(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に垂直方向が定められる基板上の二次元領域の照明のための方法であって、
光源でメインラインビームを提供し、前記基板上のラインスポットを照らすステップと、
前記メインラインビームを第１ラインビーム及び第２ラインビームに分けるステップと、
第１ラインスポット及び第２ラインスポットで前記基板を照らすステップであって、前記第１ラインスポットは前記基板上でパターンのストリート及びアベニューとして定義される２つの直交する軸であるｘ−ｙ軸に対して４５度に向けられ、前記第２ラインスポットは前記第１ラインスポットに対して９０度に向けられている、前記ステップと、
単一の方向に前記基板を走査するステップと、
垂直方向に対し第１の角度で、散乱する光を集めるステップと、
前記垂直方向に対し第２の角度で、散乱する光を集めるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記走査ステップは、前記基板が照らされるとき、所定の方向に前記基板を移動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記走査ステップは、前記垂直方向において前記基板を横切って前記第１ラインスポット及び前記第２ラインスポットを移動させることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのセンサアレイ上に、前記第１ラインスポットから反射した光をイメージングすることを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのセンサアレイ上に、前記第１ラインスポットから散乱した光をイメージングすることを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１ラインスポット及び第２のラインスポットの少なくとも１つから、少なくとも１つのセンサアレイに反射された光をイメージングすることを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第１ラインスポットから少なくとも１つのセンサアレイの上に散乱された光を暗視野でイメージングすることと、 少なくとも１つの他のセンサアレイの上の前記第２のラインスポットから回折された光を暗視野でイメージングすることを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
基板の二次元走査システムであって、
光ビームを提供する光源と、
前記光ビームをメインラインビームに変える変換システムと、
前記メインラインビームを第１および第２のラインビームに分けるビームスプリッタと、
前記基板上でパターンのストリート及びアベニューとして定義される２つの直交する軸であるｘ−ｙ軸に対して４５度に配置されている第１のラインスポットで前記基板を照らすように前記基板上へ前記第１のラインビームを投影する第１の光学的システムと、
前記第１ラインスポットに対して９０度に向けられた第２のラインスポットで前記基板を照らすように前記基板上へ前記第２のラインビームを投影する第２の光学的システムと、
前記第１のラインビームおよび前記第２のラインビームと前記基板と間の相対的な移動を提供する走査システムと、
前記第１のラインスポットをイメージングするように構成された第１のセンサアレイと、
前記第２のラインスポットをイメージングするように構成された第２のセンサアレイと、
を含むシステム。
【請求項９】
前記第１のセンサアレイ及び第２のセンサアレイのうち少なくとも一つのセンサアレイが、前記基板から回析した光を集めるために配置されている、請求項８のシステム。
【請求項１０】
前記走査システムは、前記基板を支持するｘ−ｙステージを含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記変換システムは、円柱レンズを含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
前記変換システムは、スリットの入った開口を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１および第２のセンサアレイがラインＣＣＤのものを含む、請求項８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板、特に、半導体ウェーハ及びレチクルの検査システムに関するものである。更に詳しくは、本発明は、基板上の画素のライン及びこのラインから反射及び／又は散乱された画像を照射する新規なシステムに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
