JP2008249386A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板上の凹部内の欠陥を高精度に検出する。
【解決手段】欠陥検査装置１では、第１照明部３により基板９の検査領域に偏光光が照射され、検査領域からの反射光が第１受光部４の第１分光器４３により受光されて反射光の反射特性を示す位相差スペクトル（すなわち、波長毎のｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差）が制御部７の検査部に送られる。制御部７では、検査対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定された検査波長および閾値が予め記憶部に記憶されており、当該閾値と検査部により位相差スペクトルから求められた検査波長における位相差とに基づいて基板９の検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合が検出される。これにより、基板に光を照射して検査を行う通常の欠陥検査装置では検出が困難な基板９上の微小な凹部内の欠陥を高精度に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板に光を照射して欠陥を検査する技術に関する。

従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の非破壊欠陥検査法として、明視野式や暗視野式の光学式検査法、および、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）式検査法が知られている。

また、基板上に形成される膜の厚さや表面状態を検査する光学式の検査装置としてエリプソメータが利用されている。エリプソメータでは、偏光した光を基板上に照射し、その反射光の偏光状態を取得して偏光解析することにより基板の表面状態が検査される。例えば、特許文献１では、反射光の波長毎の偏光状態に基づいて単層膜や多層膜に対する各種検査を行う分光エリプソメータが開示されている。
特開２００５−３６６６号公報

ところで、近年、基板上に形成されたアスペクト比が高い（すなわち、開口幅が小さく、かつ、深さが大きい）トレンチ構造やホール構造等の凹部内の欠陥検査が求められている。しかしながら、光学式検査法やＳＥＭ式検査法を採用する従来の検査装置では、基板表面の検査は可能であるが、基板上に形成されたの凹部内のみに存在する欠陥を精度良く検出することは困難である。

一方、デバイスのパターン形状を変化させた時の反射光特性を数値解析より求め、実測値との比較より微細な対象物の形状を求めるスキャトロメトリ（光波散乱計測）により、基板上の凹部の形状を求める技術が開発中であるが、基板上に形成されるパターンの構造データの入力が必要となる点や非常に高い計算処理能力が装置に求められる点等、問題点が多く、実際の半導体の製造ラインにおいて使用することは難しい。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、半導体基板上の凹部内の欠陥を高精度に検出することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、半導体基板に光を照射して欠陥を検査する欠陥検査装置であって、検出対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定された検査に利用される光の波長である検査波長および欠陥の有無を判断する閾値を予め記憶する記憶部と、半導体基板を保持する基板保持部と、光源からの光を前記半導体基板の主面上の検査領域へと導く照明部と、前記半導体基板の前記検査領域からの前記光の反射光を受光して前記反射光の少なくとも前記検査波長における反射特性を取得するセンサを有する受光部と、前記センサから出力される前記反射特性と前記記憶部に記憶されている前記閾値とに基づいて前記半導体基板の前記検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合を検出する検査部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検査装置であって、前記複数の凹部のそれぞれの幅が前記検査波長よりも小さい。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、前記検査部により検出される欠陥が、凹部の深さまたは幅の異常である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、前記光源からの光が、対物レンズを介して前記半導体基板の前記主面に垂直に入射し、前記センサから出力される前記反射特性が、前記照明部から前記半導体基板に入射する光の強度に対する前記反射光の強度の割合である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の欠陥検査装置であって、前記対物レンズを前記対物レンズよりも高倍率のもう１つの対物レンズに切り替える対物レンズ切替機構と、前記半導体基板に対して前記光源からの光が照射された状態で、撮像素子である前記センサにより前記もう１つの対物レンズを介して取得された前記検査領域に含まれる微小検査領域の明視野画像に基づいて前記微小検査領域における欠陥を検出するもう１つの検査部とをさらに備える。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、前記光源からの光から得られる偏光した光が前記照明部から前記半導体基板の前記主面に傾斜して入射し、前記センサから出力される前記反射特性が、前記反射光の偏光状態である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の欠陥検査装置であって、前記記憶部が、検出対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定された検査に利用される光の前記半導体基板における反射角である検査反射角を予め記憶しており、前記照明部または前記受光部が、前記センサにて受光される前記反射光の前記半導体基板における反射角を変更して前記検査反射角とする反射角変更部を備える。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の欠陥検査装置であって、前記半導体基板に前記光源からの光が照射された状態で、前記検査領域に含まれる微小検査領域からの散乱光を受光して前記微小検査領域の暗視野画像を取得する撮像素子と、前記暗視野画像に基づいて前記微小検査領域における欠陥を検出するもう１つの検査部とをさらに備える。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の欠陥検査装置であって、前記半導体基板の前記主面に垂直に前記微小検査領域に対物レンズを介して光を照射するもう１つの光源をさらに備え、前記撮像素子が、前記対物レンズを介して前記微小検査領域からの反射光を受光して前記微小検査領域の明視野画像を取得し、前記もう１つの検査部が、前記明視野画像に基づいて前記微小検査領域における欠陥を検出する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、前記照明部または前記受光部が、前記センサにて受光される前記反射光の波長を変更して前記検査波長とする波長変更部を備え、前記センサが前記反射光の前記検査波長における反射特性のみを取得する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の欠陥検査装置であって、前記波長変更部が、白色光を出射する前記光源から前記センサに至る光路上に配置されるとともに前記検査波長の光を選択的に透過する光学フィルタである。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の欠陥検査装置であって、前記記憶部が、複数種類の欠陥にそれぞれ対応する複数の検査波長および複数の閾値を予め記憶しており、前記照明部または前記受光部が、前記複数の検査波長の光を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタと、前記複数の光学フィルタのうち前記光路上に配置される一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替えるフィルタ切替機構とをさらに備え、前記検査部が、前記複数の検査波長にそれぞれ対応して前記センサから出力された複数の反射特性と前記複数の閾値とに基づいて前記複数種類の欠陥のそれぞれの集合の有無を検査する。

請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、前記光源が白色光を出射し、前記センサが、前記反射光の波長毎の反射特性を取得する分光器である。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の欠陥検査装置であって、前記記憶部が、複数種類の欠陥にそれぞれ対応する複数の検査波長および複数の閾値を予め記憶しており、前記検査部が、前記反射光の波長毎の反射特性と前記複数の検査波長および前記複数の閾値とに基づいて前記複数種類の欠陥のそれぞれの集合の有無を検査する。

請求項１５に記載の発明は、半導体基板に光を照射して欠陥を検査する欠陥検査方法であって、ａ）検査に利用される光の波長である検査波長および欠陥の有無を判断する閾値を、検出対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定する工程と、ｂ）光源からの光を前記半導体基板の主面上の検査領域へと導く工程と、ｃ）前記半導体基板の前記検査領域からの前記光の反射光を受光して前記反射光の少なくとも前記検査波長における反射特性を取得する工程と、ｄ）前記反射特性と前記閾値とに基づいて前記半導体基板の前記検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合を検出する工程とを備える。

本発明では、半導体基板上の凹部内の欠陥を高精度に検出することができる。請求項１１および１３の発明では、半導体基板上の凹部内の複数種類の欠陥をそれぞれ高精度に検出することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検査装置１の構成を示す図である。欠陥検査装置１は、半導体基板に光を照射して半導体基板の主面上に形成された凹部内の欠陥を検査する装置である。

