(57)【要約】【課題】  試料を照射する装置を提供する。【解決手段】  本装置は、入射レーザビームを試料に向けて出力するレーザと、複数の回折パターン部分を有する第１回折要素とを含む。第１回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能であり、第１回折要素の回折パターン部分は、入射ビームが異なる空間照明プロファイルを入射ビームの瞳平面において有するように設計され、一方で入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らす。この装置は、入射ビームの照射平面において光を空間的に分散させるよう構成される照明プロファイル要素と、入射ビームを試料に向けて導く複数の照明光学要素とをさらに備える。【選択図】  図１
2006194852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を照射する装置であって、
入射レーザビームを試料に向けて出力するレーザ、
複数の回折パターン部分を有する第１回折要素であって、前記第１回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能であり、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有するように設計され、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らす、第１回折要素、
前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散させるよう構成される照明プロファイル要素、および
前記入射ビームを前記試料に向けて導く複数の照明光学要素
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１回折要素の回折パターン部分は、前記入射ビームのパス内で選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、環状プロファイル、４重極プロファイル、前記瞳の半径にわたってフラットなプロファイル、前記瞳の半径にわたってガウシアン形状のプロファイル、および円形状プロファイルからなるグループから選択された少なくとも２つのプロファイルを含む装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、直線上パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称なプロファイルしか含まない装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置であって、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、半径方向パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含む装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、固定された位置を有することによって、単一の照明プロファイルを前記照射平面において形成する装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、複数の異なる選択可能な照明プロファイルを前記照射平面において形成するよう移動可能である装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じる装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素によって生じる前記照明プロファイルは、正方形形状、円形形状、および四角形形状からなるグループから選択される少なくとも２つのプロファイルを含む装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、複数の回折パターン部分を有する第２回折要素の形をとり、前記第２回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能であり、前記第２回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの照射平面において有するように、かつ前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすように設計される装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる前記効果はスペックル効果を含む装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記第１および第２回折要素は、それらのそれぞれの選択された回折パターン部分の中の異なる一部分を前記入射ビームパスの中に配置することによって、前記入射ビームのコヒーレンスを減少させるよう回転可能である装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
前記第１回折要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記瞳平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能であり、
前記照明プロファイル要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記照明プロファイル要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である
装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、環状プロファイル、４重極プロファイル、前記瞳の半径にわたってフラットなプロファイル、前記瞳の半径にわたってガウシアン形状のプロファイル、および円形状プロファイルからなるグループから選択された少なくとも２つのプロファイルを含み、
前記照明プロファイル要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、正方形形状、円形形状、および四角形形状からなるグループから選択される少なくとも２つのプロファイルを含む
装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、前記第１回折要素および前記照明プロファイル要素のそれぞれの環状部分のセルは、直線上パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称なプロファイルしか含まない装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置であって、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、半径方向パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含む装置。
【請求項１７】
請求項３に記載の装置であって、前記第１回折要素は、前記レーザおよび前記照明プロファイル要素の間に配置され、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの瞳平面において、前記第１回折要素および前記試料の間に配置される装置。
【請求項１８】
請求項３に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの瞳平面において、前記レーザおよび前記第１回折要素の間に配置され、前記第１回折要素は、前記入射ビームの照射平面において、前記照明プロファイル要素および前記試料の間に配置される装置。
【請求項１９】
試料を検査する装置であって、
請求項３に記載の装置、
検出された出力ビームに基づいて出力信号または画像を出力する検出器、
前記入射ビームに応答して前記試料から放射される出力ビームを前記検出器に向けて導く複数の検出光学要素、および
前記出力信号または画像を分析し、前記試料が欠陥を有するかを決定するよう構成される分析器
を備える装置。
【請求項２０】
試料を検査する方法であって、
入射レーザビームをレーザから第１回折要素および照明プロファイル要素を通して試料に導くことであって、前記第１回折要素は複数の回折パターン部分を含み、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有し、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう設計され、前記照明プロファイル要素は前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散するよう構成される、試料に導くこと、および
前記回折パターン部分のうちの選択された一つが前記入射ビームのパス内に選択的に位置付けられるようにすることによって、前記第１回折要素が前記瞳平面において前記照射プロファイルのうちの選択された一つを形成するように前記第１回折要素を移動させること
を含む方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記第１回折要素の回折パターン部分は、前記入射ビームのパス内で選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能であり、前記方法は、前記第１回折要素を回転することを含む方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じ、前記方法は、前記開口部の選択された一つを前記入射ビームの前記パス内に選択的に配置することによって、前記照明プロファイルのうちの選択された一つが前記照射平面において形成されるよう前記照明プロファイル要素を移動することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば検査プロシージャのあいだに部分的に非干渉性のレーザ光でフォトマスクのような試料を照射する装置および方法に関する。具体的には本発明は、入射光干渉性によって生じる効果を減らしつつ可変照射を提供する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体製造産業は、半導体材料を用いて集積回路を製造する高度に複雑な技術を伴う。集積回路の規模の大きさおよび半導体デバイスの小さくなるサイズのために、パーティクルのようなますます小さくなる欠陥はデバイスを故障させえる。したがって欠陥検査は品質管理を維持するために非常に重要である。検査方法は製造プロセスの大きくかつ重要な部分であるので、半導体産業は常により正確で効率的な試験方法を模索している。
【０００３】
半導体デバイスまたはウェーハ上の欠陥を検出するためにさまざまな検査システムが半導体産業では用いられる。検査ツールの一つのタイプは、光学検査システムである。光学検査システムにおいては、１つ以上の照射ビームが半導体ウェーハまたはフォトマスクに向けて導かれ、反射および／または散乱されたビームがそれから検出される。検出されたビームは、検出された電気信号または画像をそれから生成し、そのような信号または画像がそれから分析されて欠陥がウェーハ上に存在するかを決定する。
【０００４】
レーザは、多くの検査システムにおいてフォトマスクまたはウェーハ上の欠陥を計測する光源として用いられる。レーザは、充分な試料照射を提供するために高輝度の光を提供し、容易にレンズを通して試料に向かって導かれえる収束された光ビームを提供する。さらに短波長のレーザ源は、比較的小さいフィーチャサイズを調べるのに優位に用いられえる。
【０００５】
しかしレーザを用いることの欠点のうちの一つは、レーザ光の高い空間的および時間的干渉性は、検査される試料の画像を見るときに、干渉による強め合いまたは弱め合いのパターンを生じえることである。画像は、干渉性画像において顕著なエッジリンギングのような干渉効果によってぼやけえ、これは画像のエッジ付近での細部を隠しえ、またはスペックルによってもぼやけえ、これは画像化される物体の不均一な照射として見える。エッジリンギングおよびスペックル現象のような干渉効果について広範な議論がJ.W. Goodman による“Fourier Optics”、McGraw-Hill刊、および同じくJ.W. Goodmanによる“Statistical Optics”、Wiley-Interscience刊に見られる。
