JP5038570B2 - 顕微検査のための改良レンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、反射屈折結像顕微鏡系に関し、特に、その系の瞳を反射屈折対物レンズ部の外側の位置に再結像することができる結像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造業は、半導体材料の中に回路を集積させる非常に複雑な技術を含んでいる。プロセス工程の数が膨大であること、そして半導体機器のサイズが小型化していることから、半導体の製造工程は、機器の歩留まりを減少させる原因となるプロセス欠陥を、生じやすい傾向にある。したがって、歩留まりの高い製造設備を維持するためには、これらのプロセス欠陥をプロセス工程から排除するテスト手続きが不可欠である。このテスト手続きは、製造プロセスに対して不可欠であって、かつプロセスのかなりの部分を占めるので、半導体産業では、より高感度でかつより効率的なテスト手続きが、常に求められている。
【０００３】
テストシステムの１つは、光学結像技術を使用して、半導体ウエハまたはダイの像を作成するものである。次いで、像を検査して、半導体ウエハまたダイの欠陥を検出する。Ｓｈａｆｅｒによる米国特許第５，０３１，９７６号、ならびにＥｌｌｉｏｔおよびＳｈａｆｅｒによる米国特許第５，４８８，２２９号は、結像システムの１つである、遠紫外スペクトル領域（波長が約０．２３〜０．３７ミクロン）を対象とした反射屈折結像システムを開示している。これらの結像システムは、Ｓｃｈｕｐｍａｎｎの色消しレンズの原理およびＯｆｆｎｅｒタイプの視野レンズを利用している。Ｓｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．による米国特許第５，９９９，３１０号は、広範囲のズーム機能を有した反射屈折結像システムを開示している。米国特許第５，９９９，３１０号が開示する結像システムは、ズーム機能に加えて高開口数を有しており、超広域のスペクトル領域で作動する。
【０００４】
反射屈折結像システムは、非常に優れた品質の像を提供することができるが、一定数のテストモードでしか動作できないという制約がある。これは、系の瞳が、その結像システムの反射屈折レンズ部の中に位置しているためである。照明光の光路を集束光の光路から分離することができるように、ビームスプリッタを挿入するための充分な空間を系の瞳のまわりに設け、系の瞳にアクセスが可能であれば、その結像システムを、さらに追加の光学検査モードで動作させることが可能になる。結像システムは、これらの光路を進む光の量および／またはパターンを選択的に制御することによってこれらの追加の検査モードで動作するように構成される。これらのモードは、結像システムを、より高い検出感度で動作させることを可能にする。しかしながら、現行の系の瞳は、反射屈折レンズ部の中に位置しているので、アクセスすることが難しく、これが系の構成を困難にしている。この内部の瞳を別の結像モードで使用しようとすると、照明アパチャと集光アパチャとが分離されることになる。この結果、これらのアパチャの倍率および位置に差が生じる。これは、アパチャとアパチャとのあいだで光を経済的な手法で位置決めするどのような試みも、その結果として光損失を生じることを意味する。なぜなら、アパチャのサイズは、光学信号間の干渉（クロストーク）を最小限に抑えるように設定しなければならないからである。
【０００５】
現行の系のもう１つの欠点は、環状暗視野または全天の照明／集光モードのいずれに対しても、テレセントリックモードで動作できないことにある。非テレセントリックであるということは、視野の中心に結像されたウエハ構造の外観が、視野の端におけるウエハ構造の外観と異なることを意味する。これは、その構造に入射する光の角度と、その構造を見る角度と、のあいだに差があるためである。
【０００６】
現行のシステムのさらにもう１つの欠点は、瞳平面に収差が生じることにある。これらの収差は、瞳に関して望ましくない効果を２つ引き起こす。第１の効果は、スポットサイズが、収差を生じないスポットと比べて大きくなることであり、第２の効果は、スポットの位置が、そのあるべき位置に対して誤差を生じること（歪曲）である。高品質の瞳平面を使用できると、フーリエフィルタリングが可能になる。フーリエフィルタリングは、特定の周期的なウエハ構造に対する欠陥の検出感度を高めるのに効果的である。フーリエフィルタリングは、フーリエ平面の品質が十分に高く、かつ、物理的にアクセス可能で機械的なフーリエフィルタを挿入できない限り、不可能である。
【０００７】
