JP4439268B2 - 移動レンズマルチビームスキャナを備えた暗視野検出装置およびその方法 - Google Patents

移動レンズマルチビームスキャナを備えた暗視野検出装置およびその方法 Download PDF

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Description

関連出願
[01]本願は、2002年3月22日に出願された米国特許出願第10/103,560号の一部継続出願である。
[02]本発明は、分析下にあるウェハを照明し、散乱光の分析によって欠陥を特定するために走査レーザビームを使用するウェハ欠陥検出システム内において利用されてよい暗視野検出スキームに関する。特に、本発明は、検査下にあるウェハ、レチクル、マスクなどのサンプルを同時に照明し、同時に検出された対応する複数の散乱ビームを生成する複数のビームを用いて、スキャナシステム内において利用されてよい暗視野検出装置および方法に関する。また、本発明は、サンプルにより反射または透過された複数の光ビームの明視野検出に適している。
[03]半導体製造プロセスにおける品質保証手順の一環として、ウェハ表面上の欠陥、粒子、および/またはパターンを検出するために、半導体ウェハを自動的に検査するためのさまざまなシステムが使用されている。サブミクロンの半導体製造プロセスにおいて要求される信頼性と精度を与えるために、高解像度を有することが、現行の検査システムの目標である。しかしながら、ウェハ生産の過程で、品質保証プロセスにより進行が妨げられることがないように、大量のスループットを可能にする高速プロセスを有することも重要である。したがって、光学検査システムで使用しなければならないものは、より短い波長、より多い開口数の光学系、および並列アーキテクチャと組み合わせた高密度イメージキャプチャ技術であり、所望の製品スループット要求を満たすであろう十分な高速で、このようなシステムからのデータを処理することができるようになる。
[04]現時点でウェハ検査システムにおいて使用されている従来の撮像アーキテクチャは、高速撮像用に単一の走査レーザスポットを利用する。しかしながら、このようなアーキテクチャによって達成可能なデータレートは、単一の走査アーキテクチャの速度および品質の制限により生じる物理的制約、適用可能な光学系、および関連する検出デバイスによって制限される。例えば、点光源として作用する単一のレーザは、検査下にある物体上のスポットに集束され、物体の表面中を走査し、走査と連携してステージ機構上で静止されたり動かされたりしてよい。その後、物体からの散乱光は、検出器に撮像され、走査プロセスからピクセルデータを生成する。検出器は、CCDアレイであってよく、その個々の要素は、従来のように、ビームが走査され、順次読み出されるとき、散乱光を受けるように配置される。このような点光源の照明から高解像度が得られることもあるが、視認可能な像を構築するために、領域の各点を走査する必要があると、所与の走査速度でスループットがスポット直径の二乗に比例するということから、システムにスループットの制限が課せられてしまう。
[05]したがって、高解像度の結果である標本走査中に収集されたデータの信頼性および精度を維持し、または更に高めながら、標本スループットを高める標本走査システムが必要とされている。この需要は、標本を走査するために複数の並列走査ビームを利用し、複数の並列走査ビームを検出し同時に複数のビームを処理することによって、単一のスポット走査システムよりスループットが著しく高められる本発明により満たされる。
[06]本発明は、光ビームを与える単一の光源を用いて標本を検査するシステムに関する。光ビームは、移動レンズ音響光学デバイスによって処理され、このデバイスは、活性領域を有し、RF入力信号に応答して、活性領域に複数の移動レンズを生成する。移動レンズ音響光学デバイスは、生成された移動レンズの各々の焦点のそれぞれで、光ビームを受け、複数の走査スポットビームを生成するように動作する。
[07]システムは、暗視野光学系を備えるが、明視野検出ユニットを含んでもよい。
[08]本発明の別の特徴によれば、本発明は、複数の走査スポットビーム源を備える検査システムを含む。ビームは、標本の表面に集束され、暗視野像が、標本から(またはそれを介して)後方散乱された光を撮像することによって形成される。暗視野像は、暗視野光学系によって発生され、暗視野検出器によって検出される。また、ビームは、明視野検出ユニットによって取り込まれてよい明視野像を形成してよいことも留意されたい。本発明の1つの態様によれば、標本で形成された暗視野像は、複数の暗視野収集ゾーンに撮像される。
[09]本発明の更なる態様は、リキッドライトガイドおよび/またはファイバ、少なくとも1つの空間フィルタ、撮像光学系、および複数の収集ゾーンを画成する複数の検出器を含む暗視野光学系である。暗視野光学系は、標本のギャップレス暗視野像を生成可能な部分的に重複した収集ゾーンを画成するビームスプリッタを含んでよい。
[10]従来、暗視野光学系は、ビームスプリッタと、それに後続し、不透明と透明の両方の部分を含む2つの空間フィルタとを含むが、ライトガイドは、透明部分を通過する光を収集するように配置される。ビームスプリッタにより、部分的に重複する収集ゾーンを画成することができる。このように重複することにより、走査軸のカバレッジを連続させることができる。
[11]本発明の範囲を逸脱することなく、暗視野像を与えるために、さまざまな暗視野光学系が利用されてよい。例えば、収集ゾーンは、さまざまな形状のものであってよく、収集ゾーン間の相対的な変位は異なるものであってよく、複数のビームスプリッタが存在してよい。
[12]本発明の更なる別の特徴によれば、本発明は、標本を検査するための方法を含む。この方法は、単一の光源から複数のフライングスポットビームを与えることと、標本表面上で複数のスポットビームを走査することとを含み、標本からまたはそれを介して散乱された光の像を収集および検出し、複数の検出器で複数のビームを検出し、標本のパターンまたは欠陥の存在を決定するために、検出された信号を処理することによって、暗視野像が生成される。
