本發(fā)明大體上涉及用于半導體晶片的檢驗系統(tǒng)，且更特定來說，涉及具有時間延遲積分(tdi)傳感器的檢驗系統(tǒng)。

背景技術：

時間延遲積分(tdi)是產生移動二維對象的連續(xù)圖像的成像過程。在tdi系統(tǒng)中，將圖像光子轉換成像素陣列中的光電荷。隨著對象移動，光電荷沿著傳感器在像素間平行于移動軸而移位。通過使光電荷移位速率與對象的速度同步，tdi可對移動對象上的固定位置處的信號強度進行積分以產生圖像?？赏ㄟ^變更圖像運動的速度且在移動方向上提供更多/更少像素來調節(jié)總積分時間。

tdi檢驗系統(tǒng)可用于檢驗晶片、掩模及/或光罩(reticle)。常規(guī)tdi傳感器包含形成為格柵的大光傳感器元件(電荷耦合裝置(ccd))陣列。舉例來說，常規(guī)tdi傳感器可形成為1024x128光傳感器元件陣列。為了實現(xiàn)比通過使用常規(guī)tdi傳感器可提供的靈敏度更高的靈敏度，可將多個tdi像素布置成子像素偏移圖案。傳感器交錯可有利地增加tdi檢驗系統(tǒng)的分辨率及抗混疊(anti-aliasing)能力。

在越來越小的科技節(jié)點處，可期望在高分辨率下顯著放大圖像，借此促進缺陷檢測。同時，要求更快速的檢驗，而不管所檢驗晶片/掩模/光罩的增加的復雜性。為了完成這些目標，tdi傳感器陣列的大小已增加。

新興半導體制造工藝需要對越來越小的顆粒的靈敏度。當前工具根據檢測由例如異常顆粒的缺陷所散射的光子并區(qū)分“缺陷”光子與噪聲的原理操作。噪聲源包含由晶片表面及空氣散射的“噪聲”光子以及由傳感器及電子裝置添加到信號的硬件噪聲。由缺陷散射的光子越多，那么噪聲越少，且越容易檢測缺陷。

然而，由球形顆粒散射的光子的數目與其直徑的6次冪成比例。在相同照明下，12nm顆粒散射的光子數目是24nm顆粒的大約六十四分之一。增加照明光子的數目由于熱損害閾值而不可取，高于所述熱損害閾值，照明光子開始損害表面。

現(xiàn)存光點掃描技術已達到檢驗靈敏度的極限。經圖案化應用中的技術具有限制經圖案化應用及未經圖案化應用所需的檢驗速度的具體實施方案細節(jié)及技術限制，例如可用激光功率、光學效率、噪聲源及xy載臺特定實施方案。

因此，存在適于極高分辨率、實時、暗場晶片及光罩檢驗的設備將是有利的。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明涉及一種用于極高分辨率、實時、暗場晶片及光罩檢驗的新穎方法及設備。

在本發(fā)明的至少一個實施例中，一種晶片掃描系統(tǒng)包含用來收集散射光的成像收集光學器件。將經照明晶片區(qū)域成像到多像素傳感器上導致每一像素接收背景信號的分率，同時將缺陷信號成像到更少數目個像素上，從而增加所述像素的信號/背景及信號/噪聲比。較小光點大小使由表面散射的光子的數目與光點的面積成比例地減少?？諝馍⑸湟矞p少。tdi用來基于在晶片的線運動的方向上積分的多個圖像信號產生晶片圖像。

在本發(fā)明的至少一個實施例中，照明系統(tǒng)用光泛射(flood)晶片，且將產生光點的任務指派給成像收集光學器件。

應理解，前文一般描述及下文詳細描述兩者僅是示例性的及解釋性的，且并不限制本發(fā)明。并入于本說明書中且構成本說明書的一部分的附圖說明本發(fā)明的實施例且連同一般描述一起用來解釋原理。

附圖說明

通過參考附圖，所屬領域的技術人員可更好地理解本發(fā)明的眾多優(yōu)點，在附圖中：

圖1展示根據本發(fā)明的一個實施例的晶片檢驗系統(tǒng)的框圖；

圖2a展示tdi裝置的圖形表示及對應信號圖案；

圖2b展示tdi裝置的圖形表示及晶片的照明圖案；

圖3展示根據本發(fā)明的一個實施例的用于掃描晶片的系統(tǒng)的框圖；

圖4展示根據本發(fā)明的一個實施例的用于照明并檢驗半導體晶片的方法的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)將詳細參考附圖中說明的所揭示標的物。本發(fā)明的范圍僅受權利要求書限制；涵蓋眾多替代物、修改及等效物。為了清楚起見，并未詳細描述與實施例相關的技術領域中已知的技術材料，以避免不必要地致使本描述不清楚。

