阅读说明：本技术 以倾斜入射角于样本表面上的检验光束成形 (Inspection beam shaping on sample surface at oblique incidence angle ) 是由 许志伟 黄春圣 李晴 于 2019-02-11 设计创作，主要内容包括：本发明揭示一种用于光学检验工具的光束成形器,其包含：聚焦透镜,其用以使光束以一倾斜入射角聚焦到目标上；及相位调制器,其用以在所述光束以所述倾斜入射角聚焦到所述目标上时使所述光束的顶部在所述目标的平面中基本上变平。(A beam shaper for an optical inspection tool is disclosed, including: a focusing lens for focusing the light beam onto the target at an oblique incident angle; and a phase modulator to substantially flatten the top of the beam in the plane of the target when the beam is focused onto the target at the oblique angle of incidence.)

以倾斜入射角于样本表面上的检验光束成形

相关申请案

本申请案主张2018年2月15日申请的标题为“以倾斜入射角于样本表面上的检验光束成形(Methods and Systems of Shaping Inspection Beam on a Sample Surfaceat Oblique Incident Angle)”的第62/631,128号美国临时专利申请案的优先权，所述案的全文出于所有目的以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及光学检验工具(例如，用于半导体检验)，且更明确来说，涉及光学检验工具中的光束成形。

背景技术

光学检验工具用于通过提供从目标散射离开的光束(其也称为照明光束)来检验目标(例如半导体晶片)。在由光束照明的轨道内(即，在“检验轨道”内)的目标的表面上存在缺陷(例如颗粒)将影响散射光束的方式，从而允许检测缺陷。然而，光束的形状限制光学检验工具的灵敏度。例如，如果光束是近似高斯(Gaussian)使得强度朝向检验轨道的边缘下降，那么此强度下降限制用于检测轨道内的缺陷的灵敏度阈值。替代地，用于光学工具的光束强度可能必须提高以实现所要灵敏度。此外，光束可具有相对于目标的倾斜入射角，使得入射角不是直角(即，光束倾斜入射于目标上)。当入射角是斜角时，光束在目标的平面中的形状将不同于光束在径向平面中的形状。

发明内容

因此，鉴于光束相对于目标的倾斜入射角，需要使光束成形以使光束的顶部在目标的平面中变平的方法及系统。

在一些实施例中，一种用于光学检验工具的光束成形器包含：聚焦透镜，其用以使光束以一倾斜入射角聚焦到目标上；及相位调制器，其用以在所述光束以所述倾斜入射角聚焦到所述目标上时使所述光束的顶部在所述目标的平面中基本上变平。

在一些实施例中，一种光束成形方法包含相位调制光束及使所述光束以一倾斜入射角聚焦到目标上。经相位调制且以所述倾斜入射角聚焦到所述目标上的所述光束在所述目标的平面中具有基本上变平的顶部。

附图说明

为较佳理解各种所描述的实施方案，应结合以下图式参考下文

具体实施方式

，图式未按比例绘制。

图1是根据一些实施例的使光束成形以使光束的顶部在目标的平面中基本上变平的光束成形器的示意性说明。

图2展示根据一些实施例的使用图1的光束成形器的不同实例的模拟在目标的平面中产生的模拟光束轮廓。

图3展示根据一些实施例的源自图1的光束成形器中的衍射光学元件(DOE)相位调制器中的对称相位项与非对称相位项的卷积的目标的平面中的模拟光束轮廓。

图4展示根据一些实施例的其中图1的光束的路径中的表面经光刻成形且因此具有阶梯的DOE。

图5展示根据一些实施例的图4的DOE的横截面。

图6展示根据一些实施例的使用涉及DOE的模拟在目标的平面中产生的模拟光束轮廓。

图7是根据一些实施例的光束成形方法的流程图。

在整个图式及说明书中，相同元件符号指代对应部件。

具体实施方式

现将详细参考各种实施例，其实例在附图中被说明。在以下详细描述中，阐述许多特定细节以提供各种所描述的实施例的透彻理解。然而，所属领域的一般技术人员将明白，可在没有这些特定细节的情况下实践各种所描述的实施例。在其它例子中，未详细展示众所周知的方法、过程、组件、电路及网络以免不必要地模糊实施例的方面。

图1是根据一些实施例的使光束102成形以使光束102的顶部在目标108(例如半导体晶片)的平面中(例如，在目标108的表面上)基本上变平的光束成形器100的示意性说明。光束成形器100是光学检验工具(例如半导体光学检验工具)的照明系统的部分。具有拥有光束腰半径w₀的光束腰的光束102是由照明系统中的照明源(例如激光器)提供。光束成形器100包含相位调制器104(例如位于光束102的路径中的相位调制板)及聚焦透镜106。相位调制器104实施相位调制函数Φ且借此调制光束102的相位。聚焦透镜106使光束102以一倾斜入射角(如从目标108的表面法线测量)聚焦到目标108上。目标108可安装于卡盘110上。

