JP3874422B2 - 表面検査システム - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は一般的に表面検査システムに関し、さらに詳しく言えば、表面上の異常（汚染粒子やパターン欠陥）を検査するための高速走査システムに関する。
特に、本発明は、半導体ウェーハ，フォトマスク，焦点板，セラミックタイル等の実質的に平らな表面上の異常を検査するための表面検査システムに関する。
シリコンウェーハ上に製造される半導体はますます小型化してきている。例えば、本発明の出願時には、半導体装置は０．５ミクロン以下の分解精度で製造され、６４メガバイトＤＲＡＭは０．３５ミクロンの設計規定で製造されている。半導体装置がますます小型化していくことで、ウェーハ検査装置の感度に対する要求がさらに高まっており、このウェーハ検査装置とは、半導体装置のサイズと比較すると小さいものである汚染粒子やパターン欠陥を検出するのに使用されるものである。一方、ウェーハ検査システムがインライン検査での欠陥ウェーハの検出用に使用できるように、これらのシステムには適切な処理能力を有することが望まれる。
本発明の現在の譲受人に譲渡されたストーンストロム等の米国特許第４，８９８，４７１号では、走査ビームでのウェーハ表面の照射領域は、以後掃引と呼ぶ走査線に沿って移動する楕円である。ストーンストロム等の一例では、楕円の幅は２０ミクロンで長さは１１５ミクロンである。そのような照射領域にある異常もしくはパターンにより光が散乱され、８０°〜１００°幅の方位角に位置する光電検出器が前記光を検出する。光電検出器により検出された信号はテンプレートを構成するのに使用される。楕円スポットを走査線に沿って近接した領域へと移動する際に、前記スポット内の構造からの散乱光が再度検出され、その後、光電検出器の信号がテンプレートと比較され、通常のパターンとは異なる汚染粒子もしくはパターン欠陥が存在するかを確認する。ストーンストロム等の特許では、ウェーハを照明し検査しながら、走査ビームは掃引中ウェーハ全体を走査し、一方で、ウェーハは掃引方向に対して垂直な方向に機械ステージにより同時に動かされる。その後、この操作はウェーハ全体にいき渡るまで繰り返される。
ストーンストロム等のシステムは、粗い分解精度で製造された半導体装置をもつウェーハを検査するのに非常に優れているが、製造装置のサイズがますます小型化されるにつれ、ストーンストロム等のシステムを使用しても検出するのが困難な微小の異常を検出するのに使用する、改良された検査器具を提供することが現在望まれている。
表面検査システムの別のタイプは、広い領域を照明し、フォトマスクや半導体ウェーハのようなものの表面の重複した領域を走査する画像システムである。
その後、重複した領域から光学的に走査された情報はそれら間の差を決定するのに比較される。そのようなシステムの例として、米国特許第４，５３２，６５０号；第４，５７９，４５５号；第４，８０５，１２３号および第４，９２６，４８９号を参照されたい。
そのようなシステムで、ピクセルが１ミクロンより小さいサイズである場合、光走査システムはフォトマスクや半導体ウェーハの表面全体を走査するのに充分な時間を必要とするので、システムの処理能力は典型的に低く、通常インライン検査に適していない。
それ故に、合理的なコストで適度な処理能力を有し、微粒子を検出するのに適度な感度を備えた改良された表面検査システムを提供することが望ましく、これらのシステムはウェーハの欠陥を検出するためのインライン検査に使用可能となる。
発明の要約
上述の望ましい結果が得られるのは、数々の特徴を、共に，別々に，もしくは種々の異なる組合せで使用した場合である。まず初めに、走査線ビームで照明される領域のサイズは、欠陥に対する感度を高めるための上述したストーンストロム等のものよりも小さいものを選択する。しかしながら、照明される領域もしくはスポットのサイズは、適度な処理能力を損なわない程度の小ささである。また、照明される領域もしくはスポット内の試料の数（つまり、ピクセル数）は、適度な処理能力を損なわない程度の多さである。そのような方法で、欠陥に対する高い感度、適度な処理能力、そして合理的なコストを有する表面検査システムを提供する。
本発明のシステムにおいて、検査対象となる物体の異常は、表面上の複数の実際もしくは仮想の連続パターンにある２つの近接するパターンから光学的に走査された情報（以後、像）を比較することで検知されるのが好ましい。異常の検出および検証対象の表面にある連続パターンの像は標的像を示し、標的像に近接する表面の連続パターンの像は参照像を示している。
前記比較は、標的像の第１のピクセル位置の強度と参照像の第２のピクセル位置の強度を比較することでなされるのが好ましい。第２のピクセル位置は、第１のピクセル位置が標的像に応じて位置するのと同じ方法で参照像に対して位置するのが好ましいので、標的および参照像が互いの像の上に置かれる場合、第１および第２のピクセル位置は実質的に重複する。他の空間的関係もまた、第１および第２のピクセル位置の間に規定される。標的像の各ピクセル位置に関して、対応するピクセル位置は参照像で規定され、前記参照像は標的像の前記各ピクセル位置に対する上述した空間的な関係を有する。
ストーンストロム等のものよりも小さな照明スポットサイズを選択することで、２つの近接したパターンの像が位置ずれしている場合、比較によって検出する方法では問題が生じる。正確なシステム設計を用い、検査過程での表面の高さを修正することで、位置ずれ誤差は比較過程を非常に単純化する程度に減少させられる。その後、効果的なデータの比較は異常の検出や検証用に使用される。
表面の近接するパターンの像を比較する代わりに、本発明のシステムはまた、標的像を表面の連続パターンからのものでない参照像と比較することで、異常を検出するのに有益である。前記および他の応用は本発明の範囲内である。
本発明の一つの特徴は表面の異常を検出するための検査システムであり、表面を光学的に走査するための手段と、表面により散乱された光を収集し、少なくとも第１のピクセル位置の強度値を前記収集された光から得るための手段と、そして前記少なくとも第１のピクセル位置の誤差しきい値を、表面の参照像の対応する第２のピクセル位置とそれに近接したピクセル位置用に記憶された強度値から決定する手段とを含む検査システムに関する。誤差しきい値は、参照像の第２のピクセル位置と近接するピクセル位置用に記憶された強度値の差が最大であるのもので決定される。さらに、前記システムは、前記少なくとも第１のピクセル位置の強度値と前記誤差しきい値に対して第２のピクセル位置用に記憶された値との差を比較することで、異常を確認する手段を含む。
本発明の別の特徴は表面の異常を検出するための検査システムであり、表面を光学的に走査するための手段と、表面により散乱された光を収集し、少なくとも第１のピクセル位置とそれに近接するピクセル位置の強度値を前記収集された光から得るための手段と、そして表面の参照像の第２のピクセル位置用の強度値を記憶するメモリとを含む検査システムに関する。第２のピクセル位置は、前記少なくとも第１のピクセル位置に対応している。前記メモリはまた、参照像にある第２のピクセルの近接したピクセル位置用の強度値を記憶する。これらのピクセル位置は、前記少なくとも第１のピクセル位置に対応している。さらに、前記システムは、前記第１のピクセル位置とそれに近接するピクセル位置のいくつかの強度値が、対応する第２のピクセル位置とそれに近接するピクセル位置用に記憶された値を超えるかどうか確かめることにより、異常を確認する手段を含む。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検証するための検査システムであり、表面にある少なくとも第１のピクセル位置の強度値を供給するための手段と、表面の参照像の第２のピクセル位置用の強度値を記憶するメモリであり、前記第２のピクセル位置は前記少なくとも第１のピクセル位置に対応しているものであるメモリと、前記少なくとも第１のピクセル位置の強度値が第２のピクセル位置の強度値の多数倍であるかどうかを確認することで異常を検証するための手段であり、ここにおいて前記多数倍とは２〜１６の範囲である異常を検証するための手段とを含む検査システムに関する。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検証するための検査システムであり、表面にある少なくとも第１のピクセル位置とそれに近接するピクセル位置の強度値を供給するための手段と、表面の参照像の第２のピクセル位置用の強度値を記憶するメモリであり、前記第２のピクセル位置は前記少なくとも第１のピクセル位置に対応しているものであるメモリと、前記少なくとも第１のピクセル位置の近接したピクセル位置に対応するものであり、参照像の第２のピクセルの近接したピクセル位置用の強度値を記憶するメモリとを含む検査システムに関する。前記システムはさらに、第１のコンボルブされた値を得るため前記第１のピクセル位置とそれに近接するピクセル位置の強度値と、そして第２のコンボルブされた値を得るために前記第２のピクセル位置とその近接するピクセル位置の強度値で、コンボルーションマトリクスをコンボルブすることによって確認された異常を検証するための手段と、第１および第２のコンボルブされた値の差が予め定められコンボルーションしきい値より超えるものであるかを決定する手段を含むものである。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検出するための検査システムであり、表面を光学的に走査するステップと、表面により散乱された光を収集し、その収集した光から少なくとも第１のピクセル位置の強度値を引き出すステップと、表面の参照像の対応する第２のピクセル位置とそれに近接したピクセル位置から前記第１のピクセル位置の誤差しきい値を決定するステップとを含む検査システムに関する。前記誤差しきい値は、参照像の第２のピクセル位置とそれに近接したピクセル位置用に記憶される強度値の差が最大であることにより決定される。前記手段はさらに、前記誤差しきい値に対して前記少なくとも第１のピクセル位置の強度値と前記第２のピクセル位置用に記憶されたしきい値との間の差を比較することで、異常を確認する手段を含む。
本発明の別の特徴は、表面の異常を検出するための検査システムであり、表面を光学的に走査するステップと、表面により散乱された光を収集し、その収集した光から前記第１のピクセル位置とそれに近接したピクセル位置の強度値を引き出すステップと、表面の参照像の前記少なくとも第１のピクセル位置に対応する第２のピクセル位置用の強度値を記憶し、そして前記少なくとも第１のピクセル位置の近接したピクセル位置に対応するもので、参照像にある第２のピクセルの近接ピクセル位置用の強度値を記憶するステップを含む検査システムに関する。前記手段はさらに、前記第１のピクセル位置とその近接したピクセル位置のいくつかの強度値が、それと対応する第２のピクセル位置とその近接したピクセル位置用に記憶されたものを超えるかどうかを確かめることで、異常を確認する手段を含む。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検証するための検査システムであり、表面の少なくとも第１のピクセル位置の強度値を供給するステップと、表面の参照像の前記少なくとも第１のピクセル位置に対応する第２のピクセル位置用の強度値を記憶するステップと、前記第１のピクセル位置の強度値が、多数の第２のピクセル位置の強度値であるかを確かめることで異常を検証する手段であり、ここにおいて、複数は２〜１６の範囲内である検証手段を含む検査システムに関する。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検証するための検査システムであり、表面の少なくとも第１のピクセル位置とそれに隣接したピクセル位置に強度値を供給するステップと、表面の参照像の前記少なくとも第１のピクセル位置に対応する第２のピクセル位置用の強度値を記憶し、そして前記少なくとも第１のピクセル位置の近接したピクセル位置に対応するもので、参照像にある第２のピクセルの近接したピクセル位置用の強度値を記憶するステップを含む検査システムに関する。前記手段はさらに、第１のコンボルブされた値を得るため、前記第１のピクセル位置とそれに近接するピクセル位置の強度値と、そして第２のコンボルブされた値を得るために前記第２のピクセル位置とその近接するピクセル位置の強度値で、コンボルーションマトリクスをコンボルブすることによって確認された異常を検証するための手段と、第１および第２のコンボルブされた値の差が予め定められコンボルーションしきい値より超えるものであるかを決定する手段を含むものである。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検出するためのシステムであり、グレージング角で前記表面へ光の焦点ビームを向ける手段と、ビームと表面との間に相対運動を惹起させることで、表面全体が前記ビームで走査される相対運動の惹起手段と、そして表面からの鏡面反射を検出し、走査中に表面の高さを機械的に測定する手段を含むシステムに関する。前記システムはさらに、走査中に表面の高さを機械的に修正する手段と、表面から散乱された光を収集し、前記光を電気信号に変換する手段と、そして異常を検出するために前記電気信号をディジタル処理する手段を含む。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検出するための方法であり、グレージング角で前記表面へ光の焦点ビームを向けるステップと、ビームと表面との間に相対運動を惹起させることで、表面全体が前記ビームで走査される相対運動の惹起ステップと、前記表面からの鏡面反射を検出するステップと、そして走査中に表面の高さを機械的に測定するステップを含む方法に関する。前記手段はさらに、走査中に表面の高さを機械的に修正する手段と、表面から散乱された光を収集する手段と、前記光を電気信号へ変換する手段と、そして異常を検出するための電気信号をディジタル処理する手段を含む。
本発明のさらなる別の特徴は、半導体ウェーハの表面の異常を検出するための方法であり、スポットを規定する表面の領域を照明するために前記表面へ焦点合わせされた光ビームを向けるステップと、ビームとウェーハとの間に相対運動を惹起させることで、ビームが表面全体を実質的にカバーする葛折れ通路を走査する相対運動の惹起ステップと、異常を検出するための拡散された光を収集し、収集された光を電気信号へ変換するステップを含む方法に関する。スポットのサイズ，方向付け，および惹起ステップは、前記ビームが、１５０ｍｍ直径ウェーハでは毎時約４０ウェーハを超える処理能力で、２００ｍｍ直径ウェーハでは毎時約２０ウェーハを超える処理能力で、そして３００ｍｍ直径ウェーハでは毎時約１０ウェーハを超える処理能力で、ウェーハ表面の全体を実質的に検査する。前記手段はさらに、５０ＭＨｚより低いデータクロックレートで、異常を検出するための電気信号をディジタル処理する手段を含む。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検出するための方法であり、スポットを規定する表面の領域を照明するために前記表面へ焦点合わせされた光ビームを向けるステップと、ビームと表面との間に相対運動を惹起させることで、ビームが表面全体を実質的にカバーする葛折れ通路を走査する相対運動の惹起ステップと、異常を検出するための拡散された光を収集し、収集された光を電気信号へ変換するステップを含む方法に関する。スポットのサイズ，方向付け，および惹起ステップは、表面が少なくとも約１．５ｃｍ²／ｓの速度で検査されるものである。前記手段はさらに、５０ＭＨｚより低いデータクロックレートで、異常を検出するための電気信号をディジタル処理する手段を含む。
本発明のさらなる特徴は、前段落の方向付け，惹起，収集，そして変換ステップを含む表面の異常を検出するための方法に関する。前記表面は、表面に沿ったあらゆる方向に対して少なくとも２００ｍｍの大きさをもち、ここにおいて、前記方向付けおよび惹起ステップは、ビームが約５０〜９０秒で表面全体を実質的に走査するものである。前記手段はさらに、前段落のディジタル処理ステップを含む。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検出するための方法であり、サイズが約５〜１５μｍ内であるスポットを規定する表面の領域を照明するために前記表面へ焦点合わせされた光ビームを向けるステップと、ビームと表面との間に相対運動を惹起させることで、ビームが表面全体を実質的にカバーする葛折れ通路を走査する相対運動の惹起ステップと、異常を検出するための拡散された光を収集し、収集された光を電気信号へ変換するステップを含む方法に関する。前記手段はさらに、５０ＭＨｚより低いデータクロックレートで、異常を検出するための電気信号をディジタル処理する手段を含む。
