JP2013502586A - 画像収集 - Google Patents

Abstract

【解決手段】基板の画像を生成するための検査システム。光源は、基板上に入射光を方向付け、光源タイミング制御装置は、入射光のパルスタイミングを制御する。ステージは、基板を保持し、入射光下において前記基板を移動させ、これにより、基板は、入射光を反射光として反射する。ステージ位置センサーは、ステージの位置を記録し、ステージ位置制御装置は、ステージの位置を制御する。時間領域統合センサーは、反射光を受信し、時間領域統合センサータイミング制御装置は、時間領域統合センサーの線シフトを制御する。制御システムは、光源タイミング制御装置と、ステージ位置制御装置と、時間遅延統合センサータイミング制御装置とを制御し、入射光のパルスタイミングと、ステージの位置と、時間遅延統合センサーの線シフトとを設定して、時間領域統合センサーの単一の線が、光源からの入射光の１つより多くのパルスからの反射光を統合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積回路製造の分野に関する。より詳細には、本発明は、基板検査システムに関する。

集積回路製造業において、基板内の欠陥の検出のために、基板検査システムが幅広く用いられている。これらのシステムの動作原理としては、先ず光（例えば、レーザ光）を基板上に方向付け、特性を感知し、前記感知された特性を電気信号に変換し、これらの信号をメモリ内の情報に変換し、その後前記収集された情報と、一定の種類の参照情報とを（前記参照情報が履歴情報であるかまたはその他の情報であるかに関わらず）比較して、前記測定された基板の多様な特性を決定する。前記参照情報は、前記基板の他の測定からのものであってもよいし、あるいは、他の情報源からのものであってもよい。

本明細書中用いられる用語として、「基板」とは、集積回路のパターニングの際に用いられるレチクルおよびマスクと、半導体的であるかまたは絶縁性のウェーハとを含む。前記ウェーハ上に、前記集積回路が製造される。「集積回路」とは、デバイス（例えば、モノリシック半導体基板（例えば、グループＩＶ材料（例えば、ケイ素またはゲルマニウム）またはグループＩＩＩ−Ｖ化合物（例えば、ガリウムヒ素）またはこのような材料の混合物）で形成されたもの）上に形成されたもの）を含む。この用語は、形成された全ての種類のデバイス（例えば、メモリおよび論理）と、このようなデバイス（例えば、ＭＯＳおよびバイポーラ）の全ての設計とを含む。また、この用語は、用途（例えば、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、および電荷結合素子）を含む。

今日の集積回路のジオメトリの小型化に対応して比較的小型となった欠陥を検出するためには、検査システムの分解能も対応して高くする必要がある。これは典型的には、これらの小型欠陥の観察に十分な波長の光を提供することにより、達成されることが多い。波長（例えば、２１３ナノメートル、１９３ナノメートル、および１５７ナノメートル）においてＱスイッチレーザまたはエキシマーレーザが利用可能であり、これらの波長は、今日の集積回路内の小型欠陥の検出が十分に可能なくらいに小型である。しかし、現在の検査システム構造においては低補充速度の光源が用いられているため、単一パルスにおいて光強度が必要となる。好感度の高スループット検査システムの場合、Ｑスイッチレーザまたはエキシマーレーザからの必要な出力レベルを、検出対象基板に損傷を与え得るだけ十分に高くすることができる。さらに、これらの高ピーク出力は、前記基板の照射および前記反射光および散乱光の収集に用いられる光学素子に損傷を与えるのに十分であり得る。

加えて、Ｑスイッチレーザおよびエキシマーレーザ、フラッシュランプ、およびパルスプラズマ極紫外線の光源の場合、出力におけるパルス間変動が大きくなりがちである。このような変動があると、前記比較プロセスにおける補償が困難になり得、また、前記検出プロセス感度の低下にも繋がり得る。また、このようなレーザの場合、照明においてスペックルが発生し易く、また、基板表面上におけるこのような照明の変動に起因して検出感度も低下する。

