JP6430578B2 - 試料を二つの別個のチャンネルで同時に検査するためのシステム - Google Patents

試料を二つの別個のチャンネルで同時に検査するためのシステム Download PDF

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Description

本発明は、検査システム、より詳細には、試料を二つの別個のチャンネルで同時に検査するためのシステムおよび方法に関連する。
以下の記述および実施例は、背景技術としてのみ記載するものである。
論理及びメモリ素子等の半導体素子の製造は、通常、多くの半導体製造プロセスを用いて基板を処理し、半導体素子の種々のフィーチャーおよび該素子の複数レベルを形成することを含む。例えば、リソグラフィーは、レチクルからのパターンを半導体ウエハー上に配置されたレジストに転写することを含む半導体製造プロセスである。さらなる半導体製造プロセスの実施例は、化学機械研磨、エッチング、蒸着、イオン注入などを含むが、これらに限定されない。複数の半導体素子を単一の半導体ウエハー上の配列中に製造し、次いで、個々の半導体素子に分離することが出来る。
ウエハー上の欠陥を検出し、それによって、より高い歩留まり及びより高い利益を上げ得るよう、半導体製造プロセスの種々の工程において、検査プロセスが使用される。検査は、半導体素子の製造において常に重要な役割を果たしてきた。しかし、半導体素子の寸法が小さくなるにつれて、良好な半導体素子の製造に成功するためには、検査はさらにより重要になってくる。例えば、相対的に小さな欠陥でも半導体素子に望ましくない異常事態を起こすことがあるので、寸法が減少していく欠陥の検出が益々必要になってきた。
半導体ウエハーの検査用に、光学及び電子ビームシステムなどの、多くの異なった方式の検査ツールが開発されてきた。大抵の光学検査システムは、明視野（ＢＦ）或いは暗視野（ＤＦ）の何れかのシステムとして特徴付けられる。これらの検査システムは、一般に試料表面に光を当て、それから光を集光する方式が異なる。例えば、明視野検査システムでは、光を試料にある特定の角度で当て（例えば、試料の表面に垂直）、同じような角度で試料の表面から反射される光の量を測定する。一方、暗視野検査システムでは、光を試料に、通常斜めの入射角で投射し、試料表面から散乱される光の量を検出する。暗視野検査システムで使用する集光光学系は、通常反射光の光路から外して配置し、散乱光のみを集光するようにする。
ある特定の半導体ウエハーの検査するために使用する検査ツールのタイプは、一般に、対象とする欠陥の特性はもとより、ウエハーの特性にも基づいて、選ばれる。例えば、ＢＦ検査システムは、主として光を反射する、パターン欠陥のような欠陥を検出するように構成される。ＢＦ検査システムでは、高解像度イメージング光学装置を小さなピクセル・サイズと組み合わせて、比較的高い空間分解能(例えば約１００ｎｍ〜５００ｎｍ)を有するイメージが提供される。これにより、ＢＦイメージングは、特に、そのサイズが設計ルールと同じ次元である欠陥を検出し、分類するのに役立つ。しかし、ＢＦ検査システムは、その空間分解能が高いためにＤＦシステムより遅い傾向がある。
ＤＦ検査システムは、主として粒子のような光を散乱する欠陥の検出用に構成される。暗視野検査システムでは、試料上の比較的水平なエリアは、検出器に余り光を散乱して戻さないので、主に暗いイメージを生成する結果になる。試料の表面上に突出する表面のフィーチャー或いは対象物（オブジェクト）は、検出器に向かって光を散乱して、さもなければ暗いイメージ中に、光のエリアを生ずる。したがって、暗視野検査システムでは、回路のフィーチャー、粒子或いは他の異常物が存在する以外の箇所は暗いイメージが生ずる。ある場合には、試料上の回路フィーチャーによって生成された、繰り返しパターンの光をフィルターして除去して、信号対雑音比を向上させるのに、暗視野システムで、フーリエ・フィルタリングを使用してもよい。
暗視野システムは、通常明視野システムよりはるかに高い処理能力を提供する。例えば、暗視野システムは、より大きなピクセル対欠陥比率を提供するので、与えられた欠陥サイズおよびピクセル率に対してより速い検査が出来る。１例では、暗視野検査システムの空間分解能は約５００ｎｍ〜２.０μｍに及び得る。
通常、一つの光学検査システムですべての欠陥を検出することはできない。上記のように、暗視野システムは、一般に光を散乱する欠陥を検出するように構成されるが、明視野システムは、光を反射する欠陥を検出する。暗視野と明視野データに、別々に一次元の欠陥検出アルゴリズムを適用し、両タイプ欠陥(感度を限定するノイズ源によって決まる制約内で)を検出することができるが、欠陥の中には二次元の決定スペースでしか検出できないものもある。
この概念を示すために、明視野の差分対暗視野差分の二次元のヒストグラム４００を、図７に示す。データ・ポイント４１０の主要クラウドは、正常なピクセル、即ち欠陥が存在しない場合のピクセルを表わす。ある場合には、一次元のアルゴリズムを使用して、明視野欠陥および暗視野欠陥を検出することができるが、これは欠陥から集光した光が、明視野ノイズ・フロアー４２０および暗視野ノイズ・フロアー４４０をそれぞれ超過する場合である。例えば、サテライト・クラウド４３０は、明視野イメージ上で作動する一次元のアルゴリズムで検出し得る欠陥を表わす。同様に、サテライト・クラウド４５０は、暗視野イメージ上で作動する一次元のアルゴリズムで検出し得る欠陥を表わす。しかし、サテライト・クラウド４６０は、明視野と暗視野システムのノイズ・フロアー未満であって、したがって、明視野イメージ或いは暗視野イメージのいずれか上で単独で作動する一次元のアルゴリズムでは検出できない欠陥を表わす。その代わりに、サテライト・クラウド４６０は、明視野イメージングと暗視野イメージングを組み合わせた結果上で作動する二次元のアルゴリズムでのみ検出することができる。
いくつかの先行技術検査システムは、明視野イメージングと暗視野イメージングを組み合わせて、検出可能な欠陥の範囲を向上しようと試みた。ある先行技術システムでは、明視野イメージングは、最初の検査実行時にウエハー上で行なわれる。第１の実行の結果を明視野での欠陥を決定するために処理した後、ウエハーは、第２の検査の実行において暗視野で照明され、暗視野欠陥のリストを生成する。このシステムに関する問題は、処理能力、すなわち単一のウエハーを処理するために必要とする時間の点が不十分であって、結果を処理して欠陥を求める以前に、明視野と暗視野のイメージを併せた結果を用いることが出来ないことである。代わりに、先行技術システムで使用される欠陥検出アルゴリズムは、しきい値をセットし、それを超えるフィーチャーが欠陥と考えられ、これらのしきい値を越す明視野欠陥と暗視野欠陥をパスするだけである。したがって、先行技術システムは、明視野チャンネルと暗視野チャンネルに対して別個にセットした、しきい値(或いはノイズ・フロアー)より以下の欠陥を検出できない。
前述の問題を解決しようとして、ウエハーに同時に明視野照明と暗視野照明を与えるように設計された先行技術検査システムが幾つかある。これらのシステムは、単一光源(通常レーザのような単色或いは狭帯域の光源)を使用して、ウエハーに明視野照明と暗視野照明を提供する。明視野検出器と暗視野検出器はシステム内にあるので、反射光は、明視野検出器によって検出され、散乱光は、暗視野検出器によって検出される。両検出器からの情報は欠陥検出アルゴリズムにもたらされ、ウエハー上の欠陥の位置を決定する。
生憎、同時に明視野と暗視野のイメージングを提供することができる、現在利用可能なシステムは、それ自身幾つかの弱点を有する。上記の先行技術システムでは、例えば、処理能力は、明視野検査と暗視野検査の同時実施で改善される。しかし、検査は、ウエハーの表面全体を比較的大きなピクセル・サイズでスポットを走査することによって行なわれる。高い処理能力が達成されるが、大きなピクセル・サイズの為に、明視野イメージの分解能が減少する。さらに、先行技術システムは、明視野照明および暗視野照明の両方に単一の光源を使用する。これでは、明視野照明と暗視野照明の特性を別個に最適化するための柔軟性が欠ける。更に、単一の光源は、通常、レーザのような単色光源か狭帯域の光源を含む。しかし、狭帯域の光源は、コントラストの変動および干渉性ノイズを明視野イメージへ導入し、そのため、さらに明視野感度および分解能が低下する。
