(57)【要約】【解決手段】  高スループットレートで試料（１１２）を検査できる顕微鏡検査システム（１００）が説明される。この検査システムは、１つより多い検出器アレイ（１１６）および大きい視野を利用して半導体ウェーハの表面をスキャンすることによって高スループットレートを達成する。顕微鏡検査システムは、また、高拡大能力、高開口数、および大きい視野を有する。１つより多い検出器アレイを用いることによって、半導体ウェーハ上のそれぞれのストライプ状スキャンのあいだウェーハのより大きい表面領域が検査されえ、それによりスワスオーバヘッド時間を最小化し、システムをより効率的にできる。顕微鏡検査システムは、より大きい視野を有するよう構成されることによって、複数の検出器アレイが適切に利用されえる。さらに検出器アレイを検査システムの物理的制約の中で収めるために反射および／または屈折表面の特別構成が用いられる。
2005517217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を検査する顕微鏡検査装置であって、
前記試料の近傍に配置された高倍率および第１端を有する対物レンズ、
前記顕微鏡検査装置の視野、および
実質的に前記視野内に配置された１つより多い検出器アレイ
を備える顕微鏡検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、前記対物レンズの前記倍率は少なくとも約４０倍である顕微鏡検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、前記対物レンズが高い開口数を有するよう構成される顕微鏡検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の顕微鏡検査装置であって、前記開口数は少なくとも約０．４５である顕微鏡検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、前記検査装置は、約０．５μｍ以下の解像度を達成できる顕微鏡検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、前記対物レンズは反射屈折レンズである顕微鏡検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
前記対物レンズの第２端の近傍に配置される第１端を有する再結像レンズであって、前記対物レンズの前記第２端は前記対物レンズの前記第１端と反対である、再結像レンズ
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の顕微鏡検査装置であって、
前記再結像レンズの第２端の近傍に配置されるズームレンズであって、前記再結像レンズの前記第２端は前記再結像レンズの前記第１端と反対であり、前記ズームレンズはズームするよう、または前記顕微鏡検査装置の倍率を変化させるよう構成される、ズームレンズ
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項９】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
前記対物レンズの前記第１端と反対である前記対物レンズの第２端の近傍に配置されるズームレンズであって、前記ズームレンズはズームするよう、または前記顕微鏡検査装置の倍率を変化させるよう構成される、ズームレンズ
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
前記対物レンズの前記第１端と反対である前記対物レンズの第２端の近傍に配置される結像レンズ
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
スプリットポイントは、前記対物レンズから放射する光が完全に２つの個別の光束に分かれる点を指し、前記検査装置は、
前記対物レンズおよび前記検出器アレイの間に配置される反射要素であって、前記反射要素は、前記光束のうちの少なくとも１つを前記検出器アレイのうちの１つに向けて導くように構成される反射要素
をさらに備え、
前記反射要素は、前記対物レンズと反対である前記スプリットポイントの側に配置される顕微鏡検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の顕微鏡検査装置であって、前記反射要素は、光を２つの反対の向きに導き、２つのそれぞれの検出器アレイは前記反射要素から前記光を受け取るよう構成される顕微鏡検査装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
スプリットポイントは、前記対物レンズから放射する光が完全に２つの個別の光束に分かれる点を指し、それぞれの検出器アレイがそれぞれの光束からの光を受け取るよう２つの検出器アレイが配置される
顕微鏡検査装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、前記対物レンズは屈折性材料だけからなる顕微鏡検査装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、前記視野は２軸座標系とアラインされ、前記第１および第２軸は互いに直交し、前記第１軸は検査装置の前記スキャン方向と平行であり、少なくとも１つの検出器アレイが、前記第１軸に沿った前記検出器アレイの位置に関わらず、前記第２軸に沿った全ての点に配置される顕微鏡検査装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
