專利名稱：利用非線性光學(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)體器件過程中，本發(fā)明可具體應(yīng)用于該過程中半導(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，這種要求需要仔細(xì)的過程監(jiān)測，包括反復(fù)和詳細(xì)地檢查半導(dǎo)體器件。
普通制造過程中的監(jiān)測技術(shù)采用“檢查和觀察”處理過程，其中利用高速，相對低分辨率的工具對晶片表面進(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)施重新檢測過程之后，明確地指出存在缺陷，再對各個缺陷位置實(shí)施更仔細(xì)的觀察過程，例如，利用掃描電子顯微鏡(SEM)產(chǎn)生相對高分辨率的圖像。然后，對缺陷圖像進(jìn)行分析以確定缺陷的性質(zhì)(例如，不良圖形，顆粒或劃痕)。
目前的激光檢查技術(shù)通常利用激光對被檢查晶片進(jìn)行掃描，并檢測該晶片表面上結(jié)構(gòu)和缺陷對入射光的散射或衍射。換句話說，入射波長光的散射或衍射產(chǎn)生的信息，它稱之為“線性光學(xué)現(xiàn)象”，用于確定晶片表面上是否存在缺陷。線性光學(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。把來自被檢查現(xiàn)場的信息與晶片上相同現(xiàn)場或參照現(xiàn)場上觀察到的線性光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行比較，若這兩個位置不展現(xiàn)相同的光學(xué)現(xiàn)象，則確定被檢查現(xiàn)場上可能存在缺陷。
普通的激光檢查技術(shù)有幾個缺點(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物質(zhì)。此外，這些技術(shù)通常不可靠地檢測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。
通過觀察非線性光學(xué)效應(yīng)，非線性光學(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，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。有潛在用途的非線性光學(xué)現(xiàn)象包括光致發(fā)光(也稱之為“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)成掃描整個晶片，而不是成像孤立的小區(qū)域，其掃描速度與自動晶片檢查系統(tǒng)所要求的速度不相容。此外，這種系統(tǒng)沒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。
本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)和其他特征部分地是在說明書中描述，在研究以下的描述之后，這些優(yōu)點(diǎn)和特征對于本領(lǐng)域普通專業(yè)人員是顯而易見的，或者，可以通過本發(fā)明的實(shí)踐加以理解。根據(jù)所附權(quán)利要求書中具體指出的，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，利用入射波長的光束輻照物品的部分表面；第一檢測器，用于從該部分表面接收入射波長的光并產(chǎn)生第一信號；第二檢測器，用于從該部分表面接收波長不同于入射波長的光并產(chǎn)生第二信號；和處理器，配置成基于第一信號和第二信號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的光束輻照物品的部分表面；在第一檢測器中從該部分表面接收入射波長的光以產(chǎn)生第一信號；在第二檢測器中從該部分表面接收波長不同于入射波長的光以產(chǎn)生第二信號；和基于第一信號和第二信號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)對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員是顯而易見的，其中借助于實(shí)施本發(fā)明最佳模式的說明，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，且在各個方面的細(xì)節(jié)可以作改動。因此，這些附圖和描述應(yīng)當(dāng)看成是說明性的，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)明一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖2表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖3表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖4表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖5表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖6表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖7表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
圖8表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
