特表 2024-544813 瞳偏光フィルタリングのための波長板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-05

(54)【発明の名称】瞳偏光フィルタリングのための波長板

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20241128BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20241128BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01N21/956 A

G02B5/30

G02B5/18

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023579168

(86)(22)【出願日】2022-12-07

(85)【翻訳文提出日】2024-02-26

(86)【国際出願番号】 US2022052063

(87)【国際公開番号】W WO2023114056

(87)【国際公開日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】63/289,258

(32)【優先日】2021-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/829,289

(32)【優先日】2022-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/829,296

(32)【優先日】2022-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500049141

【氏名又は名称】ケーエルエー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シエン チョン

(72)【発明者】

【氏名】ツァオ グオヘン

(72)【発明者】

【氏名】ホワイトサイド ブレット

【テーマコード（参考）】

2G051

2H149

2H249

【Ｆターム（参考）】

2G051AA51

2G051AB02

2G051BA05

2G051BB01

2G051BB05

2G051CA04

2G051CB05

2G051CC07

2H149AA22

2H149AB01

2H149BA02

2H149BA23

2H149EA02

2H149FC09

2H249AA07

2H249AA13

2H249AA45

2H249AA50

2H249AA68

(57)【要約】

光学検査システム１００は、ターゲット１０２から散乱された光の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換するための１つ以上の回折格子１１４を含む。一部の実施形態では、１つ以上の回折格子１１４は、単一材料回折格子である。一部の実施形態では、１つ以上の回折格子１１４は、反射性基板１６０２上に少なくとも１つの回折格子１６００を含む。１つ以上の回折格子１１４は、楕円偏光に従って収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する。光学検査システム１００は、直線偏光された光をフィルタリングするための直線偏光子１１６も含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲットから散乱された光の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、前記収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換するための１つ以上の単一材料回折格子であって、前記楕円偏光に従って前記収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する、１つ以上の単一材料回折格子と、
前記直線偏光された光をフィルタリングするための直線偏光子と、
を備えることを特徴とする、光学検査システム。

【請求項2】

請求項１に記載のシステムであって、前記ターゲットが半導体ウエハであることを特徴とする、システム。

【請求項3】

請求項２に記載のシステムであって、前記半導体ウエハがパターニングされていないことを特徴とする、システム。

【請求項4】

請求項３に記載のシステムであって、前記パターニングされていない半導体ウエハが研磨されていることを特徴とする、システム。

【請求項5】

請求項１に記載のシステムであって、前記光が紫外線であることを特徴とする、システム。

【請求項6】

請求項１に記載のシステムであって、
前記１つ以上の単一材料回折格子が第１の回折格子および第２の回折格子を備え、
前記第１および第２の回折格子が１次元である、
ことを特徴とする、システム。

【請求項7】

請求項６に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化するデューティサイクル、および前記収集瞳にわたって空間的に変化する配向を有し、
前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化するデューティサイクル、および前記収集瞳にわたって空間的に変化する配向を有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項8】

請求項７に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が前記収集瞳にわたって一定の深さを有し、
前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって一定の深さを有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項9】

請求項６に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が均一なデューティサイクル、および前記収集瞳にわたって空間的に変化する配向を有し、
前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化するデューティサイクル、および均一な配向を有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項10】

請求項６に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が第１の基板上にあり、
前記第２の回折格子が前記第１の基板とは異なる第２の基板上にある、
ことを特徴とする、システム。

【請求項11】

請求項６に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が基板の第１の側にあり、
前記第２の回折格子が前記第１の側とは反対側の前記基板の第２の側にある、
ことを特徴とする、システム。

【請求項12】

請求項６に記載のシステムであって、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が同一のレイアウトを有することを特徴とする、システム。

【請求項13】

請求項６に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化する別個の配向を有し、
前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が実質的に等しい位相遅延を有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項14】

請求項６に記載のシステムであって、前記ターゲットから散乱された前記光に対して均一な位相遅延を与えるための均一波長板をさらに備えることを特徴とする、システム。

【請求項15】

請求項１４に記載のシステムであって、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が前記均一波長板と前記直線偏光子との間に配置されていることを特徴とする、システム。

【請求項16】

請求項１に記載のシステムであって、前記１つ以上の単一材料回折格子が溶融シリカ基板、サファイア基板、およびフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）基板から成る群から選択される基板上の回折格子を備えることを特徴とする、システム。

【請求項17】

請求項１に記載のシステムであって、前記１つ以上の単一材料回折格子が２次元回折格子を含むことを特徴とする、システム。

【請求項18】

ターゲットを照明することと、
前記照明されたターゲットから散乱された光を収集することであって、前記照明されたターゲットから散乱された前記収集された光が収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光を有する、収集することと、
１つ以上の単一材料回折格子を使用して、前記収集された光の前記偏光を、前記収集瞳にわたって空間的に変化する前記楕円偏光から、前記収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換することであって、前記１つ以上の単一材料回折格子が前記楕円偏光に従って前記収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する、変換することと、
直線偏光子を使用して、前記収集瞳にわたって均一に配向された前記直線偏光を有する前記光をフィルタリングすることと、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、前記ターゲットが半導体ウエハであることを特徴とする、方法。

【請求項20】

請求項１９に記載の方法であって、前記半導体ウエハがパターニングされていないことを特徴とする、方法。

【請求項21】

請求項２０に記載の方法であって、前記パターニングされていない半導体ウエハが研磨されていることを特徴とする、方法。

【請求項22】

請求項１８に記載の方法であって、前記光が紫外線であることを特徴とする、方法。

【請求項23】

請求項１８に記載の方法であって、
前記１つ以上の単一材料回折格子が第１の回折格子および第２の回折格子を備え、
前記第１および第２の回折格子が１次元である、
ことを特徴とする、方法。

【請求項24】

請求項１８に記載の方法であって、前記１つ以上の単一材料回折格子が２次元回折格子を含むことを特徴とする、方法。

【請求項25】

ターゲットから散乱された光の前記偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、前記収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換するための１つ以上の回折格子であって、
前記楕円偏光に従って前記収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有し、
反射性基板上に少なくとも１つの回折格子を含む、
１つ以上の回折格子と、
前記直線偏光された光をフィルタリングするための直線偏光子と、
を備えることを特徴とする、光学検査システム。

【請求項26】

請求項２５に記載のシステムであって、前記ターゲットが半導体ウエハであることを特徴とする、システム。

【請求項27】

請求項２６に記載のシステムであって、前記半導体ウエハがパターニングされていないことを特徴とする、システム。

【請求項28】

請求項２７に記載のシステムであって、前記パターニングされていない半導体ウエハが研磨されていることを特徴とする、システム。

【請求項29】

請求項２５に記載のシステムであって、前記光が紫外線であることを特徴とする、システム。

【請求項30】

請求項２５に記載のシステムであって、
前記１つ以上の回折格子が第１の回折格子および第２の回折格子を備え、
前記第１および第２の回折格子が１次元であり、
前記第１の回折格子が第１の反射性基板上にあり、
前記第２の回折格子が第２の反射性基板上にある、
ことを特徴とする、システム。

【請求項31】

請求項３０に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化するデューティサイクル、および前記収集瞳にわたって空間的に変化する配向を有し、
前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化するデューティサイクル、および前記収集瞳にわたって空間的に変化する配向を有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項32】

請求項３１に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が前記収集瞳にわたって一定の深さを有し、
前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって一定の深さを有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項33】

請求項３０に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子が均一なデューティサイクル、および前記収集瞳にわたって空間的に変化する配向を有し、
前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化するデューティサイクル、および均一な配向を有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項34】

請求項３０に記載のシステムであって、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が同一のレイアウトを有することを特徴とする、システム。

【請求項35】

請求項３０に記載のシステムであって、
前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が前記収集瞳にわたって空間的に変化する別個の配向を有し、
前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が実質的に等しい位相遅延を有する、
ことを特徴とする、システム。

【請求項36】

請求項３０に記載のシステムであって、前記ターゲットから散乱された前記光に対して均一な位相遅延を与えるための均一波長板をさらに備えることを特徴とする、システム。

【請求項37】

請求項３６に記載のシステムであって、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が前記均一波長板と前記直線偏光子との間に配置されていることを特徴とする、システム。

