JP6769971B2 - 焦点体積方法を用いたウェーハ検査 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ウェーハおよびレチクル検査システムの分野に関する。さらに詳しくは、本発明は、欠陥検出のための高められた感度を得るための検査技術に関する。

この出願は、グレース チェン（Ｇｒａｃｅ Ｃｈｅｎ）によって２０１５年１月２１日に出願され「Ｗａｆｅｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｆｏｃｕｓ Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ」と題された米国仮特許出願番号第６２／１０５，９７９号に対する優先権を主張する。その出願は、すべての目的のためにその全体が参照によって本明細書に組み込まれている。

一般に、半導体製造の産業は、シリコンのような基板上に積層されパターン化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高度に複雑な技術を含む。集積回路は、典型的に、複数のレチクルから製造される。レチクルの生成、および、そのようなレチクルのその後の光学検査は、半導体の生産における標準的なステップになった。論理デバイスおよびメモリデバイスのような半導体デバイスの製造は典型的に、様々な特性および多数のレベルの半導体デバイスを形成するために、多数のレチクルを用いる多数の半導体製造処理を使用して半導体ウェーハを処理することを含む。多数の半導体デバイスは、単一の半導体ウェーハ上に配置して製造され、その後、個々の半導体デバイスへ分離され得る。

米国特許出願公開第２０１３／０１９４５６９号

レチクルまたはウェーハ上に欠陥が存在するのであれば、結果として得られる半導体デバイスは、適切に機能しないことがあり得る。ダイツーダイ検査では、試験ダイの画像が、基準ダイの画像と比較され、欠陥を検出するために差分が分析される。従来、最適な焦点は、ウェーハの単一のターゲットのために発見され、その後、そのような最適な焦点が、ウェーハ全体にわたって使用される。しかしながら、試験ダイおよび基準ダイの最適な焦点は、多くの要因によって、異なるウェーハ位置について変動し得、これによって、ウェーハ上の異なる位置が、最適な焦点設定において検査されなくなる。ダイツーダイ検査は、これによって、最適な焦点にはないウェーハにわたって画像を収集し得る。これは、ノイズを、検査結果へ導入させるので、欠陥は、検出することがより困難になる。

以下は、本発明のいくつかの実施形態の基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された概要を表す。この概要は、本開示の広範囲な概観ではなく、本発明の鍵となる／決定的な要素を識別するものでも、本発明の範囲を線引きするものでもない。その唯一の目的は、後に表されるより詳細な説明への前段として、単純化された形式で、本明細書に開示された、いくつかの概念を表すことである。

１つの実施態様では、半導体サンプルにおける欠陥を検出する方法が開示される。検査ツールは、サンプルの複数のｘｙ位置の各々から、複数の焦点設定における強度データセットを収集するために使用される。焦点設定の関数として、ｘｙ位置の収集された強度データセットの各々のために、複数の係数を有する多項式が抽出される。複数のｘｙ位置のための、係数の値のセットの各々は、対応する係数画像面を用いて表される。係数画像面のターゲットセットおよび係数画像面の基準セットは、その後、サンプルにおける欠陥を検出するために分析される。

特定の実施では、１つまたは複数のスワースの次のセットの前に、１つまたは複数のスワースの第１のセットから、複数の焦点設定において、強度データが収集される。そして、実際の焦点位置に影響を与える熱膨張時間未満になるように、最初および次のスワースにおける多くのスワースが選択され、ここから強度データが収集される。さらなる態様では、リアルタイムｘｙおよびｚエンコーダ位置データセットが、検査ツールから収集される。ｘｙ位置の収集された強度データセットの各々のために、多項式を抽出する前に、各焦点設定から収集された強度データは、収集されたリアルタイムのｘｙ位置データに基づいて整列され得る。さらなる態様では、そのような強度データのための整列動作が実行される前に、複数の焦点設定において、ｘｙ位置のスワースの各ペアから強度データが収集される。

別の実施態様では、この方法は、（ｉ）焦点設定のうちの第１の焦点設定において、スワースのうちの第１のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データのエンコーダバッファへの記録を開始することと、（ｉｉ）第１の焦点設定において、スワースのうちの第２のスワースから強度データを収集するためのセットアップへ検査ツールのステージを反転している間、整列動作における使用のためにアクセスするために、エンコーダバッファからのｘｙエンコーダ位置データを、システムメモリへコピーし、その後、第２のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データのエンコーダバッファへの記録を開始することと、（ｉｉｉ）第２のスワースから強度データを収集した後、焦点設定のうちの第２の焦点設定において、第１のスワースから強度データを収集するためのセットアップへ検査ツールのステージを反転している間、整列動作における使用のためにアクセスするために、エンコーダバッファからのｘｙエンコーダ位置データを、システムメモリへコピーし、その後、第２の焦点設定において、第１のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データのエンコーダバッファへの記録を開始することと、（ｉｖ）焦点設定の各々において、後続するスワースのペアのための記録を開始することとコピーすることとの動作を繰り返すことと、を含む。

別の実施では、（１）基準セットの各々からターゲットセットの各々を減算することによって、各係数について、複数の差分係数値を有する複数の差分係数画像面を計算し、（２）欠陥を検出するために、差分係数画像面を分析することによって、分析動作が実行される。さらなる態様では、差分係数画像面からの各ｘｙ位置における差分係数値のための画像ポイントを、各係数のための軸を有する散布図へプロットし、そのような散布図の画像ポイントを、興味のある画像ポイント、有害な画像ポイント、またはバックグラウンド画像ポイントからなる欠陥のクラスタへクラスタ化することによって、差分係数画像面が分析される。さらなる態様では、差分係数画像面からの各ｘｙ位置のための差分係数値のための画像ポイントを、単位球体へ投影し、そのような投影された画像ポイントを、興味のある画像ポイント、有害な画像ポイント、またはバックグラウンド画像ポイントからなる欠陥のクラスタへクラスタ化することによって、差分係数画像面が分析される。

さらに別の例では、この方法は、（ｉ）各焦点面においてターゲットおよび基準から収集された強度データセットから複数の差分画像を生成することと、（ｉｉ）焦点にわたって融合された画像を形成するために、差分画像を結合することと、（ｉｉｉ）欠陥検出のために、融合された画像を分析することと、を含む。さらなる態様では、この方法は、（ｉ）複数の異なるセグメントを形成するように、類似の値を持つ係数をともにグループ化することであって、ここで、各セグメントは、実際のデバイス構造の別の部分に対応する、グループ化することと、（ｉｉ）どのタイプの実際のデバイスが、異なるセグメントに対応しているのかに基づいて、欠陥を検出するために、異なる厳格さを有する異なるセグメントを分析することと、を含む。

別の実施では、この方法は、強度データセットの第２のターゲットセットと、強度データセットの第２の基準セットにおける各ｘｙ位置のための焦点設定変化の関数として、強度変化同士の間の差分を分析することを含む。別の態様では、焦点設定は、焦点設定のペアから構成される。ここで、焦点設定の各ペアは、検査システムの焦点の深さの一部内であるステップ値によって分離される。

代替実施態様では、本発明は、複数の焦点設定において、入射ビームを生成し、半導体サンプルへ向けるための照明光学系モジュールと、入射ビームに応じて、サンプルの複数のｘｙ位置の各々から、複数の焦点設定における強度データセットを収集するための収集光学系モジュールと、を含む検査システムに関する。このシステムはさらに、上記リストされた方法動作のうちの１つまたは複数を実行するように構成されたコントローラを含む。