以上から、物理的にアクセス可能な瞳を有する光学結像システムであって、かつテレセントリックモードで動作することができ、欠陥の検出感度を高める目的で様々な光学テストモードで動作できるように構成され、より正確なフーリエフィルタテストを可能にする光学結像システムが、望まれていることがわかる。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、瞳へのアクセスが容易であって、環状暗視野照明モードおよび全天照明モードに対して「テレセントリック・イン・オブジェクトスペース」モードで動作することができ、そしてより正確なフーリエフィルタリングを可能にすることができる、広スペクトル領域反射屈折光学システムに関する。本発明の一態様は、全て光学系の光路に沿って並んだ３つのレンズ部、すなわち反射屈折対物レンズ部と、再結像レンズ部と、ズームレンズ部とを含んだ光学システムに関する。再結像レンズ部は、再結像された瞳に、どのレンズ部からも離れた位置でアクセスできるように、系の瞳を再結像する。一実施形態では、再結像レンズ部は、中間焦点を形成するために使用される中間焦点レンズ群と、中間焦点レンズ群からの光を再平行化するために使用される再平行化レンズ群と、瞳の再結像を生成する再集束レンズ群と、を含む。光学系は、また、照明瞳と集光瞳とを切り離して作成するビームスプリッタを含むことができる。そして、照明瞳および集光瞳を、照明アパチャおよび集光アパチャを使用してそれぞれ操作することによって、光学系が、明視野照明、環状暗視野照明、および全天照明などの様々なテストモードで動作できるようにできる。再結像レンズ部は、また、系をレーザ暗視野モードで動作するように構成することも可能にする。
【０００９】
本発明の別の一態様は、広スペクトル領域反射屈折光学システムを使用する方法に関する。この方法は、放射源からの放射を、光学システムの照明瞳および集光瞳を通過するように方向付ける動作を含む。この方法は、また、光学系が明視野照明、環状暗視野照明、および全天照明のモードで動作できるように、照明瞳および集光瞳を構成する処理を含む。
【００１０】
本発明の原理を例示した添付の図面との関連で行う以下の詳細な説明から、本発明の上述したおよびその他の特徴および利点がさらに詳しく示される。
【００１１】
添附図面とともに以下の説明を参照することによって、本発明は、そのさらなる利点とともに、十分に理解されうる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、添付の図面に示したいくつかの好ましい実施形態を参照にしつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の徹底的な理解を促すために、多くの項目を特定している。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全部を特定しなくても実施できる。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知のプロセス工程の説明は省略した。
【００１３】
本発明による光学系は、系の瞳の像を対物レンズ部の外側に形成する光学系である。本発明の一実施形態にしたがって図１に示した光学系１０は、反射屈折レンズ部１２８とズームレンズ部１３９とのあいだに配置された再結像レンズ部５０を含む。反射屈折対物レンズ部１２８は、一般に、光学系１０によって検査される試料の近くに設けられる。系の瞳は、一般に、対物レンズ部１２８中に位置し、通常は、対物レンズ部１２８のレンズのうち１つのレンズ中に位置する。一般に、系の瞳は、大きい収差を有し湾曲して歪んでいることが多い。再結像レンズ部５０は、系の瞳の像を対物レンズ部１２８の外側に形成する（これを、「瞳を再結像する」と称する）ために使用することができる。再結像された瞳は、再結像レンズ部５０とズームレンズ部１３９とのあいだに配置された瞳平面４８内に形成される。ズームレンズ部は、試料の像を受け取り、再結像された瞳を最終像の前に配することを可能にする。また、ズームレンズ部１３９は、像１４０の倍率を調整することができ、系全体の光学収差を補正するために使用することができる。本発明による光学系は、遠紫外線または可視光線などの様々な照明方法とともに使用することができる。
【００１４】
図１において、集光瞳および照明瞳は、再結像レンズ部５０と瞳平面４８とのあいだにビームスプリッタを設けることによって設けられる。そして、集光瞳および照明瞳が操作されて、その結果、光学系１０が様々なテストモードで動作できるようにすることができる。これらのテストモードは、明視野照明、環状暗視野照明、および全天照明のモードを含むが、これらに限定されない。瞳平面４８は、また、干渉光源によって照明されたときに反復構造パターンをフィルタ抽出するのに有用なフーリエ平面でもある。以下では、集光瞳および照明瞳を設けて使用するための技術および装置に関してさらに説明する。
