專(zhuān)利名稱(chēng)：利用非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象的激光掃描晶片檢查的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢查物品表面的方法和設(shè)備。在制造具有亞微米特征的高密度半導(dǎo)體器件過(guò)程中，本發(fā)明可具體應(yīng)用于該過(guò)程中半導(dǎo)體晶片的檢查，以及半導(dǎo)體器件制造所用標(biāo)線(xiàn)片的檢查。
背景技術(shù)：
目前與超大規(guī)模集成相關(guān)的高密度和性能要求是亞微米特征，晶體管增多和電路速度增大以及可靠性提高。這種要求需要形成具有高精度和均勻性的器件特征，在器件仍然處于半導(dǎo)體晶片的形式時(shí)，這種要求需要仔細(xì)的過(guò)程監(jiān)測(cè)，包括反復(fù)和詳細(xì)地檢查半導(dǎo)體器件。
普通制造過(guò)程中的監(jiān)測(cè)技術(shù)采用“檢查和觀察”處理過(guò)程，其中利用高速，相對(duì)低分辨率的工具對(duì)晶片表面進(jìn)行初步掃描；例如，這種工具可以包括激光器和光電轉(zhuǎn)換器，如CCD(電荷耦合器件)。然后，利用統(tǒng)計(jì)方法產(chǎn)生指出晶片上可疑位置的缺陷圖，這些位置上很可能存在缺陷。通常，利用缺陷圖，在實(shí)施重新檢測(cè)過(guò)程之后，明確地指出存在缺陷，再對(duì)各個(gè)缺陷位置實(shí)施更仔細(xì)的觀察過(guò)程，例如，利用掃描電子顯微鏡(SEM)產(chǎn)生相對(duì)高分辨率的圖像。然后，對(duì)缺陷圖像進(jìn)行分析以確定缺陷的性質(zhì)(例如，不良圖形，顆?；騽澓?。
目前的激光檢查技術(shù)通常利用激光對(duì)被檢查晶片進(jìn)行掃描，并檢測(cè)該晶片表面上結(jié)構(gòu)和缺陷對(duì)入射光的散射或衍射。換句話(huà)說(shuō)，入射波長(zhǎng)光的散射或衍射產(chǎn)生的信息，它稱(chēng)之為“線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象”，用于確定晶片表面上是否存在缺陷。線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象主要是受晶片上材料幾何形狀和折射率的影響，因此，它通常產(chǎn)生與表面特征的尺寸和形狀相關(guān)的信息。把來(lái)自被檢查現(xiàn)場(chǎng)的信息與晶片上相同現(xiàn)場(chǎng)或參照現(xiàn)場(chǎng)上觀察到的線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行比較，若這兩個(gè)位置不展現(xiàn)相同的光學(xué)現(xiàn)象，則確定被檢查現(xiàn)場(chǎng)上可能存在缺陷。
普通的激光檢查技術(shù)有幾個(gè)缺點(diǎn)。這些技術(shù)不收集直接與表面特征或缺陷的材料成分有關(guān)的信息，這些信息指出存在多余的外來(lái)物質(zhì)。此外，這些技術(shù)通常不可靠地檢測(cè)散射有限光量的微小缺陷，因?yàn)槲⑿∪毕萆⑸涞墓饪梢韵г诰砻嫔舷噜徲谌毕莸奶卣魉⑸涞墓猓?，圖形。因此，或許根本不可能檢測(cè)微小缺陷，它與缺陷在晶片表面上的位置有關(guān)。普通激光檢查技術(shù)的有限準(zhǔn)確性和范圍導(dǎo)致產(chǎn)量下降和生產(chǎn)成本提高。
通過(guò)觀察非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)，非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)在廣義上定義為從晶片照射區(qū)域射出的輻射包含不同于入射輻射的波長(zhǎng)，根據(jù)晶片表面的激光檢查晶片表面得到其他的信息，特別是與化學(xué)成分和材料之間界面有關(guān)的信息。有潛在用途的非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象包括光致發(fā)光(也稱(chēng)之為“熒光”)，喇曼散射和倍頻效應(yīng)。然而，雖然熒光顯微鏡和掃描喇曼顯微鏡已經(jīng)商品化，例如，在缺陷觀察階段用于研究生物樣本和污染物，但這種系統(tǒng)不適用于高效率檢查半導(dǎo)體晶片。這種該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成掃描整個(gè)晶片，而不是成像孤立的小區(qū)域，其掃描速度與自動(dòng)晶片檢查系統(tǒng)所要求的速度不相容。此外，這種系統(tǒng)沒(méi)有必要的晶片處理系統(tǒng)，缺陷檢查電子元件和算法。
我們需要一種制造過(guò)程中檢查半導(dǎo)體晶片的方法和設(shè)備，提供與材料成分和表面特征材料界面和缺陷有關(guān)的信息。這些需要隨著半導(dǎo)體器件中表面特征密度，模尺寸和層數(shù)目的增多而變得更加重要，從而要求缺陷數(shù)目大大下降以達(dá)到可接受的產(chǎn)量水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是一種用于光學(xué)檢查半導(dǎo)體晶片的方法和設(shè)備，可以得到與化學(xué)成分和材料之間界面有關(guān)的信息以及同時(shí)得到表面形態(tài)和特征尺寸信息，從而可以實(shí)現(xiàn)快速，可靠和綜合的缺陷檢測(cè)。
本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)和其他特征部分地是在說(shuō)明書(shū)中描述，在研究以下的描述之后，這些優(yōu)點(diǎn)和特征對(duì)于本領(lǐng)域普通專(zhuān)業(yè)人員是顯而易見(jiàn)的，或者，可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐加以理解。根據(jù)所附權(quán)利要求書(shū)中具體指出的，可以實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
