(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を照射する装置であって、
入射レーザビームを前記試料に向けて出力するレーザ、
複数の回折パターン部分を有する第１回折要素であって、前記第１回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されるよう移動可能であり、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有するように設計され、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らす、第１回折要素、
前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散させるよう構成される照明プロファイル要素、および
前記入射ビームを前記試料に向けて導く複数の照明光学要素
を備え、
前記複数の回折パターン部分は前記第１回折要素の異なる環状部分であり、各前記環状部分は複数のセルを有し、前記異なる環状部分は異なる照明プロファイルを提供するように前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能であり、前記第１回折要素は、前記試料の照射中に、その選択された環状部分における異なるセルを順に前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームの位相を変化させ、前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすように、回転可能である、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、環状プロファイル、４重極プロファイル、前記瞳の半径にわたってフラットなプロファイル、前記瞳の半径にわたってガウシアン形状のプロファイル、および円形状プロファイルからなるグループから選択された少なくとも２つのプロファイルを含む装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、直線状パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称なプロファイルしか含まない装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、半径方向パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含む装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、固定された位置を有することによって、単一の照明プロファイルを前記照射平面において形成する装置。
【請求項６】
請求項２に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、複数の異なる選択可能な照明プロファイルを前記照射平面において形成するよう移動可能である装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じる装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素によって生じる前記照明プロファイルは、正方形形状、円形形状、および四角形形状からなるグループから選択される少なくとも２つのプロファイルを含む装置。
【請求項９】
請求項２に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、複数の回折パターン部分を有する第２回折要素の形をとり、前記第２回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能であり、前記第２回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる照明プロファイルを前記入射ビームの照射平面において有するように、かつ前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすように設計される装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる前記効果はスペックル効果を含む装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記第１および第２回折要素は、それらのそれぞれの選択された回折パターン部分の中の異なる一部分を前記入射ビームパスの中に配置することによって、前記入射ビームのコヒーレンスを減少させるよう回転可能である装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
前記第１回折要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記瞳平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能であり、
前記照明プロファイル要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記照明プロファイル要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である
装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、環状プロファイル、４重極プロファイル、前記瞳の半径にわたってフラットなプロファイル、前記瞳の半径にわたってガウシアン形状のプロファイル、および円形状プロファイルからなるグループから選択された少なくとも２つのプロファイルを含み、
前記照明プロファイル要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、正方形形状、円形形状、および四角形形状からなるグループから選択される少なくとも２つのプロファイルを含む
