JP7344225B2 - 結像系設計における微分干渉コントラストの走査 - Google Patents

Description

本開示は、ウェハを検査する結像系に関する。

本出願は、２０１８年１０月２６日に出願され、米国特許出願第６２／７５１，４７２号が割り当てられた米国仮特許出願に対する優先権を主張するものであり、その開示内容を本願に引用して援用する。

半導体製造業の進化によって、歩留まり管理、特に、計測および検査システムに対する需要が大幅に伸びている。限界寸法は小さくなり続けるものの、この産業では、高い歩留まり、高付加価値生産を実現するための時間を短縮する必要がある。歩留まりの問題の検出からその解決までの合計時間を最小限に抑えることによって、半導体製造業者に対する投資利益率が決まる。

ロジックデバイスおよびメモリデバイス等の半導体装置の製造には通常、多くの製造プロセスによって半導体ウェハを処理することにより、半導体装置のさまざまな特徴および複数のレベルを構成することを含む。たとえば、リソグラフィは、レチクルから、半導体ウェハ上に配置されたフォトレジストへのパターンの転写を伴う半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスの別の例としては、化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング、堆積、およびイオン注入が挙げられるが、これらに限定されない。単一の半導体ウェハ上の配列にて複数の半導体装置が製造され、個々の半導体装置に分離されるようになっていてもよい。

ウェハ上の欠陥を検出するため、半導体製造中のさまざまな段階において検査プロセスが用いられ、製造プロセスにおける高い歩留まりひいては高収益を促進する。検査はこれまでも常に、集積回路（ＩＣ）等の半導体装置の製造の重要な部分であった。ただし、半導体装置の寸法が小さくなるにつれ、小さな欠陥でも装置の障害となり得ることから、許容範囲の半導体装置の製造に成功するには、検査がますます重要となる。たとえば、半導体装置の寸法が小さくなるにつれ、比較的小さな欠陥でも半導体装置に不要な異常が生じ得ることから、小型化に関する欠陥の検出が必要になっている。

ただし、設計ルールの縮小に伴い、半導体製造プロセスは、当該プロセスの実行能力の限界に近づいていると考えられる。また、設計ルールの縮小に伴って、小さな欠陥でも装置の電気的パラメータに影響を及ぼし得るため、より高感度な検査が求められる。設計ルールの縮小に伴って、検査により検出される潜在的な歩留まり関連の欠陥の母数が急激に増大し、また、検査により検出される有害な欠陥の母数も急激に増大する。したがって、ウェハ上に検出される欠陥が増え、プロセスの修正によって欠陥をすべて取り除くのが困難かつ高コストとなり得る。装置の電気的パラメータおよび歩留まりに実際の影響を及ぼす欠陥を決定することによって、その他の欠陥の大部分を無視しつつ、プロセス制御方法を当該欠陥に集中させることが可能となり得る。さらに、設計ルールの縮小により、場合によっては、プロセスに起因する障害が系統的になる傾向がある。すなわち、設計において何度も繰り返される所定の設計パターンにおいて、プロセスに起因する障害が発生する傾向にある。空間的に系統的な電気関連の欠陥を取り除くことによって、歩留まりに影響が及ぶ可能性もある。

半導体装置製造プロセスの許容誤差が狭くなり続ける中で、半導体ウェハの検査ツールの改良に対する要求が高まり続けている。ウェハ検査に適した検査ツールの種類としては、サンプル（たとえば、半導体ウェハ）からの散乱情報を利用する暗視野（ＤＦ）検査ツールと、サンプルからの位相情報を利用する微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）検査ツールとが挙げられる。通常、ＤＦおよびＤＩＣの両情報を得ようとする場合は、光学部品、光学レイアウト、および検出信号の相違および／または不一致のため、ＤＦモードまたはＤＩＣモードのいずれかで、所与の検査ツールまたは顕微鏡が独立して動作する。異なる光学レイアウトを別個に動作させてＤＦおよびＤＩＣ信号を別個に検出することも可能であるが、移動するサンプル（たとえば、生体細胞）の観察中に２つの別個の信号を組み合わせるのは、時間を要する上、場合により不可能である。半導体製造業においては、検査機器が１つ以上の欠陥を高速に位置特定して分類可能であることが重要である。結果として、別個の動作でＤＦおよびＤＩＣ検査を実行すると、ウェハ検査プロセスに対する価値が低下する。

欠陥検出システムに対する感度およびスループットの要件が高まるにつれ、ＤＩＣ性能は、既存の構成ではその限界に近づく。ＤＩＣは、空間分解能が十分とはなり得ず、結果として、欠陥検出システムの欠陥検出感度が低下する。空間分解能を高くするには、検査面上の光スポットサイズを小さくする必要があり、これでは検査スループットが低下する。

米国特許出願公開第２０１８／００７００４０号

したがって、改良された検査システムおよび検査方法が求められている。

第１の実施形態においては、装置が提供される。この装置は、少なくとも１つの照明光源と、ウェハを固定するように構成されたステージと、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサと、暗視野／明視野センサと、照明光源からの光路中の視野絞りと、光路中の偏光子と、光路中のウォラストンプリズムと、光路中の補正用レンズ光学系と、ウォラストンプリズムからＰ偏光およびＳ偏光を受光する光路中のミラーと、光路中の対物レンズアセンブリとを備える。偏光子は、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を反射するように構成されている。ウォラストンプリズムは、Ｐ偏光およびＳ偏光を構成する。補正用レンズ光学系、ミラー、および対物レンズアセンブリは、Ｐ偏光およびＳ偏光をステージ上に集光するように構成されており、Ｐ偏光およびＳ偏光は、ウォラストンプリズムの剪断方向に分離されており、Ｐ偏光およびＳ偏光は、ウォラストンプリズムで結合する。

