阅读说明：本技术 弹性模式扫描光学显微术及检验系统 (Elastic mode scanning optical microscopy and inspection system ) 是由 萨姆尔·班纳 吴冬 梅迪·瓦泽-艾拉瓦尼 瓦赫布·比沙拉 于 2018-05-09 设计创作，主要内容包括：一种用于弹性检验样品的方法包括以下步骤：使用射束源形成输入射束；使用输入掩模来阻挡所述输入射束的一部分；及从所述输入射束的一部分形成定形射束。在物镜的第一部分处接收所述定形射束及将所述定形射束聚焦到样品上。在所述物镜的第二部分处收集反射射束。在所述物镜的所述第一部分及所述第二部分处及在所述物镜的第三部分处收集散射光。在暗视野检测器模块处接收所述散射光,且将所述散射光的一部分引导到暗视野检测器。所述暗视野检测器模块包括具有一或多个输出孔的输出掩模,所述一或多个输出孔允许所述散射光穿过所述物镜的所述第三部分的至少一部分穿过而作为所述散射光被引导到所述暗视野检测器的所述部分。(A method for elastically inspecting a sample comprising the steps of: forming an input beam using a beam source; blocking a portion of the input beam using an input mask; and forming a shaped beam from a portion of the input beam. The shaped beam is received at a first portion of an objective lens and focused onto a sample. Collecting a reflected beam at a second portion of the objective lens. Collecting scattered light at the first and second portions of the objective lens and at a third portion of the objective lens. The scattered light is received at a dark field detector module and a portion of the scattered light is directed to a dark field detector. The dark field detector module includes an output mask having one or more output apertures that allow the scattered light to pass through at least a portion of the third portion of the objective lens to be directed to the portion of the dark field detector as the scattered light.)

弹性模式扫描光学显微术及检验系统

相关申请案的交叉引用

此案主张于2017年5月12日所提出的第62/505,767号的美国临时申请案及于2017年6月6日所提出的第15/615,679号的美国申请案的权益，所述申请案的整体实质内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本文中所述的实施方式大致关于用于光学显微术及检验的系统及方法。

背景技术

显微术及检验的基本目标是在逐点的基础上从受检查的物体产生对比。没有对比，就不能够区别任何事物。在此背景脉络下，逐点的观念指的是由系统的分辨率所决定的观察限制。

提供充分对比以辨别细节的需要已导致研发了许多有用的检验技术。示例包括暗视野显微术、相位差成像、干涉相位差显微术(differential interference contrastmicroscopy)及纹影摄影术(Schlieren photography)。

在这些技术中的每一个内，存在着许多变体，各种变体被设计为用于特定的目的或情况。不同的技术或变体可提供不同的信息。因此，通常是将多种技术或变体用来检查物体。这在受检查的样品在一个区域中显示了有利于一种成像形式而在另一区域中显示了有利于不同的成像形式的特性时尤其如此。

对于各种形式的成像技术而言，使用散射光在某些应用中是特别有用的。散射光引起一种在本质上是暗视野(dark-field)的信号。若样品在成分及形貌上是均匀的，则不存在散射照明光的机制。另一方面，缺陷或变化可散射照明光及提供暗视野信号。

暗视野成像可用来在原本均一的周围环境中检测小型变化。作为一个示例，暗视野成像可用来针对微小缺陷检验半导体器件结构，所述微小缺陷可能呈现以下的形式：表面上粒子、原本完美(或几乎完美)的阵列中的瑕疵、直线结构中的细微凸起(或鼠齿(mouse-bite))或其他缺陷。通常难以在亮视野模式下分辨这些缺陷，因为来自周围结构的信号通常强到使得所述信号压过来自小型缺陷的更精细的信号。在此情况下使用暗视野成像允许消除大部分的明亮背景，使得可检测到来自缺陷的散射光。

