(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、
前記光学系の物体面の領域内に物体を搭載するための物体支持体と、
暗視野光源と、
前記光学系の像平面の領域内に配置された放射線感受性基板を有する画像検出器とを備えた検査システムであって、
前記光学系は、撮像ビーム経路及び暗視野照射ビーム経路を提供すると共に、対物レンズと投射レンズとを備え、
前記対物レンズ及び前記投射レンズは、以下の構成要素：前記物体面、前記対物レンズ及び前記放射線感受性基板が、この順番で前記撮像ビーム経路内に配列され、かつ、以下の構成要素：前記暗視野光源、前記投射レンズ及び前記物体面が、この順番で前記暗視野照射ビーム経路内に配列されるように配置され、
前記放射線感受性基板に撮像される物体視野に亘る前記暗視野照射ビーム経路の主光線の配向変化は、５度未満であり、
前記物体視野に亘る前記撮像ビーム経路の主光線の配向変化は、５度未満であり、
前記物体面の側における前記撮像ビーム経路の開口数は、０．１未満であり、
前記物体面の側における前記暗視野照射ビーム経路の開口数は、０．１未満であり、
以下の関係の少なくとも１つが満足され：
ｉ）物体視野の直径が２００ｍｍよりも大きく、前記物体面から前記像平面までの前記撮像ビーム経路の全長が１１００ｍｍ未満である；
ii）前記物体視野の直径で除算した、前記物体面から前記像平面までの前記撮像ビーム経路の全長が、６．０未満である；及び
iii）前記物体視野の直径が、前記物体の直径の０．６倍よりも大きい、
前記検査システムは、前記物体面で反射される前記暗視野照射ビームの一部がビームダンプに受光されるように前記物体面の下流側の前記暗視野照射ビーム経路内に配置された前記ビームダンプを備え、前記ビームダンプは、第１及び第２光吸収部を備え、前記第１光吸収部は、前記ビームダンプの前記第２光吸収部の表面が前記第１光吸収部の表面から反射される実質的にすべての光を受光するように構成された曲面を有し、前記第２光吸収部の前記表面は、前記第１光吸収部の前記曲面よりもサイズが小さい、検査システム。
【請求項２】
前記投射レンズは、２つのレンズ面を有する非接合単レンズ素子であり、より大きな面曲率を有する前記レンズ面は、前記より大きな面曲率を有する前記レンズ面の曲率半径によって除算した前記投射レンズの自由直径が０．５よりも大きいという関係を満たす請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
前記物体が半導体ウェハを含む請求項１に記載の検査システム。
【請求項４】
前記物体の直径が３００ｍｍ以上である請求項１に記載の検査システム。
【請求項５】
前記半導体ウェハが３００ｍｍウェハを含む請求項３に記載の検査システム。
【請求項６】
前記ビームダンプの前記第１光吸収部は、厚さ１ｍｍにおいて１×１０-7から０．８までの範囲内の入射光透過率を提供する光吸収材料で形成されている請求項１に記載の検査システム。
【請求項７】
前記ビームダンプの前記第１光吸収部の前記光吸収材料の表面は、反射防止コーティングを担持する請求項６に記載の検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学検査システム及び方法に関する。
【０００２】
被検査物体は、一般に、任意のタイプの物体、特に、半導体ウェハであり得る。半導体ウェハの応用においては、本発明は、いわゆる巨視的欠陥（macro-defect）検査を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
半導体回路は、リソグラフィ法を用いて平坦な半導体ウェハ基板上に微細パターン構造を形成することによって作製される。ウェハ基板は、約３００ｍｍの直径を有し得る。このウェハ基板内においては、数百個の回路が、通常、数ミリメートルから数十ミリメートル程度の直径を有する個々のダイの中に配置され、半導体回路の構造体は、０．１μｍ未満の直径を有し得る。半導体製造の初期の段階において、形成されたパターン中の欠陥及び作製プロセスの不備を検出することが望ましい。半導体基板を検査するためのいくつかの技術が公知である。
【０００４】
図１は、寸法が０．１μｍ以下の最小パターン構造体中の不備を検出することを目的とした微視的欠陥検査システムの概略図である。図１は、矩形ダイ３のアレイが表面上に形成されたウェハ１を概略的に示している。ウェハ１は、顕微鏡の対物レンズ７に対して当該ウェハを移動及び回転させるように構成されたウェハステージ５に搭載されている。顕微鏡は、イメージセンサ１１、光源１３及びビームスプリッタ１５を備えている。光源１３によって生成された測定光ビーム１７の一部は、ビームスプリッタ１５で反射され、対物レンズ７を横断し、当該対物レンズによって集光されてウェハ１の表面の小さな部分を照射する。このウェハ１の照射部分はさらに、イメージセンサ１１上に撮像され、ウェハ表面の小さな部分の拡大された微視的画像が検出され得る。この検出された画像と、この小さな部分の所望の画像とを比較することにより、最終的には、ウェハ１上に形成された構造体の欠陥又は不備を検出することができる。ウェハ１を光学系（optics）に対して移動させることにより、ウェハ表面の他の部分の画像を検出することが可能である。図１を参照しながら例示したような微視的欠陥検査方法は、作製された半導体回路の非常に小さな構造体中の欠陥及び不備を検出するという利点を有するが、ウェハ表面の全ての部分の画像を得るためにはかなりの時間がかかるため、スループットが低いという欠点を有する。その他の公知の微視的欠陥検査方法としては、レーザ走査方法及び電子顕微鏡検査方法が挙げられる。
【０００５】
図２は、ウェハ１の表面上の複数のダイ３を含む、より大きな部分又はウェハ全面がイメージセンサ１１上に撮像される巨視的欠陥検査システムを示している。利用可能なイメージセンサの大きさは、通常、ウェハ１上の撮像領域の大きさよりも小さいため、概して参照符号１９で示される撮像光学系は、通常、縮小（マイクロ化）光学系である。暗視野光源２１は、鋭角でウェハ表面に方向付けられる暗視野照射光ビーム２２を生成するために設けられ、入射する暗視野照射光ビームの主要部分は、ウェハ表面で鏡面反射されてビームダンプ２３に捕捉される。小さな粒子又は引っかき傷などのウェハ表面上の欠陥は、入射する暗視野照射光ビームを散乱させ、散乱した暗視野照射光ビームは、撮像光学系１９によって集光され、イメージセンサ１１によって検出可能である。あるいは、又は、さらに、ウェハ表面に入射する明視野照射光ビーム２６を生成するために、明視野光源２５を設けてもよく、ウェハ表面で反射される明視野照射光ビーム２６の主要部分もまた、撮像光学系１９によって集光され、イメージセンサ１１によって検出される。図２を参照して上記で例示されるような巨視的欠陥検査方法は、ウェハ表面の比較的大きな部分の画像を短時間で得ることができるためにスループットが高いという利点を有するが、利用可能なイメージセンサの解像度が制限されているため、ウェハ１上の小さな欠陥は検出することができないという欠点を有する。さらに、巨視的欠陥検査方法は、半導体ウェハの製造中に発生する可能性のある多数の欠陥及び不備を検出することが可能である。
【０００６】