【請求項38】

請求項２５に記載のシステムであって、前記１つ以上の回折格子が反射性基板上に２次元回折格子を含むことを特徴とする、システム。

【請求項39】

ターゲットを照明することと、
前記照明されたターゲットから散乱された光を収集することであって、前記照明されたターゲットから散乱された前記収集された光が収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光を有する、収集することと、
１つ以上の回折格子を使用して、前記収集された光の前記偏光を、前記収集瞳にわたって空間的に変化する前記楕円偏光から、前記収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換することであって、
前記１つ以上の回折格子が前記楕円偏光に従って前記収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有し、
前記１つ以上の回折格子が反射性基板上に少なくとも１つの回折格子を含む、
変換することと、
直線偏光子を使用して、前記収集瞳にわたって均一に配向された前記直線偏光を有する前記光をフィルタリングすることと、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項40】

請求項３９に記載の方法であって、前記ターゲットが半導体ウエハであることを特徴とする、方法。

【請求項41】

請求項４０に記載の方法であって、前記半導体ウエハがパターニングされていないことを特徴とする、方法。

【請求項42】

請求項４１に記載の方法であって、前記パターニングされていない半導体ウエハが研磨されていることを特徴とする、方法。

【請求項43】

請求項３９に記載の方法であって、前記光が紫外線であることを特徴とする、方法。

【請求項44】

請求項３９に記載の方法であって、
前記１つ以上の回折格子が第１の回折格子および第２の回折格子を備え、
前記第１および第２の回折格子が１次元であり、
前記第１の回折格子が第１の反射性基板上にあり、
前記第２の回折格子が第２の反射性基板上にある、
ことを特徴とする、方法。

【請求項45】

請求項３９に記載の方法であって、前記１つ以上の回折格子が反射性基板上に２次元回折格子を含むことを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、２０２１年１２月１４日に出願された米国仮特許出願第６３／２８９，２５８号に対する優先権を主張するものであり、この仮特許出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により援用される。

【0002】

本開示は、波長板に関し、より詳細には、検査ターゲット（例えば、半導体ウエハ）からの表面散乱を抑制するために波長板を使用することに関する。

【背景技術】

【0003】

通過する光に対して位相遅延を与える波長板は、水晶などの複屈折材料を用いて作ることができる。９０度の位相遅延を有する波長板（すなわち、１／４波長板）または１８０度の位相遅延を有する波長板（すなわち、１／２波長板）は、光学部品供給業者から一般に入手可能である。これらのタイプの波長板はモノリシックであり、構成部品の有効開口全体にわたって均一な位相遅延を有する。

【0004】

しかしながら、ウエハ検査用途では、ウエハ表面散乱をより効率的に抑制することができるように、構成部品の有効開口にわたって位相遅延が変化することが望ましい。位相遅延の任意の制御を達成するために、断片状の石英または石英の厚さを変化させた自由曲面形状のいずれかを使用することによって、空間的に位相遅延を変化させた波長板を製造するための様々な方法が提案されている。

【0005】

表面散乱の強い抑制（すなわち、強いヘイズ抑制）には、位相遅延の正確な制御が必要である。高い散乱角での表面散乱の偏光は楕円である。高度の抑制を達成するためには、表面散乱の偏光を均一に線形化する必要がある。従来の波長板を用いてこのような正確な位相遅延制御を達成することは困難である。例えば、自由曲面研磨を用いて表面形状の波面誤差を高精度に制御することは困難である。従来の複屈折材料を波長板として使用するもう１つの課題は、光軸角が固定されているため、複数のセグメントを使用して偏光楕円率および偏光の配向の両方を変換していることである。複数のセグメントをつなぎ合わせることで、光軸の配向をある程度制御できるが、細かく制御するには、多数のセグメントが必要となり、高い波面品質を維持しながら一体化するのは困難である。

【0006】

位相遅延は、回折格子などの異方性構造が、透過するゼロ次光の２つの直交する電界（例えば、回折格子線に平行な電界と垂直な電界）間に位相差を導入する現象である形態複屈折を使用して達成することもできる。形態複屈折を使用する波長板は市販されており、しばしばフォトニック結晶と呼ばれる。このような波長板の回折格子は、溝が刻まれた波型基板上に共形の多層薄膜を堆積させることによって製造される。光軸角は、溝（すなわち、基板に刻まれたトレンチ）の配向によって制御され、位相遅延は、多層膜によって制御される。その後、モノリシック基板上に小型部品をパターニングすることによって空間的に変化する波長板を作ることができる。各部品が数ミクロン程度と小さい場合、このようなピクセル化されたデバイスは、ほぼ連続的に空間的に変化する波長板をエミュレートすることができる。特定の単純なパターンに限定されるが、光軸の配向も連続的に変化させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８／０３６４１７７号

【特許文献2】米国特許出願公開第２００７／０１３９７７１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、このようなデバイスには限界がある。第１に、このようなデバイスは、薄膜コーティングプロセスによって製造される。このようなデバイスの製造に使用される薄膜は、一般に、非常に短い波長では透明ではない。第２に、多層薄膜（例えば、このような波長板のために典型的に使用されるような、約１００層の）は、層厚および層間形状または形態を正確に制御する必要があるため、製造するのが困難である。

【0009】

一般に波長が短いほどは検査感度が高くなるため、紫外光を使用してターゲットを検査することが望ましい場合がある。アモルファスＳｉＯ_２は、１３０ｎｍの波長まで透明である。電子ビームリソグラフィおよびウェットエッチングを用いて、ＳｉＯ_２基板上に製造された形態複屈折１／４波長板が実証されている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

光軸と位相遅延の両方を制御できる空間的に変化する波長板は、光学検査システムにとって貴重な技術である。これらの技術は、短い（例えば、深紫外線（ＤＵＶ）または真空紫外線（ＶＵＶ）などの紫外線）検査波長において特に価値がある。このような波長板は、一部の実施形態によると、単一材料回折格子および／または反射性基板上の回折格子を用いて達成される形態複屈折を使用して実装され得る。

【0011】

一部の実施形態では、光学検査システムは、ターゲットから散乱された光の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換するための１つ以上の単一材料回折格子を含む。１つ以上の単一材料回折格子は、楕円偏光に従って収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する。光学検査システムは、直線偏光された光をフィルタリングするための直線偏光子も含む。

【0012】

一部の実施形態では、方法は、ターゲットを照明することと、照明されたターゲットから散乱された光を収集することとを含む。照明されたターゲットから散乱された収集光は、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光を有する。本方法はまた、１つ以上の単一材料回折格子を使用して、収集光の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換することを含む。１つ以上の単一材料回折格子は、楕円偏光に従って収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する。本方法は、直線偏光子を使用して、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光を有する光をフィルタリングすることをさらに含む。

【0013】

一部の実施形態では、光学検査システムは、ターゲットから散乱された光の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換するための１つ以上の回折格子を含む。１つ以上の回折格子は、楕円偏光に従って収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する。１つ以上の回折格子は、反射性基板上に少なくとも１つの回折格子を含む。光学検査システムは、直線偏光された光をフィルタリングするための直線偏光子も含む。

【0014】

一部の実施形態では、方法は、ターゲットを照明することと、照明されたターゲットから散乱された光を収集することとを含む。照明されたターゲットから散乱された収集光は、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光を有する。本方法は、１つ以上の回折格子を使用して、収集された光の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換することも含む。１つ以上の回折格子は、楕円偏光に従って収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する。１つ以上の回折格子は、反射性基板上に少なくとも１つの回折格子を含む。本方法は、直線偏光子を使用して、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光を有する光をフィルタリングすることをさらに含む。

【0015】

記載される様々な実施態様をより良く理解するために、以下の図面と併せて、以下の発明を実施するための形態を参照されたい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一部の実施形態による光学検査システムの一部の断面図である。

