JPH07503793A - パターニングされた基板の光学検査用装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 パターニングされた基板の光学検査用装置技術分野 本発明は、光回折基板、特にパターニングされた半導体ウェハ上の微細な汚染物 質の光学的検出に関する。

背景技術 半導体ウェハ上の汚染物質の検出の分野では、そのままのまたはパターニングさ れないウェハの検出用の様々な器具が存在する。これらの器具は、そのままのウ ェハ上の粒子の存在を検出するために走査レーザビームから１エレメントまたは 複数エレメントから作られた集光部へ散乱する光を用いる。ビームの位置および 隣接したスキャンにおける粒子または欠陥から散乱する光の量がわかっているあ る装置では、光を散乱する粒子の画像が推定される。

一旦つエバがパターニングされると、汚染物質を検出するための単純な光散乱ア プローチを行なうことは困難となる。もしウェハ上に回路を製造することにより 固有の位相的特徴が形成されたなら、非汚染物質特徴からの散乱があまりにも多 いため汚染物質からのいかなる散乱信号も通常失われてしまう。先行技術のアプ ローチのいくつかは、−望ましくない散乱信号を所望の信号から分離するために パターンの冗長性または周期性を用いる。

回路パターンの冗長性はエル・リン（Ｌ、Ｌｉｎ）らへの米国特許第４．８０６ ．７７４号の集積回路の欠陥および汚染物質の画像化で用いられる。この検査シ ステムは、光学軸に沿って位置決めされたフーリエ変換レンズおよび逆フーリエ 変換レンズを用いて、パターニングされた標本ウェハの照射された領域から空間 周波数標本を生成し、その周波数成分は選択的に濾波されてウェハの照射された 領域中の欠陥の画像パターンを生成することができる。濾波された画像は照射さ れた軸上ウェハダイの中だけの欠陥に対応する光の存在を検出する二次元光検出 器アレイの表面に照射される。

マルダリ（Ｍａｌｄａｒｉ　）らの米国特許第４．８９５．４４６号は、特に図 ３において、パターニングされたウェハから回折された光をフィルタするために マスクを使用することを開示している。ウェハ上方のレンズはマスク上の表面の フーリエ変換を行なう。このマスクはパターニングされた表面のフーリエ変換に 対応するパターンを含む。粒子から散乱した光量外のすべての光はマスクによっ て遮断される。レンズはこの光をカメラ上へ結像する。

ミナミ（Ｍｉｎａｍｉ）らへの米国特許第３．９７２．６１６号は、２つの光源 と組合わせて空間フィルタを使用することを開示しており、光源のうちの一方は レーザであり他方は広帯域のインコヒーレント光源である。このシステムは２つ の重畳された画像、つまり欠陥場所における明るいスポット以外のほとんどの情 報を空間フィルタが取去ったレーザ光画像および検査されている全パターンの形 状を示すインコヒーレント光画像を生成し、この結果、欠陥の位置を特定するこ とができる。インコヒーレント光画像がその機能を完遂するためには、空間フィ ルタがこの画像中の大半の情報をブロックしないことが必要である。

冗長な回路特徴を有するパターニングされたウェハ中の粒子および欠陥を検出す る上で空間のフィルタリングの価値が既に認められているということがこれらの 例から理解される。空間フィルタを用いることの利点は、欠点を識別するために コンピュータが調べなければならない情報量を低減することである。空間フィル タの欠点は、通常はレーザ源である単色およびコリメートされた光源の使用が必 要であると一般に考えられていることであり、このためシステムがスペックルノ イズを受けやすくなる。単色光の他の欠点は、共振効果のために単色粒子検出シ ステムが照明の波長に関係したあるサイズの粒子に対して相対的に感応しなくな ることである。

周知のことであるが、表面を照射するために、レーザまたは実質的に空間的およ び時間的にコヒーレンスを有する他のソースが使用される場合であって、その表 面のパターニングまたは粗さが波長またはそれ以上のオーダの深さを有し、かつ その表面中でパターニングまたは粗さが観察光学系の光解像度よりも小さい横空 間周波数における重要な成分を有する場合、画像はスペックルと呼ばれる表面の ランダムな斑点を含み、これはごみの粒子などの関心のある特徴と見分けること が非常に困難なものである。

スペックルは粗い表面の異なる高領域および低領域から反射された光のコヒーレ ントな加算、つまり干渉によって引起こされ、それらのすべては表面の光学的に 分解可能な副領域内にある。スペックルの存在は検出可能な欠陥または粒子の最 小サイズを実質的に引上げる。スペックルは様々な公知の方法によって低減した り排除することができ、これらの方法には照明をスペクトル的に変化させること と照射角を変化させることとの２つの方法が含まれる。

