專利名稱：具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與硅片表面缺陷檢測有關(guān)，特別是一種具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，利用米氏散射原理對集成電路制造中硅片表面的缺陷進(jìn)行實時檢測。
背景技術(shù)：
近年來，針對各類表面缺陷的激光掃描散射檢測技術(shù)得到了快速的發(fā)展。當(dāng)聚焦的激光束在硅片表面掃描時，表面的缺陷會產(chǎn)生缺陷散射光。這些缺陷散射光中包含了缺陷的形狀、種類和位置等豐富的信息。通過光電探測器收集這些缺陷散射光，并進(jìn)行分析處理，最終得到缺陷的形狀及位置等信號。
現(xiàn)有的硅片表面缺陷檢測系統(tǒng)如圖1所示。從激光器(1)發(fā)出光束經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)(2)、聚焦透鏡(3)以及平面反射鏡(4)后轉(zhuǎn)折且聚焦于待測硅片(5)表面，反射光方向設(shè)有一球面反射鏡(6)，使光束返回并重新聚焦于原來的點。兩片平凸透鏡組成的聚光鏡組(7)對散射光進(jìn)行收集，光電探測器(8)置于聚光鏡組(7)的焦點處。
在圖1所示的裝置中，其反射光沿原光路返回待測硅片(5)表面的測量點，對光學(xué)元件會產(chǎn)生損傷。另外，理論表明微細(xì)粒子反射光一側(cè)的散射信號比入射光一側(cè)要強(qiáng)得多，如圖3所示，而現(xiàn)有技術(shù)兩次聚焦是從兩側(cè)入射，因此缺陷散射信號不夠集中，不利于散射光的收集。而且在圖1裝置中聚光鏡組位于待測硅片(5)表面的法線方向，容易受到法線方向表面散射信號的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，解決光束沿原路返回而造成光學(xué)元件的損傷；使待測的缺陷散射光強(qiáng)倍增并且兩次缺陷散射光比較集中，有利于的收集；避開表面散射信號的干擾。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，所述的激光入射系統(tǒng)由激光器、擴(kuò)束系統(tǒng)、聚焦鏡和平面反射鏡構(gòu)成，所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)由一聚光鏡組和位于該聚光鏡組的焦點位置光電探測器組成，其特征在于還有①散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡和第二球面反射鏡構(gòu)成，其位置關(guān)系是由平面反射鏡輸出的光束聚焦于待測硅片表面的第一焦點，光束經(jīng)第一焦點反射，在該反射光方向設(shè)有一順時針偏轉(zhuǎn)θ角的第一球面反射鏡，經(jīng)該第一球面反射鏡的反射光聚焦入射于待測硅片表面的第二焦點，該光束經(jīng)第二焦點反射，在第二焦點反射光方向設(shè)有與該反射光方向逆時針偏轉(zhuǎn)θ角的第二球面反射鏡，其反射光再次聚焦至待測硅片表面的第一焦點；②在第一焦點的第二次反射光路上設(shè)有一光陷阱；③所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片的法線之間的夾角為β；④所述的第一球面反射鏡和第二球面反射鏡位于一光軸調(diào)整架上，待測硅片的平動和轉(zhuǎn)動由精密工作臺實現(xiàn)，所述的平面反射鏡、第一球面反射鏡、第二球面反射鏡和光陷阱之間的位置滿足幾何光學(xué)的物像關(guān)系。
所述的經(jīng)平面反射鏡和第二球面鏡的反射光束從同一側(cè)入射待測硅片，入射角相近。
所述的角度β的取值范圍是45°≤β≤60°。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點1.第一球面反射鏡順時針偏轉(zhuǎn)θ角，使光路不沿原路返回，以保護(hù)光學(xué)元件。
2.選用適當(dāng)焦距的第一球面反射鏡使得反射光經(jīng)第二焦點反射，在二次反射光路上放第二球面反射鏡進(jìn)行再次聚焦，并使其焦點與第一焦點重合。因為兩次聚焦從同一側(cè)入射，使得缺陷散射光強(qiáng)倍增并且有利于缺陷散射信號的吸收。
3.聚光鏡組向反射光一側(cè)偏轉(zhuǎn)一定的角度β，以利于收集缺陷散射信號，而且可以避免法線方向表面散射光的干擾。
4.利用光陷阱吸收最后的反射光線，防止其對散射信號產(chǎn)生影響。


圖1是現(xiàn)有硅片表面缺陷系統(tǒng)示意圖。
圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。
圖3是傾斜光入射待測硅片表面的散射光分布和強(qiáng)度示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖本發(fā)明作詳細(xì)說明。
