(57)【要約】  試料を検査する方法および装置を提供する。本装置は、第１照明源と、第１照明源から受け取った光エネルギを実質的に垂直な角度で前記試料に向かうように誘導する、中央掩蔽を提示する反射屈折対物レンズと、前記反射屈折対物レンズによって生じる前記中央掩蔽内に配置され、第２照明源からの追加照明を受け取って、前記試料に向けて追加照明の進路を変える、プリズムや反射面等の光学装置と、を含む。本方法は、第１照明源を用いて、前記試料の表面を各種の角度で照光することと、第２照明源を用いて前記表面を照光することとを含み、前記第２照明源による照光は、実質的に垂直な入射角度で行われ、また、反射、散乱、および回折されたすべてのリグを結像させることを更に含む。
2008545165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を検査する装置であって、
第１照明源と、
中央掩蔽部を提示する反射屈折対物レンズであって、前記第１照明源から受け取った光エネルギを受け入れて、約ゼロ度よりも実質的に大きい角度である、法線より実質的に大きい角度で前記試料に向けて光エネルギを送出す反射屈折対物レンズと、を含み、
さらに、前記反射屈折対物レンズによって生じる前記中央掩蔽部内に配置された光学装置であって、第２照明源からの追加照明を受け取り、前記試料に対して垂直に近い入射角になるように前記追加照明の進路を変える光学装置を含む装置。
【請求項２】
前記第２照明源からの照明の波長に感応する検出器機構を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記中央掩蔽部は、前記反射屈折対物レンズの瞳孔径の約１５％より小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光学装置はプリズムを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光学装置は反射面を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記検出器機構は複数の検出器を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記第１照明源はアーク灯を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第２照明源の波長は、１９３ナノメートルと、１９８ナノメートルと、２１３ナノメートルと、２４４ナノメートルと、２５７ナノメートルと、２６６ナノメートルと、３６３．８ナノメートルと、３５４ナノメートルと、３５１ナノメートルと、３５５ナノメートルと、３２５ナノメートルと、５３２ナノメートルとからなるグループの内の少なくとも１つの波長を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記検出器機構は少なくとも１つの時間差積分センサを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置の瞳孔面に設けられた光学フーリエフィルタ開口を更に含み、前記光学フーリエフィルタ開口は、前記試料から受け取った反復パターン信号を減衰させる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記光学フーリエフィルタ開口は、スペクトル帯域の狭い誘電性薄膜パターンを含み、前記スペクトル帯域の狭い誘電性薄膜パターンは、前記第２照明源からの前記追加照明の成分をブロックする一方で、前記第１照明源からの照明をほぼ透過させる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
対物レンズと、第１照明源と、第２照明源と、を含む光学検査システムの中央掩蔽部内に設けられ、前記第１照明源は、対物レンズを介して、試料の表面に対して法線より相対的に大きい角度で照明を提供し、前記第２照明源は、前記試料の前記表面に対して実質的に垂直な追加照明を提供する装置であって、
前記中央掩蔽部内に配置され、前記表面に対して垂直の入射角で、前記試料の前記表面に追加照明を誘導する面と、
大部分が前記掩蔽部内に配置される固定機構であって、検査中に前記面を固定的に位置決めするために利用される固定機構と、
を含む装置。
【請求項１３】
前記面と前記固定機構とにより、約１９３ナノメートルと４００ナノメートルの間の波長が前記面に送出されるようになる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記面は反射面を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記面はプリズムの一部を形成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記面は、機械式サポート部品内に形成されたプリズムである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記固定機構はエポキシ化合物を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記固定機構は光学接触構造を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
試料を検査する方法であって、
