(57)【要約】円柱鏡または円柱レンズを使用して、コリメートされた入力光線ビームを検査対象表面上の線分に集束する。この場合、その線分は集束されたビームの実質的に入射面内にある。ビームの像は、表面の異常および／または形状を検出するための電荷結合素子のアレイの上に投影され、この電荷結合素子アレイは、集束されたビームの入射面外にその線分に平行に配置される。パターンを備えた表面を検査するために、表面からの光を、電荷結合素子上に結像させる前に、最初に空間フィルタに通す。この空間フィルタは、散乱反射性の領域のストライプを有し、それが、ビームと表面間の相対運動と同期してシフト移動し、パターンからのフーリエ成分を遮蔽する。空間フィルタは、散乱放射を選択的に検出器に反射する反射ストリップに置き換えることもできる。この場合、反射ストリップも相対運動と同期してシフト移動する。
2005517906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の異常および／または形状を検出するための方法において、
放射ビームを斜めの入射角において表面上の線分に集束するステップであって、前記ビームを貫通し前記表面に垂直な方向と、前記ビームとがビームの入射面を規定し、前記線分が実質的にビームの入射面内にあるものである集束するステップと、
前記線分を実質的に前記入射面内にある検出器アレイ上に撮像するステップであって、前記アレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出するものである撮像するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記撮像するステップは、前記アレイにおける線分の像がアレイよりも長くなるようにするものである請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記集束するステップは、前記入射面に実質的に垂直な方向に沿ってのみ放射ビームを集束する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記集束するステップは、放射ビームを円柱レンズに通すかあるいは円柱鏡に入射させるステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
照明される線分の長さを選定するために、放射ビームの断面寸法および前記斜めの入射角を制御するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記制御するステップは、放射ビームを拡大するステップを含むので、拡大後のビームが所望の径を有する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記撮像するステップは、前記線分に実質的に垂直な軸に沿って線分を集束する請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記撮像するステップは可変開口を使用し、さらに前記方法は表面の粗さに応じて前記可変開口の開口を制御するステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
表面とビームとの間に相対運動を惹起するステップをさらに含むので、前記線分は異常および／または表面の形状を検出するために表面を走査する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記惹起するステップは、表面を動かし、ビームおよびアレイを実質的に静止状態のままにしておく請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記斜めの入射角は、表面の法線方向から約４５度〜８５度の範囲内にある請求項１記載の方法。
【請求項１２】
検出器アレイにおける時間遅延積分を実施するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記集束するステップは、前記ビームを表面上に集束された細い線分に集束する請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記撮像するステップは、前記線分の像を表面の位置に変化があっても前記検出器アレイ上に結ぶようにする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
表面の異常を検出するための装置において、
放射ビームを斜めの入射角において表面上の線分に集束する光学系であって、前記ビームを貫通し前記表面に垂直な方向と、前記ビームとがビームの入射面を規定し、前記線分が実質的にビームの入射面内にあるものである光学系と、
実質的に前記入射面内にある少なくとも１個の検出器アレイと、
前記線分を少なくとも１個の前記検出器アレイ上に撮像するシステムであって、少なくとも１個の前記アレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出するものであるシステムと、
を備える装置。
【請求項１６】
前記システムによってアレイに形成される線分の像はアレイよりも長い請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記光学系は、前記入射面に実質的に垂直な方向に沿ってのみビームを集束する請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
前記光学系は、円柱レンズあるいは円柱鏡を備える請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記光学系は、表面に実質的に平行な主面を有する円柱レンズを備える請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記光学系が光学系に照射する入力放射ビームを集束し、前記入力ビームが表面およびレンズに実質的に垂直であり、さらに、前記光学系が、レンズからの放射を表面に対して斜めの入射角となるように表面に照射しなおすための回折格子を備える請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記光学系が光学系に照射する入力放射ビームを集束し、前記入力ビームが表面およびレンズの主面に対して斜めの方向にある請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
前記光学系は、実質的に直線の２つの端部を備える円柱鏡を備え、前記２つの端部が規定する平面は表面に実質的に平行である請求項１８記載の装置。
【請求項２３】
表面とビームと間の相対運動を惹起する手段をさらに含むので、前記線分は異常および／または表面の形状を検出するために表面を走査する請求項１５記載の装置。
【請求項２４】
少なくとも１個の前記検出器アレイは、表面とビームとの間に相対運動が行われている時、ビームに対して実質的に静止する請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記斜めの入射角は、表面の法線方向から約４５度〜８５度の範囲内にある請求項１５記載の装置。
【請求項２６】
前記システムがフーリエ面を有するレンズ手段を備え、さらに、前記装置が実質的に前記フーリエ面にフィルタと偏光子とを備える請求項１５記載の装置。
【請求項２７】
回折性のパターンを備えた表面に関わる異常を検出するための方法において、
電磁放射ビームを表面上の線分に集束するステップと、
