專利名稱：點(diǎn)格柵陣列成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)。本發(fā)明尤其可以應(yīng)用于對(duì)自動(dòng)缺陷檢驗(yàn) 優(yōu)化的光學(xué)成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)成像包括在圖像平面的對(duì)象平面上再現(xiàn)或成像縮放圖像。高分 辨率成像被稱為顯微技術(shù)。當(dāng)利用諸如電荷耦合器件(被稱為"CCD") 的光電子器件釆樣圖像平面上的光信號(hào)，并將它變換為電信號(hào)時(shí)，這 種成像被稱為"電子成像"。自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)是一種通過(guò)采集對(duì)象的圖像并將該圖像與基準(zhǔn)(例 如，將芯片模子與光刻掩膜的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較)、與該對(duì)象的另一部 分(例如，對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行逐個(gè)芯片模子的檢驗(yàn))或者與基準(zhǔn)圖像 (芯片模子與"金圖像")進(jìn)行比較，測(cè)量對(duì)象的完整性的技術(shù)。不 利的是，當(dāng)對(duì)大半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高分辨率檢驗(yàn)時(shí)，成像系統(tǒng)的FOV 不能覆蓋要檢驗(yàn)的整個(gè)襯底，因此襯底不能在FOV上移動(dòng)或"步進(jìn)"， 從而延長(zhǎng)了檢驗(yàn)時(shí)間。為了提高產(chǎn)量， 一些傳統(tǒng)的自動(dòng)檢驗(yàn)工具在一 個(gè)方向連續(xù)掃描村底，同時(shí)成像正交一維光學(xué)FOV。 一旦襯底在掃描
方向來(lái)回移動(dòng)，則它通常在另一個(gè)(交叉掃描)方向移動(dòng)一個(gè)FOV 的距離，然后掃描該軌跡，從而產(chǎn)生蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡。用于檢驗(yàn)半導(dǎo)體襯底的其他光學(xué)成像系統(tǒng)利用"點(diǎn)格柵陣列"實(shí)現(xiàn) 大產(chǎn)量。在這些系統(tǒng)中，成像器通常包括二維周期性透鏡陣列，其中 每個(gè)透鏡分別成像位于圖像平面上的對(duì)象平面上，例如要檢驗(yàn)的襯底 上的點(diǎn)，以在圖像平面的對(duì)象平面上成像二維周期性點(diǎn)陣列。在具有 二維周期性讀出單元陣列的共軛圖像平面上，設(shè)置諸如CCD的傳感 器，每個(gè)讀出單元分別從對(duì)象平面上的點(diǎn)采集信號(hào)。機(jī)械系統(tǒng)這樣使 襯底移動(dòng)，使得在襯底在掃描方向(y方向)上在點(diǎn)陣列上移動(dòng)時(shí)， 點(diǎn)跟蹤在機(jī)械交叉掃描方向(x方向)不存在間隙的軌跡。因此，利 用分別具有最小FOV的光學(xué)元件陣列，而非復(fù)雜的大FOV光學(xué)器件 的陣列，可以實(shí)現(xiàn)非常大FOV的成像。授予Krantz的美國(guó)專利 6，248，988、授予Johnson的美國(guó)專利6,133,986、授予Wakai的美國(guó) 專利5,659,420以及授予Kusnose的美國(guó)專利6,043,932對(duì)采用點(diǎn)格柵 陣列的光學(xué)成像裝備進(jìn)行了描述。點(diǎn)格柵陣列原理的這些以及其他實(shí)現(xiàn)方法均存在一些局限性。為了 利用整個(gè)機(jī)械工作臺(tái)的掃描實(shí)現(xiàn)高端檢驗(yàn)要求的非常高的數(shù)據(jù)速率， 需要大陣列。例如，在100nm像素和32x32透鏡陣列情況下的10 Gpix/sec的數(shù)據(jù)速率要求工作臺(tái)的速度為100nmx (10 x 109) / ( 32 x32)m/sec，因?yàn)楣ぷ髋_(tái)的來(lái)回時(shí)間、移動(dòng)精度要求以及工作臺(tái)的復(fù) 雜性和成本使得這是不現(xiàn)實(shí)的。為了將要求的速度降低到更合理的工 作臺(tái)速度，需要更大的陣列。例如，320x320陣列要求10mm/sec的 工作臺(tái)速度，這是一個(gè)非常合理的速度。此外，與32x32陣列10 MHz 相比，幀速率被降低到100KHz。更低的數(shù)據(jù)速率適合Q開關(guān)激光器 的脈沖速率，這樣可以對(duì)短波長(zhǎng)采用高效頻率變換，從而實(shí)現(xiàn)高分辨 率成像。利用稍許大的陣列(例如1000 x 1000),可以進(jìn)一步降低幀 速率(脈沖速率)要求(降低到10KHz)，從而可以使用準(zhǔn)分子激光 器(例如157nmF2激光器)，而且這樣甚至可以獲得更高分辨率。然而， 一些主要問(wèn)題妨礙將現(xiàn)有技術(shù)用于大陣列，例如工作臺(tái)振動(dòng)、 相對(duì)有限的聚焦能力、成像線性度、介質(zhì)層干擾以及有限的故障檢測(cè) 和分類能力?，F(xiàn)在分別說(shuō)明這些問(wèn)題。在相鄰像素之間，隨著時(shí)間的流失，工作臺(tái)機(jī)械振動(dòng)的振幅增大。該時(shí)間等于幀速率乘以陣列中的行數(shù)的倒數(shù)。關(guān)于以上討論的10GPS 和320 x 320陣列的情況，與32x32陣列的3微秒相比，它是3毫秒。 成像過(guò)程不能對(duì)這些振動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，因?yàn)椴糠謭D像可能被丟失，從而 降低了精確度。請(qǐng)注意，由于機(jī)械工作臺(tái)在真空中移動(dòng)，所以電子成 像系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái)的機(jī)械振動(dòng)更敏感?，F(xiàn)有技術(shù)點(diǎn)格柵陣列實(shí)現(xiàn)方法的進(jìn)一步局限性是由利用共焦成像 過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)要求非常嚴(yán)格的聚焦控制這個(gè)事實(shí)產(chǎn)生的，利用大數(shù)值 孔徑、短波長(zhǎng)光學(xué)器件，在高掃描速率下，非常難以實(shí)現(xiàn)這種非常嚴(yán) 格的聚焦控制。為了克服該問(wèn)題，需要同時(shí)進(jìn)行多高度共焦成像。然 而，盡管象在現(xiàn)有技術(shù)中.那樣順序取幾個(gè)高度限制圖像適合一幀檢查 模式，但是不適合檢驗(yàn)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的要求?，F(xiàn)有技術(shù)中的大陣列的另 一個(gè)局限性是對(duì)透鏡陣列、成像光學(xué)器件 以及檢測(cè)器陣列的線性度要求。為了利用點(diǎn)格柵陣列系統(tǒng)獲得良好結(jié) 果，不僅對(duì)于微透鏡陣列，而且對(duì)于縮微光學(xué)元件，光學(xué)器件線性度 的緊公差是重要的。光點(diǎn)必須位于各點(diǎn)之間具有非常精確距離的精確 直線格柵上。這種極高的線性度非常困難，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)昂貴?，F(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)局限性是需要利用相干激光光源對(duì)高速檢驗(yàn)實(shí) 現(xiàn)足夠功率密度。許多檢驗(yàn)的襯底被透明或半透明介質(zhì)層覆蓋，這樣 在介質(zhì)層的表面之間出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。因?yàn)檫@些層的厚度在整個(gè)晶片上 不同，所以從介質(zhì)層的上部和下部反射的相干光的相位也不同。此外， 干擾可以是相長(zhǎng)干擾或相消干擾。即使沒(méi)有缺陷或不規(guī)則性，這些干 擾現(xiàn)象仍導(dǎo)致反射功率發(fā)生變化，這樣就限制了缺陷檢測(cè)的精度，從 而限制了系統(tǒng)識(shí)別真實(shí)缺陷的能力?，F(xiàn)有技術(shù)點(diǎn)格柵陣列技術(shù)的又一個(gè)局限性是由從對(duì)象的一個(gè)角區(qū) 域采集光信號(hào)導(dǎo)致的有限故障檢測(cè)和有限分類能力產(chǎn)生的。因此，故 障檢測(cè)和分析可能需要一個(gè)以上的檢驗(yàn)，這樣就動(dòng)態(tài)增加了可靠檢測(cè)、
