(57)【要約】      （修正有）【課題】  表面の単一走査で薄膜ディスクまたはウェハー上の粒子、ピットまたはスクラッチを検出・分類する両面光学検査システムを提示する。【解決手段】  １つの実施形態において、本発明は１対の直交するように向けられたレーザビームを、一方はウェハーまたは薄膜ディスク上の半径方向に、他方は円周方向に使用する。半径方向および円周方向のビームからの散乱光は、偏光によるかまたは異なるレーザ波長と一緒に２色性の鏡の使用により分離される。【選択図】    図３
2005214966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光ビームを物体上の第１の位置に向けて第１の入射面に導き、
前記第１の入射面と第２の入射面との角度がゼロに等しくない第２の光ビームを、前記物体上の第２の位置に向けて前記第２の入射面に導き、
前記第１の位置と前記第２の位置から散乱された光強度を含む散乱光強度を、第１の散乱光ビームと第２の散乱光ビームに分離し、
前記第１の散乱光ビームを検出するとともに、
前記第２の散乱光ビームを検出すること、
を含むことを特徴とする物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項２】
前記物体表面の欠陥のアスペクト比を判定するように、前記第１の散乱光ビー
ムと前記第２の散乱光ビームを比較することをさらに含むことを特徴とする請
求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項３】
前記散乱光強度を前記第１の散乱光ビームと前記第２の散乱光ビームに分離
するステップの前に、前記第１の位置と前記第２の位置から前記散乱光強度をコ
リメートするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の物体表
面の欠陥を測定するための方法。
【請求項４】
前記散乱光強度は楕円鏡で集められることを特徴とする請求項１に記載の物
体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項５】
検出前にピンホールが前記散乱光強度を絞るように使用されることを特徴と
する請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項６】
光電管が第１の散乱光ビーム検出することを特徴とする請求項１に記載
の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項７】
光電管が第２の散乱光ビーム検出することを特徴とする請求項１に記載
の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項８】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームは偏光された光ビーム含むことを
特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項９】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームはＰ偏光された光ビーム含むこと
を特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１０】
前記第１の入射面と前記第２の入射面との前記角度は実質的に９０°である
ことを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１１】
偏光ビームスプリッタが前記散乱光強度を分離することを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１２】
前記第１の散乱光ビームと前記第２の散乱光ビームは偏光された散乱光ビー
ム含むことを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方
法。
【請求項１３】
前記第１の散乱光ビームはＰ偏光され、前記第２の散乱光ビームはＳ偏光され
ることを特徴とする請求項１２に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１４】
前記第１の光ビームは円周方向に導かれ、前記第２の光ビームは半径方向に導
かれることを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方
法。
【請求項１５】
前記第１の光ビームは前記第１の位置からの散乱光強度を含み、かつ前記第２の光ビームは前記第２の位置からの散乱光強度を含むことを特徴とする請求項１４に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１６】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームは異なる波長の光ビームを含むことを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１７】
２色性の鏡が前記散乱光強度を前記第１の散乱光ビームと前記第２の散乱光ビーム分離することを特徴とする請求項１６に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１８】
前記欠陥はスクラッチであることを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項１９】
前記欠陥は粒子であることを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項２０】
前記第１の位置と前記第２の位置とは同じであることを特徴とする請求項１に記載の物体表面の欠陥を測定するための方法。
【請求項２１】
第１の光ビームを物体の第１表面上の第１の位置に向けて、第１の入射面に導き、
前記第１の入射面と第２の入射面との角度がゼロに等しくない第２の光ビームを、前記物体の前記第１表面上の第２の位置に向けて、前記第２の入射面に導き、
前記物体の第２表面上の第３の位置に向けて、第３の光ビームを第３の入射面に導き、
前記第３の入射面と第４の入射面との角度がゼロに等しくない第４の光ビームを、前記物体の前記第２表面上の第４の位置に向けて、前記第４の入射面に導き、
前記第１の位置と前記第２の位置から散乱された光強度を含む第１表面散乱光強度を、第１の散乱光ビームと第２の散乱光ビームに分離し、
前記第３の位置と前記第４の位置から散乱された光強度を含む第２表面散乱光強度を、第３の散乱光ビームと第４の散乱光ビームに分離し、
前記第１の散乱光ビームを検出し、
前記第２の散乱光ビームを検出し、
前記第３の散乱光ビームを検出するとともに、
前記第４の散乱光ビームを検出すること、
を含むことを特徴とする両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２２】
前記物体の第１表面上の第１の欠陥の第１のアスペクト比を判定するように、前記第１の散乱光ビームと前記第２の散乱光ビームを比較することと、
前記物体の第２表面上の第２の欠陥の第２のアスペクト比を判定するように、前記第３の散乱光ビームと前記第４の散乱光ビームを比較すること、
をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２３】
前記第１表面の散乱光強度は第１楕円鏡で集められ、前記第２表面の散乱光強度は第２楕円鏡で集められることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２４】
第１のピンホールが検出前に前記第１表面の散乱光強度を絞るように使用され、かつ第２のピンホールが検出前に前記第２表面の散乱光強度を絞るように使用されことを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２５】
前記第１の散乱光ビーム検出器は光電管であることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２６】
前記第２の散乱光ビーム検出器は光電管であることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２７】
前記第３の散乱光ビーム検出器は光電管であることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２８】
前記第４の散乱光ビーム検出器は光電管であることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項２９】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームと前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとは、偏光された光ビームを含むことを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３０】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームと前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとは、Ｐ偏光された光ビームを含むことを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３１】
前記第１の入射面と前記第２の入射面との間の角度は実質的に９０°であり、かつ前記第３の入射面と前記第４の入射面との間の角度は実質的に９０°であることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３２】
第１の偏光ビームスプリッタが前記第１表面散乱光強度を前記第１の散乱光ビームと前記第２の散乱光ビームに分離し、かつ第２の偏光ビームスプリッタが前記第２表面散乱光強度を前記第３の散乱光ビームと前記第４の散乱光ビームに分離することを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３３】
前記第１の光ビームと前記第３の光ビームとは各々円周方向に導かれ、前記第２の光ビームと前記第４の光ビームとは各々半径方向に導かれることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３４】
前記第１の散乱光ビームは前記第１の位置からの散乱光強度を含み、前記第２の散乱光ビームは前記第２の位置からの散乱光強度を含み、前記第３の散乱光ビームは前記第３の位置からの散乱光強度を含み、かつ前記第４の散乱光ビームは前記第４の位置からの散乱光強度を含むことを特徴とする請求項３３に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３５】
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとは異なる波長の光ビームを含み、かつ前記第３の光ビームと前記第４の光ビームとは異なる波長の光ビームを含むことを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３６】
第１の２色性の鏡が前記第１表面の散乱光強度を前記第１の散乱光ビームと前記第２の散乱光ビームに分離し、かつ第２の２色性の鏡が前記第２表面の散乱光強度を前記第３の散乱光ビームと前記第４の散乱光ビームに分離することを特徴とする請求項３５に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３７】
第１表面と第２表面上の前記欠陥は単一パス走査で測定されることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３８】
前記欠陥はスクラッチであることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項３９】
前記欠陥は粒子であることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【請求項４０】
前記第１の位置と前記第２の位置とは同じであり、かつ前記第３の位置と前記第４の位置とは同じであることを特徴とする請求項２１に記載の両面物体の前記第１表面と前記第２表面上の欠陥を測定するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハー、磁気薄膜ディスク、透明およびコーティングされたガラス基板上の薄膜および欠陥を測定することを企図し、特に、薄膜吸収層の非ブリュースタ角を含む多くの角度で薄膜ディスクに導かれたレーザを使用して、薄膜の厚さ、磨耗、表面粗度、スクラッチ、粒子、汚れ、ピット、盛り上がり、表面の物理特性、段高さおよびインクルージョンを測定することを企図したものである。
【背景技術】
【０００２】
コーティングされた薄膜ディスクは、半導体や磁気ハードディスク産業を含む各種の産業において使用される。コンピュータハードディスク（磁気記憶装置）は、多量のデータを記憶することができる非揮発性メモリ装置である。ハードディスクの製造者が経験する１つの課題は、ハードディスクの動作寿命をいかに最大にするかである。ハードディスクが故障すると、その中に記憶されたデータは、回復するのが困難か高価かあるいは不可能になる。ハードディスクの故障は、薄膜ディスク表面上の欠陥により引き起こされる。ディスクドライブの故障を防止し製造工程を管理するためには、この欠陥を検出するとともに分類できることが重要である。
