JP5117645B2 - スペックルを減少する物体検査用の装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の検査、特に半導体デバイスの製造に関連した物体検査に関する。より詳細には、本発明は、半導体デバイスの製造中ホトリソグラフィに用いられる物体の検査に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの超大規模集積に関連した高密度及び性能に対する現在の要求は、サブミクロンのフィーチャ、増大したトランジスタ及び回路速度、更にはより優れた信頼性である。このような要求は、高精度及び均一性を有するデバイスフィーチャの形成を必要とし、それには注意深いプロセスの監視を必要とする。
【０００３】
注意深い検査を必要とする一つの重要なプロセスは、ホトリソグラフィであり、ここではマスク、即ち“レチクル”が回路パターンを半導体ウエハへ転写するために用いられる。このような一連の物体は、予め設定されたシーケンスにおいて、パターンをウエハ上へ投射するために用いられる。レチクルパターンのホトレジスト層への転写は、従来は、ホトレジストを露光するために、レチクルを通して光又は他の照射を行なう、例えばスキャナー又はステッパーのような露光ツールによって行なわれている。その後、このホトレジストは、ホトレジストマスクを形成するために用いられ、又下側にあるシリコン絶縁体又は金属層がこのマスクによって選択的にエッチングされて、ラインやゲートのようなフィーチャを形成する。
【０００４】
上の説明から、レチクル上のあらゆる欠陥、例えば余分な、又は脱落したクローム、が繰返された方法で、製造されたウエハに転写するかも知れないことを理解する必要がある。したがって、レチクル上のあらゆる欠陥は、製造ラインの歩留まりを劇的に減少するであろう。したがって、レチクルを検査し、レチクル上のあらゆる欠陥を検出することが最も重要なことである。この検査は、一般に、光の照射、反射又は両方の形式を用いる光学システムによって行なわれる。このようなシステムの例として、アプライドマテリアルズ社のＲＴ−８０００^TMシリーズのレチクル検査システムがある。
【０００５】
レチクル検査用のいろいろなアルゴリズム方法がある。これらの方法は、“ダイ・ツー・ダイ”検査であり、この検査においてダイは、同じレチクル上で同じダイと比較される；あるいは“ダイ・ツー・データベース”検査であり、この検査では、与えられたダイと関係のあるデータがデータベースの情報と比較される。このデータベースは、レチクルが作られたデータベースである。他の検査方法は、“ダイ・ツー・ゴールデンダイ”である。このゴールデンダイは、ウエハを検査するための基準として選ばれたダイである。又、設計ルールに基づいた検査方法がある。この方法では、ダイはあるラインの幅と間隔の要求を満たさなければならないし、フィーチャ形状は予め定められた形状に合わせる必要がある。これらの検査方法、及びこれらの方法を実現するための公的な装置と回路は、幾つかの米国特許、例えば、ＵＳＰ第4,805,123号、第4,926,489号、第5,619,429号及び第5,864,394号に記載されている。これらの特許の開示は、レファレンスによって、ここにとり込まれる。
【０００６】
既知の検査技術は、一般に電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラ上に大きな拡大率で物体をイメージして使用する。イメージ技術は、照射されるべき物体を必要とする。照射源の輝度は、カメラのインテグレーション時間を減少することによって検査をスピード化する可能性のキーファクターである。これは、物理的な解像度の限界が照射の波長に直線的に依存するという事実によるし、又検査がリソグラフプロセスに使用される波長と同じ波長で行なわれることを要求する干渉効果による。波長が小さくなるにしたがって、フィラメントランプやガス放電ランプのような、従来のインコヒーレントな光源は十分な輝度が得られないし、光源は短い波長のレーザになる。航路に沿ったパターン化された物体と同様に、表面の粗さおよび収差とともに、レーザのコヒーレント性は、物体のイメージに広がる雑音性パターンであるスペックル(speckle)として知られた人工物を形成する。
【０００７】
このスペックルは、検査される物体の表面の検出に問題を生じ、検出器を打つ光パターンの不均一性のために、誤った警告をだす。検出の正確性が減じられる。又、検査された物体から除かれたイメージも減じられる。他の理由の中で、検出プロセスから生じる損失の結果として、コヒーレントな光によって与えられたパワーは本質的であるから、問題は、この形式の物体検査においては、重大なものである。
【０００８】
いま説明した問題は、マスク、ホトマスク及びレチクルの検査に特有のものではない。コヒーレントな照射を用いる既知のウエハ検査技術がある。このシステムにおいて、スペックルは、生じたデバイスの歩留まりや性能に有害なインパクトを有し、したがって、非常に注意して対処しなければならない。コヒーレントな照射を用いる既知のウエハ検査システムの例は、米国特許第5，699,447号及び第5，825,482号に示されている。