本発明のさらなる別の特徴は、表面の異常を検出するためのシステムであり、走査中表面上の複数の領域に、表面に対して垂直な方向から傾斜角Θで、前記表面へ焦点合わせされた光ビームを向ける手段を含むシステムに関する。表面の前記各照明領域はスポットサイズｗを規定する。前記システムはさらに、ビームと表面との間に相対運動を惹起させるので、ビームは表面全体を実質的にカバーする葛折れ通路を走査する惹起手段を含む。前記通路は、表面の大きさよりも短いもので有効な長さ１の掃引の複数帯状部分を含み、ここにおいて、ビームは周波数１／Ｔ（Ｔは各掃引にかかるむだ時間を含む）で掃引する。前記システムはさらに、異常を検出するための散乱された光を収集し、収集された光を各スポット内のＮ個のピクセルから収集した光を表す電気信号に変換する手段と、そしてＮ１／ｗＴに実質的に比例する平均データクロックレートで、異常を検出する前記電気信号をディジタル処理するための手段に関する。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、本発明を説明するもので、検査対象の表面に照明される楕円形の領域もしくはスポットの略図である。
図１Ｂは、本発明を説明するもので、スポットの境界を規定した図１Ａの楕円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る。
図２は、本発明の好適な実施例を説明するもので、半導体ウェーハ表面の異常を検査するためのシステムの一部の斜視図および一部のブロック図である。
図３は、図２のシステムの照明および収集の特徴を詳細に示した斜視図である。
図４は、本発明の好適な実施例を説明するもので、表面の照明スポットの走査通路を示した半導体のウェーハ表面のある小さな部分の略図である。
図５は、本発明の走査およびデータ収集過程を説明するもので、３つの楕円の照明領域もしくはスポットの略図である。
図６は、強度値のデータ獲得過程を説明するもので、半導体ウェーハおよび葛折れ走査通路の略図である。
図７は、本発明を照明するもので、パターン化されたウェーハ表面の略図である。
図８は、データ獲得過程をさらに説明するもので、掃引軸および（機械的）走査軸の略図である。
図９は、本発明のシステムのデータ処理部分を説明するもので、ダイグリッドをもつ帯状部分ユニットの交差部分を示したパターン化されたウェーハ表面の一部の略図である。
図１０は、本発明の現在のシステムのデータ処理サブシステムの機能ブロック図である。
図１１は、本発明の好適な実施例を説明するもので、図１０のサブシステムのデータ処理基板部分の機能ブロック図である。
図１２は、多数の帯状部分と異常の検出および検証過程を示したパターン化されたウェーハ表面の略図である。
図１３は、本発明の好適な実施例を説明するもので、図１１の２つの検出ステージの各々を示すブロック図である。
図１４は、本発明の好適な実施例を説明するもので、図１１の２つの検証ステージの各々を示すブッロク図である。
図１５は、表面の粒子検出のための本発明の表面位置決めシステムの図である。
図１６は、本発明により、種々の高さの位置で表面から反射するビームの側面図である。
図１７は、図１５に示された処理電気回路構成のブロック図である。
図１８は、本発明の図１５に示された表面の高さ位置に対する電気信号の増幅を示したグラフである。
図１９は、ウェーハ表面の帯状部分に沿ったウェーハの高さを示したグラフである。
簡潔にするために、本発明の異なる図にある同一の構成部分には、同一の参照番号が付されている。
好適な実施例の詳細な説明
図１Ａ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対象の表面に照射される楕円形の領域（もしくはスポット）の略図である。以下に説明するように、検査される表面を照明するレーザビームはグレージング角で表面に近づくので、照明ビームの断面が環状であっても、照明される領域は図１Ａの領域１０のように楕円形である。当業者に既知であるが、レーザビームのような光ビームでは、光強度は通常均一に配分されず、そして図１Ａにあるスポット１０の境界１０ａのような照明されたスポットの境界で光強度は突然０に落ちるわけではない。その代わり、光強度はある一定の傾斜で照明されたスポットの外縁で落ちるので、図１Ａに示されている境界１０ａのようなはっきりとした境界ではなく、境界は通常ぼやけており、照明領域の中心から離れるに従って強度が弱くなるバンドを形成する。
多くのレーザでは、発行されるレーザビームは図１Ｂに示されているようなガウス強度分布をもつ。
図１Ｂは、レーザビームのＹ方向における照明強度の空間分布を示したグラフであり、前記レーザビームは、好適な実施例において、図１Ａに示されている検査対象の表面のスポット１０を照明するために使用されるものであり、そして図１Ｂはまた、Ｙ方向のスポット１０の照明強度分布である。図１Ｂに図示しているように、照明強度は頂点が１になるような基準に合わせており、また照明強度には、Ｘ方向そしてＹ方向のガウス分布も示されている。点１２と１４は空間位置ｙ１とｙ５にあり、前記点で照明強度は頂点強度の１／ｅ²に落ち、ここでのｅは自然対数の底である。好適な実施例を記載するのにここで用いられているように、スポット１０の最小幅は、前記２つの点の間の距離（ｙ１とｙ５との間の距離）である。つまり、この距離は楕円の照明領域１０の短軸の長さであって、図１Ａで幅ｗとして示されており、スポット１０は、照明がスポットの中心の最大照明強度の１／ｅ²である境界１０ａの領域で規定されている。
広義には、楕円のスポット１０ａの「最小幅」を、領域もしくはスポットの境界を囲む２本の平行線の間の最短距離と定義する。例えば、図１Ａのスポット１０を参照すると、線ｑ１やｑ２のような境界１０ａを囲む２本の平行線を引く場合、線ｑ１とｑ２間の距離がｄであり、これは、ｑ１とｑ２の両方が境界１０ａに接触するときに最小になる。距離ｄは、線ｑ１とｑ２が格子線ｙ１とｙ５に一致するときに全ての方向の中で最小になるので、スポット１０の最小幅はｗである。１０ａが楕円ではなく、別の形、例えば、長方形，正方形，もしくは不規則な形である場合でも、同じ幅の定義が当てはまる。
図１Ｂは、レーザーか光ビームにより照明されるスポットのメインローブのみを示していることに留意されたい。メインローブはまたサイドローブも伴うことが知られているので、領域もしくはスポット１０の外側の表面領域も照明され、サイドローブの表面構造によって散乱される光そして検出器によって収集されたものは雑音の原因となる。
検査対象の表面サイズに比べ相対的に小さいスポットでは、ウェーハは長さもしくは幅全てにいき渡る掃引を通るようにスポットの均一性を維持することは困難になる。図１Ａ，１Ｂを参照すると、焦点面の強度分布のメインローブにおける最小幅（すでに定義された）ｗが変動することと、サイドローブのレベルは、ビームが表面を走査するときのスポット１０の均一性の基準となるものである。最小幅とサイドローブのレベルが掃引上でほとんど変動しない場合、スポットは均一の状態である。すなわち、スポットのサイズが検査対象の表面のサイズに比べて相対的に小さい場合、ウェーハの全幅にわたる長い掃引の全長にいき渡る焦点面の強度分布のメインローブに均一な幅を維持し、そしてサイドローブに均一なレベルを維持することは困難となる。これら２つのパラメータ（メインローブの幅とサイドローブのレベル）のどちらか一つが変動すると、掃引方向に望ましくない検出感度の変動が生じる。
図２および図４の好適な実施例に図示されているように、走査する表面の大きさよりも小さな空間的スパンをもつ短い走査通路区分を光ビームが走査することで均一な検出感度を維持しながらも、走査線ビームで照射される領域のサイズを小さくした本発明の表面検査システムでこれらの問題は解決され、ここにおいて、これらの短い掃引は互いに接続はされていないが、以下により詳細に説明するように掃引のアレイを形成するように設けられている。
本出願の表面検査システムを図２および図３を参照して記述する。図２に示されているように、システム２０はレーザビーム２４を発光するレーザ２２を含む。ビーム２４はビーム拡張器２６で拡張され、拡張ビーム２８は音響光学偏向器（ＡＯＤ）３０で偏向ビーム３２に偏向される。偏向ビーム３２は、ＡＯＤ後の偏光選択光学系３４を通過し、そこから生じたビームは、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のようなパターン化されたものや、されていないものの検査対象となる表面４０のスポット上にあるテレセントリック走査レンズ３６で焦点が合わされる。
表面全体を走査するために表面４０に焦点を合わせた照明領域を移動させるには、ＡＯＤ３０で偏向ビーム３２を方向転換し、表面４０の照明スポット１０を掃引５０に沿って走査する。図２に示されているように、掃引５０は、掃引と同じ方向に沿って表面４０の大きさよりも小さい長さをもつ直線が好ましい。掃引５０が曲がっている場合でも、その全長はほぼ同じ方向に沿って表面４０の大きさよりも短いものである。照明スポットが掃引５０に沿って表面４０を走査している間、ウェーハの表面４０はＸ軸方向に沿ってＸＹステージ１２４により移動するので、表面の照明領域は矢印５２に沿って移動し、掃引５０に平行でＸ軸の負の方向に沿って掃引５０から離れた近接した位置にある掃引５２をＡＯＤ３０により照明スポットが走査をする。照明スポットが前記掃引をカバーした後、表面４０は少しの距離だけ移動するので、照明される表面の領域は、異なるＸ位置にある近接した掃引を走査するために、方向５２に沿って移動する。以下に記載するように、この少しの距離とは、Ｘ軸方向のスポット１０の大きさの約４分の１と同じ距離のものが好ましい。この手順は照明スポットが帯状部分５４をカバーするまで繰り返され、ちょうどこの時点で照明領域は縁５４ａにあるかその付近に位置する。そのような点で、表面４０は掃引５０の長さ分Ｙ方向に沿ってＸＹステージ１２４により移動されるので、縁５６ａか，その付近の位置から開始され、近接する帯状部分５６を走査してその部分をカバーする。それから、帯状部分５６の表面は同じ方法で５０のような短い掃引でカバーされ、その後、帯状部分５６の他端もしくは縁５６ｂは、点表面５０が帯状部分５８を走査するようにＹ方向に沿って再度移動される場所へ達する。この手順は、帯状部分５４，５６，５８が走査される前に繰り返され、そして前記帯状部分が走査された後、表面全体４０が走査されるまで続く。したがって、表面４０は複数の掃引のアレイを走査することで走査され、それら全てで表面４０の全体をカバーすることになる。
図４は、２つの帯状部分５４，５６の一部の分解図と２つの他の近接する帯状部分の一部を示したもので、上述した走査手順を詳細に説明するためのものである。図４に示されているような好適な実施例において、光ビーム３８は走査通路区分５０，５０’，５０”，５０”’の矢印で示されている一方向にのみ走査する。掃引５０には事実上の開始位置７２があり、スポット１０は帯状部分５４と５６との間の境線５５に達するまでそこから右側へ移動する。前記スポットが掃引を通過するとき、ステージ（図３参照）は表面４０を掃引方向Ｙに垂直な方向に移動し、スポットは新しい位置７４に達し、掃引５０に平行な掃引５０’に沿って移動する。以下に説明するように、掃引５０，５０’，５０”，５０”’等に沿ってスポット１０を移動するのはＡＯＤ３０である。
ＡＯＤ３０によるビーム３２の偏向は、チャープ信号を発生するチャープ発生器８０により制御される。チャープ信号は増幅器８２により増幅され、当業者には既知の方法で、ビーム３２の偏向を生じさせる音波を発生させるものであるＡＯＤ３０の変換部に送られる。ＡＯＤの動作の詳細な記載に関しては、光学走査のミルトン ゴットリーブによる「音響光学走査および変調器」（ジェラルド エフ． マーシャル編集，デッカー １９９１年，６１５〜６８５ページ）を参照されたい。簡潔に述べると、ＡＯＤ３０の変換部により発生した音波は、周期的に音響光学結晶の光屈折率を変換することで、ビーム３２が偏向する。チャープ発生器８０が適切な信号を発生するので、レンズ３６で焦点を合わせた後、ビーム３２の偏向により焦点合わせされたビームが、記述した方法で、掃引５０のような掃引に沿って走査する。
チャープ発生器８０は、好適な実施例においてマイクロプロセサを含むタイミング電子回路で制御される。マイクロプロセサはチャープ発生器８０に開始および終わり周波数ｆ１，ｆ２を供給し、前記発生器は、周波数ｆ１，ｆ２で決定された予め定められた範囲の偏向角でビーム３２の偏向を生じさせる適切なチャープ信号を発生する。自動位置決めセンサ（ＡＰＳ）光学器９０およびＡＰＳ電子装置９２は表面４０の高度もしくは高さを検出するのに使用され、関連出願の一部となるものである。図２，３の検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１１ａ，１１１ｂのような検出器は、掃引５０に沿って、異常の他に表面や他の構造により散乱された光を収集し、異常を検出しそれらの特徴を分析するために、処理装置１３０（各検出器に一つの処理装置のセット）に出力信号を送る。
図３は、収集／検出チャンネルの配置を詳細に示す図２のシステム２０の斜視図で、好適な実施例を説明するものである。表面４０は滑らかな部分（１１８）かパターン化された部分（１１９）である。入射焦点ビーム３８と表面４０に対して垂直な方向１５０との間の角度は、約１０〜８５°の範囲が好ましく、５０〜８０°の範囲にあるのがさらに好ましい。図３ではこの角度にΘを付している。４つの収集チャンネルは、表面４０の平面から３〜３０°の散乱光を収集する仰角αに位置することが好ましい。
図５は、システム２０の走査とデータ収集方法を説明するもので、検査対象の表面にある照明領域の３つの位置を示した略図である。図５に示されているように、ある瞬間に、ビーム３８は表面４０の領域１０を照明する。領域もしくはスポット１０は、格子線ｘ１〜ｘ５，ｙ１〜ｙ５で１６個のピクセルに分けられる。この明細書で、用語「ピクセル」は図１Ｂのような強度分布からデータサンプルを取得し、引き続きデータを処理することに関連して用いられ、ビデオ技術のような他の技術のデータサンプリングや処理を転用したものである。格子線ｘ２，ｘ３やｙ２，ｙ３によって囲まれたピクセルは、図５の斜線部分で示されているピクセルＰである。このピクセルＰに異常があり、そしてピクセルＰを照明する光が図１Ｂに示されているように、格子線ｙ２とｙ３の間に高い強度レベルの強度分布をもつならば、前記異常により散乱された光も高い強度をもつことになる。しかしながら、領域１０’が代わりに照明されるようにビームがＹ軸に沿って移動すると、ピクセルＰはなお照明されているが、格子線ｙ１とｙ２間の強度レベルはより低いものであり、すなわち、図１Ｂを参照すると、照明強度は図１Ｂの格子線ｙ１とｙ２の間の強度である。したがって、もし収集または収集チャンネル１１０ａ，１１０ｂ，１１１ａ，１１１ｂにより検出された光を処理するための、図３の処理装置１３０によるサンプリングの割合が、前記照明ビームが位置１０にある時と、前記照明ビームが位置１０’ある時、サンピルが取得されるものである場合、２つのデータ点が記録されることになる。かくして、Ｐのようなピクセルに対して、多数のデータ点が取られ、１つは図１Ｂのデータ点Ｄ２で示されているより高いレベルの照明時であり、他の１つは図１Ｂのデータ点Ｄ１に示されているより低いレベルの時である。位置１０が図３と４に図示された掃引５０の出発点でないときには、２つの先行するサンプルが照明ビームが位置１０で表面４０を照明する時よりも前に取り入れられ、前記処理装置は、格子線ｙ３とｙ４間、そして格子線ｙ４とｙ５間の強度値の光が前記ピクセルＰを照明するとき照明ビームの先行位置に対応するものである２つのデータ点Ｄ３，Ｄ４をさらに取得することになる。（もちろん、格子線ｙ１からｙ５はスポットの位置で移動するものである。）言い換えれば、４つの離れたデータ点Ｄ１〜Ｄ４は、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、ピクセルＰにある異常により散乱された光から獲得されたものである。
ほとんどのレーザビームにおいて、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。
この理由により、照明ビームが図４に示されているように掃引５０のような掃引を走査するための走査動作を終了したあとで、かつ、隣接する掃引５０を走査するための位置７４に戻るときに、掃引５０’に沿った照明領域が掃引５０に重なり、多数のサンプルまたはデータ点がＹ方向と同様にＸ方向にも取得されるようにすることが望ましい。スポット１０は、隣接する掃引間の重なりを示すために実際の比率に合わせて示されていない。それ故に、照明ビームが図４に示されているように開始位置７４から掃引５０’に沿って走査するとき、照明されている領域はスポット１０に重なるものであり、この重なりのスポットは図５に１０”で示されており、ここにおいてスポット１０”はＸ軸の負の方向に楕円１０と１０”の長径の１／４だけずれている。