現在利用可能なシステムの欠点および限定性を克服する一方、明視野イメージングおよび暗視野イメージングを与える、改良ウエハー検査システムが依然として必要である。
以下記載する検査システムおよび方法の様々な実施態様は、決して付記する請求項の主題を限定するものとして解釈されるべきではない。
本発明の第１の形態は、試料を検査するためのシステムであって、該システムは、
２重チャンネル顕微鏡と、
二つの照明装置であって、各々が前記２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルを照明するために連結されている二つの照明装置と、
二つの検出器であって、各々が試料のイメージを取得するために、前記２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルに連結されている二つの検出器と、
前記二つの検出器が実質的に同時に前記試料のイメージを得ることができるように、前記２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを分離するための手段と、
前記二つの照明装置によって試料に提供される照明に応じて試料から発生する光を受光するために連結した対物レンズと、
を備え、
前記二つの検出器は各々、それぞれの検出器が前記試料から発生する光の一部分を受光することができる視野を有し、
前記手段が、前記照明装置と前記検出器を、前記二つの照明装置によって提供される照明が対物レンズの視野内で重なり合わず、かつ、前記二つの検出器の視野が対物レンズの視野内で重なり合わないように配置することにより、前記２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを空間的に分離することを含む。
一つの実施態様によれば、ここに、試料を検査するためのシステムが提供される。一般に、本システムは、２重チャンネル顕微鏡と、各々が２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルを照明するように組み合わされた二つの照明装置と、各々が試料のイメージを得るために２重チャンネルの顕微鏡の異なるチャンネルに組み合わされた二つの検出器と、２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを分離するための手段と、を含み、前記二つの検出器は、試料のイメージを実質的に同時に取得することが出来るシステムである。ここに記載されたシステムは、ウエハーの検査に限定されないが、別名「ウエハー検査システム」と呼んでもよい。
一つの実施態様において、前記照明装置の少なくとも一つは、発光ダイオード(ＬＥＤ)光源のような広帯域の照明源を含んでいてもよい。ある場合には、ＬＥＤ光源は、ダイオードがそれぞれ白色光を出力することができるコーティングを有する、一組の発光ダイオードを含んでいてもよい。その他の場合では、前記ＬＥＤ光源は、それぞれ実質的に異なるスペクトルの範囲中の光を出力するように構成された発光ダイオードの二つ或いはそれ以上の異なる色を含んでいてもよい。
一つの実施態様において、前記手段は、二つの実質的に重なり合わないスペクトルの範囲の光を出力するように二つの照明装置を構成することで、前記２重チャンネルの顕微鏡のチャンネルをスペクトル的に分離することを含む。ある場合には、前記二つの照明装置をそれぞれ組み合わせて、２重チャンネルの顕微鏡に明視野照明を与えてもよい。他の場合では、前記二つの照明装置をそれぞれ組み合わせて、２重チャンネルの顕微鏡に暗視野照明を与えてもよい。さらにその他の場合、前記二つの照明装置を別々に組み合わせて、２重チャンネルの顕微鏡に明視野照明及び暗視野照明を与えてもよい。
別の実施態様において、前記手段は、２重チャンネルの顕微鏡のチャンネルを空間的に分離することを含む。例えば、本システムは、対物レンズを含むことができ、それを組み合わせて、前記二つの照明装置によって試料に与えた照明に応じて試料から発生する光を受光する。対物レンズは、レンズが試料から発生する光を集光できる視野(ＦＯＶ)を有する。前記二つの検出器は、さらに検出器が試料から発生する光の一部分を集光できるそれぞれの視野を有する。チャンネル間の空間的分離を達成するために、前記二つの照明装置は、対物レンズの視野の二つの異なる重なり合わない領域に光を向ける。さらに、二つの検出器は、前記二つの検出器の視野が対物レンズの視野内で重なり合わないように配置される。ある場合には、照明装置の一つからの照明が別の照明装置の照明路と交差するように二つの照明装置を配置することにより、二つのチャンネル間のクロス・トークを減少できる。前記二つの照明装置は、試料に明視野照明、暗視野照明、或いはこれらの任意の組み合わせを提供できる。
試料を検査するための別のシステムは、別の実施態様によってここに提供される。本システムは一般に一対の照明サブシステム、対物レンズ、および一対の検出サブシステムを含むことが出来る。この一対の照明サブシステムを組み合わせて、実質的に同時に、試料に光の第１ビームおよび光の第２ビームを当てることができる。対物レンズは、組み合わされて、光の第１ビームと第２ビームに応じて試料から発生する光を受光できる。最後に、この一対の検出サブシステムを各々組み合わせて、試料から発生する光の夫々の部分に応じて出力信号を生成できる。一つの利点として、出力信号は、実質的に同時に生成出来ることである。
前記一対の照明サブシステムは、本発明の様々な実施態様において、多少違って構成してもよい。一つの実施態様において、例えば、一対の照明サブシステムは各々明視野の照明装置を含んでいてもよい。別の実施態様において、前記一対の照明サブシステムは各々暗視野照明装置を含んでいてもよい。さらに別の実施態様において、この一対の照明サブシステムは一つの明視野照明装置および一つの暗視野照明装置を含む。選択した特定の照明スキームの如何にかかわらず、上記のように、照明サブシステムの少なくとも一つは発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を含むことができる。一例において、ＬＥＤ光源は、ダイオードが各々白色光を出力できるコーティングを有する発光ダイオードアレイを含むことができる。別の例では、ＬＥＤ光源は、少なくとも３つの異なる色のＬＥＤを含む発光ダイオードアレイを含むことができる。ある場合には、ＬＥＤ光源は、アレイ中の各ＬＥＤにほぼ同量の電流を供給することにより、白色光を出力するように構成できる。他の場合では、ＬＥＤ光源は、アレイ中の一つ或いはそれ以上のＬＥＤに供給される電流の量を変えることにより、実質的に異なるスペクトルの範囲の光を出力するようにカスタマイズできる。
各検出サブシステムは、試料から発生する光を検出するために対物レンズの視野内にある視野を有する。本システムは、亦、光の第１のビームに応じて試料から発生する光が、光の第２のビームに応じて試料から発生する光に干渉するのを防ぐよう構成された分離手段を含む。一つの実施態様に於いて、当該分離手段は、各々が実質的に異なっていて、重なり合わないスペクトルの範囲の光を発生するように前記一対の照明サブシステムを構成することで提供される。別の実施態様において、この分離手段は、証明領域および検出サブシステムの視野が空間的に分離するように、前記一対の照明サブシステムおよび前記一対の検出サブシステムを配置することで提供される。
別の実施態様によれば、ここに、試料を明視野と暗視野の同時照明で検査する方法が提供される。一般に、この方法は一つの光源で明視野照明を発生し、別の光源で暗視野照明を発生することを含むことができる。この発生工程は、明視野照明、暗視野照明或いは両方を形成する発光ダイオード(ＬＥＤ)光源を使用することを含むことができる。次に、本方法は、実質的に同時に、試料に明視野照明および暗視野照明を与えることができる。明視野照明に応じて試料から反射する光はもとより、暗視野照明に応じて試料から散乱うる光も、次いで実質的に同時に検出できる。
さらに本発明の別の実施態様によれば、試料を検査するための別のシステムがここに提供される。前記した実施態様と異なり、ここに記載の検査システムは、試料に光を向けるよう組み合わされた少なくとも一つの照明サブシステム、および、光に応じて試料から発生する出力信号を生成するよう組み合わされた、少なくとも一つの検出サブシステムを含むことができる。出力信号を用いて試料上の欠陥を検出してもよい。
