JP2002513461A - 表面検査用光学走査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 試料表面上に粒子やパターン欠陥を検出するための光学走査システムにおいて、光ビームの焦点を表面上の照明スポットに合わせて、スポットを走査線に沿って表面を走査する。検出器を表面に隣接して配置しスポットからの散乱光を集め、ここで検出器は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含む。走査線に沿って複数の位置でそれぞれ照明スポットから散乱した光をアレイにある対応するセンサに焦点合わせする。照明ビームに対して対称的に配置した複数の検出器はスポットから横方向や前方方向に散乱した光を検出する。スポットを表面の寸法よりも短い走査線区分のアレイで走査する。明視野経路により試料表面の高さを調整して、表面の高さのばらつきで生じた誤差を修正する。検出器の出力から作った異なる欠陥マップを比較して、欠陥を特定し分類する。センサアレイの画像機能により走査システムと画像システムの利点を結び付け、システムの信号／バックグラウンド比を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称 表面検査用光学走査システム背景技術 本発明は、光学表面検査の分野に関する。さらに詳しく言えば、半導体ウェー ハ等を検査するための照明および集光光学器に関する。 半導体ウェーハの製造中にパターンの欠陥や微粒子の混入等の異常をモニタす ることは、大量生産において重要な要因になってくる。多くのタイプの欠陥や混 入、特に微粒子の混入がウェーハ表面に生じる可能性がある。ウェーハ表面上の 異常の存在，位置やタイプを決定することは、異常が生じた処理工程を捜し当て ることとウェーハを破棄するかどうかを決定することに狙いがある。 当初、微粒子等の存在を調べるためにウェーハ表面を視覚検査して手動で異常 をモニタしていた。これらの異常は通常ほこりや微小のシリコン粒子であり、多 くはウェーハパターンの欠陥の原因となる。しかしながら、手動検査では、オペ レータのミスや欠陥を観察する能力不足のために時間がかかり信頼性が低いもの であった。ウェーハ表面上の部品の寸法が小さくなる につれて表面サイズが大きくなると、ウェーハ表面上の部品の数がかなり増える ことになる。自動化の需要は必然的である。 ウェーハ表面の検査時間を減らすために多くの自動検査システムが導入された 。これらの自動検査システムのほとんどは、光を散乱させて異常を検出する。例 えば、本発明の譲渡人に譲渡されたエル．ガルブライス(L.Galbraith)の米国特 許第４，６０１，５７６号を参照されたい。これらのシステムは２つの主要な部 品、すなわち照明光学器および集光−検出光学器を含む。照明光学器は、一般的 に、干渉性光源，例えばレーザー等でウェーハ表面を走査する。ウェーハ表面に 異常が存在すれば入射光は散乱する。集光光学器は既知のビーム位置を参照して 散乱光を検出する。その後、散乱光を電気信号に変換して、それをオシロスコー プや他のモニタ上の光輝スポットとして測定，計測および表示する。 照明光学器は検査システムの検出感度を確立するのに大きな役割を担っている 。感度はウェーハ上で走査するスポットのサイズや照明角度に左右される。スポ ットのサイズが小さければ、異常を検出するためのシステムの感度はより高まる 。しかしながら、スポットサイズが小さくなればそれだけウェーハ表面を走査す る時間も長くなり、結果的には処理能力が下がること になる。 照明および集光−検出光学器のどちらの感度も照明したウェーハ表面のテクス チャに左右される。照明した表面がパターン化されたものであれば、異常の存在 を決定しにくくする散乱をその領域が生じさせるため、システムの感度が下がる ことになる。パターン化した特徴による散乱をなくすためには、表面上のスポッ トの入射角を表面の垂線に対して大きくする。しかしながら、角度，すなわち表 面に対するグレージング角を非常に大きくすると、システムの感度も下がること になる。さらに、入射角が大きくなると有効なスポットサイズが広がり、システ ムの感度が下がることになる。したがって、妥協点はシステムの感度と検査速度 の間にある。集光−検出光学器の感度は、一般的に走査ビームに対する検出器の 方位角位置や高さが要因となる。 このように、これまで提案された多くの照明および集光−検出技術は上記の概 念を利点としてきた。さらに、検査速度をさらに上げてウェーハ表面の一定の走 査を提供する試みもなされてきた。米国特許第５，３１７，３８０号において、 アレマンド(Allemand)は、入射グレージング角で表面上に弧状の走査線として焦 点合わせするレーザー光を開示している。前方方向にビームから散乱された光を 集めることで、集光角度を全走査線上で一定にする一対の光検出器が提供されて いる。 ポーター等(Porteretal.)の米国特許第４，９１２，４８７号には、アルゴン イオンレーザービームで対象表面を照明するレーザーパターン書込および検査シ ステムが開示されている。音響光学偏向器はチャープ信号で動作しビームの経路 に設置することで、ラスター走査線を掃引する。対象物を双方向に動作可能なス テージに置く。ビームの入射角を対象物に対して直角にして、同じ幅の連続した 帯状部分に沿って走査するようにステージを動かす。 ハヤノ等の米国特許第４，８８９，９９８号には、薄膜上の異粒子を検出する 装置および方法が開示されており、この異粒子は光ビームを用いて対でグループ 化した複数の検出器で検出した光で薄膜を走査するものである。二対の検出器を 後方で散乱した光を集める位置に設置する。各検出器で検出した散乱光の強度の 違いをモニタして、強度のばらつきを分析することで薄膜上の粒子の位置を決定 する。 ストーンストロム等(Stonestrom et al.)の米国特許第４，８９８，４７１号 には、パターン化された表面上の粒子を検出するための装置および方法が開示さ れており、ここでは表面上を入射グレージング角で一本の光ビームが走査される 。表面は間に道を挟む複数の同一ダイを含む。道に平行にビームで走査すると、 単一経路の集光システムがパターン信号を減らしながら粒子信号を最大化する方 位角度から散乱光を検出する。プロセッサは検出した光から個々のダイに対応す るテンプレートを作り、その後テンプレートを比較してダイ上の微粒子を特定す る。 コイズミ等の米国特許第４，６１７，４２７号では、ウェーハを回転駆動部に 接続された供給ステージ上に載せ、この駆動部によりウェーハ表面を一定の速度 でらせん状に走査できる。Ｓ偏波のレーザービームは入射角を変化させて表面上 を走査する。入射角はウェーハが滑らかかパターン化されたものかで決まる。単 一の検出器は散乱光を集光するためにウェーハ表面に対して垂直に設置され、表 面がパターン化されている場合はＳ偏光状態に散乱光を減衰させる可変偏光フィ ルタを含み、またウェーハが滑らかな場合は光を減衰させない。 ヒーブナー(Heebner)の米国特許第４，４４１，１２４号では、ウェーハ表面 上を表面に対して垂直の角度でレーザーで走査する。レーザービームの走査は、 ビデオモニタの走査ビーム速度と同期させて検流計や音響光学偏向器でビームを 偏向させて行う。