用于組合式明場、暗場及光熱檢驗的設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示用于在半導體樣本中檢測缺陷或復檢缺陷的方法及設(shè)備。系統(tǒng)具有明場BF模塊，所述BF模塊用于將BF照明光束引導到樣本上并檢測響應于所述BF照明光束而從所述樣本反射的輸出光束。所述系統(tǒng)具有經(jīng)調(diào)制光反射比MOR模塊，所述MOR模塊用于將泵浦光束及探測光束引導到所述樣本并檢測響應于所述泵浦光束及所述探測光束而來自探測光點的MOR輸出光束。所述系統(tǒng)包含處理器，所述處理器用于分析來自多個BF光點的所述BF輸出光束以檢測所述樣本的表面上或接近所述表面的缺陷，并分析來自多個探測光點的所述MOR輸出光束以檢測在所述樣本的所述表面以下的缺陷。
【專利說明】
用于組合式明場、暗場及光熱檢驗的設(shè)備及方法
[0001 ] 相關(guān)申請案的交叉參照
[0002] 本申請案主張2014年2月12日提出申請的第61/939,135號美國臨時專利申請案的 優(yōu)先權(quán)，所述申請案出于所有目的以其全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般來說涉及晶片及光罩檢驗系統(tǒng)的領(lǐng)域。更特定來說，本發(fā)明涉及表面 及子表面結(jié)構(gòu)或缺陷的檢驗及復檢。
【背景技術(shù)】
[0004] 通常，半導體制造工業(yè)涉及用于使用經(jīng)分層且經(jīng)圖案化到襯底(例如硅)上的半導 體材料來制作集成電路的高度復雜技術(shù)。由于大規(guī)模的電路集成及漸減的半導體裝置大 小，因此經(jīng)制作裝置變得對缺陷越來越敏感。即，裝置中導致故障的缺陷變得越來越小。每 一裝置是無故障的，之后才能銷售給最終用戶或消費者。
[0005] 持續(xù)需要經(jīng)改進的半導體晶片檢驗設(shè)備及技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 下文呈現(xiàn)本發(fā)明的簡化概要以提供對本發(fā)明的一些實施例的基本理解。此概要并 非本發(fā)明的擴展概述，且此概要不識別本發(fā)明的關(guān)鍵/臨界元素或敘述本發(fā)明的范圍。此概 要的唯一目的是以簡化形式呈現(xiàn)本文中所揭示的一些概念作為稍后呈現(xiàn)的更詳細說明的 前序。
[0007] 本發(fā)明揭示一種用于在半導體樣本中檢測缺陷或復檢缺陷的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包 含：明場(BF)模塊，其用于將BF照明光束引導在樣本上的BF光點上并檢測響應于所述BF照 明光束被引導在所述BF光點上而從所述樣本上的所述BF光點反射的輸出光束;及經(jīng)調(diào)制光 反射比(M0R)模塊，其用于將栗浦光束引導到所述樣本上的栗浦光點、將探測光束引導到所 述樣本上的探測光點及檢測響應于所述栗浦光束及所述探測光束而來自所述探測光點的 M0R輸出光束，其中所述探測光點與所述栗浦光點重合。所述系統(tǒng)還包含處理器，所述處理 器可操作以執(zhí)行或引起以下操作：（i)致使所述BF模塊用所述BF照明光束在所述樣本上的 多個BF光點上進行掃描并檢測來自所述多個BF光點的輸出光束；（i i)致使所述M0R模塊分 別用所述栗浦光束及所述探測光束在多個栗浦光點及探測光點上進行掃描，并檢測來自所 述多個探測光點的M0R輸出光束；（i ii)分析來自所述多個BF光點的所述BF輸出光束以檢測 所述樣本的表面上或接近所述表面的一或多個缺陷;及(iv)分析來自所述多個探測光點的 所述M0R輸出光束以檢測在所述樣本的所述表面以下的一或多個缺陷。
[0008] 在特定實施方案中，所述BF模塊與所述M0R模塊共用物鏡。在另一方面中，所述系 統(tǒng)包含暗場(DF)模塊，所述暗場(DF)模塊用于將DF照明光束引導在所述樣本上的DF光點上 并檢測響應于所述DF照明光束被引導在所述DF光點上而從所述樣本上的所述DF光點散射 的輸出光束。在另一方面中，所述處理器經(jīng)配置以：致使所述BF照明光束及所述DF照明光束 在用所述栗浦光束及所述探測光束進行掃描之前先掃描所述樣本;及基于在用所述BF照明 光束及所述DF照明光束掃描所述整個樣本或所述樣本的一部分之后分析所述BF輸出光束 及所述DF輸出光束來確定用于用所述栗浦光束及所述探測光束進行掃描的一或多個目標 位置。在另一方面中，所述BF模塊與所述DF模塊共用用于產(chǎn)生所述BF照明光束及所述DF照 明光束的光源。在另一實施方案中，所述BF模塊具有用于產(chǎn)生所述BF照明光束的BF光源且 所述DF模塊具有用于產(chǎn)生所述DF照明光束的DF光源。
[0009] 在特定實施方案中，所述M0R模塊包括:栗浦激光源，其用于產(chǎn)生介于約400nm與 600nm之間的波長范圍內(nèi)的栗浦光束;調(diào)制器，其用于配置所述栗浦激光源以調(diào)制所述栗浦 光束;探測連續(xù)波(CW)激光源，其用于產(chǎn)生介于約600nm與800nm之間的波長范圍內(nèi)的探測 光束；照明光學器件，其用于朝向所述樣本引導所述栗浦光束及所述探測光束;光熱檢測 器;及收集光學器件，其用于朝向所述光熱檢測器引導所述M0R輸出光束，所述光熱檢測器 用于檢測所述M0R輸出光束并產(chǎn)生經(jīng)過濾以隔離與對所述栗浦光束進行的調(diào)制同步的改變 的輸出信號。.在另一方面中，所述BF模塊包括:BF光源，其用于產(chǎn)生所述BF照明光束；照明 光學器件，其用于朝向所述樣本引導所述BF照明光束;BF檢測器;及收集光學器件，其用于 朝向所述BF檢測器引導所述BF輸出光束，所述BF檢測器用于引導所述BF輸出光束。在另一 方面中，所述BF模塊的所述照明光學器件與所述M0R模塊的所述照明光學器件共用一或多 個組件，且所述BF模塊的所述收集光學器件與所述M0R模塊的所述收集光學器件共用一或 多個組件。
[0010] 在特定實施例中，在所述表面以下的所述缺陷包含一或多個空隙及/或材料的密 度的改變及/或側(cè)壁角度的改變，及/或在所述表面以下的所述缺陷在一或多個穿硅通孔 (TSV)結(jié)構(gòu)內(nèi)。在另一方面中，所述系統(tǒng)包含自動聚焦模塊，所述自動聚焦模塊用于朝向所 述樣本引導自動聚焦光束并檢測響應于所述自動聚焦光束而來自所述樣本的經(jīng)反射光束， 且調(diào)整所述系統(tǒng)的焦點。在一個方面中，所述BF模塊、所述M0R模塊及所述自動聚焦模塊共 用物鏡。在另一實施例中，所述處理器經(jīng)配置以致使所述BF照明光束、所述栗浦光束及所述 探測光束同時進行掃描。在另一方面中，所述BF模塊與所述M0R模塊共用用于檢測所述BF輸 出光束及所述M0R輸出光束的相同檢測器。
