(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を検査するシステムにおいて、
レーザー光エネルギーの複数のチャネルを生成するよう構成した照射サブシステムであって、各チャネルにおける光エネルギーは、少なくとも一つの他のチャネルにおける光エネルギーとは異なる特性を有するように生成し、前記異なる特性は、異なる照射モードと異なる周波数とを含むグループの中の少なくとも１つを含む、該照射サブシステムと、
前記複数チャネルの光エネルギーを受光するよう構成した光学系であって、光エネルギーの複数チャネルを複合して１つの複合光エネルギービームとなるよう複合させ、また前記１つの複合光エネルギービームを実質的に９０度の入射角で試料に向けて方向付けするよう転向させる、該光学系と、
前記試料から実質的に９０度の反射角で反射する反射光エネルギーを受光して検出するよう構成した少なくとも１個の検出器を有するデータ取得サブシステムと、
を備え、
前記データ取得サブシステムは、反射した光エネルギーの実質的にすべてを、光エネルギーの１つのチャネルの１つの異なる特性に特有の光学素子を用いて、光エネルギーの前記複数チャネルに対応する複数の受光チャネルに分離するよう構成した、
試料検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、光エネルギーの少なくとも１つのチャネルは、暗視野光エネルギーを有する、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、同一タイプではあるが、光エネルギーの他のチャネルとは周波数が異なる光エネルギーを有する、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、データ取得サブシステムは、受光した光エネルギーの少なくとも一つのチャネルを、受光した光エネルギーの複数のサブチャネルに分割するよう構成した、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記光学系は、複数の反射表面と、光エネルギーの複数のチャネルを単独の位置に収束させて試料に向けて移送する複数のレンズとを有する構成とした、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記光学系は、さらに、光エネルギーの一つのチャネル内に挿入した少なくとも一つの開口を有する構成とした、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記試料の第１部分を光エネルギーの第１チャネルにより照射するとともに、前記試料の第２部分を光エネルギーの第２チャネルにより同時に照射するシステム。
【請求項８】
試料を検査する方法において、
光エネルギーの複数チャネルを生成するチャネル生成ステップであって、生成した各チャネルの光エネルギーが、少なくとも一つの他のチャネルにおける光エネルギーとは特性が異なるものとなるよう生成し、前記異なる特性は、異なる照射モードと異なる周波数とを含むグループの中の少なくとも１つを含む、該チャネル生成ステップと、
光エネルギーの前記複数チャネルを、１つの複合光エネルギービームに複合させる複合ステップと、
前記１つの分離した複合光エネルギービームを実質的に９０度の入射角で試料に向けて方向付けするステップと、
前記試料から実質的に９０度の反射角で反射した反射エネルギーを受光して検出する検出ステップであって、前記反射光エネルギーの実質的にすべてを、光エネルギーの１つのチャネルの１つの異なる特性に特有の光学素子を用いて、光エネルギーの前記複数チャネルに対応する複数の受光チャネルに分離するステップを有する、該検出ステップと、
を備える方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、暗視野光エネルギーを有する、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、同一タイプではあるが、光エネルギーの他のチャネルとは周波数が異なる光エネルギーを有する、方法
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、反射した光エネルギーを検出する検出ステップは、さらに、受光した光エネルギーの少なくとも一つのチャネルを、受光した光エネルギーの複数のサブチャネルに分割するステップを有する、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法において、前記複合ステップは、複数の反射表面と、光エネルギーの複数のチャネルを単独の位置に収束させて試料に向けて移送する複数のレンズとを有する光学系を使用する、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記光学系は、さらに、光エネルギーの一つのチャネル内に挿入した少なくとも一つの開口を有する構成とした、方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法において、前記試料の第１部分を光エネルギーの第１チャネルにより照射するとともに、前記試料の第２部分を光エネルギーの第２チャネルにより同時に照射する方法。
【請求項１５】
試料を検査するシステムにおいて、
異なる特性を有する光エネルギーの複数チャネルを生成するよう構成した照射サブシステムと、
前記複数チャネルの光エネルギーを受光するよう構成した光学系であって、光エネルギーの複数チャネルを複合して空間的に分離した複合光エネルギービームとなるよう複合させ、また空間的に分離した複合光エネルギービームを試料に向けて方向付けするよう転向させる、該光学系と、
前記試料から反射する反射光エネルギーを受光して検出するよう構成した少なくとも１個の検出器を有するデータ取得サブシステムと、
を備え、
前記データ取得サブシステムは、受光した光エネルギーの少なくとも一つのチャネルを、受光した光エネルギーの複数のサブチャネルに分割するよう構成した、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、暗視野光エネルギーを有する、システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のシステムにおいて、光エネルギー少なくとも一つのチャネルは、同一タイプではあるが、光エネルギーの他のチャネルとは、周波数が異なる光エネルギーを有する、システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記光学系は、複数の反射表面と、光エネルギーの複数のチャネルを単独の位置に収束させて試料に向けて移送する複数のレンズとを有する構成とした、システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記光学系は、さらに、光エネルギーの一つのチャネル内に挿入した少なくとも一つの開口を有する構成とした、システム。
【請求項２０】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記試料の第１部分を光エネルギーの第１チャネルにより照射するとともに、前記試料の第２部分を光エネルギーの第２チャネルにより同時に照射するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して光学的結像、及びより詳細には、微視的結像、検査および／またはリソグラフィー用途のための光学系に関する。
【０００２】
