一脉冲的峰值强度被减小且光学器件及传感器的寿命被提高。
[0023]在一些实施例中，将照明光束以非零入射角入射在平行光束板上且将其从中心分割成两半。光束的一部分直接从板的前表面反射且光束的另一部分通过前表面且从后表面反射。来自后表面的经反射光束的一部分通过前表面且另一部分再次从前表面反射。增加的路径长度引起任何两个重叠光束之间的空间移位以及时间延迟。由于时间延迟，所以光束之间不存在干涉且积分在适当周期内的强度分布大约等于个别强度分布的总和。
[0024]在一些实施例中，将照明光束入射在空间分割传入光束且产生各自具有有效均匀分布的两个输出通道的平行光束板上。将传入光束以非零入射角入射在平行光束板上，且将其从中心分割成两半。一半光束(50%)从板的前表面反射，且另外50%通过前表面及后表面两者。另一半光束通过前表面且从后表面反射。随后，此半光束的强度的50%透射穿过前表面且另外50%从前表面再次反射且透射穿过后表面。半光束之间的路径长度差异引起光束之间的空间移位以及时间延迟。
[0025]前述内容是概述且因此必然含有细节的简化、一般化及省略；因此，所属领域的技术人员应了解，所述概述仅仅是说明性的且绝无任何限制。在本文中陈述的非限制性实施方式中将明白本文所描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点。
【附图说明】
[0026]图1是说明经配置以将传入照明光束分割成在待检验的样本的表面处时间分离的次级照明光束的光学子系统的实施例的简化图。
[0027]图2是说明由图1中说明的光学子系统照明的样本的一部分的简化图。
[0028]图3是说明对由多个光束照明的样本的不同区域求平均值的照明强度的代表性标绘图。
[0029]图4是说明样本的表面处的多个照明光束的照明分布及整体时间平均照明分布的代表性标绘图。
[0030]图5是说明另一实施例中经配置以将传入照明光束分割成在待检验的样本的表面处时间分离的次级照明光束的光学子系统的简化图。
[0031]图6是说明由图5中说明的光学子系统照明的样本的表面的一部分的简化图。
[0032]图7是说明又另一实施例中经配置以将传入照明光束分割成在待检验的样本的表面处时间分离的次级照明光束的光学子系统的简化图。
[0033]图8是说明由图7中说明的光学子系统照明的样本的表面的一部分的简化图。
[0034]图9是说明所关注的点目标跨越时间延迟积分(TDI)检测器的视域的轨迹的简化图。
[0035]图10是说明一个实施例中经配置以将传入照明光束分割成在待检验的样本的表面处空间分离的次级照明光束的光学子系统的简化图。
[0036]图11是说明由图10中说明的光学子系统照明的样本的表面的一部分的简化图。
[0037]图12是说明一个实施例中经配置以在有空间位移及时间延迟下将传入照明光束空间分割成两半的光学子系统的简化图。
[0038]图13是说明由图12中说明的光学子系统产生的整体时间平均照明分布的代表性标绘图。
[0039]图14是说明一个实施例中的经配置以将传