(57)【要約】【課題】  増大されたピクセル密度をもつ対象物の再構築された画像を作る表面検査装置を提供する。【解決手段】  本発明の原理による表面検査装置は、複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサを有する光学系を含む。複数のＴＤＩセンサは、画像群が互いにサブピクセル距離だけオフセットされるように対象物の複数の画像を生成するように構成される。走査要素は、ＴＤＩセンサが対象物を走査し、対象物の一連の連続する画像群を生成する。画像処理回路は、複数の連続する画像群を合わせて処理し、増大されたピクセル密度をもつ対象物の再構築された画像を作るのに用いられる。本発明の実施形態はまた、少なくとも２つのオフセットされたＴＤＩセンサからえられた複数のＴＤＩ画像群から再構築された画像を生成する方法を含む。【選択図】  図５
2004264287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点像分布関数および対応するスポットサイズによって特徴付けられる光学解像度をもち、複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサを含む表面検査ツールのスループットを増大する方法であって、前記方法は、
対象物の画像を生成するのに適した複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサをもつ表面検査ツールを提供すること、
複数の連続するアンダーサンプリングされた画像群のそれぞれが、先行するアンダーサンプリング画像に対してサブピクセル距離だけオフセットされるように前記対象物の複数の連続するアンダーサンプリングされた画像をパラレルに生成すること、および
前記複数の連続するアンダーサンプリングされた画像群のピクセル化レシオより大きいピクセル化レシオを再構築された画像が有するように、前記アンダーサンプリングされた画像群を合わせて処理することによって前記対象物の再構築された画像を作ること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記再構築された画像は、スポットサイズ当たり少なくとも約２．５画像ピクセルのピクセル化レシオを有する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、複数の連続するアンダーサンプリング画像群をパラレルに生成することは、スポットサイズ当たり約２．５画像ピクセルより小さいピクセル化レシオを有するアンダーサンプリングされた画像群を生成することを含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記再構築された画像は、スポットサイズ当たり約２．５画像ピクセルより大きいピクセル化レシオを有する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、複数の連続するアンダーサンプリング画像群をパラレルに生成することは、スポットサイズ当たり約１画像ピクセルから約２．５画像ピクセルの範囲のピクセル化レシオを有するアンダーサンプリングされた画像群を生成することを含む方法。
【請求項６】
時間遅延積分（ＴＤＩ）センサを用いて表面検査技術の感度を増大する方法であって、前記方法は、
複数の連続する画像群のそれぞれが、先行する画像に対してサブピクセル距離だけオフセットされるように対象物の複数の連続する画像を生成すること、および
前記複数の連続する画像群の画質より高い画質を再構築された画像が有するように、前記画像群を合わせて処理することによって前記対象物の再構築された画像を作ること
を含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記複数の連続する画像群は、アンダーサンプリングされた画像を備える方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記複数の連続する画像群を生成することは、
前記対象物の第１の複数の連続する画像群を生成すること、および
第２の複数の連続する画像群のそれぞれの画像が、前記第１の複数の連続する画像群の先行する画像に対してサブピクセル距離だけオフセットするように前記対象物の第２の複数の連続する画像群を生成すること
を含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記対象物の前記第１の複数の連続する画像群を生成し、前記第２の複数の連続する画像群を生成するステップは、
前記生成するステップで生成された画像群が前記対象物の拡大されたものであるように前記対象物からの光の焦点を調節すること、
前記対象物からの一部の光が前記第１の複数の連続する画像群を形成し、前記第１の複数の連続する画像群に対してサブピクセル距離だけオフセットされる前記第２の複数の連続する画像群を前記表面からの他の光が形成するよう、前記表面からの他の光がシフトされるように前記対象物からの前記光を分光すること
を含む方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、第２の複数の連続する画像群を生成することは、前記第１の複数の連続する画像群から前記第２の複数の連続する画像群が水平方向にサブピクセル距離だけオフセットされるように、前記対象物からの前記光を分光することをさらに含む方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、第２の複数の連続する画像群を生成することは、前記第１の複数の連続する画像群から前記第２の複数の連続する画像群が垂直方向にサブピクセル距離だけオフセットされるように、前記対象物からの前記光を分光することをさらに含む方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、第２の複数の連続する画像群を生成することは、前記第１の複数の連続する画像群から前記第２の複数の連続する画像群が垂直方向にサブピクセル距離だけオフセットされ、水平方向にサブピクセル距離だけオフセットされるように、前記対象物からの前記光を分光することをさらに含む方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の方法であって、前記複数の連続する画像群を生成するステップは、前記対象物の、第１の複数の連続する画像群および少なくとも２つの他の複数の連続する画像群を含む少なくとも３つの複数の連続する画像群が形成されるように前記対象物からの前記光を分光することを含み、前記少なくとも２つの他の複数の連続する画像群は、前記第１の複数の連続する画像群に対してサブピクセル距離だけオフセットされる方法。
【請求項１４】
対象物の複数の画像を生成することによって対象物を検査し、前記画像を合わせて処理して、増大されたピクセル密度をもつ再構築された画像を作る表面検査装置であって、
画像が初期ピクセル密度をもつように構成された複数の画像ピクセルを備える、前記対象物の画像群を作る複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサを有する光学系であって、前記ＴＤＩセンサは、前記画像群が互いにサブピクセル距離だけオフセットされるように前記対象物の複数の画像を生成するように構成される、光学系、
前記ＴＤＩセンサが前記対象物を走査し、前記対象物の一連の連続する画像群を生成する走査要素、および
前記複数の連続する画像群を合わせて処理し、増大されたピクセル密度をもつ前記対象物の再構築された画像を作る画像処理回路
を備える装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、前記ＴＤＩセンサは、前記ＴＤＩセンサが作る前記画像群がアンダーサンプリングされた画像群である装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記光学系は、明視野検査ツールを備える装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置であって、前記光学系は、暗視野検査ツールを備える装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の装置であって、前記複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサは、第１ＴＤＩセンサによって生成される画像群が、第２ＴＤＩセンサによって生成される画像群からサブピクセル距離だけオフセットされるように構成された第１ＴＤＩセンサおよび第２ＴＤＩセンサを備える装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、前記第１ＴＤＩセンサおよび前記第２ＴＤＩセンサは、前記第１ＴＤＩセンサによって生成された画像群が、前記第２ＴＤＩセンサによって生成された画像群から水平方向にサブピクセル距離だけオフセットされるように構成される装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、前記第１ＴＤＩセンサおよび前記第２ＴＤＩセンサは、前記第１ＴＤＩセンサによって生成された画像群が、前記第２ＴＤＩセンサによって生成された画像群から垂直方向にサブピクセル距離だけオフセットされるように構成される装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の装置であって、前記第１ＴＤＩセンサおよび前記第２ＴＤＩセンサは、前記第１ＴＤＩセンサによって生成された画像群が、前記第２ＴＤＩセンサによって生成された画像群から水平方向にサブピクセル距離だけオフセットされ、垂直方向にサブピクセル距離だけオフセットされるように構成される装置。
【請求項２２】
請求項１５に記載の装置であって、前記画像処理回路は、前記複数のＴＤＩセンサによって作られた前記複数の画像群をディザリング技術を用いて合わせて処理することによって、前記アンダーサンプリングされた画像に対して増大されたピクセル密度をもつ前記対象物の再構築された画像群を作る装置。
【請求項２３】
請求項１５に記載の装置であって、前記画像処理回路は、前記複数のＴＤＩセンサによって作られた前記複数の画像群をドリズリング技術を用いて合わせて処理することによって、前記アンダーサンプリングされた画像に対して増大されたピクセル密度をもつ前記対象物の再構築された画像群を作る装置。
【請求項２４】
請求項１５に記載の装置であって、前記光学系は、
前記ＴＤＩセンサによって作られた前記画像群が前記対象物の拡大されたものであるように前記対象物を拡大する焦点調節要素、および
前記検査表面からの一部の光は、前記複数のＴＤＩセンサ群のそれぞれに導かれるように構成される少なくとも一つのビームスプリッタ
を備える装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、前記ＴＤＩセンサによって作られた画像群が、前記拡大要素の点像分布関数のスポットサイズ当たり約２．５画像ピクセルより小さいピクセル化レシオをもつように、前記拡大要素が前記対象物を拡大する装置。
【請求項２６】
請求項１５に記載の装置であって、前記光学系の前記複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサは、画像群が互いにサブピクセル距離だけオフセットされるよう前記対象物の複数の画像群を生成するように構成された少なくとも３つのＴＤＩセンサを含み、
前記画像処理回路は、前記少なくとも３つのＴＤＩセンサのそれぞれからの前記複数の画像群を合わせて処理することによって、前記アンダーサンプリングされた画像に対して増大されたピクセル密度をもつ前記対象物の再構築された画像群を作る、
装置。
【請求項２７】
請求項１５に記載の装置であって、前記複数のＴＤＩセンサは、単一のチップ上にインターレースされたかたちに形成される装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の装置であって、第１ＴＤＩセンサによって生成される画像群および第２ＴＤＩセンサによって生成される画像群が互いにサブピクセル距離だけオフセットされるオフセット構成で前記チップ上に配置された第１ＴＤＩセンサおよび第２ＴＤＩセンサを前記複数のＴＤＩセンサが備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記載された本発明は、表面検査を行うツールおよび方法に一般に関する。より具体的には本発明は、ＴＤＩ（時間遅延積分）センサ画像形成を用いて、半導体プロセスに用いられる表面および基板内の欠陥を識別する方法および装置に関する。そのような基板は、以下に限定されないが、マスクレチクルおよび半導体基板を含む。
【背景技術】
【０００２】
長年の間、さまざまな明視野、暗視野、および電子ビーム走査方法が表面を検査するために用いられてきた。これらの走査技術は、表面によって散乱され、屈折され、および／または反射された（ここでは散乱と総称される）放射線を利用することによって、表面の特性を特徴付け、かつ調べる。これらおよび他の関連する走査および検査方法の詳細は、当業者にはよく知られている。
【０００３】
これらのタイプの検査ツールの多くにおいては、対象物（ふつうウェーハまたはレチクル）が可動ステージに固定されてから、光ビームがその対象物上に放射される。ステージは、制御可能に移動されて、対象物の表面が走査されることを可能にする。対象物の表面が走査されるとき、適切に位置付けられた時間遅延積分（ＴＤＩ）センサが表面から散乱された光を検出する。ＴＤＩセンサは、検出された光に対応する信号を発生する。これらの信号はそれから、欠陥を検出するためにさまざまな異なる方法を用いて処理される。
【０００４】
図１ａは、明視野表面検査ツールの従来の実現例の一つを示す。検査表面１０１は、検査がすぐにできるように可動ステージ１０２上に取り付けられる。焦点調節要素１０４は、検査表面１０１からの光を受け取るように配置される。焦点調節要素１０４は、検査表面１０１からの光を収束させ、検査表面１０１の拡大された画像を形成し、その拡大画像はＴＤＩセンサ１０５によって受け取られる。図１ｂは、焦点調節要素１０４について視野１１０を概略的に示す。ＴＤＩセンサ１０５によって画像形成された画像表面１０５’の部分も示される。
【０００５】
再び図１ａを参照すると、検査表面１０１が走査されるとき（例えば矢印１０３によって示されるｙ軸に沿って）、画像は、検査表面の一部に沿って取られる。検査表面のこの部分は、ストリップと呼ばれる。検査表面が走査されるとき、ＴＤＩセンサと同じくらい広い検査表面の一部が走査される。表面の隣接するストリップを走査することによって、検査表面の全体が走査される。図１ｃは、検査表面１０１を走査するのに用いられるある走査パターンを示す。複数のそのようなストリップ１２０は、検査表面１０１全体について画像が集められるまで走査される。円で囲まれた領域１２１は、検査表面１０１の走査された部分の一部を示す。
【０００６】
図１ｄは、図１ｃの円で囲まれた領域１２１によって定義される領域の拡大図である。従来の実現例においては、ストリップ１２０は、注意深くアライメントされた重複しない状態で走査されることで、検査表面１０１の最大領域が最小時間で走査されるようになっている。ストリップ１２０によって走査される検査表面１０１の幅は、さまざまなファクタによって決定され、これらには以下に限定されないが、ＴＤＩセンササイズ、システム拡大率、システム解像度、および当業者に既知の多くの他のファクタが含まれる。
【０００７】
図２ａは、従来の検査ツールにおいて用いられるＴＤＩセンサ１０５のあるタイプを示す。示されたセンサ１０５は、単一のチップ上に形成されたフォトセンサ要素のアレイを備える。円で囲まれた部分２０２は、図２ｂの拡大図において再び示される。ある従来の検査システムにおいては、ＴＤＩセンサ１０５は、電荷結合素子（ＣＣＤ）フォトセンサ要素２０３のアレイを備える。フォトセンサ要素２０３は、画像ピクセルを発生するのに用いられる。ある実施形態においては、２０４８Ｘ５１２個のフォトセンサ要素２０３からなるアレイを備えるＴＤＩセンサ１０５が用いられる。示された実施形態においては、それぞれのフォトセンサ要素２０３は、約１３μ（ミクロン）×１３μの大きさである。したがって典型的なＴＤＩセンサ１０５のアクティブ領域は、約２７ｍｍ×７ｍｍの大きさである。そのようなＴＤＩセンサは、毎秒数１００（または数１０００）メガピクセルのデータレートを典型的には有する。
【０００８】
焦点調節要素（例えば図１ａの１０４）と結合され、ＴＤＩセンサ１０５は、検査表面の拡大された画像を作るのに用いられえる。典型的な検査表面は、マスクレチクルまたは半導体ウェーハの画像およびその他の表面を含む。従来の検査ツールを用いて、焦点調節要素は典型的には検査表面を約１００倍に拡大する。前述のＴＤＩセンサ１０５を用いて、１００倍未満の拡大においては、それぞれのフォトセンサ要素２０３は、約０．１３μ平方の表面を一部を画像化する。
