(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査システムであって、
照明光ビームを発生するように構成されたパルスレーザ照明源と、
前記照明光ビームを受け、前記照明光ビームを２つ以上の２次照明光ビームに分割する光学サブシステムと、前記光学サブシステムは、前記２つ以上の２次照明光ビームが検査試料表面を照明するように、前記２つ以上の２次照明光ビーム間に時間遅延を導入し、
前記２つ以上の２次照明光ビームの第１により照明された前記試料の前記表面から収集された光の第１の量を受けるように機能し、前記２つ以上の２次照明光ビームの第２により照明された前記試料の前記表面から収集された光の第２の量を受けるように機能し、及び、前記照明光ビームのパルス持続時間と前記時間遅延の合計を超える時間周期にわたる光の第１及び第２の量の積分に基づいて出力値を発生するように機能する検出器と、を備える検査システム。
【請求項２】
前記時間遅延は、前記パルスレーザ照明源によって生成された前記照明光ビームのパルス持続時間を超える、請求項１記載の検査システム。
【請求項３】
前記時間遅延は、前記パルスレーザ照明源によって生成された前記照明光の連続パルス間の時間未満である、請求項２記載の検査システム。
【請求項４】
前記光学サブシステムは、前記照明光ビームを２つのハーフビームに空間的に分割するように構成された２つの平行ミラーを具備し、一方のハーフビームは他方に対して空間的に変位され、及び時間的に遅延されている、請求項１記載の検査システム。
【請求項５】
前記光学サブシステムは、前記照明光ビームから２つ以上の２次照明ビームを生成するように構成された少なくとも１つのビームスプリッタ及びミラーを具備し、前記２次照明ビームの各々は、前記２次照明ビームのいずれか他方に対して時間的に遅延される、請求項１記載の検査システム。
【請求項６】
前記光学サブシステムは、前記照明光ビームをほぼ等しい強度の４つのハーフビームに空間的に分割するように構成された平行ビームプレートを具備し、前記４つのハーフビームの各々は、他の少なくとも１つに対して時間的に遅延される、請求項１記載の検査システム。
【請求項７】
前記平行ビームプレートは、更に前記４つのハーフビームの第１及び第２を前記平行ビームプレートの第１の表面から放出し、並びに前記４つのハーフビームの第３及び第４を前記平行ビームプレートの第２の表面から放出するように構成される、請求項６記載の検査システム。
【請求項８】
前記検出器は、時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器である、請求項１記載の検査システム。
【請求項９】
方法であって、
パルス照明光ビームを発生することと、
前記２つ以上の２次ビームが検査試料の表面を照明するように、前記パルス照明光ビームを２つ以上の２次照明光ビーム間に時間遅延を有する２つ以上の２次照明光ビームに分割することと、
前記２つ以上の２次照明光ビームの第１によって照明された前記試料の前記表面から収集された光の第１の量を受けることと、
前記２つ以上の２次照明光ビームの第２によって照明された前記試料の前記表面から収集された光の第２の量を受けることと、
前記パルス照明光ビームのパルス持続時間と前記時間遅延の合計を超える時間周期にわたる光の第１及び第２の量の積分に基づいて出力値を発生することと、を備える方法。
【請求項１０】
前記パルス照明光ビームを２つ以上の２次照明光ビームに分割することは、前記照明光ビームを２つのハーフビームに空間的に分割することを含み、一方のハーフビームは他方に対して時間的に遅延されている、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記時間遅延は、前記パルス照明光ビームのパルス持続時間を超える、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記時間遅延は、前記パルス照明光ビームの連続するパルス間の時間よりもより短い、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
特許のための本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０１３年８月９日に出願された「表面走査システムのためのスプリットガウスビームとマルチスポットフラットトップ照明」と題する仮出願番号６１／８６４，０２４の優先権を主張し、当該出願の発明の主題は引用することにより本明細書に組み込まれている。
【０００２】
記載された実施形態は、表面検査システムに関し、より詳細には、半導体ウェーハ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ロジック及びメモリデバイスなどの半導体デバイスは、一般的に、基板又はウェーハに適用される一連の処理工程によって製造される。半導体デバイスの様々な特徴及び複数の構造レベルは、これらの処理工程により形成される。例えば、特に、リソグラフィは、半導体ウェーハ上にパターンを生成することを含む一つの半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスのさらなる例としては、化学的機械的研磨、エッチング、成膜、及びイオン注入を含むが、これらに限定されない。複数の半導体デバイスは、単一の半導体ウェーハ上に作製された後、個々の半導体デバイスに分離され得る。
【０００４】
検査プロセスは、半導体製造プロセスの様々な工程で使用され、より高い歩留まりを促進するように、ウェーハ上の欠陥を検出する。設計規則及びプロセスウィンドウのサイズが縮小し続けるように、検査システムは、高スループットを維持しながら、パターン化されていないウェーハとパターン化されたウェーハの両表面上にある物理的欠陥のより広い範囲を捕捉する必要がある。同様に、検査システムは、レチクル面上の物理的欠陥のより広い範囲を補足する必要がある。
【０００５】
このような検査システムの1つは、ウェーハ表面を照明、及び検査する走査表面検査システムである。ウェーハ表面の所望の部分が検査されるまで、ウェーハは、照明スポット下で走査される。一般的には、高出力レーザベースの照明光源は、不均一な（例えば、ガウス）ビーム強度プロファイルを有する照明光を発生する。しかしながら、検査システムの視野全体にわたってできるだけ均一な強度分布を用いて検査試料上に照明光を投射することが一般的に望ましい。
【０００６】
例えば、高出力レーザベース検査システムでは、入射レーザビームのパワー密度は、ウェーハ表面を損傷し得る。短パルスレーザ照明源を用いた検査装置の場合、基板の損傷は主にピークパワー密度に関連している。熱の過剰量は、特にピークパワー密度の入射光を受ける入射領域において、ウェーハ表面と入射する光放射との相互作用によって生成される。
【０００７】
他の例では、イメージングシステムは、一般的に試料表面を効果的に画像化するために、視野全体ができるだけ均一な強度分布を有する照明光に依存している。
【０００８】
不均一な（例えば、ガウス）ビーム源から均一な強度分布を生成するための１つの手段は、ビームプロファイルの中央部のみを使用することである。頑強で単純であるが、多大なシステムコストでかなりの量の光が無駄になる。また、迷光の問題を回避しながら、使用されていない光を適切に取り除くことに注意しなければならない。
【０００９】
別の手段は、不均一な入力ビームを受光し、複数の２次ビームを生成する回折光学素子（ＤＯＥ）の使用を含む。２次ビームの相対位相及び位置を制御することにより、ＤＯＥは、ウェーハ表面に均一な強度分布に近い複合照明光を生成し得る。
【００１０】
残念ながら、ＤＯＥ素子は、照明ビームプロファイル（波面誤差）の周期的な位相及び強度の変動、並びにＤＯＥに対する入力ビームの位置に関しても非常に敏感である。更に、製造されたＤＯＥは、一般的には、最終的な照明プロファイルの要件の変更に対応するようには、適合させることができない固定された光学構造である。同様に、製造されたＤＯＥは、入力ビームの位相又は強度分布の変化に対応するようには積極的に変更されることはできない。また、ＤＯＥは球面レンズや平面鏡等の標準的な光学部品に比べて、設計及び製造の両方が、比較的高価でもある。
【００１１】
均一な分布を生成するための別の手段は、ディフューザの使用を含む。しかし、ディフューザは、ＤＯＥ関して前述した多くの同じ問題を共有している。また、コヒーレント照明を伴う用途において、ディフューザは、望ましくない斑点を惹起し得る。
