(57)【要約】欠陥を検出すべく線形と非線形光学現象の双方を用いる光学検査装置と方法を提供する。実施形態は、半導体デバイス等の対象物の表面の一部分を入射波長のスキャニングレーザ等の光ビームで照射するステップを含む。次に、照射表面部分から発する光を、回折格子、プリズム又はフィルタで、入射波長の光と１つ以上の所定の非入射波長の光に分ける。入射波長の光と非入射波長の光はフォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）のような別個の検出器に送られる。ＰＭＴは、検出された線形光学現象（例えば、表面トポグラフィを示す）を電気信号に、またフルオレセンス、ラマン散乱及び/又は二次高調波発生のような検出された非線形光学現象を、例えば化学組成や材料の境界面を示す電気信号に夫々変換する。各検出器からの信号は、線形と非線形の光学現象双方から収集した情報に基づき欠陥マップを作成するプロセッサに送られる。
2004529327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面を検査する装置であって、
前記対象物の前記表面の一部分を所定の入射波長の光ビームで照射する光源と、
前記表面の前記部分から前記入射波長の光を受け、第一信号を生成する第一検出器と、
前記表面の前記部分から前記入射波長と異なる波長の光を受け、第二信号を生成する第二検出器と、
前記第一信号と前記第二信号とに基づき、欠陥が前記表面の前記部分上に存在するか否かを決定するよう構成されたプロセッサと、
を備える装置。
【請求項２】
前記光源が前記入射波長のレーザ光を発生するレーザである、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記レーザが連続波長のレーザ光又はモードロックされたレーザ光を提供する、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記対象物の前記表面の前記部分から前記表面の他の部分に、前記対象物の前記表面を横切って前記レーザ光をスキャンさせるスキャナを備える、請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記スキャナが、前記レーザ光をスポットにフォーカッシングするとともに前記対象物の前記表面を横切って前記スポットを迅速にスキャンするためのものである、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記スキャナが前記レーザ光をラインにフォーカシングするためのものである、請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記第一検出器及び前記第二検出器が、半導体検出器を含む線形検出器アレイを備える、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記第二検出器が、前記表面の前記部分からの蛍光を検出するためのものである、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記第二検出器が、前記表面の前記部分からのラマン散乱を検出するためのものである、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記第二検出器が、二次高調波発生を検出するためのものである、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記第一検出器及び前記第二検出器がフォトマルチプライヤを備える、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記入射波長の前記表面の前記部分からの前記光をその他の波長の前記光から分離するとともに前記光を前記第一検出器と前記第二検出器とに送るために、前記対象物の前記表面と前記第一検出器と前記第二検出器との間に配置されたセパレータを備える、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記セパレータが回折格子を備える、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記セパレータが円筒状レンズを備える、請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
前記セパレータがバンドパスフィルタを備える、請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
前記セパレートが集束レンズを備える、請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
前記セパレータが複数のダイクロイックミラーを備える、請求項１２記載の装置。
【請求項１８】
前記光源と前記対象物の前記表面との間に対物レンズを更に備える、請求項１２記載の装置。
【請求項１９】
