JP2009520370A - 向上した感度でウエハを検査するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

向上した感度でウエハを検査するシステム及び方法を提供する。一システムは、ウエハ上のスポットに光を向け、ウエハ上のスポットから拡散した光に応答して出力信号を生成するように構成された検査サブシステムを含む。また、システムは、ウエハ上のスポットの近傍に位置する気体を、その気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで、システムの感度を向上させるように構成された気体フローサブシステムをも含む。さらに、システムは、出力信号を使用してウエハ上の欠陥を検出するように構成されたプロセッサを含む。

Description

本発明は、向上した感度でウエハを検査するシステム及び方法に関する。一定の実施形態は、ウエハ上に照明されたスポットの近傍の気体をその気体よりも少なく光を拡散させる媒体によって交換することで検査の感度を向上させるステップを含む、被検物を検査するシステム及びその方法に関する。

以下の記述及び例は、この項に記載することによって従来技術と認めるものではない。

一般に、ロジックデバイスやメモリデバイスなどの半導体デバイスの製造には、半導体デバイスの種々のフューチャと複数のレベルを形成するために、多くの半導体製造ステップを使用して半導体ウエハのような被検物を加工するステップが含まれる。例えば、リソグラフィは、一般に半導体ウエハ上に配置されたレジストにパターンを転写するステップを伴う半導体製造ステップである。半導体製造ステップのさらなる例として、化学的機械的研磨、エッチング、蒸着、及びイオン打ち込みなどが含まれる（これに限定されるものではないが）。半導体ウエハ上に複数の半導体デバイスを配列して製造し、次に個別の半導体デバイスに分割する。

ウエハ上の欠陥を検出するために、半導体製造ステップ中、随所に検査ステップが使用される。検査は、常に、集積回路などの半導体デバイス製造の重要な一部である。しかしながら、半導体デバイスの寸法が縮小するに従って、良好な半導体デバイスの製造を成功させるためには検査がより以上に重要となる。例えば、半導体デバイスの寸法が縮小するに従い、比較的小さな欠陥でさえ半導体デバイスの中に好ましくない異常を生じさせるので、より小さな寸法の欠陥の検出が必要となっている。

半導体業界が４５ｎｍ以降のノードに力を入れるに従って、集積回路（ＩＣ）メーカーは未パターン化ウエハ用レーザー式表面走査検査システム対してより良好な感度を求めている。例えば、ＩＣメーカーによっては、４５ｎｍノードから３世代に亘って露出した研磨されたシリコンウエハ上の２５ｎｍのポリスチレンラテックス（polystyrene latex：ＰＳＬ）球の感度を要求している。また、この感度は、時間当たり４５枚のウエハの処理能力にも要求される。殆どの市販の検査システムの最高性能はこれらの感度と処理能力の要求性能を満たさない。

しばしば、向上した感度は、処理能力の低下を招くシステム構成によって達成される。例えば、現存の検査システムの感度は、検査中に照明されたウエハ上のスポットの大きさを縮小することによって向上させることができる。ウエハ上の照明されたスポットの大きさは、多くの現在使用されている検査システムにおいて、比較的簡単に（例えば、ビームを形成する光学装置に光学要素の改造又は追加を施すことによって）縮小させることができる。スポットの大きさを縮小することによって、欠陥からの拡散に対するウエハの表面から拡散した光の量が効果的に減少することで、システムの欠陥信号対雑音比及び感度が上昇する。しかし、より小さなスポットをウエハ表面全体に亘って走査するには、より大きなスポットをウエハ表面全体に亘って走査するよりも長い時間がかかるため、スポットの大きさを縮小することによってシステムの処理能力も低下する。従って、スポットの大きさを変えることによって、感度と処理能力をトレードオフすることが可能性がある。

検査システムの感度を上昇させるために、現存の検査システムに変更を、又は代替的変更を施すことができる。例えば、幾つかの現存の検査システムのコレクタは、コレクタに対する絞りを交換又は追加することによって変更できる。絞りによって、欠陥から拡散した光の絞りの通過を可能とする一方で、ウエハの表面から拡散された光を遮蔽することで、システムの欠陥信号対雑音比及びシステムの感度を上昇させるように構成することができる。別の例において、現存の検査システムの光源をより強力な光源と交換することができる。例えば、検査システムが約３５０ｍＷのレーザー出力用に構成されている場合、システムのレーザー出力を約１０００ｍＷに増加させることができる。一般に、光源の出力を増加させることによって、欠陥から拡散した光のレベルが増加し、それによってシステムの感度が上昇する。

また、ウエハの表面品質の改善も、現在使用されている検査システムの感度を効果的に上昇させることができる。特に、露出したシリコンウエハのようなウエハの表面残存粗さが低下するに従って、ウエハ表面から拡散する（即ち「背景拡散」）光の量もまた減少する。従って、欠陥信号対雑音比が上昇することでシステムの感度が向上する。

上述の検査システムやウエハ表面における種々の改善を組み合わせて使用して、システムの感度を様々に向上させることができる。例えば、上述のような後方絞りの追加やウエハ表面の改善によって、後方絞りの追加のみよりも感度をさらに上昇させることが可能である。さらに、この改善の組み合わせが感度を向上させる程度は、ウエハ表面のより大きな改善（例えば、入射レーザー出力の約３０ｐｐｂの背景拡散から入射レーザー出力の約１５ｐｐｂの背景拡散へ）によって増加する。さらに、後方絞りの追加、ウエハ表面の改善、及びレーザー出力の増加による感度の上昇は、後方絞りの追加及び／又はウエハ表面の改善によって達成できるそれよりも大きい。

当然ながら、上述の異なる改善の各々は、異なるコストで実施される。例えば、絞りを利用し、ウエハ表面の改善に依存することによるシステムの感度の改善は、レーザー出力を増加するよりも安価である。しかし、上述に要求される感度を満たすためには、レーザー出力の増加が必要であるかもしれない。それにも拘らず、上述のような感度の改善は、今日観察される一般的な背景拡散（入射レーザー出力の約８０ｐｐｂ）から、今日の最高ウエハ表面のレベル（入射レーザー出力の約３０ｐｐｂの背景拡散）を超えて入射レーザー出力の約１５ｐｐｂの背景拡散を有する超平滑シリコンまでのウエハ表面品質の改善に依存する。

このような低レベルのウエハ誘起性の背景拡散又はヘイズにおいて、レーザー走査技術は、レーザービームが通過する空気からのレイリー拡散が、観察される背景拡散全体の重大な成分となるまでに達した。例えば、現存する検査システムによっては、雰囲気のレイリー拡散による推定背景拡散は入射レーザー出力の約１０ｐｐｂから入射レーザー出力の約２０ｐｐｂである。しかし当然ながら、背景拡散は、照明の波長、照明の偏光、光路長、コレクタの立体角、焦点深度、コレクタの偏光などの検査システムの構成パラメータに依存する。従って、雰囲気のレイリー拡散によって、実際には１５ｐｐｂの背景拡散を有するウエハは、検査システムには入射レーザー出力の約２５ｐｐｂ〜約３５ｐｐｂの背景拡散を有するウエハであるように見える。従って、ウエハ表面品質の改善に基づいて期待される感度の改善は達成できない。

結果として、ウエハ上の照明されたスポット近傍の気体によって生じる光の拡散を低減させることによって、ウエハを検査するシステム及び方法の感度を向上させることが有利である。

システム、気体フローサブシステム、及び方法の種々の実施形態に関する以下の記述は、一切、添付の請求項の論述の本旨を限定するものとして解釈されるべきものではない。

一実施形態は、ウエハを検査するように構成されたシステムに関する。システムは、ウエハ上のスポットに光を向け、ウエハ上のスポットから拡散した光に応答して出力信号を生成するように構成された検査サブシステムを含む。また、システムは、ウエハ上のスポットの近傍に位置する気体を、その気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することでシステムの感度を向上させるように構成された気体フローサブシステムをも含む。さらに、システムは、出力信号を使用してウエハ上の欠陥を検出するように構成されたプロセッサを含む。

一実施形態において、媒体は、乾燥空気の可視及び紫外線（ＵＶ）波長における屈折率よりも小さい可視及びＵＶ波長における屈折率を有する。幾つかの実施形態において、媒体は主としてヘリウム元素からなる。その他の実施形態において、媒体は主としてネオンからなる。

