JP2002508513A - 検査システム用複数ビームスキャナ - Google Patents

検査システム用複数ビームスキャナ

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JP2002508513A JP2000539339A JP2000539339A JP2002508513A JP 2002508513 A JP2002508513 A JP 2002508513A JP 2000539339 A JP2000539339 A JP 2000539339A JP 2000539339 A JP2000539339 A JP 2000539339A JP 2002508513 A JP2002508513 A JP 2002508513A
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Abstract

(57)【要約】 暗視野画像を用いた検査システムは、複数ビームレーザ走査ユニットと、少なくとも一つの複数ビーム暗視野画像ユニットを含む。レーザ走査ユニットは、走査される表面に複数のスポットを照らす複数のビームを発生させる。画像ユニットは、別個に、複数のスポットから散乱された光を検出する。スポットは、分離間隔により分離され、これにより、各々の関連スポットからの散乱光はその関連した光検出器だけに受光されることが保証される。各画像ユニットは、スポット当たり、集光機器と複数の光検出器を含む。集光機器と光検出器は、異なる走査線から散乱された光を分離するように取り付けられている。ある実施例において、この分離は、集光機器と光検出器を、シャインフルグ画像理論に応じて配列することにより提供されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般的にレーザ走査に関し、特に、検査システムにおけるレーザ走
査に関する。
【０００２】
【発明の背景】
レーザ走査は、走査すべき表面に沿ってレーザビームを移動させる工程を含み
、書き込み及び読み取り目的で使用することができる。例えば、レーザ走査は、
走査ビームが印刷媒体上でスポットを動かす印刷システムにおいて、更に、走査
ビームが材料を切断する切断システムにおいて、書き込み用に使用される。読み
取り用では、レーザ走査は検査システム及び複写機で使用され、これらは、検視
されるべき表面または複写されるページの連続的スポットを照らす為に走査ビー
ムを使用する。
【０００３】 ここで参照される図１は、印刷用レーザ走査システムおよび動かされる媒体表
面１０を図式的に示す。そのシステムは、レーザ１２、走査前光学システム１６
、走査ユニット１４、走査後光学システム２０を含む。走査ユニット１４は、音
響光学偏向器、ポリゴン偏向器、ホロゴン偏向器、または振動ミラーでも可能で
ある。
【０００４】 レーザ１２は、ビーム２２を発生させ、走査前光学システム１６は、走査ビー
ムに所望の光学特性を与え、走査ユニット１４は、ビーム２２を偏向し、矢印２
４で表示されたように、走査運動を与える。走査後光学システム２０は、走査さ
れたビームを媒体１０に焦点を合わせ、もって、印刷用スポットを提供し、走査
矢印２４の角度走査を矢印２６の直線走査に変換する。
【０００５】 走査ユニット１４の動作のため、焦点が合わされたビームは、矢印２６で表示
されたように、「高速走査方向」として知られる一方向で、媒体１０の一部を走査
する。媒体１０は、通常、矢印２８で表示されるように、上記高速走査方向に対
し直交する第二の方向に動かされる。これは、一般的に、低速走査方向として知
られている。高速及び低速走査方向は共に二次元走査を提供する。代替え的に、
走査ユニット１４は、ビームを第二の方向に沿って偏向する手段を含む場合、二
次元走査を提供することができる。
【０００６】 （画素／秒、スポット／秒で規定される）レーザ走査システムの走査速度は、
スポット速度とスポットサイズの関数であり、両方は走査ユニットの許容量の関
数である。従って、走査速度は、走査ユニットの基本的パラメータ及び品質によ
り制限される。与えられた画素又はスポットサイズに対し、走査速度が処理能力
（例えば、所定時間内の印刷枚数、検査ウエハ枚数）を決定することが理解され
よう。
【０００７】 一度に走査されるビーム数を増やすことにより、印刷用レーザ走査システムの
処理能力を高めることができる。３２本のビームを有する、そのようなシステム
は、ＡＬＴＡ−３５００であり、これは、商業上、米国カリフォルニア州のEtec
Systems Inc.から入手可能である。