【０００３】
磁気記憶装置に使用する薄膜ディスクの模式図を図１に示す。薄膜ディスクは、基板１０８（代表的にはＮｉＰがめっきされたＡｌ−Ｍｇ合金またはガラス）上に析出した磁気薄膜（層）１０６を含む。磁気薄膜（層）１０６は、カーボン１０４（カーボン層）、例えば、その厚さが代表的には２０から２００オングストローム（Å）の薄膜により保護されることが可能である。カーボン１０４は、代表的にはフルオロカーボン潤滑剤１０２（潤滑剤層）の薄膜（１０から３０オングストローム）でコートされる。この潤滑剤１０２は、特に磁気読取り・書出しヘッドがディスクと接触する場合、例えば、当該ディスクドライブが切りになった場合に、下にあるカーボン層１０４の耐久性を増加させるのに供する。ハードディスクドライブ産業は、薄膜ディスクの表面により近く薄膜ヘッドを飛ばさせることにより、飛躍的に記憶容量を向上しつづけている。結果として、非常にに小さな欠陥でもハードドライブの故障を引き起こすことが可能である。これらの欠陥は、スクラッチ、ピット、盛り上がりまたは粒子等の表面の物理特性であってもよいし、汚れやインクルージョンの表面の非物理特性であってもよい。ディスクの製造工程を管理するとともに、ディスクドライブの製造歩留まりを向上するためには、これら全タイプの欠陥を測定することが有益である。
【０００４】
半導体ウェハーの模式図を図２に示す。半導体ウェハーの構造は非常に複雑であり、図２は単にデュアルダマシン工程を行っているウェハーの代表的な構造を示しているにすぎない。図２において、２０１は銅層、２０２は第２プラズマ機能強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）酸化層、２０３は第１プラズマ機能強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）酸化層、そして２０４はシリコン基板である。銅層２０１は、バイアホールとカッパーラインだけが残るようになるまで、化学機械研磨（ＣＭＰ）を使用して研磨される。課題は、ＣＭＰ工程では残留銅、窒化物、またはＣＭＰスラリーがウェハーの表面に残ることである。また、汚れ、粒子、スクラッチおよび微小な波打ちが、研磨ウェハー上に存在する可能性があることである。ウェハーを作成する工程を管理するためには、そのような欠陥を検出するとともに測定することが有益である。欠陥が少ないことは、工程の最後でウェハー歩留まりが大きくなることをも意味する。ハードディスク、半導体およびフォトニクス産業における課題は、粒子、スクラッチ、ピット、盛り上がり、汚れ、表面の物理特性の不整およびインクルージョン等の欠陥に対して、これらの磁気ディスクおよびウェハーを検査することである。これらの課題を解決する従来技術は、そのままここに参照して組み込んだ米国特許Ｎ０．４，６７４，８７５、５，６９４，２１４、５，７４８，３０５および６，１５７，４４４において論議されている。これらの特許は、基本的に高精度のスキャタロメーターや反射率計を使用して欠陥を測定する技術について記載している。これらシステムのどれも表面の物理特性および表面の非物理特性の欠陥の同時測定を可能にしていない。本発明は、反射率計、スキャタロメーター、偏光解析器、プロフィルメータおよびカー効果顕微鏡を組み合わせたものを使用することにより、この同時測定を可能にした。
【０００５】
必要なのは、薄膜ディスク、シリコンウェハーおよび透明ウェハーを調べるシステムと方法であり、このシステムと方法は、（１）表面の物理特性および表面の非物理特性の欠陥を測定し、（２）これら基板上の光学的なプロフィルを測定し、（３）これらの測定が同時に行われることを可能にし、（４）薄膜の厚さを測定し、（５）パターン付けまたはパターン付けなしのシリコンウェハー、あるいはフォトニックウェハー上での測定を可能にし、（６）そのまま、またはライン内で実行され、（７）透明基板の一方面のみ測定し、または（８）調査される物体の変化するスポットサイズをテストするために、多数の選択可能なビーム幅を有するように構成可能である。
【０００６】
半導体産業およびディスクドライブ産業の技術が進歩しつづける時、さらに小さな欠陥を検出・分類する必要がある。欠陥が測定ビームの大きさより小さい場合には、欠陥の特性を判定することは困難である。必要とされるのは、測定ビームの相対的な大きさに関わらず、欠陥を識別・分類する方法である。
【発明の開示】
【０００７】
（発明の要約）
表面の単一の走査で薄膜ディスクまたはウェハー上の粒子、ピットおよびスクラッチを検出・分類する両面光学検査システムおよび方法を提供する。両面光学検査システムは、当該物体の両表面に導かれた直角に向いたビームのような入射の異なる面を有する複数の光ビームを使用する。１つの実施形態において、ビームが欠陥に当たったときに生成する散乱光強度は、光ビームの偏光により分離される。別の実施形態において、散乱光強度は光ビームの波長により分離される。分離された散乱光強度は検出器より分離される。ビームの分離された散乱光強度は、欠陥のアスペクト比を判定するために比較される。本方法は、物体表面上のビームスポットの大きさより小さな欠陥を類別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の好ましい実施形態は、同等または機能的に類似の要素を参照番号のように表示する図を参照して以下に記述される。また、この図において、各参照番号の左端の１桁または２桁は、当該参照番号が最初に使用された図に対応する。
【０００９】
図３は、本発明実施形態による薄膜の特性を測定する装置の説明図である。この装置は、伝播角度θが（図３に示すように）法線から２°から９０°の間であり得る、焦点を合わせたレーザ光信号を使用する。
【００１０】
装置３００の実施形態は、例えば、カリフォルニア州サニーヴェールにあるホエートロン社によりコリメートされた、例えば、京都にあるローム社から入手可能なＲＬＤ６５ＭＺＴ１またはＲＬＤ−７８ＭＤである従来のレーザダイオード３０１と、例えば、カリフォルニア州アーヴィンにあるニューポート社から営業的に入手可能なポラルコール製の従来の線形偏光器３０２と、カリフォルニア州リバーモアのシーブイアイレーザ社から営業的に入手可能な従来の０次半位相差板３０３と、カリフォルニア州アービングにあるニューポート社から営業的に入手可能な従来の焦点レンズ３０４と、カリフォルニア州アービングにあるニューポート社から入手可能な従来の鏡３０５と３０６と、ニューポート社から入手可能なコリメータレンズ３０９と、シーブイアイレーザ社から入手可能な０次１／４位相差板３１０と、入射面に対して４５°回転させた、シーブイアイレーザ社から入手可能な従来の偏光ビームスプリッタ３１２と、浜松市にある浜松社から入手可能な1対の従来の四分円光検出器３１１と３１３と、カルフォルニア州カマリロにあるアドバンストフォトニックス社から入手可能な従来のアバランシェ型フォトダイオード３１４および半位相差板３０３を回転する、カルフォルニア州バーリンゲームにあるマクソンプレシジョンモーターズ社から入手可能な従来のモーター３１５を含む。アバランシェ型フォトダイオード３１４は、浜松市にある浜松社から入手可能な従来の光電管（ＰＭＴ）と置き換えてもよい。
【００１１】
装置３００は本発明の実施形態であり、代替のデザインが本発明から逸脱することなく使用可能なことは、当業者にとって明らかであろう。装置３００の操作については以下により詳細に記述する。
【００１２】
レーザダイオード３０１は、薄膜ディスク、シリコンウェハー、フォトニックスウェハーまたはガラス基板に向けて電磁信号を発射する。各種の波長を用いることが可能であるが、実施形態においては、電磁信号は７８０または６５５ナノメータ（ｎｍ）の波長を有する光信号である。光信号の伝播角度は０°から９０°間の角度θであり得る。
【００１３】
レーザダイオードは、レーザ出力を監視する内部フォトダイオードを有することがよく知られている。光強度を制御するフィードバック制御回路の実施形態は、レーザダイオードに内在するようなフォトダイオードを使用することである。レーザダイオードに内在するこのフォトダイオードは、制御信号をネガティブフィードバック回路に帰還させ、そうすることによりレーザ強度を一定値に保つ。レーザ強度を制御するように使用されるフォトダイオードは、当該レーザに外在してもよい。外在するフォトダイオードが使用される場合、外在する非偏光ビームスプリッタは当該レーザの後に設置される。この外在する非偏光ビームスプリッタは、レーザのサンプルを外在するフォトダイオードに向ける。外在するフォトダイオードからの信号は、制御信号をネガティブフィードバック回路に帰還するように使用され、それによってレーザ強度を制御する。当該レーザの出力をほぼ一定に保つ別の手段は、レーザダイオードの電流を制御すること、すなわち、ダイオードレーザを一定の電流モードで動作させることである。レーザダイオードは、何ヶ月の期間を掛けて、出力において非常にゆっくりとした減少を示す。走査時間が５分または１０分未満である限りは、レーザの光出力は走査中一定のままである。本技術の利点はその簡単さである。レーザ出力の長期間でのドリフトは、まず標準反射体を測定し、測定信号を正規化するようにこれを使用することにより、当該システム外に較正することが可能である。信号値は、まず標準（既知）反射体に対して測定され、次にディスクまたはウェハーが測定される。標準反射体測定のドリフトがあると、全てのデータはこのドリフト量に対して補正される。結果として、一定の電流モードにおける動作においても、長期間のドリフトは補償可能である。発射された光は線形偏光器３０２を通過する。線形偏光器３０２は、レーザ光信号の線形偏光を向上させる。
【００１４】
レーザの光学的なノイズを低減する方法がいくつかある。この内の１つは、同時に６から８つの縦モードで動作するマルチモードレーザダイオード（上記のロームレーザダイオード等）を使用することである。これにより、レーザがモード跳びするのを防ぐとともに強度ノイズが低減する。ノイズを低減する別の方法は、単一モードのレーザで開始して、レーザ電流を周波数３０から１０００ＭＨｚで変調することである。このレーザ電流は、２０から１００ｍＡの直流（ＤＣ）成分と上記に特定した周波数のより小さな交流（ＡＣ）成分を含む。当該電流の交流成分は、単一モードのレーザをいくつかのモードで強制的に動作させ、これにより、レーザがモード跳びするのを防ぐとともに強度ノイズが低減する。本技術は、モード変調によるノイズ低減として知られている。ノイズを低減する３番目の方法は、レーザの温度を一定に保つように熱電クーラ（ＴＥＣ）を使用することである。ＴＥＣ技術は、モード跳びを低減するが防止はしない。ＴＥＣ技術は、ダイオードレーザの寿命も増加させる。
【００１５】
モード変調技術は、ここに記す光学表面分析器のような機器において有益である。これは、レーザノイズおよび強度安定性が機器の感度を制限するからである。モード跳びを解消する最良の方法は、モード変調を使用することである。図３５はモード変調技術の模式図を示す。３０から１０００ＨＭｚの変調はＡＣ源に由来し、ＤＣ源はレーザを動作させるのに必要な２０から１００ｍＡのＤＣを供給する。阻止コンデンサは、ＤＣがＡＣ源に通流するのを防止する。本技術がここに記す光学表面分析器と組み合わされた場合、この機器の感度を大きく向上することが可能である。ＴＥＣをモード変調技術と組み合わせることにより、さらなる向上の達成が可能である。
【００１６】
線形に偏光された光は、機械的に回転可能な０次半位相差板３０３を通過する。この半位相差板３０３は、偏光がＰ偏光された光（入射面に平行）、Ｓ偏光された光（入射面に垂直）および４５°偏光された光（ＰとＳとの間）との間で動的に回転されることを可能にする小型モーター３１５に取り付けられている。偏光された光は、焦点レンズ３０４を通過し、反射鏡３０５により薄膜磁気ディスク、シリコンウェハーまたは透明基板３０６上に導かれる。反射された信号は、別の反射鏡３０８により検出光学素子に導かれ、別のレンズ３０９により再コリメートされる。アバランシェ型フォトダイオード、従来のＰＩＮフォトダイオードまたは光電管３１４は、例えば、信号の散乱成分を検出する。再コリメートされたビームは、等量のエネルギが四分円光検出器３１３および３１１に導かれるように、ビームの偏光を調節するように使用される０次１／４位相差板３１０を通過する。この位相差板３１０を通過後、ビームは入射面に対して４５°だけ回転される偏光ビームスプリッタ３１２により分割される。別の実施形態においては、偏光ビームスプリッタはウォラストンプリズム、グラントンプソンプリズムビームスプリッタまたはロチョンプリズムビームスプリッタであってもよい。分割ビームは、２つの四分円光検出器３１１および３１３に導かれる。これらの四分円光検出器は、分割ビーム間の位相シフト、反射率、半径方向および円周方向における光のプロフィルおよびカー回転（基板３０６上の膜に磁性がある場合）を演算するために使用される。これらの四分円光検出器からの出力は、従来のアナログ・デジタル変換器により数字で表され、従来のパソコンのメモリに導かれる。信号は、次に欠陥を検出し、表面の物理特性を測定し、かつ汚れを測定するためにパソコンで解析される。光学装置３００の全体は、モーター３０７がサンプル３０６を回転する間、半径方向に当該装置を移動させる台上に設置される。このようにして、サンプル３０６の表面全体において欠陥を走査できる。