本出願は、２００８年３月１３日出願の“Split Field Inspection System Using Small Catadioptric Objectives”というタイトルの米国特許出願第６１／０６９，９９７号の優先権の恩恵を主張するものであり、当該特許出願は発明者シャファー（Shafer）氏らによる２００６年１０月４日出願の“High Performance Catadioptric Imaging System”というタイトルの米国特許出願第１０／４３４３７４号の一部継続出願であり、発明者シェーファー（Shafer）氏らによる２００３年３月７日出願の“High Performance Catadioptric Imaging System”というタイトルの米国特許出願第１０／４３４３７４号であり現在米国特許７１８０６５８号となっている先願の継続出願であり、２００３年２月２１日出願の“High Performance, Low Cost Catadioptric Imaging System”というタイトルの米国特許出願第６０/４４９３２６の優先権の恩恵を主張する。
【背景技術】
【０００３】
多くの光学系および電子系を利用して、試料の表面特徴の欠陥を検査することができ、試料としては、部分的に製造された集積回路などの試料がある。このような試料における欠陥は、サイズが比較的小さく、試料表面上でランダムに局在する不完全な形状をしており、例えば、粒子、ひっかき傷、加工変動、繰り返しパターンで現れる欠陥などである。これらの微視的欠陥を有する試料を検査する技術および機器は、現技術で一般的に利用可能であり、市場で入手可能な様々な製品として実現されており、例えばカリフォルニアのサンホセにあるＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒコーポレーションから入手可能な製品がある。
【０００４】
実際上任意のタイプの検査システムまたは技術の狙いは、迅速かつ効率的に欠陥を検出することである。試料表面上の特徴が小さくなればなるほど、新しい機材、新しい製造プロセス、及び新規でより微細な欠陥の検出法を使用することが必要となる。さらに、試料の装填から、検査位置から取り外し、欠陥を特徴付けするまでの時間を、できる限り短くして試料表面を検査することが好ましい。より小さい特徴の存在発見におけるそのような迅速さに対する要求は、試料の問題点を正確かつ適格に見つけ出す現在利用可能なシステムおよび技術に対して、絶えず改善を求める。
【０００５】
現在の検査システムは、一般的に、屈折対物レンズまたは比較的大きなサイズの反射屈折対物レンズのいずれかに基づいている。屈折対物レンズに基づくシステムは、一般的に、３６５ｎｍを超える波長で透過する光エネルギーの存在に限界がある結像性能により制限を受ける。より短い波長に対処する設計は可能であるが、極めて狭い帯域にしか対応できない。０．９より大きいＮＡ（開口数）で、１００ミクロンより大きい視野にわたる良好な補正を行えるＵＶ対物レンズの設計はやはり困難である。
【０００６】
より大きな反射屈折対物レンズに基づく検査システムは、屈折対物レンズに見られる波長限界に対して支援する。０．９７以上のＮＡ、またはより一層大きい視野サイズを有する狭帯域反射屈折対物レンズ設計は可能である。これら大きな反射屈折対物レンズには、高コスト、厳しい製造公差、融通性に欠けるシステム構成、およびＤＵＶ照射に関連する汚染制御の困難さ等の限界がある。
【０００７】
上述の結像システムの多くは比較的大きなコンポーネントで構成されてきており、これら大きなコンポーネントは顕微鏡などの小さな環境下に採用するには困難であるまたは不可能である。さらに、その大きなサイズのために、複数の対物レンズを同一システム内に使用することは実用的できない。しかし、一般的に入手可能なものよりも小さな検査用対物レンズが開発された。このような超高ＮＡ対物レンズの一つとしては、２００５年３月２９日出願の発明者ユン・ホー・チャン（Yung-Ho Chung）氏らによる”Small Ultra-High NA Catadioptric”というタイトルの米国特許出願第１１／０９３，８５０号：米国特許出願公開第２００６／０１５８７２０号明細書に開示されているものがある。
【０００８】
上記文献に開示されたシステムは、試料を検査するために特定の結像コンポーネントおよび構成を提案するが、そこに開示された設計のものは異なるタイプの試料を結像するあらゆる環境下で使用することは容易でない。異なる性能基準を有する、異なる構成配置（ジオメトリ）、異なる光源を使用する検査システムは、あらゆる環境下で試料欠陥を正確かつ適格に評価するのに、上記文献の設計を使用することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、現在入手可能なシステムを改善した試料検査システムを得ることが望ましく、特に、小さいサイズの反射屈折対物レンズを使用する、ウエハなどの試料を検査可能なシステムを得ることが望ましい。様々な環境下で、既存の設計に関連する結像の問題を解決する様々なコンポーネントを使用できるシステムまたは設計を提供することが特に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、光エネルギーの複数チャネルを生成するように設けた照射システムであって、各チャネルにおける光エネルギーは、少なくとの一つの他のチャネルにおける光エネルギーとは異なる特性（種類、波長など）を有するように生成する照射システムと、複数のチャネルの光エネルギーを受光するよう構成した光学系であって、光エネルギーの複数のチャネルを、空間的に分離した複合光エネルギービームとなるよう複合させ、また空間的に分離した複合光エネルギービームを試料に向けて方向付けするよう転向させる、該光学系と、前記試料から反射する反射光エネルギーを受光して検出するように構成した、少なくとも１個の検出器を備えるデータ取得サブシステムと、を備える。データ取得サブシステムは、反射光エネルギーを、光エネルギーの複数チャネルに対応する複数の受光チャネルに分離するよう構成する。
【００１１】
本発明のこれらおよび他の態様は、当業者であれば、以下の本発明の詳細な説明および添付図面から明らかとなるであろう。本発明を、例示として添付図面につき説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１]
試料を検査するシステムにおいて、
光エネルギーの複数のチャネルを生成するよう構成した照射サブシステムであって、各チャネルにおける光エネルギーは、少なくとも一つの他のチャネルにおける光エネルギーとは異なる特性を有するように生成する、該照射サブシステムと、
前記複数チャネルの光エネルギーを受光するよう構成した光学系であって、光エネルギーの複数チャネルを複合して空間的に分離した複合光エネルギービームとなるよう複合させ、また前記空間的に分離した複合光エネルギービームを試料に向けて方向付けするよう転向させる、該光学系と、
前記試料から反射する反射光エネルギーを受光して検出するよう構成した少なくとも１個の検出器を有するデータ取得サブシステムと、
を備え、
前記データ取得サブシステムは、反射した光エネルギーを、光エネルギーの前記複数チャネルに対応する複数の受光チャネルに分離するよう構成した、
試料検査システム。
［適用例２]
適用例１に記載の方法において、光エネルギーの少なくとも１つのチャネルは、暗視野光エネルギーを有する、方法。
［適用例３]
適用例１に記載の方法において、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、同一タイプではあるが、光エネルギーの他のチャネルとは周波数が異なる光エネルギーを有する、方法。
［適用例４]
適用例１に記載の方法において、データ取得サブシステムは、受光した光エネルギーの少なくとも一つのチャネルを、受光した光エネルギーの複数のサブチャネルに分割するよう構成した、方法。
［適用例５]
適用例１に記載の方法において、前記光学系は、複数の反射表面と、光エネルギーの複数のチャネルを単独の位置に収束させて試料に向けて移送する複数のレンズとを有する構成とした、方法。
［適用例６]