用于檢測半導(dǎo)體晶片中缺陷的普通光學(xué)檢查工具僅僅處理線性光學(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技術(shù)中，因?yàn)檫@種檢查工具不能處理非線性光學(xué)現(xiàn)象。因此，普通的光學(xué)檢查工具不能檢測某些類型的缺陷，也不能以目前超大規(guī)模集成過程所要求的速度和精度對缺陷進(jìn)行分類。本發(fā)明提出并解決來源于普通光學(xué)檢查技術(shù)的這些問題。
按照本發(fā)明的方法，利用入射波長的光束，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的光和一個或多個預(yù)定的非入射波長光。把入射波長的光發(fā)送到檢測器，例如，普通的光電倍增管(PMT)，該檢測器把檢測的線性光學(xué)現(xiàn)象(例如，表面形態(tài))轉(zhuǎn)換成電信號。同樣地，把分割的非入射波長(或多個波長)光發(fā)送到分離的檢測器，例如，PMT，該檢測器把檢測的非線性光學(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(或多個電信號)。把來自每個檢測器的信號發(fā)送到處理器，該處理器基于從線性和非線性光學(xué)現(xiàn)象收集的信息產(chǎn)生缺陷圖，例如，通過比較來自晶片上被檢查現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和理論上等同現(xiàn)場的對應(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，利用線性和非線性光學(xué)現(xiàn)象檢測缺陷，因此，缺陷的檢測可以有更高的準(zhǔn)確性和缺陷的分類有更高的精度。此外，由于線性和非線性光學(xué)數(shù)據(jù)是同時被收集的，本發(fā)明不會增加檢查時間。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中所利用的熟知非線性光學(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，也稱之為光致發(fā)光，它的發(fā)生是在利用激光輻照材料時激勵該材料中的電子且被激勵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。PL的波長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)生相對大量的PL，特別是在紫外(UV)光的激勵下。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)場在可接受本底和閾值之上展現(xiàn)PL，而對應(yīng)的參照現(xiàn)場沒有產(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)場在不同于預(yù)期的波長上展現(xiàn)PL，則可以推斷，被檢查的現(xiàn)場上存在缺陷。一般地說，用戶可以利用一個或多個檢測器以監(jiān)測一個或多個光譜帶，它與環(huán)境，材料和經(jīng)歷的過程有關(guān)。如在以下更詳細(xì)地討論的，若需要檢測幾個PL波長，則可以設(shè)置一個檢測器以檢測所有的波長；然而，最好是，利用多個檢測器分別監(jiān)測幾個波長。
由于進(jìn)入材料的光子與該材料中其他基本激勵之間的相互作用，例如，材料中分子的振動激勵，發(fā)生喇曼散射的非線性光學(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校诠庾优c聲子之間發(fā)生這些相互作用。喇曼散射是電場振動的光子與原子在特定頻率下振動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，該能量小于被激勵聲子的能量；換句話說，進(jìn)入光子的能量轉(zhuǎn)換成聲子的振動。這種現(xiàn)象稱之為波長的“喇曼位移”，并產(chǎn)生非常尖銳的光譜線。
大多數(shù)固體和液體產(chǎn)生喇曼譜線，但這些譜線的強(qiáng)度通常是極其微弱的。然而，若激勵區(qū)相鄰于展現(xiàn)諧振的金屬，該諧振的波長接近于激勵和/或發(fā)射光的波長，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，則通過觀察喇曼散射可以檢測到這些缺陷。
若進(jìn)入材料的兩個光子同時激勵一個電子，則發(fā)生倍頻效應(yīng)(SHG)。被激勵的電子立刻發(fā)生弛豫，發(fā)射兩倍于單個光子能量的光子。例如，2個1eV的光子進(jìn)入到材料中，則發(fā)射1個2eV的光子；即，發(fā)射的光子有不同于入射光子的波長。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稱性。然而，結(jié)構(gòu)和界面破壞了阻礙SHG的晶體對稱性。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，并可以是若干個波長之一，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會聚成一個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。然后，沿y方向移動晶片W，掃描成另一條直線。
