專利名稱：具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型與硅片表面缺陷檢測有關，特別是一種具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，利用米氏散射原理對集成電路制造中硅片表面的缺陷進行實時檢測。
背景技術：
近年來，針對各類表面缺陷的激光掃描散射檢測技術得到了快速的發(fā)展。當聚焦的激光束在硅片表面掃描時，表面的缺陷會產(chǎn)生缺陷散射光。這些缺陷散射光中包含了缺陷的形狀、種類和位置等豐富的信息。通過光電探測器收集這些缺陷散射光，并進行分析處理，最終得到缺陷的形狀及位置等信號。
現(xiàn)有的硅片表面缺陷檢測系統(tǒng)如圖1所示。從激光器(1)發(fā)出光束經(jīng)過擴束系統(tǒng)(2)、聚焦透鏡(3)以及平面反射鏡(4)后轉折且聚焦于待測硅片(5)表面，反射光方向設有一球面反射鏡(6)，使光束返回并重新聚焦于原來的點。兩片平凸透鏡組成的聚光鏡組(7)對散射光進行收集，光電探測器(8)置于聚光鏡組(7)的焦點處。
在圖1所示的裝置中，其反射光沿原光路返回待測硅片(5)表面的測量點，對光學元件會產(chǎn)生損傷。另外，理論表明微細粒子反射光一側的散射信號比入射光一側要強得多，如圖3所示，而現(xiàn)有技術兩次聚焦是從兩側入射，因此缺陷散射信號不夠集中，不利于散射光的收集。而且在圖1裝置中聚光鏡組位于待測硅片(5)表面的法線方向，容易受到法線方向表面散射信號的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，解決光束沿原路返回而造成光學元件的損傷；使待測的缺陷散射光強倍增并且兩次缺陷散射光比較集中，有利于的收集；避開表面散射信號的干擾。
本實用新型的技術解決方案如下一種具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，所述的激光入射系統(tǒng)由激光器、擴束系統(tǒng)、聚焦鏡和平面反射鏡構成，所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)由一聚光鏡組和位于該聚光鏡組的焦點位置光電探測器組成，其特征在于還有①散射光強倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡和第二球面反射鏡構成，其位置關系是由平面反射鏡輸出的光束聚焦于待測硅片表面的第一焦點，光束經(jīng)第一焦點反射，在該反射光方向設有一順時針偏轉θ角的第一球面反射鏡，經(jīng)該第一球面反射鏡的反射光聚焦入射于待測硅片表面的第二焦點，該光束經(jīng)第二焦點反射，在第二焦點反射光方向設有與該反射光方向逆時針偏轉θ角的第二球面反射鏡，其反射光再次聚焦至待測硅片表面的第一焦點；②在第一焦點的第二次反射光路上設有一光陷阱；③所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片的法線之間的夾角為β；④所述的第一球面反射鏡和第二球面反射鏡位于一光軸調(diào)整架上，待測硅片的平動和轉動由精密工作臺實現(xiàn)，所述的平面反射鏡、第一球面反射鏡、第二球面反射鏡和光陷阱之間的位置滿足幾何光學的物像關系。
所述的經(jīng)平面反射鏡和第二球面鏡的反射光束從同一側入射待測硅片，入射角相近。
所述的角度β的取值范圍是45°≤β≤60°。
同現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下技術特點1.第一球面反射鏡順時針偏轉θ角，使光路不沿原路返回，以保護光學元件。
2.選用適當焦距的第一球面反射鏡使得反射光經(jīng)第二焦點反射，在二次反射光路上放第二球面反射鏡進行再次聚焦，并使其焦點與第一焦點重合。因為兩次聚焦從同一側入射，使得缺陷散射光強倍增并且有利于缺陷散射信號的吸收。
3.聚光鏡組向反射光一側偏轉一定的角度β，以利于收集缺陷散射信號，而且可以避免法線方向表面散射光的干擾。
4.利用光陷阱吸收最后的反射光線，防止其對散射信號產(chǎn)生影響。
圖1是現(xiàn)有硅片表面缺陷系統(tǒng)示意圖。
圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。
圖3是傾斜光入射待測硅片表面的散射光分布和強度示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖本實用新型作詳細說明。