[0011] 在替代實施例中，本發(fā)明涉及一種在半導體樣本中檢測缺陷或復檢缺陷的方法， 且所述方法包含：（i)用明場(BF)照明光束掃描樣本部分；（ii)當所述BF光束在所述樣本部 分上方進行掃描時，檢測從所述樣本部分反射的BF輸出光束；（iii)基于所述所檢測BF輸出 光束而確定所述樣本部分的表面或近表面特性；（iv)基于所述樣本部分的所述所確定表面 或近表面特性而找出所述樣本部分內(nèi)的在所述樣本的表面以下可能具有額外缺陷的候選 位置，所述所確定表面或近表面特性是基于所述所檢測BF輸出光束而確定；（v)將經(jīng)調(diào)制栗 浦光束及探測光束引導在每一候選位置處；（vi)檢測響應于每一探測光束被引導到每一候 選位置而來自每一候選位置的經(jīng)調(diào)制光反射率信號;及(vii)基于從每一候選位置檢測到 的所述經(jīng)調(diào)制光反射率信號而確定在此候選位置處的在所述表面以下的特征特性。
[0012]在另一方面中，所述方法包含：（viii)檢測在所述BF光束在所述樣本部分上方進 行掃描時或響應于用暗場(DF)光束在所述樣本部分上方進行掃描而從所述樣本部分散射 的暗場輸出光束；（ix)基于所述所檢測DF輸出光束而確定所述樣本部分的表面或近表面特 性；（X)基于所述樣本部分的所述表面或近表面特性而找出第二多個候選位置，所述表面或 近表面特性是基于所述所檢測DF輸出光束；（xi)檢測響應于每一探測光束被引導到每一第 二候選位置而來自每一第二候選位置的經(jīng)調(diào)制光反射率信號;及(xii)基于從每一第二候 選位置檢測到的所述經(jīng)調(diào)制光反射率信號而確定在此第二候選位置處的在所述表面以下 的特征特性。在另一方面中，通過使表面或近表面特性與子表面缺陷的存在相關(guān)來找出所 述第一及第二候選位置。在另一方面中，所述第一及第二候選位置各自與所述樣本部分的 一子區(qū)域相關(guān)聯(lián)，所述子區(qū)域具有與所述樣本部分的平均值偏離達預定義量的一或多個表 面或近表面特性。在另一方面中，所述第一及第二候選位置中的至少一者具有穿硅通孔 (TSV)〇
[0013] 在另一實施例中，將所述第一及第二候選位置選定為是跨越其相關(guān)聯(lián)子區(qū)域而分 布。在另一實例中，所述方法包含:確定所述表面或近表面特性是否指示所述表面上存在氧 化;及移除所述氧化，之后將所述經(jīng)調(diào)制栗浦光束及所述探測光束引導在每一候選位置處。 在另一實例中，基于結(jié)構(gòu)的圖像而將所述候選位置中的至少一些候選位置各自選定為是在 此結(jié)構(gòu)的中心處，所述圖像是基于所述BF輸出光束而產(chǎn)生。在另一實施方案中，基于結(jié)構(gòu)的 圖像而進一步將所述候選位置中的至少一些候選位置選定為是跨越此結(jié)構(gòu)而分布，所述圖 像是基于所述BF輸出光束而產(chǎn)生。
[0014] 下文參考各圖進一步描述本發(fā)明的這些及其它方面。
【附圖說明】
[0015] 圖1A是Cu填充的穿硅通孔(TSV)的圖解側(cè)視圖。
[0016] 圖1B是具有子表面缺陷的Cu填充的穿硅通孔(TSV)的圖解側(cè)視圖。
[0017] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的組合式明場(BF)、暗場(DF)及經(jīng)調(diào)制光反射比 (M0R)設(shè)備的示意性表示。
[0018] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的組合式BF及M0R檢驗系統(tǒng)的圖解表示。
[0019] 圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的檢驗程序的流程圖。
[0020] 圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的特定實施方案的用于對準基于M0R的照明光束的程 序的流程圖。
【具體實施方式】
[0021] 在以下說明中，陳述眾多特定細節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解?？稍诓痪哂羞@些 特定細節(jié)中的一些或所有特定細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其它例子中，尚未詳細描述眾 所周知的組件或過程操作以免使本發(fā)明不必要地模糊。雖然將連同特定實施例一起描述本 發(fā)明，但將理解，并非打算將本發(fā)明限于所述實施例。
[0022] -般來說，本發(fā)明的一些實施例涉及具有用于明場(BF)、暗場(DF)及經(jīng)調(diào)制光反 射比(M0R)的通道的組合系統(tǒng)。組合式設(shè)備在半導體樣本(例如晶片)上的各種結(jié)構(gòu)中的子 表面缺陷(例如，Cu填充的穿硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)或其它3D堆疊半導體結(jié)構(gòu)中的空隙及其它變 形）的檢測及計量方面以及表面特性及缺陷的檢測及計量方面尤其有用。
[0023] 圖1A是Cu填充的穿硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)100的圖解側(cè)視圖。如所展示，Cu填充的TSV 108是穿過硅塊體106以及有源電路區(qū)域104而形成，以使背部金屬部分110與一或多個頂部 金屬層102電親合。
[0024]基于BF的技術(shù)及基于DF的技術(shù)可在半導體制造的各個階段中檢測各種結(jié)構(gòu)中（例 如，有源電路區(qū)域104中）的表面及近子表面缺陷。然而，集成電路（1C)制造中一些特征(例 如，Cu填充的TSV)在半導體結(jié)構(gòu)中可位于比常規(guī)基于光學的宏觀檢驗技術(shù)的敏感性深度深 得多的位置處。圖1B是具有深缺陷（例如，空隙區(qū)域122及顆粒缺陷120)的Cu填充的穿硅通 孔(TSV)的圖解側(cè)視圖。
[0025]與基于BF的技術(shù)或基于DF的技術(shù)相比，基于M0R的技術(shù)可對子表面特征（例如，位 于TSV結(jié)構(gòu)中的缺陷及位于材料的塊體中的缺陷）非常敏感。因此，期望將這些光學及光熱 技術(shù)組合到單個設(shè)備中以提供能夠檢測整個所關(guān)注范圍（例如，在表面以下從<111!11到> 50um的范圍）內(nèi)的缺陷圖征的工具。此組合式方法的另一優(yōu)點在于其簡單性。與X射線或超 聲波波長不同，光熱系統(tǒng)易于構(gòu)建、維護及使用。
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的組合式設(shè)備200的示意性表示。系統(tǒng)200的不同 照明及輸出光束圖解說明為具有不同光路徑，以簡化圖式且更清晰地展示所有光束。系統(tǒng) 200包含基于光熱M0R的模塊以及基于BF的模塊及基于DF的模塊。M0R、BF及/或DF模塊可共 用任何一或多個組件或可為完全單獨的模塊。在所圖解說明實施例中，M0R模塊與BF模塊共 用相同照明光學器件中的一些照明光學器件，例如物鏡210 AF光源產(chǎn)生照明光束（黑色）， 所述照明光束經(jīng)由鏡222g、中繼器204、鏡222d及物鏡210被朝向樣本(例如，晶片216)引導。 同樣地，栗浦源202c產(chǎn)生栗浦輻射光束（白色），所述栗浦輻射光束經(jīng)由鏡222e被朝向樣本 216引導且被相同物鏡210聚焦到樣本上。探測源202d還產(chǎn)生探測光束，所述探測光束經(jīng)由 鏡222c被朝向樣本216引導且被相同物鏡210聚焦到樣本216上。來自本文中所描述的光源 中的任一者的照明光束中的任一者還可通過若干透鏡，所述若干透鏡用于朝向樣本216轉(zhuǎn) 送(例如，塑形、聚焦或調(diào)整焦點偏移、過濾/選擇波長、過濾/選擇偏振狀態(tài)、調(diào)整大小、放 大、減小失真等)所述光束。
