本發(fā)明屬于晶圓缺陷檢測，具體的說，涉及一種全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、隨著半導(dǎo)體制造工藝的快速發(fā)展其對晶圓表面缺陷尺寸的檢測要求也越來越高。目前晶圓缺陷檢測的方式主要有兩種，明場缺陷檢測技術(shù)和暗場缺陷檢測技術(shù)。明場缺陷檢測技術(shù)是通過收集待測表面的反射光或透射光進(jìn)而形成圖像；暗場缺陷檢測技術(shù)則是一種通過收集待測樣品表面的散射信號來檢測缺陷的非接觸式光學(xué)檢測技術(shù)。該技術(shù)相較于明場照明檢測，由于其暗場照明的特征，具有高對比度，高精度，背景噪聲小，無損檢測等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于晶圓缺陷檢測領(lǐng)域。

2、然而對于當(dāng)前主流的暗場缺陷檢測系統(tǒng)，國內(nèi)外均采用讓光源獨(dú)立以一定的角度斜入射到待測晶圓上，來完成暗場照明。這意味著照明光源為單一光源，并且目前的檢測系統(tǒng)只能借助于反射鏡或者手動調(diào)節(jié)激光光源位置來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。對于暗場缺陷檢測系統(tǒng)，其對斜入射的照射光的入射角度有一定的范圍要求。過大或者過小的入射角都會導(dǎo)致檢測效果不佳。目前的系統(tǒng)無法精準(zhǔn)的對斜入射光進(jìn)行調(diào)控，并且往往需要附加多個(gè)分束鏡反射鏡來達(dá)到斜入射的目的。同時(shí)單一光源會導(dǎo)致僅對某些方向的缺陷敏感，因此檢測效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有暗場缺陷檢測系統(tǒng)中斜入射的照射光，單一光源照射，照射角度無法精準(zhǔn)控制，光束需要分束鏡反射鏡等多個(gè)光學(xué)元件來實(shí)現(xiàn)暗場斜入射照明的問題，本發(fā)明提出了一種軸錐透鏡與曲面組合的物鏡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能夠暗場照明的暗場物鏡，這種物鏡不同于普通市面上購買的傳統(tǒng)暗場物鏡，僅在入瞳出瞳上與明場物鏡有所區(qū)別，而是通過軸錐透鏡形成環(huán)形光，再使用表面局部(反射區(qū))鍍膜的金屬殼套實(shí)現(xiàn)暗場照明，進(jìn)而無需再側(cè)方放置激光光源并且手動調(diào)控實(shí)現(xiàn)特定的斜入射光。本發(fā)明巧妙結(jié)合了軸錐透鏡能產(chǎn)生環(huán)形光的特點(diǎn)，通過將其與殼套結(jié)合，最終形成了全角度斜入射的暗場照明，相較于傳統(tǒng)暗場缺陷檢測系統(tǒng)中單一光源斜入射照明而言，該發(fā)明不但實(shí)現(xiàn)了斜入射角度可控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了全角度照明，達(dá)到類似于多光源照射的效果。本發(fā)明原理簡單，成本更低。本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體如下：

2、本發(fā)明提供一種全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)，其包括軸錐透鏡、相機(jī)ccd、物鏡、物鏡殼套和待測樣品；軸錐透鏡、相機(jī)ccd、物鏡和待測樣品沿著光傳播方向設(shè)置；物鏡殼套包括殼套本體和反射鏡，設(shè)立在物鏡外，整體呈兩段式開口筒狀結(jié)構(gòu)；物鏡殼套與物鏡的距離控制使得軸錐透鏡產(chǎn)生的環(huán)形光內(nèi)徑大于物鏡直徑；基于光束通過軸錐透鏡形成的環(huán)形光徑向尺寸隨著傳播距離的增加而增加，殼套本體的側(cè)壁沿光傳播方向呈相同趨勢傾斜實(shí)現(xiàn)內(nèi)徑的逐步增大，其內(nèi)徑大于環(huán)形光的內(nèi)徑使得環(huán)形光能正好通過物鏡殼套且不產(chǎn)生明顯干涉，同時(shí)避免環(huán)形光進(jìn)入物鏡殼套后光束被材料吸收或者產(chǎn)生改變光路行徑的多次反射，反射鏡設(shè)置在本體的末端；工作時(shí)，高斯光束通過軸錐透鏡形成環(huán)形光，環(huán)形光通過物鏡外的殼套形成斜入射的光束，反射光通過反射鏡反射到待測樣品表面再進(jìn)入相機(jī)ccd完成對散射光的收集，實(shí)現(xiàn)暗場檢測系統(tǒng)的斜入射照明。本發(fā)明中，反射鏡為平面反射鏡或者曲面反射鏡。

3、本發(fā)明中，反射鏡的內(nèi)表面設(shè)置鍍膜。

4、本發(fā)明中，軸錐透鏡的透過率函數(shù)為：

5、

6、式中，λ為光源波長，n為軸錐透鏡折射率，β為出射光與錐面法線的夾角，r為光束半徑。

7、本發(fā)明中，反射鏡斜率k滿足以下關(guān)系：

8、

9、其中：(m1,n1),(m2,n2)分別為a點(diǎn)、b點(diǎn)的坐標(biāo)，為出射環(huán)形光與z軸的夾角；a點(diǎn)為殼套主體部分與反射鏡的銜接點(diǎn)，b點(diǎn)為光束經(jīng)反射鏡反射后在待測樣品面上形成的會聚點(diǎn)，a點(diǎn)與b點(diǎn)之間的距離為物鏡的工作距離，為出射環(huán)形光與z軸的夾角。

