特開 2024-122956 半導体サンプルのフォトルミネッセンス・イメージングのための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122956

(43)【公開日】2024-09-10

(54)【発明の名称】半導体サンプルのフォトルミネッセンス・イメージングのための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/89 20060101AFI20240903BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20240903BHJP

   G02B 21/06 20060101ALI20240903BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20240903BHJP

【ＦＩ】

G01N21/89 K

G01N21/956 A

G02B21/06

G02B21/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024024614

(22)【出願日】2024-02-21

(31)【優先権主張番号】P2300063

(32)【優先日】2023-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】HU

(71)【出願人】

【識別番号】524067646

【氏名又は名称】セミラボ ゼーエルテー．

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＭＩＬＡＢ Ｚｒｔ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キス ゾルターン タマーシュ

(72)【発明者】

【氏名】ナジ マテ

(72)【発明者】

【氏名】アンタル ゾムボル

(72)【発明者】

【氏名】ドゥダス ラースロー

(72)【発明者】

【氏名】ナードゥドヴァリ ジェルジ

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体ウエハの高解像度で高速なフォトルミネッセンス・イメージング。
【解決手段】第１の光ビームを放出する第１の光源と、第１の対称ビーム・エキスパンダと、第１の光ビームを整形しサンプルの表面上のラインに集束させるビーム整形光学系と、光検出器の線形アレイを備える第１のカメラと対物レンズの上に第１の光ビームを向けるためのおよびサンプルによって放出されたフォトルミネッセンス光を第１のカメラに向けるための第１のイメージング・ダイクロイック光学素子とを備える。ビーム整形光学系は、第１の方向に第１の光ビームの強度分布を均一化しながら第１の方向に第１の光ビームのサイズを増加させるライン・ジェネレータと、第１の方向に沿って第１の光ビームをコリメートするためのおよび第１の方向に垂直な第２の方向に沿って第１の光ビームを集束させるためのコリメータとフィールド・レンズと対物レンズとを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプル（Ｗ）のフォトルミネッセンス・イメージングのための装置であって、
該サンプル（Ｗ）を保持するためのサンプル・ホルダー（Ｈ）と、
ある断面サイズの第１の光ビームを放出するための第１の光源（１ａ）と、
該第１の光ビームを拡大するための第１の対称ビーム・エキスパンダ（２ａ）と、
該第１の光ビームを整形し、該サンプル（Ｗ）の表面上のラインに集束させるためのビーム整形光学系と、
フォトルミネッセンス光を検出するための光検出器の線形アレイを備える第１のカメラ（１１ａ）と、
対物レンズ（１０）の上に該第１の光ビームを向けるための、および該サンプル（Ｗ）によって放出されたフォトルミネッセンス光を該第１のカメラ（１１ａ）に向けるための第１のイメージング・ダイクロイック光学素子（４ｉ）と
を備える、装置において、
該ビーム整形光学系が、第１の方向に該第１の光ビームの強度分布を均一化しながら、該第１の方向に該第１の光ビームの該サイズを増加させるためのライン・ジェネレータ（５）と、該第１の方向に沿って該第１の光ビームをコリメートするための、および該第１の方向に垂直な第２の方向に沿って該第１の光ビームを集束させるためのコリメータ（６）と、フィールド・レンズ（８）と、該対物レンズ（１０）とを備える
ことを特徴とする、装置。

【請求項2】

前記ライン・ジェネレータ（５）が、パウエル・レンズによって形成されることを特徴とする、請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記コリメータ（６）が、集束レンズのペアを備え、前記フィールド・レンズ（８）が、集束レンズのさらなるペアを備えることを特徴とする、請求項１記載の装置。

【請求項4】

前記装置が、
第２の光ビームを放出するための第２の光源（１ｂ）と、
該第２の光ビームを拡大するための第２のビーム・エキスパンダ（２ｂ）と、
共通光路に前記第１の光ビームおよび該第２の光ビームを導くための第１の照明ダイクロイック光学素子（４ａ）と
をさらに備え、
前記コリメータ（６）が、アクロマティック・レンズのペアを備え、前記フィールド・レンズ（８）が、アクロマティック・レンズのペアを備える
ことを特徴とする、請求項１記載の装置。

【請求項5】

前記コリメータ（６）の前記アクロマティック・レンズが、少なくとも１つの凸面を有し、前記アクロマティック・レンズは、それらの凸面が同じ方向に面して配置されることを特徴とする、請求項４記載の装置。

【請求項6】

前記フィールド・レンズ（８）の前記アクロマティック・レンズが、少なくとも１つの凸面を有し、前記アクロマティック・レンズは、それらの凸面が互いに向かって面して配置されることを特徴とする、請求項４記載の装置。

【請求項7】

非対称ビーム・エキスパンダ（３ａ）が、前記第１の光源（１ａ）と前記ライン・ジェネレータ（５）との間に、または第２の光源（１ｂ）と前記ライン・ジェネレータ（５）との間に、またはそれらの両方に配置され、該非対称ビーム・エキスパンダ（３ａ）が、シリンドリカルレンズのペアを備えることを特徴とする、請求項１記載の装置。

【請求項8】

前記装置が、第３の光源（１ｃ）と、第２のカメラ（１１ｂ）と、該第３の光源（１ｃ）と前記対物レンズ（１０）との間に配置された第２の照明ダイクロイック光学素子（４ｂ）と、前記対物レンズ（１０）と該第２のカメラ（１１ｂ）との間に配置された第２のイメージング・ダイクロイック光学素子（４ｉｉ）とをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載の装置。

【請求項9】

前記第３の光源（１ｃ）が、発光ダイオードであることを特徴とする、請求項８記載の装置。

【請求項10】

サンプルのフォトルミネッセンス・イメージングのための方法であって、
サンプル・ホルダー（Ｈ）上にサンプルを提供することと、
第１の光ビームをもたらすことと、
該第１の光ビームを拡大することと、
第１のラインに該第１の光ビームを整形することと、
該サンプルの表面上の点検サイトの上に該第１の光ビームを集束させ、それにより、該点検サイトを照明することと、
ピクセルのライン上で、該第１の光ビームによって該照明することに応答して該サンプルによって放出されたフォトルミネッセンスをキャプチャすることと、
該第１のラインを用いて該サンプルの実質的に表面全体を走査することと
を備える、方法において、
第１のラインに該第１の光ビームを整形すること、および該サンプルの表面上の点検サイトの上に該第１の光ビームを集束させることが、ライン・ジェネレータ（５）、コリメータ（６）、フィールド・レンズ（８）および対物レンズ（１０）の組合せを使用することによって実施される
ことを特徴とする、方法。

