JP6932174B2 - 半導体デバイスの検査または計測を実行するための光学装置及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、Ａｎａｎｔ Ｃｈｉｍｍａｌｇｉらによって２０１２年６月２６日に出願された、Ｄｅｅｐ ＵＶ−ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｂｒｏａｄ Ｂａｎｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｔｏｏｌｓと題された米国仮特許出願第６１／６６４，４９３号の優先権を主張するものであり、全ての目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して、ウェハおよびレチクル検査および計測の分野に関する。より具体的には、本発明は、かかる検査および計測ツールの光源に関する。

概して、半導体製造の産業は、シリコン等の基板上に層状にされ、パターン形成される半導体材料を用いて集積回路を製作するための非常に複雑な技術を伴う。典型的に、集積回路は、複数のレチクルから製作される。レチクルの発生およびかかるレチクルのその後の光学検査は、半導体の生成において標準的なステップになっている。最初に、回路設計者は、特定の集積回路（ＩＣ）設計を記述する回路パターンデータを、レチクル生成システムまたはレチクル描画機に提供する。

大規模な回路集積および半導体デバイスのサイズ減少に起因して、レチクルおよび製作されたデバイスは、ますます欠陥に敏感になっている。すなわち、デバイスに故障を生じさせる欠陥は、ますます少なくなっている。概して、デバイスは、エンドユーザまたは顧客への出荷前に故障のないことが必要とされ得る。

半導体レチクルもしくはウェハにおける欠陥を検出するか、または構造を特徴付けるために、種々の検査および計測システムが半導体産業内で用いられる。一種類のツールは、光学検査または計測システムである。光学検査および計測システムにおいて、１つ以上の入射ビームが、半導体ウェハまたはレチクルに向けて方向付けられ、その後、反射および／または散乱されたビームが検出される。その後、検出されたビームは、検出された電気信号または像を発生させるために使用され、その後、かかる信号または像は、欠陥がウェハまたはレチクルに存在するかを判定するか、または被試験試料における特徴を特徴付けるために分析される。

種々の光源機構を光学検査および計測ツールと共に用いることができる。１つの例は、アーク灯ベースの光源である。別の例は、レーザー維持プラズマ光源である。アーク灯およびプラズマベースの光源は両方とも、著しい量の帯域外放射を生成する傾向があり、これは、不十分な電力変換効率につながる。さらに、これらの光源は、帯域外放射に対して複雑な熱管理機構を必要とする。プラズマベースの光源もまた、出力輝度スケーラビリティに関して制限を有する。

米国特許出願公開第２００７／０２２２９７４号

光学検査および計測ツールのための光源の向上に対する必要性が継続的に存在する。

以下は、本発明のある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提示する。この概要は、開示の広範な全体像ではなく、本発明の重要な／重大な要素を特定するものでも、または本発明の範囲を描写するものでもない。その唯一の目的は、後で提示される発明を実施するための形態の前置きとして、簡略化された形で本明細書に開示されるいくつかの概念を提示することである。

一実施形態において、半導体デバイスの検査または計測を実行するための光学装置が開示される。装置は、異なる波長範囲を有する入射ビームを提供するように構成可能な複数のレーザーダイオードアレイを含む。また、装置は、入射ビームを試料に向けて方向付けるためのオプティクスと、入射ビームに応答して試料から発せられる出力ビームに基づいて、出力信号または像を発生させるための検出器と、出力ビームを検出器に向けて方向付けるためのオプティクスとも含む。装置は、異なる波長範囲で前記入射ビームを提供するようにレーザーダイオードアレイを構成し、かつ出力信号または像に基づいて試料の欠陥を検出するか、または特徴を特徴付けるためのコントローラをさらに含む。

特定の実装例において、レーザーダイオードアレイは、深ＵＶ（紫外線）およびＵＶ連続波ダイオードレーザーを含む。一態様において、レーザーダイオードアレイは、ＶＩＳ（可視）およびＮＩＲ（近赤外）連続波ダイオードレーザーをさらに含む。さらなる態様において、レーザーダイオードアレイは、広帯域範囲を共に形成する異なる波長範囲を有する入射ビームをもたらすように選択的に活性化することができる、ダイオードバーの複数の２次元（２Ｄ）スタックを含む。

別の実施形態において、コントローラは、入射ビームが、異なる波長範囲から選択される特定の波長範囲を有するように、１つ以上のレーザーダイオードアレイを活性化するように構成され、かつ入射ビームが、特定の波長範囲内に入らない何らかの波長を含まないように、レーザーダイオードアレイのうちの他の１つ以上を非活性化するように構成される。さらなる態様において、装置は、活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイから出力光を受信し、入射ビームにおいて異なる照明プロファイルを形成するためのビーム成形オプティクスを含む。別の態様において、装置は、活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイから出力光を受信し、組み合わせるための結合オプティクスを含む。例示的な一実装例において、結合オプティクスは、レーザーダイオードアレイの個々のダイオードのまたはダイオードバーの電力より高い正味電力を達成するために、同一の波長を有する出力光を組み合わせる空間カプラーまたは偏光カプラー、および異なる波長範囲を有する出力光を組み合わせるための波長カプラーを備える。

