JP3566589B2 - 欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents

Description

【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出し、分析して対策を施す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】
従来の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。
同様の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。
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ある。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ある。
【０００３】
また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエ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ー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知られている。
また、ウエ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力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）、および特開平８−２７１４３７号公報（従来技術８）が知られている。
【０００４】
【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１〜８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。
即ち、上記従来技術１〜８では、たと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）が著しく落ちるという課題があった。
また、上記従来技術１〜８では、照明光を透過するような酸化膜上では、感度が著しく落ちる等の課題があった。
また、上記従来技術１〜８では、微細な異物等の欠陥を検出できないと言う課題があった。
【０００５】
また、上記従来技術１〜８では、半導体製造工程の量産立上げ時と量産ラインとが区別されておらず、量産立上げ作業で使用した検査装置がそのまま量産ラインでも適用されており、量産ラインでは異物発生をいち早く感知し対策を施す必要がある。
ところが従来の欠陥検査装置は装置規模が大きく、独立して設置せざるおえない構成であったため、製造ラインで処理した半導体基板、液晶表示素子基板およびプリント基板を検査装置の箇所に持ち込んで異物および欠陥の検査をするものであった。したがって、これら基板の搬送、異物および欠陥の検査に時間を要し、全数の検査が難しかったり、抜き取り検査であっても十分な検査頻度を得ることは難しかった。
また、このような構成には人手が必要であった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとパターンなしとが混在する被検査対象基板に対して、微小な異物等の欠陥を高速で、しかも高精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。
また、本発明の他の目的は、全数の検査、十分な検査頻度の抜き取り検査実現し、高効率の基板製造ラインを構築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、本発明の更なる他の目的は、通常の安価な光源、例えばレーザ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、本発明の更なる他の目的は、例えばレーザ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が低下するに従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。
【０００７】
また、本発明の更なる他の目的は、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域に合わせて判定基準であるしきい値レベルを最適な感度に設定して虚報を著しく増加させることなく、真の異物等の欠陥を検査できる欠陥検査装置を提供することにある。
また、本発明の更なる他の目的は、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域において検出したい異物等の欠陥サイズに合わせて判定基準であるしきい値レベルを設定して検出したいサイズの異物等の欠陥を検査することができる欠陥検査装置を提供することにある。
また、本発明の更なる他の目的は、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域において存在する異物等の欠陥のサイズを推定できるようにして異物等の欠陥を検査することができる欠陥検査装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の更なる他の目的は、半導体基板を高効率で、歩留まりよく製造できるようにした半導体基板の製造方法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、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームを、回路パターンが形成された被検査対象基板に対して、該基板の法線方向から所定の傾き（π／２−α１）を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きφ１を有し、長手方向が前記被検査対象基板を載置して走行させるステージの走行方向に対してほぼ直角になるように照明する照明過程と、該照明過程で照明された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出過程と、該検出過程で検出された信号に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出する欠陥判定過程とを有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、前記欠陥検査方法における検出過程において、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パターンからの回折光パターンを空間フィルタによって遮光す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ける欠陥判定過程において、本来同一の回路パターンが形成された箇所またはその近傍から前記検出によって得られる信号に基にしてばらつきを算出し、該算出されたばらつきに基づいて設定される判定基準（しきい値）を基に前記検出された信号から異物等の欠陥を示す信号を抽出す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ける欠陥判定過程において、前記検出された信号に対して前記回路パターンを構成する各種領域毎に設定された判定基準（しきい値）に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出す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ける照明過程において、スリット状ビームの回路パターンの主要な直線群に対する平面上の傾きφ１が４５度程度であることを特徴とする。
【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を載置して走行させるステージと、光源から出射されるビームを、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、前記被検査対象基板に対して、該基板の法線方向から所定の傾き（π／２−α１）を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きφ１を有し、長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように照明する照明光学系と、該照明光学系によってスリット状ビームが照明された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部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ける画像処理部において、本来同一の回路パターンが形成された箇所またはその近傍から前記検出光学系のイメージセンサから検出によって得られる信号に基にしてばらつきを算出し、該算出されたばらつきに基づいて判定基準（しきい値）を設定する判定基準設定手段と該判定基準設定手段で設定された判定基準を基に前記検出光学系のイメージセンサから検出された信号から異物等の欠陥を示す信号を抽出する抽出手段とを有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ける画像処理部において、前記検出された信号に対して前記回路パターンを構成する各種領域毎に設定された判定基準に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出する手段を有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ける検出光学系において、光軸が、被検査対象基板に対してほぼ垂直であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記欠陥検査装置における照明光学系において、光源がレーザ光源であ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ける照明光学系において、円錐表面に近似する形状の絞る光学要素を有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ける照明光学系において、更に、白色光を法線に対して傾けた方向から照明する光学系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ける検出光学系において、空間フィルタ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イメージセンサをＴＤＩセンサで構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記ＴＤＩセンサがアンチブルーミングタイプであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記欠陥検査装置における検出光学系において、光軸を被検査対象基板の法線に対して傾けたことを特徴とする。
また、本発明は、被検査対象物の表面に対して法線方向からある傾きを持って光を照明し、被検査対象物の表面内の少なくとも一方向に照明光束を絞るための円錐表面に近似した形状の光学要素を有する照明光学系と、前記被検査対象物から反射する光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系で検出された信号を処理する画像処理部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、被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、生み出された電荷を蓄積する手段と蓄積した電荷がある一定量を越えた際に該一定量を超えた電荷を流し出す電流経路と該一定量までの範囲の蓄積された電荷を読み出す手段とで構成されるイメージセンサを有し、前記被検査対象物から反射する光を、前記イメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系で検出された信号を処理する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１３】
また、本発明は、前記欠陥検査装置における検出光学系において、被検査対象物からの反射光束を分岐し、該分岐される一つの反射光束の強度を他の一つの反射光束の強度の概ね１／１００にする分岐光学系と、該分岐光学系で分岐された各反射光束の受光する複数のイメージセンサとを有することを特徴とする。
また、本発明は、被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、前記被検査対象物の表面に形成されたパターンからの散乱光を遮光するようにほぼ平行に設置された線状の複数の遮光手段を有し、光軸が前記被検査対象物の表面の法線方向からある一定角度の傾きを有し、前記被検査対象物から反射する光を光電変換手段で受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系で検出された信号を処理する画像処理部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、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系から検出された画像信号を基に同一形状の構造物の対応する対応画素またはその近傍の画素について画像信号のばらつきを算出し、該算出されたばらつきに応じて異物等の欠陥の存在を判定する画素の信号レベルの判定基準（しきい値）を設定する判定基準設定手段と該判定基準設定手段で設定された判定基準を基に前記検出光学系から検出された画像信号に対して欠陥の存在を判定する判定手段とを有し、前記画像信号を処理する画像処理部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、前記欠陥検査装置における画像処理部には、前記画像信号のばらつきに対する前記判定基準の倍率を設定する設定手段を有することを特徴とする。
また、本発明は、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系から検出された画像信号を基に同一形状の構造物の対応する画素についての画像信号の差分値を算出する差分値算出手段と異物等の欠陥の存在を判定する画素に近隣する複数の画素における前記差分値算出手段で算出された差分値のばらつきを算出し、該算出されたばらつきに応じて異物等の欠陥の存在を判定する画素の信号レベルの判定基準を設定する判定基準設定手段と該判定基準設定手段で設定された判定基準を基に前記検出光学系から検出された画像信号に対して欠陥の存在を判定する判定手段とを有し、前記画像信号を処理する画像処理部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ける画像処理部には、前記判定手段で判定された欠陥の検査結果と前記判定基準設定手段で設定された判定基準に対応するデータとを出力する出力手段を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系から検出された画像信号に対して判定基準を基に欠陥の存在を判定する判定手段と該判定手段において判定される判定基準についての同一形状の構造物に対するマップ情報もしくは画像を表示する表示手段とを有する画像処理部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ける画像処理部には、エリア優先モード、標準モード、および感度優先モードに応じて前記判定基準を設定可能な手段を有することを特徴とする。
また、本発明は、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系から検出された画像信号に対して判定基準を基に欠陥の存在を判定する判定手段と該判定手段において判定される判定基準とそれに対応する検査面積に関する指標との関係を表示する表示手段とを有する画像処理部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、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系から検出された画像信号に対して判定基準を基に欠陥の存在を判定する判定手段と該判定手段において判定される判定基準に対応した同一形状の構造物に対する感度情報を表示する表示手段とを有する画像処理部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、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、判定基準を、前記同一形状の構造物における下地の状態に対応させて変えて設定する判定基準設定手段と該判定基準設定手段によって設定された判定基準を基に、前記検出光学系から検出された画像信号に対して欠陥の存在を判定する判定手段とを有し、前記画像信号に対して処理する画像処理部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、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、欠陥のサイズを指定する指定手段と該指定手段によって指定された欠陥のサイズに応じて判定基準を設定する判定基準設定手段と該判定基準設定手段によって設定された判定基準を基に、前記検出光学系から検出された画像信号に対して欠陥の存在を判定する判定手段とを有し、前記画像信号に対して処理する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１７】
また、本発明は、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系と、欠陥のサイズを指定する指定手段と該指定手段された欠陥のサイズに応じて前記照明光学系で照明される照明光のパワーを制御する制御系とを有し、前記検出光学系から検出される画像信号に対して処理する画像処理部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、ステージ上に載置され、複数のほぼ同一形状の構造物が配列された被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と前記被検査対象物からの反射光をイメージセンサで受光して画像信号に変換して検出する検出光学系とを有する撮像光学系と、該撮像光学系の検出光学系から検出された画像信号に対して判定基準を基に欠陥の存在を判定する判定手段を有する画像処理部と、更に、前記被検査対象物上の光学像を観察するために前記撮像光学系と並設された光学観察顕微鏡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、前記欠陥検査装置における光学観察顕微鏡を紫外線光学観察顕微鏡で構成することを特徴とする。
また、本発明は、被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物から反射する光を光電変換手段で受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系で検出した信号を処理して欠陥検査を行ない、この欠陥検査結果を欠陥の存在するパターン情報を含めて出力する手段を有する画像処理部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ける画像処理部の手段において、出力されるパターン情報が、構造物の設計データから得られた情報であることを特徴とする。
