特許 5980822 表面検査を行う方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5980822

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】表面検査を行う方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20160818BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/956 A

【請求項の数】6

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-10017(P2014-10017)

(22)【出願日】2014年1月23日

(62)【分割の表示】特願2010-230862(P2010-230862)の分割

【原出願日】2004年7月23日

(65)【公開番号】特開2014-74727(P2014-74727A)

(43)【公開日】2014年4月24日

【審査請求日】2014年2月21日

(31)【優先権主張番号】60/489616

(32)【優先日】2003年7月23日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】10/754679

(32)【優先日】2004年1月9日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】500049141

【氏名又は名称】ケーエルエー−テンカー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド・ダブリュ．・ショート

【審査官】 南 宏輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２０１９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６６９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８１１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２５５７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４１６５９４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３３４９１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面検査を行う方法であって、
少なくとも１つの一部透明レイヤが形成されたワークピースを提供することと、
第１波長の光ビームと、前記第１波長とは異なる第２波長の光ビームとで、前記ワークピースの表面をスキャンすることによって、光強度値を有する少なくとも２つの反射された光の信号を生成することと、
前記反射された光の信号の光強度を検出することと、
前記反射された光の信号の前記検出された光強度値のみを処理することによって、前記ワークピースの表面に形成された前記少なくとも１つの一部透明レイヤに対して厚さ測定値を得ることと、を備え、
前記処理することは、
前記一部透明レイヤの様々な厚さに対して、前記第１波長の光ビームにより生成された前記反射された光の信号の光強度値である反射強度と、前記第２波長の光ビームにより生成された前記反射された光の信号の光強度値である反射強度と、の組み合わせが取りうる値をプロットして得られる曲線であるパラメトリック曲線にアクセスすることと、
前記２つの検出された光強度値と前記パラメトリック曲線の光強度値とを比較することによって、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの厚さ測定値を得ることと、を備える、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記処理することは、前記反射された光の信号を処理することによって、前記ワークピースの前記表面上に分布する反射された光の信号値の空間分布を含む前記ワークピースのマップを生成することを備える、方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、
前記スキャンすることは、前記第１波長における光ビームおよび前記第２波長における光ビームで連続的にスキャンすることによって、前記第１波長における第１の反射された光の信号および前記第２波長における第２の反射された光の信号を含む反射された信号を生成することを備え、
前記検出することは、前記第１の反射された光の信号と前記第２の反射された光の信号とを検出することを備え、
前記処理することは、前記第１の反射された光の信号の強度を前記第２の反射された光の信号の強度と共に解析することによって、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定することを備える、方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法であって、
前記処理することは、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを用いることによって、前記ワークピースの前記表面上における前記少なくとも１つの一部透明レイヤの厚さの空間分布を含む前記ワークピースのマップを生成することを備える、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記反射強度のパラメトリック曲線は、前記第１波長の光ビームの反射強度と、前記第２波長の光ビームの反射強度と、にそれぞれ対応する２つの軸を有する、方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、
前記スキャンすることは、前記ワークピース上にそれぞれ異なる角度で導かれる前記第１波長の光ビームと、前記第２波長の光ビームと、を用いて行われる、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、米国特許仮出願第６０／４８９，６１６号（弁護士整理番号ＫＬＡ１Ｐ１２４Ｐ／Ｐ１２１１）「Method And Apparatus For Determining Surface Layer Thickness Using Continuous Multi-Wavelength Surface Scanning」、２００３年７月２３日出願の優先権を主張する。上記出願は、その全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。

【0002】

ここで記載される本発明は、一般には表面検査および試験に関する。より具体的には、本発明は、膜厚および半導体ウェーハ表面内の欠陥の決定のための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0003】

集積回路の質を制御するために、半導体ウェーハまたは他の基板は、さまざまな検査装置でその表面を光学的にスキャンすることによって欠陥について検査される。ふつう、ウェーハは、光を反射する鏡のような表面を持つが、多くのふつうの光学検査ツールは、検査目的ではパーティクルおよび欠陥からの光の暗視野散乱に頼る。これら光学的検査ツールにおいて、検査される表面の照射は、２つのタイプの光信号、つまり所望の散乱光信号および通常、抑制される不要なスペキュラー（反射された）光信号を作る。散乱光信号は、欠陥散乱および「ヘイズ」として知られる拡散表面散乱の両方から導かれる。スペキュラーで反射された（specularly reflected）信号は、散乱および吸収によって表面で失われた要素を引かれた入射ビームである。従来のツールにおいては、散乱された光の集光システムから不要な反射されたビーム信号を取り除くため、集光光学系またはビームダンプ内の出口開口が用いられてきた。

【0004】

ウェーハ処理のさまざまなステージにおいて、酸化物または窒化物レイヤのような薄い金属および／または誘電体膜が表面上に堆積される。典型的には、このような膜は、ある程度の「透明度」を表面を検査するのに用いられる光（検査ビーム）の波長に対して示す。よって検査ビームは、ウェーハの上部レイヤを透過し、膜のうちの下にある（透過性の少ない）レイヤに到達する。このような薄膜は、１０オングストロームおよび数１０ミクロンの間の厚さを有する。例えば、表面上の酸化物の厚さを知るのはいくつかの理由により重要である。酸化物の均一性が望まれ、これにより酸化物レイヤを利用する半導体デバイスは均一な特性を有する。酸化物レイヤは絶縁性であり、トランジスタのような半導体デバイスの電気的パフォーマンスは、特定の厚さの絶縁性レイヤに依存する。さらに重要なことには、薄いレイヤの堆積は、散乱光の分析によって得られる欠陥（例えばパーティクル）測定情報を悪化させる。

【0005】

図１は、ウェーハ１０３表面上に存在する欠陥１０２（この場合パーティクル）に向けられる照射ビーム１０１の簡略化された概略図である。欠陥は表面の電界を散乱させ、散乱光信号Ｓおよび鏡面反射方向の反射光信号Ｒを発生する。このような散乱はこの分野でよく知られており、ウェーハ表面上の欠陥を特定し定量化するのに用いられえる。示された図で複雑なファクタは、ウェーハ１０３の表面上の１つ以上の一部透過性を持つレイヤ１０４の存在である。このような一部透過性のレイヤは、レイヤを通してある波長の光を伝達する効果を有する。これはレイヤが照射ビーム１０１の波長の光に対して透過性を有するときに特に問題を起こす。このような一部透過性レイヤは、多くの異なる材料で構成されえるが、特によくある例としては、シリコン酸化物およびシリコン窒化物である。図１に見られるように、照射ビーム１０１の部分１０１ａは、少なくとも一部透過性レイヤ１０４内に透過し、少なくとも部分的に下層表面１０５によって反射される。この部分的に反射された部分１０１ｂはまた、欠陥１０２によって散乱され、それによって散乱光信号Ｓに寄与する。これは、期待される散乱光信号に大きなバラツキを生じる。よって、欠陥１０２を特徴付けるのに（例えば欠陥サイズを決定するために）典型的には用いられる散乱光は、それが部分的透過性レイヤを持たない表面から得られた光信号からの大きなバラツキを示すように今や変化される。

【0006】

よって、酸化物または窒化物（または以下に限定されないが、ある種の低Ｋ誘電体材料を含む他の一部透過性の材料）の薄いレイヤは、大きく放射場（光ビーム群）を変え、欠陥についての期待される散乱プロファイルを変える。ある例示的なケースでは、照射光の１／４波長の光学的厚さを持つ、その上に一部透過性の膜が形成された基板を用いると、表面におけるまたはその近傍の放射場の強度は、かなり低下し、表面上に存在するミクロンサイズの欠陥についての低光散乱を生む。これはそのような欠陥が見逃されることにつながりえる。よって膜厚を知ることは、この条件を補償したり、このような厚さにおける測定を避けたりするのに重要である。

【0007】

現在、フィルムレイヤ厚を測定できるツールが存在する。しかしこのようなツールは精密なツールであり、厚さを決定するためえにそれぞれのウェーハ上でいくつかの点について測定できるだけである（一般にはウェーハ当たりこのような測定点は２０〜２５を超えない）。さらに重要なことに、それぞれの測定は達成するのに長い時間がかかる。よってこのようなツールについては、それぞれのウェーハ上でいくつかの点より多く測定するのは非現実的である。その結果、このようなツールは正確ではあるが、限られた量の情報しか提供せず、表面全体を特徴付けるための実際の能力を持ち合わせていない。これらツールは、ウェーハ全体をスキャンする能力はなく、全体表面にわたって一部透過性のレイヤの厚さを決定することもできない。さらにこのようなツールは、これらツールが同じ表面上で同時に欠陥検査測定を行うときには、厚さ測定ができない。