【００１７】
基板３０６全体を走査する代替の実施形態は、光ヘッドまたは基板３０６をｘ−ｙ走査台上に設置することである。基板３０６または光学装置３００は、ｘおよびｙ方向に走査され、このようにしてサンプル全体において欠陥または表面の物理特性を走査できる。
【００１８】
高速でディスクを回転させるスピンドルまたはモーターは、例えば、３６０°回転するときに１０２４パルスを発生するエンコーダを備える。このエンコーダは、ディスクの円周位置を判定するために使用される。本発明は、好ましくはディスクの円周位置の極高解像度判定を利用する。このことは、エンコーダ信号に６４回までの選択可能因子を乗じるように、位相ロックループを使用することで達成される。１０２４個のエンコーダパルスを乗じる位相ロックループは、当該エンコーダにおける速度の微小変動を追跡する能力を有する。この特徴によれば、繰り返し回転の平均化を横方向の解像度の損失なしに行うことが可能になる。
言い換えると、続く回転は互いに位相が同じであり、平均化した場合には、結果として得られる画像はいかなる微小変動効果によっても不鮮明にならない。平均化は、信号・ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を向上するために行われる。
【００１９】
図４は、高さのみを直接測定する光学式プロフィルメータの平面図デザインを示す。光学式プロフィルメータは、高さに関係なく表面の傾斜を測定することも可能である。このことは、傾斜および高さの両方を同時に測定する先の光学式プロフィルメータと異なる。このようなシステムでは、高さは傾斜情報を積分することにより傾斜データから求められる。しかしながら、傾斜情報が高さ情報で汚染されると、積分は正しい表面プロフィルを与えない。目標は、高さ情報のみを含み、傾斜と高さの両方の組み合わせを含まないデータを得ることである。図４から７を参照して説明・記述されるデザインは、このことを互いに９０°の方向に向いた２つのレーザおよび２つの位置敏感検出器（ＰＳＤ）を使用することにより達成する。
【００２０】
位置敏感検出器（ＰＳＤ）は、図４に示すように向けられた四分円光検出器である。ＰＳＤは適切なＰＳＤ四分円を減算することにより、半径方向および円周方向のビームのズレを測定する。レーザビームが測定すべき物体の表面に沿って移動する時、表面の粗度および波打ちは、レーザビームが表面の傾斜に応じて四分円光検出器上を「小刻みに動く」原因となる。四分円光検出器は、一方の対の四分円の合計から他方の対の四分円の合計を減算することにより、これを測定する。例えば、図６を参照すると、円周方向の表面の傾斜は｛（Ａ１＋Ｂ１）−（Ｃ１＋Ｄ１）｝／（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）で与えられ、分母の４つの四分円の合計は反射率差を正規化するために使用される。同時に、当該検出器からの表面の平均距離が変化すると、四分円光検出器上のビームの平均位置が変化する。上記式で結果として得られる差分信号は、表面高さにおいて差が実際に生じている場合に傾斜変化を登録する。課題は、高さ変化から傾斜変化が分離可能なことである。このことは、図6を参照して得られるとともに、｛（Ａ１＋Ｄ１）−（Ｂ１＋Ｃ１）｝／（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）により与えられる放射状の傾斜を考慮することにより達成することが可能である。放射状の傾斜に対するこの式は、半径方向におけるビームの「小刻みな動き」を測定する。放射状の傾斜の場合において、当該検出器からの表面の平均距離が変化すると、ビームはＢ１＋Ｃ１からＡ１＋Ｄ１を分離する当該線に沿って単に移動する。結果として、表面高さが変化して放射状の傾斜信号に対する式が単に傾斜変化のみを記録し高さ変化を記録しない場合には、放射状の傾斜信号は変化しない。
【００２１】
レーザビームの方向が９０°だけ回転された場合（図４のレーザ２およびＰＳＤ２に関して）、放射状および円周方向の傾斜の挙動は逆転する。レーザ２およびＰＳＤ２の場合において、前記円周方向の傾斜式は傾斜変化のみを記録し、高さ変化を記録しない。他方、レーザ２に対して、前記半径方向の傾斜式は、傾斜および高さ変化の両方を記録する。両方のレーザ１と２の出力ビームは、（図４に示すように）当該表面の同じ場所に位置しているので、レーザ２およびＰＳＤ２からの前記半径方向の傾斜式からレーザ１およびＰＳＤ１からの前記半径方向の傾斜式を減算することが可能である。得られる減算結果は、高さ情報のみを含み、傾斜情報を含まない。レーザ２およびＰＳＤ２からの前記円周方向の傾斜式からレーザ１およびＰＳＤ１からの前記円周方向の傾斜式を減算することにより、同じ情報を得ることも可能である。（高さ情報のない）放射状の傾斜は、レーザ１およびＰＳＤ１から前記半径方向の傾斜式を選ぶことにより求めることが可能である。（高さ情報のない）円周方向の傾斜は、レーザ２およびＰＳＤ２から前記円周方向の傾斜式を選ぶことにより求めることが可能である。このようにして、表面の高さ変化および傾斜変化を独立して測定することができる。
【００２２】
この光学式プロフィルメータの別の実施形態において、図５に示すように、単一のレーザを使用し、複合角度で向けられた５０／５０鏡５０４が図５の５０２と付けられた当該表面上の位置に第２のビームを導く。５０／５０鏡５０４を通過するこのビームは、図５の当該表面上の５０１と付けられた位置に導かれる。当該物体の測定すべき表面全体は、当該表面の少なくとも２つの画像となる両方のビームで走査される。結果として得られる画像は、同じｘとｙ位置で輪郭が描かれる当該物体を持つように、記憶されて数字的に転換される。得られた転換画像を、上記の方法で高さプロフィルを付与するように減算することが可能である。この実施形態の利点は、単一のレーザと少ない光学構成要素だけを使用し、かつ２つのビームのビーム形状が同一なことである。
【００２３】
レーザ１とＰＳＤ１は、公称では半径方向の信号Ｓｒおよび円周方向の信号Ｓｃを測定する。しかしながら、ＰＳＤの特性によれば、傾斜情報に加えて高さ上で汚染されたレーザ１とＰＳＤ１から、結果的にＳｃを測定することになる。レーザ１とＰＳＤ１からのＳｒは傾斜情報のみを含む。レーザ２とＰＳＤ２も、公称では半径方向および円周方向の傾斜を測定する。しかしながら、レーザ２とＰＳＤ２からのＳｒは、レーザ１とＰＳＤ１からのＳｒとして傾斜情報および高さの両方を同じ位置で測定する。結果として、真の高さ変化は、レーザ１とＰＳＤ１からのＳｒからレーザ２とＰＳＤ２からのＳｒを減算することにより求めることが可能である。言い換えると、ＰＳＤ１からのＳｒからＰＳＤ２からのＳｒを減算する場合、傾斜情報は取り除かれ、高さ情報のみが残る。
【００２４】
同様の結果は、傾斜情報のみを含むＰＳＤ２からＳｃを減算することにより得ることが可能である。結果として、ＰＳＤ１からのＳｃからＰＳＤ２からのＳｃを減算することにより、高さ情報のみを含むデータが与えられることになる。この結果は高さの直接測定となる。この技術の利点は、高さの直接測定を与えるとともに、高速で非接触方法により実施可能なことである。この技術は、９０°ステップ角を有するステップ高さも測定可能である。傾斜測定を用いる従来のシステムでは、９０°ステップ高さを測定できない。
【００２５】
図６は、光学式プロフィルメータの側面図デザインを示す。この図は、容易に側面図デザインを示すために、レーザ１とＰＳＤ１だけを示している。図６において、光学式プロフィルメータは薄膜ディスクまたはウェハー上方に位置しており、当該ディスクまたはウェハーが回転している間、半径方向に平行移動される。
【００２６】
図６に示す入射角（θ）は、特定の用途に対して選定可能である。ＰＳＤが高さ感度を有しない法線入射以外ならば、どのような入射角でも選定可能である。透明基板を含む用途に対しては、当該表面からの反射信号を増加させるために４５°超えの角度を選定することを薦める。入射角が増加するにつれ、高さ感度も因子２ｓｉｎθだけ増加する。この因子のプロットを図７に示す。この図は、必要条件ではないが、ほぼ６０°以上の入射角が最適であることを示唆している。６０°超えの角度では、感度が増加するとともに透明表面からの信号が増加する。この実施形態では、前記２つのレーザの焦点スポットサイズが実質的に同一であるとともに、レーザスポットが可能な限り密接に重なることが必要である。
【００２７】
磁気ディスク産業における課題は、ディスクの製造の最終段階で薄膜ディスクに対して欠陥を検査することである。薄膜ディスクの製造者は、薄膜ディスクの両面を同時に検査する必要がある。課題は、ディスクと（ディスクを保持する）チャックとの間の隙間がたった１インチ（２５．４ｍｍ）以下であることである（図１３の１３０４参照）。このことにより、ディスクとチャックとの間の小さな空間に適合させるために、光学素子を小型化する必要がある(図１３参照)。この課題の解決策は、図８、９、１０および１１における光学デザインを使用することにより得ることが可能である。これらのデザインは、装置の性能を悪化させることなく、デザインを小型化することを可能にする重要な改善をいくつか有する。先ず第１に、このデザインは、光信号の直流（ＤＣ）水準の安定化を達成するために、レーザダイオード８０１内に含まれる内部フィードバックフォトダイオードを使用する。第２に、入射角θは、１“空間の必要内に適合するように、機器の高さを低減するよう調節される。第３に、機器の表面の物理特性測定能力の特徴は、図８と９に示す位相・正反射検出器８０８および８０９内に組み込まれている。位置敏感検出器８０８および８０９（四分円光検出器）は、両位相検出器、反射検出器および表面の物理特性測定検出器の役目を果たす。第４に、機器の寸法は、図８に示すウォラストンプリズム８０７の代わりに、図９に示す偏光ビームスプリッタ９０１を使用することにより減少可能である。偏光ビームスプリッタ９０１またはウォラソンプリズム８０７は、入射面に対して４５°回転される。
【００２８】
本発明の別の実施形態では、次のセクションで記述する非直交成分にビームを分割するビームスプリッタを使用することが可能である。図１０に示すようにビームをディスク上に導く２つの球面鏡１００４および１００６を使用すれば、横方向の寸法を縮小することになる。前記鏡１００４および１００６は、図１０に示すように複合角度で調節される。このことは、図１０の「Ａ」方向に沿った図面である図１１にも示されている。この図１１では、複合角度にある鏡は１１０２と１１０４である。これらの鏡は、ビーム１１０３をディスクまたはウェハー１１０１上に導く。このビームを当該ディスクまたはウェハー上に導くのに加えて、前記球面鏡はこのビームを小さなスポットに焦点を合わせもする。代替の実施形態では、平面鏡１２０２と１２０３が、図１２に示すように焦点レンズ１２０１と組み合わせて使用されている。ビームがディスクに当たる点の上方に位置するシリコン光検出器、アバランシェ型フォトダイオードまたは光電管１２０４も図１２に示してある。この要素は、サブミクロン粒子の検出を可能にする。アバランシェ型フォトダイオード１２０４は、カルフォルニア州カマリロにあるアドバンストフォトニックス社から入手可能である。
【００２９】
図８を参照すると、ダイオードレーザ８０１からのレーザビームは、線形偏光器８０２および焦点レンズ８０３を通過し、次にディスクまたはウェハー８０４に当たる。当該表面から反射すると、このビームは再コリメートレンズ８０５と１／４位相差板８０６を通過し、入射面に対して４５°回転されるウォラストンプリズム８０７のような偏光ビームスプリッタを通過して２つの四分円光検出器８０８および８０９上に至る。当該正反射信号は、時定数κを乗じた位置敏感検出器１、つまり８０９からの信号の合計を位置敏感検出器２、つまり８０８の合計に加算することにより求められる。
正反射信号＝（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）＋κ×（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）
２つの分割ビーム（Ｃｏｓ（ｐｓ））間の位相シフトのコサインは、時定数をＫを乗じた前記検出器２、つまり８０８の要素の合計から前記検出器１、つまり８０８の要素の合計を減算することにより求められる。
Ｃｏｓ（ｐｓ）＝（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）−Ｋ×（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）
図８の前記検出器１、つまり８０９を参照すると、円周方向における傾斜は、下式で与えられる。
円周方向における傾斜＝｛（Ｂ１＋Ｃ１）−（Ａ１＋Ｄ１）｝／（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）
半径方向における傾斜は、下式で与えられる。
半径方向における傾斜＝｛（Ａ１＋Ｂ１）−（Ｃ１＋Ｄ１）｝／（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）
【００３０】
