(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上の微粒子またはパターン欠陥等の異常を検出するための光学走査システムにおいて、
焦点合わせした光ビームを試料表面に向けて、その上に照明スポットをつくる手段と、
少なくとも１つの第１の走査線に沿って表面にあるスポットを走査する手段であって、前記走査手段は、少なくとも１つの第１の走査線に沿ってスポットを走査したあとに少なくとも第２の走査線に沿ってスポットを走査する走査手段と、
スポットからの散乱光を集めるために前記表面に隣接する位置に配置された、二次元のセンサアレイを含む第１の検出器であって、前記二次元のセンサアレイは、少なくともセンサの第１列およびセンサの少なくとも１つの第１列に隣接した少なくともセンサの第２列を含む第１の検出器と、
センサの前記第１列からセンサの少なくとも１つの第２列への信号転送を同期し、それによってアレイでの信号の時間遅延調整を実行する同期手段と、
走査線に沿った複数の位置のそれぞれで照明スポットの一部分からの散乱光をアレイにある対応するセンサに焦点合わせする手段であって、前記焦点合わせ手段は、少なくとも１つの第１の走査線に沿った前記複数の位置でスポットから散乱した光をアレイにあるセンサの第１列に焦点合わせし、少なくとも第２の走査線に沿って複数の位置でスポットから散乱した光をセンサの前記少なくとも１つの第２列に焦点合わせし、少なくとも１つの第２の走査線に沿った前記複数のスポット位置は、少なくとも１つの第１の走査線に沿ったものと重複する焦点合わせ手段と、
からなる光学走査システム。
【請求項２】
請求項１記載の光学走査システムにおいて、
前記スポットから表面に対して略垂直方向に散乱した光の周縁の光を検出するように前記検出器を配置する光学走査システム。
【請求項３】
請求項１記載の光学走査システムにおいて、
走査手段の走査速度と前記同期手段を制御して、前記時間遅延調整が可能となる手段からさらになる光学走査システム。
【請求項４】
請求項３記載の光学走査システムにおいて、
前記走査手段は、チャープ速度をもつ音響光学偏向器を含み、前記制御手段は、同期手段によりチャープ速度および信号転送のタイミングを制御する光学走査システム。
【請求項５】
請求項１記載の光学走査システムにおいて、
前記部分は、スポットの約１／１６であり、第２の走査線に沿った前記複数のスポット位置は、第１の走査線に沿ったものの約１／４と重複する光学走査システム。
【請求項６】
請求項１記載の光学走査システムにおいて、
前記スポットサイズの最小寸法は、約２〜２５ミクロンの範囲である光学走査システム。
【請求項７】
請求項１記載の光学走査システムにおいて、
前記走査手段は、蛇行状の走査経路に沿ってスポットを走査し、前記経路は、複数の走査経路区分のアレイを含み、少なくともいくつかの前記走査経路区分のスパンは、それぞれ表面の寸法よりも短く、前記走査経路区分の長さは、約２〜２５ｍｍの範囲である光学走査システム。
【請求項８】
請求項１記載の光学走査システムにおいて、
表面から３０度よりも小さい角度の方向に散乱した光を受けるように方向付けし、走査ビームに対して７５〜１０５度の方位角で走査ビームの反対側に対照的に配置した検出器の第１のグループからさらになる光学走査システム。
【請求項９】
請求項８記載の光学走査システムにおいて、
表面から３０度よりも小さい角度の方向に散乱した光を受けるように方向付けし、走査システムに対して３０〜６０度の方位角で走査ビームの反対側に対照的に配置した検出器の第２のグループからさらになる光学走査システム。
【請求項１０】
請求項１記載の光学走査システムにおいて、
スポットから鏡面反射した光を集め、表面高さの変化を測定する手段をもつ、自動位置決め検出器をさらに含む光学走査システム。
【請求項１１】
表面上の微粒子またはパターン欠陥等の異常を検出するための光学走査システムにおいて、
焦点合わせした光ビームを試料表面に向けて、その上に照明スポットをつくる手段と、
第１の走査線に沿って表面にあるスポットを走査する手段と、
前方方向および／または横方向の散乱光を集めるために、表面付近に対称的に配置し、それぞれ散乱光を表す信号を発生させる、複数の検出器のグループと、
走査線に沿った複数の位置のそれぞれで照明スポットからの散乱光を前記検出器のグループに焦点合わせする手段と、
前記信号および前記第１の検出器の出力から複数のマップをつくる手段と、
異常を特定するために少なくとも２つのマップを比較する手段と、
からなる光学走査システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の光学走査システムにおいて、
前記比較手段は、前記少なくとも２つのマップにある異常のみからなるＡＮＤマップを提供する光学走査システム。
【請求項１３】
請求項１１記載の光学走査システムにおいて、
前記比較手段は、前記少なくとも２つのマップのうちのいずれか１つにある異常からなる組み合わせマップを提供する光学走査システム。
【請求項１４】
請求項１１記載の光学走査システムにおいて、
前記比較手段は、前記少なくとも２つのマップのうちの１つだけにはあるが両方にはない異常のみからなるＸＯＲマップを提供する光学走査システム。
【請求項１５】
請求項１１記載の光学走査システムにおいて、
前記比較手段は、パターン欠陥および微粒子を特定するために少なくとも２つのマップを比較する光学走査システム。
【請求項１６】
表面上の微粒子またはパターン欠陥等の異常を検出するための光学走査方法において、
焦点合わせした光ビームを試料表面に向けて、その上に照明スポットをつくるステップと、
第１の走査線に沿って表面にあるスポットを走査するステップと、
前方方向および／または横方向の散乱光を集めるために、表面付近に対称的に配置し、それぞれ散乱光を表す信号を発生させる、複数の検出器のグループを配置するステップと、
走査線に沿った位置のそれぞれで照明スポットからの散乱光を前記複数の検出器のグループに焦点合わせするステップと、
前記信号および前記第１の検出器の出力から複数のマップをつくるステップと、
異常を特定するために少なくとも２つのマップを比較するステップと、
からなる光学走査方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記配置ステップは、前記スポットから表面に対して垂直方向の周辺に散乱した光を検出するように前記検出器を配置する光学走査方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記アレイは、少なくともセンサの第２列をさらに含み、前記走査ステップは、第１の走査線に沿ってスポットを走査したあとに第１の走査線に隣接した少なくとも第２の走査線に沿ってスポットを走査し、前記方法は、センサの前記第１列からセンサの第２列への信号転送を同期するステップからさらになり、前記焦点合わせステップは、少なくとも第２の走査線に沿ってスポットから散乱した光をセンサの前記第２列に焦点合わせすることで、アレイでの信号の時間遅延調整を実行する光学走査方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の光学走査方法において、
走査ステップの走査速度と前記同期ステップでの信号転送のタイミングを制御して、前記時間遅延調整が可能となるステップからさらになる光学走査方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の光学走査方法において、