適用例５に記載の方法において、前記光学系は、さらに、光エネルギーの一つのチャネル内に挿入した少なくとも一つの開口を有する構成とした、方法。
［適用例７]
適用例１に記載の方法において、前記試料の第１部分を光エネルギーの第１チャネルにより照射するとともに、前記試料の第２部分を光エネルギーの第２チャネルにより同時に照射する方法。
［適用例８]
試料を検査する方法において、
光エネルギーの複数チャネルを生成するチャネル生成ステップであって、生成した各チャネルの光エネルギーが、少なくとも一つの他のチャネルにおける光エネルギーとは特性が異なるものとなるよう生成する、該チャネル生成ステップと、
光エネルギーの複数チャネルを受光するステップと、
光エネルギーの前記複数チャネルを、空間的に分離した複合光エネルギービームに複合させる複合ステップと、
前記空間的に分離した複合光エネルギービームを試料に向けて方向付けするステップと、
前記試料から反射した反射エネルギーを受光して検出する検出ステップであって、前記反射光エネルギーを、光エネルギーの前記複数チャネルに対応する複数の受光チャネルに分離するステップを有する、該検出ステップと、
を備える方法。
［適用例９]
適用例８に記載の方法において、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、暗視野光エネルギーを有する、方法。
［適用例１０]
適用例８に記載の方法において、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、同一タイプではあるが、光エネルギーの他のチャネルとは周波数が異なる光エネルギーを有する、方法
［適用例１１]
適用例８に記載の方法であって、反射した光エネルギーを検出する検出ステップは、さらに、受光した光エネルギーの少なくとも一つのチャネルを、受光した光エネルギーの複数のサブチャネルに分割するステップを有する、方法。
［適用例１２]
適用例８に記載の方法において、前記複合ステップは、複数の反射表面と、光エネルギーの複数のチャネルを単独の位置に収束させて試料に向けて移送する複数のレンズとを有する光学系を使用する、方法。
［適用例１３]
適用例１２に記載の方法において、前記光学系は、さらに、光エネルギーの一つのチャネル内に挿入した少なくとも一つの開口を有する構成とした、方法。
［適用例１４]
適用例８に記載の方法において、前記試料の第１部分を光エネルギーの第１チャネルにより照射するとともに、前記試料の第２部分を光エネルギーの第２チャネルにより同時に照射する方法。
［適用例１５]
試料を検査するシステムにおいて、
異なる特性を有する光エネルギーの複数チャネルを生成するよう構成した照射サブシステムと、
前記複数チャネルの光エネルギーを受光するよう構成した光学系であって、光エネルギーの複数チャネルを複合して空間的に分離した複合光エネルギービームとなるよう複合させ、また空間的に分離した複合光エネルギービームを試料に向けて方向付けするよう転向させる、該光学系と、
前記試料から反射する反射光エネルギーを受光して検出するよう構成した少なくとも１個の検出器を有するデータ取得サブシステムと、
を備えるシステム。
［適用例１６]
適用例１５に記載のシステムにおいて、光エネルギーの少なくとも一つのチャネルは、暗視野光エネルギーを有する、システム。
［適用例１７]
適用例１５に記載のシステムにおいて、光エネルギー少なくとも一つのチャネルは、同一タイプではあるが、光エネルギーの他のチャネルとは、周波数が異なる光エネルギーを有する、システム。
［適用例１８]
適用例１５に記載のシステムにおいて、データ取得サブシステムは、受光した光エネルギーの少なくとも一つのチャネルを、受光した光エネルギーの複数のサブチャネルに分割するように構成した、システム。
［適用例１９]
適用例１５に記載のシステムにおいて、前記光学系は、複数の反射表面と、光エネルギーの複数のチャネルを単独の位置に収束させて試料に向けて移送する複数のレンズとを有する構成とした、システム。
［適用例２０]
適用例１９に記載のシステムにおいて、前記光学系は、さらに、光エネルギーの一つのチャネル内に挿入した少なくとも一つの開口を有する構成とした、システム。
［適用例２１]
適用例１５に記載のシステムにおいて、前記試料の第１部分を光エネルギーの第１チャネルにより照射するとともに、前記試料の第２部分を光エネルギーの第２チャネルにより同時に照射するシステム。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的な検査システムである。
【図２】あり得る開口の例を示す。
【図３】好適には１波長以上を有するレーザー光源、少なくとも１つの超高ＮＡの小さい反射屈折対物レンズを備える画像化サブシステム、複数の同時検査モードを支持するよう構成したセンササブシステムを備える照射サブシステムを示す。
【図４】図３と同一基本サブシステムであって、超高ＮＡの小さい反射屈折対物レンズを実装して、明視野と暗視野の検査モードを同時に支援するサブシステムを有する検査システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
現在入手可能である検査システムは、極めて複雑であり、光源、照射、結像、位置決め、自動合焦、画像センサ、データ取得、およびデータ解析サブシステムの精巧な組み合わせを必要とする。新しい光学的設計は、改善した性能、特徴および融通性を有する新規な検査システム構成を可能とする。
【００１４】
超高ＮＡ狭帯域を支援する小さいサイズの反射屈折対物レンズの開発は、既存の検査システム構成を改善することができる。小さい対物レンズの使用は、標準的な屈折ベースのシステムを用いて可能な波長よりも、短い波長での検査が可能となる。超高ＮＡ設計は広範囲の異なる検査モード実施できるとともに、異なる検査モードを同時に使用できる。さらに、超高ＮＡはサンプル上の複数層からの相互干渉作用を低減して、より速い検査スピードのために利用可能な光を増加する。
【００１５】
超高ＮＡの小さい反射屈折対物レンズに基づく検査システムは、大きい反射屈折対物レンズを使用するシステムより融通性が向上する。小さいサイズは、同様のプラットフォーム上で複数の対物レンズを使用することが可能である。小さいサイズの超高ＮＡ反射屈折対物レンズ、小さいサイズの広帯域反射屈折対物レンズ、および屈折対物レンズは交換可能に用いることができる。各対物レンズは、所望の倍率、視野サイズ、波長帯域および検査モードを最適化することができる。これにより、予想される欠陥タイプに応じて最適な欠陥検出用に、異なるシステムを構成することができる。さらに、注目する欠陥タイプが変化する場合、素早くシステムを再構成できる。
【００１６】
超高ＮＡの小さい反射屈折対物レンズを用いる検査システムは、さらに、従来の大きい超高ＮＡ反射屈折対物レンズに基づくシステムと比較して、コストを削減できる。従来の対物レンズは、製造公差が厳しい、すなわち極めて厳しい基準で製造する必要がある。小さい超高ＮＡ反射屈折対物レンズは、一般的に製造公差が緩く、大きな反射屈折対物レンズと比較して、大幅に少ない時間で製造可能であり、緩い公差は、時間、労力および厳しい公差に関連する高コストを必要としない。また、ＤＵＶ（深紫外線）照射に関連する汚染は容易に対処できる、なぜなら、ＤＵＶ光エネルギーを使用するときに鋭敏で影響を受け易い区域を隔絶化して浄化することは容易であり、または何らかの対処によりこの区域を長期間の汚染を防止することができるからである。さらに、任意なある部分が汚染された場合、小さい超高ＮＡ反射屈折対物レンズを実装しているときは、その部分を容易に取り換えることができる。
【００１７】
本発明は、半導体ウエハなどの試料を検査するシステムおよび方法であって、試料の少なくとも一部を、光源から送信される少なくとも１つの比較的強波長を使用する光源を用いて照射し、試料の照射部から受ける放射を検出し、検出した放射を解析して、料の一部にあり得る欠陥を見つけ出す。本発明は、対物レンズ視野の個別部分を使用して、個別の検査モードを行うことができ、またこれらモードを同時に使用することができる。
