JP2000223541A - 欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents

欠陥検査装置およびその方法

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JP2000223541A
JP2000223541A JP11019035A JP1903599A JP2000223541A JP 2000223541 A JP2000223541 A JP 2000223541A JP 11019035 A JP11019035 A JP 11019035A JP 1903599 A JP1903599 A JP 1903599A JP 2000223541 A JP2000223541 A JP 2000223541A
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Minoru Noguchi
稔 野口
Shunji Maeda
俊二 前田
Yukihiro Shibata
行広 芝田
Takanori Ninomiya
隆典 二宮
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Abstract

(57)【要約】 【課題】基板上にパターンを形成し対象物を製作して行
く製造工程で発生する異物等の欠陥を検出する際に、照
明の形状を最適化することにより、検出感度およびスル
ープットを向上する欠陥検査装置およびその方法を提供
することにある。 【解決手段】本発明では、照明範囲内の照明照度分布の
うち照度が最小になる領域の照度が最大になるような照
明を実現し、信号のＳ／Ｎを最大にすることにより、検
出感度の向上およびスループットの向上を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程、
液晶表示素子製造工程、プリント基板製造工程等、基板
上に回路パターンを形成して対象物を製作していく製造
工程で、発生する異物等の欠陥を検査する欠陥検査装置
およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体製造工程では、半導体基
板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短
絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が、微細化
して半導体基板中に微細な異物が存在した場合にこの異
物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊
の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部か
ら発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガ
スによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料
に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で
混入される。同様に液晶表示素子製造工程でも、パター
ン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表
示素子として使えないものになってしまう。プリント基
板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパ
ターンの短絡、不良接続の原因に成る。
【０００３】このように異物等の欠陥検査装置およびそ
の方法に関する従来技術としては、特開平１−２５０８
４７号公報（従来技術１）、特開平６−２５８２３９号
公報（従来技術２）、特開平６−３２４００３号公報
（従来技術３）、特開平８−２１０９８９号公報（従来
技術４）、および特開平８−２７１４３７号公報（従来
技術５）が知られている。従来技術１には、基板の表面
の所望特性を記憶する記憶手段と、検査しようとしてい
る基板の表面のある領域をほぼ均一に照明する照明手段
と、この照明手段で照明された基板の領域を結像するＴ
ＤＩセンサ手段と、記憶手段およびセンサ手段に応答し
て基板の結像領域を基板の記憶された所望特性と比較す
る比較手段とを包含し、基板の表面特性を検査する検査
装置が記載されている。
【０００４】また、従来技術２には、ピッチの異なる繰
り返しパターンを有する基板を搬送する搬送手段と、基
板に対して平面波の光を直線状にして照射する照明系
と、空間フィルタと、空間フィルタを通して得られ、結
像光学系で結像された光像を検出する検出器と、検出器
で検出された信号の内、空間フィルタを通して得られる
基板上のピッチの大きな繰り返しパターンに基いて発生
する信号同志を比較して消去する消去手段と、消去手段
から得られる信号に基いて基板上の微小な異物等の欠陥
を検出する欠陥検出手段とを備えた欠陥検出装置が記載
されている。また、従来技術３には、照明手段、検出光
学系、空間フィルタユニット、検出器、オペアンプ、お
よびＡ／Ｄ変換器より構成される検出ヘッドと、ピッチ
検出手段と、オペレータ処理系と、異物データメモリ
と、大異物データメモリと、パターンメモリと、ソフト
処理系と、パラメータ伝達手段と、異物メモリと、座標
データ作成手段と、マイクロコンピュータとより構成さ
れる異物検査装置が記載されている。
【０００５】また、従来技術４には、基板上に形成され
た薄膜から発生する反射光の強度を平滑化または平均化
するように、半導体レーザ発振器から出射されたレーザ
光を、互いに非干渉な複数の光束にして、異なる入射角
Ｔ１〜Ｔｎで実効的に同時に、光を透過する薄膜が形成
された基板上に集光照射し、該照明光によって基板上に
存在する０．３〜０．８μｍ或いはそれ以下の微小異物
等の微小欠陥から生じる散乱光を集光レンズで集光して
ＴＤＩセンサ等の検出器で検出する微小欠陥検出装置が
記載されている。また、従来技術５には、光源から照射
された光の強度分布に対して複数の曲線状透過部を形成
したシェーディング補正板により直線状の幅方向にほぼ
同じ位相分布にして直線状の長手方向に照明強度がほぼ
一様になるように補正して集光光学系により繰り返しチ
ップが形成された試料上に斜め方向から前記直線状に集
光して照射する照明光学系と、該照明光学系で照射され
た試料上からの散乱反射光をリニアイメージセンサで受
光して信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のリ
ニアイメージから変換された信号を繰り返すチップ間で
比較して不一致により試料上の異物として検査するチッ
プ間比較手段とを備えた異物検査装置が記載されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、繰り返しパターンや非繰り返しパターンが
混在する基板上の０．１μｍ程度以下の極微小な異物等
の欠陥を、高感度で、且つ高速で検出することは容易に
できなかった。すなわち、上記従来技術では、検出光学
系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するの
に伴って基板上の検出領域の周辺部において照明の照度
不足が生じ、高感度検査と高速検査を両立することがで
きなかった。
【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光
量を有効利用し、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等
の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できるようにし
た欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、通常の安価な光源から出射
されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、しかも検
出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下
するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部に
おける照度不足を解消し、０．１μｍ程度以下の極微小
な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できる
ようにした欠陥検査装置およびその方法を提供すること
にある。
【０００８】また、本発明の他の目的は、被検査対象基
板から得られるＤＵＶレーザ光に基づく光像をＴＤＩイ
メージセンサで受光できるようにして０．１μｍ程度以
下の極微小な異物等の欠陥をも検査できるようにした欠
陥検査装置およびその方法を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、ランプ光源から発生する光を
光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から
離れるに従ってＭＴＦが低下するのに伴って被検査対象
基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、
０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感
度で、且つ高速で検査できるようにした欠陥検査装置を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、照明範囲内の照明照度分布のうち照度が
最小になる領域の照度が最大になるような照明を実現
し、信号のＳ／Ｎを最大にすることにより、検出感度の
向上およびスループットの向上を実現することを特徴と
する。即ち、本発明は、検出領域の最外周（周辺部）で
最大の照度（中央の照度に対して約６０％程度の照度）
が得られるように整形されたガウスビーム光束を被検査
対象基板上の検出領域に対して照明することにより、検
出器内の周辺部における感度（Ｓ／Ｎ）を向上させ、高
感度で、且つ高速で、上記検出領域に存在する微小異物
等の欠陥を検査できるようにしたことを特徴とする。
【００１０】また、本発明は、回路パターンが形成され
た被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光
学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さを
ほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有す
るように整形されたガウスビーム光束で照明し、該整形
されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上