今日まで広帯域光源からの光へ効果的に空間的フィルタを与える検査機械を構築 することは不可能と思われているが、これはなぜなら広帯域光源はフーリエ面中 の情報を広げさせ、有用な空間フィルタの構築を不可能にしているように思われ るためである（普通の空間フィルタが多彩色光に対して効果がないという事実は 、先に引用した米国特許第３．９７２．６１６号の装置の動作の基礎に実際なっ ている）。

空間フィルタを角度が多様な光源と組合わせる装置が作られたが、角度が多様な ことによるフーリエ平面の画像のスミアを克服するために、これらの装置は典型 的には複雑な移動メカニズムを用いている。かかる装置の１つでは、空間フィル タはコリメートされた光源の回転と同期してフーリエ面中で回転し、その結果フ ィルタ上の暗いスポットの位置は検査されているパターンからの回折されたれス ポットの位置をたどる。初期の頃のかかる装置の説明はシー・イー・トーマス（ Ｃ，Ｅ、　Ｔｈｏｍａｓ）　ｒ応用光学（Ａｌｌｐｌｉｃｄ　ｏｐ！１ｃｓ）　 Ｊ　ｖｏｌ、　７、ｎｏ、３、ｐ、５１７１１（１９６８年３月）に見られる。

本発明の目的は、空間フィルタを用いて、冗長な特徴を有するパターニングされ たウェハのための、反スペックル特性を有する検査装置を考案することであった 。

発明の概要 上記の目的は、パターニングされたウェハの検査装置のフーリエ平面中で用いら れる新しい種類の空間フィルタを考案することによって達成されている。このフ ィルタは広帯域の光、角度の多様な光、またはその両方のいずれかと組合わせて 用いられる。

先行技術と同じく、本発明は、ダイパターン内の冗長な特徴から光を回折するタ イプのパターニングされた半導体ウェハなどの、周期的な特徴を有する基板を検 査するために用いられる。回折を引起こすのはダイパターン全体である。本発明 で用いられる光源は１つ以上のビームを有し、これらのビームはピンホール開口 絞りを有する光学系を通って周期的特徴上へ焦められ、各次数が長い帯を形成す る状態で複数個のスペクトル分散次数の形の複数個のスペクトル線を回折によっ て生成する。これらの長い帯は他の態様では透過性であるフィルタ上で不透明な トラックによってブロックされる。フィルタを通過可能な光は基板上の欠陥また は粒子からの光である。

非レーザ光源から十分な光強度を得るために、光源は、特定の中心方向のまわり に実質的に角度が拡大した拡大光源であってもよい。この場合は、ピンホール開 口は矩形の長いスリットに拡大される。スリット状の開口はフーリエ平面画像を 上述のような長い帯状の像に広げる。拡大光源の代替としては、光源の角度が異 なる複数個の様々な光源が用いられてもよい。かかるすべての光源は開口を通過 するビームを発生し、これらの光源の波長は同一であるかまたは異なっていても よい。その結果化じる回折パターンは上述のような種類の帯状の像である。

スリット状の開口絞りを用いることはいくつかの利点を有するということが理解 されるべきである。光源にレーザのような顕著な明るさが欠けている場合は、開 口の形をピンホールからスリットへと拡大すると光源からより多くの光を使用す ることが可能となり、このことは実際の検査器具において有用な動作速度を達成 するためには重要なことであり得る。また、光源が、ピンホール開口を通って本 来非常に高い光パワーを送ることが可能なレーザである場合、（開口の異なる部 分から入来する光の空間的コヒーレンスを低減する公知の手段と結合されて）様 々な角度を与えると、スペックルを低減する助けとなる。

もし用いられる光源自体の空間的コヒーレンスが低ければ、スリット開口の空間 的にインコヒーレントな光を得るためには特別な手段を必要としない場合が多い 。空間的コヒーレンスの高い光源を用いる場合、空間的コヒーレンスを低減する 周知の手段の１つは、光源とスリットとの間の光経路に回転グラウンドガラスプ レートを設置することである。プレート中の厚さの摂動によってスリットの異な る部分の間にランダムな位相関係が導入され得る。このプレートは、データの１ つのピクセルが集められている間に位相関係が３６０度のオーダの量だけ変化す るのに十分な速さで回転する必要がある。空間的コヒーレンスを低減する手段は 周知であるため、かかる方法についてはここでは詳述しない。