装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記第１回折要素および前記照明プロファイル要素のそれぞれの環状部分のセルは、直線状パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称なプロファイルしか含まない装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置であって、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、半径方向パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含む装置。
【請求項１６】
請求項２に記載の装置であって、前記第１回折要素は、前記レーザおよび前記照明プロファイル要素の間に配置され、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの瞳平面において、前記第１回折要素および前記試料の間に配置される装置。
【請求項１７】
請求項２に記載の装置であって、前記照明プロファイル要素は、前記レーザおよび前記第１回折要素の間の前記入射ビームの瞳平面に配置され、前記第１回折要素は、前記照明プロファイル要素および前記試料の間の前記入射ビームの照射平面に配置される装置。
【請求項１８】
試料を検査する装置であって、
請求項２に記載の装置、
検出された出力ビームに基づいて出力信号または画像を出力する検出器、
前記入射ビームに応答して前記試料から放射される出力ビームを前記検出器に向けて導く複数の検出光学要素、および
前記出力信号または画像を分析し、前記試料が欠陥を有するかを決定するよう構成される分析器
を備える装置。
【請求項１９】
試料を検査する方法であって、
入射レーザビームをレーザから第１回折要素および照明プロファイル要素を通して試料に導くことであって、前記第１回折要素は複数の回折パターン部分を含み、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有し、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう設計され、前記照明プロファイル要素は前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散するよう構成される、試料に導くこと、および
前記回折パターン部分のうちの選択された一つが前記入射ビームのパス内に選択的に位置付けられるようにすることによって、前記第１回折要素が前記瞳平面において前記照明プロファイルのうちの選択された一つを形成するように前記第１回折要素を移動させること
を含み、
前記複数の回折パターン部分は前記第１回折要素の異なる環状部分であり、各前記環状部分は複数のセルを有し、前記異なる環状部分は異なる照明プロファイルを提供するように前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能であり、前記第１回折要素は、前記試料の照射中に、その選択された環状部分における異なるセルを順に前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームの位相を変化させ、前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすように、回転可能である、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じ、前記方法は、前記開口部の選択された一つを前記入射ビームの前記パス内に選択的に配置することによって、前記照明プロファイルのうちの選択された一つが前記照射平面において形成されるよう前記照明プロファイル要素を移動することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば検査プロシージャのあいだに部分的に非干渉性のレーザ光でフォトマスクのような試料を照射する装置および方法に関する。具体的には本発明は、入射光干渉性によって生じる効果を減らしつつ可変照射を提供する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体製造産業は、半導体材料を用いて集積回路を製造する高度に複雑な技術を伴う。集積回路の規模の大きさおよび半導体デバイスの小さくなるサイズのために、パーティクルのようなますます小さくなる欠陥はデバイスを故障させえる。したがって欠陥検査は品質管理を維持するために非常に重要である。検査方法は製造プロセスの大きくかつ重要な部分であるので、半導体産業は常により正確で効率的な試験方法を模索している。
【０００３】
半導体デバイスまたはウェーハ上の欠陥を検出するためにさまざまな検査システムが半導体産業では用いられる。検査ツールの一つのタイプは、光学検査システムである。光学検査システムにおいては、１つ以上の照射ビームが半導体ウェーハまたはフォトマスクに向けて導かれ、反射および／または散乱されたビームがそれから検出される。検出されたビームは、検出された電気信号または画像をそれから生成し、そのような信号または画像がそれから分析されて欠陥がウェーハ上に存在するかを決定する。
【０００４】
レーザは、多くの検査システムにおいてフォトマスクまたはウェーハ上の欠陥を計測する光源として用いられる。レーザは、充分な試料照射を提供するために高輝度の光を提供し、容易にレンズを通して試料に向かって導かれえる収束された光ビームを提供する。さらに短波長のレーザ源は、比較的小さいフィーチャサイズを調べるのに優位に用いられえる。
【０００５】
しかしレーザを用いることの欠点のうちの一つは、レーザ光の高い空間的および時間的干渉性は、検査される試料の画像を見るときに、干渉による強め合いまたは弱め合いのパターンを生じえることである。画像は、干渉性画像において顕著なエッジリンギングのような干渉効果によってぼやけえ、これは画像のエッジ付近での細部を隠しえ、またはスペックルによってもぼやけえ、これは画像化される物体の不均一な照射として見える。エッジリンギングおよびスペックル現象のような干渉効果について広範な議論がJ.W. Goodman による“Fourier Optics”、McGraw-Hill刊、および同じくJ.W. Goodmanによる“Statistical Optics”、Wiley-Interscience刊に見られる。
