JP5572293B2 - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を検査し、欠陥の種類および欠陥寸法を判定して出力する欠陥検査方法および検査装置に関する。

半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。従来技術としては特開平９−３０４２８９号公報（特許文献１）、特開２００６−２０１１７９号公報（特許文献２）などが知られている。微小な欠陥を検出するために試料表面上に数十μｍに集光したレーザビームを照射して，欠陥からの散乱光を集光・検出し、数十ｎｍから数μｍ以上の寸法の欠陥を検査している。欠陥からの散乱光の高角度に出射する成分と低角度に出射する成分を検出し、その比によって欠陥を分類する技術が述べられている。

また、試料表面および試料上に存在する欠陥による散乱光の分布をシミュレータを用いて求め、試料表面の検出出力と欠陥の検出出力との比を最大化する検査条件の設定を容易にする技術として、特許第３３００８３０号公報（特許文献３）が知られている。ここで、散乱光分布とは散乱光の出射方向依存性、すなわち散乱光強度および偏光状態の角度分布を指す。特許文献３では、シミュレータによって求めた散乱光分布を、複数のフィルタを切り替えることで得た散乱光分布の一部に対応する検出出力と比較することで欠陥種の分類と欠陥の大きさの判定を行うことも言及されている。

試料表面の微小形状による散乱光分布のシミュレーション手法としては、電磁界シミュレーションとして一般に良く知られている有限要素法（ＦＥＭ法）、有限領域時間差分法（ＦＤＴＤ法）などの他、平坦基板上の任意形状の散乱計算手法としてＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｄｉｐｏｌｅ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ法（ＤＤＡ法、非特許文献１）が、平坦基板上の球状粒子計算手法としてＢｏｂｂｅｒｔ、Ｖｌｉｅｇｅｒらによる方法（ＢＶ法、非特許文献２）などがある。

特開平９−３０４２８９号公報 特開２００６−２０１１７９号公報 特許第３３００８３０号公報 Ｂ．Ｔ．Ｄｒａｉｎｅ ａｎｄ Ｐ．Ｊ．Ｆｌａｔａｕ："Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ−Ｄｉｐｏｌｅ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ"， Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，１１，ｐｐ．１４９１−１４９９（１９９４） Ｐ．Ａ．Ｂｏｂｂｅｒｔ ａｎｄ Ｊ．Ｖｌｉｅｇｅｒ，"Ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｂｙ ａ ｓｐｈｅｒｅ ｏｎ ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ"，Ｐｈｙｓｉｃａ Ａ，Ｖｏｌｕｍｅ １３７，Ｉｓｓｕｅ１−２，ｐｐ．２０９−２４２（１９８６）

半導体等の製造工程で用いられる欠陥検査には、製造装置のプロセス不良要因の早期発見のため、多種欠陥の高精度分類と高精度寸法計測が求められる。従来は、欠陥から発生する散乱光の二方向の強度比による凹凸欠陥分類、および散乱光量に基づく欠陥寸法計測が行われてきたが、散乱分布・光量は欠陥形状や材質に依存して大きくかつ非線形に変化するため、様々な形状・材質を含む複数の欠陥種に対する分類、寸法計測は精度が低かった。

高精度分類、寸法計測を実現しうる手法として、シミュレータによって求めた散乱光分布を検出出力と比較する手法があるが、従来技術は複数の検出方向に対応する信号を得るためにフィルタを切り替えて複数回検査を行う必要があるため、検査に要する時間が長くなる問題があった。さらに、照明部、検出部、信号処理部などの個体差や調整の偏差・ばらつき、およびシミュレーションモデルの精度などに起因する誤差の影響で、現実に得られる検出出力とシミュレーションで求めた計算値との間に乖離が生じるため、実際に適用して高精度分類・寸法判定性能を得ることは困難であった。

上記課題を解決すべく、本願において開示される発明のうち代表的のもの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。

本発明は、試料上にて複数の方向に発生する光を複数の検出器を用いて一括で検出し、得た複数の検出器出力に基づいて散乱光分布の情報を含む多次元の特徴量を抽出し、その特徴量を散乱光分布ライブラリのデータと比較することで欠陥の種類および寸法を判定することを特徴とする。ここで、散乱光分布ライブラリとは、シミュレーションを用いて予め準備した複数種、複数寸法の欠陥の散乱光分布に対応するデータの集合である。

また、前記特徴量抽出工程において、前記検出工程において得られる屈折率および形状が既知の散乱体の散乱光検出信号の大きさに基づいて、出力する特徴量を補正することを特徴とする。

また、前記屈折率および形状が既知の散乱体として標準粒子を用いることを特徴とする。

また、前記検出工程において得られる屈折率および形状が既知の散乱体の散乱光検出信号の大きさ、基板表面の膜の材質、あるいは基板表面の膜の厚さに基づいて散乱光分布データを補正することを特徴とする。

