JP2012533756A - リング状照射を備える暗視野検査システム - Google Patents

Abstract

【解決手段】サンプル表面の粗度によるスペックルノイズを最小限に抑える暗視野検査システムは、ウェハ上に合成集束照射線を生成するための、複数のビーム成形経路を含み得る。各ビーム成形経路は、傾斜角でウェハを照射することができる。複数のビーム成形経路は、リング状照射を形成することができる。このリング状照射は、スペックルの影響を低減することにより、ＳＮＲを改善することができる。対物レンズは、ウェハからの散乱光を捕捉することができ、画像センサーは、対物レンズの出力を受け取ることができる。ウェハの照射が傾斜角で実施されるため、対物レンズは高いＮＡを有し得、このことによって、画像センサーの光学解像度、および結果的に得られる信号レベルが改善される。
【選択図】図１Ａ

Description

［関連出願］
本出願は、２００９年７月２２日出願の発明の名称を「Ｄｅｆｅｃｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ」とする、米国仮特許出願第６１／２２７，７１３号に基づく優先権を主張する。

本発明は、暗視野検査システムに関し、特に、この検査システムのためのリング状照射の形成に関する。

半導体ウェハ上の表面は、平坦であることが最適である。しかしながら、ブランクウェハの場合であっても、ある程度の残余の粗度が必然的に存在する。この粗度は、２ｎｍ以下に過ぎない（すなわち、検査のために使用される光の波長よりも遙かに小さい）場合があるが、依然として、暗視野検査システム内の画像センサーで検出される散乱光中に、望ましくない揺らぎを生じさせる。これらの揺らぎは、ノイズフロアとして特徴付けることができ、本明細書では「スペックル」として言及される。ウェハの検査に関しては、このスペックルは、事実上、画像センサーの感度の制限因子である。すなわち、本来ならば検出され得る小粒子（例えば、欠陥）が、スペックルによって不明瞭になる恐れがある。

広帯域システムのエッジコントラスト（ＥＣ）モード、またはレーザー暗視野検査システムを含めた、従来の暗視野ウェハ検査の方法は、スペックルを克服するように考案されてはいない。残念ながら、広帯域システムのＥＣモードは、低輝度の広帯域光源を使用するため、画像センサーでは、より低い照射レベルがもたらされる。更には、広帯域システムのＥＣモードでは、欠陥の検出のために利用可能な開口数（ＮＡ）が本質的に制限されるが、これは、ＮＡが照射および撮像の双方に関して使用されるためである。この制限されたＮＡは、低い光学解像度、および分散光に関する比較的低い集光効率をもたらす可能性がある。

ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒにより提供されるＰｕｍａ製品ファミリーなどの、典型的なレーザー暗視野検査システムは、比較的大きい輝線幅（例えば、約１μｍ）を作り出す、斜め光入射を使用するが、このことにより、解像度が多少制限される可能性がある。更には、典型的なレーザー暗視野検査システムは、単一の照射角を使用するが、このことにより強い空間的コヒーレンスが生じる。強い空間的コヒーレンスは、比較的大きなレベルの、粗度によって誘発される揺らぎ（すなわち、スペックル）を生じさせる可能性があり、このことが、実際の欠陥に対するシステムの限界感度に影響を及ぼす可能性がある。

したがって、欠陥の検出感度を有意に改善し得る、暗視野検査システムに対する必要性が生じる。

ウェハの表面粗度は、典型的には、暗視野検査システム内の画像センサーで検出される散乱光中に、小さな揺らぎを生じさせる。これらの揺らぎは、スペックルと称され、ノイズフロアとして特徴付けることができる。ウェハの検査に関しては、本来ならば検出され得る小さな欠陥（例えば、粒子）が、スペックルによって不明瞭になる恐れがある。

スペックルの影響を最小限に抑える暗視野検査システムは、ウェハ上に合成集束照射線または２次元照射野を生成するための、複数のビーム成形経路を含み得る。各ビーム成形経路は、有利には、傾斜角でウェハを照射することができる。複数のビーム成形経路は、リング状照射を形成することができる。このリング状照射は、スペックルの影響を低減することにより、ＳＮＲ（信号対ノイズ比）を改善することができる。この検査システムは、ウェハからの散乱光を捕捉するための対物レンズ、および対物レンズの出力を受け取るための画像センサーを更に含み得る。ウェハの照射が傾斜角で実施されるため、対物レンズは高いＮＡ（開口数）（例えば、少なくとも０．５）を有し得、これによって光学解像度が改善される。一実施形態では、この傾斜角は、面法線に対して６０〜８５度とすることができる。

一実施形態では、各ビーム成形経路は、光源（例えば、レーザーまたはレーザーダイオード）および円柱レンズを含み得る。各円柱レンズは、その対応する光源からの光ビームに対して、傾斜および回転させることができる。各円柱レンズは、照射線と平行に配置される円柱軸を有し得る。一実施形態では、各円柱レンズを、その円柱軸の周りで回転させて、収差を最小限に抑えることができる。