本発明のこれらの態様および他の態様は、図面を参照して以下にさらに説明される。

本発明の１つの実施形態に従う体積検査アプローチの図式表示である。 本発明のいくつかの実施形態に従ってユニークな電磁（ＥＭ）３Ｄ体積（ＶＭ）パラメータを抽出するためのプロセスの図式表示を図示する図である。 本発明の１つの実施形態に従う体積検査プロセスを例示するフローチャートである。 本発明の特定の実施に従って３Ｄ強度データ構造の構築を容易にするためのウェーハスキャンプロセスの図式表示である。 図３Ａのウェーハのための複数のスキャンスワース（Ｓｗａｔｈ＿１、Ｓｗａｔｈ＿２、・・・Ｓｗａｔｈ＿ｎ）を図示する図である。 本発明の１つの実施形態に従う整列処理を例示するフローチャートである。 本発明の１つの実施形態に従う３Ｄ画像構築および体積（ＶＭ）パラメータ抽出の図式表示である。 本発明の１つの実施形態に従って例示的な差分ＶＭ画像から構築された３Ｄ散布図である。 本発明の１つの実施形態に従う単位球体へのＶＭ差分画像ピクセルの３Ｄ投影を例示する図である。 本発明の１つの実施形態に従ってＤＯＩピクセルおよびバックグラウンド／有害ピクセル分離を用いて投影された単位球体の例を図示する図である。 本発明の別の実施形態に従って抽出されたＶＭパラメータに基づく領域セグメント化の例を示す図である。 本発明の技術が実施され得る例示的な検査システムの図式表示である。 いくつかの実施態様に従う検査装置の概要表示を提供する図である。

以下の説明では、多くの具体的な詳細が、本発明の完全な理解を提供するために記述されている。本発明は、これら特定の詳細のうちのいくつかまたはすべてなしで実現され得る。他の事例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知の構成要素またはプロセス動作は、詳細に説明されていない。本発明は特定の実施形態と共に説明されるであろうが、それは本発明を実施形態へ限定することは意図されていないことが理解されるであろう。

本明細書で説明された検査技術は、同一であるように設計されたエリアを有する任意の適切な実例に関して実施され得る。１つの例示的な実例は、同一であるように設計された多数のダイまたはセルアレイを有する半導体レチクルである。実例はまた、半導体レチクル、ソーラパネル、コンピュータディスク等の形態を採り得る。

集積回路ウェーハは、典型的に、多数の同一のデバイスダイを含む。いくつかの従来の半導体検査モードは、同一であるように設計されたサンプルにおける特性の比較に基づく。比較結果からの結果得られる例外は、欠陥候補として識別され得る。たとえば、ダイツーダイ検査は、同一であるように設計された２つのダイを比較することを含む。セルツーセル検査は、同一であるように設計された２つのセルを比較することを含む。２つの画像同士の間で検出された各相違は、「有害な」欠陥またはノイズと比較して、実際の欠陥である可能性を有する。すなわち、検出された欠陥候補のいくつかは、集積回路の対応する部分への影響を有さないであろうから、「誤った」欠陥であると考えられ得る。

典型的なダイツーダイ検査結果はしばしば、検査され比較されている同じダイまたはセルエリア同士の間の相対的な焦点またはピンボケ差分のレベルによって影響され得る。たとえば、２つのダイからの、２つの対応するが等しく焦点があわされていないダイ部分は、そのように等しく焦点があわされていないダイ部分における誤った欠陥の検出または実際の欠陥を検出するのに失敗するという結果となり得る。ダイツーダイ検査におけるこの焦点問題を緩和するための多くの技術が存在するが、ウェーハ全体にわたって最適な焦点を維持することは困難である。

本発明のいくつかの実施形態は、パターン化されたウェーハ検査のための欠陥または有害差別化を高めるために、画像がウェーハ全体にわたって焦点オフセット値のセットにおいて取得され、３次元（３Ｄ）焦点データとして使用されるダイツーダイ検査を含む。図１Ａは、本発明の１つの実施形態に従う体積検査プロセスの図式表示である。いくつかの実施態様では、複数の焦点設定（ｚ）によって、半導体ウェーハのようなサンプル１０６の画像を取得するために、検査部１０２が使用される。異なる焦点設定（ｚ）を通じて獲得され、その後、様々な検査アプリケーションのために使用され得る画像を積層することによって、各ターゲット（たとえば、１０４ａ）および基準（１０４ｂ）のための３Ｄ焦点データ構造または「体積」検査データ構造が構築される。

いくつかのアプリケーションでは、以下にさらに説明されるように、（１）マイクロケアエリア検査アプリケーションをサポートするように、従来の検査システムの標準的な光学解像度によってサポートされ得るものよりもより精細な解像度を達成する空間セグメント化を許容し、（２）欠陥対バックグラウンド／有害分離を高めるために、電磁（ＥＭ）体積パラメータ（ＶＭパラメータ）の抽出を可能にし、（３）欠陥対バックグラウンド／有害感度をも高めるように、そのようなＶＭパラメータから構築された画像の融合を可能にするために、３Ｄ画像からの情報が結合される。これらアプリケーションは、以下に説明された他のアプリケーションと同様に、ウェーハ検査の全体の感度のみならず、他の態様をも高め得る。

理論上、異なる焦点高さにおいてウェーハ画像を獲得することは、既知の位相を、ウェーハ表面から戻されたＥＭ場へ加えることとして表現され得る。マイクロスコピーの分野では、位相干渉は、欠陥／バックグラウンドコントラストを高めるために効果的であり得ることが知られている。サンプルを異なる焦点面へ移動させることによって欠陥検出を実行することは、究極的には、位相干渉という結果に至る。これは、バックグラウンドと欠陥との両方からの位相情報の抽出を可能にする。検出感度は、位相と強度の両方のデータを使用して高められる。標準的なウェーハ検査は、興味のある欠陥（ＤＯＩ）とバックグラウンドとの間の強度差に依存する。なぜなら、強度は、直接的に検出可能であるからである。

特定の例では、ＥＭウェーハ戻りとの焦点位相干渉のユニークな表現が簡潔に、たとえば、以下に説明されるように多項式において表現され得ることを可能にするように、フーリエ光学および焦点位相摂動効果が結合され得る。図１Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従って、サンプルから取得された３Ｄ画像データから、ユニークなＥＭ ３Ｄ体積パラメータを抽出するためのプロセスの図式表示を図示する。図示されるように、強度（たとえば、画像）データセット（１５２ａ〜１５２ｅ）は、複数のｘ、ｙ、ｚ位置においてサンプルから収集される。別の手法では、各サンプルが、複数のｘ、ｙ位置へ分割され得、各ｘ、ｙ位置は、多数のｚ焦点設定において画像化される。３Ｄ強度データは、３Ｄ画像データ構造を形成するように、複数の強度ｚ面として見られ得る。たとえば、面１５２ａは、第１の焦点設定および複数のｘｙ位置のための強度データを表す一方、面１５２ｂは、第２の焦点設定および面１５２ａと同じｘｙ位置のための強度データを示す。実際、すべての面は、ｘｙ位置の同じセットのための強度データに関する。

３Ｄ画像データは、その後、ｚの関数として、各ｘｙ位置のための複数の多項式へ変換され得る。各ｘｙ位置のための多項式は、任意の適切な数の項および対応する係数を有し得る。本例では、３つの項および対応する係数Ａ、Ｂ、およびＣを有する多項式が、３Ｄ画像データから生成される。抽出される項の数は変動し得る。たとえば、選択される係数の数は、体積データを取得するために使用される焦点の範囲に依存する。大体３つの係数（Ａ〜Ｃ）が、１つまたは２つのＤＯＦ（デプスオブフォーカス）に近い焦点距離のために良好に動作する一方、大体５つの係数（Ａ〜Ｅ）が、３つまたは４つのＤＯＦに近い焦点距離のために良好に動作する。大体７つの係数（Ａ〜Ｇ）が、５つまたは６つのＤＯＦに近い焦点範囲のために使用されるという具合である。

焦点設定を通じて連続している各ペア同士の間の焦点ステップは、一般に、連続する焦点面同士の間の画像が、良好な画像整列を可能にするために十分な相関を有するように制御される。連続する画像の焦点ステップは、システムのＤＯＦの一部内にあるように選択され得る。例示的な焦点設定ステップは、ＤＯＦの１／３または１／２である。