また、検出対象欠陥種をユーザが入力可能な入力工程を有し、前記欠陥判定工程にて欠陥と判定されたものの中で、前記検出対象欠陥種と指定された欠陥種のみの検出個数あるいは検査対象物上における分布を表示する表示工程を有することを特徴とする。

また、該表示工程において、前記入力工程にて指定された欠陥種に属する欠陥の、形状の模式図、電子顕微鏡などによる拡大像、散乱光分布、あるいは散乱光分布に対応する特徴量を表示することを特徴とする。

また、非検出対象欠陥種をユーザが入力可能な入力工程を有し、前記欠陥判定工程にて欠陥と判定されたものの中で、前記非検出対象欠陥種と指定された欠陥種以外の欠陥種の検出個数あるいは検査対象物上における分布を表示する表示工程を有することを特徴とする。

また、該表示工程において、前記入力工程にて指定された非検出対象欠陥種以外の欠陥種に属する欠陥の、形状の模式図、電子顕微鏡などによる拡大像、散乱光分布、あるいは散乱光分布に対応する特徴量を表示することを特徴とする。

また、該表示工程において、欠陥の種類および寸法の判定に用いた判定条件と欠陥分類および寸法判定結果を対応付けて表示し、さらに該判定条件をユーザ入力により変更し、取得済みの前記特徴量と散乱光分布ライブラリのデータと変更後の判定条件に基づく再処理を行うことが可能であることを特徴とする。

本発明によれば、試料表面に存在する欠陥に対して、高精度欠陥分類および高精度欠陥寸法計測を行うことが可能となる。

本発明の実施形態の構成を図１で説明する。照明部１０１、検出部１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ）、試料１を載置可能なステージ１０３、信号処理部１０５、全体制御部５３、表示部５４、入力部５５を適宜用いて構成される。信号処理部１０５は欠陥判定部５０、特徴量抽出部５１、および欠陥種寸法判定部５２を有する。正反射検出部１０４は大面積欠陥検査あるいは試料表面計測などの目的で必要に応じて設置される。

照明部１０１はレーザ光源２、アッテネータ３、偏光素子４、ビームエキスパンダ７、照度分布制御素子５、反射ミラーｍ、集光レンズ６を適宜用いて構成される。レーザ光源２から射出されたレーザ光は、アッテネータ３で所望のビーム強度に調整され、偏光素子４で所望の偏光状態に調整され、ビームエキスパンダ７で所望のビーム径に調整され、反射ミラーｍおよび集光レンズ６を介して、試料１の被検査領域に照明される。照度分布制御素子５は、試料１上における照明の強度分布を制御するために用いられる。図１では照明部１０１が試料１の法線に対して傾斜した斜方から光を照射する構成を示したが、試料１の表面に対して垂直方向から光を照射する構成でもよく、これらの照明光路は切り替え手段により切り替え可能にしてもよい。

レーザ光源２としては、試料表面近傍の微小な欠陥を検出するには、試料内部に浸透しづらい波長として、短波長の紫外または真空紫外のレーザビームを発振し、かつ出力１Ｗ以上の高出力のものが用いられる。試料内部の欠陥を検出するには、試料内部に浸透しやすい波長として、可視あるいは赤外のレーザビームを発振するものが用いられる。必要に応じて斜方照明又は落射照明の光源として適宜選択すればよい。

ステージ１０３は、並進ステージ１１、回転ステージ１０、Ｚステージ（図示せず）を有する。図２に、試料１上の照明領域（照明スポット２０）と、回転ステージ１０および並進ステージ１１の運動による走査方向との関係およびそれにより試料１上に描かれる照野２０の軌跡を示す。図２では、照明部１０１における照度分布制御あるいは斜方からの照明によって、１方向に長くそれに直交する方向に短い楕円形状に形成されたの照野２０の形状を示す。照野２０は、回転ステージ１０の回転運動によって、回転ステージ１０の回転軸を中心とした円の円周方向Ｓ１に、並進ステージ１１の並進運動によって、並進ステージ１１の並進方向Ｓ２に走査される。照明スポット２０の長手方向が走査方向Ｓ２と平行となり、かつ走査方向Ｓ２の走査によって回転ステージ１０の回転軸を照明スポット２０が通過するように、照明部１０１が構成される。Ｚステージの移動は、試料１の高さ、すなわち試料１表面の法線方向の移動に対応する。以上の構成において、走査方向Ｓ１の走査により試料を１回転する間に、走査方向Ｓ２の走査を照明スポット２０の長手方向の長さ以下の距離だけ行うことにより、照明スポットがらせん状の軌跡Ｔを描き、試料１の全面が走査される。