光を前記検査装置に導き、前記試料の一部を照射する光源
をさらに備え、
前記光源は、連続波レーザ、パルスレーザ、およびアークランプからなるグループから選択されるタイプである
顕微鏡検査装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
前記試料を支持するチャック、および
検査のあいだ前記チャックを傾けることによって視野内の試料の実質的に全てのフォーカスが前記検出器アレイについて合うようにする傾動装置
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の顕微鏡検査装置であって、
それぞれの検出器アレイの位置を調整することによって前記検出器アレイが前記試料の検査される部分についてフォーカスが合うように動かされえるよう構成される少なくとも１つの調整装置
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項１９】
半導体ウェーハを検査する顕微鏡検査装置であって、
高倍率、高開口数、および大視野を有するよう構成される反射屈折対物レンズであって、前記対物レンズの第１端は前記半導体ウェーハの近傍に配置される反射屈折対物レンズ、
前記反射屈折対物レンズの近傍に配置される再結像レンズ、
前記再結像レンズの近傍に配置されるズームレンズであって、前記再結像レンズは前記ズームレンズおよび前記対物レンズの間に配置される、ズームレンズ、
前記ズームレンズから放射する光が完全に２つの個別の光束に分かれる点であるスプリットポイント、および
実質的に前記顕微鏡検査装置の前記視野内に配置され、前記個別の光束のそれぞれからの光を受け取るよう構成される１つより多い検出器アレイ
を備える顕微鏡検査装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の顕微鏡検査装置であって、
前記スプリットポイントおよび前記検出器アレイの間に配置される反射要素であって、前記反射要素は、前記光束のうちの少なくとも１つを前記検出器アレイのうちの１つに向けて導くよう構成される反射要素
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の顕微鏡検査装置であって、前記検査装置は、約０．５μｍ以下の解像度を達成できる顕微鏡検査装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の顕微鏡検査装置であって、前記視野は２軸座標系とアラインされ、前記第１および第２軸は互いに直交し、前記第１軸は検査装置の前記スキャン方向と平行であり、少なくとも１つの検出器アレイが、前記第１軸に沿った前記検出器アレイの位置に関わらず、前記第２軸に沿った全ての点に配置される顕微鏡検査装置。
【請求項２３】
請求項１９に記載の顕微鏡検査装置であって、
それぞれの検出器アレイの位置を調整することによって前記検出器アレイが前記半導体ウェーハの検査される部分についてフォーカスが合うように動かされえるよう構成される少なくとも１つの調整装置
をさらに備える顕微鏡検査装置。
【請求項２４】
試料を検査する顕微鏡検査装置であって、
大視野を有するよう構成される対物レンズであって、前記対物レンズの第１端は前記試料の近傍に配置される対物レンズ、
前記対物レンズから放射する光が完全に２つの個別の光束に分かれる点であるスプリットポイント、
実質的に前記顕微鏡検査装置の前記視野内に配置され、前記個別の光束のそれぞれからの光を受け取るよう構成される１つより多い検出器アレイ、および
前記スプリットポイントおよび前記検出器アレイの間に配置される反射要素であって、前記反射要素は、前記光束のうちの少なくとも１つを前記検出器アレイのうちの１つに向けて導くよう構成される反射要素
を備える顕微鏡検査装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の顕微鏡検査装置であって、前記検査装置は、約０．５μｍ以下の解像度を達成できる顕微鏡検査装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の顕微鏡検査装置であって、前記視野は２軸座標系とアラインされ、前記第１および第２軸は互いに直交し、前記第１軸は検査装置の前記スキャン方向と平行であり、少なくとも１つの検出器アレイが、前記第１軸に沿った前記検出器アレイの位置に関わらず、前記第２軸に沿った全ての点に配置される顕微鏡検査装置。
【請求項２７】
半導体製造プロセスにおいて用いられる顕微鏡検査システムであって、
半導体ウェーハ、
前記半導体ウェーハの近傍に配置される高倍率および第１端を有する対物レンズ、
前記顕微鏡検査システムの視野、および
実質的に前記視野内に配置された１つより多い検出器アレイ
を備える顕微鏡検査システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載された顕微鏡検査システムであって、前記対物レンズが高い開口数を有するよう構成される顕微鏡検査システム。
【請求項２９】
請求項２７に記載の顕微鏡検査システムであって、前記顕微鏡検査システムは、約０．５μｍ以下の解像度を達成できる顕微鏡検査システム。
【請求項３０】
請求項２７に記載の顕微鏡検査システムであって、
スプリットポイントは、前記対物レンズから放射する光が完全に２つの個別の光束に分かれる点を指し、前記顕微鏡検査システムは、
前記対物レンズおよび前記検出器アレイの間に配置される反射要素であって、前記反射要素は、前記光束のうちの少なくとも１つを前記検出器アレイのうちの１つに向けて導くように構成される反射要素