先請參閱圖2，圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。由圖可見，本發(fā)明具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，所述的激光入射系統(tǒng)由激光器9、擴(kuò)束系統(tǒng)10、聚焦鏡11和平面反射鏡12構(gòu)成，所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)由一聚光鏡組21和位于該聚光鏡組21的焦點位置光電探測器22組成，其特征在于還有①散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡20和第二球面反射鏡14構(gòu)成，其位置關(guān)系是由平面反射鏡12輸出的光束聚焦于待測硅片15表面的第一焦點18，光束經(jīng)第一焦點18反射，在該反射光方向設(shè)有一順時針偏轉(zhuǎn)θ角的第一球面反射鏡20，經(jīng)該第一球面反射鏡20的反射光聚焦入射于待測硅片15表面的第二焦點16，該光束經(jīng)第二焦點16反射，在第二焦點16反射光方向設(shè)有與該反射光方向逆時針偏轉(zhuǎn)θ角的第二球面反射鏡14，其反射光再次聚焦至待測硅片15表面的第一焦點18；②在第一焦點18的第二次反射光路上設(shè)有一光陷阱19；③所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片15的法線之間的夾角為β；④所述的第一球面反射鏡20和第二球面反射鏡14位于一光軸調(diào)整架13上，待測硅片15的平動和轉(zhuǎn)動由精密工作臺17實現(xiàn)，所述的平面反射鏡12、第一球面反射鏡20、第二球面反射鏡14和光陷阱19之間的位置滿足幾何光學(xué)的物像關(guān)系。
所述的經(jīng)平面反射鏡12和第二球面鏡14的反射光束從同一側(cè)入射待測硅片15，入射角相近。
所述的角度β的取值范圍是45°≤β≤60°。
其工作過程為激光器9發(fā)出的光束依次經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)10、聚焦鏡11和平面鏡12轉(zhuǎn)折聚焦于硅片15表面的第一焦點18，光束由第一焦點18點反射后進(jìn)入順時針偏轉(zhuǎn)θ角的第一球面反射鏡20，改變方向后入射在硅片的第二焦點16，通過硅片二次反射進(jìn)入逆時針偏轉(zhuǎn)θ角的第二球面反射鏡14并再次聚焦至第一焦點18，從而實現(xiàn)了兩次從同一側(cè)聚焦于同一位置，達(dá)到光強(qiáng)倍增的目的。通過兩個平凸鏡所組成的聚光鏡組21收集第一焦點18的缺陷散射光，光電探測器22位于聚光鏡組21的焦點位置。最后的反射光被光陷阱19吸收。通過光軸調(diào)整架13調(diào)整第一球面反射鏡20和第二球面反射鏡14的偏轉(zhuǎn)角度θ。硅片通過精密工作臺17進(jìn)行平動和轉(zhuǎn)動。平面反射鏡12、第一球面反射鏡20、第二球面反射鏡14以及光陷阱19之間的位置滿足幾何光學(xué)的物像關(guān)系。
根據(jù)理論研究可知第一焦點18的缺陷散射信號主要集中在反射光一側(cè)，在法線方向主要分布表面散射光，如圖3所示?，F(xiàn)有技術(shù)的兩次聚焦是從不同側(cè)面入射，其缺陷散射信號不集中，而且中間夾著表面散射光，不利于收集。本發(fā)明的兩次聚焦是從同一側(cè)入射，而且入射角度非常相近，因此其兩次的缺陷散射信號集中在反射光一側(cè)，用于收集缺陷散射光的聚光鏡組向反射光一側(cè)偏轉(zhuǎn)一定角度β，避開了法線方向的表面散射光干擾。
對于微細(xì)粒子的散射，散射信號只有反射信號的10-6，所以硅片和反射鏡均可認(rèn)為是全反射，本發(fā)明兩次聚焦的光強(qiáng)幾乎相等，而且兩次入射角非常接近，因此可以實現(xiàn)光強(qiáng)倍增的目的。
圖3是傾斜光入射檢測系統(tǒng)中散射光分布和強(qiáng)度，其中23為入射光方向，24為硅片表面，25為缺陷散射光分布，26為反射光方向，27為硅片表面散射光分布，28為法線方向。根據(jù)理論研究可知硅片表面的缺陷散射信號主要集中在反射光一側(cè)，在法線方向主要分布著表面散射光?，F(xiàn)有技術(shù)的兩次聚焦是從不同側(cè)面入射的，其缺陷散射信號不集中，而且中間夾著表面散射光，不利于收集。本發(fā)明的兩次聚焦是從同一側(cè)入射的，而且入射角度非常相近，因此其兩次的缺陷散射信號相對比較集中在反射光一側(cè)，本發(fā)明的聚光鏡組21向反射光一側(cè)偏轉(zhuǎn)一定角度β，避開了法線方向的表面散射光，有利于收集缺陷散射信號。
對于微細(xì)粒子的散射，散射信號只有反射信號的10-6，所以硅片和反射鏡均可認(rèn)為是全反射，本發(fā)明兩次聚焦的光強(qiáng)幾乎相等，而且兩次入射角非常接近，因此可以實現(xiàn)光強(qiáng)倍增的目的。
