JP2020014016A - 物体検査用可変像面湾曲 - Google Patents

Abstract

【課題】反ったウェーハの検査技術を提供する。【解決手段】光学システムの像面湾曲は、ウェーハの表面のトポグラフィデータに基づいて、表面のセグメントそれぞれの画像がセグメントにわたって合焦した状態となるように修正される。ウェーハは非平坦であってよい。光学システムは、レンズ素子の位置を変更することにより像面湾曲を修正するコントローラに接続された多重素子レンズシステムであってよい。ウェーハはエッジグリップチャック等のチャックによって保持されてもよい。多重光学システムはウェーハの寸法にわたり配置されてもよい。【選択図】図２

Description

本開示は、物体の検査に関し、より具体的には、物体の検査中の像面湾曲の修正に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年３月２５日に出願された米国特許仮出願第６１／９６９，９８１号に対する優先権を主張し、その開示は本明細書に参考として全体が組み込まれる。

半導体ウェーハ等のウェーハは反ることがある。これがウェーハの表面を湾曲させる（すなわち非平面状にする）。例えば反ったウェーハの表面上の一点は、その表面の周辺に対する基準面から逸脱する可能性がある。そのような反りは、ウェーハ加工の結果か、または、ウェーハに対するストレスもしくは緊張の結果であり得る。例えば、ウェーハ上の層または膜は、反りにつながるストレスまたは緊張を引き起こす可能性がある。反りは、例えばウェーハ処理装置のチャッキングによる一時的な効果である可能性もある。

近年、エッジグリップチャックが普及している。ウェーハの両平面にデバイスを形成する際に、真空または静電チャックを使用すると、デバイスが真空または静電チャックに接触してチャッキング中に破損することがあるため、真空または静電チャックの使用を避けようとする製造者もいる。エッジグリップチャックは、ウェーハの周縁を把持することによりウェーハの裏面の殆どまたは全部への接触を避ける。しかし、ウェーハをその周縁に沿って把持することは、ウェーハの裏面が支持されないためウェーハの撓みにつながり得る。この撓みは、ウェーハ上に形成された種々の層または膜によって引き起こされるストレスまたは緊張によってウェーハの反りを悪化させる可能性がある。

検査工程は、例えば、デバイスが適正に形成されているかどうか、またはウェーハ上に欠陥が存在するかどうかを判断するためにウェーハ処理中に決まって用いられる。製造者は製造工程中に、ウェーハを多数の位置において検査することがある。欠陥を早期に特定すれば、欠陥のあるウェーハまたは非機能的なデバイスの処理に時間と資源が費やされないため、製造コストを減少させることができる。この検査は一般に、ウェーハに光を投影する照明源と、反射した（明視野）または散乱（暗視野）信号を捕捉するセンサを用いて光学的に行われる。

ウェーハ表面の検査は、ウェーハ曲げ等の種々の工程バリエーションによって難しくなった。光学システムの、表面領域にわたり合焦する能力は、物体が容認できる程度に鮮明に見える範囲である焦点面の両側でのその被写界深度または空間の軸方向深度によって制限される。ウェーハ検査の場合、ウェーハ表面上のデバイスの画像は、デバイスの欠陥が解決され得る場合に容認できる程度に鮮明に合焦していると考えられる。光学システムがウェーハの部分またはセグメントに合焦している場合、光学システムの画界内のウェーハ表面は全面的に合焦しているわけではない。画界内のウェーハ表面のセグメントまたは、特定の位置および配向での光学システムが視認できるウェーハ表面の部分が光学システムの被写界深度内にない場合、光学システムの被写界深度外の画像の部分には合焦されず、したがって、光学システムは検査用にウェーハ表面の有意義な画像を生成できない。

不完全または不適切な検査の影響は厳しいものになり得る。例えば、フォトレジストは、そのパターンが不正確であると検査が判断した場合に再加工され得るが、検査が不完全な場合、フォトレジストの欠陥を見過ごさせる可能性がある。ウェーハがエッチングされインプラントされてしまった後で修正することは不可能となる。その場合、ウェーハを廃棄しなければならない。そのため欠陥の早期の検出はコストと時間の節約を可能にすることになる。

米国特許出願公開第２００８／０３０９９２７号

画界を縮小する（潜在的にセンサの個数の増加を必要とする）等の、検査中の反りに対する従来の補償方法は不十分である。したがって、必要なのは、反ったウェーハの検査技法である。より具体的には、必要なのは、感応性またはスループットを犠牲にしない、反ったウェーハの検査システムおよび方法である。

第１の実施形態において検査システムが提供される。検査システムは光学システムとコントローラを有する。レンズ素子を有する光学システムはウェーハの表面のセグメントの画像を捕捉する。レンズ素子の位置は像面湾曲を修正するために変更され得る。コントローラは、ウェーハの表面のトポグラフィデータを受け取って、レンズ素子の位置を、ウェーハの表面のトポグラフィデータに基づいて、光学システムの像面湾曲が修正されセグメントぞれぞれの画像がセグメントにわたって合焦した状態となるように変更するように構成される。エッジグリップチャックのようなチャックが、ウェーハを保持するように構成されてもよい。走査システムは、ウェーハまたは光学システムの一方を互いに対して移動させるように構成されてもよい。付加的な光学システムが、ウェーハの寸法にわたって配置されてもよい。

検査システムは、コントローラに作動的に連結された表面のトポグラフィデータを生成するマッピングシステムを含んでもよい。マッピングシステムはウェーハにわたり走査するレーザビームを生成するように構成された少なくとも１つのレーザを含んでもよい。

