JP5386480B2 - 光検出器を非線形領域へ強制することにより検査システムの検出範囲を拡張する検査システムと方法 - Google Patents

Description

この発明は、試料の検査に用いられる検査システムの検出範囲を拡張する検査システムと方法に関する。特に、本発明は、光検出器を非線形領域へ強制することにより検査システムの検出範囲を拡張する検査システムと方法に関する。

以下の記述と例は一般的な背景としてのみ示される。

論理素子もしくはメモリ素子などの半導体素子の製造は、一般に、半導体ウエハーなどの検査サンプルを数多くの半導体製造プロセスを用いて処理し、半導体素子の多様な特徴と多様性を付与することを含む。例えば、リソグラフィーは、通常、半導体ウエハー上のレジストにパターンを転写することを含む半導体製造プロセスである。更に、他の半導体製造プロセスとしては、以下に限定されるものではないが、化学機械研磨、エッチング、成膜、イオン注入などがある。複数の半導体素子はウエハー上に配列された形態で製造され、その後、個々の半導体素子に分離され得る。

監視プロセスは、製造プロセス中のより良い収率、そしてそれ故、より高い利潤を得ることを目的として、ウエハー上の欠陥を検出するため半導体製造プロセス中の様々なステップで使用される。検査は、常に半導体製造の重要な部分である。しかしながら、半導体デバイスの寸法が縮小するに伴い、検査は、仕様を満たした半導体デバイスの成功した製造にとってより重要となる。例えば、比較的小さな欠陥が半導体デバイスの好ましくない異常につながる場合があり、更にデバイスが作動しない場合さえあるため、より小さな欠陥の検出が、より必要となってきている。

光学的、そして電子ビーム・システムなどの多様な種類の検査ツールが、半導体ウエハーの検査むけに開発されている。光学的検査ツールは、一般に、暗視野、そして明視野検査システムとして分類可能である。一般に暗視野検査システムは、明視野検査システムよりもより広い検出範囲を提供する。例えば、暗視野検査システムは、入射ビームが試料に対して垂直、或いは斜めの入射角で供給された場合、試料表面からの散乱光の量を検出する。システムにより検出される散乱光の量は、一般に、検査箇所の光学的特徴（例えば、測定箇所の屈折率）、ならびに測定箇所内の任意の空間的変動（例えば、不均一なトポロジー）に依存する。暗視野検査の場合、なめらかな表面は、ほとんど収集信号を与えないが、（パターン形成された特徴または欠陥など）凹凸を有する表面は、より大幅に強く（時に六次のオーダー、もしくはそれ以上）散乱する傾向がある。一方、明視野検査システムは、特定の角度で光を試料へ指向し、同様な角度で試料表面から反射された光の量を測定する。暗視野システムに比較して、明視野システムの検出範囲は、一般に二次のオーダーを超えることはない。

大多数の検査ツールは、パターン形成されてない半導体ウエハー、或いはパターン形成された半導体向けに設計されているが、両者を対象としていない。前記ツールはウエハーの特定の種類を検査するために最適化されているため、幾つかの理由により、異なる種類のウエハーを検査することは通常不可能である。例えば、大多数のパターン形成されてない半導体ウエハー向け検査ツールは、レンズにより収集される全ての光に対応する単一の出力信号を生成する単一の検出器へ、レンズ（或いはコレクター）により収集された光の全てが指向されるように設定される。単一の検出器を備える検査ツールは、パターン形成されてないウエハーの検査には十分であるが、通常パターン形成されたウエハーの検査を行うことができない。

単一の検出器に供給された光は、パターン形成されたウエハーの検査に使用された場合、他の散乱光（例えば、欠陥より散乱された光）に加え、パターン形成されたウエハーのパターン、または特徴から散乱された光を含み得る。幾つかの事例に於いて、単一の検出器は飽和する場合があり、結果として、欠陥検知に関して解析可能な信号を提供しない場合がある。たとえ単一の検出器が飽和しない場合であっても、ウエハー上のパターン、または他の特徴から散乱された光を他の散乱光から分離することは不可能であるため、他の散乱光に基づく欠陥検出は、妨げられるか、そうでない場合には困難なものとなる。

この理由により、パターン形成された半導体ウエハー向け検査ツールの多くは、空間的解像と検出範囲に関する少なくとも二つの検出器を備える。この種のアプローチは、Almogy等による米国特許出願公開第2003/0058433号により記載されており、その開示は、ここで参照文献として取り扱われる。Almogyは、別々の検出チャネルを備える少なくとも二つの検出器を用いる検査システムを記述している。一つの検出器は高解像度向けに最適化されており、他の検出器は、解像度を犠牲にする一方で、解像範囲を改善するために高い飽和レベルを有するように設計される。試料より散乱された光は、追加の様々な光学部品を備えた検出器内で分割される。Almogyは、空間解像度と検出範囲を改善するが、Almogyは、これを、追加のスペースを必要とし、複雑さを増し、そしてより高いコストの原因となる追加の光学部品と電子回路を備える複数の検知器を要求することで実現している。

幾つかの場合に於いて、特に暗視野システムを用いてイメージングを行う場合、一つまたは複数の検出器が飽和する場合がある。上に記載される如く、滑らかな表面領域（黒く見える）から高度に凹凸のある領域（明るく見える）への表面トポロジーの変化により、パターン形成されたウエハーから得られる暗視野散乱信号は、六次のオーダー（もしくはそれ以上）に亘り大きさが変化する場合がある。高いデータ取得率で検出システムを作動させる場合、「オン-ザ-フライ」利得調整無しに、ウエハーの極めて暗い領域と極めて明るい領域の両者から有意義な信号を収集することは、しばしば困難である。

「オン-ザ-フライ」利得調整は、空間解像度、及び/または、検出範囲を改善するために一般に使用される別の方法の一つである。係る一方法は、Wolf等により米国特許第6.002,122号内で記載されており、その開示は、ここで参照文献として取り扱われる。Wolf等により記載される方法に於いて、光電子増倍管（PMT）からの出力信号は、対数増幅器と利得調整機構により処理される。対数増幅器と利得調整機構は、検出器利得「オン-ザ-フライ」を調節するために（例えば、ダイノードへ供給されるバイアス電位を変更することにより）、フィードバック信号をPMTへ提供し、検出器へ供給される光の変化を明らかにする。より大きな光量が検出器へ供給される場合、PMT利得は陽極の飽和を避けるために利得を減らすことが可能であり、従って、検出範囲は拡張される。一方、より少ない光量が検出器へ供給される場合、低信号範囲内の空間解像度を改善するために、PMTの利得を増やすことが可能である。しかしながら、「オン-ザ-フライ」利得調整は、雑音レベルを増加する傾向があり、低信号範囲内の感度を制約し、そして複雑で高価な駆動電子機器を作動する極めて高度な訓練を受けた人員を要する。

従って、ウエハー検査システムの検出範囲を拡張する改善された検査システムと方法への要求が依然として存在する。好ましくは、係る改善されたシステムと方法は、Wolfにより要求されたリアルタイム利得調整の複雑さと費用、またはAlmogyにより要求された更なる検出器、光学部品、そして電子回路なしに、十分な検出範囲の拡張をもたらすものである。更に、改善された検査システムは、感度、解像度、または（特に低信号範囲内で）ノイズ・パフォーマンスを犠牲にすること無しに検出範囲を拡張するものである。幾つかの場合に於いて、改善された検査システムは、パターン形成された半導体ウエハーとパターン形成されてない半導体ウエハーの両者の検査に使用可能である。