第１照明源を用いて、各種の角度で前記試料の表面を照光し、
第２照明源を用いて前記表面を照光するものであり、前記第２照明源による照光は実質的に垂直な入射角度で行われ、
前記表面から受け取った、反射、散乱、および回折された光エネルギのすべてを検出器上に結像させる
ことを含む方法。
【請求項２０】
前記第１照明源は帯域が広く、前記第２照明源は帯域が狭い、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２照明源を用いて前記表面を照光することは、前記第２照明源からの光エネルギを前記表面に誘導することを含み、この誘導は、前記第１照明源からの光エネルギの中央掩蔽部内に配置された光偏向装置を利用して行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１照明源による照光は、前記第２照明源による照光と同時に行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１照明源による照光は、前記第２照明源による照光とは異なる時刻に行われる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、光学像形成の視野に関し、より詳細には、明視野光学検査と暗視野光学検査の応用分野で利用される反射屈折（catadioptric）光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面の特徴物、例えば、部分的に加工された集積回路やレチクルの表面特性等、に欠陥がないかどうかを検査する多くの光学系および電子システムが存在する。このような欠陥は、表面上に不規則に局在する粒子や、擦り傷や、エッチングのようなプロセスのばらつき等の形で現れることがある。前述の技術や装置は、この分野で周知であり、カリフォルニア州サンノゼに所在するケーエルエーテンコール社（ＫＡＬ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できる多数の製品等、各種の市販品に取り入れられている。
【０００３】
光学検査には、いくつかの異なる像形成モードが存在する。像形成モードには、明視野像形成モードに加え、各種の暗視野像形成モードがある。これらの像形成モードは、それぞれ異なるタイプの欠陥を検出できる。理想的な検査機械は、単一の系内に複数の異なるモードを組み込んだものであろう。これにより、検査費用が削減されると共に、有利な性能が提供され得る。ただし、このことを実現するのは極めて困難であり、これは、像形成のモードが異なると、光学設計、ソフトウエア、およびシステム要件も異なってくるためである。一般に、明視野と暗視野の像形成を組み合わせようとするシステムは、単一モード設計と同様には、それぞれのモードの実行はしない。
【０００４】
明視野像形成は、通例、ランプベースの顕微鏡システムで利用される。明視野像形成の利点は、通常、形成された像の特徴を容易に識別できることである。像の特徴物の大きさは、光学系の倍率で拡大された、目標とする特徴物のサイズを正確に表す。暗視野像形成は、目標物の特徴の検出にうまく活用されている。暗視野像形成の利点は、平坦な鏡面領域が検出器に向かう光を極めて僅かしか散乱させないため、暗い像が得られるという点である。表面の異常や、目標物から突出している特徴は、検出器に向かう光を散乱させる。したがって、半導体ウエハ等の対象物の検査において、暗視野像形成は、特徴や、粒子や、他の凹凸の像を暗い背景上に生成する。垂直入射のレーザ暗視野は、順応性の高い像形成モードであり、このモードは微小な傷の検出に適している。
【０００５】
検査システムの例としては、中央掩蔽部を持つ、開口数（ＮＡ）の大きい反射屈折光学系があり、これは、例えば、シェーファー（Ｓｈａｆｅｒ）他による米国特許第５，７１７，５１８号明細書と、チュアン（Ｃｈｕａｎｇ）他による米国特許第６，０６４，５１７号明細書に記載されている。明視野および暗視野の像形成は、例えば、フェアレイ（Ｆａｉｒｌｅｙ）他による米国特許第６，２８８，７８０号明細書と、カツィール（Ｋａｔｚｉｒ）による米国特許第５，１５３，６６８号明細書と、カツィール他による米国特許第５，０５８，９８２号明細書に採用されている。レーザ暗視野像形成におけるフーリエフィルタリングは、特定の設計、例えば、バチェルダー（Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒ）他による米国特許第５，１７７，５５９号明細書と、アン（Ｕｎ）他による米国特許第５，４２８，４４２号明細書に記載された設計に採用されている。
【０００６】
ある種の従来の設計では、暗視野像形成の実行時にビーム送出問題が顕現する。例えば、ＮＡの大きい系では、反射屈折の光学設計において、暗視野照明機能が中央掩蔽部によって制限されることになる。これらの系において、暗視野照明は、例えば、５度というような特定の値より大きい角度に限定される可能性がある。反射屈折の設計におけるこの角度の照明問題に対処するために、軸外暗視野像形成および低ＮＡ明視野像形成が採用されている。このような設計において、暗視野照明は高ＮＡ環状照明方式であってよく、この方式において、明視野の照明および像形成は、集束ミラー要素の中央の穴を通過できるＮＡに限定される。このような構造は、また、暗視野照明と集光角を制限することになる。明視野と暗視野を単一の設計に組み込んだ、他の従来の装置は、軸外暗視野像形成および低ＮＡ明視野像形成を利用する。この暗視野照明は、ＮＡの大きい直線タイプの照明である。明視野の照明および像形成は、この場合も、集光ミラー要素の中央の溝を通過できるＮＡに限定されることに加え、暗視野照明と集光角も規制する。