【０００９】
パターン化されたウエハを検査するために、これらのシステムが用いられたとき、もし、照射に用いられたスポットサイズがウエハ上のパターンの素子より非常に小さければ、スペックル現象は起きない。しかし、ある環境、例えば、斜め照射（コヒーレントな光源がウエハにある角度で向けられる）では、スポットサイズはスペックルを生じるのに十分な大きさになるであろう。このスポットサイズを減少することは、システムのスループットを減少し、例えば、リソグラフプロセス中に物体をイメージ化するために用いられた波長より小さく、異なった波長で動作する必要があるであろう。結果的に、理解されるように、スペックルを我慢することと検出感度／スループットを最適化することの間にはトレードオフがある。したがって、スペックル問題を解決することが必要であり、そうすることは、増大されたスポットサイズの使用及び改善されたスループットを可能にする。
【００１０】
スペックル現象の包括的な記載は、T.S.McKechnie, Speckle Reduction, in Topics in Applied Physics, Laser Speckle and Related Phenomena, 123 (J.C. Dainty ed., 2d ed., 1984)（以下、McKechnieと言う。）に示されている。McKechnieに説明されているように、スペックルの減少は、レーザ光の時間的コヒーレンス又は空間的コヒーレンスにおける減少によって達成される。スペックルを減少又は除去するために、何年にもわたっていろいろな試みがなされている。
【００１１】
上述のMcKechnieの記事を引用し、同じ問題を扱っている他の記事、即ち、B.Dingel et al., Speckle reduction with virtual incoherent laser illumination using a modified fiber array, Optik 94, at 132 (1993) (以下、Dingelと言う)は、統計的な、全体の統合に基づいて、同様に、時間統合に基づいたスペックルを減少するための、幾つかの既知の方法を述べている。イメージシステムのいろいろな面の走査を含み、及びイメージ検出器によって統合されるべき調整されないパターンを発生する時間統合方法に関して、この記事は、幾つかの可能性のある欠点、例えば、長い統合時間、又は走査プロセスを支持するために、幾つかの光学システムの導入を認めている。
【００１２】
ビームのコヒーレンスの減少を含む方法の中に、DingelとMcKechnieは、光ビームの広がりにわたってランダム位相変調を生成するように、分散素子、例えばグレーチング、スクリーンメッシュ、又は、移動する拡散器を、それ自体によって又は他の回転する拡散器と組み合わせて、照射ビームの経路への導入を論じている。他の既知の技術は、カーボンダイサルファイドのセルを通して、又さらに整列されていない光の束を通して、パルス化されたレーザビームの通過、又は光ビームの通路に置かれた、電界の励起によって動かされる液晶の使用を含む。
【００１３】
しかし、レチクルの大きさ及びパターン縮小が小さくなるにしたがって、細かな異常や小さな欠陥なくそれらを作るのがより困難になる。回折効果によって、検出はより複雑になる。したがって、関連したウエハの製造プロセスにおいて問題となる小さな欠陥が検出されないと言う危険性が存在する。現状に対する一つの提案された解決策は、好ましくは、物体を照射するために、深い紫外線領域の短い波長のレーザビームを放射するレーザ光源を用いることである。レーザ光源は、５〜５０ナノ秒の範囲の短いパルス光を放射するのが好ましい。上述の方法およびシステムは、正確に欠陥を検出するために、短い波長のレーザビームに対して、高いレベルのスペックル減少を提供するようになっていない。又、上述の方法及びシステムは、分散する素子の不適当な移動速度のために、短いレーザパルスに対して信頼できる解決策を提供しない。
【００１４】
前述のように、スペックルはウエハの検査分野では既知の現象である。米国特許第5,264,912号（その開示はレファレンスによってここにとり込まれる）は、この問題を認識し、幾つかの解決策を提案している。しかし、他の既知の、提案されたスペックル減少技術について、これらの提案された解決策は、極小さなフィーチャと共に動作する必要性、及び非常に短い波長のコヒーレントの照射源を用いる結果としての必要性から生じる特別な問題を解決していない。
【００１５】
物体の表面と検出器の間の光路に配置されたスペックル減少デバイスは、高価である。例えば、上述の技術の一つによって、ファイバの束を置くことは、束にいろいろな特性、例えば長さ、を有する10,000程度の多くのファイバを必要とする。これらのファイバ束は、サイズが極端に大きくなり、結果として高価になってしまう。したがって、非常に多くのファイバを必要としない解決策を見出すことが望まれる。