[13]検出システムは、複数の同時走査されるスポットを与える複数の移動レンズを生成するために、光ビームおよびRF入力を受けるように適合された音響光学デバイスを含む。このデバイスは、音波の伝播方向を規定する活性領域を有する媒体と、RFチャープ入力を受け、音波の伝播方向に媒体の一端に位置するRF入力部分と、音波の伝播方向に交差する位置にあり、光源からの光を受けるための光入力部分と、光出力部分とを備える。RF入力部分へ入力される一連のRF波形は、活性領域に同時に存在する移動レンズのシーケンスを生成するように動作し、移動レンズは、光入力部分へ入力される光を受け、光出力部分から出力された、各々が1つの移動レンズに対する複数のスポットビームを生成するように動作する。
[14]音響光学デバイスは、RF入力部分に一連のチャープ入力パルスを入力することによって、音波が各入力パルスに対して形成され、伝播方向に活性領域において伝播するステップと、この伝播方向に交差する方向に、供給源からの光を光入力部分に入力するステップと、光を伝播する音波に適用するステップとを含み、音波は、移動レンズを形成し、活性領域に同時に存在し、移動レンズの各々は、この光を集束させ方向付けるように動作することによって、各レンズに対するそれぞれのスポットビームが、光出力部分から出力される。
[15]本発明は、暗視野検出に限定されるものではなく、明視野撮像および検出にも使用されてよく、標本によって反射または透過される光は、標本からまたはそこを介して後方散乱される光ではなく、検出器に収集されまたは撮像される。すべての他の点において、明視野の実施形態は、暗視野の実施形態と同一である。
[28]以下の詳細な記載は、本発明の例示的な実施形態であって、本発明は、それらに限定されるものではなく、当業者に公知のように、修正および補助的な構造が追加されてよい。特に、制限を加えるものではないが、標本の共通側面上に配置された光源および検出ユニットを用いて散乱光を検出することによって標本表面を検査すること(「反射システム」)に関して、例示的な実施形態が開示されているが、当業者であれば、光源のものとは反対にある標本の側面上にある検出ユニットを用いて、散乱光を検出することによって透過標本を検出すること(「透過システム」)に容易に適合可能であることは、容易に明らかなことであろう。例えば、透過システムにはビームスプリッタがないことにより、反射システムと透過システムとは異なるものであるが、本発明の原理は、両方のタイプのシステムに適用可能である。当業者により理解されるように、両方のタイプのシステムは、本発明により、標本を検査するさいに別々にまたは一緒に利用されてよい。
[29]図1は、本発明による移動レンズマルチビームスキャナを利用した、ウェハ、レチクル、または同様の標本の検出システム100の略図である。制限を加えるものではなく、例示的にのみ、標本は、いくつかの製造ステージの任意のステージにおいて、複数の半導体素子を有する8インチまたは12インチウェハなどの任意の半導体製品であってよく、または、製造プロセスにおいて使用されるフォトリソグラフィマスク、レチクルなどであってよく、このような標本は、欠陥、異物、またはパターン精度に関する検査が必要不可欠である。このようなシステムでは、標本表面上に現れる構造、欠陥、または物体のサイズ、位置、およびタイプを高精度および高信頼性に特定することが望まれる。また、検査および品質保証のステップにかけられる製造プロセスの遅延を最小限に抑えるために、このような特定を高速処理することも望まれる。
[30]システム100は、光ビーム出力151を発生するCW(またはパルス状)レーザ101などの明光源に依存する。ビーム151は、ビーム151を拡張および平行化して、当業者に公知の方法で均一の強度プロファイルを有するビーム152を形成する従来のデザインのビーム形成器に適用される。ウェハ検査では、レーザは、例えば、266nm、244nm、257nm、248nm、または193nmなどの短波長で動作して、安定した出力パワー(または安定したパルスエネルギーまたはパルスレート)、安定した横モード、および安定したビームポインティングで高解像度を生じさせることが好ましい。平行化されたビーム152は、従来のミラー103に適用されて、ビーム153を形成して動作レンズ系に向け、その構成部品については、更に詳細に後述する。
[31]特に、形成されたビーム153は、形成ビーム153を複数のビーム154a、154b、154cに変換するように動作する移動レンズ音響光学デバイス104に投影される。便宜上、3つのビームを例示的に示しているが、ビームの数は、それよりも多くてもよく、例示的な実施形態では、10本以上の同時発生する走査ビームであってよい。移動レンズ音響光学デバイス104は、一連のチャープRFパルスの各々に応答し、単一のRFパルスにより、単一の音響パルス、ひいては、単一のレンズが生成され、一連のパルスにより、移動レンズデバイス104に複数のレンズが形成される。RFパルス間のタイミングは、各レンズ間の遅延が等しくなるように設定されることが好ましい。各レンズは、入力レーザ光を受け取り出力で集束させることによって、所望の数のスポットを形成する。音響パルスがデバイス104を通って移行するにつれ、関連付けられたレンズは移動して、走査の性質に合わせてそれらのビームの各々を移動させる。
[32]音響光学セルの基本理論、構造、および材料は、「Optical Scanning」、Gerald F.Marshall編集、Chapter11(Marcel Dekker,Inc.出版、1991年)に教示されている。675〜677頁に説明されているように、単一ビームの周波数チャープ走査は、線形周波数掃引(「チャープ」)が適用される音響光学ブラッグセルを伴う。セルの光学開口で発生した周波数勾配が、焦点距離がチャープレートに基づく円柱レンズとして作用することになる。線形掃引された音響周波数によって回折された光は、集束または発散することがあり、相補的な光学レンズによって補償されてよい。この開示によれば、音響光学スキャナにより、コストと性能の面での著しい利点が得られ、特に、ランダムアクセス時間が短い。音響光学スキャナは、典型的に、1つの走査ビームを生成し、複数のビームが望ましい場合、Marshallの書籍の682〜83頁に開示されているように、各々がチャープRFパルスを受け取る複数のチャープセルが要求される。更に詳しく言えば、線形増大する周波数が、アレイ状に複数のチャープセルの各々のドライバに適用されると、アレイの各平行化ビームの連続した角度走査がブラッグ条件に応じて発生されるため、時間領域でピッチが増大する位相格子ができることによって、スポットのアレイの線形走査を生じる。高周波数カットオフで、ドライバ信号はゼロに設定されることによって、チャープセルの音響エネルギーを消失させることができ、次の走査を始動する前にスポットをリセットする。