【００１２】
均一な分布を生成するための他の手段は、非球面光学素子の使用を含む。しかし、非球面光学素子は、ＤＯＥに関して前述した多くの同じ問題を共有している。
【００１３】
いくつかの実施例では、複数の独立した光源は、均一な分布を生成するために使用され得る。しかし、追加のシステムコストは望ましくない。
【００１４】
一般的には、既存のビーム形成システムの欠点は、低効率、収差に対する感度、複雑さ、及び乏しい柔軟性である。一般的には、ライトダンピングすることなく、単一のガウスビームから均一な分布を生成するシステムは、入力ビームを複数のコピーへ分割し、それぞれのコピーを別々に操作するように設計されている。このような操作は、減衰、位相遅延、又は空間での再配置を含む。しかし、特に入力ビームの実在の収差を考慮すると、このような操作はコピー間の干渉により著しく影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１９０１１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、走査検査システムの改善は、検査試料を照明するために用いられる複数の照明ビーム間の干渉を軽減することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
検査システムの視野全体に効果的な均一な照明プロファイルを提供するために、不均一な照明源から生成された複数の照明ビーム間の干渉を最小化する方法及びシステムが提供される。
【００１８】
一態様では、複数の照明ビーム間の干渉は不均一な強度分布を有するパルス照明源から複数の照明ビームを生成する光学サブシステムを使用することによって効果的に軽減される。光学サブシステムは、検査試料の表面において複数の照明ビーム間に光遅延をもたらす。表面を照明する複数のビームが時間的に分離されているので、検出器での照明ビーム間の干渉は最小化される。
【００１９】
別の態様では、複数の照明ビーム間の干渉は時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器及び不均一な強度分布を有する照明源から複数の照明ビームを生成する光学サブシステムを使用することによって効果的に軽減される。光学サブシステムは、各ビームによって照明された試料の表面の各領域が、他から空間的に分離されるように、複数の照明ビームのそれぞれを検査試料の表面に向ける。ＴＤＩ検出器は、照明ビームのそれぞれによって照明された試料の各領域から収集された光の量を受ける。ＴＤＩ検出器上に光学システムにより結像されたポイントオブジェクトは、検出器を介する電荷の転送速度と同じ速度で、検出器の表面を横切って移動する。各照明領域が空間的に分離されているので、対象のポイントオブジェクトは、ポイントオブジェクトの動作軌道のパス内の任意の照明領域を通って、干渉を受けずに移動する。そのパス内の各照明領域に照明されるポイントオブジェクトの像は、関連する電荷結合素子（ＣＣＤ）の電荷が検出器を横切って転送されるように、ＴＤＩ検出器を横切って移動する。このように、対象のポイントオブジェクトは、その動作軌道の各照明スポットからの照明光と相互作用し、相互作用は、ＴＤＩ検出器に伝達され、統合されるであろう。このように、対象のポイントオブジェクトの動きの方向に沿った照明スポットの相対位置は、視野全体の照明効率の分布に影響を及ぼさない。
【００２０】
不均一な強度分布を有する照明源からの複数の照明ビームを生成するように構成された光学サブシステムのいくつかの実施形態は、非限定的な実施例として提示されている。提示された実施形態は、各ビームによって照明された試料表面の各領域は、他の少なくとも１つから時間的に遅延されている、他の少なくとも１つから空間的に変位されている、又はその両方であるように、検査試料の表面に複数の照明ビームを生成する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、光学サブシステムは、ほぼ等しい強度を有する不均一な照明ビームのコピーを生成するように使用される。いくつかの実施例では、これらのコピーは、複数の照明ビーム間の光学的遅延を有して検査試料の表面に向けられる。いくつかの実施例では、コピーは、各ビームによって照明された試料表面の領域が空間的に分離されるように検査試料の表面に向けられる。いくつかの実施例では、コピーは複数の照明ビーム間の光遅延、及び空間的分離を有する検査試料の表面に向けられる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、光学サブシステムは、不均一な照明ビームを少なくとも２つのハーフビームに空間的に分割するように使用される。いくつかの実施例では、パルス照明ビームは少なくとも２つのハーフビームに空間的に分割され、任意の空間的に重複するハーフビームは、干渉を避けるために、パルス長よりもより長く時間的に遅延される。これらの実施例では、全強度プロファイルが、中心の周りに平坦な上部を有するように、ハーフビームは空間的に僅かにずれている。いくつかの実施例では、これは、照明光のより効果的な使用の結果である。更に、各パルスのピーク強度が低下し、光学系及びセンサの寿命が向上する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、照明ビームは、非ゼロの入射角で平行ビームプレートに入射し、中心から２つのハーフに分割される。ビームの一部は、プレートの表面から直接反射され、ビームの他の部分は、前面を通って背面から反射される。背面からの反射ビームの一部は前面を通過し、他の部分は再び前面から反射される。追加されたパス長は、任意の２つの重複するビーム間で空間シフト及び時間遅延も生成する。時間遅延のため、ビーム間に干渉はなく、適切な期間内に積算された強度プロファイルは、個々の強度プロファイルの合計にほぼ等しい。
【００２４】
いくつかの実施形態では、照明ビームは、入射ビームを空間的に分割し、それぞれが効果的に均一な分布を有する２つの出力チャネルを生成する平行ビームプレートに入射する。入射ビームは、非ゼロの入射角で平行ビームプレートに入射し、中心から２つのハーフに分割される。一方のハーフビームは、５０％がプレートの前面から反射され、他方の５０％は前面と背面の両面を通過する。他方のハーフビームは前面を通過し、背面から反射される。その後、このハーフビームの強度の５０％は、前面を透過し、他の５０％は再び前面から反射され、背面を透過する。ハーフビーム間のパス長差は、ビーム間で空間シフト及び時間遅延も生成する。
【００２５】
上記は概要であり、従って必然的に、詳細の単純化、一般化、及び省略を含む。従って、当業者は、概要は単に例示であり、なんら限定するものではないことを理解するであろう。他の態様、発明の特徴、及び本明細書に記載の装置及び／又はプロセスの利点は、本明細書に記載した非限定的な詳細な説明において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】入射照明光ビームを、検査試料の表面で時間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された光学サブシステムの実施形態の例示の簡略図である。
【図２】図１に示された光学サブシステムによって照明された試料の一部の例示の簡略図である。
【図３】複数のビームによって照明された試料の、異なる領域上で平均化された照度の例示の代表的な図である。
【図４】試料の表面に於ける複数の照明ビームの照明プロファイルの、及びに全体の、時間平均照明プロファイルの例示の代表的な図である。
【図５】他の実施形態において、入射照明光ビームを、検査試料の表面で時間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された光学サブシステムの例示の簡略図である。
【図６】図５に示された光学サブシステムによって照明された試料の表面の一部の例示の簡略図である。
【図７】更に他の実施形態において、入射照明光ビームを、検査試料の表面で時間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された光学サブシステムの例示の簡略図である。
【図８】図７に示された光学サブシステムによって照明された試料表面の一部の例示の簡略図である。
