JP3599631B2 - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＬＳＩ等の半導体製造工程、液晶表示素子製造工程等で、基板上にパターンを順次形成して対象物を製作していく半導体デバイスの製造工程の途中において、基板上に発生する異物等の欠陥を検出する欠陥検査方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＬＳＩ等の半導体デバイスの製造工程では半導体基板（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が微細化して半導体基板中に微小な異物が存在した場合にこの異物がキャパシタの絶縁膜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稼動部から発生するものや、人体から発生するものや、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたものや薬品や材料等に混入されているものなどの種々の原因により種々の状態で混入される。
【０００３】
同様に、半導体デバイスである液晶表示素子の製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報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、また、特開昭６３−１３５８４８号公報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。
【０００５】
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開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、半導体製造工程の量産立上げ時と量産ラインは区別されておらず、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等の欠陥の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等の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、異物等の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いという課題を有していた。また、このような構成には人手が必要であるという課題を有していた。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、高速、高精度に、全自動で異物等の欠陥を検出できるようにして、全数の欠陥検査、十分な欠陥検査頻度の抜き取り検査を実現し、高効率の基板製造ラインを得るようにした欠陥検査方補およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、光源から発射された光で、繰り返しパターンが形成された試料の表面を斜め方向から照明する照明手段と、該照明手段で照明されて前記試料で反射した光を検出する検出手段と、該検出手段で検出した信号を処理して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えた欠陥検査装置であって、前記照明手段は前記光源から発射した光を線状に成形する成形部を有して該成形部で線状に成形された光を前記試料の表面に照射し、前記検出手段は前記照明手段により線状に成形された光を照射された前記試料の表面の繰り返しパターンからの反射光による回折パターンのうちの所定の空間周波数を有する回折パターンを遮光する複数の遮光部分を備えた空間フィルタを有し、前記欠陥検出手段は前記空間フィルターを通過した光を前記検出手段で検出した信号を処理することにより前記試料上の欠陥を検出するように構成した。
本発明では、上記目的を達成するために、欠陥検査装置を、繰り返しパターンを含むパターンが形成された試料の表面を直線状の光で斜め方向から照明する照明手段と、該照明手段で照明されて前記試料で反射した光のうち前記試料の繰り返しパターンで反射した光による回折パターンのうちの所定の空間周波数より大きな回折パターンを遮光して検出する検出手段と、該検出手段で検出した信号から前記試料で反射した光による回折パターンのうち前記所定の空間周波数よりも小さくて前記空間フィルターで遮光されなかった回折パターンを検出して得た信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出する処理手段とを備えたて構成した。
上記目的を達成するための本発明は、繰り返しパターンを含む回路パターンが形成されたチップが複数形成された基板に光を該基板に対して斜めの方向から照射して該基板を照明する照明手段と、該照明手段で照明された前記基板からの反射光を検出する検出手段と、該検出手段で前記反射光を検出して得た検出信号を処理して前記基板上の欠陥を検出する処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、前記検出手段は、前記照明手段で照明された基板からの反射光のうち前記チップ内の繰り返しパターンからの回折光による回折パターンを遮光する空間フィルター部を有し、前記検出手段は、前記空間フィルター部を通過して前記検出手段で検出された信号を比較対象となる信号と比較して前記空間フィルター部で遮光されなかった前記基板上のパターンからの反射光による回折パターンの検出信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出するように構成した。
上記目的を達成するために、本発明の欠陥検査方法では、光源からの発射光を線状に成形し、該線状に成形した光を繰り返しパターンが形成された試料の表面を斜めの方向から照射し、該照射により前記試料で反射した光のうち前記繰り返しパターンからの反射光による所定の空間周波数を有する回折パターンを空間フィルターで遮光して検出し、該検出した信号を処理することにより前記試料上の欠陥を検出するようにした。
上記目的を達成するために、本発明の欠陥検査方法では、繰り返しパターンを含むパターンが形成された試料の表面の直線状の領域を斜め方向から照明し、該照明されて前記試料で反射した光のうち前記試料の繰り返しパターンで反射した光による回折パターンのうち所定の空間周波数より大きな回折パターンを遮光して検出し、該検出した信号から前記試料で反射した光による回折パターンのうち前記所定の空間周波数よりも小さくて前記空間フィルターで遮光されなかった回折パターンを検出して得た信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出するようにした。
上記目的を達成するために、本発明の欠陥検査方法では、繰り返しパターンを含む回路パターンが形成されたチップが複数形成された基板に光を該基板に対して斜め方向から照射し、該照射による前記基板からの反射光を検出手段で検出し、該反射光を検出して得た検出信号を処理して前記基板上の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、前記光を照射された基板からの反射光のうち前記チップ内の繰り返しパターンからの回折光による回折パターンを空間フィルターで遮光し、該空間フィルターで遮光されずに通過して前記検出手段で検出された信号を比較対象となる信号と比較して前記空間フィルターで遮光されなかった前記基板上のパターンからの反射光による回折パターンの検出信号を除去して処理する ことにより前記試料上の欠陥を検出するようにした。
【０００９】
【作用】
本発明では、量産ラインに異物及び欠陥検査装置を配置し、実時間サンプリングを実現するものであり、異物モニタリング装置を小型にし、半導体等の基板製造ラインの処理装置の入出力口あるいは処理装置間の搬送系中に載置できるように構成した。
【００１０】
即ち、本発明は、複数の処理装置を備えた量産半導体等の基板製造ラインにおいて、照明アレイから成る斜方照明系とレンズアレイまたはマイクロレンズ群から構成された結像光学系と該結像光学系のフ−リエ変換面に配置された空間フィルタと上記結像光学系の結像位置に配置された検出器とを備えて半導体基板上の異物の発生状況を検出する異物モニタリング装置を、所定の処理装置の入口、または該出口、または複数の処理装置の間の搬送系に設置することにより、板製造工程における該処理装置による基板上の異物欠陥の発生状態を検出することができる。この異物欠陥発生状況を処理し、発生モードを分類することにより、また、発生した異物欠陥の成分を分析することにより異物欠陥発生原因を究明することができる。
【００１１】
これは、従来技術の装置規模が大きいうえに検査時間も長くかかり、これらの従来装置を用いて実時間モニタを実現するには、大規模な装置を数多く並べる必要がありこれは事実上困難であった。現実的には、１ロット、あるいは数ロットあるいは１日毎に１枚の半導体基板を検査するのが限界であった。このような頻度の異物及び欠陥検査では、異物の発生を十分に早く感知したとはいえない。すなわち、量産ラインに対し、理想的な実時間サンプリングには程遠いものであった。そこで本発明の構成をもつ異物欠陥検査装置により、必要にして十分な箇所に必要十分なモニタを設置することにより量産ラインの工程数及び設備を低減することができる。
【００１２】
また、全自動の搬送系上に載置可能な異物検査装置を実現ることにより、人手を介さない検査ラインを構成することができる。
【００１３】
ＬＳＩの量産立上げの主要作業のうちの１つに、これらの異物の発生原因を究明して対策を施す作業があり、それには発生異物を検出して元素種などを分析することが発生原因探求の大きな手がかりになる。一方、量産ラインでは、これらの異物の発生をいち早く感知し対策を施す必要がある。異物発生から異物発生の感知まで時間が経過した場合不良の発生数は大きくなり歩留りは下がる。従って、高い歩留りを維持するためには異物発生からその感知までの経過時間を短縮することが欠かせない。つまり、モニタのサンプリングタイムを短くできる異物欠陥検査装置により、量産ラインでの実時間のサンプリングを可能にし、異物及び欠陥検査の効果を最大限に出すことができる。
【００１４】
本発明では、処理装置の入口、または該出口、または、複数の処理装置の間の搬送系に設置することにより、実時間で半導体基板上の異物の発生状況を検出できる。
【００１５】
また、本発明は、量産立上げ時の評価が円滑、迅速に進むようにサンプリング半導体基板を工夫した異物検出分析システムを用いて異物の発生原因を究明して材料入手時の検査仕様を変更したり設備の発塵源の対策を立て、その結果がそれぞれの材料、プロセス、装置等にフィードバックされて発塵しやすいプロセスの仕様を発塵に対して強い素子の設計仕様とすると同時に、量産ラインの検査、評価の仕様作りに利用され異物の発生しやすい箇所に必要に応じて半導体基板上の異物モニタを設置し、あるいは、特定箇所の特定の異物の増減のみをモニタする仕様とするものである。これにより、半導体製造工程の量産立上げ時には材料、プロセス、装置、設計等の評価、改良（デバック）を行なうために高価で高性能な評価設備により各プロセス、設備等を評価し、量産時には生産ラインの工程数及び設備をできる限り低減し特に検査、評価の項目を減らして設備の費用および検査、評価に要する時間を短縮することができるのである。
【００１６】
上記のように量産立上げ時と量産ラインを分けることにより、量産立上げ時の異物の検出、分析、評価装置を効率よく稼動させることができて量産立上げを迅速にできるとともに、量産ラインで用いられる異物の検査、評価設備を必要最小限の簡便なモニタリング装置にして量産ラインの軽量化が図られる。
【００１７】
また、本発明の上記量産ラインのモニタリング装置において、高速小型でかつ従来の大型の装置と同等の機能を持つ検査装置を現状の技術で解決するために、以下の方法に着目した。まず、メモリの繰り返し性に着目した。従来から繰り返しパターンを除去し欠陥を検出する方法は知られている。この方法は確実に検出性能を確保できる。しかし、この方法は上記のモニタリング装置を実現する上で好都合なことは触れられていない。さらに、この場合のモニタは半導体基板上の全ての点をモニタする必要はなくある特定の比率で半導体基板上を監視していればよく、繰り返しパターンの多いメモリの製造では、このメモリの繰り返し部だけをモニタするだけでも効果は大きいことに着目した。
【００１８】
繰り返しパターンでは、コヒーレント光を照射するとある特定の方向にだけ光が射出する。すなわちメモリの場合は繰り返し部分から特定の方向に射出する光を空間フィルタによって遮光することができ、繰り返して発生することがない異物を高感度で検出することができる。この際、空間フィルタとして液晶を用いれば液晶のオンオフで空間フィルタの形状を任意に変更できるため任意の繰り返しパターンの検査を自動でできることになる。
【００１９】
上記手段で半導体製造時の歩留りが向上するのは以下の理由による。半導体基板上の異物個数の厳密な検出実験により、異物個数は徐々に増減するものではなく、突発的に増減するものであることが新たに判明した。従来は、異物の個数は徐々に増減するものと考えられていたため、上述したようにロットで１枚ないし１日１枚等の頻度で異物等の欠陥について検査されていた。ところが、この検査頻度では突発的な異物の増加が見落とされたり、増加したまましばらくたってから検出されたりすることになり、相当数の不良が発生することになる。すなわち、量産ラインでは異物の発生をいち早く感知し対策を施す必要があり、異物発生から異物発生の感知まで時間が経過した場合不良の発生数は大きくなり歩留りは下がる。従って、異物発生からその感知までの経過時間を短縮することにより高い歩留りを維持することができる。つまり、モニタのサンプリングタイムを短くすること、理想的には、実時間のサンプリングにより、異物等の欠陥についての検査の効果を最大限にだすことができる。
【００２０】
さらに、従来装置では半導体基板を抜き取って検査しており、この際には半導体基板上に新たな異物が付着することになり、やはり歩留りを低下させる。本発明による異物及び欠陥検査装置では半導体基板を抜き取らないで検査できるためこの半導体基板への異物付着による歩留り低下もなくすことができる。
【００２１】
高速小型の異物検査装置を実現する上で、この空間フィルターを用いた方法は従来技術（特開昭６２−８９３３６号公報）に示した偏光検出法より適している理由を図６４、６５、６６を用いて説明する。
【００２２】
試料に光を照明し異物からの散乱光を検出する方法では、試料表面に形成されたパターンからの散乱光がノイズになる。このノイズは、図６４（ｃ）に示したように検出器２００６の画素（１つの信号として検出される最小単位）サイズが大きいほど大きくなる。ノイズ源になるパターンは試料上ほぼ全面に形成されているため、ノイズは画素サイズに比例して大きくなる。
【００２３】
一方で、画素数が多いほど検査時間がかかるため、高速検査を実現するためには画素サイズを大きくする必要がある。したがって、画素サイズを大きくして、ノイズレベルも小さくする必要がある。このノイズレベルを小さくする方法として、小泉他、「ＬＳＩウエハパターンからの反射光の解析」、計測自動制御学会論文集、１７−２、７７／８２（１９８１）に、偏光を利用した方法が解析されている。これによれば、偏光を利用することによって、パターンからの散乱光（ノイズ）を減衰させることができる。ところがこの方法による散乱光の減衰率は、上記論文に解析されている通り、検出器の方向に依存する。このため、結像光学系を用いたように様々な方向に射出した光を集光する場合、それぞれの減衰率を積分すると減衰率は０．１％から０．０１％程度になる。
【００２４】
これに対し、本出願の空間フィルターを用いた方法では、減衰率を０．００１％から０．０００１％にできる。この理由を図６５、図６６を用いて説明する。
【００２５】
繰り返しパターンの形成されたウエハ２００１を照明光２００２で照明し、照明した領域をレンズ系２００３、２００５を用いて検出器２００６に結像する。ここで、空間フィルター２００４を載置したフーリエ変換面でのパターンからの射出光の強度分布を図６６に示す。繰り返しパターンからの射出光はパターンのピッチに応じた位置に集中する。この集中の比率を算出した例として、複スリットの場合の回折光強度分布が久保田宏著、「応用光学」（岩波）に説明されている。これによれば、スリットの数（本出願では同時に照明される繰り返しパターンの数）が多くなれば、集中の比率が大きくなる。この比率はフーリエ変換Ｆ［］を用いても算出できる。照明されたパターンの形状をａ（ｘ，ｙ）とすると、空間フィルターの位置の光強度分布はＦ［ａ（ｘ，ｙ）］となる。空間フィルターの形状をｐ（ｕ，ｖ）とすると、ｐ（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］が、空間フィルターを通過する光となる。また空間フィルターに相補的な図形の形状を￣ｐ（ｕ，ｖ）とすると、￣ｐ（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］は、空間フィルターによって遮光される光成分である。この２つの成分の比率が先の減衰率になる。
【００２６】
パターンの繰り返し数が３の時のこの減衰率を算出すると０．００１％程度である。繰り返し数が５の時０．０００１％程度になり、さらに繰り返し数を多くすれば減衰率は低下する。従って、偏光を用いるよりも減衰率を低できることになる。
【００２７】
以上の計算は、パターン形状及びその他の条件が理想的な場合であって、現実の実験結果とは必ずしも一致しない可能性がある。しかしながら、偏光方式よりも１桁から３桁減衰率が低下し、パターンノイズを低減できるという実験結果を得ている。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明のオンラインモニターの具体的実施例の構成をを図１から図７を用いて説明する。
【００２９】
本実施例は、図１に示すように、照明手段１０２、検出光学系１０３、回転合わせ機構１０５、空間フィルターユニット１０６、検出器１０７、回転検出手段１０８、オペアンプ２０１、Ａ／Ｄ変換器２０２より構成される検出ヘッド１０１、ピッチ検出手段２１２、オペレータ処理系２０３、異物データメモリ２０６、パターンメモリ２０８、ソフト処理系２１０、パラメータ伝達手段２０９、異物メモリ２１１、座標データ作成手段２３２、マイクロコンピュータ２２９、表示手段２３０より構成される。
【００３０】
また、図２に示すように、照明手段１０２は、半導体レーザ１１２、コリメータレンズ１１３、凹レンズ１１４、レシーバレンズ１１５よりなるビームエキスパンダ、シリンドリカルレンズ１１６、ミラー１１８より構成され、検出光学系は、フーリエ変換レンズ１０８、空間フィルターユニット１０６、回転検出手段１０８、フーリエ変換レンズ１１１より構成される。
【００３１】
また、図３に示すように、空間フィルターユニット１０６は、コイルばね１２１、１２２、複数の直線状空間フィルター１４１、コイルばね支え１１９、１２０、ガイド１２５、右ねじ部１２７、左ねじ部１２８を有するねじ１２６、ウオームギア１２９、１３０、モータ１４０より構成される。また、空間フィルターユニット１０６には、回転検出用の検出器１２３、１２４が設置されている。
【００３２】
また、図４に示すように、オペレータ処理系２０３は、４画素加算手段２１４、８値化手段２１５、複数のラインメモリ２１６からなる切り出し手段２０４、バッファメモリ２１７、判定画素切り出し手段２１８、オペレータ切り出し手段２１９、２３１、複数の異物比較回路２２０よりなる比較回路群、しきい値設定回路２２１、ＯＲ回路２２４、ＡＮＤ回路２２６より構成される。
【００３３】
また、図５に示すように、ピッチ検出手段２１２は、ＦＦＴ回路２４２、オペレータピッチ算出手段２４１、フィルターピッチ算出手段２４４、空間フィルター制御系２４３より構成される。
【００３４】
また、図６に示すように、回転合わせ機構１０５は、回転ガイド１５１、回転バー１５２、ばね１５３、ピエゾ素子１５４、ピエゾ素子コントローラー１５５、架台１５６より構成される。
【００３５】
（関係）
基板１は照明手段１０２で照明され、表面の異物、欠陥あるいはパターンからの散乱光あるいは回折光が取り込まれ、空間フィルターユニット１０６で光学的なフィルターリング処理が施され、検出光学系１０３内の検出器１０７で検出される。検出された信号は検出ヘッド１０１内のオペアンプ２０１でインピーダンスの大きなノイズののりにくい信号に増幅され、Ａ／Ｄ変換器２０２でデジタル信号に変換されてオペレータ処理系２０３に伝送される。回転検出手段１０８で基板１の回転方向が計測され、回転制御手段２１３で制御される回転合わせ機構１０５で基板１に対して予め回転方向が合わせられる。また、検出光学系は１０３は、十分大きな焦点深度を有するため、基板１を搬送系（図示せず。）で機械精度で搬送してくれば、自動焦点合わせは基本的には不要である。具体的には、約８００ｎｍの波長を用い開口数０．０８の場合、焦点深度は約±１００ミクロンで有る。もちろん、自動焦点機構を持っても問題ない。
【００３６】
