(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の異常および／または特徴を検出するための方法であって、
円柱光学系によって、前記表面に垂直な入射面に沿って、前記表面上の線に放射ビームを斜角の入射角で、前記表面上の線が前記ビームの入射面に実質的に存在するように前記放射ビームを供給するステップと、
アレイにある各検出器が前記線の対応部分からの光を検出する検出器のアレイに前記線を像映するステップと、を含み、
前記円柱光学系の主要面は前記表面に対して実質的に平行であり、前記供給するステップは、集束された放射ビームを供給するとともに、前記線にビームを集束させるステップを含むので、前記線は前記円柱光学系の焦点面内にあることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記供給するステップは、表面上の細い線にビームを集束させるステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記像映するステップは、前記アレイでの線の像がアレイよりも長いものである請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記像映するステップは、線の中央部分を前記アレイに像映する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記供給するステップは、実質的に入射面に垂直な方向のみに放射ビームを集束させる請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記供給するステップは、円柱レンズを通すかもしくは円柱ミラーに放射ビームを通過させる請求項３記載の方法。
【請求項７】
照明された線の長さを選択するために、放射ビームの断面寸法および前記斜角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８】
前記制御するステップは、ビームが拡大後に所望の直径を有するように放射ビームを拡大するステップを含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記像映するステップは、線に実質的に垂直な軸に沿って線を集束させる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記像映するステップは可変の開口部を使用し、前記方法は表面の粗さに応じて可変の開口部の開口度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１１】
線が表面を走査して異常および／または表面の特徴を検出するように表面とビームとの間に相対運動を惹起させるステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記惹起するステップは、表面を動かし、ビームとアレイを実質的に静止させた状態にする請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記斜角は、表面に垂直な方向から約４５〜８５度の範囲にある請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記像映するステップは対物レンズを使用し、線は対物レンズの集束面に存在する請求項１記載の方法。
【請求項１５】
検出器のアレイで時間遅延積分を実行するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記像映するステップは、入射面の外側にある検出器のアレイに前記線を像映する請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記アレイは前記像映するステップによって形成されたアレイでの線の像よりも短いものであり、前記像映するステップは線の中央部分を前記アレイに像映する請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記像映するステップは、表面の高さを変えるにもかかわらず、前記線の像を前記検出器のアレイに落射させる請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記供給するステップは、表面に実質的に平行な主要面を有する円柱レンズを通して放射ビームを通過させるステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記供給するステップは、実質的に直線の２つの縁部を有する円柱ミラーに放射ビームを通過させるステップを含み、前記２つの縁部で規定される面は表面に対して実質的に平行である請求項１記載の方法。