【００１５】
図２は、反射屈折対物レンズ部１２８を、本発明の一実施形態にしたがって詳細に示している。図示した実施形態において、反射屈折対物レンズ部１２８は、中間像１３を形成するための集束レンズ群１１と、中間像１３の近傍から最終像１９にわたって設けられた視野レンズ群１５とからなる。対物レンズ部１２８は、単色（サイデル）収差ならびに色収差（縦の収差および横の収差）の両方と、単色収差の色変化とを、スペクトルの遠紫外線（ＵＶ）部分にまで達し０．２３〜０．３７ミクロンのＵＶ光を含む波長域に渡って、補正するように、最適化することができる。反射屈折対物レンズ部１２８は、広域の遠紫外線に適用するような使用に適した任意の構成を有することができる。この対物レンズ部１２８は、任意の適切なＵＶ結像応用例に適用することができる。例えば、ＵＶ顕微鏡の対物レンズ、ウエハ検出装置において表面で散乱されたＵＶ光を集光するコレクタに適用でき、ＵＶフォトリソグラフィ・システムのマスク投写光学機器として適用できる。
【００１６】
図２の集束レンズ群１１は、７つのレンズエレメント２１〜２７からなり、そのうち２つのレンズエレメント（２１および２２）は、残り５つのレンズエレメント（２３〜２７）から実質的な距離だけ切り離されている。１対のレンズエレメント２１，２２は、一般に、残り５つのレンズエレメント２３〜２７の厚さの合計の少なくとも２分の１の程度だけ、これら５つのレンズエレメント２３〜２７から切り離されている。例えば、レンズエレメント２３〜２７が約６０ミリメートル（ｍｍ）の距離に及び、レンズエレメント２２からレンズエレメント２３までの距離が３０〜６０ｍｍとすることができる。実際の寸法は、実施形態ごとに選択されるスケールに依存する。２つのレンズ２１，２２は、コマ収差および非点収差などの単色像収差の色変化を補正する目的で、屈折力の低い二重レンズを構成する。この二重レンズ２１，２２を、他の系コンポーネントから離れて設けることによって、これら２つのレンズ上に画角を有する光ビームのシフトが最大化される。これは、収差の色変化を最も良く補正するのに大きく役立つ。
【００１７】
主な集束サブ群に含まれる５つのレンズ２３〜２７は、分厚く屈折力の強い負のメニスカスレンズ２３と、それに背中合わせに配される、曲率が大きい負のメニスカスレンズ２４と、屈折力の強い両凸レンズ２５と、屈折力の強い正のメニスカスレンズ２６と、それに背中合わせに配され、曲率は大きいが非常に屈折力が弱い、正または負のメニスカスレンズ２７と、からなる。このレンズ２３〜２７からなるサブ群は、様々なヴァリエーションを取りうる。サブ群は、光を中間像１３に集束させる。レンズ表面の曲率および位置は、単色収差を最小化するように、そして、二重レンズ２１〜２２と連携してこれらの収差の色変化を最小化するように、選択される。
【００１８】
視野レンズ群１５は、無色のトリプレットを一般に備えるが、任意の無色のレンズ群を使用することができる。ここでは、融解石英およびＣａＦ₂の両ガラス材料が使用される。遠紫外線に対して透明の屈折材料としては、他にも、ＭｇＦ₂、ＳｒＦ₂、ＬａＦ₃、ＬｉＦなどのガラスまたはこれらの混合物が可能である。色収差を補正するためには、屈折材料に加えて回折表面を使用することができる。２つのＵＶ透過材料すなわちＣａＦ₂ガラスおよび融解石英の分散（dispersions）は、遠紫外線の領域では大差ないので、群１５の個々のコンポーネントは、非常に強い曲率をそれぞれ有する。主な色収差は、主として、反射屈折リレー群１７中のレンズエレメントと、集束レンズ群１１とによって補正される。視野レンズ群１５の無色化は、残りの横の色を完全に補正することを可能にする。
【００１９】
図２の反射屈折リレー群１７は、被覆４１付きの背面を有した融解石英メニスカスレンズ３９と、反射被覆４５付きの背面を有した融解石英レンズ４３と、を含む。２つのレンズエレメント３９，４３は、互いに向き合った前面を有する。反射性の表面被覆４１，４５は、一般にアルミニウムであり、反射率を高めるために、誘電性の保護膜をともなう場合もある。
【００２０】
第１のレンズ３９は、系の光学軸に沿ってレンズの中心に形成された穴３７を有する。反射被覆４１も同様に、中心の穴３７の手前で途切れるので、その結果として中心に光学アパチャが形成され、光はその中を、レンズ３９またはその反射被覆４１のいずれにも妨げられずに通過することができる。穴３７によって規定される光学アパチャは、中間像平面１３の付近にあるので、光損失は最小限に抑えられる。無色の視野レンズ群１５は、穴３７の中または近くに配置される。第２のレンズ４３は、穴を有さないのが通常であるが、その中心には、反射性の表面被覆４５を有さない開口部または窓４７が設けられている。反射被覆４１を有したレンズ３９の光学アパチャは、必ずしもレンズ３９の穴３７によって規定する必要はなく、被覆４５のように、被覆４１に単に窓を設けることによって規定することもできる。この場合は、レンズ３９の反射表面を、光が１回余分に通過することになる。