従って、高スループットで、かつ、高撮像品質を可能にする光学巨視的欠陥検査システム及び方法を提供することが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の課題を考慮して完成された。
【０００８】
本発明は、高スループットで、かつ、高撮像品質を可能にする光学検査システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施の形態は、高スループットで、かつ、高撮像品質を可能にする検査システム及び方法を提供する。
【００１０】
本発明の特定の実施の形態は、パターン化されたウェハ及びパターン化されていないウェハの光学的検査を実施するための巨視的欠陥検査システム及び方法を提供する。
【００１１】
本発明の実施の形態は、光学系と、前記光学系の像平面の領域内に配置された放射線感受性基板を有する画像検出器とを備えた検査システムを提供する。この検査システムにおいて、前記光学系及び前記画像検出器は、比較的大きな物体視野（objective field）が前記放射線感受性基板上に撮像されるように構成され、前記放射線感受性基板上に撮像される物体視野の直径は、ウェハ直径の０．６倍よりも大きく、前記ウェハ直径は、３００ｍｍ以上、例えば４００ｍｍであり得る。本明細書における他の実施の形態において、前記物体視野の直径は、前記ウェハ直径の０．７倍又は０．８倍よりも大きいか、又は、ウェハ全直径に対応し得る。
【００１２】
他の実施の形態によれば、前記物体視野の直径は、２００ｍｍよりも大きいか、２５０ｍｍよりも大きいか、又は３００ｍｍよりも大きく、物体面から前記像平面までの撮像ビーム経路の全長は、１５００ｍｍ未満であるか、１３００ｍｍ未満であるか、１１００ｍｍ未満であるか、又は９００ｍｍ未満である。他の実施の形態によれば、前記物体視野の直径で除算した、前記物体面から前記像平面までの前記撮像ビーム経路の全長は、６．０未満、特に、５．０未満であり、他の例示的な実施の形態によれば、４．０未満である。
【００１３】
このような構成によれば、その光軸に沿った長手方向の長さが比較的短い光学系を用いてウェハ表面の大部分又はウェハ全表面の画像を得ることが可能である。そのため、前記検査システムの必要な光学系を比較的小さな容積に納め、半導体製造施設に現存するツールチェーン（tool chain）内で前記検査システムを容易に一体化することができる。
【００１４】
本発明の実施の形態によれば、前記ウェハから前記画像検出器までの撮像は、倍率が１．０未満の縮小又は低減撮像（de-magnifying or reducing imaging）である。
【００１５】
特定の実施の形態においては、倍率は、０．２５未満又は０．２０未満である。
【００１６】
前記検査システムのいくつかの実施の形態によれば、前記検査システムは、明視野光源を備え、前記光学系は、対物レンズと、撮像ビーム経路及び明視野照射ビーム経路の両方を提供するように配置されたビームスプリッタとを備える。この目的のため、これらの構成要素は、前記物体面、前記対物レンズ、前記ビームスプリッタ及び前記放射線感受性基板がこの順番で前記撮像ビーム経路内に配列され、前記ビームスプリッタ、前記対物レンズ及び前記物体面がこの順番で前記明視野照射ビーム経路内に配列されるように配置されている。
【００１７】
この配置によれば、（例えば、図２に示されるような）明視野照射と大視野撮像（large field imaging）とを一体化させる従来の配置と比較して、前記検査システムによって占められる全容積を著しく増加させることなく、明視野照射光学系又は撮像光学系を一体化させることが可能である。本願において用いられる用語「明視野照射」は、平坦な基板表面上に入射し、その鏡面反射方向に対して２０度未満の角度だけ前記表面において散乱する照射光線が、前記撮像光学系によって集光され得る構成を示す。他方、本願において用いられる用語「暗視野照射」は、入射照射光線が鏡面反射方向に対して３０度よりも大きい角度だけ散乱して前記撮像光学系によって集光されなければならない構成を示す。
【００１８】
本発明の実施の形態によれば、前記検査システムは、前記物体視野を前記画像検出器の前記放射線感受性基板上に撮像するための撮像光学系を備え、前記撮像光学系は、正の屈折力を有する対物レンズと、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、前記対物レンズ、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は、この順番で、共通の光軸に沿って配置され、前記撮像ビーム経路の瞳孔面は、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に設けられている。
【００１９】
本明細書における一実施の形態によれば、前記対物レンズは、２つのレンズ面を有する非接合単レンズ素子であり、より大きな面曲率を有するレンズ面は、以下の関係を満たす。すなわち、より大きな面曲率を有する前記レンズ面の曲率半径によって除算された前記対物レンズの自由直径は、０．５よりも大きいか、０．７よりも大きいか、又は０．９よりも大きい。このような対物レンズは、高い屈折力を有する。高い撮像品質を必要とする従来からの撮像の応用においては、レンズの高い屈折力によって引き起こされる色誤差（chromatic error）及び球面誤差（spherical error）を低減させるために、２つ以上のレンズ素子及び／又は接合レンズ素子を備える対物レンズが用いられる。本発明のこの実施の形態によれば、直径が大きく、かつ、高い屈折力を有する非接合レンズ素子は、比較的高い色誤差及び比較的高い球面誤差を引き起こすが、これらの誤差は、前記第１レンズ群によって補償される。このような構成によれば、前記対物レンズの簡単な構成を可能にすると共に、高い撮像品質が維持され得る。特に、前記物体視野の直径が大きく（例えば、３００ｍｍ以上）、前記対物レンズの直径が前記物体視野の直径よりも幾分か大きくなければならない応用においては、この大きさの接合レンズ素子は、非常に高価であり得る。対物レンズによって誘導される色誤差及び／又は球面誤差の補償により、前記対物レンズとして、低重量かつ安価な単レンズ素子が用いられ得る。
【００２０】
本明細書における例示的な一実施の形態によれば、前記非接合単レンズ素子は、球面レンズ面を有し、特定の一実施の形態によれば、１つの球面及び（無限の曲率半径を持つ）１つの平面を有する。本明細書における特定の一実施の形態によれば、前記単レンズ素子の曲面は、前記物体に向けて配向され、前記平面は、前記画像検出器に向けて配向される。
【００２１】