[33]Marshallの682〜683頁には、帯域幅が倍増されるものと、解像度が倍増されるものを含む2つのタイプの音響アレイスキャナが教示されている。最初のケースでは、多数の個々に駆動される小型の密接に配設された変換器が、TeOガラスおよびPbMoOおよびTeO結晶から作られた音響光学媒体上に並列に取り付けられる。音響光学アレイの第2のケースでは、構成要素が直列に配設される。各々が特定の解像度(ライン当たりのポイント数)を有するスキャナのアレイは、複合光学系を用いることによって、更に高い解像度(ライン当たりのポイント数)を生じることができる。
[34]対照的に、本発明において使用される音響光学デバイス104は、一連の入力RFパルスに基づいた複数の移動レンズを生成するのに効果的な単結晶を用いる。デバイスの単結晶は、光源と適合性のある材料から構成され、UV光に対して溶融シリカ、赤外線光に対してGaAs、または可視光に対してTeOガラスから作られた音響光学媒体を有することが好ましいが、他の公知の材料が使用されてもよい。結晶は、用いる波長に対して両面で0.5%未満とされた反射防止コーティングを各主要面上に有する。1つの例示的な実施形態において、溶融シリカから製造されたデバイスは、266nmの波長および130MHzの帯域幅を有する200MHzの中心周波数で、縦音響モードで動作することになる。RFパワーは、3.0ワット未満である。この例示的な実施形態において、デバイスの活性開口は、「H」1.0mm×「L」60mmであってよい。
[35]動作時、図4に更に詳細に示すように、当業者によって理解されるように、単一の幅平行化されたビームまたは複数の平行化されたビームであってよいレーザ光401が、1つの主要な表面411に適用される。RF生成器430は、一連の「チャープ」またはパルス状のRF波形431、432、433などをRF入力ポート(SNAコネクタ)413に出力し、例示的な実施形態において、これらの持続時間および振幅は同一であることが最適であるが、移動レンズの所望の光学的な効果に応じて異なったものであってよい。ポートは、光路に対して横断するように配置され、RF波形をデバイスの縁で投入することができ、溶融シリカを用いる例示的な実施形態において、5.96mm/μsまたは媒体での音速とほぼ同じである速度で、デバイスの長さを横断する圧力波を確立する。デバイス媒体を伝播する圧力波は、入力主要表面411に入り、出力主要表面412から出るレーザ光401に連続焦点レンズ421、422を与えるように整列される。当業者によって理解されるように、各レンズ421、422は、焦点443、444で通過ビーム441、442を集束することになる。
[36]再度、図1を参照すると、音響光学デバイス104の活性領域において複数のレンズ104a、104b、104cを作り出す効果は、レンズの各々の焦点154a、154b、154cでフライングスポットを発生させることである。その後、フライングスポット154a、154b、154cは、従来のコリメータレンズ105を通過して、平行化されたビーム155a、155b、155cの群は、ビームスプリッタモジュール106の表面106aに入射する。好ましくは、ビームスプリッタモジュール106は、偏光ビームスプリッタおよび四分の一波長板を含み、入射ビームは、当業者に公知のように、適切な向きに偏光されることによって、入射光は、モジュール106を通ってほぼ100%の効率で透過し、標本から反射されたビームは、モジュールから検出器に向かって30〜100%の良好な効率で反射される。ビームスプリッタモジュール106は、走査されるウェハ、レチクル、または他の標本108の表面に複数のビーム156a、156b、156cとして撮像するための対物レンズ107へ、平行化されたビーム155a、155b、155cのすべてを送る。対物レンズ107によって出力された複数の平行なビーム156a、156b、156cは、ウェハ、レチクル、または他の標本の表面上の個々のスポット108a、108b、108cに集束され、平行なビーム157a、157b、157cとして反射および散乱される。これらの反射および散乱されたビーム157a、157b、157cは、再度、対物レンズ107を通過し、ビームスプリッタモジュール106の背面106bに向けられる。これらの平行な反射および散乱されたビーム158a、158b、158cは、モジュール106によって反射され、コリメータレンズ109に適用される。
[37]レンズ109からのビームは、マルチステージ、マルチタップの垂直転送CCD110を有するカメラに出力される。CCDは、ビーム159a、159b、および159cの1つによって照明されるそれぞれの検出領域111、112、113を有する。ビームがウェハ108の表面を走査し、並列イメージストリームを発生すると、電荷結合素子110の各セクタ111、112、113のセルは、各ビームのそれぞれにおける出力ピクセルを取り込む。マルチタップCCD110の各セクタ111、112、113は、ビーム159a、159b、159cに対応するシフトレジスタセクション114、115、116をそれぞれ有する。これらの平行入力セクタは、並列に読み出されてよいことから、画像検出デバイスのスループットが上がる。したがって、所与の時間期間において、一連の読出しパルスをシフトレジスタの各々に入力することで並列読出しが実行されることによって、それらの内容を並列データストリームで出力させる。
