用于光学表面缺陷材料特性化的方法及系统技术方案

本文中描述用于基于来自样本的暗场散射相位而检测缺陷并对所述缺陷进行分类的方法及系统。在一些实施例中，通过用同一光学系统检测缺陷并对所述缺陷进行分类来增加吞吐量。在一个方面中，基于从集光光瞳中至少两个空间上相异的位置收集的经散射光的所测量相对相位而对缺陷进行分类。如果通过光瞳平面处任何两个空间上相异的位置透射的光之间存在相位差，那么依据干涉条纹在成像平面中的位置来确定所述相位差。所述所测量相位差指示所测量样本的材料组成。在另一方面中，一种检验系统包含经配置以在集光光瞳中不同可编程位置处对光瞳进行取样的可编程光瞳孔口装置。光瞳进行取样的可编程光瞳孔口装置。光瞳进行取样的可编程光瞳孔口装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学表面缺陷材料特性化的方法及系统
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本专利申请案依据35U.S.C.
§
119主张于2019年7月9日提出申请的标题为“使用光学显微镜的缺陷材料特性化的方法(Method Of Defect Material Characterization Using Optical Microscope)”的第62/871,872号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物以其全文引用方式并入本文中。


[0003]所描述实施例涉及用于表面检验的系统，且更特定来说涉及半导体晶片检验模态。

技术介绍

[0004]例如逻辑及存储器装置等半导体装置通常通过应用于衬底或晶片的处理步骤序列而制作。通过这些处理步骤形成所述半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作工艺。半导体制作工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单一半导体晶片上制作多个半导体装置，且然后将所述多个半导体装置分离成个别半导体装置。
[0005]小心地控制半导体制作环境以最小化晶片污染。非想要材料颗粒会干涉制作过程、使所制作装置的性能降级或发生这两种情况。随着半导体设计规则不断演进，对衬底的均匀性及洁净度的要求不断提高。允许的缺陷数目及最大允许颗粒大小随着制作中装置的大小而按比例缩放。
[0006]一般来说，检验系统在生产过程中的任一时刻会检测样本上任一类型的缺陷。在一些实例中，检验系统通常用以在处理之前定位衬底上的缺陷以确保所述衬底适合于继续制造或者在生产之前识别晶片上的缺陷位点。一个此类检验系统是针对非所期望颗粒对晶片表面进行照明及检验的光学表面检验系统。光学表面检验系统通常是定位缺陷并产生位于每一经检验晶片上的缺陷的映图的高吞吐量系统。
[0007]另外，按材料类型、结构特性等对缺陷进行分类通常是所期望的。通常，单独缺陷再检验工具用以执行缺陷分类任务。在一些实例中，通过光学检验工具来定位缺陷。经检验晶片及缺陷位置映图被传送到缺陷再检验工具。缺陷再检验工具对由光学检验系统识别的缺陷位置中的一或多者执行详细分析以对每一位置处的缺陷进行分类。
[0008]通常按材料组成对缺陷进行分类。在一个实例中，对缺陷材料组成的了解使得操作者能够确定适当清洁程序以从晶片去掉缺陷颗粒。在另一实例中，对缺陷材料组成的了解指示晶片污染源，因此使得操作者能够采取行动来停止进一步晶片污染。
[0009]传统缺陷分类工具及技术在对小颗粒大小、吞吐量或两者的灵敏度方面受到限制。举例来说，能量色散X射线光谱法(EDX)针对一些材料而非针对例如无机化合物或有机颗粒等其它材料以高灵敏度提供缺陷材料分析能力。另外，EDX的吞吐量不足，因此无法在半导体制作设施中进行具成本效益的缺陷分类。
[0010]为增加吞吐量，可期望用用以检测缺陷位置的同一光学检验工具至少执行一些缺陷分类任务。特定来说，与采用EDX或次级离子质谱法(SIMS)技术的传统分析工具相比，用光学检验工具执行缺陷成分分析带来显著优点。用光学检验工具执行缺陷分类消除了将晶片与缺陷映图传送到用于缺陷分类的另一工具的需要。另外，可立即从光学检验工具获得缺陷分类结果。在典型半导体装置制造过程中，这将转回时间从几小时减少到几分钟。另外，用光学检验工具进行缺陷分类是非破坏性的；在无需破坏样本、无需从样本移除材料等情况下执行分析。
[0011]赵(Zhao)等人的且受让给KLA公司的第2018/0188188号美国专利公开案描述了在高吞吐量下以对小颗粒大小的充分灵敏度检测缺陷并对所述缺陷进行分类的各种光学检验系统，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。特定来说，赵描述了采用相移相衬成像技术对缺陷进行分类的光学检验系统。相移相衬技术需要在光学系统的集光光瞳平面处对镜面反射光及经散射光进行空间分离以引入镜面反射光与经散射光之间的相对相移。为实现这种空间分离，照明射束的分布限制于物镜的光瞳平面内的所选位置。这限制了由照明源提供到晶片的光子数目，这又限制了光学检验系统的灵敏度。
[0012]随着半导体设计规则不断演进，必须由表面检验系统检测的最小颗粒大小在大小上不断缩小。另外，可期望用用以检测缺陷的同一光学工具对检测到的缺陷进行分类。所制作特征的大小的稳定减小及同时检测缺陷并对所述缺陷进行分类的需求给检验系统的灵敏度及吞吐量带来了挑战。
[0013]期望对光学表面检验系统进行改进从而以较大灵敏度及吞吐量检测晶片表面上照明光点的检验路径中的缺陷并对所述缺陷进行分类。

