JP5230730B2 - 裏面照射型線形センサーを使用する検査システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に光学イメージング、さらに詳細には顕微鏡的イメージング、検査、及びリソグラフィー用途のための光学システムに関連する。

光学のシステムおよび電子システムの多くは、試料表面上の特徴（フィーチャー）を検査或いは撮像し、欠陥を決定する能力を有する。試料は半導体ウエハー或いはフォトマスク、および一部組み立てた、集積回路を含むことができる。係る試料上の欠陥は、サイズが比較的小さいことがあり、例えば、粒子、引っ掻き傷、プロセス変動、繰り返しパターン欠陥などのような試料表面にランダムに局限された欠陥形式をとり得る。係る欠陥は、通常ウエハー自体より７桁以上も小さい。

これらの顕微鏡的な欠陥に対して試料を検査する技術及び装置は一般に従来技術で利用可能で、カリフォルニア州サンノゼ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ株式会社から入手可能な製品を含めて、種々市場で入手できる製品が実在する。

実質上どのタイプの検査システムあるいは技術も迅速に、しかも効率的に欠陥を検知することを目標としている。益々小型化する試料表面上の特徴と新しい材料および新しい製造工程の使用と共に、より新しく、微細な欠陥の検出が要求されている。さらに、検査位置に試料を取り付け、取り外し、欠陥を分析するまで、できるだけ短時間で表面を急速に検査することも好ましい。より小さな特徴の存在下の、係る速度要件は、試料の問題点を正確にしかも適切に見出すように、利用可能なシステムおよび技術の連続的な改良を必要となる。

これらのタイプの光学検査システムは、線形センサーを含むが、これらに限定されない精巧なセンサーを使用することができる。線形センサーは、一般に、試料からの照射ラインのようなデータ・ラインを受け取るよう位置したラインに沿って配置された複数の検出要素である。線形センサーは、様々な照射モードにおいて、他のタイプのセンサーに比べて、特に暗視野或いは指向性暗視野検査モードで、試料検査システムおよびフォトマスク・システムの処理能力を向上できる。

現在暗視野検査で使用する、利用可能な線形センサーは、かなり高速で作動する。係る線形センサーでは、照射は、稼動中のセンサー要素はもとより、装置の電気的性能を決定する層とゲート構造上に入射される。正面照射として知られている係る構成は、生じた表面が、高率で安定した量子効率を含む光学的性能と、例えば高速、且つ効率的な安定した電荷輸送のような電気的性能の両者を、一般に、完全には最適化することができないので、問題があることがある。係る装置は、亦、特に高度に持続したデータ転送速度用途（多用条件）で、長期の紫外および深紫外光損害を受け易くなることがある。高度に持続したデータ転送の適用では、該センサーには、分光学のような紫外線で（ＵＶ）及び深紫外線（ＤＵＶ）に適合するセンサーの通常の科学的用途よりはるかに高度の性能要件が求められる。設計技術および性能の両者を満たすよう様々試みられたが、問題のすべてを解決するには至っていない。

画素サイズあるいはアスペクト比は、線形センサーの作動速度を限定し得る画素の長さ対幅比率が大きく、ポテンシャルが一様デバイスでは、画素から電荷放出に必要な時間は、次の式（１）により、画素長さと共に増加し得る：

Ｑ（ｔ）＝（８／π² ）＊Ｑ₀＊Ｅｘｐ（−（π²／４）＊Ｄｎ＊ｔ／Ｌ²）
・・・（１）

ここで、Ｑは画素の信号電荷、Ｑ₀ は時間０時の最初の電荷量、Ｄｎは材料の電荷移動度と関連する拡散定数、Ｌは画素の長さである。この方程式は、ＡｌｂｅｒｔＪ．Ｐ．Ｔｈｅｕｗｉｓｓｅｎの「電荷結合素子に依る固体物理イメージング」”Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ，”１９９５年、ＩＳＢＮ、０−７９２３−３４５６−６、２８頁に見出すことが出来る。

その結果、より長い画素或いはより長いアスペクト比の画素は、長さの２乗依存性に依って信号電荷をすべて集めるのにはるかに長い時間を要することがある。これはイメージ残像と呼ばれる現象に帰着でき、高速検査適用でセンサーの性能を低下させる。この試算は、最悪の場合の仮定を使用しているが、非常に高感度が必要な場合の小さな信号、あるいは大きな画素であって最大限使用されていない場合に有効である。前面照射型型の画素がゲートでカバーできない深紫外（ＤＵＶ）検査では、広い領域に亘って画素内のポテンシャルを変動させることは難しい。

暗視野検査では、通常、レーザ光エネルギーのような散乱光に起因する明るい前景特徴を備えた暗い背景を生成する。目的とする欠陥の中には、背景に非常に近い輝度を有することがあるが、暗視野技術を使用して検査した特徴は、背景より１０００倍も強烈であり得る。ある種の特徴からの明るい信号は、ブルーミング（溢出）と言われる効果で、飽和に達し、隣接画素へ溢出し得る。

有効なブルーミング防止能力がないと、線形センサーは、高速暗視野の紫外暗視野検査の用途に不適になることがある。

半導体ウエハー或いはフォトマスク、および一部組み立てた集積回路検査を含む試料検査装置と共に使用し、従来公知の検出設計にある前記の欠点を克服した、線形センサーを提供することは、有益であろう。さらに、ここに記述し欠点を示す装置の機能性を改善した、検出方式および全面的な光学検査システム設計を提供することは有益であろう。

