JP4988224B2 - 欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板、半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥を検出し、前記検出された異物または欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物または欠陥の発生状況を検査する方法及びその装置に関する。

半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。

同様に液晶表示素子の製造工程においても、上記異物によりパターン欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。また、プリント基板の製造工程においても同様の状況であって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因となる。このような背景の下、半導体製造においては、各製造ライン毎に異物検査装置を場合によっては複数配置し、上記異物の早期発見による製造プロセスへのフィードバックにより半導体製造の歩留まり向上を図っている。

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開示されている。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（従来技術２）に開示されているように、半導体基板上にレーザ光を照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。

また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウェハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（従来技術３）において知られている。この従来技術３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。

また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平１−２５０８４７号公報（従来技術４）、特開２０００−１０５２０３号公報（従来技術５）が知られている。特に、従来技術５には、検出光学系を切り換えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、特開２００１−６０６０７号公報（従来技術６）が開示されている。

特開昭６２−８９３３６号公報 特開昭６３−１３５８４８号公報 特開平１−１１７０２４号公報 特開平１−２５０８４７号公報 特開２０００−１０５２０３号公報 特開２００１−６０６０７号公報

しかしながら、上記従来技術１〜５では、繰り返しパターンや非繰り返しパターンが混在する基板上の微細な異物または欠陥を、高感度で、かつ高速に検出することは容易にできなかった。すなわち、上記従来技術１〜５では、例えば、メモリセル部等の繰り返しパターン部分以外では、検出感度（最小検出異物寸法）が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜５では、パターン密度が高い領域における０．１μｍレベルの微小異物または欠陥の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜５では、配線間を短絡する異物または欠陥の検出感度や薄膜状の異物の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術６では、異物または欠陥の計測精度が低いという課題があった。また、上記従来技術６では、透明薄膜が形成されたウェハ表面上の異物の検出感度が低いという課題があった。

本発明の第１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が混在する被検査対象基板に対して、微小な異物または欠陥を高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査方法及びその装置を提供することにあり、特に繰り返しパターンの多いメモリ部や非繰り返しパターンの存在するロジック部の欠陥検査において、双方の検査領域での感度差を最小にして微小な異物または欠陥を安定して検出する欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、繰り返しパターンの多いメモリ部での欠陥検出感度向上のため、検出光学系内のフーリエ変換位置で被検査対象基板に形成されたパターンからの回折光を空間フィルタで遮光するための設定を行う際、実パターン回折光を用いての設定に加え、パターンの設計データを基に設定可能な構成とし、同一ダイ内の複数の各メモリ部に対して検査前に空間フィルタの設定を行い、各メモリ部の検査に差しかかった時、自動的に空間フィルタの設定を行うことによりメモリ部の微小な異物または欠陥を高感度で検出するための欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、照明光源から出射された波長の異なる照明光束を被検査対象基板の表面に対して互いに異なる方向または傾斜角度で切り換えて照射できるように構成した照明光学系と、前記被検査対象基板上の欠陥からの反射散乱光を集光する対物レンズと、該対物レンズで集光された反射散乱光を波長分離してそれぞれの光検出器の受光面に結像させる結像光学系からなる検出光学系と、該検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換し該変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて、欠陥を検出する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。

また、前記欠陥検査装置の検出光学系には前記対物レンズと結像光学系の間に形成されるフーリエ変換像および被検査対象基板と光検出器との相対距離を一定にして結像倍率を可変する機構部を有していることを特徴とする。

また、前記欠陥検査装置の検出光学系には、前記対物レンズと結像光学系の間に配置した前記被検査対象基板上からの反射散乱光のうち特定波長の光を遮光する機能を有する空間フィルタを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は前記検出光学系において、前記対物レンズと結像光学系の間に配置した空間フィルタの条件設定をパターンの設計データを用いて行う構成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、照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して高傾斜角度と低傾斜角度とで切り換えて照射できるように構成した照明光学系と、前記被検査対象基板からの反射散乱光を、検査対象上の異物欠陥を検出するに最適な方向に配置して異物欠陥からの散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光を結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された反射散乱光を受光して信号に変換する光検出器とを有する検出光学系と、前記照明光学系での高傾斜角度照明および低傾斜角度照明した際、前記検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部と該Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出する欠陥検出処理部と検出した異物を確認するための手段を備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。

また、本発明では、低角度の照明光源に紫外領域の波長を有するパルスレーザを用い、パルスレーザ光源から発射された1パルスのレーザを複数のパルスに分割して尖頭値を低減して試料に照射させるようにして、試料へのダメージを低減させたことを特徴とする。

本発明によれば、被検査対象物表面の欠陥を安定して検出するために波長帯域の異なる単一波長照明と広帯域波長照明を検査対象に行い、繰り返しパターンからの回折光を遮光し、非繰り返しパターンからの回折光を通過させる機能を有する空間フィルタを検出光学系内のフーリエ変換位置に備え、該フーリエ変換位置での実パターンからの回折光像または被検査対象物表面に形成されているパターンの設計データを基にフーリエ面に形成されるパターンの回折光像を作成し、これらを基に空間フィルタの条件設定を行う手段を備え、該空間フィルタを通過した試料表面散乱光を波長分離して検出器で画像を検出し、検出画像を同試料内の隣接ダイとの比較して微小欠陥を検出することにより、ＬＳＩパターン等の基板上の回路パターンからの回折光を低減して微小な異物または欠陥や、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高速で、しかも高精度に検査をすることができる効果を奏する。

また、本発明では、低角度照明のパルスレーザ光源から発射された1パルスのレーザを複数のパルスに分割して尖頭値を低減して試料に照射させるようにしたので、より微小な異物を検出するために高輝度のパルスレーザを用いても、試料にダメージを与えずに安定して検出することが可能になった。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物、パターン欠陥、マイクロスクラッチ等の様々な欠陥を高感度で、かつ高速で検査し特にウェハ表面に形成された薄膜表面の欠陥を薄膜中の欠陥と分離して安定して検出できるようにするものである。

すなわち、本発明に係る欠陥検査装置は、図２に示す如く、照明光学系１０によって照明するスリット状ビーム２０１の照射角度α及び照射方向φを被検査対象に応じて変更可能にすると共に、図１に示すように被検査対象表面と検出器２６の受光面とを結像関係となるよう検出光学系２０を配置し、また検出光学系２０の結像倍率を可変にして検出画素サイズを検出欠陥の大きさに合わせて設定して検査できるように構成した。

更に、本発明に係る欠陥検査装置には、例えば、異なる照射角度の照明光を照射することによって欠陥から発生する散乱光の違いを特徴量として、検出した欠陥の種類を分ける機能も備えるように構成した。

まず、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ及び該ウェハ上に形成された透明膜上の小／大異物やマイクロスクラッチおよび、透明膜中の異物やパターン欠陥等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハに限らず、薄膜基板やフォトマスク、ＴＦＴ、ＰＤＰ等にも適用可能である。

図１に、第１の実施例に係る欠陥検査装置の構成を示す。欠陥検査装置は、大きくは、照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０、搬送系３０、信号処理系４０及び欠陥検査装置全体を制御する全体制御部５０によって構成される。

搬送系３０は、様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置台３４に載置、移動させるＸステージ３１-１、Ｙステージ３１-２、Ｚステージ３２、θステージ３３と、これらを制御するための駆動回路３５とを備えている。
照明光学系１０は、広帯域波長を有する照明光源１２、レーザ光源１１、ビーム拡大光学系１６、ミラー２５４、２５６、レンズ２５５を備え、レーザ光源１１から射出された光を、ビーム拡大光学系１６である大きさに拡大後、ミラー２５４、レンズ２５５、ミラー２５６等を介して、複数の斜め方向から被検査対象基板１上に照明する。

検出光学系２０は、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ２３、光学フィルタ２５、ビームスプリッタ２９、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６ａ及び２６ｂを備えて構成されている。

信号処理系４０の処理回路４０ａ及び４０ｂは、光検出器２６ａ及び２６ｂでそれぞれ検出された画像信号を処理して欠陥、異物を検出する。ビームスプリッタ２９は特定の波長帯域の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。

観察光学系６０は、レンズ６１と偏光ビームスプリッタ６２と照明光源６３及び撮像手段６４を備え、照明光源６３から出射したＰ偏光光を偏光ビームスプリッタ６２で反射して光路をウェハ１の方向に曲げ、レンズ６１で集光されてウェハ１の表面を照明する。ウェハ１で反射、散乱した光のうちレンズ６１に入射した光は、偏光ビームスプリッタ６２に入射し、Ｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ６２を透過して結像され撮像手段６４で撮像される。ウェハ1を予め別の検査装置で検査して検出された異物の有無、形状を確認する。また、倍率可変検出光学系２０で検出した異物・欠陥を観察するために使用する。