【図2】一部の実施形態による、図１の光学検査システムにおける回折格子の一例の断面図である。

【図3A】図２の回折格子の位相遅延が回折格子のピッチ、深さ、およびデューティサイクルにどのように依存するかを示すグラフである。

【図3B】図２の回折格子の位相遅延が回折格子のピッチ、深さ、およびデューティサイクルにどのように依存するかを示すグラフである。

【図3C】図２の回折格子の位相遅延が回折格子のピッチ、深さ、およびデューティサイクルにどのように依存するかを示すグラフである。

【図3D】図２の回折格子の位相遅延が回折格子のピッチ、深さ、およびデューティサイクルにどのように依存するかを示すグラフである。

【図4A】収集瞳にわたる表面散乱偏光の一例のマップである。

【図4B】図４Ａの表面散乱偏光をｘ偏光に変換する回折格子を有する波長板の光軸の収集瞳にわたるマップである。

【図4C】図４Ｂの波長板の位相遅延の収集瞳にわたるマップである。

【図4D】表面散乱によって生成された散乱光が図４Ｂおよび図４Ｃの波長板を通過した後の出力偏光の収集瞳にわたるマップである。

【図4E】図４Ａの表面散乱偏光をｙ偏光に変換する回折格子を有する波長板の光軸の収集瞳にわたるマップである。

【図4F】図４Ｅの波長板の位相遅延の収集瞳にわたるマップである。

【図4G】表面散乱によって生成された散乱光が図４Ｅおよび図４Ｆの波長板を通過した後の出力偏光の収集瞳にわたるマップである。

【図5】図４Ｂおよび図４Ｃの波長板の収集瞳にわたるデューティサイクルの変化のマップである。

【図6A】図４Ｂおよび図５のマップのための回折格子の一部の平面図であり、収集瞳内の３つのそれぞれの位置における回折格子配向およびデューティサイクルを示す。

【図6B】図４Ｃおよび図５のマップのための回折格子の一部の平面図であり、収集瞳内の３つのそれぞれの位置における回折格子配向およびデューティサイクルを示す。

【図6C】図４Ｄおよび図５のマップのための回折格子の一部の平面図であり、収集瞳内の３つのそれぞれの位置における回折格子配向およびデューティサイクルを示す。

【図7】一部の実施形態による、波長板として作用する２つの回折格子を有する光学検査システムの一部の断面図である。

【図8】一部の実施形態による、別個のそれぞれの基板上の２つの１次元回折格子の断面図である。

【図9】一部の実施形態による、同じ基板上の２つの１次元回折格子の断面図である。

【図10】一部の実施形態による、光学検査システムにおいて波長板として使用される一対の回折格子の、収集瞳にわたって空間的に変化する回折格子配向を示す図である。

【図11】一部の実施形態による、光学検査システムにおいて波長板として使用される一対の回折格子の、収集瞳にわたって空間的に変化する回折格子配向を示す図である。

【図12】一部の実施形態による、２つの空間的に変化する回折格子に加えて、均一な回折格子を有する光学検査システムの一部の断面図である。

【図13】一部の実施形態による、光学検査システムにおいて均一波長板とともに波長板として使用される一対の回折格子の、収集瞳にわたって空間的に変化する回折格子の配向を示す図である。

【図14】一部の実施形態による、光学検査システムにおいて均一波長板とともに波長板として使用される一対の回折格子の、収集瞳にわたって空間的に変化する回折格子の配向を示す図である。

【図15A】一部の実施形態による、２Ｄ回折格子の平面図である。

【図15B】図１５Ａの２Ｄ回折格子のｘ方向のライン幅とｙ方向のライン幅の組合せに対するシミュレートされた位相遅延の値を示すグラフである。

【図15C】図１５Ａの２Ｄ回折格子によるｘ方向ライン幅とｙ方向ライン幅の組合せに対するシミュレーションされた透過率を示すグラフである。

【図16】一部の実施形態による、反射性基板上の回折格子の断面図である。

【図17】一部の実施形態による、光学検査システムの一部の断面図である。

【図18】一部の実施形態による、光学検査システムのそれぞれの部分の断面図である。

【図19】一部の実施形態による、光学検査システムのそれぞれの部分の断面図である。

【図20】一部の実施形態による、ターゲットを検査しながら表面散乱からの光をフィルタリングする方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

同様の参照番号は、図面および明細書全体を通して対応する部分を指す。

【0018】

次に、様々な実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。以下の詳細な説明では、説明される様々な実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、説明される様々な実施形態がこれらの特定の詳細なしに実施され得ることは、当業者には明らかであろう。他の例では、周知の方法、手順、構成部品、回路、およびネットワークは、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、詳細には説明されていない。

【0019】

図１は、一部の実施形態による光学検査システム１００の一部の断面図である。光学検査システム１００は、ターゲット１０２の欠陥（例えば、ターゲット上の粒子）を検査するために使用される。一部の実施形態では、ターゲット１０２は半導体ウエハ（例えば、パターニングされていない半導体ウエハ）である。例えば、ターゲット１０２は、半導体デバイスが製造されることになっているが、まだ製造されていない研磨された半導体ウエハである。研磨された半導体ウエハは、製造プロセスが始まる前に、光学検査システム１００を使用して欠陥を検査することができる。ターゲット１０２は、検査のためにプラットフォーム１０４上（例えば、ウエハチャック上）に取り付けられる。

【0020】

検査中、光源（図示せず）からの光１０６は、ターゲット１０２を斜めの角度で照明する。一部の実施形態では、光１０６は紫外線である。例えば、光１０６は、深紫外線（すなわち、２００～２８０ｎｍの波長を有する）または真空紫外線範囲の上側部分（例えば、１００～２００ｎｍの波長を有する）である。

【0021】

光１０６の一部は、反射光１０８としてターゲット１０２によって反射される。しかしながら、光１０６の一部は、散乱光１１０としてターゲット１０２によって散乱される。例えば、ターゲット１０２の表面上の欠陥（例えば、粒子）は、光１０６を散乱光１１０として散乱させる。しかしながら、欠陥がない場合でも、光１０６の一部の表面散乱（例えば、ターゲット１０２の表面粗さに起因する）が発生し、散乱光１１０が生成される。様々な散乱角でターゲット１０２の表面から散乱する散乱光１１０は、対物レンズ１１２によって収集される。散乱光１１０は、収集瞳内に収集される。欠陥による散乱とは対照的に、表面散乱に起因する散乱光１１０は、光学検査システム１００による欠陥検出の信号対雑音比を低下させる雑音源である。したがって、表面散乱に起因する散乱光１１０が欠陥検出に使用される検出器１２０に到達する前に、この散乱光をフィルタリングすることが望ましい。

【0022】

対物レンズ１１２によって収集される表面散乱に起因する散乱光１１０は、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光を有する。楕円偏光は、収集瞳にわたって大きさと配向の両方が変化することがある。しかしながら、所定のタイプのターゲット１０２に対しては、楕円偏光は、ターゲット１０２ごとに（すなわち、ターゲット１０２の異なるインスタンス間で）（少なくとも配向において）大きく変化しない。したがって、特定のタイプのターゲット１０２は、収集瞳内の所定の点において実質的に同じ配向の楕円偏光を有する表面散乱からの散乱光１１０を有するが、楕円偏光（その配向を含む）は、ターゲット１０２の収集瞳にわたって空間的に変化する。例えば、ターゲット１０２が特定のタイプ（例えば、特定のサイズ、材料、および／または製造業者）の半導体ウエハ（例えば、研磨された半導体ウエハ）である場合、表面散乱からの散乱光１１０の楕円偏光は、半導体ウエハのすべてに対して収集瞳内の所定の点において実質的に同じ配向を有する。

【0023】

対物レンズ１１２は、散乱光１１０をコリメートし、回折格子１１４に導く。回折格子１１４は、ターゲット１０２からの表面散乱によって生成された散乱光１１０の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換する。回折格子１１４は、楕円偏光に従って収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有することによって（すなわち、散乱光１１０に与えることによって）、この結果を達成する。回折格子１１４は透過型の光学部品であり、回折格子１１４を透過した散乱光１１０は、回折格子１１４によってその偏光が変換される。

【0024】

回折格子１１４は、対物レンズ１１２によって収集されコリメートされた散乱光１１０の光軸に沿って、対物レンズ１１２と直線偏光子１１６との間に配置されている。直線偏光子１１６は、回折格子１１４によって提供される均一に配向された直線偏光を有する散乱光１１０をフィルタリングし、その直線偏光に垂直な偏光を有する光を透過させることを可能にする配向を有する。欠陥（例えば、粒子）によって散乱された光１１０は、表面散乱によって生成された光１１０とは異なる偏光状態を有する。したがって、直線偏光子１１６は、ターゲット１０２からの表面散乱によって生成された散乱光１１０をフィルタリングする一方で、ターゲット１０２上の欠陥からの散乱によって生成された散乱光１１０の少なくとも一部を透過させる。後者の散乱光１１０は、チューブレンズ１１８によって、欠陥検出に使用される検出器１２０（例えば、デジタルカメラ）上に集束される。直線偏光子１１６は、散乱光１１０の光軸に沿って、回折格子１１４とチューブレンズ１１８との間に配置されている。チューブレンズ１１８は、散乱光１１０の光軸に沿って、直線偏光子１１６と検出器１２０との間に配置されている。光学検査システム１００は、他の光学部品（図示せず）（例えば、光を方向付けおよび／または集束させるための）を含むこともできる。