ピッチ検出手段２１２では、検出信号から基板１上のパターンの繰り返しピッチ、及びチップのピッチが計測される。オペレータ処理系２０３でパラメータ伝達手段２０９により伝達されたチップの繰り返しピッチ等の情報を基に、チップピッチの繰り返し性を利用してパターン情報が除去される。結果は、異物データメモリ２０６、パターンメモリ２０８に格納され、さらに、パラメータ伝達手段２０９により伝達されたテストエレメントグループの位置座標チップの繰り返しピッチ等の情報を基に、チップ間の繰り返し性を持たないテストエレメントグループ等のパターン情報がソフト処理系２１０で除去され、異物メモリ２１１に格納される。ここで、座標データ作成手段２３２により、座標データが作成され、異物情報と同時に必要に応じ格納される。以上の処理は、マイクロコンピュータ２２９により管理され、表示手段２３０より表示される。
【００３７】
また、図２に示すように、照明手段１０２では、半導体レーザ１１２からの光が、コリメータレンズ１１３、凹レンズ１１４、レシーバレンズ１１５により平面波としてコリメートされ、シリンドリカルレンズ１１６、ミラー１１８を通して基板１上を照明する。ここで、シリンドリカルレンズ１１６により、照明は、図に示すように、ｘ方向のみコリメートされ、ｙ方向は基板上で集光される。検出光学系１０３では、フーリエ変換レンズ１１０でフーリエ変換された光束が空間フィルターユニット１０６により光学的なフィルタリング処理が施され、さらにフーリエ変換レンズ１１１より検出器１０７上に基板上の像が結像される。
【００３８】
また、図３に示すように、空間フィルターユニット１０６では、ガイド１２５にガイドされながら、右ねじ部１２７、左ねじ部１２８を有するねじ１２６の回転により移動するコイルばね支え１１９、１２０により、コイルばね１２１、１２２、のコイル間に渡された黒色の直線状空間フィルター１４１間のピッチが変化させられる。動力は、ウオームギア１２９、１３０を介して、モータ１４０より供給される。
【００３９】
また、空間フィルターユニット１０６上に設置された回転検出用の検出器１２３、１２４により基板の検出ヘッド１０１に対する基板１の回転方向に傾きが計測される。この図３は図の見やすさの点から、検出光が上方２の方向から入射するように記述してある。
【００４０】
また、図４に示すオペレータ処理系２０３では、検出信号の周囲の画素２ｘ２が４画素加算手段２１４により加算され平均化される。この処理は、平均化による安定検出が目的であるが、検出性能（検出感度）自体はやや落ちるため、必要に応じバイパスできるようバイパス手段が設置されている。加算された信号は、８値化手段２１５により８値化され、複数のラインメモリ２１６からなる切り出し手段２０４を通して２次元の画像データとしてバッファメモリ２１７に格納される。格納された後、判定画素切り出し手段２１８、オペレータ切り出し手段２１９、２３１、により、２次元の画像データの中から必要なデータが切り出され、比較回路２１９に送られる。ここで、検出器１０７は高速のステージ走査による高速検出が可能なように１次元のリニアセンサを用いている。この検出器１０７からのデータを２次元画像に変換するのがラインメモリ２１６とバッファメモリ２１７であり、検出器１０７からの信号が１画素ずつ送られる度に画像全体がｘ方向に１画素ずつ移動する。いわゆるパイプライン処理で有る。複数の異物比較回路２２０よりなる比較回路群、閾値設定回路２２１、ＯＲ回路２２４、ＡＮＤ回路２２６により、後に説明する論理により異物信号が抽出される。
【００４１】
また、図５に示すピッチ検出手段２１２では、ＦＦＴ回路２４２により検出画像のフーリエ変換処理が施され、この結果からオペレータピッチ算出手段２４１によりオペレータピッチが、フィルターピッチ算出手段２４４により空間フィルターピッチが算出され、空間フィルター制御系２４３及びオペレータ切り出し手段２１９、２３１に送られる。
【００４２】
また、図６に示す回転合わせ機構１０５では、回転ガイド１５１をガイドとして、回転バー１５２を設置した検出光学系ヘッド１０１が、回転検出手段１０８からの情報を基に、ピエゾ素子コントローラー１５５により制御されるピエゾ素子１５４の伸縮により回転制御される。ばね１５３は、ピエゾ素子１５４と回転バー１５２が接するように設置されたもので有り、ばね１５３をなくして、ピエゾ素子１５４と回転バー１５２を直接固定しても差しつかえない。この構成により架台１５６上に設置された、回転ガイド１５１に対して検出光学系ヘッド１０１が回転制御される。ここでは、ピエゾ素子を用いた駆動系を示したが、必ずしもピエゾ素子である必要はなく、回転モータを用いた直線移動機構を構成しても、回転ガイド１５１自体として回転駆動可能なモータを用いても、また、超音波を用いたようなその他の、回転、直線駆動機構であっても差しつかえない。ここでピエゾ素子を用いたのは、ピエゾ素子１５４が小型で、高精度の駆動性能を有するからである。
【００４３】
（原理）
本発明のパラメータ圧縮型空間フィルター（ＰＲＥＳ（Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｐａｔｉａｌ）フィルター）の原理について説明する。
【００４４】
従来からウエハ表面のパターンの繰り返し性を用いて、非繰り返し性を有する異物あるいは欠陥を検出しようとする技術が開示されている。しかしながら繰り返し性を有するパターンとは言っても繰り返し周期、基本パターンの形状によって回折パターンの形状は異なる。そのため、対象となる繰り返しパターンの形状に合わせて遮光板であるところの空間フィルターの形状を変えなくてはならなかった。この空間フィルターの変更方法として、写真乾板を用いた方法などが開示されている。これらの方法では、対象に応じた空間フィルターを作成するのに時間がかかったり、大規模の装置が必要だったりした。
【００４５】
具体的には図７（ａ）に示すように斜方からコヒーレント光すなわち平面波で照明した場合、例えば図７（ｂ），（ｃ）に示すような回折パターンがフーリエ変換の位置で観察されたとする。この場合、基板上のパターンのピッチが変わった時、回折パターンのピッチｐｘ、ｐｙのみならず、全体の位相φが変化する。
【００４６】
さらに基板上パターンの基本形状が変わると回折パターンを形成する点パターンの配置が変化する。すなわち、フーリエ変換面状の回折パターンを記述するパラメータが多くパターン形状に対応するのは困難であった。
【００４７】
ここで、図８（ａ），（ｂ）に示したような平面波ではなく、図８（ｄ），（ｃ）に示すようなｘ方向には試料１上で絞り込み、ｙ方向はコヒーレントすなわち平面波を照明した場合を考える。この場合、フーリエ変換面ではｕ軸方向には結像せずｕ軸方向に圧縮された形状の回折パターンとなる。結果的に、空間フィルター１０６はｖ軸方向だけの１次元のパラメータに圧縮されたことになる。ここで、圧縮された回折パターンのｖ軸方向のピッチｐは基板表面で照明されている領域のｙ軸方向のピッチに応じたピッチとなる。また、１本１本の線上の回折パターンの太さｗは前側フーリエ変換レンズ１１０のフーリエ変換面への開口数ｓｉｎβにより決定される。具体的には、照明系１０２の射出側開口数と前側フーリエ変換レンズ１１０の開口数により決定される。従って、照明系１０２及びフーリエ変換レンズ１１０が決定されれば決まるものであって、検査対象である基板１上のパターンの影響を受けない。しかしながら、照明の開口数を変える場合などもあり、直線状空間フィルター１０６の幅は可変であるほうがよい場合もある。
【００４８】
また、実際には、高速の検査を実現するためには、検出器１０７としてステージ（図示せず）の連続走査が可能な１次元のイメージセンサーが適している。この１次元のイメージセンサを用いた場合、照明の効率を向上するには１次元のセンサの形状すなわち試料１表面上で直線状の照明が適している。このような照明を実現するためには、少なくても１方向を絞り込む必要がある。すなわち、１方向コヒーレント照明は、照明強度の効率向上のためにも大きな効果を有する。
【００４９】
以上説明したように、従来基板上のパターンの形状は千差万別であり、この千差万別のパターンに対応するにはそれぞれのパターンに応じた空間フィルターが必要とされていた。しかしながら本発明によれば、これら千差万別の空間フィルターも見方を変えればピッチｐのみの関数と考えることができ、多次元のパラメータを持つ空間フィルターが１次元に圧縮されたことになる。このように空間フィルターのパラメータの次元を圧縮することにより複雑な形状のため形状変化への対応がむずかしかった空間フィルターを単純化して、全ての繰り返しパターンに対応可能にすることができる。
【００５０】
以上の構成は、ウエハあるいは液晶表示素子などの上の異物あるいは欠陥を検出するばかりではなく、繰り返し性を有するパターンから非繰り返し性を有する部分を検出すべきあらゆる検査対象に適用可能である。具体的には、半導体マスク、レチクル、半導体行程を用いるマイクロマシニング部品、その他のマイクロマシニング部品、プリント基板などに適用可能である。本発明はこれら対象を検査する際に、対象毎に空間フィルターを交換することなしに空間フィルターリング技術を適用しながら、照度の高い照明を実現することによって、高速の検査を実現するものである。
【００５１】
（空間フィルター制御、オペレータピッチ制御）
図９（ａ），（ｂ）に基づいて（Ａ）空間フィルター１０６によるパターン消去方法とオペレータピッチ処理系２０３における（Ｂ）ショット比較オペレータによるパターン消去方法とソフト処理系２１０（２０６〜２１１）等における（Ｃ）ソフトにＴＥＧパターン消去方法について説明する。本発明では、数百ミクロンピッチ以下のセルの繰り返し性を空間フィルター１０６を用いてパターン消去し、オペレータ処理系２０３（２１７）による（Ｂ）ショット比較オペレータによる数百ミクロンピッチ以上の繰り返しを隣接するチップ間（場合によっては、１回の露光を意味するショト間）の繰り返し性を用いてパターン消去し、さらに繰り返し性を持たないチップ（ＴＥＧパターン）はソフト処理系２１０（２０６〜２１１）等において座標・マトリクスデータを用い検査しないようにデータを消去する構成をとっている。
【００５２】
ここで、それぞれの消去の際にそれぞれ必要なパラメータがある。空間フィルター１０６による消去の際には空間フィルターピッチ、チップ間繰り返しによる消去の際にはチップ間ピッチ、繰り返しを持たないチップ（ＴＥＧパターン）の消去の際にはチップの位置情報がそれぞれ必要になる。従って、本発明の検出ヘッド１０１は、最低２チップを同時に検出できるのが望ましい。
【００５３】
即ち、検出ヘッド１０１の検出光学系１０３の視野サイズが最低２チップの長さ以上の長さが必要になる。もちろんこの視野サイズがあれば望ましいというだけのものであって、複数設置される検出ヘッド１０１の位置関係を正確に知っておき、この位置関係をパラメータ伝達手段２０９に記憶させておき、オペレータ処理系２０３等で複数の検出ヘッド１０１間でこの比較処理を実施する場合は、視野サイズが２チップ以上ある必要はない。但し、光学系（検出ヘッド）１０１の必要精度、オペレータ処理系２０３およびソフト処理系２１０におけるデータ処理のための回路系の複雑さを考慮すると視野サイズが２チップ以上の大きさを有しているのが望ましい。
【００５４】
また、ここでは、２チップ以上として説明したが、ステッパによりウエハ１上へパターンを転写する際に、マスクとして用いるレチクル上に２チップ以上のチップが書き込まれている場合は、これらのチップ間にテストエレメントグループ（ＴＥＧ）と呼ばれるパターンが書き込まれている場合が多く、これらのパターンも消去するためには、上記繰り返しピッチを用いて消去する際に、チップ間のピッチを用いるのでなく、ショット（１回の露光で焼き付けられるパターン、レチクル上のパターン）間のピッチ（パラメータ伝達手段２０９に記憶される。）を用いる必要がある。もちろんこの方法も必ずしも必要なものではなく、これら１ショット内に形成されたＴＥＧパターンは、後の処理で消去されても問題ない。
【００５５】
これらの情報は基板１に対応させて事前に測定されてパラメータ伝達手段２０９に記憶、される。この記憶された情報の中から、基板に対応するパラメータが選択され、本発明の異物欠陥検査装置（ソフト処理系２１０およびパラメータ伝達手段２０９を介してオペレータ処理系２０３）にフィードバックされる。従って、この方法を、用いる際には基板を同定する必要がある。この同定を目的にして基板には基板に対応した番号あるいは記号が記載されている。検査に先だってこの記号を読み取り、番号から基板に製品版号、ロット番号、品種を知り、本発明の異物検査装置が設置されている個所のデータから工程を知り、パラメータ伝達手段２０９を介してピッチ検出手段２１２に設定して空間フィルター１０６のピッチ、閾値の値を設定しても良い。
【００５６】
また本発明の異物欠陥方法を実現するに当たっては、必ずしも、パラメータを上記説明したように取得し上記のように本発明の装置に送る必要はない。むしろ以下説明するように、本発明の装置により独自に取得される場合の方が望ましい場合もある。上記の方法では、事前に入力するパラメータの値を知っておく必要があるが、独自に取得される場合はそのような手間がいらないからである。またもちろん、基板に記載された番号を読む必要も無くなる。
【００５７】
本発明では、上記説明したように、複雑な背景パターンを有する基板上に付着した異物あるいは欠陥と背景パターンとを区別して異物あるいは欠陥を抽出して検出するために３段階のパターン除去機能を有している。このパターン除去機能は、事実上パターンと判断された個所は検査対象とせず捨ててしまうことになる。具体的には、数百ミクロンピッチ以下の繰り返しを空間フィルター１０６で消去し、パラメータ伝達手段２０９を介して与えられるパラメータに基づいてオペレータ処理系２０３において数百ミクロンピッチ以上の繰り返しをチップ間の繰り返し性を用いて消去し、さらに繰り返し性を持たないチップはパラメータ伝達手段２０９に記憶された座標・マトリクスデータに基づいてソフト処理系２１０等で検査しないようにデータを消去する構成をとっている。
【００５８】
このようにパターンが形成されている領域を検査対象から外してしまうのは、以下の理由による。パターンが形成されていても、隣接するチップには同じ形状を持ち、同じ射出方向に同じ光量を射出するパターンが形成されている。従って、この２つのパターンからの光の検出光強度を比較すれば、空間フィルター１０６で消去できない形状のパターンが形成されている領域でも異物あるいは欠陥の検査が可能となる筈である。しかしながら、これらのパターンは特に散乱光を検出する場合、検出光の強度は不安定になりやすく、上記説明した、比較によるパターン除去を実施すると虚報（異物でないパターン情報が異物として検出されてしまう。）が、多くなる。そこで、パターンが形成されている領域を検査対象から外してしまうのがむしろ有効になることがあるのである。すなわち、安定性を考えて、特に散乱光を検出する場合、複雑なパターンが形成されている領域を検査対象から外してしまうか、隣接するチップパターンからの光の検出光強度を比較することで異物検査するか決定されるべきである。
【００５９】
（パラメータの取得方法）
以下、具体的なパラメータの取得方法を図１０を用いて説明する。検出光学系１０１がウエハ１の繰り返しパターンを取り込める位置にウエハ１が搬送された次点で、空間フィルター制御系２４３が空間フィルター１０６のピッチを最大位置から最小位置まで変化させる。この時、１次元検出器１０７に取り込まれた信号を全画素加算回路２４５は、各画素の値が全て加算され、この加算値がピッチの変化に対して最小となる位置のピッチがピッチ算出回路２４６により選択される。この値が、空間フィルター駆動機構１０６’に送られ、空間フィルター１０６が所定のピッチに設定される。
【００６０】
また、この空間フィルター１０６のピッチの選択に当たっては、このように空間フィルター１０６を変化させなくても、図５に示す周波数分析を実施しても算出できる。検出光学系１０１がウエハ１の繰り返しパターンを取り込める位置にウエハ１が搬送された次点での検出器１０７が検出した信号をＦＦＴ回路２４２により周波数分析し、この周波数分析の結果から、空間フィルターピッチ算出手段２４４により周波数領域でピークとなる空間周波数になるように空間フィルターのピッチが選択される。この値が空間フィルター制御系２４３を介して空間フィルター駆動機構１０６’に送られ、空間フィルター１０６が所定のピッチに設定される。この周波数分析に当たっては、高速フーリエ変換が処理速度等から最も望ましいが、必ずしも高速フーリエ変換である必要はなく他のアダマール変換、積分による周波数解析、自己相関関数演算による方法等の方法であって問題ない。またこの周波数解析による方法では、空間フィルターのピッチだけでなく、空間フィルターで除去できない成分を除去するための方法のためのチップ間ピッチ（オペレータピッチ）も、オペレータピッチ算出手段２４１により同時に演算処理される。このチップ間ピッチは、周波数解析で算出されたものかつ検出光学系の視野の１／２より小さいもののうち最大のものを用いるのが望ましい。これは、最大のものが以下説明するショット間ピッチに相当するばあいが多いからである。
【００６１】
以上のように検査のためのパラメータの値が設定された後で、検査が実施される。
【００６２】
以上説明した方法は、搬送中のウエハ１の最初の部分は異物検査ができないという問題を有している。一方で、検査装置を他の信号伝達システムに対して独立させることができると言う効果を有する。
【００６３】
（テレセントリック光学系）
本発明では、上記説明したように、数百ミクロンピッチ以下の繰り返しを空間フィルター１０６で消去し、数百ミクロンピッチ以上の繰り返しをチップ間の繰り返し性を用いて消去し、さらに繰り返し性を持たないチップは検査しないようにデータを消去する構成をとっている。ここで、チップ間の繰り返し性を利用してチップのパターンの検出信号を消去する為に、チップ間の検出信号を比較してある値より差の大きいときは異物として検出する構成をとっている。つまり、隣接するチップないのパターンからの散乱光あるいは回折光は強度が等しいことを前提にしている。そこで、隣接するチップの対応する位置からの光を安定して検出する必要がある。ところが、パターンからの回折光は指向性があるため、視野が広く視野内の各位置からレンズを見込む角度が大きく異なるような場合、この指向性により視野内の位置により光強度が異なってしまう。
【００６４】
ここで、テレセントリック光学系１０３’は、対象物１上の各点からの主光線を互いに平行にすることによって、焦点位置がずれた場合でも結像の倍率が変わらないように開発された技術である。このテレセントリック光学系１０３’を本発明に用いることによって上記の異物からの散乱光あるいは回折光の指向性による検出光強度の変化を対策して、対象物の各点からの検出光の強度を安定して一定に保つことができる。本発明により、対象物１の全ての点で同じ方向から照明して、全ての点で同じ方向から検出できるためパターンからの回折光あるいは散乱光に指向性があった場合でもパターンの形状が同じであれば検出光の強度は同じになるからである。
【００６５】
このように、倍率を変化させるのは画素サイズを変えるためである。画素サイズを大きくすると、１つの信号として検出する領域が大きくなるため結果として検査速度を早くできるが、検出系の分解能は落ちるため、ちいさな異物あるいは欠陥の検出が難しくなる。逆に、画素サイズを小さくすると分解能が高くなり、より小さな欠陥あるいは異物を検査できるようになるが、検査時間は長くかかってしまう。もちろんこの場合、光学系の分解能も高くする必要が有る。
【００６６】
レンズの交換機構について図１１を用いて説明する。本実施例では、以上説明したように、１対１の結像倍率のテレセントリック光学系１０３’を用いている。本発明の効果を十分に得るためにはテレセントリックであることが重要であり、図１１（ａ）に示すように１対１の倍率である必要はない。従って、他の倍率の光学系を用いることもでき、この他の倍率の光学系を実現するに当たって、図１１（ｂ）に示すように、空間フィルターを挟んだ２つのフーリエ変換レンズ１１０、１１１の一方、（具体的には物体側のレンズが最適であるが、）をフーリエ変換レンズ１６１に交換することで倍率を変更できる。この様な構成により、像側のレンズ１１１及び検出器１０７を交換する必要がなくなるため、結果的に倍率の異なる光学系を安価に供給できることになる。
【００６７】
以上のように、テレセントリック光学系１０３’、あるいは基板１上の各点から射出する主光線が検出光学系１０３の瞳（空間フィルター１０６が配置された面）の中央を通る光学系は、空間フィルター１０６を用いる異物欠陥検査装置に用いると大きな効果が期待できるが、必ずしも、空間フィルター１０６を用いる場合だけでなく、空間フィルター１０６を用いない欠陥異物検査に適応しても、検出高強度を安定して検出できるという効果を生む。特に、視野の大きな光学系を用いる場合、有効である。
【００６８】
（ＰＲＥＳフィルター基本概念）
以上説明したように、本発明によるＰＲＥＳフィルターは、テレセントリック型の検出レンズと、片軸のみコヒーレントな照明系と併用すると最大の効果を発揮できるが、本発明の本来の目的である空間フィルター１０６を用いた異物等の欠陥検査装置を実現するに際しては、必ずしもこれらと併用する必要はない。照明を片側のみコヒーレントにするのは空間フィルターを用いる際コヒーレントが必要であり、片側で十分であるからである。さらに、片側がコヒーレントでないことにより、物体上で照明光束を絞り込むことができ、照明強度を大きくできるという効果がある。逆に言えば、照明光強度を十分に得られる場合は、照明はｘ方向ｙ方向両側ともコヒーレントであっても差しつかえない。つまり、本発明の本質は、１次元に圧縮して空間フィルター１０６であっても基板（ウエハ）１の回転方向を合わせることにより空間フィルターリングが可能になるところにある。
【００６９】