【図９】時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器の視野を横切る目的のポイントオブジェクトの軌道の例示の簡略図である。
【図１０】一実施形態において、入射照明光ビームを、検査試料の表面で空間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された光学サブシステムの例示の簡略図である。
【図１１】図１０に示された光学サブシステムによって照明された試料の表面の一部の例示の簡略図である。
【図１２】一実施形態において、入射照明光ビームを、空間変位及び時間遅延を有する２つのハーフに空間的に分割するように構成された光学サブシステムの例示の簡略図である。
【図１３】図１２に示す光学サブシステムによって生成された全体的な時間平均照明プロファイルの例示の代表図である。
【図１４】一実施形態において、入射照明光ビームを、複数のハーフビームに空間的に分割するように構成された光学サブシステムの例示の簡略図である。
【図１５】図１４に示す光学サブシステムによって生成された全体的な時間平均照明プロファイルの例示の代表図である。
【図１６】別の実施形態において、入射照明光ビームを、複数のハーフビームに空間的に分割するように構成された光学サブシステムの例示の簡略図である。
【図１７】本明細書に提示される方法及びシステムに従って構成され得る検査システム５００の例示の簡略図である。
【図１８】複数の収集パスを有する検査システム５００の実施形態の例示の簡略図である。
【図１９】本明細書に提示される方法及びシステムに従って構成され得る検査システム６００の例示の簡略図である。
【図２０】複数の照明ビーム間の干渉を最小化する方法７００の例示のフローチャートである。
【図２１】複数の照明ビーム間の干渉を最小化する方法８００の例示のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
言及は、本発明の参考の実施例といくつかの実施形態を詳細に説明し、それらの実施例は添付の図面に示されている。
【００２８】
一態様では、複数の照明ビーム間の干渉は、不均一な強度分布を有するパルス照明源から複数の照明ビームを生成する光学サブシステムを使用することにより、効果的に軽減される。光学サブシステムは、検査試料の表面での複数の照明ビーム間に、光遅延を導入する。表面を照明する複数のビームが時間的に分離されているので、検出器での照明ビーム間の干渉が最小化される。
【００２９】
図１は、入射照明光ビームを、検査試料の表面において時間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された、光学サブシステム２５の実施形態を示す。光学サブシステム２５は、パルス照明源（図示せず）によって生成された照明光１０の量を受ける。照明光源は、非限定的な例として、モード同期レーザ又はＱスイッチレーザを具備し得る。一般に、照明サブシステムは、比較的狭い波長帯域を有する光を光学サブシステム２５へ向けるように構成されている。照明光１０の強度分布は不均一である。一般的には、レーザ照明システムによって生成された照明光１０の強度分布は、ガウス分布として近似される。図１に示すように、光学サブシステム２５は、照明光１０の一部１１を通過し、残りの照明光１２をミラー要素４０に向けて反射するビームスプリッタ３０を具備する。ミラー要素４０は、検査試料２０に向けて照明光１２を転送する。高い開口数（ＮＡ）の照明システムでは、同一平面内の焦点に両方のビームをもたらすように、ミラー４０が湾曲していても、又は十分な光強度ミラーの１つ又は複数のレンズ素子で補完されても良い。図１に示すように、照明ビーム１１と照明ビーム１２との試料２０表面へのパス長が異なっている。従って、試料２０の表面で照明ビーム１１と照明ビーム１２との間に、光遅延が導入される。
【００３０】
検出器（図示せず）は、照明ビーム１１によって照明された試料２０の表面から収集される光の量を受け、そして短時間後、照明ビーム１２によって照明された試料２０の表面から集められた別の光の量を受ける。収集された光の２つの事象間の時間的分離によって、干渉が最小化される。したがって、照明ビーム１１及び１２によって照明された試料２０の領域が空間的に重複する場合でも、ビームは干渉しない。
【００３１】
図２は、検出器の視野内での、試料２０の表面の一部２１を示している。領域１３は、照明ビーム１１によって照明され、領域１４は、照明ビーム１２によって照明される。図２に示すように、検出器で見える照明ビーム１１に照明される領域と照明ビーム１２に照明される領域との間に、重複がある。通常、これは、望ましくない干渉をもたらすであろう。しかし、領域１３及び１４の照明が時間的に分離されているので、干渉が最小化される。
【００３２】
図３は、領域１３上の平均照度の時間トレース１５、及び領域１４上の平均照度の時間トレース１６の表示を示している。図３に示すように、照明光の各パルスは、パルス幅又はパルス持続時間ＴＰによって特徴付けられる。加えて、レーザ光源は、繰り返し周期ＴＲによって更に特徴付けられる。干渉を最小限に抑えるために、２次照明ビーム１１と１２との間に導入された光遅延ＴＤは、照明光１０のパルス幅よりも大きくなければならない。また、光遅延は、パルス間の期間よりも短くなければならない。いくつかの実施形態では、各２次ビーム間のパス長の差は、約１０ミリメートルである。これは、約３０ピコ秒の光遅延である。これは、半導体検査用途（例えば、１０〜２０ピコ秒）に有用な一般的なモード同期レーザのパルス持続時間よりも大きいが、十分にこれらのレーザ（例えば、５０〜２００メガヘルツ）のパルス繰返し数の範囲内である。一般に、２次照明ビームの数やパルス照明源の特定の性能仕様にかかわらず、本明細書に記載の条件を満たすべきである。また、センサ積分時間は、最初と最後のパルスの間の遅延にパルス幅を加えたものより大きくなければならない。実際には、この最小値より長いセンサ積分時間が、照明源の多くのパルスにわたって平均化するために、しばしば望ましい。
【００３３】
図４は、図２に示された視野２１内の照明領域１３の長軸を横切る照明プロファイル１７の表現を示している。同様に、図４は、図２に示された視野２１内の照明領域１４の長軸を横切る照明プロファイル１８の表現も示している。最後に、図４はまた、ビーム１１及び１２による照明によって視野２１の視野の長軸を横切る効果的な時間平均照明プロファイル１９を示している。このように、フラットトップ照明ビームの有効なプロキシが、２つのガウスビームを使用して最小限の無駄な光、及び２つのビーム間の最小限の干渉で、実現される。
【００３４】
図１に示した実施形態は、非限定的な実施例として提供される。例えば、入射された照明光１０は、任意の強度分布を有することができる。いくつかの実施例では、分布はガウス分布として近似することができる。しかし、いくつかの他の実施例において、付加的な光学素子は、複数の２次ビームに照明ビームを分割する前に、照明源によって生成された照明光ビームの強度分布を更に形成するために使用されることができる。別の実施例では、図１を参照して説明した光学サブシステム２５は、入射ビーム１０の強度分布のコピーを生成する。しかしながら、一般に、光学サブシステムは、減衰させられ、位相遅延を受ける、又は空間に再配置されている複数の２次ビームを生成する光学素子の配置を具備することができる。一般的に、入射された照明ビームから複数の照明ビームを生成し、検査試料の表面に複数の照明ビーム間の光遅延を導入する任意の光学サブシステムは、本特許文書の範囲内で考慮されてもよい。
【００３５】
図５は、他の実施形態において、入射照明光ビームを、検査試料の表面において時間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された、光学サブシステム２６を示す。光学サブシステム２６は、パルス照明源（図示せず）によって生成された照明光５２の量を受ける。図５に示すように、光学サブシステム２６は、５つの２次照明ビーム５５Ａ〜５５Ｅを生成する一連のビームスプリッタ５０Ａ〜５０Ｄ、及びミラー５１を具備する。屈折光学素子５４は、所望のパターンで、照明ビーム５５Ａ〜５５Ｅのそれぞれを試料２０の表面へ向ける。図５に示すように、照明ビーム５５Ａ〜５５Ｅの各々のパス長は、異なっている。例えば、各ビームスプリッタ間の距離は、各照明ビーム間の光遅延約３０ピコ秒を生成するように、約１０ミリメートルであり得る。
【００３６】