【0008】

さらに、このようなツールは、検査された表面の反射率の振る舞いの「ウェーハマップ」を提供できない。例えば、現在のツールは、高密度反射率測定をシリコンウェーハ全体にわたって提供できない。また現在のツールは、その上に形成された一部透過性を持つ材料の少なくとも１つのレイヤを有するウェーハ全体の反射率測定マップを提供できない。

【0009】

さらにさまざまな不透明な膜について、ウェーハ表面全体の反射率マップを生成するのが望ましい。これは特に、アルミニウムまたはタングステンのような、表面散乱と共に、金属レイヤの反射率の知識が膜堆積の質および均一性についてのかなりの情報を生じえる金属膜について当てはまる。現在の手法は、表面をスキャンし、このようなマップを生成することができない。さらに表面のこのような反射率マップは、検出を高めるのに利用でき、より正確な欠陥サイズ分布カウントを提供できるが、これは欠陥散乱は、反射率のような表面光学パラメータによって大きく影響を受けるからである。

【0010】

さらに現在のツールおよび手法は、ウェーハ全体を急速にスキャンし、ウェーハの反射率特性を用いてウェーハ表面上に形成される要素の微小寸法（ＣＤ）を決定することができない。また現在のツールおよび手法は、ウェーハ全体を急速にスキャンし、ウェーハの反射率特性を用いて、処理中の製造オーバレイのアライメント精度を決定することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

よって、表面を連続的にスキャンすることによって表面反射率特性を測定できるツールおよび方法の要求がある。さらに、薄膜の厚さを測定し、同じプロセスで欠陥を特徴付けられるツールおよび方法の要求がある。また、表面を連続的にスキャンすることによってＣＤを決定し、製造中に構築されたオーバレイの正しいアライメントを決定できるツールおよび方法の要求がある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の原理にしたがえば、表面検査ツールおよび方法が開示される。一般に本発明の実施形態は、基板からの反射された光の信号を生成し、その反射された光の信号を用いて検査される表面を特徴付ける（または特徴付けを補助する）検査ツールに関する。

【0013】

検査ツールの実施形態は、第１ビームおよび第２ビームを含む光ビームを、その上に形成された一部透明レイヤを有するワークピース上に導き、反射された光の信号および散乱された光の信号を光ビームのそれぞれについて生成する照射要素を含む。ワークピースの表面にわたって光ビームの相対的動きを提供するよう構成されるスキャン要素が提供される。このツールは、第１、第２および第３光学検出器要素を含む。第１光学検出器要素は、前記第１ビームによってそれが前記ワークピース上をスキャンするときに作られる第１の反射された光の信号を受け取り、前記第１の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を測定し、前記光学パラメータ値を関連付けられた第１電気信号に変換するよう構成される。第２光学検出器要素は、前記第２ビームによってそれが前記ワークピース上をスキャンするときに作られる第２の反射された光の信号を受け取り、前記第２の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を測定し、前記光学パラメータ値を関連付けられた第２電気信号に変換するよう構成される。第３光学検出器要素は、前記散乱された光の信号を受け取り、前記散乱された光の信号を関連付けられた第３電気信号に変換するよう構成される。このツールは、前記関連付けられた第１および第２電気信号を受け取り、前記信号を用いて前記一部透明レイヤについての厚さの値を決定する回路を有する。さらにこのツールは、前記第３電気信号および前記一部透明レイヤについての厚さの値を受け取り、前記一部透明レイヤの前記厚さの効果を補正することによって、前記第３電気信号が前記ワークピースの欠陥を特定し特徴付けるのに用いられえる回路を有する。

【0014】

本発明の他の実施形態は、表面検査を行う方法に関する。このような方法は、ワークピースを提供し、少なくとも２つの光ビームで連続的にワークピースの表面をスキャンすることによって、少なくとも２つの反射された光の信号を生成することを伴う。反射された光の信号は検出され処理されて、ワークピースの表面を特徴付ける。本発明の特定の実施形態は、少なくとも２つの光ビームが光の異なる波長を有するものを含む。さらにそのような実施形態は、光の異なる波長を有し、ワークピースの表面上に異なる角度で投射される光ビームを含む。さらに他の実施形態においては、光ビームは光の同じ波長を持ちえるが、ワークピースの表面上に異なる角度で投射される。追加の実施形態は、反射された光の信号の異なる局面を測定する。本発明の実施形態は、例えば、反射された光の信号の光の強度、反射された光の信号の位相、反射された光の信号の偏波、および反射された光の信号の角度を測定するよう用いられえる。

【0015】

他の実施形態は、光透過性レイヤを有するワークピースを少なくとも２つの光ビームで連続的にスキャンすることによって、少なくとも２つの反射された光の信号を生成することを伴う。反射された光の信号は、検出され反射された光の信号のそれぞれについての光学パラメータが測定される。パラメトリックカーブがアクセスされ、このカーブは、一部透明レイヤについての厚さを、反射された光の信号についての光学パラメータに関連付ける。反射された光の信号はそれから、パラメトリックカーブと比較されることによって、反射された光の信号についての測定された光学パラメータ値にユニークに関連付けられた厚さの値を特定し、それによりワークピースの全体表面についての一部透明レイヤの厚さを決定する。さらなる実施形態は、この厚さ情報を、関連付けられた散乱された光の信号と共に用いて例えばワークピースの表面上の欠陥のサイズを決定する。

【0016】

本発明の他の実施形態は、その上に形成された複数のテストパターンを有するワークピースを提供することを伴う表面検査を行う方法である。この表面は、多色光でスキャンされてワークピースのテストパターンを照射し、反射された光のスペクトラムを生成する。反射された光のスペクトラムは検出され、多色光ビームと比較されることによってワークピース表面の属性を特徴付ける。

【0017】

本発明のこれらおよび他の局面は、以下の実施形態の詳細な説明においてより詳細に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】半導体ウェーハ表面上のパーティクルから散乱される入射光ビームを示す簡略化された概略断面図である。

【図2(a)】パーティクルサイズを、反射された光の信号の強度に関連付ける較正カーブを示す図である。

【図2(b)】検査表面上に形成された一部透明レイヤの厚さと比較された散乱された光の強度の図である。

【図3】異なる波長の２つの光ビームについて、一部透明レイヤの厚さと比較された反射された光の強度の図である。

【図4】本発明の原理により一部透明レイヤについて異なる厚さの範囲にわたり２つの異なる波長における反射光強度をパラメータ化する図である。

【図5】図４のパラメータ化された図の拡大図である。

【図6(a)】本発明の原理によって２つの異なる光ビームについて一部透明レイヤの厚さに比較された反射光ビームの光学パラメータ（例えば位相、偏波、集光角度、入射角度）の簡略化された図である。

【図6(b)】本発明の原理によって２つの異なる光ビームについて一部透明レイヤの厚さに比較された反射光ビームの光学パラメータ（例えば位相、偏波、集光角度、入射角度）の簡略化された図である。

【図7(a)】表面上に形成された一部透明レイヤについての異なる厚さの範囲にわたっての検査表面上に導かれた光ビームおよびそれから生じる反射された光の信号および反射された光の信号の強度の図である。

【図7(b)】表面上に形成された一部透明レイヤについての異なる厚さの範囲にわたっての検査表面上に導かれた光ビームおよびそれから生じる反射された光の信号および反射された光の信号の強度の図である。

【図8(a)】本発明の原理にしたがって構成された装置の実施形態の簡略化されたブロック図である。

【図8(b)】本発明の原理にしたがって構成された装置の実施形態の簡略化されたブロック図である。

【図9】本発明の原理による連続的スキャンにおいてスキャンされている螺旋検査パターンにおいて回転されているウェーハの簡略化された概略上面図である。

【図10】本発明の原理による関連付ける反射された光のスペクトラムを作るためのテストパターンを照射する螺旋検査パターンにおいて回転されているウェーハの簡略化された概略上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて容易に理解されよう。図面において同様の参照番号は同様の構成要素を示すことが理解されよう。図中の描写は必ずしも正しい縮尺ではないことも理解されよう。

【0020】

本発明は、その特定の実施形態および具体的な特徴について特に示され記載されている。ここで以下に記載された実施形態は、例示的であって限定的ではないと解釈されるべきである。形態および詳細へのさまざまな変更および改変が本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされえる当業者には容易に理解されよう。

【0021】

以下の詳細な説明は、表面検査ツールおよびそれらの使用方法のさまざまな実施形態を記載する。特に本発明の実施形態は、ウェーハ表面全体をスキャンし、反射光信号を測定し、そのような測定を用いてウェーハの表面を特徴付ける。ある実施形態においては、散乱光信号および反射光信号の両方が測定され、表面上の部分的透過レイヤの厚さが決定され、表面上の欠陥のサイズが決定される。本発明の原理にしたがって表面のさらなる特徴付けも可能である。