【請求項11】

前記整形することが、パウエル・レンズによって実施されることを特徴とする、請求項１０記載の方法。

【請求項12】

コリメーションが、集束レンズのペアによって実施され、集束レンズのペアが、前記フィールド・レンズ（８）として使用されることを特徴とする、請求項１０記載の方法。

【請求項13】

前記第１のラインおよび第２のラインが、それぞれ、第１の長さおよび第２の長さを有し、該第１の長さおよび該第２の長さが、前記サンプルの直径よりも小さいことを特徴とする、請求項１０記載の方法。

【請求項14】

前記走査することが、前記第１のラインに直交する第１の方向への前記点検サイトにおける前記サンプル（Ｗ）と前記第１のラインとの相対移動によって、ならびに前記第１のラインに平行である方向への前記点検サイトにおける前記サンプル（Ｗ）と前記第１のラインとの相対移動によって実施される、請求項１３記載の方法。

【請求項15】

前記第１の方向に沿って前記点検サイトにおいて前記サンプル（Ｗ）を移動させることが、前記サンプル（Ｗ）の中心の周りでの前記サンプル（Ｗ）の回転によって実施され、前記第２の方向に沿って前記サンプル（Ｗ）を移動させることが、前記サンプル（Ｗ）の半径方向に沿った前記サンプル（Ｗ）の線形移動によって実施されることを特徴とする、請求項１４記載の方法。

【請求項16】

前記第１の方向に沿って前記点検サイトにおいて前記サンプル（Ｗ）を移動させることが、前記第１の方向に沿った前記サンプル（Ｗ）の線形移動によって実施され、前記第２の方向に沿って前記サンプル（Ｗ）を移動させることが、前記第２の方向に沿った前記サンプル（Ｗ）の線形移動によって実施されることを特徴とする、請求項１４記載の方法。

【請求項17】

少なくとも２つの矩形画像が、ピクセルの前記キャプチャされたラインから構築され、該矩形画像が、前記サンプル表面全体を示す単一の画像を形成するために、一緒につなぎ合わされることを特徴とする、請求項１６記載の方法。

【請求項18】

第２の光ビームをもたらすことと、
該第２の光ビームを拡大することと、
前記サンプル（Ｗ）の前記表面上の前記点検サイト上の第２のラインに該第２の光ビームを整形することと
をさらに備え、
該第２のラインに該第２の光ビームを整形することが、前記第１のラインに前記第１の光ビームを整形するためのものと同じライン・ジェネレータ（５）、コリメータ（６）、フィールド・レンズ（８）および対物レンズ（１０）の前記組合せを使用することによって実施され、
アクロマティック・レンズのペアが、前記コリメータ（６）として使用され、アクロマティック・レンズのさらなるペアが、前記フィールド・レンズ（８）として使用される、
請求項１０記載の方法。

【請求項19】

第３の光ビームをもたらすことと、
前記サンプル（Ｗ）の前記表面の上に該第３の光ビームを導くことであって、該第３の光ビームが、前記表面から少なくとも部分的に反射されて、反射された第３の光ビームをもたらす、該第３の光ビームを導くことと、
該反射された第３の光ビームの少なくとも一部分をキャプチャすることと
をさらに備える、請求項１０記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体サンプルのフォトルミネッセンス・イメージングのための方法および装置に関し、より詳細には、マイクロチップまたはメモリ・セルなど、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエハの表面全体を高解像度で高速なフォトルミネッセンス・イメージングのための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フォトルミネッセンス・イメージングは、半導体サンプルを点検するための、換言すれば、ウエハの表面上の欠陥、またはウエハの材料内の欠陥を検出するためのよく知られている方法である。ウエハのフォトルミネッセンス点検のためのシステムが、数多く市販されている。イメージングは、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）カメラなどの光検出器の２Ｄアレイを使用することによって、または走査方法を介して、たとえば、単一のラインにおいてウエハを照明し、検出器ピクセルの線形アレイを有するライン・スキャン・カメラによって、照明されたエリアを撮像することによって実施され得る。

【0003】

米国特許第９，０３５，２６７号には、２Ｄエリア・イメージングのための、およびラインスキャン・イメージングのための両方のいくつかの異なるイメージング配置が記載されている。特に、１５６ｍｍの長さおよび１６５μｍの幅をもつ照明ラインを用いるライン走査解決策が提示されており、照明ラインは、シリンドリカルレンズのペアによってレーザーのコリメートされた光ビームからもたらされる。この構成は、ラインに沿っておよそガウス型の強度分布をもつ照明ラインをもたらす。

【0004】

不均一な照明強度分布は、たとえば、照明が、測定可能な量のフォトルミネッセンス光をもたらすほどライン全体に沿って十分に強力であるが、飽和しきい値に達するほどには十分に強力でない、またはサンプルに損傷を与えるほど強力でない場合、不均一なフォトルミネッセンス強度分布を生じ、そのフォトルミネッセンス強度分布は、限られた程度までしか較正を介して補正され得ない。それゆえ、不均一な照明強度は、比較的低い解像度に、および比較的強力なフォトルミネッセンス応答をもつサンプル、たとえば、光電池をもたらすために使用されるウエハに好適であり得る。約１６５μｍという引用された解像度、および約０．１から１００Ｗ／ｃｍ^２の間の照明強度は、光電池製造の後の段階において使用されるアズカット・ウエハまたはウエハ上の欠陥を検出するのに充分である。

【0005】

しかしながら、真性、外因性、および化合物半導体の間の特定の種類の材料は、はるかにより弱いフォトルミネッセンス応答をもたらし、それゆえ、それらのフォトルミネッセンス・イメージングは、はるかに高い照明強度を必要とする。そのような材料は、しばしば、マイクロチップまたはメモリ・ユニットなど、マイクロエレクトロニック・デバイスを製造するために使用される。そのようなウエハの点検はまた、約１０倍の、より高い解像度を必要とし、それは、単位面積当たりの走査時間が維持されるとすれば、必要な照明強度をさらに増加させる。それゆえ、微細な半導体デバイスを製造するために使用されるウエハの高解像度で高速な走査は、結果的に、数ｋＷ／ｃｍ^２という極めて高い照明強度を必要とする。そのような高い強度において、サンプルの損傷しきい値を上回らないように注意が払われるべきであり、それゆえ、均一な強度プロファイルを提供し、照明ラインに沿った強度スパイクを回避することが重要である。