【０００６】
これら有害な画像効果は、画像化される物体を照射するのに用いられるレーザ光の空間的干渉性を減らすことによって改善されえる。部分的に非干渉性のレーザ光を提供する従来のある技術は、回転ディフューザの使用を伴う。回転ディフューザは典型的には、画像化される物体にレーザビームが到達する前のレーザビームのパスに導入される回転するすりガラススクリーンからなる。回転ディフューザは、ランダムな位相の変化を入射レーザビームに導入することによって、空間的な非干渉性をビームに導入する。ディフューザが回転するとき、検出器は、独立した視界または視角からの物体の画像を集めえる。検出器はさらに、独立した視界群を集積または加算することによって、比較的スペックルのない、画像化される物体の均一な照射を実効的に合成する。
【０００７】
ある応用例において、検査システムが構成可能な照明および画像化デザインを有することがしばしば要求される。照明および画像化構成は、欠陥または欠陥タイプの異なる特徴のキャプチャを最適化するよう設定される。すなわち、異なる照明および画像化構成が、異なるタイプの欠陥検査にとってより適切である。検査構成の２つの広いカテゴリーは明視野および暗視野検査である。一般に照明および回収ビーム（collection beam）プロファイルは、異なる検査モードを達成するために調整される。換言すれば入射または回収ビームの異なる部分または角度がブロックされたり透過されたりする。
【０００８】
暗視野検査について、照明ビームプロファイルの一部は典型的にはブロックされ、それによって利用可能な照明の一部しか、例えば照明のリングしか、ウェーハへと透過されない。回収ビームプロファイルの対応する部分はそれからブロックされ、それによって散乱された光だけが集められる。すなわち照明ビームのブロックされた部分は、回収ビームのブロックされない部分に対応し、一方、照明ビームのブロックされない部分は、回収ビームのブロックされた部分に対応する。照明および回収調整の両方がバイナリマスクを実現する。すなわちビームの一部はマスクによって完全にブロックされ、一方、ビームの他の部分はマスクを通して阻止されることなく透過する。照明プロファイルの他のタイプは、輪帯、２重極、および４重極照明プロファイルを含む。一般に特定の照明プロファイルは、特定のタイプのフィーチャの画像化品質を向上または最適化するのに用いられる。例として４重極照明プロファイルは、コンタクトのフィールドを画像化するのに用いられえ、一方、２重極プロファイルは鉛直ラインを画像化するのに用いられえる。
【０００９】
残念ながら回転ディフューザは典型的には、システムの瞳においてガウシアンまたは不均一な形状を有する散乱されたパターンを作る。例えば、光の強度は、瞳のエッジにおけるよりも瞳の中心におけるほうがずっと大きくなりえる。その結果、より平坦な照明プロファイル（flatter illumination profile）に比べて、回転ディフューザと共にさまざまな照明プロファイルを実現するのは困難になる。加えて、ガウシアン形状プロファイルの中心部分をブロックするとき、かなりの量の光が使用されない。よってこのタイプの構成は、効率的に光を利用できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スペックル効果のような入射ビーム中にコヒーレンスによって引き起こされる効果を減らしつつ、試料に向けられた入射ビーム中に変化する照明パターンを提供する改良された光の効率がよいメカニズムへの要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、半導体ウェーハまたはレチクルのような試料を照射するメカニズムが提供される。これらメカニズムは、可変照明プロファイルを提供しつつ、一方でスペックルのようなコヒーレンス効果を例えば試料の照射のあいだ減らす。ある実施形態において、試料を照射する装置が開示される。この装置は、入射レーザビームを試料に向けて出力するレーザ、および複数の回折パターン部分を有する第１回折要素を含む。前記第１回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能であり、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有するように設計され、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らす。この装置は、前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散させるよう構成される照明プロファイル要素、および前記入射ビームを前記試料に向けて導く複数の照明光学要素をさらに備える。
【００１２】
具体的な実現例において、前記第１回折要素の回折パターン部分は、前記入射ビームのパス内で選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である。さらなる局面において、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、環状プロファイル、４重極プロファイル、前記瞳の半径にわたってフラットなプロファイル、前記瞳の半径にわたってガウシアン形状のプロファイル、および円形状プロファイルから選択された少なくとも２つのプロファイルを含む。
【００１３】
ある実現例において、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、直線上パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称なプロファイルしか含まない。他の実施形態において、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、半径方向パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含む。
【００１４】
ある局面において、前記照明プロファイル要素は、固定された位置を有することによって、単一の照明プロファイルを前記照射平面において形成する。他の局面において、前記照明プロファイル要素は、複数の異なる選択可能な照明プロファイルを前記照射平面において形成するよう移動可能である。具体的な実施形態において、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じる。例えば、前記照明プロファイル要素によって生じる前記照明プロファイルは、正方形形状、円形形状、および四角形形状から選択される少なくとも２つのプロファイルを含む。
【００１５】
他の実現例において、前記照明プロファイル要素は、複数の回折パターン部分を有する第２回折要素の形をとり、前記第２回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能である。前記第２回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの照射平面において有するように、かつ前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすように設計される。ある局面において、前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる前記効果はスペックル効果を含む。さらなる実現例において、前記第１および第２回折要素は、それらのそれぞれの選択された回折パターン部分の中の異なる一部分を前記入射ビームパスの中に配置することによって、前記入射ビームのコヒーレンスを減少させるよう回転可能である。
【００１６】
ある実現例において、前記第１回折要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記瞳平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である。加えて、前記照明プロファイル要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記照明プロファイル要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である。
【００１７】
ある実現例において、前記第１回折要素は、前記レーザおよび前記照明プロファイル要素の間に配置され、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの瞳平面において、前記第１回折要素および前記試料の間に配置される。他の実現例において、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの瞳平面において、前記レーザおよび前記第１回折要素の間に配置され、前記第１回折要素は、前記入射ビームの照射平面において、前記照明プロファイル要素および前記試料の間に配置される。
【００１８】
他の局面において、本発明は、試料を検査する装置に関する。この装置は、上述の要素のうちの任意のものを含み、それと共に、検出された出力ビームに基づいて出力信号または画像を出力する検出器、および前記入射ビームに応答して前記試料から放射される出力ビームを前記検出器に向けて導く複数の検出光学要素を含む。この検査装置はさらに、前記出力信号または画像を分析し、前記試料が欠陥を有するかを決定するよう構成される分析器を含む。
【００１９】
試料を検査する方法において、入射レーザビームは、レーザから第１回折要素および照明プロファイル要素を通して試料に導かれる。前記第１回折要素は複数の回折パターン部分を含み、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有し、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう設計される。前記照明プロファイル要素は前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散するよう構成される。この方法は、前記回折パターン部分のうちの選択された一つが前記入射ビームのパス内に選択的に位置付けられるようにすることによって、前記第１回折要素が前記瞳平面において前記照射プロファイルのうちの選択された一つを形成するように前記第１回折要素を移動させる操作をさらに含む。
【００２０】
具体的な実施形態において、前記第１回折要素の回折パターン部分は、前記入射ビームのパス内で選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能であり、前記方法は、前記第１回折要素を回転することを含む。他の局面において、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じ、前記方法は、前記開口部の選択された一つを前記入射ビームの前記パス内に選択的に配置することによって、前記照明プロファイルのうちの選択された一つが前記照射平面において形成されるよう前記照明プロファイル要素を移動することを含む。
【００２１】
本発明の実施形態は、可変照明プロファイルを瞳において柔軟に提供しつつ、一方でスペックル効果のような入射光コヒーレンスによって生じる効果を減らす。換言すれば、異なる選択可能なプロファイルを用いて、瞳において空間的に光を分散させるメカニズムが提供される。この構成は、試料の照明を最適化し、それによってそのような試料上のフィーチャの検出を最適化する照明プロファイルを選択することを可能にする。回転するディフューザを利用することによって可変照明プロファイルを提供し、スペックルを減らす実施形態はまた、提供された入射光を効率的に利用する。本発明の実施形態はまた、入射ビームの照射平面において光を空間的に分散し、ある実施形態は、照射平面において可変分散を提供することによって、対物光分散における柔軟性を提供する。例えば、対象物における空間的分散は、検出器の形状の具体的なタイプについて適応されえ、それによって集光効率を最大化できる。
【００２２】
本発明のこれらおよび他の特徴は本発明の以下の明細書および添付の図においてより詳細に示され、これらは本発明の原理を例示的に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下の詳細な説明は、図面と共に考慮されるとき、より完全に理解されえる。