従って、上述したような問題を少なくとも部分的に解消するシステムが求められている。

上記および他の要求は、基板の画像を生成するための検査システムによって満たされる。すなわち、光源が、入射光を前記基板上に方向付け、光源タイミング制御装置により、前記入射光のパルスタイミングが制御される。ステージにより前記基板を保持し、前記基板を前記入射光下に移動させることで、前記基板が前記入射光を反射光として反射する。ステージ位置センサーが前記ステージの位置を記録し、ステージ位置制御装置により、前記ステージの位置が制御される。時間領域統合センサーが前記反射光を受信し、時間領域統合センサータイミング制御装置により、前記時間領域統合センサーの線シフトが制御される。制御システムは、前記光源タイミング制御装置と、前記ステージ位置制御装置と、前記時間遅延統合センサータイミング制御装置と通信し、前記入射光のパルスタイミングと、前記ステージの位置と、前記時間遅延統合センサーの線シフトとを設定して、これにより、前記時間領域統合センサーの単一の線が、前記光源からの前記入射光の１つより多くのパルスからの単一の線シフト反射光内において統合される。

このようにして、前記光源の動作時の出力をより良好に制御できかつ前記システムまたは前記基板の光学素子を損傷しない位に十分に低くすることができ、かつ、前記光源の１つより多くのパルスが前記時間領域統合センサーによって統合され、前記基板の良好な画像が生成される。いくつかの実施形態において、前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザおよびフラッシュランプのうちの少なくとも１つである。いくつかの実施形態において、前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの整数の倍数である。いくつかの実施形態において、前記光源パルスレートは、前記ステージおよび前記時間領域統合センサーのみが同期されるように、十分に高精度である。

本発明のさらなる利点は、以下の詳細な説明を図面と共に参照すれば明らかになる。詳細をより明確に示すために、図面は縮尺通りに記載されていない。図面中、類似の参照符号は類似の要素を指す。図面は、本発明の実施形態による検査システムの機能ブロック図を示す。

本発明の多様な実施形態の一局面は、基板検査システム内の多様なサブシステムの適切な同期であり、その結果、先行技術システムに当てはまるような従来からの制約にも関わらず、Ｑスイッチレーザおよびエキシマーレーザを利用することが可能になる。ここで図面を参照して、本発明の実施形態による検査システム１０のブロック図が図示されている。検査システム１０は、光源２０（例えば、Ｑスイッチまたはエキシマーレーザまたはフラッシュランプ）を含む。前記光源は、照明光学素子２２を通じて基板２６へと方向付けられる。基板２６からの散乱光は、光学素子２４を形成する画像によって収集され、その結果、基板２６の画像が時間領域統合センサー１８上に集束される。時間領域統合センサー１８は、前記画像情報を処理および分析の対象として制御システム１２へと送る。

光２０からのパルスのタイミングと、時間領域統合センサー１８の行シフトのタイミングとは、制御システム１２による管理下にある。制御システム１２は、光タイミング制御モジュール１４と通信し、これにより、光２０のタイミングが制御される。制御システム１２は、命令をステージ位置制御装置２８へと送り、これにより、基板２６が上部に載置された可動ステージ３０の位置が制御される。ステージ位置制御装置２８は、ステージ３０の位置についての情報をセンサー３２から受信し、前記位置情報を制御システム１２へと返送することができる。いくつかの実施形態において、制御システム１２はまた、オペレータからのプログラマブルな命令を例えばキーボードまたはタッチスクリーン入力を通じてあるいはネットワークインターフェースを通じてリモートに受信する。

検査システム１０において、光２０は、比較的低周波（例えば、約１００ヘルツ〜約３００キロヘルツ）においてパルス状に出力され（すなわち、連続波モードでは動作しない）、これにより、時間領域統合センサー１８から制御システム１２へと送られる各線フレームは、光２０の１つより多くのパルスから受信された光を含む。先行技術のシステムにおいて、単一の光パルスが光センサーの単一の走査フレームによって取り込まれたたため、例えば上記の背景についての記述において記載したような問題の原因となっていた。