【0006】

照明されたエリアのごく近傍を撮像するために相応にイメージング・システムを適応させ、露光時間を低減させ、換言すれば、検出器の読出し頻度を増加させながら、より小さいエリアに同じ照明電力を集束させることによって、ライン走査システムの、解像度を増加させ、同時に、走査速度、換言すれば、照明ラインとサンプル表面との相対速度を保つことが達成され得る。この改善の限界は、サンプルが、損傷なしに、および飽和なしに耐えることができる最大強度である。それゆえ、所与のライン幅について、および最大安全強度について、サンプルの完全マップを取得するために必要とされる時間を低減するための唯一のやり方は、走査線の長さを増加させることである。同時に、装置は、できるだけコンパクトであり、たとえば、６２５ｍｍ×９００ｍｍ×２６５ｍｍの空間の内側に収まるべきであり、その一方で、それのコストも、妥当なままであるべきである。

【0007】

従来技術文献のいずれも、均一な強度分布をもつそのような高強度ライン照明を提供するための解決策を教示しない。パウエル・レンズ、または微細な表面特徴をもつライン・ジェネレータなど、均一なライン照明をもたらすための一般的な手段はあるが、実際には、これらのいずれも、それらだけで必要な照明をもたらすのに充分ではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記に照らして、本発明の目的は、従来技術の解決策の欠点をなくすかまたは少なくとも改善することである。より詳細には、本発明の目的は、マイクロチップまたはメモリ・セルなど、半導体デバイスの製造において使用される半導体ウエハの高解像度で高速なフォトルミネッセンス・イメージングのための方法および装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的は、請求項１に記載の装置を開発することによって達成された。本発明による装置の好ましい例示的な実施形態が、請求項２～１０に記載されている。上記の目的は、さらに、請求項１１に記載の方法を開発することによって達成された。方法の好ましい変形例が、請求項１１～１９に述べられている。

【0010】

以下、本発明による装置およびそれの動作の好ましい実施形態が、添付の図面を参照しながら詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明による装置の例示的な実施形態の簡略化された機能系統図を示す図である。

【図2】本発明による装置の好ましい例示的な実施形態の簡略化された機能系統図を示す図である。

【図3A】本発明による装置の照明ブランチのうちの１つの光学配置を側方から示す図である。

【図3B】図３Ａと同じ照明ブランチの一部分の光学配置を上方から示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、本発明による装置の例示的な実施形態の簡略化された機能系統図を示す。装置は、検査対象のサンプルＷを保持するためのサンプル・ホルダーＨを備える。サンプルＷは、好ましくは、ウエハ全体であり、それゆえに、サンプル・ホルダーＨは、ウエハ・ホルダーである。代替的に、サンプルは、たとえば、半導体インゴット、ウエハの部片、たとえば、ハーフ・ウエハ、またはウエハのより小さい破断片であり得る。

【0013】

装置は、前記サンプルＷと装置の１つまたは複数の光学構成要素との相対的な移動を引き起こすための移動手段をさらに備える。好ましくは、前記移動手段は、装置の残りに対して前記サンプル・ホルダーＨを移動させるための移動可能なステージである。装置は、フォトルミネッセンス、換言すれば、蛍光またはりん光をもたらすためにサンプルの材料を励起するのに好適な波長上で動作する、好ましくは、狭帯域光源、好ましくは、レーザー、最も好ましくは、シングルモード・レーザーである第１の光源１ａを備える。好ましくは、前記第１の光源１ａは、５３２ｎｍ、８０８ｎｍおよび９７６ｎｍからなるグループのうちのいずれか１つの発光波長を有する。前記第１の光源１ａは、好ましくは、ファイバー結合レーザーである。第１の光源１ａは、好ましくは、円形ビーム・プロファイルおよびおよそガウス型の強度分布を有する第１の光ビームをもたらす。以下では、第１の光源１ａからサンプルＷへの第１の光ビームの経路は、第１の照明光路と呼ばれる。

【0014】

第１の光源１ａから放出された第１の光ビームは、第１の対称ビーム・エキスパンダ２ａを通ってライン・ジェネレータ５に導かれる。第１の対称ビーム・エキスパンダ２ａは、対称的に拡大された第１の光ビーム、換言すれば、円形ビーム・プロファイル、ガウス型強度分布、および第１の光ビームの直径とは異なる直径を有する光ビームをもたらす。拡大された光ビームの直径は、ライン・ジェネレータ５の最適なビーム入力パラメータに従って調整される。本明細書では、「円形ビーム・プロファイル」という用語は、前記ビームの伝搬方向に垂直な平面において、ビームが円によって画定され、円の内側も照らされるという意味で使用される。ビームの境界は、ビームの部分であると考えられ、ここで、光強度は、強度最大値の１／ｅ^２パート（約１３．５％）であり、ここで、ｅは、オイラーの数である。

【0015】

前記第１の対称ビーム・エキスパンダ２ａは、好ましくは、２つの平凸レンズと、平凸レンズの間に配置された両凹レンズとを備え、前記レンズの凸面および凹面は、好ましくは、円筒対称性を有し、たとえば、前記面は、球状面、放物面または双曲面であり得る。拡大の程度は、光軸に沿って第１の対称ビーム・エキスパンダ２ａの１つまたは複数の光学素子を移動させることによって調整され得る。光源によって放出されるビームおよびそれのコリメータ、および選択されたライン・ジェネレータのパラメータによっては、拡大は負になり得、換言すれば、ビーム・エキスパンダ２ａから出力されるビームは、入力ビームの直径未満の直径を有し得る。本明細書では、ビーム・エキスパンダを出るビームは、拡大の標示にかかわらず、拡大されたビームであると考えられ、それゆえに、「拡大」という用語は、コリメートされた光ビームの直径の増加または低減のいずれかを意味し得る。

【0016】

前記対称的に拡大された第１の光ビームは、ラインに沿ったおよそ均一な強度分布を有する線形形状、換言すれば、いわゆる「フラット・トップ」または「トップ・ハット」ビーム・プロファイルに光ビームを整形するためのライン・ジェネレータ５の上に導かれる。前記ラインは、ゼロよりも大きい太さを有するので、矩形の短辺の長さが前記ラインの太さまたは幅に等しく、矩形の長辺がラインの長さに等しい矩形と考えられ得る。それゆえに、ライン・ジェネレータ５は、ラインの長さである、第１の方向における入射円形ビームのサイズを増加させ、その一方で、第１の方向に垂直な第２の方向におけるビームのサイズを変更せず、換言すれば、第２の方向におけるビームのサイズ、すなわち、ラインの幅は、入射ビーム直径に等しい。ライン・ジェネレータ５は、好ましくは、光学システムの正確な調整を用いて、マイクロ特徴をもつライン・ジェネレータと比較したとき、より信頼でき、繰返し可能な様式で均一な強度分布をもつラインをもたらすことを可能にする、パウエル・レンズによって形成される。ライン・ジェネレータ５を出る光は、伝搬方向に垂直な第１の軸に沿って発散しており、第１の軸と伝搬方向の両方に垂直である第２の軸に沿ってコリメートされたままである。第１の軸および第２の軸は、ライン・ジェネレータ５によって定義される。コリメータ６、たとえば、集束レンズは、第２の軸に沿って光ビームを集束させながら前記第１の軸に沿って光ビームをコリメートするように、ライン・ジェネレータ５の後に配置される。