[38]一般的な例において、シフトレジスタ114を有する第1のセクタ111は、増幅器121を介して入力されるセクタ転送信号160aによって読み出される。この信号は、ステージが並列に積載されたシフトレジスタが、バッファ131を介して出力ライン161aにデータを連続して読み出すようにする一連のパルスである。同様に、セクタ2およびセクタ3のクロッキング信号は、増幅器122、123を介して、マルチタップのCCDセクタ112、113のシフトレジスタ115、116のそれぞれに適用される。増幅器132、133を介して連続して読み出された結果的に得られたデータは、データ出力161b、161cに与えられる。
[39]マルチセクションタップのリニアCCD構造110によりウェハまたは標本108の表面から後方反射された光ビーム157a、157b、157cを取り込むと、高度に効果的かつ効率的なデザインが得られる。構造110は、走査および反射光用に同じ対物レンズ構造が使用されるように構築される。更に、各走査ビームからの反射光が、セグメント化されたCCD構造110に適用されると、標本のそれぞれのセクションを走査することから引き出された情報の内容は、一時的なシフトレジスタに並列転送された後、連続して読み出される。CCD110の複数のセクタからの転送により、大量のデータスループットが得られ、これは、ウェハ検査システムにおいて極めて望ましいものである。
[40]図5に、実際的なカメラデザインのセンサ500の例示的な実施形態を示す。デバイスは、2048個の素子501を有するリニアCCDであり、各素子は、横寸法が16μmであり、縦寸法が64μmであるピクセルサイズと、16μのピクセルピッチを有する。2048個の素子は、32個の素子501を各々が有する64個の独立したセクション502に分割され、各素子501は、第1の一時的な格納ステージ504への出力503を有し、この出力503は、セクション502の他の31個の素子の出力と並列に設けられる。セクション502は、別のセクションに対してすぐに隣接した位置に設けられる。別の実施形態において、高速化を図って、1つのタップ当たり16ピクセルしかない128個の出力を設けてもよい。各第1の一時的な格納ステージ504の32個の値は、それぞれのクロックTCK1〜TCK64によって、それぞれの第2段の格納ステージ505へ並列に読み出され、すべての第2段の格納ステージ505の32個の値は、単一のクロックTCKに応答して、それぞれの読出しシフトレジスタステージ506へ読み出される。各読出しシフトレジスタステージ506の32バイトは、クロック入力CR1、CR2によって連続してクロックされ、レジスタからアナログ出力された電圧モードは、64個のセクション502の各々に対するそれぞれの出力ポートOS1〜OS64に与えられる。当業者により理解されるように、適切な動作のために、デバイスに適切な電圧VABおよびVSETが適用される。このアーキテクチャを備えたセンサは、20〜40MHzのデータレート(1.0〜1.6MHzラインレート)と、1秒当たり2.0〜3.2Gpixの範囲の出力を有するようにデザインされてよい。
[41]再度、図1の略図に戻ると、スポットタイミングは、単一CCDセクション114〜116に対してスポットが1つのみであるようにデザインされる。実際、図5のリニアセンサと10ビームスキャナを用いた例示的な実施形態において、各々が32ピクセルに対する格納を有する64個のセンサセグメントの6分の1のみが、一度に1つの入力を受け取ることになる。単一ビームを複数のセグメントに入力すると、ビームが次のセクションに移動すると、必要な格納および読出し処理が可能な遅延が得られる。例示的かつ非制限的に、図2には、2つのみのスポットのタイミング図が示されているが、以下の教示により追加のスポットに容易に推定されてよい。図において、タイミング(t)ライン200は、複数のスポットによってウェハの表面、レチクル、または他の表面の走査に参照を与える。表面が所定の速度でy(ページ縦)方向に移動する間、スポットは、x(ページ横)方向に沿って走査する。最初、スポット1は、ウェハのセクション1上に配置され、時間期間201中の位置211に示すように、ウェハまたは他の表面のセクション1中を走査する。走査は、ステージ上でのウェハなどの動きによる表面の上向きの動きにより、右側へ上向きに傾斜する。第2のスポットは、処理位置220に示すように、まだ走査が始まっていない。時間期間201では第1のスポットのみしか走査していないため、処理部分230でセクション1または処理部分240でセクション2から転送されるデータはなく、処理部分250で出力されるデータもない。
[42]第2の時間期間202中、セクション1の走査は、スポット1によって完了し、走査線212の部分によって示すように、セクション2の走査を始める。同時に、第2のスポットは、走査線221で示すように、セクション1の走査を始める。時間期間202の開始時、期間201でのセクション1の走査中に獲得されたデータのすべてが、231で並列に出力される。しかしながら、この時点でセクション2に対して蓄積されたデータはないため、処理部分240での入力はない。しかしながら、231でセクション1から並列転送されたデータは、データセクション1の出力251で示すように、時間期間202中に連続して出力される。
[43]期間203の開始時、スポットビーム1は、213でセクション3の走査を開始するのに対して、スポットビーム2は、222でセクション2の走査を開始する。処理部分230において、セクション1においてスポット2によって蓄積されたデータは、232で転送されるのに対して、セクション2のスポット1でのデータは、241で転送される。時間期間203中、セクション1および2の各々に対するデータ(走査221、212によって収集)は、252および253でそれぞれ連続して読み出される。10本のビームを使用し、リニアスキャナの64個のセクションを有する例示的な実施形態の場合、CCDの少なくとも6個のセクションが各ビームから入力を受けた後に別の走査の開始に戻るように、ビームがウェハなどの表面の一部分を走査しなければならないことは明らかである。したがって、6個のセクションの走査に相当するデータ出力時の遅延が存在する。ビーム走査とCCD出力との間の同期は、最適な出力を達成するために容易に達成される。