按照本發(fā)明，利用檢查物品表面的設(shè)備，可以部分地實(shí)現(xiàn)以上和其他的優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)備包括光源，利用入射波長(zhǎng)的光束輻照物品的部分表面；第一檢測(cè)器，用于從該部分表面接收入射波長(zhǎng)的光并產(chǎn)生第一信號(hào)；第二檢測(cè)器，用于從該部分表面接收波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光并產(chǎn)生第二信號(hào)；和處理器，配置成基于第一信號(hào)和第二信號(hào)確定該部分表面上是否存在缺陷。
本發(fā)明的另一方面是一種用于檢查物品表面的方法，該方法包括利用入射波長(zhǎng)的光束輻照物品的部分表面；在第一檢測(cè)器中從該部分表面接收入射波長(zhǎng)的光以產(chǎn)生第一信號(hào)；在第二檢測(cè)器中從該部分表面接收波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光以產(chǎn)生第二信號(hào)；和基于第一信號(hào)和第二信號(hào)確定該部分表面上是否存在缺陷。
根據(jù)以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員是顯而易見(jiàn)的，其中借助于實(shí)施本發(fā)明最佳模式的說(shuō)明，僅僅展示和描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。容易理解，在不偏離本發(fā)明的條件下，本發(fā)明可以有其他和不同的實(shí)施例，且在各個(gè)方面的細(xì)節(jié)可以作改動(dòng)。因此，這些附圖和描述應(yīng)當(dāng)看成是說(shuō)明性的，而不是限制性的。


參照附圖，其中有相同附圖標(biāo)記的元件代表相同的元件，且其中圖1表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖2表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖3表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖4表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖5表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖6表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖7表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖8表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
用于檢測(cè)半導(dǎo)體晶片中缺陷的普通光學(xué)檢查工具僅僅處理線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，這種光學(xué)現(xiàn)象主要產(chǎn)生與特征和缺陷有關(guān)的表面形態(tài)信息。然而，普通的檢查工具不能立即發(fā)現(xiàn)和結(jié)合與化學(xué)成分和材料界面有關(guān)的信息到其缺陷檢查和分類(lèi)技術(shù)中，因?yàn)檫@種檢查工具不能處理非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象。因此，普通的光學(xué)檢查工具不能檢測(cè)某些類(lèi)型的缺陷，也不能以目前超大規(guī)模集成過(guò)程所要求的速度和精度對(duì)缺陷進(jìn)行分類(lèi)。本發(fā)明提出并解決來(lái)源于普通光學(xué)檢查技術(shù)的這些問(wèn)題。
按照本發(fā)明的方法，利用入射波長(zhǎng)的光束，如普通的掃描激光，輻照半導(dǎo)體器件的部分表面。然后，從輻照表面部分射出的光被衍射光柵，棱鏡或?yàn)V光片分割成入射波長(zhǎng)的光和一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的非入射波長(zhǎng)光。把入射波長(zhǎng)的光發(fā)送到檢測(cè)器，例如，普通的光電倍增管(PMT)，該檢測(cè)器把檢測(cè)的線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象(例如，表面形態(tài))轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。同樣地，把分割的非入射波長(zhǎng)(或多個(gè)波長(zhǎng))光發(fā)送到分離的檢測(cè)器，例如，PMT，該檢測(cè)器把檢測(cè)的非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象(例如，熒光，喇曼散射和/或倍頻效應(yīng))轉(zhuǎn)換成代表化學(xué)成分和材料界面的電信號(hào)(或多個(gè)電信號(hào))。把來(lái)自每個(gè)檢測(cè)器的信號(hào)發(fā)送到處理器，該處理器基于從線(xiàn)性和非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象收集的信息產(chǎn)生缺陷圖，例如，通過(guò)比較來(lái)自晶片上被檢查現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)和理論上等同現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。