をさらに備え、
前記反射要素は、前記対物レンズと反対である前記スプリットポイントの側に配置される顕微鏡検査システム。
【請求項３１】
顕微鏡検査装置を用いて半導体ウェーハを検査する方法であって、
半導体ウェーハをチャックに固定すること、
対物レンズの第１端を前記半導体ウェーハの表面の近傍に配置することであって前記対物レンズは高倍率を有するよう構成される、対物レンズの第１端を配置すること、
１つより多い検出器アレイを実質的に前記顕微鏡検査装置の視野内に配置すること、
前記対物レンズを前記半導体ウェーハ上でスキャンすること、および
前記スキャン動作中、前記顕微鏡検査装置から集められた情報を処理すること
を含む方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、前記対物レンズは、少なくとも約４０倍の倍率を有するよう構成される方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法であって、前記対物レンズは、少なくとも約０．４５の開口数を有するよう構成される方法。
【請求項３４】
請求項３１に記載の方法であって、前記顕微鏡検査システムは、約０．５μｍ以下の解像度を達成できる方法。
【請求項３５】
請求項３１に記載の方法であって、スプリットポイントは、前記対物レンズから放射する光が完全に２つの個別の光束に分かれる点を指し、前記方法は、
前記対物レンズおよび前記検出器アレイの間の、前記対物レンズから反対の前記スプリットポイントの側にある位置に反射要素を配置すること、および
前記反射要素を用いて前記光束のうちの少なくとも１つを前記検出器アレイのうちの１つに向けて導くこと
をさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは顕微鏡検査システムに関し、より具体的には複数の検出器アレイを利用する顕微鏡検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造は、回路を半導体材料に集積する高度に複雑な技術を伴う。処理ステップの多さと半導体デバイスの小さくなっていくサイズのために、半導体製造プロセスは、デバイスの歩留まりを下げる処理欠陥を生じがちである。欠陥を検出し、処理ステップからのこれら処理欠陥をなくすために用いられる検査プロシージャは、したがって、高い歩留まりの製造プロセスを維持するために非常に重要である。検査プロシージャは、製造プロセスの中で必須かつ重要な部分であるので、半導体産業は、正確かつ効率的な検査法を常に探している。
【０００３】
現在、典型的な顕微鏡検査システムは、単一の検出器アレイを用いて半導体ウェーハを検査する。検出器アレイは、さまざまなセンサ要素（ピクセル）密度を含みえる。例えば、２０４８×５１２ピクセルのアレイを有する検出器アレイが利用可能である。ウェーハを検査するために、検出器アレイは、典型的には、高拡大率でパターン付きウェーハの表面にわたってラスタスキャンされる。残念ながら、ウェーハをライン毎にスキャンすることは時間がかかり、特にウェーハ上で検出器アレイの相対的方向を変えるのに必要な時間が考慮されるときはそうである。典型的には、ウェーハは、ｘ、ｙステージに固定され、顕微鏡下で駆動される。ウェーハにわたってのストライプ状スキャン（swath）のあいだ、ステージは、一定速度へと加速し、パターン付き表面が検査されるようストライプ状にスキャンし、停止まで減速し、横切る方向における視野１つ分、上に移動し、再び新たなストライプ状スキャンのために一定速度へ加速しなければならない。パターン付き表面の非ストライプ状スキャンのオーバヘッドは、全ウェーハ検査時間のうちのかなりの部分になりえる。例えば、２０μｍサイズのピクセルで２０４８の検出器要素を持つ１００倍の拡大率は、０．４１ｍｍのスキャン幅を生み、標準の３００ｍｍ直径の半導体ウェーハをカバーするためには７３２スワス（swath）を必要とする。もしそれぞれのスワスのオーバヘッドが１秒だとすると、検査時間はそれぞれのウェーハについて１２分も延びることになる。したがって、ウェーハの顕微鏡検査は、半導体製造のスループットを低下させる。ある可能な解決法は、より大きいサイズの検出器アレイを作り、それによってウェーハ上での検出器アレイのスキャンパスがより少ししか必要とされないようにすることである。残念ながら、より欠陥ピクセルのない大きい検出器アレイは製造するのが大変困難で、これは、物理的に大きいデバイスの歩留まりは小さいからである。他の可能な解決法は、より速い速度で現在の検出器を走らせることである。しかし、この戦略で現在の技術から大きな改善を得ることは難しく、それは、検出器は高速では大きなノイズを発生し、それによってＳ／Ｎ比を低下させるからである。これはまた、スキャンのオーバヘッド時間を助けることにならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のことを鑑みれば、より高い製造スループットが得られる、より高速で動作できる顕微鏡検査システムが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、高スループットレートで試料を検査できる顕微鏡検査システムに関する。この検査システムは、１つより多い検出器アレイおよび大きい視野を利用して半導体ウェーハの表面をスキャンすることによって高スループットレートを達成する。顕微鏡検査システムは、また、高拡大能力、高開口数、および大きい視野を有する。１つより多い検出器アレイを用いることによって、半導体ウェーハ上のそれぞれのストライプ状スキャンのあいだウェーハのより大きい表面領域が検査されえ、それによりスワスオーバヘッド時間を最小化し、システムをより効率的にできる。顕微鏡検査システムは、より大きい視野を有するよう構成されることによって、複数の検出器アレイが適切に利用されえる。さらに検出器アレイを検査システムの物理的制約の中で収めるために反射および／または屈折表面の特別構成が用いられる。