【０００６】
これら有害な画像効果は、画像化される物体を照射するのに用いられるレーザ光の空間的干渉性を減らすことによって改善されえる。部分的に非干渉性のレーザ光を提供する従来のある技術は、回転ディフューザの使用を伴う。回転ディフューザは典型的には、画像化される物体にレーザビームが到達する前のレーザビームのパスに導入される回転するすりガラススクリーンからなる。回転ディフューザは、ランダムな位相の変化を入射レーザビームに導入することによって、空間的な非干渉性をビームに導入する。ディフューザが回転するとき、検出器は、独立した視界または視角からの物体の画像を集めえる。検出器はさらに、独立した視界群を集積または加算することによって、比較的スペックルのない、画像化される物体の均一な照射を実効的に合成する。
【０００７】
ある応用例において、検査システムが構成可能な照明および画像化デザインを有することがしばしば要求される。照明および画像化構成は、欠陥または欠陥タイプの異なる特徴のキャプチャを最適化するよう設定される。すなわち、異なる照明および画像化構成が、異なるタイプの欠陥検査にとってより適切である。検査構成の２つの広いカテゴリーは明視野および暗視野検査である。一般に照明および回収ビーム（collection beam）プロファイルは、異なる検査モードを達成するために調整される。換言すれば入射または回収ビームの異なる部分または角度がブロックされたり透過されたりする。
【０００８】
暗視野検査について、照明ビームプロファイルの一部は典型的にはブロックされ、それによって利用可能な照明の一部しか、例えば照明のリングしか、ウェーハへと透過されない。回収ビームプロファイルの対応する部分はそれからブロックされ、それによって散乱された光だけが集められる。すなわち照明ビームのブロックされた部分は、回収ビームのブロックされない部分に対応し、一方、照明ビームのブロックされない部分は、回収ビームのブロックされた部分に対応する。照明および回収調整の両方がバイナリマスクを実現する。すなわちビームの一部はマスクによって完全にブロックされ、一方、ビームの他の部分はマスクを通して阻止されることなく透過する。照明プロファイルの他のタイプは、輪帯、２重極、および４重極照明プロファイルを含む。一般に特定の照明プロファイルは、特定のタイプのフィーチャの画像化品質を向上または最適化するのに用いられる。例として４重極照明プロファイルは、コンタクトのフィールドを画像化するのに用いられえ、一方、２重極プロファイルは鉛直ラインを画像化するのに用いられえる。
【０００９】
残念ながら回転ディフューザは典型的には、システムの瞳においてガウシアンまたは不均一な形状を有する散乱されたパターンを作る。例えば、光の強度は、瞳のエッジにおけるよりも瞳の中心におけるほうがずっと大きくなりえる。その結果、より平坦な照明プロファイル（flatter illumination profile）に比べて、回転ディフューザと共にさまざまな照明プロファイルを実現するのは困難になる。加えて、ガウシアン形状プロファイルの中心部分をブロックするとき、かなりの量の光が使用されない。よってこのタイプの構成は、効率的に光を利用できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スペックル効果のような入射ビーム中にコヒーレンスによって引き起こされる効果を減らしつつ、試料に向けられた入射ビーム中に変化する照明パターンを提供する改良された光の効率がよいメカニズムへの要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、半導体ウェーハまたはレチクルのような試料を照射するメカニズムが提供される。これらメカニズムは、可変照明プロファイルを提供しつつ、一方でスペックルのようなコヒーレンス効果を例えば試料の照射のあいだ減らす。ある実施形態において、試料を照射する装置が開示される。この装置は、入射レーザビームを試料に向けて出力するレーザ、および複数の回折パターン部分を有する第１回折要素を含む。前記第１回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能であり、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有するように設計され、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らす。この装置は、前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散させるよう構成される照明プロファイル要素、および前記入射ビームを前記試料に向けて導く複数の照明光学要素をさらに備える。
【００１２】
具体的な実現例において、前記第１回折要素の回折パターン部分は、前記入射ビームのパス内で選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である。さらなる局面において、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは、環状プロファイル、４重極プロファイル、前記瞳の半径にわたってフラットなプロファイル、前記瞳の半径にわたってガウシアン形状のプロファイル、および円形状プロファイルから選択された少なくとも２つのプロファイルを含む。
【００１３】
ある実現例において、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、直線上パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称なプロファイルしか含まない。他の実施形態において、前記第１回折要素のそれぞれの環状部分の前記セルは、半径方向パターンに配置され方向付けられ、前記第１回折要素によって生じる前記異なる照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含む。