ポイント拡張関数
図１Ｂに図示されているガウスの強度分布は図２の結合された照明および光収集システム２０のポイント拡張関数として知られている。図１Ｂおよび図５を参照して上述したように、前記ポイント拡張関数はｘ，ｙのピクセル位置の関数である。図２において、前記照明システムは前記表面４０の小さい領域を照明し、そしてそのような照明の前記強度分布は前記システム２０のポイント拡張関数を実質的に決定する。
これに対して、イメージング形のシステム、例えば前述した米国特許第４，５３２，６５０号；第４，５７９，４５５号；第４，８０５，１２３号；および第４，９２６，４８９号に説明されているものは、照明システムは前記表面の広い領域を照明し、そして検査されるべき前記表面からの光はカメラと同様な光収集システムにより焦点合わせされる。そのようなイメージングシステムで、光収集システムの設計は前記結合された照明と光収集のポイント拡張関数を決定する。多くのそのイメージシステムの前記ポイント拡張システムはまた図１Ｂに示されているようにガウス分布形であり、そして前述の記載のうち走査およびデータ取得に関するものはこれらのイメージシステムに一般的に適用できる。したがって、両方の種類のシステムで、検出された光の強度がサンプリングされるとき、そしてそのようなサンプリングされたデータが通常の検出および検証のために使われるとき、前記ポイント拡張関数の特徴が後述するように考慮される。換言すれば、後述されるデータ処理方法は、検出および検証を含み、前記両方の種類のシステムに適用することができる。
データ処理のための用語とセッティング
異常は強度のレベルまたは強度値，繰り返しパターン（帯状部分のユニットを指し、以下詳述される）の隣接するどうしの対応するピクセル位置のイメージの比較により特定され、前記ウェーハ表面で、メモリまたは論理装置の半導体上では前記繰り返しパターンは現存する。パターン化されていないケースでは、仮想の繰り返しパターンを定義すると有効であり；両方のパターンはここで繰り返しパターンとして言及し、そして帯状部分のユニットはそのような繰り返しパターンに関連して定義される。隣接する帯状部分のユニットの対応位置から散乱させられた光の像は緩衝されて比較され、ここにおいて異常が求められる像は標的像として言及され、そして他の像（これに対して比較される）は参照像として言及される。
本発明のシステムの前記データ処理部分は、数ミクロンの大きさのピクセルを採用するがこれは前述したイメージングタイプのサブミクロンのピクセルサイズよりかなり大きいものである。さらにまた、前記好適な実施例では、検査されるべき表面の高さの変動をモニタし、そのような変動を自動位置合わせシステムや後述する他の手段を用いて修正し、±１ピクセルよりも良い精度で局部的なデータの位置合わせを可能にしている。これらの因子はデータ処理の設計で、異常の検出および検証がより安価でより効率的になるように開発される。
図６は、本発明を説明するための半導体ウェーハの略図である。軸Ｘ_WおよびＹ_Wはウェーハの座標系を定義し、軸Ｘ_SおよびＹ_Sは前記ステージの座標系を定義する。一般的に言って、ウェーハ上の任意の位置の幅はＸの方向に沿って計られ、ウェーハ上の任意の位置の高さはＹの方向に沿って計られる。前述のウェーハ走査の過程では、前記ステージ軸は走査軸（機械的な走査方向）そして前記Ｙステージ軸はステップ軸として定義される。前述したように、照明システムは、前記Ｙ軸に平行な掃引軸に沿って直線的にかつ一方向に走査する。また上述のように、前記照明システムは帯状部分，例えば５４および５６を図６にも示されているように葛折れに走査する。総じて、帯状部分走査とは、単一の帯状部分の走査を指し、そして走査は一般的にウェーハの領域からデータの獲得を指称し、その大きさを問題にしない。
本発明は、帯状部分のユニット対帯状部分のユニットの比較（後に定義）を採用し、前記ウェーハ上のパターンが図７に示されているように周期的な形状で繰り返されることを前提としている。いくつかの例では、前記基本的な繰り返しバイアスはいくつかのさいころをステップ上に重ねた形である。
本システムのデータ処理部分は、現状の帯状部分走査（図８参照）に関連して定義される。前記データ処理の座標系は、前述したように走査と掃引の軸により定義され、走査軸の掃引ユニットおよび前記掃引軸に沿ったピクセルのユニットを持っている。掃引の数は、前記帯状部分の走査を通して単調に増大し、前記走査中のＸステージの動作の方向には関係しない。前記帯状部分走査に沿った基本的な繰り返しパターンの単位は帯状部分のユニットと指称する。帯状部分ユニットの高さ（それは帯状部分走査の高さと等しい）は掃引の高さ（長さ）と定義され、帯状部分ユニットの幅はさいころの幅と定義される。帯状部分ユニットは図９に示されているように、いくつかのさいころおよび／またはさいころ区分を含んでおり、ここにおいてさいころ区分とは帯状部分ユニット内に含まれるさいころの部分である。それ故に、帯状部分ユニットの高さは正確に１つのさいころ，１つのさいころ区分，２つのさいころ区分，いくつかの全部のさいころ，または１つまたは２つのさいころ区分によりまとめられたいくつかのさいころを含むことができる。パターン化されていないウェーハの場合には、仮想のさいころおよび対応する仮想のさいころ格子を定義し、パターン化されていないウェーハについても前記帯状部分ユニットの定義が適用できるようにすることが、しばしば有用である。
前記照明ビームにとって検査されるべき表面上の前記現実のまたは仮想のパターンに位置合わせされることが好ましく（例えばさいころのパターンの間の「通り」）、それにより前記光収集サブシステムを、得られた隣接するパターンからの光の強度が異常を指示するために使用することができる。そのような位置合わせは当業者に既知であり、そしてそれは例えば前述したストンストローム等において議論されている。
データ処理サブシステム
図１０は、本発明を説明するためのデータ処理サブシステム１３０の動作を示すブロック図である。前記表面の走査中、図１Ａ〜図５を参照して先に説明したよう動作するチャープ発生器８０およびデータの獲得は、データ獲得にあたりタイミング電子回路８４により発生させられるタイミング信号によって同期させられる。それ故に、照明ビームがウェーハの表面を掃引するにつれて、収集された光信号はアナログ基板１３４によりディジタル化され、信号処理のためにデータ処理基板１３６に渡される。４つの収集チャンネルから収集された光信号を独立して処理するために、各チャンネルはそれ自身のアナログ回路基板とデータ処理回路基板をもち、全てのチャンネルはそれらのタイミング情報を共通のタイミング電子回路基板８４から得ている。タイミング電子回路基板８４は、なかでも、掃引間距離，帯状部分ユニット幅，および取得されるであろう帯状部分ユニットの数を制御する。
データ処理回路基板１３６
図１１は図１０の前記データ処理回路基板１３６をより詳細に示すブロック図である。アナログ回路基板１３４は収集極１１０ａ，１１０ｂ，１１１ａ，１１１ｂの１つからの強度のデータをディジタル化されたデータに変換する。前記アナログ回路基板からのディジタル化されたデータはまず、遅延素子１４４によるある一定の遅延のあとで、メモリ管理ユニット１４０のデータバッファ１４２に蓄えられる。前記遅延は前記回路基板１３６に、前記バッファ１４２に蓄積されたデータを新しい入力データにより上書き込みがされる前に処理する時間を許容する。メモリ管理ユニット１４０は、緩衝された入力データを４つの並列通路、すなわち２つの検出ステージ１５２，１５４および２つの検証ステージ１６２，１６４に供給する。２つの異なった検出ステージおよび２つの異なった検証ステージによる同時加工する理由について後述する。図１２は、帯状部分の検査の態様を説明する略図であり、帯状部分ユニットからのデータは異常の検出および検証のために比較される。
好適な実施例において、検出および検証のステージは流れに基づく処理ステージで前記処理データは前記システムの平均サンプリングと実質的に等しい率でデータを処理する。前記サンプリングレートは、前述したように表面の走査レートと順々に同期させられている。また好ましくは、前記検出および検証ステージは、入ってきたデータを同時に処理するものであり、これに代わり前記検出および検証のステージは順次的に行うこともできるのでそのような変形は本発明の範囲内である。
図１１，１２に関して、帯状部分ユニットＮ−１のために取得された強度のデータは、帯状部分ユニットＮ−２のために多数の先の掃引の間に取得されたデータと比較され、そして帯状部分ユニットＮのために、やがてメモリ管理ユニット１４０からきて獲得される強度のデータと比較される。そのような比較で、帯状部分ユニットＮ−２とＮのための強度のデータは、帯状部分ユニットＮ−１の標的像との参照像として獲得される。ここにおいて、帯状部分ユニットＮが標的像であり、そしてユニットＮ−１およびＮ＋１は比較のためのそれぞれの参照像である。したがって、帯状部分ユニットＮ−１，Ｎのそれぞれの対のために２つの比較は実行されるのであり、すなわち１つはＮ−１が標的像であり、Ｎが参照像であり、そして他はＮが標的像でありＮ−１が参照像である。この理由により、同時に両方の比較を実行することが有利で、より効果的である。異常検出論理１７２，１７４およびイベント処理ステージ１８０によるさらなる処理の後で、前記比較の結果はシステムの図１０の中央処理ユニット（ＣＰＵ）１３１に供給され異常の検出および検証のための他の比較と結合させられる。例えば、Ｎが標的像でＮ−１が参照像であるさらに処理された比較の結果は、システムのＣＰＵに供給される。後の時点に、帯状部分ユニットＮ＋１のための強度のデータが獲得され、回路基板１３６に受け取られ、そして標的像である帯状部分ユニットＮに参照像として使われる。そのような比較のさらに処理された結果は、Ｎが標的像でＮ−１が参照像としての比較の結果と結合させられるために前記システムのＣＰＵに異常の検出と検証のためにまた供給される。
検出および検証ステージ１５２，１６２の出力は帯状部分ユニットＮの異常の存在を決定するために異常検出論理１７２に供給される。同様にして、検出および検証ステージ１５４，１６４の出力は帯状部分ユニットＮ−１の異常の存在を決定するために異常検出論理１７４に供給される。検出論理１７２，１７４の出力は、それからイベント処理ステージ１８０で処理され、前記ステージはイベントを検出して特徴づけ、ここにおいて１つのイベントは（検証された）異常ピクセルの結合された領域として定義される。イベント処理ステージ１８０はイベントを緩衝し、そしてダウンロードＦＩＦＯ １８２を通ってシステムのＣＰＵ １０１にイベントデータの有用性を知らせる。
帯状部分検査モード
「帯状部分検査」（前記帯状部分の検査）は、データ処理の回路基板の作動の主な態様である。検出ステージは好ましくは帯状部分ユニットと帯状部分ユニットの比較を用いて異常ピクセルを検出する。好適な実施例では、ピクセルはその強度値と隣接する帯状部分ユニットにおける対応するピクセルのそれとの間の差が、システムエラーにより期待される値を越えるときは異常であると判断される。虚偽ポジ（ｆａｌｓｅ−ｐｏｓｉｔｉｖｅｓ）を除去するために検証ステージは異常ピクセルを検証する。好適な実施例では、検証ステージは検出のステージと並列に後継のデータを処理する。
図１１を参照すると、イベント処理ステージの目的はイベントを集めて特徴づけることであり、ここにおいてイベントとは検証された異常ピクセルの接続された領域として定義される。１つのイベントはその位置，範囲，集積された強度の差，および集積された参照強度により特徴づけられる。イベント処理ステージはイベントデータを緩衝し、そしてシステムの中央処理装置にイベントデータの有用性を知らせる。
後の処理ステージ（図示せず）は好ましくは次のように使用される。後処理ステージの目的は、データ処理回路基板からのイベントをアップロードし、ウェーハの規模の基礎でイベントデータを合併することである。後処理ステージの義務は一般的に次を含む：（１）イベントを合併する（イベントは：（a）前記帯状に沿って幅方向に打ち切られているかあるいは(b）前記帯状の上または下の限界が切られた状態のもの）；（２）イベントの位置をウェーハの座標に変換すること；（３）イベントの座標に較正の補正を適用させること；（４）多様なチャンネルからイベントのデータを合併すること；（５）イベントを大きさで分類すること（イベントの強度の情報を利用）；および（６）イベントファイルを発生させること。
動作の前記帯状の検査モードは繰り返して実行されるが、好適な実施例においては、データ処理回路基板１３６は先の実行の記憶を持たないことに注意されたい。例えば、全ウェーハの検査を実行するときに動作の前記帯状検査モードの種々の実行（各帯状部分に１つ）が必要になる。与えられた、データ処理回路基板の「帯状部分指向」の性質により、前記システムのＣＰＵ上の制御ソフトウエアの責務は、これらの帯状の各々に走査を要求し結果を合併することである。
検出および立証ステージ
図１１を参照すると、２対のステージ１５２，１６２，および１５４，１６４は２つのセットの帯状部分ユニット像を同時に処理（参照像としての帯状ユニットＮ−１に対して比較される標的像としての帯状部分ユニットのＮ、またはその逆）するから、処理は２対のステージで同一である。それ故に、ステージの両方の対で行われる検出および検証プロセスは標的像と参照像の対のセットに関連して記述される。
検出および検証プロセスの好適な実施例において、前記帯状部分ユニットの標的像のピクセルはそれらが比較されるべき帯状部分ユニットの参照像の対応するピクセルにあらゆる方向で±１ピクセル内の精度で記録されると仮定する。これは、上述した精密システム設計および走査同期および後述する位置決めシステムにより達成されるものであり、これは本願発明の親の出願“光学的ウェーハ位置決めシステム”（メールダッド ニコナハッド、フィリップ アール． リグ、キース ビイ． ウェルズ、およびデイビッド エス．カルホーンによる出願番号第０８／３６１，１３１号，１９９４年１２月２１日出願）の主題である。最終的には位置ずれがあらゆる方向で±１ピクセルの範囲になる。
好適な実施形態において、４個のサンプルは、照明の強度が頂点強度１／ｅ²を超えるところで照明スポットで獲得されるか、同等に、点像分布関数の１／ｅ²幅につき４個のサンプルレートで獲得される。照明スポットのより多くのサンプルを取得することはもちろん可能であるが、図５を参照した前述の記載より明白なように、より多くのサンプルの取得は処理能力を損ね、データサンプルの取得に必要な時間がより多くかかることを意味する。ここに記述されている検出および検証のプロセスは、４個より多いか少ないサンプルが照明スポットからとられる場合、明らかに変化する。好適な実施例においては、異常は「基礎となる」パターンに対して明るいものと仮定されているが、ある表面とか近表面の欠陥が前記「基礎となる」パターンに対して暗い領域であるときには、そのような暗い欠陥を検出するために後述する検出および検証のプロセスでは使用される強度値を反転する必要があることは当業者に明らかであろう。照明光と異常やパターンとの相互作用が複雑であれば、現実の問題として、パターンと異常の信号は多くの場合「重ね合わせ」，あるいは単に加算され、この事実が後述する検出と検証の方法に利用できる。
検出ステージの動作は、図１１に示した検出ステージのブロック図である図１３を参照して記述される。図１１および図１３を参照すると、図１１に示されているデータバッファ１４２に記憶されている帯状部分ユニットＮ−１の強度値のデータは、前記検出および検証ステージ１５２，１５４，１６２，１６４への入力として供給され、そして帯状ユニットＮの回路基板１３６に入るデータの流れの強度データはこれらのステージへの他の入力である。そのように入るデータはアナログ回路基板１３４から送られ、アナログ回路基板１３４は図３の４つ検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１１ａ，１１１ｂのうちの１つからデータを受ける。
Ｎ−１とＮのそれぞれの帯状部分ユニットは、帯状部分ユニットの特定のピクセル位置に対して各々多数の強度値を含む。典型的には帯状部分ユニットは図４に示されている多数の隣接する掃引，例えば５０，５０’等のような掃引の走査からのピクセルデータを含む。標的像（帯状部分ユニットＮ）のピクセル位置（ｘ，ｙ）でのピクセル強度はＩ_T（ｘ，ｙ）であり、そして、参照像（帯状部分ユニットＮ−１）の同じピクセル位置の強度値はＩ_R（ｘ，ｙ）である。ピクセル位置（ｘ，ｙ）は８つの隣接、すなわち（ｘ，ｙ）とともに、（ｘ−１，ｙ−１），（ｘ，ｙ−１），（ｘ＋１，ｙ−１），（ｘ−１，ｙ），（ｘ＋１，ｙ），（ｘ−１，ｙ＋１），（ｘ，ｙ＋１），および（ｘ＋１，ｙ＋１）をもち、それ等はピクセル位置（ｘ，ｙ）を中心とする３×３マトリクスを形成する。これらのピクセル位置での強度の値は、３×３マトリクス強度値〔Ｉ_T（ｘ−１，ｙ−１），Ｉ_T（ｘ，ｙ−１），Ｉ_T（ｘ＋１，ｙ−１），Ｉ_T（ｘ−１，ｙ），Ｉ_T（ｘ，ｙ），Ｉ_T（ｘ＋１，ｙ），Ｉ_T（ｘ−１，ｙ＋１），Ｉ_T（ｘ，ｙ＋１），Ｉ_T（ｘ＋１，ｙ＋１）〕を形成する。同様に、参照像，帯状部分ユニットＮ−１の対応するピクセルの位置での強度値は、３×３マトリクス強度値［Ｉ_R（ｘ−１，ｙ−１），Ｉ_R（ｘ，ｙ−１），Ｉ_R（ｘ＋１，ｙ−１），Ｉ_R（ｘ−１，ｙ），Ｉ_R（ｘ，ｙ），Ｉ_R（ｘ＋１，ｙ），Ｉ_R（ｘ−１，ｙ＋１），Ｉ_R（ｘ，ｙ＋１），Ｉ_R（ｘ＋１，ｙ＋１）］を形成する。