また、本発明は、被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、被検査対象物から反射する光を光電変換手段で受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系で検出した信号を処理して欠陥の信号レベルを抽出し、この抽出された欠陥の信号レベルを欠陥の大きさを示すように補正し、この補正された欠陥の信号レベルを出力する手段を有する画像処理部とを備えた欠陥検査装置である。
【００１９】
また、本発明は、前記欠陥検査装置における手段において、欠陥の信号レベルの補正を、照明強度、または構造物表面の反射率のデータに基いて行なうことを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査装置における照明光学系において、前記スリット状ビーム光束として、前記光源から出射されるビームを、前記被検査対象基板上における検出領域に対して、該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となる照度分布を有するように整形してスリット状ガウスビーム光束を得る光学系を有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ける照明光学系において、前記スリット状ビーム光束として、前記光源から出射されるビームを、前記被検査対象基板上における検出領域に対して、該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してスリット状ガウスビーム光束を得る光学系を有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ける照明光学系で照明されるスリット状ガウスビーム光束が、ＤＵＶビーム光束であ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、検出光学系におけるイメージセンサをＴＤＩイメージセンサで構成することを特徴とする。
【００２０】
以上説明したように、前記構成によれば、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとパターンなしとが混在する被検査対象基板に対して、微小な異物等の欠陥を高速で、しかも高精度に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、例えばレーザ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、且つ高速で検査することができる。
また、前記構成によれば、例えばレーザ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が低下するに従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。
また、前記構成によれば、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域に合わせて判定基準であるしきい値レベルを最適な感度に設定して虚報を著しく増加させることなく、真の異物等の欠陥を検査することができる。
【００２１】
また、前記構成によれば、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域において検出したい異物等の欠陥サイズに合わせて判定基準であるしきい値レベルを設定して検出したいサイズの異物等の欠陥を検査することができる。
また、前記構成によれば、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域において存在する異物等の欠陥のサイズを推定できるようにして異物等の欠陥を検査することができる。
また、前記構成によれば、全数の検査、十分な検査頻度の抜き取り検査実現し、高効率の基板製造ラインを構築することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態を図を用いて説明する。
まず、本発明に係る異物等の欠陥を検査する被検査対象物１について図１および図２を用いて説明する。
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、図１に示すように、メモリＬＳＩからなるチップ１ａａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ａがある。そして、メモリＬＳＩからなるチップ１ａａには、主としてメモリセル領域１ａｂと、デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域１ａｃと、その他の領域１ａｄとが形成されている。メモリセル領域１ａｂは、最小線幅が例えば０．１〜０．３μｍ程度のメモリセルパターンを２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。しかしながら、周辺回路領域１ａｃは、最小線幅が例えば０．２〜０．４μｍ程度のパターンを２次元的に規則的に配列されていない非繰り返しパターンで形成されている。また、その他の領域としては、例えば、ボンディングエリア領域（最小線幅が例えば１０μｍオーダ程度で、パターンなしに近い）がある。
【００２３】
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、図２に示すように、マイコン等のＬＳＩからなるチップ１ｂａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ｂがある。そして、マイコン等のＬＳＩからなるチップ１ｂａは、主としてレジスタ群領域１ｂｂと、メモリ部領域１ｂｃと、ＣＰＵコア部領域１ｂｄと、入出力部領域１ｂｅとで形成されている。なお、図２は、メモリ部領域１ｂｃと、ＣＰＵコア部領域１ｂｄと、入出力部領域１ｂｅとの配列を概念的に示したものである。レジスタ群領域１ｂｂおよびメモリ部領域１ｂｃは、最小線幅が０．１〜０．３μｍ程度のパターンを２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。ＣＰＵコア部領域１ｂｄおよび入出力部領域１ｂｅは、最小線幅が０．１〜０．３μｍ程度のパターンを非繰り返しで形成している。
このように、異物等の欠陥を検査する被検査対象物１は、半導体ウエハを対象としても、チップは規則的に配列されているが、チップ内においては、最小線幅が領域毎に異なり、しかもパターンが繰り返し、非繰り返し、なしであったり、様々な形態が考えられる。
【００２４】
本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、このような被検査対象物１において、チップ内の非繰り返しパターン領域上の直線群からなるパターン（線状パターン）からの０次回折光を、図１２および図２１に示すように対物レンズの入射瞳２０ａ、２０ｃに入射させないようにすると共に非繰り返しパターン領域上に存在する異物等の欠陥によって生じる散乱光を受光することによって異物等の欠陥から信号を検出できるようにし、その欠陥の位置座標を算出できるようにした。
また、本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、上記被検査対象物１では、欠陥にならないプロセスの微妙な違い、検出時のノイズ等により背景信号にばらつきが生じたとしても、このばらつきに応じて異物等の欠陥を抽出するための閾値を設定することによって異物等の欠陥の検出感度およびスループットを向上するようにした。
【００２５】
次に、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態を図３および図４を用いて説明する。
異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態は、基板設置台３０４、ｘｙｚステージ３０１、３０２、３０３およびステージコントローラ３０５から構成されるステージ部３００と、レーザ光源１０１、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームスプリッタ、および円錐曲面を持つ照明レンズ１０４より構成される３つの照明光学系部１００と、検出レンズ２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ２０７、ビームスプリッター２０４、偏光素子２０８、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５、２０６より構成される検出光学系部２００と、図４に示すようにＡ／Ｄ変換部４０１、例えばチップ間は必ずパターンが繰り返されることから１チップ分遅延させるデータメモリ４０２、チップ間の信号の差をとる差分処理回路４０３、チップ間の差信号を一時記憶するメモリ４０４、差信号における通常でない最大および最小の信号を除去する最大最小除去回路４０５、信号レベルｓの２乗算出回路４０６、信号レベルｓの算出回路４０７、個数カウント回路４０８、ｓの２乗を積分する２乗和算出回路４０９、ｓを積分する和算出回路４１０、ばらつきを求めるためのサンプリング個数ｎを算出する計数回路４１１、上限判定基準（正側閾値）算出回路４１２、下限判定基準（負側閾値）算出回路４１３、比較回路４１４、４１５、異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力する出力手段４１７より構成される演算処理部４００と、白色光源１０６、照明レンズ１０７より構成される白色照明光学系部５００とにより構成される。特に、ＴＤＩセンサとしては、アンチブルーミングタイプが望ましい。このようにＴＤＩセンサとして、アンチブルーミングタイプを用いると、飽和領域近傍での異物等の欠陥検査が可能となる。
【００２６】
なお、演算処理部４００については、後で詳しく説明する。
３つの照明光学系部１００は、レーザ光源１０１から射出された光を、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームスプリッタ、円錐曲面を持つ照明レンズ１０４を通して、図５に示すようにスリット状のビーム３を平面的に３方向１０、１１、１２から載置台３０４上に設置されたウエハ（被検査対象基板）１に対して上記スリット状のビーム３の長手方向がチップの配列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、スリット状のビーム３にするのは、異物等の欠陥の検査を高速化を実現したためである。即ち、図５に示すように、ｘステージ３０１の走査方向のｘ方向およびｙステージ３０２の走査方向のｙ方向に向けてチップ２を配列したウエハ１上に照明されるビーム３は、ｙステージ３０２の走査方向ｙに狭く、その垂直方向ｘ（ｘステージ３０１の走査方向）に広いスリットビームで照明する。そして、このスリット状のビーム３は、ｙ方向には、光源の像が結像するように、ｘ方向には、平行光になるように照明される訳である。なお、３方向１０、１１、１２からのスリット状のビーム３の照明は、個別に行ってもよいし、また２方向１０、１２からは同時に行ってもよい。
ところで、スリット状のビーム３の長手方向を、ウエハ（被検査対象基板）１に対してチップの配列方向に向け、且つｙステージ３０２の走査方向ｙに対して直角にしたのは、ＴＤＩセンサ２０５、２０６の積分方向とステージの走行方向とを平行に保つことができるようにして、図１４に示すように、通常のＴＤＩセンサを用いることができるようにし、しかも画像信号のチップ間比較を簡素化することができると共に欠陥位置座標の算出も容易に行うことができ、その結果異物等の欠陥検査の高速化を実現できるようにした。特に、方向１０および１２からのスリット状のビーム３の照明で、ウエハ（被検査対象基板）１に対してチップの配列方向に向け、且つｙステージ３０２の走査方向ｙに対して直角になるようにするためには、円錐曲面を持つ照明レンズ１０４が必要となる。
【００２７】
図６に円錐形状の照明レンズ１０４を示す。この照明レンズ１０４は、シリンドリカルレンズの長手方向の位置で、焦点距離が異なり、直線的にこの焦点距離を変えたレンズである。この構成により、図６に示すように斜めから照明（α１，φ１の傾きを両立）しても、ｙ方向に絞り込み、ｘ方向にコリメートされたスリット状のビーム３で照明することができる。即ち、この照明レンズ１０４により、図９（ａ）に示すようなｘ方向に平行光を有し、かつφ１＝４５度付近の照明を実現することができる。特に図９（ａ）に示すように、スリット状のビーム３をｘ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回折光パターンが得られ、空間フィルタ２０２によって遮光することができることになる。
次に、円錐曲面を持つ照明レンズ１０４の製造方法について、図７および図８を用いて説明する。この円錐レンズ１０４は、ガラス或いは石英等を材料にして、所定の底面積および高さを有する円錐２３を磨きだし、所定の位置から片側平面のレンズを切り出して作成することができる。本発明で必要とされる図６に示したレンズの曲面は、本来円錐でなく、図８に示したような曲面２４で有るべきである。しかしながら、図８に示した立体は、回転体でないため、磨くことが難しいため、図７に示した円錐２３で近似している。現実には、Ｎ．Ａ．が０．０２から０．２程度のレンズであれば、大きな問題はない。
【００２８】
図７に示す円錐２３面の形状は、原点を頂点に置き、頂角をθ１とすると、次に示す（数１）式に従うことになる。
ｘ^２＋ｙ^２＝（ｚｔａｎθ１）^２ （数１）
また、図８に示す曲面２４は、原点を頂点に置き、頂角をθ２とすると、次に示す（数２）式に従うことになる。
（ｘ−ｚｔａｎθ２）^２＋ｙ^２＝（ｚ・ｔａｎθ２）^２ （数２）
なお、円錐レンズ１０４の作成方法は、ここで示した作成方法に限らす、他の方法、たとえば、あらかじめ作成した、円錐面を有する型に、たとえばプラスチック等を流し込む射出成型法、あらかじめ作成した円錐面にガラス基板を乗せ、基板を溶融させる方法等でも作成できる。
【００２９】
本発明では、この円錐レンズ１０４を用いてｙ方向クリティカル、ｘ方向コリメートの照明を実現している。そのための構成を図９（ａ）、（ｂ）に示す。レーザ光源１０１から射出した光は、凹レンズ１０２、凸レンズ１０３から構成されるビームエキスパンダを介して、円錐レンズ１０４に入射する。円錐レンズ１０４では、ｘ方向にはレンズ効果を持たないためコリメートされた形で照明される。また円錐レンズ１０４の両端で、曲率が異なるため、焦点位置が異なる。同時に、ｙ方向では、円錐レンズ１０４の曲率によりウエハ１上に集光する。
【００３０】
図１０は、レーザ光源１０１として、一つのレーザ光源１０１で構成した３つの照明光学系部１００を示す平面図である。レーザ光源１０１から出射したレーザビームをハーフミラー等の分岐光学要素１１０で２つの光路に分岐し、一方はミラー１１１、１１２で反射させてミラー１１３で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１１の方向からの照明ビームを得ることができ、他方はハーフミラー等の分岐光学要素１１４へと進行する。該分岐光学要素１１４で分岐された一方は、ミラー１１５で反射させてミラー１１７で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１０の方向からの照明ビームを得ることができ、他方はミラー１１６で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１０の方向からの照明ビームを得ることができる。
ところで、１１の方向からのみ照明する場合には、分岐光学要素１１０からミラー要素１１８に切り換えることによって実現することができる。また、１０および１２の方向からのみ照明する場合には、光路から分岐光学要素１１０を退出させるかまたは素通りの光学要素に切り換えることによって実現することができる。また、１０および１２方向からの照明の内、例えば１２方向からのみ照明する場合には、分岐光学要素１１４からミラー要素１１９に切り換えることによって実現することができる。
【００３１】
なお、レーザ光源１０１として、分岐する関係で高出力のＹＡＧレーザの第２高調波ＳＨＧ、波長５３２ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも５３２ｎｍである必要はない。また、レーザ光源１０１として、ＹＡＧＳＨＧである必要もない。すなわち、レーザ光源１０１として、Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレーザ等他の光源であっても良い。
検出光学系部２００は、ウエハ１から射出した光を、検出レンズ（対物レンズ）２０１、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する空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ＮＤフィルタ（波長帯域によらず光量を調整する。）２０７、ビームスプリッター２０４、偏光素子２０８を通して、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５、２０６で検出するように構成される。空間フィルタ２０２は、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すべく、対物レンズ２０１の空間周波数領域、即ちフーリエ変換（射出瞳に相当する。）の結像位置に置かれている。また、偏光素子２０８は、照明光学系部１００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散乱光による偏光成分を遮光し、異物等の欠陥から生じる反射散乱光による偏光成分の一部分を透過するもので、本発明においては必ずしも必要としない。ここで、図５に示すウエハ１上の照明エリア４が、リレーレンズを構成する対物レンズ２０１、結像２０３により、検出器２０５、２０６上に結像される。即ち、４は、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５、２０６の受光エリアを示すものである。
【００３２】
前述したように様々な形態の回路パターンが形成されたウエハ（基板）１に対してスリット状のビーム３が照明されると、この反射回折光（あるいは散乱光）が、ウエハの表面、回路パターン、異物等の欠陥から射出することになる。この射出した光は、検出レンズ２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ＮＤフィルタ２０７、偏光素子２０８、およびビームスプリッター２０４を通して、検出器２０５、２０６で受光されて光電変換される。
ここで、ＮＤフィルタ２０７、偏光素子２０８、ビームスプリッター２０４の順序は、ここにあげた順序である必要はない。特に、ＮＤフィルタ２０７は、ビームスプリッター２０４の後に配置すると、２つの検出器２０５、２０６に入る光の強度を独立に制御できるという効果をを持つ。