表面とビームとの間に相対的な回転運動を惹起するステップと、
パターンが回転する際にパターンからの回折が検出器に達しないようにするために、前記線分からの散乱放射を前記回転運動に実質的に同期してシフト移動する細長いストリップのアレイと相互作用させるステップと、
前記線分からの散乱放射を検出器によって検出するステップと、
を含む方法。
【請求項２８】
前記相互作用させるステップは、散乱反射性のストリップまたは実質的に不透明なストリップのアレイを備える空間フィルタを通して前記線分からの散乱放射を通過させるステップを含み、パターンが回転する際のパターンからの回折を遮蔽するために、前記ストリップが回転運動と実質的に同期してシフト移動する請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記集束するステップは、表面に対して斜めの入射角において放射を集束する請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記ビームと表面への法線とがビームの入射面を規定し、前記検出するステップが、入射面内にはない方向に沿った放射を検出する請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記ビームと表面への法線とがビームの入射面を規定し、前記集束するステップが放射を表面上の線分に集束するので、前記線分は実質的に入射面内にある請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
前記集束するステップは、放射を表面上のある１つの集束線分に集束する請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記検出するステップは、入射面に実質的に垂直な方向に沿った放射を検出する請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
前記検出するステップは、実質的に入射面内にはあるが、ビームの鏡面反射の方向とは異なった方向に沿った放射を検出する請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
パターンが回転する際のパターンからの回折を遮蔽するために、前記ストリップを回転運動と実質的に同期して、表面に実質的に平行な方向にシフト移動するステップをさらに含む請求項２７記載の方法。
【請求項３６】
前記相互作用させるステップは、表面に実質的に垂直または平行なストリップからなる空間フィルタを通して放射を通過させる請求項２７記載の方法。
【請求項３７】
表面とビームとの間に並進運動を惹起するステップをさらに含むので、前記線分が表面上のらせん径路を走査する請求項２７記載の方法。
【請求項３８】
前記異常を示す検出結果として信号を発信するステップをさらに含む請求項２７記載の方法。
【請求項３９】
前記相互作用させるステップは、前記線分からの散乱放射を検出器に反射するステップを含み、パターンが回転する際のパターンからの回折が検出器に反射されないように、前記ストリップが回転運動と実質的に同期してシフト移動する請求項２７記載の方法。
【請求項４０】
回折性のパターンを備えた表面に関わる異常を検出するための装置において、
電磁放射ビームを表面上の線分に集束する光学系と、
表面とビームとの間に相対的な回転運動を惹起する機器と、
検出器と、
前記線分からの散乱放射と相互作用する細長いストリップのアレイであって、前記ストリップは、パターンが回転する際にパターンからの回折が検出器に達しないようにするために前記回転運動に実質的に同期してシフト移動するものである細長いストリップのアレイと、を備え、
前記検出器は、フィルタに達する表面からの放射を検出し、前記異常を示す信号を発信する装置。
【請求項４１】
前記ストリップは前記線分からの散乱放射を選択的に通過させる空間フィルタを形成し、また前記ストリップは放射を散乱反射する材料または実質的に不透明な材料からなる請求項４０記載の装置。
【請求項４２】
前記光学系は、表面に対して斜めの入射角において放射を集束する請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
前記ビームと表面への法線とがビームの入射面を規定し、前記検出器が入射面内にはない方向に沿った放射を検出する請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
前記ビームと表面への法線とがビームの入射面を規定し、前記光学系が放射を表面上の線分に集束するので、前記線分は実質的に入射面内にある請求項４２記載の装置。
【請求項４５】
前記検出器は、入射面に実質的に垂直な方向に沿った放射を検出する請求項４２記載の装置。
【請求項４６】
前記検出器は、実質的に入射面内にはあるが、ビームの鏡面反射の方向とは異なった方向に沿った放射を検出する請求項４２記載の装置。
【請求項４７】
パターンが回転する際のパターンからの回折を遮蔽するために、前記ストリップを回転運動と実質的に同期して、表面に実質的に平行な方向にシフト移動させる装置をさらに含む請求項４１記載の装置。
【請求項４８】
前記フィルタは、液晶材料の層を備える請求項４１記載の装置。
【請求項４９】
前記空間フィルタは、表面に実質的に垂直または平行なストライプからなる請求項４１記載の装置。
【請求項５０】
前記回転器は、表面とビームとの間に並進運動を惹起するので、前記線分が表面上のらせん径路を走査する請求項４１記載の装置。
【請求項５１】
前記細長いストリップのアレイは、前記線分からの散乱放射を検出器に反射し、パターンが回転する際のパターンからの回折が検出器に反射されないように、前記ストリップが回転運動と実質的に同期してシフト移動する請求項４１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には表面の検査システムに関し、特に、表面の異常および／または形状を検出するための改良されたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの表面の異常のような表面異常を検出する必要性が、少なくとも１９８０年代の初めから認められてきた。例えば、論文“エレクトロニクス試験における集積回路およびウェハの自動検査”（１９８１年５月，６０〜７０ページ）（非特許文献１）において、アーロン・Ｄ・ガラ (Aaron D. Gara)は、集積回路チップが逆さまに置かれているかどうかを検出して、欠陥を検出するためのウェハ検査システムについて説明している。このシステムでは、レーザ光ビームがビーム拡大器と長方形開口の円柱レンズを通過する際に、そのレンズが、ビームをビームの入射面を横断するレーザ光の細線に集束してウェハ表面を照射している。この論文では、このシステムが検出し得る最小の欠陥は１０ミクロン幅以下であると述べられている。
【０００３】
シリコンウェハ上に製造される半導体デバイスのサイズは一貫して小さくなり続けてきた。半導体デバイスのサイズがますます小さくなってきたために、半導体デバイスのサイズに比べると細かい汚染粒子、パターン欠陥および表面欠陥の検出に用いられるウェハ検査機器の感度に対して一層厳格な要求が課せられてきている。本願が出願された時点では、０．２ミクロンまたはそれ以下のデバイス用の設計ルールが要求されていた。同時に、ウェハ検査システムが十分なスループットを出すことができ、これらのシステムをウェハ欠陥検出のためのインライン検査に使用できることが望まれている。表面検査システムの１つのタイプでは、大きな面積を照明する撮像システムを用い、目標領域やテンプレートとして使用する参照領域のような同等の２個の表面領域の像を比較して、その間の相違を決定するようにしている。これらの相違によって表面の異常を示すことができる。このようなシステムは、フォトマスクまたは半導体ウェハの表面全体を走査するのにかなりの時間を要することになる。このようなシステムの一例として、米国特許第４，５７９，４５５号（特許文献１）を参照されたい。