[0027]樣本216還可放置在檢驗系統(tǒng)200的載臺（未標示）上，且檢驗系統(tǒng)200還可包含用 于使載臺（及樣本)相對于入射光束移動的定位機構(gòu)。以實例方式，一或多個電機機構(gòu)可各 自由螺桿驅(qū)動器與步進器電機、具有回饋位置的線性驅(qū)動器或帶式致動器與步進器電機形 成。樣本216可是任何適合經(jīng)圖案化或未經(jīng)圖案化襯底，如經(jīng)圖案化或未經(jīng)圖案化硅晶片。 [0028] -般來說，檢驗系統(tǒng)或模塊的每一光學兀件對于用于檢測缺陷或表征樣本216的 特征的光的波長范圍可是最佳化的。最佳化可包含(舉例來說)通過選擇玻璃類型、布置、形 狀及涂層(例如，抗反射涂層、高反射性涂層)而使波長相依像差最小化以用于使對應波長 范圍的像差最小化。舉例來說，系統(tǒng)光學元件可經(jīng)布置以使由BF及DF所使用的波長范圍的 色散導致的影響最小化。
[0029] 可使用任何適合BF源202a。BF光源的實例包含相干激光光源、激光驅(qū)動的光源(例 如，深UV或氣體激光產(chǎn)生器）、高功率等離子體光源、透照光源（例如，鹵素燈）、濾光燈、LED 光源等。檢驗系統(tǒng)可包含任何適合數(shù)目及類型的光源。
[0030]除所圖解說明法向角外，BF源202a還可以任何適合入射角產(chǎn)生任何適合寬帶輻 射。舉例來說，可以傾斜角度朝向樣本216引導BF照明光束。BF源被引導到樣本上的位置可 稱為BF光點。BF光點可介于約0 · 5μπι到約5μπι之間。在一個實例中，BF光點為約Ιμπι。
[0031 ]在來自光源202a的入射光束照在樣本216上之后，所述光可接著從樣本216反射 (及/或透射)及散射，所述經(jīng)反射(及/或透射)及散射光在本文中稱為"輸出光"或"輸出光 束"。檢驗系統(tǒng)還包含用于朝向一或多個檢測器引導輸出光的任何適合透鏡布置。響應于此 BF照明光束而收集來自所述樣本的對應BF輸出光束。如所展示，法向輸出光束（黑色)沿著 法向軸經(jīng)由物鏡210、鏡222 &、22213、222(：、222(1、2226被收集且從光學元件22211被反射、被分 束器222j分裂以照在BF檢測器218a及復檢攝像機218c兩者上。以實例方式，BF檢測器218a 可呈CCD(電荷耦合裝置)或TDI(時間延遲積分)檢測器、光電倍增管(PMT)及其它傳感器的 形式。
[0032]系統(tǒng)200還可包含DF通道，所述DF通道包括用于產(chǎn)生以特定角度(例如，所圖解說 明傾斜角度)朝向樣本216的DF照明光束(灰色）的DF光源202b源被引導到樣本上的位置 可稱為DF光點。所述DF光點可介于約0 · 5μηι到約ΙΟμπι之間，或更具體來說介于0 · 5μηι與5μηι之 間。在一個實例中，DF光點為約Ιμπι。DF光點可與BF光點重合，且BF光點及DF光點兩者可同時 產(chǎn)生?；蛘撸赏瑫r朝向樣本上的不同光點引導BF光束及DF光束。包含同時BF及DF檢驗的一 個實例性系統(tǒng)是可從加利福尼亞州苗必達市的科嘉公司（KLA-Tencor Corp .)購得的 Altair 8900〇
[0033] DF收集通道可經(jīng)配置以響應于入射DF光束而收集來自樣本216的經(jīng)散射輸出光 (灰色）。如所展示，經(jīng)散射DF輸出光可經(jīng)由物鏡210、鏡222 &、22213、222(：、22(1、2226被收集且 從光學元件222h及鏡222f被反射以被引導到DF檢測器218b。
[0034] 系統(tǒng)200還可包含如下文進一步所描述的用于分析來自BF模塊及DF模塊的輸出數(shù) 據(jù)的控制器與分析儀290。
[0035]系統(tǒng)200還包含基于M0R的模塊。栗浦源202c產(chǎn)生強度經(jīng)調(diào)制栗浦輻射光束。舉例 來說，光源可包含強度經(jīng)調(diào)制激光器或非相干光源?？衫冒c光纖耦合的激光系統(tǒng)的 氣體、固態(tài)或半導體激光器。栗浦源可產(chǎn)生具有任何適合波長范圍的栗浦光束。舉例來說， 栗浦光束具有足夠低以具有強烈的被樣本(例如，硅)吸收能力同時保持在BF通道的共用照 明光學器件的帶寬要求內(nèi)的波長范圍。在特定實施方案中，栗浦光束具有介于約400nm到 600nm之間的穩(wěn)定波長范圍。寬帶可調(diào)諧源可用于實現(xiàn)各種波長。光譜栗浦源可用于實現(xiàn)來 自樣本的較好反射性。
[0036]栗浦光束是強度經(jīng)調(diào)制的。栗浦光束可經(jīng)配置而以預定義頻率調(diào)制栗浦光束或變 化調(diào)制頻率以獲得多個調(diào)制頻率下的額外數(shù)據(jù)。因此，栗浦源通常將包含調(diào)制器203,調(diào)制 器203將驅(qū)動信號供應到栗浦源以用于調(diào)制栗浦光束的強度。調(diào)制頻率可從幾赫茲(Hz)變 化到幾十MHz。在一個實施方案中，調(diào)制頻率具有介于約10Hz與10MHz之間的范圍（例如， 1MHz)，此在典型半導體樣本中將產(chǎn)生等離子體波。
[0037]在接通栗浦光束源202c時，栗浦光束可被投射到樣本的表面上，從而造成樣本216 的局部加熱。在調(diào)制栗浦源時，局部加熱(激勵)及后續(xù)冷卻(弛豫)可在樣本216內(nèi)產(chǎn)生一連 串的熱波及等尚子體波。熱波及等尚子體波可從各種特征反射及散射并與樣本216內(nèi)的各 種區(qū)相互作用，以使得來自栗浦光束光點的熱流及/或等離子體流可被更改。在替代實施方 案中，可在特殊室中及/或在特殊環(huán)境中利用溫度處理使整個晶片弛豫。
[0038]等離子體波僅產(chǎn)生于半導體材料中且通常不產(chǎn)生于導電材料(例如，銅）中，而熱 波產(chǎn)生于半導體材料及導電材料兩者中。等離子體波及熱波從產(chǎn)生區(qū)域(例如，表面上的栗 浦光點）進行傳播以遠離表面。等離子體波及熱波往往產(chǎn)生于材料的吸收系數(shù)較高的地方 (例如，硅材料），且從晶體結(jié)構(gòu)的任何瑕疵反射或取決于特定結(jié)構(gòu)特性?？捎绊懙入x子體波 或熱波的瑕疵或特征特性可包含空隙、顆粒、缺失或添加的材料、側(cè)壁角度的改變、側(cè)壁與 垂直的偏差、材料的密度改變等。熱波可穿透得相當深，且穿透深度可通過更改栗浦激光器 的強度調(diào)制頻率而改變。