前記走査ステップは、チャープ速度をもつ音響光学偏向器を用い、前記制御ステップは、同期ステップでのチャープ速度および信号転送のタイミングを制御する光学走査方法。
【請求項２１】
請求項１８記載の光学走査方法において、
前記焦点合わせステップは、スポットの一部分のみから散乱した光を対応するセンサに焦点合わせする光学走査方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の光学走査方法において、
第２の走査線に沿ったスポット位置は、第１の走査線に沿ったものと重複する光学走査方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の光学走査方法において、
前記部分は、スポットの約１／１６であり、第２の走査線に沿ったスポット位置は、第１の走査線に沿ったものの約１／４と重複する光学走査方法。
【請求項２４】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記スポットサイズの最小寸法は、約２〜２５ミクロンの範囲である光学走査方法。
【請求項２５】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記走査ステップは、蛇行状の走査経路に沿ってスポットを走査し、前記経路は、複数の走査経路分のアレイを含み、少なくともいくつかの前記走査経路区分のスパンは、それぞれ表面の寸法よりも短く、前記走査経路区分の長さは、約２〜２５ｍｍの範囲である光学走査方法。
【請求項２６】
請求項１６記載の光学走査方法において、
表面から３０度よりも小さい角度の方向に散乱した光を受けるように方向付けし、走査ビームに対して７５〜１０５度の方位角で走査ビームの反対側に対称的に配置した検出器の第１のグループからさらになる光学走査方法。
【請求項２７】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記比較ステップは、前記少なくとも２つのマップにある異常のみからなるＡＮＤマップを提供する光学走査方法。
【請求項２８】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記比較ステップは、前記少なくとも２つのマップのうちのいずれか１つにある異常からなる組み合わせマップを提供する光学走査方法。
【請求項２９】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記比較ステップは、前記少なくとも２つのマップのうちの１つだけにはあるが両方にはない異常のみからなるＸＯＲマップを提供する光学走査方法。
【請求項３０】
請求項１６記載の光学走査方法において、
前記比較ステップは、パターン欠陥および微粒子を特定するために少なくとも２つのマップを比較する光学走査方法。
【請求項３１】
表面上の微粒子またはパターン欠陥等の異常を検出するための光学システムにおいて、
前記表面を照明する放射ビームを供給する光源と、
２以上のセンサと、
前記表面から散乱した光を集め、集められて散乱した放射を前記２以上のセンサに向け、前記集められて散乱した放射に応じて前記センサにより出力信号を供給する光学素子であって、前記２以上のセンサの各々は、他のセンサによって感知された放射を感知するのとは異なった方向に前記表面から散乱した放射を感知するように配置される、光学素子と、
前記ビームにより前記表面を走査し、前記２以上のセンサがビームによって走査された前記表面の異なった部分からの放射に応じて出力信号を供給するように、前記ビームと表面との間に相対運動を起こさせる装置と、
前記センサの出力信号を格納する記憶装置と、
走査中に前記２以上のセンサの各々からの前記格納されたセンサの出力信号からのマップを提供し、異常を識別するために少なくとも２つのマップを比較することによって、複数のマップを提供するプロセッサと、
からなる光学システム。
【請求項３２】
表面上の微粒子またはパターン欠陥等の異常を検出するための光学方法において、
放射ビームを使用して前記表面を照明するステップと、
前記表面から散乱した光を集め、集められて散乱した放射を２以上のセンサに向け、前記集められて散乱した放射に応じて前記センサにより出力信号を供給するステップであって、前記２以上のセンサの各々は、他のセンサによって感知された放射を感知するのとは異なった方向に前記表面から散乱した放射を感知するように配置される、ステップと、
前記２以上のセンサがビームによって走査された前記表面の異なった部分からの放射に応じて出力信号を供給するように、前記表面にわたってビームを走査するステップと、
前記センサの出力信号を格納するステップと、
走査中に前記２以上のセンサの各々からの前記格納されたセンサの出力信号からのマップを提供し、異常を識別するために少なくとも２つのマップを比較することによって、複数のマップを提供するステップと、
からなる光学方法。
【発明の詳細な説明】
背景技術
本発明は、光学表面検査の分野に関する。さらに詳しく言えば、半導体ウェーハ等を検査するための照明および集光光学器に関する。
半導体ウェーハの製造中にパターンの欠陥や微粒子の混入等の異常をモニタすることは、大量生産において重要な要因になってくる。多くのタイプの欠陥や混入、特に微粒子の混入がウェーハ表面に生じる可能性がある。ウェーハ表面上の異常の存在，位置やタイプを決定することは、異常が生じた処理工程を捜し当てることとウェーハを破棄するかどうかを決定することに狙いがある。
当初、微粒子等の存在を調べるためにウェーハ表面を視覚検査して手動で異常をモニタしていた。これらの異常は通常ほこりや微小のシリコン粒子であり、多くはウェーハパターンの欠陥の原因となる。しかしながら、手動検査では、オペレータのミスや欠陥を観察する能力不足のために時間がかかり信頼性が低いものであった。ウェーハ表面上の部品の寸法が小さくなるにつれて表面サイズが大きくなると、ウェーハ表面上の部品の数がかなり増えることになる。自動化の需要は必然的である。
ウェーハ表面の検査時間を減らすために多くの自動検査システムが導入された。これらの自動検査システムのほとんどは、光を散乱させて異常を検出する。例えば、本発明の譲渡人に譲渡されたエル．ガルブライス（L.Galbraith）の米国特許第４，６０１，５７６号を参照されたい。これらのシステムは２つの主要な部品、すなわち照明光学器および集光−検出光学器を含む。照明光学器は、一般的に、干渉性光源，例えばレーザー等でウェーハ表面を走査する。ウェーハ表面に異常が存在すれば入射光は散乱する。集光光学器は既知のビーム位置を参照して散乱光を検出する。その後、散乱光を電気信号に変換して、それをオシロスコープや他のモニタ上の光輝スポットとして測定，計測および表示する。
照明光学器は検査システムの検出感度を確立するのに大きな役割を担っている。感度はウェーハ上で走査するスポットのサイズや照明角度に左右される。スポットのサイズが小さければ、異常を検出するためのシステムの感度はより高まる。しかしながら、スポットサイズが小さくなればそれだけウェーハ表面を走査する時間も長くなり、結果的には処理能力が下がることになる。