前記対物レンズが、前記光を前記対象物の前記表面の前記部分から前記セパレータへ送るためのものである、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサが、前記対象物の前記表面の欠陥マップを作成するよう構成されている、請求項５記載の装置。
【請求項２１】
対象物の表面を検査するための装置であって、
前記対象物の前記表面の一部分を所定の入射波長の光ビームで照射する光源と、
前記表面の前記部分から前記入射波長の光を受け、第一信号を生成する複数の第一検出器と、
前記表面の前記部分から前記入射波長と異なる波長の光を受け、第二信号を生成する複数の第二検出器と、
前記第一信号と前記第二信号とに基づき、前記表面の前記部分上に欠陥が存在するか否かを決定するよう構成されたプロセッサと、
を備える装置。
【請求項２２】
対象物の表面を検査する方法であって、
前記対象物の前記表面の一部分を所定の入射波長の光ビームで照射することと、
前記表面の前記部分から前記入射波長の光を第一検出器で受け、第一信号を生成することと、
前記表面の前記部分から前記入射波長と異なる波長の光を第二検出器で受け、第二信号を生成することと、
前記第一信号と前記第二信号とに基づき、前記表面の前記部分上に欠陥が存在するか否かを決定することと、
を含む方法。
【請求項２３】
前記表面の前記部分から前記表面の他の部分へ前記対象物の前記表面を横切って前記光ビームをスキャンすることを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記光ビームをスポットにフォーカッシングするとともに前記対象物の前記表面を横切って前記スポットを迅速にスキャンすることを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記光ビームをラインにフォーカッシングすることを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
前記表面の前記部分からの蛍光を前記第二検出器で検出することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
前記表面の前記部分からのラマン散乱を前記第二検出器で検出することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２８】
前記表面の前記部分からの二次高調波発生を前記第二検出器で検出することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２９】
前記入射波長の前記表面の前記部分からの前記光をその他の波長の前記光から分離し、前記光を前記第一検出器と前記第二検出器とに送ることを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３０】
前記対象物の前記表面の前記部分に対応する基準表面の一部分を前記入射波長の光ビームで照射することと、
前記基準表面の前記部分から前記入射波長の光を前記第一検出器で受け、第三信号を生成することと、
前記基準表面の前記部分からの前記入射波長と異なる波長の光を前記第二検出器で受け、第四信号を生成することと、
を更に含み、
前記決定するステップが、前記第三信号と前記第四信号とに基づき前記欠陥が存在するか否かを決定することを更に含んでいる、請求項２３記載の方法。
【請求項３１】
前記第一信号、前記第二信号、前記第三信号及び前記第四信号に基づき前記対象物の前記表面の欠陥マップを作成することを含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記決定するステップは、前記第二信号が閾値レベルより大きく、前記第四信号が前記閾値レベルより小さい場合に、前記欠陥が存在することを決定することを含んでいる、請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
前記決定するステップは、前記第二信号が前記入射波長以外の特定の波長に対応する所定値である場合に、前記欠陥が存在することを決定することを含んでいる、請求項２２記載の方法。
【請求項３４】
前記第二信号が前記所定値である場合に、前記欠陥を所定の部類に分類することを含む、請求項３３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、対象物の表面を検査する方法及び装置に関する。本発明は、サブミクロン設計形状を持った高密度半導体デバイスの製造中における半導体ウエハのインプロセス検査のために、及び半導体デバイス製造に用いられるレチクルの検査のために特に適用可能性がある。
【技術の背景】
【０００２】
超大規模集積化に関連した高密度や性能に対する現在の要求には、サブミクロン形状、トランジスタや回路の高速化、信頼性の向上が必要である。そのような要求には、精密さと均一性の高いデバイス形状の形成が必要であり、まだ半導体ウエハの形をしている間にデバイスの頻繁で詳細な検査を含む注意深いプロセスモニタリングが必要である。
【０００３】
