JP2019179026A - 欠陥検査のための光学的コントラスト強調 - Google Patents

Abstract

【課題】標準的な明視野または暗視野撮像では検出が困難な対象物を検査するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】対象物１００の領域の焦点ずれ像を取得し、領域の焦点ずれ像を処理することによって領域の特定の近位点に関連する光路間の位相ずれを見出す。位相ずれは欠陥を示し得る。焦点ずれ像の取得は、領域に入射する際に空間的にコヒーレントでコリメートされた放射ビーム１１を領域に照射することを含む。照射は、開口絞り面９１内に位置し得る開口絞り２１によって画定される開孔に、放射ビームを通過させることを含む。開孔のサイズは開口絞りのサイズに対して、ある割合である。【選択図】図１

Description

相互参照
本願は、２０１８年２月１３日に出願された米国特許仮出願第６２／６２９，７６１号による優先権を主張する。

欠陥のコントラストを強調することによる、二次元（２Ｄ）光学撮像での半導体欠陥検査。

欠陥には、周囲との反射率または透過率の違いによる特徴づけができないものがあり、標準的な明視野または暗視野撮像では検出が困難である。

このような欠陥は、形態上の僅かなばらつきや局部応力といった特性を有することがあり、それら特性により局所的に屈折率が影響を受ける。

位相差撮像を用いる方法では通常、二次元画像における欠陥のコントラストを強調する。

ＤＩＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ：微分干渉観察）等のそのような方法では、光学照明・撮像の光路に特殊な光学的要素を挿入することが必要となる。

対象物を検査する方法が提供される。該方法は、対象物のある領域の、焦点がずれた画像を取得することと、当該領域の焦点ずれ像を処理して、当該領域の特定の近位点に関する光路間の位相ずれを見出すことと、を含み得る。位相ずれは欠陥を示し得る。焦点ずれ像の取得は、当該領域に入射する際に空間的にコヒーレントで且つコリメートされた放射ビームを、当該領域に照射することを含み得る。照射は、開口絞り平面内に位置し得る開口絞りによって画定された開孔に放射ビームを通過させることを含み得る。開孔のサイズは、開口絞りのサイズに対し、ある割合であり得る。

領域の焦点ずれ像の取得は、当該領域が反射した感知放射をセンサによって感知することを含み、感知放射は、当該領域の別々の点から反射した放射間に形成される干渉パターンを含み得る。当該領域の別々の点は、特定の近位点と追加の点とを含み得る。

方法は、特定の近位点に関連する干渉パターンと、追加の点に関連する干渉パターンとの間の差を感知することを含み得る。

当該割合は、１０％を超えない。

開口は開口絞りの中心部に位置し得る。

開口は開口絞りの中心部の外に位置してもよい。

焦点ずれ像の取得の前に、照明光路内に開口絞りを挿入し、焦点ずれ像の取得の後に、照明光路から開口絞りが除かれ得る。

方法は、領域の複数の焦点ずれ像を様々な焦点ずれ条件で取得することを含み得る。

方法は、様々な焦点ずれ条件から、選択焦点ずれ条件を選択することと、選択された焦点ずれ条件を用いて、複数の他の対象物の複数の領域の複数の焦点ずれ像を取得することとを含み得る。

選択は、位相ずれに関連するコントラストに基づいて行われ得る。

検査システムが提供され得る。検査システムは、対象物の領域の焦点ずれ像を取得するように構成され配置された撮像装置と、当該領域の焦点ずれ像を処理することによって領域の特定の近位点に関連する光路間の位相ずれを見出すように構成され配置されたプロセッサとを含み得る。位相ずれは欠陥を示し得る。撮像装置は、領域に入射する際に空間的にコヒーレントでコリメートされた放射ビームで領域を照明するように構成され配置された照明光学系を含み得る。照明光学系は、開孔を含む開口絞りを含み得る。照明光学系は、放射ビームを、領域に到達する前に開孔を通過させるように構成され配置され得る。開孔のサイズは開口絞りのサイズに対してある割合であり得る。