【００２１】
光源から中間像平面１３へと光学軸に沿って進む光は、第１のレンズ３９の光学アパチャ３７を通過した後に、第２のレンズ４３の本体を通過し、平面に近い（または平面状の）ミラー被覆４５によって反射され、第２のレンズ４３を通過して戻る。光は、次いで第１のレンズ３９を通過し、ミラー表面４１によって反射され、第１のレンズ３９を通過して戻る。こうして強く集束された光は、第２のレンズ４３の本体を三度目に通過した後に、光学アパチャ４７を通過し、最終的に、アパチャ４７に隣接する標的像平面（target image plane）に到達する。第１および第２のレンズ表面の曲率および位置は、主として軸方向かつ横方向である色を、集束レンズ群１１と連携して補正するように選択される。紫外線の反射屈折結像システムに関するさらなる詳細に関しては、引用によって本明細書に組み込まれるＳｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．による米国特許第５，９９９，３１０号およびＳｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．による米国特許第５，７１７，５１８号を参照すると良い。
【００２２】
図３は、図１の光学系を示した図であるが、光学系の他のコンポーネントをより良く図示する目的で、再結像レンズ部５０を省略してある。図３に示した光学系は、本発明による別の一実施形態にしたがった反射屈折対物レンズ部１２８’と、ズームレンズ部１３９とを含む。反射屈折対物レンズ部１２８’は、反射屈折レンズ群１２２と、視野レンズ群１２７と、集束レンズ群１２９とを含む。ビームスプリッタ１３２は、ＵＶ光源の入り口を提供する。開口絞り１３１は、系の結像の開口数（ＮＡ）を調整するために使用される。この顕微鏡系は、物体１２０（例えば検査したいウエハなど）の像を像平面１４０に写す。
【００２３】
反射屈折対物レンズ部１２８’は、ＵＶスペクトル領域（波長は約０．２３〜０．３７ミクロン）での超広帯域結像に対して最適化される。例えば、本発明は、Ｏｆｆｎｅｒ視野レンズと組み合わせてＳｃｈｕｐｍａｎｎの原理を利用することによって、軸方向の色および一次の横方向の色を補正してもよく、無色の視野レンズ群と組み合わせて同原理を利用することによって、高次の横方向の色を補正してもよい。残りの高次の色収差を排除すれば、超広帯域ＵＶに対する対物レンズの設計が可能になる。
【００２４】
反射屈折レンズ群１２２は、反射被覆で覆われたレンズエレメントである近平面の（または平面状の）リフレクタ１２３と、メニスカスレンズ１２５と、凹面状の球面リフレクタ１２４と、を含む。この反射性のエレメントは、反射材料で覆われていない光学アパチャを中心に有することによって、中間像平面１２６からの光が凹面リフレクタを通過し、近平面の（または平面状の）リフレクタ１２３によって反射されて凹面リフレクタ１２４に達し、近平面の（または平面状の）リフレクタ１２３を再度通過して戻り、一群のレンズエレメントまたは途中のエレメントを横切ることを可能にする。
【００２５】
無色のマルチエレメント視野レンズ群１２７は、融解石英、フッ化物ガラスなどの、２つまたはそれ以上の異なる屈折材料や、回折表面をもとにして形成される。視野レンズ群１２７は、光学的に結合されても良いし、あるいは空気中において僅かに隔てられても良い。融解石英およびフッ化物ガラスの分散度は、遠紫外線の範囲では大差ないので、視野レンズ群のいくつかのコンポーネントエレメントは、個々の屈折力が大きい必要がある。このような無色の視野レンズを使用すると、軸方向の色および横方向の色を、超広域のスペクトル範囲に渡って完全に補正することが可能になる。最も単純なヴァージョンの設計では、１つの視野レンズコンポーネントのみを、系中の他のレンズとは異なる屈折材料で作成すればよい。
【００２６】
まず、ズームレンズ部１３９が、反射屈折対物レンズ１２８とは独立に、補正される。それには、２種類の屈折材料（融解石英やフッ化カルシウムなど）が使用される。それから、ズームレンズ部１３９が、反射屈折対物レンズ１２８と組み合わせられ、その後、反射屈折対物レンズが、ズームレンズ系の残りの高次の色収差を補正できるように変更される。これは、上述した反射屈折対物レンズの視野レンズ群１２７および低出力レンズ群１３０の設計上の特徴によって、可能となる。次いで、最高の性能を達成できるようにあらゆるパラメータが変更され、この組み合わせ系が最適化される。