照明および集光−検出光学器のどちらの感度も照明したウェーハ表面のテクスチャに左右される。照明した表面がパターン化されたものであれば、異常の存在を決定しにくくする散乱をその領域が生じさせるため、システムの感度が下がることになる。パターン化した特徴による散乱をなくすためには、表面上のスポットの入射角を表面の垂線に対して大きくする。しかしながら、角度，すなわち表面に対するグレージング角を非常に大きくすると、システムの感度も下がることになる。さらに、入射角が大きくなると有効なスポットサイズが広がり、システムの感度が下がることになる。したがって、妥協点はシステムの感度と検査速度の間にある。集光−検出光学器の感度は、一般的に走査ビームに対する検出器の方位角位置や高さが要因となる。
このように、これまで提案された多くの照明および集光−検出技術は上記の概念を利点としてきた。さらに、検査速度をさらに上げてウェーハ表面の一定の走査を提供する試みもなされてきた。米国特許第５，３１７，３８０号において、アレマンド（Allemand）は、入射グレージング角で表面上に弧状の走査線として焦点合わせするレーザー光を開示している。前方方向にビームから散乱された光を集めることで、集光角度を全走査線上で一定にする一対の光検出器が提供されている。
ポーター等（Porter et al.）の米国特許第４，９１２，４８７号には、アルゴンイオンレーザービームで対象表面を照明するレーザーパターン書込および検査システムが開示されている。音響光学偏向器はチャープ信号で動作しビームの経路に設置することで、ラスター走査線を掃引する。対象物を双方向に動作可能なステージに置く。ビームの入射角を対象物に対して直角にして、同じ幅の連続した帯状部分に沿って走査するようにステージを動かす。
ハヤノ等の米国特許第４，８８９，９９８号には、薄膜上の異粒子を検出する装置および方法が開示されており、この異粒子は光ビームを用いて対でグループ化した複数の検出器で検出した光で薄膜を走査するものである。二対の検出器を後方で散乱した光を集める位置に設置する。各検出器で検出した散乱光の強度の違いをモニタして、強度のばらつきを分析することで薄膜上の粒子の位置を決定する。
ストーンストロム等（Stonestrom et al.）の米国特許第４，８９８，４７１号には、パターン化された表面上の粒子を検出するための装置および方法が開示されており、ここでは表面上を入射グレージング角で一本の光ビームが走査される。表面は間に道を挟む複数の同一ダイを含む。道に平行にビームで走査すると、単一経路の集光システムがパターン信号を減らしながら粒子信号を最大化する方位角度から散乱光を検出する。プロセッサは検出した光から個々のダイに対応するテンプレートを作り、その後テンプレートを比較してダイ上の微粒子を特定する。
コイズミ等の米国特許第４，６１７，４２７号では、ウェーハを回転駆動部に接続された供給ステージ上に載せ、この駆動部によりウェーハ表面を一定の速度でらせん状に走査できる。Ｓ偏波のレーザービームは入射角を変化させて表面上を走査する。入射角はウェーハが滑らかかパターン化されたものかで決まる。単一の検出器は散乱光を集光するためにウェーハ表面に対して垂直に設置され、表面がパターン化されている場合はＳ偏光状態に散乱光を減衰させる可変偏光フィルタを含み、またウェーハが滑らかな場合は光を減衰させない。
ヒーブナー（Heebner）の米国特許第４，４４１，１２４号では、ウェーハ表面上を表面に対して垂直の角度でレーザーで走査する。レーザービームの走査は、ビデオモニタの走査ビーム速度と同期させて検流計や音響光学偏向器でビームを偏光させて行う。リングタイプの集光レンズを用いた光検出器は、ウェーハ表面に沿って実質的に散乱させた光の強度をモニタする。このような配置から生じる利点は、微粒子等が全くないパターン化されたウェーハは実質的にウェーハ表面では光を全く散乱させないが、微粒子等があるウェーハは表面に沿ってウェーハ上で衝突する一部の光を散乱させることである。
別の粒子検出装置および方法は、ステイグメイアー等（Steigmeier et al.）の米国特許第４，３９１，５２４号に開示されており、ここではウェーハ表面に垂直の角度でレーザービームが走査される。回転以外にも、ウェーハステージはウェーハが渦巻状に走査されるように一軸方向に動く。単一の検出器を表面に垂直設置して散乱光を集光する。しきい値回路はモニタした欠陥を区別するために用いられる。
本発明の目的は、パターン化されたもしくはパターン化されていないウェーハのいずれかの表面上でレーザービームを走査することで、ミクロン程度のサイズの異常を検出できる高速装置を提供することである。
本発明のさらなる目的は、検出した異常を分類してそのサイズを決定し、さらに誤って検出する数を減らすことで検出システムの信頼性や精度を高めることである。
発明の開示
これらの目的は、パターン化されたもしくはパターン化されていないウェーハ表面のいずれにおいても、パターン欠陥や微粒子混入等のサブミクロンサイズの異常を検出するための装置および方法で達成される。本出願では、微粒子の混入とは表面上に存在する異物であり一般的に表面の平面から突出しているものと定義する。パターンの欠陥とは表面の平面の中もしくは下にあることが多く、通常、光露光処理工程中に異物が入ったり表面の結晶欠陥から生じることがある。
本発明の１つの特徴は、表面上の粒子やパターン欠陥等の異常を検出するための光学走査システムに関し、このシステムは焦点合わせした光ビームを試料表面に向けてそこに照明スポットを作りだす手段と、第１の走査線に沿って表面上のスポットを走査するための手段とからなる。このシステムはさらに、スポットからの散乱光を集光するために前記表面に隣接する位置に第１の検出器を設置し、ここでは検出器は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含むものである第１の検出器と、走査線に沿って複数の位置のそれぞれで照明スポットからの散乱光をアレイの対応するセンサに焦点合わせするための手段とからなる。
本発明の別の特徴は、表面の粒子やパターン等の異常を検出するための光学走査方法に関し、前記方法は焦点合わせした光ビームを試料表面に向けてそこに照明スポットを作りだすステップと、第１の走査線に沿って表面上のスポットを走査するためのステップと、スポットからの散乱光を集光するために前記表面に隣接する位置に第１の検出器を設置し、ここでは検出器は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含むものである検出器の設置ステップと、および走査線に沿って各位置で照明スポットからの散乱光をアレイの対応するセンサに焦点合わせするためのステップとからなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による照明および集光光学器の簡単な斜視平面図である。
図２は、図１に示した照明および集光光学器の平面図である。
図３は、ウェーハ表面上のスポットの走査経路を示した詳細な図である。
図４は、図１に示した集光経路の詳細な図である。
図５Ａ〜図５Ｂは、本発明で用いた偏光スキームを示す平面図である。
図６は、図１で示した装置を使用する本発明の方法で生じたウェーハ上のビーム走査位置（Ｘ）と電気信号の振幅（Ｉ）のグラフである。
図７Ａ〜７Ｅは、図３に示したウェーハの走査から生じたディスプレイの平面図である。
図８は、図１に示した画像経路の平面図である。
図９Ａは、本発明を説明するもので、検査対象の表面上にある楕円状の照射領域もしくはスポットの略図である。
