(57)【要約】基板（４２８）の上部表面（４２６）上の異常を検出する方法であって、第１の波長を有する第１の放射ビーム（４１４）を垂線から測定した第１の角度で基板（４２８）の上部表面（４２６）に照射する工程と、第２の波長を有する第２の放射ビーム（４１８）を垂線から測定した第２の角度で基板（４２８）の上部表面（４２６）に照射する工程とを含み、第２の波長は第１の波長と等しくない。さらに、この方法は、粒子またはＣＯＰの存在を検出して、その２つを区別するために、第１の放射ビーム（４１４）と第２の放射ビーム（４１８）とから散乱した放射を検出する工程とを含む。第１の放射ビーム（４１４）と第２の放射ビーム（４１８）から検出された散乱放射の差異から、粒子とＣＯＰを区別するために必要なデータを得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上部表面上または前記基板の内部の異常を検出する方法であって、
第１の波長を有する第１の放射ビームを前記上部表面に対する垂線から測定した第１の角度で前記基板の前記上部表面へ照射する工程と、
第２の波長を有する第２の放射ビームを前記上部表面に対する垂線から測定した第２の角度で前記基板の前記上部表面へ照射する工程において、前記第２の波長が前記第１の波長に等しくならないようにする第２の放射ビームを照射する工程と、
前記第１の放射ビームから放射を検出する工程と、
前記第２の放射ビームから放射を検出する工程と、
を含むことを特徴とする基板の上部表面上または前記基板の内部の異常を検出する方法。
【請求項２】
前記第１および第２の放射ビームと前記基板の前記上部表面との間で相対的な移動をさせる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項３】
前記第１の放射ビームが前記上部表面と交差して散乱したことを前記検出された放射が示す場合に、異常の存在を記録する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項４】
前記第２の放射ビームが前記上部表面と交差して散乱したことを前記検出された放射が示す場合に、異常の存在を記録する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項５】
前記異常がＣＯＰを含むのか粒子を含むのかを判断するために、前記第１の放射ビームから検出された放射と前記第２の放射ビームから検出された放射とを比較する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項６】
前記第１の波長が、約２６６ｎｍであることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項７】
前記第１の波長が、約３５５ｎｍであることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項８】
前記第１の波長が、放射の紫外域の波長であることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項９】
前記第２の波長が、約５３２ｎｍであることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１０】
前記第２の波長が、放射の可視域の波長であることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１１】
前記第１の波長が約２６６ｎｍであり、かつ、前記第２の波長が約５３２ｎｍであることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１２】
前記第１の波長が約３５５ｎｍであり、かつ、前記第２の波長が約５３２ｎｍであることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１３】
前記第１の波長が放射の紫外域にあり、かつ、前記第２の波長が放射の可視域にあることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１４】
前記第１の角度が、約７０度であることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１５】
前記第２の角度が、約０度であることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１６】
前記第１の放射ビームを照射する工程と前記第２の放射ビームを照射する工程とが同時に実行されることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１７】
前記第１の放射ビームから放射を検出する工程と前記第２の放射ビームから放射を検出する工程とが同時に実行されることを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１８】
前記第１の放射ビームが、レーザ光線を含むことを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項１９】