【００１８】
本明細書に開示するシステムおよび設計は、既存の反射屈折設計を超える利点を有する結像サブシステムを使用する。図１は、照射サブシステム１０１、位置決めステージ１０２、自動合焦サブシステム１０３、結像サブシステム１０４、センササブシステム１０５、データ取得サブシステム１０６、データ解析サブシステム１０７を有する一般的な検査システムを示す。データは自動合焦サブシステム１０３と位置決めステージ１０２との間、およびセンサ１０５とデータ取得サブシステム１０６との間を通過する。データは、さらに、データ取得サブシステム１０６と照射サブシステム１０１との間、およびデータ取得サブシステム１０６とデータ解析サブシステム１０７との間、ならびにデータ解析サブシステム１０７と位置決めステージ１０２との間を通過する。
【００１９】
図１に示したコンポーネントの目的は、照射サブシステム１０１から試料（図示せず）方向に照射し、一般的には位置決めステージ１０２を用いて試料を固定し、また移動させることも可能であり、この場合、光エネルギーは、結像光学系または結像サブシステム１０４における他の結像コンポーネントを通過して、最終的にセンササブシステム１０５に達する。データは、データ取得サブシステム１０６を用いてセンサまたはセンササブシステム１０５から取得し、このデータ取得サブシステム１０６はセンササブシステムと相互作用して、受信するデータをより正確に感知する。感知精度は、位置決め、合焦またはいくつかの他の方法により向上する。取得データは、データ解析サブシステム１０７を用いて解析し、このデータ解析サブシステム１０７は、例えば既知の試料および／または試料欠陥の外観を有するデータベースを含む。データ解析情報をデータ取得サブシステム１０６にフィードバックして、例えばデータを再取得するか、試料を再位置決めするために位置決めステージ１０２に与える。データ取得サブシステム１０６は、さらに、照射サブシステム１０１と相互作用して、受信画像の質に基づいて照射特性を変更する。最終的に自動合焦サブシステム１０３を位置決めステージ１０２とともに使用して、試料に自動で合焦する。
【００２０】
検査モード
多くの異なるモードは、部分的に製造した集積回路などの試料を検査するために存在する。様々な検査モードを、用途および環境に基づいて本発明システムに使用することができる。本発明で使用する検査モードとしては、明視野、環状暗視野、フルスカイ、指向性暗視野、微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）、共焦点、開口整形検査のモードがある。これらモードは、試料を検査する目的に応じて光エネルギーの反射を用いて実施することができる。本明細書で使用する検査用の設計は、これら１つ以上の検査モード、ならびに他の検査モードを支援する。
【００２１】
明視野モードは一般的な顕微鏡システムと同様の検査方法であり、対象物または試料の拡大像をセンサ上に投影する。明視野結像においては、生成した画像は容易に識別可能である。画像特徴サイズは、光学系の倍率で拡大した対象物の特徴サイズを正確に表示する。したがって、明視野検査は、画像比較、ならびにコンピュータ処理した対象物検出およびパターン形成した対象物の分別用の処理アルゴリズムに使用することができる。明視野検査モードは、半導体ウエハ検査のためによく使用される。
【００２２】
暗視野検査モードは、エッジ（端縁）からの散乱、小さい粒子の強調および一様でない表面に対して主に使用できる。例えば、平滑な平坦区域は暗視野において生ずる極めて僅かな光をも散乱する。任意の表面特徴、粒子または上述の平坦区域上に突き出る対象物は、光を散乱して、明区域または明領域を生成する。暗視野検査モードは、受光エネルギーを散乱させる傾向を持つ小さい特徴のために大きな信号を生ずる。この大きな信号は、より大きいセンサ画素をある所定の特徴サイズに使用でき、より速いウエハ検査を可能とする。暗視野検査は、フーリエフィルタ処理に使用することができ、このフーリエフィルタ処理は、反復パターンを有する試料において使用し、反復するパターン信号を最小化して欠陥の信号対ノイズ比を向上することができる。
【００２３】
多くの異なる暗視野検査モードが存在し、例えば、これに限定するものではないが、環状暗視野および指向性暗視野がある。各暗視野モードは、特定の照射および収集スキームを使用して、対象物から収集した散乱および回折光が、高精細な信号を生ずる。環状暗視野検査モードは、重なり合わない、照射および結像瞳を用いる。この代表的な例としては、光学レンズの高ＮＡ部を通してウエハに光を送る照射ＮＡがある。結像瞳内の開口を使用して、照射のために使用するＮＡの外側部分をブロックすることができ、結像瞳の内側部分で収集した散乱光を透過させて画像を形成することを可能にする。ウエハ上の特徴を複数の方向から伝送される暗視野光エネルギーにより均一に照射することができ、それにより異なる配向の特徴を良好に結像する。開口数（ＮＡ）は、ＮＡの中央部分を通過する照射と、ＮＡの外側部分から収集した散乱光とを反転させることもできる。
【００２４】
指向性暗視野検査モードは、代表的には出現したまたは出現すると予想される特定タイプの欠陥に基づいて、様々な構成に使用することができる。ときに開口整形と称される一つの構成は、時々、照射および結像瞳に配置した開口を使用する。開口を使用して、照射および結合瞳の異なる部分を選択する。例えば、開口を照射瞳の端縁近傍に配置し、これにより、小さい円錐状の光をより効率的に、高入射角でウエハに送ることができる。別の開口を結像瞳内に配置して、散乱光の所望部分を選択することができる。例えば、２個の開口を照射瞳開口から９０°の角度をなして配置することにより、ウエハ上の特徴によって横方向に散乱した光を選択できる。
【００２５】
他の照射および結像瞳開口を使用して、特別な欠陥タイプのために最適化することができる。レーザー指向性暗視野とも称される他の構成は、対物レンズの外側から高入射角で試料を照射する１つ以上のレーザーを用いる。しばしば４個の照射ビームを選択して、それぞれ他の照射ビームから９０°オフセットする。この構成配置（ジオメトリ）は、試料の特徴に基づく何らかの指向性を最小化する。内部レーザー暗視野と称される他の構成は、開口整形モードとレーザー指向性暗視野モードとのハイブリッドである。レーザー暗視野において、システムはレーザービームを、光学系の照射瞳内の特定位置に出射する。
【００２６】
フルスカイの光学構成は、明視野および環状暗視野検査の態様を複合する。フルスカイは、異なる減衰量を使用し、相対的な明視野信号および暗視野信号を調節することができ、したがって、同一センサを用いて、明視野および暗視野の双方における欠陥を同時に検出できる。
【００２７】
微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）検査は、対象物の特徴におけるトポロジーの勾配を解像する能力を持つ。ＤＩＣにおいて、画像コントラストは、光路における勾配増加のために増加する。ＤＩＣモードは、光学システムの解像能のオーダーに基づく共有距離を有する空間共有システムを使用し、代表的には照射を２つの直交偏光ビームに分離することにより実施する。これらビームは対象物上の特徴と相互作用し、画像を形成する前に再結合する。
【００２８】
共焦点検査は、対象物の特徴におけるトポロジー変化を解像する。多くの光学的構成は、特徴のトポロジーにおける変化を検出することが難しい。共焦点構成は、照射および結像焦点の近傍の開口を用いることにより、異なる高さ間での識別を行う。レーザー照射は、照射開口の必要性を排除する。
【００２９】