因?yàn)楸景l(fā)明不但基于晶片表面特征的形態(tài)和尺寸，如同普通光學(xué)檢查工具一樣，而且還基于化學(xué)成分和材料之間界面，利用線(xiàn)性和非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象檢測(cè)缺陷，因此，缺陷的檢測(cè)可以有更高的準(zhǔn)確性和缺陷的分類(lèi)有更高的精度。此外，由于線(xiàn)性和非線(xiàn)性光學(xué)數(shù)據(jù)是同時(shí)被收集的，本發(fā)明不會(huì)增加檢查時(shí)間。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中所利用的熟知非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象可以包括熒光，喇曼散射，和倍頻效應(yīng)，但不限于這些現(xiàn)象。熒光，也稱(chēng)之為光致發(fā)光，它的發(fā)生是在利用激光輻照材料時(shí)激勵(lì)該材料中的電子且被激勵(lì)的電子弛豫回到它的基態(tài)而發(fā)射光子，熒光可以被PMT檢測(cè)。PL的波長(zhǎng)隨不同的材料而變化。例如，標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體器件技術(shù)中可以找到的許多材料，如塊狀硅，鋁，銅，鎢，和二氧化硅，并不展現(xiàn)PL或產(chǎn)生非常弱的PL輻射。另一方面，在這些材料界面處產(chǎn)生的某些化合物或納米結(jié)構(gòu)，例如，金屬氧化物，摻金屬玻璃，和二氧化硅中的硅納米顆粒，可以產(chǎn)生相對(duì)大量的PL，特別是在紫外(UV)光的激勵(lì)下。光刻膠中用于晶片掩模的某些有機(jī)化合物也發(fā)射很強(qiáng)的PL。
在利用PL實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中，若被檢查晶片表面上的激光掃描現(xiàn)場(chǎng)在可接受本底和閾值之上展現(xiàn)PL，而對(duì)應(yīng)的參照現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有產(chǎn)生PL，則可以推斷，不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的材料出現(xiàn)在被檢查的晶片上?；蛘撸舯粰z查現(xiàn)場(chǎng)在不同于預(yù)期的波長(zhǎng)上展現(xiàn)PL，則可以推斷，被檢查的現(xiàn)場(chǎng)上存在缺陷。一般地說(shuō)，用戶(hù)可以利用一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器以監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)光譜帶，它與環(huán)境，材料和經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān)。如在以下更詳細(xì)地討論的，若需要檢測(cè)幾個(gè)PL波長(zhǎng)，則可以設(shè)置一個(gè)檢測(cè)器以檢測(cè)所有的波長(zhǎng)；然而，最好是，利用多個(gè)檢測(cè)器分別監(jiān)測(cè)幾個(gè)波長(zhǎng)。
由于進(jìn)入材料的光子與該材料中其他基本激勵(lì)之間的相互作用，例如，材料中分子的振動(dòng)激勵(lì)，發(fā)生喇曼散射的非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致“聲子”的發(fā)射。因?yàn)殡娮雍秃呻娏Ｗ佣捡詈系讲牧系姆肿又?，在光子與聲子之間發(fā)生這些相互作用。喇曼散射是電場(chǎng)振動(dòng)的光子與原子在特定頻率下振動(dòng)的聲子之間相互作用的結(jié)果。在喇曼散射中，從材料中射出的“斯托克斯位移”光子(即，散射光)能量等于進(jìn)入該材料中光子的能量，該能量小于被激勵(lì)聲子的能量；換句話(huà)說(shuō)，進(jìn)入光子的能量轉(zhuǎn)換成聲子的振動(dòng)。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為波長(zhǎng)的“喇曼位移”，并產(chǎn)生非常尖銳的光譜線(xiàn)。
大多數(shù)固體和液體產(chǎn)生喇曼譜線(xiàn)，但這些譜線(xiàn)的強(qiáng)度通常是極其微弱的。然而，若激勵(lì)區(qū)相鄰于展現(xiàn)諧振的金屬，該諧振的波長(zhǎng)接近于激勵(lì)和/或發(fā)射光的波長(zhǎng)，則喇曼散射被大大地增強(qiáng)了。因此，喇曼散射現(xiàn)象可用于檢查半導(dǎo)體器件中的金屬結(jié)構(gòu)和檢查外來(lái)物質(zhì)。例如，若晶片中形成的部分金屬觸點(diǎn)丟失，或晶片被金屬玷污，則通過(guò)觀察喇曼散射可以檢測(cè)到這些缺陷。
若進(jìn)入材料的兩個(gè)光子同時(shí)激勵(lì)一個(gè)電子，則發(fā)生倍頻效應(yīng)(SHG)。被激勵(lì)的電子立刻發(fā)生弛豫，發(fā)射兩倍于單個(gè)光子能量的光子。例如，2個(gè)1eV的光子進(jìn)入到材料中，則發(fā)射1個(gè)2eV的光子；即，發(fā)射的光子有不同于入射光子的波長(zhǎng)。SHG不發(fā)生在通常用于半導(dǎo)體制造的體材料中，例如，塊狀硅和二氧化硅，這是由于它們有晶體對(duì)稱(chēng)性。然而，結(jié)構(gòu)和界面破壞了阻礙SHG的晶體對(duì)稱(chēng)性。所以，SHG可用于描述硅層的摻雜電平和各層間界面的特征。在本發(fā)明的方法中，利用有無(wú)SHG確定是否存在缺陷，例如，若界面消失，則預(yù)期的SHG也就消失。