本発明のフィルタは写真フィルムをフーリエ平面に載置し、ネガ画像が現像され るときに適切な不透明性が得られるのに十分な露出で帯を記録することによって 製造され得る。このネガ画像はフィルタまたは同様のフィルタを作るためのマス クとして作用し得る。フィルタは透過性フィールド中に上述のバンドに対応する 複数個の不透明なトラックを有する。

フィルタを通過する光は粒子および基板欠陥などの非周期的特徴に対応する。こ の光は二次元直線アレイまたはカメラ上へ照射される。ウェハまたはビームは基 板の様々な領域を検査するために動かされてもよい。

図面の簡単な説明 図１は本発明に従う光学検出システムの第１の実施例の立面図である。

図２は本発明に従う光学検査システムの第２の実施例の立面図である。

図３は図１の装置を用いるテスト表面からの回折を示す詳細な図である。

図４は図１の装置とともに用いるための本発明に従う空間フィルタの頂部平面図 である。

図５は観察用対物レンズを介して光が供給される、本発明の従う光学検査システ ムの代替の実施例の立面図である。

図６は図５の装置とともに用いるための本発明に従う空間フィルタの平面図であ る。

発明を実施するためのベストモード 図１を参照して、パターニングされたウェハ１０はウェハチャック１２によって 支持されて示される。パターニングされたウェハは垂直な通路によって分離され た複数個の集積回路ダイを含む。各ダイは集積回路チップである。これらのダイ は各ダイ上にレイアウトされた回路パターンに従った谷で分離されたメイズなど の位相的特徴を有する。

通常は、回路パターンの一部を形成するワイヤまたはメタライゼーションは多く の場合同一方向に走り、顕微鏡で見ると平行なうインまたは区画として見られる 。１つのメモリチップは何千もの、またはおそらくは１００万以上もの、すべて チップ上のラインパターンで形成されたトランジスタを有するかもしれない。１ つのチップ上のライン間の間隔、または隣接するチップ上のラインもしくは隣接 するチップを分離している通路間の間隔により、ウェハを照射している光ビーム の回折パターンが生じる。ウェハは、ラインを互いに平行に走らせる一方でライ ン間の間隔を可能なところではすべて均一に保つことによってなどのように、ラ インパターンが強力な回折を促進するように設計され得る。この態様では最適化 されないウェハはなお通路および他の通常の特徴から光を回折するが、それほど 強力にではない。光を回折する能力を有するウェハがパターニングされたウェハ １０である。

水銀、キセノンまたは炭素アーク灯などのアーク光源１４は広帯域ビーム源１６ を形成する。焦点レンズ１８はビームをピンホール開口絞り２０を通るように配 向し、ここではパターニングされたウェハ１０に当たる光の中に狭い角度範囲の 光線のみが存在するような程度にビームが制限される。この光はコリメートレン ズ２２によってウェハ上へ送られる。

ウェハ１０上の間隔の密な光回折特徴に当たる光は、いくつかの回折次数に対応 して様々な方向に配向される。これらの回折次数のうちのいくつかは対物レンズ ２４によって集められてフーリエ平面に配置される空間フィルタ２６上で焦点を 合わされる。以下に説明するように、周期的特徴からの光は空間フィルタ２６に よって濾波され、一方欠陥からの光はフィルタを透過して逆変換レンズ２８へ入 り、このレンズ２８は光をたとえばＣＯＤビデオカメラであり得る二次元撮像装 置３０の画像面上へ配向する。もし周期的特徴が空間フィルタ２６によって濾波 されていれば、粒子および欠陥のみが撮像装置３０へ通過する。フィルタ理論は 次のように理解され得る。

今、狭い波長範囲のみの光を与えるようにビーム１６もまたスペクトル的に濾波 されていると仮定する。これは実際には起こり得ないが、このフィルタの仮定は 本発明の理解を容易にするためである。もしウェハ１０上に微細な周期的パター ンが存在すれば、典型的にはフーリエ平面にはいくつかのディスクリートな光の スポットが存在し、各スポットは異なる回折次数（つまり周期的パターンによっ て光が回折される異なる角度）に対応している。ここでもしスペクトルフィルタ の波長が徐々に変化するとすれば、各スポットは波長に伴って単−的に移動する 。これはなぜなら回折角は典型的には次の公式で表わされるためである。