偏光子としては、偏光ビームスプリッタキューブが可能である。

視野絞りとしては、制御可変視野絞りが可能である。視野絞りの接線方向幅は、走査半径とともに変化して、視野絞りの一端において視野絞りの反対端よりも大きくなるように構成可能である。

この装置は、Ｐ偏光を４５°回転させる光路中の半波長板をさらに備え得る。

ウォラストンプリズムは、主軸を０°に配向可能である。

ミラーとしては、折り畳みミラーが可能である。

照明光源は、広帯域発光ダイオードであってもよい。

この装置は、対物レンズアセンブリとミラーとの間の光路中のダイクロイックミラーをさらに備え得る。ダイクロイックミラーは、Ｓ偏光を暗視野／明視野センサに案内し得る。

この装置は、視野絞りと偏光子との間の光路中のコリメート光学系アセンブリをさらに備え得る。

この装置は、微分干渉コントラストモードを提供するように構成可能である。

第２の実施形態においては、方法が提供される。この方法は、照明光源を用いて光線を生成することを含む。光線は、照明光源から視野絞りを通過するように案内される。光線は、視野絞りから偏光子を通過するように案内される。光線は、偏光子からウォラストンプリズムに案内される。光線は、ウォラストンプリズムから補正用レンズ光学系に案内される。光線は、補正用レンズ光学系からミラーに案内される。光線は、対物レンズアセンブリに通過し、ステージ上のウェハへと案内される。補正用レンズ光学系、ミラー、および対物レンズアセンブリは、ウォラストンプリズムからのＰ偏光およびＳ偏光をステージ上に集光するように構成されている。Ｐ偏光およびＳ偏光は、ウォラストンプリズムの剪断方向に分離される。ステージ上のウェハから反射された光線は、ダイクロイックミラーによって第１の光線および第２の光線に分割される。第１の光線は、暗視野／明視野センサによって受光される。第２の光線のＰ偏光およびＳ偏光は、ウォラストンプリズムで結合する。ウォラストンプリズムからの第２の光線は、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサによって受光される。

偏光子としては、光路中の偏光ビームスプリッタキューブが可能である。偏光ビームスプリッタは、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を反射するように構成可能である。

この方法は、Ｐ偏光を４５°回転させる半波長板に光線を通過させるように案内することをさらに含み得る。半波長板は、偏光子とウォラストンプリズムとの間に配設可能である。

視野絞りとしては、制御可変視野絞りが可能である。視野絞りの接線方向幅は、走査半径とともに変化して、視野絞りの一端において視野絞りの反対端よりも大きくなるように構成可能である。

ウォラストンプリズムは、主軸を０°に配向可能である。

ミラーとしては、折り畳みミラーが可能である。

照明光源は、広帯域発光ダイオードであってもよい。

この方法は、微分干渉コントラストモードを提供するように構成可能である。

この方法は、コリメート光学系アセンブリを用いて、視野絞りにより案内された光線をコリメートすることをさらに含み得る。

本開示の本質および目的をさらに深く理解するには、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明を参照するものとする。

本開示に係る、検査システムの一実施形態のブロック図である。 広帯域発光ダイオード（ＬＥＤ）による照明とレーザによる照明との比較を示した図である。 本開示の一実施形態に係る、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ全体および本質的に時間遅延積分のＣＣＤセンサを含むボックス中の光学視野を示した図である。 本開示の一実施形態に係る、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ全体および本質的に時間遅延積分のＣＣＤセンサを含むボックス中の光学視野を示した図である。 本開示に係る、像ぶれ制御を示した図である。 本開示に係る、可変視野絞りの一実施形態のブロック図である。 図６の可変視野絞りを示した図である。 本開示に係る、偏光光学系の一実施形態のブロック図である。 本開示に係る、方法のフローチャートである。

特許請求の範囲に係る主題は、特定の実施形態に関して説明するが、本明細書に記載の利益および特徴をすべてもたらすわけではない実施形態を含む他の実施形態についても、本開示の範囲内である。本開示の範囲から逸脱することなく、さまざまな構造的、論理的、プロセスステップ的、および電子的変更が可能である。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによってのみ規定される。

本明細書に開示の実施形態によって、高い空間分解能、高い欠陥検出感度および信号対雑音比（ＳＮＲ）、ならびに高い検査速度がもたらされ得る。この設計は、結像位相コントラストチャネル（ＰＣＣ）と称し得る。また、ＰＣＣ設計は、比較的低い光収支および良好な視野遅延均一性を保ちつつ、像ぶれを抑えることができる。

本明細書に開示の実施形態には、二重検査器システム上の光学的結像によるＤＩＣ設計を含む。結像ＤＩＣでは、スキャナシステムに対してＴＤＩ（時間遅延積分）電荷結合素子（ＣＣＤ）センサを使用可能である。また、ＤＩＣ設計では、Ｒ－Θスキャナシステムにおける光収支の増強および像ぶれ抑制のための偏光光学系および可変視野絞りを実装可能である。