本設計の第一の態様によれば、試料表面に集光されたラインに対して傾斜した入射角度で集光されたビームに、放射ビームを集光させるよう構成された光学装置と、直線的に整列した複数の画素で形成したイメージング領域とを含む、裏面照射型線形センサーとを有する試料検査装置が提供される。画素はすべて単一のポリシリコン・ゲート層、該ポリシリコン層に隣接して生成された酸化物層、その酸化物層に隣接するｎ−型材料、及びそのｎ−型層に隣接して生成されたｐ型の材料でカバーされる。ゲート領域の相対する全両端に沿って二つの定電圧を印加すると、各画素内で電子が蓄積領域に向かって前進する。この前進は、印加ゲート電圧からのほとんど一定で連続的な電界によって促進される。ゲートの伝導率については、必要な電流を最小限に止め、したがって電力消費を管理可能なレベルに維持する一方、電界を均一に維持するよう選択できる。ポリシリコン・ゲートは、伝導性材料をドープするか上塗りして、必要な伝導率を達成することができる。

本設計の第二の態様によれば、直線的に整列した画素のアレイを有するセンサーを使用して、試料を検査する方法が提供される。この方法は、試料から反射された光エネルギーを前記装置の裏面で受け、該装置の前面近傍の画素のポテンシャル・ウエルに集めるように各画素を配向させ、検出装置を構成することを含む。各画素の領域の両端に階段的に複数の定電圧を印加すると、その後、電子は、各画素内で蓄積領域に向って前進するかドリフトする。この前進は、印加ゲート電圧からの横電場で向上する。

