JP5466377B2 - 欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＳＩや液晶基板等を製造する際に被検査対象上に生じる異物等の欠陥を検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

ＬＳＩや液晶基板等を製造する際に、被加工対象物（例えば半導体ウェハ）上に形成されるパターンとしては、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）部に代表されるような繰り返しパターンや、ロジックに代表されるようなランダムパターン（非繰り返しパターン）がある。このようなＬＳＩや液晶基板等の製造において、被加工対象物の表面に異物が付着したりまたは欠陥が発生すると、例えば、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となる。ここで、回路パターンの微細化に伴い、被加工対象物上に形成されるパターン（非欠陥部）と、微細な多種の異物や欠陥（配線ショート、断線、パターン細り、パターン太り、スクラッチ、穴非開口など）とを弁別する必要が生じてきている。

しかしながら、パターン（非欠陥部）と微細な多種の異物や欠陥とを弁別するためには、多数の照明条件や検出条件からなる光学条件を変えることが必要となる。

ところで、異物等の欠陥検査装置の従来技術としては、特開平１０−９０１９２号公報（特許文献１）、特開２０００−１０５２０３号公報（特許文献２）、特開２０００−１５５０９９号公報（特許文献３）、特開２００３−１７５３６号公報（特許文献４）、特開２００５−２８３１９０号公報（特許文献５）及び特開２００７−１９２７５９号公報（特許文献６）が知られている。

即ち、特許文献１には、第１パターンの同一点を切り替えて照射する暗視野照明系及び明視野照明系と、暗視野における第１パターンの反射像を検出する暗視野像検出器と、明視野における第１パターンの反射像を検出する明視野像検出器とを備えた試料の光学的検査装置が記載されている。

また、特許文献２には、異なる複数の方位角方向から光路を切り替えることによってスリット状ビームを被検査基板に対して照明する照明光学系と、該照明された被検査基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系とを備えた欠陥検査装置が記載されている。

また、特許文献３には、試料を偏光照明する照明光学系と、試料で偏光回転を受けた高次回折光を０次光よりも効率良く透過する偏光光学部品と、偏光光学部品を透過あるいは反射した光で試料の像を光電変換素子上に結像させる検出光学系とを備えた試料表面の高解像度観察装置が記載されている。

また、特許文献４には、被検査体の表面に夫々異なる波長のレーザ光を異なる入射角度で照射する投光光学系と、前記被検査体の表面での反射光を空間フィルタで遮光し、空間フィルタを透過した散乱光を受光する集光光学系と、該集光光学系で集光された散乱光を異なる波長に分光する第２のダイクロイックミラーと、該第２のダイクロイックミラーで波長分光された散乱光を夫々受光して撮像する２個のＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラの撮像出力を処理して欠陥判別を行う画像処理部とを備えたパターン検査装置が記載されている。

また、特許文献５には、照明光源から出射された照明光束を試料の表面に対して互いに異なる複数の方位角方向から照射する複数の照射部と前記照明光束を切替える光路切替え部とを有する照明光学系と、前記試料の表面からの反射散乱光のうち法線方向に散乱した光学像を受光して画像信号に変換する垂直方向検出光学系と、前記試料の表面からの反射散乱光のうち斜方方向に散乱した光学像を受光して画像信号に変換する斜方方向検出光学系と、両検出光学系から得られる画像信号を処理して欠陥を検出する画像信号処理部を備えた欠陥検査装置が記載されている。

また、引用文献６には、図５に示すように第１及び第２のスリット状ビームを被検査基板に対して線対称にして両側から照射する照射光学系と、該照射された被検査基板上に存在する欠陥からの反射散乱光を集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光信号に変換して検出する検出光学系と、該検出された信号に基づいて欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備えた欠陥検査装置が記載されている。

特開平１０−９０１９２号公報 特開２０００−１０５２０３号公報 特開２０００−１５５０９９号公報 特開２００３−１７５３６号公報 特開２００５−２８３１９０号公報 特開２００７−１９２７５９号公報 「ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサの基礎と応用（ＣＱ出版社）」

しかしながら、上記特許文献１は、異物等の欠陥を検出するための光学条件が暗視野と明視野とに非常に限定されるものである。

また、上記特許文献２、５及び６は、各種の異物や欠陥を検出するための光学条件である照明条件を各種の異物や欠陥毎に基本的には切り替えて行うため、一つの試料に対して長い検査時間を要し、非常にスループットが低いものである。

また、上記特許文献３は、異物等の欠陥を検出するための光学条件が偏光照明及び偏光検出に非常に限定されるものである。

また、上記特許文献４は、被検査体の表面に夫々異なる波長のレーザ光を異なる入射角度で照射し、被検査体の表面での散乱光を異なる波長に分光し、該波長分光された散乱光を夫々ＣＣＤカメラで受光して撮像するものであり、異物等の欠陥を検出するための光学条件が非常に限定されるものである。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ＬＳＩや液晶基板等の製造において、被加工対象物に形成される様々なパターン上に生じる異物等の欠陥を、正常な回路パターンと弁別して検査するために、多数の光学条件で検査が必要な場合においても、スループットを低下させることなく検査することが可能な欠陥検査装置及びその方法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、被検査基板に対して複数の直線状ビームを互いに異なる方向から互いに異なる照射位置（検査領域）にほぼ同時に照射する照明光学系と、該照明光学系による前記複数の直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する複数の反射散乱光像を結像する結像光学系と、前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、該空間フィルタを通して得られ、前記結像光学系で結像された複数の光像をほぼ同時にかつ個別に受光して複数の信号を検出する検出器と、該検出器で検出された前記複数の信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定部と、該欠陥判定部で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備え、前記検出器は、前記結像光学系で結像された複数の光像の各々に含まれる互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光して前記複数の信号の各々からさらに前記複数の偏光成分に対応する複数の信号を検出し、該検出器で検出した前記被検査基板の同じ位置における前記複数の信号より偏光の楕円率あるいは方位の少なくとも１つを演算する処理部を更に備え、前記欠陥判定部において前記偏光の楕円率あるいは方位の少なくとも１つを演算する処理部の結果も用いて異物や欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査装置である。

また、本発明は、前記検出器において、前記互いに異なる複数の偏光成分が−４５度、４５度、０度及び９０度を含むことを特徴とする。また、本発明は、前記検出器は、前記互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光できるように、互いに異なる透過軸を持つ直線偏光板の画素を有するように構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記直線偏光板の画素をフォトニック結晶から形成することを特徴とする。

また、本発明は、前記検出器は、画素単位で処理可能なＣＭＯＳ型のイメージセンサで構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記ＣＭＯＳ型のイメージセンサは、入射光量に対するセンサ出力の特性が対数特性を持つように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記照明光学系において、レーザ光源から出射されたビームを複数の光路に分岐し、該分岐された光路の各々において偏光状態を調整して前記各直線状ビームとして前記被検査基板に照射するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、複数の光学条件での画像取得及び欠陥判定、分類、サイジングを一回の走査中に行うため、スループットを低下することなく、高感度に検査することが可能となる。

