JP6674909B2 - インライン型のウェハエッジ検査、ウェハプレアラインメント、及びウェハ洗浄 - Google Patents

Description

本発明は一般に、ウェハ検査及び画像化の分野に関する。より詳しくは、本発明は、ウェハのラウンドエッジの検査及び画像化のための装置及び技術に関する。

本願は、“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｎ−Ｌｉｎｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｅｄｇｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｐｒｅ−Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｗａｆｅｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ”と題し、２０１４年６月２０日にＬｅｎａ Ｎｉｃｏｌａｉｄｅｓ ｅｔ ａｌ．により出願された米国仮特許出願第６２／０１４，９８６号の優先権を主張するものであり、その全体をあらゆる目的のために参照によって本願に援用する。

一般に、半導体製造業界には、シリコン等の基板上に積層され、パターニングされた半導体材料を使用して集積回路を製造するための非常に複雑な技術が関わる。大規模な回路集積と半導体装置の小型化によって、製造された装置はますます欠陥の影響を受けやすくなっている。すなわち、装置の故障の原因となる欠陥がさらに微細化しつつある。装置は一般に、最終使用者又は顧客に出荷される前に無欠陥の状態であることが求められる可能性がある。

半導体業界では、様々な検査システムを使って半導体レチクル又はウェハ上の欠陥を検出している。１種の検査ツールは、光学検査システムである。光学検査システムでは、１つ又は複数のビームが半導体ウェハへと誘導され、その後、反射及び／又は散乱ビームが検出される。すると、検出されたビームを使って、検出された電気信号又は画像が生成されてもよく、このような信号又は画像がその後分析されて、ウェハ上に欠陥が存在するか否かが判断される。

米国特許出願公開第２００８／０１２４４８９号

ある特定の検査分野では、ウェハの側面が画像化されて、このようなウェハのエッジ領域の画像を得る。このようなエッジ領域を画像化するための改良された検査技術と装置が引き続き必要とされている。

以下に、本発明の特定の実施形態の基本を理解できるようにするために、本開示の簡略的な概要を示す。この概要は、本開示の詳細に及ぶ全体像ではなく、本発明の重要／不可欠要素を特定せず、また本発明の範囲も画定しない。その唯一の目的は、後述のより詳しい説明の前置きとして、本明細書中で開示されているいくつかの概念を単純化した形で提示することにすぎない。

１つの実施形態において、半導体ウェハの検査及び加工システムが開示される。このシステムは、リソグラフィシステム中でリソグラフィ工程がそこに施行される予定の各ウェハを、そのウェハに対してフォトリソグラフィ工程が実行される前に受けるエッジ検出システムを含む。このエッジ検出システムは、１つ又は複数の照明ビームをウェハのエッジ部分へと誘導するための少なくとも１つの照明経路を含み、そのようなエッジ部分は、少なくとも１つの側面並びにウェハの境界領域内にある上部及び底部を含む。エッジ検出システムはまた、１つ又は複数の照明ビームに応答して、ウェハのエッジ部分から散乱又は反射された出力放射を集光し、検出するための少なくとも１つの集光モジュールと、エッジ部分の欠陥の位置を特定し、そのようなウェハの検出された出力放射に基づいて、各ウェハが仕様範囲内であるか否かを判断するためのアナライザモジュールも有する。全体的なシステムは、エッジ検出システムから、仕様範囲内であることが判明した各ウェハを受け取るフォトリソグラフィシステムをさらに含み、エッジ検出システムは、フォトリソグラフィシステムとインライン方式で連結される。

ある具体的な実施例において、エッジ検出システムのアナライザモジュールはさらに、各ウェハのアラインメント位置を判断するように構成され、エッジ検出システムからのこのようなアラインメント位置は、フォトリソグラフィシステムによって、フォトリソグラフィ加工中にそのようなウェハを整列させるために受け取られる。他の例において、エッジ検出システムは、各ウェハを、そのウェハがフォトリソグラフィシステムにより加工される直前に受けるように配置される。また別の実施形態において、少なくとも１つの照明経路は、エッジ部分に同時に誘導される複数の照明ビームを生成するための回折光学要素を含む。別の態様において、エッジ検出システムは、照明経路の下で各ウェハを回転させて、複数の照明ビームでそのようなウェハのエッジ部分の全周がスキャンされるようにし、またエッジ検出システムをエッジ部分の上部、底部、及び少なくとも１つの側面の周囲で回転させるための少なくとも１つの位置決め機構をさらに含む。

他の実施形態において、少なくとも１つの集光モジュールは、各ウェハから散乱された出力放射を受け取るための暗視野経路と、各ウェハから反射された出力放射を受けるための明視野経路を含む。ある特定の実施形態において、少なくとも１つの照明経路は、少なくとも１つの照明経路で各ウェハのエッジ部分全体をスキャンするための偏光機構を含む。他の態様において、少なくとも１つの照明経路と少なくとも１つの集光経路は、各ウェハのエッジ部分の少なくとも１つの側面を検査するためのエッジ検査器と、少なくとも１つの側面の検査中に各ウェハのエッジ部分のそれぞれ上部及び底部を同時に検査するための上側カメラと下側カメラの形態である。他の例において、少なくとも１つの照明経路と少なくとも１つの集光経路は、各ウェハのエッジ部分の少なくとも１つの側面、上部、及び底部を同時に検査するように構成された複数のカメラの形態である。別の態様において、カメラは、各ウェハのエッジ部分の少なくとも１つの側部、上部、及び底部に沿って相互からずれて配置されている。

他の実施例において、エッジ検出システムの少なくとも１つの照明経路と少なくとも１つの集光経路は、各ウェハのエッジ部分に向かって位置決めするための内面と内面の反対の外面を有する曲面ディフューザと、ディフューザの外面上の複数の位置に隣接する複数の照明ビームを生成して、ディフューザが各サンプルのエッジ部分において複数の入射角で均一な光を出力するようにする複数の光源と、入射光に応答して各ウェハのエッジ部分から散乱される出力放射を受け取り、検出された信号を生成するためのセンサを含む。光源、ディフューザ、及びセンサは、コンパクトなフォーマットに集積される。

他の実施形態において、照明経路は、明視野照明及び／又は暗視野照明を提供するように構成される。他の態様において、少なくとも１つの集光経路は、エッジ部分の少なくとも１つの側面、上部、及び底部からの出力放射を受け取るように配置された複数の第一の端と、受け取った出力放射をラインスキャンカメラ又はＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）カメラへと出力する複数の第二の反対の端を有するファイバ束の形態である。また別の例において、少なくとも１つの集光経路は、エッジ部分の少なくとも１つの側面、上部、及び底部からの出力放射を同時に受け取って、ラインスキャンカメラ又はＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）カメラへと案内するように位置付けられた複数の光学要素の形態である。他の実施形態において、エッジ検出システムの少なくとも１つの照明経路と少なくとも１つの集光経路は、各ウェハのエッジ部分に配置された複数のブルーレイ装置を含む。

代替的な実施形態において、本発明は、フォトリソグラフィシステムの中のフォトリソグラフィ工程が施行される予定のウェハのエッジ部分を検査する方法に関する。この方法は、（ｉ）フォトリソグラフィシステムの中でフォトリソグラフィ工程がそこに施行される予定の各ウェハについて、そのウェハにフォトリソグラフィ工程が実行される前にそのウェハをエッジ検出システムの中に受けるステップと、（ｉｉ）エッジ検出システムによって、各ウェハの、少なくとも１つの側面並びにウェハの境界領域内にある上部及び底部を含むエッジ部分の欠陥を検査して、ウェハが仕様範囲内にあるか否かを判断するステップと、（ｉｉｉ）エッジ検出システムが仕様範囲内にあると判断した各ウェハについて、エッジ検出システムからウェハをリソグラフィシステムへと排出するステップを含む。エッジ検出システムは、フォトリソグラフィシステムとインラインの関係である。

別の態様において、方法は、仕様範囲内にあることが判明した特定のウェハの欠陥を、その特定のウェハにフォトリソグラフィ工程が実行されている間又はその後に追跡するステップを含む。ある特定の実施形態において、エッジ検出システムは、リソグラフィシステムの処理速度と等しいか、それより速い速度でウェハを検査する。他の態様において、各ウェハのエッジ部分は、ウェハの円周の周囲で回転され、ウェハのエッジ部分の上部及び下部並びに少なくとも１つの側面の全体にわたりステップ式に移動される複数の同時スキャンスポットで検査される。他の態様において、方法は、（ｉ）エッジ検出システムによって、各ウェハのアラインメント位置を判断するステップと、（ｉｉ）各ウェハに関するそのようなアラインメント位置をエッジ検出システムからリソグラフィシステムで受けるステップを含み、受け取ったアラインメント位置は、フォトリソグラフィ工程中のそのようなウェハのアラインメントのために使用される。別の態様において、方法は、仕様範囲外であると判断され、フォトリソグラフィシステムにウェハを送る前に洗浄可能である各ウェハを洗浄するステップを含み、洗浄するステップは、エッジ検出及びフォトリソグラフィシステムとインラインの関係にある内部洗浄システムで実行される。