本明細書に開示の実施形態において、ＴＤＩセンサとしては、独立型走査検査器の用途が可能である。たとえば、ＴＤＩセンサは、ウェハ欠陥検査のための独立型走査検査器の用途において使用可能である。また、広帯域ＬＥＤ照明光源等の照明光源を使用可能である。

図１は、検査システム１００の一実施形態のブロック図である。検査システム１００としては、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサを備えた結像光学設計におけるＤＩＣ構成が可能である。検査エリアは、ＤＩＣの先行ビームおよび後続ビームの両者に対して、ＴＤＩセンサ上に結像される。検査システム１００としては、独立型走査検査器システムも可能であるし、二重多段検査器システムのサブシステムも可能である。検査システム１００の設計では、偏光の特性および構成要素の組み合わせによって、光収支の影響を受ける用途における効率化を図っている。Ｒ－Θベースのスキャナシステムにおいては、像視野（ＦｏＶ）が回転中心に近づくと像ぶれが発生するため、可変視野絞りの効果的な使用によって、走査半径に関するＦｏＶの縮小ひいては像ぶれの抑制が可能である。

暗視野検査器および明視野検査器等の通常の二重検査器システムの場合は、明視野検査器に対して、ＤＩＣ原理による位相コントラストベースの欠陥検出チャネル（すなわち、ＰＣＣ）を使用可能である。ＴＤＩ－ＣＣＤセンサが用いられる場合、ＰＣＣは、結像光学設計を適応可能であるとともに、図１に示す一般構造を使用可能である。

検査システム１００は、少なくとも１つの照明光源１０１と、ウェハ１０３を固定するように構成されたステージ１０２とを具備する。照明光源１０１としては、広帯域ＬＥＤが可能である。広帯域ＬＥＤは、背景雑音を抑えて、信号対雑音比を向上可能である。ただし、照明光源１０１には、レーザも使用可能である。たとえば、スペックル低減光学系および／または表面雑音低減光学系を備えたレーザを使用可能である。また、検査システム１００は、広帯域ＬＥＤおよびレーザの両者、他種の光源、または光源の他の組み合わせを含み得る。

また、検査システム１００は、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５および暗視野／明視野センサ１１３を具備する。暗視野／明視野センサ１１３は、暗視野センサまたは明視野センサとして動作し得る。暗視野／明視野センサ１１３としては、ＰＭＴ、フォトダイオードもしくはフォトダイオードアレイ、または非ＤＩＣモードのＣＣＤ撮像装置が可能である。

ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５は、撮像装置の走査によって、動的、高速、かつ高品質な像を取得するのに使用可能である。ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５に用いられるＣＣＤセンサは、時間遅延積分動作モードを提供可能である。ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５は、移動する像に作用するため、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５のピクセルは、移動像の「ピクセル」と位置合わせされ、同期されている。像が移動する間は、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５の対応するピクセルが前方にクロッキングされるため、センサの端部で読み出されるまで、像ピクセルからの光（光子）がＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５のピクセル行に蓄積され続ける。

ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５は、明視野または暗視野測定に使用可能である。また、撮像装置またはスポットスキャナを使用可能である。一例において、スポットスキャナは、たとえば４μｍ（接線方向）×１００μｍ（半径方向）の楕円状の照明スポットを有し得る。このスポットサイズは、システムの横方向分解能を設定し得る。スポットスキャナと併用される集光光学系１１４は、照明スポットからの光を積分する光電子増倍管（ＰＭＴ）を具備し得る。別の例においては、撮像装置を使用可能である。撮像装置は、スポットスキャナよりも優れた横方向分解能を有し得る。撮像装置は、スポットスキャナの単一の検出器に対して、数百行または１千行超のライン検出器を有し得る。撮像装置の行状のライン検出器は、たとえば０．６５μｍという小さなピクセルサイズを提供し得る。

ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５には、多くの利点がある。ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５は、微光像取得の用途において使用可能であり、画像のフレームレートを犠牲にすることなく、従来のＣＣＤセンサよりも信号対雑音比を高くすることができる。逆に、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５は、より高速のフレームレートで同等の写像性を与えるため、像スキャナの用途に有用となる。

暗視野／明視野センサ１１３は、第１の波長で動作し得る。

照明光源１０１からの光路１１６中には、視野絞り１０４が位置決めされている。視野絞り１０４としては、制御可変視野絞りが可能である。このため、視野絞り１０４の接線方向幅は、走査半径とともに変化して、視野絞りの一端において視野絞りの反対端よりも大きくなるように構成可能である。

また、検査システム１００は、光路１１６中に偏光子１０６を具備する。一例において、偏光子１０６は、偏光ビームスプリッタキューブである。偏光ビームスプリッタキューブは、Ｐ偏光１１９を通過させ、Ｓ偏光１２０を反射するように構成されている。別の例において、偏光子１０６は、偏光子と、Ｐ偏光の全部または一部を光路１１６に沿って伝達し、Ｓ偏光の全部または一部を光路に沿ってＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５まで反射し得るモジュールとを備えたビームスプリッタである。

光路１１６中の視野絞り１０４と偏光子１０６との間には、コリメート光学系アセンブリ１０５が配設されている。コリメート光学系アセンブリ１０５は、視野絞り１０４からの光をコリメート可能である。