開口整形は、一般的な照射瞳および対応結像瞳を使用して、欠陥の信号対雑音比を最適化することができる検査形式である。一般的な照射瞳を得るために、開口は照射を整形する照射平面に配置する。開口を用いる欠点は、光エネルギーがブロックされ、したがって試料を照射するために使用されない点である。代案として、回折光学系を使用して、光エネルギーを確保しつつ一般的な照射パターンを生成する。対応開口を結像瞳に配置し、検出器に達する光を制御する。たとえば、開口が試料から反射するゼロ次オーダーの光をブロックする場合、暗視野画像の形式を生成する。あり得る開口の例を図２に示す。
【００３０】
本発明による検査システムの一態様としては、一波長以上の光エネルギーを透過するよう構成したレーザー照射源を有する照射サブシステムと、少なくとも１つの超高ＮＡ小反射屈折対物レンズを有する結像サブシステムと、複数の同時検査モードを支援する少なくとも１つのセンサを有するセンササブシステムとを有する。この実施形態を図３に示す。図３における図面は、単独のレンズ素子を有する概略レイアウトを示し、所望の性能に基づいて、照射および結像サブシステムに付加的なレンズ素子を設けることができる。
【００３１】
図３において、レーザー源３０１からの照射を照射サブシステムの一個以上の区域に送る。照射サブシステムの第１区域は、３０２ａ〜３０６ａの素子を有する。レンズ３０２ａはレーザー３０１からの光を集束する。レンズ３０２ａからの光を次にミラー３０３ａにより反射する。ミラー３０３は、説明目的のためにこの位置に配置するものであり、どこにでも配置することができる。ミラー３０３ａからの光は、次に、結像瞳平面３０５ａを形成するレンズ３０４ａにより収集する。光を変調する開口、フィルタまたは他のデバイスを、検査モードの要件に基づいて、瞳平面３０５ａ内に配置する。瞳平面３０５ａからの光は次に、レンズ３０６ａを通過して照射視野平面３０７を形成する。
【００３２】
照射サブシステムの第２区域は、３０２ｂ〜３０６ｂの素子を有する。レンズ３０２ｂはレーザー３０１からの光を集束する。レンズ３０２ｂからの光を次に、ミラー３０３ｂにより反射する。ミラー３０３ｂからの光を、照射瞳平面３０５ｂを形成するレンズ３０４ｂにより収集する。開口、フィルタまたは光を変調する他のデバイスを、検査モードの要件に基づいて瞳平面３０５ｂ内に配置する。照射瞳平面３０５ｂからの光は次に、レンズ３０６ｂを通過して、照射平面３０７を形成する。第２区域は次に、ミラーまたは反射表面３０８により転向する。照射視野平面３０７における照射視野光エネルギーは、したがって、複合照射区域を構成する。
【００３３】
視野平面光は次に、ビームスプリッター３１０で反射する前にレンズ３０９により収集する。レンズ３０６ａおよび３０９は、対物レンズ瞳平面３１１に第１照射瞳平面３０５ａの画像を形成する。同様に、レンズ３０６ｂおよび３０９は、対物レンズ瞳平面３１１に第２照射瞳平面３０５ｂの画像を形成する。対物レンズ３１２または３１３は次に瞳光３１１を得て、試料３１４に照射視野３０７の画像を形成する。対物レンズ３１２および３１３を、試料３１４の近傍に配置する。試料３１４をステージ（図示せず）上で移動することができ、このステージは、試料を所望位置に配置する。試料３１４から反射および散乱した光を、高ＮＡ反射屈折対物レンズ３１２または３１３により収集する。ポイント３１１で反射した光瞳を形成した後に、光エネルギーは、結像サブシステム内の内部視野３１６を形成する前に、ビームスプリッター３１０およびレンズ３１５を通過する。この内部視野は、試料３１４の画像であり、照射視野３０７に対応する。この視野は、照射視野に対応する複数の視野に空間的に分割することができる。これら視野のそれぞれは、個別の結像モードを支援することができる。
【００３４】
これら視野のうち一つを、ミラー３１７を用いて反射する。反射光は次に、他の結像瞳３１９ｂを形成する前に、レンズ３１８ｂを通過する。この結像瞳は瞳３１１の画像であり、照射瞳３０５ｂに対応する。開口、フィルタまたは光を変調する他のデバイスを、検査モードの要件に基づいて、瞳平面３１９ｂ内に配置する。瞳平面３１９ｂからの光は、レンズ３２０ｂを通過して、センサ３２１ｂ上に画像を形成する。同様に、鏡または反射平面３１７により送る光を、レンズ３１８ａにより収集して、検出器３２１ａ上に画像を形成する。検出器３２１ａ上に結像した光を、センサ３２１ｂ上に結像した光から結像モードに使用する。
【００３５】
照射
現在の設計で使用する照射サブシステムは、レーザー源３０１、収集光学系３０２〜３０４、瞳平面３０５近傍に配置したビーム整形コンポーネント、リレー光学系３０６および３０９を備える。レーザー源３０１は、１波長または複数の独立波長を生成する。
【００３６】
本発明で使用するレーザー源は、必要な出力パワーを達成して、比較的高い安定性および比較的長い耐用期間を有する。出力、安定性およびＤＵＶ波長の要件を満たすレーザー源の例としては、発明者ヤン・ホー・チャン（Yung-Ho Chuang）氏らによる２００５年２月１１日出願の“Fiber Amplifier Based Light Source for Semiconductor Inspection”というタイトルの米国特許出願第１１／０５６８５５号明細書に開示されており、全体を参照することにより本明細書に組み込むものとする。周波数変換レーザー源を使用することは利点であり、なぜなら基本波長の複数のハーモニクスを生成できるからである。例として、１０６４ｎｍの基本波長に対して２倍、３倍、４倍の周波数であるレーザーを、使用可能であり、出力として一つ以上の波長５３２，３５５および２６６ｎｍでレーザーを生成する。他のレーザー源を使用することができ、これに限定するわけではないが、固体レーザー、イオンレーザー、ダイレクト半導体レーザー、エキシマレーザー源がある。
【００３７】
したがって、レーザー源３０１に関して、図３に２つの通過点または角度を有する一つの均一ブロックとして示すが、実際にこれは２個の照射チャネルを供給可能なレーザー源として示し、例えば、素子３０２ａ〜３０６ａを通過する第１周波数であるレーザー光エネルギーでレーザー光エネルギーなどのための第１チャネルと、素子３０２ｂ〜３０６ｂを通過する第２周波数であるレーザー光エネルギーでレーザー光エネルギーなどのための第２チャネルを有する。異なる光エネルギーモードを使用することができ、一方のチャネルにおける明視野エネルギー、他チャネルにおける暗視野エネルギーを使用できる。したがって、レーザー源を単独ユニットとして示すが、実際にはレーザー源は任意のレーザー発生源または組み合わせとすることができ、“「分割視野」照射を生成するのに必要な光エネルギーを生成する複数の個別素子による構成とすることができる。
【００３８】
レーザー源３０１からの光エネルギーは、９０°離れて出射し、素子３０２〜３０６ａと３０２ｂ〜３０６ｂを９０°の角度で配向して示すが、実際には光を様々な方向で出射させることができ、２次元にする必要はなく、素子を図示するものとは異なる配向とすることができる。図３は、したがって、使用するコンポーネントを単に表示するためのものであり、図示の角度または距離は、縮尺通りではなく、設計に特別に必要なものでもない。
【００３９】
瞳平面３０５近傍に配置した素子を、開口整形コンセプトを使用する現行システムに使用することができる。本発明を用いて、均一な照射またはほぼ均一な照射を実現することができるとともに、個別ポイント照射、環状照射、４極照射または他の所望パターンに使用することができる。
【００４０】
結像
本発明における結像サブシステムの設計は、大きい視野を有し、また様々な検査モードを支援する狭帯域光源に適合する超高ＮＡ小サイズ反射屈折対物レンズに基づく。この大きい視野を空間的に個別の区域に分割することができ、各区域は個別の検査モードを支援する。本発明によれば、対物レンズを、単独のガラス材料を使用する、または場合によっては、１個以上のガラス材料を使用して、０．４ｍｍより大きい視野サイズにわたり修正し、性能を改善することができる。
【００４１】
