JP7568639B2

JP7568639B2 - 設定可能焦点オフセットによって試料表面を追跡するための自動焦点調節システム

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Publication number: JP7568639B2
Application number: JP2021559244A
Authority: JP
Inventors: シウメイリウ; カイカオ; リチャードウォーリングフォード; マシュージュスティ; ブルックブルギエ
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2024-10-16
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: KR20210136155A; US20200319443A1; US11592653B2; JP2024177408A; CN113692546A; CN113692546B; KR102860262B1; JP2022527829A; TWI902555B; TW202104970A; TWI865513B; TW202516227A; US12474557B2; US20230204934A1; WO2020206191A1; CN121634489A; JP7793014B2

Description

本発明は、概して光学撮像システムの分野に関し、より具体的には、設定可能な焦点オフセットによって試料表面を追跡するための自動焦点調節システムに関する。

関連出願の相互参照
本出願は、発明者の氏名がＸｉｕｍｅｉＬｉｕ、ＫａｉＣａｏ、ＲｉｃｈａｒｄＷａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ、ＭａｔｔｈｅｗＧｉｕｓｔｉ、及びＢｒｏｏｋｅＢｒｕｇｕｉｅｒであり、２０１９年４月５日に出願された、発明の名称が「ＡＵＴＯＭＡＴＥＤＦＯＣＵＳＩＮＧＳＹＳＴＥＭＴＲＡＣＫＩＮＧＳＰＥＣＩＭＥＮＳＵＲＦＡＣＥＷＩＴＨＣＯＮＦＩＧＵＲＡＢＬＥＦＯＣＵＳＯＦＦＳＥＴ」である米国仮特許出願第６２／８２９，８３１号の優先権を主張し、この出願は、全体として参照することにより本明細書に取り込まれる。

ずっと小さい設置面積及び特徴を有する電子論理及びメモリデバイスに対する需要が、望ましいスケールでの製造を越えた広範囲にわたる製造課題を提示する。半導体製造に関連して、欠陥のタイプ及びサイズを正確に識別することが、処理能力及び歩留を改善する際の重要なステップである。更に、最良の撮像品質及び欠陥検出感度を達成するために、撮像システムの焦点平面が保持されなければならない。

米国特許第５６０４３４４号米国特許出願公開第２０１３／００９３８７４号

そのため、上記の従来手法の欠点のうちの１つ又は複数のものを改善するシステムを提供することが望ましいであろう。

自動焦点調節システムが開示される。一実施形態では、システムは照明源を含む。別の一実施形態では、システムは開口を含む。別の一実施形態では、システムは投影マスクを含む。別の一実施形態では、システムは検出器アセンブリを含む。別の一実施形態では、システムは、中継システムを含み、中継システムは、投影マスクを通して伝送された照明を撮像システムに光学的に結合するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、投影マスクの画像を試料から検出器アセンブリまで伝送するように構成されている。別の一実施形態では、システムは、１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラを含み、１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、プログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサに、投影マスクの１つ又は複数の画像を検出器アセンブリから受け取るステップと、投影マスクの１つ又は複数の画像の品質を決定するステップと、を行わせるように構成されている。

システムが開示される。一実施形態では、システムは撮像システムを含む。別の一実施形態では、システムは、自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、自動焦点調節システムは、開口を含む。別の一実施形態では、自動焦点調節システムは、投影マスクを含む。別の一実施形態では、自動焦点調節システムは、検出器アセンブリを含む。別の一実施形態では、自動焦点調節システムは、中継システムを含み、中継システムは、投影マスクを通して伝送された照明を撮像システムに光学的に結合するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、投影マスクの画像を試料から検出器アセンブリまで伝送するように構成されている。別の一実施形態では、システムは、１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラを含み、１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、プログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサに、１つ又は複数の投影マスクの画像を検出器アセンブリから受け取るステップと、投影マスクの１つ又は複数の画像の品質を決定するステップと、行わせるように構成されている。

自動焦点調節システムが開示される。一実施形態では、自動焦点調節システムは、投影マスク画質（ＰＭＩＱ）自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１開口を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１投影マスクを含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリと、第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリと、を含む。別の一実施形態では、システムは、正規化ｓ曲線（ＮＳＣ）自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２開口を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２投影マスクを含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第１ＮＳＣ検出器アセンブリと、第２ＮＳＣ検出器アセンブリと、を含む。別の一実施形態では、システムは、中継システムを含み、中継システムは、照明をＰＭＩＱ自動焦点調節システム及びＮＳＣ自動焦点調節システムから撮像システムに光学的に結合するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第１投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第１投影マスクの画像を試料から第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ及び第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリまで伝送するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第２投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第２投影マスクの画像を試料から第１ＮＳＣ検出器アセンブリ及び第２ＮＳＣ検出器アセンブリまで伝送するように構成されている。別の一実施形態では、システムは、１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラを含み、１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、プログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサに、１つ又は複数の信号を第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ、第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリ、第１ＮＳＣ検出器アセンブリ、及び第２ＮＳＣ検出器アセンブリから受け取るステップと、ステージアセンブリを調節して撮像システムの焦点を保持するために、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ、第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリ、第１ＮＳＣ検出器アセンブリ、及び第２ＮＳＣ検出器アセンブリからの１つ又は複数の信号に基づいてデュアル制御ループを実行するステップと、を行わせるように構成されている。

自動焦点調節システムが開示される。一実施形態では、自動焦点調節システムは、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１開口を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１投影マスクを含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリを含む。別の一実施形態では、システムは、ＮＳＣ自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２開口を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２投影マスクを含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第１ＮＳＣ検出器アセンブリを含む。別の一実施形態では、システムは、中継システムを含み、中継システムは、照明をＰＭＩＱ自動焦点調節システム及びＮＳＣ自動焦点調節システムから撮像システムに光学的に結合するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第１投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第１投影マスクの画像を試料から第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリまで伝送するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第２投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第２投影マスクの画像を試料から第１ＮＳＣ検出器アセンブリまで伝送するように構成されている。別の一実施形態では、システムは、１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラを含み、１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、プログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサに、１つ又は複数の信号を第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ及び第１ＮＳＣ検出器アセンブリから受け取るステップと、デジタルバイナリリターンマスクを第１ＮＳＣ検出器アセンブリからの１つ又は複数の信号に適用するステップと、ステージアセンブリを調節して撮像システムの焦点を保持するために、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ、第１ＮＳＣ検出器アセンブリ、及びデジタルバイナリリターンマスクの出力からの１つ又は複数の信号に基づいてデュアル制御ループを実行するステップと、を行わせるように構成されている。

自動焦点調節システムが開示される。一実施形態では、自動焦点調節システムは、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１開口を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、傾斜型第１投影マスクを含む。別の一実施形態では、システムは、ＮＳＣ自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２開口を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２投影マスクを含む。別の一実施形態では、システムは、検出器アセンブリを含む。別の一実施形態では、システムは、中継システムを含み、中継システムは、照明をＰＭＩＱ自動焦点調節システム及びＮＳＣ自動焦点調節システムから撮像システムに光学的に結合するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第１投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第１投影マスクの画像を試料から検出器アセンブリまで伝送するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第２投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第２投影マスクの画像を試料から検出器アセンブリまで伝送するように構成されている。別の一実施形態では、システムは、１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラを含み、１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、プログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサに、１つ又は複数の信号を検出器アセンブリから受け取るステップと、デジタルバイナリリターンマスクを検出器アセンブリからの１つ又は複数の信号に適用するステップと、ステージアセンブリを調節して撮像システムの焦点を保持するために、検出器アセンブリからの１つ又は複数の信号及びデジタルバイナリリターンマスクの出力に基づいてデュアル制御ループを実行するステップと、を行わせるように構成されている。

自動焦点調節システムが開示される。一実施形態では、自動焦点調節システムは、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１開口を含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、第１投影マスクを含む。別の一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節システムは、１つ又は複数のＰＭＩＱ検出器アセンブリを含む。別の一実施形態では、システムは、ＮＳＣ自動焦点調節システムを含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、照明源を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２開口を含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、第２投影マスクを含む。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節システムは、１つ又は複数のＮＳＣ検出器アセンブリを含む。別の一実施形態では、システムは、中継システムを含み、中継システムは、照明をＰＭＩＱ自動焦点調節システム及びＮＳＣ自動焦点調節システムから撮像システムに光学的に結合するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第１投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第１投影マスクの画像を試料から１つ又は複数のＰＭＩＱ検出器アセンブリまで伝送するように構成され、中継システムは、１つ又は複数のパターンを第２投影マスクから撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、第２投影マスクの画像を試料から１つ又は複数のＮＳＣ検出器アセンブリまで伝送するように構成されている。別の一実施形態では、システムは、１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラを含み、１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、プログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサに、１つ又は複数の信号を１つ又は複数のＰＭＩＱ検出器アセンブリ及び１つ又は複数のＮＳＣ検出器アセンブリから受け取るステップと、１つ又は複数のＰＭＩＱ検出器アセンブリ又は１つ又は複数のＮＳＣ検出器アセンブリのうちの少なくとも１つからの１つ又は複数の信号に基づいて、焦点誤差マップを生成するステップと、を行わせるように構成されている。

理解すべきは、上記の概要及び以下の詳細な説明は、例示的で説明的のためのものであり、必ずしも請求されるように本発明を限定するわけではない。明細書の一部分内に組み込まれ、それを構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、概要と共に発明の原理を説明するのに役立つ。

本開示についての多数の長所は、以下の添付図面への参照によって当業者によりよく理解される場合がある。

本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、従来の自動焦点調節（ＡＦ）システムの簡略図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムからの複数のｓ曲線を含むプロットである。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、正規化ｓ曲線（ＮＳＣ）プロットである。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、試料のチャネル孔の断面図の比較である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、パターン幾何構造について図１に示すＡＦシステムの感度の平面図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、歪んだｓ曲線及び対称ｓ曲線を含むプロットである。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、図１に示すＡＦシステムに結合された撮像システムによって取得された試料欠陥マップである。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、曲がった非対称ｓ曲線及び対称ｓ曲線を含むプロットである。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの簡略図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムのＡＦ光パターンを示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムのスルーフォーカス曲線（ＴＦＣ）を示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの焦点制御ループを表すプロセスフロー図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの追加の／代替の実施形態を示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの追加の／代替の実施形態を示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの簡略図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの視野を示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの追加の／代替の実施形態を示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの簡略図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムのデュアル制御ループを表すプロセスフロー図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、試料の上面からのオフセットを含むプロットである。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ｓ曲線を示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの追加の／代替の実施形態を示す図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの簡略図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステムの簡略図である。本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、例示的な投影マスクパターンを示す図である。

本開示は、特定の実施形態及びその具体的な特徴に関して特に示され説明されてきた。本明細書に記述された実施形態は、限定ではなく例示的であると考えられる。形式及び細部における様々な変更及び修正が、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく成されてもよいことが、当業者に直ちに明らかになるはずである。