[0039] 熱波及等離子體波以及其與下伏結(jié)構(gòu)或缺陷的相互作用及其不同吸收系數(shù)或熱 對比度度將對表面處的反射率具有直接影響。即，樣本表面以下的更改熱波及等離子體波 的傳遞的特征及區(qū)將更改樣本表面處的光反射性圖案。熱對比度通常取決于導熱率的差乘 以體積或熱擴散率的差。如果缺陷與周圍無缺陷結(jié)構(gòu)或場之間存在熱對比度，那么可發(fā)生 表面反射率的顯著改變。
[0040] 通過監(jiān)測樣本在表面處的反射率的改變，可研究關(guān)于表面以下的特性的信息。針 對缺陷的檢測，基于M0R的模塊包含用于監(jiān)測由下伏結(jié)構(gòu)及/或缺陷導致的反射率改變的機 構(gòu)。系統(tǒng)200包含產(chǎn)生未經(jīng)調(diào)制探測輻射光束的探測光束源202d。舉例來說，探測源202d可 為CW(連續(xù)波)激光器或者寬帶或白色光源。取決于樣本材料的反射率特性，探測源可產(chǎn)生 具有任何適合波長范圍的探測光束。舉例來說，與銅良好合作的探測光束具有約600nm到 800nm的波長范圍。在另一實施例中，光源輸出介于約700nm與950nm之間的范圍（例如，可 見、IR及/或NIR波長范圍）內(nèi)的照明光，以穿透3D堆疊存儲器裝置。光源的實例包含激光驅(qū) 動的光源、高功率等離子體光源、透照光源（例如，鹵素或Xe燈）、濾光燈、LED光源等。多個 LED或散斑爆破(bus ter)激光二極管也是可能的源。
[0041] 探測光束可聚焦到探測光點上，所述探測光點共用與入射栗浦光束相同的光點的 至少一部分。即，探測光束照射可與栗浦光點重合。系統(tǒng)200還可包含掃描元件（例如偏轉(zhuǎn) 器）以使栗浦光束及探測光束一起移動以掃描樣本的相同區(qū)域。在栗浦或探測光束的路徑 中可提供至少一個光束跟蹤器(例如，222c或222a)以用于調(diào)整栗浦光束及探測光束在樣本 上的相對位置。跟蹤器可用于變化栗浦光束與探測光束的橫向偏移以用于獲得多個M0R測 量?？煞ㄏ蛴跇颖颈砻?如所展示)或以任何適合入射角引導探測光束。在另一實施例中，可 將探測光束調(diào)整到高功率以用于使樣本216快速退火。
[0042] M0R通道可包含用于響應于入射于樣本上的栗浦光束及探測光束而收集從樣本 216反射或散射的輸出輻射的收集路徑。舉例來說，收集路徑可包含用于轉(zhuǎn)送及/或放大輸 出光束并將輸出光束引導到光熱(PT)檢測器218d的任何適合透鏡或光學元件(例如，217)。 [0043] PT檢測器218d通常經(jīng)配置以監(jiān)測響應于入射探測光束而從樣本反射的探測光束 的反射率改變。PT檢測器218d感測輸出輻射并產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號與探測光束的 反射功率成比例且因此指示樣本表面的變化光反射率。PT檢測器218d可呈任何適合形式以 檢測基于M0R的信號，例如經(jīng)集成強度信號。舉例來說，PT檢測器218d可包含一或多個光電 檢測器元件，例如純硅光電二極管或光電二極管陣列。PT檢測器218d優(yōu)選地具有低噪聲、高 穩(wěn)定性及低成本。
[0044]可過濾來自PT檢測器218d的輸出信號以隔離與栗浦光束調(diào)制頻率同步的改變。對 于許多實施方案，可使用外差或鎖定檢測系統(tǒng)來執(zhí)行過濾。第5,978,074號美國專利描述幾 個實例性鎖定檢測系統(tǒng)，所述美國專利以其全文引用的方式并入本文中。鎖定檢測器還可 用于測量檢測器輸出的同相（I)及正交(Q)分量。輸出信號的兩個通道（即，振幅A2 = I2+Q2 及相位0=arctan(I/Q))常規(guī)分別稱為經(jīng)調(diào)制光反射比(M0R)或熱波 (TW)信號振幅及相位。 [0045] 控制器或分析儀290還可經(jīng)配置以用于分析來自PT光電檢測器218d的輸出。一般 來說，監(jiān)測與經(jīng)調(diào)制栗浦信號相比反射率信號的相位及改變。半導體中的總MOR信號中與熱 及載子等離子體相關(guān)的分量的動態(tài)由以下通用公式給出：
[0047]其中Δ To及Δ No為半導體的表面處的溫度及載子等離子體密度，R為光反射比，SR/ ST為溫度反射系數(shù)，及SR/δΝ為載子反射系數(shù)。對于硅，δκ/δτ在光譜的可見且近UV部分中為 正，而SR/δΝ在所關(guān)注的整個光譜區(qū)中保持為負。正負號差異導致熱波與等離子體波之間的 相消干擾且在特定條件下減少總M0R信號。此效應的量值取決于半導體樣本的性質(zhì)及光熱 系統(tǒng)的參數(shù)，尤其取決于栗浦及探測波長。
[0048]分析儀與處理器290還可與用于控制或感測操作參數(shù)的系統(tǒng)組件中的一或多者通 信地耦合。舉例來說，處理器290可經(jīng)配置以調(diào)整及控制經(jīng)由調(diào)制器203對栗浦光束的調(diào)制。 [0049]系統(tǒng)200還可包含用于提供目標樣本的自動聚焦的自動聚焦模塊206。自動聚焦通 常產(chǎn)生由鏡222a穿過物鏡210朝向樣本引導的自動聚焦光束且接著檢測響應信號以確定及 調(diào)整焦點。在此實施例中，自動聚焦共用與基于BF的模塊及基于M0R的模塊相同的物鏡。 [0050]圖3是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的檢驗系統(tǒng)300的圖解表示。此系統(tǒng)300可包含關(guān) 于圖2的系統(tǒng)所描述的組件中的一或多者。如在圖3中所展示，系統(tǒng)可包含用于產(chǎn)生入射光 束的BF光源302a，例如寬帶光源。光源的實例包含相干激光光源、激光驅(qū)動的光源(例如，深 UV或氣體激光產(chǎn)生器）、高功率等離子體光源、透照光源（例如，鹵素燈）、濾光燈、LED光源 等。檢驗系統(tǒng)可包含任何適合數(shù)目及類型的光源。
[0051 ]來自BF光源302a的入射光束接著通過若干透鏡，所述若干透鏡用于朝向樣本316 轉(zhuǎn)送(例如，塑形、聚焦、調(diào)整大小、放大、減小失真等)所述光束。在所圖解說明實施例中，入 射光束通過使入射光束準直的透鏡304,且接著通過使入射光束會聚的透鏡306。入射光束 接著被分束器312接收，分束器312接著使入射光束反射穿過物鏡透鏡314,物鏡透鏡314以 一或多個入射角將入射光束聚焦到樣本316上。
[0052] 檢驗系統(tǒng)300還可包含照明選擇器305,照明選擇器305定位在來自光源302a的照 明光束的光瞳平面處。在一個實施例中，照明選擇器305呈可構(gòu)造光瞳孔口的形式，所述可 構(gòu)造光瞳孔口可調(diào)整以在光瞳平面處產(chǎn)生多個不同照明光束輪廓。檢驗系統(tǒng)300還可包含 一或多個定位機構(gòu)，所述一或多個定位機構(gòu)用于將照明選擇器的不同孔口構(gòu)造選擇性地移 動到來自光源302a的入射光束的路徑中。
