パターン化及び非パターン化物体を光学的に検査する方法及びシステム
パターン化及び非パターン化物体を光学的に検査するためのシステム及び方法。この方法は、物体から反射された光の偏光状態を決定するステップと、入射光の偏光状態を確立するステップと、反射光を偏光によりフィルタして、検出器により検出される光学信号を与えるステップとを備えている。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
[0001]本出願は、２００２年１２月３０日に出願された「Optical configurationfor detecting phase anomalies in birefringent substrates with normalillumination」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４３７，５４５号の利益を請求する。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]光学的検査方法及びシステム、特に、サブ波長欠陥又はプロセス変動を検出するための光学的検査。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]半導体製造プロセスにおいて品質保証プロセスの一部分としてウェハ表面上の欠陥、粒子及び／又はパターンを検出するために半導体ウェハを自動的に検査する種々のシステムが使用されている。現在の検査システムの目標は、欠陥を検出することである。
【０００４】
[0004]光波の電界成分を使用して、それらの波の偏光状態が定義される。偏光された光波は、一般に、楕円偏光であると言われ、即ち２つの垂直な電界成分Ｅｘ及びＥｙの間には、ある位相差があり、これらＥｘ及びＥｙは、各々、ｘ方向及びｙ方向に沿って向けられた電界の成分であり、伝播の方向はｚ方向である。偏光状態は、電界成分により発生された楕円に関連した２つのパラメータε（楕円率の程度）及びα（主軸の配向角度）によってしばしば説明される。２つの電界成分間の位相シフトがｋ＊πラジアン（ｋは整数）であるときには、光波が直線的に偏光され、即ちε＝０及びα＝ａｒｃｔａｎ（ｃｏｓ(ｋπ)・Ｅｙ／Ｅｘ）となる。両成分が同じ振幅を有するが、（ｋ＋1/2）＊πラジアンだけ互いに位相シフトされているときには、光波が円偏光されると言われ、ε＝１である（この場合、αは意味をもたない）。中間の偏光状態については、εが０と１との間であり、αが０とπとの間の範囲である。
【０００５】
[0005]非等方性材料の光学特性は、光波の偏光及び伝播方向に依存する。非等方性材料を通る電磁波の伝播は、この分野で知られており、Ａ．ヤリフ、Ｐ．ヨー著の「Optical Waves in Crystals」、１９８４年、ジョン・ウイリー＆ソンズ・インク、第６９−１２０ページに説明されている。
【０００６】
[0006]複屈折は、異なる方向（これら方向は、通常軸及び異常軸として知られている）に偏光される光に対して２つの異なる屈折率を有していて、各軸に沿った入射電界の成分に対応する通常成分及び異常成分に光波を分割する非等方性材料の特性である。従って、複屈折材料は、光波の２つの偏光成分間に位相シフトを生じ得ると共に、相対的な振幅シフトも導入し、従って、光波の偏光状態を変化することもある。通常成分と異常成分との間の位相差は、位相遅れと称される。入射光と反射又は透過光との間でε又はαのいずれかが変化することは、偏光シフトと称される。
【０００７】
[0007]半波プレートは、通常軸と異常軸との間にπラジアンの位相遅れを生じさせる光学エレメントである。前記軸の一方が直線偏光光波の偏光方向に対して角度θにセットされるように半波プレートを回転すると、光学エレメントを通過する際に、入射ビームが半波プレートの平面に垂直であれば、光波の偏光方向を２θ回転することになる。従って、入射偏光方向に対してπ／４ラジアン回転される半波プレートは、垂直偏光の光波を水平偏光の光波に変換することができる。
【０００８】
[0008]１／４波プレートは、通常軸と異常軸との間にπ／２ラジアンの位相遅れを発生する光学エレメントである。前記軸の一方が直線偏光光波の偏光方向に対してπ／４ラジアンの角度を形成するように配向された１／４波プレートは、光学エレメントを通過する際に、直線偏光を円偏光に変換し、逆に、１／４波プレートに垂直に入射する円偏光は、通常軸に対しπ／４ラジアンの角度に沿って偏光ベクトルをもつ直線偏光に変換される。
【０００９】
[0009]直線偏光フィルタは、入射光ビームの特定の直線偏光成分を透過すると共に、前記入射ビームの前記直線偏光に対する直交偏光成分を阻止する光学エレメントである。
【００１０】
[00010]偏光フィルタ、半波プレート及び１／４波プレートを適当に適用することにより光ビームの任意の楕円偏光状態を確立することができる。第１に、直線偏光フィルタを入射ビームに適用して、良好に画成された直線偏光を確立し、次いで、半波プレート及び１／４波プレートを光ビームに適用して、前記直線偏光を希望の楕円偏光に変換する。このプロセスは、光ビームの偏光状態を確立するものと称される。
【００１１】
[00011]半波プレート、１／４波プレート及び偏光フィルタを適当に適用することにより任意の楕円偏光成分を光ビームから除去することができる。第１に、半波プレート及び１／４波プレートを光ビームに適用して、希望の楕円偏光成分を直線偏光に変換し、次いで、偏光フィルタを光ビームに適用して、前記直線偏光を阻止する。このプロセスは、偏光により光ビームをフィルタするものと称される。
【００１２】
[00012]フィナロフ氏の米国特許第５，３３３，０５２号は、斜めに照射される直線偏光の光ビームを使用してコントラスト像を与える一方、検査される物体のある材料の複屈折に応答して反射光を偏光によりフィルタするシステム及び方法を説明している。このシステム及び方法は、透明な膜の存在又はその厚み変動の検出に使用される。
【発明の概要】
【００１３】
[00013]本発明は、基板に存在する特徴部及びパターンが入射光の偏光シフトを生じさせ、従って、入射光の偏光の状態が反射（又は透過）光の偏光の状態と異なるという仮定に基づいている。一般に、これは、異なる材料間の横方向の境界及び／又は高さの異なる特徴部の横方向の境界において任意のパターンで発生する。注意すべきことに、これは、通常、反復パターンで発生すると共に、入射光ビームの波長より小さいピッチにより特徴付けられる繰り返しパターンにおいて均一に発生する。
【００１４】
[00014]本発明者は、ナル偏光解析法(null ellipsometric method)を適用することにより、光学的検査システム及び方法が高い感度をもち、入射光の波長より小さいパターンで欠陥を検出できる一方、波長を６００ナノメータより小さくできることが分かった。このようなナル偏光解析法では、反射（又は透過）光が偏光によりフィルタされて、非欠陥パターンからの光学信号を阻止する一方、欠陥パターンを横断する光は、異なる偏光シフトを受け、従って、光学信号のある部分はフィルタされず、検出器に到達する。
【００１５】
[00015]本発明は、パターン化された物体を光学的に検査する方法であって、パターンにより導入される偏光シフト及びパターンにより偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、上記決定に応答して、偏光により反射光ビームをフィルタするステップと、そのフィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１６】
[00016]本発明は、パターン化された物体を光学的に検査する方法であって、パターンから反射された反射光ビームの偏光の状態を決定するステップと、パターン化された物体に入射光ビームを向ける一方、その入射光ビームを偏光の状態により特徴付けるステップと、上記決定された偏光状態に応答して上記パターン化された物体から反射される反射光ビームを偏光によりフィルタすると共に、そのフィルタされた反射光を検出器に向けるステップと、上記フィルタされた反射光の検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１７】
[00017]本発明は、非パターン化物体を光学的に検査する方法であって、欠陥により偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、非パターン化物体から反射された反射光ビームを偏光によりフィルタして、欠陥の不存在中に反射された光を阻止するステップと、そのフィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１８】
[00018]本発明は、物体を光学的に検査するシステムであって、入射光ビームを物体により偏光シフトしなければならないように、物体に向けられた光ビームの偏光状態を確立するための入射光光学系と、物体により導入される推定偏光シフトに応答して、反射光ビームを偏光によりフィルタするための反射光光学系と、コントローラに結合されて、フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するための検出器と、を備えたシステムを提供する。
【００１９】
[00019]本発明は、添付図面を参照したその実施形態の以下の詳細な説明からより完全に理解されよう。
【実施形態の詳細な説明】
【００２０】
[00023]例えば、集積回路のようなある物体の製造中には、あるパターンが形成される。これらのパターンの光学的特性は、パターンが形成される材料の光学的特性とは異なることがある。従って、パターンは、入射光ビームの電界の成分間に偏光シフトを導入することがある。従って、反射光ビームの偏光の状態は、入射光ビームの偏光の状態と相違する。
【００２１】
[00024]従って、パターンは、入射光ビームの偏光の状態を、そのパターンを形成する材料により導入される偏光シフトとは異なるやり方でシフトすることがある。パターンが別の材料を含む（空気や真空もこの目的のための材料と考えてもよい）ときには、繰返し周期が入射光ビームの波長より小さい場合に、全パターンにわたり均一な仕方で偏光シフトが発生する。パターンが前記条件を満足しないときには、パターン内の位置に基づいて偏光シフトを発生する。