【０００８】 ここで参照する図２は、たった３本のビーム３０を備えたシステムを図式的に
示す。複数のビームは、図示されているように高速走査方向に沿って、或いは低
速走査方向に沿って、整列させることが可能である。複数ビームスプリッタを備
えた単一レーザビームまたは複数レーザのようなビーム発生ユニット３２は、複
数のビーム３０を発生させる。複数のビーム３０は、図１で示されたものに類似
したシステムを通過するが、その部品は複数ビーム用に設計されたものである。
そのため、走査ユニット及び走査前光学システム、走査後光学システムは、図１
の走査システムの参照符号と同一符号を扱っており、追加的にアポストロフィー
（’）で印を付けている。
【０００９】 複数の処理ビーム３４は、媒体１０の表面に沿って走査され、もって、複数の
平行走査線を一度に発生させている。これにより、使用されたビーム数：Ｎ（２
〜数百のＮが知られている）だけ走査システムの処理能力が高められる。
【００１０】 検査システム用レーザ走査システムは、一以上の検出器により検査される物品
の照明用走査光を利用する。そのようなシステムが、ここで参照する図３に図式
的に示されている。従来の走査システムと同様、レーザ１２、走査ユニット１４
、走査前光学システム１６、走査後光学システム２０も含む。しかし、検査シス
テムは、同様に複数光検出器４０を含み、これは、異なる検視透視画から、半導
体ウエハのような、表面４２の地形の形状を検出する。表面４２の運動は、矢印
４４により表示されている。
【００１１】 走査部品は、上方から表面４２を照明し、表面４２は、その地形の光学的特徴
の関数として、多くの方向で光を散乱させる。図３の検査システムは、その検出
器が走査後光学システム２０の収束角度の外側にある斜角βで表面４２から散乱
された光を集めることから、「暗視野」検査システムである。
【００１２】 斜角βは、検査される表面のタイプに応じて変化する。通常、光検出器４０は
、それらにぶつかる光の、時間にわたって変化する強度を測定する、光電子増倍
管のような非結像型検出器である。当業者に知られているように、表面４２上の
異なる画素からの光を区別するため、光電子増倍管からの信号は、表面４２上の
スポットの速度やスポットサイズに対応した速度で、サンプリングされなければ
ならない。これは、「時間的解像度」と呼ばれている。
【００１３】 他の走査システムのように、図３の検査システムの走査速度は、走査ユニット
１４の品質及び基本的パラメータの関数になっている。もちろん、他の走査シス
テムのように、検査システムの走査速度を高めることが望ましい。しかし、検査
システムは、複数のビームを備えた操作に簡単には役立たない。非結像検出器は
光が分散された位置を認識しないことが一つの理由である。そのため、他のビー
ムを加えると、他のスポットからの信号に起因した検出器上のクロストークが生
じる。画像検出器は、斜めの入射角βの為、集光機器は十分に小さな画素を解像
することができないことから、非斜角で配置された検出器では可能であろうが、
簡単に暗視野画像処理システムに組み込むことはできない。
【００１４】
【発明の概要】
本発明は、検査システム内に複数の走査ビームを供給することを目的とする。
【００１５】 そのため、本発明の好適実施例では、少なくとも暗視野画像を用いた検査シス
テムがあり、これは、複数ビームレーザ走査ユニットと、少なくとも一つの複数
ビーム暗視野画像ユニットを含む。レーザ走査ユニットは、走査される表面に複
数のスポットを照らす複数のビームを発生させる。各画像ユニットは、一つの検
視透視画から光を集め、複数のスポットから散乱された光を別個に検出する。
【００１６】 さらに、本発明の好適実施例では、各画像ユニットは、複数の光検出器であっ
て、少なくともスポット毎に互いに間隔が開けられたもの、更に、各スポットか
ら散乱された光を、複数の光検出器の中で割り当てられた一つの光検出器に向け
る集光機器を含む。
【００１７】 ある実施例において、集光機器及び光検出器は、シャインフルグ画像原理に従
って配置されている。例えば、集光機器は、薄いレンズ等価物の長軸が表面に対
し第一の非平行角度になるように取り付けられ、複数の光検出器は、集光機器の
結像面に沿って取り付けられ、結像面は上記長軸に対し第二の非平行角度になっ
ている。
【００１８】 さらに、本発明の好適実施例では、集光機器は、複数の光検出器によって受光
される散乱光の角度範囲を限定する空間フィルタを含んでもよい。制限ユニット
は、アパーチャストップが可能である。集光機器は、また、波長フィルタ及び／
又は偏光フィルタが可能である。