図１に示すように、欠陥検査装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）を保持する基板保持部であるステージ２、ステージ２を図１中のＸ方向およびＹ方向に移動するステージ移動機構２１、基板９の（＋Ｚ）側の主面（以下、「上面」という。）上の検査領域へと光を導く第１照明部３および第２照明部５、第１照明部３および第２照明部５からの光の検査領域における反射光をそれぞれ受光する第１受光部４および第２受光部６、並びに、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成されるとともに上記構成を制御する制御部７を備える。

ステージ移動機構２１は、ステージ２を図１中のＹ方向に移動するＹ方向移動機構２２、Ｘ方向に移動するＸ方向移動機構２３、および、ステージ２をＺ方向に移動してフォーカス調整を行うステージ昇降機構２４を有する。Ｙ方向移動機構２２はモータ２２１にボールねじ（図示省略）が接続され、モータ２２１が回転することにより、Ｘ方向移動機構２３がガイドレール２２２に沿って図１中のＹ方向に移動する。Ｘ方向移動機構２３もＹ方向移動機構２２と同様の構成となっており、モータ２３１が回転するとボールねじ（図示省略）によりステージ２がガイドレール２３２に沿ってＸ方向に移動する。

第１照明部３は、白色光を出射する高輝度キセノン（Ｘｅ）ランプである２つの第１光源３１ａ，３１ｂ、および、シート状（または、薄板状）の偏光素子３２を備え、偏光素子３２により第１光源３１ａ，３１ｂからの光から得られた偏光した光（以下、「偏光光」という。）が、第１照明部３から基板９の上面に傾斜して（本実施の形態では、入射角７０°にて）入射する。図１では、第１光源３１ｂから後述する第１撮像素子４４へと至る光路の一部の図示を省略している。

第１受光部４は、基板９からの偏光光の反射光が入射する回転位相子４１および検光子４２、並びに、回転位相子４１および検光子４２を経由した反射光を受光して反射光の反射特性を取得するセンサである第１分光器４３および第１撮像素子４４を備える。第１受光部４では、第１分光器４３および第１撮像素子４４のそれぞれにより、反射光の偏光状態が反射光の反射特性として取得されて制御部７に出力される。

第２照明部５は、白色光を出射する第２光源５１を備え、第２光源５１からの光は対物レンズ５５２を介して基板９の上面に垂直に入射する。第２受光部６は、基板９からの反射光を受光して反射光の反射特性を取得するセンサである第２分光器６３および第２撮像素子６４を備える。第２受光部６では、第２分光器６３および第２撮像素子６４のそれぞれにより、第２照明部５から基板９に入射する光の強度に対する反射光の強度の割合（すなわち、反射率）が反射光の反射特性として取得されて制御部７に出力される。

制御部７では、第１受光部４から出力される反射特性、および／または、第２受光部６から出力される反射特性に基づいて基板９の検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合が検出される。欠陥検査装置１では、制御部７により、凹部の深さまたは幅の異常が欠陥として検出される。

図２．Ａないし図２．Ｃは、制御部７により検出される欠陥の種類を説明するための図であり、基板９の上面近傍の一部を拡大して断面にて示す。図２．Ａないし図２．Ｃに示すように、基板９は、シリコン（Ｓｉ）により形成された基板本体９０１、および、基板本体９０１上に形成された酸化膜やレジスト膜等の薄い膜９０２を備え、膜９０２には複数の凹部が形成されている。図２．Ａないし図２．Ｃでは、それぞれ異なる種類の欠陥を有する凹部９２ａ，９２ｂ，９２ｃを描いており、また、内部に欠陥を有しない正常な凹部９２も比較のために描いている。

図２．Ａでは、基板９上に付与された処理液等の除去後に不純物が残渣９０３として底部に残り（いわゆる、ウォータマークが発生し）、深さの異常が生じている凹部９２ａを示す。図２．Ｂでは、エッチング不良により底部近傍において側壁にフォトレジストが残渣９０３として残り（いわゆる、フッティングが発生し）、幅の異常が生じている凹部９２ｂを示す。また、図２．Ｃでは、側壁部が底部近傍において過剰にエッチングされて幅の異常が生じている凹部９２ｃを示す。図２．Ａないし図２．Ｃに示すいずれの異常の場合も、開口位置においては凹部に異常は見られない。

次に、第１照明部３および第１受光部４、並びに、第２照明部５および第２受光部６の詳細について説明する。第１照明部３では、第１光源３１ａからの光が、反射面が回転楕円体面の一部である非球面ミラー（以下、「楕円ミラー」という。）３５１、熱線カットフィルタ３５２および楕円ミラー３５３により板状のピンホールミラー３５４の裏面側に導かれる。

ピンホールミラー３５４は、その反射面の法線がＸ軸に直交するとともに光源３１ａからの光の光軸Ｊ１に対して７０度だけ傾斜する姿勢にて斜め上向きに固定されており、第１光源３１ａからの光はピンホールミラー３５４の開口部（具体的には、Ｘ軸に平行な辺および垂直な辺の長さが１５０μｍの正方形の開口部）を介して開口数（ＮＡ）０．０２にて漸次広がりつつ平面ミラー３５５へと導かれる。このとき、ピンホールミラー３５４から出射された直後の光の光軸Ｊ１に垂直な光束断面の形状は、Ｘ軸に平行な辺の長さが他の辺の長さよりも長い１５０μｍ×５０μｍの長方形とされる。

ピンホールミラー３５４からの光は、平面ミラー３５５にて反射されて楕円ミラー３５６へとさらに導かれ、楕円ミラー３５６にて反射された光は開口数０．１にて集光されつつ偏光素子３２へと導かれる。そして、偏光素子３２により導き出された偏光光が７０度の入射角にて基板９上の検査領域に照射される。

第１照明部３では、ピンホールミラー３５４から基板９に至る光学系は、５対１の縮小光学系となっているため、基板９の表面近傍における偏光光の光軸Ｊ１に垂直な光束断面の形状は、Ｘ軸に平行な辺の長さが３０μｍであり、他の辺の長さが１０μｍである長方形となる。したがって、基板９上における偏光光の照射領域はおよそ３０μｍ×３０μｍの正方形の領域となる。基板９上では、この照射領域内に図２．Ａないし図２．Ｃに示す多数の凹部が含まれている。

図１に示すように、基板９からの反射光は、第１受光部４のスリット板４５１により取り込まれてレンズ４５２を介して回転位相子４１へと導かれる。スリット板４５１の開口部は、Ｘ軸に平行な辺の長さが他の辺の長さよりも十分に長い長方形とされ、Ｘ軸に垂直な方向（ほぼ高さに相当する方向）に関して開口数が０．０５とされる。これにより、取り込まれる反射光の基板９上の反射角の範囲が制限される。一方、Ｘ方向に関しては反射光はほとんど制限されないため、測定に必要な十分な量の光が回転位相子４１へと導かれる。