図６は、検出器（図示せず）の視野内での、試料２０の表面の一部２２を示している。エリア５６Ａ〜Ｅは、それぞれ照明ビーム５５Ａ〜Ｅによって照明されている。図５に示すように、検出器で見える照明ビーム５５Ａ〜Ｅの各々に照明される領域間に、重複がある。通常、これは望ましくない干渉をもたらすであろう。しかし、領域５６Ａ〜Ｅの照明が時間的に分離されているので、干渉が最小化される。
【００３７】
図７は、更に他の実施形態において、入射照明光ビームを、検査試料の表面において時間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された、光学サブシステム２７を示す。光学サブシステム２７は、パルス照明源（図示せず）によって生成された照明光６２の量を受ける。図７に示すように、光学サブシステム２７は、ほぼ等しい照明パワーの４つの２次照明ビーム６５Ａ〜６５Ｄを生成する一連の固定方向及び適切な分割計数のビームスプリッタ６０Ａ〜６０Ｄ、及びミラー６１を具備する。図示の実施形態では、ビームスプリッタ６０Ａ〜６０Ｄは、試料２０の表面上の所望の位置に各照明ビームを直接向けるように、個々に位置合わせされる。図７に示すように、照明ビーム６５Ａ〜６５Ｄの各々のパス長は、異なっている。例えば、各ビームスプリッタ間の距離は、各照明ビーム間の光遅延約３０ピコ秒を生成するように、約１０ミリメートルであり得る。
【００３８】
図８は、検出器（図示せず）の視野内での、試料２０の表面の一部２３を示している。領域６６Ａ〜Ｄは、それぞれ、照明ビーム６５Ａ〜Ｄによって照明される。エリア６６Ａ〜Ｄのそれぞれの照明が時間的に分離されているので、干渉は、任意の空間的重複にもかかわらず、最小化される。
【００３９】
本明細書に記載の実施形態に従って、又は任意の他の光学配置のいずれかにより、一般的には、任意の数の照明ビームが生成され、試料の表面上に任意のパターンで配置され得る。光学サブシステムは、時間的に分離して各領域を照明するように構成されている限り、干渉は、２次照明ビームのそれぞれによって照明された試料の表面の領域内の任意の空間的な重複にもかかわらず、最小化される。
【００４０】
別の態様では、複数の照明ビーム間の干渉は、時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器、及び不均一な強度分布を有する照明源から複数の照明ビームを生成する光学サブシステムを使用することによって効果的に軽減される。光学サブシステムは、各ビームによって照明された試料の表面の各領域が、他から空間的に分離されるように、複数の照明ビームのそれぞれを検査試料の表面へ向かわせる。ＴＤＩ検出器は、照明ビームのそれぞれによって照明された試料の各領域から収集された光の量を受ける。ＴＤＩ検出器上に光学システムにより結像されたポイントオブジェクトは、検出器を通る電荷の移動速度と同じ速度で、検出器の表面を横切って移動する。各照明領域が空間的に分離されているので、対象のポイントオブジェクトは、ポイントオブジェクトの動作軌道のパス内の任意の照明領域を通って、干渉なしに移動する。そのパス内の各照明領域で照明された照明ポイントオブジェクトの像は、関連する電荷結合素子（ＣＣＤ）の電荷が検出器を横切って転送されるように、ＴＤＩ検出器を横切って移動する。従って、対象のポイントオブジェクトは、その動作軌道の各照明スポットからの照明光と相互作用し、相互作用は、ＴＤＩ検出器に伝送され、統合されるであろう。このように、対象のポイントオブジェクトの動きの方向に沿った照明スポットの相対位置は、視野全体の照明効率分布に影響を及ぼさない。
【００４１】
図９は、ＴＤＩ検出器７０の視野を横切る対象のポイントオブジェクト７４の軌道７５を示す。対象のポイントオブジェクト７４は、ＴＤＩ検出器７０上に結像された２つの空間的に分離された照明領域７６及び照明領域７７で、照明される。ＴＤＩ検出器７０の画素は、図９を横切る水平方向にずれている。このようにして、均一な照明は、図９を横切る垂直方向に達成される。対象のポイントオブジェクト７４に入射する光の総量、つまり反射された又は散乱された光の総量は、視野内の垂直方向の位置に関係なく実質的に同じである。従って、検査システムの感度は、対象のポイントオブジェクト７４の垂直方向の位置に実質的に無関係である。
【００４２】
照明領域間の空間的分離は、本明細書に記載の光学サブシステムの実施形態のいずれかの設計によって達成することができる。
【００４３】
図１０は、他の実施形態において、入射照明光ビームを、検査試料の表面において空間的に分離された２次照明光ビームに分割するように構成された、光学サブシステム２８を示す。光学サブシステム２８は、パルス照明源（図示せず）によって生成された照明光７１の量を受ける。図１０に示すように、光学サブシステム２８は、ほぼ等しい照明パワーの４つの２次照明ビーム７３を生成し、各照明ビームを直接試料２０の表面上の所望の位置に向けるように構成された回折光学素子７２を含む。
【００４４】
図１１は、ＴＤＩ検出器の視野内での、試料２０の表面の一部７９を例示している。領域７８Ａ〜Ｄは、照明ビーム７３によって照明される。領域７８Ａ〜Ｄのそれぞれの照明は、空間的にＴＤＩ検出器を横切って分離されるので、干渉が最小化される。従って、組み合わせた照明プロファイルは、ビーム間の相対的な位相変化及びに波面誤差に敏感ではない。図９に関して説明したように、ＴＤＩ検出器の画素は、図１１の水平方向にずれている。このように、対象のポイントオブジェクトの像がセンサを横切って水平方向に動くので、均一な照明は図１１を横切った縦方向に達成される。
【００４５】
一般に、いかなる数の照明スポットは、この特許文書の範囲内で考慮され得る。原理的には、画像化効率及び不均一性は、照明スポット数が増加するにつれて改善される。しかし、このような改善は、多数のスポットで発生し得る工学的考慮によりバランスをとる必要がある。
【００４６】
前述したように、複数の照明ビーム間の干渉は、パルス照明光源、及び検査試料の表面において複数の照明ビーム間の時間遅延を導入する光学サブシステムを使用することによって、効果的に軽減される。この方法は、ビームによって照明された領域が、空間的に分離されているか否か、空間的に重複するかにかかわらず、効果がある。
【００４７】
更に前述のように、時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器を使用し、並びに複数の照明ビームを生成し、及び空間的に分離している試料表面の領域に複数の照明ビームの各々を向ける光学サブシステムを使用することにより、複数の照明ビーム間の干渉は効果的に軽減される。この方法は、パルス又は連続的な照明源が使用されるかに関わらず、及び時間遅延が試料表面において複数の照明ビームの間に導入されるに関わらず有効である。
【００４８】
従って、上述の方法の任意の組み合わせを用いる検査システムは、複数の照明ビーム間の干渉を効率的に軽減する。例えば、パルス照明源と検査試料の表面で複数の照明ビーム間に時間遅延をもたらす光学サブシステムを用いる検査システムも、また、ＴＤＩ検出器を使用し得る。他の例では、時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器、及び試料の表面領域を空間的に分離するように複数の照明ビームを向ける光学サブシステムを用いる検査システムは、パルスレーザ源、試料表面において複数の照明ビーム間に時間遅延をもたらす光学サブシステム、即ち両方を使用し得る。
【００４９】
更に別の態様では、光学サブシステムは、パルス状ガウスビームを空間変位と時間遅延を有する少なくとも２つのハーフに空間的に分割するために用いられる。任意の２つの空間的に重複するハーフガウスビームは、干渉を避けるために、パルス長よりも長い時間、遅延される。全強度プロファイルが、中心の周りに平坦な上部を有するように、ハーフガウスビームは空間的に少し変位されている。いくつかの実施例では、これは、照明光のより効果的な使用の結果である。いくつかの実施例では、各パルスのピーク強度が低下し、光学系及びセンサの寿命は向上する。
【００５０】