前記少なくとも一つの照明サブシステムは、発光ダイオード(ＬＥＤ)光源を含むことが好ましい。ある場合には、ＬＥＤ光源は、ダイオードがそれぞれ白色光を出力することができるコーティングを有する、発光ダイオードアレイを含んでいてもよい。その他の場合では、前記ＬＥＤ光源は、発光ダイオードの少なくとも異なる２色を含む、発光ダイオードアレイを含んでいてもよい。この場合に、ＬＥＤ光源は、（アレイ中の各ＬＥＤにほぼ同量の電流を供給することにより）、白色光を出力するように構成するか、或いは、（アレイ中の一つ或いはそれ以上のＬＥＤに供給する電流の量を変えることにより）実質的に異なるスペクトルの範囲の光を出力するように構成できる。
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］
試料を検査するためのシステムであって、該システムは、
２重チャンネル顕微鏡と、
二つの照明装置であって、各々が前記２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルを照明するために連結されている二つの照明装置と、
二つの検出器であって、各々が試料のイメージを取得するために、前記２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルに連結されている二つの検出器と、
前記二つの検出器が実質的に同時に前記試料のイメージを得ることができるように、前記２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを分離するための手段と、
を備えるシステム。
［適用例２］
適用例１に記載のシステムであって、
前記照明装置の少なくとも一つは広帯域の照明光源を含む、システム。
［適用例３］
適用例１に記載のシステムであって、
前記照明装置の少なくとも一つは発光ダイオード(ＬＥＤ)光源を含む、システム。
［適用例４］
適用例３に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、各発光ダイオードに白色光を出力させることができるコーティングを有する発光ダイオードアレイを含む、システム。
［適用例５］
適用例３に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、各々実質的に異なるスペクトルの範囲の光を出力するよう構成された２つ以上の異なる色の発光ダイードを含む、システム。
［適用例６］
適用例１に記載のシステムであって、
前記手段は、二つの実質的に重なり合わないスペクトルの範囲に光が生成されるか又はフィルターされるように前記二つの照明装置を構成することにより、前記２重チャンネル顕微鏡のチャンネルをスペクトル的に分離することを含む、システム。
［適用例７］
適用例６に記載のシステムであって、
前記二つの照明装置は各々、前記２重チャンネル顕微鏡に明視野照明を供給するために連結される、システム。
［適用例８］
適用例６に記載のシステムであって、
前記二つの照明装置は各々、前記２重チャンネル顕微鏡に暗視野照明を提供するために連結される、システム。
［適用例９］
適用例６に記載のシステムであって、
前記二つの照明装置は、前記２重チャンネル顕微鏡に明視野照明と暗視野照明を提供するために別々に連結される、システム。
［適用例１０］
適用例１に記載のシステムであって、さらに、
前記二つの照明装置によって試料に提供される照明に応じて試料から発生する光を受光するために連結した対物レンズを含む、システム。
［適用例１１］
適用例１０に記載のシステムであって、
前記二つの検出器は各々、それぞれの検出器が前記試料から発生する光の一部分を受光することができる視野を有し、
前記手段が、前記照明装置と前記検出器を、前記二つの照明装置によって提供される照明が対物レンズの視野内で重なり合わず、かつ、前記二つの検出器の視野が対物レンズの視野内で重なり合わないように配置することにより、前記２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを空間的に分離することを含む、システム。
［適用例１２］
適用例１１に記載のシステムであって、
前記二つのチャンネル間のクロス・トークは、前記二つの照明装置のうちの一つからの照明が別の照明装置の照明路と交叉するように、前記二つの照明装置を配置することにより減少される、システム。
［適用例１３］
適用例１１に記載のシステムであって、
前記二つの照明装置のうちの一つは、前記対物レンズを通して前記試料に明視野照明を提供するために連結され、別の照明装置が、前記対物レンズの外側から前記試料に暗視野照明を提供するために連結される、システム。
［適用例１４］
適用例１１に記載のシステムであって、
前記二つの照明装置は各々、前記対物レンズの外側から試料に暗視野照明を提供するために連結される、システム。
［適用例１５］
適用例１１に記載のシステムであって、
前記二つの照明装置のうちの一つはレーザ光源を含み、別の照明装置がＬＥＤ光源を含む、システム。
［適用例１６］
適用例１１に記載のシステムであって、
前記二つの照明装置は各々ＬＥＤ光源を含む、システム。
［適用例１７］
試料を検査するためのシステムであって、該システムは、
一対の照明サブシステムであって、光の第１ビームおよび光の第２ビームを実質的に同時に試料に向けるために連結され、前記一対の照明サブシステムの少なくとも一つは発光ダイオード(ＬＥＤ)光源を含むサブシステムと、
対物レンズであって、前記光の第１ビームと第２ビームに応じて前記試料から発生する光を受光するために連結されたレンズと、
一対の検出サブシステムであって、各々は、前記試料から発生する光のそれぞれの部分に応じて、出力信号を発生するために連結され、当該出力信号を実質的に同時に発生するサブシステムと、
を備えるシステム。
［適用例１８］
適用例１７に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、各発光ダイオードに白色光を出力させることができるコーティングを有する発光ダイオードアレイを含む、システム。
［適用例１９］
適用例１７に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、少なくとも二つの異なる色のＬＥＤを含む発光ダイオードアレイを含む、システム。
［適用例２０］
適用例１９に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、前記アレイ中の各ＬＥＤにほぼ同じ量の電流を供給することにより、白色光を出力するように構成することができる、システム。
［適用例２１］
適用例１９に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、前記アレイ中の一つ以上のＬＥＤに供給する電流の量を変えることにより、実質的に異なるスペクトルの範囲の光を出力するためにカスタマイズすることができる、システム。
［適用例２２］
適用例１７に記載のシステムであって、
前記一対の照明サブシステムは、各々明視野照明装置を含む、システム。
［適用例２３］
適用例１７に記載のシステムであって、
前記一対の照明サブシステムは、各々暗視野照明装置を含む、システム。
［適用例２４］
適用例１７に記載のシステムであって、
前記一対の照明サブシステムは、一つの明視野照明装置および一つの暗視野照明装置を含む、システム。
［適用例２５］
適用例１７に記載のシステムであって、
各検出サブシステムは、前記対物レンズの視野内に配置される視野を有する、システム。
［適用例２６］
適用例２５に記載のシステムであって、さらに、
前記光の第１のビームに応じて前記試料から発生する光が、前記光の第２のビームに応じて前記試料から発生する光を妨害するのを防ぐように構成した分離手段を備える、システム。
［適用例２７］
適用例２６に記載のシステムであって、
前記分離手段は、前記一対の照明サブシステムを、各々が実質的に異なり、重なり合わないスペクトルの範囲で光を発生するように構成することにより提供される、システム。
［適用例２８］
適用例２６に記載のシステムであって、
前記分離手段は、前記一対の照明サブシステムおよび一対の検出サブシステムを載置することで提供され、
前記光の第１ビームと第２ビームを、前記対物レンズの視野内でお互いから空間的に分離し、且つ
前記検出サブシステムの視野を、前記対物レンズの視野内でお互いから空間的に分離するようにする、システム。
