TW201940866A - 用於缺陷檢驗的光學對比增強技術 - Google Patents

用於缺陷檢驗的光學對比增強技術 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種檢驗系統及一種用於檢驗一物件之方法。該方法可包括獲取一物件之一區域的一散焦影像，及處理該區域之該散焦影像以發現與該區域之一些接近點相關聯的光學路徑之間的一相移。該相移可指示一缺陷。該散焦影像之該獲取可包括用一輻射束對該區域照明，該輻射束在撞擊於該區域上時可為空間相干且準直的。該照明可包括使該輻射束通過一孔隙，該孔隙可藉由可位於一孔隙擋止件平面內之一孔隙擋止件界定。該孔隙之大小可為該孔隙擋止件之一大小的一分數。

Description

用於缺陷檢驗的光學對比增強技術
本申請案主張申請日期為2/13/2018之美國臨時專利62/629,761的優先權。
本發明係有關於用於缺陷檢驗的光學對比增強技術。
藉由二維(2D)光學成像對半導體之缺陷檢驗具有缺陷之增強的對比度。
一些缺陷並未藉由與周圍環境形成對比之反射或透射差來表徵，因此難以使用標準亮場或暗場成像來偵測。
一些缺陷可具有影響局部折射率之小地形變化或局部應力的性質。
使用相位對比成像之方法通常增強2D影像中之缺陷的對比度。
諸如DIC(差動干涉對比)之該等方法要求特殊光學元件***於光學照明及成像路徑中。
可提供一種用於檢驗一物件之方法，該方法可包括：獲取一物件之一區域的一散焦影像；及處理該區域之該散焦影像以發現與該區域之一些接近點相關聯的光學路徑之間的一相移；其中該相移可指示一缺陷。該散焦影像之該獲取可包括用一輻射束對該區域照明，該輻射束在撞擊於該區域上時可為空間相干且準直的。該照明可包括使該輻射束通過一孔隙，該孔隙可藉由可位於一孔隙擋止件平面內之一孔隙擋止件界定。該孔隙之大小可為該孔隙擋止件之一大小的一分數。
該區域之該散焦影像的該獲取可包括藉由一感測器感測藉由該區域所反射的感測到之輻射；其中該感測到之輻射可包括在自該區域之不同點所反射之輻射之間所形成的干涉圖案；其中該區域之該等不同點可包括該等一些接近點及額外點。
該方法可包括感測與該等一些接近點相關聯之干涉圖案與同該等額外點相關聯之干涉圖案之間的一差異。
該分數可能不超過10%。
該孔隙可定位於該孔隙擋止件之一中心處。
該孔隙可定位於該孔隙擋止件之一中心外部。
在該散焦影像之該獲取步驟之前，可使該孔隙擋止件進入一照明路徑內，且在該散焦影像之該獲取步驟之後，可自該照明路徑移除該孔隙擋止件。
該方法可包括在不同之散焦條件下獲取該區域的多個散焦影像。
該方法可包括選擇該等不同散焦條件之一經選擇散焦條件，及使用該經選擇散焦條件獲取其他物件之區域的散焦影像。
該選擇可基於與該相移相關聯之對比度。
可提供一種檢驗系統，其可包括：一成像器，其可經建構及配置來獲取一物件之一區域的一散焦影像；及一處理器，其可經建構及配置來處理該區域之該散焦影像以發現與該區域之一些接近點相關聯的光學路徑之間的一相移。該相移可指示一缺陷。該成像器可包括照明光學器件，該等照明光學器件可經建構及配置來用一輻射束對該區域照明，該輻射束在撞擊於該區域上時可為空間相干且準直的。該等照明光學器件可包括一孔隙擋止件，該孔隙擋止件可包括一孔隙。該照明光學器件可經建構及配置來使該輻射束在到達該區域之前通過該孔隙。該孔隙之大小可為該孔隙擋止件之一大小的一分數。
該成像器可包括一感測器，該感測器可經建構及配置來感測藉由該區域所反射的感測到之輻射；其中該感測到之輻射可包括在自該區域之不同點所反射之輻射之間所形成的干涉圖案；其中該區域之該等不同點可包括該等一些接近點及額外點。
該感測器可經建構及配置來感測與該等一些接近點相關聯之干涉圖案與同該等額外點相關聯之干涉圖案之間的一差異。
該分數可能不超過10%。
該孔隙可定位於該孔隙擋止件之一中心處。
該孔隙可定位於該孔隙擋止件之一中心外部。