【００１６】
回折グレーティングを使用する場合、同様な問題がある。グレーティングのサイズが精密に、また大きくなればなる程、高価になるであろう。回折グレーティングを用いるが、しかし極端に精密なグレーティングを必要としない解決策を見出すことが望まれる。
【００１７】
上記の説明から判るように、深いＵＶ領域を含む、短い波長のパルス化されたレーザビームを用いて物体を検査するとき、スペックルを減少するための方法及びシステムに対する必要性がある。
【００１８】
【発明の概要】
上述に照らして、本発明の一つの特徴は、半導体デバイスの製造に用いられる物体の検査の間、スペックルを減少するための光学システムを提供することである。
【００１９】
本発明の他の特徴は、短い波長、特に深いＵＶ領域において動作する検査システムに置いてスペックルを減少するための光学システムを提供することである。
【００２０】
本発明の他の特徴は、パルス化されたレーザビーム、特に５−５０ｎｓ領域のパルスを用いるシステムにおいて、スペックルを減少することである。
【００２１】
以上の、及び他の特徴を提供するために、上述の従来技術における限界を克服するために、及び以下の詳細な説明を読み、理解すれば明らかになるであろういろいろな問題を解決するために、本発明は、半導体デバイス、特にウエハ、マスク、ホトマスク及びレチクルの製造に用いられる物体の検査の間、スペックルを減少するための方法及び装置を提供する。
【００２２】
本発明よると、本発明の装置は、光路に沿ってコヒーレントな光ビームを出力するコヒーレント光源、例えばレーザ光源によって構成される。本発明の一つの実施の形態によれば、２つの光ファイバ束が光路に沿ってシーケンシャルに設けられる。各々の束は、その束内に配列されることができる異なる長さの所定の数のファイバを有している。第１の束は、光ビームを受け、いろいろな中間ビーム、即ち束の各々のファイバに対して一つのビームを出力する。各々の中間ビームは、第２のファイバ束の全てのファイバへイメージされる。第２の束のファイバの各々は出力ビームを出力し、その後、出力ビームは物体の検査において領域を照射するために用いられる。ビームを均質にし、ビームをフォーカスするためのいろいろな光学デバイスが、従来よく知られているように、光路に沿って適当な位置に置かれる。
【００２３】
本発明の一つの変更された実施の形態として、束におけるファイバの屈折率を変更することができる。変更された屈折率を用いることによって、光路を変えることができ、ファイバの長さを変える必要性を避けることができる。
【００２４】
本発明の他の一つの変更された実施の形態として、束におけるファイバは、同じか或いは異なっている非線形の特性を有することができる。異なる非線形性を用いる一つの考え方は、ファイバの長さが同じだけ変えてはならないことである。一致した長さのファイバを用いることが実施する場合有利である。
【００２５】
さらに、他の実施の形態によれば、本発明の装置は、光路に沿ってシーケンシャルに設けられた一つ以上のグレーティング（格子）を用いることである。これらのグレーティングは、上述のファイバと同様に動作する。
【００２６】
さらに、他の実施の形態によれば、本発明の装置は、２つより多いファイバ束によって、いずれかの順序での一つの束と一つのグレーティング、またはあらゆる要求されるシーケンスでのファイバ束とグレーティングの組み合わせで構成されることができる。
【００２７】
上述の実施の形態のそれぞれの利点は、より少ない数の大きな、又は複雑な素子を有するより個々の素子が単純であるか、或いは小さいかのいずれかであり、したがって、費用が少ないことである。例えば、第２の束にあるそれぞれのファイバへ出力を与える光路に沿って第１の束にあるそれぞれのファイバを有する、それぞれの束に１００のファイバを有する２つのファイバ束を用いることは、１００×１００＝１０，０００の異なる変数を生じ、あたかも１０，０００の単一の束が用いられたと同様である。
【００２８】
大きな光路長の変数を導入するのに便利である、ファイバ又は光ガイドを有する、小さな光路長の変数を導入するのに非常によい２つのグレーティングの使用について、同様の利点が適用できる。
【００２９】
本発明の他の実施の形態によると、第１の入力開口及び第２の出力開口を有する球体が光路に沿って設けられ、第１の開口は光ビームを有し、又光ビームが球体内で反射されることによって変更されるその光路を有した後に、光ビームを出力する第２の開口を伴って形成される。この球体は２つの球によって構成され、一方が他方内に同心上に配置される。内部の球は球体内でさらに光を反射する。
【００３０】
いま述べた実施の形態は、ある意味では前に述べた実施の形態より簡単であるが、現在利用できる反射材料に基づいて、効率に関してある欠点を有している。これは、２つの球を有する実施の形態の場合に特にそうである。これらの材料が改善されるにしたがって、球体へのアプローチがどんどん増加する魅力的な代替物になるであろうことが予期される。
【００３１】