【０００４】
ストーンストローム  (Stonestrom)らによる米国特許第４，８９８，４７１号（特許文献２）に、もう１つの方法が例示されている。走査ビームによって照明されるウェハ表面上の領域は、掃引 (sweep)と呼ばれる走査線に沿って動く楕円である。一例として、楕円は、幅２０ミクロン、長さ１１５ミクロンである。このように照明された領域におけるパターンの異常による散乱光は、８０〜１００°の範囲の方位角に置かれた光検出器によって検出される。ここで、光検出器の方位角は、照明された領域から光検出器によって集光する光の方向と、上から見た場合の照明ビームの方向とがなす角度として定義される。ある１つの領域から光検出器によって検出された信号をテンプレートを構成するのに使用する。楕円スポットが走査線に沿って隣接領域に移ると、スポット内の構造からの散乱光が再び検出され、その後、その光検出器信号がテンプレートと比較され、汚染粒子やパターン欠陥の存在が確認される。走査ビームがウェハ表面を走査する間、ウェハは、掃引方向に実質的に垂直な方向で機械ステージによって同時に移動させられる。この操作が、表面全体の検査が完了するまで繰り返される。
【０００５】
ストーンストロームらのシステムは、低解像度で製造された半導体デバイスを有するウェハの検査には良好な性能を発揮するが、製造されるデバイスのサイズの縮小傾向が続いているので、ストーンストロームらのシステムを用いて検出することが困難な極微の異常を検出できるような改良された検査ツールの提供が現在望まれている。
【０００６】
上述したストーンストロームらやガラによるシステムのような光ビームが検査対象表面の微小領域を照明するウェハ検査システムにおいて、照明されるスポットのサイズがシステムの感度に影響する。スポットが検出すべき欠陥のサイズに比べて大きければ、バックグラウンドあるいはノイズ信号がスポット内の異常を示す信号の大きさと関連してかなりの大きさを有する可能性があるために、システムの感度は低くなり得る。このため、さらに微小な欠陥を検出するためには、ウェハ表面上の照明された領域のサイズを縮小することが必要になる。
【０００７】
しかし、照明された領域のサイズを縮小していくにつれて、スループットもまた通常縮小する。さらに、スポットサイズを縮小すると、位置合わせや位置決めに対する要求も一段と厳しくなってくる。上述したように、多くのウェハ検査システムにおいて、異常の存在を確認するために目標部分の像と参照像との比較を行う方法が一般的である。照明した領域が意図した目標領域でなくて、目標領域からずれている場合、その比較は間違った計数を示す上に、全く無意味なものとなってしまう。このような意図した目標領域に関連する像のずれは位置ずれとして知られている。
【０００８】
位置ずれの誤差は、機械振動などの多くの原因に起因する照明光学系のミスアライメントによって引き起こされると共に、ウェハの反り、傾き、またはウェハ表面上の他の不規則性などのウェハ位置の変化によっても引き起こされる。このため、ニコナハッド (Nikoonahad) らによる米国特許第５，５３０，５５０号（特許文献３）に、ウェハの位置決めシステムが提案されている。この特許で、ニコナハッドらは、走査ビームの鏡面反射とウェハの高さ変化を検出するためのＰＳＤを用いて、ウェハ表面の高さや傾きの変化を補正するために、このような情報をウェハの位置を変更するのに使用することを提案している。
【０００９】
上述したシステムは、いくつかの使用条件においては満足し得るものかもしれないが、他の場合においては、複雑で費用が掛かりすぎるきらいがないではない。従って、より幅広い使用条件に使用することができる低コストで改善された感度と性能をもつ改良された表面検査システムを提供することが望まれている。
【００１０】
規則的なパターンが形成されているサンプルの検査において、このようなパターンからの散乱が、サンプルの異常からの信号を遥かに凌駕していると見てよいであろう。従って、パターンを有するサンプルの異常を検出するための改善された感度と性能をもつ改良された表面検査システムの提供が望まれている。
【特許文献１】米国特許第４，５７９，４５５号
【特許文献２】米国特許第４，８９８，４７１号
【特許文献３】米国特許第５，５３０，５５０号
【特許文献４】米国特許出願第０８／９０４，８９２号
【非特許文献１】アーロン・Ｄ・ガラ著，論文“エレクトロニクス試験における集積回路およびウェハの自動検査”，１９８１年５月，６０〜７０ページ
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は、１９９７年８月１日に出願された米国特許出願第０８／９０４，８９２号（特許文献４）に関連し、本願明細書においてこの米国特許出願を“関連出願”と呼称する。
【００１２】
関連出願における発明の１つの態様は、表面の異常および／または形状を検出するための方法を提供する。この方法は、表面上の線分を照明するために斜めの入射角において放射ビームを集束するステップを含み、そのビームと、そのビームを貫通し、表面に垂直な方向とがビームの入射面を規定し、その線分は実質的にビームの入射面内にある。さらに、この方法は、その線分を検出器アレイ上に撮像するステップを含み、そのアレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出する。
【００１３】
関連出願における発明のもう１つの態様は、表面の異常および／または表面の形状を検出するための方法を提供する。この方法は、表面上の線分を照明するために斜めの入射角において放射ビームを集束するステップを含み、そのビームと、そのビームを貫通し、表面に垂直な方向とがビームの入射面を規定する。さらに、この方法は、その線分を入射面外にある検出器アレイ上に撮像するステップを含み、そのアレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出する。
【００１４】
関連出願における発明の別のもう１つの態様は、表面の異常を検出するための装置を提供する。この装置は、表面上の線分を照明するために斜めの入射角において放射ビームを集束する手段を備え、そのビームと、そのビームを貫通し、表面に垂直な方向とがビームの入射面を規定し、その線分は実質的にビームの入射面内にある。さらに、この装置は、少なくとも１個の検出器アレイと、その線分を少なくとも１個の検出器アレイ上に撮像するシステムとを備え、少なくとも１個のアレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出する。
【００１５】
関連出願における発明のさらにまた別の態様は、表面の異常および／または表面の形状を検出するための装置を提供する。この装置は、表面上の線分を照明するために斜めの入射角において放射ビームを集束する手段を備え、そのビームと、そのビームを貫通し、表面に垂直な方向とがビームの入射面を規定する。さらに、この装置は、入射面外にある少なくとも１個の検出器アレイと、その線分を検出器アレイ上に撮像するシステムとを備え、そのアレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出する。