検出部１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃは互いに異なる方位、仰角に発生する散乱光を集光して検出するよう構成される。図３に検出部１０２ａの構成を示す。検出部１０２ｂ、１０２ｃの構成要素は検出部１０２ａと共通であるため説明を省略する。なお、図４にて後述するように、広い角度範囲の散乱光を検出するため、検出部の配置は図１に示す検出部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに限られず、互いに検出方向の異なる複数の検出部を多数配置するとよい。検出部１０２ａは、集光系８、偏光フィルタ１３、およびセンサ９を適宜用いて構成される。集光系８により、照明スポット２０の像がセンサ９の受光面あるいはその近傍に結像される。結像位置に適当な径の視野絞り（図示せず）を適宜設置することで、照明スポット以外の位置から発生する背景光を除去、低減することができる。偏光フィルタ１３は結像系８の光軸上へ着脱および検光方位の回転が可能であり、ノイズ要因となる試料ラフネス等による散乱光成分を低減する目的で用いる。偏光フィルタ１３として、紫外光等の短波長においても透過率、消光比の高いワイヤグリッド偏光板、あるいは偏光ビームスプリッタが用いられる。ワイヤグリッド偏光板として、アルミニウムや銀などの金属の薄膜を縞上に微細加工した構造のものがある。微弱な異物散乱光の検出を可能にするため、センサ９として、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、イメージインテンシファイアと結合した半導体光検出器などを適宜用いる。高感度、高精度を実現するための光電子増倍管としては、量子効率の高いウルトラバイアルカリ型あるいはスーパーバイアルカリ型のものが望ましい。

図３（ｂ）に、集光系を楕円面鏡による反射光学系により構成した例を示す。集光系７０１は楕円の第一焦点位置を照明光の照射位置とし、第二焦点位置をセンサ９ｂの受光面に配置する。集光系７０１はウェハ面に対して浅い角度を含む高ＮＡをもって散乱光を集光しセンサに導くのに適する。これに加え、集光系８およびセンサ９ａからなる上方散乱光を検出する検出部を有し、複数の方向の散乱光を同時に検出することが可能な構成である。図３（ｃ）は、複数の方向から散乱光を集光し、イメージセンサに結像する検出部の構成例である。方位あるいは仰角の異なる複数の方向の散乱光を、集光結像系８８ａ、８８ｂ、８８ｃにより、イメージセンサ９９ａ、９９ｂ、９９ｃ上に結像する構成である。試料表面の散乱光を画像として検出し画像処理を行うことで、回路パターンが形成された半導体ウェハやマスクなどにおいて回路パターンに生じた欠陥を検出することが可能であるため、パターンの形成された試料の検査に有効である。イメージセンサとしては、ＣＣＤやＣＭＯＳで構成されたリニアアレイセンサや二次元アレイセンサ、あるいはイメージインテンシファイアをこれらと結合した高感度なイメージセンサ、あるいはマルチアノード光電子増倍管が用いられる。図３（ｄ）は、シュバルツシルト光学系による反射光学系を用いた構成例である。波長２００ｎｍ以下の短波長で照明する場合に散乱光をセンサ９に結像するのに適する。

検出部１０２で検出された散乱光信号に基づいて、欠陥判定部５０では試料面上における欠陥の存在箇所が判定され、欠陥と判定された箇所については特徴量抽出部５１において特徴量が抽出される。検出された各欠陥に対応する特徴量が欠陥種寸法判定部５２に入力され、これに基づいて検出された各欠陥の欠陥種と欠陥寸法が判定される。欠陥種および寸法の判定結果は各欠陥の試料面上における位置（欠陥座標）と対応付けられ、全体制御部５３に送られ、装置ユーザが確認可能な形で表示部５４より出力される。