本発明に係る欠陥検査方法及びその装置の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
本発明に係る欠陥検査方法及びその装置の第１の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態の概略構成を示す斜視図である。即ち、照明光学系２００は、照明条件（例えば照明方位の角度φ、照明の仰角度θ、照明の偏光状態及び照明のビーム強度が含まれる。）の異なる例えば５本の線状ビーム（直線状ビーム）３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅを試料（半導体ウェハ）Ｗ上に並列に照明するように構成される。各照明角度調整用ミラー１２ａ〜１２ｄからは各線状ビーム３００ａ〜３００ｄが反射して照明され、上方からは対物レンズ２２を通して線状ビーム３００ｅが照明される。検出光学系４００は、対物レンズ２２と、フーリエ変換面に配置された空間フィルタ２８と、例えば５本の線状ビーム３００ａ〜３００ｅの各々を例えば５個並べて構成されるリニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅの各々に結像させる結像レンズ２９と、例えば５個のリニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅを並べて構成される検出器Ｓとを備えて構成される。なお、５４ａ〜５４ｅの各々は、ウェハＷ上に投影された各リニアセンサアレイの画素を示す。また、４６ａ〜４６ｃの各々は、ウェハＷ上に配列されたダイを示す。従って、例えば各照明方位からの各線状ビーム３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅにより半導体ウェハ上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光は、半導体ウェハの法線方向に平行な方向（つまり上方）から、対物レンズ２２により集光される。半導体ウェハＷに形成されたパターンが繰り返し形状の場合、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズ２２の射出瞳、即ちフーリエ変換面に規則的な間隔で集光するため、前記フーリエ変換面に置かれた空間フィルタ２８により遮光される。各線状ビーム３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅにより繰り返しパターン以外、即ち、前記半導体ウェハＷ上の異物、欠陥、パターンからの回折、散乱光は、上記空間フィルタ２８を通過して結像レンズ３０へと導かれ、例えば５個の各リニアセンサアレイ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ及び５２Ｅ上に結像される。なお、２３はＸステージ、２４はＹステージ、２５は回転ステージを示す。

次に、照明光学系２００の第１の実施の形態について図２乃至図１３を用いて具体的に説明する。即ち、図２及び図３に示すように、レーザ光源１から発振された直線偏光ビームは、アッテネータ２により出力調整され、１／２波長板３及び１／４波長板４に導かれる。さらに、各照明方位の照明光路には、１／２波長板３ａ〜３ｄ及び１／４波長板４ａ〜４ｄが設けられて構成される。

ここで、１／２波長板３、３ａ〜３ｄ及び１／４波長板４、４ａ〜４ｄにより実現する機能について図４を用いて説明する。即ち、１／２波長板３、３ａ〜３ｄ及び１／４波長板４、４ａ〜４ｄによって図４（ａ）〜（ｄ）に示すように照明条件である任意の偏光状態を実現できる。

図４（ａ）は、円偏光を作り出す条件を示している。即ち、直線偏光２６ｃが前記１／２波長板３に入射するときに、該１／２波長板３、３ａ〜３ｄの光学軸を２２．５度傾けておけば、出射光は４５度傾いた直線偏光２６ｄになる。該４５度傾いた直線偏光２６ｄが、前記１／４波長板４の光学軸に対して４５度で入射するように該１／４波長板４の光学軸を設定することで、出射光は円偏光２６ｅとなる。

図４（ｂ）は、入射光の偏光状態２６ｃが変わらない条件を示している。即ち、上記直線偏光２６ｃが上記各１／２波長板３、３ａ〜３ｄに入射するときに、該各１／２波長板３、３ａ〜３ｄの光学軸を傾けないで（０度にして）おけば、該各１／２波長板３、３ａ〜３ｄの出射光の偏光２６ｆは前記２６ｃから変化しない。更に上記各１／４波長板４、４ａ〜４ｄの光学軸も傾けないで（０度にして）おけば、該各１／４波長板４、４ａ〜４ｄの出射光の偏光２６ｇは上記２６ｃから変化しない。

図４（ｃ）は、入射光の偏光状態２６ｃが９０度回転する条件を示している。即ち、直線偏光２６ｃが上記１／２波長板３、３ａ〜３ｄに入射するときに、該各１／２波長板３、３ａ〜３ｄの光学軸を４５度傾けておけば、該各１／２波長板３、３ａ〜３ｄの出射光の偏光２６ｈは前記２６ｃに対して９０度傾く。その後、上記各１／４波長板４、４ａ〜４ｄの光学軸も傾けないで（０度にして）おけば、該各１／４波長板４、４ａ〜４ｄの出射光の偏光２６ｉも上記２６ｃに対して９０度傾いたものとなる。

図４（ｄ）は、任意の角度βだけ傾いた直線偏光を作り出す条件を示している。即ち、最終的に角度βだけ傾けたい場合には、まず、上記各１／２波長板３、３ａ〜３ｄの光学軸をβ／２傾ける。これにより、該各１／２波長板３、３ａ〜３ｄの出射光の偏光２６ｊは上記直線偏光２６ｃに対してβ傾く。その後、上記各１／４波長板４、４ａ〜４ｄの光学軸もβだけ傾けておけば、該各１／４波長板４、４ａ〜４ｄの出射光の偏光２６ｋは、上記２６ｃに対してβ傾いた直線偏光となる。

図２及び図３に示すように、１／４波長板４からの光は、半導体ウェハＷ上で所望のビーム幅を得るために、ビームエキスパンダ８で拡大され（ビーム直径をｗとする）、ミラー６によって反射され、ビームスプリッタ７ａにて２つの光路に分岐される。ビームスプリッタ７ａでの反射光は、上記半導体ウェハＷ上での各方位角からの長手方向の線状ビームサイズ（長さ）に合わせるために、ビームエキスパンダ８ａにより、１．４倍（ルート２倍）に拡大され（ビーム直径：１．４ｗ）、ミラー６ａで下方に反射され、直列に配置された２つの直線偏光板１０ａ、１３ａ、更に直列に配置された１／２波長板３ａと１／４波長板４ａにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ａにより片軸に集光されて、照明角度切り替えミラー１２ａにより照明仰角θａが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ａをφ＝０度照明する。また、ビームスプリッタ７ａでの透過光は、更に別のビームスプリッタ７ｂにより２つの光路に分岐される。ビームスプリッタ７ｂでの反射光は、ハーフミラー等の分岐光学要素１４ｄにより更に２つの光路に分岐される。分岐光学要素１４ｄでの反射光は下方に反射され、０度照明と同様に、直列に配置された２つの直線偏光板１０ｄ、１３ｄ、更に直列に配置された１／２波長板３ｄと１／４波長板４ｄにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ｄにより片軸に集光されて、照明角度切り替えミラー１２ｄにより照明仰角θｄが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｄをφ＝−４５度照明する。−４５度照明の場合、元々のビーム直径がｗであるが、照明方位が４５度傾いているため、半導体ウェハＷ上での線状ビーム３００ｄの長さは０度照明と同様に１．４ｗとなる。分岐光学要素１４ｄでの透過光はハーフミラー等の分岐光学要素１４ｂで２つの光路に分岐される。分岐光学要素１４ｂでの反射光は下方に反射され、０度照明と同様に、直列に配置された２つの直線偏光板１０ｂ、１３ｂ、更に直列に配置された１／２波長板３ｂと１／４波長板４ｂにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ｂにより片軸に集光されて、照明角度切り替えミラー１２ｂにより照明仰角θｂが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｂをφ＝４５度照明する。４５度照明の場合、元々のビーム直径がｗであるが、照明方位が４５度傾いているため、半導体ウェハＷ上での線状ビーム３００ｂの長さは０度照明と同様に１．４ｗとなる。分岐光学要素１４ｂでの透過光はミラー６ｃで折り返され、ビームエキスパンダ８ｃにより半導体ウェハＷ上に形成される線状ビームの長手方向が１．４ｗとなるようにビーム直径を調整した後に（照明仰角によって半導体ウェハＷ上に形成される線状ビームの長さが変わるため、照明仰角に応じてビーム直径を調整する）、ミラー６ｃにより下方に反射され、０度照明と同様に、直列に配置された２つの直線偏光板１０ｃ、１３ｃ、更に直列に配置された１／２波長板３ｃと１／４波長板４ｃにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ｃにより片軸に集光されて、照明角度切り替えミラー１２ｃにより照明仰角θｃが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｃをφ＝９０度照明する。ビームスプリッタ７ｂでの透過光は半導体ウェハＷ上での各方位角からの長手方向の線状ビームサイズ（長さ）に合わせるために、ビームエキスパンダ８ｅにより、１．４倍（ルート２倍）に拡大され（ビーム直径：１．４ｗ）、ミラー６ｅで反射され、シリンドリカルレンズ１１ｅにより片軸に集光され、ハーフミラー２０により下方に反射されて対物レンズ２２を通して半導体ウェハＷの法線方向に平行な方向から半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｅが照明される。このように線状ビーム３００ｅの照明は、落射照明となる。そして、落射照明の強度についてはアッテネータ２により調整され、落射照明の偏光方向（偏光状態）については１／２波長板３及び１／４波長板４にて調整される。

