(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ表面を検査するスピンウェーハ検査システムであって、
高周波オートフォーカス機構を備え、
前記オートフォーカス機構は、前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する手段を備え、
前記レーザービームの拡大および屈折は、前記入射角の変化に合わせて、相互に異なる第１方向と第２方向とにおいて独立的に制御される、スピンウェーハ検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の検査システムであって、
前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する前記手段は、動的に傾斜するように構成された小型の光軸オフセットのオートフォーカス（ＡＦ）鏡を、前記入射レーザービームの経路に備える、スピンウェーハ検査システム。
【請求項３】
前記ＡＦ鏡は、高電圧増幅器を有する高剛性ピアゾアクチュエータに取り付けられることによって、動的に傾斜するように構成された、請求項２に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項４】
前記オートフォーカスは、１００ｍｓ未満の応答時間を達成する、請求項１に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項５】
更に、前記オートフォーカス機構を制御する制御システムを備える請求項１に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項６】
請求項５に記載のスピンウェーハ検査システムであって、
前記制御システムは、前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームの入射角を動的に変化させる前記手段に接続するように構成されると共に、更に、入射ビーム位置感応検出器からのフィードバックを使用するように構成された、スピンウェーハ検査システム。
【請求項７】
前記高周波オートフォーカス機構は、前記ウェーハ表面の低周波Ｚ方向運動を生じさせるアクチュエータに結合された、請求項１に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項８】
高周波オートフォーカス機構であって、
スピンウェーハ検査システム上での使用に適応すると共に、
前記ウェーハの表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する手段を備え、
前記レーザービームの拡大および屈折は、前記入射角の変化に合わせて、相互に異なる第１方向と第２方向とにおいて独立的に制御される、高周波オートフォーカス機構。
【請求項９】
請求項１に記載のスピンウェーハ検査システムであって、更に、単一のビーム形成／指向モジュールによってビーム形成およびビーム指向を実現するビーム指向・形成機構を備えるスピンウェーハ検査システム。
【請求項１０】
前記ビーム形成／指向モジュールは、前記ビームの位置、角度、サイズおよびスポットサイズの調節を可能にする、請求項９に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスピンウェーハ検査システムであって、
前記ビーム形成／指向モジュールは、少なくとも第１プリズムおよび第２プリズムを含む少なくとも１つのプリズム群を経由する前記ビームを備え、
前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの一方は回転可能であると共に、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの他方は回転可能かつ平行移動可能であり、
前記プリズム群の各々は、アナモルフィックな拡大と、前記ビームのビーム方向／ずれとの両方に対して、１つの方向において影響を与える、スピンウェーハ検査システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのプリズム群はプリズム対である、請求項１１に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのプリズム群は３つ以上のプリズムを備える、請求項１１に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載のスピンウェーハ検査システムであって、
前記ビーム形成／指向モジュールは、連続して配置された２つのプリズム群を経由する前記ビームを備え、
前記２つのプリズム群は、互いに対して直交するよう配向され、その結果、前記２つのプリズム群は、アナモルフィックな拡大と、ビーム方向／ずれとの両方に対して、２つの直交する方向において独立的に影響を与える、スピンウェーハ検査システム。