前記第２の放射ビームが、レーザ光線を含むことを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項２０】
前記第２の放射ビームから放射を検出する工程が、前記第２の放射ビームからの散乱放射を検出し、前記第２の放射ビームからの反射放射を回避する工程を含むことを特徴とする請求項１記載方法。
【請求項２１】
前記検出された放射が前記第１の放射ビームによって生成される散乱放射量の増加を示す場合に、異常の存在を記録する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２記載方法。
【請求項２２】
前記検出された放射が前記第２の放射ビームによって生成される散乱放射量の増加を示す場合に、異常の存在を記録する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２記載方法。
【請求項２３】
基板の上部表面上または前記基板の内部の異常を検出する方法であって、
第１の波長を有する第１の放射ビームを垂線から測定した第１の角度で前記基板の前記上部表面へ照射する工程において、前記第１の波長を放射の紫外域にする第１の放射ビームを照射する工程と、
第２の波長を有する第２の放射ビームを垂線から測定した第２の角度で前記基板の前記上部表面へ照射する工程において、前記第２の波長を放射の可視域にする第２の放射ビームを照射する工程と、
前記第１と第２の放射ビームから放射を検出する工程と、
前記第１および第２の放射ビームと前記基板の前記上部表面との間で相対的な移動をさせる工程と、
前記検出された放射が前記第１の放射ビームまたは前記第２の放射ビームによって生成される散乱放射量の増加を示す場合に、異常の存在を記録する工程と、
を含むことを特徴とする基板の上部表面上または前記基板の内部の異常を検出する方法。
【請求項２４】
基板の上部表面上または前記基板の内部の異常を検出するシステムであって、
第１の波長の放射と第２の波長の放射の発生が可能な放射源と、
第１の波長の放射を集めて第１の放射ビームにし、第２の波長の放射を集めて第２の放射ビームにすることができる少なくとも１つの対物レンズと、
放射を検出するように搭載される検出器と、
を備えることを特徴とする基板の上部表面上または前記基板の内部の異常を検出するシステム。
【請求項２５】
前記第１の放射ビームを前記第２の放射ビームから分離するためにビームスプリッタをさらに備えることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】
放射を集めて、前記検出器上に前記放射を集光することが可能なコレクタをさらに備えることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項２７】
放射源が、レーザ源によって提供されることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の波長が、約２６６ｎｍであることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の波長が、約３５５ｎｍであることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１の波長が、放射の紫外域の波長であることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項３１】
前記第２の波長が、約５３２ｎｍであることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項３２】
前記第２の波長が、放射の可視域の波長であることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項３３】
前記第１の波長が約２６６ｎｍであり、かつ、前記第２の波長が約５３２ｎｍであることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１の波長が約３５５ｎｍであり、かつ、前記第２の波長が約５３２ｎｍであることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項３５】
前記第１の波長が放射の紫外域の波長であり、かつ、前記第２の波長が放射の可視域の波長であることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項３６】
前記第１の放射ビームを垂線から測定した第１の角度で前記上部表面へ照射し、前記第２の放射ビームを垂線から測定した第２の角度で前記上部表面へ照射するように搭載された少なくとも１つの反射鏡をさらに備えることを特徴とする請求項２５記載のシステム。
【請求項３７】
前記第１の角度が、約７０度であることを特徴とする請求項２５記載のシステム。
【請求項３８】
前記第２の角度が、約０度であることを特徴とする請求項２５記載のシステム。
【請求項３９】
前記レーザ源が、固体レーザであることを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【請求項４０】