【００２７】
ズームレンズ部１３９は、任意の適切な構成を有することができる。例えば、ズームレンズ部を、固定された検出器アレイの位置に対して移動させて良い。あるいは、またはさらに、検出器アレイの位置を動かせるようにして、直線ズーム機能を備えることとしてもよい。別の例として、ズームレンズに加えて折り畳みミラーを備えることとして、結像システムの物理的長さを短くし、検出器アレイの位置は固定としてもよい。ズームレンズ部１３９は、１枚のズームレンズから構成されても良いし、あるいは１枚またはそれ以上の枚数のチューブレンズからなるセットであっても良い。様々な実施形態の情報を含む、ズームレンズのさらなる詳細に関しては、Ｓｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．による米国特許第５，９９９，３１０号を参照することができる。
【００２８】
図４は、図１の再結像レンズ部５０を、本発明による一実施形態にしたがって示した図である。再結像レンズ部５０は、３つのレンズ群４０，４２，４４を含む。中間焦点レンズ群４０は、対物レンズ部１２８からの平行な光線を受け取り、再結像された瞳を最終的に作成するために必要な中間焦点像を作成する。レンズ群４０と４４とのあいだに設けられた再平行化レンズ群４２は、レンズ群４０から平行でなくなっている光線を受け取る。レンズ群４２は、これらの光線を再平行化する。再集束レンズ群４４は、瞳の再結像を生成する。これら３つのレンズ群４０，４２，４４は、全て、コマ収差および無非点収差などの様々な収差を補正するように機能する。再結像瞳平面４８は、レンズ群４４から射出される光線の経路に沿って設けられる。再結像瞳平面４８と再集束レンズ群４４とのあいだは、ビームスプリッタ１３２を挿入できるように、十分に切り離す必要がある。ビームスプリッタ１３２は、照明瞳４６および集光瞳４８を作成する。これらは、光学系が様々な動作モードで動作するように操作されうる。照明は、一般に、広帯域の明視野源によって提供される。
【００２９】
中間焦点レンズ群４０は、色収差、球面収差、およびコマ収差を補正できるように、２つまたはそれ以上のレンズエレメントから構成することができる。図示した実施形態において、焦点レンズ群４０は、２つのレンズから構成される。再平行化レンズ群４２は、一般に、レンズ群４０のレンズと同規格の同じレンズエレメントを有するが、レンズ群４０のレンズと逆向きに方向付けられている。再集束レンズ群４４は、一般に、視野平坦化レンズを含んでおり、他の視野収差を補正する。レンズ群４２および４４は、一般に、一次および二次のコマ収差を補正するので、収差の程度が小さい瞳に対して有効である。当該分野において一般に知られているように、本発明による光学系を実現するためには、レンズの数、構成、規格を様々に組み合わせて使用できる。一般に、光学系を構成するレンズは、光学設計ソフトのプログラムによる補助のもとで試行錯誤によって決定される。使用可能な多数の光学設計ソフトウェアプログラムの１つとして、Ｓｕｐｅｒ ＯＳＬＯ（Ｓｕｐｅｒ ＯＳＬＯはＳｉｎｃｌａｉｒ Ｏｐｔｉｃｓ社から入手できる）が挙げられる。製造原価を最小限に抑えるためには、レンズの数が少ないことが望ましい。
【００３０】
再結像レンズ部５０に関しては、次の構成が有効である。
【００３１】
【表３】

【００３２】
【表４】

【００３５】
再び図１を参照すると、ビームスプリッタ１３２は、照明瞳４６および集光瞳４８を形成できるように、再結像レンズ部５０の端であって対物レンズ部１２８とは反対側の端に配置されている。図１に示した光学系は、明視野照明、環状暗視野照明、全天照明、およびレーザ暗視野照明などの様々なモードで遠紫外線の広帯域動作を行うことができる。この光学系は、照明瞳４６および集光瞳４８に様々な障害物を挿入し、系中の特定の光線が試料または最終像に到達するのを阻むことによって、様々なモードで動作するように構成することが可能である。再結像瞳平面４８は、いずれのレンズ部（例えば対物レンズ部１２８）の中にも位置しないので、容易にアクセスすることが可能である。瞳平面４８のアクセスしやすさは、本発明による光学系を、様々なテストモードに対応するように容易に構成することを可能にする。再結像レンズ部５０が存在しないと、様々なテストモードに対応するように光学系を構成することは、非常に困難である。なぜなら、もし再結像された瞳が存在しないと、光学系を構成するために、システムの瞳にアクセスする必要があり、システムの瞳は一般に対物レンズ部１２８の中に位置するためである。対物レンズの中の系の瞳にアクセスすると、対物レンズ部１２８の個々のレンズが、適切に位置決めされた方位からずれる可能性が増すため、望ましくない。また、対物レンズ部１２８に対する任意の物理的操作が、ダストなどの異物が対物レンズ部に導入される可能性を高める。理想的には、対物レンズ部１２８を操作する必要性を最小限に抑え、その清廉性を維持することが望ましい。再結像レンズ部５０は、図１に示した光学系を、環状暗視野照明および全天照明のテストモードに対してテレセントリックモードで動作させることを可能にする。