【００１４】
ある局面において、前記照明プロファイル要素は、固定された位置を有することによって、単一の照明プロファイルを前記照射平面において形成する。他の局面において、前記照明プロファイル要素は、複数の異なる選択可能な照明プロファイルを前記照射平面において形成するよう移動可能である。具体的な実施形態において、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じる。例えば、前記照明プロファイル要素によって生じる前記照明プロファイルは、正方形形状、円形形状、および四角形形状から選択される少なくとも２つのプロファイルを含む。
【００１５】
他の実現例において、前記照明プロファイル要素は、複数の回折パターン部分を有する第２回折要素の形をとり、前記第２回折要素は、その回折パターン部分のそれぞれが入射ビームパス内で選択的に配置されえるよう移動可能である。前記第２回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの照射平面において有するように、かつ前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすように設計される。ある局面において、前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる前記効果はスペックル効果を含む。さらなる実現例において、前記第１および第２回折要素は、それらのそれぞれの選択された回折パターン部分の中の異なる一部分を前記入射ビームパスの中に配置することによって、前記入射ビームのコヒーレンスを減少させるよう回転可能である。
【００１６】
ある実現例において、前記第１回折要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記瞳平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である。加えて、前記照明プロファイル要素の回折パターン部分のそれぞれは、異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じるよう、前記入射ビームのパス内に選択的に配置可能な環状部分であり、前記照明プロファイル要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させることによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能である。
【００１７】
ある実現例において、前記第１回折要素は、前記レーザおよび前記照明プロファイル要素の間に配置され、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの瞳平面において、前記第１回折要素および前記試料の間に配置される。他の実現例において、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの瞳平面において、前記レーザおよび前記第１回折要素の間に配置され、前記第１回折要素は、前記入射ビームの照射平面において、前記照明プロファイル要素および前記試料の間に配置される。
【００１８】
他の局面において、本発明は、試料を検査する装置に関する。この装置は、上述の要素のうちの任意のものを含み、それと共に、検出された出力ビームに基づいて出力信号または画像を出力する検出器、および前記入射ビームに応答して前記試料から放射される出力ビームを前記検出器に向けて導く複数の検出光学要素を含む。この検査装置はさらに、前記出力信号または画像を分析し、前記試料が欠陥を有するかを決定するよう構成される分析器を含む。
【００１９】
試料を検査する方法において、入射レーザビームは、レーザから第１回折要素および照明プロファイル要素を通して試料に導かれる。前記第１回折要素は複数の回折パターン部分を含み、前記第１回折要素の前記回折パターン部分は、前記入射ビームが異なる空間照明プロファイルを前記入射ビームの瞳平面において有し、一方で前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう設計される。前記照明プロファイル要素は前記入射ビームの照射平面において光を空間的に分散するよう構成される。この方法は、前記回折パターン部分のうちの選択された一つが前記入射ビームのパス内に選択的に位置付けられるようにすることによって、前記第１回折要素が前記瞳平面において前記照射プロファイルのうちの選択された一つを形成するように前記第１回折要素を移動させる操作をさらに含む。
【００２０】
具体的な実施形態において、前記第１回折要素の回折パターン部分は、前記入射ビームのパス内で選択的に配置可能な環状部分であり、前記第１回折要素は、その選択された環状部分の異なるセルを前記入射ビームのパス内に配置させ、それによって前記入射ビームのコヒーレンスによって生じる効果を減らすよう回転可能であり、前記方法は、前記第１回折要素を回転することを含む。他の局面において、前記照明プロファイル要素は、前記入射ビームの前記パス内でそれぞれ選択的に配置可能な複数の開口部を有し、それぞれの開口部は、それが前記入射ビームの前記パス内に配置されるとき異なる照明プロファイルを前記照射平面において生じ、前記方法は、前記開口部の選択された一つを前記入射ビームの前記パス内に選択的に配置することによって、前記照明プロファイルのうちの選択された一つが前記照射平面において形成されるよう前記照明プロファイル要素を移動することを含む。
【００２１】
本発明の実施形態は、可変照明プロファイルを瞳において柔軟に提供しつつ、一方でスペックル効果のような入射光コヒーレンスによって生じる効果を減らす。換言すれば、異なる選択可能なプロファイルを用いて、瞳において空間的に光を分散させるメカニズムが提供される。この構成は、試料の照明を最適化し、それによってそのような試料上のフィーチャの検出を最適化する照明プロファイルを選択することを可能にする。回転するディフューザを利用することによって可変照明プロファイルを提供し、スペックルを減らす実施形態はまた、提供された入射光を効率的に利用する。本発明の実施形態はまた、入射ビームの照射平面において光を空間的に分散し、ある実施形態は、照射平面において可変分散を提供することによって、対物光分散における柔軟性を提供する。例えば、対象物における空間的分散は、検出器の形状の具体的なタイプについて適応されえ、それによって集光効率を最大化できる。
