用于晶圆检测的线激光元件

在半导体行业中，极小的表面缺陷和颗粒是一个主要问题，这会降低产量并耗费生产的时间和成本。因此，检测半导体晶圆表面的缺陷和污染至关重要，这是在半导体计量行业许多客户面临的挑战。晶圆表面检测的快速且具有成本效益的方法之一是使用激光线照明和暗场/明场显微镜来检测缺陷，通常在深紫外（DUV）波长下检测100nm以下的缺陷。在这种方法中，Holoor指出当线沿径向扫描时，晶圆旋转，产生晶圆的大面积采样，从而可以减少扫描时间。由于大多数紫外和深紫外激光器没有线输出轮廓，因此通常采用线激光元件使激光成形为线形。

半导体晶圆检测中使用线激光光学元件的要求

使用深紫外波长的激光线进行晶圆缺陷检测的要求非常严格-通常必须是很长的线（>10mm），同时保持激光线<10um的窄宽度和出色的均匀性。对于暗场显微镜，激光线需要以掠射角投射到晶圆上，同时在很长的线长度上保持紧密聚焦。这种线通常不能通过单衍射光学元件（如线型匀化片）来实现，因为它们对单模激光器产生散斑，而多模激光器不能以合理焦深聚焦到紧密线上。

这种类型的性能需要Holoor高精度的光束整形光学元件，以生成具有所需边缘清晰度、均匀性、宽度和长度的激光线。这种精度通常可以通过衍射光学或自由曲面光学来实现。

用于晶圆缺陷检测的光束整形方法（Holoor）

对线激光模组的严格要求表明，有几种可能的解决方法来应对光束整形的挑战，所有这些都需要多元件的衍射或自由形式的折射光学器件系统。

对于线长度在10-20mm范围内的典型情况，单模深紫外激光器可提供足够的功率来进行检测。这种情况需要多个元件平顶光束整形，其中第一个元件产生线，而系统中的最后一个元件类似于衍射光学透镜，用于准直线并将其聚焦在快慢轴上。

对于特别长的线，通常为>50mm，单模DUV激光器很少有高的激光功率。因此，必须使用多模激光器，需要M2变换才能聚焦到窄线。这可以通过衍射解决方案（如Leanline）与线匀化片结合来实现，以产生良好的均匀性。

激光分束器衍射光学元件可用于生成具有相同强度的焦点线。该线用于在晶圆中沿径向扫描，从而能够以较低的激光功率进行高分辨率缺陷检测。这样做的代价是降低了扫描速度，因为在任何给定时间成像的区域都明显变小。

用于晶圆检测的线激光模组

DOE光学元件在线激光元件中用作关键整形元件时的优势

衍射光学元件在将激光器塑造成一条（或多条线）的线方面具有几个关键优势，适用于晶圆计量等要求苛刻的应用：

1.衍射光学衍元件具有几乎绝对的角度精度 - 这在需要测量精确距离时至关重要，例如在精确计量应用中。

2.衍射光学元件具有高LDT（损伤阈值），且Doe光学元件通常是扁平元件，因此可以直接集成到多元件系统中。

3.DOE光学元件可以在单个表面组合多种功能。例如，激光线分束器可以与线扩散器结合使用以生成多条线，从而实现多条通道缺陷检测（允许线性探测器中的像素在没有深紫外照明的情况下“休息”）。

4.基于衍射光学元件的激光束整形光学器件具有非常低的热灵敏度，几乎没有热透镜，即使是轻微的离焦也会损害性能，因此特别适用于窄激光线整形。

问答：

1.     线激光元件如何用于晶圆缺陷检测？

在晶圆检测中，使用深紫外线束或光斑线作为照明源，以实现分辨率<100nm的高分辨率明场或暗场显微镜。该线由线激光元件或激光线分束器产生。

2.     激光线整形在晶圆检测中面临的挑战是什么？

晶圆缺陷检测等计量应用需要沿长线轴（>10mm）非常均匀的强度，同时通常需要<10um的窄线，以保持高缺陷检测分辨率。还需要锋利的边缘，在暗场显微镜中，线还需要以高掠射角投影，同时仍保持其紧密聚焦。

3.     晶圆缺陷检测使用哪些光束整形方法？

典型的线光斑是一个多元件系统，产生一个平顶的、准直的窄线，聚焦在表面。或者，一个激光分光器可以产生一条光点线，然后在旋转晶圆的同时进行径向扫描。较长的线需要更高的激光功率，只有多模式激光器才能实现。因此，激光线发生器的光学元件通常包括一个M2转换组件，允许在一个轴上紧密聚焦线，同时使其在第二个轴上更加均匀，然后是线匀化片和聚焦光学元件。

4.     衍射光学元件对线激光模组有哪些优势？

衍射线激光模组提供几乎绝对的角度精度，这是稳定计量过程所需的关键参数。它们还具有扁平、高损伤阈值，并且可以在单个表面集成多种光学的功能，使其成为使用高功率DUV运行的多元件系统的理想选择。