全体制御部５０は、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０、搬送系３０および信号処理系４０の全体を制御する。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む）、表示手段５２、記憶部５３が設けられている。５５は被検査対象基板１の表面に形成されている回路パターンなどの設計データが格納されている記憶手段（サーバ）であり、設計データから空間的な光学像を形成することができる。

なお、この異物検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６ａ及び２６ｂの受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えている。

本検査装置では、複数の方向から被検査対象基板１の表面に照明可能な構成になっている。照明光学系１０としては、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、図２（ａ）に示す如く、レーザ光源１１から射出された光Ｌ０を、例えば図示しない凹レンズおよび凸レンズ等から構成されるビーム拡大光学系１６、光Ｌ０をスリット状ビームに成形するレンズ１４、ミラー１５等で構成され、レーザ光源１１から出射された光Ｌ０をスリット状ビーム２０１に成形してウェハ１のスリット状の領域２０１-１に照射する。

本実施例による検査装置では、単波長のレーザビームでウェハ１の表面を低角度（低い入射角度）で照明するための構成として、図２（ｂ）に示す如く、スリット状ビーム２０１（ウェハ１のスリット上の領域２０１-１に照射する光、以後、この光をスリット状ビームと記載する）を平面的に複数の方向（図２（ｂ）においては２２０、２３０、２４０、２５０の４方向）、及び複数の照明角度（図２（ｂ）におけるα、β、γ）にて、試料載置台３４上に載置されたウェハ（被検査対象基板）１に照射するように構成されている。

ここで、照明光をスリット状ビーム２０１にするのは、照明により発生する異物や欠陥からの散乱光の像を、光検出器２６の一列に配置した受光素子の検出面上に結像させて撮像し、一括して検出することにより、異物検査の高速化を図るためである。

すなわち、ウェハ１上に形成されたチップ２０２の配列方向がＸステージ３１-１の走査方向およびＹステージ３１-２の走査方向に対して平行になるようにθステージ３３を駆動して載置テーブル３４上に載置されたウェハ1の向きを調整し、この向きを調整したウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。

このスリット状ビーム２０１が照射されるウェハ１上のスリット状の領域２０１-１の形状は、Ｘ方向に集光してＹ方向に平行光となるように構成された光学系により、Ｘステージ３１-１の走査方向Ｘに直角（ウェハ１上に照射されたスリット状ビーム２０１の長手方向がＸステージ３１-１の走査方向Ｘに直角）、Ｙステージ３１-２の走査方向Ｙに平行（ウェハ１上に照射されたスリット状ビーム２０１の長手方向がＹステージ３１-２の走査方向Ｙに平行）、また光検出器２６ａ，２６ｂの画素の配列方向とも平行になるよう光軸が調整されているものである。これは画像信号のチップ間比較を行う際に、チップ間の位置合わせが容易に行える効果を奏する。このスリット状ビーム２０１は、図３に示すように光路中に例えば図３(a)の円錐曲面レンズ１４、２２４，２３４、図３（ｂ）の円筒レンズ２５５、または図３（ｃ）の円筒レンズ２４４を設けることにより形成することができる。

ここで、図２（ｂ）に示した方向２２０及び２３０からの照明では、ウェハのＹ軸方向に対して左右に角度φ回転し、かつＺ軸方向にウェハ１の表面に対して角度α傾斜した方向（図２（ｂ）では、方向２３０からの照明光がミラー２３３で反射されて円筒レンズ２３４を透過してミラー２３６に到る光路と、ミラー２３６からウェハ１のスリット状ビーム２０１の照射領域２０１-１までの光路とが重なって表示されている）からそれぞれスリット状に成形されたレーザ光をウェハ１上のスリット状の領域２０１-１に照射する。

これを実現するための構成として、図３（ａ）に示すように、長手方向の曲率半径が連続的に変化するような円錐曲面レンズ１４(図２（ｂ）のレンズ２２４および２３４に相当)を光路中に配し、Ｙステージ３１-２の走査方向に対してウェハ１上に照射されるスリット状ビーム２０１の長軸方向が平行になるようにしている（図３においては、ミラー２２５、２２６、及び２３５，２３６は省略している）。

また、方向２４０及び２５０からの照明では、Ｘステージ３１-１及びＹステージ３１-２の走査方向と同方向又は直角な方向からの照明になるため、図３（ｂ）に示すレンズ２５５(ミラー２４５は省略している)または図３（ｃ）に示すレンズ２４４によりスリット状ビーム２０１を形成してウェハ上のスリット状の領域２０１-１に照射することができる（図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、レンズ２４４および２５５が円筒レンズの形状をしているが、ウェハ１上に照射されたときの焦点位置のずれを補正するために、必ずしも円筒形状とはならない）。

また、全体制御部５０からの指令に基づいて、図２（ａ）に示すように、ミラー１５（図２（ｂ）のミラー２２６及び２３６に対応）とミラー２０５（図２（ｂ）のミラー２２５及び２３５に対応）を機構的に切り換えることにより、照明角αを例えば被検査対象基板１上で検査対象とする異物の種類によって変えられる構成になっている。図２（ｃ）に示すように、いかなる照明角の場合でもスリット状ビーム２０１が照射されるウェハ１上のスリット状領域２０１-１は、光検出器２６ａ及び２６ｂの画素の配列方向２０３をカバーし、上記以外の方向２２０及び２３０に対向する方向を含めて何れの方向からの照明であっても、スリット状ビーム２０１の照明位置がウェハ１上でスリット状領域２０１-１と一致するよう構成されるものである。

これにより、Ｙ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２０１をＹ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから発する回折光が空間フィルタ２２によって遮光されることになる。

なお、円錐曲面レンズ１４の製造方法については、例えば特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているような方法がある。

ところで、スリット状ビーム２０１を複数の照明角度でウェハ１上のスリット状領域２０１-１に照射するのは、ウェハ１表面に発生している種々のタイプの異物検出に対応するためである。すなわち、被検査対象基板１上のパターン欠陥や高さの低い異物検出を対象として検出する構成になっている。

ウェハ１の各チップ２０２の内部に形成されるパターンのうちメモリ部などの同じパターンが比較的狭いピッチで密に繰返し形成されている部分については、より微小な異物欠陥を検出しなければならない。この微小な異物欠陥を検出するために、比較的強い光をウェハ１の表面に対して低い角度でウェハ１の表面に入射させて比較的狭いピッチで密に繰り返し形成されたパターンにより発生する回折光を空間フィルタ２２で遮光してウェハ１の表面に付着した異物欠陥からの反射散乱光を検出する方法が従来から知られている。そして、この低い角度でウェハ１の表面を比較的強い光で照明するのには、光源としてレーザが適している。

しかし、ロジック部などの非繰り返しパターンまたは比較的粗いピッチで疎に繰返し形成されたパターン上の異物欠陥を検出する場合は、非繰返しパターンや粗いピッチで疎に繰返し形成されたパターンからの散乱光を空間フィルタを用いて完全に遮光することができないので、ウェハ１からの反射散乱光の中から異物欠陥からの散乱光だけを抽出することが難しい。そこで、ロジック部などの非繰り返しパターン上の異物欠陥を検出するためには、比較的高い角度方向からウェハ１を照明して隣接するチップ間の画像を検出し、比較する必要がある。しかし、表面が光学的に透明な膜で覆われたウェハ１上の異物欠陥をレーザ光源を用いて検出しようとすると、レーザ光は波長幅が短いため、表面を覆う透明膜の膜厚に分布があると表面からの反射光には干渉による強度変化が発生するために安定して欠陥を検出できなくなってしまう。そこで、本実施例では、非繰り返しパターン上の異物欠陥を検出するに際してウェハ１の表面を覆う透明な膜の膜厚変動の影響をより少なくするために、広帯域波長の光源を用いて比較的高い角度方向からウェハ１を照明するようにした。

本実施例では、広帯域波長による高角度照明と単一波長による低角度照明を実現する構成を備えている。

先ず、低角度照明光学系について図２及び３を用いて説明する。図２（ａ）は低角度照明光学系の構成の原理を説明する図である。低角度照明の照明角度αは、高角度になると回路パターンからの反射回折光量が増加し、Ｓ/Ｎ比が低下するので経験的に求められた最適値が適用される。一例として、ウェハ表面の高さの低い異物を検出したい場合は、照明角度αは小さい角度が良く、例えばαが１度乃至１０度好ましくは1度乃至５度程度になるように設定する。