特定の実施形態において、レーザーダイオードアレイは、ダイオードバーの複数の２次元（２Ｄ）スタックを含み、スタックは、異なる波長範囲を有する。例えば、スタックの波長範囲は共に、約１９０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲を網羅する。一態様において、スタックの波長範囲は共に、深ＵＶ、ＵＶ、ＶＩＳ、およびＮＩＲの波長を含む。別の態様において、第１のセットの１つ以上のスタックは、深ＵＶまたはＵＶベースのレーザーダイオードから形成され、第２のセットの１つ以上のスタックは、ＶＩＳベースのレーザーダイオードから形成され、第３のセットの１つ以上のスタックは、ＮＩＲベースのレーザーダイオードから形成される。さらに別の実施形態において、各スタックは、約１５〜８０ｎｍの波長範囲幅を有する。各ダイオードバーの各レーザーダイオードは、約１ワット以上の電力を提供することができる。１つの例において、各スタックは、約２００ワット以上の電力を提供する。別の実装例において、各２Ｄスタックのダイオードバーは、その対応する２Ｄスタックと同一の波長範囲を有する。

別の実装例において、本発明は、半導体検査ツールにおいて光源を発生させるための方法に関する。１つ以上のレーザーダイオードアレイは、選択され、活性化されて、選択された検査アプリケーションの指定された波長範囲で光を発生させ、一方で、１つ以上のレーザーダイオードアレイが、指定された波長範囲外で光を発生させることを防止する。活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイからの光は、共に結合されて、入射ビームを形成する。入射ビームは、ウェハまたはレチクルに方向付けられ、選択された検査アプリケーションは、入射ビームに応答してウェハまたはレチクルから検出された光に基づいて実行される。さらなる態様において、１つ以上のレーザーダイオードアレイを選択し、活性化し、光を結合し、入射ビームを方向付け、選択された検査アプリケーションを実行するための動作は、異なる指定された波長範囲を有する複数の順次選択された検査アプリケーションに対して繰り返される。

本発明のこれらのおよび他の態様は、図面を参照して以下に詳述される。

本発明の一実施形態に従う、構成可能なダイオードアレイを有する照明源配置の図表示である。 本発明の特定の実装例に従う、個々のエミッタダイオードから２Ｄスタックを形成する図表示である。 本発明の特定の実装例に従う、端面発光レーザーダイオードバーの斜視図である。 本発明の特定の実装例に従う、端面発光レーザーダイオードスタックの斜視図である。 本発明の一実施形態に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための空間結合オプティクスの図表示である。 本発明の一実施形態に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための偏光結合オプティクス配置の図表示である。 第１の実装例に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための波長結合オプティクス配置の図表示である。 第２の実装例に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための波長結合オプティクス配置の図表示である。 単一の平らな切子面を有する光ファイバーの形のホモジナイザーを説明する。 本発明の一実施形態に従う、光源発生および検査／計測のための手順を説明する流れ図である。 本発明の実施形態により瞳面で生成することができる異なる照明プロファイルを表す。 本発明の実施形態により瞳面で生成することができる異なる照明プロファイルを表す。 本発明の実施形態により瞳面で生成することができる異なる照明プロファイルを表す。 構成可能なダイオードレーザーアレイを持つ照明源モジュールの実施形態が、本発明の特定の実装例に従って組み込まれ得る、検査システムの図表示である。

以下の発明を実施するための形態において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。本発明は、これらの具体的な詳細の一部または全てがなくとも実施され得る。他の場合において、本発明を不必要に不明瞭にしないように、周知のコンポーネントまたは工程動作は詳細には記載されていない。本発明は、特定の実施形態と併せて記載されるが、本発明を実施形態に限定するよう意図されないことが理解される。

概して、光学検査ツールで用いられる構成可能なインコヒーレントレーザーダイオードアレイ（例えば、２−Ｄスタックのエミッタ）を有する照明源が提供される。照明源は、特定の検査アプリケーションにおいて必要に応じて波長の特定の領域を網羅するように構成可能なレーザーダイオードアレイを含む。例えば、レーザーダイオードアレイは、深ＵＶ（紫外線）、ＵＶ、ＶＩＳ（可視）、およびＮＩＲ（近赤外）領域から選択的に得られる波長幅を提供する。

図１は、本発明の一実施形態に従う、構成可能なダイオードアレイを有する照明源配置１０１の図表示である。示されるように、照明源配置１０１は、複数の照明源１０２を含む。説明される実装例において、各照明源１０２は、単純に１Ｄアレイのエミッタダイオードの形であることが可能であるが、各照明源は、複数の構成可能な２Ｄスタックのレーザーエミッタダイオード（例えば、スタック１−ｎ）の形である。

また、照明源配置１０１は、アクティブダイオードによって出力されるビームのうちの１つ以上のプロファイルを操作するためのビーム成形オプティクス１０４およびアクティブ照明源からのビーム出力を共に結合するためのビーム結合オプティクス１０５を含み得る。説明された実施形態において、ビーム成形オプティクス１０４は、照明源からの出力であるビームのうちの１つ以上を直接受信し、成形するために、照明源に隣接して配置される。代替的に、ビーム結合オプティクス１０５は、結合されたビームがビーム成形オプティクス１０４によって受信される前に、照明源からのビーム出力を直接受信し、結合するために、照明源に隣接して配置され得る。さらに別の代替案において、ビーム成形オプティクス１０４および／またはビーム結合オプティクス１０５の異なる部分が、アクティブダイオードからの異なるサブセットのビーム出力の異なる経路に設置され得る。