[0053]在來自光源302a的入射光束照在樣本316上之后，所述光可接著從樣本316反射 (及/或透射)及散射，所述經(jīng)反射(及/或透射)及散射光在本文中稱為"輸出光"或"輸出光 束"。所述檢驗系統(tǒng)還包含用于朝向一或多個檢測器引導輸出光的任何適合透鏡布置。在所 圖解說明實施例中，輸出光通過分束器312、傅里葉平面中繼透鏡320、成像孔口 322及變焦 透鏡324。傅里葉平面中繼透鏡通常將樣本的傅里葉平面轉(zhuǎn)送到成像孔口 322。成像孔口 322 可經(jīng)構(gòu)造以阻擋輸出光束的部分。舉例來說，孔口 322經(jīng)構(gòu)造以在明場檢驗模式中傳遞物鏡 數(shù)值孔徑內(nèi)的所有輸出光，且經(jīng)構(gòu)造以在暗場檢驗模式期間僅傳遞來自樣本的經(jīng)散射光。 濾光器還可定位在成像孔口 322處以阻擋較高階輸出光束以過濾來自經(jīng)檢測信號的周期性 結(jié)構(gòu)。
[0054]在穿過成像孔口 322之后，輸出光束可接著通過任何數(shù)目個光學元件(例如，分束 器332a、332b及332c)，且接著通過用于放大樣本316的圖像的變焦透鏡324。輸出光束接著 照在檢測器326a上。以實例方式，檢測器可呈CCD(電荷耦合裝置)或TDI(時間延遲積分)檢 測器、光電倍增管(PMT)及其它傳感器的形式。
[0055]系統(tǒng)300還可包含用于產(chǎn)生栗浦光束的栗浦源302b，所述栗浦光束被一或多個透 鏡及光學元件（例如，334a、332a到332c、320、312及314)朝向樣本316引導。同樣地，探測源 302c產(chǎn)生探測光束，所述探測光束被一或多個透鏡及光學元件（例如，334b、332b、332c、 320、312及314)朝向樣本316引導朝向所述樣本。來自樣本316的輸出光束還被一或多個透 鏡（例如，314、312、320、332及336)朝向PT檢測器326b引導。
[0056]由以上所描述系統(tǒng)的傳感器擷取的信號可通過控制器或分析儀系統(tǒng)（290或310) 進行處理，所述控制器或分析儀系統(tǒng)可包含具有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號處理裝置，所述模/數(shù) 轉(zhuǎn)換器經(jīng)配置以將來自傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以供處理?？刂破骺山?jīng)配置以分 析所感測光束的強度、相位及/或其它特性?？刂破骺山?jīng)配置(例如，運用編程指令）以提供 用于顯示如本文中進一步所描述的所得測試圖像及其它檢驗特性的用戶接口（例如，在計 算機屏幕上）。控制器還可包含一或多個輸入裝置(例如，鍵盤、鼠標、操縱桿），所述一或多 個輸入裝置用于提供用戶輸入，例如改變孔口構(gòu)造、觀看檢測結(jié)果數(shù)據(jù)或圖像、設(shè)置檢驗工 具配方。在一些實施例中，控制器經(jīng)配置以實施下文詳述的孔口選擇或檢驗技術(shù)。本發(fā)明的 技術(shù)可以硬件及/或軟件的任何適合組合形式實施。控制器通常具有經(jīng)由適當總線或其它 通信機構(gòu)耦合到輸入/輸出端口及一或多個存儲器的一或多個處理器。
[0057]控制器可為軟件與硬件的任何適合組合且通常經(jīng)配置以控制檢驗系統(tǒng)的各種組 件。舉例來說，控制器可控制照明源的選擇性激活、栗浦源的調(diào)制、照明選擇器/孔口設(shè)定、 成像孔口設(shè)定等?？刂破鬟€可經(jīng)配置以接收由每一檢測器產(chǎn)生的圖像或信號并分析所得圖 像或信號以確定樣本上是否存在缺陷、表征樣本上存在的缺陷或以其它方式表征樣本。舉 例來說，控制器可包含處理器、存儲器及經(jīng)編程以實施本發(fā)明的方法實施例的指令的其它 計算機外圍設(shè)備。
[0058]由于此些信息及程序指令可實施于經(jīng)特殊配置的計算機系統(tǒng)上，因此此系統(tǒng)包含 可存儲于計算機可讀媒體上的用于執(zhí)行本文中所描述的各種操作的程序指令/計算機代 碼。機器可讀媒體的實例包含但不限于:磁性媒體(例如硬盤、軟盤及磁帶）；光學媒體(例如 CD-ROM磁盤）；磁光媒體(例如光盤）；及經(jīng)特殊配置以存儲并執(zhí)行程序指令的硬件裝置，例 如只讀存儲器裝置(ROM)及隨機存取存儲器(RAM)。程序指令的實例包含例如由編譯器產(chǎn)生 的機器代碼及含有可由計算機使用解譯器來執(zhí)行的更高級代碼的文件兩者。
[0059] 應注意，以上說明及圖式不應視為對系統(tǒng)的特定組件的限制且所述系統(tǒng)可以許多 其它形式體現(xiàn)。舉例來說，預期，檢驗或測量工具可具有來自經(jīng)布置以用于檢測缺陷及/或 解析光罩或晶片的特征的關(guān)鍵方面的任何數(shù)目個已知成像或計量工具的任何適合特征。以 實例方式，檢驗或測量工具可經(jīng)調(diào)適以用于明場成像顯微術(shù)、暗場成像顯微術(shù)、全天空成像 顯微術(shù)、相位對比顯微術(shù)、偏振對比顯微術(shù)及相干探針顯微術(shù)。還預期，可使用單圖像或多 圖像方法以擷取目標的圖像。舉例來說，這些方法包含單取、雙取、單取相干探針顯微術(shù) (CPM)及雙取CPM方法。非成像光學方法(例如散射測量)也可涵蓋為檢驗或計量設(shè)備的形成 部分。
[0060] 明場(BF)及暗場(DF)模塊可檢測表面上的或由極薄膜覆蓋的缺陷。這些模塊通常 可僅在表面以下的缺陷較靠近表面或表面以下的缺陷在堆疊中產(chǎn)生可傳播到表面且因此 形成可檢測表面缺陷的凸塊時檢測到表面以下的缺陷?；贛OR的模塊可檢測位于樣本內(nèi) 較深處(例如，在TSV結(jié)構(gòu)的底部處或側(cè)壁上)的缺陷。
[0061]可同時使用BF/DF模塊及基于M0R的模塊來檢測表面及樣本內(nèi)較深處兩者上的缺 陷或分析表面及樣本內(nèi)較深處兩者上的特性。即使對于靠近表面或在表面上的缺陷，也可 一起使用BF/DF模塊及基于M0R的模塊來增強對此類缺陷的表征。BF/DF檢驗及基于M0R的檢 驗可針對相同位置產(chǎn)生不同缺陷或特性。下文進一步描述用于找出缺陷并獲得特征特性的 分析技術(shù)。一般來說，可使用BF/DF模塊及基于M0R的模塊來找出具有不同熱及光學圖征的 缺陷。
[0062]在另一實施例中，可依序使用BF/DF模塊及基于M0R的模塊以增強檢驗過程。盡管 未要求，但BF或DF模塊可與基于M0R的模塊共用檢測器，這是因為此些模塊不同時被使用。 [0063]圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的檢驗程序400的流程圖。如所展示，在 操作402中，首先產(chǎn)生BF并朝向樣本光點引導所述BF。任選地，還可朝向此初始樣本光點引 導DF照明光束。在操作404中，接著可檢測響應于BF(及DF)照明光束而來自樣本光點的BF (及DF)輸出光束?？赏瑫r收集BF輸出數(shù)據(jù)及DF輸出數(shù)據(jù)，例如經(jīng)檢測信號或圖像。