光学システムは、正の屈折力を有する第１レンズ素子と、負の屈折力を有する第２レンズ素子と、正の屈折力を有する第３レンズ素子を含んでもよい。第１レンズ素子、 第２レンズ素子および第３レンズ素子は１つ以上のレンズを含み得る。第２レンズ素子は第１レンズ素子の結像側に隣接している。第３レンズ素子は第２レンズ素子の結像側に隣接している。第１レンズ素子と第２レンズ素子の相対屈折力は、光軸上の物体からの無限遠の光レイトレースが、第２レンズ素子と第３レンズ素子の間の空間内の光軸と略平行となるように構成される。第１レンズ素子と第２レンズ素子は、光学システムの背面焦点距離を変えずに光学システムの像面湾曲を変更するために第３レンズ素子に対して移動可能である。コントローラと通信するアクチュエータは、第１レンズ素子および／または第２レンズ素子の位置を変更するように構成されてもよい。

第２の実施形態において、非一時的コンピュータ可読記憶媒体が配設される。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、１以上のコンピューティングデバイスでステップを実行するための１以上のプログラムを含む。これらのステップは、ウェーハの表面の少なくとも１つのセグメントのトポグラフィデータを受け取り、光学システムの像面湾曲を、トポグラフィデータに基づいて、表面の複数のセグメントそれぞれの画像がセグメントにわたって合焦した状態となるように修正することを含む。ステップはさらに、ウェーハの表面をマッピングしてトポグラフィデータを決定すること、または、ウェーハまたは光学システムの一方を、ウェーハまたは光学システムの他方に対して移動させることを含んでもよい。

第３の実施形態において、検査方法が提供される。検査方法は、コントローラにおいて、ウェーハの表面の少なくとも１つのセグメントのトポグラフィデータを受け取り、セグメントに対応する画界を有する光学システムの像面湾曲を、受け取ったトポグラフィデータに基づいて修正し、修正した像面湾曲を用いてセグメントの画像を捕捉することを含む。ウェーハは、エッジグリップチャック等のチャックを用いて保持され得る。ウェーハまたは光学システムの一方は、互いに対して移動されてもよい。光学システムのイメージングレンズの像面湾曲は、ウェーハが走査されている間に絶えず修正されてもよい。検査方法はさらに、ウェーハの表面をマッピングして、少なくとも１つのレーザビームを表面にわたり走査することによりトポグラフィデータを決定することを含み得る。

本開示の性質と目的をより万全に理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照するべきである。

反ったウェーハの上面の図である。 本開示の一実施形態に係るシステムの斜視図である。 本開示の一実施形態に係る光学システムを表すブロック図である。 本開示の別の実施形態に係る別のシステムの上面図である。 反ったウェーハと、ウェーハの上面上の対応する位置での像面湾曲の断面図である。 反ったウェーハと、ウェーハの上面上の対応する位置での像面湾曲の断面図である。 反ったウェーハと、ウェーハの上面上の対応する位置での像面湾曲の断面図である。 マッピングシステムの一実施形態のブロック図である。 本開示の一実施形態に係る方法のフローチャートである。

クレームに記載された対象は特定の実施形態に関して説明されるが、本明細書に規定される利益と特徴の全てを提供しない実施形態を含むその他の実施形態も本開示の範囲内である。本開示の範囲から逸脱せずに、種々の構造的、論理的、プロセスステップ上および電子的変更がなされてもよい。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照してのみ規定される。

本開示は、ウェーハ表面をイメージングするためのシステムと、コンピュータによって実施される方法を提供する。開示されるシステムおよび方法のいくつかの実施形態は、ウェーハ内に非平坦な領域が存在するかどうかを識別し、個々のセグメントの、指定面からの逸脱の度合いを識別し、そのような識別に基づいて、光学システムの像面湾曲を調整して、個々のセグメントに関する逸脱を吸収して、ウェーハ表面の所望の部分全体の正確な画像が得られるように備える。レンズ素子の位置は、像面湾曲を修正するために変更され得る。本明細書に開示されるウェーハ表面をイメージングするためのシステムと、コンピュータによって実施される方法は、エッジグリップチャックが反ったウェーハを保持する状態で、または、チャックでは容易にまたは他様に平坦化され得ない反ったウェーハで使用され得る。

ウェーハ表面の平坦および／または非平坦な領域の初期識別はトポグラフィマッピング出力として取得される。この出力は個々のセグメントからのいくつかの個々の出力の合成であってよい。個々のセグメントからの１つ以上のトポグラフィマッピング出力または１つ以上のセグメントからの合成は次にコントローラに入力され、コントローラは次に光学システムの像面湾曲の調整を、光学システムにおけるレンズ素子の位置を変更することによって指令する。

一実施形態において、トポグラフィマッピング出力と画像は、ウェーハにわたる検査システムの同じ工程内で生成される。この実施形態において、ウェーハ表面の各セグメントに関するトポグラフィマッピング出力がコントローラに入力されることができ、光学システムの像面湾曲はそのセグメントに関するトポグラフィデータに基づいて修正され、システムが次のセグメントに移行する前にそのセグメントに関する画像が捕捉される（イメージング機能）。一実施形態において、マッピング機能とイメージング機能の間に遅延が生じることがある。例えば、イメージング機能はマッピング機能よりも１つ以上のセグメント分遅れることがある。

一実施形態において、トポグラフィマッピング出力と画像処理ステップは別個の工程で実行される。この実施形態において、トポグラフィマッピング出力はコントローラに供給されてもよいし、または後で検査システムに入力されるために記憶媒体に記憶される。