ここで１は入射角、ｍは回折次数、ｄは回折を引起こす格子の間隔、５ｉｎ（θ ）は表面を離れる回折された光線の角度の正弦、かつλは波長を示す。

ジエンキンスおよびホワイト（Ｊｅｎｋｉｎｓ　ａｎｄ　Ｗｈｉｔｅ）「光学の 基礎（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｏｆ　０ｐｔｉｃｓ）　Ｊ第４版、ｐ。

３６０からの上記の公式は一次元の格子による回折に当てはまるが、同じ公式は 複雑な二次元の周期的構造による回折にも当てはまる。回折の角度の正弦は常に 波長に比例して変化する。特定の角度でウェハ１０を離れる光線はフーリエ平面 の対応する位置に集まり、そのため角度θが変化するとフーリエ平面のスポット も移動する。もし仮想スペクトルフィルタが、検査装置が動作する場合に使用す るつもりである全スペクトル範囲にわたって波長に対して変化するとすれば、各 スポットはフーリエ平面中で直線または曲線のトラックをたどることになる。も しスペクトルフィルタを取除いて全波長を同時に存在させれば、前述の各スポッ トは帯として現われるであろう。

一般的には、光源のスペクトル帯域幅が増大するにつれてスペックルの低減はよ り効果的となり、かつ達成され得るいかなる量の帯域幅の増大も望ましいという ことが言えるだろう。有用な実用的な目標は、４００ｎｍから６００ｎｍの波長 の範囲などの極値の波長においては約比率１゜５である。かかる範囲では、極長 波長での深さが０．５波長である基板上の２つのポイントの間の高低差は極短波 長においては０．７５波長深さである。干渉は最長端では建設的であるが最短端 では有害である。このことはスペックルを抑制する助けとなる。

システム中にピンホール開口２０が存在する場合は、非レーザ源から十分な光強 度を得るのは困難である。照明器が特定の方向に実質的に角度を広げるようにす ることによって本出願人らは基本的な発明に対して改良を行なう。ピンホール開 口２０は好ましくはスリットへと拡張される。

スリット状の開口絞りは複数の色を使用する場合とちょうど同じように各フーリ エ平面スポットをストリ・ツブに広げさせる。光をスペクトル分散帯と実質的に 同じ方向に広げるようにスリットを配向することによって、クリアなまたは透過 性のフィールド上に複数の暗いまたは不透明な縞からなる空間フィルタを作るこ とはなお可能であり、このフィルタは周期的パターンによって回折された光の大 半をブロックする一方で、粒子によって散乱した光の大部分を通過させる。スリ ット状の開口絞りを効果的にするためには、スリットが光源１４からの光で確実 に満たされるようにレンズ１８をおそらくは複数レンズ系に発展させなければな らないということが光学設計分野の当業者には理解されるであろう。かかるレン ズまたはレンズ系の設計方法は周知である。

図１では、ウェハ１０に送られた照明光は、アーク源１４が異なる波長範囲の光 を発し、このため広帯域の光源を形成するのでスペクトル的な多様性を持ってい る。この光はまた、ウェハ１０を打つ光の角度範囲が開口絞り２０によって制御 されるので、ある量の角度の多様性を有し、この開口絞り２０はピンホールから 一方向に実質的に延びるスリットへと発展している。この角度の多様性は前述の ようにスペックルの低減に寄与している。

スペクトルの多様性を達成することは可能であるが、これはほぼ継続的な広いス ペクトル出力を有するアーク灯などの光源を用いることによってだけではなく、 実質的なスペクトル間隔にわたっていくつかのディスクリートなスペクトル線を 発する光源を代替的に用いることによって、または複数個の別個の単一線光源か らの光を組合わせることによっても達成される。たとえば、ニコラス・ジョージ およびアトウール・、シャイン（Ｎｉｃｈｏｌａｓ　Ｇｅｏｔｇｅ　ａｎｄ　Ａ ｊｕｌ　Ｊａｉｎ　）は、ｒ応用光学Ｊ　ｖａｔ、　６、ｐｐ、１２０２１１（ １９７３年６月）に、スペックルを低減するために複数線アルゴンレーザの使用 を記載している。この同じ論文において、著者は１５０ｎｍのスペクトル帯域幅 全体にわたって広がる６つの異なるレーザ線を使用することによってスペックル の低減をシミュレートしたことを報告している。彼らの作業は直接の実証という よりはむしろシミュレーションであった。なぜなら彼らは本物のレーザを使用す る代わりにアーク灯からの光を濾波することによって６つの十分に離れたスペク トル線を作成したからである。