また、低角度照明の照明方向φに関しては、例えば配線工程の場合、ウェハ上に形成された配線パターンと照明の方向を合わせることにより、配線間の異物を検出し易くなる。また、ウェハの回路パターンが配線パターンではなく、コンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないため、チップに対し４５度付近の方向から照明するのが望ましい。なお、照明角度の変更は、低角度照明の場合は、例えば、図２（ａ）に示すように、角度の異なる２個のミラー１５と２０５とを切り換えるか、あるいは、ミラー１５（又は２０５）の角度をＸ方向（紙面に垂直）を回転軸にして図示しない回転手段によって変えても良い。このとき、ミラー１５はＺ方向にも移動しスリット状ビーム２０１がウェハ上でもって検出光学系の検出光軸と一致するようにし、レンズ１４もＺ方向に移動してスリット状ビーム２０１が検出光学系の検出光軸上で最小径となるように調整される。

次に、照明方向を変更する方法について図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ｂ）に示す分岐光学要素２１８はミラー、プリズム等で構成され、図示していない駆動手段を用いて位置をＹ方向に移動させることによって、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌ０を透過または反射して３方向のうちの何れかの方向へ導く。分岐光学要素２１８を透過したレーザ光Ｌ１は、ハーフプリズム２２１で透過光と反射光に分岐され、例えば透過した光は、波長板２３６を透過した後、ミラー２３１，ビーム径補正光学系２３２、ミラー２３３、円錐曲面レンズ２３４を介して再びミラー２３６で反射されて、方向２３０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する。なお、ミラー２３５が円錐曲面レンズ２３４とミラー２３６との間に出し入れ可能に設置されていて、円錐曲面レンズ２３４で形成されたスリット状ビーム２０１を照射するウェハ上のスリット状領域２０１-１への入射角度αを切り替えられるようにしてある。

一方、ハーフプリズム２２１で反射された光についても同機能を有する光学素子により方向２２０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。この光路においてもミラー２２５が円錐曲面レンズ２２４とミラー２２６との間に出し入れ可能に設置されていて、円錐曲面レンズ２２４で形成されたスリット状ビーム２０１を照射するウェハ上のスリット状領域２０１-１への入射角度αを切り替えられるようにしてある。なお、ビーム径補正光学系２２２及び２３２は、ウェハ１に照射されるスリット状ビーム２０１が同じ大きさに成るように円錐曲面レンズ２３４または２２４に入射するレーザ光のビーム径を調節するものである。また、ハーフプリズム２２１の代りにミラー２６０を設置すれば方向２２０から、また、ハーフプリズム２２１及びミラー２６０の何れも用いなければ方向２３０から、それぞれ一方向からの照明を行うことができる。また、ハーフプリズム２２１の後方に挿入した波長板２２６、２３６によって照射するレーザ光の偏光方向を例えばＰ偏光だけに、またはＳ偏光だけにそろえることも可能である。

ところで、分岐光学要素２１８で反射されたレーザ光Ｌ２は、ビーム径補正光学系２４１を通過後、ミラー２４２及び２４３で反射し、円筒レンズ２４４（図３（ｃ）参照）を通過し再びミラー２４５で反射されて方向２４０よりウェハ１上のスリット状領域２０１−１に円筒レンズ２４４によりスリット状に成形されたビーム２０１を照射する。

一方、レーザ光Ｌ３についても、Ｌ２の光路上に配置された各光学素子と同様に、ミラー２５１で反射してビーム径補正光学系２５２を透過した後、ミラー２５３と２５４とで反射して円筒レンズ２５５を透過して、ミラー２５６で反射して方向２５０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。

照明方向２４０及び２５０に関しては、例えば配線工程において、ウェハ上に形成された配線パターンがＸ方向又はＹ方向に平行となって多く形成されている場合に、照明の方向を合わせることが可能であり、配線間の異物を検出し易くなるという効果を奏する。

なお、レーザ光源１１として、ここではＹＡＧ第２高調波の波長５３２ｎｍの高出力レーザを用いているが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、第４高調波の２６６ｎｍを用いても良く、また、紫外、遠紫外あるいは真空紫外光レーザでも良く、またＡｒレーザや窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ、半導体レーザ等の光源であっても良い。

一般的にレーザ波長を短波長化することにより、検出像の解像度が向上するため、高感度な検査が可能となる。

一方、広帯域波長による照明は、その照明光源１２を図１に模式的に示したが、その詳細を図４に示す。図４（ａ）〜（ｃ）において、光源１２から発射された広帯域波長の光を、図４（ａ）に示すように高角度照明光学系１８においてハーフミラー１８０１と１８０２とによって３つの光路に分岐し、ミラー１８０３〜１８１１により光路を曲げられた後、図４（ｂ）に示すように集光レンズ群１８１３で集光し、被検査対象基板１に対してθ＝４５度刻みで図４（ｃ）に示すように８方向からミラー群１８２４〜１８３１によって照明するように構成されている。各方向からの照明強度はそれぞれ被検査対象基板１上で等しくなるように光路中に設けられたミラー１８０１〜１８０５、１８０７、１８０９、１８１０の透過率が設定されている。

図５（ａ）および（ｂ）に高角度照明の別の実施例を示す。図５（ａ）は、広帯域のランプ光源１２から発射されレンズ２００１を透過した光を波長選択フィルタ２００２で特定の波長幅の光を選択し、レンズ２００３を透過した後コリメートレンズ２００４を介して対物レンズ２１と空間フィルタ２２との間、または空間フィルタ２２と結像レンズ２３との間に設置したハーフミラー２００５で対物レンズ２１の検出ＮＡを遮光しない範囲から球面ミラー２００６を用いて照明する構成としている。また、図５（ｂ）は広帯域のランプ光源１２から発射された光を波長選択せずにそのまま照明する構成を示している。配線工程での配線間の異物やパターン欠陥を検出したい場合は照明角度ηを大きくすると良いが、パターンと異物のＳ/Ｎ比の関係から、４０度乃至６０度好ましくは４５度乃至は５５度程度に設定すると良い。また、検査対象の工程と、検出したい異物の種類に対応関係がある場合は、検査レシピの中にどちらの照明角度に設定するか予め決めても良い。

また、前述のウェハ表面の異物やパターン欠陥を偏りなく検出するためには、図４または図５に示した高角度照明の照明角度として前述した角度の中間値、即ち５度乃至４５度の間に設定しても良い。

また、図６（ａ）および（ｂ）に高角度照明の更に別の実施例を示す。図６（ａ）に示すように、光源１２から発射された光を波長選択フィルタ２１０１を通して光ファイバ２１０２〜２１０９で８つの光路に分割し、各光ファイバの出射端に配置したレンズ２１１２〜２１１９で集光し、図６（ｂ）に示すようにそれぞれの光をミラー群２１２０で反射させて光路を変更し、ウェハ１上に高角度照明を行う。

次に、検出光学系２０について説明する。検出光学系２０は、ウェハ等の被検査対象基板１から反射回折された光を、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３、濃度フィルタ、偏光板などから成る光学フィルタ２５、ビームスプリッタ２９を介して、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６ａ、２６ｂで検出するように構成されている。光検出器２６ａ、２６ｂとしてＴＤＩセンサを用いた場合、複数の出力用タップを備えたＴＤＩセンサを用いて複数の信号を並列に出力させ、信号処理系４０でこの複数の信号を複数の処理回路または複数の処理ソフトを用いて並列に処理することにより、高速な欠陥の検出を行うことができる。

空間フィルタ２２は、ウェハ１上の繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光して欠陥、異物からの散乱光を通過する機能を有し、対物レンズ２１の空間周波数領域、すなわちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する）に配置されている。空間フィルタ２２は特定波長のみを遮光し他の波長は透過するような光学特性を持っている。すなわち、空間フィルタ２２は、レーザ光源１１によって被検査対象基板１に照射された照明光で発生するメモリ部などの領域の繰り返しパターンからの回折光は遮光し、欠陥、異物からの散乱光のみを通す。また、広帯域照明光源１２で照明された被検査対象基板１表面の非繰り返しパターンからの回折光も通過させる。空間フィルタ２２を通過した光は、ビームスプリッタ２９で波長分離され、レーザ光源１１の持つ波長は反射して検出器２６ａに、他は透過して検出器２６ｂに達する。これにより、非繰り返しパターンからの回折光で検出器の受光量が飽和する事態を回避できる。