存在着两种主要类型的暗视野显微术，所述暗视野显微术是由它们的照明技术所区别的，一种暗视野显微术使用正向照明入射而另一种使用斜向照明入射。在前者中，是收集向围绕照明孔的区域散射的光。由于散射光与照明光的接近，此模式通常称为灰视野成像。

斜向入射技术可为单暗视野或双暗视野的。若是在入射平面上收集散射光，则称为单暗视野。若是散射光是在入射平面外面到侧边而收集的(亦即若是收集空间在极性及方位方向两者上与照明空间不同(亦即从样品平面上下地及围绕与样品垂直的方向沿着不同的角度方向而收集))，则称为双暗视野。

传统的斜向入射暗视野成像系统使用单独的用于照明及收集的部件。例如，照明一般是由相对于样品保持一定角度的透镜的聚焦行为所执行的，而收集一般是由单独的透镜所执行的。此类系统需要布置在固定位置中的单独的照明及收集部件。这些部件占据了样品上方的一定量的可用数值孔径(NA)空间。如此，分配给照明的NA是受限的。这限制了分辨率，因为讯问点尺寸(线性维度上的讯问点尺寸)与NA成反比。并且，使用固定在原位的部件将收集空间约束在特定的区域。因此，需要着具有弹性增加的改良的系统及方法。

发明内容

鉴于上文，针对弹性检验样品而提供了用于光学显微术及检验的系统及方法。在一个实施方式中，例如，一种检验系统包括了输入掩模，所述输入掩模允许定形的射束穿过物镜的一部分，在所述部分处，所述定形射束被聚焦在样品上。从样品所反射的射束穿过物镜的一部分且被引导到亮视野检测器。穿过物镜的其他部分的一部分散射光被引导到暗视野检测器。因此，物镜在此实施方式中可用来将输入射束聚焦到样品上及收集来自样品的反射及散射光。

依据一个

具体实施方式

，一种用于弹性检验样品的方法包括以下步骤：使用射束源形成输入射束；使用输入掩模来阻挡所述输入射束的一部分；及从所述输入射束的一部分形成定形射束。所述定形射束是所述输入射束穿过所述输入掩模中的孔的所述部分。在物镜处接收所述定形射束及将所述定形射束聚焦到样品上。所述定形射束穿过所述物镜的第一部分。在所述物镜处收集反射射束。所述反射射束是所述定形射束从所述样品所反射的一部分。所述反射射束穿过所述物镜的第二部分。在亮视野检测器模块处接收所述反射射束及将所述反射射束引导到亮视野检测器。在所述物镜处收集散射光。所述散射光是所述定形射束被所述样品散射的一部分。所述散射光穿过所述物镜的所述第一部分及所述第二部分及穿过所述物镜的第三部分。所述物镜的所述第一部分及所述第二部分与所述物镜的所述第三部分不同。在暗视野检测器模块处接收所述散射光，且将所述散射光的一部分引导到暗视野检测器。所述暗视野检测器模块包括具有一或多个输出孔的输出掩模。所述输出掩模阻挡穿过所述物镜的所述第一部分及所述第二部分的所述散射光。所述一或多个输出孔允许所述散射光穿过所述物镜的所述第三部分的至少一部分穿过而作为所述散射光被引导到所述暗视野检测器的所述部分。

实施方式亦针对用于实现所公开的方法的装置，且包括用于执行各个所述方法特征的装置部件。可藉由硬件组件、由适当软件所程序化的计算机、通过上述两者的任何组合或以任何其他方式来执行这些方法特征。并且，实施方式亦针对操作所述装置的方法且包括用于实现所述装置的每个功能的方法特征。