図１２は、一実施形態における、入射照明光ビームを、空間変位と時間的に遅延を有する２つのハーフに空間的に分割するように構成された光学サブシステム１００を示す。パルス照明源は、円形又はほぼ円形の光のガウスビームを生成する。光のビームは、適切な光学系（図示せず）により楕円にされる。光学サブシステム１００は、楕円形ビームの光１０１を受ける。光学サブシステム１００は、短軸に沿ってビーム１０１を２つのハーフに分割するように配置された２つの平行なミラー１０２及び１０４を具備する。楕円形ガウスビーム１０１は平行ミラー１０２及び１０４に入射する。ガウスビームの上半分だけがミラー１０２によって反射されるように、ミラー１０２の下端部は、入射ガウスビーム１０１の中心で光線とほぼ横一列に並ぶ。反射されたハーフガウスビーム１０３は、標準的な太さの線で図１２に示されている。入射ガウスビーム１０１の下半分は、さらにわずかに進み、同じ入射角でミラー１０４によって反射される。反射されたハーフガウスビーム１０５は、太線で図１２に示されている。ミラー１０２がビーム１０５を遮断するのを防ぐように、及びその２つのビームをそれらの短軸に平行な方向にわずかに変位させるように、ミラー１０２及び１０４は、図１２の平面から傾斜している。２つのビームの空間的変位は、両ビームがセンサ上に結像されるように選択されるべきである。反射ビーム１０３及び１０５は、伝播方向から、即ち、ウェーハ面上のビームプロファイルから見られるように、及びセンサ面上に再結像されるように、図１２に網掛け表記で示されている。いくつかの実施形態では、ミラー１０２の下端付近の光線は、回折及び／又は散乱を低減するために除去又は取り除かれてもよい。
【００５１】
２つのハーフガウスビーム１０３及び１０５は、両ビームが互いに対して空間的に変位され、時間的に遅延されている。時間遅延は、干渉を避けるためにパルス持続時間よりも大きい。好ましい実施形態では、長軸に平行な方向の２つのビームの相対変位βは、約１ｗ０と１．１ｗ０との間であるべきであり、ここでｗ０はガウスビームウエストである。このように、重複領域における最小強度は、ピーク強度の約９５％以上である。このような重複の場合、レーザビームのエネルギーの約９５％が重複領域である。
【００５２】
いくつかの実施形態では、ＴＤＩセンサは、短軸に沿ってビーム１０３と１０５の信号を走査し、有限の時間にわたって信号を積分する。積分時間は、連続するレーザパルス間の時間の少なくとも５倍より長くあるべきである。このように、ＴＤＩセンサによって測定された強度プロファイルは、本質的に２つのハーフガウスビームプロファイルの和である。２つのビームの組み合わせは、実質的に均一な光場を生成する。エネルギーのほとんどは最上部の周りに実質的に均一に分布され、従って、検査目的のために直接使用され得る。
【００５３】
照明強度は、経時的に積分するＴＤＩセンサにより収集されるように、実質的にフラットトッププロファイルを有する。図１３は、相対変位βが１．０２ｗ０の強度プロファイル１１０を示し、ここでｗ０はガウスビームウエストである。信号の実質的に平坦な部分の全幅はβである。従って、ビームのエネルギーのほとんど（約９５％）は、照明強度プロファイルの実質的に平坦な部分内にある。
【００５４】
いくつかの実施形態では、ミラーへの入射角は４５度である。しかし、一般に、入射の任意の角度は、センササイズ、積分時間、及び光学配置の制約を与えられた時間と空間にビーム分離を最適化するように選択することができる。
【００５５】
図１４は、一実施形態における、入射光のビームを各々がほぼ等しい強度と他に対して時間遅延を有する４つのハーフに空間的に分割するように構成された光学サブシステム３００を示す。さらに、４つのハーフのうちの２つは、他の２つのハーフから空間的に分離されている。
【００５６】
パルス照明源は円形、又はほぼ円形の光のガウスビームを生成する。光のビームは、適切な光学系（図示せず）により楕円にされる。光学サブシステム３００は、光３０１の楕円形ビームを受ける。光学サブシステム３００は、平行ビームプレート構造３２５を具備する。光３０１の入射ビームは平行ビームプレート３２５に入射し、最終的には完全に平行ビームプレート構造３２５から反射される。反射ビームの平均強度プロファイルは、ピーク強度が減少したほぼフラットトップを有する。
【００５７】
平行ビームプレート３２５は、前面上の異なる領域に異なるコーティング特性、及び背面に高反射コーティング特性を有している。理想的には、どんな光も平行ビームプレート３２５の背面を透過できない。いくつかの実施形態では、平行ビームプレート３２５は、石英ガラスで構成されている。
【００５８】
いくつかの異なる位置での光線は、参照のために図１４に表示されている。光線３０３は、入射ガウスビーム３０１の中心にある。光線３０２は、楕円の長軸に沿って中心から左に距離Δ離れており、光線３０４は、中心から右に距離Δ離れている。光線３０２、３０３及び３０４は、それぞれプレート前面上の点３０５、３０６及び３０７に入射する。前面上の点３０５と３０６との間の領域３１０は、高い透過率のためにコーティングされている。光線３０２と３０３との間の光線は、ビームプレート中に透過され、背面３１４から反射される。点３０６と３０７の間の領域３１１は、約５０％の透過と約５０％の反射のためにコーティングされている。光線３０３と３０４との間の光線は、５０％が前面から直接反射され、５０％が前面を透過する。前面を透過した光線は、背面３１４へ伝播し、そこで前面に向かって反射される。点３０８は、光線３０４が背面３１４から反射された後、前面に当たる点に対応する。点３０７と３０８の間の前面上の領域３１２も、領域３１０と同様に高透過率のためにコーティングされている。点３０５の左側の領域３０９、及び点３０８の右側の領域３１３は、アポダイザとしてコーティングされている。プレートの厚さＴは、光線３０２が、背面からの反射の後に、光線３０３が前面から反射される点３０６で、実質的に前面を透過するように選択される。これらの光線は、３２０と表示されている。また、前面を透過する光線３０３は、背面からの反射の後に前面（点３０７で）からの光線３０４の反射と実質的に一直線を成し、３２１と表示されている。光線３０４は、背面からの反射に続いて、前面を透過した後に、３２２と表示されている。
【００５９】
事実上、ガウスビームはその中心で２つのハーフに空間的に分割される。一方のハーフは、他方のハーフに対して空間的にシフトされ、及び時間的に遅延される。各ハーフガウスビームは５０／５０のビームスプリッタコーティングにより強度分割され、同じ距離Δがシフトされる。
【００６０】
一方のハーフガウスビームを他方のハーフガウスに対して空間的に距離Δシフトさせて重複させるために、厚さＴ、屈折率ｎ、入射角θ、及び入射ガウスビームのビームウエストｗ０は、式（１）を満たさなければならない。
［数１］
ｔ＝Δ＊（ｎ２−ｓｉｎ２θ）１／２／（２＊ｓｉｎθ＊ｃｏｓθ）（１）
【００６１】
入射角４５度の場合、式（１）はｔ＝Δ＊（ｎ２−０．５）１／２に単純化される。いくつかの実施形態では、ビームウエストｗ０、及び入射角θは、平行ビームプレートを設計した後、反射ビームプロファイルを最適化するためにわずかに調整され得る。
【００６２】
図１５は、Δ＝１．０２ｗ０の場合の平行ビームプレートからの反射ビームの強度プロファイルを示している。なお、図１３に示したものと実質的に同様であるが、図１３に示された２つの平坦な領域が並設されている。この例では、平行ビームプレート３２５から反射された光のほぼ平坦な部分の全幅は２Δであり、図１に示した幅の２倍である。また、フラットトップの強度は、同じ値Δの場合、図１２の実施形態によって生成された強度の約半分である。
【００６３】
好ましい実施形態では、重複領域における最小の強度がピーク強度の約９５％以上になるように、Δは、約１ｗ０と１．１ｗ０との間であるべきであり、ｗ０はガウスビームウエストである。このような重複のために、レーザビームのエネルギーの約９５％が重複領域である。システムが、重複領域内に５％より大きい強度の変動を許容することができれば、変位Δの範囲は拡張され得る。
【００６４】
図１５は、分布の末端の１つの例示の形状を示す。末端の形状は、アポダイザの設計に依存する。いくつかの実施形態では、必要に応じて、末端は完全に除外され得る。
【００６５】
２つのハーフガウスの間の時間遅延は、２＊ｎ２＊ｔ＊（ｎ２−ｓｉｎ２θ）−１／２ｃ−１であり、ｃは真空中の光の速度である。例えば、入射角が４５°、ビームプレート材料の屈折率が１．５（例えば、２６６ｎｍ付近の波長の石英など）である場合、５ｍｍのビームプレートの厚さＴは、５７ピコ秒の時間遅延になる。パルス長が５７ピコ秒未満である場合、この遅延は、別のハーフガウスの干渉を避けるのに十分であろう。一方のハーフガウスを他方のガウスに対して３．８ｍｍシフトさせ、ビームプレートでの楕円形ガウスビームウエストの長軸がほぼ３．６ｍｍである場合、このようなビームプレートは、適切であろう。