ここで、直列に配置された直線偏光板１０ａ〜１０ｄ、１３ａ〜１３ｄの作用について図５を用いて説明する。例えば、該各直線偏光板１０ａ〜１０ｄへの入射光を振幅Ａ（強度Ａ^２）の直線偏光（傾き０度）とする。この時、該各直線偏光版１３ａ〜１３ｄの透過軸を０度にしておき、上記各直線偏光板１０ａ〜１０ｄをαだけ回転させれば、該各直線偏光板１３ａ〜１３ｄから出射する光の強度は、（Ａ・ｃｏｓα）^２となり半導体ウェハＷに照射する照明条件であるビームの強度を任意に調整できる。

上記各直線偏光板１３ａ〜１３ｄの出射光は、各々直列に配置された１／２波長板３ａ〜３ｄと１／４波長板４ａ〜４ｄにより偏光状態が調整され（作用は、１／２波長板３と１／４波長板４で説明したものと同じである）、各シリンドリカルレンズ１１ａ〜１１ｄにより片軸に集光されて、各照明角度切り替えミラー１２ａ〜１２ｄにより照明仰角が調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に分離された各線状ビーム３００ａ〜３００ｄを並べて形成する。なお、本第１の実施の形態では、図１に示すように半導体ウェハＷ上に分離されて並べて形成される各線状ビーム３００ａ〜３００ｅの長手方向をｙ軸とする。

次に、例えば５本の線状ビーム３００ａ〜３００ｅが半導体ウェハＷ上に並べて照射される照明方位角φの定義について図６を用いて説明する。本第１の実施の形態では、照明角度切り替えミラー１２ａによるｘ軸の負の方向からの線状ビーム３００ａの照明をφ＝０度、照明角度切り替えミラー１２ｃによるｙ軸の負の方向からの線状ビーム３００ｃの照明をφ＝９０度、０度と９０度の間からの線状ビーム３００ｂの照明をφ＝４５度、ｘ軸に対し４５度と対称な角度からの線状ビーム３００ｄの照明をφ＝−４５度と定義する。なお、０度照明の半導体ウェハＷ上での線状ビームの長さは１．４ｗとなる。

さらに、各線状ビーム３００ａ〜３００ｄの照明仰角θａ〜θｄは、図７に示すように、各角度調整ミラー１２ａ〜１２ｄの高さと角度を変えることで調整される。また、照明仰角に応じて半導体ウェハＷ表面までの距離が変わるため、同時に各シリンドリカルレンズ１１ａ〜１１ｄを光軸方向に動かし、半導体ウェハＷ表面で照明ビームが集光されるようにピントを調整する。

図８には、照明方位角がφ＝０度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ａにより、水平面に対してθａ傾斜した方向（照明仰角方向θａ）から、半導体ウェハＷ上の長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ａを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ａによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ａの球面の稜線がｙ軸と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ａの平面が主光線に対し垂直になるように配置すればよい。

図９には照明方位角がφ＝４５度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ｂにより、水平面に対してθｂ傾斜した方向（照明仰角方向θｂ）から、半導体ウェハＷ上に長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ｂを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ｂによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ｂの球面の稜線がｙ軸方向と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ｂの平面が主光軸に対し４５度傾斜するように配置すればよい。

図１０には、照明方位角がφ＝９０度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ｃにより、水平面に対してθｃ傾斜した方向（照明仰角方向θｃ）から、半導体ウェハＷ上に長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ｃを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ｃによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ｃの球面の稜線がｙ軸方向と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ｃの平面が主光軸に対して照明仰角と同じθｃだけ傾斜するように配置すればよい。

図１１には、照明方位角がφ＝−４５度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ｄにより、水平面に対してθｄ傾斜した方向（照明仰角方向θｄ）から、半導体ウェハＷ上に長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ｄを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ｄによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ｄの球面の稜線がｙ軸方向と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ｄの平面が主光軸に対し４５度傾斜するように配置すればよい。

次に、各方位角の照明光の偏光と半導体ウェハＷ上での電界の振動方向とについて図１２を用いて説明する。図１２（ａ）では、照明光Ｉａ〜Ｉｄの偏光状態（２６−Ｉａ）〜（２６−Ｉｄ）は全てＳ偏光である。この場合、半導体ウェハＷ上での電界の振動方向（２６−Ｗａ）〜（２６−Ｗｄ）は一致しない。図１２（ｂ）に示すように半導体ウェハＷ面上での電界の振動方向を例えば（２６−Ｗａ）に一致させてｙ軸に平行にしたい場合には、各方位角φの照明（Ｉａ〜Ｉｄ）の偏光状態について工夫する必要がある。即ち、各方位角φの照明（Ｉａ〜Ｉｄ）の偏光状態を（２６−Ｉａ），（２６−Ｉｂ’）〜（２６−Ｉｄ’）で示すように半導体ウェハＷ面上へ投影したものが、ｙ軸に平行になるようにしなくてはいけない。ただし、実際には照明仰角θａ〜θｄにより設定すべき偏光方向が変わってくる。図１３は半導体ウェハＷ上での電界の振動方向をｙ軸に平行にしたい場合に、照明光（Ｉａ〜Ｉｄ）の偏光を何度傾ければよいかを説明した図である。この場合には、照明光（Ｉａ〜Ｉｄ）の伝播方向に垂直な面をｘ’−ｙ’面とし、直線偏光をｘ’軸に対してγ傾ければよく、γは照明方位角φと照明仰角θの関数として次の（１）式で与えられる。

γ＝ｔａｎ^−１（ｔａｎφ／ｓｉｎθ） （１）
これらは、簡単な座標変換から求まり、半導体ウェハＷ上で設定したい電界の振動方向（２６−Ｗ）に応じて、その都度計算して各方位角φの照明（Ｉａ〜Ｉｄ）の偏光状態（２６−Ｉ）を決めて直列に配置された１／２波長板３ａ〜３ｄと１／４波長板４ａ〜４ｄにより偏光状態を調整すればよい。

次に、検出光学系４００の第１の実施の形態について図１４乃至図２９を用いて説明する。即ち、検出光学系４００の第１の実施の形態は、図１４（ａ）に示すように検出器Ｓとしてリニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅをｘ方向（走査方向）に例えば５個並べて構成する。そして、図１４（ｂ）に示すように、半導体ウェハＷ上に投影されたリニアセンサアレイの画素５４ａ〜５４ｅの各々を、各線状ビーム３００ａ〜３００ｅのスポットサイズの範囲に収まるように検出倍率を設定しておけば、リニアセンサアレイの画素５４ａ〜５４ｅの各々は図１５に示すように線状領域から発生する回折、散乱光を一括して検出できる。

前記半導体ウェハＷはＸ、Ｙステージ２３、２４上に搭載され、該Ｘ、Ｙステージ２３、２４により前記半導体ウェハＷをＸおよびＹ方向に走査することで、リニアセンサアレイの画素５４ａ〜５４ｅの各々は半導体ウェハＷの２次元画像を得る。この時、主たる走査方向を線状ビームの長手方向に対して垂直な方向をＸ方向とし、Ｙ方向には半導体ウェハＷ上に投影されたリニアセンサアレイの画素５４の長さ分だけステップ移動することで、半導体ウェハＷの全面を高速で検査できる。