好適な実施例において、９つの値のこれらの２つの組の各々が、３×３平均化ディジタルフィルタ（２０２，２０４）によって平均されることにより、平均強度値（Ｉ_T（ｘ，ｙ），Ｉ_R（ｘ，ｙ））になる。これらの２つの値はそれから、異常が標的像にそのようなピクセル位置（ｘ，ｙ）に存在するかどうかを確かめるために、種々の方法で比較される。
ある比較では、誤差しきい値は、フィルタ２０２の出力の平均強度値Ｉ_R（ｘ，ｙ）とピクセル位置（ｘ，ｙ）を中心とする３×３もしくは９個のピクセル位置で９つの平均強度値の最大との間から最初に引き出されるのが好ましい。かくして、回路２０６は、（ｘ，ｙ）を中心とする９個のピクセルの９個の平均強度値の最大値を決定し、そして減算器２０８へ出力を供給する。減算器は回路２０６からのそのような最大値から平均強度値Ｉ_R（ｘ，ｙ）を減算し、そしてこの差を乗算器２１０に提供する。
もし、前記参照像と前記標的像が任意の方向に＋１ピクセル分だけ位置ずれしていれば、この最大値はシステムにより潜在的に導入される誤差である。乗算器２１０は、そのような差の強度値に係数ＡＬＰＨＡを掛けて、比較の目的では誤差のしきい値としてその出力を供給する。
フィルタ２０４の出力の２つの平均強度値Ｉ_T（ｘ，ｙ）およびフィルタ２０２の出力の平均強度値Ｉ_R（ｘ，ｙ）は減算器２１２で減算され、そして前記差の値は３つの比較器２２２，２２４，および２２６に供給される。比較器２２２は、そのような差を乗算器２１０の出力で、予想された誤差しきい値（最大位置合わせ誤差に基づいて上述のように算出されたもの）と比較する。そのような差が前記誤差のしきい値より小さければ、異常がピクセル位置（ｘ，ｙ）で全く検出されず、比較器は出力０を供給する。
しかしながら、ピクセルの位置での参照像と標的像間の強度差がそのような誤差しきい値を超えるときは、ピクセル位置（ｘ，ｙ）に異常が存在し、そして比較器２２２は１を出力する。
上述の記載において、位置決めシステムおよび他の手段によって、位置ずれ誤差は±１ピクセル位置であると期待される。前記誤差が±１ピクセルより少ないか超えるようになっても（例えば０と±２ピクセル位置との間）、誤差のしきい値は補間法に基づいて計算され、そのような際にはＡＬＰＨＡが前述のようにして導かれた最大強度差の係数としてセットされ、ここにおいて前記係数は正の整数で、例えば０〜２の範囲の数である。この補間方法は、照明と収集の結合されたシステムの大部分の点像分布関数の滑らかな形状を上手く利用している。
上記の比較において、マトリクスの中心で位置が（ｘ，ｙ）にあるピクセル位置にある３×３マトリクスの平均強度値が標的および参照像の両方に用いられる。関数の頂点もしくはその近くでピクセル位置（ｘ，ｙ）をもつ、照明および光収集の結合された点像分布関数を実質的にカバーするようにマトリクスの大きさが選ばれる。かくして、図１Ｂ，図５を参照すると、例えば、ピクセルＰのような標的ピクセル位置の回りで処理される３ピクセル×３ピクセルのマトリクスは、前記システムの点像分布関数を実質的にカバーするであろう。もし、ピクセルＰが、左または下方向にずれずに実際にスポット１０の中心にあるならば、３×３マトリクスは実質的に図１Ｂに見られる関数の頂点部分をカバーするであろう。
ある環境において、比較される強度値が乗算器２１０の出力で期待された誤差しきい値で計測されない重要な雑音を含むならば、標的および参照像（最大位置ずれ誤差に基づくもの）との間の強度値の差は期待されたしきい値を超える。そのような場合において、上述したプロセスは、減算器２１２の出力での強度差の値と比較器２２６によって絶対最大誤差しきい値ＡＢＳＭＩＮとを比較することによって減少される偽りの正を生じ、ここにおいて、ＡＢＳＭＩＮはシステム雑音（すなわち、この方法固有の雑音）の関数である。比較器２２２の場合において、もしそのような参照および標的間の強度差の値がＡＢＳＭＩＮよりも小さければ、異常は指摘されず、そして比較器２２６は０を出力する。そうでない場合には、異常の可能性が示され、そして比較器２２２は１を出力する。
さらに、実質的にアナログ・ディジタル変換プロセスであるサンプリングプロセス自体に原因するシステム誤差が予想される。図１Ｂを参照すると、データサンプルが取得される点像分布関数の位置に依存して、対応するピクセル位置での前記標的像と参照像間の差は、異常が存在することよりも前記サンプルプロセスで引き起こされることがあると理解できる。大部分の照明と光収集システムが結合されたものの点像分布関数のガウス分布の観点から、そのようなシステム誤差が、ピクセル位置の平均参照強度値のあるパーセンテージ（例えば１２％）に等しい誤差しきい値を計算することによって、そのようなシステム誤差が存在することが説明される。かくして、乗算器２３０はフィルタ２０２の出力を百分率係数ＰＲＣＮＴで掛けることによって、その積を比較器２２４への誤差しきい値として提供し、比較器２２４は減算器２１２での出力の強度差の値と前記しきい値とを比較する。もし、差の値がしきい値より小さければ、異常は指摘されず、比較器２２４は０を出力するし、そうでなければ異常の可能性が指摘され、そして比較器２２４はその代わりに１を出力する。
３つ全ての比較器２２２〜２２６の出力は異常検出論理によって前記ピクセル位置（ｘ，ｙ）に異常が存在するかどうかを決定するために結合される。同じプロセスが前記標的像内の他のすべてのピクセル位置について、すなわち、帯状部分ユニットＮについて行われる。前記帯状部分ユニットの周縁のピクセル位置には、前述したプロセスは実行されず、それらの値は単に０にセットされる。好適的な実施例において、全ての３つの比較器２２２，２２４および２２６の出力が異常の存在を決定するために使用される一方で、比較器２２４と２２６は間違った正の割合を減少するために用いられるのであって、ある用途においては必要不可欠なものではなく省略することもできることを理解されたい。
多くの照明と集光が結合されたシステムの点像分布関数の比較的滑らかなガウス分布は異常検出を促進するために利用される。もし、異常が参照像ではなく、標的像に存在したとすると、標的像の中のピクセル位置の少なくともいくつかの３×３マトリクスの強度値は、対応する参照像のピクセル位置の強度値よりも大きいことが予期される。このことは、ここにおいて、近傍制限基準と称され、この言葉は９つの標的ピクセル位置の全てではないが、いくつかの各々の強度値が対応する参照像の３×３マトリクスのピクセル位置の強度値よりも大きいことが予期されることを意味する。このことは近傍制限基準回路２３２によって実行される。
好適な実施例において、回路２３２は、もし前記標的像の９つのピクセル位置の各々の値の強度が参照像の９つのピクセル位置の対応する位置の強度値よりも大きいときには標的像に異常が存在することを示す１を出力し、ここにおいて、ピクセル位置（ｘ，ｙ）は両方のマトリクスの中心にある。そうでなければ、回路２３２は異常検出論理２４０に０を出力する。
ある応用においては、回路２３２が全ての９つのピクセル位置ではなく、少なくともいくつかの各々に、標的像の各々のピクセル位置における強度値が対応する参照像中のピクセル位置の強度値よりも大きいかどうかを決定するように、前記の近傍制限基準を緩めることが可能である。それらおよび他の変形は本発明の範囲内である。
検査対象のいくつかの表面上で、表面自身から散乱される光の高い強度により、前記誤差しきい値ＡＢＳＭＩＮ，ＰＲＣＮＴの使用が効果的でなくなる。そのような場合において、他のしきい値を代わりに用いることが好ましい。比較器２３４はフィルタ２０４の出力での平均強度値Ｉ_T（ｘ，ｙ）を飽和しきい値ＳＡＴＴＨＲＥＳＨと比較し、そしてもし強度値がそのようなしきい値を超えるならば、異常が指示され、そして比較器２３４は１を出力し、そうでない場合においては、異常が存在しないこを示す０を出力する。もし、参照像の平均強度値Ｉ_R（ｘ，ｙ）もしきい値ＭＡＸＲＥＦＡＴＳＡＴ（前記基準が適応される最大の参照強度値を示すもの）より小さく、一方で、標的像の平均値が前記飽和しきい値を超えるならば異常が表示さされる。これは比較器２３６によって行われ、比較器は平均強度値Ｉ_R（ｘ，ｙ）をＭＡＸＲＥＦＡＴＳＡＴと比較し、そして前記強度値が前記しきい値よりも低いときには１を出力し、もし前記強度値がしきい値を超えるときは０を論理２４０に出力する。かくして、参照および標的像の両方において強度が高い場合には、平均強度値Ｉ_T（ｘ，ｙ）およびＩ_R（ｘ，ｙ）の両者がそれらの各々のしきい値を超え、そして異常は指示されない。これは好ましいことである。なぜならば、参照および標的像の両方の表面の散乱が大きいことによって明確な異常が示されるからである。好適な実施例において、ピクセル位置（ｘ，ｙ）において飽和の異常が指示されるのは、比較器２２２，２３４，２３６の出力がすべて１か、あるいは比較器２２２，２２４，２２６がすべて１であり、そして近傍制限基準が合うときにおいてのみ異常が指示される。かくして、好適な実施例においては１つの異常は以下の条件を満足するときに示される。
（１）ピクセル位置が帯状部分ユニットの周縁または境界ではないとき；
（２）比較器２２２，２２４，２２６の出力がすべて１であるかまたは比較器２２４，２３４，２３６の比較器の出力がすべて１であるとき；および
（３）近傍制限基準回路２３２の出力が１であるとき。
前述した検出の過程は、以下に好適な実施例の数字的記述として要約される。
検出ステージのアルゴリズムの数学的記述
アルゴリズム外観
（１）３×３の平均オペレータは各々の帯状部分ユニット像にサンプリング誤差に対する感度を減少するための手段として適用される。
（２）標的像の各位置の誤差のしきい値は参照像中の対応する位置で８つの関連する隣接されたものを検索することによって参照像から直接生じ、それは位置ずれにより予期される強度の最大増加を決定するためである。しきい値の直線補間はサブピクセル誤差のしきい値を算出するために用いられる。最小しきい値は局所的な頂点，均一な領域，および低散乱領域を処理するために適用される。
（３）近傍制限基準（ＮＲＣ）が行われ、それは前記標的像の８つの接続された（３×３）近傍の各強度値がそれに対応する参照像の値よりも大きいことが必要である。これは予期される異常のコントラストと同様に点像分布関数の程度を利用するために用いられる。
（４）ピクセルは以下の場合に異常である：（ａ）その強度値がそれに対応する参照値より前記算出されたしきい値を超える量だけ大きい場合；および(b)近傍制限基準が満たされている場合。
（５）明確な条件は正面の頂部の飽和した異常，高散乱背景光の検出に利用される。したがって、ピクセルはそれが前述した検出基準または飽和異常基準に適合するときに異常である。
検出ステージのアルゴリズム
この節の意図は履行の細部に関係なく、標的および参照像の１つのセットに対してこの検出アルゴリズムの適用を数学的に記述することである。
定義：
Ｗ −− 像の幅（ピクセル）
Ｈ −− 像の高さ（ピクセル）
ｘ −− 水平座標；値は〔０，Ｗ−１〕の範囲内
ｙ −− 垂直座標；値は〔０，Ｈ−１〕の範囲内
ｍ −− 水平座標；値は〔０，Ｗ−１〕の範囲内
ｎ −− 垂直座標；値は〔０，Ｈ−１〕の範囲内
Ｉ_T（ｘ，ｙ）−−標的像
Ｉ_R（ｘ，ｙ）−−参照像
Ｉ_T（ｘ，ｙ）−−３×３平均化した標的像のバージョン
Ｉ_R（ｘ，ｙ）−−３×３平均化した参照像のバージョン
ＡＬＰＨＡ
−−位置ずれによる誤差しきい値の直線的補間にいる乗算係数
ＡＢＳＭＩＮ
−−任意の位置における絶対最小誤差しきい値
ＰＲＣＮＴ
−−参照強度に基づいた各位置での最小誤差のしい値を計算するのに用いる百分率（１０進数として表現）
ＡＴＯＬ（ｘ，ｙ）−−補間された誤差しきい値のアレイ
ＰＴＯＬ（ｘ，ｙ）−−百分率増加誤差しきい値のアレイ
ＳＡＴＴＨＲＥＳＨ
−−飽和した異常しきい値−−ピクセルが飽和状と定義するものを超える像強度値
ＭＡＸＲＥＦＡＴＳＡＴ−−異常とみなされる飽和ピクセルのために飽和したピクセルの対応する参照位置がもつことができる最大強度
ＮＲＣ（ｘ，ｙ）−−近傍制限基準（ＮＲＣ）値のアレイ
ＡＭ（ｘ，ｙ）−−標的像のための異常マップ
アルゴリズム：
ステップ＃1. ３×３平均化を適用させよ。
３×３平均オペレータを動作させて標的および参照像の３×３平均化されたバージョンを発生させよ。周縁ピクセル（３×３の平均は定義されていない）は０の値を持つようにセットされる。下記の式において、「ＡＶＥ」は特定の値の平均を計算する平均化オペレータである：

ステップ＃2. 最大位置合わせ誤差に基づく補間された誤差しきい値のアレイを発生させよ。
平均された参照像から誤差のしきい値のアレイを発生させよ。境界ピクセル（誤差のしきい値は定義されていない）は０の値をもつようにセットされる。以下の方程式で、「ＭＡＸ」は、特定の値の最高点を算出する最大オペレータである。

ステップ＃3. 百分率増加誤差しきい値を発生させよ。
平均化された参照像から誤差しきい値を発生させよ。境界ピクセル（誤差のしきい値は定義されていない）は０の値を持つようにセットされる。

ステップ＃4. 近傍制限基準アレイを発生させよ。
標的像のために近傍制限基準アレイを発生させよ。周縁のピクセル（３×３近傍制限基準は規定されていない）は０の値となるようにセットされる。これらの計算には当初（平均化されたものではない）の像の強度値が使用されることに留意されたい。

ステップ＃5. 異常マップを発生させよ
異常マップを発生させよ。境界ピクセル（検出が不可能）は０の値をもつようにセットされる。

前述した検出ステージの好適な実施例において、ピクセル位置（ｘ，ｙ）における平均強度値はフィルタプロセスに用いられる。しかしながら、いくつかの応用例では、ピクセル位置における強度値を平均化せずに用いることが望ましい。このため、フィルタ２０２，２０４は端子イネーブル＿ＡＶＥにおける適当な入力によって使用不能にして、その結果、前記フィルタは単にピクセル位置の強度値を通過させ、それは平均ではなくピクセル位置の３×３の平均地としてではなく処理される。同様にして、近傍制限基準回路２３２は端子イネーブル＿ＮＲＣに適当な入力を加えることによって使用可能にされたり、使用不能にされなかったりさせることができる。図１４の残りの機能は全て異なるしきい値とか乗算器に適当な値を設定することによって使用可能にしたり使用不能にされる。例えば、ＡＢＳＭＩＮ，ＰＲＣＮＴ，ＡＬＰＨＡ，ＳＡＴＴＨＲＥＳＨ，およびＭＡＸＲＥＦＡＴＳＡＴである。
フィルタ２０２，２０４および近傍制限基準ブロック２３２と同様に最大値回路２０６で用いられる３×３マトリクスは、前記照明スポットの最大強度の１／ｅ²を超える強度を持つ点像分布関数の領域を実質的にカバーするように選択される。より多くのまたはより少ないピクセルまたはサンプルが１つの照明スポットに獲得される場合、そのようなマトリクスの大きさは強度１／ｅ²を超える点像分布関数のほとんどの部分を再度カバーするように変更されるのが好ましい。
標的像と参照像が±２ピクセル位置を超えて位置ずれが起きている場合には、最大値回路２０６の大きさを拡張する必要がある。このようにして、位置合わせ誤差が±ｎピクセル位置である場合、最大値回路２０６の大きさは（２ｎ＋１）×（２ｎ＋１）の大きさであるように選択されるのが好ましい。もし、位置合わせ誤差が極めて大きいので、不十分な重なり合わせが標的と参照像の間に存在する場合、前述したＡＬＰＨＡをセットするための補間プロセスは利用できなくなる。
上述の記載において、最大値回路２０６は、参照像で位置（ｘ，ｙ）に中心を置く３×３マトリクスの９つのピクセルの最大平均（または平均化されていない）強度値と参照像で位置（ｘ，ｙ）の平均（または平均化されていない）強度値との差を計算する。３×３マトリクスの対の強度値間の最大の差に基づいた値を計算することも可能であることを理解されたい。それらおよびその他の変形は本発明の範囲内である。
検証ステージ
帯状部分ユニットＮの異常の検出と同時にまたはその後で、同一の参照像（帯状部分ユニットＮ−１）および標的像（帯状部分ユニットＮ）が図１１および図１４の検証ステージ１６２，１６４に、前述した異常が偽りの正でないことを検証するために提供される。前記検証ステージにおける処理は３つの比較を含んでいる。