しかし、本発明の実施形態の局面のうちの１つとしては、時間領域統合センサー１８の単一の走査フレーム線内に取り込まれた１つより多くの光パルスがあり、各パルスの強度が低くなり得、その結果、基板２６ならびに光学素子２２および２４（またはシステム１０の他の部分）が損傷を受けない。また、パルス強度の低下により、光パルス強度に対する制御も向上する。しかし、センサー１８の単一の走査フレームによって１つより多くの光パルスを取り込むことにより、基板２６の良好な画像の作製のために十分な量の光が取り込まれる。さらに、いくつかの光パルスからの情報をセンサー１８の単一の走査フレームとしてデジタル化することにより、固有のバックグラウンドノイズを総体的低減も可能となる。

換言すれば、本発明の実施形態において用いられる時間領域統合センサー１８のライン速度は、複数の光パルスからの光を収集するための光２０のパルス繰り返し率よりも低い。その結果、基板２６上のピーク出力が低く保持され、また、照明出力の変動を修正するための画像の平均化も可能となる。この方法の１つの利点として、アナログ充電により平均化が直接行われる点がある。よって、アナログ／デジタル変換に起因して増加するノイズは、複数の光パルスがある場合のみに発生する。

さらに説明するために、本発明の実施形態により、複数の光バースト時において時間領域統合センサー内における充電蓄積が可能となり、その後、センサーレベルがデジタル化され、その結果得られたデジタル化されたセンサーレベルがメモリ内に読み込まれる。よって、前記アナログセンサーそのものの内部において、蓄積または平均化が達成される。これは、センサーを単一の光バーストに晒した後に、センサーレベルをデジタル化してメモリ内に読み込み、その後前記センサーをノミナライズし、前記露出および保存のプロセスを数回繰り返し、その後前記メモリ内のデジタル化値を加算または平均化するプロセスとは対照的である。すなわち、上記した蓄積または平均化のプロセスがメモリベースであるのに対し、本発明の実施形態の蓄積または平均化のプロセスはセンサーベースである。

本発明の実施形態により、遅延統合センサー１８を有する検査システム１０と共に用いられる種類の上述したパルス状光２０が得られる。これは、時間遅延統合センサー１８によって収集される光の量が予測不可能なことに起因して信号レベルが大きく変動したため、従来は不可能であった。本発明の実施形態は、この予測不可能性を解消する。

ステージ３０が移動し、基板２６上のフィーチャが時間領域統合センサー１８の視野上を移動し、前記光パルスにより前記フィーチャが照射され、前記光は、時間領域統合センサー１８上において移動する電荷として統合される。いくつかの実施形態において、ステージ３０は一定速度で移動し、光２０は固定速度でパルス出力され、時間領域統合センサー１８のライン速度は一定であり、これにより、光２０パルスの一定間隔に起因して、時間領域統合センサー１８の正しい画素内において前記光が統合される。いくつかの実施形態において、検査システム１０は、時間領域統合センサー１８のためのクロッキング機構を有し、このクロッキング機構は、（ステージ位置センサー３２から生成されたパルスを用いて）ステージ３０の運動と同期され、これにより、前記速度が変化した場合でも、時間領域統合センサー１８は、ステージ３０が適切な距離を通じて移動する際に、画質を保持するために前記画素をクロックする。

いくつかの実施形態において、パルス状光２０は、ステージ３０の運動にロックされ、これにより、ステージ３０の運動によって決定される間隔においてパルス出力される。その結果、光パルスの数が整数のままとなり、また、時間領域統合センサー１８の全画素上の光量も同一のままとなる。

さらなる改良により、光２０のパルスエネルギーの変動を追跡することにより、所与の画像内の光量が安定化される。単一パルスまたはｎ個のパルスについて、パルス毎のエネルギーを監視し、画像データを相対的変動を補償するようにスケーリングする。これらの変動は、例えば、個別のパルス間隔の線グルーピングと同期された別個の検出器または画像平均値計算により、追跡可能である。前記光エネルギーの変動の補償は、インターフェースボード内または画像プロセッサ内または制御システム１２内におけるセンサー１８内の信号レベルの直接スケーリングによって、または、比較のためのアルゴリズムにおけるヒストグラムの再マッピングによって、達成可能である。

ステージ出力情報：
ステージ３０の運動は、ステージ位置センサー３２によって監視される。ステージ位置センサー３２は、多様な実施形態において、デバイス（例えば、光学スケールおよび干渉計）を含む。これらの方法はどちらとも、ステージ３０の移動と共にパルス状出力を提供する。ステージ位置制御システム２８もまた、（例えば）前記干渉計からの生情報を高周波または低周波のパルス周波数に変換することができる。この速度は、時間領域統合センサー１８によって用いられるクロックレートのうちいくつかであり得る。