根据权利要求书、说明书及附图，另外的方面、优点及特征是显而易见的。

附图说明

可通过参照以下详细说明及附图来完全理解本文中所述的各种实施方式(关于结构及操作方法两者)以及所述实施方式的特征及优点，在所述附图中：

图1是依据一个实施方式的弹性模式扫描光学显微术及检验系统的简化横截面图；

图2a-2e是依据某些实施方式的物镜孔的简化平面图，各个平面图示出如何将物镜孔的不同区域用于向样品引导光及收集来自样品的光；

图3是依据另一实施方式的弹性模式扫描光学显微术及检验系统的简化横截面图；

图4是依据一个实施方式的物镜孔的简化平面图，示出可如何将不同的物镜孔区域用于向样品引导光及收集来自样品的光；及

图5是依据一个实施方式的流程图，概述一种用于弹性检验样品的方法。

将理解到，为了容易及明确说明起见，图中所示的元件不一定是依比例绘制的。例如，可能为了明确起见而相对于其他元件放大了某些元件的尺度。进一步地，在适当的情况下，可在图中重复使用参考标号来指示相对应或相似的元件。

具体实施方式

在以下的详细说明中，阐述了许多具体细节以提供本文中所述的实施方式的彻底理解。然而，应理解到，可在没有这些具体细节的情况下实行各种实施方式。在其他情况中，未详细描述传统的方法、程序及部件以便不模糊所述的特征。

将详细参照各种实施方式，其中的一或多个示例被绘示于图中。各个示例是通过解释的方式来提供的且不意味着是限制。进一步地，被绘示或描述为一个实施方式的一部分的特征可用在其他实施方式上或与其他实施方式结合使用以又产生进一步的实施方式。本说明书要包括这些更改及变体。

如本文中所指称的“标本”或“样品”包括但不限于半导体晶片、半导体工件、光刻掩模及例如为存储盘和类似物的其他工件。依据可与本文中所述的其他实施方式结合的某些实施方式，装置及方法被配置为用于或被施用于检验、临界尺度测定应用及缺陷检查应用。

本说明书中对于一个方法的任何参照在细节上做必要的修正后应亦适用于能够执行所述方法的系统。

本说明书中对于一个系统的任何参照在细节上做必要的修正后应亦适用于可由所述系统执行的方法。

本文中所述的实施方式大致关于用于光学显微术及检验的系统及方法。依据一个实施方式，例如提供了用于亮视野及暗视野检验样品的系统。所述系统包括了输入掩模，所述输入掩模允许定形的射束穿过物镜的一部分，在所述部分处，所述定形射束被聚焦在样品上。从样品所反射的射束穿过物镜的一部分且被引导到亮视野检测器。穿过物镜的其他部分的一部分散射光被引导到暗视野检测器。因此，可使用单个物镜来将定形射束聚焦到样品上及收集来自样品的反射及散射的光。

图1是依据一个实施方式的弹性模式扫描光学显微术及检验系统的简化横截面图。在此示例中，由来源102所提供的输入射束106穿过射束扩展器104及准直器108。在某些实施方式中，来源102可为激光，而输入射束可为光束。将输入射束从准直器108朝向偏振元件114及输入掩模116引导。在某些实施方式中，可使用一或多个反射器(例如镜子110)来朝向偏振元件114引导输入射束。偏振元件114将特定的偏振作用赋予输入射束。输入掩模116可被配置为阻挡输入射束的一部分，且可包括输入孔，所述输入孔被布置为允许输入射束的一部分穿过而作为定形射束118。

将定形射束118从输入掩模116引导到物镜120，在所述物镜处，所述定形射束被聚焦到样品122上。可使用一或多个反射器(例如分束器126、132)来向物镜引导定形射束118。定形射束118被聚焦到样品122上的一部分被反射而提供反射射束124。在此示例中，是以一定斜角将定形射束118聚焦到样品122上，且是以一定斜角从样品122反射反射射束124。并且，在此示例中，定形射束118穿过物镜120的第一部分，而反射射束124穿过物镜120与第一部分不同的第二部分。

将反射射束124从物镜120引导到亮视野检测器130。在此示例中，是使用分束器126、132及聚焦元件128来向亮视野检测器130引导反射射束124。从反射射束124产生了亮视野信号。