本発明の一実施の形態によれば、前記検査システムは、所定の外周形状を有する物体を搭載するための物体支持体と、画像検出器と、前記物体をその外周を含んで前記画像検出器の放射線感受性基板上に撮像するための光学系とを備える。前記検査システムはさらに、前記物体の外周が明視野照射光を受光するように、前記物体上に入射する明視野照射光ビームを供給するための明視野光源を備える。前記光学系は、対物レンズと、第１、第２及び第３レンズ群と、視野絞り（field aperture）とを備える。以下の構成要素：前記物体面、前記対物レンズ、前記第２レンズ群及び前記画像検出器の前記放射線感受性基板は、この順番で前記撮像ビーム経路内に配列されている。前記放射線感受性基板上に撮像される物体視野は、３００ｍｍよりも大きい直径を有する。さらに、以下の構成要素：前記明視野光源、前記第３レンズ群、前記第１視野絞り、前記第２レンズ群、前記対物レンズ及び前記物体面は、この順番で前記明視野照射ビーム経路内に配列されている。前記明視野照射ビーム経路の前記構成要素は、前記物体の外周が、低強度の前記明視野照射光を受光し、前記物体面の内側が、高強度の前記明視野照射光を受光するように配置されている。このような配置によれば、前記画像内の前記物体の位置を正確に決定することができるように、前記物体の外周が前記検出画像において明確になり得る。従って、前記画像内の位置と、前記物体に取り付けられた座標系内の対応する位置との正確な対応又は変換を成し遂げることが可能となる。しかし、物体の外周は、通常、非常に高い反射放射線強度を作り出すため、過剰な光強度が前記検出器上に入射するのを避け、前記物体の表面の内部の画質を劣化させ得る高い迷光強度を避けるように、明視野照射光が前記物体の外周上に入射するのを防止することが望ましい。本発明のこの実施の形態によれば、前記外周は、前記検出画像内の前記物体の前記外周を決定するのには十分な、実質的に低減された光強度を受け、その光強度は、前記外周から注意深く選択された距離内で最大強度まで上がる。
【００２２】
本発明の例示的な一実施の形態によれば、前記照射光強度は、前記照射された視野の外周における最大照射光強度の０．００１倍と０．０１０倍との間の値から、長さ３ｍｍから６ｍｍ内の最大照射光強度の０．９００倍よりも大きい値まで上がる。
【００２３】
本発明の一実施の形態によれば、前記検査システムは、撮像ビーム経路及び暗視野照射ビーム経路を提供し、前記撮像ビーム経路及び前記暗視野照射ビーム経路は共に、前記物体面に亘る各ビーム経路の光線の角度変化が低くなるように設計されている。このことは、前記物体面上の所定の位置において、前記入射暗視野照射光が比較的狭い光円錐から生じるように見え、このような光円錐が、前記物体面内の全ての位置について実質的に同じ配向を有することを意味する。同様に、所定の位置において前記物体面から発せられる全ての光線のうち、比較的狭い光円錐のみが、前記物体面を前記画像検出器上に撮像するために用いられ、前記物体面上の可能な全ての位置についてのこのような光円錐の配向は、実質的に同じである。
【００２４】
本明細書における例示的な一実施の形態によれば、前記物体視野に亘る前記照射ビーム経路の主光線の配向変化は、５度未満である。本明細書で用いられるように、主光線は、光軸上の各光学系の瞳孔面を横切るビーム経路の光線である。
【００２５】
さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記撮像ビーム経路の主光線の配向変化は、５度未満である。
【００２６】
さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記物体面の側における前記撮像ビーム経路の開口数は、０．１未満、０．０８未満、０．０６未満、０．０４未満、又は０．０２未満である。本明細書で用いられる用語「開口数」は、考慮される面に入射するか又は考慮される面から発せられ、各々の光学系を横切る光線の最大光円錐の頂角（vertex angle）の正弦を示す。
【００２７】
さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記物体面の側における前記照射ビーム経路の開口数は、０．１未満、０．０８未満、０．０６未満、０．０４未満、又は０．０２未満である。
【００２８】
テレセントリックな暗視野照射ビーム経路及びテレセントリックな撮像ビーム経路を有する前記検査システムは、周期構造を担持する大きな物体の表面を検査するのに都合よく適切である。このような周期構造は、前記入射光が前記撮像光学系によって受光される方向に回折されるような前記入射暗視野照射光用のブラッグ格子を形成し得る。次に、前記照射ビーム経路及び撮像ビーム経路に対してブラッグ条件を満たす前記物体の領域は、前記被検査物体の外形（features）を上回る（outshining）非常に広い領域として現れる。このことは、ブラッグ条件が満たされる位置に位置決めされた前記被検査物体の外形を検出することができないことを意味する。テレセントリックな照射ビーム経路及びテレセントリックな撮像ビーム経路のために、入射光と撮像に用いられる光との間での実質的に同じ角度規定が、前記被検査物体の全面に亘って達成される。従って、ブラッグ条件は、被検査表面の実質的に全面については満たされるか又は満たされない。そこで、前記被検査表面の全面についてブラッグ条件が避けられ得るように、前記撮像ビーム経路の光軸を中心に前記物体を回転させることにより、前記暗視野照射光にて見られるような前記周期構造の格子周期を変化させることができる。従って、前記被検査物体の暗視野像は、ブラッグ回折による劣化なしに検出され得る。
【００２９】
本発明の例示的な実施の形態によれば、前記暗視野照射ビーム経路は、前記物体の表面で反射される暗視野照射光を吸収するためのビームダンプを備える。
【００３０】
本明細書における特定の一実施の形態によれば、前記ビームダンプは、第１及び第２光吸収部を備え、前記第１光吸収部は、前記被検査物体で反射される前記照射ビームの一部をその表面上で受光するように配置されている。前記ビームダンプの前記第２光吸収部は、前記第１光吸収部の表面で反射される前記照射ビームの一部をその表面上で受光するように配置されている。前記第１の光吸収部は、ダークガラス（dark glass）などの透明な光吸収材料で形成されている。本発明の例示的な実施の形態によれば、前記光吸収材料は、強度Ｉ0の光が厚さ１ｍｍのプレートに入射する際にそのプレートを透過する光の強度Ｉtが以下の関係：２００ｍｍから８００ｍｍの波長範囲内で１×１０?7≦Ｉt／Ｉ0≦０．８を満足するように構成されている。
【００３１】
さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記第２光吸収部もまた、光吸収材料で形成されている。さらなる例示的な実施の形態によれば、前記第１光吸収部及び／又は前記第２光吸収部の受光面は、反射防止コーティングを担持している。
【００３２】
このようなビームダンプによれば、前記物体で反射される暗視野照射光を効果的に吸収し、前記検査システムの区分（compartment）内の迷光を防止することが可能である。前記第１光吸収部に入射する光の主光線は、前記光吸収材料の大部分で吸収され、この光の小さい部分のみが前記第１光吸収部の表面で反射され、次いで、前記第２光吸収部によって吸収される。
【００３３】
本発明のさらなる実施の形態によれば、前記光学系は、撮像ビーム経路、明視野照射ビーム経路及び暗視野照射ビーム経路を提供し、１つ以上の折り曲げミラー面が、これらのビーム経路のそれぞれに配置され、完成された検査システムが占める全容積は小さくなる。
【００３４】