【００６６】
別の実施形態では、平行ビームプレートは、入射照明ビームを４つのハーフビームに分割するように構成されている。また、平行ビームプレートは平行ビームプレートの前面から４つのハーフビームの２つを、及びに前面と反対の背面から残りの２つのハーフビームを放射するように構成されている。このようにして、平行ビームプレートは、それぞれが効果的に均一な強度分布を有する照明光の２つのチャネルを生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、２つのチャネルは２つの異なる場所で、２つの異なる角度などで、同時に検査試料の表面を照明するように使用され得る。
【００６７】
一実施形態において、図１６は、入射照明光ビームを２つの出力チャンネルにわたって空間変位と時間遅延を有する４つのハーフに空間的に分割するように構成された光学サブシステム４００を示す。
【００６８】
パルス照明源は円形、又はほぼ円形の光のガウスビームを生成する。光のビームは、適切な光学系（図示せず）により楕円にされる。光学サブシステム４００は、光４０１の楕円形ビームを受ける。光学サブシステム４００は、平行ビームプレート構造４２５を具備する。光４０１の入射ビームは平行ビームプレート４２５に入射し、最終的に平行ビームプレート構造４２５からの反射、及び平行ビームプレート構造４２５の透過、の両方を行う。反射ビーム及び透過ビームの平均強度プロファイルは、ピーク強度が減少した実施的にフラットトップを有する。平行ビームプレート４２５は、前面及び背面上の異なる領域で異なるコーティング特性を有する。いくつかの実施形態では、平行ビームプレート４２５は、石英ガラスから構成されている。
【００６９】
いくつかの異なる位置での光線は、参照のために図１６に表示されている。光線４０３は、入射ガウスビーム４０１の中心にある。光線４０２は、楕円形ビーム４０１の長軸に沿って中心から左に距離Δ離れ、光線４０４は、中心から右に距離Δ離れている。光線４０２、４０３及び４０４は、それぞれプレート前面上の点４０５、４０６及び４０７に入射する。領域４１０は、図１６に示すように点４０６の左側に位置する前面の一部を具備する。領域４１０は、高透過率のためにコーティングされている。領域４１１は、図１６に示すように、点４０６の右側に位置する前面の一部を具備する。領域４１１は、５０％の透過と５０％の反射のためにコーティングされている。点４０８は、光線４０３が背面に入射する所である。領域４１２は、図１６に示すように、点４０８の左側の背面の一部を具備する。領域４１２は、高反射のためにコーティングされている。領域４１３は、図１６に示すように点４０８の右側の背面の一部を具備する。領域４１３は、高透過率のためにコーティングされている。その結果、左のハーフガウスビームは、前面を通って透過した後に背面から反射され、そして強度の５０％が前面の領域４１１を透過し、他方の５０％が前面から反射され、かつ背面の領域４１３を通って透過する。右のハーフガウスビームは、領域４１１上で前面から５０％を反射し、５０％は領域４１１及び領域４１３の両方を透過する。光線４０２が、背面からの反射の後に、実質的に点４０６で前面を透過するように平行プレート４２５の厚さは選択される。この同じ点で、光線４０３は、前面から反射される。これらの光線は、４２０として表示されている。また、前面を透過する光線４０３は、背面からの反射の後に、点４０７で前面からの光線４０４の反射と実質的に一直線を成す。これらの光線は、４２１と表示されている。一方で、背面を透過する光線４０２は、領域４１２上で背面からの反射、及び領域４１１上で前面からの反射の後、前面と背面の両面を（点４０８で）透過する光線４０３と実質的に一直線を成す。この光線は、４２２と表示されている。同様に、背面を透過する光線４０３は、背面及び前面から反射された後、前面と背面の両面を透過する光線４０４と点４０９で実質的に一直線をなす。この光線は、４２３と表示されている。効果的に、ガウスビームは空間的に２つの出力チャネル上の中心で２つのハーフに分割される。一方のハーフガウスビームは、他方のハーフガウスビームに対して空間的にシフトされ、時間的に遅延される。また、全体のビームは、２つのチャンネル間で強度が分割される。強度の５０％が平行ビームプレート４２５から反射され、他の５０％が平行ビームプレート４２５を透過する。その結果、両方の出力は、図１３に示されるのとほぼ類似のΔの幅を有するフラットトップを有し、及び各出力は、入力ビームの約半分のパワーを含む。
【００７０】
一方のハーフガウスビームを他のハーフガウスに対して空間的に距離Δシフトさせ、及び重ねるために、厚さＴ、屈折率ｎ、入射角θ、及び入射ガウスビームのビームウエストｗ０は、式（１）を満たさなければならない。
【００７１】
いくつかの実施形態では、ビームウエストｗ０、及び入射角θは、平行ビームプレートを設計した後、反射ビームプロファイルを最適化するために、わずかに調整され得る。
【００７２】
好ましい実施形態では、重複領域における最小の強度がピーク強度の約９５％以上になるように、Δは、１ｗ０と１．１ｗ０との間であるべきであり、ｗ０はガウスビームウエストである。このような重複のために、レーザビームのエネルギーの約９５％が重複領域である。システムは、重複領域内に５％より大きい強度の変動を許容することができれば、変位Δの範囲は拡張され得る。
【００７３】
２つのハーフガウス間の時間遅延は、２＊ｎ２＊ｔ＊（ｎ２−ｓｉｎ２θ）−１／２ｃ−１であり、ｃは真空中の光の速度である。例えば、入射角が４５°、ビームプレート材料の屈折率が１．５（例えば、２６６ｎｍ付近の波長での石英など）である場合、５ｍｍのビームプレートの厚さＴは、５７ピコ秒の時間遅延になる。パルス長が５７ピコ秒未満である場合、この遅延は、一方のハーフガウスが他方の干渉を避けるのに十分であろう。このようなビームプレートは、一方のハーフガウスを他方のガウスに対して３．８ｍｍシフトさせ、ビームプレートでの楕円のガウスビームウエストの長軸がほぼ３．６ｍｍである場合、適切であろう。
【００７４】
好ましい実施形態では、分割エッジの周りのコーティングは、その回折及び／又は散乱が低減されるように、テーパ状又は輪郭を有する。
【００７５】
図１７に示すように、本明細書に記載の検査及びビーム成形技術は、斜めのライン照明を有する暗視野検査システムで使用され得る。図１８に示すように、検査システムは、軸外し収集及びほぼ垂直の収集を具備する複数の収集システムであり得る。
【００７６】
図１７は、本明細書に記載されるように構成され得る検査システム５００の一実施形態の簡易概略図である。簡略化のため、システムのいくつかの光学部品は省略されている。一例として、折り畳みミラー、偏光子、ビーム形成光学系、追加の光源、追加のコレクタ、及び追加の検出器も具備し得る。すべてのこのような変形は、本明細書に記載される本発明の範囲内である。本明細書に記載の検査システムは、パターン化されていないウェーハだけでなくパターン化されたウェーハも検査するためにも使用され得る。
【００７７】
検査システム５００は、照明システム５０１及び表面５１１の領域を検査するための収集システム５１０を具備する。図１７に示すように、レーザシステム５２０は、ビーム成形光学系５０３を介して光ビーム５０２を向ける。好ましい実施形態では、照明システム５０１は、本明細書に記載のように、複数の照明ビーム間の干渉を最小化するように構成された光学サブシステムを具備する。いくつかの実施形態では、ビーム成形光学系５０３は、レーザシステムからの光を受け、その光を楕円形のプロファイルに集束し、そして表面５１１上に集束される効果的に均一な強度プロファイルを有するビームを生成するように本明細書に記載された技術を適用する、ように構成されている。
【００７８】
ビーム成形光学系５０３は、その主面が試料表面５１１に実質的に平行であり、結果として、照明ライン５０５は、ビーム成形光学系５０３の焦点面の表面５１１上に形成されるように配向されている。また、光ビーム５０２及び集束ビーム５０４は、非直交入射角度で表面５１１に向けられている。具体的には、光ビーム５０２及び集束ビーム５０４は、表面５１１の法線方向から約１度と約８５度との間の角度に向けられ得る。このように、照明ライン５０５は、実質的に集束ビーム５０４の入射面内にある。ライン５０５の長軸に沿った強度プロファイルは、上述の技術を使用することによって、実質的に平坦である。
【００７９】