【００２２】
本発明のこれらおよび他の特徴は本発明の以下の明細書および添付の図においてより詳細に示され、これらは本発明の原理を例示的に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下の詳細な説明は、図面と共に考慮されるとき、より完全に理解されえる。
【００２４】
本発明の具体的な実施形態が詳細に参照される。これら実施形態のいくつかの例は、添付図面に示される。本発明は、これら具体的な実施形態について記載されるが、本発明をこれら特定の実施形態に限定するよう意図はされない。むしろ本発明は、代替物、変更物、および等価物を、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内に含むように意図されている。以下の記載において、多くの具体的な詳細が述べられるが、これは本発明の完全な理解を与えるためである。本発明は、これら具体的な詳細の一部または全てがなくても実施されえる。他の場合には、よく知られたプロセス操作は、本発明を不必要にぼかさないために詳細に記載されていない。付随する光学系についての本発明の原理も記載される。これら原理は本発明を明瞭にするために議論され、本発明を特定の理論に限定するためのものではない。
【００２５】
ここで使用されるように「試料」とは、本発明を用いて照射または検査される任意の対象物を記述するのに用いられる。試料は好ましくは、集積回路製造プロセスで用いられるフォトマスク、レチクル、またはウェーハのようなマスクである。しかし試料は、小さい欠陥および不整合（inconsistencies）を探すために検査されるべき他のタイプの物体も含みえることが当業者には理解されるだろう。本発明は、パターン書き込みエラー、微小寸法エラー、ブリッジ欠陥、および位相欠陥によるパーティクル欠陥、マスク欠陥またはウェーハ欠陥のような欠陥を検査するのに特に有用である。しかし本発明は試料内、または試料上の欠陥または不整合の任意の特定のタイプに限定はされない。加えて本発明の実施形態は検査システム内で実現されるのには限定されず、試料を照射する任意の適切な画像化装置内で実現されえる。
【００２６】
図１は、本発明のある実施形態による検査システム１００の概略図である。示されるようにシステムは、入射ビームを試料１２０に向けて導く照明要素、および試料上のフィーチャ（features）と共に入射ビームに応答して試料から放射される出力光を検出する検出要素を含む。ある検査応用例においてこの出力光は、試料が欠陥を有するかを決定するために分析されえる。例えば試料の特定の領域からの出力光強度は、その第１領域と同一であるように設計される試料の他の領域と比較されえる。２つの領域から出力される強度パターン間の任意の大きな差は、第１または第２領域における欠陥を表しえる。
【００２７】
ここで記載される検査システムにおいて、入射ビームを試料に向けて導き、試料から放射される出力ビームを検出器に向けて導く任意のレンズ構成が一般に使用されえる。出力ビームは試料から回折、反射、または散乱されえ、試料を通して透過されえる。同様に、出力ビームを受け取り、受け取られた出力ビームの特徴（例えば強度）に基づく画像または信号を提供するために、任意の適切な検出器タイプまたは検出要素の個数が用いられえる。
【００２８】
照明要素の詳細がこれから説明される。以下に記載される実施形態の光学要素のいくつかの記述は、本発明によって設計されえる光学システムの他の要素と同様に、例えば、Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, 2nd edition, McGraw-Hill, Inc., 1990において見られる。
【００２９】
レーザ１０２は、入射レーザビームを提供し、これは時間的空間的にコヒーレントである。レーザ１０２は好ましくは連続波レーザであるが、パルスレーザも用いられえる。レーザが放射する光の波長は、検査システムの応用例に依存する。例えば典型的なフォトマスク検査の応用例では、紫外光またはより短い波長を放射するレーザが好ましい。例えば、２つの標準紫外レーザは、２５７ｍｍおよび１９３ｍｍの波長を持つ光を放射する。しかし本発明はレーザによって放射される光の波長には依存せず任意の波長が用いられえることに注意されたい。
【００３０】
レーザ１０２からいったん放射されると、入射レーザビームは、入射ビームの瞳平面において複数の異なる選択可能な照射プロファイルを提供しつつ、一方で入射ビームコヒーレンスによって引き起こされる効果、例えばスペックルを減らすよう設計される第１回折要素１０４をすぐに通りえる。第１回折要素１０４は好ましくはレーザ１０２の近傍に配置されることによって入射ビームが比較的小さいビームサイズを持つようにする。この配置は、第１回折要素が、入射ビームパス中で選択的に移動可能な複数の異なる回折パターン部分を含むことを可能にしつつ、一方で第１回折要素のサイズを最小化することを可能にする。例えば第１回折要素１０４は直線方向１０６において移動可能である。具体的な実現例において、第１回折要素１０４はまた、スペックルを減らすよう設計された回転するディフューザである。瞳において可変照射プロファイルを提供する第１回折要素のいくつかの実施形態が以下にさらに説明される。
【００３１】
第１回折要素１０４を通った後、入射ビームは、入射ビームの照射平面において光を空間的に分散させるよう設計される照明プロファイル要素１１２において瞳１１０を形成するよう構成されるレンズ要素１０８を通る。照明プロファイル要素１１２も直線方向１１２において移動可能であることによって可変照明プロファイルを照射平面において提供しえる。代替実施形態において、照明プロファイル要素１１２は、単一の照明プロファイルを照射平面において提供するために固定可能に配置されえる。他の実施形態において、照明プロファイル要素１１２は、スペックルを減らすよう設計される第２回転ディフューザの形をとりえる。照射平面において１つ以上の照明プロファイルを提供する照明プロファイル要素のいくつかの実施形態が以下にさらに説明される。