なお、空間フィルタ２２は、図１に示すように、検出光学系２０の光路中に、検査中はＹ方向に退避可能なミラー９０と、投影レンズ９１、ＴＶカメラ９２からなる瞳観察光学系７０を用いて、例えば図８（ａ）に示すように、瞳観察光学系７０の観察視野５０１においてフーリエ変換の結像位置における繰り返しパターンからの反射回折光像の輝点５０２（図８（ａ）では輝点を黒点表示している）を撮像し、フーリエ変換の結像位置に設けた図８（ｂ）に示すような矩形状の遮光部を有する遮光板５０３の間隔Ｗｘを、例えば、図９（ｄ）に示すように遮光板５０３の両端をバネ７１５と７１６に固定し、これを図９（ａ）、（ｂ）に示すモータ７２５と送りネジ７２０、スライドガイド７２２によりＸ方向に開閉可能な一対の部材７１０ａと７１０ｂとを備えて構成されるアーム７１０に固定して遮光板５０３の間隔Ｗｘを機構でメカニカルに変化、及び遮光板全体をモータ７２６と送りねじ７３７でガイド７２８に沿って移動(図８（ｂ）に示すＯｘ)させて矩形状の遮光部が反射回折光像の輝点５０２のピッチＰｘと等しくなるように調整させて、図８（ｂ）に示すようにフーリエ変換の結像位置においてパターンからの反射回折光像による輝点が遮光板５０３からもれることが無いように調整されるものである。

このように、遮光板５０３の間隔Ｗｘは、瞳観察光学系７０で観察した実パターン画像を用いて設定することができる。また、パターンの設計データからフーリエ変換像を作成し、これに基づいて設定することも可能である。また、アーム７１０には遮光幅の異なった遮光板５０３’を取り付け、アーム７１０全体を載せたテーブル７４０をモータ７３５と送りネジ７３０でガイド７３２に沿ってＹ方向に移動して切換えることにより、反射回折光像の輝点の大きさが変化した場合でも対応可能である。これらは、ＴＶカメラ９２からの信号を信号処理系９５で処理して全体制御部５０の指令に基づいて実施される。なお、上記遮光板５０３によらず、ＴＶカメラ９２からの画像信号に基づいて、例えば液晶表示素子などを用いて透明基板上に遮光部を白黒反転させて形成したものを遮光板５０３と置き換えても良い。

図８（ｃ）は、ウェハ１を同時に異なる方向から照明した場合に瞳観察光学系７０の観察視野５０１において観察されるフーリエ変換の結像位置における繰り返しパターンからの反射回折光像（輝点５０７）を示している。このように基点５０７が横方向に幅を持って発生する場合には、図８（ｄ）に示すような縦方向の遮光パターン５０３と横方向の遮光パターン５０４とを組み合わせた２次元の遮光パターンを用いることにより、ウェハ１上に形成された繰返しパターンにより発生する反射回折光像の基点５０７を遮光することができる。

すなわち、図９（ａ）及び（ｂ）で説明した構成と同様の機構図９（ｃ）を遮光板５０４用として設け、ＸＹ方向に交叉するように２段に重ねて設置することで実現可能である。この場合、遮光板５０３は開閉可能な一対のアーム７１０の下面へ、遮光板５０４はアーム７１０の上面へ突出させて設置される。これにより、遮光部が対物レンズ２１の瞳面でＺ方向にデフォーカスしないように設置することが可能である。

この構成により、遮光板５０３のＸ方向の間隔Ｗｘと、Ｙ方向の間隔Ｗｙ及び遮光板全体の位相Ｏｘ，Ｏｙを調整することにより図８（ｄ）に示すような縦方向の遮光パターン５０３と横方向の遮光パターン５０４とを組み合わせた２次元の遮光パターンのそれぞれの方向の間隔を調整することができる。

これにより、図１０に示すように、チップ２０２内に複数のメモリ部Ａ〜Ｄが存在している場合でも空間フィルタの遮光部のピッチＷｘ、Ｗｙを検査前の条件設定で記憶させ被検査領域の座標位置の直前で設定することで微小欠陥を高感度で検出することができる。

また、本実施例では、検出光学系２０において、図２及び３で説明したようなレーザ光源１１から発射されたレーザを低角度照明系を介して照明することによりウェハ１から反射散乱した光と、図４乃至６を用いて説明したような広帯域波長光源１２から発射された広帯域波長幅を持つ光を高角度照明系を介して照明されたウェハ１から反射散乱した光とを分離して検出するように構成してある。即ち、図１に示したビームスプリッタ２９で、低角度照明系により照明されてウェハ１で反射散乱した光を反射させて光検出器２６ａで検出し、高角度照明系により照明されてウェハ１で反射散乱した光を透過させて光検出器２６ｂで検出するように構成している。

この検出光学系の詳細を図１１（ａ）に示す。ここでＳ０はウェハ１で反射散乱されて対物レンズ２１及び結像レンズ２３を透過してきた光を示し、低角度照明系により照明された光がウェハ１で反射散乱した成分と高角度照明系により照明された光がウェハ１で反射散乱した成分とが混合された状態の光である。ビームスプリッタ２９の表面は、レーザ光源１１から発射されたレーザと同じ波長の光を反射する特性を持つ薄膜２９０１がコーティングされており、ウェハ１からの反射散乱光Ｓ０に含まれる成分のうち、レーザ光源１１から発射されたレーザによる反射散乱光成分Ｓ１はビームスプリッタ２９で反射されて光検出器２６ａに入射させる。光検出器２６ａの検出面（図示せず）は、結像レンズ２３による結像面に位置するように配置されており、レーザの低角度照明によるウェハ１からの反射散乱光像を検出する。一方、ビームスプリッタ２９の表面にコーティングした薄膜２９０１は、レーザと同じ波長以外の光を透過させるので、広帯域波長光の高角度照明によるウェハ１からの反射散乱光成分Ｓ２は結像レンズ２３による結像面に位置するように配置された光検出器２６ｂに入射し、光検出器２６ｂで広帯域波長光源１２からの高角度照明による反射散乱光像が検出される。

ここで、ウェハ１からの反射散乱光Ｓ０をＳ１とＳ２との分離せずにそのまま光検出器２６ａで検出すると、その検出信号は図１１（ｂ）に示すように欠陥信号９５０がノイズ信号に埋もれてしまう。一方、本実施例のようにウェハ１からの反射散乱光Ｓ０からＳ１を分離して光検出器２６ａで検出することにより、その検出信号は図１１（ｃ）に示すように欠陥信号９６０を顕在化して検出することが可能になる。

一方、通常、広帯域波長光源１２により高角度照明される光は、レーザ光源１１により低角度照明される光に比べて光強度が弱く設定されるので、広帯域波長光源１２で照明された光によるウェハ１からの反射散乱光を検出する光検出器２６ｂの検出感度は、光検出器２６ａの感度よりも高く設定する。このとき、ウェハ１からの反射散乱光Ｓ０からＳ１を分離せずに光検出器２６ｂで検出すると、Ｓ１成分のために検出器が飽和してしまうことがある。しかし、本実施例のようにウェハ１からの反射散乱光Ｓ０からＳ１を分離した光Ｓ２を光検出器２６ｂで検出することにより、飽和することなく、安定して検出することが可能になる。

本実施例では、レーザ光源１１から発射された比較的高輝度のレーザによる低角度照明によりウェハ１の表面の異物から反射散乱された比較的高輝度の光と、広帯域波長光源１２から発射された広帯域光による高角度照明によるウェハ１の表面からの反射散乱光を分離して検出することができるので、レーザによる低角度照明と広帯域光による高角度照明とを同時に行うことが可能になり、１回の検査でウェハ１の全領域を検査することが可能になる。即ち、ウェハ１上に比較的小さいピッチで形成された繰返しパターンの領域（例えば、メモリ部のパターン）と比較的大きなピッチで形成されたパターンの領域（例えばロジック部などの非メモリパターン）の両方について光学系を切り替えることなく連続的に欠陥を検出できる。

本実施例による検査装置では、異物検査を高速に行うモードと低速で高感度な検査を行うモードを備えている。つまり、回路パターンが高い密度で製造されている被検査対象物または領域は、検出光学系の倍率を高くすることにより高分解能の画像信号が得られるので、高感度な検査が行える。また、回路パターンが低い密度で製造されている被検査対象物または領域は、倍率を下げることにより、高感度のまま高速検査を実現できるものである。

これにより、検出すべき異物の大きさと、検出画素の大きさを最適化でき、異物以外からのノイズを排除し、異物からの散乱光のみを効率よく検出できるという効果を奏する。つまり、本実施例による検査装置ではウェハ１に上方に設置されている検出光学系２０の倍率を簡単な構成で可変できるようになっているものである。

次に、検出光学系の倍率を可変にする構成と動作について図７を用いて説明する。

検出光学系の倍率の変更は全体制御部５０からの指令に基づいて行われる。結像レンズ２３は、可動レンズ４０１、４０２、４０３、移動機構４０４で構成され、倍率変更時は対物レンズ２１および、空間フィルタ２２の位置を光軸方向に変化させることなく、検出器２６ａまたは２６ｂ上に結像されるウェハ表面像の倍率を変化させることができる。すなわち、倍率変更時にも被検査対象基板１と光検出器２６ａまたは２６ｂとの相対位置を変える必要がなく、倍率変更時の移動機構４０４を簡単な構成でもって倍率を変えることができ、さらに、フーリエ変換面の大きさも変わらないので、空間フィルタ２２を変更しなくても良い利点を有する。