以下、各線状ビーム３００ａ〜３００ｅに対応する各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅについて説明する。ところで、上記各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅは、図１６に示すように、一次元のリニアセンサ３０ａ〜３０ｄをｘ方向（走査方向）に例えば４個並べて構成される。そして該４個の一次元のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄの各々には、互いに異なる透過軸を持つ直線偏光膜の画素４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの各々が付けられている。従って、図１６（ｂ）に示すように、半導体ウェハＷ上に投影された各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅに対応する４個のリニアセンサの画素５３ａ〜５３ｄを各線状ビーム３００ａ〜３００ｅのスポットサイズの範囲に収まるように検出倍率を設定しておけば、線状領域から発生する回折、散乱光を異なる偏光軸（検光軸）で検光した信号を一括して同時に且つ個別に検出できる。即ち４個の検出条件（例えば互いに異なる偏光軸（偏光成分））による画像を一回の走査で一括して同時に且つ個別に分離検出できる。ここで、偏光膜としては、図１７に示すようなフォトニック結晶４７ａ、４７ｂの重ね合わせ方或いは種類によって透過する偏光軸を変えることが可能である。また、フォトニック結晶から形成される偏光膜を画素単位で生成することも可能である。フォトニック結晶膜を用いる利点としては、例えば、一般的によく用いられる、ヨウ素などをフィルムに吸着させた後、一方向に延伸して分子の配向を一定方向に揃えることで異方性を持たせ、これにより偏光特性を得る偏光素子が、特にＵＶ以下の波長に対する耐性が弱いのに対し、フォトニック結晶膜はＵＶ以下の波長や、高出力の光に対して耐性が高い点が挙げられる。耐性や寿命などの懸念がない場合には、図１８（ａ）に示すように、リニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄの手前に、各々一般的な直線偏光板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄを配置してもよい。勿論、フォトニック結晶からなる直線偏光板を用いても構わない。

各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅを構成する例えば４個のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄは、同時刻では半導体ウェハＷ上の異なる位置を観測している。つまり同時刻で得られる各々のリニアセンサの画像は位置がずれている。ここで、例えば、リニアセンサとして、ＤＡＬＳＡ社のリニアＣＣＤ「ＩＴ−Ｐ１−２０４８」を用いた場合を考える。ＩＴ−Ｐ１−２０４８の画素サイズは１０μｍであり、半導体ウェハＷ上に投影された画素サイズを２μｍとした場合、対物レンズ２２と結像レンズ２９の焦点距離の比で決まる検出倍率は１０倍となる。ここで、ＩＴ−Ｐ１−２０４８のパッケージサイズ（短手方向、配線ピン部分含む）は１２．７ｍｍなので、半導体ウェハＷ上での隣接するリニアセンサの画素間隔は、２．５４ｍｍとなる。ラインレートは最高で４６ｋＨｚ、つまり、０．０２２ｍｓなので、走査速度としては９．１ｍｍ／ｓとなる。即ち、隣接するリニアセンサの画素間を移動するのに要する時間は、０．２８ｍｓとなる。この場合、各リニアセンサからの画像は、ステージなどの振動の影響により異なった歪み方をするため、後述する図２２（ａ）から図２２（ｃ）で示した画像処理を行う際には、位置合せ処理が必要となる。しかしながら、例えば４ライン分のリニアセンサ３０ａ〜３０ｄを同一基板上に隣接させて製造することは可能であり、このようなリニアセンサアレイを製作すれば、半導体ウェハＷ上での隣接するリニアセンサの画素間隔は、例えば２μｍとなり、半導体ウェハＷ上が２μｍ、即ち１画素移動する間の画像の歪みは無視できるため、後述する図２２（ａ）から図２２（ｃ）で示した画像処理を行う際の位置合せ処理が不要となる。

次に、各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅを構成する例えば４個のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄで検出する任意の偏光状態（複数の偏光成分）について図１９を用いて説明する。一般に、偏光は楕円偏光であり、ある条件の下で直線偏光になったり、楕円偏光になったりする。重要なパラメータは、主軸の傾きψ、楕円率χ、楕円の長軸の長さ｜Ｅη｜及び楕円の短軸の長さ｜Ｅξ｜である。以上のパラメータで全ての偏光状態を表現できる。これらのパラメータを求めるために、図１８（ｂ）に示す偏光板の透過軸２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄの各々を例えば−４５度、４５度、０度及び９０度とする。これにより、ストークスベクトル（ただし、円偏光の要素は除く）の（１、１、０）、（１、０、１）、（１、−１、０）及び（１、０、−１）が求まるため、偏光演算処理回路１０４による演算処理により前記楕円率χ、楕円の傾きψ、楕円の長軸の長さ｜Ｅη｜および楕円の短軸の長さ｜Ｅξ｜が求まる（ただし、楕円の回転方向は分からない）。即ち、図２０に示すように、各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅを構成する例えば４個のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄからの出力をＡ−Ｄ変換し、画像を生成する際に、該リニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄのＡ−Ｄ変換信号を偏光演算処理回路１０４に送って演算処理することで、検光軸−４５度画像４４ａ、検光軸４５度画像４４ｂ、検光軸０度画像４４ｃおよび検光軸９０度画像４４ｄに加えて、単一の検光画像からでは得られない例えば主軸の傾き画像４４ｅと楕円率χ画像４４ｆを得ることができ、一回の検査で得られる情報量を増加させることが可能となる。なお、検光軸（透過軸）の角度の数を減らせば、当然一回の検査で得られる情報量は減少することになる。

以上各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅに対応させて得られた画像４４ａ〜４４ｆの各々は、図２１に示す信号処理部１００において個別に信号処理されて欠陥判定され、その後欠陥判定結果をマージ処理回路１０５でマージして出力してもよい。なお、信号処理部１００は、具体的には図２２（ａ）〜（ｄ）に示すように構成される。

図２２（ａ）に示す信号処理部１００ａは、信号処理条件としてダイ比較処理が実行される。即ち、各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅから得られるあるダイの画像（例えば４４ａ〜４４ｆ）を遅延メモリ３２に記憶し、隣接ダイの画像（例えば４４ａ〜４４ｆ）が取得されたら、振動などに起因した位置ずれを補正するために、位置合せ回路３３にて位置合せを行い、得られた画像を減算回路３４にて減算処理する。平行して位置合わせされた画像をメモリ３５に記憶し、しきい値処理回路３６にてしきい値を算出する。上記減算処理された信号と前記しきい値は、比較回路３７にて比較処理され、欠陥判定部３８により、異物信号や欠陥信号が抽出される。該抽出された異物・欠陥信号は、そのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、異物種、欠陥種ごとに分類されたり、異物や欠陥の大きさが求められる。

図２２（ｂ）に示す信号処理部１００ｂは、信号処理条件としてセル比較処理が実行される。即ち、各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅから得られた画像（例えば４４ａ〜４４ｆ）に本来同一形状であるパターンからの信号が含まれていた場合、画像シフト回路４０により画像をシフトし、シフト前の画像とシフト後の画像の対応点を取るために、位置合せ回路３３により位置合せを行い、得られた画像を減算回路３４にて減算処理する。平行して位置合わせされた画像をメモリ３５に記憶し、しきい値処理回路３６にてしきい値を算出する。上記減算処理された信号と前記しきい値は、比較回路３７にて比較処理され、欠陥判定部３８により、異物信号や欠陥信号が抽出される。該抽出された異物・欠陥信号は、そのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、異物種、欠陥種ごとに分類されたり、異物や欠陥の大きさが求められる。

