(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的基板から反射されてきた照明光をセンサ方向に反射する装置であって、
標的基板を照明する赤外〜真空ＵＶスペクトル帯光を生成する照明源と、
生成された赤外〜真空ＵＶスペクトル帯光により標的基板が照明されるのに応じその標的基板から反射されてくる赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射する対物光学系と、
対物光学系から反射されてくる赤外〜真空ＵＶスペクトル光を検出するセンサと、
を備え、上記対物光学系が、その作動距離が１０ｍｍより大きく、
標的基板から反射されてくる赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射するよう配置された第１ミラーと、
第１ミラーにより反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射するよう配置された第２ミラーであり、第１及び第２ミラーが、標的基板からの赤外〜真空ＵＶスペクトル光を本装置の光軸方向に反射するよう配置及び形状設定されており、第２ミラーで受光された、反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光に対する開口数（ＮＡ）は第１ミラーで受光された、反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光に対するＮＡよりも大きい第２ミラーと、
第２ミラーによって反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射するよう配置された第３ミラーと、
第３ミラーにより反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光しセンサ方向に反射するよう配置された第４ミラーと、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、標的基板が半導体ウェハである装置。
【請求項３】
請求項１の装置であって、第１及び第２ミラーのうち少なくとも一方が非球面とされている装置。
【請求項４】
請求項１の装置であって、第１ミラーが球面であり第２、第３及び第４ミラーが非球面である装置。
【請求項５】
請求項４の装置であって、第１及び第３ミラーが凹面であり第２及び第４ミラーが凸面である装置。
【請求項６】
請求項１の装置であって、第１及び第２ミラーが球面、第３及び第４ミラーが非球面であり、第１、第３及び第４ミラーが凹面、第２ミラーが凸面である装置。
【請求項７】
請求項１の装置であって、第１、第２、第３及び第４ミラーが非球面であり、第１、第３及び第４ミラーが凹面、第２ミラーが凸面である装置。
【請求項８】
請求項１の装置であって、標的基板からイメージセンサにかけての倍率が２Ｘ〜１５００Ｘである装置。
【請求項９】
請求項１の装置であって、標的基板から対物光学系で形成される中間像にかけての倍率が２Ｘ〜１５００Ｘである装置。
【請求項１０】
請求項１の装置であって、更に、第４ミラーから反射されてきた光を受光し、本装置のフットプリントが小さくなるよう対物光学系で形成される中間像をセンサ上へとリレイする、１個又は複数個の折り畳みミラーを備える装置。
【請求項１１】
請求項１０の装置であって、上記１個又は複数個の折り畳みミラーがリレイミラーを備え、本装置が更に、中間像・上記リレイ間距離が変動し倍率が変化するようそのリレイミラーを動かす位置決め機構を備える装置。
【請求項１２】
請求項１０の装置であって、上記１個又は複数個の折り畳みミラーが、その焦点距離が異なる複数個のリレイミラーを備え、本装置が更に、中間像・上記リレイ間距離が変動し倍率が変化するようそれらリレイミラーのうち別のものにスイッチングする位置決め機構を備える装置。
【請求項１３】
請求項１の装置であって、第２ミラー・第４ミラー間ギャップが、その中に照明及び／又はオートフォーカスが挿入されるサイズを有する装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置であって、第２ミラー・第３ミラー間で赤外〜ＶＵＶ光がほぼ平行光化される装置。
【請求項１５】
赤外〜ＶＵＶ光により標的基板が照明されるのに応じその標的基板から反射されてくる赤外〜真空紫外（ＶＵＶ）スペクトル帯光を反射する対物光学系であって、その作動距離が１０ｍｍより大きく、
標的基板から反射されてくる赤外〜ＶＵＶ光を受光及び反射するよう配置された第１ミラーと、
第１ミラーにより反射されたＶＵＶ光を受光及び反射するよう配置された第２ミラーであり、第１及び第２ミラーが、標的基板からの赤外〜ＶＵＶ光を本装置の光軸方向に反射するよう配置及び形状設定されており、第２ミラーで受光された、反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光に対する開口数（ＮＡ）は第１ミラーで受光された、反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光に対するＮＡよりも大きい第２ミラーと、
第２ミラーにより反射された赤外〜ＶＵＶ光を受光及び反射するよう配置された第３ミラーと、
第３ミラーにより反射された赤外〜ＶＵＶ光を受光しセンサ方向に反射するよう配置された第４ミラーと、
を備える対物光学系。
【請求項１６】
標的基板から反射されてきた赤外〜真空紫外（ＶＵＶ）光をセンサ方向に反射する装置であって、
標的基板を照明する赤外〜ＶＵＶ光を生成する照明源と、
生成された赤外〜ＶＵＶスペクトル帯光により標的基板が照明されるのに応じその標的基板から反射されてくる赤外〜ＶＵＶ光を受光及び反射する対物光学系と、
対物光学系により反射された赤外〜ＶＵＶ光を検出するセンサと、
を備え、上記対物光学系が、その作動距離が１０ｍｍより大きく、