【００１６】
関連出願における発明のもう１つ別の態様は、ある物体の第１の表面と第２の表面の異常および／または表面形状を検出するための装置を提供する。この装置は、第１の表面上の線分を照明するために斜めの入射角において放射ビームを集束する手段を備え、そのビームと、そのビームを貫通し、表面に垂直な方向とがビームの入射面を規定し、その線分は実質的にビームの入射面内にある。さらに、この装置は、少なくとも１個の検出器アレイと、その線分を少なくとも１個の検出器アレイ上に撮像するシステムとを備え、少なくとも１個のアレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出する。また、この装置は、第２の表面の異常および／または表面形状を検出するための手段をも備える。
【００１７】
関連出願における発明のさらにまた別の態様は、ある物体の第１の表面と第２の表面の異常および／または表面形状を検出するための装置を提供する。この装置は、第１の表面上の線分を照明するために斜めの入射角において放射ビームを集束する手段を備え、そのビームと、そのビームを貫通し、表面に垂直な方向とがビームの入射面を規定する。さらに、この装置は、入射面外にある検出器アレイと、その線分を検出器アレイ上に撮像するシステムとを備え、そのアレイ中の各検出器は線分の対応する部分からの光を検出する。また、この装置は、第２の表面の異常および／または表面形状を検出するための手段をも備える。
【００１８】
検査対象表面上の照明線分が実質的に照明ビームの入射面内にある上述した種々の態様において、検出器は、複暗視野構成においては入射面外にあり、単暗視野構成においては、入射面内ではあるがビームの鏡面反射の方向とは離れた方向にあるようにすることができる。
【００１９】
改善された感度と性能をもつ表面検査システムは、サンプル表面上の線分を照明するように放射ビームを集束し、その線分からの散乱放射を検出することによって実現される。表面検査システムをアレイのようなパターンを有するサンプル（例えば、メモリアレイ）の検査に使用する場合には、照明された線分からの散乱放射を空間フィルタを通過させてから検出する。表面全体を検査するために、サンプルの表面と、表面上の線分を照明する放射ビームとの間に相対運動を起こさせる。表面全体を検査するためのビームと表面間の相対運動が直線に沿って行われる場合は、フィルタの遮蔽パターンを１試験サイクル (a learn cycle)後にセットしてもよい。この遮蔽パターンは、かかる相対運動中に、検出器を表面上のパターンからの散乱に対して遮蔽するためのものである。
【００２０】
相対運動が、表面を回転する際に生じるような照明ビームと表面との間の回転を含む場合は、サンプル表面からの散乱または回折パターンは、サンプル表面とビーム間の回転による相対運動のために、ビームとフィルタに関連して移動する。このような場合には、フィルタに対して散乱または回折パターンが相対運動するために、１試験サイクル後にフィルタの遮蔽パターンをセットする上述した方法は不適切である。空間フィルタは、放射を散乱反射するかあるいは実質的に不透明であるストリップのアレイから好ましくは構成される。散乱または回折パターンとフィルタ間の相対運動を補償するために、空間フィルタの実質的に不透明あるいは散乱反射性のストリップも、そのような相対運動と実質的に同期して切り替えられるかあるいはシフト移動されるが、それは、サンプル表面上のパターンが動く際のパターンからの回折を遮蔽するためである。一般的には、空間フィルタは、放射を散乱反射するかあるいは透過する特性を有するような、なんらかの領域形体（例えば、ストリップ）を具備すればよいが、その散乱反射性特性または透過特性は、その領域を相互に分割する媒体のそれとは異なったものである。この場合には、空間フィルタのストリップも、ビームと表面間の相対運動と実質的に同期して切り替えられるかあるいはシフト移動される。散乱または回折パターンの相対運動と実質的に同期してシフト移動されるこれらの領域は、パターンからのフーリエ成分あるいは他の散乱を遮蔽するように設計されるいかなる形状でもよい。
【００２１】
サンプル表面と照明ビームとの間の相対運動を直線または曲線に沿うような上述した実施形態における空間フィルタを使用する代わりに、表面が散乱する放射を反射性材料のストリップを用いて検出器に向けて反射することにより実質的に同じ効果を得ることができるので、表面上のパターンからの回折成分を含まない散乱放射のみが検出器に反射されるようになる。このような変形や他の変形が可能である。相対運動が曲線に沿っている場合は、反射ストリップも、移動する回折成分と共にシフト移動（例えば、切り替えによって）される。
【００２２】
説明を簡略化するために、本願において、同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、関連出願における発明の好ましい実施形態を例示する表面検査システムの斜視図である。システム１０は、検査対象表面１８上において線分２０の形の領域を照明するために、好ましくはコリメートされた光線ビーム１４を集束ビーム１６に集束するための円柱レンズ１２のような円柱形の光学素子を備える。ビーム１４に従って集束ビーム１６の方向も表面１８に対して斜めに入射するように照射される。上述したガラの方法とは異なり、線分２０は実質的に集束ビーム１６の入射面内にあるか、あるいは、集束ビーム１６の入射面内にある。これに関連して、ビーム１６の入射面は、ビーム１６と、２２のような表面１８に対する法線方向とを含み、かつビーム１６を貫通する共通面として定義される。照明される線分２０がレンズ１２の焦点面内にあるようにするために、円柱レンズ１２は、その主面が表面１８に実質的に平行となるように配置される。その線分の像は、撮像系３０によって、電荷結合素子（ＣＣＤ）のリニアアレイ３２のような検出器アレイに集束される。リニアアレイ３２は線分２０に好ましくは平行である。また、リニアアレイ３２と散乱された放射をアレイ３２によって集光する方向とは、図１に示し、かつ以下詳細に説明する複暗視野構成として、集束ビーム１６の入射面内にはないことが好ましい。ビーム１６の入射面は、ビームを通り、かつ表面に垂直な（２２のような）方向とともにビームそれ自体とによって定義される。ビーム１６はある幅を有しているので、その入射面はビーム１６の幅の実質的に中点を通る面となる。
【００２４】
微小な異常を検出するのに特に有利な一実施形態において、撮像系３０が線分２０に実質的に垂直な光軸３６を有するので、リニアＣＣＤアレイ３２の中心部は、ビーム１６の入射面に実質的に垂直な面内にある。光軸３６は、線分２０の真上の位置を含むそのような面内のどの方向にあってもよい。このようにすると、アレイ３２も線分２０の真上に位置することになり、アレイが表面１８に実質的に平行になる。換言すれば、アレイ３２は実質的にビーム１６の入射面内にあるが、ビーム１６の鏡面反射方向からは外れているので、単暗視野構成となる。単暗視野構成における検出器アレイの位置３２ａは図１に点線で示しているが、単暗視野構成の撮像レンズは図を簡略化するために省略されている。必要に応じて、図２に点線で示すもう１つのアレイ３２’をアレイ３２と正反対の位置に置くことができるが、この場合、アレイ３２’も、線分２０に実質的に垂直な光軸３６’を有する。４５°の線パターンを検出するのに２つのアレイを共同させることは有用である。検出器アレイは、上述したのとは異なる他の位置にも置くことができる。
【００２５】