本発明の他の実施の形態は、光路に沿って設けられた電気、又は音響−光変調器によって構成され、光ビームを受けるための入力面とコヒーレントでない変調されたビームを検査されるべき領域へ送るための出力面を有している。この変調器が動作する高周波帯域は、スペックルを十分に減少または除くために、入力ビームの光学波のフロントフェーズをランダムに変える。この実施の形態は、深いＵＶのような短い波長に対して、光学変調器は比較的高価であるので、前の実施の形態と比較して幾らかの欠点を有している。この解決策は長いコヒーレントな長さを有するソースに対して非常によく働くので、小さな、中間のコヒーレントながさを有するソースからスペックルを減少するのによく動作する、ファイバ束又はグレーティングと組み合わせて用いることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態の以下の説明において、本発明の一部であり、概略によって、本発明の特定の実施の形態を示す添付図面を参照する。他の実施の形態が利用され、本発明の範囲から逸脱することなく、構造的な変更がなされることはこの技術分野における当業者によって理解される。
【００３３】
図１Ａは、本発明によって使用される、説明するための検査装置である。図１Ａにおける検査装置は、反射モードで動作する。しかし、送信モード、或いは送信と反射モードで動作する検査装置が本発明の思想の範囲内であることが理解されるべきである。少なくとも送信の動作モードに対して、ビームがコヒーレンス減少／スペックル減少装置に入る前にビームホモジェナイザーが用いられる必要がある。
【００３４】
図１Ａにおいて、検査されるべき物体、例えばウエハ、マスク、ホトマスク、又はレチクルが二方向に物体１を移動するｘ−ｙステージ上に配置される。検査装置は、コヒーレントな光源４、例えば物体１の一方の側に配置されたレーザを有する。この光源４は、ＵＶ又は深いＵＶ領域における短い波長のレーザビームを放射する連続波レーザ、又はパルス化されたレーザである。光源４によって放射されるビームは、光学系６、ビームスプリッター８、及び対物レンズ１０を介して、物体１の面に向けられる。適当な構造によって規定される他の光学路を含む、ビームを物体１へ向ける他の手段を用いることができることが留意されるべきである。
【００３５】
物体１の表面に当たった光ビームは、リレーレンズ１８を介してイメージ検出器（センサ）２０へ反射される。このイメージ検出器２０は、ＣＣＤセンサであり、それは、１ｘＭセンサ、又はＮｘＭ領域又は時間遅延積分又はＣＣＤセンサである。このセンサー２０は物体１の画像化を可能にし、物体１を運ぶステージ２が光源４に対して連続的に移動できるようにする。
【００３６】
図１に示された検査装置は、さらに、光ビームの光路に沿って配置される、コヒーレンス減少光学装置３０を有する。コヒーレンス減少光学装置３０は、ある程度上述されたいろいろな実施の形態においては、本発明の中心点である。検査装置は、又、ビームスプリッター２４を介して対物レンズ１０を制御する自動焦点装置２２を含み、対物レンズ１０は、光ビームの光路に沿って配置され、そして接眼鏡２６は、見る目的のために、ビームスプリッター２８を介して反射された光ビームを受けとる。
【００３７】
光源４は、光ビームを放射するために、光源４を励起する制御装置４０によって制御される。
【００３８】
動作において、光学系を介して光源４によって放射された光ビームは、物体１に向けられているビームスプリッタ８を打つ。この照射装置の効果は、一般に物体１に垂直な照射を駆動することである。光ビームは、コヒーレンス減少光学装置３０、ビームスプリッタ２４及び対物レンズ１０を介して反射されながら、光路に沿って物体１へ走る。その後、光ビームは、物体１から反射され、リレーレンズ１８を介してセンサ２０へイメージ化される。
【００３９】
反射された光ビームは、物体１上に含まれるパターンに関する情報を有し、物体１及びその表面にある全ての欠陥に関する情報を提供する。光源４のコヒーレントの性質及び動作波長は、できる限り欠陥の大きさと比較して、センサ２０においてスペックルを生成することができる。スペックルは、予期しない信号の不均一性を生じ、したがって欠陥を識別することを困難にし、幾らかの微細な欠陥が検出されないままになる。したがって、光ビームのコヒーレンスを壊すことによってスペックル減少を減少する必要がある。コヒーレンス減少光学装置３０は、光ビームの光路に沿って配置され、物体１の表面を打つビームのコヒーレンスを減少し、それによってスペックルを減少又は除去する。
【００４０】
斜めのレーザ照射を用いるウエハ検査装置に関する好適な装置の他の実施の形態が図１Ｂに示されている。図示されるように、レーザ源４は、斜めの角度（グレージング角度と呼ばれるときがある）でウエハ１を照射するレーザビームを備えている。斜めの角度の結果として、照射スポット５は、照射方向に延びた長円の主軸を有する長円形を有している。このスポットの形状は、スペックルを生じる、比較的大きなスポット面積を有する。
【００４１】