第１受光部４では、スリット板４５１を図１中におけるおよそ上下方向に光軸Ｊ１に対して垂直に移動するスリット板移動機構４５１１が設けられており、スリット板移動機構４５１１によりスリット板４５１を移動することにより、スリット板４５１による反射光の取込角が変更される。これにより、第１分光器４３にて受光される反射光の基板９における反射角が変更される。すなわち、スリット板４５１およびスリット板移動機構４５１１は、第１分光器４３にて受光される反射光の反射角を変更する反射角変更部となっている。また、スリット板４５１およびスリット板移動機構４５１１は、第１撮像素子４４にて受光される反射光の反射角変更部でもある。

回転位相子４１は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）により形成された波長板４１１（λ／４板）を備え、当該波長板４１１は、制御部７により制御されるステッピングモータ４１２により光軸Ｊ１に平行な軸を中心として回転する。これにより、ステッピングモータ４１２の回転角に応じた偏光光が波長板４１１から導き出されて検光子４２へと入射する。本実施の形態では、検光子４２としてグランテーラープリズムが利用される。

検光子４２に入射した光は、検光子４２を透過して第１分光器４３により受光される。第１分光器４３は、好ましくは、ペルチェ素子等により冷却される裏面照射型の１次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を有するツェルニーターナー型分光器であり、入射する光が高い波長分解能にて分光され、波長毎（例えば、紫外線から近赤外線までの波長毎）の光の強度が高感度に測定される。そして、反射光の波長毎の強度が回転位相子４１の回転角に対応付けられることにより、波長毎の反射光の偏光状態を示すｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差および反射振幅比角、並びに、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分の反射率（すなわち、第１照明部３から基板９に入射する光の強度に対する反射光の強度の割合）が取得される。

また、第１照明部３では、第１光源３１ｂから出射された光が、レンズ３５７を介してピンホールミラー３５４の表面側にて反射され、平面ミラー３５５および楕円ミラー３５６を介して偏光素子３２へと導かれる。そして、偏光素子３２により導き出された偏光光が７０度の入射角にて基板９の上面に入射し、第１光源３１ａからの光が照射される検査領域を含み、かつ、当該検査領域よりも大きい検査領域に照射される。

基板９からの反射光は、第１受光部４のスリット板４５１、レンズ４５２および回転位相子４１を介して検光子４２へと導かれ、検光子４２に入射した光は、検光子４２およびレンズ４５３を介して第１波長変更部４６に入射する。第１波長変更部４６は、互いに異なる複数の波長の光（実際には、狭い波長帯の光）を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタ（例えば、半値幅１０ｎｍの干渉フィルター）を保持する円板状のフィルタホイール４６１、および、フィルタホイール４６１の中心に取り付けられてフィルタホイール４６１を回転するフィルタ回転モータ４６２を備える。フィルタホイール４６１は、その法線方向が検光子４２から第１撮像素子４４に至る光路に平行となるように配置される。

図３は、第１波長変更部４６を、図１に示す検光子４２側からフィルタホイール４６１に垂直な方向に沿って見た図である。図３に示すように、フィルタホイール４６１では、互いに透過波長が異なる６種類の光学フィルタ４６３が周方向に等間隔に配列されている。図１に示す第１波長変更部４６では、フィルタ回転モータ４６２によりフィルタホイール４６１が回転し、検査対象となる欠陥種類に対応したいずれか１つの光学フィルタ４６３（図３参照）が、検光子４２から第１撮像素子４４に至る光路上に配置される。これにより、基板９からの白色光の反射光のうち、光路上に配置された光学フィルタ４６３に対応する特定の波長の光のみが、当該光学フィルタ４６３を透過して第１撮像素子４４へと導かれる。

第１波長変更部４６においてフィルタ回転モータ４６２によりフィルタホイール４６１が回転すると、複数の光学フィルタ４６３のうち光路上に配置された光学フィルタ４６３が他の光学フィルタ４６３に切り替えられ、第１撮像素子４４が受光する光の波長が変更される。第１波長変更部４６では、フィルタ回転モータ４６２が、複数の光学フィルタ４６３のうち光路上に配置される一の光学フィルタ４６３を他の光学フィルタ４６３に切り替えるフィルタ切替機構となっている。

図１に示す第１撮像素子４４では、第１波長変更部４６により選択的に透過された特定の波長の光の強度が測定され、反射光の強度が回転位相子４１の回転角に対応付けられることにより、当該特定の波長の反射光の偏光状態が取得される。第１撮像素子４４では、基板９上において、第１分光器４３により偏光状態が取得される検査領域を含むとともに当該検査領域よりも大きい検査領域の偏光状態が取得される。なお、第１撮像素子４４により反射光を取得する場合、第１受光部４における光路上のレンズの個数や種類は、第１分光器４３により反射光を取得する状態から必要に応じて変更されてよい（第２受光部６においても同様）。

欠陥検査装置１の第１受光部４では、基板９上に形成されたテストパターンの欠陥検査のように、基板９上の小さな領域の検査が行われる場合、検査領域が比較的小さい第１分光器４３からの出力に基づいて検査が行われ、基板９全体に形成された実際のパターンの欠陥検査のように、基板９上の大きな領域の検査が行われる場合、検査領域が比較的大きい第１撮像素子４４からの出力に基づいて検査が行われることが好ましい（第２受光部６においても同様）。

第２照明部５では、第２光源５１からの光がハーフミラー５５１にて反射され、対物レンズ５５２を介して基板９の上面に垂直に入射して基板９上に照射される。本実施の形態では、対物レンズ５５２の開口数は０．１以下とされる。基板９からの反射光は、対物レンズ５５２、ハーフミラー５５１およびレンズ６５３を介してピンホールミラー６５４へと導かれ、ピンホールミラー６５４の開口を通過した反射光が、第２分光器６３により受光される。第２分光器６３では、基板９からの反射光の波長毎の強度が高感度に測定され、波長毎の反射率が反射光の反射特性として取得される。第２分光器６３も、好ましくは、第１分光器４３と同様にツェルニーターナー型分光器とされる。

ピンホールミラー６５４に導かれた反射光の一部は、ピンホールミラー６５４により反射され、レンズ６５５を介して第２波長変更部６６に入射する。第２波長変更部６６は、第１波長変更部４６と同様に、互いに異なる複数の波長の光（実際には、狭い波長帯の光）を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタを保持する円板状のフィルタホイール６６１、および、フィルタホイール６６１の中心に取り付けられてフィルタホイール６６１を回転するフィルタ回転モータ６６２を備える。

第２波長変更部６６においても、第１波長変更部４６と同様に、検査対象となる欠陥種類に対応したいずれか１つの光学フィルタが、ピンホールミラー６５４から第２撮像素子６４に至る光路上に配置される。これにより、基板９からの白色光の反射光のうち、光路上に配置された光学フィルタに対応する特定の波長の光のみが、当該光学フィルタを透過して第２撮像素子６４へと導かれる。

第２撮像素子６４では、第２波長変更部６６により選択的に透過された特定の波長の光の強度が測定され、当該特定の波長の反射光の反射特性を示す反射率が取得される。また、第２撮像素子６４では、基板９上において、第２分光器６３により偏光状態が取得される検査領域を含むとともに当該検査領域よりも大きい検査領域の偏光状態が取得される。