時間領域統合センサーに対するステージ位置およびレーザパルスのロッキング：
エキシマーレーザおよびＱスイッチレーザ双方は典型的には、外部クロックを用いて大電流を開始することにより、動作する。この大電流は、エキシマーレーザ用の放電の駆動またはＱスイッチレーザ内におけるレーザ出力開始に用いられる光学スイッチの駆動のために、必要である。これらのクロックはいかなる内部光学プロセスにロックされず、これらのパルスは、時間が若干変動し得る。いくつかの実施形態において、ステージ３０の速度を追跡するように、前記レーザパルスの正確な時間を調節する。

光２０により、時間領域統合センサー１８の各ライン速度間に複数のパルスが生成され得る。前記レーザパルスレートを前記ライン速度および相にロックすすることにより、画素あたりのパルス数が一定に保持される。よって、複数のパルスの平均化を可能にしつつ、ことなる照明レベルからのシステム変動を最小化することが可能になる。

ｑスイッチングプロセスおよびエキシマーレーザプロセスは簡略であるため、より多数のレーザ波長が検査において利用可能となる。例えば、極紫外線（１３．５ナノメートル）パルスプラズマ源を基板の露出において利用することができ、基板上の欠陥を発見するための類似のパルスプラズマ源を用いた新規の検査システムを開発することができる。本出願中に記載のコンセプトは、パルス状極紫外線光源に等しく適用可能である。

光２０についてはいくつかの代替例が利用可能であり、例えば、周波数逓倍によるダイオード励起結晶Ｑスイッチレーザ、周波数逓倍によるダイオード励起Ｑスイッチファイバレーザ、周波数逓倍によるフラッシュランプポンプ結晶Ｑスイッチ、直接的フラッシュランプ照明、パルス状発光ダイオード、極紫外線パルスプラズマ源（例えば、レーザ生成プラズマおよび放電生成プラズマ）などが利用可能である。

本発明の好適な実施形態についての上記記載は、例示および説明のために提示したものである。すなわち、上記記載は網羅的なものではなく、また、本発明を開示の形態そのものに限定するものでもない。上記の教示内容を鑑みれば、明白な改変または変動が可能である。上記実施形態は、本発明の原理および実際的適用を最良に例示するように選択および記述したものであり、これにより、当業者であれば、本発明を多様な実施形態において利用することができ、多様な改変が意図される特定の用途において適切に用いられる。このような改変および変更は全て、公正、合法かつ公平に付与される範囲に従って解釈すれば、添付の特許請求の範囲によって決定されるような本発明の範囲内に収まるものである。

Claims (18)