これらの形式の装置において、検出機構は暗いフィールド照射に基づかれる。即ち、光ビームは対物レンズ１０を用いて、スポット５に焦点が結ばれる。ウエハはミラー状の表面を有しているので、光は、図に示されるように、スネルの法則にしたがって反射する。暗いフィールド検出器は、ビームの反射から離れておかれる。検出器の配置の幾つかの例として、検出器２１、２２および２３が示されている。これらの検出器の幾つか又は全てを組み合わせることができる。しかし、スペックル現象は、これらの検出器の幾つか或いは全てに影響することが理解されるべきである。結果として、レーザビームの照射路にコヒーレンス減少光学装置３０を置くことが必要である。
【００４２】
本発明は、コヒーレンス減少光学装置３０の幾つかの実施の形態を提供する。各々の実施の形態について、詳細に説明する。
【００４３】
図２Ａによると、コヒーレンス減少光学装置３０の第１の実施の形態は、２つのファイバの束３０１と３０２を有し、その各々は所定の数の光ファイバ３０４、３０５を有している。これらの束は同じ数のファイバを有していてもよいし、異なった数のファイバを有していてもよい。２つより多くの束を設けることもできる。光学束３０１と３０２は、イメージビームＩの光路に沿ってシーケンシャルに配置され、束３０１は束３０２の前に配置され、さらにイメージビームＩを受けるための入力と第２の束３０２の入力に接近して出力を有している。（説明を容易にするために、２つの束３０１と３０２は、互いに若干角度がつけられて図示されているが、動作中は、それらは軸に沿って整列される。）
光ファイバ３０４と３０５は、この分野では知られている同じ形式のものであり、好ましくは、屈折率とクラッドのような所定のパラメータを有しているが、それらは異なる屈折率又は異なるクラッドを有することもできる。）ファイバ３０４と３０５は異なった長さを有しており、多くの既知の無作為化技術を用いて、それぞれの束内にランダムに設けられることができる。何れかの２つのファイバ３０４間の長さの差ΔＬは、光源４のコヒーレンスの長さより大きくなるように選択されるのが好ましい。何れかのペア３０４間の長さの差は、束３０２の最も短いファイバと最も長いファイバ間の長さの差より大きいのが好ましい。これは、正しい結合がなされれば、結合された束の効果を最大にする。束におけるファイバ間の一般的な関係は図３に示される。
【００４４】
図２に示されるように、束３０１内のファイバ３０４の一つの配列は、束３０１の出力におけるファイバ３０４の終端の全てがイメージビームの光路を実質的に横切る面に置かれようにする。同様に、束３０２の出力端における光ファイバ３０５の全ての終端は、イメージビームの光路を実質的に横切る面に置かれる。他の可能性は、図３に示されるように長さを変えて、蜜にパックされた光ガイドの束を用いることである。
【００４５】
一つの例は、１ｍｍの光学コヒーレンス長の場合である。例えば、４００ｍｍから２０ｍｍ増加した長さを有する２５本のファイバ、及び２０ｍｍから１ｍｍ増加した長さの３６本の密にパックされた正方形の光ガイドから成る第２の束を用いると、効果は、恰も１ｍｍの長さの増加を有する２５Ｘ３６＝９００本のファイバの束が用いられたと同様である。
【００４６】
束３０１と３０２の入力もイメージビームの光路を横切る面に置くこともできる。その場合、各々の束の全てのファイバは異なる長さを有しているので、長さの差に対して、例えばそれぞれの束において幾らかのファイバをループにしたり、曲げるなりして、調整されなければならない。束３０１、３０２内のファイバ３０４、３０５の配列の例が図４に示されている。この分野の当業者は、同じ長さのファイバを有するが、異なる屈折率又はクラッドを有するファイバの束が上述の好適な実施の形態に代えて用いることができ、同様な結果を有することを認識するであろう。
【００４７】
光ファイバ又は光ガイド束の実施の形態の他の変形は、各々の束におけるファイバの幾つかまたは全てが非線形の光学特性を有することである。屈折率やクラッドにおける変化、又はファイバの長さの変化と同様に、非線形光学特性の変化は、ファイバを通過する光の経路長を変えるために働き、従って、物体１へ入力されるビームのコヒーレンスを減少するように働く。
【００４８】
非線形特性は、例えば、ゲルマニウムがドープされたガラスを用いることによって得られる。又、非線形特性は、単一の光ガイド又はガラスの棒において得られる。非線形の材料は高電力密度において自身の二重散乱を生成し、したがってコヒーレンス長を減少する、数１００ＧＨｚへのスペクトルの広がりを可能にし、スペックルを減少する。
【００４９】
イメージビームＩの波頭が第１の束３０１の入力を打つと、それは多重光学ビームへ効率的に乱される。各々のビームは、束３０１内の１つのファイバ３０４を貫通し、ファイバ３０４の全長を通して進む。束３０１の出力において、それぞれのファイバ３０４から出たビームは、好ましくは、束３０２の全てのファイバ３０５へイメージ化される。したがって、各々のファイバ３０５は、全てのファイバ３０４から光を受取る。ファイバ３０５が束３０２の出力を通して光を送出した後、生じたビームは、全てが光源４のコヒーレント長より大きな光学路長差を有する。