虽然未在图1中具体示出，但物镜120亦收集来自样品122的散射光。散射光是定形射束118被样品散射(或被样品上的缺陷散射)的一部分。散射光可穿过物镜120的第一部分及第二部分以及物镜120的第三部分。将在下文中针对图2a-2e更充分地描述物镜120的第三部分。在某些实施方式中，物镜120的第一部分、第二部分及第三部分包括物镜120的不同部分。

将散射光从物镜120朝向聚焦元件140及暗视野检测器142引导。图1示出穿过分束器132到达偏振元件136及输出掩模138的散射光134。输出掩模138可被配置为阻挡散射光134的穿过物镜120的第一部分及第二部分的部分。输出掩模138可包括一或多个输出孔，所述一或多个输出孔被布置为允许散射光134的穿过物镜120的第三部分的至少一部分穿过而作为散射光被引导到暗视野检测器142的部分。从散射光在暗视野检测器142处被接收的部分产生了暗视野信号。

可依据传统技术使用偏振元件136来显著化某些缺陷(诸如粒子)或抑制某些特征(诸如表面粗糙度)以及达成其他想要的结果。

图1中所示的物镜120可为高数值孔径(NA)透镜。在某些实施方式中，NA可为0.9、0.95或更高。取决于应用，可在照明及收集功能之间不同地分配可用的NA。在图1中，例如，输入掩模116提供了照明物镜120的一侧的定形射束118。物镜120的NA的其余部分(减去了反射射束124所需的NA)可用于收集散射光。可更改输出掩模138以允许单及/或双暗视野成像。输出掩模138可被配置为允许散射光从物镜120的任何特定的收集区域传递到暗视野检测器142。

图2a-2e是物镜孔的简化平面图，各个平面图示出如何将物镜孔的不同区域用于向样品引导光及收集来自样品的光。这些示例并非要是穷举的，而是提供了可依据某些实施方式用于引导及收集光的某些输入及输出掩模配置的举例。可使用许多其他的配置，且所述配置是被包括在权利要求书的范围中的。

图2a是具有物镜孔250a的简化平面图，所述物镜孔具有可用于输入射束(例如图1中的定形射束118)的区域252a、可用于反射射束(例如图1中的反射射束124)的区域254a及可用于收集散射光被提供到暗视野检测器的部分(例如穿过图1中的输出掩模138的散射光)的区域256a。

图2中所示的图案并非是要暗示物镜孔250a的不同区域被配置为仅让来自特定来源的光穿过。反而，在此示例中，输入掩模(例如图1中的输入掩模116)被配置为提供被引导到区域252a的输入射束。物镜以一定斜角将射束聚焦在样品上，且在区域254a处接收反射射束。可跨物镜的整个NA收集散射光，但输出掩模(例如图1中的输出掩模138)被配置为仅允许在区域256a中所收集的散射光部分穿过。这是双暗视野成像的一个示例，因为收集空间在极性及方位方向两者上与照明空间不同。在物镜孔250a包括区域252a、254a的中间区域中所收集的散射光被输出掩模阻挡。

图2b是物镜孔250b的简化平面图，所述物镜孔具有可用于输入射束的区域252b、可用于反射射束的区域254b及可用于收集被提供到暗视野检测器的散射光部分的区域256b。这是单暗视野成像的一个示例，因为收集空间是在入射平面上。在中间区域的各侧上的区域中所收集的散射光被输出掩模阻挡。

图2c是物镜孔250c的简化平面图，所述物镜孔具有可用于输入射束的区域252c、可用于反射射束的区域254c及可用于收集散射光部分的区域256c，所述散射光部分被提供到暗视野检测器。这是前向散射的一个示例，因为只有在输入射束前面(foward)的散射光传递到暗视野检测器。这亦是双暗视野成像的一个示例，因为收集空间在极性及方位方向两者上与照明空间不同。在物镜250c包括区域252c、254c及围绕区域252c的区域的中间区域中所收集的散射光被输出掩模阻挡。