【００２２】
[00025]典型的な繰り返しパターンは、互いに並行な複数の細長い導体を含む。これら導体は、通常、多結晶シリコン、タングステン、アルミニウム、又は銅で作られる。このような場合に、このようなパターンの異常軸は、平行導体に実質的に平行であるが、通常軸は、平行導体に実質的に垂直である。パターンから反射される光の偏光成分の遅れ位相及び振幅変動は、通常、繰返し周期、導体の巾及び高さ、導体の屈折率、並びに基板の屈折率のような種々のファクタに依存する。
【００２３】
[00026]本発明者は、欠陥パターンにより導入される偏光シフトが非欠陥パターンの偏光シフトとは異なることが分かった。欠陥パターンは、粒子、汚染物、導体の切断、導体間の短絡、等を含み得る。非欠陥パターンから反射される光の偏光シフトがゼロである場合には、欠陥パターン（スクラッチのような配向欠陥を含むパターンのような）が、ゼロとは異なる偏光シフトを導入することになる。
【００２４】
[00027]本発明の態様によれば、パターン内の欠陥を検出するように意図された光学システムの感度は、ナル偏光解析法を実施することにより向上させることができる。従って、反射光の偏光成分は、非欠陥パターンにより導入される位相シフトを打ち消す（又はほぼ抑制する）仕方でシステムの偏光光学エレメントにより互いに位相シフトされ、それにより生じる偏光を阻止するように偏光フィルタがセットされ、従って、偏光シフトされた反射光の残留量だけが検出される。照射されたパターンが欠陥でない場合には、もしあっても僅かな量の光が検出されるだけである。逆に、照射されたパターンが欠陥であって、偏光状態を非欠陥パターンとは異なる仕方でシフトする場合には、偏光フィルタが反射光の著しい部分を透過し、欠陥を表わす検出信号を生じさせる。この方法は、パターンが入射光の波長より小さなピッチで繰り返される条件の下で特に適している。しかしながら、多くの場合、これは、前記条件が満足されないときでも効果的である。
【００２５】
[00028]図１を参照すれば、物体１００を光学的に検査するためのシステム１０が示されている。このシステム１０は、光源２０と、入射光光学系２１とを備えている。光源２０は、通常、物体に当たる前に変更し得る予めの偏光状態を有する光ビームを発生する。入射光光学系２１は、１／４波プレート４０及び半波プレート４２のような種々の偏光コンポーネントを含むことができる。入射光ビームは、光学軸に沿って伝播し、スキャナ３０、非偏光ビームスプリッタ５０、対物レンズ６０、等の付加的なコンポーネントを通して伝播することができる。直線偏光ビーム２２は、一次スキャン軸に沿ってビーム２２をスキャニングするためのスキャナ３０によりスキャンされると仮定するが、スキャナ３０を偏光コンポーネント４０及び４２から下流に位置することもできる。スキャナ３０は、音響−光学スキャナ、回転ミラー、等を含んでもよい。通常、物体１００は、横断スキャン軸に沿って機械的に並進移動される。
【００２６】
[00029]直線偏光ビーム２２は、直線偏光ビーム２２の偏光方向に対してπ／４ラジアンで配向された１／４波プレート４０を通過する。この１／４波プレート４０は、直線偏光ビーム２２を円偏光ビーム２４へ変換する。π／４ラジアンの配向は、直線偏光光源２０と１／４波プレート４０との間に配置された半波プレート４２にビームを通過させることが必要になり得ることに注意されたい。或いは又、入射光ビーム２２が、ある任意の楕円偏光である場合には、半波プレート４２及び１／４波プレート４０は、当業者に良く知られたように、円偏光ビーム２４を発生するように対応的にセットすることができる。又、円偏光ビーム２４は、入射光ビームとも称され、物体１００に垂直な第１光学軸７に沿って非偏光ビームスプリッタ５０及び対物レンズ６０を経て伝播する。非偏光ビームスプリッタ５０は、透過されるビームの偏光に変化を誘起しないと仮定し、実際にこの点に関して理想的でない場合には、波プレート４０及び４２は、当業者に知られたように、ビームスプリッタ５０を通過する際に円偏光ビームを発生するように適切にセットすることができる。対物レンズ６０は、光ビーム２４を、各パターンの各ピッチより便宜上大きな直径を有するスポットに収束する。照射スポットの直径は、入射光がパターンにより均一に偏光シフトされるよう保証するために、２又は３の繰り返しピッチを越えるのが好ましい。
【００２７】
[00030]このシステム及び方法は、入射光ビームが円偏光されることを必ずしも必要としないが、円偏光は、パターン及びほとんどの欠陥により異なる影響を受けるという点でしばしば最適であることに注意されたい。一般に、入射光ビームは、欠陥及び非欠陥パターンに対して異なる偏光シフトを誘起して、好ましくは前記相違を最大にするように偏光されねばならない。例えば、非欠陥パターンが２つの個別の配向に対して偏光に影響する光学特性（通常軸に沿った第１屈折率及び異常軸に沿った別の屈折率のような）により特徴付けられ、且つ欠陥パターンがこれらの一次方向を維持するが各方向に沿った特性の相対値を変化する（図８８の上部に示すように）場合には、入射光ビームの偏光は、一次方向の１つに沿って配向されてはならず、さもなければ、欠陥パターン又は非欠陥パターンのいずれについても偏光シフトを受けないことになる。入射光ビームの偏光は、両方の一次方向を受けるように選択されねばならず、即ち欠陥及び非欠陥パターンは、前記光学特性の異なる相対値を有するので、得られる偏光が欠陥及び非欠陥パターンに対して変化し、検出器に異なる信号を発生する。
【００２８】
[00031]図８の下部は、一次方向を保持しない欠陥パターンを示し、それ故、入射光を非欠陥パターンの一次方向の１つに沿って偏光することが受け入れられ、即ち非欠陥パターンは反射光の偏光をシフトしないが、欠陥パターンはシフトする。
【００２９】
[00032]換言すれば、偏光シフトを導入することが予想されるパターン化された物体を検査するときには、欠陥又は非欠陥パターンにより偏光シフトを誘起する配向に応答して入射光を偏光しなければならない。従って、非欠陥パターンが通常軸及び異常軸を有する場合には、入射光は、通常成分及び異常成分を有するのが好ましい。例えば、パターンの通常軸が垂直で、パターンの異常軸が水平である場合には、入射光は、垂直及び水平の両電界成分を有していなければならない。このようなパターンは、垂直に偏光された入射光ビーム又は水平に偏光された入射光ビームにより照射されてはならないが、他の楕円偏光ビームを使用することができる（垂直及び水平軸に対して配向された偏光方向を有する直線偏光ビームを含む）。
【００３０】
[00033]偏光シフトされた反射光ビーム２６のような反射光ビームは、非偏光ビームスプリッタ５０に向かって垂直に伝播し、反射光光学系５５を経て、検出器９０により検出される。反射光光学系５５は、非欠陥パターンから反射される光を消去するように、非偏光ビームスプリッタ５０及び検出器９０により画成された光学軸９に周りで回転される位相補償装置及び偏光フィルタを含むことができる。位相補償装置は、通常、１／４波プレート７０のような１／４波プレートであり、又、偏光フィルタは、分析器８０を含む。又、位相補償装置は、液晶可変遅延装置でもよい。分析器８０は、モーター（図示せず）により反射光の光学軸の周りで回転される偏光フィルタを含む。
【００３１】
[00034]反射光光学系５５は、非欠陥パターンを与え、パターンを照射し、更に、最小信号が検出器に到達するまで第２の偏光光学コンポーネントを回転することを含む予めのステップ中に（幾つかのそのコンポーネントの回転により）構成することができる。信号を最小にすることは、試行錯誤により行われてもよいし、或いは偏光フィルタ８０に入射する反射光の偏光状態を測定して、既知のやり方で波プレート７０及び偏光フィルタ８０を回転し、フィルタ８０を通過する際に信号を消去することにより行われてもよい。測定は、次のように行うことができる。１）偏光器８０の３つの位置０°、９０°及び４５°に対する検出信号の値Ｉ０、Ｉ９０及びＩ４５を各々測定する。２）これら値のいずれかが０に等しい場合には、光をその方向に垂直に直線偏光する。さもなければ、３）電界の正規化された値Ｅｘ及びＥｙを各々Ｉｘ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）及びＩｙ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）として計算する。４）電界成分間の位相シフトθをｃｏｓ（θ）＝［Ｉ４５−（Ｉ０＋Ｉ９０）／２］／（Ｉ０Ｉ９０）として計算する。これらの値が計算されると、１／４波プレート７０は、直線偏光（θ＝０°）を発生するように適当に回転することができると共に、偏光器８０は、得られる直線偏光の光を消去するように回転することができる。又、この構成は、同じ構造をモデリングし、その構造に入射する光の電磁伝播を、例えば、限定エレメント方法又は厳密な結合波分析を使用してシミュレーションすることにより、非欠陥パターン及び入射光の偏光状態により導入される位相シフトの計算に基づくものでもよい。本発明の更に別の態様によれば、１組の予め定義された構成が用意され、最良の構成を選択するために評価される。
【００３２】
[00035]理想的には、第２の偏光光学系又はそのコンポーネントの少なくとも１つは、スキャンされるビームが固定される平面内に置かれる。このような平面は、対物レンズの出口瞳孔に置かれる。
【００３３】
[00036]欠陥は、いずれかの標準検査アルゴリズムに関して、パターン化されたオブジェクトのエリアをスキャンし、次いで、検出器９０からの検出信号を、公称基準信号、例えば、公称同一の隣接領域をスキャンした際に発生される信号（ダイ対ダイ）、或いは周囲エリアにおける信号と比較したときに、検出される。
【００３４】
[00037]検出器９０と、分析器８０のような種々の光学コンポーネントを回転するためのモーターとは、コントローラ９９に接続されてこれにより制御され、該コントローラは、更に、検出欠陥を処理できると共に、欠陥又はプロセス変動の存在を決定できる。
【００３５】