異なるｘｙ位置のための係数値は各々、値の画像面または行列としても表現され得る。図示されるように、第１の行列１５４は、各ｘｙ位置のためにＡ個の係数値を含み、第２の行列１５６は、各ｘｙ位置のためにＢ個の係数値を有し、第３の行列１５８は、各ｘｙ位置のためにＣ個の係数値を有する。以下の式［１］は、各ｘｙ位置のための強度値の各セットのために生成され得る。

Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ａ（ｘ，ｙ）Δｚ^２＋Ｂ（ｘ，ｙ）Δｚ＋Ｃ（ｘ，ｙ）
式［１］

要約すると、ＶＭ形式は、特定のウェーハｘｙ位置の強度であるＩ（ｚ）の挙動を、ｎ次多項式による焦点面ｚの関数として表す。［Ａ（ｘ，ｙ）、Ｂ（ｘ，ｙ）、およびＣ（ｘ，ｙ）のような］多項式係数は、ウェーハから生成されたＥＭ場の強度と位相との両方の情報を含む。実際、電磁気（ＥＭ）体積パラメータ（ＶＭパラメータ）は、３Ｄ強度データから抽出される。以下にさらに説明されるように、検査を強化するために、これらＶＭパラメータは、多数のアプリケーションにおいて使用され得る。

図２は、本発明の１つの実施形態に従う体積検査プロセス２００を例示するフローチャートである。最初に、動作２０２において、１つまたは複数のスキャンスワースの第１のセットが選択される。動作２０４において、スワースの現在のセットのために、第１の焦点設定もまた選択される。動作２０６において、現在の焦点設定における入射ビームは、１つまたは複数のスワースの現在のセットにわたってスキャンされ、それに応じて、画像データが収集される。動作２０６では、エンコーダデータも収集され得る。

図３Ａは、本発明の特定の実施に従って３Ｄ強度データ構造の構築を容易にするためのウェーハスキャンプロセスの図式表示である。図３Ｂは、図３Ａのウェーハ３５０のための複数のスキャンスワース３７１（Ｓｗａｔｈ＿１、Ｓｗａｔｈ＿２、・・・Ｓｗａｔｈ＿ｎ）を図示する。図３Ａに図示されるように、部分３５４は、ダイの行（たとえば、３５６ａ〜３５６ｅ）を有するウェーハ３５０の部分３５１の拡大である。この例示された例では、曲がりくねったパターンのダイの行の２つのスワースにわたるスキャンのために第１の焦点が選択される。たとえば、検査は、第１の焦点設定において入射ビームをスキャンすることと、（たとえば、ｓｗａｔｈ＿０の上方を）左から右へ移動する第１の方向における画像または強度データを収集することと、（たとえば、ｓｗａｔｈ＿１に上方を）右から左へ移動する反対の第２の方向における同じ第１の焦点設定においてスキャンすることとを含む。他のスキャンスキームが適用され得る。たとえば、スキャンは、ステージとビームとの間の相対的な移動となるように、ステージと入射ビームとの何れかまたは両方を動かすことによって達成され得る。１つの例示的な代替スキャンシステムは、リトレース、フラッドシステムである。フラッドシステムでは、ビーム／照明フットプリントは固定式である一方、ステージはスキャナとして移動する。また、フラッド照明システムの解像度は一般に、照明スポットサイズによって制御されるのではなく、結像光学系によって制御される。

異なる焦点設定の画像セットの整列のための次の動作２０８は、画像データの複数のセットが、複数の焦点設定のために収集された後にのみ適用可能である。したがって、動作２０８は、第１の焦点設定のためにスキップされる。代わりに、その後、あらかじめ定義された焦点設定のセットの各々の間を循環するように、動作２１０において、さらなる焦点設定が存在するか否かが判定され得る。したがって、選択すべきさらなる焦点設定が存在するのであれば、プロセスは、動作２０４へ続き、ここでは、次の焦点設定が選択される。動作２０６では、この次の焦点設定のために、画像データが収集される。

検査は、特定の焦点設定における任意の数のウェーハのダイまたはダイ部分にわたって連続的にスキャンすることを含み得、各焦点設定のためのスキャンパターンは、任意の数の要因に依存する。１つの要因は熱膨張である。これは、検査ツールが特定の期間動作した後に、実際の焦点設定または焦点間画像整列に影響を与える。たとえば、検査ツールがどれくらい迅速にスワースをスキャンできるのかのみならず、位置設定に著しく影響を与える熱膨張のために要する平均または最小時間未満である時間において、すべての焦点設定を循環することが有益である。多くのスワースは、例として、典型的には、５分未満で焦点にわたってスキャンされ得る。他の数でも動作し得るが、２つのスワースのための焦点設定を循環することは、良好に動作するように見える。

２つの画像データセットが２つの焦点設定のために収集された後、異なる焦点設定において収集された画像データセットはまた、動作２０８において、３Ｄ検査データ構造を構築するために整列され得る。あるいは、異なる焦点設定においてすべての画像データセットが収集された後、画像データが整列され得る。

整列処理がいつ生じるかに関わらず、３Ｄ画像データを十分に利用できるように、スルー焦点画像間の正確なｘ／ｙ空間整列が理想的に達成される。１つの実施態様では、異なる焦点高さにおいて獲得される画像の完全な整列を可能とするために、リアルタイムｘ／ｙステージエンコーダデータが収集される。以下にさらに説明されるように、ＶＭパラメータが誤りなく抽出され得るように、ｚステージエンコーダカウントもまたリアルタイムで記録される。

異なる焦点設定からの３Ｄ画像データを整列させるために、任意の適切な処理が利用され得る。図３Ｃは、本発明の１つの実施形態に従う３Ｄ画像整列処理３００を例示するフローチャートである。最初に、動作３０２において、新たな焦点設定で、新たなスワーススキャンが開始したか否かが判定され得る。たとえば、検査ツールは、第１の焦点設定において、図３Ａのスワース３５８ａをスキャンする準備ができている。

エンコーダ場所データを取得するために、ｘｙｚ位置データを１つまたは複数のエンコーダバッファへ記録するための命令が、ステージエンコーダシステムへ伝送され得、その後、エンコーダバッファからのｘｙｚ位置データをシステムメモリへダンプまたは「ライト」するための別の命令が、ステージエンコーダシステムへ伝送される。

スワースがスキャンされると、ｘｙｚエンコーダシステムは、リアルタイムｘｙｚエンコーダ位置データを記録し、そのようなデータをシステムメモリへ書き込むように命令され得るが、リアルタイムの双方向通信を可能にするように、特別のファームウェアが構成され得る。あるいは、システムが、ｘｙｚエンコーダ位置データを書き込み、取得するためのスキャン反転時間を使用できるように、シーケンシャルなリード／ライト技術もまた動作するであろう。例示的なエンコーダ取扱いプロセスが、図３Ｃによって例示される。動作３０６では、リアルタイムｘｙｚエンコーダデータをエンコーダバッファへ記録することが開始され得る。たとえば、エンコーダレコーダは、スワーススキャン３５８ａの前のポイント３６０ａにおいてオンされる（図３Ａ）。したがって、画像データが、スワーススキャン３５８ａ中に収集されると、ｘｙｚエンコーダデータがエンコーダバッファへ記録される。

動作３０８において、現在のスワーススキャンが終了したか否かが判定され得る。図３Ａの例では、プロセス３００は、スワーススキャン３５８ａが終了するのを待つ。エンコーダレコーダは、オフされ得、その後、動作３１０において、エンコーダバッファからのｘｙｚエンコーダデータが、システムメモリへ書き込まれ得る。たとえば、リアルタイムエンコーダデータセットには、画像処理システム（たとえば、図７のシステム７００）への関連付けられたその画像データセットが提供される。図３Ａに図示されるように、エンコーダレコーダは、スワーススキャン３５８ａの後にポイント３６０ｂにおいてオフされ、その後、エンコーダデータセットは、ポイント３６０ｃにおいてシステムへダンプされ得る。このライトプロセスは、ステージがスワース反転プロセスを実行している間に生じる。これは、ｘｙｚエンコーダデータがシステムメモリへ書き込まれるための時間よりも長い時間を要する。したがって、スワース反転時間は、エンコーダバッファからｘｙｚエンコーダ位置データを収集することと並行して実行され得る。たとえば、ステージは、次にスワース３５８ｂを右から左へスキャンすることを開始するための位置へ移動している。