撮像系３０が、線分２０の一部の像をＣＣＤアレイ３２の対応する検出器上に投影するので、アレイの各検出器は線分２０の対応する部分からの光を検出する。線分２０の長さは、コリメートされた入射ビーム１４のサイズとレンズまたはレンズ系１２の物理的開口によってのみ限定される。線分２０の長さを制御するために、点線で示す拡大器３４を、線分２０の長さを制御するためのビーム１４の直径を制御することに随意に用いることができる。
【００２６】
図３は、関連出願における発明の別の実施形態を例示するためのウェハ検査システムの照明部分の斜視図である。図を簡略化するために、照明線分の像を検出器に集光し投影するためのシステム部分は省略されている。図３の実施形態では、より強い集束を得るために、すなわちより細い線分に集束するために、単一の対称レンズを使用する代わりに２枚の円柱レンズ１２’を使用している。図１において、システム１０の照明部分と集光部分の双方は静止状態であり、表面１８は軸５０の周りを回転し、その軸も方向５２に沿って移動するので、線分２０は表面全体をカバーするためにらせん径路で表面１８を走査する。図３に示すように、線分２０が表面全体を走査するために、表面をＸおよびＹ方向に沿って動かすＸＹステージ５４によって、検査対象表面１８’を移動させることも可能である。また、図３のシステム１０’の照明部分と集光部分も静止状態のままである。この静止状態は、システムの照明部分と集光部分との間に実質的に相対運動がないという事実に起因して、システムにおける光学的アライメントが簡単化されるという点で有利である。
【００２７】
図４は、線分の任意の点における集束方向に沿った集束線分２０の線像分布関数(point spread function) のグラフ図である。図４に示すように、線分２０の線像分布関数は、４８８ｎｍのアルゴンレーザを用いた際に生成されるようなガウス形の形状である。また、線分２０は、線分２０の中心にピークを有する線分２０に沿って変化する線像分布関数をも示すことがある。線分に沿った強さの変化を避けるために、拡大器３４を用いてビームを１０ｍｍのような長い長さに拡大し、線分の中央部５ｍｍのような線分の中心または中心部分のみを使用することが望ましい場合もあるので、撮像された線分部分に沿った屈折力の変化は重要ではなくなる。以下で述べる撮像系の適切な開口によって、アレイ上に撮像される線分の部分を制御することが可能である。
【００２８】
図５は、リニアＣＣＤアレイ３２の概略図である。図５に示すように、アレイ３２は、線分２０に平行な方向に寸法ｄを有し、Ｗは照明線分の幅である。換言すれば、撮像系３０がアレイ３２上に投影する線分２０の像の幅がＷである。検査システム１０のピクセルサイズは、走査ピッチｐと、アレイ３２中の検出器の線分２０に平行な方向のピクセルサイズ、すなわちｄとによって決定される。換言すれば、ピクセルサイズはｄｐである。かくして、ＣＣＤアレイ３２上に投影される照明線分の有効な部分の長さは５ｍｍであり、照明線分の幅Ｗは１０ミクロンであり、アレイ３２がｄ＝１０ミクロンの素子を５００個備え、かつ、走査線のピッチが５ミクロンであると仮定すると、ウェハ上の有効なピクセルサイズは、アレイ上の線分の像の長さが線分の長さと等しいとして、５ミクロンｘ１０ミクロンである。実際には、エイリアジングを避けるために、サンプル表面上の有効な光学的スポットサイズ毎に、少なくとも２個または３個のサンプルがそれぞれの方向（線分２０に沿う方向とそれに垂直な方向）において切り取られる。好ましくは、５ｍｍの視野を有し、集光角が３０°であるような高級カメラのレンズのような適度な高級レンズを使用することが望ましい。
【００２９】
レンズ１２またはレンズ１２’は、照明ビームを表面１８上の細い集束線分に集束する。線分２０の幅は、信号対ノイズ比の向上と高解像度のために、約２５ミクロン以下のような狭いものであることが好ましい。
【００３０】
以上から、システム１０の有効“ピクセル”サイズは５ｘ１０ミクロンであり、これはストーンストロームらのシステムのピクセルサイズよりも遥かに小さいので、システム１０が高い感度を有していることが分かる。それと同時に、ストーンストロームらのシステムにおけるような単一照明スポットではなく、表面１８上のピクセルからなる線分全体を同時に照明しかつ検出するという事実に起因して、システム１０は許容できるスループット能力をも有する。上述したように、線分２０の長さは、コリメートされたビーム１４のサイズとレンズまたはレンズ系１２の物理的開口によってのみ限定される。従って、ステージ５４の移動速度が０．１ミリ秒当たり１０ミクロンと仮定すると、１０ｋＨｚの線分走査速度に対して、毎秒１００ｍｍの速度で表面を走査することができる。線分２０が５ｍｍの場合、ウェハの表面を５ｃｍ2 ／ｓｅｃの速度で走査することができる。
【００３１】
また、システム１０も表面１８および１８’の高さの変動や傾きに対しても鈍感で許容度が高い。これを図１、２、５〜７に関連して説明する。図６は、図２の線６−６に沿った表面１８の一部分の断面図であり、集束ビーム１６および表面１８が異なった２つの高さにある場合のアレイ３２の２つの像を示す。図７は、図２の線７−７に沿ったＣＣＤアレイ３２、撮像系３０および２つの位置にある検査対象表面１８の一部分の断面図である。
【００３２】
図１、２、６を参照すると、撮像系３０は、ＣＣＤアレイ３２の像を表面１８上に投影して線分２０の像を重ねることにもなる。これを図６に示す。すなわち、表面１８が１８Ａの位置にあるならば、図６に示すように、撮像系３０は検出器アレイの像３２Ａを表面１８Ａの上に投影する。しかし、表面の位置がそれよりも高く、表面が１８Ｂにあるとすると、撮像系は検出器アレイの像を３２Ｂの位置に投影することになる。ビーム１６の寸法をアレイの像３２Ａおよび３２Ｂの双方を照明するほどに長くする。
【００３３】
図６から、アレイ中の特定の検出器の像は、表面の高さには関係なく、表面１８の同じ部分に投影されることは明らかである。このため、例えば、撮像系３０は、アレイ３２中の最初の検出器を表面１８Ａ上の位置３２Ａ（１）に投影するが、図６に示すように表面の位置１８Ｂ上では位置３２Ｂ（１）に投影する。この２個の像は、一方が他方の真上にあるので、両者間に横方向の移動は全くない。逆の撮像方向において、表面１８、従って線分２０の同じ部分の像は、アレイ３２上の２つの異なった位置に集束されるが、この２つの位置は垂直方向に移動するだけで、横方向には移動しない。従って、検出器が両方の位置をカバーしてさえいれば、表面の１８Ａ、１８Ｂ間の高さの変動はアレイ３２による検出になんら影響せず、システム１０、１０’は検査表面の垂直な高さの変動に対する許容度が高くなる。
【００３４】
アレイ３２が、位置１８Ａ、１８Ｂの双方における表面１８上の線分２０の像をカバーするようにする１つの方法は、検出器の垂直方向の寸法が十分に長く、表面の位置変化をカバーするようなアレイ３２の検出器を選定することであるので、線分２０の一部分の異なる位置が撮像系３０によって検出器内に集束され、検出器外には出ないことになる。換言すれば、検出器の垂直寸法が、ウェハ表面の高さの変動がもたらす線分の像の予期される高さの変動値よりも大きく選定される場合、ウェハの高さの変化は検出に影響を及ぼさない。これを図７でさらに詳細に説明する。
【００３５】