光路１１６中には、ウォラストンプリズム１０８が配設されている。ウォラストンプリズム１０８は、偏光ビームスプリッタである。ウォラストンプリズム１０８は、直交偏光の２つの別個の線形偏光出射ビーム（たとえば、Ｐ偏光１１９およびＳ偏光１２０）へと光を分離する。このため、入射光は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含み、Ｐ偏光１１９およびＳ偏光１２０に分割される。これら２つの線形偏光ビームは、ウォラストンプリズム１０８の剪断設計およびその材料特性により規定される小さな角度（たとえば、分割角）で互いに離れるように伝搬する。これら２つのビームは、２つの直角プリズムの光軸に従って偏光されることになる。一実施形態において、ウォラストンプリズム１０８は、ウェハ１０３から反射されたＰ偏光１１９を受光する。一例において、ウォラストンプリズム１０８は、主軸を０°に配向している。

また、検査システム１００は、ウォラストンプリズム１０８上の瞳開口全体の遅延不均一性が最小限に抑えられるように、半波長板１０７を使用可能である。半波長板１０７は、Ｐ偏光１１９を４５°回転させるように、光路１１６中に配設可能である。

光路１１６中には、補正用レンズ光学系１０９を配設可能である。補正用レンズ光学系１０９は、暗視野を使用する場合のＰＩＣを補正するようにしてもよい。ただし、波長が異なれば、収差も異なる可能性がある。検査システム１００においては、約２６６ｎｍでのＵＶ／ＤＦおよび約３６５ｎｍでのＰＣＣ等、２つの波長が用いられるようになっていてもよい。他の波長も可能である。ＵＶ／ＤＦは、たとえば極紫外（ＥＵＶ）から赤外までの単一または広帯域波長が可能である。ＰＣＣ波長は、波長群が異なる２つの光路を可能にするダイクロイックミラー１１１によって２波長の光源が分離可能であることを前提として、ＵＶ／ＤＦ波長に類似していてもよい。

光路１１６中のミラー１１０は、ウォラストンプリズムからのＰ偏光１１９およびＳ偏光１２０を受光可能である。ミラー１１０は、折り畳みミラーであってもよいし、他種のミラーであってもよい。

光路１１６中には、対物レンズアセンブリ１１２を配設可能である。対物レンズアセンブリ１１２は、３つ以上のレンズ（たとえば、１１個または１２個のレンズ）を含み、暗視野および／またはＰＩＣを使用可能である。対物レンズアセンブリ１１２は、２つの波長で動作し得る。

補正用レンズ光学系１０９、ミラー１１０、および対物レンズアセンブリ１１２は、Ｐ偏光１１９およびＳ偏光１２０をステージ１０２上に集光するように構成されている。Ｐ偏光およびＳ偏光１２０は、ウォラストンプリズム１０８の剪断方向に分離されている。ウェハ１０３から反射されたＰ偏光１１９およびＳ偏光１２０は、ウォラストンプリズム１０８で結合され得る。図１においては、Ｐ偏光１１９およびＳ偏光１２０を破線で示している。

検査システムは、対物レンズアセンブリ１１２とミラー１１０との間の光路中１１６にダイクロイックミラー１１１を具備し得る。ダイクロイックミラー１１１は、ウェハ１０３から反射されたＳ偏光１２０を暗視野／明視野センサ１１３に案内し得る。暗視野／明視野センサ１１３は、Ｓ偏光１２０を受光可能である。一例において、暗視野／明視野センサ１１３は、ウェハ１０３から反射された光の第１の波長を受光する。

集光光学系１１４は、偏光子１０６とＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５との間の光路１１６中に配設可能である。集光光学系１１４は、球状の正レンズおよび負レンズ、不具合補償光学系、ズーム機構、ならびに／またはウェハ１０３のパターンもしくは像をＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５に平行移動させる他の構成要素を具備し得る。一例において、集光光学系１１４としては、焦点が合った所望倍率の像をＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５上に構成するチューブレンズが可能である。

暗視野／明視野センサ１１３およびＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５とは、プロセッサ１１７が電子的に通信している。また、プロセッサ１１７は、出力を受信できるように、検査システム１００の構成要素に対して（たとえば、１つ以上の伝送媒体（有線および／または無線の伝送媒体が挙げられる）を介して）任意好適に結合されていてもよい。プロセッサ１１７は、出力を用いて多くの機能を実行するように構成されていてもよい。検査システム１００は、プロセッサ１１７から、命令等の情報を受信可能である。プロセッサ１１７および／または電子データ格納ユニット１１８は任意選択として、別のウェハ検査ツール、ウェハ計測ツール、またはウェハ評価ツール（図示せず）との電子的な通信により、付加的な情報の受信または命令の送信を行うようにしてもよい。

本明細書に記載のプロセッサ１１７、他のシステム、または他のサブシステムは、パソコンシステム、画像コンピュータ、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、ネットワーク電器、インターネット電器、または他の装置等を含むさまざまなシステムの一部であってもよい。また、サブシステムまたはシステムは、並列プロセッサ等、当技術分野において既知の任意好適なプロセッサを具備していてもよい。また、サブシステムまたはシステムは、高速処理のプラットフォームおよびソフトウェアを独立型またはネットワーク化ツールとして具備していてもよい。

プロセッサ１１７および電子データ格納ユニット１１８は、検査システム１００または別の装置に配設されていてもよいし、あるいは、検査システム１００または別の装置の一部であってもよい。一例において、プロセッサ１１７および電子データ格納ユニット１１８は、独立型制御ユニットの一部であってもよいし、集中型制御ユニットに含まれていてもよい。また、複数のプロセッサ１１７または電子データ格納ユニット１１８が用いられるようになっていてもよい。