図９Ｂは、図９Ａの楕円状スポットの幅もしくは短軸の照明強度を示したグラフであり、スポットの領域を規定し、照明ビームの点広がり関数を説明するものである。
図９Ｃは、検査対象の表面にある照明スポットの３つの位置を示した略図であり、本発明のシステムの走査およびデータ収集処理を説明するものである。
図１０は、本発明の好適な実施例を説明するもので、一部の斜視図と一部のブロック図で、半導体ウェーハ表面の異常を検出するためのシステムを示している。
図１１は、図８の画像経路の二次元アレイ検出器と、図１および図１０にある検出器を制御し、光ビームで走査して検出器内の信号の転送を同期させるプロセッサのブロック図である。
簡潔に記載するために、本出願では同一要素は同じ参照番号で記載している。
好適な実施例の詳細な説明
図１に示されているように、本発明は、パターン化された表面上にある異常部分の散乱が非対称であるという発見に基づいている。これは異常自体の非対称性かもしくは微粒子の混入が原因の一部であり、その微粒子が存在するパターンは粒子部分の効果的な散乱を変化させる。この発見の有利性を利用して、表面の周辺に対照的に設けた集光器経路のグループを含むように複数の検出器を設ける。多数の集光器経路が各グループに用いられているが、好適な実施例はウェーハ表面１２の周りに対称的に設けた２つの集光器経路１０ａ〜ｂ，１１ａ〜ｂの２つのグループを使用することで、一対内の各集光器経路が線Ｂに示されているように走査線の反対側に同じ方位角度で設けられることになる。方位角に対称的に設けられた集光器経路を用いると、誤った検出数を実質的に減少させることができる。例えば、異常部分が対称的に散乱しているものでは、散乱光は同じ強度をもち、方位角に対称に設けられた一対の集光器経路に衝突する。異常部分が非対称に散乱しているものでは、異なる強度をもつ同じ対の集光器経路に衝突する。対称的に設けた集光器経路に衝突する光強度のデータを比較することで、パターン信号等の共通の信号を破棄する。これにより高いレベルの信頼性が確保され、これはその結果生じる信号がまさに異常からくるものであり、表面の特徴によりランダムに散乱するためではない。経路からのデータを種々のアルゴリズムや論理演算，例えばＯＲ，ＡＮＤおよびＸＯＲ等を実行することで比較する。さらに、２つの経路に異なる信号をもつ異常に関するデータを考察することで、それらの形状や構造もしくはそのいずれかを決定することができる。
図１に示すように、光源１３，通常はレーザーがビーム１４を放出する。ビーム１４を前段階偏向光学器１５に向け、この光学器１５は、半波板，空間フィルタ，および数個の筒状レンズからなり、それによってスキャナ１６と一致する望ましい偏光をもつ楕円形のビームを作りだす。前段階偏向光学器１５はビーム１４の範囲を拡大して適切な値の開口をえる。後段階偏向光学器１７は数個の筒状レンズと空気用スリットを含む。最終的にビーム１４をウェーハ表面１２上に焦点合わせして、ウェーハ表面１２の平面にありビーム１４の光軸と垂直でＢで示された方向に沿って走査する。装置に用いる偏向器のタイプは希望する応用に応じたものを用い、多角形ミラーや検流計を含む場合もある。しかしながら、好適な実施例では偏向器１６は音響光学偏向器である。ウェーハ表面１２は滑らかなもの１８かもしくはパターン化されたもの１９もある。上述したように、集光器経路１０ａ〜ｂおよび１１ａ〜ｂ以外にも、検出器経路は反射率／自動位置決め経路２０，画像経路２１および整列／登録経路２２を含むように設けられ、それらをそれぞれ以下で詳細に説明する。
ビーム１４の波長は４８８ｎｍで、アルゴンイオンレーザーで作りだす。ビーム１４の光軸４８はウェーハ表面１２に対して角度Θの方向にある。この角度Θは、応用によるが、ウェーハ表面１２の垂直に対して５５〜８５°の範囲である。走査手段は偏向器１６とウェーハを載せている移動ステージ２４を含む。ステージ２４上にあるウェーハの位置は、真空吸引等の手近な方法で保持する。ステージ２４を移動させて表面１２を参照番号２５，２６および２７に示すような帯状領域に区分し、その帯状領域の幅に沿って偏向器１６でビームを移動させる。
図２を参照すると、ビーム１４のグレージング角はウェーハ表面１２上に楕円形のスポット２３を作り、走査線に垂直な主軸をもつ。偏向器１６は、帯状領域２５の幅と長さが等しい短い走査線にあるスポット２３を走査して鏡面反射した散乱光を作りだす。ステージ２４で走査線に対して垂直にウェーハを移動させながら、図示した方向にスポット２３を走査する。これにより、図３に示したように、スポット２３が帯状領域２５内に移動する。好適な実施例では、走査経路２８に示したように一方向のみに走査する。走査経路２８は有効開始位置２９をもち、スポット２３はそこから右側に進んで帯状領域２５の境界線３１に達するまで移動する。境界線３１に達すると、ステージ２４が走査方向に垂直に移動し、スポットは新しい開始位置３０に移り、走査線２８と平行な走査線３２に沿って移動する。偏向器１６は、帯状領域２５の全長に沿ってこのような方法でスポット２３を走査する。帯状領域２５の走査が終了すると、ステージ２４は隣の帯状領域２６の走査ができる位置にウェーハを移動させる。有効開始位置３３を、ステージ２４が帯状領域２５を走査したときとは反対方向に各走査線に対して垂直に移動することで、蛇行状に走査を行なう。これは走査経路３４と３５で行われる。隣接する帯状領域を反対方向に走査するようにステージ２４を移動させると、ステージの機械運動量が実質的に減少し、さらに１時間当たりに走査できるウェーハ数も増加する。
図１と図３を参照すると、ウェーハ表面１２から散乱した光は、集光器経路１０ａ〜ｂと１１ａ〜ｂを含む複数の検出器で検出される。集光器経路の重要な特徴は、それらが特に経路の仰角や方位角に応じて固定立体角で光を集めるということである。各集光経路の光軸は、表面１２の垂直に対して７０〜９０度の範囲の仰角Ψに設ける。上述したように、集光器経路１０ａと１０ｂは、ビーム１４に対して同じ方位角をもち走査線の反対側の位置に対称的に設ける。集光器経路１０ａと１０ｂをビーム１４に対して約７５〜約１０５度の範囲の方位角Φ1の位置に設けて、横方向に散乱した光を集める。横方向に散乱した光とは、ビーム１４に対して約７５〜約１０５度の範囲の方位角に散乱した光と定義する。経路１０ａと１０ｂと同様に、経路１１ａと１１ｂは、同じ方位角で走査線の反対側の位置に設けるが、経路１１ａと１１ｂの方位角Φ2は３０〜６０度の範囲であり、前方向に散乱した光を集める。前方向に散乱した光とは、３０〜６０度の範囲の方位角に散乱した光と定義する。
異なる方位角で集光器経路をグループ化すると、検出した異常を分類しやすくなり、横方向に散乱した光はパターン欠陥をより検出しやすく、前方向に散乱した光は微粒子の混入をより検出しやすいという発見を利用できる。このように、経路１０ａと１０ｂはパターン欠陥を表す横方向の散乱光を集める位置に設置し、経路１１ａと１１ｂは微粒子の混入を表す前方向に散乱した光を集めるように設ける。
図４を参照すると、各集光器経路１０ａ〜ｂと１１ａ〜ｂは、散乱光を集めるレンズシステム１１３を含む。一連のミラー１１４ａ〜ｃは光を反射して、それを光電子増倍管（ＰＭＴ）１１５に映しだす。ＰＭＴ１１５はそれに衝突した光を光強度に比例する電圧レベルをもつ電気信号に変換する。フーリエ変換板にプログラム可能な空間フィルタ１１６と可変の開口止め１１７を設ける。プログラム可能な空間フィルタ１１６を用いることで、表面１２上の周期的な特徴を走査するときにシステムが空間的にフィルタリングするという利点を利用できる。各経路の仰角および方位角に加えて、ウェーハ表面１２にある特徴の外形に応じて集光器経路に入った光を限定することで、可変の開口止めにより仰角の集光角度を変えることができる。フーリエ変換板に近い位置にも可変偏光フィルタ１１８を設けることができる。フーリエ変換板に直接ＰＭＴを位置させることも可能であることに留意されたい。