【0025】

図２は、一部の実施形態による回折格子１１４（図１）の一例である回折格子２００の断面図である。一部の実施形態によると、基板２０２上にある回折格子２００は、形態複屈折に基づく位相遅延を有する波長板であり、回折格子２００は、形態複屈折を有する人工的な異方性構造であるのに対し、基板２０２は複屈折ではない。回折格子２００は、基板２０２上に一連のライン２０４を含む。一連の連続するライン２０４は、それぞれのトレンチ２０６によって分離されている。ライン２０４およびトレンチ２０６は、図２のページから出る（または等価的にページに入る）方向に延在する。したがって、ライン２０４およびトレンチ２０６は、図２のページに垂直な軸に平行であり、図２の水平軸に垂直である。したがって、回折格子２００は１次元回折格子である。

【0026】

連続するライン２０４間の距離（すなわち、間隔）は、ピッチ２０８である。ライン２０４は、ライン幅２１０を有する。トレンチ２０６は、深さ２１２を有する。

【0027】

ライン２０４は、単一の材料（例えば、ガラス）で構成されており、基板２０２と同じ材料であってもよい。回折格子２００は、基板２０２にトレンチ２０６をエッチングすることによって、または基板２０２上にライン２０４を選択的に成長させることによって形成することができる。ライン２０４および基板２０２は、散乱光１１０の波長に対して透明な任意の材料であってもよい（例えば、散乱光１１０の波長に対して透明な絶縁体、したがって誘電体材料であってもよい）。一部の実施形態では、ライン２０４の単一の材料は、ＳｉＯ_２（すなわち、二酸化ケイ素）（例えば、溶融シリカ）であり、基板２０２もＳｉＯ_２（例えば、溶融シリカ）であってもよい。一部の他の実施形態では、ライン２０４の単一の材料はサファイアであり、基板２０２もサファイアであってもよい。サファイアは、ＳｉＯ_２よりも高い屈折率を有し、したがって、ＳｉＯ_２よりも小さい深さ２１２でより強い位相遅延を提供する。さらに一部の他の実施形態では、ライン２０４の単一の材料はフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）であり、基板２０２もＣａＦ_２であってもよい。

【0028】

ライン２０４およびトレンチ２０６に平行な電界に対する実効誘電率は、

【数1】

であり、ライン２０４およびトレンチ２０６に垂直な電界に対する実効誘電率は、
ε_⊥＝ｆε_１＋（１－ｆ）ε_０ （２）
であり、ここで、ε_１は、ライン２０４の誘電率であり（基板２０２の誘電率であってもよい）、ε_０は、トレンチ２０６の（例えば、空気の）誘電率であり、ｆは、回折格子２００のデューティサイクルである。デューティサイクルは、ピッチ２０８に対するライン幅２１０の比に等しく、したがって、デューティサイクルは、ライン２０４がない場合にはゼロに等しく、トレンチ２０６がない場合には１に等しい。したがって、これらの２つの直交偏光間の屈折率の差（すなわち、ε_｜｜とε_⊥との差）は、ε_１およびｆの関数である。この差は、デューティサイクルが約５０％（例えば、図３Ｄに示されるように、４０％と５０％との間）のときに最大に達する。

【0029】

ε_｜｜およびε_⊥がわかれば、周知の物理学を用いて回折格子２００の位相遅延を計算することができる。図３Ａ～図３Ｄは、２６６ｎｍの光に対して、回折格子２００の位相遅延３０２がピッチ２０８、深さ２１０、およびデューティサイクルｆにどのように依存するかを示すグラフである。図３Ａは、ピッチ２０８および深さ２１２の関数として位相遅延３０２の変化を示すグラフ３００である。図３Ｂは、ピッチ２０８の異なる固定値について深さ２１２の関数として位相遅延３０２の変化を示すグラフ３１０である。図３Ｃは、深さ２１２の異なる固定値についてピッチ２０８の関数として位相遅延３０２の変化を示すグラフ３２０である。図３Ｄは、ピッチ２０８および深さ２１２の固定値についてデューティサイクル３３２（すなわち、デューティサイクルｆ）の関数として位相遅延３０２の変化を示すグラフ３３０である。

【0030】

回折格子２００のこれらの２つの直交偏光間の屈折率（すなわち、ε_｜｜とε_⊥との間）の差は、典型的には、自然複屈折材料の直交偏光の屈折率の差よりもはるかに大きい。したがって、回折格子２００を用いて特定の位相シフトを達成するための深さ２１２は、その位相シフトを達成する自然複屈折波長板の厚さよりもはるかに小さい。１／２波長位相シフトを達成するための（すなわち、回折格子２００を使用して１／２波長板を実装するための）深さ２１２は、回折格子ピッチ２０８と比較して、依然としてかなり大きい。例えば、光１０６および散乱光１１０の波長が２６６ｎｍの場合、基板２０２およびライン２０４として溶融シリカを使用すると、１／２波長板の深さ２１２は約１．４μｍとなる。ピッチ２０８は、伝搬次数の生成を回避するのに十分に小さくすべきであり、すなわち、波長を基板２０２の屈折率（すなわち、誘電率の平方根）で割った値よりも小さくすべきである。

【数2】

ＤＵＶからＶＵＶ波長における１８０°位相遅延の最小アスペクト比は、１６：１である。最小アスペクト比も、波長に依存し、波長が短くなるとともに減少する傾向がある。

【0031】

楕円偏光散乱光１１０の偏光を線形化するために回折格子２００（図２）を使用して実装される波長板の光軸角（すなわち、配向）および位相遅延の閉形式解は、ジョーンズ行列を使用して導出することができる。任意の光軸角および位相遅延を有するこのような波長板は、ジョーンズ行列によって記述される。

【数3】

ここで、φは位相遅延であり、θは波長板の光軸角（回折格子のライン２０４に平行と定義される）である。光軸角は、回折格子２００の配向を示す。振幅比ｒおよび位相差δを有する任意の入力偏光（すなわち、波長板に入射する光の偏光）は、波長板によって異なる偏光状態に変換される。

【数4】

【0032】

任意の散乱偏光をｘ偏光に（したがって直線偏光に）変換するために、光のｙ成分をゼロに設定する。

【数5】

ここで、ｘ成分は入射面に平行であり、ｙ成分は入射面に垂直である。波長板の光軸角および位相遅延は、次式によって与えられる。

【数6】

【0033】

ｒおよびδは両方とも、散乱角とともに変化する。したがって、これらは収集瞳位置の関数である。光軸角および位相遅延も、収集瞳位置の関数である。

【0034】

同様に、光のｘ成分をゼロに設定することによって、任意の散乱偏光をｙ偏光に（したがって直線偏光に）変換することができる。

【数7】

波長板の光軸角および位相遅延は、次式によって与えられる。
ｃｏｔ２θ＝－ｒｃｏｓδ （９ａ）

【数8】

【0035】

式７ａ～式７ｂおよび式９ａ～式９ｂは、回折格子２００（図２）に基づく単一ピースの波長板について、局所的な光軸（したがって回折格子配向）および位相遅延を適宜揃えることによって、収集瞳にわたって任意に分布した楕円偏光を均一な直線偏光に変換するための閉形式解を提供する。どちらの解も、収集瞳にわたって変化する楕円偏光を収集瞳にわたって均一な直線偏光に変換するという同じ効果を達成する。しかし、表面散乱の偏光分布に依存して、一方の解は、最大位相シフトに関してもう一方の解よりも要求が低く、したがって、製造するのがより容易な場合がある。