その後、動作３１２において、検査が終了したか否かが判定され得る。たとえば、検査ツールが、スワースのすべてをスキャンしたか否かが判定され得る。検査が終了していないのであれば、動作３１４において、同じ焦点設定において、次のスワーススキャンが実行されるか否かが判定され得る。例示された例では、以前のスワーススキャン３５８ａと同じ焦点設定において、次のスワーススキャン３５８ｂが実行されるべきである。したがって、整列プロセスは、動作３０６へ進み、この間、リアルタイムｘｙｚエンコーダデータの記録が開始される。たとえば、エンコーダレコーダは、図３Ａのポイント３６０ｄにおいてオンされる。同じ焦点設定において、このスワーススキャン３５８ｂの終了時に、エンコーダレコーダは、ポイント３６０ｅにおいて再び停止され、エンコーダデータは、ポイント３６０ｆにおいてダンプされる。新たな焦点設定のために、エンコーダデータを取得するためのプロセスは、動作３０４において、リアルタイムｚエンコーダデータの取得の追加と類似している。整列プロセスは、１つまたは複数のスワース（たとえば、２スワース）の現在のセットがすべての焦点設定においてスキャンされるまで繰り返される。異なる焦点設定からの３Ｄ画像データはその後、動作３１６において、リアルタイムｘ、ｙ、ｚエンコーダデータに基づいて正確に整列され得る。

図２に戻って示すように、動作２１６において、すべてのスワースが、スキャンされたか否かが判定され得る。さらなるスワースが残っているのであれば、プロセスはその後、動作２１８において、スワースの次のセットへ移動し得、そのようなスワースのために、焦点のみならず、エンコーダ位置データ収集を通じて画像収集が繰り返される。

異なる焦点設定における１つまたは複数のスワースの各セットからエンコーダおよび画像データを収集することと並行して、動作２１２において、整列された３Ｄ画像データから、各ターゲットおよび基準場所のための多項式パラメータが抽出され得る。その後、動作２１４において、１つまたは複数のスワースの現在のセットにおける欠陥を検出するために、抽出された多項式データに対して、様々な分析プロセスが実行され得る。すなわち、スルー焦点における特定のスワースのための３Ｄ画像データが、１つまたは複数のスワースの各セットのために構築されると、そのような３Ｄ画像データの各セットが分析され得る。さほど有効ではない代替例は、ウェーハのすべてのスワースが、焦点を通じてスキャンされた後、３Ｄ画像データを分析することを伴うであろう。

図３Ｄは、本発明の１つの実施形態に従う３Ｄ画像構築およびＶＭパラメータ抽出の図式表示である。この図解は、係数Ａ〜Ｅを伴う５つの項を有する多項式表現の形成を例示する。

画像面３８２ａ〜３８２ｅの形式である３Ｄ画像データが先ず、２Ｄ行列３８８へ再配置され得る。たとえば、面３８２ａは、たとえば、２Ｄ行列３８８の３８４ａのような、第１の列へ配置される。他の面３８２ｂ〜３８２ｅは各々、２Ｄ行列３８８の列の個々の他方へ配置される。以下の式［１］は、２Ｄ行列において収集された強度データを表す。

上記式［１］は、２Ｄ行列Ｉ_ｋｌを表す。これは、異なる焦点設定ｚにおける画像データのｍ個の面から形成され、（空間画像ピクセル強度を表す）ｋ個の行と（別のｍ個の面を表す）ｌ個の列とを有する。２Ｄ画像がベクトルとして表されるように、画像の各々が、再順序付けされる。ｋ＝ｉ＊ｎｘ＋ｊとなるように、オリジナル画像における各（ｉ，ｊ）が、ｋインデクスへマップされる。ｉが行インデクスであり、ｊが列インデクスであることに注目されたい。言い換えると、ｉは、ｙにおける位置を表し、ｊは、ｘにおける位置を表す。行列Ｔ_ｋｍは、異なる行に対応し、
によって表現され得る異なるｘｙ位置のための係数値を表す。

行列Ｚ_ｍｌは、３Ｄ体積画像が獲得される異なる面のためのｚにおける変化を表し、
として表現され得る。

係数行列は、その後、
によって決定され得る。

３Ｄ画像データのための多項式は、
Ｉ_ｉｊ（Δｚ）＝Ａ_ｉｊΔｚ^４＋Ｂ_ｉｊΔｚ^３＋Ｃ_ｉｊΔｚ^２＋Ｄ_ｉｊΔｚ＋Ｅ_ｉｊ（Δｚ＝０）によって表現され得る。

抽出された体積（ＶＭ）係数は、たとえば、ＳＲＡＭマイクロケアエリアの定義のような、精細な構造の定義を可能にするために欠陥／バックグラウンドコントラストを高め、および／または、光解像度よりも高い空間セグメント化を抽出するためのような、任意の適切な目的のために使用され得る。

１つのアプリケーションでは、ＶＭ係数は、ウェーハパターンおよびＤＯＩからのＥＭ情報を含むＶＭ画像として表現され得、これらＶＭ画像は、ＤＯＩ対バックグラウンド／有害の鮮明度を高めるために使用され得る。検出中、ＶＭ画像は、ターゲットサイトと基準サイトとの両方で取得される。３つの係数の例では、ターゲットと基準との間の（Ａ_ｄｉｆ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ｄｉｆ（ｘ，ｙ）およびＣ_ｄｉｆ（ｘ，ｙ）として示される）差分ＶＭ画像が決定され得る。

理論上、ＤＯＩは、（物理的欠陥のような）バックグラウンドとは異なる物理的外観を有しているか、および／または、（汚染物質のような）バックグラウンドとは異なる材料から構成される。したがって、ＤＯＩからのＥＭ応答は、バックグラウンドのＥＭ応答とは異なると期待される。したがって、ＶＭパラメータにおける差分を検討することは、ＤＯＩ対有害／バックグラウンドの良好な区別へ至るに違いない。この理論は、パターン化されたウェーハにおいて試験された。図４は、本発明の１つの実施形態に従って例示的な差分ＶＭ画像から構築された３Ｄ散布図である。Ａ_ｄｉｆ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ｄｉｆ（ｘ，ｙ）およびＣ_ｄｉｆ（ｘ，ｙ）によって構築されるこの例示的な３Ｄ散布図から、ＤＯＩピクセル４０４は、バックグラウンドピクセル４０２と実質的に異なることが明らかである。クラスタリングプロセスは、ＤＯＩピクセルを有害／バックグラウンドピクセルから区別するために実施され得る。任意の適切なクラスタリングプロセスが使用され得る。例は、最も近い近隣クラスタリング、質量中心クラスタリング、分散ベースクラスタリング、密度ベースのクラスタリング等を含む。

ＤＯＩとバックグラウンド／有害との間の区別をより容易に行うために、３Ｄ散布図における各ポイントが、単位球体へ投影され得る。投影によって、各ポイントは、指定された角度位置（Θ，Φ）を有することが可能となる。ＤＯＩ／有害鮮明度を高めるために、角度許容範囲の設定範囲内の（Θ_ＤＯＩ，Φ_ＤＯＩ）の外部のピクセルがフィルタアウトされ得る。すなわち、３Ｄ投影（または散布図）における外れ値は、ＤＯＩのものとして指定され得る。欠陥の鮮明度が実質的に高められるように、投影されたポイントへ、角度フィルタが適用され得る。