【0022】

従来の不透明表面上の欠陥検出において、欠陥のサイズは、その欠陥によって散乱される光の量に相関している。この概念は、図２（ａ）によって概略的に図示され、ここで垂直軸２０１は、検査された表面（欠陥を含む）によって散乱された光（強度Ｉ）に対応し、水平軸２０２は、散乱を発生する欠陥のサイズｄに対応する。データ点２０３は、欠陥サイズ／散乱強度のペアに対応する。不透明な表面上では、このようなデータ点２０３は、既知のサイズの欠陥を用いて較正カーブ２０４を生成するために容易に用いられえる。それからこの較正カーブ２０４は、未知のサイズの欠陥のサイズを測るために用いられえる。

【0023】

前述のように、表面の上部が少なくとも一部透明な（partially transmissive）材料の薄いレイヤを含むとき（例えば図１に示されるように）図はかなり複雑になる。少なくとも一部透明なレイヤは、特定の波長（または波長の帯域）における光の少なくとも一部がその材料を透過することを許す材料から形成される。このようなレイヤは、散乱光を用いて表面内の欠陥のサイズを検査する既存の検査スキームをめちゃくちゃにしえる。よって、一部透明な材料のレイヤの効果は、正確に欠陥のサイズ（または場合によってはその存在）を決定するために補償されなければならない。

【0024】

図２（ｂ）は、この問題のある局面を示すのに役立つ散乱された光の振る舞いの簡略図である。垂直軸２１１は、検査表面（欠陥を含む）によって散乱された光（強度Ｉ）に対応し、水平軸２１２は、一部透明なレイヤの厚さｔに対応する。ふつう厚さｔおよび散乱強度Ｉの間の「周期的な」関係が規定されえる。この関係は、カーブ２１５によって図示され、これは一部透明なレイヤの厚さの範囲にわたっての第１波長における光ビームの散乱の振る舞いを記述する。すぐにわかるのは、多くの異なる厚さが任意の散乱強度（例えば強度２１３）につながりえることである。よって図２（ａ）を参照して、一部透明なレイヤは測定された散乱強度Ｉ（したがって較正カーブ）に大きく影響を与えるので、任意の与えられた測定された散乱強度Ｉは、一部透明なレイヤの厚さが既知でない限り、多くの異なるパーティクルサイズに対応しえる。

【0025】

前述のように、この分野には基板の一部透明なレイヤの厚さを決定する方法がある。しかしこのような方法は、表面上のいくつかの選択された点におけるこのような厚さを決定するだけであり、このような方法は非常に時間がかかる。一部透明なレイヤの厚さは表面全体にわたって大きく変わりえるので、このような個々の点での測定は、一部透明なレイヤが、光散乱の特定の測定がなされた点においてどのくらい厚いかを教示しない。よってこのような測定はあまり役に立たない。

【0026】

これまで、連続的にウェーハ表面全体をスキャンし、ウェーハ全体の表面にわたっての反射光信号厚さを追跡するウェーハマップを生成できる方法または装置は構築されてきていない。同様に、ウェーハ表面全体をスキャンし、一部透明なレイヤの厚さをウェーハの表面全体にわたって追跡するウェーハマップを生成する方法または装置は構築されてきていない。さらに本発明によってなされたこのような厚さ測定は、ウェーハの同じ部分の欠陥スキャンと同時になされえる。よって厚さ情報および欠陥情報が同時に得られ、検査された表面（典型的には半導体ウェーハ）についての高速な欠陥および厚さの特徴付けが可能である。そのようにウェーハを検査するいくつかの実施形態は、１５〜２０秒で３００ｍｍウェーハ全体を検査することができる。これらは、本発明の多くの優位な特徴である。これらおよび他の効果は以下に詳細に記載される。

【0027】

本発明の実施形態は、それぞれの一部透明なレイヤ（既知の材料で構成される）の光の反射の振る舞いは、照射光の波長に依存して変化するという事実を利用する。前述のように、一部透明なレイヤが特定の波長における光で照射されるとき、一部透明なレイヤの厚さｔに関連する光強度のパターンが確立されえる。さらに照射光の波長が変化するとき、厚さｔに関連する光強度の異なるパターンが確立されえる。

【0028】

図３は、異なる波長を有する２つの光ビームの反射光の信号パターンの簡略化された図を示す。垂直軸３０１は、反射された光の信号Ｒ（例えば反射光信号の強度）の光学パラメータを表し、水平軸３０２は、一部透明なレイヤの厚さｔを表す。その上に形成された既知の材料でできた一部透明なレイヤを有するウェーハが用いられる。それぞれのビームは、ウェーハの同じ点上に投射され、反射された光信号を作る。それぞれの波長について、それぞれの材料は、反射光信号値対材料の厚さの特定の特性「周期」パターンに対応する。材料の種類が与えられるとき、本発明の装置および方法は、データベースから適切なパターンを呼び出すことができる。あるいは、そのようなパターンは、特定のアルゴリズムにしたがって生成されえる。

【0029】

第１波長（例えば４８８ｎｍ）における光は、一部透明なレイヤを含む材料の厚さｔに関連付けられた反射された光強度の第１パターン３０３を生成する。もし、例えば、第１反射強度ｒ₁が測定され、第１パターン３０３と関連付けられるなら、一部透明なレイヤの厚さｔは決定されえない。むしろ、ありえる複数の厚さＰは、識別されえる全てのものになる。しかし、もし第２波長の光（例えば６３３ｎｍ）も同じ点に投射されるなら、反射光強度の異なるパターン３０４対材料の厚さｔが生成される。第２反射強度ｒ₂を測定し、その値をパターン３０４と比較することによって、一部透明なレイヤの厚さｔは、こんどは決定されえる。しばしば、第１波長において測定された反射強度ｒ₁（例えば４８８ｎｍ）および第２波長（例えば６３３ｎｍ）における測定された反射強度値ｒ₂の両方に対応する厚さｔは一つだけしか存在しない。それぞれの一部透明な材料（例えばＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、および以下に限定されないが、多くの低Ｋ誘電体材料を含む、半導体製造において用いられる他の材料）についてこのような波長依存の振る舞いは既知であるので、反射光強度Ｒの波長依存パターン対厚さｔが決定されえる。典型的なそのようなパターンは、本発明の原理によって構成された装置の実施形態のメモリ内に記憶されるか、またはそのようなパターンは、当業者に知られたアルゴリズムおよび手法を用いてこれら実施形態によって生成されえる。

【0030】

図４は、一部透明レイヤの厚さを決定する他のアプローチを図示を表す。このようなアプローチにおいては、反射されたビームの測定された光学パラメータを、基板上の一部透明レイヤの厚さｔに相関付けるためにパラメトリックプロット４００が用いられる。示されるように、測定された光学パラメータは、与えられた波長において反射された光の信号の強度に対応する。それぞれのデータ点４０１は、基板上の一部透明レイヤの厚さｔに対応する。また示された実施形態において、垂直軸４０２は、第１波長（例えば６３３ｎｍ）における反射光信号の強度に関連付けられる。同様に、水平軸４０３は、第２波長（例えば４８８ｎｍ）における反射光信号の強度に関連付けられる。よって、パラメトリックカーブ４１０は、一部透明レイヤの厚さに関連付けられた２つの異なる波長における反射光信号強度のプロットである。示されるように、データ点４０１は、増加する一部透明レイヤの厚さに対応し、データ点４０１””はデータ点４０１’”より厚く、データ点４０１’”はデータ点４０１”より厚くなどとなっている。パラメトリックカーブ４１０の強調された部分４１５において、第１波長における反射光信号の強度は、一部透明レイヤの厚さが増すにつれ、増す。また、第２波長における反射光信号の強度は、一部透明レイヤの厚さが増すにつれ、増す。パラメトリックカーブ４１０上のそれぞれの点は、一部透明レイヤの厚さに対応するので、パラメトリック値の組み合わせの大部分が、一部透明レイヤの単一の厚さに対応することは容易に見てとれるだろう。しかし、いくつかの例外も指摘される。例えばパラメトリックカーブ４１０は、円で囲まれた領域４１１内の点で「交差」する。