【０００９】
光学検査ツールの解像力は、そのツールの「点像分布関数」（ＰＳＦ）によって特徴付けられえる。ＰＳＦは、多くのファクタによって影響され、これらは以下に限定されないが、焦点調節要素に用いられるレンズ（または他の光学的要素）の光学的品質、光の波長、焦点調節要素のレンズのＮＡ、および他のファクタを含む。
【００１０】
従来の明視野検査ツールにおいては、ＰＳＦは図３ａに示すように描かれる。図３ａは、測定された光強度Ｉについての典型的なＰＳＦ３０１の１次元表現である。ＰＳＦ３０１の２つの中央の最小値３０２および３０３の間の距離は、スポットサイズＳとして定義される。システムの光学的解像度と見合う光学的感度を得るためには、スポットサイズＳを大きくするために画像ピクセルの適切な数が用いられなければならない。スポットサイズＳ当たりにあまりに少ないピクセルしか存在しない場合、結果として生じる画像はアンダーサンプリングされているといわれる。そのようなアンダーサンプリングされた画像は、光学的品質を悪化させ、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を低下させる。逆に高い感度を得るためには、システム設計者は通常、システムの光学的拡大倍率を増すか、またはＴＤＩセンサアレイのフォトセンサ要素のサイズを小さくすることによってスポットサイズＳ当たりの画像ピクセルの適切な数を達成する。所望の感度を従来の検査ツールで得るためには、そのシステムで可能な最大の光学的解像度を利用するためにスポットサイズ当たりに充分なピクセルが存在しなければならない。よって従来のシステムにおいては、システム設計者は困難な問題に直面する。設計者は、高いトータルシステムスピードにおいては、不適切なサンプリングレシオ（ＰＳＦ当たり少なすぎるピクセル）で、比較的低いＳＮＲおよび／または低下したコントラストの画像を生成するかもしれない。あるいはサンプリングレシオが増されて（例えば光学的拡大倍率を増すことによって、またはＴＤＩアレイ中のフォトセンサ要素のサイズを減らすことによって）光学的画像をよりよくサンプリングし、よって全体のシステム感度および信号対ノイズ比を改善できる。しかしサンプリングレシオを増すことによって、システムは低速になるが、これはより多くのピクセル数が処理されなければならないからである。さらにより多くの時間がこれらのピクセルを得るのに占有されなければならない。さらにシステム拡大倍率を増すことは、非常に高価な設計になりえる。したがって設計者はシステム感度およびシステムスループットの間の難しいトレードオフに直面する。
【００１１】
従来のシステムにおいては、少なくとも２．５：１のピクセル化レシオ（サンプリングレシオ）を用いて合理的な設計上妥協点が見つかっている。これは図３ｂに示され、ＰＳＦ３１１が一次元で描かれる。描かれたＰＳＦ３１１は、点像分布関数３１１のスポットサイズＳ当たりに２．５画像ピクセルのピクセル化レシオを有する。スポットサイズＳ当たり２．５画像ピクセルより小さいピクセル化レシオでディジタル化されたＰＳＦはアンダーサンプリングされているといえる。そのような条件においては、ディジタル化された複数の画像間の小さいピクセルスポットアライメントの差も、増大したノイズおよび低いシステム感度に結びつく。よって従来の検査ツールにおいては、アンダーサンプリングは典型的にはパフォーマンスを劇的に低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
既存の検査機器およびプロセスはその設計された目的を合理的にうまく達成するとはいえ、限界もある。既存の機器およびプロセスによって現在得られるよりもより高いスループットおよびより高い感度の必要性が存在する。これらおよび他の理由で、改善された表面検査ツールおよび方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の原理によれば、増大された画像ピクセル密度をもつ再構築された画像群を形成する装置および方法が開示される。方法および装置は、再構築された画像を形成するために合わせて処理される、検査表面のオフセットされアンダーサンプリングされた画像群を作るように構成された２つ（またはそれより多い）ＴＤＩセンサを用いる。
【００１４】
ある実施形態において、本発明は、対象物の複数の画像を生成することによって対象物を検査し、前記画像を合わせて処理して、増大されたピクセル密度をもつ再構築された画像を作る表面検査装置を備える。そのような表面検査装置は、複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサを有する光学系を含みえる。ＴＤＩセンサは、画像群が互いにサブピクセル距離だけオフセットされるように対象物の複数の画像を生成するように構成される。装置はさらに、ＴＤＩセンサが対象物を走査し、対象物の一連の連続する画像群を生成する走査要素を含む。また装置は、複数の連続する画像群を合わせて処理し、コンポーネント画像のどれよりも高い画質をもつ対象物の再構築された画像を作る画像処理回路を含む。
【００１５】
本発明の他の実施形態は、点像分布関数および対応するスポットサイズによって特徴付けられる光学解像度をもつ表面検査ツールのスループットを増大する方法に関する。この方法は、対象物の画像を生成するのに適した複数の時間遅延積分（ＴＤＩ）センサをもつ表面検査ツールを提供することを含む。複数の連続するアンダーサンプリングされた画像群のそれぞれが、先行するアンダーサンプリング画像に対してサブピクセル距離だけオフセットされるように対象物の複数の連続するアンダーサンプリングされた画像はパラレルに生成される。複数の連続するアンダーサンプリングされた画像群のピクセル化レシオより大きいピクセル化レシオを再構築された画像が有するように、アンダーサンプリングされた画像群を合わせて処理することによって対象物の再構築された画像を作られる。
【００１６】
他の実施形態においては、本発明は、ＴＤＩセンサを用いて表面検査技術の感度を増大する方法を含む。この方法は、複数の連続する画像群のそれぞれが、先行する画像に対してサブピクセル距離だけオフセットされるように対象物の複数の連続する画像を生成することを含む。複数の連続する画像群の画質より高い画質を再構築された画像が有するように、画像群を合わせて処理することによって対象物の再構築された画像が作られる。
【００１７】
本発明のこれら、および他の局面は、後で示される図面の詳細な説明においてより詳細に記述される。
【００１８】
以下の詳細な説明は、添付の図面とともにより容易に理解されるだろう。
【００１９】
図面においては、同様の番号は同様の構成要素を示すことに注意されたい。また図中の描写は必ずしも実際の縮尺ではないことにも注意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、特定の実施形態およびその具体的な特徴を参照して具体的に示され、説明されている。以下に説明されるこれら実施形態は、限定的ではなく、例示的に解釈されるべきである。形態および詳細におけるさまざまな変更および改変は、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ことが当業者には容易に理解されよう。
【００２１】
上述のように、検査ツールのための適切な感度を得るためには、従来の検査ツールは、画像が少なくとも２．５：１のピクセル化レシオ（pixelization ratio）（すなわち１つのスポットサイズ当たり２．５画像ピクセル）でサンプリングされることをふつう要求する。従来のツールにおいては、アンダーサンプリングされた画像は、低減されたコントラスト、低いＳＮＲ、および低減された感度を結果として招く。これらのアンダーサンプリングされた画像は、コンポーネント画像（component image）とも呼ばれる。しかし発明者は、複数のオフセットされたアンダーサンプリング画像群を用いて、再構築された画像を形成することによって、非常に大きな優位性が得られることを見い出した。これらの再構築された画像は、個々のコンポーネント画像群のうちの一つだけしか用いないように設計されたシステムと比較すると、より大きい感度を提供しえる。したがって本発明のマルチセンサの実施形態は、現在用いられているシングルセンサの設計と比較すると、実質的な優位性を示す。特に、本発明のマルチセンサの実施形態は、現在用いられているシングルセンサと比較すれば、よりよい画像のコントラストを得られる。さらに発明者は、そのようなアンダーサンプリングされた画像を用いることによって、感度を犠牲にすることなく検査システムのスループットが大きく増加されえることを見い出した。
【００２２】
以下の詳細な説明は、本発明の原理にしたがう表面検査のためのさまざまな方法および装置の実施形態について述べる。図４ａは、本発明を実施できる簡略化されたＴＤＩセンサ１０を表現したものである。示されたセンサ１０は、４つのフォトセンサ要素１、２、３、および４を含む。上述のように、フォトセンサ要素はいずれもＣＣＤセンサ要素である。発明者は、本発明の実施形態は、さまざまな大きさのＴＤＩセンサを組み込むことができると考える。しかし本発明の実施形態と用いるのに適する一つのＴＤＩセンサの概略が図２ａに示される。そのようなセンサの一例は、２０４８×９６画像ピクセルのアレイを含み、それぞれの画像ピクセルは約１３μ（ミクロン）×１３μの大きさである。そのようなセンサは、一般に多くの異なるメーカーから入手可能である。一つの条件を満足するセンサは、Ｗａｔｅｒｌｏｏ、Ｏｎｔａｒｉｏ（カナダ）のＤＡＬＳＡ社から入手できるＩＴ−Ｆ６−２０４８である。
【００２３】
当業者には知られるように、多くの他のＴＤＩセンサも採用されえる。そのようなＴＤＩセンサは典型的には、数１００から数１０００ＭＰＰＳのオーダーのデータレートを有する。
【００２４】
従来技術による検査ツールにおいては、このデータレートは、物体から画像面までの倍率とともに、検査表面（例えばウェーハまたはレチクル）が検査される速度にある種の制限を課す。本発明の実施形態は、そのようなシステムについて可能な検査速度を大幅に増しえる。これは、必要とされるシステムの倍率を低減し、２つ以上のＴＤＩセンサ群を同時に用いることによって達成される。結果として、本発明の実施形態は、より高いスループットを得るために用いられえる。
【００２５】
たいていの実施形態において、検査表面から受け取られる放射（例えば、散乱され、回折され、かつ反射された光）は、図４ａで示されるようなＴＤＩセンサ１０によって捉えられる。焦点調節要素は、所望の倍率および解像度が得られるまで、受け取られた光を拡大し、収束させる。それぞれのフォトセンサ要素（例えば１、２、３、４）は、検査される物体の表面上の物体ピクセルに対応する。検査される表面が走査されるとき、ＴＤＩセンサ１０は、検査されている表面に関連付けられた複数の画像を生成する。図４ｂは、そのような画像２１の一つの実施形態を示す。図示される画像２１は、複数の画像ピクセルａ、ｂ、ｃ、ｄを含む。上述のように、もしシステムが１００倍の倍率を用いるなら、それぞれの１３μ×１３μの画像ピクセル（例えばａ、ｂ、ｃ、ｄ）は、物体表面上で約０．１３μ四方の物体ピクセルに対応する。図示された例では、画像２１は、４つの画像ピクセルａ、ｂ、ｃ、ｄを含む。それぞれの画像は、ピクセル密度を持つように形成されえる。ここで用いられるように、ピクセル密度とは、単位面積当たりの画像ピクセルの個数を指す。よって図示された画像は、０．２６μ×０．２６μの面積当たり４つの画像ピクセルのピクセル密度を有する。本発明の原理は、いっしょに処理されることによってより高いピクセル密度を有する再構築された画像を作るための、複数のアンダーサンプリングされた画像を用いることができる実施形態に関する。そのような応用例の詳細が以下に述べられる。
【００２６】
本発明の原理の基本的な実現例は、図５に示される簡略化された実施形態を参照して示される。第１ＴＤＩセンサ（例えば、図４ａに示されるセンサ１０）は、検査される表面からの光を受け取るように構成される。このセンサは、ここで画像２１（一点鎖線で示される）として示される対応する画像を生成する。たいていの実現例においては、第１センサ１０は、本発明のツールによって検査表面上をトレースされた走査パターンと関連付けられた複数のアンダーサンプリングされた画像のストリームを生成する。第２ＴＤＩセンサ（ここでは不図示）は、第２のアンダーサンプリングされた画像２２（第２画像ピクセルｅ、ｆ、ｇ、ｈを有する）を生成する。第２ＴＤＩセンサは、第１ＴＤＩセンサによって生成される画像に対して、検査される表面のうちわずかに異なる部分を画像化するように構成される。結果は図５に概略が示され、ここで第２画像２２は、第１画像２１と重複部分を持つ。第２画像２２は、第１画像２１に対してサブピクセル距離だけオフセットされる。示された実施形態においては、第２画像２２は、第１画像２１に対して水平方向「ｘ」にサブピクセル距離（sub-pixel distance）だけオフセットされる。また示された実施形態においては、第２画像２２は、第１画像２１に対して垂直方向「ｙ」にサブピクセル距離だけオフセットされる。これらのアンダーサンプリングされた画像（例えば、２１、２２）（コンポーネント画像と呼ばれることもある）は、検査される表面の再構築された画像を形成するのに用いられえる。さらにこれらの再構築された画像を用いることによって、アンダーサンプリングされたコンポーネント画像２１、２２のいずれかを用いるように設計されたシステムよりも、より高い感度を有する検査システムが構成されえる。たいていの実施形態において、連続した画像のストリームは、走査中に生成されえる。結果として、それぞれのストリームは、複数の連続画像を含む。一つのセンサによって生成されるストリームは、他のセンサによって生成されるストリームに対してオフセットされている。これらのオフセットされたストリームは、対象物の再構築された画像を生成するために結合されえる。
【００２７】
図５をさらに参照して、本発明の原理にしたがって複数のオフセットされた画像を用いることによって検査表面の再構築された画像を生成する、より高い感度を有する実施形態がここで説明される。画像再構築のある方法は、「ディザリング」技術を用いる。関連した技術は、望遠鏡で撮られた天文写真の質を向上させるためにしばしば用いられる。ディザリングのさまざまな種類が例えば、ハッブル宇宙望遠鏡のための高解像度画像を作るために用いられる。望遠鏡に適用されるディザリング技術は、当業者にはよく理解されている。そのような技術は多くの刊行物で詳細に記載されている。例えばhttp://www.journals.uchicago.edu/ PASPでアクセスできる“Combining Undersampled Dithered Images”, T. R. Lauer (Feb. 1999) PASP, 111, 227-237, Electronic Journal Articleがある。これは参照によって援用される。
【００２８】
さらに図５を参照して、本発明の明視野検査ツールと用いるのに適したディザリング技術の簡略化された説明が議論される。２つのオフセットされたアンダーサンプリングされた画像２１、２２は、どのようにディザリングが本発明の実施形態に適用されえるかを示すために、重ねられた構成で示される。２つのアンダーサンプリングされた画像２１、２２の画像ピクセルはアラインされていないことに注意されたい。画像はアラインされていないが、これはアラインされた画像は単に重複した情報を与えるだけで、解像度が増大された画像を再構築するのに適切な情報を与えないからであるということは重要である。しかし画像をオフセット構成に配置することによって、コンポーネント画像のそれぞれからの情報は、コンポーネント画像と比較してより高い画像ピクセル密度および増大された感度を持つ、結果として生じる再構築された画像を得るために共に処理されえる。さらに再構築された画像は、アンダーサンプリングされたコンポーネント画像２１、２２と比較して、増大されたピクセル化レシオを有する。これは、オフセットされたアンダーサンプリングされた画像のグループを結合して、増大されたサンプリングを持つ再構築された画像にすることができる点で非常に優位性がある。そのような再構築された画像は、それらが構築されたコンポーネントのアンダーサンプリングされた画像のいずれよりもより高い画質を有すると言える。その結果、アンダーサンプリングされた画像からそのような再構築された画像を作るシステムは、システムの光学的解像度と見合う画像感度を得ることができる。本発明の実施形態によって実現される他の強力な優位性は、複数のＴＤＩセンサをパラレル動作で用いることによって増大されたスループットが得られることである。この優位性は以下に述べられる。
【００２９】