本発明の上記及びその他の態様を、図面を参照しながら以下に詳しく説明する。

本発明の１つの実施形態によるリソグラフィシステムとのインラインエッジ検出システムの概略図である。 本発明の１つの実施形態によるエッジ検出工程を示すフローチャートである。 本発明の１つの実施例によるマルチスポットモードを有するエッジ検出システム２０４の１つの実施例を示す。 本発明の１つの実施例によるマルチスポットモードを有するエッジ検出システム２０４の１つの実施例を示す。 本発明の１つの実施例によるマルチスポットモードを有するエッジ検出システム２０４の１つの実施例を示す。 本発明の他の実施形態による照明ビーム経路における音響光学装置（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ）（ＡＯＤ）スキャナを有するエッジ検出システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による照明ビーム経路における音響光学装置（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ）（ＡＯＤ）スキャナを有するエッジ検出システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による照明ビーム経路における音響光学装置（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ）（ＡＯＤ）スキャナを有するエッジ検出システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による照明ビーム経路における音響光学装置（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ）（ＡＯＤ）スキャナを有するエッジ検出システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による、エッジ面のためのスポットスキャナとそれぞれ上面及び下面用の２つのカメラを有するエッジ検査システムの概略図である。 本発明の他の実施形態による、エッジ面のためのスポットスキャナとそれぞれ上面及び下面用の２つのカメラを有するエッジ検査システムの概略図である。 本発明の他の実施形態による、エッジ面のためのスポットスキャナとそれぞれ上面及び下面用の２つのカメラを有するエッジ検査システムの概略図である。 本発明の他の実施形態による、スキャントラックサイズを最適化するエッジ検査システムの概略側面図である。 本発明の他の具体的な実施例による、複数のカメラを有するエッジ検出シスムの概略側面図である。 カメラの裏から関心対象のエッジに向かって見た、図６Ａのシステムの側面図である。 図６Ａのシステムの上面図である。 本発明の他の実施形態による、複数のカメラと曲面ディフューザを有するエッジ検出システムの切欠き側面図である。 本発明の代替的な実施形態による、ずらして配置されたカメラを有するエッジ検出システム７００を示す図である。 本発明の代替的な実施形態による、ずらして配置されたカメラを有するエッジ検出システム７００を示す図である。 ある例示的実施形態による暗視野照明と複数のカメラを有するエッジ検出システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による光ファイバのコヒーレンスバンドルを利用する他の実施例を示す図である。 本発明の１つの実施形態による、複数のブルーレイ照明と検出装置を利用する別のエッジ検出システムの概略図である。

以下の説明の中で、本発明を十分に理解できるようにするために、多数の具体的な詳細が示されている。本発明は、これらの具体的な詳細のいくつか又は全部がなくても実施できる。他の例において、よく知られた構成要素又は工程は、本発明を不必要に曖昧にしないように、詳しくは説明していない。本発明は具体的な実施形態に関連して説明するが、当然のことながら、本発明を実施形態に限定しようとしていない。

本明細書で使用されるかぎり、「標本」及び「サンプル」という用語は一般に、ウェハ又は、関心対象の欠陥のあるエッジを有するその他のあらゆる標本を指す。「標本」、「サンプル」及び「ウェハ」という用語は、本明細書においては互換的に使用さているが、ウェハに関して説明されている実施形態は、検査及び画像化のために構成され、及び／又は使用されていてもよい。

本明細書で使用されるかぎり、「ウェハ」という用語は一般に、半導体又は非半導体材料で形成された基板を指す。半導体材料の例としては、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、及びリン化インジウムが含まれるが、これらに限定されない。このような基板は一般に、半導体製造施設において見られ、及び／又は加工されてもよい。基板はまた、ガラス、サファイヤ、又は、現代の製造において時折使用されるその他の絶縁体材料を指す。

１つ又は複数の層がウェハ上に形成されてもよい。例えば、このような層は、レジスト、誘電材料、及び導電材料を含んでいてもよいが、これらに限定されない。多くの様々な種類の層が当業界で知られており、ウェハという用語は、本明細書において使用されるかぎり、何れの種類の層がその上に形成されうるウェハも包含するものとされる。ウェハ上に形成される１つ又は複数の層は、パターニングされてもよい。例えば、ウェハは各々が繰り返し可能なパターン特徴を有する複数のダイを含んでいてもよい。このような材料の層の形成と加工により、最終的には、完成された半導体装置が得られてもよい。要するに、ウェハは、完成した半導体装置の層の一部がその上に形成されている基板又は、完成した半導体装置の全ての層がその上に形成されている基板を含んでいてよい。

ウェハは、エッジに欠陥を含んでいるかもしれない。ウェハのエッジに見られる可能性のある欠陥の例としては、チップ、クラック、スクラッチ、マーク、粒子、及び残留化学物質（例えば、レジストやスラリ）が含まれるが、これらに限定されない。例えば、ウェハにフォトレジスト材料をスピンコーティングしている間に、フォトレジストビードがウェハ周辺付近に形成される可能性があり、過剰なフォトレジストが垂れてウェハのエッジにかかる可能性がある。このような過剰なエッジフォトレジストが剥がれ落ちて、ウェハの装置領域又はリソグラフィツールのチャックもしくはその他の表面へと移動する可能性がある。同様に、エッチングケミカル又は蒸着フィルム材料がウェハエッジ上に残り、装置領域へと移動するかもしれない。これらのエッジの欠陥は、数に関係なく、歩留まり低下を招く可能性がある。複数のウェハが一体に結合されている場合、このようなウェハ間の結合部にも欠陥がありうる。

ウェハのエッジは、全長にわたってベベル処理され、又はラウンド型とされていてもよい。あるいは、サンプルエッジには、例えば、複数のウェハが積み重ねられ、一体に結合されている結合ウェハ型配置においては、ベベル処理されたエッジ部分とベベル処理されていないエッジ部分の両方が含まれているかもしれない。どちらの例においても、ウェハエッジには、ベベル型エッジを得るための研削、切削、又は研磨工程が施されてもよい。そのような研削、切削、又は研磨中に、エッジの一部がベベル処理されないままとなるかもしれない。

ウェハリソグラフィシステムには、チャック及び浸漬ヘッドに堆積する微粒子を洗浄するために、コストのかかるダウンタイムが発生する。リソグラフィシステムは、高精度光学システムであり、その機能には極限レベルのクリーンさが必要である。液浸リソグラフィの使用を含め、半導体製造技術がより複雑になるにつれて、汚染物がウェハエッジからリソグラフィツールの重要面へと移動する危険性もまた高まっている。この汚染は、製造ラインをクリーニングのために停止しなければならないため、重大な生産量損失の原因となりかねない。

これらの微粒子の多くの発生源はウェハのエッジ領域であり、これには、端面から数ミリメートル以内の上面、側面ベベルと端面領域、及びウェハ端面から数ミリメートル以内の底面を含む。カリフォルニア州サンノゼのＳＥＭＩという機関が使用する用語において、これらの領域は、ゾーン１〜ゾーン５と呼ばれる。

このダウンタイムコストは、ウェハエッジ検査装置がリソグラフィシステムと同じかそれ以上のスループットで動作できれば、大幅に削減できよう。ウェハエッジ検査装置はまた、インラインウェハプリアライナの機能も提供でき、この場合、エッジ検査システムは、製造フローの中のリソグラフィシステムの前にあるインラインのウェハトラック内の既存のプリアライナの代わりとすることができる。例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｖｉｓｅｄｇｅシステム等、エッジ検査システムの中には現在、検査工程中に画像データを取得するものがあり、これらのシステムは、リソグラフィシステムのためのプリアラインメントを実行するように構成できる。

特定の実施形態において、エッジ検査システムは、フォトリソグラフィ工程のフロー内に設置される。好ましいことに、エッジ検査システムは低コストで、フォームファクタが小さく、これをリソグラフィシステムとフローの一部である機器の中に容易に組み込むことができる。これに加えて、エッジ検査は、フォトリソグラフィシステムの速度に影響を与えない、又はわずかしか影響を与えない速度で行われる。