次に、制御部７の詳細について説明する。図４は、制御部７により実現される機能を欠陥検査装置１の他の構成と共に示すブロック図である。図４に示すように、制御部７は、記憶部７１および検査部７２を備える。記憶部７１には、欠陥検査に利用される複数の光の波長（以下、「検査波長」という。）、および、欠陥検査に利用される光の基板９における複数の反射角（以下、「検査反射角」という。）が予め記憶される。また、記憶部７１には、欠陥の有無を判断する複数の閾値も予め記憶される。複数の検査波長、検査反射角および閾値は、欠陥検査装置１における検出対象である複数の欠陥種類にそれぞれ対応する。検査部７２は、第１分光器４３、第１撮像素子４４、第２分光器６３および第２撮像素子６４から出力される反射光の反射特性と記憶部７１に記憶されている閾値とに基づき、基板９の検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合を検出する。

欠陥検査装置１では、記憶部７１に記憶される複数の検査波長、検査反射角および閾値は、ＲＣＷＡ法（Rigorous Coupled Wave Analysis：厳密結合波解析法）やＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain：有限差分時間領域法）等の理論計算に基づいて決定される。ＲＣＷＡ法は電磁場解析の１手法であり、対象を深さ方向に複数の層に分割し、各層の誘電率分布に基づいて解析を行う方法である。ＦＤＴＤ法も電磁場解析の１手法であり、マクスウェルの方程式を直接、空間および時間領域での差分方程式に展開して逐次計算をすることにより、電場および磁場を決定する方法である。

次に、理論計算による検査波長、検査反射角および閾値の決定方法について説明する。以下では、図２．Ａに示す欠陥（すなわち、凹部の深さ異常）に対応する検査波長および閾値の決定について説明する。図５．Ａは、図２．Ａ中の欠陥を有する一の凹部９２ａ近傍を拡大して示す断面図である。図５．Ａに示す基板９では、基板本体９０１上に厚さ７００ｎｍの酸化膜９０２ａが形成されており、酸化膜９０２ａに形成された径が６５ｎｍの凹部９２ａ（いわゆる、ホール）の底部に、不純物による残渣９０３が付着している。また、凹部９２ａ内の残渣９０３の上方には空気が存在している。凹部９２ａの径（幅）は、後述する検査波長（０．５μｍ，０．５８μｍ，０．６３μｍ，０．７５５μｍ）よりも小さい。

図５．Ｂは、入射角７０°にて凹部９２ａに偏光光を照射した場合の反射光（反射角も７０°となる。）のｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差をＲＣＷＡ法にて求めた結果を示す図である。図５．Ｂの横軸および縦軸はそれぞれ、入射光の波長および反射光におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差を示す。また、図５．Ｂ中における線８１１〜８１４は、残渣９０３の高さを１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍとした場合の位相差スペクトルを示す。

図５．Ｂに示すように、理論計算では、残渣９０３の高さによる信号変化が大きい波長は０．５μｍと０．７５５μｍであり、残渣９０３が高くなる（すなわち、残渣９０３の量が増大する）に従って波長０．５μｍにおける位相差がプラス側に大きくなり、波長０．７５５μｍにおける位相差がマイナス側に大きくなる。したがって、図５．Ａに示す深さ異常の欠陥に対応する検査反射角が７０°に決定され、また、検査波長が０．５μｍおよび０．７５５μｍに決定されて制御部７の記憶部７１（図４参照）に記憶される。

さらに、残渣９０３の高さが２０ｎｍ未満の場合を良品（すなわち、プロセスマージンの範囲内）とし、残渣９０３の高さが２０ｎｍ以上である場合を欠陥とし、良品と欠陥を有する不良品との境界における検査波長０．５μｍでの位相差と検査波長０．７５５μｍでの位相差との差が図５．Ｂから求められ、当該位相差の差である０．５°が閾値として記憶部７１に記憶される。ここでいうプロセスマージンとは、半導体デバイスの生産ラインにおけるプロセスの余裕度を示す指標であり、プロセス特性の変動による半導体デバイスの品質変動があった場合でも、半導体デバイスの品質が良品の範囲内に収まるように設定される。

次に、欠陥検査装置１による図５．Ａに示す深さ異常の欠陥の検査について説明する。図６は、欠陥検査装置１による欠陥検査の流れを示す図である。図１に示す欠陥検査装置１では、まず、上述のように、欠陥検査に利用される検査波長、検査反射角および閾値が、検査対象である欠陥種類に対応して理論計算（本実施の形態では、ＲＣＷＡ法）に基づいて決定されて制御部７の記憶部７１（図４参照）に記憶される（ステップＳ１１）。

続いて、第１照明部３の第１光源３１ａによる光の照射が開始され、第１光源３１ａからの光が、偏光素子３２を介して偏光光とされつつ基板９の上面上の検査領域へと導かれる（ステップＳ１２）。検査領域からの偏光光の反射光は、第１受光部４の第１分光器４３により受光され、第１分光器４３により反射光の反射特性を示す位相差スペクトル（すなわち、各波長における位相差）が取得されて制御部７の検査部７２（図４参照）に送られる（ステップＳ１３）。第１受光部４では、第１分光器４３により受光される反射光の基板９における反射角が、記憶部７１に予め記憶されている検査反射角である７０°となるように、スリット板移動機構４５１１によりスリット板４５１の位置が予め調整されている。

検査部７２では、第１分光器４３から出力された位相差スペクトルから、記憶部７１に予め記憶されている検査波長である０．５μｍにおける位相差と０．７５５μｍにおける位相差との差が求められ、記憶部７１に予め記憶されている閾値（０．５°）と比較される。そして、上記位相差の差が閾値より大きい場合、基板９の検査領域に形成された複数の凹部内にそれぞれ深さ異常の欠陥が存在すると判断される。換言すれば、第１分光器４３により取得された検査波長における反射特性と記憶部７１に予め記憶されている閾値とに基づいて基板９の検査領域に形成された複数の凹部９２内の深さ異常の欠陥の集合が検出される（ステップＳ１４）。

欠陥検査装置１では、第１分光器４３に代えて第１撮像素子４４を第１受光部４におけるセンサとして欠陥検査が行われてもよい。図７は、第１撮像素子４４を利用して行われる欠陥検査の流れを示す図である。この場合、第１分光器４３を利用して行われる上述の欠陥検査における検査領域よりも大きい検査領域に対する欠陥検査が行われる。

欠陥検査装置１では、上記と同様に、欠陥検査に利用される検査波長、検査反射角および閾値が、欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定されて記憶部７１に記憶される（ステップＳ２１）。続いて、第１照明部３の第１光源３１ｂによる光の照射が開始され、第１光源３１ｂからの光が、偏光素子３２を介して偏光光とされつつ基板９の上面上の検査領域へと導かれる（ステップＳ２２）。

第１受光部４の第１波長変更部４６では、制御部７によりフィルタ回転モータ４６２が制御されてフィルタホイール４６１が回転され、記憶部７１に予め記憶されている検査波長０．５μｍに対応する（すなわち、検査波長である０．５μｍの光を透過する）一の光学フィルタ４６３（図３参照）が光路上に配置される（ステップＳ２３）。また、第１撮像素子４４により受光される反射光の基板９における反射角が、記憶部７１に予め記憶されている検査反射角である７０°となるように、スリット板移動機構４５１１によりスリット板４５１の位置が調整される。