リングタイプの集光レンズを用いた光検出器は、ウェーハ表面 に沿って実質的に散乱させた光の強度をモニタする。このような配置から生じる 利点は、微粒子等が全くな いパターン化されたウェーハは実質的にウェーハ表面では光を全く散乱させない が、微粒子等があるウェーハは表面に沿ってウェーハ上で衝突する一部の光を散 乱させることである。 別の粒子検出装置および方法は、ステイグメイアー等(Steigmeier et al.)の 米国特許第４，３９１，５２４号に開示されており、ここではウェーハ表面に垂 直の角度でレーザービームが走査される。回転以外にも、ウェーハステージはウ ェーハが渦巻状に走査されるように一軸方向に動く。単一の検出器を表面に垂直 設置して散乱光を集光する。しきい値回路はモニタした欠陥を区別するために用 いられる。 本発明の目的は、パターン化されたもしくはパターン化されていないウェーハ のいずれかの表面上でレーザービームを走査することで、ミクロン程度のサイズ の異常を検出できる高速装置を提供することである。 本発明のさらなる目的は、検出した異常を分類してそのサイズを決定し、さら に誤って検出する数を減らすことで検出システムの信頼性や精度を高めることで ある。発明の開示 これらの目的は、パターン化されたもしくはパターン化されていないウェーハ 表面のいずれにおいても、 パターン欠陥や微粒子混入等のサブミクロンサイズの異常を検出するための装置 および方法で達成される。本出願では、微粒子の混入とは表面上に存在する異物 であり一般的に表面の平面から突出しているものと定義する。パターンの欠陥と は表面の平面の中もしくは下にあることが多く、通常、光露光処理工程中に異物 が入ったり表面の結晶欠陥から生じることがある。 本発明の１つの特徴は、表面上の粒子やパターン欠陥等の異常を検出するため の光学走査システムに関し、このシステムは焦点合わせした光ビームを試料表面 に向けてそこに照明スポットを作りだす手段と、第１の走査線に沿って表面上の スポットを走査するための手段とからなる。このシステムはさらに、スポットか らの散乱光を集光するために前記表面に隣接する位置に第１の検出器を設置し、 ここでは検出器は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含むものである第１の 検出器と、走査線に沿って複数の位置のそれぞれで照明スポットからの散乱光を アレイの対応するセンサに焦点合わせするための手段とからなる。 本発明の別の特徴は、表面の粒子やパターン等の異常を検出するための光学走 査方法に関し、前記方法は焦点合わせした光ビームを試料表面に向けてそこに照 明スポットを作りだすステップと、第１の走査線に沿って表面上のスポットを走 査するためのステップと、 スポットからの散乱光を集光するために前記表面に隣接する位置に第１の検出器 を設置し、ここでは検出器は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含むもので ある検出器の設置ステップと、および走査線に沿って各位置で照明スポットから の散乱光をアレイの対応するセンサに焦点合わせするためのステップとからなる 。図面の簡単な説明 図１は、本発明による照明および集光光学器の簡単な斜視平面図である。 図２は、図１に示した照明および集光光学器の平面図である。 図３は、ウェーハ表面上のスポットの走査経路を示した詳細な図である。 図４は、図１に示した集光経路の詳細な図である。 図５Ａ〜図５Ｂは、本発明で用いた偏光スキームを示す平面図である。 図６は、図１で示した装置を使用する本発明の方法で生じたウェーハ上のビー ム走査位置（Ｘ）と電気信号の振幅（Ｉ）のグラフである。 図７Ａ〜７Ｅは、図３に示したウェーハの走査から生じたディスプレイの平面 図である。 図８は、図１に示した画像経路の平面図である。 図９Ａは、本発明を説明するもので、検査対象の表 面上にある楕円状の照射領域もしくはスポットの略図である。 図９Ｂは、図９Ａの楕円状スポットの幅もしくは短軸の照明強度を示したグラ フであり、スポットの領域を規定し、照明ビームの点広がり関数を説明するもの である。 図９Ｃは、検査対象の表面にある照明スポットの３つの位置を示した略図であ り、本発明のシステムの走査およびデータ収集処理を説明するものである。 図１０は、本発明の好適な実施例を説明するもので、一部の斜視図と一部のブ ロック図で、半導体ウェーハ表面の異常を検出するためのシステムを示している 。 図１１は、図８の画像経路の二次元アレイ検出器と、図１および図１０にある 検出器を制御し、光ビームで走査して検出器内の信号の転送を同期させるプロセ ッサのブロック図である。 簡潔に記載するために、本出願では同一要素は同じ参照番号で記載している。好適な実施例の詳細な説明 図１に示されているように、本発明は、パターン化された表面上にある異常部 分の散乱が非対称であるという発見に基づいている。これは異常自体の非対称性 かもしくは微粒子の混入が原因の一部であり、その微 粒子が存在するパターンは粒子部分の効果的な散乱を変化させる。この発見の有 利性を利用して、表面の周辺に対照的に設けた集光器経路のグループを含むよう に複数の検出器を設ける。多数の集光器経路が各グループに用いられているが、 好適な実施例はウェーハ表面１２の周りに対称的に設けた２つの集光器経路１０ ａ〜ｂ，１１ａ〜ｂの２つのグループを使用することで、一対内の各集光器経路 が線Ｂに示されているように走査線の反対側に同じ方位角度で設けられることに なる。方位角に対称的に設けられた集光器経路を用いると、誤った検出数を実質 的に減少させることができる。例えば、異常部分が対称的に散乱しているもので は、散乱光は同じ強度をもち、方位角に対称に設けられた一対の集光器経路に衝 突する。異常部分が非対称に散乱しているものでは、異なる強度をもつ同じ対の 集光器経路に衝突する。対称的に設けた集光器経路に衝突する光強度のデータを 比較することで、パターン信号等の共通の信号を破棄する。これにより高いレベ ルの信頼性が確保され、これはその結果生じる信号がまさに異常からくるもので あり、表面の特徴によりランダムに散乱するためではない。経路からのデータを 種々のアルゴリズムや論理演算，例えばＯＲ，ＡＮＤおよびＸＯＲ等を実行する ことで比較する。さらに、２つの経路に異なる信号をもつ異常に関するデータを 考察することで、それらの形状や構造もしくはそのいずれかを決定することがで きる。 図１に示すように、光源１３，通常はレーザーがビーム１４を放出する。ビー ム１４を前段階偏向光学器１５に向け、この光学器１５は、半波板，空間フィル タ，および数個の筒状レンズからなり、それによってスキャナ１６と一致する望 ましい偏光をもつ楕円形のビームを作りだす。前段階偏向光学器１５はビーム１ ４の範囲を拡大して適切な値の開口をえる。後段階偏向光学器１７は数個の筒状 レンズと空気用スリットを含む。最終的にビーム１４をウェーハ表面１２上に焦 点合わせして、ウェーハ表面１２の平面にありビーム１４の光軸と垂直でＢで示 された方向に沿って走査する。装置に用いる偏向器のタイプは希望する応用に応 じたものを用い、多角形ミラーや検流計を含む場合もある。しかしながら、好適 な実施例では偏向器１６は音響光学偏向器である。ウェーハ表面１２は滑らかな もの１８かもしくはパターン化されたもの１９もある。