【０００７】
レーザ暗視野像形成でフーリエフィルタリングを実現する従来の方法の一つは、単色光の平行ビームを利用して、法線を基準とする８２度の角度と、結像対物レンズによって規定されるＮＡの間で、対物レンズの外側から半導体ウエハを照光する。暗視野像を形成する前に、集光された光をフーリエフィルタに通して、反復配列パターンに対応する空間周波数成分を減衰させる。このレーザ指向性暗視野方法は、結像対物レンズのＮＡ外でウエハを照光する。このため、照明角度は、法線を基準とする８２度と、結像対物レンズによって規定されるＮＡの間に限定されることになる。また、集光角度も、対物レンズのＮＡ内の角度範囲に限定される。作動距離の長い対物レンズでは、半導体ウエハ上の対象領域にレーザが進入できるようにする必要がある。このタイプの暗視野用途に用いられる対物レンズは、一般に、０．７より小さいＮＡに限定されるが、この値は、法線を基準とする最大４４度までの集光角度に相当する。この手法の主な欠点は、光学部品によって収集されたフーリエ分散が高い方向性を持ち、より大きな角度のみが、散乱回折光分布の片側から収集されるということである。
【０００８】
レーザ暗視野像形成でフーリエフィルタリングを実現する従来の他の方法では、対物レンズによって規定されるＮＡ内で光学系の内側からウエハを照光する単色光の平行ビームを利用する。この系が特定の範囲の欠陥サイズに遭遇した場合、ウエハ上の照明角度は、目的とする空間周波数の光を光学系が集光するように選択される。これはレーザ指向性暗視野方法で、この方法において、レーザは、対物レンズによって規定されるＮＡ内で内側からウエハを照光する。この技法の問題点は、この設計におけるレンズ要素で散乱および反射された少量の光は、感度を損なうレベルのノイズを発生できることである。結像系内の瞳孔位置付近にレーザ照明を設けると、複数のレンズ面で後方散乱および反射された大量の光が照明光と交差することになり得る。また、この系は、ウエハからの正反射成分から順方向散乱光を処理しなければならず、大きな潜在的問題を抱えている。この技法の他の問題として、この系は、照明光の照射と、対物レンズで集光された光の処理とにおいて同じ対物レンズ瞳孔面を利用することが挙げられる。この対物レンズの瞳孔特性は、利用できる照明のタイプとフーリエフィルタリングを制限する。高ＮＡを得ることも、この設計では困難である。高ＮＡレンズは、一般に、より多くの光学要素を必要とするため、散乱ノイズを更に増加させる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，７１７，５１８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０６４，５１７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２８８，７８０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１５３，６６８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，０５８，９８２号明細書
【特許文献６】米国特許第５，１７７，５５９号明細書
【特許文献７】米国特許第５，４２８，４４２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、高ＮＡ検査システムに明視野像形成と暗視野像形成の両方を提供しながら、フーリエフィルタリングと、所望の波長範囲での動作と、所望の角度範囲の暗視野照明と、を提供することは困難である。
【００１１】
したがって、前述した従来知られている結像系に存在する前述の欠点が解消されるような、レーザ暗視野照明のビームを送出するシステムを提供することは有益であろう。また、ここに記載した負の側面を持つ装置の機能が改善された光学検査システム設計を提供することも有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本設計の一側面によれば、試料を検査する装置が提供される。本装置は、第１照明源と、中央掩蔽部を提示する反射屈折対物レンズとを含み、前記反射屈折対物レンズは、前記第１照明源から受け取った光エネルギを受け入れて、法線より実質的に広い角度で光エネルギを試料に向けて送出する。法線より実質的に広いということは、約ゼロ度よりも実質的に大きい角度を意味する。また、本装置は、前記反射屈折対物レンズに由来する中央掩蔽部内に配置され、第２照明源からの追加照明を受け取って、前記試料に対してほぼ垂直に入射するように前記追加照明の進路を変える光学装置を更に含む。
【００１３】
本設計の他の側面によれば、試料を検査する方法が提供される。本方法は、第１照明源を用いて、各種の角度で試料の表面を照光することと、第２照明源を用いて、前記表面を照光することとを含み、前記第２照明源による照光は、実質的に垂直な入射角度で行われ、更に、前記表面から受け取った、反射、散乱、および回折されたすべての光エネルギを検出器上に結像させることを含む。
