(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の領域にわたる複数の一次照明スポットで試料の表面に光を照射すること、
前記複数の一次照明スポットの検査経路における第２の領域にわたる少なくとも１つの二次照明スポットで前記試料の表面に光を照射すること、
前記少なくとも１つの二次照明スポットから散乱される光の量を受け取ること、
前記受け取った散乱光の量に基づいて、前記一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を調整すること、
を備え、前記一次照明スポットは相対的に高電力であり、前記二次照明スポットは前記一次照明スポットよりも相対的に低電力である、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの二次照明スポットから検出器の表面に鏡面的に反射された光の量を受け取ること、
前記検出器の表面上で受け取った鏡面的に反射された前記光の量の入射位置の変化に基づいて、前記試料表面の高さの変化を判定すること、
をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記照明電力密度の調整は、
前記少なくとも１つの二次照明スポットから受け取った前記光の量を示す検出器から信号を受信すること、
前記受信信号が所定の閾値を超えるかどうかを判定すること、
前記受信信号が前記閾値を超えていれば、照明電力密度減衰器に前記複数の一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を低減させるコマンド信号を前記照明電力密度減衰器に送信すること、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記照明電力密度の調整は、
前記複数の一次照明スポットおよび少なくとも２つの二次照明スポットから受け取った光の量を示す単一の検出器から信号を受信すること、
前記受信信号が所定の閾値を超える第１の時間を判定すること、
前記第１の時間から所定の時間が経過した第２の時間に前記受信信号が前記所定の閾値を超えているかどうかを判定すること、
前記受信信号が前記第２の時間に前記閾値を超えていれば、照明電力密度減衰器に前記複数の一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を低減させるコマンド信号を前記照明電力密度減衰器に送信すること、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の領域にわたる前記複数の一次照明スポットで前記試料の表面に前記光を照射することは、第１の波長によって特徴付けられる第１の放射量を含み、かつ前記第２の領域にわたる前記少なくとも１つの二次照明スポットで前記試料の表面に前記光を照射することは、第２の波長によって特徴付けられる第２の放射量を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記試料が所定の運動軌道をたどるように、走査運動において前記試料を移動させること、をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ウエハの表面の第１の部分に入射する複数の一次照明スポットから散乱される第１の光の量を受け取るように動作可能な第１の検出器と、
前記ウエハの表面の第２の部分上の少なくとも１つの二次照明スポットから散乱される第２の光の量を受け取るように動作可能な第２の検出器と、
前記第２の散乱光の量を示す信号を受信し、かつ照明電力密度減衰器にコマンド信号を送信して、前記受信信号に基づきマルチスポット検査システムの照明電力密度を低減するように動作可能な照明電力密度制御装置と、
を備え、前記一次照明スポットは相対的に高電力であり、前記二次照明スポットは前記一次照明スポットよりも相対的に低電力である、マルチスポット検査システム。
【請求項８】
前記一次照明スポットが検査経路に沿って前記ウエハの表面上を移動するように、走査運動において前記ウエハを移動させるように動作可能なウエハ位置決めシステム、をさらに備える請求項７に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの二次照明スポットは前記検査経路において前記一次照明スポットの前方に位置付けられる、請求項８に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１０】
前記信号が前記第２の散乱光の量が所定の閾値を超えていることを示す場合、前記照明電力密度制御装置は前記照明電力密度減衰器に前記コマンド信号を送信して、前記一次照明スポットのうち少なくとも１つに供給される前記照明電力密度を低減する、請求項７に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１１】
前記第１および第２の検出器は同一の検出器である、請求項９に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１２】
第１の二次照明スポットおよび第２の二次照明スポットは前記検査経路に連続して位置付けられ、かつ所定の時間だけ離れた時間における２つのインスタンスで前記受信信号が所定の閾値を超える場合、前記照明電力密度制御装置は前記照明電力密度減衰器に前記コマンド信号を送信して、前記一次照射スポットのうち少なくとも１つに供給される前記照明電力密度を低減する、請求項１１に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１３】
第１の二次照明スポットおよび第２の二次照明スポットは、前記検査経路においていずれか一方がいずれか他方の前方に位置付けられ、かつ前記検査経路に跨がって互いに斜めに位置付けられ、かつ前記受信信号が所定の閾値を超える場合、前記照明電力密度制御装置は２つのインスタンスの時間差に基づいて大粒子の位置を判定する、請求項９に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１４】
前記照明電力密度制御装置は照明電力密度減衰器にコマンド信号を送信して、前記大粒子の位置に基づき前記一次照明スポットの１つまたは複数で前記照明電力密度を低減する、請求項１３に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１５】
前記複数の一次照明スポットに向けられる放射量は第１の波長によって特徴付けられ、かつ前記少なくとも１つの二次照明スポットに向けられる放射量は前記第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる、請求項７に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの二次照明スポットから鏡面的に反射される第３の光の量を受け取るように動作可能な第３の検出器をさらに備え、ウエハの高さの変化は、前記第３の検出器の表面で受け取られる前記第３の鏡面的に反射された光の入射位置の変化に基づいて判定される、請求項１５に記載のマルチスポット検査システム。
【請求項１７】
プロセッサと、
指示を保存するコンピュータ可読媒体であって、前記プロセッサによって実行された場合に、前記指示が装置に、
複数の一次照明スポットの検査経路の前方に位置付けられた少なくとも１つの二次照明スポットから散乱される光の量を示す第１の信号を受信させ、
前記第１の信号が所定の閾値を超えているかどうかを判定させ、かつ
前記第１の信号が前記閾値を超えていれば、照明電力密度減衰器にコマンド信号を送信して、前記複数の一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を低減させる、
コンピュータ可読媒体と、
を備え、前記一次照明スポットは相対的に高電力であり、前記二次照明スポットは前記一次照明スポットよりも相対的に低電力である、装置。
【請求項１８】
前記指示は指示をさらに含み、前記プロセッサによって実行された場合に、該指示が前記装置に、
前記少なくとも１つの二次照明スポットから検出器の表面上に鏡面的に反射される光の量の入射位置の変化を示す第２の信号を受信させ、かつ
前記第２の信号に基づいて試料表面の高さの変化を判定させる、
請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１の信号は、前記一次照明スポットの前記検査経路に連続して位置付けられた第１の二次照明スポットおよび第２の二次照明スポットから散乱される光の量を示し、かつ前記指示は指示をさらに含み、前記プロセッサによって実行された場合に、該指示が前記装置に、
前記第１の信号が所定の閾値を超える第１の時間を判定させ、
前記第１の時間から所定の時間が経過した第２の時間に前記第１の信号が前記所定の閾値を超えているかどうかを判定させ、かつ
前記第１の信号が前記第２の時間で前記閾値を超えれば、前記照明電力密度減衰器に前記コマンド信号を送信して、前記複数の一次照明スポットのうちの１つまたは複数で前記照明電力密度を低減させる、