本明細書に記載されるステップのうちいずれからの結果も、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されて必要なときに取り出されてよい。そのような記憶媒体は当業者には周知である。記憶媒体からの結果は、マッピング機能をイメージング機能と同期させ、ウェーハが製造工程を進むにつれたウェーハトポグラフィの変化を識別し、使用中の変化を識別する等のために後で取り出されてもよい。

図１は、本発明で開示されるシステムおよび方法による検査対象の典型的な反ったウェーハ１００の上面を示す。図１において中心から周縁１０５に向かう影付き部分で示されるように、ウェーハ１００の周縁１０５は、ウェーハ１００の中心に対してｚ方向に高さが異なる。したがって、ウェーハ１００の表面は半径方向線１０１に沿って平坦でない。ウェーハ１００の中心領域（破線の円１０２で示される）と周縁１０５との高さの差はｚ方向において約１００μｍ以上であり得る。図１においてウェーハ１００はボウル形状であるが、ウェーハの反りは、非対称反り、局所的な反り等を含む、平坦な表面からの任意の逸脱であり得ることに注目すべきである。

反りにより、図１のウェーハ１００の画像の部分は、有意義なデバイス検査には合焦が十分に鮮明でない（平坦な焦点面を有する光学システムの画界にわたる、等）可能性がある。例えば、光学システムの被写界深度が約２０μｍ未満であり、被写界深度が平坦または平面の像面を有する周縁１０５でのウェーハ１００の表面の高さに設定されている場合、領域１０３（影付きで示された被写界深度内のウェーハ表面部分）のみが合焦していることになる。そのため、生成されるウェーハ１００の表面の画像は十分に合焦していない可能性がある。例えば、画像は、フォトレジストが歪んでいる、不整合である、正しい限界寸法を有している、または表面不均一性がないかどうかを判断するために十分な程、画像全体にわたり合焦していない可能性がある。

本開示の技法は、反りが光学システムの被写界深度よりも大きいか、または反りが被写界深度以内である場合に、ウェーハが部分的または全体的に反っているかどうかを検査するために用いられ得る。この技法は、全く反っていないウェーハを検査するためにも用いられ得る。さらに、ウェーハは半導体ウェーハであっても、別のタイプのウェーハであってもよい。光学システムの像面湾曲は、ウェーハの反りに適合または別の方法で補償するように調整され得る。像面湾曲の調節は検査中にリアルタイムで実行されてよい。

本開示の検査システム２００の実施形態が図２に示される。検査システム２００は、ウェーハ表面のセグメントの画像を捕捉する光学システム２０２を含む。光学システム２０２は、ウェーハ２０１からｚ方向に一定距離にあるように構成される（検査システム２００内に配置されたウェーハ２０１のウェーハ表面が概ねｘｙ平面に配置されている場合）。光学システム２０２は、以下にさらに説明されるように像面湾曲を修正できる複数のレンズ素子を含む。光学システム２０２の実施形態は、照明源と、ウェーハ２０１の表面の画像を捕捉するセンサを含んでもよい。照明源は、レーザ、発光ダイオード、ランプ、レーザ駆動プラズマ源またはその他の源であってよい。照明源は可視光またはその他の波長を発生でき、広帯域源またはその他であってよい。光は偏光されていても、非偏光でもよい。明視野または暗視野の照明が用いられ得る。光学システム２０２は、レンズ素子の位置の調整を可能にして焦点および／または像面湾曲に影響を与える、例えばモータまたはサーボ等の１つ以上のアクチュエータを含んでもよい。光学システム２０２はさらに、反射素子、ビームスプリッタまたは付加的なレンズ等の別の構成要素を含んでもよい。光学システム２０２は、光学システム２０２のレンズ素子によって規定される光軸、または、光学システムを通って光が伝播する中心経路を有する。

一実施形態において、イメージングシステム２０２は像面湾曲を変更するように構成されたレンズ素子を有する。例えば、イメージングシステム２０２は３つのレンズ素子を有してもよく、第１レンズ素子が正の屈折力、第２レンズ素子が負の屈折力、第３レンズ素子が正の屈折力を有する。像面湾曲に変更を生じさせ得るように、第１と第２レンズ素子が第３レンズ素子に対してユニットとして移動してもよい。第１レンズ素子と第２レンズ素子は、光軸上の物体からの無限遠の光レイトレースが、第２レンズ素子と第３レンズ素子の間の空間内の光軸と略平行となるように構成される。そのようなレンズシステムは当技術分野において周知である。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４，２３１，６３６号明細書を参照されたい。被写界深度は少なくとも開口と焦点距離に関係し、したがって変動があり得る。特定の実施形態において、被写界深度は０．１ミクロンから５００ミクロンであり得る。光学システム２０２の被写界深度は一例において約２０μｍ未満であり得る。被写界深度の別の値も可能である。

図３は、本開示の上記の実施形態による光学システム３００を表すブロック図である。光学システム３００は、合焦中に像面湾曲の自動補正とは別に像面湾曲の変動を可能にする可変像面湾曲レンズシステムであってよい。複数のレンズ素子が光学システム３００において使用されてもよい。各レンズ素子は１以上のレンズを含み得る。光学システム３００は正面レンズグループを形成する正の屈折レンズ素子３０１と負の屈折レンズ素子３０２を含む。光学システム３００はさらに、正の屈折レンズ素子３０３を含む。正面レンズグループは、画像平面と光軸３０４の間の交差位置をシフトせずに像面湾曲を所望に変更するために光軸３０４に沿ってシフトする。第１と第２レンズ素子３０１、３０２の相対位置は合焦中に一定に保持され、可変な像面湾曲の導入を可能にするために変更されてもよい。合焦は、正の屈折レンズ素子３０１の、光学システム３００の残りのレンズに対する相対移動によって可能となる。第１と第２レンズ素子３０１、３０２等の２つの可動レンズ素子は、相補的な屈折力を有し得る、または、レンズシステムの総背面焦点距離を変えずに第３レンズ素子に対して単一のユニットとして光軸３０４に沿って移動可能である。センサ３０６は、ウェーハ３０５の画像を捕捉する。

