JP4810053B2 - Multiple beam inspection apparatus and method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、レチクル、フォトマスク、ウエハなどの基板（以降、一般的にフォトマスクと呼ぶこととする）の表面を検査するための装置および方法に関する。特に、本発明は、そのような基板を高速かつ高感度で走査することのできる光学検査システムに関する。
【０００２】
集積回路は、フォトリソグラフィプロセスによって製造される。そのプロセスは、フォトマスクまたはレチクルと、それに関連する光源とを用いて、回路の像をシリコンウエハ上に投影する。フォトマスクの表面に欠陥が存在することは、非常に都合が悪く、結果として製造される回路に悪影響を及ぼす。欠陥の原因となりうるものとしては、存在するはずの領域から欠損したパターンの一部、存在しないはずの領域に存在するパターンの一部、フォトマスク加工プロセスに由来し、フォトマスクの光透過特性の予期せぬ局所的な変化を引き起こす化学的な汚れまたは残渣、塵、レジスト片、外皮片などの粒子状汚染物、静電放電によるフォトリソグラフィパターンの侵食、ピット、スクラッチ、ストリエーションなどのフォトマスク基板における人為的影響、基板すなわちパターン層における局所的な光透過異常、が挙げられるが、それらに限定されるものではない。欠陥が生じることは避けられないので、使用する前に、これらの欠陥を検出して修復する必要がある。パターニングに先立って、生基板について欠陥検査を行うことも可能である。
【０００３】
欠陥を検出するための方法および装置は、しばらく前から存在している。例えば、レーザ光線を用いた検査システムおよび方法は、フォトマスク、レチクル、およびウエハなどの基板の表面を走査するために、様々な度合いで導入され用いられている。これらのレーザ検査システムおよび方法は、一般に、レーザビームを照射するためのレーザ源と、レーザビームを基板の表面上の走査スポットに集束させるための光学系と、並進運動を実現するためのステージと、透過および／または反射光を捕集するための捕集光学系と、透過および／または反射光を検出して、正確な間隔で信号をサンプリングし、この情報を用いて、検査されている基板の仮想の画像を構築するための検出器と、を備える。例えば、代表的なレーザ検査システムは、Ｅｍｅｒｙ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，５６３，７０２号、Ｅｍｅｒｙ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，７３７，０７２号、Ｗｉｈｌ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，５７２，５９８号、Ｗｉｈｌ ｅｔ ａｌ．の米国特許第６，０５２，４７８号に記載されており、それらの各々は、引例として本願に組み込むこととする。
【０００４】
そのようなシステムは上手く機能するのだが、より高い感度とより速い走査速度を提供するよう、設計を改良する努力が続けられている。すなわち、集積回路が複雑になるにつれて、検査プロセスへの要求が増したのである。より小さい欠陥を検出する必要と、より大きな領域を検査する必要の両方が生じた結果、例えば、１秒あたりに処理される画素（画像の要素）の数の観点から、非常に高い倍率と、非常に速い速度が、求められるようになった。
【０００５】
上述の点から、走査速度を向上させる改良検査技術が必要である。
【０００６】
【発明の概要】
したがって、本発明は、検査を実行するための改良装置および方法を提供することによって、上述の問題の一部を解決する。概して、その検査システムは、フォトマスクなどのサンプルに入射する複数のビームを生成するよう構成された要素を備える。検査システムは、さらに、入射ビームの結果としてサンプルから反射または透過された複数のビームを検出するための要素を備える。
【０００７】
本発明は、一実施形態では、基板の表面を検査するための光学検査システムに関する。光学検査システムは、光軸に沿って入射光ビームを照射するための光源と、入射光ビームを複数の光ビームに分離し、基板の表面と交差するように複数の光ビームを方向付け、複数の光ビームを基板の表面上の複数の走査スポットに集束させるよう構成された第１のセットの光学素子とを備える。検査システムは、さらに、複数の光ビームと基板の表面との交差によって引き起こされる複数の反射または透過光ビームの個々のビームに対応する個々の光検出器を備えた光検出器配列を備える。光検出器は、反射光と透過光いずれかの光度を検知するよう構成されている。
【０００８】
一実施例では、第１のセットの光学素子は、入射光ビームを複数の空間的に別個の光ビームに分離するよう構成されている。複数の光ビームは、互いにオフセットされてずれている。より具体的な実施例では、複数の空間的に別個の光ビームは、第１の光ビーム、第２の光ビーム、および第３の光ビームからなる。別の実施例では、検査システムは、さらに、複数の光ビームと基板の表面との交差によって引き起こされる複数の反射光ビームかまたは複数の透過光ビームを捕集するよう構成された第２のセットの光学素子を備える。第２のセットの光学素子は、基板の表面と交差した複数の空間的に別個の光ビームを捕集すると共に、捕集光ビームの個々のビームを光検出器配列の個々の光検出器の方向に向けるよう構成されている。
【０００９】
本発明は、別の実施形態では、基板の表面を検査する方法に関する。基板は、第１の方向に移送され、第１の光ビームが供給される。第１の光ビームは、複数の光ビームに分離される。複数の光ビームは、基板の表面上の複数の空間的に別個のスポットに集束される。複数の光ビームは、基板の表面に沿って第２の方向に、複数の空間的に別個のスポットを移動させるように走査される。複数の光ビーム各々の光度は、基板の表面と交差した後に検出される。検出された複数の光ビームに対応する複数の走査信号が生成される。
【００１０】
本発明は、別の実施形態では、基板の表面を検査するための光学検査システムに関する。その検査システムは、光軸に沿った光ビームを照射するための光源と、光軸に沿って配置された回折格子とを有する。回折格子は、光ビームを、基板の表面上に走査スポットを形成するために用いられる複数の光ビームに分離するよう構成されている。走査スポットの各々は、互いに関して、ある特定の重複および分離を有しており、これは、格子の間隔と、光軸に関する回折格子の回転とによって制御される。
【００１１】
本発明は、別の実施形態では、基板の表面を検査するための光学検査システムに関する。光学検査システムは、光軸に沿って入射光ビームを照射するための光源と、光ビームを複数の光ビームに分離し、基板の表面と交差するように複数の光ビームを方向付けて、複数の光ビームを基板の表面上の複数の走査スポットに集束させるよう構成された第１のセットの光学素子とを備える。検査システムは、さらに、複数の光ビームと基板の表面との交差によって引き起こされる複数の透過光ビームを捕集するよう構成された第２のセットの光学素子と、複数の透過光ビームの個々のビームをそれぞれ受け取る個々の光検出器を備えた光検出器配列とを備える。光検出器は、透過光の光度を検知するよう構成されている。
【００１２】
一実施例では、第２のセットの光学素子は、検査中の基板を通り抜ける透過光ビームを捕集するための透過光光学系を備える。より具体的な実施例では、透過光光学系は、少なくとも、レンズ配列とプリズムとを備える。レンズ配列は、複数の透過光ビームをプリズムに集束させるよう構成されており、プリズムは、透過光ビームの個々のビームを光検出器配列の個々の検出器の方向に向けるよう構成されている。一実施例では、プリズムは、複数の透過光ビームの各々に対応する複数のファセットを備える。各々のファセットは、複数の光ビームの個々のビームを、光検出器配列の対応する個々の光検出器の方向に向けるよう構成されている。別の実施例では、レンズ配列は、第１の透過レンズと、球面収差補正レンズとを備える。第１の透過レンズは、複数の透過光ビームを捕集して集束させるよう構成されており、球面収差補正レンズは、複数の透過光ビームの画像の質を維持するよう構成されている。
【００１３】
本発明は、別の実施形態では、基板の表面を検査するための光学検査システムに関する。検査システムは、光軸に沿って配置された透過光光学配列を備える。透過光光学配列は、少なくとも、光軸に沿って移動するよう構成された第１のレンズおよび第２のレンズと、光軸に対して垂直に移動するよう構成されたプリズムとを備える。透過光光学配列は、複数の光ビームで基板を走査することによって形成される複数の透過光ビームを、複数の光検出器の方向に向けるよう構成されている。検査システムは、さらに、光検出器への複数のビームの分離を保つよう透過光光学配列を制御するための制御システムを備える。制御システムは、少なくとも、第１のレンズ駆動部と第２のレンズ駆動部とプリズム駆動部を備える。これらの制御要素は、駆動部を制御するよう構成された制御インターフェースに接続されている。第１のレンズ駆動部は、第１のレンズを駆動するよう構成されており、第２のレンズ駆動部は、第２のレンズを駆動するよう構成されている。プリズム駆動部は、プリズムを駆動するよう構成されている。
【００１４】
発明の詳細な説明
以下では、添付の図面に示したいくつかの具体的な実施形態を参照して、本発明の詳細な説明を行う。以下では、本発明を十分に理解できるよう、多くの具体的な詳細を説明する。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細の一部または全部がなくとも実施可能である。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知のプロセス工程の説明は省略した。
【００１５】
本発明は、基板（すなわちサンプル）の表面を検査するための光学検査システムに関し、特に、高速かつ高感度で基板を走査できる光学検査システムに関する。本発明の一態様は、基板を検査するために用いられる走査スポットの数を増やす工程に関する。本発明の別の態様は、基板を検査するために用いられる走査スポットの各々を空間的に分離する工程に関する。本発明のさらに別の態様は、走査スポットと基板の表面との交差によって引き起こされる反射光および／または透過光を捕集する工程に関する。本発明は、レチクルやフォトマスクなどの基板の検査に特に有用である。さらに、本発明は、線幅などの半導体素子の特徴を測定するだけでなく、欠陥を検出するためにも用いてよい。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に従って、光学検査システム１０を示す簡略化したブロック図である。光学検査システム１０は、基板１２の表面１１を検査するよう構成されている。様々な構成要素の寸法は、この実施形態の光学要素をより明瞭に示すために誇張されている。図に示すように、光学検査システム１０は、光学アセンブリ１４と、ステージ１６と、制御システム１７とを備える。光学アセンブリ１４は、一般に、少なくとも第１の光学配列２２と第２の光学配列２４とを備える。概して、第１の光学配列２２は、基板に入射する２以上のビームを生成し、第２の光学配列２４は、２以上の入射ビームの結果としてサンプルから放射する２以上のビームを検出する。第１および第２の光学配列は、互いに関して適切な方法で構成されてよい。例えば、第２の光学配列２４および第１の光学配列２２は両方とも、第１の光学配列２２によって生成された入射ビームの結果である反射ビームが、第２の光学配列２４によって検出されるように、基板表面１１の全体にわたって配置されてよい。
【００１７】
図に示した実施形態では、第１の光学配列２２は、光軸２０に沿って複数の走査スポット（図示せず）を生成するよう構成されている。当然のことながら、走査スポットは、基板１２の表面１１を走査するために用いられる。一方、第２の光学配列２４は、基板１２の表面１１を横切って走査スポットを移動させることによって引き起こされる透過光および／または反射光を捕集するよう構成されている。
【００１８】
さらに詳しく説明すると、第１の光学配列２２は、少なくとも、光ビーム３４を照射するための光源２６と、第１のセットの光学素子２８とを備える。第１のセットの光学素子２８は、以下の動作を含むがそれらに限定されない１以上の光学的な機能を提供するよう構成されてよい。その光学的な機能が含む動作とは、光ビーム３４を複数の入射光ビーム３６に分離する動作と、基板１２の表面１１と交差するように複数の入射光ビーム３６を方向付ける動作と、複数の入射光ビーム３６を基板１２の表面１１上の複数の走査スポット（図示せず）に集束させる動作とである。生成される第１のビームの量は、一般に、所望の検査速度に対応する。一実施形態では、光学素子は、ビーム３４を３つの入射光ビーム３６に分離するよう構成されている。ビームを３倍にすることによって、より広い走査が実現され、その結果の検査速度は、３倍にしない単一のビームで実現される速度の約３倍となる。図示されている光ビームは３つのみであるが、分離された光ビームの数は、各光学検査システムの具体的な必要性に従って変更してもよい。例えば、２つのビームを用いてもよいし、４以上のビームを用いてもよい。しかしながら、光学素子は、形成されたビームの数に正比例することに注意すべきである。
【００１９】
さらに、第２の光学配列２４は、少なくとも、第２のセットの光学素子３０と、光検出配列３２とを備える。第２のセットの光学素子３０は、複数の捕集光ビーム４０の光路に配置されている。複数の捕集光ビーム４０は、複数の入射光ビーム３６が基板１２の表面１１と交差した後に形成される。複数の捕集光ビーム４０は、基板１２を通り抜ける透過光、および／または、基板１２の表面１１から反射される反射光に由来してよい。第２のセットの光学素子３０は、複数の捕集光ビーム４０を捕集すると共に、捕集光ビーム４０を光検出配列３２に集束させるよう適合されている。光検出配列３２は、捕集光ビーム４０の光度を検出するよう構成されており、特に、複数の入射光ビームと基板との交差によって引き起こされる光度の変化を検出するよう構成されている。光検出配列３２は、一般に、第２の光ビーム４０各々に対応する個々の光検出器４２を備える。さらに、検出器４２の各々は、光度を検出すると共に、検出された光に基づいて信号を生成するよう構成されている。
【００２０】
ステージ１６について、ステージ１６は、基板表面１１全体または任意の選択部分が、走査スポットによって検査されるように、基板１２を単一の平面（例えば、ｘおよびｙ方向）内で光軸２０に関して移動するよう構成されている。ほとんどの実施形態では、ステージ１６は、蛇行して移動するよう構成されている。制御システム１７について、制御システム１７は、一般に、制御コンピュータ１８と、電子サブシステム１９とを備える。図示されていないが、制御システム１７は、さらに、オペレータの入力を受け付けるためのキーボードと、検査された基板の視覚的な表示（例えば、欠陥などの表示）を行うためのモニタと、参照情報を格納するためのデータベースと、欠陥の位置を記録するための記録装置とを備えてもよい。図に示すように、制御コンピュータ１８は電子サブシステム１９に接続されており、電子サブシステム１９は光学検査システム１０の様々な構成要素、より詳細には、ステージ１６と、第１の光学配列２２および第２の光学配列２４を備える光学アセンブリ１４と、に接続されている。制御コンピュータ１８は、システムのオペレータコンソールおよび主制御装置として機能するよう構成されてもよい。すなわち、オペレータを伴ったすべてのシステムインターフェイスと、ユーザの設備とは、制御コンピュータ１８によって実現されてよい。オペレータが指定したタスクの完了を容易にするために、コマンドは他のすべてのサブシステムから発行され、状況の監視は他のすべてのサブシステムから行われることとしてもよい。
【００２１】
一方、電子サブシステム１９は、さらに、制御コンピュータ１８によって発行されたコマンドを解釈して実行するよう構成されてもよい。その構成は、以下のような動作を含み、しかし、それらに限定されない機能を備えてよい。その動作とは、検出器からの入力をデジタル化する動作と、これらの読取り値を入射光の光度の変化に対して補正する動作と、検出された信号に基づいて基板表面の仮想の画像を構築する動作と、その画像内の欠陥を検出して欠陥のデータを制御コンピュータ１８に送信する動作と、ステージ１６を追跡するために用いられる干渉計の出力を蓄積する動作と、ステージ１６または光学アセンブリ１４の構成要素を動かすリニアモータを駆動する動作と、状況を示すセンサを監視する動作と、である。制御システムおよびステージは、当業者に周知であるため、簡略にするために、これ以上詳細には論じない。例えば、代表的なステージと、代表的な制御装置は、特許第５，５６３，７０２号に記載されており、その特許は、参照として本願に組み入れられる。しかしながら、これは限定ではなく、他の適切なステージおよび制御システムを用いてもよい。
【００２２】
当然のことながら、光学検査システム１０は、いくつかの種類の検査、例えば、透過光検査、反射光検査、反射光および透過光の同時検査、を実行するよう構成可能である。透過光検査では、光が基板（例えば、フォトマスク）に入射して、マスクを通して透過される光の量が検出される。反射光検査では、試験中の基板の表面から反射する光が測定される。これらの欠陥検出動作に加えて、そのシステムは、線幅の測定を実行することもできる。
【００２３】
ほとんどの欠陥検出動作では、２つの画像の間で比較が行われる。例えば、その比較は、図１の電子サブシステム１９によって実行されてよい。概して、検出器４２は、計測された光度に基づいた走査信号を生成し、その走査信号を電子サブシステム１９に送信する。電子サブシステム１９は、走査信号を受信した後に、これに伴って、走査信号と参照信号とを比較する。なお、参照信号は、データベースに格納されているか、もしくは、現在または以前の走査で決定される。
【００２４】
より詳細には、ダイ・トゥ・ダイ検査モードでは、同一の形状（ダイス）を有する基板の２つの領域が互いに比較され、実質的な相違には欠陥としてフラグが立てられる。ダイ・トゥ・データベース検査モードでは、試験中のダイと、そのダイが由来するコンピュータデータベースシステムから得られた対応する画像情報とを比較することにより、欠陥が検出される。他の欠陥検出動作では、２つの異なる検査モードの間で比較が行われる。例えば、反射光および透過光の同時検査では、基板の表面で反射される光と、基板を透過する光との間で、比較がなされる。この種の検査では、光学検査システムは、検査される基板のみを用いて検査作業すべてを実行する。すなわち、隣接するダイやデータベースの間では、比較は行われない。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態に従って、基板１２の表面１１を検査するための光学アセンブリ５０を示す詳細なブロック図である。例えば、光学アセンブリ５０は、図１に示されているような光学アセンブリ１４であってよい。光学アセンブリ５０は、一般に、第１の光学配列５１と第２の光学配列５７とを備える。それらの光学配列は、それぞれ、図１の第１の光学配列２２と第２の光学配列２４に対応してよい。図に示すように、第１の光学配列５１は、少なくとも、光源５２と、検査光学系５４と、参照光学系５６とを備えており、第２の光学配列５７は、少なくとも、透過光光学系５８と、透過光検出器６０と、反射光光学系６２と、反射光検出器６４とを備えている。
【００２６】
光源５２は、第１の光路６８に沿って光ビーム６６を照射するよう構成されている。光源５２によって照射された光ビーム６６は、最初に、音響光学装置７０を通過する。音響光学装置７０は、光ビームを偏光および集束させるよう構成されている。図示されていないが、音響光学装置７０は、１対の音響光学素子を備えてよい。音響光学素子は、音響光学プリスキャナと音響光学スキャナであってよい。これらの２つの素子は、Ｙ方向に光ビームを偏光させ、Ｚ方向に光ビームを集束させる。例えば、ほとんどの音響光学装置は、ＲＦ信号を石英またはＴｅＯ２などの結晶に送信することによって動作する。その信号により、音波が結晶内を通過する。音波が通過することで、結晶が非対称となり、それにより、屈折率がその結晶全体を通して変化する。この変化により、入射ビームは、振動するように偏光される集束移動スポットを形成する。
【００２７】
光ビーム６６は、音響光学装置７０から出ると、次に、１対の４分の１波長板７２とリレーレンズ７４とを通過する。リレーレンズ７４は、光ビーム６６を平行化するよう構成されている。平行化された光ビーム６６は、次いで、光路を進んで、回折格子７６に到達する。回折格子７６は、光ビーム６６を広げる（flare out）よう構成されており、より詳細には、光ビームを３つの異なるビーム７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃに分離するよう構成されている。換言すれば、各ビームは、互いに空間的に区別できる（すなわち、空間的に別個の）。ほとんどの場合、空間的に別個のビーム７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃは、さらに、等しい間隔で離れ、ほぼ等しい光度を有するよう構成されている。
【００２８】
回折格子７６を出る際に、３つのビーム７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃは、アパチャ８０を通過し、次いで、光路６８を進んで、ビーム分離キューブ８２に到達する。ビーム分離キューブ８２（４分の１波長板７２と共に動作する）は、ビームを光路８４および８６に分割するよう構成されている。光路８４は、ビームの第１の光部分を基板１２に分配するために用いられ、光路８６は、ビームの第２の光部分を参照光学系５６に分配するために用いられる。ほとんどの実施形態では、光の大部分が光路８４を通して基板１２に分配され、ほんの少しの光が光路８６を通して参照光学系５６に分配される。しかしながら、その割合は、各光学検査システムの具体的な設計に応じて様々であってよい。簡単に説明すると、参照光学系５６は、参照捕集レンズ１１４と参照検出器１１６とを備える。参照捕集レンズ１１４は、ビームの第２の部分（ここで、１１５Ａ‐Ｃと呼ぶ）を捕集して、参照検出器１１６に向けて方向付ける。当然のことながら、参照検出器１１６は、光度を測定するよう構成されている。図２には示されていないが、参照検出器１１６は、一般に、図１の電子サブシステム１９のような電子サブシステムに接続されている。参照光学系は、一般に、当業者に周知であるため、簡略にするために、これ以上詳細には論じない。
【００２９】
３つのビーム７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃは、光路８４に沿って進み続け、望遠鏡８８によって受け取られる。図には示されていないが、望遠鏡８８の内部には、光を方向転換して拡大するいくつかのレンズ素子が設けられている。一実施形態では、望遠鏡は、タレット上で回転する複数の望遠鏡を備える望遠鏡システムの一部である。例えば、３つの望遠鏡が用いられてもよい。これらの望遠鏡の目的は、基板上の走査スポットのサイズを変更することにより、最小の検出可能欠陥サイズの選択を可能とすることである。より詳細には、望遠鏡の各々は、一般に、異なる画素サイズに相当している。したがって、ある望遠鏡が、高速かつ低感度（例えば、低分解能）の検査を実現する比較的大きいスポットサイズを生成し、別の望遠鏡が、低速かつ高感度（例えば、高分解能）の検査を実現する比較的小さいスポットサイズを生成してもよい。
【００３０】
望遠鏡８８を抜けて、ビーム７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃは、対物レンズ９０を通過する。対物レンズ９０は、ビーム７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃを基板１２の表面１１上に集束させるよう構成されている。ビーム７８Ａ‐Ｃが基板１２の表面１１に交差すると、反射光ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃと、透過光ビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃの両方が生成されてよい。透過光ビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃは基板１２を通過し、反射光ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは基板１２の表面１１で反射する。例えば、反射光ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、基板の不透明な表面で反射してよく、透過光ビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃは、基板の透明な領域を通過してよい。透過光ビーム９４は、透過光光学系５８によって捕集され、反射光ビーム９２は、反射光光学系６２によって捕集される。
【００３１】
透過光光学系５８に関して、透過光ビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃは、基板１２を通過した後に、第１の透過レンズ９６によって捕集され、球面収差補正レンズ９８によって透過プリズム１００上に集束される。図に示すように、プリズム１００は、透過光ビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃを再配置して屈折させるよう構成されたファセットを、透過光ビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃの各々に対して備えている。ほとんどの場合、プリズム１００は、各ビームが、透過光検出器配列６０の単一の検出器に向かうよう、ビームを分離するために用いられる。図に示すように、透過光検出器配列６０は、３つの異なる検出器６１Ａ〜Ｃ、より詳細には、第１の透過検出器６１Ａ、第２の透過検出器６１Ｂ、および第３の透過検出器６１Ｃを備えている。したがって、ビーム９４Ａ〜Ｃは、プリズム１００を出ると、第２の透過レンズ１０２を通過する。第２の透過レンズ１０２は、分離されたビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃの各々をこれらの検出器６１Ａ〜Ｃの１つに個別に集束させる。例えば、ビーム９４Ａは透過検出器６１Ａに集束され、ビーム９４Ｂは透過検出器６１Ｂに集束され、ビーム９４Ｃは透過検出器６１Ｃに集束される。当然のことながら、透過検出器６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃの各々は、透過光の光度を測定するよう構成されている。
