二次谐波表征光学系统及基于二次谐波表征的检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种二次谐波表征光学系统及基于二次谐波表征的检测装置，该二次谐波表征光学系统通过在起偏器与第一物镜之间的光路上增加光束整形模块，将高斯光束的偏振基频光整形为平顶光束的偏振基频光，再经过第一物镜聚焦为符合测试要求的基频光，并将基频光入射到待检测样品。与现有技术中入射到晶圆表面的基频光为高斯光束的方式相比，本申请使入射到待检测样品表面的基频光的光斑内部光强均匀，从而使光斑内部可以均匀的产生二次谐波信号，进而提高二次谐波表征待检测样品缺陷的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
二次谐波表征光学系统及基于二次谐波表征的检测装置


[0001]本专利技术涉及利用材料与激光间非线性光学效应表征
，尤其涉及一种二次谐波表征光学系统及基于二次谐波表征的检测装置。

技术介绍

[0002]随着微电子器件特征尺寸的不断减小，晶圆中缺陷引发的问题愈发严重。为提升微电子器件的性能、良率和可靠性，已经开发了多种晶圆缺陷表征技术。诸如但不限于：光束感应电流(OBIC)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、二次谐波(SHG)。其中，光束感应电流能够检测缺陷所在位置，但是依赖于特殊器件结构；X射线衍射能够根据衍射谱分析多晶型位错，但是获取晶圆级缺陷信息耗时长；透射电子显微镜能够获取高分辨率缺陷图像，但是样品制备具有破坏性。二次谐波作为一种快速、无损、非接触的表征技术，已经广泛应用在晶圆级缺陷表征领域。例如，利用二次谐波可以对SiC晶圆进行堆垛层错、位错等结构缺陷进行定位和识别，利用二次谐波可以分析SOI(Silicon
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On
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Insulator，绝缘衬底上的硅)晶圆表面及掩埋界面金属污染，利用二次谐波可以测量高电阻体硅晶圆中的电活性氧间隙。
[0003]但是在二次谐波的检测系统中，目前直接将激光器输出的激光束依次经过起偏器和物镜之后形成满足测试要求的基频光入射到晶圆表面。由于激光器输出的激光束为高斯光束，所以斜入射到晶圆的光斑为椭圆形，且光斑内部光强不均匀，光斑内产生的二次谐波信号也不均匀，导致二次谐波表征晶圆缺陷的精度降低。