[00038]本発明の別の態様によれば、検出信号をプロセス変動の監視に使用することもできる。非欠陥パターンにより導入される偏光シフトは、繰り返しパターンの幾何学形状に応答する。従って、導体の配向、導体の巾、又は繰返し周期の変化は、パターンにより導入される偏光シフトを変更することができる。光ビームの直径サイズを充分に越えるエリアからの検出信号を処理することにより、プロセス変動を検出することができる。
【００３６】
[00039]又、このシステムは、物体の非パターン化エリアを光学的に検査するようにも操作できる。非パターン化エリアは、偏光シフトを導入すると想定されず、一方、ある欠陥は、偏光シフトを導入することがある。従って、反射光光学系は、非欠陥の非パターン化エリアからの反射光を偏光によりフィルタするように構成される。
【００３７】
[00040]本発明者は、透明な上層（又は少なくとも部分的に透明な上層）を含む物体の非パターン化エリアを監視するように本発明を適用すると、オーバーレイ層の厚みの変化に不感な健全な検査方法を提供できることが分かった。換言すれば、本発明は、カラー変化に不感である。
【００３８】
[00041]図２は、システム１０と同様であるが、１／４波プレート４０及び半波プレート４２が、直線偏光光源２０と非偏光ビームスプリッタ５０との間に置かれるのではなく、非偏光ビームスプリッタ５０と対物レンズ６０との間に置かれるという点で前記システムとは異なるシステム１１を示す。このシステム１１において、１／４波プレート４０及び半波プレート４２は、入射光光学系及び反射光光学系の一部分である。
【００３９】
[00042]通常入射を使用するときには、システムは、カラー変化の影響をあまり受けずに、非パターン化及びパターン化物体（周期的にパターン化される物体を含む）の光学的な検査を容易にする。
【００４０】
[00043]（ａ）円偏光が基板に入射し、且つ（ｂ）基板が偏光シフトを誘起しない場合には、１／４波プレートを出る光ビーム（表面から反射された後に）は、その１／４波プレートに入射する光に垂直な偏光ベクトルで直線偏光されることに注意されたい。更に、（ａ）直線偏光が基板に入射し、且つ（ｂ）基板が偏光シフトを誘起しない場合には、反射光ビームは、半波プレートに入射する光に平行な偏光ベクトルで直線偏光される（入射偏光角の配向に関わりなく）。
【００４１】
[00044]従って、システム１１のこれらの特性は、偏光コンポーネント７０及び８０を設定する手順を簡単化すると共に、実際には、それらの幾つかを不必要なものにする。
【００４２】
[00045]例えば、入射光ビームが、偏光シフトを誘起しない基板に入射する直線偏光である場合には、偏光コンポーネント７０及び８０と、非偏光ビームスプリッタ５０を、固定角度において偏光器８０の機能を満足する偏光ビームスプリッタに置き換えることができる。従って、ビームスプリッタ５０を最初に通過する際に失われる照射ビームの一部分は、当業者に良く知られたように、入射ビーム２４が適切な直線偏光である場合には、非偏光ビームスプリッタ５０に代わって偏光ビームスプリッタを使用することにより回復される。
【００４３】
[00046]本発明の別の実施形態によれば、このシステムは、非パターン化物体における欠陥を検出するのに使用できる。このシステムは、偏光ビームスプリッタ（非偏光ビームスプリッタ５０に代わる）、及びこの偏光ビームスプリッタと対物レンズとの間に置かれた任意の半波プレートを含むことができる。
【００４４】
[00047]本発明の別の実施形態によれば、このシステムは、非偏光ビームスプリッタ５０、対物レンズとこの非偏光ビームスプリッタ５０との間に置かれた半波プレート又は１／４波プレート、及び非偏光ビームスプリッタと検出器との間の光学経路に置かれた固定偏光器を含むことができる。
【００４５】
[00048]図３は、システム１０に類似しているが、通常照射レーザスキャニング光学系に代わって斜め照射のレーザスキャニングを実施するシステム１２を示す。従って、非偏光ビームスプリッタ５０が除去され、別の対物レンズ９５が置かれて、物体からの鏡面反射ビームを収集する。この別の対物レンズ９５と検出器９０との間に反射光光学系が配置される。
【００４６】
[00049]図４は、システム１０に類似しているが、像形成光学系１１０を備えたシステム１４を示している。像形成光学系１１０は、像形成検出器、例えば、ＣＣＤエリアアレイ検出器１１５と、このＣＣＤアレイ検出器１１５に検査物体の像を形成するように置かれたリレー１２０とを備えている。システム１４は、像形成検出器に像形成されるエリアの少なくとも一部分に対応する物体のエリアを照射する光源を備えている。ピクセルサイズ、特に、像の解像度は、繰り返しパターンの多数の繰返し周期に対応するのが好ましい。スキャニングは、ウェハを並進移動又は回転するか、照射ビームを偏向するか、又はその組合せにより達成することができる。
【００４７】
[00050]図５は、光学的検査方法２００を示す。この方法２００は、パターンにより導入される偏光シフト及びパターンによりシフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップ（ステップ２１０）と、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立し、パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップ（ステップ２２０）と、その決定に応答して、偏光により反射光ビームをフィルタし、そのフィルタされた反射光ビームの検出に応答して、検出信号を発生するステップ（ステップ２３０）とを備えている。
【００４８】
[00051]図６は、光学検査方法３００を示す。この方法３００は、パターンから反射された反射光ビームの偏光の状態を決定するステップ（ステップ３１０）と、パターン化された物体に入射光ビームを向ける一方、その入射光ビームを偏光の状態により特徴付けるステップ（ステップ３２０）と、上記決定された偏光状態に応答して上記パターン化された物体から反射される反射光ビームを偏光によりフィルタすると共に、そのフィルタされた反射光を検出器に向けるステップ（ステップ３３０）と、上記フィルタされた反射光の検出に応答して検出信号を発生するステップ（ステップ３４０）とを備えている。
【００４９】
[00052]図７は、非パターン化物体を光学的に検査する方法４００を示す。この方法４００は、欠陥により偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップ（ステップ４１０）と、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、物体に当たる入射光ビームを与えるステップ（ステップ４２０）と、非パターン化物体から反射された反射光ビームを偏光によりフィルタして、欠陥の不存在中に反射された光を阻止するステップ（ステップ４３０）と、反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップ（ステップ４４０）とを備えている。ステップ４１０は、以前に検出された欠陥に応答して、或いは物体の製造プロセスのある特性に応答して、あり得る欠陥を推定する段階を含むことができる。多くの場合に、円偏光が選択されてもよいし、或いは偏光方向があり得る欠陥の方向に対して配向された直線偏光が選択されてもよい。
【００５０】
[00053]ある偏光コンポーネントを、特定のシステム１０、１１及び１４を参照して上述したが、本発明の原理は、当業者に明らかとなる別の偏光機構を使用する他の形式の検査システムにも適用できる。従って、上述した実施形態は一例に過ぎず、本発明は、特に図示して上述されたものに限定されないことが明らかであろう。むしろ、本発明の範囲は、上述した種々の特徴の組合せ及び副次的組合せ、並びに従来技術に開示されておらず、前記説明を読んだときに当業者に明らかになるその変更や修正を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図５】本発明の実施形態に基づく光学検査方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に基づく光学検査方法のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に基づく光学検査方法のフローチャートである。
【図８】パターンの欠陥及び非欠陥部分を例示する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０、１１、１２、１４…システム、２０…光源、２１…入射光光学系、２２…直線偏光ビーム、４０…１／４波プレート、４２…半波プレート、３０…スキャナ、５０…非偏光ビームスプリッタ、５５…反射光光学系、６０…対物レンズ、７０…１／４波プレート、８０…分析器、９０…検出器、１００…物体、１１０…像形成光学系、１１５…ＣＣＤアレイ検出器、１２０…リレー
【関連出願】
【０００１】
[0001]本出願は、２００２年１２月３０日に出願された「Optical configurationfor detecting phase anomalies in birefringent substrates with normalillumination」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４３７，５４５号の利益を請求する。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]光学的検査方法及びシステム、特に、サブ波長欠陥又はプロセス変動を検出するための光学的検査。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]半導体製造プロセスにおいて品質保証プロセスの一部分としてウェハ表面上の欠陥、粒子及び／又はパターンを検出するために半導体ウェハを自動的に検査する種々のシステムが使用されている。現在の検査システムの目標は、欠陥を検出することである。
【０００４】