上述したように、集光器 経路１０ａ〜ｂおよび１１ａ〜ｂ以外にも、検出器経路は反射率／自動位置決め 経路２０，画像経路２１および整列／登録経路２２を含むように設けられ、それ らをそれぞれ以下で詳細に説明する。 ビーム１４の波長は４８８ｎｍで、アルゴンイオン レーザーで作りだす。ビーム１４の光軸４８はウェーハ表面１２に対して角度Θ の方向にある。この角度Θは、応用によるが、ウェーハ表面１２の垂直に対して ５５〜８５°の範囲である。走査手段は偏向器１６とウェーハを載せている移動 ステージ２４を含む。ステージ２４上にあるウェーハの位置は、真空吸引等の手 近な方法で保持する。ステージ２４を移動させて表面１２を参照番号２５，２６ および２７に示すような帯状領域に区分し、その帯状領域の幅に沿って偏向器１ ６でビームを移動させる。 図２を参照すると、ビーム１４のグレージング角はウェーハ表面１２上に楕円 形のスポット２３を作り、走査線に垂直な主軸をもつ。偏向器１６は、帯状領域 ２５の幅と長さが等しい短い走査線にあるスポット２３を走査して鏡面反射した 散乱光を作りだす。ステージ２４で走査線に対して垂直にウェーハを移動させな がら、図示した方向にスポット２３を走査する。これにより、図３に示したよう に、スポット２３が帯状領域２５内に移動する。好適な実施例ては、走査経路２ ８に示したように一方向のみに走査する。走査経路２８は有効開始位置２９をも ち、スポット２３はそこから右側に進んで帯状領域２５の境界線３１に達するま で移動する。境界線３１に達すると、ステージ２４が走査方向に垂直に移動し、 スポットは新しい開始位置 ３０に移り、走査線２８と平行な走査線３２に沿って移動する。偏向器１６は、 帯状領域２５の全長に沿ってこのような方法でスポット２３を走査する。帯状領 域２５の走査が終了すると、ステージ２４は隣の帯状領域２６の走査ができる位 置にウェーハを移動させる。有効開始位置３３を、ステージ２４が帯状領域２５ を走査したときとは反対方向に各走査線に対して垂直に移動することで、蛇行状 に走査を行なう。これは走査経路３４と３５で行われる。隣接する帯状領域を反 対方向に走査するようにステージ２４を移動させると、ステージの機械運動量が 実質的に減少し、さらに１時間当たりに走査できるウェーハ数も増加する。 図１と図３を参照すると、ウェーハ表面１２から散乱した光は、集光器経路１ ０ａ〜ｂと１１ａ〜ｂを含む複数の検出器で検出される。集光器経路の重要な特 徴は、それらが特に経路の仰角や方位角に応じて固定立体角で光を集めるという ことである。各集光経路の光軸は、表面１２の垂直に対して７０〜９０度の範囲 の仰角Ψに設ける。上述したように、集光器経路１０ａと１０ｂは、ビーム１４ に対して同じ方位角をもち走査線の反対側の位置に対称的に設ける。集光器経路 １０ａと１０ｂをビーム１４に対して約７５〜約１０５度の範囲の方位角Φ₁の 位置に設けて、横方向に散乱した光を集める。横方向に散乱した光とは、ビーム １４に対して約７５〜約１０５度の範囲の方位角に散乱した光と定義する。経路 １０ａと１０ｂと同様に、経路１１ａと１１ｂは、同じ方位角で走査線の反対側 の位置に設けるが、経路１１ａと１１ｂの方位角Φ₂は３０〜６０度の範囲であ り、前方向に散乱した光を集める。前方向に散乱した光とは、３０〜６０度の範 囲の方位角に散乱した光と定義する。 異なる方位角で集光器経路をグループ化すると、検出した異常を分類しやすく なり、横方向に散乱した光はパターン欠陥をより検出しやすく、前方向に散乱し た光は微粒子の混入をより検出しやすいという発見を利用できる。このように、 経路１０ａと１０ｂはパターン欠陥を表す横方向の散乱光を集める位置に設置し 、経路１１ａと１１ｂは微粒子の混入を表す前方向に散乱した光を集めるように 設ける。 図４を参照すると、各集光器経路１０ａ〜ｂと１１ａ〜ｂは、散乱光を集める レンズシステム１１３を含む。一連のミラー１１４ａ〜ｃは光を反射して、それ を光電子増倍管（ＰＭＴ）１１５に映しだす。ＰＭＴ１１５はそれに衝突した光 を光強度に比例する電圧レベルをもつ電気信号に変換する。フーリエ変換板にプ ログラム可能な空間フィルタ１１６と可変の開口止め１１７を設ける。プログラ ム可能な空間フィルタ１１６を用いることで、表面１２上の周期的な特徴を走査 するときにシステムが空間的にフィルタリングするという利点を利用できる。各 経路の仰角および方位角に加えて、ウェーハ表面１２にある特徴の外形に応じて 集光器経路に入った光を限定することで、可変の開口止めにより仰角の集光角度 を変えることができる。フーリエ変換板に近い位置にも可変偏光フィルタ１１８ を設けることができる。フーリエ変換板に直接ＰＭＴを位置させることも可能で あることに留意されたい。 図５を参照すると、以下の偏光スキームを採用することで、システムのバック グラウンドに対する信号を実質的に改良することができる。バックグラウンドに 対する信号を最適にするために、システムで採用する偏光スキームは表面依存性 である。それを用いることでさらに、例えば、金属もしくは絶縁材料からなる等 のように異常の成分を決定できる。後段階走査光学器１７に含まれる偏光要素に より、ビーム１４をＰもしくはＳ偏光のいずれかの状態にする。電界が入射面に 対して垂直であるとき、ビームはＳ偏光の状態である。入射面は紙面の平面と平 行である。それは表面１２，ビーム１４および反射ビーム１４ｂで規定する。ビ ー て入射面に垂直になるように示す。電界が入射面にあるとき、ビームはＰ偏光の 状態である。これは図５Ｂ を参照すると、ビーム１４がＳ偏光状態で表面１２上に入射すれば、可変偏光フ ィルタ１１８によりＳ偏光状態の散乱光はそれを通過して、他の全ての散乱光を 減衰することができる。例えば、非偏光もしくはＰ偏光光の両方を減衰して、Ｓ 偏光光を集光器経路で集める。その替わりとして、パターン欠陥の検出は、Ｓ偏 光ビーム１４と散乱光がすべて通過できる偏光フィルタを用いることで最適化で きる。ビーム１４がＰ偏光状態であれば、可変偏光フィルタ１１８によりＰ偏光 光がそれを通過でき，他のすべての散乱光を減衰させることができる。その替わ りとして、ビームがＰ偏光であるとき、偏光フィルタによりすべての散乱光を検 出することができる。これにより、パターン欠陥の検出を最適化できる。同様に 、ビーム１４が左もしくは右手円形偏光のいずれかで表面１２に入射した場合、 偏光フィルタがそこを通る全ての集光を通過させることで、パターン欠陥を非常 に検出しやすくなる。 パターン表面にある微粒子の混入を検出するために、可変偏光フィルタ１１８ は、ビームがＳ偏光である場合、Ｐ偏光の状態ではない散乱光を減衰する。ビー ム１４がＰ偏光状態にあれば、集光器経路はＳ偏光の散 乱光を集めることで、可変偏光フィルタ１１８が経路に衝突する他のすべての散 乱光を減衰する。露出表面上にある微粒子を検出するためには、ビーム１４はＰ 偏光状態のもので、集光器経路はそこから散乱した光をすべて集め、獲得率を最 大に上げる。 図６を参照すると、ビームが走査経路を走査するときに、集めた散乱光の強度 Ｉに対応する検査経路の１つで発生したものである。表５にあるグラフの横座標 Ｘは、走査経路に沿ったビームの空間位置を示している。信号３７は、例えば、 複数の走査線等，走査中にとった離れた位置にある複数の試料からなり、それら はそれぞれ表面の異なる位置で走査したものである。 