在實施例中，激光束經(jīng)過平面反射鏡12后以70°角入射并聚焦于硅片15表面的第一焦點18處。在反射光方向離第一焦點18距離45mm處放一焦距為25mm的第一球面反射鏡20，通過光軸調(diào)整架13使第一球面反射鏡20順時針偏轉(zhuǎn)2°，使得光束不沿原路返回，其反射光聚焦于第二焦點16，此點離需要檢測的第一焦點18的距離約12mm，此距離相對于微納米級的缺陷尺寸而言已經(jīng)很大，不會對第一焦點18的檢測產(chǎn)生影響。光束經(jīng)硅片反射后，在二次反射光方向距第二焦點16距離30.5mm處設(shè)置一焦距為17.6mm的第二球面反射鏡14，通過光軸調(diào)整架13使第二球面反射鏡逆時針偏轉(zhuǎn)2°，使光束再次聚焦于第一焦點18。因散射光強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比關(guān)系，而且，缺陷反射光比較集中于反射光一側(cè)，所以通過兩次從同一側(cè)聚焦于同一位置不但可以增強(qiáng)缺陷散射信號的強(qiáng)度，還有利于散射信號的收集。聚光鏡組21向反射光一側(cè)傾斜50°角以充分收集散射信號，同時可以避免法線方向表面散射光的干擾。在最后的反射光方向設(shè)置一光陷阱19，將最終的反射光吸收掉，以免對缺陷散射信號產(chǎn)生影響。
權(quán)利要求
1.一種具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，所述的激光入射系統(tǒng)由激光器(9)、擴(kuò)束系統(tǒng)(10)、聚焦鏡(11)和平面反射鏡(12)構(gòu)成，所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)由一聚光鏡組(21)和位于該聚光鏡組(21)的焦點位置光電探測器(22)組成，其特征在于還有①散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡(20)和第二球面反射鏡(14)構(gòu)成，其位置關(guān)系是由平面反射鏡(12)輸出的光束聚焦于待測硅片(15)表面的第一焦點(18)，光束經(jīng)第一焦點(18)反射，在該反射光方向設(shè)有一順時針偏轉(zhuǎn)θ角的第一球面反射鏡(20)，經(jīng)該第一球面反射鏡(20)的反射光聚焦入射于待測硅片(15)表面的第二焦點(16)，該光束經(jīng)第二焦點(16)反射，在第二焦點(16)反射光方向設(shè)有與該反射光方向逆時針偏轉(zhuǎn)θ角的第二球面反射鏡(14)，其反射光再次聚焦至待測硅片(15)表面的第一焦點(18)；②在第一焦點(18)的第二次反射光路上設(shè)有一光陷阱(19)；③所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片(15)的法線之間的夾角為β；④所述的第一球面反射鏡(20)和第二球面反射鏡(14)位于一光軸調(diào)整架(13)上，待測硅片(15)的平動和轉(zhuǎn)動由精密工作臺(17)實現(xiàn)，所述的平面反射鏡(12)、第一球面反射鏡(20)、第二球面反射鏡(14)和光陷阱(19)之間的位置滿足幾何光學(xué)的物像關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，其特征在于所述的經(jīng)平面反射鏡(12)和第二球面鏡(14)的反射光束從同一側(cè)入射待測硅片(15)，入射角相近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，其特征在于所述的角度β的取值范圍是45°≤β≤60°。
全文摘要
一種具有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，其特點是還有散射光強(qiáng)倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡和第二球面反射鏡構(gòu)成；在第一焦點的第二次反射光路上設(shè)有一光陷阱；所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片的法線之間的夾角為β；所述的第一球面反射鏡和第二球面反射鏡位于一光軸調(diào)整架上，待測硅片的平動和轉(zhuǎn)動由精密工作臺實現(xiàn)，所述的平面反射鏡、第一球面反射鏡、第二球面反射鏡和光陷阱之間的位置滿足幾何光學(xué)的物像關(guān)系。本發(fā)明解決了光學(xué)元件易損傷；使待測硅片的缺陷散射光強(qiáng)倍增并且兩次缺陷散射光比較集中，有利于的收集；避開了硅片表面散射信號的干擾。
文檔編號G01N21/956GK1712945SQ20051002768
公開日2005年12月28日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者張志平, 程兆谷, 高海軍, 覃兆宇 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所