また、ビームスプリッター２０４の透過、反射率は、５０％である必要はない。たとえば、１％、９９％と言う風に構成すると、一方の検出器に約１００分の１の強度の光が入射することになり、これら強度の異なる光をそれぞれ受光する２つの検出器から得られる信号を用いることで、検出器の見かけ上のダイナミックレンジを向上することが出来る。従って、演算処理部４００において、検出器２０５から得られる信号と検出器２０６から得られる信号とを用いることによってダイナミックレンジを向上させた異物等の欠陥からの検出信号を得ることができる。特に、強度が大きい光を検出器が受光して得られる信号は強度が大きい欠陥を示す成分が強調されることになり、強度が小さい光を検出器が受光して得られる信号は強度が小さい背景に近い成分が強調されることになる。従って、両信号の比などの相関をとることによって欠陥を示す信号のダイナミックレンジを向上させることができる。
しかし、レーザ光源１０１等の照明光学系から照射されるビーム光束の照度（パワー）を制御して変えることによっても、ダイナミックレンジを変えることができ、ビームスプリッタ−２０４および一方の検出器２０６をなくすことができる。
【００３３】
次に、本発明に係る照明光学系部１００でウエハ１に対して照明するスリット状のビーム３と検出光学系部２００との関係について更に具体的に説明する。図５には、スリット状のビーム３による照明とＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５、２０６による検出の方向の平面図を示す。パターン２が形成されたウエハ１上を、スリット状のビーム３で照明する。１次元検出器２０５、２０６の検出光学系による像４を示す。スリット状のビーム３は、平面的な方向１０、１１、１２から照明される。
図１１（ａ）は、図５を補足説明するものであり、照明方向１０、検出方向１４（ウエハの表面と垂直の場合を示す）、ｘ軸、ｙ軸を示している。また、球面１７は、仮想に想定したものであり、図５で検出光学系部１００のおける対物レンズ２０１の開口位置を考えるためのものである。この球面１７と照明光１０、検出光１４との交点がそれぞれ１５、１６である。
図１１（ｂ）は、方向１０から照明した際の回折光の射出の様子を示す。正反射光の射出方向１９と仮想球面１７との交点１８を０次光として、図７（ｂ）に示すようにパターン方向（ｘ方向、ｙ方向）を中心とし、照明点を頂点とする円錐の稜の方向に射出するため、仮想球面１７との交点の奇跡は、この円錐の底面の円周上になる。
【００３４】
従って、この奇跡を法線方向から見るとｘ軸、ｙ軸に平行な直線になる。
【００３５】
ところで、β１＝０の傾いていない検出光学系部２００における対物レンズ２０１の開口は、図１２および図１３に示す開口２０ａとなる。
ここで、照明の方向１０、１２の角度φ１、φ２は、たとえば、４５度程度に設定する。図３に示すように検出光学系２００の光軸をウエハ１の表面に対して垂直、すなわちβ１＝０にした場合、検出レンズ（対物レンズ）２０１の開口数（Ｎ．Ａ．）と照明光の角度α１（図３）との関係は、図１２に示すように、主たる直線群がｘおよびｙ方向に向いた回路パターンからのｘ、およびｙ方向の０次の回折光２１ｘ、２１ｙが検出レンズ２０１の瞳に入射させない条件を元に、次に示す（数３）式から決定される範囲に設定されるべきである。即ち、照明の方向１０、１２の角度φ１、φ２を、４５度程度にし、検出レンズ（対物レンズ）２０１の開口数（Ｎ．Ａ．）と照明光の角度α１（図３）との関係を次に示す（数３）式を満足するようにすることによって、非繰り返しパターンであっても、主たる直線群がｘおよびｙ方向に向いた回路パターンからのｘ、およびｙ方向の０次の回折光２１ｘ、２１ｙを対物レンズ２０１の開口２０ａに入射させることをなくすことが可能となる。
【００３６】
Ｎ．Ａ．＜ｃｏｓα１・ｓｉｎφ１ かつ
Ｎ．Ａ．＜ｃｏｓα１・ｓｉｎ（π／２−φ１） （数３）
なお、α１を３０°以下にすれば、対物レンズ２０１の開口数（Ｎ．Ａ．）を約０．４以下にすればよい。
これらの条件は、特に、被検査対象物１として、メモリＬＳＩ１ａａにおける非繰り返しパターンを有する周辺回路領域１ａｃ、マイコン等のＬＳＩ１ｂａにおける非繰り返しパターンを有するＣＰＵコア部領域１ｂｄおよび入出力部領域１ｂｅ、および非繰り返しパターンを有するロジックＬＳＩ等に対して有効になる。
これらＬＳＩパターンは、多くの場合、直角平行に（主要な直線群が直角に）パターンが形成されているため、これらの０次回折光が特定の方向に射出することになる。そこで、この射出した０次回折光を対物レンズ２０１に入射させないようにすることで、これらの多くのパターンからの回折光が消去され、異物等の欠陥からの反射回折光のみの検出を容易にする。具体的には、回路パターンからの検出信号レベルが低下して異物等の欠陥を高感度での検出可能領域が増えることになる。
当然、非繰り返しパターンの場合、高次（１次、２次、３次、・・・）の回折光は対物レンズ２０１の開口２０ａに入射されることになるので、この高次の回折光は、図１２に示す０次の回折光２１ｘ、２１ｙと平行な直線群として現れることになる。そこで、このような高次の回折光を細帯状の空間フィルタ２０２で遮光することによって、消去することも可能である。
【００３７】
また、被検査対象基板（ウエハ）１に対して、配線等の間の凹部に入り込んだ異物あるいは欠陥、エッチ残り等を検査する必要がある。しかしながら、被検査対象基板１上には非繰り返しパターンが存在し、該非繰り返しパターンからの０次の回折光が対物レンズ２０１に入射しないようにするために、上記に説明したように、ｙ軸に対してほぼ４５度の角度の方向１０、１２からｘ方向に長手方向を有するスリット状のビーム３を基板１上に照明したのでは、凸部である配線等が邪魔をして凹部を十分に照明することが難しくなる。
そこで、配線パターンが多くの場合、直角、平行方向に形成されていることから、ｙ軸に平行な方向１１から基板１に対してスリット状のビーム３を照明することによって、配線等の間の凹部を十分照明することが可能となる。特に、メモリＬＳＩの配線パターンは数ｍｍの長さの直線パターンで有ることが多く、この方向１１からの照明により検査可能になることが多い。また、パターンにより、９０度方向の場合は、ウエハを９０度回転させて検査するか、照明方向をｘ方向にすることにより検査可能となる。
【００３８】
しかしながら、方向１１からスリット状のビーム３を照明した場合、図１３に示すように、０次回折光２１ｘ’、２１ｙ’の内、ｙ方向の０次回折光２１ｙ’が対物レンズ２０１の開口２０ａに入射することになるので、少なくともこの０次回折光２１ｙ’を空間フィルタ２０２によって遮光して消去する必要が生じることになる。この際、当然高次の回折光を空間フィルタ２０２によって遮光して消去することも可能である。
以上、被検査対象基板１上のチップ２内に存在する非繰り返しパターンの場合における非繰り返しパターンからの特に０次回折光の消去方法について説明したが、チップ２内には、メモリＬＳＩ１ａａにおけるメモリセル領域１ａｂや、マイコン等のＬＳＩ１ｂａにおけるレジスタ群領域１ｂｂおよびメモリ部領域１ｂｃのように、繰り返しパターンが存在することになり、この繰り返しパターンからの回折光縞（回折干渉光縞）を空間フィルタ２０２によって遮光することが要求される。要するに、チップ２内には、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとパターンなしとが混在することになり、しかも夫々線幅も異なることになるので、通常は、頻度の多い例えば繰り返しパターンからの回折光を消去するように空間フィルタ２０２の遮光パターンが設定されることになる。また、空間フィルタ２０２として、特開平５−２１８１６３号公報および特開平６−２５８２３９号公報に記載されているように．遮光パターンを変更できるものを用いれば、チップ２内の回路パターンに応じて変更させればよい。また、空間フィルタ２０２として、遮光パターンが異なるものを用意しておいて、チップ２内の回路パターンに応じて切り換えてもよい。
【００３９】
次に、検出しようとする異物等の欠陥サイズに応じた検出感度調整について説明する。即ち、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５、２０６の被検査対象物１上での検出画素サイズを小さくすると、スループットは落ちるものの、検出感度の向上が見込める。そこで、０．１μｍ程度以下の異物等の欠陥を検出する際、画素サイズを小さくする検出光学系２００に切り替えて用いると良い。具体的には、ＴＤＩセンサ等の画素についてウエハ１上での像のサイズが２ミクロン、１ミクロン、０．５ミクロンとなるような３種類の検出光学系２００を持つと良い。この構成の実現方法として、光学系２００すべてを切り替えても良いし，レンズ（レンズ群）２０３のみを切り替えても良いし、あるいは、レンズ（レンズ群）２０１を切り替えても良い。この際、ウエハ１から、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５、２０６までの光路長を変えずに済むように、レンズの構成を設計しておくと良い。もちろん、このような設計が難しい場合、レンズの切り替えに併せて、センサまでの距離を変えられるような機構を用いても良い。また、センサ自体の画素サイズを変えたものを切り替えても良い。
次に、３方向からのスリット状のビーム３とＴＤＩセンサ２０５、２０６との関係の具体的実施例について図１４を用いて説明する。図１４には、ウエハ１上のＴＤＩの像４と、方向１０からのスリット状ビーム３−１０および方向１２からのスリット状ビーム３−１２との関係を示す。図１０に示すように、同一レーザ光源１０１から分岐して得られる照明ビームを、方向１０、１２の方向から照明する場合、これらのビームは、それぞれ干渉し、照明範囲内で、強度にばらつきがでてしまう。そこで、図１４に示すように、ＴＤＩの像４の範囲内で、これらのビーム３−１０、３−１２が交わらないように照明することにより、干渉の影響を除くことができる。ＴＤＩセンサ２０５、２０６を用いる場合は、４の範囲内で、検出出力をｙ方向にｙステージの走行と同期して積分することになるため、このように位置がずれていても問題ない。また、照明方向１１からのスリット状ビーム３−１１を用いる場合も同様に、３つのビームを重なりが問題にならない範囲で、交わらないように照明すればよい。１０、１１、１２の内２本のビームを用いる場合も同様であることは言うまでもない。
【００４０】
また、ここには、図示していないが、方向１０、１２から照射されるスリット状ビームを同時に同一箇所に重ねて照明しても、干渉することになるが、干渉縞がｙ方向に対して傾くため、上記ＴＤＩセンサ２０５、２０６の積分効果により、照明強度の干渉によるばらつきを低減できる。そのため、図１４に示すようにビーム３−１０と３−１２とが交わらないように照明する必要はない。
次に、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、図１５に示すように、異物等の欠陥からの散乱光強度を強めるために、検出光学系部２００の光軸を垂直からβ１傾けたものである。他の構成は、図３に示す第１の実施の形態と同様である。
ところで、検出光学系部２００の光軸を垂直からβ１傾けた理由は、図１６に示すように、検出対象の微粒子（異物）からの散乱光強度が大きくなり、検出感度が向上する。これは、照明波長に対して数分の一より大きい粒子（異物）は、前方散乱光５１が大きいのに対し、波長の１／１０以下に近い表面のあれ等からの散乱光５２はほぼ当方に散乱するため、前方では相対的に微粒子からの散乱光が大きくなることに起因する。この結果、回路パターン上の面あれが、検出画素内に複数個ある場合でもその総量は強度５３に示すようになる。従って、前方散乱を取ることにより、面あれに対して、微粒子あるいは欠陥を検出可能になる。
【００４１】
しかしながら、検出器２０５、２０６にＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いた場合、焦点深度の関係で、検出光学系部２００の光軸を傾けることができない。従って、この第２の実施の形態の場合、１次元のセンサを使用するか、検出光学系２０１〜２０３を等倍あるいは数倍にして、図１７に示すようにＴＤＩセンサ２０５、２０６の傾きを次に示す（数４）式に従ってβ２に設定する。このようにすることにより全面で倍率を合わせることができる。
ｔａｎβ２＝Ｍ・ｔａｎβ１ （数４）
ただし、Ｍは検出光学系２０１〜２０３の倍率とする。
なお、１次元のセンサを用いる場合、この傾きβ２は必要ない。
【００４２】
次に、この第２の実施の形態において、非繰り返しパターン、および繰り返しパターンから生じる回折光を消去して異物等の欠陥からの散乱光をＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５、２０６で検出することについて説明する。この第２の実施の形態においても、被検査対象基板（ウエハ）１に対してスリット状のビーム３が図５に示すように照明される。そして、図１１（ａ）に示すように方向１０から照明した際、基板１からの回折光の射出の様子は、第１の実施例と同様に、図１１（ｂ）に示すようになる。即ち、正反射光の射出方向１９と仮想球面との交点１８を０次光として、図１１（ｂ）に示すようにパターン方向（ｘ方向、ｙ方向）を中心とし、照明点を頂点とする円錐の稜の方向に射出するため、仮想球面１７との交点の奇跡は、この円錐の底面の円周上になる。従って、繰り返しパターンの場合、０次回折光の奇跡は、法線方向から見ると図１８に示すようにｘ軸、ｙ軸に平行な直線になる。
特に、繰り返しパターンの場合、０次回折光の極大は、この直線群の交点２２に位置する。従って、β１傾いた検出光学系２００における対物レンズ２０１の開口２０ｂは、図１８に示すようになる。そして、この開口２０ｂを方向１４（光軸方向）から見ると、図１９（ａ）に示すような曲線と直線の交点に０次回折光２２が射出して見える。
そこで、空間フィルタ２０２において、図１９（ｂ）に示すような直線状の遮光部２０７によりこれらの回折光を遮光すると、パターンからの信号を除去できることになる。また、ウエハ１上の繰り返しパターンのパターン形状、ピッチが変わった場合、図１８の射出点１８を中心に、ｘ、ｙ方向の奇跡のピッチが変わる。従って、開口２０ｂ内では、回折光２２のピッチと位相が変わることになる。これらの回折光を遮光するためには、空間フィルタ２０２における直線状遮光部２０７のピッチと位相を変えればよい。
以上説明したように、繰り返しパターンについては、空間フィルタ２０２によって生じる回折光を遮光することが可能となる。
【００４３】
次に、非繰り返しパターンの場合について説明する。非繰り返しパターンにおいても、主としてｘおよびｙ方向を向いた直線パターンから形成されている。従って、方向１０からスリット状のビーム３を照明した場合、図１２と同様に、図２０に示すようにｘ、ｙ方向の０次回折光２１ｘ、２１ｙが生じることになる。ところが、検出光学系２００の光軸がβ１傾けられていると、微粒子からの散乱光は大きくなるが、ｙ方向に出射された０次回折光２１ｘが対物レンズ２０１の開口２０ｂ内に入ってしまうことになる。従って、非繰り返しパターンの場合においても、空間フィルタ２０２によって０次回折光２１ｘを遮光する必要が生じてくる。
このように、繰り返しパターンの場合生じる回折光縞と非繰り返しパターンの場合の０次回折光パターンとが相違することになるため、空間フィルタ２０２に両方の回折光パターンを持たせる必要が生じる。しかしながら、空間フィルタで両方の回折光パターンを遮光しようとすると、該空間フィルタを透過する異物等の欠陥からの散乱光の強度が減衰し、感度が低下することになる。
そこで、前述した第１の実施の形態のように、検出光学系２００の光軸を垂直にして対物レンズ２０１の開口を２０ａに位置付けることによって、非繰り返しパターンに対して方向１０、１２からスリット状のビーム３を照明したとしても、０次回折光パターン２１ｘ、２１ｙが対物レンズ２０１の開口２０ａ内に入射するのを防止することが可能となり、非繰り返しパターン上に存在する異物等の欠陥を検出することが可能となる。
【００４４】
しかしながら、前述した第１の実施の形態で説明したように、配線間の間の凹部に存在する異物等の欠陥を検出しようとすると、図１３に示すように、ｙ軸方向１１からスリット状のビーム３を照明することが必要とされる。しかし、図１３に示すように対物レンズ２０１の開口２０ａには、０次回折光２１ｙ’が入射されてしまい、空間フィルタ２０２等で遮光する必要が生じる。でも、配線間の間の凹部に存在する異物等の欠陥の検出は、異物等の欠陥の検出の主たるものでなく、被検査対象パターンが特定されるものであるため、画像処理においても対策が可能である。
以上説明した条件を次に説明するように構成すれば満足させることが可能となる。即ち、ｙ軸に対して４５度程度傾けた方向１０、１２からの照明をやめてｙ軸方向１１からのスリット状のビーム３で照明し、検出光学系２００の光軸を垂直からｙおよびｘ軸方向に傾けることによって対物レンズ２０１の開口を図２１に示す２０ｃの位置におくことによって、非繰り返しパターンの場合において０次回折光２１ｘ’、２１ｙ’が対物レンズ２０１の開口２０ｃに入射するのを防止することができる。このようにすれば、空間フィルタ２０２は、繰り返しパターンから生じる回折光縞のみ遮光するように構成でき、空間フィルタを透過する異物等の欠陥からの散乱光の強度の低下を防ぐことが可能となる。
【００４５】
しかしながら、この場合、対物レンズ２０１のＮ．Ａ．を小さくすることが必要となる。
問題は、検出器２０５、２０６の焦点位置であるが、図１７に示すように、検出器２０５、２０６を傾けた構成により結像全域で焦点を合わせることができる。この場合、検出器２０５、２０６の傾きは、β２の方向だけでなく、β２および方向１４の両方に垂直な方向に同時に傾ける必要がある。さらに、検出光学系２００では、テレセントリック光学系を用いているため、焦点位置が異なる部分で横倍率が変動することはない。
【００４６】
次に、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、第１および第２の実施の形態よりも劣るものである。
この第３の実施の形態は、図２２に示すように、回路パターンに対して４５度の方向１０、１２から、円錐レンズ１０４を用いないで、シリンドリカルレンズ１０４’を用いて単にスリット状のビームの長手方向を照明方向１０、１２に向けたスリット状のビーム３’をウエハ１上に照明するものである。即ち、ウエハ１上に形成されたチップの配列方向から４５に近い角度だけ傾けた方向１０、１２から、照明の入射面に平行な形状のビームをウエハ１上に照明するものである。当然、スリット状のビーム３’は、長手方向には平行光で形成され、幅方向には絞られたものである。なお、ウエハ１上にチップ２内に形成された繰り返しパターン、非繰り返しパターンからの回折光については、上記第１および第２の実施の形態と同様になる。
この第３の実施の形態では、チップ比較を簡略化するために、ステージの走査方向ｙは、チップに平行あるいは直角にする必要がある。さらに、この実施の形態では、ＴＤＩセンサの積分方向がステージ走査方向ｙと平行にならないため、検出器２０５、２０６としてＴＤＩセンサは使えない。従って、検出器２０５、２０６として１次元のリニアセンサを使う必要がある。リニアセンサの場合、照明のビーム幅より狭いエリアからの光信号を検出することになるため、照明光を効率よく利用するため、照明ビーム３’はセンサの像４に近い幅まで絞ると良い。具体的には、たとえば、センサの画素サイズが、１３ミクロン、光学系の倍率が６．５倍の場合、ウエハ上でのセンサの像は、画素サイズ２ミクロンとなる。この場合、たとえば、波長５３２ｎｍのレーザを用いる場合、照明系のレンズ１０４’のセンサの長手方向に直角な方向の開口数Ｎ．Ａ．は、次に示す（数５）式で、０．５程度にすると良い。もちろんこれは、照明の効率を上げるためのものであり、この必要がない場合は、さらに小さなＮ．Ａ．であってかまわない。