の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検
出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結
像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号
を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域
に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠
陥検査方法である。また、本発明は、回路パターンが形
成された被検査対象基板上における検出領域に対して、
照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する
検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度
（更に好ましくは０．５４〜０．６７程度）になるよう
に前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径
もしくは長軸長さを適合させて整形されたガウスビーム
光束で照明し、該整形されたガウスビーム光束で照明さ
れた被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検
出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する
検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領
域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号
に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査す
ることを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１１】また、本発明は、前記欠陥検査方法におい
て、整形されたガウスビーム光束がスリット状であっ
て、前記被検査対象基板を該スリット状のガウスビーム
光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動さ
せることを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査
方法において、検出器がＴＤＩイメージセンサであるこ
とを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査方法に
おいて、整形されたガウスビーム光束を、前記被検査対
象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明すること
を特徴とする。
【００１２】また、本発明は、回路パターンが形成され
た被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光
学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領
域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度（更に
好ましくは０．５４〜０．６７程度）の範囲内になるよ
うに前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに
径もしくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束
で照明し、該整形されたビーム光束で照明された被検査
対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系に
より前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該
受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応す
る画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前
記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特
徴とする欠陥検査方法である。また、本発明は、回路パ
ターンが形成された被検査対象基板上における検出領域
に対して、照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明
し、該ＤＵＶビーム光束で照明された被検査対象基板上
の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検
出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有す
るＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該Ｔ
ＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信
号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領
域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする
欠陥検査方法である。
【００１３】また、本発明は、回路パターンが形成され
た被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光
学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さを
ほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有す
るように整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で
照明し、該整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束
で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる
光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面
を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサ
の前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから
前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出され
る画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠
陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。ま
た、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基
板上における検出領域に対して、前記検出領域の光軸か
ら周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布か
らなる照度分布を有するように整形されたガウスビーム
光束で照明する照明光学系（照明光源も含む）と、該照
明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検査対
象基板上の検出領域から得られる光像を前記検出領域に
対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて
該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出す
る検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される
画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥
の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とす
る欠陥検査装置である。
【００１４】また、本発明は、回路パターンが形成され
た被検査対象基板上における検出領域に対して、前記検
出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度
の比が０．４６〜０．７３程度になるように前記検出領
域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸
長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明す
る照明光学系（照明光源も含む）と、該照明光学系によ
りガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検
出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領
域に対応する受光面を有する検出器の受光面に結像させ
て該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出
する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出され
る画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠
陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴と
する欠陥検査装置である。また、本発明は、前記欠陥検
査装置において、照明光学系は、ガウスビーム光束をス
リット状に形成する光学要素を有し、更に、前記被検査
対象基板を前記スリット状のガウスビーム光束の長手方
向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動手段
を備えたことを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥
検査装置において、検出光学系における検出器をＴＤＩ
イメージセンサで構成することを特徴とする。また、本
発明は、前記欠陥検査装置において、照明光学系は、ガ
ウスビーム光束を、前記被検査対象基板上の照明領域に
対して斜め方向から照明するように構成したことを特徴
とする。
【００１５】また、本発明は、回路パターンが形成され
た被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光