図２２（ｃ）に示す信号処理部１００ｃは、信号処理条件として設計データ比較処理が実行される。即ち、設計データ４１からの設計データを、参照画像生成部４２に送り参照画像を生成する。該参照画像は各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅから得られた実画像（例えば４４ａ〜４４ｆ）との対応点を取るために位置合せを行い、得られた画像を減算回路３４にて減算処理する。平行して位置合わせされた画像をメモリ３５に記憶し、しきい値処理回路３６にてしきい値を算出する。上記減算処理された信号と前記しきい値は、比較回路３７にて比較処理され、欠陥判定部３８により、異物信号や欠陥信号が抽出される。該抽出された異物・欠陥信号は、そのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、異物種、欠陥種ごとに分類されたり、異物や欠陥の大きさが求められる。

図２２（ｄ）に示す信号処理部１００ｄは、信号処理条件として自己参照方式が実行される。即ち、各リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅから得られた画像（例えば４４ａ〜４４ｆ）の中で類似パターンを探索し、該類似パターン同士を比較処理することで欠陥判定をしたり、パターンと欠陥の特徴量に基づき欠陥を判定したりするものである。

信号処理部１００は、この他に、図示はしていないが、信号処理条件としてゴールデン画像比較と呼ばれる処理方式が実行される。

また、信号処理部１００は、図２３に示すように、同一の条件（例えば同一の検光軸角度）で異なるダイから得られる画像４８ａ，４８ｂ同士を比較するダイ比較に加え、異なる条件（検出条件及び／又は照明条件）で得られる画像４８ａ，４８ｃ；４８ｂ，４８ｄ同士を同じダイ間で比較処理を行ってもよい。

信号処理部１００は、更に、図２４に示すように、異なる検出条件（例えば検光軸の角度、主軸の傾きΨ、楕円率χ）及び／又は照明条件（例えば照明方位φ）で得られる例えば６種類の画像４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ及び４４ｆの対応点（半導体ウェハＷの同一箇所に相当する点）の信号を集めて並べることによって、半導体ウェハＷの1画素に対応する点について異なる条件での違いを示す新たな画像４９を生成し、該画像４９をダイ比較して欠陥を判定したり（図示なし）、該画像４９自身の特徴量を抽出して欠陥判定（自己参照処理）したりしてもよい（図示なし）。なお、ダイ比較に限らず、セル比較、設計データ比較、ゴールデン画像比較も利用可能であることはいうまでもない。

信号処理部１００は、更に、図２５に示すように、例えば半導体ウェハＷ上のある１点（具体的には１画素に相当する領域）から得られる信号を集めて並べることによって、６通りの異なる検出条件（例えば検光軸の角度、主軸の傾きΨ、楕円率χ）と５通りの照明条件（例えば照明方位φ）とを掛けた３０通りの情報が得られることになり、情報量は格段に増加するため、更なる感度、補足率の向上や、分類、サイジング精度の向上が期待される。

また、図２６に示す信号処理部１００ｅは、信号処理条件として、更には、条件（検出条件及び照明条件）間での特徴量（コントラストや総輝度等）のベクトル的な振る舞いに着目して欠陥を抽出してもよい。即ち、特徴量抽出部５０において、図２７（ａ）に示すように、ある検出条件１での画像（例えば検光軸−４５度画像４４ａ）について、信号の特徴量Ａと特徴量Ｂとを算出し、該算出された信号を特徴量Ａと特徴量Ｂの空間にプロットする。この時点では、欠陥種Ａ、欠陥種Ｂ及び非欠陥であるパターンは特徴量空間内で混在し、欠陥を顕在化することができない。そこで、特徴量抽出部５０において、次に、ある検出条件２での画像（例えば検光軸４５度画像４４ａ）について、同様に信号の特徴量Ａと特徴量Ｂとを算出し、該算出された信号を特徴量Ａと特徴量Ｂの空間にプロットする。そして、特徴量のベクトル算出部５１において、算出された、検出条件を１から２変えた場合の、各プロット点の変化量をベクトルで表すと図２７（ｂ）に示すようになり、最後に、得られたベクトルを、特徴量Ａの変化対特徴量Ｂの変化としてプロットすることにより、図２７（ｃ）に示すように欠陥種Ａ、欠陥種Ｂ及び非欠陥であるパターンを分離することができ、欠陥判定部３８において単一条件では検出不可能な欠陥も検出可能となる。その結果、欠陥判定部３８は抽出された欠陥信号をそのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、欠陥種ごとに分類されたり、欠陥の大きさが求められる。

以上説明したように構成される信号処理部１００（１００ａ〜１００ｅ）は、図１に示すように、演算回路１０１１及び記憶装置１０１２等を有するコンピュータ１０１と接続され、外部からパラメータなどの設定、変更ができるようになっている。また前記コンピュータ１０１には、マウスやキーボード、プリンタなどの外部機器１０３が接続されている。

次に、空間フィルタ２８の設定と、各照明方位角での照明タイミング及び各ラインセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅの動作タイミングについて図２８を用いて説明する。この実施例では、空間フィルタ２８の遮光部の形状を固定にしている。フーリエ変換面での繰り返しパターンによる回折像５５ａは、図２９（ａ）に示すように、規則的に結像する。本実施の形態では、照明ビームがｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ａ〜３００ｅとなっているから、フーリエ変換面での繰り返しパターンによる回折像５５ａはｘ軸方向に照明ＮＡ分だけ広がる。なお、５５ｂは照射光、５５ｃは０次回折光（正反射光）、５６ａはＮＡ１．０に対応する瞳径、５６ｂは検出ＮＡに対応する瞳径を示す。これらの回折光は、図２９（ｂ）に示すように板状の遮光板５９を複数並べたもので遮光してもよい。この際、ばね５８によって遮光板５９のピッチを変えられる構成にしておけば、複数のピッチの繰り返しパターンに対応することが可能となる。ただし、本実施の形態では、例えば５個の照明Ｉａ〜Ｉｅが存在するので、フーリエ変換面には５個の回折パターンが存在する。そのため、図２９（ｂ）に示すような構成では、全ての回折光を効率的に遮光することが困難となる。そのような場合には。図２９（ｃ）に示すように、遮光部の形状が任意選択できる空間フィルタを用いればよい。このような空間フィルタとしては例えば液晶デバイスやＤＭＤ（Digital Micro Device）を利用したものが考えられる。

なお、本発明に係る第１の実施の形態において、照明光学系２００が照明方位として５通りに限定させるものではなく、図３０に示すように複数の照明方位を含むものである。また、検出光学系４００において各リニアアレイセンサ５２が有する偏光状態について４通りに限定されるものではなく、しかも図２０に示す偏光演算処理回路１０４を含めて偏光状態として複数であっても良い。

