JP2024059659A - 荷電粒子ビームシステムにおいてレベル変動を測定するための自己示差共焦点傾斜センサ - Google Patents

荷電粒子ビームシステムにおいてレベル変動を測定するための自己示差共焦点傾斜センサ Download PDF

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Abstract

【課題】荷電粒子ビーム装置において、ウェーハを処理する前に、ウェーハが水平であることを確実にするために高精度に傾斜度を測定する自己示差共焦点傾斜センサを提供する。【解決手段】サンプルであるウェハ２０１の傾斜度を測定するために使用されるセンサ６００であって、光源２７２と、ビームスプリッタを含む第１の光学要素６１０、第２の光学要素６２０及び第３の光学要素６５０と、レンズ６３５と、アパーチャ６６０と、を含む。第１の光学要素は、光源からサンプルに向けて光を供給し、第１の光学要素に入力された光をサンプルから第２の光学要素６２０に向けて供給する。第２の光学要素は、第１のセンシング要素６４０及び第２のセンシング要素６７０に向けて光を供給する。第１のセンシング要素６４０に入射する光ビームは、基準ビームである。アパーチャ６６０は、レンズ６３５の焦点面に配置される。【選択図】図７Ａ

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１９年８月３０日に出願された中国ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＣＮ２０１９／１０３８１９号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本明細書での本説明は、荷電粒子ビームシステムにおいて有用であり得るセンサに関し、より詳細には、協働性ターゲットなどの、サンプルのレベル変動を測定するために使用され得る自己示差共焦点傾斜センサに関する。
[0003] 荷電粒子ビームは、半導体ウェーハ処理の分野において有用であり得る。荷電粒子ビーム装置は、ウェーハなどの、サンプルを処理するために使用され得る。処理は、ウェーハ上にパターンを形成すること又はウェーハを検査することを含み得る。状況により、ウェーハを処理する前に、ウェーハが水平であることを確実にすべきである。
[0004] ウェーハを検査することは、ウェーハの表面トポグラフィを詳細に調べることを伴い得る。汚染物質を含み得る、表面トポグラフィは、ウェーハの表面から散乱される光の分布に影響を及ぼし得る。光散乱分析は、研磨された光学表面、バルク光学材料、表面残留物、又は拡散散乱材料を評価するのに役立ち得る。追加的に、いくつかの検査ツールは、ウェーハの表面粗さを測定し得る。
[0005] また、ウェーハを検査することは、ウェーハ上の欠陥を検出することを伴い得る。例えば、集積回路（ＩＣ）及びメモリデバイスなどの、半導体デバイスの歩留まり及び信頼性を高めるために、ウェーハは、ウェーハに荷電粒子ビームを照射することによって欠陥検査を受けることがある。異物、擦り傷、残留物、ブリッジング欠陥などの、欠陥が、ウェーハ上に存在し、デバイスを電気的に故障させる。このような欠陥は、荷電粒子ビームの照射を受けたウェーハから到来する二次粒子又は後方散乱粒子を分析することによって検出され得る。荷電粒子ビーム装置の例としては、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が挙げられる。
[0006] 半導体デバイスの継続的な小型化に伴って、荷電粒子ビーム装置を使用する検査システムは、より高い性能を要求し得る。例えば、検査システムは、より高い感度、精度などを要求し得る。
[0007] 荷電粒子ビームシステムでは、サンプルは、処理前にプラットフォーム上に配置され得る。例えば、検査対象のウェーハは、ＳＥＭのロード／ロックシステムにロードされ得る。ウェーハは、チャンバ内部のウェーハホルダ上に位置決めされ得る。ウェーハは、検査又は他の処理が実行され得るように特定の位置に配置され得る。例えば、ウェーハは、入射する荷電粒子ビームにウェーハの主表面が垂直になるように位置決めされ得る。
[0008] 本開示の実施形態は、ビームをセンシングするためのシステム及び方法を提供する。いくつかの実施形態では、装置であって、サンプルを照射するように構成された光源と、光源からサンプルに第１の方向に光を供給し及び第１の光学要素に第２の方向に入力された光を別のコンポーネントに第３の方向に供給するように構成された第１の光学要素と、第１のセンシング要素に第４の方向に光を供給し及び第３の光学要素に第５の方向に光を供給するように構成された第２の光学要素とを含む装置が提供され得る。装置は、第３の光学要素を含み得、第３の光学要素は、第２のセンシング要素に光を供給するように構成され得る。装置は、光源からの光を集束させるように構成されたレンズを含み得、レンズは、第２の光学要素とアパーチャとの間に配置され得る。装置はまた、アパーチャを含み得、アパーチャは、第３の光学要素と第２のセンシング要素との間に配置され得、アパーチャは、レンズの焦点面に配置され得る。
[0009] サンプルに向けて光を透過させ及び第２のビームスプリッタに向けて光を反射するように構成された第１のビームスプリッタを含む装置も提供され得る。装置は、第２のビームスプリッタを含み得、第２のビームスプリッタは、第１のビーム経路及び第２のビーム経路に沿って光を透過させるように構成され得る。装置は、第２のビーム経路上に配置されたアパーチャを含み得る。
[0010] 光ビームをセンシングする方法も提供され得る。方法は、第１の光学要素に光を入力することと、第１の光学要素から第２の光学要素に光を入力することと、第１のビーム経路に沿って第２の光学要素から第１のセンシング要素に向けて光を誘導することと、第２のビーム経路に沿って光を集束させることと、アパーチャに光を透過させることとを含み得る。
[0011] 前述の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方は、単に例示的且つ説明的なものに過ぎず、特許請求される、開示の実施形態を制限するものではないことを理解されたい。
[0012] 本開示の上記及び他の態様は、添付の図面と併せて解釈される、例示的な実施形態の説明からより明らかになるであろう。
[0013]本開示の実施形態と一致する、例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システムを図示する概略図である。 [0014]図１の例示的な電子ビーム検査システムの一部であり得る本開示の実施形態と一致する、例示的なロード／ロック装置の概略図である。 [0015]本開示の実施形態と一致する、図２Ｂに示すロード／ロック装置の一部分の平面図である。 [0016]本開示の実施形態と一致する、例示的なロード／ロックシステムを図示する図である。 [0017]本開示の実施形態と一致する、センサの例示的な構造及び相互作用の拡大概略図である。 [0018]本開示の実施形態と一致する、センサの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0018]本開示の実施形態と一致する、センサの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0019]本開示の実施形態と一致する、ビームスプリッタの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0019]本開示の実施形態と一致する、ビームスプリッタの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0019]本開示の実施形態と一致する、ビームスプリッタの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0019]本開示の実施形態と一致する、ビームスプリッタの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0020]本開示の実施形態と一致する、センサの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0020]本開示の実施形態と一致する、センサの例示的な詳細構造を図示する図である。 [0021]本開示の実施形態と一致する、センサを含む例示的なＳＥＭシステムを図示する図である。 [0022]本開示の実施形態と一致する、サンプルをセンシングするために使用され得る例示的な方法を示すフローチャートである。 [0023]本開示の実施形態と一致する、サンプルの傾斜を決定するために使用され得る例示的な方法を示すフローチャートである。
[0024] ここで例示的な実施形態について詳細に言及し、これらの実施形態の例を図面に図示する。以下の説明では、別段の表示がない限り、異なる図面中の同じ番号が同じ又は同様の要素を表す添付の図面を参照する。例示的な実施形態の以下の説明に記載する実施態様は、本発明と一致する全ての実施態様を表すわけではない。むしろ、これらの実施態様は、添付の特許請求の範囲に列挙され得る主題に関連する態様と一致する、装置、システム、及び方法の単なる例である。
[0025] 電子デバイスは、基板と呼ばれるシリコン片上に形成された回路で構成される。多くの回路は、同じシリコン片上に共に形成されることがあり、集積回路又はＩＣと呼ばれる。技術の進歩に伴って、これらの回路の大きさは、更に多くの回路が基板上に収まることができるように著しく小さくなっている。例えば、スマートフォン内のＩＣチップは、親指の爪と同程度の小ささであり得るが、２０億個を超えるトランジスタを含むことがあり、各トランジスタの大きさは、人間の髪の毛の大きさの１／１０００よりも小さい。
[0026] これらの極めて小さなＩＣの作製は、多くの場合、数百にのぼる個別ステップを伴う、複雑で、時間とコストのかかるプロセスである。たった１つのステップでのエラーでさえ、完成したＩＣに欠陥を生じさせ、ＩＣを無駄にする可能性がある。したがって、製造プロセスの１つの目標は、かかる欠陥を回避して、プロセスで製造される機能的ＩＣの数を最大化すること、すなわち、プロセスの全体的歩留まりを向上させることである。
[0027] 歩留まりを改善する１つの要素は、チップ製造プロセスを監視して、チップ製造プロセスが十分な数の機能的集積回路を製造していることを確認することである。プロセスを監視する１つの方法は、チップ回路構造の形成の種々の段階でチップ回路構造を検査することである。検査は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して実行することができる。ＳＥＭは、これらの極めて小さな構造を結像する、実際には、構造の「写真」を撮影するために使用することができる。画像は、構造が適切に形成されたかどうか、また、構造が適切な場所に形成されたかどうかを判定するために使用することができる。構造に欠陥がある場合には、欠陥が再発する可能性が低くなるようにプロセスを調整することができる。
[0028] 傾斜が、結果として得られる画像に影響を及ぼし得るので、サンプルの結像前に、サンプルが傾斜しているかどうかを検出することが有用であり得る。例えば、傾斜によって、サンプルから反射又は生成された電子が、意図しない場所に誘導され得る。電子は、検出器に進むのではなく、検出器以外の場所に誘導されることがあり、検出されないことがある。また、傾斜によって、サンプル上に投影される荷電粒子ビームの焦点精度が低下し得る（例えば、ある箇所ではサンプルの表面よりも上に又は他の箇所ではサンプルの表面よりも下に焦点が形成される）。焦点精度の低下は、結像解像度の低下をもたらし得る。
