具有激光器液滴等離子體照射器的光學成像系統的制作方法
【專利摘要】一種晶片檢查系統包含激光器液滴等離子體LDP光源，所述激光器液滴等離子體光源以充分的輻射率產生光以使得能夠以低至40納米的波長進行明亮場檢查。由所述LDP源產生的光被引導到所述晶片，且來自被照射的晶片的光被具有全反射元件的高NA物鏡收集。檢測器檢測所述所收集光以供進一步的圖像處理。所述LDP源包含液滴產生器，所述液滴產生器分配進料的液滴。由激光器產生的激發光聚焦在所述進料的液滴上。所述激發光與所述液滴的相互作用產生等離子體，所述等離子體在從40納米到200納米的頻譜范圍內以至少10W/mm2-sr的輻射率發射照射光。
【專利說明】具有激光器液滴等離子體照射器的光學成像系統
【技術領域】
[0001]所描述的實施例涉及用于顯微術的照射源和系統。
【背景技術】
[0002]通常通過施加到襯底或晶片的一連串處理步驟來制造例如邏輯和存儲器裝置等半導體裝置。通過這些處理步驟來形成半導體裝置的各種特征和多個結構層級。舉例來說，光刻尤其是一種涉及在半導體晶片上產生圖案的半導體制造工藝。半導體制造工藝的額外實例包含但不限于化學機械研磨、蝕刻、沉積，以及離子植入。多個半導體裝置可被制造在單個半導體晶片上，且隨后被分離成個別的半導體裝置。
[0003]在半導體制造過程期間在各個步驟處使用檢查過程來檢測晶片上的缺陷，從而促進較高的良率。當檢查例如半導體晶片等鏡面或準鏡面表面時，可使用明亮場(BF)形態，從而執行經圖案化晶片檢查以及缺陷檢視兩者。在BF檢查系統中，收集光學器件經定位以使得所述收集光學器件俘獲由被檢查的表面鏡面反射的光的實質部分。可行的BF檢查系統需要高輻射照射以及高數值孔徑(NA)來使系統的缺陷靈敏度最大化。
[0004]當前的晶片檢查系統通常采用深紫外光(DUV)輻射的照射源，所述照射源具有短至260納米的波長以及高數值孔徑(NA)。一般來說，檢查系統的缺陷靈敏度與照射光的波長除以物鏡的NA成比例。在不進一步改進NA的情況下，當前的檢查工具的整體缺陷靈敏度受到照射源的波長限制。
[0005]在寬頻帶成像工具的情況下，通常通過折反射式物鏡(反射性和折射性光學元件的組合)將照射光遞送到晶片。在窄頻帶成像工具的情況下，通常通過透射式物鏡或顯微鏡將照射光遞送到晶片。因此，當前的BF檢查工具采用包含折射性光學元件的光學子系統。
[0006]在BF檢查系統的一些實例中，可通過弧光燈來提供照射光。舉例來說，基于電極的、相對高強度放電弧光燈用于檢查系統中。然而，這些光源具有許多缺點。舉例來說，基于電極的、相對高強度放電弧光燈具有歸因于對來自電極的電流密度的靜電約束而導致的輻射率限制和功率限制、作為黑色主體發射器的氣體的有限的發射率、歸因于陰極處的相對大的電流密度的存在而導致的由耐火材料制成的電極的相對快速的腐蝕，以及在所需的發射電流下在相對長的周期內對摻雜劑的不可控性(其可降低耐火陰極的操作溫度)。
[0007]在一些其它實例中，可通過激光器直接提供照射光。一種方法是將較長波長源諧波上變頻轉換為較短波長。然而，可以可靠地持續的平均功率通常低于一瓦；遠遠低于高處理量、高分辨率BF晶片檢查所需的十到一百瓦的平均功率。在另一實例中，已經開發出具有較高平均功率的受激準分子激光器，但是短波長下的受激準分子激光器的動力學將這些裝置限制到低重復率(例如，若干kHz或更小)。另外，這些激光器是極短脈沖激光器(例如，數納秒)。低重復率和短脈沖持續時間的組合導致被遞送到被檢查的晶片的注量，其遠遠超過用于構造晶片的材料(例如，Si02、S1、金屬和光阻材料)的破壞極限。
[0008]在一些其它實例中，可通過由激光器(例如，激光器持續的等離子體)泵送的不相干光源提供照射光。激光器持續的等離子體是在由在比激光器等離子體低的溫度下的工作氣體包圍的高壓燈泡中產生的。雖然用激光器持續的等離子體獲得實質性輻射率的改進，但這些等離子體的溫度一般受到這些燈內的光物理和動力過程限制。當使用連續波長或脈動泵源時，這些等離子體中的純原子和離子發射一般被限定到長于200nm的波長。受激準分子發射可布置在激光器持續的等離子體中以用于171nm下的波長發射(例如，氙受激準分子發射)，但這些源通常是窄頻帶，功率受限且輻射率受限。171納米下的受激準分子發射在低壓(例如，3巴及以下)下進行優化，且171nm發射的功率在高輻射率所需的較高壓力下被極大地削減。因此，高壓燈泡中的簡單氣體混合物僅能夠在充分的輻射率和平均功率下持續高于200nm的波長覆蓋來支持高處理量、高分辨率BF晶片檢查。
[0009]遠紫外光(EUV)光刻領域中的開發工作集中在于高功率電平(例如，照射器的中間焦點處的210瓦的平均功率)下發射以13納米為中心的窄頻帶輻射的光源。已經使用激光器液滴等離子體架構來開發用于EUV光刻的光源。舉例來說，通過CO2相干源來泵送在IOOkHz及更高的脈沖重復頻率下操作的氙、錫、鋰液滴目標。所實現的光是高功率(例如，照射器的中間焦點處的210瓦的平均功率是13納米下的光刻工具的目標)。然而，構成半導體晶片的材料對于13納米下的窄頻帶光實際上不展現出任何反射性。
[0010]需要具有用于BF檢查應用的所需的輻射率和平均功率的較短波長照射源。優選的是，此類源應為連續波長或接近連續波長，以避免對所照射樣品的破壞。此外，需要與此類源相容的可制造物鏡和傳感器，以實現可行的BF檢查系統。

【發明內容】

