[发明专利]用于光学检测的照射系统

说明书

本申请是申请号为03823097.6的专利申请的分案申请

技术领域

本发明涉及一种光学检测，特别地涉及一种用于如半导体晶圆片的固态表面检测，以及固态表面上特征和缺陷检测的方法和装置。

背景技术

在半导体设备制造中，光学检测通常被用来检测晶圆片表面的缺陷，如污染颗粒，划伤以及材料层残留物。上述缺陷能导致设备失效，从而切实影响生产收益。因此，在生产过程的不同阶段中为确保清洁和质量，需要对图案化和未图案化的晶圆片进行仔细的检测。

检测半导体晶圆片的一个通常使用的方法是用一束激光扫描晶圆片表面，测量从每一光束入射点散射回来的光。这样的一种基于暗场散射检测的方法在美国专利6,366,690中由Smilansky等人提出，其阐述在这里被引用。Smilansky等人描述了一个基于光学检测头的晶圆片检测系统。该光学检测头包括一个激光头和许多由围绕激光头排列的光纤聚光器驱动的光传感器。此光学头被置于晶圆片上方，晶圆片被平移和旋转来使光束可以扫描到整个表面。传感器可检测同时从该表面散射到不同角方向的光，并被光纤的位置确定。这样，每次一个象素，沿螺旋路径，整个晶圆片表面被扫描。

另一个在这里被引用的暗场晶圆片检测系统是Marxer等人在美国专利6,271,916中所描述的。在此系统中，一激光束以法线方向射向晶圆片表面并沿螺旋路径扫描表面。一个椭圆形镜子被用来汇聚从表面散射出的远法线方向的激光射线。尤佳地，在第一个角范围内的散射光线被一个检测器汇聚，而在第二个角度范围内的散射光线被另一个检测器所汇聚。不同的检测器信号被用来区分大缺陷和小缺陷。

一更进一步的基于此方法的缺陷检测系统是Vaez-Iravani等在美国专利6,271,916中所描述的。其中，不同的宽/窄角度汇聚通道被采用。通过比较来自窄汇聚通道和宽汇聚通道的信号来区分微划伤和颗粒。前向散射也可以被汇聚并用于此目的。散射强度也可以进一步用具有单极化和多极化发射的顺序照明来测量。

Chuang等在6,392,793号美国专利中描述了一个具有高数值孔径(NA)的成像系统，其阐述被本发明所引用。该系统基于一个用于汇聚一定角度内的反射、衍射、散射光线的反折射平面镜和透镜组。该系统有几种应用，包括用于暗场成像。

Kinney等在5,909,276号美国专利中描述了一个用于检测颗粒和缺陷的光学检测模块和方法，其阐述被本发明所引用。该模块包括一个光源，其以入射余角照射待检表面。一透镜用于收集由表面缺陷引起的散射到光路外的非预期的反射光线。一个透镜焦平面上的光电检测器阵列来接收这些散射的光线。此阵列上的每一个象素对应表面上的一个区域，而这些大量的象素就构成了一个覆盖整个表面的视场。

由于波束幅度的强自校正，光斑(speckle)效应在使用相干照射(coherent illumination)的成像系统中是人所共知的。在基于等波幅激光照射的典型相干照射系统中，激光束被通过一个旋转的扩散体，此扩散体减小了自校正，从而减小了相应的光斑。可以选择地，激光束可以被通过一个不等长的光纤束，正如Suganuma在6,249,381号美国专利中所描述的，其阐述被本发明所引用。可以在光路上设置两束光纤来进一步增强去光斑效果，如Karpol等在美国专利申请发布US 2002/0067478A1中所述。Karpol等被指定为本专利申请的受让人，且他的阐述被本发明所引用。

发明内容

本发明的实施例提供了用于照射例如一个半导体晶圆片的样品表面的改进的方法和装置，其使这样的表面可以以高分辨率和高数据收集率被检测。在这些实施例中，一个检测系统包括一个用来照射待检表面区域的高强度光发射源，典型为一脉冲激射束。一个或多个检测器阵列被配置来接收表面区域的散射线并分别成像。

在本发明的一些实施例中，在脉冲激光射束入射到表面之前要进行处理，以消弱通常由射束的相干性引起的光斑。在这些实施例中应用的光斑消弱子系统在可以短至10ns的激光脉冲的持续时间内，以新颖的方法得到了非常低的光斑对比(在样品表面照射区域内的亮度变化低至1％)。

在一些实施例中，光斑对比是通过使激光射束通过不同长度的光纤束而消弱的。其中的一个实施例中，光线束中包含不同长度的多模光纤。在另一个实施例中，可以端对端地连接两束光纤。在获得想要的光斑消弱程度的情况下，与使用单一光纤束相比，这样的用法充分减少了每束光纤必需包含的光纤数量。