ｄ＝１．２２・λ／Ｎ．Ａ． （数５）
ここで、ｄは、ビームの半値幅、λは照明の波長である。
また、図２２に示す照明方法で、センサ２０５、２０６にＴＤＩを用いる場合、図２３に示すような形状の特殊なＴＤＩを用いる必要がある。すなわち、積分方向がφ１傾いた画素構成になっている特殊なＴＤＩセンサとなる。
【００４７】
次に、異物等の欠陥検査を行う被検査対象として、パターンがない酸化膜等の絶縁膜上に存在する異物等の欠陥検査について説明する。
図２４には、酸化膜等の透明膜での光の散乱の状況を示す。たとえば、基板３３上の酸化膜３２の表面に十分小さい（照明波長の数分の１）の微粒子（異物）３４が有った場合、ここからの光の波面が球面状に射出する。すなわち酸化膜側に射出すると同時に検出器側に射出する。ここで、射出した波面は酸化膜３２と下地３３との界面で反射する。この反射光と検出器側に射出した光が干渉により、射出方向に強弱が生じる。この結果、たとえば、方向３６、３７、３８によって、検出出力が変わることになる。酸化膜の厚さ、屈折率に応じて、この強度分布が変化し、その結果同じ方向から検出した場合検出光の強度が変化し、感度が変わることになる。
ただし、このモデルで考えた場合、照明の方向によって検出光の出力は変わらない。また、実験により照明光の入射角を変えても検出光の出力は変わらないことを確認している。
しかしながら、白色照明をすると、光の干渉をなくすことができる。このため、上記第１および第２の実施の形態において、設置された白色照明光学系５００は、酸化膜等の絶縁膜３２状の異物を検出するためのものである。従って、絶縁膜３２上の異物を検出するとき、白色光源１０６をＯＮにし、レーザ光源１０１をＯＦＦすればよい。また、通常の回路パターン上の異物等の欠陥を検出するときには、レーザ光源１０１をＯＮにし、白色光源１０６をＯＦＦすればよい。また、照明光の波長の影響を受ける被検査対象に対しては、白色照明を用いればよい。
【００４８】
白色照明の場合、ＴＤＩセンサの視野より大きなスポット状で照明することになる。
また、照明光としてレーザ光源を用いる場合には、酸化膜３２上での検出出力を安定にするためには、ウエハ表面から射出する光の大部分を検出できるような大きな開口数の対物レンズ２０１で検出する必要がある。また、小さな開口数の対物レンズを用いる場合には、複数の対物レンズを使用し、これらによる検出出力を積分しても良い。あるいは、照明光の波長を複数用い、これらによる検出結果を積分しても良い。
ここで、異物からの散乱光の膜内での吸収（減衰）は、ほとんどないと考えて良い。異物が無い場合、射出方向は一方向になるため、干渉により、この方向の出力は変動する。しかし、異物があり、射出方向が広がる場合、この射出方向による強度分布という形で干渉が生じるためである。
【００４９】
図２５には、複数の方向から検出する場合の実施例の構成を示す。方向２１３、２１４、２１５に射出した光を検出レンズ２１０、２１１、２１２で結像し、それぞれ検出器２１３、２１４、２１５で検出する。この結果は、４５１，４５２，４５３でアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換され、積分手段４５４で積分され、適当なしきい値により２値化されて検出結果となる。
この検出系２１０、２１１、２１２は必ずしも３個である必要はなく、２つであっても良い。またここでの検出系は、図３に示す検出系２００を複数（たとえば、β１＝０度、β１＝４５度）、用いる場合も含むものである。
図２６には、酸化膜の膜厚を変えた場合の検出信号の変化を示す。（ａ）は、ある波長での強度分布４８、（ｂ）は３つの異なる波長での強度変化４８、４９、５０を重ねて示している。この図２６（ｂ）により、複数の波長を用いその検出結果を積分することで、図２６（ａ）に示すような強度変化が大きく低減できることが判る。
この場合、検出信号強度は照明光の入射角には依存しないことが判っているため、異なる波長の照明は、入射角、あるいは、φ１を変えた方向から照明すればよい。即ち、１０、１１、１２の方向からのスリット状のビームの波長を互いに異ならしめることによって、同一の検出光学系２００により、酸化膜等の絶縁膜上の異物を示す信号を検出することが可能となる。このように、各方向からのスリット状のビームの波長を異ならしめることによって、互いに干渉しないため、同一の検出光学系２００で検出することが可能となり、検出光学系を複数用意する事によるコストアップをさけることができる。また、検出光学系２００は、少なくとも２つの波長で、容易に色収差（および焦点距離）を補正することができるため、２つの波長を用いる限り実現上の困難性はない。
【００５０】
次に、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第４の実施の形態について説明する。ところで、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、本発明に係る異物等の欠陥検査装置では、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。
【００５１】
図３５には、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第４の実施の形態の概略構成を示した図である。図３６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、上記半導体ウエハ（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異物等の欠陥を検査する被検査対象物１を載置するステージ３０１，３０２，３０３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等からなる照明光源１０１と、該照明光源（レーザ源）１０１から出射された高輝度の光を、斜め方向から、図３７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３）１０７で被検査対象基板１上に照明する照明光学系１０２〜１０５と、検出レンズ（対物レンズ）２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ＮＤフィルタ２０７、およびビームスプリッタ２０４等から構成され、検出領域４からの反射回折光（あるいは散乱光）に基いて通過して結像させる検出光学系と、ＴＤＩ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４に対応する受光面を有する検出器２０５、２０６と、該検出器２０５、２０６から検出される画像信号に基いて異物等の欠陥を検出する演算処理部４００とによって構成される。なお、この欠陥検査装置には、被検査対象物１の表面を検出器２０５、２０６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。
【００５２】
照明光源１０１、および照明光学系１０２〜１０５の具体的構成は、図３６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１００６のビーム径を拡大させる凹レンズまたは凸レンズ１０２と、凹または凸レンズ１０２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１０３と、該コリメートレンズ１０３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物１上に図３７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３）１００７で照射する円錐曲面を持つ照明レンズ（ｙ軸方向に集束機能を有する光学系）１０４とで構成される。
なお、凹レンズまたは凸レンズ１０２とコリメートレンズ１０３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１０２〜１０４として、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物１上に図３６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）１００７で照射する円錐レンズ（ｙ軸方向に集束機能を有する光学系）１０４と、該円錐レンズ１０４で得られるスリット状ガウスビーム光束１００７を反射させて被検査対象物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。
【００５３】
ところで、この構成により、凹または凸レンズ１０２とコリメートレンズ１０３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１００７）３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、円錐レンズ１０４と被検査対象物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１００７）３のｙ方向の幅Ｌｙを可変して設定することができる。
図３７に示す検出領域４は、被検査対象物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、ＴＤＩモードで動作するＭＵＸ方向に例えば４０９６列の６４×４０９６ＣＣＤ撮像センサで構成される。即ち、ＴＤＩイメージセンサ２０５ａ、２０６ａは、図３８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、被検査対象物１をｙ軸方向に移動させるｙステージ３０２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。
【００５４】
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）１０２〜１０４でスリット状のガウスビーム光束１００７に変換し、この変換されたスリット状の光束１００７で、ステージ３０１〜３０３上の被検査対象基板１の表面に照明領域３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２０５ａ、２０６ａは、ｙステージ３０２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２０１〜２０４で結像される被検査対象基板１上における検出領域４の光像を撮像しながら検出領域４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演算処理部４００で処理することにより上記検出領域４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２０５ａ、２０６ａ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１００７を照射領域３に照射し、ＴＤＩイメージセンサ２０５ａ、２０６ａ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４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４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。
【００５５】
更に、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第４の実施の形態について説明する。即ち、０．１μｍ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２７μｍ×２７μｍの場合、対物レンズ等の検出光学系２０１〜２０４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２０５ａ、２０６ａ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４はＷ＝２６μｍ程度以下、Ｈ＝４０９６μｍ程度以下となる。
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２０５ａ、２０６ａの受光面に結像させる検出光学系２０１〜２０４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２００１）に比べて周辺に行くに従ってＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ 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３８（ａ）に示すＴＤＩイメージセンサ２０５ａ、２０６ａの受光面における光軸２００１から最も離れてＭＴＦが最も低下する端部（周辺）の画素２０５ａｅ、２０６ａｅ、即ち、図３７に示す検出領域４の光軸２００１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。
【００５６】
ところで、照明光源１０１および照明光学系１０２〜１０４により被検査対象基板１の表面に照射領域３で照射されるスリット状のガウスビーム光束１００７の照度は、図３７に示すように、通常ガウス分布を有する関係で、検出領域４外の照明は無駄となるが照明領域３を検出領域４よりも広げて照明する必要がある。
【００５７】
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４の光軸２００１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、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、照明光学系１０２〜１０４によって検出領域４の光軸２００１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。
【００５８】
即ち、本発明は、具体的には、照明光源１０１および照明光学系１０２〜１０４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１００７で被検査対象基板１の照射領域３に照射する際、検出領域４の周辺部での照度が最大になるように照明光学系１０２〜１０４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１００７の照度がガウス分布の場合、図３７に示すように次に示す（数６）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７）式のときとなる。
【００５９】
【数６】

【００６０】
【数７】

【００６１】
この場合、ＴＤＩイメージセンサ２０５ａ、２０６ａの受光面が対応する検出領域４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７）式において、ｘ０＝σ（σ＝１で、ｘ０＝１）のとき、最大値ｆ（ｘ０）＝０．６０７ｆ（０）となる。なお、上記（数６）式において、ｘ０＝０．８σ〜１．２σ（σ＝１で、ｘ０＝０．８〜１．２（ガウスビーム光束１００７について照明光学系１０２〜１０４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６）式において、０．８ｘ０〜１．２ｘ０＝σ（σ＝０．８〜１．２（ガウスビーム光束１００７について照明光学系１０２〜１０４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１０２〜１０４によるガウスビーム光束１００７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４において中心部（光軸２００１）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）＝０．４６ｆ（０）〜０．７３ｆ（０））となる。なお、照明光学系１０２〜１０４によるガウスビーム光束１００７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４において中心部（光軸２００１）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。
【００６２】
いずれにしても、検出領域４において中心部（光軸２００１）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１００７を照明光学系１０２〜１０４によって整形することによって、照明光源１０１から出射されるビームを有効に活用して検出領域４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。
図３９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４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。
【００６３】
また、図４０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４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。
これら図３９および図４０からも明らかなように、検出領域４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１０２〜１０４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３７に示すように、検出領域４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１０２〜１０４によりほぼ標準偏差σ＝ｘ０（検出領域４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１００７に整形して被検査対象基板１に対して照明領域３（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２０５，２０６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２００１から最も離れてＭＴＦが最も低下する画素は、検出領域４の角部（ＴＤＩイメージセンサの場合図３８に示す角部に位置する画素２０５ａｃ、２０６ａｃ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４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２０１〜２０４による結像倍率を示す。
【００６４】