本発明は、上記の他、以下の適用例として実現することも可能である。
［適用例１］試料検査装置であって、
試料表面に集光されたラインに対して傾斜した入射角度で集光されたビームに、放射ビームを集光させるよう構成された光学装置と、
該集光されたラインを介して光エネルギーを受けるよう構成された裏面照射型線形センサーとを有し、
該裏面照射型線形センサーは、
直線的に整列した画素のアレイであって、該画素の裏面から光エネルギーを受けるよう構成されポリシリコンゲート層を有し、該ポリシリコンゲート層は、それに少なくとも一つの比較的低い電圧が印加され、また、それに少なくとも一つの比較的高い電圧が印加されるように構成され、電荷が該ポリシリコンゲート層の低い電圧領域から、該ポリシリコンゲート層のより高い電圧領域に前進する
検査装置。
［適用例２］前記ポリシリコン層は、前記画素の全露出領域をカバーする、単一の連続ポリシリコンゲートを有していて、該単一の連続ポリシリコンゲート上に亘って比較的連続な電圧ランプが提供されている適用例１記載の試料検査装置。
［適用例３］前記ポリシリコンゲート層は、前記画素の全露出領域をカバーする、複数のポリシリコンゲートで形成された、電圧プロフィールを有する適用例１記載の試料検査装置。
［適用例４］前記ポリシリコン層に印加した電圧は、電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールが一つの画素の第１の側から該画素の第２の側の連続電圧ランプを有する適用例２記載の試料検査装置。
［適用例５］前記ポリシリコン層に印加した電圧は、電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールは、一つの画素の第１の側から該画素の第２の側に増加する、複数の個別電圧ポテンシャルを有する適用例３記載の試料検査装置。
［適用例６］オーバーフローゲートの電圧を用いて、前記画素のウエル容量をゼロ容量から最高容量まで調節可能に設定する適用例１記載の試料検査装置。
［適用例７］検査装置に使用のために整列したセンサーを用いて試料を検査する方法であって、該センサーが、直線的に整列した画素のアレイを有し、該方法が
試料から反射された光エネルギーを該画素の裏面で受けるように各画素を配向させる工程と、
各画素の少なくとも二つの領域両端に複数の電圧を印加し、電子を各画素内で蓄積領域に向けて前進させ、当該前進は、第１印加電圧から第２印加電圧に移動する電子によって起こされる工程とを有する検査装置。
［適用例８］前記複数の電圧の印加は、画素両端に、第１印加電圧から第２印加電圧までの実質的に連続する、直線的電圧プロフィールを形成する工程を有する適用例７記載の方法
［適用例９］単一の連続する、部分的に抵抗性ゲートが少なくとも一つの画素上の画素領域及び絶縁層をカバーし、それによって該画素の第１領域から該画素の第２領域まで連続直線的電圧ランプを有する試料基板電圧プロフィールを与える工程を有する適用例７記載の方法。
［適用例１０］複数のゲートが少なくとも一つの画素上の画素露出領域をカバーし、一つの画素の第１側から前記一つの画素の第２側に連続的に増加する複数の個別的電圧ポテンシャルを有する電圧プロフィールを形成する工程を有する適用例７記載の方法。
［適用例１１］前記センサーは、電子を電荷蓄積領域に向かって、電子を収集するように流すのに充分な電圧ポテンシャルに設定した各画素のための電荷蓄積領域を有し、該方法がさらに、
該電荷蓄積領域に収集された電荷を測定する工程を有する適用例７記載の方法。
［適用例１２］前記センサーの少なくとも一つの画素は、比較的に明るい照射を受ける特定の画素を飽和するかもしれない電子を収集するように構成した、ブルーミング防止ゲート領域を有する適用例７記載の方法。
［適用例１３］前記センサーの少なくとも一つの画素は、ブルーミング防止ゲート領域で蓄積した電子を収集するように構成した、ドレイン領域を有する適用例７記載の方法。
［適用例１４］前記連続的電圧は、傾斜を有し、該方法は、さらに
該電圧の傾斜を変化させ、それによって画素両端の電子の流れを制御する工程を有する適用例１０記載の方法。
［適用例１５］ゲート電圧を変化させることは、該画素内の電子流速を変える適用例１１記載の方法。
［適用例１６］ゲート境界電圧を変化させることは、該画素内の電子流速を変える適用例１０記載の方法。
［適用例１７］オーバーフローゲート電圧を変化させることは、該画素全体のウエル容量をゼロ容量から最高容量まで所望のレベルに設定する工程を有する適用例１０記載の方法。
［適用例１８］試料検査装置に使用するように構成された裏面照射型線形センサーであって、該裏面照射型線形センサーは、直線的に整列した複数の画素で形成したイメージ領域を有し、各画素が、
ポリシリコン・ゲート層、
該ポリシリコン層に隣接して生成された酸化物層、
該酸化物層に隣接するｎ−型材料、及び
該ｎ−型層に隣接して生成されたｐ型の材料を有し、
エネルギーが試料から先ず該ｐ型の材料を通して、次いでｎ−型材料に受け取られ、さらに、電荷は、該ｎ−型材料を通して、該画素の第１電圧領域から正電位がより高い領域に、進むセンサー。
［適用例１９］該ポリシリコン層は、低電圧が印加される領域と高電圧が印加される領域を有し、さらに、該ポリシリコン層を通して進む電荷を収集するのに使用され蓄積領域を有する適用例１８記載の裏面照射型線形センサー。
［適用例２０］該センサーは、試料から反射された紫外光を受ける適用例１８記載の裏面照射型線形センサー。
［適用例２１］試料検査装置に使用するように構成された裏面照射型線形センサーであって、該裏面照射型線形センサーは、
直線的に整列した画素のアレイであって、
該画素の裏面から光エネルギーを受けるように構成されポリシリコンゲート層を有し、該ポリシリコンゲート層は、それに少なくとも一つの比較的低い電圧が印加され、また、それに少なくとも一つの比較的高い電圧が印加されるように構成され、電荷が該ポリシリコンゲート層の低い電圧領域から、該ポリシリコンゲート層のより高い電圧領域に前進するセンサー。
［適用例２２］前記ポリシリコン層は、前記画素の全露出領域をカバーする、単一の連続ポリシリコンゲートを有していて、該単一の連続ポリシリコンゲート上に亘って比較的連続な電圧ランプが提供されている適用例２１記載のセンサー。
［適用例２３］前記ポリシリコンゲート層が、前記画素の全露出領域をカバーする、複数のポリシリコンゲートで形成された、電圧プロフィールを有する適用例２１記載のセンサー。
［適用例２４］前記ポリシリコン層に印加した電圧が電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールは、一つの画素の第１の側から該画素の第２の側の連続電圧ランプを有する適用例２２記載のセンサー。
［適用例２５］前記ポリシリコン層に印加した電圧が電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールがは、複数の、一つの画素の第１の側から該画素の第２の側に増加する、個別電圧ポテンシャルを有する適用例２３記載のセンサー。
［適用例２６］オーバーフローゲートの電圧を用いて、前記画素のウエル容量がゼロ容量から最高容量まで調節可能に設定される適用例２１記載のセンサー。
［適用例２７］前記センサーの少なくとも一つの画素は、比較的に明るい照射を受ける特定の画素を飽和するかもしれない電子を収集するように構成した、ブルーミング防止ゲート領域を有する適用例２２記載のセンサー。
［適用例２８］前記センサーの少なくとも一つの画素は、裏面薄化され、該センサーの複数の画素が直線的に整列し、計測作業を行なうように構成されている適用例２３記載のセンサー。
［適用例２９］前記センサーの画素は、比較的に高速度の試料検査が達成できる、アスペクト比が長い画素である適用例２１記載のセンサー。
本発明のこれら及び他の利点は、次の本発明の詳細な記述および添付図面から、当業者に明白になるであろう。

本発明は、添付図面の図中で、限定ではなく例として以下図解する。
アスペクト比が長い画素を備えた、典型的な高速線形センサーの断面図である。 前面照射型線形センサーで典型的に使用される画素の横断面図である。 線形センサーを使用する検査システムおよび光路を示す説明図である。 裏面照射型型線形センサー画素の横断面図である。 本設計に従う裏面照射型型線形センサーの画素の上面図である。 本設計に従う裏面照射型線形センサーの露出領域上の単一の連続的ポリシリコン・ゲートを示す説明図である。

本発明によれば、露出領域全体の電圧プロフィールの制御を促進するために露出領域上の一つ或いはそれ以上のゲートを用いる、裏面側照射線形検出装置を含む検査装置がが提供される。本設計では、試料から反射された光エネルギーを前述の装置の裏面で受け、該装置の前面近傍の画素のポテンシャル・ウエルに集めるように、各画素を配向させ、検出装置を設定する。各画素の領域の両端に階段的に複数の定電圧を印加すると、その後、電子は、各画素内で蓄積領域かゾーンに向けて前進するかドリフトする。この前進は、印加ゲート電圧からの横電場で向上する。