標的基板から反射されてくる赤外〜ＶＵＶ光を受光及び反射するよう配置された第１ミラーと、
第１ミラーにより反射された赤外〜ＶＵＶ光を受光しセンサ方向に反射するよう配置された第２ミラーであり、第１及び第２ミラーが、標的基板からの赤外〜ＶＵＶ光を本装置の光軸方向に反射するよう配置及び形状設定されており、第２ミラーの入射光に対する開口数（ＮＡ）は第１ミラーの入射光に対するＮＡと比較して増加する、第２ミラーと、
を備える装置。
【請求項１７】
請求項１６の装置であって、第１ミラーが凹面球面鏡、第２ミラーが凸面球面鏡であり、第１及び第２ミラーが非球面である装置。
【請求項１８】
請求項１６の装置であって、標的基板からイメージセンサにかけての倍率が２Ｘ〜１５００Ｘである装置。
【請求項１９】
請求項１６の装置であって、標的基板から対物光学系で形成される中間像にかけての倍率が２Ｘ〜１５００Ｘである装置。
【請求項２０】
請求項１９の装置であって、更に、第２ミラーから反射されてきた赤外〜ＶＵＶ光を受光し、本装置のサイズが小さくなるよう中間像をセンサ上へとリレイする、１個又は複数個の折り畳みミラーを備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は総じてウェハ検査の分野に関する。より具体的には、本発明は、赤外〜真空ＵＶ（ＶＵＶ）帯のスペクトル帯、或いは更に深いスペクトル帯にてウェハを検査するオール反射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本願は、先行出願（ｉ）Ｓｈｉｙｕ  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．による２０１５年３月４日付米国暫定特許出願第６２／１２８４６５号、（ｉｉ）Ｓｈｉｙｕ  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．による２０１５年３月４日付米国暫定特許出願第６２／１２７８２７号、並びに（ｉｉｉ）Ｓｈｉｙｕ  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．による２０１５年５月２０日付米国暫定特許出願第６２／１６３９７９号に基づく利益を主張する出願であるので、この参照によりそれら先行出願の全容をあらゆる意図で本願に繰り入れることにする。
【０００３】
一般に、半導体製造業には、シリコン等の基板上に積層及びパターニングされた半導体素材を使用する高度に複雑な集積回路製造技術がつきものである。通常、集積回路は複数個のレティクルから製造される。レティクルの生成及びそれに続くそれらレティクルの光学検査は半導体生産内標準工程になってきている。その始まりには、回路設計者により、具体的な集積回路（ＩＣ）構成を叙述する回路パターンデータがレティクル生産システム又はレティクルライタへと供給される。
【０００４】
大規模な回路集積と半導体デバイスの小型化が原因で、レティクル及び製造されるデバイスがますます欠陥に敏感になってきている。即ち、ますます小さな欠陥で、デバイスに故障が引き起こされるようになってきている。一般に、デバイスに対しては、ユーザ又は顧客への出荷以前にフォールトフリーにすることが求められよう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓに掲載されたＤｒ．Ｆｏｒｂｅｓ著の論文（Ｏｐｔ．Ｅｘｐ．１５，５２１８−５２２６，２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
改良された検査システム、とりわけ極短波長例えば赤外から真空紫外（ＶＵＶ）に至る波長での検査システムに対する持続的な需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本発明のある種の実施形態についての基本的な理解を促すため、本件開示の簡略な概要を示すことにする。この概要は本件開示の包括的な概観ではなく、本発明の主要／重要要素を特定するものでも本発明の技術的範囲を括るものでもない。その目的はただ一つ、本願中に開示されている幾つかの概念を、後掲のより詳細な説明の先触れとして簡略な形態で提示することにある。
【０００８】
ある実施形態では、標的基板から反射されてきた照明光をセンサ方向に反射する装置が開示される。本装置は、標的基板を照明する赤外〜真空ＵＶスペクトル帯光を生成する照明源と、生成された赤外〜真空ＵＶスペクトル帯光により標的基板が照明されるのに応じその標的基板から反射されてくる赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射する対物光学系と、を有する。本装置は、更に、対物光学系により反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光を検出するセンサを有し、その対物光学系が、（ｉ）標的基板から反射されてくる赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射するよう配置された第１ミラーと、（ｉｉ）第１ミラーにより反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射するよう配置された第２ミラーであり、第１及び第２ミラーが、標的基板からの赤外〜真空ＵＶスペクトル光を本装置の光軸方向に反射するよう配置及び形状設定されている第２ミラーと、（ｉｉｉ）第２ミラーによって反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光及び反射するよう配置された第３ミラーと、（ｉｖ）第３ミラーにより反射された赤外〜真空ＵＶスペクトル光を受光しセンサ方向に反射するよう配置された第４ミラーと、を備える。
【０００９】