ここで、開示された主題に詳細な言及がなされ、該主題は添付図面内に示されている。

図１は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、撮像システム１３０に結合された従来の自動焦点調節（ＡＦ）システム１００についての簡略図を示す。一実施形態では、ＡＦシステム１００は、中継システム１１５を介して撮像システム１３０に結合されている。

一実施形態では、ＡＦシステム１００は、照明１０１を発生するように構成された照明源１０２を含む。照明源１０２は、照明１０１を発生するための当該技術分野で公知のいずれかの照明源を含んでもよく、該照明源は、広帯域放射線源、狭帯域放射線源等を含むが、これに限定されない。

別の一実施形態では、ＡＦシステム１００は、開口１０４を含む。例えば、ＡＦシステム１００は、瞳孔開口１０４を含んでもよい。開口は、当該技術分野で公知のいずれかの開口数値を有してもよい。例えば、瞳孔開口１０４は、０．９ＮＡの開口数を有してもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム１００は、幾何学パターン１０５を投影するように構成された投影マスク１０６を含む。

中継システム１１５は、照明を中継するための当該技術分野で公知のいずれかの１組の光学要素を含んでもよい。例えば、中継システム１１５は、焦点調節レンズ１１４を含んでもよく、これに限定されない。例えば、焦点調節レンズ１１４は、ｚ調節可能焦点調節レンズ１１４を含んでもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム１００は、１つ又は複数の組のセンサ１１６を含む。例えば、ＡＦシステム１００は、第１組のセンサ１１６ａと、第２組のセンサ１１６ｂと、を含んでもよい。例えば、第１組のセンサ１１６ａは、１組の焦点センサ１１６ａであってもよく、第２組のセンサ１１６ｂは、１組の法線センサ１１６ｂであってもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム１００は、リターンマスク１１８を含む。

ＡＦシステム１００は、当該技術分野で公知の光学要素１０８を含んでもよい。例えば、１つ又は複数の光学要素１０８は、１つ又は複数のミラー１１０、１つ又は複数のビームスプリッタ１１２ａ、１１２ｂ等を含んでもよいが、これに限定されない。それに加えて、ＡＦシステム１００は、当該技術分野で公知のいずれかの追加の光学要素を含んでもよく、該光学要素は、１つ又は複数のミラー、１つ又は複数のレンズ、１つ又は複数の偏光器、１つ又は複数のビームスプリッタ、１つ又は複数の波長板等を含んでもよいが、これに限定されない。

撮像システム１３０は、１つ又は複数の光学要素１３２を含んでもよく、該光学要素は、１つ又は複数のミラー１３４、１つ又は複数の対物レンズ１３６等を含むが、これに限定されない。ここで留意するのは、１つ又は複数の光学要素１３２が、当該技術分野で公知のいずれかの光学要素を含んでもよく、該光学要素は、１つ又は複数のミラー、１つ又は複数のレンズ、１つ又は複数の偏光器、１つ又は複数のビームスプリッタ、１つ又は複数の波長板等を含むが、これに限定されないことである。

別の一実施形態では、撮像システム１３０は、照明源１０２又は別個の独立した光源（図１に図示せず）を介して試料１４０から照明を取得するように構成された１つ又は複数の検出器１３８を含む。

試料１４０は、ウェーハ、レクチル、フォトマスク等を含むがこれに限定されない当該技術分野で公知のいずれかの試料か、組織、臓器模型等であってこれに限定されない生体試料、或いは１つ又は複数の湾曲ガラス板（又は厚板）、１つ又は複数の非湾曲ガラス板（又は厚板）等であってこれに限定されない非生体試料を含んでもよい。一実施形態では、試料１４０がステージアセンブリ１４２上に配置されて、試料１４０の動作を容易にする。別の一実施形態では、ステージアセンブリ１４２は、作動可能なステージである。例えば、ステージアセンブリ１４２は、１つ又は複数の直線方向（例えば、ｘ方向、ｙ方向、及び／又はｚ方向）に沿って試料１４０を選択的に並進させるのに適した１つ又は複数の並進ステージを含んでもよいが、これに限定されない。別の一例として、ステージアセンブリ１４２は、試料１４０を回転方向に沿って選択的に回転させるのに適した１つ又は複数の回転ステージを含んでもよいが、これに限定されない。別の一例として、ステージアセンブリ１４２は、選択的に、直線方向に沿って試料１４０を並進させる及び／又は回転方向に沿って試料１４０を回転させるのに適した回転ステージ及び並進ステージを含んでもよいが、これに限定されない。

自動焦点調節システムについての記載が、「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＦＯＣＵＳＩＮＧＳＹＳＴＥＭＦＯＲＡＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ」という名称の、１９８７年１月２７日に発行された米国特許第４，６３９，５８７号において論じられ、その内容は、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。

図２Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム１００からの複数のｓ曲線を含むプロット２００を示す。図２Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、図２Ａに示す複数のｓ曲線についての正規化ｓ曲線のプロット２２０を示す。

一実施形態では、ＡＦシステム１００は、複数のｓ曲線を生成するように構成されている。例えば、図２Ａに示すように、複数のｓ曲線は、法線チャネルＡ曲線２０２と、法線チャネルＢ曲線２０４と、焦点チャネルＡ曲線２０６と、焦点チャネルＢ曲線２０８と、正規化ｓ曲線（ＮＳＣ）２１２と、を含んでもよい。

図２Ａに示すように、線形範囲は、曲線２０２の勾配２１０を用いて決定されてもよい。

プロット２２０において、正規化ｓ曲線（ＮＳＣ）２２２が、次式で表されて記載される。

式１において、Ｆ_ａは、チャネルＡについて焦点信号を表し、Ｆ_ｂは、チャネルＢについて焦点信号を表し、Ｎ_ａは、チャネルＡについて法線信号を表し、Ｎ_ｂは、チャネルＢについて法線信号を表す。例えば、１つ又は複数の法線信号（Ｎ_ａ、Ｎ_ｂ）は、法線センサから取得されてもよい。別の一例として、１つ又は複数の焦点信号は、焦点センサから取得されてもよい。

ここで留意されるのは、制御システムは、ｚステージをＮＳＣ＝０として設定するような方法で設計されてもよいことである。しかし、ｚ軸線調節による焦点調節レンズ（例えば、焦点調節レンズ１１４）は、試料のｚ平面のユーザ設定可能な焦点オフセットを調節するのに必要である。

図３は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、試料積層体を通る、望ましいチャネル孔と歪んだチャネル孔との比較３００である。

チャネル孔エッチング処理ステップ中に、望ましいチャネル孔（例えば、チャネル孔３０２）は、試料積層体（図３に示すような）を通る円柱形であるはずである。ＡＦシステム１００は、試料が試料表面全体にわたって一様で真直ぐなチャネル孔３０２を有するならば、焦点を望ましい焦点オフセットに保持してもよい。しかし、ここで留意されるのは、試料の１つ又は複数の処理変動が、ＡＦシステム１００に試料表面を上及び／又は下にシフトさせる場合があることである。図３に示すように、このシフトは、テーパ状のチャネル孔３０４によって生じさせられる。

ここで留意されるのは、プロセス変動は、試料の特定領域にテーパ状チャネル孔３０４（例えば、チャネル孔サイズの変動）を有するようにさせてもよいことである。試料の物理的厚さが同じであるけれども、ＡＦシステム１００は、処理変動の強さに依存して、高性能撮像システムの最良焦点平面内で及び／又はそれから外に試料表面をシフトさせることがある。それで、表面欠陥検出感度の損失を生じさせる。

図４は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、試料の幾何構造をパターン化するためのＡＦシステム１００の感度４００についての平面図である。

ここで留意されるのは、試料上の非パターン化領域は、試料焦点を試料上のパターン化領域に対してシフトさせる場合があることである。焦点シフトの量は、非パターン化領域の幅に依存している。

図４に示すように、ＡＦシステム１００は、試料パターン幾何構造を感知する。例えば、非パターン化領域４０２がチャネル孔被エッチング配列４０４内に存在することは、たとえ非パターン化領域が被エッチング配列と同じ物理的高さを有したとしても、焦点をシフトさせることがある（例えば、領域４０６がシフトされる）。例えば、５～３０μｍの間の幅を有する非パターン化領域について、焦点は、パターンの輝度及び幅に基づいて１００～４００ｎｍの間でシフトすることがある。

ここで留意されるのは、非パターン化領域に起因する焦点シフト、及びプロセス変動に起因する上及び／又は下への試料のシフトは、試料の表面全体にわたって欠陥検出感度の不整合及び損失を生じさせることである。

図５は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、歪んだｓ曲線５０２及び対称性ｓ曲線５０４を含むプロット５００である。

ここで留意されるのは、ＡＦシステム１００についての１つの重大問題が、試料（例えば、従来のＡＦ設定を有する３ＤＮＡＮＤウェーハ）における焦点の喪失であることである。図５に示すように、これは、ＡＦ光が試料表面下方に浸透するときに、高度のｓ曲線線形範囲縮小を生成する回折を生じる試料パターンに起因する。

図５に示すように、ＡＦ光が３ＤＮＡＮＤウェーハ表面下方に浸透するとき、３ＤＮＡＮＤウェーハｓ曲線５０２が歪む。それと比較して、回折を生じる試料パターン形成を有しない鏡面は、ＡＦ光が試料表面下方に浸透するとき、対称性ｓ曲線５０４を呈する。

図６は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム１００に結合された撮像システム１５０によって取得された試料欠陥マップ６００を示す。

試料マップ６００において、それぞれのドットは、１つの検出された欠陥に対応する。図６に示すように、試料マップ６００の底部６０２は、ゼロ個のドットを含み、すなわち、欠陥が試料の底部で検出されなかったことを意味する。これは、ＡＦシステム１００内での焦点の喪失に起因する。ここで留意されるのは、最大約３０μｍであることがある背の高い試料積層体の一番底部の欠陥を検査するためには、ＡＦシステム内の焦点調節レンズが、高分解能によって８０ｍｍのｚ軸線調節範囲をサポートする必要があることである。これは、技術設計に対して非常に困難であることがある。更に、ｓ曲線は、過剰な球面収差に起因する大きい焦点オフセットにおいて曲げられることになる。

図７は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、曲がった非対称性ｓ曲線７００、及び対称性ｓ曲線７０２を含むプロットを示す。

ここで留意されるのは、試料が上に動かされるとき、曲がった非対称性ｓ曲線が、その結果であることである。図７に示すように、試料がｚ軸に沿って１０μｍだけ上に動かされるとき、曲がった非対称性ｓ曲線７００が、過剰な球面収差に起因してもたらされる。それと比較して、試料焦点オフセットがゼロのとき、対称性ｓ曲線７０２がもたらされる。

自動焦点調節（ＡＦ）システムは、光学式撮像システムについてのピーク欠陥検出感度を達成することを助けてきた。これらの光学式ＡＦシステムは、非光学システムを上回る長所を有する。例えば、光学式ＡＦシステムは、高速信号応答及び高感度を有する。しかし、ＡＦシステム１００のような光学式ＡＦシステムは、いくつかの短所を有する。例えば、試料は、厚く透明（又は半透明）であることにより、光が最上面下方に伝播してもよい。最上面と底面とから返されたＡＦ光を区別することを非常に困難にするのは、特に、試料が選択距離だけ離れている（例えば約１０ｎｍ～μｍ離れている）２つ又は多数の表面を有するときである。