以下に記される様々な検査システムと方法の様々な実施態様は、本発明に係る請求項をいかなる条件に於いても制約するものでは無い。
本発明の第１の形態は、検査システムであって、
試料へ光を指向するように設定された照明サブシステムと、
前記試料から散乱される光を検出するように設定された検出サブシステムと、
を備え、
該検出サブシステムが、
前記散乱光を受け取り、出力信号に変換するように結合された複数のステージを有する光検出器と、
前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることで前記光検出器の検出範囲を拡張するように接続された電圧分割ネットワークと、
を備え、
前記光検出器の前記出力信号は、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージが飽和した場合にも前記光検出器のアノードから出力される、
検査システムである。

一実施態様に準じ、検出範囲が改善された検査システムがここに提供される。一般に、検査システムは、試料へ光を指向するように設定された照明サブシステムと、試料からの散乱光を検出するように設定された検出サブシステムを備えることが可能である。一例に於いて、検出サブシステムは、散乱光を受け取り、出力信号に変換するように結合された複数のステージを有する光検出器と、少なくとも一つのステージを飽和させることで、それによって光検出器が非線形領域で作動するように強制し、光検出器の検出範囲（従って、検査システムの検出範囲）を拡張するように接続された電圧分割ネットワークを備え得る。

一つまたは複数の光検出器ステージが、光検出器の入力に最近接の第一のセットのステージの個々のステージ間の第一の電位差と、（第一の電位差に対し実質的に高いか、実質的に低い）光検出器の出力に最近接の第二のセットのステージの個々のステージ間の第二の電位差、（第一の電位差に対し実質的に低い）第一と第二のセットの間において近接する二つのステージ間での第三の電位差を供給することにより意図的に飽和可能である。幾つかの事例に於いて、第二の電位差は、第一の電位差の凡そ５０〜４００％であり得る。幾つかの事例に於いて、第三の電位差は、第一の電位差の凡そ５〜５０％であり得る。

検出器の第一と第二のセットのステージは、所望の検出範囲と所望の（ハイ・エンド）検出解像度をもたらすように設定可能である。幾つかの実施態様に於いて、検出範囲は、大部分のステージを第一のセット内に含め、より少ないステージを第二のセット内に含めることで、最大化され得る。一方で、（ハイ・エンド）検出解像度は、第二のセット内のステージ数を増やし、そして第一セット内のステージ数を減らすことにより検出範囲を犠牲にすることで、増加可能である。

また、ここに記載される検出は、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を検出するプロセッサを備えることが可能である。一実施態様に於いて、プロセッサは、少なくとも一つのステージを飽和させることにより生成される非線形効果を除去するために出力信号を較正可能である。例えば、プロセッサは、光検出器により生成された出力信号を散乱光の実際の量に相関づけるように設定された予め計算された値表を用いることにより、出力信号を較正可能である。次にプロセッサは、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズを検出するために、較正された出力信号を使用可能である。例えば、値表より得られる散乱光の実際の量は、試料の検出された特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズを決定するために使用可能である。

他の実施態様に準じ、ここに提供される方法は、検査システムの検出範囲を増加するものである。上に記載される如く、検査システムは、試料からの散乱光を出力信号に変換するように構成される複数のステージを有する光検出器を備え得る。一実施態様に於いて、本方法は、光検出器へ供給された場合に、少なくとも一つのステージを意図的に飽和させる電圧配分を選択可能である。次に、本方法は、少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることにより生成される非線形効果を除去するために、値表を生成可能である。値表は、光検出器の出力信号の範囲を散乱光の実際の量に相関づけ得る。このように、光検出器により生成される次の出力信号を較正するために値表を使用可能である。

幾つかの事例に於いて、選択ステップは、（i）光検出器の入力に最近接の第一のセットの個々のステージ間の第一の電位差を選択し、（ii）第一の電位差に対し実質的に高いか、実質的に低い、光検出器の出力に最近接の第二のセットの個々のステージ間の第二の電位差を選択し、（iii）第一の電位差に対し実質的に低い、第一と第二のセット内で近接する二つのステージ間の第三の電位差を選択することを含み得る。一例に於いて、第二の電位差は、第一の電位差の凡そ５０〜４００％であり、第三の電位差は、第一の電位差の凡そ５〜５０％であり得る。

幾つかの事例に於いて、選択ステップは、更に、第一セット内に含まれるべき幾つかのステージを選択し、第二セット内に含まれるべき幾つかのステージを選択することを含む。例えば、幾つかの事例に於いて、最大の検出範囲は、大部分のステージを第一のセット内に含め、より少ないステージを第二のセット内に含めることで提供可能である。一方、検査システムのハイ・エンド検出解像度は、第二のセット内のステージ数を増やし、そして第一セット内のステージ数を減らすことにより検出範囲を犠牲にすることで、増加可能である。

幾つかの事例に於いて、値表は、既知の光散乱特性を有するパーティクルの既知のセットが形成された試験ウエハーに光を指向することで生成可能である。既知のパーティクル・セットより散乱された光は、光検出器出力信号の範囲を取得するように光検出器により検出可能である。次に、試験ウエハーからの既知の光散乱特性を用いて、光検出器出力信号の範囲を散乱された光の実際の量に変換するように算術的フィッティングと補間アルゴリズムを適用可能である。一例に於いて、算術的フィッティング・アルゴリズムは、線形フィッティングと補間アルゴリズムと、多項式フィッティングと補間アルゴリズムを含むグループより選択可能である。値表は、個々の光検出器出力信号を対応する既知の光の散乱特性に相関づけることにより生成可能である。