図７に示すように、アレイ３２のピクセルの高さ（光軸と線分２０に垂直な寸法）は、ウェハ表面の高さの変化による線分２０の像の位置の変化よりも大きいので、撮像光学系３０は、ウェハ表面上の表面と線分の同じ部分を同一の検出器上に投影する。代わりに、ＣＣＤアレイ３２のピクセルの高さが、ウェハ表面の高さの変動に起因する線分２０の像の位置の予期される変化よりも小さい場合には、一方を他方の上に配置して２次元アレイに構成した多重行ＣＣＤを使用することができるので、垂直方向における複数行の合計の高さは線分２０の像の予期される高さの変動値よりも大きくなる。この合計の高さが、垂直方向における線分の像の予期される変動量よりも大きければ、ウェハ表面の高さが変動しても、このような２次元アレイは線分を検出するのに十分である。同じ垂直列内にある検出器が記録した信号は単純に加え合わせればよく、その結果が線分２０の対応する部分の信号を表すことになる。
【００３６】
アレイ３２の高さまたは垂直寸法が、ウェハ表面の予期される高さの変動値よりも小さい場合でも、線分２０のＣＣＤアレイ上への投影像の高さまたは垂直寸法における変化がＣＣＤアレイの高さの範囲内にあるように、撮像光学系３０を設計することができる。このような変形および他の変形も本発明の範囲内である。このように、システム１０および１０’のウェハの高さの変動に対する許容度を高くするために、アレイ３２における線分の像はアレイそのものよりも長くなり、検出器アレイ上への線分２０の像の高さの変動の程度は、投影像が検出器アレイ内にある程度のものとされる。
【００３７】
アレイ３２に２次元検出器アレイを用いる場合は、ノイズまたはバックグラウンドに対する信号比を改善するために、時間遅延積分方式(time delayed integration)も実行される。この場合、検出器の隣接する行間の信号の移動は表面１８をわたる線分２０の走査と同期化される。
【００３８】
図８は、図１および２の撮像系３０をさらに詳細に示す概略図である。好ましくは、撮像系３０は、２枚の同一のレンズを備えるのが望ましい。すなわち、線分２０からの光を集光し、フーリエ変換するレンズ１０２、およびアレイ３２上に線分を結像するレンズ１０４である。２枚のレンズ１０２、１０４は、収差を最小に抑えるために同一であることが望ましい。焦点距離がそれぞれｆである２枚のレンズ１０２、１０４の焦点に線分２０、位置１０６およびアレイ３２が現れる場合、位置１０６にフィルタと偏光子を置くことができる。このような配置によって、撮像系３０の収差が最小化される。上述したように、撮像系３０内のいくつかの位置に可変開口を設けることによって、開口のサイズを制御することによりアレイ３２上に集束される線分２０の部分を制御することができる。
【００３９】
図１および２に示すような円柱レンズ１２を使用する代わりに、図９に示すような円柱鏡を用いることもできる。線分２０が円柱鏡１１２の焦点面に現れるために、その円柱鏡は、鏡の両端１１２ａ、１１２ｂとそれらを結んで規定される平面１１２’が検査表面１８と実質的に平行になるように配置しなければならない。一般的に、ビーム１４を表面１８上の集束線分に集束する効果を有するいかなる円柱形の光学素子でも使用できるが、この場合、この集束力は、集束ビーム１６とそのビームを通る表面１８への法線２２とによって規定される入射面に実質的に垂直な方向においてのみ機能される。
【００４０】
サンプル上に線収束を生成させる別の代替方法は、従来の方法における円柱レンズを用いる方法である。すなわち、その主面を光ビーム１４の伝播の方向に垂直に置き、かつレンズの直後に回折格子２５２を配置する方法である。格子の周期は、主回折角が所望の照明角度範囲に合致するようなものとする。レンズと格子は、相互に、かつサンプル表面１８に平行に保持される。格子の線構造（または溝）は集束される線の方向に垂直である。このため、格子は、光線を所望の入射角に照射しなおす効果を有するだけである。さまざまなタイプの格子が使用できるが、ホログラフィックタイプの格子の利用が、高効率の点から好ましい。
【００４１】
アレイ３２を複暗視野構成においてビーム１６の入射面の外側に配置すると、ノイズまたはバックグラウンドに対する信号比が、以前の設計よりも改善される。複暗視野構成において、撮像系の集光レンズの光軸が照明系の光軸と直交し、かつ集光レンズが入射面外にある。しかし、いくつかの適用において、アレイを入射面内に配置することが望ましい場合もある。好ましくは、ビーム１６は表面１８の法線方向から約４５〜８５°の範囲の角度であるのが望ましい。本発明は、異常の検出に加えて、マーカーのような他の表面形状の検出にも使用できる。
【００４２】
上述したように本発明を使用すれば、粗フィルム、パターン付きまたはパターンなしの半導体ウェハおよびウェハの裏面ならびにフォトマスク、レティクル、液晶ディスプレーあるいは他のフラットパネル・ディスプレーを検査するための実現可能な代替機構を提供することができる。本発明のシステムは、小形であり、単純な構造を有し、かつパターン付きウェハを検査するための相対的に低コストのシステムを提供する。さらに、本発明のシステムは低コストであるので、図１０に示すように、１つの物体の２つの異なる表面を検査するために、他の表面検査システムと組み合わせて有利に使用することもできる。この場合、図１０に示すように、システム２００は、半導体ウェハ２０４の表側２０４ａを検査するための表側検査システム２０２と、そのウェハの裏面２０４ｂを検査するための（図１、２または３と同様の）システム２０６とを備えることができる。上述した本発明の場合のように、システムの照明部分と集光部分が静止状態のままであり、表面２０４ｂを表面移動させながら検査する場合には、２つのシステム２０２、２０６を同期させる必要があるかもしれない。システム２０２が図１〜３を参照して上述したようなシステムを含むようにしてもよいし、あるいは多様な種類の異常および表面形状の検査システムのいずれかであってもよい。すべてのこのような変形は、本発明の範囲内である。
【００４３】
上述した表面検査システムを、アレイ（例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等を含む半導体メモリアレイ等）のようなパターンが形成されたサンプル表面の異常を検出するために使用する場合、パターンからの散乱が異常からの信号を圧倒してしまう。これを避けるために、照明線分からの散乱された放射を、検出に先立って、空間フィルタに通す。表面全体を検査するために、サンプルの表面と、表面上の線分を照明する放射ビームとの間に相対運動が起きる。このような場合、表面全体を検査するためのビームと表面間の相対運動が直線に沿っていれば、このような相対運動が存在する場合に検出器を表面上のパターンからの散乱に対して遮蔽するために、フィルタの遮蔽パターンを１試験サイクル後にセットすることができる。このような場合、パターンからの散乱の影響をさらに低減するために、各ダイ間 (die-to-die) 比較法のような技法を使用することができる。サンプル表面上のパターンがアレイでなくても、各ダイ間比較法はパターン散乱の影響を低減するために用いることができる。
【００４４】
相対運動が、表面を回転する際に生じるような照明ビームと表面との間の回転を含むならば、サンプル表面からの散乱または回折パターンは、サンプル表面とビームとの間の相対的な回転運動のために、ビームとフィルタに関連して動く。このような場合、散乱または回折パターンがフィルタに対して相対運動するために、上述した１試験サイクル後にフィルタの遮蔽パターンをセットする方法は不適切である。空間フィルタは、散乱反射性ストリップまたは透過性ストリップのアレイから構成される。散乱または回折パターンとフィルタ間の相対運動を補償する目的で、空間フィルタの散乱反射性ストリップおよび透過性ストリップも、サンプル表面上のパターンが動く際のパターンからの回折を遮蔽するために、そのような相対運動と実質的に同期して切り替えられる。一実施形態では、空間フィルタは、実質的に不透明なストリップと透過性のストリップが交互に並ぶアレイから構成される。このような場合、空間フィルタの実質的に不透明なストリップと透過性ストリップをビームと表面との間の相対的な回転運動と実質的に同期して切り替える。