以上説明したように、検出領域４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２００１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１０２〜１０４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１００７に整形して被検査対象基板１に対して照明領域３（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２０１〜２０４によってＭＴＦが最も低下する検出器２０５、２０６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４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、画像処理部４００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２０５，２０６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、画像処理部４００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２０５，２０６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。
【００６５】
ここで、重要なことは、検出領域４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、上記実施の形態では、照明光学系１０２〜１０４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１０２〜１０４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。
また、照明光源１０１としてＤＵＶ（遠紫外線：Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）レーザ光源を使用するため、イメージセンサ２０５，２０６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２０５、２０６として、図４１（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４００ｎｍ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。
【００６６】
これに対し、イメージセンサ２０５、２０６として、図４１（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２０５、２０６を、上記の如く、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）にすることで、感度を大きくすることができる。
以上説明したように、前記第４の実施の形態によれば、検出光学系２０１〜２０４における光軸２００１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２０５、２０６で検出する検出領域４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レーザ光源等を用いて、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。
また、前記第４の実施の形態によれば、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をも検査することができる。
【００６７】
次に、本発明に係る上記第１〜第４の実施の形態に共通する画像処理部４００の実施例について説明する。
実際の被検査対象基板１であるＬＳＩ等のデバイスでは、欠陥にならないプロセスの微妙な違い、検出時のノイズ等により、検出器２０５、２０６から得られる検出信号にばらつきが乗ってくることになる。つまり、図２７（ａ）に示すように、チップ７１、７２間の対応する画素、たとえば７３、７４の信号レベルは、同じにならず、ばらつきが生じる。具体的には、図２７（ｂ）に示すようなパターンの構造の違う場所（例えばメモリＬＳＩの場合、メモリセル領域、周辺回路領域、その他の領域など）７５、７６、７７等によって検出信号のばらつきは異なることになる。結果的に、ばらつきの小さな部分では、より小さな信号変化を生じさせる小さな欠陥を検出できるのに対し、大きなばらつきの部分では、大きな信号変化を生じさせる大きな欠陥しか検出できない。
そこで、本発明に係る画像処理部４００の特徴とするところは、チップ内の画素ごとに対応するチップ間でばらつき（標準偏差）を算出し、その値を閾値の設定に用いることにより、ばらつきの小さな領域は小さな閾値で、大きな領域は大きな閾値で異物等の欠陥の判定をして検査するようにしてた点にある。これにより、ばらつきの小さい場所（例えばメモリＬＳＩの場合メモリセル領域）での閾値を、ばらつきの大きな領域に影響されることなく小さくすることができ、その結果、０．１μｍ以下の微細な異物をも検出することが可能となる。
【００６８】
図２８には、画像処理部４００の第１の実施例を示す。画像処理部４００の第１の実施例は、ＴＤＩイメージセンサ等から構成されるイメージセンサ２０５、２０６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Ａ／Ｄ変換部４０１、サンプリングのタイミングを取るスタートストップ指令回路４１６、データメモリ４０４、最大および最小のレベルの信号を除去する最大最小除去回路４０５、信号レベルｓの２乗を算出する２乗算出回路４０６、信号レベルｓを算出する算出回路４０７、個数カウント回路４０８、ｓの２乗を積分する２乗和算出回路４０９、ｓを積分する和算出回路４１０、積分してｎを求める計数回路４１１、正側閾値（上限判定基準）算出回路４１２、負側閾値（下限判定基準）算出回路４１３、データメモリ４０４に一時記憶された検出信号を正側閾値算出回路４１２で算出されて設定された正側閾値と比較して異物等の欠陥を示す信号を出力する比較回路４１４、データメモリ４０４に一時記憶された検出信号を負側閾値算出回路４１３で算出されて設定された負側閾値と比較して異物等の欠陥を示す信号を出力する比較回路４１５、上記比較回路４１４および４１５から出力される異物等の欠陥を示す信号に対して被検査対象基板１に対して設定された座標系における位置座標を付加し、更に被検査対象基板１に関する情報も付けて検出結果を出力する出力手段４１７より構成される。なお、上記最大最小除去回路４０５は、必ずしも必要としない。上記最大最小除去回路４０５を用いない場合、しきい値のレベルの算出において検出される全ての画像データ（異物を示す画像データも含む。）を用いることになるので、しきい値のレベルを正確かつ安定に検出できる。その反面、この作成したしきい値で、このしきい値を作成した領域の異物の検査を行なうことができなくなる。そこで、検査したい領域のしきい値は、被検査対象基板１内の別のチップ列の対応する領域で作成することが必要となる。その結果、しきい値作成と異物の検査とを別ラインにする必要が生じて、スループットが多少多めにかかることになる。特に、チップ数の少ない場合等では、複数のラインに亘る画像データを用いてしきい値を作成すると良い。この場合、スタートストップ指令手段４１６によりデータ取り込み位置を指定する。
【００６９】
また、出力手段４１７には、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の全体を制御するＣＰＵが備えられている。そして、４０６〜４１１までは、チップ内の所定領域毎の背景信号のばらつきσを求めるためのものである。そして、求められたチップ内の所定領域毎の背景信号のばらつきσを元に正側閾値算出回路４１２と負側閾値算出回路４１３によって、異物等の欠陥を示す信号を抽出するための正側と負側の閾値Ｔｈ（Ｈ）、Ｔｈ（Ｌ）が設定されることになる。これら４０６〜４１３までが、閾値設定回路４２４となる。一方、データメモリ４０４は、閾値設定回路４２４によって閾値が設定されるまで、検出デジタル画像信号を一時記憶しておくためのものである。また、被検査対象基板１に対して設定された座標系における位置座標は、被検査対象基板１に設けられた基準マークを原点にして、測長器（図示せず）によって測定されたステージの変位とＴＤＩセンサ等の読み出し信号（走査信号）とに基づいて求められるものである。また、４２１は、ばらつき（標準偏差σ）を示す正側閾値Ｔｈ（Ｈ）を例えば表示手段に表示して出力するための出力手段である。該表示手段４２１を設けることによって、比較回路４１４および４１５から抽出される異物等の欠陥抽出出力を見ながら、閾値がチップ内の領域毎に適切であるか否か判定することが可能となる。
【００７０】
ここで、検出結果出力手段４１７は、ＣＲＴ等のディスプレイに表示するもの、ハードコピーとして印刷するもの、ハードディスク、フロッピディスク、光磁気記録媒体、光記録媒体、ＬＳＩメモリ、ＬＳＩメモリカード等に記録するもの、他の検査装置または検査システムまたは製造プロセス装置や製造ラインを管理している管理システムに接続されているネットワークも含むものである。しかも、出力手段４１７には、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の全体を制御するＣＰＵが備えられている。
ここで、Ａ／Ｄ変換器４０１は、ＴＤＩセンサ等の検出器２０５、２０６から出力される信号をデジタル信号で現される画素信号に変換するものである。そして、Ａ／Ｄ変換器４０１は、検出信号処理系４００の中の同一基板内であってもあるいは、検出光学系２００内のＴＤＩセンサ等の検出器２０５、２０６の近くであってもよい。検出器２０５、２０６の近くにおく場合は、デジタル化されるため、電送時のノイズが減る効果がある一方、信号電送ケーブル数が増えるというデメリットもある。
【００７１】
ここで、閾値設定回路４２４で行う信号処理内容について図２７を用いて説明する。図２７（ａ）には、ウエハ１上のチップ７１、７２等の配列例を示している。多くのＬＳＩ製造では、これらチップは、同一のものを繰り返して製造する。時として、一回の露光で複数（２から４等）のチップを同時に製造する場合もある。従って、これらチップ間の同一位置では、同一のパターンが製作されている。従って、これらのチップの対応位置の検出信号は、本来は同一である。
このチップ（ｆ，ｇ）の中の画素（ｉ，ｊ）の信号をｓ（ｉ，ｊ、ｆ，ｇ）とする。上記のように、対応画素では、信号レベルは一致するはずである。
【００７２】
しかしながら、実際には、欠陥にならないプロセスの微妙な違い、検出時のノイズ等により、チップ間の対応する画素の検出信号ｓにばらつきが生じることになる。しかも、チップ内においても、パターンの構造が違う場所で、ばらつきが異なることになる。
そこで、次に示す（数８）式に基づいて、チップの対応位置間の検出信号ｓ（（ｉ，ｊ、ｆ、ｇ）のばらつき（標準偏差σ（ｓ、ｆ、ｇ））を求めて閾値Ｔｈ（Ｈ）、Ｔｈ（Ｌ）を設定することになる。

ここで、Ｔｈ（Ｈ）は、正側の閾値算出回路４１２で算出されて設定される閾値、Ｔｈ（Ｌ）は、負側の閾値算出回路４１３で算出されて設定される閾値である。μ（ｓ、ｆ、ｇ）は、次に示す（数９）式に基づいて算出される信号ｓのｆ、ｇの値を変えた時の平均値である。
【００７３】
μ（ｓ、ｆ，ｇ）＝Σｓ／ｎ （数９）
Σｓ（ｉ，ｊ、ｆ、ｇ）は、信号レベルｓを算出する算出回路４０７とｓを積分する積分回路４１０とによって算出され、ｎは個数カウント回路４０８と計数回路４１１とによって算出される。
σ（ｓ、ｆ，ｇ）は、次に示す（数１０）式に基づいて算出される信号ｓのｆ、ｇの値を変えた時の標準偏差を示す。ｍ１は倍率（係数）である。
σ（ｓ、ｆ，ｇ）＝√（Σｓ^２／ｎ−Σｓ／ｎ） （数１０）
Σｓ（ｉ，ｊ、ｆ，ｇ）^２は、信号レベルｓの２乗を算出する回路４０６とｓの２乗を積分する回路４０９とによって算出される。
このように標準偏差σ（ｓ、ｆ，ｇ）を数倍したところにしきい値を引く。倍率ｍ１は、通常６程度が良いと考えられる。これは、６σ以上の発生確率が、１×１０の（−１１）乗程度になるからである。この確率は、たとえば、φ３００ｍｍのウエハ内を画素サイズ２×２ミクロンで検出した際の画像数が７×１０の１０乗で有るため、このしきい値を越える値（虚報）が統計的にウエハ全域で、１画素未満になることから求めたものである。もちろん、この値は、必ずしも６にする必要のあるものではなく、本発明の効果を発揮する上では、別の値であっても良いことは言うまでもない。許容される虚報の数も１未満で有る必要は必ずしもないことからも別の倍率が選択される可能性はある。
【００７４】
図４には、画像処理部４００の第２の実施例を示す。第１の実施例と相違する点は、データメモリ４０２によって１チップの画像信号を遅延させ、差分処理回路４０３においてチップ間の画像信号に差分Δｓ＝｛ｓ（ｉ，ｊ、ｆ，ｇ）−ｓ（ｉ，ｊ、ｆ＋１，ｇ）｝を抽出をすることにある。従って、比較回路４１４、４１５においては、この差分信号Δｓ＝｛ｓ（ｉ，ｊ、ｆ，ｇ）−ｓ（ｉ，ｊ、ｆ＋１，ｇ）｝に対して次に示す（数１１）式で示される上限閾値Ｔｈ（Ｈ）と下限閾値Ｔｈ（Ｌ）と比較されて異物等の欠陥を示す信号が抽出されることになる。したがって、４０６〜４１３の閾値設定回路においては、次に示す（数１１）式に基づいて上限閾値Ｔｈ（Ｈ）、下限閾値Ｔｈ（Ｌ）が設定されることになる。
【００７５】

なお、この場合、隣接チップの差画像の標準偏差σ（Δｓ、ｆ，ｇ）は、次に示す（数１２）式に基いて算出される。ΣΔｓは、信号レベルΔｓを算出する算出回路４０７とΔｓを積分する積分回路４１０とによって算出され、ｎは個数カウント回路４０８と計数回路４１１とによって算出される。ΣΔｓ^２は、信号レベルΔｓの２乗を算出する２乗算出回路４０６とΔｓの２乗を積分する２乗積分回路４０９とによって算出される。
σ（Δｓ、ｆ，ｇ）＝√（ΣΔｓ^２／ｎ−ΣΔｓ／ｎ） （数１２）
このように隣接チップの差画像Δｓを用いることで、チップ内において検出画像信号に分布を有していても、標準偏差σが小さくなり、より高感度の異物等の欠陥検査が可能となる。
【００７６】
また、たとえば、ウエハ内で、中心から周囲に向かって段階的にプロセス条件が異なった場合、ウエハ面内の信号レベルは中心から周囲に向かって段階的に変化する。この結果、（数８）式による閾値の算出では、ばらつき（標準偏差σ（ｓ、ｆ，ｇ））が大きく算出されることになる。このような場合、隣接チップ間のみの信号差のばらつき（標準偏差σ（Δｓ、ｆ，ｇ））は、実際には（数８）式ほど大きくなく、現実にはさらに小さなしきい値で検出可能である。そこで、（数１１）式および（数１２）式のように差分値Δｓに基いて算出する事により、より低いレベルのしきい値を引くことを可能とするものである。
また、この手法の改善手法として、閾値を次に示す（数１３）式で、算出しても良い。
Ｔｈ＝ｍ１・σ（｜ｓ（ｉ，ｊ、ｆ，ｇ）−ｓ（ｉ，ｊ、ｆ＋１，ｇ）｜、ｆ，ｇ）（数１３）
ここで、｜Δｓ｜は、差分信号Δｓの絶対値を意味する。
この場合、図２９および図３０に示す差分処理回路を、隣接チップの差画像の絶対値｜Δｓ｜を取る絶対値差分処理回路４０３‘とすることになる。また、閾値算出回路４２３は、閾値の絶対値Ｔｈが算出されて設定されることになる。また、比較回路４１４において、差分の絶対値と閾値Ｔｈとが比較されて異物等の欠陥の信号が抽出されることになる。
【００７７】
なお、この場合、隣接チップの差画像の標準偏差σ（｜Δｓ｜、ｆ，ｇ）は、次に示す（数１４）式に基いて算出される。Σ｜Δｓ｜は、信号レベル｜Δｓ｜を算出する算出回路４０７と｜Δｓ｜を積分する積分回路４１０とによって算出される。
σ（｜Δｓ｜、ｆ，ｇ）＝√（ΣΔｓ^２／ｎ−Σ｜Δｓ｜／ｎ） （数１４）
ところで、図３０に示す第４の実施例は、図２９に示す第３の実施例に対して、メモリ位置コントローラ４２２を付加したものである。このメモリ位置コントローラ４２２は、検出信号ｓまたは差分信号Δｓに対するウエハ上の座標を指定するものである。即ち、標準偏差σを求めるチップ間の画素をウエハ上の座標を基に任意に指定することができる。また、ウエハ上の座標を任意に指定することができることから、チップ間の着目画素の周辺同志から標準偏差σを求めることも可能となる。
図２９に示す第３の実施例では、ウエハ上の位置座標は、信号数のカウント結果から算出されている。この場合、標準偏差σを求めるチップが横一列に並んでいる場合はよいが、２列のチップの対応点から標準偏差を求めることができない。
【００７８】
そこで、第３の実施例のように、メモリ位置コントローラ４２２が、ステージコントローラ３０５から得られるステージ座標系等の信号から、流れてきている検出信号ｓまたは差分信号Δｓの位置座標を算出し、その算出された結果を、メモリ機能を有する２乗和算出回路４０９、和算出回路４１０、および計数回路４１１に提供することにより、信号の格納先、つまり検出信号の座標上に格納する。この構成により、ウエハ周辺で、一列でチップ数が少ない場合にも標準偏差算出のサンプル数を増やすことができ、閾値算出回路４２３において安定した閾値算出が可能となる。
【００７９】
以上説明したように、差分処理回路４０３において差分の絶対値にすれば、符号を持たないため、メモリ４０４などの容量を低減できる効果がある。また、絶対値を算出した結果から、算出された標準偏差σは差分値からの算出結果より小さく算出され、発生確率を１×１０の（−１１）乗にするためには、すなわち正規分布上で６σにするためには、約１．６６倍大きな倍率である約１０倍する必要がある。σが差分値からの算出より０．６倍に小さく算出されると考えても良い。
またこの手法では、信号レベルｓに対する閾値が残らないため、プロセス管理、不良解析上問題になる。そこで、図２９および図３０に示すようにチップ内の位置（ｉ，ｊ）の閾値のレベルをしきい値マップとして算出する回路を有する。この回路において、しきい値マップは、閾値算出回路４２３おいて（数１４）式に基いて得られる標準偏差σ×ｍ１（倍率）、および平均値算出回路４２５において算出される差分信号の絶対値の平均値Σ｜Δｓ｜／ｎを用い、検出画像信号ｓまたは差分信号Δｓに対する閾値算出回路４１８によりこれらの値の和（（ｍ１×σ）＋Σ｜Δｓ｜／ｎ）を求めることで算出される。この結果は、ステージ３０１，３０２およびセンサ２０５，２０６の位置から算出される位置データ（ｉ，ｊ）に応じて、チップ全域の各画素（ｉ，ｊ）に対応するメモリを持つ閾値マップ格納手段４１９内に格納され、閾値マップ出力手段（表示手段等）４２１によりユーザの必要に応じて表示などして出力される。また、表示手段４２１において、比較回路４１４から抽出される異物等の欠陥出力と閾値マップとを表示して閾値が適切であるかどうかを判定することができる。また、閾値マップの情報を出力手段４１７に提供することによって、比較回路４１４から抽出される異物等の欠陥出力と閾値マップとを出力することが可能となる。
【００８０】
この閾値レベルは、下地の状況に関連しているため、たとえば下地が、繰り返しパターンなのか、面あれのひどいエリアなのか、膜厚の薄いエリアなのか、パターン寸法の小さいエリアなのかと言った情報と対応する。従って、検出した異物が、どのレベルの閾値に対して検出されたかを分析することは重要である。従って、たとえば、検出異物データとして、異物信号レベルに付加する形で、その異物があった位置の閾値を表示手段４２１に表示するなどして出力することは意味のあることである。このためには、ここで算出された閾値マップが必要となる。
【００８１】
ちなみに、異物の信号レベルｓは、（差分値＋閾値）ではなく、差分値Δｓがこれに当たると考えられる。
【００８２】
また、異物が検出された位置の下地データとしては、上記の閾値のレベルだけでなく、あらかじめ、設計データから求められた、たとえば、チップ内の領域（メモリエリア、論理回路エリア、電源供給エリア、配線の無いエリア等）の情報で有っても良い。このためには、設計データから算出されたチップ内のエリアマップを作成し、このチップ内の座標から閾値データのように異物表示時にコード化してあるいは、言葉として表示などして出力しても良い。
また、上記いずれもの下地データは、下地データごとの異物マップ、下地データごとの異物数という形で、表示などして出力しても良い。