ある具体的実現形態では、第４ミラー上での中心オブスキュレーションが軽減されるよう第１及び第２ミラーのうち少なくとも一方が非球面とされる。ある態様では、第１ミラーが球面であり第２、第３及び第４ミラーが非球面である。更なる態様では、第１及び第３ミラーが凹面であり第２及び第４ミラーが凸面である。他の態様では、第１及び第２ミラーが球面、第３及び第４ミラーが非球面であり、第１、第３及び第４ミラーが凹面、第２ミラーが凸面である。更に他の例では、第１、第２、第３及び第４ミラーが非球面であり、第１、第３及び第４ミラーが凹面、第２ミラーが凸面である。ある具体的実現形態では、標的基板からイメージセンサにかけての倍率が２Ｘ〜１５００Ｘである。他の態様では、標的基板から中間像にかけての倍率が２Ｘ〜１５００Ｘである。
【００１０】
他の実現形態では、第４ミラーのサイズを抑えることで背面焦点距離を制限する。他の態様に係る装置は、第４ミラーから反射されてきた光を受光し、本装置のフットプリントが小さくなるよう中間像をセンサ上へとリレイする、１個又は複数個の折り畳みミラーを有する。ある例では、その１個又は複数個の折り畳みミラーが単一のリレイミラーを備え、本装置が更に、中間像・上記リレイ間距離が変動し倍率が変化するようそのリレイミラーを動かす位置決め機構を備える。他の例では、その１個又は複数個の折り畳みミラーが、その焦点距離が異なる複数個のリレイミラーを備え、本装置が更に、中間像・上記リレイ間距離が変動し倍率が変化するようそれらリレイミラーのうち別のものにスイッチングする位置決め機構を備える。他の実施形態では、第２ミラー・第４ミラー間ギャップが、その中に照明及び／又はオートフォーカスが挿入されるサイズを有する。他の態様では、第２ミラー・第３ミラー間で赤外〜ＶＵＶ光がほぼ平行光化される。
【００１１】
ある代替実施形態に係る装置は、標的基板を照明する赤外〜ＶＵＶ光を生成する照明源と、生成された赤外〜ＶＵＶスペクトル帯光により標的基板が照明されるのに応じその標的基板から反射されてくる赤外〜ＶＵＶ光を受光及び反射する対物光学系と、を有する。本装置は、また、対物光学系により反射された赤外〜ＶＵＶ光を検出するセンサを有し、その対物光学系が、（ｉ）標的基板から反射されてくる赤外〜ＶＵＶ光を受光及び反射するよう配置された第１ミラーと、（ｉｉ）第１ミラーにより反射された赤外〜ＶＵＶ光を受光しセンサ方向に反射するよう配置された第２ミラーと、を備える。第１及び第２ミラーは、標的基板からの赤外〜ＶＵＶ光を本装置の光軸方向に反射するよう配置及び形状設定する。
【００１２】
以下、本発明の上掲の態様及びその他の態様について図面を参照し記述する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る検査装置の模式図である。
【図２】一例対物光学系構成様式向けミラー配置の光リレイ図である。
【図３】他例構成様式を有する対物光学系向けミラー配置の光リレイ図である。
【図４】対物光学系向け一例４ミラー配置の光リレイ図である。
【図５】シュヴァルツシルト対物光学系向け他例２ミラー配置の光リレイ図である。
【図６Ａ】本発明の具体的第１実施形態に係る４ミラー構成を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の具体的第１実施形態に係る４ミラー構成を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第２実施形態に係る他の４ミラー構成を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の第２実施形態に係る他の４ミラー構成を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第３実施形態に係る他の４ミラー構成を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の第３実施形態に係る他の４ミラー構成を示す図である。
【図９Ａ】本発明の代替実現形態に係るシュヴァルツシルト構成の模式図である。
【図９Ｂ】本発明の代替実現形態に係るシュヴァルツシルト構成の模式図である。
【図１０Ａ】完全中間像が形成される２ミラーシュヴァルツシルト型構成並びにその完全中間像を像検出器上へとリレイする凹面鏡の代替実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】完全中間像が形成される２ミラーシュヴァルツシルト型構成並びにその完全中間像を像検出器上へとリレイする凹面鏡の代替実施形態を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の他の実施形態に係る照明及び／又はオートフォーカス挿入付４ミラー構成を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の他の実施形態に係る照明及び／又はオートフォーカス挿入付４ミラー構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の記述では、本発明の徹底的な理解を促すため数多くの具体的な細部を説明している。本発明はそうした具体的な細部のうち一部又は全てを省いて実施することができる。他方で、周知の部材又は処理動作については、本発明を不必要に曖昧化させないため詳細な記述を省いてある。その具体的実施形態と併せ本発明について記述するが、本発明をそれら実施形態に限定する意図ではないことをご理解頂けよう。
【００１５】
ある種の赤外〜ＶＵＶ顕微鏡対物光学系（多層被覆又は単純金属被覆ミラーを有するもの）、特に欠陥又はパターンレビュー用途向けに設計されていて１３ｎｍ付近の光波長で作動するものの基本は４非球面鏡構成である。球面鏡よりも多数の処理工程が必要であるため、非球面はその製造及び試験が困難且つ高費用になりかねず、これは製造コストを増加させる。加えて、ウェハに最も近いミラーに係る製造性が高まり、標的への照明又はオートフォーカスの導入が十分に可能なほど長い作動距離が実現され、それでいてその検査ツールの総フットプリント及びコストが抑制されるよう、対物光学系を設計することが有益であろう。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る検査装置の模式図である。本装置１００は、赤外〜ＶＵＶ照明源１０２、照明ミラー（又はレンズ系）１０４、標的基板１０６、基板ホルダ１０７、対物光学系１０８、センサ（検出器）１１０及びデータ処理システム１１２を有している。