また、照明源配置１０１は、ビーム結合オプティクス１０５およびビーム成形オプティクス１０４からの出力である、結合され、成形された結果として生じるビームを受信するためのホモジナイザー１０６も含み得る。結合および／または成形された入射ビームは、以下に詳述される特定の検査または計測システムに入射光を提供するように、１０６ａホモジナイザー１０６の第１の端部を通過し、かつかかるホモジナイザー１０６の第２の端部１０６ｂを通じて出力され得る。

説明された照明源モジュール１０１は、成形オプティクス１０４、ビーム結合オプティクス１０５、およびホモジナイザー１０６を備えるように記載されているが、これらのコンポーネントのうちの１つ以上を、光学検査または計測ツールの他のモジュールに組み込むことが可能であることが理解される。例えば、照明源モジュール１０１は、ビーム成形オプティクス１０５の出力が、光学ツールのホモジナイザーまたはかかる光学システムの別の適切な光学コンポーネントの入力上に生成されるように、ホモジナイザーを含み得ない。

図１に戻り、１つ以上の照明源１０２は、第１のファイバー端部１０６ａ上に結合することができる１つ以上のビームを出力するように、選択的にオンにされ得る。いくつかの構成において、１つ以上の他の照明源１０２は、第１のファイバー端部１０６ａ上に結合および／または成形されるビームの出力を防止して、入射ビームを生成するために、オフにされ得る。各照明源は、同時に、順次、または任意の適切な順序で選択的に活性化され得る。

図２Ａは、本発明の特定の実装例に従う、２Ｄダイオードスタック２０６の図表示である。示されるように、１Ｄダイオードバー２０４は、個々のエミッタダイオード（例えば、２０２、２０２ａ、２０２ｂ）から形成され、複数の１Ｄダイオードバー（例えば、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、および２０４ｄ）は、２Ｄダイオードスタック２０６を形成するために用いられる。１つの例において、連続波エミッタは、２Ｄダイオードスタックを形成するために用いられ得る。各エミッタダイオードは、出力が、ウェハ表面に沿って、かつダイオードの劈開端面から伝播されるように、端面型エミッタの形であり得る。

概して、ダイオード出力に対して異なる波長範囲を発生させるために、ダイオードの材料を変更することができる。各２Ｄスタックは、同一のまたは異なる波長特性を有するダイオードバーから形成することができる。異なるスタック、かつ任意で、１つ以上のスタックの異なるダイオードバーは、異なる波長幅または範囲を網羅することができる。その後、スタックは、種々のアプリケーションに対して広範な波長を選択的に網羅することができる。例えば、ダイオードスタックのうちの全てが活性化された場合、それらは、約１９０〜１０００ｎｍ、またはさらには１００ｎｍもの低い波長範囲を有する光を共に生成する。例えば、第１のセットのバーまたはスタックは、異なるＤＵＶ−ＵＶベースのダイオードから形成され得、第２のセットのバーまたはスタックは、異なるＶＩＳベースのダイオードから形成することができ、一方で、第３のセットのバーまたはスタックは、異なるＮＩＲベースのダイオードから形成することができる。

約２２０ｎｍ〜約３３０ｎｍの波長範囲内の深ＵＶおよびＵＶベースのダイオードは、ＲＩＫＥＮ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｊａｐａｎ等の多数の会社および研究所によって開発されている。特定の例として、ＲＩＫＥＮのこれらの深ＵＶおよびＵＶベースのダイオードは、２７０ｎｍ ＤＵＶ−ＬＥＤに対して３３ｍＷの最大出力電力を有する。２６０ｎｍより短い波長を持つダイオードの場合、出力電力は、２４７ｎｍおよび２３７ｎｍ ＤＵＶ−ＬＥＤに対してそれぞれ１５ｍＷおよび５ｍＷである。数１０ｍＷの電力を有するＶＩＳおよびＮＩＲベースのダイオード、バー、およびスタックは、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡのＯｃｌａｒｏから入手可能である。

図１に関する特定の例において、スタック１は、Ｘ＋５ｎｍ〜Ｘ＋１０ｎｍの波長範囲を有し、スタック２は、Ｘ＋１５ｎｍ〜Ｘ＋２０ｎｍの波長範囲を有する。Ｘが１９０ｎｍに等しく、１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の一部が選択的に網羅される場合、残りのスタックはそれぞれ、スタックｎに対して最大Ｘ＋８１０ｎｍの異なる範囲を有する。この配置の各スタックは、それぞれが、そのスタックと同一の波長範囲を有する、１Ｄダイオードバーから形成することができる。スタックの個々のバーは、特定の電力要求を達成するように、同一の波長範囲を有し得る。あるいは、単一のバーによって電力要求が満たされる場合、スタックの個々のバーは異なる波長幅を有し得る。例えば、スタック２０６の第１のバー２０４ａ（図２）は、Ｘ＋５ｎｍ〜Ｘ＋１０ｎｍの第１の幅を有し、スタック２０６の第２のバー２０４ｂは、Ｘ＋１５ｎｍ〜Ｘ＋２０ｎｍの波長範囲を有する。スタック２０６の第３のバー２０４ｃは、Ｘ＋２０ｎｍ〜Ｘ＋２５ｎｍの第１の幅を有し、このスタック２０６ならびに他のスタックの残りのバーは、１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの同一の例示的な全幅が用いられる場合、最大Ｘ＋８１０ｎｍの異なる幅を有することができる。