別の実施形態において、気体フローサブシステムは、ウエハ上のスポットの近傍の位置においてのみ、気体を媒体で置換するように構成されている。さらなる実施形態において、システムは、検査サブシステムの１又はそれ以上の光学部品を囲むハウジングを含む。このような一実施形態において、気体フローサブシステムは、１又はそれ以上の光学デバイス上の物質の光分解を低減させるように、媒体を使用してハウジングをパージし、媒体を使用してハウジング内に正圧を維持するように構成されている。

さらなる実施形態において、検査サブシステムは、出力信号が検査サブシステムの照明光路に沿って拡散した光に応答しないように、検照明光路に沿って拡散した光を遮蔽するように構成された１又はそれ以上の光学部品を含む。幾つかの実施形態において、媒体は真空である。

一実施形態において、検査サブシステムは、未パターン化ウエハの検査サブシステムとして構成されている。別の実施形態において、検査サブシステムは、レーザー式検査サブシステムとして構成されている。さらなる実施形態において、ウエハ上のスポットに向けられた光はＵＶ光を含む。さらに別の実施形態において、検査サブシステムは、走査式検査サブシステムとして構成されている。幾つかの実施形態において、システムの向上した感度は、露出した研磨シリコンウエハ上の約２５ｎｍの直径を有するポリスチレンラテックス（ＰＳＬ）球を検出するために十分な能力を有する。上述のシステムの実施形態の各々を、本明細書内に記述されたようにさらに構成することができる。

別の実施形態は、検査システムに結合するように構成された気体フローサブシステムに関する。気体フローサブシステムは、検査中に検査システムによって照明されたウエハ上のスポットの近傍に位置する気体を、その気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで、検査システムの感度を向上させるように構成されている。気体フローサブシステムを、本明細書内で記述したようにさらに構成することができる。

さらなる実施形態は、ウエハを検査する方法に関する。方法は、ウエハ上のスポットに光を向けることによってウエハを検査するステップと、ウエハ上のスポットから拡散した光に応答して出力信号を生成するステップとを含む。また、本方法は、検査ステップ中にウエハ上のスポットの近傍に位置する気体を、その気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで、検査ステップの感度を向上させるステップを含む。さらに、方法は、出力信号を使用してウエハ上の欠陥を検出するステップを含む。

一実施形態において、媒体は、乾燥空気の可視及びＵＶ波長における屈折率よりも低い可視及びＵＶ波長における屈折率を有する。幾つかの実施形態において、媒体は、主としてヘリウム元素である。その他の実施形態において、媒体は、主としてネオンからなる。

一実施形態において、気体を置換するステップは、ウエハ上のスポットの近傍の位置においてのみ気体を媒体で置換するステップを含む。別の実施形態において、方法は、検査ステップに使用する１又はそれ以上の光学部品上の物質の光分解を低減させるように、１又はそれ以上の光学部品を囲むハウジングを媒体でパージするステップと、媒体を使用してハウジング内に正圧を維持するステップとを含む。

さらなる実施形態において、本方法は、出力信号が照明光路に沿って拡散した光に応答しないように、ウエハに光を向けた照明光路に沿って拡散した光を遮蔽するステップを含む。幾つかの実施形態において、媒体は真空である。

一実施形態において、ウエハ上のスポットに向けた光は、レーザーによって生成された光を含む。別の実施形態において、ウエハ上のスポットに向けられた光はＵＶ光を含む。幾つかの実施形態において、ウエハを検査するステップは、ウエハの全域に亘ってスポットを走査するステップを含む。さらなる実施形態において、ウエハを検査するステップの向上した感度は、露出した研磨シリコンウエハ上の約２５ｎｍの直径を有するＰＳＬ球を検出するために十分な能力を有する。上述の方法の実施形態の各々は、本明細書内に記述されたその他任意のステップを含むことができる。

以下の最良の実施形態の詳細な説明によって、及び次の添付図面を言うことによって、当業者にとって本発明のさらなる利点が明白となるであろう。

図１〜４は、ウエハを検査するように構成されたシステムの種々の実施形態の断面図を図示した概略図である。

本発明には種々の変更及び代替の形態が可能であるが、その具体的な実施形態が例として前記図面に示されており、本明細書内に詳細に説明されていると考えられる。前記図面は縮尺に忠実ではない場合がある。但し、前記図面及びその詳細な説明は、本発明を開示の特定の形態に限定する意図のものではなく、むしろ、その意図は、添付の請求項によって定義された通りの本発明の趣旨及び範囲内に収まる全ての変更、等価物、及び代替物を網羅するものであることが理解されるべきである。

本明細書内にはウエハを検査する実施形態を記述するが、本明細書内に記述された実施形態は、その他任意の被検物用として構成させ、及び／又は使用でき、特に、欠陥の検出感度を向上させることが望まれる任意の被検物用として構成させることができ、及び／又は使用できることが理解されるべきである。

本明細書内で使用されるように、「ウエハ」という用語は、一般に半導体又は非半導体材料で形成された基板を言う。このような半導体又は非半導体材料の例には、単結晶シリコン、ガリウム砒素、及び燐化インジウムが含まれる（これに限定されるものではないが）。このような基板は、一般に半導体組立施設において見ることができ、及び／又は加工することができる。

ウエハは、基板上に形成された１又はそれ以上の層を含む。例えば、このような層には、レジスト、誘電材料、及び導電材料を含む（これに限定されるものではないが）。当該技術において、このような多くの異なる種類の層は既知であり、本明細書内で使用されるウエハという用語は、このような全ての種類の層を含むウエハを含むことを意図する。

ウエハ上に形成された１又はそれ以上の層をパターン化することができる。例えば、ウエハは、各々が繰り返しパターンのフューチャを有する複数のダイを含む。このような材料の層の形成及び加工によって、最終的にデバイスを完成させることができる。多くの異なる種類のデバイスをウエハ上に形成することができ、本明細書内で使用されるウエハという用語は、当該技術において既知の任意の種類のデバイスが組み立てられるウエハを含むことを意図する。

ここで図面を参照するが、これらの図は縮尺によって描かれていないことを注記しておく。特に、図の幾つかの要素の縮尺は要素の特性を強調するためにかなり誇張されている。また、これらの図は、同一の縮尺で描かれていないことも注記しておく。同様に構成することのできる１つより以上の図に示される要素は、同一の参照番号を使用して示されている。

ウエハを検査するために構成されたシステムの一実施形態を図１に図示する。図１に示すシステムは未パターン化ウエハの検査用に構成され、カリフォルニア州Ｓａｎ Ｊｏｓｅ市のＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社から市販されているＳＰ１−ＴＢＩシステムに基づいている。この検査システムは、この参照により本明細書内に完全に明記されたものとして組み込まれる、Ｖａｅｚ−Ｉｒａｖａｎｉ氏他に付与された米国特許第６，５３８，７３０号明細書により詳細に記述されている。図１に示すシステムは、さらに、この特許に記述されるように、パターン化、及び未パターン化ウエハの検査用に構成することができる。明確化のために、システムの幾つかの構成要素及び詳細が図１及び本明細書内に提示されたそれに相当する説明から省略されている。さらに、米国特許第６，５３８，７３０号明細書は、この参照により本明細書内に完全に明記されたものとして組み込まれる、Ｖａｅｚ−Ｉｒａｖａｎｉ氏他に付与された米国特許第６，２０１，６０１号明細書、及びＭａｒｘｅｒ氏他に付与された第６，２７１，９１６号明細書に関連する。図１に示すシステムを、さらに、これらの特許明細書に記述されたように構成することができる。

図１に示すシステムは、ウエハ上のスポットに光を向け、ウエハ上のスポットから拡散した光に応答した出力信号を生成するように構成された検査サブシステムを含む。一実施形態において、検査サブシステムは、未パターン化ウエハ用検査サブシステムとして構成されている。別の実施形態において、検査サブシステムは、レーザー式検査サブシステムとして構成されている。さらなる実施形態において、検査サブシステムは、走査式検査サブシステムとして構成されている。さらに、検査サブシステムは、レーザー式及び走査式の未パターン化ウエハ用検査サブシステムとして構成することができる。

検査サブシステムは、光１０を生成するように構成される。例えば、検査サブシステムは、光１０を生成するように構成された光源１２を含む。検査サブシステムは、光１０をウエハ１４上のスポット（図示せず）に斜めの入射角となるように構成されている。一実施形態において、ウエハ上のスポットに向けられた光１０は、紫外線（ＵＶ）光を含む。検査サブシステムは、折り返し鏡、ビーム分割器、偏光部品、フィルタ、及びレンズなどの光１０の光路に配置された多くの光学部品（図示せず）を含む。入射角は、例えば光の特性、及び被検物の特性によって変える。１つの好適な入射角は、ウエハの上面対する直角から約７０゜であってよい。