相位调制器104的相位调制函数Φ相位调制光束102，使得光束102的顶部在目标108的平面中(例如，在目标108的表面上)基本上平坦(例如，均匀到10％内)。根据一些实施例，光束成形器100不包含强度调制器且因此未使用强度调制来使光束成形。由于未使用强度调制，故光束成形器100不会使光束102的强度降级，这是敏感、渴望光子(photon-hungry)应用所期望的。照明系统的此光损耗减少对光束102提供高封闭能量。

在一些实施例中，相位调制器104位于聚焦透镜106之前，使得聚焦透镜106位于光束102的光学路径中相位调制器104与卡盘110之间。在一些实施例中，在相位调制器104与聚焦透镜106之间不存在光学元件。照明系统可包含相位调制器104之前的额外光学元件(例如光圈、放大镜、偏光器、透镜、反射镜等)。照明系统也可包含聚焦透镜106之后(即，聚焦透镜106与卡盘110之间)的额外光学元件(例如，用以引导光束102到目标108的一或多个反射镜)。

在一些实施例中，光束102的形状是基本上高斯。例如，光束102由基本上高斯的模式主导。因此，光束强度的横截面轮廓(即，在垂直于光轴的径向方向上)将类似于高斯(例如，使得所述横截面轮廓中的每一点具有与高斯所预期的强度相差不超过10％或不超过5％的强度)。

照明系统中的高斯光束的传播可由以下方程式描述：

F＝FFT(G) (3)

其中P是电场，w是光束点大小(即，场点大小)，w₀是光束腰(即，腰点大小)，λ是光束波长(例如激光器波长)，k是波数，Φ是相位调制器104的相位调制函数，F是聚焦透镜106的焦距，d是从聚焦透镜106到目标108的距离，y是晶片上的平面内位置，y_r是径向位置(即，在垂直于光轴的平面中)，FFT是快速傅立叶变换，且I_t是目标108处的光束强度。相位调制函数Φ经选择使得光束102在目标108的平面中具有基本上平坦顶部。

对于法向入射于目标上的光束(相对于以一倾斜角入射)，相位调制函数Φ的以下解法产生基本上平坦顶部光束(假定足够数值孔径(NA))：

其中w_FT是平坦顶部的宽度，erf是误差函数，且所有其它变量是如上文针对方程式1到方程式5所定义。相位调制器可根据方程式8实施。例如，棒形透镜或鲍威尔(Powell)透镜可提供方程式8的解法的低阶近似，非球面透镜可经设计以提供方程式8的解法的更高阶近似，且衍射光学元件(DOE)可经设计以提供方程式8的解法的离散实现。方程式8的相位调制涉及光轴对称。

然而，对于在目标108上具有倾斜入射角的光束102，对称相位调制导致目标108的平面中的非对称光束轮廓。此非对称性发生是因为用于光束轮廓的顶部的两端的光学路径112及114是非对称的，如图1中所展示。针对法向入射优化的相位调制器将因此在目标108的平面中针对倾斜入射产生非对称光束轮廓。

在一些实施例中，通过将相位调制器104(例如棒形透镜、鲍威尔透镜、非球面透镜或对称DOE)定位成相对于光轴偏离中心而提供非对称补偿。非对称补偿可仅部分有效，使得一些非对称性保持存在于光束轮廓中。例如，图2展示使用其中相位调制器104是具有偏离中心对准(即，偏离中心定位)的相应对称DOE的模拟产生的针对目标108的平面中的光束102的相应例子的模拟光束轮廓200及202。(光束宽度可针对不同实施方案而改变)。光束轮廓200是通过其中相位调制器104是具有偏离中心对准的对称正相位DOE的光束成形器100的模拟产生。光束轮廓202是通过其中相位调制器104是具有偏离中心对准的对称负相位DOE的光束成形器100的模拟产生。光束轮廓200及202的顶部在晶片平面(或另一目标108的平面)中基本上平坦且在所述平面中几乎但非精确地对称。

在其它实施例中，非对称DOE是用于(全部或部分)补偿光学路径112与光学路径114(图1)之间的非对称性。模拟光束轮廓204(图2)是使用其中相位调制器104是非对称DOE的模拟产生的针对光束102的相应例子的光束轮廓的实例。为实现光束轮廓204，DOE经设计使得其相位调制函数Φ包含非对称相位项：

其中c₁、c₂及c₃是可经数值调整以改进(例如，优化)光束顶部的平坦程度的系数，其它变量及函数是如上文所定义，且c₃项是非对称的。非对称相位项可采取方程式9中的相关项、方程式9的多项式近似或另一有效等效形式的形式。