【請求項２１】
表面の異常を検出するための装置であって、
円柱光学系であって、表面上の線を照明するために斜角の入射角で放射ビームを供給し、前記ビームおよびビームを通り表面に垂直な方向はビームの入射面を規定し、前記線はビームの入射面に実質的に存在するものである円柱光学系と、
少なくとも１つの検出器のアレイと、
少なくとも１つのアレイにある各検出器が前記線の対応部分からの光を検出する少なくとも１つの検出器のアレイに前記線を像映するシステムと、を含み、
前記円柱光学系の主要面は前記表面に対して実質的に平行であり、前記円柱光学系は前記線にビームを集束させるので、前記線は前記円柱光学系の焦点面内にあることを特徴とする装置。
【請求項２２】
前記光学系は、表面上の細い線にビームを集束させる請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記アレイでのシステムにより形成された線の像は、アレイよりも長いものである請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
前記システムは、線の中央部分を前記アレイに像映する請求項２１記載の装置。
【請求項２５】
前記光学系は、実質的に入射面に垂直な方向のみにビームを集束させる請求項２１記載の装置。
【請求項２６】
前記光学系は、円柱レンズまたは円柱ミラーを含む請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記光学系は、表面に実質的に平行な主要面を有する円柱レンズを含む請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記光学系は前記光学系で方向付けされた入力放射ビームを集束させ、前記入力ビームは表面およびレンズに実質的に垂直であり、さらに前記光学系は斜角で表面に向けてレンズからの放射を表面に再度向けるための回折格子からなる請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記光学系は前記光学系で方向付けされた入力放射ビームを集束させ、前記入力ビームは表面およびレンズの主要面に対して斜角の方向にある請求項２５記載の装置。
【請求項３０】
前記光学系は、実質的に直線の２つの縁部を有する円柱ミラーを含み、前記２つの縁部で規定される面は表面に対して実質的に平行である請求項２４記載の装置。
【請求項３１】
前記光学系により集束させる前に、放射ビームを拡大する拡大器からさらになる請求項２１記載の表面の異常を検出するための装置。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの検出器のアレイは、入射面の外側にある請求項２１記載の表面の装置。
【請求項３３】
前記システムは、線に実質的に垂直な光軸を有する請求項２１記載の装置。
【請求項３４】
前記システムは、システムの収集角度を変更するための可変の開口部を含む請求項２１記載の装置。
【請求項３５】
線が表面を走査して異常および／または表面の特徴を検出するように表面とビームとの間に相対運動を惹起させる手段からさらになる請求項２１記載の装置。
【請求項３６】
表面とビームとの間に相対運動を惹起させるときに、前記少なくとも１つの検出器のアレイをビームに対して実質的に静止させた状態にする請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
前記斜角は、表面に垂直な方向から約４５〜８５度の範囲にある請求項２１記載の装置。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの検出器のアレイは、線に実質的に平行な線形アレイである請求項２１記載の装置。
【請求項３９】
前記システムはフーリエ平面を有するレンズ手段からなり、前記装置はフーリエ平面に実質的にあるフィルタおよび偏光子からさらになる請求項２１記載の装置。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのアレイはシステムによって形成されたアレイでの線の像よりも短いものであり、前記システムは線の中央部分を前記アレイに像映する請求項２１記載の装置。
【請求項４１】
前記アレイおよび／または前記システムによる像映の寸法は、表面の高さを変えるにもかかわらず、前記線の像を前記検出器のアレイに落射させるようになっている請求項２１記載の装置。