図１Ａは、本発明の１つの実施形態によるリソグラフィシステム１０６とのインラインエッジ検出システム１０４の概略図である。図１Ｂは、本発明の１つの実施形態によるインラインエッジ検出工程を示すフローチャートである。動作１５２において、リソグラフィ工程がそれに対して施工される予定の各ウェハについて、そのウェハがトラック（例えば１０２ａ）に投入され、これは、ウェハを移動させて、高速エッジ検出システム１０４により受けられるようにする。動作１５４において、受け取られたウェハのエッジが検査されて、欠陥の位置が特定され、そのようなウェハのアラインメントが決定される。エッジ検査システム１０４は、高速エッジ検査を実行するように構成される。例えば、各ウェハのエッジは、そのようなウェハに対してその後のフォトリソグラフィ工程が実行される直前に検査される。

高速エッジ検査を提供するほかに、エッジ検査システム１０４は、リソグラフィシステのためのプリアラインメントシステムの役割を果たし、そのようなリソグラフィシステムのためのプリアラインメントを実行してもよい。プリアラインメントは、トラック上でのウェハの回転方位を特定する役割を果たす。

次に、動作１５６において、ウェハが仕様範囲内であるか否かが、エッジ検査の結果に基づいて判断されてもよい。例えば、検出された欠陥は、歩留まりに影響を与える、又は汚染の問題の原因となる可能性のある「実」欠陥に分類されるかもしれず、又は、歩留まりに影響を与える、又は汚染を引き起こす可能性のない「擬似」欠陥として分類されるかもしれない。1つの欠陥検出の実施例において、欠陥は、局所的なばらつきを周辺領域と比較して、所定の閾値より高い差を「実」欠陥と定義すること、検出された光がある特定の種類の経路（例えば、散乱対反射）によって受け取られたか否かを判断すること、その他によって発見される。この工程の一環として、発見されたエッジ欠陥が、リソグラフィフィシステムを汚染する可能性につながるような、リソグラフィシステムが修理及び／又はクリーニングのためにオフラインにされ、重大なコスト及び遅れを引き起こす原因となりうる形態か否かが判断されてもよい。

ウェハが仕様範囲内であると判断されると、そのウェハは次に、動作１５８において、トラック（例えば１０２ｂ）に投入され、それがウェハをリソグラフィシステム１０６によって受けられるように移動させる。潜在的欠陥もウェハ加工中に追跡されて、その潜在的欠陥が、歩留まりに影響を与える可能性のある「実」欠陥へと発展しないか否か判断される。例えば、各潜在的欠陥の位置が保存され、ウェハが１つ又は複数のその後の製造ステップによって加工された後に、そのような位置がエッジ検出ツールによって定期的に検査される。ウェハリソグラフィシステム１０６によって加工された後、動作１５８において、ウェハはすると、排出トラック１０２ｃへと投入される。例えば、ウェハはこのシステムからウェハトラック１０２ｃを通じて排出される。

ウェハが仕様範囲外である可能性があると判断された場合、動作１６０において、ウェハがクリーニング可能であるか否かが判断されてもよい。例えば、欠陥がウェハのエッジから洗い落とせるか否かが判断されてもよい。ウェハが洗浄可能であれば、動作１６２において、ウェハは次に外部洗浄ステーション又は内部洗浄ステーション（１０４）で洗浄される。洗浄後、動作１５８において、ウェハをトラックに投入でき、これがウェハをリソグラフィシステム１０６によって受けられるように移動させ、動作１５８において、リソグラフィシステム１０６はそのようなウェハを加工し、トラック１０２ｃを通じて排出する。

このタイプのインラインエッジ検査装置により、微粒子発生源の可能性があると特定されたウェハを、ウェハトラック１０２ｂを通じてスキャナ１０６に入る前に内蔵洗浄動作又は外部洗浄ステーション（図示せず）の何れかに搬送することができ、それゆえ、洗浄イベント間の時間を延長することにより、スキャナの洗浄とダウンタイムの必要性を大幅に減少させる。ウェハトラック内の既存のプリアライナシステムの代わりとなることにより、このソリューションは、ウェハスキャナ装置に対する影響を最小限にする。ウェハがリソグラフィシステム１０６により加工された後、動作１５８において、ウェハは排出トラック１０２ｃに投入され、それによってウェハがリソグラフィシステム１０６のフローから排出される。

ウェハが洗浄可能でない場合、動作１６４において、ウェハが修復可能であるか否かが判断されてもよい。すると、修復可能なウェハに対して、ウェハ修復動作１６６が実行されてもよい。その後、動作１５８において、修復されたウェハをトラックに投入でき、それがリソグラフィシステムによって受けられ、加工される。ウェハが修復可能でなければ、ウェハはその代わりに廃棄される。

ここで、より詳細な図面を参照すると、図面は正確な縮尺で描かれていないことがわかる。特に、図面の要素のいくつかの縮尺は、その要素の特性を強調するために過度に誇張されている。また、図面は同じ縮尺で描かれていないこともわかる。複数の図面に示されている、同様に構成されうる要素は、同じ参照番号を使って示されている。

エッジ検出システムの特定の実施形態は、高スループットの半導体製造生産ラインとインラインで、ウェハの、上側エッジ、ベベルと側面、及び下側エッジを含むエッジ領域を微粒子に関して検査する。例えば、エッジ検査は、リソグラフィシステムがウェハを加工する速度と等しい、又はそれより速い速度で実行される。特定の実施例において、ウェハはリソグラフィシステムにより、1時間にウェハ２００枚の速度で加工される。この実施例では、エッジ検査器は1時間にウェハ２００枚又はそれ以上の速度でウェハを検査する。その結果として得られた検査データは、ウェハを必要に応じて洗浄ステップへと送るために使用されてもよく、またウェハプリアラインメントデータがリソグラフィシステムへと提供される。

図２Ａ〜２Ｃは、ウェハを検査し、ウェハのプリアラインメント回転を測定するためのマルチスポットモードを有するエッジ検出システム２０４の１つの実施例を示す。図２Ａ〜２Ｃは簡略化された図であり、説明を簡単にするために、必ずしもこのようなシステムに一般的に存在しうるすべての構成要素を示してはいない。図２Ａの斜視図に示されるように、このエッジ検出システム２０４は複数の照明ビームを生成し、これらはサンプル２０２上の複数のスポット２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃで合焦される。エッジ検出システムは、サンプルのラウンドエッジ、例えば半導体ウェハのベベルエッジ上の欠陥を検出できる。この例においては、半導体ウェハの最も薄いエッジ表面であるウェハ２０２の断面ベベルエッジ部が、関心対象サンプルとして示されている。サンプルの上面２０３（図２Ｂ）は、1つ又は複数のパターニングされた層を含んでいても、ベアの状態であってもよい。ウェハは、少なくとも集積回路、薄膜ヘッドダイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置、フラットパネルディスプレイ、磁気ヘッド、磁気及び光記憶媒体、レーザ、導波管、ウェハ上に加工されたその他の受動要素等のフォトニクス及び光電子デバイスを含んでいてもよいその他の構成要素、印刷ヘッド、及びウェハ上に加工されたバイオチップデバイスの少なくとも一部をさらに含んでいてよい。この例において、ベベルエッジは、上面２０２ａ、底面２０２ｂ、及び側面２０２ｃを有する。上面及び下面２０２ａ及び２０２ｂは、側面２０２ｃへと傾斜している。しかしながら、あらゆる適当な数のベベル面によってラウンドエッジが形成されてもよい。

このエッジ検出システム２０４は、アクチュエータ経路θに沿って移動されて、図２Ｂのサンプル２０２のエッジをスキャンしてもよい。この移動は、１つ又は複数の位置決め機構（例えば、２１６ｂ）によって実行されてもよく、これらはエッジ検出システム２０４の1つ又は複数の構成要素に機械的に連結されている。いくつかの実施形態において、エッジ検出システム２０４は、１つ又は複数のアクチュエータ又は位置決め機構２１６ｂに連結されたステージによって支持されてもよい。1つ又は複数の位置決め機構２１６ａは、アクチュエータ経路（サンプル２０２の一部の上と下で）に沿ってエッジ検出システム２０４を半径方向及び回転方向に作動させて、サンプルエッジ２０２ａ〜２０２ｅの選択された部分をスキャンできるように構成される。