可靠分類故障需要處理和采集的數(shù)據(jù)量。為了降低制造成本并提高生產(chǎn)率，需要一種具有大FOV的低成本、 精確、高速成像系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了 一種可以補(bǔ)償工作臺(tái)的振動(dòng)的高數(shù)據(jù)速率點(diǎn)格柵陣 列成像系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種在相鄰行上的透鏡陣列的透鏡的覆蓋區(qū) 之間具有少量重疊，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的嚴(yán)格線性度要求問(wèn)題，而 且可以使用成本效益好的微透鏡陣列的高數(shù)據(jù)速率點(diǎn)格柵陣列成像系 統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步提供采用寬帶照射點(diǎn)和寬頻帶照射點(diǎn)克服介質(zhì)層干 擾，而不降低成像系統(tǒng)的產(chǎn)量。本發(fā)明進(jìn)一步提供同時(shí)從幾個(gè)方向采集在襯底上形成的點(diǎn)反射的 反射光，從而提高成像系統(tǒng)的故障分類和故障檢測(cè)的能力。本發(fā)明進(jìn)一步提供從距離檢驗(yàn)襯底一個(gè)距離以上的距離同時(shí)采集 數(shù)據(jù)，從而從多個(gè)數(shù)據(jù)集中選擇一個(gè)或者多個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)集，而不利用 才幾械方法向上或向下移動(dòng)襯底。在下面的說(shuō)明中將在某種程度上說(shuō)明本發(fā)明的其他特征，而且通過(guò) 研究以下內(nèi)容，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以在某種程度上明白 本發(fā)明的其他特征，或者通過(guò)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明得知本發(fā)明的其他特征。正 如所附權(quán)利要求所特別指出的那樣，可以實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，利用具有二維周期性透鏡陣列的成像系統(tǒng)可以在某種 程度上實(shí)現(xiàn)上述以及其他特征，該透鏡陣列中的每個(gè)透鏡將諸如要檢 驗(yàn)的襯底的對(duì)象平面上的點(diǎn)成像到圖像平面上，以將圖像平面上的二 維周期性點(diǎn)陣列成像在圖像平面上。利用二維周期性讀出單元陣列， 在共軛圖像平面上設(shè)置傳感器，每個(gè)讀出單元從對(duì)象平面上的點(diǎn)采集 信號(hào)。機(jī)械系統(tǒng)使襯底在接近平行于點(diǎn)陣列的軸線的方向移動(dòng)，使得 在襯底在掃描方向在點(diǎn)陣列上移動(dòng)時(shí)，點(diǎn)跟蹤在機(jī)械交叉掃描方向不
存在間隙的軌跡。設(shè)置補(bǔ)償器用于補(bǔ)償移動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性。根據(jù)下面的詳細(xì)說(shuō)明，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員容易理解本發(fā) 明的其他特征，其中通過(guò)僅描述為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而設(shè)想的最佳方式， 只對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述和說(shuō)明。正如所實(shí)現(xiàn)的那樣，本 發(fā)明可以有其他不同實(shí)施例，而且可以在各顯而易見(jiàn)的方面，對(duì)其許 多細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，這些修改均屬于本發(fā)明范圍。因此，附圖和描述均 被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而非限制性的。


參考附圖，在附圖中，具有同樣參考編號(hào)表示的單元表示類似的單元，附圖包括圖la-ll示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)的原理圖。圖2示出圖la-ll所示系統(tǒng)產(chǎn)生的對(duì)象平面表面上的點(diǎn)陣列。圖3a和3b示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的點(diǎn)陣列。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例采用寬帶照射系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的原理圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例其中同時(shí)對(duì)兩個(gè)襯底進(jìn)行成像的成像 系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，將參考圖la和2說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例。如圖la所示，諸如光 源100的輻射源，例如至少一個(gè)激光器、二極管或燈提供光束。諸如 傳統(tǒng)準(zhǔn)直儀的照射光學(xué)器件110使該光束準(zhǔn)直并使它具有要求的寬 度。準(zhǔn)直光學(xué)器件110可以包括偏振單元，以確保光線到達(dá)偏振射束 分裂器120，該偏振射束分裂器120的偏振作用可以將光束反射到成 像光路(imaging path)。四分之一波長(zhǎng)晶片130用于將照射光的偏 振轉(zhuǎn)動(dòng)90度。準(zhǔn)直光照射透鏡陣列140，在要成像的對(duì)象上，例如半 導(dǎo)體襯底上，透鏡陣列140利用各單元將該準(zhǔn)直光聚焦為單獨(dú)點(diǎn)150 的陣列。透鏡陣列140中的每個(gè)單元可以是諸如微透鏡的單個(gè)透鏡，
或多個(gè)透鏡單元。重定向村底160反射的光以通過(guò)透鏡陣列140和四 分之一波長(zhǎng)晶片130，并到達(dá)偏振射束分裂器120，偏振射束分裂器 120的偏振被轉(zhuǎn)動(dòng)90度，或者其波長(zhǎng)是照射光束的一半。因此，它通 過(guò)偏振射束分裂器120。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡170用于將透鏡陣列140的后光 瞳平面(可以與透鏡陣列140在同一個(gè)平面上)成像到與透鏡陣列140 對(duì)應(yīng)的諸如CCD陣列的二維檢測(cè)器陣列180上，使得每個(gè)CCD陣列 讀取襯底160上的一個(gè)點(diǎn)。數(shù)據(jù)捕獲部分190讀出檢測(cè)器陣列180輸 出的信號(hào)，它可以將該信號(hào)傳送到圖像處理單元191和/或圖像顯示單 元192?？梢詫⑼h(yuǎn)鏡170設(shè)置在中間圖像平面上，在該中間圖像平 面上，點(diǎn)陣列150反射的光形成尺寸基本與透鏡陣列140相同的中間 圖像，從而在中間圖像到達(dá)檢測(cè)器陣列180之前，縮微該中間圖像。以接近平行于點(diǎn)陣列150的軸線y之一的方向，將襯底160放置在 以y方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)械工作臺(tái)165上。這樣偏離平行性，使得在襯底160 在掃描方向y移動(dòng)基本等于點(diǎn)陣列的長(zhǎng)度L的距離時(shí)，點(diǎn)跟蹤在機(jī)械 交叉掃描方向(x方向)不存在間隙的軌跡。透鏡陣列140可以使用幾種類型的透鏡，例如折射型或衍射型的標(biāo) 準(zhǔn)透鏡或微透鏡。對(duì)于較小NA和較大FOV，可以采用塑料衍射單元。 這樣可以實(shí)現(xiàn)幾十厘米寬甚或更寬的FOV。對(duì)于大NA應(yīng)用，可以使 用微透鏡陣列(通常10微米寬)。如果使用衍射透鏡單元，則該透鏡 陣列可以進(jìn)一步包括光孔陣列(即，針孔陣列)，以截?cái)嘌苌鋯卧a(chǎn) 生的高階散射。在結(jié)合短波長(zhǎng)光線，例如約13nm的遠(yuǎn)紫外線(EUV) 使用時(shí)，衍射透鏡尤其適合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，在此所稱微透鏡陣列，例如透鏡陣列140可以是根據(jù)傳統(tǒng)光 學(xué)技術(shù)的一個(gè)透鏡陣列，或串行排列的多個(gè)陣列，因此單獨(dú)陣列中的 各透鏡單元的光程形成復(fù)合透鏡。這種排列可以產(chǎn)生其數(shù)值孔徑比單 個(gè)透鏡的陣列獲得的數(shù)值孔徑大的復(fù)合透鏡陣列。通過(guò)層疊各透鏡陣 列，可以利用機(jī)械方法組裝這種復(fù)合微透鏡陣列，或者利用例如眾所 周知的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))制造技術(shù)制造這種復(fù)合微透鏡陣列。圖2示出襯底(對(duì)象)平面上的點(diǎn)陣列150的原理圖。為了簡(jiǎn)潔起