一実施形態では、少なくとも１つのビーム成形経路は、第１、第２、および第３の円柱レンズを含む。第１円柱レンズおよび第２円柱レンズの一方は、いずれの時点においてもビーム成形経路内にある。第１円柱レンズおよび第２円柱レンズのそれぞれは、照射線の長さを決定することができる。第３円柱レンズは、照射線の幅を決定することができる。別の実施形態では、第１円柱レンズおよび第２円柱レンズは、ズームレンズに置き換えることができ、このことにより、既定の範囲内での、特定の照射線の長さの選択が可能になる。

一実施形態では、暗視野検査システムの画像センサーは、ウェハ上の粒子の像の形状に整合する、デジタル画像処理フィルターを含み得る。例えば、その形状は、ドーナツ形状とすることができる。

一実施形態では、複数のビーム成形経路は、複数のレーザー、および複数のレーザーに結合される多モードファイバーを含み得る。変調器は、多モードファイバーによって伝送されるビームを変調することができる。照射線を生成するために、ビームを反射して方向付けするための鏡を配置することができる。一実施形態では、この鏡は、非球面リング状鏡を含み得る。

別の実施形態では、複数のビーム成形経路は、広帯域光源、および広帯域光源の出力を受け取るための光導体を含み得る。集光レンズは、光導体の出力を平行化することができる。照射線を生成するために、集光レンズから出力されるビームを反射して方向付けするための鏡を配置することができる。一実施形態では、この鏡は、非球面リング状鏡を含み得る。

各ビーム形成経路が光源を含む一実施形態では、少なくとも１つの光源は、複数の波長を有するレーザービームを生成するために、複数のレーザーおよびダイクロイックビーム結合器を含む。これらの複数の波長は、種々の欠陥が種々の波長に対して別々に反応し得るために、欠陥の検出および識別を容易にすることができる。各ビーム形成経路が光源を含む別の実施形態では、各光源はレーザーとすることができ、隣接するビーム成形経路は、異なる波長を有するレーザーを有する。

一実施形態では、複数個のビーム成形経路は、レーザー、およびレーザーに結合されている拡散器を含み得る。ファイバー束は、拡散器の出力を受け取ることができる。ファイバー束の各ファイバーは、光が照射線を形成することに寄与することができる。

一実施形態では、この暗視野検査システムは、対物レンズの出力を受け取るように配置されるビーム分割器を含み得る。この場合、画像センサーは、複数の画像センサーを含み得、各画像センサーは、ビーム分割器によって出力される光の特定の波長を検出する。例えば、画像センサーは、ビーム分割器によって出力される光の第１の波長を検出するための第１画像センサー、およびビーム分割器によって出力される光の第２の波長を検出するための第２画像センサーを含み得る。ビーム分割器によって出力される３つ以上の波長を有する一実施形態では、複数の画像センサーのサブセットのみを、画像解析のために選択することができる。

暗視野検査システムを構成する方法もまた説明される。この方法では、リング状照射を提供するためのビーム成形経路が形成される。各ビーム成形経路は、傾斜角でウェハを照射する。複数のビーム成形経路の出力は、ウェハ上に集束照射線を形成し得ることに留意されたい。

複数個のビーム成形経路を含み、各ビーム成形経路が、光源および対応する照射光学素子を含む、例示的な照射リングを示す。 図１Ａの照射リングが、傾斜角でウェハを照射し得ることを示す。 複数個のＴＤＩステージを走査方向で使用して走査することができる、全モード照射領域を示す。 図２に示す構成と比較して、実質的に減少した数のＴＤＩステージを使用して走査することができる、限定モード照射領域を示す。 ウェハ上に合成照射野を形成するために、それらの光ビームに対して傾斜および回転させた３つの円柱レンズを含む、例示的な照射構成を示す。 照射野の生成のための円柱レンズの配向を、方位角および極角に基づいてどのように決定することができるかを示す。 照射野の生成のための円柱レンズの配向を、方位角および極角に基づいてどのように決定することができるかを示す。 複数の照射野の長さを提供するための、３つの円柱レンズを含む例示的なビーム成形経路を示す。 背景スペックルおよびドーナツ形状を呈する４つの粒子を含む、未パターン化ウェハ表面の画像センサー出力表示を示す。 多モードファイバーを介して供給される、複数レーザーからのレーザービームを変調して（例えば、振動させて）、平均化効果を増大させることができる、例示的な検査システムを示す。 広帯域光源によって生成される光を平行化し、より効率的に最終照射鏡に光を供給することができる、例示的な検査システムを示す。 平均化効果を増大させ、欠陥の識別を改善するために、種々の波長のレーザービームを結合することを示す。 平均化効果を増大させ、欠陥の識別を改善するために、種々の極角で交互配置された、種々の波長のレーザービームを使用することを示す。 複数の検出チャネルを含む、例示的な検査システム１３００を示す。 拡散器が、レーザーからのコヒーレント光を受け取り、非コヒーレント光を生成することができる、例示的な検査システムを示す。

