用於晶圓檢測的雷射線產生器光學元件

日期：2024/10/18

為什麼雷射線產生器光學元件可用於晶圓檢測？

在半導體產業中，極小的表面缺陷和顆粒是一個主要問題，它會降低產量並增加生產商的時間和金錢。因此，檢查半導體晶圓表面是否有缺陷和污染至關重要，這是半導體行業中許多 Holo/Or 客戶面臨的挑戰。

晶圓表面檢測的一種更快且經濟高效的方法是使用雷射線照明和暗場/明場顯微鏡來檢測缺陷，通常在 Deep UV (DUV) 波長下檢測 100 nm 以下的缺陷。在該方法中，一邊旋轉晶圓，一邊沿著徑向進行線掃描，從而對晶圓進行大面積採樣，從而減少掃描時間。

由於大多數紫外線和深紫外線雷射器不具有線輸出輪廓，因此通常會使用雷射線發生器將雷射光束整形為線光束。

半導體晶圓檢測中所使用的雷射線產生器有哪些要求？

使用 DUV 波長雷射線進行晶圓缺陷檢測的要求非常嚴格 - 通常必須創建很長的線 (>10mm)，同時保持 <10um 的窄寬度和線內出色的均勻性。對於暗場顯微鏡，線需要以掠射角投射到晶圓上，同時仍在大線長度上保持緊密聚焦。

這種線通常無法透過單一衍射光學元件（例如線漫射器）來實現，因為它們會為單模雷射產生散斑，而多模雷射則無法以合理的焦深聚焦到一條緊密的線。

這種類型的性能需要高精度雷射光束整形光學元件來創建具有所需邊緣清晰度、均勻性、寬度和長度的雷射線。這種精度通常可以透過衍射光學或自由曲面光學來實現。

用於晶圓缺陷檢測的雷射光束整形方法

雷射線產生器光學元件的嚴格要求表明了幾種可能的解決方案來應對光束整形挑戰，這些都需要衍射或自由形式折射光學的多元件系統。

● 對於長度範圍為 10-20mm 的線的典型情況，單模 DUV 雷射提供足夠的功率來實現檢測。這種情況需要多元件平頂光束整形，其中第一個元件產生線，而係統中的最後一個元件類似於衍射光學透鏡，用於準直線並將其聚焦在快軸和慢軸上。

● 對於特別長的線（通常>50mm），單模 DUV 雷射很少提供高雷射功率。因此，必須使用多模雷射器，需要M2變換才能聚焦到窄線。這可以透過 Leanline 等衍射解決方案與線漫射器相結合來實現，以產生良好的均勻性。

● 或者，可以使用雷射線分束器衍射光學元件來產生具有相等強度的焦點線。該線用於沿徑向掃描晶圓，從而以較低的雷射功率實現高解析度缺陷檢測。代價是掃描速度降低，因為在任何給定時間成像的區域都明顯更小。

用於晶圓檢測的雷射線發生器光學元件

DOE 光學元件用作雷射線產生器中的關鍵整形元件時的優勢

當雷射整形為一條線（或多條線）以滿足晶圓計量等要求苛刻的應用時，衍射光學具有幾個關鍵優勢：

● 衍射光學元件具有幾乎絕對的角度精度 - 當需要測量精確距離時（例如在精密計量應用中），這一點至關重要。

● 衍射光學元件具有高 LDT，而 Doe 光學元件通常是扁平元件，因此可以直接整合到多元件系統中。

● DOE 光學元件可以在一個表面上結合多種功能。例如，雷射線分束器可以與線漫射器結合使用以產生多條線，從而實現多軌缺陷檢測（允許線性檢測器中的像素在沒有 DUV 照明的情況下「休息」）。

● 基於衍射光學的雷射光束整形光學元件具有非常低的熱敏感性，並且幾乎沒有熱透鏡效應，這使得它們特別適合窄線整形，在這種情況下，即使輕微的散焦也會損害性能。

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