【００３６】
本発明による光学系は、様々なモードで動作することによって、試料の様々な態様および特徴を示した像を捉えることができる。最も一般的には、照明瞳４６および集光瞳４８のいずれにも障害物が設けてられていない場合に、明視野動作が実施される。
【００３７】
環状暗視野モードは、照明瞳４６の中心部に障害物を配し、集光瞳の外周を遮断して、直接光が光学系を通過して照明器から検出器に進むことがないようにすることによって実施される。このようにすると、結果として得られる像は、開口数の中心部からのものであり、物体は、照明瞳のうち遮断されていない外側部分からの光によって照射される。環状暗視野は、角、端、欠陥からの信号を最大化すること、そして、平面表面からの直接信号を最小化することや、欠陥の検出に影響を及ぼすノイズ源である、酸化物で被覆された平面からの信号のばらつきを、最小化すること、に対して効果的である。したがって、環状暗視野モードは、像のコントラストを増大させて、より効果的に欠陥を検出することを可能にする。
【００３８】
明視野モードと環状暗視野モードとの混合である全天モードは、照明瞳４６の周囲に可変フィルタを設け、集光瞳４８の周囲を遮断することによって実施される。可変フィルタは、照明瞳４６の外側部分を通過する光の量を制御するために調整することができる。可変フィルタを調整することによって、可変フィルタを通過する光の量の、可変フィルタの周囲を通過する光の量に対する比率を調整することができ、ノイズ源からの信号を最小化することができる。全天テストモードは、粗い表面からのノイズを最小化するのに効果的である。
【００３９】
レーザ暗視野は、ほぼ平行化された光を使用した単色の干渉光源（例えばレーザ）で、ウエハを照射することによって実施される。照明の偏光状態を、ＰとＳとのあいだで可変にし、または円偏光にすることによって、特定の構造および特定の処理層に対する信号対ノイズの比率を、最大化することができる。照明の仰角および方位角は、固定することができ、あるいは表面上の構造の特性および検出したい欠陥の種類に応じて可変にすることができる。この照明は、利用可能な機械のクリアランスおよび望ましい仰角に応じて、レンズを直接通過するように、またはレンズの外側を通るように方向付けることができる。一般に、光は集光レンズの開口数の外側から入射するが、超高ＮＡレンズを使用する場合は、レンズの全体または一部を通って入射する。光が集光ＮＡに入射する場合は、構造から反射される光を遮断し、検出器が直接照射されるのを阻止しなければならない。視野全体が均一に照射されるフラッド状態では、ウエハの上に光を入射させることができる。この場合は、ウエハ構造から散乱される光がレンズによって集められ、検出器の上に結像される。周期的な表面構造において、ほぼ平行化された状態で光が入射する場合は、光を、特定の一連の角度で回折させ、集光レンズのフーリエ平面に設けられたフィルタ装置によって遮断することができる。
【００４０】
集光瞳平面４８は、また、周期的な構造から集められた散乱光をフーリエフィルタリングするために使用されるフーリエ平面を提供する。フーリエフィルタリングは、規則的な繰り返しパターン（例えば半導体ウエハ上の構造の配列）を表面上に有した試料に関して、その中の誤差を検出するために使用できる。本発明では、フーリエ平面を対物レンズ部１２８の外側に設け、それを必要に応じて操作することができるので、フーリエフィルタリングが可能である。優れた画質の像が平面表面上に歪むことなく形成されるように、フーリエ平面での画質を調整することによって、回折の小さいスポットを、表面上の周期的な繰り返し構造から得ることができる。フーリエフィルタリングでは、一般に、試料の表面上にある繰り返しパターンが、光を、規則的に間隔をおいたほぼ均一な角度で回折させる。この回折は、次の回折方程式によって規定される。
【００４１】
N × l - d × sin(φ)
【００４２】
ここで、ｎは回折の次数であり、lは波長であり、ｄは繰り返しパターンのピッチであり、φは回折の角度である。
【００４３】