【請求項１５】
ビーム成形／指向モジュールであって、
スピンウェーハ検査システム上で使用に適応すると共に、
少なくとも第１プリズムおよび第２プリズムを含む少なくとも１つのプリズム群を経由する前記ビームを備え、
前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの一方は回転可能であると共に、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの他方は回転可能かつ平行移動可能であり、
前記プリズム群の各々は、アナモルフィックな拡大と、前記ビームのビーム方向／ずれとの両方に対して、１つの方向において影響を与える、ビーム成形／指向モジュール。
【請求項１６】
更に、ビーム位置／サイズ・角度計測機構を備える請求項１に記載のスピンウェーハ検査システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の検査システムであって、
前記ビーム位置／サイズ・角度計測機構は、
前記ビームの１部分を２つの経路に分割する手段と、
前記経路の各々に１つずつ配置された２つのセンサと
を含み、
前記２つのセンサの一方は、前記ビームの傾斜の計測に最適化されると共に、前記２つのセンサの他方は、前記ビームのずれの計測に最適化された、スピンウェーハ検査システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のスピンウェーハ検査システムであって、
前記ビームの１部分を２つの経路に分割する前記手段は、
前記ビームの第１部分を通過させて漏洩させるように配置された部分反射折り返しミラーと、
前記ビームの前記漏洩した第１部分を前記２つの経路に分割するように配置された無極性ビームスプリッタと
を含む、スピンウェーハ検査システム。
【請求項１９】
更に、ビーム位置／サイズ・角度計測機構を備える請求項１０に記載のスピンウェーハ検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理のためのウェーハ検査システムに関し、さらに詳細には、スピンウェーハ検査システムのための照射に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハのサイズが大きくなり、処理能力の維持が次第に困難になるにつれて、スピンウェーハ検査システムの開発が重要なツールとなってきた。大部分の設備設計に対して、処理能力は検査対象の面積に概ね対応する。従来の線形走査に代わって渦巻走査を用いるスピン検査システムの使用は、検査時間を浪費することなくウェーハの最も完全な走査を可能にする。さらに、走査データは単一のデータストリームとして出力されることとなり、それによりデータ処理が簡略化される。
【０００３】
スピンウェーハ検査システムの技術が発達するにつれて、より高感度の欠陥検出が望まれるようになった。より高い感度は、より短い波長の照射光を用いること、およびより小さいスポットサイズを用いることにより、達成される。その結果、焦点深度がより浅いものとなり、検査試料において焦点外れがより容易に生じてしまう。図１は、３つの異なる照射波長に対する、焦点深度およびスポットサイズのグラフを示す。しかし、ウェーハおよびチャックの固有の平坦度が目標焦点深度の範囲から外れる場合もあり（欠陥検出用ツールに対しては、１００μｍ（マイクロメートル）の非平坦度を有するウェーハを走査する能力を有することが要求される）、したがって、ウェーハの表面は、再び合焦するための方法が用いられないかぎり、合焦する位置に保たれ得ず、最高感度が達成され得ないこともある。
【０００４】
スピンウェーハを用いてレーザービームを合焦状態に保つための方法は、１．サーボ機構に取り付けられたビーム合焦光学エレメントを移動させること、および、２．ビームに沿って、ターゲット表面が合焦位置に入るよう、ターゲット表面を移動させること、を含む。前述したこれらの方法の両方においては、反応時間が極めて遅くなってしまう。一般的な作動周波数は０Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲にあり、この範囲においては１０Ｈｚ程度の誤差の修正が可能である。この制限は、一般に、合焦エレメントのサイズにより決定される。この応答時間は、最大で毎分１００００回転のウェーハが回転する技術現状の欠陥検出に対して必要とされる値よりもはるかに小さいものである。レーザービーム走査装置のための高周波オートフォーカスシステムは、ウェーハおよびチャックの動きを補償するために、重要な発達となるであろう。レーザー、光学機器、または機構に起因する、レーザービームの位置および形成における低速のドリフトに対する修正も重要となるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態は、ウェーハ表面を検査するスピンウェーハ検査システムであって、高周波オートフォーカス機構を備え、前記オートフォーカス機構は、前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する手段を備え、前記レーザービームの拡大および屈折は、前記入射角の変化に合わせて、相互に異なる第１方向と第２方向とにおいて独立的に制御される、スピンウェーハ検査システムである。この形態によれば、ウェーハ表面に対するレーザービームの焦点外れを抑制できる。