圖1表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備，該設(shè)備包括普通的激光源100，利用入射波長(zhǎng)的激光束100a輻照晶片W，并在晶片W的表面上掃描該激光束。激光束100a是連續(xù)波(CW)或鎖模(即，短脈沖)激光，并可以是若干個(gè)波長(zhǎng)之一，它取決于被利用的光學(xué)現(xiàn)象和被檢查材料的最佳激勵(lì)能量，如以下所描述的。激光源100利用熟知的快速掃描激光光斑技術(shù)，其中激光束100a被物鏡系統(tǒng)110會(huì)聚成一個(gè)光斑以輻照小部分晶片W。利用熟知的技術(shù)，激光束100a的光斑在晶片W表面上沿x方向掃描成一條直線(xiàn)。然后，沿y方向移動(dòng)晶片W，掃描成另一條直線(xiàn)。
激光束100a照射到晶片W上，而來(lái)自晶片W的散射光100b按照常規(guī)的方式被光纖管120和準(zhǔn)直透鏡130引向衍射光柵140，例如，美國(guó)Jobin-Yvon公司制造的光柵，衍射光柵140把散射光100b分割成入射波長(zhǎng)的散射光100c和波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的散射光100d，100e。或者，棱鏡(未畫(huà)出)可以代替分割散射光100b的衍射光柵140。分割的入射波長(zhǎng)散射光100c按照常規(guī)的方式被衍射光柵140轉(zhuǎn)送到檢測(cè)器150a，其間通過(guò)透鏡160a。同樣地，波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的分割散射光100d，100e被轉(zhuǎn)送到檢測(cè)器150b，150c，其間通過(guò)透鏡160b，160c。透鏡130和160a，130和160b，130和160c所起的作用是一對(duì)轉(zhuǎn)送透鏡，可以保證檢測(cè)器150a-c上的穩(wěn)定光斑和衍射光柵140上的準(zhǔn)直光束。檢測(cè)器150a-c是標(biāo)準(zhǔn)的PMT，例如，日本Hamamatsu(濱松)公司制造。PMT的工作原理是基本相同的，它與濾光片或光柵結(jié)合使用以確定被檢測(cè)光的波長(zhǎng)。此外，由于入射波長(zhǎng)的雜散光可以足夠強(qiáng)，它妨礙準(zhǔn)確收集其他波長(zhǎng)的散射光100d，100e，最好是，在檢測(cè)器150a，150b之前放置阻擋濾光片(未畫(huà)出)。
每個(gè)檢測(cè)器150a-c產(chǎn)生響應(yīng)于接收光的電信號(hào)。這些電信號(hào)發(fā)送到處理器170，例如，電子計(jì)算機(jī)，通過(guò)比較來(lái)自檢測(cè)器150a-c的電信號(hào)與理論上相同參照現(xiàn)場(chǎng)收集的信號(hào)，例如，晶片W表面上另一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，處理器170按照常規(guī)的方式確定在晶片W的掃描部分是否存在缺陷。例如，若檢測(cè)器收集到發(fā)射的信號(hào)高于閾值，該信號(hào)波長(zhǎng)不同于被檢查現(xiàn)場(chǎng)的入射波長(zhǎng)，而從參照現(xiàn)場(chǎng)收集的對(duì)應(yīng)信號(hào)等于或小于閾值，則可以確定存在缺陷。還可以利用熟知的統(tǒng)計(jì)方法以產(chǎn)生缺陷圖，該缺陷圖指出晶片上存在高缺陷可能性的可疑位置。處理器170的處理結(jié)果顯示在監(jiān)測(cè)器180上。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，缺陷檢測(cè)和自動(dòng)分類(lèi)是基于它們的光學(xué)發(fā)射性質(zhì)。在這個(gè)實(shí)施例中，若來(lái)自檢測(cè)器的信號(hào)高于閾值，該檢測(cè)器收集發(fā)射的特定波長(zhǎng)不同于檢查現(xiàn)場(chǎng)的入射波長(zhǎng)，則確定存在缺陷，它指出存在特定的多余外來(lái)物質(zhì)。然后，處理器170對(duì)該缺陷進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，從而免除采用觀察工具對(duì)缺陷進(jìn)行分類(lèi)，可以減少檢查時(shí)間。例如，本發(fā)明可以在其他都清潔的晶片表面上立刻識(shí)別出光刻膠顆粒，因此，在不需要附加的檢查條件下指出缺陷源。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)分析多層中的信號(hào)，能夠鑒別不同層中的光信號(hào)和缺陷，因此，若去掉來(lái)自下層的信號(hào)及相關(guān)的噪聲，則可以分析上層的缺陷，反之亦然。例如，熒光信號(hào)主要來(lái)自光刻膠，并不是來(lái)自光刻膠之下的基底，而光刻膠之下各層的線(xiàn)性散射可以占支配地位，從而掩蓋來(lái)自光刻膠的線(xiàn)性信號(hào)。因此，通過(guò)分析它的熒光信號(hào)，本發(fā)明可以容易地“看到”和分析光刻膠。
雖然圖1中畫(huà)出用于收集入射波長(zhǎng)散射光的一個(gè)檢測(cè)器150a和用于收集兩個(gè)光譜帶上波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的兩個(gè)檢測(cè)器150b，150c，但本發(fā)明不限制于三個(gè)檢測(cè)器。例如，在不同的收集角度上可以提供多個(gè)檢測(cè)器，用于收集入射波長(zhǎng)的散射光和收集波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的散射光，它取決于被收集的波長(zhǎng)數(shù)目。在典型的高效率晶片檢查系統(tǒng)中，利用以下方法可以?xún)?yōu)化非線(xiàn)性光譜信道1)通過(guò)綜合相對(duì)大的光譜范圍，限制光譜信道的數(shù)目而使弱的非線(xiàn)性光信號(hào)最大；2)限制光譜信道數(shù)目而使數(shù)據(jù)處理開(kāi)銷(xiāo)最小，這對(duì)于每個(gè)附加的數(shù)據(jù)信道通常是很重要的；和3)提供足夠數(shù)目的光譜信道以解決所需的不同缺陷源數(shù)目。