ウェーハ及びレチクルの検査のために、いくつかのシステムが当業界で知られている。このようなシステムの２つの例は、図１及び２に表されている。図１に例示するシステムにおいて、ウェーハ１００は、光源から発出し９０゜の角度でウェーハに到達する光ビームに照射される（一般に通常照射と呼ばれる）。好適には、光源１００はコヒーレント光を提供する、すなわち、光源１００はレーザ光源であってもよい。光ビームは、スキャナ１２０代表的には音響光学スキャナ（ＡＯＤ）又は回転ミラーによって、双頭矢印で示す方向に走査される。ウェーハ１００は、ウェーハが載置されているステージを動かすことによって、垂直方向に移動される。従って、ウェーハの二次元領域は、光ビームによって走査することができる。
【０００３】
ウェーハは基本的に鏡のような上面を有するので、光ビームはスネルの法則により１８０゜鏡面反射する。この鏡面反射された光は、光センサー１４０によって集光され、その信号は「明視野」画像、すなわち鏡面反射光から生成される画像を得るために使用される。しかしながら、光ビームがウェーハ上の凹凸部、例えば粒子又はエッチングされたパターンを照射するときには、光は種々の方向に散乱する。次いで、回折／散乱された光の一部は、光センサー１３０によって集光され、その信号は「暗視野」画像、すなわち回折／散乱された光から生成される画像を得るために使用される。このように、ウェーハ上にパターンがない場合（例えばブランクウェーハ）、凹凸部は暗視野画像に暗い空の星のように現れる。ウェーハ上にパターンを有する場合、凹凸部は、パターンに起因する通常の回折から逸脱した散乱光を生ずる。
【０００４】
図２に例示されるシステムにおいて、ウェーハ２００は光源２１０から放射される光ビームに照射されるが、一般に斜入射照射と呼ばれる浅い角度で光ビームはウェーハに到達する。光ビームは、スキャナ２２０、代表的には音響光学スキャナ又は回転鏡によってウェーハ上を双頭矢印で示す方向に走査する。ウェーハ２００は、ウェーハが載置されるステージを動かすことによって垂直方向に移動される。このように、ウェーハの二次元領域は、光ビームによって走査することができる。
【０００５】
光は限界見通し角θでウェーハに到達するので、その鏡面反射はスネルの法則により対応する角度θ’である。この光はセンサ２４０によって集光することができ、その信号は明視野画像を生成するために使用される。どのように回析され／散乱された光でも、センサ２３０によって集光され、その信号は暗視野画像を生成するために使用される。
【０００６】
上記で例示したシステムにおいて、各センサに関して画像データが連続的に得られると認識すべきである。すなわち、明視野又は暗視野の各二次元画像は、走査した光ビーム毎に次々に得られる画素信号を得ることによって構成される。これは時間を消費する逐次操作であり、このようなシステムのスループットに直接影響を及ぼす。更に、このようなシステムの走査速度は、スキャナの速度すなわち音響光学スキャナのバンド幅、及び検出器例えばＰＭＴ（光電子増倍管）に対応する電子機器によって制限される。このように、走査光ビームを利用しないシステムを開発する必要性が存在する。
【０００７】
将来的に考えると、設計基準が縮小されるに従い、次第に小さな凹凸部を検出する重要性は最優先になる。０．１８及び０．１５μｍのような設計基準では、非常に小さい凹凸部例えばサブミクロンサイズの粒子が著しい欠陥になる場合があり、デバイスに故障を引き起こすことがある。しかしながら、このような小さい凹凸部を検出するために、非常に小さい波長の光源、例えば紫外線（ＵＶ）又は深紫外線（ＤＵＶ）光源を使用する必要がある。これは少なくとも２つの重大な問題が提示される：最初に、ＤＵＶ装置において動作する光学素子は高価であり、第２に、小さい短波は光ビームの少ないスポットサイズを意味する。従って、走査速度及びデータ収集速度は増大される必要がある。
【０００８】
現在、ＤＵＶビームの走査に対応できる商業上入手し得るＡＯＤは、非常に制限された性能を有する。更に、たとえこのようなＡＯＤが開発できても、ＤＵＶ光ビームを使用している高解像度画像を得るのに必要なエネルギーレベルに耐え得るかは現在不明である。このように、パワーレベルの減少もまた、低速走査ＡＯＤの使用を決定づけるかもしれない。従って、将来のシステムもまた、ビーム走査に依存しない装置を必要とするであろう。
【０００９】
【発明の概要】