対物レンズのための様々な実施形態を、一般的な結像サブシステムに使用できる。単独の固定対物レンズを使用できる。単独対物レンズは、あらゆる所望の結像および検査モードを支援する。このような設計は、結像システムが比較的大きな視野および比較的高開口数である場合に達成できる。開口数は、瞳平面３０５ａ，３０５ｂ，３１９ａ，３１９ｂに配置した内部開口を使用することにより好適な値に低減できる。
【００４２】
複数対物レンズもまた、図３に示すように使用できる。２個の対物レンズ３１２および３１３を示すが、任意の個数が可能である。そのような設計における各対物レンズを、レーザー源により生成される各波長に対して最適化することができる。これら対物レンズ３１２および３１３のいずれかは、固定位置を有する、または試料３１４近傍の位置に移動することができる。試料近傍に複数の対物レンズを移動するために、標準顕微鏡上で通常用いるように回転タレットを使用することができる。試料の近傍に対物レンズを移動する他の設計を利用可能であり、以下のものに限定するわけではないが、ステージ上で横方向に対物レンズを移動させる、またはゴニオメータを用いて円弧軌道上で対物レンズを平行移動させる。さらに、固定対物レンズおよびタレットにおける複数の対物レンズの任意な組み合わせを、本発明のシステムに使用できる。
【００４３】
本実施形態の最大開口数は０．９７に達する、またはそれを上回るが、特定の実施形態ではより高くすることができる。照射および収集角度が広範囲であるこの高ＮＡ反射屈折結像システムは、大きな視野サイズを組み合わせ、複数の検査モードを同時に支援できるようにする。上述の段落から理解できるように、複数の結像モードは、照射デバイスに接続する単独の光学システムまたは装置を用いて実現することができる。照射および収集のために開示する高ＮＡによれば、同一光学システムを用いて結像モードを実現でき、これにより異なるタイプの欠陥または試料の結像を最適化できるようになる。
【００４４】
結像サブシステムは、さらに、中間画像形成光学系３１５を有する。画像形成光学系３１５の目的は、試料３１４の内部画像３１６を形成することである。この内部画像３１６において、鏡３１７を、一つの検査モードに対応する光を転向するように配置する。この位置において光を転向することは可能であり、なぜなら結像モード用の光を空間的に別個であるからである。
【００４５】
画像形成光学系３１８および３２０は、いくつかの異なる形態で実現することができ、例えば可変焦点ズーム、合焦光学系を有する多重焦点チューブレンズ、または多重画像形成拡大チューブにより実現できる。
【００４６】
センサ
この実施形態におけるセンササブシステムは、少なくとも１個のセンサを有する。このセンサは、リニアセンサまたはアレイセンサとすることができる。この用途では、センサは、一般的に高速、低雑音読み出し、高量子効率、長期耐用期間および高コントラスト伝達関数を有することが必要である。高量子効率は重要であり、なぜならセンサを十分照射するために、照射システムからの光はほとんど必要としないからである。これはまた、試料表面上に対してエネルギーもほとんど必要としないことを意味し、したがって、レーザー照射からダメージを受ける可能性を制限する傾向がある。長期耐用期間のセンサは、センサの性能が時間で変化する可能性を最小化して、システムの再較正のリスクを減少する。高コントラスト伝達関数（ＣＴＦ）は、適正な解像度で画像を検出するのに必要である。低ＣＴＦは、小さい欠陥を検出する検出システムの能力を制限しがちである。検査システムにおいては、ＣＴＦは一般的に、約０．４までは容認できるが、０．６以上またはそれより大きい値が好適である。
【００４７】
高効率を必要とする用途に対しては、特に４００ｎｍ以下の波長で、背面薄型シリコンセンサを使用できる。多くの、他のタイプのセンサもまた使用することができ、以下のものに限定するわけではないが、前面デバイスがあり、この前面デバイスは、前面照射として仮想位相設計、ＵＶ感度を改善する開放区域使用があり、また蛍光コーティングを内蔵する。センサは、さらに、抗ブルーム能力を組み込むことができる。
【００４８】
データ取得
現行検査システムに使用するデータ取得サブシステムは、連続的に移動するステージと同期してデータを読み出す走査モードで動作する。区域センサは、ＴＤＩモードまたはフラッシュモードのいずれかで動作しなければならない。ＴＤＩモードは、検出器内の電荷と、検出器を横切って移動する画像を同期させる。これはまた、長い積分時間を維持する間、高速なデータ取得を可能とする。画像がセンサ上を横切って移動するとき、電荷は、一つのステージから次のステージにクロック制御される。ステージの数は、信号積分の量を決定する。より多数のステージは改善した光感度をもたらす。これら長い積分時間は、スペックル平滑化を改善し、試料にダメージを与えるレーザー照射パワーを低減する。
【００４９】
データ取得サブシステムは単独のセンサを使用することができ、この単独のセンサは上述した説明のように検出するための大きな区域を有する。センサは、利用可能な区域を最大化するために結像視野を完全に満たす。
【００５０】
多重センサも使用できる。これらセンサは比較的近接させて配置することができる。これらセンサは、同一電子機器基板上に搭載し、また互いに突き合わせてより大きなセンサを有効的に形成することができる。センサは、さらに、空間的に互いに引き離すことができる。このことは利点であり、なぜなら、センサ位置近傍に読み出し電子機器をすべて詰め込むのは難しいからである。
【００５１】
結像サブシステムの視野は、スクレーピング鏡、ビームスプリッター、プリズム、回折格子、回折光学系を用いて複数の部分に分割することができる。各部分はこの場合、１個のセンサに送る。理想的には、分割は視野面で行い、画像忠実性に対する影響を最小化する。センサを異なる焦点位置に配置して、焦点データを同時に入出力することができる。同時に欠陥データを収集する異なるセンサにデータを与える、異なる結像モードを有することができる。例えば、明視野および暗視野データを同時に収集して、欠陥の異なるタイプを決定することができる。
【００５２】
データ解析
図３に図示する実施形態は、試料上の降伏限界欠陥を識別するためにデータ解析サブシステムを用いる。欠陥は、まず比較技術により識別する。ある比較技術をウエハに対して初めに使用して、異なるダイの比較をする。例えば、もしダイ１および２を比較し、差異が位置Ａで見つかり、基板２と３を比較して差異がまた位置Ａで見つかるなら、欠陥位置は基板２に原因がある。
【００５３】
別の技術を使用してダイ内の異なるセルの間の比較を行うことができる。セルは、注目する検査区域内で何度も繰り返される区域として定義する。このタイプの比較はダイ内のメモリ区域に対して有用である。センサピクセルの整数に対して各セルを調整するために結像サブシステム内で倍率調整することが好適である。
【００５４】
第３の比較技術はダイとデータベースの比較である。検査システムからのデータをデータベースと比較するために、データベースは、結像およびセンササブシステムの性能とデータベースにおけるそれらの影響を考慮に入れて表示しなければならない。この表示データベースを次に、検査システムにより収集したデータと比較する。
【００５５】
欠陥データを次にさらなる解析のために他のシステム、例えば、ｅビーム検査、マクロ検査、または合焦イオンビーム破壊性解析に送信する。データは、さらに、製造の生産率改善に使用するために、生産管理ソフトウェアに送信する。
【００５６】
このように、本発明は試料検査システムであって、複数のチャネルの光エネルギーを生成し、生成した各チャネルの光エネルギーは少なくとも１つの光エネルギーの他チャネルとは異なる特性（タイプ、波長など）を有する照射サブシステムを備える。システムはまた、複数チャネルの光エネルギーを受けて、それを空間的に分離した複合した光エネルギービームに複合するよう構成した光学系を有して、光学系は空間分離複合光エネルギービームを試料方向に送る。システムはまた、試料からの反射光エネルギーを検出するように構成した少なくとも一つのセンサを有するデータ取得サブシステムを有する。データ取得サブシステムは、光エネルギーの複数のチャネルに応じて、複数の受光チャネルに反射光エネルギーを分離するように設ける。図３に示すように、２個のそのような光エネルギーチャネルを使用して、２個の受光チャネルを設ける。その結果として、複数モードで、空間的に分離した視野の試料検査をする能力を得る。