また、検査サブシステムは、光源１６をも含む。光源１６は、検査サブシステムによってウエハ１４上のスポットに実質的に直角の入射角で向けられた光１８を生成するように構成されている。一実施形態において、ウエハ上のスポットに向けられた光１８は、ＵＶ光を含む。検査サブシステムは、光１８の光路に配置された多くの光学部品（図示せず）を含む。これらの光学部品は、上述の任意の光学部品を含むことができる。

光源１２、１６は、レーザーのような、当該技術において既知の任意の好適な光源を含む。異なる実施形態において、検査サブシステムは、斜角と直角の照明の両方に光を提供するために使用する単一の光源（図示せず）を含むこともできる。例えば、多波長レーザーのような単一の光源をビーム分光器（図示せず）に結合させることができる。ビーム分光器は、光を、レーザーから、一方が直角照明に使用され、他方が斜角照明に使用される異なる波長を有する別個のビームに分光するように構成させることができる。検査サブシステムは、当該技術において既知の、その他任意の単一光源及びビーム倍増器の好適な組み合わせを含むことができる。上述の任意の実施形態において、光１０は、光１８の特性とは異なる波長及び／又は偏光などの１又はそれ以上の特性を有してもよい。あるいは、光１０は、光１８と実質的に同一の特性を有してもよい。

ウエハ１４は、光１０、１８がウエハ上の螺旋状の経路を移動する部位又はスポットを照明するように回転又は併進できるステージ２０上に支持されている。あるいは、光１０、１８は、当業者にとって既知の任意の方法でウエハ上を走査して、ウエハ全域に亘って螺旋状路又は別の種類の走査路を辿って移動することができる。

ウエハを照明することによって、ウエハから光の拡散が生じる。さらに、斜角入射光及び直角入射光の両方がウエハから拡散する。検査サブシステムは、ウエハから拡散した光を集められ、拡散光に応答する出力信号を生成するように構成されている。出力信号は、本明細書内でさらに説明するように、ウエハ上の欠陥を検出するために使用できる。

検査サブシステムは、検査サブシステムの「狭」チャネルを形成するコンデンサレンズ２２と、鏡２４と、ビーム分光器２６と、検出器２８、３０とを含む。即ち、ウエハの表面に対して比較的直角に近い方向に沿ってウエハ上の照明されたスポットから拡散した光は、コンデンサレンズ２２によって集められ、フォーカスされる。このようにすれば、コンデンサレンズ２２は、ウエハから拡散した光を比較的「狭い」拡散角度で集めることができる。コンデンサレンズ２２は、集められた光を鏡２４に向け、この鏡２４が光をビーム分光器２６に向ける。ビーム分光器２６は、光の一部を検出器２８に向け、光のその他の部分を検出器３０に向けるように構成されている。一方の検出器は直角入射ビームによる照明に起因する比較的狭い角度で拡散した光を検出するために使用され、他方の検出器は斜角入射ビームによる照明に起因する比較的狭い角度で拡散した光を検出するために使用される。検出器２８、３０は、当該技術において既知の任意の好適な検出器（例えば光像倍管（ＰＭＴ））を含む。さらに、検出器２８、３０は、同じに、又は異なるように構成することができる。検査サブシステムの狭チャネル部は、当該技術において既知のその他任意の光学部品（図示せず）を含むことができる。例えば、集められた光の光路に１又はそれ以上の偏光部品を配置することもできる。さらに、検査サブシステムの狭チャネル部に空間フィルタを含めて直角入射ビームの正反射が検出器２８、３０に到達することを防止することもできる。

また、検査サブシステムは、検査サブシステムの「広チャネル」を形成する、楕円鏡３２と、ビーム分光器３４と、検出器３６、３８とをも含む。即ち、ウエハの表面に対して比較的直角から遠い方向に沿ってウエハ上の照明されたスポットから拡散した光は、楕円鏡３２によって集められフォーカスされる。この方法によれば、楕円鏡３２がウエハから比較的「広い」拡散角度で拡散した光を集める。楕円鏡３２は集められた光をビーム分光器３４に向ける。ビーム分光器３４は、光の一部を検出器３６に向け、光のその他の部分を検出器３８に向けるように構成されている。一方の検出器は直角入射ビームによる照明に起因する比較的広い角度で拡散した光を検出するために使用され、他方の検出器は斜角入射ビームによる照明に起因する比較的広い角度で拡散した光を検出するために使用される。検出器３６、３８は、当該技術において既知の任意の好適な検出器（例えばＰＭＴ）を含むことができる。さらに、検出器３６、３８を、同様に、又は異なるように構成することができる。検査サブシステムの広チャネル部は、当該技術において既知のその他任意の光学部品（図示せず）を含む。例えば、集められた光の光路に１又はそれ以上の偏光部品を配置してもよい。

検出器２８、３０、３６、３８は、拡散光に応答する出力信号を生成するように構成されている。プロセッサ４０は、図１内の破線によって示された伝送メディアによって検出器２８、３０、３６、３８に連結されている。伝送メディアは、当該技術において既知の任意の好適な伝送メディアを含むことができる。さらに、検出器とプロセッサ間に、アナログ・デジタル変換器などの１又はそれ以上の追加構成要素（図示せず）を挿入することができる。このようにすれば、検出器によって生成された出力信号をプロセッサに送ることができる。プロセッサは、出力信号を使用してウエハ上の欠陥を検出するように構成されている。プロセッサは、出力信号を使用して欠陥を検出するための、当該技術において既知の任意のアルゴリズム又は方法を使用するように構成される。さらに、プロセッサは当該技術において既知の任意の好適な処理構成要素を含んでもよい。

ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社から市販されているＳＰ１及びＳＰ２に基づいたシステムに関して検査サブシステムの実施形態を上述したが、本明細書内に説明したシステムの実施形態は任意の好適な表面検査サブシステム（例えば、多スポットシステム、音響光学偏向器（acousto-optic deflector：ＡＯＤ）走査システム、ストリーク検出器式システムなど）を使用して実施できることを理解すべきである。

また、図１に示すシステムは、ウエハ上のスポットの近傍に位置する気体をその気体よりも少量の光を拡散させる媒体で置換することでシステムの感度を向上させるように構成された気体フローサブシステムをも含む。ウエハ上のスポット近傍に位置し、媒体によって置き換えられる気体は、検査サブシステムの収束光学デバイス（例えばコンデンサレンズ２２や楕円鏡３２）の収束空間内に位置する気体を含む。システムの感度を低下させる収束空間内の気体によって光拡散が発生するためである。ウエハ上のスポットの近傍の媒体の存在は、さもなくば完全に鏡面のシリコンウエハの表面が入射光の０ ｐｐｂを拡散すると仮定した場合に検査サブシステムの感度が達成しうる感度の限定要因となる雰囲気からの背景レイリー拡散を低減させることが好ましい。一実施形態において、システムの向上した感度は、露出した研磨シリコンウエハ上の約２５ｎｍの直径を有するポリスチレンラテックス（ＰＳＬ）球を検出するために十分な能力を有する。勿論、このようなシステムはまた、約２５ｎｍよりも大きな直径を有するＰＳＬ球を検出するために十分な感度を有する。

一実施形態において、気体フローサブシステムは、気体供給源４２を含む。気体供給源４２は、ボトル、タンク、家屋用供給配管など、当該技術において既知の任意の好適な構成を有する。さらに、気体供給源４２の構成は、その中に入っている気体の種類によって変えることができる。また、気体フローサブシステムは、気体供給源４２に結合された導管４４をも含む。導管４４は、当該技術において既知の任意の好適な構成（例えば直径、成分など）を有し、当該技術において既知の任意の方法において気体供給源４２に結合することができる。さらに、導管４４の構成は、導管の中を流れる気体の種類と導管内の気体の流動特性によって変えることができる。図１に示すように、導管４４は、気体供給源４２から検査サブシステムによって照明されたウエハ上のスポット近傍の位置まで延伸する。しかし、気体フローサブシステムは、実際には、気体供給源４２からウエハ上の照明されたスポット近傍の位置まで気体を運ぶ任意の数の導管の組み合わせを含むことができることを理解すべきである。