［第２の実施の形態］
本発明に係る欠陥検査方法及びその装置の第２の実施の形態について図３１〜図３６を用いて説明する。

図３１は、本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態の概略構成を示す斜視図である。即ち、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、検出光学系４００において、リニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅの代わりに、エリアセンサアレイ６１Ａ〜６１Ｅと画像結合処理部６２Ａ〜６２Ｅとを用いている点である。本第２の実施の形態では、各エリアセンサアレイ６１Ａ〜６１Ｅは各照明方位に対して４個のエリアセンサ６１Ａａ〜６１Ａｄ，６１Ｂａ〜６１Ｂｄ，６１Ｃａ〜６１Ｃｄ，６１Ｄａ〜６１Ｄｄ，６１Ｅａ〜６１Ｅｄを並べて構成され、エリアセンサアレイ全体は２次元に配列された合計２０個のエリアセンサ６１_１〜６１_２０で構成される。各エリアセンサ６１_１〜６１_２０の受光部６３には、図３２に示すように画素列ごとに異なる透過軸の偏光膜の画素４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが付けられている。これにより、第１の実施の形態で説明したリニアセンサアレイと同じ状態で、半導体ウェハＷからの散乱光を検出できる。また、図３３に示すように、半導体ウェハＷ上に投影されたエリアセンサアレイの画素６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ及び６２ｅを、各々線状ビーム３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅのスポットサイズの範囲に収まるように検出倍率を設定しておけば、異なる照明条件で照射された各線状領域から発生する回折、散乱光を異なる偏光軸（検光軸）で検光した信号を一括して検出できる。即ち、各エリアセンサアレイ６１Ａ〜６１Ｅを構成する例えば４個のエリアセンサアレイの画素列６２ａ〜６２ｅからの出力をＡ−Ｄ変換し、画像を生成する際に、図２０に示すように検光軸−４５度画像４４ａ、検光軸４５度画像４４ｂ、検光軸０度画像４４ｃ及び検光軸９０度画像４４ｄからなるＡ−Ｄ変換信号を偏光演算処理回路１０４に送って演算処理することで、検光軸−４５度画像４４ａ、検光軸４５度画像４４ｂ、検光軸０度画像４４ｃ及び検光軸９０度画像４４ｄに加えて、単一の検光画像からでは得られない例えば主軸の傾き画像４４ｅと楕円率χ画像４４ｆを得ることができ、一回の検査で得られる情報量を増加させることが可能となる。

ここで、図３１に示すように、２０個のエリアセンサを単位平面状に配列しただけでは、高密度に実装できない場合がある。そのような場合は、図３４及び図３５に示すような実装をすればよい。即ち、図３４に示すように、ミラー６ｆ、６ｇを用いて光路を３つに分岐し、該分岐した３つの光路の各々において更に図３５に示すような、透過部と反射部が交互に存在するような光路分岐素子６４を用いて交互に透過光と反射光とに分岐し、該分岐された反射光はエリアセンサ６１Ａａ，６１Ａｃ；６１Ｂａ，６１Ｂｃ；６１Ｃａ，６１Ｃｃ；６１Ｄａ，６１Ｄｃ；６１Ｅａ，６１Ｅｃにて受光し、分岐された透過光はエリアセンサ６１Ａｂ，６１Ａｄ；６１Ｂｂ，６１Ｂｄ；６１Ｃｂ，６１Ｃｄ；６１Ｄｂ，６１Ｄｄ；６１Ｅｂ，６１Ｅｄにて受光する構成とすることにより図３５（ｂ）に示すように隣接するエリアセンサの有効画素領域を隙間なしに並べることが可能となる。

次に、空間フィルタ２８の設定と、各照明方位角での照明タイミング及び各エリアセンサアレイ６１Ａ〜６１Ｅの動作タイミングについて図３６を用いて説明する。多くのエリアサンサは、毎秒数十フレームで動作するため、リニアセンサに比べて動作速度が遅い。そこで、本実施の形態では、各方位角の照明をストロボ照明して時間的に切り替える。即ち、まず、０度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に０度照明を行う。それと同時に０度照明用のエリアセンサアレイ６１Ａではデータの送出を開始する。照明時間は検査対象である半導体ウェハＷが、該半導体ウェハＷ上に投影された画素サイズの１／５〜１／２程度の間だけ照明すればよい。これにより、半導体ウェハＷの走査方向に平滑化された画像になることを防ぐことができる。具体的には、エリアセンサの画素サイズが１０μｍ、検出倍率５倍（すなわち、半導体ウェハＷに投影された画素サイズが２μｍ）として、第１の実施の形態と同様なスループットを実現する場合には、走査速度としては９．１ｍｍ／ｓであるので、照明時間は０．２１ｍｓであればよい。一般的なエリアセンサのフレームレートは毎秒３０フレーム、即ち全データを送出するのに要する時間が３３．３ｍｓであるので、フレームレートのほんの一部の時間だけを照明すればよいことになる。そこで、０度照明が終了したと同時に４５度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に４５度照明を行う。それと同時に４５度照明用のエリアセンサアレイ６１Ｂではデータの送出を開始する。次に、４５度照明が終了したと同時に９０度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に９０度照明を開始する。それと同時に９０度照明用のエリアセンサアレイ６１Ｃではデータの送出を開始する。引き続き、９０度照明が終了したと同時に−４５度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に−４５度照明を行う。それと同時に４５度照明用のエリアセンサアレイ６１Ｃではデータの送出を開始する。最後に、−４５度照明が終了したと同時に落射照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に落射照明を開始し、同時に落射照明用のエリアセンサアレイ６１Ｅではデータの送出を開始する。以上説明したようにステージを走査しながらこのような動作を順次繰り返すことで、半導体ウェハＷの全面を検査できる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る第３の実施の形態について図３７及び図３８を用いて説明する。図３７に示す第３の実施の形態は、さらに光学条件を増やすために、第１及び第２の実施の形態に対して斜方検出系（対物レンズ２２ａ、空間フィルタ２８ａ、結像レンズ２９ａ及び検出器Ｓ２等で構成される。）４００ａを付加したもので、その他の機能、構成については第１及び第２の実施の形態と同じであるので説明を省略する。さらに、図３８に示す第３の実施の形態は、さらにもう一つの斜方検出系（対物レンズ２２ｂ、空間フィルタ２８ｂ、結像レンズ２９ｂ及び検出器Ｓ３で構成される。）４００ｂを追加したものでありその他の機能、構成については第１及び第２の実施の形態を同じであるので説明を省略する。

以上説明したように、第３の実施の形態によれば、斜方検出光学系が追加されたものであるため、情報量はさらに増加するため、更なる感度、補足率の向上や、分類、サイジング精度の向上が期待される。

［第４の実施の形態］
次に、本発明に係る第４の実施の形態について図３９及び図４０を用いて説明する。第４の実施の形態において、第１乃至第３の実施の形態との違いは、図３９に示すように、照明光学系２００においては、光源１ａから出射された波長λ１のレーザ光と、光源１ｂから出射された波長λ２のレーザ光との光を、ダイクロイックプリズム６５にて一致させ、該一致した２本のビームを照明光として用いるものであり、図４０に示すように、検出光学系４００においては、ダイクロイックプリズム６５により光路を波長ごとに分離し、各々異なるリニアセンサアレイ若しくはエリアセンサアレイで構成された検出器Ｓ１，Ｓ２で検出することにある。このように第４の実施の形態によれば、さらに、異なる２波長（つまり、異なる光学条件）の画像を取得することができ、情報量はさらに増加するため、更なる感度、補足率の向上や、分類、サイジング精度の向上が期待される。

［第５の実施の形態］
次に、本発明に係る第１乃至第４の実施の形態で共通に用いられていたセンサについて個別に説明する。各リニアセンサ（３０ａ〜３０ｄ）や各エリアセンサ（６１ａ〜６１ｄ）は、大きく分けて、図４１（ａ）に示される構造のＣＣＤと、図４１（ｂ）に示されるＣＭＯＳセンサがある。ＣＭＯＳセンサは、画素ごとにアンプなどの回路を持つため、ＣＣＤセンサでは実現できないような性能を実現できる。たとえば、各画素に、図４２（ａ）に示される対数変換の機能を持たせれば、図４２（ｂ）に示すように、信号出力の入射光量依存性を対数特性にすることができ、擬似的にセンサのダイナミックレンジを拡大することができる。また、図４３（ａ）には、蓄積容量変換と呼ばれる方式を実現するための回路であり、該回路を画素に搭載することで、図４３（ｂ）に示すように、強い光、中くらいの光、弱い光に応じて、フォトダイオード（ＰＤ）の電位を変えることができ、その結果、図４３（ｃ）に示すように、入射光量が強い場合でも、信号出力を飽和させることなく光を電気信号に変換することができるため、センサのダイナミックレンジを擬似的に拡大することができる。

