使用受控制的照明和收集偏振的光学检查

背景技术

样品(诸如半导体晶片)变得越来越复杂并且越来越密集。另外，还出现了新形状和材料的微观结构元素。

检查此类样品变得越来越困难，并且具有对提供可以提供关于所检查的样品的尽可能多的信息的检查系统的增长的需要。

发明内容

可提供一种使用受控制的照明和收集偏振的光学检查。

可提供一种光学检查系统，可包括：照明光学器件，所述照明光学器件被配置为产生照明光束，以及用所述照明光束照明样品；至少一个收集光学器件，所述至少一个收集光学器件被配置为收集由于所述照明光束撞击在所述样品上造成的来自所述样品的光；至少一个检测器，所述至少一个检测器被配置为检测从所述至少一个收集光学器件输出的至少一个检测光束；多个偏振器，所述多个偏振器被配置为(a)通过在控制单元的控制下选择性地引入至少一个照明光学器件偏振改变来设定所述照明光束的偏振，以及(b)通过在所述控制单元的控制下选择性地引入至少一个收集光学器件偏振改变来设定所述至少一个检测光束的偏振；并且其中所述多个偏振器可包括照明半波片、第一四分之一波片、第二半波片、第二四分之一波片和第一非均匀偏振器。

可提供一种用于检查样品的方法，所述方法可包括：确定光学检查系统的多个偏振器的偏振；其中所述多个偏振器可包括第一半波片、第一四分之一波片、第二半波片、第二四分之一波片和第一非均匀偏振器；由照明光学器件产生照明光束；通过选择性地引入至少一个照明光学器件偏振改变来设定所述照明光束的偏振，并且用所述照明光束照明所述样品；由至少一个收集光学器件收集来自所述样品的光，其中所述光由对所述样品的所述照明导致；通过选择性地引入至少一个收集光学器件偏振改变来设定从所述至少一个收集光学器件输出的至少一个检测光束的偏振；以及由至少一个检测器检测所述至少一个检测光束。

附图说明

在说明书的结论部分中特别地指出并明确地要求保护被视为本公开的实施例的主题。然而，当与随附附图一起阅读时，可参考以下详细描述来最佳地理解本公开的关于组织和操作方法两者方面的实施例及其目标、特征和优点，在附图中：

图1是光学检查系统的示例；

图2是光学检查系统的示例；

图3是光学检查系统的示例；

图4示出了偏振模式的示例；

图5和图6示出了穆勒矩阵偏振测量(Mueller matrix polarimetry)的示例；

图7和图8示出了各种检测信号属性的示例；并且

图9是方法的示例。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。

然而，本领域技术人员将理解，本公开的当前实施例可在没有这些具体细节的情况下实践。在其他示例中，未详细地描述所熟知的方法、过程和部件，以免模糊本公开的实施例。

在说明书的结论部分中特别地指出并明确地要求保护被视为本公开的实施例的主题。然而，当与随附附图一起阅读时，可参考以下详细描述来最佳地理解本公开的关于组织和操作方法两者方面的实施例及其目标、特征和优点。

将了解，为了简洁地且清楚地说明，附图示出的要素不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，该要素中的一些的尺寸可相对于其他要素被夸大。另外，在认为适当时，附图标记在附图间可重复以指示对应或相似的要素。

由于本公开的所示出的实施例大部分都可使用本领域技术人员已知的电子部件和电路来实现，因此，为了理解和了解本公开的当前实施例的基础概念并且为了避免本公开的当前实施例的教导的混乱或歧义，除了如以上所说明的被认为必要的解释之外，不在任何更大的范围上对细节进行解释。