【００３２】
反射光光学系６２に関して、反射光ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、基板１２で反射した後に、対物レンズ９０によって捕集される。対物レンズ９０は、次いで、ビーム９２Ａ〜Ｃを望遠鏡８８の方向へ向ける。望遠鏡８８に到達する前に、ビーム９２Ａ〜Ｃは、さらに、４分の１波長板１０４を通過する。概して、対物レンズ９０および望遠鏡８８は、入射ビームを扱う方法とは光学的に逆の方法で、捕集ビームを扱う。すなわち、対物レンズ９０は、ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃを再び平行化し、望遠鏡８８は、ビームのサイズを小さくする。ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、望遠鏡８８を出ると、光路８４を（逆方向に）進み、ビーム分離キューブ８２に到達する。ビーム分割器８２は、４分の１波長板１０４と共に、ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃを光路１０６の方向に向けるように機能するよう構成されている。
【００３３】
ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、光路１０６を進み続け、次いで、第１の反射レンズ１０８によって捕集される。第１の反射レンズは、ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃの各々を反射プリズム１１０に集束させる。反射プリズム１１０は、反射光ビーム９２Ａ〜Ｃの各々のためのファセットを備えている。反射プリズム１１０は、反射光ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃを再配置して屈折させるよう構成されている。透過プリズム１００と同様に、反射プリズム１１０は、各ビームが、反射光検出器配列６４の単一の検出器に向かうように、ビームを分離するために用いられる。図に示すように、反射光検出器配列６４は、３つの異なる検出器６５Ａ〜Ｃ、より詳細には、第１の反射検出器６５Ａ、第２の反射検出器６５Ｂ、および第３の反射検出器６５Ｃを備えている。もちろん、各検出器は、個々にパッケージングされてもよいし、一緒にパッケージングされてもよい。ビーム９２Ａ〜Ｃは、プリズム１１０を出ると、第２の反射レンズ１１２を通過する。第２の反射レンズ１１２は、分離されたビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃの各々をこれらの検出器６５Ａ〜Ｃの１つに個別に集束させる。例えば、ビーム９２Ａは反射検出器６５Ａに集束され、ビーム９２Ｂは反射検出器６５Ｂに集束され、ビーム９２Ｃは反射検出器６５Ｃに集束される。当然のことながら、反射検出器６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃは、反射光の光度を測定するよう構成されている。
【００３４】
前述の光学アセンブリ５０によって容易にすることができる検査モードには様々なものがある。例えば、光学アセンブリ５０は、透過光検査モード、反射光検査モード、および同時検査モードを容易にすることができる。透過光検査モードに関して、透過モード検出は、通例、透明の領域と不透明の領域とを有する従来の光学マスクのような基板における欠陥検出に用いられる。光ビーム９４Ａ〜Ｃがマスク（すなわち、基板１２）を走査すると、その光は、透明な地点でマスクを通過して、透過光検出器６１Ａ〜Ｃによって検出される。透過光検出器６１Ａ〜Ｃは、マスクの背後に配置されており、第１の透過レンズ９６と第２の透過レンズ１０２と球面収差レンズ９８とプリズム１００とを備える透過光光学系５８によって捕集された光ビーム９４Ａ〜Ｃの各々の光を測定する。
【００３５】
反射光検査モードに関して、反射光検査は、クロム、現像されたフォトレジスト、またはその他の形状の形で画像情報を含む透明または不透明な基板に対して実行できる。基板１２によって反射された光は、検査光学系５４と同じ光路に沿って逆向きに進むが、次に、偏光ビーム分割器８２によって検出器６５Ａ〜Ｃの方に方向転換される。より詳細には、第１の反射レンズ１０８、プリズム１１０、および第２の反射レンズ１１２は、方向転換された光ビーム９２Ａ〜Ｃからの光を検出器６５Ａ〜Ｃに投射する。反射光検査は、さらに、不透明の基板表面の上の汚染を検出するために用いてもよい。
【００３６】
同時検査モードに関しては、欠陥の存在および／または種類を決定するために、透過光と反射光の両方が用いられる。そのシステムの２つの測定値について、一方は、基板１２を透過した光ビーム９４Ａ〜Ｃの光度であって、透過検出器６１Ａ〜Ｃによって検知され、他方は、反射光ビーム９２Ａ〜Ｃの光度であって、反射光検出器６５Ａ〜Ｃによって検出される。次いで、欠陥があった場合には、基板１２の対応する地点において、欠陥の種類を決定するために、それら２つの測定値を処理することができる。
【００３７】
より詳細には、透過および反射の同時検出により、透過検出器によって検知される不透明の欠陥の存在を明らかにすることができると共に、欠陥の種類を明らかにするために、反射検出器の出力を用いることができる。例えば、透過検出器は、基板上のクロムの点と粒子のいずれが存在する場合にも、低い透過光を表示する。しかし、同一の反射検出器が、反射をしやすいクロム欠陥については高い反射光として表示し、粒子については比較的低い反射光として表示する。したがって、反射および透過検出の両方を用いると、欠陥の反射または透過特性のみが検査された場合には行うことのできないクロム構造の上の粒子の位置を特定することができる。さらに、反射および透過の光度の比など、ある種類の欠陥に対する形跡を決定してもよい。この情報は、次に、欠陥を自動的に分類するためにために用いることができる。
【００３８】
例えば、反射モード、透過モード、反射および透過同時モードを含む代表的な検査モードは、特許第５，５６３，７０２号に記載されており、その特許は、参照として本願に組み入れられる。しかしながら、これらのモードは限定ではなく、他の適切なモードを用いてもよい。
【００３９】
ここで、図３〜８を参照して、より詳細に検査光学系５４を説明する。概して、図３Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態に従って、光ビーム７８Ａ〜Ｃが基板１２の表面１１に沿って走査された際の光源５２および検査光学系５４を示す側面図である。図４Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態に従って、光ビーム７８Ａ〜Ｃが基板１２の表面１１に沿って走査された際に、検査光学系５４によって生成される走査スポット１２４Ａ〜Ｃを示す上面図である。したがって、図３Ａは図４Ａに、図３Ｂは図４Ｂに、図３Ｃは図４Ｃに関連している。さらに、図５は、本発明の一実施形態に従って、検査光学系５４によって生成される走査スポットの分布１２２を示す詳細な上面図である。図６は、本発明の一実施形態に従って、回折格子７６の断面を示す側面図である。図７Ａ〜Ｂは、本発明の一実施形態に従って、回折格子７６を示す上面図である。図８は、本発明の一実施形態に従って、基板１２に沿って動かされる際の走査スポット１２４Ａ〜Ｃを示す上面図である。
【００４０】
図３および４に示すように、光源５２は、単一の光ビーム６６を生成するよう構成されており、検査光学系５４は、単一光ビーム６６に関する様々な動作を実行するよう構成されている。それらの動作は以下の動作を含むが、それらに限定されない。すなわち、それらの動作は、単一の光ビーム６６を複数の光ビーム７８Ａ〜Ｃに分離する動作と、複数の光ビーム７８Ａ〜Ｃを、光軸１２０の一方の側（図３Ａ参照）から反対の側（図３Ｃ参照）に小さい角度だけ偏光すなわち走査させる動作と、偏光された光ビーム７８Ａ〜Ｃを基板１２の表面１１上の走査スポット１２４Ａ〜Ｃに集束させる動作（図４Ａ〜Ｃ参照）とを含む。当然のことながら、走査スポット１２４Ａは光ビーム７８Ａに、走査スポット１２４Ｂは光ビーム７８Ｂに、走査スポット１２４Ｃは光ビーム７８Ｃに対応している。
【００４１】
図３Ａ〜Ｃに示すように、走査スポット１２４Ａ〜Ｃを形成するために用いられる検査光学系５４は、音響光学装置７０と、リレーレンズ７４と、回折格子７６と、アパチャ８０と、望遠鏡８８と、対物レンズ９０とを備える。したがって、光源５２は、音響光学装置７０に入射させるための光ビーム６６を生成する。次に、音響光学装置７０は、Ｙ方向に光軸１２０に関して光ビーム６６を偏光させる。議論しやすいように、偏光された光ビームを６６’とする。さらに詳しく説明すると、音響光学装置７０は、参照点１２６と参照点１２８との間でビーム６６を動かす。図３Ａは、参照点１２６に向けて偏光された後のビーム６６を示し、図３Ｂは、参照点１２７（参照点１２６および１２８の間に位置する）に向けて偏光された後のビーム６６を示し、図３Ｃは、参照点１２８に向けて偏光された後のビーム６６を示す。当然のことながら、これらの走査位置の各々は、与えられた走査の中の異なる時点に生じる。例えば、図３Ａは第１の時点Ｔ1におけるビームを、図３Ｂは第２の時点Ｔ2におけるビームを、図３Ｃは第３の時点Ｔ3におけるビームを示してよい。走査は、図３Ａ〜Ｃに断片的に示されているが、音響光学装置は、通例、音速で動作するため、その結果、走査はほとんど瞬間的であることに注意されたい。
【００４２】
さらに、偏光された距離Ｄは、参照点１２６および１２８によって定められ、一般に、各々の走査スポット１２４Ａ〜Ｃの走査距離Ｌ（図４ＡおよびＣ参照）に対応する。また、これらの個々の走査すなわちストライプ（例えば、距離Ｌ）の各々を組み合わせると、３つの走査の全長である列状走査領域Ｓとなる。当然のことながら、列状走査領域Ｓは個々の走査Ｌの約３倍の大きさであるため、走査速度は約３倍になる。つまり、フィールドのサイズが大きくなると、より大きい範囲の基板が各走査の間に検査され、すなわち、ステージの蛇行動作に必要な方向転換は少なくなる。
【００４３】
図３Ａ〜Ｃに示すように、偏光されたビーム６６’は、音響光学装置７０から現れると、リレーレンズ７４に向かって発散する。偏光されたビーム６６’は、リレーレンズ７４を通過すると、平行化されることにより、発散するビームは、平行化されたビームすなわち平行なビーム６６’’となる。リレーレンズ７４を出ると、平行化されたビーム６６’’は、回折格子７６に入射される。回折格子７６は、これに伴って、平行化されたビーム６６’’を、走査スポット分布１２２（例えば、スポット１２４Ａ〜Ｃ）を形成するために用いられる３つの異なる光ビーム７８Ａ〜Ｃに分離する。３つのビーム７８Ａ〜Ｃは、一般に、音響光学装置７０が参照点１２６および１２８の間で光ビーム６６を偏光させた際に、一群となって共に移動する。
【００４４】
図６および７によると、回折格子７６は、一般に、ガラスと金属のいずれかで形成されるプレート１４２上に、等しい間隔の平行線すなわち格子１４０を引くことにより形成される。金属プレート上に引かれた格子は、その影響が透過光ではなく反射光において観察されるため、反射型格子と呼ばれる。逆に、ガラスプレート上に引かれた格子は、その影響が反射光ではなく透過光において観察されるため、透過型格子と呼ばれる。例えば、透過型格子は、ガラスプレートにエッチングされた格子を有する位相回折格子と、ガラスプレートに蒸着されたクロム格子を有する振幅回折格子とを含む。位相格子では、全部の格子が、ガラスまたはクォーツ材料から形成されているため、格子を透過する光は比較的多い。振幅格子では、格子がクロムから形成されているため、回折格子を透過する光は比較的少ない。すなわち、光の一部が、クロム格子によって遮断される。図に示した実施形態では、光を伝達させる効率の増大のために、振幅回折格子よりも位相回折格子を優先して用いる。位相回折格子が示されているが、透過型格子（振幅格子を含む）と反射型格子の両方を、検査光学系で用いてもよい。さらに、単一層の格子のみが示されているが、多層の格子を用いてもよい。多層の格子では、異なる深さを有する層に、段階的に格子が引かれる。
【００４５】
さらに詳細に説明すると、回折格子７６は、単一のビームを様々な回折順位に分割すなわち散乱するよう構成されており、一般に、式２ｄｓｉｎθ＝ｍλに従う。なお、ｄは、格子の間隔（すなわち、格子を引く間の距離）であり、ｍは、回折順位（整数）であり、θは、回折順位の間の角度であり、λは、格子に入射する光の波長である。図６に示すように、入射光ビーム６６’’は、回折順位ｍ＝１、ｍ＝０、ｍ＝−１に分割され、３つの異なるビーム７８Ａ〜Ｃを生成する。さらに、格子の深さＤは、３つの等しい光度の光ビームを生成するために、光ビームの光源レベルを等しくするよう調整される。すなわち、深さは、透過光の効率に影響する。ｍ＝０のビームは、入射光と同じ角速度で走査するが、ｍ＝１およびｍ＝−１のビームは、上述の式におけるサインの項のために、入射ビームに対して異なる非線形の速度で走査することに注意すべきである。
【００４６】
図３および４に戻って、光ビーム７８Ａ〜Ｃの各々は、回折格子７６を出ると、アパチャ８０を通過して、別々に望遠鏡８８に入射する。アパチャ８０は、光ビームの像を均一に定めるための開口部を備えた金属プレートであってよい。例えば、開口部は、方形のパッチの光（音響光学装置７０およびリレーレンズ７４からの光であってよい）を、アパチャ８０を離れる円形のパッチの光に変化させるよう構成された円形の開口部であってよい。さらに、望遠鏡８８は、より正確な走査スポット１２４Ａ〜Ｃを実現するために、光を方向転換して拡大するように機能する。望遠鏡は、一般に、当業者に周知であるため、簡略にするために、これ以上詳細には説明しない。
【００４７】
光ビーム７８Ａ〜Ｃは、望遠鏡８８から現れると、別々に対物レンズ９０に入射する。図３Ａ〜Ｃに示すように、光ビーム７８Ａ〜Ｃは、望遠鏡８８を出た後には７８Ａ’〜Ｃ’と呼ぶこととする。さらに、光ビーム７８Ａ’〜Ｃ’は、望遠鏡８８と対物レンズ９０の間を伝わる際に、瞳面１３０を通過する。明らかに、瞳面は、アパチャ８０の像である。図３Ａ〜Ｃに示すように、瞳面１３０は、ビーム７８Ａ’〜Ｃ’が交差する地点である。対物レンズ９０を出ると、ビーム７８Ａ’〜Ｃ’の各々は、基板１２の表面１１に、別々に入射、より詳細には、別々に集束される。議論を簡単にするために、対物レンズ９０を通過して、集束された光ビームを、７８Ａ’’〜Ｃ’’と呼ぶこととする。基板１２に光ビーム７８Ａ’’〜Ｃ’’を集束させた結果として、基板の表面１１上に３つの空間的に別個の走査スポット１２４Ａ〜Ｃが形成される。スポット１２４Ａ〜Ｃが空間的に離れていることは、検出器で適切に光を捕集することを確実に行うために役立つ。
【００４８】
図示されていないが、対物レンズ９０は、通例、ビームが基板の表面に沿って通過する際にビームの焦点を保持するよう構成された自動焦点サブシステムに接続されている。自動焦点サブシステムは、一般に、Ｚ軸に沿って基板に対して対物レンズを上下に動かすサーボまたはステッピングモータを備える。したがって、自動焦点モードの間は、対物レンズは、焦点を保ちつつ基板の表面を追跡するように上下に移動するよう構成されている。当然のことながら、モータは、一般に、図１の電子サブシステムのような電子サブシステムによって制御される。例えば、代表的な自動焦点サブシステムは、特許第５，５６３，７０２号に記載されており、その特許は、参照として本願に組み入れられる。しかしながら、このサブシステムは限定ではなく、他の適切なサブシステムを用いてもよい。
【００４９】
さらに、回折格子７６は、単一のビーム６６が複数のビームに分離されることなしに検査光学系５４を通過し続けることを可能とするために、光路１２０の内外に移動するよう構成されてもよい。これは、検査の設定中に光学系を位置調整するために用いられる調整および設定モードの際に望ましい。これは、さらに、ライブまたはレビューモードで基板を観察する際に望ましい。レビューモードは、既知の欠陥を特徴付けるために用いられることが多い。図３には示されていないが、回折格子は、回折格子を光路の内外へ移動させるよう構成された駆動部に接続されてよい。ほとんどの場合、駆動部は、光軸１２０に直交する方向に、例えば、ＸまたはＹの方向に、回折格子を動かす。例えば、駆動部は、ステッピングモータであってよい。駆動部を制御するために、駆動部は、通例、図１の電子サブシステム１９のような電子サブシステムに接続される。
【００５０】
ここで、図５を参照して、より詳細に走査スポット分布１２２を説明する。図に示すように、走査スポット分布１２２は、オフセットされてずれている走査スポット１２４Ａ〜Ｃを備え、走査スポット１２４Ａ〜Ｃの各々は、Ｙ方向に走査ストライプ１２５Ａ〜Ｃを形成する走査長Ｌを有している。したがって、各走査ストライプ１２５Ａ〜Ｃを組み合わせると、列状走査領域Ｓ全体が形成される。さらに、走査スポット１２４Ａ〜Ｃが空間的に互いに分離されていることにより、異なる走査すなわちストライプ１２５Ａ〜Ｃが隔離されている。空間的な分離とは、各スポットが、走査中に互いの範囲を侵さないように、分布内で他のスポットから隔離されていることを意味する。当然のことながら、スポットがこのように隔離されていなければ、３つの個々の検出器で光を捕集することが困難になる。
【００５１】
さらに詳しく説明すると、操作スポット１２４Ａ〜Ｃは、ＸおよびＹ方向の両方にオフセットされて（すなわち、ずれて）いる。Ｙ方向においては、スポットは、約距離Ｌ、より詳細には、距離Ｌから重複Ｏを差し引いた距離だけずれている。重複Ｏは、列状走査領域Ｓが、列状領域内のどの領域も欠けることなく走査されることを保証するために用いられる。Ｘ方向においては、スポットは、距離Ｘだけずれている。距離Ｌ、Ｏ、Ｘは、各検査システムの具体的な必要性に応じて変更してよい。
【００５２】
本発明の一実施形態に従い、図７−９を参照すると、回折格子７６は、走査スポット１２４Ａ〜Ｃの重複Ｏおよび分離Ｘの両方を制御するよう構成されている。これは、格子の間隔ｄ（図６および７参照）と、光軸１２０に関する回折格子７６の回転Ｒ（図７ＡおよびＢ参照）とを調節することにより実現可能である。図７Ａは回転前の回折格子を示し、図７Ｂは回転後の回折格子を示している。当然のことながら、格子の間隔ｄおよび回転Ｒは、走査スポット１２４Ａ〜Ｃの位置に影響を与える。格子の間隔ｄによって、スポットが分離され、回転Ｒによって、スポットがＸおよびＹ方向の両方において空間的に分離されるように、外側の走査スポットが光軸１２０に関して回転される（図５にＲ’として図示）。ほとんどの部分では、格子の間隔ｄが小さいと、一般に、分離の程度は大きくなる。さらに、スポットは、回折格子が軸に関して回転されたのと大体同じ角度だけ、軸に関して（中央のスポットに関して）回転する。一般に、回折格子が回転されないと、走査スポットは、分離されるものの、近すぎるために検出器で検出できないことがあると思われる。
【００５３】
ここで、図８によると、本発明の一実施形態に従って、基板１２に沿って動かされる際の走査スポット１２４Ａ〜Ｃ／ストライプ１２５Ａ〜Ｃを示す上面図が提供されている。例えば、基板１２はフォトマスク、レチクル、またはウエハであってよい。上述のように、ビーム走査すなわち列状領域Ｓは、検査光学系を通過した後に、基板１２に示されているＹ軸に平行に向けられるような方向となっている。ビームが走査されると、試験中の基板１２を保持するステージ（図８には図示せず）は、検査距離ＩだけＸ軸方向に往復動されつつ、各横断の端においてＹ方向に漸進し、その結果、走査スポット１２４Ａ〜Ｃは、基板１２の所定の領域にわたって蛇行路１５３に沿って走査する。所定の領域は、単一の識別されたサブ領域、複数の識別された基板サブ領域（フォトマスクの場合の個々のダイスなど）、または基板全体であってよい。
【００５４】
検査動作の開始に先立って、オペレータは、一般に、基板を適切な方向に並べ、検査すべき領域を定める。検査領域は、図１の制御コンピュータを用いて定めてよい。図８では、検査領域は、フォトマスクの３つのダイス１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃに対応する。このように、ダイス１５０Ａ〜Ｃの表面領域は、走査スポット１２４Ａ〜Ｃによって一連の隣接する列状領域Ｓ内で走査される。図に示すように、Ｘ方向の各走査は、検査領域１５５を形成する。検査領域１５５は、列状領域Ｓと検査距離Ｉとの積である。列状領域Ｓは、検査領域全体が、その間のどの領域も欠けないように走査されることを確実にするために、（Ｙ方向の）各横断において重複されてもよい。したがって、フィールドのサイズすなわち列状領域が大きいと、各走査で検査される基板の面積が大きくなり、その結果、方向転換が少なくなる。例えば、３つのビームを用いると、検査スピードは約３倍になる。
【００５５】
例えば、ダイ・トゥ・ダイ（die to die）比較モードでは、基板１２の検査は、通例、第１のダイ１５０Ａの左上の角から始まり、蛇行パターン１５３をたどる。ステージがＸ方向にゆっくりと移動すると同時に、レーザが、Ｙ方向に迅速に走査する。このように、列状領域Ｓが走査され、検出器のデジタル出力が、例えば、図１の電子サブシステム１９に格納される。透明または部分的に透明な基板では、画像の検出は、透過検出器６１によって実行される。基板から反射された光は、反射光検出器６５によって検出される。したがって、走査が第１のダイ１５０Ａの対象領域の右の境界に達すると、ダイ１５０Ａに由来する（左から右への）画像データがサブシステム１９に格納される。同様に、走査が第２のダイ１５０Ｂの対象領域の右の境界に達すると、サブシステム１９に格納されている第１のダイ１５０Ａに由来する画像データと、第２のダイ１５０Ｂに由来するデータが比較される。実質的な差異はすべて、欠陥と判断される。同様に、ダイ１５０Ｃからのデータも、ダイ１５０Ｂまたは１５０Ａに由来するデータと比較される。走査プロセスがダイ１５０Ｃの右の境界に達すると、ステージは、列状領域の幅よりも少し小さい量だけＹ方向に移動され、Ｘ方向に逆向きのトレースを開始する。このように、ダイスの対象領域は、蛇行動作によって横断される。
【００５６】
ダイ・トゥ・ダイモードのみを説明したが、これは限定ではなく、ダイ・トゥ・データベースや同時検査を実行してもよいことに注意されたい。ダイ・トゥ・データベース検査は、制御システムによって生成されたシミュレート画像とダイを比較することを除けば、ダイ・トゥ・ダイ検査と同様である。
【００５７】
さらに、そのシステムは、正確な間隔で複数の走査信号の振幅をサンプリングするよう構成することができる。サンプリングされた走査信号は、基板のパターン表面の仮想の画像を構築するために、ステージの動きとその他の要素の正確な制御と併せて用いられる。複数の走査各々のサンプリング速度は、回折格子によって引き起こされる個々の走査の様々な非線形の走査速度を補償するために変更することができる。そのシステムは、さらに、上述の走査速度の変動を測定し、必要とされるサンプリング速度の補正を自動的にキャリブレーションすることができる。サンプリングは、一般に、当業者に周知であるため、簡略にするために、これ以上詳細には論じない。
【００５８】
ここで、図９〜１３を参照して、より詳細に透過光光学系５８を説明する。簡単に説明すると、図９は、透過光光学系５８と透過光検出器６０の側面図である。図１０は、本発明の一実施形態に従って、プリズム１００を示す詳細な透視図である。図１１は、本発明の一実施形態に従って、プリズム１００の断面を示す側面図である。図１２Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態に従って、第１の透過レンズおよび球面補正レンズの様々な配置を示す側面図である。図１３は、本発明の一実施形態に従って、透過光学系の設定を示すフローチャートである。
【００５９】
まず、図９によると、透過光光学系５８は、複数の透過光ビーム９４Ａ〜Ｃを受け取るよう構成されており、透過光検出器配列は、複数の透過ビーム９４Ａ〜Ｃ各々の光度を検出するよう構成されている。より詳細には、透過光光学系５８は、透過ビーム９４Ａ〜Ｃに関する様々な動作を実行するよう構成されており、それらの動作は、透過光９４Ａ〜Ｃを捕集する動作、ビームの分離を維持する動作、および、分離されたビームを透過光検出器配列６０の個々の光検出器６１Ａ〜Ｃに集束させる動作を含むが、それらに限定されない。上述のように、透過光ビーム９４Ａ〜Ｃを受け取るのに先立って、検査光学系５４によって生成された集束光ビーム７８Ａ〜Ｃは、透過型の基板の表面に入射される。入射光ビーム７８Ａ〜Ｃの少なくとも一部は、透過光ビーム９４Ａ〜Ｃとして基板１２を透過され、透過光光学系５８に至る。図９は、Ｙ方向が図面に垂直な方向となるように、ＸおよびＺ方向に関して示されている。
【００６０】
図９に示すように、透過光ビーム９４Ａ〜Ｃを受け取るために用いられる透過光光学系５８は、第１の透過レンズ９６と、球面収差補正レンズ９８と、プリズム１００と、第２の透過レンズ１０２とを備える。第１の透過レンズ９６は、発散する透過光ビーム９４Ａ〜Ｃを捕集し、球面収差補正レンズと共に、透過光ビーム９４Ａ〜Ｃをプリズム１００に集束する。第１の透過レンズ９６および球面収差補正レンズ９８は、境界が明瞭なスポットを、ファセットが施された第１のプリズム上に生成するためのユニットとして機能する。プリズム１００において集束され境界を定められたスポットは、望ましくないクロストークを引き起こす重複（すなわち、ビームと２つのファセットとの交差）を低減するように働く。当然のことながら、クロストークは、誤った信号を引き起こす可能性があり、その信号が、検査の失敗につながることがある。一実施形態では、プリズム１００上の焦点を維持するために、自動捕集光学系サブシステム１４８が用いられる。自動捕集光学系サブシステム１４８は、第１の透過レンズ９６、球面収差補正レンズ９８、およびプリズム１００の動きを制御することにより、プリズム１００上の焦点を維持する。自動捕集光学系サブシステム１４８については、以下でより詳細に説明する。さらに、図９には図示されていないが、プリズム１００における画像の質を向上させるために、球面収差補正レンズ９８とプリズム１００との間に配置された第３のレンズが用いられてもよい。