図１にさらに示すように、導管４４は、ウエハ上の照明されたスポット近傍に位置した導管の先端に結合させたノズル４６を含む。ノズル４６は、当該技術において既知の任意の適切なノズルを含み、ノズルの中を流れる気体、及びノズル４６から出る気体のその他選択された流動特性（例えば流量、気圧など）に基づいて選択される。また、気体フローサブシステムは、導管４４に結合したバルブ４８をも含む。バルブ４８は、当該技術において既知の任意の好適な構成を有する、当該技術において既知の任意の好適なバルブを含む。さらに、図１において気体フローサブシステムは、１つのバルブを含むものとして示されているが、気体フローサブシステムは、導管４４の中を流れる気体の流れを制御するように構成された任意の数の気体制御装置を含むことができることを理解すべきである。また、気体フローサブシステムは、当該技術において既知のその他任意の適切な気体フロー装置を含むこともできる。

上述の通り、気体フローサブシステムの構成を、気体フローサブシステムによってウエハ上の照明されたスポットの近傍に供給される気体の種類によって変えることができる。また、気体フローサブシステムの構成を、検査サブシステムの構成によっても変えることができる。例えば、上述のように、気体フローサブシステムは、ウエハ上のスポットの近傍に位置する気体をスポットに向けられた光を気体よりも少なく拡散させる媒体で置換することで、システムの感度を向上させるように構成されている。このようすれば、気体フローサブシステムの構成は、ウエハ上の照明されたスポットの大きさ及び収束光学デバイスの構成に基づいて（例えば、気体フローサブシステムによって、ウエハ上のスポットの近傍の収束光学デバイスの収束空間内に以前に位置していた気体の体積全体が媒体で置換されるように）選択できる。

また、気体フローサブシステムを、ウエハ上の照明されたスポット全域に亘って特定の方法（例えば層流対乱流のような）で媒体を流すように構成することもできる。さらに、上述のように、検査サブシステムを、検査中にウエハを検査サブシステムによって走査できるように、ステージ、従ってウエハが移動するように構成することもできる。従って、気体フローサブシステムは、媒体がウエハの走査全体を通じてウエハ上の照明されたスポットの近傍に位置することで、ウエハ上の照明されたスポットの近傍に以前に位置していた気体が検査中に照明されたスポットの近傍の検査サブシステムの収束光路内にあることを十分に防止することができるように、ウエハの移動に基づいて構成させてもよい。例えば、気体フローサブシステムは、拡散「遮蔽」の効果を低下させかねない、レーザー表面検査システム内のウエハの回転や直線走査運動の空気力学的効果を緩和できるように構成させることである。さらに、気体フローサブシステムを、ウエハ上の照明されたスポットの近傍の媒体の特性がウエハの検査中に著しく変化しないように構成することができる。このようにすれば、検査ステップ全体を通じて媒体によって拡散される光の量を実質的に一定にすることで、検査サブシステムの再現性を向上させることができる。特定の検査サブシステムに好適な特定の気体フローサブシステムは、明確性のために本明細書内ではさらなる説明を行わない、当業者には周知の物質移動の原理を使用して決定できる。

上述の通り、気体フローサブシステムは、ウエハ上のスポットの近傍に位置した気体をその気体よりも少量の光を拡散させる媒体で置換することでシステムの感度を向上させるように構成されている。検査サブシステムは、１又はそれ以上のレーザーを含むことができる。このように、幾つかの実施形態において、気体フローサブシステムは、ウエハ上のスポットの近傍に存在する通常の空気を、通常の空気よりも低いレイリー拡散断面積を有するレーザービーム伝播媒体で置き換えることにより光拡散式表面検査システム内の雰囲気のレーザーレイリー光拡散干渉を抑制するように構成されている。

好ましくは、媒体は、乾燥空気の動作波長における屈折率よりも低い、検査サブシステムの動作波長における屈折率を有する。例えば、検査サブシステムは、可視及びＵＶ波長において動作可能である。従って、一実施形態において、媒体は、乾燥空気の可視及びＵＶ波長における屈折率よりも低い、可視及びＵＶ波長における屈折率を有することが好ましい。最良の一実施形態において、置換媒体は、可視及びＵＶ波長（例えば約７００ｎｍ〜約２００ｎｍ）について既知の最低レイリー断面積を有する気体である。

一実施形態において、媒体は主としてヘリウム元素（Ｈｅ）からなる。異なる実施形態において、媒体は主としてネオン（Ｎｅ）からなる。本明細書内で使用されるように、「主として〜からなる」という語は、場合によっては媒体によって生じる光拡散の基本特性に著しく影響しない量で存在するその他の気体と組み合わせて、上述の気体のうちの１つを含む媒体を指す。例えば、主としてヘリウム元素又はネオンからなる媒体は、媒体によって生じる光拡散の基本特性に著しく影響しない微量の乾燥空気を含むことができる。

高純度のヘリウムは本来的に通常の空気よりも２桁近く低く光を拡散させるので、気体フローサブシステムは、検査サブシステムの入力ビーム線内の雰囲気を高純度のヘリウム元素で置換するように構成させることができる。具体的には、標準雰囲気温度及び気圧（ＳＴＰ：華氏２７３度、７６０トル）付近において、空気とヘリウムは、どちらも理想気体に非常に近似して作用する。レイリー拡散理論から、同一の温度と気圧における所定量の２種類の理想気体は、下記方程式に従って気体それぞれの屈折率の関数に等しい相対拡散断面積を有することを示すことができる（例えば、この参照により本明細書内に完全に明記されたものとして組み込まれる、Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１２（２００１）Ｒ３３−Ｒ５１に掲載された、Ｒ．Ｂ．Ｍｉｌｅｓ、Ｗ．Ｒ．Ｌｅｍｐｅｒｔ、及びＪ．Ｎ．Ｆｏｒｋｅｙ著の「Ｌａｓｅｒ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ」を参照のこと）。

但し、σ₁は気体１のレイリー断面積、σ₂は気体２のレイリー断面積、ｎ₁は気体１の屈折率、ｎ₂は気体２の屈折率である。５８９．３ｎｍの波長において、ＳＴＰにおける乾燥空気はｎ₁＝１．０００２９２の屈折率を有する一方、同一条件下のヘリウムはｎ₂＝１．００００３５の屈折率を有する（例えば、ｗｗｗ．ｗｅｂｅｌｅｍｅｎｔｓ．ｃｏｍによってＳＴＰにおける空気及び気体の屈折率を参照のこと）。このように、上述の方程式は、雰囲気の圧におけるレーザービーム線内の空気をヘリウムで代替することによってレイリー拡散強度がほぼ７０倍減少することを示す。

表１は、気相屈折率ｎ（華氏２７３度の温度と７６０ｍｍＨｇの気圧における５８９．３ｎｍのナトリウムの黄色Ｄ線の屈折率）及び乾燥空気に対する種々の気体のレイリー断面積σ_{Dry air}／σ_gasを含む。ヘリウムとネオン以外では１種類のみの希ガスが、表１のネオンの屈折率によって示されるような背景拡散の著しい減少（１９倍）を提供する。２原子分子であり、従って乾燥空気よりも効率的な双極子散乱体である水素は背景拡散において５倍の減少を示すものの、その著しい高反応性の故に本明細書内に記述されるシステム及び方法には不適格な候補である。一方、表１にさらに示すように、アルゴン（Ａｒ）はその屈折率が湿潤空気よりも僅かに大きいので実際に背景拡散を幾分上昇させる（湿潤空気は表１中ではＨ₂Ｏとして示す）。

上述のような検査サブシステムによって使用される照明の波長における空気とヘリウムの屈折率の正確な算出方法は当該技術において既知であり、実験的に検証されている。（例えば、この参照によりその全文が本明細書内に明記されたものとして組み込まれる、Ｍｅｔｒｏｌｏｇｉａ，４１（２００４）１８９−９７に掲載されたＪ．Ｓｔｏｎｅ及びＡ．Ｓｔｅｊｓｋａｌ著の「Ｕｓｉｎｇ ｈｅｌｉｕｍ ａｓ ａ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ：ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ ａ ｇａｓ ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｂ：Ａｔ．Ｍｏｌ．Ｏｐｔ．Ｐｈｙｓ．，２９（１９９６）３５８１−８６に掲載されたＬ．Ｒ．Ｐｅｎｄｒｉｌｌ著の「Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｈｅｌｉｕｍ ｇａｓ」、及びＰｒｏｃ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．，８５（１９６５）２２７−３０に掲載されたＹ．Ｍ．Ｃｈａｎ及びＡ．Ｄａｌｇａｒｎｏ著の「Ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｈｅｌｉｕｍ」を参照のこと。）