そして、検査領域からの偏光光の反射光が光学フィルタ４６３を介して第１撮像素子４４により受光され、第１撮像素子４４により、反射光の反射特性を示す検査波長０．５μｍにおける位相差の画像が取得されて制御部７の検査部７２に送られる（ステップＳ２４）。制御部７では、次の検査波長の有無が確認され（ステップＳ２５）、次の検査波長が記憶部７１に記憶されている場合はステップＳ２３に戻り、フィルタ回転モータ４６２により検査波長０．７５５μｍに対応する他の光学フィルタ４６３が光路上に配置され（ステップＳ２３）、第１撮像素子４４により、反射光の反射特性を示す検査波長０．７５５μｍにおける位相差の画像が取得されて検査部７２に送られる（ステップＳ２４）。

次の検査波長が無いことが確認されると（ステップＳ２５）、検査部７２では、第１撮像素子４４から出力された２つの検査波長における位相差画像（すなわち、検査波長における反射特性を示す変更特性）に基づき、位相差画像の複数の画素のそれぞれにおける２つの検査波長の位相差の差が求められる。そして、各画素における位相差の差が記憶部７１に予め記憶されている閾値（０．５°）と比較され、基板９上の検査領域における各画素に対応する領域に形成された複数の凹部９２内の深さ異常の欠陥の集合が検出される（ステップＳ２６）。

欠陥検査装置１では、第１照明部３および第１受光部４に代えて第２照明部５および第２受光部６を利用して欠陥検査が行われてもよい。図５．Ｃは、図５．Ａに示す欠陥（すなわち、深さ異常）を有する凹部９２ａに垂直に光を照射した場合（反射角は０°となる。）の反射率をＲＣＷＡ法にて求めた結果を示す図である。図５．Ｃの横軸は入射光の波長を示し、縦軸は、凹部内に欠陥がない場合の反射率に対する凹部９２ａ近傍の反射率の割合である反射率比を示す。また、図５．Ｃ中における線８２１〜８２４は、残渣９０３の高さを１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍとした場合の反射率比スペクトルを示す。

図５．Ｃに示すように、理論計算では、残渣９０３の高さによる信号変化が大きい波長は０．５８μｍと０．６３μｍであり、残渣９０３が高くなるに従って波長０．５８μｍにおける反射率比が大きくなり、波長０．６３μｍにおける反射率比が小さくなる。したがって、図５．Ａに示す深さ異常の欠陥に対応する検査反射角が０°に決定され、また、検査波長が０．５８μｍおよび０．６３μｍに決定されて制御部７の記憶部７１（図４参照）に記憶される。さらに、残渣９０３の高さが２０ｎｍ以上である場合を欠陥とし、このときの検査波長０．５８μｍにおける反射率比と検査波長０．６３μｍにおける反射率比との差が図５．Ｃから求められ、当該反射率比の差である２％が閾値として記憶部７１に記憶される。

第２照明部５および第２受光部６を利用した欠陥検査の流れは、第２受光部６において第２分光器６３を利用した場合、図６とほぼ同様であり、ステップＳ１２において、第２光源５１からの光が偏光光とされることなく基板９の検査領域に導かれる点と、ステップＳ１３，Ｓ１４において、第２分光器６３により取得された反射率比スペクトルから２つの検査波長における反射率比の差が求められて閾値と比較される点とが異なる。

また、第２受光部６において第２撮像素子６４を利用した場合の欠陥検査の流れは図７とほぼ同様であり、ステップＳ２２において、第２光源５１からの光が偏光光とされることなく基板９の検査領域に導かれる点と、ステップＳ２４，Ｓ２６において、第２撮像素子６４により２つの検査波長における反射率比が取得され、これらの反射率比の差が閾値と比較される点とが異なる。

次に、欠陥検査装置１による図２．Ｂに示す欠陥（すなわち、凹部の幅異常）の検査について説明する。図８．Ａは、図２．Ｂ中の欠陥を有する一の凹部９２ｂ近傍を拡大して示す断面図である。図８．Ａに示す基板９では、基板本体９０１上に厚１００ｎｍのレジスト膜９０２ｂが形成されており、レジスト膜９０２ｂに形成された幅が８０ｎｍの溝状の凹部９２ｂの底部近傍において、側壁部にレジストの残渣９０３が付着している。側壁部上における残渣９０３の高さは１０ｎｍである。また、凹部９２ｂ内の残渣９０３の上方には空気が存在している。凹部９２ｂの幅は、後述する検査波長（０．２２μｍ，０．２２５μｍ，０．２４μｍ）よりも小さい。

図８．Ｂは、入射角７０°にて凹部９２ｂに偏光光を照射した場合の反射光（反射角も７０°となる。）のｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差スペクトルをＲＣＷＡ法にて求めた結果を示す図である。図８．Ｂの横軸および縦軸はそれぞれ、入射光の波長および反射光におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差を示す。また、図８．Ｂ中における線８３１〜８３４は、凹部９２ｂの底面における残渣９０３幅（すなわち、両側壁部に付着している残渣９０３の底面上の幅の合計）を２０ｎｍ，４０ｎｍ，６０ｎｍ，８０ｎｍとした場合の位相差スペクトルを示す。

図８．Ｂに示すように、理論計算では、残渣９０３の合計幅による信号変化が大きい波長は０．２２５μｍであり、残渣９０３の合計幅が増大する（すなわち、残渣９０３の量が増大する）に従って波長０．２２５μｍにおける位相差がプラス側に大きくなる。また、他の波長では残渣９０３の合計幅による信号変化は小さい。したがって、図８．Ａに示す幅異常の欠陥に対応する検査反射角が７０°に決定され、また、検査波長が０．２２５μｍに決定されて制御部７の記憶部７１（図４参照）に記憶される。さらに、残渣９０３の合計幅が２０ｎｍ以上である場合を欠陥とし、このときの検査波長０．２２５μｍにおける位相差が図８．Ｂから求められ、当該位相差である０．１８°が閾値として記憶部７１に記憶される。

欠陥検査装置１による幅異常の欠陥検査の流れは、第１受光部４の第１分光器４３をセンサとして利用した場合は図６と同様であり、第１撮像素子４４をセンサとして利用した場合は図７と同様である。なお、欠陥検査装置１では、図２．Ｃに示すエッチング過剰による幅異常の検出も、上述のレジスト付着による幅異常の検出と同様に行われる。

欠陥検査装置１では、制御部７の検査部７２（図４参照）により、第１分光器４３により取得された位相差スペクトル（すなわち、波長毎の位相差）と、記憶部７１に予め記憶されている深さ異常の欠陥検出用の検査波長（０．５μｍ，０．７５５μｍ）および幅異常の欠陥検出用の検査波長（０．５８μｍ，０．６３μｍ）とに基づいて、これら複数の検査波長のそれぞれにおける位相差が求められ、これら複数の位相差と記憶部７１に予め記憶されている深さ異常の欠陥および幅異常の欠陥にそれぞれ対応する閾値とに基づいて、深さ異常の欠陥および幅異常の欠陥（すなわち、複数種類の欠陥）のそれぞれの集合の有無が順次（あるいは、並行して）検査されてもよい。