【００６１】
さらに詳細に説明すると、透過光ビーム９４Ａ〜Ｃは、基板１２を出ると、第１の透過レンズ９６によってプリズム１００に向かって屈折される。議論しやすいように、屈折されたビームを９４Ａ’−Ｃ’とする。屈折ビームは、球面収差レンズ９８を通過する際に、球面収差レンズ９８によってプリズム１００に向かって屈折される（とは言え、ほとんど屈折されない）。図に示すように、ビームは、レンズ９６および９８の間を通る間に瞳面１３０を通過する。球面収差レンズ９８を出ると、屈折ビーム９４Ａ’−Ｃ’の各々は、プリズム１００の個々のファセットに別々に入射される。当然のことながら、プリズム１００は、一般に、像平面に配置される。何故なら、そこでは、ビームが互いに異なるビームとなって分離されているからである。プリズムが他のどこかに配置されていると、ビームが重複して検査の誤りを引き起こす可能性がある。さらに、プリズム１００は、これに対して、光ビームが３つの個々の検出器６１Ａ〜Ｃのひとつに向かって別々に方向付けられるように、光ビーム（ここでは、９４Ａ’’〜Ｃ’’）を屈折させて分離する。当然のことながら、プリズム１００は、すべてのビームが１つの検出器に向かわずに、各ビームが個々の検出器に向かうことを確実にするために用いられる。
【００６２】
一実施形態では、検査光学系の望遠鏡によって生み出される倍率の範囲に対応するために、複数のプリズム（プリズム１００およびプリズム１０１とする）を有するプリズムシステム９９が用いられる。例えば、一部の倍率では、走査が非常に大きくなることがあるため、クロストークせずに走査を効果的に分離するために、比較的大きなプリズムが必要となる。したがって、一実施例では、プリズム１００は高分解能プリズム（例えば、小さい走査）であり、プリズム１０１は低分解能プリズム（例えば、大きい走査）である。プリズム１００および１０１の各々は、様々な望遠鏡の倍率に適応するために、光路１２０の内外に移動するよう構成されている。
【００６３】
さらに、プリズム１００および１０１は両方とも、回折格子７６と同じ理由で、すなわち、１つのビームのみが必要とされる際に、光路１２０の外へ移動するよう構成されてよい。したがって、プリズムが光路の外へ移動されると、単一のビームが、分離されずに透過光学系５８を通過し続けることが可能となる。これは、検査の設定中に光学系を位置調整するために用いられる調整および設定モードの際に望ましい。これは、さらに、ライブまたはレビューモードで基板１２を観察する際に望ましい。レビューモードは、既知の欠陥を特徴付けるために用いられることが多い。
【００６４】
ここで、図１０および１１を参照して、詳細にプリズムを説明する。各プリズムは、３つのファセット１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃを備えており、それぞれのファセットが、透過光ビーム９４Ａ〜Ｃの各々（各ファセット上のスポットとして図示）に対応している。第１のファセット１６０Ａはビーム９４Ａに、第２のファセット１６０Ｂはビーム９４Ｂに、第３のファセットはビーム９４Ｃに対応している。さらに、ビームの走査の間に、ビーム９４Ａ〜Ｃの各々は、対応するファセット１６０Ａ〜Ｃの表面上のＹ方向に走査９５Ａ〜Ｃを形成する。３つのファセットのみが示されているが、ファセットの数はビームの数に対応するので、用いられるビームが、より多いまたは少ない場合には、それに応じてファセットの数が変化することを理解されたい。
【００６５】
さらに詳しく説明すると、各々のファセットは、ファセットの幅１６２と、ファセットの長さ１６３と、ファセットの角度１６４で構成される。ファセットの幅１６２は、ファセットの端部１６５によって定められる。ファセットの幅１６２は、ファセットの端部１６５とスポット９４の端部との間に十分な量の許容範囲１６６を提供することにより、適切なビームの分離を維持するよう構成されている。当然のことながら、許容範囲１６６が、大きすぎたり小さすぎたりすると、スポットのいずれかの側において、ビームがずれてファセットの端部を越えて隣接するファセットに進入したり、すべてのビームがファセットから外れたりすることがある。この種のずれは、アライメントのエラー、焦点ずれのエラー、およびクロストークのエラーにつながることがある。ほとんどの場合、ファセットの幅は、基板を走査するために用いられるスポットのサイズ（スポットサイズを１６７とする）に関連して選択され、それによって、適切な許容範囲が保たれる。例えば、比較的大きなスポットサイズを用いる場合（すなわち、低分解能の場合）には、ファセットの幅は、それに応じて比較的大きく構成され、比較的小さなスポットサイズを用いる場合（すなわち、高分解能の場合）には、ファセットの幅は、それに応じて比較的小さく構成される。さらに、ファセットの長さ１６３は、走査のための十分な距離を提供するよう構成されている。すなわち、ファセットの長さ１６３は、列状領域の高さＳよりも大きくなるよう構成されている。
【００６６】
ファセットの角度１６４に関しては、ファセットの角度１６４は、ビームを検出器配列の検出器の１つに向けて方向付けるよう構成されている。当然のことながら、第２のレンズの焦点距離（図１０の１６８（図１０にはない））とファセットの角度１６４は、検出器の面において所望のビーム分離を得るよう協調する。所与の検出器の分離（図９の１７０（図９にはない））および所与の検出器のサイズ（図示せず）に対して、より大きなファセットの角度（より大きな分離を引き起こす）には、より小さな焦点距離が必要となり、逆に、より小さなファセット角度（より小さな分離を引き起こす）には、より大きな焦点距離が必要となると一般に考えられている。したがって、ファセットの角度を調整する場合には、レンズの焦点距離も調整される。
【００６７】
再び図９によると、分離された光ビーム９４Ａ’’〜Ｃ’’は、プリズム１００を通過した後に、第２の透過レンズ１０２を通過する。第２の透過レンズ１０２は、分離されたビームを透過検出器配列６０の検出器６１Ａ〜Ｃに集束させるよう構成されている。第２の透過レンズ１０２を出ると、ビームは、個々の検出器６１Ａ〜Ｃに入射される。上述のように、第２の透過レンズ１０２は、ビーム９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃの各々を単一のそれぞれの検出器に集束させる。例えば、ビーム９４Ａは透過検出器６１Ａに集束され、ビーム９４Ｂは透過検出器６１Ｂに集束され、ビーム９４Ｃは透過検出器６１Ｃに集束される。当然のことながら、透過検出器６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃの各々は、透過光の光度を測定するよう構成されている。例えば、３つの検出器は、個々にパッケージングされたチップであってもよいし、単一チップパッケージ（図示せず）の一部であってもよい。しかしながら、単一チップパッケージは、より近接して検出器をパッケージングできるため、より浅い入射角が可能となるという利点があることに注意されたい。
【００６８】
ここで、捕集サブシステム１４８に関しては、捕集サブシステム１４８は、第１の透過レンズ９６、球面収差補正レンズ９８、およびプリズム１００の位置を調整して、プリズム１００上においてビーム９４Ａ〜Ｃの焦点および配列の調整を適切に行うために用いられる。上述のように、ビーム９４Ａ〜Ｃは、プリズム１００上において焦点および／または配置を調整されないと、適切な分離を実現しなかったり、互いに重複したりすることがある。不適切な分離および／または重複は、誤った検査の原因になることがある。
【００６９】
捕集サブシステム１４８は、一般に、システムソフトウェア要素１７２と、制御インターフェース１７４と、対物レンズ位置センサ１７６と、第１の透過レンズ駆動部１７８と、球面収差補正レンズ駆動部１８０と、プリズム駆動部１８２とを備える。システムソフトウェア１７２は、サブシステムの主制御装置として機能するよう構成されてよく、図１に示したような制御コンピュータに実装してよい。システムソフトウェア要素１７２は、制御インターフェース１７４に接続されており、制御インターフェース１７４は、駆動部およびセンサと信号をやり取りするよう構成されている。制御インターフェース１７４は、図１に示したような電子サブシステムに実装されてもよい。さらに、制御インターフェース１７４は、対物レンズ位置センサ１７６、第１の透過駆動部１７８、球面収差補正レンズ駆動部１８０、およびプリズム駆動部１８２に接続されている。
【００７０】
簡単に説明すると、対物レンズ位置センサ１７６は、例えば、基板に焦点が合うように対物レンズ９０が光軸に沿って移動される（自動焦点）際に、対物レンズ９０の位置を監視するよう構成されている。第１の透過駆動部１７８は、第１の透過レンズ９６を、光軸１２０に沿って、より詳細には、Ｚ方向（図中の矢印１９０）に移動するよう構成されている。球面収差補正レンズ駆動部１８０は、球面収差レンズ９８を、光軸１２０に沿って、より詳細には、Ｚ方向（図中の矢印１９１）に移動するよう構成されている。プリズム駆動部１８２は、プリズム１００および１０１を、光軸１２０と水平に、より詳細には、Ｘ方向（図中の矢印１９２）に移動するよう構成されている。例えば、駆動部のそれぞれは、上述の要素の動きを駆動するためのモータ式のリニアアクチュエータを備えていてもよい。モータ式のアクチュエータは、一般に、当業者に周知であるため、簡略にするために、これ以上詳細には論じない。
【００７１】
通例、焦点の調整とアライメント調整には、いくつかの条件が含まれる。第１の条件は、所定の基板の厚さおよび光倍率（例えば、望遠鏡）に対して、第１の透過レンズ９６、球面収差補正レンズ９８、およびプリズム１００の公称の位置を設定する工程を含む。当然のことながら、倍率が異なる場合だけでなく、基板の厚さが異なる場合も、それらが透過光に影響を与えるため、異なる光学的位置が必要になる。例えば、光学的位置が所定のものであるとき（すなわち、光学系が一定の状態）、基板の厚さが変化すると（例えば、１／４インチの基板から９０ミルの基板への変更）、像平面の位置が変動し、それによって、プリズムにおいて光が集束しなくなる。さらに、光学位置が所定のものであるとき、倍率が変化すると、ビームの分離および配置が変化し、それによって、プリズムにおいて光が重複する。
【００７２】
したがって、基板サイズおよび倍率レベルが決定されると、捕集サブシステム１４８は、第１の透過レンズ９６、球面収差補正レンズ９８、およびプリズム１００、１０１のいずれかを、所定の公称の値に移動する。実際的には、ソフトウェア要素１７２が、制御コンピュータを介して、制御インターフェース１７４に位置情報を送信する。次いで、制御インターフェース１７４は、第１の透過レンズ駆動部１７８、球面収差補正レンズ駆動部１８０、およびプリズム駆動部１８２に移動信号を送信し、それぞれの駆動部に対応する光学系を所定の公称値に従って移動させる。概して、より厚い基板に対しては、レンズは、基板のパターニングされた表面から遠ざかるよう移動され、より薄い基板に対しては、レンズは、基板のパターニングされた表面に近づくよう移動される。レンズは両方とも移動するのだが、球面収差レンズは、第１の透過レンズよりも大きく移動することに注意されたい。さらに、より大きなスポットサイズ（すなわち、大きな画素サイズ）に対しては、大きい方のプリズム（すなわち、プリズム１０１）が光路内に移動され、より小さなスポットサイズ（すなわち、小さな画素サイズ）に対しては、小さい方のプリズム（すなわち、プリズム１００）が光路内に移動される。
【００７３】
図１２Ａ〜Ｃは、様々な基板の厚さに対する公称の位置を示す代表例の図である。これらの図では、基板の厚さは１８０で示されており、第１の透過レンズ９６と基板の１２のパターニングされた表面１１との距離は１８２で示されており、第１の透過レンズ９６と球面収差補正レンズ９８との距離は１８４で示されている。図に示すように、距離１８２および１８４は、基板の厚さ１８０に正比例する。すなわち、距離１８２および１８４は、（図１２Ｃに示すように）薄い基板に対しては小さくなり、（図１２Ａに示すように）厚い基板に対しては大きくなる。さらに、図に示すように、下方の捕集レンズの移動距離は、球面収差レンズの移動距離に比べて小さい。
【００７４】
さらに、再び図９によると、第２の条件は、第１の透過レンズ９６とプリズム１００との位置をキャリブレーションする工程を含む。キャリブレーションは、一般に光学系の位置と焦点とを合わせるための精密な調整プロセスである。キャリブレーション工程は、通例、検査する基板ごとに実行され、時に、長時間の検査の検査プロセス中に定期的に繰り返される。プリズム１００に関して、プリズムは、光軸１２０に垂直なプリズムの最良の位置を見出すようキャリブレーションされる。例えば、プリズム１００は、（図１１の中央間距離１６９によって示すように）入射ビームを各々のファセット１６０Ａ〜Ｃの中央に置くようにキャリブレーションされてよい。第１の透過レンズ９６に関して、レンズは、光軸１２０に沿ってレンズの最良の位置を見出すようキャリブレーションされる。例えば、レンズの位置は、入射ビームを各々のファセット１６０Ａ〜Ｃに集束するようキャリブレーションしてよい。プリズム１００と第１の透過レンズ９６の位置と焦点が適切でない場合、検査中の入射ビームに対する許容範囲が非常に小さくなることがある。当然のことながら、許容範囲が小さいと、光ビームのクロストークや不適切なビームの分離が起きる可能性がある。例えば、温度変化がレンズの位置に影響し、その結果として、ビームが、隣接するファセットに侵入することがある。一部の例では、キャリブレーション工程は、透過光検出器におけるクロストークの量を測定する工程と、第１の透過レンズおよびプリズムをそれらの設定公称値に関して移動して、クロストークの量を最小限にする工程とを含む。レンズおよびプリズムの移動は、制御インターフェース１７４を介して実行される。制御インターフェース１７４は、それぞれの駆動部に信号を送り、それに従って移動を実行させる。ほとんどの場合、これらのキャリブレーションは、制御システム１７によって自動的に実行される。その結果、検査を実行するオペレータには、行動、命令、情報は必要なくなる。
【００７５】
さらに、パターン表面は、少し勾配や傾斜がついていてもよい。したがって、第３の条件は、基板の１２のパターニングされた表面１１の位置と相対的な第１の透過レンズ９６の位置を追跡して、検査中の焦点を維持する工程を含む。追跡工程を実行するためには、多くの方法がある。一実施形態では、追跡工程は、対物レンズ９０に対して第１の透過レンズ９６を移動させることにより実行される。上述のように、検査の間、対物レンズ９０は、光軸１２０に沿って（Ｚ方向に）上下に移動することにより基板に焦点を合わせるよう構成されている。したがって、対物レンズの移動は、第１の透過レンズ９６の追跡にも用いることができる。この実施形態では、第１の透過レンズ９６と対物レンズ９０との間の距離Ｃは、およそ一定に保たれる。したがって、対物レンズ９０が、例えば、焦点距離ｚだけ移動すると、第１の透過レンズも、距離ｚだけ移動する。距離Ｃは、第１の透過レンズ９６のキャリブレーションされた位置に基づく。追跡を実行するために、対物レンズ位置センサ１７６は、対物レンズ９０の位置を検出し、それに応じて、制御インターフェース１７４に信号を送信する。次いで、制御インターフェース１７４は、第１の透過レンズ駆動部１７８に信号を送信して、それに従って第１の透過レンズ９６を移動させる。追跡工程に関して一実施例のみしか説明していないが、これは限定ではなく、他の追跡方法を用いてもよい。例えば、第１の透過レンズは、対物レンズを参照として用いずに、基板の表面を直接追跡してもよい。
【００７６】
さらに詳しく説明すると、図１３は、本発明の一実施形態に従って、検査の設定手順２００を示すフローチャートである。動作２０２では、まず、検査システム、例えば、図１に示した検査システム１０に、基板が配置される。ほとんどの場合、この動作は、基板をステージ１６に配置する工程を含む。基板がシステム内のステージ上に配置された（動作２０２）後に、動作２０４において、基板の厚さが決定される。基板の厚さを決定する工程は、一般に、当業者に周知であるため、簡略にするために、詳細には論じない。動作２０４の後または最中に、動作２０６において、望遠鏡のための所望の倍率レベルが設定される。倍率設定レベルは、一般に、設定を実施するオペレータによって選択される。オペレータが、より高い感度を望む場合には、通例、高い倍率レベルが選択される。逆に、オペレータが、より大きい走査速度を望む場合には、通例、低い倍率レベルが選択される。
【００７７】
動作２０６に続いて、動作２０８では、透過光光学系の位置が公称値に設定される。上述のように、公称値を持つ透過光学系は、第１の透過レンズ９６と、球面収差補正レンズ９８と、プリズム１００とを含む。公称値は、一般に、システムソフトウェアによって選択され、一般に、基板の厚さと望遠鏡の倍率とによって決まる。ほとんどの場合、システムソフトウェアは、厚さおよび倍率の状態を知っているため、インターフェースに信号を送信して、それに従って移動を実行させる。例えば、システムソフトウェアが、最高倍率のためのプログラムと、１／４インチの基板とを選択した場合、第１の透過レンズ９６および球面収差補正レンズ９８は、公称の１／４インチの基板位置に移動する。次いで、適切なプリズムが、高倍率検査のための公称の位置に移動される。
【００７８】
動作において公称値が設定された後、動作２１０において、透過光光学系がキャリブレーションされる。キャリブレーションされる透過光光学系には、第１の透過レンズ９６とプリズム１００が含まれる。キャリブレーションの手順は、一般に、検出器６１Ａ〜Ｃにおいて光の値を収集する工程と、収集した光の値を制御インターフェース１７４で解析する工程と、制御インターフェース１７４で新しい目標位置を計算する工程と、光学系、例えば、第１の透過レンズ９６および／またはプリズム１００の位置を調整する工程とを含む。ほとんどの場合、この手順は、検査される基板に対してクロストークが最小となる位置が見つかるまで繰り返される。光の値を収集することにより、正確な基板の厚さの計測などの二次的な要素ではなく、直接的にクロストークに基づいて、調整を行うことができる。
【００７９】
キャリブレーションの後、プロセスは動作２１２に進み、基板の検査が開始される。すなわち、システムは、基板の走査を開始する。走査の際に、対物レンズの移動が追跡されることにより、第１の透過レンズは、それらのレンズの間の特定の距離を維持することができる。概して、対物レンズ位置センサは、第１の透過レンズの移動の引き金となる。多くの場合、第１の透過レンズのみが検査中に移動する。動作２１２の最中または後に、プロセスは、動作２１４に進み、再キャリブレーションを行うか（ｙｅｓ）、走査を終了するか（ｎｏ）の決定がなされる。再キャリブレーションの決定がなされた場合には、プロセスは、工程２１０に戻る。走査終了の決定がなされた場合には、プロセスは工程２１６に進み、走査の終了が知らされる。
【００８０】
ここで、図１４を参照して、より詳細に反射光光学系６２を説明する。反射光光学系６２は、複数の反射光ビーム９２Ａ〜Ｃを受け取って、それらの反射ビームを反射光検出器配列６４の方向に向けるよう構成されている。反射光検出器配列６４は、複数の反射ビーム９２Ａ〜Ｃの各々の光度を検出するよう構成されている。より詳細には、反射光光学系６２は、反射ビームに関する様々な動作を実行するよう構成されており、それらの動作は、反射光を捕集する動作と、ビームの分離を維持する動作と、分離されたビームを反射光検出器配列の個々の光検出器に集束させる動作とを含むが、それらに限定されない。上述のように、反射光ビームを受け取る前に、検査光学系によって生成された集束光ビームが、反射する基板の表面に入射され、その結果として、光ビームは、基板によって反射光光学系６２の方向に反射される。図１４は、Ｙ方向が図面に垂直な方向となるように、ＸおよびＺ方向に関して示されている。
【００８１】
反射光光学系は、透過光光学系と類似しているが、それほど複雑ではない。透過光学系５８は動的なシステムであり、反射光学系６２は静的なシステムである。これは、一般に、ビームが、基板を透過されるのではなく基板の表面から反射される、すなわち、プレートの厚さに関して補正を行わなくてよいことと、反射光が対物レンズ通過して戻る、すなわち、対物レンズの焦点が常に合っているために焦点合わせを考慮しなくてよいことに関係する。さらに、反射光が望遠鏡を通過して戻ることにより、スポットサイズが反射光と同じになる、すなわち、拡大されたビームが縮小されるので、反射光学系に必要なプリズムは１つのみである。
【００８２】
図１４に示すように、反射光ビーム９２Ａ〜Ｃを受光するために用いられる反射光光学系６２は、検査光学系の一部（例えば、対物レンズ９０、望遠鏡８８）と、４分の１波長板と、ビーム分離キューブ８２と、第１の反射レンズ１０８と、ファセットを施された第２のプリズム１１０と、第２の反射レンズ１１２とを含む。対物レンズ９０は、基板１２の表面１１から反射した後に発散する反射光ビーム９２Ａ〜Ｃを捕集するよう構成されている。それに応じて、反射光ビーム９２Ａ〜Ｃは、対物レンズ９０を出ると、４分の１波長板１０４を通過して、望遠鏡８８に接近する。４分の１波長板１０４は、反射光がビーム分離キューブ８２を横切る際に光路８４から分割されるように、反射光を変更するよう構成されている。４分の１波長板１０４を出ると、反射光ビーム９２Ａ〜Ｃは、瞳面１３０、次いで望遠鏡８８を通過する。望遠鏡８８は、ビームのサイズを縮小する。ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、望遠鏡８８を出ると、ビームキューブ分割器８２に入射される。ビーム分割器８２は、４分の１波長板１０４と共に、ビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃを光路１０６の方向に向けるように機能するよう構成されている。図に示すように、ビーム分離キューブ８２は、望遠鏡８８と回折格子７６との間に配置されている。
【００８３】
光路１０６を進むビーム９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、第１の反射レンズ１０８の方向に向けられる。図に示すように、ビームは、第１の反射レンズ１０８に到達する前に、瞳面１３０を通過する。第１の反射レンズ１０８は、ビーム（ここでは、９２Ａ’、９２Ｂ’、９２Ｃ’）を捕集して、プリズム１１０（図１０および１１に示したプリズムと同じプリズム）に集束させる。一般に、反射光学系では、透過光光学系と違って、１つのレンズしか必要とされない。何故なら、ビームが、望遠鏡を２回通過する（拡大／縮小される）ことにより、スポットサイズが反射光と同じになるからである。第１の透過レンズ９６と同様に、第１の反射レンズ１０８は、境界が明瞭なスポットを、プリズム１１０上に生成するよう設定される。ここでも、プリズム１１０は、通例、像平面に配置される。何故なら、そこでは、ビームが互いに異なるビームとなって分離されているからである。
【００８４】
さらに、プリズム１１０は、これに対して、光ビームが３つの個々の検出器６５Ａ〜Ｃのひとつに向かって別々に方向付けられるように、光ビーム（ここでは、９２Ａ’’〜Ｃ’’）を屈折させて分離する。当然のことながら、プリズム１１０は、すべてのビームが１つの検出器に向かわずに、各ビームが個々の検出器に向かうことを確実にするために用いられる。分離された光ビーム９２Ａ’’〜Ｃ’’は、プリズム１１０を通過した後に、第２の反射レンズ１１２を通過する。第２の反射レンズ１１２は、分離されたビームを透過検出器配列６４の検出器６５Ａ〜Ｃに集束させるよう構成されている。第２の反射レンズ１１２を出ると、ビーム９２Ａ’’〜Ｃ’’は、個々の検出器６４Ａ〜Ｃに入射される。上述のように、第２の反射レンズ１１２は、ビーム９２Ａ’’、９２Ｂ’’、９２Ｃ’’の各々を単一のそれぞれの検出器に集束させる。例えば、ビーム９２Ａ’’は透過検出器６５Ａに集束され、ビーム９２Ｂ’’は透過検出器６５Ｂに集束され、ビーム９２Ｃ’’は透過検出器６５Ｃに集束される。当然のことながら、透過検出器６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃは、反射光の光度を測定するよう構成されている。図１４には示されていないが、プリズムおよび検出器は、図９−１１に示されているプリズムおよび検出器と同様であることに注意されたい。
【００８５】
以上からわかるように、本発明は、従来技術を超える数多くの利点を提供する。様々な実施形態または実施例は、以下の利点のうちの１以上を有する。本発明の１つの利点は、従来技術よりも大幅な走査速度の高速化を実現できることである。例えば、既存の検査システムの多くは、単一のビームを用いて基板の表面を走査する。一方、本発明は、３つのビームを用いて基板の表面を走査する。３つのビームにより、単一ビームの列状走査領域の約３倍の走査スポット分布が形成される。したがって、３つのビームを用いるシステムは、列状領域ごとの基板の検査量が大きいため、単一ビームシステムの約３倍の速度を有する。本発明の他の利点は、複数のレーザ、対物レンズなどを用いるための追加コストを掛けずに３つのビームが生成されることである。
【００８６】
本発明の他の利点は、走査分布が、空間的に互いに分離された走査スポットを提供することである。スポットを空間的に分離することにより、透過光および／または反射光が別々の検出器に受け取られることが保証される。本発明の他の利点は、システムが、より多くのビームを格納するよう拡張可能であることである。本発明の他の利点は、技術的な限界となる傾向を持つ高速なスキャナや検出器を用いずに、既存のスキャナと検出器とを用いて検査の高速化を実現できることである。