従来のインプロセスモニタリング技術は、ウエハの表面が高速の比較的低解像度の検査ツールで最初にスキャンされる“検査と検討（ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｖｉｅｗ）”手順を用いる。例えば、そのようなツールとしては、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）のようなレーザや光電コンバータがある。次に、統計的方法を用いて欠陥の確率の高いウエハ上の疑わしい位置を示す欠陥マップを作成する。典型的には、欠陥の存在を確実に求めるために、欠陥マップを用いて再検出手順を行った後、個々の欠陥部位上で、例えば、比較的高解像度画像を生じる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて更に詳細な再検査手順が行なわれる。その後、欠陥画像を分析して欠陥の種類（例えば、不良パターン、パーティクル又はひっかき傷）を決定する。
【０００４】
現在のレーザ検査技術は、典型的には、レーザ光による検査によってウエハをスキャンし、ウエハ表面上の構造と欠陥による入射光の散乱又は回折を検出する。言い換えれば、“線形光学現象”として知られる入射波長の光の散乱又は回折によって作られる情報が、ウエハ表面上に欠陥が存在するか否かを求めるために用いられる。線形光学現象は、大部分はウエハ上の物質の幾何学的形や屈折率によって影響されるので、典型的には、表面形状のサイズと形に関する情報を与える。検査による位置からのこの情報は、ウエハ上の適度に同じ部位又は基準部位に見られる線形光学現象と比較され、二つの部位が同じ光学現象を示さない場合には、検査された部位で欠陥が存在することがあると決定される。
【０００５】
従来のレーザ検査技術にはいくつかの欠点がある。それらは、望まれてない異質の材料の存在を示す表面の欠陥又は形状の物質組成に直接関係のある情報を集めない。更に、小さな欠陥による散乱光は、欠陥に近いウエハ表面上のパターンのような形状による散乱光にて見えなくなることがあるので、限られた量の光を散乱させる小さな欠陥を正確に検出しないことが一般的である。従って、ウエハ表面上の場所に応じて、小さな欠陥は全く検出されないことがある。従来のレーザ検査の限られた精度と範囲は製造生産量を減少させ、生産コストを増加させる。
【０００６】
ウエハの照射領域から発する放射線は、入射放射線以外の波長を含んでいると広く定義される非線形光学的効果の観察によって、情報を更にウエハ表面のレーザ検査から、特に化学組成に関係のある情報や物質間の境界面に関する情報を入手できる。潜在的に有効な非線形光学現象には、光ルミネセンス（“蛍光”としても知られる）、ラマン散乱又は二次高調波発生が含まれる。しかしながら、例えば欠陥検査段階で生物試料と不純物を実験するために、蛍光顕微鏡や走査型ラマン顕微鏡は市販されているが、そのようなシステムは高スループットの半導体ウエハ検査に適しない。それらは、全ウエハをスキャンせず、分離した小さな領域を画像化するように設計され、スキャン速度は自動ウエハ検査システムが要求するスループットと適合しない。更に、それらは必要なウエハ処理システム、欠陥検出エレクトロニクス、アルゴリズムを組み込んでいない。
【０００７】
表面形状や欠陥の材料間の物質組成や境界面に関係のある情報を提供する半導体ウエハのインプロセス検査のための方法と装置が求められている。この要求は、半導体デバイスにおける表面形状の密度、ダイサイズ、層の数が増加するにつれてますます重要であり、許容できる製造生産量を得るために徹底的に欠陥の数を減らすことが必要である。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の利点は、トポグラフィ的形状サイズの情報を得ることと同時に材料間の化学組成と境界面に関する情報を得、それによって速く信頼性のある網羅的欠陥検出を可能にする半導体ウエハの光学検査のための方法と装置である。
【０００９】
更に、本発明の利点と他の特徴は下記の説明で示され、また、下記を検討する際に当業者に明らかになり、発明を実施することで理解されよう。本発明の利点は、添付の特許請求の範囲に特に指摘されるものとして認識され、また達成され得る。
【００１０】
本発明によれば、上記と他の利点は、対象物表面を検査するための装置であって、入射波長の光ビームで対象物の表面の一部分を照射するための光源と、表面の前記部分から入射波長の光を受け取り、最初の信号を生成するための第一検出器と、表面の前記部分から入射波長と異なる波長の光を受け取り、第二信号を生成するための第二検出器と、第一と第二の信号に基づいて欠陥が表面の前記部分に存在するかを決定するために構成されたプロセッサとを含む前記装置によって達成される。
【００１１】
本発明の他の態様は、対象物の表面を検査する方法であって、入射波長の光ビームで対象物の表面の一部分を照射するステップと、第一信号を生成する第一検出器で表面の前記部分から入射波長の光を受け取るステップと、第二信号を生成する第二検出器で表面の前記部分から入射波長とは異なる波長での光を受け取るステップとと、第一と第二の信号に基づいて表面の部分上に欠陥が存在するかを決定するステップとを含む前記方法である。
【００１２】