検出光学系２０の倍率Ｍは、対物レンズ２１の焦点距離をｆ_１、結像レンズ２３の焦点距離をｆ_２とすると（数１）により算出できる。
Ｍ＝ｆ₂／ｆ₁ （数１）
従って、倍率可変検出光学系２０を倍率Ｍにするためには、ｆ_１は固定値であるから、ｆ_２が（Ｍ×ｆ_１）になる位置に可動レンズを移動することになる。

図７は、可動レンズ４０１〜０３と移動機構４０４で構成される結像レンズ２３の詳細な構成であって、可動レンズ４０１及び４０２、４０３を特定の場所に移動して位置決めする構成を示している。可動レンズ４０１はレンズ保持部４１０に保持され、レンズ保持部４１０はモータ４１１によるボールネジ４１２の回転によりリニアガイド４５０の上を光軸方向に移動する。また、それぞれレンズ保持部４２０及び４３０に保持された可動レンズ４０２、４０３についてもモータ４２１、４３１によるボールネジ４２２、４３２の回転によりリニアガイド４５０上を光軸方向にそれぞれ独立して移動することが可能な構成になっている。
すなわち、各可動レンズ４０１、４０２、４０３を保持しているレンズ保持部４１０、４２０、４３０の先端に位置決めセンサの可動部４１５、４２５、４３５を、可動レンズ４０１、４０２、４０３の停止位置に位置決めセンサの検出部４１６、４２６、４３６をそれぞれ設け、モータ４１１、４２１、４３１を駆動してレンズ保持部を光軸方向に移動させ、あらかじめ所望の倍率の位置に設けられた各位置決めセンサ４１６、４２６、４３６によって位置決めセンサ可動部４１５、４２５、４３５を検出して位置決めする。なお、位置決めセンサ４１７、４１８は可動レンズ４０１の光軸方向の上限、下限のリミットセンサであり、可動レンズ４０２、４０３についても同様にリミットセンサ４２７，４２８および４３７，４３８が設置されている。ここで、位置決めセンサとしては、光学的、磁気的センサ等が考えられる。

これらの動作は、全体制御部５０からの指令に基づいて行われるが、例えば、被検査対象基板１上に形成された回路パターンが高密度の場合は高倍率での高感度検査モードとし、回路パターンが低密度の場合は低倍率にして高速検査を行う等、ステージ上に載置される被検査対象基板１の表面情報、製造プロセスにあわせて微小欠陥を多く検出するように倍率を設定するものである。

次に、本発明の異物または欠陥検査装置における検査条件設定シーケンスを説明する。図１２は検査条件を設定するためのフローである。ウェハ１はローダによって載置台３４にセットされて真空吸着により固定され(Ｓ２８００)、ウェハのチップサイズやウェハ上のチップの有無などチップレイアウト情報が設定される(Ｓ２８０１)。次にウェハ１全体を回転させてウェハ１のチップ２０２の配列方向と検出器２６との平行(回転ずれをほぼ「０」にする)合わせを行う(Ｓ２８０２)。次に、ウェハ上の各領域を最適な感度で検査するために検査領域の設定、検査領域における検出感度の設定を行う(Ｓ２８０３)。次に、ウェハに照射する照明光の方向、角度の選択、倍率可変検出光学系２０の倍率の選択など光学条件の設定を行い（Ｓ２８０４）、光学フィルタを設定し（Ｓ２８０５），検出光量を設定し（Ｓ２８０６），信号処理条件を設定して（Ｓ２８０７）検査を開始する（Ｓ２８０８）。

次に、検査ステップ（Ｓ２８０８）における検出信号の処理について説明する。ウェハ１表面からの反射回折光を受光した光検出器２６からの信号は、信号処理系４０において処理される。信号処理系４０の構成を図１３に示す。図１３は信号処理系４０の中に検出器２６ａと２６ｂおよび９５に対応する処理回路４０ａ，４０ｂおよび９５を備えている。検出器の数を増やしたときには、それに応じて処理回路の数を増やせばよい。

処理回路４０ａの構成と動作について説明する。処理回路４０ａは、検出器
２６ａからの検出信号を受けるＡ／Ｄ変換器１３０１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部１３０２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３、上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号１４１０と閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））１４２０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行うための回路として画素マージ回路部１３０５ａ，１３０６ａ，異物検出処理回路１３０７ａ，検査領域処理回路１３０８ａを複数備えた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３０９、該特徴量算出回路１３０９から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を分類する各種欠陥に分類する統合処理部１３１０から構成される。

異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、および検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎを備えて構成される。

光検出器２６ａで検出された信号はＡ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化され、検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０をデータ記憶部１３０２に保存すると共に、閾値算出処理部１３０３に送る。閾値算出処理部１３０３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）１４２０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路１３０５、１３０６で処理された信号を基に、異物検出処理回路１３０７で異物を検出する。

検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路１３０９で特徴量（例えば、高角度照明により得られた散乱光量、低角度照明により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部１３１０で統合し、統合したデータを全体制御部５０へ送信する。

以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部１３０２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。

次に、信号の画素マージ回路部１３０５、１３０６について図１４を用いて説明する。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。

マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０と、および閾値算出処理部１３０３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる差分閾値画像信号１４２０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。

ここで、画素マージ回路部１３０５ａ、１３０６ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｂ、１３０６ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｃ、１３０６ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部１３０５ｎ、１３０６ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号１４１０、１４２０をそのまま出力する。

閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。

ここで、画素をマージする効果を説明する。異物検査では、微小異物だけでなく、数μｍの範囲に広がった薄膜状の大きな異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないため、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。このため、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによってＳＮ比を向上させるようにしている。

次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。

検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部１４１１から得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。

ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。

しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。

次に、特徴量算出回路１３０９について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路１３０９は、前記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明及び低角度照明によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウェハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。

次に、統合処理部１３１０について説明する。統合処理部１３１０では、画素マージ回路１３０５、１３０６で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路１３０９で算出した特徴量と異物検出結果（異物欠陥の位置情報）を統合し、全体制御部５０に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。

処理回路４０ｂにおいても、上記に説明した処理回路ａと同様の処理を行い、高角度照明による反射散乱光を光検出器２６ｂで検出して得られた画像信号をＡ・Ｄ変換器２３０１から検査結果統合部２３１０まで処理して異物欠陥を検出し、その特徴量を算出する。

全体制御部５０では、検査結果統合部１３１０および２３１０で処理された異物欠陥検出信号を足し合わせて（ＯＲ処理）、ウェハ１上に存在する異物欠陥の位置とその特徴量を特定する。この特定した異物欠陥の情報は、例えばウェハ上のマップ形式や大きさ別のヒストグラムなどの情報にして表示手段５２の画面上に表示される。

一方、ＴＶカメラ９２で撮像した検出光学系２０のフーリエ変換像の結像位置におけるウェハ１に形成された繰返しパターンからの反射回折光像の輝点の画像信号は、信号処理回路９５に送られ、Ａ／Ｄ変換器３３０１でデジタル信号に変換された後、画像データ処理部３３２０で画像データとして処理される。画像データ処理部３３２０で画像データとして処理された信号はパターンピッチ演算部３３３０に送られて、反射回折光像の輝点５０２のピッチＰｘが求められる。この求めた輝点５０２のピッチＰｘのデータと画像データとは全体制御部５０に送られ、空間フィルタ２２の遮光パターン５０３，５０４のピッチＷｘ，Ｗｙを制御する信号として空間フィルタ制御部２７へ送られる。

本実施例では、レーザによる低角度照明と広帯域光による高角度照明とを同時に行いながらウェハ１上に存在する異物欠陥を検査するが、レーザを用いた低角度照明によりウェハ１の表面で反射散乱した光のうち空間フィルタ２２で遮光されずにビームスプリッタ２９で反射された光による像は光検出器２６ａで検出されて、処理回路に至る。低い角度で入射させ、ウェハ１の表面で反射散乱した光のうちウェハ１上に比較的小さいピッチで形成された繰返しパターンからの散乱光により形成される回折光パターンを空間フィルタで遮光して検出すると共に、ランプ光源から発射された多波長光をウェハ１の表面に比較的高い角度で入射させ、ウェハ１の表面で反射散乱した光を単波長レーザの照明による散乱光と分離して検出するように構成したので、ウェハ１上に比較的小さいピッチで形成された繰返しパターンの領域（例えば、メモリ部のパターン）と比較的大きなピッチで形成されたパターンの領域（例えばロジック部などの非メモリパターン）の両方について１回の検査で欠陥を検出できるようになった。