請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記複数の一次照明スポットに向けられる放射量は第１の波長によって特徴付けられ、かつ前記少なくとも１つの二次照明スポットに向けられる放射量は前記第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明する本発明の実施形態は、表面検査用システムに関し、より詳細には、同時に行われる複数のスポット検査モダリティに関する。
【０００２】
＜関連出願の相互参照＞
本特許出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１１年１０月１９日に出願された"Methods of Reducing Thermal Damage and Extending the Detection Range for a Multi-Spot Inspection System"と題する米国仮特許出願第６１／５４８，８１５号および２０１１年８月１５日に出願された"Method of Simultaneously Sensing Wafer Position and Detecting Large Particles"と題する米国仮特許出願第６１／５２３，４８１号の優先権を主張する。前述の米国仮特許出願各々の主題を参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００３】
論理素子やメモリ素子などのような半導体素子は通常、基板またはウエハに適用される一連の処理ステップによって作製される。半導体素子の種々の特徴や複数の構造レベルは、これらの処理ステップによって形成される。例えば、中でもリソグラフィは、半導体ウエハ上にパターンを生成することを伴う１つの半導体作製工程である。半導体作製工程の更なる例は、これらに限定されないが、化学機械研磨、エッチング、蒸着、およびイオン注入を含む。複数の半導体素子を単一の半導体ウエハ上に作製し、その後個々の半導体素子に分離してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，２９５，３０３号
【特許文献２】米国特許第７，１３０，０３９号
【特許文献３】米国特許第６，２０８，４１１号
【特許文献４】米国特許第６，２７１，９１６号
【特許文献５】米国特許第６，２０１，６０１号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／０２２５３９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
検査工程は半導体製造工程中の種々のステップで使用され、ウエハ上の欠陥を検出してより高い生産性を促進する。設計ルールおよびプロセスウィンドウのサイズが小さくなるにつれて、検査システムは、高スループットを維持しつつ、ウエハ面における広範囲の物理的欠陥を捕捉することが求められる。
【０００６】
そのような検査システムの１つが、ウエハ面の多数の異なる領域に光を照射して検査するマルチスポットウエハ検査システムである。マルチスポット検査システムに対する改良として、ウエハ面上の複数の照明スポットの検査経路において大粒子を検出し、かつ大粒子が存在する位置で照明電力密度を低減することによってウエハ表面の熱的損傷を防ぐことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
マルチスポット検査システムの照明電力密度は、一次照明スポットアレイの検査経路における大粒子の検出に応じて調整される。マルチスポット検査システム１００は、比較的高電力の一次照明スポットアレイの検査経路に位置する少なくとも１つの低電力の二次照明スポットから散乱される光に基づいて、入射スポットアレイの複数の入射スポットの検査経路に大粒子が存在するかどうかを判定する。二次照明スポットから散乱される光は、粒子を過熱したりウエハに損傷を与えたりすることなく、１つまたは複数の検出器上に集められて撮像される。マルチスポット検査システム１００は、一次照明スポットのいずれかの比較的高電力な部分が大粒子に到達する前に、制御信号を生成して入射照明電力密度を低減する。照明電力密度減衰器は、一次照明スポットが大粒子に到達する前に、一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を安全レベルまで下げる。
【０００８】
二次照明スポットは、多数の異なる配置における多数の一次照明スポットの検査経路に位置付けられてもよい。幾つかの実施形態において、個々の二次照明スポットは一次照明スポットによって光を照射される領域にまたがるように形成されている。他の幾つかの実施形態において、多数の二次照明スポットが空間的に分離されている。二次照明スポットの各々は対応する一次照明スポットの前に位置し、各対応する一次照明スポットによって光を照射される領域にまたがるように個々に形成されている。幾つかの実施形態において、二次照明スポット１２１は、一次照明スポットの検査経路に沿って比較的離れた前方に位置付けられている。他の幾つかの実施形態において、二次照明スポット１２１は対応する一次照明スポットに比較的近接して位置付けられている。
【０００９】
幾つかの実施形態において、マルチスポット検査システム１００の単一の検出器は、一次照明スポット、および少なくとも１つの一次照明スポットの検査経路に連続して位置する少なくとも２つの二次照明スポットから散乱される光量を受け取る。１つの例では、照明電力密度制御装置は、連続して位置する二次照明スポットから受け取った散乱光の量を示す検出器から信号を受け取る。照明電力密度制御装置は、所定の時間分離れた２つの異なる時間で検出光が所定の閾値を超えるかどうか判定し、一対の連続して位置する二次照明ビームによって大粒子に遭遇したと結論づける。それに応じて、照明電力密度制御装置は照明電力密度減衰器にコマンド信号を送信し、一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を低減する。
【００１０】
幾つかの実施形態において、少なくとも２つの二次照明スポットが連続して位置し、かつ互いに斜めに向けられている。１つの例では、照明電力密度制御装置は、連続して位置する二次照明スポットから受け取った散乱光の量を示す検出器から信号を受け取る。照明電力密度制御装置は、信号が所定の閾値およびこれら２つのインスタンスの時間差を超える場合、２つの連続した時間を判定する。二次照明スポットが斜めに配置されているので、二次照明スポット間の距離はウエハ面上の位置の機能として変化する。さらに、二次照明スポットの幾何学的配置およびウエハ表面の運動軌道は公知であるので、信号が所定の閾値を超える場合、照明電力密度制御装置は２つのインスタンスの時間差に基づいてウエハ面上の大粒子の位置を判定する。
【００１１】
他の幾つかの実施形態において、二次照明スポットから鏡面的に反射される光の量は検出器によって検出され、ウエハ表面の飛高を判定するために使用される。したがって、二次照明スポットから散乱される光を使用して一次照明スポットの照明電力密度を規制することに加えて、鏡面的に反射される光を使用してウエハの高さの変化を検出する。
【００１２】
前述の説明は発明の概要であるため、必然的に詳細の簡略化、一般化、および省略を含んでおり、したがって、当業者はこの発明の概要が単なる例示であり決して限定するものではないことを認識するだろう。本明細書で説明する装置および／または工程の他の態様、発明的特徴、および利点は、本明細書に記載した限定されない発明を実施するための形態で明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本明細書に説明する検査方法を実施するために使用できるマルチスポット検査システム１００の一実施形態を示す簡略図である。
【図２】一実施形態において多数の一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポット１２１を含む入射スポットアレイ１１５によって光を照射されるウエハ１２３を示す簡略図である。
【図３】一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポットからそれぞれ散乱される光を表す信号１２８および１２９を示すプロット３１０である。
【図４】別の実施形態において多数の一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポット１２１を含む入射スポットアレイ１１５によって光を照射されるウエハ１２３を示す簡略図である。
【図５】更に別の実施形態において多数の一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポット１２１を含む入射スポットアレイ１１５によって光を照射されるウエハ１２３を示す簡略図である。
【図６】複数の照明源を含むマルチスポット検査システム１００の別の実施形態を示す簡略図である。