撮像装置は、領域によって反射された感知放射を感知するように構成され配置されたセンサを含み、感知放射は、領域の別々の点から反射された放射間に形成される干渉パターンを含み、領域の別々の点は特定の近位点と追加の点とを含み得る。

センサは、特定の近位点に関連する干渉パターンと、追加の点に関連する干渉パターンとの間の差を感知するように構成され配置され得る。

当該割合は、１０％を超えない。

開口は開口絞りの中心部に位置し得る。

開口は開口絞りの中心部の外に位置し得る。

検査システムにおいて、開口絞りは、照明光学系の取り外し可能な部分であり得る。

撮像装置は、領域の複数の焦点ずれ像を様々な焦点ずれ条件で取得するように構成され配置され得る。

プロセッサは、様々な焦点ずれ条件から、選択された焦点ずれ条件を選択し、選択された焦点ずれ条件を用いて、複数の他の対象物の複数の領域の複数の焦点ずれ像を取得するように構成され配置され得る。

プロセッサは、位相ずれに関連するコントラストに基づいて選択を行うように構成され配置され得る。本発明は、下記の詳細説明を図面とともに検討することによってより深く理解されよう。

システムの例を示す。 システムの例を示す。 開口絞りの例を含む。 システムの一部の例を示す。 干渉パターン間の差の例を示す。 方法の例を示す。

本発明を実施する装置は、大部分が当業者に周知の光学的部品および回路から構成されるため、本発明の基礎的概念の理解と認識のためおよび本発明の教示を不明瞭にしないという目的のために、上記において必要と考えられる範囲を超えては、回路の詳細は説明されない。

以下の説明においては、本発明の実施の態様の特定の例に基づいて本発明が説明される。
しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更が可能であることは明らかである。

光路に変更を加えることによって欠陥の光学的コントラスト強調を達成するための方法及びシステムが提供される。

上記方法及びシステムは、欠陥のコントラストを強調して二次元光学撮像によって半導体の欠陥検査を達成する。

半導体の欠陥検査用の明視野オプションを有する顕微鏡を特別な手段と方法と共に用いることで、「透明な欠陥」の視覚化が可能となる。

そのような欠陥は、標準的な明視野または暗視野撮像技術によっては検出できないが、背景に対して僅かな光の位相ずれを起こす。

この種の欠陥としては、泡状の欠陥、微細な傷、エピタキシャル層におけるすべり線、応力欠陥等が挙げられる。

方法および／またはシステムは、以下の項目の少なくとも１つを実現し得る。
ａ．対象面に入射する高い空間的コヒーレンスを有するコリメート光を生成する。該光は対象物に入射する際にコリメートされている。コリメート光は完全にコリメートされてもよく（完全平行光）、完全平行から僅かなずれ、例えば、完全平行から１〜２度など数度のずれがあってもよい（対物レンズの開放開口が１０度を超えない）。許容されるずれは対物レンズのＮＡ（開口数）に対するある割合であり得る（例えば、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０％まで）。
ｂ．半導体の欠陥と背景との強め合い干渉または打ち消し合い干渉の生成のための最適な焦点ずれを見出す。標準的な明視野顕微鏡の特殊な光学的設定によって達成される。
ｃ．干渉の最適化されたコントラストを得るために焦点ずれのレベルを制御する。
ｄ．焦点ずれレベルを正または負のオフセットで決定し、強め合い干渉または打ち消し合い干渉を制御する。
ｅ．ケーラー照明入力部に小径の開口絞りを導入することによりコリメート光を達成する。