圖1的設(shè)備可以采用目前普通激光掃描晶片檢查工具中的許多元件，例如，型號(hào)“Compass”檢查工具，美國(guó)加州Santa Clara應(yīng)用材料公司制造，它包括激光源100，透鏡110，130，160a-c，檢測(cè)器150a-c，處理器170和監(jiān)測(cè)器180，以及把收集的光100b分割成所需波長(zhǎng)的衍射光柵140。當(dāng)然，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員應(yīng)當(dāng)知道，必須具有足夠數(shù)量的檢測(cè)器150b，150c，并調(diào)整到檢測(cè)所需的非入射波長(zhǎng)，而必須對(duì)處理器170進(jìn)行編程以處理來(lái)自檢測(cè)器150b，150c的信號(hào)，這些信號(hào)對(duì)應(yīng)于非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，以及產(chǎn)生包含結(jié)果的缺陷圖。
圖1的設(shè)備特別適合于檢測(cè)PL和喇曼散射。一般地說(shuō)，CW或鎖模深紫外(DUV)激光源對(duì)于激勵(lì)PL是理想的，而較長(zhǎng)波長(zhǎng)光對(duì)于某些材料是最佳的。喇曼橫截面隨激光頻率的三次方增大，因此，DUV源也適合于檢測(cè)喇曼散射。然而，如以上所討論的，在預(yù)期近諧振的等離子體激元以增強(qiáng)喇曼發(fā)射的情況下，要求等離子體激元諧振附近的波長(zhǎng)利用這種現(xiàn)象。此外，金屬的體等離子體激元可以在可見(jiàn)光到紫外光的范圍內(nèi)，而微小金屬顆粒的等離子體激元是在較低頻率下(即，近紅外到可見(jiàn)光譜的范圍內(nèi))。
激光源100的快速掃描激光光斑技術(shù)適合于檢測(cè)非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，例如，喇曼散射，SHG和熒光，其時(shí)間標(biāo)度的衰減小于掃描器的像素抽樣時(shí)間，即，激光束100a在晶片W任何部分上的停留時(shí)間(通常約為10納秒)。它必須用于檢測(cè)SHG，因?yàn)槎沃C波信號(hào)的強(qiáng)度取決于入射光強(qiáng)度的平方。因此，快速掃描激光光斑技術(shù)中提供的緊密會(huì)聚光束產(chǎn)生最佳的結(jié)果。
在圖2所示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種與圖1中設(shè)備基本相同的檢查設(shè)備，不同的是，利用接連的普通分色鏡210，220代替衍射光柵140，用于把散射光束100b分割成散射光束100c-e并轉(zhuǎn)送它們到檢測(cè)器150a-c?？梢詮拿绹?guó)的Omega光學(xué)公司購(gòu)得合適的分色鏡。分色鏡210允許入射波長(zhǎng)的散射光傳輸通過(guò)并到達(dá)檢測(cè)器150a，而反射波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光到分色鏡220，分色鏡220把非入射波長(zhǎng)的光分割成預(yù)定的光譜帶100d-e，并轉(zhuǎn)送它們到檢測(cè)器150b-c?；蛘?，可以利用普通的帶通濾光片代替或與分色鏡210，220一起把散射光100b分割成幾個(gè)所需的光譜帶。
圖1和圖2中所示本發(fā)明的實(shí)施例是在“暗視場(chǎng)”中分割散射光100b；即，沿著非鏡面反射的方向。在圖3所示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備中，散射光的分割是在“明視場(chǎng)”中完成的；換句話(huà)說(shuō)，散射光100b被用于照射晶片W的相同物鏡310所收集。非線(xiàn)性光譜帶100c，100d被分色鏡320，330和透鏡340a-c分割，并被轉(zhuǎn)送到檢測(cè)器350a-b?；蛘?，可以利用圖1和圖2實(shí)施例中描述的衍射光柵，棱鏡或帶通濾光片代替分色鏡320和330，用于分割和轉(zhuǎn)送非線(xiàn)性光譜帶。
圖3的明視場(chǎng)檢測(cè)方案具有以下的優(yōu)點(diǎn)，利用非線(xiàn)性輻射的相對(duì)大收集孔徑，它取決于物鏡610的配置。例如，在寬光譜應(yīng)用中，最佳物鏡610是基于全反射光路。然而，在僅有喇曼散射的情況下，這種物鏡并不是特別有利的。
雖然圖3中明視場(chǎng)配置合適于檢測(cè)喇曼散射和PL，它對(duì)于收集SHG是高效率的，因?yàn)镾HG是相干過(guò)程，其中“上變頻”光(即，高能量發(fā)射光子)跟隨入射光的路徑。由于大部分入射光通常是從晶片W鏡面反射回到物鏡310，SHG主要也是由物鏡310收集。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4描述本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的檢查設(shè)備。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例利用熟知的掃描激光光線(xiàn)技術(shù)，其中激光源400產(chǎn)生的激光束400a被引導(dǎo)通過(guò)柱面透鏡410，柱面透鏡410把激光束400a會(huì)聚成輻照晶片W表面的直線(xiàn)400b。利用箭頭所示的方向移動(dòng)晶片W，一次完成一行掃描。因此，掃描操作僅需要沿一個(gè)方向進(jìn)行，而不是沿兩個(gè)方向進(jìn)行，如同圖1-3中設(shè)備的光斑掃描技術(shù)(例如，通過(guò)移動(dòng)晶片W，掃描操作僅沿y方向進(jìn)行，而不沿x方向進(jìn)行)。
