JP2004177284A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に透明薄膜が形成されたウェハ等の被検査対象基板はもとより、回路パターンを有するウェハ等の被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物やキズ等の欠陥を、高感度で、しかも高速に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。
【解決手段】照明光束を被検査対象基板１の表面に対して所定の傾斜角度で照射する照明光学系１０と、前記被検査対象基板１から上方へ出射する上方反射散乱光を検出する上方検出光学系２０及び前記被検査対象基板１から前記照明光束に対して平面的に交差する方向で傾斜した方向に出射する側方反射散乱光を検出する側方検出光学系６００を備えた検出光学系２００とを備えた欠陥検査装置である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板、半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥やキズ（スクラッチ）等の欠陥を検出し、前記検出された異物等の欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物等の欠陥の発生状況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】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）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る。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な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、プロセスガスにより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。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程でも、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、不良接続の原因となる。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（従来技術１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（従来技術２）に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。
また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウェハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（従来技術３）において知られている。この従来技術３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、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１−２５０８４７号公報（従来技術４）、特開平６−２５８２３９号公報（従来技術５）、特開平６−３２４００３号公報（従来技術６）、特開平８−２１０９８９号公報（従来技術７）、特開平８−２７１４３７号公報（従来技術８）、特開２０００−１０５２０３号公報（従来技術９）が知られている。特に、従来技術９には、検出光学系を切り替えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、特開２００１−６０６０７号公報（従来技術１０）、特開２００１−２６４２６４号公報（従来技術１１）が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】
特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献４】
特開平１−２５０８４７号公報
【特許文献５】
特開平６−２５８２３９号公報
【特許文献６】
特開平６−３２４００３号公報
【特許文献７】
特開平８−２１０９８９号公報
【特許文献８】
特開平８−２７１４３７号公報
【特許文献９】
特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献１０】
特開２００１−６０６０７号公報
【特許文献１１】
特開２００１−２６４２６４号公報
【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１〜９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微細な異物または欠陥を、高感度で、かつ高速に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１〜９では、例えば、メモリのセル部等の繰り返し部分以外の部分では、検出感度（最小検出異物寸法）が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜９では、パターン密度が高い領域における０．１μｍレベルの微小異物または欠陥の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜９では、配線間を短絡する異物または欠陥の検出感度や薄膜状の異物の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１０〜１１では、異物または欠陥の計測精度が低いという課題があった。また、上記従来技術１０〜１１では、透明薄膜が形成されたウェハ表面上の異物の検出感度が低いという課題があった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、上記課題を解決すべく、表面に透明薄膜が形成されたウェハ等の被検査対象基板はもとより、回路パターンを有するウェハ等の被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物やキズ等の欠陥を、高感度で、しかも高速に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、本発明の第２の目的は、パターン密度が高い領域においても、高感度に異物または欠陥を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。
【０００９】
また、本発明の第３の目的は、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高感度に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。
【００１０】
また、本発明の第４の目的は、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥を分類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。
【００１１】
【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、被検査対象基板を載置して所定方向に走行する走査ステージと、照明光束を被検査対象基板の表面に対して所定の傾斜角度で照射する照明光学系と、前記被検査対象基板から上方へ出射する上方反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された上方反射散乱光を結像させる上方用結像光学系と該上方用結像光学系で結像された上方反射散乱光像を受光して上方用画像信号に変換する上方用光検出器とを有する上方検出光学系及び前記被検査対象基板から前記照明光束に対して平面的に交差する方向で傾斜した方向に出射する側方反射散乱光を集光して結像させる側方用結像光学系と該側方用結像光学系で結像した側方反射散乱光像を受光して側方用画像信号に変換する側方用光検出器とを有する側方検出光学系を備えた検出光学系と、該検出光学系の上方用光検出器から得られる上方用画像信号を上方用デジタル画像信号に変換し、前記側方用光検出器から得られる側方用画像信号を側方用デジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器で変換された各デジタル画像信号に基づいて欠陥を検出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。
【００１２】
また、本発明は、前記照明光学系において、前記照明光束が、前記被検査対象基板上の照明状態として、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームにして、長手方向が前記走査ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように構成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記検出光学系の上方検出光学系において、被検査対象基板上に存在する回路パターンの少なくとも繰り返しを遮光する空間フィルタを有し、空間フィルタの繰り返し遮光パターンの寸法若しくは形状を自動設定できるように構成することを特徴とする。また、本発明は、前記検出光学系の上方検出光学系において、前記結像光学系の結像倍率を可変に構成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記信号処理系において、前記上方用デジタル画像信号を近傍画素でマージし、該マージされた画像信号を基づいて、欠陥を検出することを特徴とする。また、本発明は、前記信号処理系において、前記検出された欠陥をカテゴリ別に分類する分類手段を備えることを特徴とする。また、本発明は、前記信号処理系において、前記Ａ／Ｄ変換器で変換された各デジタル画像信号から欠陥のカテゴリを分類する分類手段を有することを特徴とする。また、本発明は、前記信号処理系において、前記検出された欠陥のサイズを測定するサイズ測定手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、更に前記被検査対象物上の光学像を観察する光学顕微鏡を備えたことを特徴とする。また、本発明は、前記光学顕微鏡において観察される画面上に前記信号処理系で検出された欠陥の座標を示す領域若しくはマークを表示することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記照明光学系において、前記照明光束を前記被検査対象基板の表面に対して高傾斜角度と低傾斜角度とで切り替えて照射できるように構成し、前記照明光学系で高傾斜角度で照明した際および低傾斜角度で照明した際前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出する欠陥検出処理部と前記欠陥検出処理部から検出される欠陥についての特徴量を算出する特徴量算出部と前記高傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥と低傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥とが同一視される欠陥についての特徴量を前記特徴量算出部から取得し、該取得された欠陥の特徴量に基いて欠陥のカテゴリを分類する統合処理部とを有する信号処理系とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、被検査対象基板を載置して所定の方向に走行させる走査ステージと、照明スポットを前記被検査対象基板の表面に対して前記走査ステージの走行方向に直角方向に走査して照射する照明光学系と、該照明光学系で照射された照明スポットの走査による前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光して結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された照明スポットの走査による反射散乱光像を受光して導く複数の光ファイバと該複数の光ファイバで導かれた照明スポットの走査による光像を受光して信号に変換する複数の光電子増倍管とを有する検出光学系と、該検出光学系の各光電子増倍管から得られる信号をデジタル信号に変換し、該変換されたデジタル信号に基づいて欠陥を検出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。
【００１８】
また、本発明は、被検査対象基板を載置して所定の方向に走行させる走査ステージと、複数の照明光束の各々に対して互いに異なる周波数で変調させる複数の光変調器と該複数の光変調器で変調された複数の照明光束を前記走査ステージの走行方向にほぼ直角方向に対して偏向させる光偏向器と該光偏向器で偏向された複数の照明光束を前記被検査対象基板の表面に対して複数照明スポットとして集光して照射する集光光学系とを有する照明光学系と、該照明光学系で照射された複数照明スポットの走査による前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光して結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された複数照明スポットの走査による反射散乱光像を受光して信号に変換する光検出器とを有する検出光学系と、該検出光学系の光検出器で変換された信号から前記各光変調器で変調された周波数に相当する成分を抽出する複数の同期検波回路と該複数の同期検波回路から抽出された信号に基づいて欠陥を検出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及びその方法である。
【００１９】