ある実施形態において、増大されたピクセル化レシオおよび増大された画像ピクセル密度は以下に述べるように達成される。先に説明されたように、示された実施形態のアンダーサンプリングされた画像２１、２２は、水平方向ｘにおいてサブピクセル距離だけ、垂直方向ｙにおいてサブピクセル距離だけオフセットされている。示された実施形態においてオフセットは、垂直方向に１／２ピクセルであり、水平方向に１／２ピクセルである。ディザリング処理を用いることによって、より高い解像度が再構築された画像において得られる。例えば、強度値は、第１画像２１の画像ピクセル「ａ」および第２画像２２の画像ピクセル「ｅ」が重なる領域について決定されえる。２つの画像ピクセルａおよびｅは、再構築された画像ピクセル（ここでは領域２３として示される）についての推定された光強度値を得るためにそれから処理される。これは例えば数学的には以下の方程式のようになる。
【００３０】
【数１】
2004264287.tif 000003
【００３１】
ここで、Ｉ1Nは、第１画像中のＮ番目の画像ピクセルの光強度を表し、Ｉ2Mは、第２画像中のＭ番目の画像ピクセルの光強度を表し、ＩRは、再構築された画像ピクセルの推定された光強度を表し、第２画像中のＭ番目の画像ピクセルは、第１画像中のＮ番目の画像ピクセルと重なる。
【００３２】
続いて、他の再構築された画像ピクセル２４の推定された強度が、第１画像２１の画像ピクセル「ｃ」の強度値、および第２画像２２の画像ピクセル「ｅ」の強度値を用いて計算されえる。この汎用処理は、再構築された画像が、検査されている対象物のすべての所望の部分について生成されるまで継続される。走査中に、複数の連続する画像群が第１センサによって、また第２センサによって生成される。複数の第１画像は、オフセットされた複数の第２画像とともに処理されることによって、検査されている対象物の再構築された画像を生成する。
【００３３】
図５の実施形態においては、検査表面は１００倍に拡大される。よって画像ピクセル（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇおよびｈ）はそれぞれ、検査されている対象物の０．１３μ平方の領域に対応する。ディザリングは、増大されたピクセル密度を得るために用いられえる。例えばもし第１画像２１の画像ピクセル「ａ」および第２画像２２の画像ピクセル「ｅ」はそれぞれ、検査されている対象物の０．１３μ平方の領域に対応し、ディザリングを用いることによって再構築されたピクセル２３は、検査されている対象物の約０．０６５μ平方の領域を表す。よって同じ倍率で１つのＴＤＩセンサを用いて得られるピクセル密度の４倍の密度を得るためには２つのＴＤＩセンサが用いられえる。この優位性は、ピクセル密度のこの増加が、基礎をなす光学系に大きな変更なしに得られることを考慮すれば特に大きい。倍率を増大させることは必要なく、レンズの質（例えばＰＳＦ）を高めることも必要なく、増大されたピクセル化レシオおよび増大された感度を有する再構築された画像を生成するためにアンダーサンプリングされた画像が用いられえるのである。
【００３４】
本発明の他の実施形態によって実現される他の大きい優位性は、低い倍率を用いることによって、検査表面の大きい領域が画像化され、同時に同じピクセル密度を維持できることにある。さらに複数のＴＤＩセンサは全て同時にデータを集めている（すなわちセンサはパラレル動作をしている）。これはスループットに非常に大きな影響をもつ。前の例では、１００倍の倍率が用いられた。倍率を例えば７０倍に下げることによって、それぞれの画像ピクセルは今度はアンダーサンプリングされ、しかし検査表面のより大きい領域に対応する。よって全体の表面はより速く走査される。しかし画像再構築を通して、再構築された画像のサンプリングレシオ（sampling ratio）は、コンポーネント画像のいずれかに比較して増大されえて、それにより画質を維持できる。したがってオフセットされアンダーサンプリングされたコンポーネント画像群は、コンポーネント画像よりもより高いピクセル化レシオおよびより高いピクセル密度をもつ再構築された画像を形成するために結合されえる。そのような実施形態の１つの優位性は、倍率を下げることによって、表面のうちのより大きい領域が同時に画像化されえて、それにより、より大きな量のウェーハ表面領域が単位時間当たり検査できることにある。その結果、検査されている対象物は、より速く走査されえて、本発明の原理によって構成された実施形態については、ずっと高いスループットを生む。一例として、２つのセンサを用いて、約２倍のスループットが達成されえる。第２に、低減された倍率は、本発明の原理によって構成された検査ツールのコストを下げるのに用いられえる。
【００３５】
そのようなディザリング技術のさらなる詳細は、多くの論文で議論されており、例えば上述の論文、T. R. Lauerによる「Combining Undersampled Dithered Images」（１９９９年）において議論されている。
【００３６】
前述のように、従来のシステムは、充分に信頼できる画質を得るために、必要されるピクセル化レシオとして、ＰＳＦのスポットサイズ当たり２．５画像ピクセルを有する。２つ以上のアンダーサンプリングされた画像を用いることによって、この制限は大きく引き下げられる。要するに、スポットサイズ当たり２．５ピクセルより小さいピクセル化レシオを有する２つ以上の画像が結合されることによって、アンダーサンプリングされたコンポーネント画像のいずれよりも高いピクセル密度、およびスポットサイズ当たり増大されたピクセル化レシオを有する再構築された画像を形成することができる。好ましい実施形態において、アンダーサンプリングされた画像は、スポットサイズ当たり２．５画像ピクセルより小さいピクセル化レシオにおいてサンプリングされる。サンプリングレシオの正確な下限は、用いられるセンサの個数に大きく依存するが、一般にはアンダーサンプリングされたコンポーネント画像は、スポットサイズ当たり約１から２．５画像ピクセルの間のピクセル化レシオにおいてサンプリングされえる。さらに用いられるＴＤＩセンサの数が増すと、コンポーネントのアンダーサンプリングされた画像に必要なピクセル化レシオは低減される。例えば２センサの実施形態においては、アンダーサンプリングされた画像は好ましくは、スポットサイズ当たり約１．７７（またはそれより大きい）（２．５／√２）ピクセルにおいてサンプリングされる。他の例では、４センサの実施形態において、アンダーサンプリングされた画像は、好ましくは、スポットサイズ当たり少なくとも約１．２５ピクセルでサンプリングされる。
【００３７】
図６ａ〜６（ｃ）は、より高い解像度の画像を生成するために少なくとも２つのオフセットされた画像群を適用するいくつかの代替の実施形態の概略を示す図である。ある応用例においては、オフセットは単に１つの方向でありえる。例えば図６ａにおいては、第２画像６２は、第１画像６１に対して、水平方向ｘにおいてサブピクセル距離だけオフセットされている。同様に、図６ｂにおいては、第２画像６４は、第１画像６３に対して、水平方向ｙにおいてサブピクセル距離だけオフセットされている。サブピクセル距離のオフセットは、第１画像および第２画像間のオフセットとして定義され、ここでオフセットは画像ピクセルのサイズより小さい。画像群のストリームにおいて、１つのＴＤＩセンサによって生成される画像群のあるセットからのそれぞれの画像は、他のＴＤＩセンサによって生成される画像群の他のセットに対してオフセットされている。あとで説明するように、この概念は、２つより多いＴＤＩセンサを含み、検査表面が走査されるときに２つより多い画像ストリームを生成する構成にも拡張できる。そのような実施形態は以下により詳細に説明される。
【００３８】
本発明のたいていの実施形態においては、好ましい水平または垂直オフセット距離は、画像ピクセルの１／２である。したがって例えば１３μ×１３μの画像ピクセルをもつＴＤＩセンサを用いると、好ましいオフセット距離は約６．５μである。唯一の制限は、第１ＴＤＩセンサによって生成された画像が第２ピクセルセンサによって生成された画像と一致しないように２つのＴＤＩセンサが配置されなければならないことである。例えば０．３または０．２５ピクセルのオフセットが適している。しかしピクセルの整数倍のオフセット（例えば１、２、１０、または５０ピクセル）は適していない。
【００３９】
さらに発明者は、２つより多いＴＤＩセンサを用いる実施形態を想定する。そのような実施形態は、より高いスループット、より高いピクセル化レシオ、より高いピクセル密度、および、よってより高い感度を達成しえる。２つより多い画像を合成する実施形態は、互いにディザリングされて、非常に高い感度の再構築された画像を作り出す。図６ｄは、より高い解像度の画像を再構築するために４つの画像を用いるある実施形態の概略図である。示されたドットはそれぞれアンダーサンプリングされた画像の左下角を表現する。第１画像６０１はＴＤＩセンサで生成される。また第２、第３、および第４ＴＤＩセンサは、第２画像、第３画像、および第４画像をそれぞれ生成する。第２画像は、第１画像６０１に対して垂直方向（矢印６０２によって示される）にサブピクセル距離だけオフセットされている。第３画像は、第１画像６０１に対して水平方向（矢印６０３によって示される）にサブピクセル距離だけオフセットされている。そして第４画像は、第１画像６０１に対して水平方向および垂直方向（矢印６０４によって示される）にサブピクセル距離だけオフセットされている。これら４つの画像は、ともにディザリングされて、第１、第２、第３、および第４画像よりもより高い解像度をもつ再構築された画像を得る。
【００４０】
ディザリングに加えて、発明者は、複数の低い解像度の画像からより高い解像度の画像を再構築するための他の信号処理のアプローチを想定する。例えば当業者に知られる他の適した技術は、「ドリズリング」（drizzling）とよばれる。そのようなドリズリング技術は、天文写真で用いられて、より低い質の画像から高い解像度の画像を再構築する。多くの参考文献がそのような技術を議論する。例えばドリズル（drizzle）のアプローチは、Fruchter, A.S., Hook, R.Nによる「Drizzle: A Method for the Linear Reconstruction of Undersampled Images」に記載され、これはここで参照によって援用される。他の例は、画像平均化や他の関連する画像処理技術を含む。
【００４１】
この上述のアプローチは、暗視野および明視野検査技術のいずれにも適用されえる。しかし好ましい実現例は、非干渉性光源を用いる明視野検査ツールである。
【００４２】
図７ａは、本発明の原理によって構成された明視野検査ツール７５０の、ある簡略化された実施形態を概略的に示す。検査されるべき対象物７０１は、ツール７５０に配置される。対象物７０１は、移動可能なステージ７６０、またはそのような検査ツールに用いられる他の任意のタイプの支持構造の上に配置されえる。走査中、ステージ７６０は、走査制御要素７６２によって移動される。代替の実施形態では、走査制御要素７６２は、検査される対象物７０１の所望の部分の走査を達成するために、検査ツール７５０の他の要素を移動するために用いられる。対象物７０１は、明視野照射効果を作り出す、適切に配置された照射源によって照射される。一つのそのような実施形態は、照射源７６１として描かれる。典型的にはソース７６１は、非干渉性光ビーム７５２（例えば紫外（ＵＶ）光ビーム）を発生する。光ビーム７５２は、検査されるべき対象物７０１上に向けられる。これは、当業者に知られる多くの方法によって達成されえる。示された例では、ビーム７５２は、ビーム７５２を焦点調節光学系７６４に向けて下方に導く、部分的に透過性反射器７６３上に向けられる。焦点調節光学系７６４は、レンズ、反射器、コリメータ、開口部、および多くの他のタイプの光学要素の組み合わせを含みえる。光ビーム７５２は、焦点調節光学系７６４を通り、対象物７０１上へと到達する。光ビーム７５２の一部は、対象物７０１によって反射、散乱、および回折される。対象物７０１からの光の一部は、それが対象物７０１から上方へ通るときに焦点調節光学系７６４によって捕捉される。焦点調節光学系７６４は、ツールの検査特性を向上させるために、倍率、焦点、解像度、およびシステムの他の光学特性を調節するのに用いられる。
【００４３】
本発明の原理によれば、対象物７０１が走査されるとき、対象物７０１からの光は、焦点調節光学系７６４を通って戻って行き、部分的に透過性な反射器７６３を通って戻り、ここでビームスプリッティング光学系７６５上に導かれる。そのようなビームスプリッティング光学系７６５は、焦点調節光学系７６４から受け取られた光を分光するように構成された単一のビームスプリッタ、または多くのビームスプリッティング要素の構成物を備えうる。示された実施形態においては、単純な５０／５０のビームスプリッタが用いられる。光の一部は、ビームスプリッティング光学系７６５を通り、第１ＴＤＩセンサ７６６によって検出される。光の他の部分は、ビームスプリッティング光学系７６５によって反射され、第２ＴＤＩセンサ７６７上に導かれ、そこで検出される。ビームスプリッティング光学系７６５、第１ＴＤＩセンサ７６６、および第２ＴＤＩセンサ７６７は、走査中に第２ＴＤＩセンサ７６７によって生成された画像が、第１ＴＤＩセンサ７６６によって生成された画像に対してオフセットされるように全て構成される。ＴＤＩセンサ７６６、７６７は、時間、位置、およびＴＤＩセンサ７６６、７６７によって受け取られた光の強度に対応する電子的な信号を作り出す。これらの信号は、電子処理回路７６８によって受け取られ、これは信号を処理して、個々のＴＤＩセンサによって作り出された解像度よりもより高い解像度をもつ再構築された画像を生成する。そのような処理回路は典型的には、画像プロセッサを含むが、同時に限定ではなく、データ記憶、データ比較、データ分析、画像再構築、および当業者に知られる多くの他の処理機能を含みえる。適切な電子処理回路７６８は、以下に限定されないが、プログラマブルロジックデバイス、ＡＳＩＣ、またはＤＳＰのようなディジタルデバイスを含む。これらは、ＴＤＩセンサ７６６、７６７によって受け取られたオフセット画像が処理され統合されて、上述のような再構築された画像を生成することを可能にする。検査されている対象物のオフセット画像を生成するために２つより多いＴＤＩセンサが用いられえることが発明者によって想定されている。
【００４４】
図７ｂは、本発明の原理によって構成された暗視野検査ツール７００の簡略化された実施形態を概略的に示す。検査されるべき対象物７０１は、ツール７００に配置される。対象物７０１は、移動可能なステージ７６０、またはそのような検査ツールで通常、用いられる他の任意のタイプの支持構造の上に配置されえる。走査中、ステージ７１０は、走査制御要素７１２によって移動される。代替の実施形態では、走査制御要素７１２は、検査される対象物７０１の所望の部分の走査を達成するために、検査ツール７００の他の要素を移動するために用いられる。対象物７０１は、照射源７１１によって照射される。典型的にはソース７１１は、光ビーム７０２（例えば紫外（ＵＶ）レーザビーム）を発生するレーザである。光ビーム７０２は、検査されるべき対象物７０１上に向けられる。光ビーム７０２の一部は、ビーム７０３として対象物７０１によって反射、散乱、および回折される。ビーム７０３からの光の一部は、焦点調節光学系７０４によって受け取られる。焦点調節光学系７０４は、レンズ、反射器、コリメータ、開口部、および多くの他のタイプの光学要素の組み合わせを含みえる。焦点調節光学系７０４は、ツールの検査特性を向上させるために、倍率、焦点、解像度、およびシステムの他の光学特性を調節するのに用いられる。
【００４５】
本発明の原理によれば、対象物７０１が走査されるとき、対象物７０１からの光（例えば７０３）は、焦点調節光学系７０４を通り、ここでビームスプリッティング光学系７０５によって分光される。そのようなビームスプリッティング光学系７０５は、焦点調節光学系７０４から受け取られた光を分光するように構成された単一のビームスプリッタ、または多くのビームスプリッティング要素の構成物を備えうる。示された実施形態においては、単純な５０／５０のビームスプリッタが用いられる。光の一部は、ビームスプリッティング光学系７０５を通り、第１ＴＤＩセンサ７０６によって検出される。光の他の部分は、ビームスプリッティング光学系７０５によって反射され、第２ＴＤＩセンサ７０７上に導かれ、これが入射光を検出する。ビームスプリッティング光学系７０５、第１ＴＤＩセンサ７０６、および第２ＴＤＩセンサ７０７は、走査中に第２ＴＤＩセンサ７０７によって生成された画像が、第１ＴＤＩセンサ７０６によって生成された画像に対してオフセットされるように全て構成される。ＴＤＩセンサ７０６、７０７は、時間、位置、およびＴＤＩセンサ７０６、７０７によって受け取られた光の強度に対応する電子的な信号を作り出す。これらの信号は、電子処理回路７０８によって受け取られ、これは信号を処理して、個々のＴＤＩセンサによって作り出された解像度よりもより高い解像度をもつ再構築された画像を生成する。典型的には処理回路７０８は、画像プロセッサを含むが、同時に限定ではなく、データ記憶、データ比較、データ分析、画像再構築、および当業者に知られる多くの他の処理機能を含みえる。適切な電子処理回路７０８は、以下に限定されないが、プログラマブルロジックデバイス、ＡＳＩＣ、またはＤＳＰのようなディジタルデバイスを含む。これらは、ＴＤＩセンサ７６６、７６７によって受け取られたオフセット画像が処理され統合されて、上述のような再構築された画像を生成することを可能にする。検査されている対象物のオフセット画像を生成するために２つより多いＴＤＩセンサが用いられえることが発明者によって想定されている。