说明书中对方法的任何引用都应当加以必要变更地适用于能够执行该方法的系统。

说明书中对系统的任何引用都应当加以必要变更地适用于可由该系统执行的方法。

术语“和/或”意指附加地或替代地。

可提供一种使用受控制的照明和收集偏振的光学检查。

可提供一种光学检查系统，可包括：(i)照明光学器件，该照明光学器件被配置为产生照明光束以及用照明光束照明样品；(ii)至少一个收集光学器件，该至少一个收集光学器件被配置为收集由于照明光束撞击在样品上造成的来自样品的光；(iii)至少一个检测器，该至少一个检测器被配置为检测从至少一个收集光学器件输出的至少一个检测光束；(iv)以及多个偏振器，该多个偏振器被配置为(a)通过在控制单元的控制下选择性地引入至少一个照明光学器件偏振改变来设定照明光束的偏振，以及(b)通过在控制单元的控制下选择性地引入至少一个收集光学器件偏振改变来设定至少一个检测光束的偏振。多个偏振器可包括一个或多个半波片、一个或多个四分之一波片和一个或多个非均匀偏振器，其可以是用于收集和照明光学路径的公共或单独元件。

光学检查系统可通过控制上文提及的多个偏振器来以多个偏振产生照明光束和至少一个检测光束。例如，系统可表现出对横向电偏振(S偏振)和横向磁偏振(P偏振)以及P偏振和S偏振的每个组合的偏振状态(包括径向偏振、切向偏振，螺旋偏振和光学涡旋偏振)的控制。

偏振控制可由照明光学器件和至少一个收集光学器件施加，以用于反射成像模式、散射成像模式以及直至数值孔径(NA)的整个填充。

偏振控制可在可自适应地调整偏振参数的方法期间使用。

光学检查系统可通过增强缺陷的光信号并且附加地或替代地减小晶片辐射噪声来增大信噪比(SNR)。

图1至图3示出了根据一些实施例的示例性光学检查系统。

光学检查系统包括控制器和/或处理器60，并且具有共享一个或多个光学元件(诸如第二分束器28、望远镜36和物镜40)的照明光学器件和收集光学器件。

在图1中，照明光学器件和收集光学器件还共享位于第二光瞳平面82处的非均匀偏振器(诸如S-波片)32和定位在第一光瞳平面81与第二光瞳平面82之间的中继透镜42。第一光瞳平面81虚拟地横穿第二分束器28的中心。第二分束器28可包括例如外部部分27的背面反射镜(或另一个光学反射元件)。望远镜36放大倍数连同物镜40在孔平面中限定孔29和外部部分27的背面反射镜的NA区域。

在图1中，照明光学器件包括光源16、第一分束器20、第一半波片24、第一四分之一波片26、第二分束器28、中继透镜42、S波片32、望远镜36和物镜40。

S波片32能够由第一移动单元33移动。

第一移动单元33被配置为在S波片32定位在照明光束的路径内的第一位置与S波片32定位在照明光束的路径外的第二位置之间移动S波片32。

在图1中，照明束91由光源16输出，通过第一分束器20，可使其偏振由第一半波片24和第一四分之一波片26中的至少一者设定，通过第二分束器28的中心孔29，使其偏振由S波片32改变，并且由望远镜36和物镜40引导朝向样品90并聚焦到样品90上。

在图1中，至少一个收集光学器件包括物镜40、望远镜36、S波片32、中继透镜42、第二分束器28、第一半波片24、第一四分之一波片26、以及第一分束器20、第三半波片25’、和第三四分之一波片23’。

在图1中，反射束92通过物镜40、望远镜36，使其偏振由S波片32改变，通过中继透镜42、第二分束器28的中心孔29，可使其偏振由第一半波片24和第一四分之一波片26中的至少一者设定，并且由第一分束器20引导，可使其偏振由第三半波片25'和第三四分之一波片23'改变，并且可到达第一检测器52或以第一检测器52结束的任何第一检测光学器件。