円周方向または半径方向における表面の物理特性は、それぞれ半径方向または円周方向における傾斜を積分することにより求められる。傾斜信号も、１を２に入れ替える以外は上記と同じ式で前記検出器２、つまり８０８から得ることが可能である。
【００３１】
図８、９、１０および１２のデザインを使用すれば、サブミクロンのスクラッチ、粒子、汚れ、ピット、盛り上がり、取り扱い疵、カーボン層の磨耗、外径疵および汚染物の測定が可能になる。このデザインでは、カー回転角の測定による縦方向のカー効果も測定することが可能である。このデザインの利点は、位相シフト、反射率、半径方向と円周方向の傾斜および散乱光の測定を組み合わせた検出器により可能になる小型化である。
【００３２】
小型の光学デザインは、図１３に示すように薄膜ディスク１３０２の上部および下部に搭載可能であり、そして結果として得られる組み合わせは、ステッパまたはＤＣサーボモーター駆動台１３０８で当該ディスク表面上にそのまま移動される。スピンドルモーター１３０６は、光学素子１３０１が半径方向に平行移動される間、当該ディスク表面の１００％が欠陥に対して測定可能なようにディスクを回転させる。この装置全体はベースプレート１３０７上に搭載される。電子装備一式は、ステッパモーター１３０３の上方に位置する。ディスクは高速で回転する真空チャック上に設置される。
【００３３】
透明ガラス基板１４０６および他の透明物体の検査における課題は、上面と下面からの信号を分離することである。このことは、下面１４０５からの信号を阻止する空間フィルタ１４０４の使用により達成可能であり、このことは上面反射１４０３に影響を与えない。図１４は、光学表面分析器（ＯＳＡ）の光学デザインにおいてこのことを示している。入射光ビームは１４０１である。
【００３４】
空間フィルタ１４０４は、積分球１４０２の下面に取り付けられた小さな楔形状のものである。この空間フィルタの位置は、単に下面反射１４０５を阻止し、上面反射１４０３を妨げないように調節される。本発明によれば、透明ガラス基板またはウェハー１４０６の上面と下面との情報を分離することが可能になる。本発明は、ニオブ酸リチウム、石英ガラス、フォトレジストおよび他の透明酸化物をも扱う。
【００３５】
代替のデザインでは、当該空間フィルタを積分球の底に取り付ける必要がない。例えば、積分球は省略してもよく、空間フィルタは光学素子本体上の他のどのような位置に取り付けてもよい。決定的な点は、上面および下面からの反射が側面で分離されるように、空間フィルタが透明基板に十分に近く位置していなければならないことである。このようにして、空間フィルタで下面反射を捕捉して上面反射が影響されないようにすることが可能である。
【００３６】
半導体ウェハーの測定における課題は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）工程により引き起こされる欠陥の検出である。この欠陥は、残留した銅、窒化物、スラリー、粒子、スクラッチおよび汚れである。その測定は、半導体ウェハーが表面において非常に複雑なパターンを有することにより複雑になっている。測定の目的は、半導体ウェハーの表面上にある半導体デバイスの複雑なパターンから欠陥を分離することである。このことは図１５に示すデザインにより達成可能である。この装置には、入射ビームのＰおよびＳ偏光成分間の位相シフトを測定する手段および当該表面の物理特性を測定する手段が含まれる。当該装置は、レーザ１５０１および偏光器１５０２を含む。このレーザは、焦点レンズ１５０３に導かれ、そしてモーター１５０６により回転されるウェハーまたはディスク１５０５上にビームを導く鏡１５０４に導かれる。この反射ビームは、別の鏡１５０７によりコリメータレンズ１５０８に導かれ、そして１／４位相差板を通過する。１／４位相差板を通過する信号は、入射面に対して４５°に向けられた偏光ビームスプリッタ１５１１に導かれる。分割ビームは、２つの光検出器１５１０および１５１２で測定される。入射ビームの位相シフトは、光検出器１５１０と１５１２の振幅差に比例する。
【００３７】
分割ビーム間の位相シフトが測定された場合、半導体パターン線の向きは、測定される位相シフトに実質的な効果を有することが判る。望ましいのは、半導体パターンを除去して欠陥を強調することである。これを達成する手段は、図１６に示すように、ウェハーを２つの直交ビームで画像化することである。図１５に示す光路は、図１６に示す各ビームを発生させる。図１６におけるレーザ１６０１および検出器１６０２は、半導体パターン線の配向に起因する１つの特定振幅を有する表面の位相シフト画像を発生する。レーザ１６０３および検出器１６０４は、レーザ１６０１および検出器１６０２により発生される特定振幅パターンと、形状では同一であるが振幅では逆の特定振幅パターンを有する。これは、両方のレーザの光ビームの向きが、前記パターン線に関して直交しているからである。結果として、発生するのは、半導体パターン線からの逆の振幅位相シフト信号を有する、半導体表面の２つの位相シフト画像である。この２つの画像が一緒にされると、半導体パターンは非常に薄くなる。他方、欠陥は前記２つの直交ビームにおいて位相シフトを変化させず、結果として、２つの直交画像が加算された場合、欠陥では振幅が増加し、半導体パターンでは振幅が減少する。大部分の欠陥は本質的に等方性であり、半導体パターン線に関して強い異方性を有しないので、欠陥は逆の位相シフト振幅を有しない。この技術は、欠陥信号を有効に強調するとともに、半導体パターン信号を減少させる。焦点を合わせられたビーム１６０７は点１６０６で交差する。装置全体はハウジング１６０５内に収納される。
【００３８】
本発明は、そのままここに参照して組み込んだ米国特許出願番号０９／７１８，０５４に記載されているように、表面の物理特性を同時に測定可能であると言う付加的な利点を有する。好ましい実施形態において、図１５に示す入射角（θ）はほぼ６０°である。用途に応じて大きな入射角や小さな入射角を使用することができる。例えば、透明基板を調べる場合では大きな入射角を使用する。このことは、透明基板では大きな入射角で上面から大きな信号を与えるので、有利であろう。複数の入射角での同時測定は、レーザ１６０１の入射角を第１の角度θ1、そしてレーザ１６０３の入射角を第２の角度θ2とすることにより達成してもよい。これは両方のレーザ１６０１および１６０３に対して反射鏡１５０４および１５０７の角度を変更することを含む。入射角θ1およびθ2は、０°と９０°の間でよい。この特定の実施形態によれば、２つの入射角を同時に走査することが可能になる。別の入射角の同時走査は、直交する1対のレーザ１６０１と１６０３との間の角度で、図１６の別のレーザを追加することにより得てもよい。レーザ１６０１と１６０３との間に追加される各レーザを、０°と９０°の間のどのような入射角で表面に入射するように調節してもよい。
【００３９】
複数の波長における同時測定は、各レーザ１６０１と１６０３を異なる波長にすることにより達成してもよい。このようにして位相シフトと反射率情報を２つの波長で同時に集めてもよい。追加のレーザと検出器を直交するレーザ１６０１と１６０３間に位置付けることにより、別の波長を追加してもよい。レーザ１６０１と１６０３間に追加される各レーザは、どのような波長も同時に基板またはディスク１５０５に入射することが可能なように異なる波長を有する。
【００４０】
多波長入射または多角度入射の利点は、各角度または波長が基板またはディスク１５０５の特性の異なる情報を与えることである。例えば、短波長であれば、小さな粒子や薄い膜の検出が可能である。
【００４１】
図１７は、ビームを非直交偏光成分に分割するビームスプリッタの使用による楕円偏光の位相シフトの測定を説明する図である。入射楕円偏光ビームには１７０１の番号が付けられており、このビームは１／４位相差板１７０２に導かれ、続いてビームを非直交偏光成分に分割するビームスプリッタ１７０３に導かれる。ビームスプリッタ１７０３に内在するのは、ウォラストンプリズム１７０４または偏光立方体ビームスプリッタおよび半位相差板または光学的に活性な１/４石英偏光回転装置のような偏光回転装置１７０５である。ビームスプリッタ１７０３を離れる２つのビームは、番号１７０６および１７０７で表示されるように同じ方向に偏光される。一般的に、ビームスプリッタ１７０３を離れる２つのビームは、他方に対してどのような角度に偏光されてもよい。このことは、１７０７を離れるビームがビーム１７０６に対して、任意の角度で偏光されるように（ビームスプリッタ１７０３に内在する）半位相差板１７０５を任意の角度へ回転することにより達成される。当該ビームがビームスプリッタ１７０３を離れた後、このビームは拡散器１７０８に当たり、続いて光検出器１７０９および１７１０により検出される。この型のビームスプリッタ１７０３の利点は、出射ビームが同じ方向に変更可能なことである。結果として、ビーム１７０６および１７０７が、拡散器１７０８と光検出器１７０９および１７１０に当たる場合、これらの表面からの反射は同一であるとともに、検出信号は表面反射により同一に低減する。このことは、機器の較正をかなり容易にする。入射ビーム１７０１の位相シフトの計算は、光検出器１７０９および１７１０により測定されるように２つのビームの振幅差に比例する
【００４２】
先の段落で論議した入射レーザビームは、Ｐ、Ｓまたは４５°偏光ビームとして記述した。これら先の論議内容は、本発明の好ましい実施形態である。非偏光の光で表面を照らし、結果として得られる反射光を同じ光学的および電子的な方法で検出することも可能である。偏光されていない光源を使用した結果得られる検出信号は、さらに位相シフト、表面の物理特性、反射率、欠陥および粒子の測定を行う。
【００４３】
従来の光学式プロフィルメータの課題は、材料（反射率）に依存することである。言い換えると、ガラス基板上のクロムを含むステップ高さは、クロム基板上のクロムの同じステップ高さと異なる光学的な測定高さを与える。本発明の実施形態はこの制限を取り除く。図３から６に示す光学式プロフィルメータが、材料に依存する理由を図１８に示す。図１８は、Ｓ、Ｐまたはランダム偏光された光に対する銅およびガラスの反射率対角度を示す。レーザビームがガラスサンプル上に焦点を合わせられた場合、このビームは角度の大きさが焦点レンズの開口数に依存する角度範囲を含む。適度の開口数０．１３を想定すると、角度範囲は１５°である。入射角が５８°とすると、入射角は５１°から６６°で変動する。結果として、反射ビームは、入射強度変動により乗算される、当該材料対５１°と６６°との間の角度の反射率により与えられるプロフィルに渡って強度変動を有する。例えば、ガラスの場合には、Ｓ反射率はこの角度範囲において１１から２３％で変動する。他方、銅は同じ角度範囲で８２から８８％のＳ反射率変動を有する。この実質的な結果によれば、ビームの中心軌跡は、銅とガラスの両方に対しより大きな角度の方に移動するが、移動量は銅に対するよりもガラスの方がずっと大きい。結果として、焦点を合わせられたビームがガラスから銅を走査した場合、四分円光検出器上のビームの中心軌跡は、高さ変化が実際にない時には見かけの高さ変化を示しながら移動する。
【００４４】
材料（反射率）効果を低減させる（解消はしない）１つの方法は、ランダム偏光された光を使用することである。この論議に関し、ランダム偏光された光は、円形または４５°線形に偏光された光と同等である。図１８は、ランダム（または円形または４５°線形に）偏光された光は、入射角が４５°未満の場合には入射角の変動がずっと少ない。結果として、材料（反射率）効果は、ランダム、円形または４５°線形に偏光された光と一緒に４５°未満の入射角（θ）を使用することにより、さもなければ強い反射率依存を示すデザインにおいて低減可能である。上記の基準が図３から６、２７、２８、２９および３１に示すデザインに適用されるならば、材料（反射率）依存は低減される。
【００４５】
図１９から２６に示す実施形態は、逆反射体の使用により材料（反射率）依存を完全に取り除いている。図１９および２０に示す実施形態は、５０／５０非偏光ビームスプリッタ１９０３により分割され、シリコンウェハー、薄膜ディスクまたは光基板でよい基板１９０７上にビーム１９０６を小さなスポットに焦点を合わせる焦点レンズ１９０４に導かれるＳ偏光レーザダイオード１９０１を含む。当該ビームは前記基板から反射し、第２のレンズ１９０４により再コリメートされて逆反射体１９０５から反射される。逆反射体１９０５は、両方ともニューメキシコ州アルバケルクにあるシーブイアイ社から入手可能な、従来の逆反射プリズム（ポーロプリズム）または従来の立方体角プリズムであってもよい。
【００４６】
この逆反射したビームは、次に前記基板上に再度焦点を合わせられて２度目の反射をし、そして高さおよび傾斜が測定される四分円光検出器１９０２に移動する。基板からのこの２重反射は、光信号から材料依存性を取り除く。前記逆反射体は基板から第１の反射をしてビームプロフィルを倒置し、そして第２の反射を行う表面に倒置したビームプロフィルを反射し返す。第２の反射は、ビームプロフィルが前記逆反射体により倒置されているので、第１の反射と正反対の方法でビームプロフィルを変える。結果として、２重反射したビームは、対称プロフィルを有するとともに、その中心軌跡はビームにおいて材料、反射率、偏光、入射角または角度範囲に関わらず移動しない。しかしながら、高さ変化が存在すると、高さ変化量は逆反射体により倍になる。
【００４７】