見(jiàn)，圖2示出8寬U-h) x6深(1-6)的點(diǎn)陣列。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)， 該陣列通常至少包括幾百個(gè)透鏡單元，因此產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的點(diǎn)。在機(jī) 械交叉掃描x方向，相鄰行上各透鏡的透鏡中心之間的偏移確定x方 向上的像素尺寸(即，第一行el上第e個(gè)點(diǎn)與第二行e2上第e個(gè)點(diǎn) 之間的距離的x軸上的投影px)。像素尺寸反映以多大密度采樣襯底 160。為了連續(xù)覆蓋襯底160，列d6上的最后一個(gè)點(diǎn)必須掃描只有一 個(gè)像素在交叉掃描的x方向離開相鄰列(cl)上的第一個(gè)透鏡的切線 的軌跡。利用在檢測(cè)器的兩次連續(xù)采樣之間，給定點(diǎn)的點(diǎn)中心之間的 橫跨距離，即，時(shí)間0時(shí)點(diǎn)f4的中心("f4t0")與一個(gè)釆樣間隔之 后同一個(gè)點(diǎn)的中心("f4tl")之間的距離確定機(jī)械掃描y方向py(未 示出)上的像素尺寸。通過(guò)將工作臺(tái)的速度乘以采樣間隔，可以確定 該另巨離。利用確保精確和線性運(yùn)動(dòng)的任何裝置，可以使襯底運(yùn)動(dòng)，例如可以 由Anorad Corporation of New York市售的采用線性馬達(dá)和空氣軸承 的傳統(tǒng)干涉儀控制工作臺(tái)使襯底運(yùn)動(dòng)。為了對(duì)殘余不精確性，例如工 作臺(tái)165的機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的不精確性進(jìn)行校正，可以包括伺服機(jī)構(gòu) 170，以對(duì)用于移動(dòng)點(diǎn)陣列并對(duì)襯底的偏位進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)元件進(jìn)行控 制。在圖la所示的實(shí)施例中，可運(yùn)動(dòng)光學(xué)元件可以是透鏡陣列140 本身。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，利用光照射光路和/或采集光路上 的可運(yùn)動(dòng)反射鏡、電光元件或聲光元件，可以改變透鏡陣列140的后 光瞳上的入射角。為了確保點(diǎn)150聚焦到襯底160上，利用在例如美國(guó)專利6,124,924 描述的傳統(tǒng)技術(shù)，測(cè)量需要進(jìn)行校正的任何聚焦誤差，在此引用該專 利的全部?jī)?nèi)容供參考。然后，或者通過(guò)在z方向(透鏡陣列140的上 下方向)移動(dòng)襯底160，通過(guò)移動(dòng)透鏡陣列140，或者利用為了進(jìn)行補(bǔ) 償移動(dòng)的光學(xué)元件(未示出)，實(shí)現(xiàn)校正。如果襯底160不是平面， 則可以使透鏡陣列140或另一個(gè)光學(xué)元件傾斜以對(duì)襯底的局部?jī)A斜 (即，F(xiàn)OV內(nèi)的)進(jìn)行補(bǔ)償。在圖la所示的本發(fā)明實(shí)施例中，可以使用準(zhǔn)直的、部分準(zhǔn)直的或
者未準(zhǔn)直的照射光源100。在照射光源IOO被準(zhǔn)直的本發(fā)明實(shí)施例中， 將透鏡陣列140設(shè)置在離開襯底160—個(gè)焦距距離的位置，以產(chǎn)生聚 焦點(diǎn)150的陣列。如果透鏡陣列140的透鏡單元在光軸上具有可忽略 偏差，則獲得衍射受限點(diǎn)150的陣列。在這種情況下，釆集光學(xué)器件 (參考編號(hào)120、 130、 140、 170)的作用是以陣列140內(nèi)的各透鏡尺 寸確定的分辨率要求將透鏡陣列140的后光瞳成像在檢測(cè)器陣列180 上。由于各透鏡的尺寸通常在數(shù)十微米至幾毫米的范圍內(nèi)，所以如果 利用微透鏡構(gòu)成透鏡陣列140，而且點(diǎn)150的尺寸在十分之一微米至 十微米范圍內(nèi)，則對(duì)透鏡陣列140的后光瞳的成像要求比成像整個(gè) FOV的要求簡(jiǎn)單得多。由于利用照射光源獲得這種情況下的分辨率， 所以照射光源100需要是提供足夠亮度的激光器光源。本發(fā)明的該實(shí) 施例實(shí)際上是只有掃描單元是機(jī)械工作臺(tái)165的激光掃描顯微鏡。如 果如果針孔171設(shè)置在望遠(yuǎn)鏡170的焦點(diǎn)上，而且與照射光源100對(duì) 準(zhǔn)，則望遠(yuǎn)鏡170變成共焦顯微鏡。在采用部分準(zhǔn)直或未準(zhǔn)直的照射光源IOO的本發(fā)明實(shí)施例中，陣列 150上的點(diǎn)不受衍射限制。在這種情況下，將針孔171設(shè)置在望遠(yuǎn)鏡 170的焦點(diǎn)上可以確保成像衍射受限點(diǎn)。在利用工作臺(tái)165的運(yùn)動(dòng)連 續(xù)覆蓋襯底160的情況下，本發(fā)明的該實(shí)施例實(shí)際上是分別成像一個(gè) 點(diǎn)的成像顯微鏡的陣列。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，利用標(biāo)準(zhǔn)射束分裂器代替偏振射束分 裂器120。因此，不需要四分之一波長(zhǎng)晶片130。在圖ld所示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，照射光路不通過(guò)透鏡陣 列140，但是它通過(guò)不同光路到達(dá)襯底160。該光路或者照射FOV上 的所有區(qū)域，或者包括透鏡陣列140a,或者等效于如圖所示用于僅照 射點(diǎn)150的陣列的衍射光學(xué)元件。在圖lj-l所示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，陣列140的各后光瞳 在照射光路和采集光路方面是不同的。通過(guò)在照射光路或采集光路上 或者在它們二者上設(shè)置光孔，可以實(shí)現(xiàn)這種差別。例如，通過(guò)阻斷照 射光路上的光瞳中心，而僅使這些中心在采集光路上通過(guò)，可以獲得
暗場(chǎng)顯微鏡。這樣阻斷每個(gè)透鏡的中心可以獲得更高分辨率。代價(jià)是更強(qiáng)的旁瓣，但是如果使用大透鏡陣列(與32 x32相比，例如使用 320 x 320)，可以適應(yīng)這些旁瓣。現(xiàn)在，參考圖lj，通過(guò)在圖la所示的照射光學(xué)器件110與射束分 裂器120之間的照射光路上設(shè)置平面115，獲得根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施 例的暗場(chǎng)顯微鏡。如圖lk所示，平面115的暗環(huán)形115b用于阻斷對(duì) 應(yīng)于透鏡陣列140的各環(huán)形光孔115a的中心上的光，從而產(chǎn)生圓環(huán)光 孔。如圖lj和11所示，在射束分裂器120與望遠(yuǎn)鏡170之間設(shè)置另 一個(gè)平面125，平面125與平面115相反，即，每個(gè)單元125a的中心 125b是透明的，而剩余部分是不透明的，從而產(chǎn)生中心環(huán)形光孔。作 為一種選擇，可以轉(zhuǎn)換平面115和125 (即，照射光路上的中心環(huán)形 光孔和采集光路上的圓環(huán)光孔)，然而，仍可以獲得本發(fā)明的該實(shí)施 例的暗場(chǎng)顯微鏡。關(guān)于高分辨率成像，最好利用具有大數(shù)值孔徑，例如約0.8的透鏡， 產(chǎn)生點(diǎn)陣列150。然而，微透鏡通常具有約0.4或者更小的數(shù)值孔徑。 在圖lb所示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，利用采用廉價(jià)、容易獲得的 低數(shù)值孔徑(例如約0.1)微透鏡的微透鏡陣列140a在中間平面IP 上產(chǎn)生較大點(diǎn)陣列，將該陣列縮微為要求的點(diǎn)陣列大小并利用傳統(tǒng)光 學(xué)器件145將它投影到襯底160上。該實(shí)施例可以使用廉價(jià)微透鏡， 因此降低了成像系統(tǒng)的成本。采用微透鏡技術(shù)可以產(chǎn)生較平坦光學(xué)面，該光學(xué)面非?？拷?通常 為幾微米甚或更短)襯底。再參考圖la,在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中， 利用具有最佳折射率，例如大于空氣(n>l)的折射率的流體填充透 鏡陣列140與襯底160之間的間隙，這樣可以改善分辨率。然而大NA 和大FOV透鏡的曲率大，需要質(zhì)地好的流體介質(zhì)，這樣使用透鏡陣 列需要非常少量的流體。本發(fā)明的該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是有效縮短光波長(zhǎng)， 從而獲得更高分辨率極限的浸入顯微技術(shù)。大FOV浸入顯微技術(shù)的 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過(guò)程中在使它們干燥 之前對(duì)在流體環(huán)境下處理的襯底進(jìn)行檢驗(yàn)。