激光束100a照射到晶片W上，而來自晶片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分割成入射波長的散射光100c和波長不同于入射波長的散射光100d，100e。或者，棱鏡(未畫出)可以代替分割散射光100b的衍射光柵140。分割的入射波長散射光100c按照常規(guī)的方式被衍射光柵140轉(zhuǎn)送到檢測器150a，其間通過透鏡160a。同樣地，波長不同于入射波長的分割散射光100d，100e被轉(zhuǎn)送到檢測器150b，150c，其間通過透鏡160b，160c。透鏡130和160a，130和160b，130和160c所起的作用是一對轉(zhuǎn)送透鏡，可以保證檢測器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光的波長。此外，由于入射波長的雜散光可以足夠強(qiáng)，它妨礙準(zhǔn)確收集其他波長的散射光100d，100e，最好是，在檢測器150a，150b之前放置阻擋濾光片(未畫出)。
每個檢測器150a-c產(chǎn)生響應(yīng)于接收光的電信號。這些電信號發(fā)送到處理器170，例如，電子計(jì)算機(jī)，通過比較來自檢測器150a-c的電信號與理論上相同參照現(xiàn)場收集的信號，例如，晶片W表面上另一個現(xiàn)場，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，若檢測器收集到發(fā)射的信號高于閾值，該信號波長不同于被檢查現(xiàn)場的入射波長，而從參照現(xiàn)場收集的對應(yīng)信號等于或小于閾值，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)測器180上。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，缺陷檢測和自動分類是基于它們的光學(xué)發(fā)射性質(zhì)。在這個實(shí)施例中，若來自檢測器的信號高于閾值，該檢測器收集發(fā)射的特定波長不同于檢查現(xiàn)場的入射波長，則確定存在缺陷，它指出存在特定的多余外來物質(zhì)。然后，處理器170對該缺陷進(jìn)行自動分類，從而免除采用觀察工具對缺陷進(jìn)行分類，可以減少檢查時間。例如，本發(fā)明可以在其他都清潔的晶片表面上立刻識別出光刻膠顆粒，因此，在不需要附加的檢查條件下指出缺陷源。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是，通過分析多層中的信號，能夠鑒別不同層中的光信號和缺陷，因此，若去掉來自下層的信號及相關(guān)的噪聲，則可以分析上層的缺陷，反之亦然。例如，熒光信號主要來自光刻膠，并不是來自光刻膠之下的基底，而光刻膠之下各層的線性散射可以占支配地位，從而掩蓋來自光刻膠的線性信號。因此，通過分析它的熒光信號，本發(fā)明可以容易地“看到”和分析光刻膠。
雖然圖1中畫出用于收集入射波長散射光的一個檢測器150a和用于收集兩個光譜帶上波長不同于入射波長的兩個檢測器150b，150c，但本發(fā)明不限制于三個檢測器。例如，在不同的收集角度上可以提供多個檢測器，用于收集入射波長的散射光和收集波長不同于入射波長的散射光，它取決于被收集的波長數(shù)目。在典型的高效率晶片檢查系統(tǒng)中，利用以下方法可以優(yōu)化非線性光譜信道1)通過綜合相對大的光譜范圍，限制光譜信道的數(shù)目而使弱的非線性光信號最大；2)限制光譜信道數(shù)目而使數(shù)據(jù)處理開銷最小，這對于每個附加的數(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“Compass”檢查工具，美國加州Santa Clara應(yīng)用材料公司制造，它包括激光源100，透鏡110，130，160a-c，檢測器150a-c，處理器170和監(jiān)測器180，以及把收集的光100b分割成所需波長的衍射光柵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)量的檢測器150b，150c，并調(diào)整到檢測所需的非入射波長，而必須對處理器170進(jìn)行編程以處理來自檢測器150b，150c的信號，這些信號對應(yīng)于非線性光學(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PL和喇曼散射。一般地說，CW或鎖模深紫外(DUV)激光源對于激勵PL是理想的，而較長波長光對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利用這種現(xiàn)象。此外，金屬的體等離子體激元可以在可見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)適合于檢測非線性光學(xué)現(xiàn)象，例如，喇曼散射，SHG和熒光，其時間標(biāo)度的衰減小于掃描器的像素抽樣時間，即，激光束100a在晶片W任何部分上的停留時間(通常約為10納秒)。它必須用于檢測SHG，因?yàn)槎沃C波信號的強(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)送它們到檢測器150a-c?？梢詮拿绹腛mega光學(xué)公司購得合適的分色鏡。分色鏡210允許入射波長的散射光傳輸通過并到達(dá)檢測器150a，而反射波長不同于入射波長的光到分色鏡220，分色鏡220把非入射波長的光分割成預(yù)定的光譜帶100d-e，并轉(zhuǎn)送它們到檢測器150b-c。或者，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”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)明另一個實(shí)施例的設(shè)備中，散射光的分割是在“明視場”中完成的；換句話說，散射光100b被用于照射晶片W的相同物鏡310所收集。非線性光譜帶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)送非線性光譜帶。