【００５０】
上記の束におけるファイバ間の長さの差と共に、束３０１における各々のファイバ３０４から束３０２のファイバの全てへ、光の全てをイメージすることの１つの利点は、コヒーレンスの減少効果は、乗法的であって、加法的ではない。即ち、束３０１のＮ本のファイバ及び束３０５のＭ本のファイバに対して、コヒーレンスの減少効果は、恰もＮｘＭ本のファイバが用いられたと同様であって、（Ｎ＋Ｍ）本ではない。結果として、例えば、Ｎ＝Ｍ＝１００に対して、この技術によって達成される効果は、恰もＮｘＭ＝１０，０００本のファイバが用いられたと同様であって、２００ではない。このアプローチによれば、非常に少ないファイバを使用し、非常に少ない費用でコヒーレント減少構造を得ることが可能である。ファイバの長さの他の配列も可能であり、その場合、光学経路長の効果的な数は、用いられた束のファイバの数の積であって、それらの和ではない。
【００５１】
光ガイドまたはガラス棒以外の多数のファイバを用いることの利点は、コヒーレンス現象光学装置の実効長は非常に大きくすることができることである。例えば、長さが５０ｍｍ増加した束における１００本のファイバを用いることによって、５０ｍの実効長が得られ、０．５ｍのみの箱にへパックされる。上述の技術を応用した結果、物体１へ入射するビームのコヒーレンスは減少され、それによって、検出器におけるスペックルを減少し、或いは除去する。第１の実施の形態の変形において、図２Ｂに示されるように、コヒーレンス減少光学装置３０は、各々のファイバ３０４から出て束３０２の全てのファイバ３０５へいくビームをイメージするために、２つの束３０１、３０２間に設けられたイメージレンズ３０３を有することもできる。この分野の当業者は、本発明の他の実施の形態がイメージビームＩの光路に沿ってシーケンシャルに設けられた、複数の光ファイバの束、および複数のイメージレンズまたは束の間に設けられた他の適当な光学素子を有することができることを理解するであろう。光散乱素子が束の間に挿入され、光が次ぎの束の入り口を打つ角度を均質化することができる。
【００５２】
図５に示された本発明の第２の実施の形態において、コヒーレンス減少光学装置３０は、イメージビームＩ光路に沿って設けられた球体（インテグレーティング球体）３１１によって構成される。この球体３１１は入口開口３１２と出口開口３１３を有する。開口３１２は、開口３１３より小さな直径を有するのが好ましい。開口３１２は、イメージビームＩを受けるように配置される。球体３１１は、イメージビー部Ｉをよく反射するために、非吸収材料、例えば好ましくは酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）から作られた非吸収内面を有する。他の適当な反射被膜を用いることもできる。
【００５３】
イメージビームＩが球体３１１内で反射した後、反射ビームは開口３１３を通って球体を出る。より詳細には、開口３１３を出るビームは、球体の内側で反射したビームの集合であり、各々のビームは、他のビームと異なった距離を進む。結果的に、開口３１３を出るこれらのビームの集合は、元のイメージビームＩと比較して、減少したコヒーレンスである。
【００５４】
いま説明した実施の形態の変更について、図６に示されるように、球体３１１の内面と同じ非吸収材料が設けられている外側表面を有する第２の、内部球体３１７が設けられる。内側の球体３１７と外側の球体３１１は同心的にあるが、これは要件とされない。開口３１２を通して球体３１１へ入るイメージビームＩは、内側の球体３１７と外側の球体３１１の内面によって反射されるビームの集まりへ分散される。開口３１３を通って物体へ送られる反射されたビームは、反射されたビームの集合であり、減少されたコヒーレンスを有している。内側の球体を設けることの効果は、入口開口３１２から出て出口開口３１３へ行くにしたがって、光の反射経路を長くすることである。
【００５５】
球体３１１のいろいろな半径、および入口と出口開口のいろいろな直径が可能である。球体３１１に対して２５ｍｍの半径、１ｍｍの入口開口および５ｍｍの出口開口が好適である。
【００５６】
図５と図６の実施の形態は、反射材料の使用に伴う損失のために、光ファイバの実施の形態より効率が低いと考えられる。特に、図６の実施の形態から生じる劣化は、全く不利であると考えられる。図５の単一の球体への入口の前にある種のバッファを設ければ、良好に動作するかもしれない。被膜の反射率を可能な限り増大すれば、これらの実施の形態はより魅力的になると考えらる。
【００５７】
図７に示されるように、コヒーレンス減少光学装置の第３の実施の形態は、イメージビームＩの光路に沿って配置された、第１のグレーティング３２１と第２のグレーティング３２２によって構成されている。この実施の形態におけるグレーティング３２１と３２２は、回折グレーティングであるが、反射グレーティングも同じ結果を有するものとして使用されることが理解されるべきである。これらのグレーティング３２１と３２２は、所定のピッチΛ、波長λ、および第１の回折オーダーを有していて、同じであるのが好ましいが、異なるピッチや他の特性も同様に用いることができる。