【００４５】
図１２の表面検査システムは、アレイ（メモリアレイ等）のようなパターンが形成されたサンプル表面の検査に有用な本発明の実施形態を示し、この場合、ビームと表面間に相対的な回転運動が存在する。すなわち、図１２に示すように、システム３００は１枚以上の円柱レンズ１２を備え、このレンズ１２は、上述したのと同じような方法で、コリメートされたビーム１４を半導体ウェハの表面１８’上の線分２０に集束する。図１の実施形態のように、線分２０は、実質的にビーム１４の入射面内にあるが、この入射面は、ビーム１４と、ビーム１４と交差するウェハ表面１８’上の法線２２とによって規定される。図１の実施形態のように、リニアＣＣＤカメラ３２をウェハ表面１８’上の照明された線分２０からの散乱光を検出するために用いる。ウェハは軸５０の周りに回転され、その軸５０も方向５２に沿って移動されるので、線分２０は表面１８’をらせん状に走査して表面全体をカバーする。ウェハの表面１８’は、アレイのような規則的なパターンを有し、ビーム１４における放射を回折する。回折された放射は表面パターンの２次元フーリエ変換の形を取る。
【００４６】
図１２に示す複暗視野構成において、フーリエ成分は、第１の集光レンズ３０２の後ろ側の焦点面内に細く集束されたいくつかの線の形で形成される。集光レンズ３０２は、照明された線分２０内の表面１８’によって散乱される放射を集光し、その放射を偏光子３０６および第２のレンズ３０８に通して検出器アレイ３２に伝送する。空間フィルタ３０４は、交互に並んだ散乱反射性ストリップ３０４ａと透過性ストリップ３０４ｂから構成され、一実施形態では、ストリップ３０４ａは実質的に不透明である。このように、空間フィルタがレンズ３０２の後ろ側の焦点面に好ましくは置かれ、ここで、実質的に不透明な細いストリップ３０４ａが、表面１８’上のパターンからのフーリエ成分を遮蔽するように構成されたとすると、カメラ３２によって検出されるフーリエ成分の強度は大幅に低減されるか、あるいは除去されてしまうので、カメラ３２は、フーリエ成分が圧倒的に優勢に存在することなしに、表面１８’上の異常からの散乱放射を検出することができるようになる。
【００４７】
しかし、表面１８’が軸５０によって矢印５０’の方向に回転されると、表面のパターンによって回折されるフーリエ成分もまた回転する。このことは、静止している場合には、空間フィルタ３０４が表面１８’のパターンによって回折される回折フーリエ成分の遮蔽に有効であるとしても、表面が回転されると、空間フィルタの固定された実質的に不透明なストリップと透過ストリップは、もはやフーリエ成分の遮蔽には有効でなくなることを意味している。本発明のもう１つの態様は、軸５０の方向５０’に合致する方向３０４’に沿って、フィルタの実質的に不透明および透過可能にストライプされた領域３０４ａ，３０４ｂを表面１８’の回転に同期して効果的に切り替えることによって、フィルタ３０４が、表面が回転される際のフーリエ成分の検出器３２への到達を遮蔽するのに有効であるという認識に基づいている。このことは、ストライプ３０４ａおよび３０４ｂの動きが、集光レンズ３０２によって規定される集光開口の範囲内の直線３０４’に沿ったものであっても可能である。一例がこの考え方の実現可能性を明らかにする。好ましくは、線分３０４’は、表面１８’に実質的に平行であるのが望ましい。
【００４８】
線分２０の線像分布関数はガウス形であると仮定されるので、線分２０の幅は、強度がピーク強度の１／ｅ2 以下となるような点の間の幅の距離と定義できる。ここで、ｅは自然対数の底である。線分２０の線幅が１０ミクロンで、その長さが２０ｍｍであるような線分を用いるならば、２００ｍｍのウェハを６回の回転で走査できる。各ウェハを６０秒で走査するならば、ウェハの各回転は１０秒で行えばよいことになる。レンズ３０２の集光方位角は３２°で、フィルタ３０４は１６個のストライプを有するので、各ストライプは方位角において２°に相当すると仮定する。ウェハを２°回転するのに要する時間は約１／１８秒である。この速度は十分遅いので、フィルタ３０４を液晶タイプのフィルタとすることができる。換言すれば、ウェハが回転する際に、ウェハの回転に同期して、フィルタ３０４を１／１８秒毎に調整し、フーリエ成分を拒否するようにする。
【００４９】
フィルタ３０４の他の側から現れるのは、表面１８’から散乱された放射であり、ここで、この散乱放射は、表面の粗さに起因する表面散乱および粒子を含むあらゆる欠陥または異常に起因する散乱を含む。フィルタから射出した散乱放射は、偏光子３０６を通過し、第２のレンズ３０８によってカメラであるＣＣＤアレイ３２上に結像される。このＣＣＤアレイ３２はレンズ３０２および３０８を含む集光光学系の像面に置くことが好ましい。線分２０の線幅が１０ミクロンで長さが２０ｍｍであり、アレイ３２が１０２４個の素子からなるとすると、ウェハ上の各ピクセルのサイズは約１０ｘ２０ミクロンである。ＣＣＤカメラ３２は、表面１８’の必要な回転速度に対応するために、十分な操作周波数を有するように選定するのがよい。線分２０が１０ミクロン×２０ｍｍであり、ＣＣＤアレイ３２が１０２４個の素子からなるとすると、カメラ３２は１０ＭＨｚＣＣＤを使用して、１０ｋＨｚのライン速度で作動する。アレイ３２のデータ収集速度は、線分２０の表面１８’の位置によって変化すると、線分２０がウェハの中心に近づくにつれて、データ収集速度は遅くなる。このため、カメラ３２は、線分２０がウェハの中心に近づくにつれて変化する走査速度に対応するために、可変クロック速度を備えることが望ましい。もし必要であれば、フィルタの調整速度は、線分の長さを長くするかあるいは線分の幅を広くするかのいずれかによって遅くすることができる。これは、結果としてウェハの回転速度を遅くする。フィルタ３０４の調整速度を遅くするもう１つの方法は、スループットの低下、あるいは軸５０の回転速度または並進移動速度の低減である。ビーム１４、１６と表面１８’との間に回転運動が存在する場合、各ダイ間比較法を実行するために検査される半導体ウェハの表面上のダイの方位を記録することは難しい。このような場合、各ウェハ間 (wafer-to-wafer) 比較法のような技法をパターンからの散乱の影響をさらに低減するために使用できる可能性がある。このような構想において、ウェハ全体上におけるの実際の信号レベルと事象の座標が保存され、その信号レベルが、各ウェハ間比較法における他のウェハの同じピクセルにおける信号と比較される。
【００５０】
システム３００をパターンのないウェハを検査するために使用する場合、フィルタ３０４のストライプのすべてを透明にして操作すればよい。代わりに、このような適用において、フィルタ３０４を取り除くこともできる。フィルタ３０４のストライプ３０４ａの動きは、コンピュータ３１２によって制御される駆動電源３１０によって制御される。コンピュータ３１２は、カメラ３２の線分速度および軸５０の回転速度と並進速度をも制御する。よって、コンピュータ３１２は、すべての３つの操作を制御することになるので、フィルタ３０４の実質的に不透明なストライプ３０４ａが、表面１８’が回転される際のフーリエ成分の動きに同期して移動され、かつカメラ３２がデータを収集するのに十分な高速周波数で操作される。
【００５１】