[0011]一種明亮場晶片檢查系統包含激光器液滴等離子體(LDP)光源，所述激光器液滴等離子體光源以充分的輻射率產生低至40納米的波長的光進行檢查。所述LDP源包含液滴產生器，所述液滴產生器分配進料的液滴。由激光器產生的激發光聚焦在所述進料的液滴上。所述激發光與液滴的相互作用產生一種等離子體，所述等離子體在從40納米到200納米的頻譜范圍內以至少10W/mm2-sr的福射率且在一些實例中以高于lkW/mm2_sr的福射率發射照射光。
[0012]在第一實施例中，所述LDP光源在從100納米到200納米的頻譜范圍內以至少10W/mm2-sr的輻射率且在一些實例中以高于lkW/mm2-sr)的輻射率產生照射光。具有約一微米的波長以及在I納秒與40納秒之間的脈沖持續時間的固態激光器產生具有在I毫焦耳與20毫焦耳之間的脈沖能量的激發光。在這些能量水平下，可使大小為約50微米的合適進料的液滴離子化為具有4eV到IOeV的等離子體溫度的等離子體。合適的進料包含但不限于Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O。具體來說，合適的進料可包含呈氫化物或氧化物分子組合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。在一個非限制性實例中，合適的進料可包含SiH4, SiO2, 02、CH4, H2O和C02。在其它實例中，合適的進料包含稀有氣體、堿金屬和劍七物。
[0013]一種可操作以在這些波長下檢查半導體晶片的檢查系統包含光學元件，所述光學元件有效地收集由等離子體發射的照射光、將所述照射光引導到晶片，以及收集并放大從所述晶片發射的成像光。呈現全反射光學子系統，所述全反射光學子系統是由上覆有鋁的MgF2構造以使吸收損耗最小化。
[0014]在第二實施例中，所述LDP光源在從40納米到55納米的頻譜范圍內以至少IOW/mm2-sr的輻射率產生照射光。具有約一微米的波長以及在I納秒與40納秒之間的脈沖持續時間的固態激光器產生具有在I毫焦耳與20毫焦耳之間的脈沖能量的激發光。在這些能量水平下，可使大小為約50微米的合適進料的液滴離子化為具有SeV到20eV的等離子體溫度的等離子體。合適的進料包含但不限于稀有氣體、堿金屬，以及金屬鹵化物。
[0015]一種可操作以在這些波長下檢查半導體晶片的檢查系統包含光學元件，所述光學元件有效地收集由等離子體發射的照射光、將所述照射光引導到晶片，以及收集并放大從所述晶片發射的成像光。呈現全反射光學子系統，所述全反射光學子系統包含具有鈧和硅的交替層的多層布拉格反射鏡以使吸收損耗最小化。
[0016]前文描述是概述，且因此必然地含有細節的簡化、概括和省略；因此，所屬領域的技術人員將了解，所述概述僅是說明性的，且絕不是限制性的。如僅由權利要求書界定的本文描述的裝置和/或過程的其它方面、發明性特征和優點將在本文陳述的非限制性詳細描述中變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是說明常用于半導體裝置制造中的材料的反射特性的曲線圖。
[0018]圖2是說明包含激光器液滴等離子體光源110的晶片檢查系統100的簡化圖。
[0019]圖3是說明在各種等離子體溫度下的碳的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0020]圖4是說明在各種等離子體溫度下的鋅的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0021]圖5是說明在各種等離子體溫度下的硅的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0022]圖6是說明在各種等離子體溫度下的銅的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0023]圖7是說明在各種等離子體密度下的鈉的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0024]圖8是說明在各種等離子體密度下的鉀的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0025]圖9是說明在各種等離子體溫度和密度下的氬的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0026]圖10是說明在各種等離子體溫度下的氪的發射強度的模擬結果的曲線圖。
[0027]圖11是說明物鏡130的簡化圖，其中照射光125和所收集光135占據光瞳面131中的空間上分離的區域。
[0028]圖12是說明物鏡130的簡化圖，照射光125和所收集光135占據光瞳面131中的
空間上重疊的區域。
[0029]圖13是說明在第一實施例中將照射光傾斜射入到物鏡130中的簡化圖。
[0030]圖14是說明在第二實施例中將照射光傾斜射入到物鏡130中的簡化圖。
[0031]圖15是說明包含局部驅動和信號處理電路的示范性TDI傳感器模塊的圖。
[0032]圖16是說明TDI傳感器模塊的示范性模塊陣列的圖。
[0033]圖17是說明TDI傳感器模塊的示范性模塊陣列的圖。