[44]図3は、検査下にあるウェハ、レチクル、または同様の物体の実際の表面300を示す。横方向の目盛り0〜12は、個々のピクセル(明るい正方形)の位置を特定し、これらのピクセルのいくつか(301、304、307、および310)は、ウェハ、レチクル、または他の物体の動きに対して直交する方向に進む走査の走査開始点である。この動きは、数字0〜10で目盛りがつけられた方向にある。ウェハ自体は、単一のシリーズにおいて複数のビーム350、360、および370によって走査され、ビーム走査は、図の右側のピクセル10での走査シリーズ350’の開始で示すように、後続するシリーズで繰り返される。ウェハが、縦方向に数字0〜10の推移によって示されている従来の移送ステージ装置170(図1)によって移動されると、ビームは、ウェハの表面にわたって対角線に走査するように見える。そのため、第1の一連の走査にいて、スポット350は、セクタ1の点301で開始する。したがって、走査するにつれ、スポット350は、セクタ2のピクセル302、セクタ3のピクセル303、以下同様、に移動する。第2のスポット360は、セクタ1の点304で始まり、セクタ2の点305、セクタ3の点306、セクタ4の点307、以下同様、に移動する。セクタ1の点7で始まるスポット370も同様の動きをする。走査の第2のシリーズは、スポット350’で再度始まるが、この場合、セクタ1の点310で始まる。第2の走査においてスポット360および370の走査が同様に繰り返され、ウェハがステージ170によって移動されると、後続するシリーズにおいて、スポット350〜370の走査が同様に繰り返される。この走査を行えば、ウェハの全領域の並列読出値を見ることができる。
[45]図6Aに、第2の例示的な実施形態が示されており、同図において、システム600は、図1の実施形態と実質的に同一であるが、移動レンズの各々から複数のビームを作り出すために、ビームスプリッタを使用している点が異なる。更に詳しく言えば、レーザ601は、従来のビーム形成器602に適用される光ビーム出力651を発生して、当業者に公知の方法で均一の強度ビームプロファイルを有するビーム652を形成する。平行化されたビーム652は、音響光学移動レンズ604を有する動作レンズシステムにビーム653を方向付けるための従来のミラー603に適用される。移動レンズ音響光学デバイス604は、形成されたビーム653を複数のビーム654a、654b、654cに変換するように動作する。この場合も、便宜上、例示的に3本のビームが示されているが、ビームの数は、それよりも多くてもよく、例示的な実施形態では、10本以上の同時発生する走査ビームであってよい。移動レンズ音響光学デバイス604は、一連のチャープRFパルスの各々に応答し、移動レンズデバイス604の活性領域に複数の連続レンズの1つを形成する。音響パルスがデバイス604を通って移行するにつれ、関連付けられたレンズは移行して、走査の性質に合わせてそれらのビームの各々を移動させる。音響光学デバイス604の活性領域にある複数のレンズ604a、604b、604cにより、移動レンズ音響光学デバイスの焦点654a、654b、654cで複数のフライングスポットが発生し、その後、フライングスポット654a、654b、654cは、従来のコリメータレンズ605を通過する。
[46]第1の実施形態とは異なり、コリメータレンズ605の複数ビーム出力は、ダンマン格子またはビームスプリッタ640(図示した実施形態では1×3タイプであるが、他の分割率も本発明の範囲内である)を通過することによって、ビーム束655a、655b、655cが生成される。分割された各ビームのエネルギーが実質的に等しいものである限り、当業者に公知の任意の手段によって分割が実行されてよい。これらのビーム束の各々は、ビームスプリッタモジュール606の表面に入射し、複数のビーム656a1〜3、656b1〜3、656c1〜3として走査対象の標本608の表面に撮像するための対物レンズ607に通される複数のスポットビーム(655a1〜3、655b1〜3、655c1〜3、図示せず)を含む。対物レンズ607によって出力された複数の平行ビーム656a1〜3、656b1〜3、656c1〜3は、標本の表面上の領域608a、608b、608cに集束される。これらの領域の各々は、ビーム束655a、655b、および655cの別々のものから生じる別々のフライングスポットによって走査され、例示的な実施形態において、図6Bに示すような走査線構造を発生し、同図において、別々のビーム656a、656b、656cからの走査は一まとまりであるが、時間と位置がずれている。これらの走査からの光は、平行ビーム(各々3つの走査での3本のビーム、図示せず)として戻され、これらのビームは、対物レンズ607を再度通過して、ビームスプリッタモジュール606の背面に向けられる。これらの平行な反射ビームは、モジュール606によって反射され、コリメータレンズ609に適用される。
[47]レンズ609からのビーム659a1〜3、659b1〜3、659c1〜3は、3つのカメラに出力され、これらのカメラの各々は、図1の実施形態のリニアCCDのものと同様の構造および機能を備えたマルチステージ、マルチタップの垂直転送CCD610A、610B、610Cをそれぞれ有する。このアーキテクチャにより、画像検出デバイスのスループットおよび解像度が更に高まる。
[48]図7aに示すような更なる別の例示的な実施形態において、すでに開示したような複数のフライングスポットまたは単一スポットを含むものであってよい光源からのレーザ光が、第1のビームスプリッタモジュール710を通過してよい。レーザ偏光を適切に配向すると、ビームスプリッタ710は、第1の表面710aを介してレーザ光701を通過させるが、標本から戻る光を反対側の表面710bから反射させる。通過したレーザ光702は、レーザ光を通過させる中央孔720aと、暗視野光704を反射する反射環状表面720bとを有する環状ミラーを通過する。標本708の表面に衝突するレーザ光703は、暗視野光704および明視野光705として反射されて戻される。暗視野光704は、暗視野光を反射し明視野光を通過させる環状ミラー720の表面720bによって、明視野光705から分離される。暗視野光704は、高感度の光電子増倍管740によって検出される。明視野光は、孔720aを通って戻り、表面710bによってCCD730へと反射され、このCCDは、マルチステージまたは単一ステージCCDであってよく、感度はより低いが、PMTより高速である。