【0036】

図４Ａは、収集瞳にわたる表面散乱偏光の一例のマップ４００である。図４Ａが示すように、表面散乱偏光は、その配向を含めて、収集瞳にわたって空間的に変化する。図４Ｂは、式７ａに基づいて決定された、図４Ａの表面散乱偏光をｘ偏光に（したがって、収集瞳にわたる均一な直線偏光の一例に）変換する回折格子２００を有する波長板の光軸の収集瞳にわたるマップ４１０である。図４Ｂの回折格子の光軸（したがって、回折格子の配向）は、図示するように、収集瞳にわたって空間的に変化する。図４Ｃは、式７ｂに基づいて決定された図４Ｂの波長板（すなわち、回折格子２００）の位相遅延４２２の収集瞳にわたるマップ４２０である。収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延４２２は、度単位でグレースケールのカラーバーを使用して図４Ｃに示されている。位相遅延４２２は、位相遅延３０２（図３Ａ～図３Ｄ）の一例である。図４Ｄは、表面散乱によって生成された散乱光１１０（図１）が図４Ｂおよび図４Ｃの波長板（すなわち、回折格子２００）を通過した後の出力偏光（すなわち、散乱光１１０の偏光）の収集瞳にわたるマップ４３０である。式７ａおよび式７ｂによって示されるように、出力偏光は、収集瞳にわたるｘ偏光（すなわち、ｘ方向の均一な偏光）であり、したがって、均一に直線的である。

【0037】

同様に、図４Ｅは、式９ａに基づいて決定された、図４Ａの表面散乱偏光をｙ偏光に（したがって、収集瞳にわたる均一な直線偏光の別の例に）変換する回折格子２００を有する波長板の光軸の収集瞳にわたるマップ４４０である。図４Ｅの回折格子の光軸（したがって、回折格子の配向）は、図示するように、収集瞳にわたって空間的に変化する。図４Ｆは、式９ｂに基づいて決定された、図４Ｅの波長板（すなわち、回折格子２００）の位相遅延４５２の収集瞳にわたるマップ４５０である。収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延４５２は、度単位でグレースケールのカラーバーを使用して図４Ｆに示されている。位相遅延マップ４５０からπの位相シフトが減算されている（すなわち、位相遅延４５２の値が１８０°減算されている）。位相遅延４５２は、位相遅延３０２（図３Ａ～図３Ｄ）の一例である。図４Ｇは、表面散乱によって生成された散乱光１１０（図１）が図４Ｅおよび図４Ｆの波長板（すなわち、回折格子２００）を通過した後の出力偏光（すなわち、散乱光１１０の偏光）の収集瞳にわたるマップ４６０である。式９ａおよび式９ｂによって示されるように、出力偏光は、収集瞳にわたるｙ偏光（すなわち、ｙ方向の均一な偏光）であり、したがって均一に直線的である。

【0038】

図４Ｃと図４Ｆを比較すると、図４Ａの表面散乱偏光では、偏光をｘ偏光に変換する方が、偏光をｙ偏光に変換するよりも必要とする最大位相シフトが小さいことがわかる。より低い最大位相シフトを使用することは、製造が容易になるため有利である可能性がある。

【0039】

回折格子２００（図２）によって提供される位相遅延は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、回折格子の深さ２１２とともにほぼ直線的に増加する。回折格子の深さ２１２（図２）は、収集瞳内の位相遅延の範囲の中央に対応する固定値に（すなわち、回折格子２００全体に対して一定の深さに）設定することができる。この固定の深さ２１２は、全収集瞳にわたって一定の位相遅延を提供する。より一般的には、回折格子２００の回折格子の深さ２１２は、波長板全体に対して固定値に（すなわち、収集瞳にわたって一定の深さに）設定されてもよく、したがって、収集瞳にわたって一定の（すなわち、均一な）位相遅延を提供する。このような実施形態では、収集瞳にわたる位相変化（すなわち、位相遅延の変化）は、収集瞳にわたって空間的に変化する（例えば、一定のピッチ２０８を有する）回折格子のデューティサイクルｆ（例えば、デューティサイクル３３２、図３Ｄ）によって制御される。デューティサイクルの値は、（例えば、図３Ｄのように）位相遅延のデューティサイクル依存性のシミュレーションに基づいて計算することができる。図５は、１７５０ｎｍの深さ２１２および０．９７５の開口数を仮定した場合の、マップ４２０（図４Ｃ）の位相遅延４２２を達成するための収集瞳にわたるデューティサイクル５０２の変化のマップ５００である。デューティサイクル５０２の値は、グレースケールのカラーバーを使用して図５に示されている。

【0040】

回折格子２００を有するこのような波長板の設計パターンは、空間的に変化する回折格子配向（例えば、図４Ｂまたは図４Ｅのような）および回折格子デューティサイクル（例えば、図５のような）の両方を有する。図６Ａ～図６Ｃは、図４Ａ～図４Ｄおよび図５のマップのための回折格子２００の一部の平面図である。図６Ａ～図６Ｃは、収集瞳内の３つのそれぞれの位置６００、６１０、および６２０における回折格子の配向およびデューティサイクルを示す。位置６００、６１０、および６２０は、マップ４１０（図４Ｂ）および５００（図５）においてラベル付けされている。位置６００は収集瞳の中心にあり、位置６１０は収集瞳の右側にあり、位置６２０は収集瞳の右上にある。中心位置６００は、図６Ａに示すように、水平の回折格子配向、６４ｎｍのライン幅２１０、および６４％のデューティサイクルを有する。右の位置６１０は、図６Ｂに示すように、水平の回折格子配向、９６ｎｍのライン幅２１０、および９６％のデューティサイクルを有する。図６Ｃに示すように、右上の位置６２０は、－４０°の回折格子配向、６０ｎｍのライン幅２１０、および６０％のデューティサイクルを有する。３つの位置６００、６１０、および６２０のすべて、ならびに回折格子２００全体のピッチ２０８は、１００ｎｍである。したがって、回折格子２００は、均一な深さ２１２に加えて均一なピッチ２０８を有する。他の例では、ピッチ２０８および／または深さ２１２は、回折格子２００に対して均一（したがって、収集瞳にわたって均一）であるが、異なる値を有してもよく、または回折格子２００にわたって（したがって、収集瞳にわたって）変化してもよい。

【0041】

所望の位相遅延を達成するために、波長板として使用される単一の回折格子２００は、少なくとも一部の位置について高いアスペクト比を有することができる。例えば、ＤＵＶからＶＵＶの光に対して１／２波長位相遅延を達成するために（すなわち、１／２波長板を実装するために）、アスペクト比は約１６：１である。アスペクト比を低下させ、製造を容易にするために、単一の回折格子２００の代わりに複数の回折格子２００（例えば、２つの回折格子２００）を使用してもよい。それぞれが別個の波長板である複数の回折格子２００は、ターゲット１０２からの表面散乱によって生成された散乱光１１０の偏光を、収集瞳にわたって空間的に変化する（配向の変化を含む）楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に共同で変換する。一部の実施形態では、複数の回折格子２００のそれぞれは、１次元回折格子である。アスペクト比に対する、したがってデューティサイクルに対する要件が緩和されることに加えて、複数回折格子設計により、回折格子の製造をさらに容易にすることができる他のパラメータの選択も可能になる。

【0042】

図７は、一部の実施形態による光学検査システム７００の一部の断面図である。単一の回折格子１１４の代わりに、光学検査システム７００は、対物レンズ１１２と直線偏光子１１６との間に配置された第１の回折格子１１４および第２の回折格子７１４を含む。２つの回折格子１１４および７１４は一緒になって、ターゲット１０２からの表面散乱によって生成される散乱光１１０の偏光の所望の均一な線形化を提供する。光学検査システム７００は、その他の点では、光学検査システム１００（図１）について説明したように機能する。

【0043】

図８は、一部の実施形態による２つの１次元回折格子８０２および８０６の断面図である。第１の回折格子８０２は、第１の回折格子１１４（図７）の一例であり、第２の回折格子８０６は、第２の回折格子７１４（図７）の一例であり、逆もまた同様である。第１の回折格子８０２は第１の基板８０４上にあり、第２の回折格子８０６は、第１の基板８０４とは異なる第２の基板８０８上にある。第１の回折格子８０２は、第１の基板８０４と同じ材料であってもよい単一の材料から構成されている。第２の回折格子８０６も、第２の基板８０８と同じであってもよい単一の材料から構成されてもよい。第１の回折格子８０２および／または第１の基板８０４は、第２の回折格子８０６および／または第２の基板８０８と同じ材料で構成されていてもよい。第１の回折格子８０２、第１の基板８０４、第２の回折格子８０６、および／または第２の基板８０８の材料の例には、限定ではないが、溶融シリカ、フッ化カルシウム、またはサファイアが含まれる。