また、本発明は、前記検出光学系において、前記光検出器を、受光する複数照明スポットの走査による反射散乱光像を導く光ファイバと該光ファイバで導かれた複数照明スポットの走査による光像を受光して信号に変換する光電子増倍管とで構成することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、照明光学系により照明光束を被検査対象基板の回路パターンを有する表面に対して所定の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を上方に設けた対物レンズで集光して上方結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を上方用光検出器で受光して第１の画像信号に変換し、該変換された第１の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第１のデジタル画像信号に変換し、該変換された第１のデジタル画像信号に基づいて前記被検査対象基板の回路パターンを有する表面上に存在する欠陥を検出する第１の工程と、照明光学系により照明光束を被検査対象基板の透明膜の表面に対して所定の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を、平面的に前記照明方向に対して交差する方向で傾斜した方向から結像光学系で集光して結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第２の画像信号に変換し、該変換された第２の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第２のデジタル画像信号に変換し、該変換された第２のデジタル画像信号に基づいて前記被検査対象基板の透明膜の表面上に存在する欠陥を検出する第２の工程とを有することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
本発明に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の様々な欠陥を、更に微細なものと大きなものとを高感度で、かつ高速で検査できるようにするものである。そのためには、本発明に係る欠陥検査装置として、図１に示す如く、照明光学系１０によって照明するスリット状ビーム２０１の照射角度αを被検査対象に応じて可変可能にすると共に、被検査対象表面と検出器２６の受光面を結像関係となるよう検出光学系２００を配置し、また検出光学系２００の倍率を可変にして検出画素サイズを検出欠陥の大きさに合わせるように設定して検査することにある。
【００２３】
更に、本発明に係る欠陥検査装置は、例えば、異なる照射角度の照明光によって欠陥から得られた散乱光の違いを特徴量とし、欠陥の種類に分ける機能も有する。
【００２４】
次に、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハに限らず、薄膜基板やフォトマスク、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）等にも適用可能である。
【００２５】
ところで、本発明に係る欠陥検査装置は、図１に示すように、様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置、移動させるＸＹＺステージ３１、３２、３３、３４とコントローラ３５から構成される搬送系３０と、図２（ａ）に示すように、レーザ光源１１から射出された光を、ビーム拡大光学系１６である大きさに拡大後、レンズ、ミラー等を介して、複数の斜め方向から被検査対象基板１上に照明する照明光学系１０と、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像光学系２３、光学フィルタ群２４（図７（ａ）に示す）、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６から構成され、照明光学系１０で照明された領域からの反射回折光（あるいは散乱光）を検出する倍率可変検出光学系２０並びに結像光学系６３０及び光検出器６４０等からなる側方検出光学系６００等を備えた検出光学系２００と、上記光検出器２６及び６４０で検出された画像信号に基いて異物を検出する信号処理系４０と、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０等の検出光学系２００、搬送系３０、信号処理系４０及び観察光学系６０等の全体を制御する全体制御部５０とによって構成される。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む）、表示手段５２、記憶部５３が設けられている。
【００２６】
なお、この異物検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６や６４０の受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えている。
【００２７】
〔照明光学系１０〕
本検査装置では、複数の方向から被検査対象基板１の表面に照明可能な構成になっている。照明光学系１０としては、レーザ光源１１から射出された光Ｌ０を、凹レンズ１２及び凸レンズ１３等から構成されるビーム拡大光学系１６、スリット光束を形成するための円錐曲面レンズ１４、ミラー１５を介して、図２（ａ）（ｂ）に示す如く、スリット状ビーム２０１を平面的に１つ以上の方向（図３においては４方向から、試料設置台３４上に設置されたウェハ（被検査対象基板）１に照射するように構成される。このとき、スリット状ビーム２０１の長手方向がチップの配列方向（例えばＹ方向）に向くように照明するよう構成される。なお、照明光として、スリット状ビーム２０１にするのは、照明により発生する異物や欠陥からの散乱光を、一列に配置した受光素子で一括して検出することにより、検査の高速化を図るためである。すなわち、図３に示すように、Ｘステージ３１の走査方向およびＹステージ３２の走査方向に向けてチップ２０２を配列したウェハ１上に照明されるスリット状ビーム２０１は、Ｘステージ３１の走査方向Ｘに狭く、その垂直方向Ｙ（Ｙステージ３２の走査方向）に広い形状を有する。そして、このスリット状ビーム２０１は、光路中に例えば円筒レンズを設けることにより、Ｘ方向に光源の像が結像するように、Ｙ方向に平行光になるように照明される。なお、３方向の照明については、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されている。
【００２８】
ところで、スリット状ビーム２０１の長手方向をウェハ１に対してチップの配列方向に向けたのは、光検出器２６の画素配列２０３とＸステージ３１の走行方向とを平行に保つことにより、画像信号のチップ間比較を容易に行うと共に、異物の位置座標の算出も容易に行うことができ、その結果、異物の検査を高速に行える効果を奏する。
【００２９】
特に、平面的にＹ方向に対してφ傾いた方向からの照明ビーム２２０，２３０によるスリット状ビーム２０１の照明を、ウェハ１に対してチップ２０２の配列方向に向け、かつＸステージ３１の走査方向Ｘに対して直角になるように形成するためには、円錐曲面レンズ１４（２２４、２３４）が必要となる。この円錐曲面レンズ１４（２２４、２３４）は、長手方向の位置で焦点距離が異なり、直線的に焦点距離を変えたレンズ、即ち長手方向の曲率半径が連続的に変化するようなレンズである。この構成により、図４（ａ）に示すように斜めから照明（角度α，方向φの傾きを両立）しても、Ｘ方向に絞り込み、Ｙ方向にコリメートされたスリット状ビーム２０１で照明することができる。更に、全体制御部５０からの指令に基づいて、図２（ａ）に示すようにミラー１５（２２５、２３５）とミラー７０２を機構的に切替えるかあるいは１個のミラー１５の角度を図示していない回転手段によって変えることによって、照明角度αを例えば被検査対象基板１上で検査対象とする異物や欠陥の種類によって変えられるように構成されている。図２（ａ）では、ミラー１５により照明位置７０１にレーザ照明を照射している。照明角度αを変更する場合、ミラー１５とは角度の違うミラー７０２をミラー１５と入れ替え、さらに、照明位置７０１にレーザ光を照射するためにミラー７０２をＺ方向に動かせば良い。この時、凸レンズ１３から照明位置７０１までの距離が変わるため、凸レンズ１３の位置を変えたり、焦点距離の違う凸レンズに変える必要がある。
【００３０】
更に、Ｘ方向及びＹ方向からの照明では、図４（ｂ）（ｃ）に示すように円筒レンズ２４４、２５５によりスリット状ビーム２０１を形成することができる。
【００３１】
以上説明したように、いかなる照明角の場合でも、スリット状ビーム２０１は光検出器２６、６４０の画素配列２０３をカバーする照明領域を有し、また何れの方向からの照明であっても、スリット状ビーム２０１がウェハ１上で一致するように構成される。
【００３２】
これにより、Ｙ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２０１をＹ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから発生する回折光パターンが空間フィルタ２２によって遮光されることになる。
なお、円錐曲面レンズ１４の製造方法については、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているので、説明を省略する。
【００３３】
次に、全体制御部５０からの指令に基づいて、ステージ上に載置される被検査対象基板１に応じて照明光学系１０の照明角度αおよび照明方向φを変える実施例について説明する。ところで、スリット状ビーム２０１を複数の照明角度αでウェハ１に形成するのは、ウェハ１の表面に発生している種々のタイプの異物や欠陥検出に対応するためである。即ち、被検査対象基板１上のパターン欠陥や高さの低い異物検出を対象としている。照明角度αは、高角度になると回路パターンからの反射回折光量が増加してＳ／Ｎ比が低下するので、経験的に求められた最適値が適用される。一例として、ウェハ表面の高さの低い異物を主に検出したい場合には、照明角度αは小さい角度が良く、例えばαが１度乃至は５度程度になるように設定する。このように照明角度αを小さい角度にすることにより、ウェハ最表面の異物のＳＮ比が向上する。また、配線工程での配線間の異物やパターン欠陥を主に検出したい場合には、照明角度αを大きくすると良いが、回路パターンと異物のＳ／Ｎ比の関係から、概ね４５度乃至５５度程度に設定するとよい。また、検査対象の製造工程（エッチング工程、ＣＭＰ工程など）と、検出したい異物や欠陥の種類とに対応関係がある場合には、検査レシピの中にどちらの照明角度に設定するか予め決めても良い。また、前述のウェハ表面の異物やパターン欠陥を偏りなく検出するためには、照明角度を前述した角度の中間値に設定しても良い。
【００３４】
更に、照明方向φに関して、例えば配線工程の場合、φが４５度付近の方向から照明ビーム２２０、２３０を照射した場合に図５に示すように配線５００間の異物や欠陥５０１からは回折散乱光が得られない場合が生じるので、照明回路パターンの配線方向に平行な方向（例えばＸ方向）からの照明２４０を選択するのが望ましい。つまり、照明光２４０の平行方向と配線パターン５００の方向を合わせることにより、配線５００間の異物や欠陥５０１を検出しやすくなる。また、ウェハ１の回路パターンが配線パターンではなく、コンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないため、照明ビーム２２０，２３０をチップに対しφが４５度付近の方向から照射することが望ましい。
【００３５】
更に、照明光学系１０について具体的に説明する。
【００３６】
まず、照明方向φを変更する方法について説明する。図２（ｂ）及び図３は１つのレーザ光源１１を用いて４つの照明光学系１０を構成した場合の平面図である。分岐光学要素２１８はミラー、プロズム等で構成され、位置をＹ方向に移動させることによって、レーザ光源１１から出射したレーザ光Ｌ０を透過または反射して３方向に導く。分岐光学要素２１８を透過した第１のレーザ光Ｌ１は、ハーフプリズム等の分岐光学要素（例えば偏光ビームスプリッタ）２２１で透過光と反射光に分岐され、例えば透過した光は、ミラー２３１、ビーム径補正光学系２３２、ミラー２３３、図４（ａ）に示す円錐曲面レンズ２３４を介して再びミラー２３５で反射させることによってＹ軸からφ傾いた方向から傾斜角度αの照明ビーム２３０を得ることができ、他方の分岐光学系２２１で反射した光は、ミラー２２３、図４（ａ）に示す円錐曲面レンズ２２４を介して再びミラー２２５で反射させることによってＹ軸からφ傾いた方向から傾斜角度αの照明ビーム２２０を得ることができる。なお、ビーム径補正光学系２２２及び２３２は、ウェハ１に照射されるスリット状ビーム２０１が同じ大きさになるように円錐曲面レンズ２２４、２３４に入射するレーザ光のビーム径を調節するものである。また、分岐光学要素２２１としてのハーフプリズムの代わりにミラー２６０を設置すれば、一方からの照明が可能となる。また、分岐光学要素（例えば偏光ビームスプリッタ）２２１の後方に波長板（λ／２板）２２６、２３６を挿入することによって照射するレーザ光の偏光方向をそろえることも可能となる。
【００３７】
ところで、分岐光学要素２１８で反射された第２のレーザ光Ｌ２は、ビーム径補正光学系２４１を通過後、ミラー２４２及びミラー２４３で反射されて図４（ｂ）に示すように円筒レンズ２４４に入射させ、ミラー２４５で反射させることによってＸ方向から傾斜角度βの照明ビーム２４０を得ることができ、分岐光学要素２１８で反射された第３のレーザ光Ｌ３はミラー２５１、ミラー２５３及びミラー２５４で反射されて図４（ｃ）に示すように円筒レンズ２５５に入射させ、ミラー２５６で反射させることによってＹ方向から傾斜角度γの照明ビーム２５０を得ることができる。上記照明ビーム２４０は、例えば配線工程において、ウェハ上に形成された配線パターンがＸＹ方向に平行となって多く形成されている場合に、照明の方向（Ｘ方向）を合わせることが可能となり、図５に示す配線５００間の異物や欠陥５０１を検出しやすくしている。なお、Ｙ方向の配線パターンに対しては、ウェハ１を９０度回転させればよい。そして、照明ビーム２４０の傾斜角度βとしては、配線間の異物や欠陥を検出する点から、上記中間角度や高角度で形成すればよい。また、傾斜角度βをαと同様に、切替えるように構成してもよい。このように、Ｘ方向から照明する際、円筒レンズ２４４によってＸ方向に集束して絞られる関係によりミラー２４５を小型化することが可能となり、その結果、該ミラー２４５を対物レンズ２１の周囲とウェハ１との間に入り込ませることにより高角度でも照明することが可能となる。
【００３８】
特に、本発明においては、図６を用いて後述するように、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工が施された透明膜（例えば酸化膜）８００上の微小異物やスクラッチ等８０２を下地パターン８０１からの散乱光の影響を受けることを少なくするようにＹ方向に対して交差する方向ωから斜方検出するために、上述したように第３のレーザ光Ｌ３を基に照明ビーム２５０により、スリット状ビーム２０１の長手方向（Ｙ方向）から傾斜角度γで照明するようにしたことにある。この照明ビーム２５０の傾斜角度γとしては、酸化膜８００上の微小異物やスクラッチ等を検出する関係で、比較的低角度の５度〜１０度付近が好ましい。ところで、焦点距離が一様な円筒レンズ２５５を用いた場合には、傾斜角度γを有する関係で、スリット状ビーム２０１は中心の幅が細くなった鼓形状となる。しかし、円筒レンズ２５５の焦点距離を傾斜角度γに合わせて変えることによって中央が細くならないスリット状ビームを得ることができる。
【００３９】
ここで、照明ビーム２４０からのみ照明する場合には、分岐光学要素２１８においてミラー部に切り換えることによって実現することができる。また、照明ビーム２２０、２３０によって２方向から照明する場合には、光路から分岐光学要素２１８を退出させるか、または透過部に切り換えることによって実現することができる。