更に、光学式ＡＦシステムが、撮像システムの最良焦点平面の焦点を１つの焦点深度（ＤＯＦ）内の試料の最上面上に保持することは、非常に魅力的であることがある。試料自体は、異なる場所（例えば、ｘ軸及びｙ軸）において異なる屈折率、すなわちリターンモジュールにおいてはＡＦ信号強度を有することがある。このことは、ＤＯＦが非常に短いとき、更により魅力的になる。例えば、ＤＯＦは、２００ｎｍの波長を有する０．９の開口数（ＮＡ）で動作する撮像システムについて約１００ｎｍであってもよい。

完全自動化撮像システムについて、最良の焦点平面が、典型的に試料表面上のユーザ設定可能な焦点オフセットに保持されることにより、最良の画質、したがって最良の検出感度を達成するはずである。自動化焦点調節システムは、高性能撮像システムと一体化されて、かかる目的を達成してもよい。

ＡＦシステム１００の欠点に基づいて、本開示の実施形態は、設定可能な焦点オフセットによって試料表面を追跡するための自動焦点調節（ＡＦ）システムを目的とする。特に、本開示の実施形態は、高性能撮像システムと一体化されることにより、最良の画質及び最良の検出感度を達成するＡＦシステムを目的とする。

図８Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、撮像システム８３０に結合されたＡＦシステム８００についての簡略図である。一実施形態では、ＡＦシステム８００は、中継システム８１０を介して撮像システム８３０に光学的に結合されている。

一実施形態では、ＡＦシステム８００は、照明８０１を発生するように構成された照明源８０２を含む。照明源８０２は、照明８０１を発生するための当該技術分野で公知のいずれかの照明源を含んでもよく、該照明源は、広帯域放射線源、狭帯域放射線源等を含むが、これに限定されない。

別の一実施形態では、ＡＦシステム８００は、開口８０４を含む。例えば、ＡＦシステム８００は、瞳孔開口８０４を含んでもよい。開口は、当該技術分野で公知のいずれかの形状又は開口数値を有してもよい。例えば、瞳孔開口８０４は、０．９ＮＡの開口数を有してもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム８００は、幾何学パターン８０８を試料８４０上に投影するように構成された投影マスク８０６を含む。例えば、投影マスク８０６は、（図１４に表し、本明細書で更に論じるような）１つ又は複数の選択されたパターンを含む外部投影マスクを含んでもよく、該選択されたパターンは、中継システム８１０及び撮像システム８３０を介して試料８４０の平面上に投影されてもよい。ここで留意されるのは、幾何学パターン８０８は、当該技術分野で公知のいずれかの方法を介して生成されてもよいことである。例えば、幾何学パターン８０８は、単純なバイナリマスクであってもよい。別の一例として、幾何学パターン８０８は、空間光変調器によって生成されてもよい。更なる一例によって、幾何学パターン８０８は、光回折（又は干渉手段）によって生成されてもよい。

中継システム８１０は、投影マスク画像８１９を第１光学システム及び第２光学システムから中継するための当該技術分野で公知のなんらかの組の光学要素を含んでもよい。例えば、中継システム８１０は、焦点調節レンズ８１２を含んでもよいが、これに限定されない。例えば、焦点調節レンズ８１２は、ｚ調節可能焦点調節レンズ８１２を含んでもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム８００は、検出器アセンブリ８１４を含む。例えば、図８Ａに示すように、検出器アセンブリ８１４は、１つ又は複数のカメラ８１４を含んでもよいが、これに限定されない。ＡＦシステム８００は、いずれかのタイプのカメラを含んでもよい。例えば、ＡＦシステム８００は、２次元（２Ｄ）カメラを含んでもよいが、これに限定されない。別の一例として、ＡＦシステム８００は、傾斜型２Ｄカメラを含んでもよいが、これに限定されない。更なる一例として、ＡＦシステム８００は、傾斜型投影マスクを含んでもよいが、これに限定されない。

別の一実施形態では、検出器アセンブリ８１４は、コントローラ８１６に通信可能に結合されている。コントローラ８１６は、１つ又は複数のプロセッサ８１８を含んでもよい。１つ又は複数のプロセッサ８１８は、メモリ８２０に記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成されている。１組のプログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサ８１８に本開示の１つ又は複数のステップを実行させるように構成されている。一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ８１８は、１つ又は複数の投影マスク画像８１９をＡＦシステム８００の検出器アセンブリ８１４から受け取るように構成されている。別の一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ８１８は、投影マスク画質（ＰＭＩＱ）を決定するように構成されている。例えば、１つ又は複数のプロセッサ８１８は、１つ又は複数の焦点測定基準を適用してもよく、該焦点測定基準は、異なる目的又は用途に対して最適化されて、投影マスク画像８１９の画質を決定してもよい。

別の一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ８１８は、投影マスク画質（ＰＭＩＱ）に応じてステージアセンブリ８４２を調節してもよい。例えば、監視される投影マスク画質に応じて、１つ又は複数のプロセッサ８１８は、ステージアセンブリ８４２の垂直位置（すなわち、ｚ位置）を動的に調節することにより、試料ｚ位置が、最適な（又は少なくとも十分な）焦点位置に調節（又はそこに保持）されてもよい。

ＡＦシステム８００は、ＡＦ及び撮像システムの動作、及びＡ及びＦと撮像システムの間の結合を促進するための、当該技術分野で公知のいずれかの光学要素８２２を含んでもよい。例えば、１つ又は複数の光学要素８２２は、１つ又は複数のレンズ８２４、１つ又は複数のミラー８２６、あるいは１つ又は複数のビームスプリッタ８２８ａ、８２８ｂを含んでもよいが、これに限定されない。更に、示されないけれども、ＡＦシステム８００は、当該技術分野で公知のいずれかの追加の光学要素を含んでもよく、該光学要素は、１つ又は複数の偏光器、１つ又は複数のビームスプリッタ、１つ又は複数の波長板等を含むが、これに限定されない。

撮像システム８３０は、１つ又は複数の光学要素８３２を含んでもよく、該光学要素は、１つ又は複数のミラー８３４、１つ又は複数の対物レンズ８３６等を含むが、これに限定されない。別の一実施形態では、撮像システム８３０は、試料８４０から（例えば、反射された、回折された、又は散乱された）照明を取得するように構成された１つ又は複数の検出器８３８を含む。１つ又は複数の検出器８３８は、コントローラ８１６に通信可能に結合されてもよい。これに関して、コントローラ８１６の１つ又は複数のプロセッサ８１８は、撮像システム８３０の１つ又は複数の検出器８３８から信号及び／又は画像データを受け取ってもよい。撮像システム８３０は、当該技術分野で公知のいずれかの撮像システムを含んでもよい。例えば、撮像システムは、検査システム、画像式計測システム、機械視覚システム、又は生物学的／生医学的撮像システムを含んでもよい。

試料８４０は、当該技術分野で公知のいずれかの試料を含んでもよく、該試料は、ウェーハ、レクチル、フォトマスク等を含むが、これに限定されない。一実施形態では、試料８４０がステージアセンブリ８４２上に配置されて、試料８４０の動作を容易にする。別の一実施形態では、ステージアセンブリ８４２は、作動可能なステージである。例えば、ステージアセンブリ８４２は、１つ又は複数の線形方向（例えば、ｘ方向、ｙ方向、及び／又はｚ方向）に沿って試料８４０を選択的に並進させるのに適した１つ又は複数の並進ステージを含んでもよいが、これに限定されない。別の一例として、ステージアセンブリ８４２は、回転方向に沿って試料８４０を選択的に回転させるのに適した１つ又は複数の回転ステージを含んでもよいが、これに限定されない。別の一例として、ステージアセンブリ８４２は、選択的に、線形方向に沿って試料８４０を並進させる及び／又は回転方向に沿って試料８４０を回転させていることに適した回転ステージ及び並進ステージを含んでもよいが、これに限定されない。

図８Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、図８Ａに示すＡＦシステム８００のＡＦ光パターン８５０、８５２を示す。

一実施形態では、試料の表面から反射されているＡＦ光は、ＡＦ光パターン８５０を形成する。別の一実施形態では、試料内に浸透されているＡＦ光は、ＡＦ光パターン８５２を形成する。ここで留意されるのは、ＡＦ光パターン８５０は、密に集束されたスポットが試料表面から反射されるとき、ＡＦシステム８００が最良のＰＭＩＱを有することを示すことである。更にここで留意されるのは、ＡＦ光パターン８５２の焦点拡張は、ＸＹＺ軸に沿って拡張することである。ＡＦ光パターン８５２は、密な焦点スポットがＸＹＺ方向に拡張させられることがあることを示し、これは、試料内に浸透させられている光に起因して劣化させられた点像分布関数を意味する。

ここで留意されるのは、試料に投影された、投影マスク（ＰＭ）からの投影マスク（ＰＭ）画像が、高開口数を有し、回折が撮像品質によって制限されるならば、試料反射ＰＭ画像は、それが最上面から反射されているときだけ最良の画質を有することである。図８Ｂに示すように、ＰＭから試料までの光学システムの点像分布関数（ＰＳＦ）と考えられてもよい高集束スポットについて、光が試料に浸透し、底面上の１つ又は複数の点から反射されるとき、試料厚さ及び材料屈折が、スポットサイズを横方向及び光軸の両方に沿って拡張させるようにする。このことは、ほぼ完全なＰＳＦの収差をもたらす。それゆえに、ＰＭ撮像品質が劣化する。

図８Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム８００のスルーフォーカス曲線（ＴＦＣ）８６０を示す。

一実施形態では、ＡＦシステム８００の１つ又は複数のプロセッサ８１８は、１つ又は複数の焦点測定基準を投影マスク８０６の１つ又は複数の画像８１９に適用することに基づいて、投影マスク８０６の１つ又は複数の画像８１９の画質を決定するように構成されている。例えば、１つ又は複数のプロセッサ８１８は、スルーフォーカス曲線（例えば、ＴＦＣ８６０）を投影マスク８０６の１つ又は複数の像８１９に適用するように構成されてもよい。ここで留意されるのは、試料８４０が上下に動くとき、ＰＭＩＱは、異なる用途目的について調節されてもよい１つ又は複数の焦点測定基準（例えば、ＴＦＣ８６０）によって定量的に測定されてもよいことである。図８Ｃに示すＴＦＣ８６０は、試料８４０（例えば、ミラー試料）において測定される５回の繰返しを含む。５回の繰返しのピークピーク変動は、約３０ｎｍである。

図８Ｄは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム８００の焦点制御ループ８７０を示す処理フロー図である。留意されるのは、ＰＭＩＱについて本明細書で以前に説明された様々な実施形態、構成要素、及び動作についての説明は、特に明記しない限り、デュアル制御ループ８７０に拡張するように解釈されなければならないことである。更に留意されるのは、様々なステップ８７２～８９２は、図８Ｄに表され又はここで説明された特定の順序に限定されると解釈されるべきではないことである。むしろ、留意されるのは、制御ループ８７０は、制御ループ８７０内の任意の数の場所から開始してもよく、並びに任意の数のステップを迂回及び／又は繰り返してもよいことである。