例示的な一実施の形態によれば、前記撮像ビーム経路は、前記物体面と、前記対物レンズと、第１折り曲げミラーと、ビームスプリッタと、前記画像検出器の前記放射線感受性表面とを備え、前記明視野照射ビーム経路は、前記明視野光源と、前記ビームスプリッタと、前記第１折り曲げミラーと、前記対物レンズと、前記物体面とを備え、前記暗視野照射ビーム経路は、前記暗視野光源と、投射レンズと、第２折り曲げミラーと、前記物体面と、前記ビームダンプとを備えている。本明細書における例示的な一実施の形態によれば、前記物体面と平行な面に投影して見た場合に、前記第１折り曲げミラーと前記ビームスプリッタとの間の部分における前記撮像ビーム経路の光軸と、前記第２折り曲げミラーと前記ビームダンプとの間の部分における前記暗視野照射ビーム経路の光軸との間の角度は、７０度未満である。
【００３５】
本明細書における例示的な一実施の形態によれば、前記ビームスプリッタは、前記ビームダンプよりも前記投射レンズに近接して設けられている。本明細書におけるさらなる例示的な一実施の形態によれば、前記暗視野光源は、前記ビームスプリッタよりも前記ビームダンプに近接して設けられている。
【００３６】
さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記検査システムは、物体を前記検査システムに搭載するための物体供給装置を備えている。このような供給装置は、前記物体を搭載方向（loading direction）に移動させるように構成され、前記物体面と平行な前記面に投影して見た場合に、前記搭載方向と、前記第３折り曲げミラーと前記ビームダンプとの間の前記暗視野照射ビーム経路の部分との角度は、前記搭載方向と、前記第１折り曲げミラーと前記ビームスプリッタとの間の前記撮像ビーム経路の部分との角度よりも小さい。
【００３７】
本発明のさらなる実施の形態によれば、前記検査システムは、前記検査システム自体の構成要素によって、又は、前記検査システムの外部にある振動源によって誘導され得る振動の存在下においても、高い撮像品質を維持する。
【００３８】
本明細書における一実施の形態によれば、前記検査システムは、前記検査システムの全ての構成要素を支持する共通のベース構造を備え、前記光学系は、前記物体面、前記対物レンズ、前記第１折り曲げミラー、前記ビームスプリッタ及び前記画像検出器の前記放射線感受性表面を含む撮像ビーム経路と、前記明視野光源、前記ビームスプリッタ、前記第１折り曲げミラー、前記対物レンズ及び前記物体面を含む明視野照射ビーム経路とを提供し、前記対物レンズのフレーム及び前記第１折り曲げミラーのフレームの少なくとも１つは、前記ベースに搭載され、かつ、担持される第１光学系キャリアに搭載され、かつ、担持される。
【００３９】
本明細書における例示的な一実施の形態によれば、前記画像検出器は、前記対物レンズのフレーム及び／又は前記第１ミラーのフレームに搭載され、かつ、担持される。このことは、前記対物レンズ及び前記第１折り曲げミラーから前記ビームスプリッタを介した前記画像検出器までの前記撮像ビーム経路の構成要素のための構造体を支持する剛性のチェーン（rigid chain）を形成するという利点を有し得る。
【００４０】
さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記光学系は、前記ベースに搭載され、かつ、担持される第２光学系キャリアに搭載され、かつ、担持される暗視野光源を含む暗視野照射ビーム経路を提供する。前記第１及び第２光学系キャリアは、共通して前記ベース上に搭載されるが、そうでなければ互いに接続されない別個の機械的構造体である。このような配置は、前記暗視野光源の冷却システムから生じる振動が前記対物レンズ及び／又は前記第１折り曲げミラーの振動を直接誘導しないという利点を有し得る。
【００４１】
さらなる例示的な一実施の形態によれば、検査される前記物体を搭載するように配置される物体支持体は、前記第１又は第２光学系キャリアにさらに機械的に接続されることなく、共通のベースに搭載され、かつ、担持される。
【００４２】
本発明の上記の、かつ、その他の有利な特徴は、添付の図面を参照しながら、本発明の例示的な実施の形態に関する以下の詳細な説明を読むことによって、さらに明白になるであろう。本発明の可能な全ての実施の形態は、必ずしも、本明細書中で明らかにされるありとあらゆる利点、又は、その利点のいくつかを示しているわけではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、従来の微視的欠陥検査システムの概略図である。
【図２】図２は、従来の巨視的欠陥検査システムの概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態における巨視的欠陥検査システムの概略図である。
【図４】図４は、図３に概略的に示される実施の形態の撮像ビーム経路の図である。
【図５】図５は、図３に概略的に示される実施の形態の明視野照射ビーム経路の図である。
【図６】図６は、図５に示される明視野照射ビーム経路を用いて達成される明視野光強度の概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図３に概略的に示される検査システムの暗視野照射ビーム経路の図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図３に概略的に示される検査システムの暗視野照射ビーム経路の図である。
【図８】図８は、図３に概略的に示される検査システムの撮像ビーム経路及び暗視野照射ビーム経路の特性の概略図である。
【図９】図９は、従来の検査システムを用いて得られる暗視野像である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施の形態における検査システムを用いて得られる暗視野像である。
【図１１】図１１は、図３に概略的に示される検査システムの概略側面図である。
【図１２】図１２は、図３に概略的に示される検査システムの概略正面図である。
【図１３】図１３は、図３に概略的に示される検査システムの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に説明する例示的な実施の形態において、機能及び構造が等しい構成部材は、可能な限り同じ参照符号で示している。従って、特定の実施の形態の個々の構成部材の特徴を理解するために、他の実施の形態の説明及び課題を解決するための手段を参照されたい。
【００４５】
図３は、本発明の一実施の形態における巨視的欠陥検査システムの概略図である。
【００４６】
検査システム３１は、半導体ウェハ３５の表面３３の画像を得るように設計されている。この実施の形態において、ウェハ３５は、半導体製造において現在用いられている、直径約３００ｍｍのウェハである。しかし、本発明は、このようなウェハ直径には限定されず、将来用いられ得る、例えば４００ｍｍ以上の他のウェハ直径にも適用され得る。さらに、本発明は、一般に、半導体ウェハとは異なる、データ記憶媒体（data carriers）、生体試料、化学処理システム等の物体を含み得る他の物体の検査にも適用可能である。
【００４７】