【００４０】
なお、レーザ光源１１としては、異物を高感度に検査でき、また、メンテナンスコストが安いことを考慮すると、高出力のＹＡＧレーザの第２高調波ＳＨＧ、波長５３２ｎｍを用いるのが良いが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、紫外光レーザや遠紫外光レーザや真空紫外光レーザ、Ａｒレーザや窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ、半導体レーザ等の光源であっても良い。各レーザを用いた場合の利点としては、レーザ波長を短波長化すれば検出像の解像度が上がるため、高感度な検査が可能となる。なお、波長を０．３４μｍ程度にした場合には対物レンズ２１のＮＡを０．４程度、波長を０．１７μｍ程度にした場合には対物レンズ２１のＮＡを０．２程度にするのが、回折光を多く対物レンズ２１に入射させて検出感度を向上させることができる。また、半導体レーザ等の使用に関しては、装置の小型化、低コスト化を実現できる。
【００４１】
〔検出光学系２００〕
まず、検出光学系２００の倍率可変検出光学系（上方検出光学系）２０について図１、図７及び図８を用いて説明する。倍率可変検出光学（上方検出光学系）２０は、ウェハ等の被検査対象基板１から上方に反射回折された光を、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像光学系（倍率可変結像光学系）２３、ＮＤフィルタ２４ａ及び偏光板２４ｂ等からなる光学フィルタ群２４を通して、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６で検出するように構成される。
【００４２】
空間フィルタ２２は、ウェハ１上の繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光して異物からの散乱光を通過する機能を有し、対物レンズ２１の空間周波数領域、すなわちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する）に配置される。
【００４３】
次に、瞳観察光学系７０を用いた空間フィルタ２２の自動設定について図１及び図８を用いて説明する。即ち、空間フィルタ２２は、検出光学系２００の光路中に、検査中は退避可能なミラー９０と、投影レンズ９１、ＴＶカメラ９２からなる瞳観察光学系７０により、例えば図８（ａ）に示すフーリエ変換の結像位置における繰り返し回折光パターン９０２からの反射回折光像９０１を撮像し、特開平５−２１８１６３号公報にも記載されているようにフーリエ変換の結像位置に設けた矩形形状の遮光部９０３の間隔ｐを図示していない機構で変化させて、図８（ｃ）に示すようにフーリエ変換の結像位置において回路パターンからの反射回折光像による輝点のない像９０４になるように調整されるものである。これらは、ＴＶカメラ９２からの信号を信号処理系４０で処理して全体制御部５０の指令に基づいて空間フィルタ２２の遮光部９０３のピッチｐや回転方向が調整されて自動設定されることになる。なお、上記遮光板によらず、ＴＶカメラ９２からの信号に基づいて透明基板上に白黒反転させて遮光部を縮尺形成しても良い。
【００４４】
本検査装置では、異物検査を高速に行う機能と低速で高感度な検査を行う機能を有している。つまり、回路パターンが高い密度で製造されている被検査対象物または領域は、検出光学系の倍率を高くすることにより高分解能の画像信号が得られるので、高感度の検査が行える。また、回路パターンが低い密度で製造されている被検査対象物または領域は、倍率を下げることにより、高感度のまま高速検査を実現できるものである。これにより、検出すべき異物の大きさと、検出画素の大きさを最適化でき、異物以外からのノイズを排除し、異物からの散乱光のみを効率よく検出できるという効果を奏する。つまり、本検査装置ではウェハ１に上方に設置されている検出光学系２００の倍率を簡単な構成で可変できるようになっている。
【００４５】
次に、検出光学系２００の倍率を可変する動作について図７を用いて説明する。検出光学系２００の倍率の変更は全体制御部５０からの指令に基づいて行われる。結像光学系（倍率可変結像光学系）２３は、可動レンズ４０１、４０２、固定レンズ４０３、移動機構４０４で構成され、倍率変更時は対物レンズ２１および空間フィルタ２２の位置をＺ方向に変化させることなく、光検出器２６上に結像されるウェハ表面の倍率を可変できることを特徴としている。即ち、倍率変更時にも被検査対象基板１と光検出器２６との相対位置を変える必要がなく、倍率変更時の駆動機構４０４を簡単な構成でもって倍率を変えることができ、更に、フーリエ変換面の大きさも変わらないので、空間フィルタ２２の位置を変更しなくても良い利点を有する。
【００４６】
倍率可変検出光学系２０の倍率Ｍは、対物レンズ２１の焦点距離４０５をｆ_１、結像光学系２３の焦点距離４０６をｆ_２とすると次に示す（１）式で算出できる。
【００４７】
Ｍ＝ｆ_２／ｆ_１ （１）
従って、倍率可変検出光学系２０を倍率Ｍにするためには、ｆ_１は固定値であるから、ｆ_２が（Ｍ／ｆ_１）になる位置に動かすことになる。
【００４８】
次に、移動機構４０４の詳細を図７（ｂ）で説明する。図７（ｂ）は、移動機構４０４において、可動レンズ４０１及び４０２を特定の場所に位置決めする構成を示している。しかしながら、移動機構４０４において、可動レンズ４０１、４０２を任意の位置に位置決めするように制御することも可能である。また、移動機構４０４は、例えば、可動レンズ４０１、４０２のレンズ保持部４１０、４２０、ボールネジ４１２、４２２、モータ４１１、４２１で構成される。即ち、可動レンズ４０１はレンズ保持部４１０で保持され、レンズ保持部４１０はモータ４１１によるボールネジ４１２の回転により、また可動レンズ４０２はレンズ保持部４２０に保持され、レンズ保持部４２０はモータ４２１によるボールネジ４２２の回転により、Ｚ方向の所定の位置にそれぞれ独立して移動する。
【００４９】
そして、可動レンズ４０１又は４０２を保持しているレンズ保持部４１０又は４２０の先端に位置決めセンサの可動部４１５又は４２５を、可動レンズ４１０又は４２０の停止位置に位置決めセンサの検出部４１６又は４２６を設け、モータ４１１又は４２１を駆動してレンズ保持部をＺ方向に移動させ、予め所望の倍率の位置に設けられた各位置決めセンサ４１６又は４２６が位置決めセンサ可動部４１５又は４２５を検出して位置決めする。なお、位置決めセンサ４４０はＺ方向上限のリミットセンサ、位置決めセンサ４３０はＺ方向下限のリミットセンサである。ここで、位置決めセンサとしては、光学的、磁気的センサ等が考えられる。
【００５０】
これらの動作は、全体制御部５０からの指令に基づいて行われるが、ステージ３１〜３４上に載置される被検査対象基板１のパターン密度に応じて倍率を設定することになる。例えば、回路パターンが高密度の場合は高い倍率を選択して高感度の検査モードとし、回路パターンが低密度の場合や高速検査の必要がある場合は低い倍率を選択するものである。
【００５１】
また、倍率の変更が頻繁でない場合の倍率可変検出光学系２０の別の実施例としては、可動レンズ部分をユニット化し、ユニット交換することも考えられる。この場合、調整、メンテナンスが容易に行えるメリットを奏する。
【００５２】
次に光学フィルタ群２４について説明する。ＮＤフィルタ２４ａは、光検出器２６で検出される光量を調整するためのものであり、高輝度の反射光が光検出器２６に受光されると、光検出器２６は飽和状態となり、安定した異物検出ができない。このＮＤフィルタ２４ａは、照明光学系１０で照射光量を調整できる場合は、必ずしも必要ではないが、ＮＤフィルタ２４ａを用いることにより、検出光量の調整幅を大きくすることができ、様々な被検査対象に最適になるように光量を調整できる。例えば、レーザ光源１１で１Ｗから１００Ｗまで出力を調整でき、また、ＮＤフィルタ２４ａとして、１００％透過フィルタ、１％透過フィルタを用意しておけば、１０ｍＷから１００Ｗまでの光量調整ができ、幅広い光量調整ができる。
【００５３】
偏光板２４ｂは、照明光学系部１０で偏光照明した際、回路パターンのエッジから生じる反射回折光による偏光成分を遮光し、異物から生じる反射回折光による偏光成分の一部分を透過するものである。
【００５４】
次に光検出器２６について説明する。光検出器２６は、結像光学系２３によって集光された上方反射回折光を受光し、光電変換するためのイメージセンサであり、例えば、ＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサやＴＤＩセンサやアンチブルーミングＴＤＩセンサや光電子増倍管である。
【００５５】
ここで、光検出器２６、６４０の選択方法しては、安価な検査装置にする場合にはＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサが良く、高感度に微弱な光を検出する場合は、例えば、０．１μｍ程度以下の極微小な異物を検出する場合は、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）機能を持ったセンサや光電子増倍管が良い。
【００５６】
次に、光検出器におけるダイナミックレンジ向上の実施例について説明する。ところで、ウェハ上の検査対象領域によっても回路パターンからの反射回折光の強度には差が生じることになる。即ち、繰り返し回路パターンが形成されたメモリセル部とその周辺部では、周辺部の方が反射回折光強度が強くなっている。また、メモリセル部からの回路パターンの反射回折光は空間フィルタ２２によってより多く消去可能であるが、周辺部等には様々なパターンが存在するため空間フィルタ２２では消去することが難しいことになる。このような状況にあるため、例えば検査対象領域が周辺部等に到って光検出器２６で受光する光のダイナミックレンジが大きくなった場合、つまり、センサが飽和するような光が入射する場合には、アンチブルーミング機能を付随したセンサが良いが、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、図９（ａ）に示す如く、検出光学系２０の光路の例えばミラー９０の位置に透過率（例えば９９％）と反射率（例えば１％）の異なるビームスプリッタ１００を配置し、それぞれの光路に光検出器２６、１０１を設置しても良い。勿論、上記ビームスプリッタ１００をハーフミラーで構成し、該ハーフミラーと光検出器２６、１０１との間に個別にＮＤフィルタを設けて透過光量を互いに変えることもできる。この場合、周辺部等からセンサが飽和するような強い光が入射した場合には、光検出器１０１から得られる受光光量を減衰させた画像信号を基に異物等の欠陥を検出し、メモリセル部については光検出器２６から得られる画像信号を基に異物等の欠陥を検出すればよい。なお、光検出器１０１から得られる画像信号（比較的背景が強調される画像信号となる。）を基に異物等の欠陥を検出する方法としては、信号処理におけるチップ比較によってほぼ同じレベルである背景の画像信号を消去して、ランダムに発生する異物等の欠陥を示す信号を抽出する方法である。これにより、照明強度を変化させて何回も検査することなく、メモリセル部はもとより、周辺部等においても、異物等の欠陥を検出できることになる。
【００５７】
また、ＴＤＩセンサを用いる場合では、図９（ｂ）に示すように、例えば１００段の受光素子列のうち、信号を取り出す段数の異なる受光部列２６’ａ（２６）、２６’ｂを形成した素子を用いることも考えられる。例えば、１段の蓄積された受光素子列の１％の強度信号を取り出す部分２６’ｂと、残りの９９段の蓄積された受光素子列の９９％の強度信号を取り出す部分２６’ａとに分けた構成にすることにより、強い光が入射した場合でも、ブルーミングを起こすことを防止でき、それぞれの出力信号を上記の場合と同様に信号処理系４０で処理することが可能となる。
【００５８】
次に、光電子増倍管を用いる場合の実施例について図１０を用いて説明する。図１０は、光電子増倍管を一次元方向にならべたセンサを示す。この場合、高感度な一次元センサとして用いることができるので、高感度な検査が可能となる。この時の構成としては、図１０（ａ）に示すように、光電子増倍管５００１の結像光学系２３側にマイクロレンズ５００２を取り付け、結像光学系２３で集光される反射回折光を検出する構成にすれば良い。ここで、マイクロレンズ５００２は、光電子増倍管面と同等の範囲の光を光電子増倍管５００１に集光する機能を持つ。また、図１０（ｂ）のように、マイクロレンズ５００２の下流に設置した治具５００３を介して光ファイバ５００４を取りつけ、さらに光ファイバ５００４の出力端に光電子増倍管５００１を取り付ける構成にしても良い。この場合、光ファイバの直径は光電子増倍管の直径よりも小さいため、図１０（ａ）よりもセンサピッチを小さくできるため、分解能の高いセンサにすることができる。
【００５９】
次に、検出光学系２００における側方検出光学系６００について図１及び図１１を用いて説明する。即ち、異物検査においては、半導体の高集積化により近年増加傾向の多層ウェハも検査する必要が生じてきている。図６に示すように、ウェハの表面には、多層化の工程で透明膜（例えば酸化膜）８００が形成され、その上に回路パターンが形成される工程の繰り返しにより多層ウェハが作られる。そこで、ウェハ上の異物検査としては、透明膜８００の表面の微小異物やスクラッチ等の欠陥８０２を検出するニーズが高まっている。
【００６０】
基本的には、照明ビーム２２０、２３０を用いて照明角αを小さくすることによって、下地８０１からの回路パターン回折光等の反射光の影響を抑えることが可能であるが、照明角αを小さくすることにより欠陥８０２から発生られる散乱光の多くは前方散乱光として低い角度で出ることになるため、検出光学系２００の対物レンズ２１への入射が少なくなって透明膜８００上の欠陥８０２を安定して検出できない。また、前方散乱光を低い角度で検出したのでは、正反射光を検出することになるので、欠陥８０２を検出することができない。
【００６１】
そこで、本発明では、上述したように、図１１に示す如く、ビーム径が拡大されたレーザ光Ｌ３をミラー２５６、円筒レンズ２５５を介してウェハ１の表面に対して低角度（５度〜１０度程度）の照明角γで照明ビーム２５０として照射し、Ｙ方向に長手方向を有するスリット状ビーム２０１を形成する。なお、図１および図２（ｂ）に示すように、照明光路において、円筒レンズ２５５をミラー２５６の前に設けた方が好ましい。そして、ウェハ１の表面に形成された透明膜８００上に存在する微小異物やスクラッチ等８０２から発生する照明ビーム２５０に対する主として側方散乱光を低角度で検出できるように側方検出光学系６００を設置した。そのため、該側方検出光学系６００は、Ｙ軸に対して角度ω（例えば８０度〜１００度程度）で交差する方向から低角度（５度〜１０度程度）の検出角度θの光軸を有する結像光学系６３０および光検出器６４０から構成される。そして、上記交差角ωを９０度付近にすることによって、光検出器６４０の受光面は、スリット状ビーム２０１に対して結像光学系６３０による結像関係を有し、しかも結像光学系６３０の結像倍率を、光検出器６４０の受光面がスリット状ビーム２０１の全照明範囲を臨むように設定することが可能となる。このように側方検出光学系６００をスリット状ビーム２０１に対して低角度で結像関係にすることによって、スリット状ビーム領域以外からの迷光の影響を防止し、倍率可変検出光学系２０と同様に並列処理が可能となり、検査の高速化を図ることが可能となる。なお、光検出器６４０は、光検出器２６と同様に、ＴＤＩセンサや光電子増倍管等で構成することができる。
