(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の異常を検出するための光学システムであって、
第１の経路に沿った第１の放射ビームを試料表面上の第１のスポットに向けるための第１の手段と、
第２の経路に沿った第２の放射ビームを試料表面上の第２のスポットに向けるための第２の手段であって、前記第１および第２の経路は前記試料表面に対して異なる入射角のものである第２の手段と、
第１の検出器と、
第１または第２のビームから発生し試料表面上の第１または第２のスポットから散乱放射を受け、散乱放射を前記第１の検出器に集束させる湾曲鏡面を含む手段であって、前記第１の検出器は前記湾曲鏡面により第１の検出器に集束される放射に応じて１つの出力値を提供する手段と、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する手段と、
からなるシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記鏡面は湾曲表面であり、第１の経路と実質的に同軸な対称軸を有するものであり、試料表面に最も近い位置に配置された入口穴を規定してそこを通る試料表面からの散乱放射を受けるシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記鏡面は放物面の鏡面であり、鏡面は入口穴を通る放射を反射し、前記受入れおよび集束手段はさらに鏡面により第１の検出器に反射された放射を集束するための手段を含むシステム。
【請求項４】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記鏡面は楕円面の鏡面であり、鏡面は入口穴を通る放射を反射し集束させるシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記第１の経路は、試料表面に対して垂直な方向から約１０°以下のものであるシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、
前記第１の経路は、試料表面に対して実質的に垂直であるシステム。
【請求項７】
請求項５記載のシステムにおいて、
前記第２の経路は、試料表面に対して垂直な方向に約４５〜８５°の範囲内の角度のものであるシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットを発生し、前記第１および第２の照明されたスポットは実質的に一致するものであるシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットを発生し、前記第１および第２の照明されたスポットはあるオフセットだけ離れているものであるシステム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、
前記第１または第２のビームは空間的広がりを有する点拡散関数を有し、前記オフセットは少なくとも前記空間的広がりのものであるが、空間的広がりの３倍を超えるものではないシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記第１および第２の手段は、
放射ビームを供給する供給源と、
供給源により供給された放射ビームを前記第１および第２のビームに変換するための手段と、
からなるシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載のシステムにおいて、
前記供給源は少なくとも第１および第２の波長の放射を供給し、前記第１の検出器は第１の波長の放射を検出し、前記システムはさらに第２の波長の放射を検出するための第２の波長からなるシステム。
【請求項１３】
請求項１１記載のシステムにおいて、
前記変換手段は、供給源からの放射ビームが試料表面に向かう２つの経路に沿って交互に伝送されるようにするスイッチを含むシステム。
【請求項１４】
請求項１３記載のシステムにおいて、
前記システムはさらにあるデータ率で検出器からのデータを獲得するための手段からなり、前記スイッチはデータ率の少なくとも約３倍の周波数で動作するシステム。
【請求項１５】
請求項１３記載のシステムにおいて、
前記システムはさらにあるデータ率で検出器からのデータを獲得するための手段からなり、前記スイッチはデータ率の少なくとも約５倍の周波数で動作するシステム。
【請求項１６】
請求項１３記載のシステムにおいて、
前記スイッチは、電気光学変調器またはブラッグ変調器を含むシステム。
【請求項１７】
請求項１記載のシステムにおいて、
試料は平滑面を有し、ここで第２の経路は試料表面に対して傾斜角のものであり、第２のビームは試料表面に対してＰまたはＳ偏光されているシステム。
【請求項１８】
請求項１記載のシステムにおいて、
試料は粗い面を有し、ここで第２の経路は試料表面に対して傾斜角のものであり、第２のビームは試料表面に対してＳ偏光されているシステム。
【請求項１９】
試料の異常を検出するための光学システムであって、
第１の経路に沿った第１の放射ビームを試料表面に向けるための第１の手段と、
第２の経路に沿った第２の放射ビームを試料表面に向けるための第２の手段であって、前記第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットを発生し、前記第１および第２の照明されたスポットはあるオフセットだけ離れているものである第２の手段と、
検出器と、
第１および第２の照明されたスポットから散乱放射を受け、散乱放射を前記検出器に集束させる湾曲鏡面を含む手段と、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する手段と、
からなるシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムにおいて、
前記第１または第２のビームは空間的広がりを有する点拡散関数を有し、前記オフセットは少なくとも前記空間的広がりのものであるが、空間的広がりの３倍を越えるものではないシステム。
【請求項２１】
試料の異常を検出するための光学システムであって、
少なくとも第１および第２の波長で放射ビームを供給する供給源と、
供給源により供給された放射ビームを、試料表面上のスポットに向かう第１の経路に沿った第１の波長の第１のビームと第２の経路に沿った第２の波長の第２のビームとに変換するための手段と、
第１の波長で放射を検出する第１の検出器および第２の波長で放射を検出する第２の検出器と、
第１および第２のビームから発生し試料表面から散乱放射を受け、散乱放射を前記検出器に集束させる湾曲鏡面を含む手段と、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する手段と、
からなるシステム。
【請求項２２】
試料の異常を検出するための光学システムであって、
放射ビームを供給する供給源と、
供給源からの放射ビームが試料表面上のスポットに向かう第１および第２の経路に沿って交互に試料表面の方向に伝送されるようにするスイッチであって、前記第１および第２の経路は前記試料表面に対して異なる入射角のものであるスイッチと、
検出器と、
第１および第２の経路に沿ったビームから発生し試料表面上のスポットから散乱放射を受けるための手段であって、前記受入れ手段は散乱放射を前記検出器に集束させる湾曲鏡面を含み、前記検出器は前記湾曲鏡面により検出器に集束される放射に応じて１つの出力値を提供する手段と、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する手段と、
からなるシステム。
【請求項２３】
請求項２２記載のシステムにおいて、
前記システムはさらにあるデータ率で検出器からのデータを獲得するための手段からなり、前記スイッチはデータ率の少なくとも約３倍の周波数で動作するシステム。
【請求項２４】
請求項２２記載のシステムにおいて、
前記スイッチは、電気光学変調器またはブラッグ変調器を含むシステム。