ここでさらに重要なのは、照明手段１０２により斜めから照明する場合、空間フィルターのパラメータを一つにするには、直線状空間フィルター１０６を照明の入射面に平行にすることであり、片側のみをコヒーレントにした照明を用いることではない。即ち、照明の入射面と直線状空間フィルターの長手方向と基板（ウエハ）上パターンの繰り返し方向を合わせることが本質である。
【００７０】
また、パラメータを１つにする必要がない場合は、直線状空間フィルターを照明の入射面に平行にする必要もなく、直線状空間フィルターを用い、ピッチと位相あるいはピッチと回転方向を合わせることで全てのパターンに対応できる空間フィルターが構成できる。更に上方からの照明に対しては、照明の入射面と直線状空間フィルターの方向はは常に一致するため空間フィルターと基板（ウエハ）上パターンの繰り返し方向のみを合わせれば良いという効果もある。
【００７１】
しかしながら、上記いずれの場合も、照明に直線状の形状のビームを用いたり、検出器１０７を１次元センサを用いたりしている場合は、この方向も合わせる必要が出る。しかし、この場合の合わせは、照明の均一性を得るためであり、或いはチップ間繰り返しを利用して、大きな周期の繰り返しを除去するためであり、空間フィルターにより小さい周期のパターン情報を消去する上では、必要ないことである。
【００７２】
光学系のテレセントリック検出光学系１０３’もここでは両テレセントリック光学系を示したが、必ずしも両テレセントリックである必要はなく、少なくとも物体側がテレセントリックで有ればよい。また、テレセントリックでなくても、基板上の各点での照明系１０２の主光線、即ち基板上の各点からの０次回折光が検出光学系の瞳面（空間フィルターの設置している面）の中央を通るようにしてあればよい。この様な構成でも各点のパターンからの０次回折光の分布によるパターン出力の変動を回避できる。しかしながら、パターンへの照明の入射方向が異なるようになるため、この方法は上記のテレセントリック光学系に比べると性能は幾分低下する。しかし、対象によっては、この方法で十分な場合もある。
【００７３】
更に、基板上の各点での照明系の主光線、即ち物体上の各点からの０次回折光が検出光学系の瞳（空間フィルターの設置している面）の中央を通るようにしなくても、即ち通常の高視野レンズを用いても、本発明の本来の目的である空間フィルターを用いた異物等の欠陥検査装置を実現することができる。
【００７４】
（事前にθを測定する方法）
以上の、検査装置では、検査装置をウエハあるいは基板の角度に合わせる必要がある。具体的には、基板上に形成されたパターンの繰り返し方向に垂直あるいは平行に検出器及び照明の光軸を設定する必要がある。これを実現するために、基板の搬送時の角度を角度検出機構で高精度に検出して、その結果により検出光学系全体を基板の面の法線を軸として回転させ、パターンの方向と検出器の方向を一致させる。
【００７５】
具体的な構成を図１２に示す。図１２（ａ）は、フーリエ変換面に構成される空間フィルターユニット１０６と回転方向検出器１２３、１２４の配置を示し、検出光学系１０３を基板側から見た図であり、直線状空間フィルター１４１、瞳大きさを制限するための絞り１４２も同時に示している。検出光学系１０３は開口数がやや大きく作ってあり、パラメータが圧縮された基板１からの回折パターンが絞り１４２の外側にはみ出し、検出器１２３、１２４で検出される。そこで、検出器１２３、１２４により、回折パターンの内０次回折光を検出し、そのピーク位置の変動を検出すれば、基板１に対する、検出光学系ヘッド１０１の回転方向が計測される。具体的には、２つの検出器１２３、１２４の間隔をＬｐ、検出器１２３、１２４中心からの検出された、回折光のピーク位置間での距離をｈｐ１、ｈｐ２とする。回転位置がずれている際の回折光はフーリエ変換面で図１２（ｂ）のような形状を示すため、回転角度θｐは概ね以下の（数１）式で示される。図１２（ｂ）はフーリエ変換面を含む球面をフーリエ変換面の方向から見たもので、円３は、上記球面と基板面の光線を示し、円４は上記球面と瞳面１４２の光線を示し、点５は照明光の０次回折光即ち反射光と上記球面の交点を示す。
【００７６】
【数１】
ｓｉｎθｐ＝ｈｐ１／Ｌｐ （数１）
ここで、厳密には、回折光ピッチＬｄｐが未知数であるため、既知の微小回転角度θｋだけ回転した位置で、回折光のピーク位置間での距離を計測仕直し、ｈｐ１１、ｈｐ２１として、連立方程式を立てれば、Ｌｐｄ及び、θｐが算出できる。また、別の方法として、ｈｐ１、ｈｐ２が共に０になるように、θを回転させながら合わせ込む方法もある。
【００７７】
ここで、検出光学系１０３の方向を検出し安い方向に回転させる際には、基板１上に形成されたパターンを空間フィルターによって消去するのが目的であるため、必ずしも光学系１０１全体を回転する必要はなく空間フィルター１０６を回転しても良い。また、光学系１０１の回転に当たっては、いくつかのユニットを同時に回転させても、また、各ユニットごとに回転させても問題ない。
【００７８】
この構成で重要なのは、ウエハあるいは基板１を支持するステージを回転せずに基板との回転合わせは検出光学系１０１の可動で対応している点である。ここでは、本発明による異物検出装置が、基板（ウエハ）１の流れの方向に対して完全に垂直でなくても検出可能な構成になっているから実現できる物である。また、基板１の回転に対しては光学系１０１の回転で対応し、基板１に対する光学系１０１の走査には基板１の搬送系（図示せず）を用いることで、２つの自由度を２つの機構に独立に持たせることで、それぞれの機構を単純化している点が重要である。
【００７９】
また、角度検出機構１０８は図１２に示したような方法をとらずに、検出器１０７により取り込んだ画像から、基板１上に形成されたパターンの方向を算出してもよい。この場合、実時間の計測が難しいが、検出器１２３、１２４などの機構が不要になるという効果がある。
【００８０】
更には、図１３に示したように、検出ヘッド１０１内に実装されるのでなく、搬送中の基板に対して、予め計測を澄ませてしまう構成であってもよい。また、検出結果は、回転機構１８１により、検出ヘッド１０１あるいは検出ヘッドアレイ１８０を回転して回転ずれを合わせる。このような構成では、事前に計測がすんでいるため、基板全域に対して検査可能になるという効果がある。また、この際の回転検出ヘッド１６２は、上記説明した、回折光を検出するものであっても、基板１の像を結像し処理しても、あるいは他のセンサで例えばウエハのオリフラ等の基板１のエッヂを検出してもよい。
【００８１】
以上、角度検出、基板搬送は、本発明の実施例では、直線状に搬送される場合を示しているが、かならずしもこれに限定されるものではなく、回転機構、回転のアーム等にも適用可能である。但し、このような回転アームの場合は、検出光学系１０１の検出エリアの長て方向が回転アームの中心軸を通るように設定されているのが望ましい。このように構成することで、本発明を回転系の搬送機構にも全く意識なしに適用できるものである。
【００８２】
（光学系の回転制御）
本発明では、空間フィルター１０６を用いているため、基板１と光学系１０１の回転方向の位置あわせが必要になる。この回転合わせは、他のパラメータの設定に対して事前になされるのが望ましい。本発明では、図３および図１２あるいは図１３に示したようにウエハ回転検出光学系１２３、１２４或いは１６２を有している。この光学系１２３、１２４或いは１６２は、搬送中の基板１の最初の部分でウエハの回転ずれを検出し、この検出結果を光学系回転機構１８１に送りこの情報をもとに光学系１０１または１８０を回転する。回転合せ機構１０５を図６に示す。
【００８３】
また、この回転ずれ検出結果をもとに光学系１０１または１８０を回転するのでなく、電気処理により回転をずれを補正することができる。図４に示す如く、バッファメモリ２１７に切り出された矩形オペレータを、検出されたウエハの回転ずれに合わせてθ方向にシフトさせることにより、あたかも基板（ウエハ）１の回転ずれを機械的に補正したような効果をうむ。この方法は、光学系１０１または１８０を動かす必要がないため補正にかかる時間を短縮できるという効果を有する。また、この回路を用いることによって、回転ずれθを計測せずに、オペレータ２１９、２３１をθ方向に常時移動させ、最も検出異物が少なくなるような条件で（この条件が基板１と検出ヘッド１０１の回転ずれがない状態に当たる）検査を続けるという方法もある。この方法は高速の信号処理系を有することは言うまでもない。あるいは、高速の信号処理系を用いずとも、事前に上記説明した方法で上記条件を設定し、その後、検査することで、あたかも基板（ウエハ）１の回転ずれを機械的に補正したように検査を実施することができる。
【００８４】
勿論、ここで開示した方法は、必ずしも必要なものではなく、例えば、縮小投影露光装置に搬入されるように、基板（ウエハ）１の回転ずれを搬送方向に対して有る一定の許容範囲で機械的に合わせた後、搬送される場合は、上記の如く検出制御系は必要ない。
【００８５】
（ログスケールしきい値）
図１４に空間フィルター等光学的な処理方法を前処理として用いた場合の比較検査と、このような処理を用いずに電気信号だけで比較検査を実施したときの検出信号の様子を図１４に模式的にに示す。空間フィルター１０６による方法はパターン部内の欠陥の情報をなくさずにパターンの情報のみを除去できるが、チップ比較による方法は異物および欠陥情報とパターンの情報を重ね合わせた形で検出し、電気信号としているため、光電変換時のダイナミックレンジの範囲でしか異物欠陥信号を検出できない。つまりパターン信号が極めて大きく異物欠陥信号が極めて小さい場合にはパターン信号に異物欠陥信号がうずもれてしまい、異物欠陥信号をパターン信号から区別して検出することは難しい。
【００８６】
図１４は、横軸に、検出位置を示し、縦軸に検出信号強度を示す。左側に、異物あるいは異物欠陥情報４を含んだ信号１８、右側に比較対象になる異物欠陥情報を含まない信号１９を示す。ここで、一つの信号として検出する画素サイズを１３として検出した場合、斜線を施した、１６と１７の面積に相当する検出光が検出される。この場合異物欠陥情報４が総面積に対して小さいため、この２つの検出信号１６、１７の比較は安定してできない。具体的にはノイズに埋もれてしまう。この場合、照明の光強度等を大きくしても、異物欠陥情報４を検出可能とするには大きなダイナミックレンジの検出器が必要になる。ここで、画素サイズを１３から１４にすると検出信号は７と８のなり、異物欠陥情報４は比較により検出できるようになる。画素サイズを小さくすることはこのような効果を生むわけである。これとは逆に、検出信号１８、１９を安定して（電気信号等に変えずに本質的な比較で）オフセットを消去できれば、具体的には検出信号を例えば１０の位置以上できって検出できれば、検出信号は５と６になり比較検査できるレベルになる。この場合は、画素サイズはさきの１３のままで有るので、大画素による高速検出が可能になる。照明の光強度等を大きくすれば、小さなダイナミックレンジの検出器でも異物等の欠陥情報４を検出できる。本発明の空間フィルター１０６を用いた方法は上記の画素１３を用いたままで、微小な異物欠陥情報４を検出することにある。
【００８７】
以上説明したように、光学系の工夫等で比較すべき隣接チップ間の部内のパターン信号を極めて安定にできたとしても光強度を１：１００あるいは１：１０００程度のダイナミックレンジで検出するのが限界である。従って、さらにこれ以上のダイナミックレンジを必要とするように異物欠陥信号が小さかったり、パターン信号が大きかったりした場合、隣接チップ間の信号強度を比較することにより何方かの信号に異物欠陥信号が含まれているか含まれていないかを判断することはできない。パターンの信号に対する異物欠陥の信号の比率が十分に大きい場合のみ、比較によって異物の有無を検査できる。この比率が小さいときは、異物を見逃してしまうか、異物を検査しようとしきい値を小さくすると虚報が多くなる。
【００８８】
そこで、これらパターン上に存在する異物を虚報無く検査することは困難であり、虚報をなくすか、異物検出感度を小さくして大きな異物のみを検出可能とするかしかない。本発明でこのようにパターンが形成されている領域を検査対象から外してしまう実施例を用いているのは、以上説明した虚報をなくすことを目的にしている。
【００８９】
また、異物検出感度を小さくして大きな異物のみを検出可能とするためには、以下に説明するようなログスケールの比較検査が必要になる。確かに、隣接するチップには同じ形状を持ち同じ射出方向に同じ光量を射出するパターンが形成されていても、これら２つのパターンからの検出光は完全に同一ではない。従って、この２つのパターンからの光の検出光強度はばらつく可能性が大きく比較は難しい。そこで、比較の際に、オペレータ２１９および２３１に切り出されたａとオペレータ２１８に切り出されたｐを複数の異物比較回路２２０および複数のノイズ比較回路２２により比較する際、（数２）式を満たす場合２つの信号は異なり、異物が存在すると判断することができる。
【００９０】
【数２】
（ａ−ｐ）＞δ （数２）
ところがこの方法では、信号の絶対レベルが大きいときその絶対量に対する比率で変動するばらつきが有った場合異物が無いのに異物があると判断するいわゆる虚報の可能性が大きくなる。そこで、２つの信号の比率が（数３）式を満たすとき、異物と判断する。
【００９１】
【数３】
（ａ／ｐ）＞δ （数３）
ところが、実際は、２つの信号の割り算は演算回路の規模が大きくなるため、実際は、閾値を対数で設定し、（数４）式が成立するとき異物が存在すると判断する。
【００９２】
【数４】
ｌｏｇ（ａ／ｐ）＝ｌｏｇａ−ｌｏｇｐ＞δ （数４）
このように、（数４）式を用いることにより、量子化の閾値を対数軸を用いて設定しておけば、本来割り算をする必要がある演算を、比較回路２２０において引き算で処理することができる。以上説明した論理を実現するのが、図４に示した回路構成である。以上説明したような対数の処理は、図４に示した、８値化処理系２１５の閾値を対数で設定すればよい。
【００９３】
また、図４では、上記説明した８値化処理系２１５での対数の８値化処理を用いた比較回路２２０での引き算処理を示したが、必ずしもこの方法ではなく、上記の割り算処理のままの方法を用いても、また、８値化以外の多値化を用いても差しつかえない。この場合、３値化を用いると全てのパターン上の異物を検出しないで捨ててしまうことになり、さらにおおきな多値化を用いると光学系が安定であれば、パターン上のより小さな異物の検出が可能になる。
【００９４】
ここで閾値設定回路２２１では上記のδが設定され、複数の異物比較回路２２０では、上記の（数２）または（数３）または（数４）式に基づく比較がなされ、オペレータ（画素）２１８とオペレータ（画素）２１９および２３１との差が上記閾値δ以上のものについてＯＲ回路２２４でＯＲをとり、全ての異物比較回路２２０から“０”が出力されてチップ（ショット）間の繰り返しパターンが消去され、何れか異物比較回路２２０から閾値δ以上のものが“１”として異物出力され、異物データメモリ２０６に記憶される。また、複数の異物比較回路２２０では、上記の（数２）または（数３）または（数４）式に基づく比較がなされ、オペレータ（画素）２１８とオペレータ（画素）２１９および２３１との差が全て上記閾値δ以下のとき全ての異物比較回路２２０から“０”が出力され、ＡＮＤ回路２２６においてＡＮＤがとれ、チップ（ショット）間の繰り返しパターンとして検出され、パターンメモリ２０８に記憶される。
【００９５】
また、以上の対数閾値による量子化の様子を図３０に示す。横軸は、検出位置、縦軸は検出信号を示す。対数の閾値５０、５１、５２、５３、５４が設定され、ピッチｐ離れた部分にある信号が比較処理される。ここで、多値にし、比較時に同一と判定する許容範囲をたとえば１賭することにより、同一の値に量子化されているパターン信号５５、５８だけでなく、１つ異なる値に量子化されているパターン信号５６、５９、および５７、６０がパターンと判定され、虚報にならない。即ち、量子化の際の対数しきい値の比を大きくとることで、許容範囲が大きくなり虚報を小さくできる半面、パターン上では、よりおおきな異物しか検出できなくなる。また、異物信号６１、６２ともに検出できる。さらに、オペレータ２３１を平面方向に広げていることにより平面方向の量子化の誤差を許容することができる。
【００９６】
以上のように、空間フィルター１０６によるパターン消去とチップ比較によるパターン消去には、本質的な違いが有る。つまり、空間フィルターによる方法はパターン部内の欠陥を強調して検出できるが、チップ比較による方法はパターン部内の異物欠陥情報をそのままの形で光電変換し検出した後で比較するため、大きなダイナミックレンジを必要とする点である。ちょうど、空間フィルターによる方法は、ちょうど、干渉を用いたセル比較により欠陥だけを強調したような形になってる。
【００９７】
（平面方向の量子化誤差と深さ方向の量子化誤差）
ここで、使用したチップ間の繰り返しを用いた方法は、基本的には、比較検査であるが、短波長、点光源のレーザ光源を用いた散乱光検出でこのような比較検査を安定して実現するために以下の構成を用いている。チップ間の繰り返しを用いたパターン除去方法を実現するオペレータは平面方向にｘ方向、ｙ方向とも複数画素で形成されている。また、信号が、同一レベルと判断されるべきか、一方に欠陥あるいは異物が存在するために信号レベルが異なっていると判断されるべきかの比較は、（数２）、（数３）、（数４）式を用いている。これらの比較の際の比較数値の平面方向及び光強度方向へのサンプリングの拡大処理により、安定して異物とパターンを区別することができる。
【００９８】
（フィルターサイズ）
以下、空間フィルター１０６の設計思想について説明する。本発明の異物および欠陥検査装置では、ピッチの大きなパターンはオペレータによるチップ間繰り返しを用いてパターンの情報を消去している。従って、「オペレータによって消去可能な空間周波数」より「空間フィルターによって消去可能な空間周波数」が大きい必要がある。以下、理由を説明する。
【００９９】
図１５に示すように基板１上に、パターンピッチＬ１およびＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）のパターンが形成されている場合を考える。このパターンにより照明光はθ１、θ２の方向に回折され、空間フィルター１０６上でピッチｐｆ１、ｐｆ２（ｐｆ１＞ｐｆ２）の回折パターンを作る。従って、以下の式が成立する。
【０１００】
【数５】
Ｄｆ／（２・Ｎ．Ａ．）＝ｐｆ１／ｓｉｎθ１ （数５）
【０１０１】
【数６】
ｓｉｎθ１＝λ／Ｌ１ （数６）
ここで、Ｄｆは、光学系１１０、１１１の瞳面上の直径、Ｎ．Ａ．（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐａｒｔｕｒｅ）は光学系１１０の開口数である。
【０１０２】
この回折パターンの内、ピッチｐｆ１ の回折パターンは空間フィルター１０６で遮光されるが、ピッチｐｆ２ の回折パターンはピッチが小さすぎるため、空間フィルター１０６では遮光できないとする。即ち、パターンピッチＬ１ の基板上パターンは空間フィルターで消去されて検出器１０７上に結像しないが、パターンピッチＬ２ のパターンは空間フィルターで遮光されずに検出器１０７上に結像してしまい消去されない。（以下、「パターンが消去される」とは、このように「パターンから射出する光、つまりパターン情報をもった光を空間フィルター１０６で遮光することにより、検出器１０７上に光を届かないようにし検出器上にパターンの像を結像しないようにする」ことを意味する。）従って、（数５）、（数６）式より、以下の（数７）式が成立する。
【０１０３】
【数７】
Ｌ１＝（Ｄｆ・λ）／（２・ｐｆ１・Ｎ．Ａ．） （数７）
ここで、空間フィルター１０６は、製作上の精度として、照明１０２の開口数等の限定から或る大きさ以上必要になる。従って、（数７）式より、ｐｆ１ を大きく保つと、空間フィルター１０６で消去可能なパターンのピッチは小さくなってしまう。
【０１０４】
ここで、図１６に示すように、基板１上には、ピッチＬｔ で複数個のチップが形成されている。このチップ間の繰り返しを用いて、パターンピッチＬ２ のパターンの情報を消去する。具体的には、チップピッチＬｔ で繰り返して検出される信号はパターンピッチＬ２ のパターンからの信号だと判断して、検出信号自体を削除する。（この場合、「パターン情報を消去する」とは、文字通り「信号を削除する、捨てる」ことを意味する。）
ここで、後に説明する平面方向の量子化誤差を回避するために、先に説明したオペレータ２１９、２３１はｘ方向ｎｘ画素、ｙ方向ｎｙ画素の大きさをもっており、このオペレータ内にパターンが存在した場合、判断画素はパターンであると判断する。従って、このオペレータ２１９、２３１の大きさにより検出エリアの率αは、以下の式（数８）で示される。
【０１０５】
【数８】
α＝１−（ｗ・ｎｘ／Ｌ２） （数８）
逆に、（数８）式より、
【０１０６】
【数９】
Ｌ２＝１−（ｗ・ｎｘ／α） （数９）
従って、検出エリア率αを大きく保つと、消去できるパターンのピッチは大きくなってしまう。
【０１０７】
ここで、基板上の全てのピッチのパターンを消去するためには、図１８に示すように、上記の空間フィルターで消去できるパターンピッチＬ１がオペレータにより消去できるパターンピッチＬ２より大きければよい。即ち、図１８に示す如く、空間フィルターによる消去とオペレータによる消去とがオーバラップすることが必要である。これにより、あるピッチの繰り返しパターンが基板上に表れても、空間フィルター１０６かオペレータによってパターンを消去することができ、その結果微小異物のみを検出することができる。
【０１０８】