【００６２】
また、検査中は、ウェハ１の表面がＺ方向で一定の位置となり、光検出器６４０の受光面がスリット状ビーム２０１の全照明範囲をとらえるように図示しない自動焦点制御系により制御される。また、側方検出光学系６００の光路中に空間フィルタを設置することにより、下地等に存在する回路パターンからの側方反射回折光を遮光することも可能である。
【００６３】
また、結像光学系６３０に工夫を施せば、上記交差角ωの範囲を広げることが可能となる。また、照明ビームとしては傾斜角度αを低角度にすれば、照明ビーム２２０を用いることも可能である。この場合、側方検出光学系６００によって検出するのは、側方前方（平面的に見て１３５度方向）散乱光を検出することになる。また、照明ビームとして２３０を用いた場合には、側方検出光学系６００を照明系と干渉しないミラー２４５とミラー２２５との間に設ければよい。
【００６４】
以上説明したように、側方散乱光を主に低角度でスリット状ビーム２０１に結像させて検出する側方検出光学系６００を設けることにより、下地からの反射光の影響を抑えて、透明膜８００上の微小異物やスクラッチ等の欠陥８０２を精度良く検出できることになる。
【００６５】
また、図１２（ａ）に示すように、例えばレーザ光Ｌ３を光偏向手段（光偏向器）７２０によりＹ方向に高速走査して集光レンズ７３０でウェハの表面に低角度γで集光照射されたスポット７０１が高速走査され、異物やスクラッチ等の欠陥８０２からの側方散乱光を低角度θの結像レンズ７４０で光ファイバ等の分配手段７５０の受光面に結像させ、該結像した光像を上記分配手段７５０で導いて光電子増倍管等の光電変換素子７６０ａ〜７６０ｄで検出してもよい。この実施例の場合、７４０〜７６０が側方検出光学系６００’となる。この場合、図１２（ｂ）に示すように、複数のスポット走査群７０１ａ〜７０１ｃをウェハ１上に形成することで、光電子増倍管等を用いて検査の高速化が図れる。また、各走査スポット７０１ａ〜７０１ｃから発生する欠陥散乱光の検出は、図１２（ｃ）で示す如く分配手段７５０で導かれる光情報を、光電子増倍管７６０ａ〜７６０ｄで一定間隔でピックアップすることにより信号の並列処理ができ、高速に検査が行われる。その結果、光電子増倍管の数を減らして偏りなく欠陥８０２を検出することができる。即ち、各光電子増倍管のウェハ上におけるＹ方向の検出位置は光偏向手段７２０の偏向信号を用いることにより決まっているので、各光電子増倍管から検出される欠陥の信号をスポット７０１の高速走査に同期して検出すればよい。
【００６６】
また、レーザ光Ｌ３を分岐手段１３１（１３１ａ〜１３１ｄ）で複数のレーザ光１３２ａ〜１３２ｄに分割し、各レーザ光１３２ａ〜１３２ｄを、発振器１３４ａ〜１３４ｄからの信号に基づいて光変調器１３３ａ〜１３３ｄで互いに異なる周波数で例えば強度変調する。そして、これら強度変調された各レーザ光１３５ａ〜１３５ｄをミラー１３６ａ〜１３６ｄ、１３７ａ〜１３７ｄで反射させ、更に光偏向器１３８でＹ方向に偏向させて集光レンズ１３９で集光させて傾斜角γでウェハ１上にマルチスポット１４０ａ〜１４０ｄとして照射する。ここで、各光偏向器はウェハ１上でＹ方向にスポットが完全に重ならないように偏向角にオフセットを与えている。これにより、互いに異なる周波数で強度変調され、傾斜角度γで入射されてＹ方向に走査されたマルチスポット１４０ａ〜１４０ｄが得られることになる。これに対して側方検出光学系としては、Ｘ方向で傾斜角θの光軸を有する結像レンズ１４１、受光部１４２、該受光部１４２に接続された光ファイバ１４３、及び光電子増倍管１４４で構成される。なお、これら受光部１４２、光ファイバ１４３及び光電子倍増管１４４によって光検出器を構成することができる。１４５ａ〜１４５ｄは同期検波回路で、各発振器１３４ａ〜１３４ｄから得られる各光変調器１３３ａ〜１３３ｄに印加した各周波数の信号によって光電子増倍管１４４から出力される信号成分に含まれる周波数を検波することによって、どのスポット１４０ａ〜１４０ｄの走査によって発生した欠陥なのかを検出できることになる。即ち、光電子増倍管１４４は、マルチスポット走査による欠陥８０２からの側方散乱光を受光することになるが、各同期検波回路１４５ａ〜１４５ｄから検波して出力される欠陥を示す信号により光偏向器１３８によるどのスポット１４０ａ〜１４０ｄの走査によるものかを弁別することが可能となる。その結果、信号処理系４０は、光偏向器１３８を制御する制御回路１４６からの偏向信号（ウェハ上の走査信号に相当する）に基づいて欠陥が発生したＹ軸方向の位置座標を算出することができることになる。
【００６７】
以上説明したように、光変調器１３３ａ〜１３３ｄの各々で互いに異なる周波数で例えば強度変調して走査されたマルチスポット１４０ａ〜１４０ｄとして照射し、光検出器で検出された信号を各同期検波回路１４５ａ〜１４５ｄによって検波して欠陥を示す信号を抽出することによって、波長を変えてマルチスポットとして照射する場合に比較して検出感度を一様にして欠陥を検出することができることになり、高速化を図ることが可能となる。
【００６８】
また、被検査対象物１の表面に透明膜８００が形成されていない場合は、傾斜角度γ、検出角度θは必ずしも低角の必要はなく、５〜９０度の範囲で任意に設定してもよい。
【００６９】
また、複数のレーザスポットを走査する代わりに、走査レーザ照明系と検出光学系とをユニット化した複数の検出ヘッドをチップ２０２の配列方向に、好ましくはチップのピッチに合わせて設置しても検査を高速化することができる。
【００７０】
以上、図１２および図１３に示す技術は、検出光学系２００による上方検出にも適用可能である。
【００７１】
〔搬送系３０〕
次に、搬送系３０について説明する。ステージ３１、３２は試料設置台３４をＸＹ平面に移動させるためのステージであり、照明光学系１０の照明エリアに被検査対象基板１の全面を移動させることができる機能を持つ。また、ステージ３３はｚステージであり、倍率可変検出光学系２０の光軸方向（Ｚ方向）に試料設置台３４を移動させることができる機能を持つ。また、試料設置台３４は、ウェハ１を保持するとともに、被検査対象基板１を平面方向に回転させる機能を持つ。また、ステージコントローラ３５はステージ３１、３２、３３、試料設置台３４を制御する機能を持つ。
【００７２】
〔信号処理系４０〕
次に、光検出器２６および６４０等からの出力信号を処理するための信号処理系４０の内容について図１４を用いて説明する。信号処理系４０は、光検出器２６および６４０の各々から切替えられて入力される信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１３０１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部１３０２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３、上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号５１０と閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））５２０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、例えば、低角度照明・上方検出（照明ビーム２２０、２３０による低角度照明・検出光学系２００による上方検出）によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明（中角度照明も含む）・上方検出（照明ビーム２２０，２３０、２４０による高角度照明・検出光学系２０による上方検出）によって欠陥から検出して得られた散乱光量、低角度照明・斜方検出（照明ビーム２５０による低角度照明・側方検出光学系６００による斜方検出）によって欠陥から検出して得られた散乱光量及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３１０、該特徴量算出回路１３１０から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を各種欠陥に分類する統合処理部１３０９、および結果表示部１３１１から構成される。異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、および検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎを備えて構成される。
【００７３】
特に、本発明においては、異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、特徴量算出回路１３１０、および統合処理部１３０９を特徴とする。
【００７４】
次に動作を説明する。まず光検出器２６、６４０の各々から切替えられて得られた信号をＡ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化する。この検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）５１０をデータ記憶部１３０２に保存すると共に、閾値算出処理部１３０３に送る。閾値算出処理部１３０３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）５２０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路１３０５、１３０６で処理された信号を基に、異物検出処理回路１３０７で異物を検出する。検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路１３１０で特徴量（例えば、高角度照明・上方検出により得られた散乱光量、低角度照明・上方検出により得られた散乱光量、低角度照明・斜方検出により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部１３０９で統合し、結果表示部１３１１に検査結果を表示する。
【００７５】
以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６、６４０等で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部１３０２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。
【００７６】
なお、閾値算出処理部１３０３については、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されている。即ち、閾値算出処理部１３０３では、次に説明する値を用いて、検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））、および検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））の閾値画像が、次の（２）式を用いて算出される。なお、入力データの標準偏差値は（σ（ΔＳ）＝√（ΣΔＳ^２／ｎ−ΣΔＳ／ｎ））で算出され、入力データの平均値は（μ（ΔＳ）＝ΣΔＳ／ｎ）で算出される。さらに、入力データ数ｎに対応した閾値を設定するための係数（倍率）をｋ、検証用の係数をｍ（ｍは１より小さいものとする。）とする。
Ｔｈ（Ｈ）＝μ＋ｋ×σ 若しくは Ｔｈ（Ｌ）＝μ−ｋ×σ または
Ｔｈ（Ｈｍ）＝ｍ×（μ＋ｋ×σ） 若しくは Ｔｈ（Ｌｍ）＝ｍ×（μ−ｋ×σ） （２）
また、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから設定された領域毎に閾値画像データを変更してもよい。要するに、ある領域において検出感度を低くするには、その領域における閾値を高めれば良い。
【００７７】
次に、信号の画素マージ回路部１３０５、１３０６について図１５及び図１６を用いて説明する。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）５１０と、閾値算出処理部１３０３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる閾値画像信号５２０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。ここで、画素マージ回路部１３０５ａ、１３０６ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｂ、１３０６ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｃ、１３０６ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部１３０５ｎ、１３０６ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号５１０、５２０をそのまま出力することになる。
【００７８】
閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００７９】
ここで、画素をマージする効果を説明する。本発明の異物検査装置では、必ずしも微小異物だけではなく、数μｍの範囲に広がった大きな薄膜状の異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないために、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。そこで、１画素平均の検出画像信号レベルをＳとし、平均のばらつきをσ／ｎとすると、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、検出画像信号レベルはｎ^２×Ｓとなり、ばらつき（Ｎ）はｎ×σとなる。従って、ＳＮ比はｎ×Ｓ／σとなる。他方、薄膜状異物について１画素単位で検出しようとすると、検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるため、ＳＮ比は、Ｓ／σとなる。従って、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、ＳＮ比をｎ倍向上させることができる。
【００８０】