【００１９】 さらに、本発明の好適実施例によると、複数のビームは、分離用間隔により分
離されるが、これは、各々の関連したスポットから散乱された光が、その関連し
た光検出器だけに受光されることを確実にするものである。一実施例において、
分離間隔は、全般的に、走査列の長さのＫ倍より重複量だけ小さくなっている。
Ｋは２が可能である。本発明は、他の分離用間隔を組み込む。
【００２０】 最後に、センサユニットを含む暗視野画像を用いた検査システムがあり、これ
は、ほぼ同時に走査された複数の走査線間を空間的に分離し、複数の走査線内の
画素を時間的に分離するものである。
【００２１】
【本発明の詳細な説明】
ここで、本発明を示す図４、図５を参照する。図４は、透視画当たりの一つの
複数ビーム画像処理システム５２と複数ビームレーザ走査システム５０を示す。
図５は、半導体ウエハの表面５４のような、走査される表面上の走査パターンを
示す。
【００２２】 従来技術のように、複数ビームレーザ走査システム５０は、複数ビームスプリ
ッタ、一以上の走査ユニット５８、走査前光学システム６０、走査後光学システ
ム６４を備えた単一レーザまたは複数レーザのような、ビーム発生ユニット５６
を備える。
【００２３】 走査システム５０は、表面５４を横切る複数ビームを、一次元的あるいは二次
元的に走査する。前者の場合、表面５４は第二の方向に移動する。
【００２４】 二つの例示的ビーム７０Ａ、７０Ｂが示されている。本発明は、二つ以上のビ
ームで動作可能であり、示された二つのビームは分かりやすくするという目的で
示されていることが理解されよう。
【００２５】 各複数ビーム画像処理システム５２は、スポット当たり、集光機器７４、複数
光検出器７６を備える。図４は、２つの光検出器７６Ａ、７６Ｂを備えた一つの
画像処理システム７４を示し、それらは、ビーム７０Ａ、７０Ｂの各々が衝突す
る時、集光機器を通じて、表面５４から散乱される光を受光する。
【００２６】 集光機器７４は、特別な適用例で必要であるように、単一レンズ又は複数の光
学部品であってもよい。以下の論議は、光学部品７４がたとえ単一の、薄いレン
ズ（以下、「集光レンズ７４」という。）であるかのように、集光機器７４の光学
的品質を説明している。これは、「薄いレンズ等価物」として知られている。
【００２７】 集光レンズ７４は、その長軸７８が、対物面５４に対し斜角βである中心線８
０に対し直交するように配置されている。中心線８０は、走査されるビーム７０
の中心点８１から角度βに沿って伸びており、中心点８１は、集光機器の視野中
心として定義される。集光機器７４は、レンズ７４の中心を貫通して伸びるよう
に配置されている。
【００２８】 表面５４は、集光レンズ７４の対物面である。しかし、表面５４の面は、集光
レンズ７４の長軸と平行ではないので、（点線８２で表示された）集光レンズ７
４の結像面も同様に軸７８に対し平行ではない。これは、シャインフルグ条件と
して知られており、光学部品のハンドブック、第１巻、McGraw-Hill, Inc、１９
９５年、1.66, 1.67章に説明されており、この開示内容は参照形式で本願明細書
に導入される。シャインフルグ条件によると、結像面の入射角αは以下のように
定義される。
【００２９】 tanα＝tanβ／Ｍ ここで、Ｍは画像処理システム５２の横倍率である。
【００３０】 光検出器７６は、結像面８２内で、走査ビーム７０の走査線（図示せず）が結
像される場所付近で実質的に配置されている。ビーム７０により走査される走査
線の中間点が一般的に中心点８１から距離Ｄにある場合、光検出器７６の中心は
、一般的に、中心線８０が結像面８２と交差する点８４から距離ＭＤに配置され
ている。
【００３１】 スポット間の距離２Ｄは、（画像需要で規定されるように）一つのスポットか
ら散乱される残余光が、他のスポットの集光チャンネルに入らないことを確実に
するのに十分な位に広くなければならない。典型的に、この条件は、スポット間
隔の少なくとも複数倍だけ離れたスポットを必要とする。
【００３２】 図５は、上部から見た、ウエハ表面５４、その上部領域９０Ａ、９０Ｂの二重
走査を示す。各走査９０は、矢印９２，９４の符号が付けられた二つの直交運動
により形成されている。矢印９２は、走査ユニット５８に起因するような走査ビ
ーム７０の第一走査運動を示す。矢印９４は、低速走査方向における走査を示す
。
【００３３】 ここで論議するように、複数のスポットは分離されなければならない。図５の
例において、その分離は、二つの走査線の長さ２Ｌになっている。そのため、走
査終了の際、二つの走査領域９０が見られるが、それらの間の領域９６は走査さ