学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領
域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度の範囲
内になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部
間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形された
ビーム光束で照明する照明光学系（照明光源も含む）
と、該照明光学系により整形されたガウスビーム光束で
照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光
像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を
有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記
検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、
該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて
前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する
信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置で
ある。また、本発明は、回路パターンが形成された被検
査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系に
よりＤＵＶビーム光束で照明する照明光学系と、該照明
光学系によりＤＵＶビーム光束で照明された被検査対象
基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により
前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度
を有するＴＤＩイメージセンサ（例えば基板を薄くして
裏面側から入射させるように構成する。）の前記受光面
に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域
に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光
学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出
領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理
系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１６】また、本発明は、回路パターンが形成され
た被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光
学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さを
ほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有す
るように整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で
照明する照明光学系と、該照明光学系によりＤＵＶビー
ムのガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の
検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出
領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有する
ＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤ
Ｉイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号
を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検
出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物
等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを
特徴とする欠陥検査装置である。また、本発明は、ラン
プ光源と、該ランプ光源から発生する光の配向特性を利
用して検出領域の周辺部における照度を中心部の照度に
比べて高めてビーム光束を出射するロットレンズとを有
し、回路パターンが形成された被検査対象基板上におけ
る検出領域に対して、前記ロットレンズから出射される
ビーム光束で照明する照明光学系と、該照明光学系によ
りビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域
から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対
応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該
検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する
検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画
像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の
存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする
欠陥検査装置である。
【００１７】以上説明したように、前記構成によれば、
通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光
量を有効利用し、０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は
固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を
も、高感度で、且つ高速で検査することができる。ま
た、前記構成によれば、通常の安価な光源から出射され
るガウスビーム光束の光量を有効利用し、しかも検出光
学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦ（Ｍｏｄｕ
ｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）
が低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周
辺部における照度不足を解消し、０．１〜０．５μｍ程
度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異
物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することが
できる。
【００１８】また、前記構成によれば、被検査対象基板
から得られるエキシマレーザ光等のＵＶＤ（遠紫外）レ
ーザ光に基づく光像をＴＤＩイメージセンサで受光でき
るようにして０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固よ
り０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査
することができる。また、前記構成によれば、ランプ光
源から発生する光を光量を有効利用し、しかも検出光学
系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するの
に伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における
照度不足を解消し、検出領域に存在する０．１μｍ程度
以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速
で検査することができる。なお、検出領域は、被検査対
象基板上を移動されることになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明に係る欠陥検査装置および
その方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
半導体素子は益々極微細化が進む一方で、歩留まりも一
層向上させることが要求されている。従って、このよう
な半導体素子を製造するための半導体ウエハ等の半導体
基板には、０．３〜０．２μｍ以下の極微細化された回
路パターンが形成されている関係で、半導体基板上に存
在する異物等の欠陥が０．１μｍ程度以下の極微小な分
子もしくは原子レベルに近いものが存在しても半導体素
子として動作不良の原因となる状況である。このような
状況にあるため、本発明に係る欠陥検査装置およびその
方法は、０．３〜０．２μｍ程度以下の極微細化された
回路パターンが存在する半導体ウエハ等の半導体基板上
に存在する極微小の異物等の欠陥を、高感度で、且つ高
速で検査できることが要求されてきている。
【００２０】まず、本発明に係る異物等の欠陥検査装置
の第１の実施例について説明する。図１には、本発明に
係る異物等の欠陥検査装置の第１の実施例の概略構成を
示した図である。図２は、その照明光学系の一実施例を
示した図である。即ち、異物等の欠陥検査装置は、半導
体ウエハ（半導体基板）等のように極微細化された回路
パターンが形成された被検査対象基板１を載置するステ
ージ２０１と、半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ
−ＳＨＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、また
はキセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、またはハロ
ゲンランプ等のフィラメント光源等から構成される照明
光源１０１と、該照明光源１０１から出射された高輝度
の光を、斜め方向から、図３に示すように照度としてほ
ぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光束（照
明領域２）１０７で被検査対象基板１上に照明する照明
光学系１０２と、対物レンズを含む結像レンズ系等で構
成され、検出領域３から反射、回折、あるいは散乱した
光を結像させる検出光学系３０１と、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ
Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセン
サ、ＣＣＤイメージセンサ等から構成され、検出領域３
に対応する受光面を有する検出器３０２と、該検出器３
０２から検出される同じ回路パターンの画像信号同志を
比較をして不一致により異物等の欠陥を検出する信号処
理系４０１とによって構成される。なお、この欠陥検査
装置には、被検査対象基板１の表面を検出器３０２の受
光面に結像させるように自動焦点制御系を備えている。
また、検出光学系３０１としては、特開平６−２５８２
３９号公報や特開平６−３２４００３号公報に記載され
ているように、フーリエ変換レンズ、被検査対象基板上
に形成されたピッチの小さな繰り返しパターンからの回
折光を遮光する空間フィルターユニット、およびフーリ
エ変換レンズで構成してもよい。
【００２１】照明光源１０１、および照明光学系１０２
の具体的構成は、図２に示すように、照明光源１０１か
ら出射された例えばレーザビーム１０６のビーム径を拡
大させる凹レンズまたは凸レンズ１０３と、凹または凸
レンズ１０３で拡大されたビームをほぼ平行な光束に変
換するコリメートレンズ１０４と、該コリメートレンズ
１０４で変換されたほぼ平行な光束についてｙ軸方向に
集束して被検査対象基板１上に図３に示すように照度と
してほぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光
束（照明領域２）１０７で照射するシリンドリカルレン
ズ（ｙ軸方向に集束機能を有する光学系）１０５とで構
成される。なお、凹レンズまたは凸レンズ１０３とコリ
メートレンズ１０４とによってビーム径を拡大するビー
ムエキスパンダを構成する。この照明光学系１０２とし
て、特開平６−２５８２３９号公報や特開平６−３２４
００３号公報に記載されているように、コリメータレン
ズ、凹レンズ、およびレシーバレンズからなるビームエ
キスパンダと、該ビームエキスパンダで変換されたほぼ
平行な光束についてｙ軸方向に集束して被検査対象基板
１上に図３に示すように照度としてほぼガウス分布をも
つスリット状のガウスビーム光束（照明領域２）１０７
で照射するシリンドリカルレンズ（ｙ軸方向に集束機能
を有する光学系）１０５と、該シリンドリカルレンズ１
０５で得られるスリット状ガウスビーム光束１０７を反
射させて被検査対象基板１に対して斜め方向から照射す
るミラーとで構成することができる。
【００２２】ところで、この構成により、凹または凸レ
ンズ１０３とコリメートレンズ１０４との間の距離ｂま
たは凹レンズとレシーバレンズとの間の距離を可変して
設定することにより、照度としてほぼガウス分布をもっ
たｘ方向の照明幅を可変して設定することができる。即
ち、ビームエキスパンダーを調整することにより、照度
としてほぼガウス分布をもった照明領域（スリット状の
光束１０７）２のｘ方向の長さＬｘを可変して設定する
ことができる。また、シリンドリカルレンズ１０５と被
検査対象基板１との間の距離を変えることによって集束
された照明領域（スリット状のガウスビーム光束１０
７）２のｙ方向の幅Ｌｙを可変して設定することができ
る。
【００２３】図３に示す検出領域３は、被検査対象基板
１上におけるＴＤＩイメージセンサやＣＣＤイメージセ
ンサによる検出領域を示す。例えば、ＴＤＩイメージセ
ンサの場合、各画素サイズが例えば２７μｍ×２７μｍ
で、時間遅延積分（ＴＤＩ）方向に例えば６４行、ＴＤ
Ｉモードで動作するＭＵＸ方向に例えば４０９６列の６
４×４０９６ＣＣＤ撮像センサで構成される。即ち、Ｔ
ＤＩイメージセンサ３０２ａは、図４に示すように、ラ
インセンサがｎ（例えば６４）段形成されたものであ
る。センサから出力される情報量であるラインレート
は、ラインセンサと同等であるが、ラインレートｒｔ毎
に、蓄積された電荷がライン１、２、・・・と順々に転
送されていき、被検査対象基板１をｙ軸方向に移動させ
るステージ２０１の送り速度を、ラインレートと同期さ
せることにより、例えば微小異物５からの散乱光あるい
は回折光に基づく光像６はラインｎに到るまでの長時間
にわたって蓄積されることになり、極微小な異物等の欠
陥に対しても高感度で検出することが可能となる。この
イメージセンサでは、基本的には微小異物等の欠陥の像
がライン１からラインｎに到達するまでの散乱光あるい
は回折光強度の総和を検出することになるが、ライン各
々に到達する被検査対象基板の同一点からの散乱光ある
いは回折光は、時間的に全くインコヒーレントとなる。
【００２４】以上説明したように、照明光源１０１より
出射されたビームを照明光学系（照射光学系）１０２で
スリット状のガウスビーム光束１０７に変換し、この変
換されたスリット状の光束１０７で、ステージ２０１上
の被検査対象基板１の表面に照明領域２が形成されるよ
うに例えば斜め方向から照射する。ＴＤＩイメージセン
サ等から構成された検出器３０２ａは、ステージ２０１
をｙ軸方向に移動させることによって被検査対象基板１
をｙ軸方向に移動させながら、該送り速度と同期したラ
インレートｒｔで各画素に蓄積された電荷を順次転送し
ていくことにより、検出光学系３０１で結像される被検
査対象基板１上における検出領域３の光像を撮像しなが
ら検出領域３の幅Ｈで走査して各画素（素子）毎に検出
し、この検出される信号を信号処理系４０１で処理する
ことにより上記検出領域３に存在する微小異物等の欠陥
を、高感度で、且つ高速に検査をすることができる。こ
のように、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａを用いること
によって、微小異物等の欠陥から生じる散乱光あるいは
回折光の照度の総和（光量＝照度×時間）をとることが
でき、感度を向上させることができる。また、一度にス
リット状のビーム光束１０７を照射領域２に照射し、Ｔ
ＤＩイメージセンサ３０２ａのラインレートｒｔと同期
させて被検査対象基板１をｙ軸方向に移動させながら、
ＴＤＩイメージセンサで検出領域３について受光するこ
とによって、広い幅Ｈを有する検出領域３に存在する微
小異物等の欠陥を、高速に検査をすることができる。
【００２５】次に、０．１μｍ程度以下の極微小な異物
等の欠陥を、高感度で、且つ高速に検査するための本発
明に係る実施の形態について説明する。即ち、０．１μ
ｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で検出し
ようとすると、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａの各画素
において受光する極微小な異物等の欠陥からの散乱光あ
るいは回折光強度を強くする必要があると共に、被検査
対象基板１上での各画素サイズを１μｍ×１μｍ程度以
下にする必要がある。このように被検査対象基板１上で
の各画素サイズを１μｍ×１μｍ程度以下にするために
は、ＴＤＩイメージセンサの各画素サイズが例えば２７
μｍ×２７μｍの場合、対物レンズ等の検出光学系３０
１の結像倍率Ｍを約２７倍程度以上にすればよく、実現
することは可能となる。なお、ＴＤＩイメージセンサ３
０２ａとして２６×４０９６ＣＣＤ撮像センサで構成し
たものと使用すると、検出領域３はＷ＝２６μｍ程度以
下、Ｈ＝４０９６μｍ程度以下となる。
【００２６】また、被検査対象基板１の表面から得られ
る散乱光あるいは回折光による光像をＴＤＩイメージセ
ンサ３０２ａの受光面に結像させる検出光学系３０１
は、対物レンズ等で構成される関係で、レンズ収差に基
いてレンズの中心部（光軸３０３）に比べて周辺に行く
に従ってＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆ
ｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）（正弦波パターンの像のコン
トラストの変化を空間周波数の関数として表わしたも
の）が低下する特性を有する。そのため、図４（ａ）に
示すＴＤＩイメージセンサ３０２ａの受光面における光
軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する端部（周
辺）の画素３０２ａｅ、即ち、図３に示す検出領域３の
光軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する端部
（周辺）に位置する極微小な異物等の欠陥からの散乱光
あるいは回折光強度を強くする必要がある。
【００２７】ところで、照明光源１０１および照明光学
系１０２により被検査対象基板１の表面に照射領域２で
照射されるスリット状のガウスビーム光束１０７の照度
は、図３に示すように、通常ガウス分布を有する関係
で、検出領域３外の照明は無駄となるが照明領域２を検
出領域３よりも広げて照明する必要がある。
【００２８】そこで、このような状態から、本発明は、
照明光源１０１から出射される照度を増大させずに、照
明光源１０１から出射される光量を有効に活用し、検出
領域３の光軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下す
る端部（周辺）に位置する照度を最も増大させて、０．
１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で検
出することにある。即ち、必要最小限の照度を出射する
安価な照明光源（半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡ
Ｇ−ＳＨＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キ
セノンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ
等のフィラメント光源等からなる。）１０１を用いて、
照明光学系１０２によって検出領域３の光軸３０３から
最も離れてＭＴＦが最も低下する端部（周辺）に位置す
る照度を最も増大させて、効率の高い照明を実現するこ
とにある。即ち、本発明は、具体的には、照明光源１０
１および照明光学系１０２によりガウス分布の照度を有
するスリット状のビーム光束１０７で被検査対象基板１
の照射領域２に照射する際、検出領域３の周辺部での照
度が最大になるように照明光学系１０２を調整（制御）
して照明の幅を決定する。ここで、スリット状のビーム
光束１０７の照度がガウス分布の場合、図３に示すよう
に次に示す（数１）式になるので、照明領域の最外周で
照度が最大になるのは、次に示す（数２）式のときとな
る。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】この場合、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａ
の受光面が対応する検出領域３のｘ軸方向の最外周（端