１画素単位程度の微小異物については、１画素単位で検出される検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるので、ＳＮ比はＳ／σとなる。仮に、１画素単位程度の微小異物についてｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすると、検出画像信号レベルはＳ／ｎ^２となり、ばらつきはｎ×σとなるため、ＳＮ比はＳ／ｎ^３／σとなる。従って、１画素単位程度の微小異物については、画素単位の信号そのままの方が、ＳＮ比として向上が図れる。
【００８１】
なお、本実施例では、マージの範囲を正方形（ｎ×ｎ画素）にした例で説明したが、マージの範囲を長方形（ｎ×ｍ画素）にしても良い。この場合、方向性のある異物の検出や、光検出器２６、６４０での検出画素が長方形であるが、信号処理は正方形画素で処理したい場合に有効である。
【００８２】
また、本実施例で説明したマージオペレータの機能は、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する実施例で説明したが、ｎ×ｎ画素の最大値や最小値、または中央値を出力しても良い。中央値を用いた場合は、安定した信号が得られる。さらに、出力値としてｎ×ｎ画素の平均値に特定の値を乗算または除算した値としても良い。
【００８３】
次に、図１６は異物検出処理回路１３０７の一実施例を示した図である。図１６においては、１×１画素をマージする画素マージ回路部１３０５ａおよび画素マージ回路部１３０６ａ並びにｎ×ｎ画素をマージする画素マージ回路部１３０５ｎおよび画素マージ回路部１３０６ｎについて示す。
【００８４】
そして、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎは、各マージオペレータに対応させて、マージ処理差分信号４７１ａ〜４７１ｎとマージ処理閾値信号４４１ａ〜４４１ｎとの大小を比較する比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎと、異物の検出場所を特定する検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎとで構成される。比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎには、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎから得られる画素マージされた検出画像信号について、繰り返される例えばチップ分遅延させる遅延メモリ４５１ａ〜４５１ｎと、上記画素マージされた検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎと上記遅延メモリ４５１ａ〜４５１ｎによって遅延された画素マージされた参照画像信号との差分信号を形成する差分処理回路４６１ａ〜４６１ｎとが設けられている。従って、比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎは、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎの４つの画素マージ回路Ｏｐから得られるマージ処理閾値画像Ｔｈ（Ｈ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｈｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌ）（ｉ，ｊ）とを比較する回路であり、例えば、マージ処理差分検出信号４７１ａ〜４７１ｎがマージ処理閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）よりも大きければ異物として判定する機能を持つ。本実施例では、閾値を４種類用意し、マージオペレータ毎に、マージ処理閾値画像１６０３、１６０４、１６０５、１６０６に対し、比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎで異物の判定処理を行う。
【００８５】
次に、検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎについて説明する。検出場所判定処理は、各種マージオペレータに対応させて異物又は欠陥の存在するチップを特定してその位置座標（ｉ，ｊ）を算出する処理である。本処理の考え方は、異物または欠陥を検出するための検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））と、該検出閾値よりも値の小さい閾値である検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））で検出した結果を用いて、異物または欠陥が検出されたチップを特定する。
【００８６】
次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部（図示せず）から得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。
【００８７】
ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。
【００８８】
次に、統合処理部１３０９およびその検査結果表示部１３１１について説明する。統合処理部１３０９では、画素マージ回路１３０５、１３０６で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路１３１０で算出した特徴量と異物検出結果を統合し、結果表示部１３１１に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。
【００８９】
まず、特徴量算出回路１３１０について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路１３１０は、前記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明・上方検出、低角度照明・上方検出及び低角度照明・斜方検出によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウェハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。
【００９０】
次に、統合処理部１３０９でのＤＦＣの実施例について説明する。
即ち、統合処理部１３０９は、各種画素マージされた異物検出信号が入力されているので、図１７に示すように、異物を、「大異物」、「微小異物」、「高さの低い異物」として分類することが可能となる。図１７は、分類基準と分類結果の関係を示した表である。図１７は１×１画素でマージ処理された検出結果と５×５画素でマージ処理された検出結果を用いた例である。即ち、異物検出処理回路１３０７ａ、１３０７ｃからは、信号処理回路により１×１画素での検査結果と５×５画素での検査結果が得られる。これらの結果を用いて、図１７に従って分類を行う。つまり、ある異物が１×１画素でも５×５画素でも検出した場合は「大異物」として分類する。また、１×１画素では検出したが、５×５画素では検出しなかった場合は「微小異物」、さらに１×１画素では検出しなかったが、５×５画素では検出した場合は「高さの低い異物」として分類する。
【００９１】
図１８は、上記分類結果を含んだ検査結果の表示の実施例を示す。上記検査結果の表示は、検出場所判定処理部１６０２ａ、１６０２ｃから得られる異物の位置情報２５０１、統合処理部１３０９から得られる分類結果のカテゴリ情報２５０２およびカテゴリ毎の異物数２５０３で構成される。本実施例は、異物の位置情報２５０１で異物の位置を示すと共に、表示記号により分類カテゴリも併せて表示した例である。また、各記号の分類カテゴリの内容は、分類結果カテゴリ情報２５０２に示している。また、カテゴリ毎の異物数２５０３は各カテゴリに分類された個数を表している。このようにカテゴリ毎に表示を変えることによって、各異物の分布が一目でわかるという利点がある。
【００９２】
次に、本発明に係る異物のサイズ測定方法の実施例について説明する。本方法は、異物サイズと光検出器２６で検出される光量には比例関係があることを利用した方法である。つまり、特に異物が小さい場合、Ｍｉｅの散乱理論に従い、検出光量Ｄは異物サイズＧの６乗に比例するという関係がある。従って、特徴量算出回路１３１０は、検出光量Ｄ、異物サイズＧ、および比例係数εを基に、次に示す（３）式で異物サイズを測定し、統合処理部１３０９に提供することができる。
【００９３】
Ｇ＝ε×Ｄ^{（１／６）} （３）
なお、比例係数εは、予め、サイズが既知の異物からの検出光量から求めておいて入力しておけば良い。
【００９４】
次に、検出光量Ｄの算出方法の一実施例を図１９を用いて説明する。図１９（ａ）は、異物検出処理回路１３０７で検出される微小異物についてのデータ記憶部１３０２から得られる微小異物のデジタル画像信号（光検出器２６の信号をＡ／Ｄ変換した画像信号）を基に作成した微小異物部の画像である。微小異物部２６０１が微小異物の信号を示している。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の微小異物部２６０１とその近傍画素のＡ／Ｄ変換値（画素毎の濃淡値）を示している。本例は、８ｂｉｔでＡ／Ｄ変換した例であり、異物信号部２６０２が微小異物からの検出信号を示している。ここで、異物信号部２６０２の中央部の「２５５」はアナログ信号が飽和していることを示しており、異物信号部２６０２以外の「０」の部分は微小異物以外からの信号を示している。微小異物の検出光量Ｄの算出方法としては、図１９（ｂ）に示す異物信号部２６０２の各画素値の和を計算する。例えば、図１９（ｂ）の例では、微小異物２６０１の検出光量Ｄは、各画素値の和である「８０５」となる。
【００９５】
次に、検出光量Ｄの算出方法の他の実施例について説明する。本実施例の考え方は、図１９（ｂ）における異物信号部２６０２の飽和部をガウス分布近似で補正し、検出光量の算出精度を向上することにある。補正方法について、図２０を用いて説明する。図２０はガウス分布を３次元的に表現した図である。図２０は、ｙ＝ｙ_０で信号が飽和した場合を示しており、以下で説明する方法は、図２０におけるｙ＝ｙ_０より下の部分、つまり、Ｖ_３の部分の検出光量が得られた場合に、ガウス分布全体の検出光量を算出する方法である。まず、図２０のガウス分布全体の体積をＶ_１、ｙ＝ｙ_０より上の部分の体積をＶ_２、ｙ＝ｙ_０より下の部分の体積をＶ_３とする。また、図２０のガウス分布のｘ軸で断面形状が次の（４）式で得られるものとする。
ｙ＝ｅｘｐ（−ｘ^２／２／σ^２） （４）
この時、Ｖ_１はｙ軸周りに積分することにより、次の（５）式で表される。
Ｖ_１＝２×π×σ^２ （５）
さらに、Ｖ_２は、次の（６）式で表される。
Ｖ_２＝２×π×σ^２（ｙ_０×ｌｏｇ（ｙ_０）＋１−ｙ_０） （６）
なお、上記の式における「ｌｏｇ」は自然対数を計算することを示している。ここで、体積比Ｖ_１／Ｖ_３をＣＣと書きなおすと、ＣＣは次の（７）式で計算できるので、上記（５）式及び（６）式から、次の（８）式で算出される。
ＣＣ＝Ｖ_１／（Ｖ_１−Ｖ_２） （７）
ＣＣ＝１／（ｙ_０×（１−ｌｏｇ（ｙ_０））） （８）
ここで、飽和部の信号幅をＳＷとすると、次の（９）式であるので、ＣＣは次の（１０）式で表すことができる。
ｙ_０＝ｅｘｐ（−ＳＷ^２／２／σ^２） （９）
ＣＣ＝ｅｘｐ（ＳＷ^２／２／σ^２）／（１＋ＳＷ^２／２／σ^２） （１０）
従って、図１９（ｂ）に示すように得られた検出光量がＶ_３であった場合、ガウス分布全体の体積Ｖ_１は、次の（１１）式で算出でき、Ｖ_１を補正後の検出光量Ｄとするれば良い。なお、飽和部の信号幅ＳＷを算出する必要がある。
Ｖ_１＝Ｖ_３×ｅｘｐ（ＳＷ^２／２／σ^２）／（１＋ＳＷ^２／２／σ^２） （１１）
以上、検出光量Ｄの算出方法について説明したが、倍率可変検出光学系２０の視野が広い場合、視野内のレンズ歪みにより誤差が生じる場合がある。この場合は、視野内のレンズ歪みに応じた補正を加えても良い。
【００９６】
なお、本実施例では、検出光量として異物信号部２６０２の信号和の値を用いたが、必ずしも信号和である必要はなく、異物信号部２６０２の最大値でも良い。利点としては、最大値を用いた場合は電気回路規模を小さくできることであり、信号和を用いた場合は信号のサンプリング誤差を低減でき、安定した結果が得られることである。
なお、表示画面は、全体制御部５０に設けられた表示手段５２に表示させてもよい。
【００９７】
次に、統合処理部１３０９で行う異物又は欠陥の分類の他の実施例を図２１及び図２２を用いて説明する。図２１は、統合処理部１３０９が検査を２回行った結果を基に異物を分類するシーケンスを示している。
【００９８】
まず、第１の検査条件にてウェハ１を検査する（Ｓ２２１）。第１の検査で、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２２）。次に、第１の検査条件とは違う第２の検査条件にてウェハ１を検査し（Ｓ２２３）、第２の検査で、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２４）。この時、第２の検査条件としては、たとえば、第１の検査条件がウェハ表面に近い角度から照明光を照射した場合（低角度照明の場合）は、第２の検査条件としては、ウェハ面の法線に近い角度から照明光を照射する条件（高角度照明条件）を選択すると良い。また、第２の検査条件にてウェハ１を検査する場合は、第２の検査条件での異物検出の有無に係らず、第１の検査条件で異物が検出された座標での特徴量を記憶する。
【００９９】
次に、前記得られた第１の検査結果の座標データと、前記得られた第２の検査結果の座標データを比較し（Ｓ２２５）、座標が近い異物を同一物と見なし、それぞれの特徴量から分類を行う（Ｓ２２６）。ここで、座標データが近いことを判断する方法の一実施例としては、第１の検査結果から得られる座標データをｘ_１およびｙ_１、第２の検査結果から得られる座標データをｘ_２およびｙ_２、比較半径をｒとすると、次の（１２）式に当てはまるデータを同一物と判断すれば良い。
（ｘ_１−ｘ_２）^２＋（ｙ_１−ｙ_２）^２＜ｒ^２ （１２）
ここでｒは０または、装置に付随する誤差分を考慮した値にすれば良い。測定方法としては、例えば、数点の異物の座標データで（１２）式の左辺の値を計算し、その平均値と標準偏差値から、（１３）式で算出した値をｒに設定すれば良い。
ｒ^２＝平均値＋３×標準偏差 （１３）