【０００６】
本発明のある局面は、試料を検査する顕微鏡検査装置に関し、高倍率、高開口数、および大視野を有するよう構成される対物レンズであって、前記対物レンズの第１端は前記試料の近傍に配置される対物レンズと、実質的に前記顕微鏡検査装置の前記視野内に配置される検出器アレイとを含む。本発明の他の局面においては、対物レンズは反射屈折レンズである。本発明の他の局面においては、再結像レンズおよびズームレンズが対物レンズと共に用いられえる。本発明のさらに他の局面においては、反射要素が検査システムと共に利用されて光線のパスの向きが変えられ（re-direct）、それらが検出器アレイに届くようにする。
【０００７】
本発明のこれらおよび他の特徴および効果は、より詳細に以下の本発明の明細書および添付図面において示され、これらは本発明の原理を例示により示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、そのさらなる効果と併せて、添付の図面と併せれば以下の説明を参照して最もよく理解されよう。
【０００９】
本発明は、ここで添付の図面に示されるいくつかの好ましい実施形態を参照して説明される。以下の記載においては、本発明を完全に理解できるようにするため、多くの具体的な詳細が述べられる。しかし当業者には、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可能であることは明らかだろう。あるいはよく知られた操作は、本発明の趣旨を不必要にぼかさないようにするために詳細には記載されていない。
【００１０】
まず、本発明の概観が述べられる。本発明は、高スループットレートで動作可能な半導体検査システムに関する。一般に検査システムは、１つより多い検出器アレイ、および半導体ウェーハの表面をスキャンするためのより大きい視野（field of view）を利用することによってより高いスループットレートを達成する。１つより多い検出器アレイを用いることによって、半導体ウェーハのそれぞれのストライプ状スキャン（scanning swath）のあいだ、ウェーハのより広い領域が検査される。顕微鏡検査システムは、より大きい視野を持つよう構成されることで、複数の検出器アレイが適切に利用されえるようにする。さらに、検出器アレイを検査システムの物理的制約条件の中に収めるために反射および／または屈折表面の特別な構成が用いられる。代替の実施形態においては、この検査システムは、半導体ウェーハ以外の標本を検査するのに用いられえる。
【００１１】
図１は、つぎに本発明のある実施形態のより詳細な理解を促すよう説明される。図１は、本発明のある実施形態による顕微鏡検査システム１００中の光学要素レイアウトの概略図を示す。顕微鏡検査システム１００は、レンズ部１０２および検出器部１０４を含む。長方形の点線のボックスは、レンズおよび検出器部１０２および１０４を示す。レンズ部またはスペース１０２は、本発明を実現するさまざまな組み合わせのレンズ群を含みえる。検出器部１０４は、本発明を実現するさまざまな組み合わせの検出器アレイ群および反射デバイス群を含みえる。レンズ部１０２は、反射屈折対物レンズ１０６、再結像レンズ（reimaging lens）１０８、およびズームレンズ１１０を含む。レンズ１０６、１０８および１１０のそれぞれは、実際に個々のレンズの組み合わせから形成される。反射屈折対物レンズ１０６は、検査される試料１１２の近傍に配置される。反射屈折対物レンズ１０６は、複数の検出器アレイを収めることができる比較的大きい視野を有するよう構成されえる。試料は、微視的なレベルで検査される必要がある、さまざまな対象物でありえる。しかし、本発明は半導体ウェーハを検査するように適応されえる。
【００１２】
顕微鏡検査システム１００は、照射瞳（illumination pupil）１０５を通して光をレンズ部１０２に導き入れることによって動作し、その後、ビームスプリッタ１０７は光をさまざまなレンズを通し、試料１１２へ向けて導く。試料１１２で跳ね返された後、光はさまざまなレンズを通して出口瞳（exit pupil）１２０へ向けて戻る。光線は出口瞳１２０を通り、それからスプリットポイント（split point）１２２において、光線は別個の光束に分かれる。それからそれぞれの光束は、反射要素１１８によって検出器アレイ１１６へ向けて向きが変更される。本発明の代替の実施形態において、レンズは、互いに別個の２つの光束より多い光束にスプリットポイント１２２の後に分かれるように構成されえる。
【００１３】
顕微鏡検査システムに用いられる光源は、広帯域アークランプ、連続波長レーザ、またはパルスレーザでありえ、これは周期的で高速バースト状の光を発し、ここで検出は、視野に対してのウェーハの動きに同期が取られえる。
【００１４】