本発明の利点は、更に、本発明の好適な実施形態のみが示され記載される、単に本発明を行うために企図された最良の方法の例示として次の詳細な説明から当業者に容易に明らかになろう。理解されるように、本発明は他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本発明から逸脱することなく様々な明白な点において変更が可能である。従って、図面と説明は実際上例示としてみなされるべきであり限定するものではない。
【００１３】
添付の図面を参照する。ここで、同じ符号が示されている要素は全体で同じような要素である。
【発明の説明】
【００１４】
半導体ウエハの欠陥を検出するために用いられる従来の光学検査ツールは、主として形状と欠陥に関するトポグラフィ的情報を与える線形光学現象だけを処理する。しかしながら、従来の検査ツールは非線形光学現象を処理しないので、それらの欠陥検出と分類技術に化学組成や材料境界面に関する情報を容易に発見し取込むことができない。その結果、従来の光学検査ツールはある種の欠陥を検出することができず、現在の超大規模集積化プロセスが要求する速度や精度で欠陥を分類することができない。本発明は、従来の光学検査技術から生じる問題に取り組み解決するものである。
【００１５】
本発明の方法によれば、半導体デバイスの表面の一部分は、入射波長の光ビーム、従来のスキャニングレーザのような光ビームで照射される。その後、照射された表面部分から出る光は、回折格子、プリズム又はフィルタのように、入射波長の光と一つ以上の所定の非入射波長の光に分けられる。入射波長の光は、従来のフォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）のような検出された線形光学現象（例えば、表面トポグラフィを表す）を電気信号に変換する検出器に送られる。同様に、非入射波長（又は複数の波長）に分けられた光は、蛍光、ラマン散乱及び/又は二次高調波発生のような検出された非線形光学現象を、例えば、化学組成や材料境界面を表わす電気信号（又は複数の信号）に変換するＰＭＴのような分離している検出器（又は複数の検知器）に送られる。各検出器からの信号は、ウエハ上の検査された部位からのデータを理論上同じ部位からの対応するデータと比較するように、線形と非線形の光学現象の両方から収集された情報に基づいた欠陥マップを作成するプロセッサに送られる。本発明は、従来の光学検査ツールのようにウエハ表面形状のトポグラフィとサイズだけでなく、材料間の化学組成や境界面に基づいて欠陥を検出する線形と非線形の光学現象を利用することから、欠陥をより高い精度で検出することができ、より確かな精密さで分類することができる。更に、線形と非線形の光学データが同時に集められるので、本発明は検査時間を延長しない。
【００１６】
本発明を実施する際に利用される周知の非線形光学現象は、蛍光、ラマン散乱又は二次高調波発生を含むことができるが、これらに限定されない。物質中の電子を励起させるためにレーザ光のように、材料が照射された場合に光ルミネセンス（“ＰＬ”）として知られる蛍光が生じ、励起した電子は、ＰＭＴによって検出され得る光子を放射する電子の基底状態に戻る。ＰＬの波長は、異なる物質で変動する。例えば、バルクシリコン、アルミニウム、銅、タングステン、又は二酸化ケイ素のような標準半導体デバイス技術において見出された多くの物質は、ＰＬを示さず、非常に弱いＰＬ放射線も出さない。一方で、金属酸化物、金属ドープガラス、又は二酸化ケイ素中のケイ素のナノ粒子のようなこれらの材料の境界面で生じるある種の化学的化合物又はナノ構造は、特に紫外（ＵＶ）光による励起で比較的大量のＰＬを生成することが知られている。ウエハパターン形成のためにフォトレジストに用いられるある種の有機化合物も強いＰＬを放射する。
【００１７】
ＰＬを利用した本発明を実施する際に、検査ウエハの表面上のレーザスキャンされた部位が、許容できるバックグラウンドか又は閾値レベルより高いＰＬを示し、対応する基準部位が示さない場合には、検査ウエハ上に存在すべきでない物質が存在することが推測され得る。或いはまた、検査された部位が予想したものと異なっている波長のＰＬを示す場合、欠陥が検査された部位に存在することが推測され得る。一般に、使用者は、それらの状況、物質及びそれらのプロセスにおける経験に依存して、一本以上のスペクトルバンドをモニタするために一つ以上の検出器を使用する。下で詳述されるように、いくつかのＰＬ波長がモニタされる場合には、一検出器が全ての波長を検出するように設定することができる。しかしながら、別個に多くの検出器を用いていくつかの波長をモニタすることが有利である。
【００１８】
ラマン散乱の非線形光学現象は、材料に入ってくる光子と、“フォノン”の放射を生じるその分子の振動励起のような材料における他の基本励起との間の相互作用により生じる。電子と帯電粒子が両方とも材料の分子と結合していることから、光子とフォノンとの間に相互作用が生じる。ラマン散乱は電場の振動である光子と、特定の周波数における原子の振動であるフォノンとの間の相互作用の結果である。ラマン散乱において、材料から出る“ストークスシフトされた”光子のエネルギー（即ち、散乱光）は、励起されたフォノンのエネルギーより少なく材料に入ってくる光子のエネルギーと等しい。言いかえれば、入ってくる光子のエネルギーはフォノンの振動をやめたエネルギーである。この現象は、波長の“ラマンシフト”として知られ、非常に鮮明なスペクトル線を生じる。