【００４６】
図７ｃは、本発明の原理によって構成された検査ツール７２０の他の簡略化された実施形態を概略的に示す。対象物７０１は、移動可能なステージ７４０、または他の移動可能な支持構造の上に配置される。上述の実施形態と同様、走査制御要素７２２は、走査されている対象物７０１の走査の動きを制御する。代替の実施形態では、走査制御要素７２２は、検査される対象物７０１の所望の部分の走査を達成するために、検査ツール７２０の他の要素を移動するために用いられる。対象物７０１は、照射源７３１によって照射される。上述の実施形態と同様、ソース７３１は、光ビーム７３２を検査表面（対象物７０１）上に導く。焦点調節光学系７３４は、検査されている対象物７０１からの光７３３を受け取る。上述の実施形態と同様、焦点調節光学系７０４は、前述のように機能するレンズ、反射器、コリメータ、開口部、および多くの他のタイプの光学要素の組み合わせを含みえる。
【００４７】
焦点調節光学系７３４を出る光７３３は、光の直接光の部分を複数のＴＤＩセンサ７３７、７３８、７３９上に導く複数のビームスプリッタ７３５、７３６上に導かれる。ビームスプリッタ７３５、７３６、およびＴＤＩセンサ７３７、７３８、７３９は、他のＴＤＩセンサによって画像化された対象物７０１の部分に対してオフセットされている対象物７０１の部分をそれぞれのＴＤＩセンサが画像化するように構成される。ＴＤＩセンサ７３７、７３８、７３９のそれぞれが焦点調節光学系７３４から同じ距離であることが重要である。
【００４８】
図７ｃを続いて参照して、対象物７０１からの光７３３は、焦点調節光学系７３４を通って第１ビームスプリッタ７３５に入る。示された実施形態において、第１ビームスプリッタ７３５は、光７３３の１／３を第１ＴＤＩセンサ７３７に反射し、光７３３の２／３を第２ビームスプリッタ７３６上に伝送する。第１ビームスプリッタ７３５によって伝送された光は、第２ビームスプリッタ７３６上に導かれ、これは典型的には５０／５０のビームスプリッタである。第２ビームスプリッタ７３６を通る光の一部は、第３ＴＤＩセンサ７３９によって検出される。第２ビームスプリッタ７３６はまた、光の一部を第２ＴＤＩセンサ７３８上に反射する。既述のように、第１ビームスプリッタ７３５、第２ビームスプリッタ７３６、および第１ＴＤＩセンサ７３７、第２ＴＤＩセンサ７３８、および第３ＴＤＩセンサ７３９は、ＴＤＩセンサ７３７、７３８、７３９によって生成された複数の画像が互いに対して全てオフセットするように、全て構成される。
【００４９】
ＴＤＩセンサ７３７、７３８、７３９は、電子処理回路７４１によって受け取られる電子信号を作り出す。電子処理回路７４１は、信号を処理して、高解像度の再構築された画像を生成する。前述の実施形態のように、電子処理回路７４１は、以下に限定されないが、プログラマブルロジックデバイス、ＡＳＩＣ、またはＤＳＰのようなディジタルデバイスを含みえる。より高い解像度をもつ再構築された画像を生成するために用いられえる、オフセットされた画像群を生成するために４つ以上のＴＤＩセンサが用いられえることが発明者によってさらに想定されている。
【００５０】
図７ｄは、本発明の原理による検査ツール７７０および方法についての非常に一般化されたアプローチを示す。検査表面７０１は、当業者によって知られた標準的な照射技術（例えば暗視野、明視野または他の関連技術）によって照射される。ツール７７０はまた典型的には、表面７０１の所望の部分が照射され検査されることを可能にする走査装置７７３を含む。そのような走査および照射装置および方法は当業者に知られている（典型的な例がこの明細書の他の部分で説明されている）。表面７０１からの光７７１（反射、散乱、回折などされた）は、光学系７７２によって受け取られる。光学系７７１は、表面７０１からの光を受け取り、ＴＤＩセンサ７７５、７７６、７７７のそれぞれによって形成された表面画像が互いにサブピクセル距離だけオフセットされるように（そのような構成の典型的な例は本明細書の他の部分で説明されている）、光の一部を複数のＴＤＩセンサ７７５、７７６、７７７上に導くように構成される。典型的には光学系７７１は、ＴＤＩセンサ７７５、７７６、７７７のそれぞれが、他のＴＤＩセンサによって形成された他のコンポーネント画像に対してサブピクセル距離だけオフセットされるように表面７０１のコンポーネント画像を形成するよう構成された複数の光学要素（例えば対物レンズ系、拡大要素、ビームスプリッタ、および他の光学要素）を含む。これらの画像は、幅広い信号および画像処理動作が可能な画像プロセッサ７７８に電子信号として送り出される。特に画像プロセッサ７７８は、表面７０１上に位置する欠陥の位置を特定し、定量化し、カテゴライズすることと共に、画像記憶、画像処理、および再構築が可能でありえる。
【００５１】
他の関連する実施形態と共に、上に開示された実施形態は、表面検査ツール（例えば明視野および暗視野検査ツール）で得られるスループットを増大するために用いられえることを指摘しておく。以下に限定されないが、２個、３個および４個のＴＤＩセンサを用いる実施形態がそのような応用例に特に適している。
【００５２】
本発明の原理のさらに他の実現例においては、特別に構成されたインターレースされたＴＤＩセンサが用いられて、ビームスプリッタの必要をなくしえる。そのようなインターレースされたＴＤＩセンサは、単一の基板（チップ）上に形成された２個の（または他の実施形態ではより多くの）オフセットされたＴＤＩセンサアレイを含む。さらに高解像度画像を再構築するのに用いられるオフセット画像を生成するために、複数のインターレースされたＴＤＩセンサは、ビームスプリッタと組み合わせて用いられえる。
【００５３】
図８を参照して、インターレースされたＴＤＩセンサ８００のある簡略化された実施形態の簡略化された描写が示される。そのようなセンサ８００は、典型的には半導体基板８０１上に製造される。示されたインターレースＴＤＩセンサ８００は、単一の基板（チップ）８０１上に形成された２つのＴＤＩセンサアレイを含む。２つのセンサアレイは、ピクセル要素が互いにオフセットされるように構成される。示された実施形態においては、第１ＴＤＩセンサアレイ８１１（ここで斜線が付された六角形群で示される）は、単一のＴＤＩセンサアレイとして構成された、複数のロウおよびカラムの個々の六角形の形状をしたＴＤＩセンサ要素（またはピクセル）８１１’を含む。第２ＴＤＩセンサアレイ８１２（ここで斜線が付されていない六角形群で示される）は、第２の単一のＴＤＩセンサアレイ８１２として構成された、他の複数のロウおよびカラムの個々の六角形の形状をしたＴＤＩセンサ要素（またはピクセル）８１２’を含む。よってあるセンサのピクセル要素は、同じ基板上に形成された他のセンサのピクセル要素に対してインターレースされている。示されたインターレースされたＴＤＩセンサ８００は、第１ＴＤＩセンサアレイ８１１のピクセル８１１’が、第２ＴＤＩセンサアレイ８１２のピクセル８１２’に対して垂直方向および水平方向の両方にオフセットされるように構成されている。さまざまな実施形態において、オフセットは、センサ設計の要求を受け入れるように構成されえる。さらにセンサは、示された六角形の形状に限られない。六角形のセンサは、示されたものよりももっと細長くできる。さらに異なる構成のロウおよびカラムも実現できる。またさまざまな構成で配置され、および／またはさまざまなオフセットが設けられた、多くの他のセンサ形状（例えばダイヤモンド形状、四角形、三角形など）も想定される。
【００５４】
上述の実施形態は、表面検査技術の感度およびスループットを増大させる方法を実現できる。図９は、対象物の再構築された画像を生成するように構成された複数のＴＤＩセンサによって生成された複数のオフセットされた画像を用いる方法を示すフローチャートである。ある実施形態においては、対象物の複数の連続した画像が取り込まれ、そこで複数の連続する画像のそれぞれの画像は、先行する画像に対してサブピクセル距離だけオフセットされている（ステップ９０１）。これは多くのやり方で達成されえる。例えばＴＤＩセンサは、互いに特定の距離だけオフセットされた対象物表面の異なる部分群をそれらが画像化するように構成されえる。このオフセットは、重なり合う複数のアンダーサンプリングされた画像群を発生し、これら画像は統合されて、適切なピクセル化レシオをもつ再構築された画像（例えば、スポットサイズ当たり２．５ピクセルより大きいピクセル化レシオをもつ再構築された画像）を形成する。他の代替手段では、走査レートを制御することによって、ＴＤＩセンサは、同様に用いられえるオフセットされた画像を生成しえる。これらおよび他の技術は、本発明の原理を実現するのに用いられえる、２つ（またはより多い）のオフセットされた連続するアンダーサンプリングされた画像を生成するのに用いられえる。アンダーサンプリングされた画像はそれからいっしょに処理され、対象物の高解像度の再構築された画像を作り出し、そのような再構築された画像は、連続する複数の画像の一つよりもより高いピクセル化レシオをもつ（ステップ９０３）。画像再構築の多くの技術が用いられえる。これには以下に限定されないが、ディザリング、ドリズリング、平均化、または当業者に知られる他の技術が含まれる。
【００５５】
本発明は特定の好ましい実施形態およびその特定の特徴について示され説明されてきた。しかし上述の実施形態は、本発明の原理を説明するよう意図されており、その範囲を限定するものではない。したがって当業者には容易にわかるように、形態および詳細のさまざまな変更および改変が、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、幅広いピクセルオフセットを用いる実施形態も本発明の範囲の中であることが発明者によって想定されている。また多くの（２個、３個、４個、またはより多くの）ＴＤＩセンサを用いる実施形態も本発明の範囲の内である。さらに特許請求の範囲において単数形の要素を指す場合、明示的に示されない限り、これは「たった一つだけの」ということを意味するように意図されてはおらず、むしろ「一つ、またはそれより多い」ことを意味するように意図されている。さらにここに例示的に開示された実施形態は、ここで特に開示されていない任意の要素なしで実現されえる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１ａ】従来技術で知られるタイプの従来型ＴＤＩ表面検査ツールを簡略化して概略的に横から見た図である。
【図１ｂ】図１ａで示される従来型ＴＤＩ表面検査ツールの視野の図である。
【図１ｃ】従来技術で知られるタイプの従来型ＴＤＩ表面検査ツールの走査パターンを示す検査表面の簡略化された概略図である。
【図１ｄ】従来技術で知られるタイプの従来型ＴＤＩ表面検査ツールの走査パターンを示す検査表面の簡略化された概略図である。
【図２ａ】従来技術で知られるタイプの従来型ＴＤＩ表面検査ツールの簡略化された平面図である。
【図２ｂ】従来技術で知られるタイプの従来型ＴＤＩ表面検査ツールの簡略化された平面図である。
【図３ａ】検査ツールのレンズ要素およびピクセルサンプリングの光学パフォーマンスを特徴付けるのに用いられる点像分布関数（ＰＳＦ）の簡略化された図である。
【図３ｂ】検査ツールのレンズ要素およびピクセルサンプリングの光学パフォーマンスを特徴付けるのに用いられる点像分布関数（ＰＳＦ）の簡略化された図である。
【図４ａ】簡略化されたＴＤＩセンサおよび本発明の原理によってＴＤＩセンサで生成された対応する画像の図である。
【図４ｂ】簡略化されたＴＤＩセンサおよび本発明の原理によってＴＤＩセンサで生成された対応する画像の図である。
【図５】本発明の原理によって生成された互いに重なり合う２つのオフセットされた画像の図である。
【図６ａ】本発明の原理によるピクセルオフセットを示す概略図である。
【図６ｂ】本発明の原理によるピクセルオフセットを示す概略図である。
【図６ｃ】本発明の原理によるピクセルオフセットを示す概略図である。
【図６ｄ】本発明の原理によるピクセルオフセットを示す概略図である。
【図７ａ】本発明の原理によって構成された検査ツールの実施形態のさまざまなタイプの簡略化された横から見た概略図である。
【図７ｂ】本発明の原理によって構成された検査ツールの実施形態のさまざまなタイプの簡略化された横から見た概略図である。
【図７ｃ】本発明の原理によって構成された検査ツールの実施形態のさまざまなタイプの簡略化された横から見た概略図である。
【図７ｄ】本発明の原理によって構成された検査ツールの一般化された実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図８】本発明の原理によって構成されたインターレースされたＴＤＩセンサの実施形態の概略図である。
【図９】本発明の原理によって検査表面の表面を検査するプロセスのある実施形態を示すフロー図である。
【図１ａ】
2004264287.tif 000004
【図１ｂ】
2004264287.tif 000005
【図１ｃ】
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【図１ｄ】
2004264287.tif 000007
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【図９】
2004264287.tif 000024
【外国語明細書】
1  TITLE OF INVENTION
Method and Apparatus For Identifying Defects in a Substrate Surface By Using Dithering To Reconstruct Under-Sampled Images
2  DETAILED DESCRIPTION OF INVENTION
TECHNICAL FIELD
The invention described herein relates generally to tools and methods used for conducting surface inspections.  In particular, the invention relates to methods and apparatus using TDI (time delay integration) sensor imaging to identify defects in surfaces and substrates used in semiconductor processing.  Such substrates can include, but are not limited to, mask reticles and semiconductor substrates.
BACKGROUND
For many years, various brightfield, darkfield, and e-beam scanning methodologies have been used to inspect surfaces.  These scanning technologies make use of radiation scattered, diffracted, and/or reflected (collectively referred to herein as scattered) by a surface to characterize and examine features of the surface.  The details of these and other related scanning and inspection technologies are well known to those having ordinary skill in the art.  
In many of these type inspection tools, an object (commonly, a wafer or reticle) is secured to a movable stage and then a light beam is projected onto the object.  The stage is controllably moved to permit the surface of the object to be scanned.  As the surface of the object is scanned, an appropriately positioned time delay integration (TDI) sensor detects the light scattered from the surface.  The TDI sensor generates signals corresponding to the detected light.  These signals are then processed using a variety of different methodologies to detect defects.  