技术实现思路
/>[0004]本专利技术提供了一种二次谐波表征光学系统及基于二次谐波表征的检测装置，提高二次谐波表征待检测样品缺陷的精度。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种二次谐波表征光学系统，该二次谐波表征光学系统包括支撑结构、以及设置在支撑结构上且用于将待检测样品保持在其上的样品台。还包括入射光路系统和出射光路系统。其中，入射光路系统用于向待检测样品入射基频光。基频光入射到待检测样品之后能够产生携带样品缺陷信息的二次谐波信号，且二次谐波信号沿着待检测样品表面反射出的光束方向射出。出射光路系统包含探测器，用于将二次谐波信号收集于探测器内。在设置入射光路系统时，入射光路系统包括激光器、起偏器、光束整形模块和第一物镜。其中，激光器用于发出激光束。起偏器与激光器位置相对，用于将激光束起偏为具有设定偏振态的偏振基频光，偏振基频光为高斯光束。光束整形模块与起偏器位置相对，用于将偏振基频光整形为平顶光束。第一物镜与光束整形模块位置相对，用于将平顶光束聚焦为符合测试要求的基频光，并将基频光入射到待检测样品上。
[0006]在上述的方案中，通过在起偏器与第一物镜之间的光路上增加光束整形模块，将高斯光束的偏振基频光整形为平顶光束的偏振基频光，再经过第一物镜聚焦为符合测试要求的基频光，并将基频光入射到待检测样品。与现有技术中入射到晶圆表面的基频光为高
斯光束的方式相比，本申请使入射到待检测样品表面的基频光的光斑内部光强均匀，从而使光斑内部可以均匀的产生二次谐波信号，进而提高二次谐波表征待检测样品缺陷的精度。
[0007]在一个具体的实施方式中，光束整形模块还用于将偏振基频光的光斑整形为平行四边形光斑。现有技术中高斯光束的激光束斜入射到晶圆的光斑为椭圆形，在进行二次谐波Mapping扫描获取整个待检测样品表面缺陷信息时，由于到达晶圆表面的光斑横截面为椭圆形，扫描点位无法精确拼接并覆盖整个晶圆，导致二次谐波表征晶圆缺陷的精度降低。而本申请与现有技术斜入射到晶圆的光斑为椭圆形相比，本申请通过光束整形模块在将高斯光束整形为平顶光束时，还进一步将基频光的光斑整形为平行四边形光斑，从而在进行二次谐波Mapping扫描获取整个待检测样品表面缺陷信息时，通过使到达待检测样品表面的光斑横截面为平行四边形，对相邻的前后左右的扫描点位的光斑能够进行精确拼接并覆盖整个待检测样品表面，进一步提高二次谐波表征待检测样品缺陷的精度。
[0008]在一个具体的实施方式中，平行四边形光斑为矩形光斑，在进行二次谐波Mapping扫描获取整个待检测样品表面缺陷信息时，通过将入射到待检测样品表面的基频光的光斑整形为矩形光斑，便于对相邻的前后左右的扫描点位的光斑进行精确拼接。
[0009]在一个具体的实施方式中，矩形光斑为方形光斑，在进行二次谐波Mapping扫描获取整个待检测样品表面缺陷信息时，通过将入射到待检测样品表面的基频光的光斑整形为方形光斑，使前后左右相邻的扫描点位的间距相等，从而进一步方便对相邻的前后左右的扫描点位的光斑进行精确拼接。
[0010]在一个具体的实施方式中，光束整形模块由光学衍射镜片或硅基液晶空间光调制器构成，以简化光束整形模块的构造。
[0011]在一个具体的实施方式中，支撑结构包括一个圆弧导轨，样品台位于圆弧导轨的中心处。圆弧导轨上滑动装配有入射臂和出射臂，激光器、起偏器、光束整形模块和第一物镜均设置在入射臂上，出射光路系统设置在出射臂上。便于设置支撑结构，同时便于改变基频光的入射角度，便于将每个扫描点位产生的二次谐波信号全部收集于探测器内。
[0012]在一个具体的实施方式中，出射光路系统还包括固定在出射臂上的第二物镜、检偏器、滤光片。第二物镜用于对从待检测样品反射出的光束进行准直。检偏器与第二物镜位置相对，用于接收从第二物镜发出的光束，并进行检偏，以获得设定偏振态的出射光。滤光片与检偏器位置相对，用于滤除出射光中的基频光，获得二次谐波信号。探测器固定在出射臂上与滤光片相对的位置，以接收二次谐波信号。简化出射光路系统的设置。
[0013]在一个具体的实施方式中，样品台能够相对圆弧导轨在三个相互垂直的运动轴上运动，以使基频光扫描待检测样品的表面，便于对待检测样品表面进行二次谐波Mapping扫描获取整个待检测样品表面缺陷信息。
[0014]在一个具体的实施方式中，该二次谐波表征光学系统还包括：与样品台通信连接的控制模块，用于控制样品台带动待检测样品按照预设扫描轨迹运动，以使基频光在扫描待检测样品表面时，每个扫描点位的光斑均能够与前后左右相邻的其他扫描点位的光斑进行无缝拼接。通过增加控制模块，将预设扫描轨迹输入到控制模块，由控制模块控制样品台运动，不仅提高对待检测样品表面进行二次谐波Mapping扫描获取整个待检测样品表面缺陷信息的自动化程度，而且还能够便于对相邻的前后左右的扫描点位的光斑进行精确拼
接。
[0015]第二方面，本专利技术还提供了一种基于二次谐波表征的检测装置，该检测装置包括上述任意一种二次谐波表征光学系统。通过在起偏器与第一物镜之间的光路上增加光束整形模块，将高斯光束的偏振基频光整形为平顶光束的偏振基频光，再经过第一物镜聚焦为符合测试要求的基频光，并将基频光入射到待检测样品。与现有技术中入射到晶圆表面的基频光为高斯光束的方式相比，本申请使入射到待检测样品表面的基频光的光斑内部光强均匀，从而使光斑内部可以均匀的产生二次谐波信号，进而提高二次谐波表征待检测样品缺陷的精度。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次谐波表征光学系统，其特征在于，包括：支撑结构；设置在所述支撑结构上且用于将待检测样品保持在其上的样品台；用于向所述待检测样品入射基频光的入射光路系统；所述基频光入射到所述待检测样品之后能够产生携带样品缺陷信息的二次谐波信号，且所述二次谐波信号沿着所述待检测样品表面反射出的光束方向射出；包含有探测器的出射光路系统，所述出射光路系统用于将所述二次谐波信号收集于所述探测器内；其中，所述入射光路系统包括：用于发出激光束的激光器；与所述激光器位置相对的起偏器，所述起偏器用于将所述激光束起偏为具有设定偏振态的偏振基频光，所述偏振基频光为高斯光束；与所述起偏器位置相对的光束整形模块，用于将所述偏振基频光整形为平顶光束；与所述光束整形模块位置相对的第一物镜，所述第一物镜用于将所述平顶光束聚焦为符合测试要求的所述基频光，并将所述基频光入射到所述待检测样品上。2.如权利要求1所述的二次谐波表征光学系统，其特征在于，所述光束整形模块还用于将所述偏振基频光的光斑整形为平行四边形光斑。3.如权利要求2所述的二次谐波表征光学系统，其特征在于，所述平行四边形光斑为矩形光斑。4.如权利要求3所述的二次谐波表征光学系统，其特征在于，所述矩形光斑为方形光斑。5.如权利要求1～4任一项所述的二次谐波表征光学系统，其特征在于，所述光束整形模块由光学衍射镜片或硅基液晶空间光调制器构成。6.如权利要求1所述的二次谐波表征光学系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王然，赵泓达，王磊，张学文，李博，张喆，张昆鹏，岳嵩，张紫辰，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：