在圖1C所示的本發(fā)明的變換實(shí)施例中，將每個(gè)激光器單獨(dú)控制的激光器陣列100a用作光源，以在襯底160上產(chǎn)生點(diǎn)陣列。激光器陣列 100a可以包括可以從Band Gap Engineering of Colorado獲得的垂直 空腔表面發(fā)光激光器(VCSEL)的陣列。VCSEL是從芯片的頂部、 向上發(fā)光的半導(dǎo)體激光器。激光器陣列100a發(fā)出的光通過(guò)透鏡120a 照射襯底160。射束分裂器120a設(shè)置在襯底160反射的反射光的共軛 面上，因此激光器陣列100a發(fā)出的光通過(guò)該共軛面，而襯底160反射 的反射光照射檢測(cè)器陣列180，如圖lc所示。因此，在本發(fā)明的該實(shí) 施例中不需要透鏡陣列。本發(fā)明方法適合光電子發(fā)射顯微鏡(PEEM)。在PEEM實(shí)現(xiàn)方法 中，系統(tǒng)照射襯底上的點(diǎn)(例如襯底160上的點(diǎn)150),并采集反射 的電子，以進(jìn)行電子成像，而非進(jìn)行光子(光學(xué))成像。因此，檢測(cè) 器陣列180包括用于檢測(cè)光子電子發(fā)射的傳統(tǒng)傳感器，例如與CCD 檢測(cè)器陣列相連的傳統(tǒng)多路板(MCP)，或者與CCD或MCP相連 的和CCD的閃爍器。使用本發(fā)明的離散點(diǎn)照射良好分離的點(diǎn)可以使 對(duì)電子成像系統(tǒng)具有低分辨率要求的PEEM具有高分辨率，這樣僅需 要提供足以防止在各單獨(dú)點(diǎn)之間發(fā)生串音的分辨率。本發(fā)明還可以利用工作臺(tái)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)快速、有效共焦成像。在 本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，將具有要求尺寸而且對(duì)應(yīng)于微透鏡陣列分 離的各針孔的陣列設(shè)置在共軛圖像平面上，而且調(diào)節(jié)它以便各針孔與 各點(diǎn)單元同心。參考圖le，微透鏡陣列141用作聚焦光學(xué)器件，以產(chǎn) 生共軛圖像平面141a，而針孔陣列142與透鏡陣列141的微透鏡同心 設(shè)置在共輒圖像平面141a上。這種技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于共 焦成像系統(tǒng)，因?yàn)樵谡丈涔饴飞蠜](méi)有針孔，而且使用了所有光源亮度。 此外，該技術(shù)還適于激光器和白光照射。此外，微透鏡陣列141的各 單元可以是廉價(jià)衍射微透鏡，而且可以有利確定光孔陣列142的光孔 的尺寸，以便僅使衍射微透鏡產(chǎn)生的中心點(diǎn)到達(dá)檢測(cè)器陣列180，而 阻斷不希望的旁瓣。在圖lf所示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)或者多個(gè)傳統(tǒng)射束 分裂單元210設(shè)置在采集光路上，以分裂透鏡陣列140后光瞳的共軛 面。聚焦光學(xué)器件220a-c，例如類似于透鏡陣列140的微透鏡陣列設(shè) 置在每個(gè)共輒光瞳面上，以形成多個(gè)共軛圖像平面221a-c。對(duì)于每個(gè) 共軛圖像平面221a-c，相對(duì)于最佳聚焦平面對(duì)針孔陣列230a-c設(shè) 置不同橫向偏移；即，透鏡陣列220a與針孔陣列230a之間的距離dl 與透鏡陣列220b與針孔陣列230b之間的距離d2不同，而且透鏡陣 列220c與針孔陣列230c之間的iE巨離d3與dl或d2不同。通過(guò)在每個(gè) 針孔陣列230a-c后面設(shè)置成像陣列(CCD) 180a-c，可以同時(shí)產(chǎn)生 多個(gè)圖像，每個(gè)圖像在襯底上具有不同高度限制。這樣，根據(jù)不同高 度，多個(gè)成像陣列180a-c可以同時(shí)檢驗(yàn)襯底160上的同一個(gè)點(diǎn)。然后， 重新釆樣多個(gè)陣列180a-c輸出的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生最佳聚焦平面圖像。例 如，信號(hào)處理器240可以對(duì)每個(gè)陣列180a-c輸出的、位于襯底160表 面上的給定像素的灰度級(jí)信息進(jìn)行處理，以補(bǔ)償不良聚焦跟蹤。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，同時(shí)從幾個(gè)方向采集襯底上的點(diǎn)反射 的反射光。這種多透視(multi-perspective )成像技術(shù)可以以更高精度 進(jìn)行缺陷檢測(cè)和分類，因?yàn)槟撤N類型的缺陷在已知特性方向反射光。 因此，在相對(duì)于襯底的特定角度反射或者不反射光可以用于確定是否 存在特定類型的缺陷。如圖lg所示，通過(guò)在相對(duì)于襯底160的不同角度設(shè)置幾個(gè)光學(xué)系 統(tǒng)，例如微透鏡陣列380a、 380b以及相連的檢測(cè)器陣列380a、 380b, 可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明該實(shí)施例的多透視成像過(guò)程?？梢葬娪每梢砸苑蛛x點(diǎn) 150的分辨率成像襯底160的整個(gè)視場(chǎng)的任何傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)，代替透 鏡陣列340a、 340b。作為一種選擇，如圖lh所示，例如在透鏡1020 之間的間隔內(nèi)設(shè)置包括衍射單元1010的一個(gè)透鏡陣列1040。衍射單 元1010改變以不同角度從襯底160到檢測(cè)器陣列180的特定區(qū)域，或 者到幾個(gè)檢測(cè)器陣列180、 1080a、 1080b的散射光的方向，如圖II 所示。在圖la和2所示的實(shí)施例中，在機(jī)械交叉掃描x方向，相鄰行上 各透鏡的透鏡中心之間的偏移確定x方向上的像素尺寸(例如，第一
行el上第e個(gè)點(diǎn)與第二行e2上第e個(gè)點(diǎn)之間的距離在x軸上的投影 px)。此外，列(d6)上的最后一個(gè)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)交叉掃描像素(px) 離開相鄰列(cl)上的第一透鏡產(chǎn)生的點(diǎn)的軌跡的距離。因此，透鏡 列之間的距離或透鏡間距確定陣列內(nèi)的透鏡行數(shù)(nr)。在本發(fā)明的變換實(shí)施例中，使用大量的行(nr)，該陣列這樣傾斜， 使得相鄰行上各透鏡的光路之間的x軸上的分離是像素尺寸的幾(f) 分之一 (Px/f)。這樣選擇襯底的速度，使得它在y軸上橫跨的距離大 于一個(gè)像素的f倍(Py/f)?，F(xiàn)在，參考圖3a,在該圖中，對(duì)于透鏡 b^產(chǎn)生的給定的像素，示出簡(jiǎn)單的掃描圖形，腳注表示寫周期，頂部 的y相鄰?fù)哥R是bl2，左側(cè)的x相鄰?fù)哥R是b3n，其中n-s/py(為了產(chǎn) 生矩陣，需要s/py的值為整數(shù))。然而，在圖3b中，產(chǎn)生隔行掃描圖 形(為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，該圖示出f=2)。在這種情況下，bli和bl2被分 離開距離2py，其中bh的相鄰像素是b2n，而且n-s/2py。 1>12在斜率 為1/f的對(duì)角線上相對(duì)于bh位移。因此，對(duì)于大f，分離主要在y方 向上。結(jié)果是，通過(guò)交錯(cuò)在兩個(gè)軸線上均偏移的f周期性結(jié)構(gòu)可以連 續(xù)覆蓋襯底。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行交錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)是在給定FOV內(nèi)具有大量的單 獨(dú)點(diǎn)。