本発明において１つより多い検出器を利用するために、顕微鏡検査システム１００は、１つより多い検出器アレイ１１６を収めるのに充分なだけ大きい。検査システム１００の実施形態の中には、対象物においてほぼ３ｍｍにも及ぶ直径の視野を作るレンズを用いるものもある。物理的、費用的制限に依存して、より大きい視野が作られえる。図１の実施形態においては、広いスペクトル範囲にわたるより大きい視野は、反射屈折対物レンズ１０６を再結像レンズ１０８と共に用いることによって得られている。後述のように、本発明を実現するのに必要とされる大きい視野を得るためにはレンズのさまざまな組み合わせが用いられえる。ズームレンズ１１０は、検査システム１００の倍率を変化させるために用いられる。参考までに現在の半導体検査システムの視野は、拡大率に依存して１００〜５００μｍの範囲である。
【００１５】
検査システム１００の倍率に依存して、１つの検出器アレイよりもっと多くの検出器アレイが典型的には視野内に設けられえる。一般に、検査システムの倍率が増すにつれて、より多くの検出器アレイが視野内に適合されえる。検査システムは、さまざまな検出器アレイを用いえ、そのうちの一つは時間遅延積分（ＴＤＩ）ＣＣＤ検出器である。典型的には、標準ＴＤＩ  ＣＣＤ検出器アレイは、ピクセルの２０４８×５１２アレイを有し、ここでそれぞれのピクセルはほぼ０．０２０ｍｍの大きさである。検査システムのスループットは、対象物におけるそれぞれのピクセルの拡大されたサイズによって影響を受ける。例えば、もし光学系の最大視野が対象物において１．６ｍｍであるなら、２５倍の倍率においては１つの検出器アレイが視野を埋めるだろう。しかし倍率が５０倍に増すと、２つの検出器アレイが使用されえ、１５０倍だと６つの検出器アレイが使用されえ、３００倍だと１２個の検出器アレイが使用されえ、などとなる。３００ｍｍ直径のウェーハをスキャンするのにかかる時間を決定するために、まずウェーハ上のピクセル要素の数を計算し、検出器（群）のデータレートによって除算できる。例えば、３００ｍｍ直径ウェーハは、〜４×１０12ピクセル（[300/2] 2 * pi/[0.000133] 2 = 4x1012）を１５０倍の倍率において持つことになる（縮小されたピクセルのサイズ0.02mm/150X=0.000133mm）。もし検出器からのデータレートが毎秒５００，０００，０００ピクセルだったなら、小さい視野（０．２７ｍｍ）を有する典型的なウェーハ検査システムのためのデータを処理するために約８０００秒（１３３分）（4x1012/5x108 = 8x103）かかることになる。もし視野が６つの検出器アレイ（１．６４ｍｍ）を収めることができるなら、データ処理時間は、１３２５秒（２２分）に短縮できる。スワスオーバヘッド時間は、１検出器アレイ検査の場合の１０９９スワス（３００ｍｍウェーハ直径／（２０４８ピクセル＊０．０００１３３ｍｍ／ピクセル））から、６検出器アレイ検査システムの場合のわずか１８３スワスに至るまで低減される。視野にフィットするためには、検出器アレイが正確に整数個だけ必要なわけではないことに注意されたい。検出器アレイは、カラムを基準に読み出されので、視野に収まるカラムだけを選択することができる。それぞれのピクセルの大きさが小さくなるにつれ、集められる情報の解像度および量は増し、それによって検査システムのスループットは減少するが、これはより多くのデータ処理が必要とされるからである。しかしより小さいピクセルサイズを持つ検出器アレイは、検査システムがより高い感度を持つことを可能にする。
【００１６】
本発明によって用いられる対物レンズは、さまざまなタイプのレンズでありえる。２つのタイプの対物レンズは、反射および屈折レンズ表面の組み合わせを含む反射屈折対物レンズ、および屈折レンズだけを含むリソグラフィックレンズ（lithographic lenses）である。屈折レンズにおいて２つ以上のガラスのタイプを持つ反射屈折対物レンズは、光の波長の大きいスペクトラムの中で動作しえる。反射屈折対物レンズは、それ自体、ほぼ１．５ｍｍ以上にも及ぶ視野を作りえる。他のレンズ、例えば図１のレンズ１０８および１１０と組み合わせて、全体の検査システムの視野はずっと大きくできる。一方、リソグラフィックレンズは典型的には、完全に単一のタイプのガラスから作られる。リソグラフィック対物レンズは、典型的には、大きい視野を持つように作られえ、０．６〜０．７の範囲の開口数を持つように作られえる。リソグラフィックレンズは、より狭い動作波長帯域幅を有し、検査のための典型的な反射屈折対物レンズより高価である。
【００１７】
再結像レンズ１０８は、システム瞳（system pupil）が一般に位置する場所にある対物レンズ１０６の外でシステム瞳の像を再結像つまり再構築するよう働く。再結像されたシステム瞳は、瞳平面（pupil plane）１１４に位置し、これは再結像レンズ１０８およびズームレンズ１１０の間にある。再結像レンズ１０８は、反射屈折対物レンズと共に、反射屈折対物レンズが単体で作りえるのよりも大きい視野を作りえる。瞳の再結像は、対物レンズを設計するのに柔軟性を提供し、それによって全体的な顕微鏡検査システムがより大きい視野およびより大きい開口数を持ちえるようにする。再結像レンズ１０８はまた、瞳リレーレンズ部（pupil relay lens section）とも呼ばれる。
【００１８】
ズームレンズ１１０は、システムの倍率を調節する能力を提供する。例えば倍率のレベルは、５０倍からより大きいレベルの間で変化されえる。ズームレンズの倍率は、検査システムの視野内にフィットする検出器アレイの数を制御するのに用いられえる。一般に、個々の検出器アレイは、より高い倍率レベルにおいては視野内ではより小さく見える。よってより高い倍率においてはより多くの検出器アレイが視野内にフィットする。
【００１９】