個々のダイオードまたは１Ｄダイオードバーは、５〜１０ｎｍもの低い広帯域幅ならびに約数１０ｍＷ〜数１００ｍＷの電力範囲を有し得る。一実施形態において、各ダイオードは、各スタックのバーに最大２００ダイオードを配置することによって、最大２００Ｗを有する２Ｄスタックを達成することができるように、１Ｗ（ワット）以上の電力を提供する。１つの検査アプリケーションにおいて、複数の２００Ｗスタックは、共に結合して、広帯域インコヒーレントレーザーベースの光源を形成することができ、これは、ｋＷの電力のみを達成することができるレーザー維持プラズマ源の代替として、明視野ツールに対して非常に魅力的であり得る。かかるエミッタを２−Ｄスタックに組み込むことは、例として、０．２４ＮＡを持つ１ｍｍの直径の送達ファイバーに結合することができる小さい波長分散（約３ｎｍ ＦＷＨＭ）において、このように高い電力出力を得ることを可能にする。

各特定のダイオードバーまたはスタックの配置に関係なく、選択的に活性化され、より広い幅に組み合わせることができる、各選択可能なサブセットのダイオード（バーまたはスタック）は、１５〜８０ｎｍの波長幅を有することができる。これらの配置は、検査されている特定の層または欠陥の種類によって、要求に応じて、特定の波長をオンまたはオフにすることを可能にする。また、ウェハの種類によって、活性化された光源のレーザー電力を直接変調することもでき、照明器の熱管理に関する懸念が軽減された効率的な光源につながる。すなわち、複雑な熱管理機構は必要とされない。

本明細書に記載される１Ｄまたは２Ｄダイオードアレイは、任意の適切な構成を有し得る。概して、各レーザーダイオードは、正孔が再結合してエネルギーを光子として放出する、通電ｐ−ｎまたはｐ−ｉ−ｎ半導体接合を含む。光子は、半導体表面と垂直に発光することができるか（面発光ダイオード）、または劈開端面から発光することができる（端面発光ダイオード）。図２Ｂは、ダイオードバーの劈開端面２５４において、ダイオードごとに光（例えば、２５６）を出力するための複数の導波路（例えば、２５２ａおよび２５２ｂ）を有するレーザーダイオードバー２５０の斜視図である。

その後、各スタックは、図２Ｃに示されるように、１Ｄアレイの端面エミッタダイオードから形成され得る。示されるように、スタック２７０は、交互の１Ｄダイオードバー（例えば、２７２ａおよび２７２ｂ）ならびにヒートシンク層（例えば、２７４ａおよび２７４ｂ）から形成され得る。各１Ｄダイオードバーは、導波路（例えば、２７６ａおよび２７６ｂ）から光を端面発光するように構成することができる。特定の例において、各スタックは、ウェハから１Ｄレーザーアレイを劈開することによって製作され得る。各１Ｄレーザーアレイは、薄いヒートシンク層に付着される。その後、１Ｄアレイおよびヒートシンク層のセットは、共に付着されて、交互のアレイおよびヒートシンク層を形成する。各スタックの幅および高さは、特定の開口、送達ファイバーの幅、および検査システムのＮＡに基づいて選択することができる。

アクティブ１Ｄまたは２Ｄダイオードアレイのうちの２つ以上の出力は、空間カプラー、偏光カプラー、波長カプラー、またはそれらの任意の組み合わせ等の任意の適切な型のカプラーと結合することができる。最初の２つの結合型は、特定の波長でレーザーからの正味出力を増加するために用いることができ、一方で、波長結合型は、送達経路内に同時に結合される複数の波長を持つより広帯域源を達成するために用いられ得る。

図３Ａ〜３Ｃは、２Ｄダイオードスタックの出力を組み合わせるためのこれらの異なる方法を説明する。図３Ａは、本発明の一実施形態に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための空間結合オプティクス配置３００の図表示である。示されるように、スタック１ ３０２ａおよびスタック２ ３０２ｂの出力は両方とも、２つのビームを空間的に組み合わせて、かかるビームが、送達経路、例えば、ファイバー３０６の一部に送達されるように構成される、空間結合オプティクス３０４によって受信される。例えば、空間結合オプティクス３０４は、スタック１ ３０２ａの出力を光ファイバー３０６の上半分に方向付け、スタック２ ３０２ｂの出力を光ファイバー３０６の下半分に方向付ける。ファイバーは、受信した光を共に混合する。空間結合オプティクスは、より大きな光導体またはファイバーに供給される個々のファイバーの形をとり得る。大きなファイバーは、光を混合する。

空間結合オプティクスからの出力は、光ファイバー３０６によって直接受信されるように示されているが、他の結合オプティクスが、空間結合オプティクス３０４とファイバー３０６との間に挿入され得る。さらに、任意のセットの活性化された１つ以上のスタックは、送達経路に空間的に結合され得る。

図３Ｂは、本発明の一実施形態に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための偏光結合オプティクス配置３７２の図表示である。示されるように、Ｓ偏光子３５６は、第１のスタック（図示せず）からの出力を受信し、Ｓ偏光３５４ａを出力するように配置される。その後、偏光カプラー３５２は、第２のスタック（図示せず）からのＰ偏光出力３５４ｂを受信し、ＳおよびＰ偏光出力を共に結合するように配置される。