前記レーザ源が１つ以上の結晶を用いて、発生した放射の前記波長を変更することができることを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【請求項４１】
前記異常が前記基板の前記上部表面上に位置しているか、前記上部表面より下に位置しているかを判断するために、前記第１の放射ビームから検出された放射と前記第２の放射ビームから検出された放射とを比較する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４２】
基板の上部表面上のみの異常を検出する方法であって、
第１の紫外放射ビームを前記上部表面に対する垂線から測定した第１の角度で前記基板の前記上部表面へ照射する工程と、
第２の紫外放射ビームを前記上部表面に対する垂線から測定した第２の角度で前記基板の前記上部表面へ照射する工程と、
前記第１の紫外放射ビームから紫外放射を検出する工程と、
前記第２の紫外放射ビームから紫外放射を検出する工程と、
を含むことを特徴とする基板の上部表面上のみの異常を検出する方法。
【請求項４３】
前記第１と第２の紫外放射ビームが、約２６６ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記第１と第２の紫外放射ビームが、約３５５ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
前記基板が、シリコンオンインシュレータウェハを含むことを特徴とする請求項４２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に光学式表面検査の分野に関し、より具体的には半導体ウェハ、マスク基板、および他の類似物質を検査するための照射集光光学に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線パターン形成前のシリコンウェハの製造中にパターン欠陥および粒子汚染などの異常をモニタすることは、歩留まりを向上させるために重要な要素となる。ウェハ表面上では、さまざまなタイプ、特に、粒子による欠陥および汚染が生じる。異常が生じたプロセス工程を探す際、およびウェハを廃棄する必要があるのかについて決定する際、ウェハ表面上の異常の有無、位置、およびタイプを特定することが役に立つ。
【０００３】
当初は、粒子状物質の存在に対しては、ウェハ表面を目視検査して粒子をマニュマルでモニタしていた。このような粒子は、たいてい、粉塵または他の微細な粒子であり、ウェハパターン欠陥の多くの原因となっていた。しかし、明らかに、マニュアル式検査は時間がかかり、オペレータがエラーをしたり、特定の欠陥をみつけられなかったりするので信頼性に欠けていた。
【０００４】
ウェハ表面の検査に要する時間を減らすために、自動検査システムが数多く導入された。このような自動検査システムのほぼ大多数は、光の散乱に基づいて粒子を検出する。このようなシステムは、照射光学器および集光−検出光学器の２つの主構成要素を含む。照射光学器は、一般に、レーザのような干渉性の放射源を用いてウェハ表面を走査することからなる。ウェハの表面上にある粒子は、入射光を散乱させる。集光光学器により既知のビーム位置に合わせて、その散乱放射が検出される。次に、評価、計数、およびオシロスコープまたは他のモニタ上で光点として表示が可能な電気信号にその散乱放射を変換する。
【０００５】
放射を用いて粒子を検出するシステムの感度は、ウェハ表面に当たった放射から検出される光子束に対する、粒子に当たった放射から検出される光子束の比率に基づく。この比率が大きいほど、そのシステムの感度は大きくなる。したがって、多くのシステムは、斜角でウェハ表面に入射する放射を利用する。放射が斜角で入射する場合、ウェハ表面からの光子束に対して、粒子からの光子束の方がより多くの比率で発生する。その結果、これらのシステムでは、ウェハ表面上のより小さい粒子をよりうまく検出できるようになる。
【０００６】
既知のサンプル検査システムでは、直径６０ｎｍほどの粒子の検出ができ、その上、さらに、他のデータも収集して、それらのシステムで粒子と結晶起因粒子（「ＣＯＰ：結晶欠陥としても知られているが、これらは、半導体ウェハでの表面破壊の欠陥のことであって、初期の検査システムでは欠陥と本当の粒子とを識別することができなかったため、以前から「粒子」として分類されている。）との識別もできる。この型の例示的なシステムとして、カリフォルニア州サンノゼのケーエルエー−テンカー  コーポレイションのＳｕｒｆｓｃａｎ（登録商標）ＳＰ１TBIウェハ検査システムがある。このＳｕｒｆｓｃａｎ（登録商標）システムでは、基板を検査するために、サンプルの表面に実質的に垂直な１つの放射ビームと、サンプルの表面に対する垂線から７０度の範囲内の斜角になっている１つの放射ビームとの２つに分離された放射ビームが使用される。一般に、斜角放射ビームの波長は、４８８ｎｍである。この型のようなシステムが使用可能な場合でも、粒子とＣＯＰとを識別できるというこれらのシステムの性能に妥協することなく、より微細な粒子およびＣＯＰでも検出可能なサンプル検査器具を備えることが望ましい。さらに、半導体ウェハおよび他のサンプルの表面上に厳密に言えば存在する欠陥を検出でき、かつ、それらの欠陥をそのサンプル内部に存在する欠陥と区別することができる検査器具を備えることが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