本設計は、特に、検査と計測システムに適用可能である。実装は、単一ゲート実装あるいは複合ゲート実装であって、いずれの場合も連続電圧ランプ（傾斜）を生成する。本設計は、半導体検査のような検査および計測への適用に特に適合した、裏面が薄型化された線形アレイ・アーキテクチャを使用する。画素アレイにはブルーミング防止が施され、あるオリエンテーションでは、複数の画素が、ある場合では、画素がすべて線形に整列する。ここで提供されるもののようにアスペクト比が長い画素を備えたセンサーは、半導体ウエハーのような試料の高速検査を達成できる。

裏面照射型線形センサーは、直線的に整列した複数の画素で形成したイメージング領域を含む。画素はすべて単一のポリシリコン・ゲート層、該ポリシリコン層に隣接して生成された酸化物層、その酸化物層に隣接するｎ−型材料、及びそのｎ−型層に隣接して生成されたｐ型の材料でカバーされる。ゲート領域の相対する全両端に二つの定電圧を印加すると、各画素内で電子が蓄積領域に向かって前進する。ゲートの伝導率については、必要な電流を最小限に止め、したがって電力消費を管理可能なレベルに維持する一方、電界の均一性を維持するよう選択できる。ポリシリコン・ゲートは、伝導性材料をドープするか上塗りして、必要な伝導率を達成することができる。

本設計は、走査或いは検査の用途に使用する従来公知の線形センサーの設計に勝る改良点を提供できる。

本設計に従って、様々な検査モードが、その用途と状況により、線形センサーが好結果を提供する、暗視野検査、指向性暗視野検査、およびその他のモードを含むが、これらに限定されずに使用できる。

前面照射型線形センサー：
図１は、現在利用可能な前面照射型線形センサー１００を示す。図１から、任意の長さの個々の画素１０１の一次元アレイが、線形センサー１００用のイメージング領域１０２を形成する。この一次元アレイ中の各画素１０１は、画素幅１０３および画素高さ１０４を備える。現在の最先端技術の線形センサーは、画素高さ１０４を画素幅１０３よりはるかに大きくするように構成することができる。この画素構成では、焦点ライン１０５を余り正確に線形センサー１００上に位置決めする必要がなくなる。

一部組み立てした集積回路の検査を含む試料検査には、種々の異なる検査モードがある。線形センサー１００を高速検査で使用するのに適切なのは、暗視野検査モード、指向性暗視野検査モード、および他の検査モードで使用される場合である。指向性暗視野検査モードでは、試料を検査する目的に光エネルギーの反射を使用して実行できる。典型的な配置では、レーザー・ビームあるいは他の照明源で試料表面（例えば半導体ウエハー）を照射する。試料表面は線形センサー１００上に光を反射し、また、光が線形センサー１００を含む個々の画素１０１の一次元のアレイに衝突する箇所では、そのセンサーは光電子を生成することができる。

暗視野検査用の線形センサーは高速で作動し、高いダイナミックなレンジを有する。高速作動で、低検査コストで出来るだけ多くの試料の検査が可能になる。

これは、加工寸法（ｆｅａｔｕｒｅ ｓｉｚｅ）が縮小し、高感度検査が要求されるとともに、特に重要である。高感度暗視野検査については、高いダイナミックレンジを備えた線形センサーも要求される。

暗視野検査モードは、エッジ、小さな粒子、および不規則な表面からの散乱を検知するために主に使用される。例えば、滑らかで平なエリアは、光をほとんど散乱せず、その結果暗いイメージになる。どんな表面のフィーチャ、粒子あるいは水平な領域上から突出する対象物も、光を散乱し、明るい領域或いは領域を形成成する。暗視野検査モードでは、受けた光エネルギーを散乱し易い、小さなフィーチャによって大きな信号が出る。この大きな信号で、与えられた加工寸法についてより大きなセンサー・画素１０１が使用できるので、より高速な試料検査が可能となる。

暗視野検査は、フーリエ・フィルタリング法を用いて使用できる。フーリエ手法を使用して、繰り返しパターンを示す試料をフィルターすると、繰り返しパターンに関連したエラーまたは偽の欠陥を最小限にすることができ、欠陥信号対雑音比を向上させることができる。

指向性暗視野検査モードは様々な構成で使用することができる。使用する構成は、通常直面し、或いは予想した特有のタイプの欠陥によって決まる。最も一般的な構成は、時にレーザ指向性暗視野と言われるもので、一つ或いはそれ以上のレーザを使用して、高い入射角で試料を照射するのである。ある構成では、レーザは、単一の要素検出器上にイメージされた単一のスポットに焦点を合わせる。しかし、この構成の使用は、非常に時間がかかり、各検査のコストが増加するので、試料の検査には問題である。更に、単一スポット検査は、高速度に上げるのが難しいので、問題である。検査速度を増加させる一つ方法は、サンプル上のラインにレーザを集光させて、このラインをセンサーの直線的アレイ上にイメージさせることである。ライン焦点１０５を線形センサー１００に使用するこの方法によって、指向性暗視野検査モードが、実際上多数の検出要素を平行して作動できるのである。