【0044】

図９は、一部の実施形態による、同じ基板９０４上の２つの１次元回折格子９０２および９０６の断面図である。第１の回折格子９０２は、第１の回折格子１１４（図７）の別の例であり、第２の回折格子９０６は、第２の回折格子７１４（図７）の別の例であり、またはその逆である。回折格子９０２および９０６は、基板９０４の両側にあり、第１の回折格子９０２は、基板９０４の第１の側（例えば、対物レンズ１１２に面する側、図７）にあり、第２の回折格子９０６は、基板９０４の第２の側（例えば、直線偏光子１１６に面する側、図７）にある。第１の回折格子９０２および／または第２の回折格子９０６は、基板９０４と同じ材料であってもよい単一の材料で構成されている。したがって、第１の回折格子９０２、基板９０４、および第２の回折格子９０６はすべて、同じ単一の材料で構成することができる。第１の回折格子９０２、基板９０４、および／または第２の回折格子９０６の材料の例には、限定ではないが、シリカまたはサファイアが含まれる。２つの回折格子９０２および９０６は、両面回折格子を効果的に構成する。両面回折格子は、反射防止コーティングを使用することなく低反射という利点を有する。

【0045】

一部の実施形態では、複数の回折格子は、同一のレイアウトを有する。例えば、２つの回折格子８０２および８０６（図８）、または２つの回折格子９０２および９０６（図９）は、各回折格子８０２および８０６、または９０２および９０６が、２つの回折格子によって提供される全位相遅延の半分を提供するように、同一のレイアウトを有することができる。２つの回折格子８０２および８０６のそれぞれ、または２つの回折格子９０２および９０６のそれぞれの回折格子の深さ２１２は、所望の位相遅延のための全深さの半分であってもよく、したがって、各回折格子のアスペクト比を２分の１にすることができる。回折格子の深さ２１２は、２つの回折格子８０２および８０６のそれぞれ、または２つの回折格子９０２および９０６のそれぞれにわたって均一（すなわち、一定）であってもよい。

【0046】

代替として、複数の回折格子は、異なるレイアウトを有する（が、依然として、各回折格子にわたって均一であってもよい、同一の深さ２１２を有することができる）。例えば、第１の回折格子８０２（図８）または９０２（図９）は、そのデューティサイクルが回折格子にわたって（したがって収集瞳にわたって）一定となるように、均一なデューティサイクルを有し、その配向（したがってその光軸）が収集瞳にわたって空間的に変化するように、変化する配向を有する。しかし、第２の回折格子８０６（図８）または９０６（図９）は、そのデューティサイクルが回折格子にわたって（したがって収集瞳にわたって）空間的に変化するように、変化するデューティサイクルを有し、その配向（したがってその光軸）が回折格子にわたって（したがって収集瞳にわたって）同じとなるように、均一な回折格子配向を有する。第１の回折格子８０２または９０２の均一なデューティサイクルは、均一な深さ２１２と組み合わされて、均一な位相遅延（例えば、１／２波長またはほぼ１／２波長）をもたらす。第１の回折格子８０２または９０２の配向を変化させる（したがって光軸角を変化させる）ことにより、楕円偏光の長軸が平行になるように偏光が回転する。第２の回折格子８０６または９０６のデューティサイクルを変化させることにより、第２の回折格子８０６または９０６にわたって、したがって収集瞳にわたって位相遅延が変化する。第２の回折格子８０６または９０６の配向（すなわち、光軸角）は均一であるが、位相遅延を変化させることで、楕円偏光が線形化される。表面散乱によって生成された光１１０は、回折格子に到達する前であっても、収集瞳の大部分にわたってほぼ直線偏光されている（すなわち、わずかに楕円のみである）場合があり、その結果、第２の回折格子８０６または９０６の大部分について、位相遅延がほぼゼロになり、回折格子のライン幅２１０がほぼゼロになる。

【0047】

レイアウトが異なる複数の回折格子の別の例では、第１の回折格子８０２（図８）または９０２（図９）は、回折格子にわたって（したがって収集瞳にわたって）空間的に変化するデューティサイクルと、回折格子にわたって（したがって収集瞳にわたって）空間的に変化する配向（すなわち、光軸角）とを有する。第２の回折格子８０６（図８）または９０６（図９）も、回折格子にわたって（したがって収集瞳にわたって）空間的に変化するデューティサイクルと、回折格子にわたって（したがって収集瞳にわたって）空間的に変化する配向とを有する。第１の回折格子８０２または９０２は、回折格子にわたって（したがって、収集瞳にわたって）均一な（すなわち、一定の）深さを有し、第２の回折格子８０６または９０６は、回折格子にわたって（したがって、収集瞳にわたって）均一な深さを有する。これらの２つの深さは等しくてもよい。

【0048】

レイアウトが異なる複数の回折格子のさらに別の例では、第１の回折格子８０２（図８）または９０２（図９）および第２の回折格子８０６（図８）または９０６（図９）は、回折格子にわたって（したがって、収集瞳にわたって）空間的に変化する別個の配向を有し、したがって、異なる光軸角配向を有するが、（例えば、製造公差の範囲内で）実質的に等しい位相遅延も有する。このようなレイアウトにより、エッチング深さの要件が緩和される同時に、所望の均一な直線偏光を達成するための柔軟性を高めることができる。位相遅延が９０°の２つの回折格子のレイアウトは、以下の数学に基づいて決定することができる。

【0049】

２つの異なる光軸角θ_１およびθ_２を有する２つの１／４波長板回折格子のジョーンズ行列は、次のようになる。

【数9】

これら２つの回折格子によって（すなわち、これら２つの１／４波長板によって）提供される偏光変換は、以下のように表される。

【数10】

ここで、α＝θ_１－θ_２、β＝θ_１＋θ_２である。

【0050】

散乱偏光を均一なｙ偏光に（したがって均一な直線偏光に）変換するために、ｘ成分はゼロに設定される。
Ｅ_ｘ’＝［１－ｃｏｓ（２α）＋ｒｃｏｓδｓｉｎ（２α）＋ｒｓｉｎδ（２ｓｉｎβｃｏｓα）］＋ｊ［２ｃｏｓβｃｏｓα＋ｒｃｏｓδ（２ｓｉｎβｃｏｓα）－ｒｓｉｎδｓｉｎ（２α）］＝０ （１２）
ｘ成分の実部と虚部の両方がゼロに設定される。
［ｓｉｎ^２α＋ｒｃｏｓδｓｉｎαｃｏｓα＋ｒｓｉｎδｓｉｎβｃｏｓα］＝０ （１３ａ）
［ｃｏｓα（ｃｏｓβ＋ｒｃｏｓδｓｉｎβ－ｒｓｉｎδｓｉｎα）］＝０ （１３ｂ）

【0051】

式１３ａおよび式１３ｂを数値的に解いて、第１の回折格子８０２または９０２（すなわち、第１の１／４波長板）の光軸角θ_１および第２の回折格子８０６または９０６（すなわち、第２の１／４波長板）の光軸角θ_２のレイアウトを導出することができる。図１０および図１１は、収集瞳にわたって、θ_１およびθ_２の値の空間的変化をそれぞれ示すマップ１０００および１１００である。図１０および図１１の光軸角は、両方の回折格子について、深さ２１２を７００ｎｍ、ピッチ２０８を１００ｎｍ、デューティサイクルを５０％と仮定して、式１３ａおよび式１３ｂに従って計算される。図１０および図１１の回折格子は一緒になって、斜め照明による楕円偏光された表面散乱を均一に配向された直線偏光された光に変換する。図１０および図１１の回折格子は、光軸角（すなわち、回折格子の配向）が回折格子の中心を通る水平軸および垂直軸にわたって不連続になるように、１／４ごとに連続した設計となっている。

【0052】

図１２は、一部の実施形態による光学検査システム１２００の一部の断面図である。光学検査システム１２００は、光学検査システム７００と同様に配置された光学検査システム７００の要素を含み、均一波長板１２０２をさらに含む。均一波長板１２０２は、均一な位相遅延を有し、したがって、ターゲット１０２から散乱された光１１０に対して、収集瞳にわたって均一な位相遅延を提供する。一部の実施形態では、第１の回折格子１１４および第２の回折格子は、均一波長板１２０２と直線偏光子１１６との間に配置されている。均一波長板１２０２は、対物レンズ１１２と第１の回折格子１１４との間に配置されてもよい。第１の回折格子１１４および第２の回折格子７１４は、回折格子８０２および８０６（図８）または９０２および９０６（図９）であってもよい。