[0029] 傾斜センサは、サンプルの結像前に傾斜を決定できるように提供され得る。例えば、ＳＥＭは、サンプルレベル変動を測定する傾斜センサを有し得、サンプル傾斜角が指定の閾値よりも大きい場合に警告を発し得る。しかしながら、現行のシステムの１つの問題は、傾斜センサの感度が不十分であり得ることと、サンプルがほんの僅かに傾斜している場合、又は、例えば、粗い表面によって、サンプルから反射された電子が、意図しない場所に向かって進み得るため、サンプルの表面粗さが高い場合に、傾斜角を十分に正確に決定することが困難であり得ることである。粗い表面は、多くの凹凸を含み得、電子がこれらの凹凸で予測できない方向に反射し得る。
[0030] 表面粗さは、サンプルの表面のざらつきを指すことがある。これは、理想的な完全に平坦な平面からの表面の偏差によって定量化され得る。表面粗さの測定値が高いほど、表面は、ざらつきがあり凹凸が多い可能性がある。表面粗さが増すにつれて、傾斜センサとのサンプルの適合性が低下し得る。例えば、傾斜センサは、非常に粗い表面を有するサンプルの傾斜角を正確且つ確実に検出することが困難である場合がある。状況により、比較的平滑な表面を有する協働性ターゲット（例えば、別個の平板又は他の構造）が提供され得る。協働性ターゲットは、比較的粗い表面を有し得る、サンプル上に装着され得、又はサンプルから離隔して且つサンプルに平行に配置され得る。したがって、協働性ターゲットは、ターゲットとしての役割を果たすことができる平滑な箇所を形成し得る。協働性ターゲットの傾斜は、サンプル表面を直接測定するのではなく、サンプルの傾斜を測定するために使用され得る。平板は、サンプルに取り付けられるか、又はサンプルに平行であるため、平板の傾斜は、サンプルの傾斜に相当し、そのため、平板は、サンプルと「協働」すると言うことができる。協働性ターゲットは、サンプルの傾斜度を決定するために光ビームを投影するためのターゲットとしてサンプル自体の代わりに使用され得る。場合により、協働性ターゲットは、サンプルの一部分を選択的に研磨することによってサンプル上に形成され得る。
[0031] 更に、場合により、協働性ターゲットは、サンプルの形成に役立つように使用されるマスクを含み得る。サンプルは、ＩＣコンポーネントが形成される基板（「ウェーハ」とも呼ばれる）を含み得る。パターンを形成してウェーハ上にＩＣコンポーネントを構築することは、マスクを介して光を当てることを伴い得る、フォトリソグラフィによって行われ得る。マスクは、ウェーハから離隔して配置され得、ウェーハに平行であり得る。場合により、マスクは、ウェーハ上に直接形成され得る（例えば、マスク層は、後にウェーハが現像されるときに溶解されるウェーハ上に形成され得る）。ウェーハ上の感光材料が、マスクを介しての光の露光に起因して反応し得、構造がウェーハ上に形成され得る。露光前に、マスクとサンプルとが位置合わせされるべきである。マスクが協働性ターゲットとして使用され得る、ウェーハの傾斜を検出するステップが追加され得る。マスクを使用することは、サンプルの傾斜を間接的に測定する別の例であり得る。
[0032] サンプルの傾斜を正確に測定できない場合には、結像品質に悪影響が及ぼされ得る。ＩＣ構造が小さくなるにつれて、より正確で高感度の傾斜センサを提供することがますます重要になっている。
[0033] 協働性ターゲットを提供することは、粗い表面を有するサンプルを取り扱う１つの方法であり得る。しかしながら、協働性ターゲットを提供すること、例えば、協働性ターゲットを別個に準備して協働性ターゲットをサンプル上に装着すること（又は協働性ターゲットをサンプルに平行に配置すること）に伴うステップは、労力と費用の増大を招くことがある。例えば、協働性ターゲットの傾斜角がサンプルに対応するように、較正が必要とされ得る。更に、サンプルの結像を妨げない場所に協働性ターゲットを位置決めするように注意しなければならない。ＩＣ構造が互いに密集しているので、協働性ターゲットを配置するために利用できる空間が少なくなり得る。追加的に、検査対象の各サンプルに協働性ターゲットを貼り付けるために別のステップが必要とされる場合には、スループット（例えば、１時間当たりに処理されるサンプルの数）が損なわれ得る。状況により、傾斜センサは、協働性ターゲットを必要とせずに、様々なサンプルの傾斜を測定するように構成されることが望ましい。
[0034] 傾斜センシングの課題に対処するためにいくつかの技術が開発されている可能性があるが、これらの技術は、これら自体の特定の問題に直面し得る。例えば、単一のセンシング要素を有する傾斜センサは、単一のセンシング要素が放射源パワー変動及びサンプルターゲットの反射率変動に感応し得るので、傾斜の量を検出するときの感度及び精度に制限を有し得る。
[0035] また、傾斜センサは、センサ構造の一部としてアパーチャを含み得るが、アパーチャは、比較的大きなものであり得る。大きなアパーチャは、本明細書で詳述するように、低い感度をもたらし得、周辺光をセンシング要素へ漏出させ得る。これには、信号対雑音比（ＳＮＲ）を低下させる効果がある場合がある。
[0036] 更に、傾斜センサは、ビームをサンプル上に投影するために使用されるレーザ源を含み得る。レーザ源は寿命が限られていることがある。したがって、レーザ源は、経年使用に伴って劣化して減光し得る。レーザ源の出力もランダムに変動し得る。傾斜センサは、反射されたレーザビームの強度を検出することによって傾斜を測定し得るので、傾斜センサの精度は、使用年数又は他の変動に起因するレーザ源の変化によって影響を受けることがある。例えば、傾斜センサは、減少した検出信号に基づいてウェーハが傾斜していることを誤って報告し得るが、かかる減少は、レーザ源の劣化によるものであり得、ウェーハが実際に傾斜しているからではない。
[0037] 本開示の実施形態は、単一チャンネル信号の変動などの、単一センシング要素型センサのいくつかの問題、又は他の問題に対処し得る。例えば、放射源モジュールパワー変動を打ち消し得る自己示差法が使用され得る。共通モードビームは、基準ビームとして追加され得る。放射源と共焦点関係にあるアパーチャが使用され得る。更に、変調が用いられ得る。
[0038] 基準ビームとしての共通モードの使用によって、レーザ源の劣化が補償され得る。例えば、使用年数又は他の理由に起因してレーザ源の出力が経時的に変化しても、そのような変化は基準ビームと信号ビームの両方に生じるので、これらの変化が相殺され得る。よって、傾斜センサの有効寿命が延長され得る。更に、放射源出力のランダムな変動を補正できるため、精度が高められ得る。
[0039] アパーチャ及び共焦点レンズの使用によって、はるかに小さなサイズ（例えば直径）のアパーチャの使用が可能となり得る。例えば、周辺光は実質的に遮られて孔から漏出しないが、集束ビームは、小さな孔を通過し得る。その一方で、十分な感度を確保するために比較例において必要とされ得る、大きな孔の使用によって、周辺光が孔から漏出することを可能となり得、この周辺光が雑音の原因となり得る。
[0040] 結像性能を高めるために、荷電粒子ビームシステムのロード／ロックシステム内にサンプル（例えば、ウェーハ）を水平に（例えば、傾斜しないように）維持することが望ましい場合がある。例えば、荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビームの照射を受けたウェーハから到来する粒子を収集するように構成された検出器を含み得る。ウェーハから検出される粒子の放出は、ウェーハの向きによって影響を受けることがある。ウェーハが傾斜している場合、ウェーハの傾斜度に応じて粒子の放出度が変化し得る。したがって、ウェーハを水平状態に維持することが望ましい場合がある。更に、ウェーハ自体の表面レベル変動を測定することが望ましい場合がある。
[0041] いくつかの構成では、ウェーハは、基準平面に対して所定の傾斜度を有するように構成され得る。例えば、ウェーハは、斜め入射照射を受け取るように構成され得る。様々な状況において、ウェーハの傾斜を正確に検出できるセンサを提供することが望ましい。
[0042] 本開示の目的及び利点は、本明細書で述べる実施形態に記載される要素及び組み合わせによって実現され得る。しかしながら、本開示の実施形態は、そのような例示的な目的又は利点を達成するのに必ずしも必要であるわけではなく、いくつかの実施形態は、定められた目的又は利点のいずれも達成しないことがある。
[0043] 本開示の範囲を限定することなく、いくつかの実施形態は、電子ビームを利用するシステムにおける検出器及び検出方法を提供する文脈で説明され得る。しかしながら、本開示はそのように限定されるものではない。他の種類の荷電粒子ビームが同様に適用され得る。更に、傾斜を検出するためのシステム及び方法は、光学結像、光検出、ｘ線検出、イオン検出などの、他の結像システムで使用され得る。
[0044] 本明細書で使用される場合、特段の定めがない限り、「又は」という用語は、実行不可能である場合を除き、可能な全ての組み合わせを包含する。例えば、コンポーネントがＡ又はＢを含むと定められている場合、特段の定めがない限り又は実行不可能でない限り、コンポーネントは、Ａ、又はＢ、又はＡ及びＢを含み得る。第２の例として、コンポーネントがＡ、Ｂ、又はＣを含むと定められている場合、特段の定めがない限り又は実行不可能でない限り、コンポーネントは、Ａ、又はＢ、又はＣ、又はＡ及びＢ、又はＡ及びＣ、又はＢ及びＣ、又はＡ及びＢ及びＣを含み得る。
[0045] 本明細書で使用される場合、「傾斜」という用語は、基準に対するサンプルの傾斜度を指すことがある。サンプルは、主平面を有するウェーハであり得る。例えば、ウェーハは、実質的に平面状の薄板と同様の形状を有し得る。ウェーハの「傾斜」とは、ウェーハの主平面が基準平面と共に形成する角度、又は主平面に垂直な線が、ＳＥＭの光軸（例えば、図８の軸１０５）によって画定された線などの、基準線と共に、２つの線が交差する点に形成する角度を指すことがある。「レベル変動」という用語は、サンプル上の異なる場所でのサンプルの傾斜を指すことがある。例えば、サンプルの表面は、第１の場所に第１の傾斜を有し、第２の場所に第２の傾斜を有し得る。
[0046] ここで図１を参照し、図１は、本開示の実施形態と一致する、傾斜センサを含み得る例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システム１０を図示する。ＥＢＩシステム１０は、結像のために使用され得る。図１に示すように、ＥＢＩシステム１０は、メインチャンバ１１と、ロード／ロックチャンバ２０と、電子ビームツール１００と、機器フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）３０とを含む。電子ビームツール１００は、メインチャンバ１１内に位置する。ＥＦＥＭ３０は、第１のロードポート３０ａと第２のロードポート３０ｂとを含む。ＥＦＥＭ３０は、追加のロードポートを含み得る。第１のロードポート３０ａ及び第２のロードポート３０ｂは、検査対象のウェーハ（例えば、半導体ウェーハ若しくは他の材料で作られたウェーハ）又はサンプル（本明細書ではウェーハ及びサンプルはまとめて「ウェーハ」と称されることがある）を収容するウェーハＦＯＵＰ（front opening unified pod）を受け取る。