【図７】一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポットの両方から散乱される光を検出する単一の検出器を含むマルチスポット検査システム１００の別の実施形態を示す簡略図である。
【図８】更に別の実施形態において多数の一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポット１２１を含む入射スポットアレイ１１５によって光を照射されるウエハ１２３を示す簡略図である。
【図９】一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポットから散乱される光を表す信号１２４を示すプロットである。
【図１０】更に別の実施形態において多数の一次照明スポットおよび少なくとも２つの二次照明スポット１２１を含む入射スポットアレイ１１５によって光を照射されるウエハ１２３を示す簡略図である。
【図１１】少なくとも２つの二次照明スポット１２１Ａおよび１２１Ｂから散乱される光を表す信号１２６を示すプロットである。
【図１２】信号１２６の特性とウエハ１２３上の位置との関係を示すプロット１３１である。
【図１３】更に別の実施形態において多数の一次照明スポットおよび少なくとも１つの二次照明スポット１２１を含む入射スポットアレイ１１５によって光を照射されるウエハ１２３を示す簡略図である。
【図１４】マルチスポット検査システム１００の照明電力密度を調整する方法４００を示すフローチャートである。
【図１５】少なくとも１つの二次照明スポットから散乱される光に基づいて複数の一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を調整する、１つの典型的な方法４０４を示すフローチャートである。
【図１６】少なくとも１つの二次照明スポットから散乱される光に基づいて複数の一次照明スポットのうち少なくとも１つの照明電力密度を調整する、別の典型的な方法４０４を示すフローチャートである。
【図１７】少なくとも２つの二次照明スポットから散乱される光に基づいて複数の一次照明スポットのうち少なくとも１つの検査経路に大粒子を位置付ける、１つの典型的な方法４３０を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面に示す背景技術の例および本発明の幾つかの実施形態をここで詳細に参照する。
【００１５】
図１は、本明細書に説明する検査方法を実施するために使用できるマルチスポット検査システム１００の一実施形態を示す簡略概略図である。簡略化のため、システムの幾つかの光学部品は省略している。例として、折り返しミラー、偏光器、ビーム形成光学系、追加光源、追加集光器、および検出器も含まれていてもよい。このような変更はすべて本明細書に説明する本発明の範囲内である。本明細書に説明する検査システムは、パターン無しウエハと同様にパターン付きウエハを検査するのに使用されてもよい。
【００１６】
図１に示すように、ウエハ１２３は、１つまたは複数の照明源１０１によって生成される垂直入射ビーム１０４によって光を照射される。あるいは、照明サブシステムは入射の斜角で試料に光線を向けるように構成されてもよい。幾つかの実施形態において、システム１００は斜入射光線や垂直入射光線のような複数の光線を試料に向けるように構成されてもよい。複数の光線は試料にほぼ同時にまたは連続して向けられてもよい。
【００１７】
照明源１０１は、例として、レーザ、ダイオードレーザ、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンレーザ、固体レーザ、ＤＰＳＳ（ダイオード励起固体）レーザ、キセノンアーク灯、ガス放電灯、およびＬＥＤアレイ、または白熱灯を含んでもよい。光源は近単色光または広帯域光を放射するように構成されてもよい。一般に、照明サブシステムは、比較的狭い波長帯域を持つ光（例えば、ほぼ単色光、または約２０ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、約５ｎｍ未満、またはわずか約２ｎｍ未満の波長領域を持つ光）を試料に向けるように構成される。したがって、光源が広帯域光源であれば、照明サブシステムは、試料に向けられる光の波長を制限できる１つまたは複数のスペクトルフィルタを含んでもよい。１つまたは複数のスペクトルフィルタは、帯域通過フィルタ、エッジフィルタ、および／またはノッチフィルタであってもよい。
【００１８】
システム１００は、照明源１０１の出力から所望のビームレットアレイ１１１を生成するスポットアレイジェネレータ１０３を含んでいる。この「生成されたビームレットアレイ」はウエハ表面に向けられる。混乱を排除するために、ウエハの表面に到達する光を、本明細書では「入射ビームレットアレイ」または「入射スポットアレイ」（例えば、図２に示す入射スポットアレイ１１５）と称する。この「入射スポットアレイ」は、スポットの偏光、強度、サイズ、および形状等を含む１つまたは複数の方法における「生成されたビームレットアレイ」とは異なっていてもよい。一実施形態において、スポットアレイジェネレータ１０３は、所望のスポット数、各スポットのサイズ、およびスポット間の間隔を生成するための回折光学素子を含んでいる。サイズ、数、およびスポット間の間隔はユーザによって決定されてもよいし、またはシステム１００によって自動的に生成されてもよい。ビームスプリッタ１０５はビームレットアレイを対物レンズ１０９に向ける。対物レンズ１０９は、ビームレットアレイ１１１をウエハ１２３上へ集束して入射スポットアレイ１１５を形成する。図２に示すように、入射スポットアレイ１１５はウエハ１２３の幾何学的中心から距離Ｒだけ離れた位置にある。このように、入射スポットアレイ１１５は、スポットアレイジェネレータ１０３からウエハ１２３の表面上に放射された光の投射によって定義される（すなわち、形作られ並べられる）。
【００１９】
システム１００は、走査中にウエハ１２３によって散乱および／または反射される光を集め、かつ検出器アレイ１２０、１３０、および１４０上にその光を集束するための集光光学系１１６、１１７、および１１８を含んでいる。検出器１２０、１３０、および１４０の出力は、信号を処理し、かつ偏差およびその特性が存在するかどうかを判定するためのコンピュータ１３２に供給される。走査された領域の像は、コンピュータ１３２のメモリ１４２に保存されている複数のチャネルから（例えば、検出器アレイ１２０、１３０、および１４０の各々から）の出力を再配置することによって取得することができる。
【００２０】
集光光学系１１６〜１１８のいずれかが、レンズ、複合レンズ、または当技術分野において公知の任意の適切なレンズであればよい。あるいは、集光光学系１１６〜１１８のいずれかが、ミラー等のような反射するかまたは部分的に反射する光学部品であればよい。また、特定の集光角を図１に示しているが、集光光学系が任意の適切な集光角で配置されてもよいことは理解されるだろう。集光角は、例えば入射角および／または試料の局所的特性に応じて変化してもよい。
【００２１】
検出器１２０、１３０、および１４０の各々は、一般に散乱光を電気信号に変換するように機能し、したがって当技術分野において公知のほぼ任意の光検出器を含んでもよい。しかし、特定の検出器は、検出器の所望の性能特性、検査される試料の種類、および照明の構成に基づいて、本発明の１つまたは複数の実施形態の中で使用するために選択されてもよい。例えば、検査に利用可能な光量が比較的少ないならば、ＴＤＩ（時間遅延積分）カメラ等のような効率向上検出器は、システムの信号対雑音比およびスループットを増大させてもよい。しかし、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ、フォトダイオード、光電管、およびＰＭＴ（光電子増倍管）等のような他の検出器を、検査に利用可能な光量および行なわれている検査の種類に応じて使用してもよい。本発明の少なくとも１つの実施形態において、光電子増倍管は試料から散乱される光を検出するために使用される。本明細書中では、用語「単一の検出器」を、ただ１つの感知領域、または場合により幾つかの感知領域を持つ検出器（例えば、検出器アレイまたはマルチアノードＰＭＴ）を説明するために使用している。数に関わらず、単一の検出器の感知領域は１つのエンクロージャ内で具体化される。
【００２２】
システム１００は、検出器１２０、１３０、および１４０のいずれかによって検出される散乱信号を処理するために必要な種々の電子部品（図示せず）も含んでいる。例えば、システム１００は、検出器１２０、１３０、および１４０のいずれかからの出力信号を受信し、該出力信号を所定量だけ増幅する増幅回路と、増幅された信号をプロセッサ１４１内での使用に適したデジタル形式に変換するＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）を含んでいてもよい。一実施形態において、プロセッサは送信媒体によってＡＤＣ２２に直接接続されてもよい。あるいは、プロセッサはＡＤＣに接続された他の電子部品から信号を受信してもよい。このように、プロセッサは、送信媒体および任意の介在する電子部品によってＡＤＣに間接的に接続されてもよい。
【００２３】