様々な形状の様々な開口絞りが選択され得る。例えば、様々な距離において開孔部を偏心させて、入射角の変更を可能にする。

顕微鏡のモードは、標準的な明視野撮像とコントラスト強調モードとの間で容易に変更できる。

該方法は、半導体ウエハの平坦で滑らかな表面と同じウエハの粗い表面とを区別することで表面のヘイズ（曇り）を分析できるようにするために用いられ得る。

標準的な明視野または暗視野撮像では視覚的に認識できないような低コントラストの特徴物に、特徴物のコントラストを向上させることで対処する。該方法において、対象面に入射する高い空間的コヒーレンスを有するコリメート光を生成し、欠陥と背景との強め合いまたは打ち消し合い干渉を起こすための最適な焦点ずれを見出す。位相コントラスト強調成分を光路に導入するのは複雑かつコストがかかるが、標準的な光路に変更を加えるだけなら簡単である。

この問題に対処するために、該方法では、ケーラー照明に特殊な開口絞りを導入することによりコリメート照明を生成して、コリメート光を作り出す。

そのような方策の１つとして、小型で円形の絞りの使用が挙げられる。

図１は、光１１をもたらす照明路２０を含むシステム１０を示す。光１１はビーム絞り２１（形状制御開口絞りともいい、開口絞り面９１に位置する）の開口を通過し、ビーム１２を形成し、ビームスプリッタ２２の方向に進んで（ビームスプリッタ２２によって）対物レンズ２３の方向に向けられ（対物レンズは射出瞳面９２を有する）、対物レンズ２３を通って、対象面９３に配置されたウエハ（１００）に至る。

焦点ずれを起こすことによって、光の焦点を対象面から変化させる。

ウエハからの光（反射光）は対物レンズ２３を通過し（かつ対物レンズの射出瞳面を介して）、さらにビームスプリッタ２２を介して筒状レンズ２４の方向に進み、像面９５内に位置するカメラ３０に至る。カメラ３０はプロセッサ４０に接続されている。

照明路２０はビーム絞り２１と、ビームスプリッタ２２と、対物レンズ２３とを含む。

集光路２９は、ビームスプリッタ２２と、対物レンズ２３と、筒状レンズ２４とを含む。

図１はビームスプリッタを有する検査システムを示すが、明視野はビームスプリッタ無しでも達成されるということに留意されたい。例えば、対象物を一方側から照らして別の側から集光することによっても明視野は達成できる。

また、検査システムでは、偏光子等の偏光素子を、照明光路内、照明光路前、または照明光路後に偏光子等の偏光素子を導入することで、入射ビームおよび／または反射ビームの偏光を変化させ得るということに留意されたい。例えば、図２においては偏光子２８がビーム絞りの後に導入されている。

図３は、開口絞り２１の様々な例を示す。

図３の上部に示される開口絞り２１は、開口絞り２１の中心部に位置する開孔２２１を有する。

図３の中央部に示される開口絞り２１は、開口絞り２１の中心部の外に位置する開孔２２１を有する。

図３の下部に示される開口絞り２１は、開孔２２１と追加の開孔２２２とを有する。

開口絞りの配置によって、対象物の領域の照明角度を決定できる。通常は照明角度に対して垂直であるところ、様々な位置の開孔によって、様々な方向に向いた欠陥を強調できる。

開口絞りにおける様々な位置の開孔を用いて同じエリアを照らすことで、様々な角度を向く欠陥によって起こる位相のずれについての情報がもたらされる。

コリメート光は、開口絞りにおいて、１つまたはそれ以上の開孔を有する開口絞りを用いることによって得ることができる。各開孔の面積は、対物レンズの射出瞳面の開孔よりもはるかに小さい（例えば、開孔の半径が、対物レンズの射出瞳面の開孔半径の約１０〜１５％である）。