【００８７】
以上では、いくつかの好ましい実施形態の観点から本発明を説明したが、本発明の範囲内において、変更、置換、等価物が可能である。例えば、代替の実施形態では、ビーム分離キューブを用いて、単一の光ビームを複数の光ビームに分離してよく、鏡システムを用いて、分離されたビームを基板表面の走査のために光路の方向に向けてもよい。図１５は、この実施形態の一実施例を示す。図１５では、単一のビーム６６は、ビーム分離キューブ３００に入射され、ビーム分離キューブ３００が、単一のビーム６６をビーム３０２および３０４に分割する。ビーム３０２および３０４は、次いで、鏡３０６および３０８にそれぞれ入射され、鏡３０６および３０８は、各々のビーム（ここでは、３０２’および３０４’）を新しい光路の方向に向ける。２つのビームしか示されていないが、追加のビーム分離キューブを用いて、さらに多くのビームを生成することもできる。図１６は、上述の実施形態の別の実施例を示す。図１６では、単一のビーム６６は、ビーム分離キューブ３１０に入射され、ビーム分離キューブ３１０が、単一のビームをビーム３１２および３１４に分割する。ビーム３１２および３１４は、次いで、鏡３１６および３１８にそれぞれ入射され、鏡３１６および３１８は、各々のビーム（ここでは、３１２’および３１４’）をビーム分離キューブ３１０の方向に向ける。しかしながら、方向を変えられたビーム３１６’および３１８’は、ビーム分離キューブ３１０に到達する前に、ビーム分離キューブ３１０と協調して各々のビーム（ここでは、３１２’’および３１４’’）を新しい光路の方向に向ける４分の１波長板３２０をそれぞれ通過する。
【００８８】
さらに、本発明の方法および装置を実施する代替の方法が、数多く存在することにも注意されたい。例えば、光ディスク、磁気ディスク、および光基板を検査する技術を、システムに用いることも可能である。したがって、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるこのような全ての変更、置換、および等価物を含むものとして解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に従って、光学検査システムを示す簡略化したブロック図。
【図２】 本発明の一実施形態に従って、基板の表面を検査するための光学検査システムを示す詳細なブロック図。
【図３Ａ】 本発明の一実施形態に従って、光ビームが基板の表面に沿って走査された際の図３の光源および検査光学系を示す側面図。
【図３Ｂ】 本発明の一実施形態に従って、光ビームが基板の表面に沿って走査された際の図３の光源および検査光学系を示す側面図。
【図３Ｃ】 本発明の一実施形態に従って、光ビームが基板の表面に沿って走査された際の図３の光源および検査光学系を示す側面図。
【図４Ａ】 本発明の一実施形態に従って、光ビームが基板の表面に沿って走査された際に図３Ａの検査光学系によって生成される走査スポットを示す上面図。
【図４Ｂ】 本発明の一実施形態に従って、光ビームが基板の表面に沿って走査された際に図３Ｂの検査光学系によって生成される走査スポットを示す上面図。
【図４Ｃ】 本発明の一実施形態に従って、光ビームが基板の表面に沿って走査された際に図３Ｃの検査光学系によって生成される走査スポットを示す上面図。
【図５】 本発明の一実施形態に従って、図３Ａ〜Ｃの検査光学系によって生成される走査スポットの分布を示す詳細な上面図。
【図６】 本発明の一実施形態に従って、回折格子の断面を示す側面図。
【図７Ａ】 本発明の一実施形態に従って、回折格子を示す上面図。
【図７Ｂ】 本発明の一実施形態に従って、回折格子を示す上面図。
【図８】 本発明の一実施形態に従って、基板全体で動かされる際の走査スポットの分布を示す上面図。
【図９】 本発明の一実施形態に従って、図３の透過光光学系および透過光検出器配列を示す側面図。
【図１０】 本発明の一実施形態に従って、透過光光学系と反射光光学系のいずれでも用いることができるプリズムを示す詳細な透視図。
【図１１】 本発明の一実施形態に従って、透過光光学系と反射光光学系のいずれかで用いることができるプリズムの断面を示す側面図。
【図１２Ａ】 本発明の一実施形態に従って、第１の透過レンズおよび対物レンズの配置を示す側面図。
【図１２Ｂ】 本発明の一実施形態に従って、第１の透過レンズおよび対物レンズの配置を示す側面図。
【図１２Ｃ】 本発明の一実施形態に従って、第１の透過レンズおよび対物レンズの配置を示す側面図。
【図１３】 本発明の一実施形態に従って、検査の設定手順を示すフローチャート。
【図１４】 本発明の一実施形態に従って、図３の反射光光学系および反射光検出器配列を示す側面図。
【図１５】 本発明の別の実施形態に従って、ビーム分離キューブを用いたビーム分離部を示す側面図。
【図１６】 本発明の別の実施形態に従って、ビーム分離キューブを用いたビーム分離部を示す側面図。
【符号の説明】
１０…光学検査システム
１１…表面
１２…基板
１４…光学アセンブリ
１６…ステージ
１７…制御システム
１８…制御コンピュータ
１９…電子サブシステム
２０…光軸
２２…第１の光学配列
２４…第２の光学配列
２６…光源
２８…第１のセットの光学素子
３０…第２のセットの光学素子
３２…光検出配列
３４…光ビーム
３６…入射光ビーム
４０…捕集光ビーム
４２…光検出器
５０…光学アセンブリ
５１…第１の光学配列
５２…光源
５４…検査光学系
５６…参照光学系
５７…第２の光学配列
５８…透過光光学系
６０…透過光検出器
６１Ａ…第１の透過検出器
６１Ｂ…第２の透過検出器
６１Ｃ…第３の透過検出器
６２…反射光光学系
６４…反射光検出器
６５Ａ…第１の反射検出器
６５Ｂ…第２の反射検出器
６５Ｃ…第３の反射検出器
６６…光ビーム
６６’…偏光された光ビーム
６６’’…平行化されたビーム
６８…第１の光路
７０…音響光学装置
７２…４分の１波長板
７４…リレーレンズ
７６…回折格子
７８Ａ…光ビーム
７８Ｂ…光ビーム
７８Ｃ…光ビーム
７８Ａ’…光ビーム
７８Ｂ’…光ビーム
７８Ｃ’…光ビーム
８０…アパチャ
８２…ビーム分離キューブ
８４…光路
８６…光路
８８…望遠鏡
９０…対物レンズ
９２Ａ…反射光ビーム
９２Ｂ…反射光ビーム
９２Ｃ…反射光ビーム
９２Ａ’…光ビーム
９２Ｂ’…光ビーム
９２Ｃ’…光ビーム
９２Ａ’’…光ビーム
９２Ｂ’’…光ビーム
９２Ｃ’’…光ビーム
９４Ａ…透過光ビーム
９４Ｂ…透過光ビーム
９４Ｃ…透過光ビーム
９４Ａ’…屈折光ビーム
９４Ｂ’…屈折光ビーム
９４Ｃ’…屈折光ビーム
９５Ａ…走査
９５Ｂ…走査
９５Ｃ…走査
９６…第１の透過レンズ
９８…球面収差補正レンズ
９９…プリズムシステム
１００…透過プリズム
１０１…プリズム
１０２…第２の透過レンズ
１０４…４分の１波長板
１０６…光路
１０８…第１の反射レンズ
１１０…反射プリズム
１１２…第２の反射レンズ
１１４…参照捕集レンズ
１１５Ａ…ビーム
１１５Ｂ…ビーム
１１５Ｃ…ビーム
１１６…参照検出器
１２０…光路
１２２…走査スポット分布
１２４Ａ…走査スポット
１２４Ｂ…走査スポット
１２４Ｃ…走査スポット
１２５Ａ…走査ストライプ
１２５Ｂ…走査ストライプ
１２５Ｃ…走査ストライプ
１２６…参照点
１２８…参照点
１３０…瞳面
１４０…格子
１４２…プレート
１４８…自動捕集光学系サブシステム
１５０Ａ…第１のダイ
１５０Ｂ…第２のダイ
１５０Ｃ…第３のダイ
１５３…蛇行路
１５５…検査領域
１６０Ａ…第１のファセット
１６０Ｂ…第２のファセット
１６０Ｃ…第３のファセット
１６２…ファセットの幅
１６３…ファセットの長さ
１６４…ファセットの角度
１６５…ファセットの端部
１６６…許容範囲
１６７…スポットサイズ
１６８…焦点距離
１６９…面中央の間の距離
１７２…システムソフトウェア要素
１７４…制御インターフェース
１７６…対物レンズ位置センサ
１７８…第１の透過レンズ駆動部
１８０…球面収差補正レンズ駆動部
１８０…基板の厚さ（上と重複している）
１８２…プリズム駆動部
１８２…第１の透過レンズと基板表面との距離（上と重複している）
１８４…第１の透過レンズと球面収差補正レンズとの距離
３００…ビーム分離キューブ
３０２…ビーム
３０２’…ビーム
３０４…ビーム
３０４’…ビーム
３０６…鏡
３０８…鏡
３１０…ビーム分離キューブ
３１２…ビーム
３１２’…ビーム
３１４…ビーム
３１４’…ビーム
３１６…鏡
３１８…鏡
ｄ…格子の間隔
Ｒ…回転[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and method for inspecting the surface of a substrate (hereinafter generally referred to as a photomask) such as a reticle, photomask, or wafer. In particular, the present invention relates to an optical inspection system capable of scanning such a substrate with high speed and high sensitivity.
[0002]
The integrated circuit is manufactured by a photolithography process. The process uses a photomask or reticle and an associated light source to project an image of the circuit onto a silicon wafer. The presence of defects on the surface of the photomask is very inconvenient and adversely affects the resulting circuit. Possible causes of defects include a part of the pattern missing from the region that should exist, a part of the pattern that exists in the region that should not exist, the photomask processing process, and the light transmission characteristics of the photomask. Photomasks such as chemical stains or residues that cause unexpected local changes, particulate contaminants such as dust, resist strips, skin strips, erosion of photolithography patterns by electrostatic discharge, pits, scratches, striations, etc. Artificial influences on the substrate, local light transmission anomalies in the substrate, i.e., the pattern layer, can be mentioned, but are not limited thereto. Since it is unavoidable that defects occur, these defects must be detected and repaired before use. Prior to patterning, it is possible to inspect the raw substrate for defects.
[0003]
Methods and apparatus for detecting defects have existed for some time. For example, inspection systems and methods using laser beams have been introduced and used to varying degrees to scan the surface of substrates such as photomasks, reticles, and wafers. These laser inspection systems and methods generally include a laser source for irradiating a laser beam, an optical system for focusing the laser beam on a scanning spot on the surface of a substrate, and a stage for realizing translational motion. A collection optics for collecting transmitted and / or reflected light, and detecting the transmitted and / or reflected light, sampling the signal at precise intervals, and using this information, the substrate being inspected And a detector for constructing a virtual image of For example, a typical laser inspection system is Emery et al. U.S. Pat. No. 5,563,702, Emery et al. U.S. Pat. No. 5,737,072, Wihl et al. U.S. Pat. No. 5,572,598, Wihl et al. US Pat. No. 6,052,478, each of which is incorporated herein by reference.
[0004]
While such systems work well, efforts continue to improve the design to provide higher sensitivity and faster scan speeds. That is, as integrated circuits become more complex, the demands on the inspection process have increased. As a result of both the need to detect smaller defects and the need to inspect larger areas, for example, in terms of the number of pixels (image elements) processed per second, Very fast speeds are now required.
[0005]
In view of the above, there is a need for improved inspection techniques that increase scanning speed.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION
Accordingly, the present invention solves some of the problems described above by providing an improved apparatus and method for performing a test. In general, the inspection system comprises an element configured to generate a plurality of beams incident on a sample, such as a photomask. The inspection system further comprises an element for detecting a plurality of beams reflected or transmitted from the sample as a result of the incident beam.
[0007]
In one embodiment, the present invention relates to an optical inspection system for inspecting a surface of a substrate. The optical inspection system divides the incident light beam into a plurality of light beams and directs the plurality of light beams so as to intersect the surface of the substrate. A first set of optical elements configured to focus the light beam onto a plurality of scanning spots on the surface of the substrate. The inspection system further comprises a photodetector array with individual photodetectors corresponding to individual beams of the plurality of reflected or transmitted light beams caused by the intersection of the plurality of light beams and the surface of the substrate. The photodetector is configured to detect the intensity of either reflected light or transmitted light.
[0008]
In one embodiment, the first set of optical elements is configured to separate the incident light beam into a plurality of spatially distinct light beams. The plurality of light beams are offset and shifted from each other. In a more specific embodiment, the plurality of spatially distinct light beams comprises a first light beam, a second light beam, and a third light beam. In another embodiment, the inspection system is further configured to collect a plurality of reflected light beams or a plurality of transmitted light beams caused by the intersection of the plurality of light beams and the surface of the substrate. The optical element is provided. The second set of optical elements collects a plurality of spatially distinct light beams that intersect the surface of the substrate, and collects individual beams of the collected light beams of the individual photodetectors of the photodetector array. It is configured to point in the direction.
[0009]
In another embodiment, the present invention relates to a method for inspecting a surface of a substrate. The substrate is transferred in a first direction and supplied with a first light beam. The first light beam is separated into a plurality of light beams. The plurality of light beams are focused into a plurality of spatially distinct spots on the surface of the substrate. The plurality of light beams are scanned to move the plurality of spatially distinct spots in a second direction along the surface of the substrate. The intensity of each of the plurality of light beams is detected after intersecting the surface of the substrate. A plurality of scanning signals corresponding to the detected plurality of light beams are generated.
[0010]
In another embodiment, the present invention relates to an optical inspection system for inspecting the surface of a substrate. The inspection system includes a light source for irradiating a light beam along the optical axis, and a diffraction grating arranged along the optical axis. The diffraction grating is configured to separate the light beam into a plurality of light beams that are used to form a scanning spot on the surface of the substrate. Each of the scanning spots has a certain overlap and separation with respect to each other, which is controlled by the grating spacing and the diffraction grating rotation about the optical axis.
[0011]
In another embodiment, the present invention relates to an optical inspection system for inspecting the surface of a substrate. The optical inspection system includes a light source for irradiating an incident light beam along an optical axis, a light beam separated into a plurality of light beams, and a plurality of light beams directed to intersect the surface of the substrate. A first set of optical elements configured to focus the light beam onto a plurality of scanning spots on the surface of the substrate. The inspection system further includes a second set of optical elements configured to collect a plurality of transmitted light beams caused by the intersection of the plurality of light beams and the surface of the substrate, and an individual of the plurality of transmitted light beams. And a photodetector array with individual photodetectors each receiving a beam. The photodetector is configured to detect the intensity of transmitted light.
