半导体缺陷检测系统的制作方法

1.本发明属于半导体缺陷检测技术领域，特别是涉及一种半导体缺陷检测系统。


背景技术：

2.光致发光（photoluminescence，pl）是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。光致发光是冷发光的一种，指物质吸收光子（或电磁波）后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。
3.现有技术中，常将光致发光技术应用于半导体的缺陷检测中，然而，受非焦平面衍射信号的干扰，缺陷检测过程中易发生光学分辨率降低的问题，因此，如何在光致发光技术检测半导体缺陷的过程中提高缺陷检测系统的光学分辨率成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对现有的光致发光技术在半导体缺陷检测过程中受非焦平面衍射信号的干扰，造成光学分辨率降低的技术问题，提供一种半导体缺陷检测系统。
5.为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种半导体缺陷检测系统，包括第一光源、第一针孔、二向色镜、套筒透镜、第二针孔以及成像探测器，所述第一光源及所述成像探测器分别设于所述二向色镜的周侧，所述第一针孔设于所述二向色镜与所述第一光源之间，所述套筒透镜设于所述二向色镜与所述成像探测器之间，所述第二针孔设于所述套筒透镜与所述成像探测器之间；所述第一光源发出的光经所述第一针孔照射至所述二向色镜，并经所述二向色镜反射并垂直照射至置于所述二向色镜的周侧的待检产品上，以形成荧光；所述荧光依次经所述二向色镜、所述套筒透镜与所述第二针孔照射至所述成像探测器，所述成像探测器用于接收所述荧光。
6.根据本发明实施例的半导体缺陷检测系统，将传统光致发光技术与共焦显微成像技术相结合，用以提高半导体缺陷检测的光学分辨率。该半导体缺陷检测系统中，第一光源的光经过第一针孔及二向色镜垂直聚焦照射在待检产品的表面，产生的荧光通过二向色镜进入套筒透镜，在套筒透镜的后焦面位置放置所述第二针孔，经过所述第二针孔的荧光被成像探测器所接收，所述第一针孔、待检产品焦面与所述第二针孔被置于互相关联的共轭位置，由于所述第二针孔的引入，待检产品在偏离焦平面时探测到的光能量相对于物体正好位于焦平面时的光能量要减弱，有效的避免了衍射光和散射光的干扰，因此该系统具备有反映样品不同深度的轴向响应能力，成像探测器接收到的荧光信号比传统光致发光系统信噪比更高，分辨率比传统光致发光缺陷检测系统提高1.4倍。
7.可选地，所述套筒透镜的光轴与所述二向色镜的第一中心光轴同轴设置；所述第一针孔的中轴与所述二向色镜的第二中心光轴同轴设置；所述二向色镜的第一中心光轴与所述二向色镜的第二中心光轴相互垂直设置。
8.可选地，所述半导体缺陷检测系统还包括第一聚焦透镜以及第二聚焦透镜，所述第一光源发出的光依次通过所述第一聚焦透镜与所述第二聚焦透镜进入所述第一针孔。
9.可选地，所述半导体缺陷检测系统还包括显微物镜，所述显微物镜设于在所述二向色镜与待检产品之间，所述二向色镜反射的光通过所述显微物镜到达待检产品的表面以形成荧光；所述荧光通过所述显微物镜进入所述二向色镜。
10.可选地，所述半导体缺陷检测系统还包括分光镜以及光谱仪，所述分光镜设于所述套筒透镜与所述第二针孔之间，所述分光镜用于将所述套筒透镜射出的荧光分为第一分光光路以及第二分光光路，所述第一分光光路的荧光经所述第二针孔进入所述成像探测器，所述第二分光光路的荧光进入所述光谱仪；所述第二针孔的中轴与所述第一分光光路同轴设置。
11.可选地，所述半导体缺陷检测系统还包括聚焦镜，所述聚焦镜设于所述分光镜与所述光谱仪之间，所述聚焦镜的光轴与所述第二分光光路同轴设置。