差分ピクセルは、欠陥検出のために、しきい値化され得る。たとえば、基準とターゲットとの間のフィルタ化された差分値（絶対値）が、あらかじめ定義されたしきい値よりも大きいのであれば、ピクセルは、興味のある欠陥（ＤＯＩ）として定義され得、欠陥候補として見られ得る。散布図または投影されたピクセルが、しきい値化され得る。それに加えて、散布図のある領域（またはポイントのクラスタ）、または３Ｄ投影の角度（クラスタ化された）領域に、異なるしきい値が割り当てられ得る。たとえば、欠陥がより頻繁に発見されるように、外れ値領域は、より感度の高いしきい値を割り当てられ得る一方、非外れ値またはクラスタ化された領域は、感度の低いしきい値を割り当てられ得るか、しきい値化されない。

図５Ａは、本発明の１つの実施形態に従う単位球体５００へのＶＭ差分画像ピクセルの３Ｄ投影を例示する。図５Ｂは、ＤＯＩピクセル５５２を用いて投影された単位球体とバックグラウンド／有害ピクセル（ラベルせず）の例を図示する。単位球体５００（図５Ａ）は、三次元Ｃｄｉｆ、Ｂ_ｄｉｆ、およびＣ_ｄｉｆを有する。

実験データに基づいて、ピクセル値が投影される球体の異なる領域は、ＤＯＩを含む傾向がある。たとえば、プロット５０４ａに対応する領域５０２ａは、ゼロ焦点面から離れた最適な焦点場所を有するＤＯＩを含み、比較的弱い信号強度を持つＤＯＩを有する傾向にある。同様に、（プロット５０４ｂに対応する）領域５０２ｂは、０でない最適な焦点において比較的弱い信号強度ＤＯＩを有する。反対に、（プロット５０４ｃに対応する）領域５０２ｃおよび（プロット５０４ｄに対応する）領域５０２ｄは、０である最適な焦点においてＤＯＩを有する傾向にある。しかしながら、領域５０４ｄのみが、比較的強い信号強度を持つＤＯＩを有する傾向にある一方、領域５０４ｃは、比較的弱い信号強度を持つＤＯＩを有する。その結果、いくつかのクラスタ化された領域からのＤＯＩが、さらなる分析（たとえば、しきい値化）のために選択され得るか、または、他の領域よりもより高い感度（たとえば、より感度の高いしきい値）で分析され得る。球体へ投影される強い／弱いオブジェクトの場所は、多項式関数の振舞いを見ることによって理解され得る。Ｃ_ｄｉｆ（ｘ，ｙ）は、多項式関数における定数項である。この定数項は、大局的最大点（下方２次多項式）または大局的最小点（上方２次多項式）の大きさを記述する。より大きなＣ_ｄｉｆは、大局的最大点または大局的最小点のうち、より大きな大きさ、したがって、より強い欠陥に対応する。大きなＣ_ｄｉｆを持つ球体は、上部または下部の半球（たとえば、図５Ａの５０２ｄ）上にプロットされる。

３Ｄ画像データを使用する別のアプリケーションでは、焦点融合が実施され得る。ＤＯＩおよびバックグラウンド／有害の性質が異なるのであれば、ＤＯＩと有害／バックグラウンドのスルー焦点挙動は異なり得ると期待される。焦点融合は、ＤＯＩと有害とをさらに区別するための技術である。焦点融合は、任意の適切な方式で、各ピクセルのために、焦点面値にわたって強度をともに結合することによって実施され得る。１つの実施では、焦点面にわたる強度は、ＤＯＩをより明確に図示する合成画像を形成するために、ともに乗じられる。たとえば、融合画像は、Ｉｍａｇｅ（ｘ，ｙ，ｄｅｌｔａＺ＿１）＊Ｉｍａｇｅ（ｘ，ｙ，ｄｅｌｔａＺ＿２）を乗じること等によって形成される。この焦点融合方法によって形成される合成画像は、オリジナルの固定された焦点面画像よりも比較的高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する傾向にあるであろう。焦点融合は、合成画像およびオリジナルの画像よりも高いＳＮＲを有するフィルタ化された合成画像を取得するために、ＶＭ角度投影および角度フィルタ技術とともに組合せられ得る。結果として得られるターゲットエリアおよび基準エリアの合成画像は、その後、上記説明されたように、しきい値化され得る。

抽出されたＶＭパラメータはまた、光解像度によって分析可能ではないデバイス構成を抽出するために使用され得る。上記説明したように、ＶＭパラメータは、ウェーハパターンから生成された電磁場へのより近いリンクである。ウェーハから放出されたＥＭ場に基づいて、光画像を、異なるマイクロ領域へ切り分けるために、この情報が使用され得る。図６は、本発明の別の実施形態に従って抽出されたＶＭパラメータに基づく領域セグメント化の例を図示する。切り分けられた画像の２つの拡大された画像部分６０２ａおよび６０２ｂが図示される。光画像の全体は、明確化の目的のために、図示されていない。ＶＭパラメータ特性に基づいて、各画像は、異なる領域へセグメント化され得、異なる領域を互いに区別できるように、各領域は、（図６において黒および白で輪郭されたエリアとして図示される）異なる色または別の識別子によって表現され得る。たとえば、画像部分６０２ａは、領域Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３を含む一方、画像部分６０２ｂは、領域Ｒ４、Ｒ５およびＲ６を含む。異なる領域は、実際のデバイス構成に対応していると見なされ得る。異なるセグメントは、異なるレベルの配慮を持って分析され得る。たとえば、特定の感度の高いＳＲＡＭ構成に対応するセグメントが、他の構成よりもより感度の高いしきい値において分析され得る。

代替実施態様では、焦点にわたって収集された強度変化（ΔＩ／Δｚ）が、基準画像とターゲット画像との間の差分を比較するために使用され得る。ΔＩ／Δｚ測定結果を採用することによって、強度測定結果は、特に、欠陥によって誘導された位相変化のためにより高い感度を提供できるように、位相感度が高くなり得る。たとえば、ピンボケに対する強度導関数について計算された、基準画像とターゲット画像との間の新たに生成された差分画像が、適応性しきい値化技術によって欠陥を検出するために使用され得る。

一例において、同じｘ−ｙ場所における２つの異なる焦点設定のための強度の差分が、先ず、決定され得る。この差分計算は、単に１つのポイントにおいてではなく、エリアに対して実行され得、ｘおよびｙにおいて（ｄＩ）／（ｄｚ）がどのように変化しているのかが関心の対象である。２つよりも多くの焦点からの画像が存在するのであれば、１つのアプローチが、（Ｉ１−Ｉ２）／（デルタｚ）によって、（ｄＩ）／（ｄｚ）をより正確に推定する。ここでは、高次項は無視される。（ｄＩ）／（ｄｚ）は、数学的に平滑関数であるべきであるので、多数の焦点面からの多数の測定結果を有することは、（ｄＩ）／（ｄｚ）に対するより良好な推定を提供し得る。

たとえば、画像重みのセットが、１次以外となるように選択される。別のアプローチでは、単純な曲線フィッティング技術が、より多くの計算時間を犠牲にして、より良好なパフォーマンスを提供するであろう。この技術では、各ピクセルのための強度対ｚデータが、多項式モデルへフィッティングされ、その後、位相を計算するために、所望される一次成分が抽出される。より高次の多項式へフィッティングすることによって、一次導関数のより正確な推定値が取得され得る。すべての画像を等しく重み付ける多項式への最小二乗フィッティングが使用され得る。多項式フィッティング関数の次数は一般に、使用されている画像の数よりも少なく、より多くの画像が、精度を犠牲にすることなく、より良好なノイズパフォーマンスをもたらすという結果となるであろう。計算上、各ピクセルは独立して取り扱われ得、標準的なフィッティング技術（最小二乗曲線フィッティング）によって多項式へフィッティングされ得る。ピクセル単位の取扱い自身は、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）における計算のように、並列計算へ良好に適している。