図５を参照すると、以下の偏光スキームを採用することで、システムのバックグラウンドに対する信号を実質的に改良することができる。バックグラウンドに対する信号を最適にするために、システムで採用する偏光スキームは表面依存性である。それを用いることでさらに、例えば、金属もしくは絶縁材料からなる等のように異常の成分を決定できる。後段階走査光学器１７に含まれる偏光要素により、ビーム１４をＰもしくはＳ偏光のいずれかの状態にする。電界が入射面に対して垂直であるとき、ビームはＳ偏光の状態である。入射面は紙面の平面と平行である。それは表面１２，ビーム１４および反射ビーム１４ｂで規定する。ビームのベクトル表示は伝播方向を表すベクトル
0004306800.tif 000002
で示す。磁界はベクトル
0004306800.tif 000003
で示す。電界ベクトルは点
0004306800.tif 000004
で表して入射面に垂直になるように示す。電界が入射面にあるとき、ビームはＰ偏光の状態である。これは図５Ｂに示しており、ここでビーム１４は、伝播ベクトル
0004306800.tif 000005
点
0004306800.tif 000006
で示す磁界ベクトル，そして伝播ベクトル
0004306800.tif 000007
に垂直な電界ベクトル
0004306800.tif 000008
をもつベクトルで示す。再度図４を参照すると、ビーム１４がＳ偏光状態で表面１２上に入射すれば、可変偏光フィルタ１１８によりＳ偏光状態の散乱光はそれを通過して、他の全ての散乱光を減衰することができる。例えば、非偏光もしくはＰ偏光光の両方を減衰して、Ｓ偏光光を集光器経路で集める。その替わりとして、パターン欠陥の検出は、Ｓ偏光ビーム１４と散乱光がすべて通過できる偏光フィルタを用いることで最適化できる。ビーム１４がＰ偏光状態であれば、可変偏光フィルタ１１８によりＰ偏光光がそれを通過でき，他のすべての散乱光を減衰させることができる。その替わりとして、ビームがＰ偏光であるとき、偏光フィルタによりすべての散乱光を検出することができる。これにより、パターン欠陥の検出を最適化できる。同様に、ビーム１４が左もしくは右手円形偏光のいずれかで表面１２に入射した場合、偏光フィルタがそこを通る全ての集光を通過させることで、パターン欠陥を非常に検出しやすくなる。
パターン表面にある微粒子の混入を検出するために、可変偏光フィルタ１１８は、ビームがＳ偏光である場合、Ｐ偏光の状態ではない散乱光を減衰する。ビーム１４がＰ偏光状態にあれば、集光器経路はＳ偏光の散乱光を集めることで、可変偏光フィルタ１１８が経路に衝突する他のすべての散乱光を減衰する。露出表面上にある微粒子を検出するためには、ビーム１４はＰ偏光状態のもので、集光器経路はそこから散乱した光をすべて集め、獲得率を最大に上げる。
図６を参照すると、ビームが走査経路を走査するときに、集めた散乱光の強度Ｉに対応する検査経路の１つで発生したものである。表５にあるグラフの横座標Ｘは、走査経路に沿ったビームの空間位置を示している。信号３７は、例えば、複数の走査線等，走査中にとった離れた位置にある複数の試料からなり、それらはそれぞれ表面の異なる位置で走査したものである。
図１および７Ａ〜Ｅは、経路内部の伝達スキームの例である。そこに示しているものは、検査経路で生じた信号からプロセッサ５００で作りだしたマップの最終ディスプレイである。この例を示すために、図７Ａと図７Ｂは、一対の集光器経路で検出した散乱光を表している。表面から検出した光は、スポット３８として示した複数の信号からなる。これらのスポットは異常かもしくは間違った可能性があるものを表す。すなわち、表面にある特徴から検出した光かもしくは表面にある異常ではない他のものである。スポット３８は、表面の空間位置に対応するアドレスのプロセッサメモリにディジタル記憶する。プロセッサ５００は、図７Ａに示したマップで表すアドレスのメモリに記憶したデータと図７Ｂに示したマップで表すメモリに記憶したデータを比較する。種々のアルゴリズムもしくは論理演算を実行してデータを比較する。ＯＲ論理演算を用いると、メモリにある両方の経路間で検出したすべての異常を記憶することで、間違った検出回数が増加する可能性をなくして獲得率を最大にする。図７Ｃに示した合成マップは、図７Ａと図７Ｂに示したマップで表示されたように、プロセッサのメモリアドレスに記憶されたデータにＯＲ論理演算を実行した結果である。その替わりとして、ＡＮＤ論理演算を用いると、両方の経路に共通しない異常はすべて破棄され、これは好適な実施例である。図７Ｄに示した合成マップは、図７Ａと図７Ｂに示したマップで表示したように、プロセッサのメモリアドレスに記憶したデータにＡＮＤ論理演算を実行した結果である。排他的ＯＲ演算を用いると、両方の経路で検出した異常を破棄し、図７Ｅに示したように、共通して検出されていない異常のみを残す。これらの「疑わしい」微粒子は、特に、システムで使用可能な高解像度の顕微鏡でさらに考察したほうがよい。
図６を再度参照すると、図７Ａ〜Ｃに示したマップを作る別の方法は、信号３７がある一定のしきい値電圧レベルに交わる場合の位置のみをメモリに記憶して、残りの信号部分は破棄することで行なう。例えば、２つのしきい値レベルを、固定しきい値レベル３９と可変しきい値レベル４０で示す。しきい値レベル３９では、頂点４１〜４７を登録してメモリに記憶する。可変しきい値レベル４０は、図から分かるように、頂点４１，４３と４５のみをメモリに記憶する。図示したようなしきい値電圧レベルを使用すると、マップを形成するのに登録する位置がほとんどなく、連続処理を速く行えるが、小さい異常を検出しそこねる危険がある。固定しきい値レベル３９では検出位置の数はより多いが、システム速度がより遅くなる。通常、固定しきい値レベル３９はウェーハを走査する前に予め設定し、可変しきい値レベルは、以下に記載するように、反射率／自動位置決め経路からえる。
上述した例を一対の集光器経路で発生した信号のマップを比較することで説明してきたが、これはシステムを動作させる唯一の方法ではない。上述したように、データにアルゴリズムや論理演算を実行することで、検出器経路で発生した信号から形成したマップを比較して、異常を確認し分類することを理解されたい。信号を可変しきい値レベルと比較すると有利な例をえることができる。というのは、図１に示すように、しきい値レベルは明視野の反射率／自動位置決め経路２０からえるためである。
可変しきい値レベルは局部反射率に左右される。そのため、明視野反射率／自動位置決め経路２０をビーム１４の前に設置して、鏡面反射光を集光する。この経路からえた明視野信号が、パターン，反射率の局部的ばらつき，そして高さに関する情報を伝達する。たとえば、明視野信号は、フィルムの厚みのばらつき，変色，しみ，そして誘電率の局部変化を表しやすい。明視野信号の感度を利用して、図６に示す可変しきい値レベル４０をえるのに明視野信号を用いる。また、高さを適度に調製するのにウェーハの高さのばらつきをｚステージに入れ、明視野信号を用いて、このばらつきに対応する誤差高さ信号をえたり、さらに集光器および検出経路信号を正常化することで、検査経路からの信号をそれぞれ明視野信号で分割する。これにより、表面のばらつきによる直流信号変化の影響がなくなる。最終的に、明視野信号を用いて表面の反射率マップを作る。この経路は基本的に、反射率モードで動作する折り畳み式でない（unfolded）タイプＩの共焦点顕微鏡である。ここでは照明ビームや反射ビームが共線形ではないのでそれを折り畳み式でないタイプと考えるが、通常の反射共焦点顕微鏡では、照明および反射ビームは共線形である。