Fig. 1(a) illustrates one conventional implementation of a bright-field surface inspection tool.  An inspection surface 101 is mounted on a movable stage 102 in readiness for inspection.  A focusing element 104 is positioned to receive light from the inspection surface 101.  The focusing element 104 focuses light from the inspection surface 101 and forms a magnified image of the inspection surface 101, which is received by a TDI sensor 105.   Fig. 1(b) schematically depicts the field of view 110 for the focusing element 104.  The portion of the image surface 105' imaged by the TDI sensor 105 is also depicted.
Referring again to Fig. 1(a), as the inspection surface 101 is scanned (for example along a y-axis, depicted by arrow 103), images are taken along a portion of the inspection surface.  This portion of the inspection surface is referred to as a strip.  As an inspection surface is scanned, a portion of the inspection surface as wide as the TDI sensor is scanned.  By scanning adjacent strips of the surface, the entire inspection surface can be scanned.  Fig. 1(c) depicts one scanning pattern used for scanning an inspection surface 101.  A plurality of such strips 120 are scanned until images are collected for the entire inspection surface 101.  The circled area 121 depicts a section of a scanned portion of the inspection surface 101.
Fig. 1(d) is an expanded view of the area defined by circled area 121 of Fig. 1(c).  In conventional implementations, the strips 120 are scanned in a carefully aligned non-overlapping manner such that the maximum area of the inspection surface 101 can be scanned in a minimum time.  The width of the inspection surface 101 scanned by the strips 120 is determined by a variety of factors including, but not limited to TDI sensor size, system magnification, system resolution, as well as a number of other factors known to persons having ordinary skill in the art.
Fig. 2(a) depicts one type of TDI sensor 105 used in conventional inspection tools.  The depicted sensor 105 comprises an array of photo sensor elements formed on a single chip.  The circled portion 202 is depicted again in the expanded view of Fig. 2(b).  In one conventional inspection system, the TDI sensor 105 comprises an array of charge coupled device (CCD) photo sensor elements 203.  The photosensor elements 203 are used to generate image pixels.  In one implementation, a TDI sensor 105 comprising an array of 2048 x 512 photosensor elements 203 can be used.   In the depicted implementation, each photosensor element 203 is about 13 μ(micron) by 13 μin size.  Therefore, a the active region of a typical TDI sensor 105 is about 27 mm by 7 mm in size.  Such TDI sensors typically have data rates in the hundreds (or thousands) of mega pixels per second (MPPS). 
When coupled with the focusing element (e.g., 104 of Fig. 1(a)), the TDI sensor 105 can be used to create magnified images of an inspection surface.  Typical inspection surfaces include images of mask reticles or semiconductor wafers as well as other surfaces.  Using conventional inspection tools, the focusing element typically magnifies the inspection surface by about 100X.  Using the previously described TDI sensor 105, under 100X magnification, each photosensor element 203 images a portion of the surface about 0.13 μsquare.   
The resolving power of optical inspection tools can be characterized by the "point-spread-function" (PSF) of the tool.  The PSF is affected by a number of factors including, but not limited to the optical quality of the lenses (or other optical elements) used in the focusing element, the wavelength of light, the NA of the lenses in the focusing element, as well as other factors.  
In a conventional bright field inspection tool, the PSF can be depicted as shown in Fig. 3(a).  Fig. 3(a) is a one-dimensional depiction of a typical PSF 301 plotted with respect to measured light intensity I.  The distance between the two central minima 302 and 303 of the PSF 301 is defined as the spot size S.   In order to obtain optical sensitivity commensurate with the optical resolution of the system an adequate number of image pixels must be used to span the spot size S.  Where there are too few pixels per spot size S, the resulting images are said to be under-sampled.  Such under-sampled images have reduced optical quality and have lower signal-to-noise ratios (SNR).  Conversely, to achieve high sensitivity, a system designer ordinarily increases the optical magnification of the system or decreases the size of the photosensor elements of the TDI sensor arrays in order to achieve an adequate number of image pixels per spot size S.  In order to obtain a desired sensitivity in a conventional inspection system there must be enough pixels per spot size to capture the full optical resolution possible with the system.   Thus, in conventional systems, the system designer is faced with a difficult problem.   He can, at high total system speed, generate images with an inadequate sampling ratio (too few pixels per PSF) resulting in images with relatively low SNR and/or decreased contrast.  Alternatively, the sampling ratio can be increased (e.g., by increasing the optical magnification or decreasing the size of the photosensor elements in the TDI array) to better sample the optical image and thus improve the overall system sensitivity and signal to noise ratio.   But, by increasing sampling ratio, the system is slowed down because an increasing the number of pixels must be processed.  Moreover, an increased amount of time must be dedicated to acquiring these pixels.   Additionally, increasing system magnification can be a very expensive proposition.  Therefore, the designer is faced with a difficult tradeoff between system sensitivity and system throughput.   
In conventional systems, a reasonable design compromise has been found using pixelization ratios (sampling ratios) of at least 2.5:1.  This is shown in Fig. 3(b), which depicts a PSF 311 in one dimension.  The depicted PSF 311 has a pixelization ratio of 2.5 image pixels per spot size S of the point spread function 311.   PSF's digitized at pixelization ratios of less than 2.5 image pixels per spot size S are said to be under-sampled.  In such conditions, small pixel to spot alignment differences between digitized images result in increased noise and lower system sensitivity.   Thus, in conventional inspection tools, under-sampling typically results in dramatically reduced performance.   
Although existing inspection machines and processes accomplish their designed purposes reasonably well, they have some limitations.  There is a need for higher throughput and greater sensitivity than is currently provided by existing machines and processes.   For these and other reasons, improved surface inspection tools and methodologies are needed.
SUMMARY OF THE INVENTION
In accordance with the principles of the present invention, an apparatus and method for forming reconstructed images with increased image pixel density is disclosed.  The method and apparatus use two (or more) TDI sensors arranged to produce offset under-sampled images of an inspection surface that are processed together to form the reconstructed images.  