ウェハ３５は、その表面３３が検査システム３１の撮像ビーム経路３９の物体面３７に配置されるように、物体支持体３６上に搭載されている。撮像ビーム経路３９は、ウェハ３５の全表面３３を画像検出器４３の放射線感受性基板４１上に撮像するように構成されかつ配置されている。この目的のため、撮像ビーム経路３９は、対物レンズ４５、折り曲げミラー４７、概して参照符号４９で示される第１レンズ群、ビームスプリッタ５１、概して参照符号５３で示される第２レンズ群、及び画像検出器４３の放射線感受性表面４１を備えている。撮像ビーム経路３９は、物体面３７の側においてテレセントリックであり、放射線感受性表面４１と一致するその像平面の側においてもテレセントリックである。物体面３７の側におけるテレセントリック特性のために、対物レンズ４５の直径は、ウェハ表面３３の直径よりも大きい。しかし、物体面３７の側におけるテレセントリック特性が要求されない実施の形態では、直径が小さくされた対物レンズを用いることが可能である。さらに、図３に概略的に示される実施の形態においては、対物レンズ４５は、物体面３７に向けて配向された凸面５５、及び像平面４１に向けて配向された実質的に平坦な面５７を有する非接合単レンズ素子として示されている。本発明の他の実施の形態は、２つの曲面を有する１枚の単レンズ素子を含み、かつ、接合レンズ素子を含み得る他のタイプの対物レンズを備えていてもよく、他の対物レンズもまた、２つ以上のレンズ素子を含み得ることに留意されたい。
【００４８】
対物レンズ４５は、正の屈折力を有し、第１レンズ群４９は、負の屈折力を有し、第２レンズ群５３は、正の屈折力を有し、ビームスプリッタ５１は、第１レンズ群４９と第２レンズ群５３との間の空間に配置されている。
【００４９】
ビームスプリッタ５１は、撮像ビーム経路３９を分離して、明視野照射ビーム経路５９を形成する機能を有する。明視野照射ビーム経路５９は、明視野光源６１、１つ以上の個々のレンズ素子を含み得るコリメートレンズ６３、及びミラー６５を備えている。この例示的な実施の形態において、光源６１は、３５Ｗの電力を有し、広いスペクトル範囲において光を放射するキセノンアークランプである。ランプ６１は、ＩＲフィルタの機能を有するウィンドウを備え、８００ｎｍを超える波長を有する光は、ウェハ３５の方へは実質的には透過されない。ミラー６５で反射された光は、光ファイバ６７に結合される。光ファイバ６７は、可撓性を有し、この光ファイバ６７により、光源６１の冷却システムによって誘導される振動が明視野照射システム及び撮像システムのその他の部分から切り離されるように明視野光源６１を搭載することができる。
【００５０】
光ファイバ６７から出力される明視野照射光は、レンズ群６９によってコリメートされ、光学素子群７３に入射する前に２つのミラー７０、７１で反射される。光学素子群７３は、アパーチャ７５が均質に照射されるように、明視野照射光ビームを整形する機能を有する。この目的のため、レンズ群７３は、レンズ、並びに、フライアイレンズ（蝿の目レンズ）及び／又はガラスロッドを含み得る１つ以上の光結合器を備えている。アパーチャ７５は、視野絞りであり、明視野照射光によって照射される物体面３７の部分を規定する。これを成し遂げるため、明視野照射光学系は、視野絞り７５が、撮像ビーム経路の物体面３７と一致するウェハ表面３３上に撮像されるように構成されている。視野絞り７５を横断した明視野照射光は、レンズ群７７によって操作され、ミラー７９で反射され、ビームスプリッタ５１及びレンズ群４９を横断し、ミラー４７で反射され、対物レンズ４５を横断して物体面３７に入射する。
【００５１】
図３に示される実施の形態において、明視野照射ビーム経路５９は、ビームスプリッタ５１を横断し、一方、撮像ビーム経路３９は、ビームスプリッタ５１で反射される。さらに、ビームスプリッタ５１は、２つの光学面を有するプレートで形成され、そのうちの１つの面は、撮像ビーム経路を反射するための半反射性コーティングを担持する。ビームスプリッタ５１のプレートは、その反射面が物体面３７に向けて配向されるように配向されている。これにより、プレートの透明媒体又はその表面における屈折が撮像品質を低下させないように、撮像ビーム経路は、ビームスプリッタ５１のプレートを横断したりプレートに入ったりせずに、ビームスプリッタで反射される。
【００５２】
しかし、本発明の他の実施の形態においては、明視野照射ビーム経路がビームスプリッタで反射される一方、撮像ビーム経路がビームスプリッタを横断するように、明視野照射ビーム経路及び撮像ビーム経路を配置することが可能である。
【００５３】
検査システム３１の光学系はさらに、暗視野照射ビーム経路８１を提供する。暗視野照射ビーム経路８１は、高パワー広帯域光源８３を備えている。本実施の形態において、高パワー広帯域光源８３は、１５００Ｗの電力を有するキセノンアークランプである。光源８３から放射される光は、１つ以上のレンズ８５によってコリメートされ、ミラー８７及び８８で反射される。ミラー８７及び８８は、赤外光などのスペクトルの長波長成分がミラー８７を横断することを可能にすることによって、ビーム経路を折り曲げ、暗視野照射光のスペクトルを整形する機能を有し、これにより、前記長波長成分は、物体面３３に供給される暗視野照射光にはもはや含まれないようになる。
【００５４】
暗視野照射ビーム経路８１はさらに、アパーチャ９３を均質に照射するための光操作（light manipulating）光学系８９並びにミラー９１及び９２を備えている。この目的のため、光操作光学系８９は、レンズ、並びに、フライアイレンズ（蝿の目レンズ）及びガラスロッドなどの光結合器を備えている。アパーチャ９３は、暗視野照射光によって照射される物体面３７の部分を規定する。この目的のため、アパーチャ９３は、レンズ群９５及び投射レンズ９７を用いて、ウェハ表面３３に近接した領域に撮像され、ビーム経路は、ミラー９９、１０１及び１０３によって再び折り曲げられる。
【００５５】
ウェハ表面３３又は撮像ビーム経路の物体面３７が、暗視野照射ビーム経路が物体面３７に入射する際の暗視野照射ビーム経路の光軸に対して鋭角で配向されていることは図３から明らかである。さらに、暗視野照射ビームの全強度を用いて照射されるウェハ表面３３の部分は、ウェハの外周部を含んではならない。なぜなら、前記部分がウェハの外周部を含むと、画像検出器４３に入り、画像検出器４３によって検出される、暗視野画像を劣化させ得るかなりの量の迷光が生成されるであろうからである。従って、ウェハの内面は均質的に照射されることが所望される一方、有意な強度の暗視野照射光がウェハの外周部に入射することは避けられなければならない。このことは、アパーチャ９３が非円形の湾曲した形状を有するようにアパーチャ９３の形状を最適化することによって成し遂げることができる。このような最適化の詳細は、米国特許公開第２００５／０１４６７１９号公報において例示されており、本明細書では、その開示全体を参考のために援用する。
【００５６】
暗視野照射ビーム経路８１の光学系は、ウェハ３５の円形の面３３が、約３０度の角度αで、その表面に入射する暗視野照射光によって実質的に均質に照射されるように設計されているため、投射レンズ９７を横断する暗視野照射光ビームが楕円形の断面を有することは明らかである。投射レンズ９７はまた、非円形の形状を有し、暗視野照射光ビームの整形に貢献しない部分は、元々円形のレンズから切り離され、不必要な重量及び利用可能な空間の消費を防止する。