【００２４】
本発明の具体的な実施形態が詳細に参照される。これら実施形態のいくつかの例は、添付図面に示される。本発明は、これら具体的な実施形態について記載されるが、本発明をこれら特定の実施形態に限定するよう意図はされない。むしろ本発明は、代替物、変更物、および等価物を、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内に含むように意図されている。以下の記載において、多くの具体的な詳細が述べられるが、これは本発明の完全な理解を与えるためである。本発明は、これら具体的な詳細の一部または全てがなくても実施されえる。他の場合には、よく知られたプロセス操作は、本発明を不必要にぼかさないために詳細に記載されていない。付随する光学系についての本発明の原理も記載される。これら原理は本発明を明瞭にするために議論され、本発明を特定の理論に限定するためのものではない。
【００２５】
ここで使用されるように「試料」とは、本発明を用いて照射または検査される任意の対象物を記述するのに用いられる。試料は好ましくは、集積回路製造プロセスで用いられるフォトマスク、レチクル、またはウェーハのようなマスクである。しかし試料は、小さい欠陥および不整合（inconsistencies）を探すために検査されるべき他のタイプの物体も含みえることが当業者には理解されるだろう。本発明は、パターン書き込みエラー、微小寸法エラー、ブリッジ欠陥、および位相欠陥によるパーティクル欠陥、マスク欠陥またはウェーハ欠陥のような欠陥を検査するのに特に有用である。しかし本発明は試料内、または試料上の欠陥または不整合の任意の特定のタイプに限定はされない。加えて本発明の実施形態は検査システム内で実現されるのには限定されず、試料を照射する任意の適切な画像化装置内で実現されえる。
【００２６】
図１は、本発明のある実施形態による検査システム１００の概略図である。示されるようにシステムは、入射ビームを試料１２０に向けて導く照明要素、および試料上のフィーチャ（features）と共に入射ビームに応答して試料から放射される出力光を検出する検出要素を含む。ある検査応用例においてこの出力光は、試料が欠陥を有するかを決定するために分析されえる。例えば試料の特定の領域からの出力光強度は、その第１領域と同一であるように設計される試料の他の領域と比較されえる。２つの領域から出力される強度パターン間の任意の大きな差は、第１または第２領域における欠陥を表しえる。
【００２７】
ここで記載される検査システムにおいて、入射ビームを試料に向けて導き、試料から放射される出力ビームを検出器に向けて導く任意のレンズ構成が一般に使用されえる。出力ビームは試料から回折、反射、または散乱されえ、試料を通して透過されえる。同様に、出力ビームを受け取り、受け取られた出力ビームの特徴（例えば強度）に基づく画像または信号を提供するために、任意の適切な検出器タイプまたは検出要素の個数が用いられえる。
【００２８】
照明要素の詳細がこれから説明される。以下に記載される実施形態の光学要素のいくつかの記述は、本発明によって設計されえる光学システムの他の要素と同様に、例えば、Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, 2nd edition, McGraw-Hill, Inc., 1990において見られる。
【００２９】
レーザ１０２は、入射レーザビームを提供し、これは時間的空間的にコヒーレントである。レーザ１０２は好ましくは連続波レーザであるが、パルスレーザも用いられえる。レーザが放射する光の波長は、検査システムの応用例に依存する。例えば典型的なフォトマスク検査の応用例では、紫外光またはより短い波長を放射するレーザが好ましい。例えば、２つの標準紫外レーザは、２５７ｍｍおよび１９３ｍｍの波長を持つ光を放射する。しかし本発明はレーザによって放射される光の波長には依存せず任意の波長が用いられえることに注意されたい。
【００３０】
レーザ１０２からいったん放射されると、入射レーザビームは、入射ビームの瞳平面において複数の異なる選択可能な照射プロファイルを提供しつつ、一方で入射ビームコヒーレンスによって引き起こされる効果、例えばスペックルを減らすよう設計される第１回折要素１０４をすぐに通りえる。第１回折要素１０４は好ましくはレーザ１０２の近傍に配置されることによって入射ビームが比較的小さいビームサイズを持つようにする。この配置は、第１回折要素が、入射ビームパス中で選択的に移動可能な複数の異なる回折パターン部分を含むことを可能にしつつ、一方で第１回折要素のサイズを最小化することを可能にする。例えば第１回折要素１０４は直線方向１０６において移動可能である。具体的な実現例において、第１回折要素１０４はまた、スペックルを減らすよう設計された回転するディフューザである。瞳において可変照射プロファイルを提供する第１回折要素のいくつかの実施形態が以下にさらに説明される。
【００３１】
第１回折要素１０４を通った後、入射ビームは、入射ビームの照射平面において光を空間的に分散させるよう設計される照明プロファイル要素１１２において瞳１１０を形成するよう構成されるレンズ要素１０８を通る。照明プロファイル要素１１２も直線方向１１２において移動可能であることによって可変照明プロファイルを照射平面において提供しえる。代替実施形態において、照明プロファイル要素１１２は、単一の照明プロファイルを照射平面において提供するために固定可能に配置されえる。他の実施形態において、照明プロファイル要素１１２は、スペックルを減らすよう設計される第２回転ディフューザの形をとりえる。照射平面において１つ以上の照明プロファイルを提供する照明プロファイル要素のいくつかの実施形態が以下にさらに説明される。
【００３２】
第１回折要素１０４および照明プロファイル要素１１２の相対位置は相互交換可能である。図示において、第１回折要素１０４はレーザ１０２および照明プロファイル要素１１２の間に配置され、照明プロファイル要素１１２は第１回折要素１０４および試料１２０の間に配置される。代替として、照明プロファイル要素１１２はレーザ１０２および第１回折要素１０４の間に配置されえ、第１回折要素１０４は照明プロファイル要素１１２および試料１２０の間に配置されえる。例えば第１回折要素１０４は、図１の照射平面１１６において配置されえる。一般に第１回折要素１０４は、入射ビームパス内に存在する瞳平面のうちのいずれかにおいて光を分散させるように配置される。同様に、照明プロファイル要素１１２は、入射ビームパス内に存在する照射平面のうちのいずれかにおいて光を分散させるように配置される。
【００３３】
示されるように入射ビームはまた、照明および検出光学ブロック１１８を通って試料１２０へ達する。照明および検出光学ブロック１１８は、入射ビームを試料に向けてさらに導き、そのような入射ビームに応答して試料から放射される出力ビームを検出光学系１２２に導くように構成される。システムは、試料を通って透過される光を検出光学系１２２に向けて導く透過光学系１２３も含む。検出光学系１２２は、出力ビームを検出器１２４に向けて導くよう構成され、検出器１２４は、検出された出力ビームに対応する検出信号または画像を生成するよう一般に構成される。
【００３４】
適切な検出器は、当業者に知られる幅広い光検出器要素群を含みえる。そのような要素は、以下に限定されることなく、光倍増管、フォトダイオード、ＣＣＤ、およびこれら構造のアレイを含みえる。またＴＤＩ（時間領域積分）センサアレイも用いられえる。このような検出器要素によって得られた情報は、画像プロセッサに伝送される電気（または場合によっては光学）信号に典型的には変換される。画像プロセッサは、検出器要素から受け取られた信号に対して幅広い操作を実行しえる。このような操作には、以下に限定されないが、当業者に知られる多くの他の操作と共に、データ処理および信号およびデータ分析が含まれる。画像プロセッサは、以下に限定されないが、マイクロプロセッサ、コンピュータ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、メモリ、および幅広い他の関連する電子要素を含みえる。一般にこのような画像プロセッサは、欠陥を検出、位置特定、および定量化する表面の検出された画像の分析を実行しえる信号処理要素および／またはモジュールを含む。
【００３５】
システム１００は、レーザ１０２からの入射ビームを試料１２０に向けて導き、試料１２０からの出力ビームを検出器１２４に向けて導くさまざまな他の要素（不図示）を含みえる。例えば、ビームがレーザ１０２を出るとき、入射ビームはビームエクスパンダに向けて導かれえ、これはレーザビームを拡大することによってレーザビーム幅を拡大し検査システムのレンズおよびアパーチャアセンブリを適切に通るようにさせる。入射レーザビームを拡大することは、それが発散することを生じさせる。したがって入射レーザビームはそれから、レーザビームを再収束させるレンズに向けて導かれえる。それから入射ビームは、第１回折要素１０６および照明プロファイル要素１１２に加えて、任意の適切な数およびタイプのレンズを通り、またはそれから反射しえる。
【００３６】
照明光学系（例えば１１８）は、光が第１回折要素１０４および照明プロファイル要素１１２を通った後に光を均等に分散させるよう光を混ぜるトンネルを含みえる。この照明および検出光学ブロック１１８は、入射ビームを試料に向けて導き、試料からの出力ビームを検出器１２４に向けて導く要素と共に、この光トンネルを含みえる。例えば、入射ビームはスプリッタを通りえ、試料から散乱または反射した出力ビームはこの同じスプリッタで反射されて検出光学系１２２および検出器１２４に導かれえる。また照明ブロック１１８は、出力ビームのフーリエ平面を、出力ビームの一部を空間的にフィルタリングするよう構成される他の開口に向けてリレーするリレーレンズも含みえる。ある実施形態において、繰り返されるフィーチャからの光は、出力ビームからフィルタリングされ、それにより試料上の欠陥を強調する。
【００３７】
検査システムはまた、ソフトウェアおよびハードウェアの任意の適切な組み合わせの（例えば、システム要素を動作させ、そのような要素からのデータを分析するようプログラムされた１つ以上のメモリおよびプロセッサのような）形をとるコントローラ１２６を含みえる。コントローラ１２６は、検査システム１００のさまざまな要素を制御するよう一般に構成される。例えばコントローラ１２６は、照明源１０２のアクティベーション、第１回折要素の動き、照明プロファイル要素の動きなどを制御しえる。コントローラ１１０は、検出器１２４によって生成された画像または信号を受け取りえ、結果として生じる画像または信号を分析することによって欠陥が試料上に存在するかを決定し、試料上に存在する欠陥を特徴付け、またはそうでなければ試料を特徴付けるよう構成されえる。例えば試料の画像は、他のダイ、近傍領域、またはデザインデータベースから得られたレファレンス画像と比較されえる。この比較は、２つの画像間の不整合を生じえ、これはその差が大きい（例えば所定のスレッショルドを超える）ときには欠陥として特徴付けられる。
【００３８】
第１回折要素１０４および照明プロファイル要素１１２は、入射光のコヒーレンスによって生じる効果を減らしつつ（少なくとも第１回折要素１０４において）、それぞれ瞳および照射平面において空間的に光を分散させる任意の適切な形態をそれぞれとりえる。１つまたは両方の要素は、その上に複数の回折パターン部分を有する回折要素の形態をとりえる。それぞれの回折パターン部分は、入射ビームパスにわたって選択的に配置されるとき（例えば図１に示される直線方向１０６または１１１における動きによって）異なる照明プロファイルが形成されるように設計される。それぞれの回折パターン部分はまた好ましくはコヒーレンス効果を減らすよう構成される。
【００３９】
ある実施形態において第１回折要素１０４は、回転ディフューザの形態をとる。代替実施形態において、照明プロファイル要素１１２も回転ディフューザの形態をとる。図２Ａは、本発明の第１実施形態による回転ディフューザ２００を示す。示されるように回転ディフューザ２００は、環状部分２０４および２０６のような複数の環状部分に分割される。それぞれの環状部分は、入射ビーム２０８に対してディフューザを方向２１２において動かすことによって選択可能である異なる照明プロファイルに対応する。例えば、入射ビーム断面２０８が環状部分２０４（不図示）を通るとき、第１照明プロファイルが瞳において形成され、一方、入射ビームが環状部分２０６（不図示）を通るとき、第２照明プロファイルが瞳において形成される。別個の回転ディフューザが異なる照明プロファイルを照射平面において作るよう設計されえる。