[0064]在操作406中，接著可確定是否已到達最后光點。舉例來說，確定BF(及任選地DF) 光束是否已掃描整個待檢驗區(qū)域?？蛇\用BF(及DF)光束掃描整個樣本或樣本的一部分。如 果尚未到達最后樣本光點，那么在操作408中，接著可使樣本相對于BF(及DF)照明光束移動 以掃描下一光點。
[0065] BF(及DF)光束可跨越樣本的個別掃描帶進行掃描。舉例來說，BF光束及DF光束沿 第一掃描方向跨越第一掃描帶進行掃描。這些BF光束及DF光束接著可沿與第一掃描帶的掃 描方向相反的掃描方向跨越另一第二掃描帶進行掃描，使得迂回掃描模式得以實施?；蛘撸?BF光束及DF光束可以任何適合掃描模式(例如圓形或螺旋形掃描模式)跨越樣本進行掃描。 當然，在掃描期間可能必須以不同方式(例如，以圓形圖案)布置傳感器及/或可以不同方式 移動(例如，旋轉(zhuǎn))樣本以從樣本掃描圓形或螺旋形形狀。
[0066]在完成初始掃描之后，在操作410中，接著可基于所檢測BF(及DF)輸出光束而確定 所檢驗區(qū)域的表面或近表面特性以找出在表面以下可能具有額外缺陷的候選位置。即，可 通過分析BF(及DF)輸出數(shù)據(jù)來定位可能含有不在表面上或不在近表面處的缺陷的候選位 置。
[0067]在一個實施例中，執(zhí)行晶粒對晶粒、單元對單元或晶粒對數(shù)據(jù)庫比較以定位高于 特定閾值的差異，且接著可將這些差異分類為特定缺陷類型。這些缺陷類型中的一些缺陷 類型可經(jīng)確定為與較深缺陷相關(guān)。
[0068] 通過BF通道及DF通道可見不同類型的缺陷或特性。BF輸出數(shù)據(jù)通?？捎糜跈z測表 面結(jié)構(gòu)的呈平面變形形式的缺陷。舉例來說，一些結(jié)構(gòu)可顯得比其被設(shè)計的大或小。BF輸出 數(shù)據(jù)還可(舉例來說）以顏色改變的形式指示膜厚度的改變。BF響應中的顏色改變還可受材 料本身的改變(例如，密度改變)影響。另外，已變得有缺陷的結(jié)構(gòu)群組（即使僅群組內(nèi)的個 別結(jié)構(gòu)是有缺陷的)可影響周圍結(jié)構(gòu)。相比之下，DF輸出數(shù)據(jù)可檢測表面上的顆粒缺陷及粗 糙度、特定結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)高度的局部漸變等。
[0069]可使用從BF或DF輸出數(shù)據(jù)獲得的一些缺陷或樣本特性類型來找出用于進一步基 于MOR的復檢的候選位置。舉例來說，特定Cu填充的穿硅通孔(TSV)或TSV結(jié)構(gòu)群組在特定缺 陷類型(例如，變形)或特性(例如，顏色)方面與其它TSV結(jié)構(gòu)相比可具有差異。這些TSV可被 選為用于通過基于M0R的模塊進一步復檢的候選者。
[0070] 在另一實例中，使用區(qū)域異常的平均化BF/DF技術(shù)來監(jiān)測所述過程?？砂磪^(qū)域監(jiān)測 樣本的從BF/DF通道獲得的缺陷大小、計數(shù)或其它特性的平均值。舉例來說，與擁有相同類 型的結(jié)構(gòu)(例如TSV)的其它區(qū)域相比，特定區(qū)域可具有較大平面結(jié)構(gòu)。可選擇偏離其它樣本 區(qū)域的平均值或均值達預定閾值的區(qū)域作為用于較深基于M0R的復檢的候選者。或者，可選 擇對偏離區(qū)域內(nèi)的若干位置進行的取樣用于進一步基于M0R的復檢。舉例來說，具有多個 TSV結(jié)構(gòu)的特定大區(qū)域可確定為具有較大結(jié)構(gòu)，所述較大結(jié)構(gòu)可包含或不包含TSV結(jié)構(gòu)。接 著可選擇對此特定大區(qū)域內(nèi)的TSV結(jié)構(gòu)進行的取樣或選擇此特定大區(qū)域內(nèi)的所有TSV結(jié)構(gòu) 用于基于M0R的復檢。在一個實施例中，候選TSV位置選定為是跨越特定區(qū)域而分布。
[0071] 在操作412中，可產(chǎn)生栗浦光束及探測光束（例如，來自基于M0R的模塊)并朝向樣 本上的第一候選位置引導所述栗浦光束及探測光束。在操作414中，接著可檢測響應于栗浦 照明光束及探測照明光束而來自候選位置的基于M0R的輸出光束。將經(jīng)調(diào)制栗浦光束引導 到樣本上的第一候選位置處的栗浦光點，且將探測光束引導到此栗浦光點的至少一部分。 舉例來說，通過如上文所描述的PT檢測器來檢測來自探測光束的經(jīng)反射信號。
[0072]在操作415中，可根據(jù)基于M0R的輸出光束而確定在候選位置處的在表面以下的特 征特性?？墒褂脧幕贛0R的模塊獲得的反射率數(shù)據(jù)來找出在候選位置處位于樣本深處的 缺陷或進一步表征在候選位置處位于樣本深處的特征?？墒褂没贛0R的復檢而監(jiān)測、測量 或找出的較深缺陷及特征特性可包含空隙、顆粒、缺失或添加的材料、側(cè)壁角度的改變、側(cè) 壁與垂直的偏差、材料的密度改變等。
[0073]可分析已知深(或非表面)特性及缺陷的訓練集以確定其基于M0R的輸出信號。還 可產(chǎn)生及訓練若干模型以根據(jù)基于M0R的反射率輸出數(shù)據(jù)來計算特定特性值或缺陷類型。 [0074]在操作416中，接著可確定是否已復檢最后候選者。如果否，那么在操作418中，可 使樣本相對于栗浦照明光束及探測照明光束移動以掃描下一候選位置。使用基于M0R的通 道來收集針對每一候選位置的基于M0R的輸出數(shù)據(jù)，直到復檢最后候選者為止。
[0075]在達到最后候選位置之后，在操作420中，接著可確定樣本是否合格。舉例來說，確 定缺陷是合格率限制缺陷還是僅為滋擾類型的缺陷?？煞治龌贐F、DF及M0R的全部缺陷及 特征特性以確定樣本是否合格。還可確定特定特征特性是否不合規(guī)格。如果樣本不合格，那 么可更改過程;在操作422中，可修復樣本或可舍棄樣本。在一個實施方案中，舍棄樣本且更 改過程。如果樣本合格，那么程序400可結(jié)束，且樣本可用作產(chǎn)品或被進一步處理在進一步 處理之后，可再次檢驗樣本。
[0076]在第一檢驗遍次中使用BF/DF通道來找出用于進一步基于M0R的復檢的候選位置 可產(chǎn)生更高效檢驗過程。BF/DF掃描顯著快于基于M0R的掃描。即，可使用BF及/或DF檢驗過 程快速地掃描樣本。接著可通過基于M0R的通道再次復檢推測的候選位置?？蓪幕贛0R 的復檢獲得的數(shù)據(jù)添加到來自BF及/或DF檢驗的數(shù)據(jù)，以提供用于監(jiān)測特征特性或找出樣 本上的缺陷的更全面分析。
[0077]基于M0R的輸出數(shù)據(jù)可用于改良BF輸出數(shù)據(jù)及DF輸出數(shù)據(jù)的敏感度。在TSV實例 中，可通過調(diào)整栗浦光束調(diào)制頻率而顯著變化銅的熱擴散長度。在低調(diào)制頻率下，系統(tǒng)的熱 擴散長度及敏感區(qū)可為50um到lOOum大，從而允許Cu TSV結(jié)構(gòu)中的深空隙的表征(40um到 60um深及3um到8um寬）〇