【請求項４２】
線を横断する方向の前記アレイの寸法は、表面の高さを変えるにもかかわらず、前記線の像を前記検出器のアレイに落射するようなものである請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
前記システムは、表面の高さを変えるにもかかわらず、前記線の像を前記検出器のアレイに落射させる請求項４１記載の装置。
【請求項４４】
対象物の第１および第２の表面上にある異常および／または表面の特徴を検出するための装置であって、
第１の表面上の線を照明するために斜角の入射角で放射ビームを供給する円柱光学系であって、前記ビームおよびビームを通り第１の表面に垂直な方向はビームの入射面を規定し、前記線はビームの入射面に実質的に存在するものである円柱光学系と、
少なくとも１つの検出器のアレイと、
少なくとも１つのアレイにある各検出器が前記線の対応部分からの光を検出する少なくとも１つの検出器のアレイに前記線を像映するシステムと、
第２の表面の異常および／または表面の特徴を検出する第２の検出器と、を含み、
前記円柱光学系の主要面は前記表面に対して実質的に平行であり、前記円柱光学系は前記線にビームを集束させるので、前記線は前記円柱光学系の焦点面内にあることを特徴とする装置。
【請求項４５】
前記第１および第２の表面は、対象物の反対側上にある請求項４４記載の装置。
【請求項４６】
前記検出器のアレイは、入射面の外側にある請求項４４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は一般的に表面検査システムに関し、さらに詳しく言えば、表面の異常および／または特徴を検出するための改良形システムに関する。
【０００２】
少なくとも１９８０年代初め頃から、半導体ウェーハの表面上にある異常等の表面の異常を検出する必要性が認識されている。例えば、アーロン  ディー．ガラ（Ａａｒｏｎ  Ｄ．Ｇａｒａ）の記事「電子機器テストにおける自動超小形回路およびウェーハ検査」１９８１年５月、第６０〜７０頁には、超小形回路チップが上下が逆に配置されているか否かを検出したり、欠陥を検出するためのウェーハ検査システムが開示されている。このシステムにおいて、レーザからの光ビームがビーム拡大器や矩形の開口部を有する円柱レンズを介して通過し、レンズは光ビームの入射面を横断するレーザ光の細い線に光ビームを集束させて、ウェーハ表面を照明する。この記事では、システムが明確にできる最小の大きさの欠陥は１０ミクロン幅よりも小さいものである。
【０００３】
シリコンウェーハ上に組み立てられた半導体装置の大きさは小形化され続けている。半導体装置の大きさが小さくなればなるほど、半導体装置の大きさと比較すると小さい大きさの表面の汚染粒子およびパターン欠陥や欠陥を検出するために必要となるウェーハ検査器具の感度への要求がさらに厳しくなってくる。本出願を出願するときには、０．２ミクロン以下の装置のデザインの規定が要求されていた。同じ頃、ウェーハ検査システムが十分なスループットを提供できるように、これらのシステムがインライン検査に使用されてウェーハ欠陥を検出す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、広い領域を照明する像映装置を用い、標的領域やテンプレートとして用いる参照領域等の表面の重複領域の像が比較されて、それらの領域間の差を決定する。これらの差が表面の異常を決定する。このシステムでは、フォトマスクや半導体ウェーハの表面全体を走査するのにかなりの時間がかかる。例えば、このシステムの１つの例については、米国特許第４，５７９，４５５号を参照されたい。
【０００４】
ストーンストロム等（Ｓｔｏｎｅｓｔｒｏｍ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第４，８９８，４７１号には、別のアプローチが示されている。走査ビームによってウェーハ表面上に照明された領域は、掃引と呼ぶ走査線に沿って移動する楕円である。１つの例では、楕円は２０ミクロン幅，１１５ミクロン長のものである。このように照明した領域にあるパターンの異常により散乱された光が、８０〜１００度の範囲の方位角に配置された光検出器により検出され、ここにおいて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収集された光の方向と、上部から観察したときの照明ビームの方向とで作られる角度で規定されるものである。ある領域から光検出器で検出された信号はテンプレートを作るのに用いられる。楕円スポットが走査線に沿って隣の領域に移動すると、スポット内の構造から散乱された光が再度検出され、次いで光検出器信号はテンプレートと比較されて、汚染粒子またはパターン欠陥の存在を確認する。走査ビームはウェーハ表面全体を走査しながら、ウェーハは掃引方向に沿って略垂直な方向に機械的ステージにより同時に動かされる。この動作は表面全体が検査されるまで繰り返される。