先請參閱圖2，圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。由圖可見，本實用新型具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，所述的激光入射系統(tǒng)由激光器9、擴束系統(tǒng)10、聚焦鏡11和平面反射鏡12構成，所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)由一聚光鏡組21和位于該聚光鏡組21的焦點位置光電探測器22組成，其特征在于還有①散射光強倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡20和第二球面反射鏡14構成，其位置關系是由平面反射鏡12輸出的光束聚焦于待測硅片15表面的第一焦點18，光束經(jīng)第一焦點18反射，在該反射光方向設有一順時針偏轉θ角的第一球面反射鏡20，經(jīng)該第一球面反射鏡20的反射光聚焦入射于待測硅片15表面的第二焦點16，該光束經(jīng)第二焦點16反射，在第二焦點16反射光方向設有與該反射光方向逆時針偏轉θ角的第二球面反射鏡14，其反射光再次聚焦至待測硅片15表面的第一焦點18；②在第一焦點18的第二次反射光路上設有一光陷阱19；③所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片15的法線之間的夾角為β；④所述的第一球面反射鏡20和第二球面反射鏡14位于一光軸調(diào)整架13上，待測硅片15的平動和轉動由精密工作臺17實現(xiàn)，所述的平面反射鏡12、第一球面反射鏡20、第二球面反射鏡14和光陷阱19之間的位置滿足幾何光學的物像關系。
所述的經(jīng)平面反射鏡12和第二球面鏡14的反射光束從同一側入射待測硅片15，入射角相近。
所述的角度β的取值范圍是45°≤β≤60°。
其工作過程為激光器9發(fā)出的光束依次經(jīng)過擴束系統(tǒng)10、聚焦鏡11和平面鏡12轉折聚焦于硅片15表面的第一焦點18，光束由第一焦點18點反射后進入順時針偏轉θ角的第一球面反射鏡20，改變方向后入射在硅片的第二焦點16，通過硅片二次反射進入逆時針偏轉θ角的第二球面反射鏡14并再次聚焦至第一焦點18，從而實現(xiàn)了兩次從同一側聚焦于同一位置，達到光強倍增的目的。通過兩個平凸鏡所組成的聚光鏡組21收集第一焦點18的缺陷散射光，光電探測器22位于聚光鏡組21的焦點位置。最后的反射光被光陷阱19吸收。通過光軸調(diào)整架13調(diào)整第一球面反射鏡20和第二球面反射鏡14的偏轉角度θ。硅片通過精密工作臺17進行平動和轉動。平面反射鏡12、第一球面反射鏡20、第二球面反射鏡14以及光陷阱19之間的位置滿足幾何光學的物像關系。
根據(jù)理論研究可知第一焦點18的缺陷散射信號主要集中在反射光一側，在法線方向主要分布表面散射光，如圖3所示?，F(xiàn)有技術的兩次聚焦是從不同側面入射，其缺陷散射信號不集中，而且中間夾著表面散射光，不利于收集。本實用新型的兩次聚焦是從同一側入射，而且入射角度非常相近，因此其兩次的缺陷散射信號集中在反射光一側，用于收集缺陷散射光的聚光鏡組向反射光一側偏轉一定角度β，避開了法線方向的表面散射光干擾。
對于微細粒子的散射，散射信號只有反射信號的10-6，所以硅片和反射鏡均可認為是全反射，本實用新型兩次聚焦的光強幾乎相等，而且兩次入射角非常接近，因此可以實現(xiàn)光強倍增的目的。
圖3是傾斜光入射檢測系統(tǒng)中散射光分布和強度，其中23為入射光方向，24為硅片表面，25為缺陷散射光分布，26為反射光方向，27為硅片表面散射光分布，28為法線方向。根據(jù)理論研究可知硅片表面的缺陷散射信號主要集中在反射光一側，在法線方向主要分布著表面散射光?，F(xiàn)有技術的兩次聚焦是從不同側面入射的，其缺陷散射信號不集中，而且中間夾著表面散射光，不利于收集。本實用新型的兩次聚焦是從同一側入射的，而且入射角度非常相近，因此其兩次的缺陷散射信號相對比較集中在反射光一側，本發(fā)明的聚光鏡組21向反射光一側偏轉一定角度β，避開了法線方向的表面散射光，有利于收集缺陷散射信號。
對于微細粒子的散射，散射信號只有反射信號的10-6，所以硅片和反射鏡均可認為是全反射，本實用新型兩次聚焦的光強幾乎相等，而且兩次入射角非常接近，因此可以實現(xiàn)光強倍增的目的。