[0034]圖18是檢查通過從激光器液滴等離子體產生的照射光照射的半導體晶片的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0035]現將詳細參考背景實例以及本發明的一些實施例，附圖中說明了所述實施例的實例。[0036]圖1說明曲線圖280，所述曲線圖指示在半導體裝置的制造中通常利用的若干材料的空氣-材料界面處的法向入射反射。圖1說明硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、銅(Cu)、碳(C)和鎢(W)的反射率以作為入射到每種材料的光的波長的函數。一般來說，這些材料中的每一者在100納米到200納米的波長范圍中的反射率類似于在更長波長(例如，大于當前BF檢查系統中所采用的260納米的波長)處的反射率。因此，從反射光的角度來看，100納米到200納米范圍中的照射源相對于發射260納米以上的源來說不應顯著不利。47納米附近的反射率是約5%。雖然顯著低于100納米與200納米之間的范圍，但是這些材料對窄頻帶范圍(例如，10納米波頻帶)中的照射光的響應仍可用于檢查目的。
[0037]揭示了 一種不相干輻射源，其包含在大于10W/mm2-sr的輻射率下在40納米與200納米之間的頻譜區域中的發射。另外，揭示了利用所述光源的示范性晶片檢查系統。所述光源包含通過液滴產生器而被分配為一連串液滴的進料。在一些實施例中，激光器的輸出被聚焦到液滴上，以產生在40納米與55納米之間的頻譜區域中發射光的等離子體。在一些其它實施例中，激光器的輸出被聚焦到液滴上，以產生在100納米與200納米之間的頻譜區域中發射光的等離子體。
[0038]圖2說明晶片檢查系統100，所述晶片檢查系統經配置以使用在40納米與200納米之間的頻譜區域中的照射光來檢查晶片。晶片檢查系統100包含激光器液滴等離子體(LDP)光源110，激光器液滴等離子體光源110產生在40納米與200納米之間的頻譜區域中的照射光。照射光被傳輸到晶片140，且成像物鏡130將反射的照射光引導到檢測器160。在一些實施例中，由光源110產生的照射光被收集器120搜集且被至少一個照射光學器件125傳輸到物鏡130。在一些實施例中，照射光學器件125和成像物鏡130可主要包括相同的元件且實質上是相同的。在一些其它實施例中，由光源110產生的照射光被收集器120搜集且被至少一個照射光學器件125直接傳輸到樣品140，而不首先被引導穿過成像物鏡130的元件。樣品140響應于入射到樣品140的照射光而發射成像光。然而，所述成像光仍被搜集為所收集光且被成像物鏡130放大。在一些實施例中，物鏡130經由變焦光學器件150將所收集光傳輸到成像檢測器160，變焦光學器件150進一步放大從樣品140收集的圖像。檢測器160接收成像光且將所述光轉換為電信號。檢測器160將所述電信號傳送到處理器170以供處理器170進行進一步的圖像處理。在一些實施例中，樣品140通過真空或靜電機構而附著到定位系統180。以此方式，樣品140在物鏡130下方靈活定位。
[0039]在一個方面中，LDP光源110在40納米與200納米之間的頻譜區域內在大于IOW/mm2-sr的福射率下在40納米與200納米之間的頻譜區域中發射寬頻帶福射。此類福射適合于在寬頻帶光學顯微鏡中成像的經圖案化半導體晶片的BF檢查，所述經圖案化半導體晶片可以高處理量(例如，至少5個晶片/小時)成像在從100微米到數毫米的視野上。
[0040]在一些實施例中，LDP光源110在4eV到IOeV的溫度中產生等離子體115，所述等離子體在大于10W/mm2-sr的輻射率下在100納米與200納米之間的頻譜區域中發射光。在一些其它實施例中，LDP光源110在8eV到20eV的溫度范圍中產生等離子體115，所述等離子體在至少10W/mm2-sr的福射率下在40納米與55納米之間的頻譜區域中發射光。在一些實施例中，可實現高達lkW/mm2-sr的福射率。
[0041]如圖2中所描繪，LDP光源110包含液滴產生器111和激光器113。液滴產生器111分配進料112的一連串液滴。激光器113產生激發光116，所述激發光被聚焦到進料的液滴上。所述激發光致使進料液滴離子化，從而形成發射照射光的等離子體。在一些實施例中，液滴產生器111是基于可市購的噴墨技術的高頻率流體分配器。在一個實例中，液滴產生器111以50千赫茲與200千赫茲之間的速率分配進料112的一連串標稱50微米液滴。在其它實例中，液滴大小可在25微米與100微米之間變化。在一些實施例中，激光器113是固態激光器，其具有在I納秒與40納秒之間，且更特定來說，在5納秒與20納秒之間的脈沖持續時間。固態激光器113的輸出波長為約I微米(例如，在0.9微米與1.1微米之間)。固態激光器113每個脈沖產生I毫焦耳與20毫焦耳之間的能量，且更特定來說，每個脈沖產生3毫焦耳與10毫焦耳之間的能量。在一些實施例中，固態激光器113是基于鐿(Yb)的固態激光器。在一些其它實施例中，固態激光器113是基于釹(Nb)的固態激光器。
[0042]在一些實施例中，可將小電荷施加到由液滴產生器111分配的每一液滴的顆粒，且可將可控電場引入液滴飛行路徑中。以此方式，可通過受控電場來操縱每一液滴以將每一液滴精確地定位在由激光器113產生的激發光路徑內。
[0043]為了在大于10W/mm2-sr的輻射率下在40納米與200納米之間的頻譜區域中從激光器液滴等離子體獲得照射光，必須選擇合適的材料且必須在充分高的等離子體密度下將所述材料加熱到充分高的等離子體溫度。可通過使離子化激光脈沖中的光子的數目與正由激光器113激發的小球或液滴中的原子的數目匹配來確定液滴等離子體的溫度。舉例來說，用作激光器等離子體115的目標的液體銅液滴可在被激發到4eV(或更高的)等離子體溫度時產生大量的寬頻帶IOOnm到200nm的輻射。可以每脈沖約5毫焦耳到10毫焦耳的激光脈沖能量或這些脈沖能量附近的范圍中獲得這些等離子體溫度。為了點燃等離子體，需要供應接近5e9到lelOW/cm2的注量。因此，為了點燃并且持續等離子體，激光113應具有在I納秒與40納秒之間的脈沖長度。由TRUMPF集團(德國)制造的可市購的薄盤激光器可適合于此目的。雖然可市購的薄盤激光器可操作以點燃且持續等離子體115，但將此激光器類型從簡單的振蕩器修改為注入播種主控振蕩器功率放大器(MOPA)架構會更接近地產生所需的操作條件。