他の実施態様に準じ、ここに提供される方法は、試料を検査するものである。一実施態様に於いて、本方法は、試料へ光を指向し、試料からの散乱光を検出することを含む。例えば、検出ステップは、複数のステージと少なくとも一つのステージを意図的に飽和させるために印加される電位配分を有する光検出器からの出力信号を受信することを含み得る。また、検出ステップは、少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることにより生じる非線形効果を意図的に除去するために出力信号を較正することを含み得る。例えば、出力信号は、出力信号の範囲を散乱された光の実際の量に相関づける値表に出力信号を比較することにより較正可能である。幾つかの事例に於いて、値表は、光検出器と特定の単一の電位配分に関して予め計算されているものであり得る。次に較正された出力信号を、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を決定するために使用可能である。一例に於いて、出力信号（例えば、較正された出力信号）に対応する散乱光の実際量は、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズの決定に使用可能である。
本発明は以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
検査システムであって、
試料へ光を指向するように設定された照明サブシステムと、
前記試料から散乱される光を検出するように設定された検出サブシステムと、
を備え、
該検出サブシステムが、
前記散乱光を受け取り、出力信号に変換するように結合された複数のステージを有する光検出器と、
前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを飽和させることで前記光検出器の検出範囲を拡張するように接続された電圧分割ネットワークと、
を備えることを特徴とする検査システム。
［適用例２］
適用例１に記載の検査システムであって、
前記電圧分割ネットワークが、
前記光検出器の入力に最近接の第一のセットのステージの個々のステージ間の第一の電位差と、
前記第一の電位差に対し実質的に高いか、実質的に低い、前記光検出器の出力に最近接の第二のセットのステージの個々のステージ間の第二の電位差と、
前記第一の電位差に対し実質的に低い、前記第一と第二のセットの間において近接する二つのステージ間の第三の電位差と、
を生成するように設定されたことを特徴とする検査システム。
［適用例３］
適用例２に記載の検査システムであって、
前記第二の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５０〜４００％である範囲から選択されることを特徴とする検査システム。
［適用例４］
適用例２に記載の検査システムであって、
前記第三の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５〜５０％である範囲から選択されることを特徴とする検査システム。
［適用例５］
適用例２に記載の検査システムであって、
前記第一と第二のセットのステージが、所望の検出範囲と所望の検出解像度をもたらすように設定されたことを特徴とする検査システム。
［適用例６］
適用例５に記載の検査システムであって、
最大の検出範囲が、大部分のステージを前記第一のセット内に含め、より少ないステージを前記第二のセット内に含めることで、提供されることを特徴とする検査システム。
［適用例７］
適用例６に記載の検査システムであって、
前記第二のセット内のステージ数を増やし、そして前記第一セット内のステージ数を減らすことにより検出範囲を犠牲にすることで検出解像度が増加されることを特徴とする検査システム。
［適用例８］
適用例１に記載の検査システムであって、さらに、
前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを飽和させることにより生成される非線形効果を除去するために出力信号を較正し、
前記較正された出力信号を用いて、前記試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を検出する、
ように設定されたプロセッサを備えることを特徴とする検査システム。
［適用例９］
適用例８に記載の検査システムであって、
前記光検出器により生成された出力信号を散乱光の実際量に相関づけるように設定された予め計算された値表を用いることにより、前記出力信号が較正されることを特徴とする検査システム。
［適用例１０］
適用例９に記載の検査システムであって、
前記試料の検出された特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズを決定するために、散乱光の実際量が、前記プロセッサにより使用されることを特徴とする検査システム。
［適用例１１］
試料からの散乱光を出力に変換するように設定された複数のステージを有する光検出器を備える検査システムの検出範囲を増加する方法であって、
前記光検出器へ供給された場合に、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを意図的に飽和させる電圧配分を選択すること、
前記少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることにより生成される非線形効果を除去するために、前記光検出器の出力信号の範囲を散乱光の実際量に相関づける値表を生成すること、
前記光検出器により生成される次の出力信号を較正するために前記値表を使用すること、
を含む方法。
［適用例１２］
適用例１１に記載の方法であって、
前記選択ステップが、
前記光検出器の入力に最近接の第一のセットのステージの個々のステージ間の第一の電位差を選択し、
前記第一の電位差に対し実質的に高いか、実質的に低い、前記光検出器の出力に最近接の第二のセットのステージの個々のステージ間の第二の電位差を選択し、
前記第一の電位差に対し実質的に低い、前記第一と第二のセットの間において近接する二つのステージ間の第三の電位差を選択すること、
を含むことを特徴とする方法。
［適用例１３］
適用例１２に記載の方法であって、
前記第二の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５０〜４００％である範囲から選択されることを特徴とする方法。
［適用例１４］
適用例１２に記載の方法であって、
前記第三の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５−５０％である範囲から選択されることを特徴とする方法。
［適用例１５］
適用例１２に記載の方法であって、
前記選択ステップが、更に、前記第一セット内に含まれるべき幾つかのステージを選択し、前記第二セット内に含まれるべき幾つかのステージを選択することを含むことを特徴とする方法。
［適用例１６］
適用例１５に記載の方法であって、
大部分のステージを前記第一のセット内に含め、より少ないステージを前記第二のセット内に含めることで、最大の検出範囲が提供されることを特徴とする方法。
［適用例１７］
適用例１６に記載の方法であって、
前記第二のセット内のステージ数を増やし、そして前記第一セット内のステージ数を減らすことにより検出範囲を犠牲にすることで検出解像度が増加されることを特徴とする方法。
［適用例１８］
適用例１１に記載の方法であって、
前記値表を生成するステップが、
既知の光散乱特性を有するパーティクルの既知のセットが形成された試験ウエハーに光を指向すること、
前記光検出器と選択された電位配分を用いて既知のパーティクル・セットからの散乱光を検出するとともに、光検出器出力信号の範囲を取得すること、
前記試験ウエハーからの既知の光散乱特性を用いて、前記光検出器出力信号の範囲を散乱光の実際量に変換するように算術的フィッティングと補間アルゴリズムを適用すること、
個々の光検出器出力信号を対応する実際の光の量に相関づけることで前記値表を生成すること、
を含むことを特徴とする方法。
［適用例１９］
適用例１８に記載の方法であって、
前記値表を生成するステップが、更に、個々の光検出器出力信号を対応する既知の光の散乱特性に相関づけることを特徴とする方法。
［適用例２０］
適用例１８に記載の方法であって、
前記既知の光の散乱特性が、パーティクルの既知のセットの個々のパーティクル・サイズを含むことを特徴とする方法。
［適用例２１］
適用例１８に記載の方法であって、
前記算術的フィッティングと補間アルゴリズムが、線形フィッティングと補間アルゴリズム、及び、多項式フィッティングと補間アルゴリズム、を含むグループより選択されるものであることを特徴とする方法。
［適用例２２］
試料の検査方法であって、
前記試料へ光を指向することと、
前記試料からの散乱光を検出することを含み、
ここで、該検出が、
複数のステージを有し、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを意図的に飽和させるために印加される電位配分を有する光検出器からの出力信号を受信すること、
前記少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることにより生じる非線形効果を意図的に除去するために出力信号を較正すること、
前記較正された出力信号を使用して、前記試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を検出すること、
を含むことを特徴とする試料の検査方法。
［適用例２３］
適用例２２に記載の方法であって、
前記出力信号を較正するステップは、出力信号の範囲を散乱光の実際量に相関づける値表に前記出力信号を比較することを特徴とする方法。
［適用例２４］
適用例２３に記載の方法であって、
前記値表は、前記光検出器と一つの特定の電位配分とに関して予め計算されているものであることを特徴とする方法。
［適用例２５］
適用例２３に記載の方法であって、
前記値表は、前記光検出器と幾つかの異なる電位配分とに関して予め計算されているものであることを特徴とする方法。
［適用例２６］
適用例２３に記載の方法であって、
前記較正された出力信号を使用するステップは、前記出力信号に対応する散乱光の実際量を用いて、前記試料の特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズを決定することを含むことを特徴とする方法。

本発明の更なる目的と利点は、以下の詳細な記述と添付された図を参照することにより明らかになるであろう。
典型的な検査システムのブロック・ダイアグラムであり、試料へ光を指向する照明サブシステム、試料からの散乱光を検出する検出サブシステム、そして検出された光を用いて試料の特徴、欠陥または光散乱特性を検出するプロセッサを含む図である。 本発明の一実施態様に準じて、試料からの散乱光を検出する図1の検出サブシステム内に含まれる典型的な回路のブロック・ダイアグラムである。 非線形領域内で回路を駆動することにより、回路の検出範囲を拡張するために、図2に示される回路に印加可能な典型的な電位配分を示す表である。 図2と図3に示す回路の非線形的対応を、線形的対応を有する汎用の検出器に比較するグラフである。 検査システムの検出範囲を拡張するために使用可能な方法の一実施態様を示す流れ図である。 試料の検査に使用可能な方法の一実施態様を示す流れ図である。

本発明は様々な修正と変更が可能であるが、図を用いることで特定の実施態様が示され、ここに詳細に記述される。しかしながら、ここに示される図と特定の記述は発明を開示された特定の形式に制限することを意図したものでなく、逆に、添付された請求項により定義される本発明の精神と展望の範囲内で全ての修正、同等物、変更を網羅することを意図したものである。

ここに記載されるシステムと方法は、ウエハー検査システムの全体的な検出範囲を拡張するために検出器の非線形的な領域を用いて欠陥検出を改善する。幾つかの現行検査システムとは異なり、ここに記載される検査システムは、感度、複雑さ、リアルタイム利得調整を犠牲にすることなく、そして空間消費、複雑さ、そして検査システムの費用を不適切に増加する追加の検出器、光学部品、そして電子部品を用いることなく、検出範囲を拡張することが可能である。

試料の検査に使用される光学的検査システムまたはツールに関して、様々な実施態様が記載される。ここで用いられる用語「試料」は、ウエハー、レチクル、または欠陥、特徴、またはこの分野で公知の他の情報(例えばヘイズ量、またはフィルム特性)に関して検査される任意の他のサンプルを呼称する。