【0053】

一部の実施形態では、光学検査システム１２００の２つの回折格子１１４および７１４（図８の別個の基板８０４および８０８上、または図９の単一の基板９０４上のいずれか）は、異なるレイアウトおよび異なる光軸角配向を有するが、同様の位相遅延を有する。均一波長板１２０２と組み合わせて使用される２つの回折格子１１４および７１４のレイアウトは、以下の数学に基づいて決定することができる。
Ｅ’_ｘ＝［１－ｃｏｓ（２α）＋ｒｃｏｓ（δ＋δ’）ｓｉｎ（２α）＋ｒｓｉｎ（δ＋δ’）２ｓｉｎβｃｏｓα］＋ｊ［２ｃｏｓβｃｏｓα＋ｒｃｏｓ（δ＋δ’）（２ｓｉｎβｃｏｓα）－ｒｓｉｎ（δ＋δ’）ｓｉｎ（２α）］ （１４）

【0054】

ｘ成分の実部と虚部の両方がゼロに設定される。
［ｓｉｎ^２α＋ｒｃｏｓ（δ＋δ’）ｓｉｎαｃｏｓα＋ｒｓｉｎ（δ＋δ’）ｓｉｎβｃｏｓα］＝０ （１５ａ）
［ｃｏｓα（ｃｏｓβ＋ｒｃｏｓ（δ＋δ’）ｓｉｎβ－ｒｓｉｎ（δ＋δ’）ｓｉｎα）］＝０ （１５ｂ）

【0055】

式１５ａおよび式１５ｂを数値的に解いて、２つの回折格子１１４および７１４のそれぞれの光軸角θ_１およびθ_２のレイアウトを導出することができる。図１３および図１４は、θ_１およびθ_２の値の空間的変化をそれぞれ示すマップ１３００および１４００である。図１３および図１４の光軸角は、図１０および図１１と同じ深さ２１２、ピッチ２０８、およびデューティサイクルを仮定し、均一波長板１２０２（図１２）によって提供されるｙ方向のπ／１５の余分な位相遅延を仮定して、式１５ａおよび式１５ｂに従って計算される。図１３および図１４の回折格子は一緒になって、斜め照明による楕円偏光された表面散乱を均一に配向された直線偏光された光に変換する。図１３および図１４の回折格子は、光軸角（すなわち、回折格子配向）が回折格子の中心を通る水平軸にわたって不連続であるが、回折格子の中心を通る垂直軸にわたって連続であるように、半連続設計を有する。したがって、均一波長板１２０２の追加により、両方の回折格子１１４および７１４の光軸角が瞳の半分にわたって連続する設計が可能になる。このような設計は、収集瞳上の波面の中断が少ないため、ターゲット１０２上の欠陥（例えば、粒子）の画像の画質への影響が少ない。

【0056】

一部の実施形態では、ターゲット１０２からの表面散乱によって生成された楕円偏光１１０を均一に配向された直線偏光に変換する１つ以上の回折格子のうちの１つとして、空間的に変化する位相遅延を有する２次元（２Ｄ）回折格子が使用される。２Ｄ回折格子の使用は、ゼロに近い位相遅延を達成するための製造を容易にするもう１つの方法である。１次元（１Ｄ）回折格子のほぼゼロの位相遅延は、ほぼ０％または１００％のデューティサイクルを伴うことがあり、結果として高いアスペクト比を得ることができる。代わりに、ｘ方向とｙ方向のデューティサイクルが等しい２Ｄ回折格子を使用することで、ほぼゼロの位相遅延を達成することができる。２Ｄ回折格子は、位相遅延を変えることなく透過率を向上させることもできる。

【0057】

図１５Ａは、一部の実施形態による２Ｄ回折格子１５００の平面図である。２Ｄ回折格子１５００は、回折格子１１４（図１）の一例であってもよい。２Ｄ回折格子１５００は、ｘ方向およびｙ方向の両方においてトレンチ１５０４によって分離されたポスト（例えば、矩形）１５０２を有し、連続するポスト１５０２は、ｘ方向およびｙ方向の両方においてそれぞれのトレンチ１５０４によって互いに分離されている。ポスト１５０２は、ｘ方向ピッチ１５０６（すなわち、ｘ方向の連続するポスト１５０２間の間隔）、ｘ方向ライン幅１５０８、ｙ方向ピッチ１５１０（すなわち、ｙ方向の連続するポスト１５０２間の間隔）、およびｙ方向ライン幅１５１２を有する。２Ｄ回折格子１５００は、ｘ方向ピッチ１５０６に対するｘ方向ライン幅１５０８の比に等しいｘ方向デューティサイクル、およびｙ方向ピッチ１５１０に対するｙ方向ライン幅１５１２の比に等しいｙ方向デューティサイクルも有する。ｘ方向および／またはｙ方向のデューティサイクルは、２Ｄ回折格子１５００にわたって、したがって収集瞳にわたって空間的に変化してもよい。例えば、ｘ方向ライン幅１５０８および／またはｙ方向ライン幅１５１２は空間的に変化する一方で、ｘ方向ピッチ１５０６およびｙ方向ピッチ１５１０は２Ｄ回折格子１５００にわたって、したがって収集瞳にわたって均一であるため、ｘ方向および／またはｙ方向デューティサイクルは、２Ｄ回折格子１５００にわたって空間的に変化する。一部の実施形態では、トレンチ１５０４の深さは、２Ｄ回折格子１５００にわたって、したがって収集瞳にわたって均一である。

【0058】

ポスト１５０２は、単一の材料（例えば、ガラス）で構成され、この材料は、ポスト１５０２が配置される基板と同じ材料であってもよい。２Ｄ回折格子１５００は、基板にトレンチ１５０４をエッチングすることによって、または基板上にポスト１５０２を選択的に成長させることによって形成することができる。ポスト１５０２および基板は、散乱光１１０の波長に対して透明な任意の材料であってもよい（例えば、散乱光１１０の波長に対して透明な絶縁体、したがって誘電体材料であってもよい）。一部の実施形態では、ポスト１５０２の単一の材料はＳｉＯ_２（例えば、溶融シリカ）であり、基板もＳｉＯ_２（例えば、溶融シリカ）であってもよい。一部の他の実施形態では、ポスト１５０２の単一の材料はサファイアであり、基板もサファイアであってもよい。サファイアは、ＳｉＯ_２よりも高い屈折率を有し、したがって、ＳｉＯ_２よりも小さい深さ２１２でより強い位相遅延を提供する。さらに一部の他の実施形態では、ポスト１５０２の単一の材料はフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）であり、基板もＣａＦ_２であってもよい。

【0059】

図１５Ｂは、ｘ方向のライン幅１５０８とｙ方向のライン幅１５１２の組合せに対するシミュレートされた位相遅延値を示すグラフ１５２０である。グラフ１５２０を生成するために使用されたシミュレーションは、ｘ方向ピッチ１５０６およびｙ方向ピッチ１５１０が両方とも１００ｎｍに等しいと仮定している。グラフ１５２０の領域１５２４は、ほぼゼロの位相遅延１５２２を有する。図１５Ｃは、ｘ方向のライン幅１５０８とｙ方向のライン幅１５１２の組合せに対する２Ｄ回折格子１５００によるシミュレートされた透過率を示すグラフ１５４０である。約９９．６％の最大透過率が達成されている。

【0060】

上述の実施形態では、回折格子および対応する基板は透過性である。代替として、回折格子の基板は反射性であってもよい。図１６は、一部の実施形態による反射性基板１６０２上の回折格子１６００の断面図である。回折格子１６００は、回折格子２００（図２）と同様に、形態複屈折に基づく位相遅延を有する波長板である。回折格子１６００は、基板１６０２上に一連のライン１６０４を含む。一連の連続するライン１６０４は、それぞれのトレンチ１６０６によって分離されている。ライン１６０４およびトレンチ１６０６は、図１６のページから出る（または等価的にページに入る）方向に延在する。したがって、ライン１６０４およびトレンチ１６０６は、図１６のページに垂直な軸に平行であり、図１６の水平軸に垂直である。回折格子１６００は、１次元回折格子である。

【0061】

連続するライン１６０４間の距離（すなわち、間隔）は、ピッチ１６０８である。ライン１６０４は、ライン幅１６１０を有する。トレンチ１６０６は、深さ１６１２を有する。一部の実施形態では、回折格子の深さ１６１２は、固定値に（すなわち、回折格子１６００全体に対して一定の深さに）設定されてもよい（例えば、収集瞳内の位相遅延の範囲の中央に対応する）。