複数の開口がある場合、各開口の半径は開口絞りの半径に対するある割合であり得る。オプションとして、全ての開口の総半径が、開口絞りの半径に対しある割合であり得る。

開口は円形でなくてもよい。この場合、そのサイズ（面積）は開口絞りのサイズ（面積）に対してある割合である。

開口絞り２１は照明路に選択的に挿入されてもよい。手動で挿入されてもよいし、自動で挿入されてもよい。開口絞り２１の代わりに、開口面に障害物のない状態に保つ（従って検査システムを明視野モード等の他のモードで操作できる）無閉塞開口を用いてもよい。構成の異なる複数の開口絞り（異なる位置の開口、異なるサイズの開口、異なる数の開口）を自動又は手動で取り換えてもよいことに留意されたい。開口絞りの取り換えは、開口絞り２１を照明路に選択的に挿入・除去できる、線形、非線形、円形等の、如何なる移動を伴ってもよい（回転することで開口絞り２１または開放開口２７を選択的に挿入するターレット２８を参照されたい）。

図５では、（ａ）互いに近位にあって同じ光路を呈する点（Ｐ１およびＰ２）によって生じる第１の干渉パターンＩＲ１２ ７７と、（ｂ）互いに近位にあるが別の光路を呈する点（Ｐ３およびＰ４）によって生じる第２の干渉パターンＩＲ３４ ７８ととの間に差があることが示されている。

焦点面において、近位にある（複数の）点からの放射は重ならない。

焦点ずれに起因して、第１の点Ｐ１からの第１のビームＢ１ ７１は第２の点Ｐ２からの第２のビームＢ２ ７２と重なり、それによって第１の干渉パターンＩＲ１２ ７７が生じる。

焦点ずれに起因して、第３の点Ｐ３からの第３のビームＢ３ ７３は第４の点Ｐ４からの第４のビームＢ４ ７４と重なり、それによって第２の干渉パターンＩＲ３４ ７８が生じる。

第１の干渉パターンＩＲ１２ ７７は第２の干渉パターンＩＲ３４ ７８とは異なる。特に、カメラ（具体的にはカメラの画素）によって感知される第１の干渉パターンＩＲ１２ ７７の積分強度は、カメラ（具体的にはカメラの画素）によって感知される第２の干渉パターンＩＲ３４ ７８の積分強度と異なる。従って、背景画素のグレーレベルは欠陥の境界における画素のグレーレベルとは異なることが予期される。

図６は対象物の検査のための方法２００を示す。

方法２００は対象物のある領域の焦点ずれ像を取得するステップ２１０から開始してもよい。

ステップ２２０の後にステップ２２０を行ってもよく、ステップ２２０では該領域の焦点ずれ像を処理することによって、該領域の特定の近位にある特定の複数の点に関連する光路間の位相ずれを見出す。位相ずれは欠陥を示す。

位相ずれによって、位相差が無い状態で生じる干渉パターンとは異なる干渉パターンが生じる。位相差は、高さまたは近位にある複数の点の高さや他の形態上の相違、および／または屈折率の違いによって生じ得る。

ステップ２１０では、該領域に入射する際に空間的にコヒーレントでありかつコリメートされた放射ビームで該領域を照明してもよい。この照射は、開口絞り面内に位置し得る開口絞りによって画定される開孔に放射ビームを通過させることを含み得る。開孔のサイズは開口絞りのサイズに対し、ある割合である。

上記「割合」は１〜２及び２．５％を超えない。これは、例えば、開孔半径が開口絞りの半径の約１０ないし１５％の場合に達成できる。

開孔は開口絞りの中心に設けられてもよく、中心の外に設けられてもよい。

ステップ２１０は、該領域から反射した、感知された放射を、センサによって感知することを含み得る。感知放射は、領域の別々の点から反射した放射間に形成される干渉パターンを含む。領域の別々の点には、ある特定の近位点と追加の点とが含まれ得る。

ステップ２２０は、そのような特定の近位点に関連した干渉パターンと追加の点に関連した干渉パターンとの間の差を感知することを含み得る。

開口絞りは、照明路に選択的に挿入および除去され得る。焦点ずれ像の取得の前に開口絞りが照明路に挿入され、焦点ずれ像の取得の後に開口絞りが照明路から除去され得る。

ステップ２１０と２２０とは、少なくとも１つの構成を変更（検査システムの一部と対象物との間の距離等の焦点ずれ条件の変更、開口絞りの開孔の変更、開口絞りの変更等）しながら複数回実行されてもよい。