In one embodiment, the invention comprises a surface inspection apparatus for generating a plurality of under-sampled images and processing those images together to produce a reconstructed image of an object.  Such an apparatus can include an optical system having a plurality of time delay integration (TDI) sensors.  The TDI sensors are arranged to generate a plurality of images of the object so that the images are offset a sub-pixel distance from each other.  The apparatus further includes a scanning element that enables the TDI sensors to scan the object thereby generating a series of successive images of the object.  Also, the apparatus includes image processing circuitry that processes the plurality of successive images together to produce a reconstructed image of the object having a higher image quality than any of the component images.
Another embodiment of the invention concerns a method of increasing the throughput of a surface inspection tool having an optical resolution characterized by a point spread function and a corresponding spot size.  The method involves providing a surface inspection tool having a plurality of time delay integration (TDI) sensors suitable for generating images of an object.  A plurality of successive under-sampled images of the object are generated in parallel, such that each image of the plurality of successive under-sampled images is offset a sub-pixel distance with respect to a preceding under-sampled image.  The under-sampled images are processed together to produce a reconstructed image of the object such that the reconstructed image has a pixelization ratio greater that a pixelization ratio for the plurality of successive under-sampled images.
In another embodiment the invention comprises a method of increasing the sensitivity of surface inspection techniques using time delay integration (TDI) sensors.   The method involves generating a plurality of successive images of an object such that each image of the plurality of successive images is offset a sub-pixel distance with respect to the preceding image.  The images are processed together to produce a reconstructed image having higher image quality than one of the plurality of successive images.
These and other aspects of the present invention are described in greater detail in the detailed description of the drawings set forth hereinbelow.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
The present invention has been particularly shown and described with respect to certain embodiments and specific features thereof.  The embodiments set forth herein below are to be taken as illustrative rather than limiting.  It should be readily apparent to those of ordinary skill in the art that various changes and modifications in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
As explained above, conventional inspection tools usually require that images be sampled at a pixelization ration of at least 2.5:1 (i.e., 2.5 image pixels per one spot size) in order to obtain adequate sensitivity for the inspection tool.  In conventional tools under-sampled images result in reduced contrast, lower SNR's, and reduced sensitivity.  These under-sampled images are also referred to as component images.  However, the inventor has discovered that tremendous advantages can be obtained by using a plurality of offset under-sampled images to form reconstructed images.  These reconstructed images can provide greater sensitivity than when compared systems designed to use only one of the individual component images.  Thus, a multi-sensor embodiment of the present invention exhibits substantial advantages when compared with single sensor designs currently in use.  In particular, multi-sensor embodiments of the present invention can obtain better image contrast as compared with single sensor designs currently in use.  Moreover, the inventor has discovered that by using such under-sampled images, the throughput of inspection systems can be substantially increased without sacrificing sensitivity.  
The following detailed description describes various method and apparatus embodiments for inspecting surfaces in accordance with the principles of the present invention.  Fig. 4(a) is a depiction of a simplified TDI sensor 10 capable of practicing the invention.  The depicted sensor 10 includes four photosensor elements 1, 2, 3, and 4.  As explained hereinabove, the photosensor elements are commonly CCD sensor elements.  The inventor contemplates that the embodiments of the invention can incorporate TDI sensors of a variety of sizes.  However, one TDI sensor suitable for use with embodiments of the invention is schematically depicted in Fig. 2(a).  One example of such a sensor comprises an array of 2048 x 96 image pixels with each image pixel being about 13 μ(micron) by 13 μin size.  Such a sensor is commonly available from many different manufacturers.  One satisfactory sensor is an IT-F6-2048 available from DALSA Corporation of Waterloo, Ontario (Canada).
As is known to persons having ordinary skill in the art many other TDI sensors can be employed.  Such TDI sensors typically have data rates on the order of hundreds or thousands of MPPS.  
It should be noted that in prior art inspection tools, this data rate together with magnification from object to image plane, imposes certain limitations on the rate at which an inspection surface (e.g., a wafer or reticle) can be inspected.  Embodiments of the present invention can substantially increase the inspection rate possible for such systems.  This can be accomplished by reducing the required magnification of the system and through the contemporaneous use of two or more TDI sensors.  As a result, embodiments of the present invention can be used to obtain higher throughput.
In most embodiments, radiation received from the inspection surface (e.g., scattered, diffracted, and reflected light) is captured by a TDI sensor 10 such as depicted in Fig. 4(a).  A focusing element magnifies and focuses the received light until a desired magnification and resolution is obtained.  Each photosensor element (e.g., 1, 2, 3, 4) corresponds to an object pixel on the surface of the object being inspected.  As a surface to be inspected is scanned, the TDI sensor 10 generates a plurality of images that are associated with the surface being inspected.  Fig. 4(b) illustrates one embodiment of such an image 21.  The depicted image 21 includes a plurality of image pixels a, b, c, d.  As explained above, if the system uses 100X magnification, each 13 μx 13 μimage pixel (e.g., a, b, c, d) corresponds to an object pixel about 0.13 μsquare on the object surface.  In the depicted example, the image 21 comprises four image pixels a, b, c, d.  Each image can be formed having a pixel density.  As used herein, pixel density refers to the number of image pixels per unit area.   Thus, the depicted image has a pixel density of four image pixels per 0.26 μby 0.26 μarea.  The principles of the present invention are directed to embodiments that can use a plurality of under-sampled images processed together to a reconstructed image having a higher pixel density.  The details of such applications are discussed hereinbelow.  
A basic implementation of the principles of the invention is illustrated with reference to the simplified embodiment depicted in Fig. 5.  A first TDI sensor  (for example, the sensor 10 depicted in Fig. 4(a)) is arranged to receive light from a surface to be inspected.  This sensor generates a corresponding image depicted here as image 21 (depicted in alternating dotted and dashed line).  In most implementations, the first sensor 10 will generate a stream of under-sampled images associated with the scanning pattern traced by the tool of the present invention on the inspection surface.   A second TDI sensor (not shown here) generates a second under-sampled image 22 (having second image pixels e, f, g, h).  The second TDI sensor is arranged such that it images a slightly different portion of the inspected surface relative to images generated by the first TDI sensor.  The result is schematically illustrated in Fig. 5 where the second image 22 is superimposed over the first image 21.  The second image 22 is offset by a sub-pixel distance with respect to the first image 21.  In the depicted embodiment, the second image 22 is offset in the horizontal direction "x" by a sub-pixel distance with respect to the first image 21.  Also, in the depicted embodiment, the second image 22 is offset a sub-pixel distance in the vertical direction "y" with respect to the first image 21.  These under-sampled images (e.g., 21,22) (sometimes referred to as component images) can be used to form a reconstructed image of the inspected surface.  Additionally, by using these reconstructed images, an inspection system having greater sensitivity than systems designed to use either of the under-sampled component images 21, 22 can be constructed.   In most embodiments, streams of successive images can be generated during scanning.  As a result, each stream comprises a plurality of successive images.  The streams generated by one sensor are offset with respect to streams generated by other sensors.  These offset streams can be combined to generate a reconstructed image of an object. 
With continued reference to Fig. 5, an embodiment for using a plurality of offset images to generate reconstructed images of an inspection surface having greater sensitivity in accordance with the principles of the invention is now described.  One method of image reconstruction uses "dithering" techniques.  A related technique is frequently used to enhance the quality of astronomical photographs taken with telescopes.  Types of dithering are used, for example, to produce high-resolution images for the Hubble Space Telescope.  Dithering techniques, as applied to telescopes, are well understood by those having ordinary skill in the art.  Such techniques are described in detail in numerous publications.  For example, "Combining Undersampled Dithered Images", T. R. Lauer (Feb. 1999) PASP, 111, 227-237, Electronic Journal Article accessible at: http://www.journals.uchicago.edu/ PASP.  Which is hereby incorporated by reference.
With continued reference to Fig. 5, a simplified description of a dithering technique suitable for use with the bright field inspection tools of the present invention is discussed.  The two offset under-sampled images 21, 22 are depicted in superimposed configuration to illustrate how dithering may be applied to the embodiments of the invention.  It is noted that the image pixels of the two under-sampled images 21, 22 are not aligned.  It is important that the images are not aligned because aligned images would merely provide duplicative information and not provide suitable information for reconstructing images having increased sensitivity.  However, by arranging the images in offset configuration the information from each of the component images can be processed together to obtain a resulting reconstructed image having a higher image pixel density and increased sensitivity when compared to the component images.  Moreover, the reconstructed image will have an increased pixelization ratio as compared to the under-sampled component images 21, 22.  This is extremely advantageous in that it enables groups of offset under-sampled images to be combined into reconstructed images having increased sampling.  Such reconstructed images are said to have higher image quality than any of the component under-sampled images out of which they are constructed.  As a result, a system that creates such reconstructed images from under-sampled images can obtain image sensitivity commensurate with the optical resolution of the system.  Another powerful advantage realized by the embodiments of the invention is that increased throughput can be achieved by using a plurality of TDI sensors in parallel operation.  This advantage will be discussed below.
In one embodiment, the increased pixelization ratio and increased image pixel density is accomplished as described below.  As previously explained, the under-sampled images 21, 22 of the depicted embodiment are offset a sub-pixel distance in the horizontal direction x and a sub-pixel distance in the vertical direction y.  In the depicted embodiment, the offset is 1/2 pixel in the vertical direction and 1/2 pixel in the horizontal direction.  By using dither processing, greater resolution can be obtained in reconstructed images.  For example, an intensity value can be determined for a region where an image pixel "a" of the first image 21 and an image pixel "e" of the second image 22 overlap.  The two image pixels a and e are then processed to obtain an estimated light intensity value for a reconstructed image pixel (depicted here as area 23).  This can be mathematically, for example, using the following equation: 
2004264287.tif 000025
where I1N refers to the light intensity of the Nth image pixel in   the first image;
where I2M refers to the light intensity of the Mth image pixel in the second image;
where IR refers to the estimated light intensity of the reconstructed image pixel; and
where the Mth image pixel in the second image overlaps the Nth image pixel in the first image.
Continuing, the estimated intensity of another reconstructed image pixel 24 can be calculated using the intensity value for image pixel "c" of the first image 21 and the intensity value for image pixel "e" of the second image 22.  This general process is continued, until a reconstructed image is generated for all desired portions of the object being inspected.  During scanning, a plurality of successive images are generated by the first sensor and also generated by the second sensor.  The plurality of first images are processed with the offset plurality of second images to generate a reconstructed image for the object being inspected.
In the embodiment of Fig. 5, the inspection surface is magnified 100X.  Thus, the image pixels (a, b, c, d, e, f, g, and h) each correspond to a 0.13 μsquare area of the object being inspected.  Dithering can be used to obtain increased pixel density.  For example, if image pixel "a" of the first image 21 and image pixel "e" of the second image 22 each correspond to a 0.13 μsquare area of the object being inspected, then by using dithering the reconstructed pixel 23 represents an about 0.065 μsquare area of the object being inspected.  Thus, two TDI sensors can be used to obtain four times the pixel density obtained using one TDI sensor at the same magnification.  This advantage is especially significant when one considers that this increase in pixel density is obtained without any significant change to the underlying optics.  No increase in magnification is required, no increase in lens quality (e.g., PSF) is required, and under-sampled images can be used to generate reconstructed images having increased pixelization ratios and increased sensitivity.  
Another significant advantage realized by some embodiments of the invention is that by using lower magnification, larger areas of the inspection surface can be imaged at the same time while still retaining the same pixel density.  In addition, the plurality of TDI sensors are all collecting data simultaneously (i.e., the sensors are in parallel operation).  This has a tremendous impact on throughput.  In the previous example, 100X magnification was used.  By reducing the magnification to, for example, 70X, each image pixel is now under-sampled, but corresponds to a larger area of the inspection surface.  Thus, the entire surface can be scanned faster.  However, through image reconstruction, the sampling ratio of the reconstructed image can be increased relative to any of the component images thereby maintaining image quality.  Thus, offset under-sampled component images can be combined to form reconstructed images having a higher pixelization ratio and higher pixel density that the component images.  One advantage of such an embodiment is that, by reducing the magnification, larger areas of the surface can be imaged at the same time, thereby examining greater amounts of wafer surface area per unit of time.  As a result, the objects being inspected can be scanned faster, resulting in much higher throughput for embodiments constructed in accordance with the principles of the invention.  In one example, using two sensors, about twice the throughput can be achieved.  Second, reduced magnification can be used to reduce the cost of inspection tools constructed in accordance with the principles of the invention.   
Additional details of such dithering techniques are discussed in many articles, for example, the above-referenced article "Combining Undersampled Dithered Images" by T. R. Lauer (1999). 
As previously discussed, conventional systems have a required pixelization ratio of 2.5 image pixels per spot size of a PSF in order to have sufficiently reliable image quality.  Using two or more under-sampled images, this limitation is substantially reduced.  In short, two or more images having pixelization ratios of less than 2.5 pixels per spot size can be combined to form a reconstructed image having higher pixel density and an increased pixelization ratio per spot size than any of the under-sampled component images.  In preferred embodiments, the under-sampled images are sampled at pixelization ratios of less than 2.5 image pixels per spot size.  Although the exact lower end for sampling ratios is highly dependent on the number of sensors used, in general, under-sampled component images can be sampled at pixelization ratios of between about 1 to 2.5 image pixels per spot size.  Additionally, as the number of TDI sensors used increases, the pixelization ratios required for the component under-sampled images is reduced.   For example, in a two-sensor implementation, the under-sampled images are preferably sampled at about 1.77 (or more) (2.5/√2) pixels per spot size.   In another example, in a four-sensor implementation, the under-sampled images are preferably sampled at least about 1.25 pixels per spot size.