さらに、同一物と見なした異物情報から異物を分類する方法を図２２を用いて説明する。図２２（ａ）は横軸に前記第１の検査（低角度照明）で得られた特徴量である散乱光量（Ｄｌ）を設定し、縦軸には前記第２の検査（高角度照明）で得られた特徴量である散乱光量（Ｄｈ）を設定したグラフである。図２２（ｂ）は横軸に低角度照明で側方検出光学系６００により得られた散乱光量（Ｄｌ’）を設定し、縦軸には高角度照明で得られた散乱光量（Ｄｈ’）を設定したグラフである。図２２において、点３５０１は前記同一物と見なした異物の各特徴量に応じてプロットした点である。本実施例では、１点が１個の異物を示している。また、分類線３５０２は検査において検出した異物を分類するための分類曲線である。図２２は分類線３５０２によって、２つの領域、つまり、領域３５０３と領域３５０４に分割した例である。分類方法としては、図２２（ａ）において、前記検出された異物が領域３５０３にプロットされる場合は「大異物、スクラッチ」として分類し、領域３５０４にプロットされる場合は、「小異物」として分類する。また、図２２（ｂ）に示すように、低角度照明での散乱光量（Ｄｌ）及び高角度照明での散乱光量（Ｄｈ）に比べ、側方検出光学系６００での散乱光量（Ｄｌ’）が、より小さい場合の検出物４５１０は透明膜８００内部に存在する膜中欠陥として分類する。ところで、上方検出で低角度照明の場合はウェハでの照明ビームの広がりにより照度が低下し、感度が下がるため、上方検出は、側方検出より小異物に対して検出感度が低くなる。
【０１００】
ここで、分類線３５０２は、事前に決めておく必要がある。事前に決める方法としては、予め大異物か小異物か分かっている検出物を図２２のグラフに数点プロットして、前記検出物を正しく分けられるように分類線３５０２を設定すれば良い。または、異物から得られる特徴量をシミュレーションで計算し、その結果から分類線３５０２を設定しても良い。ここで、異物種類の確認方法としては、例えば、検査装置に搭載の観察用光学顕微鏡６０やＳＥＭ等のレビュー装置により欠陥座標とその種類が分かっているウェハ上の検出物を用いて分類する。検査装置に搭載の６０を含むレビュー装置では、短時間の分類が可能であり、ＳＥＭを用いた場合は、解像度良く分類が行える。検出物の種類としては、例えば、異物、スクラッチ、透明膜中の異物等である。分類線３５０１の設定は、例えば、低角度照明で得られる散乱光量が、検出器２６における電気ノイズを異物として誤検出しない程度の値にしきい値が設定される。また、まず、大異物と、小異物の集団について、それぞれ重心位置を算出し、各プロット点の標準偏差を求める。次に、各重心位置を結んだ直線の距離をＬ、それぞれの重心位置から標準偏差の半径をｒ１、ｒ２として、Ｌ×（ｒ１／（ｒ１＋ｒ２））になる直線上の点での垂直２等分線を分類線３５０２とする。
なお、本実施例では、２回検査を行う例を説明したが、特徴量の種類（例えば検出画素数：欠陥の面積Ｑに相当する）を増やした方が分類性能の向上が図れる場合は、３回以上検査を行って異物の特徴量（検出画素数）を取得しても良い。
【０１０１】
次に、検査結果統合処理部１３０９で行う異物又は欠陥の分類の更に他の実施例を図２３を用いて説明する。図２３は１回検査を行い、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いて分類する実施例のシーケンスを示している。
【０１０２】
まず、第１の光学条件でウェハ１に対して検査を行い（Ｓ２４１）、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量も保存しておく（Ｓ２４２）。次に、本発明の異物検査装置の光学条件を変える。これは、例えば、照明光学系の照射角度や照明方向、検出光学系による検出方向（上方や斜方）である。また、検出光学系の倍率を変えても良く、光学フィルタを変えても良い。以上のような変更を加えた条件を第２の光学条件とする。
【０１０３】
光学条件を第２の光学条件に変更した後、前記保存しておいた異物の座標の位置に搬送系３０でウェハ１を動かし、第２の光学条件で、光検出器２６で検出してＡ／Ｄ変換して得られる検出画像信号を基に特徴量算出回路１３１０において異物の特徴量を算出する（Ｓ２４３）。さらに、第３の光学条件で特徴量を算出する場合も同様に行う（Ｓ２４４）。この時、第１の光学条件、第２の光学条件、第３の光学条件はそれぞれ違う条件であることが望ましい。
【０１０４】
分類方法の考え方を図２４で説明する。図２４は３種類の特徴量を３軸に設定した特徴量空間である。３軸の内容としては、例えば、特徴量１が第１の光学条件（例えば高角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｈ））であり、特徴量２が第２の光学条件（例えば低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｌ））、また、特徴量３が第３の光学条件（例えば第１の光学条件である高角度照明および第２の光学条件である低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば検出画素数：欠陥の平面的な面積Ｑ）である。この特徴量空間において、（分類カテゴリ数−１）個の分類境界を設定する。図２４は、３種類の特徴量から３種類の分類を行う例であるので、分類境界は２個以上あれば良い。
【０１０５】
特に、３種類の特徴量として、高角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｈ）、低角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｌ）、上記高角度照明時における欠陥の検出画素数および上記低角度照明時における欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも、３つのカテゴリ（異物欠陥、キズ欠陥、回路パターン欠陥）に分類することが可能となる。しかも、特徴量として、欠陥の検出画素数（欠陥の平面的な面積Ｑ）をとっているので、図２２に示すように、異物欠陥のカテゴリを大異物と小異物とに分類することも可能となる。
【０１０６】
また、３つの特徴量として、高結像倍率における欠陥からの散乱光量、低結像倍率における欠陥からの散乱光量、欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも大異物欠陥のカテゴリと小異物欠陥のカテゴリとに容易に分類することが可能となる。また、光検出器６４０から得られる欠陥画像の特徴量から透明膜上の微小異物やスクラッチ（キズ欠陥）等の欠陥を分類することが可能となる。
【０１０７】
さて、図２４は、分類境界４５０１、４５０２を設定した例である。分類方法としては、まず、上述の３つの特徴量を図２４の特徴量空間にプロットする（図２３に示すＳ２４５）。そして、分類境界４５０１，４５０２によって分けられた領域に属する異物を、それぞれカテゴリ（例えば異物欠陥）ａ、カテゴリ（例えばキズ欠陥）ｂ、カテゴリ（例えば回路パターン欠陥）ｃとして分類する（図２５に示すＳ２４６）。図２４では、３０個程度の欠陥を、カテゴリａ、カテゴリｂ、カテゴリｃに分類し、それぞれのカテゴリに分類された欠陥の表示記号を変えた例である。つまり、カテゴリａに分類されたもの（例えば異物欠陥）は「○」、カテゴリｂに分類されたもの（例えばキズ欠陥）は「▲」、カテゴリｃに分類されたもの（例えば回路パターン欠陥）は「×」で表示している。
【０１０８】
次に、分類境界の設定方法について図２５で説明する。図２５は３種類の特徴量をそれぞれ１軸に設定した２次元特徴量空間である。特徴量空間４６０１は特徴量１と特徴量２の関係から分類するためのグラフであり、特徴量空間４６０２、４６０３はそれぞれ、特徴量１と特徴量３、特徴量２と特徴量３の関係から分類するためのグラフである。
【０１０９】
分類境界の設定方法としては、まず、分類カテゴリが既知である異物の特徴量を特徴量空間４６０１，４６０２，４６０３にプロットする。ここで、特徴量空間にプロットするときは、カテゴリ毎に表示記号等を変えて、カテゴリの違いを表現する。例えば、図２５では、カテゴリａは「○」、カテゴリｂは「▲」、カテゴリｃは「×」で表示した例である。
【０１１０】
次に、各特徴量空間４６０１、４６０２、４６０３において、カテゴリを分けることができる部分に分類境界４６０４、４６０５，４６０６を設定する。ここで、複数のカテゴリが重なっている場合は、分類境界を設定する必要はない。例えば、特徴量空間４６０１において、カテゴリａは他のカテゴリｂ，ｃから離れた位置に分布しているため、カテゴリａと他のカテゴリｂ，ｃとを分類するために分類境界４６０４を設定するが、カテゴリｂとカテゴリｃとは分布が重なっているので、必ずしも分類境界を設定する必要はない。異物の分類時には、この特徴量空間４６０１を用いて、カテゴリａか他のカテゴリかを分類する。同様に、特徴量空間４６０２，４６０３においても分類境界４６０５，４６０６を設定し、異物の分類時に前記分類境界を用いる。
【０１１１】
以上、分類境界の設定方法について説明した。本例では、分類境界として、２個の領域に分ける場合で説明したが、３個以上のカテゴリの分布が明確に分かれている場合は、複数の領域に分けるために分類境界を複数個設定しても良い。また、分類境界は直線で設定しても良いし、曲線で設定しても良い。また、分類領域の設定は、ユーザが手動で設定しても良いし、自動で算出して設定しても良い。手動で設定する場合は、ユーザが任意に決めることができる利点があり、自動で設定する場合は、人による設定誤差が低減できる。ここで、自動で設定する方法としては、例えば、１個の特徴量空間において、各カテゴリ分布の重心を算出し、重心間を結んだ直線の垂直二等分線を分類境界にすれば良い。また、各特徴量空間に各カテゴリの分離率を一緒に表示しても良い。
【０１１２】
分離率を表示した例を図２６に示す。図２６において、表示４７０１が分離率の表示である。ここで、分離率とは、例えば、分離境界によって分離された領域内に同一カテゴリの異物がどの程度含まれているかを表示すれば良い。分離率を表示することの利点は、ユーザが分離性能を容易に把握できることである。
なお、本実施例では、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いた場合について説明したが、必ずしも３種類に限定する必要はなく、複数種類の光学条件で特徴量を算出する場合や１種類の光学条件で複数の特徴量を取得できる場合に用いることができる。
【０１１３】
次に、全体制御部５０が例えば表示手段５２に表示する信号処理系４０から得られる検査結果の表示に関する別の実施例について説明する。
図２７は、検出した異物または欠陥の位置情報３８０１と、異物または欠陥の検出個数３８０２、検出した異物または欠陥サイズのヒストグラム３８０３で構成されている。なお、本実施例では欠陥としてキズを検出した場合を示している。
【０１１４】
詳細には、位置情報３８０１はウェハ上での異物またはキズの位置を示している。なお、本実施例では異物を○で、キズを▲で表示した例を示している。また、検出個数３８０２は異物またはキズの検出個数である。さらに、グラフ３８０３は異物またはキズの検出個数とサイズのヒストグラムである。本発明の欠陥検査装置での検出物をこのように表示することにより、異物または欠陥の分布が一目でわかる。
【０１１５】
図２８は、検出物（異物又は欠陥）の検出位置を示した検査マップ３９０１、検出物のサイズのヒストグラム３９０２、異物のレビュー像３９０３で構成されている。本実施例では、検査マップ３９０１とヒストグラム３９０２については、検出した検出物の全数または一部を表示した例である。また、レビュー像３９０３は検出物のサイズ毎にサンプリングし、その検出物のレビュー像を表示する例であり、本実施例では０．１μｍ以上１μｍ未満の異物のレビュー像を６個、１μｍ以上の異物のレビュー像を６個表示した場合を示している。
【０１１６】
ここで、レビュー像３９０３は検出器２６、６４０が検出する異物からの反射回折光で得られる像でも良いし、後述する白色光源を用いた光学顕微鏡６０または白色光源を用いたレビュー装置による像でも良い。レーザ光による像を表示する場合、画像を検査中に記憶装置５３、１３０２等に残しておけば、検査直後に表示ができ、検出物の確認を迅速に行うことができる利点がある。また、光学顕微鏡６０による像を表示する場合は、前記サンプリングされた検出物の座標を基に、検査後に観察画像を取れば良く、レーザ光による像に比べて鮮明な像が得られる。特に、１μｍ未満の異物または欠陥を観察する場合は、光源に紫外線を用いた、解像度の高い顕微鏡が望ましい。
【０１１７】
また、前記レビュー像３９０３で表示した検出物の位置を検査マップ３９０１上に併せて表示しても良く、レビュー像３９０３には検出物の検出番号を併せて表示しても良い。また、本形態では、表示するレビュー像が６個ずつの場合で説明したが、６個に限定する必要は無く、検出した異物または欠陥を全数表示しても良いし、検出個数に対し、一定割合の個数分だけ表示しても良い。
【０１１８】
図２９は、検出物を異物とキズとに分類して表示し、分類の正解率も併せて表示した例である。図２９は、分類された各カテゴリの検出個数４００１、検出物の検出位置を示した検査マップ４００２、検出物の確認画面４００３で構成されており、検出物の確認画面４００３は、さらに、本発明の欠陥検査装置で異物に分類された検出物の確認画面部４００４とキズに分類された検出物の確認画面部４００５、分類正解率表示部４００６から構成されている。確認画面部４００４と４００５は、さらに、検出物の観察画面４００７と分類正解判定部４００８から構成されている。
【０１１９】
本実施例では検出物を２つのカテゴリに分類した例であり、検査マップ４００２において、記号「１」を異物、記号「２」をキズとして表示している。
【０１２０】
次に、分類正解率の算出方法を説明する。まず、本発明の欠陥検査装置で検査した後、確認画面部４００４、４００５にそれぞれ観察画面４００７が表示される。この時、確認画面部４００４と４００５のどちらに表示するかは、本発明の欠陥検査装置で分類した結果に基づいて表示する。次に、本発明の欠陥検査装置のユーザは、それぞれの観察画面４００７に付随している分類正解判定部４００８にユーザが判断したカテゴリを入力する。本例では、入力方法として、ユーザが判断したカテゴリのチェックボックスにチェックする場合を示しており、異物の確認画面部４００４では、５／６が異物（カテゴリ「１」）としてチェックされ、１／６がキズ（カテゴリ「２」）としてチェックされている例である。また、キズの確認画面部４００５では、全てキズ（カテゴリ「２」）として判断されている例である。
【０１２１】
以上のチェックが為されたあと、分類正解率表示部４００６に正解率が表示される。この値は、例えば、本発明の欠陥検査装置での分類結果とユーザの分類結果とが一致した率を表示する。この後、本発明の欠陥検査装置での分類結果とユーザの分類結果とが一致しなかった検出物については、該検出物の特徴量を用いて、分類精度を向上させるために、分類条件を更新しても良い。
【０１２２】
〔全体制御部５０〕
次に、全体制御部５０などにおいて実行される検査条件（検査レシピ）設定等について図３０〜図３２を用いて説明する。図３０は、検査条件（検査レシピ）を設定するためのフローを示す図である。まず、全体制御部５０において検査実行前に行われる検査条件（検査レシピ）の設定は、被検査対象に合わせるチップレイアウト設定（Ｓ２１１）と、被検査対象の回転合わせ（Ｓ２１２）と、検査領域設定（Ｓ２１３）と、光学条件設定（Ｓ２１４）と、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）と、検出光量設定（Ｓ２１６）と、信号処理条件設定（Ｓ２１７）とで構成される。なお、Ｓ２１８は、実際の検査の実行である。