該檢驗系統，其中孔隙擋止件可為該照明光學器件之一可移除部分。
該成像器可經建構及配置來在不同之散焦條件下獲取該區域的多個散焦影像。
該處理器可經建構及配置來選擇該等不同散焦條件之一經選擇散焦條件，及使用該經選擇散焦條件獲取其他物件之區域的散焦影像。
該處理器可經建構及配置來基於與該相移相關聯之對比度而選擇。
因為實施本發明之裝置主要地由熟習此項技術者所知的光學組件及電路構成，所以與如上文所說明認為必要之範圍相比，電路細節將不會以任何較大範圍來解釋，以用於本發明之基本概念的理解及瞭解且以便不會混淆本發明之教示或自該等教示分心。
在以下說明書中，本發明將參考本發明之實施例的特定實例來描述。然而，將顯然，在不脫離如所附申請專利範圍中所闡述的本發明之更廣泛精神及範疇的情況下，可在其中進行各種修改及改變。
提供了用於藉由引入光學路徑中之修改而達成該等缺陷之光學對比增強技術的方法及系統。
該方法及系統藉由具有缺陷之增強對比度的2D光學成像來達成半導體之缺陷檢驗。
具有用於半導體缺陷檢驗之亮場成像選項的顯微鏡係用實現「透明缺陷」之視覺化的特殊構件及方法來引入。
該等缺陷不可藉由標準亮場或暗場成像技術來偵測。然而，其確實引入光相對於背景之小相移。
此類型之缺陷包括氣泡、輕劃痕、磊晶層中之滑移線、應力缺陷等。
該方法及/或系統可實施以下各者中之至少一者：
a. 產生撞擊於物平面上的具有高空間相干性之經準直光。光在撞擊於物件上時經準直。經準直光可為完全準直的(完全平行之小束)，但自完全平行之小偏差可經提供，例如自完全平行幾度之偏差，例如1-2弧度的偏差(由於物鏡之完全孔隙可能不超過10弧度)。容許偏差可為自物鏡之NA的分數(例如，約達至1、2、3、4、5、6、7、8、9及10%)。孔隙大小與孔隙擋止件大小之面積之間的關係提供準直之指示。
b. 發現藉由標準亮場顯微鏡之特殊光學設定所達成的，針對半導體中之缺陷及背景之相長或相消干涉之產生的最佳散焦
c. 控制散焦位準以得到干涉之最佳化對比度
d. 判定具有正或負偏移以控制相消或相長干涉之散焦位準
e. 達成在科勒照明輸入端處引入具有小直徑之孔隙擋止件的經準直光。
不同形狀之不同的孔隙擋止件可經選擇，諸如開口在各種距離處偏心以允許改變入射角
顯微鏡模式可容易地在標準亮場成像與對比增強模式之間互換。
該方法可用以區分半導體晶圓之平坦平滑表面與同一晶圓的粗糙表面，因此表面光霧度可得以分析。
為了藉由改良影像中之低對比度特徵的對比度而應付低對比度特徵，該等特徵另外藉由標準亮場或暗場成像而不可見。該方法產生撞擊於物平面上的具有高空間相干性之經準直光。且發現針對缺陷及背景之相長或相消干涉之產生的最佳散焦。
為了藉由允許標準光學路徑中之引入修改更簡單而應付將相位對比增強組件引入於光學路徑中為複雜且昂貴的。該方法可產生經準直照明，該產生可藉由科勒照明中之特殊孔隙擋止件的引入而完成以產生經準直光。
一個此方案為使用小的圓形擋止件。
圖1說明包括照明路徑20之系統10，照明路徑20提供光11，光11通過射束擋止件21(亦稱為形狀控制之孔隙擋止件，定位於孔隙擋止件平面91處)之孔隙以形成射束12，朝向分束器22前進，(藉由分束器22)指引朝向物鏡23(物鏡具有出射光瞳平面92)且通過物鏡23及定位於物平面93中的晶圓(100)。
散焦改變來自物平面之光的聚焦點。
來自晶圓之光(反射光)通過23物鏡(且通過物鏡出射光瞳平面)，通過分束器22，朝向鏡筒透鏡24且至定位於影像平面95內的相機30上。相機30耦接至處理器40。
照明路徑20包括射束擋止件21、分束器22及物鏡23。
收集路徑29包括分束器22、物鏡23及鏡筒透鏡24。
應注意，儘管圖1說明具有分束器之檢驗系統，但亮場可在無分束器之情況達成，例如藉由對來自一側之物件照明且自另一側收集光。
應注意，檢驗系統亦可改變撞擊束及/或反射束之偏光，且藉由在照明路徑之前或照明路徑之後引入諸如照明路徑中之偏光器的偏光元件來進行該改變。參見例如圖2中的跟隨射束擋止件之偏光器28。