【請求項２５】
試料の異常を検出するための光学方法であって、
第１の経路に沿った第１の放射ビームを試料表面上の第１のスポットに向ける方向付けステップと、
第２の経路に沿った第２の放射ビームを試料表面上の第２のスポットに向ける方向付けステップであって、前記第１および第２の経路は前記試料表面に対して異なる入射角のものである方向付けステップと、
第１または第２のビームから発生し試料表面上の第１または第２のスポットから散乱放射を受け、散乱放射を第１の検出器に集束させる湾曲鏡面を用いるステップと、
前記湾曲鏡面により前記第１の検出器に集束される放射に応じて１つの出力値を提供するようにさせるステップと、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する比較するステップと、
からなる方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法において、
前記第１の経路は、試料表面に対して垂直な方向から約１０°以下のものである方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法において、
前記第１の経路は、試料表面に対して実質的に垂直である方法。
【請求項２８】
請求項２５記載の方法において、
前記第２の経路は、試料表面に対して垂直な方向に約４５〜８５°の範囲内の角度のものである方法。
【請求項２９】
請求項２５記載の方法において、
前記第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットを発生し、前記第１および第２の照明されたスポットは実質的に一致するものである方法。
【請求項３０】
請求項２５記載の方法において、
前記第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットを発生し、前記第１および第２の照明されたスポットはあるオフセットだけ離れているものである方法。
【請求項３１】
請求項３０記載の方法において、
前記第１または第２のビームは空間的広がりを有する点拡散関数を有し、前記オフセットは少なくとも前記空間的広がりのものであるが、空間的広がりの３倍を越えるものではない方法。
【請求項３２】
請求項２５記載の方法において、
前記第１および第２のビームの方向付けステップは、
放射ビームを供給する供給源を提供するステップと、
供給源により供給された放射ビームを前記第１および第２のビームに変換するステップと、
からなる方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、
前記供給源は少なくとも第１および第２の波長の放射を供給し、前記第１の検出器は第２の波長の放射を検出し、前記方法はさらに第２の検出器を用いて第２の波長の放射を検出するステップからなる方法。
【請求項３４】
請求項３２記載の方法において、
前記変換するステップは、試料表面に向かう２つの経路間で供給源からの放射を交互に切り換えるステップを含む方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法において、
前記方法はさらにあるデータ率で第１の検出器からのデータを獲得するステップからなり、前記切り換えるステップはデータ率の少なくとも約３倍の周波数のものである方法。
【請求項３６】
請求項３４記載の方法において、
前記方法はさらにあるデータ率で第１の検出器からのデータを獲得するステップからなり、前記切り換えるステップはデータ率の少なくとも約５倍の周波数のものである方法。
【請求項３７】
請求項２５記載の方法において、
試料は平滑面を有し、ここで第２の経路は試料表面に対して傾斜角のものであり、前記方向付けステップは試料表面に対してＳまたはＰ偏光されている第２のビームを向ける方法。
【請求項３８】
請求項２５記載の方法において、
試料は粗い表面を有し、ここで第２の経路は試料表面に対して傾斜角のものであり、前記方向付けステップは試料表面に対してＳ偏光されている第２のビームを向ける方法。
【請求項３９】
請求項２５記載の方法において、
試料表面の同じ部分の全体にわたって第１および第２のビームで連続走査するステップとからさらになり、ここで第２のビーム以外の第１のビームをあるサイクルで走査しながら前記表面に向け、第１のビーム以外の第２のビームを次のサイクルで走査しながら前記表面に向ける方法。
【請求項４０】
試料の異常を検出するための光学方法であって、
第１の経路に沿って第１の放射ビームを試料表面に向ける方向付けステップと、
第２の経路に沿って第２の放射ビームを試料表面に向ける方向付けステップであって、前記第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットを発生し、前記第１および第２の照明されたスポットはあるオフセットだけ離れているものである方向付けステップと、
第１および第２の照明されたスポットから散乱放射を受け、散乱放射を湾曲鏡面により検出器に集束させるステップと、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する比較するステップと、
からなる方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の方法において、
前記第１または第２のビームは空間的広がりを有する点拡散関数を有し、前記オフセットは少なくとも前記空間的広がりのものであるが、空間的広がりの３倍を越えるものではない方法。
【請求項４２】
試料の異常を検出するための光学方法であって、
少なくとも第１および第２の波長で放射ビームを供給するステップと、
放射ビームを第１の経路に沿った第１の波長の第１のビームと第２の経路に沿った第２の波長の第２のビームとに変換するステップであって、前記２つのビームは試料表面に向かう変換するステップと、
１つ以上の検出器を用いて第１および第２の波長で放射を検出するステップと、
第１および第２のビームから発生し試料表面から散乱放射を受け、散乱放射を前記検出器に湾曲鏡面により集束させるステップと、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する比較するステップと、
からなる方法。
【請求項４３】
試料の異常を検出するための光学方法であって、
放射ビームを供給するステップと、
試料表面上のスポットに向かう第１および第２の経路間で放射ビームを交互に切り換えるステップと、
第１および第２の経路に沿ったビームから発生し試料表面上のスポットから散乱放射を受け、散乱放射を検出器に湾曲鏡面を用いて集束させるステップと、
前記湾曲鏡面により前記検出器に集束される放射に応じて１つの出力値を提供するようにさせるステップと、
第１のビームから発生する検出された散乱放射と第２のビームから発生する検出された散乱放射とを比較して粒子とＣＯＰとを区別する比較するステップと、
からなる方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法において、
前記方法はさらにあるデータ率で検出器からのデータを獲得するステップからなり、前記切り換えるステップはデータ率の少なくとも約３倍の周波数のものである方法。
【請求項４５】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記湾曲鏡面は、散乱放射を第１の検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【請求項４６】
請求項１９記載のシステムにおいて、
前記受入れおよび集束手段は、散乱放射を検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【請求項４７】
請求項２１記載のシステムにおいて、
前記受入れおよび集束手段は、散乱放射を検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【請求項４８】