【００５７】
本実施例において、暗視野照射ビーム経路８１の投射レンズ９７は、撮像ビーム経路３９の対物レンズ４５と同じ光学データを有する。特に、物体面３７に向けて配向されたレンズ９７の表面１０５は、レンズ４５の表面５５と同じ曲率半径を有し、暗視野光源８３に向けて配向されたレンズ９７の表面１０６は、平面を有する。暗視野照射ビーム経路及び撮像ビーム経路において同じタイプのレンズをこのように用いることは、検査システムの製造コストを下げる点で適切である。
【００５８】
図４は、撮像ビーム経路３９の詳細図であり、ビームスプリッタ５１は図４に示されていないが、ビームスプリッタの位置は、参照符号５１によって示されている。ビームスプリッタ５１が、像平面４１への物体面３７の撮像の瞳孔面が形成される撮像ビーム経路３９の領域に配置されていることは明らかである。
【００５９】
撮像ビーム経路３９の構成要素の光学データは、以下の表１に示される。表１において、「ガラス」欄は、SCHOTT及びOHARAの命名法による光学材料を示している。
【００６０】
【表１】
0005749641.tif 000002
上記で例示した撮像システムは、暗視野撮像に特によく適している。暗視野撮像装置（setup）において、撮像システムの撮像解像度よりもさらに小さいウェハ上の欠陥は、迷光を生成するが、この迷光は、イメージセンサによって検出され得る。この目的のため、生成された迷光をイメージセンサの少数の画素上に集光させて、画素検出器のノイズレベルを上回る検出可能な光強度を作り出すことが望ましい。このことは、ウェハの点から発せられる光が、イメージセンサ上にできるだけ小さい照射領域を生成することを意味する。このような照射領域を、当該技術分野では、かすみスポット（blurr spot）と呼ぶ。極小のかすみスポットを生成することはできない。なぜなら、撮像収差及び色の作用（chromatic operation）によって、かすみスポットは大きくなるからである。
【００６１】
以下の表２は、上記表１に示される実施の形態の撮像光学系における様々な位置でのかすみスポットのサイズを例示している。表２のかすみスポットのサイズは、米国ワシントン州ベルビューにあるZEMAX Development Corporationによって製造された２００８年６月２４日付の光学設計ソフトウェアZEMAXを用いて計算した。
【００６２】
【表２】
0005749641.tif 000003
表２の行は、ウェハ上の極小点から発せられる光に関連し、第１欄は、各スポットについてのウェハ中心からの半径方向位置（単位：ミリメートル）を示している。第２欄は、大きなレンズ４５の直後に生成されるかすみスポットの幾何学的径（単位：マイクロメートル）を示している。第３欄は、第１レンズ群４９の後にビーム経路内に生成されるかすみスポットの径（単位：マイクロメートル）を示している。第５欄は、画像検出器表面上に第２レンズ群５３の後に生成されるかすみスポットの径を示している。第４欄は、第２欄及び第３欄にそれぞれ与えられる数字の比を示し、第６欄は、第３欄及び第５欄にそれぞれ与えられる数字の比を示している。
【００６３】
表２より、かすみスポットの大きさは、大きなレンズ４５及び第１レンズ群４９を通るビーム経路に沿って大きくなり、第２レンズ群５３は、イメージセンサ上のかすみスポットの大きさを小さくするのに大変有効であることが明らかである。例示される実施の形態におけるイメージセンサの画素の直径は、１３μｍである。従って、かすみスポットの大きさは、イメージセンサの全ての位置における画素直径の４倍未満、特に、３倍未満である。
【００６４】
図５は、明視野照射ビーム経路の詳細図であり、光ファイバ６７の上流にある明視野照射システムの構成要素は、図５には示されていない。
【００６５】
明視野照射システムに含まれる構成要素の光学データは、以下の表３Ａ、表３Ｂに示される。
【００６６】
【表３Ａ】
0005749641.tif 000004
【００６７】
【表３Ｂ】
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明視野照射システムは、明視野照射光でウェハ表面３３を実質的に均質に照射するように構成されおり、ウェハの外周部は、低減された光強度で照射される。このことについては、以下、図６を参照しながらさらに説明する。
【００６８】
図６の下部は、ウェハ３５の断面を概略的に示し、ウェハ３５は、平坦な上面３３、及び、ウェハ３５の中心から測定して約１４９ｍｍの半径ｒ2位置から始まる面取り部１３１を有する３００ｍｍのウェハである。ウェハ３５の最大半径ｒ1及び面取り部１３１の外端は、約１５０．５ｍｍの位置にある。
【００６９】
ウェハのこれらの幾何学的データは、例示的なデータであり、ウェハの形状寸法は、図６及びSEMI-M1-11/6と呼ばれる文献の表３において規定される基準にほぼ従っている。
【００７０】
図６の上部は、半径ｒに依存する、物体面３７上に入射する明視野照射光の強度Ｉを表すグラフの概略図である。半径ｒ3＝１４７ｍｍまでのウェハ表面３３の内部は、この領域において半導体回路を作製するために用いられる。この領域は、実質的に同じ高い光強度で照射され得る。この内部における最大光強度は、図６においてＩmaxとして示され、この部分内の最小光強度は、Ｉminとして示されている。高画像品質を確保するためには、半径ｒ3における強度Ｉ2は、少なくとも最大強度Ｉmaxの０．９００倍でなければならない。さらに、ウェハの外周で生成される過剰量の迷光を避けながら、画像検出器４３によって記録される画像におけるウェハ３３の外周の検出を可能にするためには、半径ｒ1における光強度Ｉ1は、最大強度Ｉmaxの０．００１倍から最大強度Ｉmaxの０．０１０倍の範囲内でなければならない。
【００７１】
図７Ａ及び図７Ｂは、暗視野照射ビーム経路８１のさらに詳細な図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいて暗視野照射ビーム経路を提供するために用いられる構成要素の光学データは、以下の表４に示される。
【００７２】
【表４】
0005749641.tif 000006
暗視野照射ビーム経路は、折り曲げられたビーム経路であり、ここでは、全ての折り曲げミラーが図７に示されているわけではない。ウェハ表面３３及び物体面３７上への暗視野照射光の入射角は、α＝３０度である。折り曲げミラー１０１と折り曲げミラー１０３との間のビーム経路の部分は、物体面３７に対して直交するように配向されており、折り曲げミラー１０１のすぐ上流側にあるビーム経路の部分は、物体面３７に対して角度β＝１０度で配向されている。
【００７３】