1. 基板の画像を生成するための検査システムであって、
   前記基板上に入射光を方向付けるための光源と、
   前記入射光のパルスタイミングを制御するための光源タイミング制御装置と、
   前記基板を保持し、前記入射光下において前記基板を移動させるためのステージであって、これにより、前記基板は、前記入射光を反射光として反射する、ステージと、
   前記ステージの位置を記録するためのステージ位置センサーと、
   前記ステージの位置を制御するためのステージ位置制御装置と、
   前記反射光を受信するための時間領域統合センサーと、
   前記時間領域統合センサーの線シフトを制御するための時間領域統合センサータイミング制御装置と、
   前記ステージ位置制御装置および前記時間遅延統合センサータイミング制御装置と通信する制御システムであって、前記制御システムは、前記ステージの位置と、前記時間遅延統合センサーの線シフトとを設定し、前記ステージと前記時間遅延統合センサーとは、前記光源からの前記入射光の１つより多くのパルスからの反射光を単一の線シフト内において統合して画像を形成する、制御システムと、
   を備える検査システム。
2. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザ、極紫外線パルスプラズマおよびフラッシュランプのうち少なくとも１つである、検査システム。
3. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの整数の倍数である、検査システム。
4. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記制御システムは、前記光源タイミング制御装置と通信する、検査システム。
5. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザ、極紫外線パルスプラズマおよびフラッシュランプのうち少なくとも１つであり、
   前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの整数の倍数である、検査システム。
6. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザ、極紫外線パルスプラズマおよびフラッシュランプのうち少なくとも１つであり、
   前記制御システムは、前記光源タイミング制御装置と通信する、検査システム。
7. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの整数の倍数であり、
   前記制御システムは、前記光源タイミング制御装置と通信する、検査システム。
8. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザ、極紫外線パルスプラズマおよびフラッシュランプのうち少なくとも１つであり、
   前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの整数の倍数であり、
   前記制御システムは、前記光源タイミング制御装置と通信する、検査システム。
9. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの非整数の倍数である、検査システム。
10. 請求項１に記載の検査システムであって、
    前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザ、極紫外線パルスプラズマおよびフラッシュランプのうち少なくとも１つであり、
    前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの非整数の倍数である、検査システム。
11. 請求項１に記載の検査システムであって、
    前記制御システムは、前記光源タイミング制御装置と通信し、
    前記光源のパルスタイミングは、前記時間領域統合センサーの線シフトの非整数の倍数である、検査システム。
12. 請求項１に記載の検査システムであって、
    前記パルスタイミングは、約１００ヘルツ〜約３００キロヘルツである、検査システム。
13. 基板の画像を生成するための検査システムであって、
    前記基板上に入射光を方向付けるための光源であって、パルスタイミングが、時間領域統合センサーの線シフトの整数の倍数である、光源と
    前記基板を保持し、前記入射光下において前記基板を移動させるためのステージであって、これにより、前記基板は、前記入射光を反射光として反射する、ステージと、
    前記ステージの位置を記録するためのステージ位置センサーと、
    前記ステージの位置を制御するためのステージ位置制御装置と、
    前記反射光を受信するための時間領域統合センサーと、
    前記時間領域統合センサーの線シフトを制御するための時間領域統合センサータイミング制御装置と、
    前記ステージ位置制御装置および前記時間遅延統合センサータイミング制御装置と通信する制御システムであって、前記制御システムは、前記ステージの位置と、前記時間遅延統合センサーの線シフトとを設定し、前記ステージと前記時間遅延統合センサーとは、前記光源からの前記入射光の１つより多くのパルスからの反射光を単一の線シフト内において統合して画像を形成する、制御システムと、
    を備える検査システム。
14. 請求項１３に記載の検査システムであって、
    前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザ、極紫外線パルスプラズマおよびフラッシュランプのうち少なくとも１つである、検査システム。
15. 請求項１３に記載の検査システムであって、
    前記パルスタイミングは、約１００ヘルツ〜約３００キロヘルツである、検査システム。
16. 基板の画像を生成するための検査システムであって、
    前記基板上に入射光を方向付けるための光源であって、パルスタイミングが、おおよそ時間領域統合センサーの線シフトの整数の倍数である、光源と
    前記基板を保持し、前記入射光下において前記基板を移動させるためのステージであって、これにより、前記基板は、前記入射光を反射光として反射する、ステージと、
    前記ステージの位置を記録するためのステージ位置センサーと、
    前記ステージの位置の制御するためのステージ位置制御装置と、
    前記反射光を受信するための時間領域統合センサーと、
    前記時間領域統合センサーの線シフトを制御するための時間領域統合センサータイミング制御装置と、
    前記光源と、ステージ位置制御装置と、前記時間遅延統合センサータイミング制御装置と通信する制御システムであって、前記制御システムは、前記ステージの位置と、前記時間遅延統合センサーの線シフトとを設定し、前記ステージと前記時間遅延統合センサーとは、前記光源からの前記入射光の１つより多くのパルスからの反射光を単一の線シフト内において統合して画像を形成し、１つのフレーム内の光パルスの数はカウント可能である、制御システムと、
    を備える検査システム。
17. 請求項１６に記載の検査システムであって、
    前記光源は、エキシマーレーザ、Ｑスイッチレーザ、極紫外線パルスプラズマおよびフラッシュランプのうち少なくとも１つである、検査システム。
18. 請求項１６に記載の検査システムであって、
    前記パルスタイミングは、約１００ヘルツ〜約３００キロヘルツである、検査システム。

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