請求項２２記載のシステムにおいて、
前記湾曲鏡面は、散乱放射を検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【請求項４９】
請求項２５記載のシステムにおいて、
前記集束させるステップは、散乱放射を第１の検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【請求項５０】
請求項４０記載のシステムにおいて、
前記集束させるステップは、散乱放射を検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【請求項５１】
請求項４２記載のシステムにおいて、
前記集束させるステップは、散乱放射を検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【請求項５２】
請求項４３記載のシステムにおいて、
前記集束させるステップは、散乱放射を検出器のある点に実質的に集束させるシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は一般的に試料検査システムに関し、さらに詳しく言えば、粒子および結晶発生粒子(crystal-originated-particles)（ＣＯＰ）用の感度が良好な改良形の検査システムに関する。ＣＯＰとは、半導体ウェーハの表面が破損した欠陥であり、従来の検査システムでは実際の粒子と区別することが出来なかったため、粒子として分類されていたものである。
【０００２】
パターン化されていないウェーハまたは露出したウェーハを検査するためのシステムがこれまで提案されてきている。例えば、１９９６年９月２５日出願，「改良形表面検査用システム(Improved System for Surface Inspection)」と題するＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９６／１５３５４号を参照されたい。上記に参照した出願に記載されたようなシステムは、露出されたまたはパターン化されていない半導体ウェーハの検査等、多くの応用に有益なものである。それでも、露出されたウェーハまたはパターン化されていないウェーハだけでなく、粗いフィルムを検査するために用いられる改良形試料検査器具を提供することが望まれている。ウェーハ検査の際に非常に重要となる別の問題は、ＣＯＰの問題である。これらはウェーハにある表面が破損した欠陥である。ウェーハ検査の業界では、そのような欠陥によりこの欠陥をもったウェーハから作られた半導体チップの性能に損失を与える可能性があるとの見解もでている。したがって、ＣＯＰを検出し、ＣＯＰと粒子を区別することができる改良形検査システムを提供することが望まれる。
【０００３】
本発明は、傾斜照明ビームを用いる異常検出はＣＯＰよりも粒子に対する感度がかなり高いが、表面に垂直な照明ビームを用いる異常検出では、表面粒子とＣＯＰに対する感度の違いがあまり明確に出ないという見解に基づいたものである。したがって、傾斜照明ビームと垂直照明ビームの両方を用いた異常検出により、粒子とＣＯＰを区別する。
【０００４】
本発明の１つの態様は、第１の経路に沿った第１の放射ビームを試料表面に向けるための第１の手段と、第２の経路に沿った第２の放射ビームを試料表面に向けるための第２の手段と、第１の検出器とからなる試料の異常を検出するための光学システムに関する。このシステムはさらに第１のビームおよび第２のビームから発生し試料表面から散乱された放射を受け、散乱された放射を第１の検出器に集束させる鏡面を含む手段とからなる。
【０００５】
本発明の別の態様は、第１の経路に沿った第１の放射ビームを試料表面に向けるための第１の手段と、第２の経路に沿った第２の放射ビームを試料表面に向けるための第２の手段であり、第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットをそれぞれ発生し、第１および第２の照明スポットはあるオフセットだけ離されている第２の手段とからなる試料の異常を検出するための光学システムに関する。このシステムはさらに検出器と、第１および第２の照明スポットからの散乱放射を受け、散乱放射を前記検出器に集束させるための手段とからなる。
【０００６】
本発明のさらなる別の態様は、第１および第２の波長で放射ビームを供給する供給源と、供給源により供給された放射ビームを、試料表面に向かう第１の経路に沿った第１の波長の第１のビームと第２の経路に沿った第２の波長の第２のビームとに変換するための手段とからなる試料の異常を検出するための光学システムに関する。このシステムはさらに第１の波長で放射を検出する第１の検出器と、第２の波長で放射を検出する第２の検出器と、第１および第２のビームから発生し試料表面から散乱された放射を受け、散乱放射を前記検出器に集束させるための手段とからなる。
【０００７】
本発明のさらなる別の態様は、放射ビームを供給する供給源と、供給源からの放射ビームが第１および第２の経路に沿って交互に試料表面の方向に伝送されるようにするスイッチと、検出器と、第１および第２の経路に沿ったビームから発生し試料表面から散乱された放射を受け、散乱放射を前記検出器に集束させるための手段とからなる試料の異常を検出するための光学システムに関する。
【０００８】
本発明の別の態様は、経路に沿って少なくとも１つの放射ビームを試料表面に向けるための手段と、第１の検出器と、少なくとも１つのビームから発生し試料表面から散乱された放射を受け、散乱放射を前記第１の検出器に集束させて異常を感知するための手段とからなる試料の異常を検出するための光学システムに関する。このシステムはさらに、少なくとも１つのビームの正反射を検出することにより、スポットにおいて表面のあらゆる高さ変化を検出する第２の位置感知検出器と、スポットでの表面の高さの検出した変化に応じて少なくとも１つのビームの経路を変更さて、スポットでの表面の高さ変化によって生じたスポットの位置誤差を減少させる手段とからなる。
【０００９】
本発明の別のさらなる態様は、ある経路に沿った少なくとも１つの放射ビームを試料表面上のスポットに向ける手段と、第１の検出器と、少なくとも１つのビームから発生し試料表面から散乱された放射を収集し、散乱放射を前記第１の検出器に伝達して異常を感知するための手段とからなる試料の異常を検出するための光学システムに関する。このシステムはさらに、楔形状を有する少なくとも１つの領域を除いて検出器に向かう散乱放射を遮断する第１の検出器と収集伝達手段との間にある空間フィルタとからなる。
【００１０】
本発明のさらなる態様は、第１の経路に沿って第１の放射ビームを試料表面に向けるステップと、第２の経路に沿って第２の放射ビームを試料表面に向けるステップと、第１および第２のビームから発生し試料表面から散乱された放射を受け、散乱放射を第１の検出器に集束させるための鏡面を用いるステップとからなる試料の異常を検出するための光学方法に関する。
【００１１】
本発明のさらなる別の態様は、第１の経路に沿って第１の放射ビームを試料表面に向けるステップと、
第２の経路に沿って第２の放射ビームを試料表面に向け、前記第１および第２のビームは試料表面上に第１および第２の照明されたスポットを発生し、前記第１および第２の照明されたスポットはあるオフセットだけ離されている方向付けステップとからなる試料の異常を検出するための光学方法に関する。この方法はさらに、第１および第２の照明スポットからの散乱放射を受け、散乱放射を検出器に集束させるステップとからなる。
【００１２】
本発明の別の態様は、第１および第２の波長で放射ビームを供給するステップと、放射ビームを、第１の経路に沿った第１の波長の第１のビームと第２の経路に沿った第２の周波数の第２のビームに変換し、ここで前記２つのビームは試料表面に向かう放射ビーム変換ステップとからなる試料の異常を検出するための光学方法に関する。この方法はさらに、第１および第２のビームから発生し試料表面から散乱された放射を収集して、１以上の検出器に収集した散乱放射を集束させるステップと、検出器を用いて第１および第２の波長で放射を検出させるステップとからなる。