ステップ８７２において、焦点制御ループ８７０は、焦点目標を生成する。

ステップ８７４において、焦点制御ループ８７０は、焦点目標を調節する。

ステップ８７６において、焦点制御ループ８７０は、試料の高さを生成する。

ステップ８７８において、焦点制御ループ８７０は、制御アルゴリズム（例えば、制御アルゴリズム１）を適用する。

ステップ８８０において、焦点制御ループ８７０は、制御アルゴリズム（例えば、制御アルゴリズム１）の出力に基づいてステージアセンブリを調節する。例えば、システム８００は、ステージアセンブリ８４２をｚ方向に調節するように構成されてもよい。

ステップ８８２において、焦点制御ループ８７０は、１つ又は複数のＰＭＩＱ光学部品を用いて１つ又は複数の測定値を取得する。

ステップ８８４において、焦点制御ループ８７０は、検出器アセンブリを介してＰＭＩＱＴＦＣを取得する。例えば、ＡＦシステム８００の検出器アセンブリ８１４は、ＰＭＩＱＴＦＣを取得するように構成されてもよい。

ステップ８８６において、焦点制御ループ８７０は、ＰＭＩＱＴＦＣに基づいてデータを転送する。例えば、第２ループ９６２は、処理について選択された転送先にデータパスを介して選択されたデータを転送するように構成されてもよい。

ステップ８８８において、焦点制御ループ８７０は、１つ又は複数のＰＭ画像を処理して、焦点誤差及び記号を計算する。

ステップ８９０において、焦点制御ループ８７０は、データをステージアセンブリに渡す。例えば、システム８００は、データをステージアセンブリ８４２に渡すように構成されてもよい。

ステップ８９２において、焦点制御ループ８７０は、１つ又は複数の焦点誤差を生じさせる。例えば、焦点制御ループ８７０は、距離（例えば、数のナノメートル）としての焦点誤差表現を計算してもよい。

ここで留意されるのは、制御システムは、試料ｚ位置が、試料ｚ位置をＴＦＣのピーク位置に保持するために動的に調節されるような態様に設計されてもよいことである。

図８Ｅは、本開示の１つ又は複数の追加／代替の実施形態に従う、ＡＦシステム８００を示す。この実施形態では、ＡＦシステム８００の検出器アセンブリ８１４は、焦点平面の内外で傾斜させられるように構成された１つ又は複数の傾斜型２Ｄカメラ８９６を含む。例えば、１つ又は複数の傾斜型２Ｄカメラ８９６は、ｒＸ方向（ｘ軸周りの回転）又はｒＹ方向（ｙ軸周りの回転）のうちの少なくとも１つにおいて焦点平面の内外で傾斜させられてもよい。ここで留意されるのは、光軸がｚ軸として規定されてもよいことである。これに関して、試料８４０が自動化撮像のためにＸＹ平面内で動いているときに、完全なＴＦＣは、１つ又は複数の傾斜型２Ｄカメラ８９６によって取得されてもよい。更に、ＴＦＣのそれぞれの点は、１つ又は複数の傾斜型２Ｄカメラ上のそれぞれのＸＹ場所における投影マスクの１つ又は複数の画像からマッピングされてもよい。更に、ここで留意されるのは、１つ又は複数の傾斜型２Ｄカメラ８９６は、試料８４０をｚ方向に連続的に動かすことなくＴＦＣを取得するように構成されてもよいことである。

図８Ｆは、本開示の１つ又は複数の追加／代替の実施形態に従う、ＡＦシステム８００を示す。この実施形態では、ＡＦシステム８００の検出器アセンブリ８１４は、１つ又は複数の２Ｄカメラ８１４と、１つ又は複数の透明平板８９８と、を含む。例えば、１つ又は複数の透明平板８９８は、１つ又は複数の２Ｄカメラ８１４の前方に配設されていてもよく、そして、１つ又は複数の透明平板８９８全体にわたって変化する厚さを有してもよい。ここで留意されるのは、１つ又は複数の透明平板８９８は、ガラス、石英等を含むが、これに限定されない材料において公知であるいずれかの透明材料から形成されてもよいことである。

図９Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、撮像システム９３０に結合されたＡＦシステム９００についての簡略図を示す。特に、図９Ａは、デュアルモード同時動作のために構成されたＡＦシステム９００を示す。ＡＦシステム９００は、ＰＭＩＱ投影システム９０３（又はＰＭＩＱモジュール）と、ＮＳＣ投影システム９０５（又はＮＳＣモジュール）と、を含んでもよい。別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、中継システム９１０を介して撮像システム９３０に結合される。これに関して、中継システム９１０は、ＰＭＩＱ自動焦点調節システム及びＮＳＣ自動焦点調節システムから撮像システム９３０に照明を光学的に結合するように構成されている。

この実施形態では、ＰＭＩＱ投影システム９０３及びＮＳＣ投影システム９０５は、それぞれ、それら自体の照明源、開口、投影マスク、照度基準制御、及びＮＡ設定を含んでもよい。例えば、ＰＭＩＱ投影システム９０３は、第１照明源９０２ａと、第１開口９０４ａと、第１投影マスク９０６ａと、を含んでもよいが、これに限定されない。ＮＳＣ投影システム９０５は、第２照明源９０２ｂと、第２開口９０４ｂと、第２投影マスク９０６ｂと、を含んでもよいが、これに限定されない。

一実施形態では、ＰＭＩＱ自動焦点調節投影システム９０３の照明源９０２ａは、連続したオン状態モードにおいて動作するように構成されている。別の一実施形態では、ＮＳＣ自動焦点調節投影システム９０５の照明源９０２ｂは、第１照明チャネル（チャネルＡ）と、第２照明チャネル（チャネルＢ）と、を含む。ＮＳＣ自動焦点調節投影システム９０５の照明源９０２ｂの出力が時間多重化されて、第１照明チャネル（チャネルＡ）と第２照明チャネル（チャネルＢ）との間のクロストークを軽減してもよい。

別の一実施形態では、第１投影マスク９０６ａ及び第２投影マスク９０６ｂは、第１投影マスク９０６ａが、視野の第１半分内に投影され、第２投影マスク９０６ｂが、視野の第２半分内に投影されるように設置されている。これに関して、図９Ｂに示すように、システム９００は、ＰＭＩＱ投影システム９０３が、視野の第１半分（例えば、左側）を用い、ＮＳＣ投影システム９０５が、視野の第２半分（例えば、右側）を用いるように構成されてもよい。かかる配列は、ＰＭＩＱ自動焦点調節投影システム９０３とＮＳＣ自動焦点調節投影システム９０５との間の光学的クロストークを軽減することを助ける。例えば、図９Ｂに示すように、ＰＭＩＱ投影システム９０３からの投影が、視野（ＦＯＶ）の左側９１３ａを占めてもよく、一方、ＮＳＣ投影システム９０５からの投影が、ＦＯＶの右側９１３ｂを占めてもよい。

別の一実施形態では、第１投影マスク９０６ａと第２投影マスク９０６ｂとは、１つ又は複数の異なる特性を有してもよい。例えば、第１投影マスク９０６ａと第２投影マスク９０６ｂとは、異なるグリッドマスクパターン、グリッドマスクピッチ、又はグリッドマスク方向を有してもよい。投影マスク９０６ａ、９０６ｂは、（図１４に表し、本明細書で更に論じるように）１つ又は複数の選択されたパターンを含む１つ又は複数の外部投影マスクを含んでもよく、該パターンは、中継システム９１０及び撮像システム９３０を介して試料９４０の平面上に投影されてもよい。

ここで留意されるのは、ＰＭＩＱ投影システム９０５は、照明及び集光経路９０７、９０９の両方についての０．９ＮＡ設定によってそれぞれ動作してもよいことである。更に、ＮＳＣ投影システム９０５は、照明及び集光経路９０７、９０９の両方で減少されたＮＡによってそれぞれ動作してもよい。例えば、ＮＳＣ投影システム９０５は０．９ＮＡ未満のＮＡによって動作してもよい。例えば、ＮＳＣ投影システム９０５は、０．４～０．６ＮＡの間のＮＡによって動作してもよい。更に、ＮＳＣ投影システムは、０．５ＮＡのＮＡによって動作してもよい。しかし、ここで留意されるのは、ＮＡについての設定は、用途に基づいて最適化されてもよいことである。

別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、１つ又は複数のＰＭＩＱ検出器アセンブリを含む。例えば、図９Ａに示すように、ＰＭＩＱ投影システム９０３は、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ９１４ａと、第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリ９１４ｂと、を含んでもよい。例えば、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ９１４ａ及び第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリ９１４ｂは、それぞれ、第１の２Ｄカメラ９１４ａ及び第２の２Ｄカメラ９１４ｂを含んでもよいが、これに限定されない。ここで留意するのは、１つ又は複数の２Ｄカメラ９１４は、ＴＦＣ曲線上のいくつかの離散点を取得するためのｚオフセットを予め決定してもよいことである。

別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、１つ又は複数のＮＳＣ検出器アセンブリを含む。例えば、図９Ａに示すように、ＮＳＣ投影システム９０３は、第１検出器アセンブリ９２０ａと、第２検出器アセンブリ９２０ｂと、を含んでもよい。例えば、ＮＳＣ投影システム９０３は、第１センサ９２０ａと、第２センサ９２０ｂと、を含んでもよい。第１センサ９２０ａは、ＮＳＣ投影システム９０５の１つ又は複数の照明チャネル（例えば、チャネルＡ及びチャネルＢ）から１つ又は複数の焦点信号（例えば、Ｆ_ａ、Ｆ_ｂ）を受け取るように構成された１つ又は複数の焦点センサを含んでもよい。第２センサ９２０ｂは、ＮＳＣ投影システム９０５の１つ又は複数の照明チャネル（例えば、チャネルＡ及びチャネルＢ）から１つ又は複数の法線信号（例えば、Ｎ_ａ、Ｎ_ｂ）を受け取るように構成された法線センサ９２０ｂを含んでもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、１つ又は複数の集光瞳孔開口絞り９１８を含む。例えば、ＡＦシステム９００は、ＮＳＣ投影システム９０５の第１センサ９２０ａ及び第２センサ９２０ｂにそれぞれ関連した第１集光瞳孔開口絞り９１８ａ及び第２集光瞳孔開口絞り９１８ｂを含んでもよい。例えば、第１集光瞳孔開口絞り９１８ａは、第１開口数（例えば、０．５ＮＡ）を有してもよい。別の一例では、第２集光瞳孔開口絞り９１８ｂは、第２開口数（例えば、０．５ＮＡ）を有してもよい。ここで留意されるのは、１つ又は複数の集光瞳孔開口絞り９１８ａ、９１８ｂは、任意の開口数値を有してもよいことである。