時間延遲積分(tdi)的過程及相關聯(lián)硬件在下列專利中更全面地作描述：第8,772,731號美國專利；第8,624,971號美國專利；第7,952,633號美國專利；第7,609,309號美國專利及第7,227,984號美國專利。此類過程及硬件在下列專利申請公開案中進一步作描述：第20140158864號美國專利申請公開案；第20140043463號美國專利申請公開案；第20130270444號美國專利申請公開案；第20100188655號美國專利申請公開案；第20060103725號美國專利申請公開案；第20130016346號美國專利申請公開案及第20040175028號美國專利申請公開案。所有美國專利及公開的美國專利申請案的全文以引用方式并入本文中。

本發(fā)明的實施例可允許窄場tdi圖像采集。在本發(fā)明的上下文中，窄場應被理解為足以減少模糊的場縱橫比。根據本發(fā)明的實施例的tdi傳感器可經配置以接收窄通道圖像流且將所得時間延遲圖像積分成單晶片圖像。

本發(fā)明的實施例可包含圖像收集光學器件，所述圖像收集光學器件具有高數值孔徑以用于收集來自r-θ載臺上的經照明、未經圖案化晶片的散射光子。收集散射光子允許暗場缺陷檢測。

參考圖1，圖中展示根據本發(fā)明的一個實施例的晶片檢驗系統(tǒng)的框圖。根據本發(fā)明的晶片檢驗系統(tǒng)包含至少一個照明源100，例如激光器。在一個實施例中，照明源100可包含在大約157nm到532nm之間操作的二到五十瓦特鎖模激光器。照明源100可產生光，所述光經配置以按所要角度照明晶片122，以確保反射光不被成像收集光學器件108的系統(tǒng)收集。為了促成所要照明圖案，可通過一或多個光學元件(例如但不限于一或多個透鏡、一或多個濾光片及一或多個光學元件106)轉變光。在一個實施例中，照明源100經配置以照明移動晶片的窄場部分。應注意，照明可包含所屬領域中已知的任何照明輪廓。舉例來說，照明可包含但不限于平頂(flat-top)照明輪廓(例如，在一個或兩個維度上)、高斯(gaussian)照明輪廓、超高斯照明輪廓或任何其它合適照明輪廓。

可由成像收集光學器件108的系統(tǒng)收集來自晶片122的散射光，所述系統(tǒng)經配置以將經收集光引導到無焦點透鏡系統(tǒng)110中。在本發(fā)明的一個實施例中，成像收集光學器件108分辨光點。為了利用成像收集光學器件108，本發(fā)明的實施例可包含具有產生高度并行采集系統(tǒng)的多個像素而非具有單通道光電倍增管(pmt)或其它單通道檢測器的tdiccd傳感器。

應注意，在高品質光學系統(tǒng)中，分辨率接近衍射極限。例如，對于266nm波長光，分辨率可小于0.2μm。然而，應認識到，大約0.5μm的實際分辨率是可接受的且表示優(yōu)于光點掃描技術的實質改善。在一個實施例中，在光點掃描系統(tǒng)的情況中，照明光點可包含由入射角伸長(1/cos)的傾斜照明。例如，在70°入射角的情況中，伸長因子是2.92；即，沿入射平面的方向，傾斜照明光點的大小固有地是法線的2.92倍，這允許不比1μm大太多的分辨率。

在另一實施例中，照明光點可包含垂直入射激光照明，所述照明以基本上垂直于晶片表面的角度照射晶片表面。在本文中應注意，傾斜入射照明在晶片的檢驗中的利用在第20130016346號美國專利申請公開案中大體上作描述，所述專利申請公開案的全文以引用方式并入前文中。

在另一實施例中，收集透鏡掩模系統(tǒng)112可將經聚焦光劃分成多個通道以傳遞到tdi元件118。收集透鏡掩模系統(tǒng)112可包含用于多達五個通道的光束分離器。舉例來說，收集透鏡掩模系統(tǒng)112可包含三個通道?？赏ㄟ^增強器114或收集透鏡掩模系統(tǒng)112處的電子轟擊裝置增強光感測。