ウェハ表面３３で反射される暗視野照射光は、反射された照射光を吸収する機能を有するビームダンプ１４１に入射する。ビームダンプ１４１は、ウェハ表面３３で鏡面反射される全ての暗視野照射光が、ビームダンプ１４１の第１光吸収部１４３の表面１４４に入射するように配置された表面１４４を有する第１部分１４３を備えている。第１光吸収部１４３は、SCHOTTから入手可能なＮ９などのダークガラスで形成されている。この材料の透過率Ｔは、２００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲内の光に対して、厚さ１ｍｍにおいて、０．０２から０．１４の範囲内である。ここで、Ｔは、透過光強度に対する入射光強度の比である。表面１４４は、反射防止コーティングを担持している。ガラスは、厚さ約５ｍｍであり、この厚さは、表面１４４に入射し、第１部分１４３のバルク材料に入る光の部分を実質的に完全に吸収するのには十分である。しかし、少量の光は、表面１４４で鏡面反射され、次いで、この量の光は、ビームダンプ１４１の第２部分１４５の表面１４６に入射する。ビームダンプの第２部分１４５もまた、ダークガラスなどの光吸収材料で形成され、その表面１４６は、反射防止コーティングを担持している。ビームダンプのこのような２段階配置により、ウェハ表面１３３で反射される暗視野照射光を十分に吸収することが可能となる。
【００７４】
図７Ａに示されるように、ビームダンプ１４１の第１部分１４３の表面１４４は、曲面であり、表面１４４で反射される実質的に全ての光を受光しなければならない第２部分１４５の表面１４６は、表面１４４と比較して大きさが小さくされ得る。このことにより、ビームダンプ１４１の全体の大きさを比較的小さくすることができる。例示される実施の形態において、図７Ａに概略的に示される曲面１４４は、（図１３に示される）平坦な表面を有する矩形ガラスプレート１４８の複数のタイルに近似している。
【００７５】
図７Ａはまた、ウェハ表面３３に近接した領域へのアパーチャ９３の撮像の詳細を示している。一般に、アパーチャ９３の画像がウェハ表面３３と全く一致するように、アパーチャ９３及び撮像光学系９５、９７を設計することは可能ではないかもしれない。図７Ａにおける参照符号９４は、アパーチャ９３の画像が生成される（曲）面を示している。この面９４は、ウェハ表面３３とは一致しない。しかし、撮像光学系は、ウェハ表面３３とアパーチャ９３の画像９４との距離が、暗視野照射ビーム経路に沿って暗視野光源により近接したウェハの側においてより小さくなるように設計されている。特に、図７Ａは、アパーチャ９３の画像９４と暗視野光源に最も近接したウェハ表面３３上の点９６1との距離ｄ１、及び、アパーチャ９３の画像９４と暗視野光源からさらに離れたところにあるウェハ表面の点９６2との間の距離ｄ２を示している。
【００７６】
図７Ａは、説明のために誇張されているが、例示される装置の実施の形態の例においては、関係ｄ１／ｄ２＜０．８が満たされ、特定の実施の形態によれば、ｄ１／ｄ２は、０．５又は０．２未満であり得る。
【００７７】
アパーチャ９３の画像９４及びウェハ表面３３は内側（inside）が完全に一致しているわけではないため、ウェハ表面に投射されるアパーチャ９３の画像は、鮮明な画像ではない。しかし、ウェハ表面へのアパーチャの撮像品質は、暗視野光源からさらに離れたところにある部分と比較すると、暗視野光源により近接したウェハの部分の方が良好である。このような配置により、その後検出され、かつ、所望の暗視野画像を劣化させ得る迷光を生成する暗視野照射光による、暗視野光源にさらに近接したウェハの縁部の照射を避けながら、高強度でウェハ表面を照射することが可能となる。
【００７８】
図８は、撮像ビーム経路３９及び暗視野照射ビーム経路８１の開口数及びテレセントリック特性に関連する幾何学的関係の図である。図８は、ウェハ表面３３上の３つの例示的な位置１５２1、１５２2、１５２3から生じる３つの光円錐１５１1、１５１2、１５１3を示している。ウェハ表面３３より上側半分の空間においては、光は、これらの位置１５２から実質的に全ての方向に放射されるが、光円錐１５１内にある光線のみが、撮像光学系によって受光され、ウェハ表面を画像検出器４３の放射線感受性基板４１上に撮像するために用いられる。光円錐１５１の半開口角（half opening angle）δの正弦はまた、撮像光学系の物体側における開口数とも呼ばれる。例示される実施の形態において、撮像光学系の開口数ＮＡは、約０．０１５の値を有する。
【００７９】
図８はまた、光円錐１５１の主光線１５３とウェハ表面３３の面法線１５４との角度γを示している。本実施の形態の撮像光学系は、撮像に用いられる全ての光円錐１５１についての角度γの最大値が約４度未満となるようなテレセントリック特性を有する。
【００８０】
図８はまた、２つの例示的な位置１５２4及び１５２5に向けられる暗視野照射光線の２つの光円錐１５１4及び１５１5を示している。暗視野照射光学系の物体側における開口数は、本実施の形態においては、約０．０２の値を有する。さらに、暗視野照射光ビームの主光線１５３4、１５３5は、本実施の形態においては、共通方向１５４4、１５４5からそれぞれ約４度未満の角度γ4、γ5だけ偏向している。図８における参照符号１５５は、共通方向に直交する線を示している。
【００８１】
撮像ビーム経路３９及び暗視野照射ビーム経路８１の両方のテレセントリック特性は、ウェハ表面３３上の全ての位置が実質的に同じ角度方向からの光を受光し、実質的に同じ方向に放射される光のみがこれらの位置の撮像に用いられるようになっている。特定の位置に入射する暗視野照射光線と、その位置から発せられて撮像に用いられる光線との角度εは、（９０°−α）−４δ≦ε≦（９０°−α）＋４δの範囲内であり、この範囲は、撮像光学系及び暗視野照射光学系の開口数によって決定される。撮像光学系及び暗視野照射光学系のテレセントリック特性のために、この角度εの範囲は、ウェハ上の全ての位置について実質的に同じである。
【００８２】
ウェハの全ての部分について同じである角度εの狭い範囲は、以下に図９及び図１０を参照しながら例示されるように、パターン化されたウェハの検出に利点を有する。
【００８３】
パターン化されたウェハは、暗視野照射光の波長以下の範囲にある特性寸法を有する周期構造を担持する。このような周期構造は、入射光の有意な部分が、撮像光学系によって受光されるような角度で回折されるように、入射光に対して戻り回折格子（back grating）の効果を与え得る。
【００８４】
図９は、本発明の実施の形態と比べてテレセントリック特性の品質の低い比較例における検査システムによって得られるパターン化されたウェハの例示的な暗視野像である。図９は、劣化していなければ受け入れ可能なパターン化されたウェハの画像が、かなり劣化している明領域１６１を示している。明領域１６１は、ウェハ上にパターン化された周期構造における入射暗視野照射光のブラッグ回折によって生成される。図９に示される画像を生成するために用いられる検査システムは、撮像ビーム経路及び暗視野照射ビーム経路の両方について低いテレセントリック特性しか持たないため、入射光と撮像に用いられる光との角度関係は、ウェハ表面の全ての部分について同じではない。従って、明ブラッグ反射は、ブラッグ条件が入射光線と撮像に用いられる光線との間で満たされる、ウェハ表面のいくつかの部分においてのみ生成される。
【００８５】
比較例におけるこのシステムでは、ウェハをその中心に対して回転させることが可能であり、これにより、暗視野照射光によって見られるウェハ上の周期構造の周期性が変化する。従って、ウェハを回転させることにより、図９に示される位置１６１における画像でのブラッグ反射の生成を避けることができる。しかし、同様の反射が、その後、光学系の非テレセントリック特性のために、ブラッグ条件を満たす他の領域において画像を劣化させる。従って、テレセントリック特性の品質が低い暗視野検査システムを用いて、パターン化されたウェハの満足のいく暗視野像を得ることは困難である。