【0031】

図５は、円で囲まれた領域４１１の拡大図である。交差点４２１は、同じパラメトリック値（ここでは２つの異なる波長における測定された反射光強度値）を有する２つの厚さに対応する。正しい厚さを決定する一つの方法は、検査者が一部透明レイヤのだいたいの厚さのレンジを知っておくことである。よってもし交差点４２１が８ミクロン（μｍ）厚さおよび２μｍ厚さのレイヤに対応し、ウェーハ上のレイヤは１〜３μｍ厚さの範囲にあり、実際のレイヤの厚さも対応する１μｍ厚さに対応する可能性が高い。しかし、検査者は、そのような厚さ情報に常にアクセスを持つとは限らない。そうではなく（またこちらのほうがふつうだが）、実際の厚さの差異はずっと互いに近く、したがってそのような方法によっては簡単には解決しにくい。例えば、もし交差点４２１がレイヤの１．８ミクロン（μｍ）の厚さに、そしてレイヤの２．５μｍの厚さに対応し、レイヤが１〜３μｍの厚さの範囲にあることが知られているなら、このような方法は必要とされる明瞭さを提供しない。しかし、正しい厚さを特定するために用いられえる方法の一つは、レイヤの厚さを決定するために既知の厚さ方向に移動することである。この方法は以下のように機能する。ライン４３４によって規定されるカーブの一部を参照すれば、１．６μｍの厚さは点４３３に対応し、また点４３４は厚さ２．０μｍに対応することがわかる。よって、ライン４２２に沿って移動することは、厚さが増すにつれ上に上がり、右に行く矢印によって規定される。またライン４２３によって規定されるカーブの一部を参照すれば、２．６μｍの厚さは点４３１に対応し、また点４３２は厚さ２．５μｍに対応することがわかる。よって、ライン４２３に沿って移動することは、厚さが減るにつれ下に下がり、右に行く矢印によって規定される。よって、検査者は、１．８μｍより厚い（例えば２．０μｍ）ある点についての光学パラメータを測定し、カーブ上でデータがどちらに移動するかを観察できる。もし例えば、データが点４２１からライン４２２に沿って点４３４に向かって移動するなら、検査者は点４２１についての厚さは約１．８μｍであることがわかる。さらに光の２つの波長を用いることに基づく厚さ決定の、当業者に知られる他の方法も用いられえる。

【0032】

他の関連するアプローチにおいて、他のビーム（例えば、第３の波長における）が導入されえる。よってそれぞれのデータ点は、３次元でパラメータ化されえる。これは、複雑な３次元パラメータカーブになる。このようなパラメータ化されたカーブが３−Ｄの交差点を持つことは非常に起こりにくいことである。したがってこのような３つのビーム（３軸）アプローチにおいては、厚さがより簡単に決定されえる。例えば図４を参照すれば、第３軸（ビーム）は、紙面の中へ（または紙面から外へ）延びえる。

【0033】

図６（ａ）および６（ｂ）を参照して、さらなる光学パラメータが用いられて、ウェーハの表面を特徴付けられる。図示された例においては、反射光信号は、反射されたビームの位相および偏波（polarization）についての光学パラメータについて測定される。このような位相および偏波測定は、反射された光からなされ、ウェーハ表面を特徴付けるために用いられえる。図６（ａ）に示されるように、照射ビームおよび反射ビーム間の位相変化が決定され、これを用いてウェーハ表面が特徴付けられる。特に、このような情報は、ウェーハの表面上の一部反射レイヤの厚さを決定するために用いられえる。前述の反射光強度測定のように、位相変化の測定（ここでは位相測定とも呼ばれる）もまた、一部反射レイヤの厚さに依存する。よって位相変化の測定は垂直軸６０１についてプロットされえ、一部透明材料の厚さｔの測定は垂直軸６０２についてプロットされえる。図示された実施形態において、ウェーハは、２つの異なる波長において照射される。簡略化された概略プロットからわかるように、第１波長λ₁における厚さｔに対する位相変化の第１パターン６０３は、第２波長λ₂における厚さｔに対する位相変化の第２パターン６０４とは異なる。よって、表面上の同じ点は、表面を照射するのに用いられる光の波長に依存して位相変化の２つの異なる値を提供する。よって図３で示されたのと同じプロセスが用いられて、一部透明レイヤについての厚さを決定できる。唯一、異なる点は、光学パラメータが反射されたビームの強度ではなく、反射されたビームについて位相変化である点である。さらに位相変化情報は、図４に示されたのと同じような方法でパラメータ化されえる。やはり唯一、異なるのは、用いられる光学パラメータが反射されたビームについての位相変化であって、反射されたビームの強度ではないことである。

【0034】

図６（ｂ）に示されるように、照射ビームおよび反射ビーム間の偏波の変化が決定され、ウェーハ表面を特徴付けるのに用いられえる。特にこのような情報は、ウェーハの表面上の一部反射レイヤの厚さを決定するために用いられえる。前述の反射光強度の測定のように、偏波の変化（change in polarity）の測定（ここでは偏光解析（ellipsometry）とも呼ばれる）は、一部反射レイヤの厚さに依存する。よって偏波（または偏波の変化）の測定は、垂直軸６１１についてプロットされ、一部透明材料の厚さｔの測定は、垂直軸６１２についてプロットされえる。図示された実施形態において、ウェーハは、２つの異なる波長（例えばλ₃、λ₄）で照射される。簡略化された概略プロットからわかるように、第１波長λ₃において決定された厚さｔに対する偏波のあるパターン６０６は、第２波長λ₄において決定された厚さｔに対する偏波の他のパターンとは異なる。よって表面上の同じ点が、表面を照射するのに用いられる光の波長に依存して偏波についての２つの異なる値を提供する。よって図３について図示されたのと同じプロセスが、一部透明レイヤについての厚さを決定するために用いられえる。唯一、異なる点は、光学パラメータが反射されたビームの強度ではなく、反射されたビームの偏波である点である。さらに偏波情報は、図４に示されたのと同じような方法でパラメータ化されえる。やはり唯一、異なるのは、用いられる光学パラメータが反射されたビームについての偏波であって、反射されたビームの強度ではないことである。ある実施形態においては、３つの異なる入力偏波が提供されえ、これらは、入射平面に平行にアラインされたＰ偏波、入射平面に垂直にアラインされたＳ偏波、および光波の周波数においてＳ偏波およびＰ偏波の間で交番する連続的に変化する入射偏波として特徴付けられる円偏波である。ＰおよびＳ偏波およびそれらの同相成分における差についての反射係数の相対振幅を特徴付けるこれら偏光分析パラメータは、よく知られており、文献にも多く記載されている。強度、偏波、および位相について上述したのと同様に反射光信号の角度が測定され、表面特徴付け情報を提供するために用いられえることに注意されたい。

【0035】

２つ（またはそれ以上）の異なる波長における光ビームを用いることに加えて、照射光ビームは、表面上の２つ（またはビームの数に依存してそれ以上）の異なる入射角で導かれえる。あるいは本発明の実施形態は、２つ（またはそれ以上）の同じ波長の光ビームだが、異なる入射角で用いられえる。図７（ａ）は、ある典型的な実施形態を示す。第１ビームＩ₁は、表面に第１角θで導かれ、第２ビームＩ₂は、表面に第１角Ψで導かれ、入射ビームＩ₁、Ｉ₂のそれぞれに対応する反射されたビームＲ₁、Ｒ₂が形成される。反射されたビームのそれぞれは、適切な集光角で検出され、所望の光学パラメータが測定され、ウェーハ表面を特徴付けるのに用いられる（例えば一部透明な表面レイヤの厚さを決定するために）。図示された実施形態において、それぞれの照射ビームＩ₁、Ｉ₂について同じ波長の光が用いられる。図７（ｂ）で示される実施形態においては、反射されたビームＲ₁、Ｒ₂の強度Ｉ_Rを、一部透明レイヤの厚さに相関付けるカーブがシステムメモリから呼び出され、ウェーハの表面を特徴付けるのに用いられえる。見られるように、異なる角における２つのビームは異なるパターンを有する。一般に、入射角が急であればあるほど、パターンの反復間隔は短くなる。これは図７（ｂ）によってはっきり図示され、ここで第１反射ビームＲ₁に対応する光信号Ｓ₁は、第２反射ビームＲ₂に対応する光信号Ｓ₂よりも短い間隔を有する。例えば図３、４、および５について上述のように、一部透明な表面レイヤの厚さを決定するために２つ（またはそれ以上）の光信号も用いられえる。

【0036】

図８（ａ）および８（ｂ）は、本発明の原理にしたがって構成された２つの例示的装置の実施形態の簡略化されたブロック図である。図８（ａ）を参照し、第１実施形態８０１が示される。図示された実施形態は、ウェーハ８０３のためのサポート８０２を含む。パターン付きでない（un-patterned）ウェーハがターゲット物体として言及されるが、他の基板、特に一部透明レイヤを有するパターン付きでないウェーハも検査されえる。また発明者は、反射性ガラス、反射性メタライゼーションレイヤ、または複合材料、または他の表面のような他のコーティングされた表面を持つターゲット物体も検査され、本発明によって測定されえると想定する。またパターン付きの（patterned）表面（例えばパターン付きウェーハ）も後述のように本発明の原理にしたがって検査されえる。