[0004]光波の電界成分を使用して、それらの波の偏光状態が定義される。偏光された光波は、一般に、楕円偏光であると言われ、即ち２つの垂直な電界成分Ｅｘ及びＥｙの間には、ある位相差があり、これらＥｘ及びＥｙは、各々、ｘ方向及びｙ方向に沿って向けられた電界の成分であり、伝播の方向はｚ方向である。偏光状態は、電界成分により発生された楕円に関連した２つのパラメータε（楕円率の程度）及びα（主軸の配向角度）によってしばしば説明される。２つの電界成分間の位相シフトがｋ＊πラジアン（ｋは整数）であるときには、光波が直線的に偏光され、即ちε＝０及びα＝ａｒｃｔａｎ（ｃｏｓ(ｋπ)・Ｅｙ／Ｅｘ）となる。両成分が同じ振幅を有するが、（ｋ＋1/2）＊πラジアンだけ互いに位相シフトされているときには、光波が円偏光されると言われ、ε＝１である（この場合、αは意味をもたない）。中間の偏光状態については、εが０と１との間であり、αが０とπとの間の範囲である。
【０００５】
[0005]非等方性材料の光学特性は、光波の偏光及び伝播方向に依存する。非等方性材料を通る電磁波の伝播は、この分野で知られており、Ａ．ヤリフ、Ｐ．ヨー著の「Optical Waves in Crystals」、１９８４年、ジョン・ウイリー＆ソンズ・インク、第６９−１２０ページに説明されている。
【０００６】
[0006]複屈折は、異なる方向（これら方向は、通常軸及び異常軸として知られている）に偏光される光に対して２つの異なる屈折率を有していて、各軸に沿った入射電界の成分に対応する通常成分及び異常成分に光波を分割する非等方性材料の特性である。従って、複屈折材料は、光波の２つの偏光成分間に位相シフトを生じ得ると共に、相対的な振幅シフトも導入し、従って、光波の偏光状態を変化することもある。通常成分と異常成分との間の位相差は、位相遅れと称される。入射光と反射又は透過光との間でε又はαのいずれかが変化することは、偏光シフトと称される。
【０００７】
[0007]半波プレートは、通常軸と異常軸との間にπラジアンの位相遅れを生じさせる光学エレメントである。前記軸の一方が直線偏光光波の偏光方向に対して角度θにセットされるように半波プレートを回転すると、光学エレメントを通過する際に、入射ビームが半波プレートの平面に垂直であれば、光波の偏光方向を２θ回転することになる。従って、入射偏光方向に対してπ／４ラジアン回転される半波プレートは、垂直偏光の光波を水平偏光の光波に変換することができる。
【０００８】
[0008]１／４波プレートは、通常軸と異常軸との間にπ／２ラジアンの位相遅れを発生する光学エレメントである。前記軸の一方が直線偏光光波の偏光方向に対してπ／４ラジアンの角度を形成するように配向された１／４波プレートは、光学エレメントを通過する際に、直線偏光を円偏光に変換し、逆に、１／４波プレートに垂直に入射する円偏光は、通常軸に対しπ／４ラジアンの角度に沿って偏光ベクトルをもつ直線偏光に変換される。
【０００９】
[0009]直線偏光フィルタは、入射光ビームの特定の直線偏光成分を透過すると共に、前記入射ビームの前記直線偏光に対する直交偏光成分を阻止する光学エレメントである。
【００１０】
[00010]偏光フィルタ、半波プレート及び１／４波プレートを適当に適用することにより光ビームの任意の楕円偏光状態を確立することができる。第１に、直線偏光フィルタを入射ビームに適用して、良好に画成された直線偏光を確立し、次いで、半波プレート及び１／４波プレートを光ビームに適用して、前記直線偏光を希望の楕円偏光に変換する。このプロセスは、光ビームの偏光状態を確立するものと称される。
【００１１】
[00011]半波プレート、１／４波プレート及び偏光フィルタを適当に適用することにより任意の楕円偏光成分を光ビームから除去することができる。第１に、半波プレート及び１／４波プレートを光ビームに適用して、希望の楕円偏光成分を直線偏光に変換し、次いで、偏光フィルタを光ビームに適用して、前記直線偏光を阻止する。このプロセスは、偏光により光ビームをフィルタするものと称される。
【００１２】
[00012]フィナロフ氏の米国特許第５，３３３，０５２号は、斜めに照射される直線偏光の光ビームを使用してコントラスト像を与える一方、検査される物体のある材料の複屈折に応答して反射光を偏光によりフィルタするシステム及び方法を説明している。このシステム及び方法は、透明な膜の存在又はその厚み変動の検出に使用される。
【発明の概要】
【００１３】
[00013]本発明は、基板に存在する特徴部及びパターンが入射光の偏光シフトを生じさせ、従って、入射光の偏光の状態が反射（又は透過）光の偏光の状態と異なるという仮定に基づいている。一般に、これは、異なる材料間の横方向の境界及び／又は高さの異なる特徴部の横方向の境界において任意のパターンで発生する。注意すべきことに、これは、通常、反復パターンで発生すると共に、入射光ビームの波長より小さいピッチにより特徴付けられる繰り返しパターンにおいて均一に発生する。
【００１４】
[00014]本発明者は、ナル偏光解析法(null ellipsometric method)を適用することにより、光学的検査システム及び方法が高い感度をもち、入射光の波長より小さいパターンで欠陥を検出できる一方、波長を６００ナノメータより小さくできることが分かった。このようなナル偏光解析法では、反射（又は透過）光が偏光によりフィルタされて、非欠陥パターンからの光学信号を阻止する一方、欠陥パターンを横断する光は、異なる偏光シフトを受け、従って、光学信号のある部分はフィルタされず、検出器に到達する。
【００１５】
[00015]本発明は、パターン化された物体を光学的に検査する方法であって、パターンにより導入される偏光シフト及びパターンにより偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、上記決定に応答して、偏光により反射光ビームをフィルタするステップと、そのフィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１６】
[00016]本発明は、パターン化された物体を光学的に検査する方法であって、パターンから反射された反射光ビームの偏光の状態を決定するステップと、パターン化された物体に入射光ビームを向ける一方、その入射光ビームを偏光の状態により特徴付けるステップと、上記決定された偏光状態に応答して上記パターン化された物体から反射される反射光ビームを偏光によりフィルタすると共に、そのフィルタされた反射光を検出器に向けるステップと、上記フィルタされた反射光の検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１７】
[00017]本発明は、非パターン化物体を光学的に検査する方法であって、欠陥により偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、非パターン化物体から反射された反射光ビームを偏光によりフィルタして、欠陥の不存在中に反射された光を阻止するステップと、そのフィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１８】
[00018]本発明は、物体を光学的に検査するシステムであって、入射光ビームを物体により偏光シフトしなければならないように、物体に向けられた光ビームの偏光状態を確立するための入射光光学系と、物体により導入される推定偏光シフトに応答して、反射光ビームを偏光によりフィルタするための反射光光学系と、コントローラに結合されて、フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するための検出器と、を備えたシステムを提供する。
【００１９】
[00019]本発明は、添付図面を参照したその実施形態の以下の詳細な説明からより完全に理解されよう。
【実施形態の詳細な説明】
【００２０】
[00023]例えば、集積回路のようなある物体の製造中には、あるパターンが形成される。これらのパターンの光学的特性は、パターンが形成される材料の光学的特性とは異なることがある。従って、パターンは、入射光ビームの電界の成分間に偏光シフトを導入することがある。従って、反射光ビームの偏光の状態は、入射光ビームの偏光の状態と相違する。
【００２１】
[00024]従って、パターンは、入射光ビームの偏光の状態を、そのパターンを形成する材料により導入される偏光シフトとは異なるやり方でシフトすることがある。パターンが別の材料を含む（空気や真空もこの目的のための材料と考えてもよい）ときには、繰返し周期が入射光ビームの波長より小さい場合に、全パターンにわたり均一な仕方で偏光シフトが発生する。パターンが前記条件を満足しないときには、パターン内の位置に基づいて偏光シフトを発生する。
【００２２】
[00025]典型的な繰り返しパターンは、互いに並行な複数の細長い導体を含む。これら導体は、通常、多結晶シリコン、タングステン、アルミニウム、又は銅で作られる。このような場合に、このようなパターンの異常軸は、平行導体に実質的に平行であるが、通常軸は、平行導体に実質的に垂直である。パターンから反射される光の偏光成分の遅れ位相及び振幅変動は、通常、繰返し周期、導体の巾及び高さ、導体の屈折率、並びに基板の屈折率のような種々のファクタに依存する。
【００２３】
[00026]本発明者は、欠陥パターンにより導入される偏光シフトが非欠陥パターンの偏光シフトとは異なることが分かった。欠陥パターンは、粒子、汚染物、導体の切断、導体間の短絡、等を含み得る。非欠陥パターンから反射される光の偏光シフトがゼロである場合には、欠陥パターン（スクラッチのような配向欠陥を含むパターンのような）が、ゼロとは異なる偏光シフトを導入することになる。
【００２４】
[00027]本発明の態様によれば、パターン内の欠陥を検出するように意図された光学システムの感度は、ナル偏光解析法を実施することにより向上させることができる。従って、反射光の偏光成分は、非欠陥パターンにより導入される位相シフトを打ち消す（又はほぼ抑制する）仕方でシステムの偏光光学エレメントにより互いに位相シフトされ、それにより生じる偏光を阻止するように偏光フィルタがセットされ、従って、偏光シフトされた反射光の残留量だけが検出される。照射されたパターンが欠陥でない場合には、もしあっても僅かな量の光が検出されるだけである。逆に、照射されたパターンが欠陥であって、偏光状態を非欠陥パターンとは異なる仕方でシフトする場合には、偏光フィルタが反射光の著しい部分を透過し、欠陥を表わす検出信号を生じさせる。この方法は、パターンが入射光の波長より小さなピッチで繰り返される条件の下で特に適している。しかしながら、多くの場合、これは、前記条件が満足されないときでも効果的である。