【００４０】
それぞれの環状部分はまた複数のセルを含む（本発明をぼかさないためにいくつかしか示されない）。このセル群は、入射ビームが複数のセルの実質的に中を通るように好ましくは配置され大きさが決められる。セルは、例としてディフューザが方向２０２において回転されるときに、入射ビームのコヒーレンスからの効果、例えばスペックルを減らすように設計される。スペックルを減らすために、セルはランダム位相変化を入射ビームに導入し、それによって空間的非干渉性を入射ビームに導入する。
【００４１】
ディフューザが回転されるとき、選択された環状部分（例えば２０６）のセルのセットはビームパス２０８上を通る。この実施形態において、セルは直線パターンで配置され方向付けられる。示されるようにセルは、ｘおよびｙ軸に対するのと同じように方向づけられる、それぞれのセル内のパターンに対応する指し示される矢印をそれぞれ示す。例えば、セル２１０ａは、それらがそれぞれビーム２０８を通るときにセル２１０ｂとは異なるように方向付けられる。この実施形態においてこのディフューザ２００によって作られる照明プロファイルは、回転対称である（例えば環状または円状照明プロファイル）プロファイルだけを含むことによって、ビーム２０８に対する異なるセルの方向付けが異なるプロファイルを作らないようにする。
【００４２】
図２Ｂは、本発明の第２実施形態による回転ディフューザ２５０を示す。この回転ディフューザは、方向２６２に沿って移動可能である複数の環状部分（例えば２５４および２５６）を含み、それによって選択された環状部分はビームパス２５８内に位置付けられる。回転ディフューザはまた、例えば方向２５２において回転する。それぞれの環状部分はまた多くのセルを含む。しかしこれらセルは半径方向に沿って配置され方向付けられている。すなわちそれぞれのセルがビームパス位置２５８へと回転するとき、それはビーム２５８に対して実質的に同じ向きを有する。例えばセル２６０ａは、それがそのようなビームに隣接して配置されるとき、セル２６０ｂがビームに隣接して配置されるときと同じ向きをビームパス２５８に対して有する。この実施形態において、このディフューザ２５０によって作られた照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含みえるが、それは異なるセルの向きがビーム２０８について存在せず、異種の照明プロファイルを生じないからである。
【００４３】
図３Ａから３Ｆは、図２Ａまたは２Ｂの回転ディフューザのような本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる異なる照明プロファイルを表す。図３Ａから３Ｄは、瞳平面における２次元強度分布を示し、図３Ｅおよび３Ｆは、回転対称な強度分布の単純断面である。例えば瞳平面における入射ビーム断面は、暗部によって表される。図３Ａは、ビームについて環状照明プロファイルを持つ瞳平面３００を示す。すなわち入射ビームの環状部分３０４だけが瞳３００において生成され、入射ビームのうちの部分３０４および３０６は生成されない。図３Ｂは、入射ビームについての４重極照明プロファイルを持つ瞳平面３５０を示す。すなわち入射ビームのうちの部分３５２ａから３５２ｄだけが瞳平面３５０において生成され、入射ビームの部分３５４は生成されない。
【００４４】
図３Ｃは、入射ビームについての２重極照明プロファイルを持つ瞳平面３６０を示す。すなわち入射ビームのうちの部分３６２ａおよび３６２ｂだけが瞳平面３５０において生成され、入射ビームの部分３６４は生成されない。図３Ｄは、入射ビームについての円形状照明プロファイルを持つ瞳平面３７０を示す。すなわち入射ビームのうちの円形状部分３７２だけが瞳平面３５０において生成され、入射ビームの部分３７４は生成されない。
【００４５】
変化する照明強度プロファイルも瞳平面において作られえる。図３Ｅにおいて示されるように、ガウシアン形状の照明プロファイル３８２がビーム半径３８４にわたって形成されえる。図３Ｆの例においては、フラットな強度照明プロファイル３９２がビーム半径３９４にわたって形成されえる。
【００４６】
回転ディフューザは、他の適切なプロファイルと共に瞳平面において上述の照明プロファイルの任意の組み合わせを選択的に作るために環状部分と共に設計されえる。すなわち本発明は、ここで記載された照明プロファイルに限定されない。回転ディフューザはまた、照射平面において照明プロファイルの任意の組み合わせを作るために環状部分と共に設計されえる。いずれの場合も環状部分およびそこに配置されるセルはまた、スペックルのような入射光コヒーレンスによって生じる効果を減らすよう設計されえる。適切な回転ディフューザは、ノースカロライナ州CharlotteのDigital Optics Corporationから入手可能である。
【００４７】
図４Ａから４Ｃは、本発明の実施形態によって照射平面において作られえる異なる照明プロファイルを表す。図４Ａは、照射平面における円形照明プロファイルを示し、図４Ｂは、照射平面における四角形照明プロファイルを示し、図４Ｃは、照射平面における正方形照明プロファイルを示す。もちろん他のタイプの照明プロファイルも本発明で生成されえる。
【００４８】
上述の回転ディフューザは、（ｉ）瞳平面において空間的に光を分散させ、入射ビームコヒーレンスによって生じる効果を減らす、または（ｉｉ）照射平面において空間的に光を分散させ、入射ビームコヒーレンスによって生じる効果を減らす、またはそれら両方のために設計されえる。すなわち回転ディフューザは、図１の第１回折要素１０４および／または照明プロファイル要素１１２のために用いられえる。代替として、照明プロファイル要素１１２は、単一の照明パターンを照射平面において作るために固定されえる。他の実施形態においては、照明プロファイル要素１１２は、瞳平面において直線方向に移動可能な要素の形をとりえる。
【００４９】
図２Ｃは、本発明の代替実施形態による照射平面において光を分散するインデックス可能な（indexable）照明プロファイル要素２７０を示す。示されるように照明プロファイル要素２７０は、方向２７８に沿って移動可能であり、それによってビームパス２８０内で複数の開口部のうちの選択された一つを選択的に位置付けることができる。例えば、開口部２７２はビームパス２８０内に配置されているように示される。しかし照明プロファイル要素２７０は、開口部２７４または２７６をビームパス２８０内に配置するよう移動されえる。照明プロファイル要素２７０が入射ビームの瞳平面に位置付けられるとき、それぞれの開口部は、異なる照明プロファイルを照射平面において作る。
【００５０】
図５は、本発明のある実施形態による入射光の瞳および照射平面の両方において光を空間的に分散することの概略図である。本発明において、回折要素は、瞳平面において空間的に光を分散させるよう構成され、一方で、照射平面において空間的に光を分散させるために別の要素が用いられる。示されるように、特定の入射ビーム部分５０６は瞳平面５０２を通る。瞳平面５０２におけるそれぞれの位置は、照射平面５０８を通る特定の入射角５０６に対応する。この例では、入射ビーム部分５０６はまた、照射平面において正方形の形状５０８に空間的に分散される。
【００５１】
前述の本発明は、理解の明瞭さのためにある程度の詳細で記載されてきたが、添付の特許請求の範囲の範囲内である種の変更および改変が実施されえることは明らかだろう。本発明の方法および装置の両方を実施する多くの代替方法が存在することに注意されたい。例えば、試料は、半導体ウェーハまたはレチクルのような、レーザ検査またはレビューに適切な任意の材料または物体でありえる。最後の例として、本発明は、ますます小さくなる寸法で設計されつつあるフォトマスクを検査またはレビューするのに有用でありえる。したがって本発明は例示的であって限定的ではなく、本発明は、ここに与えられた詳細に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲および等価物の中で改変されえる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のある実施形態による検査システムの概略図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態による回転ディフューザを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態による回転ディフューザを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の代替実施形態によるインデックス可能な照明プロファイル要素を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態によって照射平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態によって照射平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態によって照射平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図５】本発明のある実施形態による入射光の瞳および照射平面の両方における空間的に分散する光の概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…検査システム
１０２…照明源
１０４…第１回折要素
１０８…レンズ要素
１１０…コントローラ
１１２…照明プロファイル要素
１１６…照射平面
１１８…検出光学ブロック
１２０…試料
１２２…検出光学系
１２３…透過光学系
１２４…検出器
１２６…コントローラ
２００、２５０…回転ディフューザ
２０４…環状部分
２０６…環状部分
２０８、２５８、２８０…ビームパス
２１０ａ、２１０ｂ、２６０ａ、２６０ｂ…セル
２７０…照明プロファイル要素
２７２、２７４…開口部
３００、３５０、３６０、３７０、５０２…瞳平面
３０４…環状部分
３７２…円形状部分
３８２…照明プロファイル
３８４…ビーム半径
３９２…強度照明プロファイル
３９４…ビーム半径
５０６…入射ビーム部分
５０８…照射平面
【図１】
2006194852.tif 000003
【図２Ａ】
2006194852.tif 000004
【図２Ｂ】
2006194852.tif 000005
【図２Ｃ】
2006194852.tif 000006
【図３Ａ】
2006194852.tif 000007
【図３Ｂ】
2006194852.tif 000008
【図３Ｃ】
2006194852.tif 000009
【図３Ｄ】
2006194852.tif 000010
【図３Ｅ】
2006194852.tif 000011
【図３Ｆ】
2006194852.tif 000012
【図４Ａ】
2006194852.tif 000013
【図４Ｂ】
2006194852.tif 000014
【図４Ｃ】
2006194852.tif 000015
【図５】
2006194852.tif 000016
【外国語明細書】
1. TITLE OF THE INVENTION
variable illuminator and speckle buster apparatus
2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Field of the Invention
[0001]This invention pertains to apparatus and methods for illuminating a specimen, such as a photomask, with partially incoherent laser light, for example during an inspection procedure.  Specifically, the invention pertains to apparatus and methods for providing variable illumination while reducing effects caused by incident light coherence. 