圖3說明孔隙擋止件21之各種實例。
說明於該圖之頂部的孔隙擋止件21包括定位於孔隙擋止件21之中心處的孔隙221。
說明於該圖之中心處的孔隙擋止件21包括定位於孔隙擋止件21之中心外部的孔隙221。
說明於該圖之底部的孔隙擋止件21包括孔隙221及額外孔隙222。
孔隙擋止件之位置可判定物件之區域的照明角度。不同位置之孔隙可強調在不同方位處定向之缺陷，通常在正交於照明角度的方位處。
使用孔隙擋止件內之不同位置的孔隙對同一區域照明可提供關於由以不同角度定向之缺陷引起之相移的資訊。
經準直光可藉由使用具有一或多個開口之孔隙擋止件來獲得，每一開口之面積遠小於物鏡出射光瞳平面的開口(例如，開口之半徑為物鏡出射光瞳平面的開口之半徑的約10至15%)。
當存在多個孔隙時，則每一孔隙之半徑可為孔隙擋止件之半徑的分數。任選地，所有孔隙之合計半徑可為孔隙擋止件之半徑的分數。
孔隙可能並非圓形的，且在此狀況下其大小(面積)為孔隙擋止件之大小(面積)的分數。
孔隙擋止件21可選擇性地***至照明路徑中。該***可手動地或自動地完成。孔隙擋止件21可藉由非阻塞孔隙來替換，該孔隙維持孔隙平面無任何障礙物(且因此使檢驗系統能夠在另一模式中操作，諸如亮場模式)。應注意，不同組態之孔隙擋止件(孔隙之不同位置、孔隙之不同大小、孔隙之不同數目)可自動地或手動地替換。該替換可涉及施加任何移動-線性的、非線性的、圓形的(參見圖4中，旋轉藉此選擇性地***孔隙擋止件21或完全孔隙27之轉座28)，該移動將選擇性地***孔隙擋止件21至照明路徑中或自照明路徑移除孔隙擋止件21。
圖5說明，在(a)藉由彼此接近但展現同一光學路徑之點(P1及P2)所產生的第一干涉圖案IR12 77與(b)藉由彼此接近但展現另一光學路徑之點(P3及P4)所產生的第二干涉圖案IR34 78之間存在差異。
在聚焦平面中，來自接近點之輻射不重疊。
由於散焦，來自第一點P1之第一射束B1 71與來自第二點P2的第二射束B2 72重疊，藉此產生第一干涉圖案IR12 77。
由於散焦，來自第三點P3之第三射束B3 73與來自第四點P4的第四射束B4 74重疊，藉此產生第二干涉圖案IR34 78。
第一干涉圖案IR12 77不同於第二干涉圖案IR34 78。尤其地，藉由相機(尤其藉由相機之像素)所感測的第一干涉圖案IR12 77之整合強度不同於藉由相機(尤其藉由相機之像素)所感測的第二干涉圖案IR34 78之整合強度。因此，期望背景像素之灰階不同於在缺陷之界限處的像素之灰階。
圖6說明用於檢驗物件之方法200。
方法200可藉由獲取物件之區域之散焦影像的步驟210而開始。
步驟220可繼之以步驟220：處理區域之散焦影像以發現與區域之一些接近點相關聯的光學路徑之間的相移；其中相移指示缺陷。
相移導致干涉圖案，該等干涉圖案不同於在無相差之情況下所引起的干涉圖案。歸因於高度或其他地形差異及/或藉由彼此靠近之點的折射率之差，相差可得以引入。
步驟210可包括用輻射束對區域照明，該輻射束在撞擊於區域上時為空間相干且準直的。該照明可包括使輻射束通過孔隙，該孔隙係藉由位於孔隙擋止件平面內之孔隙擋止件界定。該孔隙之大小為孔隙擋止件之大小的分數。
該分數可能不超過1%至2.5%。此可例如在孔隙半徑在孔隙擋止件之半徑的約10%至15%時達成。
孔隙可定位於孔隙擋止件之中心處或外部。
步驟210可包括藉由感測器感測藉由區域所反射的感測到之輻射；其中感測到之輻射包含在自區域之不同點所反射之輻射之間所形成的干涉圖案。區域之不同點可包括一些接近點及額外點。
步驟220可包括感測與一些接近點相關聯之干涉圖案與同額外點相關聯之干涉圖案之間的差異。
孔隙擋止件可選擇性地***至照明路徑中及自照明路徑移除。在散焦影像之獲取步驟之前，可使孔隙擋止件進入照明路徑內，且在散焦影像之獲取步驟之後，可自照明路徑移除孔隙擋止件。