ここで、図１７に示すように、ピッチ可変のＰＲＥＳフィルター１４１は最小ピッチｐｆ１ ＝１ｍｍから最大ピッチ２・ｐｆ１ ＝２ｍｍまで連続的にピッチを変化できるように形成されている。
【０１０９】
また、空間フィルター１０６（１４１）による検出器１０７上での干渉現象を防ぐあるいは押さえるために、フィルター本数、ピッチ、フィルター幅を制限する必要がある。つまり、上記の最小空間フィルターピッチは製作上の限定だけでなく、干渉現象を押さえるためにも限定される。この際、以上のフィルター本数、フィールドサイズ、オペレータサイズの間の関係式が重要になる。
【０１１０】
また、空間フィルター１０６（１４１）によるパターン消去の可否は以下説明するように、消去するパターンのピッチによるのではなく、直線状空間フィルター１４１の本数によるものである。空間フィルター面の大きさをＤ、最小空間フィルターピッチをｐｆｓ、直線状空間フィルターの本数をｎｆ、ｐｆｓの空間フィルターにより遮光可能な最大パターンピッチをＬｍとする。検出器の視野をＸ、画素サイズをｗ、画素数をＮとする。オペレータによる２チップ比較の際のオペレータサイズをｎｏとする。
【０１１１】
【数１０】
ｐｆｓ／Ｄ＝λ／（Ｎ．Ａ．・Ｌｍ） （数１０）
検出エリア率αを十分に大きくとるには、
【０１１２】
【数１１】
ｋ・ｎｏ・ｗ＝Ｌｍ （ｋ＞＞１） （数１１）
【０１１３】
【数１２】
Ｄ／ｐｆｓ＝ｎｆ （数１２）
が、必要。
【０１１４】
また、画素サイズは光学系の分解能付近に設定されれば、検査時間からも検出性能からも必要十分であるから、
【０１１５】
【数１３】
ｗ＝ｋ０・λ／Ｎ．Ａ． （数１３）
（数１１）式、（数１２）式、（数１３）式より、
【０１１６】
【数１４】
ｐｆｓ＝Ｄ／（ｋ・ｋ０・ｎｏ） （数１４）
【０１１７】
【数１５】
α＝１−（１／ｋ）＝１−（（ｎｏ・ｋ０）／ｎｆ） （数１５）
となり、検出エリア率αはオペレータサイズと直線状フィルター本数のみにより決定される。ｋ０は約１で有り、オペレータサイズｎｏを３とすると、検出エリア率を例えば、８０％以上とするには、１５本以上の直線状空間フィルターがあればよいことになる。
【０１１８】
以上の検討結果は、検出すべき対象のパターンのピッチにかかわらず、画素サイズを検出器サイズと同等にし、概ね１５本程度以上の直線状空間フィルターを用いれば、全てのピッチのパターンに対応できることを意味する。
【０１１９】
（製作方法）
以下、上記空間フィルター１０６の製作方法を説明する。本発明の空間フィルター１０６は、バネ状支持具に直線状フィルターを複数設置した形状を有していればよく、必ずしもここに説明した方法によらないが、ここに説明した方法は本発明の空間フィルターを効率よく安価に製作できるものである。
【０１２０】
図１９に製作方法を示す。本発明は、コイルバネ１２１、１２１上に、等間隔に直線状フィルターをエッチングで形成したフィルターシート１６５をのせ各直線状フィルター１４１をはんだづけ、あるいは接着剤等で設置する。ここで、コイルばね１２１、１２２及び直線状フィルター１４１は強度の点からステンレス性で有ることが望ましいが、ステンレス性の場合、半田がのりにくいと言う欠点を有する。そこで、ステンレスに表面にクロムをめっきしさらにクロムの酸化を防ぐために金をめっきするとよい。しかしながら、これらのめっきは必要不可決のものではなく半田をのりやすくするだけの目的である。従って、ステンレスの表面に直接作用して半田をのりやすくするフラックスを用いることもできる。このような場合、クロム及び金めっきは必要ない。
【０１２１】
フィルターシート１６５内の直線状フィルター１４１は、上記説明した光学系１０３において基板１上に照射された光源１１２の像のフーリエ変換の位置での大きさか、１０％から１００％程度の余裕を持った大きさに設定されるのが望ましい。ここで、フィルターシート１６５のコイルばね１２１、１２２との接点に当たる位置はコイルばねと同程度の太さが望ましい。従って、直線状フィルター１４１のフィルター部と接点部は太さを変える必要がある。この太さの変化する部分では、応力集中を避けるために滑らかに太さが変わる必要がある。
【０１２２】
上記フィルターシート１６５を、予めフィルターシート１６５と等間隔に設置されたコイルばね１２１、１２２上にのせ、接点に半田とフラックスを混合した半田ペースト１６６を適量のせる。ここで、半田ペーストはフィルターシート１６５上に事前にのせておいてもよい。
【０１２３】
ここで、直線状フィルター１４１の間隔を変えた際も中央の直線状フィルターの位置が変わらないようにするために、つまり０次回折光を常に遮光するような構成にするために、フィルターシート１６５をのせる際に、コイルばね可動機構１３１の中心にフィルターシート１６５の中心が来る必要がある。そのため、予め可動機構１３１を稼働させ、可動機構１３１の中央部（図１９に如く、２４、２５に直角な一点鎖線で示す。）にコイルばね１２１、１２２のフィルターシートとの接点部が来ていないときは、図２０に示すようにコイルばねをコイルばね自身の中心軸２３の周りに回転させ、コイルばね可動機構１３１の中心２４にフィルターシート１６５の中心２５が来るようにする必要がある。
【０１２４】
以上のコイルばね可動機構１３１の上に半田ペースト１６６をのせたフィルターシート１６５をのせ、全体を加熱して半田ペースト１６６を溶融させたあと自然冷却して完成する。ここでコイルばね可動機構全体を加熱するのは加熱による残留応力を予防するためである。
【０１２５】
本発明の空間フィルター機構１０６はコイルばね１２１、１２２という弾性係数の小さいものを用いているため残留応力に対してひずみが大きくなり、フィルターの位置ずれにより、遮光性能つまり上記説明した空間フィルターリングの性能が劣ってしまう。このような残留応力によるひずみを取るためには上記可動機構全体を加熱するのがよい。また、本空間フィルターは、回折光を遮光するものであるため遮光時に乱反射等をなくすために黒色に処理されたいるのが望ましい。この黒色処理は、塗料を塗布したものであっても、黒染め処理と言われる熱処理を伴うものであってもよい。また、この黒色処理は、半田付けのあとにされても、フィルターシート１６５上の接合部以外の部分、遮光部に対してだけフィルターシート１６５に対して成されるものであってもよい。
【０１２６】
以上、半田ぺースト１６６を用いた方法を説明したが、必ずしも半田ペーストを用いる必要が有るわけではなく、上記フィルターシート内の直線状フィルターを１本１本半田付けする方法であっってもよいのは言うまでもない。
【０１２７】
（コンボルーションによる画像復元）
図２１に示すように、本発明による装置では、等ピッチに配列された空間フィルター１４１により光線が回折し、結像面に回折パターンを形成する。具体的には、点像の回折像が結像面に形成される。この像は、０次の回折光の周囲に±１次の回折光が現われている。このような回折光が現われると、例えば本来のピークの周囲に±１次のピークが現われた信号２６のような形状になり、異物が３個に増えて検出されるばかりでなく、パターンの場合は、パターンとして判断され消去あるいは検出感度が落ちてしまうケ所が大きくなってしまう。これを回避するためには、直線状空間フィルターの幅を狭くすればよい。具体的には、空間フィルター１４１のピッチに対して直線状空間フィルターの幅が１／２の場合、上記１次回折光は０次回折光の１／２倍なのに対し、空間フィルターのピッチに対して直線状空間フィルターの幅が１／８の場合、上記１次回折光は０次回折光の１／３０倍に低減する。これらの結果は、空間フィルター１０６の形状Ｌ（ｕ，ｖ）をフーリエ変換することによって算出されたものである。従って、必要に応じ、空間フィルターのピッチに対する直線状空間フィルター１４１の幅を選択する必要がある。また、特に、比率を小さく知る必要がある場合、回折パターンが空間フィルターによって十分に遮光されるように、照明系１０２による基板１上に照射された光源のフーリエ変換の位置での集光の仕方も変える必要がる。具体的には、照明の基板１に対する入射光の内ｙ方向成分の開口数を大きくすることによって達成される。この際の照明のフーリエ変換面上での結像の大きさはコヒーレント光の結像理論により算出される。
【０１２８】
また、ウイーナフィルターとして知られている画像処理の方法によっても、上記の回折の影響は回避できる。具体的には図２１に示すように、空間フィルターの形状をＬ（ｕ，ｖ）とすると、予め１／Ｌ（ｕ，ｖ）の値を求めてそのフーリエ変換を算出しておき、この結果を畳み込み手段２５１により検出した画像に畳み込めばよい。このように畳み込み手段２５１により検出した画像に畳み込めば、空間フィルター１４１による回折光を取り除くことができる。ここで、１／Ｌ（ｕ，ｖ）の値は無限大に発散する部分があるため、この値を必要十分な大きなあたいに近似する必要がある。また、フーリエ変換の結果得られる複素数の値は、概ね位相の反転する数値を正負とし、大きさが複素数の絶対値になるように近似される。また、畳み込みされる画像を切り出す際も十分に効果の有る最小の大きさになるように設定されるべきである。
【０１２９】
（微細パターンに合わせてウエハを回転する）
以上の、空間フィルターおよび繰り返しチップによるパターン除去では、空間フィルターにより除去されるパターンのピッチが小さい方がよく、繰り返しチップによる方法で除去されるパターンのピッチが大きい方がよい。特に、パターンとして除去されてしまう面積を少なくするためには、繰り返しチップによる方法で除去されるパターンのピッチは大きい方が望ましい。そこで、検査に当たって、パターンとして除去されてしまう面積を少なくなるように、基板上に形成されたパターンの形状に応じて基板搬送時の基板の回転方向を決定するのがよい。具体的には、図２２に示したように、空間フィルターで消せないパターンピッチＬ１１、Ｌ１２が有った場合、より大きなパターンピッチＬ１１の方向がセンサの方向になるように方向２８に走査するほうがよい。このような方向になるように、予め基板１を９０度回転して検査する構成とする。
【０１３０】
（真上からの照明）
ここで、例えば、微細化と低抵抗の確保を実現するために、現状あるいは今後の半導体デバイスは、高アスペクト比化が進んでいる。このため、この段差の陰に隠れた異物あるいは欠陥は検出できない。本発明は、このような対象に対しても焦点深度がふかいため検査可能である。さらに、図２３に示すようにミラー１６８及びハーフミラー１６９を用いて、上方から照明する照明光学系を用いることにより、陰に隠れた異物あるいは欠陥も照明することができ、検出可能となる。
【０１３１】
（ＴＦＴへの応用）
ＴＦＴ基板等基板が大きく厚さが薄いものは、支持した際のひずみが大きい。
【０１３２】
このような場合、図２４に示すように、基板３０を支持部１７１、１７２で両持ち自由端支持し、照明のスポットの長手方向３１及び検出器の長て方向を支持端を結ぶ方向３２に垂直に設定し基板を方向３２に平行に走査する構成にする。このような構成により、周辺部だけしか支持できずひずみが大きくなる場合も、ひずみの方向を照明及び検出器の方向に対して垂直にできるため、照明及び検出器の方向ではひずみが生じないため、検出視野内で検査対象を焦点深度内に入れることができる。さらに、基板全体のひずみが大きい場合も、基板のひずみの形状を計算により算出しやすいと言う効果もある。このため、基板の厚さ、長さ、幅、縦弾性係数、横弾性係数等のパラメータをもとに、両持ち自由端支持のひずみを算出し、この形状に合わせて、焦点が合うようにステージを焦点方向に駆動させながら検査することを可能のできる。このような構成では、自動焦点検出機構が必要ないという利点がある。以上の構成で、ＴＦＴのような大型の基板３０の異物等の欠陥の検査も可能となる。
【０１３３】
また、検出ヘッドアレイを３３、３４に示すように複数列用いた場合、それぞれの位置でひずみが異なるため、基板３０をｚ方向に調整するのでなく、検出ヘッドアレイ３３、３４を独立に調整する必要がある。
【０１３４】
また、このような基板の検査で基板を平らな支持台に固定して検査する場合はこのような構成は必ずしも必要ないの言うまでもない。また、基板３０の４すみを支持することによって、ひずみを低減できる。
【０１３５】
（高精度異物検査装置）
以上の、空間フィルターを用いて検査装置は、以上説明したように、高速小型だけを実現することだけが目的ではない。以上と全く同じ構成で、図１１に示すように物体側のフーリエ変換レンズを交換することにより分解能を向上すれば、具体的には、分解能を１ミクロン程度にすれば、最小０．１から０．３ミクロンていどの異物あるいは欠陥を高速に検査できる。また、分解能を３ミクロン程度にすれば、最小０．３から０．８ミクロンていどの異物あるいは欠陥を高速に検査できる。
【０１３６】
このような構成は、パターンの繰り返し性を利用してノイズとなるパターンの信号を上手に消去できるため、設計データ比較、あるいはセル比較、チップ比較のパターン検査装置に比べて、大きな画素サイズを用いても小さな異物あるいは欠陥を検査できるため、結果的に高速な検査を実現できる。
【０１３７】
このような検査でも、基本的に繰り返しパターンのみの検査で有るため、繰り帰し性をもたない、パターン部は検査対象外になる。この検査対象外の部分は、別の検査装置で検査する、目視検査を実施する等の工夫が必要になる。
【０１３８】
（検出ヘッドの利用）
以上説明した異物欠陥検出装置は、図２５に示すように、基板１の１方向の搬送中に検査するのが最も効果的であるため、基板１の全域を検査するために、図２５に示すように複数の検査装置（検出ヘッド）を並列に配置して検査するのが望ましい。しかしながら、図２６に示すように１ユニットの検出ヘッド１０１を用いて基板の一部３５だけを検査しても効果が十分発揮される場合が多い。一部の異物欠陥検査で十分異物欠陥発生と言う以上事態を検出できるからである。もちろん、これは１ユニットである必要はなく、必要に応じて複数のユニットを配置することができる。
【０１３９】
また、１ユニットあるいはそれ以上の検出ヘッドを用い、図２７（ａ）， （ｂ）に示すようにステージのｘｙ走査で基板全域を検査する構成を用いてもよい。
【０１４０】
（パターン形状に合わせたダイナミック検査）
図２８に、繰り返しパターンのピッチが基板内で変化する場合の検査装置について示す。この実施例は、繰り返しパターンピッチ検出部１７４、検出ヘッド１０１から構成される。
【０１４１】
基板が搬送されると、まず、繰り返しパターンピッチ検出部１７４で検出された信号を基に、パラメータ算出手段２１２で上記説明した周波数解析の方法などを用い繰り返しパターンのピッチが算出される。ここで算出されたピッチは、検出ヘッド１０１に送られ、空間フィルターのピッチ、オペレータのピッチが変更される。検出ヘッド１０１では、ピッチ検出部１７４ピッチが算出された部分が検出ヘッド１０１の検査位置に搬送された時点で、検査される。検査は常時ピッチが算出されながら、進行する。ここで、パターンのピッチが不連続に変化しない場合は、この方法で検査可能である。ピッチが不連続に変化した場合は、特にピッチの設定が間に合わない可能性がある。このような場合は、ピッチの設定が終了するまで、搬送系送りをとめておく必要がある。
【０１４２】
（サインカーブ回折格子による回折干渉法）
以下、回折光と干渉光を組み合わせたパターン検査方法について図２９を用いて説明する。
【０１４３】
この装置は、基本的には、以上説明した空間フィルターを用いた検査装置と同じであり、照明系１０２、検出光学系１０３空間フィルターユニット１０６、検出記１０７から構成され、さらに、空間フィルターの位置に透明な基板で作成された、サインカーブの位相分布を持つ回折格子１７５、及び、駆動機構１７６を追加したものである。ここで、上記説明した方法は、チップの繰り返しを用いたパターン除去処理を図４に示した電気処理系で実現している。以上説明したようにこの方法では、パターン内にある異物は特に大きなものでないと検査できないという問題を有していた。さらに、図１４に示したように、以上説明したように、このような大きな背景ノイズのなかにある情報は、均一に確実にオフセットをなくすことができる光処理等の方法によってのみ検出できる。そこで、以上のチップの繰り返しを用いたパターン除去処理を光学的な方法、具体的には、干渉法で実現しようとするものである。
【０１４４】
ここで、図２９に示した照明は基板に対して、透過光で示しているが、透過光であっても、反射光であっっても差しつかえない。ここで、照明は、すくなくても１軸方向はコヒーレントに照明される。ここで、繰り替えしパターン３７、３８が有った場合、それぞれから射出した光の主光線（０次回折光）は、それぞれの光軸を進み、検出記１０７上にそれぞれの像を結像する。ところが、フーリエ変換面に回折格子１７５が設置されているために、光は、回折し、±１次方向に回折光を射出する。ここで、重要なのは、回折格子１７５として、サインカーブ（コサインンカーブもお同じ）を用いているため、０次回折光はなくなり（光強度が０）、±１次光だけになて射出する点である。ここで、駆動機構により回折格子１７５を光軸方向に調整することにより、パターン３７からの＋１次光とパターン３８からの−１次光を検出器上で重ねることができる。さらに、照明側、あるいは光軸の適当な位置に位相をπずらすような位相板１７８を載置すれば、検出記１０７上で２つの光束を干渉させることができる。結果的に、途中の光束の位相へかも補正できるように位相板１７８の位相変化を微調整できるようにすれば、干渉によりチップの繰り返しを用いたパターン除去処理実現できる。
【０１４５】
さらに、回折格子１７５と駆動機構１７６をＳＡＷ等の超音波による表面波による屈折率可変機構を用いて、回折格子の格子間距離を超音波の波長を変えて適当に可変すれば、回折格子１７５から射出するそれぞれの＋１次光−１次光を全く同一の方向に射出させ、検出器上で重ねることができる。この方法では、回折格子１７５上にサインカーブを自動的に作成できる効果がある。また、回折格子１７５を光軸方向に可動させる必要はない。もちろん、これらを併用してもよい。
【０１４６】
また、以上は回折格子としてサインカーブのものを用いたが、必ずしもこのかぎりでなく、十分おおきな間隔はなれたパターン３７、３８を比較する場合は、サインカーブでないことから生じる０次回折光の影響を押さえることができるため、サインカーブで有る必要はない。
【０１４７】
また、図２９（ｂ）には、パターンを照明する際にそれぞれパターンのピッチ分離れた場所のみをスポットで照明する構成を示した。この構成では、光源１７９は、走査装置を有しており、ハーフミラー１８０、ミラー１８１を介して、パターンのピッチ分離れた場所のみをスポットで照明する。このような構成により、正確な位相ずれπを作り出せ、検出性能を向上できる。
【０１４８】
（その他）
以上の検査装置は、以上説明したように、搬送中の基板上の異物あるいは欠陥を検査するものであるから、搬送中に基板が検出光学系の焦点深度内に入っている必要がある。そこで、精度のさほど高くない搬送系中でも検査可能とするために焦点深度は深いほうがよい。そこで、検出分解能より焦点深度を優先するために、検出光学系中に絞りを設置し、焦点深度を大きくしてもよい。
【０１４９】
以上説明した検査装置では、直線状フィルターを用いているが、このフィルターは必ずしもこのようなフィルターである必要はなく、液晶表示素子を用いたフィルターであっても、また、塩化銀をもちいた可逆的な光カットフィルターであっても、また、複素共役型の非線形素子を用いてもよい。
【０１５０】
また、以上の実施例は、照明光が情報からの光、即ち、反射光の場合を示したが、本発明の効果を得る場合は、これに限定されるものではなく、透過光の照明を持つ構成であって、何ら差しつかえない。
【０１５１】
また、本発明の検査装置で検出した異物欠陥情報は、異物欠陥の数をカウントすることにより異常を検出するばかりでなく、異物欠陥の発生分布を知ることにより異物欠陥の発生原因を類推する手掛かりにもなりうる。また、高精度の検査装置による結果から、本発明のモニターの配置、配置数、感度等が設定されるとよい。
【０１５２】
本発明の照明系は、照明系１０２として検出系に独立して構成されているが、この照明系は検出系の一部を用いることで、省略することができる。具体的には、検出光学系のフーリエ変換面に半導体レーザ及び適切な焦点距離のシリンドリカルレンズを載置することで実現可能である。このようにすることにより検出ヘッドをさらに小型、軽量にでき、また、安価にできる。
【０１５３】
以上の構成では、半導体レーザを用いているが必ずしもこれに限らずガスレーザ、固体レーザ、ほぼ短波長、点光源の白色光でも本発明の効果は得られる。
【０１５４】
また、以上の小型異物検出ヘッドは、空間フィルターユニット１０６を用いているが、これを用いずに、半導体レーザ１１２を偏光照明として、空間フィルター１０６の位置にこの照明の偏光を遮光する方向の偏光板を載置してもほぼ同様の異物検出効果を期待できる。この場合、偏光の方向は、ｐ偏光であっても、ｓ偏光であっても差しつかえないが、ｓ偏光の方が検出性能を期待できる。また、偏光板は、必ずしも空間フィルター１０６の位置に入れる必要はなく検出光学系１０３内のどこでもよく、また、半導体レーザ１１２も偏光出力のものである必要はなく、照明系１０２内の適当な位置に偏光板を挿入してもよい。もちろんこの場合、偏光を利用する他の異物検査装置のように検出性能は、空間フィルターを用いた場合よりやや落ちるが、空間フィルターのパラメータ設定、調整等の面倒な手間や、装置を省略できるという効果を有する。またこのように偏光板を用いる場合であっても、上記説明したように繰り返しパターン周囲の非繰り返しパターンからの散乱光は十分に消去できないため、本発明のオペレータ処理系２０３は効果を発揮する。同時に、オペレータ処理系２０３の機能を向上するためのテレセントリック光学系１０３’の効果も大きい。従って、基板１の回転ずれ調整機構も必要である。しかしながら、基本的には、偏光板を用いる方法は基板の回転ずれには強いものであって、回転ずれは、必ずしも合わせる必要はない。さらに、テストエレメントグループのパターンを消去するための手段も同様に必要になる。これらの手段は、以上説明したように、全て同時に必要になるものではなく、それぞれ一つづつあるいは任意の複数の組み合わせで用いてもおおきな効果が期待できるものである。従って、検出すべき異物の大きさ、必要な検出性能、検出すべき対象基板の条件等に応じて、実験的にあるいは、高精度欠陥異物検査装置の検出条件に合わせて組み合わせられるべきものである。