因此，對(duì)于同樣的像素速率要求，陣列讀速率("幀速率，，)可 以更低，因?yàn)樵谠撽嚵兄芯哂懈嗟膯卧?。在?shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，機(jī)械工 作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的線性度以及透鏡間間隔的緊公差是必要的。此外，光源必 須是短脈沖形式的，而非連續(xù)波形式的(CW)。為了在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的點(diǎn)陣列原理時(shí)獲得良好效果，電子光學(xué)器件線 性度的緊公差是重要的-不僅對(duì)于微透鏡陣列，而且對(duì)于縮微光學(xué)元 件。各光點(diǎn)必須位于各點(diǎn)之間具有非常精確距離的精確直線格柵上。 例如，如果具有格柵1000行深度，則列n的第1000行的點(diǎn)必須精確 從列n-l的第一行的點(diǎn)觀看的位置附近通過(guò)。假定要求1/10像素的精 度，則這意味著在FOV長(zhǎng)度上有十分之一像素的線性度。如果透鏡 間距等于100像素，則線性度要求是1:106 ( 1000行*100像章間距/0.1 像素公差=106)。如果存在機(jī)械振動(dòng)，則這種極端精確的要求就成為問(wèn)題。在本發(fā)明的又一 個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使相鄰列上各透鏡的覆蓋區(qū)之間 產(chǎn)生小重疊，就不需要這種嚴(yán)格的線性度要求，從而減小了機(jī)械振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的不利影響。這是通過(guò)在圖2所示點(diǎn)陣列中設(shè)置附加點(diǎn)行，例 如附加行"7"和"8"實(shí)現(xiàn)的。此外，在諸如Applied Material's WF-736 的最自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)中，在沿襯底掃描方向上的兩個(gè)位置之間進(jìn)行圖像 比較。該實(shí)施例的附加像素行可以使各列產(chǎn)生的像素與同 一列產(chǎn)生的 像素進(jìn)行比較。此外，圖像處理算法通常要求對(duì)給定像素的相鄰像素 進(jìn)行運(yùn)算。列之間(即，附加像素行)的重疊優(yōu)先足以提供"備用" 像素(通常1至5個(gè)像素)，從而確保用于該算法的相鄰像素均來(lái)自 同一列。這樣，點(diǎn)d6就不必與諸如cl的遙遠(yuǎn)點(diǎn)進(jìn)行比較。該實(shí)施例 從本質(zhì)上使每列上的透鏡進(jìn)入各數(shù)據(jù)通路。它還適合用于調(diào)制圖像處 理方法，例如，將每列送到單獨(dú)圖像處理模塊。這種調(diào)制方法簡(jiǎn)化了 處理過(guò)程并提高了處理速度。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，線性度要求降低到在彼此的附近通過(guò)的各 列的各行之間的距離。在基于非交織的方法中，該距離是一個(gè)透鏡間 距。對(duì)于以上描述的情況，線性度要求為1:1000 ( 100像素間距/0.1 像素公差)。如果采用交織(參考圖3b)，則線性度要求乘以交叉因 數(shù)，這樣，對(duì)于交織因數(shù)IO，線性度就變成1:10,000。如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的局限性在于，為了對(duì)高速檢驗(yàn)提供足夠功率 密度，需要與相干激光器一起工作。許多檢驗(yàn)的襯底被透明或半透明 介質(zhì)層覆蓋，這樣在介質(zhì)層的表面之間出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。因?yàn)檫@些層的 厚度在整個(gè)晶片上不同，所以從每個(gè)介質(zhì)層的上部和下部反射的反射 光的相位也不同，而且產(chǎn)生的干擾可以是相長(zhǎng)干擾或相消干擾。即使 沒(méi)有缺陷或不規(guī)則性，這些干擾現(xiàn)象仍導(dǎo)致反射功率發(fā)生變化，從而 限制了系統(tǒng)識(shí)別真實(shí)缺陷的能力。為了克服激光器光源的該局限性， 一些現(xiàn)有技術(shù)的檢驗(yàn)系統(tǒng)使用寬帶燈照射，這樣對(duì)平均輸出產(chǎn)生相長(zhǎng) 干擾和相消干擾作用，使得反射光強(qiáng)不取決于介質(zhì)層厚度的變化。然而，燈光光源不具有激光器的亮度，而且當(dāng)燈光光源發(fā)出的光在
到達(dá)透鏡陣列之前被準(zhǔn)直時(shí)，該事實(shí)產(chǎn)生問(wèn)題。透鏡陣列使光越準(zhǔn)直， 可用功率就越低。要實(shí)現(xiàn)合理信噪比，功率低就要求較長(zhǎng)的積分時(shí)間， 從而限制了系統(tǒng)的產(chǎn)量。相反，如果不使光準(zhǔn)直，則透鏡不將它焦距 為衍射受限點(diǎn)。大照射點(diǎn)將或者降低系統(tǒng)的分辨率，或者要求采集光 學(xué)器件形式的裝置，例如針孔陣列，以隔開一部分大光點(diǎn)，然后再產(chǎn) 生要求長(zhǎng)積分時(shí)間的弱信號(hào)，因此降低了產(chǎn)量。因此，現(xiàn)有技術(shù)寬帶 燈照射解決方案不能使點(diǎn)格柵陣列檢驗(yàn)系統(tǒng)具有足夠高的性能。圖4示出克服了上面討論的現(xiàn)有技術(shù)寬帶照射系統(tǒng)的局限性的本 發(fā)明實(shí)施例。在該實(shí)施例中，使用可以充分照射襯底的燈光光源發(fā)出 的部分準(zhǔn)直寬帶光，產(chǎn)生比衍射限制大的照射點(diǎn)S。對(duì)圖4所示成像 CCD陣列500設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)要求分辨率的像素尺寸。這樣， 一次可 以將每個(gè)照射點(diǎn)S成像在一個(gè)以上的像素510上。當(dāng)襯底在該實(shí)施例的透鏡陣列500的下方移動(dòng)(例如沿y軸)時(shí)， 利用檢測(cè)器陣列500的相應(yīng)像素510成像同一個(gè)襯底位置，因?yàn)檎丈?點(diǎn)S的不同部分照射該襯底位置。與襯底的運(yùn)動(dòng)"同步"，疊加像素 行510產(chǎn)生的信號(hào)，從而將照射點(diǎn)S的不同部分產(chǎn)生的信號(hào)疊加在一 起。利用在傳統(tǒng)CCD陣列上傳送的電荷，或者利用任何眾所周知的 模擬技術(shù)或數(shù)字技術(shù)，可以在檢測(cè)器陣列芯片上，或者在檢測(cè)器陣列 芯片外，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的該實(shí)施例。此外，還可以將后面的透鏡產(chǎn)生并被檢測(cè)器陣列500內(nèi)的其他像素 510采集的、對(duì)應(yīng)于襯底上的同一個(gè)位置的信號(hào)與前面的透鏡產(chǎn)生的 信號(hào)疊加在一起。圖4所示的例子示出一個(gè)透鏡點(diǎn)的IO個(gè)連續(xù)行上的 各像素的集成以及10個(gè)透鏡的集成-總共100像素的集成。使照射光 源的有效亮度增加十倍就可以使用燈光光源，而不使用激光器，克服 上述干擾問(wèn)題，并提供足夠高產(chǎn)量。該實(shí)施例的檢測(cè)器陣列可以是均勻格柵。在這種情況下，僅使用該 格柵的某些部分。作為一種選擇，它可以由其分離開的區(qū)域可以支承 電子器件的、每個(gè)透鏡的密集陣列構(gòu)成。對(duì)于圖4所示的例子，可以 具有間距等于100x ioo像素的、每個(gè)透鏡的10xlO像素子陣列520。