図２は光源の角度の多様性がさらに進み得ることを示す図である。この図はまた 、実質的な角度の多様性を有する光を生成するためにレーザ源を用いることがで きる方法の一例を示している。２つの別個の照明通路が設けられている。第１の 照明通路２０１はレーザ２０５、ディフューザ２０４、レンズ２０３、開口絞り ２０およびコリメートレンズ２２を含む。第２のほぼ同じ照明器２０２はレーザ ２１０、ディフューザ２０９、レンズ２０８、開口絞り２０７およびコリメート レンズ２０６を含む。両方の照明器からの光はウェハチャック１２に支持された ウェハ１０上に当たる。パターニングされたウェハからの光は対物レンズ２４を 通過した後空間フィルタ２６へ向かって回折される。

ここで再び、ウェハ上の欠陥からの光または粒子から散乱した光は空間フィルタ ２６を通過してレンズ２８によって集められ、その後、光は焦点を合わされた画 像として画像装置３０へ送られる。照明器２０１からの光は概してほぼ仰角ａｌ に配置される。照明器２０２からの光は概してほぼ角度ａ２に配置され、これは 角度ａ１とは異なってもよい。便宜上、２つの照明光は１８０度離社友方位角か ら届くように示されるが、一般にはこれらの照明光はいかなる２つの方位角から 届いてもよく、実際は方位角は同じだが仰角が異なってもよい。典型的な仰角は 正常な入射に対して５０°−８０°の間であり得る。

ディフューザ２０４の目的はレーザ２０５によって発せられた光の角度の多様性 を増大することであり、このためこの光は開口絞り２０を満たすようにレンズ２ ０３によって像形成されることができる。ディフューザがない場合は、レーザ２ ０５によって発せられた光の優れたコリメート効果のために絞り２０が十分に照 射されないかもしれない。

ディフューザ２０９はディフューザ２０４と同じ機能を有する。

２つの照明器の各々はレンズ２４によって作られたフーリエ変換面中に別個の光 のパターンを作り出す。写真手段または他の手段によって対物レンズのフーリエ 平面中に載置されるべき空間フィルタ２６を作り出すことができる。

空間フィルタ２６はいずれかの照明器で発生するパターン回折−された光の大半 をブロックする一方で、粒子またはパターン欠陥などのウェハ１０上の非周期的 特徴によって散乱した光の有用な部分をなお透過する。不透明でなければならな いフィルタ２６の領域の部分は単一光源を用いる場合に必要な不透明領域のほぼ ２倍であり得るが、これは非周期的特徴によって散乱した光の有用な部分を透過 する十分な空き領域が残っている限りは受容可能である。空き領域は好ましくは フィルタの全領域の約５０％以上必要である。

第１の照明器２０１と第２の照明器２０２との間の角度の分離は１つの照明器を 用いて容易に得られるよりも大きな角度の多様性をスペックルの低減のために生 じる。２つのレーザの波長は同一であってもまたは異なっていてもよいが、波長 が異なると幾分スペクトルの多様性を与える。

ここで再び、開口絞り２０は開口を通る光の量を増大すると同時に光の角度の多 様性を増大するために、好ましくは矩形のスリットである。

図３には相対的に浅い角度でウェハ１０に当たるコリメートされた照射ビーム４ ０が示される。突起物などの多数の冗長な特徴４２．４４および４６がウェハ上 方に突出しているのがわかる。これらのウェハ特徴は光を回折できるという点で 格子の谷と尾根と同様である。かかる回折された光は光線４８で示され、これら は対物レンズ２４によってフィルタ２６に集められる。様々な波長または角度の 成分が、概矩形であることを特徴とするバンドＢ１を形成する。他の回折次数は バンドＢ２、Ｂ３およびＢ４を作り出し、これらはすベフーリエ平面中にある。

上述のように、写真フィルムがフーリエ平面に載置され、その後、露光されかつ 現像される。露光、現像またはその両方により、様々な光のバンドが暗くなるか または不透明にされる。これはクリアなまたは光学的に透過性のフィールド中に トラックを形成する。図３では粒子５０が光線５２および５４を散乱しているの が示される。この光は空間フィルタ２６を通過し、その後レンズ２８上に当たり 、そこで光線が撮像装置３０へ向かって屈折する。光線５２および５４は大抵の 場合フィルタ２６の不透明なトラックの間を通過する。