図１および７Ａ〜Ｅは、経路内部の伝達スキームの例である。そこに示してい るものは、検査経路で生じた信号からプロセッサ５００で作りだしたマップの最 終ディスプレイである。この例を示すために、図７Ａと図７Ｂは、一対の集光器 経路で検出した散乱光を表している。表面から検出した光は、スポット３８とし て示した複数の信号からなる。これらのスポットは異常かもしくは間違った可能 性があるものを表す。すなわち、表面にある特徴から検出した光かもしくは表面 にある異常ではない他のものである。スポット３８は、表面の空間位置に対応す るアドレスのプロセッサメモリにディジタル記憶する。プロセッサ５００は、図 ７ Ａに示したマップで表すアドレスのメモリに記憶したデータと図７Ｂに示したマ ップで表すメモリに記憶したデータを比較する。種々のアルゴリズムもしくは論 理演算を実行してデータを比較する。ＯＲ論理演算を用いると、メモリにある両 方の経路間で検出したすべての異常を記憶することで、間違った検出回数が増加 する可能性をなくして獲得率を最大にする。図７Ｃに示した合成マップは、図７ Ａと図７Ｂに示したマップで表示されたように、プロセッサのメモリアドレスに 記憶されたデータにＯＲ論理演算を実行した結果である。その替わりとして、Ａ ＮＤ論理演算を用いると、両方の経路に共通しない異常はすべて破棄され、これ は好適な実施例である。図７Ｄに示した合成マップは、図７Ａと図７Ｂに示した マップで表示したように、プロセッサのメモリアドレスに記憶したデータにＡＮ Ｄ論理演算を実行した結果である。排他的ＯＲ演算を用いると、両方の経路で検 出した異常を破棄し、図７Ｅに示したように、共通して検出されていない異常の みを残す。これらの「疑わしい」微粒子は、特に、システムで使用可能な高解像 度の顕微鏡でさらに考察したほうがよい。 図６を再度参照すると、図７Ａ〜Ｃに示したマップを作る別の方法は、信号３ ７がある一定のしきい値電圧レベルに交わる場合の位置のみをメモリに記憶して 、 残りの信号部分は破棄することで行なう。例えば、２つのしきい値レベルを、固 定しきい値レベル３９と可変しきい値レベル４０で示す。しきい値レベル３９で は、頂点４１〜４７を登録してメモリに記憶する。可変しきい値レベル４０は、 図から分かるように、頂点４１，４３と４５のみをメモリに記憶する。図示した ようなしきい値電圧レベルを使用すると、マップを形成するのに登録する位置が ほとんどなく、連続処理を速く行えるが、小さい異常を検出しそこねる危険があ る。固定しきい値レベル３９では検出位置の数はより多いが、システム速度がよ り遅くなる。通常、固定しきい値レベル３９はウェーハを走査する前に予め設定 し、可変しきい値レベルは、以下に記載するように、反射率／自動位置決め経路 からえる。 上述した例を一対の集光器経路で発生した信号のマップを比較することで説明 してきたが、これはシステムを動作させる唯一の方法ではない。上述したように 、データにアルゴリズムや論理演算を実行することで、検出器経路で発生した信 号から形成したマップを比較して、異常を確認し分類することを理解されたい。 信号を可変しきい値レベルと比較すると有利な例をえることができる。というの は、図１に示すように、しきい値レベルは明視野の反射率／自動位置決め経路２ ０からえるためである。 可変しきい値レベルは局部反射率に左右される。そのため、明視野反射率／自 動位置決め経路２０をビーム１４の前に設置して、鏡面反射光を集光する。この 経路からえた明視野信号が、パターン，反射率の局部的ばらつき，そして高さに 関する情報を伝達する。たとえば、明視野信号は、フィルムの厚みのばらつき， 変色，しみ，そして誘電率の局部変化を表しやすい。明視野信号の感度を利用し て、図６に示す可変しきい値レベル４０をえるのに明視野信号を用いる。また、 高さを適度に調整するのにウェーハの高さのばらつきをｚステージに入れ、明視 野信号を用いて、このばらつきに対応する誤差高さ信号をえたり、さらに集光器 および検出経路信号を正常化することで、検査経路からの信号をそれぞれ明視野 信号で分割する。これにより、表面のばらつきによる直流信号変化の影響がなく なる。最終的に、明視野信号を用いて表面の反射率マップを作る。この経路は基 本的に、反射率モードで動作する折り畳み式でない(unfolded)タイプＩの共焦点 顕微鏡である。ここでは照明ビームや反射ビームが共線形ではないのでそれを折 り畳み式でないタイプと考えるが、通常の反射共焦点顕微鏡では、照明および反 射ビームは共線形である。 図８を参照すると、画像経路がレンズ組立体１１９を含むように示されており 、この組立体は、ピクセル をもつ一次元もしくは二次元のセンサアレイ１２０，例えば、電荷結合検出器に 散乱光を映しだす。上側に散乱した光を集めるレンズ組立体１１９を用いて、ウ ェーハ表面１２に垂直な方向（例えば、方向１２２）の周りの照明スポットによ って散乱した光をピクセルが集めるように、アレイ１２０を設置する。各ピクセ ルに含まれる電荷の転送と同期して、スポット２３は焦点合わせして走査する。 これにより、残りのピクセルに関係なく各ピクセルを充電することができる。こ れによって、走査線に沿ったスポットにより照明された試料表面の唯一の領域か ら散乱した光を受けるために、この配置された各ピクセルと一緒に、１つのピク セル１２１を一度に活性化することになる。この方法で、各ピクセルはスポット で照明した領域に画像を形成し、ここでは、走査線に沿ったピクセルとスポット の位置との間に１対１の相関性がある。これにより、バックグラウンドに対する 信号比を改良することでシステムの感度が高まる。例を示すと、ＰＭＴベースの 経路に関して、バックグラウンドに対する信号を以下のように定義する。 Ｐ_s／Ｐ_b＝σ／Ａ_bｈ ここで、Ｐ_sは微粒子が散乱する光出力であり、Ｐ_b はバックグラウンドの光出力であり、Ａ_bは表面にあるビームの領域であり、そ してσとｈは定数である。これが示すものは、部分を通ってビーム領域に散乱す る割合は、バックグラウンドに対する信号の割合で決定されるということである 。 画像ベースの経路を用いて、異常で散乱した光のすべてを１つのアレイ要素に 映す。しかしながら、バックグラウンドに分配される光出力は、複数の要素の領 域にわたり写しだされ、その領域の大きさはシステムの倍率に依存する。線形倍 率をＭとすると、画像面での領域にわたるバックグラウンドの光出力は以下のよ うになる。 Ｍ²Ａ_b アレイ要素毎の有効バックグラウンドの光出力を求めると以下のようになる。 Ｐ_b＝Ｐ_iｈＡ_c／Ｍ²Ａ_b ここで、Ａ_cはアレイ要素の領域である。したがって、バックグラウンドに対す る信号比は以下で与えられる。 Ｐ_s／Ｐ_b＝Ｍ²σ／Ａ_cｈ これが示すものは、バックグラウンドに対する信号比はスポットの直径とは無関 係で、改良したバックグラウンドに対する信号比は以下の式となる。 ｉ＝Ｍ²Ａ_b／Ａ_c 画像処理が望ましくない場合は、図４に示したものに類似した別のＰＭＴベー スの集光器経路を画像経路の代わりに用いて、上側に散乱した光を集める。 図９Ａは、本発明を説明するもので、本発明のシステムにより検査した表面の 楕円状の照射領域（もしくはスポット）の略図である。