【0037】

サポート８０２は、ふつう、真空を用いてウェーハ８０３をサポート８０２上に固定して置くウェーハチャックを含む。もちろんウェーハ８０３は、多くの他のアプローチを利用してサポート８０２に固定されてもよい。ウェーハ８０３および入射ビームＩ₁、Ｉ₂の間の相対的動きが提供される。典型的には、図示された実施形態のサポート８０２は、ウェーハ８０３を回転すること８０４によって、入射ビームＩ₁、Ｉ₂に対して相対的動きを提供する。ウェーハ８０３の回転速度は、モータ８０５によって制御され、これは典型的にはコンピュータ化された制御システム８１０によって制御される。追加の動きの半径方向の次元８０６が提供され、これによりウェーハが回転されるとき、入射ビームＩ₁、Ｉ₂はウェーハ表面にわたって半径方向に移動し、所望であればウェーハ８０３表面の全体をスキャンできる螺旋スキャンパターンを発生する。このような半径方向の動きは、例えば、同じくコンピュータ化された制御システム８１０によって制御されるステージモータ（概略的に８０７によって図示される）を用いて導かれえる。サポート８０２（つまりウェーハ８０３）の位置は既知であり、コンピュータ化された制御システム８１０によって注意深く制御される。スキャニングおよびウェーハ搬送メカニズムの具体的な形態は、ウェーハ位置が既知であり、入射ビームＩ₁、Ｉ₂に相対的に移動されえる限り、重要ではない。

【0038】

照射要素８１１は典型的には、第１ビームＩ₁を作る第１光源８１２、および第２ビームＩ₂を作る第１光源８１３を含む。光源８１２および８１３は通常、単一の波長を有するビームを作る（例えば単一波長レーザまたはフィルタリングされた多色ランプを用いて）。あるいは多波長レーザが用いられて２つのビームが作られえる。実施形態（後述）によっては、１つ以上のフィルタリングされない多色光源が用いられえる。図示された実施形態において、第１ビームＩ₁および第２ビームＩ₂はそれぞれ同じ波長を有し、異なる入射角（それぞれεおよびφ）でウェーハ８０３上に導かれる。これらビームＩ₁、Ｉ₂はウェーハ上に入射し、散乱された光の信号Ｓおよび反射された光の信号Ｒ₁、Ｒ₂を作る。

【0039】

散乱された光Ｓは、集光され、そのような目的のために構築され構成されたフォトセンサ要素（不図示）によって測定される。この散乱された光は、典型的には欠陥検出および分析に用いられるものである。多くの従来技術によるシステムにおいては、反射された光信号（例えばＲ₁、Ｒ₂）は検出されず、または測定されない。しかし本発明の実施形態においては、反射された光の信号は、さらにウェーハ表面を特徴付けるために検出され利用される。検出器要素８１４および８１５は、反射された光の信号Ｒ₁、Ｒ₂を検出するよう構成される。多くの異なる個別またはアレイタイプの検出器が検出器要素８１４および８１５として用いられえる。ある実現例においては、光倍増管（ＰＭＴ）が用いられえる。さらに電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器アレイも用いられえる。またデバイスおよび検出器構成の多くの他のタイプも用いられえ、以下に限定されないが、個別光検出器デバイス、ＣＭＯＳアレイ、多陰極ＰＭＴ、フォトダイオードアレイ、および当業者に知られた他のアレイ光検出器が用いられえる。さらに偏波検出器および位相検出器が本発明の実施形態を実現するために用いられえる。検出器要素８１４および８１５は、反射された光の信号Ｒ₁、Ｒ₂を、分析のためにシステムの他の処理回路８１６に伝送される電気信号に変換する。典型的には処理回路８１６は、記憶された値または計算された値を用いて生成された、ルックアップテーブルまたは膜厚計算機８１７を含む。膜厚計算機８１７は、一部反射材料についての材料特性および反射光信号パラメータに基づいた標準の膜厚式でプログラムされる。例えばそのような式は、反射光信号の強度および入射ビームの角度に基づきえる。そのような計算機８１７は、処理回路８１６の一部でありえるが、異なる機能が実行されるので別個のブロックとして図示されている。離散波長を用いて薄膜の膜厚を計算する式は、従来技術のこの分野、例えば反射偏光分析でよく知られる。いったん薄膜決定がなされると、薄膜の膜厚を表す信号が処理回路８１６に伝送される。それから処理回路８１６は、散乱検出器（不図示）からの散乱光の強度に基づいてパーティクル／欠陥サイズ測定を調整しえる。

【0040】

KLA-Tencor Model DLSという検査ツール（カリフォルニア州、サンノゼのKLA-Tencor Corporation）は、本発明の原理を組み込むよう変更されえることに注意されたい。代替の実施形態においては、ビーム（例えばＩ₁、Ｉ₂）は、異なる角度で投射されるのに加えて異なる波長を有するビームを含みえる。さらに３つ以上のビームを有する実施形態も利用されえる。本発明の原理にしたがって、このようなビームは、異なる角度および異なる波長でウェーハ上に導かれえる。これら実施形態は、追加のビームを検出するための追加の検出器を利用しえる。さらに検出器の異なるタイプ（例えば位相および波長に敏感な検出器）も用いられえる。さらに検出器は、異なる集光角度において光を検出するよう配置されえる。

【0041】

図８（ｂ）は、代替の実施形態のブロック図を示す。前述のように、装置はウェーハ８０３のためのサポート８０２を含む。やはりさまざまな基板が検査されえる。前と同様、ウェーハ８０３は、サポート８０２に固定され、サポート８０２は、ウェーハ８０３を回転させること８０４によって入射ビーム８２１、８２２に対して相対的な動きを提供する。ウェーハ８０３の回転速度は、典型的にはモータ８０５によって制御され、これは典型的にはコンピュータ化された制御システム８１０によって制御される。上述のように、動きの半径方向の次元８０６が提供され、これにより所望であれば、ウェーハ８０３表面の全体をスキャンできる螺旋スキャンパターンを発生できる。やはり、このような半径方向の動きは、例えば、同じくコンピュータ化された制御システム８１０によって制御されるステージモータ（概略的に８０７によって図示される）を用いて導かれえる。前と同様に、サポート８０２の位置は既知であり、コンピュータ化された制御システム８１０によって注意深く制御される。

【0042】

照射要素８２５は典型的には、第１波長における第１ビーム８２１を作り、第２波長における第２ビームを作る光源を含む。このような光源は、それぞれが異なる波長のビームを作る２つ以上のレーザを含みえる。あるいは光源は、実質的に単一色光の２つ（またはそれ以上）の帯域幅群を作る多色光源を含みえる。さらに代替として、複数の波長の光を発生するために多波長レーザ（２つ以上の波長の光を作ることができるレーザ）も用いられえる。図示された実施形態において、第１波長を有する第１ビーム８２１、および第２波長を有する第２ビーム８２２それぞれは、同じ入射角においてウェーハ８０３に導かれる。ビーム８２１、８２２はウェーハ上に入射し、散乱された光Ｓおよび反射された光ビームＲ₁、Ｒ₂を作る。

【0043】

散乱された光の信号Ｓは集められ、概略的に図示されたフォトセンサ要素８２６によって測定されえる。以前と同様に、この散乱された光は、典型的には欠陥検出および分析のために用いられる。追加の検出器要素８３１および８３２は、反射された光信号Ｒ₁、Ｒ₂をそれぞれ検出するよう構成される。ここで図示されたように、ダイクロイックビームスプリッタが用いられることによって、反射された信号Ｒ₁、Ｒ₂は適切な検出器上に導かれる。前と同様に、検出器要素８２１、８２３としては多くの異なる個別の、またはアレイタイプの検出器が用いられえる。ある実施形態においては、ＰＭＴ検出器およびＣＣＤアレイが用いられえる。やはり前述のように、デバイスおよび検出器の多くの他のタイプが用いられえ、以下に限定されないが、個別光検出器デバイス、ＣＭＯＳアレイ、多陰極ＰＭＴ、フォトダイオードアレイ、および当業者に知られた他のアレイ光検出器が用いられえる。さらに本発明の実施形態を実現するためには偏波検出器および位相検出器も用いられえる。偏波検出器および位相検出器は、反射された光の信号Ｒ₁、Ｒ₂を検出し、その信号を、分析のためにシステムの他の処理回路８３６に伝送される電気信号に変換する。