図８を参照すると、画像経路がレンズ組立体１１９を含むように示されており、この組立体は、ピクセルをもつ一次元もしくは二次元のセンサアレイ１２０，例えば、電荷結合検出器に散乱光を映しだす。上側に散乱した光を集めるレンズ組立体１１９を用いて、ウェーハ表面１２に垂直な方向（例えば、方向１２２）の周りの照明スポットによって散乱した光をピクセルが集めるように、アレイ１２０を設置する。各ピクセルに含まれる電荷の転送と同期して、スポット２３は焦点合わせして走査する。これにより、残りのピクセルに関係なく各ピクセルを充電することができる。これによって、走査線に沿ったスポットにより照明された試料表面の唯一の領域から散乱した光を受けるために、この配置された各ピクセルと一緒に、１つのピクセル１２１を一度に活性化することになる。この方法で、各ピクセルはスポットで照明した領域に画像を形成し、ここでは、走査線に沿ったピクセルとスポットの位置との間に１対１の相関性がある。これにより、バックグラウンドに対する信号比を改良することでシステムの感度が高まる。例を示すと、ＰＭＴベースの経路に関して、バックグラウンドに対する信号を以下のように定義する。
Ｐs／Ｐb＝σ／Ａbｈ
ここで、Ｐsは微粒子が散乱する光出力であり、Ｐbはバックグラウンドの光出力であり、Ａbは表面にあるビームの領域であり、そしてσとｈは定数である。これが示すものは、部分を通ってビーム領域に散乱する割合は、バックグラウンドに対する信号の割合で決定されるということである。
画像ベースの経路を用いて、異常で散乱した光のすべてを１つのアレイ要素に映す。しかしながら、バックグラウンドに分配される光出力は、複数の要素の領域にわたり写しだされ、その領域の大きさはシステムの倍率に依存する。線形倍率をＭとすると、画像面での領域にわたるバックグラウンドの光出力は以下のようになる。
Ｍ2Ａb
アレイ要素毎の有効バックグラウンドの光出力を求めると以下のようになる。
Ｐb＝ＰiｈＡc／Ｍ2Ａb
ここで、Ａcはアレイ要素の領域である。したがって、バックグラウンドに対する信号比は以下で与えられる。
Ｐs／Ｐb＝Ｍ2σ／Ａcｈ
これが示すものは、バックグラウンドに対する信号比はスポットの直径とは無関係で、改良したバックグラウンドに対する信号比は以下の式となる。
ｉ＝Ｍ2Ａb／Ａc
画像処理が望ましくない場合は、図４に示したものに類似した別のＰＭＴベースの集光器経路を画像経路の代わりに用いて、上側に散乱した光を集める。
図９Ａは、本発明を説明するもので、本発明のシステムにより検査した表面の楕円状の照射領域（もしくはスポット）の略図である。説明したように、検査表面を照射するレーザービームはグレージング角で表面に近づくので、照明ビームの断面図がほぼ円形になったとしても、照射領域の形状は図９Ａの領域２１０のような楕円となる。当業者に既知のように、レーザービーム等の光ビームでは、光の強度は均一に分配されず、図９Ａのスポット２１０の境界線２１０ａ等のように、照明スポットの境界線を超えても突然零には下がらない。その代わり、強度はある一定の減少傾斜で照明スポットの外側の縁で落ちるので、図９Ａに図示した境界線２１０ａのように境界線ははっきりせずに境界線は通常ぼやけており、照明領域の中心から距離が離れた位置では強度が低くなる一帯を形成する。
多くのレーザーでは、レーザービームは図９Ｂに示したようなガウス強度分布をもつ。図９Ｂは、レーザービームのＹ方向にある照明強度の空間分布を表すグラフであり、ビームを好適な実施例で用いて図９Ａに示したような検査表面のスポット２１０を照明したもので、Ｙ方向にあるスポット１０の照明強度分布を示している。図９Ｂに示すように、照明強度を正規化して強度の頂点を１とし、照明強度はＸ方向にもＹ方向にもガウス分布をもつ。点２１２と２１４は、照明強度が強度の頂点１／ｅ2，ここでｅは自然数，に落ちる点である空間位置ｙ１とｙ５にある。スポット２１０は境界線２１０ａ内の領域に規定されており、ここで照明はスポットの中心での最大照明強度の１／ｅ2である。スポット２１０の横方向の広がりは境界線２１０ａで規定される。スポットのサイズは境界線により規定される。スポットの境界線やスポットサイズの規定は他の方法でも可能であることは明らかで、本発明は上記の規定に限定したものではない。
図１０の好適な実施例で示すように、検出感度を均一に持続させるために、走査中の表面寸法よりも空間スパンが小さい短い掃引線を好適に走査光ビームで走査し、ここでこれらの短い掃引線はそれぞれがつながっていないが、掃引線のアレイを形成するように設けるものである。掃引線の長さは２〜２５ｍｍの範囲のものが好ましい。
本出願の表面検査システムを、図１および図１０を参照して記載する。図１０に示すように、システム２００はレーザービーム２２４を発するレーザー２２２を含む。ビーム２２４はビーム拡張器２２６で拡張され、拡張ビーム２２８は音響光学偏向器（ＡＯＤ）２３０により偏向ビーム２３２に偏向される。偏向ビーム２３２は後段階および偏光選択光学器２３４を通過して、半導体ウェーハ，フォトマスクもしくはセラミックタイル，パターン化されたものかパターン化されていないもの等の検査対象の表面２４０にあるスポット２１０に、そこから生じたビームをテレセントリック走査レンズ２３６で焦点合わせする。
全表面を走査するように表面２４０に焦点合わせした照明領域を移動させるには、ＡＯＤ２３０で偏向ビーム２３２の方向を変化させ、それにより表面２４０にある照明スポット２１０が掃引線２５０に沿って走査を行なう。図１０に示すように、掃引線２５０は、掃引線と同じ方向に沿った表面２４０の寸法よりも短い長さをもつ直線であるものが好ましい。掃引線２５０が曲がっていても、そのスパンはほぼ同じ方向に沿った表面の寸法よりも短い。照明スポットが掃引線２５０を横切ったあと、図１０のＸ軸と平行のＸＹステージ２４（図１）でウェーハの表面２４０を移動させることで、表面の照明領域は矢印２５２に沿って移動し、そしてＡＯＤ２３０により照明スポットが、Ｘ軸方向で掃引線２５０から離れた隣接した位置にあり掃引線２５０と平行の掃引線２５０’を走査して、異なるＸ位置にある隣接した掃引線を走査する。以下に記載するように、この短い距離は、Ｘ方向のスポット２１０の寸法の約４分の１に等しいものが好ましい。この処理を照明スポットが帯状部分２５４を覆うまで繰り返す。つまり、この時点で照明領域は縁２５４ａかもしくはそれに近い位置にある。この点で、表面２４０をＸＹステージ２４でほぼ掃引線の長さ分Ｙ方向に移動させて、縁２５６ａかもしくはそれに近い位置から開始して隣接した帯状部分２５６を走査し覆う。その後、表面を同様の方法で２５０のような短い掃引線で覆い、それを帯状部分２５６の縁２５６ｂかもしくはそれとは反対側が、表面２４０を帯状部分２５８を走査するためにＹ方向に沿って再度移動させる点に達するまで行なう。したがって、表面２４０を複数の掃引線のアレイを走査することで走査し、それを全て行なうと表面２４０の全体を覆うことになる。