本発明の検査システムは、高い開口数、高い倍率、および大きな視野を持つようレンズが設計されるとき効率的に動作する。大きい開口数が望ましいが、これは検査システムに高解像度を提供し、よってより感度が高くなるからである。本発明の検査システムは、検出器ピクセルサイズ、倍率、有効波長、および光学的解像度の検出器ピクセルサンプリングに依存する開口数を有する。典型的には、解像度要素をサンプリングするためには最小２．５検出器ピクセルが必要である。解像度要素は、その開口数によって除された照射の有効波長によって定義される。例えばもし倍率が４０倍で、検出器ピクセル要素が０．０２０ｍｍであるなら、物体においては、検出器要素は０．０００５ｍｍに縮小され、解像度要素は０．０００１２５（２．５＊０．０００５）であり、適切なサンプリングのために必要とされるＮＡは、０．０００５３２ｍｍ（0.000532/[0.00125] = 0.43）の波長について０．４３となる。より高い倍率において試料は、より詳細に検査され、これは検査システムによってより多くの個数の検出器アレイを利用することを可能にする。
【００２０】
典型的には最高の感度を得るために、システムは、より低い波長およびより高い倍率で動作され、ときには解像度要素当たり２．５検出器ピクセルになる。例えば、１００倍の倍率での動作は、０．０００３６５ｍｍの波長について開口数が約０．７０であることを必要とするが、２００倍で動作するときは、０．９０の開口数を０．０００３６５ｍｍの波長について必要とするが、像を約４．０５ピクセル／解像度要素でオーバサンプリングする。このオーバサンプリングは、光学収差を制御するために０．９０より大きい開口数を持つことができないことから起こる。一般に、顕微鏡検査システムの開口数および倍率は、可能なレンズの組み合わせの範囲において互いに比例して増加または減少する。しかし視野は、可能なレンズの組み合わせの範囲において、開口数および倍率に再び逆比例する傾向がある。しかし本発明のレンズは、大きい視野を得ることができる一方で、高い倍率レベルにおいて高い開口数を有することができる。上述のように大きい視野は、それぞれのスキャンスワス（scanning swath）のあいだに検査システムが、試料のより大きい領域を検査することを可能にする。効率的に複数の検出器アレイを使用するために、検査システムの視野は、ほぼ０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲にある。ふつう視野は、０．９０より小さい全ての開口数について、少なくともほぼ１．５ｍｍの直径であるよう構成される。
【００２１】
しかしこの検査システムは、全ての３つのパラメータがそれらの各高開口数および倍率および大視野設定において最大化されるよう検査システムが構成されなくても、依然として動作できることに注意されたい。
【００２２】
顕微鏡検査システムは、図１に示されたものと異なるレンズの組み合わせから形成されえる。例えば、倍率の範囲を作るためには、検査システム１００の代替の実施形態は、ズームレンズを用いる必要がなく、その代わりに固定倍率のレンズ（ふつう顕微鏡システムにおいて結像レンズ（tube lenses）と呼ばれる）のセットを使用できる。他の実施形態においては、瞳リレーレンズシステムなしで反射屈折対物レンズそのものがズームと共に用いられえる。本発明の他の実施形態は、複数の検出器アレイと組み合わせて対物レンズそのものを利用しえる。さらに他の代替の実施形態において、再結像レンズ部は含まれる必要はなく、それにより反射屈折対物レンズ部およびズームレンズ部だけが組み合わせて用いられえる。この実施形態は図６に示され、ここで検査システム６００は、反射屈折対物レンズ６０２およびズームレンズ６０４を利用する。最後に、それぞれの倍率についてそれぞれがそれ自身の結像レンズおよび瞳リレーを持つ複数の反射屈折対物レンズ、またはそれぞれの倍率についてそれぞれがそれ自身の結像レンズを持つが瞳リレーを持たない複数の反射屈折対物レンズを用いることもできる。さまざまな実施形態のそれぞれについての共通のゴールは、１つより多い検出器アレイを受け入れるために充分なだけ大きい視野を有することである。
【００２３】
上述の実施形態のそれぞれにおいて、高品質および大視野を提供するリソグラフィックタイプの対物レンズまたは任意の他の適切な顕微鏡対物レンズが反射屈折対物レンズの代わりとして等しく利用できる。
【００２４】
検出器部１０４は、試料からさまざまなレンズを通って届く光線を検出するための複数の検出器アレイ１１６を含む。検出器アレイ１１６は、検査システムの視野の中に位置する。反射要素１１８が検出器アレイ１１６に向けて光線の向きを変えるように用いられる限り、検出器アレイ１１６は光線の直線上に直接、置かれるか、または図１に示されるように検査システム内のさまざまな位置に配置されえる。図１においては、１つの検出器アレイが、単一の各光束からの光を受け取るように配置される。代替の実施形態においては、単一の光束から光を受け取るために１つより多い検出器アレイが配置されえる。これらの代替実施形態においては、多くの検出器を用いて検査システムのスループットを増すことがゴールである。
【００２５】
図１を参照して、反射要素１１８は、出口瞳１２０を通る光束を、それぞれの検出器アレイ１１６に向けて導くよう用いられる。反射要素１１８は、さまざまな平面に配置された反射表面を有し、それにより検出器アレイ１１６がそれぞれ異なる向きで配置されえるようにする。図１において、反射要素１１８は、ピラミッドのような形状であり、出口瞳からの光線を検出器アレイ１１６に向けて方向を向け直すための反射表面を有する。
【００２６】