[0044]通過非限制性實例，圖3到6說明適合作為進料112以在100納米到200納米的范圍中從激光器等離子體產生高輻射率輻射的不同材料。圖3說明碳的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖200。強度被繪制為4eV、8eV和IOeV的等離子體溫度下的波長的函數。圖4說明鋅的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖210。強度被繪制為2eV、4eV、8eV和IOeV的等離子體溫度下的波長的函數。圖5說明硅的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖220。強度被繪制為在le_3g/cm3的等離子體密度下在2eV、4eV、8eV和IOeV的等離子體溫度下的波長的函數。圖6說明銅的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖230。強度被繪制為4eV、8eV和IOeV的等離子體溫度下的波長的函數。圖3到6中所說明的所有四種材料展現出隨著等離子體溫度增加在100納米到200納米的范圍中的增加的發射。然而，轉換效率不隨等離子體溫度而增加。舉例來說，銅在4eV下展現出比在8eV或IOeV下更高的轉換效率。而且，鋅在4eV下展示從100納米到200納米的良好轉換效率，但最大發射的波長隨著溫度增加到SeV和IOeV而轉變為低于150納米。以此方式，可通過改變進料的等離子體溫度來調諧光源110的所需的寬頻帶發射頻譜。
[0045]除了碳、硅、鋅和銅之外，各種各樣的進料可適合于在100納米到200納米的范圍中從激光器等離子體產生高輻射率。舉例來說，鎵、銦、氧和砷可為合適的。另外，可摻雜磷酸鹽或氯化物(例如，用水)以產生合適進料的液滴。類似地，可摻雜金屬鹵化物和堿金屬以產生合適進料的液滴。合適的進料可包含但不限于Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O。具體來說，合適的進料可包含呈氫化物或氧化物分子組合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。在一個非限制性實例中，合適的進料可包含SiH4、SiO2, 02、CH4, H2O和C02。在其它實例中，合適的進料包含稀有氣體、堿金屬和鹵化物。
[0046]為了在大于10W/mm2_sr的福射率下在40納米與55納米之間的頻譜區域中從激光器液滴等離子體獲得照射光，必須選擇合適的材料且必須在充分高的等離子體密度下將所述材料加熱到充分高的等離子體溫度。
[0047]通過非限制性實例，圖7到10說明適合作為進料112以在40納米到55納米的范圍中從激光器等離子體產生高輻射率的不同材料。圖7說明鈉的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖240。強度被繪制為在12eV的等離子體溫度下在le_3grams/cm3、le_4grams/cm3和le-5gramS/Cm3的等離子體密度下的波長的函數。圖8說明鉀的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖250。強度被繪制為在12eV的等離子體溫度下在le_3grams/cm3、le_4grams/cm3和le-5gramS/Cm3的等離子體密度下的波長的函數。圖9說明氬的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖260。強度被繪制為在12eV的等離子體溫度下在le_4grams/cm3和le_5grams/cm3的等離子體密度下以及在IOeV的等離子體溫度下在le-4grams/cm3的等離子體密度下的波長的函數。圖10說明氪的模擬的等離子體發射頻譜的曲線圖270。強度被繪制為在le-5grams/cm3的等離子體密度下在IOeV和12eV的等離子體溫度下的波長的函數。鉀、鈉和氬全部展現出在40納米到55納米的范圍中的有用量的發射，尤其在等離子體密度接近le-5grams/cm3且等離子體溫度接近12eV時。然而,必須將氪驅動到接近20eV的等離子體溫度以產生有用量的發射。
[0048]除了鉀、鈉、氬和氪之外，各種各樣的進料可適合于在40納米到55納米的范圍中從激光器等離子體產生高輻射率輻射。舉例來說，金屬鹵化物和堿金屬是用于在等離子體溫度在SeV與20eV之間附近下生產48nm附近的輻射的兩種系列的實際進料。另外，合適的進料可包含但不限于Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O。具體來說,合適的進料可包含呈氫化物或氧化物分子組合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。在一個非限制性實例中，合適的進料可包含SiH4、Si02、02、CH4、H20和C02。在其它實例中，合適的進料包含稀有氣體。