図２に戻ると、検査システム２００は、ウェーハの表面のトポグラフィデータを受け取るように構成されたコントローラ２０４をさらに備える。コントローラ２０４は、画界内のウェーハ２０１の表面が光学システム２０２の修正された被写界深度以内に収まるように光学システム２０２の像面湾曲を変更するために、光学システム２０２内のレンズ素子の位置を、ウェーハ２０１の表面のトポグラフィに基づいて変更するように構成される。こうして、光学システム２０２を用いて捕捉されたウェーハ表面セグメントの画像が、ウェーハ表面セグメント全体にわたり合焦する（すなわち、容認できる程度に鮮明な合焦で）。

オプションのマッピングシステム２０８から受け取ったデータ等のトポグラフィデータに基づいて、コントローラ２０４は光学システム２０２内のレンズ素子の位置を変更して、光学システム２０２の像面湾曲を、ウェーハ２０１の表面（すなわち画界内のウェーハ２０１の表面の部分）のトポグラフィに適合するように修正する。いくつかの実施形態において、コントローラ２０４は、ルックアップテーブルを用いて像面湾曲の要求される修正を判断してもよい。別の実施形態において、コントローラ２０４はトポグラフィと像面湾曲の間の予め定められた関係性に基づいて、要求される修正を計算してもよい。コントローラ２０４は、当技術分野で周知のそのような目的の別の方式向けに構成されてもよい。

コントローラ２０４は、走査中に、光学システム２０２による画像獲得または、光学システム２０２またはウェーハ２０１の運動を制御または管理してもよい（以下により詳細に説明する）。別の実施形態において、コントローラ２０４は光学システム２０２から画像またはイメージングデータを受け取ってもよい。

コントローラ２０４は実地上、ハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアの任意の組み合わせで実行されてもよいことを理解すべきである。また、本明細書に記載されるコントローラ２０４の機能は１つのユニットで実行されても、または別々の構成要素に分けて実行されて、構成要素それぞれがハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアの任意の組み合わせによって順に実行されてもよい。本明細書に記載される種々の方法および機能を実行するためのコントローラ２０４のプログラムコードまたは命令は、コントローラ２０４内のメモリ、コントローラ２０４の外部のメモリまたはそれらの組み合わせ等のコントローラ可読記憶媒体に記憶されてもよい。

本発明で開示されるシステム２００のいくつかの実施形態は、ウェーハ２０１を保持するように構成されたチャック２０３を備えてもよい。チャック２０３は、図２に示されたものと類似したエッジグリップチャックであってもよいが、ウェーハ２０１の裏面に接触するまたは裏面を支持するチャックを含む、静電式、真空式またはその他の機械式チャック等の別のチャックが用いられてもよい。図２の実施形態においてエッジグリップチャック２０３は３個のエッジグリッパ２０５−２０７を用いるが、別の個数のエッジグリッパも可能である。いくつかの実施形態において、ウェーハ２０１の周縁のみが把持されるまたは接触される。エッジグリッパ２０５−２０７は、デバイス構造が位置するウェーハ表面の領域の外側に配置され得る。図２の３個のエッジグリッパ２０５−２０７は、ウェーハ２０１の周縁に沿って分配される。ウェーハ２０１の周縁においてウェーハ２０１を保持する３個のエッジグリッパ２０５−２０７を用いることは、エッジグリッパ２０５−２０７によって生じるウェーハの歪みまたは撓みを極減できる。エッジグリッパ２０５−２０７の位置は、ウェーハ２０１のイメージング／検査を妨害しないように選択され得る。

実施形態において、２個のエッジグリッパまたは３個以上のエッジグリッパが用いられ、ウェーハ２０１の周縁の周りに間を空けて配置される。エッジグリッパはウェーハ２０１の周縁の周りに等間隔に配置されてもよいし、別のパターンで配置されてもよい。いくつかの実施形態において、エッジグリップチャックは、ウェーハ２０１の全周囲にわたって介接するように構成される。

検査システム２００は、ウェーハ表面を走査することによってウェーハ２０１を検査するように構成されてよい。例えば、ウェーハ２０１および／または光学システム２０２が互いに対して移動するときにウェーハ表面のセグメントの複数の画像を捕捉するために光学システム２０２が用いられてもよい。この走査機能はステップ式でも連続式でもよい。ウェーハ２０１と光学システム２０２のうち少なくとも一方は互いに対して移動できる。一つの実施形態において、光学システム２０２は固定され、ウェーハ２０１は移動する。例えば、検査システム２００は、ｘおよび／またはｙ方向（複数の方向）に移動するように構成されたステージを備えてもよい。ステージは、光学システム２０２を用いてウェーハ２０１が走査され得るように、チャック２０３と介接するように構成される。別の施形態において、ウェーハ２０１は固定され、光学システム２０２は移動するように構成される。さらに別の実施形態では、ウェーハ２０１と光学システム２０２の両方が互いに対して移動する。

別の実施形態において、光学システム２０２もウェーハ２０１も移動しない。むしろ、ウェーハ２０１の全所望領域にわたるイメージング機能は、全ウェーハ表面の画像を捕捉するように構成された単一の光学システムによって、または、それぞれがウェーハ表面の一部の画像を捕捉するように構成された複数の光学システムによって実行される。