ウェハの表面の粗度は、暗視野検査システム内の画像センサーで検出される散乱光中に、小さな揺らぎを生じさせる可能性がある。ウェハの検査に関しては、この揺らぎ（以降では、スペックルと称される）は、事実上、画像センサーの感度の制限因子である。改善された暗視野検査システムの一態様によれば、有利には、空間的コヒーレンスを低減し、それゆえ光感度を改善することができるリング状照射を使用することによって、スペックルを低減することができる。

図１Ａは、複数個のビーム成形経路１０１を含む、例示的な照射リング１００を示す。各ビーム成形経路１０１は、光源１０２、および対応する照射光学素子１０３を含み得る。一実施形態では、光源１０２は、レーザーまたはレーザーダイオードとすることができる。特に図１Ｂも参照すると、光源１０２は（照射光学素子１０３を介して）、傾斜角でウェハ１０４を照射することができることを留意されたい。一実施形態では、傾斜照射角は（ウェハの法線から測定して）６０〜８５度とすることができる。これらの傾斜照射角は、対物レンズ１１１を、撮像のみのために解放し得ることにより、高いＮＡ（例えば、０．５〜０．９７）の使用を可能にする。画像センサー１１０は、標準的な撮像経路構成（簡潔性のために図示せず）を使用して、対物レンズ１１１からの集束光のサンプル／欠陥散乱成分を受け取るように配置され得る。

２つの独立したランダムノイズ源が平均化される場合、全体のランダムノイズは、√２減少することに留意されたい。Ｎ個の独立したランダムノイズ源の平均化に関しては、全体のランダムノイズは、√Ｎ減少する。上述のリング状照射は、統計的に独立したノイズ源、すなわちスペックルを提供することにより、以下で更に詳細に説明するように、一部のノイズ源を効果的に相殺する一方で、粒子信号を増強することができる。この相殺プロセスは、本明細書では「平均化」とも称される。Ｎは、偶数または奇数であってもよいことに留意されたい。

上述の照射構成を使用して、ウェハ１０４は更に、時間遅延積分（ＴＤＩ）を使用する広帯域ウェハ検査装置によって検査することができる。様々なＴＤＩの技術および構成は、２００７年６月５日発行の、「Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ Ｄｅｆｅｃｔｓ Ｉｎ Ａ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ Ｔｏ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ Ｕｎｄｅｒ‐Ｓａｍｐｌｅｄ Ｉｍａｇｅｓ」と題された、米国特許第７２２７９８４号（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に記載され、本明細書に参照として組み込まれる。広帯域装置では、光収支を改善するために、多数の積分ステージを有するＴＤＩが、典型的には必要とされることに留意されたい。例えば、図２は、ＴＤＩステージ２０２を、走査方向２０３で使用して走査することができる、（広帯域装置で典型的な）全モード照射領域２０３を示す。しかしながら、ＴＤＩステージ２０２が、実質的に全モード照射領域２０１の範囲に広がるように構成されるＴＤＩセンサーは、広いセンサー領域に関連する、より低い収率のために、高価かつ製造が困難である場合がある。

光源１０２、およびそれらの対応する照射光学素子１０３は、ウェハ１０４上に、細く明るい照射線（例えば、約１０μｍ）を生成することにより、単位面積あたりの光密度を（広帯域光源と比較して）有意に増大させることができる。ＴＤＩステージを最小限に抑えるために、照射線を、ＴＤＩ積分方向と垂直に形成することができる。例えば、図３は、実質的に減少した数のＴＤＩステージ３０２を、走査方向３０３に使用して走査することができる、限定モード照射領域３０３（すなわち、ウェハ上の照射線）を示す。用語「限定モード」とは、「全モード」照射領域（例えば、図２を参照）と対比して、照射のために提供される有意に小さい領域を指す。このＴＤＩステージの削減は、センサーに関連するコストを有意に低減する一方で、高感度かつ高スループットの検査に必要とされる十分な照射輝度を提供することができる。一実施形態では、ウェハ検査のスループットを最適化するために、照射線の長さを１〜３ｍｍの範囲内とすることができる。

一実施形態では、複数の方位照射角に関しては、種々の照射角からの照射線を少なくとも部分的に重ね合わせて、照射線、すなわち限定モード照射領域３０１を形成することができる。別の実施形態では、種々の照射角からの照射線を効率的に連結させて、照射線を形成することができる。