さらに、図４４に示す入射強度に応じて露光時間を変える（蓄積時間を制御する）方式や、図４５に示すようなデュアルサンプリング方式や、図４６（ａ）に示す４個のフォトダイオードで一つのＡ−Ｄ変換機を共有する方式や、図４６（ｂ）に示す画素内にアナログ処理機能を持った方式による、広ダイナミックレンジ化の方法がある。これらの技術については、例えば「ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサの基礎と応用（ＣＱ出版社）」に詳しく述べられている。

さらに、図４７に示すように、画素に演算回路を搭載したＣＭＯＳセンサがある。これは、ビジョンチップという名前で知られている。フォトダイオードの次段のコンパレータからの出力を、演算回路（ＰＥ：Processor Element）に送りソフト的なＡ−Ｄ変換などが行える。

図４８乃至図５２には、画素ごとにＰＥを搭載したＣＭＯＳセンサを用い高性能でフレキシブルな光量モニタ、露光時間制御およびソフト的なＴＤＩ動作が可能な各リニアセンサ６６（３０ａ〜３０ｄ）を示している。即ち、該各リニアセンサ６６（３０ａ〜３０ｄ）は、４ラインのＰＥ付きリニアセンサ６７ａ、６７ｂと、６４ライン（６４段）のリニアセンサ６８とからなる。次に、動作について図４９及び図５０を用いて説明する。図４９に示すように、反射率の異なるエリアを持つ試料Ｗ１が右側から走査される場合には、まず４ラインのＰＥ付きリニアセンサ６７ｂで反射、回折、散乱光の強度を測定する。即ち、４ラインのリニアセンサ６７ｂを用い、各リニアセンサで１桁づつの光量をモニタできるようにしておけば、４桁分の光量をモニタできる。そして、該４ラインのリニアセンサ６７ｂで測定された試料の反射率の情報を、ＰＥ間通信でソフトＴＤＩ部６８に送り、該試料の情報に基づき、ＴＤＩの蓄積段数を制御することで、異なる反射率を持つ試料からの強度がさまざまな光信号についても、飽和させることなく受光することができる。さらに、露光時間（ＴＤＩの蓄積段数）が制御され、飽和することなく検出された信号は、ソフトＴＤＩ部６８の最終段から、ラインごとに完全並列で出力される。一方、図５０に示すように、走査方向が逆の場合には、４ラインのＰＥ付きリニアセンサ６７ａで反射、回折、散乱光の強度を測定する。即ち、４ラインのリニアセンサ６７ａを用い、各リニアセンサで１桁づつの光量をモニタできるようにしておけば、４桁分の光量をモニタできる。そして、該４ラインのリニアセンサ６７ａで測定された試料の反射率の情報を、ＰＥ間通信でソフトＴＤＩ部６８に送り、該試料の情報に基づき、ＴＤＩの蓄積段数を制御することで、異なる反射率を持つ試料からの強度がさまざまな光信号についても、飽和させることなく受光することができる。

以上説明した各イメージセンサ６６（３０ａ〜３０ｄ）を本発明に係る実施の形態に適用するためには、図５１に示すように、図４８で示す構成６６を１単位として複数個並べればよい。図５１（ａ）は検出器Ｓａとして例えば４個のイメージセンサ６６（３０ａ〜３０ｄ）を並べた５個のリニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅを近接して並べた場合を示し、図５１（ｂ）は検出器Ｓｂとして例えば４個のイメージセンサ６６（３０ａ〜３０ｄ）を並べた５個のリニアセンサアレイ５２Ａ〜５２Ｅを間隙をあけて並べた場合を示し、図５１（ｃ）は検出器Ｓｃとして例えば２０個のイメージセンサ６６（３０ａ〜３０ｄ）を単純に並べて構成した場合を示す。また、図５２に示すように、６４ライン（６４段）のリニアセンサ６８における信号処理をタップ（Ｔａｐ）ごとに行ってもよい。

本発明によれば、半導体の製造における異物・欠陥検査装置として利用することが可能である。

本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態を示す図で、（ａ）はその概略構成を示す斜視図、（ｂ）は半導体ウェハＷに投影されたリニアセンサアレイの画素を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における検出光学系以外の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における照明光学系を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における照明光の偏光を調整する機構と、円偏光及び任意の方向の直線偏光を作る条件とを説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系において分岐された各光路における照明光量を調整する機構の説明図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における照明方位角の定義を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における照明仰角を調整する機構を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における方位角０度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における方位角４５度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における方位角９０度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における方位角−４５度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における試料上での照明光の状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系における試料上での照明光の偏光をｙ軸に平行な直線偏光とするための条件を説明する図である。 （ａ）は本発明の第１の実施の形態の検出光学系における検出器としてのリニアセンサアレイを示す斜視図であり、（ｂ）は試料上の照明エリア及び試料上に投影された画素を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の検出光学系の詳細を示す図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は本発明の第１の実施の形態の検出光学系における検出器としての画素毎に偏光素子がついたリニアアレイセンサ及び異なる透過軸の偏光素子がついた４個のリニアセンサを示す斜視図であり、（ｂ）は試料上の照明エリア及び試料上に投影された画素を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の検出光学系における検出器としての４個のリニアセンサについたフォトニック結晶を利用した偏光素子を示す図である。 （ａ）は本発明の第１の実施の形態の検出光学系における検出器としての各々異なる透過軸の直線偏光板が前面に置かれた４個のリニアセンサを示す図であり、（ｂ）は各偏光板の透過軸を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の検出光学系における検出器としての各リニアセンサからの出力の偏光状態を示すパラメータの説明図である。 本発明の第１の実施の形態の検出光学系における検出器としての４個のリニアセンサからの出力をＡ−Ｄ変換して各偏光軸で検光した４個の画像と、Ａ−Ｄ変換された信号から偏光演算処理により偏光の主軸傾き及び楕円率を求めた画像を出力する様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の信号処理部において６個の異なる量（例えば偏光成分）の画像を各々処理して結果をマージして出力する機能を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の信号処理部においてダイ比較、セル比較、設計データ比較、自己参照による欠陥判定処理と、分類・サイジング処理とを示す図である。 本発明の第１の実施の形態の信号処理部においてダイ比較に加えて、同じダイ同士において異なる光学条件（例えば偏光成分等の検出条件）での画像を比較することを示す図である。 本発明の第１の実施の形態の信号処理部において光学条件（例えば偏光成分等の検出条件）の異なる複数の画像から、対応画素の信号を取り出し、新たな画像を生成する様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の信号処理部において３０通りの光学条件（例えば照明方位等の照明条件と偏光成分等の検出条件との組み合わせ）の異なる複数の画像から、対応画素の信号を取り出し、新たな画像を生成する様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の信号処理部において特徴量のベクトルを用いて欠陥判定し、分類・サイジング処理を行い、結果を出力する機能を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の信号処理部において異なる検出条件での欠陥Ａ、Ｂおよびパターンの特徴量空間での分布と、検出条件を変えた場合の特徴量のベクトル量と、得られたベクトル量を用いて欠陥を判定する様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態において、空間フィルタの設定と、照明と、センサによる撮像のタイミングとを示す図である。 （ａ）は本発明の第１の実施の形態の検出光学系において、対物レンズ射出瞳（フーリエ変換面）での繰り返しパターンからの回折光の結像の様子を示す図であり、（ｂ）（ｃ）は各種空間フィルタによる遮光を示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態の変形例の概略構成を示す斜視図である。 本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）はその概略構成を示す斜視図、（ｂ）は半導体ウェハＷに投影されたエリアセンサアレイの画素を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の検出光学系における検出器としての画素ごとに偏光膜が付けられたエリアセンサ示す図である。 本発明の第２の実施の形態における試料上の照明エリアと、試料上に投影された画素を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の検出光学系において別の実現形態を示す図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は各々図３４に示す別の実現形態を具体的に示した図である。 本発明の第２の実施の形態において、空間フィルタの設定と、照明と、センサによる撮像のタイミングを示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置の第３の実施の形態における検出光学系の概略構成を示す図である。 図３７とは異なる検出光学系の概略構成を示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置の第４の実施の形態における検出光学系以外の構成を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における検出光学系を示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において共通して検出器として用いるＣＣＤセンサとＣＭＯＳセンサの構成を示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げる対数特性を実現するための回路の構成と、信号出力の入射光量依存性とを示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げる蓄積容量変換を実現する回路の構成と、信号出力の入射光量依存性とを示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げる蓄積時間制御を実現する回路の構成と、信号出力の入射光量依存性とを示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げるダブルサンプリング方式を説明する図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げる各画素にて画素内アナログ処理機能を持った画素回路を示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いる各画素で演算処理可能な各画素にフォトダイオードと演算回路（ＰＥ）を持ったＣＭＯＳセンサを示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサの基本素子を示す図である 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイの動作を説明する図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイの動作を説明する図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイのいくつかの実現形態を示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施の形態において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイので、タップ単位で信号を処理する場合の動作を説明する図である