本発明によれば、ウェーハが、細長い「リニア」または「ラインスポット」によって照らされる。「ラインスポット」は、本質的にはウェーハ表面上の細長い照明であり、ラインを形成するように整列したピクセルをカバーするようになっている。好適な実施例で、リニアスポットのピクセルの数は、何千のオーダーである。リニアスポットは、１つの方向に関して静止した状態に保たれるが、ウェーハはその下で他の方向に走査される。このように、二次元の領域がカバーされてイメージングされることができる。イメージングは、センサアレイ（例えばラインＣＣＤ）を使用して、好ましくは実行される。好適な実施例で、２つのリニアスポットが、２つのラインＣＣＤのものと連動して使われる。検出される横方向のピクセルサイズ（ラインの狭い寸法に沿った）は、照明ライン幅によって決定される。長手方向に沿った検出ピクセルサイズは、コレクションオプティクスの解像度およびラインＣＣＤカメラピクセルサイズによって決定される。パターニングしたウェーハを調べるとき、リニアスポットは、ウェーハの「縦横（ストリート及びアベニュー）」軸に４５度の角度を補償するように投影されている。
【００１０】
より速いデータ収集速度を可能にするという点で、本発明は有利である。更に、短波長（例えばＵＶまたは深い（ｄｅｅｐ）ＵＶ照明）によって操作可能である。特に、発明のシステムは、走査式メカニズムを必要としない。本発明の他の効果は説明が進むことにより明らかになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
好適な実施例の記載に進む前に、実施例のいずれもが、パターニングされていないウェーハの検査に適している点に留意する必要があろう。しかしながら、本発明の顕著ないくつかの利点は、パターニングされたウェーハ検査のより複雑な作業に特に役立つ。従って、本願明細書において示される解説の多くは、パターニングされたウェーハに関する。
【００１２】
図３は、本発明の簡略なバージョンを表す。ウェーハ３００は、光源３００および適切な光学部品３２０によってつくりだされ、ウェーハに対して垂直方向に当たっているリニアスポット３０５によって照らされる。好適な実施例において、リニアスポットは静止した状態で保持され、一方、ウェーハはステージを移動することによって、ｙ方向で走査される。従って、二次元のストリップは、ｘ方向でスポットを走査する必要なしにウェーハを通して走査される。走査されるストリップのディメンションは、リニアスポットの有効径によって画成される。
【００１３】
リニアスポットから正反射された光は、センサアレイ３４０にイメージングされ、回析された光はセンサアレイ３３０にイメージングされる。イメージは、一度に１つの画素ではなく一度に１つの線でサンプリングされるので、明視野像および暗視野像を速いレートで得ることが可能である。すなわち、センサアレイの各々のサンプリングは、画素データを全ての線、走査されたストリップの幅、に提供する。１０２４、２０４８及び４０９６画素のセンサアレイは広く入手可能なので、本発明を用いることで、イメージ収集のスピードを劇的に増加できる。例えば、１６チャネルを伴い２０４８画素を有するセンサアレイを使用した場合、４００Ｍｂ／ｓの収集スピードを達成することができる。
【００１４】
本発明の他の特徴は、図３において例証される。周知のように、パターニングされたウェーハを調べる際の１つの難点は、金属配線といったウェーハ上に構築される特徴部もまた光を回析するということである。これによって、少なくとも２つの問題が生じる。明視野像に関する限り、金属線からの強い反射は光センサを飽和させ、その結果、線の近くに横たわる非正則性が検知されなくなるかもしれない。暗視野像に関する限り、金属配線からの回折は非正則性用のシステムによって間違われる可能性がある。従って、これらの問題を避けるために、図３において表される好適な実施例において、リニアスポットは、パターニングされたウェーハの縦と横の線（破線で示す）に対して４５度で投射される。結果的に、明視野像に関して、金属配線からの瞬間的な反射が最小化され、暗視野像に関して、金属配線からの回折がセンサの方向に避けられる。
【００１５】
上記の特徴は、図３の本発明の装置の平面図である図４でより詳細に例証される。具体的には、ｘ−ｙ軸（すなわちウェーハの縦および横方向）に対して４５度角になるように、リニアスポット３０５は表される。リニアスポットの両側で、対物レンズ３１５はラインセンサー３３０上へスポットをイメージングするのに用いられる。もちろん、正則性がない限り、即ち光が回析しない限り、対物レンズ３１５によって投射されたイメージは大部分が暗いであろう。しかしながら、非正則性がある場合には、それに当たる光は散乱して、センサアレイ３３０上へイメージングされる。非正則性の大きさに従い、明るいイメージが、センサアレイの単一またはいくつかのエレメント上に現れることは可能である。検出画素サイズは、２つの主な因子、照明線幅および集合オプティック解像度、によって決定される。照明線幅は、円柱レンズの開口数によって決定される。しかしながら、長手方向の検出画素サイズは、集合オプティックの開口数およびラインＣＣＤカメラの画素サイズによって決定される。