［適用例２９］
同時に明視野照明と暗視野照明を行って試料を検査する方法であって、該方法は、
一つの光源で明視野照明を形成し、別の光源で暗視野照明を形成する工程と、
実質的に同時に、試料に明視野照明および暗視野照明を与える工程と、
実質的に同時に、明視野照明に応じて試料から反射する光、及び、暗視野照明に応じて試料から散乱する光を検出する工程と、
を備える方法。
［適用例３０］
適用例２９に記載の方法であって、
前記形成工程は、発光ダイオード(ＬＥＤ)光源を使用して、明視野照明、暗視野照明、或いは両方を形成することを含む、方法。
［適用例３１］
試料を検査するためのシステムであって、該システムは、
前記試料に光を向けるために結合された少なくとも一つの照明サブシステムであって、発光ダイオード(ＬＥＤ)光源を含む照明サブシステムと、
前記試料から発生する光に応じて出力信号を生成するために連結された少なくとも一つの検出サブシステムであって、当該出力信号を使用して試料上の欠陥を検出する検出サブシステムと、
を備えるシステム。
［適用例３２］
適用例３１に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、各発光ダイオードに白色光を出力させることができるコーティングを有する発光ダイオードアレイを含む、システム。
［適用例３３］
適用例３１に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、少なくとも二つの異なる色のＬＥＤを含む発光ダイオードアレイを含む、システム。
［適用例３４］
適用例３３に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、前記アレイ中の各ＬＥＤにほぼ同じ量の電流を供給することにより、白色光を出力するように構成することができる、システム。
［適用例３５］
適用例３３に記載のシステムであって、
前記ＬＥＤ光源は、前記アレイ中の一つ以上のＬＥＤに供給する電流の量を変えることにより、実質的に異なるスペクトルの範囲の光を出力するためにカスタマイズすることができる、システム。
本発明の他の目的および利点は、次の詳細な記載を読み、添付した図面を参照すれば明白になるであろう。
単一の明視野チャンネルを用いて試料を検査するよう構成されたシステムの一つの実施態様を示すブロック図である。
明視野チャンネルおよび暗視野チャンネルを用いて試料を検査するよう構成されたシステムの一つの実施態様を示すブロック図である。
明視野チャンネルおよび暗視野チャンネルを用いて試料を検査するよう構成されたシステムの別の実施態様を示すブロック図である。
二つの検出器の視野（ＦＯＶ）が対物レンズの視野内（ＦＯＶ）で空間的に分離できる一つの方法を示す上面図である。
レビュー・カメラのＦＯＶを対物レンズのＦＯＶの内に置くことができる一つの方法を示す上面図である。
試料を明視野と暗視野チャンネルで試料を検査するように構成されたシステムの別の実施態様をさらに示すブロック図である。
二つの暗視野チャンネルを用いて試料を検査するよう構成されたシステムの一つの実施態様を示すブロック図である。
一次元及び二次元の決定スペースで検出できる欠陥を示すグラフである。
本発明が、様々な修正および代わりの形式に変更可能であるが、それらの特定の実施態様が図面の例の形で示され、ここに詳細に記述することにする。しかし、それらに対する図面および詳細な記載は、本発明を特定の開示された形式に限定する意図がなく、その反対に、この意図することは、別記した請求項が定義するような本発明の精神および範囲内にある修正、等価物および代案をすべて包含することを理解すべきである。
ここに使用する場合、用語「試料」はレチクルまたはウエハーを指す。用語「レチクル」および「マスク」は、ここでは、どちらを使っても意味に変わりなく使用する。レチクルは、一般にガラス、硼珪酸ガラス、溶融石英ガラスのような透明な基板を含み、その上にパターンで不透明な領域が形成されているものである。不透明な領域は、透明な基板にエッチングした領域と取り替えてもよい。様々なタイプのレチクルは当該技術で公知であり、ここに使用する場合、用語レチクルは、すべてのタイプのレチクルを包含するように意味する。
ここに使用する場合、用語「ウエハー」は、一般に半導体か非半導体材料から作られた基板を指す。係る半導体か非半導体材料の例は、モノクリスタルのシリコン、ガリウムひ素、およびりん化インジウムを含むが、これらに限定されない。係る基板は、通常、半導体組立て施設で見られ及び/或いは処理され得る。
ウエハーは、基板上で形成された、一つ或いはそれ以上の層を含むことができる。例えば、係る層は、レジスト、誘電材料、導電材料、また半導体材料を含むが、これらに限定されない。係る層の様々なタイプが当該技術で公知であり、ここに使用する場合、用語ウエハーは、係る層のすべてのタイプのウエハーを包含するよう意味する。
ウエハー上に形成された一つ或いはそれ以上の層がパターン化されているか、或いはパターン化されていなくてもよい。例えば、ウエハーが複数のダイを含み、各々が繰り返し可能な、パターン化されたフィーチャー、或いは、周期的な構造を有してもよい。係る材料の層の形成および処理の結果、完成したデバイスができる。様々なタイプのデバイスをウエハー上に形成できるが、ここに使用する場合、用語ウエハーは、当該技術で公知の如何なるタイプのデバイスを製作中のウエハーも包含するよう意図する。
さて、前記の図に移ると、図面が縮尺通りに描かれていないことに気が付く。特に図面の要素の縮尺が該要素の特性を強調するために非常に誇張されている場合がある。さらに留意することは、図面が同じ縮尺で描かれていないことである。同じ様に構成されているような要素は、二つ或いはそれ以上の図面では同じ参照数字を使用して示してある。
今日多くのウエハー検査システムが市販されている。一形態において、ウエハー検査システムはどの程度の空間分解能を具備し得るかで分類でき、それは、達成可能な感度とよく関連する。言うまでもなく、感度は、通常処理能力に反比例して変る。例えば、最も感度の高い、したがって最も遅いなシステムは、走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)検査システムである。これらのシステムは、一般に、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲以内のフィーチャーおよび欠陥を識別することができる。ＳＥＭシステムの直ぐ上にあるのが、通常「ミクロ検査システム」と呼ばれる光学システムである。これらのシステムは、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの空間分解能を達成し、通常、明視野イメージング・モードで操作される。この直ぐ上にあるのが、約０．５〜２．０μｍの空間分解能を提供する光学システムである。これらのシステムは、通常暗視野アーキテクチャーを有し、イメージング或いはスポット走査システムであり得る。それらは、通常与えられた処理能力において、粒子にとって最良の感度を発揮する。最後に、約２.０μｍ及びそれ以上の空間分解能を備えた光学のシステムは、「マクロ検査システム」と呼ばれる。１時間当たり（ｗｐｈ）１００個或いはそれ以上のウエハーの処理能力が必要な場合、これらのシステムを使用する(ウエハー処理能力は、１時間当たり検査された３００ｍｍウエハーの数を指す)。
図１は、マクロ検査システムの一つの実施態様を示す。一般に図１に示すマクロ検査システムは、ウエハー１００を照明するサブシステムと、ウエハーの表面から反射した光を集光するための単一チャンネル顕微鏡照明と、反射光に基づいてウエハーのイメージを生成するための検出サブシステムとを含む。
ある場合には、ウエハー１００をｘｙｚφステージ(図示せず）で担持できる。該ステージは、ウエハーを整列させるためにも、また、ある場合には、蛇行路（serpentine path）にウエハーを移動させるのにも使用できるので、ウエハーの表面を、対物視野(ＦＯＶ)で走査できる。該蛇行(ＦＯＶと等しい)の個々のセグメントの幅は、走査幅（swath width）(或いは走査高さ)と呼ばれている。単一の線形運動と比較して、蛇行運動に関連した処理能力の付随する損失があるが、見返りは、比較的大きな走査幅を備えたシステムには合理的であり、１００ｗｐｈ台の処理能力が達成可能である。