【００１３】
本発明のさらなる別の態様は、放射ビームを供給するステップと、試料表面に向かう第１および第２の経路間の放射を交互に切り換えるステップと、第１および第２の経路に沿ったビームから発生し試料表面からの散乱放射を受け、散乱放射を検出器に集束させるステップとからなる試料の異常を検出するための光学方法に関する。
【００１４】
本発明の別の態様は、ある経路に沿った少なくとも１つの放射ビームを試料表面上にあるスポットに向けるステップと、少なくとも１つのビームから発生し試料表面から散乱放射を受け、散乱放射を第１の検出器に集束させて異常を感知するステップとからなる試料の異常を検出するための光学方法に関する。この方法はさらに、少なくとも１つのビームの正反射を検出して、スポットでの表面のあらゆる高さ変化を検出するステップと、スポットでの表面の検出した高さ変化に応じて少なくとも１つのビームの経路を変更し、スポットでの表面の高さ変化により生じるスポットの位置誤差を減少させるステップとからなる。
【００１５】
本発明のさらなる態様は、ある経路に沿って少なくとも１つの放射ビームを試料表面に向けるステップと、少なくとも１つのビームから発生し試料表面から散乱された放射を収集し、散乱放射を第１の検出器に伝達して異常を感知するステップと、楔形状を有する少なくとも１つの領域を除いて検出器へ向かう散乱放射を遮断するステップとからなる試料の異常を検出するための光学方法に関する。
【００１６】
本発明のさらなる別の態様は、ある傾斜角度である経路に沿って放射ビームを試料表面に向ける手段と、検出器と、ビームから発生し試料表面から散乱された放射を受け、散乱放射を前記検出器に集束させる手段とからなる試料の異常を検出するための光学システムに関する。
【００１７】
本発明のさらなる態様は、ある傾斜角度である経路に沿って放射ビームを試料表面に向けるステップと、湾曲鏡面を設けて、ビームから発生し試料表面から散乱された光を収集するステップと、鏡面からの散乱放射を検出器に集束して試料の異常を検出するステップとからなる試料の異常を検出するための光学的方法に関する。
【００１８】
本発明の別の態様により表面上のＣＯＰと粒子とが区別できる。表面が傾斜入射角でＰ偏光ビームにより照明されると、粒子により散乱された放射は表面に垂直な方向に近い方向と比較して表面の垂直方向から離れた方向により多くのエネルギーをもつ。傾斜入射のＰ偏光された光により散乱された放射は粒子と比較するとより均一のものである。したがって、表面に垂直な方向から離れた方向で散乱された放射を検出し、表面に垂直な方向に近い方向で散乱した放射と比較することによって、ＣＯＰと粒子の区別が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
記載を簡潔にするために、本発明では同一の要素には同一の符号を付してある。図１Ａは、表面および表面上の粒子２４を照明するために、被検査試料の表面２０および表面２０に垂直な方向に向いた照明ビーム２２の略図である。このように、照明ビーム２２は表面２０の領域またはスポット２６を照明し、検出システム（図示せず）は粒子２４や表面２０の一部またはスポット２６により散乱された光を検出する。粒子２４から検出器が受けた光束とスポット２６から受けた光束の割合は、粒子検出のシステムの感度を表す。
【００２０】
この代わりに図１Ｂに示すように、斜角で表面２０に向かう照明ビーム２８を用いてスポット２６' および粒子２４を照明し、図１Ａと図１Ｂを比較すると、粒子２４からの光束と照明スポットからの光束の割合は、図１Ａと比較して図１Ｂの傾斜照明の場合の方が大きくなることが明らかである。このように、スループットが同じでも（スポット２６と２６' の面積は同じ）、微粒子を検出する際の傾斜入射ビームの感度が優れ、微粒子検出の際に選択可能なものとなる。
【００２１】
図１Ｃはピット３２を有する表面３０とその上にある粒子２４' を照明する傾斜ビーム２８' を示すものである。図１Ｃから分かるように、ピット３２が粒子２４に対して同等の大きさであるにもかかわらず、粒子２４と比較すると傾斜ビーム２８' からかなり少量の光束量を散乱する。一方で、ピット３２および粒子２４が表面３０に垂直な方向に向いた参照番号２２等のビームによって照明されれば、ピット３２と粒子２４は同等の量の光束を散乱する。ＣＯＰや粒子の正確な形状や方位にほとんど関係なく、傾斜照明を用いる異常検出はＣＯＰよりも粒子に対してかなり高い感度を有する。しかしながら、垂直照明を用いて異常検出をする場合、粒子とＣＯＰとの間の区別はつけにくい。したがって、同時もしくは連続して垂直照明および傾斜照明にある特徴を比較することによって、特徴が粒子またはＣＯＰであるか否かが明らかになる。
【００２２】
上面から見たとき傾斜照明の方向に対する収集方向の角度として、方位角の収集角度が規定される。方位角の収集角度を慎重に選択して傾斜照明を用いることによって、以下に説明するように、図９Ａ〜９Ｆ，１０Ａおよび１０Ｂが図２Ａ，２Ｂ，３，４，５Ａおよび５Ｂに示すような実施形態のいずれか１つで用いられる場合等、粗いフィルムを良好な感度で検査することが可能となる。異常を検出するために垂直照明ビームを保持することによって、上記のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９６／１５３５４号に記載されたシステムが有するすべての利点が得られ、さらに、１９９７年３月５日出願、「試料の異常検出用単一レーザー明視野および暗視野システム(Single Laser Bright Field and Dark Field System for Detecting Anomalies of a Sample) 」と題するＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９７／０４１３４号に記載されるスクラッチ感度の均一性や明視野チャンネルの追加可能性の利点も備えている。
【００２３】
傾斜照明ビームおよび垂直照明ビームを用いて試料表面を走査する方法はいく通りもの方法で実行される。図２Ａは、垂直照明ビームおよび傾斜照明ビームを用いて異常検出を実行するための一般的な組立を説明するもので、試料検査システムの略図である。広範囲の電磁スペクトル（紫外線，可視光，赤外線を含むがこれらに限定したものではない）で１以上の波長の放射を発生する放射源を用い、例えばレーザービーム５４を発生するレーザー５２等を用いる。レンズ５６は空間フィルタ５８を介してビーム５４を集束させ、レンズ６０はビームを平行にし偏光ビームスプリッタ６２に伝達させる。ビームスプリッタ６２は第１の偏光された要素を垂直照明チャンネルに、第２の偏光された要素を傾斜照明チャンネルに通過させ、ここで第１の要素および第２の要素は垂直関係である。垂直照明チャンネル７０において、第１の偏光された要素は光学系７２により集束され、ミラー７４により半導体ウェーハ７６の試料表面７６ａの方に反射される。表面７６ａにより散乱された放射は楕円面ミラー７８により集束され光電子増倍管８０に集束される。
【００２４】
傾斜照明チャンネル９０において、第２の偏光された要素はビームスプリッタ６２によりこのビームを二分の一波長板８４を介して反射させるミラー８２に反射され、光学系８６により表面７６ａに集束される。傾斜チャンネル９０にある傾斜照明ビームから発生し表面７６ａにより散乱される放射が楕円面ミラーにより収集され、そして光電子増倍管８０に集束される。光電子増倍管８０はピンホール入口８０ａを有する。ピンホール８０ａおよび照明スポット（表面７６ａ上の垂直照明チャンネルおよび傾斜正面チャンネルからのもの）は、楕円面ミラー７８の焦点にあることが好ましい。
【００２５】
ウェーハ７６はモータ９２によって回転され、このモータも変換器９４により線形に移動され、これら両方の動きはコントローラ９６によって制御されるため、チャンネル７０と９０の垂直照明ビームと傾斜照明ビームは螺旋状の走査に沿って表面７６ａを走査し、表面全体を覆う。