【０１５５】
また、偏光板と空間フィルター１０６を組み合わせて用いると異物欠陥の検出性能はさらに向上する。この場合も、これらの手段は、以上説明したように、全て同時に必要になるものではなく、それぞれ一つづつあるいは任意の複数の組み合わせで用いてもおおきな効果が期待できるものである。検出光量がやや落ちるため、照明の照度を向上する必要がある。この場合も、具体的には、Ｎ．Ａ．の大きな光学系を用いるなどの構成により、基板上のビーム幅を小さくし、ステージの精度を向上する必要が有る。このような場合、例えば、縞パターンを投影する方法やレーザビームの変位を検出するなどの周知の自動焦点機構が必要になる。
【０１５６】
半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査方法及びその装置の構成ブロック図の一例を図３１に示す。
【０１５７】
図３１において、この半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査装置は、露光装置５１１エッチング装置５１２と洗浄装置５１３とイオン打込装置５１４とスパッタ装置５１５とＣＶＤ装置５１６等から成る半導体製造装置群５１０と、温度センサ５２１と搬送系内異物モニタ５２２と圧力センサ５２３と処理装置内異物モニタ５２４等から成るセンシング部５２０およびそのセンシング部コントロールシステム５２５と、ガス供給部５３１と水供給部５３２からなるユーティリティ群５３０と、水質サンプリングウェハ５４１とガスサンプリングウェハ５４２と装置内サンプリングウェハ５４３とデバイスウェハ５４４と雰囲気サンプリングウェハ５４５から成るサンプリング部５４０と、ウェハ異物検出部５５１とパターン欠陥検出部５５２から成る検出部５５０と、走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）と２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）５６２と走査形トンネル顕微鏡／分光装置（ＳＴＭ／ＳＴＳ）５６３と赤外分光分析装置５６４等から成る分析部５６０と、異物致命性判定システム５７１と微小異物原因究明システム５７２と汚染源対策システム５７３とから成る対応システム５７０とより構成される。またこれらの構成要素はライン対応のオンライン異物検査システム５８１と量産立上げライン対応のオフライン異物検査システム５８２とに分けられ、これらをあわせて半導体製造工程の量産立上げおよび量産ライン異物検査システム５８０を成す。
【０１５８】
従って、図に示すように、量産立上げ時と量産ラインを分けることにより、量産立上げ時の異物の検出、分析、評価装置を効率よく稼動させることができて量産立上げを迅速にできるとともに、量産ラインで用いられる異物の検査、評価設備を必要最小限の簡便なモニタリング装置にして量産ラインの軽量化が図られる。
【０１５９】
次に、オンライン異物検査システム５８１のオンラインモニタである搬送系内異物モニタ５２２と処理装置内異物モニタ５２４について、一実施例を示す。図３２は半導体製造装置群５１０の中でも特に大量不良の多い枚葉式ＣＶＤ装置５１６の搬送系にオンラインモニタである異物モニタ３１０１（図１に概略構成を示す。）を適用した例である。異物モニタ３１０１を有するローダ３１０２と予備室３１０３と反応室３１０４と加熱部３１０５とガスシステム３１０６とコントローラ３１０７と上位ＣＰＵ３１０８から構成されている。ローダ部３１０２に置かれたローダカセット３１０９から予備室３１０３に製品ウェハ３１１１を搬送し、ゲートバルブ３１１２を閉じ、予備室３１０３を排気する。次に、ゲートバルブ３１１３を開け、予備室３１０３と反応室３１０４の製品ウェハ３１１１（１）を交換し、ゲートバルブ３１１３を閉じ、反応室３１０４で膜生成を開始する。膜生成中に予備室３１０３を大気圧に戻し、ゲートバルブ３１１２を開け、製品ウェハ３１１１を回収し、アンローダカセット３１１０に搬送する途中で、異物モニタ３１０１（図１に概略構成を示す。）で製品ウェハ３１１１（１）上の異物を計測する。ゲートバルブ３１１２直前に異物モニタ３１０１を配し、膜生成前後の異物を比較しても良い。
【０１６０】
次に、異物モニタ３１０１（図１に概略構成を示す。）の構成について図３３より説明する。まず、異物モニタ３１０１の異物検査開始側に設けたウェハ回転方向検出器３１２１（１６２）で製品ウェハ３１１１（１）のオリフラの方向を検出し、製品ウェハ３１１１（１）の回転方向を検出する。その後、異物検出光学系３１２２（１０１）で製品ウェハ３１１１（１）上の異物検査を全面において行う。次に異物モニタ３１０１より得られた異物情報を異物情報処理系３１２３で処理し、異物の異常発生があれば、アラーム等で知らせる、あるいは装置停止機能３１２４により装置本体３１２５を停止することができる。また、キーボード３１２６とＣＲＴ３１２７（２３０）により異物表示を行なう。さらに、異物解析システム３１２８と連動されており、データのやり取りが可能である。例えば、システム３１２８より製品ウェハ３１１１（１）の名前、場所、サンプリング等ほしいデータの命令を送信することにより、異物情報処理系３１２３よりそれらのデータを得ることができる。ここで、本異物モニタ３１０１では、異物検出光学系３１２２（１０１）は異物情報処理系３１２３（２０２、２０３、２０６−２１１、２１２−２１３、２２９、２３０、２３２）とは別体に成っており、さらに、ステージ系を有しておらず、処理装置の搬送系を利用する構成と成っている。しかし、もちろんステージ系を有する構成も可能である。したがって、本異物モニタ３１０１の外形寸法は、幅Ｗ、奥行きＬ、高さＨがそれぞれ１ｍ以内、あるいは、本異物モニタ３１０１の幅Ｗがウェハの幅Ｗｗより短く、小型を可能にしている。また、本異物モニタ３１０１は、自動較正機能を有しており、製造装置間及び工程間で製品ウェハ表面の反射率が異なるので、反射率を自動計測し、異物検出光学系の照明光量にフィードバックすることにより対処でき、めんどうな較正を必要としない。さらに、異物検出光学系３１２２（１０３）の検出レンズの焦点深度ｄは次式から算出され、０．１〜０．５ｍｍと深いため自動焦点を必要としない。
【０１６１】
【数１６】
ｄ＝０．５λ／（Ｎ．Ａ．）^２ （数１６）
ここで、λは光の波長、Ｎ．Ａ．は検出レンズの開口数である。さらに、小型なので、ユニット交換が可能であり、装置への搭載及びセッティングが容易な構造に成っており、メンテナンスが楽である。
【０１６２】
図３４よりウェハ回転方向検出器３１２１（１６２）の検出方法について説明する。数個以上の発光点３１３１を有する照明系の下を製品ウェハ３１１１（１）がウェハ移動方向３１３３に沿って通過し、３１３２の位置から３１３４の位置に移動する。図にウェハ回転方向検出器３１２１の照明系の発光点から出た照明光の製品ウェハ３１１１（１）上の軌跡３１３５を示す。発光点Ａの場合、照明光が製品ウェハ３１１１（１）に当たる時間Ａｓと製品ウェハ３１１１からはずれる時間Ａｅを測定し、これを他の発光点Ｂ〜Ｇについても行う。以上のデータと製品ウェハ３１１１の移動時間により製品ウェハ３１１１のオリフラの方向を求め、製品ウェハ３１１１の回転方向を計算する。また、製品ウェハ３１１１の回転方向の検出方法として、スクライブエリア検出、チップ検出、アライメントマーク等特殊マーク検出がある。
【０１６３】
従って、本異物モニタ３１０１（図１に概略構成を示す。）は、ウェハ回転方向検出器３１２１（１６２）で得られた製品ウェハ３１１１（１）の回転方向と、図５に示すように、オリフラの延長線Ｘ軸とそれと直交し製品ウェハ３１１１（１）の外周と接するＹ軸の交点を仮想原点３１４１とするオリフラ基準の座標あるいは回路パターン３１４２の延長線の交点を仮想原点１４３とする回路パターン３１４２基準の座標により、製品ウェハ３１１１（１）上の検出した異物の位置の情報を得ることができる異物座標管理が可能である。
【０１６４】
また、装置内の発塵分布を知るため、図３６に示すように、各製品ウェハ３１１１（１）の回転方向が様々な方向３１４２、３１４３、３１４４、３１４５で搬送されてきても、３１４５のように、搬送方向３１５０と製品ウェハ３１１１（１）の外周が接するｘ軸とそれと直行し製品ウェハ３１１１（１）の外周が接するｙ軸から成る製品ウェハ３１１１（１）の回転方向によらない装置基準の異物座標管理も有している。装置内に発塵があれば、３１４６のように規則的な異物分布を示す。
【０１６５】
更に、本異物モニタ３１０１（図１に概略構成を示す。）のウェハ回転方向検出器３１２１（１６２）は、製品ウェハ３１１１（１）の回転方向を検出すると同時に製品ウェハ３１１１の搬送速度を求めることができるので、製品ウェハ３１１１の搬送速度に同期して検出器、例えば、ＣＣＤリニアセンサのスキャンスピードが変えられるように成っている。したがって、製品ウェハ３１１１（１）の搬送速度によらず、安定した検出性能が得られる。
【０１６６】
図３７に製品ウェハ３１１１（１）上の異物検査が高速でかつ構造が小型である空間フィルタを用いた異物検出光学系３１２２（１０１）の構成図の一実施例を示す。斜方照明光学系３１５１と検出光学系３１５２から成る。斜方照明光学系３１５１は図に示すように１個以上の照明アレイに成っている。検出光学系３１５２は検出レンズとしてレンズアレイ３１５３、レンズアレイのフーリエ変換面に空間フィルタ３１５４（１０６）、レンズアレイの結像位置に検出器３１５５（１０７）から成っている。
【０１６７】
図３８に斜方照明光学系３１５１の構成図を示す。ここで、斜方照明とは製品ウェハ３１１１（１）の法線３１６３からθ傾けた方向３１６４より照明することを意味する。照明光源として小型で高出力の半導体レーザ３１６１を用い、アナモルフィックプリズム３１６２で高輝度コヒーレント光照明を可能にしている。製品ウェハ３１１１（１）上をコヒーレント光照明することにより検出レンズ３１５３のフーリエ変換面において製品ウェハ３１１１（１）のパターンのシャープなフーリエ変換像が得られるためである。さらに、アナモルフィックプリズム３１６２は照明アレイの隣接照明成分が影響しない広領域照明を可能にしている。隣接照明光の影響があると、検出レンズ３１５３のフーリエ変換面において、隣接照明によるパターンのフーリエ変換像がずれて重なりフーリエ変換像の面積が増え、空間フィルターのフィルタ部分の面積も増えることになり、空間フィルター３１５４（１０６）を通過する異物からの散乱光量が少なくなり、異物検出性能が低下するからである。
【０１６８】
図３９に検出光学系３１５２の検出幅を示す。検出光学系３１５２の検出幅３１７０は製品ウェハ３１１１（１）の幅と同一であり、製品ウェハ３１１１の送り３１５６の１スキャン３１５６のみで製品ウェハ３１１１の全面を一括で検査することができ、高速検査が可能となる。
【０１６９】
図４０に検出器３１５５（１０７）としてＣＣＤリニアセンサを用いた場合を示す。製品ウェハ３１１１（１）の幅を一括で検出するため、図のようにＣＣＤリニアセンサ３１７１をちどり状に配置する。また、センサの重なり部分となる３１７２についてはＢ列を削除し、Ａ列のデータを有効とする。
【０１７０】
図４１に空間フィルタ３１５４（１０６）の構成図を示す。レンズアレイ３１５３（１０７）の各レンズ素子３１８１にそれぞれの空間フィルター３１８２が対応する。
【０１７１】
図４２に空間フィルタ３１５４の詳細図を示す。製品ウェハ３１１１の規則性のある繰返しパターンからの回折光３１９１はレンズアレイ３１５３のフーリエ変換面上の空間フィルタ３１５４位置では規則的な像３１９２となる。したがって、図に示すような空間フィルタ３１５４で製品ウェハ３１１１の規則性のある繰返しパターンを遮光することができ、検出器であるＣＣＤリニアセンサ３１５５には取り込まれない。
【０１７２】
空間フィルター３１５４には、製品ウェハ３１１１の繰返しパターンのフーリエ変換像を乾板に焼き付けて作成する乾板方式の空間フィルターを用いる。したがって、空間フィルター３１５４の焼き付けた部分は製品ウェハ３１１１の規則性のある繰返しパターンからの光は通過しない。または、液晶を用いた液晶方式の空間フィルターがある。まず、製品ウェハ３１１１の規則性のある繰返しパターンからの回折光３１９１のレンズアレイ３１５３のフーリエ変換面上の空間フィルタ３１５４位置での規則的な像３１９２をＴＶモニタ等により検出し、像３１９２に対応した液晶素子の位置を記憶させる。次に、記憶された液晶素子部分に電圧を加えることにより、その部分に当った光を遮蔽することができる。したがって、各工程の製品ウェハ毎の像に対応した駆動液晶素子を記憶し、フォーマット化することにより、各工程の製品ウェハ毎の液晶のオンオフによる空間フィルタが可能となる。
【０１７３】
図４３に各工程の製品ウェハ３１１１に対応した乾板方式による空間フィルター群３２０１を示す。各工程の製品ウェハ１１１に対応した空間フィルタを乾板方式により作成し、図のようにリニアガイドステージ等の移動機構により交換し、検出レンズ３１５３に対して位置決めすることにより、全ての工程の製品ウェハ３１１１に対応することができる。
【０１７４】
図４４に乾板方式によるアンド空間フィルター３２２１を示す。数種類の工程の空間フィルターのアンドを取ることにより、空間フィルターの数を減らすことができ、一つのアンド空間フィルター３２２２、３２２３で数種類の工程の製品ウェハ３１１１の繰返しパターンからの光を遮蔽することができる。従って、アンド空間フィルター３２２１を用いることにより、工程の多い場合でも空間フィルターの数を減らすことができ、装置構成を簡単化することができる。また、この方法は、液晶方式の空間フィルターにも利用でき記憶するフォーマットの数を減らすことができる。しかし、全ての工程の空間フィルターのアンドを取り、１個のアンド空間フィルターも可能であるが、アンド空間フィルターを通過する異物からの散乱光量が少なくなり、異物検出性能が低下する。
【０１７５】
次に、図４５に部分検査による異物検出光学系３１２２の構成図の一実施例を示す。検出レンズとしてマイクロレンズ群３２３１を用い、各マイクロレンズ３２３１のフーリエ変換面に空間フィルタ３２３２（１０６）を配置し、さらに、検出器としてＣＣＤリニアセンサ３２３３（１０７）を配置する。したがって、解像度の高いマイクロレンズ３２３１を用いることにより、レンズアレイ３１５３を用いるより、さらに微小の異物を検出することができる。ただし、この方式においては、検出レンズとしてマイクロレンズ３２３１ではなく、もちろん従来のレンズを用いた場合でも検査が可能である。部分検査の一実施例としてマイクロレンズ群３２３１のピッチを製品ウェハ３１１１のチップの間隔に合わせることにより、検査領域を有効にすることができる。
【０１７６】
しかし、図４６の斜線部に示すように、マイクロレンズ群３２３１一列だけでは製品ウェハ３１１１上の部分検査となり、異物のモニタリング機能は果たせるが、製品ウェハ３１１１の全面を検査することはできない。ここで、３２３６はマイクロレンズ３２３１が１個の検出幅である。しかし、製品ウェハ３１１１を数スキャンすることにより、製品ウェハ３１１１の全面検査が可能となる。または、図４７に示すようにマイクロレンズ３２４１を２列あるいは数列のちどり状に配置することにより、製品ウェハ３１１１の１スキャン３１５６のみで全面検査が可能となる。尚、マイクロレンズ３２４１のフーリエ変換面に空間フィルター３２４２を配置し、さらに、検出器としてＣＣＤリニアセンサ３２４３を配置している。
【０１７７】
また、図４５において、他の実施例として、斜方照明系３１５１にパルス発光レーザを用いて製品ウェハ３１１１上を広領域かつ高照度で照明する。さらに、検出器として２次元ＣＣＤセンサあるいはＴＶカメラ３２３３を用いれば広領域で検出することができる。ここで、斜方照明系３１５１において、パルス発光を行う場合は、検出器もそれに同期させて検出する。
【０１７８】
以上において、空間フィルターを用いる場合は、各製品ウェハ３１１１の回転方向が一定で搬送されてくる場合は、例えば、装置の搬送系途中にオリフラ位置合せ機構を設置し、空間フィルタの方向に製品ウェハ３１１１の方向を合せることにより、空間フィルター検出が可能となる。しかし、各製品ウェハ３１１１の回転方向が様々な方向で搬送されてくる場合は、製品ウェハ３１１１の繰返しパターンの方向も変わるため、製品ウェハ３１１１の回転方向に合せ空間フィルターも回転する必要がある。図４５、図４７に示すマイクロレンズを用いると、隣接する空間フィルタは独立しているため、個々の空間フィルターを製品ウェハ３１１１の回転方向に合せ回転すれば良い。しかし、レンズアレイを用いる場合は、隣接する空間フィルタは連なっているため、図４８に示すように製品ウェハ３１１１の回転方向（オリフラの回転位置）３２５１に合せ異物検出光学系３１２２（３２５３）を３２５４のように回転し、３２５２の方向にする必要がある。
【０１７９】
もちろんマイクロレンズを用いる場合でも、製品ウェハ３１１１の回転方向３２５１に合せ異物検出光学系３１２２を回転しても良い。ここで、３２５１の方向と３２５２の方向は同一である。回転角は最大４５°であり、図４８の場合、回転する分、検出幅が長くなる。
【０１８０】
また、空間フィルターを用いる場合は、製品ウェハ３１１１上の規則的な繰返しパターン部の検査を行うことはできるが、それ以外の部分は検査できない。したがって、製品ウェハ３１１１上の規則的な繰返しパターン部以外は、ソフト等で無効データあるいは検出禁止エリアとする。しかし、この場合、製品ウェハ３１１１上の全ての点を異物をモニタするのではなく、ある特定の比率で製品ウェハ３１１１上を監視しているが、繰り返しパターンの多いメモリの製造では、このメモリの繰り返し部だけをモニタするだけでも効果は大きい。
【０１８１】
次に、図４９に白色光照明による異物検出光学系３１２２の構成図の一実施例を示す。白色光による斜方照明系３２６１と検出光学系３２６２としてレンズアレイ３１５３と検出器３１５５から成っている。この方式を用いると、空間フィルタ方式に比べ異物の検出性能は低下する。しかし、図５０に示すように白色光照明検出３２７１は空間フィルターを用いないレーザ照明検出３２７２に比べて検出性能は高く、また、製品ウェハ３１１１上の規則的な繰返しパターン部に限定せず、全面を検査することができる。ここで、異物からの検出出力は製品ウェハ３１１１上の全てのパターンのピーク値を基準３２７３にとっている。
【０１８２】
次に、図５１にウェハ比較検査による異物検出光学系の構成図の一実施例を示す。斜方照明光学系３１５１と検出光学系３１５２から成る。斜方照明光学系３１５１は図に示すように１個以上の照明アレイに成っている。検出光学系３１５２は検出レンズとしてレンズアレイ３１５３あるいはマイクロレンズ群、検出レンズ３１５３のフーリエ変換面に空間フィルター３１５４、検出レンズ３１５３の結像位置に検出器３１５５、さらに、検出器からの検出信号を画像処理する画像処理系３２８０から成っている。まず、製品ウェハ３１１１の１枚目を検出し画像としてメモリ３２８２に記憶する。次に、２枚目の製品ウェハ３１１１を検出した検出画像３２８１と１枚目の記憶画像３２８２を比較回路３２８３により比較することにより、異物の顕在化を行なう。３枚目以降の製品ウェハ３１１１検出画像３２８１は、１枚目もしくは直前の２枚目の記憶画像３２８２と比較する。本実施例では、空間フィルター３１５４を用いてパターンの情報を少なくしている。したがって、本異物検出光学系で検出する前にオリフラ位置合せ機構等を設置し、全ての製品ウェハ３１１１の回転方向を空間フィルタの回転方向に合わせる。
【０１８３】
図５２に異物モニタ３１０１（図１に概略構成を示す。）を用いた半導体ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）のシステム図を示す。製品ウェハ３１１１（１）を一貫処理可能な一貫処理ステーション３２９１、各種特殊処理に対応した各種ジョブステーション３２９２、検査ステーション３２９３、解析ステーション３２９４から構成されており、各ステーションはクリーントンネル中の搬送系により結合されている。一貫処理ステーション３２９１と各種ジョブステーション３２９２において、特に大量不良の可能性の高いＣＶＤ装置やエッチング装置などには異物モニタ３１０１を搭載して、装置内の異物監視を行なう。また、３２９６、３２９７のようにステーションの出入口の搬送系に異物モニタ３１０１を搭載して、ステーション全体における異物監視を行なう。
【０１８４】
なお、本発明は量産立上げ時においても、量産ラインの監視に有効であることは当然である。
【０１８５】
次に本発明に係る小型異物モニタの他の具体的実施例を図５３から図６２を用いて説明する。
【０１８６】