【0017】

光軸からより遠くに離れた光線のイメージング収差は、好ましい実施形態によって著しく低減され得ることが発見され、コリメータ６は、１つのレンズの代わりに２つのレンズ、好ましくは、平凸レンズであって、好ましくは、それらの平坦面がライン・ジェネレータ５に向かって面し、それらの凸面が、光の伝搬の方向に面するように配置された平凸レンズによって形成される。

【0018】

第１の軸に沿ってコリメートされ、第２の軸に沿って集束された、コリメータ６を出るビームは、対物レンズ１０を通ってサンプルＷ上に導かれて、照明ラインをもたらし得る。この解決策は、当技術分野において知られており、相互作用する光学素子の数を最小限に抑えることによって光損失を最小限に抑える、たいていの光学システムの設計中に適用される、一般的な設計原理に従う。前記対物レンズ１０は、対物レンズ１０とコリメータ６との間の距離およびそれらのそれぞれの焦点距離に応じて、第１の位置に第１の軸に沿って、および第１の位置よりも対物レンズ１０により近いかまたは対物レンズ１０からより遠いかのいずれかである第２の位置に第２の軸に沿って光ビームを集束させる。この配置では、サンプルは、第２の位置に置かれ、ここで、ビームは、第１の軸に沿って焦点がぼけており、これにより、ビームは、ライン・ジェネレータ５の効果により均一な強度分布を有するラインに沿ってサンプルを照明する。このセットアップは、約１０～２０μｍの幅をもつが、わずか約１．０～１．５ｍｍの長さをもつ照明ラインをもたらし得る。そのような照明は、部分的なサンプリングのみが必要とされる場合に充分であるサンプルの単一のラインを走査するのに好適であるが、そのような照明を用いてウエハ表面の完全マップを作成するには、多数のストリップが走査されなければならず、たとえば、１５０ｍｍの直径のウエハの場合、１００～１５０個のストリップが必要とされるので、長い時間がかかる。それゆえに、ウエハの表面全体をマッピングするために必要とされる時間を低減するためにより長い照明ラインを使用することは有利である。

【0019】

フィールド・レンズ８の焦点面がコリメータ６の焦点面と一致するように、コリメータ６と対物レンズ１０との間にフィールド・レンズ８を配置すると、フィールド・レンズ８は、異例の二重の目的を果たし得ることが発見された。一方からすると、フィールド・レンズ８は、第２の軸に沿ってコリメータ６とともにビーム・エキスパンダとして機能し、これにより、より大きい部分、好ましくは、第２の軸に沿った対物レンズ１０の入射瞳の全体の照明を可能にし、照明波長における対物レンズ１０の回折限界までの、第２の軸に沿ったより密なフォーカス・スポット、換言すれば、より細いラインの作成を可能にする。他方からすると、フィールド・レンズ８は、好ましくは、対物レンズ１０の後面焦点面に第１の軸に沿ってビームを集束させ、これにより、対物レンズ１０は、第１の軸に沿ってビームをコリメートし、前記第１の軸に沿ってフィールド・レンズ８とともにビーム・エキスパンダとして有効に働き、対物レンズの倍率に従って増加されたライン長さを提供する。換言すれば、コリメータ６と対物レンズ１０との間で本発明による発明的配置において適切に選択されたフィールド・レンズ８を使用することは、著しくより大きい長さを有し、結果的に、解像度を犠牲にすることなしに単位面積当たりのより速い走査、またはより詳細には、ウエハの全表面のより速い走査を可能にしながら、光学系の回折限界に近い幅をもつ照明ラインをもたらすことを可能にする。上記の説明では、第１の軸および第２の軸は、光ビームに関して考えられるべきであり、これにより、光ビームの伝搬方向が変更されたとき、前記軸の対応する変換が必要である。

【0020】

結論として、本発明による装置は、ライン・ジェネレータ５、コリメータ６、フィールド・レンズ８および対物レンズ１０の配置によって形成されたそれの独自のビーム整形光学系により、均一な強度分布をもつ比較的長く、細い照明ラインをもたらすことが可能である。

【0021】

本発明による装置は、サンプルＷによって放出され、対物レンズ１０によって集光されたフォトルミネッセンス光を検出するための第１のカメラ１１ａをさらに備える。第１のカメラ１１ａは、光検出器ピクセルの少なくとも１つのライン、好ましくは、光検出器ピクセルの厳密に１つのラインを備える。光検出器ピクセルは、好ましくは、点検対象のサンプルＷによって放出されたフォトルミネッセンスの波長において応答するように選択される。たとえば、光検出器ピクセルは、従来のシリコン・ベースのＣＣＤピクセルであるか、またはより好ましくは、ＩｎＧａＡｓベースのフォトダイオードによって形成され得る。以下では、サンプルＷから第１のカメラ１１ａへのフォトルミネッセンス光の経路は、第１のイメージング光路と呼ばれる。

【0022】

本発明による装置は、好ましくは、対物レンズ１０のほうへ、およびこれにより、サンプルＷのほうへ第１の光ビームを向けるための、ならびにサンプルＷによって放出されたフォトルミネッセンス光を第１のカメラ１１ａのほうへ向けるための第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉを備える。第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉは、ロングパス・ダイクロイック・プレートによって形成され、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉが、ソーター波長照明光の強度の大部分を反射し、より長い波長のフォトルミネッセンス光を透過するように、配置され得る。この好ましい実施形態は、図中に示されている。代替的に、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉは、照明光が通過し、その一方で、フォトルミネッセンス光が、第１のカメラ１１ａのほうへ反射されるように配置されたショートパス・ダイクロイック・プレートによって形成され得る。

【0023】

図１は、本発明による光学システムの例示的な実施形態の一般的な配置を図示するにすぎず、それらの実際の配向および距離を図示しないことに留意されたい。実際のセットアップでは、構成要素のいくつかは、好ましくは、他のものとは異なる平面中に配置され、それゆえに、装置は、好ましくは、数個のさらなるミラーおよび／または他の光学素子を、それらのそれぞれの光路上に光ビームを導くために備える。