【００２６】
楕円面ミラーを用いて表面７６ａによって散乱された光を収集する代わりに、図２Ｂのシステム１０に示すように放物面ミラー７８' 等のような別の湾曲したミラーを用いることも可能である。放物面ミラー７８' は表面７６ａからの散乱された放射を平行化して、平行化ビーム１０２にし、次に平行化ビーム１０２を対物レンズ１０４により、検光子９８を介して光電子増倍管８０へと集束させる。このような違いを除けば、試料検査システム１００は図２Ａのシステム５０と全く同じものである。楕円面形状または放物面形状以外の形状を有する湾曲した鏡面を用いる場合もあり、この場合、湾曲した鏡面のそれぞれが垂直照明経路の経路と実質的に同軸の対称軸をもち、散乱された光を受け入れるための入口穴を規定することが好ましい。このような変更は全て本発明の範囲内のものである。簡潔にするために、半導体ウェーハを移動させるためのモータ，変換器およびコントローラは図２Ｂおよび以下に記載する図４，５Ａ，５Ｂから省略している。
【００２７】
図２Ａおよび２Ｂに示す一般的な配置は、異なる実施形態で実行可能なものである。したがって、「進行および回帰(GO and RETURN) 」オプションのような以下に参照するある配置では、二分の一波長板（図示せず）を図２および図２Ｂのレーザー５２およびレンズ５６の間に追加することで、ビームスプリッタ６２に到達する光の偏光がＰおよびＳ間で切り換えられる。したがって、進行サイクル中は、ビームスプリッタ６２は垂直チャンネル７０にのみ放射を通過させ、傾斜チャンネル９０の方向には放射を向けない。逆に、回帰サイクル中は、ビームスプリッタ６２は傾斜チャンネル９０にのみ放射を通過させ、垂直チャンネル７０を通るように放射を向けない。進行サイクル中、垂直照明ビーム７０のみが動作しているため、検出機８０で収集された光は垂直照明からのものとして記録される。これをモータ９２，変換器９４およびコントローラ９６が動作している表面７６ａ全体に実行して、垂直照明ビーム７０は螺旋状の走査経路に沿って表面７６ａ全体を走査する。
【００２８】
表面７６ａが垂直照明を用いて走査された後、レーザー５２およびレンズ５６間の二分の一波長板によってレーザー５２からの放射が傾斜チャンネル９０に沿ってのみ向けられ、モータ９２，変換器９４およびコントローラ９６を用いた走査シーケンスを逆にし、検出器８０のデータが回帰サイクルで記録される。進行サイクルにおける前方走査および回帰サイクルにおける逆走査が正確に登録されている限り、進行サイクル中に収集されかつ回帰サイクル中に収集されたデータのセットを比較して、検出した欠陥の特性に関する情報を提供することができる。図２Ａにあるような二分の一波長板および偏光ビームスプリッタを用いずに、上述した動作をこれらの要素をビームスプリッタ６２の位置に配置した取り外し可能なミラーと置き換えることによって実行することも可能である。ミラーがない場合には、レーザー５２からの放射ビームは垂直チャンネル７０に沿って向けられる。ミラーがある場合は、ビームは傾斜チャンネル９０に沿って向けられる。このようなミラーを正確に配置して、進行および回帰サイクル中の２つの走査を正確かつ確実に登録する。当然のことであるが、上述した進行および回帰オプションには回帰サイクルにかかる余分な時間が必要となる。
【００２９】
垂直照明ビーム７０は表面７６ａ上のスポットを照明する。傾斜照明ビーム９０はまた表面７６ａ上にあるスポットを照明する。２つのサイクル中に収集されたデータを比較することが重要であるため、２つの照明されたスポットは同じ形状のものでなければならない。したがって、ビーム９０が円形の断面をもつ場合、表面上に楕円形のスポットを照明する。ある実施形態では、集束光学系７２が円柱レンズからなるため、ビーム７０は楕円形の断面をもち、同じように表面７６ａに楕円形のスポットを照明する。
【００３０】
表面７６ａを二度走査しないようにするために、図３に示すように、垂直照明ビームからの照明されたスポット７０ａ（簡潔にするために以下「垂直照明スポット」と呼ぶ）および傾斜照明ビーム９０からの照明されたスポット９０ａ（簡潔にするために以下「傾斜照明スポット」と呼ぶ）との間にオフセットを僅かに設ける。図３は、垂直照明スポット７０ａおよび傾斜照明スポット９０ａとの間のオフセット１２０を説明するもので、表面７６ａおよび垂直照明ビーム７０，傾斜照明ビーム９０の拡大図である。図２Ａ，２Ｂを参照すると、２つのスポット７０ａ，９０ａから散乱された放射は異なる回数掲出され、区別される。
【００３１】
図３に示された方法により、両方のスポットがあるため、システムの解像度が下がり背景散乱が増加する。言い換えれば、オフセットにより分離された両方のスポットから散乱された放射がピンホール８０ａを介して集束されるため、ピンホールはオフセットの方向に少し拡大される。その結果、検出器８０はピンホール８０ａを拡大することによって増加した背景散乱を感知する。背景は両方のビームによるものであるが、粒子を散乱した放射は１つのスポットまたは他のスポットであるため、Ｓ／Ｎ比が下がる。好ましくは、オフセットは、垂直照明ビームまたは傾斜照明ビームのいずれかの点拡散関数の空間範囲の３倍以下の長さをもつものである。しかしながら、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ９６／１５３５４号に記載されたものと、本発明の譲受人であるカリフォルニア州サンノゼのケーエルエー−テンカー  コーポレイション(KLA-Tencor Corporation)のセンサＡＮＳ(Censor ANS)シリーズの検査システムと比較すると、スループットが逆に影響されないので、図３に示した方法は利点となる。
【００３２】
図４は、本発明の別の実施形態を説明するもので、第１の波長λ1 の放射からなる垂直照明ビームと、波長λ2 の放射の傾斜照明ビームの略図である。図２Ａおよび図２Ｂのレーザー５２は４８８ｎｍアルゴン等のように１つの波長のみで放射を供給する。図４のレーザー５２' は、１つの波長のみの放射を用いる代わりに、４８８ｎｍおよび５１４ｎｍ等のように、ビーム５４' に少なくとも２つの異なる波長で放射を供給する。このようなビームは、例えば、波長λ1 で放射を通過させ、波長λ2 で放射を反射させることによって、ダイクロイックビームスプリッタ１６２により第１の波長λ1 （４８８ｎｍ）の第１のビームと波長λ2 （５１４ｎｍ）の第２のビームに分裂させる。光学系７２によって集束した後、波長λ1 のビーム７０' は垂直照明ビームとしてミラー７４により表面７６ａの方に反射される。さらにビームスプリッタ１６２で波長λ2 の反射された放射はミラー８２によって反射され、傾斜照明ビーム９０' として光学系８６により集束され、表面を照明する。垂直照明経路および傾斜照明経路の両方の光学系は、垂直照明スポットおよび傾斜照明スポットが実質的にその間にあるオフセットと全く重複しないようなものである。表面７６ａにより散乱された放射は放射が発生するビームの波長特性を維持するため、垂直照明ビーム７０' から発生する表面により散乱された放射は傾斜照明ビーム９０' から発生する表面により散乱された放射と分離される。表面７６ａにより散乱された放射は再度収集され、空間フィルタ１６４のピンホール１６４ａを介して楕円面ミラー７８によりダイクロイックビームスプリッタ１６６に集束される。図４の実施形態において、ビームスプリッタ１６６は波長λ1 で散乱された放射をレンズ１６８を介して検出器８０（１）に通過させる。ダイクロイックビームスプリッタ１６６は、波長λ2 で散乱された放射をレンズ１７０を介して光電子増倍管８０（２）に反射させる。ここで再度言うが、簡潔にするために、螺旋状の経路に沿ってウェーハを回転させるメカニズムは図４では省略している。
【００３３】