以下、本実施例の構成を図５３を用いて説明する。本実施例は、半導体レーザ１１１１、コリメータレンズ１１１２、ｘ拡散レンズ１１１３、集光レンズ１１１４、ｙ拡散レンズ１１１５、ミラー１１１６より構成される照明光学系１１１０と、結像レンズ１２１１，１２２１、空間フィルター１２１２，１２２２、偏光板１２１３，１２２３、１次元検出器１２１４，１２２４より構成される検出光学系１２１０と、ウエハ搬送手段１３０１、自動焦点検出器１３１２、自動焦点位置決め機構１３１３より構成されるステージ系１３００と、Ａ／Ｄ変換器１４１１、閾値回路１４１２、２次元画像切り出し回路１４１３、パターン異物判断回路１４１４、パターン情報メモリ１４１８，１４１６、異物情報メモリ１４１７，１４１５より構成される信号処理系１４０１と、ＦＦＴ回路１５１１、繰り返し部除去回路１５１２、データメモリ１５１３、マイクロコンピュータ１５１５、データ表示系１５１６、異常表示アラーム１５１７より構成されるデータ処理系１５０１とにより構成される。
【０１８７】
照明光学系１１１０では、半導体レーザ１１１１から射出した光が、コリメータレンズ１１１２により平面波になりｘ拡散レンズ１１１３によりｘ方向のみ広げられる。ｘ拡散レンズ１１１３より射出した光は集光レンズ１１１４によりｘ方向は平行な光束つまり平面波に、ｙ方向は集光される。その後ｙ拡散レンズ１１１５によりｙ方向のみ平行光束まで拡散される。結果的に、ｘ，ｙ方向とも平行光束つまり平面波でありｙ方向に長い直線上のビームとなり、ウエハ（半導体基板）１００１上を照明する。
【０１８８】
図５４に照明光学系１１１０をｘ方向から見た構成を示し、図５５にｙ方向から見た構成を示す。ｙ方向には、ウエハ（半導体基板）１００１上の照明エリアを十分照明できるだけ広がり、ｘ方向には十分な照度になるよう絞り込んでいる。ただし、照明は平面波すなわちｘ方向にもｙ方向にも平行な光束になっている。
【０１８９】
ここで、本実施例では、ｘ，ｙ方向とも平行光束つまり平面波にして照明しているが、近似的に平面波になる光学系であればよい。また、ここでは、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直線偏光を照射している。これにより、異物からの散乱光をパターンからの散乱光に対して相対的に向上する効果がある。但し、必ずしもｓ偏光である必要はなく、その他の直線偏光あるいは楕円、円偏光であっても本発明の目的を達成する上では差し支えない。
【０１９０】
検出光学系１２１０では、ウエハ１００１上の検査位置１００２から射出した光束を結像レンズ１２１１，１２２１により、空間フィルター１２１２，１２２２、偏光板１２１３，１２２３を通して、１次元検出器１２１４，１２２４上に結像する。偏光板１２１３，１２２３は、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直な光（Ｓ偏光）を遮光している。この偏光板は、異物からの散乱光をパターンからの散乱光に対して相対的に向上する効果がある。但し、必ずしも必要ではなく、省いても本発明の目的を達成する上では差し支えない。
【０１９１】
また、検出光学系の結像レンズ１２１１は、図５６に示したような通常のレンズを用いても、あるいは、図５７に示したような屈折率変化型のレンズアレイを用いてもよい。いずれの場合も、照明光学系１１１０として、図５４及び図５５に示したような平面波を照明できるような光学系を用いる場合、空間フィルター１２１２，１２２２をはじめとした構成上の相違点はない。
【０１９２】
図５８に照明光学系及び検出光学系の平面図を示す。検出光学系１２１０，１２２０，１２３０，１２４０，１２５０，１２６０および１次元検出器１２１４，１２２４，１２３４，１２４４，１２６４を複数配置し、ウエハの直径Ｌ全域をカバーできるようにしている。また、各照明光学系１１１０，１１２０，１１３０，１１４０，１１５０，１１６０はそれぞれ１次元検出器１２１４〜１２６４の検出エリアを照明するように配置している。この構成で、ウエハ全域を平行光束すなわち平面波で照明できる。この構成では、一つの検査領域にたいして一つの照明方向から照明している。この構成により、空間フィルタ−の効果が十分に発揮される。仮に一つの照明領域が複数の方向から照明された場合、空間フィルタ−上でこれら複数の照明による回折パタ−ンが重複するため空間フィルタ−による遮光領域を大きくする必要がある。このように遮光領域を大きくした場合、この遮光領域により検出すべき光信号をも遮光してしまうことになる。一つの方向から照明することによりこれを防ぐことができる。
【０１９３】
図５３に示すように、ステージ系１３００では、ウエハ１００１をウエハ搬送手段１３０１上に載置した後、ウエハ搬送手段１３０１はｘ方向に移動する。ここで、ウエハ搬送手段１３０１は、他の処理装置、具体的には、成膜装置、エッチング装置、露光装置などの半導体製造検査装置のもつ搬送系である。もちろん、本発明の異物検査装置が、この搬送手段を持ち合わせていてもよい。また、自動焦点検出系１３１２により、ウエハ１００１と本発明による装置との距離が測定され、その結果を基に自動焦点制御系１３１３によりウエハ１００１と本発明による装置との距離が最適になるよう制御される。この制御は検査開始前に１度だけされれば十分であるが、ウエハ搬送手段１３０１の精度によっては、検査中に実時間で制御される必要がある場合もある。
【０１９４】
信号処理系１４１０では、１次元検出器１２１４からの検出信号をＡ／Ｄ変換器１４１１、閾値回路１４１２を通過し、２値化された１ビットの信号が５×５の２次元画像切り出し回路１４１３に送られ、図に示した論理式によるパターン異物判定回路１４１４によりパターンと異物が判定される。すなわち、中央の点の論理値をＰ（０、０）とすると、以下の式（数１７）が成立するときｐ（０，０）の信号を異物と判断し、以下の式（数１８）が成立するときパターンと判断する。
【０１９５】
【数１７】

【０１９６】
【数１８】

【０１９７】
判断された結果は、１次元検出器１２１４の基本クロックから求められる座標信号によりパターンメモリ１４１５および異物メモリ１４１６に格納される。ここで、閾値回路１４１２から異物メモリ１４１６までの回路は、３系統等の複数用意してあり、閾値回路１４１２の閾値を段階的に変えておく。このような回路構成により必要十分な機能を有しながら回路規模が小型になるという効果を持つ。
【０１９８】
ここで、この信号処理系は各検出光学系１２１０〜１２６０の信号を処理するため、信号処理系１４１０〜１４６０が設けられている。
【０１９９】
データ処理系１５０１では、異物メモリ１４１６のデータからＦＦＴ回路１５１１により異物マップデータがフーリエ変換され、繰り返し部除去回路１５１２によりチップ間の繰り返し部が除去される。こうして得られた異物データは異物メモリ１５１３に座標及び閾値が格納されると共に、この異物数が許容範囲より大きい場合、アラーム１５１７より警報信号が出される。この警報信号が出された場合、作業者は、ラインの動作を止めると共に、異物の発生原因を追求し、対策を施す。また、マイクロコンピュータ１５１５より指令することにより、異物のマップデータ、座標データ等が表示系１５１６に出力される。また、本発明では、パターンのデータもメモリ１４１６に格納されている。このデータは、このパターン部では異物検査を実施していないことを意味する。従って、パターンデータの全体面積に対する比率は、検査面積比率を意味する。この検査面積比率が、所定の値より小さい場合は、検査装置のエラーあるいは、ウエハプロセスのエラーの可能性がある。従って、この場合も、アラーム１５１７より警報を出す。
【０２００】
図８１に、信号処理系１４１０とデータ処理系１５０１の機能を兼ねた異物パターン判断系を示す。データ処理系１５０１では、ウエハ内のチップの繰り返し性を利用してチップ周辺の非繰り返しパターンを識別除去している。この機能は、図８１に示した回路によっても達成される。
【０２０１】
この実施例は、２次元画像切り出し回路１４１３に替えて画像切り出し回路１４２０をもつ。画像切り出し回路１４２０（オペレータ処理系２０３の２１６、２１７）は切り出し部１４２１（２１９）、１４２２（２３１）及び被判断部１４２３（２１８）より構成される。この切り出し部１４２１（２１９）、１４２２（２３１）は、被判断部１４２３（２１８）に対して試料上でのチップピッチｐ離れた位置の画像を切り出せるように配置されている。ここで、ウエハは、回転誤差Δα、チップ転写誤差、結像倍率誤差、２値化による誤差などによるチップ間隔誤差Δｐを持っているため、画像切り出し部１４２１、１４２２は被判断部１４２３に対して概ね±Δα、±Δｐの余裕を持っている。この値は、実験的に、あるいは装置の製作精度を基に設計されればよい値であるが、本実施例の場合画素サイズを７μｍとして、Δｐを１．５画素、Δαを０．５度とし、ピッチが１０ｍｍ程度として、Δｗ（＝Δα・ｐ）を１２．５画素としている。この画像切り出し回路１４２０から切り出された信号は、図５３に示した信号処理系に準じて処理される。２次元切り出し回路１４１３では切り出された正方形の周辺部を式１に従ってロの字形に論理積を取るのに対し、切り出し部１４２１、１４２２の全域にわたって論理積が取られる。すなわち、２次元切り出し回路１４１３では切り出された正方形の周辺部をＰ（ｉ，ｊ）としているのに対し、切り出し部１４２１、１４２２では切り出された全域をＰ（ｉ，ｊ）としている。このＰ（ｉ，ｊ）の形状が異なるだけでパターンの判断は式１で、異物の判断は前記式（数１７）で示される。
【０２０２】
この構成では、ＦＦＴ回路１５１１および繰り返し部除去回路１５１２を省略することができる。
【０２０３】
以下、動作を図５３ないし図６２により説明する。
【０２０４】
本発明では、超微細パターンの形成された超ＬＳＩ上の異物を高速高精度でしかも小型の装置で検査するため、パターンの繰り返し性に着目している。従来の装置では、ウエハの全面積を高速高精度で検査するため、高性能の大型の装置が用いられていた。ところが、半導体生産の歩留りを向上するためには、必ずしも、全面積に付いて異物検査をするよりも、むしろ、全面積検査を犠牲にして、全ウエハ検査を実施した方が良いという結果が判明した。従来装置を用いる限り、ウエハを適当な頻度でサンプリングして検査するしかなく、この検査方法では、一度、不良が発生したとき大量の不良をつくり込んでしまう可能性がある。このような、全ウエハ検査をする場合、ウエハの全面積を検査しなくても、装置発塵、プロセス発塵等の不良を発見できる。
【０２０５】
そこで、メモリーに代表されるＬＳＩには、繰り返しのパターンが大きな比率で存在することに着目した。ＤＲＡＭ，ＳＲＡＭ等では、８０％以上、マイクロコンピュータ、カスタムＬＳＩ等でも多くの場合、３０％以上である。このような比率で有れば、この繰り返し部だけの検査で十分である。繰り返し部の欠陥、異物の検査では、光学的なフィルターリングを用いた非繰り返し部の強調検出技術が有効である。そこで、この技術を適した。この方法は、空間フィルターの作成方法が課題である。
【０２０６】
図５９に示したような基本パターン１０１０の繰り返しパターンに図５３に示した装置で光を照明した場合、図６０に示したような規則的な回折パターン１０１１が空間フィルター１２１２，１２２２で観察される。この回折パターン１０１１は図５９に示したパターンからの回折にによるものである。ここで、図２９上に異物１０１２が存在した場合、この異物１０１２からの回折光は、規則的な回折パターン１０１１とは異なった不規則な形状になり、例えば図６０上のパターン１０１３のように観察される。そこで、この空間フィルター１２１２，１２２２上で回折パターン１０１１を遮光するようなフィルターを設ければ、パターン１０１４の情報は削除され１次元検出器１２１４，１２２４上では、異物１０１２の情報のみが図４１のように観測される。すなわち本発明により、異物１０１２のみが選択的に検出されたことになる。
【０２０７】
ここで、パターン１０１４のピッチｐと回折パターン１０１１のピッチθ（観測点２から結像レンズ１２１１，１２２１へ入射する回折パターンの角度で示している。）との関係は、照明光学系１１１０の射出する光の波長λとして以下の（数１９）式で示される。
【０２０８】
【数１９】
ｓｉｎθ＝λ／ｐ （数１９）
従って、ｐが小さいほどθは大きくなる。すなわち、ＬＳＩがより微細化し、ｐが小さくなるほど回折パターンのθは大きくなり結像レンズ３２１１に入射する回折パターンは減少し空間フィルターの形状は簡単になるという利点がある。
【０２０９】
また、同じ製品の場合、基本パターン１０１０の形状は変わっても位置ピッチは変わらないため回折パターンの基本的な形状は変わらない。つまり、同じ製品を検査する限り、回折パターンの形状はほぼ変わらず、従ってこれを遮光する空間フィルターの形状もほぼ変わらないという特徴を有する。この特徴を利用し、各製品毎に各工程の回折パターンの形状を測定しそれら全ての回折パターンを遮光するような空間フィルターを作成しても、そのフィルターが結像レンズの開口全てを遮光するようなことはないことに着目した。このように各工程毎の回折パターンをすべて遮光するようなフィルターを用いることにより空間フィルターの交換を省くことができる。また、特にメモリの製造ラインでは製品が少なく製品の変更も少ないため効果的である。
【０２１０】
ここで、本発明では、結像レンズ１２１２，１２２２に屈折率変化型のレンズアレイを用いると装置をさらに小型に構成できる。屈折率変化型レンズアレイは、小型の光学系が構成できるためファクシミリ、電子複写機等に用いられている。光学系を小型にするという目的を達成する為にはこの屈折率変化型のレンズアレイは効果的である。しかしながら本発明では空間フィルターを用いる必要がある。従来、屈折率変化型のレンズアレイにもフーリエ変換面があり空間フィルターを用いることができることは着目されていなかった。本発明では、この屈折率変化型のレンズアレイに空間フィルターを用いることができることに着目して、屈折率変化型のレンズアレイを用いた小型の異物モニターを実現した。空間フィルターの構成、作用は上述したものと同一であり、各レンズ１つ１つに上述の空間フィルターを設置すればよい。またこの屈折率変化型のレンズアレイの空間フィルターの位置は図６１に示すようにレンズの射出側の端面になる。
【０２１１】
図６２に空間フィルターの形状を示す。特に、最も簡便にかつ任意のパターンに対し効果を出すには図６２（ａ）に示した直線上のものがよい。また、この直線上の空間フィルターよりパターンとの弁別性能を出すには図６２（ｂ）に示した様な形状のものが必要になる。さらに、製品内の各工程全てで使用できる形状の１例を図６２（ｃ）に示す。
【０２１２】
図６３に異物の検出例を示す。
【０２１３】
ここで高速小型の異物検査装置を実現する上で、この空間フィルターを用いた方法は従来技術（特許公開昭和６２−８９３３６号）に示した偏光検出法より適している。この理由を図６４、６５、６６を用いて説明する。
【０２１４】
試料に光を照明し異物からの散乱光を検出する方法では、試料表面に形成されたパターンからの散乱光がノイズになる。このノイズは、図６４（ｃ）に示したように検出器２００６の画素（１つの信号として検出される最小単位）サイズが大きいほど大きくなる。ノイズ源になるパターンは試料上ほぼ全面に形成されているため、ノイズは画素サイズに比例して大きくなる。
【０２１５】
一方で、画素数が多いほど検査時間がかかるため、高速検査を実現するためには画素サイズを大きくする必要がある。したがって、画素サイズを大きくして、ノイズレベルも小さくする必要がある。このノイズレベルを小さくする方法として、小泉他、「ＬＳＩウエハパターンからの反射光の解析」、計測自動制御学会論文集、１７−２、７７／８２（１９８１）に、偏光を利用した方法が解析されている。これによれば、偏光を利用することによって、パターンからの散乱光（ノイズ）を減衰させることができる。ところがこの方法による散乱光の減衰率は、上記論文に解析されている通り、検出器の方向に依存する。このため、結像光学系を用いたように様々な方向に射出した光を集光する場合、それぞれの減衰率を積分すると減衰率は０．１％から０．０１％程度になる。
【０２１６】
これに対し、本出願の空間フィルターを用いた方法では、減衰率を０．００１％から０．０００１％にできる。この理由を図６５、６６を用いて説明する。繰り返しパターンの形成されたウエハ２００１を照明光２００２で照明し、照明した領域をレンズ系２００３、２００５を用いて検出器２００６に結像する。ここで、空間フィルター２００４を載置したフーリエ変換面でのパターンからの射出光の強度分布を図６６に示す。繰り返しパターンからの射出光はパターンのピッチに応じた位置に集中する。この集中の比率を算出した例として、複スリットの場合の回折光強度分布が久保田宏著、「応用光学」（岩波）に説明されている。
【０２１７】
これによれば、スリットの数（本出願では同時に照明される繰り返しパターンの数）が多くなれば、集中の比率が大きくなる。この比率はフーリエ変換Ｆ［］を用いても算出できる。照明されたパターンの形状をａ（ｘ，ｙ）とすると、空間フィルターの位置の光強度分布はＦ［ａ（ｘ，ｙ）］となる。空間フィルターの形状をｐ（ｕ，ｖ）とすると、ｐ（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］が、空間フィルターを通過する光となる。また空間フィルターに相補的な図形の形状を￣ｐ（ｕ，ｖ）とすると、￣ｐ（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］は、空間フィルターによって遮光される光成分である。この２つの成分の比率が先の減衰率になる。パターンの繰り返し数が３の時のこの減衰率を算出すると０．００１％程度である。繰り返し数が５の時０．０００１％程度になり、さらに繰り返し数を多くすれば減衰率は低下する。従って、偏光を用いるよりも減衰率を低くでき、パターンノイズを低減できることになる。
【０２１８】
以上の計算は、パターン形状及びその他の条件が理想的な場合であって、現実の実験結果とは必ずしも一致しない可能性がある。しかしながら、偏光方式よりも１桁から３桁減衰率が低下し、パターンノイズを低減できるという実験結果を得ている。
【０２１９】
次に本発明の小型異物モニタの他の実施例を図６４から図７７を用いて説明する。図６４に異物検出器の検出画素サイズとノイズレベルの関係を示す。小型異物モニタの課題として高速・小型化がある。同図（ａ）に異物検出光学系を示す。ウェハ２００１上のパターンと異物からの散乱光を検出レンズ２００３を通して、検出器２００６で検出する。検出器２００６からの検出信号は検出器２００６の１画素毎に出力される。同図（ｂ）に検出器２００６の１画素に相当するウェハ上の大きさが小画素の場合と大画素の場合を示す。検出時間Ｔはウェハの面積Ｓ、検出器のデータ取り込み時間ｔ、検出器の画素サイズｗ、検出器の画素数ｎとして以下の（数２０）式で示される。
【０２２０】
【数２０】
Ｔ＝（Ｓ・ｔ）／（ｗ・ｎ） （数２０）
式（数２０）より、高速・小型を実現するためには、ｗを大きくすることと、ｎを増やして並列処理を行うことが最も有効である。しかし、同図（ｃ）に示すように、ｗを大きくすると、ｗに比例してウェハ２００１上のパターンからのノイズレベルも増加する。したがって、ｗを大きくして、異物検出性能を維持するためには、パターンからのノイズレベルを低減する必要がある。
【０２２１】
そこで、次に、パターンからのノイズレベルを低減するために、空間フィルタ法によるノイズ低減の効果について説明する。図６５は空間フィルタを用いた異物検出光学系の構成図を示す。検出レンズ２００３のフーリエ変換面に空間フィルタ２００４を設置している。ノイズであるウェハ２００１上の繰返し性のあるメモリパターンからの回折光２００７は、検出レンズ２００３を通過後、空間フィルタ２００４で遮光する。また、ウェハ２００１上の異物からの散乱光２００８は検出レンズ２００３、空間フィルタ２００４、結像レンズ２００５を通過して検出器２００６で検出される。
【０２２２】
ここで、図６５の空間フィルタ２００４面におけるパターン回折光２００７のｘ方向の光強度分布を図６６に示す。同図において、空間フィルタ２００４の透過部分（Ａ）と遮光部分（Ｂ）に相当するパターン回折光２００７の光強度の比、即ちＡ：Ｂは１：１０^５となり、空間フィルタ２００４を設置することにより、パターンノイズを１／１０^５に低減することができる。従来の異物検査装置に用いられた偏光フィルタ法では、パターンノイズ低減は１／１０^２であるため、検出器の画素サイズが同一であれば、ノイズ低減レベルは１０^３向上し、異物検出感度も向上する。したがって、異物検出感度の目標設定を従来の異物検査装置の性能以下にすることにより、検出器の画素サイズの大画素化を行うことができ、異物検出光学系の高速・小型化が可能となる。
【０２２３】
なお、空間フィルタで遮光できるパターンは繰返し性のあるメモリパターンであり、メモリパターン部以外はソフト等で無効データあるいは検出禁止エリアとする。
【０２２４】
図６７に空間フィルタ法を適応した場合の異物検出光学系における弁別比を示す。ここで、異物検出系光学系における検出レンズ２００３は結像レンズも兼ねているため、結像レンズを必要としない。検出器２００６からの検出信号分布より、異物の検出信号をＳ、パターンノイズをＮとすると弁別比をＳ／Ｎで表す。
【０２２５】
次に、図６８に検出器の画素サイズと弁別比の関係を示す。ここでは、異物として２μｍ標準粒子の例を示す。異物をパターンから安定して弁別するためには、弁別比１以上を必要とする。したがって、同図より、２μｍ標準粒子をパターンから弁別して検出するためには、検出器の画素サイズは２０μｍ以下であれば良いことがわかる。
【０２２６】
次に、図６９に照明領域と検出領域を示す。検査時間Ｔは、検査幅Ｌｘ、Ｌｙ、検出器の画素サイズｗ、検出器の読みだしクロック周波数ｆとして以下の（数２１）式で示される。