説明したように、検査表 面を照射するレーザービームはグレージング角で表面に近づくので、照明ビーム の断面図がほぼ円形になったとしても、照射領域の形状は図９Ａの領域２１０の ような楕円となる。当業者に既知のように、レーザービーム等の光ビームでは、 光の強度は均一に分配されず、図９Ａのスポット２１０の境界線２１０ａ等のよ うに、照明スポットの境界線を超えても突然零には下がらない。その代わり、強 度はある一定の減少傾斜で照明スポットの外側の縁で落ちるので、図９Ａに図示 した境界線２１０ａのように境界線ははっきりせずに境界線は通常ぼやけており 、照明領域の中心から距離が離れた位置では強度が低くなる一帯を形成する。 多くのレーザーでは、レーザービームは図９Ｂに示したようなガウス強度分布 をもつ。図９Ｂは、レーザービームのＹ方向にある照明強度の空間分布を表すグ ラフであり、ビームを好適な実施例で用いて図９Ａに示したような検査表面のス ポット２１０を照明したもので、Ｙ方向にあるスポット１０の照明強度分布を示 している。図９Ｂに示すように、照明強度を正規化して強度の頂点を１とし、照 明強度はＸ方向にもＹ方向にもガウス分布をもつ。点２１２と２１４は、照明強 度が強度の頂点の１／ｅ²，ここでｅは自然数，に落ちる点である空間位置ｙ１ とｙ５にある。スポット２１０は境界線２１０ａ内の領域に規定されており、こ こで照明はスポットの中心での最大照明強度の１／ｅ²である。スポット２１０ の横方向の広がりは境界線２１０ａで規定される。スポットのサイズは境界線に より規定される。スポットの境界線やスポットサイズの規定は他の方法でも可能 であることは明らかで、本発明は上記の規定に限定したものではない。 図１０の好適な実施例で示すように、検出感度を均一に持続させるために、走 査中の表面寸法よりも空間スパンが小さい短い掃引線を好適に走査光ビームで走 査し、ここでこれらの短い掃引線はそれぞれがつながっていないが、掃引線のア レイを形成するように設けるものである。掃引線の長さは２〜２５ｍｍの範囲の ものが好ましい。 本出願の表面検査システムを、図１および図１０を参照して記載する。図１０ に示すように、システム２００はレーザービーム２２４を発するレーザー２２２ を含む。ビーム２２４はビーム拡張器２２６で拡張され、拡張ビーム２２８は音 響光学偏向器（ＡＯＤ）２３０により偏向ビーム２３２に偏向される。偏向ビー ム２３２は後段階および偏光選択光学器２３４を通過して、半導体ウェーハ，フ ォトマスクもしくはセラミックタイル，パターン化されたものかパターン化され ていないもの等の検査対象の表面２４０にあるスポット２１０に、そこから生じ たビームをテレセントリック走査レンズ２３６で焦点合わせする。 全表面を走査するように表面２４０に焦点合わせした照明領域を移動させるに は、ＡＯＤ２３０で偏向ビーム２３２の方向を変化させ、それにより表面２４０ にある照明スポット２１０が掃引線２５０に沿って走査を行なう。図１０に示す ように、掃引線２５０は、掃引線と同じ方向に沿った表面２４０の寸法よりも短 い長さをもつ直線であるものが好ましい。掃引線２５０が曲がっていても、その スパンはほぼ同じ方向に沿った表面の寸法よりも短い。照明スポットが掃引線２ ５０を横切ったあと、図１０のＸ軸と平行のＸＹステージ２４（図１）でウェー ハの表面２４０を移動させ ることで、表面の照明領域は矢印２５２に沿って移動し、そしてＡＯＤ２３０に より照明スポットが、Ｘ軸方向で掃引線２５０から離れた隣接した位置にあり掃 引線２５０と平行の掃引線２５０’を走査して、異なるＸ位置にある隣接した掃 引線を走査する。以下に記載するように、この短い距離は、Ｘ方向のスポット２ １０の寸法の約４分の１に等しいものが好ましい。この処理を照明スポットが帯 状部分２５４を覆うまで繰り返す。つまり、この時点で照明領域は縁２５４ａか もしくはそれに近い位置にある。この点で、表面２４０をＸＹステージ２４でほ ぼ掃引線の長さ分Ｙ方向に移動させて、縁２５６ａかもしくはそれに近い位置か ら開始して隣接した帯状部分２５６を走査し覆う。その後、表面を同様の方法で ２５０のような短い掃引線で覆い、それを帯状部分２５６の縁２５６ｂかもしく はそれとは反対側が、表面２４０を帯状部分２５８を走査するためにＹ方向に沿 って再度移動させる点に達するまで行なう。したがって、表面２４０を複数の掃 引線のアレイを走査することで走査し、それを全て行なうと表面２４０の全体を 覆うことになる。 ＡＯＤ２３０によるビーム２３２の偏向は、チャープ信号を発生するチャープ 発生器２８０で制御する。チャープ信号を増幅器２８２で増幅して、音波を発生 するためのＡＯＤ２３０の変換器部に入れ、当業者に 既知の方法でビーム２３２を偏向する。ＡＯＤ走査の詳細な記載に関しては、光 学走査 のミルトン／ゴットリィーブ(Milton Gottlieb)による「音響光学走査器 および変調器」，編集者ジェラルド エフ．マーシャル(Gerald F．Marshall)， デッカー１９９１年，６１５〜６８５頁を参照されたい。簡単に説明すると、Ａ ＯＤ２３０の変換器部で発生した音波が周期的に音響光学結晶の光学屈折率を変 調してビーム２３２を偏向する。チャープ発生器２８０が適切な信号を発生する ことで、レンズ２３６で焦点合わせしたあとに、ビーム２３２を偏向により焦点 合わせされたビームが上述した方法で掃引線２５０等の掃引線に沿って走査する 。 チャープ発生器２８０は、好適な実施例ではマイクロプロセッサを含むタイミ ング電子回路２８４で制御される。マイクロプロセッサは適切なチャープ信号を 発生させるためにチャープ発生器２８０に開始および終了周波数ｆ１とｆ２を供 給して、ビーム２３２の偏向を周波数ｆ１とｆ２で決定した偏向角度の所定の範 囲内に入れる。照明センサ光学器２０と適応照明制御器２９２を用いて、スポッ ト２１０の照明レベルを検出し制御する。光学器２０および適応照明制御器２９ ２は米国特許第５，５３０，５５０号に詳細に説明している。 図１と図１０の検出器１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１ １ｂ等の検出器は、掃引線２５０等の掃引線に沿って異常やさらに表面やその上 にある他の構造で散乱したした光を集め、そして出力信号をプロセッサ５００に 送って、異常を検出しそれらの特徴を分析する。 図９Ｃは、検査対象の表面にある照明領域もしくはスポットの３つの位置の略 図であり、システム２００の走査およびデータ収集を説明するものである。図９ Ｃに示すように、ここではビーム２３８は表面２４０の領域２１０を照明してい る。スポット２１０を格子線ｘ１〜ｘ５，ｙ１〜ｙ５により１６個の領域に分割 し、この領域を以下ピクセルと呼ぶ。ここでは、用語「ピクセル」は、図９Ｃに あるようにＸおよびＹ軸に沿って強度分布で取ったデータサンプルとの関係、ま た次のデータ処理との関係で定義する。格子線ｘ２，ｘ３およびｙ２，ｙ３で囲 まれたピクセルは、図９Ｃの影をつけた部分で示したピクセルＰである。このピ クセルＰに異常があり、光照射ピクセルＰが格子線ｙ２とｙ３の間に高い強度レ ベルをもつ図９Ｂに示したような強度分布をもつ場合、異常により散乱した光も 高い強度をもつことになる。しかしながら、領域２１０’を代わりに照明するよ うにＹ軸に沿ってビームを移動させても、ピクセルＰは照明されているが、格子 線ｙ１とｙ２の間にある低い強度レベルで照明される。