[49]別の実施形態において、ミラー760を通過し、ビームスプリッタモジュール770を介して、標本758の表面に集束するための対物レンズ757へと進む環状照明形態のレーザ751が与えられる。ミラー760は、環状照明を阻止しない程度に小さいものであるが、環の内側部分に散乱された光の実質的な部分を検出器780に反射するのに十分な大きさである。ビームスプリッタモジュール770は、単純な部分反射ビームスプリッタであってよく、または、モジュール106のようなものであるが、環状の形態のものである偏光ビームスプリッタ/四分の一波長板の組合せであってよい。暗視野と明視野の成分である反射光は、ビームスプリッタ770の表面に向けられ、明視野光は、CCD790に向けて反射される。暗視野光は、ビームスプリッタ770を介してミラー760へと通過し、ミラーの表面は、検出用に光をPMT780に反射する。
[50]以下、本発明の一実施形態により、暗視野環状照明システム808を示す図8Aを参照する。システム808は、図7Bのシステム750に類似しているが、PMT780の代わりに、暗視野光学系900を含む。
[51]図8Aのシステム808と図8Bのシステム818は、(i)検査される物体の反復パターンから生じる干渉パターンを阻止するために、対物レンズと撮像レンズとの間に配置されてよい空間フィルタと、(ii)リレーレンズと、(iii)自動焦点光学系などであるが、これらに限定されるものではない更なる光学的な構成部品を含んでよいことを留意されたい。説明を分かりやすくするために、これらの要素は示されていない。
[52]暗視野光学系は、撮像レンズ992と、それに後続するビームスプリッタ995と、それに後続する2つの空間フィルタ993および994と、それらに後続する空間フィルタ993および994の透明な部分を通過する暗視野成分を、それらに後続する、PMT検出器780などの複数の検出器へ向けるファイバ800などの複数の導波路とを含む。ビームスプリッタ995は、優先的に、「50:50」ビームスプリッタであり、すなわち、偏光、角度、または位置に関係なく、入射光の等しい部分を反射および送信する。図10に示すように、ほぼ不透明な板993が、複数の透明な部分(「開口」と呼ぶ)999を含むのに対して、ファイバ800などのファイバは、開口を通過する光を収集するような位置に設けられる。開口と対応するファイバ900の各対が、収集ゾーンを画成する。板994は、板993に類似しているが、開口は、板993の収集ゾーン間にある領域のすべてに及び、板993の収集ゾーンにわずかに重複する収集ゾーンを画成するように変移されることに留意されたい。わずかな重複が必要なのは、光学的および機械的な不正確性および偏向が存在しても、ギャップレスな暗視野画像を確実に生成するためである。本発明の1つの態様によれば、各収集ゾーンは、約200ピクセル長であり、重複は、8ピクセル長である。他のサイズおよび重複率が与えられてもよいことを留意されたい。
[53]収集ゾーンは、1つの収集ゾーンが、一度に最大1つのスポットから光を確実に受けるように画成される。したがって、各収集ゾーンの長さは、2つの隣接するスポット間の距離より短い。
[54]本発明の1つの態様によれば、1つのフィルタは、反復パターンからの干渉ローブの拒絶と収集ゾーンの画成の両方を行う。
[55]図8Cは、図8Aのシステム808に類似したシステム828を示すが、ビームスプリッタ995は、撮像レンズ992が先行するのではなく、2つの撮像レンズ992”が後続する。
[56]以下、本発明の一実施形態によるシステム818を示す図8Bを参照する。システム808は、図7Bのシステム750に類似しているが、PMT780の代わりに、暗視野光学系902を含む。暗視野光学器902は、暗視野光学系900に類似しているが、暗視野光学系900とは異なるゾーンから暗視野光を受けるように調節される。
[57]図9は、スポット850_1、850_2、および850_3および重複する矩形状の収集ゾーン852_1〜852_5を示す。収集ゾーンは、物体の表面の暗視野画像がギャップレスになるように重複する。図9および本願の他の図は、正確な縮尺率のものではないことを留意されたい。
[58]暗視野検出のタイミングは、図2のタイミング図に類似したものであってもよいが、暗視野収集ゾーンが重複している(明視野CCDゾーンは重複していない)点と、暗視野検出器が単一の出力を有し、読出し期間または並列−直列変換を必要としない点が異なることを留意されたい。一般的に言えば、検出のタイミングスキームは、走査タイミングと同期されることになる。
[59]システム808、818、および828の任意のものが、図6Bのダンマン格子640などの追加のスプリッタを含んでよいが、このようなスプリッタを含むには、さまざまな暗視野要素を収集するために暗視野光学系を構成する必要があることを更に留意されたい。図12は、各ビーム束を3つのビーム束に分割するダンマン格子を有するシステムによって画成された収集ゾーンを示す。したがって、1本の走査線が3本の走査線に変換され、図9のスポット850_1、850_2、および850_3は、3つのスポットセット、すなわち、スポット850_1、850_2、および850_3、スポット850’_1、850’_2、および850’_3、およびスポット850”_1、850”_2、および850”_3に変換される。更に、図9の収集ゾーン852 1〜852 5は、収集ゾーン852_1〜852_5、収集ゾーン852’_1〜852’_5、および収集ゾーン852”_1〜852”_5に変換される。