【００５８】
動作では、イメージビームＩは、所定の角度θ₁でグレーティング３２１の表面を打ち、角度θ₀で回折される。もし、イメージビームＩが広げられて、図７に示されるように、直径Ｄを有するならば、イメージビームの２つのエッジ間で得られる光路差（ＯＰＤ: optical path difference）は、公式：ＯＰＤ＝Ｄtanθ₁＋Ｄtanθ₀／cosθ₁で計算することができる。回折の関係は、sinθ₀＝Λ／λ−cosθ₁である。回折された光ビームは続いて第２のグレーティング２２に当たり、回折される。入射角は、前と同じ角度θ₁であり、出ていく角度θ₀も前と同じである。同じ計算を行なえば、生じたビームの光路差は２・ＯＰＤである。光源と物体間の光路差は、ビームＩの光路に沿って幾つか、同じグレーティングを設けることによって大きくすることができることは、上記の計算からわかるであろう。ＯＰＤ_n＝ｎ・ＯＰＤが光源のコヒーレント長より大きくなるまで、同じ回転方向、例えば時計回りに光を回折するように、グレーティングが配列される。そのとき、生じるビームはインコヒーレントであり、このプロセスはスペックル現象を減少するであろう。もし、反射グレーティングが、回折グレーティングに代えて他の実施の形態として用いられるなら、上記の計算を適用することができる。
【００５９】
図７の実施の形態におけるグレーティングを使用した結果、イメージビームＩの光路が変わることに留意すべきである。この装置は、たとえグレーティング間において、意味のある方向の効果的な断面が非常に大きくなったとしても、入口と出口のビームは同じ断面を有しているものである。設計は、最後のグレーティング面が光の伝播方向に垂直であるようにする。これによって、例えば、その点から物体までの照射スキーム、所謂 Kohler照射の使用を可能にする。設けられたグレーティングの数に依存して、適切な光学素子が、コヒーレンスの減少したビームを物体に正しく向けるために、設けられなければならない。代わりに、光源１０は、装置３０からのビーム出力が物体１に正しく向けられるように、コヒーレンス現象光学装置に関して、正しく配置される。
【００６０】
多くのグレーティングを使用する代わりに、例えば、図７に示される光路と同じ光路に沿って、光を再指向、即ち９０度の間隔で再指向するために、適当なミラーや他の反射／回折装置を用いて、光が同じグレーティングを多数回通過することができる。他の間隔での再指向も可能である。
【００６１】
コヒーレンス減少光学装置３０の第４の実施の形態が図８に示されている。この装置３０は、イメージビームＩの光路に沿って、且つイメージレンズ３３３の前に配置された音響−光変調器３３１によって構成されている。この音響−光変調器３３１は、１−２０ＧＨｚの範囲にある周波数を有するホワイトノイズの信号を供給する電子ホワイトノイズ源３３２に結合されている。イメージビームＩは、所定の角度で変調器３３１の比較的大きな面を打つ。この面は、同じ１−２０ＧＨｚの範囲にある異なる周波数を有する部分を有している。そしてイメージビームＩは、変調器におけるこれらの摂動によって回折され、方向と波長が変化する。したがって、変調器３３１の出力において、生じた変調ビームは非コヒーレントな特性を有し、イメージレンズ３３３を用いて、物体上へイメージされる。また、音響−光変調器、または電気−光変調器は、グレーティングと共に用いることができ、長いコヒーレンス長と短いコヒーレンス長の双方に適用する。
【００６２】
この実施の形態の一つの特徴は、パルス化されたレーザから受取ったパルス間隔を長くする能力である。その結果、パルス間隔は、イメージビームのコヒーレンス長を超え、回転するデフューザを用いる効果的な方法を可能にする。２０ｍまでのファイバ長の差を有するファイバの束を用いることによって、パルス長は５ｎｓから５０ｎｓまで広げられる。例えば、３０，０００ＲＰＭで回転する、直径が１００ｍｍの回転するすりガラスは、５分の１だけスペックル変調を減少する。
【００６３】
いま説明した実施の形態のいろいろな組み合わせも可能である。例えば、ファイバの束は回折グレーティングと共に、または音響−光変調器と共に用いられることができるし、回折グレーティングは音響−光変調器と共に用いられることができる、等である。コヒーレンス減少光学装置３０のいろいろな要素が置かれるオーダは必ずしも重要ではないが、前に説明した小さなファイバ束を使用することの大きな利点を確保するために、ビーム源の最も近くに配置される素子の関係についての上述の注意事項を守るのがよい。
【００６４】