１つの比較において、異常ピクセル位置（ｘ，ｙ）における標的および参照像の平均強度値の間の差が高コントラスト基準として知られている基準の高コントラストしきい値をはるかに超えるかどうかが決定される。これは、もしそのようなピクセル位置の標的と参照像の平均強度値間の差が特定のしきい値（例えば，２〜１６の範囲内の正の整数の倍数）を超えるものであるならば、異常が存在するという以外の他の説明はあり得ないという考え方に基づいている。かくして、図１３のディジタルフィルタ２０２と同様に、ディジタルフィルタ２５２もまたピクセルの中心位置（ｘ，ｙ）を持つ３×３ピクセル位置において強度値の平均値を提供し、そしてそれを乗算器２５６に提供する。乗算器２５６は好ましくは２〜１６の範囲の値を持つＨＣＣＴＨＲＥＳＨの値で、そのような平均化された参照強度を乗算し、そしてその積を比較器２６０に提供する。ディジタルフィルタ２５４もまた中心のピクセル位置（ｘ，ｙ）を持つ標的像のために３×３ピクセル位置の強度値についての平均関数を図１４のフィルタ２０４によって実行されたものと同様に実行する。そのような標的ピクセル位置のために平均化された強度値はそれから比較器２６０により、乗算器２５６の出力と比較される。もし、標的像のための平均強度値が乗算器２５６の出力よりも大きいときは、比較器２６０は１を出力し、そうでない場合には０を出力する。
前述した高コントラスト基準が満たされていない場合でさえも、標的像の異常ピクセルまたはそれを囲む多数のピクセル位置に結合された強度が、対応する参照像中のピクセル位置における結合された強度値よりも、参照像の結合された値のある割合と絶対最小しきい値の両方を超える量だけ大きい場合には、異常が依然として存在することを示すことができる。これは２つの５×５コンボルーションフィルタまたはコンボルバ２７２，２７４によって実行される。２つのコンボルバは好ましくは、下記の形態の５×５核マトリクスを使用する：

図１Ｂを参照すると、前記点像分布関数を横切る４つのピクセルの位置で４つのデータサンプルが取得されている。点像分布関数は、もちろん、変数ｘおよびｙのいずれの方向にも存在するのであるが、図１Ｂは、ｙ座標の従属性を示した関数の断面図のみを図示している。したがって、もし点像分布関数をカバーするための強度値の３×３マトリクスを提供する場合には、マトリクスの中心またはその近傍で処理されているピクセル位置（ｘ，ｙ）を持つピクセル位置の３×３マトリクスを選ぶことになる。このことは実際、ディジタルフィルタ２０２，２０４，２５２，２５４，最大値回路２０６および近傍制限基準回路２３２に３×３マトリクスを選ぶという考え方を根底にしている。
もし、すでに選択された９つのピクセル位置に直接近接した１６のピクセル位置を含む場合（前記９つは中心ピクセル位置を形成する）、そのような周縁のピクセル位置は領域か、もしくはその近くにある点像分布関数と重複するものであり、前記点像分布関数の値は関数の最大値１／ｅ²である。
しばしば半導体プロセスの変化は表面領域の反射値を変化させる原因となる。上述したようにコンボルバ２７２，２７４を使用することにより、そのようなプロセスの変化によって生ずる偽りの正をかなり減少させることができる。半導体プロセスの変化により、一般的に、表面の全領域の反射率が変更され、それはそのような領域がサンプルされるスポットの大きさに比べて大きいものである場合であるので、そのような変化は一般的には性質上局部的な反射率の変化を招かないものである。この事実はコンボルバ２７２，２７４を用いることによって利用される。上記５×５マトリクスの値に示されているように、前記マトリクス要素（中心マトリクス要素）は値１／９の中心ピクセル位置に対応している一方で、周縁ピクセル位置に対応するマトリクスの値（周縁マトリクス要素）は−１／１６である。コンボルブの過程において、各マトリクス要素は各対応するピクセル位置の強度値によって乗算され、そしてすべての２５の積はコンボルブされた値を提供するために加算される。上述したピクセル位置の５×５マトリクスで、強度値の５×５マトリクスで、そのようなマトリクスをコンボルブすることによって、半導体プロセスの変化によって引き起こされた反射率の変化は打ち消されることになり、そのような効果は中心ピクセル位置と同様に周縁ピクセル位置にも存在するからである。前記コアピクセル位置に割り当てられたマトリクス要素は正であり、そして周辺ピクセル位置に割り当てられた要素は負であるから、前述したコンボルブの過程はそのような共通の誤差を打ち消すことになる。明らかに、中心マトリクス要素が負で周辺マトリクス要素が正（例えば、明るい欠陥の代わりに暗いものを検証するためには）である場合、同様の結果が得られる。
好ましくは、中心マトリクス要素の全てが同一の値を持ち、そして全ての周縁マトリクス要素もまた同じ値を持つことである。全てのマトリクス要素の合計が０であることは好ましい。
ある状況下においては、上記のマトリクスの９つの値が上記のマトリクスの９つの中心ピクセル位置に対応するものであり、上に示されたものとは異なるものであると推測することが好ましい。ある実施例において、前記９つの中心ピクセル位置の要素は１／９の代わりに１／１６の値が割り当てられており、そして１６の周縁ピクセル位置の要素は−１／１６の代わりに−１／３２が割り当てられている。
コンボルバ２７２，２７４の出力でのコンボルブされた値は、コンボルブされた値の差を提供するために減算器２７６により減算され、その結果は比較器２８０に適用される。コンボルバ２７２によって提供された参照像のコンボルブされた値は、乗算器２７８によって係数ＣＣＰＲＣＮＴで乗算され、そしてその積はしきい値として比較器２８０に提供される。もし、減算器２７６の出力におけるコンボルブされた値の差が乗算器２７８によって提供されるしきい値よりも大きければ、検証された異常が存在し、比較器２８０は１を論理回路２４０に提供し、そうでない場合には、０を提供する。減算器２７６の出力におけるコンボルブされた値の差はまた比較器２８２に提供され、比較器はそれを絶対最小値ＣＣＡＢＳＭＩＮと比較する。
かくして、もし高コントラスト基準が満たされないで両比較器２８０と２８２が論理回路２４０に１を提供すると、検証された異常が表示される。もし、１つまたは両方の比較器２８０，２８２が論理２４０に０を提供するならば、検証された異常が存在しないことになる。
前記検出ステージのように、ディジタルフィルタ２５２，２５４の大きさは照明されているスポットあたりにより多くのサンプルをとる場合においては、変更される必要がある。同様に、コンボルバ２７２，２７４の大きさはまた、新しいマトリクスの周縁マトリクス要素の１列が、前記点像分布関数の１／ｅ²点に実質的に重なり、そして残りの中心マトリクス要素が前記点像分布関数の中心ピクセル位置に重なるような場合においては、変更する必要がある。
前述した検証のプロセスは好適な実施例の数学的記載として以下にまとめられる。
検証アルゴリズムの数学的記述
アルゴリズム外観
（１）標的像の各位置において高コントラスト基準が適用される。この基準のために、３×３平均参照値に対する３×３平均標的値の比率が各位置で計算され、そして高コントラストしきい値と比較される。もし高コントラストしきい値が大きければ、前記位置は真であると検証されたものとみなされる（すなわち、それは偽りの正と反対の真のイベントの一部である）。高コントラスト基準は高コントラスト異常の検証を容易にする。
（２）コンボルーション基準が適用される。この基準のために、標的および参照像は５×５コンボルーション核でそれぞれコンボルブされる。コンボルブされた標的像の各位置のしきい値はコンボルブされた参照像の対応する値に乗算的なメモリをつけることによって計算される。最小のしきい値−−それは多数のスレッシュホールディングに多数の基礎をおいた領域に基づくところによって、領域ベースで規定されるものであり−−局所的な頂点，均一な領域，そして低散乱領域を処理するために実行される。もし、標的と参照コンボルーション値の差がある位置において計算されたしきい値を超えているときには、前記位置は検証されたと判断され、真とみなされる。前記コンボルーション基準は、「有効な」頂点を標的と参照像の強度間の差に発生させる低コントラスト異常を検証する。前記コンボルーション基準はまたプロセスの変化の効果を処理する重要な手段を提供する。
（３）もしピクセルが検出ステージにおいて、異常であるとして検出されたものであり、かつそれが検証の基準のいずれかに合致するならば、そのピクセルは検証された異常ピクセルである。
検証ステージのアルゴリズム
この節の目的は、構成の詳細に言及することなく、検証アルゴリズムを数学的に記述することである。
定義：
（注：全てのアレイは特に記載されるべき場合を除き、ＷＸＨの大きさである。）
Ｗ −− 像の幅（ピクセル）
Ｈ −− 像の高さ（ピクセル）
ｘ −− 水平座標；値は〔０，Ｗ−１〕の範囲内
ｙ −− 垂直座標；値は〔０，Ｈ−１〕の範囲内
ｍ −− 水平座標；値は〔０，Ｗ−１〕の範囲内
ｎ −− 垂直座標；値は〔０，Ｈ−１〕の範囲内
Ｉ_T（ｘ，ｙ）−−標的像
Ｉ_R（ｘ，ｙ）−−参照像
Ｉ_T（ｘ，ｙ）−−３×３平均化した標的像のバージョン
Ｉ_R（ｘ，ｙ）−−３×３平均化した参照像のバージョン
ＨＣＣＴＨＲＥＳＨ−−高コントラストしきい値
Ｋ（ｘ，ｙ）−−コンボルーション基準用コンボルーション核（５×５）
ＣＣＶＡＬ_T（ｘ，ｙ）−−標的像のためのコンボルーション基準のアレイ
ＣＣＶＡＬ_R（ｘ，ｙ）−−参照像のためのコンボルーション基準のアレイ
ＣＣＡＢＳＭＩＮＳ（ｘ，ｙ）−−各位置のコンボルーション基準しきい値のアレイ
ＣＣＰＲＣＮＴ−−参照コンボルーション値に基づいた各位置でのコンボルーション基準しきい値の計算に使用される百分率（少数表示）
ＣＣＰＴＯＬ（ｘ，ｙ）−−しきい値のパーセント上昇のアレイ
ＡＭ（ｘ，ｙ）−−標的像のための異常マップ（検出ステージより）
ＶＡＭ（ｘ，ｙ）−−標的像のための検証された異常マップ
アルゴリズム：
ステップ＃1. ３×３平均を適用させよ。
ただし、３×３平均オペレータを動作させることにより、標的および参照像の３×３平均化バージョンを発生させよ。周縁ピクセル（３×３平均は定義されていない）は０を持つようにセットする。下記の方程式において、「ＡＶＥ」は平均オペレータであって、特定の値の平均を計算するものである。

ステップ＃2. コンボルーション基準値を発生させよ。
標的および参照像の上で５×５のコンボルーション核を動作させることによって、それらのコンボルブされたバージョンを発生させよ。周縁のピクセル（５×５コンボルーションは定義されていない）は値０を持つようにセットされる。下記の計算は当初（平均化されていないもの）の像の強度値を使用することを留意されたい。また、下記の計算は「真」のコンボルーションではないことに留意されたい（座標の指数は核または対応する像の近傍のどちらかに対して反転されていない）；しかしながら、それはもし円対象核が使用されるならば、真のコンボルーションになる。

ステップ＃3. パーセンテージ増大しきい値のアレイを発生させよ。
参照像のためのコンボルーション基準値からしきい値のアレイを発生させよ。境界ピクセル（しきい値は決められていない）は０の値をもつようにセットされる。

ステップ＃4. 検証された異常マップを発生させよ。
検証された異常マップを発生させよ。境界ピクセル（検出および検証は不可能である）は０の値を持つようにセットされる。

暗い異常検出
上述したように、好適な実施例において、異常は「基礎となる」パターンに対して明るいものであり、すなわち、検出されるべき異常は「基礎となる」パターンよりも、より多くの光を散乱する。しかしながら、同様に前述したように、もしある異常が「基礎となる」パターンよりも暗い場合−−すなわち、異常が「基礎となる」パターンよりより少ない光を散乱する場合−−当業者にとって、そのような暗い異常を検出するためには、上述したように検出と検証プロセスにより処理される強度値を反転させることが必要であることは明らかである。しかしながら、当業者にとって、上述した検出と検証のプロセスは暗い異常を検出するために変更できることは明らかである。検出のプロセスにおいて、例えば、最大値回路２０６は最小値回路になることができ、近傍制限基準ブロック２３２は標的強度が対応する参照強度より小さいことを要求し、ＰＲＣＮＴおよびＡＢＳＭＩＮのパラメータは負の値をもち、そして各比較器２２２，２２４，および２２６の決定は反転させられる（すなわち、比較器はもしＡ＞Ｂならば１を、そうでない場合は０を出力する）。比較器２３４と２３６は使用されない。類推的な変化が検証プロセスでなされる。最後に、これらの変形された検出および検証プロセスの例と好適な検出および検証プロセスの例を１つにまとめることは可能であり、したがって、明および暗異常検出は全て可能となり、そのような全ての変形が本発明の範囲内であるということを理解されたい。
位置合わせシステム
前述した記載は検査システムに関するものであり、それにより、検査される表面の垂直位置（高さ）は測定され機械的に補正されることで、異常を検出するために順次検査され比較される近接した帯状部分ユニット間の位置ずれ誤差が減少する。下記の「位置合わせシステム」と題した記載は、親出願「光学的ウェーハ位置合わせシステム」（メールダッド ニコナハッド、フィリップ アール． リグ、キース ビイ． ウェルズ、およびデイビッド エス． カルホーン、出願番号０８／３６１，１３１、１９９４年１２月２１日出願）から実質的にとられたものである。
図２に示すビーム３８の走査中、鏡面反射方向からの散乱光は、記述されたように、異常を検出するための検出器により収集される。ビーム３８の鏡面反射は位置ずれ誤差を減少させるために、検査されるべき表面の高さを機械的に補正するのに利用される。
図２のＡＰＳ光学器９０の構造は図１５により詳細に図示されている。図１５は表面４０を持つウェーハ３２０であって、表面４０のスポット３２８に焦点合わせされた傾斜入射光が当てられている状態を示している。レーザより発生される入射光３８は前記ウェーハ表面の垂直線から５５°〜８５°の間の範囲内であることが好ましい軸３３０の回りに集中させられている。前記入射ビーム３８は最初はスポット３２８で軸３３５の回りの反射光３３３として反射され、前記軸３３５は前記ウェーハ表面に垂直な前記入射ビーム軸３３０とは同一かつ反対の角度に向けられている。表面４０の異常を探している間に前記入射光３８は繰り返し前記表面部分，例えば中心がスポット３２８と一致するような掃引を示す掃引（ａ）を走査する。掃引（ａ）は約２ｍｍ〜１０ｍｍの長さをもつものである。
反射されたビーム３３３は５μｍ〜１５μｍの範囲であるスポット３２８に焦点合わせされた「ウエスト」から発散する。前記反射ビーム３３３の発散は前記ウエストを超えた入射ビーム３８の頂点ずれによる広がりと、表面４０の幾分かの粗さに基づく不完全な反射の両者によるものである。望遠鏡は反射ビーム３３３の通路中に配置されており、スポット３２８と掃引（ａ）の像平面の近くに位置させられている位置敏感検出器３３８に反射されたビーム３３３のウエストを結像する。前記望遠鏡は一対の焦点合わせレンズ３３９と３４０，そして空間フィルタ３４１を含んでいる。前記望遠鏡は倍率１またはより大きい倍率を持ち、ウェーハの高さの変化を測定するために前記検出器の感度を増大させており、そのことについては以下詳述する。空間フィルタ３４１は前記システムのフーリエ変換面に位置させられており、パターン化された表面４０によって一般的に生じる高次の回折パターンを除去するために用いられる一方、鏡面反射または０時の回折光を実質的に邪魔されないようにして通過させることを可能にする。
前記レンズ３４０は空間フィルタ３４１を通過してきたビーム３３３の平行光線を、前記フィルタ３４１からある長さｆだけ第２のレンズ３４０の反対側に設けられている位置敏感検出器３３８上に焦点合わせをする。かくして、掃引（ａ）の像（ａ’）は検出器３３８に表れる。
位置敏感検出器３３８は、Ｚ’軸に平行である像面に位置させられ、それはレンズ３４０により定義される光軸に対して角度Φを形成している。角度Φは一般的に５°から３５°の範囲であって、それはウェーハ表面に対してビーム３８の入射角度に依存しているので、角度Φと入射角度は相補的であって、すなわち、これら２つの角度の和は９０°である。空間フィルタ３４１の位置に前記ビームは静止しており、ピボット点３４２の回りで動くのみである。前記ウェーハ３２０がＺ方向に沿って移動するに従って、スポット３２８の像は対応したＺ’方向に位置敏感検出器３３８上で移動する。
図１５をまた参照すると、Ｚ’からＺへの対応はレンズ３３９と３４０により供給される増幅に依存し、以下のように定義される：
ΔＺ’＝−２Ｍ²ΔＺ_W
ここにおいて、ΔＺ_WはＺ軸に沿うウェーハ表面２２の位置の変化であり、ΔＺ’は検出器３３８上の対応する像位置の変化であり、そしてＭは増幅率である。２から１への対応は１の増幅率を用いることによって得られるので、Ｚ方向にウェーハの高さが１ミクロンシフトすると、位置敏感検出器の像位置において、Ｚ方向と反対に２ミクロンシフトすることになる。例えば、前記表面４０が図１６の公称位置Ａにあると、掃引（ａ）に沿って反射されたビーム３３３ａのウエストの像は、位置敏感検出器３３８上の掃引（ａ’）として示される。前記ウェーハの高さが表面４０の公称位置Ａに対して、より低い位置Ｚ高さＢに移動させられたとき、掃引（ｂ）は表面４０に示されている。