【００３２】
第１回折要素１０４および照明プロファイル要素１１２の相対位置は相互交換可能である。図示において、第１回折要素１０４はレーザ１０２および照明プロファイル要素１１２の間に配置され、照明プロファイル要素１１２は第１回折要素１０４および試料１２０の間に配置される。代替として、照明プロファイル要素１１２はレーザ１０２および第１回折要素１０４の間に配置されえ、第１回折要素１０４は照明プロファイル要素１１２および試料１２０の間に配置されえる。例えば第１回折要素１０４は、図１の照射平面１１６において配置されえる。一般に第１回折要素１０４は、入射ビームパス内に存在する瞳平面のうちのいずれかにおいて光を分散させるように配置される。同様に、照明プロファイル要素１１２は、入射ビームパス内に存在する照射平面のうちのいずれかにおいて光を分散させるように配置される。
【００３３】
示されるように入射ビームはまた、照明および検出光学ブロック１１８を通って試料１２０へ達する。照明および検出光学ブロック１１８は、入射ビームを試料に向けてさらに導き、そのような入射ビームに応答して試料から放射される出力ビームを検出光学系１２２に導くように構成される。システムは、試料を通って透過される光を検出光学系１２２に向けて導く透過光学系１２３も含む。検出光学系１２２は、出力ビームを検出器１２４に向けて導くよう構成され、検出器１２４は、検出された出力ビームに対応する検出信号または画像を生成するよう一般に構成される。
【００３４】
適切な検出器は、当業者に知られる幅広い光検出器要素群を含みえる。そのような要素は、以下に限定されることなく、光倍増管、フォトダイオード、ＣＣＤ、およびこれら構造のアレイを含みえる。またＴＤＩ（時間領域積分）センサアレイも用いられえる。このような検出器要素によって得られた情報は、画像プロセッサに伝送される電気（または場合によっては光学）信号に典型的には変換される。画像プロセッサは、検出器要素から受け取られた信号に対して幅広い操作を実行しえる。このような操作には、以下に限定されないが、当業者に知られる多くの他の操作と共に、データ処理および信号およびデータ分析が含まれる。画像プロセッサは、以下に限定されないが、マイクロプロセッサ、コンピュータ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、メモリ、および幅広い他の関連する電子要素を含みえる。一般にこのような画像プロセッサは、欠陥を検出、位置特定、および定量化する表面の検出された画像の分析を実行しえる信号処理要素および／またはモジュールを含む。
【００３５】
システム１００は、レーザ１０２からの入射ビームを試料１２０に向けて導き、試料１２０からの出力ビームを検出器１２４に向けて導くさまざまな他の要素（不図示）を含みえる。例えば、ビームがレーザ１０２を出るとき、入射ビームはビームエクスパンダに向けて導かれえ、これはレーザビームを拡大することによってレーザビーム幅を拡大し検査システムのレンズおよびアパーチャアセンブリを適切に通るようにさせる。入射レーザビームを拡大することは、それが発散することを生じさせる。したがって入射レーザビームはそれから、レーザビームを再収束させるレンズに向けて導かれえる。それから入射ビームは、第１回折要素１０６および照明プロファイル要素１１２に加えて、任意の適切な数およびタイプのレンズを通り、またはそれから反射しえる。
【００３６】
照明光学系（例えば１１８）は、光が第１回折要素１０４および照明プロファイル要素１１２を通った後に光を均等に分散させるよう光を混ぜるトンネルを含みえる。この照明および検出光学ブロック１１８は、入射ビームを試料に向けて導き、試料からの出力ビームを検出器１２４に向けて導く要素と共に、この光トンネルを含みえる。例えば、入射ビームはスプリッタを通りえ、試料から散乱または反射した出力ビームはこの同じスプリッタで反射されて検出光学系１２２および検出器１２４に導かれえる。また照明ブロック１１８は、出力ビームのフーリエ平面を、出力ビームの一部を空間的にフィルタリングするよう構成される他の開口に向けてリレーするリレーレンズも含みえる。ある実施形態において、繰り返されるフィーチャからの光は、出力ビームからフィルタリングされ、それにより試料上の欠陥を強調する。
【００３７】
検査システムはまた、ソフトウェアおよびハードウェアの任意の適切な組み合わせの（例えば、システム要素を動作させ、そのような要素からのデータを分析するようプログラムされた１つ以上のメモリおよびプロセッサのような）形をとるコントローラ１２６を含みえる。コントローラ１２６は、検査システム１００のさまざまな要素を制御するよう一般に構成される。例えばコントローラ１２６は、照明源１０２のアクティベーション、第１回折要素の動き、照明プロファイル要素の動きなどを制御しえる。コントローラ１１０は、検出器１２４によって生成された画像または信号を受け取りえ、結果として生じる画像または信号を分析することによって欠陥が試料上に存在するかを決定し、試料上に存在する欠陥を特徴付け、またはそうでなければ試料を特徴付けるよう構成されえる。例えば試料の画像は、他のダイ、近傍領域、またはデザインデータベースから得られたレファレンス画像と比較されえる。この比較は、２つの画像間の不整合を生じえ、これはその差が大きい（例えば所定のスレッショルドを超える）ときには欠陥として特徴付けられる。
【００３８】
第１回折要素１０４および照明プロファイル要素１１２は、入射光のコヒーレンスによって生じる効果を減らしつつ（少なくとも第１回折要素１０４において）、それぞれ瞳および照射平面において空間的に光を分散させる任意の適切な形態をそれぞれとりえる。１つまたは両方の要素は、その上に複数の回折パターン部分を有する回折要素の形態をとりえる。それぞれの回折パターン部分は、入射ビームパスにわたって選択的に配置されるとき（例えば図１に示される直線方向１０６または１１１における動きによって）異なる照明プロファイルが形成されるように設計される。それぞれの回折パターン部分はまた好ましくはコヒーレンス効果を減らすよう構成される。