Fig.'s 6(a)-6(c) schematically illustrate some alternative embodiments for applying at least two offset images to generate higher resolution images.  In one application, the offset can be in just one direction.  For example, in Fig. 6(a) the second image 62 is offset a sub-pixel distance in the horizontal direction x relative to a first image 61.  Similarly, in Fig. 6(b) a second image 64 is offset a sub-pixel distance in the vertical direction y relative to a first image 63.  A sub-pixel distance offset is defined as an offset between a first image and a second image where the offset is less than the size of an image pixel.  In a stream of images, each image from one set of images produced by one TDI sensor is offset with respect to another set of images produced by another TDI sensor.  As will be discussed later, this concept can be extended to configurations that include more than two TDI sensors and generate more than two image streams as the inspection surface is scanned.  Such embodiments will be described in greater detail herein below.
In most embodiments of the present invention, the preferred horizontal or vertical offset distance is 1/2 of an image pixel.  Therefore, using TDI sensors having, for example, 13 μx 13 μimage pixels, a preferred offset distance is about 6.5 μ.  The only limitation is two TDI sensors must be positioned so that the images generated by a first TDI sensor do not coincide with the images generated by the second pixel sensor.  For example, an offset of 0.3 or .25 pixels is suitable.  However, an offset of any integer number of pixels (e.g., 1, 2, 10, or 50 pixels) will not be suitable. 
Additionally, the inventors contemplate embodiments using more than two TDI sensors.  Such embodiments can achieve higher throughput, higher pixelization ratios, higher pixel density, and therefore higher sensitivity.  Embodiments integrating more than two images can be dithered together to create reconstructed images of very high sensitivity.  Fig. 6(d) is a schematic illustration of one embodiment using four images to reconstruct a higher resolution image.  The depicted dots each represent the lower left corner of an under-sampled image.  A first image 601 is generated with a TDI sensor.  Also, second, third, and fourth TDI sensors generate a second image, a third image, and a fourth image, respectively.  The second image is offset a sub-pixel distance in a vertical direction (indicated by arrow 602) relative to the first image 601.  The third image is offset a sub-pixel distance in a horizontal direction (indicated by arrow 603) relative to the first image 601.  And the fourth image is offset a sub-pixel distance in a horizontal direction and a vertical direction (indicated by arrow 604) relative to the first image 601.  These four images can be dithered together to obtain a reconstructed image having higher resolution than the first, second, third, and fourth images.  
In addition to dithering, the inventor contemplates other signal processing approaches for reconstructing higher resolution images from a plurality of lower resolution images.  For example, another suitable technique known to persons having ordinary skill in the art is referred to as "drizzling".  Such drizzling techniques are sometimes used in astrophotography to reconstruct high resolution images from lower quality images.  Numerous references discuss such techniques.  For example, a drizzle approach is discussed in "Drizzle: A Method for the Linear Reconstruction of Undersampled Images", Fruchter, A.S., Hook, R.N which is hereby incorporated by reference.  Other examples include image averaging and other related image processing techniques. 
This forgoing approaches can be applied to both darkfield and brightfield inspection techniques.  However, the preferred implementation is a brightfield inspection tool using an incoherent light source.
Fig. 7(a) schematically depicts one simplified embodiment of a brightfield inspection tool 750 constructed in accordance with the principles of the invention.  An object 701 to be inspected is positioned in the tool 750.  The object 701 can be arranged on a movable stage 760 or any other type of support structure commonly used in such inspection tools.   During scanning, the stage 760 is moved by a scanning control element 762.  In alternative embodiments, the scanning control element 762 can be used to move other elements of the inspection tool 750 in order to effectuate scanning of the desired portions of the object 701 being inspected.  The object 701 is illuminated by suitably situated illumination source that can create bright filed illumination effects.  One such embodiment is depicted as illumination source 761.   Typically, the source 761 produces an incoherent light beam 752 (e.g., an ultraviolet (UV) light beam).  The light beam 752 is directed onto the object 701 to be inspected.   This can be accomplished by a number of methods known to persons having ordinary skill in the art.  In the depicted example, the beam 752 is directed onto partially transmissive reflector 763 that directs the beam 752 downward into a focusing optic 764.  The focusing optic 764 can include combinations of lenses, reflectors, collimators, apertures, and many other types of optical elements.  The light beam 752 passes through the focusing optic 764 and onto the object 701.   Portions of the light beam 752 are reflected, scattered, and diffracted by the object 701.   A portion of the light from the object 701 is captured by the focusing optic 764 as it passes upward from the object 701.   The focusing optic 764 is used to adjust the magnification, focus, resolution, and other optical properties of the system in order to enhance the tools inspection characteristics.  
In accordance with the principles of the invention, as the object 701 is scanned, light from the object 701 passes back through the focusing optic 764 and back through the partially transmissive reflector 763 where it is directed onto a beam splitting optic 765.   Such beam splitting optics 765 can comprise a single beam splitter or arrangements of many beam-splitting elements arranged to split the light received from the focusing optic 764.  In the depicted embodiment, a simple 50/50 beam splitter is used.  A portion of the light passes through the beam splitting optic 765 and is detected by a first TDI sensor 766.   Another portion of the light is reflected by the beam splitting optic 765 onto a second TDI sensor 767 where it is detected.  The beam splitting optic 765, the first TDI sensor 766, and the second TDI sensor 767 are all arranged so that images generated by the second TDI sensor 767 during scanning are offset with respect to images produced by the first TDI sensor 766.  The TDI sensors 766, 767 produce electronic signals that correspond to the time, position, and intensity of light received by the TDI sensors 766, 767.  These signals are received by electronic processing circuitry 768, which processes the signals to generate reconstructed images having higher resolution than those produced by the individual TDI sensors.  Such processing circuitry typically includes and image processor, but can also include, without limitation, data storage, data comparison, data analysis, image reconstruction, and a number of other processing functions well known to persons having ordinary skill in the art.  Suitable, electronic processing circuitry 768 includes, but is not limited to, digital devices such as programmable logic devices, ASIC's, or DSP's.  This enables the offset images received by the TDI sensors 766, 767 to be processed and integrated to generate reconstructed images as discussed herein above.  It is contemplated by the inventor that more than two TDI sensors can be used to generate offset images of the object being inspected.   
Fig. 7(b) schematically depicts a simplified embodiment of a darkfield inspection tool 700 constructed in accordance with the principles of the invention.  An object 701 to be inspected is positioned in the tool 700.  The object 701 can be arranged on a movable stage 710 or any other type of support structure commonly used in such inspection tools.   During scanning, the stage 710 is moved by a scanning control element 712.  In alternative embodiments, the scanning control element 712 can be used to move other elements of the inspection tool 700 in order to effectuate scanning of the desired portions of the object 701 being inspected.  The object 701 is illuminated by an illumination source 711.   Typically, the source 711 is a laser that produces a light beam 702 (e.g., an ultraviolet (UV) laser beam).  The light beam 702 is directed onto the object 701 to be inspected.   Portions of the light beam 702 are reflected, scattered, and diffracted by the object 701 as beams 703.  A portion of the light from the beams 703 is received by a focusing optic 704.   The focusing optic 704 can include combinations of lenses, reflectors, collimators, apertures, and many other types of optical elements.  The focusing optic 704 is used to adjust the magnification, focus, resolution, and other optical properties of the system in order to enhance the tools inspection characteristics.  
In accordance with the principles of the invention, as the object 701 is scanned, light (e.g., 703) from the object 701 passes through the focusing optic 704 where it is split by a beam splitting optic 705.   Such beam splitting optics 705 can comprise a single beam splitter or arrangements of many beam-splitting elements arranged to split the light from the focusing optic 704.  In the depicted embodiment, a simple 50/50 beam splitter is used.  A portion of the light passes through the beam splitting optic 705 where it is detected by a first TDI sensor 706.   Another portion of the light is reflected by the beam splitting optic 705 onto a second TDI sensor 707 that detects the incident light.   The beam splitting optic 705, the first TDI sensor 706, and the second TDI sensor 707 are all arranged so that images generated by the second TDI sensor 707 during scanning are offset with respect to images produced by the first TDI sensor 706.  The TDI sensors 706, 707 produce electronic signals that correspond to the time, position, and intensity of light received by the TDI sensors 706, 707.  These signals are received by electronic processing circuitry 708, which processes the signals to generate reconstructed images having higher resolution than those produced by the individual TDI sensors.  Typically, the processing circuitry 708 comprises an image processor, but can also include, without limitation, data storage, data comparison, data analysis, image reconstruction, and a number of other processing functions well known to persons having ordinary skill in the art.  Suitable, electronic processing circuitry 708 includes, but is not limited to, digital devices such as programmable logic devices, ASIC's, or DSP's.  This enables the offset images received by the TDI sensors 706, 707 to be processed and integrated to generate high resolution reconstructed images as discussed herein above.  It is contemplated by the inventor that more than two TDI sensors can be used to generate offset images of the object being inspected.  
Fig. 7(c) schematically depicts another simplified embodiment of another TDI sensor configuration in an inspection tool 720 constructed in accordance with the principles of the invention.  An object 701 to be inspected is arranged on a movable stage 740 or other movable support.  As with the foregoing embodiment, a scanning control element 722 controls the scanning movement of the object 701 being scanned.  In alternative embodiments, the scanning control element 722 can be used to move other elements of the inspection tool 720 in order to effectuate scanning of the desired portions of the object 701 being inspected.  The object 701 is illuminated by an illumination source 731.   As with the previously described embodiments the source 731 directs a light beam 732 onto the inspection surface (object 701).  A focusing optic 734 receives the light 733 from the object 701 being inspected.   As with the previously described embodiment, the focusing optic 704 can include combinations of lenses, reflectors, collimators, apertures, and many other types of optical elements that function as previously described.  
Light 733 exiting the focusing optic 734 is directed onto a plurality of beam splitters 735, 736 that direct portions of the light onto a plurality of TDI sensors 737, 738, 739.  The beam splitters 735, 736 and TDI sensors 737, 738, 739 are arranged so that each TDI sensor images a portion of the object 701 that is offset with respect to the portions of the object 701 imaged by the other TDI sensors.  It is important that each of the TDI sensors 737, 738, 739 is at the same distance from the focusing optic 734.
With continued reference to Fig. 7(c), light 733 from the object 701 passes through the focusing optic 734 onto a first beam splitter 735.  In the depicted embodiment, the first beam splitter 735 reflects 1/3 of the light 733 onto a first TDI sensor 737 and transmits 2/3 of the light 733 onto the second beam splitter 736.  Light transmitted by the first beam splitter 735 is directed onto the second beam splitter 736, which is typically a 50/50 beam splitter.  The portion of the light that passes through the second beam splitter 736 is detected by a third TDI sensor 739.   The second beam splitter 736 also reflects a portion of the light onto a second TDI sensor 738.  As explained, the first beam splitter 735, second beam splitter 736, and the first TDI sensor 737, the second TDI sensor 738, and the third TDI sensor 739 are all arranged so that the plurality images generated by the TDI sensors 737, 738, 739 are all offset with respect to each other.
The TDI sensors 737, 738, 739 produce electronic signals that are received by electronic processing circuitry 741.  The electronic processing circuitry 741 processes the signals to generate high resolution reconstructed images.  As with the previous embodiment, the electronic processing circuitry 741 can include, but is not limited to, digital devices such as programmable logic devices, ASIC's, or DSP's.  It is further contemplated by the inventor that embodiments including four or more TDI sensors can be used to generate offset images of the object being inspected that can be used to generate reconstructed images having higher resolution.
Fig. 7(d) depicts a very generalized approach for an inspection tool 770 and methodology in accordance with the principles of the invention.  The inspection surface 701 is illuminated in accordance with any standard illumination technique known to persons having ordinary skill in the art (e.g., darkfield, brightfield or other related techniques).  The tool 770 also typically includes scanning apparatus 773 that permits any desired portion of the surface 701 to be illuminated and inspected.  Such scanning and illumination apparatus and methodologies are known to persons having ordinary skill in the art (typical examples are described elsewhere in this specification).  Light 771 from the surface 701 (reflected, scattered, diffracted, etc.) is received by an optical system 772.  The optical system 771 is configured to receive light from the surface 701 and direct portions of the light onto a plurality of TDI sensors 775, 776, 777 that are arranged so that the surface images formed by each of the TDI sensors 775, 776, 777 are offset some sub-pixel distance from each other (typical examples of such arrangements are described elsewhere in the specification).  Typically, optical system 771 includes a plurality of optical elements (e.g., objective lens systems, magnification elements, beam splitters, and other optical elements) arranged so that each of the TDI sensors 775, 776, 777 can form a component image of the surface 701 that is offset a sub-pixel distance with respect to the other component images formed by other TDI sensors.  These images are transmitted as electronic signals to an image processor 778 capable of a wide range of signal and image processing operations.  In particular, the image processor 778 can be capable of image storage, image processing and reconstruction, as well as locating, quantifying, and categorizing defects located in the surface 701. 