在本文中應注意，tdi數據采集允許在高功率及受控照明強度下使用連續(xù)波或準連續(xù)波激光。tdi寬度的選擇包含由r-θ載臺運動引起的幾何模糊與照明強度之間的折衷。在另一實施例中，tdi時鐘的調整可用來連續(xù)改變單光學配置中的檢驗。

在一個實施例中，可通過使用光學元件106獲得頂帽形(tophat)輪廓。在另一實施例中，可獲得其中兩個或更多個窄長高斯光點在切向軸上稍微分離但在徑向軸上光點大小重疊達約一半的頂帽形輪廓。就此來說，由tdi積分實行的總計強度導致近頂帽形輪廓。

此外，本發(fā)明的額外實施例可包含多光點照明。在本文中應注意，可以所屬領域中已知的任何方式實行多光點照明。舉例來說，晶片的檢驗中使用的多光點或“多重拼貼(multi-patch)”照明在第20130016346號美國專利申請公開案中詳細地作描述，所述專利申請公開案的全文以引用方式并入前文中。

在另一實施例中，收集透鏡掩模系統(tǒng)112可將經聚焦、分離光的一或多個通道傳遞到增強器114或傳感器中繼器116。在一個實施例中，增強器114是可切換的且可移出光學路徑且由傳感器中繼器116取代，使得增強器114僅用于低光層。在另一實施例中，在亮層(例如極粗糙膜)的情況中，圖像直接中繼到tdi元件118，使得增強器114的壽命可延長且可避免增強器114的額外模糊。

在本文中應注意，增強器114及傳感器中繼器116可提供例如5到50光子/光子的光學增益。此外，在增強器114之后通過tdi元件118的光感測可具有在0.2到1.0的范圍內的量子效率。在一個實施例中，tdi元件118經配置用于接收一或多個通道光學流。在一個實施例中，第一流可具有按tdi元件118的單像素或有限數目個像素取樣的光學分辨率。在另一實施例中，第二流可具有按tdi元件118的單像素或有限數目個像素取樣的光學分辨率。在另一實施例中，第一流及第二流可具有按tdi元件118的不同數目個像素取樣的不同光學分辨率。tdi元件118可包含但不限于接收不同流的單tdi芯片、單獨tdi芯片或獨立tdi相機。在另一實施例中，第一流及第二流可具有相同光學分辨率。

在一個實施例中，可將來自tdi元件118的信號發(fā)送到圖像處理計算機120，以從單獨信號流產生多個晶片圖像124。在另一實施例中，圖像處理計算機120可基于來自檢測器的數據流產生晶片圖像124。在一些實施例中，例如可利用從10個到10000個像素中的任一者，且可利用從100khz到100mhz中的任一者的線速率或實現(xiàn)所要晶片處理量的任何線速率。在本文中應注意，上述值及范圍僅出于說明目的而提供且不應被解釋為限制本發(fā)明。

在另一實施例中，在高靈敏度掃描的情況中，晶片122的旋轉的線速度可達到大約0.1m/s。在另一實施例中，在針對晶片的某些半徑進行高處理量掃描的情況中，與晶片122的旋轉相關聯(lián)的線速度可達到100m/s。舉例來說，可想象從<0.1m/s到>100m/s的線速度。在本文中應注意，上述線速度范圍僅出于說明目的而提供且不應被解釋為限制本發(fā)明。

雖然本發(fā)明的大部分集中于未經圖案化晶片的檢驗，但在本文中應認識到，本發(fā)明的原理及各個實施例可擴展到經圖案化晶片的檢驗。未經圖案化晶片的檢驗在第20130016346號美國專利申請公開案詳細地作描述中，所述專利申請公開案的全文以引用方式并入前文中。

雖然描述具有某些性質或性質范圍的元件，但所屬領域的技術人員可明白，可設想波長的許多變化、具有各種光學性質的掃描光學器件及元件。舉例來說，在tdi元件118的情況中，針對較高處理量，可在積分方向上并像像素。舉另一實例來說，在tdi元件118的情況中，可將讀出時鐘設置為不同頻率，以適應沿螺旋掃描半徑的線速度變化。