【００８６】
本発明の実施の形態における検査システムは、暗視野照射光学系及び撮像光学系の両方について、テレセントリック特性の品質が比較的高いため、上記で例示される角度εについての角度範囲が、ウェハ上の全ての位置について実質的に同じになる。このことにより、もしウェハ上の周期構造によって引き起こされるブラッグ反射が生成されるならば、ブラッグ反射は、ウェハの実質的に全ての位置において均等に生成され、ウェハの完全な画像がこのような反射によって劣化する。しかし、認識可能なブラッグ反射がウェハの画像全体において抑制されるようにウェハをその中心軸に対して十分な角度だけ回転させることが可能である。本発明のこの実施の形態におけるシステムを用いれば、ブラッグ反射による劣化が実質的に無いパターン化されたウェハの暗視野画像を得ることができる。
【００８７】
図１０は、本発明のこの実施の形態における検査システムによって得られるパターン化されたウェハの例示的な暗視野画像を示している。この画像は、ブラッグ回折によって生成される人工的な反射を含まず、認識可能な構造は、ウェハのパターニング及びウェハ上の引っかき傷などの欠陥によって生じる。
【００８８】
図４、図５及び図７は、撮像ビーム経路３９、明視野照射ビーム経路５９、及び暗視野照射ビーム経路８１の別々の図である。これら３つの別個のビーム経路は、統合されて、光学構成要素用のフレームを含む搭載構造を用いて、検査システム３１を形成し、これらのビーム経路は、検査システムの構成要素が５０５ｍｍ×７００ｍｍ×９００ｍｍ（高さ）の寸法を有する矩形ハウジング内に収容され得るように折り曲げられる。
【００８９】
図１１、図１２及び図１３は、光学構成要素用の搭載構造の３次元配置及びビーム経路を例示するための概略図である。図１１、図１２及び図１３は、検査システム３１の簡略化された図であり、これらの図においては、３次元配置の理解を得るためには必要でないいくつかの構成要素及び搭載構造が、図１１から図１３のうちのいずれか１つの図において省略されている。
【００９０】
光学検査システム３１の光学構成要素は、適切なプレート又はソケットであり得る共通ベース１７１に全て搭載され、最終的には共通ベース１７１によって担持される。光学系のうち最も重い構成要素は、対物レンズ４５及び折り曲げミラー４７であり、これらは共に、アルミニウム鋳造体として形成される共通の一体化搭載構造１７３上に設けられるフレームに搭載される。対物レンズ４５及び折り曲げミラー４７の搭載構造１７３は、左右の支柱１７５、１７６によって支持され、支柱１７５、１７６は、ベース１７１上に支持され、対物レンズ１４５、折り曲げミラー４７及び搭載構造１７３に搭載される他の光学的及び構造的構成要素の重量を支える。
【００９１】
ビームスプリッタ５１及びレンズ群４９は、適切なフランジ１８１を介して搭載構造１７３に搭載される搭載管１７９内に収容され、搭載構造１７３は、ビームスプリッタ５１及びレンズ群４９を搭載し、これらの重量を支える。さらに、ミラー７９、レンズ群７７、７３及び６９、並びに、ミラー７０、７１などの明視野照射システムの構成要素は、搭載管１７９に接続され、最終的には、搭載構造１７３によって支持され、かつ、担持される。
【００９２】
暗視野光源８３は、ベース１７１上に直接支持される支柱１８３に搭載され、かつ、担持され、明視野光源の搭載構造１８３は、フレーム構造１７３とは実質的に直接的な機械接続はないものの、両方とも共通ベース１７１上に配置されている。
【００９３】
図１２は、軸１９１を中心としてディスク１８８を回転させることにより、レンズ群５３と画像検出器４３の放射線感受性表面４１との間の位置において、フィルタの１つが撮像ビーム経路３９に挿入され得るように様々なフィルタが搭載され得る複数の開口部１８９を有するディスク１８８を備えたカラーホイール１８７を示している。
【００９４】
ここで、図１２を参照する。図１２は、上方から見た場合の、すなわち、物体面３７に平行な面上への投影における、検査システム３１の構成要素を概略的に示している。物体視野の中心は、参照符号１９５で示される。ウェハが、その検査位置において、物体搭載部上に搭載されると、ウェハの中心は、物体面の中心１９５と一致する。対物レンズ４５の外周は、図１２において円形線４５によって示され、図１２に図示されていないウェハは、対物レンズ４５の直径よりも幾分か小さい直径を有している。ウェハ供給装置（図１２には図示されていない）は、矢印１９７によって示される方向にウェハを移動させ、支柱１７５、１７６間の経路に沿ってウェハを移動させるように構成されており、これにより、ウェハは、システム３９から取り外されたり、システム３９に挿入されたりされ得る。
【００９５】
図１２に示される軸２０１は、物体面３７と平行な面上に投影した場合に、折り曲げミラー４７とビームスプリッタ５１との間で、撮像ビーム経路３９及び明視野照射ビーム経路５９の光軸の一部と一致する。
【００９６】
図１２に示される軸２０３は、物体面３７と平行な面上に投影した場合に、折り曲げミラー１０３とビームダンプ１４１との間の暗視野照射ビーム経路の一部と一致する。例示される実施の形態において、軸２０１と軸２０３との間の角度θは、約４７度である。方向１９７と軸２０３との間の角度Γは、２３oであり、この角度は、方向１９７と軸２０１との間の角度よりも小さい。
【００９７】
ここで、図１１を参照する。図１１は、側面から見た検査システム３１の構成要素の正面図である。暗視野照射ビーム経路８１内のミラー９９の中心２１１がミラー１０１の中心２１３よりも実質的に高い位置に設けられ、ミラー９９とミラー１０１との間の暗視野照射ビーム経路の光軸の一部が、本実施の形態では物体面３７に対して１０度である角度β（図７Ａを参照）で配向されていることは図１１から明らかである。
【００９８】
上記で図１１から図１３を参照しながら例示した配置によれば、検査システム３１の構成要素を比較的小さな容積内に収納することができ、明視野光源もしくは暗視野光源の冷却システムから検査システムに誘導されるか、又は、ベース７１を通して外部から検査システムに誘導される振動によって検査システムの画像品質がそれほど深刻に劣化しないように光学部品を搭載することができる。
【００９９】
本発明を特定の例示的な実施の形態について説明したが、言うまでもなく、多くの改変、変更、及び応用が当業者に明白であることは明らかである。従って、本明細書に提示される発明の例示的な実施の形態は、あくまで例示を目的とするものであり、限定されるものではない。以下の特許請求の範囲において定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに様々な変更が行われ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図９】
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【図１０】
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