別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、リターンマスク９１６を含む。例えば、ＡＦシステム９００は、投影マスクと同じパターンを有するリターンマスク９１６を含んでもよい。別の一例として、ＡＦシステム９００は、投影マスクとは異なるパターンを有するリターンマスクを含んでもよい。ここで留意されるのは、リターンマスクは、焦点チャネル内で用いられて、ＮＳＣ投影システム９０５のための焦点信号を発生してもよいことである。リターンマスク９１６は、反射された投影マスク画像に対して光学バルブのように作用する。試料に焦点が合っているとき、焦点センサチャネルＡとＢとは、同じ光量を受け取る。試料に焦点が合っていないとき、１つのチャネルは、別のチャネルよりも多い光を受け取り、その逆もまた同じである。デフォーカス指向性は、どのチャネルがより多くの光を受け取ったかによって決定されてもよい。

別の一実施形態では、１つ又は複数のＰＭＩＱ検出器アセンブリ９１４及び１つ又は複数のＮＳＣセンサ９２０は、コントローラ９２１に通信可能に結合されている。コントローラ９２１は、１つ又は複数のプロセッサ９２５を含んでもよい。１つ又は複数のプロセッサ９２５は、メモリ９２７に記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成されている。１組のプログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサ９２５に、本開示の１つ又は複数のステップを実行させるように構成されている。一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ９２５は、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ９１４ａ、第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリ９１４ｂ、第１ＮＳＣ検出器アセンブリ９２０ａ、及び第２ＮＳＣ検出器アセンブリ９２０ｂから１つ又は複数の信号を受け取るように構成されている。別の一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ９２５は、第１ＰＭＩＱ検出器アセンブリ、第２ＰＭＩＱ検出器アセンブリ、第１ＮＳＣ検出器アセンブリ、及び第２ＮＳＣ検出器アセンブリからの１つ又は複数の信号に基づいてデュアル制御ループを実行することにより、ステージアセンブリ９４２（例えば、ｚ位置）を調節して撮像システム９３０の焦点を保持する（又は、確立する）ように構成されている。

中継システム９１０は、照明を第１光学システム及び第２光学システムから中継するための当該技術分野で公知のいずれかの組の光学要素を含んでもよい。例えば、中継システム９１０は、焦点調節レンズ９１２を含んでもよいが、これに限定されない。例えば、焦点調節レンズ９１２は、ｚ調節可能焦点調節レンズ９１２を含んでもよい。

撮像システム９３０は、当該技術分野で公知のいずれかの撮像システムを含んでもよく、本明細書で以前に提供された撮像システム８３０についての説明は、撮像システム９３０に拡張するように解釈されなければならない。撮像システム９３０は、１つ又は複数の光学要素９３２を含んでもよく、該光学要素は、１つ又は複数のミラー９３４、１つ又は複数の対物レンズ９３６等を含むが、これに限定されない。別の一実施形態では、撮像システム９３０は、試料９４０から（例えば、反射された、回折された、又は散乱された）照明を取得するように構成された１つ又は複数の検出器を含む。１つ又は複数の検出器は、コントローラ９２１に通信可能に結合されてもよい。これに関して、コントローラの１つ又は複数のプロセッサは、撮像システム９３０の１つ又は複数の検出器から信号及び／又は画像データを受け取ってもよい。撮像システム９３０は、当該技術分野で公知のいずれかの撮像システムを含んでもよい。例えば、撮像システムは、検査システム、画像式計測システム、機械視覚システム、又は生物学的／生医学的撮像システムを含んでもよい。

試料９４０及びステージアセンブリ９４２は、当該技術分野で公知のいずれかの試料及びステージアセンブリを含んでもよく、試料８４０及び本明細書で以前に提供されたステージアセンブリ８４２についての説明は、試料９４０及びステージアセンブリ９４２に拡張するように解釈されなければならない。

ＡＦシステム９００は、ＡＦ及び撮像システムの動作、並びにＡＦ及びと撮像システムの間の結合を促進するための当該技術分野で公知のいずれかの光学要素９２２を含んでもよい。例えば、１つ又は複数の光学要素９２２は、１つ又は複数のプリズムミラー９２４（例えば、最上面反射又は内面反射）、１つ又は複数のレンズ９２６ａ、９２６ｂ、並びに１つ又は複数のビームスプリッタ９２８ａ、９２８ｂ、及び／又は９２８ｃを含んでもよいが、これに限定されない。それに加えて、示されないけれども、ＡＦシステム９００は、当該技術分野で公知のいずれかの追加の光学要素を含んでもよく、該光学要素は、１つ又は複数の偏光器、１つ又は複数のビームスプリッタ、１つ又は複数のミラー、１つ又は複数の波長板等を含むが、これに限定されない。

図９Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム９００の追加／代替の実施形態を示す。留意されるのは、システム８００及び９００の実施形態についての説明は、本明細書で特に明記しない限り、図９Ｂに表された実施形態に拡張されなければならないことである。

この実施形態では、ＡＦシステム９００は、ＰＭＩＱカメラ９５０ａと、ＮＳＣカメラ９５０ｂと、を含む。例えば、システム９００は、ＰＭＩＱカメラとして構成された２Ｄカメラ９５０ａと、ＮＳＣのＡＦカメラとして構成された２Ｄカメラ９５０ｂと、を含んでもよい。別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、透過された全集積エネルギを計算するための画像処理中に、デジタルバイナリリターンマスク９５２を適用してもよい。

この実施形態では、ＰＭＩＱカメラ９５０ａ及びＮＳＣカメラ９５０ｂは、ＡＦシステム９００のコントローラ９２１に通信可能に結合されてもよい。これに関して、ＮＳＣカメラ９５０ｂは、図９Ａの法線チャネルと焦点チャネルとを置換している。更に、コントローラ９２１の１つ又は複数のプロセッサ９２５は、ＮＳＣカメラ９５０ｂからのデータを用いてＮＳＣを生成するように構成されてもよい。

デジタルバイナリリターンマスク９５２は、Ｆ_ａ、Ｆ_ｂとしてＮＳＣのＡＦカメラ９５０ｂの全視野（ＦＯＶ）にわたる透過された全集積エネルギをそれぞれ計算するように構成されてもよい。これに関して、ＮＳＣ信号は、単一のカメラ（例えばＮＳＣカメラ９５０ｂ）によって計算で生成されてもよい。ここで留意されるのは、この実施形態は、高精度光学部品の開発コストを低減し、光学欠陥から焦点検出アーチファクトを減少させてもよいことである。

ここで留意されるのは、チャネルＡ及びＢを含むＮＳＣ投影システム９０５の第２照明源９０２ｂは、時間系列内でオンにされるように構成されていることである。更に、本開示のために、チャネルＡ及び／又はＢの光がオンのとき、用語「Ｎ_ａ信号」又は「Ｎ_ｂ信号」とは、ＡＦカメラ９５０ａのＦＯＶ内の全集積エネルギを指す。

別の一実施形態では、ＮＳＣは、ＮＳＣカメラ９５０ｂのＦＯＶ内の全集積エネルギを用いて計算されてもよい。例えば、試料がｚ方向に動くとき、照明の１つのチャネルがオンにされると、投影マスク画像の単一縁の横方向シフトを検出してもよい。例えば、チャネルＡ（又はＢ）が、瞳孔の右（又は左）側から投影マスクを照明するならば、投影マスクの右（又は左）縁の横方向動作を分析してもよい。２つのチャネルの動作方向は、反対でなければならない。２つのチャネルの動作を減算した後に、検出感度が２倍にされることがある。縁動作検出によって取得されたＮＳＣ信号は、次に試料表面からのデフォーカスを生じさせる、Ｆ_ａ、Ｆ_ｂ、Ｎ_ａ、Ｎ_ｂにおける全エネルギを偏向させる、表面下反射から生じるエネルギを低減又は回避さえしてもよい。概念的には、画像縁は、原画像の導関数をとることによって簡単に検出されてもよい。

図９Ｄは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム９００についての追加の／代替の実施形態を示す。

一実施形態では、ＡＦシステム９００の１つ又は複数の投影マスク９０６は、１つ又は複数の傾斜型投影マスク９５４を含む。例えば、１つ又は複数の傾斜型投影マスク９５４は、ＡＦシステム９００の１つ又は複数の構成要素を動かすことなく、完全なＴＦＣ曲線を獲得するために傾斜させられてもよい。この追加の／代替の実施形態において、傾斜型投影マスク９５４の幾何学パターンは、（図９Ｂに示すように）第２投影マスク９０６ｂの幾何学パターンと異なるように設計されてもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム９００の検出器アセンブリ９１４は、カメラ９１４を含む。例えば、カメラ９１４は、図９Ｂに示すように、ＦＯＶ９１１の左側９１３ａにＰＭＩＱを、及びＦＯＶ９１１の右側９１３ｂからＮＳＣを獲得するように構成されてもよい。この実施形態では、カメラ９１４は、コントローラ９２１に通信可能に結合されてもよい。コントローラ９２１の１つ又は複数のプロセッサ９２５は、ＰＭＩＱを測定し、ＮＳＣ信号を発生するように構成されてもよい。

この実施形態では、左側ＰＭＩＱ画像と右側ＮＳＣ画像とは、同時に読み出されてもよい。例えば、撮像処理アルゴリズムは、ＦＯＶの２つの半分を分割してもよい。例えば、分離画像処理アルゴリズムが用いられることにより、ＰＭＩＱ画像及びＮＳＣ画像を処理して、焦点信号に対応するＰＭＩＱ及びＮＳＣを取得する。２つの焦点信号は、図９Ｅに関して本明細書で更に説明されたデュアル制御ループによって結合されてもよい。

ここで留意されるのは、ＮＳＣ投影システム９０５の第２照明源９０２ｂは、Ａ／Ｂチャネル識別について時分割多重化するように構成されている。

図９Ｅは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、デュアル制御ループ９６０を表すプロセスフロー図を示す。

デュアル制御ループ９６０は、撮像システムの焦点を保持又は確立するための第１制御ループ９６１及び第２制御ループ９６２を含んでもよい。この実施形態では、それぞれ、第１制御ループ９６１は、ＮＳＣ自動焦点調節ルーチンを実装し、第２制御ループ９６２は、本明細書で以前に説明されたＮＳＣ及びＰＭＩＱ実施形態と整合するＰＭＩＱ自動焦点調節ルーチンを実装する。したがって、ＮＳＣ及び／又はＰＭＩＱ実施形態に関して説明された様々な実施形態、構成要素、及び動作は、特に他に明記しない限り、デュアル制御ループ９６０に拡張するように解釈されなければならない。

第２ループ９６２は、第１ループ９６１からのデフォーカスによって誘導された１つ又は複数の処理変動を補正するように構成されてもよい。例えば、第２ループ９６２は、第２ループ９６２が試料表面から最良の焦点平面を見出し得るように、ピーク位置ＴＦＣを検出するように構成されてもよい。