【００１９】
大抵の固体と液体はラマン線を作るが、これらのラマン線の強度は典型的には非常に弱い。しかしながら、励起された領域が励起及び/又は放射光に近い波長の共振を示す金属に近位である場合にラマン散乱は非常に増強される。従って、ラマン散乱現象は、半導体デバイスの金属構造を検査するのに、また異種材料を検査するのに有効である。例えば、ウエハの中で形成された金属接触部の一部分が消失した場合、又はそのウエハが金属によって汚染された場合には、これらの欠陥はラマン散乱の観察により検出することができる。
【００２０】
材料に入ってくる二つの光子が同時に電子を励起させる場合、二次高調波発生（ＳＨＧ）が生じる。励起した電子は直ちに緩和し、単一光子の２倍のエネルギーの光子を放出する。例えば、１ｅＶの二つの光子が各々材料に入り、２ｅＶの一つの光子が放出される。即ち、放出された光子は入ってくる光子とは波長が異なる。結晶対称性によりバルクシリコンや二酸化ケイ素のような半導体製造に一般に用いられるバルク材料にＳＨＧは生じない。しかしながら、構造と境界面がＳＨＧを防止する結晶対称性を破壊する。従って、ＳＨＧは、シリコン層と、層間の境界面のドープレベルを確認するのに有効である。本発明の方法では、ＳＨＧの存在又は不在は、欠陥が存在するかを決定するために用いられる。例えば、境界面が消失している場合には、予想されるＳＨＧはない。
【００２１】
本発明の実施形態による検査装置は、図１に示されており、入射波長のレーザビーム１００ａでウエハＷを照射し、ウエハＷの表面を横切ってスキャニングするための慣用のレーザ源１００を備えている。レーザビーム１００ａは連続波（ＣＷ）又はモードロック（即ち、短いパルス）のどちらかであり、下で説明するように、利用すべき光学現象や検査すべき材料の最適の励起エネルギーに依存する多くの波長のうちの一つであり得る。レーザ源１００は、レーザビーム１００ａの焦点を対物レンズ系１１０によってスポットへ合わせてウエハＷの小部分を照射する周知の急速スキャニングレーザスポット法を用いる。レーザビーム１００ａのスポットは周知の手法を用いて、ｘ方向のように直線ラインでウエハＷの表面を横切ってスキャンされる。その後、ウエハＷをｙ方向のように移動させ、他のラインがスキャンされる。
【００２２】
レーザビーム１００ａがウエハＷに当たり、ウエハＷから散乱した光１００ｂが、光ファイバチューブ１２０と平行レンズ１３０によるなどの慣用の方法で、米国Ｊｏｂｉｎ−Ｙｖｏｎ社から市販されているような回折格子１４０送られる。回折格子１４０は、散乱光１００ｂを入射波長の散乱光１００ｃと入射波長以外の波長での散乱光１００ｄ、１００ｅに分離する。また、プリズム（図示しない）が散乱光１００ｂを分けるために回折格子１４０の代わりに使用し得る。分離した入射波長の散乱光１００ｃは、従来の方法でレンズ１６０ａを通って回折格子１４０によって検出器１５０ａにリレーされる。同様に、入射波長以外の波長での分離した散乱光１００ｄ、１００ｅは、レンズ１６０ｂ、１６０ｃのように検出器１５０ｂ、１５０ｃに中継される。レンズ１３０と１６０ａ、レンズ１３０と１６０ｂ、及び、レンズ１３０と１６０ｃは、それぞれ、検出器1５０ａ〜ｃ上の固定スポットと回折格子１４０での平行ビームとを確実にするためのリレーペアとして働く。検出器１５０ａ〜ｃは、日本の浜松市から入手できるような標準的ＰＭＴである。これらのＰＭＴは動作がほとんど同じであり、これらのＰＭＴと共に用いられるフィルタ又は格子は、どの波長の光が検出されるかを決定する。更に、入射波長の迷光は他の波長１００ｄ、１００ｅの散乱光の正確な収集を妨げるのに十分に強くなり得るので、阻止フィルタ（図示しない）は、好ましくは検出器１５０ａ、１５０ｂに配置される。
【００２３】
各検出器１５０ａ〜ｃは送られた光に反応する電気信号を生成する。電気信号は電子計算機のようなプロセッサ１７０へ送られ、当該プロセッサ１７０は、ウエハＷのスキャンされた部分に欠陥が存在するか否かを、従来の方法で、ウエハＷの表面上の他の部位のような理論上同一の基準部位から集められた信号と検出器１５０ａ〜ｃからの信号を比較することにより、決定する。例えば、検査部位から入射以外の波長の放出を集める検出器からの信号が閾値レベルより高く、基準部位からの対応する信号が閾値レベル以下にある場合に、欠陥が存在することを決定し得る。周知な統計方法も、欠陥の確率が高いウエハ上の疑わしい位置を示す欠陥マップを作るために用いることができる。プロセッサ１７０の動作の結果は、モニタ１８０に表示される。
【００２４】
本発明の更なる実施形態においては、欠陥が検出され、光放射特性に基づいて自動的に分類される。この実施態様においては、検査部位から入射以外の具体的な波長で放射を集める検出器からの信号が閾値レベルより高い場合に（具体的な望まれていない異種材料の存在を示す）、欠陥が存在することが決定される。その後、欠陥はプロセッサ１７０によって自動的に分類されるので、欠陥を分類する検討ツール（ｒｅｖｉｅｗ  ｔｏｏｌ）使用の必要がなくなり、検査時間が短縮する。例えば、本発明は、別の清浄なウエハ表面上のフォトレジストの粒子を直ちに識別することができ、よって更に検討せずに欠陥源が示される。