スピンウェーハ検査システムのための、高周波動的合焦傾斜レーザー照射を生成するための方法および装置が本明細書において開示される。焦点の移動は、ビーム方向入射角度を変化させて焦点スポットをウェーハ表面上に置くことにより、行われる。
【０００６】
正確にビームを合焦させ、感度を保持するにあたり、照射レーザービームのスポットサイズおよび位置は、レーザードリフトまたは熱ドリフト等の効果を補償するために、精密に制御されなければならない。単一のモジュールに集約された、ビーム形成（すなわちスポットサイズ）および指向を自動的に実施するためのシステムおよび方法が、本明細書において開示される。モニタからのフィードバックを用いて修正を実施するために十分な解像度を有するビームの位置／サイズ／形状および角度を計測するためのシステムおよび方法も開示される。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］
ウェーハ表面を検査するスピンウェーハ検査システムであって、高周波オートフォーカス機構を備えるスピンウェーハ検査システム。
［形態２］
前記オートフォーカス機構は、前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する手段を備える、形態１に記載の検査システム。
［形態３］
形態２に記載の検査システムであって、
前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する前記手段は、動的に傾斜するように構成された小型の光軸オフセットのオートフォーカス（ＡＦ）鏡を、前記入射レーザービームの経路に備える、検査システム。
［形態４］
前記ＡＦ鏡は、高電圧増幅器を有する高剛性ピアゾアクチュエータに取り付けられることによって、動的に傾斜するように構成された、形態３に記載の検査システム。
［形態５］
前記オートフォーカスは、１００ｍｓ未満の応答時間を達成する、形態２に記載の検査システム。
［形態６］
更に、前記オートフォーカス機構を制御する制御システムを備える形態２に記載の検査システム。
［形態７］
形態６に記載の検査システムであって、
前記制御システムは、前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームの入射角を動的に変化させる前記手段に接続するように構成されると共に、更に、入射ビーム位置感応検出器からのフィードバックを使用するように構成された、検査システム。
［形態８］
前記高周波オートフォーカス機構は、前記ウェーハ表面の低周波Ｚ方向運動を生じさせるアクチュエータに結合された、形態２に記載の検査システム。
［形態９］
高周波オートフォーカス機構であって、
スピンウェーハ検査システム上での使用に適応すると共に、
前記ウェーハの表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する手段を備える高周波オートフォーカス機構。
［形態１０］
スピンウェーハ検査システムであって、単一のビーム形成／指向モジュールによってビーム形成およびビーム指向を実現するビーム指向・形成機構を備えるスピンウェーハ検査システム。
［形態１１］
前記ビーム形成／指向モジュールは、前記ビームの位置、角度、サイズおよびスポットサイズの調節を可能にする、形態１０に記載の検査システム。
［形態１２］
形態１１に記載の検査システムであって、
前記ビーム形成／指向モジュールは、少なくとも第１プリズムおよび第２プリズムを含む少なくとも１つのプリズム群を経由する前記ビームを備え、
前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの一方は回転可能であると共に、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの他方は回転可能かつ平行移動可能であり、
前記プリズム群の各々は、ナモルフィックな拡大と、前記ビームのビーム方向／ずれとの両方に対して、１つの方向において影響を与える、形態１１に記載の検査システム。
［形態１３］
前記少なくとも１つのプリズム群はプリズム対である、形態１２に記載の検査システム。
［形態１４］