反射要素１１８は、検出器アレイ１１６が検査システム１００内で物理的に互いに離れて設置されえるという点で有用である。典型的には検出器アレイは、アンプ、ディジタイザ、および検出器の信号を検査システムのイメージ処理コンピュータに統合するのに必要とされるさまざまな種類の回路を含む比較的大きいプリント基板に装着される。検出器に隣接することが必要とされる要素がかさばるために、全ての検出器アレイが視野内にフィットできるような構成ではこれらは簡単には互いに隣接して配置されえない。したがって反射要素１１８によって、システム設計者は、検出器アレイを物理的に互いに隣接して配置しなければならないという配置上の必要性から解放される。代わりに反射要素１１８は、視野の中にありながらより便利な、システムのさまざまな位置に検出器アレイが配置されえることを可能にする。
【００２７】
反射要素１１８は、要素１１８がスプリットポイント１２２の向こうであるように、出口瞳１２０から離れて置かれなければならない。スプリットポイント１２２は、出口瞳１２０を通る光束が交差し、互いに離れていく点である。スプリットポイント１２２を超えると、光束は、反射要素１１８によって別々にそれぞれの検出器アレイ１１６へと向けられえる。一般に反射要素１１８は、ミラーの平坦性に影響を与えるエッジベベルおよびエッジ研磨効果のための余裕を与えるために、スプリットポイント１２２をある程度、超えて置かれる。
【００２８】
代替実施形態においては、さまざまな形状の反射要素が利用されえる。こんどは検出器アレイは、検出器部１０４の全体にわたってさまざまな位置に配置されえる。また反射要素および検出器アレイの個数は変わりえる。図２および３は、検出器部１０４の代替実施形態を示す。
【００２９】
図２は、本発明の代替実施形態による検出器部を示す。図２は、反射要素によって一部の（全てとは限らない）別個の光束がその向きを変えられえることを示す本発明の実施形態である。図２において反射要素２００は、検出器アレイ２０４からほぼ９０度の角度に向いている検出器アレイ２０２に向けて光を反射する。検出器アレイ２０４は、反射要素の助けなしに光を出口瞳１２０から直接に受け取る。
【００３０】
図３は、反射要素が用いられていない本発明の代替実施形態による検出器部を示す。検出器アレイ３００は、出口瞳１２０から離れて設定された平面に配置される。図３に示される構成は、検出器アレイが少なくとも部分的に、共に視野の中にフィットするよう、検出器アレイ３００を互いに充分に近く配置することができると想定している。検出器アレイ３００はまた、スプリットポイント１２２を超えて配置されることによって、それぞれの検出器アレイは１つの光束だけから光を受け取る。
【００３１】
図４および５は、本発明のより大きい視野がどのように１つより多い検出器アレイを含むかを概略的に示す。前述のように１つより多い検出器アレイを視野内に配置できることによって、検査システムはより高いスループットレートで動作可能である。図４は、実質的に８つの検出器アレイ４０２を含む視野４００を示す。図５は、実質的に４つの検出器アレイ５０２を含む視野５００を示す。視野内に収まることができる検出器アレイの個数は、さまざまなファクタの中でも、顕微鏡検査システムの倍率、検出器のサイズおよび検査システム内で用いられる具体的なレンズに依存する。一般に、システムの倍率が増すにつれて、より多くの検出器アレイが視野内にフィットしえる。例えば図４および５を比較するとき、図４に表される検査システムの倍率は図５のそれよりも大きく、または図４の検出器は図５のそれよりも小さく、または両方のファクタの組み合わせである。同じレベルの倍率においては、より多い数の検出器アレイを持つ大きい視野は、一般に検査システムのスループットレートを増すが、これはウェーハのより大きい領域が、ウェーハ上の検出器アレイのそれぞれのパスのあいだに検査されえるからである。
【００３２】
図４において、視野４００の外側エッジ上の２つの検出器アレイ４０２は、一部だけが視野４００内に入る。図４において２つの最も外側の検出器アレイは、検査プロセスにおいては一部しか利用されないが、これら一部の利用であっても検査システムのスループットを増加しえる。言い換えれば、有効であるためには検出器アレイは完全に視野内に含まれる必要はない。例えば検査システムは、１．５または３．７５個の検出器アレイが検査プロセス内で利用されても有益である。
【００３３】
視野４００および５００内において、検出器アレイ４０２および５０２は、共通軸に平行にアラインされ、千鳥状に構成される。検出器アレイは、それらがアライメントの軸上で実質的に端と端とが一致するよう配置されるようにアラインされる。検出器アレイは、スキャン方向４０４および５０４に垂直な軸においてそれぞれわずかにオーバラップすることによって、データがウェーハから得られるときに検出器アレイ間に測定ギャップが存在しないことを確実にする。
【００３４】
好ましくは、検出器アレイの構成は、調べられる試料の領域を最大化するために、スキャンニングスワスのあいだに視野の全体の幅が完全に検査されることを可能にする。したがって、スキャン軸に垂直な軸のそれぞれの部分をカバーする少なくとも１つの検出器アレイを有することが望ましい。また検出器アレイは視野の最も広い部分を横切って配置されるのが好ましい。言い換えれば、例えば検出器４０２は、スキャン軸４００に垂直な軸を完全にカバーする。スキャン方向軸４０４についての個々の検出器アレイ４０２の位置は、それぞれの検出器が少なくとも部分的に視野４００内にある限り、重要ではないことに注意されたい。言い換えれば、もしスキャン方向軸４０４がｙ軸に等しく、視野４００の幅を横切る軸がｘ軸に等しいなら、ｘ軸に沿った全ての位置において検出器アレイ４０２が存在する。またこの点において、ｙ軸に沿った検出器アレイ４０２の正確な位置は重要ではない。