単一波長で放射を発生するレーザーを用いる代わりに、レーザー源５２' は２つの明確な波長で放射を供給するものである。使用可能な商業的に入手可能な多線レーザー源は、カリフォルニア州サンノゼのユニフェーズ(Uniphase)で製造されている２２１４−６５−ＭＬである。所与の波長でのこのレーザーの振幅安定度は約３．５％である。このようなレーザーを用いると、図４のスキームは露出されたシリコン検査などの応用に有益であるが、粗いフィルムを走査するさいに用いられる場合、粒子検出の感度は低くなる。
【００３４】
図２Ａおよび図２Ｂに一般的に示された組み合わせを実行するためのさらなる別のオプションが、図５Ａおよび図５Ｂに示されている。このようなオプションでは、放射ビームはデータ収集率よりも高い周波数で垂直照明チャンネルと傾斜照明チャンネルとで切り換えられるため、垂直照明ビームからの散乱により収集されたデータは、傾斜照明チャンネルによる散乱から収集されたデータとは区別される。したがって、図５Ａに示されているように、電気光学変調器（例えば、ポッケルスセル）１８２をレーザー５２とビームスプリッタ６２との間に配置して、放射ビーム５４を二分の一波長電圧で変調する。これによりコントローラ１８４で制御されて、変調器１８２の駆動周波数で偏光ビームスプリッタ６２によりビームが送られるかまたは反射されることになる。
【００３５】
電気光学変調器は、図５Ｂに示されているようにブラッグ変調器１９２と置き換え、これは制御下の高周波数でオンおよびオフに切り換わる。変調器１９２は周波数ωb でブロック１９３により駆動される。このブロックは周波数ωm ｄｅオンおよびオフに切り換わる。オフの状態では、０次ビーム１９４ａはブラッグ変調器１９２を通過し、ミラー７４により表面７６ａに反射された垂直照明ビームになる。オン状態では、セル１９２は偏向された１次ビーム１９４ｂを発生し、ミラー１９６，８２により表面７６ａに偏向される。しかしながら、セル１９２からのほとんどのエネルギーは傾斜の１次ビームに向けられていても、弱い０次の垂直照明ビームは残っているため、図５Ｂの組み合わせは図５Ａのものほど良いものではない。
【００３６】
図５Ａの電気光学変調器および図５Ｂのブラッグ変調器はデータ率よりも高い周波数で動作されるのが好ましく、光電子増倍管８０のデータ率の少なくとも約３〜５倍の周波数のものが好ましい。図４に示されているように、図５Ａ，５Ｂの垂直照明経路と傾斜照明経路の両方の光学系は、垂直照明スポットと傾斜照明スポットがその間にあるオフセットと実質的に全く重複しないようなものである。図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂの組み合わせは、同じ放射コレクタ７８と検出器８が垂直照明ビームと傾斜照明ビームとから発生する散乱光を検出するために用いられる。さらに、垂直方向から表面７６ａに少なくとも２５〜７０°の範囲内で散乱される放射を収集する湾曲面を用い、収集した放射を検出器に集束させることによって、図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂの組み合わせの検出感度は最大になる。
【００３７】
複数の検出器を傾斜照明ビームに対して異なる方位角の収集角度に配置する組み合わせに対して、図２Ａ，２Ｂの組み合わせは、複数の検出器の組み合わせでは必要である異なる検出器のチャンネルを同期させたり平行化させる必要がないため、感度が良好でかつ組み合わせおよび動作がより簡単なものとなる。楕円面ミラー７８は垂直方向から表面に向けて少なくとも２５〜７５°の範囲内で散乱された放射を収集し、これは傾斜照明ビームから表面７６ａにより散乱された放射のほとんどを占めるもので、かつ粒子およびＣＯＰ検出に有益な情報を含むものである。
【００３８】
表面が表面に対してグレージング角またはその近くにＰ偏向照明ビームによって照明されるときの表面上の微粒子から散乱された放射の３次元強度分布は、トロイド状である。粒子が大きい場合、他の方向と比較すると前方方向でより高い散乱強度が検出される。このため、図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂの湾曲ミラーコレクタは、粒子が小さいものや大きいものから散乱された放射を収集し、その散乱放射を検出器に向ける点が特に利点である。しかしながら、垂直照明の場合、表面上にある微粒子から散乱された放射の強度分布は球面状となる。図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂのコレクタはまた、このような散乱放射を収集する利点がある。ビーム９０の照明角度は試料表面に対して垂直から４５〜８５°の範囲内であることが好ましく、特に７０〜７５°であることが好ましく、これは４８８ｎｍおよび５１４ｎｍのシリコン主角に近いものであり、ビーム通路がコレクタの壁に妨害されないものである。このように浅い角度で動作することによって、粒子の光束は図１Ａおよび図１Ｂに示されているように強化され、ピットに対する区別がはっきりする。
【００３９】
ビームの位置補正
ある欠陥に対して２つの検出チャンエルが発生する信号を比較するための必要条件は、２つのスポットを同じ位置に配置するということである。一般的に、半導体ウェーハまたは他の試料表面は完全に平坦なものではなく、同じ厚みを持っているわけではない。ウェーハ表面は焦点深度内にある限り、垂直入射ビームを用いる異常検出ではこのような不完全性はほとんど考慮されない。しかしながら、傾斜照明ビームの場合、ウェーハの高さ変化によりビーム位置が生じてしまい、したがって照明されたスポットの位置は不正確なものとなる。図６において、θはビームおよびウェーハ表面に対して垂直な方向Ｎとの間の傾斜入射角である。したがって、図６に示されているように、ウェーハ表面の高さが点線位置７６ａ' から高さｈだけ点線位置よりも高い位置にある実線位置７６ａに移動すれば、ウェーハ表面上の照明スポットの位置はｈ．ｔａｎθで与えられるωの誤差だけ離れる。１つの考えられる解決法は、照明されたスポットでウェーハの高さ変化を検出してウェーハを移動させることにより、米国特許第５，５３０，５５０号に記載されるような照明されたスポットにおいて一定高さでウェーハを維持することができる。上述した実施形態において、ウェーハを回転させ並進させて螺旋状の走査経路に沿って移動させることにより、走査経路に沿って回転させている間ウェーハを移動させることによってウェーハの高さを補正することが困難となる。別の代替実施形態では、ウェーハの高さが変化する場合、光源と検出器を移動させて、一方では光源と検出器および他方では照明されたスポットのウェーハ表面との間に一定の高さを維持する場合もある。これは明らかに手が掛かる作用であり、非実用的なものである。本発明の別の態様は、ウェーハの高さの検出された変化に応答する照明ビームの方向を変化させることによって、ウェーハの高さ変化を補正し、それによって生じるビームの位置誤差を減少させることが可能であるということに基づいたものである。
【００４０】
上述の態様を実行するための１つのスキームが図７に示されている。図７のシステム２００に示されているように、照明ビームはミラー２０２によって反射され、３つのレンズＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 を介してウェーハ表面２０４ａに集束される。傾斜照明ビーム７０''を図７の点線で示すウェーハ表面２０４ａに集束させるようにレンズの位置を設定する。次いで四分円セル(quad cell) （または他のタイプの位置高感度検出器）２０６を、表面２０４からのビーム７０''の正反射７０ａ''がセルの零位置２０６ａでセルに到達するように配置する。位置２０４ａから図７の実線で示す位置２０４ｂへとウェーハ表面が移動するとき、このようにウェーハの高さが変化することによって正反射が位置７０ｂ''へと移動してしまうため、零位置２０６ａから外れたセルの位置にあるセル２０６に到達する。検出器２０６は米国特許第５，５３０，５５０号に記載されたものと同様の方法で構成される。２つの直交する方向の零位置からの偏差を表示する検出器２０６からの位置誤差信号出力をセル２０６によりコントローラ２０８へと送り、このコントローラはミラー２０２を回転させる変換器２１０に誤差信号を発生させるため、正反射７０ｂ''も零位置２０６ａのセルに到達する。言い換えれば、照明ビームの方向は、正反射が零位置のセルに到達するまで偏向され、この点では、コントローラ２０８は変換器２１０に誤差信号を発生しない。