図３Ｃは、第１の実装例に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための波長結合オプティクス配置３７０の図表示である。この実施形態において、波長結合オプティクスは、それぞれ第１の波長を伝送し、第２の波長を反射するダイクロイックミラーから形成される。説明されるように、第１の波長＿１を有する（第１のダイオードアレイからの）出力３７４ａは、ミラー３７２ａによって伝送され、一方で、第２の波長＿２を有する（第２のアレイからの）出力３７４ｂは、ミラー３７２ａによって反射される。したがって、波長＿１および波長＿２を有する２つの出力は、ミラー３７２ａによって組み合わされる。その後、第２のミラー３７２ｂは、３つの波長＿１〜３を有する３つの出力３７４ａ〜ｃが共に組み合わされるように、組み合わされたビームを受信し、伝送し、かつ第３の波長＿３を有する（第３のダイオードアレイからの）第３の出力３７４ｃを反射するように配置される。異なるダイオードアレイからの任意の数の波長出力を組み合わせるように、任意の数のミラーが連続して配置され得る。ミラーは、受信したダイオードバーまたはスタック出力の対応する波長範囲を伝送し、反射するように構成される。

図３Ｄは、第２の実装例に従う、構成可能なダイオードアレイの出力を結合するための波長結合オプティクス配置３７０の図表示である。この実施形態において、回折格子カプラー３９４は、異なる角度で、空間カプラー３９６を介してスタック１ ３０２ａおよびスタック２ ３０２ｂからの出力を受信し、受信した光を、その後、送達経路、例えば、ファイバー３０６で受信される１つのビームに組み合わせる。格子カプラーを用いて、ダイオードアレイごとにより微細な格子の波長幅を達成することができる。

特定の実施形態において、結合された出力は、以下のコンポーネントのうちの１つ以上の形をとるホモジナイザーによって受信され得る：１つ以上の切子面のあるエッジを有する光ファイバー、光導体の有無にかかわらず組み合わせられるマイクロレンズまたはマイクロプリズムアレイ等。図４は、単一の平らな切子面４０２を有する光ファイバーの形のホモジナイザー４００を説明する。代替的に、光ファイバーは、複数の切子面のあるエッジを有することが可能である。

図５は、本発明の一実施形態に従う、光源発生および検査（または計測）のための手順５００を説明する流れ図である。最初に、動作５０２において、第１の検査アプリケーションが、異なる波長範囲指定を有する複数の異なる検査アプリケーションから選択され得る。例えば、深ＵＶ検査が選択され得る。その後、動作５０４において、エミッタダイオードのうちの１つ以上のスタック（またはバー）が選択されて、指定された波長範囲外で光を生成することなく、選択された検査の指定された波長範囲で光を発生させ得る。例えば、深ＵＶを発光するように構成されるスタック（またはバー）のみが活性化され、一方で、ＶＩＳまたはＮＩＲ波長範囲を有する他のスタックは、オフのまま維持されるか、またはオフにされる。

その後、動作５０６において、カスタム照明プロファイルを発生させるために、アクティブスタック（またはバー）によって出力される光が成形され得る。このカスタマイズは任意である。図６Ａ〜６Ｃは、本発明の光源実施形態を用いて光学ツールの瞳面で生成することができる、異なる照明プロファイルを表す。瞳面での入射ビーム断面は、暗部で表される。当然ながら、他の種類の照明プロファイルが本発明で発生され得る。

図６Ａは、ビームに対して環状照明プロファイルを持つ瞳面６００を示す。すなわち、入射ビームの環状部分６０２のみが、瞳６００で発生され、一方で、入射ビームの部分６０４および６０６は発生されない。図６Ｂは、入射ビームに対して四極子照明プロファイルを持つ瞳面６５０を説明する。すなわち、入射ビームの四極子部分６５２ａ〜６５２ｄのみが、瞳６５０で発生され、一方で、入射ビームの部分６５４は発生されない。図６Ｃは、入射ビームに対して双極子照明プロファイルを持つ瞳面６６０を説明する。すなわち、入射ビームの双極子部分６６２ａおよび６６２ｂのみが、瞳６５０で発生され、入射ビームの部分６６４は発生されない。

さらに、異なる波長幅スタック（またはバー）からの出力は、異なる角度の入射をもたらすように、瞳領域の異なる部分に方向付けられ得る。例えば、図６Ｂの四極子部分および図６Ｃの双極子部分のそれぞれは、異なる波長範囲を有するスタック（またはバー）出力ビームを受信するように配置され得る。

図５に戻り、その後、動作５０８において、アクティブスタック（またはバー）によって出力される、かつ可能性として成形される光が、共に結合され得る。例えば、空間、偏光、および／または波長カプラーは、２つ以上のスタック（またはバー）によって出力される光路に配置される。また、この結合は、特定の照明プロファイルの異なる部分に方向付けられる異なるスタック（またはバー）出力を達成するように、任意の成形オプティクスと併せて機能するように配置することもできる。

その後、動作５１０において、結合された光は、結合された光をホモジナイズするファイバーを通じて任意で方向付けられ得る。その後、動作５１２において、結合された（かつ可能性としてホモジナイズされた）光が、結果として生じる入射ビームの形で被試験試料に方向付けられ得、結果として生じる入射ビームに基づいて、現在選択されている検査アプリケーションが実行される。例えば、入射光に応答して試料から発せられる光は、半導体ウェハまたはレチクル等の試料の特性を判定するように方向付けられ、分析される。