【００３５】
検出器アレイに進む光線を分けるために反射要素を用いない検査システムの実施形態（例えば図３）は、図４および５に示される構成において物理的に互いに近傍に配置される検出器アレイを有する。一方、検出器アレイに進む光線を分けるために反射要素を用いる実施形態においては、検出器アレイは、検出器アレイが物理的に互いに近傍に配置されないにもかかわらず図４および５に示されるように視野内に現れる。例えば図１において、検出器アレイ１１６は、実際には反射要素１１８の反対側に位置する。前述のように、反射要素は、検出器アレイが互いに離れて位置することを可能にする。反射要素を用いる本発明の実施形態において、検出器アレイは、単一の直線軸に沿ってアラインされるよう視野内に現れるように構成されえる。例えば、図４の上側４個の検出器アレイは、図２に示される検出器アレイ２０４であり、図４の下側４個の検出器アレイは、図２に示される検出器アレイ２０２である。
【００３６】
上述のように、検査プロセス中に１つより多い検出器アレイを利用することと、大きい視野との組み合わせによって、検査システムは、試料のより大きい表面を見て検査することが可能になる。これは検査プロセスに必要とされる時間を短縮できる点で優位性を持つ。しかし大きい視野は、試料の不均一な表面のために、試料の一部にフォーカスが合い、一方、他の部分にフォーカスが合わないことを引き起こす可能性を増す。例えば、半導体ウェーハ表面は、典型的には、ウェーハ表面が実質的に平面に平行ではないようにするウェッジ（wedges）を有する。ウェーハは、真空チャックにマウントされ、この表面平面は、設計上は検査システムの光軸に垂直である。ウェッジの付いたウェーハの場合、ウェーハの表面は、光軸に対して傾けられる。視野内で不均一な試料表面を補償するために、ウェーハをサポートするステージ（またはチャック）は傾けられることによって、検出器アレイのそれぞれについて視野の下の表面にフォーカスが合うようにする。試料ステージまたはチャックは、スクリュー、ジンバル、およびフレクシャ（flexures）のようなさまざまなメカニズムを用いて傾けられ、回転されえる。試料ステージを傾けるプロセスは、自動化されえて、検査システムが試料の表面上をスキャンするとき、ステージが一度だけ、連続的に、または周期的に調節されるようにできる。
【００３７】
視野全体にわたってフォーカスを維持する代替の方法は、それぞれの検出器アレイにフォーカスが合うまで、それぞれの検出器アレイを物理的に調節することである。このプロセスはまた、検査プロセスのあいだ、検出器アレイのそれぞれが一度だけ、連続的に、または周期的に調節されるよう自動化されえる。
【００３８】
図１のレンズ部１０２は広帯域の能力を有し、したがって、以下に限定されないが、深紫外照明（deep ultraviolet lighting）または可視照明法のようなさまざまな照明法と共に用いられえる。瞳平面１１４および照射瞳１０５はそれぞれ、光学系１００がさまざまなテストモードで動作するように操作されえる。これらテストモードは、以下に限定されないが、明視野（brightfield）、リング暗視野（ring darkfield）、低シグマ（low-sigma）、およびフルスカイ（full-sky）照射を含む。
【００３９】
検査システムは、ブルーオートフォーカーシング（blue auto focusing）の技術を用いてウェーハ上にフォーカスされえる。ブルーオートフォーカーシングは、検査システムの広帯域スペクトラムの近傍の波長を用いて自動的に検査システムの焦点を合わせるサブシステムを指し、同じ対物レンズを用い、検出器アレイの視野内で動作する。この場合、広帯域検査システムの上側波長は、３７０ｎｍで、自動フォーカス波長はこれのちょうど上、例えば約４００ｎｍでありえ、この波長がＴＤＩ検出器に到達するのを阻止し、オートフォーカスサブシステムのセンサには届くようにするレンズ表面上の特殊なコーティングが用いられえる。
【００４０】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態について説明されてきたが、改変、組み合わせ、および等価物が存在し、これらも本発明の範囲に入る。また本発明の方法および装置を実現する多くの代替方法が存在する。したがって添付の特許請求の範囲は、全てのこれら改変、組み合わせ、および等価物が本発明の精神および範囲に入るとして含むように解釈されるべきであると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のある実施形態による顕微鏡検査システムの光学要素レイアウトの概略図である。
【図２】本発明の代替の実施形態による検出器部の図である。
【図３】反射要素が用いられない本発明の代替の実施形態による検出器部の図である。
【図４】本発明のより大きい視野がどのように１つより多い検出器アレイを収めるかを示す概略図である。
【図５】本発明のより大きい視野がどのように１つより多い検出器アレイを収めるかを示す概略図である。
【図６】反射屈折対物レンズおよびズームレンズを利用する顕微鏡検査システムの実施形態の図である。
【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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【国際調査報告】
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