[0047] ＥＦＥＭ３０内の１つ又は複数のロボットアーム（図示せず）は、ウェーハをロード／ロックチャンバ２０に移送し得る。ロード／ロックチャンバ２０は、大気圧よりも低い第１の圧力に達するようにロード／ロックチャンバ２０内のガス分子を除去するロード／ロック真空ポンプシステム（図示せず）に接続される。第１の圧力に達した後に、１つ又は複数のロボットアーム（図示せず）は、ウェーハをロード／ロックチャンバ２０からメインチャンバ１１に移送し得る。メインチャンバ１１は、第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するようにメインチャンバ１１内のガス分子を除去するメインチャンバ真空ポンプシステム（図示せず）に接続される。第２の圧力に達した後に、ウェーハは、電子ビームツール１００による検査を受ける。電子ビームツール１００は、単一ビームシステム又はマルチビームシステムであり得る。コントローラ１０９は、電子ビームツール１００に電子的に接続され、他のコンポーネントにも電子的に接続され得る。コントローラ１０９は、ＥＢＩシステム１０の種々の制御を実行するように構成されたコンピュータであり得る。コントローラ１０９は、メインチャンバ１１と、ロード／ロックチャンバ２０と、ＥＦＥＭ３０とを含む構造の外側にあるものとして図１に示されているが、コントローラ１０９を構造の一部とすることができることが理解される。
[0048] 図２Ａは、ロード／ロックチャンバ２０内に含まれ得るロード／ロック装置２００の例示的な配置を図示する。ロード／ロック装置２００は、ウェーハ２０１を保持するために提供され得る。ロード／ロック装置２００は、プラットフォームを含み得る。ロード／ロック装置２００のコンポーネントは、ウェーハホルダを構成し得る。例えば、図２Ａに示すように、ロード／ロック装置２００は、ウェーハ２０１を保持するようにウェーハスタンドオフ２３０が設けられた、ステージ２１０上に配置された底板２２０を含み得る。ステージ２１０は移動可能であり得る。複数のウェーハスタンドオフ２３０が設けられ得る。いくつかの実施形態では、３つのウェーハスタンドオフは、３つの保持点が存在し、それにより、平面が画定され得るように設けられ得る。
[0049] センサ２５０も提供され得る。センサ２５０は、傾斜センサを含み得る。センサ２５０は、底板２２０から間隔をおいて配置され得る。センサ２５０は、ビーム２４５をウェーハ２０１に向けて投影するためのエミッタを含み得る。センサ２５０は、ビーム２４５の反射などの、ウェーハ２０１からの信号を受け取るための受信器を含み得る。センサ２５０は、ウェーハ２０１に向けてビーム２４５を直接（例えば垂直に）又はある角度で（例えば、図４を参照）投影するように構成され得る。
[0050] センサ２５０は、ターゲットの特性を測定するように構成され得る。例えば、ターゲットは、図２Ａに示すように、ウェーハ２０１を含み得る。センサ２５０は、ウェーハ２０１の傾斜を測定するように構成され得る。ウェーハ２０１の傾斜は、基準平面に対する傾斜であり得る。基準平面は、ウェーハスタンドオフ２３０の保持点によって形成された平面を含み得る。基準平面は、ステージ２１０が移動可能である平面に平行であり得る。例えば、ステージ２１０は、図２Ｂの平面図に示すように、Ｘ－Ｙ平面内で移動可能であり得る。基準平面は、Ｘ－Ｙ平面に平行であり得る。ステージ２１０は、Ｘ－Ｙ平面内で回転可能であり得る。ウェーハ２０１の特性を測定することは、軸を中心にウェーハ２０１を回転させることを伴い得る。ウェーハ２０１の表面上の種々の箇所は、ウェーハ２０１を移動させることによってセンシングされ得る。
[0051] 図３は、ロード／ロック装置２００がその一部であり得るロード／ロックシステム３００を図示する。ロード／ロックシステム３００は、検査のためにウェーハ２０１を真空環境に又は真空環境から移送するために使用され得る。ロード／ロック装置２００（括弧で示す）は、真空引きされ得るように、筐体（図示せず）によって密閉され得る。ロード／ロックシステム３００自体は、密閉チャンバ内に配置され得る。図３に示すように、ロード／ロックシステム３００は、ポンプ３０１を含み得る。ポンプ３０１は、所定の真空レベルに達するまでチャンバを真空にするために使用され得る。例えば、ポンプ３０１は、少なくとも１０－５トルに達するまで動作するように構成され得る。次いで、ウェーハ２０１が、検査のために別の場所に移送され得る。ダンパ３０２が設けられ得る。ダンパ３０２は、ウェーハ２０１に対するポンプ３０１からの振動の影響を軽減するために使用され得る。ポンプゲート弁３０３が設けられ得る。ポンプゲート弁３０３は、ポンプ３０１をオン又はオフに切り替えるために使用され得る。
[0052] センサ２５０は、ロード／ロックシステム３００のコンポーネントに実装され得る。センサ２５０は、マウント３０５に取り付けられ得る。センサ２５０は、光ビームをウェーハ２０１上に投影するように構成され得る。光ビームがセンサ２５０からウェーハ２０１の表面に進むことを可能にするために、チャネル、ビューポート、又は孔などの、開口部が設けられ得る。例えば、天板２６０は、センサ２５０から投影されたビームが通過してウェーハ２０１に達し得る開口部を含み得る。
[0053] センサ２５０は、荷電粒子ビーム装置のコンポーネントに実装され得る。例えば、センサ２５０は、上述したように、ロード／ロックシステム３００に実装され得る。いくつかの実施形態では、センサ２５０は、ＳＥＭコラム上に配置され得る。センサ２５０は、ウェーハが処理位置に位置決めされたときに、ウェーハの上方に位置するように位置決めされ得る。センサ２５０は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第６２／７８７，１２８号に示すような荷電粒子ビーム装置内に設置され得る。センサ２５０は、ウェーハ２０１に対する処理を実施する前に、ウェーハ２０１の特性を測定するために使用され得る。例えば、センサ２５０は、ウェーハ２０１の傾斜を測定し得、検査を行う前にウェーハ２０１が水平であることを確実にするために使用され得る。
[0054] 図４は、ウェーハ２０１との相互作用を示すセンサ２５０の例示的な構造の拡大概略図である。センサ２５０は、放出器２５１と受信器２５２とを含み得る。放出器２５１は、ビーム２４５を放出するように構成され得る。ビーム２４５は、レーザビームであり得る。ビーム２４６は、ウェーハ２０１の表面でのビーム２４５の反射によって形成され得る。受信器２５２は、ビーム２４６を受け取るように構成され得る。受信器２５２は、ビームエネルギーの受け取りに応答して出力を生成するように構成され得る。受信器２５２は、フォトダイオードを含み得る。センサ２５０は、ウェーハ２０１の傾斜を検出するように構成され得る。センサ２５０は、受信器２５２へのビームの入射によって生成される出力信号に基づいてウェーハの傾斜を決定するように構成され得る。ウェーハ２０１が傾斜している場合、ビーム２４６は、受信器２５２の場所以外の場所に誘導され得、センサ２５０の出力が変化し得る。図４は、ビーム２４５が斜めの角度でウェーハ２０１上に投影されることを示しているが、ビーム２４５はウェーハ２０１上に垂直に誘導され得ることが理解されるであろう。更に、協働性ターゲットは、ウェーハ２０１上に別個に設けられ得、ビームは、ウェーハ２０１上に直接誘導されるのではなく、協働性ターゲット上に誘導され得ることが理解される。
[0055] 図５Ａは、センサ２５０の一例であり得るセンサ２５０ａの詳細構造を示す。センサ２５０ａは、回路基板２７１を含み得る。回路基板２７１は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る。回路基板２７１は、略平面部材であり得る。回路基板の使用は、センサの経済的で小型の構造を実現するのに有用であり得る。センサ２５０ａは、光源２７２を含み得る。光源２７２は、回路基板２７１に実装され得る。光源２７２は、対象物を照射するように構成され得る。光源２７２は、レーザビームを生成するように構成され得る。光源２７２は、レーザダイオード、ＬＥＤ、又はフィラメントなどを含み得る。センサ２５０ａは、センシング要素２７３を含み得る。センシング要素２７３は、フォトダイオードを含み得る。センシング要素２７３は、回路基板２７１に実装され得る。光源２７２及びセンシング要素２７３は、実質的に同じ平面上に配置され得る。
[0056] センサ２５０ａは、レンズ、偏向器、ミラー、フィルタ、ビームスプリッタ、光学系などの、光学要素を含み得る。図５Ａに示すように、センサ２５０ａは、コリメータ２７４を含み得る。コリメータ２７４は、光源２７２から到来する光を平行にするように構成され得る。コリメータ２７４は、コリメートレンズを含み得る。レンズに加えて、偏向器などの、他の構造も用いられ得る。コリメータ２７４から出射した光は、略平行ビームを形成し得る。コリメータ２７４は、平行ビームを特定の方向に形成するように構成され得る。コリメータ２７４は、光源２７２からの光を特定の方向に沿って供給するように構成され得る。コリメータ２７４は、実質的に特定の方向に進む光線のみが通過するように、コリメータ２７４を特定の方向以外の方向に通り抜ける光線をフィルタリングするように構成され得る。コリメータ２７４からの光は、ウェーハ２０１に向けて誘導され得る。１つ又は複数の他の光学要素は、光源２７２とウェーハ２０１との間に配置され得る。
[0057] センサ２５０ａは、ビームスプリッタ２７５を含み得る。ビームスプリッタ２７５は、光を選択的に供給するように構成され得る。例えば、ビームスプリッタ２７５は、ビームスプリッタ２７５に入力された光を第１の方向に通過させ且つビームスプリッタ２７５に入力された光を第２の方向に反射するように構成され得る。図５Ａに示す構成では、第１の方向は、光源２７２からビームスプリッタ２７５への方向であり得る。第２の方向は、ウェーハ２０１からビームスプリッタ２７５への方向であり得る。第１の方向と第２の方向は互いに逆向きであり得る。第１の方向及び第２の方向の例が図６Ａに示されている。
[0058] 図６Ａは、ビームスプリッタ２７５を通る光伝搬挙動を図示する。光は、光源によってビームスプリッタ２７５に入力され得る。サンプルから反射された光も、ビームスプリッタ２７５に入力され得る。図６Ａに示すように、第１の光ビーム４１１は、ビームスプリッタ２７５に向けて誘導され得る。第１の光ビーム４１１は、コリメータ２７４を通過した（図５Ａを参照）、光源２７２からの光ビームであり得る。ビームスプリッタ２７５は、複数の主方向を有し得る。図６Ａに示すように、第１の方向４１０、第２の方向４２０、第３の方向４３０、及び第４の方向４４０が存在し得る。第１の方向～第４の方向４１０、４２０、４３０、４４０は座標軸を定め得る。第１の方向４１０と第２の方向４２０は互いに逆向きであり得る。第１の方向４１０と第２の方向４２０は平行であり得る。図６Ａに示すように、第１の方向４１０と第２の方向４２０はいずれも、実線矢印で示す位置においてビームスプリッタ２７５に向かう方向であり得る。
[0059] 同様に、第３の方向４３０と第４の方向４４０は互いに逆向きであり得る。第３の方向４３０と第４の方向４４０は平行であり得る。図６Ａに示すように、第３の方向４３０と第４の方向４４０はいずれも、実線矢印で示す位置においてビームスプリッタ２７５から離れる方向であり得る。
[0060] 第１の光ビーム４１１は、ビームスプリッタ２７５に入力され得る。第１の光ビーム４１１からの一部の光は、第４の方向４４０に反射され得る。第２の光ビーム４１２は、ビームスプリッタ２７５から放出され得る。第２の光ビーム４１２は、ビームスプリッタ２７５から第４の方向４４０に出力され得る。第２の光ビーム４１２は、別の光学要素に向けて誘導され得る。第２の光ビーム４１２は、他のセンサコンポーネントと干渉しないように、光吸収要素によって吸収され得る。
[0061] ビームスプリッタ２７５に入力された第１の光ビーム４１１からの一部の光を、ビームスプリッタ２７５に透過させ得る。第３の光ビーム４１３は、ビームスプリッタ２７５の一方側から、光が出射し得るビームスプリッタ２７５の反対側に進み得る。ビームスプリッタ２７５は、第４の光ビーム４１４を出力し得る。第４の光ビーム４１４は、サンプルに向けて誘導され得る。ビームスプリッタ２７５からの第４の光ビーム４１４の放出方向は、第１の方向４１０であり得る。第４の光ビーム４１４は、オフセットｄを伴ってビームスプリッタ２７５から出力され得る。例えば、ビームスプリッタ２７５は厚さｔを有し得、光は、ビームスプリッタ２７５を通り抜けるときに屈折され得る。いくつかの実施形態では、オフセットｄを打ち消すように構成され得る補償板が設けられ得る。