【００２５】
[00028]図１を参照すれば、物体１００を光学的に検査するためのシステム１０が示されている。このシステム１０は、光源２０と、入射光光学系２１とを備えている。光源２０は、通常、物体に当たる前に変更し得る予めの偏光状態を有する光ビームを発生する。入射光光学系２１は、１／４波プレート４０及び半波プレート４２のような種々の偏光コンポーネントを含むことができる。入射光ビームは、光学軸に沿って伝播し、スキャナ３０、非偏光ビームスプリッタ５０、対物レンズ６０、等の付加的なコンポーネントを通して伝播することができる。直線偏光ビーム２２は、一次スキャン軸に沿ってビーム２２をスキャニングするためのスキャナ３０によりスキャンされると仮定するが、スキャナ３０を偏光コンポーネント４０及び４２から下流に位置することもできる。スキャナ３０は、音響−光学スキャナ、回転ミラー、等を含んでもよい。通常、物体１００は、横断スキャン軸に沿って機械的に並進移動される。
【００２６】
[00029]直線偏光ビーム２２は、直線偏光ビーム２２の偏光方向に対してπ／４ラジアンで配向された１／４波プレート４０を通過する。この１／４波プレート４０は、直線偏光ビーム２２を円偏光ビーム２４へ変換する。π／４ラジアンの配向は、直線偏光光源２０と１／４波プレート４０との間に配置された半波プレート４２にビームを通過させることが必要になり得ることに注意されたい。或いは又、入射光ビーム２２が、ある任意の楕円偏光である場合には、半波プレート４２及び１／４波プレート４０は、当業者に良く知られたように、円偏光ビーム２４を発生するように対応的にセットすることができる。又、円偏光ビーム２４は、入射光ビームとも称され、物体１００に垂直な第１光学軸７に沿って非偏光ビームスプリッタ５０及び対物レンズ６０を経て伝播する。非偏光ビームスプリッタ５０は、透過されるビームの偏光に変化を誘起しないと仮定し、実際にこの点に関して理想的でない場合には、波プレート４０及び４２は、当業者に知られたように、ビームスプリッタ５０を通過する際に円偏光ビームを発生するように適切にセットすることができる。対物レンズ６０は、光ビーム２４を、各パターンの各ピッチより便宜上大きな直径を有するスポットに収束する。照射スポットの直径は、入射光がパターンにより均一に偏光シフトされるよう保証するために、２又は３の繰り返しピッチを越えるのが好ましい。
【００２７】
[00030]このシステム及び方法は、入射光ビームが円偏光されることを必ずしも必要としないが、円偏光は、パターン及びほとんどの欠陥により異なる影響を受けるという点でしばしば最適であることに注意されたい。一般に、入射光ビームは、欠陥及び非欠陥パターンに対して異なる偏光シフトを誘起して、好ましくは前記相違を最大にするように偏光されねばならない。例えば、非欠陥パターンが２つの個別の配向に対して偏光に影響する光学特性（通常軸に沿った第１屈折率及び異常軸に沿った別の屈折率のような）により特徴付けられ、且つ欠陥パターンがこれらの一次方向を維持するが各方向に沿った特性の相対値を変化する（図８８の上部に示すように）場合には、入射光ビームの偏光は、一次方向の１つに沿って配向されてはならず、さもなければ、欠陥パターン又は非欠陥パターンのいずれについても偏光シフトを受けないことになる。入射光ビームの偏光は、両方の一次方向を受けるように選択されねばならず、即ち欠陥及び非欠陥パターンは、前記光学特性の異なる相対値を有するので、得られる偏光が欠陥及び非欠陥パターンに対して変化し、検出器に異なる信号を発生する。
【００２８】
[00031]図８の下部は、一次方向を保持しない欠陥パターンを示し、それ故、入射光を非欠陥パターンの一次方向の１つに沿って偏光することが受け入れられ、即ち非欠陥パターンは反射光の偏光をシフトしないが、欠陥パターンはシフトする。
【００２９】
[00032]換言すれば、偏光シフトを導入することが予想されるパターン化された物体を検査するときには、欠陥又は非欠陥パターンにより偏光シフトを誘起する配向に応答して入射光を偏光しなければならない。従って、非欠陥パターンが通常軸及び異常軸を有する場合には、入射光は、通常成分及び異常成分を有するのが好ましい。例えば、パターンの通常軸が垂直で、パターンの異常軸が水平である場合には、入射光は、垂直及び水平の両電界成分を有していなければならない。このようなパターンは、垂直に偏光された入射光ビーム又は水平に偏光された入射光ビームにより照射されてはならないが、他の楕円偏光ビームを使用することができる（垂直及び水平軸に対して配向された偏光方向を有する直線偏光ビームを含む）。
【００３０】
[00033]偏光シフトされた反射光ビーム２６のような反射光ビームは、非偏光ビームスプリッタ５０に向かって垂直に伝播し、反射光光学系５５を経て、検出器９０により検出される。反射光光学系５５は、非欠陥パターンから反射される光を消去するように、非偏光ビームスプリッタ５０及び検出器９０により画成された光学軸９に周りで回転される位相補償装置及び偏光フィルタを含むことができる。位相補償装置は、通常、１／４波プレート７０のような１／４波プレートであり、又、偏光フィルタは、分析器８０を含む。又、位相補償装置は、液晶可変遅延装置でもよい。分析器８０は、モーター（図示せず）により反射光の光学軸の周りで回転される偏光フィルタを含む。
【００３１】
[00034]反射光光学系５５は、非欠陥パターンを与え、パターンを照射し、更に、最小信号が検出器に到達するまで第２の偏光光学コンポーネントを回転することを含む予めのステップ中に（幾つかのそのコンポーネントの回転により）構成することができる。信号を最小にすることは、試行錯誤により行われてもよいし、或いは偏光フィルタ８０に入射する反射光の偏光状態を測定して、既知のやり方で波プレート７０及び偏光フィルタ８０を回転し、フィルタ８０を通過する際に信号を消去することにより行われてもよい。測定は、次のように行うことができる。１）偏光器８０の３つの位置０°、９０°及び４５°に対する検出信号の値Ｉ０、Ｉ９０及びＩ４５を各々測定する。２）これら値のいずれかが０に等しい場合には、光をその方向に垂直に直線偏光する。さもなければ、３）電界の正規化された値Ｅｘ及びＥｙを各々Ｉｘ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）及びＩｙ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）として計算する。４）電界成分間の位相シフトθをｃｏｓ（θ）＝［Ｉ４５−（Ｉ０＋Ｉ９０）／２］／（Ｉ０Ｉ９０）として計算する。これらの値が計算されると、１／４波プレート７０は、直線偏光（θ＝０°）を発生するように適当に回転することができると共に、偏光器８０は、得られる直線偏光の光を消去するように回転することができる。又、この構成は、同じ構造をモデリングし、その構造に入射する光の電磁伝播を、例えば、限定エレメント方法又は厳密な結合波分析を使用してシミュレーションすることにより、非欠陥パターン及び入射光の偏光状態により導入される位相シフトの計算に基づくものでもよい。本発明の更に別の態様によれば、１組の予め定義された構成が用意され、最良の構成を選択するために評価される。
【００３２】
[00035]理想的には、第２の偏光光学系又はそのコンポーネントの少なくとも１つは、スキャンされるビームが固定される平面内に置かれる。このような平面は、対物レンズの出口瞳孔に置かれる。
【００３３】
[00036]欠陥は、いずれかの標準検査アルゴリズムに関して、パターン化されたオブジェクトのエリアをスキャンし、次いで、検出器９０からの検出信号を、公称基準信号、例えば、公称同一の隣接領域をスキャンした際に発生される信号（ダイ対ダイ）、或いは周囲エリアにおける信号と比較したときに、検出される。
【００３４】
[00037]検出器９０と、分析器８０のような種々の光学コンポーネントを回転するためのモーターとは、コントローラ９９に接続されてこれにより制御され、該コントローラは、更に、検出欠陥を処理できると共に、欠陥又はプロセス変動の存在を決定できる。
【００３５】
[00038]本発明の別の態様によれば、検出信号をプロセス変動の監視に使用することもできる。非欠陥パターンにより導入される偏光シフトは、繰り返しパターンの幾何学形状に応答する。従って、導体の配向、導体の巾、又は繰返し周期の変化は、パターンにより導入される偏光シフトを変更することができる。光ビームの直径サイズを充分に越えるエリアからの検出信号を処理することにより、プロセス変動を検出することができる。
【００３６】
[00039]又、このシステムは、物体の非パターン化エリアを光学的に検査するようにも操作できる。非パターン化エリアは、偏光シフトを導入すると想定されず、一方、ある欠陥は、偏光シフトを導入することがある。従って、反射光光学系は、非欠陥の非パターン化エリアからの反射光を偏光によりフィルタするように構成される。
【００３７】
[00040]本発明者は、透明な上層（又は少なくとも部分的に透明な上層）を含む物体の非パターン化エリアを監視するように本発明を適用すると、オーバーレイ層の厚みの変化に不感な健全な検査方法を提供できることが分かった。換言すれば、本発明は、カラー変化に不感である。
【００３８】
[00041]図２は、システム１０と同様であるが、１／４波プレート４０及び半波プレート４２が、直線偏光光源２０と非偏光ビームスプリッタ５０との間に置かれるのではなく、非偏光ビームスプリッタ５０と対物レンズ６０との間に置かれるという点で前記システムとは異なるシステム１１を示す。このシステム１１において、１／４波プレート４０及び半波プレート４２は、入射光光学系及び反射光光学系の一部分である。
【００３９】
[00042]通常入射を使用するときには、システムは、カラー変化の影響をあまり受けずに、非パターン化及びパターン化物体（周期的にパターン化される物体を含む）の光学的な検査を容易にする。
【００４０】
[00043]（ａ）円偏光が基板に入射し、且つ（ｂ）基板が偏光シフトを誘起しない場合には、１／４波プレートを出る光ビーム（表面から反射された後に）は、その１／４波プレートに入射する光に垂直な偏光ベクトルで直線偏光されることに注意されたい。更に、（ａ）直線偏光が基板に入射し、且つ（ｂ）基板が偏光シフトを誘起しない場合には、反射光ビームは、半波プレートに入射する光に平行な偏光ベクトルで直線偏光される（入射偏光角の配向に関わりなく）。