[0049]如圖2中所說明，由光源112產生的照射光必須與大量光學組件相互作用以有效地照射并成像晶片。目前，折射性或透射性光學組件無法用于在40納米與200納米之間的頻譜區域中有效地操縱光。這些波長下的光很容易被已知的透射材料吸收。因此，在系統100內僅折射性光學組件用于在40納米與200納米之間的頻譜區域中有效地操縱光。此外，每一元件的每表面反射率必須被保持在合適的范圍內，使得檢測器160可在高速操作中搜集充分的圖像信號。在其中光源110產生100納米與200納米之間的光的實施例中，基于散裝鋁的、寬頻帶涂覆的光學物鏡、收集器、變焦和照射子系統是合適的。具體來說，上覆著MgF2的鋁反射鏡對于從IOOnm到200nm以及更長的波長傳遞充分的性能。
[0050]在其中光源110產生40納米與55納米之間的光的實施例中，用于47納米光的具有擁有充足的反射率差異的多層材料對的堆疊的布拉格反射鏡是合適的。另外，材料對必須在47納米下具有合適大的表層深度，使得在此波長下的輻射不會被顯著吸收入所選材料的多個(例如，40個或更多)成對層中。鈧/硅(Sc/Si)材料對已經證明針對47納米光傳遞充足的反射率和充分的帶寬，且因此物鏡照射角容限。對適合于反射這些波長下的輻射的反射性涂層的分析描述于以下文獻中:1)S.榆林、F.斯嘉芙、T.菲戈爾和N.凱瑟的“Sc/Si多層的增強的反射率和穩定性(Enhanced reflectivity andstability of Sc/Si multilayers) ”，SPIE學報中的用于X射線、EUV光刻、激光和其它應用的反射鏡技術中的進步，Vol.51930277-786X(2004)，其全部以引用的方式并入本文中；以及2) A.阿奎拉、F.塞爾瑪絲、Y.劉和E.古力克森的“對于25nm到50nm遠紫外光具有高反射率和寬帶寬的三材料多層涂層(Trimaterial multilayer coatings with highreflectivity and wide bandwidth for25_50nm extreme ultraviolet light)，，,光學快報Vol.17(24)，#117387(2009)，其全部以引用的方式并入本文中。
[0051]收集器120可以是用以搜集從等離子體115產生的照射光的任何合適的形狀。合適的實例包含橢圓形收集器以及具有多個表面外形的收集器。用于收集從等離子體發射的光的不范性技術描述于頒予KLA-Tencor科技公司的于2010年4月27日發布的美國專利7，705，331中，其全部以引用的方式并入本文中。
[0052]如圖2中所描繪，檢查系統100包含單個激光器，所述單個激光器直接聚焦在液滴上以產生等離子體115。然而，檢查系統100可包含一個以上激光器，其中每一激光器被不同地或相同地配置。舉例來說，所述激光器可經配置以產生可在同時或在不同時間被引導到液滴的具有不同特性的光。在另一實例中，所述激光器可經配置以從相同或不同方向將光引導到液滴。用于將激發光引導到目標的示范性技術描述于前面提到的美國專利7，705，331中，其全部以引用的方式并入本文中。
[0053]可通過照射光學器件125來傳輸照射光。照射光學器件125可包含中空光學均質器或反射光管，以將照射光有效地傳輸到樣品或物鏡。用于傳輸短波長光(例如，波長在40納米與200納米之間的光)的示范性技術描述于申請者KLA-Tencor公司的第PCT/US2010/039150號國際專利申請案中，且于2010年12月23日在第2010/148293A2號國際公開案中公開，其全部以引用的方式并入本文中。
[0054]可行的BF檢查系統需要被設計成具有充足的視野以及良好位于由晶片檢查工具準許的成像要求內的失真的成像物鏡。如上文所論述，可行的BF檢查系統包含具有大NA的物鏡130。在一些實例中，所述NA可大于0.7。在其它實例中，所述NA可大于0.9。除了高NA之外，穿過物鏡130的光路徑應優選地包含與反射性表面的最小數目的相互作用，以使與每一相互作用相關聯的吸收損耗最小化。用于使用四反射鏡、四回合設計的具有全反射組件的物鏡的示范性設計描述于頒予KLA-Tencor科技公司的于2008年4月I日發布的美國專利7，351，980中，其全部以引用的方式并入本文中。另外，用于使用四反射鏡、六回合設計的具有全反射組件的物鏡的示范性設計描述于指派給卡爾蔡司SMT AG且在2010年7月29日在第2010/0188738A1號美國專利公開案下公開的第12/568，483號美國專利申請案中，其全部以引用的方式并入本文中。
[0055]照射方向影響了檢查系統100如何解析晶片上的結構。圖11到14說明晶片140的傾斜照射的若干實例。
[0056]圖1lA說明在四反射鏡、四回合配置中的物鏡。圖1lB說明物鏡130的光瞳面131。在此實施例中，物鏡130將照射光125引導到晶片140且搜集來自晶片140的所收集光135。然而，照射光125和所收集光135占據光瞳面131中的空間上分離的區域。如所說明，整個物鏡130具有0.8的NA。照射光瞳132表示穿過光瞳面131的照射光125的橫截面圖。如所說明，所述照射NA是0.4。類似地，收集光瞳133表示穿過光瞳面131的所收集光135的橫截面圖。如所說明，所述成像NA是0.4。通過保持與照射光瞳分離的收集光瞳，使模糊最小化，但是以用于成像的減小的NA為代價。另外，照射和收集可在0.8物鏡NA內左右移動。