図４は、ウェハ上に合成照射線を形成するために、それらの光ビームに対して傾斜および回転させた３つの円柱レンズを含む、例示的な照射構成を示す。具体的には、３つの円柱レンズ４１１、円柱レンズ４１２、および円柱レンズ４１３（これらは、３つのビーム成形経路からの照射光学素子の一部分を形成する）は、それぞれ、レーザービーム４０１、レーザービーム４０２、およびレーザービーム４０３（これらは、それらの対応する光源による出力であるが、光源は、簡潔性のために図示せず）に対して傾斜および回転させて、ウェハ４１０上に照射線を形成することができる。一実施形態では、傾斜および回転の角度は、その照射角によって決定することができる。

図４は、円柱レンズ４１３、円柱レンズ４１２、および円柱レンズ４１３に関する、０度、４５度、および９０度の方位角の例示的な角度をそれぞれ示す。各円柱レンズは、その関連するレーザービームから平行光を受け取り、ａ軸と称される円柱レンズの長軸に平行である、ウェハ４１０上の集束線を生成することに留意されたい。

円柱レンズは、照射の方位角に応じて、種々の配向を有し得る。例えば、図５は、照射線の生成のための円柱レンズ５０１の配向を、方位角Φおよび極角θに基づいてどのように決定することができるかを示す。ａ軸は円柱軸と称され、この場合ｃ軸が、円柱レンズの光軸と称される。ｂ軸は、ａ軸およびｂ軸の双方に垂直である。照射の輝線がｘ軸に沿う場合には、円柱レンズ５０１のａ軸は、ｘ軸に平行である。一実施形態では、円柱レンズ５０１のｂ軸は、収差を最小限に抑えるために、入射ビーム５０２に対して垂直に配置され得る。

円柱レンズ５０１のａ軸は、照射の入射角とは関わりなく、ｘ軸に平行であるため、円柱レンズ５０１の配向は、ａ軸に対する回転の角度によって簡便に定義することができる。以下の等式は、方位角Φおよび極角θの関数としての、円柱レンズに関する配向を導く。

照射ビームのベクトルは、次式によって表すことができる。

円柱レンズ軸のベクトル

ｂの方向は、次式によって算出することができる。

式中、δは、円柱レンズの

と入射ビームの

との間の角度であり、次式によって与えられる。

したがって、次式となる。

１つの特殊な場合は、

のときであることに留意されたい。
式中、

はｙ軸に平行である。すなわち、光軸はｚ軸に平行である。円柱レンズと入射ビームとの間の角度は、９０°−θであり、これは、レーザー暗視野検査装置に関する照射の配置構成の場合である。

別の特殊な場合は、

のときである。
この場合、円柱レンズは、入射ビームと垂直（δ＝０）であり、これは、レーザービームを集束させるための円柱レンズの従来の用途である。

任意の照射角でレーザービームを集束させるように、円柱レンズを位置合わせする目的のために、以下の２つの工程を使用することができる。
工程１）円柱軸が、輝線方向（この実施例ではｘ軸）と平行であり、光軸

が、ｚ軸と平行となるように位置合わせし、
工程２）円柱レンズを、その円柱軸

を中心として、次式によって得られるωの角度で回転させる。

したがって次式となる。

図６に示すように、この円柱レンズの回転により、円柱レンズの

軸は、入射ビーム６０１に対して垂直となる。

工程２）は、収差を最小限に抑え得ることに留意されたい。したがって、照射線を緻密に集束させる必要がない場合には、工程２を不要とすることができる。

下記の表１は、６５度の極入射角での、様々な方位角からの照射に関する、レンズの（度を単位とする）回転角の実施例を記載している。

図７は、複数の照射線の長さを提供するための、３つの円柱レンズを含む例示的なビーム成形経路７００を示す。この実施形態では、ビーム成形経路７００は、ヒートシンク７０１によって冷却可能な、レーザーダイオード７０２を含み得る。一実施形態では、ヒートシンク７０１は、熱電（ＴＥ）冷却器を使用して実装することができ、レーザーダイオード７０２は、９ｍｍダイオードによって実装することができる。レーザーダイオード７０２によって放射された光は、球面平行化レンズ７０３によって平行化され、開口部７０４によって成形することができる。偏光の配向は、波長板７０５によって制御される。この時点で、光は、円柱レンズ７０６、円柱レンズ７０７、および円柱レンズ７０８のうちの少なくとも２つによって、輝線７０９へと形成することができる。この実施形態では、円柱レンズ７０６および円柱レンズ７０７を使用して、輝線の長さを決定することができる一方で、円柱レンズ７０８を使用して、輝線を集束させる（すなわち、その幅を決定する）ことができる。実際の実装では、モーター（図示せず）を使用して、円柱レンズ７０７を交換および移動させることにより、スループットおよび感度の調節のための、代替の輝線の長さを、ユーザーに提供することができる。別の実装では、円柱レンズ７０６および円柱レンズ７０７を、既定の範囲内での、特定の照射線の長さの選択を可能にする、連続ズームレンズ７１０に置き換えることができる。上述の傾斜および回転は、円柱レンズ７０８のみに言及することに留意されたい。