【0024】

各図において、同じ参照番号は、同じ部分を指し示す。
図２は、本発明による装置の好ましい実施形態の簡略化された機能系統図を示す。この好ましい実施形態によれば、装置は、第１の光源１ａと第２の光源１ｂとを備える。第１の光源１ａおよび前記第２の光源１ｂは、好ましくは、狭帯域光源、好ましくは、レーザー、最も好ましくは、フォトルミネッセンス、換言すれば、蛍光またはりん光をもたらすためにサンプルＷを励起するための異なる波長のシングルモード・レーザーである。２つ以上の光源を有することの利点は、異なる材料が、異なる励起波長に応答し得るので、より多種多様なサンプルＷが、装置によって調査され得ることである。以下では、第２の光源１ｂからサンプルＷへの第２の光ビームの経路は、第２の照明光路と呼ばれる。

【0025】

好ましい例示的な実施形態によれば、前記第１の光源１ａおよび前記第２の光源１ｂは、５３２ｎｍ、８０８ｎｍおよび９７６ｎｍからなる群から選択される発光波長を有するレーザであり、好ましくは、５３２ｎｍおよび８０８ｎｍである。好ましくは、第１の光源１ａおよび第２の光源１ｂは、ファイバー結合レーザーである。第１の光源１ａおよび第２の光源２ｂは、円形ビーム・プロファイルの第１の光ビームおよび第２の光ビームをもたらすことができ、両方とも、ガウス型強度分布を有する。

【0026】

第１の光源１ａから放出された第１の光ビームは、好ましくは、２つの平凸レンズおよび両凹レンズを備える、第１の対称ビーム・エキスパンダ２ａを通して導かれる。第２の光源１ｂによって放出された第２の光ビームは、好ましくは、２つの平凸レンズおよび両凹レンズを備える、第２のビーム・エキスパンダ２ｂを通して導かれる。

【0027】

第１の照明ダイクロイック光学素子４ａは、第１の光ビームおよび第２の光ビームが、第１の照明ダイクロイック光学素子４ａを出た後に一致するように、第１の照明ダイクロイック光学素子４ａが、第１の光ビームおよび第２の光ビームのうちの一方を反射し、第１の光ビームおよび第２の光ビームのうちの他方を透過するように、第１の光ビームおよび第２の光ビームの光路中に配置される。第１の照明ダイクロイック光学素子４ａは、好ましくは、ダイクロイック・プレートまたはダイクロイック・キューブである。

【0028】

第１の光ビームおよび第２の光ビームの光路に沿って、第１の照明ダイクロイック光学素子４ａの後に、換言すれば、第１のコリメートされた光ビームと第２のコリメートされた光ビームとが一致するロケーションにおいて、ライン・ジェネレータ５が、ラインに沿っておよそ均一な強度分布を有する線形形状、換言すれば、いわゆる「フラット・トップ」または「トップ・ハット」ビーム・プロファイルに光ビームを整形するように配置される。ライン・ジェネレータ５は、好ましくは、光学システムの正確な調整を用いて、マイクロ特徴をもつライン・ジェネレータと比較したとき、より信頼でき、繰返し可能な様式で均一な強度分布をもつラインをもたらすことを可能にする、パウエル・レンズによって形成される。ライン・ジェネレータ５を出る光は、伝搬方向に垂直な第１の軸に沿って発散しており、第１の軸と伝搬方向の両方に垂直である第２の軸に沿ってコリメートされたままである。第１の軸および第２の軸は、ライン・ジェネレータ５によって定義される。コリメータ６、たとえば、集束レンズが、第２の軸に沿って光ビームを集束させながら第１の軸に沿って光ビームをコリメートするように、ライン・ジェネレータ５の後に配置される。

【0029】

光軸からより遠くに離れた光線の場合のイメージング収差は、コリメータ６が、１つのレンズの代わりに２つのレンズ、より詳細には、２つのアクロマティック・レンズ、好ましくは、平凸アクロマティック・レンズであって、好ましくは、それらの平坦面がライン・ジェネレータ５に向かって面し、それらの凸面が光の伝搬の方向に面するように配置された平凸アクロマティック・レンズによって形成された場合、低減され得ることが発見された。

【0030】

第１の軸に沿ってコリメートされ、第２の軸に沿って集束された、コリメータ６を出るビームは、対物レンズ１０を通ってサンプル上に導かれて、照明ラインをもたらし得る。この解決策は、当技術分野において知られており、相互作用する光学素子の数を最小限に抑えることによって光損失を最小限に抑える、たいていの光学システムの設計中に適用される、一般的な設計原理に従う。前記対物レンズ１０は、対物レンズ１０とコリメータ６との間の距離およびそれらのそれぞれの焦点距離に応じて、第１の位置に第１の軸に沿って、および第１の位置よりも対物レンズ１０により近いかまたは対物レンズ１０からより遠いかのいずれかである第２の位置に第２の軸に沿って光ビームを集束させる。この配置では、サンプルは、第２の位置に置かれ、ここで、ビームは、第１の軸に沿って焦点がぼけており、これにより、ビームは、ライン・ジェネレータ５の効果により均一な強度分布を有するラインに沿ってサンプルを照明する。このセットアップは、約１０～２０μｍの幅をもつが、わずか約１．０～１．５ｍｍの長さをもつ照明ラインをもたらし得る。そのような照明は、サンプルの単一のラインを走査するのに好適であるが、そのような照明を用いてウエハ表面の完全マップを作成するには、多数のストリップが走査されなければならず、たとえば、１５０ｍｍの直径のウエハの場合、１００～１５０個のストリップが必要とされるので、長い時間がかかる。それゆえに、ウエハの表面全体をマッピングするために必要とされる時間を低減するためにより長い照明ラインを使用することは有利である。