[0057]圖12A說明在四反射鏡、四回合配置中的物鏡130。圖12B說明物鏡130的光瞳面131。在此實施例中，物鏡130將照射光125引導到晶片140且搜集來自晶片140的所收集光135。然而，照射光125和所收集光135占據光瞳面131中的空間上重疊的區域。如所說明，整個物鏡130具有0.8的NA。照射光瞳132表示穿過光瞳面131的照射光125的橫截面圖。如所說明，所述照射NA是0.32。類似地，收集光瞳133表示穿過光瞳面131的所收集光135的橫截面圖。如所說明，所述成像NA是0.8。然而，通過使收集光瞳與照射光瞳重疊，將需要使用照射與成像之間的光束分離，或發生模糊，這限制了用于成像的可用NA。
[0058]圖13說明在四反射鏡、四回合配置中的物鏡130。在此實施例中，照射光125傾斜地插入在物鏡130的反射表面136與137之間，且穿過反射表面137的孔口 138到達晶片140。以此方式，照射光被直接傳輸到晶片140，其中僅有非常少量的模糊，且幾乎整個物鏡130可用于成像。
[0059]圖14說明照射光125的傾斜插入的另一實例。在此實施例中，照射光125反射離開反射元件139到達反射表面136的一部分136.1。部分136.1可包含與反射表面136的其它部分不同的表面幾何形狀。此外，在一些實例中，部分136.1經定位以使得其不參與通過物鏡130收集來自晶片140的光。入射到部分136.1的照射光125通過孔口 138被反射和引導到晶片140。因此，照射光傾斜地插入在物鏡130的反射表面136與137之間，且穿過反射元件137的孔口 138。以此方式，照射光被直接傳輸到晶片140，其中僅有非常少量的模糊，且幾乎整個物鏡130可用于成像。
[0060]在一些實施例中，上文所論述的光學配置可在經特別優化以用于照射目的的反射元件中的一者或一者以上中具有非均一的光學特性。舉例來說，涂層可經優化以增加歸因于照射路徑中的高暴露能量而導致的涂層耐用性。
[0061]在一個實施例中,可用多個TDI傳感器模塊實施檢測器160。每一 TDI傳感器模塊可有利地包含局部電路以用于驅動和信號處理。相對于等效區域的大型單片裝置，包含這些TDI傳感器模塊的模塊陣列可增加裝置可制造性，同時減小驅動和處理要求。示范性TDI傳感器模塊和模塊陣列描述于由KLA-Tencor公司于2009年10月7日申請的標題為“用于高速檢查的具有局部驅動和信號處理電路的TDI傳感器模塊(TDI Sensor Modules WithLocalized Driving And Signal Processing Circuitry For High Speed Inspection)”的美國專利申請案12/575，376中，且所述申請案以引用的方式并入本文中。
[0062]圖15說明包含局部驅動和信號處理電路(在本文還稱為局部電路)的示范性TDI傳感器模塊800的俯視圖。具體來說，TDI傳感器模塊800包含TDI傳感器802、用于處理來自TDI傳感器802的信號的處理電路803、時序和串行驅動電路804，和像素門驅動器電路 805。
[0063]在一個實施例中，處理電路803可提供相關雙重取樣(⑶S)和其它模擬前端(AFE)功能(例如，模擬增益控制)、模/數轉換(ADC)，和數字后處理(例如，黑色等級校正)、每像素增益和偏移校正、線性度校正、查找表(LUT)，和數據壓縮。所述處理可為固定的，或依賴于來自檢查系統的額外的、可能是實時的輸入，以執行例如子像素內插、用以防止數字飽和的模擬增益控制、圖像位置移位，和圖像空間失真校正等功能。在一個實施例中，局部處理電路803可在模擬或數字域中操縱各種所俘獲的圖像(下文更詳細地描述)，進而節省檢查系統的圖像分析計算機中的通信和處理帶寬。
[0064]時序和串行驅動電路804可控制用于TDI的時鐘時序和驅動。可包含例如復位脈沖產生、多相位串行寄存器時鐘產生和ADC同步等特征。這實現非常準確的時序，在高計時速度下需要非常準確的時序來實現高SNR(信噪比)。
[0065]像素門驅動器電路805提供較慢但較高的電流TDI門驅動信號以使數據俘獲與檢查圖像運動且與其它TDI傳感器同步。像素門驅動器電路805可通常提供正方形波和/或正弦波形的三相位或四相位驅動波形。更一般來說，像素門驅動器電路805可使用數/模轉換來提供任意函數產生，以便優化電荷傳遞、熱耗散，和傳感器的SNR。以引用的方式并入本文中的標題為“對TDI傳感器的連續計時(Continuous Clocking Of TDI SensorsVIA美國專利申請案10/992，063更詳細地描述了此數/模轉換。
[0066]有利的是，局部驅動電路意味著每一 TDI傳感器模塊具有其自身的個別組的驅動器(即，驅動器804和805)。這些個別驅動器需要顯著更小的電流，且因此可顯著小于常規的大面積TDI傳感器驅動器。值得注意的是，局部地分布來自多個小驅動器的高保真度、高電流波形(與TDI傳感器模塊相關聯)比分布來自一個大驅動器的波形可縮放得多，甚至在總電流要求是相同時也如此。
[0067]在一個實施例中，處理電路803、時序和串行驅動電路804以及像素門驅動電路805中的每一者可實施于集成電路上，定位在PCB (印刷電路板)801上的TDI傳感器802周圍。應注意，用于實施驅動/處理電路的IC的數目可基于實施例而變化。在一個實施例中，可使用多層陶瓷襯底來實施PCB801。圖16說明包含連接到PCB801的數據收發器807 (例如，10千兆位光學收發器)的示范性PCB801的側視圖，其中PCB801包含與TDI傳感器模塊800的驅動/處理電路通信的配線(出于簡明起見而未圖示)。應注意，PCB還可提供用于傳感器系統的超高真空接口，且允許信號和電力在傳感器側上的高質量真空區域與光纖側上的低質量真空區域或大氣壓附近的區域之間通過。在一個實施例中，光纖806可附接到數據收發器807以允許在TDI傳感器模塊800與系統級檢查組件808之間傳送驅動/處理數據。在另一實施例中，可使用低電壓差動信令(LVDS)或類似的電信令和數字多路復用在板外傳輸來自TDI傳感器模塊800的數字數據。特定協議可選自業界標準，或由電子或光學高速數字通信領域中的技術人員來規定。