檢測(cè)器陣列500與上述實(shí)施例傾斜同樣的角度，以確保整個(gè)襯底被覆 蓋并對(duì)照射給定區(qū)域的順序透鏡產(chǎn)生的信號(hào)積分。象在本發(fā)明的該實(shí) 施例中那樣使用寬帶照射要求使用折射型透鏡單元，而非衍射型透鏡 單元，因?yàn)楹笳叩慕咕嗯c波長(zhǎng)成線性關(guān)系。在圖5所示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，將兩塊相應(yīng)襯底640a, 640b，例如同一個(gè)晶片上的兩個(gè)同樣晶片放置在可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)650上， 而且一個(gè)晶片用作檢驗(yàn)另一個(gè)晶片的基準(zhǔn)。輻射源600可以是以上描 述的任何一種照射光源，它提供的光需要通過(guò)照射光學(xué)器件610和射 束分裂器620a、 620b入射到透鏡陣列630a、 630b，從而照射村底640a 和640b上的同一個(gè)點(diǎn)陣列。透鏡陣列630a、 630b可以是上述陣列之 任一。檢測(cè)器陣列660a、 660b釆集襯底640a和640b發(fā)出的信號(hào)，然后， 處理器670對(duì)獲得的圖像進(jìn)行比較，以確定襯底640a、 640b之一上是 否存在缺陷。例如，將兩個(gè)圖像上相應(yīng)像素的灰度級(jí)進(jìn)行比較，如果 它們的差別大于預(yù)定閾值數(shù)量，則處理器670確定該像素位置存在缺 陷。與在本發(fā)明的上述實(shí)施例中相同，可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)650這樣移動(dòng)， 使得基本分別照射并成像襯底640a、 640b的整個(gè)表面。然而，本發(fā)明 的該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，由于襯底640a、 640b均承受工作臺(tái)650的同樣 振動(dòng)，所以沒(méi)有該振動(dòng)產(chǎn)生的不希望效果，而且無(wú)需象在此描述的其 他實(shí)施例中所做的那樣，對(duì)它們進(jìn)行補(bǔ)償。下面的例子說(shuō)明計(jì)算與實(shí)現(xiàn)本發(fā)明有關(guān)的各種參數(shù)的過(guò)程 定義FOV-襯底上的視場(chǎng)(微米)(假定是正方形)D-襯底上的點(diǎn)之間的間距(微米)p-襯底上的像素尺寸(微米)ny和nx-分別是陣列內(nèi)的行數(shù)和列數(shù)N-陣列內(nèi)的透鏡總數(shù)DR-數(shù)據(jù)速率要求(像素/秒/陣列)FR -幀速率要求(讀的陣列/秒)V-y方向上的工作臺(tái)速度(微米/秒)由于FOV-D^x， ny=D/p，所以利用下式計(jì)算透鏡總數(shù)N: N = nx*ny=(FOV/D)*(D/p)=FOV/p對(duì)于給定的數(shù)據(jù)速率要求(DR)，則要求幀速率(FR)，并因 此要求工作臺(tái)速度為FR=DR/N=DR*p/FOV以及V=FR*p=DR*p2/FOV例子1:FOV - 1 mm=1000微米 DR-10吉^象素/秒=101()像素/秒 P=100 nm=0,l微米= N=1000/0.1=10，000=104=>100*100陣列 = FR=10ie/104=106=l兆幀/秒 =>V=106*0.1微米=100 mm/秒對(duì)于給定的像素尺寸，為了在陣列內(nèi)獲得大量像素，并因此而降 低幀速率和工作臺(tái)速度要求，提高FOV是關(guān)鍵(在采用圖3b所示的 交錯(cuò)時(shí)，行數(shù)增加，并因此而增加陣列單元數(shù)，而幀速率降低，但是 工作臺(tái)速度卻保持不變)。在采用直接透鏡陣列進(jìn)行襯底成像的本發(fā) 明實(shí)施例中，不限制FOV。然而，在利用傳統(tǒng)光學(xué)器件將微透鏡陣列 再成4象到襯底上時(shí)，F(xiàn)OV成為問(wèn)題。例子2:如果像素尺寸減小到10 nm，而FOV增加到10 mm，則陣列的總 點(diǎn)數(shù)是N= 10,000/0.01=106。如果保持106幀/秒的幀速率(FR)，則 本發(fā)明的數(shù)據(jù)速率(DR)為1012像素/秒，或者1萬(wàn)億像素/秒。該DR 情況下的工作臺(tái)速度(V)是10mm/秒。根據(jù)本發(fā)明的該系統(tǒng)比任何 現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)均快3個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)然，這種系統(tǒng)要求可以處理高數(shù) 據(jù)速率的傳統(tǒng)圖像捕獲系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。例如，利用EU'V(波長(zhǎng) 為13-14 nm的擴(kuò)展UV)光學(xué)器件可以獲得根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例 利用傳統(tǒng)材料、方法和裝置，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，在此不詳細(xì) 說(shuō)明這種材料、裝置和方法的細(xì)節(jié)。在上面的描述中，為了有助于全 面理解本發(fā)明，對(duì)許多特定細(xì)節(jié)進(jìn)行了說(shuō)明，例如特定材料、結(jié)構(gòu)、 化學(xué)物質(zhì)、處理過(guò)程等。然而，應(yīng)該認(rèn)為，不采用以上具體說(shuō)明的細(xì) 節(jié)，仍可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他例子中，為了不使本發(fā)明不必要地模 糊不清，所W未對(duì)眾所周知的處理過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)描述。了描述。應(yīng)該明白，本發(fā)明可以用于各種其他組合和環(huán)境，而且可以 在在此描述的本發(fā)明原理范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行變更和修改。
權(quán)利要求
1、一種成像器，該成像器包括照射光源，包括寬帶燈，用于同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上互相隔離開的點(diǎn)的陣列；檢測(cè)器陣列，用于采集從該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像，該檢測(cè)器陣列包括多個(gè)像素陣列，每個(gè)像素陣列對(duì)應(yīng)于一個(gè)點(diǎn)；以及可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承對(duì)象，并這樣移動(dòng)對(duì)象，使得對(duì)象表面上的預(yù)定部分可以被輻照并成像；以及其中照射光源這樣照射點(diǎn)陣列，使得每次由像素陣列之一的一個(gè)以上的像素采集從每個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中在工作臺(tái)移動(dòng)對(duì)象時(shí)， 利用各點(diǎn)之一的多個(gè)部分，利用像素陣列之一的相應(yīng)部分對(duì)一部分對(duì) 象表面成像。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中確定像素陣列中各像素 的尺寸以提供預(yù)定分辨率；以及其中照射光源這樣照射點(diǎn)陣列，使得每個(gè)點(diǎn)大于成像器的預(yù)定衍 射限制。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中檢測(cè)器陣列包括電荷耦 合器件。
5、 一種成像器，該成像器包括輻射源，用于同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上互相隔離開的點(diǎn)的 陣列；檢測(cè)器陣列，用于采集由點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)， 以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；以及可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承對(duì)象，并這樣移動(dòng)對(duì)象，使得該對(duì)象表 面上的預(yù)定部分可以被輻照并成像；其中可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)在偏離點(diǎn)陣列的軸線的掃描方向基本上線性地移動(dòng)對(duì)象，使得當(dāng)對(duì)象在掃描方向上的移動(dòng)距離基本等于點(diǎn)陣列的長(zhǎng)度時(shí)，該點(diǎn)在機(jī)械交叉掃描方向跟蹤對(duì)象表面上的基本連續(xù)軌跡；以 及其中點(diǎn)陣列包括多個(gè)行和列的點(diǎn)，而且輻射源用于輻照預(yù)定行數(shù) 的點(diǎn)，使得兩個(gè)相鄰列上的各點(diǎn)跟蹤對(duì)象表面上的連續(xù)軌跡時(shí)相重疊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像器，其中輻射源這樣輻照附加行 的點(diǎn)，使得點(diǎn)的總行數(shù)大于點(diǎn)的預(yù)定行數(shù)，而且列中的兩個(gè)相鄰列重 疊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像器，其中輻射源這樣輻照足夠數(shù) 量的附加行的點(diǎn)，使得用于圖像處理算法的相鄰像素全部在一列上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像器，該成像器進(jìn)一步包括用于對(duì) 可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償器。