れない。
【００３４】 ウエハ径の半分の分離、或いは走査線内分離のような、他の分離も可能であり
、これらも本発明に組み込まれている。必要であれば、ウエハを移動させる機械
ステージの精度のようなシステム考察のため、走査線が重複してもよい。好まし
くは、同時に走査される二つの走査線間の分離は、少なくとも二つの走査線の長
さであるべきである。
【００３５】 検出器７６の出力は、従来技術のように処理される。すなわち、出力信号は、
スポットサイズ及び表面５４上の走査ビーム７０の速度に対応した速度でサンプ
リングされる。
【００３６】 本発明は、複数ビーム及び複数光検出器を用いて、複数の走査線を空間的に分
離し、従来技術のように各ライン内の画素を時間的に分離することが分かるであ
ろう。
【００３７】 本発明は、スポットから分散された光を分離する集光レンズ７４の全てを組み
込み、どの光線がどのスポットから来るかを識別するもので、単に、シャインフ
ルグ条件を実施するだけではないことが理解されよう。
【００３８】 ここで、集められた光を所定範囲の角度内に分散されるものに限定する、本発
明の集光レンズの代替え実施例を示す図６を参照する。この実施例は、離散角度
に光を分散する周期パターンを有するウエハ検査に有用である。この既知の分散
光がフィルタで除去される場合、いかなる残余分散光もウエハ内の誤差というこ
とになる。そのため、この実施例では、ウエハ上の不要なマーキングを検視する
為に、既知散乱光をフィルタで取り除く。
【００３９】 この実施例において、集光機器は、集光レンズ７４、光検出器７６の他に、空
間フィルタ１００を有する。空間フィルタ１００は、光検出器７６に到達する光
を所定範囲角度内の散乱光に限定し、光検出器７６は、一走査の間、散乱光の同
一角度範囲を検視する。空間フィルタ１００は、入射光を空間的に遮断する為に
、他のいかなる所望形状のマスクとして、又は、アパーチャストップとして、実
施されてもよい。
【００４０】 図６は、散乱光の考えられる角度を表示する。散乱光の最大角度βmaxは、１ ０４という符号が付けられた走査線の、１０２という符号が付けられた出発点に
、最も左の走査ビーム７０Ａがあるときに生じる。βminという符号が付けられ た、散乱光の最小角度は、走査線１０６の、１０８という符号が付けられた終点
に、最も右の走査ビームがあるときに生じる。
【００４１】 図６で示されたように、Ｍ＝１の倍率に対し、アパーチャストップ１００は、
集光レンズ７４を一焦点距離超え、結像及び対物面は、集光レンズ７４のいずれ
か側方から二焦点距離である。アパーチャストップ１００の中心は、中心角度β center で出てくる中心線８０に整列している。アパーチャストップ１００は、ア
パーチャ１１０を有し、これは、βmaxとβminとの間で散乱された光だけが光検
出器を通過するように許容する。
【００４２】 偏光フィルタや波長フィルタのような他の部品を利用して、光検出器７６に到
達する光にフィルタをかけてもよい。
【００４３】 本発明は、ここで特に示され、説明されたものに限定されるものではないこと
が当業者に理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、請求の範囲により規定され
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来の、印刷用レーザ走査システムの図式的具体例を示す。
【図２】 図２は、従来の、複数ビームを用いる、印刷用レーザ走査システムの図式的具
体例を示す。
【図３】 図３は、従来の、複数ビームを用いる、検査用レーザ走査システムの図式的具
体例を示す。
【図４】 図３は、従来の、検査用レーザ走査システムの図式的具体例を示す。
【図５】 図５は、図４のシステムにおける走査運動の図式的具体例を示す。
【図６】 図６は、図４の検査システム内の空間フィルタの図式的具体例を示す。
【符号の説明】
１０…媒体表面、１２…レーザ、１４…走査ユニット、１６…走査前光学シス
テム、２０…走査後光学システム、２２…ビーム、３０…複数ビーム、３２…ビ
ーム発生ユニット、３４…複数処理ビーム、４０…複数光検出器、４２…表面、
５０…複数ビームレーザ走査システム、５２…複数ビームレーザ走査システム、
複数ビーム画像処理システム、画像処理システム、５４…表面、５６…ビーム発
生ユニット、５８…走査ユニット、６０…走査前光学システム、６４…走査後光
学システム、７０…走査ビーム、７４…集光機器、光学部品、集光レンズ、７６
…複数光検出器、７６Ａ、７６Ｂ…光検出器、８２…結像面、１００…空間フィ
ルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 BB03 CC19 FF42 GG04 HH04 HH16 JJ05 JJ26 LL22 LL32 MM16 2G051 AA51 BA01 BA10 BA11 BB05 BC05 CA03 CA07 CB05 CC07 CC11 DA07

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも暗視野画像（dark field imaging）を用いる検査
    システムであって： 走査される表面に複数のスポットを照らす複数のビームを発生させる複数ビー
    ム型レーザ走査ユニットと； 少なくとも一つの検視透視画（viewing perspective）から光を集め、前記複 数のスポットから散乱された光を別個に検出する、少なくとも一つの複数ビーム
    型暗視野画像ユニットと； を備える、検査システム。
  2. 【請求項２】 各検視透視画に対し、前記画像ユニットは： 少なくともスポット毎に一つ、互いに間隔を開けて配置された、複数の光検出
    器と； 各スポットからの散乱光を、前記光検出器の中で割り当てられた一つの光検出
    器に向ける集光機器と； を備える、請求項１記載の検査システム。
  3. 【請求項３】 前記集光機器と前記光検出器は、シャインフルグ画像原理（
    the principle of Scheimpflug imaging）によって配列される、請求項２記載の
    検査システム。
  4. 【請求項４】 前記集光機器は、前記複数の光検出器によって受光される散
    乱光の角度範囲を限定する空間フィルタを更に備える、請求項２記載の検査シス
    テム。
  5. 【請求項５】 前記集光機器は、波長フィルタ及び偏光フィルタの一つを、
    更に備える、請求項２記載の検査システム。
  6. 【請求項６】 前記複数のビームは、各々の関連したスポットから散乱され
    た光が、関連した光検出器だけに受光されることを確実にする分離用間隔によっ
    て分離されている、請求項２記載の検査システム。
  7. 【請求項７】 前記分離用間隔は、一般的に、走査列の長さのＫ倍（Ｋは少
    なくとも２）より重複量だけ小さい、請求項６記載の検査システム。
  8. 【請求項８】 前記集光機器の薄いレンズ等価物が長軸を有し、前記集光機
    器は、前記薄いレンズ等価物の上記長軸が前記表面に対し第一の非平行角度で取
    り付けられ、前記光検出器は、前記集光機器の画像面に沿って取り付けられ、前
    記画像面は、前記長軸に対し第二の非平行角度になっている、請求項３記載の検
    査システム。
  9. 【請求項９】 検視される表面の複数のスポットからの光を別々に検出する
    複数ビーム暗視野画像ユニットであって： スポット毎に少なくとも一つが、互いに間隔を開けて配置される、複数の光検
    出器と； 各スポットから散乱された光を、前記光検出器の中の割り当てられた一つの光
    検出器に向ける、集光機器と； を備える、複数ビーム暗視野画像ユニット。
  10. 【請求項１０】 前記集光機器と前記複数の光検出器は、シャインフルグ画
    像原理によって配列される、請求項9記載の検査システム。
  11. 【請求項１１】 前記集光機器は、前記複数の光検出器により受光される散
    乱光の角度範囲を限定する空間フィルタを更に備える、請求項９記載の検査シス
    テム。
  12. 【請求項１２】 前記集光機器は、波長フィルタ及び偏光フィルタの一つを
    、更に備える、請求項２記載の検査システム。
  13. 【請求項１３】 前記集光機器の薄いレンズ等価物が長軸を有し、前記集光
    機器は、前記薄いレンズ等価物の上記長軸が前記表面に対し第一の非平行角度で
    取り付けられ、前記光検出器は、前記集光機器の画像面に沿って取り付けられ、
    前記画像面は、前記長軸に対し第二の非平行角度になっている、請求項１０記載
    の検査システム。
  14. 【請求項１４】 暗視野画像を用いる検査システムであって： 複数の光ビームを発生させる光源と； 複数の各走査線にわたり前記光ビームを同時に走査するスキャナと； 分散光を集光し、空間的に複数走査線間を分離し、前記複数走査線内の画素を
    時間的に分離する、センサシステムと； を備える、検査システム。
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