検査システム２００における走査は任意のパターンであってよい。例えば、この走査はｘｙ平面にわたり蛇行状パターンであってよい。例えば、光学センサ２０２またはウェーハ２０１は、ウェーハ表面の１つのスワス（ｓｗａｔｈ）の画像を捕捉するためにｘ方向に移動し、隣のスワスにｙ方向に移動し、次に隣のスワスの画像を捕捉するためにウェーハ２０１の表面上で反対にｘ方向に移動して、それにより対象のウェーハ２０１の表面を表す一組の画像を捕捉してもよい。別例において、線形、ジグザグまたはスパイラルパターンが用いられてもよい。各スワスは画像または１以上のセグメントを含む。

そのような走査の実施形態では、光学システム２０２はウェーハ表面の少なくとも一部の複数の画像（すなわちサンプル）を捕捉するセンサを含み得る。例えば、光学システム２０２はイメージング素子の一次元アレイからなるラインセンサを備えてもよく、ラインセンサは、ウェーハ２０１の連続画像が形成されるように、光学システム２０２に対する ウェーハ２０１の速度に対応するサンプリング周波数でウェーハ２０１の画像をサンプリングするように構成される。形成された画像の寸法（幅等）は、走査中の光学システム２０２の画界内のウェーハ２０１の部分に対応し得る。そのような実施形態において、ウェーハの走査された部分はスワスと呼ばれてよい。ラインセンサは、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、時間差積分（ＴＤＩ）センサ（実効的にラインセンサ）、または当技術分野で周知の他のセンサであってよい。ラインセンサは、任意のサイズのセグメントをイメージングするように構成されてよい。例えば、ラインセンサは１つの次元において１００ｍｍのサイズを有するセグメントをイメージングするように構成されてもよい。こうして、以下により詳細に説明するように、３００ｍｍのウェーハが、３つの光学システムを有する検査システム下の単一の工程で検査され得る。

別の実施形態において、光学システム２０２は、ウェーハ２０１のセグメントの画像を捕捉するように構成された二次元イメージングセンサを備える。セグメントのサイズおよび形状は、イメージングセンサの設定により、および／または、光学システム２０２の光路に沿った開口によって規定されてもよい。そのような実施形態において、イメージングセンサは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ画像センサまたは当技術分野で周知の別のセンサであってよい。

一実施形態において、ウェーハ２０１の望まれる部分全体の画像を形成するために複数の画像が必要な場合がある。１つの画像のセグメントは、約０．１５ｍｍから１００ｍｍを超える寸法を有し得る。

図２はウェーハ２０１の前面の検査を図示しているが、検査システム２００はウェーハ２０１の裏面の検査またはウェーハ２０１の前面と裏面の両方の検査向けに構成されてもよい。一実施形態において、光学システム２０２は裏面検査を提供するためにウェーハ２０１に対して位置決めされる。別の実施形態において、ウェーハ２０１の前面と裏面の両方の検査を提供するために複数の光学システム２０２がウェーハ２０１に対して位置決めされる。ウェーハ２０１は、ウェーハ２０１の前面と裏面の両方の検査を提供するために、反転されるかまたは別様に回転されてもよい。

図４は、本開示の別の実施形態による別のシステム４００の上面図である。システム４００は光学システム４０２−４０４を含む。光学システム４０２−４０４それぞれは、図２の光学システム２０２と同じであってよい。光学システム４０２−４０４それぞれは、曲がっていてもよいウェーハ４０１上のスワス４０５−４０７（破線で示される）をイメージングする。各スワス４０５−４０７は一例において、ｘ方向において約１００ｍｍであってよい。例えば、３００ｍｍ径のウェーハ４０１は、ｘ方向において約１００ｍｍであるスワスの画像をそれぞれ生成する３つの光学システム４０２−４０４を用いる。各スワス４０５−４０７は、点線を施した長方形の挿入部で示される複数のセグメント４０９からなる。セグメント４０９それぞれは検査中に光学システムによってイメージングされる。図４に示されているものより多いまたは少ないセグメント４０９が用いられてもよい。

図４においてセグメント４０９それぞれはｘ方向に１００ｍｍであるものとして示されているが、他の形状または寸法も可能である。例えばセグメントは四角形であってもよい。セグメントの寸法と形状は、光学システムの個数、用いられる光学システムのタイプ、または光学システム内のセンサのタイプによって変わってもよい。

図４の実施形態において、走査中に光学システム４０２−４０４またはウェーハ４０１のいずれかは互いに対して移動する。例えば、移動はｙ方向になされてもよい。一つの特定の実施形態において、光学システム４０２−４０４は固定された状態でありながらウェーハ４０１はｙ方向に移動する。ウェーハ４０１がｙ方向に移動するにつれ、光学システム４０２−４０４は、ウェーハ４０２の表面上のスワス４０５−４０７等のスワスのセグメントをイメージングする。ウェーハ４０２は再び移動し、光学システム４０２−４０４は、ウェーハ４０２の表面上の新たなセグメントをイメージングする。

スワス４０５−４０７は複数のセグメント４０９を含むものとして図示されているが、スワス４０５−４０７は連続した画像であってもよい。

３つの光学システム４０２−４０４が図４に図示されているが、より多いまたはより少ない光学システムが用いられてもよい。光学システムの個数が多ければ、イメージングのセグメントを小さくできる。また、光学システムの個数が多ければ、各イメージングステップ中にウェーハ４０１のより多くの表面をイメージングすることによりスループットを増加させるように構成されることもできる。