その後、動作５１４において、さらなる検査アプリケーションが存在するかが判定され得る。例えば、異なる波長範囲を用いて実行されるさらなる検査が存在しない場合、手順５００は終了し得る。あるいは、その後、次の検査アプリケーションが選択され得、手順５００を繰り返す。例えば、ＶＩＳベースの検査アプリケーションが選択され、かつＶＩＳ波長を発光するダイオードアレイが活性化され、一方で、ＶＩＳ波長以外を発光する他のダイオードアレイは、非活性化されるか、またはオフのままである。

本発明のある実施形態は、十分に広範な、または「ちょうど良い」波長範囲を有する単一のビームを出力するビームカプラーにカスタマイズ可能な光源活性化および発生を提供する。このカスタマイズ可能な光源は、比較的高い電力レベルでの異なる検査または計測アプリケーションに対する多様な数の光源ニーズを満たすことができる。複数の照明ダイオードアレイ源の使用は、試料への高輝度照明の効率的な送達を可能にする。異なる波長を持つレーザーを、効率的に組み合わせることができる。この配置は、ますます小さくなる表面異常を検出するために、光効率の増加が所望される、暗視野検査に特に適している。さらに、単純に異なるファイバーを選択的に照射することによって、異なる結像および検査モード（明視野および暗視野検査モード等）が容易に提供され得る。

本発明の照明源実施形態は、任意の適切な検査または計測ツールで実施され得、多様な数および種類の検査または計測アプリケーションに対して選択された波長範囲を提供するように構成され得る。図７は、構成可能なダイオードレーザーアレイを持つ照明源モジュール１０１の実施形態が、本発明の特定の実装例に従って組み込まれ得る、検査または計測システム１００の図表示である。示されるように、システム１００は、それぞれオン（アクティブ）またはオフ（非アクティブ）になるように構成される２Ｄダイオードアレイスタック１０２を含む、図１の照明源配置１０１を含む。また、システム１００は、照明源１０２のうちの選択された照明源をオンまたはオフにするためのコントローラ１１０も含む。

入射ビームは、ホモジナイザー１０６から、ビームを試料１１６に向けて中継するのに役立つ多くのレンズ１０８を通じて通過し得る。これらのレンズ１０８は、平行、収束、拡大、縮小等の入射ビームに関する任意の適切なビーム操作を提供し得る。その後、入射ビームは、ビームスプリッタ１１２によって受信され得、その後、ビームスプリッタは、対物レンズ１１４を通じて入射ビームを反射し、対物レンズは、１つ以上の入射角で入射ビームを試料１１６に集束する。例えば、第２のホモジナイザー端部１０６ｂは、対物レンズ１１４の後焦点面１１８に結像される。

ホモジナイザー１０６は、ファイバー１０６の形をとり得、入射ビームに存在し得るスペックル雑音を実質的に除去して、それによって、より均一かつインコヒーレントな照明を生成するように動作する、ファイバー変調器（図示せず）と結合され得る。例えば、ファイバー変調器は、ファイバー内のモード間の位相差を変化させ、したがって、空間コヒーレンスを低減させて、スペックルのない照明を生成するために、ホモジナイザーファイバーを伸張するように動作する、圧電変調器であり得る。代替的に、またはさらに、システムは、スペックルを低減するように回転拡散器を含み得る。しかしながら、回転拡散器は、光効率が低く、明視野検査等の高光効率を必要としないアプリケーションにのみ用いられ得る。

入射ビームが試料に衝突した後、光は、その後、試料１１６から反射（および／または伝送）および散乱され得、これは、本明細書において、任意の数の光線またはビームレットを含み得る「出力ビーム」または「出力光」と称される。また、検査システムは、出力光を検出器に向けて方向付けるための任意の適切なレンズ配置も含む。説明された実施形態において、出力光は、ビームスプリッタ１１２、フーリエ面中継レンズ１２０、結像開口１２２、およびズームレンズ１２４を通過する。概して、フーリエ面中継レンズは、試料のフーリエ面を結像開口１２２に中継する。結像開口１２２は、出力ビームの一部を遮断するように構成され得る。例えば、開口１２２は、明視野検査モードにおいて、対物開口数内の出力光の全てを通すように構成され得、暗視野検査時に、試料からの散乱光のみを通すように構成され得る。また、検出された信号から周期構造をフィルタするために、高次の出力ビームを遮断するように、結像開口１２２にフィルタも設置され得る。

結像開口１２２を通り抜けた後、出力ビームは、その後、試料１１６の像を拡大するのに役立つズームレンズ１２４を通過し得る。その後、出力ビームは、検出器１２６に衝突する。適切なセンサーは、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、ＣＣＤアレイ、時間遅延積分（ＴＤＩ）センサー、ＴＤＩセンサーアレイ、光電子増倍管（ＰＭＴ）、および他のセンサーを含む。反射システムにおいて、光学素子は、試料を照射し、反射された像を捕捉する。

コントローラ１１０は、ソフトウェアおよびハードウェアの任意の適切な組み合わせであり得、概して、検査システム１００の種々のコンポーネントを制御するように構成される。例えば、コントローラは、照明源１０２の選択的な活性化、ファイバー変調器設定、結像開口１２２設定等を制御し得る。また、コントローラ１１０は、検出器１２６によって発生された像または信号も受信し得、結果として生じる像または信号を分析して、試料に欠陥が存在するか判定するか、試料に存在する欠陥を特徴付けるか、あるいは試料パラメータを判定することによって試料を特徴付けるように構成され得る。