図１で示すマクロ検査システムは明視野モードで作動するように構成されている。例えば、明視野照明装置１３０からの光はビームスプリッタ１５０経由で対物レンズ１１０へ導入される。明視野照明装置によって放射された光は、照明リレーレンズ１４０によって対物レンズの瞳上に結像される。ある場合には、オートフォーカスユニット１６０が、二色性ビーム・スプリッタ１７０経由でそれ自身の光のビームを対物レンズに導入することができる。前記オートフォーカスビームは、対物レンズに対するウエハー高さの変化をモニタし、フィードバック・ループによって前記システムが焦点が合ったままに保たれることを可能にする。しかし、オートフォーカス・チャンネルと明視野チャンネルの間のクロス・トークを最小限にするために、オートフォーカス・ビームの波長は、明視野照明装置のスペクトルの範囲外でなければならない。一例において、明視野照明装置１３０が、約４２０ｎｍ〜約６５０ｎｍのスペクトルの範囲の光を発生するよう構成される場合、オートフォーカス波長の中心は約６８０ｎｍでよい。集光チャンネルを妨害するのを避けるために、二色性ビーム・スプリッタ１７０は、あるしきい値(例えば６６５ｎｍ)より上の波長の光だけを反射する。しきい値より下の波長は、すべて二色性ビーム・スプリッタを通して透過する。
ある場合には、図１に示すように、対物レンズ１１０はターレット１２０に取り付けても良い。該ターレットは、所望の対物レンズ、従ってウエハーのイメージの所望の光学倍率を選択するのに使用することができる。光がウエハーの表面から反射するとともに、対物レンズは反射された光を集光して、無限遠でウエハーのイメージを形成する。集光した光は、チューブ・レンズ１８０によって実像に集光される。当該像は、センサー１９０(例えばＣＣＤカメラ)によって検出され、さらにプロセスするためにコンピュータ(図示せず）に送られる。
一つの実施態様において、図１に示すマクロ検査システムは、広帯域の光源１３０を使用して明視野照明を提供することにより、従来の検査システムを改良する。タングステン・フィラメントおよびプラズマ・アークランプは一般に使用されている広帯域の明視野照明装置の二つの例である。広帯域の光源には、狭帯域光源だけに依存する検査システムの深刻な制約となっている、ウエハーの変動で起こるノイズを抑えるという長所がある。
生憎、図１に示すマクロ検査システムは、単に明視野照明を提供するだけであり、従って、暗視野イメージのみ、或いは、明視野/暗視野イメージングを組み合わせた結果のみで検出可能な欠陥を検出するのに使用できない。上記マクロ検査システムの別の制約は、広帯域の照明を提供するのに採用された照明装置である。上記のように、大抵のマクロ検査システムは、広帯域の照明用にタングステン・フィラメント或いはプラズマ・アークランプを使用する。しかし、これらの光源は、所定のスペクトル範囲内の光を発生するので、利用に合わせて調整できないのである。代わりのスペクトルの範囲を望む場合、該光源は、その範囲用に構成した代替光源と取り替えなければならない。更に、従来の光源は、限られた耐用年数があり、この光源は、頻繁に取り替えなければならない。例えば、アークランプは、１,０００〜３,０００作動時間毎に取り替える必要がある。これは高価であり、且つ同時に時間の消費である。例えば、ウエハー検査システムは、現代の半導体組立て設備の操業にとって肝要である。照明システムを頻繁に取り替えることは、多大の検査時間を失うことを意味し、このためにその施設での生産時間が失われ、生産費がかさむ。
改良されたウエハー検査システムは、図２、図３、図５および図６に示し、より詳細に下記する。この改良されたウエハー検査システムには、従来の検査システム、および図１に示すシステムに比して多くの長所がある。例えば、下記のウエハー検査システムの多くは、試料からの反射光と散乱光を実質的に同時に集光することで、明視野検査と暗視野検査を同時に実施する。この目的のために、個別の明視野チャンネルと暗視野チャンネルを備えた２重チャンネルの顕微鏡を使用する。ある場合には、明視野チャンネルと暗視野チャンネルからのデータを欠陥検出に先立って組み合わせてもよい。このために、明視野差分測定スペース対暗視野差分測定スペースでのみ検出することができるものを含む広範囲の欠陥に対する感度が保証される。例えば、本システムは、粒子、フィルム、残留物、しみ、穴、バンプ、及び引っ掻きを含むがこれらに限定されない、広範囲の欠陥タイプを検出することができるかもしれない。
他の検査システムと異なり、下記のウエハー検査システムは、明視野チャンネルと暗視野チャンネルを照明するために個別の照明サブシステムを使用する。これによって該システムは、明視野スペクトルと暗視野照明スペクトルを別々に最適化することができるので、夫々を異なった利用に合わせることができる。
照明サブシステムの少なくとも一つは広帯域の光源を含む。一つの実施態様において、広帯域の光源は、可視光或いは白色光を発生させるために発光ダイオードアレイ(ＬＥＤｓ)を使用する。ある場合には、白色光が、異なった色のＬＥＤで発生した光を組み合わせることで発生させてもよい。例えば、赤、緑および青色のＬＥＤを組み合わせ、最大の電流で作動させて、実質的に白色で照明してもよい。ある場合には、ＬＥＤアレイにおいて３つより多い色を使用することにより白色光を発生させてもよい。他の場合では、単色ＬＥＤをけい光体でコートした光学要素で仕上げることで白色光を発生させてもよい。多色ＬＥＤおよびけい光体でコートしたＬＥＤの組み合わせも白色光を発生するために使用してよい。ＬＥＤアレイは、所望する照明スペクトルを提供するのに必要な任意の構成に配置してよい。
ＬＥＤには、従来の広帯域の光源に比して多くの長所がある。第一に、ＬＥＤは従来のアークランプより著しく耐用年数が長い。例えば、光源をどれ程激しく作動させるかに依存するが、ＬＥＤ光源は、約２０,０００〜１００,０００時間稼働できる。耐用年数がより長いＬＥＤでは、従来の約１,０００〜３,０００時間しか稼働しない、アークランプに付随する生産休止時間およびコストが著しく低下する。別の利点として、ＬＥＤ光源は、対象とする欠陥に適合させることができる照明スペクトルを提供する。例えば、欠陥は、しばしば光の色が異なれば異なった反応をする。ある場合には、モデル技法を使用して、欠陥が特定の色の光に対して予想される反応を予測できる。その他の場合では、この反応は経験的に決めることができる。一旦所望する反応が決まれば、ＬＥＤ光源が発生する照明スペクトルは、ＬＥＤアレイ中の一つ或いはそれ以上の色に対して供給する電流を変えることによりカスタマイズできる。例えば、対象とする欠陥が青色光に最も顕著になる場合、青色ＬＥＤへの電流を保持する一方、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤに供給する電流を遮断してもよい。照明スペクトルをカスタマイズする能力があるために、本システムは、対象とする欠陥に最高の感度を発揮できる。
これまで、ＬＥＤは、輝度が制約されているためにウエハー検査システムで使用されていなかった。しかし、ＬＥＤ技術は、過去数年で顕著に進歩し、絶えず輝度が向上しているＬＥＤ光源が生産されてきた。この技術的な進歩に促進されて、本発明者は、ここに記載のウエハー検査システムでＬＥＤ照明を利用し、それによってＬＥＤ照明の長所(例えば長い耐用年数および照明スペクトルのカスタマイズ可能)を活かすことにしたのである。
改良されたウエハー検査システムの様々な実施態様を図２、図３、図５および図６に図示する。図示した実施態様は、すべて少なくとも二つの照明装置を含み、各々二重チャンネル顕微鏡の相異なるチャンネルを照明するように連結されている。上記のように、照明装置の少なくとも一つは広帯域の光源、亦、より詳細には、所望のスペクトルの範囲を与えるように構成されたＬＥＤアレイを含む。実施態様は、すべて少なくとも二つの検出器も含み、検出器は、各々被検査試料のイメージを取得するために、前記２重チャンネル顕微鏡の相異なるチャンネルに連結されている。より詳細に下記するように、２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを分離するための手段が提供され、その結果、これらの検出器は、試料のイメージを実質的に同時に取得できる。マクロ検査システムの内容で記載してきたがが、当業者は、ここに記載されたシステムをどのように修正したら、適切と見なされる如何なる空間分解能も実質的に提供できるか理解するであろう。