【００２５】
本発明の更なる利点とするところは、下にあるパターンからの信号がその関連するノイズとともに取り除かれるように多層からの信号を分析し、上層、又はその逆の欠陥分析を可能にすることによる、異なる層からの光信号の判別、ひいては欠陥の判別を可能とする能力である。例えば、蛍光信号は、主としてフォトレジストから生じることがあり、フォトレジストの下の基板から生じないが、フォトレジストの下の層からの線形散乱によって支配されることがあり、よってフォトレジストからの線形信号が見えなくなる。従って、本発明は蛍光信号の分析によってフォトレジストが容易に“見られ”、分析することを可能にする。
【００２６】
図１は、入射波長の散乱光を集める検出器１５０ａと、二本のスペクトルバンドの入射波長以外の波長の散乱光を集めるための二つの検出器１５０ａ、１５０ｃを示す図であるが、本発明は三つの検出器に限定されない。例えば、複数の検出器は、入射波長の散乱光を集めるために、また、集めるべき波長の数によって入射波長以外の波長での散乱光を集めるために異なる収集角度で示すことができる。典型的な高スループットウエハ検査システムの場合、非線形のスペクトルチャンネルは、（１）比較的大きなスペクトル範囲にわたって積分（インテグレート）することにより弱い非線形光信号を最大限にするようにスペクトルチャンネルの数を制限すること、（２）各々の追加データチャンネルに典型的には重要であるデータ処理オーバヘッドを最少にするためにスペクトルチャンネルの数を制限すること、（３）所望された数の異なる欠陥源を分離するのに十分な数のスペクトルチャンネルを設けること、により最適化することができる。
【００２７】
図１の装置は、集められた光１００ｂを所望の波長に分けるための回折格子１４０の追加と共に、レーザ源１００、レンズ１１０、１３０、１６０ａ〜ｃ、検出器１５０ａ〜ｃ、プロセッサ１７０、モニタ１８０を含む、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるモデル“Ｃｏｍｐａｓｓ”のような現在の慣用的なレーザスキャニングウエハ検査ツールの多くのコンポーネントを使うことができる。勿論、検出器１５０ｂ、１５０ｃが十分な数で設けられ、所望の非入射波長を検出するために調節されなければならず、プロセッサ１７０が非線形光学現象に対応する検出器１５０ｂ、１５０ｃからの信号を処理するとともに結果を組込む欠陥マップを作成するようにプログラムされなければならないことを、当業者ならば理解するであろう。
【００２８】
図１の装置は、ＰＬとラマン散乱を検出するのに特に適する。一般に、いくつかの材料の場合、長い波長が最適であるが、ＣＷ又はモードロックされた遠紫外線（ＤＵＶ）レーザ源はＰＬを励起させるのに望ましい。ラマン断面積は、レーザ周波数の第三電源つれて増加するので、ＤＵＶ源もラマン散乱を検出するのに適する。しかしながら、上記のように、共振プラズモンに接近するとラマン放射を増強すると考えられる場合には、この現象を利用するためにプラズモン共振の近くの波長が必要である。更に、金属のバルクプラズモンは可視〜紫外線範囲にあり得るが、小さな金属粒子のために低い周波数（即ち、近赤外〜可視スペクトル）にある。
【００２９】
レーザ源１００の急速にスキャニングするレーザスポット技術は、スキャナのピクセルサンプリング時間、即ち、ウエハＷの全ての部分でのレーザビーム１００ａのドウェル時間（典型的には約１０ナノセカンド）より短い時間スケールで減衰するラマン散乱、ＳＨＧ又は蛍光のような非線形光学現象を検出するのに適する。第二高調波信号の強さは入射光の強さの二乗によることから、ＳＨＧを検出するために用いなければならない。従って、急速スキャニングレーザスポット技術で得られる厳重に焦点の合った光ビームは最良の結果を生じる。
【００３０】
図２に示される本発明の他の実施形態においては、散乱光ビーム１００ｂを散乱光ビーム１００ｃ〜ｅに分けるとともに、検出器１５０ａ〜ｃにそれらを中継するために、回折格子１４０が、公知の連続するダイクロイックミラー２１０、２２０で置き換えられる以外は、図１の装置と本質的に同じである検査装置が示されている。適したダイクロイックミラーは米国のＯｍｅｇａＯｐｔｉｃａｌ社から入手できる。ダイクロイックミラー２１０は、入射波長１００ｃでの散乱光が検出器１５０aを通過することを可能にし、入射波長以外の波長での光を、非入射波長の光を所定のスペクトルバンド１００ｄ〜eに分け、検出器１５０ｂ〜ｃに中継するダイクロイックミラー２２０に反射させる。また、従来のバンドパスフィルタが、散乱光１００ｂを必要とされるいくつかのスペクトルバンドに分けるためにダイクロイックミラー２１０、２２０の代わりに、又は一緒に使用し得る。
【００３１】