符号の説明

１…レーザ光源、２…アッテネータ、３、３ａ〜３ｄ…１／２波長板、４、４ａ〜４ｄ…１／４波長板、６、６ａ、６ｃ、６ｅ…ミラー、７ａ、７ｂ…ビームスプリッタ、８、８ａ、８ｃ、８ｅ…ビームエキスパンダ、１０ａ〜１０ｄ、１３ａ〜１３ｄ…直線偏光板、１１ａ〜１１ｅ…シリンドリカルレンズ、１２ａ〜１２ｄ…角度調整用ミラー、１４ｂ、１４ｄ…ハーフミラー、２０…ハーフミラー、２２、２２ａ、２２ｂ…対物レンズ、２３…Ｘステージ、２４…Ｙステージ、２５…ウェハチャック、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６−Ｉ、２６−Ｉａ〜２６−Ｉｄ、２６−Ｉｂ’、２６−Ｉｃ’、２６−Ｉｄ’、２６−Ｗ、２６−Ｗａ〜２６−Ｗｄ…偏光状態、Ｉａ〜Ｉｅ…照明光、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ…直線偏光板の透過軸、２８、２８ａ、２８ｂ…空間フィルタ、２９、２９ａ、２９ｂ…結像レンズ、３０、３０ａ〜３０ｄ…リニアセンサ、３２…遅延メモリ、３３…位置合せ回路、３４…減算回路、３５…メモリ、３６…しきい値処理回路、３７…比較回路、３８…欠陥判定部、３９…分類・サイジング処理部、４０…画像シフト処理部、４２…参照画像生成部、４３…自己参照処理部、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ…検出画像、４４ｅ、４４ｆ…偏光演算処理をして求めた画像、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ…偏光膜付き画素、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ…ダイ、４７ａ、４７ｂ…フォトニック結晶、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ…検出画像、４９…異なる光学条件での画像の同一画素を集めた画像、５０…特徴量抽出部、５１…特徴量のベクトル演算部、５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅ…リニアセンサアレイ、５３、５３ａ〜５３ｄ…ウェハ上に投影されたリニアセンサの画素、５４ａ〜５４ｅ…ウェハ上に投影されたリニアセンサアレイの画素、５５ａ…対物レンズ射出瞳面（フーリエ変換面）での繰り返しパターンからの回折像、５５ｂ…照射光、５５ｃ…０次回折光（正反射光）、５６ａ…ＮＡ１．０に対応する瞳径、５６ｂ…検出ＮＡに対応する瞳径、５７…ピッチ可変式空間フィルタ、５８…ばね、５９…遮光板、６０…液晶型遮光フィルタ、６０ａ…液晶型遮光フィルタの遮光エリア、６０ｂ…液晶型遮光フィルタの透過エリア、６１Ａ〜６１Ｅ…エリアセンサアレイ、６１、６１Ａａ〜６１Ａｄ，６１Ｂａ〜６１Ｂｄ，６１Ｃａ〜６１Ｃｄ，６１Ｄａ〜６１Ｄｄ，６１Ｅａ〜６１Ｅｄ…エリアセンサ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ…ウェハ上に投影されたエリアセンサアレイの画素、６２Ａ〜６２Ｅ…画像結合処理部、６３…エリアセンサの受光部、６４…光路分岐素子、６５…ダイクロイックプリズム、６６（３０ａ〜３０ｄ）…基本エレメント、６７ａ、６７ｂ…光量モニタモジュール、６７ｃ、６７ｄ…Ｔａｐ処理の光量モニタモジュール、６８…ＴＤＩモジュール、６８ａ…Ｔａｐ処理のＴＤＩモジュール、６９…センサモジュール、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ…並列イメージセンサ、７１…最適サンプリングポイント、１００…信号処理部、１０１…コンピュータ、１０３…周辺機器、１０４…偏光演算処理回路、１０５…マージ処理部、２００…照明光学系、３００ａ〜３００ｅ…線状ビーム（直線状ビーム）、４００…検出光学系、Ｗ…ウェハ、Ｓ，Ｓ１〜Ｓ３…検出器（リニアセンサアレイ群又はエリアセンサアレイ群）。

Claims (9)

1. 被検査基板に対して複数の直線状ビームを互いに異なる方向から互いに異なる照射位置にほぼ同時に照射する照明光学系と、該照明光学系による前記複数の直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物や欠陥から発生する複数の反射散乱光像を結像する結像光学系と、前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、該空間フィルタを通して得られ、前記結像光学系で結像された複数の光像をほぼ同時にかつ個別に受光して複数の信号を検出する検出器と、該検出器で検出された前記複数の信号を処理して異物や欠陥を判定する欠陥判定部と、該欠陥判定部で判定された異物や欠陥を分類して異物や欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備え、
   前記検出器は、前記結像光学系で結像された複数の光像の各々に含まれる互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光して前記複数の信号の各々からさらに前記複数の偏光成分に対応する複数の信号を検出し、該検出器で検出した前記被検査基板の同じ位置における前記複数の信号より偏光の楕円率あるいは方位の少なくとも１つを演算する処理部を更に備え、前記欠陥判定部において前記偏光の楕円率あるいは方位の少なくとも１つを演算する処理部の結果も用いて異物や欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記検出器において、前記互いに異なる複数の偏光成分が−４５度、４５度、０度及び
   ９０度を含むことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 前記検出器は、前記互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光できるように、互いに異なる透過軸を持つ直線偏光板の画素を有するように構成したことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
4. 前記直線偏光板の画素をフォトニック結晶から形成することを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査装置。
5. 前記検出器は、画素単位で処理可能なＣＭＯＳ型のイメージセンサで構成したことを特
   徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
6. 前記ＣＭＯＳ型のイメージセンサは、入射光量に対するセンサ出力の特性が対数特性を
   持つように構成したことを特徴とする請求項５に記載の欠陥検査装置。
7. 前記照明光学系において、レーザ光源から出射されたビームを複数の光路に分岐し、該
   分岐された光路の各々において偏光状態を調整して前記各直線状ビームとして前記被検査
   基板に照射するように構成したことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
8. 前記照明光学系において、前記複数の直線状ビームの長手方向が前記被検査基板を載置
   して走行させるステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記複数の直線状ビー
   ムを互いに照射位置を異ならして並べてほぼ同時に照射するように構成したことを特徴と
   する請求項１記載の欠陥検査装置。
9. 前記反射散乱光像の強度をモニタするラインセンサを設け、該ラインセンサでモニタして得た前記反射散乱光像の強度の情報に応じて前記ＣＭＯSイメージセンサの蓄積時間あるいは時間遅延積分の段数を制御することを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。

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