収集システム５１０は、照明ライン５０５から散乱された光を収集するためのレンズ５１２と、レンズ５１２から出た光を感光検出器のアレイを備えるデバイス、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）５１４等の上へ集束するためのレンズ５１３を具備する。一実施形態では、ＣＣＤ５１４は、検出器の線形アレイを具備し得る。このような場合には、ＣＣＤ５１４内の検出器の線形アレイは、照明ライン５０５に平行に配向されることができる。一実施形態では、複数の収集システムを具備することができ、各々の収集システムは同様の構成要素を具備するが、方向が異なる。
【００８０】
図１７に示されている収集システム５１０は、単一収集チャネルを示すが、一般に、任意の数の収集チャネルが考えられる。例えば、図１８は、表面検査装置のための収集システム５３１、５３２、および５３３の例示の配列を示す（例えば、照明システム５０１と同様のその照明システムは、簡略化のため図示せず）。収集システム５３１の第１の光学系は、試料５１１の表面から第１の方向へ散乱された光を収集する。収集システム５３２の第２の光学系は、試料５１１の表面から第２の方向へ散乱された光を収集する。収集システム５３３の第３の光学系は、試料５１１の表面から第３の方向へ散乱された光を収集する。第１、第２、及び第３のパスはサンプル５１１の前記表面に対して異なる反射角度であることに注目されたい。試料５１１を支持するプラットフォーム５１２は、光学系と試料５１１との間で相対運動を生じさせるために使用されることができるので、試料５１１の表面全体を走査することができる。２００９年４月２８日に発行され、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第７，５２５，６４９は、表面検査装置５００と他の複数の収集システムをさらに詳細に記載している。
【００８１】
本明細書に記載の検査及びビーム成形技術は、図１９に示すシステム６００のようなパターン化されていないウェーハの検査システムで使用され得る。このような検査システムは、斜め及び／又は垂直入射の照明並びに散乱光のための大きな収集立体角を組み込み得る。
【００８２】
検査システム６００は、垂直及び／又は斜め照明ビームの両方を用いて異常検出を実施するように構成されている。この構成では、レーザシステム６３０は、レーザビーム６０１を提供する。レンズ６０２は、空間フィルタ６０３を介してビーム６０１を集光し、レンズ６０４は、ビームを平行にし、ビームスプリッタ６０５に搬送する。好ましい実施形態では、照明システム６００は、本明細書に記載の検査およびビーム成形技術のいずれかを具備する。例えば、ビームスプリッタ６０５は、図１６のビームプレートとすることができ、レンズ６０２及び６０４はビームを楕円形のプロファイルにするために構成されたシリンドリカルレンズを具備することができるため、６０５通過後の両ビームは、空間フィルタ６０３で幅広いガウスプロファイルの切り捨てと比較して、レーザ光のはるかに高い割合を含む面照明プロファイルを有する。
【００８３】
スプリッタ６０５は、垂直照明チャネルへ第１成分を、斜方照明チャネルへ第２成分を渡す。垂直照明チャネル６０６では、第１成分は、光学系６０７により集光され、試料６０９の表面に向かってミラー６０８により反射される。サンプル６０９により散乱された放射線は、図１７に示すのと同様な方法で、放物面ミラー６１０によって照明線に対して平行に配向されたラインセンサ６１１に収集、集光される。
【００８４】
斜め照明チャネル６１２において、第２の成分はビームスプリッタ６０５によってミラー６１３へ反射され、ミラー６１３はそのような光が半波長板６１４を介して反射し、光学系６１５により試料６０９に集光した。斜めチャンネル６１２で斜め照明ビームから発生し、サンプル６０９によって散乱された放射線も放物面ミラー６１０によって収集され、ラインセンサ６１１に集光される。そのラインセンサ６１１は、スリット入り口を有し得る。スリット及び（表面６０９上の垂直及び斜め照明チャンネルからの）照明されたラインは、好ましくは放物面ミラー６１０の焦点にある。
【００８５】
放物面ミラー６１０は、試料６０９からの散乱放射線を平行ビーム６１６に対して平行にする。そして平行ビーム６１６は、対物６１７によって、及びアナライザ６１８を介してラインセンサ６１１へ集光される。放物面形状以外の形状を有する湾曲ミラー面も用いられ得ることに注目されたい。スポットが試料６０９の表面を横切って走査されるように、装置６２０はビームとサンプル６０９との間で相対運動を提供することができる。２００１年３月１３日に発行され、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第６，２０１，６０１号は、検査システム６００をさらに詳細に記載している。
【００８６】
一般に、本明細書に記載される方法及び光学サブシステムは、イメージングシステムだけでなく、非イメージングシステムにも利益をもたらす。このような非イメージングシステムは、一般的に小さなスポット照明に依存している。これらのシステムでは、本明細書に記載される方法及びサブシステムに従って達成されるマルチスポット照明は、照明スポット上の低減ピークパワーだけでなく、有効パルス長の増加、又は効果的にレーザパルス繰り返し率を提供する。その結果、熱損傷制限のある用途では、光放射線量に制限が発生する可能性がある。同時に、表面上でのパワー供給の均一性を向上させることができるであろう。いくつかの実施形態では、ビーム分割ミラーを必要に応じてのみ選択的にビーム内に移動することができる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法の任意の組み合わせを使用する検査システムは、効果的に複数の照明ビーム間の干渉を軽減するために、ＵＶ又は深ＵＶ範囲で動作するＱスイッチレーザ、又はモード同期レーザを用いることができる。このようなレーザシステムからの出力は、一般的には、良好なビーム品質を有するガウスビームである。いくつかの実施形態では、レーザは、基本周波数を発生するように構成されている基本的な赤外線レーザの高調波から生成され得る。例えば、基本波レーザが１０６４ｎｍの波長を生成する場合、第四高調波周波数は波長２６６ｎｍに対応し、第５次高調波周波数は約２１３ｎｍの波長に対応するであろう。
【００８８】
さらに別の態様では、照明光は、ＴＤＩ検出器上に結像されるように効果的に照明光の強度分布を平坦化するＴＤＩ検出器上を、高速で走査することができる。いくつかの実施形態では、ピエゾ素子に取り付けられた電気光学結晶又はミラーは、ＴＤＩ検出器上をビームが走査するために使用され得る。走査時間がＴＤＩの積分時間よりも少ない場合、検出器上で効果的に均一な分布が達成され得る。
【００８９】
図２０は、複数の照明ビーム間の干渉を最小化するのに有用な例示の方法７００のフローチャートを示す。非限定的な一例では、図１７を参照して説明した検査システム５００は、方法７００を実施するように構成されている。しかし、一般的に、方法７００の実施は説明されたサブシステム及びシステムのいずれかによって実施され得る。さらに、その実施は本明細書に記載の特定の実施形態によって限定されない。
【００９０】
ブロック７０１においては、パルス照明光ビームは、パルス照明源によって生成される。
【００９１】
ブロック７０２においては、パルス照明光ビームは、２つ以上の２次ビームが検査試料の表面を照明するように、時間遅延が２つ以上の２次照明光ビーム間に存在するように、２つ以上の２次照明光ビームに分割される。
【００９２】
ブロック７０３においては、２つ以上の２次照明光ビームの第１によって照明試料の表面から集められた光の第１の量は、例えば、検出器によって受けられる。
【００９３】
ブロック７０４においては、２つ以上の２次照明光ビームの第２によって照明試料の表面からの集められた光の第２の量は、例えば、検出器によって受けられる。
【００９４】
ブロック７０５において、出力値は収集された光の第１及び第２の量に基づいて生成される。
【００９５】
図２１は、複数の照明ビーム間の干渉を最小化するのに有用な他の例示の方法８００のフローチャートを示す。非限定的な一例では、図１７を参照して説明した検査システム５００は、方法８００を実施するように構成されている。しかし、一般的に、方法８００の実施は説明されたサブシステム及びシステムのいずれかによって実施され得る。さらに、その実施は本明細書に記載の特定の実施形態によって限定されない。