[0078] BF模塊還可用于確定TSV是否在運用基于MOR的模塊進行檢驗之前已被氧化。舉例 來說，可復檢對TSV圖像進行的取樣以確定是否存在氧化物。在TSV結(jié)構(gòu)的基于M0R的探測期 間存在氧化物可致使所述氧化物被栗浦激光燒盡并造成不可靠結(jié)果。將氧化物從此類TSV 結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)移除可是有益的。如果存在氧化物，那么可對樣本進行拋光(或?qū)嵤┠骋黄?它技術(shù))以移除氧化物。接著可進行基于M0R的檢驗。
[0079] BF模塊還可用于使栗浦光束及探測光束關(guān)于目標結(jié)構(gòu)對準。舉例來說，BF輸出數(shù) 據(jù)可用于對準栗浦光束及探測光束以準確地探測目標結(jié)構(gòu)的一或多個特定目標位置。在特 定實例中，目標結(jié)構(gòu)為TSV結(jié)構(gòu)。圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的特定實施方案的用于對準基 于M0R的照明光束的程序500的流程圖。首先，在操作502中，可產(chǎn)生BF照明光束并使BF照明 光束在目標結(jié)構(gòu)上方進行掃描。在操作504中，接著可檢測響應于BF照明光束而來自目標結(jié) 構(gòu)的BF輸出光束。在一個實例中，可基于BF輸出光束而產(chǎn)生目標結(jié)構(gòu)的圖像。
[0080] 在操作506中，接著可分析BF輸出光束以確定經(jīng)掃描目標結(jié)構(gòu)上的一或多個目標 位置。在一個實施例中，可確定目標的邊緣，且接著可確定目標的中心以用于基于M0R的探 測。舉例來說，可跨越目標結(jié)構(gòu)的寬度(或半徑)獲得一行像素，且可使用此行來找出目標結(jié) 構(gòu)的中心。或者，可跨越目標結(jié)構(gòu)獲得兩個正交方向的像素以接著定位目標結(jié)構(gòu)的中心。 [0081 ]如果目標結(jié)構(gòu)與探測光束相比較大，那么若干目標位置可選定為是跨越目標結(jié)構(gòu) 而分布以基本上覆蓋目標結(jié)構(gòu)的區(qū)域。在分布式探測方法中，可選擇特定圖案的目標位置 以用于系統(tǒng)地探測目標結(jié)構(gòu)。在一個實例中，選擇從結(jié)構(gòu)的中心螺旋而出的螺旋圖案的位 置。在另一實例中，選擇可跨越目標以迂回模式進行掃描的柵格位置。在TSV實例中，探測 TSV以覆蓋整個TSV結(jié)構(gòu)。
[0082] 一旦確定了 一或多個目標位置，在操作508中，接著便可產(chǎn)生栗浦光束及探測光束 并朝向樣本上的第一目標位置引導所述栗浦光束及探測光束。在操作510中，接著檢測響應 于栗浦照明光束及探測照明光束而來自目標位置的基于M0R的輸出光束。在操作512中，接 著可確定是否已到達最后目標位置。即，確定探測模式是否完成。如果尚未到達最后目標位 置，那么在操作514中，可使樣本相對于栗浦照明光束及探測照明光束移動以掃描下一目標 位置。
[0083]在探測最后目標位置之后，在操作516中，接著可根據(jù)基于M0R的輸出光束而確定 目標結(jié)構(gòu)在表面以下的特征特性，如下文進一步描述?？稍谌魏螖?shù)目個目標結(jié)構(gòu)上重復對 準程序500。
[0084] 盡管用于表征深缺陷或特征的檢驗系統(tǒng)及技術(shù)在本文中描述為應用于一些類型 的TSV結(jié)構(gòu)，但應理解，本發(fā)明的實施例可應用于任何適合3D或垂直半導體結(jié)構(gòu)，例如使用 太比特單元陣列晶體管(TCAT)、垂直堆疊陣列晶體管(VSAT)、成本擴展型位技術(shù)(BiCST)、 管狀BiCS技術(shù)(P-BiCS)等形成的NAND或NOR存儲器裝置。垂直方向通常為垂直于襯底表面 的方向。另外，可在制作流程的任一點處應用檢驗實施例，所述制作流程致使多個層形成于 襯底上，且這些層可包含任何數(shù)目及類型的材料。
[0085] 檢驗/復檢工具的光學布局可不同于上文所描述的光學布局。舉例來說，物鏡透鏡 可為許多可能布局中的一者，只要針對特定選定波長帶或子帶使透射涂層最佳化且使每一 波段內(nèi)的像差最小化即可?？墒褂萌魏芜m合透鏡布置來朝向樣本引導每一照明光束且朝向 每一檢測器引導從樣本發(fā)出的輸出光束。系統(tǒng)的照明及收集光學元件可是反射性或透射性 的。輸出光束可從樣本反射或散射或者透射穿過樣本。
[0086]盡管出于清楚理解的目的已相當詳細地描述了前述發(fā)明，但將明了，可在所附權(quán) 利要求書的范圍內(nèi)實踐一些改變及修改。應注意，存在實施本發(fā)明的過程、系統(tǒng)及設(shè)備的許 多替代方式。因此，本發(fā)明實施例應視為說明性的而非限制性的，且本發(fā)明不限于本文中所 給出的細節(jié)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于在半導體樣本中檢測缺陷或復檢缺陷的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 明場BF模塊，其用于將BF照明光束引導在樣本上的BF光點上并檢測響應于所述BF照明 光束被引導在所述BF光點上而從所述樣本上的所述BF光點反射的輸出光束； 經(jīng)調(diào)制光反射比MOR模塊，其用于將栗浦光束引導到所述樣本上的栗浦光點、將探測光 束引導到所述樣本上的探測光點及檢測響應于所述栗浦光束及所述探測光束而來自所述 探測光點的MOR輸出光束，其中所述探測光點與所述栗浦光點重合;及 處理器，其可操作以執(zhí)行或引起以下操作： 致使所述BF模塊用所述BF照明光束在所述樣本上的多個BF光點上進行掃描并檢測來 自所述多個BF光點的輸出光束； 致使所述MOR模塊分別用所述栗浦光束及所述探測光束在多個栗浦光點及探測光點上 進行掃描，并檢測來自所述多個探測光點的MOR輸出光束； 分析來自所述多個BF光點的所述BF輸出光束以檢測所述樣本的表面上或接近所述表 面的一或多個缺陷;及 分析來自所述多個探測光點的所述MOR輸出光束以檢測在所述樣本的所述表面以下的 一或多個缺陷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述BF模塊與所述MOR模塊共用物鏡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括： 暗場DF模塊，其用于將DF照明光束引導在所述樣本上的DF光點上并檢測響應于所述DF 照明光束被引導在所述DF光點上而從所述樣本上的所述DF光點散射的輸出光束。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述處理器經(jīng)配置以致使所述BF照明光束及所述 DF照明光束在用所述栗浦光束及所述探測光束進行掃描之前先掃描所述樣本，其中所述處 理器進一步經(jīng)配置以用于基于在用所述BF照明光束及所述DF照明光束掃描所述整個樣本 或所述樣本的一部分之后分析所述BF輸出光束及所述DF輸出光束來確定用于用所述栗浦 光束及所述探測光束進行掃描的一或多個目標位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述BF模塊與所述DF模塊共用用于產(chǎn)生所述BF照 明光束及所述DF照明光束的光源。