【００１７】
照明源１０２は、例えばレーザ誘起プラズマ光源を備える構成とすることができ、これにより光ビーム１２２が出射される。ある実施形態ではその光の波長が約１３．５ｎｍとされる。照明ミラー１０４（又はレンズ系）は、その光を反射及び方向転換させることで、入射ビーム１２４で以て標的基板１０６を照明する。本発明のある実施形態では、検査中の半導体ウェハが標的基板１０６とされる。基板ホルダ１０７を可制御的に並進させることで、ビーム１２４下にて標的基板１０６をスキャンすることにより、検査装置の視野（ＦＯＶ）で検査対象基板上の諸領域をカバーすることができる。
【００１８】
出射光１２６は、標的基板１０６から反射型対物光学系１０８へと反射される。この対物光学系１０８のある種の実施形態については図２〜図１１Ｂとの関連で後述する。
【００１９】
対物光学系１０８は、出射光の放射１２８をセンサ１１０へと出射する。適するセンサとしては、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、ＣＣＤアレイ、時間遅延積分（ＴＤＩ）センサ、ＴＤＩセンサアレイ、光電子増倍管（ＰＭＴ）その他のセンサがある。
【００２０】
センサ１１０によって捕捉された信号はデータ処理システム１１２によって、より一般に信号処理デバイスによって処理することができ、これは、センサ１１０からのアナログ信号を処理向けのディジタル信号へと変換するよう構成されたアナログディジタルコンバータを有する構成とすることができる。データ処理システム１１２は、感知された光ビームの強度、位相及び／又はその他の特性を分析するよう構成することができる。データ処理システム１１２は、得られた試験画像その他の検査特性を表示するためのユーザインタフェースを（例．コンピュータ画面上で）提供するよう（例．プログラミング命令で以て）構成することができる。データ処理システム１１２は、また、検出しきい値の変更といったユーザ入力をもたらす１個又は複数個の入力デバイス（例．キーボード、マウス、ジョイスティック）を有する構成にすることができる。ある種の実施形態では、検査技術を実行するようデータ処理システム１１２を構成することもできる。データ処理システム１１２は、通常、相応なバスその他の通信機構を介し入力／出力ポート及び１個又は複数個のメモリに結合された１個又は複数個のプロセッサを有している。
【００２１】
ある実施形態によれば、データ処理システム１１２により、検査及び欠陥検出用に検出されたデータを処理及び分析することができる。例えば、処理システム１１２を、試験時送波像及び／又は試験時反射像を含めサンプルの試験時光強度像を生成し、（撮像済サンプルに発し又はデザインデータベースに発する）参照画像に基づきその試験時光強度像を分析することで欠陥を特定する、といった動作を実行するよう、構成することができる。
【００２２】
そうした情報及びプログラム命令は格別に構成されたコンピュータシステム上で利用・実行することができ、それ故、そうしたシステムには、本願記載の諸動作を実行することができ且つコンピュータ可読媒体上に格納可能なプログラム命令／コンピュータコードが組み込まれる。機械可読媒体の例としては、これに限られるものではないが、磁気媒体例えばハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープ、光学媒体例えばＣＤ−ＲＯＭディスク、光磁気媒体例えば光ディスク、並びにプログラム命令を格納及び実行するよう格別に構成されたハードウェアデバイス例えばリードオンリメモリデバイス（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）がある。プログラム命令の例としては、機械語コード例えばコンパイラにより生成されるそれと、インタプリアタを用いコンピュータによって実行することが可能な上位言語コードを含むファイルと、の双方がある。
【００２３】
図２は一例対物光学系構成向けミラー配置の光リレイ図である。この例では、出射光がＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４ミラー（順に２０２、２０４、２０６及び２０８）からこの順で反射されるよう、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４ミラー（２０２、２０４、２０６及び２０８）が配置されている。
【００２４】
図３は代替的な対物光学系構成様式向けのミラー配置の光リレイ図である。
【００２５】
中心オブスキュレーションを抑えつつウェハ平面に最も近いミラー（例．図２中に示すところの“Ｍ２”）の製造性を高めるには、Ｍ２を湾曲させてウェハから反らすことが有益である。しかしながら、広く信じられてきた通り、ミラーＭ２を湾曲させてウェハから反らすとなると、湾曲した像が生成されることとなろう。一般に、こうした湾曲像については更に像リレイにより像面湾曲を補正することが必要であり、そうすると系内素子数も多くなりひいてはシステムスループットが下がって系所有コストが高まる。
【００２６】
図４は対物光学系向け一例４ミラー配置の光リレイ図である。この系では、４個の非球面鏡Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４（４０２、４０４、４０６及び４０８）を利用することで、広い視野に亘りほどほど良好な性能を実現している。この構成にて中心オブスキュレーションを抑えるには、ウェハ平面に最も近いミラー（Ｍ２）を、基板厚を増すためそのミラー形状が意図的に弧状に設定されているにもかかわらずかなり薄くする必要がある。このミラーＭ２についてはミラー直径対基板厚アスペクト比もまたかなり高くする必要があるため、その製造が非常に困難且つ高コストになる。加えて、ほどよいサイズのミラーＭ２、例えば３００ｍｍ程度の直径を有するそれに１．０ｍｍ超の作動距離を持たせるのは難しい。