一方、異物検査においてはウェハ表面に透明な膜(例えば酸化膜)が形成された多層ウェハも検査する必要がある。多層ウェハは、透明膜の上にパターンが形成される工程の繰り返しにより作られる。酸化膜の形成されたウェハ上の異物検査において、酸化膜表面の異物のみを検出するニーズが高まっている。基本的には照明角αを小さくすることでパターン回折光等下地からの反射光の影響を抑えることが可能であるが、照明角αを小さくすることにより、異物から発せられる散乱光のうち照明光の正反射側、すなわち前方散乱光が大きくなり、上方に設けられた検出光学系への散乱光入射が小さくなって異物が安定して検出されなくなる問題がある。

そこで第２の実施例においては、図１５に示すような装置を用いて、照明によるウェハ１からの反射散乱光を、ウェハ１の上方だけでなく、斜方からも検出するように構成したことを特徴とする。図１５において、照明光学系１０は、基本的には図２（ｂ）に示した構成と同じであり、レーザ光源１１を用いた低角度照明光学系と広帯域光照明光源１２を用いた高角度照明光学系を備えている。ここで、図２(ｂ)に示した構成と同じ部品番号の部品及び同じ位置に配置されていて部品番号が付されていない部品は、図２(ｂ)で説明したものと同じ機能を備えている。

図１５に示した構成において、レーザ光源１１から発射してビーム拡大光学系１６でビーム径が拡大され、分岐光学要素２１８で光路Ｌ３の方向に反射されたレーザ光を、ミラー２５１，ビーム径補正光学系２５２、ミラー２５３、２５４、円筒レンズ２５５及びミレー２５６を介して照明方向２５０からウェハ１表面に対して照明角γでもってウェハ１上にスリット状に成形したビーム２０１をウェハ１上の領域２０１-１に照射する。この照明方向２５０に対して交叉する方向２６０で、且つ、Ｙ軸方向に対して水平角度Φ（図示せず）、ウェハ1の表面に対して検出角度θなる方向に、光学フィルタ６６０、対物レンズ６２０、空間フィルタ６５０、結像レンズ６３０，検出器６４０からなる検出光学系を配置し、照明方向２５０からスリット状ビーム２０１で照射することによりウェハ上に形成された薄膜表面に存在する異物からの側方散乱光を検出するようにしている。検出器６４０の受光面と、スリット状ビーム２０１が照射されたウェハ表面の領域とは結像関係になっており、結像レンズ６３０は検出器の受光面がスリット状ビーム２０１の全照明範囲を臨むように結像倍率が設定されている。

一方、照明方向２５０からスリット状ビーム２０１で照射することによりウェハ上に形成された薄膜表面に存在する異物からの上方への散乱光、および広帯域波長を有する照明光学系１２から発射されて図６に示したような光ファイバ２１０２〜２１０９で複数の光路に分岐されそれぞれの照明光出射端１２１ａおよび１２１ｂから出射してウェハ1上に照射された広帯域照明光によるウェハ１からの反射散乱光のうち上方への散乱光は対物レンズ２１で集光され、第１の実施例で説明したように波長が分離され光検出器２６ａ及び２６ｂで検出される。

検出系を結像関係にすることにより検出対象以外からの迷光の影響を防止し、並列処理が可能なため検査の高速化が図れるメリットを備えている。検査中は、ウェハ表面がＺ方向で一定の位置となるように図示しない自動焦点制御系により検出器の受光面２０３がスリット状ビーム２０１の照明範囲をとらえるように制御される。

本実施例では、図１５に示すように、対物レンズ２１から光検出器２６ａ，２６ｂまでを備えてウェハ１の表面に対して垂直な方向に配置された検出光学系のほかに、波長選択フィルタ６６０から光検出器６４０までを備えた第１の斜方検出系と、波長選択フィルタ６６１から光検出器６４１までを備えた第２の斜方検出系とを備えている。ここで第１の斜方検出系の検出器６４０および第２の斜方検出系の検出器６４１としては、検出器２６ａおよび２６ｂと同様に、ＴＤＩイメージセンサが用いられる。また、光路中に、図１で説明した空間フィルタ２２と同様の機能を有する空間フィルタ６５０または６５１を設置してパターンからの反射回折光を遮光する。更に、波長選択フィルタ６６０および６６１は、レーザ光源１１から発射されるレーザの波長と同じ波長の光を選択的に透過する薄膜が表面にコーティングされており、広帯域波長光源１２からの高角度照明によるウェハ１からの反射散乱光成分をカットして検出することができるようになっている。レンズ６２０と６２１とは対物レンズで、レンズ６３０と６３１とは結像レンズである。

第２の斜方検出系な配置は、図１５に記載した位置に限定されることはなく、第１の斜方検出系と対向する位置に配置してもよい。このように対向させて配置すると、照明方向２５０からウェハ１を斜方照明した場合に、第１の検出系と第２の検出系との検出結果を組み合わせることで、より多くの反射散乱光の情報を得ることができる。

なお、照明方向としては、方向２２０あるいは方向２３０から照明しても良い。ただし、照明手段と、結像レンズ６３０，検出器６４０からなる検出光学系が干渉しないように配置し、パターン回折光等下地からの反射光の影響を抑えられる方向、角度、つまり、実験的に求められた最適な位置に照明、検出系双方が設置されることが望ましい。

第１の斜方検出系の検出器６４０および第２の斜方検出系の検出器６４１で検出された信号画像は、それぞれ信号処理系４０ｃまたは４０ｄで処理される。この検出された画像信号の処理は、図１３を用いて説明した処理と同じなので、説明を省略する。

欠陥検査装置に顕微鏡を付けた実施の形態を図１６に示す。この実施形態においては、検査によって検出された異物は、観察光学系６０によって確認可能な構成になっている。この観察光学系６０は、ステージ３１、３２を動かすことにより、観察光学系６０の顕微鏡視野の位置に、ウェハ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。

観察光学系６０を備えている利点は、ＳＥＭなどのレビュー装置にウェハを移動させなくても、検出した異物を即座に観察できることである。検査装置での検出物を即座に観察することによって、すばやく異物の発生原因を特定することができる。また、観察光学系６０のＴＶカメラ６４の画像は、パソコンと共用のカラーモニタ上に検出した異物の画像が映し出され、検出異物の座標を中心として、部分的にレーザ照射とステージ走査による検査ができ、異物の散乱光像と異物位置をマーキングしてモニタ上に写す機能も有している。これにより、実際異物を検出したか否かの確認も可能である。なお、ステージ走査による部分画像は、異物の検出されたダイの隣接ダイの検査画像も取得できるのでその場での比較確認も可能である。

観察用光学系６０としては、光源には可視光（例えば白色光）でも良いし、紫外光を光源とした顕微鏡でも良い。特に微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある

次に、低角度照明の光源１１として、ＫｒＦレーザやＡｒＦレーザなどのＵＶレーザを用いた場合の図２（ｂ）及び図１５に示した構成における低角度照明光学系１０の別の実施の形態について、図１７乃至図１９を用いて説明する。

０．１μｍ以下の微小粒子で発生する散乱光量は，照明波長の4乗に反比例するため，短波長化により高感度化が可能となる。欠陥の検出感度を上げるためには、照明光源としてより波長の短いＵＶレーザを用いる。また、微小な異物欠陥からの反射散乱光を検出するためには、照明光の光量を大きくする必要がある。

ＵＶレーザとしてパルス発振レーザを用いる場合，パルス発振レーザは必要な平均出力に対して，尖頭値（最大出力）は非常に大きくなる。例えば，平均出力２[Ｗ]，発光周波数１００ＭＨｚでパルス間隔１０[ｎｓ]，パルス幅１０[ｐｓ]のレーザの場合，尖頭値（最大出力）は２［ｋＷ］にもなり，試料にダメージを与える恐れがある。このために，平均出力を維持したままで尖頭値（最大出力）を低減させることが望ましい。

この平均出力を維持した状態で尖頭値を低減させる方法として、本変形例では、図１７に示すように、光源１１から発射されたレーザビームＬ０をビーム拡大光学系１６で拡大し、パルス分岐光学系１７に入射させて光路長が異なる複数の光路に分岐した後光路を合体させることで、光源から発射された1パルス分のレーザビームを尖頭値を小さくした複数のパルスに分割し、この分割した複数のパルスレーザを分岐光学要素２１８に入射させて図２（ｂ）または図１５に示した光路Ｌ１，２，３の何れかの方向に導いてスリット状ビームに形成してウェハ１のスリット状の領域２０１−１に照射するように構成した。

また、パルスレーザビームを複数に分割して照射することにより、例えば、被検査対象基板Ｗを載置するXステージ３１-１の移動速度を毎秒２０ｃｍ、検出器２６aまたは２６ｂの１画素あたりの検出視野を１μｍとし、発光周波数１００ＭＨｚのＵＶパルスレーザビームを上記した条件で複数に分割して照射すると、検出器２６aまたは２６ｂの１画素で検出する領域に数百パルスを超えるレーザビームが重ねて照射されるので、レーザビームにより発生するスペックルノイズを時間的に平均化して撮像することができ、ノイズが低減された画像を得ることができる。