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述BF模塊具有用于產(chǎn)生所述BF照明光束的BF光 源且所述DF模塊具有用于產(chǎn)生所述DF照明光束的DF光源。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述MOR模塊包括： 栗浦激光源，其用于產(chǎn)生介于約400nm與600nm之間的波長范圍內(nèi)的所述栗浦光束； 調(diào)制器，其用于配置所述栗浦激光源以調(diào)制所述栗浦光束； 探測連續(xù)波CW激光源，其用于產(chǎn)生介于約600nm與800nm之間的波長范圍內(nèi)的所述探測 光束； 照明光學器件，其用于朝向所述樣本引導所述栗浦光束及所述探測光束； 收集光學器件，其用于朝向光熱檢測器引導所述MOR輸出光束;及 所述光熱檢測器，其用于檢測所述MOR輸出光束并產(chǎn)生經(jīng)過濾以隔離與對所述栗浦光 束進行的調(diào)制同步的改變的輸出信號。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述BF模塊包括： BF光源，其用于產(chǎn)生所述BF照明光束； 照明光學器件，其用于朝向所述樣本引導所述BF照明光束； 收集光學器件，其用于朝向BF檢測器引導所述BF輸出光束;及 所述BF檢測器，其用于引導所述BF輸出光束。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述BF模塊的所述照明光學器件與所述MOR模塊的 所述照明光學器件共用一或多個組件，其中所述BF模塊的所述收集光學器件與所述MOR模 塊的所述收集光學器件共用一或多個組件。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述表面以下的所述一或多個缺陷包含一或多 個空隙。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述表面以下的所述一或多個缺陷包含材料的 密度改變或側(cè)壁角度的改變。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述表面以下的所述一或多個缺陷存在于一或 多個穿硅通孔TSV結(jié)構(gòu)內(nèi)。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括自動聚焦模塊，所述自動聚焦模塊用于 朝向所述樣本引導自動聚焦光束并檢測響應于所述自動聚焦光束而來自所述樣本的經(jīng)反 射光束，且調(diào)整所述系統(tǒng)的焦點，其中所述BF模塊、所述MOR模塊及所述自動聚焦模塊共用 物鏡。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器經(jīng)配置以致使所述BF照明光束、所述 栗浦光束及所述探測光束同時進行掃描。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述BF模塊與所述MOR模塊共用用于檢測所述BF 輸出光束及所述MOR輸出光束的相同檢測器。16. -種在半導體樣本中檢測缺陷或復檢缺陷的方法，所述方法包括： 用明場BF照明光束掃描樣本部分； 當所述BF光束在所述樣本部分上方進行掃描時，檢測從所述樣本部分反射的BF輸出光 束； 基于所述所檢測BF輸出光束而確定所述樣本部分的表面或近表面特性； 基于所述樣本部分的所述所確定表面或近表面特性而找出所述樣本部分內(nèi)的在所述 樣本的表面以下可能具有額外缺陷的候選位置，所述所確定表面或近表面特性是基于所述 所檢測BF輸出光束而確定； 將經(jīng)調(diào)制栗浦光束及探測光束引導在每一候選位置處； 檢測響應于每一探測光束被引導到每一候選位置而來自每一候選位置的經(jīng)調(diào)制光反 射率信號;及 基于從每一候選位置檢測到的所述經(jīng)調(diào)制光反射率信號而確定在此候選位置處的在 所述表面以下的特征特性。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包括： 檢測在所述BF光束在所述樣本部分上方進行掃描時或響應于用暗場DF光束在所述樣 本部分上方進行掃描而從所述樣本部分散射的暗場輸出光束； 基于所述所檢測DF輸出光束而確定所述樣本部分的表面或近表面特性;及 基于所述樣本部分的所述表面或近表面特性而找出第二多個候選位置，所述表面或近 表面特性是基于所述所檢測DF輸出光束； 檢測響應于每一探測光束被引導到每一第二候選位置而來自每一第二候選位置的經(jīng) 調(diào)制光反射率信號;及 基于從每一第二候選位置檢測到的所述經(jīng)調(diào)制光反射率信號而確定在此第二候選位 置處的在所述表面以下的特征特性。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中通過使表面或近表面特性與子表面缺陷的存在 相關(guān)來找出所述第一及第二候選位置。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一及第二候選位置各自與所述樣本部分 的一子區(qū)域相關(guān)聯(lián)，所述子區(qū)域具有與所述樣本部分的平均值偏離達預定義量的一或多個 表面或近表面特性。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一及第二候選位置中的至少一者具有穿 硅通孔TSV。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中將所述第一及第二候選位置選定為是跨越其相 關(guān)聯(lián)子區(qū)域而分布。22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包括： 確定所述表面或近表面特性是否指示所述表面上存在氧化;及 移除所述氧化，之后將所述經(jīng)調(diào)制栗浦光束及所述探測光束引導在每一候選位置處。23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中基于結(jié)構(gòu)的圖像而將所述候選位置中的至少一 些候選位置各自選定為是在此結(jié)構(gòu)的中心處，所述圖像是基于所述BF輸出光束而產(chǎn)生。24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中基于結(jié)構(gòu)的圖像而進一步將所述候選位置中的 至少一些候選位置選定為是跨越此結(jié)構(gòu)而分布，所述圖像是基于所述BF輸出光束而產(chǎn)生。
【文檔編號】G01N21/95GK106030292SQ201580008360
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】L·尼古拉德斯, M·馬哈德凡, A·薩利尼克, S·A·永
【申請人】科磊股份有限公司