Background of the Invention
[0002]Generally, the industry of semiconductor manufacturing involves highly complex techniques for fabricating integrating circuits using semiconductor materials.  Due to the large scale of circuit integration and the decreasing size of semiconductor devices, decreasingly small defects, such as a particle, can cause the devices to fail.  Defect inspection is therefore critical to maintain quality control.  Since the inspection methods are an integral and significant part of the manufacturing process, the semiconductor industry is constantly seeking more accurate and efficient testing methods. 
[0003]Various inspection systems are used within the semiconductor industry to detect defects on a semiconductor device or wafer.  One type of inspection tool is an optical inspection system.  In optical inspection systems, one or more radiation beams are directed towards the semiconductor wafer or photomask and a reflected and/or scattered beam is then detected.  The detected beam is used to then generate a detected electrical signal or an image, and such signal or image is then analyzed to determine whether defects are present on the wafer.
[0004]Lasers are used as light sources in many inspection systems to measure defects on photomasks or wafers.  Lasers provide light with high intensity to provide ample sample illumination and can provide a collimated beam of light that can be directed easily through lenses and toward the sample.  Additionally, laser sources with a short wavelength may be advantageously used for examining relatively small feature sizes.
[0005]One of the downsides, however, of using lasers is that the high spatial and temporal coherence of laser light can cause constructive and destructive interference patterns when viewing images of the sample being inspected.  The images can be obscured by interference effects such as the edge ringing evident in a coherent image, which can hide detail near any edges in the image, or by speckle, which appears as a nonuniform illumination of the object being imaged.  Comprehensive discussions about interference effects such as edge ringing and speckle phenomena can be found in "Fourier Optics", by J.W. Goodman, McGraw-Hill, and "Statistical Optics", also by J.W. Goodman, Wiley-Interscience. 
[0006]These deleterious image effects can be improved by reducing the spatial coherence of the laser light that is used to illuminate the object being imaged.  One conventional technique of providing partially incoherent laser light involves the use of a rotating diffuser.  A rotating diffuser typically consists of a rotating ground-glass screen that is introduced into the path of the laser beam before it reaches the object being imaged.  The rotating diffuser introduces random phase variations into the incident laser beam, thereby introducing spatial incoherence to the beam.  As the diffuser rotates, a detector can collect images of the object from independent views or perspectives.  The detector, in turn, can integrate or add the independent inspection views to effectively synthesize a uniform illumination of the object being imaged that is relatively free of speckle.  
[0007]In certain applications, it is frequently required that the inspection system have configurable illumination and imaging designs.  The illumination and imaging configuration will be set to optimize the capture of different characteristics of defects or defect types.  That is, different illumination and imaging configurations are more suitable for different types of defect inspections.  Two broad categories of inspection configurations include bright field and dark field inspection.  In general, the illumination and collection beam profiles are adjusted to achieve different inspection modes.  In other words, different portions or angles of the incident or collection beam are blocked or transmitted. 
[0008]For a dark field inspection, a portion of the illumination beam profile is typically blocked so that only a portion of the available illumination, for example a ring of illumination, is passed through to the wafer.  A corresponding portion of the collection beam profile is then blocked so that only scattered light is collected.  That is, blocked portions of the illumination beam correspond to unblocked portions of the collection beam, while unblocked portions of the illumination beam correspond to blocked portions of the collection beam.  Both the illumination and the collection adjustments implement binary masks.  That is, portions of the beam are totally blocked by the mask, while other portions of the beam pass unimpeded through the mask.   Other types of illumination profiles include annular, dipole, and quadrapole illumination profiles.  In general, specific illumination profiles are used to enhance or optimize the imaging quality of specific types of features.  By way of examples, a quadrapole illumination profile may be used to image a field of contacts, while a dipole profile may be used to image a vertical line.
[0009]Unfortunately, a rotating diffuser typically produces a scattered pattern that has a Gausian or non-uniform shape at the system pupil.  For instance, the intensity may be significantly greater at the pupil center than at the pupil edges.  Consequently, it would be difficult to implement various illumination profiles with a rotating diffuser, as opposed to a flatter illumination profile.  Additionally, when blocking any of the center portion of the Gausian shaped profile, a significant amount of light is unused.  Thus, this type of arrangement does not efficiently utilize the light.
[0010]There is a need for improved and light-efficient mechanisms that provide varying illumination patterns in an incident beam directed at a sample, while reducing effects caused by coherence, such as speckle effect, in the incident beam. 
SUMMARY OF THE INVENTION
[0011]Accordingly, mechanisms for illuminating a sample, such as a semiconductor wafer or reticle, are provided.  These mechanisms provide variable illumination profiles while reducing coherence effects, such as speckle, e.g., during such illumination of the sample.  In one embodiment, an apparatus for illuminating a sample is disclosed.  This apparatus includes a laser that outputs an incident laser beam towards a sample and a first diffractive element having a plurality of diffraction pattern portions.  The first diffractive element is movable so that each of its diffraction pattern portions can be selectively positioned in the incident beam's path and the diffraction pattern portions of the first diffractive element are designed to cause the incident beam to have different spatial illumination profiles at a pupil plane of the incident beam while reducing effects caused by the incident beam's coherence.  The apparatus further includes an illumination profile element configured to spatially distribute light at an illumination plane of the incident beam and a plurality of illumination optical elements for directing the incident beam towards the sample.
[0012]In a specific implementation, each of the first diffractive element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path and the first diffractive element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence.  In a further aspect, the different illumination profiles caused by the first diffractive element include at least two profiles selected from the following: an annular profile, a quadrapole profile, a dipole profile, a flat profile across a radius of the pupil, a Gausian shaped profile across a radius of the pupil, and a circular shaped profile.
[0013]In one implementation, the cells of each annular section of the first diffractive element are disposed and oriented in a rectilinear pattern and the different illumination profiles caused by the first diffractive element only include profiles that are rotationally symmetric.  In another embodiment, the cells of each annular section of the first diffractive element are disposed and oriented in a radial pattern and the different illumination profiles caused by the first diffractive element include profiles that are not rotationally symmetric.
[0014]In one aspect, the illumination profile element has a fixed position to thereby form a single illumination profile at the illumination plane.  In another aspect, the illumination profile element is movable so as form a plurality of different selectable illumination profiles at the illumination plane.  In a particular embodiment, the illumination profile element has a plurality of aperture portions that are each selectively positionable in the path of the incident beam and each aperture portion causes a different illumination profile at the  illumination plane when it is positioned in the path of the incident beam.  For example, the illumination profiles caused by the illumination profile element include at least two profiles selected from the following: a square shape, a circular shape, and a rectangular shape.
[0015]In another implementation, the illumination profile element takes the form of a second diffractive element having a plurality of diffraction pattern portions, and the second diffractive element is movable so that each of its diffraction pattern portions are selectively positionable in the incident beam's path.  The diffraction patterns of the second diffractive element are designed to cause the incident beam to have different spatial illumination patterns at the incident beam's illumination  plane and to reduce effects caused by the incident beam's coherence.   In one aspect, the effects caused by the incident beam's coherence include a speckle effect.  In a further implementation, the first and second diffractive elements are rotatable so as to position different sub-portions of their respective selected diffraction pattern portions into the incident beam's path to thereby decrease the incident beam's coherence.
[0016]In a specific aspect, each of the first diffractive element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path to cause different illumination profiles at the pupil, and the first diffractive element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence.  Additionally, each of the illumination profile element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path to cause different illumination profiles at the illumination plane, and the illumination profile element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence.
[0017]In one implementation, the first diffractive element is positioned between the laser and the illumination profile element, and the illumination profile element is positioned at a pupil plane of the incident beam and between the first diffractive element and the sample.  In another implementation, the illumination profile element is positioned at a pupil plane of the incident beam and between the laser and the first diffractive element, and the first diffractive element is positioned at an illumination plane of the incident beam and between the illumination profile element and the sample.