ＡＯＤ２３０によるビーム２３２の偏向は、チャープ信号を発生するチャープ発生器２８０で制御する。チャープ信号を増幅器２８２で増幅して、音波を発生するためのＡＯＤ２３０の変換器部に入れ、当業者に既知の方法でビーム２３２を偏向する。ＡＯＤ走査の詳細な記載に関しては、光学走査のミルトン／ゴットリィーブ（Milton Gottlieb）による「音響光学走査器および変調器」，編集者ジェラルド  エフ．マーシャル（Gerald F. Marshall），デッカー１９９１年，６１５〜６８５頁を参照されたい。簡単に説明すると、ＡＯＤ２３０の変換器部で発生した音波が周期的に音響光学結晶の光学屈折率を変調してビーム２３２を偏向する。チャープ発生器２８０が適切な信号を発生することで、レンズ２３６で焦点合わせしたあとに、ビーム２３２を偏向により焦点合わせされたビームが上述した方法で掃引線２５０等の掃引線に沿って走査する。
チャープ発生器２８０は、好適な実施例ではマイクロプロセッサを含むタイミング電子回路２８４で制御される。マイクロプロセッサは適切なチャープ信号を発生させるためにチャープ発生器２８０に開始および終了周波数ｆ１とｆ２を供給して、ビーム２３２の偏向を周波数ｆ１とｆ２で決定した偏向角度の所定の範囲内に入れる。照明センサ光学器２０と適応照明制御器２９２を用いて、スポット２１０の照明レベルを検出し制御する。光学器２０および適応照明制御器２９２は米国特許第５，５３０，５５０号に詳細に説明している。
図１と図１０の検出器１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ等の検出器は、掃引線２５０等の掃引線に沿って異常やさらに表面やその上にある他の構造で散乱したした光を集め、そして出力信号をプロセッサ５００に送って、異常を検出しそれらの特徴を分析する。
図９Ｃは、検査対象の表面にある照明領域もしくはスポットの３つの位置の略図であり、システム２００の走査およびデータ収集を説明するものである。図９Ｃに示すように、ここではビーム２３８は表面２４０の領域２１０を照明している。スポット２１０を格子線ｘ１〜ｘ５，ｙ１〜ｙ５により１６個の領域に分割し、この領域を以下ピクセルと呼ぶ。ここでは、用語「ピクセル」は、図９ＣにあるようにＸおよびＹ軸に沿って強度分布で取ったデータサンプルとの関係、また次のデータ処理との関係で定義する。格子線ｘ２，ｘ３およびｙ２，ｙ３で囲まれたピクセルは、図９Ｃの影をつけた部分で示したピクセルＰである。このピクセルＰに異常があり、光照射ピクセルＰが格子線ｙ２とｙ３の間に高い強度レベルをもつ図９Ｂに示したような強度分布をもつ場合、異常により散乱した光も高い強度をもつことになる。しかしながら、領域２１０’を代わりに照明するようにＹ軸に沿ってビームを移動させても、ピクセルＰは照明されているが、格子線ｙ１とｙ２の間にある低い強度レベルで照明される。すなわち、図９Ｂを参照すると、照明強度は図９Ｂにある格子線ｙ１とｙ２の間にある。したがって、収集もしくは集光器経路１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂで検出した光を処理するために、図１および図１０のデータプロセッサ５００で用いたサンプリングレートが、照明ビームが位置２１０にあり、そして照明ビームが位置２１０’にあるときデータサンプルをとるような場合、２つのデータを記録する。したがって、Ｐ等のピクセルに関して、複数のデータ点をとり、図９Ｂのデータ点Ｄ２で示したように照明が高いレベルにある場合のものもあれば、図９Ｂのデータ点Ｄ１で示したように照明が低いレベルのものもある。位置２１０が掃引線２５０の開始位置でない場合、照明ビームが位置２１０で表面２４０を照明するときよりも前に、前の二つのサンプルをとり、その結果、プロセッサはＤ３とＤ４でさらに２つのデータサンプルを獲得し、格子線ｙ３とｙ４の間そしてｙ４とｙ５間にある強度値の光がピクセルＰを照明するとき（当然、格子線ｙ１〜ｙ５はスポットの位置とともに移動する）、これらの点は照明ビームの前の位置に対応するものである。言い換えると、Ｙ方向に沿って走査し照明ビームがピクセルＰを照明するとき、点Ｄ１〜Ｄ４にある４つに別々のデータサンプルは、ピクセルＰに存在する異常が散乱した光からとる。
ほとんどのレーザービームでは、ビーム強度はＹ方向だけでなくＸ方向にもガウス強度分布をもつ。このため、図１０に示すような掃引線２５０等の掃引線を走査する走査動作を照明ビームが終了したあとで、かつ図１０に示すような隣の掃引線２５０’を走査する位置２７４に照明ビームが戻るとき、掃引線２５０’に沿った照明領域が掃引線２５０のものと重なることが望ましく、そうすることで多数のサンプルやデータ点をＸ方向だけでなくＹ方向にも再度とることができる。したがって、図１０に示すように、照明ビームが開始位置２７４から掃引線２５０’に沿って走査するとき、照明領域はスポット２１０と重複する。すなわち、この重複スポットは図９Ｃに示すように２１０”であり、ここでスポット２１０”は楕円２１０と２１０”の長軸の４分の１分スポット２１０に対してＸ方向にずれている。
検出器１２０は一次元もしくは二次元のセンサアレイを含む。以下に記載する時間遅延の調整を可能にするため、図１１に示すように検出器１２０は二次元のセンサアレイを用いる。
図８および図９Ｃを参照すると、好適な実施例において、レンズ組立体１１９は照明スポット２１０の一部分のみから散乱した光を二次元のセンサアレイの対応するセンサに焦点合わせする。焦点スポットの一部のみで散乱した光をセンサに焦点合わせすることで、スポットのすべてで散乱した光をセンサに焦点合わせするシステムと比較すると、図８の検出システムの感度は高いものである。好適な実施例において、レンズ組立体１１９はピクセルＰ等のピクセルで散乱した光をアレイ１２０の対応するセンサに焦点合わせする。上述したように、検査表面にある各ピクセルはＹ軸方向の４つの隣接した連続走査で４回走査される。したがって、ピクセルＰに関しては、掃引線２５０よりも前の走査中，掃引線２５０の走査中，掃引線２５０’の走査中，そして掃引線２５０’の次の掃引線中に照明されることになる。さらに、スポットの一部のみから光をセンサに焦点合わせすることで時間遅延を調整でき、以下に記載する方法で信号比を高めることができる。
説明用に、掃引線２５０の直前で掃引線に沿ってスポット２１０を走査する場合、ピクセルＰから散乱した光をレンズ組立体１１９により図１１にある検出器１２０のセンサ１２１（１）（３）に焦点合わせすると仮定する。Ｐと同じＹ軸をもち隣接したピクセルで散乱した光を、レンズ組立体１１９により図１１にあるセンサの線形アレイもしくは例１２１（１）の他のセンサに焦点合わせする。その後、スポット２１０が掃引線２５０に沿って実質的に走査するように、ＸＹステージ２４がスポット２１０の長軸の長さの１／４にほぼ等しい距離だけウェーハ表面を移動する。それにより、レンズ組立体１１９はピクセルＰで散乱した光をセンサ１２１（１）（３）ではなくセンサ１２１（２）（３）に焦点合わせし、そしてＰに隣接したピクセルで散乱した光を列１２１（２）のセンサに焦点合わせする。図１１に示すように、センサ１２１（１）（３）はセンサ１２１（２）（３）と電気接続され（例えば、ワイヤ等で）、図１１に示されているように、同じつながりで、列１２１（１）にある残りのセンサは列１２１（２）の対応するセンサに同様に電気接続されている。同じように、列１２１（２）のセンサは列１２１（３）の対応するセンサに電気接続されており、検出器１２０のセンサにあるすべての隣接する値の列に同じことがいえる。