ここに用いられる如く、用語「ウエハー」は一般に半導体材料または非半導体材料を意味する。半導体材料または非半導体材料の材料の例としては、以下に限定されないが、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウムなどがある。これらの基板は半導体製造工場で一般に見出され、及び/または、処理されるものである。

幾つかの事例に於いて、ウエハーは、未処理ウエハーなどの基板のみを含む場合がある。或いは、ウエハーは基板上に形成された一つまたは複数の層を含み得る。係る層として、以下に限定されないが、レジスト、誘電体材料、導電材料などがある。レジストは、光学的リソグラフィー技術、電子ビームリソグラフィー技術、またはｘ線リソグラフィー技術、によりパターン形成され得るレジストを含む。誘電体材料の例は、以下に限定されるものではないが、二酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、そして窒化チタンなどである。更なる誘電体材料の例は、Applied Materials, Inc., Santa Clara, Californiaより購入可能なBlack Diamond^TM、Novellus Systems, Inc., San Jose, Californiaより購入可能なCORAL^TMなどの「低誘電体率」誘電体材料、「xerogels」などの「極低誘電体率」、五酸化タンタルなどの「高誘電体率」誘電体材料などである。更に、導電材料の例は、以下に限定されるものではないが、アルミニウム、ポリシリコン、そして銅などである。

ウエハー上に形成された一つまたは複数の層は「パターン形成された」ものであっても、または「パターン形成されてない」ものであってもよい。例えば、ウエハーは複数のダイを有し、個々のダイは繰り返されるパターンの特徴を有する。このような材料の層を形成しプロセスすることは、完成された半導体デバイスを最終的にもたらし得る。このように、ウエハーは、完成した半導体デバイスの層が必ずしも全て形成されていない基板、または完成した半導体デバイスの層が全て形成された基板を含み得る。ここで、用語「半導体デバイス」は「集積回路」と相互互換的に使用可能である。更にまた、微小電気機械システム（MEMS）などの他のデバイス、或いは同等物をウエハー上に形成可能である。

「レチクル」はレチクル製造工程の任意の段階のレチクル、または、半導体製造工場で使用、または使用されない完成したレチクルであり得る。レチクル、または「フォトマスク」は、実質的に透明な基板であり、その上に実質的に不透明な領域を有し、前記実質的に不透明な領域がパターン形成されたものとして一般に定義可能である。基板は、例えば、クオーツなどのガラス材料であり得る。レチクルは、レチクル上のパターンがレジストに転写されるように、リソグラフィー・プロセスの露光ステップ中にレジストで覆われたウエハーの上に設置可能である。例えば、レチクルの実質的に不透明な領域は、その下にあるレジストの領域を、エネルギー源への露出より保護する。

図に関しては、ここに記される図1-図6は、原寸に比例していないことに留意されたい。特に、要素の特徴を強調するために、図の要素の幾つかの寸法は大きく誇張されている。また、図1-図6は同じ縮尺で描かれていないことに留意されたい。複数の図に亘り示される要素は、同じ参照番号を用いて同様に示される場合がある。

図1は、ここに記載される検査方法を実施するために使用可能なシステムを示す。図1に示すシステムは、ここに記載される方法に準じて試料の検査に使用可能な一般的な光学的設定を示す。検査システムは、暗視野光学的サブシステムを含む。ここに記載される方法を実施するように機能を維持しつつ、ここに示されるシステムを多様に変更可能であることは、この分野で通常の技術を有するものにとって明らかとなるであろう。更に、ステージ、試料取り扱い装置、折りたたみ式光学鏡、偏光子、追加の光源、追加のコレクターなどの図1には示されていない様々な追加備品を備えることが可能であることは、この分野で通常の技術を有するものにとって明らかとなるであろう。係る変更の全ては、ここに記載される発明の見地内にある。

図1に示すシステムは、通常、試料16へ光を指向するように設定される照明サブシステム10を備える。例えば、図1に示す照明サブシステム10は、光源12を備える。光源12は、例えば、レーザー、ダイオード・レーザー、ヘリウム・ネオン・レーザー、アルゴン・レーザー、固体レーザー、ダイオード励起固体（DPSS）レーザー、キセノン・アーク・ランプ、ガス放電ランプ、または白熱ランプとすることが可能である。光源は、ほぼ単色の光または広域の光を放射するように設定可能である。一般に、照明サブシステムは、試料へ比較的狭い波長幅を有する光（例えば、ほぼ単色の光、或いは、凡そ20nm未満の波長幅を有する光、凡そ10nm未満の波長幅を有する光、凡そ5nm未満の波長幅を有する光、または凡そ2nm未満の波長幅を有する光さえも）を指向するように設定される。従って、光源が、広域の光源である場合、照明サブシステムは、試料へ指向される光の波長を制限するために、一つまたは複数のスペクトル・フィルタを備えることも可能である。一つまたは複数のスペクトル・フィルタは、バンドパス・フィルタ、及び/または、エッジ・フィルタ、及び/または、ノッチ・フィルタとすることが可能である。

また、照明サブシステムは、様々なビーム生成ならびに偏光制御光学部品14を備える。例えば、照明サブシステムは、例えば、特定のスポット・サイズで試料16へ光入射ビームを指向ならびに供給する様々な光学部品を備え得る。光源が、様々な偏光の光を放射するように設定された場合、照明サブシステムは、光源より放射された光の偏光特性を変更可能な一つまたは複数の偏光部品を備えることも可能である。幾つかの事例に於いて、試料16へ指向される光は、コヒーレント、またはインコヒーレントであり得る。ビーム生成ならびに偏光制御光学部品14は、ビーム拡大器、折りたたみ式光学鏡、集束レンズ、円柱レンズ、ビーム・スプリッタなど、図1には特に示されていない幾つかの部品を備え得る。

幾つかの事例に於いて、照明サブシステム10は、偏向器（示されていない）を備え得る。一実施態様に於いて、偏向器は、音響光学偏向器（AOD）であり得る。他の実施態様に於いて、偏向器は、機械式スキャニング・アセンブリ、電子スキャナ、回転鏡、多角形式スキャナ、共鳴スキャナ、圧電スキャナ、検流鏡、または検流計などとすることが可能である。偏向器は、試料に亘り光ビームが走査されるように設定される。幾つかの実施態様に於いて、偏向器は、凡そ一定の走査速度で試料に亘り光ビームを走査可能である。

図1に示す如く、照明サブシステム10は、垂直な入射角で光ビームを試料へ指向するように設定可能である。この実施態様に於いて、垂直な入射角の光ビームは、試料に対する光学部品の相対的運動、及び/または、光学部品に対する試料の相対的運動により試料は走査され得るため、照明サブシステムは、偏向器を備えない場合がある。或いは、照明サブシステムは、斜めの入射角で光ビームを試料へ指向するように設定可能である。また本システムは、斜めの入射角の光ビームならびに垂直な入射角の光ビームといった複数の光ビームを試料へ指向するように設定可能である。複数の光ビームは、実質的に同時に、または逐次に試料へ指向できる。

一実施態様に於いて、検査システムは、図1に示す如く、単一収集チャネルを備え得る。例えば、試料から散乱された光は、レンズ、複合レンズ、またはこの分野で公知の任意の適切なレンズといったコレクター18により収集可能である。或いは、コレクター18は、鏡などの反射、または部分反射光学部品とすることが可能である。更に、図1には一つの特定の収集角度が示されているが、収集チャネルは任意の適切な収集角度で設定可能であることに留意されたい。収集角度は、例えば、入射角、及び/または、試料の局所的な特徴に応じて変化可能である。