[0062] 第２の光ビーム４１２と第４の光ビーム４１４との間で分割される光の割合は、ビームスプリッタ２７５の特性によって決定され得る。ビームスプリッタ２７５の特性は、その構造又は材料構成などに基づいて決定され得る。ビームスプリッタ２７５は、平板型ビームスプリッタであり得る。ビームスプリッタ２７５は、透過率及び反射率特性を有し得る。ビームスプリッタ２７５は、ビームスプリッタ２７５に第１の方向に入力された第１の割合の光がビームスプリッタ２７５を通過し且つビームスプリッタ２７５に第２の方向に入力された第２の割合の光が別の方向に反射されるように構成され得る。
[0063] 図６Ａに示すように、第５の光ビーム４１５は、ビームスプリッタ２７５に向けて誘導され得る。第５の光ビーム４１５は、ウェーハ２０１の表面から反射されてアパーチャ２７６を通過した（図５Ａを参照）、又はアパーチャ２７６をまだ通過していない（図５Ｂを参照）、ウェーハ２０１からの光ビームであり得る。第５の光ビーム４１５は、ビームスプリッタ２７５に向けて第２の方向４２０に誘導され得る。第５の光ビーム４１５は、ビームスプリッタ２７５に出力され得る。第５の光ビーム４１５からの一部の光は、第３の方向４３０に反射され得る。第６の光ビーム４１６は、ビームスプリッタ２７５から放出され得る。第６の光ビーム４１６は、ビームスプリッタ２７５から第３の方向４３０に出力され得る。第６の光ビーム４１６は、別の光学要素に向けて誘導され得る。
[0064] ビームスプリッタ２７５に入力された第４の光ビーム４１４からの一部の光を、ビームスプリッタ２７５に透過させ得る。第３の光ビーム４１３と同様に、第７の光ビーム４１７は、ビームスプリッタ２７５の一方側から、光が出射し得るビームスプリッタ２７５の反対側に進み得る。ビームスプリッタ２７５は、第８の光ビーム４１８を出力し得る。ビームスプリッタ２７５からの第８の光ビーム４１８の放出方向は、第２の方向４２０であり得る。第８の光ビーム４１８は、別の光学要素に向けて誘導され得る。第８の光ビーム４１８は、他のセンサコンポーネントと干渉しないように、光吸収要素によって吸収され得る。第８の光ビーム４１８は、オフセットを伴ってビームスプリッタ２７５から出力され得、光源２７２又はコリメータ２７４（図５Ａを参照）から間隔をおいて配置された光吸収要素（図示せず）に向けて誘導され得る。第６の光ビーム４１６と第８の光ビーム４１７との間で分割される光の割合は、ビームスプリッタ２７５の特性によって決定され得る。
[0065] 図６Ｂに示すように、ビームスプリッタ２７５に向かって戻る光は、ビームスプリッタ２７５から放出される光の投影方向に対して傾斜され得る。例えば、第４の光ビーム４１４は、サンプルに向けて垂直に誘導され得る。サンプルは、例えば、傾斜しているか又は凹凸である可能性があるので、第５の光ビーム４１５は、ある角度でビームスプリッタ２７５に向かって戻り得る。結果として、第６の光ビーム４１６は、ビームスプリッタ２７５から斜めに出力され得る。
[0066] 図５Ａに示すように、センサ２５０ａは、アパーチャ２７６を含み得る。アパーチャ２７６は、材料に形成された開口部を指すことがある。例えば、アパーチャ２７６は、孔を有する板によって形成され得る。アパーチャ２７６上に投影される一部の光は通過し得、一部は、アパーチャ２７６によって遮断され得る。アパーチャ２７６は、所定量の光がウェーハ２０１上に投影されることを可能にするように構成されたサイズを有し得る。アパーチャ２７６は、ビーム制限アパーチャとして構成され得る。いくつかの実施形態では、アパーチャ２７６は、所定の直径のビームが通過することを可能にするように構成され得る。
[0067] センサ２５０ａは、焦点レンズ２７７を含み得る。焦点レンズ２７７は、光源２７２の像を形成するように構成され得る。像は、焦点面に形成され得る。焦点レンズ２７７を通過した光線は、焦点面上の点に集束され得る。焦点レンズ２７７は、アパーチャ２７６とセンシング要素２７３との間に配置され得る。より具体的には、焦点レンズ２７７は、ビームスプリッタ２７５とミラー２７８との間に配置され得る。焦点レンズ２７７は、センシング要素２７３が配置される平面に焦点面を形成するように構成され得る。焦点レンズ２７７から供給された光は、センシング要素２７３上に集束され得る。
[0068] センサ２５０ａは、ミラー２７８を含み得る。ミラー２７８は、センシング要素２７３に向けて光を誘導するように構成され得る。焦点レンズ２７７を通過した光は、ミラー２７８で反射され、センシング要素２７３に誘導され得る。
[0069] センサ２５０ａの動作中に、平行ビームは、アパーチャを通過し、フォトダイオードなどの、光検出器に最終的に衝突し得る。例えば、光源２７２とコリメータ２７４とによって形成された平行ビームは、ビームスプリッタ２７５を通して供給され、アパーチャ２７６を通過し、ウェーハ２０１に衝突し得る。反射ビームは、アパーチャ２７６を通って戻り、ビームセパレータ２７５で反射し、焦点レンズ２７７に入力され得る。反射ビームの平行光線は、センシング要素２７３に焦点が形成されるように焦点レンズ２７７によって集束され得る。センシング要素２７３に入射する光は、検出のために使用され得る。例えば、センサ２５０ａが傾斜センサとして使用される場合、ウェーハ２０１の傾斜は、センシング要素２７３に入射する光の量又は強度に影響を及ぼし得る。ウェーハ２０１が傾斜している場合、ウェーハ２０１の表面で反射された光は、アパーチャ２７６によって遮断され得る。次いで焦点レンズ２７７に透過させ、最終的にセンシング要素２７３に向けて誘導される光の量が減少し得る。したがって、センシング要素２７３を形成し得るフォトダイオードからの出力が、より低くなり得、傾斜度が決定され得る。
[0070] 図６Ｃ及び図６Ｄは、ウェーハ２０１の傾斜効果を示す。図６Ｃに示すように、ウェーハ２０１が水平である場合、第４の光ビーム４１４は、ウェーハ２０１で反射されて、第５の光ビーム４１５を形成し得、第５の光ビーム４１５は、ビームスプリッタ２７５に入力され得る。第５の光ビーム４１５は、ビームスプリッタ２７５で反射されて、第６の光ビーム４１６を形成し得、次いで、第６の光ビーム４１６は、アパーチャ２７６を通過し得る。この光は、最終的にセンシング要素２７３に達し得る（図５Ｂを参照）。
[0071] しかしながら、図６Ｄに示すように、ウェーハ２０１が傾斜している場合、ビームスプリッタ２７５から出力された光は、アパーチャ２７６によって遮断され得る。光ビームは、単一の線として示されているが、角度及びエネルギーの幅及び分布を有する光柱を含み得ることが理解されるであろう。コリメータを通過した光は、実質的に等しい角度分布を有する光線を含み得る（例えば、全ての光線が互いに実質的に平行である）。ウェーハ２０１が水平である場合、第６の光ビーム４１６の光の実質的に全てが、アパーチャ２７６を通過し得る。ウェーハ２０１が傾斜している場合、一部の光はアパーチャ２７６を通過し得るが、一部の光は通過しない。センシング要素２７３において検出された光の強度は、センシング要素２７５から出力された光の角度に起因して変化し得、結果として、一部の光は、センシング要素２７３に進むことが阻止される。
[0072] センサは、コンポーネントを通過する反射光の量をウェーハ２０１の傾斜が増大するにつれて変化させるように構成されたコンポーネントを含み得る。コンポーネントは、コンポーネントを通過する光の量をウェーハ２０１の傾斜が増大するにつれて低減するように構成され得る。コンポーネントは、アパーチャ２７６を含み得る。ウェーハ２０１が傾斜するにつれて、ウェーハ２０１から反射される光の放出角が変化し得る。ウェーハ２０１から反射される光の角度の変化は、コンポーネントを通過する光の量又は強度を変化させ得る。
[0073] センサ２５０ａは、センシング要素２７３に入射する光の特性の変化に基づいてウェーハ２０１の傾斜を決定するように構成され得る。特性は、例えば、光の量又は強度を含み得る。センシング要素２７３上の光量の変化は、ウェーハ２０１の傾斜に対応し得る。例えば、センシング要素２７３に達する反射光は、アパーチャ２７６によって光が遮断されることに起因して、ウェーハ２０１の傾斜に基づいて変化し得る。しかしながら、光源２７２はまた、パワー変動を示し得る。更に、ウェーハ２０１は、反射率変動を有し得る。例えば、ウェーハ２０１が傾斜していない場合でも、ウェーハ２０１で反射される光の量は、場所毎に変化し得る。したがって、センシング要素２７３の出力の変化は、全ての状況において必ずしもウェーハ２０１の傾斜を正確に反映するとは限らない。
[0074] 追加的に、センサ２５０ａは、単一のセンシング要素２７３のみを含み得る。アパーチャ２７６は、十分な量の光がセンシング要素２７３に達することを可能にするために比較的大きなものであり得る。例えば、アパーチャ２７６のサイズは、直径が約２ｍｍであり得る。大きなアパーチャサイズによって、周辺光がセンサ２５０ａに漏出してセンシング要素２７３に達し得る。周辺光が雑音の原因となり得る。したがって、信号対雑音比（ＳＮＲ）を悪化させ得る。
[0075] 図５Ｂは、センサ２５０の別の例であり得るセンサ２５０ｂの詳細構造を示す。センサ２５０ｂは、アパーチャ２７６の場所が修正されることを除いてセンサ２５０ａと同様であり得る。例えば、図５Ｂでは、アパーチャ２７６は、ビームスプリッタ２７５と焦点レンズ２７７との間に配置される。いくつかの実施形態（図示せず）では、アパーチャ２７６は、焦点レンズ２７７とミラー２７８との間に、又はミラー２７８とセンシング要素２７３との間に配置される。いくつかの実施形態では、ミラー２７８は、センサ２０５ａ又はセンサ２５０ｂの一部として含まれていない。ミラー２７８を含まないいくつかの実施形態では、アパーチャ２７６は、焦点レンズ２７７とセンシング要素２７３との間に配置され得る。図５Ｂの配置では、光はアパーチャ２７６を一度だけ通過する。センサ２５０ｂは、より多量の平行光がウェーハ２０１に達することを可能にし得る。それゆえ、より多量の光が反射されてビームスプリッタ２７５に戻され得る。アパーチャ２７６は依然として一部の光を遮断するように機能する一方で、比較的大量の反射光をアパーチャ２７６に通過させ得る。センサ２５０ｂは、センサ２７３でのより大きな信号の生成を可能にし得る。
[0076] いくつかの実施形態では、光源２７２は、別の放射源からの光が通過するアパーチャによって形成され得る。例えば、本明細書における図は、回路基板に実装された発光ダイオードなどの、光源の構造を示し得るが、光源２７２は、別の光源からの光が透過される、回路基板（又は別の構造）における開口部によって形成され得る。光源２７２の開口部は、ビーム制限アパーチャを構成し得る。
[0077] 図示のように、例えば、図５Ａ及び図５Ｂのセンサ２５０ａ及びセンサ２５０ｂに関して、センサは、単一のセンシング要素のみを使用し得る。このようなセンサは、単一チャンネル信号の変動の影響を受けやすい可能性がある。この変動は、光源モジュールのパワー変動によるものであり得る。電源変動を打ち消すために、自己示差法が使用され得る。
[0078] 自己示差法では、複数のセンシング要素が用いられ得る。共通モードは、基準としての役割を果たすように提供され得る。例えば、センサは、基準ビームが第１のセンシング要素に向けて誘導されるように構成され得る。第２のセンシング要素は、基準ビームとの比較に基づくサンプルの特性を決定するために使用され得る。