【００１４】
本発明の前述した利点と他の利点は、当業者であれば、下記に示す本発明の詳細な説明と添付の図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、限定するためではなく、例示することを目的として、添付の図面に図示されている。
【００１６】
本設計は、広帯域明視野検査技法とレーザ暗視野検査技法のいずれの性能も損なわずに、その両方をサポートできる装置である。この拡張されたデュアルモードの検査機能を実現するため、両方の検査技法で同一の結像系と、同一の検出システムと、同一の自動焦点システムとを用いる。採用する照明系は、従来利用可能であったものとは異なり、垂直入射レーザ暗視野モードに対応してフーリエフィルタまたは他の瞳孔開口が採用される。検出システムに、適切なダイナミックレンジを持つ検出器を採用して、垂直入射暗視野検査技法によって生成される高ダイナミックレンジ信号を処理してもよい。
【００１７】
本設計は、光学検査のためにレーザ源を用いて面を照光するビーム送出に有用である。本設計は、結像系の光軸に沿って光が進むことを妨げる中央掩蔽部を持つ光学系での利用に特に適している。本発明の一実施形態によれば、レーザ光は、実質的に中央掩蔽領域内に配置された構成要素の一部を利用して対物レンズに進入できる。この光は、次に、対物レンズの光軸に沿って転向される。この垂直入射の照明技法は、検査面からの正反射が照明経路に沿って後方に反射され、結像系によって集光されない配置で構成要素が整列された場合に、暗視野像を形成する。照明光と正反射光は、いずれもいくつかの対物レンズ面しか通過しないため、光学部品からの散乱ノイズが減少する。他の実施形態によれば、同様の方法で軸外照明を実現できる。
【００１８】
垂直に入射する暗視野照明経路に、比較的小型のミラー部品またはプリズム部品を利用でき、このミラー部品またはプリズム部品は、側方から結像系に進入する光を、光軸に沿った、前記検査面に垂直な経路に誘導するように選択的に配置されてよい。このミラー部品やプリズム部品は、系内の既存の光学要素に直接取り付けられても、中央掩蔽部品に取り付けられても、あるいは、実質的に前記掩蔽領域内に位置するサポート構造に取り付けられてもよい。この部品で中央掩蔽を埋めるように構成すると、望ましくない反射および散乱を更に削減できる。軸外照明にも同様の設計を利用できる。
【００１９】
レーザ暗視野照明用のビーム送出システムの構成部品は、他の形式の照明や像形成、例えば、広帯域明視野の照明と像形成等に影響を与えない。したがって、暗視野照明および検査は、明視野照明とは独立に機能してよい。この構成は、異なる照明技法および像形成技法の同時動作にも対応できる。例えば、ランプベースの照明を用いる従来の広帯域明視野は、レーザ照明と同時に動作してよい。ここで、最終的な像は両方の光源を含んでよい。これら光源間の光のバランスを制御して、検査性能を最適化できる。これに代わる構成として、波長選択要素を用いて最終像を分離し、例えば、明視野ランプ像と暗視野レーザ像とを形成してもよい。その後、各像にそれぞれ個別の光学的または電子的処理と、検出処理とを採用できる。
【００２０】
本設計は、フーリエフィルタリング技法と共に利用されることにも十分に適している。また、レーザフーリエフィルタリング技法は、広帯域明視野像形成と同時に利用できる。
【００２１】
本実施形態での利用に適した結像系の一実施形態を図１に示す。図１の設計は、１９９７年８月７日に出願された「広域ズーム機能付き超広帯域紫外線顕微鏡結像系（ＵＬＴＲＡ−ＢＲＯＡＤ−ＢＡＮＤ  ＵＶ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＷＩＤＥ  ＲＡＮＧＥ  ＺＯＯＭ  ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ）」という名称の米国特許第５，９９９，３１０号明細書に記載されている反射屈折結像系である。この米国特許は、１９９６年７月２２日に出願された「広域スペクトル紫外線反射屈折結像系（ＢＲＯＡＤ  ＳＰＥＣＴＲＵＭ  ＵＬＴＲＡ  ＶＩＯＬＥＴ  ＣＡＴＡＤＩＯＰＴＲＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ）」という名称の米国特許第５，７１７，５１８号からの一部継続出願である。これら両特許は、ケーエルエーテンコール社（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡されたものであり、その開示内容を本願明細書の一部として援用する。
【００２２】
図１の設計は、‘３１０特許の図４の設計と同様に、反射屈折対物レンズ部１２８と、ズーム結像レンズ群部１３９とを含む。反射屈折対物レンズ部１２８は、反射屈折レンズ群１２２と、視野レンズ群１２７と、集束レンズ群１２９とを含む。この系は、像平面または検出器配列１４０上に半導体ウエハ等の被検物（図示せず）の像を形成する。全０．９ＮＡの反射屈折対物レンズ部１２８は、前記‘５１８特許にも記載されている。
【００２３】