改良されたウエハー検査システムの一つの実施態様を図２に示す。図２に示す実施態様は、図１に示したコンポーネントの多くを含む。例えば図２に示すウエハー検査システムは、システムの光学路内に検査すべきウエハー１００を取り付けて整列させるためのステージ(図示せず)を含む。対物レンズ１１０は光をウエハーの表面に集光させ、表面からの光を集光するために含まれている。上記のように、対物レンズ１１０は、ターレット１２０に取り付けられて、システムが所望の対物レンズ、従って所望の光学倍率を選択可能にする。
明視野照明装置１３０は光を発生させ、光は、照明リレー光学装置１４０、ビームスプリッタ１５０および対物レンズ１１０によってウエハーの表面に向けられる。一つの実施態様において、明視野の光は、明視野検出器の視野に対応するウエハーのエリアを照明する。ある場合には、オートフォーカスユニット１６０からの光の補足ビームを、二色性ビーム・スプリッタ１７０および対物レンズ１１０によってウエハー表面に向けることができる。光がウエハーの表面から反射するとともに、対物レンズは反射光を集光して、無限遠でウエハーのイメージを形成する。集光した光は、チューブ・レンズ(例えば１８０または２２０)によって実像に収束され、センサー１９０(例えばＣＣＤカメラ)によって検出される。センサーからの出力信号は，さらに処理するためにコンピュータ(図示せず)に送られる。
図２に示すウエハー検査システムは、さらに図１の実施態様に元来含まれていなかった多くのコンポーネントを含む。例えば図２に示すウエハー検査システムは、さらなる照明サブシステム、集光チャンネルおよび検出サブシステムを含む。一つの実施態様において、当該検査システムの暗視野チャンネルを照明するために暗視野照明装置２００が付加されている。図２に示すように、暗視野照明装置は、対物レンズの外側からウエハー表面に光を当てる（つまり、明視野照明の場合のように対物レンズを通してではなく）。暗視野光は、どんな適切な角度でウエハー表面に当ててもよい。一つの実施態様において、暗視野（ＦＯＶ）が明視野（ＦＯＶ）の少なくとも一部に重なり合ってもよい。
図２の実施態様において、前記明視野チャンネルと暗視野チャンネルは、各チャンネルに異なるスペクトルの範囲を使用することで、分離されている。一つの実施態様において、明視野照明装置と暗視野照明装置は、実質的に異なるスペクトルの範囲を有するＬＥＤ光源を含むことができる。例えば、明視野チャンネルを主に青色ＬＥＤ光で照明し、一方暗視野チャンネルを主に暗室灯ＬＥＤで照明できる。しかし、明視野チャンネルと暗視野チャンネルは、光の如何なる特定のスペクトルにも限定されず、代わりに、対象とする明視野欠陥と暗視野欠陥に適合させることができる。さらに、明視野照明装置と暗視野照明装置は、各々本発明のすべての態用においてＬＥＤ光源を含まなくてもよい。一つの代案として、例えば、暗視野照明はレーザ光源によって提供してもよい。本実施態様における唯一の要件は、明視野チャンネルと暗視野チャンネルに対して選ばれたスペクトラが、互いに重なり合わないことであり、或いは、重なり合う行う場合には、その重複部をろ過して除き、両チャンネル間のクロス・トークを回避することである。
対物レンズ１１０は、ウエハー表面から反射された明視野光と共に、ウエハーの表面から散乱した暗視野光を集光する。二色性ビーム・スプリッタ２１０が含まれていて、集光した光を適切な検出チャンネルへ分割する。一つの実施態様において、二色性ビーム・スプリッタ２１０は、特定の分割波長未満の波長の光を反射し、この波長を超える光を反射するように設計できる。ここに使用する場合、用語「分割波長」はスペクトルの重複が最小限になる、明視野照明スペクトルと暗視野照明スペクトル間の波長を指す。集光した光をこの波長で分割することで二色性ビーム・スプリッタが、反射光を明視野検出チャンネルへ、亦、散乱光を暗視野検出チャンネルへ向けることができるのである。
図２に示すように、各検出チャンネルは、別個のチューブ・レンズ２２０/２３０および別個の検出器１９０/２４０を含むことができる。チューブ・レンズを使用して、反射光と散乱光を実像に収束させ、検出器によって別々に、且つ、同時に検出する。該検出器は、当該技術で公知のどんな適切なセンサーを含んでいてもよく、それらの例は、ＣＣＤ及びＴＤＩセンサーを含むが、これらに限定されない。より詳細に下記するように、検出器からの出力信号は、さらに処理するためにコンピュータ(図示せず)に送ってもよい。
検出器は、二つのチャンネルをスペクトルで分離することによって、ウエハーの明視野イメージおよび暗視野イメージの両方を実質的に同時に取得できる。これによって、欠陥の検出以前に検出器出力信号を組合わせることが可能になり、処理能力が(一度に一つのモードだけを提供できるシステムに比べて)改善され、亦、より広範囲の欠陥に対する感度が向上する。明視野の欠陥と暗視野の欠陥に加えて、例えば、組み合わせた結果を処理して、明視野差分対暗視野差分決定スペースでのみ検出することができる欠陥を見つけることができる。
さて、図２を参照して、スペクトルの分離方法の一つの実施態様を記載した。しかし、このスペクトルの分離方法はここに示した態様に限定されない。この方法の代替実施態様が多く存在し得る。一つの代替実施態様において、例えば、２重チャンネル顕微鏡の両チャンネルは単一のチューブ・レンズ(例えば、図１のチューブ・レンズ１８０に類似)を共有してもよく、また、スペクトルの分離は、イメージ収束後に共通のチューブ・レンズの後に二色ビーム・スプリッタ２１０を配列することにより実施してもよい。別の代替実施態様において、暗視野照明装置２００を除去し、さらなる明視野照明装置(図示せず)と取り替えてもよい。これは、例えば、明視野照明装置１３０のＬＥＤアレイを拡張して、４つの異なるＬＥＤ色を含めることにより達成できる。二つのＬＥＤ色が分割波長の片側に配置され、他の二つのＬＥＤ色が分割波長の反対側に配置するように、二色性ビーム・スプリッタ２１０を構成してもよい。逆に、明視野照明装置１３０を除去し、さらなる暗視野照明装置(図示せず)と取り替えてもよい。このさらなる暗視野照明装置は、如何なる適切な角度でウエハー表面に光を当てるように配置してもよい。
使用する照明の形式にかかわらず、二つのチャンネルを、各照明サブシステムに対して異なるスペクトルの範囲を選ぶことにより分離してもよい。上記の例において、これらのチャンネルは、二つの実質的に異なる色或いは照明(例えば青色および暗室灯光)のスペクトルを選択することにより分離される。反射光および散乱光を適切な検出チャンネルに分割するために、二色性ビーム・スプリッタ２１０が含まれている。しかし、一つのチャンネルが、別のチャンネル用に選択したスペクトルの範囲の二つのローブ間のスペクトルの一部を占めることも可能かもしれない。ある場合には、二色性ビーム・スプリッタ２１０に塗布したコーティングを、側面ローブの結果から中間ローブの結果を分離するように設計できる。
上記のスペクトルの分離方法は、多くの長所があるが、照明スペクトルを選ぶとなると柔軟性が制約される。ある場合には、前記スペクトル分離方法が、チャンネルの少なくとも一つをある特定の対象欠陥に適合させるのを妨害し得る。これは、検査システムの最大の達成可能な感度を制約するかもしれないし、このように、ある種の実施態様において不適当かもしれない。
図３は、ウエハー検査システムの別の実施態様を示し、この場合、２重チャンネル顕微鏡の二つのチャンネルがスペクトル的ではなく、空間的に分離される。例えば、この実施態様は、照明スペクトルに関して最高の柔軟性が望まれる場合、好ましいかもしれない。空間的分離方法は、図３に示す実施態様に関して以下記載する。この空間的分離方法の修正は、この明細書に後述する。
図３に示すウエハー検査システムは、図２に示すものと同じコンポーネントを多く含む。例えば、ウエハー検査システムは、ウエハー１００と、対物レンズ１１０と、ターレット１２０と、明視野照明装置１３０と、照明リレー光学装置１４０と、オートフォーカスユニット１６０と、ビームスプリッタ１７０と、チューブ・レンズ１８０と、暗視野照明装置２００とを含む。これらのコンポーネントは、一般に上記の方式で作動するが、一つの例外は、明視野チャンネルと暗視野チャンネルは空間的に分離され、スペクトル的に別個である(あり得るが)必要はない。空間的分離を達成するために、検出器１９０および２４０の視野は、オーバラップせずに、対物レンズ１１０の視野内に適合しなければならない。ラインスキャンＣＣＤ或いはＴＤＩ ＣＣＤセンサーの使用でこの目標が促進されるが、その理由は、これらのセンサーの設置エリアが長く、薄いからである。しかし、明視野検出器と暗視野検出器はラインスキャンＣＣＤ或いはＴＤＩ ＣＣＤセンサーに限定されず、代わりにどんな他の適切なセンサーを採用してもよい。