表面から反射があるビームプロフィルにおける変化を図３４Ａから３４Ｃに示す。図３４Ａでは、説明の目的のため均一なビームプロフィルが選ばれている。実際の装置においては、ビームプロフィルはガウス分布形状を有している。調査中の表面から反射後、大きな入射角から入射するビーム部分（図３４Ｂの右）は、図３４Ｂに説明するプロフィルにより示されるように、より大きな強度を有する。どのような高さ変化もない場合でも、ビームの中心軌跡が移動する結果となるのは、図３４Ｂに示す不均一な強度である。ビームが前記逆反射体に当たる場合、プロフィルは倒置されて第２の反射を行う表面に再度導かれる。第２の反射は、図３４Ｃに示す対称ビームプロフィルを生成する。この２つの反射および逆反射体により生成される対称ビームプロフィルは、当該ビームが反射している材料に関わらず高さ変化がない場合には、中心線軌跡移動を有しない。
【００４８】
図２０に示すように、焦点の回りに鏡像となっている第２の光ヘッドを使用すれば、傾斜と高さの分離が可能になる。図２０において、２００１はＳ偏光レーザダイオード、２００２は四分円光検出器、２００３は５０／５０非偏光ビームスプリッタ、２００４は焦点レンズ、２００５は逆反射体、そして２００６は焦点を合わせられたビームである。これらの光ヘッドが図２２に示すように組み合わされて出力が加えられる場合には、傾斜信号は打ち消し、高さ信号は加算となる。図２２において、２２０１はＳ偏光レーザ、２２０２は四分円光検出器、２２０３は５０／５０非偏光ビームスプリッタ、２２０４は焦点レンズおよびコリメータレンズ、そして２２０５は逆反射体である。分離角度φは、通常１０°未満に設定される。四分円光検出器は、入射面に対して垂直方向に２セルに分割された２セル検出器と置き換えてもよい。
【００４９】
感度は、大きな入射角や逆反射体を使用し、鏡像ヘッドの出力を一緒にすることにより増加する。理論的には、感度は実際の表面高さの８倍に増加させることが可能である。これには９０°の入射角が必要であろうが、実際には逆反射体付きで入射角６０°を使用するとともに、２つの鏡像ヘッドを合計することにより６．９の感度増加を得ることができる。このことは、結果として高側面解像、高感度の達成が可能で、９０°ステップ高さを測定でき、材料に依存せず、かつ傾斜および高さ信号を分離する光学式プロフィルメータになる。
【００５０】
図１９に示すデザインの代替の実施形態は図２１で与えられる。このデザインは、偏光ビームスプリッタ２１０２に導かれるＳ偏光レーザ２１０１を使用する。Ｓ偏光ビームは、偏光ビームスプリッタ２１０２により完全に反射されるとともに、円形偏光された光が基板上に焦点を合わせられるように向けられる１/４位相差板２１０３を通過する。円形偏光された光は、逆反射されて１/４位相差板２１０３を２回目通過する。通過した光は、この点でＰ偏光されて反射することなく偏光ビームスプリッタ２１０２を通過し、そして当該四分円光検出器に衝突する。このデザインは、図１９に示すデザインよりも光学的にずっと効率がよく、ビームがレーザ２１０１の方に再反射しない。このデザインの欠点は、円形偏光された光に対して表面から反射される信号が、Ｓ偏光された光に対してよりも少ないことである。図２１に示すデザインは、円形偏光された光を使用する光学式プロフィルメータが創られるように図２２の要素を置き換えてもよい。
【００５１】
材料に依存しない光学式プロフィルメータの別の実施形態を図２３に示す。この実施形態は、単一Ｓ偏光レーザダイオード２３０１および５０／５０非偏光ビームスプリッタ２３０２を使用する。この分割ビームは、１対の５０／５０非偏光ビームスプリッタ２３０３に導かれ、そして当該基板上に焦点を合わせられる。このデザインの利点は単一レーザを使用することである。このデザインは、図２１に示す円形偏光された要素も使用してよい。
【００５２】
図２４は、材料に依存しない光学式プロフィルメータの別の実施形態を示す。このデザインは図２２に類似しているが、この場合にはビームが重ならない。個々の要素２４０１と２４０２は機械的に一緒に取り付けられており、同時に基板上を走査する。結果として得られる２つの画像は、当該基板上の２つのビームの位置の差を説明するために、ソフトウェアで一列に並べられる。ビームがソフトウェアで一列に並べられると、前の段落で記したように、画像は傾斜と高さが分離できるように加算される。このデザインは、図２１に示す円形偏光された要素も使用してよい。
【００５３】
図２５は、傾斜と高さを分離するとともに、材料に依存する光学式プロフィルメータの別の実施形態を示す。このデザインは、図２２、２３および２４で使用される４つのレンズの代わりに２つしかレンズを使用しない。このデザインの利点は、少ない光学構成要素を使用することである。このデザインは、図２１に示す円形偏光された要素も使用してよい。
【００５４】
図２６は、半導体パターンの効果を除去するために使用される光学式プロフィルメータのデザインを示す。パターン化された半導体ウェハーは、入射面が図４に示すように半径方向または円周方向に向けられる固定ビームの下方で回転する場合には、人為的な結果が半導体パターンの配向に依存するデータにおいて創出される。この効果は、図２６に示す円周方向に向いたプロファイラ２６０１および半径方向に向いたプロファイラ２６０２を含むデザインにより除去可能である。これら両方のヘッドがパターン化されたウェハーの表面を同時に走査するように使用されるとともに、２６０１および２６０２からの個々の出力が一緒にされると、結果として得られるデータは半導体ウェハー上のパターンに依存しない。このデザインは、図２１に示す円形偏光された要素も使用してよい。
【００５５】
従来の光学式プロフィルメータの別の課題は、薄い透明層上のステップ(段差)またはプロフィル測定しようとする場合に、正しくない結果を与える可能性があることである。これは、薄い透明層からの下面反射が上面からの信号に加算される妨害信号を与えるからである。この問題は、ほぼ全ての透明材料が強く吸収する図１９（１９０１）の当該レーザに対して、ディープＵＶ（紫外線）波長（例えば２６６ｎｍ）を使用することにより解決可能である。ディープＵＶレーザを使用すると、薄い透明層がＵＶ信号を吸収するので下面反射がない。２６６ｎｍのレーザを使用する付加的な利点は、２０００Åの側面解像度となるほぼ０．２μｍのビームサイズに焦点を合わせることが可能だからである。
【００５６】
図２７は、傾斜と高さも分離する光学式プロファイラを示す。このデザインは、材料（反射率）変化に敏感であるが、このことは前に述べたように４５°未満の入射角を選び、適度な開口数で動作させるとともに、ランダムまたは円形または４５°線形偏光を使用することにより最小にすることが可能である。この実施形態は、偏光ビームスプリッタ２７０８に入射するランダムまたは円形または４５°線形偏光レーザ２７０１から始まる。Ｐ成分は、発信されて半位相差板２７０７によりＳ偏光に回転される。この反時計回りに伝播するビームは、右に進み続け、偏光ビームスプリッタ２７０８により全反射し、そして反射鏡２７０６により基板２７１１上に導かれる円形偏光された光を生成するように、向けられた１/４位相差板２７０９を通過する。レンズ２７０５は当該ビームの焦点を合わせ、反射後、ビームは第２の同一のレンズ２７０５により再コリメートされる。次にビームは第２の反射鏡２７０６に導かれ、そしてＰ偏光を生成するように向けられた第２の１/４位相差板２７０４を通過する。Ｐ偏光されたビームは、偏光ビームスプリッタ２７０８を通過して四分円光検出器２７０２に衝突する。同様の光路は、時計回りに伝播するビームにより辿られ、このビームは右の四分円２７０３に衝突する。
【００５７】
基板２７１１が２７１０により表示されるように傾斜を変化させる場合、時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＷ）のビームは、検出器２７０２および２７０３上で同一方向に移動する。２７１０で示される傾斜変化に対しては、両方のＣＷおよびＣＣＷのビームは、２７０２および２７０３上で右へ移動する。高さ変化がある場合には、２７０２および２７０３上で逆方向に移動する。例えば、基板面２７１１が上昇する場合には、２７０２上のＣＣＷビームは右に移動し、ＣＷビームは２７０３上で左に移動する。結果として、２７０２および２７０３の出力が減算されると、傾斜信号は打ち消して高さ信号は加算される。このデザインは傾斜変化に敏感ではなく、高さ変化感度を倍加する。
【００５８】
図２８は、傾斜と高さを分離する光学式プロフィルメータの別の実施形態を示す。このデザインは、材料（反射率）変化に敏感であるが、この効果は、先に論議したように、入射角４５°未満を選び、適度の開口数で動作してランダムまたは円形または４５°未満線形偏光を使用することにより、最小化することが可能である。このデザインは、５０/５０非偏光ビームスプリッタ２８０２上に直接に向けられる４５°線形偏光レーザ２８０１で始まる。反射されたビームは、偏光ビームスプリッタ２８０３上に向けられる。この偏光ビームスプリッタ２８０３は、グラン-トムプソンビームスプリッタまたは偏光立方体ビームスプリッタまたは同様のどのような偏光ビームスプリッタでもよい。分割されたビームは、反時計回り（ＣＣＷ）に伝播するＰ偏光成分および時計回り（ＣＷ）に伝播するＳ偏光成分に分離される。Ｐ偏光されたＣＣＷビームは、Ｓ偏光されて残りの非Ｓ偏光強度がＳ指向偏光器２８０５により取り除かれるように、半位相差板２８０４により回転させられる。このＣＣＷビームは、反射鏡２８０６により焦点レンズ２８０７に導かれ、基板２８０８から反射される。このＣＣＷビームは、べつの同一のレンズ２８０９により再コリメートされ、別の反射鏡から反射され、別のＳ偏光器２８１１を通過し、そして偏光ビームスプリッタ２８０３から反射する。結果として得られるビームは、ビームスプリッタ２８０２に導かれ、１部分は通過して四分円光検出器２８１２に衝突する。この四分円光検出器は、入射面に垂直な分割を有する２セル検出器に置き換えてもよい。
【００５９】
ＣＷ伝播ビームは、前記ビームスプリッタ２８０３から反射後、ＣＣＷビームと同様な光路を辿る。このＣＷビームが基板２８０８から反射して偏光ビームスプリッタ２８０３を通過後、１部分は非偏光ビームスプリッタ２８０２通過して四分円光検出器２８１２に衝突する。この基板が傾斜を有する場合には、ＣＷおよびＣＣＷビームは、検出器２８１２上で離れて（反対方向に）その出力はゼロになる。この基板が高さ変化を有する場合には、ＣＷおよびＣＣＷビームは、検出器２８１２上で同一方向に移動し、その出力は単一ビームの２倍になる。このデザインの利点は、単一検出器を使用して傾斜と高さを分離し、２倍の高さ信号を与えることである。ＣＷおよびＣＣＷビームは直交偏光されているので、検出器２８１２上における干渉はない。
【００６０】
図２９は、傾斜と高さを分離する光学式プロフィルメータの別の実施形態を示す。このデザインは、材料の違いの効果を最小化するように、基板に入射する４５°に線形偏光された光を使用する。このデザインは、ＣＣＷビームが入射するＰ光を４５°回転させるように向けられる半位相差板２９０１に遭遇し、かつこの光が４５°に向けられた線形偏光器２９０２を通過する以外は、図２８に示すデザインと同様である。当該基板から反射すると、前記ビームは、第２の４５°に向けられた線形偏光器２９０３を通過するとともに、Ｓ偏光されるように偏光を付加的に４５°回転させるように向けられる半位相差板２９０４を通過する。Ｓ偏光された光は、当該ビームスプリッタから完全反射して四分円光検出器２９０５に導かれる。入射角がほぼ３０°に設定され、開口数が約０．１３に選ばれると、このデザインは、当該高さ信号における材料相違の効果を低減する。このデザインの利点は、２倍高さ感度、低減された材料敏感性、高さと傾斜の分離および単一検出器である。
【００６１】
図２９と２２に示すデザインの利点と不利点を比較するのは興味深い。単一検出器を使用しているので、図２９は簡単であるが材料敏感性を有する場合がある。図２９のデザインは、材料敏感性のために相対的に小さな開口数に制限されるのに対し、図２２のデザインは、どのような開口数も使用可能である上に材料依存ではない。図２９のデザインの入射角は、材料敏感性のために４５°未満に制限される。このことが図７による感度を低減させるのに対し、図２２のデザインはこの感度損失で苦しめられない。図２２の逆反射体および２ヘッドデザインは、高さ感度において４倍の増加を付与する。このことおよび入射角乗数は、図２２のデザインの理論的高さ感度が物理的高さ変化の８倍であることを意味する。図２９に適用した同じ解析によれば、物理的高さ変化の２倍が付与される。要約すると、図２２のデザインは材料に敏感でなく、完全に傾斜打消しを達成し、ずっと高い側面解像度で動作可能であるとともに、図２９のデザインより４倍を超えて感度がよい。図２９のデザインの利点は、単一検出器の簡単さである。図２８および２９のデザインも、ＣＷおよびＣＣＷビームに対する光路長が同一なので、完全な傾斜打消しを達成する。ＣＷおよびＣＣＷビームは、直交偏光しているので検出器２９０５上で干渉がない。
【００６２】
図３０は、傾斜のみを測定し、高さおよび材料（反射率）変化を受け入れない光学デザインを示す。このデザインにおいては、ウォラストンプリズム３００１がこの場合では偏光ビームスプリッタとして作用する以外は、図２９に示すデザインと非常に類似している。プリズム３００１の向きは、ＣＷおよびＣＣＷビームの両方がこのプリズム内の分割の同じ側でプリズムに当たることを意味する。このことは、どのような高さ（または材料）変化も当該検出器において反対方向に移動し、傾斜変化は同じ方向に移動することを意味する。結果として、このデザインは、材料敏感性および高さ変化を受け入れず、傾斜に対する感度を倍加する。このデザインは、高感度傾斜測定装置として企図されている。この傾斜は、積分されて当該表面プロフィルになる。