既知のシステムの限界は、本発明により本質的に改善された。
【０００８】
本発明の実施の形態によれば、基板の上部表面上の異常を検出する方法は、第１の波長を有する第１の放射ビームを垂線から測定した第１の角度で基板の上部表面に照射する工程と、第２の波長を有する第２の放射ビームを垂線から測定した第２の角度で基板の上部表面に照射する工程とを含み、第２の波長は第１の波長と等しくない。さらに、この方法は、粒子またはＣＯＰの存在を検出するために、第１の放射ビームと第２の放射ビームからの放射とを検出する工程と、それら２つを区別する工程とを含む。第１の放射ビームおよび／または第２の放射ビームが上部表面と交差して散乱したことをその検出された放射が示す場合に、粒子とＣＯＰがあると分かる。第１の放射ビームと第２の放射ビームから検出された散乱放射の差異から、粒子とＣＯＰとを区別するために必要なデータを得る。
【０００９】
さらに、本発明の実施の形態によれば、第１の放射ビームは、特に約２６６ｎｍの紫外域にある第１の波長を有することができる。第２の放射ビームは、特に約５３２ｎｍの放射の可視域にある第２の波長を有することができる。約２６６ｎｍという第１の放射ビームを用いることにより、より小さい粒子を検出することが可能となる。
【００１０】
本発明の別の実施の形態によれば、基板の上部表面上の異常を検出するシステムは、第１の波長の放射と第２の波長の放射の発生が可能な放射源と、第１の波長の放射を集めて第１の放射ビームにし、第２の波長の放射を集めて第２の放射ビームにすることができる少なくとも１つの対物レンズと、放射を検出するように搭載された検出器とを備える。本発明のいくつかの実施の形態において、その放射源をレーザ、特に固体レーザで提供することができる。さらに、その第１および／または第２の放射ビームが基板の表面に照射されている間に、異常に遭遇するとき創出される散乱放射を検出するように検出器を搭載することができる。
【００１１】
他の実施の形態によれば、このシステムは、第１の放射ビームを垂線から測定した第１の角度で上部表面に照射し、かつ、第２の放射ビームを垂線から測定した第２の角度で上部表面に照射するように搭載された少なくとも１つの反射鏡を備えることができる。また、このシステムは、散乱放射を集めて、かつ、その散乱放射を検出器上に集光させることが可能な湾曲した鏡を備えることもできる。
【００１２】
本発明の技術上の効果として、既知のシステムにより検知される粒子よりかなり小さい粒子を検出するために、深紫外放射のような高周波放射を使用することが挙げられる。
【００１３】
本発明の更なる効果として、シリコンへの紫外放射の透過深度に限界があるという長所により、半導体ウェハの上部表面に限定された欠陥のみを検出する方法を提供することが挙げられる。例えば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハを検査する場合、対象物質がしばしば上面の比較的薄い層の中に存在するので、このような能力は、望ましいいえる。
【００１４】
本発明の他の効果として、サンプルへの異なった透過深度を有する多重波長の放射を使用することによって、ウェハの表面上またはその極めて近くにある欠陥と、その表面の下に存在する欠陥とを区別できる能力が挙げられる。
【００１５】
本発明の別の効果として、紫外放射にやや耐えられないかもしれないいくつかの低誘電体層間絶縁体（Ｌｏｗ−ｋ誘電体）のような繊細な材料が存在するときは、代替の放射波長を利用することにより、損傷を与えないようにすることが挙げられる。
【００１６】
本発明の技術上の他の重要な効果は、当業者であれば、以下に示す図面、明細書、および、請求項からすぐにわかるものである。
【００１７】
本発明のさらに詳細な説明、およびその他の特徴および効果について、添付図面を参照しながら以下に記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態およびこれらの効果は、図１〜５の図面を参照すれば一番よく理解することができる。各図面で同じ部材および対応する部材には、同じ数字を使用する。
【００１９】
図１は、１つ以上の粒子１０４が存在するのかを放射ビーム１０２により検査している基板の表面１００の略図である。ここで、放射ビーム１０２は、表面に対する垂線方向から表面１００に照射している。放射ビーム１０２は、粒子１０４を探しながら表面１００を端から端まで走査しながら領域または点１０６を照射する。図１は、放射ビーム１０２が、粒子１０４と接触している放射ビーム１０２の部分１０２’によって表面１００上に静止している１つの粒子１０４に遭遇した瞬間を示す。それから、検出装置（図４に示す）が、粒子１０４と点１０６がある表面１００とによって散乱した放射を検出する。検出器が受け取った点１０６からの光子束に対する粒子１０４からの光子束の比率が、そのシステムの粒子検出の感度を表す。
【００２０】