【００２７】
他のある種の実現形態では、図５に示す通り、非常に興味深いシュヴァルツシルト対物光学系が構成及び使用される。この対物光学系では、凹面非球面鏡Ｍ１（５０２）及び凸面球面鏡Ｍ２（５０４）を利用することで、０．８２以上のストレール比（Ｓ．Ｒ．）で以て約４０μｍのＦＯＶ（視野）を実現することができる。
【００２８】
レイＮＡが高い値から更に高くなる点でこの構成は反直感的であり、通常は、高ＮＡ（数値開口）系であれば系のＮＡを徐々に低めることが望まれる。シュヴァルツシルト型対物光学系の短所の一つは、小さい方のミラー（例．Ｍ４  ４０８）上でＮＡが高まるため整列交差が全くタイトになることである。
【００２９】
とはいえ、この種の構成は非常に長い作動距離を有しているので、図２〜図４中の如く薄手のＭ２ミラーを製造する必要がない。加えて、長い作動距離を有しているので、照明及びオートフォーカスをそのミラーの側方又はＭ２の下方を通し系内に入れることもできる。この長所は本構成の短所に勝るものであると考えられる。
【００３０】
また、Ｍ１／Ｍ２対物光学系ヘッド、例えば図２〜図４中の４ミラー構成におけるそれをシュヴァルツシルト対物光学系で以て置換することも、有益であろう。
【００３１】
図６Ａ及び図６Ｂに、本発明の第１実施形態に係る４ミラー構成を示す。図６Ａにてより詳細な光線分布が示される一方、図６Ｂには専ら例示目的のため簡略化された２光線例が示されている。ウェハ表面から順に、第１凹面球面鏡Ｍ１（６０２）、凸面非球面鏡Ｍ２（６０４）、凹面非球面鏡Ｍ３（６０６）及び凸面非球面鏡Ｍ４（６０８）が存している。この構成や本発明の他のある種の構成の特徴の一つは、光線をより光軸（例．６１６）寄りへと曲げた上で標的平面６１８から遠ざけるよう、即ちミラーＭ２（６０４）上への光線入射角が大きくなるよう、Ｍ１ミラーが配置されていることである。ミラーＭ１（６０２）は球面鏡である必要はなく（非球面化することができ）、またミラーＭ２（６０４）、Ｍ３（６０６）及び／又はミラーＭ４（６０８）は球面鏡とすることができる。
【００３２】
中間像はＭ２・Ｍ３間、ほぼＭ４の物理的位置に形成される。Ｍ１・Ｍ２間では、Ｍ４上での中心オブスキュレーションを軽減すべくそれら２個のミラーのうち少なくとも一方が非球面鏡として構成されている。図示されているこの具体的構成例では、Ｍ２及びＭ３がＭ４と同じく非球面化されている。
【００３３】
Ｍ４のサイズは系の全長（ＯＡＬ）に強く影響を及ぼす。その全体サイズはおおよそ次の通りとなろう。
【００３４】
ＯＡＬ＝（ＤｉａＭ４／２）＊（Ｍａｇ／ＮＡ）
但しＤｉａＭ４はＭ４の直径、Ｍａｇは系の倍率、ＮＡは物面における数値開口である。
【００３５】
広い倍率域又は許容可能な倍率域を確保しながら各ミラーのサイズを抑えること、特に検出器（又はＴＤＩ）に最も近いもの即ちここでいうＭ４のサイズを抑えることが望ましい。しかしながら、小さな非球面鏡は往々にして製造するのが難しい。加えて、小さめのミラーは多量の熱を吸収するので熱管理も課題となりうる。ある種の実施形態では、２〜１５００Ｘの倍率域につき、Ｍ４ミラーの直径が約２０ｍｍ以上とされる。この具体的構成例では、システム倍率を６００Ｘ、システムＢＡを０．９ＮＡとし、Ｍ４の直径（ＤｉａＭ４）が２０ｍｍになるよう選定されている。こうした具体例では、ＯＡＬ（全長）が１０ｍ超になりうる。注記すべきことに系はスケーリング可能であり、ミラーサイズはそれらミラーをより容易に製造及び試験しうるよう最適化することが可能である。４個あるミラーのうち１個又は複数個を軸方向に沿い調整することにより倍率を変化させるべく努力を注いでもよい。例えば、コントローラ１１２に位置決め機構を具備させ、それによりいずれかの実施形態の系内ミラーのうちいずれかを動かすようにしてもよい。
【００３６】
図６Ａ及び図６Ｂの対物光学系についてのレンズ記述を表１に列記する。その視野（ＦＯＶ）は約１００μｍである。
【００３７】
【表１】
0006769980.tif 000002
【００３８】
また、この４ミラー実施形態は表２に示す次の特性を有するものとされうる。
【００３９】
【表２】
0006769980.tif 000003
【００４０】
本願記載の表では、曲率中心が光学面の右側にあることが正の半径で示され、曲率中心が左側（例．物寄りの側）にあることが負の半径で示されていることに注意されたい。寸法は（具体的に注記されている場合を除き）ミリメートルで与えられており、厚みは次の面までの軸方向距離とされている。
【００４１】
本願記載のある種の対物光学系実施形態では、ミラーのうち少なくとも１個（即ち図６ＡではＭ２、Ｍ３及びＭ４ミラー）が非球面とされる。非球面の形態は次の式１により表すことができる。
【数１】
0006769980.tif 000004
但し、ｚは表面サグ、ｃはその面の極における曲率（ＣＵＹ）、ｋはコーニック定数（Ｋ）である。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ及びＪは、順に、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次及び２０次の変形係数である。ｒは径方向距離＝（ｘ２＋ｙ２）１／２である。
【００４２】
図６Ａの構成では、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４ミラーの非球面定数に関し次の値、即ち下の表３中に列記されている値を使用することができる。
【表３】
0006769980.tif 000005
【００４３】