在實施例中，激光束經(jīng)過平面反射鏡12后以70°角入射并聚焦于硅片15表面的第一焦點18處。在反射光方向離第一焦點18距離45mm處放一焦距為25mm的第一球面反射鏡20，通過光軸調(diào)整架13使第一球面反射鏡20順時針偏轉2°，使得光束不沿原路返回，其反射光聚焦于第二焦點16，此點離需要檢測的第一焦點18的距離約12mm，此距離相對于微納米級的缺陷尺寸而言已經(jīng)很大，不會對第一焦點18的檢測產(chǎn)生影響。光束經(jīng)硅片反射后，在二次反射光方向距第二焦點16距離30.5mm處設置一焦距為17.6mm的第二球面反射鏡14，通過光軸調(diào)整架13使第二球面反射鏡逆時針偏轉2°，使光束再次聚焦于第一焦點18。因散射光強度與入射光的強度成正比關系，而且，缺陷反射光比較集中于反射光一側，所以通過兩次從同一側聚焦于同一位置不但可以增強缺陷散射信號的強度，還有利于散射信號的收集。聚光鏡組21向反射光一側傾斜50°角以充分收集散射信號，同時可以避免法線方向表面散射光的干擾。在最后的反射光方向設置一光陷阱19，將最終的反射光吸收掉，以免對缺陷散射信號產(chǎn)生影響。
權利要求1.一種具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，所述的激光入射系統(tǒng)由激光器(9)、擴束系統(tǒng)(10)、聚焦鏡(11)和平面反射鏡(12)構成，所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)由一聚光鏡組(21)和位于該聚光鏡組(21)的焦點位置光電探測器(22)組成，其特征在于還有①散射光強倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡(20)和第二球面反射鏡(14)構成，其位置關系是由平面反射鏡(12)輸出的光束聚焦于待測硅片(15)表面的第一焦點(18)，光束經(jīng)第一焦點(18)反射，在該反射光方向設有一順時針偏轉θ角的第一球面反射鏡(20)，經(jīng)該第一球面反射鏡(20)的反射光聚焦入射于待測硅片(15)表面的第二焦點(16)，該光束經(jīng)第二焦點(16)反射，在第二焦點(16)反射光方向設有與該反射光方向逆時針偏轉θ角的第二球面反射鏡(14)，其反射光再次聚焦至待測硅片(15)表面的第一焦點(18)；②在第一焦點(18)的第二次反射光路上設有一光陷阱(19)；③所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片(15)的法線之間的夾角為β；④所述的第一球面反射鏡(20)和第二球面反射鏡(14)位于一光軸調(diào)整架(13)上，待測硅片(15)的平動和轉動由精密工作臺(17)實現(xiàn)，所述的平面反射鏡(12)、第一球面反射鏡(20)、第二球面反射鏡(14)和光陷阱(19)之間的位置滿足幾何光學的物像關系。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，其特征在于所述的經(jīng)平面反射鏡(12)和第二球面鏡(14)的反射光束從同一側入射待測硅片(15)，入射角相近。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，其特征在于所述的角度β的取值范圍是45°≤β≤60°。
專利摘要一種具有散射光強倍增系統(tǒng)的硅片表面缺陷檢測儀，包括激光入射系統(tǒng)和缺陷散射光收集系統(tǒng)，其特點是還有散射光強倍增系統(tǒng)，由第一球面反射鏡和第二球面反射鏡構成；在第一焦點的第二次反射光路上設有一光陷阱；所述的缺陷散射光收集系統(tǒng)的光軸與所述的待測硅片的法線之間的夾角為β；所述的第一球面反射鏡和第二球面反射鏡位于一光軸調(diào)整架上，待測硅片的平動和轉動由精密工作臺實現(xiàn)，所述的平面反射鏡、第一球面反射鏡、第二球面反射鏡和光陷阱之間的位置滿足幾何光學的物像關系。本實用新型解決了光學元件易損傷；使待測硅片的缺陷散射光強倍增并且兩次缺陷散射光比較集中，有利于收集；避開了硅片表面散射信號的干擾。
文檔編號G01N21/88GK2812292SQ20052004334
公開日2006年8月30日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權日2005年7月12日
發(fā)明者張志平, 程兆谷, 高海軍, 覃兆宇 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所