【0031】

フィールド・レンズ８の焦点面がコリメータ６の焦点面と一致するように、コリメータ６と対物レンズ１０との間にフィールド・レンズ８を配置すると、フィールド・レンズ８は、異例の二重の目的を果たし得ることが発見された。一方からすると、フィールド・レンズ８は、第２の軸に沿ってコリメータ６とともにビーム・エキスパンダとして機能し、これにより、より大きい部分、好ましくは、第２の軸に沿った対物レンズ１０の入射瞳の全体の照明を可能にし、照明波長における対物レンズ１０の回折限界までの、第２の軸に沿ったより密なフォーカス・スポット、換言すれば、より細いラインの作成を可能にする。他方からすると、フィールド・レンズ８は、好ましくは、対物レンズ１０の後面焦点面に第１の軸に沿ってビームを集束させ、これにより、対物レンズ１０は、第１の軸に沿ってビームをコリメートし、前記第１の軸に沿ってフィールド・レンズ８とともにビーム・エキスパンダとして有効に働き、対物レンズの倍率に従って増加されたライン長さを提供する。換言すれば、、コリメータ６と対物レンズ１０との間で本発明による発明的配置において適切に選択されたフィールド・レンズ８を使用することは、著しくより大きい長さを有し、結果的に、解像度を犠牲にすることなしに単位面積当たりのより速い走査、またはより詳細には、ウエハの全表面のより速い走査を可能にしながら、光学系の回折限界に近い幅をもつ照明ラインをもたらすことを可能にする。上記の説明では、第１の軸および第２の軸は、光ビームに関して考えられるべきであり、これにより、光ビームの伝搬方向が変更されたとき、前記軸の対応する変換が必要である。

【0032】

結論として、本発明による装置は、ライン・ジェネレータ５、コリメータ６、フィールド・レンズ８および対物レンズ１０の配置によって形成されたそれの独自のビーム整形光学系により、均一な強度分布をもつ比較的長く、細い照明ラインをもたらすことが可能である。

【0033】

本発明による装置は、好ましくは、対物レンズ１０のほうへ、およびこれにより、サンプルＷのほうへ第１の光ビームおよび第２の光ビームを向けるための、ならびにウエハＷによって放出されたフォトルミネッセンス光を第１のカメラ１１ａのほうへ向けるための第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉを備える。第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉは、ロングパス・ダイクロイック・プレートによって形成され、ソーター波長照明光の大部分が、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉによって反射され、その一方で、より長い波長のフォトルミネッセンス光が、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉを通過するように配置され得る。この好ましい実施形態は、図中に示されている。代替的に、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉは、照明光が通過し、その一方で、フォトルミネッセンス光が、第１のカメラ１１ａのほうへ反射されるように配置されたショートパス・ダイクロイック・プレートによって形成され得る。

【0034】

好ましい実施形態によれば、装置は、第３の光ビームを放出するための第３の光源１ｃと、第１の光ビームおよび第２の光ビームの共通光路に第３の光ビームを結合するための第２の照明ダイクロイック光学素子４ｂと、サンプルＷから反射された第３の光源の光を第２のカメラ１１ｂのほうへ向けるための第２のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉｉとをさらに備える。第３の光源１ｃは、好ましくは、可視波長範囲、たとえば、４８５～５２５ｎｍの一部分にある光を放出するための発光ダイオードである。以下では、第３の光源１ｃからサンプルＷへの第３の光ビームの経路は、第３の照明光路と呼ばれる。第２のカメラ１１ｂは、第３の光源１ｃの動作波長にある光を検出するのに、およびこれにより、サンプルの反射画像をキャプチャするのに、たとえば、ひっかき傷または塵粒子のような特定の種類の欠陥を識別するのに好適である。たとえば、第２のカメラ１１ｂは、従来のＣＣＤカメラ、好ましくは、ＣＣＤピクセルの単一の線形アレイのみを有するライン・スキャン・カメラであり得る。以下では、サンプルＷから第２のカメラ１１ａへの反射光の経路は、第２のイメージング光路と呼ばれる。

【0035】

装置は、好ましくは、第３の光源１ｃの光をコリメートするための（図中に示されていない）さらなるコリメータを備え、前記コリメータは、好ましくは、第３の光源１ｃと統合される。好ましくは、スリットが、第３の光源１ｃのコリメートされた光ビームの光路中に配置され、第２の照明ダイクロイック光学素子４ｂは、好ましくは、第１の光ビームおよび第２の光ビームの光路中でコリメータ６とフィールド・レンズ８との間に、および第３の光ビームの光路中でスリットとフィールド・レンズ８との間に配置され、結果的に、均一に照明された前記スリットは、フィールド・レンズ８および対物レンズ１０によってサンプルＷ上に撮像され、これにより、均一に照らされた第３のラインを作成する。第３のラインの太さは、一般的に、反射イメージングがフォトルミネッセンス・イメージングのような高い照明強度を必要としないので、問題ではない。

【0036】

好ましくは、第２のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉｉは、フォトルミネッセンス光が第１のカメラ１１ａのほうへ通過し、サンプルＷから反射された第３の光源１ｃの光が第２のカメラ１１ｂのほうへ反射されるように、ロングパス・ダイクロイック・プレートによって形成される。第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉは、好ましくは、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉが、第３の光源１ｃの波長にある光を完全に反射するとは限らないように、たとえば、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉが、前記波長において約０．９の反射を有するように選択され、これは、第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉが、前記波長の光の９０％パーセントを反射し、残りを透過することを意味する。反射イメージングは、フォトルミネッセンス光を励起する効率が非常に低くても問題がなく、これにより、９０％もの光損失でさえ、照明光路内または第３の光ビームのイメージング光路内のいずれかで許容できる。たとえば、図２中に示されている構成は、サンプルＷによって反射された光の大部分が、光源のほうへ第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉによって反射され、前記光のより小さい部分のみが、第２のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉｉのほうへ、および第２のカメラ１１ｂのほうへ通過されるので、反射イメージング光路における高い光損失を生じる。

【0037】

第３の光ビームは、第３の光源が、第１の光ビームおよび第２の光ビームの近傍においてサンプルＷを照明するように、第１の光ビームおよび第２の光ビームの光路と同じ光路を通ってサンプルＷの表面の上に導かれる。これは、反射光中のサンプルを調査するのに好適である。随意に、スリットが、第３の光源のコリメータと第２の照明ダイクロイック光学素子４ｂとの間の光路に選択的に挿入可能であり得る。光路への前記スリットの挿入、および光路からの前記スリットの除去は、走査のためのライン照明と、とりわけ、第２のカメラ１１ｂが２Ｄカメラであるときに対物レンズの視界全体の２Ｄ画像を撮るのに好適であり得る、対物レンズ１０の視野全体を照明することと、の間で切り替えることを可能にする。

【0038】

図２は、本発明による光学システムの例示的な実施形態の一般的な配置を図示するにすぎず、それらの実際の配向および距離を図示しないことに留意されたい。実際のセットアップでは、構成要素のいくつかは、好ましくは、他のものとは異なる平面中に配置され、それゆえに、装置は、好ましくは、数個のさらなるミラーおよび／または他の光学素子を、それらのそれぞれの光路上に光ビームを導くために備える。