以上、本発明の基本思想は、信号のばらつきの大きさを求め、この求められた信号のばらつきの大きさに応じてしきい値を決定するものであり、あらかじめ、数チップのデータを取り込んで、その値からチップ内の各画素ごとに閾値設定回路４２４で閾値を算出してもよい。この際この算出は、同一品種のＬＳＩの同一工程であらかじめ算出し、その結果を、検査時に閾値設定回路４２４内の閾値メモリに読み込んで、比較回路４１４、４１５において順次入ってくる信号レベルと比較する構成であっても良い。また、このしきい値算出用のデータを、ロット（１３枚から２５枚のウエハ）ごとに１回算出しても良いし、ウエハごとに算出しても良い。
【００８３】
なお、本発明では、上記に説明したようにしきい値レベルが下地の状態で変わるため、しきい値レベルは下地の状態を示していることになる。つまり、出力手段４１７であるＣＰＵは、異物等の欠陥を示す信号を、しきい値マップ格納手段４１９から得られるしきい値レベルで分類すると、異物等の欠陥がどのような下地上に付着・存在していたかを知ることができる。この下地の状態とは、例えばパターンがない領域、セル部の領域、周辺パターン部等の分類ができることになる。また、出力手段４１７であるＣＰＵに対して、ＣＡＤシステム等から、ネットワークや記憶媒体等で構成された入力手段４２６を用いて入力されたＣＡＤ情報に基いて得られる図１あるいは図２に示したようなチップ内の領域データを用いれば、さらに直接的に、異物等の欠陥が存在した下地の状態を知ることができる。
ここで、領域データを使わずに、上記の下地の信号レベル（しきい値レベル）から下地の状態を類推する手法は、事前に、チップ内の領域を設定しなくても良いという効果がある。この場合、ＣＰＵ４１７は、一度、チップ全域のしきい値レベルをしきい値マップ格納手段４１９に格納されたしきい値マップより求め、そのしきい値レベルの大小から、下地のレベルを領域（例えばセル部等）として分類することができる。ここで、このしきい値レベルからの領域判定は、隣接チップ間の差分Δｓを用いた場合でも、信号レベルそのものから算出した場合でも可能である。このように、ＣＰＵ４１７は、下地状態を知った上で、例えば、セル部上の異物あるいは欠陥のみを検出し、出力し、管理することができる。
【００８４】
次に、演算処理回路４００の第５の実施例について、図３１を用いて説明する。即ち、第５の実施例は、隣接チップのデータ（検出信号ｓ）の差分値Δｓを算出した後、対象画素の周囲のデータのばらつき（標準偏差σ（Δｓ、ｆ，ｇ））を求めるものである。
この第５の実施例は、遅延メモリ４２５、４２６、およびウインドウ切り出し回路４２７により構成され、いわゆるパイプライン処理系を用いて構成される。４０６〜４１３によりウインドウの中央の値（Δｓ（ｉ，ｊ、ｆ、ｇ））を除いた周辺画素の値（Δｓ（ｉ＋１，ｊ＋１、ｆ、ｇ）、Δｓ（ｉ＋１，ｊ、ｆ、ｇ）、Δｓ（ｉ＋１，ｊ−１、ｆ、ｇ）、Δｓ（ｉ，ｊ−１、ｆ、ｇ）、Δｓ（ｉ−１，ｊ−１、ｆ、ｇ）、Δｓ（ｉ−１，ｊ、ｆ、ｇ）、Δｓ（ｉ−１，ｊ＋１、ｆ、ｇ）、Δｓ（ｉ，ｊ＋１、ｆ、ｇ））により次に示す（数１５）式に基いてばらつきσ（Δｓ、ｆ，ｇ）を算出し、この算出されたσを基に閾値Ｔｈ（Ｈ）、Ｔｈ（Ｌ）を算出して設定する。
【００８５】
σ（Δｓ、ｆ，ｇ）＝√（ΣΔｓ^２／８−ΣΔｓ／８） （数１５）
そして、比較手段４１４、４１５において、設定された閾値Ｔｈ（Ｈ）、Ｔｈ（Ｌ）と先のウインドウの中央の値（Δｓ（ｉ，ｊ、ｆ、ｇ））と比較することにより異物等の欠陥を抽出する。ここでのウインドウサイズは、必ずしも図示したような３×３である必要はなく、４×４、５×５、７×７等他の大きさであってもよく、あるいは複数のウインドウサイズに対して算出するように構成してもよい。また、被検査対象は中央の値である必要はなく、ウインドウ内のいずれか、あるいは複数の画素の平均、和等と比較してもよい。ウインドウサイズは、検出すべき異物サイズ、あるいは背景パターンのパターン形状に応じて決定されるべきものである。
【００８６】
次に、演算処理部４００の絶対感度の閾値を設けた場合の第６の実施例について説明する。上記（数１３）式に基いて絶対感度の閾値をもうけることにより、ＬＳＩ製造工程での異物あるいは欠陥の管理サイズを、工程間で同一にできる。
検出信号処理回路４００で検出された検出結果（異物の座標、信号レベル（差分レベル））の内、ＣＰＵ４１７において、信号レベル（差分値ｓｓが望ましい）に対して、いずれのレベルなのかを補正する。
具体的には、検査時の、レーザパワーＰｌ、ＮＤフィルターの値ＮＤ（％）、偏光板の有無ｋ（有りの場合１，無しの場合１０程度が望ましい）、下地の反射率ｒｂ、酸化膜の厚さによる補正係数ｋ（ｔ）として、以下の（数１６）式により補正された信号レベルｓｓ’を用いると良い。尚、レーザパワーは、照明位置で分布（いわゆるシェーディング）を持つためこの分布Ｐｌ（ｘ）を用いるとさらによい。
ｓｓ’＝ｓｓ／（Ｐｌ・ＮＤ・ｋ・ｒｂ・ｋ（ｔ）） （数１６）
この様にして算出された補正信号レベルｓｓ’を用い、あらかじめ求めた信号レベルｓｓと異物・欠陥サイズｄとの対応関数ｄｆ（ｓｓ）により、異物サイズｄを表示手段４２１により表示することができる。
【００８７】
ｄ＝ｄｆ（ｓｓ’） （数１７）
ここで、特に異物が小さい場合、Ｍｉｅ散乱の理論を用い、補正された信号レベルｓｓ’が、異物サイズｄの−６乗に比例するという関係を用いても良い。
【００８８】
次に、演算処理回路４００において、微小異物はもとより、広がりをもった大きな異物についても高Ｓ／Ｎ比で欠陥判定する実施例について説明する。ところで、演算処理回路４００の欠陥判定する比較回路４１４、４１５では、必ずしも微小異物だけではなく、大きなあるいは数ミクロンの範囲に広がった薄膜状の異物を見逃しすることなく検出する必要がある。しかし、この大異物からは、必ずしも、検出信号レベルとしては大きくならないために、画素単位の検出信号では、Ｓ／Ｎが低く、見逃しが生じることになる。
そこで、１画素平均の検出信号レベルをＳとし、平均のばらつきをσ／ｎとすると、大異物の大きさに相当するｎ画素×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、検出信号レベルはｎ^２Ｓとなり、ばらつきはｎσとなり、Ｓ／Ｎ比は、ｎＳ／σとなる。他方、大異物について１画素単位で検出しようとすると、検出信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなり、Ｓ／Ｎ比は、Ｓ／σとなる。従って、大異物の大きさに相当するｎ画素×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、Ｓ／Ｎ比は、ｎ倍向上させることができる。
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信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなり、Ｓ／Ｎ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画素×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすると、検出信号レベルはＳ／ｎ^２となり、ばらつきはｎσとなり、Ｓ／Ｎ比は、Ｓ／ｎσ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、Ｓ／Ｎ比として向上が図れる。
【００８９】
以上説明したことから明らかなように、図５２に示すように、画像メモリ４０４から得られる画像信号を、欠陥判定のための画素単位のサイズを変えた複数のオペレータ５２０（例えば、１画素単位のオペレータ５２１、３×３画素の単位で切出すオペレータ５２２、４×４画素の単位で切出すオペレータ５２３、５×５画素の単位で切出すオペレータ５２４、ｎ×ｎ画素の単位で切出すオペレータ５２５等から構成される。）の各々において切出し、切出された各オペレータにおいて畳み込み演算を施して１画素平均の検出信号レベルをＳとしたとき、Ｓ、９Ｓ、１６Ｓ、２５Ｓ、ｎ^２Ｓのレベルの階調信号が中央の画素から出力されることになる。他方、掛け算回路５４１、５４２，５４３、５４４の各々は、閾値設定回路４２４の閾値回路４２３から得られるしきい値（ｍ１・σ）を、３倍、４倍、５倍、ｎ倍する。この近似的しきい値係数３、４、５、ｎは、中心極限定理より推定される。そして、比較回路４１４’を構成する比較回路５３１、５３２、５３３、５３４、５３５の各々において、各オペレータにおいて畳み込み演算が施された階調信号と、しきい値（ｍ１・σ）に対して３倍、４倍、５倍、ｎ倍されたしきい値と比較されて欠陥判定が行なわれ、異物を示す信号が出力されることになる。即ち、１画素単位程度の微小異物については比較回路５３１から、３×３画素単位程度の大きさの異物については比較回路５３２から、４×４画素単位程度の大きさの異物については比較回路５３３から、５×５画素単位程度の大きさの異物については比較回路５３４から、ｎ×ｎ画素単位程度の大きさの異物については比較回路５３５から検出されることになる。従って、論理和回路５５０で比較回路５３１〜５３５の各々から検出される異物を示す信号の論理和をとることによって、様々な大きさを有する異物を示す信号が高いＳ／Ｎ比でもって検出され、検出信号レベルとしては小さく、しかも広がりを持った大きな異物についても捕捉率を向上させることができる。
【００９０】
なお、差分処理回路４０３’の後に、上記のように欠陥判定のための画素単位のサイズを変更できるオペレータを備え、画素単位のサイズを変更する都度、画素信号を積分して出力するようにすれば、比較回路４１４からは、変更した画素単位のサイズに合った大きさの異物を示す信号が検出されることになる。しかし、この場合、画素単位のサイズを変更する複数回数検査することが必要となるが、しきい値としては正確な値が設定されることになる。また、差分処理回路４０３’の後に、欠陥判定のための画素単位のサイズを変更できる複数のオペレータを備える場合には、画像メモリ４０４の記憶容量が複数倍必要とする。また、閾値設定回路４２４としては、複数設けてもよく、また閾値設定回路４２４の閾値回路４２３から得られるしきい値（ｍ１・σ）に対して近似的しきい値係数を掛けてしきい値を求めてもよい。
以上説明したように、比較回路４１４’において、矩形関数を畳み込むもしくは積分する欠陥判定のための画素単位のサイズを、検出したい異物のサイズに合わせることによって、検出信号レベルとしては小さく、しかも広がりを持った大きなた異物を正確に捕捉することが可能となる。
【００９１】
次に、本発明に係る異物等の欠陥検査装置における条件だし手法についての実施例について図４２〜図４６を用いて説明する。即ち、本発明に係る異物等の欠陥検査装置は、図４２に示すような条件出しのシーケンスを持っていて、このシーケンスで作られた検査条件により、検査が実行される。
即ち、ＣＰＵ４１７は、ステップＳ４１において、表示手段４２１に、図４３に示すような各種モード選択用の画面を表示し、キーボードやマウス等の入力手段４２６を用いてウエハ内のチップマトリックス（チップの大きさ、チップの開始点座標、およびチップがない等のチップ配列のデータ）Ｓ４１１、条件だしモード（ａ．エリア優先、ｂ．標準、ｃ．感度優先、ｄ．感度表示後選択）Ｓ４１２、しきい値事前選択（ａ．ｍ１＝６：虚報発生確率ＯＯ％、ｂ．ｍ１＝１０：虚報発生確率ＯＯ％、ｃ．ｍ１＝１５：虚報発生確率ＯＯ％）Ｓ４１３等のモードを選択する。
条件だしモードＳ４１１において、ａ．エリア優先とは、例えば照明光のパワーを弱くすることにより、標準モードよりも広い面積で比較的大きな異物が検査できる検査条件モードである。背景レベルが飽和した領域は、実質的に非検査領域になってしまうわけだが、エリア優先とは、非検査領域の面積を例えば５％以下に設定されればよい。図４５においては、エリア優先は、全ての面積から２．５μｍ程度の異物が検査できる場合を示している。
【００９２】
ｂ．標準とは、標準の感度で異物を検査できる検査条件モードである。図４５においては、標準は、全体の検査面積の９０％程度から１．０μｍ程度の異物が検査でき、しかも０．２μｍ程度の異物まで検査できる標準モードを示している。
【００９３】
ｃ．感度優先とは、標準モードより微小な異物を検出できるように感度を高くするように設定したモードか、あるいは指定した検出感度を確保できるように設定された検査条件モードである。図４５においては、感度優先は、検出全体の検査面積の７５％程度から０．５μｍ程度の異物が検査でき、しかも０．１μｍまでの異物の検査ができるモードを示している。具体的には、照明光のパワーを上げることにより、検出サイズ指定で指定された異物より小さな異物（図４５においては、０．１μｍ程度）を検出できるような検査条件、あるいは指定した検出感度（図４５においては、０．５μｍ程度の異物が検査面積で７５％以上）を確保できるレベルに照明光のパワーを設定する。
【００９４】
ｄ．感度表示後選択とは、上記３つのモードでの検査結果、あるいはチップ内のしきい値マップ、あるいは異物のサイズ（しきい値に対応する感度）と検査面積（しきい値ヒストグラム）との関係を表示し、適当なものを選択するモードである。
エリア優先が照明光のパワーを最も弱めてダイナミックレンジを高め、標準、感度優先に行くに従って、照明光のパワーを強めてダイナミックレンジを低くしていくことになる。従って、しきい値マップにおいて、エリア優先モードの場合には、異物が検出できない非検査領域は少ないが、０．５μｍ程度までの異物しか検査することができない。標準モードの場合には、図４５に白で表示された異物が検出できない飽和する非検査領域は多くなるが、０．２μｍ程度の異物まで検査できることになる。感度優先モードの場合では、図４５に白で表示された異物が検出できない飽和する非検査領域は更に増大することになるが、０．１μｍ程度の異物まで検査できることになる。なお、しきい値ヒストグラムには、感度に対する面積比率４７１とその積分値４７２とを示していて、何れの値を表示してもよい。
しきい値事前設定の選択は、表示された虚報の発生確率（発生頻度）ＯＯ％を見て許容する虚報の発生確率から行なうことができる。即ち、前記した如く、しきい値が検出画像のレベルのばらつきσから設定されるので、倍率ｍ１に応じて虚報の発生確率ＯＯ％を統計理論に基いて自動的に算出して表示することが可能となる。これにより、虚報の発生確率に応じた倍率ｍ１、即ちしきい値設定が容易に行なうことができる。
【００９５】
次に、ＣＰＵ４１７は、ステップＳ４２において、選択されたウエハ内の回路パターン構造に応じた空間フィルタ２０２を手動または自動で設定し、ステップＳ４３において、図４６に示すように、該空間フィルタ２０２の像をフィルタ位置にピントを合わせた結像光学系２２７およびＴＶカメラ２２８による像により目視観察または自動で確認を行ない、ＮＯの場合にはステップＳ４２に戻って再度空間フィルタ２０２の設定を行ない、ＹＥＳの場合には次のステップへ進む。空間フィルタ２０２としては、遮光パターンの位相とピッチとを変えられるように構成される。なお、図４６に示すように、ハーフミラー２２６、結像レンズ２２７、およびＴＶカメラ２２８から構成された空間フィルタ観察光学系と、ビームスプリッタ２０４とを一体に構成したもの２２５を、矢印２３０で示すように切替え可能に構成する。即ち、通常異物を検出する場合には、ビームスプリッタ２０４を検出光軸に位置付け、空間フィルタ観察時にはハーフミラー２２６を検出光軸に位置付けるように切替えることになる。そして、自動の場合には、図１９（ｂ）に示すと同様に開口２０ａ内に検出される遮光パターンおよび回折光をＴＶカメラ２２８によって撮像することによって、遮光パターンの位相とピッチとを回折光を遮光するように合わせることができる。また、ＴＶカメラ２２８の位置を矢印２２９で示すようにずらすことによって、被検査対象基板における回路パターンの像も観察して遮光パターンの方向性についても合わせることができる。
【００９６】
次に、ＣＰＵ４１７は、ステップＳ４４において、しきい値Ｔｈを設定するための標準偏差σに対する倍率（係数）ｍ１を６〜１５程度の範囲で入力手段４２６を用いて入力することにより設定する。次に、ＣＰＵ４１７は、ステップＳ４５において、入力手段４２６を用いて異物の検出サイズを入力することにより、検出サイズの指定Ｓ４５１が行なわれ、この指定されたサイズの異物が検出可能なレーザパワーを算出し、この算出されたレーザパワーになるようにレーザ光源１０１を制御信号４３０によって制御することによって設定される。
次に、ＣＰＵ４１７は、ステップＳ４６において、チップの一部あるいは全域のしきい値を作成するために、ウエハ上を走査・検査し、閾値算出手段４１８で算出されたしきい値マップをしきい値マップ格納手段４１９に格納し、図４４および図４５に示すしきい値マップ（しきい値画像）、あるいはしきい値ヒストグラム（感度（例えば横軸）とその感度を持つ検査面積との関係）、あるいはこのヒストグラムを積分した形で表示したもの（図４５）を、表示手段４２１に表示し、該表示されたしきい値マップ等に基いてしきい値が所望のレベル（検出したい異物サイズ）にあるかどうかの感度を確認し、ＮＯの場合にはステップＳ４５に戻って再度検出サイズの指定を行ない、ＹＥＳの場合には、次のステップに進むことになる。
【００９７】
次に、ＣＰＵ４１７は、ステップＳ４７において、ウエハ全域を検査し、一部に虚報が出てくる領域があれば、場合によっては、この領域を非検査領域（インヒビット領域）として、チップ内のＣＡＤ情報またはしきい値マップの情報に基づいて設定する。その後、ステップＳ４８において、ＣＰＵ４１７からの指令に基づいて、被検査対象基板１に対して異物等の検査を行い、演算処理回路４００において、異物等の欠陥と判断された場合には、その検出信号レベルと検出座標とが記憶装置４２７に格納されることになる。
次に、ステップＳ４９において、最終的に、上記異物検査装置と並設される共焦点顕微鏡もしくは紫外線顕微鏡等から構成される光学観察顕微鏡７００を用いて実際の被検査対象基板１を光学的に観察し、異物などの欠陥なのか虚報なのか否かの確認を実施する。この確認によって、初めて、条件だしが最適に設定できていたか否かの確認をすることができることになる。特に、被検査対象基板１上のチップ内には、微細な複雑な回路パターンが存在する部分や色むらが発生する部分が混在することになり、光学観察顕微鏡７００を用いて条件だしの最終確認をする必要がある。そして、ステップＳ４９における虚報確認において、ＮＯの場合には、ステップＳ５０において、場合によって、しきい値設定用の倍率（係数）ｍ１を増加、減少させてステップＳ４５に戻り、必要に応じてレーザパワーを変える。ＹＥＳの場合には、条件だしが完了する。
【００９８】
ここで、上記手順は、一部を割愛しても、あるいは順序を入れ替えても目的を達成することができる。
以上説明したように、所望の検出したい異物サイズ（感度）に対する最適な条件だしの設定を容易に、且つ短時間で行なうことができる。