參考圖2a，圖中展示tdiccd的圖形表示及對應信號圖案。例如，圖中展示經配置用于晶片202的經照明部分的tdi掃描的tdi200。舉例來說，在具有以選定角度照明晶片的照明源的系統(tǒng)(如圖1中展示)中，tdi200可經定向使得tdi200的垂直軸與r-θ掃描的徑向方向重合，且水平軸(其是tdi200的tdi讀出方向208)與r-θ掃描的切向方向重合。在一個實施例中，與沿徑向軸的光強度206相關聯(lián)的照明輪廓包含頂帽形輪廓，其用于實現(xiàn)沿切向軸的均勻靈敏度及光強度204。進一步應注意，與光強度206相關聯(lián)的照明輪廓可包含所屬領域中已知適于提供局限于窄寬度的能量輪廓的合適照明輪廓，例如但不限于高斯輪廓等。在晶片移動時，來自tdi200的信號的時間延遲積分經同步使得電荷以與移動晶片相同的線速度轉移。在一個實施例中，tdi200可包含大約1024個垂直像素及128個水平像素。在本文中應注意，上述電荷耦合裝置的像素的數目僅出于說明目的而提供且不應被解釋為限制本發(fā)明。

參考圖2b，圖中展示tdi的圖形表示及晶片的照明圖案。在一個實施例中，tdi傳感器200掃描旋轉晶片。在另一實施例中，與tdi傳感器200的長度耦合的旋轉方向產生晶片相對于tdi傳感器200的不同部分的線速度速差(disparity)。舉例來說，旋轉晶片可跨tdi傳感器200中最接近晶片中心的部分中的窄照明場212產生較緩慢線速度，且跨tdi傳感器200中最接近晶片邊緣的部分中的窄照明場212產生較快速線速度。

雖然顆粒在tdi積分方向上移動的線速度取決于顆粒沿tdi傳感器200的長度的相對位置而變化，但在時間延遲積分期間的電荷積分速度跨整個場大體上恒定。線速度相較于電荷積分速度的差異導致圖像模糊及缺陷信號降級。另外，晶片上點的弧路徑與時間延遲積分期間的電荷積分直線之間的差異也導致圖像模糊。舉例來說，由弧路徑207引起的模糊趨向于占主導地位。

在另一實施例中，針對成像系統(tǒng)的像素大小或光學分辨率量測模糊，其優(yōu)選小于光學分辨率的分率。在另一實施例中，可用窄照明場212最小化模糊，所述窄照明場212用來組合tdi傳感器200的高光效率與r-θ掃描的高速度以實現(xiàn)高靈敏度及高速晶片檢驗。在另一實施例中，成像系統(tǒng)可用朝向晶片中心(在此處歸因于小旋轉半徑，線速度較低且模糊較強)的較長積分時間來補償由圖像模糊引起的靈敏度損耗。

在一個實施例中，tdi傳感器200包含多個讀出元件216、220，在本文中也稱為“分接頭”。在一個實施例中，讀出元件216、220中的每一者對應于tdi傳感器200的單獨部分。在另一實施例中，可由可變時鐘信號214、218驅動讀出元件216、220中的每一者或tdi傳感器200中對應于讀出元件216、220中的每一者的部分。在一個實施例中，每一可變時鐘信號214、218經配置以在tdi傳感器200相對于照明場212的線速度歸因于晶片的旋轉而變化時控制到讀出元件216、220的讀出信號。在另一實施例中，可用第一時鐘信號214相較于第二時鐘信號218的變異補償歸因于tdi傳感器200的不同部分的距離的線速度差異。

在本文中應注意，朝向晶片中心的較長積分時間可導致晶片損壞。因而，可基于tdi傳感器200距晶片的旋轉軸的距離調整窄照明場212的強度，以避免晶片損壞。

參考圖3，圖中展示根據本發(fā)明的一個實施例的用于掃描晶片的系統(tǒng)的框圖。在一個實施例中，在暗場配置中，用光源以選定角度照明晶片400上的窄長場，使得僅散射光子由成像收集光學器件402的系統(tǒng)收集。在另一實施例中，與光源相關聯(lián)的照明光學器件及收集光學器件402可包含用于控制偏光的光學元件。在另一實施例中，然后將來自成像收集光學器件402的光束傳遞到無焦點透鏡系統(tǒng)406。在另一實施例中，圖3的系統(tǒng)可包含任何額外光學元件或所屬領域中已知的光學元件。舉例來說，所述系統(tǒng)可包含但不限于用于將來自成像收集光學器件402的光束引導到所述系統(tǒng)的額外部分的一組鏡。

在一個實施例中，可將來自無焦點透鏡系統(tǒng)406的光束引導到傅里葉(fourier)平面光束分離器408。就此來說，傅里葉平面光束分離器408可將光束分離成多個光學通道。在一個實施例中，傅里葉平面光束分離器408包含偏光光束滑動立方體及一或多個掩模。