【０２２７】
【数２１】
Ｔ＝（Ｌｘ・Ｌｙ／ｗ^２）・（１／ｆ） （数２１）
また、有効照明光強度Ｐは、照明パワーＰ_０、照明幅Ｗｘ、Ｗｙとして以下の（数２２）式で示される。
【０２２８】
【数２２】
Ｐ＝Ｐ_０・（ｗ・Ｌｘ）／（Ｗｘ・Ｗｙ） （数２２）
ここで、Ｗｘ≒Ｌｘであるため、（数２２）式は（数２３）式で示される。
【０２２９】
【数２３】
Ｐ＝Ｐ_０・（ｗ／Ｗｙ） （数２３）
総照明光量Ｐｔは（数２１）式と（数２３）式より、（数２４）式で示される。
【０２３０】
【数２４】

したがって、検出信号強度Ｉは、異物信号係数Ｋ_２と（数２４）式より、（数２５）式で示される。
【０２３１】
【数２５】

式（数２５）より、Ｉはｗ・ｆの関数となる。
【０２３２】
以上の結果を基に、図７０に装置仕様を決定するための性能図を示す。画素サイズと検査時間の関係、画素サイズと弁別比の関係、画素サイズ・検出器のクロック周波数と検出信号の関係の３つの図により装置仕様を決定する。例えば、２０秒の検査時間を実現するために、画素サイズと検査時間の関係より、検出器のクロック周波数を２ＭＨｚに設定すれば、検出器の画素サイズは１３μｍで良い。
【０２３３】
その時、画素サイズと弁別比の関係より、２μｍ異物のパターンからの弁別比は２であり、パターンから弁別することができる。最後に、画素サイズ・検出器のクロック周波数と検出信号の関係より、２μｍ異物の検出信号は、画素サイズ・クロック周波数で決まり、６０ｍＶであり、検出器で検出可能である。以上の様に、３つの性能図により、装置の検出異物寸法と検査時間の仕様を任意に決定することができる。
【０２３４】
図７１は空間フィルタ法を用いた異物検出光学系の装置構成を示す図である。
【０２３５】
異物検出光学系は、製品ウェハ２００１の一軸走査２０１０で製品ウェハ２００１全面が検査可能な構成に成っている。そのため、異物検出光学系は照明光学系２０１１と検出光学系２０１３に分け、それぞれユニット構成に成っている。検査対象ウェハがφ２００ｍｍの場合について以下に説明する。例えば、８ユニットでウェハ２００１全幅を検査するためには、１ユニットの照明領域及び検出領域２０１２は、２５ｍｍにすれば良い。したがって、検査対象ウェハがφ１５０ｍｍの場合は、８ユニットのうち６ユニットを用いれば良い。１ユニットの検出光学系２０１３は、検出レンズ２０１４、検出レンズ２０１４のフーリエ変換面に設置された空間フィルタ２０１５、検出器としてリニアセンサ２０１６で構成されている。検出レンズ２０１４の外形寸法が検出幅より大きい場合は、本実施例の同図に示すようにちどり状に配置することによりウェハ２００１全幅を確保することができる。また、検出レンズ２０１４の外形寸法が検出幅以下の場合、あるいは、ウェハ上を限定する検査すなわち部分検査の場合には直線状に配置することができる。ここで用いている空間フィルタ２０１５は検出光学系２０１３がちどり状の場合は４ユニット構成を２組使用し、検出光学系２０１３が直線状の場合は８ユニット構成を１組使用する。リニアセンサ２０１６からの検出信号は異物検出処理（別体）２０１７で処理され、異物データとして出力する。
【０２３６】
なお、検出光学系２０１３がちどり状の場合は２組、検出光学系２０１３が直線状の場合は１組の空間フィルタ２０１５の交換は、ウェハ２００１の品種間により行う必要があるが、工程にはほとんど依存せず、１品種ウェハを１種類の空間フィルタ２０１５で対応可能である。
【０２３７】
次に本実施例のうちの仕様の一例を示す。照明光学系は、照明光源として波長７８０ｎｍ、出力２００ｍＷの半導体レーザを用い、照明光入射角度は上方から６０°でウェハ上の２６×１ｍｍ^２の領域を照明する。検出光学系は、検出レンズとして投影レンズ（５０ｍｍＦ２．８を用い、検出倍率１倍（検出ＮＡ＝０．１）で検出する。検出器には画素サイズ１３μｍ、画素数２０４８、駆動周波数４ＭＨｚのＣＣＤリニアセンサ、あるいは、異物弁別性能の高い画素サイズ７μｍ、画素数４０９６、駆動周波数４ＭＨｚのＣＣＤリニアセンサを用いる。
【０２３８】
次に、図７２はパターンノイズ光のウェハ回転角度による影響を示す一例図である。ウェハ２００１が回転すると、ウェハ２００１のパターンからの回折光もウェハ２００１に応じて回転する。したがって、異物検出光学系２０２１に対してウェハ２００１が回転していると、異物検出光学系２０２１の空間フィルタの遮光部分からウェハ２００１のパターンからの回折光が漏れてくる。したがって、パターンからの回折光の漏れ光すなわちパターンノイズ光は、空間フィルタの遮光幅とウェハの回転角度の関数となる。ここで、ウェハの回転角度θは、異物検出光学系２０２１の中心線２０２０とウェハ２００１の中心線２０００の角度を表す。しかし、空間フィルタの遮光幅を広げると異物からの散乱光も減光するため、最適幅を求める必要がある。そこで、従来のプリアライメント装置ではウェハの回転角度を±２°以内に抑えることができるので、異物検出性能、例えば、２μｍ異物をパターンから弁別して検出できる空間フィルタの遮光幅を最適幅とした場合のウェハの回転によるパターンノイズ光の変化の一例を同図に示す。
【０２３９】
異物検査のモニタとしての機能を有するためには、できるだけ焦点深度の深い異物検出系が必要である。
【０２４０】
焦点深度は、検出画素サイズの大きさにより、検出レンズのＮＡから計算される焦点深度より大きい値を得ることができる。
【０２４１】
検出画素サイズが検出異物サイズより十分小さければ、焦点深度ｄは、検出レンズの開口数に依存し、光の波長λ、検出レンズの開口数ＮＡとして以下の（数２６）式で示される。
【０２４２】
【数２６】
ｄ＝０．５・λ／（ＮＡ）^２ （数２６）
（数１１）式において、例えば、λ＝７８０ｎｍ、ＮＡ＝０．１の場合はｄ＝３９μｍとなる。また、検出画素サイズが検出異物サイズより十分大きければ、焦点深度は、検出画素サイズに依存する。この場合、検出画素サイズを相当解像度ａ’とすると、相当開口数ＮＡ’との関係は以下の（数２７）式で示される。
【０２４３】
【数２７】
ａ’＝０．６１・λ／ＮＡ’ （数２７）
さらに、（数２７）式におけるＮＡ’を（数２６）式のＮＡに代入すると、実際の焦点深度ｄが得られる。例えば、ａ’＝１３μｍとすると、ＮＡ’＝０．０３７となり、ｄ＝２８５μｍとなる。
【０２４４】
従って、検出器の大画素化により、異物検出系の焦点深度を深くする効果がある。
【０２４５】
図７３はウェハステージの高さによる異物検出出力の変化を示す一例図である。λ＝７８０ｎｍ、ＮＡ＝０．１、検出画素サイズ１３μｍを用いた場合の５μｍ異物の検出出力の変化を示している。同図より、焦点深度は±７０μｍである。この値は検出レンズの開口数から得られる値（３９μｍ）と検出画素サイズから得られる値（２８５μｍ）の間の値に成っている。したがって、１３μｍの検出画素サイズは５μｍ異物に対して十分大きくないが、焦点深度を深くしている。
【０２４６】
以上のように、検出レンズの開口数を小さくすることと、検出画素サイズを大きくすることにより、焦点深度を深くすることができ、ウェハの搬送系の高さ方向の位置制御をラフにすることが可能である。
【０２４７】
次に、本小形異物モニタリング装置に用いる照明光学系の１ユニットの構成を示す。ウェハ上を片側は検査領域を十分照明できるように広げ、片側は十分な照度になるように絞り込み、線状照明が可能な構成となっている。照明光源が点光源であれば、両側とも平面波すなわち平行な光束ができる。ここで、照明光を平行光にすると、検出光学系の空間フィルタ位置の像をシャープにすることができ、空間フィルタによるパターンの遮光性能を高くし、異物検出性能も高くすることができる。しかし、例えば、照明光源として小形の半導体レーザを用いる場合、高出力になるにしたがって、発光点の片側の長さが長くなる。したがって、片側は平面波すなわち平行な光束はできない。そこで、それに対応した照明光学系の実施例を２種類示す。ただし、ウェハ上の線状照明のうち、ビームの長い方向をｙ方向、ビームの短い方向をｘ方向とする。
【０２４８】
１つ目の方式の構成を図７４に示し、同図（ａ）にｘ方向から見た構成を示し、同図（ｂ）にｙ方向から見た構成を示す。ここで、半導体レーザ２１０１の発光点２１００の長い方向がｘ方向、発光点２１００の短い（点光源に近い）方向がｙ方向である。ただし、ウェハ上においてＰ偏光照明であればＳ偏光照明になるようにλ／２板を挿入する。
【０２４９】
同図（ａ）のｘ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２１０２〜レンズ２１０６を用い、光束を絞ってウェハ２００１上を照明する。同図（ｂ）のｙ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２１０２〜レンズ２１０６を用い、光束を広げ平行光にする。この方式はｘ方向の光束を容易に絞り込むことができるので、照明の高照度化が可能である。この方法では、ｘ方向の光束を平行光ではなくある角度をもって絞り込むため検出光学系の空間フィルタ面におけるｘ方向の回折パターンは長くなるが、図６２に示すような直線状の空間フィルタ−を用いることによってパタ−ンからの回折光を遮光することができる。図７５は図７４の照明光学系を用いた場合の検出検出光学系の空間フィルタ面におけるウェハ上の回折パターンの平面図の一例を示す。ウェハ上のパターンからの回折パターンの１点の大きさは、ｘ方向は照明の開口数に依存しｘ１＝数ｍｍ、ｙ方向は平行光であるためｙ１＝数μｍになり、ｙ方向のみシャープな光となる。ウェハの向きにより同図（ａ）に示すようにｙ方向のピッチｐｙがｘ方向のピッチｐｘより短い場合には空間フィルタの遮光率が高くなり、異物からの検出出力も低下する。そこで、ウェハを９０°回転することにより、ウェハ上のパターンからの回折パターンは同図（ｂ）に示すようになり、ｙ方向のピッチは同図（ａ）におけるｐｘと同一であり、空間フィルタの遮光性能を向上することができる。このように、ｙ方向に回折パターンのピッチの長い方がくるようにウェハの向きを予め設定することにより、異物からの検出出力を更に向上することができる。このウエハの最適な向きは、予めデ−タとして入力することができる。また、一度回折パターンの向きを見てウェハの最適な向きを検出し、以後はその最適な向きの上方を用いる。
【０２５０】
２つ目の方式の構成を図７６に示し、同図（ａ）にｘ方向から見た構成を示し、同図（ｂ）にｙ方向から見た構成を示す。ここで、半導体レーザ２１０１の発光点２１００の短い（点光源に近い）方向がｘ方向、発光点２１００の長い方向がｙ方向である。ただし、ウェハ上においてＰ偏光照明であればＳ偏光照明になるようにλ／２板を挿入する。
【０２５１】
同図（ａ）のｘ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２２０２〜レンズ２２０７を用い、光束を絞って平行光にする。同図（ｂ）のｙ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２２０２〜レンズ２２０７を用い、光束を広げウェハ２００１上を照明する。しかし、ｘ方向の発光点２１００の長さが数十μｍと長いため、平行光にすることができない。ここで光源２１００は、レンズ２２０２〜レンズ２２０７、結像レンズ２０１４を通して空間フィルタ２０１５の位置に結像する。この総合結像倍率は空間フィルタの遮光性能より数十μｍ以下が最適であるため、１倍前後になるようにする。
【０２５２】
図７７に図７６の照明光学系を用いた場合の検出検出光学系の空間フィルタ面におけるウェハ上のパターンからの回折パターンの平面図の一例を示す。空間フィルタ面におけるウェハ上のパターンからの回折パターンの１点の大きさは、ｘ方向は平行光であるためｘ２＝１００μｍ程度、ｙ方向は照明光源の大きさに比例するのでｙ２＝数十μｍになり、ウェハの向きに依らず、ｘ方向、ｙ方向とも比較的シャープな光が得られ、空間フィルタの遮光性能を高くすることができる。
【０２５３】
次に本発明の小型異物モニタの偏光検出法による異物検出光学系の他の実施例を図７８から図７９を用いて説明する。
【０２５４】
偏光検出法はメモリパターンに限定しないでウェハ全面の全てのパターンから異物を弁別して検出することが可能である。
【０２５５】
図７８は検出レンズとして屈折率変化型のレンズアレイを用いた異物検出光学系の構成図を示す。斜方照明光学系３００２と検出光学系３００３から成る。斜方照明光学系３００２は図に示すように１個以上の照明アレイに成っている。検出光学系３００３は検出レンズとして屈折率変化型のレンズアレイ３００４、偏光素子として偏光板３００５、屈折率変化型のレンズアレイ３００４の結像位置に検出器３００６から成っている。照明アレイによりウェハ全幅を照明する線状照明にし、ウェハ全幅を検出する。したがって、ウェハ３００１の一軸走査３０１０でウェハ３００１全面を検査できる。照明アレイ３００２の照明角度は水平方向から数度上方より行い、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直線偏光（Ｓ偏光）でウェハ３００１上を照射する。また、ウェハ３００１上のパターン及び異物からの散乱光は、屈折率変化型のレンズアレイ３００４を通過後、偏光板３００５でＰ偏光（磁界ベクトルが照明の入射面に平行な成分の直線偏光）のみを通過させ、パターンからの散乱光を減じ異物からの散乱光を強調させて、検出器３００６で検出する。
【０２５６】
図７９は検出レンズとして通常のレンズを用いた異物検出光学系の装置構成図を示す。異物検出光学系は、製品ウェハ３００１の一軸走査３１１０で製品ウェハ３００１全面が検査可能な構成に成っている。そのため、異物検出光学系は照明光学系３１１１と検出光学系３１１３に分け、それぞれユニット構成に成っている。検査対象ウェハがφ２００ｍｍの場合について以下に説明する。例えば、８ユニットでウェハ３００１全幅を検査するためには、１ユニットの照明領域及び検出領域３１１２は、２５ｍｍにすれば良い。したがって、検査対象ウェハがφ１５０ｍｍの場合は、８ユニットのうち６ユニットを用いれば良い。１ユニットの検出光学系３１１３は、検出レンズ３１１４、偏光板３１１５、検出器としてリニアセンサ３１１６で構成されている。検出レンズ３１１４の外形寸法が検出幅より大きい場合は、本実施例の同図に示すようにちどり状に配置することによりウェハ３００１全幅を確保することができる。また、検出レンズ３１１４の外形寸法が検出幅以下の場合、あるいは、ウェハ上を限定する検査すなわち部分検査の場合には直線状に配置することができる。照明ユニット３１１１の照明角度は水平方向から数度上方より行い、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直線偏光（Ｓ偏光）でウェハ３００１上を照射する。また、ウェハ３００１上のパターン及び異物からの散乱光は、検出レンズ３１１４を通過後、偏光板３１１５でＰ偏光（磁界ベクトルが照明の入射面に平行な成分の直線偏光）のみを通過させ、パターンからの散乱光を減じ異物からの散乱光を強調させて、リニアセンサ３１１６で検出する。リニアセンサ３１１６からの検出信号は異物検出処理（別体）３１１７で処理され、異物データとして出力する。
【０２５７】
図８０に本発明の位置付けと機能を示す。ＬＳＩの量産立上げの主要作業のうちの１つに、異物の発生原因を究明して対策を施す作業があり、それには発生異物を検出して元素種などを分析することが発生原因探求の大きな手がかりになる。一方、量産ラインでは、これらの異物をいち早く感知し対策を施す必要がある。異物発生からその感知までの時間が経過した場合、不良の発生数は大きくなり歩留まりは下がる。したがって、高い歩留まりを維持するためには異物発生からその感知までの経過時間を短縮することが欠かせない。また、ウェハ上の異物個数の厳密な検出実験により、異物個数は徐々に増減するものではなく、突発的に増減することが新たに判明した。同図（ａ）にＣＶＤ等の処理装置内で発生する製品ウェハ上の異物数の時間推移を示す。同図（ｂ）に従来方式を示す。従来装置はスタンドアローン型であり、量産ラインで処理したウェハを検査装置の個所に持ち込んで異物の検査をする抜取り検査であった。したがって、ウェハの搬送、異物検査に時間を要したため、検査の頻度すなわちサンプリングは、同図（ａ）に示すように、１ロット、あるいは数ロット、あるいは１日毎に１枚であり、検査枚数に限界があった。このようなサンプリングでは突発的な異物の増加が見落とされたり、増加したまましばらく経ってから検出されたりすることになり、相当数の不良（ドカ不良）が発生することになる。すなわち、このようなサンプリングでは、異物の発生を十分に早く感知したとはいえない。そこで、同図（ｃ）に示すように、異物モニタリング装置を小型にした小形異物モニタを処理装置の入出力口あるいは処理装置間の搬送系中に載置し、小形異物モニタからの異物データを異物管理システムに取り込むことにより、異物管理を枚葉で行うことができる。したがって、本小形異物モニタを用いることにより、同図（ａ）に示すように、モニタのサンプリングタイムを短くでき、枚葉の実時間サンプリングが可能で、異物検査の効果を最大限に出すことができる。
【０２５８】
本発明の機能としては次の５項目がある。、処理装置の搬送系に取付け可能な大きさ、すなわち、小形であり、ウェハの枚葉検査ができる高速検査が可能であり、処理装置毎の異物管理ができるように処理装置のオプションになりうる安価な価格である。また、モニタであるためセッティングが容易でメンテナンスフリーになっている。
【０２５９】
以下、空間フィルターの実施例を図８２から図８５を用いて説明する。この空間フィルターは、液晶表示素子を用いて構成しても良いが、液晶素子の場合、特定の偏光方向の光だけしか使用できない。また、光の減衰率が小さいためパターンからの回折光を十分に遮光できない問題がある。そこで、空間フィルターを金属板等を用い機械的に構成するのが良い。
【０２６０】
空間フィルターは、図７４、７５で説明したように直線状のパターンの集合で構成される。（もちろん空間フィルターは図７５（ａ）に示したような点の集合を遮光するように一回り大きい点の集合であるのが望ましいが、ここで示したような直線の集合であっても十分その機能は果たし、かつ構成が単純であるという効果もある。）この直線状パターンのピッチと位相を合わせればよい。図８２にこの金属板を用いたピッチ可変空間フィルター１２７０の一実施例を示す。
【０２６１】
この実施例は、照明光学系１１１０、検出光学系１２１０、ステージ系１３００、信号処理系１４０１、データ処理系１５０１より構成される点は、図５３に示した実施例と同じである。
【０２６２】
ここで半導体レーザ１１１１の射出口１０２１が図８２に示すように縦長に配置された場合、図７４の照明系を用いると、空間フィルターの直線方向は、図８２に示したように照明光束の入射面に平行になる。この場合、空間フィルターの位置合わせとして、空間フィルターの中心にある直線状パターンを基準にして直線状パターンのピッチを合わせるだけでよい。この場合、空間フィルターのピッチ可変機構は単純に構成できる。
【０２６３】
図８２のピッチ可変空間フィルター１２７０の構成を図８３に示す。ピッチ可変空間フィルター１２７０は、金属あるいは金属酸化物あるいはプラスチック等の遮光率の高い材料で形成された複数の直線上パターン１２７１、ばね状支持具１２７２、支持具１２７３、固定手段１２７４、ねじ１２７５、ネジ駆動手段１２７６、より構成される。ここで、ネジ１２３５には、１２７７部に右ネジ、１２７８部に左ネジが形成されている。ここで、ネジ駆動手段１２７６によりねじ１２７５を回転させることにより直線状パターン１２７１間のピッチを変えることができる。この、ネジ駆動手段１２７６の駆動は、ウエハ搬入時に、ウエハ上のチップピッチｐと同時にチップ内のセルピッチｄを受け取ることにより、直線上パターン１２７１間のピッチが算出された値に従って制御される。ここで、ばね状支持具１２７２はゴムであってもよい。
【０２６４】
またここで、この空間フィルター１２７０のピッチは広いダイナミックレンジで変えることは難しい。例えば、ピッチを１／１０にする場合、ねじ１２７５は空間フィルターとして必要な長さの１０倍の長さが必要になるからである。そこで、空間フィルター１２７０を複数個重ねて設置しておき、ピッチを小さく変化させる場合は、重ねたまま先の可変機構で可変し、大きく変化させる場合は重ねたそれぞれの空間フィルターをずらすことによって小さなピッチを実現できる。
【０２６５】
もちろん必要に応じ、可変機構とずらすことを同時にもできる。
【０２６６】
ここで、空間フィルター１２７０の中央部の直線状パターン１２７９は、他の直線状パターンより太く構成されるのが望ましい。これは、中央部の回折光すなわち０次回折光は光強度が強く回折光の強度分布の幅がひろいため、十分に回折光を遮光するためには幅の広い直線状パターンを必要とするためである。
【０２６７】
また、ここでは、駆動機構の一実施例を示したが、本発明を実施するに当たって、ここに示した実施例である必要はなく、遮光性の高い直線状パターン１２７１を駆動する構成であれば他の駆動機構であっても良い。具体的には、図８４に示すような構成であってもよい。この実施例では、直線状パターン１２７１はリンク１２９１で支持されており、リンク駆動機構１２９２でリンク１２９１の傾きを変えることによりピッチを変える構成である。
【０２６８】
また、空間フィルターのピッチが大きくできる方向、すなわちウエハ上のパターンのピッチｄが小さい方向にウエハの向きを設定すれば尚良い。
【０２６９】