技术实现思路

[0014]本文中描述用于基于来自样本的暗场散射的相位而检测缺陷并对所述缺陷进行分类的方法及系统。在一些实施例中，通过用同一光学系统检测缺陷并对所述缺陷进行分类(即，由同一光学工具执行的缺陷检验及缺陷再检验)来增加吞吐量。在其它实施例中，通过并入本文中所描述的技术来增强光学检验及光学再检验工具。
[0015]在一个方面中，基于从集光光瞳中至少两个空间上相异的位置收集的经散射光的所测量相对相位而对缺陷进行分类。特定来说，所述缺陷分类是基于经散射光针对给定照明角度的所测量相对相位。因此，仅在检验系统的收集光学器件中实施本文中所描述的技术；从而产生简单且具成本效益的光学检验/缺陷再检验系统。从集光光瞳中至少两个空间上相异的位置收集经散射光，同时阻挡剩余光。在这些条件下，明确定义的干涉图案形成于检测器的光敏表面处的图像平面处。如果通过光瞳平面处两个空间上相异的位置透射的光之间存在相位差，那么依据干涉条纹在所述成像平面中的位置来确定所述相位差。所测量相位差指示所测量样本的材料组成。
[0016]在另一方面中，所述所测量相位差与通样品相关联的已知相位差值之间的差被确定为校正值。在一些实施例中，受测量的材料是具有已知材料性质及相位响应的已知材料。在这些实施例中，由检验系统测量的所述相位差与所述已知相位差之间的差指示所述测量系统中的系统误差，例如，光学像差、测量电子器件误差等。所述校正值存储在存储器中。由所述系统执行的后续相位差测量由所述所存储校正值校正以补偿存在于所述相位差测量
中的所述系统误差。
[0017]在另一方面中，使用快速傅立叶变换(FFT)算法从存在于所检测图像中的干涉图案提取相位差信息。所述FFT算法提供了极好噪声排除并且是计算上高效的。在其它实例中，采用测量的物理模型与所测量干涉图案的迭代拟合来确定从光瞳平面中的两个不同位置散射的光之间的相位差。
[0018]在另一方面中，检验系统包含经配置以在集光光瞳中的不同可编程位置处对光瞳进行取样的可编程光瞳孔口装置。以这种方式，针对每一相位差测量而控制光瞳平面中的每一取样位置的定位。
[0019]前文是
技术实现思路
且因此必然含有细节的简化、概述及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，
技术实现思路
仅为说明性的且不以任何方式为限制性的。在本文中所陈述的非限制性具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，其包括：照明源，其经配置以产生引导到样品的表面上的测量光点的第一量的照明光；集光物镜，其经配置以响应于所述第一量的照明光而从所述样品的所述表面上的所述测量光点收集第一量的所收集光，所述第一量的所收集光包含所述集光物镜的集光光瞳内的暗场散射光；第一配置中的位于所述集光物镜的光瞳平面处或附近的一或多个掩模元件、与所述集光物镜的所述光瞳平面共轭的光瞳平面或者其任一组合，所述第一配置中的所述一或多个掩模元件阻挡所述第一量的所收集光的第一部分且透射所述第一量的所收集光的第二部分，所述第一量的所收集光的所述第二部分是由所述第一配置中的所述一或多个掩模元件从所述集光光瞳中至少两个空间上相异的位置选择的；成像检测器，其具有位于与所述样品的所述表面共轭的场平面处或附近的光敏表面，所述成像检测器经配置以在所述场平面处或附近检测由所述第一量的所收集光的所述第二部分形成的第一干涉图案；及计算系统，其经配置以进行以下操作：接收指示所述第一干涉图案的输出信号；及依据所述第一干涉图案来确定由所述第一配置中的所述一或多个掩模元件从所述至少两个空间上相异的位置中的第一位置选择的所述经透射光与由所述第一配置中的所述一或多个掩模元件从所述至少两个空间上相异的位置中的第二位置选择的所述经透射光之间的第一相位差。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：第二配置中的位于所述集光物镜的所述光瞳平面处或附近的一或多个掩模元件、与所述集光物镜的所述光瞳平面共轭的所述光瞳平面或者其任一组合，其中所述照明源进一步经配置以产生引导到所述样品的所述表面上的所述测量光点的第二量的照明光，其中所述集光物镜进一步经配置以响应于所述第二量的照明光而从所述样品的所述表面上的所述测量光点收集第二量的所收集光，所述第二量的所收集光包含所述集光物镜的所述集光光瞳内的暗场散射光，其中所述第二配置中的所述一或多个掩模元件阻挡所述第二量的所收集光的第一部分且透射所述第二量的所收集光的第二部分，所述第二量的所收集光的所述第二部分是由所述第二配置中的所述一或多个掩模元件从所述集光光瞳中至少两个空间上相异的位置选择的，其中由所述第二配置中的所述一或多个掩模元件选择的所述至少两个空间上相异的位置中的至少一者不同于由所述第一配置中的所述一或多个掩模元件选择的所述至少两个空间上相异的位置中的至少一者，其中所述成像检测器进一步经配置以检测由所述第二量的所收集光的所述第二部分形成的第二干涉图案；且其中所述计算系统进一步经配置以进行以下操作：接收指示所述第二干涉图案的输出信号；依据所述第二干涉图案来确定由所述第二配置中的所述一或多个掩模元件从所述至