ここでは図示されていないが、ウェーハ表面上のセグメント４０９またはスワス４０５−４０７は重なってもよい。

図４のセグメント４０９それぞれの画像は、ウェーハ４０１の反りにも拘らずウェーハ表面の検査に容認されてもよい。光学システム４０２−４０４の像面湾曲はそれぞれ、ウェーハ４０１のトポグラフィに依存してセグメント４０９に関して修正されてもよい。この像面湾曲の修正は、１つ以上の光学システム４０２−４０４の像面湾曲が、隣接するセグメント４０９であっても異なるように個別化され得る。

図５−７は、ウェーハ５００およびウェーハ５００の上面上の対応する位置を伴う像面湾曲の断面図である。ウェーハ５００は少なくとも部分的に反っている。図５−７からわかるように、ｘｚ平面上のウェーハ５００の断面図と、ｘｙ平面にあるウェーハ５００の表面の対応する図が図示されている。

図５に、ｘｙ平面にあるウェーハ５００の表面の第１セグメントが示されている。この第１セグメントの表面トポグラフィ５０２は湾曲している。第１セグメントをイメージングする光学システム５０１の像面湾曲は、光学システム５０１のレンズ素子の位置を変更することにより、像面５０３の湾曲した深度（点線で輪郭が描かれている）を有するように調節される。図５でわかるように、表面トポグラフィ５０２は像面５０３の湾曲した深度内に収まる。

図６に、ｘｙ平面にあるウェーハ５００の表面の第２セグメントが示されている。この第２セグメントの表面トポグラフィ５０４は湾曲しており、表面トポグラフィ５０４の曲率は表面トポグラフィ５０２とは異なっている。第２セグメントをイメージングする光学システム５０１の像面湾曲は、光学システム５０１のレンズ素子の位置を変更することにより、像面５０５の湾曲した深度（点線で輪郭が描かれている）を有するように調節される。図６でわかるように、表面トポグラフィ５０４は像面５０５の湾曲した深度内に収まる。

図７に、ｘｙ平面にあるウェーハ５００の表面の第３セグメントが示されている。この第３セグメントの表面トポグラフィ５０６は湾曲しており、表面トポグラフィ５０６の曲率は表面トポグラフィ５０４とも表面トポグラフィ５０２とも異なっている。第３セグメントをイメージングする光学システム５０１の像面湾曲は、光学システム５０１のレンズ素子の位置を変更することにより、像面５０７の湾曲した深度（点線で輪郭が描かれている）を有するように調節される。図７でわかるように、表面トポグラフィ５０６は像面５０７の湾曲した深度内に収まる。

図５−７それぞれにおいて、光学システム５０１によって生成される画像はセグメントの画像にわたり合焦していてもよい。これは、少なくとも部分的には、光学システム５０１によって生じる像面の湾曲した深度と、光学システム５０１内のレンズ素子の位置を調節することにより各セグメントの表面トポグラフィに基づいて像面湾曲を修正することによるものである。一実施形態において、表面の合焦は、±λ／２０ＮＡ^２内に達成され、λは光学システム５０１の平均波長であり、ＮＡは光学システム５０１の開口数である。

図２のオプションのマッピングシステム２０８等のマッピングシステムが、ウェーハ表面のトポグラフィを表すデータを生成するために用いられ得る。そのようなマッピングシステムは、図２のコントローラ２０４等のコントローラと通信してもよい。こうして、マッピングシステムはトポグラフィを含むデータをコントローラに送信することができ、コントローラはマッピングシステムからトポグラフィデータを受け取る。別の実施形態において、マッピングシステムからのトポグラフィデータは後から検査システムによって取り出されるために保存される。マッピングシステムと検査システムは、対応するウェーハを検査する際にウェーハのトポグラフィデータが利用され得るように、共通のウェーハ座標を確立するように構成されてもよい。例えば、マッピングシステムおよび／または 検査システムは、レーザビームをエッジファインダーとして利用してウェーハ座標を確立するように構成されてもよい。ウェーハ座標を確立する別の技法は、本開示に鑑みて明白であろう。

いくつかの実施形態において、図２の検査システム２００等の検査システムはトポグラフィマッピングシステムを備え、コントローラは、包含されるマッピングシステムからトポグラフィデータを受け取る。トポグラフィマッピングシステムと光学システムは、マッピング機能とイメージング機能の同一工程での実行を可能にするために、同じハウジング内に配置されるか、または連結されたハウジング内に配置されてもよい。

マッピングシステムは、ウェーハ表面のｚ方向における相対偏向を測定するために１つ以上の距離計を用いてもよい。生じた画像が合焦していると見做されるためには、ウェーハ表面のトポグラフィは＜±λ／２０ＮＡ^２であり得る。例えば、１つ以上の距離計は、 ウェーハ表面のトポグラフィをマッピングするための、例えばレーザ等のレンジ照明源（複数の照明源）を備えていてもよい。一実施形態において、ウェーハ表面のトポグラフィは、ウェーハの表面から反射するレーザビームのアレイを用いて測定されてもよい。例えば、３つのレーザビームが用いられてもよい。反射されたレーザビームの分離における変化とアレイの空間平行移動が測定されてトポグラフィを決定する。ウェーハ表面の曲率、チルトまたはその他のトポグラフィ質を分析するために、反射されたレーザビームの強度と配向がアルゴリズムに入力され得る。データはウェーハ表面のトポグラフィマップの形式で提供され得る。