パルス光分割光学系１７の一例を図１８（a）に示す。この例においては，パルス光分割光学系１７を、１／４波長板１７１１a,１７１１b，ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１７１２ａ，１７１２ｂとミラー１７１３ａ，１７１３ｂの組合せで構成する。ビーム拡大光学系１６で拡大されて直線偏光（この例ではＰ偏光）で入射したレーザビームを１／４波長板１７１１ａで楕円偏光にし，偏光ビームスプリッタ１７１２ａでＰ偏光とＳ偏光に分離する。分離された一方のＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１７１２ａと偏光ビームスプリッタ１７１２ｂとを通過する。分離された他方のＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１７１２ａ，ミラー１７１３ａ，ミラー１７１３ｂ，偏光ビームスプリッタ１７１２ｂでそれぞれ反射して偏光ビームスプリッタ１７１２ａと１７１２ｂとを通過してきたＰ偏光成分と同一光軸に戻る。このとき，偏光ビームスプリッタ１７１２ａとミラー１７１３ａ，偏光ビームスプリッタ１７１２ｂとミラー１７１３ｂの間隔をＬ／２［ｍ］とすると，Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間にはＬ［ｍ］の光路差ができる。光速をｃ［ｍ／ｓ］とすると，Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間には
ｔ［ｓ］＝Ｌ［ｍ］／ｃ［ｍ／ｓ］ (数２)
の時間差が生じ，図１８（ｂ）に示すようなレーザ光源１１から発射された時間間隔Ｔで発振された２パルスのビームを時分割することにより、図１８（ｃ）に示すように各１パルスのレーザを時間間隔ｔで２パルスに分割して，尖頭値を１／２に低減させることができる。

例えば、パルス間隔１０ｎｓ（１０−８秒），パルス幅１０ｐｓ（１０^−１１秒）のレーザを用いて、偏光ビームスプリッタ１７１２ａとミラー１７１３ａ及び偏光ビームスプリッタ１７１２ｂとミラー１７１３ｂの間隔をそれぞれ１５ｃｍ（０．１５ｍ）に設定した場合、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間の時間差は１ｎｓ（１０−９秒）となる。すなわち、ウェハ表面は、１０ｎｓの間に１ｎｓ間隔で２回、尖頭値が半減されたレーザビームがパルス状に照射されることになる。

１／４波長板１７１１ａの回転角を調整して，偏光ビームスプリッタ１７１２ａの入射ビームのＳ偏光成分とＰ偏光成分の比率を１：１（円偏光）にすると，使用する光学部品（偏光ビームスプリッタ１７１２ａ，１７１２ｂとミラー１７１３ａ，１７１３ｂ）の損失（反射率，透過率）により，偏光ビームスプリッタ１７１２ｂの出射ビームでのＳ偏光成分とＰ偏光成分のパルス光の尖頭値が異なってしまう。各パルス光の尖頭値の最大値を低くするには、各パルス光の尖頭値をほぼ同じ大きさにする必要がある。

図１８（a）に示したパルス分割光学系１７の構成において，Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１７１２ａ，１７１２ｂのＰ偏光透過率（Ｔｐ）が影響するだけであるが，Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１７１２ａ，１７１２ｂのＳ偏光反射率（Ｒｓ）とミラー１７１３ａ，１７１３ｂのＳ偏光反射率（Ｒｍ）が影響する。損失比率(Ｐｌ)はＳ偏光成分損失をＬｓ，Ｐ偏光成分損失をＬｐとすると

となる。したがって，偏光ビームスプリッタ１７１２ａの入射ビーム偏光の楕円率を上記損失比率と等しくなるように，１／４波長板１７１１ａの回転角を調整することにより，偏光ビームスプリッタ１７１２ｂの出射ビームでのＳ偏光成分とＰ偏光成分のパルス光の尖頭値をほぼ等しくすることができる。この尖頭値がほぼ等しくなるように分割されたＰ偏光成分とＳ偏光成分のパルス光は１／４波長板１７１１ｂを透過して円偏光になる。

上記説明ではパルス分割光学系１７を用いてパルス光を２分割する方法について説明したが，分割数を更に増やすためのパルス分割光学系１７の変形例として、４分割する方法について図１９（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。図１９（ａ）に示したパルス分割光学系１７’の構成は，図１８（ａ）に示したパルス分割光学系１７の構成を２段にしたものである。２段目の偏光ビームスプリッタ１７３２ｃとミラー１７３３ｃとの間隔,及び偏光ビームスプリッタ１７３２ｄとミラー１７３３ｄとの間隔を、それぞれ１段目の偏光ビームスプリッタ１７３２ａとミラー１７３３ａ,及び偏光ビームスプリッタ１７３２ｂとミラー１７３３ｂとの間隔の２倍に設定する。１段目の偏光ビームスプリッタ１７３２ｂからの射出ビームは，Ｐ偏向パルス光と時間遅れをもつＳ偏向パルス光である。このパルス光列を１／４波長板１７３１ｂにより円偏光にすることにより，１／４波長板１７３１ｂを透過したパルス光列の１／２の強度がＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ１７３２ｃ, １７３２ｄを透過し，１／２の強度がＳ偏光となって偏光ビームスプリッタ１７３２ｃおよびミラー１７３３ｃ, １７３３ｄで反射し, 偏光ビームスプリッタ１７３２ｄで反射してＰ偏光と同一光軸に戻る。これにより，パルス光が４つに分割されて，それぞれの尖頭値が光源１１から出射したパルスレーザビームの１／４に低減する。厳密には上述のように光学部品の損失があるため，１／４より低減する。

図１９（ａ）の構成において、偏光ビームスプリッタ１７３２ｃを通過して偏光ビームスプリッタ１７３２ｄを通過したＰ偏光パルスレーザと、ミラー１７３３ｄで反射し偏光ビームスプリッタ１７３２ｄで反射したＳ偏光パルスレーザとは同一の光軸を通って１／４波長板１７３１ｃで円偏光にされ、偏光ビームスプリッタ１７３４（図２（ｂ）または図１５の分岐光学要素２１８に相当）に入射してＰ偏光とＳ偏光とに光路が分離される。光路が分離された一方のＰ偏光成分のレーザビームは、図２（ｂ）または図１５に示した光路Ｌ２に相当する光路Ｌ２’に入って円筒レンズ１７３５（図２（ｂ）または図１５の光路Ｌ２の円筒レンズ２４４に相当）で成形されてウェハ１上の線状の領域１７９３（図２（ｂ）または図１５のウェハ１上の線状の領域２０１−１に相当）を照明する。

一方、偏光ビームスプリッタ１７３４で反射されて光路を９０°曲げられたＳ偏光ビームは、図２（ｂ）または図１５に示した光路Ｌ３に相当する光路Ｌ３’に入ってミラー１７３６及び１７３７で反射して光路を変更して円筒レンズ１７３８（図２（ｂ）または図１５の光路Ｌ３の円筒レンズ２５５に相当）で成形されてウェハ１上の線状の領域１７９３を、光路Ｌ２’方向から照明するＰ変更成分のレーザビームに対してウェハ１面上で直角方向から照明する。

このとき光路Ｌ２’と光路Ｌ３’とは光路長が異なるように設計されており、ウェハ１の線状の領域１７９３に照射されるＰ偏光レーザビームとＳ偏光レーザビームとは、図１９（ｂ）に示すように光路長差分だけ時間差ｔ_０が発生し、タイミングがずれて照射される。これにより、線状の領域１７９３に照射されるＰ偏光レーザビームとＳ偏光レーザビームとの間の干渉の発生を防止することができる。

また、レーザ光源１１からの照明による反射散乱光を検出する光検出器２６ａは、１画素分を検出する時間内に９０°ずれた方向からの照明による反射散乱光を検出することになり、照明方向の違いによる検出感度のばらつきを低減することが可能になり、より微小な異物欠陥を安定に検出することができるようになる。なお、このときの検出の方向は、矢印１７４０の方向から検出をする。また、光検出器としては、図１５で説明した検出器６４０または６４１の何れか、または両方を用いてもよい。

本実施例によれば、ＵＶパルスレーザビームを尖頭値を低減してウェハに照射することができるために、０．１μｍ前後、またはそれよりも小さい極微小な欠陥をウェハにダメージを与えずに検出することが可能になった。