【００６３】
図３１に示すデザインは、高さを測定して傾斜を受け入れない光学式プロファイラの別の実施形態である。このデザインは、材料（反射率）敏感性がある。図示するこのデザインは、Ｓ偏光された光を使用するが、例えば、ランダムまたは円形または４５°線形偏光された光を使用することも可能である。これらの偏光の１つが使用されて入射角θが４５°未満であると、材料敏感性は低減される。このデザインは、当該ビームの１部分を偏光ビームスプリッタ３１０６に導く５０/５０非偏光ビームスプリッタ３１１１上に導かれる４５°線形偏光されたレーザ３１０１で始まる。このスプリッタ３１０６は、前記ビームのＳ部分を反射し、これを（線形偏光を向上するために）Ｓ偏光器３１１０を通過させるとともに、反射鏡３１０９により基板３１０７上へと曲げる時計回り方向に導く。このＣＷビームは、レンズ３１０４により焦点を合わせられ、基板３１０７から反射後同一のレンズ３１０４により再コリメートされる。当該ビームは反射鏡３１０３により曲げられ、別のＳ偏光器３１０２を通過し、偏光ビームスプリッタ３１０６に衝突するとともに、３１０５から反射して偏光ビームスプリッタ３１０６を通過するＰ偏光にＳ偏光を変換する１／４位相差板・鏡の組み合わせ３１０５上へ下方に反射され、そして１部分が３１１１を通過して四分円光検出器３１１２に衝突する。当該ＣＣＷ伝播ビームは、四分円光検出器３１１２に衝突する前に同様の光路を辿る。２セル検出器は、入射面に垂直な方向に２セルに分割された四分円光検出器３１１２に替えてもよい。
【００６４】
図３１に示す実施形態は、図２８および２９に示す実施形態と同じように動作する。当該ＣＷおよびＣＣＷビームが当該基板において傾斜３１０８に遭遇する場合には、ビームは検出器３１１２上で離れて移動する。高さ変化に遭遇する場合には、ＣＷおよびＣＣＷビームは検出器３１１２上で同じ方向に移動する。結果として、傾斜変化は打ち消されて高さ変化が倍加する。このデザインの利点は、単一検出器を使用することである。この実施形態は、ＣＷおよびＣＣＷビーム光路が単に偏光ビームスプリッタ３１０６の長さだけ異なるので、ほぼ完全に傾斜打消しを達成する。ＣＷおよびＣＣＷビームは、直交偏光しているので検出器３１１２上で干渉がない。
【００６５】
図３２は、材料に依存しない光学式プロフィルメータの光学的に走査した実施形態を示す。この実施形態は、当該ビームを点ＡからＢ（Ｘ方向）に走査する回転ポリゴン３２０２（アリゾナ州フェニックスにあるリンカーンレーザ社より入手可能）またはＸＹガルバノメータースキャナ（マイアミ州ウォータータウンにあるジイエスアイルモニックス社より入手可能）または音響光学スキャナ（ニューヨーク州フレッシュメドウズにあるエレクトロ−オプティカルプロダクツ社より入手可能）を使用する。１対のＸＹガルバノメータースキャナまたは音響光学スキャナは、当該ビームを２次元で走査するように使用してもよい。代わりとしては、Ｘ方向（ＡからＢ）に走査するように図３２のデザインを使用するとともに、Ｙ方向（紙面に垂直な方向）に走査する機械的な台を使用することである。このデザインは、時計方向の動きにおいてビーム３２０９を走査するスキャナ３２０２上に導かれるＳ偏光されたレーザダイオード３２０１を使用する。このスキャナは、走査レンズ３２０６の背面焦点面に設置される。言い換えると、スキャナ（この場合は回転ポリゴン）３２０２は、スキャンレンズ３２０６からのビーム光路に沿う一方の焦点距離に設置される。走査されたビームは偏光ビームスプリッタ３２０４に入射して、１／４位相差板３２０５上で全反射し、そして当該ビームが点ＡからＢ走査される走査レンズ３２０６上で全反射する。点ＡまたはＢで基板３２０８から反射すると、ビームは第２のスキャンレンズ３２０６を通過し、走査レンズ３２０６の背面焦点面に設置された逆反射体３２０７に入射する。この逆反射体は、ビームがその光路を戻るようにし、１／４位相差板３２０５を２度目に通過する際には、ビームはＳ偏光されて偏光ビームスプリッタ３２０４を通過し、走査レンズ３２０６の背面焦点面近くの点に設置された四分円光検出器に入射する。当該ビームは、四分円光検出器３２０３を横切って図示の方向に走査される。
【００６６】
本発明の実施形態により傾斜と高さの項を分離するために、鏡像デザインが図３２の上部に用いられており、この鏡像デザインは図３２の下部に３２１０として示されている。この実施形態３２１０は、両方のビームが点ＡからＢに走査するように、時計回りの方向に回転するポリゴンスキャナをも有することが可能である。図３２の上部および下部のデザインの四分円光検出器からの出力が一緒にされる場合には、結果として得られる信号は基板３２０８の高さに比例し、傾斜には依存しない信号を与える。言い換えると、傾斜の項は打ち消して高さの項は加算する。この信号は、先の段落で論議した理由で材料の反射率にも依存しない。図３２のデザインの特徴は、点ＡとＢに導かれるビームの光路長の大きな差に見られる。このことは、焦点（おおきなスポットサイズ）デザインの大深度を使用しなければならないので、ビームがこの大きな光路長差に渡って焦点が合っているためには、このデザインが低解像度において最善で使用されることを意味する。
【００６７】
解像度を増す代替の実施形態を図３３に３３０１として示す。このデザインにおいて、図３２のレーザダイオード３２０１、ポリゴンスキャナ３２０２および偏光ビームスプリッタ３２０４は、当該レーザおよびポリゴンが図３３の３３０１に示されるように配置されるように９０°だけ回転される。他の構成要素は全て変更がなくそのままである。図３３は装置の上部からの見た図であるのに対し、図３２は側面から見た図である。３３０１の実施形態は、当該ビームを点ＡからＢに走査し、走査レンズからＡおよびＢへの光路長が等しいので、ずっと高解像度（小さなスポットサイズ）の光学デザインを使用することが可能である。本発明の実施形態より傾斜と高さを分離するためには、線分ＡＢ回りの鏡像３３０１が、四分円光検出器３３０１に加算される３３０２の四分円光検出器として図示される第２のヘッド（図３２に類似）を創出するように使用される。このことは、図３２におけると同じように傾斜と高さを分離する。図３３に示すように、当該ポリゴンスキャナはビームをＹ方向に移動させる。機械的な台（図示せず）または第２のポリゴンスキャナはＸ方向の走査を達成可能である。
【００６８】
図３６は、単一検出器を使用する材料に依存しない光学式プロファイラの別の実施形態である側面図を示す。このデザインは、図３６において単一検出器が必要とされる以外は、図１９から２５に示すデザインと同様である。３６０１は従来の偏光ビームスプリッタ、３６０２はＰ方向に向けられた線形偏光器、３６０３はＳ方向に向けられた線形偏光器、３６０４は半位相差板または光学的に活性な石英でよい９０°偏光回転装置、３６０５および３６０６は反射鏡であり、３６０７は四分円光検出器、３６０８は鏡像光学システムの一方からのビーム、そして３６０９は鏡像光学システムの他方からのビームである。鏡像光学システムの両方は、図３６に実線と破線で示している。この光学システムの実線の半分と破線の半分は、図３７に示すように同じ面内にない。図３６および３７のデザインの利点は、図１９から２５のデザインにおいて使用されるように、同一（または実質的に同一）検出器を達成するという問題を解消する、単一検出器のみを使用することである。図３７は、図３６のように構成要素に番号を付けて、上から見た図３６のデザインを示す。図３７における破線のビームは図３６の破線のビームに対応する。検出器３６０７に当たるビームは直交に偏光されており、したがって干渉しないことに着目してください。２つのビーム３６０８および３６０９からの信号は、検出器３６０７に当たる時、光学的に加算される。結果として、３６０７からの信号出力は、画像化される物体の高さに比例し、反射率または傾斜には依存しない。
【００６９】
図３から６、図８から１０、図１２、図１５、図１９から３３、図３６および３７に示す四分円光検出器は、浜松市の浜松フォトニックス社より入手可能なモデルＳ５９９１のような従来の位置敏感検出器または同じく浜松フォトニックス社より入手可能な２セル検出器と置き換えてもよい。
【００７０】
ＤＣから３ＭＨｚの帯域が先の資料に記載のように四分円光検出器の帯域なので、光信号の検出はこの帯域に渡って行われる。この帯域は、適宜機械振動、光ノイズまたは迷光信号を取り除くためにフィルタを通してもよい。代替の検出の仕組みはレーザ強度を変調するとともに、レーザ変調周波数で四分円光検出器からの信号を同期して検出することである。この方法は、検出信号のＳ／Ｎ比を非常に向上するとともに、振動のような外部のノイズ源を受け付けない。この方法の不利点はデータ取得の速度が非常に低減されることである。
【００７１】
多数スポットサイズ光学表面分析器は、本発明の実施形態による図３８に示されている、この光学表面分析器は、内部フィードバックフォトダイオード３８０１付きレーザダイオード、線形偏光器３８０２およびＰとＳと４５°偏光が利用可能なように半位相差板３８０３を回転するためのモーター３８１５付き半位相差板３８０３を含む。この光学表面分析器は、当該ビーム直径を拡大または縮小させるガリレオまたはケプラー望遠鏡３８１６をも含む。この望遠鏡３８１６は、モーター３８１７を介してビームに出し入れ可能である。
【００７２】
多数ビーム直径は、異なる倍率のガリレオまたはケプラー望遠鏡をビーム内に移動することにより達成してもよい。図３８の実施形態は、２つの可能なビーム直径（元のビーム直径とビーム内に３８１６が存在する拡大ビーム直径）しか示していないが、どのような数のビーム直径でもモーター３８１７に取り付けられる一連の異なる倍率のガリレオまたはケプラー望遠鏡を使用することにより達成してもよい。
【００７３】
代替の実施形態によれば、ニュージャージー州バリントンにあるエンドムンドインダストリアルオプティックス社より入手可能なモデルＫ６１−３８６のような連続可変倍率望遠鏡を使用することが可能である。この型の望遠鏡は３８１６と置き換えるように使用すると、ビーム直径と、したがって焦点を合わせたスポットサイズの連続範囲が可能である。モーター３８１７は、所望のビーム直径と、したがって所望のスポットサイズを与えるために、連続可変倍率望遠鏡３８１６を調節するようにコンピュータ制御を行うことが可能である。
【００７４】
異なるビーム直径は、望遠鏡３８１６により生成される拡大縮小に直接比例して、基板上の焦点を合わせられたスポットサイズを変化させる。図３８を参照して、当該システムは焦点レンズ３８０４、反射鏡３８０５、基板３８０６、スピンドルモーター３８０７、反射鏡３８０８、コリメータレンズ３８０９、１／４位相差板３８１０、四分円光検出器３８１１、入射面に対して４５°で回転する偏光ビームスプリッタ３８１２、四分円光検出器３８１３およびＰＭＴ管、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードでよい散乱光検出器３８１４を含む。
【００７５】
このデザインの利点のいくつかは、多数焦点スポットサイズが単一光学システムにおいて利用可能なこと、異なるビーム直径を選択した場合に当該システムが再度焦点を合わせる必要がないことである。これは、ビームが焦点に合わされて入射ビームが倍率に関わらず常にコリメートされる前に、ビーム直径が選択されるからである。多数スポットサイズの利点は、小さなスポットサイズでは一般的に処理能力が遅いがよい感度と解像度を与えることである。多数焦点スポットサイズを有するシステムは、スポットサイズの簡単な選択により所望の感度および処理能力に自動的に構成することが可能である。モーター３８１７は、ビーム直径（したがってスポットサイズ）がコンピュータに与えられる命令により選択することが可能なように、小さなコンピュータに接続することにより制御される。多数スポットサイズの考えは、図１６、図２０から３４および図３６と３７に記載される多数ビームデザインに適用してもよい。
【００７６】
ディスクドライブ媒体およびウェハーの検査における別の課題は、異なるディスクドライブ媒体およびウェハーの厚さの判定である。図３９は、薄膜ディスク、ウェハー、基板または他の実質的に平面物体の厚さを測定するシステムおよび方法を示す。この実施形態においては、レーザダイオード３９０１が、２セル３９０４と３９０５または４セルまたは１対の分離したフォトダイオードまたは別の位置敏感検出器に向けてビーム３９０２を発射する。別の実施形態においては、ビーム３９０２用の光ビーム源はコリメートされた光源でよい。図３２に描かれた実施形態においては、ビーム３９０２は、当該ディスクまたはウェハーの表面に実質的に平行に導かれ、ディスクまたはウェハー３９０７がビーム３９０２の中心にあるように位置付けられる。他の実施形態においては、ビーム３９０２の部分が当該ディスクまたはウェハーの上方および下方の両方を通る限りは、当該ディスクまたはウェハーに相対的なこのビームの他の位置を選択してよい。上部検出器３９０４で受信される光ビーム強度量は当該ディスクの厚さに依存する。当該ディスクの厚さが増加するに連れ、レーザビームの多くがディスクまたはウェハー３９０７により遮られて、上部検出器３９０４に到達するレーザビーム強度量が減少する結果となる。衝突するレーザビーム強度に応じて、前記検出器は前記上部検出器で受信される光ビーム強度量に比例する信号を発生させる。厚さマスク３９０３は、前記検出器を飽和させるのを避けるとともに、厚さにおける当該システムの感度を増加させるように、当該レーザから不必要な光を遮る。基準マスク３９０６は、下部検出器３９０５が当該ディスク厚さに関わらずに光ビーム強度の同じ量を受けるように位置付けられる。下部検出器３９０５からの読取りは、レーザ出力または電子機器または受信光学素子のドリフトを正常にするために使用される。