【００３９】
ある実施形態において第１回折要素１０４は、回転ディフューザの形態をとる。代替実施形態において、照明プロファイル要素１１２も回転ディフューザの形態をとる。図２Ａは、本発明の第１実施形態による回転ディフューザ２００を示す。示されるように回転ディフューザ２００は、環状部分２０４および２０６のような複数の環状部分に分割される。それぞれの環状部分は、入射ビーム２０８に対してディフューザを方向２１２において動かすことによって選択可能である異なる照明プロファイルに対応する。例えば、入射ビーム断面２０８が環状部分２０４（不図示）を通るとき、第１照明プロファイルが瞳において形成され、一方、入射ビームが環状部分２０６（不図示）を通るとき、第２照明プロファイルが瞳において形成される。別個の回転ディフューザが異なる照明プロファイルを照射平面において作るよう設計されえる。
【００４０】
それぞれの環状部分はまた複数のセルを含む（本発明をぼかさないためにいくつかしか示されない）。このセル群は、入射ビームが複数のセルの実質的に中を通るように好ましくは配置され大きさが決められる。セルは、例としてディフューザが方向２０２において回転されるときに、入射ビームのコヒーレンスからの効果、例えばスペックルを減らすように設計される。スペックルを減らすために、セルはランダム位相変化を入射ビームに導入し、それによって空間的非干渉性を入射ビームに導入する。
【００４１】
ディフューザが回転されるとき、選択された環状部分（例えば２０６）のセルのセットはビームパス２０８上を通る。この実施形態において、セルは直線パターンで配置され方向付けられる。示されるようにセルは、ｘおよびｙ軸に対するのと同じように方向づけられる、それぞれのセル内のパターンに対応する指し示される矢印をそれぞれ示す。例えば、セル２１０ａは、それらがそれぞれビーム２０８を通るときにセル２１０ｂとは異なるように方向付けられる。この実施形態においてこのディフューザ２００によって作られる照明プロファイルは、回転対称である（例えば環状または円状照明プロファイル）プロファイルだけを含むことによって、ビーム２０８に対する異なるセルの方向付けが異なるプロファイルを作らないようにする。
【００４２】
図２Ｂは、本発明の第２実施形態による回転ディフューザ２５０を示す。この回転ディフューザは、方向２６２に沿って移動可能である複数の環状部分（例えば２５４および２５６）を含み、それによって選択された環状部分はビームパス２５８内に位置付けられる。回転ディフューザはまた、例えば方向２５２において回転する。それぞれの環状部分はまた多くのセルを含む。しかしこれらセルは半径方向に沿って配置され方向付けられている。すなわちそれぞれのセルがビームパス位置２５８へと回転するとき、それはビーム２５８に対して実質的に同じ向きを有する。例えばセル２６０ａは、それがそのようなビームに隣接して配置されるとき、セル２６０ｂがビームに隣接して配置されるときと同じ向きをビームパス２５８に対して有する。この実施形態において、このディフューザ２５０によって作られた照明プロファイルは回転対称ではないプロファイルを含みえるが、それは異なるセルの向きがビーム２０８について存在せず、異種の照明プロファイルを生じないからである。
【００４３】
図３Ａから３Ｆは、図２Ａまたは２Ｂの回転ディフューザのような本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる異なる照明プロファイルを表す。図３Ａから３Ｄは、瞳平面における２次元強度分布を示し、図３Ｅおよび３Ｆは、回転対称な強度分布の単純断面である。例えば瞳平面における入射ビーム断面は、暗部によって表される。図３Ａは、ビームについて環状照明プロファイルを持つ瞳平面３００を示す。すなわち入射ビームの環状部分３０４だけが瞳３００において生成され、入射ビームのうちの部分３０４および３０６は生成されない。図３Ｂは、入射ビームについての４重極照明プロファイルを持つ瞳平面３５０を示す。すなわち入射ビームのうちの部分３５２ａから３５２ｄだけが瞳平面３５０において生成され、入射ビームの部分３５４は生成されない。
【００４４】
図３Ｃは、入射ビームについての２重極照明プロファイルを持つ瞳平面３６０を示す。すなわち入射ビームのうちの部分３６２ａおよび３６２ｂだけが瞳平面３５０において生成され、入射ビームの部分３６４は生成されない。図３Ｄは、入射ビームについての円形状照明プロファイルを持つ瞳平面３７０を示す。すなわち入射ビームのうちの円形状部分３７２だけが瞳平面３５０において生成され、入射ビームの部分３７４は生成されない。
【００４５】
変化する照明強度プロファイルも瞳平面において作られえる。図３Ｅにおいて示されるように、ガウシアン形状の照明プロファイル３８２がビーム半径３８４にわたって形成されえる。図３Ｆの例においては、フラットな強度照明プロファイル３９２がビーム半径３９４にわたって形成されえる。
【００４６】
回転ディフューザは、他の適切なプロファイルと共に瞳平面において上述の照明プロファイルの任意の組み合わせを選択的に作るために環状部分と共に設計されえる。すなわち本発明は、ここで記載された照明プロファイルに限定されない。回転ディフューザはまた、照射平面において照明プロファイルの任意の組み合わせを作るために環状部分と共に設計されえる。いずれの場合も環状部分およびそこに配置されるセルはまた、スペックルのような入射光コヒーレンスによって生じる効果を減らすよう設計されえる。適切な回転ディフューザは、ノースカロライナ州CharlotteのDigital Optics Corporationから入手可能である。
【００４７】
図４Ａから４Ｃは、本発明の実施形態によって照射平面において作られえる異なる照明プロファイルを表す。図４Ａは、照射平面における円形照明プロファイルを示し、図４Ｂは、照射平面における四角形照明プロファイルを示し、図４Ｃは、照射平面における正方形照明プロファイルを示す。もちろん他のタイプの照明プロファイルも本発明で生成されえる。