在另一實施例中，可將來自光束分離器407的第一光束發(fā)送到第一透鏡系統(tǒng)408，所述第一透鏡系統(tǒng)408將第一光束聚焦于第一tdi相機416上。在另一實施例中，第一光束可透射穿過內插在第一透鏡系統(tǒng)408與第一電荷耦合裝置相機416之間的光束反轉元件424。在另一實施例中，第一tdi相機416可經配置用于第一放大。

在另一實施例中，可將來自光束分離器408的第二光束發(fā)送到第二透鏡系統(tǒng)410，所述第二透鏡系統(tǒng)410將第二光束聚焦于第二tdi相機418上。在另一實施例中，第二光束可透射穿過中繼透鏡系統(tǒng)414。在另一實施例中，增強器412可內插在第二透鏡系統(tǒng)410與中繼透鏡系統(tǒng)414之間以增強原本弱的光束。在另一實施例中，第二tdi相機418可經配置用于不同于第一放大的第二放大。

在另一實施例中，可將來自光束分離器408的第三光束發(fā)送到第三透鏡系統(tǒng)420，其將所述第三光束聚焦于第三tdi相機422上。在另一實施例中，第一tdi相機416及第三tdi相機422可為一個組合裝置，借此第一光束及第三光束各自聚焦于所述組合裝置的一部分上。舉例來說，第一tdi相機416及第三tdi相機422可包含利用單tdi傳感器的兩側的分離讀出。在此實施例中，單tdi傳感器的一側隨晶片移動，而單tdi傳感器的相對側上的信號以相反方向移動。

在另一實施例中，額外光束可源自光束分離器408。舉例來說，從光束分離器408的另一部分收集的第四光束及從第一光束、第二光束、第三光束或第四光束中的一者的相同部分收集但具有不同偏光的第五光束。在另一實施例中，第四光束及第五光束可利用現(xiàn)存耦合裝置相機416、418、422，或可相似于第一光束及第三光束共同利用耦合裝置相機。

在另一實施例中，可利用來自耦合裝置相機416、418、422中的至少一者的信號以通過tdi產生晶片圖像。就此來說，在晶片隨時間推移而移動時，每一耦合裝置相機416、418、422產生對應于經照明場的信號。

參考圖4，圖中展示根據本發(fā)明的一個實施例的用于照明并檢驗半導體晶片的方法的流程圖。在一個實施例中，用長窄照明場照明600晶片。在另一實施例中，在r-θ載臺上掃描601晶片，其中檢驗系統(tǒng)將來自移動晶片的散射光子聚集602成光束。在另一實施例中，然后將光束分離603成多個通道。在另一實施例中，通過第一時間延遲積分電荷耦合裝置接收且延遲604第一光束，通過第二時間延遲積分電荷耦合裝置接收且延遲608第二光束，且通過第三時間延遲積分電荷耦合裝置接收且延遲612第三光束。

在另一實施例中，來自第一tdi的信號可延遲達對應于移動晶片的線速度的持續(xù)時間。同樣地，來自第二tdi的信號可延遲達對應于移動晶片的線速度的持續(xù)時間，且來自第三時間延遲積分電荷耦合裝置的信號可延遲達對應于移動晶片的線速度的持續(xù)時間。在另一實施例中，可基于每一tdi傳感器像素距晶片的旋轉軸的不同距離調整、濾波或以其它方式轉變來自每一信號流的個別信號或個別信號的部分，以補償歸因于跨場的線速度的差異的模糊。在另一實施例中，可對來自第一信號流的信號進行積分606以形成第一晶片圖像；可對來自第二信號流的信號進行積分610以形成第二晶片圖像；且可對來自第三信號流的信號進行積分614以形成第三晶片圖像。所屬領域的技術人員將明白，本發(fā)明不限于三個信號流，且本文中描述的原理適用于包含n個信號流的系統(tǒng)。

此外，可通過處理器分析每一信號流以檢測缺陷。可個別地或與彼此相關地分析對應于從經照明晶片收集的散射光的信號流，或通過組合所述信號流進行分析。

據信，通過本發(fā)明的實施例的前文描述，將理解本發(fā)明及其許多伴隨優(yōu)點，且將明白，在不脫離本發(fā)明的范圍及精神的情況下或在不犧牲本發(fā)明的所有材料優(yōu)點的情況下，可對本發(fā)明的組件的形式、構造及布置作出各種改變。前文中描述的形式僅是本發(fā)明的解釋性實施例，所附權利要求書意圖涵蓋且包含此類改變。