【００７７】
図４０は、光学式表面分析器４００５と一体化した厚さ検出器を示す。この厚さ検出器からの信号は、回線４００３および４００４を介して処理装置４００２にフィードバックされる。マイクロプロセッサあるいはパソコンのような各種の処理装置４００２が使用可能である。１つの実施形態において、処理装置４００２は、データを解析するとともにこのデータから当該ディスクまたはウェハーの厚さを判定する。次に処理装置４００２は、光学式表面分析器４００５に取り付けられたモーター４００１（回線４００６を介して）に命令する。モーター４００１は、当該厚さ検出器で測定されたように当該ディスクまたはウェハーの厚さの増加または減少に対して補償するように、光学式表面分析器４００５をＺ方向に上昇または下降させる。このようにして光学式表面分析器４００５は、異なる厚さの基板の光学的な表面分析の間、自動的に焦点が合った状態のままでいる。この発明は、光ヘッド４００５から当該ウェハーまでの距離が自動的に固定距離に維持されるので、当該ヘッドが不注意に厚いディスクまたはウェハーにクラッシュするのも防止する。この発明で使用されるシャドウ技術は、透明および不透明両方のディスクまたはウェハーの厚さを測定するのに有効である。
【００７８】
半導体技術およびディスクドライブ産業が進歩し続けるにつれ、より小さな欠陥を検出・分類する必要になっている。そのような欠陥の例にはスクラッチ、ピットおよび粒子が含まれる。スクラッチが物体表面に投影されるレーザスポットの寸法より大きな長さを有する場合には、検出されたアスペクト比（欠陥の形状）に基づいてスクラッチを分類することが可能である。言い換えると、スクラッチは幅よりも長さが大きい。スクラッチがレーザスポットの寸法より小さい場合には、この様式の分類は可能でない。結果として、従来のシステムにおいては、小さなスクラッチを粒子と異なると分類するができない。本発明は、レーザビームのスポットサイズより小さなスクラッチやピットや粒子および他の欠陥を検出・分類する技術を示すものである。
【００７９】
図３８に示す光学装置は、入射直交面を有する２式の光学素子が存在するように配置することが可能である。実施形態において、図４および１６に示すように、レーザビーム１の入射面は円周方向であり、レーザビーム２の入射面は半径方向である。散乱検出器３１４（図３）および３８１４（図３８）は、当該光学装置が回転するウェハーまたはディスクの表面上を移動するに連れて、両方のビームから散乱光を受け取る。光の入射面に垂直に向いたスクラッチは強い散乱信号を発生するのに対し、入射面に平行に向いたスクラッチは実質的に散乱信号を発生しない。例えば、円周方向に向いたスクラッチでは、半径方向ビーム（図４のレーザ２）がスクラッチを横切る場合には強い散乱信号を発生し、円周方向ビーム（図４のレーザ１）がスクラッチを横切る場合には実質的に散乱信号を発生しない。それに対して、形状が実質的に等方性の粒子では、半径方向および円周方向両方のレーザビームから散乱が発生する。このことは図４１に説明されており、そこでは図３８に示す２式の光学素子からなる２重ビームシステムが、一方のレーザビームは図４１に示すウェハーまたはディスク４１０４の入射半径方向面に、他方のレーザビームは入射円周方向面に配置されている。このレーザの向きは、図４および１６にも説明されている。入射ビームの半径方向面は、当該ウェハーまたはディスクがまず入射ビームの円周方向面に遭遇するように、円周方向面からずらされている。入射ビームの半径方向および円周方向面は、図４１に示すようにわずかに円周（角）方向にもずらされている。当該ビーム間の距離は固定されており、一定である。小さな粒子は実質的に等方性なので、４１０１の２つの黒六角形により示すように半径方向または円周方向のビームにより照射された場合には、小さな粒子は実質的に均一に散乱する。当該ウェハーまたはディスクの外径に最も近い４１０１の黒六角形は、当該粒子を照射する半径方向ビームに起因する検出器３８１４により受信された信号である。当該ウェハーまたはディスクの内径に最も近い４１０１の黒六角形は、当該粒子を照射する円周方向ビームに起因する信号である。実質的に等方性の粒子の場合においては、４１０１の両方の黒六角形からの信号は実質的に等しい。円周方向に向いたスクラッチの場合は４１０３に示されており、４１０３では半径方向ビームが強い信号を与え、円周方向ビームは実質的に信号を与えない。これはスクラッチでは散乱特性において異方性が強いからである。言い換えると、スクラッチの長手方向に垂直に向いた入射面ビームは、スクラッチの長手方向に平行である入射面ビームよりずっと多く散乱する。スクラッチからの散乱は偏光にも依存する。Ｐ線形偏光された半径方向ビームは、ほぼ６０°の入射角で円周方向に向いたスクラッチから最大の散乱信号を生成する。Ｐ線形偏光は好ましい偏光であるが、Ｓ偏光、４５°線形偏光、円形偏光または楕円偏光も満足できる信号を与える。４１０３において、半径方向ビームは当該スクラッチからの強い散乱信号を与えるが、当該円周方向信号に対応するビーム分離距離での信号を探索しても、この円周方向スクラッチに対する信号は実質的に見出されない。ここでビーム分離距離とは、物��の位置が第１のビーム位置から第２のビーム位置まで進むのに要する時間を言う。２つの信号間のこの補正時間の長さは、これらビームと当該ウェハーとの間の補正時間に依存する。長軸が円周方向に沿っている小さな卵形ピットの場合を４１０２に示している。この場合では、半径方向ビームは４１０２の黒六角形により示されるように強い信号を与え、円周方向ビームは灰六角形により示されるように小さな信号を与える。黒および灰六角形の散乱振幅比は、前記ピットをスクラッチまたは粒子から識別する。このことは、半径および円周方向ビームにおける粒子の散乱光の相対振幅を示す図４２の上に説明されている。この場合では振幅が実質的に等しい。図４２の中央の図は小さな卵形ピットの振幅を示す。当該振幅が実質的に等しくない。図４２の下の図は円周方向に向いたスクラッチの振幅を示す。この場合では散乱信号が実質的に半径方向のビームのみから来る。当該スクラッチが半径方向に向いていると、散乱信号は実質的に円周方向ビームから来て、半径方向ビームからは実質的に来ない。スクラッチが半径方向に対して４５°に向いていると、散乱信号は円周方向および半径方向の両方のビームからは均等になる。レーザビーム面の角度を９０°以外の角度に向けることも可能である。別の実施形態においては、直交する１対のビームは、円周方向および半径方向に対してある角度に向けてもよい。このようにして、円周方向でも半径方向でもない方向に存在するスクラッチを容易に検出することが可能である。
【００８０】
１つの実施形態において、スクラッチおよび粒子を検出する当該装置が、２つの同一のヘッドが９０°で入射面を有して配置されている以外は、図３８に示す装置である。この光ヘッドは当該回転ディスク上を移動し、散乱光画像はこのディスク表面の各半径および角度から集められる。このデータは、局部平均からのデータの偏位（超えまたは未満）を表示することにより処理される。局部平均は、半径方向または円周方向のような特定方向に沿った特定の長さに対するデータを平均することにより判定される。この局部平均は、全体データ１式を通して移動し、各画素は局部平均と比較される。特定の閾値を上または下に局部平均を超える点は欠陥として表示される。特定の閾値を超える全ての点は、全ての欠陥の位置および振幅を示す表面マップにまとめられる。欠陥マップ上の隣接点または実質的な隣接点は単一欠陥として分類される。半径方向および円周方向ビームからの散乱光の振幅は、当該欠陥がスクラッチか粒子かあるいはピットかを判定するために比較される。
【００８１】
欠陥を比較・分類するための上記機能および特徴の実施形態において、中央演算装置（ＣＰＵ）付きの演算装置がディスク表面から集められた散乱光画像データを処理するために使用される。このＣＰＵは、前記欠陥を比較・分類するために当該画像を処理するように上記の演算手順を実行する。例えば、この演算手順は、従来の記憶装置にファームウェアまたはハードウェアで記憶されたコンピュータプログラムとして実行可能である。
【００８２】
（ビームサイズより小さい）スクラッチまたは他の欠陥が半径方向に対して４５°に向いている場合には、２つの直交するように向けられたビームを含むシステムは、ピットまたはスクラッチから粒子を識別することができないことに着目してください。より一般的には、異方性欠陥の長軸が２つの入射ビーム間の入射面により形成される角度を２等分する場合では、結果として得られる散乱信号は、スクラッチのような異方性欠陥から粒子をたやすく識別しない。この状況においては、欠陥の真の性質は第３および第４の散乱信号を発生させることにより判定可能である。ある実施形態において、これらの散乱信号は、最初の２つの入射ビーム面に相対的に４５°である面に存在する入射ビームにより発生させるべきである。より一般的には、第３および第４の散乱信号は、第１および第２の入射ビーム面と識別可能な面に存在する入射ビームにより発生させるべきである。別の実施形態において、第３および第４のビームは、第３および第４のレーザまたは他のビーム源により発生させてよい。さらに別の実施形態において、第３および第４のビームは、両方の光学素子１式の入射面を変化させることより発生させてよい。別の可能な実施形態は、当該ディスクまたはウェハーを走査しながら、直交ビームの入射面を連続的に回転させることである。このようにして全ての入射可能面はディスクまたはウェハーに入射することが可能になる。他の可能な実施形態については当業者に明らかであろう。
【００８３】
図３８の散乱検出器３８１４は、受信する散乱角のコーンを増加させるように前に集光レンズを有してもよい。代替の実施形態は、散乱検出器３８１４を積分球内の穴の上部に設置することである。２つの当該レーザビームは積分球を通過し、散乱光角全てが積分球により集められて積分球上部の検出器３８１４により測定される。検出器３８１４はシリコンまたはゲルマニウムフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードまたは光電管でもよい。
【００８４】
この技術の利点は、スクラッチやピットおよび粒子（ビームスポットサイズより小さくてもよい）に対して感度が向上していること、スクラッチやピットおよび粒子を識別（分類）する能力が向上していること、および（円周方向ビームと円周方向スクラッチの場合のように）スクラッチに対して盲点がないことである。
【００８５】
先の実施形態は、欠陥がスクラッチか粒子かを判定するように半径方向と円周方向に向いた光ヘッドを比較する光学デザインについて記述した。単一の光ヘッドのみを使用することによりスクラッチまたは粒子のように欠陥を検出・分類することも可能である。円周方向のスクラッチを検出する場合を図４３に示す。これは、図３８に示す光ヘッドの入射面を４３０２で表示したように半径方向に向けることにより達成される。この光ヘッド４３０２は、機械的なリニアステージに取り付けられ、４３０４で表示したように半径方向に移動する。このようにして、ディスクまたはウェハー４３０３上の円周方向のテクスチャスクラッチ４３０１は最大量の散乱光を有する。円周方向のテクスチャからの散乱量は、典型的には非常に大きいので大きな粒子しか検出されな可能性がある。結果として、図４３に記載された実施形態により検出される情報の多くは円周方向のテクスチャからである。テクスチャ欠陥は、バックグラウンドより著しく上の散乱振幅における変位により着目される。このテクスチャ欠陥は、検出欠陥のアスペクト比を測定する演算手順を使用することにより、大きな粒子の信号から分離される。テクスチャスクラッチは、長くて薄いアスペクト比を有するが、大きな粒子は有しない。
【００８６】
ある実施形態において、円周方向のスクラッチと粒子を検出する当該装置は半径方向に向いた入射光面を有する図３８に示す装置である。図３８の光ヘッドは当該回転ディスク上を移動し、散乱光画像はディスク表面上の各半径および角度から集められる。このデータは、当該局部平均からのデータの変位（超えまたは未満）を表示することにより処理される。局部平均は、半径方向または円周方向のような特定方向に沿った特定の長さに対するデータを平均することにより判定される。この局部平均は、全体データ１式を通して移動し、各画素は局部平均と比較される。特定の閾値を上または下に局部平均を超える点は欠陥として表示される。特定の閾値を超える全ての点は、全ての欠陥の位置および振幅を示す表面マップにまとめられる。欠陥マップ上の隣接点または実質的な隣接点は単一欠陥として分類される。アスペクト比（長さの幅に対する比）は隣接点からなる異なる各欠陥に対して検査される。アスペクト比が長くて薄ければ、円周方向のスクラッチと分類され、そうでなければ粒子と分類される。同じ処理が円周方向に向いたヘッドからのデータに適用可能であるが、この場合においては、長アスペクト比は半径方向のスクラッチを意味し、短アスペクト比は粒子を意味する。