【００４１】
３つのレンズを用いずに、図８に示されているように単一のレンズを用いることも可能であり、ここではウェーハ上の照明されたスポットの正確な配置が位置感度検出器からの位置感知信号において零に対応していないが、１／２だけ減じた検出器の出力に対応している。このアプローチは図８に示されている。したがって、コントローラ２５２は四分円セルの検出器２５４の出力で位置感知信号の振幅を２で除算し割当て信号(quotient signal) を発生させ、この割当て信号を変換器に加える。変換器２１０は割当て信号の振幅に比例した量だけミラーを回転させる。正反射の新しい位置はスポットの正確な位置に対応する。新しい誤差信号はここで新しい参照となる。
【００４２】
図７および図８を参照して傾斜照明ビームのビーム位置誤差を削減する上述の特徴は、図２Ａ，２Ｂ，３，４，５Ａおよび図５Ｂの検査システムのいずれか１つと組み合わせて使用することもできるが、これらの図には四分円セル（２０６または２５４）のみが示されている。
【００４３】
空間フィルタ
図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａおよび図５Ｂの実施形態を参照すると、これらの実施形態における放射収集および検出スキームは、傾斜照明チャンネル９０または９０' に対する表面７６ａからの放射の散乱方向に関する情報を保持することに留意されたい。これは、例えば粗いフィルム等の応用に利用される。これは、楔形状を有する少なくとも１つの領域を除いて、検出器の方向に湾曲した鏡面により収集された散乱放射を遮断する空間フィルタを用いることによって行われる。垂直照明チャンネルについては、照明および散乱が表面の法線の周りで対称であるため、方向に関する情報がない。言い換えれば、垂直照明チャンネルが図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂの実施形態では省略されていれば、湾曲した鏡面コレクタ７８または７８' は粒子の散乱により生じるトロイド状の強度分布内で散乱したほとんどの放射を収集するという利点があり、これによって検査器具が高度の粒子感度を備えることになる。同時に、湾曲した鏡面コレクタを用いることにより方向に関する散乱の情報が得られ、このような情報は以下に記載する空間フィルタを用いて読み出される。
【００４４】
図９Ａ〜図９Ｆは、２つの翼をそれぞれが有するバタフライ状の空間フィルタの６つの異なる実施形態を示している。これらの図の暗い領域または陰影の領域（翼）は放射を通さずに散乱する領域を表しており、白い領域または陰影をつけていない領域は放射を伝送する領域を表している。放射伝達（白いまたは陰影をつけていない）領域の大きさは、図９Ａ〜図９Ｆにおいて楔角度αとしている。したがって、図９Ａでは楔角度は１０°であり、図９Ｂでは楔角度は２０°である。
【００４５】
このように、図９Ｂのフィルタが図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａまたは図５Ｂの位置３００に配置され、ここで放射収集の２０°の楔形領域の中心が傾斜照明方向に対して約９０°および２７０°の方位角の収集角度である場合、これはそれぞれが２０°の収集角度を有する２つの検出器から組み合わせた出力を発生させる効果をもち、１つの検出器は米国特許第４，８９８，４７１号にあるように８０〜１００°の方位角の間で放射を収集するように配置され、もう１つの検出器は２６０°〜２８０°の方位角の間で放射を収集する。米国特許第４，８９８，４７１号の検出スキームは、２６０〜２８０°の方位角の間の楔領域を遮断することによって同じようにすることも可能である。しかしながら、本発明の組み合わせは、湾曲ミラーコレクタ７８，７８' を用いて米国特許第４，８９８，４７１号よりも多くの散乱放射を収集するため、上記特許よりも感度が良好である利点を有している。さらに、方位角の収集角度を図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂの位置３００のフィルタをプログラムすることによって動的に変化させるため、以下に記載するようにどの検出器も動かす必要がなくなる。
【００４６】
角度αを変化させることによって検出器の収集立体角を拡大または減少させることが可能である。また、楔形領域の方位角を変更することも可能である。これらは、図９Ａ〜図９Ｆに示されているような異なる楔角度をもつ複数の異なるフィルタや、他の楔形状の放射伝達領域を有するフィルタを手元に置いて、所望のフィルタおよびフィルタの所望の位置を選んで図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂの位置３００で用いることによって達成される。図９Ａ〜図９Ｅの空間フィルタは全て２つの翼を有するバタフライ状のものであり、ここでこれらの翼は放射を通さずに散乱し、翼の間にある空間で鏡面と検出器８０の間の放射を通過させる。しかしながら、単一の放射の伝達を行う楔形状の領域を有する図９Ｆに示すような形状の空間フィルタを用いることが望ましい場合もある。種々の異なる角度の中心の周りに分散した放射を伝達するあらゆる楔状の領域を有する空間フィルタは本発明の範囲内のものである。
【００４７】
異なる楔状の角度、異なる数の楔形をもち種々の構造をもったフィルタを多数準備する代わりに、プログラム可能な空間フィルタ用いることも可能であり、ここでは放射を通さない領域か散乱する領域および透明な領域か放射を通す領域とを変更できる。例えば、空間フィルタを波形材料を用いて構成し、波形材料を平らにして楔角度αを小さくすることもできる。もしくは、図９Ａ〜図９Ｆにあるような２以上の空間フィルタを互いに重ね合わせることで、放射を通さない領域か散乱する領域および透明な領域か放射を通す領域とを変更できる。
【００４８】
その代わりに、液晶空間フィルタを用いる場合もあり、その１つの実施例が図１０Ａおよび１０Ｂに示されている。液晶材料は、層の両端に印加された電位を変化させることによって放射を伝達または散乱することができる。液晶層は円形電極３５２と中心３５６の周りに配置された円形のｎ個のセクタの形状をした電極アレイ３５４の間に配置され、ここでｎは正の整数である。セクタは、図１０Ａのフィルタ３５０の１つの実施形態の平面図を示す図１０Ｂに示されている。隣接した電極セクタ３５４（ｉ）と３５４（ｉ＋１）は互いに電気的に絶縁されており、ここでｉは１〜ｎ−１である。
【００４９】
したがって、電圧コントローラ３６０を用いて適切な電位を片側では１以上のセクタ電極３５４（ｉ）全体にかけ（ここで（ｉ）は１〜ｎ）、反対側では電極３５２にかけることによって、楔角度αをセクタ電極３５４（１）から３５４（ｎ）のそれぞれを楔角度βにインクリメントして変化させるようにプログラムすることが可能となる。また、電極３５２と適切なセクタ電極に電位をかけることによって、再度楔角度βに制限させてセンア３５６の周りの異なる構造に配置した楔状の領域に多種の放射を伝送させるフィルタを得ることも可能である。図を簡略化するために、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、電圧コントローラ３６０とセクタ電極のうちの１つの電極との間にしか電気的接続を図示していない。円形のセクタ形状の代わりに、電極３５４はまた三角形の形状をもつこともできる。電極３５４の形状が二等辺三角形の場合、中心３５６の周りに配置した電極３５４のアレイは多角形状である。アレイ３５４がさらなる別の形状をとることも可能である。
【００５０】
非常に小さい楔角度βを選択した場合、短絡を防ぐために隣接するセクタ電極間を引き離すことができるように過剰量の空間を設けなければならない。非常に大きな楔角度βは、楔角度αをかなりインクリメントして変化させるだけでよい。βは少なくとも５°であることが好ましい。