図１と図２に示される本発明の実施形態は、“暗視野”、即ち、鏡面反射方向以外の方向に散乱光１００ｂを分けるものである。図３に示される本発明の実施形態の装置においては、散乱光の分離は“明視野”で行われる。言いかえれば、散光１００ｂは、ウエハＷを照射するために用いられる同様の対物レンズ３１０によって集められる。非線形スペクトルバンド１００ｃ、１００ｄはダイクロイックミラー３２０、３３０と、レンズ３４０ａ〜ｃによって分けられ、検出器３５０ａ〜ｂに中継される。また、図１と図２の実施形態に関して記載される回折格子、プリズム、又はバンドパスフィルタは、非線形スペクトルバンドの分離と中継のためにダイクロイックミラー３２０、３３０の代わりに使用し得る。
【００３２】
図３の装置の明視野検出スキームは、対物レンズ３１０の構成に応じて、非線形放射用の比較的大きな収集アパーチャを可能にするという利点がある。例えば、スペクトルの広い適用の場合、最適の対物レンズ３１０は全反射光学に基づいている。しかしながら、ラマン散乱だけが予想される場合、そのような対物レンズは特に有利というものではない。
【００３３】
図３の明視野型の構成がラマン散乱とＰＬの探知に適しているが、ＳＨＧがコヒーレントプロセスであり、“アップコンバートされた”光（即ち、高エネルギー放出光子）が入射光の経路に続くので、ＳＨＧを集めることには非常に有効である。ほとんどの入射光は典型的にはウエハＷから後ろの対物レンズ３１０に鏡面反射されるので、ＳＨＧも主として対物レンズ３１０によって集められる。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態の検査装置について、図４を参照して説明する。本発明のこの実施形態は、レーザ源４００によって生成されるレーザビーム４００ａが、ウエハＷの表面を照射するためにレーザビーム４００ａをライン４００ｂにフォーカッシングする円筒状のレンズ４１０を通って送られる、周知のスキャニングレーザライン技術を利用する。スキャニングは、矢印によって示されるように、ウエハＷを移動させることにより一度に１つのラインを行う。従って、図１〜図３の装置のスポットスキャニング技術のように、スキャニングは二方向ではなく単一の方向でのみ行われることが求められている（例えば、スキャニングはウエハＷを移動させることによりｙ方向のみで行われ、ｘ方向では行われない）。
【００３５】
ウエハＷからの散乱光４００ｃは、入射波長４００ｄの光と、入射以外の波長での光４００ｅ、４００ｆとに、米国のＪｏｂｉｎ−Ｙｖｏｎ社から入手できるモデル５３３００ ０３０のような凹面回折格子４２０によって暗視野で分けられる。凹面回折格子４２０は、レンズ又はミラーを必要としない。しかしながら、補助光学を持った平坦な回折格子を、湾曲格子４２０の代わりに使用してもよい。分離した散乱光４００ｄ〜ｆは、線形検出器アレイ（ｌｉｎｅａｒ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ａｒｒａｙ）４３０ａ〜ｃ、典型的には、日本の浜松から入手できるモデルＳ３９０３の線形の検出器アレイのような電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を含む半導体検出器に中継される。空間分解能を保存するために、散乱したレーザ光ライン４００ｃは、検出すべき各々のスペクトルバンドについて一つの線形検出器アレイ上にて画像化される。
【００３６】
図４の装置のスキャニングレーザライン技術は、図１〜図３の装置のフライングレーザスポット技術のピクセルサンプリング時間と比較して、レーザが左右にスキャンされないので、約２〜３桁程度ピクセルサンプリング時間が増加する。従って、スキャニングレーザライン技術は、りん光のようなフライングレーザスポット技術のピクセルサンプリング時間より衰微時間が長い非線形光学現象を検出するのに有効である。フライングレーザスポット技術より簡便な走査メカニズムでよいという点でも有利である。更に、ウエハでレーザ強度が低下したことにより、スキャニングレーザライン技術は、瞬間的放射線によって誘起される検査によってウエハに起こりうる損傷が排除される。しかしながら、ウエハでのレーザ強度は小さいので、スキャニングレーザライン技術は、ＳＨＧや入射強度でスーパーリニア的に大きさを合わせる他の光学現象を検出するのには適していない。
【００３７】
本発明の他の実施形態は図５に示されており、この実施形態において、凹面回折格子４２０が、散乱光ビーム４００ｃを散乱光ビーム５００ａ〜ｃに分け且つ線形検出器アレイ５４０ａ〜ｃにそれらを中継するための慣用の連続ダイクロイックミラー５１０、５２０で置き換えられる点以外は、図４の暗視野装置のスキャニングレーザラインと実質的に同じ検査装置が提供されている。適切なダイクロイックミラーはアメリカのＯｍｅｇａ  Ｏｐｔｉｃａｌ社から得られる。適切なダイクロイックミラーは、米国ＯｍｅｇａＯｐｔｉｃａｌ社から入手できる。レンズ５３０は、線形検出器アレイ５４０ａ〜ｃに散乱光ライン４００ｃを画像化する。ダイクロイックミラー５１０は、入射波長５００ａの散乱光を検出器アレイ５４０ａに通過させることができ、ダイクロイックミラー５２０に入射波長以外の波長での光を反射する。そして、ダイクロイックミラー５２０は、非入射波長の光を所定のスペクトルバンド５００ｂ〜ｃに分け、検出器アレイ５４０ｂ〜ｃに中継する。