【０００５】
ストーンストロム等のシステムが分解能が粗い状態で組み立てられた半導体装置を有するウェーハを検査するために実行されるが、組み立てられた装置の大きさが小さくなるにつれ、ストーンストロム等のシステムを用いて検出するには困難であるさらに小さな異常を検出するために用いられる改良形の検査器具を提供することが現在望まれている。
【０００６】
上述したストーンストロム等およびガラのシステムのように、光ビームが被検査表面の小さな領域を照明するウェーハ検査システムでは、照明されたスポットの大きさはシステムの感度に影響を及ぼす。スポットが検査対象の欠陥の大きさに対して大きければ、システムはバックグラウンド信号やノイズ信号がスポット内の異常を表示する信号の振幅に対してかなりの振幅を有する場合があるため、感度が低くなってしまう。したがって、より小さいサイズの欠陥を検出すには、ウェーハ表面上の照明された領域の大きさを小さくすることが望まれる。
【０００７】
しかしながら、照明された領域の大きさが小さくなれば、通常スループットも落ちてしまう。さらに、整列や位置決めを行うためによりスポットの大きさをさらに小さくすることへの要求がさらに高まることになる。上述したように、多くのウェーハ検査システムでは、通常、標的像を参照像と比較して異常の存在の確認を行う。照明された領域が標的とする領域でないが標的領域に対して移されれば、その比較は不正カウントが生じまったく無意味なものとなる。このように標的とする領域に対して像が移動することは、位置決め誤差として知られる。
【０００８】
位置決め誤差のエラーは、多くの場合が機械的振動による照明光学系の整列誤差や、ウェーハの撓みまたはウェーハの傾き等のウェーハの位置の変化やウェーハ表面上の他の不規則性によって生じる。このため、ニクーナハッド等（Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第５，５３０  ５５０号にあるように、ウェーハの位置決めシステムが提案されている。この特許でニクーナハッド等は走査ビームの鏡面反射や、ウェーハの高さの変化を検出するための位置感知検出器を用い、このような情報を用いてウェーハの位置を変化させて、ウェーハ表面の高さや傾きの変化を補償することを提案している。
【０００９】
上述したシステムで満足できる用途のものもあるが、それらが複雑かつ高価なものになる用途のものもある。したがって、幅広い用途で使用できる低価格かつ感度および特性を改良した改良形表面検査システムを提供することが望まれる。
米国特許第５，５８５，９１６号には、レーザダイオードからの平行化された光を使用する表面検査装置および方法が記載されている。特開平９−１５１６３（米国特許第５，７４８，３０５号に相当する）およびアーロン  ディー．ガラの「自動超小形回路およびウェーハ検査」、電子機器テスト、第４版、第５号、１９８１年、第６０，６２，６６，６８，７０頁は双方ともに表面検査装置を開示し、ここで線は円形レンズを用いて照明されるビームの入射面に垂直な表面上に集束されている。
【００１０】
本発明の１つの態様は、表面上の線を照明させるために斜角の入射角で放射ビームを集束させ、ビームおよびビームを通り表面に垂直な方向はビームの入射面を規定し、線はビームの入射面に実質的に存在する放射ビームの集束ステップと、アレイにある各検出器が線の対応部分からの光を検出する検出器のアレイに前記線を像映するステップとからなる表面の異常および／または特徴を検出するための方法に関する。
【００１１】
本発明の別の態様は、表面上の線を照明させるために斜角の入射角で放射ビームを集束させ、ビームおよびビームを通り表面に垂直な方向はビームの入射面を規定する放射ビームの集束ステップと、アレイにある各検出器が線の対応部分からの光を検出する、入射面の外側にある検出器アレイに線を像映するステップとからなる表面の異常および／または表面の特徴を検出するための方法に関する。
【００１２】