図４Ａは、対物レンズ１１０のＦＯＶ ３００内で、明視野検出器ＦＯＶ ３１０および暗視野検出器ＦＯＶ ３２０が、空間的に分離できる一つの方式を示す。一般に、ＦＯＶ ３１０およびＦＯＶ３２０は間隔(ｄ)で分離でき、それによってＦＯＶ３１０およびＦＯＶ３２０が、対物レンズのＦＯＶ ３００内で重なり合うのを防ぐ。しかし、ＦＯＶ ３１０および３２０の配置は図４に示す特定の配置に限定されなく、ＦＯＶ ３１０および３２０が互いに接しない限り、修正できる。検査時に、対物レンズのＦＯＶを全域に亘って走査させ、ウエハー表面の明視野イメージおよびを暗視野イメージを得ることができる。ある場合には、上記するように、ウエハーを蛇行パターンで走査してもよい。
明視野ＦＯＶ ３１０の中心を外れた位置に適応するために、明視野照明は対物レンズの光学軸に対してある角度をなして導入される。明視野照明ビームスプリッタ２５０は、対応する対物レンズの後ろの角度のスペースの部分だけをカバーする。照明装置２００からの暗視野照明は、対物レンズの外部のウエハー表面に向け、暗視野ＦＯＶ ３２０に当てられる。一つの実施態様において、前記暗視野照明は、明視野照明の光路と交差して、明視野チャンネルと暗視野チャンネル間のクロス・トークを減少させる。上記のように、対物レンズ１１０は、ウエハーの表面からの反射光と散乱光を集光し、ウエハーの無限遠での明視野イメージと暗視野イメージを生成する。暗視野チャンネルを妨害するのを回避するために、ビームスプリッタ２５０(つまり暗視野ＦＯＶをカバーする部分)の半分は、透過性材料を含むことができる
対物レンズ１１０によって集光された、反射光および散乱光は、チューブ・レンズ１８０によって実像に収束される。一つの実施態様において、明視野イメージと暗視野イメージは、プリズム型の両面鏡２６０によって適切な検出チャンネルへ分離できる。しかし、明視野イメージと暗視野イメージを分離するのに使用できるはずの適切な光学コンポーネントが多数他にもある。ここに述べた開示は、係る修正すべてを包含すると考えられる。
一つの実施態様において、前記暗視野イメージは、暗視野検出器２４０上に直接集光される。明視野側では、明視野光の大部分は明視野検出器１９０上に集光される。しかし、明視野光の小部分は、キューブビームスプリッタ２７０によって分割でき、レビュー・カメラ２９０に向けることができる。レビュー・カメラ２９０は検査中の試料の色イメージを取得するために使用してもよい。ある場合には、さらなる光学系要素２８０をビームスプリッタ２７０とレビュー・カメラ２９０の間に配置し、イメージング必要条件に従って、イメージング倍率を補正してもよい。
図４Ｂは、レビュー・カメラのＦＯＶ ３３０が対物レンズのＦＯＶ ３００内に配置できる一つの方式を図示する。図４Ｂに示すように、レビュー・カメラのＦＯＶ ３３０は、明視野ＦＯＶ ３１０の一部分を占めてもよい。この場合、明視野照明装置１３０の視野絞りは、レビュー・カメラのＦＯＶに対応するために、ノッチを含むことができる。これで、レビュー・カメラが明視野チャンネルの照明および光学装置を共有することが可能となり、そのために、コストと複雑性が減少する。
しかし、注目することは、ビームスプリッタ２７０、光学要素２８０およびレビュー・カメラ２９０が本発明のすべての実施態用に含まれていないこともあり得ることである。もし、これらを除けば、両面鏡２６０からの明視野イメージは、明視野検出器１９０上に直接集光できる。また注目に値することは、ビームスプリッタ２７０、光学要素２８０、およびレビュー・カメラ２９０を、図２及び図５に示すもののような明視野検査を含む他の実施態様に付加できることである。
より詳細に下記するように、明視野検出器と暗視野検出器からの出力信号は、さらに処理するためにコンピュータ(図示せず)に送ってもよい。二つのチャンネルが空間的に分離されるので、明視野検出器と暗視野検出器は、ウエハーの明視野イメージと暗視野イメージを実質的に同時に取得できる。これは、欠陥を決定する前に検出器出力信号を組み合わせることを可能にすることで、処理能力(一度に単一モードだけ提供できるシステムに比し)を改善し、より広範囲の欠陥に対する感度を向上させる。明視野欠陥と暗視野欠陥に加えて、出力信号を組み合わせて、明視野差分対暗視野差分決定スペースだけで検出することができる欠陥を見つけることができるのである。
空間的分離方法の一つの実施態様は、既に図３に関して記載されている。しかし、ここに記載した空間的分離方法は、ここに示した実施態様に限定されない。当該方法の代替実施態様が多く存在し得る。一つの実施態様において、明視野照明装置と暗視野照明装置は各々ＬＥＤ光源を含むことができる。ＬＥＤ光源は、同じスペクトルの範囲内、或いはその代わりに二つの実質的に異なるスペクトルの範囲内に、明視野照明と暗視野照明を提供できる。別の実施態様において、暗視野照明装置２００をレーザのような狭帯域光源で実装する一方、明視野照明装置１３０はＬＥＤ光源で実装備できる。これで、技術者が異なったタイプの欠陥および/または異なったウエハーの領域に照明を合わせることができるようになる。
図５は、空間的分離方法の代替実施態様であって、ウエハーの異なった領域を検査するために、異なるタイプの照明光源を使用するものである。図５に示すコンポーネントの多くは図２と図３に示すものと同一である。同様の参照数字を付したコンポーネントは、さらになおここに記載しないこととする。図５に示すウエハーシステムは、著しくより明るい狭帯域光源(レーザのような)を使用してウエハーに暗視野照明を当てることで、図２および図３のシステムと異なる。図５のウエハー検査システムは、亦、両面鏡２６０と暗視野チューブ・レンズ２１０の間の暗視野検出チャンネルへ、瞳リレー３４０およびフーリエ・フィルター３５０も付加する。散乱光は、プリズム型鏡２６０によって暗視野チャンネルへ反射される。フーリエ・フィルタ３５０は、ウエハー上の繰り返しパターンをフィルタして除くために瞳共役面に配置される。フーリエ・フィルタ３５０は当該技術で公知の任意の方法で実装できる。適切なフーリエ・フィルタの例は、クロム・マスク、液晶、ＭＥＭＳ配列および他の固定並びにプログラム可能なフィルタ設計含むことができるが、これらに限定されない。
ある場合には、配列の周辺上に規則的な繰り返し配列をランダムなパターンと組み合わせたメモリ・チップおよびその他の半導体素子の検査のために、図５に示す配置を使用できる。一つの実施態様において、暗視野チャンネルは、高感度で繰り返す配列を検査できるし、その一方で明視野チャンネルは、チップの論理と周辺領域を適切であるがより低い感度で検査できる。配列が形成した散乱光の繰り返しパターンを、フーリエ・フィルタによってフィルターして除くことにより、暗視野チャンネルが繰り返し配列を高感度で検査することができる。一旦繰り返しパターンがフィルタにかけて除去されれば、該配列は、暗視野チャンネルにとっては、パターンがない表面のように見えて、そのために、暗視野欠陥を高感度で検出することが可能になる。
空間的分離方法は、明視野チャンネルと暗視野チャンネルを分離するものとして記載されたが、これに限定されていない。その代わりに、空間的分離方法は、被検査ウエハーに関して異なった種類の情報を伝える、どんな二つのチャンネルにも適用できるのである。一例では、図５に示す明視野照明サブシステムは、除くことはでき、図６に示し、下記するように、さらなる暗視野照明装置と取り替えることができる。
図６は、二つの暗視野チャンネルを使用してウエハーの異なる領域を検査する、空間的分離方法の別の代替実施態様を示す。図６に示すコンポーネントの多くは、図５に示すものと同一である。同様の参照数字を付したコンポーネントは、さらになおここに記載しないこととする。図６に示すウエハー検査システムは、明視野照明サブシステムを除去し、付加的な暗視野照明装置３６０、暗視野チューブレンズ３７０および暗視野検出器３８０を付加することで、図５のシステムと異なる。暗視野照明装置２００および３６０からの照明は、好ましくは、一つのチャンネルの視野が別のチャンネルの視野と交差するようにウエハーの表面に当てることである。これは、この二つのチャンネル間のクロス・トークを減少するために行われる。