步驟210及220可在改變至少一組態(改變散焦條件，諸如檢驗系統之部分與物件之間的距離，改變孔隙擋止件之孔隙，改變孔隙擋止件，及其類似者)的同時執行多次。
步驟210及220之多個迭代可得以執行直至任何停止條件被滿足為止，例如直至檢查到預定義數目個不同之組態為止、直至達到足夠好的對比度為止、直至發現某一缺陷為止，及其類似者。
多個迭代可展現不同的散焦參數，且每一或多個迭代可使用新的經選擇散焦條件來執行。經選擇散焦條件。該選擇可基於與相移相關聯之對比度。因此，舉例而言，發現提供缺陷與其周圍環境之間的最高者(或至少高於對比度臨限值)之散焦條件。
方法200可使用包括多個孔隙之孔隙擋止件來執行。在此狀況下，照明可包括使輻射束通過孔隙及通過孔隙擋止件之一或多個額外孔隙。
此外，熟習此項技術者可認識到，上文所述之操作之功能性之間的邊界僅為說明性的。多個操作之功能性可組合至單一操作中，及/或單一操作之功能性可散佈於額外操作中。此外，替代性實施例可包括特定操作之多個實例，且操作之次序可在各種其他實施例中更改。
因此，應理解，本文所描繪之架構僅為示範性的，且事實上，達成同一功能性的許多其他架構可得以實施。在抽象但仍明確的意義上，達成同一功能性之組件的任何配置為有效地「相關聯的」，使得所要功能性得以達成。因此，經組合以達成特定功能性的本文之任何兩個組件可視為彼此「相關聯的」，使得所要功能性得以達成，而不管架構或中間組件。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可視為彼此「可操作地連接」或「可操作地耦接」，以達成所要功能性。
然而，其他修改、變化及替代亦為可能的。因此，應以說明性而非以限制性意義來看待說明書及圖式。
詞語「包含」不排除不同於請求項中所列出之元件或步驟的其他元件或步驟之存在。應理解，如此使用之術語可在適當的情況下互換，使得本文所述之本發明的實施例例如能夠在不同於彼等所說明或本文另外所述之方位的其他方位中操作。
此外，如本文所使用之術語「一」定義為一個或多於一個。又，諸如「至少一」及「一或多個」之引入性短語在申請專利範圍中的使用不應解釋為暗示另一請求項元素藉由不定冠詞「一」之引入將含有此經引入之請求項元素的任何特定請求項限於含有僅一個此元素的發明，甚至當同一請求項包括引入性短語「一或多個」或「至少一」及諸如「一」之不定冠詞時亦如此。此情況對於定冠詞之使用同樣成立。除非另外規定，否則諸如「第一」及「第二」之術語用以在此等術語描述之元素之間任意地區分。
因此，此等術語不必意欲指示此等元素之臨時或其他優先級。一些措施以相互不同之請求項敘述的不爭事實並不指示此等措施之組合不可用以成為優點。
10‧‧‧系統
11‧‧‧光
12‧‧‧射束
20‧‧‧照明路徑
21‧‧‧射束擋止件
22‧‧‧分束器
23‧‧‧物鏡
24‧‧‧鏡筒透鏡
27‧‧‧完全孔隙
28‧‧‧偏光器/轉座
29‧‧‧收集路徑
30‧‧‧相機
40‧‧‧處理器
71‧‧‧第一射束B1
72‧‧‧第二射束B2
73‧‧‧第三射束B3
74‧‧‧第四射束B4
77‧‧‧第一干涉圖案IR12
78‧‧‧第二干涉圖案IR34
91‧‧‧孔隙擋止件平面
92‧‧‧出射光瞳平面
93‧‧‧物平面
95‧‧‧影像平面
100‧‧‧晶圓
200‧‧‧方法
210、220‧‧‧步驟
221、222‧‧‧孔隙
P1‧‧‧第一點
P2‧‧‧第二點
P3‧‧‧第三點
P4‧‧‧第四點
本發明將自結合圖式所進行之以下詳細描述更全面地理解及瞭解；其中圖1為系統之實例；圖2為系統之實例；圖3包括孔隙擋止件之實例；圖4說明系統之部分的實例；圖5說明干涉圖案之間的差異之實例；及圖6說明方法之實例。

Claims (22)