なお、ステップＳ４９における光学観察は、ステージ３０１、３０２を動かすことにより、図４６に示す光学観察顕微鏡７００の検出光学系７０１の位置に、被検査対象物１上の検出した異物（虚報も含む）を移動させ、この画像を観察するものである。本発明の検出系２００では、高解像度の結像光学系を有しているため、この移動の際の座標精度が高いため（特に暗視野照明系１０２〜１０５では、検出光学系２００の解像限界よりも小さな異物を検出可能なため）、通常の顕微鏡では、観察できない場合が多い。そこで、この光学観察顕微鏡７００は、極めて解像度の高い、例えば共焦点光学系、あるいは照明波長の短い（例えば、２４８ｎｍ、３６５ｎｍ、２６６ｎｍ、あるいはこれらの近辺の波長、紫外線あるいは遠紫外線）の照明を有する光学系で有ることが望ましい。即ち、光学観察光学系７００は、このように、２００ｎｍ前後の波長の画像では、電子線顕微鏡画像に近い画像が得られ、異物等の欠陥サイズを高精度に求めたり、異物等の欠陥の形状などを分類することも可能なる。なお、図４６には、光学観察顕微鏡７００の構成を示す。明視野あるいは暗視野紫外線照射光学系と図４１に示す紫外線検知可能なＴＤＩセンサとを有する検出光学系７０１と、該検出光学系７０１のＴＤＩセンサから検出される画像をＡ／Ｄ変換などを行なう画像処理系７０２と、該画像処理系７０２でＡ／Ｄ変換された画像を、演算処理回路４００から検出された異物（虚報と思われるもの）の座標データに基づくアドレスに記憶する画像メモリ７０４と、画像を表示する表示手段７０３とで構成される。従って、演算処理回路４００から検出された異物（虚報と思われるもの）の座標データに基いてステージ３０１，３０２が制御され、虚報と思われる画像を表示手段７０３に表示して観察することによって、光学観察顕微鏡７００による虚報の確認をすることができる。即ち、記憶装置４２７に格納された検出座標の位置を、光学観察顕微鏡７００の視野内にステージ３０１、３０２を移動し、光学観察顕微鏡７００により視野内の画像を検出して表示手段７０３に表示、もしくは画像メモリ７０４に数値画像データとして格納する。このデータは、必要なときに再度表示することもできる。また、画像メモリ７０４に格納されたデータは、演算処理回路４００のＣＰＵ４１７に提供することを可能にし、他の異物検査装置から転送された画像データと共に後で観察することができる。何れにしても、光学観察顕微鏡７００としては、上記高解像度を有する明視野顕微鏡視や、上記照明光学系１００を持つ暗視野顕微鏡や、インコヒーレント照明を持つ暗視野顕微鏡や、位相差顕微鏡や、共焦点顕微鏡でもかまわない。
【００９９】
また、上記条件だしにおいて、ステップＳ４１におけるチップマトリックスと、ステップＳ４５における検査したい異物サイズとを入力して設定するだけで、条件だしを完了させることができる。すなわち、チップマトリックスと異物サイズ（異物サイズに応じた感度でも良い。）の入力設定は、条件だしにおける必須設定条件である。
また、ステップＳ４３におけるフィルタ確認、ステップＳ４４における倍率ｍ１の設定、ステップＳ４６における感度確認、ステップＳ４７におけるインヒビット（非検査領域）の設定、およびステップＳ４９における虚報確認は、オプション設定条件である。
また、しきい値設定において、安定側のしきい値（大きなしきい値）で使用することにより虚報の発生を抑えることができ、逆に、しきい値を小さくすることにより多少の虚報は出ても、高感度の異物を検査することができる。前者は、ウエハの処理装置の品質管理（異常になったことを見つける。）に向き、後者は、不良欠陥の発生状況を解析（不良発生原因の究明のための異物欠陥の分類）するのに向く。
【０１００】
次に、イメージセンサ２０５，２０６から検出され、Ａ／Ｄ変換器４０１でＡ／Ｄ変換されて画像メモリ４０４に記憶される散乱光画像からＣＰＵ４１７が行なう異物粒径推定について、図４７を用いて説明する。即ち、散乱光の信号レベル（差分値ｓｓが望ましい）は、散乱光を発生する粒子あるいは傷等の大きさに対応している。従って、ＣＰＵ４１７は、レーザパワー、検査時の偏光板２０８、空間フィルタ２０２、照明の角度φ１、α１等の条件に応じて算出される補正係数ｋ（ｔ）を検出信号ｓｓに乗じることにより、補正された検出信号ｓｓ’を、異物あるいは欠陥のサイズｄに対応付けすることができる。そこで、ＣＰＵ４１７は、このように求めた異物あるいは欠陥のサイズ情報を上記条件だしにおいてステップＳ４５における検出サイズ指定に用いることができる。
また、図４７に示すようにＴＤＩイメージセンサ２０５ａ、２０６ａによって検出されて画像メモリ４０４に記憶される検出画像における異物を示す画像の大きさ（異物の像の広がりを示す画素数）と異物の大きさには一定の傾向が見られるので、ＣＰＵ４１７が画像メモリ４０４に記憶された検出画像から異物を示す画素数を計数することによって異物粒径を対応付けすることが可能となる。特に、異物の大きさが０．１３μｍ〜０．２μｍ程度においても、異物を示す画像の大きさと相関が有ることに見出すことができ、異物の大きさ（粒径）を推定することが可能となる。
また、一つの画素内に入る異物サイズであり、且つ信号レベルがイメージセンサ２０５、２０６のダイナミックレンジを越えるような場合には、以下のような方法で異物サイズを推定することができる。即ち、一つの画素に入る場合であっても、図４８（ａ）に示すように、広がりを持って結像されるため、この広がり部分の立ち上がりと立ち下がりの幅（あるしきい値の幅Ｗ）からピークレベル、即ちダイナミックレンジを越えた信号強度を推定することができる。この場合、図４８（ｂ）に示すように、イメージセンサ２０５，２０６のカバーガラス２２０を特定の表面粗さにすることで、カバーガラス２２０の表面で散乱を生じさせ、強制的に広がりを作ることで、更に検出画像から異物サイズの推定を容易にすることができる。
【０１０１】
次に、本発明に係る異物検査装置による複数の検査について説明する。即ち、複数の検査は、例えばダイナミックレンジを稼ぐために、エリア優先、標準、感度優先などのように照明光のパワーを大きくした条件と標準の条件と小さくした条件で、被検査対象基板１の表面を検査し、その結果を検査欠陥としてＣＰＵ４１７は出力するものである。ＣＰＵ４１７は、上記複数の検査結果を単純に統合して検査結果マップ（検査結果マップとは、被検査対象基板１内において異物等の欠陥が検出された位置座標に欠陥のマークをプロットとした図面。）を出力することができる。また、ＣＰＵ４１７は、マップでなく、異物の座標リスト、あるいは異物の検出信号レベル等を示すリストやマップでもよい。
また、複数の検査としては、ダイナミックレンジを稼ぐためだけではなく、より微細な傷や異物等の欠陥を検出できるように、例えばステージ３０１，３０２の走行時間を変えたものでも良い。更には、照明光学系１００による照明方向α１、φ１（ゼロも含む）、φ２（ゼロも含む）の条件、偏光板２０８の有無、白色照明５００とレーザ照明１００とを用いる条件等を変えたものであっても良い。
【０１０２】
また、ＣＰＵ４１７における処理方法も、複数の検査条件で検査した欠陥の補正された検出信号レベルｓｓ’を、各次元（照明光のパワー、照明方向、偏光板の有無、白色照明とレーザ照明）の空間にマッピングして、空間内における距離からクラス分けした（分類した）結果であっても良い。例えば、図４９に示すように、ｘ軸に、レーザ照明系１００による検出信号レベルｓｓ’を、ｙ軸に、別の照明系（白色照明系５００や図５０に示す照明系とがある。）による検出信号レベルｓｓ’をプロットする。これにより、予め設定した直線ｙ＝βｘによって、これらのプロットの位置を２つの領域に分類することができる。そして、この分類結果は、異物の特徴を示すことになる。別の照明系として、図５０に示す照明系を用いる場合には、ｙ＞βｘの領域にプロットされた異物等の欠陥は、斜方照明でさほど光らない傷や平坦な異物４９１であり、ｙ＜βｘの領域にプロットされた異物等の欠陥は比較的高さのある異物４９２であることが実験によって確認されている。ここで、この境界線は、上記の直線である必要はなく、任意の曲線、あるいは複数の任意の直線もしくは曲線でもよい。また、これらの距離を求める空間は、複数の次元を持たせても良い。さらに、これらの複数の検査は、検出器２０５、２０６により、同時に検査されるものであっても良い。
図５０に示す照明系は、図３に示すレーザ光束１０、１１、１２を斜方照明するのに変わって、直線状の微細ミラー２４０を、対物レンズ２０１と被検査対象基板１との間に挿着し、直線状の微細ミラー２４０でレーザ光束１０を反射させて被検査対象基板１に対してほぼ垂直にビーム光束３を照明するものである。従って、被検査対象基板１からの０次回折光（正反射光）は、直線状の微細ミラー２４０で遮光され、１次以上の回折光が対物レンズ２０１を通過することになる。なお、直線状の微細ミラー２４０は、空間フィルタ２０２の面においては、空間フィルタ２０２の機能を果たすことができるように十分細い直線状の帯であることが好ましい。
【０１０３】
次に、本発明に係る異物検査装置と外部装置との接続について説明する。即ち、ＣＰＵ４７１は、本発明に係る異物検査装置の全体を制御するものである。従って、検査結果、あるいは検査のための条件（特にしきい値マップ）等は、ＣＰＵ４１７に接続された記憶装置４２７内に格納される。そして、これら記憶装置４２７に格納された検査結果、あるいは検査条件を、ローカルエリアネットワーク４２８あるいはモデムを介して他の計算機と結ぶことが望まれる。特に、インターネットと結ぶことにより、異物検査装置における検査条件の改善、異物検査装置の問題の状況等を、異物検査装置を使用するユーザと異物検査装置のメーカとの間でやり取りすることができる。これらのデータのやり取りでは、異物検査装置メーカとユーザとの間で、暗号キーを持ち、データを暗号化することにより、機密を保持することができる。また、異物検査装置によって検査された異物等の検査結果に基づく、プロセス処理装置におけるプロセス条件の改善、プロセス処理装置の問題の状況等を、プロセス処理装置を使用するユーザとプロセス処理装置のメーカとの間でやり取りすることも可能となる。
また、本発明に係る画像処理装置４００をプログラム可能なシステムで構成することにより、図４、図２８、図２９、図３０、図３１に示しアルゴリズムを書き換えて実行することができる。これらのアルゴリズムは、ウエハ表面の酸化膜等の干渉による信号強度の部分的な変動に対応するためのもので、所謂色むら対応アルゴリズムを実現することができる。
【０１０４】
次に、以上説明した本発明に係る欠陥検査装置を用いた半導体等の製造ラインおよびその製造方法について図３２〜図３４を用いて説明する。
図３２に示すように、本発明に係る欠陥検査装置を用いた半導体等の製造ラインは、製造工程６０１乃至６０９、検査装置６１０乃至６１２、プローブ検査工程６１４、データ解析システム６１３により構成される。
製造工程は、特に、歩留まりへの影響の大きい（歩留まりを左右する）工程６０１、６０５、６０８、６０９を含み、これらの工程は、上記本発明に係る欠陥検査装置等の検査装置６１２により常時監視される。また、この監視により、工程間の異常、例えば工程６０１、６０６間で異常が検出された際は、この間の工程６０２、６０３、６０４が、検査装置６１０により監視され、異常を作り込む工程、あるいは装置を同定する。また、特に重要な工程６０７は、検査装置６１１により占有的に監視される。
【０１０５】
ところで、所望の工程だけの異物あるいは最表面に付着した異物等の欠陥を、高い識別精度で検査できるためには、この工程のプロセス処理を実施する前とプロセス処理を実施した後とにおいて、本発明に係る異物検査装置６１２による異物等の欠陥検査を実施し、プロセス処理後の欠陥検査結果とプロセス処理前の欠陥検査結果との論理差を求めると良い。ここで、この論理差に基いて判断する際、当工程以前に発生した異物を、当工程で発生した欠陥と誤って判断されることがあってはならない。むしろ、この欠陥は見逃した方がよい。それは、誤った判断に基づいて、欠陥が発生しないように対策が施されることとなるためである。
【０１０６】
ところが、上記論理差によって、当プロセス処理工程で発生した異物等の欠陥のみを、必ずしも検出することができない。これは、以下のような理由による。
その理由は、例えば、成膜等により異物等の欠陥の表面に膜が形成され、その結果異物等の欠陥サイズが大きくなり、検査感度が向上し、成膜前から存在していた欠陥が、成膜後には検査されることになるためである。即ち、実は、以前から付いていたはずの欠陥がその成膜工程前では検査されずに該成膜工程後に発見され、該成膜工程で発生したように間違えて判断されることになる。
【０１０７】
そこで、当成膜工程前の検査時に、予め、例えば倍率ｍ１を小さくしてしきい値を下げて検査感度を上げておくことによって以前から付いていた微細な欠陥を検出できるようになり、間違った判断をなくすことができる。このように、当成膜工程前の検査感度を上げると誤検出（虚報）が増えることになるが、図５１に示すように、該工程前後の論理差（Ｂ−Ａ）を取ることによって問題とはならない。
しかし、被検査対象基板１のチップ内の領域毎に、プロセス処理の前後で表面の状態が変わり得る。このため、プロセス処理前に、全体的にしきい値を下げたとしても、背景レベルが高く、結果的にしきい値が大きく事実上非検査状態もしくは低感度状態になってしまう領域が存在し、この領域からは以前から付いていた微細な欠陥が検出することができなくなる。
【０１０８】
そこで、本発明に係る欠陥検査装置６１２の演算処理回路４００のＣＰＵ４１７において、 Ｉｂ＜Ｔｂの場合において、Ｉａ＞Ｔｈａとして検出され、且つＩａ＞κ・Ｔｈｂのときのみ、当該プロセス処理工程Ｐで発生した欠陥と判断する。すなわち、当該プロセス処理工程Ｐ前の検査で、可能な限り検査感度を上げて検査しても欠陥が検出することができなかった場合において、当該プロセス処理工程後の検査で検査感度を落してしきい値を上げても欠陥が検出された場合のみ、当該プロセス処理工程Ｐで発生した欠陥と判断し、当該プロセス処理工程後の検査で検査感度を落してしきい値をκ倍上げても欠陥が検出されない場合には、この欠陥を見逃す処理をして誤った判断をなくすことができる。それは、当該プロセス処理工程で生じた欠陥と判断される確率が低下するからである。当然、Ｉｂ≧Ｔｈｂの場合には以前に発生した欠陥とみなすことができる。
但し、Ｉａは、当該プロセス処理工程後の検査において検出された欠陥の検出信号レベル、Ｉｂは、当該プロセス処理工程前の検査において検出された欠陥の検出信号レベルを示す。Ｔｈａは、当該プロセス処理工程後のしきい値マップ格納手段４１９から得られる検査しきい値レベル、Ｔｈｂは、当該プロセス処理工程前の可能な限り下げたしきい値マップ格納手段４１９から得られる検査しきい値レベルを示す。κは、１を越えた係数で、Ｔｈｂに応じて決定される。なお、欠陥検査装置の演算処理回路４００の比較回路４１４等では、ＩａとＴｈａ、ＩｂとＴｈｂとについて比較されることになる。
【０１０９】
従って、ＣＰＵ４１７が行なう上記欠陥判定処理には、しきい値マップ格納手段４１９からえられて記憶装置４２７に記憶されたプロセス処理工程前（場合によってはプロセス処理工程後も）のチップ全域あるいはこれに準じる領域のしきい値レベル（しきい値画像）、およびメモリ４０４から得られて記憶装置４２７に記憶されたプロセス工程前後の欠陥検出信号が必要となる。重要なのは、プロセス処理工程前の検査のときのしきい値マップの情報を記憶装置４２７に記憶しておき、このしきい値マップの情報を用いてプロセス処理工程後の検査のときのしきい値（κ・Ｔｈａ）を決める係数κを決定することにある。当然、Ｔｈａは、プロセス処理工程後の検査のときに、閾値算出手段４１８において算出されることになる。
更に、欠陥検査装置６１２が工程６０２、６０３、６０４等に対して監視する監視手法について説明する。第１の手法は、ロット内のウエハに着目し、工程を経るごとの着目ウエハの異物等の欠陥の付着の状態（変化）を監視する同一ウエハによる工程監視手法である。第２の手法は、あるプロセス装置あるいは工程に着目し、その工程を通過するウエハの前後の状態を監視することにより、そのプロセス装置あるいは工程の状態を監視する手法である。いずれも、工程の状態を監視するという点では、共通するが、第１の手法は工程間を比較し、状態の悪い工程を探すのが目的であり、第２の手法はある工程の経時的な変化を比較することが主な目的である。つまり、第２の手法は、突発的な異物発生等の異変をモニタしたり、あるいは何らかの異物等の欠陥低減対策を実施後の効果を評価することなどを目的とする。
【０１１０】
ここで、検査装置６１２による特に、特定のプロセス工程あるいはその装置に着目する管理は、当工程でどのように欠陥が増減しているかを知ることができる。さらに、この管理において、特に、ここで検出した異物のサイズを用い、その異物の当工程での致命性を判定することにより、当異物の対策の重要性を知ることができ、対策を実施するときの動機付けとなり、大変有効となる。つまり、異物等の欠陥の対策効果の大きさを知ることにより、対策への意識がより強く意識され、対策行動に結び付けることができる。
以上説明したように、監視され、取り込まれたデータは、データ解析システム６１３に取り込まれ、異常の発生、プローブ検査工程６１４からのデータとの関連から歩留まりとの関連、等が解析される。
更に、上記検査装置６１０、６１１、６１２には、上記本発明に係る欠陥検査装置の他、光明視野検査、ＳＥＭ検査等の検査装置が使用されている。これらの検査装置はそれぞれの特長があり、検出できる異物が異なっている。そこで、これらの検査装置を併用することにより検査の信頼性をトータルで向上できる。また、これらの検査装置は、その検出原理から、検査時間（検査のスループット）にも差異がある。高スループットの上記欠陥検査方式のレーザ散乱方式は、微粒子の検査には適しているが、レーザの干渉性により検出時の捕捉率が低い。光明視野検査は、捕捉率は高いが、比較検査時のためサンプリング時に高い解像度を必要とするため、スループットが低い。電子線を利用した検査は、ＳＮが低いため検査の高速化は難しいが、高解像の検査が可能な上導通不良等の検査に向く。
【０１１１】
ＬＳＩ製造工程では、感度、スループット、検出できる対象等を考慮しながらこれらの検査装置をシステム化する必要がある。
図３３に示すように、それぞれの検査装置が、２４から２７へ、２５から２８へ、２６から２９へと検出可能な異物等の欠陥を増やし、システムのトータルの検出数を増やすことにより、全体で高い性能を有するシステムを構築することができる。
図３４に量産立ち上げ時の歩留まりの推移３０を示す。また、欠陥数の推移３１も同時に示す。歩留まりが向上するにつれて欠陥数が低下する。しかしながら、歩留まりが立ち上がった状況でも突発的に欠陥数が上昇し歩留まりを低下させることがある。そこで、これらの欠陥発生をいち早く知り、欠陥発生工程の生産を一時的に止め欠陥発生原因を対策する必要がある。そのため、本発明に係る異物等の欠陥検査装置が必要になる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、照明の効率を向上できて、空間フィルタ、照明方向によりＬＳＩパターン等の基板内のパターンからの回折光を低減でき、さらに、チップ内のばらつきの異なる位置毎にしきい値を低く設定できるので、ＬＳＩウエハ上等の基板上の異物や欠陥を高感度、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、高感度の通常のＴＤＩセンサを用いて、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上に存在する微小異物や欠陥を高感度で、且つ高速に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、通常の安価な光源、例えばレーザ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、且つ高速で検査することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、例えばレーザ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が低下するに従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。