本発明の技術は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の適切な組合せにおいて実施され得る。図７は、本発明の技術が実施され得る例示的な検査システム７００の図式表示である。検査システム７００は、検査ツールまたはスキャナ（図示せず）から入力７０２を受信し得る。検査システムはまた、受信された入力７０２を配信するためのデータ配信システム（たとえば、７０４ａおよび７０４ｂ）、受信された入力７０２の特定の部分／パッチを処理するための強度信号（またはパッチ）処理システム（たとえば、パッチプロセッサおよびメモリ７０６ａおよび７０６ｂ）、多数の焦点等において３Ｄ画像データを生成するためのＶＭ生成器システム（たとえば、ＶＭ生成器プロセッサおよびメモリ７１２）、検査システム構成要素間の通信を可能にするためのネットワーク（たとえば、交換ネットワーク７０８）、オプションの大容量記憶デバイス７１６、および検査結果をレビューするための１つまたは複数の検査制御および／またはレビューステーション（たとえば、７１０）を含み得る。検査システム７００の各プロセッサは典型的に、１つまたは複数のマイクロプロセッサ集積回路を含み得、また、インターフェースおよび／またはメモリ集積回路を包含し得、それに加えて、１つまたは複数の共有および／またはグローバルなメモリデバイスへ結合され得る。

入力データ７０２を生成するためのスキャナまたはデータ獲得システム（図示せず）は、ウェーハの強度信号または画像を取得するための（たとえば、本明細書にさらに説明されたような）任意の適切な機器の形態を採り得る。たとえば、スキャナは、１つまたは複数の光センサへ、反射され、伝送され、またはさもなければ向けられた検出光の一部に基づいて、ウェーハの一部の光画像を構築し得るか、または、強度値を生成し得る。スキャナは、その後、強度値または画像を、エンコーダ位置データとともに、検査システムへ出力し得る。

ウェーハは、一般に、多数のポイントからの多数の強度値が取得される複数のパッチ部分へ分割される。ウェーハのパッチ部分は、この強度データを取得するためにスキャンされ得る。パッチ部分は、特定のシステムおよびアプリケーション要件に依存する任意のサイズおよび形状であり得る。一般に、各パッチ部分のための多数の強度値が、任意の適切な方式でウェーハをスキャンすることによって取得され得る。例として、各パッチ部分のための多数の強度値が、ウェーハをラスタスキャンすることによって取得され得る。あるいは、画像は、環状または螺旋パターンのような任意の適切なパターンを用いてウェーハをスキャンすることによって取得され得る。もちろん、センサは、別の方法で（たとえば、環状パターンで）配置される必要もあり得、および／または、ウェーハは、ウェーハから環状または螺旋形状をスキャンするために、スキャン中、別の方法で移動され得る（たとえば、回転され得る）。

以下に例示された例では、ウェーハが、センサを通り過ぎると、光がウェーハの長方形領域（本明細書では、「スワース」と称される）から検出され、そのような検出された光は、各パッチにおける多数のポイントにおいて、多数の強度値へ変換される。この実施態様では、スキャナのセンサは、ウェーハから反射および／または伝送された光を受け取るために、および、そこから、ウェーハのパッチのスワースに対応する強度データのセットを生成するために、長方形のパターンに配置される。特定の例では、各スワースは、約１メガピクセル幅および約１０００乃至２０００ピクセル高であり得る一方、各パッチは、約２０００ピクセル幅および１０００ピクセル高であり得る。

各パッチのための強度値は、任意の適切な方式で設定された光検査ツールを使用して取得され得る。光学ツールは、一般に、強度値を取得するための異なる検査実行のために、実質的に同じであるオペレーティングパラメータまたは「レシピ」のセットを用いて設定される。レシピ設定は、以下の設定、すなわち、特定のパターンにおけるウェーハをスキャンするための設定、ピクセルサイズ、単一の信号からの隣接信号をグループ化するための設定、焦点設定、照明または検出開口設定、入射ビーム角度および波長設定、検出器設定、反射または伝送された光の量に関する設定、アンテナモデリングパラメータ等のうちの１つまたは複数を含み得る。

エンコーダ位置データを含む強度または画像データ７０２が、ネットワーク７０８を経由してデータ配信システムによって受信され得る。データ配信システムは、受信したデータ７０２の少なくとも一部を保持するための、ＲＡＭバッファのような１つまたは複数のメモリデバイスに関連付けられ得る。好適には、総メモリは、データのスワース全体を保持することができるほど十分に大きい。たとえば、１ギガバイトのメモリは、１メガ×１０００ピクセルまたはポイントであるスワースのために良好に動作する。

データ配信システム（たとえば、７０４ａおよび７０４ｂ）はまた、受信された入力データ７０２の一部のプロセッサ（たとえば、７０６ａおよび７０６ｂ）への配信を制御し得る。たとえば、データ配信システムは、（多数の焦点設定において）第１のパッチのためのデータを、第１のパッチプロセッサ７０６ａへ経路付け得、（多数の焦点設定において）第２のパッチのためのデータをパッチプロセッサ７０６ｂへ経路付け得る。多数のパッチのためのデータの多数のセットはまた、各パッチプロセッサへ経路付けられ得る。

パッチプロセッサは、ウェーハの少なくとも一部またはパッチに対応する強度値または画像を受信し得る。パッチプロセッサはまた、受信されたデータ部分を保持することのような、ローカルメモリ機能を提供するＤＲＡＭデバイスのような１つまたは複数のメモリデバイス（図示せず）へ結合または統合され得る。好適には、メモリは、ウェーハのパッチに対応するデータを保持することができるほど十分に大きい。たとえば、パッチは、５１２×１０２４ピクセルであり得る。パッチプロセッサはまた、メモリを共有し得る。

入力データ７０２の各セットは、ウェーハのスワースに対応し得る。データの１つまたは複数のセットは、データ配信システムのメモリに記憶され得る。このメモリは、データ配信システム内の１つまたは複数のプロセッサによって制御され得、メモリは、複数の区分へ分割され得る。たとえば、データ配信システムは、スワースの一部に対応するデータセットを、第１のメモリ区分（図示せず）へ受信し得、データ配信システムは、別のスワースに対応する別のデータセットを、第２のメモリ区分（図示せず）へ受信し得る。好適には、データ配信システムのメモリ区分の各々は、そのようなメモリ区分に関連付けられたプロセッサへ経路付けられるデータの一部分のみを保持する。たとえば、データ配信システムの第１のメモリ区分は、第１のデータを保持し、第１のデータをパッチプロセッサ７０６ａへ経路付け得、第２のメモリ区分は、第２のデータを保持し、第２のデータをパッチプロセッサ７０６ｂへ経路付け得る。

入射光または検出された光は、任意の適切な入射角度で任意の入射または検出された光プロファイルを生成するために、任意の適切な空間開口部を通じて渡され得る。例として、プログラム可能な照明または検出開口部は、ダイポール、クワッドポール、クェーサ、アニュラス等のような特定のビームプロファイルを生成するために使用され得る。特定の例では、ソースマスクオプティマイゼーション（ＳＭＯ）または任意のピクセル処理された照明技術が実施され得る。他の実施態様では、極性化された強度／画像データを取得するために偏波器およびアナライザが使用される。

データ配信システムは、任意の適切なデータのパラメータに基づいて、データの各セットを定義および分配し得る。たとえば、データは、ウェーハ上のパッチの対応する位置に基づいて定義および配信され得る。１つの実施態様では、各スワースは、スワース内のピクセルの水平位置に対応する列位置の範囲に関連付けられる。たとえば、スワースの列０乃至２５６は、第１のパッチに対応し得、これら列内のピクセルは、第１の画像または強度値のセットを備え、１つまたは複数のパッチプロセッサへ経路付けられる。同様に、スワースの列２５７乃至５１２は、第２のパッチに対応し得、これら列内のピクセルは、第２の画像または強度値のセットを備え、異なるパッチプロセッサへ経路付けられる。列は、エンコーダ位置データに基づいてシステムによって整列され得るか、または、センサによって整列され得る。