その結果として、反射されたビーム３３３ｂは発散され、そして掃引（ｂ）に沿って反射されたビームのウエストの像（ｂ’）は、位置敏感検出器３３８上の掃引（ａ）の像（ａ’）上に配置される。もし、前記ウェーハが前記公称位置Ａに対してより高いＺ位置Ｃに移動するならば、発散反射ビーム３３３ｃはそのウエストの像を図１５中に前記検出器中の像（ａ’）の下に（ｃ’）としてもつが、図１５には示されていない。より敏感なＺ’からＺへの対応がより高い増幅率を用いることにより得られるであろう。もし、レンズ３３９と３４０が２倍の増幅率を持っていたとすると、Ｚ方向における表面高さの１ミクロンのシフトは検出器のＺ’軸に沿う８ミクロンのシフトとして反対方向に表れる。
前記位置敏感検出器は、シリコン装置である。それは、添加物の階段のある濃度によるドープがなされており、その結果、各リード線３４３と３４４からの信号は検出器３３８上の像の位置と強度の両方に比例する。機械的な窓４５が反射光の通路において、表面２２と検出器３３８の間に配置されている。機械的な窓４５はアパーチャ３４６を規定し、その結果、掃引の像の光の中心部分のみを検出器３３８に入射させる。検出器３３８への光入射の部分に応答して電気信号が送信され、アパーチャ３４６の幅を像の線が通過するために必要な時間の長さと等しい幅を持っている。アパーチャ３４６の幅は掃引（ａ’）の方向に沿い、そしてＸ’とＺ’方向に直角であり、これは掃引の周波数に同期してリード線３４３と３４４上に信号のトレインを生成するために充分な大きさを持っている。
処理回路９２はこれらの信号を受けて、ウェーハの現実の高さを像位置の結果として決定し、それは検出器３３８に入射する光ビームの強度とは関係はない。掃引周波数で信号を同期することは、高さ測定の精度を好ましくない信号を減少させることによって精度を高め、例えば、電子回路または光学要素のいずれかからの熱的なドリフトおよび環境光によるものである。処理回路９２は正規化された信号を発生し、その信号はリード線３４７を介してオープンループの応答、例えば、表面３２０の高さの変化の視覚的マップを得るために送信される。これの変形例として、正規化された信号がリード線３４８に沿って圧電ステージ３４９に送信され、それがウェーハ３２０をＺ方向にその表面が好ましい位置になるように位置合わせをする。
他のタイプの位置敏感検出器がその代わりに利用できる。例えば、単にウェーハの高さを決定することには必要ではないが、双方向性の検出器を用いて掃引に沿う表面の傾きと同様に表面の高さを検出することができる。この検出器はＺ’方向に直角な方向に不純物を段階的に入れたものであって、２つの付加的なリード線３４６と３４７を含む。リード線３４３と３４４に送られる信号と同様に、リード線３４６と３４７の信号は、像の位置および像の強度の両方に対して比例している。しかしながら、リード線３４６と３４７の信号は、掃引（ａ）に沿うスポット３２８の位置に対応するものであり、一方、リード３４３および３４４の信号はウェーハの高さに対応している。これらの信号を比較することにより、表面の高さの変動は前記掃引に沿って決定され、これにより、ウェーハの表面の傾きの情報を提供することができる。
図４および図１５を参照すると、掃引，例えば５０の反射像は位置検出器３３８によって受光され、前記検出器は電気信号を信号処理回路９２に送る。処理回路９２によりステージ３４９はウェーハ表面４０を次の掃引５０’のために上げるか、または下げる。これに加えて、もし双方向性の位置敏感検出器が用いられた場合には、処理回路９２によりステージ３４９は表面４０で掃引５０に沿って測定された傾きを補償するために回転する。かくして、図４と図１５のシステムはウェーハの表面４０が走査されている間、ウェーハ表面４０を好ましい高さに自動的に位置させる。
図１７は、処理回路９２中の電子回路を拡張した状態を示している。好適な実施例において、電流信号は各リード線３４３，および３４４に存在する。各電流信号は検出器３３８上の像の修正されていない位置情報を示すものであり、それは以下の式によって示される：
Ｓ₁（ｔ）＝ＰＲ（ｔ）ＲλＧ（０．５＋Ｚ_S／Ｄ_PSD）（１）
Ｓ₂（ｔ）＝ＰＲ（ｔ）ＲλＧ（０．５−Ｚ_S／Ｄ_PSD）（２）
ここにおいて、Ｐはウェーハ上に入力した電力をワットで示したものであり、Ｒ（ｔ）は掃引が帯状部分で走査されたときの時間関数としての反射率であり、Ｒλはセンサの応答度でありアンペア／ワットで示されており、Ｇはトランスインピーダンス増幅器の利得をオームで表したものであり、Ｚ_Sはセンサで測定された公称位置からの距離をミクロンで表したものであり、そして、Ｄ_PSDは位置敏感検出器の長さである。公称位置は前記表面４０が望ましい高さまたは位置に配設されたときのビーム３８の反射の位置である。
各リード線３４３と３４４はトランスインピーダンス増幅器４１０と４１１に接続されており、それぞれは各々の電流信号を電圧信号に変換する。各トランスインピーダンス増幅器４１０と４１１の出力は電気的に差動増幅器４１２と加算増幅器４１３に接続されている。前記差動増幅器はトランスインピーダンス増幅器４１０から受け取った電圧信号間とトランスインピーダンス増幅器４１１から受けた電圧信号との差を得て、差動信号を形成する。
前記加算増幅回路４１３はトランスインピーダンス増幅器４１０から受けた電圧信号をトランスインピーダンス増幅器４１１から受けた電圧信号に加算し、加算信号を形成する。
差動増幅器４１２の出力は電気的に第１のバンドパスフィルタ４１４に接続され、そして、加算増幅器４１３の出力は電気的に第２のバンドパスフィルタ４１５に接続されている。第１および第２のバンドパスフィルタ４１４と４１５は、掃引周波数の中心を持つ予め定められた周波数の範囲内に対応する周波数を持たない信号を減衰させることにより、前記加算および差動信号から好ましくない雑音を除去する。好適な実施例において、フィルタ４１４と４１５は１００ｋＨｚの帯域幅を通過させる。電気的に第１のバンドパスフィルタ４１５の出力を受けるために結合されているのは第１の乗算回路４１６であり、電気的に第２のバンドパスフィルタ４１５に結合されているのは、第２の乗算回路４１７である。
回路４１６と４１７はバンドパスフィルタ４１４と４１５からの信号を掃引発生器から生じた矩形波のクロック信号を乗算し、そして掃引周波数と高調波であるバンドパスフィルタ４１４と４１５の両方で、ベースバンドにダウンコンバートするように動作する。これは熱によるドリフトと外部光線に対応する好ましくない信号を除去することを助長する。乗算回路４１６と４１７の出力からベースバンド信号だけを取り出すために、これらの回路はそれぞれ第１および第２のローパスフィルタ４１８と４１９にそれぞれ電気的に接続されている。この第１および第２のローパスフィルタは数Ｈｚのみの狭い帯域幅を持っている。
この狭い帯域幅はフィルタ４１８と４１９の出力が掃引周波数の基本波および高調波のどちらかの数Ｈｚから発生する信号を持っており、他の全ての周波数は減衰させられた結果となる。第１および第２のローパスフィルタ４１８および４１９は電気的に除算回路４２０に接続されている。
除算回路４２０は差の信号を和の信号で割算し、正規化された信号をつくり出す。正規化された信号は位置敏感検出器上に掃引の位置を示し、それは掃引中の強度の変化には無関係である。このようにして、ウェーハ３２０の高さは、特に、表面４０上のパターンの特徴が原因の反射ビームの強度変化で生じる誤差なしに決定できる。正規化された信号は、用途に応じて適応される。１つの実施例において、前記正規化された信号は前記除算回路４２０とモニタ３５０のようなオープンループ応答回路との間に結合された第３のローパスフィルタ４２１によって濾過され、そこでは高さのばらつきのマップが観察される。他の例としては、前記正規化された信号は閉回路システムに利用することができ、そこでは、正規化された信号は再度ループフィルタ４２２によって濾過され、そして増幅器４２３を経由して圧電ステージ３４９に電気的に結合される。
前述した高さ修正システムは裸のそしてパターン化されたウェーハの広い範囲内を評価することができ、図１８は典型的な結果を示している。線３６３は高さ位置に対する処理回路のＡＰＳの出力を示している。前記高さ位置は機械的なゲージによって測定されたものである。ほぼ７０ミクロンの高さ変化の間、システムの出力電圧は約１ボルト変化し、線３６３の傾斜は直線性を維持していた。
図１９は表面の理想的な高さを得るために前記表面の高さを具体的に調節する際の圧電ステージの効果を示している。圧電ステージはその高さが圧電スタックによって変換されるステージである。線３６４は表面の１０ｃｍの帯状部分に沿って、変動を補償せずに、表面高さの変動を示した線である。これはオープンループ応答として言及される。帯状部分１０ｃｍにわたり、表面高さはほぼ４ミクロン変化した。一方、線３６５は同じ１０ｃｍの帯状部分に沿った高さ変動を示すものであるが、この例は圧電ステージが高さの変動を補正するものではない。前記ステージはウェーハを線３６５が示しているように０．５ミクロンの変動以内の一定の高さで維持できたことが明らかである。
前述した発明は特に、帯状部分ユニットと帯状部分ユニットのパターン化されたウェーハの比較に有用であり、そこでは走査される帯状部分ユニットが、前述したように、前もって走査された隣接する帯状部分ユニットで記録されていることが重要である。さらに検出器により発生した前記信号を掃引周波数にロックすることは、前記表面の高さと傾きの測定された変化に対応して、前記ウェーハが走査されているときに大急ぎで表面の高さと傾きの機械的調整を許容することにより、帯状部分ユニットと帯状部分ユニットの比較を容易にする。
出願人は機械的な高さ修正のための前述したシステムとともに使用される他の方法は、ピクセルの位置ずれ誤差を±１ピクセル以内にすることを可能にするものを見出した。
そのような方法を以下に概説する。
４つの主要な原因から生じる最大の可能性のある誤差を決定する分析が行われた。第１の原因はシステムの機構である。これは、走査ビームに対して平行および直角方向での上述したタイプのＸＹステージの機械的位置の許容誤差範囲と、光学システムのステージに対する振動または相対運動を含む。（これは、極端に強い耐性を持つ空気ベアリングのステージと、空気的な絶縁部材の上に配置された光学系とステージを含む非常に剛性な構造で解決された。）第２の原因は検査対象のウェーハにおける前述したタイプのＺ方向の高さの変動である。グレージング角対象装置のＺ高さの偏差は直接に２つの隣接する帯状部分ユニットの位置合わせでＸ誤差に変換される。Ｚ高さの変動は上述した高さ修正システムを用いることによって修正される。第３の原因は掃引発生とステージのＸ位置に対応するデータの取得の同期での誤差から生じるものである。（このシステムにおけるタイミング電子基板がＸステージの直角位相信号を解読し、そしてステージ位置に対する掃引発生およびデータ取得を同期させる。）第４番目の誤差の原因は走査光学系を通る空気流によるビームのたゆらぎである。空気の流れは、走査ビームの偏光を避けるために充分な遅い速度に保たれなければならない。サブシステムの仕様および設計はこれらのシステム誤差を極小にするように焦点合わせされている。
当業者に明らかなように、システムの記録に必要とされる要件は、任意の２つの帯状部分ユニットを充分に大きなメモリバッファにバッファすることによって、電子的に像を記録することによって満たされ、そして前述の前記検出および検証のプロセスが適用される。この方法は本発明において利用される。
システムの特徴
共に使用される場合、前述した発明の特徴を種々に組み合せることは、生産工程の検査での十分な処理能力や合理的なコストで優れた検出感度を達成するために使用される。これらの組み合せが開発される前に、図１Ａ〜図６を参照して、このシステムの照明光学系に関連する感度と処理能力の問題を幾分詳細に説明しておくことは有効である。図１Ａ〜図６，上述したこれらの図の添付記載と，後述する改良された検出の感度と処理能力の考慮の記述は、親の出願である“表面の異常検査用の走査システム”（メールダッド ニコナハッド、スタンレイ イー． ストコフスキイ、出願番号第０８／４９９，９９５号、出願日１９９５年７月１０日）からとられたものである。
改良された検出感度
当業者に知られているように、ＡＯＤ３０が各々の短い掃引、例えば５０に沿ってビーム３８の走査をさせるために用いられるとき、ＡＯＤの変換部分により発生された音波が、ビームの偏光を開始するように光学的アパーチャを満たすための時間が走査の初めに必要になるであろう。好ましくは、このときの走査の初めの部分において、データサンプルは好ましくは取得されない。もしＬがビームの走査の全長で、ｌがデータサンプルが取得されるＬの一部であるならば、Ｌに対するｌの比率はデューティファクタηと言われるものであって、ｌ＝ηＬの関係が成立している。このデューティファクタというものは、前記ＡＯＤのこの特徴のためにシステムの間接経費の大きさの目安である。したがって、量ｌは上述した掃引の長さである。
検出の感度の観点から、システム２０の照明光学部分は照明スポット１０の最小幅ｗが最小にされるように、設計することが望ましい。最小幅ｗはレンズ３６の焦点距離に比例し、かつ、ビーム２８と３２のビーム直径に反比例する。したがって、最小幅ｗはレンズ３６の焦点距離を減少するか、または、ビーム２８の直径を増加させるか、あるいはその両方である。もし、レンズ３６の焦点距離が増加させられたならば、これは掃引５０の長さを増加させるものであり、これは望ましいものではない。もし、ビーム２８の直径がＡＯＤ３０における結晶の透明アパーチャと比較できる程度ならば、これは高いレベルのサイドローブを生成し、これは望ましくないものである。前述したようにサイドローブの増大レベルは背景信号レベルの増大をもたらす。出願人は、ＡＯＤ３０内の結晶の透明アパーチャとビーム２８と３２の直径間の比が１．２を超えることが好ましいことを見出した。この比をｋとする。
ビーム２８と３２のビーム直径を大きなＡＯＤ結晶を用いることによって大きくすることは可能である一方、ｋを１．２を超える状態に保っている。
しかしながら、コストの面を考えると、より大きなＡＯＤ結晶はより大きい損失をもたらし、これによってＡＯＤ装置の回折効率が損う。この理由により、ＡＯＤ結晶はでき得る限り小さなものを選ぶことが望ましい一方、同時に感度と処理能力の要求を満たす必要がある。ＡＯＤ３０に入射するビーム２８がガウス強度プロファイルを持っていると仮定すれば、ＡＯＤ，Ｄの透明アパーチャは以下の式を満たす：
Ｄ＝４ｋＬｖ／ΠｗΔｆ （３）
ここにおいてＬは前記走査長さ，ｖはＡＯＤ結晶３０中における音響速度，ｗは表面４０上の楕円のスポットの短軸の長さ（または楕円でなければ、前記スポットの最小の幅），Δｆまたは（ｆ２−ｆ１）はＡＯＤ３０の帯域幅，Ｔは掃引の期間，Πは円周率，一般的に「パイ」として知られているものである。定数ｋは好ましくは１．２〜５．０の範囲のものである。ある実施例において、ｋは１．７，そしてＬは約２から１０ミリメートルの範囲にある。
処理能力についての考察
製造過程の検査でウェーハの全表面を検査するために用いられる半導体ウェーハ検査装置にとって、処理能力についての配慮は絶対的なものである。したがって、前述した感度能力に加えて、この発明によるウェーハ検査装置が高い処理能力を持つことはまた望ましいことである。処理能力はここにおいては、１時間あたりに検査される半導体ウェーハの数のことである。半導体ウェーハを検査するために必要な時間はまず第１に前記ウェーハの全表面を走査するための照明用光ビームに必要な時間を含む。前述した短い掃引を実行するために、全表面を走査するために必要な時間は多くの要素に依存する。１つの要素は明らかに照明ビームの照明の角度またはΘの値であり、すなわち、照明ビームと図３に示されている検査対象の表面４０の法線１５０間の角度である。Θの値が大きくなればなるほど（すなわち、入射のグレイジング角度が小さくなればなるほど）、図１Ａにおけるスポット１０の形はより長いものとなり、そして検査されるべき領域はより広くなる。処理能力に影響を与える他の要素は照明ビームの強度分布が典型的には平坦なものではなく変化するもので、例えば、ガウス分布の形のようなものである。したがって、ある表面上の位置からの散乱光の強度は、その位置で照明光の強度に依存するものである。そのような強度の変化を補償するためには、前記スポットが前述した図５に示されているような方法で位置を移動する際、前記表面の特定の部分からの散乱から多数のデータが得られる。