また検査システムは、試料から散乱され、コレクター18により収集された光を検出する検出サブシステム26を備える。図1に示す如く、検出サブシステムは、一般に散乱光を電気的信号に変換するように機能する検出器20を備え得る。検出器20は、この分野で公知の実質的に任意の光検出器とすることが可能である。しかしながら、検出器の好ましいパフォーマンス特性、対象となる試料の種類、及び/または、照明サブシステムの設定に基づき、本発明の一つまたは複数の実施態様では、特定の検出器を選択可能である。例えば、検査に利用できる光量が比較的低い場合、タイム・ディレイ・インテグレーション（TDI）・カメラなどの高い効率性の検出器は、システムの信号対雑音比とスループットを改善し得る。しかしながら、検査に利用できる光量と実施される検査の種類に応じて電荷結合素子（CCD）カメラ、光ダイオード、光電管、そして光電子増倍管（PMT）などの他の検出器を使用可能である。本発明の少なくとも一つの好ましい実施態様に於いて、検出器出力信号の雑音レベルを最小化することを目的として、試料からの
散乱光を検出するために光電子増倍管が使用される。

また検査システムは、検出器20により検出された散乱信号をプロセスするために必要な様々な電子部品を備え得る。例えば、図1に示すシステムは、増幅回路22、アナログ・デジタル変換器（ADC）24、そしてプロセッサ28を備える。増幅器22は、一般に、検出器20からの出力信号を受信し、予め設定された量でそれら出力信号を増幅するように設定される。ADC24は、プロセッサ28内での使用に適切であるように、増幅された信号をデジタル・フォーマットに変換する。一実施態様に於いて、図1に示す如く、プロセッサは、送信媒体により、ADC24に直接結合可能である。或いは、プロセッサは、ADC24に結合された他の電子部品から信号を受信することが可能である。このようにして、プロセッサは、送信媒体ならびに任意の介在する電子部品により、ADC24に間接的に結合可能である。

一般に、プロセッサ28は、単一収集チャネルから得られた電気信号を用いて試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を検出するように設定される。単一収集チャネルにより生成された信号は、単一の検出器（検出器20）により検出される光を示す。用語「単一の検出器」は、単一の検知領域のみを有するか、或いは（例えば、検出器アレイ、または複数陽極PMTで見出される如く）潜在的に複数の検知領域を有する検出器を呼称するためにここで使用される。単一の検出器の検知領域は、その数に係わらず、単一の外装内に収納される。幾つかの事例に於いて、ここに記載される検査システムは、パターン形成された、そしてパターン形成されてない試料に使用可能である。プロセッサは、この分野で公知の任意の適切なプロセッサとすることが可能である。更に、プロセッサは、この分野で公知の任意の適切な欠陥検出アルゴリズムまたは方法を備え得る。例えば、プロセッサは、試料上の欠陥を検出するために、ダイ-データベース比較、または閾値アルゴリズムを使用可能である。

ここに記載される検査システムは、検出器飽和を避けることにより検出範囲を不必要に制限する他の検査システムに対して、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を極めてより大きな範囲で検出可能である。汎用システムへの直接の比較に於いて、ここに記載される検査システムは、検出器を意図的に飽和させることで検出範囲を（例えば、凡そ10から300倍、もしくはそれ以上）拡張する。データ修復が、検出器飽和により導入され得るあらゆる非線形効果を取り除くために検出器出力を較正することでもたらされる。検出器飽和の使用と利点は、光電子増倍管との関連に於いてここに記載される。しかしながら、以下に記載される一般的概念は、他の種類の検出器に使用可能であることに留意されたい。

光電子増倍管（PMT）は、光学的信号が弱い場合（例えば、低強度アプリケーションに於いて）にしばしば検出器として使用される。典型的な光電子増倍管は、光電子放出陰極（光電陰極）、それに続いて、収束電極、複数のダイノード（電子増倍管を形成する）、そして陽極（電子コレクターを形成する）を真空管内に備える。光がPMTに入ると、光電陰極は光電子を真空へ放出する。収束電極は、二次電子放出のプロセスにより電子を増幅する電子増倍管へ光電子を指向する。特に、光電子は、電場により、光電陰極から第一ダイノードへ加速される。電子がダイノードに衝突すると、更なる電子が放出され、光電信号が増幅される。これら二次電子は、次のダイノードへカスケードされ、再度増幅される。ダイノード・チェーンの終端で、電子は陽極により収集され、PMTに入った光量に比例した電気出力信号を生成する。通常、陽極で生成される出力信号は、トランスインピーダンス増幅器そして引き続きアナログ・デジタル変換などの汎用電子機器により測定できるように十分大きい。

二次電子放出のプロセスにより、光電子増倍管は、高い電流増幅を達成する。換言すれば、光電陰極からの微小な光電流は、光電子増倍管の陽極からの大きな出力電流として観測可能である。電流増幅の総量（或いは検出器利得と呼称される）は、陽極出力電流の、光電陰極からの光電流に対する比である。個々のダイノードでの部分的な利得は、該当するダイノードとその前のステージ間の電位差に比例する。PMTの総利得は、全てのダイノード・ステージからの利得の積である。電圧（V）が（n）個のダイノード・ステージを有する光電子増倍管の陰極と陽極間に加えられた場合、総利得は以下の式で表される。

ここでαはダイノードの材料組成と形状により決定される係数（典型的には0.6−0.8の範囲）である。

幾つかの事例に於いて、光電子増倍管は、単一の予め設定された利得で作動可能である。例えば、個々のダイノードに関するバイアス電位は、陰極、ダイノード、陽極、そして接地間で一連の電圧分割抵抗を接続することにより生成可能である。抵抗Rはスケーリング定数として用いられ、通常、光電子増倍管の全ステージで同じ値である。大きな負の電圧（典型的には-500 Vから -1500 V）が陰極に加えられ、前記電圧は電圧分割抵抗チェーンによりダイノードに亘り均等に通常分割される。このようにすることで、個々のダイノードは逐次的により小さな負の電圧に維持され、ダイノード間の電位差は、中間のダイノード利得を設定する。

光電子増倍管の検出範囲は、ロー・エンドで、PMTの雑音と利得特性、そして増幅回路により、そしてハイ・エンドで、陽極電流を供給する光電子増倍管の能力により制約される。管内の空間電荷効果による飽和、限られたバイアス・ストリング電力消費、または陰極とダイノードを被覆する材料の消耗性が陽極電流を一般に制約する。飽和は、陽極で起こる場合があり、時として、更に一つまたは複数のステージ（例えば、陰極、或いは一つまたは複数のダイノード）で起こり得る。比較的大きな量の光、または高い利得が陽極（そして潜在的に一つまたは複数の追加のステージ）飽和の原因となった殆どの場合、光電子増倍管は不正確な結果をもたらす。

光電子増倍管のダイナミック・レンジを拡張するために、利得調整が過去に用いられている。光電子増倍管の総利得は、陰極へ印加される電圧を変化させることで変更可能であるが、そうすることは一般に好ましくない。従って、PMT利得は、一般に、一つまたは複数の検出器ステージに供給される電位差を変化させることにより変更される。しかしながら、利得調整は、一般に、非線形領域でPMTを作動することで検出器の出力信号を歪める検出器の飽和を避けるために用いられる。

対照的に、本発明は検出器の飽和を活用するものである。以下により詳細に記載される如く、本発明は、検出器ステージの少なくとも一つ（例えば、陽極、そして潜在的に、一つまたは複数の後期のダイノードステージ）を意図的に飽和させることで検査システムの検出範囲を改善する。本発明は、検出器の飽和によりもたらされるあらゆる非線形効果を取り除くために検出器出力を較正することで測定の不正確さを避ける。