【００５７】
第２実施形態は、第１実施形態と同様の基本サブシステムであって、同時に明視野および暗視野検査モードを支援するための超高ＮＡ小反射屈折対物レンズを持つサブシステムを有する検査システムである。この実施形態を図４に示す。図４に、単独レンズ素子を有する概略レイアウトを示す。このシステムは、好適なレベルの性能を達成するために、照射および結像サブシステム内に他のレンズ素子を必要とする。
【００５８】
図４において、レーザー源４０１からの照射を、照射サブシステムの１個以上の区域に送る。照射サブシステムの第１区域は、素子４０２ａ〜４０６ａを備える。レンズ４０２ａはレーザー４０１からの光を合焦する。レンズ４０２ａからの光を次にミラーまたは反射表面４０３ａにより反射する。ミラー３０３を説明目的のためにこの位置に配置している。ミラー４０３ａからの光を次に、照射瞳平面４０５ａを形成するレンズ４０４ａにより収集する。開口、フィルタまたは光を変調する他のデバイスを、検査モードの要件に基づいて瞳平面４０５ａ内に配置する。瞳平面４０５ａからの光を次に、レンズ４０６ａを通過させて照射視野平面４０７を形成する。同様に、照射サブシステムの第２区域は、素子４０２ｂ〜４０６ｂを備える。レンズ４０２ｂはレーザー４０１からの光を合焦する。レンズ４０２ｂからの光を次にミラー４０３ｂにより反射する。ミラー４０３ｂからの光を次に、照射瞳平面４０５ｂを形成するレンズ４０４ｂにより収集する。
【００５９】
開口、フィルタまたは他の光変調デバイスを、検査モードの要件に基づいて瞳平面４０５ｂ内に配置する。瞳平面４０５ｂからの光は次にレンズ４０６ｂを通過して照射視野平面４０７を形成する。第２区域は次に、ミラー４０８により転向する。４０７における照射視野光はしたがって、複合照射区域を構成する。視野平面光を次に、ビームスプリッター４１０により反射する前に、レンズ４０９によって収集する。レンズ４０６ａおよび４０９は、第１照射瞳平面４０５ａの画像を対物レンズ瞳４１１の平面に形成する。同様に、レンズ４０６ｂおよび４０９は、第２照射瞳平面４０５ｂの画像を対物レンズ瞳４１１の平面に形成する。
【００６０】
対物レンズ４１２または４１３は次に瞳光４１１を得て、照射視野４０７の画像を試料４１４に形成する。対物レンズ４１２および４１３を、試料４１４の近傍に配置する。試料４１４をステージ上で移動することができ、ステージは、試料を好適な位置に位置決めする。試料４１４から反射および散乱する光を、高ＮＡ反射屈折対物レンズ４１２または４１３により収集する。対物レンズ瞳４１１の平面で反射した光の瞳を形成した後に、光は、ビームスプリッター４１０およびレンズ４１５を通過してから、結像サブシステム内の内部結像視野４１６を形成する。内部結像視野は、試料４１４および試料に対応する照射視野４０７の画像である。この視野は、空間的に２個の視野に分割する、すなわち明視野および暗視野の検査モードにそれぞれ対応する２個の視野に分割する。
【００６１】
この実施形態において、明視野検査モードに対応する視野部分は、ミラー４１７を用いて転向する。転向した光は次に、別の結像瞳平面４１９ｂを通過する。この結像瞳は、対物レンズ瞳４１１、およびこの対物レンズ瞳に対応する照射瞳４０５ｂの画像である。開口、フィルタまたは他の光変調デバイスを、検査モードの要件に基づいて結像瞳平面４１９ｂ内に配置する。結像瞳平面４１９ｂからの光は次に、レンズ４２０ｂを通過して、画像をセンサ４２１ｂ上に形成する。２重の暗視野検査モードに対応する内部視野４１６の部分はミラー４１７を通過し、レンズ４１８ａにより収集し、結像瞳４１９ａを形成する。
【００６２】
この瞳光を、空間的に通常チャネルおよび散乱した２個の光チャネルに分割する。通常チャネルの光は、結像瞳４１９ａに配置した開口内の中央孔を通過する。通常チャネル光は、次に、検出器４２１ａ上に画像を形成する前に、レンズ４２０ａにより収集する。試料４１４からの散乱光は、結像瞳４１９ａの平面に配置した開口における孔を通過し、ミラー４２２ａおよび４２２ｂを用いて転向させる。散乱光は、次に、レンズ４２３ａおよび４２３ｂを用いて、検出器４２４ａおよび４２４ｂ上に結像する。
【００６３】
照射
図４の実施形態の照射は、図３の実施形態に記載した選択肢と同様である。主な違いは、視野平面４０７は明視野照射に対応する一部分と、指向性暗視野照射に対応する一部分を含むことである。両方のタイプの照射は、それぞれに対応するセンサと適合させなければならない。明視野照射のためには、視野４０７における区域照射はＴＤＩセンサ区域に応じして使用する。この明視野照射に対応する光は、光学系４０２ａ〜４０６ａを含む照射経路内に含ませることができる。指向性暗視野のためには、線照射または区域照射を視野平面４０７に使用することができる。線照射は線センサのために使用でき、区域照射はＴＤＩセンサのために使用できる。指向性暗視野照射に対応する光は、光学系４０２ｂ〜４０６ｂを有する照射経路内に含ませることができる。ミラー４０８を用いて、照射光を転向させ、光軸が明視野路からの照射光に対して整列する、またはほぼ整列するようにする。
【００６４】
結像
図４の実施形態における結像は、概して、図３に記載したものと同様の選択肢を有する。主な違いは、瞳平面４１９ａが、２重暗視野画像収集に対応する開口を有することである。通常収集チャネルは、瞳平面４１９ａに配置してマスクの中央に対応する。高角度で散乱する指向性暗視野部は、瞳平面４１９ａに配置したマスクの側面部の開口に対応する。通常収集チャネルからの光は、結像レンズ４２０ａを通過して、線形センサ４２１ａ上で結像する。指向性暗視野からの散乱光は、ミラー４２２ａおよび４２２ｂにより２個の個別チャネルに向かう。ミラー４２２ａからの光をレンズ４２３ａにより収集して、線形センサ４２４ａ上で結像する。同様に、ミラー４２２ｂからの光をレンズ４２３ａにより収集して、線形センサ４２４ｂ上で結像する。
【００６５】
合焦（オートフォーカス）
この実施形態は、標準的な自動合焦技術を用いて、試料の焦点位置を維持するための大きな利点を有する。自動合焦の検出感度は、収集光学系の開口数に基づく。自動合焦システムのためにより小さい開口数を用いるシステムは、自動合焦の検出感度が減少する。これは一般的に、高角度の散乱光を収集する指向性暗視野検査モード用いるときに画像を大幅に移動させる。図４の設計は、センサ４２４ａおよび４２４ｂを使用するチャネルにおける、このような高角度散乱光結像、および検査を支援する。
【００６６】
センサ
この実施形態におけるセンササブシステムは、明視野チャネルのための１個のＴＤＩセンサと、指向性暗視野チャネルのための３個の付加的なセンサとを有する。これら付加的なセンサは線形センサまたはＴＤＩセンサとすることができる。多くの従来システムは、高収集角度での指向性暗視野検査するために線形センサのみで機能するものであった。しかし、このことは、極密な合焦ラインによる影響のために試料にダメージを与える。本発明は、指向性暗視野にＴＤＩセンサを用いることを支援し、ＴＤＩセンサは試料の２次元画像を生成するからである。このことは、試料に対する影響を大幅に軽減し、検査スピードを向上することができる。
【００６７】
センサは、一般的に、図３の実施形態で説明したように、高速、低雑音読み出し、高量子効率、長期耐用期間および高コントラスト伝達関数等の特性を示すものとする。
【００６８】
データ取得／データ解析