図２は、前面照射型線形センサー２００に通常使用される画素の横断面を示す。この図では、画素は、画素幅２０３を有する。光エネルギーは前面の照射源２０１から受ける。光電子（図２に図示せず）は、ＵＶ照射で、ｎ−層２０２の表面近くで吸収される傾向がある。前面照射２０１が前面照射型線形センサー２００を形成する画素アレイに適用されると、電荷は、電子形式で、ｎ−型材料２０２へＰ型材料２０５によって形成されたポテンシャル・ウエル中に移動する。Ｐ＋型材料２０６は、ポテンシャル障壁をもたらし、電荷が隣接した画素に移るのを防ぐ。この領域のうちのどれかが、酸化物上をポリシリコンあるいは他の伝導性のゲートでカバーされている場合、近可視光とＵＶ照射はそのゲートで強く吸収され、画素の収集ウエルに到達しないであろう。

前面照射型センサーは比較的肉厚の酸化物および窒化物面２０４を使用して構成される。生じた表面が反射し、量子効率が比較的低く、反射防止膜を加えて改善するのが難しいことがあるので、これらの表面は問題になる得る。前面照射型線形センサーも紫外及び深紫外光損傷を受けやすい。通常の前面照射型線形センサーは、最適の量子効率を示さず、対損傷抵抗がない。さらに、前面照射型センサー上のゲートは、通常紫外および暗視野紫外光を吸収する材料で生成されている。

装置の損傷感度は、酸化物ゲートに穴を打ち抜くなどでゲートを開放することで修正できる。このアーキテクチャ上の変更で、紫外線の範囲の量子効率を若干改良ができるが、開放面積は、酸化物層の非常に小さい直径の穴のように、比較的に小さくなければならないので、量子効率は依然として限定されている。

性能を向上する他の試みは、それに関連して、性能にマイナスの様相をもたらすことがある。例えば、前面照射型線形センサーの面積を増大すると、性能が落ちる。更に、前面照射型線形センサーに必要な構造が紫外光安定性を限定し得る。

線形センサー２００はブルーミングし易い。ブルーミングが生じるのは、光電子が画素を飽和し、隣接した画素或いは電荷移動構造へ「溢出」する、明るい照射源を使用する場合である。深紫外光感度および高速最適化のために必要とされる設計上の制約の附加後では、検査用途に使用する線形センサーは、ブルーミング防止構造部を実装するのに柔軟性が限定される。

これらの理由のために、係る線形センサーにブルーミング防止能力を含めるのは不可能でないとしても、困難なことがある。

図３は、単一のイメージング中継および線形のＣＣＤセンサー３２を使用する、従来の半導体ウエハー検査システムを示す。システム１０は、検査すべき表面１８上、ライン２０の形でエリアを照射するために、平行光ビーム１４を集光ビーム１６へ集光させるのに、円筒状のレンズ１２のような円筒状の対物レンズを含む。ビーム１４、したがって、さらに集光ビーム１６亦、斜入射角で表面１８へ向けられる。ライン２０は、実質的に集光ビーム１６の入射面、即ちその入射する平面中にある。ビーム１６の入射面は、ビーム１６および面１８への方向２２のような垂直方向を含み、ビーム１６を通る共通面で定義される。照射ライン２００がレンズ１２の焦点面にあるためには、円筒状レンズ１２の主要な面が実質的に、面１８に平行に成るように向けられるのである。このラインのイメージは、ＣＣＤら３２の直線的アレイのような検出器のアレイにイメージング・サブシステム３０で集光される。直線的アレイ３２はライン２０と平行であってもよい。

図３のサブシステム３０は、ライン２０に実質的に垂直な光学軸３６を有するので、直線的ＣＣＤアレイ３２の中心部分が、ビーム１６の入射面に実質的に垂直な面にある。光学軸３６を、ライン２０の真上の位置を含めて係る平面内の任意の方向へ向けてもよい。そのような場合、アレイ３２もライン２０の真上になる筈である。アレイ中の各検出器がライン２０の対応する部分からの光を検知するように、イメージング・サブシステム３０は、ＣＣＤアレイ３２の対応する検出器にライン２０の一部のイメージを投影する。ライン２０の長さは、平行にされた入力ビーム１４のサイズおよびレンズまたはレンズの組み合わせ１２の物理的な開口度によってのみ限定されている。ライン２０の長さをコントロールするには、点線で示すオプションのエキスパンダー３４を、ライン２０の長さをコントロールするよう、ビーム１４の直径をコントロールするのに使用してもよい。

図３で、システム１０の照射および収集部分、両者は静止していて、表面１８は、ライン２０が全表面をカバーするため、螺旋軌道で表面１８を走査するように、方向５２に沿って移動される軸５０の周りに回転する。

図３に示すような配置では、照射はウエハー表面１８の近くのライン・パターン中に集光される。ウエハー表面１８から散乱された光は、１つ或いはそれ以上の光学の中継によって集められ、１つ或いはそれ以上の、図３のセンサー３２に類似した位置にある線形センサーにイメージされる。各中継および線形センサーは検出器チャンネルを含む。より一般的な場合では、１つの中継を多数の線形センサーと共に使用してもよい。