１つ以上の検出された信号または像に基づいて判定することができる例示的な試料パラメータは、限界寸法（ＣＤ）、膜厚、メタルゲート凹部、高誘電率凹部、側壁角、ステップ高、ピッチウォーキング、トレンチおよび接点プロファイル、オーバーレイ、材料特性（例えば、材料組成、屈折率、極薄拡散層を含む臨界膜への応力、極薄ゲート酸化物、高度なフォトレジスト、１９３ｎｍ ＡＲＣ層、極薄多層スタック、ＣＶＤ層、および高度な高誘電率メタルゲート（ＨＫＭＧ）、極薄減結合プラズマ窒化（ＤＰＮ）工程層、誘導体間を含む非臨界膜への応力、フォトレジスト、底部反射防止コーティング、厚膜酸化物および窒化物、ならびに線層の後端）、半導体製造工程パラメータ（例えば、スキャナーに対する焦点および線量、エッチングツールに対するエッチング速度）等を含む。

図７に戻り、ホモジナイザー１０６の第２の端部１０６ｂは、好ましくは、対物レンズの瞳面が第２の端部１０６ｂで結像されるように位置付けられ得る。すなわち、第２のホモジナイザー端部１０６ｂは、対物後焦点面１１８の共役面である、照明瞳内に位置付けられる。第２のホモジナイザー端部１０６ｂは、１つ以上の入射角で試料１１６の特定の一または二次元領域を照射するために、（例えば、ビーム成形オプティクス１０５によって生成される）任意の特定の形を伝送するように配置され得る。

コントローラ１１０は、結果としての試験像および他の検査特性を表示するためのユーザインターフェース（例えば、コンピュータ画面上）を、（例えば、プログラミング命令を用いて）提供するように構成され得る。また、コントローラ１１０は、入射光の波長範囲を選択すること等のユーザ入力を提供するための１つ以上の入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、ジョイスティック）も含み得る。ある実施形態において、コントローラ１１０は、光源活性化および検査技術を行うように構成される。典型的に、コントローラ１１０は、入力／出力ポートに結合される１つ以上のプロセッサ、および適切なバスまたは他の通信機構を介する１つ以上のメモリを有する。

かかる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実装され得るため、かかるシステムは、コンピュータ可読媒体に記憶することができる、本明細書に記載の種々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。機械可読媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープ等の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスク等の光媒体、光ディスク等の光磁気媒体、ならびに読み取り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）等の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るハードウェアデバイスを含むがこれらに限定されない。プログラム命令の例としては、コンパイラ等によって生成される機械コードおよびインタプリタを用いてコンピュータによって実行され得るより高いレベルのコードを含有するファイルの両方を含む。

上記の図面および説明は、システムの特定のコンポーネントを制限するものと解釈されるべきではなく、システムは、多くの他の形で具体化され得ることに留意すべきである。例えば、検査または測定ツールは、レチクルまたはウェハの特徴の重大な態様を解決するように配置された多くの適切かつ周知の結像または計測ツールのうちのいずれかであり得ると考えられる。例として、検査または測定ツールは、明視野結像顕微鏡、暗視野結像顕微鏡、フルスカイ結像顕微鏡、位相コントラスト顕微鏡、偏光コントラスト顕微鏡、およびコヒーレンスプローブ顕微鏡に適用され得る。また、対象の像を捕捉するために、単一および複数の結像方法が用いられ得るとも考えられる。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）、およびダブルグラブＣＰＭ方法を含む。散乱計測等の非結像光学方法が考えられ得る。

上述の発明は、理解の明確さの目的のためにいくらか詳細に記載しているが、ある変更および修正が、添付の特許請求の範囲内で実施され得ることが明らかである。本発明の工程、システム、および装置を実装するための多くの代替的な方法が存在することに留意すべきである。したがって、本実施形態は、例示的なものであり、制限するものではないとみなされるべきであり、本発明は、本明細書に記載の詳細に限定されるべきではない。

Claims (15)