一実施形態では、各光源（例えば、図１Ａを参照）は、１つの対応するビーム成形経路７００を有する。他の実施形態（後述）では、単一の光源が光ビームを生成することができ、次いでこの光ビームが、複数の光源へと分割される。複数の光源に関する極角の数の増大、具体的には２つよりも多い角度が、有利には、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を増大させ得る（すなわち、スペックルを最小限に抑える）ことに留意されたい。

特定の極角、ウェハ表面の粗度、およびスペックルの減少の間には、対応関係が存在することに留意されたい。例えば、ベアウェハの、比較的平滑なウェハ表面に関しては、光源に関する０度および１８０度の角度は、０度および９０度の角度と比較して、より軽度のスペックルの減少をもたらす。しかしながら、パターン化ウェハの、比較的粗いウェハ表面に関しては、９０度または１８０度のいずれを（０度と共に）使用しても、同様の結果をもたらすことが可能である。それゆえ、パターン化ウェハに関する平均化は、同数の光源を使用する未パターン化ウェハの場合よりも効果的となり得る。ウェハ表面の粗度に関わりなく、より軽度のＳＮＲの改善が、８つの角度よりも後に生じ得るが、これは、より小さい角度分離での照射によって生成されるスペックルパターン間の相関関係が増大するためであることに留意されたい（この場合、ウェハの周囲に８つを超える光源を物理的に定置することは、いずれにせよ、難題を提起し得る）。

ベアウェハに対する粒子検出感度は、ウェハ表面の粗度のスペックルノイズによって制限されることに留意されたい。レーザー波長よりも遙かに小さい粒径に関しては、傾斜Ｐ偏光（入射面に平行）の照射に関する、散乱電界の遠視野は、任意の特定の散乱方向に関するＰ偏光において優勢であり、その強度分布はドーナツ形状を有する。粒子が高ＮＡ対物レンズで撮像される場合、偏光は、対物レンズのフーリエ面で、半径方向に優勢である。ベクトル画像シミュレーションは、これらの条件下での粒子の暗視野像が、スカラー画像理論を前提とする、撮像レンズの点拡がり関数であるジンク関数ではないことを示す。捕捉画像Ｐ−ｘ（ｘ方向に偏光）を捕捉画像Ｐ−ｙ（ｙ方向に偏光）に加えると、捕捉画像Ｕ、すなわち無偏光状態に等しいことに留意されたい。したがって、一実施形態では、無偏光画像を捕捉することができる。

粒子の捕捉画像は、暗い中心の、若干非対称に圧迫されたドーナツ形状を示す。図８は、背景スペックル８０１およびドーナツ形状を呈する４つの粒子８０２を含む、ベアウェハ表面８００の画像センサー出力表示を示す。方位角で等間隔であるが、極角が同様である、複数の照射の角度の場合には、Ｐ偏光に関する小粒子の画像は、ほぼ完全なドーナツ形状となることに留意されたい。図８に認められるように、粒子８０２の固有の痕跡は、スペックルノイズ８０１とは明瞭に区別することができ、このことにより、欠陥の識別が容易になる。

一実施形態では、整合フィルターを、デジタル画像処理で使用して（すなわち、画像センサーに続くコンピュータによって実行して）、スペックルを更に低減し、それゆえＳＮＲを改善することができる。例えば、粒子の像と同一の形状（ドーナツ形状）を有する、単純なデジタル画像処理フィルターを使用することができるが、他の実施形態では、他のタイプのフィルターを使用してもよい。整合フィルターは、Ｓ偏光の照射ではなく、Ｐ偏光の照射に適用可能であることに留意されたい。Ｐ偏光の照射は、Ｓ偏光の照射よりも遙かに強い散乱を有するが、Ｐ偏光は、研磨Ｓｉ（シリコン）ウェハおよび一部の平滑ポリシリコンウェハなどの、低いヘイズを有するウェハに対する最適感度を提供し得る。

一実施形態では、対物レンズと画像センサーとの間の撮像経路内にラジアル偏光子を使用して、偏光を半径方向に配列することにより、ＳＮＲを更に増強することができる。このラジアル偏光子は、スペックルを低減する一方で、小粒子からの散乱光の殆どを通過させることができる。照射偏光と撮像偏光との様々な組み合わせを、特定の欠陥のタイプに関して使用することができる。例えば、照射ビームの偏光を、ｘまたはｙのいずれかに平行の、同一方向に配列することができ、直線偏光子を、収集経路内で、照射偏光と水平かまたは垂直のいずれかで使用することができる。これらの構成は、パターンの特徴がｘ方向およびｙ方向に配列される傾向にある、パターン化ウェハの検査に関して有利であり得る。単一の点光源を使用した場合に、通常であれば不可能である、半径方向または接線方向の照射の偏光が、別個のレーザーによって可能になることに留意されたい。