裏面照射型線形センサー：
図４は、本設計に従った裏面照射型線形センサー４００の画素横断面を示す。

この図では、画素は画素幅４０３を備えている。光はソースから裏面照射４０１として入り、光電子（図４で図示せず）が、画素のｎ−領域４０２に蓄積することができる。これらセンサーの前面は、図２で示した前面照射型線形センサーに類似する酸化物表面４０４で構成し、各画素について１つ或いはそれ以上のポリシリコンを組み込む。この構造で、ポリシリコン・ゲートへ電圧ポテンシャルが印加できる。この印加電圧ポテンシャルは、電荷（つまり電子）がＰ型材料４０６からｎ−型材料４０２へ所望の方向へ移動するのを促進することができる。これらの開示以上のＰ，ｎ−，及びＰ＋材料の性能及び他の属性は一般に同業者に既知であるが、ここでの、議論に特に関係がなく、簡潔さのために省略する。

図５は、本設計に従った裏面照射型線形センサー５００用画素の上面図を示す。この図で、該画素は画素高さ５１０および画素幅５１１を有する。この配置で、該システムは、５０２で印加した電圧ポテンシャルＶ２より正電位が低いポリシリコン・ゲート（図５に示さず）に、５０１で、電圧ポテンシャルＶＩを印加する。一般に、電圧Ｖ２がライン５２１に沿って印加されれている一方、図５のＶ１に隣接する画素のラインは、それに、即ちライン５２０に沿ってＶ１が印加される。この電圧差は、領域５０３の電子を、ライン５２１でより高い電圧ポテンシャルＶ２へ移動させる傾向がある。さらに、ライン５２１における電圧ポテンシャルＶ２は、ライン５２２における電圧ポテンシャルＶａｃｃより正電位が低い。同様に、これらの二つの領域間の電圧差は、電荷蓄積領域５０５に電子を移動させるかもしれない。本設計では、前面側ゲートおよび誘電性構造部の最適化およびレイアウトは、深紫外量子効率および安定性のような、重要な光学パラメーターに事実上依存しない。

本設計の別の実施形態は、選択的なブルーミング防止ゲート５０６及びドレイン５０８を含んでもよい。ブルーミング防止ゲート５０６は、明るい信号の適用に起因することがある、飽和と隣接した画素への溢出を防ぐ。５０７でのゲートポテンシャルＶａｂを十分高くセットでき、それにより、さもなければ次か、隣接した画素に溢出する筈の領域５０３の過剰電子は、その代わり、ドレーン５０９に蓄積する。そのドレーン・ポテンシャルＶｄは、電荷がブルーミング防止ゲート５０７を超えてドレーン５０９へ移動するように、Ｖ２ ５０２より正電位を十分に高く設定すべきである。

図６は、画素の露出領域全体上に単一の連続的なポリシリコン・ゲート６０１を組込んでもよい、裏面照射型線形センサー６００用画素の上面図を示す。この配置では、ポイント６０２の電圧ポテンシャルＶ１は、このアレイ中の各画素の１つの側面あるいは領域に於いて、単一の連続的なポリシリコン・ゲート６０１に印加できる。このシステムは、添付したグラフであｈ、ポイント６０３で、ライン６２１で電圧ポテンシャルＶ２を印加できる。電圧Ｖ１は、ライン６０２で、単一の連続的ポリシリコン・ゲート６０１に印加できる。この配置では、本設計は、画素のある側から反対側まで連続的な電圧ランプ６０４を形成できる。

これで、ゲート構造が、本装置の光学特性に影響せずに、前面の画素全体をカバーできる。

本設計で、「ライン」に電圧が印加されると検討しているが、ここに記載の画素とアレイは三次元の構成であることを理解すべきであり、電圧を、三次元の面を持つ薄膜に亘り、ワイヤの両端、或いは、単に画素端或いは領域のポイントに印加できることが判る。更に、電圧は画素上の一つ或いは複数のポイントに印加して、ここに検討及び示唆したプロフィールを作成することができる。したがって、電圧印加に関連してここで使う、用語「ライン」は、決して限定することを意図していない。

本設計の電圧ランプ６０４は、通常ポイント６０２の電圧Ｖ１からポイント６０３の電圧Ｖ２まで画素高さ６０７と共に、直線的に増加してよい。印加された連続的な電圧ランプ６０４は、通常、ポイント６０５で示す電子を電荷蓄積領域６０６に向けて移動させ、そこで、電荷を測定し、或いは読み出すことができる。

本設計では、アレイ中の各画素の両側間の電圧ポテンシャルの差分を規制することで、電圧ランプ６０４の傾斜を変えることができる。Ｖ１とＶ２間の電圧ポテンシャルの差を増加させると、電圧ランプ６０４を表わすラインの傾斜を増加させることになる。同様に、Ｖ１とＶ２間の電圧ポテンシャルの差を減少させると、電圧ランプ６０４を表わすラインの傾斜を減少させることになる。これらの二つの電圧ポテンシャル間の差を規制すると、電圧ランプ６０４の傾斜を広範囲にすることが出来、従って各画素の一方の側から画素の反対側に電子が移動する速度を規制することができる。

更に、直線形の電圧変化が示されているが、画素の表面に印加された電圧を交互にすることにより他の変化が形成できるかもしれない。また、領域６３０および６４０がブルーミング防止特性およびドレーン特性を提供できるが、これらの領域は、図６および図５、並びに本設計のすべての実施形態でオプションである。