[0018]In another aspect the invention pertains to an apparatus for inspecting a sample.  The apparatus includes any of the above described elements, as well as a detector for outputting a signal or an image based on a detected output beam and a plurality of detection optical elements for directing a output beam emanating from the sample in response to the incident beam towards the detector.  This inspection apparatus further includes an analyzer arranged to analyze the output signal or image and determine whether the sample has defects.
[0019]In an illumination method, an incident laser beam is directed from a laser through a first diffractive element and an illumination profile towards a sample.  The first diffractive element includes a plurality of diffraction pattern portions and the diffraction pattern portions of the first diffractive element are designed to cause the incident beam to have different spatial illumination profiles at a pupil plane of the incident beam while reducing effects caused by the incident beam's coherence.  The illumination profile element is configured to spatially distribute light at an illumination plane of the incident beam.  The method further includes an operation for moving the first diffractive element so that a selected one of the diffraction pattern portions is selectively positioned in the incident beam's path to thereby cause the first diffractive element to form a selected  one of the illumination profiles at the pupil plane.
[0020]In a specific aspect, each of the first diffractive element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path and the first diffractive element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence, and the method includes an operation for rotating the first diffractive element.  In another aspect, the illumination profile element has a plurality of aperture portions that are each selectively positionable in the path of the incident beam and each aperture portion causes a different illumination profile at the illuminationplane when it is positioned in the path of the incident beam, and the method further includes an operation for moving the illumination profile element so as to selectively position a selected one of the aperture portions in the path of the incident beam to cause a selected one of the illumination profiles to be formed at the illumination plane.
[0021]Embodiments of the present invention flexibly provide variable illumination profiles at the pupil while reducing effects caused by the incident light coherence, such as the speckle effect.  In other words, a mechanism for spatially distributing light at the pupil with different selectable profiles is provided.  This arrangement allows one to select an illumination profile that will optimize illumination of the sample and thereby optimize detection of features on such sample.  Embodiments that utilize a rotating diffuser to provide variable illumination profiles and reduce speckle also efficiently utilized the provided incident light.  Embodiments of the present invention also spatially distribute light at the illumination plane of the incident beam, and some embodiments provide variable distribution at the illumination plane to provide flexibility in object light distribution.  For example, the spatial distribution at the object may be tailored to specific types of detector shapes to thereby maximize light collection efficiency.
[0022]These and other features of the present invention will be presented in more detail in the following specification of the invention and the accompanying figures which illustrate by way of example the principles of the invention.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
[0023]Reference will now be made in detail to specific embodiments of the invention.  Examples of some of these embodiments are illustrated in the accompanying drawings.  While the invention will be described in conjunction with these specific embodiments, it will be understood that it is not intended to limit the invention to these particular embodiments.  On the contrary, it is intended to cover alternatives, modifications, and equivalents as may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.  In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention.  The present invention may be practiced without some or all of these specific details.  In other instances, well known process operations have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the present invention.  Principles of the invention regarding the optics involved will also be described.  These principles are discussed to clarify the invention and are not meant to limit the invention to particular theories.  
[0024]As used herein, "specimen" will be used to describe any object that can be illuminated or inspected using the present invention. The specimen is preferably a mask, such as a photomask, reticle or wafer used in integrated circuit manufacturing processes.  However, it can be appreciated by those skilled in the art that a specimen can include other types of objects that are to be inspected for small defects and inconsistencies.  The present invention is particularly useful for inspecting defects, such as particle defects, mask defects or wafer defects due to: pattern writing errors, critical dimension errors, bridging defects, and phase defects, on or in a specimen.  The invention is not, however, limited to any particular types of defects or inconsistencies in or on the specimen.  Additionally, embodiments of the present invention is not limited to being implemented within inspection systems and may be implemented within any suitable imaging apparatus for illuminating a specimen. 
[0025]Figure 1 is a diagrammatic representation of an inspection system 100 in accordance with one embodiment of the present invention.  As shown, the system includes illumination components for directing an incident beam towards sample 120 and detection components for detecting output light emanating from the sample in response to the incident beam as well as features on the  sample.  In one inspection application, this output light may be analyzed to determine whether the sample has defects.  For instance the output light intensity from a particular area of the sample may be compared to another area of the sample that is designed to be identical to the first area.  Any significant differences between the intensities patterns output from the two areas may indicate a defect in either the first or second area.  
[0026]In the inspection systems described herein, any suitable lens arrangement may generally be used to direct the incident beams towards the sample and direct the output beams emanating from the sample towards a detector.  The output beams may be diffracted, reflected or scattered from the sample or transmitted through the sample.  Likewise, any suitable detector type or number of detection elements may be used to receive the output beams and provide an image or a signal based on the characteristics (e.g., intensity) of the received output beams.
[0027]Details of the illumination components will now be described.  Descriptions of some of the optical components of the embodiment described below, as well as other components of optical systems that may designed in accordance with the present invention, can be found, for example, in Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, 2nd edition, McGraw-Hill, Inc., 1990.
[0028]Laser 102 provides an incident laser beam, which is temporally and spatially coherent.  Laser 102 is preferably a continuous wave laser, although a pulsed laser may also be used.  The wavelength of light that the laser emits will depend upon the application of the inspection system.  For example, in typical photomask inspection applications, lasers that emit ultraviolet light or shorter wavelengths are preferable.  For example, two standard ultraviolet lasers emit light with wavelengths at 257 nm and 193 nm.  Note, however, that the invention does not depend on the wavelength of light emitted by the laser and any wavelength may be used.  
[0029]Once emitted from laser 102, the incident laser beam may immediately pass through a first diffractive element 104 that is designed to provide a plurality of different selectable illumination profiles at the incident beam's pupil plane while reducing the effects caused by the incident beam coherence, e.g., speckle.  The first diffractive element 104 is preferably placed proximate to the laser 102 so that the incident beam has a relatively small beam size.  This placement allows the first diffractive element to include a plurality of different diffraction pattern portions that are selectively movable in the incident beam's path while minimizing the first diffractive element's size.  For example, first diffractive element 104 is movable in a linear direction 106.  In a specific implementation, the first diffractive element 104 is also a rotating diffuser designed to reduce speckle.  Several embodiments of a first diffractive element for providing variable illumination profiles at the pupil are described further below.
[0030]After passing through the first diffractive element 104, the incident beam passes through a lens element 108 that is configured to form pupil 110 at an illumination profile element 112 that is designed to spatially distribute light at an illumination plane of the incident beam.  The illumination profile element 112 may also be movable in a linear direction 112 so as to provide variable illumination profiles at the illumination plane.  In an alternative embodiment, the illumination profile element 112 may be fixably positioned to provide a single illumination profile at the illumination plane.  In other embodiments, the illumination profile element 112 may take the form of a second rotating diffuser designed to reduce speckle.  Several embodiments of an illumination profile element for providing one or more illumination profiles at the illumination plane are described further below.
[0031]The relative positions of the first diffractive element 104 and illumination profile element 112 are interchangeable.  In the illustration, the first diffractive element 104 is positioned between the laser 102 and the illumination profile element 112, and the illumination profile element 112 is positioned between the first diffractive element 104 and the sample 120.  Alternatively, the illumination profile element 112 may be positioned between the laser 102 and the first diffractive element 104, and the first diffractive element 104 may be positioned between the illumination profile element 112 and the sample 120.  For example, the first diffractive element 104 may be positioned at illumination plane 116 of Figure 1.  In general, the first diffractive element 104 is positioned so as to distribute light at any one of the pupil planes present within the incident beam's path.  Similarly, the illumination profile element 112 is positioned so as to distribute light at any one of the illumination planes present within the incident beam's path.
[0032]As shown, the incident beam is also passed through an illumination and detection optics block 118 to sample 120.  The illumination and detection optics block 118 is configured to further direct the incident beam towards the sample and to direct an output beam emanating from the sample in response to such incident beam towards detection optics 122.  The system may also include transmitting optics 123 for directing light transmitted through the sample towards detection optics 122.  Detection optics 122 are configured to direct the output beam towards detector 124, and detector 124 is generally configured to generate a detection signal or image that corresponds to the detected output beam.
[0033]Suitable detectors can encompass a wide range of light detector elements known to persons of ordinary skill in the art.  Such elements can include, without limitation, photomultiplier tubes, photodiodes, CCD's, and arrays of such structures.  Also, TDI (time domain integration) sensor arrays may also be used.  Information obtained by such detector elements is typically converted to electrical (or in some cases optical) signals that are transmitted to an image processor.  The image processor can conduct a wide range of operations on signals received from the detector element.  Such operations include, but are not limited to, data processing and signal and data analysis as well as a myriad of other operations known to persons having ordinary skill in the art.  The image processor can include, without limitation, microprocessors, computers, DSP's, ASIC's, memory, and a variety of other related electronic elements.  Commonly, such image processors include signal processing elements and/or modules that can conduct analysis of the detected images of the surface to detect, locate, and quantify defects. 