本発明のさらなる別の態様は、表面上の線を照明させるために斜角の入射角で放射ビームを集束させ、ビームおよびビームを通り表面に垂直な方向はビームの入射面を規定し、線はビームの入射面に実質的に存在する放射ビームの集束手段と、少なくとも１つの検出器のアレイと、少なくとも１つのアレイにある各検出器が線の対応部分からの光を検出する少なくとも１つの検出器のアレイに線を像映するシステムとからなる表面の異常を検出するための装置に関する。
【００１３】
本発明のさらなる態様は、表面上の線を照明させるために斜角の入射角で放射ビームを集束させ、ビームおよびビームを通り表面に垂直な方向はビームの入射面を規定する放射ビームの集束手段と、入射面の外側にある少なくとも１つの検出器アレイと、アレイにある各検出器が線の対応部分からの光を検出する検出器のアレイに線を像映するシステムとからなる表面の異常および／または表面の特徴を検出するための装置に関する。
【００１４】
本発明のさらなる別の態様は、第１の表面上の線を照明させるために斜角の入射角で放射ビームを集束させ、ビームおよびビームを通り第１の表面に垂直な方向はビームの入射面を規定し、線はビームの入射面に実質的に存在する放射ビームの集束手段と、少なくとも１つの検出器アレイと、少なくとも１つのアレイにある各検出器が線の対応部分からの光を検出する少なくとも１つの検出器アレイに前記線を像映するシステムと、第２の表面の異常および／または表面の特徴を検出するための手段とからなる対象物の第１および第２の表面上にある異常および／または表面の特徴を検出するための装置に関する。
【００１５】
本発明のさらなる態様は、第１の表面上の線を照明させるために斜角の入射角で放射ビームを集束させ、ビームおよびビームを通り第１の表面に垂直な方向はビームの入射面を規定する放射ビームの集束手段と、入射面の外側にある検出器アレイと、アレイにある各検出器が線の対応部分からの光を検出する検出器アレイに線を像映するシステムと、第２の表面の異常および／または表面の特徴を検出するための手段とからなる対象物の第１および第２の表面上にある異常および／または表面の特徴を検出するための装置に関する。
【好適な実施の形態の詳細な説明】
【００１６】
記載を容易にするために、本出願では同一の要素には同一の符号を付している。図１は、本発明の好適な実施形態を説明するもので、表面の検査システムの斜視図である。システム１０は、被検査表面１８上にある線２０の形状の領域を照明するために、好ましくは平行化された光ビーム１４を集束させたビーム１６に集束させるための円柱レンズ１２等の円柱の対物レンズを含む。ビーム１４、すなわち集束ビーム１６は表面１８に対して入射角が斜角の方向である。上述したガラによるアプローチとは異なり、線２０は実質的に集束ビーム１６の入射面にある。この意味では、ビーム１６の入射面はビーム１６を含む共通面と表面１８に対する２２のような垂直方向により規定され、ビーム１６を通過する。照明された線２０がレンズ１２の集束面にあるためには、円柱レンズ１２が主要面が実質的に表面１８に平行であるような方向に置かれる。線の像は像映サブシステム３０により、ＣＣＤ３２の線形アレイ等の検出器のアレイに集束させる。線形アレイ３２は線２０に平行であることが好ましい。
【００１７】
大きさが小さい異常を検出するために特に有利な１つの実施形態では、像映サブシステム３０は線２０に実質的に垂直な光軸３６をもつため、線形ＣＣＤアレイ３２の中心部分はビーム１６の入射面に実質的に垂直な平面にある。光軸３６は、線２０のすぐ上にある位置を含む上記のような面内であればどのような方向にも向けることができる。このような場合、アレイ３２も線２０のすぐ上にある。必要であれば、図２の点線で示した別のアレイ３２' がアレイ３２とはまったく反対の位置に配置されることもあり、ここでアレイ３２' は線２０に実質的に垂直な光軸３６' をもつ。これら２つのアレイはともに４５度の線のパターンを検出するのに有益である。
【００１８】
像映サブシステム３０は、線２０の一部の像をＣＣＤアレイ３２にある対応する検出器に投影するため、アレイにある各検出器は線２０の対応する部分からの光を検出する。線２０の長さは、平行化された入射ビーム１４の大きさとレンズまたはレンズの組み合わせ１２の物理的開口部の大きさにのみ制限される。線２０の長さを制御するために、点線で示された任意の拡大器３４が用いられてビーム１４の直径を制御し、線２０の長さを制御する。
【００１９】