【0039】

図３Ａは、本発明による装置の好ましい実施形態の、光学素子の概略配置、および第１の照明光路中の光線の図示を示す。以後、本発明は、それぞれの図中に指し示されている座標系に関して解説される。図３Ａ中に示されている実施形態では、第１の光源１ａから放出された光は、伝搬方向に垂直なあらゆる方向において同じ程度まで入射光ビームを対称拡大するための第１の対称ビーム・エキスパンダ２ａに１つまたは複数のミラーによって導かれる。光ビームの拡大は、対称ビーム・エキスパンダに円筒対称性をもつ光ビームをそれの光軸に沿って入力することが、円筒対称性をもつ光ビームが対称ビーム・エキスパンダから出ることを生じるとき、対称であると考えられる。第１の対称ビーム・エキスパンダ２ａは、好ましくは、２つの平凸レンズおよびそれらの間の両凹レンズによって形成され、これらのレンズの湾曲面の各々は、球状であり得る。対称的ビーム拡大は、ライン・ジェネレータ５が、それの強度プロファイルを均一な分布に変えるのに好適な直径をもつビームを受け取ることを保証する。前記好適なビーム直径は、選択されたライン・ジェネレータ５によって決まり、通常、ライン・ジェネレータ５の１つまたは複数の縁部あるいは他の表面特徴の幅の関数である。

【0040】

装置は、随意に、第１のビームの非対称的拡大のための、換言すれば、Ｘ軸に沿ってビームを拡大するよりも、Ｙ軸に沿ってより大きい程度までビームを拡大するための、より好ましくは、Ｙ軸のみに沿ってビームを拡大し、Ｘ軸に沿ってビームを拡大しないための第１の非対称ビーム・エキスパンダ３ａをさらに備える。たとえば、第１の非対称ビーム・エキスパンダ３ａは、２つのシリンドリカルレンズによって形成され得、一方は、１つまたは２つの凹面を有し、他方は、１つまたは２つの凸面を有する。この非対称ビーム拡大は、ライン・ジェネレータ５の、それの縁部のより長いセクションに沿った照明を可能にし、それゆえに、ライン・ジェネレータの出力は、Ｙ軸に沿ってより太くなり（しかし、依然としてコリメートされ）、コリメータ６のより大きい入射瞳の照明を可能にし、Ｙ軸に沿ってビームを集束させるコリメータ６のための実効的により大きい開口数を生じ、結果的に、より良いイメージング解像度を可能にするより細い照明ラインを生じる。

【0041】

随意に、（図中に示されていない）第２の非対称ビーム・エキスパンダが、第１の非対称ビーム・エキスパンダ３ａと同じ目的で、および第１の非対称ビーム・エキスパンダ３ａと同じ原理で動作するために、第２の対称ビーム・エキスパンダ２ｂと第１の照明ダイクロイック光学素子４ａとの間で第２の照明光路中に配置される。好ましくは、第２の照明光路は、同様の配置において第１の照明光路の光学素子と同様の光学素子を備え、簡潔のために、第２の照明光路は、さらに詳細には論じられない。

【0042】

好ましくは、装置の移動手段は、Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿って線形的に互いに関して前記サンプルＷおよび装置の光学素子を移動させるのに好適である。好ましくは、前記移動手段は、Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿って線形的に装置の残りに対して前記サンプル・ホルダーＨを移動させるためのいわゆるＸＹＺステージである。随意に、前記移動手段は、Ｙ軸の周りで前記サンプル・ホルダーＨを回転させるのに好適であってもよい。

【0043】

図３Ｂは、図３Ａ中に指し示されているＹ軸の方向から、第１の照明ダイクロイック光学素子４ａと第１のイメージング・ダイクロイック光学素子４ｉとの間の光学路の部分を示す。コリメートされた第１の光ビームおよび第２の光ビームは、第１の照明ダイクロイック光学素子４ａによって、ライン・ジェネレータ５に向かう同じ光路の上に導かれる。ライン・ジェネレータ５は、出力されたビームが、Ｙ軸に沿ってコリメートされたままでありながら、Ｘ軸に沿って発散しているように、入射光ビームを変える。これらのビームは、次いで、コリメータ６によって、Ｘ軸に沿ってコリメートされ、Ｙ軸に沿って集束される。コリメータ６によって得られたビームは、サンプルＷを照明するために、直接的にまたは対物レンズ１０を通して使用され得る。代わりに、本発明によれば、コリメータ６の焦点およびフィールド・レンズの焦点が一致するように、コリメータ６とともにフィールド・レンズ８を使用することによって、より有利な構成が達成される。このようにして、対物レンズのより大きい瞳が、ｘ方向（第１のイメージング・ダイクロイック光学素子が、図中に示されているように光ビームを偏向させる場合、ｚ方向）において照明され、ラインのより密なフォーカス、換言すれば、サンプルＷ上のより細い照明ラインを可能にする。同時に、対物レンズ１０に入る光は、Ｙ軸に沿って収束しており、それは、光損失がけられによって対物レンズ内で起こらないことを保証し、また、対物レンズ１０の前側焦点におけるラインの長さを増加させる。

【0044】

本明細書全体にわたって、「コリメータ」、「対物レンズ」、「フィールド・レンズ」または「レンズ」のような特定の光学構成要素を指定する用語は、単一のレンズ、またはたとえば、色収差を補正するための、または任意の他の光学収差を補正するための２つ以上のレンズの配置のいずれかを含むことを意図される。それゆえに、コリメータ６、フィールド・レンズ８および対物レンズ１０のうちのいずれか１つまたは複数は、２つ以上のレンズによって形成され得る。その上、光伝搬の方向または光学素子の配置は、ダイクロイック光学素子に関して論じられ、「に向かって／のほうへ／に向かう」という用語は、自由伝播、反射、屈折、回折またはさらなる光学素子との光の他の光学相互作用を介して、名前を挙げられた光学素子に至る光伝搬の任意の方向を含み、名前を挙げられた光学素子の実際の直接的な空間的方向に限定されない。

【0045】

本発明による方法は、好ましくは、移動可能なステージ上に、サンプルＷ、好ましくは、ウエハを提供することと、第１の光ビームをもたらすことと、第１の光ビームを拡大することと、サンプルＷの表面上の点検サイト上の第１のラインに第１の光ビームを整形することと、ピクセルのライン上で、サンプルＷによって放出されたフォトルミネッセンスをキャプチャすることと、前記第１のラインを用いて前記サンプルの実質的に表面全体を走査することとを備え、第１のラインに第１の光ビームを整形することが、ライン・ジェネレータ５、コリメータ６、フィールド・レンズ８および対物レンズ１０の組合せを使用することによって実施され、コリメーションが、レンズのペアによって実施され、レンズのさらなるペアが、フィールド・レンズ８として使用される。前記サンプルＷの移動は、装置の光学素子に関して考えられ、それゆえに、前記移動は、サンプルＷに対して光学素子を移動させることによって達成され得る。