[0079] 図７Ａは、センサ６００の詳細構造を示す（センサ６００が点線の矩形で示されている）。センサ６００は、基部６０１を含み得る。基部６０１は、ＰＣＢなどの、回路基板であり得る。基部６０１は、他のコンポーネントが設けられ得る略平面部材であり得る。センサ６００は、上述したものと同様の光源２７２を含み得る。光源２７２は、基部６０１に実装され得る。光源２７２は、ウェーハ２０１などの、サンプルを照射するように構成され得る。センサ６００は、第１のセンシング要素６４０を含み得る。第１のセンシング要素６４０は、フォトダイオードを含み得る。第１のセンシング要素６４０は、基部６０１に実装され得る。センサ６００はまた、第２のセンシング要素６７０を含み得る。第２のセンシング要素６７０は、フォトダイオードを含み得る。光源２７２、第１のセンシング要素６４０、及び第２のセンシング要素６７０は、実質的に同じ平面上に配置され得る。第１のセンシング要素６４０に入射するビームは、以下で述べるように、基準として使用され得る。
[0080] センサ６００は、光学要素を含み得る。図７Ａに示すように、センサ６００は、上述したものと同様の、コリメータ２７４を含み得る。コリメータ２７４は、光源２７２から第１の方向に沿って光を供給するように構成され得る。第１の方向は、基部６０１からコリメータ２７４への方向であり得る。第１の方向は、ウェーハ２０１に向かう方向であり得る。コリメータ２７４からの光は、ウェーハ２０１に向けて誘導され得る。図７Ａの図で分かるように、第１の方向は、ウェーハ２０１に向かって下向きであり得る。
[0081] センサ６００は、第１の光学要素６１０を含み得る。第１の光学要素６１０は、上述したビームスプリッタ２７５などの、ビームスプリッタを含み得る。第１の光学要素６１０は、第１の光学要素６１０に入力された光を複数の方向に供給するように構成され得る。第１の光学要素６１０は、その光供給方向のうちの一方向が光源２７２の放出方向と位置合わせされ得るように、センサ６００内に配向され得る。第１の光学要素６１０は、第１の光学要素６１０に入力された光を第１の方向に通過させ且つ第１の光学要素６１０に入力された光を第２の方向に反射するように構成され得る。第１の方向は、図７Ａで分かるように、下向きであり得る。第２の方向は、第１の方向と逆向きであり得る。第２の方向は、図７Ａで分かるように、上向きであり得る。
[0082] コリメータ２７４からの光は、第１の光学要素６１０に入力され得る。この光は、第１の光学要素６１０に第１の方向に入力され得る。第１の光学要素６１０は、この光がウェーハ２０１に向かって進むように光を出力し得る。光は、第１の光学要素６１０を第１の方向に通過することによってウェーハ２０１に供給され得る。ウェーハ２０１から反射されて戻された光はまた、第１の光学要素６１０に入力され得る。ウェーハ２０１から反射されて戻された光は、第１の光学要素６１０に第２の方向に入力され得る。第１の光学要素６１０は、この光を第３の方向に出力し得る。第３の方向は、第１の方向又は第２の方向に垂直であり得る。図７Ａに示すように、光は、第１の光学要素６１０から第２の光学要素６２０に向けて第３の方向（左方）に出力される。図７Ａに示す状態では、第３の方向は、第１の方向及び第２の方向に垂直である。ウェーハ２０１から反射されて戻された光が必ずしも第１の光学要素６１０に向かって真っ直ぐに戻るとは限らないことが理解されるであろう。例えば、ウェーハ２０１が傾斜している場合、ウェーハ２０１から第１の光学要素６１０に入力された光は、図７Ａに示す状態では、第１の光学要素６１０に第２の方向に入力された光に対して傾斜され得る。よって、第１の光学要素から第２の光学要素６２０に向けて出力された光は、斜めに誘導され得る。概して第３の方向に出力された光は、第１の方向に対して傾斜され得る。第３の方向は、第２の方向に対して垂直のままであり得る。第１の光学要素６１０は、光の入力方向に対して垂直に光を誘導するように構成され得る。第２の光学要素６２０は同様に構成され得る。
[0083] 第２の光学要素６２０は、ビームスプリッタ２７５などの、ビームスプリッタを含み得る。第２の光学要素６２０は、第１の光学要素６１０と同様に、第２の光学要素６２０に入力された光を複数の方向に供給するように構成され得る。第２の光学要素６２０は、その光供給方向のうちの一方向が第１の光学要素６１０の出力方向と位置合わせされ得るように、センサ６００内に配向され得る。
[0084] 第２の光学要素６２０は、第２の光学要素６２０を通過したビームの特性を変化させるように構成され得る。第２のセンシング要素６２０に入力された光ビームを、第２の光学要素６２０に透過させ得る。透過光ビームの特性は、ウェーハ２０１の傾斜に応じて変化し得る。特性は、ビームの光量を含み得る。特性はビームの強度を含み得る。特性は、ビームによってセンシング要素上に形成されたスポットの輝度を含み得る。
[0085] 第２の光学要素６２０は、第２の光学要素６２０に第３の方向に入力された光を分割して複数の方向に透過させるように構成され得る。第２の光学要素６２０に第３の方向に入力された光は、第４の方向及び第５の方向に出力され得る。第４の方向は、第２の方向（例えば、図７Ａでは上方）と同様であり得る。第４の方向は、第２の方向に平行であり得る。ここでは、「第４の方向」は、図６Ａに関して上述した「第４の方向」とは異なり得る。第４の方向及び第５の方向は、第２の光学要素６２０に関連付けられ得る。第５の方向は、第３の方向（例えば、図７Ａでは左方）と同様であり得る。第５の方向は、第３の方向に平行であり得る。第２の光学要素６２０は、その出力間で、例えば、第４の方向に放出される光と第５の方向に放出される光との間で、所定の割合の光を分割するように構成され得る。第４の方向と第５の方向との間での光の分割は、例えば、第２の光学要素６２０の構造又は材料構成に基づいて設定され得る。上記の第１の光学要素６１０の説明と同様に、ウェーハ２０１が傾斜している場合、第２の光学要素６２０から出力された光は、図７Ａに示す状態では、第２の光学要素６２０から第４の方向及び第５の方向に出力された光に対して傾斜され得る。
[0086] 第１の光学要素６１０及び第２の光学要素６２０の特性は異なり得る。例えば、いくつかの実施形態では、第１の光学要素６１０は、第２の光学要素６２０が高い透過率を有するように構成される一方で、高い反射率を有するように構成され得る。第１の光学要素６１０は、第２の方向に（例えば、ウェーハ２０１に向けて）できる限り多くの光を出力し且つ第３の方向に（例えば、第２の光学要素６２０に向けて左方に）できる限り多くの光を反射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、第１の光学要素６１０は、損失を低減するように構成され得る。
[0087] 第２の光学要素６２０は、複数のビーム経路に沿って光を分割して出力するように構成され得る。第２の光学要素６２０から出力されたビームの経路は、第２の光学要素６２０から第１のセンシング要素６４０に進み得る。第２の光学要素６２０から出力された別のビームの経路は、第２の光学要素６２０から第２のセンシング要素６７０に進み得る。「ビーム経路」は、ビームスプリッタなどの、入力ビームを複数の出力ビームに分割する光学要素から出力された後にビームが辿る経路として定義され得る。ビーム経路は、光学要素に関連付けられ得る。
[0088] センサ６００は、第１のレンズ６３０を含み得る。第１のレンズ６３０は、集光レンズを含み得る。第１のレンズ６３０は、第１のレンズ６３０に入力された光を集束させるように構成され得る。第１のレンズ６３０は、第１のセンシング要素６４０上に光を集束させ得る。第１のレンズ６３０は、第２の光学要素６２０と第１のセンシング要素６４０との間に配置され得る。第１のレンズ６３０は、第２の光学要素６２０から続く第１のビーム経路上に配置され得る。
[0089] センサ６００は、第２のレンズ６３５を含み得る。第２のレンズ６３５は、第２の光学要素６２０から続く第２のビーム経路上に配置され得る。第２のレンズ６３５は、図５Ａ及び図５Ｂの焦点レンズ２７７などの、集束レンズを含み得る。第２のレンズ６３５は、第２のレンズ６３５に入力された光を集束させるように構成され得る。第２のレンズ６３５は、焦点面に像を形成し得る。第２のレンズ６３５を通過した光線は、焦点面上の点に集束され得る。第２のレンズ６３５は、第２の光学要素６２０と第２のセンシング要素６７０との間に配置され得る。第２のレンズ６３５は、第２の光学要素６２０とアパーチャ６６０との間に配置され得る。いくつかの実施形態では、第２のレンズ６３５は、第２の光学要素６２０と第３の光学要素６５０との間に配置され得る。第２のレンズ６３５は、アパーチャ６６０が配置される平面に焦点面を形成するように構成され得る。第２のレンズ６３５から供給された光は、アパーチャ６６０の開口部の中心点に集束され得る。
[0090] アパーチャ６６０は、センサ６００内に設けられ得る。アパーチャ６６０は、材料に形成された開口部を指すことがある。例えば、アパーチャ２７６と同様に、アパーチャ６６０は、孔を有する板によって形成され得る。アパーチャ６６０はピンホールを含み得る。アパーチャ２７６と比較して、アパーチャ６６０は、著しく小さな開口部を有し得る。光は、第２のレンズ６３５によってアパーチャ６６０の中心に集束されるように構成され得る。第２のレンズ６３５は、正確な位置に光を集束させるように構成され得る。したがって、アパーチャ６６０は、第２のレンズ６２５がビームを集束させるように構成される正確な場所に開口部を有するように構成され得る。アパーチャ６６０のサイズは、第２のレンズ６３５の集束力に基づき得る。いくつかの実施形態では、アパーチャ６６０は、５００μｍ以下である開口部を有し得る。いくつかの実施形態では、アパーチャ６６０は、１００μｍ以下である開口部を有し得る。
[0091] アパーチャ６６０は、センシング要素６７０の近傍に配置され得る。センシング要素６７０は、アパーチャ６６０のすぐ下流に位置し得る。第２のレンズ６３５は、アパーチャ６６０が配置される焦点面に光を集束させるように構成され得る。焦点面からの距離が長くなるにつれて、光の分散が大きくなり得る。それゆえ、センシング要素６７０を第２のレンズ６３５の焦点面のできる限り近くに位置決めすることが有利であり得る。これにより、センシング要素６７０のサイズを最小化することが可能となり得る。
[0092] センサ６００は、第３の光学要素６５０を含み得る。第３の光学要素６５０は、第２の光学要素６２０から続く第２のビーム経路上に配置され得る。第３の光学要素６５０は、第２の光学要素６２０から出力された光の伝搬方向を変えるように構成され得る。第３の光学要素６５０は、ビームが入力される方向に垂直な方向にビームを出力するように構成され得、ほとんど又は全く損失なしにビームを出力し得る。第３の光学要素６５０は、ミラーであり得る。第３の光学要素６５０は、第２の光学要素６２０の第２のビーム経路上における、センサ６００内の第２のレンズ６３５の下流に配置され得る。
[0093] また、第２のビーム経路上には、アパーチャ６６０及び第２のセンシング要素６７０が配置され得る。したがって、第２の光学要素６２０は、第１のビーム経路に沿って第１のセンシング要素に向けて光を透過させ且つ第２のビーム経路に沿って第２のセンシング要素に向けて光を透過させるように構成され得る。