[0012]
In one embodiment, the second set of optical elements comprises a transmitted light optical system for collecting a transmitted light beam that passes through the substrate under inspection. In a more specific embodiment, the transmitted light optical system includes at least a lens array and a prism. The lens array is configured to focus a plurality of transmitted light beams onto the prism, and the prism is configured to direct individual beams of the transmitted light beam toward individual detectors of the photodetector array. In one embodiment, the prism comprises a plurality of facets corresponding to each of the plurality of transmitted light beams. Each facet is configured to direct an individual beam of the plurality of light beams toward the corresponding individual photodetector in the photodetector array. In another embodiment, the lens array comprises a first transmission lens and a spherical aberration correction lens. The first transmission lens is configured to collect and focus a plurality of transmitted light beams, and the spherical aberration correction lens is configured to maintain image quality of the plurality of transmitted light beams.
[0013]
In another embodiment, the present invention relates to an optical inspection system for inspecting the surface of a substrate. The inspection system includes a transmitted light optical array disposed along the optical axis. The transmitted light optical array includes at least a first lens and a second lens configured to move along the optical axis, and a prism configured to move perpendicular to the optical axis. The transmitted light optical array is configured to direct a plurality of transmitted light beams formed by scanning the substrate with a plurality of light beams in the direction of the plurality of photodetectors. The inspection system further comprises a control system for controlling the transmitted light optical array to maintain the separation of the plurality of beams to the photodetector. The control system includes at least a first lens driving unit, a second lens driving unit, and a prism driving unit. These control elements are connected to a control interface configured to control the drive. The first lens driving unit is configured to drive the first lens, and the second lens driving unit is configured to drive the second lens. The prism driving unit is configured to drive the prism.
[0014]
Detailed Description of the Invention
The present invention will now be described in detail with reference to a few specific embodiments as illustrated in the accompanying drawings. In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without some or all of these specific details. In addition, descriptions of well-known process steps have been omitted in order to avoid unnecessarily obscuring the present invention.
[0015]
The present invention relates to an optical inspection system for inspecting the surface of a substrate (that is, a sample), and more particularly to an optical inspection system that can scan a substrate at high speed and high sensitivity. One aspect of the present invention relates to a process for increasing the number of scanning spots used to inspect a substrate. Another aspect of the invention relates to the process of spatially separating each of the scanning spots used to inspect the substrate. Yet another aspect of the invention relates to collecting reflected and / or transmitted light caused by the intersection of a scanning spot and the surface of a substrate. The present invention is particularly useful for inspection of substrates such as reticles and photomasks. Furthermore, the present invention may be used not only to measure semiconductor device characteristics such as line width, but also to detect defects.
[0016]
FIG. 1 is a simplified block diagram illustrating an optical inspection system 10 in accordance with one embodiment of the present invention. The optical inspection system 10 is configured to inspect the surface 11 of the substrate 12. The dimensions of the various components are exaggerated to more clearly show the optical elements of this embodiment. As shown, the optical inspection system 10 includes an optical assembly 14, a stage 16, and a control system 17. The optical assembly 14 generally comprises at least a first optical array 22 and a second optical array 24. In general, the first optical array 22 generates two or more beams incident on the substrate, and the second optical array 24 detects two or more beams emanating from the sample as a result of the two or more incident beams. The first and second optical arrangements may be configured in any suitable manner with respect to each other. For example, both the second optical array 24 and the first optical array 22 are such that a reflected beam that is the result of the incident beam generated by the first optical array 22 is detected by the second optical array 24. In addition, it may be disposed over the entire substrate surface 11.
[0017]
In the illustrated embodiment, the first optical array 22 is configured to generate a plurality of scanning spots (not shown) along the optical axis 20. Of course, the scanning spot is used to scan the surface 11 of the substrate 12. On the other hand, the second optical array 24 is configured to collect transmitted light and / or reflected light caused by moving the scanning spot across the surface 11 of the substrate 12.
[0018]
More specifically, the first optical array 22 includes at least a light source 26 for irradiating a light beam 34 and a first set of optical elements 28. The first set of optical elements 28 may be configured to provide one or more optical functions, including but not limited to the following operations. The operations included in the optical function include an operation of separating the light beam 34 into a plurality of incident light beams 36, an operation of directing the plurality of incident light beams 36 so as to intersect the surface 11 of the substrate 12, and a plurality of operations. The incident light beam 36 is focused on a plurality of scanning spots (not shown) on the surface 11 of the substrate 12. The amount of first beam that is generated generally corresponds to the desired inspection speed. In one embodiment, the optical element is configured to separate the beam 34 into three incident light beams 36. By triple the beam, a wider scan is achieved, and the resulting inspection speed is about 3 times that achieved with a single beam that is not tripled. Although only three light beams are shown, the number of separated light beams may be varied according to the specific needs of each optical inspection system. For example, two beams may be used, or four or more beams may be used. However, it should be noted that the optical element is directly proportional to the number of beams formed.
[0019]
Further, the second optical array 24 includes at least a second set of optical elements 30 and a light detection array 32. The second set of optical elements 30 is disposed in the optical path of the plurality of collecting and collecting beams 40. The plurality of collected light beams 40 are formed after the plurality of incident light beams 36 intersect the surface 11 of the substrate 12. The plurality of collected light beams 40 may be derived from transmitted light passing through the substrate 12 and / or reflected light reflected from the surface 11 of the substrate 12. The second set of optical elements 30 is adapted to collect a plurality of collected light beams 40 and to focus the collected light beams 40 onto the light detection array 32. The light detection array 32 is configured to detect the light intensity of the collected light beam 40, and in particular, is configured to detect a light intensity change caused by the intersection of the plurality of incident light beams and the substrate. The light detection array 32 generally comprises an individual light detector 42 corresponding to each second light beam 40. Furthermore, each of the detectors 42 is configured to detect a light intensity and generate a signal based on the detected light.
[0020]
For stage 16, stage 16 moves substrate 12 relative to optical axis 20 in a single plane (eg, in the x and y directions) such that the entire substrate surface 11 or any selected portion is inspected by the scanning spot. It is configured to In most embodiments, the stage 16 is configured to move in a meandering manner. Regarding the control system 17, the control system 17 generally comprises a control computer 18 and an electronic subsystem 19. Although not shown, the control system 17 further includes a keyboard for receiving operator input, a monitor for visual display of the inspected board (for example, display of defects, etc.), and reference information. You may provide the database for storing, and the recording device for recording the position of a defect. As shown in the figure, the control computer 18 is connected to an electronic subsystem 19, which includes various components of the optical inspection system 10, more specifically, a stage 16 and a first optical array 22. And an optical assembly 14 comprising a second optical array 24. The control computer 18 may be configured to function as an operator console and main controller of the system. That is, all system interfaces with operators and user equipment may be realized by the control computer 18. In order to facilitate the completion of the task specified by the operator, commands may be issued from all other subsystems and status monitoring may be performed from all other subsystems.
[0021]
On the other hand, the electronic subsystem 19 may be further configured to interpret and execute a command issued by the control computer 18. The configuration includes the following operations, but may include functions not limited thereto. The operations include digitizing the input from the detector, correcting these readings for changes in the intensity of the incident light, and creating a virtual image of the substrate surface based on the detected signal. Operations to construct, detect defects in the image and send defect data to the control computer 18, store the output of the interferometer used to track the stage 16, and stage 16 or optics An operation of driving a linear motor that moves the components of the assembly 14 and an operation of monitoring a sensor indicating the situation. Control systems and stages are well known to those skilled in the art and will not be discussed in further detail for the sake of brevity. For example, a representative stage and a representative controller are described in Patent No. 5,563,702, which is incorporated herein by reference. However, this is not a limitation and other suitable stages and control systems may be used.
[0022]
Of course, the optical inspection system 10 can be configured to perform several types of inspection, for example, transmitted light inspection, reflected light inspection, simultaneous inspection of reflected light and transmitted light. In transmitted light inspection, light enters a substrate (eg, a photomask) and the amount of light transmitted through the mask is detected. In the reflected light inspection, light reflected from the surface of the substrate under test is measured. In addition to these defect detection operations, the system can also perform line width measurements.
[0023]
In most defect detection operations, a comparison is made between two images. For example, the comparison may be performed by the electronic subsystem 19 of FIG. In general, the detector 42 generates a scanning signal based on the measured light intensity and transmits the scanning signal to the electronic subsystem 19. After receiving the scanning signal, the electronic subsystem 19 compares the scanning signal with the reference signal. Note that the reference signal is stored in the database, or is determined by the current or previous scan.
[0024]
More specifically, in the die-to-die inspection mode, two regions of the substrate having the same shape (dies) are compared with each other, and substantial differences are flagged as defects. In the die-to-database inspection mode, defects are detected by comparing the die under test with the corresponding image information obtained from the computer database system from which the die is derived. In other defect detection operations, a comparison is made between two different inspection modes. For example, in the simultaneous inspection of reflected light and transmitted light, a comparison is made between light reflected on the surface of the substrate and light transmitted through the substrate. In this type of inspection, the optical inspection system performs all inspection operations using only the substrate to be inspected. That is, no comparison is made between adjacent dies or databases.
[0025]
FIG. 2 is a detailed block diagram illustrating an optical assembly 50 for inspecting the surface 11 of the substrate 12 in accordance with one embodiment of the present invention. For example, the optical assembly 50 may be the optical assembly 14 as shown in FIG. The optical assembly 50 generally comprises a first optical array 51 and a second optical array 57. These optical arrays may correspond to the first optical array 22 and the second optical array 24 of FIG. 1, respectively. As shown in the figure, the first optical array 51 includes at least a light source 52, an inspection optical system 54, and a reference optical system 56, and the second optical array 57 includes at least a transmitted light optical system. 58, a transmitted light detector 60, a reflected light optical system 62, and a reflected light detector 64.
[0026]
The light source 52 is configured to irradiate the light beam 66 along the first optical path 68. The light beam 66 irradiated by the light source 52 first passes through the acousto-optic device 70. Acousto-optic device 70 is configured to polarize and focus the light beam. Although not shown, the acoustooptic device 70 may include a pair of acoustooptic elements. The acoustooptic element may be an acoustooptic prescanner and an acoustooptic scanner. These two elements polarize the light beam in the Y direction and focus the light beam in the Z direction. For example, most acousto-optic devices operate by sending an RF signal to a crystal such as quartz or TeO2. The signal causes the sound wave to pass through the crystal. The passage of the sound waves makes the crystal asymmetric, which changes the refractive index throughout the crystal. This change causes the incident beam to form a focused moving spot that is polarized to vibrate.
[0027]
As the light beam 66 exits the acousto-optic device 70, it then passes through a pair of quarter wave plates 72 and a relay lens 74. The relay lens 74 is configured to collimate the light beam 66. The collimated light beam 66 then travels along the optical path and reaches the diffraction grating 76. The diffraction grating 76 is configured to flare out the light beam 66, and more specifically, is configured to separate the light beam into three different beams 78A, 78B, 78C. In other words, each beam can be spatially distinguished from one another (ie, spatially distinct). In most cases, the spatially separate beams 78A, 78B, 78C are further configured to be equally spaced and have approximately the same luminous intensity.
[0028]
Upon exiting the diffraction grating 76, the three beams 78A, 78B, 78C pass through the aperture 80 and then travel along the optical path 68 to reach the beam separation cube 82. Beam separation cube 82 (operating with quarter wave plate 72) is configured to split the beam into optical paths 84 and 86. Optical path 84 is used to distribute the first optical portion of the beam to substrate 12, and optical path 86 is used to distribute the second optical portion of the beam to reference optics 56. In most embodiments, most of the light is distributed to the substrate 12 through the optical path 84 and only a small amount of light is distributed to the reference optics 56 through the optical path 86. However, the proportion may vary depending on the specific design of each optical inspection system. In brief, the reference optical system 56 includes a reference collection lens 114 and a reference detector 116. Reference collection lens 114 collects and directs a second portion of the beam (referred to herein as 115A-C) toward reference detector 116. Of course, the reference detector 116 is configured to measure the light intensity. Although not shown in FIG. 2, the reference detector 116 is generally connected to an electronic subsystem, such as the electronic subsystem 19 of FIG. Reference optics are generally well known to those skilled in the art and will not be discussed in further detail for the sake of brevity.
[0029]
The three beams 78A, 78B, 78C continue to travel along the optical path 84 and are received by the telescope 88. Although not shown in the drawing, inside the telescope 88, there are provided several lens elements that redirect and expand the light. In one embodiment, the telescope is part of a telescope system comprising a plurality of telescopes that rotate on a turret. For example, three telescopes may be used. The purpose of these telescopes is to allow the selection of the smallest detectable defect size by changing the size of the scanning spot on the substrate. More particularly, each telescope generally corresponds to a different pixel size. Thus, one telescope produces a relatively large spot size that achieves high speed and low sensitivity (eg, low resolution) inspection, and another telescope provides low speed and high sensitivity (eg, high resolution) inspection. A relatively small spot size may be generated.
[0030]
After passing through the telescope 88, the beams 78A, 78B, 78C pass through the objective lens 90. The objective lens 90 is configured to focus the beams 78A, 78B, 78C on the surface 11 of the substrate 12. When beam 78A-C intersects surface 11 of substrate 12, both reflected light beams 92A, 92B, 92C and transmitted light beams 94A, 94B, 94C may be generated. The transmitted light beams 94 A, 94 B, and 94 C pass through the substrate 12, and the reflected light beams 92 A, 92 B, and 92 C are reflected by the surface 11 of the substrate 12. For example, the reflected light beams 92A, 92B, 92C may be reflected by an opaque surface of the substrate, and the transmitted light beams 94A, 94B, 94C may pass through transparent areas of the substrate. The transmitted light beam 94 is collected by the transmitted light optical system 58, and the reflected light beam 92 is collected by the reflected light optical system 62.
[0031]
With respect to the transmitted light optical system 58, the transmitted light beams 94 A, 94 B, 94 C are collected by the first transmission lens 96 after passing through the substrate 12, and are focused on the transmission prism 100 by the spherical aberration correction lens 98. As shown, the prism 100 includes facets configured to reposition and refract the transmitted light beams 94A, 94B, 94C for each of the transmitted light beams 94A, 94B, 94C. In most cases, the prism 100 is used to separate the beams so that each beam is directed to a single detector of the transmitted light detector array 60. As shown, the transmitted light detector array 60 includes three different detectors 61A-C, more specifically, a first transmission detector 61A, a second transmission detector 61B, and a third transmission detector. 61C is provided. Thus, the beams 94A-C pass through the second transmission lens 102 as they exit the prism 100. The second transmission lens 102 individually focuses each of the separated beams 94A, 94B, 94C onto one of these detectors 61A-C. For example, the beam 94A is focused on the transmission detector 61A, the beam 94B is focused on the transmission detector 61B, and the beam 94C is focused on the transmission detector 61C. Of course, each of the transmission detectors 61A, 61B, 61C is configured to measure the luminous intensity of the transmitted light.
[0032]
Regarding the reflected light optical system 62, the reflected light beams 92 A, 92 B, and 92 C are collected by the objective lens 90 after being reflected by the substrate 12. The objective lens 90 then directs the beams 92A-C in the direction of the telescope 88. Prior to reaching the telescope 88, the beams 92A-C further pass through the quarter wave plate 104. In general, the objective lens 90 and the telescope 88 handle the collected beam in a manner that is optically opposite to that of handling the incident beam. That is, the objective lens 90 collimates the beams 92A, 92B, and 92C again, and the telescope 88 reduces the beam size. As the beams 92A, 92B, and 92C exit the telescope 88, they travel along the optical path 84 (in the reverse direction) to reach the beam separation cube 82. The beam splitter 82, together with the quarter wave plate 104, is configured to function to direct the beams 92 A, 92 B, 92 C in the direction of the optical path 106.
[0033]
The beams 92A, 92B, 92C continue to travel along the optical path 106 and are then collected by the first reflective lens 108. The first reflecting lens focuses each of the beams 92A, 92B, and 92C onto the reflecting prism 110. The reflective prism 110 includes facets for each of the reflected light beams 92A-C. The reflecting prism 110 is configured to rearrange and refract the reflected light beams 92A, 92B, and 92C. Similar to the transmissive prism 100, the reflective prism 110 is used to separate the beams so that each beam is directed to a single detector of the reflected light detector array 64. As shown, the reflected light detector array 64 includes three different detectors 65A-C, and more specifically, a first reflection detector 65A, a second reflection detector 65B, and a third reflection detector. 65C is provided. Of course, each detector may be individually packaged or packaged together. As the beams 92A-C exit the prism 110, they pass through the second reflective lens 112. The second reflective lens 112 individually focuses each of the separated beams 92A, 92B, 92C onto one of these detectors 65A-C. For example, beam 92A is focused on reflection detector 65A, beam 92B is focused on reflection detector 65B, and beam 92C is focused on reflection detector 65C. Of course, the reflection detectors 65A, 65B, 65C are configured to measure the luminous intensity of the reflected light.
[0034]
There are various inspection modes that can be facilitated by the optical assembly 50 described above. For example, the optical assembly 50 can facilitate a transmitted light inspection mode, a reflected light inspection mode, and a simultaneous inspection mode. With respect to the transmitted light inspection mode, transmission mode detection is typically used to detect defects in a substrate such as a conventional optical mask having transparent and opaque regions. As the light beams 94A-C scan the mask (i.e., the substrate 12), the light passes through the mask at a transparent point and is detected by the transmitted light detectors 61A-C. The transmitted light detectors 61 </ b> A to 61 </ b> C are arranged behind the mask and collected by a transmitted light optical system 58 including a first transmission lens 96, a second transmission lens 102, a spherical aberration lens 98, and a prism 100. Each light beam 94A-C is measured.
[0035]
With respect to the reflected light inspection mode, the reflected light inspection can be performed on a transparent or opaque substrate containing image information in the form of chrome, developed photoresist, or other shapes. The light reflected by the substrate 12 travels in the opposite direction along the same optical path as the inspection optical system 54, but is then redirected by the polarizing beam splitter 82 toward the detectors 65 </ b> A-C. More specifically, the first reflecting lens 108, the prism 110, and the second reflecting lens 112 project the light from the redirected light beams 92A to 92C to the detectors 65A to 65C. Reflected light inspection may also be used to detect contamination on opaque substrate surfaces.
[0036]
For the simultaneous inspection mode, both transmitted and reflected light are used to determine the presence and / or type of defects. For the two measurements of the system, one is the light intensity of the light beams 94A-C transmitted through the substrate 12 and is detected by the transmission detectors 61A-C, and the other is the light intensity of the reflected light beams 92A-C. Therefore, it is detected by the reflected light detectors 65A to 65C. Then, if there is a defect, those two measurements can be processed at a corresponding point on the substrate 12 to determine the type of defect.
[0037]
More specifically, simultaneous detection of transmission and reflection can reveal the presence of opaque defects detected by the transmission detector, and the output of the reflection detector can be used to determine the type of defect. Can be used. For example, a transmission detector displays low transmitted light when either chrome spots or particles on the substrate are present. However, the same reflection detector displays highly reflected light for chrome defects that are easily reflected, and displays relatively low reflected light for particles. Thus, using both reflection and transmission detection, it is possible to locate particles on the chromium structure that cannot be done if only the reflection or transmission properties of the defect are examined. In addition, evidence for certain types of defects, such as the ratio of reflected and transmitted luminous intensity, may be determined. This information can then be used to automatically classify defects.
[0038]
For example, exemplary inspection modes, including reflection mode, transmission mode, simultaneous reflection and transmission mode, are described in Patent No. 5,563,702, which is incorporated herein by reference. However, these modes are not limited and other suitable modes may be used.
[0039]
Here, the inspection optical system 54 will be described in more detail with reference to FIGS. In general, FIGS. 3A-C are side views showing the light source 52 and inspection optics 54 as the light beams 78A-C are scanned along the surface 11 of the substrate 12, in accordance with one embodiment of the present invention. 4A-C are top views showing scan spots 124A-C generated by inspection optics 54 when light beams 78A-C are scanned along surface 11 of substrate 12, in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. Therefore, FIG. 3A relates to FIG. 4A, FIG. 3B relates to FIG. 4B, and FIG. 3C relates to FIG. Further, FIG. 5 is a detailed top view showing the distribution 122 of scanning spots generated by the inspection optics 54, in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 6 is a side view showing a cross section of diffraction grating 76 in accordance with one embodiment of the present invention. 7A-B are top views illustrating a diffraction grating 76 in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 8 is a top view showing the scanning spots 124A-C as they are moved along the substrate 12, in accordance with one embodiment of the present invention.
[0040]
As shown in FIGS. 3 and 4, the light source 52 is configured to generate a single light beam 66 and the inspection optics 54 is configured to perform various operations on the single light beam 66. Yes. These operations include, but are not limited to, the following operations. That is, these operations are the same as the operation of separating the single light beam 66 into the plurality of light beams 78A to 78C and the plurality of light beams 78A to 78C from one side of the optical axis 120 (see FIG. 3A). Operation (see FIG. 3C) to be polarized or scanned by a small angle and to focus the polarized light beams 78A-C onto the scanning spots 124A-C on the surface 11 of the substrate 12 (see FIGS. 4A-C). Including. Of course, the scanning spot 124A corresponds to the light beam 78A, the scanning spot 124B corresponds to the light beam 78B, and the scanning spot 124C corresponds to the light beam 78C.
[0041]
3A-C, the inspection optical system 54 used to form the scanning spots 124A-C includes an acousto-optic device 70, a relay lens 74, a diffraction grating 76, an aperture 80, and a telescope 88. And an objective lens 90. Accordingly, the light source 52 generates a light beam 66 for entering the acoustooptic device 70. Next, the acousto-optic device 70 polarizes the light beam 66 with respect to the optical axis 120 in the Y direction. For ease of discussion, the polarized light beam is 66 '. More specifically, acousto-optic device 70 moves beam 66 between reference point 126 and reference point 128. 3A shows the beam 66 after being polarized towards the reference point 126, and FIG. 3B shows the beam 66 after being polarized towards the reference point 127 (located between the reference points 126 and 128). As shown, FIG. 3C shows the beam 66 after being polarized toward the reference point 128. Of course, each of these scan positions occurs at a different point in time in a given scan. For example, FIG. 3A shows a first time T 1 3B shows the second time T 2 3C shows the third time T Three The beam at may be shown. Note that although the scan is shown fragmentarily in FIGS. 3A-C, since the acousto-optic device typically operates at the speed of sound, the resulting scan is almost instantaneous.