1. 異なる波長範囲を有する入射ビームを提供するように構成可能な複数のレーザーダイオードアレイであって、前記レーザーダイオードアレイが互いに異なる波長範囲を有する二次元（２Ｄ）スタックを形成し、前記２Ｄスタックの１つ以上を含む第１の組が深ＵＶ又はＵＶベースのレーザーダイオードから構成され、前記２Ｄスタックの１つ以上を含む第２の組がＶＩＳベースのレーザーダイオードから構成され、前記２Ｄスタックの１つ以上を含む第３の組がＮＩＲベースのレーザーダイオードから構成される、複数のレーザーダイオードアレイと、
   前記入射ビームを試料に向けて方向付けるための光学系と、
   前記入射ビームに応答して前記試料から発せられる出力ビームに基づいて、出力信号または像を発生させるための検出器と、
   前記出力ビームを前記検出器に向けて方向付けるための光学系と、
   前記異なる波長範囲で前記入射ビームを提供するように、前記レーザーダイオードアレイを構成し、かつ前記出力信号または像に基づいて、前記試料の欠陥を検出するか、または特徴を特徴付けるためのコントローラであって、前記入射ビームが、前記異なる波長範囲から選択される特定の波長範囲を有するように、１つ以上のレーザーダイオードアレイを活性化するように構成されたコントローラと、
   前記活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイから出力光を受信して結合するための結合光学系であって、前記レーザーダイオードアレイの個々のダイオードのパワーより高い正味パワーを達成するために、同一の波長を有する出力光を結合する空間カプラーまたは偏光カプラーと、異なる波長範囲を有する出力光を結合するための波長カプラーとを備える、結合光学系と、
   を備える、半導体デバイスの検査または計測を実行するための光学装置。
2. 前記２Ｄスタックが、広帯域範囲を共に形成する異なる波長範囲を有する前記入射ビームをもたらすように選択的に活性化することができる、ダイオードバーから形成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイから出力光を受信し、かつ前記入射ビームに異なる照明プロファイルを形成するためのビーム成形光学系をさらに備える、請求項１に記載の装置。
4. 異なる波長範囲を有する入射ビームを提供するように構成可能な複数のレーザーダイオードアレイであって、前記レーザーダイオードアレイが互いに異なる波長範囲を有する１つ以上の二次元（２Ｄ）スタックを形成し、前記２Ｄスタックが複数のダイオードバーから形成される、複数のレーザーダイオードアレイと、
   前記入射ビームを試料に向けて方向付けるための光学系と、
   前記入射ビームに応答して前記試料から発せられる出力ビームに基づいて、出力信号または像を発生させるための検出器と、
   前記出力ビームを前記検出器に向けて方向付けるための光学系と、
   前記異なる波長範囲で前記入射ビームを提供するように、前記レーザーダイオードアレイを構成し、かつ前記出力信号または像に基づいて、前記試料の欠陥を検出するか、または特徴を特徴付けるためのコントローラであって、前記入射ビームが、前記異なる波長範囲から選択される特定の波長範囲を有するように、１つ以上のレーザーダイオードアレイを活性化するように構成されたコントローラと、
   前記活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイから出力光を受信して結合するための結合光学系であって、前記レーザーダイオードアレイの個々のダイオードまたはダイオードバーのパワーより高い正味パワーを達成するために、同一の波長を有する出力光を結合する空間カプラーまたは偏光カプラーと、異なる波長範囲を有する出力光を結合するための波長カプラーとを備える、結合光学系と、
   を備える、半導体デバイスの検査または計測を実行するための光学装置。
5. 前記２Ｄスタックの前記波長範囲が全体で約１９０ｎｍから約１０００ｎｍの範囲を網羅する、請求項１に記載の装置。
6. 前記２Ｄスタックの前記波長範囲が全体で前記深ＵＶ、ＵＶ、ＶＩＳ、およびＮＩＲの波長を含む、請求項１に記載の装置。
7. 各２Ｄスタックが、約１５から８０ｎｍの波長範囲幅を有する、請求項１に記載の装置。
8. 各ダイオードバーの各レーザーダイオードが、約１ワット以上のパワーを提供する、請求項４に記載の装置。
9. 各２Ｄスタックが、約２００ワット以上のパワーを提供する、請求項８に記載の装置。
10. 各２Ｄスタックの前記ダイオードバーが、その対応する２Ｄスタックと同一の波長範囲を有する、請求項４に記載の装置。
11. 前記レーザーダイオードアレイが、深ＵＶ及びＵＶ連続波ダイオードレーザーを含む、請求項４に記載の装置。
12. 前記レーザーダイオードアレイが、ＶＩＳおよびＮＩＲ連続波ダイオードレーザーを含む、請求項４に記載の装置。
13. １つ以上のレーザーダイオードアレイを選択および活性化して、選択された検査アプリケーションの指定された波長範囲で光を発生させ、他の１つ以上のレーザーダイオードアレイが、前記指定された波長範囲外で光を発生することを防止することであって、２Ｄスタックの１つ以上を含む第１の組が深ＵＶまたはＵＶベースのレーザーダイオードから構成され、前記２Ｄスタックの１つ以上を含む第２の組がＶＩＳベースのレーザーダイオードから構成され、前記２Ｄスタックの１つ以上を含む第３の組がＮＩＲベースのレーザーダイオードから構成される、ことと、
    前記活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイからの光を共に結合して、入射ビームを形成することと、
    前記入射ビームをウェハまたはレチクルに方向付けることと、
    前記入射ビームに応答して前記ウェハまたはレチクルから検出された光に基づいて、前記選択された検査アプリケーションを実行することと、
    １つ以上のレーザーダイオードアレイを選択及び活性化し、光を結合し、前記入射ビームを方向付け、前記選択された検査アプリケーションを実行するための動作を、異なる指定された波長範囲を有する複数の順次選択された検査アプリケーションに対して繰り返すことと、
    を含み、前記入射ビームが、異なる波長範囲から選択される特定の波長範囲を有するように、１つ以上のレーザーダイオードアレイを活性化するように構成され、前記活性化された１つ以上のレーザーダイオードアレイから出力光を受信して結合する際に、前記レーザーダイオードアレイの個々のダイオードまたはダイオードバーのパワーより高い正味パワーを達成するために、同一の波長を有する出力光を結合する空間カプラーまたは偏光カプラーと、異なる波長範囲を有する出力光を結合するための波長カプラーとを備える、
    半導体検査ツールにおいて光源を発生させるための方法。
14. 前記２Ｄスタックが、広帯域範囲を全体で形成する異なる波長範囲を有する前記入射ビームをもたらすように選択的に活性化することができる、ダイオードバーから形成される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記２Ｄスタックが、ダイオードバーから構成される、請求項１３に記載の方法。

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