図８に示すマッピングシステム８００の実施形態において、ウェーハ８０１の表面のトポグラフィが、レーザ源８０３によって生成される３つのレーザビーム８０２のアレイを用いて測定される。レーザビーム８０２はウェーハ８０１の表面にわたり走査できる。反射されたレーザビーム８０２のアレイは検出器８０４に方向付けられる。ウェーハ８０１の表面から反射されたレーザビーム８０２を用いてトポグラフィが決定される。検出器８０４に接続されたコントローラ８０５等のコントローラが、レーザビーム８０２に基づいてトポグラフィを決定できる。マッピングシステム８００はさらに、レーザビーム８０２を整列または反射させる鏡を含んでもよい。

マッピングシステムは、当業者に周知の別の方法を用いてもよい。例えば、ウェーハのトポグラフィを生成するために、顕微鏡画像のデジタル解釈が用いられてもよい。さらに別の例では、容量ゲージ等の電子センサを用いてウェーハのトポグラフィを生成してもよい。

本開示の方法の一つの実施形態が図９に示されている。９００で、トポグラフィを決定するためにウェーハ表面がマッピングされる。ウェーハ表面の一部または全部は非平面であってよい。９０１で、光学システムの像面湾曲がウェーハ表面のトポグラフィに基づいて修正され、９０２で、ウェーハ表面のセグメントがイメージングされる。像面湾曲は、光学システム内のレンズ素子の位置を変更することによって修正されてもよい。この工程を別のセグメントに対して、所望の個数の画像が撮像されるまで、または所望の量のウェーハ表面がイメージングされるまで繰り返してもよい。

本明細書に開示される方法は、有形媒体を用いて実行されてもよい。例えば、１つ以上のプログラムを備えた非一時的コンピュータ可読記憶媒体が、１つ以上のコンピューティングデバイスで、本明細書に開示される方法を実行するために用いられてもよい。

マッピングシステムを備えた検査システムの１つの典型的な実施形態において、マッピングシステムは、ウェーハの１セグメントに関するトポグラフィデータが、セグメントがマッピングシステムを通過するにつれ生成されるように構成される。マッピングシステムは、コントローラと電気的に通信し、コントローラはセグメントに関するトポグラフィデータを受け取るようになっている。コントローラはトポグラフィデータを用いて光学システム内のレンズ素子の位置を変更して、光学システムの像面湾曲を修正し、その結果、光学システムが、セグメントが光学システムの画界内にある場合にセグメントの容認できる程度に合焦した画像を捕捉するために用いられ得るようにする。そのため、検査システムのコントローラは、セグメントのトポグラフィデータの使用を同じセグメントの画像捕捉と協調させるように構成される。この工程は、ウェーハが検査 システムによって走査される間にサンプルレートで繰り返される。コントローラのタイミングは、画像捕捉が、トポグラフィデータより１つ以上のセグメント分遅延するように構成される。別の実施形態において、ウェーハが光学システムに対して実質的に同じ位置にある間にトポグラフィデータが決定されて画像が捕捉される。

画像捕捉のためにＴＤＩセンサが用いられる場合、コントローラは光学システム内のレンズ素子の位置を変更して像面湾曲を修正し、それにより複数のセグメントのトポグラフィに合わせることに注目すべきである。そのため、隣接するセグメント間のトポグラフィの変更は、各セグメントが修正された（湾曲した）被写界深度内に収まる程度に十分小さくあるべきである。トポグラフィの変化が隣接するセグメントの画像捕捉を妨げる場合、コントローラはＴＤＩセンサに用いられるセンサ列の数を切り詰めて、それにより画像の鮮明さのための画像輝度を犠牲にするように構成されてもよい。

トポグラフィ情報がリアルタイムで取得されるのか記憶装置から取得されるのかに拘らず、トポグラフィ情報が、１つのセグメントに関して調節が必要である（ｚ方向に変位が顕著である等）ことを示す場合、コントローラはその変位に適合するための光学システムの像面湾曲の調節を命令する（必要な場合）。例えば、第３レンズ素子からの第１および第２レンズ素子の距離を変更して、像面湾曲の変化をもたらしてもよい。次に光学システムは次のセグメントに移り、ウェーハ表面の全所望領域が走査されるまでこの工程が繰り返される。

一実施形態において、光学システムのイメージングレンズの像面湾曲は、走査中に継続的に修正され得る。

トポグラフィデータの生成は、チャッキングの後且つ検査開始前に実行され得る。これは、トポグラフィデータが、チャック内で任意のウェーハ撓みを含むことを見込む。トポグラフィデータは、チャッキングの前に生成されてもよい。

光学システムによって生成される画像はピクセル化されてもよい。生じた画像のピクセルサイズはミクロンスケールであってよい。例えば、ピクセルサイズはウェーハの０．１μｍと等しいまたはそれに相当し、合焦度は１μｍ未満であり得る。他のピクセルサイズまたは合焦度が可能である。

この像面湾曲の調節は、光学システムとウェーハが走査中に互いに対して移動するにつれリアルタイムで実行され得る。各セグメントに関してより小さい画界を用い、それにより像面湾曲の変化を極減することによって、より高い検査スループットが達成され得る。

本明細書に記載されたシステムおよび方法は、任意のタイプのウェーハの検査に用いられ得る。例えば、ウェーハは、半導体ウェーハであってもよく、または、ＬＥＤ、太陽電池、磁気ディスク、フラットパネルまたは研磨板の製造に用いられるような別のタイプのウェーハであってもよい。当業者に知られるような他の物体が検査されてもよい。本開示の実施形態は、略円形、略長方形またはその他の形状であってもよいウェーハを検査するように構成されてもよい。例えば、ウェーハは略円形の半導体ウェーハであってもよい。実施形態は、別々のサイズのウェーハを検査するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、ウェーハは１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍまたは４５０ｍｍ等の直径と、約５００μｍから１０００μｍの厚さを有してもよい。別の例において、ウェーハは、約１００ｍｍから２００ｍｍ平方の寸法と約１５０μｍから３００μｍの厚さを有する略長方形の太陽電池であってよい。別の例において、本明細書に記載されるシステムおよび方法は半導体フォトマスクを検査するために用いられてもよい。