これに加えて、サンプルは、サンプルの円周の異なるエッジ部分を検査するために、方向Ψに回転されてもよい。サンプルは、サンプル２０２を選択された位置へと作動させる（例えば、関心対象の欠陥が見える位置まで移動させる）ように構成されたステージにより支持されてもよい。例えば、ステージは、サンプル２０２をその中心軸の周囲で旋回させて、サンプルエッジ（例えば、２０２ａ〜２０２ｅ）の選択された部分を見える位置まで移動させるように構成された１つ又は複数のモータ、サーボ、又は代替的な位置決め機構２１６ａに機械的に連結され、又はこれを含んでいてもよい。

本明細書で説明する位置決め機構は、スクリュードライブとステップモータ、エアベアリングドライブ、フィードバック位置を有するリニアドライブ、又はバンドアクチュエータとステップモータ等、何れの形態をとってもよい。一般に、エッジ検出システムは、サンプルエッジの、スポットに対応する複数の位置を同時に検査する。次に、サンプルをこのエッジ検出システムに関して回転させて、複数のスポットの現在位置における円周全体がサンプルの回転中に検査されるようにすることができる。その後、エッジ検出システムは、方向θに回転又はステップ移動させて、サンプルの回転中に最後のスポット間の位置がサンプルの円周全体に沿って検査されるようにすることができる。このステップ移動工程は、方向θに沿ってエッジ部分のすべてがカバーされるまで繰り返される。

図２Ｂは、本発明の１つの実施形態による、図２Ａのエッジ検出システム２０４のための照明経路２５０の概略側面図である。図２Ｂに示されるように、照明経路２５０は、１つ又は複数の照明ビームを生成するための１つ又は複数の光源（例えば、２５２）を含んでいてもよい。照明ビームの波長は、各用途の特定の要求事項に依存する。

リレイレンズ２５４は、生成された照明を受けて、瞳面において実際の瞳を生成する。変倍レンズ２５６は、スポットの大きさと、スイープ長さを調整するために使用できる。

図２Ｂに示される実施形態において、回折光学素子（ＤＯＥ）２５８を変倍レンズ２５６の前に設置することにより、複数のスポットを生成できる。図２Ｂは３つのスポットが生成されることを示しているが、その他の実施形態は異なる数のスポットを生成できる。複数のビームを生成するための、図の３×１ ＤＯＥ素子を何れの適当なＤＯＥ又は、より一般的には何れのｎ×ｍ ＤＯＥに置き換えてもよい。次に、対物レンズ２６０を、スポットをウェハエッジ等のサンプル２０２上に合焦させるために使用できる。

あるいは、システムはＤＯＥ ２５８と対物レンズ２６０との間に配置されたリレイレンズを利用してもよい。照明システムの瞳が対物レンズの位置で、レンズアセンブリの内側に物理的に位置付けられているとき、一般にリレイを使って対物レンズの外側に実際の瞳が形成され、それによって、ＤＯＥがそのような瞳の上に置かれてもよい。低開口数のシステムの場合、物理的ストップの位置は対物レンズアセンブリの外側にある。高開口数のシステムでは、物理的ストップの位置は対物レンズアセンブリの内側にあってもよい。この場合、別のリレイがシステムに追加されて、ＤＯＥを置くための位置が提供されるであろう。

照明経路は、その他の光学要素、例えば入射ビームをコリメートするためのリレイレンズ、偏光のためのアナライザ、あらゆる線又は円偏光を提供するための波長板（例えば、Ｓ、Ｐ、その他）、及び垂直及び傾斜入射ビームの両方を形成するためのあらゆる数のミラーとビームスプリッタを含んでいてもよい。ミラー又はビームスプリッタの何れも移動可能であってよい（例えば、作動されてもよい）。

各傾斜入射ビームの光軸はサンプル表面に、サンプル表面の法線に関してある角度、例えば個々の用途に応じて０〜８５度の範囲で誘導されてもよい。複数の傾斜角度が、１つ又は複数のミラー又はビームスプリッタ要素の並進移動によって実現されてもよい。傾斜入射光は、サンプル表面に関して傾けられた対物レンズから斜角で入射してもよい。

図２Ｃは、本発明の１つの実施形態によるマルチスポットエッジ検出システム２０４の照明経路２５０、暗視野（ＤＦ）集光経路２６２ａ、明視野（ＢＦ）集光経路２６２ｂの斜視図を描いたものである。ＤＦ及びＢＦし集光経路は、サンプルからの散乱又は鏡面反射光を１つ又は複数のセンサ／検出器へと誘導するための何れの適当な光学要素を含んでいてもよい。ＢＦ例路２６２ｂは、ＤＦ経路と同様の構成要素を含んでいてもよい。一般に、システム２０４は、別々のＢＦ及びＤＦ集光経路を含んでいてもよく、又は本発明の代替案によれば、１つ又は複数の構成要素を共有するように、融合したＢＦ及びＤＦ経路を含んでいてもよい。

ＤＦ経路２６２ａは、サンプル２０２からの散乱光を、照明がそのようなサンプル２０２に向かって誘導されたことに応答して集光するために使用できる。ＤＦ経路２６２ａで誘導される光は、レンズ２２８、レンズ２４０及び２４１、フーリエフィルタ及び構成可能アパーチャアセンブリ２３４、及びレンズ２３６を透過し、センサモジュール２３８へと誘導されてもよい。集光経路はまた、偏光アナライザアセンブリも含んでいてよい。

表面から散乱された光は、レンズアセンブリ２２８を通じて集光され、コリメートされる。レンズアセンブリ２２８は、実際の、アクセス可能な集光瞳を生成するように、複数の光学要素を含んでいてもよい。このコリメート光は次に、レンズ２４０及び２４１を透過してもよく、これらは集光した光をフーリエ面へとリレイするように構成されてもよい。フーリエフィルタと柔軟アパーチャ機構２３４は、フーリエ面において出力光の一部を空間フィルタ処理するように構成されてもよい。これに加えて、機構２３４は、フーリエ面において各種の空間部分を透過させて、出力ビームの信号を最大にし、及び ／又はノイズ（及びその結果としての垂直光軸に関する角度）を最小にするための、プログラム可能なアパーチャシステムを含んでいてもよい。

出力垂直ビームは次に、レンズ２３６によってセンサモジュール２３８に合焦されてもよい。センサモジュール２３８は、スポット又はビーム分離アセンブリ、例えば、各出力ビームを分離するためのスリット及びプリズムアセンブリを含んでいてもよい。例えば、各スポットはスリットを通り、その後プリズムに入り、これはスポット分離と光均一化の両方のために使用される。各ビームの出力光は次に、その対応するプリズムから光ファイバ要素へと出力されてもよく、これが出力ビームを合焦要素へと通過させ、その出力ビームがセンサに合焦される。各光ファイバ要素はビームをさらに均一化し、出力をスポットごとに異なるセンサへと誘導できる。ファイバの機能はまた、ミラー、プリズム、又はその他によっても実現できる。各ファイバは、受け取った出力光をランダム化する。スリット、プリズム、及び／又は光ファイバを使用することに加えて、その他のアイソレーション機構を使用してもよい。各センサは、ＰＭＴ、アバランシェ光ダイオード、ピンダイオード、ＣＣＤカメラ、その他の形態をとることができる。例えば、光ダイオード（又は光ダイオードアレイ）はＢＦ経路で使用されてもよく、ＰＭＴはＤＦ経路内で使用される。

検出された信号のダイナミックレンジを増大させるための機構を、集光経路の付近に提供してもよい。大まかに言えば、高ダイナミックレンジ集光器は、検出された光子から信号を生成するための、光電子増倍管（ＰＭＴ）などの光センサと、光信号をデジタル光信号へと変換するためのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。もちろん、光を検出し、アナログ信号をデジタル信号に変換するために、その他の適当な機構を使用してもよい。ゲイン調整フィードバックシステムもまた、各ＰＭＴのゲインを調整するために使用してよい。

ＤＦ集光経路２６２ａは、サンプル表面の平面に略垂直な領域にわたる一定の立体角の角度にわたって集光してもよく、又は垂直以外の角度からの光を集光してもよい。ＤＦ集光経路２６２ａは、ウェハ上の意図的なパターンからの散乱光を集光するため、及び上方へと光を散乱させる欠陥を検出するために使用されてもよい。サンプルの意図的なパターン、例えば図２Ａのアラインメントノッチ２０１から収集された信号は、ウェハパターンを機器内の機械的ステージの座標系に整列させ、位置合わせしやすくするために使用されてもよい。何れの欠陥も、アラインメントマーク２０１に関して発見される。アラインメントマーク２０１が発見され、それがわかると、このアラインメントマークの位置もまた、ウェハがリソグラフィシステム内に投入される時に、ウェハをレチクルパターンに関して整列させるために使用できる。例えば、ウェハに関するアラインメントマークの位置は、エッジ検出システムの中で発見され、その後、ウェハがエッジ検出システムから移動されてリソグラフィシステムの中に入る間に追跡される。この全体的なアラインメント工程は、後述の他のエッジ検出システムの何れによっても実行できる。