大きなミラーの直径は２５０ｍｍ未満の直径であるのが望ましい。大きめのミラーは、一般に、製造するのに長めの時間がかかり、またそれに被覆を施すのにより多くの空間及び時間がとられるものである。とはいえ、極端に小さな非球面鏡もまた製作が難しい。
【００４４】
図示の通り、ミラーＭ１、Ｍ３及びＭ４は、少なくとも他の１個のミラーからの反射光を通しうる中央開口を有している。例えばミラーＭ４は、ミラーＭ２（６０４）から反射されてきた光が通り抜ける開口６１０を有している。ミラーＭ３（６０６）は、ミラーＭ４（６０８）から反射されてきた光が通り抜ける開口６１２を有している。ミラーＭ１は、ミラーＭ２から反射されてきた光が通り抜ける開口６０９を有している。
【００４５】
各開口は、少なくとも１個の先行するミラー、注目物体又はその他の物体から反射されてきた光に係る遮蔽位置にも配置することができる。図示の通り、２個目のミラーであるＭ２ミラー（６０４）も、Ｍ１ミラー（６０２）を標的からの入来光から部分的に隠している。言い換えれば、標的基板１０６から反射されてきた光１２６を受光しないよう、Ｍ１ミラー６０２の面積の一部がＭ２ミラー６０４によりブロックされている。更に、Ｍ２ミラー（６０４）により反射された光は、ミラーＭ１の開口６０９内を通ってミラーＭ３（６０６）に達し、ミラーＭ３（６０６）によりＭ４ミラー（６０８）方向に反射され、Ｍ４ミラー（６０８）によりセンサ１１０方向に反射される。
【００４６】
図６Ａ及び図６Ｂの系はミラーＭ１に位置する絞り６３０をも有している。
【００４７】
ＮＡ仕様はある特定のノードに係る感度条件により決定することができる。通常、ＮＡが高いほどシステム性能が良好になる。とはいえ、ＮＡはより低い値へと絞ることが可能である。ある種の実施形態では、対物光学系に係るＮＡが、０．３〜０．９９ＮＡの範囲を呈するよう選定される。図６Ａ及び図６Ｂに示すこの対物光学系実現形態では、ＮＡが０．９とされ倍率が６００Ｘとなる。しかしながら、諸代替実施形態ではＮＡがより高くされうる。倍率仕様は、その検査システム内に具備させようとしているセンサタイプでの画素サイズに依存しうる。ＮＡが０．３〜０．９５域内である他の実施形態では倍率の範囲が１０〜１５００となる。
【００４８】
視野仕様は、通常、比較的短い検査アイテムが達成されるよう選定される。ある種の実現形態では、対物光学系により実現される視野が、少なくとも４０ミクロン（μｍ）の直線サイズ、より具体的には少なくとも６００μｍの直線寸法を有する。例えば、視野を４０μｍ〜６００μｍにすることができる。図６Ａ及び図６Ｂの実施形態では視野のサイズを１００μｍにすることができる。
【００４９】
作動距離は標的基板１０６とそれに最も近い光学素子との間の距離であり、当該最も近い光学素子は通常はＭ２ミラー６０４である。しかしながら、この場合、中心オブスキュレーションを軽減すべくミラー６０２がミラー１０６から押し遣られているため、最も近い光学素子はＭ１ミラー６０２である。作動距離は、標的基板１０６の照明並びに最も近い光学素子（例．Ｍ１ミラー６０２）の実装に十分な空間が提供されるよう選定される。一般的な例では、作動距離が少なくとも１０ミリメートル（ｍｍ）とされる。図６Ａ及び図６Ｂの図示実施形態では、曲面からの作動距離が、ほどよい基板厚のＭ１及びその実装ハードウェア向けの余地を残した上でなお、２０ｍｍよりかなり多くなる。
【００５０】
トータルトラック（全長）は、標的基板１０６からセンサ１１０までの距離として定義することができる。一般に、トータルトラックのサイズは、その中にツールが配置されることとなるクリーンルーム内利用可能空間により制限される。この具体的実施形態ではトータルトラックが約７６２０ｍｍであり、このことはビーム経路の折り曲げが必要になりうることを意味している。系の光収支への影響を軽減するため折り曲げの回数を抑えるのが望ましい。
【００５１】
図７Ａ及び図７Ｂに、本発明の第２実施形態に係るもう一つの４ミラー構成を示す。ウェハ表面から順に、第１凹面球面鏡Ｍ１、凸面球面鏡Ｍ２、凹面非球面鏡Ｍ３及び凹面非球面鏡Ｍ４が存している。Ｍ２・Ｍ３間に中間像を形成するのではなく、中間像がＭ３・Ｍ４間に形成される。図６Ａ及び図６Ｂ中の構成と比べ、Ｍ２上での光線角の折り曲げが厳しくないので、Ｍ２の偏心及び傾斜感度がさほど敏感でなくなる。ＦＯＶは図６Ａ及び図６Ｂに係るものより大きくなりうる。Ｍ１及びＭ２を球面鏡とすることでシステムをより安価に製作可能となる。総じて、Ｍ４のサイズを制御することで中心オブスキュレーションを制御することができる。そのＦＯＶは約１６０μｍである。
【００５２】
この４ミラー構成２についてのレンズデータを下の表４〜表６中に列記する。Ｍ３及びＭ４はｑ型非球面である。
【００５３】
【表４】
0006769980.tif 000006
【００５４】
この第２の代替的な４ミラー実施形態は表５に示す次の特性を有するものとされうる。
【００５５】
【表５】
0006769980.tif 000007
【００５６】
図７Ａ及び図７Ｂでは、下の表６に列記する通り、Ｍ３及びＭ４ミラーの非球面定数用に次の値を使用することができる。設計者は、望みに応じ、厳密に錐状を呈しうるようにしつつ面の軸遮断(axial intercept)及び軸湾曲(axial curvature)を明確に制御することができる。このＱ面型は次の式２に従う。
【００５７】
【数２】
0006769980.tif 000008
【００５８】
但しｚは表面サグ、ｕ＝ｒ／ｒｍａｘはこの面上での半径対最大半径比である。Ｑ面型の詳細な定義については非特許文献１を参照されたい。
【表６】
0006769980.tif 000009
【００５９】
図７Ａ及び図７Ｂに示す構成ではＭ１及びＭ２ミラーが球面鏡であるところ、それらを非球面化することで、より大きなＦＯＶが実現されるようシステム性能を高めることができる。それにより得られる第３構成実施形態を図８Ａ及び図８Ｂに示し、そのレンズデータを下の表７〜表９中に列記する。即ち、Ｍ１及びＭ２ミラー（８０２及び８０４）を、Ｍ３及びＭ４ミラー（８０６及び８０８）と同じく非球面としている。この例では、ＦＯＶを６００μｍ以上の大きさにすることができる。