【0046】

前記走査は、好ましくは、０°よりも大きい角度、好ましくは、約９０°を形成する、第１の方向に沿った点検サイトにおける前記サンプルＷと前記第１のラインとの第１の相対移動によって実施され、前記第１のラインは、前記サンプルＷの表面上にある。好ましくは、前記第１の光ビームの長さが、前記サンプルＷの線形サイズ未満であるとき、第１の方向における前記移動は、前記線形サイズよりも大きいかまたはそれに等しい距離だけ実施される。前記第１の移動は、連続的であることも、間欠的であることもある。前記第１の移動には、好ましくは、前記第１の移動と、０°を超える角度を形成する、好ましくは約９０°を形成する方向における第２の移動が付随する。前記第２の移動は、連続的であることも、間欠的であることもある。前記サンプルＷの前記線形サイズは、たとえば、円形ウエハの直径または矩形ウエハの辺長であり得る。

【0047】

好ましくは、パウエル・レンズが、ライン・ジェネレータとして使用される。好ましくは、集束レンズのペアが、コリメータ６として使用され、集束レンズのペアが、フィールド・レンズとして使用される。

【0048】

本発明による方法の好ましい変形例によれば、第２の光ビームがもたらされ、第２の光ビームは、対称的に拡大され、サンプルの表面上の点検サイトの上に表面上に集束されたラインに形成される。第２の光ビームを整形することは、第１の光ビームと同じライン・ジェネレータ５、コリメータ６、フィールド・レンズ８および対物レンズ１０の組合せによって実施され、アクロマティック・レンズのペアが、コリメータ６として使用され、アクロマティック・レンズのペアが、フィールド・レンズ８として使用される。

【0049】

随意に、第１の光ビームおよび／または第２の光ビームは、それ／それらをラインに整形する前に、たとえば、シリンドリカルレンズのペアによって、非対称的に拡大される。

【0050】

第１のラインおよび第２のラインは、それぞれ、第１の長さおよび第２の長さを有し、前記第１の長さおよび前記第２の長さは、前記サンプルの最も小さい線形サイズよりも小さい、たとえば、円形ウエハの直径よりも小さいことがある。

【0051】

円形サンプルの全表面をマッピングすることは、照明ラインがサンプルの半径と一致するように、サンプルを配置することと、連続的にそれの中心の周りでサンプルを回転させることによってサンプル表面を走査することと、照明ラインに沿ってサンプルを線形的に移動させ、間欠的に、これにより、同心走査パターンにおいて続く同心円環を走査すること、または連続的に、これにより、スパイラル走査パターンにおいてサンプル表面を走査することのいずれかを行うこととによって実施され得る。この同心またはスパイラル走査パターンは、矩形サンプルよりも円形サンプルについて短い走査時間、換言すれば、良いスループットを提供し得る。円環は、好適な変換を受け、単一のカルテシアン画像を形成するために一緒につなぎ合わされ得る。スパイラル・スキャンの出力は、好適な変換を用いてサンプル表面の単一のカルテシアン画像に転換されてもよい。代替的に、検出されたピクセル値は、転換なしに極座標系に記憶され得る。

【0052】

サンプルの全表面をマッピングすることは、照明ラインがサンプルの縁部に接触するように、照明ラインの下にサンプルを配置することと、照明ラインに垂直な方向に線形的にサンプルを移動させ、次いで、照明ラインの長さに等しいかまたはそれよりもわずかに少ない距離だけ照明ラインに沿った方向にサンプルを移動させることと、表面全体がマッピングされるまで、これらのステップを繰り返すこととによって実施されてもよい。未加工走査ストリップは、サンプル表面全体の単一の画像を得るために、一緒につなぎ合わされ得る。

【0053】

各走査パターンについて、パターンは、好ましくは、それ自体に、換言すれば、スパイラル・パターンの続くターンに重なり、続く円環または続く矩形ストリップは、信頼できる画像スティッチングのために必要とされる程度まで互いに重なる。

【0054】

本発明による方法は、好ましくは、第３の光ビームをもたらすことと、前記サンプルＷの表面の上に前記第３の光ビームを導くことであって、前記第３の光ビームが、反射された第３の光ビームをもたらすために、少なくとも部分的に反射される、前記第３の光ビームを導くことと、次いで、前記サンプルの反射画像をもたらすために、前記反射された第３の光ビームの少なくとも一部分をキャプチャすることとをさらに備える。好ましくは、前記第３の光ビームは、第１の光ビームと同じフィールド・レンズ８および同じ対物レンズ１０を通して前記サンプルＷの表面の上に導かれる。好ましくは、サンプルＷの表面全体は、第１の光ビームの場合と同じやり方で第３の光ビームによって走査される。

【0055】

本発明の使用は、半導体サンプル、より詳細には、ウエハに関して詳細に解説されたが、本発明は、追加の層の有無にかかわらず、フォトルミネッセンスをもたらすことが可能な材料から作られた任意の種類の平坦なサンプル、たとえば、フラット・パネル・ディスプレイ産業の基板のために使用され得るか、または他の微細な構造物が、本発明によって検査されてもよいことに留意されたい。本明細書全体にわたって、「ウエハ」という用語は、標準サイズ、たとえば、３００ｍｍ、１５０ｍｍまたは７５ｍｍ、あるいは場合によっては、さらにはそのようなウエハの不規則な部片のみのいずれかの、円形形状、矩形形状または他の形状を有する、ドープされていないシリコンのドープされたまたは他の半導体材料のいずれかの、任意の種類の細部片半導体材料を含む、広い意味において使用される。それゆえに、本発明による装置および方法の使用は、半導体ウエハに限定されない。

【符号の説明】

【0056】

１ａ 第１の光源
１ｂ 第２の光源
１ｃ 第３の光源
２ａ 第１の対称ビーム・エキスパンダ
２ｂ 第２の対称ビーム・エキスパンダ
３ａ 第１の非対称ビーム・エキスパンダ
４ａ 第１の照明ダイクロイック光学素子
４ｂ 第２の照明ダイクロイック光学素子
４ｉ 第１のイメージング・ダイクロイック光学素子
４ｉｉ 第２のイメージング・ダイクロイック光学素子
５ ライン・ジェネレータ
６ コリメータ
８ フィールド・レンズ
１０ 対物レンズ
１１ａ 第１のカメラ
１１ｂ 反射カメラ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【外国語明細書】