複数のレーザービームを供給して、リング状照射を形成することにより、複数のビームを互いに非コヒーレントにさせる多数の方法を提供することができる。例えば、一実施形態では、レーザービームは、複数のレーザーから、単一モードファイバーを介して供給することができる。ファイバーを光源として使用することによって、これらの光源を、ウェハから比較的遠くに定置することができ、このことにより、スペースが貴重である場合の、システム構成の柔軟性がもたらされることに留意されたい。別の実施形態では、単一のレーザーからのビームを最初にスペックル処置することにより、同一のレーザーから発せられるビーム相互間のコヒーレンスを排除し、次に複数のファイバー内に結合して、複数の角度から照射することができる。

図９に示す例示的な検査システム９００では、変調器９０７は、多モードファイバー９０８を介して供給される、複数のレーザー９１０からのファイバーを変調する（例えば、振動させる）ことができる。この変調は、多モード干渉を使用して、レーザー源からのスペックルを最小限に抑えることができる。この実施形態では、レンズ９０４は、位置９１１で出て来る光を平行化して、鏡９０３上へと方向付けすることができ、この鏡９０３は、放物面鏡９０５と共に、広角で、大きな立体角の光を、ウェハ９１２上へと提供することができる。ウェハ９１２からの散乱光は、対物レンズ９０６（撮像／収集のみのために用意されているため、大きなＮＡを有する）によって集められ、次に倍率チューブレンズ９０２によって、画像センサー９０１上に集束させることができる。更に別の実施形態では、単一のレーザーからのビームを、複数のビームへと分割して、多モードファイバーを介して供給することができ、この場合、多モードファイバーを変調して、スペックルを最小限に抑えることができる。

レーザーまたはレーザーダイオード以外の光源が使用可能であることに留意されたい。例えば、図１０は、光導体１００２が、広帯域（非コヒーレント）光源１００１によって出力される光を捕捉することができる、例示的な検査システム１０００を示す。集光レンズ１００３は、光導体１００２によって出力される非コヒーレントの発散光を、鏡９０３、および図９に関して説明した他の構成要素（ここで、同様の構成要素には、同一の表示がなされる）上に平行化することができる。したがって、この実施形態は、図９に関して説明した利点ばかりではなく、種々の波長を使用する更なる利点を有し、このことにより、平均化を更に増強させる。

図１１は、平均化効果を増大させるために、種々の波長のレーザービームを結合することを示す。一実施形態では、レーザー１１０１、レーザー１１０２、およびレーザー１１０３からの光ビーム（それぞれ、波長λ１、波長λ２、および波長λ３である）は、ダイクロイックビーム結合器１１０５およびダイクロイックビーム結合器１１０６（第１の波長を反射し、第２の波長を通過させる）を使用して結合することができる。この実施形態では、レンズ１０７、レンズ１０８、およびレンズ１０９が、結合される前のレーザービームを平行化する。結合された後に、アナモルフィックビーム成形光学素子１１０４が、結合されたビームの、直交軸に沿って不均等な倍率を導入することにより、その長さまたは幅を個別に変更することができる。円柱レンズ１１１０が、ウェハ表面上に集束輝線を形成する。特定の波長が、他の波長よりも、ウェハ上の種々の欠陥（例えば、粒子）の検出および識別において、より有効である得ることに留意されたい。したがって、複数の波長を含むビームを使用することにより、ウェハ上の種々のタイプの欠陥の検出および識別を改善することができる。

図１２は、３つの異なる波長（λ１、λ２、およびλ３）を有する複数の光源を交互配置することができる実施形態を示す。この交互配置は、図１１に示す実施形態と比較して、システムの占有面積を増大させ得るが、特定の波長に関する欠陥の検出の応答を追跡する能力を提供する。図１１に示す実施形態と同様に、種々の波長のレーザービームを使用することにより、平均化の効果を増大させ、欠陥の検出および識別を改善することができることに留意されたい。

図１３は、複数の検出チャネルを含む例示的な検査システム１３００を示す。この実施形態では、ウェハ１３１１に入射する傾斜リング状照射１３１０から生じる散乱光は、対物レンズ９０６によって集められ、次いで倍率チューブレンズ９０２によって、第１画像センサー１３０２および第２画像センサー１３０３上に集束させることができる。ダイクロイックビーム分割器１３０１が、波長に基づいて光を分割し、各波長を特定の画像センサーに方向付けし得ることに留意されたい。例えば、波長λ１を、画像センサー１３０２に方向付けし得る一方で、波長λ２を、画像センサー１３０３に方向付けすることができる。他の実施形態では、別のビーム分割器が、３つ以上の波長に基づいて光を分割し、その光を、３つ以上の検出チャネル内へと方向付けし得ることに留意されたい。３つの波長を使用する一実施形態では、その検出システムは、２つの検出チャネルを選択することができる。種々の波長に基づく複数の検出チャネルを提供することにより、欠陥の検出および識別が更に増強され得ることに留意されたい。