在图1中，散射束93通过物镜40、望远镜36，使其偏振由S波片32改变，通过中继透镜42，撞击在第二分束器28的外部部分27的背面反射镜上，并且被引导朝向第二半波片44和第二四分之一波片48，可使其偏振由第二半波片44和第二四分之一波片48中的至少一者设定，并且被引导到第二检测器56或以第二检测器56结束的任何第二检测光学器件。第二半波片44包括第二孔45和第二外部部分43。

应当注意，反射束92和散射束93是基于假定样品的照明如图1所示的那样命名的。其他照明方案可使反射束通过图1的被称为反射束92的路径并使散射束通过被称为散射束93的路径。应当注意，光学检查系统可具有其他照明路径，例如以不同于九十度的角度照明样品的照明路径。

在图1中，为了解释的简单起见，束92被示出为传播到束91的一侧，但是两个束(至少在物体与第一分束器之间)可以是同轴的。

图2示出了其中S波片位于照明光束的路径外并位于反射束的路径外的光学检查系统的示例。

图3示出了位于与第二光瞳平面不同的第三光瞳平面83处(例如，位于第二分束器上游)的另一个非均匀偏振器(诸如其他S波片32')。该其他S波片32'可由第二移动单元33'移动。

第二移动单元33'被配置为在其他S波片32'定位在照明光束的路径内的第三位置与其他S波片32'定位在照明光束的路径外的第四位置之间移动其他S波片32'。

任何非均匀偏振器的任何移动可以是任何类型的，即线性、旋转等。

图3还示出了定位在其他S波片32'与第一光瞳平面81之间的另一个中继透镜42'。

图4示出了在单次或双次通过S波片之后的光偏振的示例.

线性(x轴)偏振101单次通过S波片提供径向(P)偏振111，而双次通过提供原始(线性x轴)偏振121。

线性(y轴)偏振102单次通过S波片提供切向(S)偏振112，而双次通过提供原始(线性Y轴)偏振122。

线性(对角)偏振103单次通过S波片提供螺旋偏振113，而双次通过提供原始(线性对角)偏振123。

圆形(X+iY)偏振104单次通过S波片提供光学涡旋偏振114，而双次通过提供原始(圆形)偏振124。

图5示出了在S-P基中硅基板反射的穆勒矩阵偏振测量的示例，如可在共同表示为130的十六个不同图像中看到的。图5示出了S-P是平面晶片几何形状的自然偏振基。

图6示出了在线性偏振基中硅基板反射的穆勒矩阵偏振测量的示例，如可在共同表示为132的十六个不同图像中看到的。

图7示出了使用反射收集通道的在粗糙Si表面上的Si粒子的在S-P基中的SNR图170的示例。这是其中最大SNR在不在S-P主轴的偏振配置处出现的示例。

该图展示了对于可跨越整个S-P基来找到最大SNR的系统的需要。

在图8中，示出了使用散射收集通道的在粗糙Si表面上的Si粒子的SNR图177和178。

图上的每个点是给定照明偏振和收集偏振的所计算的SNR。

顶部：线性偏振基。底部：S-P偏振基。SNR图是基于S矩阵方法中的全电磁有限差分时域(FDTD)模拟。

与基于线性偏振的显微镜相比，在S-P偏振基中，最大SNR高得多，并且在稳定非正交照明和收集偏振下出现。

光学检查系统可包括多于一个非均匀偏振器。例如，由照明光学器件和收集光学器件共享的非均匀偏振器(参见，例如S波片32)和另一个非均匀偏振器可被分配到散射收集通道(例如，具有位于分束器28与第二半波片44之间的另一个光瞳平面中的S波片)。

图9是方法400的示例。

方法400用于照明样品并检测来自样品的光。

方法400可从步骤410开始，步骤410为确定光学检查系统的多个偏振器的偏振；其中该多个偏振器包括第一半波片、第一四分之一波片、第二半波片、第二四分之一波片和第一非均匀偏振器。