図１２のシステム３００において、集光系はレンズ３０２、３０８、フィルタ３０４、偏光子３０６およびカメラ３２から構成され、これらの要素は、複暗視野構成において、ビーム１４の入射面外の方向に散乱される放射を集光するように配置される。本発明は、図１３および１４に示すような他のタイプの構成にも用いることができる。図１３において、コリメートされた照明ビーム１４’が、図１３に示すように、表面１８’に実質的に垂直な方向に投射されている。図１３のシステム３２０は、このような相違点以外、図１２のシステム３００と同じように実質的に操作される。
【００５２】
図１４は、本発明のもう１つの実施形態を示す。システム３３０は、放射の集光系が表面１８’に実質的に垂直な方向に散乱される放射を集光するように配置され、かつ線分２０がビーム１４”の入射面内にないという点で、図１２のシステム３００と異なっている。システム３３０は、このような相違点を除けば、図１２のシステム３００と同じように実質的に操作される。図１２〜１４に示す種々の構成以外にも、他の構成が可能である。例えば、ビーム１４の入射面外の方向に散乱される放射を集光する図１２の放射集光系を配置する代わりに、図１２の集光系を、実質的に図１４に示す位置に、つまり単暗視野構成に再配置することも可能であり、この場合、ビームの鏡面反射とは異なるが、入射面内に散乱される放射を集光する。これにより、検出器アレイは、図１２の点線で示す位置３２ａに置かれ、ここで、ストライプ３０４ａおよび３０４ｂ（図示せず）がウェハ表面１８’に実質的に平行になる。検出器アレイおよびストリップ３０４ａ、３０４ｂは、上述したような位置以外の位置にもセットすることができる。
【００５３】
好ましくは、フィルタ３０４は、複暗視野構成におけるフィルタの実線の位置に示すように、ストライプ３０４ａが表面１８’に実質的に垂直となるような方向に配向されることが望ましい。ＣＣＤカメラ３２の出力は、表面１８’上に異常が存在するか否かを確定するために、データ捕捉とデータ解析用としてコンピュータ３１２に送られる。ビーム１４と１４”は、表面１８’に斜めの角度で好ましくは投射される。
【００５４】
図１５は、ストライプ３０４ａ、３０４ｂの動きまたはシフト移動を制御する構想を示すためのフィルタ３０４と駆動電源３１０の概略図である。フィルタ３０４は基準電極３０４（１）および細長い電極を並べたアレイ３０４（２）を備え、ここで、アレイ中の各電極を駆動電源４１０によって個々にアドレス指定することができる。基準電極３０４（１）は、液晶材料３０４（３）（図示せず）によってアレイ３０４（２）から分離される。従って、駆動電源３１０によって、電気導体を通して（アレイ３０４（２）の個々の電極へのコネクタは図面を簡略化するために図示せず）、基準電極３０４（１）およびアレイ３０４（２）の電極に適切な電圧を印加することによってである。このことから、アレイ３０４（２）の細長い電極と基準電極の各々に対応する液晶材料の細長い領域にわたる電圧を制御することが可能となり、かつ液晶材料のそのような領域が放射に対して透明になるか不透明になるかを制御することも可能となる。液晶材料のこれらの細長い領域がストライプ３０４ａを規定する。従って、アレイ３０４（２）と電極３０４（１）にわたる電圧を制御することによって、ストライプ３０４ａ、３０４ｂの各々の透過率を時間の関数として個別に制御することができる。このようにして、ストライプ３０４ａ、３０４ｂの動き、あるいはこれらのストライプの３０４’の方向に沿った切り替えを表面１８’の回転運動５０’と同期させることができる。明らかに、ストリップまたはストライプ３０４ａ、３０４ｂを動かしたりシフト移動したりするための、散乱反射性または実質的に不透明または反射性のストリップを表面１８’の回転運動５０’に同期させて機械的に動かすことが可能であるような他の実施形態も可能である。このような変形および他の変形も本発明の範囲内である。
【００５５】
サンプル表面と照明ビームとの間の相対運動が直線または曲線に沿った場合の上記実施形態における空間フィルタを使用する代わりに、表面が散乱する放射を反射性材料のストリップを用いて検出器に向けて反射することにより実質的に同じ効果を得ることができるので、表面のパターンからの回折成分を含まない散乱放射のみが検出器に反射される。反射用ストリップは、図１２に示す位置とは異なり、線分２０からの散乱放射を検出器に選択的に反射することができる（図１２の点線３０４”に示すような）位置に配置される。表面１８’からの散乱放射を反射用ストリップに、またそのストリップから検出器アレイに中継するための適切な光学系は、当該分野における当業者にとっては周知の方法で用いることができる。このような変形および他の変形も可能である。相対運動が曲線に沿う場合は、反射用ストリップも、回折成分の移動に合わせて（例えば、切り替えによって）シフト移動させることができる。
【００５６】
本発明を種々の実施形態を参照して説明してきたが、本発明の特許請求の範囲またはその等価物によってのみ規定される本発明の範囲から逸脱することなく、修正または変更がなされ得ることが理解されよう。本願明細書において参照したすべての参考文献は、その全体が参照により援用されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】関連出願における発明を例示するための表面検査システムの斜視図である。
【図２】図１のシステムの平面図である。
【図３】関連出願における発明の別の実施形態を例示するための表面検査システムの照明部分の斜視図である。
【図４】図１および３のシステムの作動状況を例示するのに有用な線像分布関数のプロット図である。
【図５】関連出願における発明を例示するのに有用な電荷結合素子（ＣＣＤ）の平行アレイの概略図である。
【図６】検査された表面の高さが変化した場合の図１〜３のシステムの作動状況を例示するための図２の線７−７に沿った撮像システムにおける表面上の線分を照明し、検出器アレイの対応位置を示す光ビームの概略図である。
【図７】関連出願における発明を例示するための表面の高さが変化した場合の図１〜３のシステムの作動状況を示すために、図２の線７−７に沿って見た図１のシステムの撮像光学系、ＣＣＤ検出器および検査対象表面の概略図である。
【図８】図１のシステムの集光および撮像光学系の概略図である。
【図９】関連出願における発明のもう１つの代替の実施形態を例示するための円柱鏡を用いたウェハ検査システムの斜視図である。
【図１０】関連出願における発明のまた別の実施形態を例示するためのある物体の上面と底面を検査するシステムの概略図である。
【図１１】関連出願における発明のさらにまた別の実施形態を例示するための表面検査システムの照明部分の斜視図である。
【図１２】発明の実施形態を例示するために、照明される線分が照明ビームの入射面内にある場合の動的にプログラム可能な空間フィルタを用いた表面検査システムの斜視図である。
【図１３】発明のさらに別の実施形態を例示するために、空間フィルタを使用し、照明ビームが検査された表面に実質的に垂直になっている場合の表面検査システムの斜視図である。
【図１４】発明のまた別の実施形態を例示するために、検査表面上の線分を照明し、その線分からの散乱光を単暗視野構成の検出器で検出する場合の表面検査システムの斜視図である。
【図１５】空間フィルタを動的にプログラムするための構成を例示するための図１２〜１４の空間フィルタの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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