[0042]
Further, the polarized distance D is defined by reference points 126 and 128 and generally corresponds to the scanning distance L (see FIGS. 4A and C) of each scanning spot 124A-C. Further, when these individual scans, that is, stripes (for example, distance L) are combined, a column-shaped scan region S that is the total length of three scans is obtained. As a matter of course, since the columnar scanning region S is about three times as large as each scanning L, the scanning speed is about three times. That is, as the field size increases, a larger range of substrates is inspected during each scan, i.e., less turning is required for the stage meandering operation.
[0043]
As shown in FIGS. 3A-C, the polarized beam 66 ′ diverges toward the relay lens 74 when it emerges from the acousto-optic device 70. As the polarized beam 66 ′ passes through the relay lens 74, it is collimated so that the diverging beam becomes a collimated beam, ie, a parallel beam 66 ″. Upon exiting the relay lens 74, the collimated beam 66 ″ is incident on the diffraction grating 76. Diffraction grating 76 thereby separates collimated beam 66 '' into three different light beams 78A-C that are used to form scanning spot distribution 122 (eg, spots 124A-C). . The three beams 78A-C generally move together as a group when the acousto-optic device 70 polarizes the light beam 66 between reference points 126 and 128.
[0044]
6 and 7, the diffraction grating 76 is generally formed by drawing equally spaced parallel lines or gratings 140 on a plate 142 formed of either glass or metal. A grating drawn on a metal plate is called a reflective grating because its effect is observed in reflected light rather than transmitted light. Conversely, the grating drawn on the glass plate is called a transmissive grating because its effect is observed in transmitted light, not reflected light. For example, the transmission grating includes a phase diffraction grating having a grating etched into a glass plate and an amplitude diffraction grating having a chromium grating deposited on the glass plate. In the phase grating, since all the gratings are made of glass or quartz material, a relatively large amount of light is transmitted through the grating. In the amplitude grating, since the grating is made of chromium, relatively little light is transmitted through the diffraction grating. That is, part of the light is blocked by the chrome lattice. In the embodiment shown in the figure, the phase diffraction grating is used in preference to the amplitude diffraction grating in order to increase the efficiency of transmitting light. Although a phase diffraction grating is shown, both transmission type gratings (including amplitude gratings) and reflection type gratings may be used in the inspection optical system. Furthermore, although only a single layer grating is shown, a multilayer grating may be used. In a multi-layer grating, the grating is drawn stepwise into layers having different depths.
[0045]
More specifically, the diffraction grating 76 is configured to split or scatter a single beam into various diffraction orders, and generally follows the equation 2d sin θ = mλ. Here, d is a grating interval (that is, a distance between drawing gratings), m is a diffraction order (integer), θ is an angle between diffraction orders, and λ is incident on the grating. It is the wavelength of the light to be transmitted. As shown in FIG. 6, the incident light beam 66 '' is split into diffraction orders m = 1, m = 0, m = −1 to produce three different beams 78A-C. Furthermore, the grating depth D is adjusted to equalize the light source levels of the light beams to produce three equal intensity light beams. That is, the depth affects the efficiency of transmitted light. The m = 0 beam scans at the same angular velocity as the incident light, but the m = 1 and m = −1 beams have different nonlinear velocities with respect to the incident beam due to the sine terms in the above equation. Note that it scans.
[0046]
Returning to FIGS. 3 and 4, each of the light beams 78 </ b> A-C exits the diffraction grating 76, passes through the aperture 80, and enters the telescope 88 separately. The aperture 80 may be a metal plate having an opening for uniformly defining an image of the light beam. For example, the aperture may be a circular aperture configured to change a square patch of light (which may be light from the acousto-optic device 70 and the relay lens 74) into a circular patch of light leaving the aperture 80. It may be. Furthermore, the telescope 88 functions to redirect and magnify light in order to achieve more accurate scanning spots 124A-C. Telescopes are generally well known to those skilled in the art and will not be described in further detail for the sake of brevity.
[0047]
When the light beams 78A to 78C emerge from the telescope 88, they enter the objective lens 90 separately. 3A-C, the light beams 78A-C will be referred to as 78A'-C 'after exiting the telescope 88. As shown in FIG. Further, the light beams 78A ′ to C ′ pass through the pupil plane 130 when traveling between the telescope 88 and the objective lens 90. Apparently, the pupil plane is an image of the aperture 80. As shown in FIGS. 3A to C, the pupil plane 130 is a point where the beams 78A ′ to C ′ intersect. Upon exiting the objective lens 90, each of the beams 78A'-C 'is incident on the surface 11 of the substrate 12 separately, more specifically, separately. For ease of discussion, the light beam focused through the objective lens 90 will be referred to as 78A ″ -C ″. As a result of focusing the light beam 78A "-C" on the substrate 12, three spatially distinct scanning spots 124A-C are formed on the surface 11 of the substrate. The spatial separation of the spots 124A-C helps to ensure that light is properly collected at the detector.
[0048]
Although not shown, the objective lens 90 is typically connected to an autofocus subsystem that is configured to maintain the focus of the beam as it passes along the surface of the substrate. The autofocus subsystem typically includes a servo or stepper motor that moves the objective lens up and down relative to the substrate along the Z axis. Thus, during the autofocus mode, the objective lens is configured to move up and down to track the surface of the substrate while maintaining focus. Of course, the motor is generally controlled by an electronic subsystem, such as the electronic subsystem of FIG. For example, a typical autofocus subsystem is described in US Pat. No. 5,563,702, which is incorporated herein by reference. However, this subsystem is not limited and other suitable subsystems may be used.
[0049]
In addition, the diffraction grating 76 is configured to move in and out of the optical path 120 to allow the single beam 66 to continue passing through the inspection optics 54 without being separated into multiple beams. Also good. This is desirable during the adjustment and setting mode used to position the optical system during inspection setup. This is further desirable when observing the substrate in live or review mode. Review mode is often used to characterize known defects. Although not shown in FIG. 3, the diffraction grating may be connected to a drive configured to move the diffraction grating in and out of the optical path. In most cases, the drive unit moves the diffraction grating in a direction perpendicular to the optical axis 120, for example, in the X or Y direction. For example, the drive unit may be a stepping motor. In order to control the drive, the drive is typically connected to an electronic subsystem such as the electronic subsystem 19 of FIG.
[0050]
Here, the scanning spot distribution 122 will be described in more detail with reference to FIG. As shown in the figure, the scanning spot distribution 122 includes scanning spots 124A to 124C that are offset and shifted, and each of the scanning spots 124A to 124C has a scanning length L that forms the scanning stripes 125A to C in the Y direction. Have. Therefore, when the scanning stripes 125A to 125C are combined, the entire columnar scanning region S is formed. In addition, the scan spots 124A-C are spatially separated from one another so that different scans or stripes 125A-C are isolated. Spatial separation means that each spot is isolated from other spots in the distribution so that it does not violate each other's area during the scan. Of course, if the spots are not isolated in this way, it will be difficult to collect light with three individual detectors.
[0051]
More specifically, the operation spots 124A to 124C are offset (i.e., shifted) in both the X and Y directions. In the Y direction, the spots are offset by about distance L, more specifically the distance L minus the overlap O. The overlap O is used to ensure that the columnar scanning region S is scanned without missing any region within the columnar region. In the X direction, the spots are offset by a distance X. The distances L, O, and X may be changed according to the specific needs of each inspection system.
[0052]
In accordance with one embodiment of the present invention and with reference to FIGS. 7-9, diffraction grating 76 is configured to control both overlap O and separation X of scan spots 124A-C. This can be achieved by adjusting the grating spacing d (see FIGS. 6 and 7) and the rotation R of the diffraction grating 76 relative to the optical axis 120 (see FIGS. 7A and B). FIG. 7A shows the diffraction grating before rotation, and FIG. 7B shows the diffraction grating after rotation. Of course, the grating spacing d and the rotation R affect the position of the scanning spots 124A-C. The outer scanning spot is rotated with respect to the optical axis 120 such that the spot is separated by the grating spacing d and the spot is spatially separated in both the X and Y directions by rotation R (R in FIG. 5). 'Illustrated as'). For the most part, the degree of separation generally increases when the grid spacing d is small. In addition, the spot rotates about the axis (with respect to the central spot) by approximately the same angle as the diffraction grating was rotated about the axis. In general, if the diffraction grating is not rotated, the scanning spot will be separated but may be too close to be detected by the detector.
[0053]
Referring now to FIG. 8, there is provided a top view showing scanning spots 124A-C / stripes 125A-C as they are moved along the substrate 12, according to one embodiment of the present invention. For example, the substrate 12 can be a photomask, reticle, or wafer. As described above, the beam scanning, that is, the row region S is in a direction that is directed parallel to the Y axis shown on the substrate 12 after passing through the inspection optical system. As the beam is scanned, a stage (not shown in FIG. 8) holding the substrate 12 under test is reciprocated in the X-axis direction by the inspection distance I and gradually advances in the Y direction at each transverse end. As a result, the scanning spots 124 </ b> A to 124 </ b> C scan along the meandering path 153 over a predetermined region of the substrate 12. The predetermined region may be a single identified sub-region, a plurality of identified substrate sub-regions (such as individual dice in the case of a photomask), or the entire substrate.
[0054]
Prior to the start of the inspection operation, the operator generally aligns the substrates in the appropriate direction and defines the area to be inspected. The inspection area may be determined using the control computer of FIG. In FIG. 8, the inspection region corresponds to three dice 150A, 150B, and 150C of the photomask. Thus, the surface areas of the dies 150A-C are scanned within a series of adjacent row areas S by the scanning spots 124A-C. As shown in the figure, each scan in the X direction forms an inspection region 155. The inspection area 155 is a product of the row area S and the inspection distance I. The columnar area S may be overlapped at each crossing (in the Y direction) to ensure that the entire examination area is scanned so that no area in between is missing. Therefore, if the field size, that is, the columnar region is large, the area of the substrate to be inspected in each scan increases, and as a result, the direction change is reduced. For example, if three beams are used, the inspection speed is approximately tripled.
[0055]
For example, in the die to die comparison mode, the inspection of the substrate 12 typically begins at the upper left corner of the first die 150A and follows a serpentine pattern 153. At the same time as the stage moves slowly in the X direction, the laser scans quickly in the Y direction. Thus, the columnar area S is scanned and the digital output of the detector is stored in the electronic subsystem 19 of FIG. 1, for example. For transparent or partially transparent substrates, image detection is performed by the transmission detector 61. The light reflected from the substrate is detected by the reflected light detector 65. Accordingly, when the scan reaches the right boundary of the target area of the first die 150A, image data originating from the die 150A (from left to right) is stored in the subsystem 19. Similarly, when the scan reaches the right boundary of the target area of the second die 150B, the image data derived from the first die 150A stored in the subsystem 19 and the data derived from the second die 150B. Are compared. Any substantial difference is considered a defect. Similarly, data from die 150C is compared with data originating from die 150B or 150A. When the scanning process reaches the right boundary of die 150C, the stage is moved in the Y direction by an amount slightly less than the width of the columnar region and begins tracing in the reverse direction in the X direction. Thus, the target area of the dice is traversed by the meandering motion.
[0056]
Note that although only the die-to-die mode has been described, this is not a limitation and die-to-database or simultaneous inspection may be performed. Die-to-database inspection is similar to die-to-die inspection except that the die is compared with the simulated image generated by the control system.
[0057]
In addition, the system can be configured to sample the amplitudes of multiple scan signals at precise intervals. The sampled scan signal is used in conjunction with precise control of stage movement and other elements to construct a virtual image of the substrate pattern surface. The sampling rate of each of the multiple scans can be varied to compensate for the various non-linear scan rates of the individual scans caused by the diffraction grating. The system can further measure the scan rate variation described above and automatically calibrate the required sampling rate correction. Sampling is generally well known to those skilled in the art and will not be discussed in further detail for the sake of brevity.
[0058]
Here, the transmitted light optical system 58 will be described in more detail with reference to FIGS. In brief, FIG. 9 is a side view of the transmitted light optical system 58 and the transmitted light detector 60. FIG. 10 is a detailed perspective view showing the prism 100 in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 11 is a side view showing a cross section of prism 100 in accordance with one embodiment of the present invention. 12A-C are side views illustrating various arrangements of the first transmission lens and the spherical correction lens, in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 13 is a flowchart illustrating setting of a transmission optical system according to an embodiment of the present invention.
[0059]
First, according to FIG. 9, the transmitted light optical system 58 is configured to receive a plurality of transmitted light beams 94A-C, and the transmitted light detector array detects the light intensity of each of the plurality of transmitted beams 94A-C. It is configured as follows. More specifically, the transmitted light optical system 58 is configured to perform various operations related to the transmitted beams 94A to 94C, and these operations include operations for collecting the transmitted light 94A to 94C and beam separation. Including, but not limited to, maintaining and focusing the separated beams onto the individual photodetectors 61A-C of the transmitted photodetector array 60. As described above, prior to receiving the transmitted light beams 94A-C, the focused light beams 78A-C generated by the inspection optical system 54 are incident on the surface of the transmissive substrate. At least some of the incident light beams 78 </ b> A to 78 </ b> C are transmitted through the substrate 12 as transmitted light beams 94 </ b> A to 94 </ b> C and reach the transmitted light optical system 58. FIG. 9 is shown with respect to the X and Z directions so that the Y direction is perpendicular to the drawing.
[0060]
As shown in FIG. 9, the transmitted light optical system 58 used for receiving the transmitted light beams 94A to 94C includes a first transmission lens 96, a spherical aberration correction lens 98, a prism 100, and a second transmission lens. 102. The first transmission lens 96 collects the diverging transmitted light beams 94A to 94C and focuses the transmitted light beams 94A to 94C on the prism 100 together with the spherical aberration correction lens. The first transmission lens 96 and the spherical aberration correction lens 98 function as a unit for generating a spot with a clear boundary on the first prism that is faceted. The focused and demarcated spot at prism 100 serves to reduce overlap that causes unwanted crosstalk (ie, the intersection of the beam and two facets). Of course, crosstalk can cause false signals, which can lead to test failures. In one embodiment, an automatic collection optics subsystem 148 is used to maintain focus on the prism 100. The automatic collection optics subsystem 148 maintains the focus on the prism 100 by controlling the movement of the first transmission lens 96, the spherical aberration correction lens 98, and the prism 100. The automatic collection optics subsystem 148 will be described in more detail below. Further, although not shown in FIG. 9, a third lens disposed between the spherical aberration correction lens 98 and the prism 100 may be used in order to improve the image quality in the prism 100.
[0061]
More specifically, the transmitted light beams 94A-C exit the substrate 12 and are refracted toward the prism 100 by the first transmission lens 96. For ease of discussion, the refracted beam is 94A'-C '. As the refracted beam passes through the spherical aberration lens 98, it is refracted by the spherical aberration lens 98 toward the prism 100 (although it is hardly refracted). As shown, the beam passes through the pupil plane 130 while passing between lenses 96 and 98. Upon exiting the spherical aberration lens 98, each of the refracted beams 94A′-C ′ is separately incident on individual facets of the prism 100. Of course, the prism 100 is generally located in the image plane. This is because the beams are separated as different beams. If the prism is placed elsewhere, the beams can overlap and cause inspection errors. Furthermore, the prism 100, on the other hand, has a light beam (here 94A "-C") so that the light beam is directed separately towards one of the three individual detectors 61A-C. Is refracted and separated. Of course, the prism 100 is used to ensure that not all beams are directed to one detector, but that each beam is directed to an individual detector.
[0062]
In one embodiment, a prism system 99 having a plurality of prisms (referred to as prism 100 and prism 101) is used to accommodate the range of magnification produced by the inspection optics telescope. For example, at some magnifications, the scan can be very large, so a relatively large prism is required to effectively separate the scan without crosstalk. Thus, in one embodiment, prism 100 is a high resolution prism (eg, small scan) and prism 101 is a low resolution prism (eg, large scan). Each of the prisms 100 and 101 is configured to move in and out of the optical path 120 to accommodate the various telescope magnifications.
[0063]
Furthermore, both prisms 100 and 101 may be configured to move out of optical path 120 for the same reason as diffraction grating 76, i.e., when only one beam is needed. Therefore, when the prism is moved out of the optical path, a single beam can continue to pass through the transmission optical system 58 without being separated. This is desirable during the adjustment and setting mode used to position the optical system during inspection setup. This is further desirable when observing the substrate 12 in live or review mode. Review mode is often used to characterize known defects.
[0064]
Here, the prism will be described in detail with reference to FIGS. Each prism includes three facets 160A, 160B, 160C, each facet corresponding to each of the transmitted light beams 94A-C (shown as spots on each facet). The first facet 160A corresponds to the beam 94A, the second facet 160B corresponds to the beam 94B, and the third facet corresponds to the beam 94C. Further, during beam scanning, each of the beams 94A-C forms a scan 95A-C in the Y direction on the surface of the corresponding facet 160A-C. Although only three facets are shown, it should be understood that if more or fewer beams are used, the number of facets will change accordingly as the number of facets corresponds to the number of beams. .
[0065]
More specifically, each facet is comprised of a facet width 162, a facet length 163, and a facet angle 164. Facet width 162 is defined by facet end 165. Facet width 162 is configured to maintain adequate beam separation by providing a sufficient amount of tolerance 166 between facet end 165 and spot 94 end. Of course, if the tolerance 166 is too large or too small, on either side of the spot the beam will shift and enter the adjacent facet beyond the end of the facet, or all beams will facet. May come off. This type of misalignment can lead to alignment errors, defocus errors, and crosstalk errors. In most cases, the facet width is selected in relation to the size of the spot used to scan the substrate (spot size is 167), thereby maintaining proper tolerance. For example, when using a relatively large spot size (ie, for low resolution), the facet width is configured accordingly and when using a relatively small spot size (ie, for high resolution) ), The facet width is configured to be relatively small accordingly. Further, the facet length 163 is configured to provide sufficient distance for scanning. That is, the facet length 163 is configured to be larger than the height S of the row-like region.
[0066]
With respect to facet angle 164, facet angle 164 is configured to direct the beam toward one of the detectors of the detector array. Of course, the focal length of the second lens (168 in FIG. 10 (not in FIG. 10)) and the facet angle 164 coordinate to obtain the desired beam separation in the detector plane. For a given detector separation (170 in FIG. 9 (not shown in FIG. 9)) and a larger facet angle (causing greater separation) for a given detector size (not shown) Is generally considered to require a smaller focal length, and conversely, a smaller facet angle (which causes a smaller separation) requires a larger focal length. Therefore, when adjusting the facet angle, the focal length of the lens is also adjusted.
[0067]
Referring again to FIG. 9, the separated light beams 94 </ b> A ″ to C ″ pass through the second transmissive lens 102 after passing through the prism 100. The second transmission lens 102 is configured to focus the separated beam onto the detectors 61A-C of the transmission detector array 60. Upon exiting the second transmission lens 102, the beam is incident on the individual detectors 61A-C. As described above, the second transmission lens 102 focuses each of the beams 94A, 94B, 94C onto a single respective detector. For example, the beam 94A is focused on the transmission detector 61A, the beam 94B is focused on the transmission detector 61B, and the beam 94C is focused on the transmission detector 61C. Of course, each of the transmission detectors 61A, 61B, 61C is configured to measure the luminous intensity of the transmitted light. For example, the three detectors may be individually packaged chips or may be part of a single chip package (not shown). However, it should be noted that a single chip package has the advantage that shallower angles of incidence are possible because the detectors can be packaged closer together.
[0068]
Here, with respect to the collection subsystem 148, the collection subsystem 148 adjusts the positions of the first transmission lens 96, the spherical aberration correction lens 98, and the prism 100 so that the beams 94 </ b> A to 94 </ b> C on the prism 100. Used to properly adjust focus and alignment. As described above, the beams 94A-C may not achieve proper separation or may overlap each other if the focus and / or placement on the prism 100 is not adjusted. Improper separation and / or duplication can cause false inspections.
[0069]
The collection subsystem 148 generally includes a system software element 172, a control interface 174, an objective lens position sensor 176, a first transmission lens driver 178, a spherical aberration correction lens driver 180, and a prism driver 182. With. The system software 172 may be configured to function as a main controller of the subsystem, and may be implemented in a control computer as shown in FIG. The system software element 172 is connected to the control interface 174, and the control interface 174 is configured to exchange signals with the drive unit and the sensor. The control interface 174 may be implemented in an electronic subsystem as shown in FIG. Further, the control interface 174 is connected to the objective lens position sensor 176, the first transmission driving unit 178, the spherical aberration correction lens driving unit 180, and the prism driving unit 182.
[0070]
Briefly, the objective lens position sensor 176 is configured to monitor the position of the objective lens 90, for example, when the objective lens 90 is moved along the optical axis so that the substrate is in focus (automatic focus). Has been. The first transmission drive unit 178 is configured to move the first transmission lens 96 along the optical axis 120, more specifically, in the Z direction (arrow 190 in the drawing). The spherical aberration correction lens driving unit 180 is configured to move the spherical aberration lens 98 along the optical axis 120, more specifically, in the Z direction (arrow 191 in the figure). The prism driving unit 182 is configured to move the prisms 100 and 101 horizontally with the optical axis 120, more specifically, in the X direction (arrow 192 in the drawing). For example, each of the drive units may include a motor-type linear actuator for driving the movement of the above-described element. Motorized actuators are generally well known to those skilled in the art and will not be discussed in further detail for the sake of brevity.
[0071]
Typically, focus adjustment and alignment adjustment involve several conditions. The first condition includes setting nominal positions of the first transmission lens 96, the spherical aberration correction lens 98, and the prism 100 for a predetermined substrate thickness and optical magnification (eg, telescope). . Of course, not only when the magnification is different, but also when the thickness of the substrate is different, different optical positions are required because they affect the transmitted light. For example, when the optical position is predetermined (ie, the optical system is constant) and the thickness of the substrate changes (eg, changing from a 1/4 inch substrate to a 90 mil substrate), the image The position of the plane fluctuates, thereby preventing the light from focusing at the prism. Further, when the optical position is predetermined, as the magnification changes, the beam separation and placement changes, thereby overlapping the light at the prism.