５３５ｎｍの（上述のそれを含む幾つかの検査サブシステムによって使用される）波長におけるヘリウムの屈折率は、上記に参照したＪ．Ｓｔｏｎｅ及びＡ．Ｓｔｅｊｓｋａｌによる研究に基づいて、表２に示す値を使用して算出された。

表２中、Ｂ（Ｔ）は圧縮膨張のビリアル係数、Ｚは圧縮係数、ＡＲは原子分極又は分子分極αに対する比率、ＢＲは屈折率ビリアル係数である。表２に示すＢＲ値は、６３３ｎｍ付近の波長について有効である。表２に示す値を使用して、３５５ｎｍにおけるヘリウムの屈折率は１．００００３２８４４と算出された。さらに、３５５ｎｍの波長におけるヘリウムの屈折率は、上記に参照したＹ．Ｍ．Ｃｈａｎ及びＡ．Ｄａｌｇａｒｎｏによる研究に基づいて１．００００３５２７と算出された。

また、３５５ｎｍの波長における湿潤空気の屈折率も、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮＩＳＴ）のウェブサイト上で閲覧可能なＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｔｏｏｌｂｏｘを使用して算出された。具体的には、５０％の相対湿度及び４５０ ｐｐｍの二酸化炭素（ＣＯ２）を有する空気の屈折率ｎＡｉｒは、１．０００２８０４２３と算出された（Ｃｉｄｄｏｒの方程式を使用）。さらに、５０％の相対湿度を有するｎＡｉｒが１．０００２８０４２４と算出された（変型Ｅｄｌｅｎの方程式を使用）。

従って、上述の検査サブシステムのような検査サブシステムによって使用される実際の３５５ｎｍのＵＶ波長における減少係数は、ヘリウムとネオンについて上述した減少係数に匹敵することが期待される。具体的には、上記で算出した３５５ｎｍの波長におけるヘリウムと空気の屈折率の値に基づいて、σ_Air／σ_Heの最悪の場合は６３．２と算出された一方、σ_Air／σ_Heの最良の場合は７２．９と算出された。従って、本明細書内に記述した実施形態における媒体としてヘリウムを使用することで、３５５ｎｍの波長において背景拡散は約６０〜約７０倍減少する筈である。

ヘリウムの屈折率を温度と気圧の関数として高精度で算出するために、Ｓｔｏｎｅ他（この参照によって完全に明記されたものとして本明細書内に組み込まれる、Ｍｅｔｒｏｌｏｇｉａ，４１（２００４）１８９−９７に掲載されたＪ．Ｓｔｏｎｅ及びＡ．Ｓｔｅｊｓｋａｌ著の「Ｕｓｉｎｇ ｈｅｌｉｕｍ ａｓ ａ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ：ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ ａ ｇａｓ ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ」）は、ヘリウムを使用して高精度光学的共振器を充填することで高精度の波長基準を生成することを提案した。レイリー拡散はこのような共振器内でレーザーパルスが「リングダウン」する形態の１つであるものの、Ｓｔｏｎｅ他はその低レイリー拡散断面積のためにではなく、この（屈折率によって与えられる）断面積が空気よりもより正確に算出できることからヘリウムを使用した。

Ｓｕｎ他（この参照により完全に明記されたものとして本明細書内に組み込まれる、１０月１４日〜１７日に米国アリゾナ州Ｓｃｏｔｔｓｄａｌｅ市で開催された２１ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｉｔｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｌａｓｅｒｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ（ＩＣＡＬＥＯ ２００２）におけるＪ．Ｓｕｎ及びＪ．Ｐ．Ｌｏｎｇｔｉｎによる「Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｇａｓ Ｍｅｄｉｕｍ ｏｎ Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８９（２００１）８２１９−２４に掲載されたＪ．Ｓｕｎ及びＪ．Ｐ．Ｌｏｎｇｔｉｎ著の「Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ Ｂｒｅａｍ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａｆａｓｔ Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｔ Ａｍｂｉｅｎｔ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」、及びＴｈｅｒｍａｌ Ｓｃｉ．＆ Ｅｎｇ．，７（１９９９）８１−８５に掲載されたＪ．Ｓｕｎ及びＪ．Ｐ．Ｌｏｎｇｔｉｎ著の「Ｎｏｖｅｌ Ｂｅａｍ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａｆａｓｔ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」）は、高分解能機械に使用されるフェムト秒パルスレーザー用のレーザー伝播媒体としてヘリウムを提案している。屈折率は事実上、レーザービームの時間的及び空間的フューチャの両方を歪ませるレーザー強度の関数となるので、サブピコ秒レーザーパルスの出力密度は空気内の非線形光学効果を誘起する。当然のことながら、ヘリウム雰囲気の高次光学非線形性は、空気よりもはるかに小さく、従って伝播媒体からの減圧に頼らずにヘリウムを使用して、パルス歪み及び自己発散効果を最小限に抑えることができる。

Ｓｔｏｎｅら及びＳｕｎらによる研究は、真空中の科学的測定又は機械加工操作を実行する費用及び困難を回避するために、レーザー伝播媒体としてヘリウムを使用する利点を実現するものの、解決された問題は線形のレイリー光拡散の結果ではなく、未パターン化ウエハの検査に一般に使用される連続波レーザーが対象とはならない高次非線形効果の結果である。しかしながら、科学的な、及び技術的な文献に、ヘリウム又はその他（空気と比較して）低屈折率を有する一切の気体をレイリー拡散干渉の抑制のためのビーム伝播の代替媒体として明確に引用する参照は見当たらない。

図１に示すように、気体フローサブシステムは、ウエハ上のスポットの近傍の位置においてのみ気体を媒体で置換するように構成されている。例えば、ヘリウム又はネオンなどの比較的小さなガス状の媒体の「被覆」をウエハ上のビームのスポット及びその周囲に向けることができる。ヘリウムは、レイリー拡散が検査サブシステムの検出器にとって「可視」である臨界体積（即ち収束空間）内で比較的大きなレイリー拡散断面積を有する雰囲気中の水素、酸素、及びその他の微量気体を移動させることで、背景拡散のほぼ２桁の低減をもたらすことが好ましい。

気体フローサブシステムのこのような実施形態は、多くの理由から好都合である。例えば、媒体の比較的小さな噴射を臨界体積に向けることによって、検査サブシステム内の全空間を媒体で置換するよりもはるかに少量の媒体を消費することで済む。このようにすれば、上述の気体供給源は、標準のボトルに充填されたヘリウム、又は半導体組立施設に設置された家屋用ヘリウム供給配管であってもよく、走査中に使用した少量のヘリウムの回収は不要となる。従って、ウエハ上のスポットの近傍の位置においてのみ気体を媒体で置換することで、システムの運転費用が、検査サブシステム全体内気体を媒体で置換するように構成された気体フローサブシステムの費用と比べて低減される。図１に示すシステムは、本明細書内で記述したようにさらに構成することができる。

上述の「ヘリウム噴射」の実施形態は、強力なＵＶレーザーを用いた検査サブシステムの光学デバイス上の微量の有機蒸気の光分解を低減又は除去しない。このような光分解は、検査サブシステムの屈折及び反射光学部品上で起こる。一実施形態において、システムは、検査サブシステムの１又はそれ以上の光学部品を囲むハウジングを含む。このような一実施形態において、気体フローサブシステムは、媒体を使用してハウジングをパージし、媒体を使用して１又はそれ以上の光学部品（例えば、検査サブシステムの１又はそれ以上の屈折及び／又は反射光学部品）上の物質の光分解が低減されるようにハウジング内に正圧を維持するように構成されている。

このような一実施形態を図２に示す。具体的には、図２に示すシステムは、検査サブシステムの１又はそれ以上の光学部品を囲むハウジング５０を含む。具体的には、ハウジング５０は、光源１２、１６と、コンデンサレンズ２２と、鏡２４と、ビーム分光器２６と、検出器２８、３０と、楕円鏡３２と、ビーム分光器３４と、検出器３６、３８とを囲んでいる。従って、ハウジング５０は、検査サブシステムの全ての光学部品を囲む。しかし、ハウジング５０は、検査サブシステムの光学部品の一部（例えば、ウエハ上のスポットの照明用に構成された光学部品）のみを囲むこともできる。ハウジング５０は、当該技術において既知の任意の好適な構成を有することができる。さらに、ハウジング５０は、ハウジングのウエハ上のスポットに向けられた光及びウエハ上のスポットから拡散した光が通過する部位全域に亘って、ハウジングの本体内に挿入された「窓」（図示せず）を含むことができる。窓は、ウエハ上のスポットに向けられた光及びウエハ上のスポットから拡散した光の特性（例えば強度、波長、偏光など）を著しく変化させない任意の材料で形成させることができる。