前記少なくとも１つのプリズム群は３つ以上のプリズムを備える、形態１２に記載の検査システム。
［形態１５］
形態１２に記載の検査システムであって、
前記ビーム形成／指向モジュールは、連続して配置された２つのプリズム群を経由する前記ビームを備え、
前記２つのプリズム群は、互いに対して直交するよう配向され、その結果、前記２つのプリズム群は、アナモルフィックな拡大と、ビーム方向／ずれとの両方に対して、２つの直交する方向において独立的に影響を与える、検査システム。
［形態１６］
ビーム成形／指向モジュールであって、
スピンウェーハ検査システム上で使用に適応すると共に、
少なくとも第１プリズムおよび第２プリズムを含む少なくとも１つのプリズム群を経由する前記ビームを備え、
前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの一方は回転可能であると共に、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの他方は回転可能かつ平行移動可能であり、
前記プリズム群の各々は、ナモルフィックな拡大と、前記ビームのビーム方向／ずれとの両方に対して、１つの方向において影響を与える、ビーム成形／指向モジュール。
［形態１７］
二重検出器モジュールにビーム位置／サイズ・角度計測機構を備えるスピンウェーハ検査システム。
［形態１８］
形態１７に記載の検査システムであって、
前記ビーム位置／サイズ・角度計測機構は、
前記ビームの１部分を２つの経路に分割する手段と、
前記経路の各々に１つずつ配置された２つのセンサと
を含み、
前記２つのセンサの一方は、前記ビームの傾斜の計測に最適化されると共に、前記２つのセンサの他方は、前記ビームのずれの計測に最適化された、検査システム。
［形態１９］
形態１８に記載の検査システムであって、
前記ビームの１部分を２つの経路に分割する前記手段は、
前記ビームの第１部分を通過させて漏洩させるように配置された部分反射折り返しミラーと、
前記ビームの前記漏洩した第１部分を前記２つの経路に分割するように配置された無極性ビームスプリッタと
を含む、検査システム。
［形態２０］
更に、二重検出器モジュールにビーム位置／サイズ・角度計測機構を備える形態１１に記載の検査システム。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】３つの異なる照射波長に対する焦点深度およびスポットサイズのグラフを示す図である。
【図２】傾斜した入射照射ビームの検査表面上での合焦を示す図である。
【図３】本発明に係るオートフォーカスを制御する装置の１つの実施形態を示す図である。
【図４ａ】本発明に係る例示的なビーム指向および形成モジュールであって、上流ビームの位置、角度、形状、サイズの調節を可能にするモジュールを示す図である。
【図４ｂ】図４ａのプリズム対をより詳細に示す図である。
【図４ｃ】プリズム角度および倍率のグラフを示す図である。
【図４ｄ】回転および平行移動に関するプリズム調節の光学利得を示す図である。
【図５】プリズムの回転により生成される倍率および角度変位を示す図である。
【図６】本発明に係るビーム監視および計測システムの１つの実施形態を示す図である。
【図７】ビーム源および検査試料に対するビーム指向／形成モジュール、計測モジュール、およびオートフォーカスモジュールの相対的配置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図２は傾斜した入射照射ビーム２００を示し、このビーム２００は、シリコンウェーハであり得る検査表面２０５上に入射する平行レーザービームであってもよい。ビーム２００は角度２１０で表面２０５に当たり、焦点深度（ＤＯＦ：ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｆｏｃｕｓ）２１８を有する領域２１５内において合焦する。表面２０５は、表面２０５およびビーム２００の間の交点２１２が領域２１５（垂直位置２２０を中心とする）内にあるとき、合焦する。なお、入射角２１０が角度２１０’に変化すると、合焦領域２１５’は移動し、異なる垂直位置２２０’を中心とするようになる。このように、表面２０５の垂直位置の変化に応じて、入射ビーム２００の角度２１０を動的に変化させることにより、合焦は保持される。
【０００９】