不透明なトラックによってブロックされたフィルタの領域は好ましくは２分の１ 未満であり、好ましいフィルタ形状では普通は２０％のオーダである。撮像装置 ３０はＣＣＤアレイ（これはたとえば水平に７６８ピクセル垂直に４９４ピクセ ルを含み得る）、またはビジコンカメラであってもよい。高速多重出力時間遅延 集積（ＴＤＩ）センサなどの多くの他の形式のセンサもまた本発明とともに使用 可能である。ウェハ１０を支持するウェハチャック１２はウェハの様々な領域が 観察できるようにｘ−ｙ平面中で移動可能である。観察される各パターンは全ウ ェハの複合画像が得られるようにメモリに記憶され得る。

図４には不透明なトラック５６を有する空間フィルタ２６が示される。各トラッ クの頭部の点５８は光源およびスリット状の開口絞り２０の一方端部からの最短 の波長を表わす。もし開口絞りがピンホールで、かつこの１つの波長だけが存在 するとすれば、フィルタ上のパターンは複数ｍのスポットから作られるであろう 。しかしながら、これはスペックルについての補償をしない先行技術のフィルタ 設計である。本発明では、空間フィルタ２６上に複数個のトラックを形成するこ とによって１つの光源または複数の光源からのスペクトルおよび／または角度の 多様性を用いてスペックルが低減される。スポット５８の位置はウエノ１上の冗 長な特徴の周期に関係する。フィルタは上述のような写真ネガかまたはコピーの どちらであってもよい。高品質のネガおよびコピーは、半導体業界で使用される ようなタイプの高解像度フォトプレートを露光し現像することによって、または コダックテクニカルパン（Ｋｏｄｘｋ　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｎ　）フィルム などの高コントラストラインアートフィルムを用いることによって作られ得る。

不透明な領域のサイズをパターンによって回折された光が当たる領域よりも幾分 大きくすることによって空間フィルタを修正することがよく所望され、このため アライメントがわずかに不完全な場合でもフィルタは効果的に作用する。この１ つの方法は、フィルムがフーリエ平面かられずかに離れた軸方向の位置にある状 態でフィルタを写真的に記録することである。その結果生じるぼかしにより暗い スポットがわずかに大きくなり、もし高コントラストフィルムを用いれば、太き （なったスポットはその端部までずっと不透明である。適切に作られた空間フィ ルタは、典型的な量のアライメント誤差が存在する場合でも基板からのパターン 回折された光の大半を確実にブロックするのに十分な幅だが、観察システムの全 ての光間口の約５０％以上はブロックしないような幅の縞を有する。

図４に示される空間フィルタの外観は典型的なものであり、ここでは照射ビーム の仰角が垂直面に対して約４５゜であるかどうか、かつ照射ビームの方位角が概 直線（「マンハッタンＪ）形状を有するパターニングされたウェハのストリート およびアベニューに対して約４５°であるがどうかがわかる。本発明の方法はウ ェハ形状に対して角度の配向が上述のようである光かまたは他の任意のものであ る光を用いても使用することができるという点を強調すべきである。仰角および 方位角の両方とも変化し得る。

図５はウェハに対する照射が通常どおりである本発明の一実施例を示す。この図 はまた、本発明の空間フィルタ設計を用いることが可能な多数の代替の光学系の １つを示す。

ウェハ５０１は複数のエレメントからなる顕微鏡対物レンズ５０２によって観察 される。この顕微鏡対物レンズは市場で入手可能な他の多くのレンズと同じく、 空間フィルタの設置のためにアクセスできない対物レンズ中の内部レベルにフー リエ平面５０３を有する。レンズ５０４および５０５、はりレーレンズ系５１４ を構成し、これは空間フィルタ５０６の位置にフーリエ平面５０３の画像を生成 する。

この単純な例では、レンズ５０４および５０５の各々の焦点距離はｆであると仮 定する。図に示されるようにこれらのレンズは倍率１のアフォーカルリレー系を 構成するように間隔をあけられる。この特定の配列は本発明に必要ではない。必 要なことは、フーリエ平面またはその画像が何らかの手段によって空間フィルタ の設置のためにアクセス可能にされることである。

リレー系５１４がない場合は、対物レンズはウェハ表面の画像を平面５１３に形 成する。リレーの効果はこの画像を画像検出器５０７の入射面に再形成すること である。

このシステム中の光はビームスプリッタ５０８によって与えられる。照明器５１ ５はレンズ５０９および５１１、光源５１２（たとえば白熱電球、アーク灯、ま たは複数線レーザ）、フィールド絞り５１６ならびに開口絞り５１０からなる。