【００４８】
上述の回転ディフューザは、（ｉ）瞳平面において空間的に光を分散させ、入射ビームコヒーレンスによって生じる効果を減らす、または（ｉｉ）照射平面において空間的に光を分散させ、入射ビームコヒーレンスによって生じる効果を減らす、またはそれら両方のために設計されえる。すなわち回転ディフューザは、図１の第１回折要素１０４および／または照明プロファイル要素１１２のために用いられえる。代替として、照明プロファイル要素１１２は、単一の照明パターンを照射平面において作るために固定されえる。他の実施形態においては、照明プロファイル要素１１２は、瞳平面において直線方向に移動可能な要素の形をとりえる。
【００４９】
図２Ｃは、本発明の代替実施形態による照射平面において光を分散するインデックス可能な（indexable）照明プロファイル要素２７０を示す。示されるように照明プロファイル要素２７０は、方向２７８に沿って移動可能であり、それによってビームパス２８０内で複数の開口部のうちの選択された一つを選択的に位置付けることができる。例えば、開口部２７２はビームパス２８０内に配置されているように示される。しかし照明プロファイル要素２７０は、開口部２７４または２７６をビームパス２８０内に配置するよう移動されえる。照明プロファイル要素２７０が入射ビームの瞳平面に位置付けられるとき、それぞれの開口部は、異なる照明プロファイルを照射平面において作る。
【００５０】
図５は、本発明のある実施形態による入射光の瞳および照射平面の両方において光を空間的に分散することの概略図である。本発明において、回折要素は、瞳平面において空間的に光を分散させるよう構成され、一方で、照射平面において空間的に光を分散させるために別の要素が用いられる。示されるように、特定の入射ビーム部分５０６は瞳平面５０２を通る。瞳平面５０２におけるそれぞれの位置は、照射平面５０８を通る特定の入射角５０６に対応する。この例では、入射ビーム部分５０６はまた、照射平面において正方形の形状５０８に空間的に分散される。
【００５１】
前述の本発明は、理解の明瞭さのためにある程度の詳細で記載されてきたが、添付の特許請求の範囲の範囲内である種の変更および改変が実施されえることは明らかだろう。本発明の方法および装置の両方を実施する多くの代替方法が存在することに注意されたい。例えば、試料は、半導体ウェーハまたはレチクルのような、レーザ検査またはレビューに適切な任意の材料または物体でありえる。最後の例として、本発明は、ますます小さくなる寸法で設計されつつあるフォトマスクを検査またはレビューするのに有用でありえる。したがって本発明は例示的であって限定的ではなく、本発明は、ここに与えられた詳細に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲および等価物の中で改変されえる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のある実施形態による検査システムの概略図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態による回転ディフューザを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態による回転ディフューザを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の代替実施形態によるインデックス可能な照明プロファイル要素を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態によって瞳平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態によって照射平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態によって照射平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態によって照射平面において作られえる照明プロファイルを表す図である。
【図５】本発明のある実施形態による入射光の瞳および照射平面の両方における空間的に分散する光の概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…検査システム
１０２…照明源
１０４…第１回折要素
１０８…レンズ要素
１１０…コントローラ
１１２…照明プロファイル要素
１１６…照射平面
１１８…検出光学ブロック
１２０…試料
１２２…検出光学系
１２３…透過光学系
１２４…検出器
１２６…コントローラ
２００、２５０…回転ディフューザ
２０４…環状部分
２０６…環状部分
２０８、２５８、２８０…ビームパス
２１０ａ、２１０ｂ、２６０ａ、２６０ｂ…セル
２７０…照明プロファイル要素
２７２、２７４…開口部
３００、３５０、３６０、３７０、５０２…瞳平面
３０４…環状部分
３７２…円形状部分
３８２…照明プロファイル
３８４…ビーム半径
３９２…強度照明プロファイル
３９４…ビーム半径
５０６…入射ビーム部分
５０８…照射平面
【図１】
0004769471.tif 000002
【図２Ａ】
0004769471.tif 000003
【図２Ｂ】
0004769471.tif 000004
【図２Ｃ】
0004769471.tif 000005
【図３Ａ】
0004769471.tif 000006
【図３Ｂ】
0004769471.tif 000007
【図３Ｃ】
0004769471.tif 000008
【図３Ｄ】
0004769471.tif 000009
【図３Ｅ】
0004769471.tif 000010
【図３Ｆ】
0004769471.tif 000011
【図４Ａ】
0004769471.tif 000012
【図４Ｂ】
0004769471.tif 000013
【図４Ｃ】
0004769471.tif 000014
【図５】
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