図３は、本発明に係るオートフォーカスを制御する装置の１つの実施形態を示す。本発明に係るオートフォーカス方法の１つの態様は、平行レーザービーム２００が、オートフォーカス（ＡＦ）鏡と称される比較的小さい鏡３００により傾斜されることである。なお、このＡＦ鏡は合焦エレメント３１０の光軸３０５からは外れるが、入射レーザービームの経路上に存在する。ビーム２００は、焦点３２０を通過し且つ光軸３２５に垂直な平面３１５上で合焦する。鏡３００の傾斜を調節することにより、焦点３２０は検査試料表面２０５上に配置され得る。焦点の位置は、ビームがシステムの光学機器に対して正しい位置にあると仮定して、ＡＦ鏡から「ビーム下方側」への距離として計算され得る。このように、ビームがウェーハ表面に照射する最適な横方向位置は、表面のその時点における垂直位置の関数としてモデル化され得る。鏡３００は、高電圧増幅器を有する高剛性ピエゾアクチュエータ３３０に取り付けられてもよい。それにより、オートフォーカスシステムは数千Ｈｚ程度の作動周波数を達成することが可能となり、数ｍｓ（ミリ秒）程度またはそれ以下の応答時間が可能となる。オートフォーカスシステムは、０．１ｍｓ〜１００ｍｓの範囲の応答時間を達成することが期待される。
【００１０】
制御システム３３５は、一般に、高２次ＰＩＩＤ（Proportinal-Integral-Integral-Derivative）制御器またはさらなる高次ＰＩＤ、１次ＰＩ、およびファジー論理を含むがこれらに限定されない他種類のデジタルもしくはアナログ制御器を備え得る計算デバイス３３６を備える。１次ＰＩと比較して制限された帯域幅の同一のピエゾアクチュエータを用いると、２次ＰＩＤまたはより高次のＰＩＤは、ループ応答時間の短縮化を支援し、後続のエラーをより小さいものとし得る。ノッチフィルタを用いるフィードフォワードにより、後続のエラーをより小さくすることができる。制御システム３３５は、ウェーハを回転させるスピンドル３３８に接続されてもよい。この実施形態においては、制御システムは、表面上におけるビームの位置が２つの位置感応検出器、例えばカメラにより計算されるというフィードバックを用いて、オートフォーカスシステムの制御および動作を実施する。なお、検出器の応答時間は、傾斜鏡の応答時間よりもはるかに小さくなければならない。入射検出器３４０は入射ビーム３４５の位置を検出する。これは、プリズム形状の鏡３００により、入射ビームを２つのビームに分割することにより達成され得る。この実施形態においては、主ビーム３４５は、鏡３００の前面３５５により、検査試料表面２０５へと反射される。前面３５５を通過する制御された漏洩光は、第２ビーム３６０を形成する。第２ビームを形成するための他の可能な方法は、ピックオフミラーまたはビームスプリッタを含む。第２ビーム３６０は、鏡３００の背面３６５の内側により反射され、入射検出器３４０に向けられる。反射検出器３７０は、検査試料表面２０５により反射された主ビーム３４５の位置を検出する。ビーム位置を検出するための、カメラ以外の選択肢は、ＰＳＤ、クワッドセル、ＰＭＴアレイ、ダイオードアレイ、または検出器を有するナイフエッジを含むが、これらに限定されない。（カメラ）検出器３４０および３７０の計測値は、実際のビーム位置、検査試料表面２０５の実際の位置、およびビームとターゲット表面との間の交差点３７５を（三角測量により）計算するために、コンピュータ３３６により用いられる。
【００１１】
入射ビーム位置感応検出器を用いることにより、交差点はより正確に所望の位置に保持され、残りのエラーすなわち後続のエラーを計算することも可能となる。上述のように、カメラ情報はビームとウェーハの交差点を三角測量するために用いられ得る。理想上の交差点は、システムキャリブレーションが実施される間にすでに決定されている。理想上の交差点と計算上の交差点との間の差異は、オートフォーカス制御フィードバックループにおいて実行される計算のための入力パラメータとして用いられ、さらに、さらなるＸＹ修正のためにデータ処理ユニットに書き出される。
【００１２】
オートフォーカスシステムにより、検査試料表面の厚さの変動に応じて入射ビームが曲げられるため、走査ピッチはウェーハ表面の変動の長さ尺度よりもはるかに小さい値となり、その結果、隣接する走査軌跡が略正確に同一の高さプロファイルを見ることが極めて重要である。オートフォーカスシステムは再現性を有する応答を提供すべきである。すなわち、一連の同一の高さエラーからは、同一の後続エラーが生じるべきである。ビームサイズと軌跡ピッチの比率が、軌跡ピッチが必要とされるよりもわずかに小さいという意味において、いくらか控えめな値である場合、軌跡・軌跡間距離のわずかな変動は許容され得る。その状態で軌跡は歪んでもよいが、その場合は隣接する軌跡も略同一に歪みを有し、軌跡・軌跡間距離は小さくなるであろう。
【００１３】
オートフォーカスシステムに加えられ得る特徴は、オートフォーカスシステムとアクチュエータが組み合わされることにより、図３の矢印３７８に示すウェーハのＺ方向低速運動が可能となる点である。この組み合わせの目的は、高速オートフォーカスの動的範囲を広げ、高速オートフォーカスを平均してその基準位置付近で動作させることである。その結果、焦点とウェーハ表面とが交わる交差点が実質的に同一位置に保持されることとなる。低速Ｚ方向調節および高速ＡＦ調節が適切に協働することが不可欠である。１つの実施形態においては、ＡＦの平均的修正は、低速Ｚ方向運動に対する制御信号となる。ＡＦがその基準値に集中する場合、Ｚ方向運動は不必要である。一方、ＡＦが動的範囲の一端上で長期間にわたって動作する場合、Ｚ方向運動コマンドが発行され、ＡＦ中心はその基準値に戻されるであろう。Ｚ方向運動の応答時間は一般に１０ｍｓおよび１ｓの範囲にあり、数百ｍｓ程度である。この範囲の応答時間は、ＡＦシステムの応答時間範囲よりも、１桁〜２桁分低速であるため、本明細書において低速であると定められる。