【００４１】
[00044]従って、システム１１のこれらの特性は、偏光コンポーネント７０及び８０を設定する手順を簡単化すると共に、実際には、それらの幾つかを不必要なものにする。
【００４２】
[00045]例えば、入射光ビームが、偏光シフトを誘起しない基板に入射する直線偏光である場合には、偏光コンポーネント７０及び８０と、非偏光ビームスプリッタ５０を、固定角度において偏光器８０の機能を満足する偏光ビームスプリッタに置き換えることができる。従って、ビームスプリッタ５０を最初に通過する際に失われる照射ビームの一部分は、当業者に良く知られたように、入射ビーム２４が適切な直線偏光である場合には、非偏光ビームスプリッタ５０に代わって偏光ビームスプリッタを使用することにより回復される。
【００４３】
[00046]本発明の別の実施形態によれば、このシステムは、非パターン化物体における欠陥を検出するのに使用できる。このシステムは、偏光ビームスプリッタ（非偏光ビームスプリッタ５０に代わる）、及びこの偏光ビームスプリッタと対物レンズとの間に置かれた任意の半波プレートを含むことができる。
【００４４】
[00047]本発明の別の実施形態によれば、このシステムは、非偏光ビームスプリッタ５０、対物レンズとこの非偏光ビームスプリッタ５０との間に置かれた半波プレート又は１／４波プレート、及び非偏光ビームスプリッタと検出器との間の光学経路に置かれた固定偏光器を含むことができる。
【００４５】
[00048]図３は、システム１０に類似しているが、通常照射レーザスキャニング光学系に代わって斜め照射のレーザスキャニングを実施するシステム１２を示す。従って、非偏光ビームスプリッタ５０が除去され、別の対物レンズ９５が置かれて、物体からの鏡面反射ビームを収集する。この別の対物レンズ９５と検出器９０との間に反射光光学系が配置される。
【００４６】
[00049]図４は、システム１０に類似しているが、像形成光学系１１０を備えたシステム１４を示している。像形成光学系１１０は、像形成検出器、例えば、ＣＣＤエリアアレイ検出器１１５と、このＣＣＤアレイ検出器１１５に検査物体の像を形成するように置かれたリレー１２０とを備えている。システム１４は、像形成検出器に像形成されるエリアの少なくとも一部分に対応する物体のエリアを照射する光源を備えている。ピクセルサイズ、特に、像の解像度は、繰り返しパターンの多数の繰返し周期に対応するのが好ましい。スキャニングは、ウェハを並進移動又は回転するか、照射ビームを偏向するか、又はその組合せにより達成することができる。
【００４７】
[00050]図５は、光学的検査方法２００を示す。この方法２００は、パターンにより導入される偏光シフト及びパターンによりシフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップ（ステップ２１０）と、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立し、パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップ（ステップ２２０）と、その決定に応答して、偏光により反射光ビームをフィルタし、そのフィルタされた反射光ビームの検出に応答して、検出信号を発生するステップ（ステップ２３０）とを備えている。
【００４８】
[00051]図６は、光学検査方法３００を示す。この方法３００は、パターンから反射された反射光ビームの偏光の状態を決定するステップ（ステップ３１０）と、パターン化された物体に入射光ビームを向ける一方、その入射光ビームを偏光の状態により特徴付けるステップ（ステップ３２０）と、上記決定された偏光状態に応答して上記パターン化された物体から反射される反射光ビームを偏光によりフィルタすると共に、そのフィルタされた反射光を検出器に向けるステップ（ステップ３３０）と、上記フィルタされた反射光の検出に応答して検出信号を発生するステップ（ステップ３４０）とを備えている。
【００４９】
[00052]図７は、非パターン化物体を光学的に検査する方法４００を示す。この方法４００は、欠陥により偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップ（ステップ４１０）と、この決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、物体に当たる入射光ビームを与えるステップ（ステップ４２０）と、非パターン化物体から反射された反射光ビームを偏光によりフィルタして、欠陥の不存在中に反射された光を阻止するステップ（ステップ４３０）と、反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップ（ステップ４４０）とを備えている。ステップ４１０は、以前に検出された欠陥に応答して、或いは物体の製造プロセスのある特性に応答して、あり得る欠陥を推定する段階を含むことができる。多くの場合に、円偏光が選択されてもよいし、或いは偏光方向があり得る欠陥の方向に対して配向された直線偏光が選択されてもよい。
【００５０】
[00053]ある偏光コンポーネントを、特定のシステム１０、１１及び１４を参照して上述したが、本発明の原理は、当業者に明らかとなる別の偏光機構を使用する他の形式の検査システムにも適用できる。従って、上述した実施形態は一例に過ぎず、本発明は、特に図示して上述されたものに限定されないことが明らかであろう。むしろ、本発明の範囲は、上述した種々の特徴の組合せ及び副次的組合せ、並びに従来技術に開示されておらず、前記説明を読んだときに当業者に明らかになるその変更や修正を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に基づく光学検査システムを示す図である。
【図５】本発明の実施形態に基づく光学検査方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に基づく光学検査方法のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に基づく光学検査方法のフローチャートである。
【図８】パターンの欠陥及び非欠陥部分を例示する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０、１１、１２、１４…システム、２０…光源、２１…入射光光学系、２２…直線偏光ビーム、４０…１／４波プレート、４２…半波プレート、３０…スキャナ、５０…非偏光ビームスプリッタ、５５…反射光光学系、６０…対物レンズ、７０…１／４波プレート、８０…分析器、９０…検出器、１００…物体、１１０…像形成光学系、１１５…ＣＣＤアレイ検出器、１２０…リレー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン化された物体を光学的に検査する方法において、
上記パターンにより導入される偏光シフト、及び上記パターンにより偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、
上記決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、上記パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、
上記決定に応答して、偏光により反射光ビームをフィルタするステップと、
上記フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
上記決定するステップは、上記パターンの通常軸及び異常軸を決定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記定義するステップは、異常成分及び通常成分を含むように上記入射光ビームの偏光を定義する段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記反射光ビームは、非欠陥パターンから反射された光成分を実質的に減少するように偏光によりフィルタされる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
光ビームの偏光状態を確立する上記ステップは、円偏光入射光ビームを発生する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記決定するステップは、偏光シフトを計算する予めの段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記決定するステップは、偏光シフトを測定する予めの段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記入射光ビームは、上記パターン化された物体に垂直な光学軸に沿って伝播する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記入射光ビームは、上記パターン化された物体に対して斜めに配向された光学軸に沿って伝播する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
プロセス変動の存在を指示するように複数の検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
パターン化された物体を光学的に検査する方法において、
上記パターンから反射された反射光ビームの偏光の状態を決定するステップと、
上記パターン化された物体に入射光ビームを向ける一方、その入射光ビームを偏光の状態により特徴付けるステップであって、上記決定された偏光状態に応答して上記パターン化された物体から反射される反射光ビームを偏光によりフィルタすると共に、そのフィルタされた反射光を検出器に向ける、前記ステップと、
上記フィルタされた反射光の検出に応答して検出信号を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項１３】
欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