【００８７】
欠陥を比較・分類するための上記機能および特徴の実施形態において、中央演算装置（ＣＰＵ）付きの演算装置がディスク表面から集められた散乱光画像データを処理するために使用される。このＣＰＵは、前記欠陥を比較・分類するために当該画像を処理するように上記の演算手順を実行する。例えば、この演算手順は、従来の記憶装置にファームウェアまたはハードウェアで記憶されたコンピュータプログラムとして実行可能である。
【００８８】
半径方向のスクラッチおよび粒子を検出する場合を図４４に示す実施形態に示す。この場合において、図３８の光ヘッドはディスクまたはウェハー４４０４上方を円周方向４４０５に向けられ、最適散乱は半径方向のスクラッチ４４０２と粒子４４０１から来る。光ヘッド４４０５は、機械的なリニアステージに取り付けられ、４４０６で表示したように半径方向に移動する。円周方向のテクスチャ４４０３はこの実施形態では散乱しない。このデザインの利点は、円周方向のテクスチャが光を散乱せず、したがってバックグラウンド「ノイズ」に付加しないので、粒子および半径方向のスクラッチの最適な測定を可能にすることである。
【００８９】
先の実施形態では、直交するように向けられた入射面を有する２つの光ヘッド（図３８のヘッドのように）を使用して、半径方向および円周方向のスクラッチの検出について論議した。図４５に示す実施形態では、このことが、レーザビームが同じ入射面を有する図３８のヘッドのような２つの光ヘッドでどのように達成可能であるかを示す。光ヘッド４５０２および４５０３のレーザビームは、同じレーザまたは２つの異なるレーザから来てもよい。光ヘッド４５０２におけるレーザは、半径方向に向けられて図４５に表示するように半径方向に移動する、機械的なリニアステージ４５０５上に搭載される。ディスクまたはウェハー４５０１は時計方向または反時計方向４５０４に回転する。光ヘッド４５０３におけるレーザは円周方向に向けられ、ステージ４５０５に対して９０°の角度で向けられた機械的なリニアステージ４５０６に搭載される。ステージ４５０６は半径方向にも移動するが、図４５に表示するようにステージ４５０５から９０°の位置で半径方向に移動する。このようにして、円周方向のテクスチャスクラッチは光ヘッド４５０２により検出することが可能であり、粒子および半径方向のスクラッチは光ヘッド４５０３により検出することが可能である。このデザインの利点は、両方の光ヘッドが同時に走査可能なことと、円周方向および半径方向のスクラッチと粒子の情報が同時に検出可能なことである。
【００９０】
半導体ウェハーおよび薄膜ディスク産業における課題は、薄膜ディスクやウェハー上のランダムに向いたスクラッチと粒子を検出する能力である。粒子と円周方向および半径方向のスクラッチを検出して分離する２パス走査を使用してこのことを達成する方法およびシステムは上述されている。この発明は、単一パスでこの作業を達成する各種の方法を含む。この方法は、当該ウェハーまたはディスク上を単一パスで半径方向および円周方向に向いたビームから散乱光を分離する手段について記述する。
【００９１】
図４６は薄膜ディスクまたはウェハー上の欠陥を検出する単一波長を使用する両面光学検査システムの側面図である。このシステムは、各表面の１対のレーザ４６０１（または２つのビームに分割される単一レーザ）からなる。各表面上において、図４７（平面図）に示すように前記レーザは、一方のレーザが円周方向に導かれ、他方のレーザが半径方向に導かれる。上面および下面の円周方向レーザを図４６に示す。このレーザは高い入射角で当該表面に導かれ、散乱光は楕円鏡４６０３で集光される。反射された正反射ビームにおいては、望むならば反射ビーム４６１０に設置される検出器（または一連の検出器）により、正反射ビームの位相、反射率または傾斜を測定することが可能である。散乱光は、ピンホール４６０４を通ってコリメータレンズ４６０５へ導かれる。コリメートされた散乱光は、次に偏光ビームスプリッタ４６０６へ導かれる。円周方向および半径方向レーザからのビームはＰ偏光されるのが好ましい。円周方向ビームからの散乱光はほぼＰ偏光され、結果として得られる散乱エネルギは前記偏光ビームスプリッタを通過してＰ偏光検出器４６０９に入る。半径方向ビームもＰ偏光され、このレーザからの散乱光は同様にほぼＰ偏光されるが、このレーザの入射面は円周方向レーザから実質的に９０°を向いている。結果として、半径方向レーザからＰ偏光された光は、前記ビームスプリッタにはＳ偏光された光のように見える。それゆえ、半径方向レーザからの散乱光は、前記ビームスプリッタにより反射されてＳ偏光検出器４６０６へ移動する。要素４６０７は焦点レンズである。図４７は、上面における直交するレーザを説明する平面図からこの発明を示し、焦点レンズ４７０３および正反射率、位相または表面傾斜を測定する検出器４７０４を含む。本発明のこの実施形態は、楕円鏡４７０５および物体、すなわち薄膜ディスクまたはウェハー４７０６を含む。
【００９２】
図４８は、円周方向および半径方向レーザから散乱光を分離する本発明の別の実施形態の側面図である。この方法は、各表面に２つのレーザを使用し、各レーザが異なる波長で動作している。散乱光は一方の波長を通し他方を別の検出器へ反射する２色性の鏡４８０３により分離される。検出器４８０３はこの２色性の鏡を波長λ1で通過する光を測定し、検出器４８０４はこの２色性の鏡から波長λ2で反射する光を測定する。図４９は、半径方向に伝播するレーザ波長λ1４９０１と、円周方向に伝播するレーザ波長λ2４９０２を示すこの方法の平面図である。この実施形態ではλ1≠λ2である。要素４９０４は、正反射率、位相または表面傾斜を測定する検出器である。要素４９０５は楕円鏡であり、４９０３は焦点レンズである。要素４９０７は、薄膜ディスクまたはウェハーである。このデザインの利点は、半径方向の散乱光と円周方向の散乱光との間のよりよい分離である。
【００９３】
本発明を好ましい実施形態および各種代替の実施形態を参照し、特に図示して記述したが、当業者には形態および詳細の様々な変更が本発明の範囲と考えから逸脱することなく、なし得ることが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態を使用して測定されることが可能な薄膜の説明図である。
【図２】本発明の実施形態を使用して測定されることが可能な半導体ウェハーの説明  図である。
【図３】組み合わせた偏光解析器と光学式プロファイラの光学的な配置の一方の半分  を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態による高さまたは傾斜を測定する光学式プロフィルメータ  の平面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による高さまたは傾斜を測定する単一のレーザを有す  る光学式プロフィルメータの平面図である。
【図６】本発明の実施形態によるレーザ１およびＰＳＤ１を示す光学式プロフィルメ  ータの側面図である。
【図７】本発明の実施形態による入射角（θ）の関数として高さ感度乗算器の説明図  である。
【図８】本発明の実施形態による小型の光学表面分析器の説明図である。
【図９】本発明の別の実施形態による小型の光学表面分析器の説明図である。
【図１０】本発明の別の実施形態による小型の光学表面分析器の平面透視図法による  説明図である。
【図１１】図１０の小型の光学表面分析器のＡ方向からの透視図法による説明図であ  る。
【図１２】本発明の別の実施形態による小型の光学表面分析器の平面透視図法による  説明図である。
【図１３】本発明の実施形態による２重小型光学ヘッドおよびステッパモーター付き  の最終テストスピンドルの説明図である。
【図１４】本発明の実施形態によるガラス基板からの下面反射を阻止する空間フィル  タの説明図である。
【図１５】本発明の実施形態による組み合わせた偏光解析器と光学式プロファイラの  光学的な配置の一方の半分の側面透視による説明図である。
【図１６】本発明の実施形態による組み合わせた偏光解析器と光学式プロフィルメー  タの平面透視図法による説明図である。
【図１７】本発明の実施形態によるビームを非直交偏光成分に分割するビームスプリッタの使用により楕円偏光の位相シフトを測定するシステムの説明図である。
【図１８】本発明の別の実施形態による偏光をパラメータとして銅とガラスに対して  反射率対入射角を説明するグラフである。
【図１９】本発明の実施形態による材料に依存しない光学式プロフィルメータの一方  の半分の側面透視図法による説明図である。
【図２０】本発明の実施形態による材料に依存しない光学式プロフィルメータの他方  の半分の側面透視図法による説明図である。
【図２１】本発明の実施形態による円形に偏光した入射光を使用する材料に依存しな  い光学式プロフィルメータの一方の半分の説明図である。
【図２２】本発明の実施形態による完全に材料に依存しない光学式プロフィルメータ  の平面透視図法による説明図である。
【図２３】本発明の実施形態による単一のレーザを光源として使用する材料に依存し  ない光学式プロフィルメータの平面透視図法による説明図である。
【図２４】本発明の別の実施形態による完全に材料に依存しない光学式プロフィルメ  ータの平面透視図法による説明図である。
【図２５】本発明の別の実施形態による完全に材料に依存しない光学式プロフィルメ  ータの平面透視図法による説明図である。
【図２６】本発明の実施形態によるパターン付けされた半導体ウェハー上のパターン  効果を打ち消すために９０°で配置された1対の材料に依存しない光学式プロフィルメ  ータの説明図である。
【図２７】本発明の実施形態による傾斜を打ち消しサンプルに入射する円形に偏光さ  れた光を使用して高さを測定する光学式プロフィルメータの説明図である。
【図２８】本発明の実施形態による傾斜を打ち消し単一の検出器を使用するとともに  、サンプルに入射するＳ偏光された光を使用して高さを測定する光学式プロフィルメー  タの説明図である。
【図２９】本発明の実施形態による傾斜を打ち消し単一の検出器を使用するとともに  、サンプルに入射する４５°に線形偏光された光を使用して高さを測定する光学式プロ  フィルメータの説明図である。
【図３０】本発明の実施形態による傾斜のみを測定するとともに、高さおよび材料効  果を打ち消す光学式プロフィルメータの説明図である。
【図３１】本発明の別の実施形態による傾斜を打ち消し単一の検出器を使用するとと  もに、サンプルに入射するＳ偏光された光を使用して高さを測定する光学式プロフィル  メータの説明図である。
【図３２】本発明の実施形態による図１９，２０，２１および２２に示された材料に  依存しない光学式プロフィルメータの光学的に走査されたバージョンの側面透視図法に  よる説明図である。
【図３３】本発明の実施形態による光学的に走査された材料に依存しない光学式プロ  フィルメータの平面透視図法による説明図である。
【図３４】本発明の実施形態による測定中の表面から１つおよび２つの反射後のビー  ムプロフィルを描いた説明図である。
【図３５】本発明の実施形態によるモード変調回路の説明図である。
【図３６】本発明の実施形態による1つの検出器を有する材料に依存しない光学式プ  ロフィルメータの説明図である。
【図３７】本発明の実施形態による1つの検出器を有する材料に依存しない光学式プ  ロフィルメータの平面透視図法による説明図である。
【図３８】基板上にユーザが選択可能な多数のスポットサイズを生成する望遠鏡を使  用する光学式プロフィルメータ、偏光解析器、反射率計およびスキャタロメーターの説  明図である。
【図３９】ディスクまたはウェハーの厚さを検出する方法の説明図である。
【図４０】光学表面分析器と一体化した厚さ検出器の説明図である。
【図４１】２つの直交ビームを使用した粒子、ピットおよびスクラッチの散乱光の検    出の説明図である。
【図４２】半径方向と円周方向の両ビームによる粒子、ピットおよびスクラッチの散  乱光信号の説明図である。
【図４３】円周方向のテクスチャスクラッチを検出するための半径方向に向いたレー  ザビーム付き光学ヘッドの向きを示す矢印付きの検出表面の説明図である。
【図４４】半径方向のスクラッチおよび粒子を検出するための円周方向に向いたレー  ザビーム付き光学ヘッドの向きを示す矢印付きの検出表面の説明図である。
【図４５】入射の光学面は平行であるが走査方向は９０°だけ分離されている２つの  光学ヘッドでスクラッチおよび粒子を検出する手段の説明図である。
【図４６】本発明の実施形態による１つの波長を使用する両面検査システムの側面図  の説明図である。
【図４７】本発明の実施形態による１つの波長を使用する両面検査システムの平面図  の説明図である。
【図４８】本発明の実施形態による２つのレーザ波長を使用する両面検査システムの  側面図の説明図である。
【図４９】本発明の実施形態による２つのレーザ波長を使用する両面検査システムの  平面図の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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