在步骤410之后可以是步骤420，步骤420为由照明光学器件产生照明光束。

在步骤420之后可以是步骤430，步骤430为通过选择性地引入至少一个照明光学器件偏振改变来设定照明光束的偏振，并且用照明光束照明样品。

在步骤430之后可以是步骤440，步骤440为由至少一个收集光学器件收集来自样品的光，其中光由对样品的照明导致。

在步骤440之后可以是步骤450，步骤450为通过选择性地引入至少一个收集光学器件偏振改变来设定从至少一个收集光学器件输出的至少一个检测光束的偏振。

在步骤450之后可以是步骤460，步骤460为由至少一个检测器检测至少一个检测光束。

在前述说明书中，已经参考本公开的实施例的具体示例来描述本公开的实施例。然而，将清楚，在不脱离如所附权利要求书所阐述的本公开的实施例的更广泛的精神和范围的情况下，可在其中做出各种修改和改变。

此外，在说明书和权利要求书中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“在……上方”、“在……下方”等(如果有的话)用于描述性目的，而不一定用于描述永久性相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，使得本文描述的本公开的实施例例如能够以除了本文示出或以其他方式描述的取向的其他取向进行操作。

如本文所讨论的连接可以是适合于例如经由中间装置从相应节点、单元或装置或向相应节点、单元或装置传送信号的任何类型的连接。因此，除非另有暗示或指明，否则连接可为例如直接连接或间接连接。连接可作为单一连接、多个连接、单向连接或双向连接被参考来说明或描述。然而，不同实施例可改变连接的实现方式。例如，可使用单独的单向连接而不是双向连接，反之亦然。而且，可用串行地或以时间多路复用的方式传送多个信号的单一连接替代多个连接。同样，携带多个信号的单一连接可分离成携带这些信号的子集的各种不同连接。因此，存在用于传送信号的许多选项。

实现相同的功能的部件的任何布置有效地“关联”，使得实现所期望的功能。因此，在本文中组合以实现特定功能的任何两个部件都可被认为是彼此“关联”，使得实现所期望的功能，不管架构或中介部件如何。同样，如此关联的任何两个部件也可被认为是彼此“可操作地连接”或“可操作地耦接”以实现所期望的功能。

此外，本领域技术人员将认识到，在上述操作之间的边界仅是说明性的。多个操作可组合成单个操作，单个操作可被分布在附加操作中，并且操作可至少部分地时间上重叠地执行。此外，替代实施例可包括特定操作的多个实例，并且在各种其他实施例中，操作次序可变更。

而且，例如，在一个实施例中，所示出的示例可被实现为位于单个集成电路上或同一装置内的电路。替代地，示例可被实现为以合适的方式彼此互连的任何数量的单独的集成电路或单独的装置。

然而，其他修改、变化和替代物也是可能的。因此，说明书和附图被认为是说明性意义而非限制性意义。

在权利要求书中，放置在括号之间的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求书。词语“包括”不排除除了权利要求书中列出的要素或步骤之外的其他要素或步骤的存在。此外，如本文所使用的术语“一(a)”或“一个(an)”被定义为一个或多于一个。而且，在权利要求书中使用介绍性短语诸如“至少一个”和“一个或多个”不应当被理解为暗示以不定冠词“一(a)”或“一个(an)”介绍另一个权利要求要素将含有此类所介绍的权利要求要素的任何特定权利要求限制为本公开内容的含有仅一个此类要素的实施例，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词诸如“一个”时也是如此。定冠词的使用也是如此。除非另有陈述，否则术语诸如“第一”和“第二”用于任意地区分此类术语描述的要素。因此，这些术语不一定旨在指示此类要素的时间或其他优先次序。在互不相同的权利要求中叙述某些措施这一事实不指示无法有利地使用这些措施的组合。

虽然本文已经示出并描述了本公开的实施例的某些特征，但是本领域普通技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等效物。因此，将理解，所附权利要求书旨在覆盖落入本公开内容的实施例的真实精神内的所有此类修改和改变。