【００１４】
オートフォーカスシステムはビーム位置および入射角に対して高周波動的調節を提供し、それにより入射ビームの焦点はウェーハ表面に保持される。システム光学機器に対してビームの位置および角度を最適化することにより、強度が最大化され適切な集光角が保持される。これらは、分散の角度領域を選択的に収集するマスクが使用される際に重要となるため、ビームの位置、角度、およびサイズに対するより低周波の調節も重要である。レーザードリフトまたは熱ドリフト等のドリフトは、調節が実施されない限り、信号を劣化させ得る。スポットサイズドリフトがより大きい場合、感度が劣化する。
【００１５】
図４ａは、本発明に係るビーム指向・形成（ＢＳＳ：ｂｅａｍ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｈａｐｉｎｇ）モジュールの１つの実施形態を示し、このＢＳＳモジュールは、ビームの位置、角度、形状、およびサイズを調節する。本明細書においては形成とはスポットサイズ倍率変更（２つの直交する方向における）として定義される。本発明の装置は、指向および形成の集約を提供する。従来の方法および装置は、形成および指向を独立的に提供し得るが、形成および指向を集約することはできない。
【００１６】
ビーム形成は、入射する円形ビーム４０５から出射する楕円ビーム４００を生成することを含む。なお、この楕円ビームは、調節中に非点収差、球面収差、または他の単色収差を加えることなく、Ｘ方向およびＹ方向における正確な寸法の合焦したビームを形成するに必要な正確なアスペクト比（最大から最小）を有する。ビーム指向は、軸外し入射ビームのドリフトにより、またはビーム楕円率の修正により生じる角度偏位により、出射ビームの位置を修正する。
【００１７】
１つの実施形態においては、ビーム指向および形成は、連続して配置された、プリズム４２０および４２５の２つの直交するように配向された対４１５および４１５’を用いて行われる。ドリフト源によっては、単一のプリズム対でも十分であり得る。また、ＢＳＳの拡大範囲をより大きくするために、プリズム対に代わって、３つ以上のプリズム群が用いられてもよい。例示的プリズム対のより詳細な図が、図４ｂに示される。各対４１５の第１要素４２０は回転し、各対の第２要素４２５は、回転および平行移動の両方を行うことにより、アナモルフィック（anamorphic）な拡大（ビームの楕円率およびスポットサイズ）およびビーム方向／ずれ（位置角度および横方向偏位）の両方に影響を与える。なお、回転レンズおよび回転／平行移動レンズの順序は交換可能である。プリズム対４１５は、Ｘ軸方向（図５に示す軸による）における拡大（光線４３０および４３０’の拡大／縮小により示される）および屈折４３５を行い、一方、プリズム対４１５’はＹ軸方向における拡大および屈折を行う。Ｘ軸方向およびＹ軸方向における拡大および屈折が独立的に実行可能であるため、ＸＹ平面におけるビーム位置および楕円率を正確に制御することが可能となる。
【００１８】
この実施形態においては、拡大／縮小およびビーム指向の機構は、２対の厚いプリズム４１５および４１５’に基づくものである。なお、この２対のプリズム対４１５および４１５’は、光線が通過する表面である、プリズム要素の２つの表面４４５および４４５’に対して約３０度のウェッジ角度４４０を有し、プリズム要素の２つの表面４４５および４４５’は光学品質で研磨され、一方、他の４つの表面は、レンズと同様の研磨面であってもよい。
【００１９】
レンズを使用する拡大システムに対する本発明のシステムの利点は、簡単なレンズ対（または要素の２つの群）のアフォーカル（afocal）な拡大が、そのレンズ群の屈折力または焦点距離（群および群の間の離間を含む）の関数であり、したがって、単なる単一の拡大が、有効な焦点屈折力を用いず（すなわちアフォーカル）に、レンズを用いて生成され得るのに対し、同一の２つのプリズム要素を調節すると、等しい方向または反対方向に２つのプリズム要素を単に回転させることにより、拡大範囲を生じさせることが可能である点にある。
【００２０】