ステップ２１０と２２０との複数回の繰り返しは、何らかの停止条件が満たされるまで実行され得る。例えば、予め定められた数の異なる構成をチェックするまで、十分に良好なコントラストに達するまで、ある特定の欠陥を見出すまで、実行されてもよい。

上記複数回の繰り返しは、様々な焦点ずれパラメータを示し得る。一又は複数の繰り返しの各々が、新規に選択された焦点ずれ条件を用いて実行されてもよい。選択された焦点ずれ条件。上記選択は、位相ずれに関連するコントラストに基づいてもよい。したがって、例えば、欠陥とその周囲との間で最高となる（または少なくともコントラスト閾値を超える）焦点ずれを見出すことであり得る。

方法２００は、複数の開孔を含む開口絞りを用いて実行され得る。この場合、照明においては、該開孔を介して、かつ開口絞りの一又は複数の追加の開孔を介して、放射ビームを通過させる。

さらに、上述の諸機能間の境界は例示的なものにすぎないことを当業者は認識するであろう。複数の工程の機能が単一の工程へと組み合わされたり、かつ／又は単一の工程の機能が更なる工程へ分割されたりしてもよい。また、代替的な実施形態では、特定の工程の複数の例が含まれ、工程の順序が他の実施形態で変更されることもある。

したがって、本書に記載の構造は例示的なものにすぎず、実際には、同じ機能を達成する他の多くの構造が実装され得ることを理解されたい。概念上、とはいえ明確な意味で、同じ機能を達成する任意の構成要素の配置は、所望の機能を達成すべく効果的に「関連付け」られている。したがって、特定の機能を達成すべく組み合わされた、本書に記載の任意の２つの構成要素は、その構造や中間的構成要素にかかわらず、所望の機能を達成するために互いに「関連付けられている」とみることができる。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素もまた、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に接続され」、或いは「動作可能に連結され」ているとみなされうる。

しかしながら、その他の修正例、変形例、代替例もまた可能である。したがって、本明細書および図面は、限定的というより例示的なものとみなされる。

「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」との語は特許請求の範囲に列挙されたもの以外の要素やステップを除外しない。そのように用いられている用語は、適切な状況においては交換可能であって、本書に記載の発明の実施形態が、例えば図示やその他の方式で本書に記載されたもの以外の方向で動作できるということに、留意されたい。

さらに、本書で用いる「１つの（ａ、ａｎ）」は、１つ又は１つよりも多いことを定義している。また、特許請求の範囲における「少なくとも１つの」や「一又は複数の」などの導入句は、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」による別の請求項要素の導入が、そのような導入された請求項要素を含んだ特定の請求項を、当該要素を１つだけ含んでいる発明へと減縮すると示唆するように限定されるべきでない。同じ請求項が導入句「一又は複数の」や「少なくとも１つの」、および「１つの（ａ、ａｎ）」などの不定冠詞を含む場合でも、別途記載のない限り、「第１の」「第２の」などの語は、それらの語が表す要素間を任意に区別するために用いられている。

したがって、これらの語は、それら要素の時間的あるいはその他の優先順位を示すことを必ずしも意図していない。ある特定の方策が別々の請求項に記載されているという事実だけでは、これら方策の組み合わせが有利性のために用いられ得ないということを示すものではない。

Claims (22)