図３は、本発明の代替実施形態を説明するもので、ウェーハ検査システムの照明部分の斜視図である。図を簡潔にするために、照明された線の像を検出器アレイに収集して投影するためのシステム部分は省略されている。単一の対称レンズを用いる代わりに、図３の実施形態は、よりきつく集束させる、すなわちより細い線に要点合わせするための２つの円柱レンズ１２' を用いる。図１では、システム１０の照明および収集部分の両方は静止した状態のものであり、表面１８が方向５２に沿っても移動する軸５０の周りを回転するため、線２０は螺旋状の経路に表面１８を走査して表面全体を覆うことになる。図３に示すように、被検査表面１８' もまた、ＸおよびＹ方向に沿って表面を移動させるＸＹステージ５４によって移動され、線２０が表面全体を走査する。再度言うが、図３のシステム１０' の照明および収集部分は静止している。これは、実質的にシステムの照明部分と収集部分との間には相対運動がないため、システムの光学的整列を簡潔化するためには有利である。
【００２０】
図４は、線のあらゆる点に沿って集束させた方向に沿った集束させた線２０の点拡散関数のグラフである。図４に示されているように、線２０の点拡散関数はガウス形であり、例えば４８８ｎｍアルゴンレーザが使用される場合にできるものである。線２０はまた線２０の中央部分が頂点になる線２０に沿った変化する点拡散関数を示している。線に沿った強度の変化を解消するために、拡大器３４を使ってビームを１０ｍｍ等のより長い長さに拡大し、線の中央が５ｍｍ等の線の中央または中央部分のみを使用することにより、線の像映された部分に沿った力の変化が目立たなくなる。以下に記載する像映サブシステムの適切な開口部を用いて、アレイに像映された線の部分を制御することが可能となる。
【００２１】
図５は、線形ＣＣＤアレイ３２の略図である。図５に示されているように、アレイ３２は線２０に平行な方向の寸法ｄをもち、Ｗは照明線の幅である。すなわち、サブシステム３０によってアレイ３２に投影されるように、線２０の像は幅Ｗをもつ。検査システム１０のピクセルサイズは、走査ピッチｐと、線２０に平行な方向のアレイ３２にある検出器のピクセルサイズ，すなわちｄで決定される。言い換えれば、ピクセルサイズはｄｐである。したがって、ＣＣＤアレイ３２に投影される照明線の有益な部分の長さが５ｍｍであり、照明線の幅Ｗが１０ミクロン，アレイ３２が１０ミクロンに等しいｄを有する５００要素を有し、走査線ピッチは５ミクロンであって、そしてアレイの線の像が線と同じ長さをもてば、ウェーハの有効ピクセルサイズは５ミクロン×１０ミクロンである。実際、偽信号を避けるために、少なくとも２または３個のサンプルが試料表面の有効光学スポットサイズにつき、各方向に（線２０とそれに垂直な方向に沿って）取られる。好ましくは、品質カメラレンズのような適度に高品質のレンズが用いられ、例えば、３０°の収集角度であれば５ｍｍの観察視野をもつものである。
【００２２】
上記より、システム１０は、ストーンストロム等のものよりもかなり小さいものである、有効「ピクセル」サイズが５×１０ミクロンであるため、感度が非常に高いものであることがわかる。同時に、表面１８のピクセル線全体がストーンストロム等のような単一の照明スポットの代わりに同時に照明および検出されるため、システム１０はまた満足できる程度のスループットも有する。上述したように、線２０の長さは平行化されたビーム１４の大きさやレンズまたはレンズの組み合わせ１２の物理的開口部の大きさによってのみ制限される。したがって、ステージ５４が１０ｋＨｚの線走査レートに対して、０．１ミリ秒につき１０ミクロンのステージ速度をもつとすると、表面は１００ｍ／秒の速度で走査される。次いで、５ｍｍの線２０では、ウェーハ表面は５ｃｍ2 ／ｓｅｃで走査される。
【００２３】
システム１０はまた表面１８および１８' の高さ変化や傾きに対して強固かつ耐性である。これは、図１，２，５〜７を参照して記載する。図６は、図２の線６−６に沿った表面１８の一部と，表面１８が異なる高さにある場合の集束ビーム１６およびアレイ３２の２つの像のの断面図である。図７は、ＣＣＤアレイ３２，像映サブシステム３０および図２の線７−７に沿った被検査表面１８の一部の断面図である。
【００２４】
図１，２および図６を参照すると、像映サブシステム３０はまた、線２０のものと重複する表面１８にＣＣＤアレイ３２の像を投影する。これは図６に示されている。したがって、表面１８が位置１８Ａにあれば、像映サブシステム３０は、図６に示すように、表面１８Ａの検出器アレイの像３２Ａを投影する。しかし、表面の高さが表面が１８Ｂにあるようなより高いものであれば、像映サブシステムは位置３２Ｂの検出器アレイの像を投影することになる。ビーム１６の寸法がより長くなれば、アレイの両方の像３２Ａと３２Ｂを照明することになる。
【００２５】