[0094] センサ６００は、サンプルの高さ変化に対する耐性を有するように構成され得る。例えば、動作中に、センサ６００は、ウェーハ２０１の傾斜を検出し得る。センサ６００は、サンプル高さに関係なく傾斜を検出し得る。図７Ａに示すように、コリメータ２７４から出力された平行光は、ウェーハ２０１に入射する。平行ビームは、実質的に互いに平行である光線からなり得る。比較すると、収束又は発散ビームは、互いに対して角度をなす光線を含み得る。収束又は発散ビームでは、ビーム経路が長いほど、ビームがより大きく収束（又は発散）し得る。それゆえ、センシング要素で受け取られる最終的な光の量は、ビームスポットが広がる可能性があるため、ビームが進む距離に応じて異なり得る。サンプルローディングの柔軟性を高めるために、ＳＥＭのサンプル高さに感応しないセンサを提供することが望ましい場合がある。更に、いくつかの実施形態では、サンプルとシステムの他のコンポーネントとの間の距離を長くする（例えば、サンプルの高さを低くする）ことが望ましい場合がある。例えば、ＳＥＭシステムでは、サンプルとＳＥＭの電極との間の距離を長くすることが、高電圧アーク放電のリスクを低減するのに役立ち得る。サンプルが大きく離間して配置されることを可能にする傾斜センサを使用することによって、柔軟性が高められ得る。
[0095] センサ６００は、第１のセンシング要素６４０及び第２のセンシング要素６７０の出力に基づいて、サンプルの傾斜を検出し得る。第１のセンシング要素６４０及び第２のセンシング要素６７０に入射し得る光ビームの特性は、サンプルの傾斜に応じて変化し得る。図７Ａを参照すると、ウェーハ２０１が傾斜している場合、第１のセンサ６４０上のビームスポット強度は、非傾斜状態と比較して実質的に同じままであり得、その一方で、第２のセンシング要素６７０のビームスポット強度は、非傾斜状態と比較して大幅に低減され得る。アパーチャ６６０は、第２のセンシング要素６７０上のビームスポット強度が急激に大幅に低減されるように、第２のセンシング要素６７０に向けて誘導された集束光ビームを遮断し得る。その一方で、第１のセンシング要素６４０上のビームスポットは、ウェーハ２０１の傾斜に起因して僅かにずれていることがあるが、ウェーハ２０１からの反射光は、アパーチャを通過せずに第１のセンシング要素６４０に達するので、その強度は実質的に変化しないままであるはずである。第１のセンシング要素６４０の出力が実質的に同じままである一方で第２のセンシング要素６７０の出力が大幅に変化したときには、ウェーハ２０１が傾斜していると判定され得る。
[0096] 傾斜度は、センシング要素の出力の相対的測定値に基づいて決定され得る。本明細書で使用される場合、「出力」、「出力信号」、「センシング要素出力」、又は「センシング要素の出力」などの用語は、センシング要素又はその関連回路の出力を指すことがある。例えば、信号調整回路、フロントエンド電子機器、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）などが、センシング要素に取り付けられ得る。出力は、例えば、センシング要素によって生成された源信号又は回路からの処理された信号を指すことがある。
[0097] 第１のセンシング要素６４０又は第２のセンシング要素６７０の出力は、第１のセンシング要素６４０又は第２のセンシング要素６７０で受け取られるビームの強度に対応し得る。いくつかの実施形態では、センシング要素の出力は、電流信号として構成され得る。例えば、センサ６００は、非傾斜状態と比較してウェーハ２０１が傾斜している場合でも第１のセンサ６４０の出力電流Ｉ１が実質的に変化しないままであるように構成され得る。その一方で、センサ６００は、第２のセンサ６７０の出力電流Ｉ２が傾斜度とともに減少するように構成され得る。傾斜度は、Ｉ１とＩ２との関係に基づいて決定され得る。この関係は、予め決定され得、第２の光学要素６２０の透過率特性などの、センサ６００に含まれる光学要素の特性に基づき得る。
[0098] 図７Ｂは、センサ６００ｂを図示する。センサ６００ｂは、第３の光学要素６５０が、省略されることがあり、センサ６００ｂの一部として含まれないことを除いて、センサ６００と同様であり得る。アパーチャ６６０及び第２のセンシング要素６７０の位置は、変更され得る。第２のセンシング要素６７０は、それ自体の回路基板上に設けられ得る。
[0099] 第１のセンシング要素６４０からの出力は、変動性による影響を打ち消すために使用され得る。光源２７２は、例えば、電源変動又はサンプル表面の反射率変動に起因する変動を示し得る。したがって、光源２７２によって生成されたビームの強度は変化し得、第１のセンシング要素６４０又は第２のセンシング要素６７０上のビームスポットの強度は、ウェーハ２０１の傾斜の状態に関わりなく変化し得る。第１のセンシング要素６４０からの出力は、ウェーハ２０１が傾斜している場合でも実質的に変化しないままであり得るので、共通の基準信号として使用され得る。第２のセンシング要素６７０からの出力は、ウェーハ２０１が傾斜しているかどうか又は信号の変化が、変動性による影響などの、他の現象によるものかどうかを判定するために、第１のセンシング要素６４０からの出力と比較され得る。傾斜を検出する方法は、電源変動を打ち消すことを含み得る。この方法は、基準信号を使用することと、複数のセンシング要素からの出力を比較することを含み得る。
[00100] センサ６００は、共焦点検出方法を利用する際に有用であり得る。センサ２５０ａ又はセンサ２５０ｂの比較例では、図５Ａ及び図５Ｂを参照して上述したように、アパーチャ２７６は、平行ビームを遮断するように構成され得る。例えば、平行光は、コリメータ２７４から生成され得、ウェーハ２０１から反射された平行光は、アパーチャ２７６に向けて誘導され得る。しかしながら、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、集束ビームを遮断するように構成されるアパーチャ６６０が設けられ得る。アパーチャ６６０は、光源２７２と共焦点関係にあるピンホールを含み得る。例えば、第２のレンズ６３５は、焦点面に光源２７２の像を形成するように構成され得、アパーチャ６６０は、焦点面に配置され得る。集束ビームの遮断は、平行ビームの遮断よりも感度が高い可能性がある。例えば、平行ビームは、比較的広いビーム幅を有し得、したがって、サンプルが傾斜している場合、アパーチャは、平行ビームの一部分のみを遮断し得る。図５Ｂに示す例では、ウェーハ２０１が傾斜している場合、ウェーハ２０１から反射された平行ビームの一部分のみがアパーチャ２７６によって遮断され得る。これにより、比較的小さなセンシング要素での対応する信号変化が生じ得る。特に、アパーチャ２７６が大きな開口部サイズを有するように構成される場合には、センシング要素の信号変動がウェーハ２０１の傾斜又は光源パワー変動などの変動性による影響によるものかどうかを判定することが困難である場合がある。比較すると、ピンホールを有するアパーチャは、より強度の集中したビームを遮断し得るので、より感度が高い可能性がある。更に、開口部がより小さいアパーチャを使用することは、周辺光の影響を抑制するのにより効果的であり得る。傾斜を検出する方法は、コンポーネントを通る透過光の量をサンプルの傾斜が増大するにつれて変化させることを含み得る。方法は、サンプルの傾斜が増大するにつれて透過光の量を変化させる度合いを増加させることによって、センシングの感度を高めることを含み得る。コンポーネントは、ピンホールを備えたアパーチャを含み得る。
[00101] 光源パワー変動又はサンプル表面の反射率変動などの、変動性による影響が、上述したように、センシングシステムに生じ得る。光源は、例えば、経時的に強度が減衰し得るビームを生成し得る。本開示のいくつかの実施形態では、変動性による影響は、自己示差法の使用によって対処され得る。例えば、いくつかの実施形態では、複数のセンシング要素は、センサ内に設けられ得、センサは、関係に基づいてパラメータを決定するように構成され得る。センサからの出力を使用してパラメータを決定するように構成されるコントローラが提供され得る。コントローラは、本開示と一致する方法を実行するようにプログラムされ得る。一構成では、第１のセンシング要素６４０の出力電流Ｉ１と第２のセンシング要素６７０の出力電流Ｉ２との関係が予め決定され、パラメータを決定するために使用され得る。この関係は、センサ６００のコンポーネントの特性に基づき得る。傾斜度などの、パラメータは、Ｉ１－Ｉ２などの関係に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、パラメータは、ｌｏｇ（Ｉ１／Ｉ２）に等しいものであり得る、ｌｏｇ（Ｉ１）－ｌｏｇ（Ｉ２）などの関係に基づいて決定され得る。この関係はアルゴリズムを含み得る。このような関係を使用することは、Ｉ１とＩ２の両方に存在し得る共通の変動を排除するのに役立ち得る。
[00102] サンプルの表面粗さは、傾斜を検出するためのセンサとの適合性に影響を及ぼし得る。サンプルは、ＩＳＯ（国際標準化機構）グレードに従って測定され得る表面粗さを有し得る。例えば、サンプルは、表面のプロファイルの相加平均値に基づき得る、サンプルの粗さ値（Ｒａ）に従って、表１に示すものなどのＩＳＯグレード番号によって分類され得る。平均値は、プロファイルの特定の中心線からの偏差に基づいて決定され得る。
[00103] 表面粗さが低いサンプルは、必ずしも高い感度を有するとは限らないセンサを含む、多種多様なセンサに適合し得る。例えば、場合により、表面粗さがＮ９以下であるサンプルは、高い感度を有するセンサに対する協働性ターゲットとして使用され得る。表面粗さが比較的低いサンプル（例えば、Ｎ９以下）は、サンプルから反射された光が予測通りに挙動することと、システム出力の僅かな変化でさえサンプルの傾斜に対応することをセンサが検出できる可能性があることを意味し得る。その一方で、表面粗さがＮ１０～Ｎ１２であるサンプルは、感度の低いセンサのみに対する協働性ターゲットとして使用され得る。粗い表面は、予測できないシステム出力を生じさせ得るので、センサは、サンプルの傾斜に対応する極端な偏差しか検出できない可能性があり、このサンプルの傾斜は、比較的極端な傾斜であるはずである。サンプルの表面粗さが増すと、サンプルの傾斜を検出することがより困難になり得、別の協働性ターゲットを装着することが必要とされ得る。自己示差法を使用することは、粗い表面の影響を低減するのに役立ち得る。
[00104] いくつかの実施形態では、変調は、センサの感度及び精度を更に高めるために使用され得る。光源２７２は、変調パターンでビームを放出するように構成され得る。例えば、光源２７２は、ビームを迅速にオン又はオフにする（例えば、放出のオン状態とオフ状態とを切り替える）ように構成され得る。変調の周波数はｋＨｚのスケールであり得る。第２のセンシング要素６７０は、ビームを復調するように構成され得る。いくつかの実施形態では、変調器及び復調器が提供され得る。変調器は、乱数（又は疑似雑音「ＰＮ」）符号などの、符号を生成するように構成され得る。図１に示すコントローラ１０９などの、コントローラは、変調器と復調器とを含み得る。偏向器は、光源２７２によって生成されたビームを変調するために提供され得る。変調は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１５／８２６，６００号で述べられている。変調は、周辺光の影響を抑制してＳＮＲを改善するのに有用であり得る。例えば、センサは、光源２７２の放出のオン状態（例えば、正のデューティサイクル）に対する光源２７２の放出のオフ状態の間に検出される周辺光の影響を打ち消すように構成され得る。変調は、センサの有用性を高め、複雑な照明環境への適用性を向上させ得る。
[00105] 本開示の実施形態によるセンサは、中でもとりわけ、自己示差法及び共焦点アパーチャの態様を含み得る。センサは、例えば、ウェーハマスク、又は金属表面レベリングのために、ＳＥＭシステム内に適用され得る。図８は、ＳＥＭに適用されるセンサ６００の例を示す。センサ６００は、ＳＥＭの光軸１０５に平行なビーム２４５を放出するように構成され得る。ＳＥＭは、軸１０５と位置合わせされる、他のコンポーネントの中でもとりわけ、対物レンズ１３２及び検出器１４４を含み得る。センサは、位置センサシステムに同様に適用され得る。例えば、センサは、全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第１０，１７６，９６７号に示されている例などにおける、ウェーハの垂直位置を検出するように構成され得る。