【００６０】
【表７】
0006769980.tif 000010
【００６１】
この代替的な４ミラー実施形態は表８に示す次の特性を有するものとされうる。
【表８】
0006769980.tif 000011
【００６２】
図８Ａ及び図８Ｂでは、下の表９に列記する通り、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４ミラーの非球面定数用に次の値を使用することができる。
【表９】
0006769980.tif 000012
【００６３】
２ミラーシュヴァルツシルト構成を構成することもできる。図９Ａ及び図９Ｂに、本発明のある実施形態に係るシュヴァルツシルト構成の模式的構成を示す。図示の通り、この構成は凹面非球面鏡Ｍ１（９０２）及び凸面非球面鏡Ｍ２（９０４）を備えている。ＦＯＶを増加させつつ系のＮＡを０．９に高めるため、どちらのミラーも非球面化されている。中心オブスキュレーションは非常にほどよい０．２２ＮＡに制限される。先に示した３個の構成と比べＦＯＶは８０μｍであり僅かに小さい。しかしながら、図９Ａ及び図９Ｂの構成ではミラーが２個しか使用されていないので、低コストな対物光学系を提供することができる。この具体的構成では、Ｍ２のサイズが直径で２０ｍｍであり、Ｍ１のサイズが約２３２ｍｍである。
【００６４】
図９Ａ及び図９Ｂ中の構成についてのレンズリスティングを表１０に列記する。
【００６５】
【表１０】
0006769980.tif 000013
【００６６】
この代替２ミラー実施形態は表１１に示す次の特性を有するものとされうる。
【表１１】
0006769980.tif 000014
【００６７】
図９Ａ及び図９Ｂでは、下の表１２に列記する通り、Ｍ１及びＭ２ミラーの非球面定数用に次の値を使用することができる。
【表１２】
0006769980.tif 000015
【００６８】
図６Ａ〜図９Ｂ中の構成は比較的長い背面焦点距離を有している。１回又は複数回の光折り曲げを使用することで、システムフットプリントをほどよい容積内に制限することができる。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すのは２ミラーシュヴァルツシルト型構成の類型であり、２ミラーＭ１及びＭ２（１００２及び１００４）対物光学系により完全像、いわゆる回折制限された中間像が形成される構成である。この構成では、その完全中間像を像検出器（１００８）例えばＴＤＩその他任意種類のセンサ上へとリレイすべく、凹面鏡Ｍ３（１００６）が配置されている。
【００６９】
より具体的な諸実施形態では、標的から中間像に至る第１段の倍率域が約２Ｘ〜１５００Ｘとされる。他の諸実施形態ではこの倍率域が約１０Ｘ〜２００Ｘとされる。中間像での倍率は、例えば２５Ｘ〜５０Ｘ或いはそれ以上というように非常に高くすることができ、そうすると中間像のＮＡが比較的低くなる。例えば、５０Ｘの対物光学系では中間像でのＮＡが０．０１８ＮＡとなろう。そうした低ＮＡでは、リレイミラーの実効的焦点距離が中間像のサイズに比べ大きい場合、そのリレイ（１００６）を、中間像から最後のイメージセンサ（１００８）にかけて像劣化が導入されない完全リレイと見なすことができる。加えて、ＮＡが低いこと並びにリレイ（１００６）の焦点距離に比べ像の高さが比較的小さいことから、製造公差及び集積公差がかなり緩くなる。
【００７０】
図１０Ａ及び図１０Ｂ中の構成についてのレンズ記述を下の表１３に列記する。この構成例では中間像面における倍率が５０Ｘと選定されている。
【００７１】
先に論じた通り、最後のミラー（２ミラー構成ではＭ２で４ミラー構成ではＭ４）のサイズを小さくすることで、一般に、総システムフットプリントを支配する背面焦点距離を制限することができる。像リレイ付の構成の長所の一つは、中間像以前で最後のミラーのサイズを抑える条件の緩和である。小さな方のミラー（Ｍ２又はＭ４に相当）のサイズを大きくすることで、製造性を高めること及びそのミラーへの加熱負荷を軽減することができる。
【００７２】
例えばコントローラ１１２の働きで中間像・像リレイミラー間距離を変化させることにより、様々な倍率を実現することができる。その唯一の短所は、最良焦点を狙いセンサ位置を動かさねばならないことである。場合にもよるが、配線及びケーブルが全て接続されているセンサ例えばＴＤＩセンサは扱いが面倒である。必要な倍率全てを実現する目的は、単一のミラーで果たすことができる。イメージセンサの移動範囲を小さくするため、その実効的焦点距離が異なる複数個のリレイミラーを利用することができる。集積公差が緩いので、様々な組合せのミラーリレイにてスイッチングすることができる。
【００７３】
このリレイは単一のミラーに限定されるものではなく、１個又は複数個のレンズで以て置換することができる。場合にもよるが、複数個のミラーを利用し像面を静止させることができる。
【００７４】
図１０Ａ及び図１０Ｂ中の構成についてのレンズリスティングを下の表１３に列記する。素子３は完全中間像が所在する場所である。
【００７５】
【表１３】
0006769980.tif 000016
【００７６】
この代替的なリレイ付２ミラー実施形態もまた表１４に示す次の特性を有するものとされうる。
【表１４】
0006769980.tif 000017
【００７７】
図１０Ａ及び図１０Ｂでは、下の表１５に列記する通り、Ｍ１及びＭ２ミラーの非球面定数用に次の値を使用することができる。
【表１５】
0006769980.tif 000018
【００７８】
上掲の表１３中の素子４はＭ３ミラー（１００６）に対応しており、約３°傾斜している。
【００７９】
２ミラーシュヴァルツシルト対物光学系と同じく、図６Ａ〜図８Ｂ中のいずれの４ミラー構成でも、同じ原理による利点を享受し、低ＮＡ像リレイを使用しイメージセンサ上へと“完全”中間像をリレイすることができる。
【００８０】