スポット１０，１０’，１０”の最小幅（すなわち、短軸の長さ）はｗである。もし、照明光ビームと検査されるべき表面４０に対する法線１５０との間の角度が図３に示されているようにΘであれば、楕円１０，１０’，１０”の長軸の大きさはｗ／ｃｏｓΘである。したがって、各短い掃引において、照明光ビームによって逐次照明される領域は（ｗ／ｃｏｓΘ）＊ｌで与えられ、ここにおいてｌは掃引、例えば５０の長さである。したがって、もし表面４０の半径がＲで、Ｔがビームが短い掃引を走査するのに必要とする時間であるならば、照明ビームがウェーハ全体を走査する時間は、ＮΠＲ²ＴｃｏｓΘ／ｌｗ（ここにおいて、照明光学系が帯状部分５４，５６のような帯状部分間でビームを動かすのに必要な時間は計算に入れられていない。）で与えられる。この表現において、Ｎは各スポット、例えば１０，１０’，１０”のＸ軸に沿うピクセルの数であり、上述したように表面の各ピクセルは走査の過程において、Ｘ方向の照明強度の変化を測定するためにＮ回照明されるからである。図５に示す好適な実施例において、４つのデータ点がＸおよびＹ方向にとられる場合、Ｎは値４である。
図２〜図４を参照して上述した走査のプロセスにおいて、照明光学系が照明スポットを帯状部分間、例えば帯状部分５４および５６間を移動させるための時間が必要である。もし、照明スポットを帯状部分間に移動させるためにＴ時間が必要であったとするならば、この付加的な時間がウェーハ表面全体を走査するために必要な全時間を与えるために計算に入れなければならない。前述した好適な実施例において、モータを含むＸＹステージ１２４は、図２および図３に示されているように、表面を照明スポットが表面の１つの帯状部分を走査する位置から隣接する帯状部分へと移動させるために用いられる。半径Ｒの円状ウェーハで隣接する帯状部分間をウェーハ全体の全ての帯状部分を横切るスポットを２Ｒ／ηＬ回移動させる必要があり、その結果、余分に必要な時間は２ＲＴ／ηＬである。ここにおいて、ηはデューティファクタであって、下記の式４で与えられる：
η＝１−（４ｋｌ／Π_wＴΔｆ） （４）
したがって、半径Ｒのウェーハの全表面を走査するのに必要な全時間ｔ_Sは下の式５で与えられる。
ｔ_s＝（ＮΠＲ²ＴｃｏｓΘ＋２Ｒτ_w）／ηＬ_w （５）
ここにおいて、方程式（４），（５）の定義は、方程式（３）に関連して与えられる。
上記の方程式（５）から、掃引，例えば５０を走査するための時間Ｔが短ければ短いほど、全体のウェーハを走査するのに必要な時間が短くなり、その結果として、処理能力が大きくなる。この時間Ｔはチャープ期間と呼ばれ、これはデータレートを決定するものである。
上記式（３）から、与えられたスポット，掃引の長さおよびｋの値について、帯域幅Δｆまたはｆ２−ｆ１が大きければ大きいほど、ＡＯＤに必要な透明アパーチャは小さくなる。ＡＯＤから最大の帯域幅を得るには、前記ＡＯＤはできるだけ高い周波数で動作させられるべきであり、そしてその結果として変換器の中心周波数の回りに１オクターブの帯域幅を期待できる。しかしながら、ＡＯＤ結晶における音響損失は動作の中心周波数に伴って増加する。大きな音響損失は２つの重要な問題を提起し、その問題というのは回折効率の減少および結晶中に発生する熱誤差である。回折効率の減少は小さい粒子へのシステムの感度を減少させる。ＡＯＤ変換器が高い周波数で動作されるとき、より多くの音響エネルギーが熱に変換され、それが前記ＡＯＤ結晶中に熱勾配をつくり出す。そのような熱勾配は焦点スポットの劣化による誤差を生じ、そしてそれは異常を検出するための感度の減少につながる。それ故に、変換器の中心周波数を可能な限り低くしたものを選択することによって、音響的損失を極小にすることが有利である。受け入れ可能な検出感度と同様に受け入れ可能な処理能力間の妥協が見出されるべきである。出願人は中心周波数が５０〜３００ＭＨｚの範囲内にあり、そして帯域幅が好ましくは５０〜２５０ＭＨｚの範囲内にあるものが容認可能であることを見出した。前記ＡＯＤ３０は好ましくは、図２の発生器８０から発生させられた直線周波数変調（ＦＭ）チャープ信号で駆動される。ηＬまたはｌが掃引の有効な長さであり、好ましい実施例においては、有効な長さｌは２〜１０ｍｍの範囲であるが、より好ましくは約５．４７ｍｍであり、ここにおいて、Ｌは６．２ｍｍの値をとる。
上記の方程式（４）から、角度Θが大きければ大きいほど、処理能力は高くなり、その理由は照明されたスポットが表面のより広い領域をカバーするからである。しかし、前述したようにスポットサイズが大きくなればなるほど、検出の感度は低くなる。好適な実施例において、Θは１０〜８５°であり、さらに好ましくは５０〜８０°の範囲内である。
また、上記の方程式（５）から照明されるスポットの直径で取得されるサンプルの数が大きければ大きいほど、ウェーハを走査するための時間がさらに必要になることが明らかである。好ましい実施例においては、直交する軸（ｘ，ｙ）に沿って照明スポットの直径で獲得されるサンプルの数は２〜１０の範囲である。
感度に関して考慮すると、照明された領域の最小幅ｗは好ましくは５〜１５ミクロンの範囲内にある。もし、Θが５０〜８０°の範囲にあれば、照明ビームは、例えば５０のような掃引を表面が少なくとも約２．５ｃｍ²／ｓの速度で照明し、より好ましくは約２．５〜３．８ｃｍ²／ｓである。
上記方程式（５）から、照明スポットが帯状部分５４，５６のような隣接する帯状部分間に移動させるように、ウェーハもしくは照明ビームを移動するのに必要な時間が考慮されるならば、表面４０の全体を走査するための平均速度は掃引５０のような掃引を走査するためのものと比較されて減少される。さらに、ウェーハ全体を検査するための速度はさらに減少させられ、その理由は、ウェーハ上の各ピクセルが図６を参照して記述されたように複数回走査されるからである。もし、Ｔの値が約０．３秒であり、各掃引に沿う走査速度が少なくとも２．５ｃｍ²／ｓである場合、表面全体を走査する照明ビームの平均速度は少なくとも約１．５ｃｍ²／ｓである。好適な実施例において、平均速度は好ましくは、約１．５から５ｃｍ²／ｓの範囲である。もし、走査される表面４０が表面に沿ってあらゆる方向に少なくとも２００ｍｍの大きさであれば、照明ビームは表面全体を約５０〜９０秒で走査することになる。前述したように、掃引の長さ、例えば掃引５０は検査されるべき表面４０の寸法に比較してより小さいことが好ましい。好適な実施例において、これらの掃引は実質的に約２〜１０ｍｍの範囲である。
好適な実施例において、発生器８０は直線ＦＭチャープ信号をＡＯＤを駆動するために供給し、その結果チャープ期間は好ましくは２０〜２００マイクロ秒の範囲内であり、そしてより好ましくは８０〜１２０マイクロ秒の範囲内である。ＡＯＤ３０による偏向前にはビーム２８は、約４〜１２ｍｍの範囲内で少なくとも１つの断面積（例えば、より長い寸法）を持つ。好ましくは、走査レンズ３６は実質的にＡＯＤ３０から１つの焦点距離だけ離れて配置されるので、ビーム３８は表面４０をテレセントリックに走査する。
上述したところから、高い感度かつ高い処理能力を持つ表面検査システムの目的は、データ取得と電子的な処理を行うために、適当なコストで、適当なデータレート（例えば、２０ＭＨｚ）を用いていて、達成されることが明らかである。このシステムは０．２５と０．３５ミクロンの設計規定をもつパターン化されたウェーハの検査が可能であり、そのようなパターン化されたウェーハは６４および２５６メガバイトのＤＲＡＭ技術に利用される。このシステムはメモリや論理装置上の汚染粒子やパターン欠陥の検出が可能である。
検査するためにシステム２０のために用意されたステージ１２４上のウェーハ４０を外したり、置き換えたりするための現在の最新技術ロボット手段を用いたもので固有の遅延（ウェーハ毎に約２５秒）を所有するものにおいて、上述したシステム２０は１５０ｍｍ直径ウェーハ（６インチウェーハ）を毎時約４０ウェーハを超えて、２００ｍｍ直径ウェーハ（８インチウェーハ）においては毎時約２０ウェーハを超えて、そして３００ｍｍ直径ウェーハ（１２インチウェーハ）については毎時約１０ウェーハを超えて検査することができる。
上述した発明においては、掃引は直線として記述され説明されたが、例えばウェーハが上述したようなＸおよびＹ方向に直線に沿って動かされる代わりに軸回りにウェーハを回転されるような場合、曲がった掃引を用いることも可能である。上述した好ましい実施例において、掃引はアレイを形成し、各アレイは実質的にウェーハの矩形状の帯状部分をカバーする一方で、表面４０の全体または実質な全体をカバーするために他の異なる掃引の配列が可能であることを理解されたい。また、そのようなおよびその他の変形は本発明の範囲内のものである。スポット１０が表面４０の縁に近づくにつれて、掃引の長さをスポットが表面４０の外側に落ちないように減少することができる。少なくともいくつかの掃引の各々が表面の寸法よりも小さいものであるならば、掃引が異なる長さであっても、全ての特徴が得られる。
データレート，処理能力，感度およびバッファの大きさ
上述したように、データ処理サブシステムのデータレートは図２のタイミング電子回路８４と同期させられているから、したがって、照明システムの走査速度に同期している。前述した検査システムは、データ処理を５０ＭＨｚ（より好ましくは、現在の最新技術においては３０ＭＨｚ以下，例えば２０ＭＨｚ）以下でデータ処理をすることができ、しかも前述した処理能力を保持している。前述したように、システムの処理能力は各掃引を通して掃引の走査速度、前記走査速度は各帯状部分，例えば帯状部分５４，５８をカバーする走査速度，そして１つのウェーハの走査速度で示される。好ましくはシステムの感度はより小さいスポットサイズを利用することによって改善され、そのようなスポットサイズは５〜１５μｍの範囲内のものである。照明の均一性は保たれており、その理由は、掃引は短く、少なくとも約２〜１０ｍｍの長さであるからである。
サンプル周波数ｆ_sと平均データレートｆ_av，より短いスポット直径ｗおよび／またはより短い掃引時間がサンプリング周波数と平均データレートを増加させる。もし、ある有効な長さｌを時間Ｔの間スポットサイズｗで走査し、そしてＮサンプルをｗ内で取得するならば、サンプリング周波数ｆ_s，そしてデータを取得するための平均データレートｆ_avは、次の式で与えられる：
ｆ_s＝ＮＬ／ｗＴ （６）
ｆ_av＝Ｎｌ／ｗＴ （７）
ここにおいて、前と同様にｌは掃引の有効な長さであり、Ｌは走査の全長である。
データ処理のアルゴリズムが一般的なものであって、前述したようにイメージングシステムに利用することができるものであるが、データ処理のための特注の回路はシステムに従属する。レーザ走査システムの表現において、すなわち、好適な実施例において、帯状部分ユニットからデータを記憶するためのバッファの大きさは、照明の角度Θ，スポットの直径ｗ，有効走査長さｌ，および帯状部分ユニットの幅ｄ，同様にＸおよびＹ方向の点像分布関数から取り入れられたサンプルの数Ｎの直接の関数である。掃引に沿ったサンプルの数はＮｌ／ｗ，またはＮＬη／ｗで与えられる。Ｘ方向においての掃引の数は以下の式で与えられる。ＮｄｃｏｓΘ／ｗ、ここにおいてｄは、Ｘ方向の帯状部分の幅である。したがって、基礎的な繰り返しパターン，図１２に示されているｄにおいて、最低要求される帯状部分ユニットバッファのサイズは次式で与えられる：
最低要求されるバッファサイズをバイトで表すもの
＝２Ｎ²ｌｃｏｓ Θ／ｗ²
ここにおいて、各サンプルはメモリの２バイトを占有すると仮定した。
本発明は、好ましい実施例を参照して説明されたが、変更および変化は本発明の範囲を逸脱することなく可能であり、本発明の範囲は添付のクレームによってのみ規定されることを理解されたい。

Claims (56)

1. 表面の異常を検出するための検査システムにおいて、
   光学的に表面を走査する手段と、
   表面により散乱された光を収集し、前記収集された光から少なくとも第１のピクセル位置の強度値を引き出す手段と、
   前記少なくとも第１のピクセル位置用の誤差しきい値を、少なくとも対応する第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値から決定する手段であって、前記誤差しきい値は、第２のピクセル位置と参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値の最大差により決定されるものである誤差しきい値を決定する手段と、
   前記少なくとも第１のピクセル位置の強度値と第２のピクセル位置用に記憶された強度値との間の差を前記誤差しきい値と比較することにより異常を確認する手段と、
   を含む表面の異常を検出するための検査システム。
2. 前記表面は複数の繰返しパターンを表面上にもち、前記少なくとも第１および第２のピクセル位置は隣接するパターンにあり、前記決定する手段は前記第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置の強度値を記憶するバッファ手段を含む請求項１記載の検査システム。
3. 前記第１のピクセル位置の収集された光の強度値と前記第２のピクセル位置の記憶された強度値は、±１ピクセル位置より良い精度で空間的に記録される請求項１記載の検査システム。
4. 前記光学的に走査する手段は傾斜角で焦点合わせされた光ビームを照射して前記表面を走査し、前記システムは光ビームの鏡面反射を測定する手段と走査中表面の高さを機械的に修正する手段とをさらに含む請求項３記載の検査システム。
5. 前記第１のピクセル位置の収集された光の強度値と前記第２のピクセル位置の記憶された強度値は、±複数ピクセル位置より良い精度で空間的に記録され、
   前記決定する手段は、第２のピクセル位置と参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値の最大差の多数倍である値に誤差しきい値をセットする請求項１記載の検査システム。
6. 前記収集および引き出す手段は、前記第１のピクセル位置とその隣接するピクセル位置で収集された光から前記第１のピクセル位置の前記強度値を引き出す請求項１記載の検査システム。
7. 前記確認する手段も、第１のピクセル位置の強度値と第２のピクセル位置用に記憶された強度値との間の差を第２のピクセル位置用に記憶された強度値に比例する第２のしきい値と比較する請求項１記載の検査システム。
8. 前記確認する手段も、第１のピクセル位置の強度値と第２のピクセル位置用に記憶された強度値との間の差をシステム雑音の関数である第３のしきい値と比較する請求項１記載の検査システム。
9. 前記第１のピクセル位置の強度値が前記第２のピクセル位置の強度値の多数倍であるかどうかを確かめることにより確認された異常を検証する手段を含み、前記多数倍とは２〜１６の範囲内にある請求項１記載の検査システム。
10. 前記第２のピクセル位置とその近接するピクセル位置の強度値を記憶するメモリと、
    第１のコンボルブされた値を得るために前記第１のピクセル位置とその隣接するピクセル位置での強度値を用い、第２のコンボルブされた値を得るために前記第２のピクセル位置とその近接するピクセル位置での強度値を用いて、コンボルーションマトリクスをコンボルブすることにより確認された異常を検証する手段と、
    をさらに含む請求項１記載の検査システム。
11. 前記システムは、関数の頂点かそれに近いところで前記第１のピクセル位置をもつ点像分布関数をもち、前記第１のピクセル位置に隣接するピクセル位置は第１のピクセル位置マトリクスの中心に少なくとも第１のピクセル位置をもつ二次元の第１のピクセル位置マトリクスを形成し、前記第１のピクセル位置マトリクスは予め定められた強度レベルを超えてシステムの点像分布関数を実質的にカバーし、第２のピクセル位置の前記近接するピクセル位置は第２のピクセル位置マトリクスの中心に第２のピクセル位置をもつ第１のピクセル位置マトリクスと同じ大きさの第２のピクセル位置マトリクスを形成し、
    前記検証する手段は、前記第１のコンボルブされた値を得るために前記第１のピクセル位置マトリクスの強度値をもつ前記コンボルーションマトリクスをコンボルブし、前記第２のコンボルブされた値を得るために前記第２のピクセル位置マトリクスの強度値をもつ前記コンボルーションマトリクスをコンボルブする請求項１０記載の検査システム。
12. コンボルーションマトリクスは周縁および中心をもち、周縁の値は正であり、中心の値は負であるか、もしくは周縁の値が負であり、中心の値が正である請求項１１記載の検査システム。
13. 周縁の前記値と中心の前記値の合計は、実質的に零である請求項１２記載の検査システム。
14. 表面の異常を検出するための検査システムにおいて、
    光学的に表面を走査する手段と、
    表面により散乱された光を収集し、前記収集された光から第１のピクセル位置とその近接するピクセル位置の強度値を引き出す手段と、
    表面の参照像の少なくとも第１のピクセル位置に対応する第２のピクセル位置の強度値を記憶し、少なくとも第１のピクセル位置の隣接するピクセル位置に対応する参照像の第２のピクセルの近接するピクセル位置の強度値を記憶するメモリと、