反射屈折対物レンズ部１２８は、紫外スペクトル領域（約０．２０〜０．４０ミクロン波長）における超広帯域像形成に対応して最適化される。この設計では、シュップマン（Ｓｃｈｕｐｍａｎｎ）原理とオフナー視野レンズとを組み合わせて利用して、光軸収差（axial color）と１次横収差（lateral color）とを補正し、色収差補正視野レンズ群を用いてより高次の横収差を補正する。反射屈折レンズ群１２２は、反射性に被膜されたレンズ要素である平面状または平面の反射板１２３と、メニスカスレンズ１２５と、凹球面反射体とを含む。本設計は、凹面反射体１２４と大型メニスカスレンズ１２５とを利用して、製造を容易化する。これらの反射要素はいずれも、反射材が存在しない中央光学開口を持つことで、中間像平面１２６からの光が凹面反射体を通過して、平面状（または平面の）反射板１２３により凹面反射体１２４で反射し、経路内にある関連レンズ要素を横切って平面状（または平面の）反射板１２３から戻れるようにする。
【００２４】
色収差が補正された多要素視野レンズ群１２７は、石英ガラスとフッ化物ガラスのように２つ以上の異なる屈折性材料または回折面で形成されてよい。視野レンズ群１２７は、光学的に連結されても、あるいは、若干の空間を空けて配置されてもよい。石英ガラスとフッ化物ガラスは遠紫外範囲内の分散にほとんど違いがないため、視野レンズ群の複数の構成要素それぞれの倍率は、比較的高い倍率でなければならない。このような色収差補正視野レンズを利用することで、超広域スペクトル範囲全体で光軸収差および横収差を完全に補正できる。本設計の最も単純なバージョンでは、単一の視野レンズ部品のみを、系内の他のレンズと異なる屈折性材料で形成する必要がある。視野レンズ群１２７を中間結像位置から僅かにずらして、視野レンズ群１２７の熱負荷および表面散乱を削減する。
【００２５】
図１の設計は、複数のレンズ要素、好ましくは、すべて単一種類の材料で形成された複数のレンズ要素を有する集束レンズ群１２９を含み、前記レンズ要素は、単色収差と収差の色度変化の両方を補正して、光を中間像に集束させるように選択される曲率および位置を有する屈折面を持つ。集束レンズ群１２９において、低倍率のレンズ１３０の特定の組み合わせは、球面収差と、コマ収差と、非点収差とにおける色変化に応じて系を補正する。
【００２６】
視野レンズ群１２７と低倍率群１３０の設計上の特徴は、多大な光学的利点を提供する。反射屈折対物レンズ１２８と組み合わされたズーム結像レンズ系１３９により、ズームの実行時に検出器配列１４０が静止できるようになるが、本設計は、図示した構成要素および向きに限定されるものではない。例えば、反射屈折対物レンズ系１２８はいずれのズーム機能も持たないものと仮定すると、ズーム結像レンズ系またはズーム部１３９には、２種類の実現可能な一般的な設計が考えられる。
【００２７】
一つ目の設計において、ズーム部１３９は、すべて同一の屈折性材料、例えば、石英ガラス等で形成でき、更に、ズーム実行中に１次縦収差（longitudinal color）と１次横収差が変動しないように設計できる。１次色収差はゼロに補正する必要はなく、単一種類のガラスのみを用いた場合、通常はゼロまで補正することはできない。ただし、１次収差は固定されていなければならない。ここで、反射屈折対物レンズ１２８の設計は、これらの補正されていないが固定されている、ズーム結像レンズの色収差を補正するように変更できる。図１に示す組み合わせの顕微鏡システムは、フッ化カルシウムを除く単一の材料、例えば、石英ガラスや、色収差が補正されたオフナー型視野レンズの回折面で構成されてよい。
【００２８】
二つ目の設計において、ズーム結像レンズ群１３９は、反射屈折対物レンズ１２８とは独立して収差を補正できる。このような構造には、異なる分散度を持つ、少なくとも２つの屈折性材料、例えば、石英ガラスとフッ化カルシウム等の材料や、回折面が必要になることがある。その結果、ズーム範囲全体で縦と横の収差に高レベルの残差を避けられなくなるため、概して、結像レンズ系はかなり広域のＵＶスペクトル領域に渡って高性能を発揮できなくなる。その埋め合わせとして、スペクトル領域や、開口数や、混合された系の視野寸法を削減するか、これらの要素のいくつかを組み合わせて削減することで妥協策を講じることができる。
【００２９】
図１の設計は、ちょうど説明したような２つの状況の間をとったものである。ズーム結像レンズ１３９は、反射屈折対物レンズ１２８とは独立して、２種類の屈折性材料（石英グラスとフッ化カルシウム等）を用いて最初に補正されてよい。その後で、ズーム結像レンズ１３９は、反射屈折対物レンズ１２８と組み合わされてよい。反射屈折対物レンズは、ズーム結像レンズ系の残留高次色収差について、反射屈折対物レンズの視野レンズ群１２７と低倍率レンズ群１３０との設計によって達成可能な効果を補償するように変更できる。その後、この組み合わされた系は、最大の性能を発揮するようにすべてのパラメータを変更して最適化できる。
【００３０】
結像レンズ部は、ズームの実行時に、その高次の色収差がいかなる量であっても変化しないように設計できる。ズームの実行中における検出器配列１４０の移動が可能であれば、設計の問題は大いに簡単なものになるが、この系の他の部分に対して結像位置を固定させる方がより望ましい。
【００３１】
図１の結像系は、波長について２３０〜３７０ナノメートルから補正されるため、この系は、前記範囲内の任意の波長で、広帯域明視野像形成と垂直入射レーザ暗視像形成の両方を同様にサポートできる。補正範囲がより狭い光学系も利用できるが、補正範囲が狭いと、ランプ明視野とレーザ暗視野の照明と像形成の波長が限定されることになる。この結像系は、単一の移動式結像レンズ群を利用して、３８倍から２００倍まで拡大率を変化させる。結像レンズ群を移動させて、検出器までの光路長を調整することで拡大率を変え、性能を最適化できる。