図２は、再び検査される表面１００の略図であるが、今回は、表面１００上の点２０２を照射する斜角方向から照射された放射ビーム２００により検査される表面１００の略図である。放射ビーム２００の部分２００’が粒子１０４に当たる。図１と２との比較により示されるように、粒子対点の光子束比率は、図２の斜角方向からの放射ビーム２００の場合の方が、図１の垂線方向から照射された放射ビーム１０２の場合より大きくなるのが明らかである。
【００２１】
したがって、放射ビーム１０２と放射ビーム２００が同じ処理能力を有し、かつ、点１０６と点２０２の面積が同じである場合に、そのシステムの感度は、斜角方向から照射された放射ビーム２００を使うとき大きくなるはずである。その結果、小さい粒子の検出には、斜角入射の放射ビーム２００の感度が優れており、小さい粒子の検出のための選択すべき方法である。
【００２２】
図３は、ＣＯＰ３０２および粒子１０４をその上に有する表面１００を照射している複数の斜角方向から照射された放射ビーム３００を示す。図３から理解できるように、たとえ、ＣＯＰ３０２が粒子１０４に匹敵する大きさであっても、放射を散乱させるＣＯＰ３０２の部分は、放射を散乱させる粒子１０４の部分より極めて小さい。その結果、斜角方向から照射された放射ビーム３００を使用すると、ＣＯＰ３０２は、粒子１０４より少ない散乱放射を発生させる。これに反して、放射１０２のような垂線方向から照射された放射ビームを使用すると、ＣＯＰ３０２と粒子１０４は、互角の量の散乱放射を発生させる傾向がある。
【００２３】
したがって、ほとんどＣＯＰと粒子の正確な形状や向きのいかんを問わず、斜角方向から照射された放射を用いる異常検出は、ＣＯＰより粒子に対して感度が極めてよい。しかし、垂線方向から照射された放射を用いる異常検出の場合は、粒子とＣＯＰとの識別は、あまり明きらかではない。したがって、斜角方向から照射された放射と垂線方向から照射された放射との両方を（同時に、あるいは、順次に）使って基板を検査して、さらに、それぞれから収集したデータを比較することにより、発見された異常のいずれもが、粒子であるか、ＣＯＰであるかが明らかになる。
【００２４】
図４は、本発明の実施の形態によるサンプル検査システム４００の略図である。この実施の形態では、垂線と斜角の放射ビームの両方を使った異常検出を実現する方法を示す。さらに、以下に説明するように、垂線と斜角の放射ビームは、システム４００において、同時に使用することができる。
【００２５】
サンプル検査システム４００は、２つ以上の波長で放射ビーム４０４を照射するように作動する放射源４０２を含む。一実施の形態において、放射源４０２として使用することができるデバイスの一つは、固体レーザである。固体レーザは、他の型のレーザよりも安定していて、信頼性があり、小型であるという傾向にあるので、サンプル検査システムで固体レーザを使用することは好ましい。特に、ＹＡＧ固体レーザを放射源４０２として使用することができる。高調波レーザ光の発生と呼ばれるプロセスを経て、１０６４ｎｍの基本放射波長は、いくつかの結晶の中を通過することにより、２倍、３倍、または、４倍にすることができ、（約５３２ｎｍの）可視域、（約３５５ｎｍの）紫外域、および、（約２６６ｎｍの）深紫外域の光を発生させることができる。本発明の他の実施の形態では、アルゴンイオンレーザを含む代替レーザ源によって放射源４０２を提供することができる。
【００２６】
高調波レーザ光の発生の間に、結晶の中を透過する放射の一部は、新しい周波数に変換されない。例えば、２６６ｎｍのレーザシステムの場合、放射の大部分は、変換されずに５３２ｎｍのまま残る。一般的に、この変換されなかった放射は、出口で排除されるであろうから、レーザ源から実際に発生される放射ビーム４０４は、単一周波数のものである。しかし、本発明の実施の形態においては、この変換されなかった放射をウェハ検査システム内で垂線か、あるいは、斜角かのいずれかの放射ビームとして使用する状態にすることができる。種々の実施の形態において、この変換されなかった放射を発生された放射と同じ出口を通るか、別の出口を通るかして使用できるように処理することができる。図４に示された実施の形態において、この変換されなかった放射を発生された放射と同じ出口を通って出力させることができる。したがって、上述した特別の２６６ｎｍのレーザシステムの場合、放射される放射ビーム４０４は、２６６ｎｍの放射と５３２ｎｍの放射で構成されることになる。代替の実施の形態においては、放射源４０２から放射される放射ビーム４０４は、２６６ｎｍの放射と３５５ｎｍの放射、または、３５５ｎｍの放射と５３２ｎｍの放射のような他の周波数の組合せからなることが可能である。
【００２７】
放射ビーム４０４が対物レンズ４０６および空間フィルタであるフィルタ４０８を透過した後、平行レンズ４１０が、放射ビーム４０４を平行にし、かつ、それをビームスプリッタ４１２に照射する。ビームスプリッタ４１２は、放射ビーム４０４の第１の放射成分４１４を垂線照射光路４１６へ通し、かつ、第２の放射成分４１８を斜角照射光路４２０へ通す。本発明の実施の形態によると、第１の放射成分４１４と第２の放射成分４１８は、異なる波長を有する。したがって、ビームスプリッタ４１２は、放射を第１の波長で垂線照射光路４１６へ通し、かつ、放射を第２の波長で斜角照射光路４２０へ通す。