回折された光は、次いで、フーリエ平面に焦点合わせされ、光点からなる規則的な配列を形成する。これらの光点をフィルタで遮断すると、ランダムな散乱光のみがフーリエ平面を通過して検出器に到達する。この散乱光の検出は、被見物試料の欠陥を示す。これは、被見物試料の欠陥は光を均一に散乱させるため、フーリエフィルタによって遮断されるのは、ごく僅かな信号のみだからである。ＵＶモードでフーリエフィルタリングを実施するためには、一般に、対物レンズのスペクトル範囲内の波長を有したレーザが使用される。例えば、およそ１９０〜３７０ｎｍの波長を有したレーザが使用される。
【００４４】
図５は、半導体ウエハの検査に適用した場合の、本発明による光学系を示した側面図である。プラットフォーム８０は、複数の集積回路ダイス８４で構成されたウエハ８２を保持する。反射屈折対物レンズ部１２８は、光束８８を再結像レンズ部５０に伝える。再結像レンズ部５０を通過した光束８８は、次いでズームレンズ部１３９を通過し、ズームレンズ部１３９は、検出器９２によって受け取られる調整可能な像を生成する。検出器９２は、像を二進化データに変換し、そのデータを、ケーブル９４を通してデータプロセッサ９６に伝える。
【００４５】
以上では、いくつかの好ましい実施形態の観点から本発明を説明したが、本発明の範囲に含まれる範囲において、変更形態、置換形態、等価物などを構成することも可能である。また、本発明の方法および装置を実現する他のやり方が、ともに数多く存在することに注意する必要がある。したがって、添付した特許請求の範囲は、このような全ての変更形態、置換形態、および等価物を、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして含むものと解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光学系を一実施形態にしたがって示した側面図である。
【図２】 反射屈折対物レンズ部の一実施形態を詳細に示した側面図である。
【図３】 反射屈折対物レンズ部およびズームレンズ部を含んだ光学系の側面図である。
【図４】 本発明による再結像レンズ部を、一実施形態にしたがって詳細に示した側面図である。
【図５】 半導体ウエハを検査するアプリケーションでの本発明による光学系を、一実施形態にしたがって示した側面図である。

Claims (28)

1. 広いスペクトル領域の反射屈折光学システムであって、
   前記光学システムの光路に沿って配された反射屈折対物レンズ部と、
   再結像された瞳を形成するように構成され、前記光路に沿って配された再結像レンズ部と、
   ズームまたは倍率を変えるように構成され、前記光路に沿って配されたズームレンズ部と、を備え、
   前記再結像レンズ部は、前記反射屈折対物レンズ部と前記ズームレンズ部の両方の近傍であって、前記反射屈折対物レンズ部と前記ズームレンズ部との間に配されており、
   前記再結像された瞳は、前記再結像レンズ部と前記ズームレンズ部との間に位置する、光学システム。
2. 請求項１に記載の光学システムであって、
   前記再結像された瞳は、前記反射屈折対物レンズ部から離れた位置でアクセスすることが可能である、光学システム。
3. 請求項１に記載の光学システムであって、
   前記再結像された瞳は、前記再結像レンズ部および前記ズームレンズ部から離れた位置でアクセスすることが可能である、光学システム。
4. 請求項１に記載の光学システムであって、
   前記再結像レンズ部は、
   前記光学システム内の光を中間焦点に収束させるように構成された少なくとも１枚のレンズを含む中間焦点レンズ群と、
   前記中間焦点に収束された前記光を再平行化するように構成された少なくとも１枚のレンズを含む再平行化レンズ群と、
   前記再結像された瞳を形成するように構成された少なくとも１枚のレンズを含む再集束レンズ群と、を備える、光学システム。
5. 請求項１に記載の光学システムであって、さらに、
   前記再結像された瞳を操作して、照明瞳と集光瞳とを形成するように構成されたビームスプリッタを備える光学システム。
6. 請求項５に記載の光学システムであって、
   環状暗視野照明モードで動作するように構成された光学システム。
7. 請求項５に記載の光学システムであって、
   全天照明モードで動作するように構成された光学システム。
8. 請求項５に記載の光学システムであって、
   レーザ暗視野照明モードで動作するように構成された光学システム。
9. 請求項５に記載の光学システムであって、
   明視野照明モードで動作するように構成された光学システム。
10. 請求項５に記載の光学システムであって、さらに、
    前記照明瞳を通過する放射の量を制御するように構成された照明瞳用障害物と、
    前記集光瞳を通過する放射の量を制御するように構成された集光瞳用障害物と、を備える光学システム。
11. 請求項１０に記載の光学システムであって、