【０１２３】
次に、全体制御部５０が実行する各設定について説明する。まず、チップレイアウト設定（Ｓ２１１）は、全体制御部５０において、ＣＡＤ情報等により、信号処理系４０などに対してチップサイズやウェハ上のチップの有無を設定することである。このチップサイズは、比較処理を行う距離であるため設定が必要である。次に、回転合わせ設定（Ｓ２１２）は、全体制御部５０が搬送系３０に対して制御する、ステージに載置されたウェハ１上のチップの並び方向と光検出器２６の画素方向とを平行にする、つまり、回転ずれをほぼ「０」にするためにウェハ１を回転させるための設定である。この回転合わせを行うことにより、ウェハ１上の繰返しパターンが一軸方向に並ぶため、チップ比較信号処理を容易に行うことができる。次に、検査領域設定（Ｓ２１３）は、全体制御部５０が信号処理系４０に対して制御する、ウェハ上の検査を行う場所の設定や、検査領域における検出感度の設定を行うことである。この検査領域設定（Ｓ２１３）を行うことにより、ウェハ上の各領域を最適な感度で検査することができる。設定方法は図１５の説明で述べた通りである。
【０１２４】
次に、光学条件設定（Ｓ２１４）は、全体制御部５０が照明光学系１０や倍率可変検出光学系２０に対して制御する、ウェハに照射する照明光の方向や角度を選択したり、倍率可変検出光学系２０の倍率を選択することである。選択方法としては、例えば、図３１に示すような光学条件設定ウィンドウで設定すれば良い。該光学条件設定画面は、照明光学系の照明方向条件３００１と照明光学系の照明角度条件３００２と検出光学系条件（検出方向である上方か斜方かも含まれる）３００３で構成されている。図３１では、照明方向条件３００１として３種類、照明角度条件３００２として３種類、さらに、検出光学系条件３００３は２種類の選択を行えるようにした例である。本異物検査装置のユーザは、条件３００１、３００２、３００３の内容を見て、適切な条件を選択すればよい。例えば、被検査対象１が金属膜デポジション工程のウェハで、表面の異物を高感度に検査したいならば、照明方向条件３００１の条件の「デポ工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「上方検出（倍率可変）：高感度検査」を選択すれば良く、これらの選択を行った例が図３１である。また、被検査対象１が酸化膜の異物やスクラッチ等の欠陥を高感度に検査したい場合には、照明方向条件３００１の条件の「ＣＭＰ後工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「斜方検出：高速検査」を選択すれば良い。
【０１２５】
次に、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）は、全体制御部５０が検出光学系２００等に対して制御する、図１に示す空間フィルタ２２や偏光素子等の光学フィルタ２４ｂを設定することである。この空間フィルタ２２は、ウェハに製作された繰返しパターンからの反射回折光を遮光するためのフィルタであるので、繰返しパターンが存在するウェハに対しては設定した方が良いが、繰返しパターンが無いウェハに対しては設定する必要はない。また、偏光素子２４ｂは配線パターンのエッジが直角に近い状況でエッチングされている場合に用いると効果的である。
【０１２６】
次に、検出光量設定（Ｓ２１６）は、全体制御部５０が照明光学系１０又は倍率可変検出光学系２０に対して制御する、光検出器２６に入射する光量を調整する工程である。ウェハに製作された回路パターンからの反射散乱光は、そのパターン形状により散乱される成分が変わる。具体的には、ウェハ表面が平らな場合は、散乱光はあまり発生せず、ほとんどが正反射光となる。それに対し、ウェハ表面の凸凹が大きい場合は、散乱光が多く発生する。従って、回路パターンからの反射散乱光はウェハ表面の状態、つまり、デバイス製造工程によって変わるわけである。しかしながら、光検出器２６のダイナミックレンジが存在するため、このダイナミックレンジに合わせた光量を入射するように調整するのが望ましい。例えば、ウェハの回路パターンからの反射散乱光量が光検出器２６のダイナミックレンジの１／１０程度になるように調整するのが望ましい。ここで、光検出器２６へ入射する光量の調整方法としては、レーザ光源１１の出力光量を調整しても良いし、ＮＤフィルタ２４ａで調整しても良い。
【０１２７】
次に、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は、全体制御部５０が信号処理系４０に対して制御する、異物等の欠陥の検出条件の設定を行うことである。
以上の設定が終了した後、検査工程（Ｓ２１８）で検査を行えば、ユーザが所望の条件で検査を行うことができる。
ただし、本実施例で説明した内容を設定する方法としては、例えば、被検査対象の設計情報から人手で入力しても良いし、本発明の異物検査装置に付属の入力アシスト機能を用いて入力しても良く、また、上位システムからネットワークを介して情報を取得しても良い。
【０１２８】
さらに、上述した設定のうち、検査領域設定（Ｓ２１３）、光学条件設定（Ｓ２１４）、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）、検出光量設定（Ｓ２１６）、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は必ずしも被検査対象によっては変更する必要はなく、被検査対象に依らず一定値でも良い。一定値にした場合、検査条件を設定する時間を短縮することができるが、高感度にするためには、各条件をチューニングするのが望ましい。また、検査領域設定（Ｓ２１３）は必ずしも光学条件設定（Ｓ２１４）の前に行う必要はなく、検査工程（Ｓ２１８）の前までに設定すれば良い。
【０１２９】
以上説明した内容を設定する画面の例を図３２に示す。図３２は、条件設定シーケンス４３０１、各設定内容の詳細条件４３０２、設定内容表示変更ボタン４３０３、ヘルプボタン４３０４で構成されている。
次に詳細について説明する。まず、条件設定シーケンス４３０１は、本発明の異物検査装置における検査条件の設定の流れを示している。ユーザは条件設定シーケンス４３０１の「チップレイアウト設定」から順に条件を設定すれば良い。
【０１３０】
条件設定シーケンス４３０１の特徴は、条件設定の流れを矢印４３０５で示すことにより、ユーザが設定順序を間違えることなく、最短の順序で設定できるようにしていることである。また、別の特徴として、必ず設定すべき項目と必ずしも設定する必要の無い項目、つまり、既定値で良い項目に分けていることである。表示を分けることにより、最小限の設定項目が分かり、ユーザがすぐ検査結果が必要な場合は、設定必須項目のみ設定して検査すれば良く、また、検出感度をチューニングしたい場合は、設定必須ではない項目について条件を設定すれば良いため、ユーザの要望に応じて条件設定の度合いを変えることができる。例えば、ボタン４３０６は枠を３重で示すことにより、必ず設定すべき項目であることを示し、また、ボタン４３０７は枠を１重で示すことにより、設定の必要性が低い項目であることを示した実施例である。さらに、別の特徴として、ユーザが現在どの項目を設定しているかを明示することである。例えば、ボタン４３０８はボタンに影をつけることによって、ボタン４３０６、４３０７と区別している。このように、現在の場所を明示することによって、残りの設定項目数が一目で分かる利点がある。
なお、本実施例では図３０で説明したシーケンスに、オプション条件設定４３０９を追加した例である。このオプション条件設定４３０９の内容は、例えば、異物のサイズ測定機能の条件設定や異物や欠陥の分類条件の設定である。
【０１３１】
次に、詳細条件４３０２は各条件項目の詳細を設定する画面である。項目の入力または選択方法としては、入力ボックス４３１０のようにキーボードで入力する場所を設けても良いし、入力アイコン４３１１のようにアイコンで入力項目を選択する方式にしても良い。なお、入力アイコン４３１１は３種類の入力項目に対し、それぞれアイコンで示し、該当アイコンを押すと別ウィンドウが出てきて、詳細の条件設定を行う例である。さらに、入力チェックボックス４３１２のように、必要な項目を選択する方法でも良い。
【０１３２】
また、設定内容表示変更ボタン４３０３は表示項目の変更またはカスタマイズを行うボタンである。例えば、ユーザがいつも設定したい項目や、設定内容数を増やしたい項目があった時に、この設定内容表示変更ボタン４３０３を使って変更できるようにする事により、ユーザは使いやすい画面することができ、検査条件をすばやく設定することができる。さらに、ヘルプボタン４３０４はユーザが設定方法や設定内容がわからなくなった場合に、ユーザを助ける情報を出力するボタンである。手法としては、各設定項目の内容を音声案内したり、操作方法をＭＰＥＧ等の動画で見せても良い。また、ネットワークや電話回線を通じて、オンラインで本発明の異物検査装置を製造したメーカの設計者と話ができるようにしても良い。
【０１３３】
〔顕微鏡を付けた実施の形態〕
本発明に係る観察用光学顕微鏡を備えた欠陥検査装置に関する実施の形態を図１及び図３３を用いて説明する。本実施の形態は、対物レンズ６１、ハーフミラー６２、光源６３及びＴＶカメラ６４で構成される観察用光学顕微鏡６０を、照明光学系１０および検出光学系２００に対して並設した点にある。この観察用光学顕微鏡６０は、ステージ３１、３２を動かすことにより、欠陥検査装置の信号処理系４０で検出されて例えば記憶装置５３に記憶されたウェハ１上の異物等の欠陥（虚報も含む）を、観察用光学顕微鏡６０の検出光学系６１〜６３の視野内に移動させ、この画像を拡大観察するものである。
【０１３４】
観察用光学顕微鏡６０を並設したことの利点は、ＳＥＭなどのレビュー装置にウェハを移動させなくても、欠陥検査装置の信号処理系４０で検出した異物等の欠陥をステージ３１、３２を移動させるだけで即座に拡大観察できることである。このように、欠陥検査装置での検出物を即座に拡大観察することによって、すばやく異物等の欠陥の発生原因を特定することができることにある。
【０１３５】
しかしながら、観察用光学顕微鏡６０のＴＶカメラ６４で撮像して例えばパソコンと共用のカラーモニタ５４または５２に図３４に示す画面６６として拡大表示しても、回路パターンが存在する関係で、欠陥検査装置での検出物である発生原因を特定する欠陥が、欠陥の種類によっては良く見えない場合が生じる。そこで、全体制御部５０は、信号処理系４０の検査結果統合処理部１３０９で分類された各欠陥の位置座標が検出されてデータ記憶部１３０２または記憶装置５３に記憶された欠陥の画像と共に表示装置５２に例えば２５６×２５６の画素列画像として表示できるので、この欠陥の位置座標および欠陥の画像を基に観察用光学顕微鏡６０のＴＶカメラ６４で撮像される拡大画像上における位置を特定することが可能となる。その結果、観察用光学顕微鏡６０において、上記特定された欠陥を示す領域若しくはマーク６７をカラーモニター５４または５２の画面６６に表示し、該表示された領域若しくはマーク６７を指定することによって、ステージ３１、３２が移動して欠陥を検出光学系６１〜６３の視野内に移動させ、見え難い位置での欠陥の拡大観察が即座に行えることになる。要するに、詳細解析しようとする欠陥の位置座標およびその欠陥画像については検出光学系２００から検出される欠陥画像信号を基に信号処理系４０で検出できるので、該検出された欠陥の位置座標およびその欠陥画像を基にＴＶカメラ６４で撮像される拡大画像６６上において欠陥を示す領域若しくはマーク６７を特定することによって、その見え難い欠陥について観察用光学顕微鏡６０によってレビュー装置と同様に詳細解析することが可能となり、その結果、欠陥の発生原因を推定することが可能となる。勿論、カラーモニター５４または５２上に特定された欠陥を示す領域若しくはマーク６７が表示されるので、観察用光学顕微鏡６０でも検出光学系２００及び信号処理系４０が実際欠陥を検出したか否かの確認も可能となる。
【０１３６】
なお、観察用光学顕微鏡６０としては、光源６３が可視光（例えば白色光）の顕微鏡でも良いし、紫外光を光源６３とした顕微鏡でも良い。特に、０．１μｍレベルの微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表面に酸化膜などの透明膜が形成された被検査対象基板や、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物やキズ等の欠陥を、高感度で、しかも高速に検査することができる効果を奏する。
【０１３８】
また、本発明によれば、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物やキズ等の欠陥はもとより、配線間を短絡する異物等の欠陥や薄膜状の異物を、高速で、しかも高精度に検査をすることができる効果を奏する。
【０１３９】
また、本発明によれば、検出した異物等の欠陥の分類やサイズを測定することができる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す照明光学系を示す図で、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）は照明光学系の全体を示す斜視図である。
【図３】図１に示す照明光学系の全体を示す平面図である。
【図４】４つの照明ビームの照明方法を示す図で、（ａ）は円錐曲面レンズを用いた照明方法を示した図、（ｂ）（ｃ）は円筒レンズを用いた照明方法を示した図である。
【図５】照明ビーム２２０、２３０を照射した際配線パターン間の欠陥を検出がしにくい状態を説明するための図である。
【図６】透明膜上に斜方照明ビーム２５０を照射した際の反射散乱光の発生状況を説明するための図である。
【図７】図１に示す倍率可変光学系の可変動作説明図である。
【図８】空間フィルタにおいて遮光パターンを自動設定するための説明図である。
【図９】上方検出光学系におけるブルーミングを防止する光学系を備えた実施例を示す図である。
【図１０】光検出器として光電子増倍管を用いた実施例を示す図である。
【図１１】本発明に係る側方用照明光学系と側方検出光学系の一実施例を示した概略構成図である。
【図１２】図１１に示す光学系において照明スポットを走査し、光検出器として複数の光電子増倍管で構成した実施例を説明するための図である。
【図１３】本発明に係る照明光学系と検出光学系の他の実施例を示した概略構成図である。
【図１４】本発明に係る信号処理系の具体的構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す画素マージ回路の構成図である。
【図１６】図１４に示す異物検出処理部の構成図である。
【図１７】異物等の欠陥の分類方法を説明するための図である。
【図１８】異物等の欠陥を分類した場合の検査結果の表示例を示す図である。