気体フローサブシステムは、気体フローサブシステムが媒体を使用してハウジングをパージし、媒体を使用してハウジング内を正圧に維持することができるように、ハウジング５０に結合されている。例えば、気体フローサブシステムは、導管５４に結合した気体供給源５２を含むことができる。気体供給源５２及び導管５４は、上述のように構成させることができる。バルブ５６は導管５４に結合しており、そのバルブ５６を上述のように構成することができる。導管５４は継手５８によってハウジング５０に結合している。継手５８は、導管５４及びハウジング５０間を比較的気密に封止するために使用され、当該技術において既知の任意の好適な継手を含むことができる。このようにすれば、気体フローサブシステムを、気体供給源５２からバルブ５６及び導管５４を経由してハウジング５０まで媒体を運ぶように構成することができる。また、気体フローサブシステムは、継手６２によってハウジング５０に結合した導管６０をも含む。バルブ６４は導管６０に結合している。導管６０もまた回収容器６６に結合している。導管６０、継手６２、及びバルブ６４は、本明細書内で記述したように構成される。回収容器６６は、当該技術において既知の任意の好適な回収容器を含むことができる。気体フローサブシステムを、ハウジング５０から導管６０を経由して回収容器６６に１又はそれ以上の種類の気体を除去するように構成することができる。従って、媒体を使用してハウジングをパージするために、ハウジングからほぼ全ての気体が除去され、媒体と置換され終わるまで、気体媒体を気体供給源５２からハウジング５０内に流入させ、気体をハウジングから回収容器６６内に排出するように、気体フローサブシステムを構成することができる。次に、バルブ６４を閉じて気体供給源５２からハウジング５０内に追加の気体を運ぶことによってハウジング５０内に正圧を生じさせ、それを維持することができる。

ハウジングをパージし、ハウジング内に正圧を維持するために使用される媒体は、上述のうちの任意の媒体を含むことができる。さらに、図２に示すように、気体フローサブシステムは、気体供給源４２、導管４４、ノズル４６、及びバルブ４８を使用してウエハ上のスポットの近傍の位置において気体を媒体で置換するように構成することもできる。このようにすれば、図２に示す気体フローサブシステムの一部を、媒体を使用してハウジングをパージし、媒体を使用してハウジング内に正圧を維持するように構成することができ、気体フローサブシステムの別の部分はウエハ上のスポットの近傍の位置においてのみ気体を媒体で置換するように構成される。ハウジングをパージし、ハウジング内に正圧を維持するように構成された気体フローサブシステムの一部は、本明細書内に記述されたようにさらに構成されてもよい。比較的大きな体積の気体は光を著しく拡散しかねないので、気体フローサブシステムのこのような実施形態は、ハウジングがウエハから間隔を開けて配置され、比較的大きな体積の気体が上述のように媒体によって置換されるまでその体積に存在するときに有用である。

さらに、光が開口部（図示せず）を通ってウエハ上のスポットに向けられ、ウエハ上のスポットから拡散した光が開口部を通って移動するように、ハウジングがハウジングの本体に開口部を有する場合、媒体を使用して生じたハウジング内の正圧は媒体を開口部からハウジングの下面とウエハの上面間の空間内に効果的に「押し出す」ことで、その空間に存在するその他全ての気体を効果的に置換することができる。しかし、このようなハウジングの構成は、ハウジングが上述の窓を含む場合よりも大量のヘリウムを消費しかねず、ハウジングの外部雰囲気からヘリウムを回収する必要があるかもしれない。従って、検出器からプロセッサまでの伝播媒体のようなシステムの構成要素がハウジングから気体が漏出することを十分に防止する一方、ハウジングの中を通過することを可能とする封止装置（図示せず）によって、ハウジングを外部環境から効果的に封止させる。さらに、上述のように、ハウジングは、検査サブシステムの光が検査サブシステムからウエハまで、及びその逆方向に通過することを可能とする窓を含むことができる。このような場合、ハウジング内の媒体は、ウエハ上のスポットの近傍に位置するハウジングとウエハ間の気体を置換するために使用することができない。従って、気体フローサブシステムは、上述のように気体供給源４２、導管４４、ノズル４６、及びバルブ４８を使用してこの気体を媒体で置換することができる。

ハウジングをパージしハウジング内に正圧を維持するために使用する媒体は、ウエハ上のスポットの近傍に位置する気体を置換するために使用する媒体と同一であってよい。あるいは、ハウジングをパージし、ハウジング内に正圧を維持するために使用する媒体は、ウエハ上のスポットの近傍に位置する気体を置換するために使用する媒体とは異なるものであってもよい。このような場合、どちらの媒体も、検査サブシステムの動作波長における乾燥空気の屈折率よりも小さな検査サブシステムの動作波長における屈折率を有する媒体を含むことができる。

図２に示すシステムの実施形態は、現在利用可能な検査システムに対して多くの利点を有する。例えば、検査サブシステムに比較的強力なＵＶレーザー源が実装される場合、入力ビームを形成する光学デバイス内の複数の光学面におけるＵＶレーザーエネルギー密度は、空気内の微量の有機蒸気の分解が時間と共に光学デバイスを劣化させるレベルに近づくことで信頼性の劣化を招き、精密光学デバイスの取り扱いや焦点位置調整にかなり高価な維持費を必要とする。しかし、図２に示すシステムの実施形態は、入力ビーム線内の雰囲気を、通常の空気よりも主として２桁近く少なく光を拡散させる高純度のヘリウムで置換し、同時に高エネルギー密度のＵＶ光学デバイスの寿命を延ばす、異物をほとんど含まない環境を提供するように構成されている。

検査システムによっては、回転走査台からの振動が光学装置の成形体に伝わらないように、光学的筐体の一定の部分が意図的に開いている。従って、このような光学的筐体内でヘリウムのパージを実行する場合、ヘリウムパージには比較的大量の媒体を必要とし、ビーム線光学装置内やその周囲をパージして清浄な雰囲気を維持するための水素などその他の高純度の気体よりも高価である。しかし、可撓性の又は振動吸収性の封止材の上手な使用、又は光学装置の成形体と検査サブシステムの機構サブシステムとの間の防振装置の改良によって、光学的筐体をヘリウムでパージし、次に１又はそれ以上のパージ排出弁を閉じ、ガス圧力調整器によって制御できる筐体を、周囲に対して僅かに正圧にすることは実現可能である。そうすれば、ヘリウムが光学的筐体の封止し切れなかった隙間から漏れるに従って、光学的筐体は比較的少量の補充ガスのみを必要とするだけになる。本明細書内で記述したパージステップは、最初にレーザーの電源投入なされる時、及びその後の光学的筐体を開ける必要のある保守時に実施することができる。図２に示すシステムは、本明細書内で記述したようにさらに構成することができる。

幾つかの実施形態において、検査サブシステムは、その出力信号が検査サブシステムの照明光路に沿って拡散した光に応答しないように、照明光路に沿って拡散した光を遮蔽するように構成された１又はそれ以上の光学部品を含む。このような一実施形態を図３に図示する。図３に示すように、検査サブシステムは、検出器２８、３０、３６、３８によって生成された出力信号が検査サブシステムの照明光路に沿って拡散した光に応答しないように、光１０が進行する照明光路に沿って拡散した光を遮蔽するように構成された光学部品６８を含む。一実施形態において、光学部品６８は遮光板としてもよい。遮光板は、浮遊光子を遮蔽するために使用できる当該技術において既知の任意の好適な遮光板又は視野絞りを含むことができる。

さらに、検査サブシステムは、検出器２８、３０、３６、３８によって生成された出力信号が検査サブシステムの照明光路に沿って拡散された光に応答しないように、光１８が進行する照明光路に沿って拡散した光を遮蔽するように構成された光学部品７０を含むことができる。一実施形態において、光学部品７０は絞りを含む。絞りは、当該技術において既知の任意の適切な絞りを含むことができる。図３には光１８の照明光路に沿った位置に３個の絞りを示すが、システムは任意の好適な数のこのような光学部品を含むことができることを理解すべきである。

従って、検査サブシステムの異なる照明光路に沿った拡散光を遮蔽するように構成された光学部品は、異なってもよい。あるいは、検査サブシステムの異なる照明光路に沿った拡散光を遮蔽するように構成された光学部品は、実質的に同一であってもよい。さらに、光学部品のうち１又はそれ以上は、検査サブシステムの照明光路のうち１つ（又は幾つか）のみに沿った拡散光を遮蔽するように構成させてもよい。さらに、検査サブシステムの照明光路のうちの１つ（又は幾つか）に沿った拡散光を遮蔽するために、１種類より以上の光学部品（例えば遮蔽板及び絞り）を構成させることもできる。