    前記照明瞳用障害物は、前記放射の少なくとも一部が前記照明瞳の中心を通過しないように制限するように構成される、光学システム。
12. 請求項１０に記載の光学システムであって、
    前記照明瞳用障害物は、前記放射の全部が前記照明瞳の中心を通過しないように制限するように構成される、光学システム。
13. 請求項１０に記載の光学システムであって、
    前記集光瞳用障害物は、前記集光瞳の外縁を通過しないように前記放射を制限するように構成される、光学システム。
14. 請求項１に記載の光学システムであって、さらに、
    紫外線の波長範囲に渡って前記ズームレンズ部から像を受け取ることができる検出器アレイと、
    紫外線波長域の放射を前記光学システムの中に向ける広帯域ＵＶ放射源と、を備える光学システム。
15. 請求項１に記載の光学システムであって、
    前記反射屈折対物レンズ部は、融解石英およびフッ化カルシウムである、光学システム。
16. 請求項１に記載の光学システムであって、
    前記再結像レンズ部は、融解石英およびフッ化カルシウムである、光学システム。
17. 請求項４に記載の光学システムであって、
    前記再結像レンズ部は、以下の寸法値によって特徴づけられる屈折表面および反射表面を有する光学システム。
    

    

    
18. 反射屈折対物レンズ部と、再結像レンズ部と、ズームレンズ部とを有し、試料の像を得るための、広スペクトル領域反射屈折光学システムを使用する方法であって、
    前記再結像レンズ部は、前記反射屈折対物レンズ部と前記ズームレンズ部の両方の近傍であって、前記反射屈折対物レンズ部と前記ズームレンズ部との間に配されており、
    前記再結像レンズ部により再結像された瞳は、前記再結像レンズ部と前記ズームレンズ部との間に位置し、
    前記方法は、
    前記再結像レンズ部と前記ズームレンズ部との間にビームスプリッタを用意する工程であって、
    前記ビームスプリッタは、集光瞳と照明瞳とを形成し、
    前記集光瞳は、前記再結像レンズ部と前記ズームレンズ部との間に配されており、
    前記再結像レンズ部と前記ズームレンズ部と前記集光瞳とは、光路に沿って配されており、
    前記照明瞳は、前記光路の外側に配されるように、
    ビームスプリッタを用意する工程と、
    放射源からの放射を、前記光学システムの一部である前記照明瞳および前記集光瞳を通過するように、方向付ける工程を備える方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記照明瞳および前記集光瞳は、環状暗視野照明モードで機能するように構成される、方法。
20. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記照明瞳および前記集光瞳は、全天照明モードで機能するように構成される、方法。
21. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記照明瞳および前記集光瞳は、レーザ暗視野照明モードで機能するように構成される、方法。
22. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記照明瞳および前記集光瞳は、明視野照明モードで機能するように構成される、方法。
23. 請求項１８に記載の方法であって、さらに、
    前記照明瞳の近傍に照明瞳用障害物を配置することによって、前記放射の少なくとも一部を、前記照明瞳の中心を通過しないように制限する工程を備える、方法。
24. 請求項１８に記載の方法であって、さらに、
    前記照明瞳の近くに照明瞳用障害物を配置することによって、前記放射の少なくとも一部を、前記照明瞳の外側部分を通過しないように制限する工程を備える、方法。
25. 請求項１８に記載の方法であって、さらに、
    前記集光瞳の近くに集光瞳用障害物を配置することによって、前記集光瞳の外縁を通過しないように前記放射を制御することを備える方法。
26. 請求項１に記載の光学システムであって、
    前記ズームレンズ部は１枚のズームレンズを含む、光学システム。
27. 請求項１に記載の光学システムであって、
    前記ズームレンズ部は少なくとも１枚のチューブレンズを含む、光学システム。
28. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記方向付け工程は、紫外線波長域の放射を方向付け、前記放射源は、広帯域の紫外線放射源である、方法。

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