プロセッサ１１７は実際のところ、ハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアの任意の組み合わせにより実現されていてもよい。また、その機能は、本明細書に記載の通り、１つのユニットにより実行されるようになっていてもよいし、同様にハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアの任意の組み合わせによりそれぞれ実現可能な異なる構成要素間で分担されるようになっていてもよい。さまざまな方法および機能を実装するためのプロセッサ１１７に対するプログラムコードまたは命令は、電子データ格納ユニット１１８のメモリまたは他のメモリ等、可読記憶媒体に格納されていてもよい。

検査システム１００が２つ以上のプロセッサ１１７を具備する場合は、画像、データ、情報、命令等がサブシステム間で送信され得るように、異なるサブシステムが互いに結合されていてもよい。たとえば、任意好適な伝送媒体（当技術分野において既知の任意好適な有線および／または無線の伝送媒体が挙げられる）によって、あるサブシステムが別のサブシステムに結合されていてもよい。また、共有コンピュータ可読記憶媒体（図示せず）によって、このようなサブシステムのうちの２つ以上が効果的に結合されていてもよい。

プロセッサ１１７は、検査システム１００の出力または他の出力を用いて多くの機能を実行するように構成されていてもよい。たとえば、プロセッサ１１７は、電子データ格納ユニット１１８または別の記憶媒体に出力を送信するように構成されていてもよい。プロセッサ１１７は、本明細書に記載の通り、さらに構成されていてもよい。

プロセッサ１１７は、本明細書に記載の実施形態のいずれかに従って構成されていてもよい。また、プロセッサ１１７は、検査システム１００の出力または他のソースからの画像もしくはデータを用いて他の機能または付加的なステップを実行するように構成されていてもよい。

検査システム１００および本明細書に開示の方法のさまざまなステップ、機能、および／または動作は、電子回路、論理ゲート、マルチプレクサ、プログラマブルロジックデバイス、ＡＳＩＣ、アナログもしくはデジタルコントローラ／スイッチ、マイクロコントローラ、またはコンピュータシステムのうちの１つ以上により実行される。本明細書に記載するような方法を実装したプログラム命令は、搬送媒体上で伝送されるようになっていてもよいし、搬送媒体に格納されるようになっていてもよい。搬送媒体としては、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光ディスク、不揮発性メモリ、半導体メモリ、磁気テープ等の記憶媒体が挙げられる。搬送媒体としては、ワイヤ、ケーブル、または無線伝送リンク等の伝送媒体が挙げられる。たとえば、本開示の全体に記載のさまざまなステップは、単一のプロセッサ１１７により実行されるようになっていてもよいし、あるいは、複数のプロセッサ１１７により実行されるようになっていてもよい。さらに、検査システム１００の異なるサブシステムが１つ以上のコンピュータシステムまたは論理システムを含んでいてもよい。したがって、上記説明は、本開示に対する制限として解釈すべきではなく、ほんの一例に過ぎない。

一例において、プロセッサ１１７は、検査システム１００と通信する。プロセッサ１１７は、デジタル化ＣＣＤ画像データのストリーミング、画像の構成および処理、ならびに／または欠陥のある画像の分離を行うように構成可能である。これには、位相欠陥の発見または暗視野欠陥の発見を含み得る。

別の実施形態は、コントローラ上での実行によって、本明細書に開示の通り、ウェハの結像および／または欠陥の発見を行うコンピュータ実装方法を実行可能なプログラム命令を格納した持続性コンピュータ可読媒体に関する。特に、図１に示すように、電子データ格納ユニット１１８等の記憶媒体は、プロセッサ１１７上で実行可能なプログラム命令を含む持続性コンピュータ可読媒体を含んでいてもよい。このコンピュータ実装方法は、方法１００等、本明細書に記載の任意の方法の任意のステップを含んでいてもよい。

検査システム１００の一実施形態において、照明光源１０１としては、波長範囲が深紫外（ＤＵＶ）から可視～赤外の単一波長レーザまたはＬＥＤが可能である。光源１０１からの光が視野絞り１０４を照射する。視野絞り１０４としては、Ｒ－Θ走査システム用の制御可変視野絞りが可能であり、走査半径に関してその接線方向幅が変化し得る。また、時間遅延積分のぼけを制御可能である。

コリメート光学系アセンブリ１０５は、光をコリメートして偏光子１０６に送るが、これによりＰ偏光１１９が通過し、Ｓ偏光１２０が反射し得る。半波長板１０７は、主軸を０°に配向したウォラストンプリズム１０８に入射する前に、Ｐ偏光を４５°回転させるのに使用可能である。ウォラストンプリズム１０８は、入射ビームを等量のＰビームおよびＳビームに分割する。ＰビームおよびＳビームは、第１の波長の撮像装置に対して構成可能かつＰＣＣ波長に対して透明となり得る補正用レンズ光学系１０９、ミラー１１０、および対物レンズアセンブリ１１２を通って、ウェハ１０３の検査面上に集光可能である。ＰビームおよびＳビームは、ウォラストンプリズム１０８の剪断方向に分離されている。一例においては、偏光子１０６のＰ偏光方向により規定される０°において、剪断間隔がＴＤＩ－ＣＣＤセンサ像の数ピクセルとなるように、ウォラストンプリズム１０８を構成可能である。最適な信号対雑音比および空間分解能のため、特定の走査システムまたはセットアップにおいては、複数のウォラストンプリズム１０８を使用するとともに、ユーザ選択可能とし得る。