图2d是物镜孔250d的简化平面图，所述物镜孔具有可用于输入射束的区域252d、可用于反射射束的区域254d及可用于收集散射光部分的区域256d，所述散射光部分被提供到暗视野检测器。此示例通过改变区域252d、254d的形状及增加散射光的收集空间，相较于先前的示例使用物镜250d的更多可用的NA。可通过改变穿过输入掩模的输入孔的定形射束的形状来改变区域252d、254d的形状。这是双暗视野成像的一个示例，因为收集空间在极性及方位方向两者上与照明空间不同。在物镜250d包括区域252d、254d的中间区域中所收集的散射光被输出掩模阻挡。

图2e是物镜孔250e的简化平面图，所述物镜孔具有可用于输入射束的区域252e、可用于反射射束的区域254e及可用于收集散射光部分的区域256e，所述散射光部分被提供到暗视野检测器。这是前向散射的一个示例，因为只有在输入射束前面(foward)的散射光传递到暗视野检测器。这亦是双暗视野成像的一个示例，因为收集空间在极性及方位方向两者上与照明空间不同。此示例与图2c的类似之处在于，在物镜250e包括区域252e、254e及围绕区域252e的区域的中间区域中所收集的散射光被输出掩模阻挡。

如这些示例所绘示的，通过使用具有相对应于所需的物镜收集空间的一或多个输出孔的适当输出掩模，可执行单或双暗视野成像，或可收集穿过物镜的任何特定区域的散射光。可通过改变输入及/或输出掩模及在完全不改变物镜的情况下改变收集空间。可与图1中所示的弹性模式扫描光学显微术及检验系统一同使用这些示例中的任一个、这些示例的组合或其他配置。

此外，可通过改变输入掩模来改变用于照明的可用NA。在某些实施方式中，可将NA的大部分用于照明以达到高分辨率灰的视野成像或亮视野成像。图3中提供了灰视野成像的示例。因此，本文中所述的实施方式除了高分辨率的灰视野成像及最大分辨率的亮视野成像以外亦提供了弹性的暗视野成像。

图3是依据另一实施方式的弹性模式扫描光学显微术及检验系统的简化横截面图。在此示例中，由来源302所提供的输入射束306穿过射束扩展器304及准直器308。将输入射束从准直器308朝向偏振元件314及输入掩模316引导。在某些实施方式中，可使用一或多个反射器(例如镜子310)来朝向偏振元件314引导输入射束。偏振元件314将特定的偏振作用赋予输入射束。输入掩模316可被配置为阻挡输入射束的一部分，且可包括输入孔，所述输入孔被布置为允许输入射束的一部分穿过而作为定形射束318。在此示例中，输入掩模316阻挡输入射束的外缘，且允许中心部分穿过，使得定形射束318比输入射束窄。

将定形射束318从输入掩模316引导到物镜320，在所述物镜处，所述定形射束被聚焦到样品322上。可使用一或多个反射器(例如分束器326、332)来向物镜引导定形射束318。以正向入射将定形射束318聚焦到样品322上，使得反射射束324穿过物镜320的实质相同区域。在此示例中，定形射束318穿过物镜320的第一部分，而反射射束324穿过物镜320与第一部分实质相同的第二部分。

将反射射束324从物镜320引导到亮视野检测器330。在此示例中，使用分束器326、332及聚焦元件328来向亮视野检测器330引导反射射束324。亦可使用偏振元件312，如此示例中所示。从反射射束324产生了亮视野信号。

物镜320亦收集来自样品322的散射光。散射光是定形射束318被样品散射(或被样品上的缺陷散射)的一部分。散射光可穿过物镜320的第一部分及第二部分以及物镜320的第三部分。将在下文中针对图4更充分地描述物镜320的第三部分。在某些实施方式中，物镜320的第三部分包括物镜320与第一部分及第二部分不同的部分。