一般に、プロセッサ１４１は、各検出器から取得した電気信号を使用してウエハの特徴、欠陥、または光散乱特性を検出するように構成される。検出器によって生成された信号は、単一の検出器（例えば、検出器１２０、検出器１３０、または検出器１４０）によって検出される光を表している。プロセッサは当技術分野において公知の任意の適切なプロセッサを含んでもよい。また、プロセッサは、当技術分野において公知の任意の適切な欠陥検出アルゴリズムまたは欠陥検出方法を使用するように構成されてもよい。例えば、プロセッサは、試料上の欠陥を検出するためにダイ・ツー・データベース比較または閾値アルゴリズムを使用してもよい。
【００２４】
また、マルチスポット検査システム１００は、オペレータからの入力を受け付け（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、等）、かつオペレータに出力を表示する（例えば、表示モニタ）のに有用な周辺機器を含んでいてもよい。オペレータからの入力コマンドは、照明電力を制御するために用いられる閾値を調整するためにプロセッサ１４１によって使用されてもよい。結果として生じる電力レベルは、オペレータに対し表示モニタ上でグラフィカルに提示されてもよい。
【００２５】
システム１００は、明視野、暗視野、および共焦点等のような種々の撮像モードを使用することができる。例えば、一実施形態において、検出器アレイ１４０は明視野像を生成する。図１に示すように、狭角でウエハ１２３の表面から散乱される少量の光は、対物レンズ１０９によって集められる。この光は対物レンズ１０９を通り抜け、ビームスプリッタ１０５に影響を与える。ビームスプリッタ１０５は集光光学系１１８に光の一部を伝達し、集光光学系１１８は検出器アレイ１４０上に順に光を集束する。このように、明視野像は検出器アレイ１４０によって生成される。集光光学系１１８は、検出器アレイ１４０上に対物レンズ１０９によって集められた反射光を撮像する撮像レンズ１０７を含んでいる。ウエハと同期して回転することができる開口部またはフーリエフィルタ１０６は、対物レンズ１０９の後焦点面に設置される。明視野、暗視野、および位相コントラスト等のような種々の撮像モードは、異なる開口部またはフーリエフィルタの使用により実施することができる。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，２９５，３０３号および第７，１３０，０３９号では、これらの撮像モードについて更に詳細に説明されている。別の例では、検出器アレイ１２０および１３０は、より大きな画角で集められた散乱光を撮像することによって暗視野像を生成する。別の例では、照明スポットアレイのレイアウトと一致するピンホールアレイは、各検出器アレイ１２０、１３０、および１４０の前方に置かれて共焦点像を生成することができる。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２０８，４１１号では、これらの撮像モードについて更に詳細に説明されている。また、表面検査システム１００の種々の態様は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２７１，９１６号および米国特許第６，２０１，６０１号の両方に説明されている。
【００２６】
図１に示す実施形態において、ウエハ位置決めシステム１２５は、ウエハ１２３を固定ビームレットアレイ１１１の下に移動する。ウエハ位置決めシステム１２５は、ウエハチャック１０８、運動制御装置１１４、回転ステージ１１０、および平行移動ステージ１１２を含んでいる。ウエハ１２３はウエハチャック１０８上に支持される。図２に示すように、ウエハ１２３は、その幾何学的中心１５０が回転ステージ１１０の回転軸とほぼ一直線になるように位置付けられる。このように、回転ステージ１１０は、受け入れ可能な許容範囲内で、規定された角速度ωでその幾何学的中心を軸としてウエハ１２３を回転させる。また、平行移動ステージ１１２は、規定された速度ＶＴで回転ステージ１１０の回転軸にほぼ垂直な方向にウエハ１２３を平行移動させる。運動制御装置１１４は、回転ステージ１１０によるウエハ１２３の回転および並進ステージ１１２によるウエハ１２３の平行移動を連係させて、マルチスポット検査システム１００内でウエハ１２３の所望の走査運動を達成する。
【００２７】
典型的な動作シナリオでは、検査は、ウエハ１２３の幾何学的中心１５０に位置する入射スポットアレイ１１５から始まり、次に、入射スポットアレイ１１５がウエハ１２３の外周部に到達するまで（すなわち、Ｒがウエハ１２３の半径と等しい場合）ウエハ１２３は回転され平行移動される。回転ステージ１１０および平行移動ステージ１１２の連係的な運動により、入射スポットアレイ１１５によって光を照射される点の軌跡は、ウエハ１２３の表面上でらせん経路をたどる。ウエハ１２３の表面上のらせん経路を検査トラック１１３（全体は図示せず）と称する。典型的な検査トラック１１３の部分１１３ａおよび１１３ｂは、それぞれＴＲＡＣＫｉおよびＴＲＡＣＫｉ＋１として図２に示している。検査トラックの隣接部分間の距離（例えば、ＴＲＡＣＫｉ＋１とＴＲＡＣＫｉとの間の距離）を、マルチスポット検査システム１００の走査ピッチと称する。入射スポットアレイ１１５は、点検結果がトラック１１３の連続部分間にインタリーブされ、検出器でのクロストークが最小限になるように、ビームレット間に相当な間隔を空けて構成されてもよい。参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００９／０２２５３９９号では、マルチスポット走査技術について更に詳細に説明されている。
【００２８】
幾つかの実施形態において、システム１００は偏向器（図示せず）を含んでいてもよい。一実施形態において、偏向器はＡＯＤ（偏光器）であってもよい。他の実施形態において、偏向器は、機械走査アセンブリ、電子スキャナ、回転ミラー、多角形ベーススキャナ、レゾナントスキャナ、圧電スキャナ、検流計ミラー、または検流計を含んでいてもよい。偏向器は試料上の光線を走査する。幾つかの実施形態において、偏向器は、ほぼ一定の走査速度で試料上の光線を走査してもよい。
【００２９】
高電力レーザベースの検査システムにおいて、入射レーザビームの電力密度は通常、約１ｋＷ／ｃｍ２と約１０００ｋＷ／ｃｍ２の間の範囲である。残念ながら、レーザビームから試料上の粒子（または粒子の一部分）への急激な電力の伝達によって、粒子損傷が高電力密度のレーザビームでの表面検査走査中に生じることが多い。大量の電力を消散することができない粒子は迅速に暖まり、不十分な電力消散により破裂することが多い。例えば、（フォトレジスト粒子等のような）有機材料は（金属粒子のような）無機材料に比べて著しく電力を消散しない傾向があり、したがって、より多くの損傷を経験しがちである。残念ながら、破裂した粒子は破片となり、試料上に広範囲の汚染を広げる可能性がある。
【００３０】
これに反して、本明細書で説明する発明概念は、大きな粒子（例えば、直径５ミクロンを超える粒子）の方が小さな粒子よりも入射レーザビームによって損傷を受けやすいという観察に基づいている。例えば、大きな粒子は広い表面積を持っており、それ自体は、表面積が少ない小さな粒子よりも著しく多くの電力を吸収する傾向がある。表面積が広くおよび／または表面の凸凹が多いために、大きな粒子は小さな粒子よりも光を著しく多く散乱する傾向がある。例えば、半径Ｒの粒子から散乱される光の量は粒子半径の６乗に相対的に比例する。
【００３１】
本明細書で説明する発明概念は、大粒子の高い散乱特性を利用してマルチスポット表面検査走査中の熱的損傷を低減する。１つの新規な態様において、マルチスポット検査システム１００は、入射スポットアレイの複数の一次照明スポットの検査経路に大粒子が存在するかどうかを判定し、かつ制御信号を生成して一次照明スポットのいずれかの比較的高電力の部分が大粒子に到達する前に入射照明電力密度を低減する、照明電力密度制御機能を実施する。このように、熱的損傷を避けることができる。
【００３２】
マルチスポット検査システム１００は、プロセッサ１４１と、コンピュータ可読メモリ１４２の量を含んでいる。プロセッサ１４１およびメモリ１４２はバス１４３を通して通信してもよい。メモリ１４２はプログラムコードを保存するメモリ１４４の量を含み、該プログラムコードは、プロセッサ１４１によって実行された場合、プロセッサ１４１に、入射スポットアレイの複数の一次照明スポットの検査経路に大粒子が存在するかどうかを判定させ、かつ一次照明スポットのいずれかの比較的高電力の部分が大粒子に到達する前にウエハ１２３に送られる照明電力密度を照明電力密度減衰器に低減させる制御信号を生成させる。図示した実施形態では、照明電力密度減衰器はウエハ１２３に送られた照明電力を低減する照明電力減衰器１０２である。他の幾つかの実施形態において、照明電力密度減衰器は、ウエハ１２３に送られた照明電力密度を低減するために一次照明スポットの少なくとも１つのサイズを変更するビーム整形素子（例えば、スポットアレイジェネレータ１０３）である。他の幾つかの実施形態において、照明電力の低減とビームサイジングの組み合わせを採用して、ウエハ１２３に送られる照明電力密度を低減する。