【００１６】
明視野像のサンプリングは図５において例証される。ここでは、理解しやすいように、暗視野結像に関するエレメントを省略している。具体的には、照明光は、ビームスプリッタ５６５および対物レンズ５４５を通過する。反射された際に、光は再び対物レンズ５４５を通過するが、今度は、ミラー５６５によってレンズ５７５上へ反射される。レンズ５７５は、センサアレイ５４０上へリニアスポットをイメージングする。
【００１７】
ここまで記載されている装置は、非常に増加するスループットを有すると共に、その好適な実施例において、４つの暗視野センサアレイ上へイメージングされる２つのリニアスポットを含む。これは図６において例証されており、本発明の装置が含まれるように、図２の従来技術装置をどのように修正することができるかを表す。しかしながら、本願明細書に記載されている全ての実施例が、図１および２において示されているものを含む、いかなる従来技術装置にも等しく適用可能であることは理解されるはずである。
【００１８】
図６において、光源６１０から提供されるビームは、ビームスプリッタ６１５によって分けられる。光の一部は第１のリニアスポットを続けて照らすことができ、一方、残りの光はミラー６２５によって反射されて第２のリニアスポットを照らす。リニアスポットは、ウェーハのｘ−ｙ軸に対しては４５度で、互いには９０度で向けられる。ニ対のセンサアレイは１つのリニアアレイをイメージングし、一方、他の一対はその他をイメージングする。この構成は、４つの異なる暗視野観点から各々の画素の結像を提供する。
【００１９】
しかし、種々の観点を関連させるためには、４つのセンサ６３０の異なるイメージング位置について説明する必要がある。すなわち、検査システムにおいて、欠陥を検出するためには、各々の画素についてダイからダイ又はセルからセルの比較を実行することが公知になっている。このように、ウェーハ上に画定された各々の特定の画素位置で、種々の観点イメージは、先行の又は続行の隣接するダイ又はセルに相当する位置についての類似するイメージと比較される。従って、各々の比較操作について、特定された画素位置のイメージは相関している必要がある。この操作については、遅延ライン６３５に接続された各々のセンサ６３０を示すことによって、図６において概略的に例示されている。もちろん、実際の電気遅延ではなく、その代わりとしてアルゴリズムを使って遅延を実行することができる。すなわち、集合されたデータがメモリ内に格納されるので、アルゴリズムは、各々の画素位置に対しメモリ内の適切な位置から適切なデータをフェッチすることができる。
【００２０】
２つのリニアスポットは、間隔が離れている必要がなく、その代わりに交差していてもよいことは認識されなければならない。しかし、このような取り合わせはあまり望ましくない。何故なら、それが迷光によって生じる大きなノイズを持つからである。すなわち、１つのラインスポットがセンサアレイ上に適切にイメージングされる一方、他のラインスポットからの追加の若干の光もまたイメージングシステムに入ってしまい、ＳＮ(signal to noise)比を減らしてしまう。従って、ここに示されたままの構成が好ましい。更に、明瞭さのために図６からは省略されているものの、明視野センサアレイが加えられてもよい。もちろん、本発明のシステムは、走査能力及び速度に制限されないので、ＵＶ又はＤＵＶ干渉光を使う検査システムに容易に適応可能である。
【００２１】
好適な実施形態のために、シェルフラインＣＣＤを使うことが可能である。このようなＣＣＤは、現在、１６の並列チャネルが備わったものでは４００Ｍｂ／ｓｅｃ（すなわち、２５Ｍｂ／ｓｅｃ／チャネル）の収集速度になる。このようなデータ速度は、現在のデータ収集速度の数倍であるが、ラインＣＣＤは注文設計が可能であり、１Ｇｂ／ｓｅｃオーダーのデータ速度を達成でき、更に収集速度を上げることができる。更に、ラインＣＣＤからのデータは１６の並列チャネルに供給されるので、集合エレクトロニクス上のロードが減る。何故なら、各々のラインが、それ自身のエレクトロニクスによって供給されるからである。従って、各々のエレクトロニクスパッケージは、全体的データ速度の１６分の１だけを行使すれば足りる。もちろん、注文設計のＣＣＤは、設計された特定のシステムに適している、かなりの数のチャネルと共に設計され得る。
【００２２】