[60]システム808、818、および828の任意のものが、検査される物体上の反復パターンによって導入される回折ローブを抑制するための追加の暗視野光学系を含んでよいことを更に留意されたい。図8Dは、図8Bのシステム818に類似しているが、追加のリレー光学系1002と、瞳1004と、上記ローブを阻止する空間フィルタ1006とを有するシステム838を示す。リレー光学系1002は、被検査標本からの散乱光を、瞳1004と空間フィルタが配置された上記物体のフーリエ面に撮像する。上記空間フィルタは、制御可能なマイクロシャッタアレイなどの構成可能な空間フィルタを含んでよい。上記空間フィルタは、被検査物体に応じて取り替えられてよい空間フィルタの群から選択されてよい。
[61]図11は、標本を検査するための方法980を示す。この方法980は、単一の光源から複数のスポットビームを与えるステップ982で始まる。ステップ982の後、標本表面で上記複数のスポットビームを走査するステップ984が続き、それによって、反射ビームおよび透過ビームの少なくとも1つの対応する複数のビームが生成される。反射ビームおよび透過ビームの少なくとも1つは、明視野および暗視野成分を含む。図8Aおよび図8Bは、反射および後方散乱されたビームが検出されるシステムを示すが、他のシステムが、透過および透過散乱されたビームまたは、透過ビームと反射ビームの両方を検出してもよいことを留意されたい。ステップ984の後、暗視野成分を検出するステップ986が続く。
[62]PMT検出器780などの複数のPMT検出器と、検出信号の格納および暗視野画像の復元が可能な回路の一部分を示す図13を参照する。
[63]各PMT検出器(780)は、アナログ・ディジタル変換器(784)に接続されたPMT前置増幅器ボード(782)に接続される。各アナログ・ディジタル変換器(784)は、走査信号と同期されるタイミング信号によって制御され、PMT収集ゾーンが、あるスポットと被検査物体との間の相互作用から得られる信号を受信することが予想される時間間隔の間でのみ、PMTからの検出信号が変換され、その後、格納されるようにする。タイミング信号は、タイミング信号発生器786によってすべてのA/Dユニットに与えられる。さまざまな組合せが、十分なタイミング信号を与えることができることを留意されたい。例えば、各アナログ・ディジタル変換器は、関連付けられたPMT検出器の位置に応答して、タイミング信号発生器からのタイミング信号を遅延させてよい遅延ユニットに更に接続されてよい。このような構成において、タイミング信号発生器は、同じ信号をすべての遅延ユニットに与え、タイミングは、各遅延ユニットの遅延に応答して決定される。他の構成は、別々の遅延ユニットを必要とするものでなくてもよいが、別々のタイミング信号を各PMT検出器に与えることを含んでよい。
[64]図13に示すように、各アナログ・ディジタル変換器は、PMT検出器780から与えられ、変換器784によってディジタル化された連続した検出信号を格納するためのFIFOスタック788などの格納エンティティに接続される。本発明の1つの態様によれば、アナログ・ディジタル変換器のサンプリングと格納プロセスにより、1つのFIFOエントリ当たり1ピクセルを格納することができる。したがって、光スポットが、全走査経路を走査すると、それぞれのPMTのFIFOは、2048ピクセルと、更に所定量の重複ピクセルとを含むことになる。FIFOスタックからのエントリコンテンツを取り出すことにより、暗視野画像を作ることができる。便宜上、ピクセルの分析(および取出し)は、ピクセルグルプ単位で実行され、このグループは、同じ走査線のピクセルを含む。
[65]本願発明者等により、12個のPMT検出器、約9〜10個の同時照明スポット、各ビーム束に対して2048ピクセル走査線を含む構成が非常に効果的であることが判明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の構成が利用されてよい。
[66]上述した暗視野光学系の構成は、複数の平行ビームから散乱光(すなわち、暗視野)の像を生成するのに特に適しているが、複数の平行ビームから反射または透過光(すなわち、明視野)の像を生成するために使用されてもよく、唯一の違いは、ビームスプリッタ、空間フィルタ、および標本と相互作用する光の部分を選択し、その光を検出器モジュールに向けるミラーの組合せである。
[67]いくつかの例示的な実施形態に関して本発明を記載してきたが、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の全範囲は、適用法に従って解釈されるように、添付の特許請求の範囲において規定される。
本発明によるウェハまたは他の標本を走査するための第1の例示的なシステムおよび装置の略図を示す。 ウェハまたは他の標本を走査するために、本発明の装置によって生成された複数のビームを使用するための例示的なタイミング図を示す。 本発明の一実施形態により生成された4つのビームによって同時に走査された場合のウェハ表面のトポグラフィを示す。 本発明の一実施形態において使用された場合の移動レンズ、マルチビーム音響光学デバイスの略図である。 本発明の一実施形態によるCCDスキャナにおいて用いられてよい、2ステージ垂直転送を有するマルチステージリニアフォトダイオードの略図である。 本発明による、ウェハまたは他の標本上で複数の分割ビームを走査するための第2の例示的なシステムおよび装置の略図である。 本発明による、分割ビームに対して走査されたライン構造の略図である。 本発明による、単一の照明レーザと、標本表面上の明視野および暗視野を別々に検出するための環状照明レーザアーキテクチャとを示す略図である。 本発明による、単一の照明レーザと、標本表面上の明視野および暗視野を別々に検出するための環状照明レーザアーキテクチャとを示す略図である。 本発明の実施形態による環状照明を備えた暗視野環状照明システムの略図である。 本発明の実施形態による環状照明を備えた暗視野環状照明システムの略図である。 本発明の実施形態による環状照明を備えた暗視野環状照明システムの略図である。 本発明の実施形態による環状照明を備えた暗視野環状照明システムの略図である。 本発明の2つの態様による、複数のスポットおよび収集ゾーンを示す。 本発明による空間フィルタを示す。 暗視野を与えるための方法のフローチャートである。 本発明の2つの態様による、複数のスポットおよび収集ゾーンを示す。 PMT検出器とその環境の略図である。