【００３３】
図示した実施形態では、コンピュータ１３２はプロセッサ１４１およびメモリ１４２を含み、本明細書で説明する方法に従ってマルチスポット検査システムの照明電力密度制御機能を実施する。したがって、幾つかの実施形態において、コンピュータ１３２は本明細書に説明するように照明電力密度制御装置である。しかし、他の実施形態において、照明電力密度制御機能は、類似の方法で動作するように構成されたマルチスポット検査システム１００の任意の他の汎用コンピュータまたは専用ハードウェアによって実装されてもよい。
【００３４】
図１は、本明細書で説明する検査方法を実施するマルチスポット検査システム１００を示している。１つの例では、マルチスポット検査システム１００は図１４に示す方法４００を実施する。ブロック４０１で、マルチスポット検査システム１００は複数の一次照明スポットを持つ試料の表面に光を照射する。ブロック４０２で、マルチスポット検査システム１００は、一次照明スポットの検査経路に少なくとも１つの二次照明スポットを持つ試料の表面に光を照射する。
【００３５】
例として図２を参照すると、入射スポットアレイ１１５は一次照明スポット１１９Ａ〜１１９Ｃおよび二次照明スポット１２１を含んでいる。３つの一次照明スポットおよび１つの二次照明スポットを図示しているが、任意の数の一次および二次照明スポットを採用してもよいことは理解されるだろう。一次照明スポット１１９Ａ〜１１９Ｃは、ウエハ１０２の表面を撮像するのに有用な比較的高電力の照明スポットである。通常、一次照明スポット１１９Ａ〜１１９Ｃは互いに離間して配置され、これらのスポットから集められた光を撮像する検出器の表面（複数可）上のクロストークを最小限にする。限定しない例として、一次照明スポットは、面積（例えば、ｘおよびｙ寸法）のいずれかにおいて１〜５００ミクロンの間で形成されてもよく、また少なくとも一次照明スポットを定義する小さな寸法サイズの距離だけ離間されてもよい。二次照明スポット１２１は、損傷を引き起こすことなくウエハの表面に存在する大粒子を検出するのに有用な比較的低い電力照明スポットである。二次照明スポット１２１は、入射スポットアレイ１１５の運動軌道に沿った一次照明スポットの検査経路に位置付けられる。このように、比較的低電力の二次照明スポット１２１は比較的高電力の一次照明スポットのいずれよりも先に大粒子に遭遇する。二次照明スポット１２１は一次照明スポットよりも小さい照明電力密度を有する。１つの限定しない例において、照明電力密度は一次照明スポット１１９の照明電力密度の５０％未満である。別の限定しない例において、二次照明スポット１２１照明電力密度は、一次照明スポット１１９の照明電力密度の２５％未満である。
【００３６】
幾つかの例において、二次照射スポット１２１は一次照射スポット１１９によって光を照射される領域にまたがるように形成されている。しかし、他の形状、位置、および数の二次照明スポットが考慮されてもよい。例えば、図４に示すように、二次照明スポット１２１Ａ〜１２１Ｃは、空間的に分離され、各々が対応する一次照明スポット１１９の前方に位置付けられ、各対応する一次照明スポット１１９Ａ〜１１９Ｃにより光を照射される領域にまたがるように個々に形成されてもよい。単一の大きな二次照明スポットを使用するよりも、このようにすることで、一次照明スポット１１９が大きく分離される場合に照明エネルギーの過度の浪費を避ける方が好ましい。別の例では、図５に示すように、二次照射スポット１２１は、一次照射スポット１１９の検査経路に沿って比較的離れた前方に位置付けられている。このようにして、二次および一次照明スポットをさらに分離して検出器（複数可）上のクロストークを避けるのが好ましい。しかし、二次照明スポット１２１を一次照明スポット１１９からより大きく離して位置付けることで、二次照明スポット１２１によって光を照射される大粒子の位置を正確に知ることがより難しくなる。その結果、大粒子の「爆発」の危険性を最小限にするために一次照明電力を広い領域にわたって低減しなければならず、それにより最大感度で検査されるウエハ領域の量が減ることになる。
【００３７】
ブロック４０３で、マルチスポット検査システム１００の検出器は、少なくとも１つの二次照明スポットから散乱される光の量を受け取る。図１に示す実施形態において、集光光学系１１７は二次照明スポット１２１から散乱される光を集めて検出器１３０に該光を向けるように配置される。検出器１３０は散乱光を受け取り、検出器に入射する散乱光の量を示す信号１２９を生成し、照明電力密度制御装置１３２に信号を送信する。
【００３８】
ブロック４０４で、マルチスポット検査システム１００は、二次照明スポットから散乱される光の量に基づいて一次照明スポット１１９の少なくとも１つの照明電力密度を調整する。ブロック４０４の１つの例において、図１５に示すように、照明電力密度制御装置１３２は、二次照明スポット１２１から受け取る散乱光の量を示す検出器１３０から信号１２９を受信する（ブロック４１０）。ブロック４１１で、照明電力密度制御装置１３２は、この信号を所定の閾値と比較して散乱光の量が閾値を超えているかどうかを判定する。
【００３９】
図３を参照すると、信号１２９のタイムプロットを例示の目的で示している。時間ＴＳで、信号１２９の電圧レベルが所定の閾値ＶＴを超えている。この時、照明電力密度制御装置１３２は、二次照明スポット１２１からの散乱光の量が閾値を超えていると判定する。閾値ＶＴは自動的にまたは手動で選択されてもよい。通常、一次照明スポット１１９のいずれかと相互作用する場合、閾値を下回る信号１２９の値が引き起こされる熱的損傷の危険性を最小にする粒径を示すように、閾値ＶＴが選択される。ブロック４１２で、二次照明スポット１２１からの散乱光の量が閾値を超える場合、照明電力密度制御装置１３２は照明電力密度減衰器１０２にコマンド信号１２２を送信して、一次照射スポット１１９のうち少なくとも１つの照明電力密度を低減する。幾つかの例において、照明電力密度制御装置１３２はコマンド信号１２２を直ちに送信してもよい。しかし、他の例において、照明電力密度制御装置１３２は、時間ΔＴＤが過ぎるまでコマンド信号１２２を送信するのを遅らせてもよい。１つの例では、照明電力密度制御装置１３２は、検査中のウエハ表面の公知の速度（例えば、ＶＳ＝ω＊Ｒ＋ＶＴ）および二次照明スポット１２１と一次照明スポット１１９との間の公知の距離（例えば、ΔＴＤ＝Ｄ／ＶＳ）に基づいて、遅延周期ΔＴＤを判定してもよい。幾つかの例において、照明電力密度制御装置１３２は、信号１２９が閾値を下回るまで電力を低減し続けるように照明電力密度減衰器１０２に命令してもよい。しかし、幾つかの他の例において、照明電力密度制御装置１３２は、所定の時間ΔＴＤの間照明電力密度を低減するように照明電力密度減衰器１０２に命令してもよい。この時間は、照明電力密度が並検査レベルに戻されるまでに十分な時間が経過したことを保証するために選択されてもよい。図３に示すように、照明電力密度が低減される場合、一次照明スポット１１９から散乱される光の量を示す信号１２８は期間ΔＴＲの間弱められる。
【００４０】
入射照明電力密度を調整するために、照明電力密度減衰器１０２は、照明電力密度制御装置１３２によって生成されるコマンド信号１２２に応じてウエハに供給される入射光の電力レベルを調整する。例えば、照明電力密度減衰器１０２は、照明源１０１とスポットアレイジェネレータ１０３との間に配置されて表面検査走査中に照明電力を動的に調整してもよい。一般に、照明電力密度減衰器１０２は、入射光の偏光に基づいて入射光の一部分を伝達するように適合させることができる、選択的に光を透過する光学部品を用いて実装されてもよい。幾つかの実施形態において、照明電力密度減衰器１０２は、（４分の１波長板等のような）波長板および偏光ビームスプリッタを含んでいてもよい。この構成では、波長板は入力光の偏光を変化させるために使用されてもよく、一方、ビームスプリッタは、１つまたは複数の偏光（例えば、直線偏光）を伝達し、かつ他のすべて（例えば、無作為の、環状の、または楕円形の偏光）を反射するように機能する。光の一部を反射することにより、波長板とビームスプリッタは自らを通って伝達される光の強度または電力レベルを低減するように機能する。しかし、波長板および同様の光学部品（例えば、ニュートラルフィルタ）はスイッチのようにオンオフすることはできず、代わりに、２つの異なる電力レベルを提供するためにビーム経路へと移動されたりそこから他へ移動させたりしなければならない。幾つかの場合には、このような移動は表面検査走査中に動的な電力交代を提供できるほど高速ではないかもしれない。
【００４１】
照明電力密度減衰器１０２の好ましい実施形態において、非常に高速のレーザパワー減衰が電気光学材料を用いて提供され、「オン」と「オフ」の状態が切り替えられる。「オン」の場合、電気光学材料は入力光の偏光を所定の偏光方向に変える。このいわゆる「再偏光された光」は次に、電気光学スイッチから出力される特定の偏光に応じて再偏光された光の一部分のみを伝達できる、偏光ビームスプリッタに供給されてもよい。再偏光された光の残りの部分は反射され破棄されてもよい（例えば、ビームダンプ材料により吸収されてもよい）。幾つかの場合には、電気光学材料は、数ナノ秒から数マイクロ秒のタイムスパン内で「オン」と「オフ」を切り替えてもよい。このように、選択的に光を透過する光学素子をビーム経路に移動させたりそこから他へ移動させたりしなくても、高速のレーザパワー減衰を電気光学スイッチを使用することにより提供することができる。