一実施形態では、開始点として、第１制御ループ９６１は、ＮＳＣ光学部品及び制御フィードバックに基づいてステージアセンブリを調節してもよい。次いで、処理変動（例えば、第１制御ループ９６１からのデフォーカスによって誘導された処理変動）が存在する場合、第２制御ループ９６２は、焦点誤差信号を検出してもよい。焦点誤差信号は、ＰＭＩＱ光学部品及び１つ又は複数の検出器アセンブリを介して取得された１組のスルーフォーカス画像によって計算されてもよい。第２ループ９６２の制御アルゴリズムは、それぞれの焦点オフセットにおけるＰＭＩＱ画像の１つ又は複数の焦点測定基準を計算して、スルーフォーカス曲線又はＴＦＣ上の２、３の離散点を獲得してもよい。測定されたＴＦＣデータ点が用いられて、現在の場所における試料表面に関してＰＭＩＱの最良の焦点平面のオフセットを計算してもよい。このオフセットは、焦点誤差に対応する。この量は、次いでＮＳＣ信号に変換されて、第１制御ループ９６１に供給し戻されてもよい。焦点誤差信号を検出すると、第１制御ループ９６１は、次いでステージアセンブリを新たなｚ位置まで動かして、焦点誤差は十分に補正されてもよい。

留意されるのは、様々なステップ９６４～９８０は、図９Ｅに表されるか又は本明細書で説明された特定順序に限定されるように解釈されてはならないことである。むしろ、留意されるのは、デュアル制御ループ９６０は、制御ループ９６０及びバイパス内の任意の場所番号から開始し、及び／又は任意のステップ数を繰り返してもよいことである。

ステップ９６４において、第１ループ９６１は、１つ又は複数のＮＳＣ光学部品を利用して、１つ又は複数のＮＳＣ信号を取得する。例えば、ＡＦシステム９００のコントローラ９２１は、１つ又は複数のＮＳＣ光学部品から１つ又は複数のＮＳＣ信号を取得するように構成されてもよい。

ステップ９６６において、第１ループ９６１は、第１制御アルゴリズム（例えば、制御アルゴリズム１）をステップ９６４において取得された１つ又は複数のＮＳＣ信号に適用する。

ステップ９６８において、第１ループ９６１は、ステージアセンブリを第１制御アルゴリズム（例えば、制御アルゴリズム１）の出力に基づいて調節する。例えば、ＡＦシステム９００のコントローラ９２１は、ステージアセンブリ９４２を調節するように構成されてもよい。例えば、ステージアセンブリ９４２は、ｚ方向に調節されてもよい。

ここで留意されるのは、デュアル制御ループ９６０の第１ループ９６１は、フィードバックループとして構成されてもよいことである。第１ループ９６１の帯域幅は、制御ループの適用及び／又は１つ又は複数のハードウェア選択に基づいて調節されてもよい。更に、ここで留意されるは、焦点誤差が存在するとき、それは処理変動を示すことである。焦点誤差の規模は、処理変動の大きさに相関する。

ステップ９７０において、第２ループ９６２は、１つ又は複数のＰＭＩＱ光学部品を用いて、１つ又は複数の測定値を取得する。

ステップ９７２において、第２ループ９６２は、検出器アセンブリを介してＰＭＩＱスルーフォーカス曲線（ＴＦＣ）を取得する。例えば、ＡＦシステム９００の１つ又は複数の検出器９１４ａ、９１４ｂは、ＰＭＩＱＴＦＣを取得してもよい。例えば、ステップ９７０のＰＭＩＱサブシステムを介して獲得されたＴＦＣ又はＴＦＣ上の少数の離散点が用いられて、ＰＭＩＱＴＦＣを生成してもよい。

ステップ９７４において、第２ループ９６２は、ＰＭＩＱＴＦＣに基づいてデータを転送する。例えば、第２ループ９６２は、処理するために選択された転送先にデータ経路を経由して選択されたデータを転送するように構成されてもよい。

ステップ９７６において、第２ループ９６２は、転送されたデータに基づいて焦点誤差及び符号を計算する。例えば、第２ループ９６２は、距離（例えば、ナノメートルの数）として表現された焦点誤差を計算してもよい。留意されるのは、焦点誤差が一般にナノメートル単位で測定され、一方、ＮＳＣ計数が、電子式デジタル信号を表し、該信号は、データの線形領域（図２Ａ）内のＳ曲線勾配に対応する線形関係対焦点誤差を有する。

ステップ９７８において、第２ループ９６２は、データをＮＳＣ計数の第１ループ９６１に渡す。ステップ９８０において、第２ループ９６２は、第２制御アルゴリズム（例えば、制御アルゴリズム２）を第１ループ９６１に渡されたデータに適用する。これに関して、第２ループ９６２は、焦点誤差をＮＳＣ信号に変換してもよい。次いで、第２ループ９６２は、焦点誤差のＮＳＣ信号をデュアル制御ループ９６０の第１ループ９６１に供給してもよい。焦点誤差は、次いで第１制御ループ９６１によって用いられて、ステージアセンブリのｚ位置を調節して焦点誤差について十分に補正してもよい。

ＮＳＣ自動焦点調節ルーチン及びＰＭＩＱ自動焦点調節ルーチンは、２Ｄウェーハ検査及び３ＤＮＡＮＤウェーハ検査の非配列領域について独立して動作させられてもよい。更に、ＰＭＩＱ自動焦点調節ルーチンは、処理変動は小さく、必要とされる線形範囲が約５００ｎｍ未満である場合、独立して動作させられてもよい。

図９Ｆは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、試料の最上面からのオフセットを含むプロット９９０を示す。

ここで留意されるのは、試料積層体内のより深いところの欠陥を検査するために、大きい焦点オフセットが必要とされることである。一実施形態では、ＡＦシステム９００は、試料最上面焦点軌跡に適合するユーザ設定可能な焦点オフセットに試料を設定するように構成され、該焦点軌跡は、図９Ｆの曲線９９２によって示すように、試料表面検査中、記録されてもよい。

別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、制御ループ９６０の第１ループ９６２に渡された１つ又は複数の焦点誤差信号を収集するように構成されてもよい。焦点誤差が存在するとき、それは処理変動を示す。焦点誤差の規模は、処理変動の大きさと相関する。焦点誤差マップ（ＦＥＭ）が欠陥分布マップ（例えば、図５）と組合せて用いられるとき、これらの２つのマップの相関分析によって、又は別の処理制御パラメータ値を用いて、有用情報が、歩留制限因子の根本原因を見出すためにユーザに提供されてもよい。

別の一実施形態では、焦点誤差マップ（ＦＥＭ）は、ＮＳＣ投影システム９０５を用いて生成されてもよい。処理変動に対するＮＳＣのＡＦ原理の焦点感度に起因して、欠陥分布マップは、信頼性がそれほど高くない。しかし、焦点誤差マップは、それでもユーザが別の処理パラメータを用いてそれを補正することによって歩留制限因子を識別するための有用情報を含んでもよい。

ここで留意されるのは、ＮＳＣ投影システム９０５は、独立型ＡＦシステムとして動作させられてもよく、該独立型ＡＦシステムは、望ましい機能性及び優れた焦点追跡性能を、２Ｄウェーハ検査及びＰＭＩＱが困難であるけれどもＮＳＣのＡＦ原理がうまく作用する別の３ＤＮＡＮＤウェーハの非配列領域に提供することである。ここで留意されるのは、ＮＳＣのＡＦとの単なる相違は、それが、ＰＭＩＱ投影システム９０３に関連する照明及び集光経路の両方での開口数を低減したことである。このことは、焦点追跡ランダムノイズを増加させることがある。それは、焦点信号（Ｆ_ａ，Ｆ_ｂ）の法線信号（Ｎ_ａ，Ｎ_ｂ）に対する比を増加させることによって低減されてもよく、該比は、ＮＳＣ投影システム９０５において１：２である。例えば、第２ビームスプリッタ９２８ｂは、５０／５０とは異なる分割比を利用してもよい。例えば、第２ビームスプリッタ９２８ｂは、焦点チャネルへの６６％の透過及び法線チャネルへの３３％の反射を有してもよい。別の一例として、中性密度フィルタが用いられて、法線チャネル内の光を低減してもよい。

図１０は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ｓ曲線１０００を示す。

図１０に示すように、ｓ曲線１０００の線形範囲１００２は、照明及び集光経路の両方でのＰＭＩＱ投影システム９０３に関するＮＳＣ投影システム９０５内の低減されたＮＡ設定によって拡張されてもよい。例えば、ｓ曲線の線形範囲１００２は、ＮＳＣ投影システム９０５の照明及び集光経路の両方での０．５ＮＡ設定によって拡張されてもよい。ＮＳＣ投影システム９０５は、０．９ＮＡ未満の開口数を有してもよい。例えば、ＮＳＣ投影システム９０５は、０．４～０．６ＮＡの間の開口数を有してもよい。例えば、ＮＳＣ投影システム９０５は、０．５ＮＡの開口数を有してもよい。

図１１は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム９００の追加の／代替の実施形態を示す。特に、ＡＦシステム９００のＰＭＩＱ投影システム９０３は、ＮＳＣ投影システム９０５と異なる倍率を伴って実装されてもよい。これに関して、ＰＭＩＱ投影システム９０３及びＮＳＣ投影システム９０５は、ＦＯＶ分割について同じ照明（例えば、図９Ｂに示すような）を共有してもよい。更に、ＰＭＩＱ投影システム９０３は、左から右へ及び右から左への走査についてＮＳＣ投影システム９０５に対して先行／後続の両方であってもよい。

それに加えて、ＰＭＩＱ投影システム９０３視野についてのグリッドマスクは、試料の内在性パターンが２Ｄカメラによって分解可能ならば、除去されてもよい。これに関して、外部に投影されたパターン画質を検出する代わりに、試料パターンの撮像品質は、直接検出されて解析される。類似の制御及び焦点測定基準アルゴリズムが、本明細書で以前に説明されたシステムに適用されてもよい。ここで留意されるのは、焦点測定基準は、縁勾配に限定されないことである。例えば、ロバストなコントラスト、蓄積密度関数（ＣＤＦ）、高周波エネルギ等が別個に適用されるか、又は組み合わせて適用されることにより、最良の焦点平面を決定してもよい。

図１２は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム９００の追加の／代替の実施形態を示す。特に、ＮＳＣ投影システム９０５の低ＮＡ設定は、処理変動に鈍感であることが求められている３ＤＮＡＮＤウェーハ表面追跡のために構成されてもよい。ここで留意されるのは、これは、２Ｄ及び３Ｄ検査モジュールの異なる倍率、独立した収差、並びに焦点制御を可能にすることである。

一実施形態では、ＡＦシステム９００は、検出器１２００を含む。例えば、ＡＦシステム９００は、カメラ１２００を含んでもよい。別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、段階的な焦点遅延１２０２を含む。

別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、複数の焦点センサ９２０ａ’、９２０ａ”を含む。別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、複数の法線センサ９２０ｂ’、９２０ｂ”を含む。

図１３は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＦシステム９００の追加の／代替の実施形態を示す。特に、ＡＦシステム９００のＰＭＩＱ投影システム９０３及びＮＳＣ投影システム９０５は、類似のＮＡ設定によって実行されるように構成されてもよい。例えば、ＡＦシステム９００は、１つ又は複数のビームスプリッタを透過される照明による同じＮＡを有するように構成されてもよい。