各プリズム対４１５は、各プリズム（各プリズムはビーム拡大／縮小軸に対して垂直に保たれる）の角度に応じて、特定の横倍率の望遠鏡として作用する。１つのプリズムは時計方向回転角度にしたがい、一方、第２のプリズムは反時計方向回転方向にしたがう。図４ｃは、入射ビームの位置および角度が完全であると仮定して、プリズム角度および位置と倍率とのグラフである。プリズム角度曲線４４６および４４７、およびプリズム位置曲線４４８は、出射ビームに対するずれおよび傾斜を排除するために、選択された倍率に対して必要とされる位置および角度を示す。なお、倍率１においては特異点が存在する。なぜなら、倍率１は無数のプリズム位置により達成されるためである。このように倍率１は避けられる。
【００２１】
２つのプリズムの回転角度の間のエラーまたは差異は、入射ビームに対する有効なビーム角度偏位を生成する。この効果を利用すると、プリズム対を、入射ビーム角度におけるエラーを修正するための精密機構として用いることが可能である。図４ｄは、入射ビームにおける傾斜エラーまたは位置エラーの補償方法を示す。この図は、回転および平行移動におけるプリズム調節の光学利得を示すグラフである。Ｙ軸は、出力ビームの変化をプリズムの変化で割った比（「完全」な入射ビームに対する図４ｃに示す値より）を示す。平行移動曲線４５０は、ビーム出力平行移動の変位量とプリズム平行移動の変位量の比を示す。この曲線は０と−１との間にある。これは、出力がプリズムの変位量より小さく変位し、その方向が逆であることを意味する（例えば、プリズムが１ｍｍだけ変位すると、ビーム出力は−０．５ｍｍだけ変位する）。実際に、出力の変位がプリズム調節よりも小さい値であることは好都合である。なぜなら、その結果、解像度がより良好となるからである。角度調節曲線４５５も同様である。すなわち、プリズム回転の変化に対する出力指向の変化量を示す。これらの値は１より小さく、倍率とともに符号を変化させる。倍率１においては特異点が存在する。なぜなら、無数のプリズム位置の組み合わせが、この倍率を達成し得るからである。このことは、この位置においては、角度調節が不可能であることを意味する。したがって、倍率１は避けられる。
【００２２】
図５は、単に拡大効果を生じさせるために、反対方向に等しく回転させられたプリズム５００およびプリズム５０５を示す図である。それに対比して、プリズム５１０および５１５は回転量が異なり、その結果、拡大効果および角度偏位効果が組み合わされている。数学的に複雑になってしまうため明示的な数式は用いず、制御ループは、早見表を用いて実行される。プリズム対機構を用いると、入射ビームが正確な軸を指向する一方で出射ビームが入射ビームに対して平行でない場合に、エラーの修正が可能となる。上述のエラーのいずれかが、ビーム偏位角度を計測するための二重ビーム位置センサを用い、ビームサイズおよび指向機構を反復的に調節して、倍率エラーおよび位置角度エラーの両方を最小化することにより、修正可能である。
【００２３】
本発明の第２の利点は、ビームの拡大および指向が同一セットの要素により実行される点である。従来のシステムにおいては、ビーム形成は２群の円筒形レンズを用いて実施され、一方、ビーム指向は、必要なビーム角度および／またはビーム偏位を生成するために平面鏡を使用する、２つの別個のモーター駆動による勾配／傾斜機構により実施された。加えて、本発明のウェッジプリズムを用いることにより、従来のビーム指向装置および方法に対して、以下の利点が得られる。
【００２４】
すなわち、ビーム指向の従来の方法は、各折り返しミラー支持具の勾配／傾斜機構により定められる横（ＸまたはＹ）軸回りに折り返しミラーを傾斜させることが必要であった。なお、これらの横軸は互いに対して直交でない場合もあった。このことは、ビーム屈折においてかなりのエラーを生じさせ得る。対比的に、本発明のプリズム対は、プリズムの大きいウェッジを含む平面においてのみ、大きいビーム偏位を適用し得る（例示的なケースにおいては、各プリズムは約３０度のウェッジを有する）。したがって、完全にはウェッジ角度の平面にはない軸回りのプリズム回転に関連するエラーが存在したとしても、ビームは、ウェッジ角度に沿って、ビーム角度変化に対してのみ屈折する。ウェッジは精密に制御され光学的に計測されているため、平面外ウェッジ製作エラーはまったく容易に最小化され得る。これは、勾配／傾斜機構における障害が著しく軽減され、その結果、重心発見および整列アルゴリズムが独立的ＸＹ制御を有することを意味する。一般にアナモルフィックなプリズム対組立体の両方のプリズムを反対方向に回転させると、入力ビームおよび出力ビームが平行に保たれるが、例えば、熱的に誘起されたレーザードリフト等に関連する、小さい入射ビーム指向エラーに対しては、正確な光学的ビーム軸を再確立するために、各ペアのうちの１つのプリズムのみを回転させればよい。各プリズム対における最終プリズムのわずかな回転により倍率の変化が生じるが、このエラーは十分に小さいため、熱的に誘起されるビーム指向の変化は、１つのプリズムを使用する指向調節のみを必要とし、両方のプリズムを使用する倍率調節は必要としない。
【００２５】
上述のビーム指向および形成に対する修正は、ビーム位置、サイズ、および形状が正確に計測された場合にのみ、効果的に実施され得る。