集光路においては、ＰおよびＳの両反射ビームがウォラストンプリズム１０８で結合して、ウェハ１０３上の欠陥からの相対位相差情報を搬送する。偏光子１０６において干渉が生じ、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ１１５に反映される。

補正用レンズ光学系１０９は、対物レンズアセンブリ１１２の対物レンズが第１の波長に対して設計された場合の第２の波長におけるＰＣＣサブシステムに対する高レベルの写像性を提供するように構成可能である。あるいは、対物レンズアセンブリ１１２が第２の検査器波長に対して構成されている場合に、補正用レンズ光学系１０９を第１の波長に対して構成可能である。

一例において、ＴＤＩセンサとしては、第２の波長の並列検査器が可能である。分散補償光学系の追加によって、所望の写像性を提供可能である。

また、回転走査検査器の用途においては、ＴＤＩセンサを組み込んだ結像ＤＩＣ設計を使用可能であり、この設計では、半径方向および接線方向の両者におけるＴＤＩ像ぶれを最小限に抑える半径ベースの可変光源視野絞りを使用可能である。

図２は、広帯域ＬＥＤによる照明とレーザによる照明との比較を示している。図２においては、左側の画像が広帯域ＬＥＤによる照明を示し、右側の画像がレーザによる照明を示している。ＤＩＣ用途の場合、レーザは、高い光強度レベルおよび波長純度（たとえば、狭いライン幅）を提供可能である。ただし、レーザの狭いライン幅によれば、比較的粗い表面等において、コヒーレンスに起因する表面雑音効果が生じ得る。これは、小さな欠陥または粒子の検出を困難にし得る。図２は、ＰＣＣサブシステムによるＬＥＤ対レーザの表面雑音効果を示している。

ＰＣＣサブシステムのレイアウトを参照して、図３および図４は、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサ全体および本質的に時間遅延積分のＣＣＤセンサを含むボックス中の光学ＦｏＶを示している。異なるボックスは、ウォラストンプリズムで結合し、１つのボックスとしてＴＤＩ－ＣＣＤ上に投影されたＳ偏光およびＰ偏光のＦｏＶを表す。あるいは、Ｐ偏光およびＳ偏光に対する検査面上の２つのピクセルに対して、ＴＤＩ－ＣＣＤ上の個々のピクセルが対応するとも考えられる。走査方向に沿って剪断方向を選択可能ではあるものの、図３に示すような両直交軸における検出を目的として傾斜（たとえば、図３の４５°傾斜）可能であり、偏光子および半波長板の配向の最適化を含み得る。ＤＩＣ入射角を小さなピクセルに保って高い空間分解能を実現しつつ、検査システム１００は、比較的大きなＦｏＶを維持可能であることから、高密度ＣＣＤセンサによって同時に、大きなエリアを検査可能である。入射角は、法線入射（すなわち、ウェハ１０３の表面に対して０°）が可能である。許容誤差は、検査システム１００の設計の影響を受ける。ＦｏＶは、ＣＣＤセンサ上で視認可能なエリアを表す。一例においては、１０００μｍ×１００μｍであってもよい。他のＦｏＶも可能であって、光学設計ならびに／またはウェハの視認可能エリアを大小させる倍率選択の影響を受ける。ピクセル分解能は、視認可能なエリアサイズ（すなわち、ＦｏＶサイズ）に比例していてもよい。一例において、これは、Ｍ×Ｎ個の光検出器を採用可能な並列ＤＩＣシステムである（ここで、ＭおよびＮは、ＣＣＤセンサのピクセル寸法である）。ＣＣＤセンサが走査システム用のＴＤＩ－ＣＣＤである場合は、光収支をＭ倍低減可能である（ここで、Ｍは、ＴＤＩ光子積分寸法である）。逆に、同じ光量では、ＣＣＤフレームレートがＭ倍高くなり得る。このような用途においては、物理的に可能な光収支およびフレームレートによって、従来のＣＣＤセンサの使用が制限される場合がある。

ピクセルは、移動物体とともに移動し得る。一実施形態において、ピクセルは、移動物体と同期される。このため、像の移動中も合焦を維持可能である。これは、微光の用途に有益となり得る。

図５は、像ぶれ制御を示している。図５において、Ｒは、半径方向の長さであり、Θは、回転方向の移動である。Ｒ－Θベースの走査検査器システムにおいては、検査面の円形回転を採用可能である。直交ＴＤＩ－ＣＣＤセンサの線形な空間的積分の性質によって、ピクセルからの光子が行状に蓄積する。走査半径が小さくなると、走査曲率がピクセル行を超えた場合に像ぶれが発生する。図５は、２つのぶれ効果すなわち接線方向ぶれおよび半径方向ぶれを示している。

半径方向においては、像の動きの回転性質によって、検査面上のピクセルがＴＤＩ－ＣＣＤ上の円弧の軌跡を移動する。半径が徐々に小さくなると、ピクセルがＴＤＩ－ＣＣＤピクセルの次の行に差し掛かって半径方向のぶれ効果が生じる点まで円弧の曲率が増大する。同様に、ＦｏＶ内においては、ＴＤＩ－ＣＣＤの真ん中のピクセルに対して半径方向にＴＤＩクロッキングが同期されると、高低の行が実質的に長短いずれかの物理的ピクセルと作用するため、隣り合う接線方向ピクセルに回り込む（すなわち、接線方向ぶれとなる）。