10、本發(fā)明還提供一種上述的系統(tǒng)的全角度斜入射的暗場照明方法，高斯光束通過軸錐透鏡形成環(huán)形光，環(huán)形光通過物鏡外的物鏡殼套形成斜入射的光束，反射光通過反射鏡反射到待測樣品表面再進(jìn)入相機(jī)ccd完成對散射光的收集，實(shí)現(xiàn)暗場檢測系統(tǒng)的斜入射照明。

11、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

12、本發(fā)明依據(jù)軸錐透鏡的特征，選取所需波長的高斯光束通過軸錐透鏡形成環(huán)形光，環(huán)形光通過物鏡外的物鏡殼套形成斜入射的光束，反射光通過反射鏡進(jìn)入ccd完成對散射光的收集。該方法提高了斜入射光束入射角度的可控性，并且巧妙利用軸錐透鏡形成環(huán)形光，低成本實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的暗場照明。

13、本發(fā)明提出的方法相較于傳統(tǒng)暗場缺陷檢測系統(tǒng)中的照明方式，提供了一種全新的調(diào)控入射光的思路，通過設(shè)計(jì)殼層將照明巧妙與物鏡結(jié)合，將該設(shè)計(jì)用于物鏡上即可實(shí)現(xiàn)了真正意義上的暗場照明物鏡。

14、本發(fā)明相較于傳統(tǒng)暗場缺陷檢測系統(tǒng)中單一的照明光源而言，實(shí)現(xiàn)了全角度照明，使得各方向的缺陷更容易被檢測。

技術(shù)特征：

1.一種全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)，其特征在于，其包括軸錐透鏡、相機(jī)ccd、物鏡、物鏡殼套和待測樣品；軸錐透鏡、相機(jī)ccd、物鏡和待測樣品沿著光傳播方向設(shè)置；物鏡殼套包括殼套本體和反射鏡，設(shè)立在物鏡外，整體呈兩段式開口筒狀結(jié)構(gòu)；物鏡殼套與物鏡的距離控制使得軸錐透鏡產(chǎn)生的環(huán)形光內(nèi)徑大于物鏡直徑；基于光束通過軸錐透鏡形成的環(huán)形光徑向尺寸隨著傳播距離的增加而增加，殼套本體的側(cè)壁沿光傳播方向呈相同趨勢傾斜實(shí)現(xiàn)內(nèi)徑的逐步增大，其內(nèi)徑大于環(huán)形光的內(nèi)徑使得環(huán)形光能正好通過物鏡殼套且不產(chǎn)生明顯干涉，同時(shí)避免環(huán)形光進(jìn)入物鏡殼套后光束被材料吸收或者產(chǎn)生改變光路行徑的多次反射，反射鏡設(shè)置在本體的末端；工作時(shí)，高斯光束通過軸錐透鏡形成環(huán)形光，環(huán)形光通過物鏡外的殼套形成斜入射的光束，反射光通過反射鏡反射到待測樣品表面再進(jìn)入相機(jī)ccd完成對散射光的收集，實(shí)現(xiàn)暗場檢測系統(tǒng)的斜入射照明。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)，其特征在于，反射鏡為平面反射鏡或者曲面反射鏡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)，其特征在于，反射鏡的內(nèi)表面設(shè)置鍍膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)，其特征在于，軸錐透鏡的透過率函數(shù)為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)，其特征在于，反射鏡斜率k確定了物鏡殼套側(cè)壁的傾斜角度及其與環(huán)形光傳播方向的匹配程度，反射鏡斜率k滿足以下關(guān)系：

6.一種基于權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)的全角度斜入射的暗場照明方法，其特征在于，高斯光束通過軸錐透鏡形成環(huán)形光，環(huán)形光通過物鏡外的物鏡殼套形成斜入射的光束，反射光通過反射鏡反射到待測樣品表面再進(jìn)入相機(jī)ccd完成對散射光的收集，實(shí)現(xiàn)暗場檢測系統(tǒng)的斜入射照明。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于晶圓缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種全角度斜入射的暗場照明系統(tǒng)和方法，其可適用于暗場晶圓缺陷檢測；本發(fā)明通過利用軸錐透鏡的特性產(chǎn)生環(huán)形光束，并且在該環(huán)形光束后方，根據(jù)環(huán)形光特征，為物鏡設(shè)計(jì)了一種反射殼套，當(dāng)環(huán)形光束通過該殼套后，最終會被以一定角度反射到待測樣品表面；本發(fā)明巧妙結(jié)合了軸錐透鏡能產(chǎn)生環(huán)形光的特點(diǎn)，通過將其與殼套結(jié)合，最終形成了全角度斜入射的暗場照明，相較于傳統(tǒng)暗場缺陷檢測系統(tǒng)中單一光源斜入射照明而言，該發(fā)明不但實(shí)現(xiàn)了斜入射角度可控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了全角度照明，達(dá)到類似于多光源照射的效果。本發(fā)明原理簡單，成本更低。

技術(shù)研發(fā)人員：孔令豹,申雁雯,華詩晴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：復(fù)旦大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23