すなわち、図９Ｂを参照 すると、照明強度は図９Ｂに ある格子線ｙ１とｙ２の間にある。したがって、収集もしくは集光器経路１０ａ ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂで検出した光を処理するために、図１および図１０の データプロセッサ５００で用いたサンプリングレートが、照明ビームが位置２１ ０にあり、そして照明ビームが位置２１０’にあるときにデータサンプルをとる ような場合、２つのデータを記録する。したがって、Ｐ等のピクセルに関して、 複数のデータ点をとり、図９Ｂのデータ点Ｄ２で示したように照明が高いレベル にある場合のものもあれば、図９Ｂのデータ点Ｄ１で示したように照明が低いレ ベルのものもある。位置２１０が掃引線２５０の開始位置でない場合、照明ビー ムが位置２１０で表面２４０を照明するときよりも前に、前の二つのサンプルを とり、その結果、プロセッサはＤ３とＤ４でさらに２つのデータサンプルを獲得 し、格子線ｙ３とｙ４の間そしてｙ４とｙ５間にある強度値の光がピクセルＰを 照明するとき（当然、格子線ｙ１〜ｙ５はスポットの位置とともに移動する）、 これらの点は照明ビームの前の位置に対応するものである。言い換えると、Ｙ方 向に沿って走査し照明ビームがピクセルＰを照明するとき、点Ｄ１〜Ｄ４にある ４つに別々のデータサンプルは、ピクセルＰに存在する異常が散乱した光からと る。 ほとんどのレーザービームでは、ビーム強度はＹ方 向だけでなくＸ方向にもガウス強度分布をもつ。このため、図１０に示すような 掃引線２５０等の掃引線を走査する走査動作を照明ビームが終了したあとで、か つ図１０に示すような隣の掃引線２５０’を走査する位置２７４に照明ビームが 戻るとき、掃引線２５０’に沿った照明領域が掃引線２５０のものと重なること が望ましく、そうすることで多数のサンプルやデータ点をＸ方向だけでなくＹ方 向にも再度とることができる。したがって、図１０に示すように、照明ビームが 開始位置２７４から掃引線２５０’に沿って走査するとき、照明領域はスポット ２１０と重複する。すなわち、この重複スポットは図９Ｃに示すように２１０'' であり、ここでスポット２１０''は楕円２１０と２１０''の長軸の４分の１分ス ポット２１０に対してＸ方向にずれている。 検出器１２０は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含む。以下に記載する 時間遅延の調整を可能にするため、図１１に示すように検出器１２０は二次元の センサアレイを用いる。 図８および図９Ｃを参照すると、好適な実施例において、レンズ組立体１１９ は照明スポット２１０の一部分のみから散乱した光を二次元のセンサアレイの対 応するセンサに焦点合わせする。焦点スポットの一部のみで散乱した光をセンサ に焦点合わせすることで、 スポットのすべてで散乱した光をセンサに焦点合わせするシステムと比較すると 、図８の検出システムの感度は高いものである。好適な実施例において、レンズ 組立体１１９はピクセルＰ等のピクセルで散乱した光をアレイ１２０の対応する センサに焦点合わせする。上述したように、検査表面にある各ピクセルはＹ軸方 向の４つの隣接した連続走査で４回走査される。したがって、ピクセルＰに関し ては、掃引線２５０よりも前の走査中，掃引線２５０の走査中，掃引線２５０’ の走査中，そして掃引線２５０’の次の掃引線中に照明されることになる。さら に、スポットの一部のみから光をセンサに焦点合わせすることで時間遅延を調整 でき、以下に記載する方法で信号比を高めることができる。 説明用に、掃引線２５０の直前で掃引線に沿ってスポット２１０を走査する場 合、ピクセルＰから散乱した光をレンズ組立体１１９により図１１にある検出器 １２０のセンサ１２１（１）（３）に焦点合わせすると仮定する。Ｐと同じＹ軸 をもち隣接したピクセルで散乱した光を、レンズ組立体１１９により図１１にあ るセンサの線形アレイもしくは列１２１（１）の他のセンサに焦点合わせする。 その後、スポット２１０が掃引線２５０に沿って実質的に走査するように、ＸＹ ステージ２４がスポット２１０の長軸の長さの１／４ にほぼ等しい距離だけウェーハ表面を移動する。それにより、レンズ組立体１１ ９はピクセルＰで散乱した光をセンサ１２１（１）（３）ではなくセンサ１２１ （２）（３）に焦点合わせし、そしてＰに隣接したピクセルで散乱した光を列１ ２１（２）のセンサに焦点合わせする。図１１に示すように、センサ１２１（１ ）（３）はセンサ１２１（２）（３）と電気接続され（例えば、ワイヤ等で）、 図１１に示されているように、同じつながりで、列１２１（１）にある残りのセ ンサは列１２１（２）の対応するセンサに同様に電気接続されている。同じよう に、列１２１（２）のセンサは列１２１（３）の対応するセンサに電気接続され ており、検出器１２０のセンサにあるすべての隣接する値の列に同じことがいえ る。 時間遅延の調整ができるように、プロセッサ５００に前述した走査中にピクセ ルＰで散乱した光を検出してえたセンサ１２１（１）（３）の信号をセンサ１２ １（２）（３）に転送させ、それによって、前の走査中にえた信号を、センサ１ ２１（２）（３）により掃引線２５０の走査中にピクセルＰで散乱した光を検出 したものに加える。同様に、プロセッサ５００にセンサ１２１（２）（３）に蓄 積した信号を掃引線２５０’の走査前にセンサ１２１（３）（３）に転送させ、 それによって、掃引線２５０’の走査中にピクセルＰか ら散乱した光を検出することで、このように蓄積した信号をセンサ１２１（３） （３）でえたものに加える。このように、４つの連続掃引中にピクセルＰからの 散乱光からえた信号を蓄積することで時間遅延調整を実行し、ピクセルの出力信 号としてそれを読みだす。同じことをウェーハ表面の他のピクセルにも行なう。 好適な実施例において、各照明スポットを１６個のピクセルに分割するように重 複する量やサンプリングレートを制御しているが、連続掃引線の間の重複量を変 えたり、サンプリングレートを変えることでスポットをさらに少ない数かもしく はさらに多い数に分割することもあり、このことや他の変形も本発明の範囲内で あることを理解されたい。 上述した処理を照明スポットのすべてのピクセルに実行し、ここではプロセッ サ５００により、列１２１（１）等のセンサの各線形アレイもしくは列にあるす べての信号を次の列１２１（２）にある対応センサに転送し、この処理を列１２ １（１）から次の列，そして最後の列１２１（Ｎ−１）までのすべての列に実行 することで、時間遅延の調整をすべてのピクセルに実行することができる。各列 にあるセンサの数は、各掃引線にあるすべてのピクセルに対応できる程の多さが 好ましい。端部での影響がでないように、ウェーハのＸ方向に沿った照明スポッ トで可能性のあるすべての ピクセル位置に対応することができるほどのセンサの列を含むことが望ましい。 上述したように、ピクセルから散乱した光でえた信号を４つの連続掃引で蓄積 する。その後、最終的に蓄積した信号を各ピクセルの検出器１２０の出力として プロセッサ５００で読みだす。そしてプロセッサ５００は、検出器１２０の出力 からの信号をそのように蓄積した二次元アレイから欠陥マップを作りだす。この マップを検出器１０ａ，１０ｂ，１１ａ，および１１ｂからプロセッサ５００に よりえた欠陥マップと比較して、ＡＮＤ，組み合わせ，そしてＸＯＲマップをえ て、異常を特定する。