部）での照度ｆ(ｘ0)は、中心部ｆ(０)の約６０．７％
で最大となる。即ち、（数２）式において、ｘ0＝σ
（σ＝１で、ｘ0＝１）のとき、最大値ｆ(ｘ0)＝０．６
０７ｆ(０)となる。なお、上記（数１）式において、ｘ
0＝０．８σ〜１．２σ（σ＝１で、ｘ0＝０．８〜１．
２（ガウスビーム光束１０７について照明光学系１０２
による±２０％程度の整形誤差を許容する。））のと
き、ｆ（ｘ0)＝０．４９ｆ(０)〜０．７３ｆ(０)とな
る。また、上記（数１）式において、０．８ｘ0〜１．
２ｘ0＝σ（σ＝０．８〜１．２（ガウスビーム光束１
０７について照明光学系１０２による±２０％程度の整
形誤差を許容する。）で、ｘ0＝１）のとき、ｆ（ｘ0)
＝０．４６ｆ(０)〜０．７１ｆ(０)となる。従って、照
明光学系１０２によるガウスビーム光束１０７のｘ0＝
σ（σ＝１で、ｘ0＝１）にする整形誤差として±２０
％程度許容すると、検出領域３において中心部（光軸３
０３）の照度ｆ(０)に対する周辺部（外周部）の照度ｆ
（ｘ0)の比は、０．４６〜０．７３（ｆ（ｘ0)＝０．４
６ｆ(０)〜０．７３ｆ(０)）となる。なお、照明光学系
１０２によるガウスビーム光束１０７のｘ0＝σ（σ＝
１で、ｘ0＝１）にする整形誤差として±１０％程度許
容すると、検出領域３において中心部（光軸３０３）の
照度ｆ(０)に対する周辺部（外周部）の照度ｆ（ｘ0)の
比は、０．５４〜０．６７（ｆ（ｘ0)＝０．５４ｆ(０)
〜０．６７ｆ(０)）となる。いずれにしても、検出領域
３において中心部（光軸３０３）の照度ｆ(０)に対する
周辺部（外周部）の照度ｆ（ｘ0)の比が、０．４６〜
０．７３になるようにガウスビーム光束１０７を照明光
学系１０２によって整形することによって、照明光源１
０１から出射されるビームを有効に活用して検出領域３
の周辺部における照度を最大に近づけることが可能とな
る。
【００３２】図５に示すグラフには、照明光源１０１か
ら出射される照度の総和である光量を変えずに、ｘ軸方
向の照明の幅、即ち標準偏差σを変えたときの検出領域
３のｘ軸方向の外周部（ｘ0＝１）での照度（単位面積
当たりの光量）ｆ(ｘ0＝１)の変化を示した。また、図
６に示すグラフには、照明光源１０１から出射される照
度の総和である光量を変えずに、照明の幅、即ち標準偏
差σをσ＝０．５、σ＝１、σ＝２と変えたときの検出
領域３のｘ軸方向の座標ｘ0における照度（単位面積当
たりの光量）ｆ(ｘ0)の変化を示した。
【００３３】これら図５および図６からも明らかなよう
に、検出領域３のｘ軸方向の外周部（ｘ0＝１）におけ
る照度をほぼ最大にするためには、照明光学系１０２に
よるガウス分布に基づくｘ軸方向の照明の幅をほぼσ＝
１（標準偏差σ＝ｘ0）になるように照明すればよいこ
とになる。即ち、図３に示すように、検出領域３の光軸
である中心からｘ軸方向の外周部までの長さをｘ0とし
たとき、照明光学系１０２によりほぼ標準偏差σ＝ｘ0
（検出領域３の光軸である中心からｘ軸方向の外周部ま
での長さ）となるガウス分布の照度を有するスリット状
のビーム光束１０７に整形して被検査対象基板１に対し
て照明領域２（Ｌｘ、Ｌｙは照度ｆがｆ(０)の０．２以
上の領域を示す。）として照明すればよいことになる。
なお、実際は、検出器３０２として、ＴＤＩイメージセ
ンサや２次元リニアイメージセンサを用いる場合、光軸
３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する画素は、検
出領域３の角部（ＴＤＩイメージセンサの場合図４に示
す角部に位置する画素３０２ａｃが対応する。）に位置
するものとなるため、上記ｘ0として、√（（Ｈ／２）2
＋（Ｗ／２）2）にすることが望まれる。Ｗを無視する
ことができれば、ｘ0＝（Ｈ／２）となる。ＨおよびＷ
は、被検査対象基板上における検出領域３のｘ軸方向の
幅（長さ）およびｙ軸方向の幅を示す。ＴＤＩイメージ
センサや２次元リニアイメージセンサにおける受光領域
（撮像領域）におけるｘ軸方向の幅は（Ｈ×Ｍ）、ｙ軸
方向の幅は（Ｗ×Ｍ）で示されることになる。なお、Ｍ
は、結像光学系３０１による結像倍率を示す。
【００３４】以上説明したように、検出領域３のｘ軸方
向の外周部（ＴＤＩイメージセンサや２次元リニアイメ
ージセンサを用いる場合、光軸３０３から最も離れた画
素）をｘ0（＝√（（Ｈ／２）2＋（Ｗ／２）2）または
（Ｈ／２））としたとき、照明光学系１０２によりほぼ
σ＝ｘ0となるガウス分布の照度を有するスリット状の
ビーム光束１０７に整形して被検査対象基板１に対して
照明領域２（Ｌｘ、Ｌｙは照度ｆがｆ(０)の０．２以上
の領域を示す。）として照明することによって、パワー
の大きな特殊な照明光源を用いることなく、安価な通常
の照明光源（半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−
ＳＨＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キセノ
ンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ等の
フィラメント光源等からなる。）１０１を用いて、効率
の良い照明を実現でき、その結果、検出光学系３０１に
よってＭＴＦが最も低下する検出器３０２の周辺部にお
ける画素によって受光する微小な異物等の欠陥からの散
乱光あるいは回折光強度を強くすることができ、０．１
〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以
下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で
（高スループットで）検出することができる。なお、検
出領域３の特にｘ軸方向の中央部と周辺部との間におい
て照度が（ｆ（ｘ0)＝０．４６ｆ(０)〜０．７３ｆ
(０)）の関係のように異なっていても、信号処理系４０
１において、被検査対象物１をｙ軸方向に移動させてＴ
ＤＩイメージセンサ等の検出器３０２から検出される検
出領域におけるｘ軸方向の同じ画素列から得られる画像
信号同志が比較されることになるので、中央部と周辺部
との間における照度の相違の影響はほとんどないことに
なる。そして、信号処理系４０１において、被検査対象
物１をｙ軸方向に移動させてＴＤＩイメージセンサ等の
検出器３０２から検出される画像信号を元に、同じ回路
パターンで繰り返されるチップ毎あるいはセル毎同志の
差画像信号を抽出し、この抽出された差画像信号を所望
の判定基準で判定することによって、異物等の欠陥を検
出して検査することができる。ここで、重要なことは、
検出領域３の周辺部での照度（光量）をほぼ最大にする
ことであって、そのための手段は、上記実施例では、照
明光学系１０２で照明の幅を変えているが、他の手段、
たとえば、照明光学系１０２によって照明の２次光源の
形状を変える、あるいは、２次光源を形成するフーリエ
変換の位置での大きさを変える等の手段であっても良
い。
【００３５】以上説明した実施例は、被検査対象基板１
の表面に付着した異物等の欠陥検査の場合について説明
したが、被検査対象基板１上の回路パターンの欠陥検査
についても適用することができる。通常、回路パターン
の欠陥検査の場合、検出光学系３０１を構成する対物レ
ンズの上に配置された偏光ビームスプリッタを透過また
は反射させてλ／４板によりＰ偏光またはＳ偏光から円
偏光に変換して対物レンズを介して円偏光のスリット状
のビーム光束１０７を被検査対象物１の照明領域２に落
射照明し、被検査対象物１の検出領域３から反射、回
折、あるいは散乱した円偏光の光を対物レンズを通して
λ／４板によってＳ偏光またはＰ偏光に変換して上記偏
光ビームスプリッタを反射または透過させて対なるフー
リエ変換レンズでＴＤＩイメージセンサ等で構成される
検出器３０２上に結像させるように構成する。そして、
信号処理系４０１において、被検査対象物１をｙ軸方向
に移動させてＴＤＩイメージセンサ等の検出器３０２か
ら検出される画像信号を元に、同じ回路パターンで繰り
返されるチップ毎あるいはセル毎同志の差画像信号を抽
出し、この抽出された差画像信号を所望の判定基準で判
定することによって回路パターンに存在する欠陥を検出
して検査することができる。この回路パターンの欠陥検
査においても、検出領域３のｘ軸方向の外周部（ＴＤＩ
イメージセンサや２次元リニアイメージセンサを用いる
場合、光軸３０３から最も離れた画素）をｘ0（＝√
（（Ｈ／２）2＋（Ｗ／２）2）または（Ｈ／２））とし
たとき、照明光学系１０２によりほぼσ＝ｘ0となるガ
ウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束１０７
に整形して被検査対象基板１に対して照明領域２として
落射照明することによって、パワーの大きな特殊な照明
光源を用いることなく、安価な通常の照明光源（半導体
レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ、エキ
シマレーザ等のレーザ光源、キセノンランプ、水銀ラン
プ等の放電管、ハロゲンランプ等のフィラメント光源等
からなる。）１０１を用いて、効率の良い照明を実現で
き、その結果、検出光学系３０１によってＭＴＦが最も
低下する検出器３０２の周辺部における画素によって受
光する回路パターンの欠陥からの散乱光あるいは回折光
強度を強くすることができ、０．１〜０．５μｍ程度の
微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な欠陥を
も、高感度で、且つ高速で（高スループットで）検出す
ることができる。
【００３６】次に、本発明に係る欠陥検査装置の第２の
実施例について説明する。図５には、本発明に係る欠陥
検査装置の第２の実施例の概略構成を示した図である。
この第２の実施例は、照明光学系を落射照明で構成す
る。そして、照明光源７０１にはＤＵＶ（遠紫外線）レ
ーザ（例えばエキシマレーザＫｒＦ＝２４８ｎｍ、エキ
シマレーザＡｒＦ＝１９３ｎｍ）を用いる。このように
ＤＵＶ（遠紫外線）レーザは、波長が短いため、高分解
能を有し、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥
からの散乱光もしくは回折光に基づく光像が得られるこ
とになる。そこで、照明光学系７０２は、ＤＵＶレーザ
等の照明光源７０１と、照明光の偏光を設定するための
偏光制御光学系７０３と、対物レンズ７１１の瞳７１７
上にレーザ光を走査する瞳走査照明光学系７０４と、ハ
ーフミラー（１）７０５とによって構成する。検出光学
系７１０の基本構成は、対物レンズ７１１と、結像レン
ズ７１２と、拡大光学系７１３と、イメージセンサの前
に検出光の偏光を設定するための偏光検出光学系７１４
と、ＤＵＶ量子効率が１０％程度以上のイメージセンサ
７１５とで構成される。更に、検出光路の途中に、ハー