【図１９】異物等の欠陥のサイズ測定方法を説明するための図である。
【図２０】異物等の欠陥からの散乱光量を算出する方法に関する別の実施例を説明するための図である。
【図２１】異物等の欠陥の分類に関する別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図２２】異物等の欠陥の分類に用いる分類グラフを示す図である。
【図２３】異物等の欠陥の分類に関する更なる別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図２４】異物等の欠陥を複数種類の特徴量から分類する方法を説明するための図である。
【図２５】分類の境界を設定する方法を説明するための図である。
【図２６】分類率を表示する場合の表示例を示す図である。
【図２７】異物等の欠陥の分類結果とサイズ測定結果を併記した表示の例を示す図である。
【図２８】異物等の欠陥のサイズ測定結果と異物または欠陥の観察画像を併記した表示の例を示す図である。
【図２９】検査結果に異物等の欠陥の分類正解率を併記した表示の例を示す図である。
【図３０】本発明に係る欠陥検査装置において検査条件設定シーケンスを示す図である。
【図３１】光学条件設定画面を説明するための図である。
【図３２】検査条件設定画面を示す図である。
【図３３】本発明に係る観察用光学顕微鏡を付けた実施の形態の概略構成図である。
【図３４】図３３に示す観察用光学顕微鏡で観察される画面を示す図である。
【符号の説明】
１…ウェハ（被検査対象基板）、１０…照明光学系、１１…レーザ光源、１２…凹レンズ、１３…凸レンズ、１４（２２４、２３４）…円錐曲面レンズ、１５（２２５、２３５）…ミラー、１６…ビーム拡大光学系、２０…倍率可変検出光学系（上方検出光学系）、２１…対物レンズ、２２…空間フィルタ、２３…結像光学系（倍率可変結像光学系）、２４…光学フィルタ群、２４ａ…ＮＤフィルタ、２４ｂ…偏光板、２６…光検出器、３０…搬送系、３１…Ｘステージ、３２…Ｙステージ、３３…Ｚステージ、３４…試料設置台、３５…ステージコントローラ、４０…信号処理系、５０…全体制御部、６０…観察用光学顕微鏡、６１…対物レンズ、６２…ハーフミラー、６３…光源、６４…ＴＶカメラ、１３１…分岐光学要素、１３３ａ〜１３３ｄ…光変調器、１３４ａ〜１３４ｄ…発振器、１３５、１３６…ミラー、１３８…光偏向器、１３９…集光レンズ、１４２…受光部、１４３…光ファイバ、１４４…光電子増倍管、１４５ａ〜１４５ｄ…同期検波回路、２０１…スリット状ビーム、２０２…チップ、２０３…画素方向、７０１…照明位置、２１８…分岐光学要素、２２１…分岐光学要素、２２０、２３０、２４０、２５０…照明ビーム、２２３、２２５、２３１、２３３、２４２、２４３、２４５、２５１、２５３、２５４、２５６…ミラー、２２６、２３６…波長板、２４４、２５５…円筒レンズ、２２２，２３２、２４１、２５１…ビーム径補正光学系、２６０…ミラー要素、４０１、４０２…可動レンズ、４０３…固定レンズ、４０４…移動機構、４１６、４２６、４３０、４４０…位置決めセンサ、４１５、４２５…位置決めセンサ可動部、４０４…移動機構、４５１…遅延メモリ、４６１…差分処理回路、６００…側方検出光学系、６３０、７４０…結像光学系、６４０…光検出器、７６０ａ〜７６０ｄ、５００１…光電子増倍管、５００２…マイクロレンズ、７５０、５００４…光ファイバ、１３０１…Ａ／Ｄ変換器、１３０２…データ記憶部、１３０３…閾値算出処理部、１３０５、１３０６…画素マージ回路、１３０７…異物検出処理回路、１３０８…検査領域処理部、１３０９…統合処理部、１３１０…特徴量算出回路（特徴量算出部）、１３１１…結果表示部、１６０１…比較回路、１６０２…検出場所判定処理部、２５０２…分類結果のカテゴリ情報、２５０３…カテゴリ毎の異物数、・・・。

Claims (22)

1. 被検査対象基板を載置して所定方向に走行する走査ステージと、
   照明光束を被検査対象基板の表面に対して所定の傾斜角度で照射する照明光学系と、
   前記被検査対象基板から上方へ出射する上方反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された上方反射散乱光を結像させる上方用結像光学系と該上方用結像光学系で結像された上方反射散乱光像を受光して上方用画像信号に変換する上方用光検出器とを有する上方検出光学系及び前記被検査対象基板から前記照明光束に対して平面的に交差する方向で傾斜した方向に出射する側方反射散乱光を集光して結像させる側方用結像光学系と該側方用結像光学系で結像した側方反射散乱光像を受光して側方用画像信号に変換する側方用光検出器とを有する側方検出光学系を備えた検出光学系と、
   該検出光学系の上方用光検出器から得られる上方用画像信号を上方用デジタル画像信号に変換し、前記側方用光検出器から得られる側方用画像信号を側方用デジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器で変換された各デジタル画像信号に基づいて欠陥を検出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。
2. 前記照明光学系において、前記照明光束を複数で構成し、各々の照明光束を前記被検査対象基板に対して平面的に互いに異なる方向から照射するように構成したことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 前記照明光学系において、前記照明光束がレーザ光源から出射されたレーザ光束であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
4. 前記照明光学系において、前記照明光束が、前記被検査対象基板上の照明状態として、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームにして、長手方向が前記走査ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように構成することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
5. 前記検出光学系の上方検出光学系において、被検査対象基板上に存在する回路パターンの少なくとも繰り返しを遮光する空間フィルタを有し、空間フィルタの繰り返し遮光パターンの寸法若しくは形状を自動設定できるように構成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
6. 前記検出光学系の上方検出光学系において、前記結像光学系の結像倍率を可変に構成することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
7. 前記検出光学系の上方検出光学系において、前記上方用検出器をＴＤＩイメージセンサで構成することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
8. 前記信号処理系において、前記上方用デジタル画像信号を近傍画素でマージし、該マージされた画像信号を基づいて、欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
9. 前記信号処理系において、前記検出された欠陥をカテゴリ別に分類する分類手段を備えることを特徴とする請求項１又は８記載の欠陥検査装置。
10. 前記信号処理系において、前記検出された欠陥のサイズを測定するサイズ測定手段を備えることを特徴とする請求項１又は８記載の欠陥検査装置。
11. 請求項１記載の欠陥検査装置において、更に前記被検査対象物上の光学像を観察する光学顕微鏡を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
12. 前記光学顕微鏡において観察される画面上に前記信号処理系で検出された欠陥の座標を示す領域若しくはマークを表示することを特徴とする請求項１０記載の欠陥検査装置。
13. 前記照明光学系において、前記照明光束を前記被検査対象基板の表面に対して高傾斜角度と低傾斜角度とで切り替えて照射できるように構成し、
    前記照明光学系で高傾斜角度で照明した際および低傾斜角度で照明した際前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出する欠陥検出処理部と前記欠陥検出処理部から検出される欠陥についての特徴量を算出する特徴量算出部と前記高傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥と低傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥とが同一視される欠陥についての特徴量を前記特徴量算出部から取得し、該取得された欠陥の特徴量に基いて欠陥のカテゴリを分類する統合処理部とを有する信号処理系とを備えたことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
14. 前記統合処理部において、前記欠陥についての特徴量が、検出光量と平面的な面積とで構成することを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査装置。
15. 前記信号処理系において、前記Ａ／Ｄ変換器で変換された各デジタル画像信号から欠陥のカテゴリを分類する分類手段を有することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
16. 被検査対象基板を載置して所定の方向に走行させる走査ステージと、
    照明スポットを前記被検査対象基板の表面に対して前記走査ステージの走行方向に直角方向に走査して照射する照明光学系と、
    該照明光学系で照射された照明スポットの走査による前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光して結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された照明スポットの走査による反射散乱光像を受光して導く複数の光ファイバと該複数の光ファイバで導かれた照明スポットの走査による光像を受光して信号に変換する複数の光電子増倍管とを有する検出光学系と、
    該検出光学系の各光電子増倍管から得られる信号をデジタル信号に変換し、該変換されたデジタル信号に基づいて欠陥を検出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. 被検査対象基板を載置して所定の方向に走行させる走査ステージと、
    複数の照明光束の各々に対して互いに異なる周波数で変調させる複数の光変調器と該複数の光変調器で変調された複数の照明光束を前記走査ステージの走行方向にほぼ直角方向に対して偏向させる光偏向器と該光偏向器で偏向された複数の照明光束を前記被検査対象基板の表面に対して複数照明スポットとして集光して照射する集光光学系とを有する照明光学系と、
    該照明光学系で照射された複数照明スポットの走査による前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光して結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された複数照明スポットの走査による反射散乱光像を受光して信号に変換する光検出器とを有する検出光学系と、
    該検出光学系の光検出器で変換された信号から前記各光変調器で変調された周波数に相当する成分を抽出する複数の同期検波回路と該複数の同期検波回路から抽出された信号に基づいて欠陥を検出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。
18. 前記照明光学系において、複数の照明光束を作る分岐光学系を有することを特徴とする請求項１７記載の欠陥検査装置。
19. 前記検出光学系において、前記光検出器を、受光する複数照明スポットの走査による反射散乱光像を導く光ファイバと該光ファイバで導かれた複数照明スポットの走査による光像を受光して信号に変換する光電子増倍管とで構成することを特徴とする請求項１７記載の欠陥検査装置。
20. 照明光学系により照明光束を被検査対象基板の回路パターンを有する表面に対して所定の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を上方に設けた対物レンズで集光して上方結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を上方用光検出器で受光して第１の画像信号に変換し、該変換された第１の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第１のデジタル画像信号に変換し、該変換された第１のデジタル画像信号に基づいて前記被検査対象基板の回路パターンを有する表面上に存在する欠陥を検出する第１の工程と、
    照明光学系により照明光束を被検査対象基板の透明膜の表面に対して所定の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を、平面的に前記照明方向に対して交差する方向で傾斜した方向から結像光学系で集光して結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第２の画像信号に変換し、該変換された第２の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第２のデジタル画像信号に変換し、該変換された第２のデジタル画像信号に基づいて前記被検査対象基板の透明膜の表面上に存在する欠陥を検出する第２の工程とを有することを特徴とする欠陥検査方法。
21. 前記第１及び第２の工程において、被検査対象基板の表面に対して該被検査対象基板の走行方向に対してほぼ直角方向に長手方向を有するスリット状ビームを照射することを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査方法。
22. 複数の照明光束の各々に対して複数の変調器の各々で互いに異なる周波数で変調させた複数の照明光束を前記走査ステージの走行方向にほぼ直角方向に対して光偏向器で偏向させて被検査対象基板の表面に対して複数照明スポットとして集光して照射する照明ステップと、
    該照明ステップにおいて照射された複数照明スポットの走査による前記被検査対象基板からの反射散乱光を結像光学系により集光して結像させ、該結像された複数照明スポットの走査による反射散乱光像を光検出器により受光して信号に変換する検出ステップと、
    該検出ステップにおいて前記光検出器で変換された信号から複数の同期検波回路の各々で前記各光変調器で変調された周波数に相当する成分を抽出し、該抽出された信号に基づいて欠陥を検出する信号処理ステップとを有することを特徴とする欠陥検査方法。

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