[0068]圖17說明TDI傳感器模塊901的示范性模塊陣列900 (還稱為傳感器模塊陣列)。應注意，定位在TDI傳感器周圍的驅動/處理電路占用預定空間。因此，鄰近行中的TDI傳感器可經對準，以使得在用于連續掃描配置中時實現至少100%的圖像覆蓋。舉例來說，在圖17中所示的實施例中，上部行可相對于下部行有偏移，使得TDI傳感器定位在由鄰近行的驅動/處理電路產生的間隙中。為了確保圖像覆蓋中沒有間隙，每一 TDI傳感器的寬度等于或大于TDI傳感器之間的空間。在此配置中，當被檢查的晶片正在TDI圖像掃描方向902上移動時，傳感器模塊陣列900可確保完整的圖像俘獲。
[0069]在一個實施例中，來自鄰近行的TDI傳感器之間的一些最小重疊可提供冗余數據。此冗余數據可例如確保由TDI傳感器模塊901產生的圖像數據的準確對準。在最小重疊的一個實施例中，檢查系統可從一個TDI傳感器模塊任意地選擇將用于邊緣像素的數據。在另一實施例中，檢測系統可使用子像素數字處理來組合并對準來自多個TDI傳感器模塊的數據，以實現邊緣像素附近的改進的質量數據。
[0070]應注意，用于模塊陣列900的有效數據速率可顯著高于單個大TDI傳感器。此速率之所以得以實現是因為模塊陣列可具有有效的總大小以及比在單個TDI傳感器中實際上制造的輸出通道的數目大的輸出通道的數目。進一步注意，任何數目的行的TDI傳感器模塊可包含于模塊陣列中，即TDI傳感器模塊促進縮放。此縮放產生額外的系統靈活性和性能。
[0071]在另一實施例中，可通過對準TDI傳感器模塊的列而增加檢測到的數據的整合。舉例來說，圖17說明包含三行1001、1002、1003和1004的TDI傳感器模塊1010的示范性模塊陣列1000。在此實施例中，行1001到1003俘獲并處理相同(或非常類似)的光學圖像數據的樣本。因此，模塊陣列1000可為每一條被檢查的晶片提供數據流。此整合可使與等離子體光源(由于其點產生而固有不穩定)相關聯的波動最小化，所述波動原本會導致檢查困難。此配置還可降低等離子體光源子系統的一致性和穩定性要求，其改進了檢查系統的可制造性和操作壽命。
[0072]可通過將晶片移位(左移或右移)間隙距離，且隨后執行另一 TDI圖像掃描來覆蓋另一條，而檢查在此實施例中由于傳感器之間的間隙而遺漏的被檢查表面的其它部分。這被稱為交錯配置。應注意，可通過補償TDI圖像掃描的數目來改變TDI傳感器模塊的列之間的間隔，即，間隔越大，TDI圖像掃描的數目(且因此，條的數目)越大。進一步注意，在一些實施例中甚至可使用單行TDI傳感器模塊，其中TDI傳感器模塊之間的間隔確定了提供100%的檢查覆蓋所需的條的數目。
[0073]使用模塊陣列用于檢查的一個優點在于，被檢查表面僅需要被部分照射。此分散的照射還可有利地分散與照射相關聯的熱量，進而允許熱量更快地耗散到鄰近的較冷的區域，且因此降低在高速檢查期間破壞被檢查表面的可能性。
[0074]使用模塊陣列的另一優點是增加的信噪比(SNR)。應注意，對于可見光，光子的能量一般足以將一個電子激發成傳導狀態。也就是說，一個光子通常產生不超過一個信號產生電子。然而，隨著光子的能量變得更高，額外的電子可進入傳導狀態且被收集。因此，對于每個像素的給定的TDI傳感器電子阱容量，短波長光(例如，40納米到200納米的波長范圍中的光)可有效地減小最大光子檢測水平。而且，因為光子點噪聲的圖像SNR與所收集光子的平方根成比例，所以短波長光將減小SNR。
[0075]上述模塊陣列可有利地改進檢查系統的噪聲特性(即，SNR)。具體來說，使兩個TDI傳感器模塊收集冗余圖像數據可使SNR提高2的平方根，且引申開來，使N個TDI傳感器模塊收集冗余數據可使SNR提高N的平方根。
[0076]應注意，雖然在上文詳細地描述了 TDI傳感器模塊和TDI傳感器陣列，但檢查系統100可包含執行快閃運行中模式的傳感器模塊/陣列(其產生一系列靜態圖像)，或常規的CXD(電荷耦合裝置)幀傳遞讀出來取代TDI。
[0077]圖18說明檢查半導體晶片的方法500。在第一步驟(步驟501)中，分配進料的一連串液滴。在第二步驟(步驟502)中，將由激光器產生的激發光聚焦到進料液滴以點燃等離子體，所述等離子體發射照射光。在第三步驟(步驟503)中，檢測從由照射光照射的半導體晶片反射的光。
[0078]如本文中所使用，術語“樣品”一般指代晶片。然而，將理解，本文中所描述的方法和系統可用于提供此項技術中已知的任何其它樣品的照射。
[0079]盡管出于指導目的而在上文描述某些特定實施例，但本專利文獻的教示具有一般適用性且不限于上文描述的特定實施例。舉例來說，系統100可包含一個以上光源(未圖示)。所述光源可被不同地或相同地配置。舉例來說，所述光源可經配置以產生具有不同特性的光，所述光可在同時或在不同時間以相同或不同的入射角被引導到樣品。所述光源可根據本文中所描述的實施例中的任一者來配置。另外，所述光源中的一者可根據本文中所描述的實施例中的任一者來配置，且另一光源可為此項技術中已知的任何其它光源。因此，在不脫離如權利要求書中所陳述的本發明的范圍的情況下，可實踐所描述的實施例的各種特征的各種修改、調適和組合。