合焦されるべき各スポットを表面エッジ上の同じ相対位置に保持するための機構もまた、本明細書で説明するエッジ検出の実施形態の何れにも使用できる。ビームがエッジ表面上で移動されている間にエッジ検査ヘッドとエッジ表面との間の一定の距離を保持するための機構のいくつかの例示的な実施形態は、Ｍｅｅｋｓ ｅｔ ａｌ．に２０１０年２月２日に発行された米国特許第７，６５６，５１９号に詳しく開示されており、同特許の全体を参照によって本願に援用する。援用されるこの特許にはまた、欠陥検出方法についても記載されており、これは、本明細書に記載されているシステムの実施形態の何れによっても実行できる。

図３Ａ〜３Ｄは、本発明の他の実施形態による、照明ビーム経路の中に音響光学装置（ＡＯＤ）スキャナを有するエッジ検出システムを示す。ＡＯＤを追加することにより、ウェハの、エッジ付近の上部及び底部の比較的平坦な領域をウェハ１回転でスキャンでき、これは、これらの領域において必要なウェハの回転が１０００回のオーダにもなる現在の１トラックずつの方式と対照的である。図３Ａに示されるように、エッジ検査システム３０４は１つのスポット３０２ａを生成し、これは表面を方向３１０へと、例えばスポット位置３０２ｂ及び３０２ｃまでスキャンする。その後、サンプル２０２はまた、方向Ψに、円周に沿った次のエッジ部分まで回転されてもよい。

いくつかのスキャン及び偏光システムは、１つ又は複数のビームでウェハをスキャン又はスイープするための１つ又は複数の入射ビーム光源を有する照明経路を含む。スキャンシステムは、具体的には、音響光学偏光板（ＡＯＤ）と、ＡＯＤの偏光特性を制御するための機構を含んでいてもよい。例えば、クロックを使って、各ＡＯＤへの「チャープ」信号入力を生成してもよい。例えば、図３Ｂは、音響光学素子（ＡＯＤ）１０２の簡略化した構成を示している。ＡＯＤ １０２は、音声トランスデューサ１２１と、水晶１２２等の音響光学媒体と、吸音材１２３と、を含む。システムの特定の波長要件に応じて、水晶以外の音響光学媒体材料を使用できる。吸音材は、音響光学媒体１２２の切込みとすることができる。振動電気信号は、音声トランスデューサ１２１を駆動し、それを振動させることがきる。すると、この振動は、水晶板１２２内に音波を発生させる。吸音材１２３は、水晶板１２２の縁辺に到達した音波のすべてを吸収する材料で形成できる。音波の結果として、水晶板１２２への入射光１２４は、複数の方向１２８、１２９、及び１３０へと回折する。

回折ビームは水晶板１２２から、音声の波長に関する光の波長に応じた角度で射出する。周波数を低から高に上げることによって、部分１２６は部分１２７より高い周波数を有する。部分１２６の周波数の方が高いため、これは入射ビームの一部を、回折ビーム１２８によって示されるように、より急峻な角度で回折させる。部分１２７の周波数は比較的低いため、これは入射光の一部を、回折光ビーム１３０によって示されるように、より浅い角度で回折させる。部分１２６と１２７の間の中間部分は、高い方と比較的低い方の周波数との間の周波数を有するため、これは入射光ビームの一部を、回折光ビーム１２９によって示されるように、中間の角度で回折させる。このように、ＡＯＤは、入射ビーム１２４を位置１２５において合焦させるために使用できる。

図３Ｃは、ビームを生成し、それによってウェハ等のサンプル２０２をスキャンするように構成された例示的なデュアルＡＯＤ照明システム３００を示している。プレスキャンＡＯＤ ３２１は、光源２５２からの入射光をある角度で偏向させるために使用でき、この角度は高周波（ＲＦ）駆動源の周波数に比例する。望遠レンズ３２２は、プレスキャンＡＯＤ ３２１からの傾斜スキャンをリニアスキャンに変換するために使用できる。

チャープＡＯＤ ３２４は、音響伝播面内の入射ビームをスキャン面３２５に合焦させるために使用でき、これはトランスデューサ３２４ＡでＲＦ周波数のすべてをランプすることによって実現できる。この急速ランプにより、チャープパケット３２４Ｂが形成される。すると、チャープパケット３２４Ｂは、チャープＡＯＤ ３２４を通って音速で伝播する。図３Ｃは、スポットスイープ始点におけるチャープパケット３２４Ｂの位置を示しており、それに対して図３Ｄは、そのスポットスイープの終点におけるチャープパケット３２４Ｂの位置を示している。この伝播中、プレスキャンＡＯＤ ３２１は、ＡＯＤ ３２４の中のチャープパケットを追跡するようにそのＲＦ周波数を調整し、チャープパケット３２４Ｂへの光ビーム入射を保持することができる点に留意する。

シリンダレンズ３２３は、音響伝播面に垂直な平面内にビームを合焦させるために使用できる。リレイレンズ２５４は、実際の瞳を瞳面に生成させるために使用できる。変倍レンズ２５６は、スポットの大きさとスイープの長さを調整するために使用できる。対物レンズ２６０はすると、スポットをウェハ等のサンプル２０２に合焦させるために使用できる。

他のシステムは、プレスキャンＡＯＤの代わりにビームエキスパンダを利用して、「フラッドＡＯＤ」システムを形成してもよい。フラッドＡＯＤの構成（図示せず）では、ＡＯＤ ３２４において１つ又は複数のチャープパケット（図示せず）を生成できる。ＡＯＤ全体がビームエキスパンダからの光で照明されるため、ＡＯＤ ３２４は入射光を各チャープパケットに合焦させ、それゆえ、各チャープパケットがそれ自体のスポットを生成する。したがって、対物レンズ２６０は１つ又は複数のスポットをサンプル２０２に同時に合焦させる（図示せず）。

複数のチャープパケットを生成するＡＯＤが複数のスポットを生成するために使用される場合、より大きいＡＯＤが必要となるが、それは、必要なＲＦ周波数をランプするために必要な時間によって、各チャープパケットの大きさが制限されるからである。チャープパケットが多いほど、より大きいＡＯＤが使用される。これに加えて、チャープパケットの各々は、それがＡＯＤの長さに沿って移動する間に減衰する。それゆえ、より大きいＡＯＤにより、より小さいＡＯＤより減衰による損失が大きくなる。反対に、より近接した複数のチャープパケット及び、ひいては相互に近接するスキャンスポットを有するＡＯＤにより、スキャンスポット間のクロストークが大きくなる。

図４Ａは、本発明の他の実施形態による、エッジ表面用のエッジ検査器４０４と、それぞれ上面及び底面（例えば、２０２ｄ及び２０２ｅ）を検査するための２つのカメラ４０６ａ及び４０６ｂを有するエッジ検査システム４００の概略図である。エッジ検査器４０４は、上述のようなシングルスポット又はマルチスポットスキャンの形態とすることができる。エッジ検査器４０４は、上面及び底面を除いて、サンプル２０２のエッジに追従するアクチュエータ回転経路に沿って方向θに移動してもよい。エッジ検査器４０４はまた、ＡＯＤ等の偏光機構を内蔵していてもよく、これはエッジの１つ又は複数のスポットをスキャンする。これらの上面及び底面スポットスキャンは、スキャンカメラ又はＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）カメラによる検査（例えば、４０６ａ及び４０６ｂ）に置き換えることができ、それによって、ウェハの１回転（例えば、方向Ψ）を利用してこれらの領域を検査し、より高い感度を提供できる。

図４Ｂは、本発明のある具体的な実施例による、エッジ表面を検査するためのエッジ検査器４０４の照明経路４５０の概略側面図である。図のように、照明経路４５０は、照明ビームを生成するための光源４５２と、瞳面に実際の瞳を生成するためのリレイレンズ４５４と、異なる倍率設定を選択するための変倍レンズ４５６と、照明ビームをサンプル２０２上の各エッジ、例えばベベルエッジ２０２ａ〜２０２ｃに、照明経路がそのようなエッジの上で回転される時に合焦するための対物レンズ４０６と、を含んでいてもよい。上側及び下側カメラ４０６ａ及び４０６ｂは、エッジ検査器経路４６０とは異なる円周位置に位置付けられ、サンプルが方向Ψに回転中に（図４Ａ）、上側及び下側境界領域２０２ｄ及び２０２ｅの部分を同時に画像化する。