【００４２】
具体的な実施形態において、照明電力密度減衰器１０２は、ポッケルセルとして公知の高速で電気的に制御された光学シャッタを用いて実装されてもよい。初めに、ポッケルセルは、照明源１０１によって発生した光が照明電力減衰器１０２を自由に通過できるように、「オン」状態で設定されてもよい。しかし、大粒子の存在が検出された場合、ポッケルセルは「オフ」状態に切り替えられて、生成された光の偏光を偏光ビームスプリッタによって少なくとも部分的にフィルタリング除去できる異なる偏光に変化させてもよい。「オン」と「オフ」の状態を切り替えるために、可変電源によって提供された電圧がポッケルセルに供給されて、電気光学材料（通常、電気光学クリスタル）を通過する光の偏光を変化させてもよい。ポッケルセルに供給された電圧は、コンピュータ１３２から照明電力減衰器１０２の可変電源へと通信された制御信号１２２によって判定されてもよい。
【００４３】
１つの例では、ポッケルセル（すなわち、セルを「オン」状態に切り替える）に供給された電圧は、直線偏光を円偏光に変化させる（「４分の１波長位相シフト」と称されることが多い現象）ように、電気光学水晶の特性を変更してもよい。主として円偏光を検出するように構成されたビームスプリッタに円偏光が供給されれば、照明電力密度減衰器１０２から出力される光の強度または電力レベルは、「オン」状態においてポッケルセルを設定することにより低減することができる。一方、照明電力密度減衰器１０２から出力される光の強度または電力レベルは、「オフ」状態においてポッケルセルを設定することにより維持する（または増大させる）ことができる。
【００４４】
しかし、照明電力密度減衰器１０２から出力される光の強度は、ポッケルセル２００によって生じる位相シフトと同様に、偏光ビームスプリッタに依存する。例えば、ビームスプリッタは通常、いわゆる「Ｓ」偏光および「Ｐ」偏光等のような２つの直交偏光を区別する。しかし、（Ｃ偏光等のような）他の光の偏光は部分的に伝達されてもよく、したがって、ビームスプリッタによって部分的に（例えば、ビームダンプに）方向を変えられてもよい。ポッケルセルが１／４波の位相シフトを生成するように電圧が印加されれば、入光する直線偏光（典型的なレーザ出力）は円偏光され、その光の半分はビームスプリッタを通過し、他の半分は方向を変えられるだろう。１／２波のシフトについては、光学部品の欠陥によるある程度の漏れを除き、光はビームスプリッタを通過しないだろう。言い換えれば、（電力オフの状態ですべての光がビームスプリッタを通過すると仮定して）ポッケルセルが１／２波のシフトを生じるように構成される場合、実質的には入力光のすべてが方向を変えられるだろう。
【００４５】
幾つかの場合には、照明源１０１によって生成された定電力のレーザビームは、「オン」と「オフ」の状態の間で（ポッケルセル等のような）電気光学シャッタを動的に切り替えることにより、２つの異なる電力レベル（例えば、「安全な」電力レベルおよび「全」電力レベル）に分割することができる。大粒子を走査する場合の熱的損傷を防ぐために、安全な電力レベルは全電力レベルより実質的に低くてよい。例えば、安全な電力レベルは全電力レベルのある程度の割合（例えば、約１％と約５０％の間の範囲）であればよい。一実施形態において、安全な電力レベルは全電力レベルの約１０％であればよい。他の可能性も存在し、それは一般に、走査される粒子のサイズおよび材料組成同様に入射レーザパワーに依存してもよい。
【００４６】
他の場合には、（ポッケルセル等のような）電気光学シャッタが、３つ以上の異なる電力レベルを生成するために構成されてもよい。例えば、ポッケルセルはほぼ任意の位相シフトを生じるように駆動することができ、したがって、偏光ビームスプリッタと組み合わされてほぼ任意の出力電力レベルを生成してもよい。言い換えれば、照明電力減衰器１０２を使用してほぼ任意の数の異なる電力レベルを生成することができる。幾つかの場合には、回路および／またはソフトウェアを含んで、（例えば、閉フィードバックループの形で）連続的な電力レベル調整を提供してもよい。
【００４７】
他の幾つかの実施形態において、高速のマイクロミラー、ＡＯＤ（音響光学偏光器）、または高速の機械的シャッタを使用して、ウエハに供給される入射光の電力レベルを動的に変更してもよい。そのため、もしその手段が（例えば、約数ナノ秒から数マイクロ秒までの）比較的速い応答と少なくとも２つの異なる電力レベル（例えば、「安全」電力レベルと「全」電力レベル）を提供するならば、本発明は、照明源の電力レベルを動的に変更するための任意の適切な手段を包含してもよい。一般に、応答時間は粒子に損傷を与えるのにかかる典型的な時間よりも高速でなければならない。高速のレーザパワー減衰器の選択に影響を及ぼす可能性のある他の要因には、これらに限定されないが、光伝送、コスト、信頼性、および寿命が含まれる。
【００４８】
幾つかの実施形態において、照明電力密度は、入射スポットサイズのみを調整するかまたは照明電力と組み合わせて調整することによって調整される。１つの例では、照明電力密度制御装置１３２によって生成されたコマンド信号１２２は、ビーム整形素子（例えば、スポットアレイジェネレータ１０３）に送信される。ビーム整形素子はコマンド信号１２２に応じて入射スポットサイズを増大する。このように、ウエハレベルでの照明電力密度は表面検査走査中に低減される。
【００４９】
本明細書で議論するように、ウエハ表面から集められた反射光および散乱光は、検出器上の空間的位置に基づいて一次または二次照明スポットのいずれかと関連付けられてもよい。しかし、異なる波長光が一次および二次照明スポットを生成するために使用される場合、一次照明スポットまたは二次照明スポットに関連付けられた反射光と散乱光の区別は、集められた光の波長に基づいてもよい。このように、一次および二次照明スポットがウエハ表面上で近接して位置付けられる（例えば、５００ミクロンも離れていない）場合でも、一次照明スポットから生じる検知器信号は、二次照明スポットから生じる信号と区別することができる。
【００５０】
図１に示すように、単一の一次照明源１０１は一次および二次照明スポットの両方に照明エネルギーを供給する。幾つかの実施形態において、照明源１０１は広帯域源であってもよい。広帯域光は、異なるスポットアレイジェネレータ１０３に供給される異なる波長帯域に分離されて、異なる波長の一次および二次照明スポットを生成してもよい。同様に、ウエハ表面から集められた光は異なる波長帯域に分離され、異なる検出器（例えば、検出器１２０および１３０）に向けられてもよい。このように、一次照明スポットから生じる検知器信号は、検出器上の空間的位置でなく波長によって二次照明スポットから生じる信号と区別される。集められた光を空間的位置でなく波長によって分離することにより、一次および二次照明スポットはウエハ表面上で近接して（例えば、５００ミクロンも離れていない）位置付けることができ、大粒子検出の精度が向上する。
【００５１】
別の実施形態において、図６に示すように、マルチスポット検査システム１００は複数の照明源（例えば、照明源１０１Ａ〜１０１Ｂ）を含んでいる。限定しない例として、照明源１０１Ａは、一次照明スポット１１９を生成するために使用される２６６ナノメートルの主波長を持つ光を供給するように調整されたレーザ源であってもよい。また、照明源１０１Ｂも、二次照明スポットを生成するために使用される４８８ナノメートルの主波長を持つ光を供給するように調整されたレーザ源であってもよい。複数の照明源の他の組み合わせも考慮されてもよい。
【００５２】
図１および図５に示すように、多重検出器（例えば、検出器１２０、１３０、および１４０）を採用して、ウエハ表面上の異なるスポットから集められた光を撮像してもよい。これは照明スポットがウエハ表面上に広く分離されている場合に、各検出器のサイズを最小限にするのに望ましいかもしれない。例えば、異なる検出器を採用して、一次照明スポット１１９および二次照明スポット１２１から散乱される光を検出してもよい。図１〜図４に示すように、単一の検出器（例えば、検出器１４０）を採用して一次照明スポット１１９から集められた光を撮像してもよいし、別の検出器（例えば、検出器１３０）を採用して二次照明スポット１２１から集められた光を撮像してもよい。別の例では、単一の検出器を採用して一次照明スポット１１９から散乱される光を検出してもよいし、異なる検出器を採用して個々の二次照明スポット（例えば、図３に示す二次照明スポット１２１Ａ−１２１Ｃ）を撮像してもよい。同様に、検出器の他の組み合わせが考慮されてもよい。
【００５３】