【權利要求】
1.一種設備，其包括: 光源，其包括: 液滴產生器，其分配進料的一連串液滴；以及 激光器，其產生激發光，所述激發光被引導到所述進料的液滴，其中所述激發光與所述進料的所述液滴的相互作用致使所述液滴離子化，從而形成發射照射光的等離子體，其中所述照射光包括從約40納米到約200納米的頻譜區域中的光，且其中所述照射光可用于照射樣品。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述激發光是由具有在I納秒與40納秒之間的脈沖持續時間的固態激光器產生。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述激發光的波長是約I微米。
4.根據權利要求2所述的設備，其中由所述固態激光器產生的脈沖的能量在I毫焦耳與20暈焦耳之間。
5.根據權利要求2所述的設備，其中所述固態激光器取自由以下各者組成的群組:基于鐿Yb的固態激光器和基于釹Nb的固態激光器。
6.根據權利要求1所述的設備，其中所述照射光在從40納米到55納米的頻譜范圍內具有至少10W/mm2_sr的福射率。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述進料包含稀有氣體、堿金屬和金屬鹵化物中的任一者。
8.根據權利要求6所述的設備，其中所述等離子體達到8電子伏特與20電子伏特之間的溫度。
9.根據權利要求1所述的設備，其中所述照射光在從100納米到200納米的頻譜范圍內具有至少10W/mm2-sr的福射率。
10.根據權利要求9所述的設備，其中所述進料包含呈氫化物分子組合物或氧化物分子組合物的Ga、In、C、S1、Zn、Cu和O中的任一者。
11.根據權利要求9所述的設備，其中所述進料取自由以下各者組成的群組:SiH4、SiO2, O2, CH4, H2O 和 C02。
12.根據權利要求9所述的設備，其中所述等離子體達到4電子伏特與10電子伏特之間的溫度。
13.根據權利要求1所述的設備，其進一步包括: 收集器，其搜集由所述等離子體發射的可用于照射所述樣品的所述照射光；以及 物鏡，其搜集并放大響應于入射到樣品的所述照射光而從所述樣品發射的所收集光，且將所述所收集光引導到檢測器。
14.根據權利要求13所述的設備，其中所述物鏡將所述照射光引導到所述樣品，且其中所述照射光和所述所收集光占據所述物鏡的光瞳面中的空間上分離的區域。
15.根據權利要求13所述的設備，其中所述物鏡將所述照射光引導到所述樣品，且其中所述照射光和所述所收集光占據所述物鏡的光瞳面中的空間上重疊的區域。
16.根據權利要求13所述的設備，其進一步包括: 至少一個照射光學器件，其將所述照射光從所述收集器引導到所述樣品，其中所述物鏡的光瞳面僅包含所述所收集光。
17.根據權利要求13所述的設備，其進一步包括: 至少一個照射光學器件，其將所述照射光從所述收集器引導到具有非均一光學輪廓的所述物鏡的至少一個反射元件，其中所述元件的第一部分將所述照射光反射到所述樣品，且其中所述元件的第二部分搜集響應于所述照射光而從所述樣品發射的所述所收集光。
18.根據權利要求13所述的設備，其中所述檢測器是硅時間延遲和積分TDI傳感器。
19.根據權利要求1所述的設備，其中所述樣品是經圖案化的半導體晶片。
20.根據權利要求13所述的設備，其中所述等離子體的幾何形狀的大小經設計以實質上與所述物鏡的展度匹配。
21.一種用于半導體晶片檢查的系統，其包括: 光源，其包括: 液滴產生器，其分配進料的一連串液滴；以及 激光器，其產生激發 光，所述激發光被引導到所述進料的液滴，其中所述激發光與所述進料的所述液滴的相互作用致使所述液滴離子化，從而形成發射照射光的等離子體；以及 物鏡，其搜集并放大響應于入射到樣品的所述照射光而從所述樣品發射的所收集光，且將所述所收集光引導到檢測器。
22.根據權利要求21所述的系統，其中所述照射光在從40納米到55納米的頻譜范圍內具有至少10W/mm2-sr的福射率。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述物鏡在所述所收集光的光學路徑中包括多個反射元件，且其中所述多個反射元件是由被MgF2上覆的鋁構造。
24.根據權利要求21所述的系統，其中所述照射光在從100納米到200納米的頻譜范圍內具有至少10W/mm2-sr的輻射率。
25.根據權利要求24所述的系統，其中所述物鏡在所述所收集光的光學路徑中包括多個反射元件，且其中所述多個反射元件被以布拉格反射鏡布置配置的Sc/Si材料對涂覆。
26.—種檢查半導體晶片的方法，其包括: 分配進料的一連串液滴； 將由激光器產生的激發光聚焦到所述進料的液滴以點燃等離子體，所述等離子體發射照射光；以及 檢測從由所述照射光照射的半導體晶片反射的光。
27.一種方法，其包括: 分配進料的一連串液滴；以及 將由激光器產生的激發光聚焦到所述進料的液滴以點燃等離子體，所述等離子體在從40納米到200納米的頻譜范圍內以至少10W/mm2-sr的輻射率發射照射光。
【文檔編號】H01L21/66GK103460366SQ201280016263
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年1月30日 優先權日:2011年2月14日
【發明者】理查德·W·索拉茲, 斯特凡·P·杜蘭特, 秀輝·黃 申請人:科磊股份有限公司