プロセス変動の存在を指示するように上記パターン化された物体の少なくとも１つのエリアに関連した複数の検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの検出信号から上記パターン化された物体の像を発生するステップを更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
偏光によりフィルタする上記ステップは、非欠陥パターンから反射される光を実質的に減少するようにフィルタリングする段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
上記決定するステップは、上記パターンから反射される光の偏光状態を計算する予めの段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
上記決定するステップは、上記パターンから反射される光の偏光状態を測定する予めの段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
非パターン化物体を光学的に検査する方法において、
欠陥により偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、
上記決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、上記物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、
上記非パターン化物体から反射された反射光ビームを偏光によりフィルタして、欠陥の不存在中に反射される光を阻止するステップと、
上記反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項２０】
上記反射光ビームを偏光によりフィルタするステップを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記反射光ビームは、非欠陥物体から反射される光成分を実質的に減少するように偏光によりフィルタされる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
光ビームの偏光状態を確立する上記ステップは、円偏光の入射光ビームを発生する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
上記入射光ビームは、上記パターン化された物体に垂直な光学軸に沿って伝播する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
プロセス変動の存在を指示するように複数の検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
上記検出信号は、上記パターン化された物体のエリアの像を表わす、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
上記検出信号は、上記パターン化された物体のエリアの像を表わす、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
物体を光学的に検査するシステムにおいて、
入射光ビームを上記物体により偏光シフトしなければならないように、上記物体に向けられた光ビームの偏光状態を確立するための入射光光学系と、
上記物体により導入される推定偏光シフトに応答して、反射光ビームを偏光によりフィルタするための反射光光学系と、
コントローラに結合されて、上記フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するための検出器と、
を備えたシステム。
【請求項２９】
上記検出器は像形成検出器であり、更に、上記反射光光学系は、上記物体のエリアの像を上記検出器に与えることができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
上記検出器は非像形成検出器であり、更に、上記反射光光学系は、上記検出器における瞳孔を形成する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
上記入射光光学系は、上記物体に垂直な光学軸に沿って上記入射光ビームを向ける、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３２】
上記入射光光学系は、上記物体に対して斜めに配向された光学軸に沿って上記入射光ビームを向ける、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３３】
上記入射光光学系は、ウェハ平面内の配向に沿って直線偏光状態を確立することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３４】
上記入射光光学系は、ウェハ平面内に円偏光状態を確立することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３５】
上記入射光光学系は、ウェハ平面内に楕円偏光状態を確立することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３６】
上記反射光光学系は、非欠陥パターンから反射される光成分を実質的に減少するように、反射光ビームを偏光によりフィルタすることができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３７】
入射光の偏光状態を確立する役目を果たす同じ遅延装置が反射光ビームの経路にも存在する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３８】
入射光の偏光状態を確立する役目を果たす遅延装置は、反射光ビームを偏光によりフィルタするのに使用されるものとは個別である、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３９】
偏光ビームスプリッタは、ａ）上記検査される物体に向けて入射ビームを伝送すると共に、反射ビームを上記検出器に向けて反射し、更に、ｂ）その反射ビームを偏光によりフィルタする、という二重の機能を果たす、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４０】
非偏光ビームスプリッタは、上記検査される物体に向けて入射ビームを伝送すると共に、反射ビームを上記検出器に向けて反射するという機能を果たし、一方、独立した偏光フィルタがその反射ビームを偏光によりフィルタするように働く、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４１】
上記システムは偏光シフトを計算することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４２】
上記システムは偏光シフトを測定することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４３】
上記検出器に結合され、プロセス変動の存在を指示するように複数の検出信号を処理できるプロセッサを更に備えた、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４４】
上記検出器に結合され、欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理できるプロセッサを更に備えた、請求項２８に記載のシステム。
【請求項１】
パターン化された物体を光学的に検査する方法において、
上記パターンにより導入される偏光シフト、及び上記パターンにより偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、
上記決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、上記パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、
上記決定に応答して、偏光により反射光ビームをフィルタするステップと、
上記フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
上記決定するステップは、上記パターンの通常軸及び異常軸を決定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記定義するステップは、異常成分及び通常成分を含むように上記入射光ビームの偏光を定義する段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記反射光ビームは、非欠陥パターンから反射された光成分を実質的に減少するように偏光によりフィルタされる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
光ビームの偏光状態を確立する上記ステップは、円偏光入射光ビームを発生する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記決定するステップは、偏光シフトを計算する予めの段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記決定するステップは、偏光シフトを測定する予めの段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記入射光ビームは、上記パターン化された物体に垂直な光学軸に沿って伝播する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記入射光ビームは、上記パターン化された物体に対して斜めに配向された光学軸に沿って伝播する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
プロセス変動の存在を指示するように複数の検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
パターン化された物体を光学的に検査する方法において、
上記パターンから反射された反射光ビームの偏光の状態を決定するステップと、