幾つかの実施形態では、一次照明スポットから散乱される光と二次照明スポットから散乱される光を区別して、一次照明スポットの照明電力密度を低減するために時間内に大粒子を検出することが必要である。本明細書で議論するように、これは、異なる波長の光源を使用するか、または散乱光を捕捉するために一次照明スポットと二次照明スポットの間の空間分離を比較的大きくする（多重検出器および集光光学系の組が必要となることが多い）ことによって達成されてもよい。しかし、幾つかの他の実施形態において、マルチスポット照明システム１００は、同一波長で、かつ一次照明スポットに近接して位置付けられた少なくとも２つの二次照明スポットを使用して大粒子の存在を検出することができる。好ましい実施形態において、単一の照明源および単一の検出器のみが用いられる。幾つかの実施形態において、照明電力制御装置密度１３２は、単一の検出器の時間応答の特性を判定することにより、一次照明スポット１１９の検査経路に大粒子が存在するかどうかを判定することができる。該特性は、大粒子と、少なくとも１つの一次照明スポットの検査経路に連続して配置された１対の二次照明スポットとの相互作用を示している。
【００５４】
図８を参照すると、例として、入射スポットアレイ１１５は、一次照明スポット１１９Ａ〜１１９Ｃおよび対の二次照明スポット１２１Ａ〜１２１Ｃを含んでいる。対の二次照明スポット１２１Ａ〜１２１Ｃは、入射スポットアレイ１１５の運動軌道に沿って一次照明スポットに近接して位置付けられる。幾つかの実施形態において、二次照明スポットは対応する一次照明スポットの１００ミクロン以内にあってもよい。
【００５５】
幾つかの実施形態において、マルチスポット検査システム１００の単一の検出器は、一次照明スポットおよび二次照明スポットから散乱される光の量を受け取る。例えば、図７に示す実施形態において、集光光学系１１７は二次照明スポット１２１から散乱される光を集めて検出器１３０に該光を向けるように配置される。検出器１３０は散乱光を受け取り、検出器に入射する散乱光の量を示す信号１２４を生成し、照明電力密度制御装置１３２に信号を送信する。
【００５６】
照明電力密度制御装置１３２は、二次照明スポット１２１から受け取る散乱光の量を示す検出器１３０から信号１２４を受信する（図１６に示すブロック４１０参照）。ブロック４２１で、照明電力密度制御装置１３２は、この信号を所定の閾値と比較して散乱光の量が閾値を超えているかどうかを判定する。
【００５７】
図９を参照すると、信号１２４のタイムプロットを例示の目的で示している。時間Ｔ１で、信号１２４の電圧レベルが所定の閾値ＶＴを超えている。ブロック４２２で、照明電力密度制御装置１３２は、時間Ｔ２で信号１２４が所定の閾値ＶＴを超えているかどうかを判定する。時間Ｔ１およびＴ２は所定の時間ΔＴによって互いに分離される。幾つかの実施形態において、所定の時間は、検査中のウエハ表面の公知の速度で各対の二次照明スポット間の公知の距離Ｄを割ることにより（例えば、ＶＳ＝ω＊Ｒ＋ＶＴ）、マルチスポット検査システム１００によって自動的に選択される。照明電力密度制御装置１３２が、信号１２４が時間Ｔ１および再び時間Ｔ２で閾値を超えていると判定した場合、一次照明ビームが他の何らかの形状に遭遇したのではなく、対の二次照明ビームが大粒子に遭遇したという結論がなされる。それに応じて、照明電力密度制御装置１３２は照明電力密度減衰器１０２にコマンド信号１２２を送信して、一次照明スポット１１９の少なくとも１つの照明電力密度を低減する（ブロック４２３参照）。
【００５８】
幾つかの例において、照明電力密度制御装置１３２はコマンド信号１２２を直ちに送信してもよい。しかし、他の例において、照明電力密度制御装置１３２は、時間ΔＴＤが過ぎるまでコマンド信号１２２を送信するのを遅らせてもよい。１つの例では、照明電力密度制御装置１３２は、検査中のウエハ表面の公知の速度（例えば、ＶＳ＝ω＊Ｒ＋ＶＴ）および二次照明スポット１２１と一次照明スポット１１９との間の公知の距離（例えば、ΔＴＤ＝Ｄ／ＶＳ）に基づいて、遅延周期ΔＴＤを判定してもよい。幾つかの例において、照明電力密度制御装置１３２は、信号１２９が閾値を下回るまで電力密度を低減し続けるように照明電力密度減衰器１０２に命令してもよい。しかし、幾つかの他の例において、照明電力密度制御装置１３２は、所定の時間ΔＴＤの間照明電力密度を低減するように照明電力密度減衰器１０２に命令してもよい。この時間は、照明電力密度が並検査レベルに戻されるまでに十分な時間が経過したことを保証するために選択されてもよい。図９に示すように、照明電力密度が低減される場合、ウエハ表面から散乱される光の量を示す信号１２４は期間ΔＴＲの間弱められる。
【００５９】
幾つかの実施形態において、照明電力密度制御装置１３２は、複数の一次照明スポットのどの一次照明スポットが大粒子と相互作用しそうかを判定できるくらい十分な精度で、大粒子の位置を決定することができる。
【００６０】
図１７は、複数の一次照明スポットのどの一次照明スポットが図１０〜図１２に係る大粒子と相互作用しそうかを判定するのに有用な例示的方法４３０のフローチャートを示している。ブロック４３１で、電力照明密度制御装置１３２は、二次照明スポット１２１Ａおよび１２１Ｂから受け取る光の量を示す検出器１３０から信号１２６を受信する。図１０に示すように、マルチスポット検査システム１００は、互いに斜めに向けられた少なくとも２つの長方形の二次照明スポット１２１Ａ〜１２１Ｂを採用している。二次照明スポット１２１Ａおよび１２１Ｂの各々は、一次照明スポット１１９の検査経路にまたがっている。二次照明スポット１２１Ａおよび１２１Ｂは、一次照明スポット１１９の検査経路に連続して配置される。ブロック４３２で、照明電力密度制御装置１３２は、受信信号１２６が所定の閾値ＶＴを超える第１の時間Ｔ１を判定する。ブロック４３３で、照明電力密度制御装置１３２は、受信信号１２６が所定の閾値ＶＴを超える第２の時間Ｔ２を判定する。ブロック４３４で、照明電力密度制御装置１３２は、Ｔ１とＴ２の時間差に基づいて大粒子の位置を判定する。
【００６１】
図１１を参照すると、信号１２６のタイムプロットを例示の目的で示している。時間Ｔ１とＴ２で、信号１２６の電圧レベルが所定の閾値ＶＴを超えている。二次照射スポットが連続して配置されているので、これは、大粒子１２７が二次照明スポット１２１Ａおよび１２１Ｂの両方と相互作用したことを示している。また、二次照射スポットが斜めに配置されているので、二次照明スポット１２１Ａと１２１Ｂの距離は、公知の方法では一次照明スポット１１９の検査経路によって変わる。例えば、図１０に示すように、二次照明スポット１２１Ａと１２１Ｂの距離は、ウエハ１２３の中心からの半径の関数として直線的に変わる。したがって、一次照明スポット１１９Ｃの検査経路における二次照明スポット１２１Ａと１２１Ｂの距離は、一次照明スポット１１９Ａの検査経路における距離より大きい。さらに、検査中のウエハ表面の速度は公知である（例えば、ＶＳ＝ω＊Ｒ＋ＶＴ）。二次照明スポット１２１Ａと１２１Ｂとの間の公知の距離、および検査中のウエハの公知の速度に基づいて、大粒子と二次照明スポット１２１Ａおよび１２１Ｂとの相互作用の期待時間を判定することができる。例えば、図１２は、大粒子と二次照明スポット１２１Ａおよび１２１Ｂとの相互作用の期待時間と、特定の一次照明スポットとウエハ１２３の中心との距離Ｒｓｐｏｔに関するプロット１３１を示している。照明電力密度制御装置１３２は、大粒子が二次照明スポット１２１Ｂと相互作用する時間Ｔ１と二次照明スポット１２１Ａと相互作用する時間Ｔ２との間の経過時間を判定することができる。この時間差ΔＴに基づいて、一次照明スポット１１９Ｂの検査経路内の大粒子の位置（例えば、Ｒｓｐｏｔ２）を判定することができる。
【００６２】
例として、照明電力制御装置１３２がΔＴに基づいてスポット位置を探索することができるように、プロット１３１は、マルチスポット検査システム１００によって自動的に計算され、メモリ１４２の探索テーブルに保存することができる。あるいは、経過時間とスポット位置の関係は関数用語（例えば、Ｒｓｐｏｔ＝ｆ（ΔＴ））で表わすことができ、スポット位置はΔＴに基づいて照明電力密度制御装置１３２によって計算することができる。
【００６３】
ブロック４３５で、照明電力密度制御装置１３２は、照明電力密度減衰器１０２にコマンド信号１２２を送信して大粒子を含む検査経路を持つ一次照明スポットの照明電力密度を低減する。例として、照明電力密度減衰器１０２は、各々が個々の一次照明スポットまたは一次照明スポットのサブセットの照明電力密度を規制するように構成された、多数の照明電力密度減衰器であってもよい。このように、一次照明スポット１１９の１つの検査経路に大粒子が存在しても、一次照明スポットすべての電力密度を低減する必要はない。その代わりに、大粒子と相互作用することになる一次照明スポットの照明電力密度が低減される。
【００６４】
別の態様では、二次照明スポットから反射される光の量は別個の検出器によって検出され、ウエハの高さを判定するために使用される。本明細書で議論した実施形態の多くにおいて、二次照明スポットから散乱される光は検出され、一次照明スポットの照明電力密度を規制するために使用される。しかし、また、二次照明スポットから鏡面的に反射される光の量は別個の検出器によって検出することができ、ウエハの高さを判定するために使用することができる。１つの例では、このウエハの高さの測定値はマルチスポット検査システム１００のオートフォーカスシステムを駆動するために使用することができる。