図2は、試料からの散乱光の検出に使用可能な回路30の一実施態様を示す。このように、回路30は検出器20として、図1の検査システム内に取り込まれ得る。図2の実施態様に於いて、回路30は、陰極34、複数のダイノード36、そして陽極38を備える光電子増倍管（PMT）32を備える。十のダイノードを有するものが示されているが、PMTは、典型的に凡そ八から凡そ二十に亘る、実質的に任意の適切な数のダイノードを備え得る。また図2に於いて、PMT32は、ヘッドオン光電子増倍管、特に伝送モード光電陰極を備えた線形収束ヘッドオンPMTとして示されている。しかしながら、この分野で通常の技術を有するものにとって、ここに記載される発明の見地がどのように他のタイプのPMTに適用されるかは明らかであろう。例えば、PMT32は、代替的に、反射モード光電陰極を備えたサイドオン設定で形成可能である。図2に示す線形収束PMTに加え、本発明の見地は、以下に限定されるものでは無いが、サーキュラー・ケージ・タイプ、ボックス・アンド・グリッド・タイプ、ベネチアン・ブラインド・タイプ、そしてメッシュ・タイプなど他のタイプのPMTへ適用可能である。

汎用のPMT回路と同様に、回路30は、陰極、ダイノード、陽極に亘り接続されたインピーダンス素子（例えば、Z1−Z11）を備える電圧分割チェーン40を有する。図2に示すインピーダンス素子は、抵抗、キャパシタ、トランジスタ、ダイオード、またはそれらの任意の組み合わせなど、この分野で公知のものとすることが可能である。高い負の電圧（VS）が陰極に印加されると、個々のダイノードが特定の利得量を得るように、ダイノードに亘り電位が分割される。図3は、電位の分割の一方法を示し、以下に更に詳細に記載される。

光（ｈν）がPMTに入ると、陰極34は、陽極38で増幅された光電流（I_A）を生成するように、ダイノード・チェーン36を経てカスケードする光電子を放射する。幾つかの事例に於いて、陽極38からの出力電力は、電流電圧変換器42により電圧（V_A）へ変換可能である。一実施態様に於いて（示されていない）、変換器42は、PMTの出力で生成された電圧（V_A）が、以下の式で陽極電流に関係づけられるようなトランスインピーダンス（Z_F）を備えるオペアンプとすることが可能である。

しかしながら、変換器42は、上に記載される典型的実施態様に制約されない。変換器42は、本発明の他の実施態様に於いて、別の形態で設定可能であることは、この分野で熟達した者にとって明らかであろう。幾つかの事例に於いて、PMT32からの出力電圧（V_A）は、更なるプロセスのために増幅回路22（図1）へ供給可能である。

汎用のPMT回路とは異なり、電圧分割チェーン40は、検出ステージの少なくとも一つを飽和させることでPMTの検出範囲を拡張するように特別に設定される。一般に、PMTの一つまたは複数のステージは、PMTの入力に最近接の第一のステージセットの個々のステージ間の第一の電位差と、（第一の電位差に対し実質的に高いか、実質的に低い）PMTの出力に最近接の第二のステージセットの個々のステージ間の第二の電位差と、（第一の電位差に対し実質的に低い）第一と第二のステージセットの間において近接する二つのステージ間の第三の電位差を供給することで、意図的に飽和可能である。検出器飽和は、空間電荷効果を生じるように十分低い電位差を近接するステージ（ここで「飽和ステージ」と呼称される）へ適用することで起こる。

一般に、検出ステージの第一と第二のセットは、所望の検出範囲と解像度を供給するように設定可能である。幾つかの実施態様に於いて、検出範囲は、大部分のステージを第一のセット内に含め、より少ないステージを第二のセット内に含めることで最大化される。一方、ハイエンド検出解像度は、第二のセット内のステージ数を増やし、そして第一セット内のステージ数を減らすことにより検出範囲を犠牲にすることで検出解像度を増加可能である。

更に、或いは、所望の検出範囲と解像度は、個々の検出器ステージの間へ印加される適切な電位差を選択することで実現可能である。飽和のために選択されたあるステージで、飽和をより大きくし、ハイエンド領域内のより低い解像度を犠牲にして検出範囲を拡張するために、より低い電位差を印加可能である。幾つかの実施態様に於いて、飽和ステージ間に印加される電位差は、第一のセットの個々のステージ間に印加される電位差の凡そ5-50%であり得る。幾つかの実施態様に於いて、第二のセットの個々のステージ間に印加される電位差は、第一のセットの個々のステージ間に印加される電位差の凡そ50-400%であり得る。以下に更に詳細に記載される如く、飽和ステージ間に印加される電位差は、第二のセット内に含まれるステージ数を含め、ハイエンド領域での検出解像度を細かく調節するように変更可能である。

幾つかの事例に於いて、PMTにより、確実にそして正確に検出される入力光の範囲を最大化するために、ステージ間に印加される電位差と共に、第一と第二のセット内に含まれるステージ数を選択可能である。以下に更に詳細に記載される如く、入力光は、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性の大きさに比例する（以下「パーティクル」と呼称される）。より大きなパーティクルは、より多くの光を散乱する傾向にあり、より小さなパーティクルは、より少ない光を散乱する。従って、単一の測定作業（例えば、単一ウエハー・スキャン）中に検出可能なパーティクル・サイズの範囲を最大化する目的で、検出可能な入力光の範囲を最大化することが、本発明の少なくとも一つの実施態様に於いて望ましい。

図3の表は、適切な非線形応答を生成するために、10-ステージPMT（例えば、図2のPMT32）へ適用可能な電圧バイアス・スキーム（または電位配分スキーム）の一実施態様を示す。図3の特定例に於いて、陰極とダイノードDY1-DY8の間で電圧配分比1.0が印加される。凡そ0.1である実質的に低い電圧配分比が、ダイノードDY8 とDY9の間に印加され、空間電荷効果と前記ダイノード間の飽和が誘起される。凡そ1. 2である実質的に高い電圧配分比が、陽極と残るダイノード（DY9とDY10）の間に印加される。以下に更に詳細に記載される如く、飽和ステージに印加される小さな電位差は、PMT出力応答の線形領域を狭め、非線形領域を広げる。飽和ステージの後に印加されるより大きな電位差は、応答曲線をより急勾配とし、非線形領域における解像度を改善する。

図4のグラフは、非線形にバイアスされたPMTの一実施態様を、線形領域で主に作動する線形にバイアスされた汎用のPMTに比較する。特に、グラフは、PMT出力電流（mAで表記される）を、可能な入力光の値（μWで表記される）に対してプロットする。図4に示す如く、汎用のPMTは極めて限られた範囲（例えば、凡そ0−14μW）の入力光のみを検出可能である。このことは、一部、PMTの作動を主に線形領域で行うことへの執着による。対照的に、図2と図3に示す非線形にバイアスされたPMTは、非線形領域でPMTを作動し、その一方で同じロー・エンド解像度と感度を（与えられた雑音レベルのもとで）維持するように線形領域内で同じ高利得を維持することで、極めてより広い入力変化（例えば、0−0.2μWの線形領域と0.2−3300μWの非線形領域を含む凡そ0−3300μWの領域）を検出可能である。示される実施態様内で、非線形にバイアスされたPMTは、線形にバイアスされた汎用のPMTに比較して、凡そ235倍の光を検出可能である。

幾つかの事例に於いて、電位配分は、（例えば、より高いPMT利得を提供するように）飽和ステージの後により多くのステージを備えることで、非線形領域のPMT応答曲線をより急勾配とし、解像度を改善するように変更可能である。例えば、ステージDY7-DY8 を飽和させるために、小さな電位差をダイノードDY7とDY8の間に印加し、一方で、大きな電位差を陽極と残るダイノード（DY8-DY10）の間に印加可能である。これは、PMT出力信号のハイ・エンド解像度を改善するが、係る変更は、図2-図4に示す例に比較して、より低い検出範囲（例えば、0−200μWの領域）を提供する。他の事例に於いて、電位配分は、（例えば、より低いPMT利得を提供するように）飽和ステージの後により少ないステージを備えることで非線形領域のPMT応答曲線をよりなだらかに変更可能である。係る変更は、（ハイエンド解像度を犠牲にして）PMTの検出範囲を更に改善するために選択可能である。