9、 一種檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中包括輻射源，用于同時(shí)輻照要成像的第一對(duì)象表面上互相分離的各點(diǎn) 的第一陣列，并用于輻照要成像的第二對(duì)象表面上互相分離的各點(diǎn)的 第二陣列，其中第一點(diǎn)陣列和第二點(diǎn)陣列基本相同，而且第一對(duì)象的 表面與第二對(duì)象的表面互相對(duì)應(yīng)；第一檢測(cè)器陣列，用于釆集由點(diǎn)與第一對(duì)象的表面的相互作用而 產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第一對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；第二檢測(cè)器陣列，用于采集由點(diǎn)與第二對(duì)象的表面的相互作用而 產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第二對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承第一對(duì)象和第二對(duì)象，并這樣移動(dòng)各對(duì) 象，使得基本上每個(gè)對(duì)象的整個(gè)表面可以被輻照和成像；以及處理器，用于將第一對(duì)象的圖像與第二對(duì)象的圖像進(jìn)行比較。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中配置處理器，以根據(jù) 對(duì)第一對(duì)象的圖像與第二對(duì)象的圖像所做的比較，確定第二對(duì)象表面 上是否存在缺陷。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中配置處理器，以在第 二對(duì)象表面上的圖像的參數(shù)值與第一對(duì)象表面上的圖像的參數(shù)值的差別大于預(yù)定閾值量時(shí)，確定第二對(duì)象的表面上存在缺陷。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像器，該成像器進(jìn)一步包括用于補(bǔ) 償可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性的補(bǔ)償器。
13、 一種方法，其中包括步驟同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上互相隔離開的點(diǎn)的陣列； 采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；利用透鏡陣列，將光源發(fā)出的光聚焦為對(duì)象表面上的點(diǎn)陣列； 這樣將具有對(duì)應(yīng)于陣列的各透鏡的針孔陣列的部件設(shè)置在對(duì)象與檢測(cè)器陣列之間的共軛圖像平面上，使得各針孔與點(diǎn)陣列上的點(diǎn)同心；以及這樣移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上的對(duì)象，使得該對(duì)象表面上的預(yù)定部分 可以被輻照并成像。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，該方法包括設(shè)置用于產(chǎn)生共軛 圖像平面的第二透鏡陣列。
15、 一種方法，其中包括步驟同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上互相隔離開的點(diǎn)的陣列； 利用透鏡陣列，將光源發(fā)出的光聚焦為對(duì)象表面上的點(diǎn)陣列； 在檢測(cè)器陣列釆集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)， 以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；將透鏡陣列的后光瞳的共軛面分裂為多個(gè)共輒光瞳面； 形成每個(gè)光瞳面的共軛圖像平面；這樣設(shè)置多個(gè)分別具有針孔陣列而且分別與圖像平面之一有關(guān)的 部件，使得每個(gè)部件具有不同橫向偏移；采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以同時(shí)產(chǎn)生對(duì) 象輻照部分的多個(gè)圖像，每個(gè)圖像分別與用于從針孔陣列接收光的部 件有關(guān)；這樣移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上的對(duì)象，使得該對(duì)象表面上的預(yù)定部分 可以被輻照并成像；以及補(bǔ)償移動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性。
16、 一種方法，其中包括步驟同時(shí)對(duì)要成像的對(duì)象表面輻照互相隔離開的點(diǎn)的陣列； 釆集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；利用透鏡陣列，將光源發(fā)出的光聚焦為對(duì)象表面上的點(diǎn)陣列； 這樣將具有對(duì)應(yīng)于陣列的各透鏡的中心的掩膜陣列的部件設(shè)置在對(duì)象與檢測(cè)器陣列之間的共軛圖像平面上，使得各掩膜與點(diǎn)陣列上的點(diǎn)同心；以及這樣移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上的對(duì)象，使得該對(duì)象表面上的預(yù)定部分 可以被輻照并成像。
17、 一種方法，其中包括步驟同時(shí)對(duì)要成像的對(duì)象表面輻照互相隔離開的點(diǎn)的陣列；采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表 面上的輻照部分的圖像；支承對(duì)象，并在偏離點(diǎn)陣列的軸線的掃描方向，基本上線性地移 動(dòng)對(duì)象，使得當(dāng)對(duì)象在掃描方向上的移動(dòng)距離基本等于點(diǎn)陣列的長(zhǎng)度 時(shí)，該點(diǎn)在機(jī)械交叉掃描方向跟蹤襯底表面上的基本連續(xù)軌跡，并且 該對(duì)象表面上的預(yù)定部分被輻照和成^^;其中點(diǎn)陣列包括多個(gè)行和列的點(diǎn)，而且輻照步驟包括這樣輻照預(yù) 定行數(shù)的點(diǎn)，使得兩個(gè)相鄰列上的各點(diǎn)在跟蹤對(duì)象表面上的連續(xù)軌跡 時(shí)相重疊。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中多個(gè)行和列的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一 部分對(duì)象表面的區(qū)域，該方法包括這樣輻照附加行的點(diǎn)，使得點(diǎn)的總 行數(shù)大于預(yù)定行數(shù)的點(diǎn)，而且列中的兩個(gè)相鄰列重疊。
19、 一種方法，該方法包括步驟同時(shí)輻照要成像的第一對(duì)象表面上互相分離的各點(diǎn)的第一陣列， 并輻照要成像的第二對(duì)象表面上互相分離的各點(diǎn)的第二陣列，其中第 一點(diǎn)陣列和第二點(diǎn)陣列基本相同，而且第一對(duì)象的表面與第二對(duì)象的表面互相對(duì)應(yīng)；采集由該點(diǎn)與第一對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第 一對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；采集由該點(diǎn)與第二對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第 二對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；這樣移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上的第一對(duì)象和第二對(duì)象，使得每個(gè)對(duì)象 表面上的預(yù)定部分可以被輻照并成像；以及將第一對(duì)象的圖像與第二對(duì)象的圖像進(jìn)行比較。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括根據(jù)對(duì)第一對(duì)象的 圖像與第二對(duì)象的圖像所做的比較，確定第二對(duì)象表面上是否存在缺陷。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，該方法包括在第二對(duì)象表面上 的圖像的參數(shù)值與第一對(duì)象表面上的圖像的參數(shù)值的差別大于預(yù)定閾 值量時(shí)，確定第二對(duì)象的表面上存在缺陷。