【００２８】
本発明の実施の形態によれば、紫外放射または深紫外放射を斜角照射光路４２０に使用する。特に、約２６６ｎｍの放射を斜角照射光路４２０に使用することができる。２６６ｎｍの放射を使用すると、その短い波長のせいで、ミー散乱やレイリー散乱が教える通りの波長のスケーリング則によって放射を散乱させる粒子に対するサンプル検査システム４００の感度が増大する。したがって、散乱信号に可能な限り大きな効果を保証するためには、可能な限り短い波長を使用する必要がある。放射を散乱させる粒子に対してこの感度が増大することによる結果として、より小さな粒子でも検出が可能になる。さらに、より短い波長の放射を使用して、粒子の検出に役立てようと意図しているので、ＣＯＰに対するより粒子に対する方が、より感度が高い斜角照射光路により短い波長の放射を使用することは、極めて当然のことである。
【００２９】
紫外放射を使用する別の効果として、半導体ウェハの表面に近い領域のみ検査することが可能であることが挙げられる。これは、シリコン内では紫外放射の透過が制限されるからであり、したがって、その検査領域は、通常、半導体ウェハのほんの表面だけに限定される。よって、ウェハの上部表面上だけにある欠陥の検出に関心が持たれる可能性がある場合、その半導体ウェハの検査は、紫外放射を使用して実施できる。
【００３０】
欠陥がウェハ表面上かその下かには関係なく、ウェハ上のすべての欠陥の検出および区別に関心が持たれる可能性がある他の場合、本発明によれば、可視放射と組み合わせた紫外放射が利用できる。紫外放射および深紫外放射とは異なり、可視放射は、半導体ウェハの中にたくさん透過することができる。したがって、ウェハを紫外放射と可視放射との両方によって、同時にあるいは順次に検査することができる。さらに、その２つの放射の波長から収集されたデータを比較することにより、欠陥がウェハ表面上にあるかその下にあるかを見分けることができる。
【００３１】
本発明の実施の形態によると、可視域放射、特に５３２ｎｍの放射は、垂線照射光路４１６に使用できる。既知のシステムは、通常、可視域放射を使用しているので、垂線照射光路４１６に可視域５３２ｎｍの緑色光を使用すれば、垂線照射光路４１６に沿った光学構成部品の変更を最小限にして、本発明の教示をこれら既知のシステムに概ね実行させることができるであろう。５３２ｎｍの放射を垂線照射光路４１６に使用できると同時に、２６６ｎｍの（または、３５５ｎｍの）放射を斜角照射光路４２０に使用できる。
【００３２】
低誘電体層間絶縁体の薄膜を検査する場合、サンプル検査システム４００では、サンプルを損傷させる可能性があるので、通常、２６６ｎｍの放射を斜角照射光路４２０にも垂線照射光路４１６にも用いないことになっていることに注目する必要がある。３５５ｎｍの放射の場合は、これらの繊細な層のいくつかに与える損傷は比較的少なくてすむ可能性がある。そのような問題を回避するために、５３２ｎｍの放射のような可視放射を両光路に用いることができる。
【００３３】
本発明の別の実施の形態において、第１の放射成分４１４と第２の放射成分４１８は、同じ波長を有する。例えば、第１の放射成分４１４と第２の放射成分４１８の両方の波長を約２６６ｎｍの深紫外域のものとすることができる。上述したように、この放射の波長が短いほど、システム４００は、より小さい粒子に対する感度の増大を達成することができるので、２６６ｎｍの放射がより望ましい。
【００３４】
本発明の実施の形態において、ビームスプリッタ４１２をダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラーによって提供することができる。ダイクロイックフィルタとは、放射をその振動の面ではなく波長により選択的に透過させるために使用するフィルタであり、一般に、垂直入射で使用される。他方、ダイクロイックミラーとは、特定の波長域を反射させ、その他の波長域を透過させるよう設計されており、通常、垂直でない入射で使用される。ダイクロイックフィルタかダイクロイックミラーのどちらかを正確に位置決めすることにより、放射ビーム４０４の第１の放射成分４１４を垂線照射光路４１６へ透過させ、かつ、放射ビーム４０４の第２の放射成分４１８を斜角照射光路４２０へ反射させることができる。
【００３５】
上述したように、放射ビーム４０４は、２６６ｎｍの放射と５３２ｎｍの放射を含むことができる。したがって、本発明の実施の形態においては、第１の放射成分４１４として、５３２ｎｍの放射を垂線照射光路４１６へ通過させ、第２の放射成分４１８として、２６６ｎｍの放射を斜角照射光路４２０へ通過させるように、ダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラーを搭載することができる。さらに、放射ビーム４０４が２６６ｎｍの放射と３５５ｎｍの放射を含む場合、３５５ｎｍの放射を第１の放射成分４１４として、垂線照射光路４１６へ通過させることができる。別の実施の形態において、ビームスプリッタ４１２を高域通過ろ波器、低域通過ろ波器、または、帯域通過ろ波器によって提供することができる。
【００３６】