図４Ｃは、図４Ａのエッジ検出システムの照明経路４５０、暗視野（ＤＦ）集光経路４６２ａ、及び明視野（ＢＦ）集光経路４６２ｂの斜視図を示す。ＤＦ及びＢＦ集光経路は、サンプルからの散乱及び鏡面反射光を１つ又は複数のセンサ／検出へと誘導するための何れの適当な光学要素を含んでいてもよい。ＢＦチャネル４６２ｂは、ＤＦチャネルと同様の構成要素を含んでいてもよい。一般に、システム４０４は、別々のＢＦ及びＤＦ集光経路を含んでいてもよく、又は本発明の代替案によれば、１つ又は複数の構成要素を共有するように、融合されたＢＦ及びＤＦチャネルを有していてもよい。

ＤＦ経路４６２ａは、サンプル２０２からの、照明がそのようなサンプル２０２へと誘導されたことに応答して散乱した光を集光するために使用できる。ＤＦ経路４６２ａで誘導される光は、レンズ４２８、レンズ４４０及び４４１、フーリエフィルタ及び構成可能なアパーチャアセンブリ４３４、及びレンズ４３６を透過して、センサモジュール４３８へと誘導されてもよい。集光経路はまた、偏光アナライザアセンブリを含んでいてもよい。これらの構成要素は、前述の同じ名前の構成要素と同様に機能してもよい。

上側及び下側カメラシステム４０６ａ及び４０６ｂは、サンプルが、例えば方向Ψに回転されている間に、上面及び底面を画像化するように、何れの適当な方法で構成されてもよい。

図５は、本発明の他の実施形態によるスキャニングトラックサイズを最適化するためのエッジ検査システム５０２の概略側面図である。このシステム５０２は、上面、側面、及び底面にわたる１つの大きなスポットを、例えば方向θにスキャンするように構成されてもよい。サンプル２０２はまた、方向Ψに回転されてもよい。このシステム５００は、方向θに沿ってより大きなステップをとってもよく、これは、スポットサイズがサンプル上でより大きい面積を占めるからである。このようにして、感度と速度の最適なトレードオフを実現できる。システム５０２は、上述のシングルスポットシステムと同様に構成されてもよい。これに加えて、このシステム５０２は、他の、より小さいスポットサイズのシステムより高いスループットを実現するように、比較的大きいスポットを生成するよう、何れの適当な機構によって構成されてもよく、例えば、レンズの焦点距離を調整すること、照明ビームのコリメートの程度を調整すること、等による。照明スポットはまた、感度対速度を最適化するために、円形以外、例えば楕円形のスポットであってもよい。このシステム５００はあるいは、各スポットでより高解像度の情報を取得するために、より低速で移動させるために使用されてもよい。

図６Ａは、本発明の他の特定の実施例による、複数のカメラを有するエッジ検出システム６００の概略側面図である。図６Ｂは、カメラの裏から、関心対象エッジに向かって見た時の、図６Ａのシステムの側面図である。図６Ｃは、図６Ａのシステムの上面図を示す。図のように、システム６００は、何れの適当な数のカメラ６０４を含むこともでき、これらは上面、側面、及び底面エッジに沿って、例えば線６０８に沿って位置付けられ、これらのカメラは上面、側面、及び底面上の複数の位置から、照明装置６０６によってそのような同じ表面へと誘導された入射光に応答して、散乱及び／又は反射された光を同時に受けるように位置付けられる。図の例において、カメラ６０４ａは、上面からの光を受けるように位置付けられ、カメラ６０４ｅは底面からの光を受けるように位置付けられている。カメラ６０４ａ、６０４ｂ、及び６０４ｃは、例えばあらゆる数と種類のベベルエッジ等の側面からの光を受けるように位置付けられる。

照明装置６０６は、光をサンプルの上面、底面、及び側面へと誘導するための、何れの適当な形態をとってもよい。図６Ａ〜Ｂに示されるように、照明装置６０６は、ＬＥＤ環状照明装置の形態である。具体的な実施例において、マルチカメラＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｅｄｇｅ Ｒｅｖｉｅｗ（ＷＥＲ）システム（カリフォルニア州ミルピタスのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒが販売）をｆｌａｓｈ−ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ画像収集モードに再構成して、ウェハを検査し、ウェハのプリアラインメント回転を測定することができる。

図の例において、照明装置６０６はＬＥＤ環状照明装置の形態であるが、何れの適当な種類の照明発生器を複数のカメラと実装してもよい。例えば、本明細書に記載されている照明経路の何れを複数の受像カメラに使用してもよい。

他の実施形態において、ＬＥＤ光源は曲面ディフューザの後方に連結され、これは、Ｐａｕｌ Ｄ．Ｈｏｒｎにより２０１５年６月５日に出願された、本願と同時係属中の米国特許出願第１４／７３１，８６１号に記載されており、同出願の全体を参照によって本願に援用する。図６Ｄは、本発明の他の実施形態による、複数のカメラと曲面ディフューザを有するエッジ検出システム６５０の切欠き側面図である。図のように、複数のカメラ（例えば、６５８ａ、６５８ｂ、及び６５８ｃ）がディフューザ６５６の中に位置付けられていてもよい。各カメラ又はセンサ６５８また、ベベルエッジ（例えば、２０２ａ〜ｃ）の１つ又は複数の特定の表面集合からの散乱光を受けるように位置付けられてもよい。

図６Ｄに示されている例において、エッジ検出システム６５０は複数の光源（例えば、６５４ａ、６５４ｂ、６５４ｃ）から形成されてもよく、これらはドーム型ディフューザ６５６の裏面６５６ａに連結され、又はそれに隣接する。非常にコンパクトである何れの適当な光源も使用してよい。光源の例にはＬＥＤ（発光ダイオード）、光ファイバに連結された１つ又は複数の光源、例えばハロゲンランプ、ダイオードレーザ等が含まれる。

各センサ又はカメラ６５８は一般に、関心対象のエッジから散乱された光の一部を検出器／センサに誘導し、合焦させるための集光光学系を含む。各カメラ６５８は、ディフューザ６５６と一体化されてもよい。例えば、センサ１０８は、ディフューザ６５６の穴又はスロットの中に取り付け、又は結合することができる。カメラは、ディフューザの内面６５６ｂと平らになるように取り付け、又は結合することも、又はディフューザより低く窪ませることができる。特定の実施形態において、イメージセンサは各々、非常にコンパクトである。例えば、各センサは、直径が数ｍｍ以下であってもよい。センサの例には、ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ ＯＶ６９２２その他が含まれる。

異なるカメラを何れの数の用途に利用してもよい。例えば、各カメラを関心対象表面に関して異なる角度に設置してもよい。各カメラはまた、特定の範囲の波長又は色を検出するように構成してもよい。もちろん、その代わりに、各々が複数の色を検出するように構成されたカメラを、この実施形態において、又は本明細書に記載されている何れの実施形態においても使用してよい。

ディフューザ６５６は、光源からの光を透過させ、散乱させて（例えば拡散して）、光がディフューザの内側部分全体からベベルエッジ表面へと広い角度範囲で散乱されるような材料で形成されてよい。ディフューザ６５６は、光学的な拡散材料、例えばフルオロポリマ又は、ニューハンプシャ集ノースサットンのＬａｂｓｐｈｅｒｅ，Ｉｎｃ．が販売するＳｐｅｃｔｒａｌｏｎ、ポリカーボナイト樹脂、その他から機械加工されてもよい。あるいは、ディフューザ６５６は、３Ｄプリンタで生成できる。ディフューザはまた、光源とフィルムとの間に位置付けられた透明基板に接着された拡散フィルムから形成されてもよい。ディフューザ６５６ｂの内面はまた、反射材料でコーティングして、拡散光をドームの内側に向かって、またベベルエッジ面に向かって反射してもよい。

ディフューザは、光源からの照明ビームがそこを通って透過され、散乱されて、光がベベルエッジのすべての表面又はすべての表面の実質的部分に向かって発せられるような表面を提供する、何れの適当な形状であってもよい。図の例において、ディフューザ６５６は、光源の入射角範囲をカバーするサイズのドーム形状とされる。