この実施形態で用いるデータ取得サブシステムは、図３で説明した実施形態と同様の方法で動作する。ＴＤＩセンサおよび線形センサは、典型的には独立して走査ステージと同期する。この実施形態は、上述したのと同一の比較技術を有するデータ解析サブシステムを使用する。
【００６９】
本発明による第３の実施形態は、検査および欠陥分別を同時に支援する超高ＮＡ小反射屈折対物レンズを使用する検査システムである。この実施形態は、図３および４で示したのと同様のコンポーネントを使用する。主な違いは、両方の視野を検査に用いないことであり、一方の視野は高速欠陥検査に使用し、他方の視野は高速欠陥分別に使用する。検査および分別モードは、図３につき説明した任意のモードとすることができる。多くの欠陥タイプに対しては、明視野または暗視野のタイプは高速検査モードに最適である。これら欠陥タイプの多くに対して、明視野は高速欠陥分別に最適である。
【００７０】
高速欠陥分別は、処理しなければならない情報量が大きいために難しい。高速分別を簡単にする方法は、分別用の個別画像視野を用いることである。分別チャネルは、検査チャネルによって結像した試料の同一部分を結像すべきである。分別チャネルは、検査チャネルと同時に結像する必要はないが、検査チャネルの前または後のいずれかで同一部分を結像することができる。この個別分別チャネルで取得したデータを一時的バッファに保存する。図３につき説明したデータ解析技術の一つを用いることにより、検査チャネルを用いて欠陥を識別する。例えば、セル―セル（セル間）減算技術は、メモリアレー区域における欠陥を識別するのに理想的である。
【００７１】
検査チャネルにおいて比較技術を用いて欠陥を識別するとき、対応する画像区域を分別チャネルにおいて識別し、画像データを一時バッファから、さらなる処理および欠陥分別のための長期保存メモリに移動する。一時バッファは一般的に、比較に用いる全パターンの画像データを格納するのに十分な大きさであり、同様にバッファからデータを移転するために必要な時間を持つ。一時バッファ内で最も古い画像データは、識別した欠陥を検出しない限り、新しい画像データにより連続的に上書きする。欠陥区域からのデータは一時バッファから長期保存メモリに移動した後に、上書きすることができる。
【００７２】
本発明は、したがって、試料検査システムであって、レーザーを有する照射サブシステムと、照射サブシステムからの光エネルギーを受光するよう構成した少なくとも一つの小サイズ反射屈折対物レンズを有する結像システムであって、少なくとも一つの対物レンズは複数の同時検査モードを支援するよう構成する、該結像システムと、前記試料から受光した光エネルギーを検出するよう構成した少なくとも一つの検出器を有するデータ取得サブシステムとを備える。同時モードは、同一レーザー波長を使用する、および／またはレーザーは一つ以上の波長を生成するものとする。レーザーは、１５７，１９３，１９８，２１３，２４４，２５７，２６６，３０８，３５１，３５５，３６４，４０５，または５３２ｎｍの波長のいずれかを有する。結像サブシステムおよび照射サブシステムは、検査モードのグループにおける少なくとも一つのグループを支援し、検査モードのグループとしては、明視野、環状暗視野、指向性暗視野、開口整形、フルスカイ、空中結像、共焦点、蛍光よりなる検査モードがある。各レーザー波長には対応する対物レンズを設け、任意な１個の対物レンズまたは１個以上の対物レンズは０．９〜０，９７の範囲でＮＡを支援する。対物レンズは、０．８ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲における視野サイズを有するものとすることができる。異なる検査モードは、対物レンズの視野内部の異なる位置を占める。検査モードは、結像サブシステムにおける視野平面または瞳平面で転向させて行う。分離は、ミラーまたは部分ミラーを用いて行う。
【００７３】
少なくとも一つの転向させた検査モードからの光は、検査モードに特有の少なくとも一つの光学素子と相互作用する。分離は、ミラーまたは部分ミラーを用いて行う。少なくとも一つの転向した検査モードからの光は、その検査モードに特有の少なくとも一つの光学素子と相互作用する。センサは、背面が薄いセンサにより構成する、ＴＤＩ検出モードで作動する、および／またはブルーム防止能力を有するものとすることができる。少なくとも２つの転向させた検査モードは、同一センサの異なる部分を使用する。各転向検査モードは、個別のセンサを用いて検出する。
【００７４】
照射サブシステムは、内部視野平面および瞳平面のリレーを有するものとし、結像サブシステムは単独の固定対物レンズを有するものとすることができる。結像サブシステムは１個以上の固定対物レンズを有するものとすることができる。タレットまたはステージに複数の対物レンズを設け、検査すべき試料の近傍に対物レンズを移動することができるようにする。代替案として、少なくとも１個の固定対物レンズおよび複数の対物レンズをタレットまたはステージに設け、検査すべき試料の近傍に対物レンズを移動できるようにする。結像サブシステムは、照射サブシステムまたは自動合焦サブシステムからの光を受光するためのビームスプリッターを有する構成とすることができる。代替案として、結像システムは、照射サブシステムからの光を受光するビームスプリッターを複数有し、各ビームスプリッターは異なる波長範囲に最適なものとすることができる。ビームスプリッターは、所望波長に基づいて照射サブシステムからの光を位相する。
【００７５】
ビームスプリッターは、内部視野に配置し、また環状暗視野検査モードを支援するための高反射製リングを有するものとすることができる。少なくとも１個の無限焦点チューブレンズを使用できる。ズームシステムを使用して、セルーセル検査モードを支援する少なくとも２％の公称倍率を変更することができる。可変焦点システムを使用して、画像をセンサ上に形成することができる。固定倍率チューブレンズを使用して、画像をセンサ上に形成することができる。内部瞳平面は、開口処理およびフーリエフィルタ処理用に結像サブシステムに利用可能にすることができる。
【００７６】
データ取得サブシステムは、結像対物レンズの視野内に複数のセンサを使用することができる。ダイ−ダイ間、ダイ−データベース間、またはセル‐セル間比較を使用して、試料における欠陥を識別することができる。各センサは結像サブシステムの視野内部の近傍に配置することができる。各センサは、任意の他のセンサから物理的に離して配置することができ、結像サブシステム視野は複数の部分を有し、視野の各部分が異なるセンサに送られるようにすることができる。
【００７７】
試料は、部分的に製造した積分回路とすることができる。データおよび試料を、欠陥解析のための高分解能システムに送ることができる。高分解能システムは、ｅビーム検査システムまたは合焦イオンビームシステムとすることができる。高分解能システムおよびエキシマシステムは、一つの検査ツールのコンポーネントとすることができる。データは、複数の処理ツールがアクセス可能なオープンフォーマットで記憶することができる。
【００７８】
複数モードのうちの一つを使用して、リアルタイムで欠陥分別を行うことができる。分別モードからのデータを一時メモリに保存することができる。一時メモリ内の情報は、他の結像モードのうち一つを用いて欠陥を検出した場合のみ、長期保存メモリに記憶する。少なくとも一つの結像モードは明視野モードとするか、モードは明視野および指向性暗視野を含むものとすることができる。指向性暗視野モードはＴＤＩセンサを使用することができる。
【００７９】
本発明を特別な実施形態につき説明したが、本発明はさらなる変更も可能であることを理解されたい。本発明は、概して、本発明の原理に基づいて、任意な変更、適合化したものをカバーすることを意図し、本発明の記載から離れるものも、本発明が関与する技術内での既知の慣行内で実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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