そのＮＡが比較的低い１個又は複数個のリレイを有する系のもう一つの大きな長所は、オートフォーカス及び照明系構成の設計及び実現上の単純性である。その中間像の共役位置に直にＦＳ（視野絞り）を配置することで、完全像となるよう最適化可能な中間像にて正しいＮＡを選定することにより、その視野絞りとイメージング用対物光学系との間の余計なレンズ及び光学系を全て廃することができ、またその視野絞りからウェハへの完全リレイを自動的に達成することができる。０．０００６〜０．４５の範囲を有するＮＡはうまくいく余地があり、０．００４５〜０．０９なる好適範囲はうまくいく。
【００８１】
系インタフェースでのＮＡが低いため、イメージング用光路と同様、オートフォーカス及び照明経路の位置揃えも非常に容易となろう。
【００８２】
４ミラー構成では、Ｍ２（例．９０４）・Ｍ４（例．９０８）間のギャップを拡げることで、対物光学系Ｍ１／Ｍ２アセンブリ内への照明及び／又はオートフォーカスの挿入を可能にすることができる。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すのはそうしたシステムであり、広いギャップと、ビームスプリッタ（１１１０）等の挿入を通じＭ２ミラー（１１０４）・Ｍ４ミラー（１１０８）間に照明及び／又はオートフォーカス（ＡＦ）モジュール（１１１２）を挿入するためのオートフォーカス挿入点と、を有している。照明モジュールの一例は、光源（例．１０２）と、標的１０６方向に１本又は複数本の入射ビームを差し向ける光学系（例．１０４）と、を有するものである。
【００８３】
ときとして望まれるのは、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すようにＭ２（１１０４）・Ｍ３（１１０６）間の光を平行光に近づけることで、照明経路の複雑性を軽減することである。この構成例では倍率が５０Ｘと選定されている。
【００８４】
図１１Ａ及び図１１Ｂの実施形態についてのレンズ記述を表１６〜表１８に列記する。
【００８５】
【表１６】
0006769980.tif 000019
【００８６】
この代替的なリレイ付２ミラー実施形態も表１４に示す次の特性を有するものとされうる。
【表１７】
0006769980.tif 000020
【００８７】
図１１Ａ及び図１１Ｂでは、４個のミラーの非球面定数用に表１８中の後掲値を使用することができる。
【表１８】
0006769980.tif 000021
【００８８】
上掲の表１６中の素子３はビームスプリッタ（１１１０）に対応しており、４５°傾斜しているが、光線の干渉が生じない限りこれはどのような角度にすることもできる。
【００８９】
後４者の光学的構成はいずれも非常に長い作動距離を有しており、非常に容易に２０ｍｍ超にすること、即ち最初に提示した４ミラー構成よりかなり長くすることができる。ウェハ平面に近いミラー（ミラーＭ２）についての製造性も大きく向上する。厚手基板では、現在のところ、光学系の除熱についての選択肢は空冷だけである。加えて、作動距離が長いことで、Ｍ１の側方或いは更にＭ１の下方からの照明の導入を可能にすることができる。
【００９０】
本発明のある種の実施形態では、また、系内に低ＮＡ中間像を導入すること、並びに単一素子リレイを使用しその中間像をセンサ上へとリレイすることができる。そのリレイでのＮＡが比較的低いため、回折制限されるよう中間像を構成することができ、またそのリレイの収差を、全系的リレイに対し些少な寄与を呈するものとすることができる。リレイミラー・中間像間間隔を調整することにより、連続ズームリレイを構成することができる。また、このリレイにより、最後のイメージング用ミラーのサイズを抑える必要をなくし、より小さなミラーの除熱及び製造をよりやりやすくすることができる。加えて、動力付折り畳みミラー（例．１００６）を使用することで、総システムフットプリントをほどよく小さくすることができる。
【００９１】
その中間像でのＮＡが低めであるため、中間像を導入することにより、ＡＦ及び照明光学系をかなり容易に製造及び位置揃え可能とすることもできる。この概念の実現により、回折制限性能を容易に実現することができる。
【００９２】
瞳面積に対する比率で表したオブスキュレーション比率は２０〜２５％未満であるのが望ましい。４ミラー構成でのオブスキュレーションは、往々にして、標本から反射されてくる光が第２ミラー即ち上掲のＭ２により阻止又は隠蔽されることにより生じる。Ｍ２の周辺支持材と反射面の双方のサイズを抑えることにより、オブスキュレーションが抑えられることとなろう。Ｍ２用構造的支持の設計により十分な剛性がもたらされるので、環境的な擾乱又は振動がＭ２位置の動的な変動、ひいてはブラーリングによる画質の劣化につながらず又はそれを進めないようにすることができる。
【００９３】
赤外〜ＶＵＶ光用ミラーは相応な反射率に到達させるべく単層又は多層被覆されるので、どの高湾曲素子上への入射角の範囲も単層又は多層処理技術の限度内であると見なされまたその限度内に限定される。
【００９４】
理解の明瞭性を狙いある程度詳細に本発明を記述してきたが、別記請求項の技術的範囲内である種の変形及び修正を実行できることは明らかであろう。本発明のプロセス、システム及び装置を実現しる代替手法が数多くあることに注意されたい。例えば、上掲の対物光学系実施形態は、ウェハ以外のあらゆる物体例えばレティクル等々からの赤外〜ＶＵＶ光をイメージングするのに適するどのようなシステムでも利用することができる。従って、上掲の諸実施形態は例示的且つ非限定的であると見なすべきであり、本発明は本願記載の詳細に限定されるものではない。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
0006769980.tif 000030
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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