少两个空间上相异的位置中的第一位置选择的所述经透射光与由所述第二配置中的所述一或多个掩模元件从所述至少两个空间上相异的位置中的第二位置选择的所述经透射光之间的第二相位差；及基于所述第一相位差及所述第二相位差而对位于所述测量光点处的缺陷进行分类。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述缺陷的所述分类涉及基于所述第一相位差及所述第二相位差而确定所述缺陷的材料组成。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一相位差的所述确定涉及所述第一干涉图案的快速傅立叶变换(FFT)分析。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一相位差的所述确定涉及测量的物理模型与所述第一干涉图案的迭代拟合。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述集光光瞳中所述至少两个空间上相异的位置中的所述第一位置与所述集光光瞳中所述至少两个空间上相异的位置中的所述第二位置之间的空间间隔跨越从0.1到0.9的NA范围。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述集光光瞳中所述至少两个空间上相异的位置中的所述第一位置与所述集光光瞳中所述至少两个空间上相异的位置中的所述第二位置对称地位于所述集光光瞳的中心周围。8.根据权利要求1所述的系统，其中由所述第一配置中的所述一或多个掩模元件在所述集光光瞳中所述至少两个空间上相异的位置中的所述第一位置处形成的第一孔口开口的大小处于从0.01NA到0.3NA的范围中，并且由所述第一配置中的所述一或多个掩模元件在所述集光光瞳中的所述至少两个空间上相异的位置中的所述第二位置处形成的第二孔口开口的大小对称地位于所述集光光瞳的中心周围处于从0.01NA到0.3NA的范围中。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一孔口开口的所述大小不同于所述第二孔口开口的所述大小。10.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括：中性密度滤光器，其安置在由所述第一配置中的所述一或多个掩模元件选择的所述经透射光的光学路径中，位于由所述一或多个掩模元件形成所述第一孔口开口的所述第一位置处或附近。11.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：第一致动器，其耦合到所述一或多个掩模元件中的第一掩模元件，所述第一致动器通信地耦合到所述计算系统，其中所述第一致动器响应于从所述计算系统传递到所述第一致动器的第一控制命令而将所述第一掩模元件移动到第一所期望位置。12.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括：第二致动器，其耦合到所述一或多个掩模元件中的第二掩模元件，所述第二致动器通信地耦合到所述计算系统，其中所述第二致动器响应于从所述计算系统传递到所述第二致动器的第二控制命令而将所述第二掩模元件移动到第二所期望位置。13.根据权利要求1所述的系统，所述集光物镜具有至少跨越从0.1数值孔径(NA)到0.99NA的范围的NA。14.根据权利要求1所述的系统，所述计算系统进一步经配置以进行以下操作：确定所述第一相位差与同所述样品相关联的已知相位差值之间的差；及
将所述差值作为校正因子存储在存储器中，所述校正因子适用于由所述系统使用所述第一配置中的所述一或多个掩模元件执行的后续相位差测量。15.一种方法，其包括：产生引导到样品的表面上的测量光点的第一量的照明光；响应于所述第一量的照明光而从所...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志伟，K，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：