[0034]The system 100 may include various other elements (not shown) for directing the incident beam from the laser 102 towards the sample 120 and for directing the output beam from the sample 120 towards the detector 124.  For instance, as it exits the laser 102, the incident beam may be directed toward a beam expander, which magnifies the laser beam thereby scaling the laser beam width to appropriately pass through the lens and aperture assemblies of the inspection system.  Magnifying the incident laser beam causes it to diverge.  Therefore, incident laser beam may then be directed toward a lens which refocuses the laser beam.  The incident beam may then pass or reflect from any suitable number and type of lenses, in addition to the first diffractive element 106 and illumination profile element 112.   
[0035]The illumination optics (e.g., 118) may include a tunnel for mixing the light to evenly distribute the light after it has passed through first diffractive element 104 and illumination profile element 112.  The illumination and detection optics block 118 may include this light tunnel, as well as elements for directing the incident beam towards the sample and directing any output beams from the sample towards the detector 124.  For example, the incident beam may pass through a splitter and any scattered or reflected output beams from the sample may be reflected off this same splitter towards detection optics 122 and detector 124.  The illumination block 118 may also include a relay lens for relaying the Fourier plane of the output beam towards another aperture that is configured to spatially filter portions of the output beam.  In one implementation, the light from repeating features is filtered from the output beam so as to emphasis defects on the sample.
[0036]The inspection system also includes a controller 126 in the form of any suitable combination of software and hardware (e.g., such as one or more memory and processors programmed to operate the system components and analyze data from such components).  The controller 126 is generally configured to control various components of the inspection system 100.  For instance, the controller 126 may control activation of the illumination source 102, movement of the first diffractive element, movement of the illumination profile element, etc.  The controller 110 may also receive the image or signal generated by the detector 124 and be configured to analyze the resulting image or signal to determine whether defects are present on the sample, characterize defects present on the sample, or otherwise characterize the sample.  For instance, an image of the sample may be compared to a reference image that is obtained from another die, an adjacent area, or a design database.  This comparison may result in a discrepancy between the two images which is characterized as a defect when the difference is significant (e.g., exceeds a predetermined threshold).
[0037]The first diffractive element 104 and illumination profile element 112 may each take any suitable form for spatially distributing light at the pupil and illumination plane, respectively, as well as reducing effects caused by the incident light coherence (at least in the first diffractive element 104).  One or both elements may take the form of a diffractive element having a plurality of diffraction pattern sections imprinted thereon.  Each diffraction pattern section is designed to cause a different illumination profile to be formed when selectively positioned across the incident beam path (e.g., by movement in linear direction 106 or 111 shown in Figure 1).  Each diffraction pattern section is also preferably configured to reduce coherence effects.
[0038]In one implementation, the first diffractive element 104 takes the form of a rotating diffuser.  In alternative embodiments, the illumination profile element 112 also takes the form of a rotating diffuser.  Figure 2A illustrates a rotating diffuser 200 in accordance with a first embodiment of the present invention.  As shown, the rotating diffuser 200 is divided into a plurality of annular sections, such as annular sections 204 and 206.  Each annular section corresponds to a different illumination profile that is selectable by moving the diffuser in direction 212 with respect to the incident beam 208.  For example, when the incident beam cross section 208 passes through annular section 204 (not shown), a first illumination profile is formed at the pupil, while when the incident beam passes through annular section 206 (shown), a second illumination profile is formed at the pupil.  A separate rotating diffuser may also be designed to produce different illumination profiles at the illumination plane.
[0039]Each annular section also contains a plurality of cells (only a few are shown so as to not obscure the invention).  The cells are preferably arranged and sized so that the incident beam passes substantially within a plurality of cells.  The cells are designed so as to reduce effects from the incident beam's coherence, e.g., speckle, when the diffuser is rotated in direction 202 by way of example.  To reduce speckle, the cells introduce random phase variations into the incident beam, thereby introducing spatial incoherence in the incident beam.  
[0040]As the diffuser is rotated, a set of cells of the selected annular section (e.g., 206) is passed over beam path 208.  In this embodiment, the cells are disposed and oriented in a rectilinear pattern.  As shown, the cells each show an arrow that is pointed up which corresponds to the pattern in each cell being oriented the same way with respect to the x and y axis.  For instance, cell 210a is oriented in a different manner than cell 210b as they each pass through beam 208.  In this embodiment, the illumination profiles produced by this diffuser 200 only include profiles that are rotationally symmetric (e.g., an annular or circular illumination profile) so that different cell orientations with respect to the beam 208 will not produce different profiles.  
[0041]Figure 2B illustrates a rotating diffuser 250 in accordance with a second embodiment of the present invention.  This rotating diffuser includes a plurality of annular sections (e.g., 254 and 256) that movable along direction 262 so that a selected annular section is positioned in beam path 258.  The rotating diffuser also rotates, for example, in direction 252.  Each annular section also includes a number of cells.  However, the cells are disposed and oriented along a radial direction.  That is, as each cell rotates to the beam path position 258, it has a substantially same orientation with respect to the beam 258.  For example, cell 260a will have a same orientation with respect to beam path 258 when it is positioned adjacent to such beam as when cell 260b is positioned adjacent to the beam.  In this embodiment, the illumination profiles produced by this diffuser 250 can include profiles that are not rotationally symmetric since different cell orientations are not present with respect to the beam 208 and will not result in diverse illumination profiles.
[0042]Figures 3A through 3F represent different illumination profiles that can be produced at the pupil plane by embodiments of the present invention, such as the rotating diffuser of Figures 2A or 2B.  Figures 3A through 3D show two dimensional intensity distributions in the pupil plane, while Figures 3E and 3F are simple cross-sections of rotationally symmetric intensity distributions. For example, the incident beam cross section at the pupil plane is represented by the dark sections.  Figure 3A shows pupil plane 300 with an annular illumination profile for the beam.  That is, only an annular portion 304 of the incident beam is generated at the pupil 300, while portions 304 and 306 of the incident beam are not.  Figure 3B illustrates pupil plane 350 with a quadrapole illumination profile for the incident beam.  That is, only quadrapole portions 352a through 352d of the incident beam are generated at the pupil 350, while portion 354 of the incident beam is not.
[0043]Figure 3C illustrates pupil plane 360 with a dipole illumination profile for the incident beam.  That is, only dipole portions 362a and 362b of the incident beam are generated at the pupil 350, while portion 364 of the incident beam is not.  Figure 3D illustrates pupil plane 370 with a circular shaped illumination profile for the incident beam.  That is, only circular shaped portion 372 of the incident beam is generated at the pupil 350, while portion 374 of the incident beam is not.
[0044]Varying illumination intensity profiles may also be produced at the pupil plane.  As shown in Figure 3E, a Gausian shaped illumination profile 382 may be formed across the beam radius 384.  In the example of Figure 3F, a flat intensity illumination profile 392 may be formed across the beam radius 394. 
[0045]A rotating diffuser may be designed with annular sections to selectively produce any combination of the above described illumination profiles at the pupil plane as well as any other suitable profiles.  That is, the present invention is not limited to the illumination profiles described herein.  A rotating diffuser may also be designed with annular sections to selectively produce any combination of illumination profile at the illumination plane.  In either case, the annular sections and cells located therein may also be designed to reduce effects caused by incident light coherence, such as speckle.  Suitable rotating diffusers are available from Digital Optics Corporation of Charlotte, NC.
[0046]Figures 4A through 4C represent different illumination profiles that can be produced at the illumination plane by embodiments of the present invention.  Figure 4A shows a circular illumination profile at the illumination  plane; Figure 4B shows a rectangular illumination profile at the illumination plane; and Figure 4C shows a square illumination profile at the illumination plane.  Of course, other types of illuminations profiles may be generated with the present invention.
[0047]The above described rotating diffuser may be designed to (i) spatially distribute light at the pupil plane and reduce effects caused by the incident beam coherence or (ii) spatially distribute light at the illumination plane and reduce effects caused by the incident beam coherence or both. That is, a rotating diffuser may be used for the first diffractive element 104 and/or illumination profile element 112 of Figure 1.  Alternatively, the illumination profile element 112 may be fixed to produce a single illumination pattern at the illumination plane. In another embodiment, the illumination profile element 112 can take the form of an element that is movable in a linear direction in the pupil plane.  
[0048]Figure 2C illustrates an indexable illumination profile element 270 for distributing light at the illumination plane in accordance with an alternative embodiment of the present invention.  As shown, the illumination profile element 270 is movable along direction 278 so as to selectively position a selected one of a plurality of aperture portions in beam path 280.  For example, aperture portion 272 is shown as being positioned within beam path 280.  However, the illumination profile element 270 may be moved so as to place aperture portion 274 or 276 in beam path 280.  Each aperture portion produces a different illumination profile at the illumination  plane when the illumination profile element 270 is positioned in a pupil plane of the incident beam.