【００９６】
ブロック８０１においては、照明光ビームは、照明源によって生成される。
【００９７】
ブロック８０２においては、照明光ビームは、２つ以上の２次照明光ビームに分割され、２つ以上の２次照明光ビームのそれぞれによって照明された試料表面の各領域は空間的に分離される。
【００９８】
ブロック８０３においては、２つ以上の２次照明光ビームの第１によって照明された試料の表面から集められた光の第１の量は、例えば、検出器によって受けられる。
【００９９】
ブロック８０４においては、２つ以上の２次照明光ビームの第２によって照明された試料の表面からの集められた光の第２の量は、例えば、検出器によって受けられる。
【０１００】
ブロック８０５において、出力値は、収集された光の第１及び第２の量の時間遅延積分に基づいて生成される。
【０１０１】
様々な実施形態は、試料を検査するのに使用され得る検査システム又はツールのために本明細書に記載されている。用語「試料」は、ウェーハ、レチクル、又は当技術分野で知られている欠陥、特徴若しくは他の情報（例えば、ヘイズ又はフィルム特性の量）に関して検査され得る任意の他の試料を参照するために本明細書中で使用される。
【０１０２】
本明細書で使用する場合、用語「ウェーハ」は、一般に、半導体又は非半導体材料から形成された基板を指す。例としては、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム及びインジウムリンを含むが、それらに限定されない。このような基板は、一般に半導体製造設備で見られ及び／又は処理され得る。いくつかのケースでは、ウェーハは、基板（即ち、ベアウェーハ）だけを具備し得る。あるいは、ウェーハは、基板上に形成された異なる材料の１つ又は複数の層を具備し得る。ウェーハ上に形成された１つ又は複数の層は、「パターン化されて」又は「パターン化されていなくて」も良い。例えば、ウェーハは、繰り返し可能なパターンの特徴を有する複数のダイを具備し得る。
【０１０３】
「レチクル」はレチクル製造プロセスの任意の段階におけるレチクル、又は、半導体製造設備で使用するために公開され得る、又は公開さえ得ない完成レチクルであってもよい。レチクル、又は「マスク」はそれらの上に形成された及びパターンで構成された実質的に不透明な領域を有する実質的に透明な基板として、一般に定義される。基板は、例えば、石英等のガラス材料を具備し得る。レチクル上のパターンがレジストに転写され得るように、レチクルはリソグラフィプロセスの露光工程中にレジストで覆われたウェーハ上に配置され得る。
【０１０４】
１つ又は複数の例示の実施形態では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせで実装され得る。ソフトウェアに実装する場合、機能は、１つ又は複数の命令又はコードとしてコンピュータ可読媒体上に格納され、又は送信され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を具備するコンピュータ記憶媒体及び通信媒体の両方を具備する。記憶媒体は、汎用又は専用コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であり得る。例として、限定するものではないが、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ若しくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶装置、又は所望のプログラムコード手段を命令又はデータ構造の形で搬送する若しくは格納するために使用することができ、及びに汎用又は専用コンピュータ、若しくは汎用又は専用プロセッサによってアクセスすることができる他の任意の媒体を具備し得る。また、任意の接続は適切にコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、又は他のリモートソースからの同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、又は赤外線、無線、及びマイクロ波等の無線技術を使用して送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、又は赤外線、無線、及びマイクロ波等の無線技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるように、ディスク（ｄｉｓｋ）及びディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク及びブルーレイ（登録商標）ディスクを具備し、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常磁気的にデータを再生し、一方ディスク（ｄｉｓｃ）はレーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【０１０５】
ある特定の実施形態は、教育目的のために上記に記載されているが、この特許文書の教示は一般的な適用可能性を有しており、上述した特定の実施例に限定されない。従って、記載された実施形態の様々な修正、適応、及び様々な特徴の組み合わせは、特許請求の範囲に記載されたような発明の範囲から逸脱することなく実施することができる。
［１０］一実施形態における検査システムは、照明光ビームを生成するように構成された照明源と、前記照明光ビームを受け、前記照明光ビームを２つ以上の２次照明光ビームに分割する光学サブシステムと、前記光学サブシステムは、前記２つ以上の２次ビームが検査試料表面を照明するように、前記２つ以上の２次照明光ビーム間に空間的分離を導入し、前記２つ以上の２次照明光ビームの第１により照明された前記試料の前記表面から収集された光の第１の量を受けるように機能し、及び前記２つ以上の２次照明光ビームの第２により照明された前記試料の前記表面から収集された光の第２の量を受けるように機能する時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器と、を備えてもよい。
また、前記ＴＤＩ検出器は、収集された光の第１及び第２の量に基づいて出力値を生成するように構成されてもよい。また、前記光学サブシステムは、前記照明光ビームを２つのハーフビームに空間的に分割するように構成された２つの平行ミラーを具備し、一方のハーフビームは他方に対して空間的に変位されていてもよい。また、前記光学サブシステムは、前記照明光ビームから２つ以上の２次照明ビームを生成するように構成された少なくとも1つのビームスプリッタ及びミラーを具備し、前記２次照明ビームの各々は、前記２次照明ビームのいずれかの他に対して空間的に変位されていてもよい。また、前記光学サブシステムは、前記照明光ビームをほぼ等しい強度の４つのハーフビームに空間的に分割するように構成された平行ビームプレートを具備し、前記４つのハーフビームの各々は、他の少なくとも１つに対して空間的に分離されてもよい。また、前記平行ビームプレートは、更に前記４つのハーフビームの第１及び第２を前記平行ビームプレートの第１の表面から放出し、並びに前記４つのハーフビームの第３及び第４を前記平行ビームプレートの第２の表面から放出するように構成されてもよい。
［２０］一実施形態における検査方法は、照明光ビームを発生することと、前記照明光ビームを前記２つ以上の２次照明光ビームに分割することと、前記２つ以上の２次照明光ビームの各々により照明された試料の表面の各々の領域は空間的に分離され、前記２つ以上の２次照明光ビームの第１により照明された前記試料の前記表面から収集された光の第１の量を受けることと、前記２つ以上の２次照明光ビームの第２により照明された前記試料の前記表面から収集された光の第２の量を受けることと、収集された光の前記第１及び第２の量の時間遅延積分に基づいて出力値を発生することと、を備えてもよい。
また、前記照明光ビームを前記２つ以上の２次照明光ビームに分割することは、回折光学素子を含んでもよい。また、前記照明光ビームは、パルス照明光ビームであり、前記時間遅延積分に関連する積分時間は、連続するパルス間の時間の少なくとも５倍は長くてもよい。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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