ウェハは、ステージに固定されたまま回転していてもよいため、ぶれ制御を使用可能である。像は、円弧上に移動可能であるため、中心近くに問題が生じ得る。可変スリットによってぶれ効果を低減可能であるが、依然として、センサにはラインに見える。可変スリット中のスリットは、ウェハの中心に向かって、ゼロまたはゼロ近くまで小さくすることができる。可変スリットは、ステージの動きと同期可能である。

可変視野絞りの使用によって、半径方向および接線方向の両像上でぶれ効果を最小限に抑えることができる。これを図６および図７に示す。図１の視野絞り１０４の一例である可変視野絞りは、照明光源の下流側に配設される。コリメート光学系アセンブリ１０５は、照明光学系として機能し得る。可変視野絞りは、モータにより制御され、スキャナの最大走査半径において全開（すなわち、全ＦｏＶ）となる。その幅は、１／半径（１／Ｒ）に対して線形に小さくなる。ある程度のぶれに耐えられる場合は、特定の半径において、可変視野絞りの縮小プロファイルが開始となり得る。このようなＲ－Θ走査システムにおいては、ＴＤＩ－ＣＣＤクロッキングが半径によって決まり得る。したがって、ぶれおよび光収支がすべて許容範囲レベル内となるようにＶＦＳプロファイルを最適化しつつ、光収支が考慮されるようになっていてもよい。

図８は、偏光光学系の一実施形態のブロック図である。コスト効果と省スペース性の尺度として、ＰＣＣ設計は、偏光子－半波長板組み合わせ光学設計を適応可能である。図８に示すように、偏光子およびウォラストンプリズムは、それぞれの主軸の０°に整列する一方、半波長板は、２２．５°に整列する。これにより、偏光子の後段のＰ偏光は、ウォラストンプリズムの主軸に対して４５°回転可能である。したがって、ウォラストンプリズムの後段では、等量のＰ偏光およびＳ偏光が生成される。反射路においては、Ｐ偏光およびＳ偏光がウォラストンプリズムで結合し、別途４５°移動し続けて偏光子でＳ偏光となった後、ＴＤＩ－ＣＣＤ検出器へと反射される。このような設計は、コスト効果的であるとともに、光効率が高くなる。また、ＰＣＣ設計の走査性質を所与として、このような偏光最適化設計によれば、ウォラストンプリズムが最小開口数（ＮＡ）光伝搬軸において配向するため、ＦｏＶ全体で位相遅延均一性が最小となり得る。

一例において、検査システムは、ＸおよびＹの垂直方向の代わりに、Ｒ－Θで動作する。ビームは、Ｒ方向における位置合わせが必要と考えられる。半波長板は、２つのビームの４５°分離を防止し得る。このため、偏光子がビームを２つのビームに分離可能であり、半波長板が２つのビームを一体的に位置合わせ可能である。半波長板の代わりにレンズ系を使用して、同じ結果を実現することも可能である。

図９は、方法２００のフローチャートである。２０１においては、広帯域ＬＥＤ等の証明光源を用いて、光線を生成する。２０２において、光線は、照明光源から視野絞りに通過するように案内される。２０３において、視野絞りにより案内した光線は、コリメート光学系アセンブリを用いてコリメートされる。視野絞りとしては、制御可変視野絞りが可能である。視野絞りの接線方向幅は、走査半径とともに変化して、視野絞りの一端において視野絞りの反対端よりも大きくなるように構成されている。

２０４において、光線は、コリメート光学系アセンブリから偏光子に通過するように案内される。２０５において、光線は、偏光子からウォラストンプリズムに案内される。ウォラストンプリズムは、主軸を０°に配向可能である。

２０６において、光線は、ウォラストンプリズムから補正用レンズ光学系に案内される。２０７において、光線は、補正用レンズ光学系から折り畳みミラー等のミラーに案内される。２０８において、光線は、対物レンズアセンブリに通過させ、ステージ上のウェハへと案内される。補正用レンズ光学系、ミラー、および対物レンズアセンブリは、ウォラストンプリズムからのＰ偏光およびＳ偏光をステージ上に集光するように構成されている。Ｐ偏光およびＳ偏光は、ウォラストンプリズムの剪断方向に分離される。

２０９において、ステージ上のウェハから反射された光線は、ダイクロイックミラーによって第１の光線および第２の光線に分割される。２１０において、第１の光線は、暗視野／明視野センサによって受光される。２１１において、第２の光線のＰ偏光およびＳ偏光は、ウォラストンプリズムで結合する。２１２において、ウォラストンプリズムからの第２の光線は、ＴＤＩ－ＣＣＤセンサによって受光される。

方法２００において、偏光子としては、光路中の偏光ビームスプリッタキューブが可能である。偏光ビームスプリッタは、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を反射するように構成可能である。

方法２００は、Ｐ偏光を４５°回転させる半波長板に光線を通過させるように案内することをさらに含み得る。半波長板は、偏光子とウォラストンプリズムとの間に配設可能である。

この方法のステップはそれぞれ、本明細書に記載の通り、実行されるようになっていてもよい。また、この方法は、本明細書に記載のプロセッサならびに／またはコンピュータサブシステムもしくはシステムにより実行可能なその他任意のステップを含んでいてもよい。これらのステップは、１つ以上のコンピュータシステムによって実行可能であり、これらは、本明細書に記載の実施形態のいずれかに従って構成されていてもよい。また、上述の方法は、本明細書に記載のシステム実施形態のいずれかにより実行されるようになっていてもよい。