[00106] いくつかの実施形態では、ビームをセンシングする方法が提供され得る。方法は、放射源からサンプル上に光を誘導することと、センシング要素からの出力を受け取ることと、出力に基づいて値を決定することとを含み得る。値はサンプルの傾斜度であり得る。方法は、焦点面に光を集束させることと、焦点面に配置されたアパーチャに光を透過させることと、センシング要素上に光を投影することとを更に含み得る。センシング要素は、複数のセンシング要素を含み得る。
[00107] 図９は、本開示の実施形態による方法の例を示す。図９の方法は、コントローラ１０９などの、コントローラによって実行され得る。コントローラ１０９は、例えば、荷電粒子ビームシステム又は特定の機能を果たす他のシステムのコンポーネントに命令を出し得る。図９のルーチンの開始時に、方法は、ステップＳ１０１に進み得る。ステップＳ１０１は、ビームを形成することを含み得る。ビームは、光源によって生成され得る。例えば、光源２７２は、ビーム２４５などの、ビームを生成し得る。ステップＳ１０１は、ビームを平行にすることを含み得る。例えば、ビームを形成するために、ビームをコリメータ２７４に通過させ得る。
[00108] 図９の方法はまた、ステップＳ１０２～Ｓ１１１を含み得る。ステップＳ１０２は、第１の光学要素に光を入力することを含み得る。例えば、ステップＳ１０２は、図７Ａ又は図７Ｂに関して上述した第１の光学要素６１０に光を入力することを含み得る。ステップＳ１０３は、サンプルに向けて光を出力することを含み得る。ステップＳ１０３は、第１の光学要素６１０からウェーハ２０１に向けて光を誘導することを含み得る。
[00109] 次に、光は、サンプルで反射され得、第１の光学要素に向かって戻るように誘導され得る。ステップＳ１０４は、第２の光学要素に光を入力することを含み得る。ステップＳ１０４は、第１の光学要素６１０から光を出力することと、第２の光学要素６２０に光を入力することとを含み得る。次に、ステップＳ１０５及びＳ１０６が同時に行われ得る。ステップＳ１０５は、第１のセンシング要素に向けて光を出力することを含み得る。ステップＳ１０６は、第２のセンシング要素に向けて光を出力することを含み得る。例えば、第２の光学要素６２０に入力された光は、第１のビーム経路に沿って第１のセンシング要素６４０に向けて出力され得、光は、第２のビーム経路に沿って第２のセンシング要素６７０に向けて出力され得る。光は、第１のビーム経路と第２のビーム経路との間で分割され得る。
[00110] ステップＳ１０７では、光が集束され得る。ステップＳ１０７は、第１のビーム経路又は第２のビーム経路に沿って光を集束させることを含み得る。例えば、第２のセンシング要素６２０から出力された光は、第１のレンズ６３０を通過し得る。追加的に、第２のセンシング要素６２０から出力された光は、第２のレンズ６３５を通過し得る。第１のレンズ６３０を通過した光は、第１のセンシング要素６４０上に集束され得る。第２のレンズ６３５を通過した光は、アパーチャ６６０が配置される焦点面に集束され得る。ステップＳ１０８では、光は、第２のセンシング要素６７０に向けて誘導され得る。ステップＳ１０８は、第２の光学要素６２０から又は第２のレンズ６３５から出力された光の伝搬方向を変えることを含み得る。ステップＳ１０８は、第３の光学要素６５０で光を反射させることを含み得る。ステップＳ１０９は、開口部に光を透過させることを含み得る。開口部はピンホールであり得る。ステップＳ１０９は、アパーチャ６６０に光を透過させることを含み得る。ステップＳ１１０は、第２のセンシング要素で光を受け取ることを含み得る。ステップＳ１１０は、第２のセンシング要素６７０に入射した光に出力を生成させることを含み得る。
[00111] ステップＳ１１１は、値を決定することを含み得る。ステップＳ１１１は、サンプルのパラメータを決定することを含み得る。ステップＳ１１１の決定は、第１のセンシング要素又は第２のセンシング要素の出力に基づき得る。例えば、ステップＳ１１１の決定は、第１のセンシング要素６４０及び第２のセンシング要素６７０の出力に基づいてウェーハ２０１の傾斜度を決定することを含み得る。この決定は関係に基づき得る。この決定は、アルゴリズムを使用して値を算出することを含み得る。アルゴリズムは、第１のセンシング要素の出力と第２のセンシング要素の出力との関係を反映し得る。いくつかの実施形態では、アルゴリズムは、センシングシステムのコンポーネントの特性間の関係を反映し得る。例えば、アルゴリズムは、第１のセンシング要素６１０の特性と第２のセンシング要素６２０の特性との関係を反映し得る。そのような特性は、透過率及び反射率を含み得る。
[00112] いくつかの実施形態では、サンプルにおける傾斜を検出する方法が提供され得る。サンプルはウェーハであり得る。方法は、サンプルにレーザビームを誘導して反射ビームを生じさせることを含み得る。方法は、反射ビームを光学要素に通過させて第１のビームと第２のビームとを生成することを更に含み得る。方法は、第１のビームの第１の特性を検出することと、第２のビームの第２の特性を検出することとを更に含み得る。第１の特性は、ビームの輝度であり得、第１の特性は、フォトダイオードによって検出され得る。第２の特性は、フォトダイオードによって検出され得る第２のビームの一部分の輝度であり得る。第１のビームを検出する第１のフォトダイオードと、第２のビームを検出する第２のフォトダイオードとが存在し得る。第２のビームの第２の特性は、第２のビームの一部分がコンポーネントを通過した後に検出され得る。コンポーネントは、アパーチャを含み得る。方法は、第１の特性及び第２の特性に基づいてサンプルの傾斜を決定することを更に含み得る。
[00113] 図１０は、本開示の実施形態による方法の例を示す。図１０の方法は、コントローラ１０９などの、コントローラによって実行され得る。図１０の方法は、ステップＳ２０１から開始し得る。ステップＳ２０１は、レーザビームを形成することを含み得る。レーザビームは、フォトダイオードなどの、放射源によって生成され得る。放射源は、光源２７２を含み得る。ステップＳ２０１は、ビームを平行にすることを含み得る。レーザビームは、ウェーハ２０１などの、サンプルに向けて誘導され得る。ステップＳ２０１は、レーザビームを他の光学要素に通過させることを含み得る。ステップＳ２０１は、レーザビームをビームスプリッタに通過させることを含み得る。
[00114] 次に、ステップＳ２０２では、レーザビームは、サンプルに衝突し得、サンプルで反射し得る。反射ビームの放出は、サンプルの傾斜に依存し得る。例えば、反射ビームの角度は、サンプルの傾斜度に依存し得る。反射ビームは、ビームスプリッタなどの、光学要素に向けて案内され得る。反射ビームは、ビームスプリッタを通過し得、他の光学要素に向けて誘導され得る。
[00115] ステップＳ２０３では、反射ビームからの光の少なくとも一部分は、別の光学要素に向けて誘導され得る。ステップＳ２０３は、ビームスプリッタから別のビームスプリッタに向けてビームを出力することを含み得る。
[00116] ステップＳ２０４では、センシングのために使用され得る複数のビームが生成され得る。ステップＳ２０４は、第１のビーム及び第２のビームを生成することを含み得る。第１のビーム及び第２のビームは、ビームをビームスプリッタに通過させることによって生成され得る。第１のビームは、第１のセンシング要素に達するように一方向に向けて誘導され得、第２のビームは、第２のセンシング要素に達するように別の方向に誘導され得る。
[00117] ステップＳ２０５では、第１のビームは、第１のセンシング要素に向けて案内され得る。第１のビームは、ステップＳ２０６と同様に、処理され得る。例えば、第１のビームは、集光レンズを通過し、次いで、第１のセンシング要素に衝突し、それにより、第１のセンシング要素において信号を生成し得る。第１のビームの特性が決定され得る。例えば、第１のビームによって第１のセンシング要素上に形成されたビームスポットの輝度が決定され得る。
[00118] その一方で、ステップＳ２１０では、第２のビームは、第２のセンシング要素に向けて案内され得る。第２のセンシング要素は、ステップＳ２１１と同様に、処理され得る。ステップＳ２１１は、第２のビームを別の光学要素に通過させることを含み得る。光学要素は、光学要素を通過するビームの特性をサンプルの傾斜に応じて変化させるように構成され得る。光学要素はアパーチャを含み得る。第２のビームは、第２のセンシング要素に衝突し、それにより、第２のセンシング要素において信号を生成し得る。第２のビームの特性が決定され得る。例えば、第２のビームによって第２のセンシング要素上に形成されたビームスポットの輝度が決定され得る。
[00119] ステップＳ２２０では、値は、第１のセンシング要素及び第２のセンシング要素からの出力に基づいて決定され得る。値はサンプルの傾斜を含み得る。値は、基準平面又は基準線に対する角度であり得る。
[00120] 図１０の方法は、周辺光の影響を打ち消すことを含み得る。方法は、変調を使用することを含む。
[00121] 方法は、電源変動の影響を打ち消すことを含み得る。方法は、サンプルの傾斜に基づき得る第２のビームの特性であって、例えば電源変動又は周辺光に基づかない第２のビームの特性を変化させることを含み得る。
[00122] 実施形態は、以下の条項を使用して更に説明され得る。
１．サンプルを照射するように構成された光源と、
光源からサンプルに第１の方向に光を供給し及び第１の光学要素に第２の方向に入力された光を別のコンポーネントに第３の方向に供給するように構成された、第１の光学要素と、
第１のセンシング要素に第４の方向に光を供給し及び第３の光学要素に第５の方向に光を供給するように構成された、第２の光学要素と、
第２のセンシング要素に光を供給するように構成される、第３の光学要素と、
光源からの光を集束させるように構成されたレンズであって、第２の光学要素とアパーチャとの間に配置される、レンズと、
第３の光学要素と第２のセンシング要素との間に配置され、レンズの焦点面に配置される、アパーチャと
を含む、装置。
２．光源と第１の光学要素との間に配置されたコリメータを更に含む、条項１に記載の装置。
３．第１のセンシング要素の出力と第２のセンシング要素の出力との関係に基づいて値を決定するように構成されたコントローラを更に含む、条項１又は２に記載の装置。
４．光源は、レーザダイオードを含む、条項１～３の何れか一項に記載の装置。
５．光源は、光が通過するように構成される別のアパーチャを含む、条項１～４の何れか一項に記載の装置。
６．光源は、光源から放出される光を変調するように構成される、条項１～５の何れか一項に記載の装置。
７．コントローラは、
光源から放出される光を光源に変調させ、
第１のセンシング要素からの光の復調をする
ように構成される、条項３に記載の装置。
８．回路基板を更に含み、光源、第１のセンシング要素、及び第２のセンシング要素は、回路基板上に配置される、条項１～７の何れか一項に記載の装置。
９．アパーチャはピンホールを含む、条項１～８の何れか一項に記載の装置。
１０．サンプルに向けて光を透過させ及び第２のビームスプリッタに向けて光を反射するように構成された第１のビームスプリッタと、
第１のビーム経路及び第２のビーム経路に沿って光を透過させるように構成される、第２のビームスプリッタと、
第２のビーム経路上に配置されたアパーチャと
を含む、装置。
１１．第１のビームスプリッタに光を入力するように構成された光源を更に含む、条項１０に記載の装置。
１２．第２のビーム経路上に配置され、アパーチャに向けて光を反射するように構成されたミラーを更に含む、条項１０又は１１に記載の装置。