【００３２】
代替の構成は、狭帯域明視野検査技法とレーザ暗視野検査技法のいずれの性能も損なうことなく、この両方の検査技法をサポートする装置を含む。この系は、レーザ明視野照明と垂直レーザ暗視野照明とを組み合わせたものである。明視野レーザ照明系は、移動式光拡散要素等の技法を利用して、レーザの見かけの時間干渉性と空間干渉性とを抑制する要素を搭載してよい。図２に、この構成に適した結像系を示す。図２の設計は、単一の波長に対して最適化された反射屈折結像系２００を含む。このタイプの反射屈折結像系は、「多モード像形成のための高ＮＡシステム（ＨＩＧＨ  ＮＡ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＭＯＤＥ  ＩＭＡＧＩＮＧ）」という名称の、ヤンホー・チュアン（Ｙｕｎｇ−Ｈｏ  Ｃｈｕａｎｇ）他の発明者による米国特許第６，０６４，５１７号明細書で広範囲にわたって説明されている。この米国特許は、２０００年５月１６日に発行されたもので、その開示内容を本願明細書の一部として援用する。
【００３３】
図２の光学部品は、表１に示すように規定される。
【表１】
2008545165.tif 000003
【００３４】
前述の表では、ここで利用するレンズ規定を含む他のすべての表と同様に、「面（Ｓｕｒｆ）」または同様の記述は特定の要素に対応する面番号を表す。ほとんどの要素は２つの面を持ち、前述の表を図２と相関させると、面ＯＢＪは、無限大の曲率半径を持ち、図２の最上部の要素を表す。面１は、図中の最上部のレンズ面で、面ＯＢＪから１０．５３４ミリメートルに位置し、２７．５８７ミリメートルの曲率半径を持つ。面２の中心は、面１の中心から５．０７１ミリメートルであり、このレンズは、５．０７１ミリメートルの厚さを持ち、石英ガラスで形成されている。このように、提示された図の各面の寸法を確認することができる。
【００３５】
図２の広帯域反射屈折結像系は、照明および最大６４度の集光角に対応して、最大０．９の開口数に補正される。図２の設計は、説明の便宜上複数の群に分類した各種の要素を含む。反射屈折群２０１は、ミラー要素２０５と反射屈折要素２０６とを含む。視野／集束レンズ群２０２は複数の精密レンズを含む。ポイント２０４には、検出器を配置してよい。精密レンズ群２０３は、高ＮＡと、前記‘５１７特許で詳細に説明している利点と、を実現するのに有用な複数の追加レンズを含む。反射屈折結像系２００は、例えば、反射屈折要素２０５と平坦要素２０６内の穴による中央掩蔽部を持つ。本構成において、光学設計は、瞳孔径の約１０パーセントまたは瞳孔領域の約１パーセントに相当する掩蔽部を含む。製造公差は、瞳孔径の約１２パーセントまたは瞳孔領域の約１．４パーセントまで前記掩蔽部が増えることを許容する。この掩蔽は０．１１のＮＡに相当する。したがって、図２の設計における結像ＮＡは、瞳孔面に開口を用いることで約０．１１から０．９いっぱいまで可変である。
【００３６】
「瞳孔面」に関して、光学系における瞳孔は開口絞りの像である。光学系には少なくとも２つの瞳孔と、これらの瞳孔による２つの瞳孔面とが存在し、そのうちの物体空間にあるものは、入射ひとみ、または入射瞳孔面と呼ばれ、像空間にあるものは、射出ひとみ、または射出瞳孔面と呼ばれる。本明細書で用いる場合、「瞳孔面」の用語は、文脈に応じて、入射または射出いずれかの瞳孔面を意味するものとする。
【００３７】
対物レンズの光路上にある掩蔽部の効果は、視野／集束レンズ群３０１と、反射屈折群３０２と、視野ポイント３０３とを記載した図３に詳しく示した。ここで、反射屈折群３０１は、反射体３０５と、湾曲レンズ３０６と、平面レンズ／ミラー要素３０７と、を含む。
【００３８】
図４に、反射屈折結像系に広帯域明視野照明と自動焦点機構とを追加したものを示す。図中の明視野照明は、Ｈｇ−Ｘｅアーク灯４０１を含むが、他の光源を採用してもよく、また、集光光学部品４０２と、コールドミラー４０３と、ホモジナイザ４０４と、自動焦点ビームスプリッタ４０６と、を更に含む。これらの装置は、標準の顕微鏡照明方式で配設される。ビームスプリッタ／反射面４５０を利用して光の方向を変え、反射屈折結像系内に明視野照明を取り入れるようにしてもよい。図４には、更に、反射屈折群４１１と、集束レンズ群４１２と、精密レンズ群４１３とが示されると共に、ポイント４２０に像平面が示されている。このポイント４２０にもセンサが配置されてよい。図４は、図１に示したものと同じ光学部品を含む。図４の光学部品の規格、特に、照明の１次ライン内の部品の規格を表２に示した。
【表２】
2008545165.tif 000004
【００３９】
各種の自動焦点システムを利用して、試料や標本の表面の焦点位置を制御できる。図４に、自動焦点機構４７５を示す。自動焦点技術の一つは、「顕微鏡の自動焦点システム（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ  ＦＯＣＵＳＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  Ａ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）」という名称の米国特許第４，６３９，５８７号明細書に記載されている。この米国特許は、１９８５年１月２２日に出願されたもので、その開示内容を本願明細書の一部として援用する。このタイプの自動焦点は、照明とは異なる波長で動作し、ダイクロイックミラーを用いて導入できる。ダイクロイックミラーは、図４に反射面４５０として示されている。このミラーは、照明系内に配置できる。