本設計は、代わりに、個別の電圧ポテンシャルで表わされ、各電圧ポテンシャルが隣接したゲートと比べて、値が僅かに異なる電圧プロフィールを備えた多数のゲートを使用することができる。ステップ電圧は、線形ランプに近似するが、電荷トラップ及びプロセス誘導によるゲート依存性固定電荷からの電圧オフセットのような、デバイスの変動性により敏感な、線形センサーでドリフト・フィールドが消失する定電位領域になってしまう。高速検査および計測用途のための本設計は、線形センサーに関連したイメージ残像を縮小するのに最適な、線形の連続的な電圧ランプ６０４を使用する。

裏面照射型を使用するとＰ，ｎ−， 及び酸化物層に、こに示したような実現電圧プロフィールを与えることができ、ここに示すように、画素から電荷蓄積領域への電荷の比較的迅速な転移を可能にできる。イメージ残像の減少はここに示した裏面照射型および構成に起因する。

以前に概説された検査方式設計は裏面薄化（バックシンド、裏面入射型）線形センサーを使用する。デバイス薄型化は、通常検査およびセンサー技術で既知であって、一般に化学的或いは機械的な方法を使用して、基板の裏面から物質を除去することを含む。裏面の薄型化は全面的な光感度を増強することができ、紫外光エネルギーに対する感度を大きく向上させることができる。

ここに提出した設計及び示した特定の形態は、限定するための意図が無く、代わりのコンポーネントを含め得るが、尚且つこの発明の教示および利点を採用すること、即ち、アレイ中の複数の直線的画素内、電子電荷を移動させ、１つの連続的な抵抗ゲート、或いは複数の高伝導性あるいは抵抗ゲートを使用して生成した電圧プロフィールを使用して、裏面照射型線形センサーを形成することである。本発明は、このようにその特定の実施形態に関連して記載してきたが、本発明はさらに修正可能であることが理解されるであろう。本出願は、一般に本発明の原理に従い、この発明が関連する技術における既知且つ一般の慣行に入るような、本開示からの係る逸脱を含む、この発明の如何なる変形、使用、あるいは改作も包含するよう意図する。

Claims (29)