【００５１】
垂直照明ビームでは、まず初めにビームの偏光状態は検出に影響を及ぼさない。傾斜照明ビームでは、ビームの偏光状態は検出の感度にかなりの影響を及ぼす。したがって、粗いフィルムを検査するにはＳ偏光放射を用いることが好ましく、また平滑表面検査の場合にはＳまたはＰ偏光放射が好ましい。２つのチャンネルからそれぞれ発生する試料表面からの散乱放射が検出された後、その結果を比較して粒子とＣＯＰとを区別するための情報を得る。例えば、傾斜チャンネルから発生した散乱放射の強度（例えば、ｐｐｍ）は垂直チャンネルから発生したものに対してプロットされ、そのプロットが分析される。もしくは、２つの強度間の比率を試料表面の１以上の位置のそれぞれに対して求める。このような動作を図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂのプロセッサ４００により実行する。
【００５２】
図１Ｃと関連させて上述したように、粒子２４と同等のサイズのピット３２は粒子２４と比較すると傾斜ビーム２８’から光束をより少量しか散乱しない。さらに、傾斜入射ビームがＰ偏光されていれば、粒子による散乱は、垂直方向に近い方向の散乱と比較すると表面に垂直な方向から離れた角度をもつ方向の方がかなり強くなる。これは、傾斜入射Ｐ偏光ビームが３次元空間ではより均一であるＣＯＰの場合ではない。この特徴は図１１に図示するようにして得られる。
【００５３】
図２Ａおよび図１１を参照すると、図１１の試料検査システム５００は、追加の検出器５０２が対応するピンホールとともに用いられている点が図２Ａのシステム５０とは異なる。方向５１０はウェーハ７６の表面７６ａに垂直な方向である。垂直方向５１０に近い方向に散乱した放射はピンホール５０４を介して光電子増倍管５０２の方へミラー５１２に反射されて検出される。垂直方向５１０から離れた方向にある表面７６ａにより散乱された放射はミラー７８によって収集され、ピンホール８０ａおよび光電子増倍管８０に集束される。したがって、検出器８０は垂直方向５１０から離れた角度をもつ方向に表面７６ａにより散乱された放射を検出し、また検出器５０２は垂直方向５１０に近い方向に沿い表面により散乱された放射を検出する。
【００５４】
粒子とＣＯＰを区別するために、傾斜チャンネル９０の傾斜照明ビームはＰ偏光されているものが好ましい。このような場合、傾斜照明ビームにより照明された表面７６ａ上の粒子はトロイドに類似した３次元パターンの放射を散乱し、これは垂直方向５１０および垂直方向に近い方向のエネルギーは比較的ない状態のものである。一方で、ＣＯＰは３次元空間でより均一にこのようなビームを散乱する。したがって、検出器５０２により検出された信号が検出器８０によって検出されるものとはかなり異なる場合、表面７６ａの異常は粒子である傾向があり、また２つの検出器で検出される信号があまり異ならない場合、表面７６ａにある異常はＣＯＰである傾向がある。
【００５５】
図２Ａを参照して上述したものと同様の方法で、チャンネル９０においてＰ偏光された傾斜照明ビームはレーザー５２によって供給される。偏光ビームスプリッタ６２によりミラー８２の方向に反射されたＳ偏光ビームは、二分の一波長板８４によりＰ偏光ビームに変更される。システム５００には垂直チャンネルの照明ビームが使用されていないので、簡単にブロック化している（図１１には図示せず）。２つの検出器８０、５０２の出力の比較はプロセッサ４００によって行う。ミラー７８の形状は楕円面、放物面（この場合、図２Ｂの対物レンズ１０４に類似した追加の対物レンズも用いられる）の場合もあり、また別の適切な形状の場合もある。
【００５６】
本発明では垂直照明ビームおよび傾斜照明ビームに関して記載してきたが、垂直照明ビームは表面に正確に垂直でないものでも置き換え可能であり、また上述の本発明の利点のほとんどを得ることができる。したがって、このようなビームは垂直方向に対して近い角度をもったものであり、ここでの近い角度は、垂直方向に対して１０°よりも小さい程度のものである。
【００５７】
本発明を種々の実施形態を参照して上述してきたが、変化および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およびそれと同等のものによりのみ規定されるべきものであることを理解されたい。例えば、２つの照明ビームまたは照明経路が図２Ａ，２Ｂ，４，５Ａ，５Ｂに示されているが、３以上の照明ビームまたは照明経路を用いることも可能で、それも本発明の範囲内であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明を説明するために有益なもので、粒子を有する表面を照明する垂直照明ビームの略図である。
【図１Ｂ】本発明を説明するために有益なもので、粒子を有する表面を照明する傾斜照明ビームの略図である。
【図１Ｃ】本発明を説明するために有益なもので、粒子を有する表面を照明する傾斜照明ビームの略図である。
【図２Ａ】本発明の１つの実施形態を説明するもので、楕円面ミラーを用いた試料検査システムの略図である。
【図２Ｂ】本発明の別の実施形態を説明するもので、放物面ミラーを用いた試料検査システムの略図である。
【図３】本発明の別の実施形態を説明するもので、図２Ａまたは図２Ｂのシステムの一部の簡潔な分解図である。
【図４】本発明のさらなる別の実施形態を説明するもので、照明用に２つの異なる波長を用いる試料検査システムの略図である。
【図５Ａ】本発明のさらなる別の態様を説明するもので、垂直照明経路と傾斜照明経路との間の放射ビームを切り換えるためのスイッチを用いた２つの異なる実施形態を説明する試料検査システムの略図である。
【図５Ｂ】本発明のさらなる別の態様を説明するもので、垂直照明経路と傾斜照明経路との間の放射ビームを切り換えるためのスイッチを用いた２つの異なる実施形態を説明する試料検査システムの略図である。
【図６】ビームにより照明されたスポット位置でウェーハの高さ変化の影響を説明するための半導体ウェーハ表面を照明するビームの略図である。
【図７】照明ビームの方向を変更してウェーハの高さ変化により生じる照明スポットの位置の誤差をなくすものである３つのレンズを用いた半導体ウェーハを検査する試料検査システムの一部の略図である。
【図８】ウェーハの高さ変化を補償するために１つのレンズのみを用いた試料検査システムの一部の略図である。
【図９Ａ】試料の異常を検出するのに有益な空間フィルタの略図である。
【図９Ｂ】試料の異常を検出するのに有益な図９Ａとは異なる空間フィルタの略図である。
【図９Ｃ】試料の異常を検出するのに有益な図９Ａ，図９Ｂとは異なる空間フィルタの略図である。
【図９Ｄ】試料の異常を検出するのに有益な図９Ａ〜図９Ｃとは異なる空間フィルタの略図である。
【図９Ｅ】試料の異常を検出するのに有益な図９Ａ〜図９Ｄとは異なる空間フィルタの略図である。
【図９Ｆ】試料の異常を検出するのに有益な図９Ａ〜図９Ｅとは異なる空間フィルタの略図である。
【図１０Ａ】円を複数のセクタに分けた形状をもつ電極および電極のアレイとの間に介在させた液晶材料の層を用いるプログラム可能な空間フィルタと、アレイの少なくとも１つのセクタおよび他の電極との間に電位を印加する手段とによって、少なくとも１つのセクタに隣接した液晶層の一部が放射透過性もしくは散乱するように制御される空間フィルタおよび電位印加手段の簡略化した部分的略図および部分的断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの空間フィルタの平面図である。
【図１１】本発明の別の態様を説明するためのもので、ＣＯＰと粒子を区別するための斜面傾斜ビームと２つの検出器を用いた試料検査システムの略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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