It is pointed out that the above-disclosed embodiments, as well as other related embodiments, can be used to increase the throughput obtained in surface inspection tools (e.g., brightfield and darkfield inspection tools).  Although not limited to such, embodiments using two, three and four TDI sensors are especially suited to such applications.  
In yet another implementation of the principles of the invention, specifically constructed interlaced TDI sensors can be used to obviate the need for beam splitters.  Such an interlaced TDI sensor includes two (or in some embodiments more) offset TDI sensor arrays formed on a single substrate (chip).  Additionally, a plurality of interlaced TDI sensors can be used in combination with beam splitters to generate offset images that can be used to reconstruct high-resolution images.  
Referring to Fig. 8, a simplified depiction of one simplified embodiment of an interlaced TDI sensor 800 is depicted.  Such a sensor 800 is typically fabricated on a semiconductor substrate 801.  The depicted interlaced TDI sensor 800 includes two TDI sensor arrays formed on a single substrate (chip) 801.  The two sensor arrays are arranged so that the pixel elements are offset with respect to each other.  In the depicted embodiment, a first TDI sensor array 811 (shown here by the shaded hexagons) includes a plurality of rows and columns of individual hexagon-shaped TDI sensor elements (or pixels) 811' configured as a single TDI sensor array.  A second TDI sensor array 812 (shown here by the un-shaded hexagons) includes another plurality of rows and columns of individual hexagon-shaped TDI sensor elements (or pixels) 812' configured as a second single TDI sensor array 812.  Thus, the pixel elements of one sensor are interlaced with respect to the pixel elements of another sensor formed on the same substrate.  The depicted interlaced TDI sensor 800 is configured such that the pixels 811' of the first TDI sensor array 811 are offset both in the vertical direction and in the horizontal direction relative to the pixels 812' of the second TDI sensor array 812.  In various embodiments, the offset can be configured to accommodate the needs of the sensor design.  Additionally, the sensor is not confined to the depicted hexagonal shape.  The hexagonal sensors can be more elongate than the ones depicted.  Additionally, different configurations of rows and columns can be implemented.  Also, many other sensor shapes (e.g., diamond shapes, squares, triangles, etc.) arranged in varying configurations and/or with varying offsets are also contemplated.   
The above-described embodiments can implement methods for increasing the sensitivity and throughput of surface inspection techniques.  Fig. 9 is a flow diagram illustrating a method of using a plurality of offset images generated by a plurality TDI sensors arranged to generate reconstructed images of an object.  In one method embodiment, a plurality of successive images of the object are taken such that each image of the plurality of successive images is offset a sub-pixel distance with respect to the preceding image (Step 901).   This can be achieved a number of ways.  For example, TDI sensors can be arranged so that they image different portions of the object surface that are offset a particular distance from each other.  This offset results in an overlapping plurality of under-sampled images that can be integrated to form a reconstructed image having an adequate pixelization ratio (e.g., a reconstructed image having a pixelization ratio of greater than about 2.5 pixels per spot size).  In another alternative, by controlling the scanning rates the TDI sensors can generate offset images that can be used in a similar fashion.  These and other techniques can be used to generate two (or more) offset pluralities of successive under-sampled images that can be used to practice the principles of the invention.  The under-sampled images are then processed together to produce a high-resolution reconstructed image of the object such that the reconstructed image has a higher pixelization ratio than one of the plurality of successive images (Step 903).  Many techniques of image reconstruction can be used.  This includes, but is not limited to, dithering, drizzling, averaging, or other suitable techniques known to persons having ordinary skill in the art.
The present invention has been particularly shown and described with respect to certain preferred embodiments and specific features thereof.  However, it should be noted that the above-described embodiments are intended to describe the principles of the invention, not limit its scope.  Therefore, as is readily apparent to those of ordinary skill in the art, various changes and modifications in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.  In particular, it is contemplated by the inventors that embodiments using a wide range of pixel offsets are within the scope of this patent.  Also, embodiments using many (including two, three, four or more) TDI sensors are within the scope of this patent.  Further, reference in the claims to an element in the singular is not intended to mean "one and only one" unless explicitly stated, but rather, "one or more".  Furthermore, the embodiments illustratively disclosed herein can be practiced without any element which is not specifically disclosed herein. 
3  BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
The following detailed description can be more readily understood in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Fig. 1(a) depicts a simplified figurative side view of a conventional TDI surface inspection tool of a type known in the art.  
Fig. 1(b) depicts a field of view for the conventional TDI surface inspection tool depicted in Fig. 1(a). 
Fig.'s 1(c) and 1(d) are simplified schematic depictions of an inspection surface showing a scanning pattern for a conventional TDI surface inspection tool of a type known in the art.   
Fig.'s 2(a) and 2(b) are simplified plan views of a conventional TDI sensor of a type known in the art.
Fig.'s 3(a) and 3(b) are simplified graphical depictions of point spread functions (PSF) used in characterizing optical performance of lens elements and pixel sampling in inspection tools.  
Fig.'s 4(a) and 4(b) are depictions of a simplified TDI sensor and a corresponding image generated by the TDI sensor in accordance with the principles of the invention.  
Fig. 5 depicts two offset images generated in accordance with the principles of the invention, superimposed over one another.  
Fig.'s 6(a)-6(d) are figurative illustrations that depict pixel offset in accordance with the principles of the present invention.
Fig.'s 7(a), 7(b), and 7(c) are simplified figurative side views of various types of inspection tool embodiments constructed in accordance with the principles of the present invention.
Fig. 7(d) is a simplified block depiction of a generalized embodiment for an inspection tool constructed in accordance with the principles of the present invention.
Fig. 8 is a depiction of a simplified interlaced TDI sensor embodiment constructed in accordance with the principles of the invention.
Fig. 9 is a flow diagram illustrating one embodiment of a process for inspecting a surface of an inspection surface in accordance with the principles of the present invention.  
It is to be understood that, in the drawings, like reference numerals designate like structural elements.  Also, it is understood that the depictions in the Figures are not necessarily to scale.
1.   A method of increasing the throughput of a surface inspection tool having a optical resolution characterized by a point spread function and a corresponding spot size and including a plurality of time delay integration (TDI) sensors, the method comprising:
providing a surface inspection tool having a plurality of time delay integration (TDI) sensors suitable for generating images of an object;
generating, in parallel, a plurality of successive under-sampled images of the object such that each image of the plurality of successive under-sampled images is offset a sub-pixel distance with respect to a preceding under-sampled image; and
processing the under-sampled images together to produce a reconstructed image of the object such that the reconstructed image has a pixelization ratio greater that a pixelization ratio for the plurality of successive under-sampled images.
2.   A method as in Claim 1 wherein the reconstructed image has a pixelization ratio of at least about 2.5 image pixels per spot size.
3.   A method as in Claim 1 wherein generating, in parallel, a plurality of successive under-sampled images includes generating under-sampled images having a pixelization ratio of less than 2.5 image pixels per spot size.
4.   A method as in Claim 3 wherein the reconstructed image has a pixelization ratio of greater than about 2.5 image pixels per spot size.
5.   A method as in Claim 1 wherein generating, in parallel, a plurality of successive under-sampled images includes generating under-sampled images having a a pixelization ratio in the range of about 1 image pixel per spot size to about 2.5 image pixels per spot size.
6.   A method of increasing the sensitivity of surface inspection techniques using time delay integration (TDI) sensors, the method comprising:
generating a plurality of successive images of an object such that each image of the plurality of successive images is offset a sub-pixel distance with respect to the preceding image; and
processing the images together to produce a reconstructed image of the object such that the reconstructed image has a higher image quality than one of the plurality of successive images.
7.   A method as in Claim 6 wherein the plurality of successive images comprise undersampled images.  
8.   A method as in Claim 7 wherein the generating a plurality of successive images includes:
generating a first plurality of successive images of the object;  and
generating a second plurality of successive images of the object such that each image of the second plurality of successive images is offset a sub-pixel distance with respect to the preceding image of the first plurality of successive images.
9.   The method of Claim 8, wherein the steps of generating the first plurality of successive images of the object and generating the second plurality of successive images include:
focusing light from the object such that the images generated in the generating steps are magnified versions of the object; and
splitting the light from the object so that some light from the object forms the first plurality of successive images and so that other light from the surface is shifted such that it forms the second plurality of successive images that are offset a sub-pixel distance with respect to the first plurality of successive images.
10.   The method of Claim 9, wherein generating a second plurality of successive images further includes splitting the light from the object so that the second plurality of successive images is offset a sub-pixel distance in a horizontal direction from the generating the first plurality of successive images.
11.   The method of Claim 9, wherein generating a second plurality of successive images further includes splitting the light from the object so that the second plurality of successive images is offset a sub-pixel distance in a vertical direction from the first plurality of successive images.
12.   The method of Claim 9, wherein generating a second plurality of successive images further includes splitting the light from the object so that the second plurality of successive images is offset a sub-pixel distance in a vertical direction and offset a sub-pixel distance in a horizontal direction from the first plurality of successive images.
13.   The method of Claim 7 wherein the step of generating a plurality of successive images includes splitting the light from the object so that at least three pluralities of successive images of the object are formed including a first plurality of successive images and at least two other pluralities of successive images and wherein the at least two other pluralities of successive images are offset a sub-pixel distance with respect to the first plurality of successive images.
14.   A surface inspection apparatus for inspecting an object by generating a plurality of images of the object and processing those images together to produce a reconstructed image having an increased pixel density, the apparatus comprising: 
an optical system having a plurality of time delay integration (TDI) sensors for producing images of the object comprised of a plurality of image pixels configured such that the images have an initial pixel density, the TDI sensors arranged to generate a plurality of images of the object in a manner such that the images are offset a sub-pixel distance from each other;
a scanning element that enables the TDI sensors to scan the object and generate a series of successive images of the object; and 
image processing circuitry for processing the plurality of successive images together to produce a reconstructed image of the object having increased pixel density.
15.   The apparatus of Claim 14, wherein the TDI sensors are configured such that the images they produce are under-sampled images.  
16.   The apparatus of Claim 15 wherein the optical system comprises a brightfield inspection tool.  
17.   The apparatus of Claim 15 wherein the optical system comprises a darkfield inspection tool.
18.   The apparatus of Claim 15 wherein the plurality of time delay integration (TDI) sensors comprises a first TDI sensor and a second TDI sensor arranged such that images generated by the first TDI sensor are offset a sub-pixel distance from images generated by the second TDI sensor.
19.   The apparatus of Claim 18 wherein the first TDI sensor and the second TDI sensor are arranged so that images generated by the first TDI sensor are offset a sub-pixel distance in a horizontal direction from images generated by the second TDI sensor.
20.   The apparatus of Claim 18 wherein the first TDI sensor and the second TDI sensor are arranged so that images generated by the first TDI sensor are offset a sub-pixel distance in a vertical direction from images generated by the second TDI sensor.
21.   The apparatus of Claim 18 wherein the first TDI sensor and the second TDI sensor are arranged so that images generated by the first TDI sensor are offset a sub-pixel distance in a horizontal direction and offset a sub-pixel distance in a vertical direction from images generated by the second TDI sensor.
22.   The apparatus of Claim 15 wherein the image processing circuitry uses dithering techniques to process the plurality of images produced by the plurality of TDI sensors together to produce reconstructed images of the object having increased pixel density relative to the under-sampled images.
23.   The apparatus of Claim 15 wherein the image processing circuitry uses drizzling techniques to process the plurality of images produced by the plurality of TDI sensors together to produce reconstructed images of the object having increased pixel density relative to the under-sampled images.
24.   The apparatus of Claim 15, wherein the optical system includes,
a focus element for magnifying the object such that the images produced by the TDI sensors are magnified versions of the object; and 
at least one beamsplitter arranged so that some light from the inspection surface is directed to each of the plurality of TDI sensors.
25.   The apparatus of Claim 24, wherein the magnification element magnifies the object so that the images produced by the TDI sensors have a pixelization ratio of less than about 2.5 image pixels per spot size of a point spread function of the magnification element.
26.   The apparatus of Claim 15, wherein the plurality of time delay integration (TDI) sensors of the optical system include at least three TDI sensors arranged to generate a plurality of images of the object such that the images are offset a sub-pixel distance from each other; and
wherein the image processing circuitry processes the plurality of images from each of the least three TDI sensors together to produce reconstructed images of the object having increased pixel density relative to the under-sampled images.
27.   The apparatus of Claim 15 wherein the plurality of TDI sensors are formed in an interlaced fashion on a single chip.
28.   The apparatus of Claim 27 wherein the plurality of TDI sensors comprise a first TDI sensor and a second TDI sensor arranged on the chip in an offset configuration such that images generated by the first TDI sensor and the second TDI sensor and images are offset a sub-pixel distance from each other.
1  ABSTRACT
A surface inspection apparatus in accordance with the principles of the invention includes an optical system having a plurality of time delay integration (TDI) sensors.  The plurality of TDI sensors are arranged to generate a plurality of images of an object so that the images are offset a sub-pixel distance from each other.  A scanning element enables the TDI sensors to scan the object so successive images of the object can be generated.  Image processing circuitry is used to process the plurality of successive images together to produce a reconstructed image of the object having increased pixel density. The embodiments of the invention also include methods for generating reconstructed images from a plurality of TDI images obtained from at least two offset TDI sensors.
2  REPRESENTATIVE DRAWING
Fig. 5
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