したがって、ＡＮＤマップは１つの検出器からのマップや １以上の検出器からのマップにある異常からのみなる。組み合わせマップは２以 上の検出器のマップのうちの少なくとも１つにある異常からなる。ＸＯＲマップ は１つのみの検出器のマップにあるが、残りの検出器のマップにはない異常から なる。上述したように、これらのマップは欠陥を特定するのに有益である。した がって、異常が１つの検出器のマップにあるが、他の対称的に配置した検出器の マップにはない場合、異常はおそらく対称的なものではない。もしくは、異常が 横方向の散乱光を検出するために検出器１０ａ，１０ｂのマップにある場合、異 常は微粒子ではなくパターン欠陥である場合が多い。 ＸＹステージ２４は、プロセッサ５００とつながるコントローラ（図示せず） で制御される。このコントローラによりステージ２４がスポット２１０のＸ方向 の寸法の４分の１だけウェーハを移動すると、これがプロセッサ５００に伝達さ れ、プロセッサ５００は制御信号を検出器１２０に伝送して隣接したセンサの列 の間に信号を転送したり、図１０に示すように制御信号をタイミング電子装置２ ８４に伝送する。つぎに、電子装置２８４がチャープ発生器２８０のチャープ速 度を制御し、それにより照明スポットを走査するまえに検出器１２０にある隣接 したセンサの列の間に信号を転送させる。 好適な実施例において、照明スポットのサイズの最小寸法は約２〜２５ミクロ ンの範囲である。 図１を再度参照すると、整列および登録経路２２がある。図８および図１１に あるデザインではなく、経路２１のデザインが基本的な集光経路１０ａ，１０ｂ および１１ａ，１１ｂと同じものである場合もあるが、ウェーハ表面にあるパタ ーン化したものや特徴から発生する信号が最大になるような入射面にその経路を 設ける。獲得した信号を用いてウェーハ表面１２を適切に整列して、特徴上にあ る道が走査線に対して斜めにならないようにする。これにより、パターンの散乱 から生じる集光器経路で集める信号量も減少できる。 動作中、ビーム１４を表面１２で走査して、同時に検出される散乱および鏡面 反射した表面１２の両方を発生させる。横方向，前方，および後方に散乱した光 を集光器経路と画像システムで同時に検出する。ウェーハ表面１２から鏡面反射 した光を明視野反射率／自動位置決め経路２０で検出する。検出経路で検出した 光を電気信号に変換し、その信号をプロセッサ５００を含む専用の電子装置でさ らに処理する。プロセッサ５００は検査経路で発生した信号からのマップを作る 。複数の同一のダイがウェーハ表面１２にある場合、検出方法を用いることで、 隣接するダイの間で周期的にある特徴を比較する。プロセッサは、上述した方法 でデータに論理演算，例えば、ＡＮＤ，ＯＲ，およびＸＯＲを実行することで、 アナログドメインかもしくはディジタルのいずれかで検査経路からのマップを比 較し、異常を検出する。プロセッサは合成マップを形成し、この合成マップはそ れぞれ対象的に配置した集光器経路の１つのグループにより検出した異常を表す 。その後、合成マップを比較することで、プロセッサはパターン欠陥かもしくは 粒子の混入のいずれかに異常を特定する。通常、整列／登録経路で発生する電気 信号で伝送される情報を用いて、ウェーハ表面１２は、ダイ上の道が走査線に対 して斜めにならないように整列する。周期的な特徴を比較することで異常を位置 決 めするので、適切に整列をすることは本発明において重要な特徴である。 異常を検出するための上述の装置および方法をウェーハ表面を参照して記載し てきたが、異常の検出はフォトマスクや他の表面にも実行し、さらにこれらの表 面の反射率マップを作ることもできることも容易に理解できる。本発明はサブミ クロンサイズの異常を検出でき、また、異常のタイプを分類し表面のサイズや位 置を特定する利点をさらに提供する。この情報は、異常が発生する点でウェーハ の製造工程でのステップを位置決めすることができるので、ウェーハの製造業者 にとっては非常に有益なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 ニコナハッド，メールダッド アメリカ合衆国、94025、カリフォルニア 州 メンロパーク、オークハースト プレ ース 271 (72)発明者 ウェルズ，キース ビー. アメリカ合衆国、95062、カリフォルニア 州 サンタクルーズ、アビー コート 128

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表面上に微粒子やパターン欠陥等の異常を検出するための光学走査システ ムにおいて、 焦点合わせした光ビームを試料表面に向け、その上に照明スポットをつくる手 段と、 第１の走査線に沿って表面にあるスポットを走査する手段と、 前記表面に隣接する位置に第１の検出器を配置してスポットからの散乱光を集 め、ここにおいて検出器は線形もしくは二次元のセンサアレイを含む第１の検出 器と、および 走査線に沿って複数の位置でそれぞれ照明スポットからの散乱光をアレイにあ る対応するセンサに焦点合わせする手段とからなる光学走査システム。 ２．前記システムにおいて、表面に対して垂直方向の周辺のスポットから散乱 した光を検出するように前記検出器を配置する請求項１記載の光学走査システム 。 ３．前記システムにおいて、前記検出器は、少なくともセンサの第１列を含む 二次元のセンサアレイを含み、ここにおいて前記焦点合わせ手段は、第１の走査 線に沿った前記複数の位置でスポットから散乱した光 をアレイにあるセンサの第１列に焦点合わせする請求項１記載の光学走査システ ム。 ４．前記システムにおいて、前記アレイは少なくともセンサの第２列を含み、 ここにおいて前記走査手段は、第１の走査線に沿ってスポットを走査したあとに 第１の走査線に隣接した少なくとも第２の走査線に沿ってスポットを走査し、前 記システムはセンサの前記第１列からセンサの少なくとも１つの第２列への信号 転送を同期する手段からなり、前記焦点合わせ手段は少なくとも第２の走査線に 沿って複数の位置でスポットから散乱した光をセンサの前記少なくとも１つの第 ２列に焦点合わせすることで、アレイでの信号の時間遅延調整を実行する請求項 ３記載の光学走査システム。 ５．前記システムにおいて、さらに走査手段の走査速度を制御する手段と前記 同調手段からなり、前記時間遅延調整が可能となる請求項４記載の光学走査シス テム。 ６．前記システムにおいて、前記走査手段はチャープ速度をもつ音響光学偏向 器を含み、前記制御手段は同調手段によりチャープ速度および信号転送のタイミ ングを制御する請求項５記載の光学走査システム。 ７．前記システムにおいて、前記焦点合わせ手段はスポットの一部のみから散 乱する光を対応するセンサに焦点合わせする請求項４記載の光学走査システム。 ８．前記システムにおいて、第２の走査線に沿った前記複数のスポット部分は 第１の走査線に沿った部分と重複する請求項７記載の光学走査システム。 ９．前記システムにおいて、前記部分はスポットの約１／１６であり、第２の 走査線に沿ったスポットの前記複数部分は第１の走査線に沿ったものの約１／４ と重複する請求項８記載の光学走査システム。 １０．前記システムにおいて、前記スポットのサイズの最小寸法は約２〜２５ ミクロンの範囲である請求項１記載の光学走査システム。 １１．前記システムにおいて、前記走査手段は蛇行状の走査経路に沿ってスポ ットを走査し、前記経路は複数の走査経路区分のアレイを含み、ここにおいて少 なくとも前記走査経路区分のスパンはそれぞれ表面の寸法よりも短く、前記走査 経路区分の長さは約２〜２５ｍｍの範囲である請求項１記載の光学走査システム 。 １２．前記システムにおいて、さらに表面から３０度よりも小さい角度の方向 に散乱した光を受けるように方向付けし、走査ビームに対して７５〜１０５度の 方位角で走査ビームの反対側に対称的に配置した検出器の第１のグループからな る請求項１記載の光学走査システム。 １３．前記システムにおいて、さらに表面よりも上に３０度よりも小さい角度 の方向に散乱した光を受けるように方向付けし、走査ビームに対して３０〜６０ 度の方位角で走査ビームの反対側に対称的に配置した検出器の第１のグループか らなる請求項１２記載の光学走査システム。 １４．前記システムにおいて、スポットから鏡面反射した光を集める自動位置 決め検出器をさらに含み、前記自動位置決め検出器は表面高さの変化を測定する 手段をもつ請求項１記載の光学走査システム。 １５．前記システムにおいて、さらに 前方方向および／または横方向の散乱光を集めるために、表面付近に対称的に 配置した複数の検出器のグループであり、複数の検出器はそれぞれ散乱光を表す 信号を発生させる検出器のグループと、 前記信号や前記第１の検出器の出力から複数のマップを作る手段と、および 異常を特定するために少なくとも２つのマップを比較する手段とからなる請求 項１記載の光学走査システム。 １６．前記システムにおいて、前記比較手段はマップの前記少なくとも２つに ある異常のみからなるＡＮＤマップを提供する請求項１５記載のシステム。 １７．前記システムにおいて、前記比較手段はマップの前記少なくとも２つの いずれか１つにある異常からなる組み合わせマップを提供する請求項１５記載の 光学走査システム。 １８．前記システムにおいて、前記比較手段はマップの前記少なくとも２つの １つのみにあるが両方にはない異常のみからなるＸＯＲマップを提供する請求項 １５記載の光学走査システム。 １９．前記システムにおいて、前記比較手段はパターン欠陥や微粒子を特定す るためにマップの少なくとも２つを比較する請求項１５記載の光学走査システム 。 ２０．前記システムにおいて、前記方向付け手段はグレージング入射角で前記 焦点合わせしたビームを試料表面に向ける請求項１記載の光学走査システム。 ２１．表面上に微粒子やパターン欠陥等の異常を検出するための光学走査方法 において、 焦点合わせした光ビームを試料表面に向け、その上に照明スポットをつくるス テップと、 第１の走査線に沿って表面にあるスポットを走査するステップと、 前記表面に隣接する位置に第１の検出器を配置してスポットからの散乱光を集 め、ここにおいて検出器は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含む配置ステ ップと、および 走査線に沿って各位置で照明スポットからの散乱光をアレイにある対応するセ ンサに焦点合わせするステップとからなる光学走査方法。 ２２．前記方法において、前記配置ステップは表面に対して垂直方向の周辺の スポットから散乱した光を検出するように前記検出器を配置する請求項２１記載 の光学走査方法。 ２３．前記方法において、前記第１の検出器は少な くともセンサの第１列を含む二次元のセンサアレイを含み、ここにおいて前記焦 点合わせステップは、第１の走査線に沿った位置でスポットから散乱した光をア レイにあるセンサの第１列に焦点合わせする請求項２１記載の光学走査方法。 ２４．前記方法において、前記アレイは少なくともセンサの第２列を含み、こ こにおいて前記走査ステップは、第１の走査線に沿ってスポットを走査したあと に第１の走査線に隣接した少なくとも第２の走査線に沿ってスポットを走査し、 前記方法はさらにセンサの前記第１列からセンサの第２列への信号転送を同期す るステップからなり、前記焦点合わせステップは少なくとも第２の走査線に沿っ てスポットから散乱した光をセンサの前記少なくとも１つの第２列に焦点合わせ することで、アレイでの信号の時間遅延調整を実行する請求項２３記載の光学走 査方法。 ２５．前記方法において、さらに走査ステップの走査速度を制御するステップ と前記同調ステップでの信号転送のタイミングステップからなり、前記時間遅延 調整が可能となる請求項２４記載の光学走査方法。 ２６．前記方法において、前記走査ステップはチャ ープ速度をもつ音響光学偏向器を用い、前記制御ステップは同調ステップにより チャープ速度および信号転送のタイミングを制御する請求項２５記載の光学走査 方法。 ２７．前記方法において、前記焦点合わせステップはスポットの一部のみから 散乱する光を対応するセンサに焦点合わせする請求項２４記載の光学走査方法。 ２８．前記方法において、第２の走査線に沿ったスポット部分は第１の走査線 に沿った部分と重複する請求項２７記載の光学走査方法。 ２９．前記方法において、前記部分はスポットの約１／１６であり、第２の走 査線に沿ったスポット部分は第１の走査線に沿ったものの約１／４と重複する請 求項２８記載の光学走査方法。 ３０．前記方法において、前記スポットのサイズの最小寸法は約２〜２５ミク ロンの範囲である請求項２１記載の光学走査方法。 ３１．前記方法において、前記走査ステップは蛇行状の走査経路に沿ってスポ ットを走査し、前記経路は 複数の走査経路分のアレイを含み、ここにおいて少なくとも前記走査経路区分の スパンはそれぞれ表面の寸法よりも短く、前記走査経路区分の長さは約２〜２５ ｍｍの範囲である請求項２１記載の光学走査方法。 ３２．前記方法において、さらに表面から３０度よりも小さい角度の方向に散 乱した光を受けるように方向付けし、走査ビームに対して７５〜１０５度の方位 角で走査ビームの反対側に対称的に配置した検出器の第１のグループからなる請 求項２１記載の光学走査方法。 ３３．前記方法において、さらに 前方方向および／または横方向の散乱光を集めるために、表面付近に対称的に 配置した複数の検出器のグループであり、複数の検出器はそれぞれ散乱光を表す 信号を発生させる検出器のグループと、 前記信号や前記第１の検出器の出力から複数のマップを作るステップと、およ び 異常と特定するために少なくとも２つのマップを比較するステップとからなる 請求項２１記載の光学走査方法。 ３４．前記方法において、前記比較ステップはマッ プの前記少なくとも２つにある異常のみからなるＡＮＤマップを提供する請求項 ３３記載の方法。 ３５．前記方法において、前記比較ステップはマップの前記少なくとも２つの いずれか１つにある異常からなる組み合わせマップを提供する請求項３３記載の 光学走査方法。 ３６．前記方法において、前記比較ステップはマップの前記少なくとも２つの １つのみにあるが両方にはない異常のみからなるＸＯＲマップを提供する請求項 ３３記載の光学走査方法。 ３７．前記方法において、前記比較ステップはパターン欠陥や微粒子を特定す るためにマップの少なくとも２つを比較する請求項３３記載の光学走査方法。 ３８．前記方法において、前記方向付けステップはグレージング入射角で前記 焦点合わせしたビームを試料表面に向ける請求項２１記載の光学走査方法。