【0044】

前と同様に、典型的には処理回路８３６は、記憶された値または計算された値を用いて生成された、ルックアップテーブルまたは膜厚計算機８１７を含む。いったん薄膜決定がなされると、薄膜の膜厚を表す信号が処理回路８３６に伝送される。それから処理回路８３６は、散乱検出器（不図示）からの散乱光の強度に基づいてパーティクル／欠陥サイズ測定を調整しえる。加えて、ビームからの散乱された光は、システムの光検出器要素を用いて検出されえる。特に、フォトセンサ要素８２６は、複数の異なる検出器デバイスを含みえる。加えて、このようなデバイスは、異なる光学的状態（偏波、波長など）を検出するように構成されえ、また異なる集光角において光を検出するよう配置されえる。

【0045】

再び、代替の実施形態においては、ビーム（例えば８２１、８２２）は、異なる波長を有する追加のビームをさらに含みえる。さらなる検出器が、追加のビームを検出するように含まれえる。

【0046】

従来のツールは、欠陥を検出するためにパターン付きではないベア基板を連続的にスキャンし、入射ビームから散乱された光を測定できる。従来のツールは、前述した理由のために、もし一部透明レイヤが基板上に存在するなら、この連続的なスキャンを達成できない。従来のツールは、その上に形成された一部透明なレイヤの厚さを決定するよう連続的にはスキャンできない。よって従来のツールにおいては、一部透明レイヤが存在するときは、欠陥のサイズを検出し決定するためには連続的なスキャンは用いられえない。本発明の実施形態のある効果は、実施形態がウェーハ表面の全体を連続的にスキャンし、同時に反射光信号および散乱光信号を表面上の同じ点から検出し、同時に一部透明レイヤの厚さを決定でき、この情報を同じ点についての散乱された光信号と共に用いることによって、基板上の欠陥の位置およびサイズを決定できることである。

【0047】

図９は、回転されつつ（９０２）、検査ツール（概略的にボックス９０３によって図示される）によってスキャンされるウェーハの簡略化された概略的な上から下を見た図である。全体のウェーハ９０１が１つの連続的なスキャンパターンでスキャンされえる。このようなパターンは、螺旋パターン９０４によって図示される。螺旋パターン９０４は、ウェーハがスキャンされるとき、光９０８のドットがウェーハ表面にわたってマッピングするパスを記述する。

【0048】

発明者は、本発明の実施形態の反射光の光信号は、ウェーハ表面のマップを作るように用いられえると想定する。このようなマップは、ウェーハ表面にわたっての一部透明レイヤの厚さの空間分布のマップでありえる。適用可能な場合における定量的膜厚測定は、フィルムレイヤコントローラの堆積パラメータを特徴付け、補正するために用いられえる。また反射率測定および／または定量的または相対的膜厚決定は、パーティクル／欠陥カウントおよびサイズ測定を補正するのにもかなり有用であり、また透明または不透明にかかわらず、任意の表面または薄膜の質または不均一性についての情報を提供するのにもかなり有用である。

【0049】

さらに、反射された光の信号は、反射された光の強度以上のものについて（例えば偏波、位相、およびさらには角度も）測定されえるので、反射光光学信号についての任意の測定された光学パラメータ値のマップが作られえる。このようなマップは、単にウェーハの表面にわたって反射されたビームについての測定された光学パラメータ値の空間分布のプロットである。このようなマップは、ウェーハの多くの他の表面特性と共に、ウェーハの地形図であるウェーハのバックグラウンド「ヘイズ」を決定するのに用いられえる。加えて、反射された光についての測定された光学パラメータのこのようなマップは、そのように測定されたパラメータ値における顕著な変化に関連付けられたプロセス欠陥を確認するのに用いられえる。例えばそのようなウェーハマップは、ウェーハ表面にわたって反射された信号強度のプロットからなる。あるいはそのようなプロットは、以下に限定されないが、反射光の偏波、反射光の位相、反射光の反射角などを含む他の反射光の光学パラメータについてウェーハの表面を記述する。このような実現例は、その上に一部透明レイヤが形成された表面を特徴付けるのに非常に有用であるだけでなく、表面を照射するのに用いられる光の波長に不透明である材料から形成される表面を特徴付けるのにも非常に有用である。そのような表面の例には、以下に限定されないが、未処理シリコンウェーハおよびウェーハ上に形成された金属コーティングが含まれる。

【0050】

他の実施形態においては、本発明の原理は、パターン付きウェーハに適用可能である。パターン付きウェーハは、表面の特徴付けを促進するためにその上に形成された専用のテストサイトと共に構成されえる。反射光信号の測定は、製造ステップ（群）が所望の微小寸法（ＣＤ）公差内に入るか、または２つの製造レイヤ間のオーバレイアライメントが所望の仕様に収まるかを評価するのに用いられえる。ウェーハのこのような特性付けは、ウェーハ上に製造された複数のテストサイトを用いて達成できる。ウェーハは、多色光ビームで照射されスキャンされる。多色光ビームからの反射された光の信号は、反射光強度スペクトラムを作る。多色光ビームは、テストサイト上に導かれ、対応する反射光強度スペクトラムが測定されるとき、スペクトラムの変化は、ウェーハＣＤの幅および深さを決定するために分析されえる。テストサイトのある適切なタイプは、その格子についての規則的な間隔を規定する、所定の均等に間隔が設けられたパターンを有する回折格子である。

【0051】

図１０は、そのようなＣＤ測定の実現例を概略的に示す。その上に形成された複数のテストサイト１００２を有するウェーハ１００１は、多色光ビームでスキャンされる。螺旋スキャンパターン１００３が図示される。反射された光ビームについての光学信号は、連続的に検出され、メモリに保存される。メモリはそれからアクセスされ、テストサイト１００２に対応する光学信号はそれからアクセスされる。それぞれのそのような信号は、対応する光学スペクトラム１００４を生成する。スペクトラムは、そのような格子について期待されるスペクトラムに対してそれから分析される。期待されるスペクトラムからの偏位は、所望のＣＤまたは所望のオーバレイからのバラツキの範囲および大きさを特定するのに用いられえる。このような方法は当業者に知られる。

【0052】

本発明は、ある好ましい実施形態およびそれらの特定の特徴について特に示され記載されてきた。しかし上述の実施形態は、本発明の原理を記載するよう意図されており、その範囲を限定するよう意図されないことに注意されたい。したがって当業者には容易にわかるように、形態および詳細におけるさまざまな変更および改変が、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされえる。示された実施形態に対する他の実施形態および変化形は、当業者には明らかであり、添付の特許請求の範囲で規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされえる。特に、発明者は、実施形態が２つ、３つ、４つ、およびそれより多い光ビームが有利であることを想定する。さらに照射ビームについて異なる入射角度および異なる波長を用いる実施形態は、発明者によって優位性があると特に想定されている。さらに、複数の多数の検出器デバイスを組み込んだ実施形態も本発明の原理によって想定される。そのような実施形態は、多くの異なる集光角から受け取られた光を検出するよう構成される検出器を組み込みえる。さらにそのような検出器は、当業者に知られるように、光の特定の波長、光の偏波、または他の光の特性を検出しえる。さらに特許請求の範囲において単数の要素への参照は、明示的に規定されない限り、「１つであって唯一」であることを意味するよう意図されず、そうではなく「１つまたはそれより多い」ことを意味するよう意図される。さらにここで図示されて開示された実施形態は、ここで具体的に開示されていない任意の要素なしで実施しえる。

【0053】

また、本発明は、以下の形態または適用例として実現することも可能である。

【0054】

［適用例１］少なくとも２つの光ビームを表面上に導くことによって、前記少なくとも２つの光ビームのそれぞれについて反射された光の信号および散乱された光の信号を生成する照射要素であって、前記少なくとも２つの光ビームは、少なくとも２つの異なる波長群、または少なくとも２つの異なる、表面に対しての入射角群のうちのいずれかを有する、照射要素、
前記反射された光の信号を受け取るよう構成される光学検出器、および
前記反射された光の信号を分析することによって一部透明レイヤについての厚さの値を決定する回路
を備える表面検査装置。

【0055】

［適用例２］適用例１に記載の表面検査装置であって、前記光学検出器は、異なる波長における反射された光信号を検出するよう構成される表面検査装置。

【0056】

［適用例３］適用例１に記載の表面検査装置であって、前記光学検出器は、異なる偏波における反射された光信号を検出するよう構成される表面検査装置。

【0057】

［適用例４］適用例１に記載の表面検査装置であって、前記光学検出器は、異なる集光角度における反射された光信号を検出するよう構成される表面検査装置。

【0058】

［適用例５］適用例１に記載の表面検査装置であって、前記光学検出器は、前記散乱された光の信号および前記反射された光の信号を検出するよう構成され、
前記回路は、前記反射された光の信号を分析することによって前記一部透明レイヤについての厚さの値を決定し、前記厚さの値を組み合わせて利用して前記散乱された光の信号を分析することによって前記表面内の欠陥を検出する
表面検査装置。