[0072]
Thus, once the substrate size and magnification level are determined, the collection subsystem 148 moves one of the first transmission lens 96, the spherical aberration correction lens 98, and the prisms 100, 101 to a predetermined nominal value. To do. In practice, the software element 172 sends the position information to the control interface 174 via the control computer. Next, the control interface 174 transmits a movement signal to the first transmission lens driving unit 178, the spherical aberration correction lens driving unit 180, and the prism driving unit 182, and sets the optical system corresponding to each driving unit to a predetermined nominal value. Move according to. In general, for thicker substrates, the lens is moved away from the patterned surface of the substrate, and for thinner substrates, the lens is moved closer to the patterned surface of the substrate. Note that both lenses move, but the spherical aberration lens moves more than the first transmission lens. In addition, for larger spot sizes (ie, large pixel sizes), the larger prism (ie, prism 101) is moved into the optical path and for smaller spot sizes (ie, small pixel sizes). The smaller prism (ie, prism 100) is moved into the optical path.
[0073]
12A-C are representative illustrations showing nominal positions for various substrate thicknesses. In these figures, the thickness of the substrate is indicated by 180 and the distance between the first transmissive lens 96 and the patterned surface 11 of the substrate 12 is indicated by 182 and the first transmissive lens 96 is shown. The distance between the lens and the spherical aberration correcting lens 98 is indicated by 184. As shown, distances 182 and 184 are directly proportional to substrate thickness 180. That is, distances 182 and 184 are smaller for thin substrates (as shown in FIG. 12C) and larger for thick substrates (as shown in FIG. 12A). Furthermore, as shown in the figure, the moving distance of the lower collecting lens is smaller than the moving distance of the spherical aberration lens.
[0074]
Furthermore, referring again to FIG. 9, the second condition includes a step of calibrating the positions of the first transmission lens 96 and the prism 100. Calibration is generally a precise adjustment process for adjusting the position and focus of an optical system. The calibration process is typically performed for each substrate to be inspected, and is sometimes repeated periodically during the inspection process for long periods of inspection. With respect to the prism 100, the prism is calibrated to find the best position of the prism perpendicular to the optical axis 120. For example, the prism 100 may be calibrated to place the incident beam in the center of each facet 160A-C (as indicated by the center-to-center distance 169 in FIG. 11). With respect to the first transmission lens 96, the lens is calibrated to find the best position of the lens along the optical axis 120. For example, the position of the lens may be calibrated to focus the incident beam on each facet 160A-C. If the position and focus of the prism 100 and the first transmission lens 96 are not appropriate, the tolerance for the incident beam under inspection may be very small. Of course, if the tolerance is small, light beam crosstalk and inappropriate beam separation may occur. For example, temperature changes can affect the position of the lens, and as a result, the beam can penetrate adjacent facets. In some examples, the calibration step includes measuring the amount of crosstalk in the transmitted light detector and moving the first transmission lens and prism with respect to their set nominal values to minimize the amount of crosstalk. Limiting the process. Lens and prism movement is performed via the control interface 174. The control interface 174 sends a signal to each drive unit and causes the movement to be performed accordingly. In most cases, these calibrations are performed automatically by the control system 17. As a result, the operator who performs the inspection does not need any action, command, or information.
[0075]
Furthermore, the pattern surface may be slightly inclined or inclined. Thus, the third condition involves tracking the position of the first transmission lens 96 relative to the position of the 12 patterned surface 11 of the substrate to maintain the focus during inspection. There are many ways to perform the tracking process. In one embodiment, the tracking step is performed by moving the first transmission lens 96 relative to the objective lens 90. As described above, during inspection, the objective lens 90 is configured to focus on the substrate by moving up and down along the optical axis 120 (in the Z direction). Therefore, the movement of the objective lens can also be used for tracking the first transmission lens 96. In this embodiment, the distance C between the first transmission lens 96 and the objective lens 90 is kept approximately constant. Therefore, for example, when the objective lens 90 moves by the focal length z, the first transmission lens also moves by the distance z. The distance C is based on the calibrated position of the first transmission lens 96. To perform tracking, the objective lens position sensor 176 detects the position of the objective lens 90 and sends a signal to the control interface 174 accordingly. Next, the control interface 174 transmits a signal to the first transmission lens driving unit 178 and moves the first transmission lens 96 accordingly. Although only one example has been described with respect to the tracking process, this is not a limitation and other tracking methods may be used. For example, the first transmission lens may directly track the surface of the substrate without using the objective lens as a reference.
[0076]
More specifically, FIG. 13 is a flowchart illustrating an examination setting procedure 200 according to one embodiment of the present invention. In operation 202, a substrate is first placed in an inspection system, such as the inspection system 10 shown in FIG. In most cases, this operation involves placing the substrate on the stage 16. After the substrate is placed on a stage in the system (operation 202), in operation 204, the thickness of the substrate is determined. The process of determining the thickness of the substrate is generally well known to those skilled in the art and will not be discussed in detail for the sake of brevity. After or during operation 204, a desired magnification level for the telescope is set in operation 206. The magnification setting level is generally selected by an operator who performs the setting. If the operator desires higher sensitivity, typically a higher magnification level is selected. Conversely, if the operator desires a higher scanning speed, a lower magnification level is typically selected.
[0077]
Following operation 206, in operation 208, the position of the transmitted light optical system is set to a nominal value. As described above, the transmission optical system having the nominal value includes the first transmission lens 96, the spherical aberration correction lens 98, and the prism 100. The nominal value is generally selected by the system software and is generally determined by the thickness of the substrate and the magnification of the telescope. In most cases, the system software knows the thickness and magnification conditions, so it sends a signal to the interface to perform the movement accordingly. For example, if the system software selects a program for maximum magnification and a 1/4 inch substrate, the first transmission lens 96 and the spherical aberration correction lens 98 are at the nominal 1/4 inch substrate position. Moving. The appropriate prism is then moved to a nominal position for high magnification inspection.
[0078]
After the nominal value is set in operation, in operation 210 the transmitted light optics is calibrated. The transmitted light optical system to be calibrated includes a first transmission lens 96 and a prism 100. The calibration procedure generally includes the steps of collecting light values at detectors 61A-C, analyzing the collected light values with control interface 174, and calculating a new target position with control interface 174. Adjusting the position of the optical system, for example, the first transmission lens 96 and / or the prism 100. In most cases, this procedure is repeated until a position is found that minimizes crosstalk for the substrate being inspected. By collecting light values, adjustments can be made directly based on crosstalk rather than secondary factors such as accurate substrate thickness measurements.
[0079]
After calibration, the process proceeds to operation 212 and inspection of the substrate is started. That is, the system starts scanning the substrate. By tracking the movement of the objective lens during scanning, the first transmission lens can maintain a certain distance between the lenses. In general, the objective lens position sensor triggers the movement of the first transmission lens. In many cases, only the first transmission lens moves during the examination. During or after operation 212, the process proceeds to operation 214 where a determination is made whether to recalibrate (yes) or end the scan (no). If a recalibration decision is made, the process returns to step 210. If a scan end decision is made, the process proceeds to step 216 where the end of the scan is signaled.
[0080]
Here, the reflected light optical system 62 will be described in more detail with reference to FIG. The reflected light optical system 62 is configured to receive a plurality of reflected light beams 92 </ b> A to 92 </ b> C and direct the reflected beams toward the reflected light detector array 64. The reflected light detector array 64 is configured to detect the light intensity of each of the plurality of reflected beams 92A-C. More specifically, the reflected light optical system 62 is configured to perform various operations on the reflected beam, the operations collecting the reflected light, maintaining the beam separation, Focusing, but not limited to, the separated beams to the individual photodetectors of the reflected photodetector array. As described above, prior to receiving the reflected light beam, the focused light beam generated by the inspection optics is incident on the surface of the reflecting substrate so that the light beam is reflected by the substrate in the reflected light optics 62. Reflected in the direction. FIG. 14 is shown with respect to the X and Z directions so that the Y direction is perpendicular to the drawing.
[0081]
The reflected light optical system is similar to the transmitted light optical system, but is not so complicated. The transmission optical system 58 is a dynamic system, and the reflection optical system 62 is a static system. This generally means that the beam is reflected from the surface of the substrate rather than being transmitted through the substrate, i.e. no correction is made with respect to the thickness of the plate and the reflected light passes back through the objective lens. In other words, the objective lens is always in focus, so that it is not necessary to consider focusing. Furthermore, since the reflected light returns through the telescope, the spot size becomes the same as that of the reflected light, that is, the expanded beam is reduced, so that only one prism is required for the reflecting optical system.
[0082]
As shown in FIG. 14, the reflected light optical system 62 used to receive the reflected light beams 92A to 92C includes a part of the inspection optical system (for example, the objective lens 90 and the telescope 88) and a quarter wavelength. It includes a plate, a beam separation cube 82, a first reflective lens 108, a faceted second prism 110, and a second reflective lens 112. The objective lens 90 is configured to collect the reflected light beams 92 </ b> A to 92 </ b> C that diverge after being reflected from the surface 11 of the substrate 12. Accordingly, the reflected light beams 92 </ b> A to 92 </ b> C exit the objective lens 90, pass through the quarter-wave plate 104, and approach the telescope 88. The quarter wave plate 104 is configured to change the reflected light so that the reflected light is split from the optical path 84 as it traverses the beam separation cube 82. Upon exiting quarter-wave plate 104, reflected light beams 92 </ b> A-C pass through pupil plane 130 and then telescope 88. Telescope 88 reduces the size of the beam. The beams 92A, 92B, and 92C enter the beam cube splitter 82 as they exit the telescope 88. The beam splitter 82, together with the quarter wave plate 104, is configured to function to direct the beams 92 A, 92 B, 92 C in the direction of the optical path 106. As shown in the figure, the beam separation cube 82 is disposed between the telescope 88 and the diffraction grating 76.
[0083]
Beams 92A, 92B, and 92C traveling along the optical path 106 are directed toward the first reflecting lens 108. As shown, the beam passes through the pupil plane 130 before reaching the first reflective lens 108. The first reflecting lens 108 collects the beam (here, 92A ′, 92B ′, 92C ′) and focuses it on the prism 110 (the same prism as that shown in FIGS. 10 and 11). Generally, in the reflection optical system, unlike the transmitted light optical system, only one lens is required. This is because the beam passes through the telescope twice (expanded / reduced), so that the spot size becomes the same as the reflected light. Similar to the first transmission lens 96, the first reflection lens 108 is set to generate a spot with a clear boundary on the prism 110. Again, the prism 110 is typically placed on the image plane. This is because the beams are separated as different beams.
[0084]
Furthermore, the prism 110, on the other hand, has a light beam (here 92A ″ -C ″) so that the light beam is directed separately towards one of the three individual detectors 65A-C. Is refracted and separated. Of course, the prism 110 is used to ensure that each beam is directed to an individual detector without all the beams going to one detector. The separated light beams 92A ″ to C ″ pass through the second reflecting lens 112 after passing through the prism 110. The second reflective lens 112 is configured to focus the separated beam onto the detectors 65A-C of the transmission detector array 64. Upon exiting the second reflective lens 112, the beams 92A "-C" are incident on the individual detectors 64A-C. As described above, the second reflective lens 112 focuses each of the beams 92A ", 92B", 92C "onto a single respective detector. For example, beam 92A ″ is focused on transmission detector 65A, beam 92B ″ is focused on transmission detector 65B, and beam 92C ″ is focused on transmission detector 65C. Of course, the transmission detectors 65A, 65B, 65C are configured to measure the luminous intensity of the reflected light. Note that although not shown in FIG. 14, the prisms and detectors are similar to the prisms and detectors shown in FIGS. 9-11.
[0085]
As can be seen, the present invention provides numerous advantages over the prior art. Various embodiments or examples have one or more of the following advantages. One advantage of the present invention is that a significant increase in scanning speed can be achieved over the prior art. For example, many existing inspection systems use a single beam to scan the surface of the substrate. On the other hand, the present invention scans the surface of the substrate using three beams. The three beams form a scanning spot distribution that is approximately three times the single beam columnar scanning region. Thus, a system using three beams has a speed approximately three times that of a single beam system due to the large amount of substrate inspection per row region. Another advantage of the present invention is that three beams are generated without the additional cost of using multiple lasers, objectives, etc.
[0086]
Another advantage of the present invention is that the scan distribution provides scan spots that are spatially separated from one another. Spatial separation of the spots ensures that transmitted and / or reflected light is received by separate detectors. Another advantage of the present invention is that the system can be expanded to store more beams. Another advantage of the present invention is that inspection speed can be increased using existing scanners and detectors without using high-speed scanners and detectors that tend to be technical limitations.
[0087]
While the invention has been described above in terms of several preferred embodiments, modifications, substitutions, and equivalents are possible within the scope of the invention. For example, in an alternative embodiment, a beam separation cube may be used to separate a single light beam into multiple light beams, and a mirror system may be used to separate the separated beam into an optical path for scanning the substrate surface. You may point in the direction. FIG. 15 shows an example of this embodiment. In FIG. 15, a single beam 66 is incident on the beam separation cube 300, which splits the single beam 66 into beams 302 and 304. Beams 302 and 304 are then incident on mirrors 306 and 308, respectively, which direct each beam (here 302 'and 304') in the direction of the new optical path. Although only two beams are shown, additional beams separation cubes can be used to generate more beams. FIG. 16 shows another example of the above-described embodiment. In FIG. 16, a single beam 66 is incident on the beam separation cube 310, which splits the single beam into beams 312 and 314. Beams 312 and 314 are then incident on mirrors 316 and 318, respectively, and mirrors 316 and 318 direct each beam (here 312 ′ and 314 ′) toward beam separation cube 310. However, the redirected beams 316 ′ and 318 ′ cooperate with the beam separation cube 310 to renew each beam (here 312 ″ and 314 ″) before reaching the beam separation cube 310. Each passes through a quarter-wave plate 320 directed in the direction of the optical path.
[0088]
It should also be noted that there are many alternative ways of implementing the methods and apparatus of the present invention. For example, techniques for inspecting optical disks, magnetic disks, and optical substrates can be used in the system. Accordingly, the appended claims are to be construed as including all such modifications, substitutions, and equivalents falling within the true spirit and scope of this invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified block diagram illustrating an optical inspection system, in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram illustrating an optical inspection system for inspecting the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
3A is a side view of the light source and inspection optics of FIG. 3 as the light beam is scanned along the surface of the substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
3B is a side view of the light source and inspection optics of FIG. 3 as the light beam is scanned along the surface of the substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
3C is a side view of the light source and inspection optics of FIG. 3 as the light beam is scanned along the surface of the substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
4A is a top view illustrating a scanning spot generated by the inspection optics of FIG. 3A when a light beam is scanned along the surface of the substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
4B is a top view illustrating a scanning spot generated by the inspection optics of FIG. 3B when a light beam is scanned along the surface of the substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
4C is a top view illustrating a scanning spot generated by the inspection optics of FIG. 3C when a light beam is scanned along the surface of the substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
5 is a detailed top view showing the distribution of scanning spots generated by the inspection optics of FIGS. 3A-C, in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 6 is a side view showing a cross section of a diffraction grating, in accordance with one embodiment of the present invention.
7A is a top view of a diffraction grating, according to one embodiment of the invention. FIG.
7B is a top view of a diffraction grating, according to one embodiment of the invention. FIG.
FIG. 8 is a top view showing the distribution of scanning spots when moved across the substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
9 is a side view showing the transmitted light optical system and transmitted light detector arrangement of FIG. 3 in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a detailed perspective view showing a prism that can be used in either the transmitted light optical system or the reflected light optical system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a side view showing a cross section of a prism that can be used in either the transmitted light optical system or the reflected light optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12A is a side view showing the arrangement of a first transmission lens and an objective lens according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12B is a side view showing the arrangement of the first transmission lens and the objective lens according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12C is a side view showing the arrangement of the first transmission lens and the objective lens according to one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart showing an inspection setting procedure according to an embodiment of the present invention.
14 is a side view showing the reflected light optical system and reflected light detector array of FIG. 3 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a side view showing a beam separation unit using a beam separation cube according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a side view showing a beam separation section using a beam separation cube according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... Optical inspection system
11 ... Surface
12 ... Board
14: Optical assembly
16 ... Stage
17 ... Control system
18 ... Control computer
19 ... Electronic subsystem
20: Optical axis
22: First optical arrangement
24. Second optical arrangement
26 ... Light source
28: First set of optical elements
30 ... Second set of optical elements
32. Light detection array
34 ... Light beam
36. Incident light beam
40 ... Collecting and collecting beam
42. Photodetector
50. Optical assembly
51. First optical arrangement
52 ... Light source
54 ... Inspection optical system
56: Reference optical system
57. Second optical arrangement
58 ... Transmitted light optical system
60: Transmitted light detector
61A: First transmission detector
61B ... Second transmission detector
61C ... Third transmission detector
62 ... Reflected light optical system
64 ... Reflected light detector
65A ... first reflection detector
65B ... Second reflection detector
65C ... Third reflection detector
66 ... Light beam
66 '... polarized light beam
66 '' ... collimated beam
68. First optical path
70: Acousto-optic device
72 ... Quarter-wave plate
74 ... Relay lens
76 ... Diffraction grating
78A ... Light beam
78B ... Light beam
78C ... Light beam
78A '... Light beam
78B '... Light beam
78C '... Light beam
80 ... Aperture
82 ... Beam separation cube
84: Light path
86: Light path
88 ... Telescope
90 ... Objective lens
92A ... Reflected light beam
92B ... Reflected light beam
92C ... Reflected light beam
92A '... Light beam
92B '... Light beam
92C '... Light beam
92A "... light beam
92B '' ... light beam
92C '' ... light beam
94A: Transmitted light beam
94B: Transmitted light beam
94C ... Transmitted light beam
94A '... refracted light beam
94B '... refracted light beam
94C '... refracted light beam
95A ... Scan
95B ... Scan
95C ... Scan
96: First transmission lens
98 ... Spherical aberration correction lens
99 ... Prism system
100: Transmission prism
101 ... Prism
102 ... Second transmission lens
104: Quarter wave plate
106: Optical path
108: First reflective lens
110: Reflective prism
112 ... Second reflection lens
114 ... Reference collection lens
115A ... Beam
115B ... Beam
115C ... Beam
116: Reference detector
120: Optical path
122 ... Scanning spot distribution
124A ... Scanning spot
124B ... Scanning spot