【0062】

反射性基板１６０２は、金属または別の反射性材料で構成されている。ライン１６０４は、単一の材料（例えば、ガラス）で構成されてもよい。単一材料の例としては、ＳｉＯ_２（例えば、溶融シリカ）、サファイア、またはＣａＦ_２が挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、ライン１６０４は、異なる層がそれぞれ異なる材料から構成された複数の層を有してもよい。一般に、基板１６０２は反射性であるが、ライン１６０４は、散乱光１１０の波長に対して透明である１つ以上の材料で作られてもよい（例えば、散乱光１１０の波長に対して透明である絶縁体、したがって誘電体材料であってもよい）。反射性基板１６０２以外は、回折格子１６００は、回折格子２００（図２）について説明したように設計されてもよい。

【0063】

図１７は、一部の実施形態による光学検査システム１７００の一部の断面図である。光学検査システム１７００は、光学検査システム１００（図１）に対応し、回折格子１１４が反射性基板上の回折格子１７０２に置き換えられている。回折格子１７０２およびその反射性基板は、回折格子１６００および反射性基板１６０２（図１６）の例である。回折格子１７０２は、散乱光１１０の経路に沿って対物レンズ１１２と直線偏光子１１６との間に配置されている。回折格子１７０２の反射性基板は、対物レンズ１１２からの散乱光１１０を直線偏光子１１６に向ける。回折格子１７０２は、一部の実施形態によると、回折格子１１４について（例えば、回折格子２００について）説明したようなレイアウトを有することができる。

【0064】

反射性基板上の単一の回折格子１７０２の代わりに、光学検査システムは、それぞれの反射性基板上に複数の回折格子（例えば、それぞれの反射性基板１６０２上の複数の回折格子１６００、図１６）を有してもよい。例えば、光学検査システムは、２つのこのような回折格子を有してもよい。

【0065】

図１８および図１９は、一部の実施形態による、光学検査システム１８００／１９００のそれぞれの部分の断面図である。光学検査システム１８００／１９００は、光学検査システム７００に対応し、第１の回折格子１１４および第２の回折格子７１４は、反射性基板上の第１の回折格子１８０２および反射性基板上の第２の回折格子１８０４と置き換えられている。第１の回折格子１８０２およびその反射性基板は、第２の回折格子１８０４およびその反射性基板と同様に、回折格子１６００および反射性基板１６０２（図１６）の例である。反射性基板を有する第１の回折格子１８０２および反射性基板を有する第２の回折格子１８０４は、散乱光１１０の経路に沿って対物レンズ１１２と直線偏光子１１６との間に配置されている。第１の回折格子１８０２の反射性基板は、対物レンズ１１２からの散乱光１１０を第２の回折格子１８０４に向ける。第２の回折格子１８０４の反射性基板は、第１の回折格子１８０２からの散乱光１１０を直線偏光子１１６に向ける。光学検査システム１８００および１９００は、それぞれの基板上に配置された第１の回折格子１８０２および第２の回折格子１８０４がシステム内に位置する角度が異なる。第１の回折格子１８０２および第２の回折格子１８０４は、第１の回折格子８０２および第２の回折格子８０４について説明したようなそれぞれのレイアウトを有してもよい（例えば、第１の回折格子８０２および第２の回折格子８０４について説明した同一のレイアウトまたは異なるレイアウトのうちのいずれかを有してもよい）。

【0066】

一部の実施形態では、ターゲット１０２からの表面散乱によって生成された楕円偏光１１０を均一に配向された直線偏光に変換する１つ以上の回折格子のうちの１つとして、空間的に変化する位相遅延を有し、反射性基板上に配置された２Ｄ回折格子が使用される。例えば、２Ｄ回折格子１５００（図１５Ａ）は、透過性基板の代わりに反射性基板上に配置されてもよい。

【0067】

複数の回折格子を有する光学検査システムは、透過性基板を有する１つ以上の回折格子と、反射性基板を有する１つ以上の回折格子とを混在させることができる。反射性基板上に少なくとも１つの回折格子を有する光学検査システムはまた、散乱光１１０に対して均一な位相遅延を提供する均一波長板（例えば、図１２の均一波長板１２０２）を有してもよい。

【0068】

図２０は、一部の実施形態による、ターゲットを検査しながら表面散乱からの光をフィルタリングする方法２０００を示す流れ図である。方法２０００は、光学検査システム１００（図１）、７００（図７）、１２００（図１２）、１７００（図１７）、１８００（図１８）、または１９００（図１９）を使用して実行することができる。方法２０００のステップは特定の順序で説明されているが、それらは進行中に同時に実行されてもよい。

【0069】

方法２０００では、ターゲット（例えば、ターゲット１０２、図１、図７、図１２、または図１７～図１９）が、（例えば、斜めの角度の光１０６で、図１、図７、図１２、または図１７～図１９）照明される（２００２）。一部の実施形態では、ターゲットは、紫外光を使用して照明される（２００４）。例えば、ターゲットは、波長１３０ｎｍ以上の紫外光（例えば、ＤＵＶまたはＶＵＶ光）で照明される。一部の実施形態では、ターゲットは半導体ウエハ（例えば、パターニングされていない半導体ウエハ）である（２００６）。例えば、ターゲットは研磨された半導体ウエハであってもよい。

【0070】

照明されたターゲットから散乱された光（例えば、散乱光１１０、図１、図７、図１２、または図１７～図１９）が収集される（２００８）。例えば、散乱光１１０は、対物レンズ１１２（図１、図７、図１２、または図１７～図１９）を使用して収集される。照明されたターゲットから散乱された収集光は、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光を有する。楕円偏光の空間的変化は、その配向の空間的変化を含むことがある。

【0071】

１つ以上の回折格子を使用して、収集光の偏光は、収集瞳にわたって空間的に変化する楕円偏光から、収集瞳にわたって均一に配向された直線偏光に変換される（２０１０）。１つ以上の回折格子は、楕円偏光に従って収集瞳にわたって空間的に変化する位相遅延を有する。空間的に変化する位相遅延を有する１つ以上の回折格子に加えて、均一波長板（例えば、均一波長板１２０２、図１２）が使用されてもよい。

【0072】

一部の実施形態では、１つ以上の回折格子は、少なくとも１つの単一材料回折格子（例えば、回折格子１１４、図１、１つ以上の回折格子２００、図２）を含む（２０１２）。例えば、すべての回折格子が単一材料回折格子であってもよい。１つ以上の回折格子は、第１の単一材料回折格子および第２の単一材料回折格子（例えば、回折格子１１４および７１４、図７または図１２）を含むことができる（２０１４）。第１および第２の回折格子は、１次元であってもよい（例えば、回折格子８０２および８０６、図８、回折格子９０２および９０６、図９）。１つ以上の回折格子は、２次元の単一材料回折格子（例えば、２Ｄ回折格子１５００、図１５Ａ）を含んでもよい（２０１６）。

【0073】

一部の実施形態では、１つ以上の回折格子は、反射性基板上に少なくとも１つの回折格子（例えば、１つ以上の回折格子１６００、図１６、回折格子１７０２、図１７、回折格子１８０２および１８０４、図１８～図１９）を含む（２０１８）。例えば、すべての回折格子が反射性基板上にあってもよい。１つ以上の回折格子は、第１の反射性基板上に第１の回折格子および第２の反射性基板上に第２の回折格子を含むことができる（２０２０）。第１および第２の回折格子は、１次元であってもよい。１つ以上の回折格子は、反射性基板上に２次元回折格子を含むことができる（２０２２）。

【0074】

実質的に直線偏光された光は、直線偏光子（例えば、直線偏光子１１６、図１、図７、または図１２）を使用してフィルタリングされる（２０２４）。こうして、方法２０００は、ターゲット上の表面散乱によって生成された散乱光をフィルタリングすることによって、ターゲット上の欠陥検出（例えば、粒子検出）のための信号対雑音比を改善する。散乱光は一種のヘイズ（ｈａｚｅ）であり、フィルタリングされないままにしておくと、光学検査システムの画質を劣化させる。

【0075】

前述の記載は、説明のために、特定の実施形態を参照して記載されている。しかしながら、上記の例示的な説明は、網羅的であること、または特許請求の範囲を開示された厳密な形態に限定することを意図するものではない。上記の教示に鑑みて、多くの変形およびバリエーションが可能である。実施形態は、特許請求の範囲の基礎となる原理およびそれらの実際の適用を最もよく説明し、それによって、当業者が、企図される特定の使用に適するように様々な変形とともに実施形態を最もよく使用できるようにするために選択された。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【国際調査報告】