図８５、８６に示すように、照明光学系１１１０として、図７５に示した光学系を用いた場合、空間フィルターの中央部にやや大きめの直線状空間フィルター１２７９を照明の入射面に平行に配置し、これに垂直に直線状パターンを配置する必要がある。この場合、空間フィルターの位置合わせとしてピッチと位相を調整する必要がある。照明の入射角をα、直線状回折パターンの射出角をθｎ、照明光の波長をλ、ウエハ上のパターンの基本ピッチをｄとすると、以下の（数２８）式が成り立つ。
【０２７０】
【数２８】
ｓｉｎ（α−θｎ）＝ｎ・λ／ｄ （数２８）
従って、この式（数２８）を成立するような可変機構を構成する必要がある。
【０２７１】
具体的には、図８５に示したピッチ可変空間フィルター１２７０を９０度回転した方向に配置し、ピッチの調整の他に、ピッチ可変空間フィルター１２７０全体を直線状パターン１２７１に垂直な方向に移動することによって、位相を調整する。この位相の調整は位相調整手段１２８１により行う。また、この構成では、空間フィルターの中心位置に照明の入射面に平行にやや太め具体的には、直線状パターンの１から３倍程度の遮光板を配置するとよい。
【０２７２】
直線状パターンの太さは、実験的に求めるのがよいが、設計的には、照明系の光源１１１１の空間フィルター上での像の大きさの１割から２割増しに設定されるべきである。但し、空間フィルターの調整機構の精度を考慮する場合、さらに大きな余裕を設ける必要がある。
【０２７３】
また、図５３の構成は６チャンネルの並列で説明しているが、６チャンネルでなくても良く、ウエハのサイズ、検査時間等の仕様により決定されるものである。
【０２７４】
ここでは、図７４、７５に示した光学系で照明光学系を構成した場合の空間フィルター機構を説明したが、ここに、説明しない他の照明系を用いた場合であっても機械的な空間フィルターを用いることによって、遮光率を向上できるため、パターンからの回折光を効率的に遮光でき、異物の検出感度を向上することができる。
【０２７５】
また、空間フィルターのピッチ及び幅をさらに細かくしたい場合、ここに示した機械構成では精度が不足することになる。この場合、「マイクロメカニズム」として紹介されている方法を用いて可変空間フィルターを作ることができる。
【０２７６】
以上の構成は、製品のチップ間ピッチ、セルピッチ等のデータを受け取ることにより、自動的に空間フィルターのピッチを変えることができるため、空間フィルターを製品毎に交換する手間が省けるという効果を有する。
【０２７７】
空間フィルターを製品毎に作成しておき、この空間フィルターを自動的に交換してもよい。その一例を図４３に示す。この方法は、図５８に示した検出器１２５４、１２３４、１２１４の３つのフィルターを一つの基板上に設置し、これを交換するものである。
【０２７８】
【発明の効果】
本発明によれば、繰り返し情報を高速に省くことができるので、非繰り返し情報として存在する異物等の欠陥を繰り返しパターンの中から高速に検出でき、その結果小形異物モニタをラインに導入することで、ラインを通過するウェハ全てを検査することができ、異物の増加を実時間で検出できる。これにより、異物発生による大量の不良品の生産を未然に防止することができ歩留りを向上できる。
【０２７９】
即ち、本発明によれば、半導体製造工程の量産ラインにおいて簡便な小形モニタリング装置だけで異物をモニタリングすることにより、生産ラインを軽量化して製造コストの低減を可能にすると共に、該モニタリング装置は異物検査を実時間で実施できるため、不良の作り込みを最小限にでき、製品の歩留り向上に大きく寄与できる。更に、本発明によれば、半導体製造工程の量産立上げ時と量産ラインでの異物検査システムを分けることにより、また、高精度の異物検査装置を用いることにより、量産立上げ時に必要な異物の検出・分析・評価の機能を最大限にできるため、量産ラインへのフィードバックを円滑に進め、量産立上げ期間を短縮でき、量産ラインでは、必要最小限の小形異物モニタを用いて全数検査に近い高頻度サンプリングを実現でき、製品の高品質、高歩留り生産を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】図１に示す検出ヘッド例を示す構成ブロック図である。
【図３】図１に示す空間フィルター機構を示す斜視図である。
【図４】図１に示すオペレータ処理部を示す構成ブロック図である。
【図５】図１に示すパラメータ検出系を示す構成ブロック図である。
【図６】図１に示す回転合わせ機構を示す斜視図である。
【図７】従来の方法を示す構成ブロック図である。
【図８】本発明の基本概念を示す構成ブロック図である。
【図９】本発明のパターン除去方法を示す構成ブロック図である。
【図１０】本発明に係るパラメータ検出系の他の実施例を示す構成ブロック図である。
【図１１】本発明に係る検出レンズの構成ブロック図である。
【図１２】本発明に係る回転ずれ検出系を示す構成ブロック図である。
【図１３】本発明に係る回転ずれ検出系の他の実施例を示す構成ブロック図である。
【図１４】本発明に係る光学的フィルターリングによる比較検査の効果を示す模式図である。
【図１５】本発明に係る空間フィルターによる遮光時の様子を示す斜視図である。
【図１６】本発明に係るオペレータ処理を説明する模式図である。
【図１７】本発明に係る空間フィルターの形状を説明する模式図である。
【図１８】本発明に係るパターン消去の条件を説明する模式図である。
【図１９】本発明に係る空間フィルター機構の製作方法を示す斜視図である。
【図２０】本発明に係る空間フィルター機構においてコイルばねの調整方法を説明する斜視図である。
【図２１】本発明に係る空間フィルター機構における回折の影響を除去する方法を説明するための構成ブロック図である。
【図２２】本発明に係るセンサの走査方向を説明する模式図である。
【図２３】本発明に係る垂直照明を実現する構成の構成ブロック図である。
【図２４】本発明に係る検出ヘッドの利用法を示す斜視図である。
【図２５】本発明に係る検出ヘッドの利用法を示す斜視図である。
【図２６】本発明に係る検出ヘッドの利用法を示す斜視図である。
【図２７】本発明に係るステージの走査方法を示す模式図である。
【図２８】本発明に係るパターンピッチの測定手段を示す構成ブロック図である。
【図２９】本発明に係る干渉を用いたパターン除去方法を示す構成ブロック図である。
【図３０】本発明の信号処理方法を説明する図である。
【図３１】本発明の一実施例を示す半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査方法及びその装置の構成ブロック図である。
【図３２】本発明の一実施例を示す異物モニタを搭載した枚葉式ＣＶＤ装置の平面図である。
【図３３】本発明に係る異物モニタの構成図である。
【図３４】本発明に係るウェハ回転方向検出器の検出方法を示す図である。
【図３５】本発明に係る異物座標管理のための製品ウェハ基準の座標を示す図である。
【図３６】本発明に係る異物座標管理のための装置基準の座標を示す図である。
【図３７】本発明に係る異物検出光学系の構成図である。
【図３８】本発明に係る斜方照明光学系の構成図である。
【図３９】本発明に係る検出光学系の検出幅を示す図である。
【図４０】本発明に係る検出器の構成図である。
【図４１】本発明に係る空間フィルタの構成図である。
【図４２】本発明に係る空間フィルタの詳細図である。
【図４３】本発明に係る各工程の製品ウェハに対応した乾板方式による空間フィルタ群の構成図である。
【図４４】本発明に係る乾板方式によるアンド空間フィルタの構成図である。
【図４５】本発明に係る部分検査による異物検出光学系の構成図である。
【図４６】本発明に係る部分検査による異物検出光学系の検出エリアを示す図である。
【図４７】本発明に係る２列に配置したマイクロレンズ方式による異物検出光学系の構成図である。
【図４８】本発明に係るレンズアレイを用いた場合のウェハ回転による空間フィルタ検出方法を示す図である。
【図４９】本発明に係る白色光照明による異物検出光学系の構成図である。
【図５０】本発明に係る白色光照明による異物検出性能を示す図である。
【図５１】本発明に係るウェハ比較検査による異物検出光学系の構成図である。
【図５２】本発明に係る異物モニタを用いた半導体ＦＡのシステム図である。
【図５３】本発明に係る異物検査装置の一実施例を示すブロック図である。
【図５４】図５３においてｘ方向からみた照明光学系の側面図である。
【図５５】図５３においてｙ方向からみた照明光学系の側面図である。
【図５６】図５３における結像レンズの一実施例を示す図である。
【図５７】図５３における結像レンズの一実施例を示す図である。
【図５８】図５３に示す光学系の配列を示す平面図である。
【図５９】本発明に係るウエハ上パターンを示す平面図である。
【図６０】本発明に係る回折パターンを示す平面図である。
【図６１】本発明に係る屈折率変化型レンズを示す図である。
【図６２】本発明に係る空間フィルターを示す平面図である。
【図６３】本発明に係る異物の検出例を示す図である。
【図６４】本発明に係る検出画素サイズとノイズレベルの関係を示す図である。
【図６５】本発明に係る空間フィルタを用いた異物検出光学系の構成図である。
【図６６】本発明に係る空間フィルタ面における光強度分布を示す図である。
【図６７】本発明に係る異物検出光学系における弁別比を示す図である。
【図６８】本発明に係る検出画素サイズと弁別比の関係を示す図である。
【図６９】本発明に係る照明領域と検出領域を示す図である。
【図７０】本発明に係る装置仕様を決定するための性能図である。
【図７１】本発明に係る異物検出光学系の装置構成を示す図である。
【図７２】本発明に係るパターンノイズ光のウェハ回転角度による影響を示す一例図である。
【図７３】本発明に係るウェハステージ高さによる異物検出出力の変化を示す一例図である。
【図７４】本発明に係る照明ユニットの側面図である。
【図７５】本発明に係る空間フィルター面における回折パターンの平面図である。
【図７６】本発明に係る照明ユニットの側面図である。
【図７７】本発明に係る空間フィルター面における回折パターンの平面図である。
【図７８】本発明に係る偏光検出による異物検出光学系の構成図である。
【図７９】本発明に係る偏光検出による異物検出光学系の装置構成図である。
【図８０】本発明の位置付けと機能を示す図である。
【図８１】本発明に係る信号処理系の実施例を示すブロック図である。
【図８２】本発明に係る可変空間フィルターを用いた本発明の一実施例を示す構成図である。
【図８３】図８２に示す場合の可変空間フィルターの具体的構成図である。
【図８４】図８２に示す場合の可変空間フィルターの他の具体的構成図である。
【図８５】本発明に係る可変空間フィルターを用いた他の一実施例を示す構成図である。
【図８６】図８５に示す場合の可変空間フィルターの具体的構成図である。
【符号の説明】
１…基板（ウエハ）、 １０１…検出ヘッド（検出光学系）、 １０２…照明手段、 １０３…検出光学系、 １０５…回転合わせ機構、 １０６…空間フィルターユニット、 １０７…検出器、 １０８…回転検出手段、１１０、１１１…フーリエ変換レンズ、 １１２…半導体レーザ、 １１３…コリメータレンズ、１１４…凹レンズ、 １１５…レシーバレンズ、 １１６…シリンドリカルレンズ、 １１８…ミラー、 １１９、１２０…コイルばね支え、 １２１、１２２…コイルばね、 １２３、１２４…回転検出用の検出器、 １２５…ガイド、１２６…ねじ、 １２７…右ねじ部、 １２８…左ねじ部、 １２９、１３０…ウオームギア、 １４０…モータ、 １４１…複数の直線状空間フィルター、１５１…回転ガイド、 １５２…回転バー、 １５３…ばね、 １５４…ピエゾ素子、 １５５…ピエゾ素子コントローラー、 １５６…架台、 ２０１…オペアンプ、 ２０２…Ａ／Ｄ変換器、 ２１２…ピッチ検出手段、 ２０３…オペレータ処理系、 ２０４…切り出し手段、 ２０６…異物データメモリ、 ２０８…パターンメモリ、 ２０９…パラメータ伝達手段、 ２１０…ソフト処理系、 ２１１…異物メモリ、 ２１４…４画素加算手段、 ２１５…８値化手段、 ２１６…複数のラインメモリ、２１７…バッファメモリ、 ２１８…判定画素切り出し手段、 ２１９、２３１…オペレータ切り出し手段、 ２２０…異物比較回路、 ２２１…閾値設定回路、 ２２４…ＯＲ回路、 ２２６…ＡＮＤ回路、 ２１２…ピッチ検出手段、 ２４１…オペレータピッチ算出手段、 ２４２…ＦＦＴ回路、 ２４３…空間フィルター制御系、２４４…フィルターピッチ算出手段、 ２３２…座標データ作成手段、 ２２９…マイクロコンピュータ、 ２３０…表示手段、 ５１０…半導体製造装置群、 ５２０…センシング部、 ５２４…真空内異物モニタ、 ５３０…ユーティリティ群、５４０…サンプリング部、 ５５０…検出部、 ５６０…分析部、 ５６３…ＳＴＭ／ＳＴＳ、 ５７０…対応システム、 ５８０…半導体製造工程の量産立上げおよび量産ライン異物検査システム、 ５８１…オンライン異物検査装置システム、 ５８２…オフライン異物検査システム、 ３１０１…異物モニタ、 ３１１１…製品ウェハ、 ３１２１…ウェハ回転方向検出器、 ３１２２…異物検出光学系、 ３１２３…異物情報処理系、 ３１２４…装置停止機能、 ３１２８…異物解析システム、 ３１５１…斜方照明光学系、 ３１５２…検出光学系、 ３１５３…レンズアレイ、 ３１５４…空間フィルタ、 ３１５５…検出器、 ３２０１…空間フィルタ群、 ３２２１…アンド空間フィルタ、 ３２３１…マイクロレンズ群、 ３２８０…画像処理系、 １１１０…照明光学系、 １２１０…検出光学系、 １４１０…信号処理系、 １２１１，１２２１…結像レンズ、 １２１２、１２２２…空間フィルター

Claims (16)

1. 光源から発射された光で、繰り返しパターンが形成された試料の表面を斜め方向から照明する照明手段と、該照明手段で照明されて前記試料で反射した光を検出する検出手段と、該検出手段で検出した信号を処理して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えた欠陥検査装置であって、前記照明手段は前記光源から発射した光を線状に成形する成形部を有して該成形部で線状に成形された光を前記試料の表面に照射し、前記検出手段は前記照明手段により線状に成形された光を照射された前記試料の表面の繰り返しパターンからの反射光による回折パターンのうちの所定の空間周波数を有する回折パターンを遮光する複数の遮光部分を備えた空間フィルタを有し、前記欠陥検出手段は前記空間フィルターを通過した光を前記検出手段で検出した信号を処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記欠陥検出手段は、前記検出手段で検出した信号を比較対象となる信号と比較して前記空間フィルターで遮光されなかった前記基板上の繰り返しパターンからの反射光による回折パターンの検出信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 繰り返しパターンを含むパターンが形成された試料の表面を直線状の光で斜め方向から照明する照明手段と、該照明手段で照明されて前記試料で反射した光のうち前記試料の繰り返しパターンで反射した光による回折パターンのうちの所定の空間周波数より大きな回折パターンを遮光して検出する検出手段と、該検出手段で検出した信号から前記試料で反射した光による回折パターンのうち前記所定の空間周波数よりも小さくて前記空間フィルターで遮光されなかった回折パターンを検出して得た信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出する処理手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
4. 前記試料上の繰り返しパターン部から発生する回折光による回折パターンを遮光する空間フィルターは複数の遮光部分を備え、該遮光部分は間隔が可変に構成されていることを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
5. 繰り返しパターンを含む回路パターンが形成されたチップが複数形成された基板に光を該基板に対して斜めの方向から照射して該基板を照明する照明手段と、該照明手段で照明された前記基板からの反射光を検出する検出手段と、該検出手段で前記反射光を検出して得た検出信号を処理して前記基板上の欠陥を検出する処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、前記検出手段は、前記照明手段で照明された基板からの反射光のうち前記チップ内の繰り返しパターンからの回折光による回折パターンを遮光する空間フィルター部を有し、前記検出手段は、前記空間フィルター部を通過して前記検出手段で検出された信号を比較対象となる信号と比較して前記空間フィルター部で遮光されなかった前記基板上のパターンからの反射光による回折パターンの検出信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
6. 前記照明手段は前記光を直線状に成形する成形部を備え、前記試料に前記成形部で直線状に成形された光を照射することを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。
7. 前記検出手段の空間フィルター部は、前記試料上の繰り返しパターン部から発生する回折光による回折パターンを遮光する複数の遮光部分を有し、該複数の遮光部分のピッチが可変であることを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。
8. 前記検出手段は、前記空間フィルター部を通過して前記検出手段で検出された信号を比較対象となる信号と比較して、前記検出信号と比較対象となる信号との差、前記検出信号 と比較対象となる信号との比、前記検出信号と比較対象となる信号とのログスケールでの比の何れかが所定の値よりも大きいときに前記検出信号を欠陥による信号として検出することを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。
9. 光源からの発射光を線状に成形し、該線状に成形した光を繰り返しパターンが形成された試料の表面を斜めの方向から照射し、該照射により前記試料で反射した光のうち前記繰り返しパターンからの反射光による所定の空間周波数を有する回折パターンをピッチ可変の空間フィルターで遮光して検出し、該検出した信号を処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
10. 前記検出した信号を比較対象となる信号と比較して前記空間フィルターで遮光されなかった前記基板上の繰り返しパターンからの反射光による回折パターンの検出信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする請求項９記載の欠陥検査方法。
11. 繰り返しパターンを含むパターンが形成された試料の表面の直線状の領域を斜め方向から照明し、該照明されて前記試料で反射した光のうち前記試料の繰り返しパターンで反射した光による回折パターンのうち所定の空間周波数より大きな回折パターンを遮光して検出し、該検出した信号から前記試料で反射した光による回折パターンのうち前記所定の空間周波数よりも小さくて前記空間フィルターで遮光されなかった回折パターンを検出して得た信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
12. 前記試料上の繰り返しパターンから発生する回折光による回折パターンを、間隔が可変な複数の遮光部分を備えた空間フィルターで遮光することを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査方法。
13. 繰り返しパターンを含む回路パターンが形成されたチップが複数形成された基板に光を該基板に対して斜め方向から照射し、該照射による前記基板からの反射光を検出手段で検出し、該反射光を検出して得た検出信号を処理して前記基板上の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、前記光を照射された基板からの反射光のうち前記チップ内の繰り返しパターンからの回折光による回折パターンを空間フィルターで遮光し、該空間フィルターで遮光されずに通過して前記検出手段で検出された信号を比較対象となる信号と比較して前記空間フィルターで遮光されなかった前記基板上のパターンからの反射光による回折パターンの検出信号を除去して処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
14. 前記試料に直線状に成形された光を照射することを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査方法。
15. 前記フィルターは、前記試料上の繰り返しパターンから発生する回折光による回折パターンを遮光する複数の遮光部分を有し、該複数の遮光部分のピッチが可変であることを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査方法。
16. 前記空間フィルターで遮光されずに通過して検出された検出信号を比較対象となる信号と比較して、前記検出信号と比較対象となる信号との差、前記検出信号と比較対象となる信号との比、前記検出信号と比較対象となる信号とのログスケールでの比の何れかが所定の値よりも大きいときに前記検出信号を欠陥による信号として検出することを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査方法。

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