光源（例えば、６５４）は、何れの適当な方法によってディフューザ６５６に取り付けられ、又はそれに近接して位置付けられてもよい。好ましくは、光源とディフューザの外面（例えば、６５６ａ）との間の距離は、３ｍｍ〜約１インチの間である。例えば、ＬＥＤが関心対象エッジと対面する、ディフューザ内面（例えば、６５６ｂ）と反対のディフューザ外面（例えば、６５６ａ）に結合されてもよい。

ある特定の実施例において、エッジ検出システム６５０は、照明をベベルエッジ面のすべてと、上面の境界領域の中１０ｍｍ以上まで供給するように位置付けられる。また、光は、ドームの表面全体からベベルエッジのすべての側面に完全に当たるように出力されることがわかる。

他のシステム構成（例えば、ＷＥＲシステムを再構成したもの）では、複数のカメラがウェハエッジの円周方向にずらされて、カメラの視野の縁が重複するようにされている。図７Ａ〜７Ｂは、本発明の他の代替的な実施形態による、ずらして配置された複数のカメラ７０４ａ〜７０４ｅを有するエッジ検出システム７００を示している。図７Ａは、関心対象のエッジに婿って見た端面図であり、図７Ｂは側面図である。この例において、カメラ７０４ａ〜７０４ｅは、線７０８からずれている。この実施形態では、ウェハが１回転するだけで、関心対象領域全体を十分検査できる。

一般に、明視野（ＢＦ）及び／又は暗視野（ＤＦ）照明モードが上述の実施形態において提供されてもよい。例えば、ＢＦ照明モードでは、照明はカメラ７０４ａ〜７０４ｅと同じ視野内から発せられてもよい。あるいは、ＤＦ照明モードでは、照明はカメラの視野の外側から発生られてもよい。他の例において、図８は、ある例示的な実施形態による、暗視野照明装置８０２と、ずらして配置された複数のカメラ７０４ａ〜７０４ｅを有するエッジ検出システムを示している。

図９は、本発明の他の実施形態による、光ファイバのコヒーレントバンドルを利用する他の実施例を示している。ファイバは第一の端９０２ａ〜９０２ｅを含み、これは表面２０２ａ〜ｅを含む名目上のウェハエッジの輪郭に概して追従するように位置付けられる。図のファイバはサンプル面ごとに１本のファイバしか含んでいてないが、各面上に複数のファイバを位置付けることもできる。すると、ウェハエッジ面は、ファイババンドルに結像させることができ、ファイババンドルの、線形で平坦な構成に配置された反対の端９０４は、ラインスキャンカメラ又はＴＤＩカメラ９０６に結像させることができる。他の実施例では、光学素子を利用して、ウェハエッジの輪郭の湾曲面を平坦なセンサ面、例えばラインスキャン又はＴＤＩカメラ等に大まかにマッピングしてもよい。

図１０は、本発明の１つの実施形態による、複数の照明及び検出装置を利用する他のエッジ検出システム１０００の概略図である。１つの例において、ブルーレイＤＶＤシステムの照明及び検出装置が、マルチスポットスキャニングエッジ検査システムとして利用されてもよい。システム１０００は、複数の小型のブルーレイ装置１００２を含んでいてもよく、その各々が、比較的小さいスポットサイズを実現する高開口数（０．８５以上）で青紫波長範囲（例えば、４０５ｎｍ以下）を有するように構成される。一般に、各ブルーレイレーザ装置は、ブレーレイ波長範囲の照明光を生成するためのレーザと、生成された照明ビームを、装置の小さい窓を通じてサンプルへと高開口数で合焦させるためのレンズと、を有する。各レーザ装置はまた、サンプルから小さい窓を通じて反射（又は散乱）されて戻った光を受け取り、このような受け取られた光はセンサ、例えば光ダイオードセンサによって検出され、検出信号が生成され、それがレーザ装置から出力される。

これらのレーザ装置は、エッジの輪郭の周囲に配置して、サンプルのラウンドエッジ全体並びに上面及び底面部分が実質的に照明されるようにすることができる。例えば、ブルーレイ装置は、上側及び下側境界エッジ部分を含む、サンプルのエッジの輪郭に追従する構造に取り付けられる。レーザ装置は、相互に互い違いに配置することによって、より多くのレーザ装置をエッジの輪郭に沿って取り付け、エッジの輪郭全体を検査するためにレーザ間のスペースを埋めるのに方向θにステップ移動させる量を少なくしてもよい。複数のセンサ又はカメラもエッジの輪郭の周囲に配置して、上述のように、上側及び下側境界面部分を含むすべてのエッジ面からの散乱又は反射光を素早く検出できるようにしてもよい。センサの例には、上述のセンサ又はカメラの何れが含まれていてもよい。

本明細書に記載されているエッジ検出システムと方法は、何れの適当な光学画像化及び検査システムに組み込まれてもよい。各エッジ検出システムは一般に、１つ又は複数の光源を含んでいてもよく、その各々が照明光学系を通ってサンプルエッジへと誘導される光ビームを生成する。光源の例には、コヒーレントレーザ光源（例えば、深ＵＶ又はガスレーザ発生器）、フィルタランプ、ＬＥＤ光源等が含まれる。

サンプルから反射及び／又は散乱された画像又は光は、光学要素の集合を透過して、又はそこから反射されて、１つ又は複数のセンサ上で受けられる。適当なセンサには、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＣＤアレイ、ＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサ、ＴＤＩセンサアレイ、光電子増倍管（ＰＭＴ）、及びその他のセンサが含まれる。

エッジ検出システム１０００の各センサによって捕捉された信号は、コントローラ又はアナライザコンピュータシステム（例えば、図２Ｃの２７３）によって、又は、より一般的には、センサからのアナログ信号を処理用のデジタル信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器を含んでいてもよい信号処理装置により処理できる。コンピュータシステム２７３は、検出された光ビームの強度、位相、画像、及び／又はその他の特性を分析するように構成されてもよい。コンピュータシステム２７３は、（例えば、プログラミング命令によって）画像及びその他の検査特性を表示するためのユーザインタフェースを（例えばコンピュータスクリーン上に）提供するように構成されてもよい。コンピュータシステム２７３はまた、検出閾値、焦点を変更する等、使用者入力を提供するための１つ又は複数の入力装置（例えば、キーボード、マウス、ジョイスティック）を含んでいてもよい。特定の実施形態において、コンピュータシステム２７３は、上で詳しく説明した検査方法を実行するように構成される。コンピュータシステム２７３は一般に、入力／出力ポートに連結された１つ又は複数のプロセッサと、適当なバス又はその他の通信機構を介した１つ又は複数のメモリを有する。

このような情報とプログラム命令は特別に構成されたコンピュータシステム上で利用されてもよいため、このようなシステムは、コンピュータ読取可能媒体に保存可能な、本明細書に記載された各種の動作を実行するためのプログラム命令／コンピュータコードを含む。機械読取可能媒体の例としては、ハードディスク、フロッピディスク、及び磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスク等の光媒体、光ディスク等の光磁気媒体、及びプログラム命令を保存し、実行するように特に構成されたハードウェアデバイス、例えばリードオンリメモリデバイス（ＲＯＭ）、及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が含まれるが、これらに限定されない。プログラム命令の例には、コンパイラにより生成されるようなマシンコードと、インタプリタを使ってコンピュータにより実行可能なより高レベルコードを含むファイルの両方が含まれる。

特定の実施形態において、サンプルエッジを検査するためのシステムは、少なくとも１つのメモリ及び少なくとも１つのプロセッサを含み、これらは、上述の技術を実行し、及び／又はエッジ検出ツールを動作させるように構成される。

留意すべき点として、上述の図と説明は、システムの具体的な構成要素の限定と解釈されず、システムは、他の様々な形態で実施できる。例えば、検査又は測定ツールは、レチクル又はウェハの特徴の重要な面を解決するために構成された多数の適当な既知の画像化又は計測ツール何れのであってもよい。例えば、検査又は測定ツールは、暗視野画像顕微鏡法、暗視野画像顕微鏡法、フルスカイ画像顕微鏡法、位相差顕微鏡法、偏光コントラスト顕微鏡法、及びコヒーレンスプローブ顕微鏡法に適応させてもよい。また、単独及び複数の画像方式を使って標的の画像を捕捉できることも想定される。これらの方法は例えば、シングルグラブ、ダブルグラブ、シングルグラブコヒーレンスプローブ顕微鏡（ＣＰＭ）、及びダブルグラブＣＰＭ方式を含む。スキャタロメトリ等の画像化しない光学方式もまた想定される。