1. 試料検査装置であって、
   試料表面に集光されたラインに対して傾斜した入射角度で集光されたビームに、放射ビームを集光させるよう構成された光学装置と、
   該集光されたラインを介して光エネルギーを受けるよう構成された裏面照射型線形センサーとを有し、
   該裏面照射型線形センサーは、
   直線的に整列した画素のアレイであって、該画素の裏面から光エネルギーを受けるよう構成されポリシリコンゲート層を有し、該ポリシリコンゲート層は、それに少なくとも一つの比較的低い電圧が印加され、また、それに少なくとも一つの比較的高い電圧が印加されるように構成され、電荷が該ポリシリコンゲート層の低い電圧領域から、該ポリシリコンゲート層のより高い電圧領域に前進し、前記ポリシリコンゲート層は前記画素の全露出領域をカバーする第１のポリシリコンゲートを備える
   検査装置。
2. 前記画素の全露出領域をカバーする前記第１のポリシリコンゲートは、単一の連続ポリシリコンゲートを有していて、該単一の連続ポリシリコンゲート上に亘って比較的連続な電圧ランプが提供されている請求項１記載の試料検査装置。
3. 前記画素の全露出領域をカバーする前記第１のポリシリコンゲートは、複数の第２のポリシリコンゲートを有する請求項１記載の試料検査装置。
4. 前記ポリシリコン層に印加した電圧は、電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールが一つの画素の第１の側から該画素の第２の側の連続電圧ランプを有する請求項２記載の試料検査装置。
5. 前記ポリシリコン層に印加した電圧は、電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールは、一つの画素の第１の側から該画素の第２の側に増加する、複数の個別電圧ポテンシャルを有する請求項３記載の試料検査装置。
6. オーバーフローゲートの電圧を用いて、前記画素のウエル容量をゼロ容量から最高容量まで調節可能に設定する請求項１記載の試料検査装置。
7. 検査装置に使用のために整列したセンサーを用いて試料を検査する方法であって、
   該センサーが、直線的に整列した画素のアレイを有し、該画素の裏面から光エネルギーを受けるよう構成されポリシリコンゲート層を有し、該ポリシリコンゲート層は、それに少なくとも一つの比較的低い電圧が印加され、また、それに少なくとも一つの比較的高い電圧が印加されるように構成され、電荷が該ポリシリコンゲート層の低い電圧領域から、該ポリシリコンゲート層のより高い電圧領域に前進し、前記ポリシリコンゲート層は前記画素の全露出領域をカバーする第１のポリシリコンゲートを備え、
   前記方法が
   試料から反射された光エネルギーを該画素の裏面で受けるように各画素を配向させる工程と、
   各画素の少なくとも二つの領域両端に複数の電圧を印加し、電子を各画素内で蓄積領域に向けて前進させ、当該前進は、第１印加電圧から第２印加電圧に移動する電子によって起こされる工程とを有する方法。
8. 前記複数の電圧の印加は、画素両端に、第１印加電圧から第２印加電圧までの実質的に連続する、直線的電圧プロフィールを形成する工程を有する請求項７記載の方法
9. 単一の連続する、部分的に抵抗性ゲートが少なくとも一つの画素上の画素領域及び絶縁層をカバーし、それによって該画素の第１領域から該画素の第２領域まで連続直線的電圧ランプを有する試料基板電圧プロフィールを与える工程を有する請求項７記載の方法。
10. 複数のゲートが少なくとも一つの画素上の画素露出領域をカバーし、一つの画素の第１側から前記一つの画素の第２側に連続的に増加する複数の個別的電圧ポテンシャルを有する電圧プロフィールを形成する工程を有する請求項７記載の方法。
11. 前記センサーは、電子を電荷蓄積領域に向かって、電子を収集するように流すのに充分な電圧ポテンシャルに設定した各画素のための電荷蓄積領域を有し、該方法がさらに、
    該電荷蓄積領域に収集された電荷を測定する工程を有する請求項７記載の方法。
12. 前記センサーの少なくとも一つの画素は、比較的に明るい照射を受ける特定の画素を飽和するかもしれない電子を収集するように構成した、ブルーミング防止ゲート領域を有する請求項７記載の方法。
13. 前記センサーの少なくとも一つの画素は、ブルーミング防止ゲート領域で蓄積した電子を収集するように構成した、ドレイン領域を有する請求項７記載の方法。
14. 前記連続的電圧は、傾斜を有し、該方法は、さらに
    該電圧の傾斜を変化させ、それによって画素両端の電子の流れを制御する工程を有する請求項１０記載の方法。
15. ゲート電圧を変化させることは、該画素内の電子流速を変える請求項１１記載の方法。
16. ゲート境界電圧を変化させることは、該画素内の電子流速を変える請求項１０記載の方法。
17. オーバーフローゲート電圧を変化させることは、該画素全体のウエル容量をゼロ容量から最高容量まで所望のレベルに設定する工程を有する請求項１０記載の方法。
18. 試料検査装置に使用するように構成された裏面照射型線形センサーであって、該裏面照射型線形センサーは、直線的に整列した複数の画素で形成したイメージ領域を有し、該画素の裏面から光エネルギーを受けるよう構成されポリシリコンゲート層を有し、該ポリシリコンゲート層は、それに少なくとも一つの比較的低い電圧が印加され、また、それに少なくとも一つの比較的高い電圧が印加されるように構成され、電荷が該ポリシリコンゲート層の低い電圧領域から、該ポリシリコンゲート層のより高い電圧領域に前進し、前記ポリシリコンゲート層は前記画素の全露出領域をカバーする第１のポリシリコンゲートを備え、
    各画素が、
    ポリシリコンゲート層、
    該ポリシリコンゲート層に隣接して生成された酸化物層、
    該酸化物層に隣接するｎ−型材料、及び
    該ｎ−型層に隣接して生成されたｐ型の材料を有し、
    エネルギーが試料から先ず該ｐ型の材料を通して、次いでｎ−型材料に受け取られ、さらに、電荷は、該ｎ−型材料を通して、該画素の第１電圧領域から正電位がより高い領域に、進むセンサー。
19. 該ポリシリコン層は、低電圧が印加される領域と高電圧が印加される領域を有し、さらに、該ポリシリコン層を通して進む電荷を収集するのに使用され蓄積領域を有する請求項１８記載の裏面照射型線形センサー。
20. 該センサーは、試料から反射された紫外光を受ける請求項１８記載の裏面照射型線形センサー。
21. 試料検査装置に使用するように構成された裏面照射型線形センサーであって、該裏面照射型線形センサーは、
    直線的に整列した画素のアレイであって、
    該画素の裏面から光エネルギーを受けるように構成されポリシリコンゲート層を有し、該ポリシリコンゲート層は、それに少なくとも一つの比較的低い電圧が印加され、また、それに少なくとも一つの比較的高い電圧が印加されるように構成され、電荷が該ポリシリコンゲート層の低い電圧領域から、該ポリシリコンゲート層のより高い電圧領域に前進し、前記ポリシリコンゲート層は前記画素の全露出領域をカバーする第１のポリシリコンゲートを備えるセンサー。
22. 前記画素の全露出領域をカバーする前記第１のポリシリコンゲートは、単一の連続ポリシリコンゲートを有していて、該単一の連続ポリシリコンゲート上に亘って比較的連続な電圧ランプが提供されている請求項２１記載のセンサー。
23. 前記画素の全露出領域をカバーする前記第１のポリシリコンゲートは、複数の第２のポリシリコンゲートを有する請求項２１記載のセンサー。
24. 前記ポリシリコン層に印加した電圧が電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールは、一つの画素の第１の側から該画素の第２の側の連続電圧ランプを有する請求項２２記載のセンサー。
25. 前記ポリシリコン層に印加した電圧が電圧プロフィールを形成し、該電圧プロフィールがは、複数の、一つの画素の第１の側から該画素の第２の側に増加する、個別電圧ポテンシャルを有する請求項２３記載のセンサー。
26. オーバーフローゲートの電圧を用いて、前記画素のウエル容量がゼロ容量から最高容量まで調節可能に設定される請求項２１記載のセンサー。
27. 前記センサーの少なくとも一つの画素は、比較的に明るい照射を受ける特定の画素を飽和するかもしれない電子を収集するように構成した、ブルーミング防止ゲート領域を有する請求項２２記載のセンサー。
28. 前記センサーの少なくとも一つの画素は、裏面薄化され、該センサーの複数の画素が直線的に整列し、計測作業を行なうように構成されている請求項２３記載のセンサー。
29. 前記センサーの画素は、比較的に高速度の試料検査が達成できる、アスペクト比が長い画素である請求項２１記載のセンサー。

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