來(lái)自晶片W的散射光400c在暗視場(chǎng)中被凹面衍射光柵420分割成入射波長(zhǎng)的光400d和波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光400e和400f，例如，利用美國(guó)Jobin-Yvon公司制造的型號(hào)為533 00 030的衍射光柵。凹面衍射光柵420可以免除透鏡或反射鏡的需要。然而，可以利用具有輔助光路的平面衍射光柵代替凹面衍射光柵420。分割的散射光400d-f被轉(zhuǎn)送到直線(xiàn)檢測(cè)器陣列400a-c，典型的是半導(dǎo)體檢測(cè)器，它包括電荷耦合器件(CCD)，例如，日本濱松公司制造的型號(hào)為S3903直線(xiàn)檢測(cè)器陣列。對(duì)于每個(gè)被檢測(cè)的光譜帶，散射激光光線(xiàn)400c成像到一個(gè)直線(xiàn)檢測(cè)器陣列，為的是保存空間分辨率。
與圖1-3中設(shè)備的飛點(diǎn)式激光光斑技術(shù)的像素抽樣時(shí)間比較，由于激光不進(jìn)行橫向掃描，圖4中設(shè)備的掃描激光光線(xiàn)技術(shù)增大像素抽樣時(shí)間約2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。所以，掃描激光光線(xiàn)技術(shù)用于檢測(cè)有較長(zhǎng)衰減時(shí)間的非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，其衰減時(shí)間大于飛點(diǎn)式激光光斑技術(shù)的像素抽樣時(shí)間，例如，磷光。與飛點(diǎn)式激光光斑技術(shù)比較，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是要求較簡(jiǎn)單的掃描機(jī)構(gòu)。此外，由于減小了晶片上的激光強(qiáng)度，在高瞬時(shí)輻射誘發(fā)的檢查中，掃描激光光線(xiàn)技術(shù)可以避免對(duì)晶片的可能損傷。然而，由于晶片上的激光強(qiáng)度很低，掃描激光光線(xiàn)技術(shù)不適合于檢測(cè)SHG以及與入射強(qiáng)度成超線(xiàn)性比例的其他光學(xué)現(xiàn)象。
圖5表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中提供的檢查設(shè)備與圖4中掃描激光光線(xiàn)暗視場(chǎng)設(shè)備基本相同，不同的是，接連的普通分色鏡510和520代替凹面衍射光柵420，該分色鏡用于把散射光束400c分割成散射光束500a-c并轉(zhuǎn)送它們到直線(xiàn)檢測(cè)器陣列540a-c。可以從美國(guó)的Omega光學(xué)公司購(gòu)得合適的分色鏡。透鏡530把散射光線(xiàn)400c成像到直線(xiàn)檢測(cè)器陣列540a-c。分色鏡510允許入射波長(zhǎng)的散射光傳輸通過(guò)并到達(dá)檢測(cè)器陣列540a，而反射波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光到達(dá)分色鏡520，分色鏡520把非入射波長(zhǎng)的光分割成預(yù)定的光譜帶500b-c并轉(zhuǎn)送它們到檢測(cè)器陣列540b-c。
圖6表示按照本發(fā)明利用掃描激光光線(xiàn)技術(shù)與明視場(chǎng)配置結(jié)合的設(shè)備。激光源400產(chǎn)生的激光束400a被引導(dǎo)通過(guò)柱面透鏡610，柱面透鏡610把激光束400a會(huì)聚成輻照晶片W表面的直線(xiàn)400b。與圖4和圖5中的實(shí)施例相同，掃描操作是一次完成一行。散射光400c被棱鏡610收集，而非線(xiàn)性光譜帶600a，600b被凹面衍射光柵620分割，并被轉(zhuǎn)送到直線(xiàn)檢測(cè)器陣列630a，630b?；蛘?，可以利用圖5實(shí)施例中描述的分色鏡或帶通濾光片代替衍射光柵620，用于分割和轉(zhuǎn)送非線(xiàn)性光譜帶。
類(lèi)似于以上討論的圖3中實(shí)施例，圖6設(shè)備的明視場(chǎng)檢測(cè)方案具有利用非線(xiàn)性輻射的相對(duì)大收集孔徑的優(yōu)點(diǎn)，它取決于物鏡610的配置。因此，在寬光譜應(yīng)用中，最佳物鏡610是基于全反射光路，而這種全反射光路對(duì)于僅有喇曼散射的情況不是有利的。
在圖7和圖8所示的本發(fā)明另一些實(shí)施例中，圖1-3實(shí)施例中飛點(diǎn)式激光光斑配置是與凹面衍射光柵和直線(xiàn)檢測(cè)器陣列相結(jié)合?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7，提供上述的普通激光源700，利用入射波長(zhǎng)的激光束700a輻照晶片W，并在晶片W表面上進(jìn)行掃描。物鏡710把激光束700a會(huì)聚成一個(gè)光斑。來(lái)自暗視場(chǎng)中晶片W的散射光700b入射到圖4實(shí)施例中描述的凹面衍射光柵，該凹面衍射光柵把散射光700b分割成入射波長(zhǎng)的散射光700c和波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的散射光700d和700e，以及把散射光700c轉(zhuǎn)送到直線(xiàn)檢測(cè)器陣列730a，而把散射光700d和700e轉(zhuǎn)送到直線(xiàn)檢測(cè)器陣列730b和730c。
圖8表示按照本發(fā)明類(lèi)似于圖7的檢查設(shè)備，不同的是，散射光是在明視場(chǎng)中被收集的。激光源700利用激光束700a通過(guò)物鏡810輻照晶片W。散射光700b通過(guò)物鏡810被收集，并轉(zhuǎn)送到普通的分色鏡820，分色鏡820反射入射波長(zhǎng)的散射光700c到達(dá)凹面衍射光柵830，凹面衍射光柵830再把散射光700c分割成所需的光譜帶700d，700e，并轉(zhuǎn)送它們到直線(xiàn)檢測(cè)器陣列840a，840b。