非对称DOE在目标108的平面中的光束轮廓因此可源自对称相位项与非对称相位项的卷积：

其中G_symDOE对应于对称相位项且G_asymDOE对应于非对称相位项。图3说明根据一些实施例的此卷积的模拟结果：晶片平面或另一目标108的平面中的模拟光束轮廓304源自对称相位项300与非对称相位项304的卷积(其中相应相位项300及302的对称性及非对称性是相对于光轴)。如图3展示，目标108的平面中的光束轮廓304在目标108的平面中基本上对称(实际上几乎精确对称)。因此，DOE可例示对称相位项与非对称相位项的卷积以在光束102以一倾斜入射角聚焦到目标108上时在目标108的平面中产生基本上对称光束轮廓。

用作相位调制器104的DOE(例如非对称DOE)可使用光刻过程制成，使得在相位调制轮廓中存在阶梯。图4展示根据一些实施例的其中光束102(图1)的路径中的表面402经光刻成形且因此具有阶梯DOE 400。光轴406延伸穿过DOE 400，与表面402及相对表面404两者相交。在图4的实例中，光轴406通过表面402上的最小点(即，表面402的阶梯曲线上的最小点)。

DOE 400的步长可编程。DOE 400的质量及光束102的顶部的所得平坦度是依据步长而变化。小步长提高DOE的质量且因此提高光束102的顶部的平坦度，但增加制造成本。然而，步长太粗略会引入使光束顶部的平坦度降级的相位误差。图6展示在步长是π/4时在目标108的平面中的光束102的模拟光束轮廓600。此粗略步长导致目标108的平面中的光束102的顶部具有尖峰而非基本上平坦的，如图6中所展示。

在一些实施例中，为缓解源自表面402的粗略步长的不均匀光束轮廓，表面404以一倾斜角与光轴406相交，如图5中根据一些实施例所展示。图5展示在图4中直接从页面出来、平行于光轴406(或与光轴406重合)且垂直于径向轴y_r的平面中的DOE 400的横截面。在一些实施例中，DOE 400的每一此横截面具有图5中所展示的形状。DOE400可因此在切向方向(即，光轴400的方向，其垂直于径向轴y_r)上具有楔角且可具有基本上楔形的横截面(在此实例中，横截面不是精确楔形，这是因为其并未变尖)。DOE在切向方向上及在平行于图4的页面(或在图4的页面中)(且因此垂直于光束的入射平面)的相应平面中的相应片段产生相应光束轮廓，所述相应光束轮廓组合以使光束轮廓600中的尖峰平滑。(图4展示此片段的实例。)表面404的倾斜意味着表面402与表面404之间的距离408针对不同片段不同。图6中展示针对目标108的平面中的具有基本上平坦顶部的光束102的所得模拟光束轮廓602。图5的几何形状因此允许使用具有相对粗略阶梯(例如π/4的步长)的DOE作为相位调制器104在目标108的平面中实现平坦顶部光束。

图7是根据一些实施例的光束成形方法700的流程图。方法700可使用光束成形器100(图1)执行。

在方法700的一些实施例中，提供(702)光束102到相位调制器104。提供到相位调制器104的光束102可为基本上高斯。

相位调制(704)光束(例如，使用相位调制器104)。在一些实施例中，使用(706)DOE、非球面透镜、棒形透镜或鲍威尔透镜执行相位调制。例如，使用(708)DOE，其通过例示对称相位项300与非对称相位项302的卷积而在目标平面中产生基本上对称光束轮廓304(图3)。可使所述DOE成形(710)以产生针对DOE的垂直于光束的入射平面(例如，根据图5)的相异片段具有相异相位的相应光束轮廓。相异相位组合以使光束的顶部中的尖峰平滑。

在另一实例中，使用(712)相对于光轴偏离中心定位的对称DOE执行相位调制。在又其它实例中，使用(714)相对于光轴偏离中心对准的非球面透镜、棒形透镜或鲍威尔透镜执行相位调制。

使光束102以一倾斜入射角聚焦(716)到目标108(例如半导体晶片)上。经相位调制且以所述倾斜入射角聚焦到目标108上的光束102在目标108的平面中(例如，在目标108的表面上)具有基本上变平的顶部。

方法700中的与顺序无关的步骤可重新排序。

出于解释目的，参考特定实施例描述前文描述。然而，上文的说明性论述不希望具详尽性或将权利要求书的范围限于所揭示的精确形式。可鉴于以上教示进行许多修改及变化。选择实施例以最佳解释作为权利要求书及其实际应用的基础的原理以借此使所属领域的技术人员能够最佳使用具有适于预期特定用途的各种修改的实施例。