図６を参照すると、アレイのうち特定の検出器の像が表面の高さに関係なく表面１８の同じ部分に投影されていることが明らかである。従って、例えば、図６に示すように、像映サブシステム３０はアレイ３２の第１の検出器を表面１８Ａにある位置３２Ａ（１）に投影するが、表面の位置１８Ｂにある位置３２Ｂ（１）に投影する。２つの像は１つが別の像の上にあるため、それらの間に横方向の移動がまったくない。逆の像映方向では、表面１８の同じ部分の像，すなわち線２０の像がアレイ３２にある２つの異なる位置に集束されるが、２つの位置はまた縦方向にのみ移動して横方向には移動しない。したがって、検出器が両方の位置を覆えば、表面の１８Ａおよび１８Ｂの間の高さ変化はアレイ３２により検出器に影響をまったく及ぼさず、システム１０，１０' は被検査表面の縦方向の高さ変化に耐性となる。
【００２６】
アレイ３２が１８Ａおよび１８Ｂの両方の位置での表面１８上にある線２０の像を覆うことを確かめる１つの方法は、縦方向の検出器の寸法が表面の位置にある変化を覆うのに十分な長さであるように、アレイ３２にある検出器を選択することであり、それによって線２０の一部の異なる位置がサブシステム３０により検出器に集束され、その外側にはなくなる。すなわち、検出器の縦寸法がウェーハ表面の高さ変化によって生じる線の像の予想される高さ変化よりも大きいように選択されれば、ウェーハ高さの変化が検出に影響を及ぼすことがなくなる。これは図７により詳細に説明する。
【００２７】
図７に示すように、アレイ３２のピクセルの高さ（光軸と線２０に垂直な寸法）は、ウェーハ表面の高さの変化により生じる線２０の像の位置変化よりも大きいため、サブシステム３０の像映光学系はウェーハ表面にある表面および線の同じ部分を同じ検出器に投影する。その代わりに、ウェーハ表面の高さ変化によりＣＣＤアレイ３２のピクセルの高さが線２０の像の位置の予想される変化よりも小さければ、複数の行のＣＣＤを用いて２次元アレイで１つを別のものの上に配置するため、縦方向の同じ数の行の高さの全体は線２０の像の予想される高さ変化よりも大きくなる。この高さ全体が縦方向の線の像の予想される動きよりも大きければ、そのような２次元アレイはウェーハ表面の高さ変化に係わらず線を検出するのに適している。同じ縦方向の列で検出器によって記録された信号は単に追加されて、信号を線２０の対応する部分に与える。
【００２８】
アレイ３２の高さまたは縦寸法がウェーハ表面の予想される高さ変化よりも小さくても、サブシステム３０の像映光学系は、線２０のＣＣＤアレイへ投影された像の高さまたは縦寸法の変化がＣＣＤアレイの高さ内であるように設計される。このような変化や他の変化は本発明の範囲内である。したがって、システム１０および１０' がウェーハの高さ変化に耐性であるには、アレイ３２の線の像はアレイよりも長く、そして検出器アレイにある線２０の像の高さ変化の範囲は、投影された像が依然として検出器アレイに落ちているようなものである。
【００２９】
検出器の２次元アレイがアレイ３２に用いられる場合、時間遅延積分を実行することによりＳ／Ｎ比またはバックグラウンド比を向上させ、ここで検出器の隣接する行間の信号の時間ずれは、表面１８全体で線２０を走査するのに同期される。
【００３０】
図８は、図１および図２の像映サブシステム３０をより詳細に説明する略図である。サブシステム３０は、２つの同一レンズからなるものが好ましい。例えば、線２０からの光を収集しフーリエ変換を行うレンズ１０２と、線をアレイ３２の像映するためのレンズ１０４である。２つのレンズ１０２，１０４は収差を最小限にするように同一のものであることが好ましい。位置１０６にフィルタおよび偏光子が用いられることがあり、ここで線２０，位置１０６およびアレイ３２は各々の焦点距離がｆをもつ２つのレンズ１０２，１０４の焦点で現れる。このように配列すると、サブシステム３０は収差を最小限にする。上述したように、可変の開口部をサブシステム３０の多数の位置に付与することで、開口部の大きさを制御することによってアレイ３２に焦点合わせされる線２０の位置を制御できる。
【００３１】
図１および図２に示されているような円柱レンズ１２を用いる代わりに、図９に示すように円柱ミラー１１２を用いる場合がある。線２０が円柱ミラー１１２の集束面に現れるためには、ミラーはミラーの縁部１１２ａ，１１２ｂで規定されそれらと接続する平面１１２' が実質的に検査される表面１８に平行であるように方向づけされなければならない。一般的には、ビーム１４を表面１８上の集束された線に集束させる効果をもつ円柱対物レンズを用いる場合があり、ここで集束力は集束ビーム１６とビームを通る表面１８に垂直な方向２２によって規定される入射面に実質的に垂直な方向にのみ付与される。