放射ビーム４０４をビームスプリッタ４１２により第１の放射成分４１４と第２の放射成分４１８に分割した後、一実施の形態によれば、第１の放射成分４１４を対物レンズ４２２により集光させて、反射鏡４２４により垂線照射光路４１６に反射させることができる。つぎに、システム４００によって検査されている半導体ウェハ４２８の表面４２６に第１の放射成分４１４を当てる。表面４２６によって散乱した第１の放射成分４１４からの放射を、次に、この実施の形態では、楕円体の鏡によって提供される集光装置４３０により集めることができる。しかも、この散乱した放射を集光装置４３０によって検出器４３２上に集光させることができる。実施の形態において、検出器４３２を光電子増倍管によって提供することができる。他のタイプの検出器では、より短い波長域での応答性を強化したアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が組み込まれる。
【００３７】
実施の形態によれば、第２の放射成分４１８をビームスプリッタ４１２から反射鏡４３２へ反射させ、次に、その反射鏡４３２が第２の放射成分４１８を対物レンズ４３４へ反射させる。第２の放射成分４１８を対物レンズ４３４によって斜角照射光路４２０の中へ集光させることができる。その次に、第２の放射成分４１８を斜角で表面４２６に当てる。そして、実施の形態によれば、この角度を垂線から測定して約７０度とすることができる。既知のシステムが、一般に、斜角方向から照射された放射として７０度の角度を使っているので、７０度という角度は有利である。あらためて、これは、本発明が既知のシステムに組み込まれるとき必要になるあらゆる変更を最小限にするのに役立つ。第２の放射成分からの放射が表面４２６に当たるとき、生じる散乱放射を集光装置４３０によって集めて、検出器４３２上に集光させる。
【００３８】
垂線照射光路４１６と斜角照射光路４２０の両方にある光学器は、その両光路が表面４２６上に光点を創出し、しかも、その表面上で両光路間にまったくの偏りなしにそれらの光点が実質的に重なり合うようにすることができる。表面４２６によって散乱した放射は、その放射を作り出した第１および第２の放射成分４１４および４１８の波長特性を保持するので、第１の放射成分４１４から作り出される表面４２６によって散乱した放射は、第２の放射成分４１８から作り出される表面４２６によって散乱した放射から分離することができる。よって、検出器４３２は、第１の放射成分４１４と第２の放射成分４１８の両方からの散乱放射を同時に受け取ることができ、次いで、放射成分ごとに独立したデータ一式を作成するために、それらを分離することができる。それゆえ、異なった２つの波長の放射を垂線照射光路４１６と斜角照射光路４２０に使用することによって、システム４００は、垂線と斜角の両照射光路を同時に用いて、表面４２６を検査することができる。
【００３９】
図４に示すように、半導体ウェハ４２８をモータ４３６により回転させ、しかも、変換器４３８により直線的に移動させることができ、かつ、両作動装置とも制御器４４０により制御することができるので、垂線および斜角の照射光路４１６および４１８内の第１および第２の放射成分４１４と４１８によって、表面４２６全体を網羅するらせん状走査でその表面を走査することができる。
【００４０】
本発明の実施の形態において、レーザ源４０２が２６６ｎｍ（または３５５ｎｍ）の放射および５３２ｎｍの放射を照射する場合、集光装置４３０を最適化して、２６６ｎｍの放射を検出器４３２へ反射させることができる。５３２ｎｍの強度のおかげで、それでもなお十分な量のその放射が検出器４３２まで到達するはずであるため、集光装置４３０は、５３２ｎｍでの高反射率を特別に有する必要はない。したがって、システム４００によって使用される放射の両波長に対して、１つの集光装置４３０を使用することができる。
【００４１】
本発明の別の実施の形態において、集光装置４３０用として楕円体の鏡を使用する代わりに、他の湾曲した鏡を使用することができる。例えば、放物面の鏡などがあるが、これに限定されるものではない。放物面の鏡は、表面４２６からの散乱放射を平行にして平行ビームにするものである。この平行ビームは、次に、対物レンズによって検出器へ集光させることができる。楕円体または放物面状以外の形を有する湾曲した鏡面を使用してもよい。好ましくは、そのような湾曲した鏡面の各々は、垂線照射光路４１６の軌道と実質的に同軸の対称軸を有し、散乱放射を受け入れるための入力開口部を規定することが望ましい。このような変形は、すべて本発明の範囲内である。
【００４２】
図５は、本発明の別の実施の形態を示しており、散乱放射の波長ごとに別個の検出器を備えている。表面４２６によって散乱した放射を集光装置４３０により集めて、空間フィルタ５０２のピンホール５００を通してビームスプリッタ５０４へ集光させることができる。図５の実施の形態において、ビームスプリッタ５０４をダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラーにより提供することができる。ビームスプリッタ５０４は、第１の波長で散乱放射を検出器５０６へ対物レンズ５０８を介して透過させ、第２の波長で散乱放射を検出器５１０へ対物レンズ５１２を介して反射させる。第１の波長の散乱放射は、第１の放射成分４１４から作り出すことができ、第２の波長の散乱放射は、第２の放射成分４１８から作り出すことができる。