【００６５】
図１３に示す一実施形態において、ウエハ（図示せず）はｘ−ｙ面に位置決めされ、ｚ軸の周りを回転する。図示するように、二次照明スポット１２１は長方形で、一次照明スポットのアレイ１１５と平行に向けられている。光量１６１は、二次照明スポット１２１による照明下でウエハの表面から鏡面的に反射される。鏡面的に反射された光１６１は検出器１６０に受け取られる。二次照明スポット１２１での（ｚ−方向として図１３に示す）ウエハの高さの変化は、検出器１６０の表面に光１６１が入射する位置の変化に基づいて判定される。
【００６６】
図１３に示すように、二次照明は、ウエハ表面からｙ−ｚ面と平行にほぼ一定の斜角θでウエハ表面に向けられている。これにより、検出器１６０で鏡面的に反射された光が適切に集束されることが保証される。また、一次照明は一次照明スポット１１９で、ウエハ表面からｘ−ｚ面と平行に斜角αでウエハ表面に向けられている。一次光および二次光を直交面におけるウエハ表面に送ることにより、検出器１６０でのクロストークが最小限にされる。このように、一次照明は、二次照明スポット１２１から鏡面的に反射される光に基づくウエハの高さ測定に影響を及ぼすことなく、垂直、斜め、または両方であってもよい。
【００６７】
試料を検査するために使用されてもよい検査システムまたはツールついて、本明細書では種々の実施形態を説明している。本明細書では、用語「試料」は、ウエハ、レチクル、または欠陥、特徴、もしくは当技術分野において公知の他の情報（例えば、靄の量またはフィルム特性）を検査できる任意の他のサンプルを指すために使用している。
【００６８】
本明細書で使用するように、用語「ウエハ」は一般に、半導体または非半導体材料から形成された基板を指す。例は、これらに限定されないが、単結晶シリコン、ガリウムひ素、およびリン化インジウムを含む。このような基板は、半導体作製設備において一般に見出だされ、かつ／または処理されてもよい。幾つかの場合には、ウエハは基板のみ（すなわち、ベアウエハ）を含んでいてもよい。あるいは、ウエハは、基板上に形成される異なる材料の１つまたは複数の層を含んでいてもよい。ウエハ上に形成された１つまたは複数の層は、「パターン付き」であっても「パターン無し」であってもよい。例えば、ウエハは、繰り返し可能なパターン特徴を有する複数のダイを含んでいてもよい。
【００６９】
「レチクル」は、レチクル作製工程の任意の段階でのレチクルであっても、または半導体作製設備での使用のために発売されても発売されなくてもよい完成したレチクルであってもよい。レチクルまたは「マスク」は一般に、その上にほぼ不透明な領域が形成されパターンで構成されているほぼ透明の基板として定義される。基板は、例えば、石英等のようなガラス材料を含んでいてもよい。レチクルは、レチクル上のパターンがレジストに転写されるように、リソグラフィ工程の露光ステップ中にレジストで覆われたウエハの上方に配設されてもよい。
【００７０】
１つまたは複数の例示的実施形態において、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはその任意の組み合わせで実装されてもよい。ソフトウェアで実装されれば、機能は、コンピュータ可読媒体に保存されるか、またはコンピュータ可読媒体上の１つまたは複数の指示もしくはコードとして送信されてもよい。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含むコンピュータ記憶媒体および通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または特殊目的のコンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例として、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または指示もしくはデータ構造の形で所望のプログラムコード手段を運ぶかもしくは保存するために使用することができ、かつ汎用もしくは特殊目的のコンピュータ、または汎用もしくは特殊目的のプロセッサによってアクセスすることができる、任意の他の媒体を含むことができる。また、任意の接続はコンピュータ可読媒体と適切に称する。例えば、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ（デジタル加入者線）、または赤外線、無線、およびマイクロ波等のような無線技術を使用して、ソフトウェアがウェブサイト、サーバ、または他の遠隔送信元から送信されれば、その場合は、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波等のような無線技術は、媒体の定義に含まれている。ディスク（ｄｉｓｋ）とディスク（ｄｉｓｃ）は、本明細書で使用されているように、ＣＤ（コンパクトディスク）、レーザディスク、光ディスク、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｃ）がレーザによりデータを光学的に再生するのに対し、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常磁気的にデータを再生する。上記のものの組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００７１】
ある種の具体的な実施形態を教示の目的で上に説明したが、本明細書の教示は一般的な適用可能性を有しており、上記の具体的な実施形態に限定されない。１つの例では、検出器アレイ１２０、１３０、および１４０はファイバアレイと置き換えることができる。１つの例では、マルチスポット検査システム１００は２つ以上の光源（図示せず）を含んでいてもよい。光源は異なる形または同じ形で構成されてもよい。例えば、光源は、同時か異なる時に同じか異なる入射角で同じか異なる照明領域でウエハに向けることができる異なる特性を持つ光を生成するように構成されてもよい。光源は本明細書で説明した実施形態のいずれかによって構成されてもよい。また、光源の１つが本明細書で説明した実施形態のいずれかによって構成されてもよいし、別の光源が当技術分野において公知の任意の他の光源であってもよい。幾つかの実施形態において、マルチスポットシステムは、２つ以上の照明領域にわたって同時にウエハに光を照射してもよい。複数の照明領域は空間的に重複してもよい。複数の照明領域は空間的に区別されてもよい。幾つかの実施形態において、マルチスポットシステムは、２つ以上の照明領域にわたって異なる時にウエハに光を照射してもよい。異なる照明領域は一時的に重複してもよい（すなわち、ある程度の時間にわたって同時に光が照射される）。異なる照明領域は一時的に区別されてもよい。一般に、照明領域の数は任意であってよく、各照明領域はサイズ、向き、および入射角において等しくても異なっていてもよい。更に別の例では、マルチスポット検査システム１００は、一次検査スポットの前方にある大粒子の存在を検出するために使用される二次照明スポットを含んでいる。しかし、マルチスポット検査システム１００は、本明細書に説明した方法に係る大きな分解能で大粒子を検出するように配置された複数レベルの大粒子検出スポット（例えば、三元スポット等）を含んでいてもよい。更に別の例では、マルチスポット検査システム１００は、ウエハ１２３の任意の運動とは独立して走査する１つまたは複数の照明領域を持つ走査スポットシステムであってもよい。幾つかの実施形態において、照明領域は走査ラインに沿って繰り返しパターンで走査される。走査ラインはウエハ１２３の走査運動により一直線になってもよいし、または一直線にならなくてもよい。本明細書に提示したように、ウエハ位置決めシステム１２５は連係的回転および平行移動によってウエハ１２３の運動を生成するが、更に別の例では、ウエハ位置決めシステム１００は、２つの平行移動を連係させることによってウエハ１２３の運動を生成してもよい。例えば、運動ウエハ位置決めシステム１２５は、２つの直交する直線軸に沿った運動（例えば、Ｘ−Ｙ運動）を生成してもよい。このような実施形態では、走査ピッチは、一方の運動軸に沿った隣接する平行移動走査間の距離として定義されてもよい。このような実施形態では、マルチスポット検査システムは照明源とウエハ位置決めシステムを含んでいる。照明源は照明領域にわたってウエハの表面に放射量を供給する。ウエハ位置決めシステムは、走査ピッチで特徴付けられる走査運動においてウエハを移動する（例えば、一方向において前後に走査し、直交方向において走査ピッチと等しい量だけ前に進む）。ウエハ位置決めシステムは、照明領域から独立して走査ピッチを調整する運動制御装置を含んでいる。
【００７２】
したがって、説明した実施形態の種々の特徴の種々の変更、適合、および組み合わせを、特許請求の範囲に記載するような本発明の範囲から逸脱することなく、実践することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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