本発明の好適な実施形態は、図７において表される。具体的には、図７は、本発明の特徴を含むために図１のシステムを変更した態様を表す。図７のシステムは、光源７１０からの垂直照明を含んでいる。光源７１０からの光は、オプティクス７２０によってリニアビームになる。オプティクス７２０は、一般に、ビームエキスパンダ等の素子、円柱レンズ及びスリット開口と組合わさった円柱レンズを備えている。例示的なオプティクス７２０が、図８に表されている。具体的には、コヒーレントな照明ソースからの光は、ビームエキスパンダ８１５によって拡大されたビーム８００になる。拡大されたビーム８００は、スリット開口８１０を通ってから円柱レンズ８２０を通る。従って、空間的にリニアなビームが得られる。その後、このビームは、２つのビームに分かれ、各々のビームが１つのリニアスポットを照射する。もちろん、ビームは最初に分けられてから２つのオプティクスシステムを通って、各々のビームがリニアビームになってもよい。
【００２３】
図７に図示するように、４つの暗視野光センサアレイが、４つの暗視野観点を得るために利用される。図６と同様に、センサアレイは遅延ライン７３５に接続されており、ソフトウエア、ハードウエア又はこれらの組合せにおいて実装されている。更に、図７では、２つの明視野イメージを得るために２つの明視野センサアレイが表されている。しかし、単一の明視野センサアレイで充分であることは想像される。
【００２４】
図７おいて、二次元イメージは、Ｘ方向にウェーハを移動することによって取得される。具体的には、ダイからダイの方法を使ってパターン化されたウェーハを検査するときには、二次元の「ストリップ」イメージを得ることが好ましい。これについては、図９において例示されている。パターン化されたウェーハ９００は、複数のダイ９１０を含んでいる。二次元のストリップ９２０をイメージングすることによって、各々のダイがイメージングされる。ストリップは、２つのラインスポット照明によってイメージングされ、ウェーハの動きは一次元である。従って、ストリップの幅はセンサアレイのサイズに相当する。つまり、イメージングされた素子の数は、幅に関して、センサアレイのセンサの数に相当する。ストリップの長さは、アプリケーションに従って設定することができる。ダイからダイの比較では、ストリップの長さを、例えば、３つのダイをおおうように設定することができる。
【００２５】
ラインＣＣＤ上へ照射されたラインから散乱光をイメージングするために考えられる他の構成は、図１０及び１１において図式的に表されている。この構成において、照明ライン１０は、ダイ側の１つと平行した向きになっている。散乱光は、ダイの縦横に対して４５の角度において収集される。これは、先に議論されたようにＳＮ問題のためである。これは、シャインフラグ(Scheimpflug)イメージング構成を使うことによって達成できる（参考文献：Rudolf Kingslake、「Optical System Design」、５８ページ、２７０）。すなわち、所望の方向（４５度）に散乱された光に対してメディアン面１２が垂直になるように、収集イメージングレンズ１１を空間の位置に置かれなければならない。ラインＣＣＤ１３は、ラインＣＣＤの継続及び照明ラインがメディアン面上で互いに交差するような向きになっている。このような構成においては、４つのラインＣＣＤが同時に散乱光を収集することができ、２つの照明ラインの必要性がない。
【００２６】
本発明の実施形態は例示として記載されているが、本発明の範囲及び精神から離れることなく、数々の改良、変形及び適合と共に本発明が実行に移され得ることは明らかであり、本発明は、添付の請求項によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  標準的な照射装置を使用した従来技術によるウェーハ検査システムの概略図である。
【図２】  限界見通し角照射装置を使用した他の従来技術によるウェーハ検査システムの概略図である。
【図３】  本発明の第１の実施形態の概略図である。
【図４】  図３で表されるシステムの要素の平面図であり、暗視野画像の理解に関連する。
【図５】  図３で表されるシステムの要素の側面図であり、明視野画像の理解に関連する。
【図６】  ４つの暗視野検出器を備えた本発明の他の実施形態の概略図である。
【図７】  暗視野検出器及び明視野検出器を備えた本発明の好適な実施形態の概略図である。
【図８】  光ビームをリニアビームに変換する光学システムを示す。
【図９】  ウェーハの二次元イメージングの方法を表す。
【図１０】  Scheimpflugイメージングの２つの配列を表す。
【図１１】Scheimpflugイメージングの２つの配列を表す。
【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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