圖3的明視場檢測方案具有以下的優(yōu)點(diǎn)，利用非線性輻射的相對大收集孔徑，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中明視場配置合適于檢測喇曼散射和PL，它對于收集SHG是高效率的，因?yàn)镾HG是相干過程，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)在參照圖4描述本發(fā)明另一個實(shí)施例的檢查設(shè)備。本發(fā)明的這個實(shí)施例利用熟知的掃描激光光線技術(shù)，其中激光源400產(chǎn)生的激光束400a被引導(dǎo)通過柱面透鏡410，柱面透鏡410把激光束400a會聚成輻照晶片W表面的直線400b。利用箭頭所示的方向移動晶片W，一次完成一行掃描。因此，掃描操作僅需要沿一個方向進(jìn)行，而不是沿兩個方向進(jìn)行，如同圖1-3中設(shè)備的光斑掃描技術(shù)(例如，通過移動晶片W，掃描操作僅沿y方向進(jìn)行，而不沿x方向進(jìn)行)。
來自晶片W的散射光400c在暗視場中被凹面衍射光柵420分割成入射波長的光400d和波長不同于入射波長的光400e和400f，例如，利用美國Jobin-Yvon公司制造的型號為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)送到直線檢測器陣列400a-c，典型的是半導(dǎo)體檢測器，它包括電荷耦合器件(CCD)，例如，日本濱松公司制造的型號為S3903直線檢測器陣列。對于每個被檢測的光譜帶，散射激光光線400c成像到一個直線檢測器陣列，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)備的掃描激光光線技術(shù)增大像素抽樣時間約2-3個數(shù)量級。所以，掃描激光光線技術(shù)用于檢測有較長衰減時間的非線性光學(xué)現(xiàn)象，其衰減時間大于飛點(diǎn)式激光光斑技術(shù)的像素抽樣時間，例如，磷光。與飛點(diǎn)式激光光斑技術(shù)比較，另一個優(yōu)點(diǎn)是要求較簡單的掃描機(jī)構(gòu)。此外，由于減小了晶片上的激光強(qiáng)度，在高瞬時輻射誘發(fā)的檢查中，掃描激光光線技術(shù)可以避免對晶片的可能損傷。然而，由于晶片上的激光強(qiáng)度很低，掃描激光光線技術(shù)不適合于檢測SHG以及與入射強(qiáng)度成超線性比例的其他光學(xué)現(xiàn)象。
圖5表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例，其中提供的檢查設(shè)備與圖4中掃描激光光線暗視場設(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)送它們到直線檢測器陣列540a-c。可以從美國的Omega光學(xué)公司購得合適的分色鏡。透鏡530把散射光線400c成像到直線檢測器陣列540a-c。分色鏡510允許入射波長的散射光傳輸通過并到達(dá)檢測器陣列540a，而反射波長不同于入射波長的光到達(dá)分色鏡520，分色鏡520把非入射波長的光分割成預(yù)定的光譜帶500b-c并轉(zhuǎn)送它們到檢測器陣列540b-c。
圖6表示按照本發(fā)明利用掃描激光光線技術(shù)與明視場配置結(jié)合的設(shè)備。激光源400產(chǎn)生的激光束400a被引導(dǎo)通過柱面透鏡610，柱面透鏡610把激光束400a會聚成輻照晶片W表面的直線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，而非線性光譜帶600a，600b被凹面衍射光柵620分割，并被轉(zhuǎn)送到直線檢測器陣列630a，630b。或者，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)送非線性光譜帶。
類似于以上討論的圖3中實(shí)施例，圖6設(shè)備的明視場檢測方案具有利用非線性輻射的相對大收集孔徑的優(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檢測器陣列相結(jié)合?，F(xiàn)在參照圖7，提供上述的普通激光源700，利用入射波長的激光束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會聚成一個光斑。來自暗視場中晶片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分割成入射波長的散射光700c和波長不同于入射波長的散射光700d和700e，以及把散射光700c轉(zhuǎn)送到直線檢測器陣列730a，而把散射光700d和700e轉(zhuǎn)送到直線檢測器陣列730b和730c。
圖8表示按照本發(fā)明類似于圖7的檢查設(shè)備，不同的是，散射光是在明視場中被收集的。激光源700利用激光束700a通過物鏡810輻照晶片W。散射光700b通過物鏡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)送它們到直線檢測器陣列840a，840b。
圖7和圖8中檢查設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)是，它可以檢測有長衰減時間的非線性光學(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，形成的掃描光線成像到光電檢測器陣列730a-c，840a-b上，而不是成像到PMT上。由于每個陣列中的每個檢測器在每次一行光斑掃描到晶片W上時僅接收一次光，因此掃描光線集成的時間標(biāo)度是足夠的長，允許光在成像另一條掃描光線之前衰減，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。在以上的說明中，詳細(xì)地描述諸如具體材料，結(jié)構(gòu)，化學(xué)制品，過程等等的多個具體細(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。