1. 対象物を検査する方法であって、
   対象物の領域の焦点ずれ像を取得することと、
   前記領域の前記焦点ずれ像を処理して、前記領域の特定の複数の近位点に関する光路間の位相ずれを見出すことと
   を含み、
   前記位相ずれが欠陥を示し、
   前記焦点ずれ像を取得することは、前記領域に入射する際に空間的にコヒーレントでありかつコリメートされた放射ビームを、前記領域に照射することを含み、
   前記照射することは、開口絞り面内に位置する開口絞りによって画定された開孔に、前記放射ビームを通過させることを含み、
   前記開孔のサイズは、前記開口絞りのサイズに対し、ある割合である、方法。
2. 前記領域の前記焦点ずれ像を取得することは、前記領域が反射した感知放射をセンサによって感知することを含み、前記感知放射は、前記領域の別々の点から反射した放射間に形成された干渉パターンを含み、
   前記領域の前記別々の点は、前記特定の複数の近位点と追加の点とを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記特定の複数の近位点に関連する干渉パターンと、前記追加の点に関連する干渉パターンとの間の差を感知することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記割合は、１から２．５％を超えない、請求項１に記載の方法。
5. 前記開孔は前記開口絞りの中心に位置する、請求項１に記載の方法。
6. 前記開孔は前記開口絞りの中心の外に位置する、請求項１に記載の方法。
7. 前記焦点ずれ像を取得する前に、前記開口絞りが照明路に挿入され、前記焦点ずれ像を取得した後に、前記開口絞りが前記照明路から除去される、請求項１に記載の方法。
8. 前記領域の複数の焦点ずれ像を、様々な焦点ずれ条件で取得することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記様々な焦点ずれ条件から、選択焦点ずれ条件を選択することと、前記選択焦点ずれ条件を用いて、他の対象物の領域の焦点ずれ像を取得することとを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記選択することが、前記位相ずれに関連するコントラストに基づく、請求項８に記載の方法。
11. 前記照射することは、前記開口絞りによって画定された追加の開孔に前記放射ビームを通過させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 対象物の領域の焦点ずれ像を取得するように構成され配置された撮像装置と、
    前記領域の前記焦点ずれ像を処理して、前記領域の特定の複数の近位点に関連する光路間の位相ずれを見出すように構成され配置された、プロセッサと
    を含む、検査システムであって、
    前記位相ずれは欠陥を示し、
    前記撮像装置は、前記領域に入射する際に空間的にコヒーレントであり且つコリメートされた放射ビームを、前記領域に照射するように構成され配置された、照明光学系を含み、
    前記照明光学系は、開孔を含む開口絞りを含み、
    前記照明光学系は、前記領域に到達する前に前記開孔に前記放射ビームを通過させるように構成され配置され、
    前記開孔のサイズは、前記開口絞りのサイズに対して、ある割合である、検査システム。
13. 前記撮像装置は、前記領域が反射した感知放射を感知するように構成され配置されたセンサを含み、
    前記感知放射は、前記領域の別々の点から反射した放射間に形成される干渉パターンを含み、
    前記領域の前記別々の点は、前記特定の複数の近位点と追加の点とを含む、請求項１２に記載の検査システム。
14. 前記センサは、前記特定の複数の近位点に関連する干渉パターンと、前記追加の点に関連する干渉パターンとの間の差を感知するように構成され配置される、請求項１３に記載の検査システム。
15. 前記割合は、１から２．５％を超えない、請求項１２に記載の検査システム。
16. 前記開孔は前記開口絞りの中心部に位置する、請求項１２に記載の検査システム。
17. 前記開孔は前記開口絞りの中心部の外に位置する、請求項１２に記載の検査システム。
18. 前記開口絞りは、前記照明光学系の取り外し可能な部分である、請求項１２に記載の検査システム。
19. 前記撮像装置は、前記領域の複数の焦点ずれ像を様々な焦点ずれ条件で取得するように構成され配置される、請求項１２に記載の検査システム。
20. 前記プロセッサは、前記様々な焦点ずれ条件から、選択された焦点ずれ条件を選択し、前記選択された焦点ずれ条件を用いて、他の対象物の領域の焦点ずれ像を取得するように構成され配置される、請求項１９に記載の検査システム。
21. 前記プロセッサは、前記位相ずれに関連するコントラストに基づいて選択するように構成され配置される、請求項１９に記載の検査システム。
22. 前記開口絞りは追加の開孔を含む、請求項１２に記載の検査システム。