開口絞り５１０はピンホールであることが最も有用である。この照明器の配列の 効果は一般に正常な光をウェハに送ることである。

図６は図５の装置において有用であり得る空間フィルタ５０６を示す。このフィ ルタは概透過性のフィールド中に放射状に配向された不透明なトラック６５６を 有する。各トラックの頭部の点は光源５１２によって与えられる最短波長を表わ す。不透明なスポット６０２は対物レンズ５０２がウェハから反射された光を集 める場所を表わす。この光（時によって「ゼロ次の回折」と称される）は、トラ ック６５６が他の回折された次数の光をブロックするのと同じようにブロックさ れなければならない。

図５のシステムの示す要点は、フーリエ変換および最終画像を形成するために別 個のレンズを設置する必要はないということである。無限遠訂正された対物レン ズを用いるシステムの典型的なものである図１の例では、変換はレンズ２４によ って形成され最終画像はレンズ２８によって形成された。有限管長顕微鏡対物レ ンズを用いるシステムの典型的なものである図５のシステムでは、フーリエ変換 および画像の両方が対物レンズ５０２によって（それぞれ平面５０３および５１ ３において）形成される。本発明を実行する上で不可欠なことは、アクセス可能 なフーリエ平面およびアクセス可能な画像平面を生成するように配置された１つ 以上のレンズが存在することである。この目的を完遂するためには多くの異なる 配列があるが、それらは光学システム設計の分野の当業者には公知である。

本発明に従って作られた光学フィルタの特徴は、不透明な縞が仮想上のポイント から放射状にのびて直線または曲線のほぼセグメントとして現われることであり 、このポイントはフィルタ自体の領域の内側であっても外側であってもよい。た とえば、図６ではこのポイントはフィルタの中心に位置する。図４ではこのポイ ントはフィルタの左上に位置する。この現象を理解するには、周知のように、フ ーリエ平面の各ボイーントは検査されている基板から光が回折される特定の角度 を表わしているということを認識する必要がある。縞がそこから放射しているよ うに見える見かけ上の中心は反射されたビームが基板を離れる角度に対応する。

可能性のある本発明の有用な変形の例は、広帯域の光源およびピンホール開口を 有する図１の単純な装置に戻ることによって説明され得る。空間フィルタ２６は 図４のものとほぼ同じ外観を有する。開口絞り２０はピンホールであるため、フ ーリエ平面の各回折次数は、波長の短い光がスペクトルの一方端部にありかつ波 長の長い光が他方端部にある単純な分散スペクトルとなる。単純な不透明な縞の 代わりに可変波長（色）ブロックフィルタを構築するように染料または薄い膜の 技術を用いることが実用的であるかもしれず、これにより空間フィルタ上の縞の 小領域の各々は、検査されている基板上の正常なパターンによってその場所へ回 折された１つの特定の色に対応する光のみをブロックする。これにより空間フィ ルタを通過可能な他の光（典型的には識別されるべき欠陥を表わす）の量を最大 にする。

今日の技術を用いれば、これまでのところ最も経済的なアプローチは単純な不透 明な縞を用いてパターン回折された光のすべてをブロックすることである。関心 のある多数の基板について、空き領域が５０％を超えるため小さな周期的欠陥に よって散乱した光の減衰率が５０％を超えない本発明に従う不透明な縞フィルタ を構築することが実用的であると証明されている。

上述の議論の何カ所かでウェハ上のパターンのフーリエ変換について言及してい るが、これは平面の「フーリエ面」として説明されている。多くの実際の光学系 においてはフーリエ変換のある表面は曲面を有しているということが周知である 。したがって、本明細書中のフーリエ平面に対する言及は他の２つの場合を含む と考えられるべきである。

第１に、空間フィルタをカーブした基板上に作ることによってカーブした変換面 に対処することが望ましいかもしれず、このカーブした基板はその変換面近くに 存在する（このアプローチは技術的に困難なために一般的ではない）。

第２に、変換面の曲面に対処するより一般的な方法として、フィルタを平面基板 上に作り、それを真の変換面の近くに置（方法がある。フィルタの不透明領域の サイズをわずかに大きくすることによって、フィルタが変換面中に正確にない場 合でも周期的なパターンによって回折した光のほとんどをブロックすることが可 能となる。