第１の実施例に係る欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）図１に示す照明光学系の配置関係を説明する側面図、（ｂ）第１の実施例に係る低角度照明光学系の概略構成を示す斜視図である。 （ａ）ウェハ上の線状領域２０１−１を斜め方向から照明するための照明光学系に用いられている円錐曲面レンズの斜視図、（ｂ）ウェハ上の線状領域２０１−１を、この線状領域の長手方向から照明するための照明光学系に用いられている円錐曲面レンズの斜視図である。 （ａ）高角度照明光学系の平面図、（ｂ）高角度照明光学系の正面図、（ｃ）高角度照明光学系のＡ−Ａ矢視図である。 （ａ）高角度照明光学系の変形例の概略正面図、（ｂ）高角度照明光学系の別の変形例の概略正面図である。 （ａ）高角度照明光学系の更に別の変形例の概略正面図、（ｂ）は（ａ）の概略正面図である。 対物レンズの概略構成を示す正面図である。 （ａ）瞳観察光学系で対物レンズの瞳を観察したときのウェハからの反射散乱光による回折光パタンの図、（ｂ）瞳観察光学系で観察される回折光パタンを１次元空間フィルタで遮光した状態を示す図、（ｃ）瞳観察光学系で対物レンズの瞳を観察したときのウェハを多方向から照明したときに観察される回折光パタンの図、（ｄ）は（ｃ）の回折光パターンを遮光するために２次元空間フィルタを配置した状態を示す図である。 （ａ）可変１次元空間フィルタの概略構成を示す平面図、（ｂ）可変１次元空間フィルタの概略構成を示す正面図、（ｃ）可変２次元空間フィルタの概略構成を示す平面図、（ｄ）可変２次元空間フィルタの概略構成を示す正面図、（ｅ）可変１次元空間フィルタのばね構造を示す平面図、（ｆ）可変１次元空間フィルタの駆動構造を示す平面図である。 ウェハ上に形成される半導体デバイスのチップの概略構成を示す平面図である。 （ａ）検出光学系の詳細を説明する正面図、（ｂ）ウェハからの反射散乱光Ｓ０を検出したときの検出信号の波形図、（ｃ）レーザ照明による反射散乱光だけを選択して検出した場合の検出信号の波形図である。 検査の手順を説明するためのフローズ図である。 第１の実施例における信号処理系の詳細な構成を示すブロック図である。 第１の実施例における閾値算出処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 第２の実施例に関わる欠陥検査装置の全体構成図を示す斜視図である。 第３の実施例における観察光学系を付けた欠陥検査装置の概略構成を示す図である。 第４の実施例における光路分岐光学系の配置を示す平面図である。 （ａ）第４の実施例における光路分岐光学系の概略構成を示すブロック図，（ｂ）レーザ光源から発射されたペルスレーザの波形信号図、（ｃ）レーザ光源から発射された１パルスのレーザを２パルスに分割した状態を示すパルス波形信号図である。 （ａ）第４の実施例の変形例における光路分岐光学系の概略構成を示すブロック図，（ｂ）パルス分割の状態を示すパルス波形信号図である。

符号の説明

１…ウェハ（被検査対象基板）、１０…照明光学系、１１、３００…レーザ光源、２０…検出光学系、３０…搬送系、３５…ステージコントローラ、４０…信号処理系、５０…全体制御部、６０…観察光学系、７０…瞳観察光学系、５１…入力手段、５２…表示手段、５３…記憶手段、２５…光学フィルタ、６４０…検出器、１３０１…Ａ／Ｄ変換器、１３０２…データ記憶部、１３０３…閾値算出処理部、１３０７…異物検出処理回路、１３０８…検査領域処理部、１３０９…統合処理部、１３１０…特徴量算出回路（特徴量算出部）、１３１１…結果表示部

Claims (13)

1. レーザ光源から発射した第１の波長を有するパルス光である第１の照明光をそれぞれ時間遅れ量の異なる４つのパルスに分割して試料表面の一方向に長い領域に前記試料表面に対して第１の傾斜角度で照射し、
   複数の波長の光を発する光源からの第２の照明光を前記試料の表面に前記第１の傾斜角度よりも大きい第２の傾斜角度で照射し、
   前記第１の照明光による照射と前記第２の照明光による照明とにより前記試料表面から反射散乱した光から前記第１の照射光による反射散乱光成分を分離して該第１の照射光による反射散乱光成分による第１の光学像を撮像し、
   前記第１の照射光による反射散乱光成分を分離した前記試料表面からの反射散乱光による第２の光学像を撮像し、
   前記第１の光学像と前記第２の光学像とをそれぞれ処理し、
   前記第１の光学像を処理して得た結果と前記第２の光学像を処理して得た結果とを用いて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。
2. 前記４つのパルスはすべて同一光軸であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
3. 前記試料には複数の繰返しパターンが形成されており、前記第１の照明による前記複数の繰返しパターンからの反射散乱光により発生する回折パターンを空間フィルタで遮光し、該空間フィルタを通過した前記試料からの反射散乱光成分を前記第１の検出器で検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
4. 前記空間フィルタは２次元的に配置した遮光パターンを有し、該遮光パターンの前記２次元的な配置を前記回折パターンに合わせて調整して遮光することを特徴とする請求項３記載の欠陥検査方法。
5. 該レーザ光源から発射されたパルス光を光路長の異なる４つの光路に導入して該レーザ光源から発射された１パルスのパルス光を４つのパルスに分割することにより前記光源から発射されたパルス光の尖頭値を低減して前記試料に照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
6. 前記４つのパルスに分割したレーザを、複数の方向から前記試料表面の一方向に長い領域に前記試料表面に対して第１の傾斜角度で照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
7. 前記第１の傾斜角度は前記試料の表面に対して１０度よりも小さく、前記第２の傾斜角度は前記試料の表面に対して１０度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
8. 第１の波長を有するパルス光であるレーザを発射するレーザ光源と、
   該レーザ光源から発射されたレーザを偏光する波長板とＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタとミラーとの組み合わせを２組有し、試料表面の一方向に長い領域に前記試料表面に対して第１の傾斜角度でそれぞれ時間遅れ量の異なる４つのパルスを照射する第１の照明手段と、
   複数の波長を有する光を発射する光源手段と、
   該光源手段から発射された複数の波長を有する光を前記試料表面に対して前記第１の傾斜角度よりも大きい第２の傾斜角度で照射する第２の照明手段と、
   対物レンズと結像レンズを備えて前記第１の照明手段で照射したレーザと前記第２の照明手段で照射した複数の波長を有する光による前記試料表面からの反射散乱光による光学像を形成する検出光学系手段と、
   該検出光学系手段の光路中に配置されて前記第１の照明手段で照射したレーザと前記第２の照明手段で照射した複数の波長を有する光による前記試料表面からの反射散乱光から前記第１の照射手段で照射したレーザによる反射散乱光成分を分離する光分離手段と、
   該光分離手段で分離された前記第１の照射手段で照射したレーザによる反射散乱光成分により形成された光学像を撮像する第１の撮像手段と、
   前記光分離手段で前記第１の照射手段により照射したレーザによる反射散乱光成分が分離された反射散乱光により形成された光学像を撮像する第２の撮像手段と、
   前記第１の撮像手段で撮像して得た第１の画像と前記第２の撮像手段で撮像して得た第２の画像とそそれぞれ処理して前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
9. 前記偏光ビームスプリッタは前記４つのパルスを同一光軸にし、
   波長板と偏光ビームスプリッタとミラーの第一の組合せと波長板と偏光ビームスプリッタとミラーの第二の組合せのうち、前記レーザ光源から発射されたレーザが先に通る前記第一の組合せの偏光ビームスプリッタとミラーとの距離が、前記第二の組合せの偏光ビームスプリッタとミラーとの距離の１／２であることを特徴とする請求項８記載の欠陥検査装置。
10. 前記検出光学系手段は、前記対物レンズと前記結像レンズとの間に前記試料に形成された繰返しパターンからの反射散乱光による回折光パターンを遮光する空間フィルタ部を備えることを特徴とする請求項８記載の欠陥検査装置。
11. 前記第１の照明手段は、前記レーザ光源から発射されたレーザを前記試料に照射する前記第１の傾斜角度および前記試料に入射する方向のそれぞれを切り替えるための光路切り替え部を有することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査装置。
12. 前記第１の照射手段は前記レーザ光源から発射された１パルスのパルス光を光路長の異なる４つの光路に分岐した後に再度同一の光路に合成することにより４つのパルスに分割するパルス分割部を有し、該パルス分割部で４つのパルスに分割されて尖頭値が低減されたパルス光を前記試料に照射することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査装置。
13. 前記第１の照明手段は、前記パルス分割部で４つのパルスに分割されて尖頭値が低減されたパルス光を光路長の異なる４つの光路に分岐して前記試料表面の一方向に長い領域に複数の方向から前記第１の傾斜角度で照射する光照射部を有することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査装置。

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