【００２６】
従来の計測方法においては、三角測量に使用するために、ビーム源から２つの異なる距離にあるＰＳＤ（位置感応検出器）センサが使用された。この方法においては、スポットの重心のみが計測可能であり、ビームのサイズまたは形状は計測不可能である。ＣＣＤセンサが、ＰＳＤに代わって用いられ得る。しかし、検出器のフォーマットを満たすビームの拡大時、角度偏位に対する感度は低下するであろう。先行技術に係る方法の１つの不利点は、極めて小さい角度偏位を計測するために、２つのセンサ間の距離がかなり大きくなければならず、２セットのビームピックオフが重心検出のためにビームエネルギーの一部を抽出する必要がある点にある。
【００２７】
図６に示す本発明のビーム監視および計測システムの１つの実施形態においては、入射レーザービーム６００の１部分６０５は、部分的に反射する折り返しミラー６１０を漏洩し、次いで、ビーム６０５は、無極性ビームスプリッタ６２５を用いることにより、２つの経路６１５および６２０に分割される。カメラ６３０および６３５等のセンサが、２つの経路上に配置される。２つの経路６１５および６２０は最適化される。すなわち、１つの経路が角度（傾斜）を計測するために、他方の経路が位置（ずれ）を計測するために、最適化される。この方法により、照射ビーム経路から１つの光学エレメントすなわちビームピックオフが省かれるとともに、スポットの位置および角度が同時に計測されることとなる。また、傾斜およびずれに関するフィードバックを提供する制御アルゴリズムの実装も可能となる。制御アルゴリズムは、以下の通りである。すなわち１つのカメラが傾斜を計測する。つまり、ティーチポイント（カメラ上におけるビームの基準位置）に対するカメラ上におけるビームの位置から、出力の傾斜の調節量を知ることができる。これは、線形方式で行われる。すなわち、出力修正＝調節利得×（実際位置−基準位置）となる。調節利得は、キャリブレーション曲線から読み取られる。この式は、傾斜用カメラおよびずれ用カメラの両方に適用される。唯一の差異は、適切な調節を見出すために、それぞれの表を参照すべきであるという点のみである。このプロセスは、反復的に実施される。すなわち、出力が所望の範囲（通常は１μＲａｄ（マイクロラジアン）であり、一般に０．１μＲａｄ〜１００μＲａｄの範囲のいずれか）内にない場合、システムは第１調節の後にチェックを実行し、再びプロセスが実施される。
【００２８】
図７は、ビーム指向／形成モジュール７００、計測モジュール７０５、ビームスプリッタ７０３、およびオートフォーカスモジュール７１０の、光ビーム源７１５および検査試料７２０に対する相対的配置の１つの実施形態を示すブロック図である。この実施形態においては、計測モジュールは、オートフォーカスシステムの前に、ビーム指向システムの出力において配置される。モジュールに対するこの特定の相対的配置は例示的なものであり、限定的なものではない。
【００２９】
本発明は、スピン光学的ウェーハ検査システムのための傾斜レーザー照射に対し、本質的な改良を提供する。初期段階におけるビームの指向および形成は、システム光学機器に入射するビームの位置およびスポットサイズを最適化し、その結果、強度が最大化され解像度が保持される。本発明の計測システムは、ビームのサイズ、形状、および角度に対するフィードバックを提供する。最終段階におけるビーム指向は、高速オートフォーカス機構に統合される。
【００３０】
本発明が本明細書に記載した実施形態に厳密に限定されると考えるべきではない。本発明の概念から逸脱することなく、変化例および変更例が可能であることを当業者は理解するであろう。例えば、本明細書に記載したものとは異なるセンサが用いられ得る。高速ＡＦセンサは、クワッドセル、ＰＳＤ、様々な種類のカメラ、位置感応ＰＭＴであり得る。ＢＳＳにおいて、２Ｄカメラまたは１Ｄカメラのセットが用いられ得る。また、ＢＳＳにおいて、様々な種類のビームスキャナが用いられ得る。上述の高速ＡＦのためのセンサが用いられる、形状計測の能力を有さない簡単な実装も想定され得る。あるいは、第１ＡＦセンサおよびＢＳＳ傾斜センサが、同一であってもよい。両方が傾斜角度を計測する。記載の実施形態においては、ＡＦが高速でなければならないため、別個のカメラが存在する。したがって、高速１Ｄカメラが使用された。一方、ＢＳＳは２Ｄカメラを必要とし、２Ｄカメラは一般に低速である。しかし、２次元を有し且つ高速であるか、または１次元のみを修正するより簡単なＢＳＳシステムの実装における代替的検出器が用いられた場合、共通のカメラが用いられ得る。
【００３１】
本発明の範囲は請求項に鑑みて解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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