いろいろな好適な実施の形態を参照して本発明を説明したけれども、本発明の範囲および精神の範囲内にあるいろいろな実施の形態は、この技術分野における通常の知識を有するものには明らかであろう。例えば、好適な実施の形態が半導体の製造に用いられるレチクルについて説明したけれども、半導体製造において使用される他のパターン化された物体の検査に、或いは半導体ウエハの検査にこの簡単で、有力な技術を適用することは、本発明の意図された範囲内である。実際に、本発明の方法および装置は、ウエハばかりでなく、マスク、ホトマスク、レチクル、或いは半導体デバイスの、例えばホトリソグラフ工程による製造における同様な方法に使用される他の物体の検査に応用可能である。したがって、本発明の方法および装置に関する限り、用語“マスク”、“ホトマスク”と“レチクル”および同様な物体を規定する用語は、互換性があり、この分野の当業者によって理解されるべきである。
【００６５】
更に、本発明のコヒーレンス減少技術は、検査装置への適用に限定されないが、コヒーレンス減少技術が必要であるあらゆる半導体関連製造動作に用いられることができる。
【００６６】
当業者に明らかである前述および他の変更に照らして、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限されると考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明にしたがって使用するための検査装置の例を示す。
【図１Ｂ】本発明にしたがって使用するための検査装置の例を示す。
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態である。
【図２Ｂ】図２Ａの変形である。
【図３】第１の実施の形態に関する説明図である。
【図４】第１の実施の形態に関する変形を示す。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す。
【図６】第２の実施の形態に関する変形を示す。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示す。

Claims (10)

1. 半導体デバイスの製造に用いられるパターン化された物体の検査において、スペックルを減少する方法であって、
   照射ビームと前記パターン化された物体間の相対的移動を行なうステップ、前記照射ビームは、少なくとも部分的にコヒーレンスを乱すように、コヒーレントな光ビームを変更することによって得られ、
   前記コヒーレントな光ビームの変更は、
   照射ビーム源とパターン化された物体の間の光路に沿って、複数の光ファイバの束をシーケンシャルに設けるステップを有し、前記複数の光ファイバの束は、所定の数のファイバを有し、前記ファイバの各々は、入力端と出力端を有し、前記複数の束の第１の束のファイバの各々は、前記入力端を通して前記コヒーレントな光ビームを受け、且つ前記複数の束の最後の束のファイバの各々は、前記出力端を通して出力ビームを送り、各々の束における何れか２つのファイバ間の光路長の差は、前記コヒーレントな光ビームのコヒーレント長より大きいことを特徴とする方法。
2. 前記パターン化された物体は、ウエハ、マスク、ホトマスク、およびレチクルから成るグループから選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第１と第２の光ファイバの束があり、前記第２の光ファイバの束は前記最後の束であり、前記方法は、さらに、前記第１の光ファイバの束におけるファイバの各々の出力を前記第２の光ファイバの束におけるファイバの各々の入力端へ与えるステップを有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の光ファイバの束のファイバの数が、前記第２の光ファイバの束のファイバの数と異なっていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の光ファイバの束のファイバの数が、前記第２の光ファイバの束のファイバの数と同じであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記第１と第２の光ファイバの束のファイバの少なくとも幾つかは、異なる長さを有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 前記第１と第２の光ファイバの束の少なくとも一方における何れか２つのファイバ間の長さの差は、前記コヒーレントな光ビームのコヒーレント長より大きいことを特徴とする請求項３に記載の方法。
8. 前記第１と第２の光ファイバの束の少なくとも一方におけるファイバの入力端は整列されていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
9. 前記第１と第２の光ファイバの束の少なくとも一方におけるファイバの出力端は整列されていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
10. 前記第１と第２の光ファイバの束におけるファイバの少なくとも幾つかの特性は、非線形、屈折率の差、およびクラッドの差から成るグループから選ばれることを特徴とする請求項３に記載の方法。

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