在本說明書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。
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，利用入射波長的光束輻照物品的部分表面；第一檢測器，用于從該部分表面接收入射波長的光并產(chǎn)生第一信號；第二檢測器，用于從該部分表面接收波長不同于入射波長的光并產(chǎn)生第二信號；處理器，配置成基于第一信號和第二信號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聚成一個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聚成一條直線。
7.按照權(quán)利要求6的設(shè)備，其中第一檢測器和第二檢測器包括含有半導(dǎo)體檢測器的直線檢測器陣列。
8.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第二檢測器用于檢測該部分表面上的熒光。
9.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第二檢測器用于檢測該部分表面上的喇曼散射。
10.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第二檢測器用于檢測倍頻效應(yīng)。
11.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一檢測器和第二檢測器包括光電倍增管。
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器和第二檢測器之間的分割器，用于分割來自該部分表面的入射波長光和其他波長光，并把該光引導(dǎo)到第一檢測器和第二檢測器。
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，利用入射波長的光束輻照物品的部分表面；多個第一檢測器，用于從該部分表面接收入射波長的光并產(chǎn)生第一信號；多個第二檢測器，用于從該部分表面接收波長不同于入射波長的光并產(chǎn)生第二信號；處理器，配置成基于第一信號和第二信號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的光束輻照物品的部分表面；在第一檢測器中從該部分表面接收入射波長的光以產(chǎn)生第一信號；在第二檢測器中從該部分表面接收波長不同于入射波長的光以產(chǎn)生第二信號；和基于第一信號和第二信號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，包括把光束會聚成一個光斑，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，包括把光束會聚成一條直線。
26.按照權(quán)利要求22的方法，包括利用第二檢測器檢測來自該部分表面的熒光。
27.按照權(quán)利要求22的方法，包括利用第二檢測器檢測來自該部分表面的喇曼散射。
28.按照權(quán)利要求22的方法，包括利用第二檢測器檢測來自該部分表面的倍頻效應(yīng)。
29.按照權(quán)利要求22的方法，包括分割來自該部分表面的入射波長光和其他波長光，并把該光引導(dǎo)到第一檢測器和第二檢測器。
30.按照權(quán)利要求23的方法，還包括利用入射波長的光束輻照對應(yīng)于該物品部分表面的部分參照表面；在第一檢測器中從該部分參照表面接收入射波長的光以產(chǎn)生第三信號；和在第二檢測器中從該部分參照表面接收波長不同于入射波長的光以產(chǎn)生第四信號；其中確定步驟包括再基于第三信號和第四信號確定是否存在缺陷。
31.按照權(quán)利要求30的方法，包括基于第一信號，第二信號，第三信號和第四信號，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高于閾值而第四信號低于閾值，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是預(yù)定值，該預(yù)定值對應(yīng)于非入射波長的特定波長，則確定存在缺陷。
34.按照權(quán)利要求33的方法，包括若第二信號是預(yù)定值，則把缺陷分類成預(yù)定的類別。
全文摘要
提供一種利用線性和非線性光學(xué)現(xiàn)象以檢測缺陷的光學(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的光和一個或多個預(yù)定的非入射波長的光。入射波長和非入射波長的光發(fā)送到分開的檢測器，例如，光電倍增管(PMT)，這些檢測器分別把檢測的線性光學(xué)現(xiàn)象(例如，代表表面形態(tài))轉(zhuǎn)換成電信號和把檢測的非線性光學(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。來自每個檢測器的信號發(fā)送到處理器，該處理器基于從線性和非線性光學(xué)現(xiàn)象收集的信息產(chǎn)生缺陷圖。
文檔編號H01L21/66GK1496478SQ02806381
公開日2004年5月12日 申請日期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·賴茵霍恩, 吉拉德·阿爾莫奇, 阿爾莫奇, 烏 賴茵霍恩, 戴尼歐 I 索米 申請人:應(yīng)用材料有限公司