    第１のピクセル位置とその隣接するピクセル位置のいくつかの強度値の各々が第２のピクセル位置とその近接するピクセル位置の対応するピクセル位置用に記憶された強度値を超えるかどうかを確かめることにより異常を確認する手段と、
    を含む表面の異常を検出するための検査システム。
15. 前記システムは、関数の頂点かそれに近いところで前記第１のピクセル位置をもつ点像分布関数をもち、前記第１のピクセル位置に隣接するピクセル位置は第１のマトリクスの中心に少なくとも第１のピクセル位置をもつ二次元の第１のマトリクスを形成し、前記第１のマトリクスは予め定められた強度レベルを超えてシステムの点像分布関数を実質的にカバーし、第２のピクセル位置の前記近接するピクセル位置は第２のマトリクスの中心に第２のピクセル位置をもつ第１のマトリクスと同じ大きさの第２のマトリクスを形成する請求項１４記載の検査システム。
16. 前記第１および第２のマトリクスは、３×３マトリクスである請求項１５記載の検査システム。
17. 前記表面は複数の繰返しパターンを表面上にもち、前記少なくとも第１および第２のピクセル位置は隣接するパターンにあり、前記決定する手段は前記第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置の強度値を記憶するバッファ手段を含む請求項１４記載の検査システム。
18. 前記第１のピクセル位置の収集された光の強度値と前記第２のピクセル位置の記憶された強度値は、±１ピクセル位置より良い精度で空間的に記録される請求項１４記載の検査システム。
19. 前記光学的に走査する手段は傾斜角で焦点合わせされた光ビームを照射して前記表面を走査し、前記システムは光ビームの鏡面反射を測定する手段と走査中表面の高さを機械的に修正する手段とをさらに含む請求項１８記載の検査システム。
20. 表面の異常を検出するための検査方法において、
    光学的に表面を走査するステップと、
    表面により散乱された光を収集し、前記収集された光から少なくとも第１のピクセル位置の強度値を引き出すステップと、
    前記少なくとも第１のピクセル位置用の誤差しきい値を、少なくとも対応する第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値から決定するステップであって、前記誤差しきい値は、第２のピクセル位置と参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値の最大差により決定されるものである誤差しきい値を決定するステップと、
    前記少なくとも第１のピクセル位置の強度値と第２のピクセル位置用に記憶された強度値との間の差を前記誤差しきい値と比較することにより異常を確認するステップと、
    を含む表面の異常を検出するための検査方法。
21. 前記表面は複数の繰返しパターンを表面上にもち、前記少なくとも第１および第２のピクセル位置は隣接するパターンにあり、前記決定するステップは前記第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置の強度値を記憶するステップを含む請求項２０記載の検査方法。
22. 前記走査、収集および引き出すステップは、前記第１のピクセル位置の収集された光の強度値と前記第２のピクセル位置の記憶された強度値は、±１ピクセル位置より良い精度で空間的に記録される請求項２０記載の検査方法。
23. 前記光学的に走査するステップは傾斜角で焦点合わせされた光ビームを照射して前記表面を走査し、前記方法は光ビームの鏡面反射を測定するステップと走査中表面の高さを機械的に修正するステップとをさらに含む請求項２２記載の検査方法。
24. 前記第１のピクセル位置の収集された光の強度値と前記第２のピクセル位置の記憶された強度値は、±複数ピクセル位置より良い精度で空間的に記録され、
    前記決定するステップは、第２のピクセル位置と参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値の最大差の多数倍である値に誤差しきい値をセットする請求項２０記載の検査方法。
25. 前記収集および引き出すステップは、前記第１のピクセル位置とその隣接するピクセル位置で収集された光から前記第１のピクセル位置の前記強度値を引き出す請求項２０記載の検査方法。
26. 前記方法は、関数の頂点かそれに近いところで前記第１のピクセル位置をもつ点像分布関数により特徴付けられ、前記第１のピクセル位置に近接するピクセル位置はマトリクスの中心に少なくとも第１のピクセル位置をもつ中心を有する二次元のマトリクスを形成し、前記マトリクスは予め定められた強度レベルを超えて方法を特徴付けする点像分布関数を実質的にカバーする請求項２５記載の検査方法。
27. 前記確認するステップも、第１のピクセル位置の強度値と第２のピクセル位置用に記憶された強度値との間の差を第２のピクセル位置用に記憶された強度値に比例する第２のしきい値と比較する請求項２０記載の検査方法。
28. 前記確認するステップも、第１のピクセル位置の強度値と第２のピクセル位置用に記憶された強度値との間の差を前記方法に固有の雑音の関数である第３のしきい値と比較する請求項２０記載の検査方法。
29. 表面の異常を検出するための検査方法において、
    光学的に表面を走査するステップと、
    表面により散乱された光を収集し、前記収集された光から第１のピクセル位置とその近接するピクセル位置の強度値を引き出すステップと、
    表面の参照像の少なくとも第１のピクセル位置に対応する第２のピクセル位置の強度値を記憶し、少なくとも第１のピクセル位置の隣接するピクセル位置に対応する参照像の第２のピクセルの近接するピクセル位置の強度値を記憶するステップと、
    第１のピクセル位置とその近接するピクセル位置のいくつかの強度値の各々が第２のピクセル位置とその近接するピクセル位置の対応するピクセル位置用に記憶された強度値を超えるかどうかを確かめることにより異常を確認するステップと、
    を含む表面の異常を検出するための検査方法。
30. 前記方法は、関数の頂点かそれに近いところで前記第１のピクセル位置をもつ点像分布関数により特徴付けられ、前記第１のピクセル位置に近接するピクセル位置は第１のマトリクスの中心に少なくとも第１のピクセル位置をもつ二次元の第１のマトリクスを形成し、前記第１のマトリクスは予め定められた強度レベルを超えて方法を特徴付ける点像分布関数を実質的にカバーし、第２のピクセル位置の前記近接するピクセル位置は第２のマトリクスの中心に第２のピクセル位置をもつ第１のマトリクスと同じ大きさの第２のマトリクスを形成する請求項２９記載の検査方法。
31. 前記表面は複数の繰返しパターンを表面上にもち、前記少なくとも第１および第２のピクセル位置は隣接するパターンにあり、前記決定するステップは前記第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置の強度値を記憶するステップを含む請求項２９記載の検査方法。
32. 前記第１のピクセル位置の収集された光の強度値と前記第２のピクセル位置の記憶された強度値は、±１ピクセル位置より良い精度で空間的に記録される請求項２９記載の検査方法。
33. 前記光学的に走査するステップは傾斜角で焦点合わせされた光ビームを照射して前記表面を走査し、前記方法は光ビームの鏡面反射を測定するステップと走査中表面の高さを機械的に修正するステップとをさらに含む請求項３２記載の検査方法。
34. 表面の異常を検証するための検査方法において、
    表面の少なくとも第１のピクセル位置の強度値を供給するステップと、
    表面の参照像の少なくとも第２のピクセル位置の強度値を記憶するステップであって、前記第２のピクセル位置は少なくとも第１のピクセル位置に対応するものである記憶するステップと、
    少なくとも第１のピクセル位置の強度値が第２のピクセル位置の強度値の多数倍であるかどうかを確かめることにより異常を検証するステップであって、前記多数倍とは２〜１６の範囲内にある検証するステップと、
    を含む表面の異常を検証するための検査方法。
35. 前記方法は、関数の頂点かそれに近いところで前記少なくとも第１のピクセル位置をもつ点像分布関数により特徴付けられ、前記第１のピクセル位置に隣接するピクセル位置は第１のマトリクスの中心に少なくとも第１のピクセル位置をもつ二次元の第１のマトリクスを形成し、前記第１のマトリクスは予め定められた強度レベルを超えて方法を特徴付ける点像分布関数を実質的にカバーし、第２のピクセル位置の前記近接するピクセル位置は第２のマトリクスの中心に第２のピクセル位置をもつ第１のマトリクスと同じ大きさの第２のマトリクスを形成し、
    前記供給するステップは、第１のマトリクスで強度値からの平均強度値を引き出すことにより前記第１のピクセル位置の前記強度値を供給し、
    メモリに記憶された第２のピクセル位置の強度値は第２のマトリクスでの強度値の平均である請求項３４記載の検査方法。
36. 前記マトリクスまたは前記第１および第２のマトリクスは、３×３マトリクスである請求項２６、３０または３５記載の検査方法。
37. 表面の異常を検証するための検査方法において、
    表面の少なくとも第１のピクセル位置とその隣接するピクセル位置の強度値を供給するステップと、
    表面の参照像の少なくとも第１のピクセル位置に対応する第２のピクセル位置の強度値を記憶し、少なくとも第１のピクセル位置の近接するピクセル位置に対応する参照像の第２のピクセルの近接するピクセル位置の強度値を記憶するステップと、
    第１のコンボルブされた値を得るために前記第１のピクセル位置とその隣接するピクセル位置での強度値を用い、第２のコンボルブされた値を得るために前記第２のピクセル位置とその近接するピクセル位置での強度値を用いて、コンボルーションマトリクスをコンボルブすることにより確認された異常を検証し、前記第１および第２のコンボルブされた値の間の差が予め定められたしきい値を超えるものであるかどうかを決定するステップと、
    を含む表面の異常を検証するための検査方法。
38. 前記方法は、関数の頂点かそれに近いところで前記少なくとも第１のピクセル位置をもつ点像分布関数により特徴付けられ、前記第１のピクセル位置に隣接するピクセル位置は第１のピクセル位置マトリクスの中心に少なくとも第１のピクセル位置をもつ二次元の第１のピクセル位置マトリクスを形成し、前記第１のピクセル位置マトリクスは予め定められたしきい値を超えて方法を特徴付ける点像分布関数を実質的にカバーし、第２のピクセル位置の前記近接するピクセル位置は第２のピクセル位置マトリクスの中心に第２のピクセル位置をもつ第１のピクセル位置マトリクスと同じ大きさの第２のピクセル位置マトリクスを形成し、
    前記検証するステップは、前記第１のコンボルブされた値を得るために前記第１のピクセル位置マトリクスの強度値をもつ前記コンボルーションマトリクスをコンボルブし、前記第２のコンボルブされた値を得るために前記第２のピクセル位置マトリクスの強度値をもつ前記コンボルーションマトリクスをコンボルブする請求項３７記載の検査方法。
39. 前記コンボルーションマトリクスおよび前記第１と第２のピクセル位置マトリクスは、５×５マトリクスである請求項３８記載の検査方法。
40. 前記表面は複数の繰返しパターンを表面上にもち、前記少なくとも第１および第２のピクセル位置は隣接するパターンにあり、前記決定するステップは前記第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置の強度値を記憶するステップを含む請求項３８記載の検査方法。
41. コンボルーションマトリクスは周縁および中心をもち、周縁の値は正であり、中心の値は負であるか、もしくは周縁の値が負であり、中心の値が正である請求項３８記載の検査方法。
42. 周縁の前記値は等しく、中心の前記値も等しい請求項４１記載の検査方法。
43. 周縁の前記値と中心の前記値の合計は、実質的に零である請求項４１記載の検査方法。
44. 前記コンボルーションしきい値は、前記方法に固有の雑音の関数である請求項３７記載の検査方法。
45. 前記コンボルーションしきい値は、第２のコンボルブされた値に比例する請求項３７記載の検査方法。
46. 表面の異常を検出するための方法において、
    前記表面の方へグレージング角で焦点合わせされた光ビームを照射するステップと、
    表面全体が前記ビームで走査されるように、ビームと表面との間に相対運動を惹起させるステップと、
    前記表面からの鏡面反射を検出し、走査中前記表面の高さを機械的に測定するステップと、
    走査中前記表面の高さを機械的に修正するステップと、
    表面から散乱された光を収集し、前記光を電気信号に変換するステップと、
    前記ビームを照射して走査中表面の複数の領域を照明し、表面の各領域はスポットを規定する前記照射するステップと、収集された光を各スポット内の２〜１０個のピクセルから収集された光を示す電気信号に変換する前記収集および変換するステップと、
    異常を検出するための前記電気信号をディジタル処理するステップと、
    を含む表面の異常を検出するための方法。
47. 前記ディジタル処理するステップは、少なくとも第１のピクセル位置の強度値と表面の参照像の少なくとも第２のピクセル位置用に記憶された強度値との間の差を誤差しきい値と比較することにより異常を検出し、前記表面は複数の繰返しパターンを表面上にもち、前記少なくとも第１および第２のピクセル位置は隣接するパターンにある請求項４６記載の方法。
48. 前記少なくとも第１のピクセル位置の前記誤差しきい値は前記第２のピクセル位置と表面の参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値からディジタル処理するステップにより決定され、前記誤差しきい値は第２のピクセル位置と参照像のその近接するピクセル位置用に記憶された強度値の最大差により決定される請求項４７記載の方法。
49. 前記照射するステップは前記ビームを照射してスポットを規定する表面の領域を照明し、スポットのサイズは５〜１５マイクロメートルの範囲内にある請求項４６記載の方法。
50. 前記相対運動を惹起させるステップは、ビームが表面全体を実質的にカバーする走査通路を走査するように、ビームと表面との間に相対運動を惹起させ、前記通路は複数の掃引の帯状部分を含み、少なくともいくつかのこのような掃引の各々は表面の大きさよりも短いスパンをもつ請求項４６記載の方法。
51. 少なくともいくつかのこのような掃引のスパンは、２〜１０ｍｍの範囲内にある請求項５０記載の方法。
52. 前記ディジタル処理するステップは、少なくとも第１のピクセル位置の強度値と前もって走査された表面の参照像の少なくとも第２のピクセル位置用に記憶された強度値とを比較することにより異常を検出し、第１および第２のピクセル位置が１ピクセル位置で０．２５以内に空間的に配列されるように、機械的に修正するステップはウェーハの高さを修正する請求項４６記載の方法。
53. 半導体ウェーハの表面の異常を検出するための方法において、
    スポットを規定する表面の領域を照明するように前記表面に向けて焦点合わせされた光ビームを照射するステップと、
    ビームが表面全体を実質的にカバーする葛折れ通路で走査するように、ビームとウェーハとの間に相対運動を惹起させるステップと、
    異常を検出するための前記通路に沿って散乱された光を収集し、収集された光を電気信号に変換するステップと、
    前記ビームを照射して走査中表面の複数の領域を照明し、表面の各領域はスポットを規定する前記照射するステップと、収集された光を各スポット内の２〜１０個のピクセルから収集された光を示す電気信号に変換する前記収集および変換するステップと、
    ５０ＭＨｚよりも低いデータクロックレートで異常を検出するための前記電気信号をディジタル処理するステップと、
    を含む半導体ウェーハの表面の異常を検出するための方法。
54. 前記スポットのサイズ、照射および惹起させるステップが、直径１５０ｍｍのウェーハに対して毎時約４０ウェーハを超える処理能力で、直径２００ｍｍのウェーハに対して毎時約２０ウェーハを超える処理能力で、直径３００ｍｍのウェーハに対して毎時約１０ウェーハを超える処理能力で、ビームがウェーハの表面全体を実質的に検査するものである請求項５３記載の方法。
55. 前記相対運動を惹起させるステップは、ビームが表面全体を実質的にカバーする走査通路を走査するように、ビームと表面との間に相対運動を惹起させ、前記通路は複数の掃引の帯状部分を含み、少なくともいくつかのこのような掃引の各々は表面の大きさよりも短いスパンをもつ請求項５３記載の方法。
56. 前記データクロックレートは、Ｎと掃引のスパンに比例し、スポットのサイズに反比例する請求項５５記載の方法。

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