本明細書で説明された検査スキャン技術は、図８に概略的に例示されたもののように、特別に構成された様々な検査システムから取得された画像およびエンコーダ位置データについて、または、関して実施され得る。例示されたシステム８５０は、照明光学系８５１ａを介して、面８５２におけるフォトマスクまたはウェーハのようなサンプルＳへ向けられた少なくとも１つの光ビームを生成する照明ソース８６０を含む。検査システム８５０は、面８５２に無数の開口部８５１ｂを有し得る。照明光学系８５１ａはまた、異なる特性を有する１つまたは複数の入射ビームを達成するための様々なレンズおよびモジュールを含み得る。検査／測定されるべきサンプルＳは、面８５２においてステージ機構８０４上に配置され、ソースへ露出される。ステージ機構は、例として、エンコーダ位置情報をそのエンコーダバッファに記録し、図７のシステムによって受信されるべきそのようなデータを書き込むように動作可能なエンコーダを含むであろう。

サンプルＳ（たとえば、マスク）から伝送された画像は、パターン化された画像をセンサ８５４ａ上に投影する光学素子８５３ａの集合を介して向けられ得る。光学素子（たとえば、ビームスプリッタ８７６および検出レンズ８７８）は、サンプルＳから反射および／または散乱された光を向け、センサ８５４ｂにおいてキャプチャするように配置される。適切なセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＣＤアレイ、時間差積分（ＴＤＩ）センサ、ＴＤＩセンサアレイ、光電子増倍管（ＰＭＴ）、および他のセンサを含む。いくつかの検査ツールは、光学系８５３ａおよびセンサ８５４ａ以外に、反射集合光学系８５３ｂ（または、他の散乱光学系）およびセンサ８５４ｂのみを含み得る。

照明光学系列は、レチクルのパッチをスキャンするように、マスクステージ、および／または、任意の適切な機構によって検出器またはカメラに対して移動されたステージに対して移動され得る。たとえば、ステージを移動させるために、モータ機構が利用され得る。モータ機構は、例として、スクリュードライブおよびステッパモータ、フィードバック位置を有するリニアドライブ、または、バンドアクチュエータおよびステッパモータから形成され得る。

スルー焦点画像獲得は、ステージ（８０４）を上方および下方の何れかに移動させることによって、または、光学軸に沿って検出器（８５４ｂ）を移動させることによって、または、ステージと検出器との両方を移動させることによって達成され得る。

各センサ（たとえば、８５４ａおよび／または８５４ｂ）によってキャプチャされた信号は、各々が各センサからのアナログ信号を、処理のためにデジタル信号へ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み得る１つまたは複数の信号処理デバイスによってのように、コントローラシステム８７３によって処理され得る。コントローラシステム８７３は、適切なバスまたは他の通信機構を経由して入力／出力ポート、および１つまたは複数のメモリへ結合された１つまたは複数のプロセッサを含み得る。

コントローラシステム８７３はまた、焦点および他の検査レシピパラメータを変更することのように、ユーザ入力を提供するための１つまたは複数の入力デバイス（たとえば、キーボード、マウス、ジョイスティック）をも含み得る。コントローラシステム８７３はまた、たとえば、サンプル位置（たとえば、フォーカシングおよびスキャニング）を制御するためのステージ位置決め機構へ接続され得、他の検査パラメータを制御するための他の検査／計測システム構成要素およびそのような構成要素の構成へ接続され得る。

コントローラシステム８７３は、結果として得られる強度値、画像、および他の検査／計測結果を表示するためのユーザインターフェース（たとえば、コンピュータスクリーン）を提供するように（たとえば、プログラミング命令とともに）構成され得る。コントローラシステム８７３は、３Ｄ画像構成、抽出された係数、融合結果、セグメント化画像、投影されたデータ、および／または、反射および／または伝送された感知された光ビームの他の変形を生成するように構成され得る。コントローラシステム８７３は、結果として得られる強度値、画像、プロット、投影、および他の検査／計測結果特性を表示するためのユーザインターフェースを（たとえば、コンピュータスクリーン上に）提供するように（たとえば、プログラミング命令を用いて）構成され得る。いくつかの実施態様では、コントローラシステム８７３は、上記詳述された検査技術を実行するように構成される。

そのような情報およびプログラム命令は、特別に構成されたコンピュータシステムにおいて実施され得るので、そのようなシステムは、非一時的なコンピュータ読取可能な媒体に記憶され得る、本明細書において説明された様々な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。機械読取可能な媒体の例は、限定されないが、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクのような光媒体、光ディスクのような磁気光媒体、ならびに読取専用メモリデバイス（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のように、プログラム命令を記憶し実行するように特別に構成されたハードウェアデバイスを含む。プログラム命令の例は、コンパイラによって生成されるような機械コードと、インタプリタを使用してコンピュータによって実行され得る高レベルコードを含むファイルとの両方を含む。

いくつかの実施形態では、半導体ウェーハを検査するためのシステムは、少なくとも１つのメモリと、本明細書に記載された技術を実行するように構成された少なくとも１つのプロセッサとを含む。検査システムの例は、カリフォルニア州ミルピタスのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒから利用可能な、特別に構成された２９ｘｘ、８ｘｘｘ、または３ｘｘｘ検査システム体系を含む。

前述した発明は、理解の明瞭さの目的のためにかなり詳細に説明されているが、いくつかの変更および修正が、追加された特許請求の範囲内で実現され得ることが明らかになるであろう。本発明のプロセス、システム、および装置を実施する多くの代替手法が存在することが注目されるべきである。たとえば、検査強度データは、伝送された、反射された、または結合された出力ビームから取得され得る。したがって、本実施形態は、例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、本発明は、本明細書で与えられた詳細に限定されるべきではない。

Claims (24)