【００４０】
反射屈折結像系に垂直入射レーザ暗視野照明を追加したものを図５に示す。暗視野照明は、ＵＶレーザ５０１と、適応光学部品５０２と、機械ハウジング５５１の開口と窓５５５と、面に対して垂直な入射角で光軸に沿ってレーザの向きを変えるプリズム５０３と、を含む。また、プリズム５０３は、試料表面の特徴物からの正反射と、対物レンズ５５０の外側の光学部品表面での反射とを、照明レーザの経路に沿って誘導する。また、レンズ構造は、反射屈折群５５２と、集束／視野群５５３と、精密レンズ群５５４の一般的な形式で提供される。
【００４１】
反射屈折結像系５００によってサポートされる２３０〜３７０ナノメートルの波長帯で多くの異なるレーザ源を利用できる。例えば、３６３．８，３５４，３５１，３３３，３２５，２７５，２６６，２５７，２４８，２４４ナノメートル等の波長で、連続波（ＣＷ）やパルスレーザを利用できる。多くの用途で、ＣＷレーザは検査に便利である。ＣＷレーザは、レーザとデータ取得の間のタイミング問題を排除できる。適応光学部品を利用して、被検査面上の照明ビームのサイズと形状とを制御できる。また、プリズム要素も照明の制御を提供できる。任意構成のズーム系は、像形成拡大率が変化した時に視野サイズに合うように照明ビームのサイズを変更できる。このようなズーム系は、小さい視野サイズでの検査に必要なレーザエネルギを最小限に抑制できる。
【００４２】
図６に示すような視野開口６００を利用して、望ましくない散乱光が系内に入らないように規制してもよい。視野開口は、任意の構成として、追加の光学部品を用いて被検査面上に結像されてもよい。照明の偏光化を選択することで、対象とする欠陥についての信号対雑音比を最適化できる。直線偏光と円偏光の両方を採用してよい。例えば、半導体ウエハの検査において、半導体ウエハ上の周期的構造に対して４５度に配向された直線偏光は、この構造から回折雑音を削減して、欠陥の検出を改善できる。適応光学部品を通過した後、光ビームは、機械アセンブリの側面にある穴を通って対物レンズに進入できる。窓（図示せず）を利用してこの穴を覆い、対物レンズに異物が入ることを妨いでもよい。また、窓は、窒素パージガスの漏れも防止できる。レーザビームが対物レンズに進入すると、光エネルギーは、図７に示すように、結像系４００の中央掩蔽部７１０の領域内に設けられたプリズム７０１で反射する。プリズム７０１は、上面７０２と底面７０３とを持つ。提示した構成において、プリズム７０１は、広帯域明視野の照明または像形成を妨げない。プリズムは、レーザ光エネルギを反射し、その光エネルギの進行方向を変え、面７０４に垂直な角度で結像系の光軸に沿うようにする。プリズム７０１は、プレート７０５に取り付けることができ、この取り付けは、光学接触や、エポキシ接着剤または他の接着剤や、プレートへの小さい窪みの加工や、当業者に周知の他の機械的取り付け手法を利用して行うことができる。プレート７０５へのプリズムの取り付けにより、プレート７０５の上面からのゴースト反射が減少する傾向が見られる。プリズムの内角は、第２の面７０３から光が完全に内部反射するように選択でき、これにより、多くの場合、ミラーコーティングの必要性が排除される。
【００４３】
また、ミラーを利用して、試料やウエハに垂直な光軸に沿うようにビームを誘導してもよい。代替の実施形態において、ミラーまたはプリズム８０１は、図８に示すように、コネクタ８０３を介してメニスカスレンズ８０２に取り付けられてよい。更に他の実施形態において、プリズムまたはミラー等の光学装置９０１は、図９に示すように、「スパイダ」９０２によって、中央掩蔽部９１０内でプレート９０５の下に吊り下げられる。スパイダ９０２は、通常、プレートの下部にプリズムやミラー９０１を吊り下げて固定でき、１つ、または２つのサポートを含んでよい。あるいは、明視野の照明および像形成に最低限の影響しか与えない薄いサポートであれば、３つ以上の薄いサポートを備える。図９に示すように、暗視野の光エネルギは、窓／開口９５０を通って光学装置９１０に衝突し、そこで、試料または標本の面９７５に向かうように誘導される。
【００４４】
垂直入射レーザ暗視野において、検出器からの正反射と、ゴースト反射と、望ましくない散乱光とを規制することは、特定の利益をもたらす。これらの効果が有用であるのは、散乱および回折された暗視野信号は、概して前述のノイズ源よりも弱いためである。このような反射は照明ビームの経路に沿って存在するため、ここに示したようなプリズム送出システムは、面からの正反射とゴースト反射とを除去する。１次ノイズ源は、プレート７０５の底面の散乱からのものである。この散乱は比較的小さく、センサへの直接経路を持たないため、最小限の問題しか生じない。
【００４５】
面の特徴物から散乱および回折した光は、結像系によって集光されて瞳孔面にマッピングされる。瞳孔面における各位置は、面の上方で異なる散乱角度で集光された光を表す。瞳孔面に開口を設けることで、対象とする散乱角度のみを選択し、目的とする欠陥についての信号対雑音比を改善できる。例えば、図１０Ａと１０Ｂに示す開口は、検出器に到達する散乱回折光を瞳孔の４つの象限に規制できる。