一実施形態では、ＡＦシステム９００は、傾斜型カメラ１３００を含む。別の一実施形態では、ＡＦシステム９００は、検出器アセンブリ９１４の前方に配設された透明平板１３０２を含む。透明平板１３０２は、当該技術分野で公知のいずれかの透明材料から形成されてもよく、該透明材料は、ガラスを含むが、これに限定されない。

この実施形態では、照明源９０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明源９０２を含んでもよい。

図１４は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、例示的な投影マスクパターン１４００を示す。

一実施形態では、投影マスクパターン１４００は、直線空間パターン１４０２を含む。別の一実施形態では、投影マスクパターン１４００は、正方形（又は長方形）ボックスパターン１４０４を含む。別の一実施形態では、投影マスクパターン１４００は、星形パターン１４０６を含む。ここで留意されるのは、投影マスクパターン１４００は、いずれかの特別に設計されたパターンを含んでもよく、そのため、上記の考察は、本開示の範囲についての限定として解釈されてはならないことである。

別の一実施形態では、投影マスクパターン１４００は、焦点検出感度を向上させるように構成されたグリッドマスクパターンを含んでもよい。例えば、試料ｘ軸に対して異なる角度で向いている一連のバイナリ正方形ボックスは、異なる収差タイプについての詳細な情報を有する撮像品質の検出を可能にしてもよい。ここで留意されるのは、グリッドマスクの撮像コントラストは、特別の被覆を適用すること又は透過率の材料設計を変更すること、及びマスクの明暗部分の特性を遮断することによって向上させられてもよいことである。

ここで留意されるのは、ＡＦシステム８００、９００、１１００、１２００、１３００は、ＡＦシステム１００を超えるいくつかの長所を有してもよいことである。例えば、ＡＦシステムは、処理変動及び非パターン化領域を有する試料表面をトラッキングしてもよい。例えば、ＡＦシステム８００によって決定される試料表面平面は、配列内の処理変動及び非パターン化領域に反応しない。これに関して、表面欠陥検出感度は、高性能撮像システム（例えば、撮像システム８３０）の完全な資格を勝ち取ってもよい。別の一例として、ＡＦシステムは、デフォーカス誤差を検出する増強された能力を有する。例えば、０．９ＮＡのＡＦによって３ＤＮＡＮＤウェーハ上のＡＦシステムを試験するとき、デフォーカス誤差が、十分に１つの焦点深度範囲内にある４０ｎｍにおいて検出された。

別の一例として、ＮＳＣ投影システム９０５は、照明及び集光経路の両方において低減した開口数を用いることによってｓ曲線線形範囲を拡張した。この拡張された線形範囲は、感受力がある方法が照明及び集光開口の両方に対してＮＡを０．９ＮＡに設定したときに、典型的である焦点喪失を回避してもよい。図１０に示すように、公称対称性ｓ曲線は、下半分が歪んでいる。ｓ曲線線形範囲は、劇的に低減される場合があり、それで容易に焦点を喪失する。

別の一例として、拡張されたｓ曲線線形範囲は、また、焦点誤差に基づくＮＳＣ信号を、図９Ｅに示すデュアル制御ループ９６０の制御アルゴリズム２に供給することを可能にする極限設計スキームである。別の一例として、分割された視野は、ＡＦシステムの１つ又は複数の構成要素の間のクロストークを解消してもよい。別の一例として、１つ又は複数の構成要素の制御ループは、２Ｄウェーハ検査及び非配列領域３ＤＮＡＮＤウェーハ検査について独立して動作させられてもよい。例えば、ＰＭＩＱ制御ループは、独立して動作させられてもよい。

別の一例として、スルーフォーカス曲線（ＴＦＣ）は、試料ｚステージを動かすこと又は光学システム内の別の部分を動かすことなく、傾斜型２Ｄカメラによって代替的に獲得されてもよく、さもなければ、振動、空気揺動、及び／又は音響雑音を導入する可能性がある。更なる一例として、スルーフォーカス曲線（ＴＦＣ）は、ウェーハｚステージを動かすこと又は光学システム内の別の部分を動かすことなく、異なる厚さを有する１組のガラス板によって代替的に取得されてもよく、さもなければ、振動、空気揺動、及び／又は音響雑音を導入する可能性がある。

更なる一例として、試料平面上のＡＦ視野が、より小さいサイズが必要とされるときに、デジタル的に切り詰められてもよい。更に、ＰＭＩＱ検出を妨害する可能性がある望ましくない試料特徴は、また、デジタル的にマスクをかけられてもよい。更に、ＡＦシステム１００のＮＳＣ曲線は、エネルギ式方法又は縁動作式方法のいずれかによって計算で生成されてもよい。

別の一例として、底部欠陥検出について、試料は、試料表面形状に関してユーザ設定可能な焦点オフセットのところに設置されてもよく、該試料表面形状は、表面欠陥検査中に記録される。留意されるのは、ＰＭＩＱ手法及び／又はＰＭＩＱ＋ＮＳＣ手法は、非常にうまく作用して、３ＤＮＡＮＤ検査のために配列領域ウェーハ表面を追跡することである。しかし、ウェーハ積層体の底部にある又は大きい焦点オフセットにある欠陥を検査するとき、異なる方策が用いられて、ＮＳＣ手法において焦点レンズについての過剰な移動範囲要件を緩和することがある。この代替の手法において、ウェーハ表面の検査中に、ｚステージｚ０（ｘ，ｙ，ｚ）を記録し得る。ウェーハ底部又は大きい焦点オフセット検査について、一定のユーザ設定可能な焦点オフセットが追加されて、大きい焦点オフセットにおける検査について、自動焦点調節が、図９Ｆで示すような最上面から一定オフセットを有する仮想平面まで追跡してもよい。

更なる一例として、焦点誤差マップ（ＦＥＭ）が、検査中に収集されてもよい。更に、焦点誤差マップは、検査の前に収集されてもよい。ＦＥＭは、ユーザが処理変動根本原因及び／又は歩留制限因子を見出すのに有益であってもよい。

ここで留意されるのは、システム８００、９００の１つ又は複数の構成要素は、当該技術分野で公知のいずれかの態様でシステム８００、９００の様々な別の構成要素に通信可能に結合されてもよいことである。例えば、１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５が、有線接続（例えば、銅線、光ファイバーケーブル等）を介して、又は無線接続（例えば、ＲＦ結合、ＩＲ結合、ＷｉＭａｘ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇ、４ＧＬＴＥ、５Ｇ等）を介して互いに及び別の構成要素に通信可能に結合されてもよい。別の一例として、コントローラ８１６、９２１は、当該技術分野で公知のいずれか有線又は無線接続を介してシステム８００、９００の１つ又は複数の構成要素に通信可能に結合されてもよい。

一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５は、当該技術分野で公知のいずれかの１つ又は複数の処理要素を含んでもよい。この意味で、１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５は、ソフトウェアアルゴリズム及び／又は命令を実行するように構成されたいずれかのマイクロプロセッサタイプのデバイスを含んでもよい。一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５は、デスクトップコンピュータ、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、又は別のコンピュータシステム（例えば、ネットワークコンピュータ）から構成されてもよく、これらは、本開示全体を通して説明したように、システム８００、９００を動作させるように構成されたプログラムを実行するように構成されている。認識すべきは、本開示全体を通して説明したステップは、単一のコンピュータシステム、又は代替的に複数のコンピュータシステムによって実行されてもよいことである。更に、認識すべきは、本開示全体を通して説明したステップは、１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５のいずれかの１つ又は複数において実行されてもよいことである。一般に、用語「プロセッサ」とは、メモリ８２０、９２７からのプログラム命令を実行する、１つ又は複数の処理要素を有するいずれかのデバイスを包含するように広く規定されてもよい。更に、システム８００、９００の様々なサブシステムは、本開示全体にわたって記載したステップの少なくとも一部分を実行するのに適したプロセッサ又は論理素子を含んでもよい。そのため、上記の説明は、本開示についての限定としてではなく、単なる例示として解釈されなければならない。

メモリ８２０、９２７は、関連する１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５によって実行可能なプログラム命令及びシステム８００、９００から受け取られたデータを記憶するのに適した当該技術分野で公知のいずれかの記憶媒体を含んでもよい。例えば、メモリ８２０、９２７は、非一過性の記憶媒体を含んでもよい。例えば、メモリ８２０、９２７は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気又は光学メモリデバイス（例えば、ディスク）、磁気テープ、ソリッドステートドライブ等を含んでもよいが、これに限定されない。更に留意されるのは、メモリ８２０、９２７は、１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５と共に、共通のコントローラハウジング内に収容されてもよいことである。代替の一実施形態では、メモリ８２０、９２７は、プロセッサ８１８、９２５、コントローラ８１６、９２１等の物理的位置に対して離れて設置されてもよい。別の一実施形態では、メモリ８２０、９２７は、１つ又は複数のプロセッサ８１８、９２５に本開示を通して説明した様々なステップを実行させるためのプログラム命令を保持する。

一実施形態では、ユーザインターフェースは、コントローラ８１６、９２１に通信可能に結合される。一実施形態では、ユーザインターフェースは、１つ又は複数のデスクトップ、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ等を含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、ユーザインターフェースは、システム８００、９００のデータをユーザに表示するために用いられるディスプレイを含む。ユーザインターフェースのディスプレイは、当該技術分野で公知のいずれかのディスプレイを含んでもよい。例えば、ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）式ディスプレイ、又はＣＲＴディスプレイを含んでもよいが、これに限定されない。当業者であれば、ユーザインターフェースと一体化可能ないずれかのディスプレイデバイスは、本開示における実装に適していることを認識するはずである。別の一実施形態では、ユーザは、ユーザインターフェースのユーザ入力デバイスを介してユーザに表示されたデータに応じて選択及び／又は命令を入力してもよい。

当業者であれば、本明細書で説明した構成要素（例えば、動作）、デバイス、物体、及びそれらに付随する考察が、概念の明快さのための例として用いられていること、及び様々な構成修正が予想されていることを認識するであろう。したがって、本明細書で用いられるとき、記載された具体的な例及び付随する考察は、それらのより一般的なクラスを意味することが意図されている。一般に、いずれかの具体的な例の使用は、それのクラスの代表であることが意図されており、そして、具体的な構成要素（例えば、動作）、デバイス、及び物体の非包含は、限定と考えられるべきではない。

当業者であれば、本明細書で説明された処理及び／又はシステム及び／又は別の技術がそれによって達成されてもよい様々な手段（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア）が存在すること、そして、好ましい手段が、処理及び／又はシステム及び／又は別の技術が配備されることに関して変化することを理解するであろう。例えば、実装者が速度と正確度が最重要であると決定すれば、実装者は、主としてハードウェア及び／又はファームウェア手段を選んでもよく、その代替として、柔軟性が最重要であるならば、実装者が、主としてソフトウェア実装を選んでもよく、あるいは、更にその代替として、実装者は、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアのうちのいくつかの組合せを選んでもよい。したがって、本明細書で説明されたプロセス及び／又はデバイス及び／又は別の技術が達成されるいくつかの可能な手段が存在し、利用されることができるいずれかの手段は、そのうちのいずれかが変化し得る、手段が配備される状況及び実施者の特定の関心事（例えば、速度、柔軟性、又は予測性）に依存する選択肢であるので、別のものとの比較で本質的に優劣がない。