測定の不正確さは、非線形領域でPMTを作動することによりもたらされる。測定の不正確さを避けるために、本方法は、非線形出力を較正する方法を提供する。以下に更に詳細に記載される如く、本方法は、既知のパーティクル・サイズのセットを有する試験ウエハーを使用可能である。生産ウエハーを欠陥に関してスキャンする前に、特定の電位配分（例えば、図2と図3のPMT32）を有する特定の検出器を用いる検査システム（図1）により試験ウエハーをスキャン可能である。試験ウエハーは、図4と同様な非線形応答曲線を得ることで検出器出力を較正するように使用される。幾つかの事例に於いて、試験ウエハーは、広範な検出範囲に亘り光を散乱可能な幾つかの異なる粒子サイズ（例えば、凡そ20-30の異なるサイズ）を含み得る。幾つかの事例に於いて、較正の複雑さと時間を犠牲にして、較正精度を改善するために試験ウエハー上でより多くの異なるパーティクル・サイズ（例えば、個々の可能なADC入力に関する異なるサイズ）を使用可能である。

（図4の如き）検出器出力応答がひとたび得られると、試験ウエハー・スキャンからの較正データに基づき参照表を生成可能である。一実施態様に於いて、検出器出力（例えば、陽極電流）を実際の散乱光量に関連づけるために、線形フィッティングと補間を、（線形領域と非線形領域の両者を含む）全出力範囲内の異なる部分に適用可能である。パーティクル・サイズは、散乱光の実際の量から推論可能である。このようにして、参照表内に蓄積された値は、検出器出力をパーティクル・サイズに関連付けることが可能である。次に、参照表は、非線形領域で検出器を作動させることにより導入される測定の不正確さを修正するために、引き続く測定の作業中（例えば、生産ウエハーのスキャン中）に使用可能である。例えば、正確なパーティクル・サイズは、与えられた検出器出力に関する参照表より取得可能である。

殆どの場合、較正は、プロセッサ（例えば、図1のプロセッサ28）内で実施されるソフトウエア指示により実施される。しかしながら、較正プロセスは、上に記載される特定のアルゴリズムに限定されるものではない。幾つかの実施態様に於いて、精度は、較正プロセスをより複雑にすることで改善可能である。例えば、上に記載される線形フィッティングと補間の代わりに、多項式によるフィッティングと補間を非線形領域の部分の較正に使用可能である。また、ここに特に言及されない他のアルゴリズムも使用可能である。係るアルゴリズムは、較正プロセス中により多大な計算時間を要求するが、後の生産スキャンに於いてデータ修復精度を改善するように使用可能である。

検査システムの検出範囲を拡張する傍ら、測定の不正確さを避ける一般的方法50を図5に示す。一実施態様に於いて、本方法は、ステップ52で、検出器に供給された場合に、検出器ステージの少なくとも一つを意図的に飽和させる電位配分を選択することで開始可能である。次に、ステップ54で、検出器ステージを意図的に飽和させることにより生成されるあらゆる非線形効果を除去するために、値表が生成され得る。上に記載される如く、値表（または参照表）は、検出器出力信号の範囲を散乱光の実際の量に関連づけることが可能である。その後、時として、ステップ56で、値表を、検出器により後に生成される出力信号を較正するように使用可能である。一般に、図5に示す方法50は、生産ウエハー・スキャンの前に、非線形検出器を較正するために使用可能である。

試料を検査する一般的方法60を図6に示す。一実施態様に於いて、ステップ62で、本方法は、試料に光を指向し、試料からの散乱光を検出することで開始可能である。例えば、ステップ64で、検出ステップは、複数のステージと少なくとも一つのステージを意図的に飽和させるように印加される電位配分を有する光検出器からの出力信号を受信することを含み得る。ステップ66で、また検出ステップは、少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることにより生じる非線形効果を除去するために出力信号を較正することを含み得る。更に、ステップ68で、検出ステップは、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を検出するために較正された出力信号を使用することを含む。一例に於いて、較正された出力信号は、試料の特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズを決定するために使用可能である。一般に、図6に示す方法60は、単一ウエハー・スキャン中に検出されるパーティクル・サイズの範囲を改善するために使用可能である。

改善された検査システムと方法が、本発明の好ましい実施態様に準じて記載されている。上に記載される如く、図2-図6に示す実施態様は、PMT作動領域を線形検出範囲に限定する汎用の検出器に比較して凡そ235倍の光を検出可能である。しかしながら、本改善された検査システムと方法は、ここに特に示される実施態様のみに限定されるものではない。別の実施態様に於いて、検出範囲は、極めて異なる電位配分を用いることで変更可能である。例えば、上に記載される如く、PMTの検出範囲は、飽和ステージの後でより少ないステージを用いることで（従って、PMT利得を減少させる）拡張可能である。一方で、検出範囲は、飽和ステージの後でより多くのステージを用いることで（従って、PMT利得を増加させる）縮小可能である。

別の実施態様に於いて、ここに記載される検査システムと方法は、更に検出範囲を拡張することを目的として、例えば、同一出願人による米国特許出願11/181,228号、ならびに11/181,237号に記載される技術と組み合わせることが可能である。

幾つかの事例に於いて、上に記載される非線形の電位配分は、更に検出範囲を拡張することを目的として、同一出願人による米国特許出願11/181,228号に記載されるPMT検出器と組み合わせることが可能である。例えば、過去の出願は、試料からの検出された散乱光に基づき試料へ指向されるパワー・レベルをダイナミックに変更することを目的としてパワー減衰サブシステムを用いることで、検出範囲がどのように拡張されるかを示す。幾つかの事例に於いて、パワー減衰サブシステムは、検出された散乱光が予め設定された閾値レベルを超える場合、第一のパワー・レベルよりも低い第二のパワー・レベルへ指向された光を減衰可能である。一例に於いて、これら二つの技術を組み合わせることが可能であり、検出範囲は更に16倍拡張され得る。

幾つかの事例に於いて、上に記載される非線形の電位配分は、更に検出範囲を拡張することを目的として、同一出願人による米国特許出願11/181,237号に記載されるPMT検出器と組み合わせることが可能である。例えば、過去の出願は、検出範囲を拡張するために、検査システムの増幅器とADC回路がどのように変更され得るかを示す。一例に於いて、ここに記載されるPMT検出器（例えば、図2のPMT32）により供給される単一の出力信号から高解像度と低解像度の出力信号を生成するために、デュアル出力増幅器を使用可能である。幾つかの事例に於いて、本組み合わせを、生産ウエハー・スキャン中に高解像度と低解像度の出力信号間でダイナミックに切り替えることで、増幅器とADC回路の飽和を避けるように使用可能である。このことは、二つの出力信号を用いて検出可能なパーティクル・サイズの範囲を拡張することで、検出範囲を増加（凡そ、更に16倍）し、試料の更なる特徴、欠陥、または光散乱特性を検出することを可能にする。

この分野に精通した者にとって、本発明は、検査システムの検出範囲を増加する改善された検査システムと方法を提供すると信じられる開示の利点を有することが認められるであろう。例えば、本発明は、少なくとも一つのステージを飽和させることにより光検出器の検出範囲を拡張するように設定された複数のステージと電圧分割チェーンを有する光検出器を提供する。より詳細には、本発明は、意図的に検出器を非線形領域で作動させ、そして非線形効果を補償する較正手順を供給することで、検査システムの検出範囲を拡張する。よりすぐれた検出範囲を提供することに加え、本発明は、スペース使用、複雑さ、そして費用を不適切に増加させる追加の検出器、光学部品、そして電子部品を用いることなく検出範囲を拡張することで過去の技術を改善する。