12.可选地，所述半导体缺陷检测系统还包括滤光片，所述滤光片设于所述套筒透镜与所述分光镜之间。
13.可选地，所述二向色镜为长波通二向色镜；所述滤光片为长波通滤光片。
14.可选地，所述成像探测器为点探测器。
15.可选地，所述待检产品为半导体晶圆，所述第一光源为波长小于所述半导体晶圆的峰值波长100nm的光源。
附图说明
16.图1是本发明一实施例提供的半导体缺陷检测系统的示意图。
17.说明书中的附图标记如下：1、第一光源；2、第一针孔；3、二向色镜；4、套筒透镜；5、第二针孔；6、成像探测器；7、第一聚焦透镜；8、第二聚焦透镜；9、显微物镜；10、分光镜；11、光谱仪；12、聚焦镜；13、滤光片；14、待检产品。
具体实施方式
18.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.如图1所示，本发明实施例提供的半导体缺陷检测系统，包括第一光源1、第一针孔2、二向色镜3、套筒透镜4、第二针孔5以及成像探测器6，所述第一光源1、所述成像探测器6与待检产品14分别设于所述二向色镜3的周侧，所述第一针孔2设于所述二向色镜3与所述第一光源1之间，所述套筒透镜4设于所述二向色镜3与所述成像探测器6之间，所述第二针
孔5设于所述套筒透镜4与所述成像探测器6之间。
20.所述第一光源1发出的光经所述第一针孔2照射至所述二向色镜3，并经所述二向色镜3反射并垂直照射至所述待检产品14上，以形成荧光；所述荧光依次经所述二向色镜3、所述套筒透镜4与所述第二针孔5照射至所述成像探测器6，所述成像探测器6用于接收所述荧光。
21.本发明实施例提供的半导体缺陷检测系统，将传统光致发光技术与共焦显微成像技术相结合，用以提高半导体缺陷检测的光学分辨率。该半导体缺陷检测系统中，第一光源1的光经过第一针孔2及二向色镜3垂直聚焦照射在待检产品14的表面，产生的荧光通过二向色镜3进入套筒透镜4，在套筒透镜4的后焦面位置放置所述第二针孔5，经过所述第二针孔5的荧光被成像探测器6所接收，所述第一针孔2、待检产品14焦面与所述第二针孔5被置于互相关联的共轭位置，由于所述第二针孔5的引入，待检产品14在偏离焦平面时探测到的光能量相对于物体正好位于焦平面时的光能量要减弱，有效的避免了衍射光和散射光的干扰，因此该系统具备有反映样品不同深度的轴向响应能力，成像探测器6接收到的荧光信号比传统光致发光系统信噪比更高，分辨率比传统光致发光缺陷检测系统提高1.4倍。
22.其中，共聚焦显微技术，通常利用放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的探测针孔实现点照明和点探测，来自光源的光通过照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，该点所发射的荧光成像在探测针孔内，该点以外的任何发射光均被探测针孔阻挡。照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点来说是共轭的，因此被探测点即为共焦点，被探测点所在的平面即为共焦平面。采集点的光信号通过探测针孔到达光电倍增管（photomultiplier tube，pmt），再经过信号处理，在计算机监视屏上形成图像，为了产生一幅完整的图像，由光路中的扫描系统在样品焦平面上扫描，从而产生一幅完整的共焦图像。只要载物台沿着z轴上下移动，将样品新的一个层面移动到共焦平面上，样品的新层面又成像在显示器上，随着z轴的不断移动，就可得到样品不同层面的连续光切图像。对于物镜焦平面的焦点处发出的光在针孔处可以得到很好的会聚，可以全部通过针孔被探测器接收。而在焦平面上下位置发出的光在针孔处会产生直径很大的光斑，对比针孔的直径大小，则只有极少部分的光可以透过针孔被探测器接收。