【００４６】
図１０Ａと１０Ｂの開口は、半導体検査に採用できる。ウエハやレチクル表面のパターンからの回折光は、主にＸおよびＹ方向に回折される。この回折光は、開口１００１または１００２等の開口部で遮られるが、そのパターン上の任意の欠陥から散乱した光は検出器を通ることができる。図１０Ｃの開口１００３は、検出器に到達する散乱回折光を瞳孔の中央領域に限定できる。検出器（図示せず）に到達する光を限定することは、半導体ウエハ上の微小な瑕の検出に有用である。
【００４７】
垂直入射レーザ暗視野の像形成は、フーリエフィルタリングを利用して、面上の反復パターン信号を最小限に抑制し、欠陥の信号対雑音比を改善できるという利点を持つ。垂直入射レーザ暗視野は、一般に、適切なフーリエフィルタ設計を提供するが、このフーリエフィルタ設計は、この分野で知られており、概して「半導体ウエハを検査するシステムおよび方法（Ａ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＳＰＥＣＴＩＮＧ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＷＡＦＥＲＳ）」という名称で、発明者エリーザ・ローゼンガウス（Ｅｌｉｅｚｅｒ  Ｒｏｓｅｎｇａｕｓ）およびスティーブン・ランゲ（Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．  Ｌａｎｇｅ）による米国特許第６，０２０，９５７号明細書に記載されている。この‘９５７特許は、ケーエルエーテンコール社に譲渡されたものであり、その開示内容を本願明細書に援用するものである。
【００４８】
時間差積分（ＴＤＩ）センサまたは検出器は、図示されてないが、例えば、図４のポイント４２０に配置されてよく、広帯域明視野信号および垂直入射レーザ暗視野信号の検出に利用できる。このようなシステムでの利用には、明視野信号に対する感度が高く、暗視野信号のダイナミックレンジが大きいセンサを必要とする場合がある。明視野信号と暗視野信号は、個別に検出されても、あるいはセンサ上で組み合わされてもよい。これに代わる構成として、明視野信号と暗視野信号を分離して、それぞれを個別のＴＤＩセンサに送ってもよい。
【００４９】
本システムの設計は、リソグラフィ、顕微鏡検査、生物学的検査、医学研究等を含む様々な環境で利用されてよいが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
ここに提示した設計と図示した特定の観点は限定することを意図したものではなく、本発明の教示と利点、すなわち、反射屈折光学系のレーザ暗視野照明に対応するビーム送出システムを取り入れる一方で、代替の構成要素を含んでもよい。このように、特定の実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明の更なる変更が可能であることは理解されるであろう。本願は、本発明の原理に全体的に従う、本発明の各種の変形物、用途、または改造物を網羅することを意図するものであり、本発明が属する分野において知られると共に通例的に実施されるような、本開示内容からの逸脱も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本設計での利用に適した、従来の広帯域反射屈折結像系を示す図である。
【図２】本設計での利用に適した、従来の狭帯域代替反射屈折結像系を示す図である。
【図３】中央掩蔽部を持つ反射屈折レンズを介して描画される光線経路について、照明光線が存在しない中央領域が像の形成に利用されていない状態を示す図である。
【図４】ランプベースの明視野照明と自動焦点システムとを備えた、本設計に係る広帯域反射屈折結像系を示す図である。
【図５】垂直入射レーザ照明と、ビーム搬送光学部品と、コリメータとを有する、本設計に係る反射屈折結像系を示す図である。
【図６】視野面に配置されて、照明光を規制する視野開口を示す詳細図である。
【図７】中央掩蔽の影の中に配置されたプリズムビーム転向構造を示す図である。
【図８】中央掩蔽の影の中に配置された懸架式ミラービーム転向構造を示す図である。
【図９】結像経路に追加された透明板に設けられた懸架式ミラービーム転向構造を示す図である。
【図１０Ａ】各象限の一部を透過するフーリエフィルタを示す図である。
【図１０Ｂ】各象限の別の一部を透過する他のフーリエフィルタを示す図である。
【図１０Ｃ】利用可能な範囲から開口数の特定区画を透過する追加フーリエフィルタを示す図である。
【図１】
2008545165.tif 000005
【図２】
2008545165.tif 000006
【図３】
2008545165.tif 000007
【図４】
2008545165.tif 000008
【図５】
2008545165.tif 000009
【図６】
2008545165.tif 000010
【図７】
2008545165.tif 000011
【図８】
2008545165.tif 000012
【図９】
2008545165.tif 000013
【図１０Ａ】
2008545165.tif 000014
【図１０Ｂ】
2008545165.tif 000015
【図１０Ｃ】
2008545165.tif 000016
【国際調査報告】
2008545165.tif 000017