フミラー（２）７２１を設置し、試料１の表面を対物レ
ンズ７１１の焦点に合せるための自動焦点系７２２を配
置する。更に、ハーフミラー（３）７３１を設置し、対
物レンズ７１１の瞳位置をレンズ（１）７３２及び瞳観
察光学系７３３により観察可能に構成する。更に、ハー
フミラー（４）７４１を設置し、試料上のパターンをレ
ンズ（２）７４２及びアライメント光学系７４３により
観察してアライメントできるように構成する。
【００３７】従って、照明光源７０１から出射されたＤ
ＵＶレーザビームは、偏光制御光学系７０３によって直
線偏光光に変換され、瞳走査照明光学系７０４によって
対物レンズ７１１の瞳７１７上を２次元に走査して照射
されることになる。試料１からの反射光は、対物レンズ
７１１の瞳７１７を通してハーフミラー（１）７０５を
透過し、試料の光像を結像レンズ７１２及び拡大光学系
７１３により、イメージセンサ７１５上に結像させる。
なお、偏光検出光学系７１４によって試料１上に照明さ
れた直線偏光成分を遮光することによって、イメージセ
ンサ７１５は、試料１の表面から得られる散乱光あるい
は回折光成分による結像された光像を受光することにな
る。
【００３８】ところで、本発明の第２の実施例において
は、照明光源７０１としてＤＵＶレーザ光源を使用する
ため、イメージセンサ７１５としてＤＵＶに対して感度
のあるものを用いる必要がある。しかし、イメージセン
サ７１５として、図８（ａ）に示す表面照射型ＴＤＩイ
メージセンサを用いると、入射光がカバーガラス８０５
を透過し、金属膜８０２の間のゲート８０１にある酸化
膜（ＳｉＯ2）８０３を通過してＳｉ基板８０４に形成
されたＣＣＤに入るため、短波長の入射光が減衰し４０
０ｎｍ以下の波長に対して感度がほとんどなく、そのま
まではＤＵＶ光の検出はできない。そこで、表面照射型
イメージセンサでＤＵＶの感度を得るためには、ゲート
８０１における酸化膜８０３を薄くして短波長の減衰を
少なくする方法がある。他の方法としては、カバーガラ
ス８０５に有機薄膜コーティングを施し、ＤＵＶ光が入
射されるとそれに応じて可視光を発光するようにするこ
とで、可視光にしか感度のないイメージセンサでＤＵＶ
光を検出する方法がある。
【００３９】これに対し、イメージセンサ７１５とし
て、図８（ｂ）に示す如く、Ｓｉ基板８０４の厚さを薄
くし、この薄くした裏側から光を入射するように構成し
た裏面照射型ＴＤＩイメージセンサを用いて、ゲート構
造のない裏側から光を入射することによって、ＤＶＤ量
子効率を１０％程度以上にして量子効率が高くダイナミ
ックレンジが大きくとれ、４００ｎｍ以下の波長にも感
度を有するようにすることができる。また、イメージセ
ンサ７１５を、上記の如く、ＴＤＩ（ＴｉｍｅＤｅｌａ
ｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）にすることで、感度を大
きくすることができる。
【００４０】次に、信号処理系４０１について図９を用
いて具体的に説明する。即ち、信号処理系４０１は、Ｔ
ＤＩイメージセンサ等から構成されるイメージセンサ３
０２、７１５から被検査対象基板１のｙ軸方向の移動に
同期して得られる列画素ごとに蓄積された濃淡値で示さ
れる画像信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路４０２と、該
ＡＤ変換回路から出力されるデジタル画像信号を、ｙ軸
方向に繰り返される回路パターンの例えば１ピッチ分
（複数ピッチ分でもよい。）に相当するずれ量だけ遅延
させる遅延メモリ４０３と、上記ＡＤ変換回路４０２か
ら得られるデジタル検出画像信号４０８と遅延メモリ４
０３から得られる例えば１ピッチ分遅延させたデジタル
参照画像信号４０９とを比較して例えば差画像信号を抽
出し、この抽出された差画像信号を所定の閾値で２値化
して異物や回路パターンの欠陥等の欠陥候補を示す２値
化画像信号を形成する比較回路４０４と、該比較回路４
０４から得られる異物等の欠陥候補を示す２値化画像信
号等を元に該欠陥候補毎の面積や位置座標や最大長さ
（例えばｘ軸方向およびｙ軸方向への投影長さ（最大長
さ））やモーメント等の特徴量を抽出する欠陥候補の特
徴量抽出回路４０５と、該欠陥候補の特徴量抽出回路４
０５で抽出される欠陥候補の特徴量が所定の判定基準を
越えたとき欠陥として判定する欠陥判定回路４０６とで
構成される。なお、特徴量としては、更に欠陥候補とし
て特定された点でＡＤ変換回路４０２から得られるデジ
タル検出画像信号に基づく濃淡値を付加させて、３次元
的な特徴量を抽出してもよい。特に、０．１μｍ程度以
下の極微小の異物等の欠陥を検出するためには、被検査
対象基板１の表面の微妙な凹凸に基づくノイズ成分を除
外して誤検出を防止する必要がある。そのために、差画
像信号として所定の閾値を越えるものを一旦異物等の欠
陥候補として抽出し、この抽出された欠陥候補毎の特徴
量から真に異物等の欠陥なのか、表面の微妙な凹凸によ
るものかを弁別することによって真の極微小の異物等の
欠陥を見つける必要がある。
【００４１】即ち、被検査対象基板１には、繰り返し回
路パターンが形成されているので、比較回路４０４にお
いて、ＡＤ変換回路４０２から得られる回路パターンの
デジタル検出画像信号４０８と遅延メモリ４０３から得
られる例えば１ピッチ分遅延させた隣の回路パターンの
デジタル参照画像信号４０９とを比較して例えば差画像
信号（２枚の画像信号の画素値の差信号）を求め、この
求められた差画像信号を欠陥候補抽出用の閾値で２値化
画像信号に変換して異物等の欠陥候補点を抽出する。２
値化閾値の設定例としては、あらかじめ設定された閾
値、または被検査画像の明るさ等から求めた閾値を用い
て差画像信号全体を２値化する。別の閾値設定例として
は、差画像信号の各座標毎、または明るさ毎に閾値を算
出し、差画像信号の各点において別の閾値を持って２値
化する方式が考えられる。いずれにしても、上記差画像
信号に対する閾値は、極微小な異物等の欠陥を検出でき
るように低く設定せざるを得ず、被検査対象基板１の表
面の微妙な凹凸に基づく虚報も検出されてしまうことに
なる。
【００４２】そこで、欠陥候補の特徴量抽出回路４０５
において、２値化画像信号で与えられる欠陥候補信号に
は虚報が含まれている関係で、検出された欠陥候補点に
おける２値化画像信号および／またはＡＤ変換回路４０
２から得られるデジタル検出画像信号を元に欠陥候補点
毎の面積や位置座標や最大長さ（ｘ軸方向およびｙ軸方
向への投影長さ）やモーメントや濃淡値等の特徴量を抽
出する。そして欠陥判定回路４０６において、この抽出
された特徴量から欠陥候補点が欠陥か虚報かを判断して
真の欠陥を見つける。以上説明したように、信号処理系
４０１において、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等
の欠陥を虚報から弁別して検査することができる。
【００４３】次に、本発明に係る欠陥検査装置に用いら
れる照明光学系について上記実施例と異なる実施例につ
いて図１０および図１１を用いて説明する。本照明光学
系の実施例は、ハロゲンランプ等のフィラメント光源５
０２と該光源５０２から発生した光を集光させる楕円鏡
５０３とからなる照明光源５０１と、該照明光源５０１
から集光して出射される光をほぼ平行な光に変換するコ
リメータレンズ５０４と、該コリメータレンズ５０４で
変換されたほぼ平行な光を透過させることによって射出
端５０５ａにスポットビームからなる２次光源を形成す
るロットレンズ（ガラス棒）５０５と、２次光源である
射出端５０５ａから出射されたッスポットビームを対物
レンズ５０７の瞳５０７ａに集光させる対なるフーリエ
変換レンズ５０６と、対物レンズ５０７とによって構成
される。なお、ロットレンズ５０５の射出端５０５ａと
被検査対象基板１の表面とは、光学的に共役な関係で構
成される。ところで、図１１に示すようにランプ５０２
のもつ配向特性を利用してランプ５０２の発光強度の高
い光線を図１２に示すように照明領域２’の周辺部であ
る検出領域３’の周辺に到達させることができ、検出領
域（検出視野）３’の周辺での光量向上を図ることがで
きる。この場合、フライアイレンズを用いたものより、
ランプ光源５０２から発生した光量を減らすことなく有
効に活用して高照度化することができる。また、この照
明光学系の場合、対物レンズ５０７における光軸から離
れるに従ってＭＴＦが低下するのに対応させた図１２に
示す照度分布（周辺の照度を高めた疑似輪帯照明）で検
出領域３’を照明することができることになる。
【００４４】なお、フーリエ変換レンズ５０６内若しく
はフーリエ変換レンズの前後の何方かにシリンドリカル
レンズ１０５を配置させることによって、欠陥検査装置
の第１の実施例で説明したスリット状の光束１０７を得
ることができ、さらに検出領域３の周辺部の照度を強め
ることができ、その結果、検出光学系３０１によってＭ
ＴＦが最も低下する検出器３０２の周辺部における画素
によって受光する異物等の欠陥からの散乱光あるいは回
折光強度を強くすることができ、０．１μｍ程度以下の
極微小な異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速で検出す
ることができる。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、ＴＤＩイメージセンサ
等の検出器で検出する検出領域の周辺部における照度を
増大させて照明の効率向上を図ることによって安価な光
源を用いて、ＬＳＩウエハ等の被検査対象基板上の０．
１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度
以下の極微小な異物や欠陥をも高感度で、且つ高スルー
プットで検出することができる効果を奏する。また、本
発明によれば、検出光学系における光軸から離れるに従
ってＭＴＦが低下するのに適合させてＴＤＩイメージセ
ンサ等の検出器で検出する検出領域の周辺部における照
度を増大させて照明の効率向上を図ることによって安価
な光源を用いて、ＬＳＩウエハ等の被検査対象基板上の
０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ
程度以下の極微小な異物や欠陥をも高感度で、且つ高ス
ループットで検出することができる効果を奏する。
【００４６】また、本発明によれば、被検査対象基板か
ら得られるエキシマレーザ光等のＵＶＤ（遠紫外）レー
ザ光に基づく光像をＴＤＩイメージセンサで受光できる
ようにして０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より
０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査す
ることができる効果を奏する。また、本発明によれば、
ランプ光源から発生する光を光量を有効利用し、しかも