また、欠陥検査装置１では、第１撮像素子４４により、深さ異常の欠陥検出用および幅異常の欠陥検出用の複数の検査波長に対応する複数の位相差画像が取得され、記憶部７１に予め記憶されている複数の検査波長および複数の閾値、並びに、第１撮像素子４４から出力された複数の位相差画像（すなわち、複数の検査波長に対応する複数の反射特性）に基づいて、深さ異常の欠陥および幅異常の欠陥（すなわち、複数種類の欠陥）のそれぞれの集合の有無が検査される。

欠陥検査装置１では、上述の深さ異常の欠陥検出の場合と同様に、第１照明部３および第１受光部４に代えて第２照明部５および第２受光部６を利用して幅異常の欠陥検査が行われてもよい。図８．Ｃは、図８．Ａに示す欠陥（すなわち、幅異常）を有する凹部９２ｂに垂直に光を照射した場合（反射角は０°となる。）の反射率をＲＣＷＡ法にて求めた結果を示す図である。図８．Ｃの横軸は入射光の波長を示し、縦軸は、凹部内に欠陥がない場合の反射率に対する凹部９２ｂ近傍の反射率の割合である反射率比を示す。また、図８．Ｃ中における線８４１〜８４４は、凹部９２ｂの底面における残渣９０３の合計幅を２０ｎｍ，４０ｎｍ，６０ｎｍ，８０ｎｍとした場合の反射率比スペクトルを示す。

図８．Ｃに示すように、理論計算では、残渣９０３の合計幅による信号変化が大きい波長は０．２２μｍと０．２４μｍであり、残渣９０３の合計幅が増大するに従って波長０．２２μｍにおける反射率比が大きくなり、波長０．２４μｍにおける反射率比が小さくなる。したがって、図８．Ａに示す幅異常の欠陥に対応する検査反射角が０°（すなわち、垂直光）に決定され、また、検査波長が０．２２μｍおよび０．２４μｍに決定されて制御部７の記憶部７１（図４参照）に記憶される。さらに、残渣９０３の合計幅が２０ｎｍ以上である場合を欠陥とし、このときの検査波長０．２２μｍにおける反射率比と検査波長０．２４μｍにおける反射率比との差が図８．Ｃから求められ、当該反射率比の差の差である１％が閾値として記憶部７１に記憶される。

第２照明部５および第２受光部６を利用した幅異常の欠陥検査の流れは、上述の第２照明部５および第２受光部６を利用した深さ異常の欠陥検査と同様である。また、第１照明部３および第１受光部４を利用した欠陥検査と同様に、深さ異常の欠陥および幅異常の欠陥に対応する複数の検査波長および複数の閾値、並びに、複数の検査波長に対応して出力された複数の反射特性に基づいて、深さ異常の欠陥および幅異常の欠陥（すなわち、複数種類の欠陥）のそれぞれの集合の有無が検査されてもよい。

以上に説明したように、欠陥検査装置１では、検査対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定された検査波長および閾値が予め記憶部７１に記憶されており、基板９の検査領域に光を照射するとともに検査領域からの反射光の検査波長における反射特性を取得し、当該反射特性と記憶部７１に予め記憶されている閾値とに基づいて基板９の検査領域に形成された複数の凹部９２内の欠陥（例えば、凹部の深さ異常や幅異常の欠陥）の集合が検出される。これにより、基板に光を照射して検査を行う通常の欠陥検査装置では検出が困難な基板９上の微小な凹部９２内の欠陥を高精度に検出することができる。欠陥検査装置１は、特に、検査に利用される光の波長（すなわち、検査波長）よりも幅が小さい凹部内の欠陥の検査に適している。

また、欠陥検査装置１では、複数種類の欠陥にそれぞれ対応する複数の検査波長および複数の閾値を記憶部７１に予め記憶しておき、複数の検査波長に対応する反射光の反射特性と複数の閾値とに基づいて複数種類の欠陥のそれぞれの集合の有無を検査することより、凹部内の複数種類の欠陥をそれぞれ高精度に検出することができる。

欠陥検査装置１では、第１受光部４のスリット板４５１およびスリット板移動機構４５１１により、第１分光器４３および第１撮像素子４４にて受光される反射光の基板９における反射角を変更し、欠陥の有無や大きさにより信号変化が大きくなる検査反射角とすることができるため、凹部９２内の欠陥をより高精度に検出することができる。また、欠陥検査装置１は、第１照明部３および第１受光部４、並びに、第２照明部５および第２受光部６を備えることにより、反射光の反射角を０°を含む様々な角度とすることができるため、凹部９２内の欠陥をさらに高精度に検出することができる。

第１受光部４では、第１分光器４３により第１光源３１ａからの白色光の反射光を受光して波長毎の反射特性を取得することにより、検査波長における反射特性を容易に取得することができ、さらには、複数の検査波長のそれぞれにおける反射特性を１回の受光で迅速に取得することができる。

また、第１波長変更部４６により第１撮像素子４４にて受光する反射光の波長を変更することにより、第１撮像素子４４においても検査波長における反射特性を容易に取得することができる。さらには、第１波長変更部４６において、光路上に光学フィルタ４６３を配置することにより、第１光源３１ｂから出射された白色光から検査波長の光を選択的に取り出すことにより、第１撮像素子４４にて受光する反射光の波長の変更をより容易とすることができる。

第２受光部６でも、第１受光部４と同様に、第２分光器６３にて反射光を受光することにより、検査波長における反射特性を１回の受光で迅速かつ容易に取得することができる。また、第２波長変更部６６により反射光の波長を変更することにより、第２撮像素子６４においても検査波長における反射特性を容易に取得することができる。さらには、第２波長変更部６６において光学フィルタを利用することにより、第２撮像素子６４にて受光する反射光の波長の変更をより容易とすることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る欠陥検査装置について説明する。図９は、第２の実施の形態に係る欠陥検査装置１ａの構成を示す図である。図９に示すように、欠陥検査装置１ａでは、第２照明部５の第２光源５１からの光を基板９へと導く対物レンズ５５２を、対物レンズ５５２よりも高倍率かつ開口数が大きい（例えば、０．８〜０．９）もう１つの対物レンズ５５２ａに切り替える対物レンズ切替機構５５３が設けられる。以下の説明では、２つの対物レンズを区別するために、対物レンズ５５２を「第１対物レンズ５５２」と呼び、高倍率の対物レンズ５５２ａを「第２対物レンズ５５２ａ」と呼ぶ。また、図１０に示すように、制御部７に基板９の上面上の欠陥（例えば、基板９の上面上に付着した微小なパーティクル等であり、以下、凹部内の欠陥と区別するために、「表面欠陥」という。）を検出する表面欠陥検査部７３が設けられる。その他の構成は、図１に示す欠陥検査装置１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図９に示す欠陥検査装置１ａでは、対物レンズ切替機構５５３により第２対物レンズ５５２ａが、第２光源５１から基板９へと至る光路上に配置され、第２光源５１からの光が、第２対物レンズ５５２ａを介して基板９上の微小検査領域に照射される。第２対物レンズ５５２ａを介して光が照射される微小検査領域は、第１対物レンズ５５２を介して光が照射される検査領域よりも小さく、当該検査領域に含まれる。そして、基板９上の微小検査領域に対して光が照射された状態で、第２受光部６の第２撮像素子６４により微小検査領域の明視野画像が取得され、制御部７の表面欠陥検査部７３により、明視野画像に基づいて微小検査領域における基板９上の表面欠陥が検出される。