上記パターン化された物体に入射光ビームを向ける一方、その入射光ビームを偏光の状態により特徴付けるステップであって、上記決定された偏光状態に応答して上記パターン化された物体から反射される反射光ビームを偏光によりフィルタすると共に、そのフィルタされた反射光を検出器に向ける、前記ステップと、
上記フィルタされた反射光の検出に応答して検出信号を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項１３】
欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
プロセス変動の存在を指示するように上記パターン化された物体の少なくとも１つのエリアに関連した複数の検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの検出信号から上記パターン化された物体の像を発生するステップを更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
偏光によりフィルタする上記ステップは、非欠陥パターンから反射される光を実質的に減少するようにフィルタリングする段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
上記決定するステップは、上記パターンから反射される光の偏光状態を計算する予めの段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
上記決定するステップは、上記パターンから反射される光の偏光状態を測定する予めの段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
非パターン化物体を光学的に検査する方法において、
欠陥により偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、
上記決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、上記物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、
上記非パターン化物体から反射された反射光ビームを偏光によりフィルタして、欠陥の不存在中に反射される光を阻止するステップと、
上記反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項２０】
上記反射光ビームを偏光によりフィルタするステップを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記反射光ビームは、非欠陥物体から反射される光成分を実質的に減少するように偏光によりフィルタされる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
光ビームの偏光状態を確立する上記ステップは、円偏光の入射光ビームを発生する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
上記入射光ビームは、上記パターン化された物体に垂直な光学軸に沿って伝播する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
プロセス変動の存在を指示するように複数の検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理するステップを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
上記検出信号は、上記パターン化された物体のエリアの像を表わす、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
上記検出信号は、上記パターン化された物体のエリアの像を表わす、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
物体を光学的に検査するシステムにおいて、
入射光ビームを上記物体により偏光シフトしなければならないように、上記物体に向けられた光ビームの偏光状態を確立するための入射光光学系と、
上記物体により導入される推定偏光シフトに応答して、反射光ビームを偏光によりフィルタするための反射光光学系と、
コントローラに結合されて、上記フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するための検出器と、
を備えたシステム。
【請求項２９】
上記検出器は像形成検出器であり、更に、上記反射光光学系は、上記物体のエリアの像を上記検出器に与えることができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
上記検出器は非像形成検出器であり、更に、上記反射光光学系は、上記検出器における瞳孔を形成する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
上記入射光光学系は、上記物体に垂直な光学軸に沿って上記入射光ビームを向ける、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３２】
上記入射光光学系は、上記物体に対して斜めに配向された光学軸に沿って上記入射光ビームを向ける、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３３】
上記入射光光学系は、ウェハ平面内の配向に沿って直線偏光状態を確立することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３４】
上記入射光光学系は、ウェハ平面内に円偏光状態を確立することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３５】
上記入射光光学系は、ウェハ平面内に楕円偏光状態を確立することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３６】
上記反射光光学系は、非欠陥パターンから反射される光成分を実質的に減少するように、反射光ビームを偏光によりフィルタすることができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３７】
入射光の偏光状態を確立する役目を果たす同じ遅延装置が反射光ビームの経路にも存在する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３８】
入射光の偏光状態を確立する役目を果たす遅延装置は、反射光ビームを偏光によりフィルタするのに使用されるものとは個別である、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３９】
偏光ビームスプリッタは、ａ）上記検査される物体に向けて入射ビームを伝送すると共に、反射ビームを上記検出器に向けて反射し、更に、ｂ）その反射ビームを偏光によりフィルタする、という二重の機能を果たす、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４０】
非偏光ビームスプリッタは、上記検査される物体に向けて入射ビームを伝送すると共に、反射ビームを上記検出器に向けて反射するという機能を果たし、一方、独立した偏光フィルタがその反射ビームを偏光によりフィルタするように働く、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４１】
上記システムは偏光シフトを計算することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４２】
上記システムは偏光シフトを測定することができる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４３】
上記検出器に結合され、プロセス変動の存在を指示するように複数の検出信号を処理できるプロセッサを更に備えた、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４４】
上記検出器に結合され、欠陥の存在を指示するように少なくとも１つの検出信号を処理できるプロセッサを更に備えた、請求項２８に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００６−５１２５８８（Ｐ２００６−５１２５８８Ａ）
【公表日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０８５３６（Ｐ２００５−５０８５３６）
【出願日】平成１５年１１月１７日（２００３．１１．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３６８３７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６１４４０
【国際公開日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（５０４２７３７８２）アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド (18)
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１１月１７日（２００３．１１．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３６８３７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６１４４０
【国際公開日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（５０４２７３７８２）アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド (18)
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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