【0059】

［適用例６］適用例５に記載の表面検査装置であって、前記表面にわたって前記少なくとも２つの光ビームの相対的動きを提供することによって、前記表面全体が前記装置によって検査されえるスキャン要素をさらに含む表面検査装置。

【0060】

［適用例７］第１ビームおよび第２ビームを含む少なくとも２つの光ビームを、その上に形成された一部透明レイヤを有する前記ワークピースの一部上に導くことによって、前記少なくとも２つの光ビームのそれぞれについて反射された光の信号および散乱された光の信号を生成する照射要素、
前記ワークピースの表面にわたって前記少なくとも２つの光ビームの相対的動きを提供するよう構成されるスキャン要素、
前記第１ビームによってそれが前記ワークピース上をスキャンするときに作られる第１の反射された光の信号を受け取り、前記第１の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を測定し、前記光学パラメータ値を関連付けられた第１電気信号に変換するよう構成された第１光学検出器要素、
前記第２ビームによってそれが前記ワークピース上をスキャンするときに作られる第２の反射された光の信号を受け取り、前記第２の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を測定し、前記光学パラメータ値を関連付けられた第２電気信号に変換するよう構成された第２光学検出器要素、
前記関連付けられた第１および第２電気信号を受け取り、前記信号を用いて前記一部透明レイヤについての厚さの値を決定する回路、
前記少なくとも２つのビームが前記ワークピース上をスキャンするときに前記散乱された光の信号を受け取り、前記散乱された光の信号を関連付けられた第３電気信号に変換するよう構成された第３光学検出器要素、および
前記第３電気信号および前記一部透明レイヤについての厚さの値を受け取り、前記一部透明レイヤの前記厚さの効果を補正することによって、前記第３電気信号が前記ワークピースの欠陥を特定し特徴付けるのに用いられえる回路
を備える表面検査装置。

【0061】

［適用例８］適用例７に記載の表面検査装置であって、前記スキャン要素は、前記ワークピースの前記表面にわたって前記少なくとも２つの光ビームの連続的な相対動きを可能にすることによって、前記ウェーハの表面全体のスキャンを促進する表面検査装置。

【0062】

［適用例９］適用例８に記載の表面検査装置であって、前記第１ビームは、前記第２ビームとは異なる角度において前記ワークピースの前記表面上に導かれる表面検査装置。

【0063】

［適用例１０］適用例８に記載の表面検査装置であって、前記第１ビームおよび前記第２ビームはそれぞれ異なる波長を有する光を含む表面検査装置。

【0064】

［適用例１１］適用例１０に記載の表面検査装置であって、前記第１ビームは、前記第２ビームとは異なる角度において前記ワークピースの前記表面上に導かれる表面検査装置。

【0065】

［適用例１２］適用例８に記載の表面検査装置であって、前記第１光学検出器要素は、光強度値、光偏波値、前記反射された光の信号の角度、および前記第１の反射された光の信号に関連付けられた位相値の中から選択された前記第１の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を測定し、
前記第２光学検出器要素は、光強度値、光偏波値、前記反射された光の信号の角度、および前記第２の反射された光の信号に関連付けられた位相値の中から選択された前記第２の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を測定する
表面検査装置。

【0066】

［適用例１３］適用例７に記載の表面検査装置であって、前記照射要素は、前記ワークピースの前記一部上に導かれる第３光ビームを含む少なくとも３つの光ビームを備えることによって、第３の反射された光の信号および他の散乱された光の信号を生成し、
前記ワークピース上がスキャンされるとき前記第３ビームによって作られた前記第３の反射された光の信号を受け取り、前記第３の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を測定し、前記光学パラメータを関連付けられた第４電気信号に変換するよう構成された第４光学検出器をさらに含み、
前記回路は、前記第４電気信号をさらに受け取り、前記第４電気信号を用いて前記一部透明レイヤの前記厚さをさらに決定する
表面検査装置。

【0067】

［適用例１４］適用例７に記載の表面検査装置であって、
第３光学検出器要素は、前記少なくとも２つのビームが前記ワークピース上をスキャンするときに前記散乱された光の信号を前記第１ビームから受け取るよう構成された第１光学検出器サブ要素、および前記散乱された光の信号を前記第２ビームから受け取るよう構成された第２光学検出器サブ要素を含み、前記第１および第２散乱された光の信号を関連付けられた電気信号に変換し、
前記回路は、前記第１および前記第２の散乱された光の信号および前記一部透明レイヤについての厚さの値に関連付けられた前記電気信号をさらに受け取り、前記一部透明レイヤの前記厚さの効果を補正することによって、前記第１および前記第２散乱された光の信号に関連付けられた電気信号が前記ワークピースの欠陥を特定し特徴付けるよう用いられえる
表面検査装置。

【0068】

［適用例１５］表面検査を行う方法であって、
表面を有するワークピースを提供すること、
少なくとも２つの光ビームで前記ワークピースの前記表面を連続的にスキャンすることによって、少なくとも２つの反射された光の信号を生成すること、
前記反射された光の信号を検出すること、および
前記反射された光の信号を処理することによって前記ワークピースの前記表面を特徴付けること
を含む方法。

【0069】

［適用例１６］適用例１５に記載の方法であって、前記ワークピースを提供することは、その表面上に形成された少なくとも１つの一部透明レイヤを有するワークピースを提供することを含み、
前記反射された光の信号を処理することによって前記ワークピースの前記表面を特徴付けることは、前記反射された光の信号を処理することによって前記ワークピース上に形成された前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定する方法。

【0070】

［適用例１７］適用例１５に記載の方法であって、前記反射された光の信号を処理することによって前記ワークピースの前記表面を特徴付けることは、前記反射された光の信号を処理することによって、前記ワークピースの前記表面上にわたって分布する反射された光の信号値の空間分布を含む前記ワークピースのマップを生成する方法。

【0071】

［適用例１８］適用例１７に記載の方法であって、前記反射された光の信号を検出することは、前記反射された光の信号の光学パラメータ値を測定することを含み、ここで前記反射された光の信号についての前記光学パラメータ値は、光強度値、光偏波値、角度値、および前記反射された光の信号に関連付けられた位相値の中から選択され、
前記反射された光の信号を処理することによって前記ワークピースの前記表面を特徴付けることは、前記反射された光の信号の前記測定された光学パラメータ値を処理することによって、前記ワークピースの前記表面上にわたって分布する反射された光の信号についての測定された光学パラメータ値の空間分布を含む前記ワークピースのマップを生成する方法。

【0072】

［適用例１９］適用例１６に記載の方法であって、
前記ワークピースを連続的にスキャンすることは、第１波長における第１ビームおよび第２波長における第２ビームを含む少なくとも２つの異なる波長を有する少なくとも２つの単色光ビームでスキャンすることによって、前記第１波長における第１の反射された光の信号および前記第２波長における第２の反射された光の信号を含む反射された信号を作ることを含み、
前記反射された光の信号を前記検出することは、前記第１の反射された光の信号および前記第２の反射された光の信号を検出することを含み、
前記処理することは、前記第２の反射された光の信号と共に前記第１の反射された光の信号を分析することによって前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定することを含む方法。

【0073】

［適用例２０］適用例１９に記載の方法であって、処理することは、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを用いて、前記ワークピースの前記表面上にわたる前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さの空間分布を含む前記ワークピースのマップを生成することを含む方法。

【0074】

［適用例２１］適用例１９に記載の方法であって、処理することは、前記第１の反射された光の信号の光学パラメータを前記第２の反射された光の信号の光学パラメータと共に分析することによって、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定することを含み、前記光学パラメータは、光強度、光偏波、角度、および光変化のうちから選択される方法。

【0075】

［適用例２２］適用例１５に記載の方法であって、
前記ワークピースを連続的にスキャンすることは、それぞれのビームが前記ワークピースの前記表面に異なる角度で入射することによって、第１角度における第１の反射された光の信号および第２角度における第２の反射された光の信号を含む反射された信号を作るよう構成される第１ビームおよび第２ビームを含む少なくとも２つの光ビームでスキャンすることを含み、
前記反射された光の信号を前記検出することは、前記第１の反射された光の信号および前記第２の反射された光の信号を検出することを含む方法。