時間遅延の調整ができるように、プロセッサ５００に前述した走査中にピクセルＰで散乱した光を検出してえたセンサ１２１（１）（３）の信号をセンサ１２１（２）（３）に転送させ、それによって、前の走査中にえた信号を、センサ１２１（２）（３）により掃引線２５０の走査中にピクセルＰで散乱した光を検出したものに加える。同様に、プロセッサ５００にセンサ１２１（２）（３）に蓄積した信号を掃引線２５０’の走査前にセンサ１２１（３）（３）に転送させ、それによって、掃引線２５０’の走査中にピクセルＰから散乱した光を検出することで、このように蓄積した信号をセンサ１２１（３）（３）でえたものに加える。このように、４つの連続掃引中にピクセルＰからの散乱光からえた信号を蓄積することで時間遅延調整を実行し、ピクセルの出力信号としてそれを読みだす。同じことをウェーハ表面の他のピクセルにも行なう。好適な実施例において、各照明スポットを１６個のピクセルに分割するように重複する量やサンプリングレートを制御しているが、連続掃引線の間の重複量を変えたり、サンプリングレートを変えることでスポットをさらに少ない数かもしくはさらに多い数に分割することもあり、このことや他の変形も本発明の範囲内であることを理解されたい。
上述した処理を照明スポットのすべてのピクセルに実行し、ここではプロセッサ５００により、列１２１（１）等のセンサの各線形アレイもしくは列にあるすべての信号を次の列１２１（２）にある対応センサに転送し、この処理を列１２１（１）から次の列，そして最後の列１２１（Ｎ−１）までのすべての列に実行することで、時間遅延の調整をすべてのピクセルに実行することができる。各列にあるセンサの数は、各掃引線にあるすべてのピクセルに対応できる程の多さが好ましい。端部での影響がでないように、ウェーハのＸ方向に沿った照明スポットで可能性のあるすべてのピクセル位置に対応することができるほどのセンサの列を含むことが望ましい。
上述したように、ピクセルから散乱した光でえた信号を４つの連続掃引で蓄積する。その後、最終的に蓄積した信号を各ピクセルの検出器１２０の出力としてプロセッサ５００で読みだす。そしてプロセッサ５００は、検出器１２０の出力からの信号をそのように蓄積した二次元アレイから欠陥マップを作りだす。このマップを検出器１０ａ，１０ｂ，１１ａ，および１１ｂからプロセッサ５００によりえた欠陥マップと比較して、ＡＮＤ，組み合わせ，そしてＸＯＲマップをえて、異常を特定する。したがって、ＡＮＤマップは１つの検出器からのマップや１以上の検出器からのマップにある異常からのみなる。組み合わせマップは２以上の検出器のマップのうちの少なくとも１つにある異常からなる。ＸＯＲマップは１つのみの検出器のマップにあるが、残りの検出器のマップにはない異常からなる。上述したように、これらのマップは欠陥を特定するのに有益である。したがって、異常が１つの検出器のマップにあるが、他の対称的に配置した検出器のマップにはない場合、異常はおそらく対称的なものではない。もしくは、異常が横方向の散乱光を検出するために検出器１０ａ，１０ｂのマップにある場合、異常は微粒子ではなくパターン欠陥である場合が多い。
ＸＹステージ２４は、プロセッサ５００とつながるコントローラ（図示せず）で制御される。このコントローラによりステージ２４がスポット２１０のＸ方向の寸法の４分の１だけウェーハを移動すると、これがプロセッサ５００に伝達され、プロセッサ５００は制御信号を検出器１２０に伝送して隣接したセンサの列の間に信号を転送したり、図１０に示すように制御信号をタイミング電子装置２８４に伝送する。つぎに、電子装置２８４がチャープ発生器２８０のチャープ速度を制御し、それにより照明スポットを走査するまえに検出器１２０にある隣接したセンサの列の間に信号を転送させる。
好適な実施例において、照明スポットのサイズの最小寸法は約２〜２５ミクロンの範囲である。
図１を再度参照すると、整列および登録経路２２がある。図８および図１１にあるデザインではなく、経路２１のデザインが基本的な集光経路１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂと同じものである場合もあるが、ウェーハ表面にあるパターン化したものや特徴から発生する信号が最大になるような入射面にその経路を設ける。獲得した信号を用いてウェーハ表面１２を適切に整列して、特徴上にある道が走査線に対して斜めにならないようにする。これにより、パターンの散乱から生じる集光器経路で集める信号量も減少できる。
動作中、ビーム１４を表面１２で走査して、同時に検出される散乱および鏡面反射した表面１２の両方を発生させる。横方向，前方，および後方に散乱した光を集光器経路と画像システムで同時に検出する。ウェーハ表面１２から鏡面反射した光を明視野反射率／自動位置決め経路２０で検出する。検出経路で検出した光を電気信号に変換し、その信号をプロセッサ５００を含む専用の電子装置でさらに処理する。プロセッサ５００は検査経路で発生した信号からのマップを作る。複数の同一のダイがウェーハ表面１２にある場合、検出方法を用いることで、隣接するダイの間で周期的にある特徴を比較する。プロセッサは、上述した方法でデータに論理演算，例えば、ＡＮＤ，ＯＲ，およびＸＯＲを実行することで、アナログドメインかもしくはディジタルのいずれかで検査経路からのマップを比較し、異常を検出する。プロセッサは合成マップを形成し、この合成マップはそれぞれ対象的に配置した集光器経路の１つのグループにより検出した異常を表す。その後、合成マップを比較することで、プロセッサはパターン欠陥かもしくは粒子の混入のいずれかに異常を特定する。通常、整列／登録経路で発生する電気信号で伝送される情報を用いて、ウェーハ表面１２は、ダイ上の道が走査線に対して斜めにならないように整列する。周期的な特徴を比較することで異常を位置決めするので、適切に整列をすることは本発明において重要な特徴である。
異常を検出するための上述の装置および方法をウェーハ表面を参照して記載してきたが、異常の検出はフォトマスクや他の表面にも実行し、さらにこれらの表面の反射率マップを作ることもできることも容易に理解できる。本発明はサブミクロンサイズの異常を検出でき、また、異常のタイプを分類し表面のサイズや位置を特定する利点をさらに提供する。この情報は、異常が発生する点でウェーハの製造工程でのステップを位置決めすることができるので、ウェーハの製造業者にとっては非常に有益なものである。
【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８】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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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７Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１１】
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【図１０】
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