本技術関連分野に精通した者には、本発明の様々な見地の更なる変更と別の実施態様は明らかであろう。したがって、この記載は、説明のためのみとして構築され、そして本発明を実施するための一般的方法を、本技術関連分野に精通した者に教示する目的にある。ここに示され、記載された本発明の形態は、現状で好ましい実施態様として解釈されるべきであることに留意されたい。ここに示され、記載された要素と材料は置換可能であり、部品とプロセスは順序を入れ替えることが可能であり、本発明のいくつかの特徴は独立して活用可能であり、本発明に記載された利点を理解した後、本技術関連分野に精通した者には、これら全ては明らかであろう。請求項に記載される本発明の思想と見地から逸脱することなく、此処に記載される要素は変更可能である。

Claims (26)

1. 検査システムであって、
   試料へ光を指向するように設定された照明サブシステムと、
   前記試料から散乱される光を検出するように設定された検出サブシステムと、
   を備え、
   該検出サブシステムが、
   前記散乱光を受け取り、出力信号に変換するように結合された複数のステージを有する光検出器と、
   前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることで前記光検出器の検出範囲を拡張するように接続された電圧分割ネットワークと、
   を備え、
   前記光検出器の前記出力信号は、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージが飽和した場合にも前記光検出器のアノードから出力される、
   検査システム。
2. 請求項１に記載の検査システムであって、
   前記電圧分割ネットワークが、
   前記光検出器の入力に最近接の第一のセットのステージの個々のステージ間の第一の電位差と、
   前記第一の電位差に対し実質的に高いか、実質的に低い、前記光検出器の出力に最近接の第二のセットのステージの個々のステージ間の第二の電位差と、
   前記第一の電位差に対し実質的に低い、前記第一と第二のセットの間において近接する二つのステージ間の第三の電位差と、
   を生成するように設定されたことを特徴とする検査システム。
3. 請求項２に記載の検査システムであって、
   前記第二の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５０〜４００％である範囲から選択されることを特徴とする検査システム。
4. 請求項２に記載の検査システムであって、
   前記第三の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５〜５０％である範囲から選択されることを特徴とする検査システム。
5. 請求項２に記載の検査システムであって、
   前記第一と第二のセットのステージが、所望の検出範囲と所望の検出解像度をもたらすように設定されたことを特徴とする検査システム。
6. 請求項５に記載の検査システムであって、
   最大の検出範囲が、大部分のステージを前記第一のセット内に含め、より少ないステージを前記第二のセット内に含めることで、提供されることを特徴とする検査システム。
7. 請求項６に記載の検査システムであって、
   前記第二のセット内のステージ数を増やし、そして前記第一セット内のステージ数を減らすことにより検出範囲を犠牲にすることで検出解像度が増加されることを特徴とする検査システム。
8. 請求項１に記載の検査システムであって、さらに、
   前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを飽和させることにより生成される非線形効果を除去するために出力信号を較正し、
   前記較正された出力信号を用いて、前記試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を検出する、
   ように設定されたプロセッサを備えることを特徴とする検査システム。
9. 請求項８に記載の検査システムであって、
   前記光検出器により生成された出力信号を散乱光の実際量に相関づけるように設定された予め計算された値表を用いることにより、前記出力信号が較正されることを特徴とする検査システム。
10. 請求項９に記載の検査システムであって、
    前記試料の検出された特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズを決定するために、散乱光の実際量が、前記プロセッサにより使用されることを特徴とする検査システム。
11. 試料からの散乱光を出力に変換するように設定された複数のステージを有する光検出器を備える検査システムの検出範囲を増加する方法であって、
    前記光検出器へ供給された場合に、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを意図的に飽和させる電圧配分を選択すること、
    前記少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることにより生成される非線形効果を除去するために、前記光検出器の出力信号の範囲を散乱光の実際量に相関づける値表を生成すること、
    前記光検出器により生成される次の出力信号を較正するために前記値表を使用すること、
    を含み、
    前記光検出器の前記出力信号は、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージが飽和した場合にも前記光検出器のアノードから出力される、方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記選択ステップが、
    前記光検出器の入力に最近接の第一のセットのステージの個々のステージ間の第一の電位差を選択し、
    前記第一の電位差に対し実質的に高いか、実質的に低い、前記光検出器の出力に最近接の第二のセットのステージの個々のステージ間の第二の電位差を選択し、
    前記第一の電位差に対し実質的に低い、前記第一と第二のセットの間において近接する二つのステージ間の第三の電位差を選択すること、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記第二の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５０〜４００％である範囲から選択されることを特徴とする方法。
14. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記第三の電位差が、前記第一の電位差の凡そ５−５０％である範囲から選択されることを特徴とする方法。
15. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記選択ステップが、更に、前記第一セット内に含まれるべき幾つかのステージを選択し、前記第二セット内に含まれるべき幾つかのステージを選択することを含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、
    大部分のステージを前記第一のセット内に含め、より少ないステージを前記第二のセット内に含めることで、最大の検出範囲が提供されることを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記第二のセット内のステージ数を増やし、そして前記第一セット内のステージ数を減らすことにより検出範囲を犠牲にすることで検出解像度が増加されることを特徴とする方法。
18. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記値表を生成するステップが、
    既知の光散乱特性を有するパーティクルの既知のセットが形成された試験ウエハーに光を指向すること、
    前記光検出器と選択された電位配分を用いて既知のパーティクル・セットからの散乱光を検出するとともに、光検出器出力信号の範囲を取得すること、
    前記試験ウエハーからの既知の光散乱特性を用いて、前記光検出器出力信号の範囲を散乱光の実際量に変換するように算術的フィッティングと補間アルゴリズムを適用すること、
    個々の光検出器出力信号を対応する実際の光の量に相関づけることで前記値表を生成すること、
    を含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記値表を生成するステップが、更に、個々の光検出器出力信号を対応する既知の光の散乱特性に相関づけることを特徴とする方法。
20. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記既知の光の散乱特性が、パーティクルの既知のセットの個々のパーティクル・サイズを含むことを特徴とする方法。
21. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記算術的フィッティングと補間アルゴリズムが、線形フィッティングと補間アルゴリズム、及び、多項式フィッティングと補間アルゴリズム、を含むグループより選択されるものであることを特徴とする方法。
22. 試料の検査方法であって、
    前記試料へ光を指向することと、
    前記試料からの散乱光を検出することを含み、
    ここで、該検出が、
    複数のステージを有し、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージを意図的に飽和させるために印加される電位配分を有する光検出器からの出力信号を受信すること、
    前記少なくとも一つのステージを意図的に飽和させることにより生じる非線形効果を意図的に除去するために出力信号を較正すること、
    前記較正された出力信号を使用して、前記試料の特徴、欠陥、または光散乱特性を検出すること、
    を含み、
    前記光検出器の前記出力信号は、前記複数のステージのうちの少なくとも一つのステージが飽和した場合にも前記光検出器のアノードから出力される、試料の検査方法。
23. 請求項２２に記載の方法であって、
    前記出力信号を較正するステップは、出力信号の範囲を散乱光の実際量に相関づける値表に前記出力信号を比較することを特徴とする方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記値表は、前記光検出器と一つの特定の電位配分とに関して予め計算されているものであることを特徴とする方法。
25. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記値表は、前記光検出器と幾つかの異なる電位配分とに関して予め計算されているものであることを特徴とする方法。
26. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記較正された出力信号を使用するステップは、前記出力信号に対応する散乱光の実際量を用いて、前記試料の特徴、欠陥、または光散乱特性のサイズを決定することを含むことを特徴とする方法。

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