[0049]Figure 5 is a diagrammatic representation of spatially distributing light at both the pupil and illumination plane of the incident light in accordance with one embodiment of the present invention.  In the present invention, a diffractive element is configured to spatially distribute light at the pupil plane, while a separate element is used to spatially distribute light at the illumination plane.  As shown, specific incident beam portions 506 pass through pupil plane 502.  Each position in the pupil plane 502 corresponds to a specific incident angle 506 that passes through the illumination plane 508.  In this example, the incident beam portions 506 are also spatially distributed into a square shape 508 in the illumination plane.
[0050]Although the foregoing invention has been described in some detail for purposes of clarity of understanding, it will be apparent that certain changes and modifications may be practiced within the scope of the appended claims.  It should be noted that there are many alternative ways of implementing both the process and apparatus of the present invention.  For example, the specimen may be any substance or object that is suitable for laser inspection or review, such as a semiconductor wafer or reticle.  By way of a final example, the present invention may be useful in inspecting or reviewing photomasks, which are being designed with smaller and smaller dimensions.  Accordingly, the present embodiments are to be considered as illustrative and not restrictive, and the invention is not to be limited to the details given herein, but may be modified within the scope and equivalents of the appended claims.
3. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figure 1 is a diagrammatic representation of an inspection system in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 2A illustrates a rotating diffuser in accordance with a first embodiment of the present invention.
Figure 2B illustrates a rotating diffuser in accordance with a second embodiment of the present invention.
Figure 2C illustrates an indexable illumination profile element in accordance with an alternative embodiment of the present invention.
Figures 3A through 3F represent different illumination profiles that can be produced at the pupil plane by embodiments of the present invention.
Figures 4A through 4C represent different illumination profiles that can be produced at the illumination plane by embodiments of the present invention.
Figure 5 is a diagrammatic representation of spatially distributing light at both the pupil and illumination plane of the incident light in accordance with one embodiment of the present invention.
1.  An apparatus for illuminating a sample, comprising:
a laser for outputting an incident laser beam towards a sample; 
a first diffractive element having a plurality of diffraction pattern portions, wherein the first diffractive element is movable so that each of its diffraction pattern portions can be selectively positioned in the incident beam's path and the diffraction pattern portions of the first diffractive element are designed to cause the incident beam to have different spatial illumination profiles at a pupil plane of the incident beam while reducing effects caused by the incident beam's coherence; 
an illumination profile element configured to spatially distribute light at an illumination  plane of the incident beam; and
a plurality of illumination optical elements for directing the incident beam towards the sample.
2.  An apparatus as recited in claim 1, wherein each of the first diffractive element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path and the first diffractive element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence.
3.  An apparatus as recited in claim 2, wherein the different illumination profiles caused by the first diffractive element include at least two profiles selected from a group consisting of an annular profile, a quadrapole profile, a dipole profile, a flat profile across a radius of the pupil, a Gausian shaped profile across a radius of the pupil, and a circular shaped profile.
4.   An apparatus as recited in claim 3, wherein the cells of each annular section of the first diffractive element are disposed and oriented in a rectilinear pattern and the different illumination profiles caused by the first diffractive element only include profiles that are rotationally symmetric.
5.  An apparatus as recited in claim 3, wherein the cells of each annular section of the first diffractive element are disposed and oriented in a radial pattern and the different illumination profiles caused by the first diffractive element include profiles that are not rotationally symmetric.
6.  An apparatus as recited in claim 1, wherein the illumination profile element has a fixed position to thereby form a single illumination profile at the illumination plane.
7.  An apparatus as recited in any of claims 1-5, wherein the illumination profile element is movable so as form a plurality of different selectable illumination profiles at the  illumination plane.
8.  An apparatus as recited in claim 7, wherein the illumination profile element has a plurality of aperture portions that are each selectively positionable in the path of the incident beam and each aperture portion causes a different illumination profile at the illumination plane when it is positioned in the path of the incident beam. 
9.  An apparatus as recited in claim 8, wherein the illumination profiles caused by the illumination profile element include at least two profiles selected from a group consisting of a square shape, a circular shape, and a rectangular shape.
10.  An apparatus as recited in claim 3, wherein the illumination profile element is in the form of a second diffractive element having a plurality of diffraction pattern portions, and the second diffractive element is movable so that each of its diffraction pattern portions are selectively positionable in the incident beam's path, wherein the diffraction patterns of the second diffractive element are designed to cause the incident beam to have different spatial illumination patterns at the incident beam's illumination plane and to reduce effects caused by the incident beam's coherence.  
11.  An apparatus as recited in claim 10, wherein the effects caused by the incident beam's coherence include a speckle effect.
12.  An apparatus as recited in claim 11, wherein the first and second diffractive elements are rotatable so as to position different sub-portions of their respective selected diffraction pattern portions into the incident beam's path to thereby decrease the incident beam's coherence.
13.  An apparatus as recited in claim 12, wherein 
each of the first diffractive element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path to cause different illumination profiles at the pupil and the first diffractive element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence; and
each of the illumination profile element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path to cause different illumination profiles at the illumination plane and the illumination profile element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence.
14.  An apparatus as recited in claim 13, wherein
the different illumination profiles caused by the first diffractive element include at least two profiles selected from a group consisting of an annular profile, a quadrapole profile, a dipole profile, a flat profile across a radius of the pupil, a Gausian shaped profile across a radius of the pupil, and a circular shaped profile, and
the different illumination profiles caused by the illumination profile element include at least two profiles selected from a group consisting a square shape, a circular shape, and a rectangular shape.
15.   An apparatus as recited in claim 14, wherein the cells of each annular section of the first diffractive element and the illumination profile element are disposed and oriented in a rectilinear pattern and the different illumination profiles caused by the first diffractive element only include profiles that are rotationally symmetric.
16.  An apparatus as recited in claim 14, wherein the cells of each annular section of the first diffractive element and the illumination profile element are disposed and oriented in a radial pattern and the different illumination profiles caused by the first diffractive element include profiles that are not rotationally symmetric.
17.  An apparatus as recited in claim 3, wherein the first diffractive element is positioned between the laser and the illumination profile element, and the illumination profile element is positioned at a pupil plane of the incident beam and between the first diffractive element and the sample.
18.  An apparatus as recited in claim 3, wherein the illumination profile element is positioned at a pupil plane of the incident beam and between the laser and the first diffractive element, and the first diffractive element is positioned at an illumination plane of the incident beam and between the illumination profile element and the sample.
19.  An apparatus for inspecting a sample, comprising
an apparatus as recited in claim 3;
a detector for outputting an output signal or an image based on a detected output beam;  
a plurality of detection optical elements for directing an output beam emanating from the sample in response to the incident beam towards the detector and
an analyzer arranged to analyze the output signal or image and determine whether the sample has defects.
20.  A method of inspecting a specimen comprising:
directing an incident laser beam from a laser through a first diffractive element and an illumination profile towards a sample, wherein the first diffractive element includes a plurality of diffraction pattern portions and the diffraction pattern portions of the first diffractive element are designed to cause the incident beam to have different spatial illumination profiles at a pupil plane of the incident beam while reducing effects caused by the incident beam's coherence, wherein the illumination profile element is configured to spatially distribute light at an illumination  plane of the incident beam; and
moving the first diffractive element so that a selected one of the diffraction pattern portions is selectively positioned in the incident beam's path to thereby cause the first diffractive element to form a selected  one of the illumination profiles at the pupil plane.
21.  A method as recited in claim 20, wherein each of the first diffractive element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path and the first diffractive element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence, the method comprising rotating the first diffractive element.
22.   A method as recited in claim 21, wherein the illumination profile element has a plurality of aperture portions that are each selectively positionable in the path of the incident beam and each aperture portion causes a different illumination profile at the illumination plane when it is positioned in the path of the incident beam, the method comprising moving the illumination profile element so as to selectively position a selected one of the aperture portions in the path of the incident beam to cause a selected one of the illumination profiles to be formed at the illumination plane.
1. ABSTRACT
Disclosed is an apparatus for illuminating a sample.  In one embodiment, this apparatus includes a laser for outputting an incident laser beam towards a sample and a first diffractive element having a plurality of diffraction pattern portions.  The first diffractive element is movable so that each of its diffraction pattern portions can be selectively positioned in the incident beam's path and the diffraction pattern portions of the first diffractive element are designed to cause the incident beam to have different spatial illumination profiles at a pupil plane of the incident beam while reducing effects caused by the incident beam's coherence.  The apparatus further includes an illumination profile element configured to spatially distribute light at an illumination plane of the incident beam and a plurality of illumination optical elements for directing the incident beam towards the sample.  In a specific implementation, each of the first diffractive element's diffractive pattern portions is an annular section that is selectively positionable in the incident beam's path and the first diffractive element is rotatable so as to position different cells of its selected annular section into the incident beam's path to thereby reduce effects caused by the incident beam's coherence.  
2. REPRESENTATIVE DRAWING
Fig.1
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