将散射光从物镜320朝向聚焦元件340及暗视野检测器342引导。图3示出穿过分束器332到达偏振元件336及输出掩模338的散射光334。输出掩模338可被配置为阻挡散射光334的穿过物镜320的第一部分及第二部分的部分。输出掩模338可包括一或多个输出孔，所述一或多个输出孔被布置为允许散射光334的穿过物镜320的第三部分的至少一部分穿过而作为散射光被引导到暗视野检测器342的部分。从散射光在暗视野检测器342处被接收的部分产生了暗视野信号。

图4是依据一个实施方式的物镜孔的简化平面图，示出可如何将物镜的不同区域用于向样品引导光及收集来自样品的光。图4示出物镜孔450，所述物镜孔具有可用于输入射束(例如图3中的定形射束318)及用于反射射束(例如图3中的反射射束324)的区域425。物镜孔450亦具有可用于收集散射光部分的区域456，所述散射光部分被提供到暗视野检测器(例如穿过图3中的输出掩模338的散射光)。

图4中所示的图案并非是要暗示物镜450的不同区域被配置为仅让来自特定来源的光穿过。反而，在此示例中，输入掩模(例如图3中的输入掩模316)被配置为提供被引导到区域452的定形射束。物镜450以正向入射将射束聚焦到样品上，且实质上在区域452处接收反射射束。可跨物镜的整个NA收集散射光，但输出掩模(例如图3中的输出掩模338)被配置为仅允许在区域456中所收集的散射光部分穿过。由于散射光区域456与照明区域452的接近，这是灰视野成像的一个示例。在物镜450包括区域452的中心区域中所收集的直接反射及/或散射的光被输出掩模阻挡。

应理解到，仅将图1及图3中所示的系统用作示例，且许多部件是可选的或可基于特定应用来不同地配置。可与具有其他配置的检验系统一同使用本文中所述的输入掩模及输出掩模。所述系统可或可不包括本文中所示的射束扩展器、准直器、偏振元件、反射器、分束器、透镜及检测器。此外，所述系统可包括这些示例中未包括的其他部件。

图5是依据一个实施方式的流程图，概述一种用于弹性检验样品的方法。所述方法包括以下步骤：使用射束源来形成输入射束(502)；使用输入掩模来阻挡输入射束的一部分(504)；及从输入射束的一部分形成定形射束，所述定形射束为穿过输入掩模中的孔的输入射束部分(506)。所述方法亦包括以下步骤：在物镜处接收定形射束及将定形射束聚焦到样品上(508)。定形射束可穿过物镜的第一部分。所述方法亦包括以下步骤：在物镜处收集反射射束，反射射束是定形射束从样品反射的一部分(510)。反射射束可穿过物镜的第二部分。所述方法亦包括以下步骤：在物镜处收集散射光，散射光是定形射束被样品散射的一部分(512)。散射光可穿过物镜的第一部分及第二部分及穿过物镜的第三部分。在某些实施方式中，物镜的第一部分及第二部分与物镜的第三部分不同。在其他实施方式中，物镜的第一部分、第二部分及第三部分包括物镜的不同部分。所述方法亦包括以下步骤：在亮视野检测器模块处接收反射射束及及将反射射束引导到亮视野检测器(514)，及在暗视野检测器模块处接收散射光及将散射光的一部分引导到暗视野检测器(516)。暗视野检测器模块包括具有一或多个输出孔的输出掩模。输出掩模可阻挡穿过物镜的第一部分及第二部分的散射光，且所述一或多个输出孔可允许散射光穿过物镜的第三部分的至少一部分穿过而作为散射光被引导到暗视野检测器的部分。

应理解到，图5中所绘示的具体步骤提供了依据一个实施方式的特定方法。亦可依据替代性实施方式执行其他的步骤顺序。例如，替代性实施方式可用不同的顺序执行上文所概述的步骤。并且，图5中所绘示的单独步骤可包括可用各种顺序执行的多个子步骤。并且，可取决于特定应用而添加或移除额外的步骤。

虽然上文是针对具体的实施方式，但可在不脱离所述实施方式的基本范围的情况下设计其他及另外的实施方式，且所述实施方式的范围是由以下的权利要求书来确定的。