検出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低
下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部
における照度不足を解消し、０．１μｍ程度以下の極微
小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査する
ことができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施例の概
略構成を示す図である。
【図２】図１に示す欠陥検査装置の第１の実施例に用い
られている照明光学系の一実施例の構成を具体的に示す
図である。
【図３】照明光学系によってスリット状のガウスビーム
光束を整形して照明効率向上を図る基本思想を説明する
ための図である。
【図４】検出器としてＴＤＩイメージセンサを用いた場
合における被検査対象基板上の検出領域の光像を受光し
て撮像する方法を説明するための図である。
【図５】ガウスビーム光束において標準偏差σ（照明の
幅に対応する）を変えたとき、検出領域の周辺部（ｘ0
＝１）における照度ｆ(ｘ0)の変化を示す図である。
【図６】標準偏差σを０．５、１、２にしたときのガウ
スビーム光束を照射した際、検出領域の光軸からの長さ
（ｘ0）に対する照度ｆ(ｘ0)の変化を示す図である。
【図７】本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施例の構
成を示す図である。
【図８】ＤＵＶ光を受光できるようにしたＴＤＩイメー
ジセンサの実施例を説明するための図である。
【図９】０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を
虚報と弁別して検査できるようにした信号処理系の一実
施例を示す構成図である。
【図１０】図１に示す欠陥検査装置の第１の実施例に用
いられている照明光学系の他の実施例の構成を示す図で
ある。
【図１１】図１０に示す照明光学系により、ランプ光源
から発生する光量を有効活用し、該ランプ光源から発生
する光の配向性を利用して検出領域の周辺部における照
度を増大させたことを説明するための図である。
【図１２】図１０および図１１に示す照明光学系によっ
て得られる検出領域に対する照度分布を示す図である。
【符号の説明】 １…被検査対象基板、２、２’…照明領域、３、３’…
検出領域、５…微小異物、１０１…照明光源、１０２…
照明光学系、１０３…凹または凸レンズ、１０４…コリ
メータレンズ、１０５…シリンドリカルレンズ、１０６
…レーザビーム、１０７…スリット状のガウスビーム光
束、２０１…ステージ、３０１…検出光学系、３０２…
検出器、３０２ａ…ＴＤＩイメージセンサ、３０２ａｅ
…周辺部画素（外周部画素）、３０２ａｃ…角部画素、
３０３…光軸、４０１…信号処理系、４０２…ＡＤ変換
回路、４０３…遅延メモリ、４０４…比較回路、４０５
…欠陥候補の特徴量抽出回路、４０６…欠陥判定回路、
５０１…照明光源、５０２…ランプ光源、５０３…楕円
鏡、５０４…コリメータレンズ、５０５…ロッドレンズ
（ガラス棒）、５０６…フーリエ変換レンズ、５０７…
対物レンズ、７０１…ＤＵＶレーザ光源、７０２…照明
光学系、７０３…偏光制御光学系、７０４…瞳走査照明
光学系、７０５…ハーフミラー（１）、７１１…対物レ
ンズ、７１２…結像レンズ、７１３…拡大光学系、７１
４…偏光検出光学系、７１５…ＴＤＩイメージセンサ、
７２２…自動焦点系、７３３…瞳観察光学系、７４３…
アライメント光学系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝田 行広 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 二宮 隆典 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 Ｆターム(参考） 2G051 AA65 AB01 AB02 BB01 BB11 CA03 CA06 CD06 DA06 4M106 BA04 BA05 BA07 CA39 CA41 DB02 DB04 DB07 DB08 DB12 DB19 DB20 DJ01

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回路パターンが形成された被検査対象基板
    上における検出領域に対して、照明光学系により前記検
    出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とす
    るガウス分布からなる照度分布を有するように整形され
    たガウスビーム光束で照明し、該整形されたガウスビー
    ム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得
    られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する
    受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器
    から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出
    される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等
    の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法。
  2. 【請求項２】回路パターンが形成された被検査対象基板
    上における検出領域に対して、照明光学系により前記検
    出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度
    の比が０．４６〜０．７３程度になるように前記検出領
    域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸
    長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明
    し、該整形されたガウスビーム光束で照明された被検査
    対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系に
    より前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の受
    光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する
    画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記
    検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴
    とする欠陥検査方法。
  3. 【請求項３】前記整形されたガウスビーム光束がスリッ
    ト状であって、前記被検査対象基板を該スリット状のガ
    ウスビーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対
    的に移動させることを特徴とする請求項１または２記載
    の欠陥検査方法。
  4. 【請求項４】前記検出器がＴＤＩイメージセンサである
    ことを特徴とする請求項１または２または３記載の欠陥
    検査方法。
  5. 【請求項５】前記整形されたガウスビーム光束を、前記
    被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明
    することを特徴とする請求項１または２または３または
    ４記載の欠陥検査方法。
  6. 【請求項６】回路パターンが形成された被検査対象基板
    上における検出領域に対して、照明光学系により前記検
    出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度
    の比が０．４６〜０．７３程度の範囲内になるように前
    記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もし
    くは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照明
    し、該整形されたビーム光束で照明された被検査対象基
    板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前
    記検出領域に対応する受光面を有する検出器の受光面に
    結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信
    号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領
    域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする
    欠陥検査方法。
  7. 【請求項７】回路パターンが形成された被検査対象基板
    上における検出領域に対して、照明光学系によりＤＵＶ
    ビーム光束で照明し、該ＤＵＶビーム光束で照明された
    被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光
    学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵ
    Ｖ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面
    に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域
    に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に
    基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
  8. 【請求項８】回路パターンが形成された被検査対象基板
    上における検出領域に対して、照明光学系により前記検
    出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とす
    るガウス分布からなる照度分布を有するように整形され
    たＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明し、該整形さ
    れたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明された被検