【０１１３】
また、本発明によれば、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域に合わせて判定基準であるしきい値レベルを最適な感度に設定して虚報を著しく増加させることなく、真の異物等の欠陥を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、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域において検出したい異物等の欠陥サイズに合わせて判定基準であるしきい値レベルを設定して検出したいサイズの異物等の欠陥を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、被検査対象基板上に配列された構造物内の各種回路パターン領域において存在する異物等の欠陥のサイズを推定できるようにして異物等の欠陥を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】本発明に係る被検査対象基板の一実施例であるメモリＬＳＩが配列される半導体ウエハを示す図である。
【図２】本発明に係る被検査対象基板の他の実施例であるマイコン等のＬＳＩが配列される半導体ウエハを示す図である。
【図３】本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】図３に示す画像処理部の第２の実施例を示すブロック構成図である。
【図５】本発明に係る半導体ウエハ等の被検査対象基板上にスリット状のビームを照明する方法および検出方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係る円錐曲面を持つ照明レンズによる照明光束を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る円錐曲面を持つ照明レンズの製造方法の第１の実施例を説明するための図である。
【図８】本発明に係る円錐曲面を持つ照明レンズの製造方法の第２の実施例を説明するための図である。
【図９】本発明に係る照明光学系を示すｙ方向およびｘ方向からみた側面図である。
【図１０】本発明に係る照明光学系において一つのレーザ光源を用いて３方向からスリット状のビームを半導体ウエハ等の被検査対象基板上に照明するための光学系を示す平面図である。
【図１１】本発明に係る照明方向及び検出方向と、照明方向によるパターンからの回折光とを示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る回路パターンの主要な直線群に対して４５度方向からスリット状のビームを照明したときの０次回折光パターンの発生状況と光軸を垂直にしたときの検出光学系の対物レンズの開口との関係を示す図である。
【図１３】本発明に係る回路パターンの主要な直線群に対して平行な方向からスリット状のビームを照明したときの０次回折光パターンの発生状況と光軸を垂直にしたときの検出光学系の対物レンズの開口との関係を示す図である。
【図１４】本発明に係る回路パターンの主要な直線群に対して異なる４５度方向からスリット状のビームを照明する際交わらないよう照明し、ＴＤＩセンサで検出する検出領域との関係を示す図である。
【図１５】本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１６】異物からの射出角度と検出信号強度との関係を示すグラフ図である。
【図１７】検出光学系の光軸を傾けた場合にこの傾きに合わせてＴＤＩセンサの受光面を傾けた場合の実施例を示す図である。
【図１８】本発明に係る回路パターンの主要な直線群に対して異なる４５度方向からスリット状のビームを照明したとき、繰り返しパターンから生じる回折光縞を示す平面への投影図である。
【図１９】本発明に係る検出光学系のフーリエ変換面での繰り返しパターンからの回折光縞と、該回折光縞と空間フィルタとの位置関係を示す平面図である。
【図２０】本発明に係る回路パターンの主要な直線群に対して４５度方向からスリット状のビームを照明したときの０次回折光パターンの発生状況と光軸を垂直にしたときおよびｙ方向に傾けたときの検出光学系の対物レンズの開口との関係を示す図である。
【図２１】本発明に係る回路パターンの主要な直線群に対して平行な方向からスリット状のビームを照明したときの０次回折光パターンの発生状況と該０回折光パターンが入り込まない検出光学系の対物レンズの開口の位置を示す図である。
【図２２】本発明に係る回路パターンの主要な直線群に対して４５度方向から長手方向が照明方向を向けてスリット状のビームを照明する実施例を示す図である。
【図２３】図２２に示すスリット状のビームを照明したとき、必要とする特殊なＴＤＩセンサを示す図である。
【図２４】本発明に係る酸化膜等の絶縁膜上に存在する異物からの散乱光の干渉モデルを示す側面図である。
【図２５】酸化膜等の絶縁膜上に存在する異物を検出するために複数の検出方向から異物からの散乱光を検出する実施例を説明するための図である。
【図２６】ある波長の照明光を照射した場合の酸化膜等の絶縁膜の膜厚変化と検出信号との関係、および、３つの異なる波長の照明光を照射した場合の酸化膜等の絶縁膜の膜厚変化と検出信号との関係を示す図である。
【図２７】本発明に係る画像処理部において異物等の欠陥を抽出するための判定基準（閾値）を算出して設定することを説明するウエハと画素の関係を示す図、およびチップ（様々なパターン領域を有する。）と画素の関係を示す図である。
【図２８】本発明に係る画像処理部の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２９】本発明に係る画像処理部の第３の実施例を示すブロック図である。
【図３０】本発明に係る画像処理部の第４の実施例を示すブロック図である。
【図３１】本発明に係る画像処理部の第５の実施例を示すブロック図である。
【図３２】本発明に係る異物等の欠陥検査装置が設置された半導体の製造ラインの概略構成を示す図である。
【図３３】半導体の製造ラインにおいて各々の欠陥検査装置が検出可能な異物を増やすことによって、トータルとして高い性能を有するシステムを構築できるということを説明するための図である。
【図３４】量産立ち上げ時における歩留まりと欠陥数の推移を示す図である。
【図３５】本発明に係る欠陥検査装置の第４の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図３６】図３５に示す欠陥検査装置の第４の実施の形態に用いられている照明光学系の一実施例の構成をｙ方向およびｘ方向から具体的に示す図である。
【図３７】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３８】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３９】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（ｘ_０＝１）における照度ｆ（ｘ_０）の変化を示す図である。
【図４０】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（ｘ_０）に対する照度ｆ（ｘ_０）の変化を示す図である。
【図４１】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４２】本発明に係る欠陥検査装置における条件出しのシーケンスの実施例を示す図である。
【図４３】表示手段に表示された条件だしモード選択としきい値事前選択とを行なう画面を示す図である。
【図４４】検出感度・検出面積を表示手段に表示した画面を示す図である。
【図４５】エリア優先、標準、感度優先の場合のしきい値マップと、感度に対する検査面積の関係とを表示手段に表示した画面を示す図である。
【図４６】本発明に係る欠陥検査装置において、検出光学系に、空間フィルタの遮光パターンを観察する光学系を備え、光学観察顕微鏡をした実施の形態を示す図である。
【図４７】本発明に係る鏡面ウエハ上における標準粒子径と評価値（散乱光の検出信号レベル）との実験データに基づく関係を示す図である。
【図４８】検出された画像信号から異物のサイズを推定する実施例を説明するための図である。
【図４９】レーザ照明系による検出信号レベルと別の照明系による検出信号レベルとから欠陥の種類を分類することができる実施例を説明するための図である。
【図５０】本発明に係る欠陥検査装置において、直線状の微細ミラーを用いてビーム光束を明視野照明する場合の照明光学系と検出光学系とを示す概略構成図である。
【図５１】あるプロセス処理装置Ｐで処理する前において高感度で欠陥検査を実施し、該処理後において最適感度で欠陥検査を実施し、その論理差（Ｂ−Ａ）を示す図である。
【図５２】本発明に係る欠陥検査装置において、微小異物から広がりを持った大きな異物まで高Ｓ／Ｎ比でもって欠陥判定できる構成を示す図である。
【符号の説明】
１…被検査対象基板（ウエハ）、１ａ、１ｂ…半導体ウエハ、１ａａ…メモリＬＳＩ、１ａｂ…メモリセル領域、１ａｃ…周辺回路領域、１ａｄ…その他の領域、１ｂａ…マイコン等のＬＳＩ、１ｂｂ…レジスタ群領域、１ｂｃ…メモリ部領域、１ｂｄ…ＣＰＵコア部領域、１ｂｅ…入出部領域、２…チップ、３…スリット状ビーム（照明領域）、４…ＴＤＩセンサ等のイメージセンサの検出領域、１００…照明光学系、１０１…レーザ光源、１０２…凹レンズ、１０３…凸レンズ、１０４…円錐曲面を持つ照明レンズ、２００…検出光学系、２０１…対物レンズ（検出レンズ）、２０２…空間フィルタ、２０３…結像レンズ、２０４…ビームスプリッター、２０５、２０６…ＴＤＩセンサ等の１次元検出器、２０７…ＮＤフィルタ、２０８…偏光素子、２２６…ミラー、２２７…結像光学系、２２８…ＴＶカメラ、２４０…直線状の微細ミラー、３００…白色照明系、４００…演算処理回路（信号処理系）、４０１…Ａ／Ｄ変換部、４０２…データメモリ、４０３…差分処理手段（差分処理回路）、４０３’…絶対値差分処理回路、４０４…データメモリ、４０５…最大最小除去回路、４０６…２乗算出回路、４０７…算出回路、４０８…個数カウント回路、４０９…２乗和算出回路、４１０…和算出回路、４１１…計数回路、４１２…上限判定基準（正側閾値）算出回路、４１３…下限判定基準（負側閾値）算出回路、４１４、４１５、４１４’…比較回路、４１７…ＣＰＵ（出力手段）、４１９…閾値マップ格納手段、４２１…出力手段（表示手段）、４２２…メモリ位置コントローラ、４２３…閾値算出回路、４２４…閾値設定回路、４２５…平均値算出回路、４２６…入力手段、４２７…記憶装置、４２８…ネットワーク、５２０、５２１〜５２５…オペレータ、５３１〜５３５…比較回路、５４１〜５４４…掛け算回路、５５０…論理和回路、６００…光学観察顕微鏡、６０１…検出光学系、６０２…画像処理系、６０３…表示手段、６０４…画像メモリ、６１０〜６１２…検査装置、６１３…データ解析システム、１００７…ビーム光束。

Claims (22)

1. 長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームを、回路パターンが形成された被検査対象基板に対して、該基板の法線方向から所定の傾きを有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有し、長手方向が前記被検査対象基板を載置して走行させるステージの走行方向に対してほぼ直角になるように照明する照明過程と、
   該照明過程で照明された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出過程と、
   該検出過程で検出された信号に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出する欠陥判定過程とを有することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 前記検出過程において、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パターンからの回折光パターンを空間フィルタによって遮光することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
3. 前記欠陥判定過程において、本来同一の回路パターンが形成された箇所またはその近傍から前記検出によって得られる信号に基にしてばらつきを算出し、該算出されたばらつきに基づいて設定される判定基準を基に前記検出された信号から異物等の欠陥を示す信号を抽出す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. 前記欠陥判定過程において、前記検出された信号に対して前記回路パターンを構成する各種領域毎に設定された判定基準に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出す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。
5. 前記照明過程において、スリット状ビームの回路パターンの主要な直線群に対する平面上の傾きが４５度程度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の欠陥検査方法。
6. 回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、
   光源から出射されるビームを、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、前記被検査対象基板に対して、該基板の法線方向から所定の傾きを有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有し、長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように照明する照明光学系と、
   該照明光学系によってスリット状ビームが照明された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、
   該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
7. 前記画像処理部において、本来同一の回路パターンが形成された箇所またはその近傍から前記検出光学系のイメージセンサから検出によって得られる信号に基にしてばらつきを算出し、該算出されたばらつきに基づいて判定基準を設定する判定基準設定手段と該判定基準設定手段で設定された判定基準を基に前記検出光学系のイメージセンサから検出された信号から異物等の欠陥を示す信号を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
8. 前記画像処理部において、前記検出された信号に対して前記回路パターンを構成する各種領域毎に設定された判定基準に基いて異物等の欠陥を示す信号を抽出する手段を有することを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
9. 前記検出光学系において、光軸が、被検査対象基板に対してほぼ垂直であることを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
10. 前記照明光学系において、光源がレーザ光源であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
11. 前記照明光学系において、円錐表面に近似する形状の絞る光学要素を有することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
12. 前記照明光学系において、更に、白色光を法線に対して傾けた方向から照明する光学系を備えたことを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
13. 前記検出光学系において、空間フィルタを備えたことを特徴とする請求項６乃至１２のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
14. 前記検出光学系におけるイメージセンサをＴＤＩセンサで構成することを特徴とする請求項６乃至１３のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
15. 前記検出光学系において、光軸を被検査対象基板の法線に対して傾けたことを特徴とする請求項６乃至１４のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
16. 被検査対象物の表面に対して法線方向からある傾きを持って光を照明し、被検査対象物の表面内の少なくとも一方向に照明光束を絞るための円錐表面に近似した形状の光学要素を有する照明光学系と、
    前記被検査対象物から反射する光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、
    該検出光学系で検出された信号を処理する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
17. 被検査対象物の表面に対して光を照明する照明光学系と、
    裏側から光を入射するように構成した裏面照射型ＴＤＩイメージセンサを有し、前記被検査対象物から反射する光を、前記イメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、
    該検出光学系で検出された信号を処理する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
18. 前記検出光学系において、被検査対象物からの反射光束を分岐し、該分岐される一つの反射光束の強度を他の一つの反射光束の強度の概ね１／１００にする分岐光学系と、該分岐光学系で分岐された各反射光束の受光する複数のイメージセンサとを有することを特徴とする請求項１６または１７記載の欠陥検査装置。
19. 前記照明光学系において、前記スリット状ビーム光束として、前記光源から出射されるビームを、前記被検査対象基板上における検出領域に対して、該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となる照度分布を有するように整形してスリット状ガウスビーム光束を得る光学系を有することを特徴とする請求項６乃至１５のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
20. 前記照明光学系において、前記スリット状ビーム光束として、前記光源から出射されるビームを、前記被検査対象基板上における検出領域に対して、該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してスリット状ガウスビーム光束を得る光学系を有することを特徴とする請求項６乃至１５のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
21. 前記照明光学系で照明されるスリット状ガウスビーム光束が、ＤＵＶビーム光束であることを特徴とする請求項１９または２０記載の欠陥検査装置。
22. 前記検出光学系におけるイメージセンサをＴＤＩイメージセンサで構成することを特徴とする請求項１９または２０または２１記載の欠陥検査装置。

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