また、欠陥検査装置１ａでは、第２光源５１から光を出射することなく、第１光源３１ａからの光が基板９上の検査領域に照射された状態で、当該検査領域に含まれる微小検査領域からの散乱光を第２撮像素子６４にて受光して微小検査領域の暗視野画像が取得される。そして、制御部７の表面欠陥検査部７３により、暗視野画像に基づいて微小検査領域における基板９上の表面欠陥が検出される。

欠陥検査装置１ａでは、第１の実施の形態に係る欠陥検査装置１と同様に、第１照明部３からの偏光光を第１受光部４にて受光することにより、また、第２照明部５の第２光源５１から第１対物レンズ５５２を介して基板９に照射された光の反射光を第２受光部６にて受光することにより、基板９上の検査領域における複数の凹部内の欠陥の集合が検出することができる。

第２の実施の形態に係る欠陥検査装置１ａでは、特に、第２光源５１から第２対物レンズ５５２ａを介して基板９上の微小検査領域に照射された光の反射光を第２受光部６の第２撮像素子６４にて受光して明視野画像を取得することにより、基板９上の微小検査領域における表面欠陥を検出することができる。また、第１光源３１ａから基板９上の検査領域に偏光光が照射された状態で、当該検査領域に含まれる微小検査領域からの散乱光を第２撮像素子６４にて受光して暗視野画像を取得することにより、基板９上の微小検査領域における表面欠陥を検出することができる。

欠陥検査装置１ａでは、例えば、第１照明部３および第１受光部４により欠陥の集合が検出された検査領域を、第２撮像素子６４により取得された明視野画像または暗視野画像に基づいて再度検査することにより、欠陥を有する複数の凹部において、当該欠陥が基板９の上面（すなわち、図２．Ａないし図２．Ｃに示す膜９０２の表面）に及んで表面欠陥となっているか否かを検査することもできる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、欠陥検査装置１では、深さ異常の欠陥検査において、２つの検査波長に基づいて欠陥を検出しているが、１種類の欠陥検出は、１つの検査波長または３つ以上の検査波長における反射光の反射特性に基づいて行われてよい。また、第１受光部４および第２受光部６により取得されて欠陥検出に利用される反射光の反射特性は、上述のもの（すなわち、偏光光の位相差や垂直光の反射率）には限定されず、例えば、反射光の偏光状態を示すｐ偏光成分とｓ偏光成分との反射振幅比角やｐ偏光成分およびｓ偏光成分の反射率とされてもよい。

欠陥検査装置１では、第１照明部３および第１受光部４から第１光源３１ａおよび第１分光器４３が省略され、第１撮像素子４４のみにより反射光の反射特性が取得されてもよい。この場合、第１波長変更部４６は、第１光源３１ｂから第１撮像素子４４に至る光路上に配置されるのであれば、必ずしも検光子４２と第１撮像素子４４との間に配置される必要はない。また、第２受光部６に第２分光器６３が設けられず、第２撮像素子６４のみにより反射光の反射特性が取得される場合、第２波長変更部６６は、第２光源５１から第２撮像素子６４に至る光路上に配置されるのであれば、必ずしもピンホールミラー６５４と第２撮像素子６４との間に配置される必要はない。

欠陥検査装置１では、第１受光部４のスリット板４５１およびスリット板移動機構４５１１が、第１分光器４３および第１撮像素子４４にて受光される反射光の基板９上における反射角を変更する反射角変更部となっているが、例えば、第１光源３１ａ，３１ｂの向き（すなわち、光の出射方向）を機械的に変更することにより第１光源３１ａ，３１ｂからの光の基板９に対する入射角を変更する機構が第１照明部３に設けられ、当該機構が反射角変更部として利用されてもよい。

第１照明部３の第１光源３１ａ，３１ｂは、必ずしもキセノンランプには限定されず、他の種類のランプが利用されてもよい。また、第１光源３１ａ，３１ｂから出射される光は、必ずしも白色光には限定されず、例えば、第１光源３１ａとして複数の波長が互いに異なるＬＥＤが設けられ、ＬＥＤの制御を行うＬＥＤ制御部により光を出射するＬＥＤが切り替えられることにより、第１受光部４により受光される反射光の波長が変更されてもよい。この場合、複数の光学フィルタ４６３を有する第１波長変更部４６は省略され、ＬＥＤ制御部が、反射光の波長を変更して検査波長とする波長変更部となる（第２照明部５においても同様）。

欠陥検査装置１では、第１照明部３および第１受光部４、並びに、第２照明部５および第２受光部６のいずれか一方が省略されてもよい。第２照明部５および第２受光部６が省略されて第１照明部３および第１受光部４により欠陥検査が行われる場合、装置構成を簡素化しつつ反射角変更部（すなわち、スリット板４５１およびスリット板移動機構４５１１）により反射光の基板９における反射角を容易に変更することができる。これとは逆に、第１照明部３および第１受光部４が省略されて第２照明部５および第２受光部６により欠陥検査が行われる場合、装置構成をより簡素化することができる。また、第２照明部５および第２受光部６による欠陥検査は、第１照明部３および第１受光部４による欠陥検査に比べて光が凹部に入射しやすいため、不透明膜に形成された凹部内の欠陥検査により適している。

図１１は、装置構成が簡素化された欠陥検査装置の例を示す図である。図１１に示すように、欠陥検査装置１ｂでは、第１照明部３の第１光源３１ｃ（キセノンランプ）からの光は、コンデンサレンズ３７１、水冷ユニット３７２および光ファイバ３７３を介してスリット３７４へと導かれ、スリット３７４の開口を通過した光は、楕円ミラー３７５，３７６を介して回転偏光子３２ａに導かれる。そして、回転偏光子３２ａから導き出された偏光光は、入射角７０°にて基板９上の検査領域に入射する。検査領域にて反射された偏光光の反射光は、第１受光部４のスリット４７１を介してロションプリズムである検光子４２ａに入射し、検光子４２ａからの光は、球面ミラー４７２、平面ミラー４７３およびスリット４７４を介して分光器４３ａにて受光される。

また、第２照明部５の第２光源５１ａからの光は、ハーフミラー５７１にて反射され、高倍率の対物レンズ５７２ａ（第２の実施の形態に係る欠陥検査装置１ａの第２対物レンズ５５２ａと同様のレンズである。）を介して基板９上の上記検査領域に含まれる微小検査領域に基板９の上面に垂直に入射する。微小検査領域にて反射された反射光は、対物レンズ５７２ａ、ハーフミラー５７１およびレンズ６７３を介して撮像素子６４ａにて受光される。

欠陥検査装置１ｂでは、第１光源３１ｃからの光の基板９における反射光を分光器４３ａにより受光することにより、取得された反射光の反射特性に基づいて基板９上の検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合を検出することができる。また、第２光源５１ａからの光の基板９における反射光を、高倍率の対物レンズ５７２ａを介して撮像素子６４ａにより受光して明視野画像を取得することにより、明視野画像に基づいて微小検査領域における表面欠陥を検出することができる。さらには、第２光源５１ａを消灯し、かつ、第１光源３１ｃからの光を基板９上の検査領域に照射した状態で、微小検査領域からの散乱光を撮像素子６４ａにより受光して暗視野画像を取得することにより、暗明視野画像に基づいて微小検査領域における表面欠陥を検出することができる。