1. 半導体サンプルにおける欠陥を検出するための方法であって、
   前記サンプルの複数のｘｙ位置の各々から、複数の焦点設定における強度データセットを収集するために検査ツールを使用することと、
   焦点設定の関数として、前記ｘｙ位置毎の強度データセットから、複数の係数を有する多項式を抽出することと、
   前記複数のｘｙ位置のための、前記係数の値のセットの各々を、対応する係数画像面を用いて表すことで複数の係数画像面を形成することと、
   前記サンプルにおける欠陥を検出するために、前記係数画像面のターゲットセットおよび前記係数画像面の基準セットとの比較に基づいた複数の差分係数画像面を分析することと、を備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、１つまたは複数のスワースの次のセットの前に、１つまたは複数のスワースの第１のセットから、前記複数の焦点設定において、強度データが収集され、前記第１のセットにおいて実際の焦点位置に影響を与える所定の熱膨張時間未満に複数のスワースが選択され、そこから前記強度データが収集されることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記複数のスワースは、第１および第２のスワースを備えることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   リアルタイムのｘｙエンコーダ位置データを、前記検査ツールから収集することと、
   前記ｘｙ位置毎の強度データセットから、前記多項式を抽出する前に、各焦点設定から収集された前記強度データを、前記収集されたリアルタイムのｘｙエンコーダ位置データに基づいて整列させることと、をさらに備えることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記整列動作が実行される前に、前記複数の焦点設定において、ｘｙ位置の前記第１および第２のスワースから、強度データが収集されることを特徴とする方法。
6. 請求項２に記載の方法であって、
   前記複数の焦点設定のうちの第１の焦点設定において、前記複数のスワースのうちの第１のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データのエンコーダバッファへの記録を開始することと、
   前記第１の焦点設定において、前記複数のスワースのうちの第２のスワースから強度データを収集するためのセットアップへ前記検査ツールのステージを反転している間、前記整列動作における使用のために、前記エンコーダバッファからの前記ｘｙエンコーダ位置データを、システムメモリへコピーし、その後、前記第２のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データの前記エンコーダバッファへの記録を開始することと、
   前記第２のスワースから強度データを収集した後、前記複数の焦点設定のうちの第２の焦点設定において、前記第１のスワースから強度データを収集するためのセットアップへ前記検査ツールのステージを反転している間、前記整列動作における使用のために、前記エンコーダバッファからの前記ｘｙエンコーダ位置データを、システムメモリへコピーし、その後、前記第２の焦点設定において、前記第１のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データの前記エンコーダバッファへの記録を開始することと、
   前記複数の焦点設定の各々において、後続するスワースのペアのための記録を開始することとコピーすることとの動作を繰り返すことと、をさらに備えることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基準セットの各々から前記ターゲットセットの各々を減算することによって、各係数について、複数の差分係数値を有する前記複数の差分係数画像面を計算することを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記差分係数画像面からの各ｘｙ位置における前記差分係数値のための画像ポイントを、各係数のための軸を有する散布図へプロットし、
   そのような散布図の画像ポイントを、興味のある画像ポイント、有害な画像ポイント、またはバックグラウンド画像ポイントからなる欠陥のクラスタへクラスタ化することによって、前記差分係数画像面が分析されることを特徴とする方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、
   前記差分係数画像面からの各ｘｙ位置のための前記差分係数値のための画像ポイントを、単位球体へ投影し、
   そのような投影された画像ポイントを、興味のある画像ポイント、有害な画像ポイント、またはバックグラウンド画像ポイントからなる欠陥のクラスタへクラスタ化することによって、前記差分係数画像面が分析されることを特徴とする方法。
10. 請求項７に記載の方法であって、前記差分係数画像面は、
    各焦点面においてターゲットおよび基準から収集された強度データセットから複数の差分画像を生成することと、
    異なる複数の焦点にわたって融合された画像を形成するために、前記差分画像を結合することと、
    欠陥検出のために、前記融合された画像を分析することと、
    により分析されることを特徴とする方法。
11. 請求項７に記載の方法であって、
    複数の異なるセグメントを形成するように、類似の値を持つ係数をともにグループ化することであって、ここで、各セグメントは、実際のデバイス構造の別の部分に対応する、グループ化することと、
    どのタイプの実際のデバイスが、前記異なるセグメントに対応しているのかに基づいて、前記異なるセグメントを分析することと、をさらに備えることを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、強度データセットの第２のターゲットセットと、強度データセットの第２の基準セットにおける各ｘｙ位置の焦点設定変化の関数として、強度の差分を分析することをさらに備えることを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、前記焦点設定は、焦点設定のペアから構成され、前記焦点設定の各ペアは、検査システムの焦点の深さの１／３または１／２であるステップ値によって分離される、ことを特徴とする方法。
14. 半導体サンプルを検査するための検査システムであって、
    入射ビームを生成するための照明源と、
    複数の焦点設定において、前記入射ビームを半導体サンプルへ向けるための照明光学系と、
    前記入射ビームに応じて、前記サンプルの複数のｘｙ位置の各々から、複数の焦点設定における強度データセットを収集するためのセンサと、
    以下の動作を実行するように構成されたコントローラであって、前記動作は、
    焦点設定の関数として、前記ｘｙ位置毎の強度データセットから、複数の係数を有する多項式を抽出することと、
    前記複数のｘｙ位置のための、前記係数の値のセットの各々を、対応する係数画像面を用いて表すことで複数の係数画像面を形成することと、
    前記サンプルにおける欠陥を検出するために、前記係数画像面のターゲットセットおよび前記係数画像面の基準セットとの比較に基づいた複数の差分係数画像面を分析することとである、コントローラと、を備えることを特徴とする検査システム。
15. 請求項１４に記載の検査システムであって、１つまたは複数のスワースの次のセットの前に、１つまたは複数のスワースの第１のセットから、前記複数の焦点設定において、強度データが収集され、前記第１のセットにおいて実際の焦点位置に影響を与える所定の熱膨張時間未満に複数のスワースが選択され、そこから前記強度データが収集されることを特徴とする検査システム。
16. 請求項１５に記載の検査システムであって、前記複数のスワースは、第１および第２のスワースを備えることを特徴とする検査システム。
17. 請求項１６に記載の検査システムであって、前記コントローラはさらに、
    リアルタイムのｘｙエンコーダ位置データを、前記センサから収集し、
    前記ｘｙ位置の収集された強度データセットの各々のために、前記多項式を抽出する前に、各焦点設定から収集された前記強度データを、前記収集されたリアルタイムのｘｙ位置データに基づいて整列する、ように構成されたことを特徴とする検査システム。
18. 請求項１５に記載の検査システムであって、さらに、
    前記サンプルを受け取るステージと、
    前記サンプルのエンコーダ位置データを保持するエンコーダバッファと、
    システムメモリと、
    を備え、前記コントローラはさらに、
    前記複数の焦点設定のうちの第１の焦点設定において、前記複数のスワースのうちの第１のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データの前記エンコーダバッファへの記録を開始し、
    前記第１の焦点設定において、前記複数のスワースのうちの第２のスワースから強度データを収集するためのセットアップへ前記検査システムのステージを反転している間、前記整列動作における使用のために、前記エンコーダバッファからの前記ｘｙエンコーダ位置データを、前記システムメモリへコピーし、その後、前記第２のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データの前記エンコーダバッファへの記録を開始し、
    前記第２のスワースから強度データを収集した後、前記複数の焦点設定のうちの第２の焦点設定において、前記第１のスワースから強度データを収集するためのセットアップへ前記検査システムのステージを反転している間、前記整列動作における使用のために、前記エンコーダバッファからの前記ｘｙエンコーダ位置データを、前記システムメモリへコピーし、その後、前記第２の焦点設定において、前記第１のスワースから強度データを収集する前に、ｘｙエンコーダ位置データの前記エンコーダバッファへの記録を開始し、
    前記複数の焦点設定の各々において、後続するスワースのペアのための記録を開始することとコピーすることとの動作を繰り返す、ように構成されたことを特徴とする検査システム。
19. 請求項１４に記載の検査システムであって、
    前記基準セットの各々から前記ターゲットセットの各々を減算することによって、各係数について、複数の差分係数値を有する前記複数の差分係数画像面を計算することを特徴とする検査システム。
20. 請求項１９に記載の検査システムであって、前記差分係数画像面の分析は、
    各焦点面においてターゲットおよび基準から収集された強度データセットから複数の差分画像を生成し、
    異なる複数の焦点にわたって融合された画像を形成するために、前記差分画像を結合し、
    欠陥検出のために、前記融合された画像を分析する
    ことで実行されることを特徴とする検査システム。
21. 請求項１９に記載の検査システムであって、
    差分係数画像面からの各ｘｙ位置における差分係数値のための画像ポイントを、各係数のための軸を有する散布図へプロットし、
    そのような散布図の画像ポイントを、興味のある画像ポイント、有害な画像ポイント、またはバックグラウンド画像ポイントからなる欠陥のクラスタへクラスタ化することによって、前記差分係数画像面が分析される、ことを特徴とする検査システム。
22. 請求項１９に記載の検査システムであって、前記差分係数画像面からの各ｘｙ位置のための前記差分係数値のための画像ポイントを、単位球体へ投影し、そのような投影された画像ポイントを、興味のある画像ポイント、有害な画像ポイント、またはバックグラウンド画像ポイントからなる欠陥のクラスタへクラスタ化することによって、前記差分係数画像面が分析されることを特徴とする検査システム。
23. 請求項１９に記載の検査システムであって、前記コントローラはさらに、
    複数の異なるセグメントを形成するように、類似の値を持つ係数をともにグループ化することであって、ここで、各セグメントは、実際のデバイス構造の別の部分に対応する、グループ化し、
    どのタイプの実際のデバイスが、前記異なるセグメントに対応しているのかに基づいて、前記異なるセグメントを分析するように構成されたことを特徴とする検査システム。
24. 請求項１４に記載の検査システムであって、前記コントローラはさらに、
    強度データセットの第２のターゲットセットと、強度データセットの第２の基準セットにおける各ｘｙ位置の焦点設定変化の関数として、強度の差分を分析するように構成されたことを特徴とする検査システム。