１３．光源と第１のビームスプリッタとの間に配置されたコリメータを更に含む、条項１０～１２の何れか一項に記載の装置。
１４．第１のビーム経路に沿ってビームを集束させるように構成された第１のレンズを更に含む、条項１０～１３の何れか一項に記載の装置。
１５．第２のビーム経路に沿ってビームを集束させるように構成された第２のレンズを更に含み、アパーチャは、第２のレンズの焦点面に配置される、条項１０～１４の何れか一項に記載の装置。
１６．光ビームをセンシングする方法であって、
第１の光学要素に光を入力することと、
第１の光学要素から第２の光学要素に光を入力することと、
第１のビーム経路に沿って第２の光学要素から第１のセンシング要素に向けて光を誘導することと、
第２のビーム経路に沿って光を集束させることと、
アパーチャに光を透過させることと
を含む、方法。
１７．第１の光学要素に入力された光を平行にすることを更に含む、条項１６に記載の方法。
１８．第２のビーム経路上に配置された第３の光学要素から第２のセンシング要素に向けて光を誘導することを更に含み、第２のビーム経路に沿って光を集束させることは、アパーチャの中心点に光を集束させることを含み、アパーチャはピンホールを含み、アパーチャは、第２の光学要素と第２のセンシング要素との間に位置する、条項１６又は１７に記載の方法。
１９．第１のセンシング要素の出力と第２のセンシング要素の出力との関係に基づいて値を決定することを更に含む、条項１８に記載の方法。
２０．値を決定することは、アルゴリズムを使用して値を算出することを含む、条項１９に記載の方法。
２１．第４の方向は第２の方向に平行であり、第５の方向は第３の方向に平行である、条項１～９の何れか一項に記載の装置。
２２．サンプルの傾斜を決定する方法であって、
サンプルにレーザビームを誘導して反射ビームを生じさせることと、
反射ビームを第１の光学要素に通過させて第１のビームと第２のビームとを生成することと、
第１のビームの第１の特性を決定することと、
第２のビームの第２の特性を決定することと、
第１の特性及び第２の特性に基づいてサンプルの傾斜を決定することと
を含む、方法。
２３．第１の特性は第１のビームの光量を含み、第２の特性は第２のビームの光量を含む、条項２２に記載の方法。
２４．第１の特性は第１のビームの強度を含み、第２の特性は第２のビームの強度を含む、条項２２に記載の方法。
２５．第１の特性は、第１のビームによって第１のセンシング要素上に形成されたスポットの輝度を含み、第２の特性は、第２のビームによって第２のセンシング要素上に形成されたスポットの輝度を含む、条項２２に記載の方法。
２６．第２のビームを第２の光学要素に通過させることを更に含み、第２の光学要素は、サンプルの傾斜に基づいて第２の特性を変化させるように構成される、条項２２～２５の何れか一項に記載の方法。
２７．第２の光学要素は、アパーチャに透過させる光の量を傾斜が増大するにつれて低減するように構成されたアパーチャを含む、条項２６に記載の方法。
２８．反射ビームを第３の光学要素に通過させることを更に含み、第３の光学要素はサンプルと第１の光学要素との間に配置され、反射ビームは第１の光学要素に向けて誘導される、条項２２～２７の何れか一項に記載の方法。
２９．周辺光の影響を打ち消すことを更に含む、条項２２～２８の何れか一項に記載の方法。
３０．電源変動の影響を打ち消すことを更に含む、条項２２～２９の何れか一項に記載の方法。
３１．レーザビームを変調することを更に含む、条項２２～３０の何れか一項に記載の方法。
３２．第２のビームによって第２のセンシング要素上に形成されたスポットの輝度を傾斜が増大するにつれて低減することを更に含む、条項２５に記載の方法。
３３．条項１６～３２の何れか一項に記載の高画質化のための方法を含む方法を実施するようにコンピュータデバイスの少なくとも１つのプロセッサによって実行可能である１組の命令を記憶する、非一時的コンピュータ可読媒体。
[00123] いくつかの実施形態では、傾斜センサなどの、センサは、荷電粒子ビームシステムを制御するコントローラと通信し得る。コントローラは、荷電粒子ビームを生成するように荷電粒子源を制御する及び荷電粒子ビームをスキャンするように偏向器を制御するなどの、種々の機能を果たすように荷電粒子ビームシステムのコンポーネントに指示し得る。コントローラはまた、サンプルの位置の調整などの、他の種々の機能を果たし得る。コントローラは、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他の種類のコンピュータ可読メモリなどの記憶媒体であるストレージを含み得る。ストレージは、元の画像としてのスキャンされた原画像データ、及び後処理後の画像を保存するために使用され得る。コントローラ１０９のプロセッサが、荷電粒子ビームの検出、サンプリング周期の決定、画像処理、又は本開示と一致する他の機能及び方法を実行するための命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体が提供され得る。非一時的媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ、又は他の任意の磁気データ記憶媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、他の任意の光学データ記憶媒体、孔のパターンを有する任意の物理的媒体、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、及びＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ又は他の任意のフラッシュメモリ、ＮＶＲＡＭ、キャッシュ、レジスタ、他の任意のメモリチップ又はカートリッジ、並びにこれらのネットワーク化されたバージョンを含む。
[00124] 図におけるブロック図は、本開示の種々の例示的な実施形態による、システム、方法、及びコンピュータハードウェア／ソフトウェア製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性、及び動作を図示し得る。この点に関して、概略図における各ブロックは、電子回路などのハードウェアを使用して実施され得る一定の算術演算又は論理演算処理を表し得る。ブロックはまた、指定された論理機能を実施するための１つ又は複数の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、又はコードの一部分を表し得る。いくつかの代替的な実施態様では、ブロックに表された機能が、図に記された順序から逸脱して行われ得ることを理解すべきである。例えば、連続して示す２つのブロックは実質的に同時に実行又は実施され得、又は、時として、２つのブロックは、関連する機能性に応じて逆の順序で実行され得る。いくつかのブロックは省略され得る。また、ブロック図の各ブロック、及びブロックの組み合わせが、指定された機能若しくは行為を果たす専用のハードウェアベースのシステムによって、又は専用のハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実施され得ることも理解されるべきである。
[00125] 本発明が、上記で説明され添付の図面に示されている厳密な構成に限定されるものではないことと、その範囲から逸脱することなく種々の修正及び変更を行うことができることが理解されるであろう。

Claims (15)

  1. サンプルを照射するように構成された光源と、
    前記光源から前記サンプルに第１の方向に光を供給し、及び第１の光学要素に第２の方向に入力された光を別の構成要素に第３の方向に供給するように構成された、前記第１の光学要素と、
    第１のセンシング要素に第４の方向に光を供給し、及び第３の光学要素に第５の方向に光を供給するように構成された、第２の光学要素と、
    第２のセンシング要素に光を供給するように構成された、前記第３の光学要素と、
    前記光源からの光を集束させるように構成されたレンズであって、前記第２の光学要素とアパーチャとの間に配置されたレンズと、
    前記第３の光学要素と前記第２のセンシング要素との間に配置された前記アパーチャであって、前記レンズの焦点面に配置された前記アパーチャと
    を含む、装置。
  2. 前記光源と前記第１の光学要素との間に配置されたコリメータを更に含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１のセンシング要素の出力と前記第２のセンシング要素の出力との関係に基づいて値を決定するように構成されたコントローラを更に含む、請求項１に記載の装置。
  4. 前記光源が、レーザダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
  5. 前記光源が、光が通過するように構成される別のアパーチャを含む、請求項１に記載の装置。
  6. 前記光源が、前記光源から放出される光を変調するように構成される、請求項１に記載の装置。
  7. 前記コントローラが、
    前記光源から放出される光を前記光源に変調させ、
    前記第１のセンシング要素からの信号を復調する
    ように構成される、請求項３に記載の装置。
  8. 回路基板を更に含み、前記光源、前記第１のセンシング要素、及び前記第２のセンシング要素が前記回路基板上に配置される、請求項１に記載の装置。
  9. 前記アパーチャがピンホールを含む、請求項１に記載の装置。
  10. 光ビームをセンシングする方法であって、
    第１の光学要素に光を入力することと、
    前記第１の光学要素から第２の光学要素に光を入力することと、
    第１のビーム経路に沿って前記第２の光学要素から第１のセンシング要素に向けて光を誘導することと、
    第２のビーム経路に沿って光を集束させることと、
    アパーチャに光を透過させることと
    を含む、方法。
  11. 前記第１の光学要素に入力された光を平行にすることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第２のビーム経路上に配置された第３の光学要素から第２のセンシング要素に向けて光を誘導することを更に含み、
    前記第２のビーム経路に沿って光を集束させることが、前記アパーチャの中心点に光を集束させることを含み、前記アパーチャがピンホールを含み、前記アパーチャが、前記第２の光学要素と前記第２のセンシング要素との間に位置する、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記第１のセンシング要素の出力と前記第２のセンシング要素の出力との関係に基づいて値を決定することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記値を決定することが、アルゴリズムを使用して前記値を算出することを含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 第１の光学要素に光を入力することと、
    前記第１の光学要素から第２の光学要素に光を入力することと、
    第１のビーム経路に沿って前記第２の光学要素から第１のセンシング要素に向けて光を誘導することと、
    第２のビーム経路に沿って光を集束させることと、
    アパーチャに光を透過させることと
    を含む高画質化のための方法を実施するように、コンピュータデバイスの少なくとも１つのプロセッサによって実行可能である１組の命令を記憶する、非一時的コンピュータ可読媒体。
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