124C ... Scanning spot
125A ... Scanning stripe
125B ... Scanning stripe
125C ... Scanning stripe
126 ... Reference point
128: Reference point
130 ... Pupil face
140 ... lattice
142 ... Plate
148 ... Automatic collection optical system subsystem
150A ... first die
150B ... Second die
150C ... Third die
153 ... Meandering road
155 ... Inspection area
160A ... first facet
160B ... second facet
160C ... Third facet
162: Facet width
163 ... Facet length
164 ... Facet angle
165 ... end of facet
166 ... Acceptable range
167 ... Spot size
168 ... Focal length
169 ... Distance between center of surface
172 ... System software elements
174 ... Control interface
176 ... Objective lens position sensor
178: First transmission lens driving unit
180... Spherical aberration correction lens driving unit
180 ... thickness of substrate (overlapping)
182 ... Prism drive unit
182. Distance between first transmission lens and substrate surface (overlapping with above)
184: Distance between the first transmission lens and the spherical aberration correction lens
300 ... Beam separation cube
302 ... Beam
302 '... Beam
304 ... Beam
304 '... Beam
306 ... Mirror
308 ... Mirror
310 ... Beam separation cube
312 ... Beam
312 '... Beam
314 ... Beam
314 '... Beam
316 ... Mirror
318 ... Mirror
d: Lattice spacing
R ... Rotation

Claims (43)

基板の表面を検査するための光学検査システムであって、
入射光ビームを光軸に沿って照射するための光源と、
前記入射光ビームを複数の光ビームに分離し、前記基板の前記表面と交差するように前記複数の光ビームを方向付け、前記複数の光ビームを前記基板の前記表面上の複数の走査スポットに集束させるための第１のセットの光学素子と、
個々の光検出器を備える光検出器配列であって、前記個々の光検出器は、前記複数の光ビームと前記基板の前記表面との前記交差によって引き起こされる複数の反射または透過光ビームの個々のビームに対応し、前記光検出器は、前記反射または透過光の光度を感知するよう構成されている、光検出器配列と、を備え、
前記第１のセットの光学素子は、前記複数の光ビームが、前記基板の前記表面に集束された際に互いにオフセットされてずれている複数の走査スポットを形成し、かつ、前記走査スポットの走査長の一部が互いに重複するように、前記光ビームを集束させるよう構成されている、光学検査システム。An optical inspection system for inspecting the surface of a substrate,
A light source for irradiating an incident light beam along the optical axis;
Separating the incident light beam into a plurality of light beams, directing the plurality of light beams to intersect the surface of the substrate, and directing the plurality of light beams to a plurality of scanning spots on the surface of the substrate; A first set of optical elements for focusing;
A photodetector array comprising individual photodetectors, each of the plurality of reflected or transmitted light beams caused by the intersection of the plurality of light beams and the surface of the substrate. And a photodetector array configured to sense the intensity of the reflected or transmitted light ;
The first set of optical elements forms a plurality of scanning spots that are offset and offset from each other when the plurality of light beams are focused on the surface of the substrate, and scanning the scanning spots An optical inspection system configured to focus the light beam such that portions of the length overlap each other . 請求項１に記載の光学検査システムであって、前記第１のセットの光学素子は、前記入射光ビームを複数の空間的に別個の光ビームに分離するよう構成されており、前記複数の空間的に別個の光ビームは、互いにオフセットされてずれている、光学検査装置。  2. The optical inspection system of claim 1, wherein the first set of optical elements is configured to separate the incident light beam into a plurality of spatially distinct light beams, the plurality of spaces. Optical inspection devices, wherein the separate light beams are offset and offset from each other. 請求項１に記載の光学検査装置であって、前記複数の光ビームの各々は、ほぼ同じ光度を有する、光学検査装置。  The optical inspection apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of light beams has substantially the same luminous intensity. 請求項２に記載の光学検査システムであって、前記複数の空間的に別個の光ビームは、ほぼ同一の光度を有する第１の光ビーム、第２の光ビーム、および第３の光ビームからなる、光学検査装置。  3. The optical inspection system of claim 2, wherein the plurality of spatially distinct light beams are from a first light beam, a second light beam, and a third light beam having substantially the same intensity. An optical inspection device. 請求項４に記載の光学検査システムであって、
前記第１のセットの光学素子は、前記第１の光ビームが、前記入射光ビームと同一の角走査速度を有し、前記第２のおよび第３の光ビームが、前記入射光ビームに対して異なっていて非線形の走査速度を有するように、前記入射光ビームを分離するよう構成されている、光学検査システム。The optical inspection system according to claim 4,
In the first set of optical elements, the first light beam has the same angular scanning speed as the incident light beam, and the second and third light beams are relative to the incident light beam. An optical inspection system configured to separate the incident light beam to have different and non-linear scanning speeds. 請求項４に記載の光学検査システムであって、前記光検出器配列は、前記第１の光ビームを検出すると共に、対応する第１の走査信号を生成するための第１の光検出器と、前記第２の光ビームを検出すると共に、対応する第２の走査信号を生成するための第２の光検出器と、前記第３の光ビームを検出すると共に、対応する第３の走査信号を生成するための第３の光検出器と、を備える、光学検査システム。  5. The optical inspection system according to claim 4, wherein the photodetector array includes a first photodetector for detecting the first light beam and generating a corresponding first scanning signal. , Detecting the second light beam and generating a corresponding second scanning signal; and detecting a third light beam and corresponding third scanning signal. A third photodetector for generating the optical inspection system. 請求項４に記載の光学検査システムであって、さらに、前記複数の空間的に別個の光ビームと前記基板の前記表面との前記交差によって生じる複数の反射光ビームと複数の透過光ビームとのいずれかを捕集するよう構成された第２のセットの光学素子を備え、前記第２のセットの光学素子は、前記基板の前記表面と交差した前記複数の空間的に別個の光ビームを捕集すると共に、前記捕集された光ビームの個々のビームを前記光検出器配列の個々の光検出器の方向に向けるよう構成されている、光学検査システム。5. The optical inspection system of claim 4 , further comprising: a plurality of reflected light beams and a plurality of transmitted light beams generated by the intersection of the plurality of spatially distinct light beams and the surface of the substrate. A second set of optical elements configured to collect any of the optical elements, the second set of optical elements capturing the plurality of spatially distinct light beams intersecting the surface of the substrate. An optical inspection system configured to collect and direct individual beams of the collected light beams toward individual photodetectors of the photodetector array. 請求項７に記載の光学検査システムであって、
前記第１のセットの光学素子は、前記第１の光ビームが、前記入射光ビームと同一の角走査速度を有し、前記第２のおよび第３の光ビームが、前記入射光ビームに対して異なっていて非線形の走査速度を有するように、前記入射光ビームを分離するよう構成されており、
前記光学検査システムは、前記第２のセットの光学素子が、前記反射光ビームと透過光ビームとのいずれかを、前記第１、第２、および第３の光ビームに対応する走査速度で捕集するように構成される、光学検査システム。The optical inspection system according to claim 7,
In the first set of optical elements, the first light beam has the same angular scanning speed as the incident light beam, and the second and third light beams are relative to the incident light beam. different Te and to have a scanning speed of the non-linear, being configured to separate the incident light beam,
The optical inspection system includes an optical element of the second set, one of said reflected light beam and transmitted light beam, capturing in said first scanning speed corresponding to the second, and third light beams It is configured to condense, optical inspection systems. 請求項１に記載の光学検査システムであって、前記第１のセットの光学素子は、第１の光軸に沿って配置されたビーム偏光器を備え、前記ビーム偏光器は、第１の地点から第２の地点に向かうほぼ一つの方向に沿って前記走査スポットが前記基板の前記表面を移動するように、前記光ビームを偏光するように構成されている、光学検査システム。An optical inspection system of claim 1, wherein the optical element of the first set has a first beam polarizer disposed along the optical axis, the beam polarizer comprises a first point An optical inspection system configured to polarize the light beam such that the scanning spot moves on the surface of the substrate along substantially one direction from to a second point. 請求項９に記載の光学検査システムであって、前記ビーム偏光器は、所定の角度で前記光ビームを偏光させるための音響光学装置を備え、前記角度は、前記走査スポット各々の走査長を決定する要因のうちの少なくとも１つである、光学検査システム。10. The optical inspection system of claim 9, wherein the beam polarizer comprises an acousto-optic device for polarizing the light beam at a predetermined angle, the angle determining a scan length of each of the scan spots. An optical inspection system that is at least one of the factors to 請求項１０に記載の光学検査システムであって、前記走査スポット各々の前記走査長は、組み合わされて列状走査領域を形成する、光学検査システム。  The optical inspection system according to claim 10, wherein the scan lengths of each of the scan spots are combined to form a columnar scan region. 請求項１０に記載の光学検査システムであって、前記第１のセットの光学素子は、前記第１の光軸に沿って配置されたビーム分離器を備え、前記ビーム分離器は、前記光ビームを前記複数の光ビームに分離するよう構成されている、光学検査システム。  11. The optical inspection system of claim 10, wherein the first set of optical elements comprises a beam separator disposed along the first optical axis, the beam separator comprising the light beam. An optical inspection system configured to separate the plurality of light beams into the plurality of light beams. 請求項１２に記載の光学検査システムであって、前記ビーム分離器は回折格子である、光学検査システム。  13. The optical inspection system according to claim 12, wherein the beam separator is a diffraction grating. 請求項１３に記載の光学検査システムであって、前記回折格子は、前記光ビームを空間的に別個の前記複数の光ビームに分離するよう構成されている、光学検査システム。An optical inspection system of claim 13, wherein the diffraction grating, the light beam is configured to spatially separate the distinct plurality of light beams, an optical inspection system. 請求項１４に記載の光学検査システムであって、
前記各走査スポットの間隔は、前記回折格子の格子間隔に応じて定まり、
前記各走査スポットの回転位置は、前記光軸に関する前記回折格子の格子回転の角度に応じて定まる、光学検査システム。The optical inspection system according to claim 14, comprising:
The interval between the scanning spots is determined according to the grating interval of the diffraction grating,
The optical inspection system , wherein the rotational position of each scanning spot is determined according to the angle of grating rotation of the diffraction grating with respect to the optical axis . 請求項１３に記載の光学検査システムであって、前記回折格子は、透過型格子または反射型格子の一方から選択される、光学検査システム。  The optical inspection system according to claim 13, wherein the diffraction grating is selected from one of a transmission type grating and a reflection type grating. 請求項１６に記載の光学検査システムであって、前記透過型格子は、位相格子または振幅格子の一方から選択される、光学検査システム。  17. The optical inspection system according to claim 16, wherein the transmissive grating is selected from one of a phase grating and an amplitude grating. 請求項１２に記載の光学検査システムであって、前記ビーム分離器は、ビーム分離キューブである、光学検査システム。  13. The optical inspection system of claim 12, wherein the beam separator is a beam separation cube. 請求項１に記載の光学検査システムであって、前記第１のセットの光学素子は、前記光軸に沿って配置された可変倍率サブシステムを備え、前記可変倍率サブシステムは、前記走査スポットのサイズを制御するよう構成されている、光学検査システム。  2. The optical inspection system according to claim 1, wherein the first set of optical elements comprises a variable magnification subsystem disposed along the optical axis, the variable magnification subsystem comprising: An optical inspection system configured to control size. 請求項１に記載の光学検査システムであって、前記第１のセットの光学素子は、前記光軸に沿って配置された対物レンズを備え、前記対物レンズは、前記複数のビームを前記基板の前記表面に集束させるよう構成されている、光学検査システム。  The optical inspection system according to claim 1, wherein the first set of optical elements includes an objective lens disposed along the optical axis, and the objective lens transmits the plurality of beams to the substrate. An optical inspection system configured to focus on the surface. 請求項１に記載の光学検査システムであって、さらに、前記基板の前記表面が、検査平面内の少なくとも２方向に動くように前記基板を保持するためのステージを備える、光学検査システム。  The optical inspection system of claim 1, further comprising a stage for holding the substrate such that the surface of the substrate moves in at least two directions within an inspection plane. 基板の表面を検査する方法であって、
前記基板を第１の方向に運ぶ工程と、
第１の光ビームを供給する工程と、
前記第１の光ビームを複数の光ビームに分離する工程と、
前記複数の光ビームを前記基板の前記表面上の複数の空間的に別個のスポットに集束させる工程と、
前記複数の空間的に別個のスポットが前記基板の前記表面に沿って第２の方向に移動するように、前記複数の光ビームを移動させる工程と、
前記複数の光ビームが前記基板の前記表面と交差した後に、前記複数の光ビーム各々の光度を検出する工程と、
前記検出された複数の光ビームに対応する複数の走査信号を生成する工程と、を備え、
前記複数の光ビームを前記複数の空間的に別個のスポットに集束させる工程は、前記複数の空間的に別個のスポットが、互いにオフセットされてずれており、かつ、前記複数の光ビームを移動させる工程において前記複数のスポットの移動長の一部が互いに重複するように、前記複数の光ビームを集束させる、検査方法。A method for inspecting the surface of a substrate,
Carrying the substrate in a first direction;
Providing a first light beam;
Separating the first light beam into a plurality of light beams;
Focusing the plurality of light beams into a plurality of spatially distinct spots on the surface of the substrate;
Moving the plurality of light beams such that the plurality of spatially distinct spots move in a second direction along the surface of the substrate;
Detecting the luminous intensity of each of the plurality of light beams after the plurality of light beams intersects the surface of the substrate;
Generating a plurality of scanning signals corresponding to the detected plurality of light beams ,
The step of focusing the plurality of light beams onto the plurality of spatially distinct spots is such that the plurality of spatially distinct spots are offset and offset from each other and move the plurality of light beams. An inspection method for focusing the plurality of light beams so that a part of movement lengths of the plurality of spots overlap each other in the process. 基板の表面を検査するための光学検査システムであって、
光ビームを光軸に沿って照射するための光源と、
前記光軸に沿って配置された回折格子であって、前記回折格子は、前記光ビームを、前記基板の前記表面上に複数の走査スポットを形成するために用いられる複数の光ビームに分離するよう構成されており、前記走査スポットの間隔は、前記回折格子の格子間隔に応じて定まり、前記走査スポットの回転位置は、前記光軸に関する前記回折格子の格子回転の角度に応じて定まる、回折格子と、を有し、
前記回折格子は、前記複数の光ビームが、前記基板の前記表面に集束された際に互いにオフセットされてずれている複数の前記走査スポットを形成し、かつ、前記走査スポットの走査長の一部が互いに重複するように、前記光ビームを分離するよう構成されている、光学検査システム。An optical inspection system for inspecting the surface of a substrate,
A light source for irradiating a light beam along the optical axis;
A diffraction grating disposed along the optical axis, wherein the diffraction grating separates the light beam into a plurality of light beams used to form a plurality of scanning spots on the surface of the substrate. The scanning spot interval is determined according to the grating interval of the diffraction grating, and the rotation position of the scanning spot is determined according to the angle of grating rotation of the diffraction grating with respect to the optical axis. and the lattice, the possess,
The diffraction grating forms a plurality of the scanning spots that are offset from each other when the plurality of light beams are focused on the surface of the substrate, and a part of a scanning length of the scanning spot An optical inspection system configured to separate the light beams such that they overlap each other . 基板の表面を検査するための光学検査システムであって、
光ビームを光軸に沿って照射するための光源と、
前記光ビームを複数の光ビームに分離し、前記基板の前記表面と交差するように前記複数の光ビームを方向付け、前記複数の光ビームを前記基板の前記表面上の複数の走査スポットに集束させるための第１のセットの光学素子と、
前記複数の光ビームと前記基板の前記表面との前記交差によって引き起こされる複数の透過光ビームを捕集するよう構成された第２のセットの光学素子と、
前記複数の透過光ビームの個々のビームをそれぞれ受け取る個々の光検出器を備えた光検出器配列であって、前記光検出器は、前記透過光ビームの光度を感知するよう構成されている、光検出器配列と、を備え、
前記第１のセットの光学素子は、前記複数の光ビームが、前記基板の前記表面に集束された際に互いにオフセットされてずれている前記複数の走査スポットを形成し、かつ、前記走査スポットの走査長の一部が互いに重複するように、前記複数の光ビームを集束させるよう構成されている、光学検査システム。 An optical inspection system for inspecting the surface of a substrate,
A light source for irradiating a light beam along the optical axis;
Separating the light beam into a plurality of light beams, directing the plurality of light beams to intersect the surface of the substrate, and focusing the plurality of light beams onto a plurality of scanning spots on the surface of the substrate A first set of optical elements for causing
A second set of optical elements configured to collect a plurality of transmitted light beams caused by the intersection of the plurality of light beams and the surface of the substrate;
A photodetector array comprising individual photodetectors each receiving an individual beam of the plurality of transmitted light beams, wherein the photodetector is configured to sense the intensity of the transmitted light beam; A photodetector array ;
The first set of optical elements forms the plurality of scanning spots that are offset and offset from each other when the plurality of light beams are focused on the surface of the substrate; and An optical inspection system configured to focus the plurality of light beams such that a part of the scanning length overlaps each other. 請求項２４に記載の光学検査システムであって、前記第２のセットの光学素子は、検査中の前記基板を通りぬける前記透過光ビームを捕集するための透過光光学系を備える、光学検査装置。  25. The optical inspection system according to claim 24, wherein the second set of optical elements comprises a transmitted light optical system for collecting the transmitted light beam through the substrate under inspection. apparatus. 請求項２５に記載の光学検査装置であって、前記透過光光学系は、少なくともレンズ配列とプリズムとを備え、前記レンズ配列は、前記複数の透過光ビームを前記プリズムに収束させるよう構成されており、前記プリズムは、前記透過光ビームの個々のビームを前記光検出器配列の個々の検出器の方向に向けるよう構成されている、光学検査装置。  26. The optical inspection apparatus according to claim 25, wherein the transmitted light optical system includes at least a lens array and a prism, and the lens array is configured to converge the plurality of transmitted light beams on the prism. And the prism is configured to direct the individual beams of the transmitted light beam toward the individual detectors of the photodetector array. 請求項２６に記載の光学検査システムであって、前記レンズ配列は、第１の透過レンズと球面収差補正レンズとを備え、前記第１の透過レンズは、前記複数の透過光ビームを捕集して収束させるよう構成されており、前記球面収差補正レンズは、前記複数の透過光ビームの画像の質を維持するよう構成されている、光学検査装置。  27. The optical inspection system according to claim 26, wherein the lens array includes a first transmission lens and a spherical aberration correction lens, and the first transmission lens collects the plurality of transmitted light beams. And the spherical aberration correction lens is configured to maintain the image quality of the plurality of transmitted light beams. 請求項２７に記載の光学検査システムであって、前記第１の透過レンズおよび前記球面収差補正レンズは、様々な範囲の基板の厚さを補償するように、前記光軸に沿って移動される、光学検査システム。  28. The optical inspection system of claim 27, wherein the first transmission lens and the spherical aberration correction lens are moved along the optical axis to compensate for a range of substrate thicknesses. , Optical inspection system. 請求項２６に記載の光学検査システムであって、前記プリズムは、前記複数の透過光ビームの各々に対応する複数のファセットを備え、各々のファセットは、前記複数の光ビームの個々のビームを前記光検出器配列の対応する個々の光検出器の方向に向けるよう構成されている、光学検査システム。  27. The optical inspection system of claim 26, wherein the prism comprises a plurality of facets corresponding to each of the plurality of transmitted light beams, each facet receiving an individual beam of the plurality of light beams. An optical inspection system configured to be directed toward a corresponding individual photodetector of the photodetector array. 請求項２９に記載の光学検査システムであって、前記透過光光学系は、前記複数の透過光ビームの前記個々のビームを前記光検出器配列の前記対応する個々の光検出器に収束させるための第２の透過レンズを備える、光学検査システム。  30. The optical inspection system of claim 29, wherein the transmitted light optical system focuses the individual beams of the plurality of transmitted light beams onto the corresponding individual photodetectors of the photodetector array. An optical inspection system comprising the second transmission lens. 請求項２４に記載の光学検査システムであって、第２のセットの光学素子は、検査中の前記基板の前記表面から反射された光を捕集するための反射光光学系を備える、光学検査システム。  25. The optical inspection system of claim 24, wherein the second set of optical elements comprises a reflected light optical system for collecting light reflected from the surface of the substrate under inspection. system. 請求項３１に記載の光学検査システムであって、前記反射光光学系は、少なくとも第１の反射レンズとプリズムとを備え、前記第１の反射レンズは、前記複数の透過光ビームを前記プリズムに収束させるよう構成されており、前記プリズムは、前記透過光ビームの個々のビームを前記光検出器配列の個々の光検出器の方向に向けるよう構成されている、光学検査システム。  32. The optical inspection system according to claim 31, wherein the reflected light optical system includes at least a first reflecting lens and a prism, and the first reflecting lens directs the plurality of transmitted light beams to the prism. An optical inspection system configured to converge and wherein the prisms are configured to direct individual beams of the transmitted light beam toward individual photodetectors of the photodetector array. 請求項３２に記載の光学検査システムであって、前記プリズムは、前記複数の反射光ビームの各々に対応する複数のファセットを備え、各々のファセットは、前記複数の光ビームの個々のビームを前記光検出器配列の対応する個々の光検出器の方向に向けるよう構成されている、光学検査システム。  33. The optical inspection system of claim 32, wherein the prism comprises a plurality of facets corresponding to each of the plurality of reflected light beams, each facet receiving an individual beam of the plurality of light beams. An optical inspection system configured to be directed toward a corresponding individual photodetector of the photodetector array. 請求項３３に記載の光学検査システムであって、前記反射光光学系は、さらに、前記複数の透過光ビームの前記個々のビームを前記光検出器配列の前記対応する個々の光検出器に収束させるための第２の透過レンズを備える、光学検査システム。  34. The optical inspection system of claim 33, wherein the reflected light optical system further converges the individual beams of the plurality of transmitted light beams to the corresponding individual photodetectors of the photodetector array. An optical inspection system comprising a second transmissive lens for causing 請求項３１に記載の光学検査システムであって、前記第１の光学素子の一部は、前記反射光光学系に含まれる、光学検査システム。  32. The optical inspection system according to claim 31, wherein a part of the first optical element is included in the reflected light optical system. 請求項２４に記載の光学検査システムであって、さらに、前記第１および第２の光学素子の前記光学要素を制御すると共に、前記光検出器配列の前記光検出器各々から走査信号を受け取るための制御システムを備える、光学検査システム。  25. The optical inspection system of claim 24, further for controlling the optical elements of the first and second optical elements and receiving a scanning signal from each of the photodetectors of the photodetector array. An optical inspection system comprising a control system. 基板の表面を検査するための光学検査システムであって、
光軸に沿って配置された透過光光学配列であって、少なくとも、前記光軸に沿って移動するよう構成された第１のレンズおよび第２のレンズと、前記光軸に対して垂直に移動するよう構成されたプリズムと、を備え、複数の光ビームで前記基板を走査することによって形成される複数の透過光ビームを、複数の光検出器の方向に向けるよう構成されている透過光光学配列と、
前記光検出器における前記複数のビームの分離を保つよう前記透過光光学配列を制御するための制御システムであって、制御インターフェースに接続された第１のレンズ駆動部と第２のレンズ駆動部とプリズム駆動部とを少なくとも備えており、前記制御インターフェースは前記駆動部を制御するよう構成されており、前記第１のレンズ駆動部は前記第１のレンズを駆動するよう構成されており、前記第２のレンズ駆動部は前記第２のレンズを駆動するよう構成されており、前記プリズム駆動部は前記プリズムを駆動するよう構成されている、制御システムと、を備え、
前記制御システムは、前記複数の光ビームが、前記基板の前記表面に集束された際に互いにオフセットされてずれている複数の走査スポットを形成し、かつ、前記走査スポットの走査長の一部が互いに重複するように、前記複数の光ビームを射出するよう前記透過光光学配列を制御する、光学検査システム。An optical inspection system for inspecting the surface of a substrate,
A transmitted light optical arrangement disposed along an optical axis, and at least a first lens and a second lens configured to move along the optical axis and moving perpendicular to the optical axis A transmitted light optical system configured to direct a plurality of transmitted light beams formed by scanning the substrate with a plurality of light beams toward a plurality of light detectors. An array,
A control system for controlling the transmitted light optical array so as to maintain separation of the plurality of beams in the photodetector, the first lens driver and a second lens driver connected to a control interface; A prism drive unit, wherein the control interface is configured to control the drive unit, and the first lens drive unit is configured to drive the first lens, A control system configured to drive the second lens, the prism driving unit configured to drive the prism , and
The control system forms a plurality of scanning spots that are offset and shifted from each other when the plurality of light beams are focused on the surface of the substrate, and a part of the scanning length of the scanning spot is An optical inspection system that controls the transmitted light optical array to emit the plurality of light beams so as to overlap each other . 請求項３７に記載の光学検査システムであって、前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記プリズムとは、それぞれ、公称の位置を有しており、前記公称の位置は、少なくとも部分的に、前記複数のビームの倍率レベルに基づいている、光学検査システム。  38. The optical inspection system according to claim 37, wherein each of the first lens, the second lens, and the prism has a nominal position, and the nominal position is at least An optical inspection system based in part on a magnification level of the plurality of beams. 請求項３７に記載の光学検査システムであって、前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記プリズムとは、それぞれ、公称の位置を有しており、前記公称の位置は、少なくとも部分的に、前記基板の厚さに基づいている、光学検査システム。  38. The optical inspection system according to claim 37, wherein each of the first lens, the second lens, and the prism has a nominal position, and the nominal position is at least An optical inspection system based in part on the thickness of the substrate. 請求項３９に記載の光学検査システムであって、前記第１のレンズと前記プリズムとの前記公称の位置は、検査される基板各々に対してキャリブレーションされ、前記キャリブレーションされた位置は、少なくとも部分的に、計測されたクロストークの値に基づいている、光学検査システム。  40. The optical inspection system of claim 39, wherein the nominal positions of the first lens and the prism are calibrated with respect to each substrate to be inspected, and the calibrated position is at least An optical inspection system based in part on the measured crosstalk value. 請求項４０に記載の光学検査システムであって、前記キャリブレーションは、オペレータからの情報または支援なしに、自動的に実行される、光学検査システム。  41. The optical inspection system of claim 40, wherein the calibration is performed automatically without information or assistance from an operator. 請求項３７に記載の光学検査システムであって、前記第１のレンズは、検査中に前記基板の前記表面を追跡するよう構成されている、光学検査システム。  38. The optical inspection system of claim 37, wherein the first lens is configured to track the surface of the substrate during inspection. 請求項４２に記載の光学検査システムであって、前記追跡は、オペレータからの情報または支援なしに、自動的にキャリブレーションおよび実行される、光学検査システム。  43. The optical inspection system of claim 42, wherein the tracking is automatically calibrated and performed without information or assistance from an operator.
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