第１の実施の形態に係る欠陥検査装置の構成を示す図である。 基板の一部を拡大して示す断面図である。 基板の一部を拡大して示す断面図である。 基板の一部を拡大して示す断面図である。 第１波長変更部を示す図である。 制御部の機能を示すブロック図である。 基板の一部を拡大して示す断面図である。 反射光の位相差を示す図である。 反射光の反射率比を示す図である。 欠陥検査の流れを示す図である。 欠陥検査の流れを示す図である。 基板の一部を拡大して示す断面図である。 反射光の位相差を示す図である。 反射光の反射率比を示す図である。 第２の実施の形態に係る欠陥検査装置の構成を示す図である。 制御部の機能を示すブロック図である。 欠陥検査装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 欠陥検査装置
２ ステージ
３ 第１照明部
４ 第１受光部
５ 第２照明部
６ 第２受光部
９ 基板
３１ａ〜３１ｃ 第１光源
４３ 第１分光器
４３ａ 分光器
４４ 第１撮像素子
４６ 第１波長変更部
５１，５１ａ 第２光源
６３ 第２分光器
６４ 第２撮像素子
６４ａ 撮像素子
６６ 第２波長変更部
７１ 記憶部
７２ 検査部
７３ 表面欠陥検査部
９２，９２ａ〜９２ｃ 凹部
４５１ スリット板
４６１ フィルタホイール
４６２ フィルタ回転モータ
４６３ 光学フィルタ
５５２ （第１）対物レンズ
５５２ａ 第２対物レンズ
５５３ 対物レンズ切替機構
６６１ フィルタホイール
６６２ フィルタ回転モータ
４５１１ スリット板移動機構
Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２６ ステップ

Claims (15)

1. 半導体基板に光を照射して欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   検出対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定された検査に利用される光の波長である検査波長および欠陥の有無を判断する閾値を予め記憶する記憶部と、
   半導体基板を保持する基板保持部と、
   光源からの光を前記半導体基板の主面上の検査領域へと導く照明部と、
   前記半導体基板の前記検査領域からの前記光の反射光を受光して前記反射光の少なくとも前記検査波長における反射特性を取得するセンサを有する受光部と、
   前記センサから出力される前記反射特性と前記記憶部に記憶されている前記閾値とに基づいて前記半導体基板の前記検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合を検出する検査部と、
   を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
   前記複数の凹部のそれぞれの幅が前記検査波長よりも小さいことを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、
   前記検査部により検出される欠陥が、凹部の深さまたは幅の異常であることを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   前記光源からの光が、対物レンズを介して前記半導体基板の前記主面に垂直に入射し、
   前記センサから出力される前記反射特性が、前記照明部から前記半導体基板に入射する光の強度に対する前記反射光の強度の割合であることを特徴とする欠陥検査装置。
5. 請求項４に記載の欠陥検査装置であって、
   前記対物レンズを前記対物レンズよりも高倍率のもう１つの対物レンズに切り替える対物レンズ切替機構と、
   前記半導体基板に対して前記光源からの光が照射された状態で、撮像素子である前記センサにより前記もう１つの対物レンズを介して取得された前記検査領域に含まれる微小検査領域の明視野画像に基づいて前記微小検査領域における欠陥を検出するもう１つの検査部と、
   をさらに備えることを特徴とする欠陥検査装置。
6. 請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   前記光源からの光から得られる偏光した光が前記照明部から前記半導体基板の前記主面に傾斜して入射し、
   前記センサから出力される前記反射特性が、前記反射光の偏光状態であることを特徴とする欠陥検査装置。
7. 請求項６に記載の欠陥検査装置であって、
   前記記憶部が、検出対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定された検査に利用される光の前記半導体基板における反射角である検査反射角を予め記憶しており、
   前記照明部または前記受光部が、前記センサにて受光される前記反射光の前記半導体基板における反射角を変更して前記検査反射角とする反射角変更部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
8. 請求項６または７に記載の欠陥検査装置であって、
   前記半導体基板に前記光源からの光が照射された状態で、前記検査領域に含まれる微小検査領域からの散乱光を受光して前記微小検査領域の暗視野画像を取得する撮像素子と、
   前記暗視野画像に基づいて前記微小検査領域における欠陥を検出するもう１つの検査部と、
   をさらに備えることを特徴とする欠陥検査装置。
9. 請求項８に記載の欠陥検査装置であって、
   前記半導体基板の前記主面に垂直に前記微小検査領域に対物レンズを介して光を照射するもう１つの光源をさらに備え、
   前記撮像素子が、前記対物レンズを介して前記微小検査領域からの反射光を受光して前記微小検査領域の明視野画像を取得し、
   前記もう１つの検査部が、前記明視野画像に基づいて前記微小検査領域における欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
    前記照明部または前記受光部が、前記センサにて受光される前記反射光の波長を変更して前記検査波長とする波長変更部を備え、
    前記センサが前記反射光の前記検査波長における反射特性のみを取得することを特徴とする欠陥検査装置。
11. 請求項１０に記載の欠陥検査装置であって、
    前記波長変更部が、白色光を出射する前記光源から前記センサに至る光路上に配置されるとともに前記検査波長の光を選択的に透過する光学フィルタであることを特徴とする欠陥検査装置。
12. 請求項１１に記載の欠陥検査装置であって、
    前記記憶部が、複数種類の欠陥にそれぞれ対応する複数の検査波長および複数の閾値を予め記憶しており、
    前記照明部または前記受光部が、
    前記複数の検査波長の光を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタと、
    前記複数の光学フィルタのうち前記光路上に配置される一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替えるフィルタ切替機構と、
    をさらに備え、
    前記検査部が、前記複数の検査波長にそれぞれ対応して前記センサから出力された複数の反射特性と前記複数の閾値とに基づいて前記複数種類の欠陥のそれぞれの集合の有無を検査することを特徴とする欠陥検査装置。
13. 請求項１ないし９のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
    前記光源が白色光を出射し、前記センサが、前記反射光の波長毎の反射特性を取得する分光器であることを特徴とする欠陥検査装置。
14. 請求項１３に記載の欠陥検査装置であって、
    前記記憶部が、複数種類の欠陥にそれぞれ対応する複数の検査波長および複数の閾値を予め記憶しており、
    前記検査部が、前記反射光の波長毎の反射特性と前記複数の検査波長および前記複数の閾値とに基づいて前記複数種類の欠陥のそれぞれの集合の有無を検査することを特徴とする欠陥検査装置。
15. 半導体基板に光を照射して欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
    ａ）検査に利用される光の波長である検査波長および欠陥の有無を判断する閾値を、検出対象である欠陥種類に対応して理論計算に基づいて決定する工程と、
    ｂ）光源からの光を前記半導体基板の主面上の検査領域へと導く工程と、
    ｃ）前記半導体基板の前記検査領域からの前記光の反射光を受光して前記反射光の少なくとも前記検査波長における反射特性を取得する工程と、
    ｄ）前記反射特性と前記閾値とに基づいて前記半導体基板の前記検査領域に形成された複数の凹部内の欠陥の集合を検出する工程と、
    を備えることを特徴とする欠陥検査方法。

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