而且随着距离物镜焦平面的距离越大，样品所产生的杂散光在针孔处的弥散斑就越大，能透过针孔的能量就越少（由10%到1%，慢慢接近为0%），因而在探测器上产生的信号就越小，影响也越小。正由于共焦显微镜仅对样本焦平面成像，有效的避免了衍射光和散射光的干扰，使得它具有比普通显微镜更高的分辨率，并在生物学中获得了广泛的应用。共焦显微技术的光学分辨率计算公式为：δ=0.439λ/na，其中，δ为光学分辨率，λ为使用的波长或辐射，na为物镜数值孔径。
23.进一步地，传统光致发光技术受到光学衍射极限的限制，其光学分辨率计算公式为：δ=0.61λ/na。本发明的半导体缺陷检测系统，通过将传统光致发光技术与共焦显微成像技术相结合，使得光学分辨率比传统光致发光缺陷检测系统提高1.4倍。
24.在一实施例中，所述第一针孔2为照明针孔，所述第二针孔5为共焦针孔。
25.在一实施例中，如图1所示，所述套筒透镜4的光轴与所述二向色镜3的第一中心光轴同轴设置，所述第一针孔2的中轴与所述二向色镜3的第二中心光轴同轴设置，所述二向色镜3的第一中心光轴与所述二向色镜3的第二中心光轴相互垂直设置。
26.通过设置二向色镜3的两光轴之间的位置关系，以及二向色镜3的各光轴与套筒透
镜4的光轴及第一针孔2的中轴之间的位置关系，以形成所述半导体缺陷检测系统，同时更好地提高半导体缺陷检测的光学分辨率。
27.在一实施例中，如图1所示，所述半导体缺陷检测系统还包括第一聚焦透镜7以及第二聚焦透镜8，所述第一光源1发出的光依次通过所述第一聚焦透镜7与所述第二聚焦透镜8进入所述第一针孔2。通过设置两聚焦透镜，使所述第一光源1发出的光更多地进入所述第一针孔2并照射至所述二向色镜3。
28.在一实施例中，如图1所示，所述半导体缺陷检测系统还包括显微物镜9，所述显微物镜9设于在所述二向色镜3与待检产品14之间，所述二向色镜3反射的光通过所述显微物镜9到达待检产品14的表面以形成荧光；所述荧光通过所述显微物镜9进入所述二向色镜3。
29.通过设置所述显微物镜9，可使所述二向色镜3反射的光线更集中地照射在待检产品14上，并可使待检产品14上产生的荧光更清晰地经所述二向色镜3、所述套筒透镜4与所述第二针孔5照射至所述成像探测器6。
30.在一实施例中，如图1所示，所述半导体缺陷检测系统还包括分光镜10以及光谱仪11，所述分光镜10设于所述套筒透镜4与所述第二针孔5之间，所述分光镜10用于将所述套筒透镜4射出的荧光分为第一分光光路以及第二分光光路，所述第一分光光路的荧光经所述第二针孔5进入所述成像探测器6，所述第二分光光路的荧光进入所述光谱仪11，以进行光谱测量。
31.所述第二针孔5的中轴与所述第一分光光路同轴设置，形成所述半导体缺陷检测系统。
32.在一实施例中，如图1所示，所述半导体缺陷检测系统还包括聚焦镜12，所述聚焦镜12设于所述分光镜10与所述光谱仪11之间，所述聚焦镜12的光轴与所述第二分光光路同轴设置。所述第二分光光路上的荧光进入所述聚焦镜12的光输入端，所述聚焦镜12的光出射端通过光纤连接所述光谱仪11。
33.在一实施例中，如图1所示，所述半导体缺陷检测系统还包括滤光片13，所述滤光片13设于所述套筒透镜4与所述分光镜10之间，所述滤光片13用于阻断短波长的来自第一光源1的反射光和散射光，透过所述长波长的荧光。
34.在一实施例中，所述二向色镜3为长波通二向色镜3，所述滤光片13为长波通滤光片13。所述成像探测器6为点探测器。
35.进一步地，所述待检产品14为半导体晶圆，所述第一光源1为波长小于所述半导体晶圆的峰值波长100nm的光源。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。