【００４３】
図４および５に示された概略の配置は、異なる実施の形態で実施することができる。一実施の形態においては、第１の放射成分４１４と第２の放射成分４１８は、同時にではなく順次に表面４２６を端から端まで走査することができる。これは、検出器４３２が１つしか使われていない場合や、検出器が能力不足で放射の波長の相違を分離できない場合に実施できる。この実施の形態においては、第１の周期では、システム４００は、放射を垂線照射光路４１６だけに透過させて、斜角照射光路４２０の方へはまったく放射を照射させない。次に、第２の周期では、システム４００は、放射を斜角照射光路４２０だけに反射させて、垂線照射光路４１６の方向へはまったく放射を照射させない。第１の周期では、検出器４３２は、垂線照射光路４１６からの放射だけを集めて、第２の周期では、検出器４３２は、斜角照射光路４２０からの放射だけを集める。これを、通常、表面４２６の全体に対して実施する。第１の周期中の走査と第２の周期中の走査が正確に位置合わせされている限り、第１と第２の周期中に収集されたデータ一式が比較されて、検出された欠陥の性質に関する情報を得ることができる。
【００４４】
システム４００は、放射を透過させるか反射させるかを選択できるビームスプリッタを使用するか、ビームスプリッタ４１２の位置に置かれた着脱可能な反射鏡のような他の部品を備えることによって、一度に一波長の放射だけを通すことができる。その反射鏡が存在しないときは、放射源４０２からの放射は、垂線照射光路４１６に沿って照射される。その反射鏡が存在するときは、その放射は、次に、斜角照射光路４２０に沿って照射される。別の実施の形態において、着脱可能な帯域通過フィルタを使って、放射を選択することができる。第１の放射成分４１４を使って垂線照射光路４１６に沿って表面４２６を検査しているとき、１つの帯域通過フィルタを使って、第２の放射成分４１８をさえぎることができる。さらに、第２の放射成分４１８を使って斜角照射光路４２０に沿って表面４２６を検査しているとき、別の帯域通過フィルタを使って、第１の放射成分４１４をさえぎることができる。本発明の他の実施の形態において、別の技術または部品を使って、この表面４２６を検査する順次的な方法を実施することができる。
【００４５】
しかるべく、多重角度および多重波長照射を用いたウェハ検査システムのために、本発明のシステムおよび方法を説明してきた。単一波長の放射を使って、まず、垂直入射の放射を提供し、次に、斜角入射の放射を別個に提供して、ウェハ表面を検査するという従前に開発された技術と違って、本発明のシステムと方法では、２つの異なる波長の放射を利用して、垂線と斜角の両方向からウェハ表面を同時に検査することができる。それに加えて、本発明のシステムおよび方法は、約３５５または２６６ｎｍの紫外放射または深紫外放射を斜角照射光路に使用して、粒子感度を強化し、より小さな粒子の検出に役立てる。さらには、５３２ｎｍの放射のような可視域放射を垂線照射光路に使用することにより、既知のシステムの垂線経路にある光学部品の変更を最小限にし、その垂直入射の放射の最初の使用法を維持する。また、可視放射でしか繊細な層の検査はしないと保証することにより、紫外放射にさらされることにより繊細な層が損傷を受ける可能性を避けるような方法でこのシステムを利用することができる。そのような場合には、装備上の対応措置を順次とって、可視放射を垂直および斜角の両経路に照射する。このシステムは、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハの検査、および、その表面の上および下にある欠陥の識別を考慮に入れている。最後に、現在利用可能なレーザ源は、改良が必要な場合があるといえども、本発明で使用可能である。
【００４６】
本発明の種々の実施の形態を例示して記載してきたが、本明細書に示す発明概念から逸脱することなく種々の変更ができることは、当業者には明らかである。したがって、本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物に基づく以外は制限を受けるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】基板の表面に対する垂線方向からその表面に照射する放射ビームであって、その放射ビームが粒子に当たっている図である。
【図２】基板の表面に対する斜角方向からその表面に照射する放射ビームであって、その放射ビームが再び粒子に当たっている図である。
【図３】基板の表面に対する斜角方向からその表面に照射する放射ビームであって、くぼみおよび粒子に当たっている図である。
【図４】本発明の実施の形態によるウェハ検査システムの略図である。
【図５】本発明の別の実施の形態によるウェハ検査システムの略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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