22、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在執(zhí)行移動(dòng)步驟期間，第 一對(duì)象與第二對(duì)象承受基本相同的機(jī)械振動(dòng)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括對(duì)移動(dòng)工作臺(tái)的機(jī) 械不精確性進(jìn)行補(bǔ)償。
24、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中輻照步驟包括聚焦光源發(fā) 出的光以形成第一點(diǎn)陣列和第二點(diǎn)陣列。
25、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中輻照步驟包括引導(dǎo)激光以 照射第一表面和第二表面，從而形成第一點(diǎn)陣列和第二點(diǎn)陣列。
26、 一種方法，其中包括步驟同時(shí)輻照要成像的對(duì)象表面上互相隔離開的點(diǎn)的陣列； 采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表 面上的被輻照部分的圖像；在偏離點(diǎn)陣列的軸線的掃描方向，基本線性移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上 的對(duì)象，使得當(dāng)該對(duì)象在掃描方向上的移動(dòng)距離基本等于點(diǎn)陣列的長(zhǎng) 度時(shí)，在機(jī)械交叉掃描方向，各點(diǎn)跟蹤對(duì)象表面上基本連續(xù)的軌跡， 同時(shí)在執(zhí)行輻照和采集步驟時(shí)，輻照并成像對(duì)象表面上的預(yù)定部分；其中點(diǎn)陣列包括多個(gè)行和列的點(diǎn)，而且輻照步驟包括這樣輻照預(yù) 定行數(shù)的點(diǎn)，使得兩個(gè)相鄰列上的各點(diǎn)跟蹤對(duì)象表面上的連續(xù)軌跡時(shí) 相重疊。
27、 一種方法，其中包括步驟同時(shí)將光源發(fā)出的光聚焦為要成像的對(duì)象表面上的互相隔離開的 點(diǎn)的陣列；光源產(chǎn)生的光的第一部分以第一角度從點(diǎn)陣列反射到第一檢測(cè)器 陣列，該第一檢測(cè)器陣列用于采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn) 生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的被輻照部分的第一圖像；以及光源產(chǎn)生的光的第二部分以不同于第一角度的第二角度反射到第 二檢測(cè)器陣列，該第二檢測(cè)器陣列用于采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互 作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的被輻照部分的第二圖像；以 及在執(zhí)行輻照和采集步驟時(shí)，移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上的對(duì)象，使得該 對(duì)象表面上的預(yù)定部分可以被輻照并成像。
28、 一種成像器，其中包括輻射源，用于同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上互相隔離開的點(diǎn)的 陣列；檢測(cè)器陣列，用于采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信 號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承對(duì)象，并這樣移動(dòng)對(duì)象，使得該對(duì)象表 面上的預(yù)定部分可以被輻照并成像；第一部件，具有對(duì)應(yīng)于陣列的各點(diǎn)的中心的針孔陣列，該第一部 件這樣設(shè)置在對(duì)象與檢測(cè)器陣列之間，使得各針孔與各點(diǎn)同心；以及第二部件，具有對(duì)應(yīng)于陣列的各點(diǎn)的中心的掩膜的陣列，該第二部件這樣設(shè)置在輻射源與對(duì)象表面之間，使得各掩膜與點(diǎn)陣列的各點(diǎn) 同心。
29、 一種成像器，其中包括 輻射源，用于同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上的互相隔離開的點(diǎn)的陣列；檢測(cè)器陣列，用于采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信 號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承對(duì)象，并這樣移動(dòng)對(duì)象，使得該對(duì)象表 面上的預(yù)定部分可以被輻照并成像；以及第一部件，具有對(duì)應(yīng)于陣列的各點(diǎn)的中心的掩膜的陣列，該第一 部件這樣設(shè)置在對(duì)象與檢測(cè)器陣列之間，使得各針孔與各點(diǎn)同心。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的成像器，其中進(jìn)一步包括第二部件， 該第二部件具有對(duì)應(yīng)于陣列的各點(diǎn)的中心的針孔的陣列，該第二部件這樣設(shè)置在輻射源與對(duì)象表面之間，使得各掩膜與點(diǎn)陣列的各點(diǎn)同心。
31、 一種成像器，其中包括光源，用于同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上的互相隔離開的點(diǎn)的陣列；透鏡陣列，用于將光源發(fā)出的光聚焦為點(diǎn)陣列；第一檢測(cè)器陣列，用于采集由該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生 的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像，其中光源產(chǎn)生的光的 第 一部分以第 一 角度從點(diǎn)陣列反射到第 一檢測(cè)器陣列，而光源產(chǎn)生的 光的第二部分以不同于第一角度的第二角度反射；第二檢測(cè)器陣列，用于采集對(duì)應(yīng)于該光的第二部分的信號(hào)；以及 可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承對(duì)象，并這樣移動(dòng)對(duì)象，使得該對(duì)象表 面上的預(yù)定部分可以被輻照并成像。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高數(shù)據(jù)速率點(diǎn)格柵陣列成像系統(tǒng)，它可以補(bǔ)償工作臺(tái)的振動(dòng)，而且可以克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的嚴(yán)格線性度要求問(wèn)題。實(shí)施例包括具有二維周期性透鏡陣列的成像系統(tǒng)，透鏡陣列中的每個(gè)透鏡將諸如要檢驗(yàn)的半導(dǎo)體襯底的對(duì)象平面上的點(diǎn)成像到圖像平面上，以成像二維周期性點(diǎn)陣列。利用二維周期性讀出單元陣列，在共軛圖像平面上設(shè)置傳感器，每個(gè)讀出單元從各點(diǎn)之一采集信號(hào)。機(jī)械系統(tǒng)使襯底在接近平行于點(diǎn)陣列的軸線的方向移動(dòng)，使得在襯底在掃描方向(y方向)上在點(diǎn)陣列上移動(dòng)時(shí)，點(diǎn)跟蹤在機(jī)械交叉掃描方向(x方向)不存在間隙的軌跡。諸如伺服機(jī)構(gòu)或可運(yùn)動(dòng)反射鏡的補(bǔ)償器補(bǔ)償移動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性，從而提高成像精度。在其他實(shí)施例中，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)使相鄰行上的透鏡陣列的透鏡的覆蓋區(qū)之間具有少量重疊，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的嚴(yán)格線性度要求問(wèn)題，而且可以使用成本效益好的微透鏡陣列。
文檔編號(hào)G01N21/95GK101131367SQ200710162490
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月7日
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