一つの実施態様において、暗視野照明装置２００はレーザ光源を含み、また、暗視野照明装置３６０はＬＥＤ光源を含む。下記のように、第１暗視野チャンネル(レーザ光源を含む)は、ウエハー上の規則的な繰り返しパターンを高感度で検査するのに使用できる。第２暗視野チャンネル(ＬＥＤ光源を含む)はメモリ・チップの論理と周辺領域のような多少ランダムなパターンがあるウエハーのエリアを、適切であるがより低い感度で、検査するのに使用できる。
例えば、第１暗視野チャンネルからの光は、プリズム型鏡２６０で瞳リレー３４０へ反射される。フーリエ・フィルタ３５０は、ウエハー上の繰り返しパターンをフィルタして除くために瞳共役面に配置される。一旦繰り返しパターンをフィルタにかけて除去すれば、該配列は、第１暗視野チャンネルにとっては、パターンがない表面のように見える。第１暗視野チャンネルは、著しくより明るい照明光源(例えばレーザ)、および、繰り返しパターンを除去するための、集光した光にフーリエ・フィルタを使用することで、高感度を提供する。フィルタされたイメージは、暗視野チューブ・レンズ２１０によって実像に収束され、暗視野検出器２４０によって検出される。反対側では、第２暗視野チャンネルからの光は、プリズ形鏡２６０によって暗視野チューブ・レンズ３７０へ反射され、そこで実像に収束され、次いで暗視野検出器３８０によって検出される。第２暗視野チャンネルは、小さな散乱欠陥に対してより低い感度を与えるが、種々様々の欠陥タイプによい感度を与える。
試料検査のために構成されたシステムの様々な実施態様をここに記載してきた。実施態様は異なるかもしれないが、いずれにせよ、ここに記載した実施態様は、各々、２重チャンネル顕微鏡と、各々が該２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルを照明するように連結した二つの照明装置と、各々が試料のイメージを取得するように２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルへ連結した二つの検出器と、当該二つの検出器が試料のイメージを実質的に同時に取得できるように２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを分離するための手段とを含む。２重チャンネル顕微鏡は、二つの明視野チャンネル、二つの暗視野チャンネル、或いは一つの明視野チャンネルと一つの暗視野チャンネルとを含むことができる。図２、図３、図５および図６に関して上記したように、チャンネルはスペクトル的或いは空間的に分離できる。
上記のように、二つの検出器からの出力信号は、さらに処理するために一つ或いはそれ以上のコンピュータ・システム(図示せず)に送ることができる。例えば、出力信号はプロセッサ(図示せず)に送ることができる。プロセッサは、送信ミディアム(図示せず)によって二つの検出器に連結できる。送信ミディアムは、当該技術で公知のどんな適切な送信ミディアムも含むことができる。さらに、プロセッサは、アナログ-デジタル変換器のような一つ或いはそれ以上の電子コンポーネント(図示せず)によって検出器に連結できる。この方法で、プロセッサは、検出器から出力信号を受信するように構成できる。
いくつかの実施態様において、プロセッサは、試料上の一つ或いはそれ以上の欠陥を検出するために出力信号を使用するように構成できる。この欠陥は試料の如何なる対象欠陥も含むことできる。さらに、プロセッサは、当該技術で公知(例えば、欠陥箇所の決定、欠陥分類、欠陥マッピングなど)の検査に関連する他の如何なる機能も行なうように構成できる。プロセッサは、パーソナルコンピュータ・システム、メインフレーム・コンピュータ・システム、ワークステーション、イメージ・コンピュータ、パラレルプロセッサ、或いは当該技術で公知の如何なる他の処理装置も含む、様々な形式をとることができる。一般に、用語「コンピュータ・システム」は広く一つ或いはそれ以上のメモリ・ミディアムからの命令を実行するプロセッサを有するどんなデバイスも包含すると定義できる。
プロセッサは、一般に、出力信号及び当該技術で公知のどんな方法及び／或いはアルゴリズムも使用して、試料上の欠陥を検出するように構成できる。一つの実施態様において、プロセッサは、検出器のうちの一つからの出力信号に一次元の欠陥検出アルゴリズムを適用して、明視野欠陥或いは暗視野欠陥を検出することができる。他の実施態様において、プロセスは、両方の検出器からの複合出力信号に二次元の欠陥検出アルゴリズムを適用することができる。複合出力信号に二次元のアルゴリズムを適用することは、明視野差分対暗視野差分決定スペース(つまり図７に示すように明視野と暗視野のノイズフロアより下の欠陥)でのみ検出できる欠陥を含めることで、より広範囲の欠陥タイプに対する感度を向上できる。
ある実施態様において、ここに記載した検査システムは、「スタンドアロン・ツール」つまり、プロセス・ツールに物理的に連結されていないツールとして構成できる。他の実施態様において、ここに記載した検査システムは、有線または無線部分を含むことができる、送信ミディアムによってプロセス・ツール(図示せず)に連結できる。プロセス・ツールは、リソグラフィツール、エッチツール、蒸着ツール、研摩ツール、めっきツール、洗浄ツール、或いはイオン注入ツールのような当該技術で公知のどんなプロセス・ツールも含むことができる。プロセス・ツールは、クラスタ・ツール或いは共通のハンドラで連結した、多くのプロセス・モジュールとして構成できる。代わりに、ここに記載した検査システムは、上記のもののようなプロセス・ツールに統合してもよい。ある場合には、ここに記載したシステムによって実施した検査結果を使用して、フィードバック制御技術、フィードフォワード制御技術、および／或いはその場（in situ）制御技術を使用するプロセス或いはプロセス・ツールのパラメーターを変更してもよい。プロセス或いはプロセス・ツールのパラメーターは、手動で或いは自動的に変更できる。
この開示の便宜を得た当業者は、本発明は、同時明視野検査と暗視野検査を備えた、改良ウエハー検査システムを提供すると見なされるものであると評価するであろう。本発明の様々な様相のさらなる修正および代替実施態様は、この記載内容を考慮すれば、当業者に明白になるであろう。一つの代替実施態様において、例えば、ＬＥＤ光源を単一チャンネル検査システムにおいて使用してもよい。単一チャンネル検査システムは、当該技術で公知の如何なる方法で構成してもよい。ＬＥＤ光源を使用することで、単一チャンネル検査システムが上記の利点(例えば長い耐用年数および照明スペクトルのカスタマイゼーション)を得ることができるであろう。したがって、次の請求項は、係る修正および変更をすべて包含するように解釈し、よって、明細書および図面は限定的ではなく、説明に役立つものとみなすよう意図するものである。

Claims (1)

  1. 試料を検査するためのシステムであって、該システムは、
    ２重チャンネル顕微鏡と、
    二つの照明装置であって、各々が前記２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルを照明するために連結されている二つの照明装置と、
    二つの検出器であって、各々が試料のイメージを取得するために、前記２重チャンネル顕微鏡の異なるチャンネルに連結されている二つの検出器と、
    前記二つの検出器が実質的に同時に前記試料のイメージを得ることができるように、前記２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを分離するための手段と、
    前記二つの照明装置によって試料に提供される照明に応じて試料から発生する光を受光するために連結した対物レンズと、
    を備え、
    前記二つの検出器は各々、それぞれの検出器が前記試料から発生する光の一部分を受光することができる視野を有し、
    前記手段が、前記照明装置と前記検出器を、前記二つの照明装置によって提供される照明が対物レンズの視野内で重なり合わず、かつ、前記二つの検出器の視野が対物レンズの視野内で重なり合わないように配置することにより、前記２重チャンネル顕微鏡のチャンネルを空間的に分離することを含む、システム。
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