【0076】

［適用例２３］適用例２２に記載の方法であって、前記ワークピースを連続的にスキャンすることは、前記第１ビームおよび前記第２ビームのそれぞれが光の異なる波長を有するように少なくとも２つの光ビームでスキャンすることを含む方法。

【0077】

［適用例２４］適用例１６に記載の方法であって、
前記ワークピースを少なくとも２つの光ビームでスキャンすることは、散乱された光の信号および反射された光の信号の両方を生成し、
検出することは、前記散乱された光の信号および前記反射された光の信号を検出することを含み、
前記処理することは、前記反射された光の信号を処理することによって前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定することを含み、そのような厚さ情報を前記散乱された光の信号と共に用いることによって前記ワークピース内の欠陥を検出し特徴付けることを含む方法。

【0078】

［適用例２５］適用例２４に記載の方法であって、
前記ワークピースを少なくとも２つの光ビームでスキャンすることは、第１波長における第１ビームおよび第２波長における第２ビームを含む少なくとも２つの異なる波長における少なくとも２つの単色光ビームでスキャンすることによって、前記第１波長における第１の反射された光の信号および前記第２波長における第２の反射された光の信号を含む反射された信号を作ることを含み、
前記反射された光の信号を前記検出することは、前記第１の反射された光の信号および前記第２の反射された光の信号を検出することを含み、
前記処理することは、前記第１の反射された光の信号を前記第２の反射された光の信号と共に分析することによって、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定することを含む方法。

【0079】

［適用例２６］適用例２２に記載の方法であって、
検出することは、前記第１の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値および前記第２の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を検出することを含み、
前記処理することは、前記第１の反射された光の信号についての前記光学パラメータ値を前記第２の反射された光の信号についての前記光学パラメータ値と共に分析することによって、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定することを含む方法。

【0080】

［適用例２７］適用例２６に記載の方法であって、
前記第１および第２の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を検出することは、前記反射された光の信号に関連付けられた光強度値、光偏波値、角度、および位相値のうちから選択される光学パラメータ値を検出することを含む方法。

【0081】

［適用例２８］適用例２５に記載の方法であって、前記スキャンすることは、前記第１ビームおよび前記第２ビームが異なる角度において前記ワークピースの表面上に入射するように、前記ワークピースを前記第１ビームおよび前記第２ビームでスキャンすることをさらに含み、
前記検出することは、前記第１の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータおよび前記第２の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータを検出することを含み、
前記処理することは、前記第１の反射された光の信号についての前記光学パラメータ値を前記第２の反射された光の信号についての前記光学パラメータと共に分析することによって、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さ決定することを含む方法。

【0082】

［適用例２９］適用例２８に記載の方法であって、前記第１および第２の反射された光の信号に関連付けられた光学パラメータ値を検出することは、前記反射された光の信号に関連付けられた光強度値、光偏波値、角度、および位相値のうちから選択される光学パラメータ値を検出することを含む方法。

【0083】

［適用例３０］適用例２４に記載の方法であって、前記ワークピースをスキャンすることは、前記ワークピースの表面上に少なくとも２つの異なる角度において入射し、それによりそれぞれ互いに異なる角度における第１の反射された光の信号および第２の反射された光の信号を発生する少なくとも２つの単色光ビームでスキャンすることを含み、
検出することは、前記散乱された光の信号および前記２つの反射された光の信号を検出することを含み、
前記反射された光の信号の前記処理は、前記２つの反射された光の信号を処理することによって前記少なくとも１つの一部透明レイヤの前記厚さを決定することを含む方法。

【0084】

［適用例３１］適用例１６に記載の方法であって、
連続的に前記ワークピースをスキャンすることは、前記ワークピースの前記全体の表面を少なくとも２つの光ビームでスキャンすることによって、それぞれの光ビームに関連付けられた少なくとも２つの反射された光の信号を生成することを含む反射された光の信号を生成することを含み、
前記反射された光の信号を検出することは、前記少なくとも２つの反射された光の信号のそれぞれについての光学パラメータ値を測定することを含み、
前記反射された光の信号を処理することによって前記ワークピースの前記表面を特徴付けることは、前記少なくとも１つの一部透明レイヤの厚さを、
前記少なくとも１つの一部透明レイヤについての厚さを、前記少なくとも２つの光ビームによって生成された前記反射された光の信号についての前記測定された光学パラメータ値に関連付けるパラメトリックカーブにアクセスすること、および
前記反射された光の信号についての前記測定された光学パラメータ値にユニークに関連付けられた厚さの値を特定し、それにより前記ワークピースの前記全体表面についての前記少なくとも１つの一部透明レイヤについての厚さを決定すること
によって決定することを含む方法。

【0085】

［適用例３２］適用例３１に記載の方法であって、パラメトリックカーブにアクセスすることは、少なくとも２つの軸を有するパラメトリックカーブにアクセスすることを含む方法。

【0086】

［適用例３３］適用例３１に記載の方法であって、前記ワークピースの前記全体表面を連続的にスキャンすることは、それぞれの光ビームが光の異なる波長を有する少なくとも２つの光ビームで達成される方法。

【0087】

［適用例３４］適用例３１に記載の方法であって、前記ワークピースの前記全体表面を連続的にスキャンすることは、それぞれの光ビームが前記ワークピース上に異なる角度において導かれる少なくとも２つの光ビームで達成される方法。

【0088】

［適用例３５］適用例３３に記載の方法であって、それぞれ光の異なる波長を有する前記少なくとも２つのビームは、それぞれ異なる角度で前記ワークピース上に導かれる方法。

【0089】

［適用例３６］適用例３１に記載の方法であって、前記少なくとも２つの反射された光の信号のそれぞれについての光学パラメータ値を測定することは、前記反射された光の信号に関連付けられた光強度値、光偏波値、角度、および位相値のうちから選択される光学パラメータ値を測定することを含む方法。また、本発明は、以下の形態として実現することも可能である。
・形態１
表面検査を行う方法であって、
その表面上に形成された複数のテストパターンを有するワークピースを提供すること、
前記ワークピースの前記表面を多色光でスキャンすることによって前記ワークピースの前記テストパターンを照射し反射された光のスペクトラムを生成すること、
前記反射された光のスペクトラムを検出すること、および
前記多色光ビームを前記反射された光のスペクトラムと比較することによって前記ワークピース表面の属性を特徴付けること
を含む方法。
・形態２
形態１に記載の方法であって、前記多色光ビームを前記反射された光のスペクトラムと比較することによって前記ワークピース表面の属性を特徴付けることは、前記ワークピースの前記表面上に形成された２つのレイヤ間のアライメントを決定することを含む方法。
・形態３
形態１に記載の方法であって、前記多色光ビームを前記反射された光のスペクトラムと比較することによって前記ワークピース表面の属性を特徴付けることは、前記ワークピースの前記表面上に形成されたフィーチャが微小寸法についての所望の仕様に適合するかを決定することを含む方法。
・形態４
形態１に記載の方法であって、
ワークピースを提供することは、パターン付きワークピースを提供することを含み、前記テストパターンは、所定の規則的間隔を有する回折格子を備え、
前記多色光ビームを前記反射された光のスペクトラムと比較することによって前記ワークピース表面の属性を特徴付けることは、前記多色光ビームを、前記テストパターンによって反射された前記反射された光のスペクトラムと比較することによって、前記ワークピース表面の属性を特徴付けることを含む方法。
・形態５
形態４に記載の方法であって、前記ワークピースは、パターン付きウェーハを備える方法。
・形態６
形態１に記載の方法であって、
前記提供されたワークピースは、パターン付きでないウェーハを備え、前記テストパターンは、所定の規則的間隔を有する回折格子を備え、
前記多色光ビームを前記反射された光のスペクトラムと比較することによって前記ワークピース表面の属性を特徴付けることは、前記多色光ビームを、前記テストパターンによって反射された前記反射された光のスペクトラムと比較することによって、前記ワークピース表面の属性を特徴付けることを含む方法。
・形態７
形態１に記載の方法であって、前記ワークピースの前記表面を多色光でスキャンすることは、前記ワークピースの前記テストパターンを照射して前記表面の大部分をスキャンすることによって、それぞれのテストパターンに関連付けられた反射された光のスペクトラムを生成することを含み、
前記反射された光のスペクトラムを検出することは、前記テストパターンに関連付けられた前記反射された光のスペクトラムだけを選択的に検出することを含み、
前記多色光ビームを前記反射された光のスペクトラムと比較することは、前記多色光ビームを、前記テストパターンに関連付けられた前記反射された光のスペクトラムと比較することによって前記ワークピース表面の属性を特徴付けることを含む方法。

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図9】

【図10】