  1. 一種用於檢驗一物件之方法，該方法包含： 獲取一物件之一區域的一散焦影像；及 處理該區域之該散焦影像，以發現與該區域之一些接近點相關聯的光學路徑之間的一相移；其中該相移指示一缺陷； 其中該散焦影像之該獲取步驟包含了用一輻射束對該區域照明，該輻射束在撞擊於該區域上時為空間相干且準直的； 其中該照明步驟包含了使該輻射束通過一孔隙，該孔隙係藉由位於一孔隙擋止件平面內之一孔隙擋止件界定；且 其中該孔隙之一大小為該孔隙擋止件之一大小的一分數。
  2. 如請求項1之方法，其中該區域之該散焦影像的該獲取步驟包含了藉由一感測器來感測該區域所反射的感測到之輻射；其中該感測到之輻射包含了在自該區域之數個不同點所反射之輻射之間所形成的數個干涉圖案；其中該區域之該等不同點包含該等一些接近點及數個額外點。
  3. 如請求項2之方法，其包含：感測與該等一些接近點相關聯之數個干涉圖案、以及與該等額外點相關聯之數個干涉圖案之間的一差異。
  4. 如請求項1之方法，其中該分數不超過1%至2.5%。
  5. 如請求項1之方法，其中該孔隙定位於該孔隙擋止件之一中心處。
  6. 如請求項1之方法，其中該孔隙定位於該孔隙擋止件之一中心外部。
  7. 如請求項1之方法，其中在該散焦影像之該獲取步驟之前，使該孔隙擋止件進入一照明路徑內，且在該散焦影像之該獲取步驟之後，自該照明路徑移除該孔隙擋止件。
  8. 如請求項1之方法，其包含：在數個不同之散焦條件下獲取該區域的多個散焦影像。
  9. 如請求項8之方法，其包含：選擇該等不同散焦條件之一經選擇散焦條件，及使用該經選擇散焦條件來獲取其他物件之數個區域的數個散焦影像。
  10. 如請求項8之方法，其中該選擇步驟係基於與該相移相關聯之對比度。
  11. 如請求項1之方法，其中該照明步驟進一步包含：使該輻射束通過該孔隙擋止件所界定之一額外孔隙。
  12. 一種檢驗系統，其包含： 一成像器，其經建構及配置來獲取一物件之一區域的一散焦影像；及 一處理器，其經建構及配置來處理該區域之該散焦影像，以發現與該區域之一些接近點相關聯的光學路徑之間的一相移；其中該相移指示一缺陷； 其中該成像器包含照明光學器件，該等照明光學器件經建構及配置來用一輻射束對該區域照明，該輻射束在撞擊於該區域上時為空間相干且準直的； 其中該等照明光學器件包含一孔隙擋止件，該孔隙擋止件包含一孔隙；其中該照明光學器件經建構及配置來使該輻射束在到達該區域之前通過該孔隙；且 其中該孔隙之一大小為該孔隙擋止件之一大小的一分數。
  13. 如請求項12之檢驗系統，其中該成像器包含一感測器，該感測器經建構及配置來感測該區域所反射的感測到之輻射；其中該感測到之輻射包含了在自該區域之數個不同點所反射之輻射之間所形成的數個干涉圖案；其中該區域之該等不同點包含該等一些接近點及數個額外點。
  14. 如請求項13之檢驗系統，其中該感測器經建構及配置來感測以下事項：與該等一些接近點相關聯之數個干涉圖案、以及與該等額外點相關聯之數個干涉圖案之間的一差異。
  15. 如請求項11之檢驗系統，其中該分數不超過1%至2.5%。
  16. 如請求項11之檢驗系統，其中該孔隙定位於該孔隙擋止件之一中心處。
  17. 如請求項11之檢驗系統，其中該孔隙定位於該孔隙擋止件之一中心外部。
  18. 如請求項11之檢驗系統，其中孔隙擋止件為該照明光學器件之一可移除部分。
  19. 如請求項11之檢驗系統，其中該成像器經建構及配置來在不同之散焦條件下獲取該區域的多個散焦影像。
  20. 如請求項19之檢驗系統，其中該處理器經建構及配置來選擇該等不同散焦條件之一經選擇散焦條件，及使用該經選擇散焦條件來獲取其他物件之數個區域的數個散焦影像。
  21. 如請求項19之檢驗系統，其中該處理器經建構及配置來基於與該相移相關聯之對比度而選擇。
  22. 如請求項11之檢驗系統，其中該孔隙擋止件包含一額外孔隙。
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