符号の説明
100…ウェハ検出システム、101…レーザ、102…ビーム形成器、103…ミラー、104…移動レンズ音響光学デバイス、106…ビームスプリッタ、107…対物レンズ、108…ウェハ、109…コリメータレンズ、110…垂直転送CCD、114…シフトレジスタ

Claims (26)

  1. 標本検査システムであって、
    ビームを供給する光源
    活性領域を有し、RF信号に応答して、前記活性領域で同時に存在する複数の移動レンズのシーケンスを生成する移動レンズ音響光学デバイスであって各々の移動レンズが焦点を有し、前記移動レンズ音響光学デバイスが、生成された移動レンズの各々の焦点のそれぞれで、光ビームを受け、複数のスポットビームを生成するように動作し、前記複数のスポットビームが、前記標本の第1の表面を走査することによって、反射ビームおよび透過ビームの少なくとも1つの対応する複数のビームが生成され、反射ビームおよび透過ビームの少なくとも1つが、明視野および暗視野成分を備える、前記移動レンズ音響光学デバイスと
    部分的に重複した収集ゾーンから暗視野成分を収集および検出し、前記第1の表面暗視野像を与える、暗視野光学系と、
    を備える、システム。
  2. 前記暗視野光学系が、複数の収集ゾーンを画成する複数の検出器を備える、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記複数の収集ゾーンが、少なくとも1つの空間フィルタと、リキッドライトガイドまたはファイバである複数の物体によって画成される、請求項2に記載のシステム。
  4. 前記暗視野光学系が、前記部分的に重複した収集ゾーンを画成する少なくとも1つの暗視野ビームスプリッタを更に備える、請求項1に記載のシステム。
  5. 前記少なくとも1つの暗視野ビームスプリッタに、少なくとも1つの空間フィルタと、リキッドライトガイドまたは光ファイバである複数の物体が後続する、請求項4に記載のシステム。
  6. 前記暗視野光学系が、空間フィルタで、標本で形成された暗視野像を撮像する撮像レンズを備える、請求項1に記載のシステム。
  7. 前記RF入力信号の供給源を更に備え、前記信号が、チャープRFパルスを含み、各パルスが、前記活性領域において伝播レンズを生成するように動作する、請求項1に記載のシステム。
  8. 第1の複数のスポット走査ビームを受け、前記ビームの各々を第2の複数のスポット走査ビームに分割するように動作するビームスプリッタを更に備える、請求項1に記載のシステム。
  9. 前記光源が、UVレーザであり、前記UVレーザと前記移動レンズ音響光学デバイスとの間の光路に位置するビーム形成器を更に備える、請求項1に記載のシステム。
  10. 前記暗視野光学系が、PMT検出器を備える、請求項1に記載のシステム。
  11. 前記暗視野成分内に含まれる干渉ローブを阻止するための追加の暗視野光学系を更に備える、請求項1に記載のシステム。
  12. 明視野成分を検出するための明視野光学系を更に備える、請求項1に記載のシステム。
  13. 標本検査方法であって、
    単一の光源から複数のスポットビームを供給するステップと、
    標本の表面で前記複数のスポットビームを走査するステップ
    一連のチャープ入力RFパルスを入力し、前記活性領域で同時に存在する複数の移動レンズのシーケンスを生成するステップであって、反射ビームおよび透過ビームの少なくとも1つの対応する複数のビームが生成され、反射ビームおよび透過ビームの少なくとも1つが、明視野および暗視野成分を備える、前記ステップと、
    部分的に重複する収集ゾーンから前記暗視野成分を検出し、前記検出された暗視野成分から暗視野像を与えるステップと、
    を含む、方法。
  14. 複数の収集ゾーンで暗視野成分を収集するステップを含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記複数の収集ゾーンが、リキッドライトガイドまたは光ファイバである複数の物体と、少なくとも1つの空間フィルタによって画成される、請求項14に記載の方法。
  16. 前記収集ステップが、暗視野成分を分割することと、分割された暗視野成分を収集ゾーンに向けることとを含む、請求項13に記載の方法。
  17. 前記収集ゾーンが、部分的に重複する、請求項14に記載の方法。
  18. 前記走査ステップが、前記標本の異なるセクションで前記複数のビームのそれぞれを同時に走査することを含む、請求項13に記載の方法。
  19. 前記走査ステップが、一連のチャープRF信号を入力することを含み、各チャープRF信号が、前記複数のスポットビームのそれぞれの走査を制御する、請求項13に記載の方法。
  20. 第1の複数のスポット走査ビームにビームスプリッタを通過させるステップと、第2の複数のスポット走査ビームを作り出すステップと、を更に含む、請求項13に記載の方法。
  21. 前記走査が、前記標本を移動させるステップを更に含む、請求項13に記載の方法。
  22. 暗視野成分内に含まれる干渉ローブを阻止するステップを更に含む、請求項13に記載の方法。
  23. 明視野成分を検出するステップを更に含む、請求項13に記載の方法。
  24. 明視野成分および暗視野成分を同時に検出するステップを更に含む、請求項13に記載の方法。
  25. 明視野成分を検出するための明視野光学系を更に備え、明視野成分および暗視野成分が同時に検出される、請求項1に記載のシステム。
  26. 前記収集ゾーンは、1つの収集ゾーンが、一度に1つのスポットから光を確実に受けるように画成され、各収集ゾーンの長さは、2つの隣接するスポット間の距離より短くなっている、請求項2に記載のシステム。
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