圖7和圖8中檢查設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)是，它可以檢測(cè)有長(zhǎng)衰減時(shí)間的非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，若采用圖1-3實(shí)施例中所示PMT和飛點(diǎn)式激光光斑的結(jié)合，則可以造成空間分辨率的損失。在圖7和圖8的設(shè)備中，激光源700產(chǎn)生的激光光斑快速地掃描，形成的掃描光線(xiàn)成像到光電檢測(cè)器陣列730a-c，840a-b上，而不是成像到PMT上。由于每個(gè)陣列中的每個(gè)檢測(cè)器在每次一行光斑掃描到晶片W上時(shí)僅接收一次光，因此掃描光線(xiàn)集成的時(shí)間標(biāo)度是足夠的長(zhǎng)，允許光在成像另一條掃描光線(xiàn)之前衰減，從而保證高的空間分辨率。
本發(fā)明可應(yīng)用于制造各種類(lèi)型的半導(dǎo)體器件，特別是高密度的半導(dǎo)體器件，其設(shè)計(jì)的刻線(xiàn)約在0.18μ以下。
利用普通的材料，方法和設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，此處不再詳細(xì)描述這種材料，方法和設(shè)備。在以上的說(shuō)明中，詳細(xì)地描述諸如具體材料，結(jié)構(gòu)，化學(xué)制品，過(guò)程等等的多個(gè)具體細(xì)節(jié)，為的是充分地理解本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明不必憑借以上描述的具體細(xì)節(jié)。在其他的情況下，已經(jīng)詳細(xì)地描述熟知的處理結(jié)構(gòu)，為的是使本發(fā)明變得更加清晰。
在本說(shuō)明書(shū)中僅僅展示和描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例以及少量實(shí)用例子。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離此處描述本發(fā)明概念的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以利用各種其他的組合和環(huán)境，并可以作出各種變化和改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢查物品表面的設(shè)備，該設(shè)備包括光源，利用入射波長(zhǎng)的光束輻照物品的部分表面；第一檢測(cè)器，用于從該部分表面接收入射波長(zhǎng)的光并產(chǎn)生第一信號(hào)；第二檢測(cè)器，用于從該部分表面接收波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光并產(chǎn)生第二信號(hào)；處理器，配置成基于第一信號(hào)和第二信號(hào)確定該部分表面上是否存在缺陷。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中光源是用于產(chǎn)生入射波長(zhǎng)激光的激光器。
3.按照權(quán)利要求2的設(shè)備，其中激光器提供連續(xù)波激光或鎖模激光。
4.按照權(quán)利要求2的設(shè)備，包括掃描器，用于物品表面上從這部分表面掃描激光到另一部分表面。
5.按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中掃描器用于把激光會(huì)聚成一個(gè)光斑并在物品表面上快速掃描該光斑。
6.按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中掃描器用于把激光會(huì)聚成一條直線(xiàn)。
7.按照權(quán)利要求6的設(shè)備，其中第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器包括含有半導(dǎo)體檢測(cè)器的直線(xiàn)檢測(cè)器陣列。
8.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第二檢測(cè)器用于檢測(cè)該部分表面上的熒光。
9.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第二檢測(cè)器用于檢測(cè)該部分表面上的喇曼散射。
10.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第二檢測(cè)器用于檢測(cè)倍頻效應(yīng)。
11.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器包括光電倍增管。
12.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，包括放置在物品表面與第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器之間的分割器，用于分割來(lái)自該部分表面的入射波長(zhǎng)光和其他波長(zhǎng)光，并把該光引導(dǎo)到第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器。
13.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其中分割器包括衍射光柵。
14.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其中分割器包括柱面透鏡。
15.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其中分割器包括帶通濾光片。
16.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其中分割器包括聚焦透鏡。
17.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其中分割器包括多個(gè)分色鏡。
18.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，還包括光源與物品表面之間的物鏡。