検査サブシステムによっては、そのレーザーヘッドからそのビーム形成用光学デバイスを通ってウエハ上の入射／反射スポットまでのビーム線を通じて雰囲気のレイリー拡散が発生する。しかし、上述のように、適切な遮蔽板及び／又は絞りを用いてビーム線を上手に処理し、ウエハ上の入射スポットから進入する光以外の光に対して「盲板」となるように特に設計された拡散光検出光学デバイスに浮遊拡散光が達することを阻止することができる。従って、ウエハ上のビームスポットの真上の領域の雰囲気の比較的小さな体積のみを、気体フローサブシステムによって媒体で置換し、雰囲気による光の拡散を効果的に低減することでシステムの感度を向上させることができる。

結果的に、可能性としては、未パターン化ウエハの検査システム内の雰囲気全体をヘリウム又は本明細書内で記述した別の媒体で置換することができるが、本明細書内で記述したシステム及び方法の利点を実現するために極端な対応をする必要はない。実際、殆どのウエハ検査システムは、走査機構によって生じた微量の粒子状物質がウエハ上に堆積しないように、ウエハを検査するチャンバー内にＵＬＰＡ（ultra low penetration air：ＵＬＰＡ）フィルタによって濾過された比較的大量の空気を通過させる。媒体の回収及び浄化装置を設けずに一般的な３００ｍｍの集積回路（ＩＣ）組み立て施設内で１０〜１２枚の未パターン化ウエハのシステムでこのような大量のヘリウムを使用することは比較的高価であろう。さらに、このようなシステムは、製造施設において、他に有効に使えるはずの新たな設備投資を必要とする。

従って、図３に示すシステムは、干渉レイリー拡散をウエハ上の照明されたスポットのおおよその領域内の比較的小さな体積に限定する照明及び収束光学デバイスを使用し、絞りを配置して比較的少量のヘリウムのガス流を小さな体積に向けることで体積内の雰囲気を比較的低いレイリー拡散「遮蔽」で置換することにより、比較的大きな体積の通常の雰囲気をヘリウムでパージする費用及び複雑性を緩和する点において好都合である。図３に示すシステムは、本明細書内で記述したようにさらに構成することができる。

しかし、未パターン化ウエハの検査システム内の雰囲気全体をヘリウム又は本明細書内で記述した別の媒体で置換するように構成されたシステムは、ＵＬＰＡフィルタからハウジング内に媒体の流れを循環させＵＬＰＡ濾過装置に戻すように構成することができる。このようにすれば、上述のオープンフロー型に比べてウエハ当たりの媒体の消費量が著しく低減される。このような実施形態において、システムに移送チャンバー（図示せず）を含むことができる。ウエハは、ハウジング内の雰囲気の外乱を低減させるために、移送チャンバーからハウジングに移動させることができる。また、このようなシステムには新鮮な空気の供給が絶えている可能性があるので、システムに熱交換器を含むこともできる。

別の実施形態において、媒体は真空である。このようなシステムの一実施形態を図４に示す。図４に示す通り、システムは、その上に配置されたステージ２０とウエハ１４とを含む検査サブシステムを囲む真空チャンバー７２を含む。真空チャンバー７２は、当該技術において既知の任意の好適な構成を有することができる。気体フローサブシステムは、継手７６を介して真空チャンバー７２に結合された導管７４を含む。導管７４及び継手７６は、当該技術において既知の任意の好適な構成を有することができる。また、気体フローサブシステムは、真空ポンプ７８をも含む。真空ポンプ７８は、当該技術において既知の任意の好適な構成を有することができる。真空ポンプ７８は、導管７４を通じて真空チャンバー７２から気体を除去することによって真空チャンバー７２内に真空を生じさせるように構成されている。このようにすれば、真空ポンプによって走査チャンバー内の雰囲気を除去することによって（空気を排気することによって）、図４に示すシステム内の雰囲気拡散が低減できる。実現可能ではあるものの、ウエハ検査の感度を向上させるこの方法は、検査システムに大変な費用及び複雑性を加え、総合的な信頼性を低下させ、本明細書内で記述したその他のシステムの実施形態に比べて保守費用が増加する。図４に示すシステムを、本明細書内に記述したようにさらに構成することができる。

別の実施形態は、検査システムに結合するように構成された気体フローサブシステムに関する。また、気体フローサブシステムは、検査中に検査システムによって照明されたウエハ上のスポットの近傍に位置する気体をその気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで検査システムの感度を向上させるように構成されている。気体フローサブシステムは、本明細書内に記述したようにさらに構成されてもよい。

さらに別の実施形態は、ウエハを検査する方法に関する。本方法は、ウエハ上のスポットに光を向け、ウエハ上のスポットから拡散した光に応答して出力信号を生成することによってウエハを検査するステップを含む。また、本方法は、検査ステップ中にウエハ上のスポットの近傍に位置する気体をその気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで検査ステップの感度を向上させるステップをも含む。さらに、本方法は、出力信号を使用してウエハ上の欠陥を検出するステップを含む。

一実施例において、媒体は、可視及びＵＶ波長における乾燥空気の屈折率よりも低い可視及びＵＶ波長における屈折率を有する。別の実施形態において、媒体は主としてヘリウム元素からなる。異なる実施形態において、媒体は主としてネオンからなる。

一実施形態において、気体を置換するステップは、ウエハ上のスポットの近傍の位置においてのみ気体を媒体で置換するステップを含む。別の実施形態において、本方法は、媒体を使用して、１又はそれ以上の光学部品上の物質の光分解が低減されるように、ウエハを検査するステップに使用する１又はそれ以上の光学部品を囲むハウジングを媒体でパージするステップと、ハウジング内の正圧を維持するステップとを含む。幾つかの実施形態において、方法は、その出力信号が照明光路に沿って拡散された光に応答しないように、ウエハに光が向けられた照明光路に沿って拡散した光を遮蔽するステップを含む。さらなる実施形態において、媒体は真空を含む。

幾つかの実施形態において、ウエハ上のスポットに向けられた光は、レーザーによって生成された光を含む。別の実施形態において、ウエハ上のスポットに向けられた光は、ＵＶ光を含む。さらなる実施形態において、ウエハを検査するステップは、ウエハ全域に亘ってスポットを走査するステップを含む。幾つかの実施形態において、ウエハを検査するステップの向上した感度は、露出した研磨シリコンウエハ上の約２５ｎｍの直径を有するＰＳＬ球を検出するために十分な能力がある。

上述の方法の実施形態の各々のステップの各々は、本明細書内でさらに記述されたように実行することができる。また、上述の方法の実施形態の各々は、本明細書内に記述したその他任意のステップをも含むことができる。さらに、上述の方法の実施形態の各々は、本明細書内に記述したシステムの実施形態のうち、１又はそれ以上によって実行することができる。さらに、上述の方法の実施形態の各々は、方法の実施形態を実行するために使用できる本明細書内に記述したシステムの実施形態の利点の全てを有する。

以下の例は、本発明の限定的な実施形態として解釈されるべきではなく、例としての目的のみにおいて本明細書内に含まれる。

例：通常空気及びヘリウム雰囲気による背景雰囲気拡散
３５５ｎｍの波長における３５０ｍＷレーザー動作を含んだＳＰ２ツールを使用して、通常空気とヘリウム雰囲気の背景雰囲気拡散を測定した。ＳＰ２ツール内の通常空気雰囲気は、高純度ヘリウム（＞９８％純度）でＳＰ２ツールのコレクタを「充満」することによってヘリウム雰囲気で置換した。ヘリウムタンク及び広角コレクタ（即ち上述の楕円鏡３２）の底面に取り付けられた直径約５０ｍｍの４００ｍｍ長のチューブを使用して、ヘリウムをシステムに提供した。約１ Ｌ／秒の推定流量でチューブ内のほぼ中間までヘリウムを注入した。ヘリウムはコレクタ内にまで流入し、コレクタ内の空気の幾らか、又は殆どを置換した。コレクタの中間部の開口部が、ヘリウムの流れがコレクタから一切の残留空気を「押し出す」ことを可能とした。２つの異なる雰囲気における拡散を測定した。さらに、広角コレクタを使用して、直角入射光及び斜角入射光の拡散を測定した。拡散光の測定に使用した検出器は、５０００ ＡＤＣカウント／ｐｐｍの固定利得に設定されたＰＭＴであった。表３はこれら測定の結果を含む。