【００３２】
試料に線を焦点合わせするための代替方法は、従来の方法，すなわち光ビーム１４の伝播方向に垂直な主要面をもつ円柱レンズを用いて、レンズのすぐ後に回折格子２５２を配置することである。回折周期は、主要な回折角度が望ましい照明角度の範囲と適合するものである。レンズと回折格子は互いを平行，すなわち試料表面に平行に置かれる。格子線の構造（または溝）は集束された線の方向に垂直である。したがって、格子は望ましい入射角に沿って光を再度方向付けする影響をもつだけである。種々の異なる格子タイプが用いられるが、より効果を高めるためにはホログラフタイプの格子を用いることが好ましい。
【００３３】
両面が暗視野の構造においてビーム１６の入射面の外側にアレイ３２を配置することによって、Ｓ／Ｎ比またはバックグラウンド比が従来のデザインよりも改良される。両面暗視野の収集器の構造は、サブシステムの収集器の光軸が照明の光軸と垂直で、収集器が入射面の外側にある場合のものである。しかしながら、ある用途では、入射面内にアレイを配置することが好ましい場合もある。ビーム１６は表面１８に垂直な方向から約４５〜８５度の範囲の角度にあるものが好ましい。異常の検出以外にも、本発明を用いてマーカー等の他の表面の特徴を検出することもできる。
【００３４】
上述したように、本発明を用いて、粗い膜，パターン化またはパターン化されていない半導体ウェーハおよびウェーハの裏側，さらにフォトマスク，焦点板，液晶ディスプレイや他のフラットパネルディスプレイを検査するのに実行可能な代替メカニズムを提供できる。本発明のシステムは小形かつ単純な構造のもので、パターン化されたウェーハを検査するために比較的低コストで代替物を提供する。さらに、本発明のシステムは低コストに抑えることができるため、図１０に示すように、対象物の２つの異なる表面を検査するために別の表面検査システムと組み合わせて用いるとさらに有益なものとなる。したがって、図１０に示すように、システム２００は、半導体ウェーハ２０４の前側２０４ａを検査するための前側検査システム２０２と、ウェーハの後側２０４ｂを検査するためのシステム２０６（図１，２または図３のものと類似したもの）を含む場合がある。上述した発明にあるように、システムの照明および光収集部分が静止状態であり、表面２０４ｂが表面を動かして検査されるならば、２つのシステム２０２，２０６は同期させる必要がある。システム２０２は、図１〜３を参照して上述したようなシステムを含むか、もしくは多くの異なる種類の異常および表面の特徴の検査システムのものである場合がある。そのような変化はすべて本発明の範囲内のものである。
【００３５】
本発明を種々の実施形態を参照して記載したが、実施形態の変更は本発明の範囲から逸脱することなく可能であり、本発明の範囲は添付の請求の範囲またはそれと同等のものにのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態を説明するもので、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】本発明の代替実施形態を説明するもので、表面検査システムの照明部分を示す斜視図である。
【図４】図１および図３のシステムの動作を説明するために有益な点拡散関数のグラフプロットである。
【図５】本発明を説明するのに有益な電荷結合素子（ＣＣＤ）の並列アレイの略図である。
【図６】検査される表面の高さ変化に応じて図１〜図３のシステムの動作を説明するもので、図２の線６−６に沿った表面の線を照明する光ビームと像映システムに対するアレイの検出器の対応位置の略図である。
【図７】本発明を説明するために表面の高さ変化に応じて図１〜図３のシステムの動作を説明するもので、図２の線７−７に沿って切り取った、像映光学系，ＣＣＤ検出器および図１のシステムの被検査表面の一部の略図である。
【図８】図１のシステムにおける収集像映光学系の略図である。
【図９】本発明の別の代替実施形態を説明するためのもので、筒状のミラーを用いたウェーハ検査システムの一部を示す斜視図である。
【図１０】本発明の別の実施形態を説明するもので、物体の上表面および底表面を検査するためのシステムの略図である。
【図１１】本発明のさらなる別の代替実施形態を説明するもので、表面検査システムの照明部分を示す斜視図である。
【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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