以上の説明は、当業者が、特定の用途及びそれの要件に関連して提供されるように本発明を作成し使用することを可能にするように提示される。本明細書で用いられるとき、「最上部の」、「底部の」、「上に」、「下に」、「上部の」、「上向き」、「下側の」、「下に」、及び「下向き」等の指向性用語は、説明の目的のために相対位置を提供することが意図され、そして、絶対基準系を示すことは意図されない。説明された実施形態への様々な修正が、当業者に明らかになるであろう、そして、本明細書に規定された一般原理は、別の実施形態に適用されてもよい。そのため、本発明は、表示され説明された特定の実施形態に限定されることが意図されていないけれども、本明細書で開示された原理及び新規な特徴と整合する最も広い範囲に一致されることになる。

本明細書での実質的にいずれかの複数及び／又は単数の用語の使用に関して、当業者であれば、複数から単数に及び／又は単数から複数に、状況及び／又は適用にふさわしいように変換することができる。様々な単数／複数の置換は、明快さのために本明細書では明白に記載されない。

本明細書に記載された方法の全ては、方法実施形態の１つ又は複数のステップの結果をメモリに記憶することを含んでもよい。結果は、本明細書に記載された結果のうちのいずれかを含んでもよく、そして、当該技術分野で公知のいずれかの態様で記憶されてもよい。メモリは、本明細書に記載されたいずれかのメモリ又は当該技術分野で公知のいずれかの別の好適な記憶媒体を含んでもよい。結果が記憶された後に、結果は、メモリ内でアクセスされてもよく、そして、本明細書に記載された方法又はシステム実施形態のうちのいずれかによって用いられてもよく、ユーザへの表示のためにフォーマット化されてもよく、別のソフトウェアモジュール、方法又はシステムによって用いられてもよい等である。更に、結果は、「恒久的に」、「半恒久的に」、「一時的に」又はなんらかの時間期間の間、記憶されてもよい。例えば、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であってもよく、結果は、必ずしもメモリに無期限に存続してもよいわけではない。

更に考えられるのは、上記の方法の実施形態のそれぞれは、本明細書に記載されたいずれか別の方法のいずれか別のステップを含んでもよいことである。それに加えて、上記の方法の実施形態のそれぞれは、本明細書に記載されたシステムのうちのいずれかによって実行されてもよい。

本明細書に記載された主題は、時には、別の構成要素内に含まれた、又はそれと接続された異なる構成要素を示す。理解すべきは、かかる示された構成は、単に例示的なものであること、実際、同じ機能を達成する多くの別の構成が実装されてもよいことである。概念上の意味において、同じ機能を達成するための構成要素のいずれかの配列は、所望の機能が達成されるように有効に「関連付けられている」。それ故に、特定の機能を達成するために組み合わされた本明細書のいずれかの２つの構成要素は、構成又は中間構成要素にかかわりなく、所望の機能が達成されるように互いに「関連付けられている」とみなされてもよい。同様に、そのように関連付けられたいずれかの２つの構成要素は、また、互いに「接続されている」又は「結合されている」ことにより、所望の機能を達成すると考えられてもよく、そのように関連付けられることができるいずれかの２つの構成要素は、また、所望の機能を達成するために互いに「結合可能である」と考えられてもよい。接続可能であることの具体的な例は、物理的に嵌合可能な構成要素、及び／又は物理的に相互作用する構成要素、及び／又は無線で相互作用可能な構成要素、及び／又は無線で相互作用する構成要素、及び／又は論理的に相互作用する構成要素、及び／又は論理的に相互作用可能な構成要素を含むが、これに限定されない。

更に、本発明が添付クレームによって規定されることを理解すべきである。当業者であれば理解するであろうことは、一般に、本明細書、特に添付クレーム（例えば、添付クレーム本文）内で用いられた用語は、「オープン」用語として一般に意図されている（例えば、用語「含む」は、「含むが、それに限定されない」と解釈されなければならず、用語「有する」は、「少なくとも有する」と解釈されなければならず、用語「含む」は、「含むが、これに限定されない」と解釈されなければならない等）ことである。当業者であれば更に理解するであろうことは、導入されたクレーム記載の特定数が意図されるならば、かかる意図がクレーム内に明示的に記載され、そしてかかる記載が存在しない場合、かかる意図は存在しないことである。例えば、理解の助けとして、以下の添付クレームは、クレーム記載を導入するために導入句「少なくとも１つ」及び「１つ又は複数」の使用を含んでもよい。しかし、かかるフレーズの使用は、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」によるクレーム記載の導入が、かかる導入されたクレーム記載を含むいずれかの特定のクレームを、唯一のかかる記載を含む発明に限定すること、同じクレームが、導入句「１つ又は複数」又は「少なくとも１つ」、及び「ａ」又は「ａｎ」（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は典型的には、「少なくとも１つ」又は「１つ又は複数」を意味するように解釈されなければならない）等の不定冠詞を含むときでさえ、同じことが、クレーム記載を導入するために用いられる定冠詞の用法に当てはまる。それに加えて、たとえ導入されたクレーム記載の特定の数が明示的に記載されていても、当業者であれば、かかる記載は、典型的には、少なくとも記載された数を意味するように解釈されなければならない（例えば、別の修飾語句を伴わない「２つの記載」の生の記載は、典型的には、少なくとも２つの記載又は２つ以上の記載を意味する）ことを認識するであろう。更に、「Ａ、Ｂ、及びＣ等のうちの少なくとも１つ」に類似した記法が用いられる例においては、一般に、かかる構成は、当業者がその記法を理解するであろう（例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａだけを、Ｂだけを、Ｃだけを、ＡとＢを一緒に、ＡとＣを一緒に、ＢとＣを一緒に、及び／又はＡとＢとＣを一緒に、等有するシステムを含むが、これに限定されないという）意味に意図されている。「Ａ、Ｂ、又はＣ等のうちの少なくとも１つ」に類似する記法が用いられる例において、一般に、かかる構成は、当業者が、その記法を理解する（例えば「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａだけを、Ｂだけを、Ｃだけを、ＡとＢを一緒に、ＡとＣを一緒に、ＢとＣを一緒に、及び／又はＡとＢとＣを一緒に、等有するシステムを含み、これに限定されないという）意味に意図されている。更に当業者であれば理解するのは、実質的に２つ以上の代替用語を提示するいずれかの選言的語及び／又は句が、それが明細書、請求項、又は図内にあるか否かに関係なく、用語のうちの１つ、用語のうちのどちらか、又は両方の用語を含む可能性を意図しているように理解されなければならないことである。例えば、句「Ａ又はＢ」とは、「Ａ」又は「Ｂ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むように理解される。

本開示及びそれの付随する利益の多くは、前述の説明によって理解されると信じられ、様々な変化が、開示された主題から逸脱することなく、又はそれの具体的な利益の全てを犠牲にすることなく、構成要素の形式、構成及び配列でなされてもよいことが明らかである。記載された形式は、単に説明的なものであるにすぎず、かかる変化を包含し含むことが以下のクレームの意図である。更に、本発明が添付クレームによって規定されることを理解すべきである。

Claims

自動焦点調節システムであって、
照明源と、
開口と、
投影マスクと、
検出器アセンブリと、
中継システムであって、前記中継システムは、前記投影マスクを通して伝送された照明を撮像システムに光学的に結合するように構成され、前記中継システムは、１つ又は複数のパターンを前記投影マスクから前記撮像システムのステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、前記投影マスクの画像を前記試料から前記検出器アセンブリまで伝送するように構成されている、中継システムと、
１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラであって、前記１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、前記プログラム命令は、前記１つ又は複数のプロセッサに、
前記投影マスクの１つ又は複数の画像を前記検出器アセンブリから受け取るステップ、
前記投影マスクの前記１つ又は複数の画像の品質を決定するステップ、
前記投影マスクの前記決定された画質に応じて、前記ステージアセンブリの鉛直位置を調節することで焦点を調節するステップ
を行わせるように構成されている、コントローラと、
を備え、
前記投影マスクは、グリッドマスクパターンであって前記試料がｘ－ｙ平面に配設されている場合のｘ軸に対して異なる角度で向いている一連のバイナリ正方形ボックスパターンを有する、
システム。
前記１つ又は複数のプロセッサは、
１つ又は複数の焦点測定基準を前記投影マスクの前記１つ又は複数の画像に適用することに基づいて、前記投影マスクの前記１つ又は複数の画像の画質を決定する
ように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記１つ又は複数の焦点測定基準は、
スルーフォーカス曲線（ＴＦＣ）
に基づく、請求項２に記載のシステム。
前記１つ又は複数のプロセッサは、
前記試料の鉛直位置をスルーフォーカス曲線（ＴＦＣ）のピーク位置に保持するために、前記撮像システムの前記ステージアセンブリの前記鉛直位置を調節する
ように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記検出器アセンブリは、
２次元カメラ
を備える、請求項１に記載のシステム。
前記検出器アセンブリは、
傾斜型２次元カメラ
を備える、請求項１に記載のシステム。
前記検出器アセンブリは、
２次元カメラと、
透明平板であって、前記透明平板は、前記２次元カメラの前方に配設され、前記透明平板にわたって変化する厚さを有する、透明平板と、
を備える、請求項１に記載のシステム。
１つ又は複数の光学要素を更に備え、前記１つ又は複数の光学要素は、１つ又は複数のレンズ、１つ又は複数のミラー、又は１つ又は複数のビームスプリッタのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
前記撮像システムは、検査システム、又は撮像式計測システムのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
前記試料は、半導体ウェーハを備える、請求項１に記載のシステム。
システムであって、
撮像システムと、
自動焦点調節システムであって、
照明源、
開口、
投影マスク、
検出器アセンブリ、及び
中継システムであって、前記中継システムは、前記自動焦点調節システムを前記撮像システムに光学的に結合するように構成され、前記中継システムは、１つ又は複数のパターンを前記投影マスクからステージアセンブリ上に配設された試料上に投影して、前記投影マスクの画像を前記試料から戻して前記自動焦点調節システムの前記検出器アセンブリまで伝送するように構成されている、中継システム
を備える自動焦点調節システムと、
１つ又は複数のプロセッサを含むコントローラであって、前記１つ又は複数のプロセッサは、メモリに記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成され、前記プログラム命令は、前記１つ又は複数のプロセッサに、
前記投影マスクの１つ又は複数の画像を前記検出器アセンブリから受け取るステップ、
前記投影マスクの前記１つ又は複数の画像の品質を決定するステップ、
前記投影マスクの前記決定された画質に応じて、前記ステージアセンブリの鉛直位置を調節することで焦点を調節するステップ
を行わせるように構成されている、コントローラと、
を備え、
前記投影マスクは、グリッドマスクパターンであって前記試料がｘ－ｙ平面に配設されている場合のｘ軸に対して異なる角度で向いている一連のバイナリ正方形ボックスパターンを有する、システム。