図１４は、拡散器１４０２が、レーザー１４０１からのコヒーレント光を受け取り、非コヒーレント光を生成することができる、例示的な検査システム１４００を示す。この非コヒーレント光は、ファイバー束１４０３によって捕捉することができ、この場合、個々のファイバーが光源としての機能を果たし得る。円柱レンズ（簡潔性のために図示せず）を上述のように回転および傾斜させて、リング状照射１４０４が提供されるように構成することができる。対物レンズ９０６、倍率チューブレンズ９０２、および画像センサー９０１を含む、撮像経路を使用して、ウェハ１４０５からの散乱光を捕捉することができる。非コヒーレント光は、平均化を改善することができ、このことにより、スペックルが最小限に抑えられることに留意されたい。

リング状照射を使用する、上述の暗視野検査システムは、高いＮＡを提供して、スペックルを最小限に抑えることにより、改善された解像度および感度をもたらすことができる。本システムのＳＮＲは、ドーナツ形状の粒子の像に整合する、画像処理でのデジタルフィルターを使用することによって、更に増強することができる。光源としては、レーザーダイオード、レーザー、広帯域光源、スーパーコンティニウム光源、および多線レーザーを挙げることができるが、これらに限定されない。

明瞭性のため、実際の実装の全ての特徴が、上記で説明されているわけではない。いずれのそのような実際の実施形態の開発においても、実装に応じて変化する、システム関連およびビジネス関連の制約への準拠などの、開発者の特定の目的を達成するために、数多くの実装固有の決定がなされなければならないことが理解されよう。更には、そのような開発努力は複雑であり、時間がかかる場合もあるが、それにもかかわらず、本開示の利益を受ける当業者にとって定常の作業であることが理解されよう。

本発明に関する好ましい実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的のために提示されている。この説明の意図するところは、本発明を網羅することでも、開示される正確な形態に限定することでもない。明白な修正または変形が、上記の教示の観点から可能である。これらの実施形態は、本発明の原理およびその実際の適用の、最良の説明を提供することにより、当業者が、様々な実施形態で、および想到される具体的な用途に適合するような様々な修正と共に、本発明を利用することを可能にするために、選択され、説明される。例えば、スキャナーを含む実施形態が本明細書で説明されるが、本発明は、縮小投影露光装置、並びに焦点および露光を変調することが可能な任意の装置に、等しく適用することができる。そのような修正および変形の全ては、添付の特許請求の範囲が、適正に、合法的に、公平に権利を与えられる広さに従って解釈される場合に、添付の特許請求の範囲によって決定される、本発明の範囲内にある。

Claims (36)