表３において、「ＳＴ」は約１０μｍ×１５０μｍのスポット寸法を用いて実行した測定を指す。「ＨＴ」は、約１０μｍ×３４０μｍのスポット寸法を用いて実行した測定を指す。「基線」は、通常空気雰囲気内で実行した光拡散測定を示す。「平均Ｈｅ」は、ヘリウム雰囲気内で実行した光拡散測定の平均を示す。従って、これら測定値は一般的に再現性のある取得値を示す。「最低Ｈｅ」は、１回より以上測定したヘリウム雰囲気内の光拡散の最低値を示す。ツール内にヘリウムが存在した間に得られた２つの測定値間の差は、測定における雑音又はヘリウムの純度の変動の結果であろう。読み取り値の誤差は、その個々の読み取り値について約１ｐｐｂであり、その利得較正について約１０％である。実験において測定した信号強度は、ヘリウムパージを実行してから約５秒〜約１０秒後にその最低値近辺に落ち着き、ヘリウムのフローを停止してから約３０秒〜約６０秒後に完全に回復した。

表３の測定値が示すように、ＳＰ２ツール内の通常雰囲気空気をヘリウムで置換することによって、背景拡散は、上述の理論値である７０倍よりも低い約４倍〜約５倍低減した。表３に示す測定値は、通常空気雰囲気をヘリウム雰囲気で置換した結果として理論的に予測されたよりも小さな光拡散の減少を示すものの、表３の測定値によって示されるより低い光拡散の低減は、コレクタ内に残った微量の空気（不完全なヘリウムパージ）に加えてシステム内のその他の発生源からの残余拡散によって生じた可能性がある。

上述の実験において、ツール内にヘリウム雰囲気が存在した間、ウエハは走査されなかった。従って、上述の結果は必ずしも実際の低減とはならないが、結果は、本明細書内に記述したシステム及び方法がウエハ上のスポット近傍に位置する気体をその気体よりも光をより少なく拡散させるヘリウムなどの媒体で置換することでシステムの感度を向上させることができることを示す。

この明細書の観点において、当業者には、本発明の種々の観点のさらなる修正及び代替実施形態を明白に理解することができる。例えば、向上した感度でウエハを検査するシステム及び方法が提供される。結果として、この明細書は、例証としてのみ解釈されるべきであり、当業者に本発明を実行する一般的な方法を示す目的のものである。本明細書内に示し記述した本発明の形態は、現時点での最良の実施形態として受け取るべきであることが理解されるべきである。本発明のこの明細書の助けを借りた後には当業者にとっては明白であるように、本明細書内で図示し記述した要素及び材料は代替可能であり、部分及びステップは逆転させることができ、本発明の一定の特長は独立して利用できる。本明細書内に記述した要素には、以下の請求項に記述した通りの本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない限りにおいて、変更を施すことができる。

ウエハを検査するように構成されたシステムの種々の実施形態の断面図を図示した概略図である。 ウエハを検査するように構成されたシステムの種々の実施形態の断面図を図示した概略図である。 ウエハを検査するように構成されたシステムの種々の実施形態の断面図を図示した概略図である。 ウエハを検査するように構成されたシステムの種々の実施形態の断面図を図示した概略図である。

Claims (26)

1. ウエハを検査するように構成されたシステムであって、
   前記ウエハ上のスポットに光を向け、前記ウエハ上の前記スポットから拡散した光に応答して出力信号を生成するように構成された検査サブシステムと、
   前記ウエハ上の前記スポット近傍に位置する気体をその気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで前記システムの感度を向上させるように構成された気体フローサブシステムと、
   前記出力信号を使用して前記ウエハ上の欠陥を検出するように構成されたプロセッサと
   を有するシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記媒体は、乾燥空気の可視及び紫外線波長における屈折率よりも小さい前記可視及び紫外線波長における屈折率を有するものである。
3. 請求項１記載のシステムにおいて、前記媒体は主としてヘリウム元素からなるものである。
4. 請求項１記載のシステムにおいて、前記媒体は主としてネオンからなるものである。
5. 請求項１記載のシステムにおいて、前記気体フローサブシステムは、前記ウエハ上の前記スポット近傍の位置においてのみ、前記気体を前記媒体で置換するようにさらに構成されたものである。
6. 請求項１記載のシステムにおいて、このシステムは、さらに、前記検査サブシステムの１又はそれ以上の光学部品を囲むハウジングを有し、前記気体フローサブシステムは、前記１又はそれ以上の光学部品上の物質の光分解を低減させるように、前記媒体を使用して前記ハウジングをパージし、前記媒体を使用して前記ハウジング内に正圧を維持するようにさらに構成されたものである。
7. 請求項１記載のシステムにおいて、前記検査サブシステムは、前記出力信号が前記検査サブシステムの照明光路に沿って拡散した光に応答しないように、前記照明光路に沿って拡散した前記光を遮蔽するように構成された、１もしくはそれ以上の光学部品を有するものである。
8. 請求項１記載のシステムにおいて、前記媒体は真空である。
9. 請求項１記載のシステムにおいて、前記検査サブシステムは、未パターン化ウエハの検査サブシステムとしてさらに構成されたものである。
10. 請求項１記載のシステムにおいて、前記検査サブシステムは、レーザー式検査サブシステムとしてさらに構成されたものである。
11. 請求項１記載のシステムにおいて、前記ウエハ上の前記スポットに向けられた前記光は、紫外線を有するものである。
12. 請求項１記載のシステムにおいて、前記検査サブシステムは、走査式検査サブシステムとしてさらに構成されたものである。
13. 請求項１記載のシステムにおいて、前記システムの前記向上した感度は、露出した研磨シリコンウエハ上の約２５ｎｍの直径を有するポリスチレンラテックス球を検出するために十分な能力を有するものである。
14. 検査システムに結合するように構成された気体フローサブシステムであって、前記気体フローサブシステムは、検査中に前記検査システムによって照明されたウエハ上のスポットの近傍に位置する気体を、その気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで、前記検査システムの感度を向上させるようにさらに構成されたものである気体フローサブシステム。
15. ウエハを検査する方法であって、
    前記ウエハ上のスポットに光を向け、前記ウエハ上の前記スポットから拡散した光に応答して出力信号を生成することによって前記ウエハを検査するステップと、
    前記検査ステップ中に前記ウエハ上の前記スポットの近傍に位置する気体をその気体よりも少なく光を拡散させる媒体で置換することで、前記検査ステップの前記感度を向上させるステップと、
    前記出力信号を使用して前記ウエハ上の欠陥を検出するステップと
    を有する方法。
16. 請求項１５記載の方法において、前記媒体は、乾燥空気の可視及び紫外線波長における屈折率よりも小さい可視及び紫外線波長における屈折率を有するものである。
17. 請求項１５記載の方法において、前記媒体は、主としてヘリウム元素からなるものである。
18. 請求項１５記載の方法において、前記媒体は、主としてネオンからなるものである。
19. 請求項１５記載の方法において、前記置換するステップは、前記ウエハ上の前記スポットの近傍の位置においてのみ、前記気体を前記媒体で置換するステップを有するものである。
20. 請求項１５記載の方法において、この方法は、さらに、前記検査ステップに使用する１又はそれ以上の光学部品上の物質の光分解を低減させるために、前記１又はそれ以上の光学部品を囲むハウジングを前記媒体でパージするステップと、前記媒体を使用して前記ハウジング内に正圧を維持するステップとを有するものである。
21. 請求項１５記載の方法において、この方法は、さらに、前記出力信号が照明光路に沿って拡散した光に応答しないように、前記ウエハに前記光が向けられた前記照明光路に沿って拡散した前記光を遮蔽するステップを有するものである。
22. 請求項１５記載の方法において、前記媒体は真空を有するものである。
23. 請求項１５記載の方法において、前記ウエハ上の前記スポットに向けられた前記光は、レーザーによって生成された光を有するものである。
24. 請求項１５記載の方法において、前記ウエハ上の前記スポットに向けられた前記光は、紫外線を有するものである。
25. 請求項１５記載の方法において、前記検査ステップは、前記ウエハ全域に亘って前記スポットを走査するステップをさらに有するものである。
26. 請求項１５記載の方法において、前記検査ステップの前記向上した感度は、露出した研磨シリコンウエハ上の約２５ｎｍの直径を有するポリスチレンラテックス球を検出するために十分な能力を有するものである。

Images