19.按照權(quán)利要求18的設(shè)備，其中物鏡用于把該部分表面的光傳輸?shù)椒指钇鳌?br> 20.按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其中處理器配置成產(chǎn)生物品表面的缺陷圖。
21.一種用于檢查物品表面的設(shè)備，該設(shè)備包括光源，利用入射波長(zhǎng)的光束輻照物品的部分表面；多個(gè)第一檢測(cè)器，用于從該部分表面接收入射波長(zhǎng)的光并產(chǎn)生第一信號(hào)；多個(gè)第二檢測(cè)器，用于從該部分表面接收波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光并產(chǎn)生第二信號(hào)；處理器，配置成基于第一信號(hào)和第二信號(hào)確定該部分表面上是否存在缺陷。
22.一種用于檢查物品表面的方法，該方法包括利用入射波長(zhǎng)的光束輻照物品的部分表面；在第一檢測(cè)器中從該部分表面接收入射波長(zhǎng)的光以產(chǎn)生第一信號(hào)；在第二檢測(cè)器中從該部分表面接收波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光以產(chǎn)生第二信號(hào)；和基于第一信號(hào)和第二信號(hào)確定該部分表面上是否存在缺陷。
23.按照權(quán)利要求22的方法，包括在物品表面上從這部分表面掃描光束到另一部分表面。
24.按照權(quán)利要求23的方法，包括把光束會(huì)聚成一個(gè)光斑，并在物品表面上快速掃描該光斑。
25.按照權(quán)利要求23的方法，包括把光束會(huì)聚成一條直線(xiàn)。
26.按照權(quán)利要求22的方法，包括利用第二檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)自該部分表面的熒光。
27.按照權(quán)利要求22的方法，包括利用第二檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)自該部分表面的喇曼散射。
28.按照權(quán)利要求22的方法，包括利用第二檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)自該部分表面的倍頻效應(yīng)。
29.按照權(quán)利要求22的方法，包括分割來(lái)自該部分表面的入射波長(zhǎng)光和其他波長(zhǎng)光，并把該光引導(dǎo)到第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器。
30.按照權(quán)利要求23的方法，還包括利用入射波長(zhǎng)的光束輻照對(duì)應(yīng)于該物品部分表面的部分參照表面；在第一檢測(cè)器中從該部分參照表面接收入射波長(zhǎng)的光以產(chǎn)生第三信號(hào)；和在第二檢測(cè)器中從該部分參照表面接收波長(zhǎng)不同于入射波長(zhǎng)的光以產(chǎn)生第四信號(hào)；其中確定步驟包括再基于第三信號(hào)和第四信號(hào)確定是否存在缺陷。
31.按照權(quán)利要求30的方法，包括基于第一信號(hào)，第二信號(hào)，第三信號(hào)和第四信號(hào)，產(chǎn)生該物品表面的缺陷圖。
32.按照權(quán)利要求30的方法，其中確定步驟包括若第二信號(hào)高于閾值而第四信號(hào)低于閾值，則確定存在缺陷。
33.按照權(quán)利要求22的方法，其中確定步驟包括若第二信號(hào)是預(yù)定值，該預(yù)定值對(duì)應(yīng)于非入射波長(zhǎng)的特定波長(zhǎng)，則確定存在缺陷。
34.按照權(quán)利要求33的方法，包括若第二信號(hào)是預(yù)定值，則把缺陷分類(lèi)成預(yù)定的類(lèi)別。
全文摘要
提供一種利用線(xiàn)性和非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象以檢測(cè)缺陷的光學(xué)檢查設(shè)備和方法。實(shí)施例包括利用光束，例如，入射波長(zhǎng)的掃描激光，輻照物品的部分表面，例如，半導(dǎo)體器件。利用衍射光柵，棱鏡或?yàn)V光片，使輻照表面部分射出的光被分割成入射波長(zhǎng)的光和一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的非入射波長(zhǎng)的光。入射波長(zhǎng)和非入射波長(zhǎng)的光發(fā)送到分開(kāi)的檢測(cè)器，例如，光電倍增管(PMT)，這些檢測(cè)器分別把檢測(cè)的線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象(例如，代表表面形態(tài))轉(zhuǎn)換成電信號(hào)和把檢測(cè)的非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，例如，熒光，喇曼散射和/或倍頻效應(yīng)，轉(zhuǎn)換成代表化學(xué)成分和材料界面的電信號(hào)。來(lái)自每個(gè)檢測(cè)器的信號(hào)發(fā)送到處理器，該處理器基于從線(xiàn)性和非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象收集的信息產(chǎn)生缺陷圖。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1496478SQ02806381
公開(kāi)日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2002年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月14日
發(fā)明者戴尼歐·I·索米, 西爾維烏·賴(lài)茵霍恩, 吉拉德·阿爾莫奇, 阿爾莫奇, 烏 賴(lài)茵霍恩, 戴尼歐 I 索米 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司