上記の発明は、明瞭に理解できるようにするために、ある程度詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更や改良を実施してもよいことは明らかである。留意すべき点として、本発明の工程、システム、及び装置を実施するための代替的な方法がある。したがって、これらの実施形態は例示的であって限定的ではないと解釈され、本発明は、本明細書に記載された詳細には限定されないものとする。

Claims (21)

1. 半導体ウェハの検査及び加工システムにおいて、
   リソグラフィシステム中でリソグラフィ工程がそこに施行される予定の各ウェハを、そのウェハに対してフォトリソグラフィ工程が実行される前に受けるエッジ検出システムであって、
   １つ又は複数の照明ビームをウェハの、少なくとも１つの側面並びにウェハの境界領域内にある上部及び底部を含むエッジ部分へと誘導するための少なくとも１つの照明経路と、
   １つ又は複数の照明ビームに応答して、ウェハのエッジ部分から散乱又は反射された出力放射を集光し、検出するための少なくとも１つの集光モジュールと、
   エッジ部分の中の欠陥を位置特定し、そのようなウェハの検出された出力放射に基づいて、各ウェハが仕様範囲内であるか否かを判断するためのアナライザモジュールであり、前記欠陥は、粒子、クラック、又はスクラッチを含む、アナライザモジュールと、
   を含むエッジ検出システムと、
   前記エッジ検出システムから、仕様範囲内であることが判明した各ウェハを受け取るフォトリソグラフィシステムと、
   を含み、
   前記エッジ検出システムは、前記フォトリソグラフィシステムとインライン方式で連結され、
   前記エッジ検出システムの前記アナライザモジュールはさらに、前記少なくとも１つの集光モジュールにより集光され、検出された前記出力放射に基づき各ウェハのアラインメント位置を決定するように構成され、かつ前記アラインメント位置を前記フォトリソグラフィシステムに提供するように構成され、
   前記リソグラフィシステムは、前記エッジ検出システムからの前記アラインメント位置を受け取り、受け取った前記アラインメント位置を、各ウェハをレチクルパターンに関して整列させるために使用する
   ことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記エッジ検出システムの前記アナライザモジュールはさらに、フォトリソグラフィ工程の間の各ウェハのアラインメントのために、各ウェハが前記エッジ検出システムから前記フォトリソグラフィシステムに移動するときに各ウェハのアラインメント位置を追跡するように構成される
   ことを特徴とするシステム。
3. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記エッジ検出システムは、各ウェハを、そのウェハが前記フォトリソグラフィシステムにより加工される直前に受けるように配置されることを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記少なくとも１つの照明経路は、エッジ部分に同時に誘導される複数の照明ビームを生成するための回折光学要素を含むことを特徴とするシステム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、
   前記エッジ検出システムは、照明経路の下で各ウェハを回転させて、複数の照明ビームでそのようなウェハのエッジ部分の全周がスキャンされるようにし、また前記エッジ検出システムをエッジ部分の上部、底部、及び少なくとも１つの側面の周囲で回転させるための少なくとも１つの位置決め機構をさらに含むことを特徴とするシステム。
6. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記少なくとも１つの集光モジュールは、各ウェハから散乱された出力放射を受け取るための暗視野経路と、各ウェハから反射された出力放射を受けるための明視野経路と、を含むことを特徴とするシステム。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記少なくとも１つの照明経路は、少なくとも１つの照明ビームで各ウェハのエッジ部分をスキャンするための偏向機構を含むことを特徴とするシステム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記少なくとも１つの照明経路と前記少なくとも１つの集光モジュールは、各ウェハのエッジ部分の少なくとも１つの側面を検査するためのエッジ検査器と、少なくとも１つの側面の検査中に各ウェハのエッジ部分のそれぞれ上部及び底部を同時に検査するための上側カメラと下側カメラの形態であることを特徴とするシステム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記少なくとも１つの照明経路と前記少なくとも１つの集光モジュールは、各ウェハのエッジ部分の少なくとも１つの側面、上部、及び底部を同時に検査するように構成された複数のカメラの形態であることを特徴とするシステム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、
    前記カメラは、各ウェハのエッジ部分の少なくとも１つの側面、上部、及び底部に沿って相互にずらして配置されていることを特徴とするシステム。
11. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記エッジ検出システムの前記少なくとも１つの照明経路と前記少なくとも１つの集光モジュールは、
    各ウェハのエッジ部分に向かって位置決めするための内面と、内面の反対の外面を有する曲面ディフューザと、
    前記曲面ディフューザの外面上の複数の位置に隣接する複数の照明ビームを生成して、前記曲面ディフューザによって各サンプルのエッジ部分において複数の入射角度で均一な光が出力されるようにする複数の光源と、
    入射光に応答して各ウェハのエッジ部分から散乱される出力放射を受け取り、検出された信号を生成するためのセンサと、
    を含み、
    前記光源、前記曲面ディフューザ、及び前記センサは、集積されることを特徴とするシステム。
12. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    照明経路は、明視野照明及び暗視野照明を提供するように構成されることを特徴とするシステム。
13. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記少なくとも１つの集光モジュールは、エッジ部分の少なくとも１つの側面、上部、及び底部からの出力放射を受け取るように配置された複数の第一の端と、受け取った出力放射をラインスキャンカメラ又はＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）カメラへと出力する複数の第二の反対の端を有するファイバ束の形態であることを特徴とするシステム。
14. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記少なくとも１つの集光モジュールは、エッジ部分の少なくとも１つの側面、上部、及び底部から出力放射を同時に受け取って、ラインスキャンカメラ又はＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）カメラへと誘導するように位置付けられた複数の光学要素の形態であることを特徴とするシステム。
15. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記エッジ検出システムの前記少なくとも１つの照明経路と前記少なくとも１つの集光モジュールは、各ウェハのエッジ部分に配置された複数のブルーレイ装置を含むことを特徴とするシステム。
16. フォトリソグラフィシステムの中のフォトリソグラフィ工程が施行される予定のウェハのエッジ部分を検査する方法において、
    フォトリソグラフィシステムの中でフォトリソグラフィ工程が施行される各ウェハについて、そのウェハにフォトリソグラフィ工程が実行される前にそのウェハをエッジ検出システムの中に受けるステップと、
    前記エッジ検出システムによって、各ウェハの、少なくとも１つの側面並びにウェハの境界領域内にある上部及び底部を含むエッジ部分の欠陥を検査して、ウェハが仕様範囲内にあるか否かを判断するステップであり、前記欠陥は、粒子、クラック、又はスクラッチを含む、ステップと、
    前記エッジ検出システムによって、前記エッジ検出システムの集光モジュールにより集光され、検出された出力放射に基づき各ウェハのアラインメント位置を決定し、前記アラインメント位置を前記フォトリソグラフィシステムに提供するステップと、
    前記エッジ検出システムが仕様範囲内にあると判断した各ウェハについて、前記エッジ検出システムから前記フォトリソグラフィシステムへと排出するステップと、
    前記フォトリソグラフィシステムによって、前記エッジ検出システムから前記アラインメント位置を受け取り、受け取った前記アラインメント位置を、各ウェハをレチクルパターンに関して整列させるために使用するステップと、
    を含み、
    前記エッジ検出システムは、前記フォトリソグラフィシステムとインラインの関係であることを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、
    仕様範囲内であることが判明した特定のウェハの欠陥を、そのような特定のウェハに前記フォトリソグラフィ工程が実行されている間又はその後に追跡するステップを含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１６に記載の方法において、
    前記エッジ検出システムは、前記リソグラフィシステムの処理速度と等しいか、それより速い速度でウェハを検査することを特徴とする方法。
19. 請求項１６に記載の方法において、
    各ウェハのエッジ部分は、ウェハの円周の周囲で回転され、ウェハのエッジ部分の上部及び下部並びに少なくとも１つの側面の全体にわたってステップ式に移動される複数の同時スキャンスポットで検査されることを特徴とする方法。
20. 請求項１６に記載の方法において、
    エッジ検出システムによって、フォトリソグラフィ工程の間の各ウェハのアラインメントのために、各ウェハが前記エッジ検出システムから前記フォトリソグラフィシステムに移動するときに各ウェハのアラインメント位置を追跡するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、
    仕様範囲外であると判断され、前記フォトリソグラフィシステムにウェハを送る前に洗浄可能である各ウェハを洗浄するステップをさらに含み、
    洗浄するステップは、前記エッジ検出システム及び前記フォトリソグラフィシステムとインラインの関係にある内部洗浄システムにおいて実行されることを特徴とする方法。