ウェーハにわたる反りは、典型的には低周期の凹凸を有して滑らかである。反ったウェーハは実質的にボウル形状を有していてもよい。しかし、反りは、特定の領域にストレスまたは緊張を引き起こすウェーハ加工、ウェーハ上の層、またはウェーハ上の膜によって不規則である場合がある。本開示の実施形態は、センサのタイプに拘らず、不規則な反りの場合でもウェ−ハを適切に検査するように構成され得る。

本発明を１つ以上の特定の実施形態に関して説明してきたが、本開示の範囲から逸脱せずに本開示の別の実施形態が成され得ることが理解されよう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその合理的な解釈によってのみ限定されると見做される。

Claims (19)

1. 検査システムであって、
   レンズ素子を備え、レンズ素子の位置は像面湾曲を修正するために変更され得る、ウェーハの表面のセグメントの画像を捕捉する光学システムと、
   前記ウェーハの表面のトポグラフィデータを受け取り、
   前記光学システムの像面湾曲が修正され、前記ウェーハの表面が前記光学システムの湾曲した被写界深度以内に収まり、セグメントそれぞれの画像がセグメントにわたって合焦した状態となるように、ウェーハの表面のトポグラフィデータに基づいてレンズ素子の位置を変更する、
   ように構成されたコントローラとを備えた検査システム。
2. 請求項１に記載の検査システムであって、表面のトポグラフィデータを生成するマッピングシステムをさらに備え、前記マッピングシステムは前記コントローラに作動的に接続されている検査システム。
3. 請求項２に記載の検査システムであって、前記マッピングシステムはウェーハにわたり走査するレーザビームを生成するように構成された少なくとも１つのレーザを備える検査システム。
4. 請求項１に記載の検査システムであって、前記光学システムが、
   １つ以上のレンズを備えた、正の屈折力を有する第１レンズ素子と、
   １つ以上のレンズを備えた、前記第１レンズ素子の結像側に隣接した、負の屈折力を有する第２レンズ素子と、
   １つ以上のレンズを備えた、前記第２レンズ素子の結像側に隣接した、正の屈折力を有する第３レンズ素子と、を備える検査システム。
5. 請求項４に記載の検査システムであって、前記第１レンズ素子と第２レンズ素子の相対屈折力は、光軸上の物体からの無限遠の光レイトレースが、前記第２レンズ素子と前記第３レンズ素子の間の空間内の光軸と略平行となるように構成され、前記第１レンズ素子と第２レンズ素子は、前記光学システムの背面焦点距離を変えずに前記光学システムの像面湾曲を変更するために前記第３レンズ素子に対して移動可能である検査システム。
6. 請求項４に記載の検査システムであって、前記コントローラと通信するアクチュエータをさらに備え、前記アクチュエータは前記第１レンズ素子および／または前記第２レンズ素子の位置を変更するように構成される検査システム。
7. 請求項１に記載の検査システムであって、ウェーハの寸法にわたり配置された付加的な光学システムをさらに備えた検査システム。
8. 請求項１に記載の検査システムであって、前記ウェーハを保持するように構成されたチャックをさらに備えた検査システム。
9. 請求項８に記載の検査システムであって、前記チャックはエッジグリップチャックを備える検査システム。
10. 請求項１に記載の検査システムであって、ウェーハまたは光学システムの一方を互いに対して移動させるように構成された走査システムをさらに備える検査システム。
11. ウェーハの表面の少なくとも１つのセグメントのトポグラフィデータを受け取るステップと、
    光学システムの像面湾曲を、トポグラフィデータに基づいて、表面の複数のセグメントそれぞれの画像がセグメントにわたって合焦した状態となり、前記ウェーハの表面が前記光学システムの湾曲した被写界深度以内に収まるように修正するステップと、
    を１つ以上のコンピューティングデバイス上で実行するための１つ以上のプログラムを備えた非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
12. 請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記ウェーハの表面をマッピングしてトポグラフィデータを決定するステップをさらに含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
13. 請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、ウェーハまたは光学システムの一方を、前記ウェーハまたは前記光学システムの他方に対して移動させるステップをさらに含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
14. 検査方法であって、
    コントローラにおいて、ウェーハの表面の少なくとも１つのセグメントのトポグラフィデータを受け取り、
    前記ウェーハの表面が光学システムの湾曲した被写界深度以内に収まるように、前記セグメントに対応する画界を有する前記光学システムの像面湾曲を、受け取ったトポグラフィデータに基づいて修正し、
    修正した像面湾曲を用いて前記セグメントの画像を捕捉することを含む方法。
15. 請求項１４に記載の検査方法であって、少なくとも１つのレーザビームで前記表面にわたり走査することにより、前記ウェーハの表面をマッピングしてトポグラフィデータを決定することをさらに含む検査方法。
16. 請求項１４に記載の検査方法であって、前記光学システムのイメージングレンズの像面湾曲が、ウェーハが走査されている間に絶えず修正される検査方法。
17. 請求項１４に記載の検査方法であって、ウェーハまたは光学システムの一方を互いに対して移動させることをさらに含む検査方法。
18. 請求項１４に記載の検査方法であって、チャックを用いてウェーハを保持することをさらに含む検査方法。
19. 請求項１８に記載の検査方法であって、チャックはエッジグリップチャックである検査方法。