    査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系
    により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光
    に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結
    像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対
    応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基い
    て前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査すること
    を特徴とする欠陥検査方法。
  9. 【請求項９】回路パターンが形成された被検査対象基板
    上における検出領域に対して、前記検出領域の光軸から
    周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布から
    なる照度分布を有するように整形されたガウスビーム光
    束で照明する照明光学系と、 該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検
    査対象基板上の検出領域から得られる光像を前記検出領
    域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像さ
    せて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検
    出する検出光学系と、 該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて
    前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する
    信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
  10. 【請求項１０】回路パターンが形成された被検査対象基
    板上における検出領域に対して、前記検出領域の中心部
    の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６
    〜０．７３程度になるように前記検出領域の光軸を中心
    とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させ
    て整形されたガウスビーム光束で照明する照明光学系
    と、 該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検
    査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系
    により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の
    該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応
    する画像信号を検出する検出光学系と、 該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて
    前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する
    信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
  11. 【請求項１１】前記照明光学系は、ガウスビーム光束を
    スリット状に形成する光学要素を有し、 更に、前記被検査対象基板を前記スリット状のガウスビ
    ーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移
    動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項９ま
    たは１０記載の欠陥検査装置。
  12. 【請求項１２】前記検出光学系における検出器をＴＤＩ
    イメージセンサで構成することを特徴とする請求項９ま
    たは１０または１１記載の欠陥検査装置。
  13. 【請求項１３】前記照明光学系は、ガウスビーム光束
    を、前記被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向
    から照明するように構成したことを特徴とする請求項９
    または１０または１１または１２記載の欠陥検査装置。
  14. 【請求項１４】回路パターンが形成された被検査対象基
    板上における検出領域に対して、照明光学系により前記
    検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照
    度の比が０．４６〜０．７３程度の範囲内になるように
    前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径も
    しくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照
    明する照明光学系と、 該照明光学系により整形されたガウスビーム光束で照明
    された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を
    検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有す
    る検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出
    領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、 該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて
    前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する
    信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
  15. 【請求項１５】回路パターンが形成された被検査対象基
    板上における検出領域に対して、照明光学系によりＤＵ
    Ｖビーム光束で照明する照明光学系と、 該照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明された被検
    査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系
    により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光
    に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結
    像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対
    応する画像信号を検出する検出光学系と、 該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて
    前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する
    信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
  16. 【請求項１６】回路パターンが形成された被検査対象基
    板上における検出領域に対して、照明光学系により前記
    検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差と
    するガウス分布からなる照度分布を有するように整形さ
    れたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明する照明光
    学系と、 該照明光学系によりＤＵＶビームのガウスビーム光束で
    照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光
    像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を
    有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの
    前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前
    記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系
    と、 該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて
    前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する
    信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
  17. 【請求項１７】ランプ光源と、該ランプ光源から発生す
    る光の配向特性を利用して検出領域の周辺部における照
    度を中心部の照度に比べて高めてビーム光束を出射する
    ロットレンズとを有し、回路パターンが形成された被検
    査対象基板上における検出領域に対して、前記ロットレ
    ンズから出射されるビーム光束で照明する照明光学系
    と、 該照明光学系によりビーム光束で照明された被検査対象
    基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により
    前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光
    面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画
    像信号を検出する検出光学系と、 該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて
    前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する
    信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
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