１つ以上の特定の実施形態に関して本開示を説明したが、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態も可能であることが了解される。このため、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその合理的な解釈によってのみ限定されるものと考えられる。

Claims (16)

1. 少なくとも１つの照明光源と、
   前記照明光源からの光路中の視野絞りと、
   前記視野絞りからの光路中の偏光子であり、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を反射するように構成された、偏光子と、
   前記偏光子で反射されたＳ偏光を受光するＴＤＩ－ＣＣＤセンサと、
   前記偏光子を通過した光路中のウォラストンプリズムであり、Ｐ偏光およびＳ偏光を構成する、ウォラストンプリズムと、
   前記ウォラストンプリズムからの光路中の補正用レンズ光学系と、
   前記補正用レンズ光学系から前記Ｐ偏光および前記Ｓ偏光を受光する光路中のミラーと、
   前記ミラーからの光路中の対物レンズアセンブリと、
   前記対物レンズアセンブリからの光を受光するウェハと、
   前記ウェハを固定するように構成されたステージと、
   前記ウェハからの反射波を受光する暗視野／明視野センサと、
   前記偏光子と前記ウォラストンプリズムの間の光路中に設けられ、Ｐ偏光を４５°回転させる半波長板と、
   前記ミラーと前記対物レンズアセンブリの間の光路中に設けられ、前記ウェハからの反射波であるＳ偏光を前記暗視野／明視野センサに案内するダイクロイックミラーと、
   を備え、
   前記ウォラストンプリズムからのＰ偏光およびＳ偏光が、前記ウォラストンプリズムの剪断方向に分離されており、前記補正用レンズ光学系、前記ミラー、および前記対物レンズアセンブリが、前記ウォラストンプリズムからのＰ偏光およびＳ偏光を前記ステージ上に集光するように構成され、前記ウェハによって反射されたＰ偏光およびＳ偏光が、反射経路を経て前記ウォラストンプリズムで結合した後、前記ＴＤＩ－ＣＣＤセンサに受光される、
   装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記偏光子が、偏光ビームスプリッタキューブである装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、前記視野絞りが、制御可変視野絞りであり、前記視野絞りの接線方向幅が、走査半径とともに変化して、前記視野絞りの一端において前記視野絞りの反対端よりも大きくなるように構成された装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、前記ウォラストンプリズムが、主軸を０°に配向した装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、前記ミラーが、折り畳みミラーである装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、前記照明光源が、広帯域発光ダイオードである装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、前記視野絞りと前記偏光子との間の光路中のコリメート光学系アセンブリをさらに備えた装置。
8. 請求項１に記載の装置であって、微分干渉コントラストモードを提供するように構成された装置。
9. 照明光源を用いて光線を生成することと、
   前記照明光源から視野絞りを通過するように案内することと、
   前記光線を前記視野絞りからの光線を、偏光子を通過するように案内することと、
   前記光線を前記偏光子からの光線をウォラストンプリズムに案内することと、
   前記光線を前記ウォラストンプリズムからの光線を補正用レンズ光学系に案内することと、
   前記光線を前記補正用レンズ光学系からの光線をミラーに案内することと、
   前記ミラーからの光線を対物レンズアセンブリに通過させ、ステージ上のウェハへと案内することであって、前記補正用レンズ光学系、前記ミラー、および前記対物レンズアセンブリが、前記ウォラストンプリズムからのＰ偏光およびＳ偏光を前記ステージ上に集光するように構成され、前記ウォラストンプリズムからのＰ偏光および前記Ｓ偏光が、前記ウォラストンプリズムの剪断方向に分離されている、案内することと、
   前記ステージ上の前記ウェハから反射された光線をダイクロイックミラーによって第１の光線および第２の光線に分割することと、
   前記第１の光線を暗視野／明視野センサによって受光することと、
   前記第２の光線を前記ウォラストンプリズムに案内し、前記ウォラストンプリズムで前記第２の光線のＰ偏光およびＳ偏光を結合することと、
   前記ウォラストンプリズムからの前記第２の光線をＴＤＩ－ＣＣＤセンサによって受光することと、
   を含み、
   前記偏光子が、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を反射するように構成され、前記偏光子が反射したＳ偏光を前記ＴＤＩ－ＣＣＤセンサが受光し、前記偏光子と前記ウォラストンプリズムとの間の光路中に配設された半波長板がＰ偏光を４５°回転させる、
   方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、前記偏光子が、偏光ビームスプリッタキューブであり、前記偏光ビームスプリッタキューブが、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を反射するように構成された方法。
11. 請求項９に記載の方法であって、前記視野絞りが、制御可変視野絞りであり、前記視野絞りの接線方向幅が、走査半径とともに変化して、前記視野絞りの一端において前記視野絞りの反対端よりも大きくなるように構成された方法。
12. 請求項９に記載の方法であって、前記ウォラストンプリズムが、主軸を０°に配向した方法。
13. 請求項９に記載の方法であって、前記ミラーが、折り畳みミラーである方法。
14. 請求項９に記載の方法であって、前記照明光源が、広帯域発光ダイオードである方法。
15. 請求項９に記載の方法であって、微分干渉コントラストモードを提供するように構成された方法。
16. 請求項９に記載の方法であって、コリメート光学系アセンブリを用いて、前記視野絞りにより案内された前記光線をコリメートすることをさらに含む方法。

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