補正書の写しく翻訳力提出書（特許法第１８４条の７第１）ＪＤ平成　６年　８ 月　４日 １、国際出願番号ニー　ＰＣＴ／ＵＳ９３１００９３５２、発明の名称 パターニングされた基板の光学検査用装置３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国、９４０４３　カリフォルニア州、マウンテン・ビュー 、チャールストン・ロード、２４００名　称　テンコール中インストウルメンツ 代表者　不詳 国　籍　アメリカ合衆国 ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行南森町ビル請求の範囲 １．　光をフーリエ平面または表面中へ回折するタイプの周期的特徴を有する、 パターニングされた半導体ウェハ等の基板のための検査装置であって、 基板の光学軸に沿って配向されたビームを発生する広帯域の光源を含み、基板は 非周期的な汚染物質および欠陥とともに反復的な周期的特徴のパターンを有し、 前記周期的特徴は複数個のスペクトル分散次数の形の複数個のスペクトル線に前 記ビームからの光を回折する間隔を有し、スペクトル線の各次数は長いバンドを 形成し、さらに前記ビームがそこを通過しかつ基板の前記周期的特徴上へ集めら れる状態で前記光学軸に沿って配置された開口絞りと、 基板から回折された光のフーリエ平面中に配置されたほぼ透過性の空間フィルタ とを含み、フィルタは前記広帯域の光源からの光のバンドをブロックするが前記 非周期的な特徴から散乱した光は透過する複数個の間隔を空けられた不透明なト ラックを有し、さらに 前記空間フィルタを透過した光を受ける位置に前記空間フィルタから間隔をあけ て設置された二次元撮像センサと、空間フィルタを通過する光を前記撮像センサ へ送るための手段とを含む、装置。

２、前記空間フィルタはフーリエ変換フィルタである、請求項１に記載の装置。

３、前記フーリエ変換フィルタは、高コントラストフィ補正書の写しく翻ｆｌ提 出書（特許法第１８４条の８）平成　６年　８月　４日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．光をフーリエ平面または表面中へ回折するタイプの周期的特徴を有する、パ ターニングされた半導体ウエハ等の基板のための検査装置であって、 基板の光学軸に沿って配向されたビームを発生する広帯域の光源を含み、基板は 非周期的な汚染物質および欠陥とともに反復的な周期的特徴のパターンを有し、 前記周期的特徴は複数個のスペクトル分散次数の形の複数個のスペクトル線に前 記ビームからの光を回折する間隔を有し、スペクトル線の各次数は長いバンドを 形成し、さらに前記ビームがそこを通過しかつ基板の前記周期的特徴上へ集めら れる状態で前記光学軸に沿って配置された開口絞りと、 基板から回折された光のフーリエ平面中に配置されたほぼ透過性の空間フィルタ とを含み、フィルタは前記光のバンドをブロックするが前記非周期的な特徴から 散乱した光は透過する複数個の不透明なトラックを有し、さらに前記空間フィル タを透過した光を受ける位置に前記空間フィルタから間隔をあけて設置された二 次元撮像センサと、空間フィルタを通過する光を前記撮像センサへ送るための手 段とを含む、装置。
2. ２．前記空間フィルタはフーリエ変換フィルタである、請求項１に記載の装置。
3. ３．前記フーリエ変換フィルタは、高コントラストフィルムが前記フーリエ平面 からわずかに離れた焦点の合っていない位置に載置された状態で写真で形成され ており、これにより前記フィルタは完全なフーリエ変換フィルタよりもわずかに 大きな不透明なトラックを有する、請求項２に記載の装置。
4. ４．前記空間フィルタは、任意の所与の場所で、前記周期的特徴によってそこに 回折される光の色に対して不透明であるトラックを有する可変波長（色）ブロッ クフィルタである、請求項１に記載の装置。
5. ５．前記空間フィルタの前記不透明なトラックは見かけ上の中心から外向きに放 射状にのびる、請求項１に記載の装置。
6. ６．前記光学軸は基板に対して垂直であり、前記光源からの前記ビームは前記光 学軸に沿ってビームスプリッタによって導かれて前記基板上に通常どおり入射す る、請求項１に記載の装置。
7. ７．前記フーリエ平面の画像を前記空間フィルタの位置にアクセス可能な画像平 面中に生成するためのリレー光学系手段をさらに含み、前記光学フィルタは前記 画像平面中に配置される、請求項１に記載の装置。
8. ８．前記撮像センサはＣＣＤアレイである、請求項１に記載の装置。
9. ９．前記撮像センサはビジコンカメラである、請求項１に記載の装置。
10. １０．前記撮像センサはＴＤＩセンサである、請求項１に記載の装置。