【００３８】
図６は、明視野型の構成を備える、スキャニングレーザライン技術を利用する本発明の装置を示す図である。レーザ源４００によって生成されたレーザビーム４００ａは、ウエハＷの表面を照射するためのライン４００ｂにレーザビーム４００ａをフォーカッシングする円筒状レンズ６１０を通って送られる。図４と図５の実施形態のように、スキャニングは一度に1ラインが行われる。散乱光４００ｃは、プリズム６１０によって集められ、非線形スペクトルバンド６００ａ、６００ｂが凹面回折格子６２０によって分けられ、線形検出器アレイ６３０ａ、６３０ｂに中継される。また、図５の実施形態に関して記載されたダイクロイックミラー又はバンドパスフィルタを、非線形スペクトルバンドの分離とリレーのための回折格子６２０の代わりに使用することができる。
【００３９】
上記図３の実施形態と同様に、図６の装置の明視野型検出スキームは、対物レンズ６１０の構成に応じて非線形放射用の比較的大きな収集アパーチャを可能にするという利点がある。従って、スペクトルの広い適用については、最適対物レンズ６１０は全反射光学に基づくが、ラマン散乱だけが考えられる場合にはそのような光学は有利とはいえない。
【００４０】
図７と図８に示される本発明の実施形態においては、更に、図１〜図３の実施形態のフライングレーザスポット構成が、凹面回折格子及び線形検出器アレイと組み合わせられている。ここで図７を参照すると、上記の従来のレーザ源７００は、入射波長のレーザビーム７００ａでウエハＷを照射し、ウエハＷの表面を横切ってスキャニングするために設けられている。対物レンズ７１０はレーザビーム７００ａの焦点を一点に合わせる。暗視野におけるウエハＷからの散乱光７００ｂは、図４の実施形態に記載されているような凹面回折格子に衝突し、かかる回折格子は、散乱光７００ｂを、線形検出器アレイ７３０ａに中継される入射波長７００ｃでの散乱光と、線形の検出器アレイ７３０ｂ、７３０ｃに中継される入射波長７００ｄ、７００ｅ以外の波長での散乱光とに分ける。
【００４１】
図８は、散乱光が明視野に集められる以外は図７と同様の本発明の検査装置を示す図である。レーザ源７００は、対物レンズ８１０を通してレーザビーム７００ａでウエハＷを照射する。散乱光７００ｂは、対物レンズ８１０を通って集められ、従来のダイクロイックミラー８２０に中継される。そして、このダイクロイックミラー８２０は、入射波長７００ｃでない散乱光を凹面回折格子８３０に反射させる。凹面回折格子８３０は更に、散乱光７００ｃを所望のスペクトルのバンド７００ｄ、７００ｅに分け、線形検出器アレイ８４０ａ、８４０ｂに中継する。
【００４２】
図１〜図３の実施形態のように、ＰＭＴとフライングレーザスポットスキャニング技術が共に用いられる場合には、図７と８の検査装置は、空間分解能の減少を引き起こす減衰時間の長い非線形光学現象を検出するのに有利である。図７と図８の装置においては、レーザ源７００によって生成されたレーザスポットは急速にスキャンするが、結果として生じるスキャンラインはＰＭＴではなく光検出器アレイ７３０ａ〜ｃ、８４０ａ〜ｂにて画像化される。ウエハＷ上のスポットのラインがスキャンされるごとに各アレイの各々の検出器が光を一度だけ受け取るので、そのスキャンラインは他のスキャンラインが画像化される前に光を減衰させることができるだけの長さの時間をかけて積分することができ、よって良好な空間分解能を保証する。
【００４３】
本発明は、様々なタイプの半導体デバイスの製造、特に設計基準（デザインルール）が約０.１８μ以下の高密度半導体デバイスに適用できる。
【００４４】
本発明は、従来の材料、方法、装置を用いることにより実施し得る。従って、そのような材料、装置、方法の詳細は、本明細書に詳細に示していない。前の説明には、本発明を十分に理解するために、個々の材料、構造、化学薬品、プロセス等の個々の多くの詳細が示されている。しかしながら、特に示された詳細によらずに、本発明が実施し得ることは認識されるべきである。他の場合には、本発明を不必要に不明瞭にしないために周知の処理構造は詳述してきていない。
【００４５】
本発明の好適実施形態とその適合性を有するいくつかの実施例だけは本開示に図示し説明されている。本発明が様々な他の組合わせと条件に用いることができかつ本明細書に示された本発明の概念の範囲内で変更又は修正することができることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態の検査装置を示している。
【図２】本発明の他の実施形態の検査装置を示している。
【図３】本発明の他の実施形態の検査装置を示している。
【図４】本発明の他の実施形態の検査装置を示している。
【図５】本発明の他の実施形態の検査装置を示している。
【図６】本発明の他の実施形態の検査装置を示している。
【図７】本発明の他の実施形態の検査装置を示している。
【図８】本発明の他の実施形態の検査装置を示している。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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