1. ウェハ上に合成集束照射線を生成するための複数のビーム成形経路と、各ビーム成形経路は傾斜角でウェハを照射し、前記複数のビーム成形経路はリング状照射を形成し、
   前記ウェハからの散乱光を捕捉するための対物レンズと、
   前記対物レンズの出力を受け取るための画像センサーと、
   を備える、暗視野検査システム。
2. 前記複数個のビーム成形経路のそれぞれは光源を含む、請求項１に記載の暗視野検査システム。
3. 前記複数個のビーム成形経路のそれぞれは円柱レンズを含み、各円柱レンズは対応する光源からの光ビームに対して傾斜および回転される、請求項２に記載の暗視野検査システム。
4. サンプルの面法線に対する前記傾斜角が６０〜８５度である、請求項３に記載の暗視野検査システム。
5. 前記対物レンズの開口数（ＮＡ）が少なくとも０．５である、請求項３に記載の暗視野検査システム。
6. 各円柱レンズは、照射線と平行に配置される円柱軸を有する、請求項３に記載の暗視野検査システム。
7. 各円柱レンズは、収差を最小限に抑えるために、その円柱軸の周りを回転させられる、請求項６に記載の暗視野検査システム。
8. 少なくとも１つのビーム成形経路は第１、第２、および第３の円柱レンズを含み、前記第１円柱レンズおよび前記第２円柱レンズの一方はいずれの時点においてもビーム成形経路内にあり、前記第１円柱レンズおよび前記第２円柱レンズのそれぞれは、前記照射線の長さを決定し、前記第３円柱レンズは前記照射線の幅を決定する、請求項６に記載の暗視野検査システム。
9. 少なくとも１つのビーム成形経路は連続ズームレンズおよび円柱レンズを含み、前記連続ズームレンズは既定の範囲内における特定の照射線の長さの選択を可能にし、前記円柱レンズは前記照射線の幅を決定する、請求項６に記載の暗視野検査システム。
10. 前記画像センサーは、前記ウェハ上の粒子の形状に整合するデジタル画像処理フィルターを含む、請求項３に記載の暗視野検査システム。
11. 前記形状はドーナツ形状である、請求項９に記載の暗視野検査システム。
12. 各光源はレーザーである、請求項３に記載の暗視野検査システム。
13. 前記複数のビーム成形経路は、
    複数のレーザーと、
    前記複数のレーザーに結合されている多モードファイバーと、
    前記多モードファイバーによって伝送されるビームを変調するための変調器と、
    前記照射線を生成するために、前記ビームを反射して方向付けするための鏡と、
    を含む、請求項１に記載の暗視野検査システム。
14. 前記鏡は、非球面リング状鏡を含む、請求項１３に記載の暗視野検査システム。
15. 前記複数のビーム成形経路は、
    広帯域光源と、
    前記広帯域光源の出力を受け取る光導体と、
    前記光導体の出力を平行化するための集光レンズと、
    前記照射線を生成するために、前記集光レンズから出力されるビームを反射して方向付けするための鏡と、
    を含む、請求項１に記載の暗視野検査システム。
16. 前記鏡は非球面リング状鏡を含む、請求項１５に記載の暗視野検査システム。
17. 少なくとも１つの光源は、複数の波長を有するレーザービームを生成するために、複数のレーザーおよびダイクロイックビーム結合器を含む、請求項２に記載の暗視野検査システム。
18. 各光源はレーザーであり、隣接するビーム成形経路は異なる波長を有するレーザーを有する、請求項２に記載の暗視野検査システム。
19. 前記複数のビーム成形経路は、
    レーザーと、
    前記レーザーに結合されている拡散器と、
    前記拡散器の出力を受け取るためのファイバー束と、
    を含み、各ファイバーは光が前記照射線を形成することに寄与する、請求項１に記載の暗視野検査システム。
20. 各光源はレーザーである、請求項３に記載の暗視野検査システム。
21. 各光源はレーザーダイオードである、請求項３に記載の暗視野検査システム。
22. 前記対物レンズの出力を受け取るように配置される、ビーム分割器を更に含み、前記画像センサーは前記ビーム分割器によって出力される光の第１の波長を検出するための第１画像センサー、および前記ビーム分割器によって出力される光の第２の波長を検出するための第２画像センサーを含む、請求項１に記載の暗視野検査システム。
23. 前記対物レンズの出力を受け取るように配置される、ビーム分割器を更に含み、前記画像センサーは複数の画像センサーを含み、各画像センサーは前記ビーム分割器によって出力される光の特定の波長を検出する、請求項１に記載の暗視野検査システム。
24. 前記複数の画像センサーのサブセットが、画像解析のために選択される、請求項２３に記載の暗視野検査システム。
25. 暗視野検査システムを構成する方法であって、
    リング状照射を提供するための複数のビーム成形経路を形成することを備え、各ビーム成形経路は傾斜角でウェハを照射し、前記複数のビーム成形経路の出力がは前記ウェハ上に集束照射線を形成する、方法。
26. 前記複数個のビーム成形経路を形成することは、少なくとも１つの円柱レンズを、各ビーム成形経路内で傾斜および回転させることを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 各円柱レンズは照射線と平行に配置される円柱軸を有する、請求項２６に記載の方法。
28. 収差を最小限に抑えるために、少なくとも１つの円柱レンズを、その円柱軸の周りで回転させることを更に含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記照射線の長さを決定するための第１円柱レンズ、および前記照射線の幅を決定するための第２円柱レンズを使用することを更に含む、請求項２６に記載の方法。
30. 前記照射線の長さを決定するためのズームレンズ、および前記照射線の幅を決定するための円柱レンズを使用することを更に含む、請求項２６に記載の方法。
31. 前記複数のビーム成形経路を形成することは、
    多モードファイバーをコヒーレント光源の出力に結合し、
    前記多モードファイバーによって伝送されるビームを変調し、
    前記照射線を生成するために、変調ビームを反射して方向付けすること、
    を含む、請求項２５に記載の方法。
32. 前記複数のビーム成形経路を形成することは、
    光導体を非コヒーレント光源の出力に結合し、
    前記光導体の出力を平行化し、
    前記照射線を生成するために、ビーム平行化出力を反射して方向付けすること、
    を含む、請求項２５に記載の方法。
33. 前記複数のビーム成形経路を形成することは、
    少なくとも１つのビーム成形経路内で、複数のレーザーからの出力を結合することを含み、各レーザーは異なる波長を有する、請求項２５に記載の方法。
34. 前記複数のビーム成形経路を形成することは、
    隣接するビーム成形経路内に、異なる波長を有するレーザーを提供することを含む、請求項２５に記載の方法。
35. 前記複数のビーム成形経路を形成することは、
    拡散器をレーザーの出力に結合し、
    ファイバー束を前記拡散器の出力に結合すること、
    を含み、前記ファイバー束の各ファイバーは、光が前記照射線を形成することに寄与する、請求項２５に記載の方法。
36. 前記傾斜角は、サンプルの面法線に対して６０〜８５度である、請求項２５に記載の方法。

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