欠陥判定部５０における散乱光信号に基づく試料面上の欠陥存在箇所判定方法を述べる。照明スポット２０が試料表面上を走査する間、検出器１０２は試料表面の微小ラフネスによる散乱光信号を出力する。照明スポット２０が試料表面上の欠陥存在箇所を通過する際には、検出器１０２は微小ラフネスによる散乱光信号に加えて欠陥の散乱光信号を出力する。従って、時間的な変動が緩やかな微小ラフネス散乱信号を除去し、瞬間的に立ち上がる欠陥信号を抽出することで欠陥判定がなされる。具体的には、検出部１０２が出力する信号をアンプにより適当な大きさの電圧信号に変換し、ＡＤ変換器によりデジタル信号に変換し、低い周波数成分の微小ラフネス信号をカットし、欠陥の散乱光信号の周波数帯域を通過するハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタを通すことで、欠陥の散乱光信号のみが抽出される。ここで、ハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタ通過後の散乱光信号には、散乱光のショットノイズや信号処理回路の電気ノイズなどのノイズも含まれるため、しきい値処理により所定のしきい値より高い信号のみを欠陥散乱光信号と判定して抽出する。ＡＤ変換によるエリアシングを避けるため必要に応じてＡＤ変換器の前段にローパスフィルタが設置される。検出部１０２の出力を二系統に分け、一系統を上記の欠陥散乱光信号抽出に用い、もう一系統はＡＤ変換後に微小ラフネス散乱光信号のみを通過するローパスフィルタを通すことで、欠陥散乱光信号と微小ラフネス信号を同時並列で取り出すことが可能である。散乱光のショットノイズは微小ラフネス信号の大きさの平方根に比例するため、前記の欠陥判定に用いる判定しきい値を微小ラフネス信号の大きさの平方根に応じて変化させる可変しきい値とすることで、ノイズを欠陥と誤判定することを回避しつつ欠陥を高感度に検出することができる。

検出部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃによって検出される散乱光の角度成分の関係を図４（ｂ）を用いて示す。図４（ａ）は検出される角度範囲の表示方法の説明図である。図４（ａ）は、赤道面が試料表面に対応し、試料表面の法線方向を天頂とする半球を示す。走査方向Ｓ２を基準とする方位角（経度）をφ、天頂からの角度をθとする。検出部１０２ａ、１０２ｂ等によって検出される角度範囲は、半球上の領域Ｒによって示され、これを赤道面に平行な面に平行投影して表示したのが図４（ｂ−１）（ｂ−２）である。検出部１０２ａ、１０２ｂ等による検出角度範囲を斜線の網掛けで表示している。図４（ｂ−１）（ｂ−２）のように、検出部を複数備えて、広い角度範囲をカバーすることで、様々な種類の欠陥を検出することが可能である。また、欠陥種や欠陥寸法によって、欠陥散乱光の角度分布が異なるため、様々な角度の散乱光強度を複数の検出系によって同時に検出し、後述する信号処理部によって処理することで、欠陥種の分類や欠陥寸法の推定を高精度で行うことが可能である。図４（ｂ−１）は微小寸法から大寸法の異物を検査するのに適した検出系配置の一例である。微小異物の散乱光は、Ｐ偏光照明を行った場合には、低角度に強く出る。低角度散乱光成分を全方位に渡って検出することで、ごく微小な欠陥の検出が可能である。さらに、高仰角に出る散乱光成分を検出することで、高角度の散乱光が強く出る結晶欠陥（ＣＯＰ：Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等のへこみ欠陥も高感度に検査することができる。さらに、θ方向およびφ方向それぞれに複数の検出器を配置することで、欠陥によって異なる散乱光分布の特徴を捉えることが可能である。図４（ｂ−２）は、低角度にて全方位検出を行う検出部および試料法線方向の散乱光を検出する検出部を設置した例である。集光系８として、図３（ｂ）に示したように、照明スポット位置を片側の焦点とする楕円面鏡を用いることで、特定のθ角度範囲の全方位の散乱光を集光することが可能となる。さらに集光系光路中に空間フィルタ手段あるいは光路分岐手段を設置し、対応する複数の検出器を設置することで、複数の方位の散乱光を一括検出することが可能である。いずれの構成でも、広い角度範囲の散乱光を捉えることで、欠陥によって出る方向が異なる散乱光を検出し、多種の欠陥をロバストに検出することができる。さらに、複数の方向の散乱光成分を個別に検出することで、後述する散乱光分布ライブラリとの比較による欠陥分類、寸法判定が可能となる。

欠陥の散乱光分布は欠陥の材質（屈折率）、形状、寸法に依存する。斜方から照明光を入射した場合、よく知られているように、欠陥の横寸法（試料表面面内方向の欠陥寸法）が大きいほど散乱光は前方に偏る。ここでの前方とは試料表面による照明の正反射方向に近い方向を指す。照明波長に対して欠陥の横寸法が極端に大きい場合（横寸法が波長の10倍以上）、散乱光成分のほとんどが正反射光の近傍に集中する。このため、横寸法の大きい欠陥の散乱光分布を捉えるには、正反射の近傍に散乱する散乱光を検出することが有効である。

図５に正反射光学部１０４の構成例を示す。図５（ａ）は正反射光を空間フィルタによって遮光し、正反射光のごく近傍の散乱光のみを検出する構成である。レンズ１０４１は、光軸が照明部１０１による照明光の試料１による正反射光の光軸と一致し、焦点が照明スポット２０と一致するよう設置される。照明スポット２０から出射しレンズ１０４１を通過した光は平行光となり、レンズ１０４１の光軸上に設置した遮光フィルタ１０４２によって正反射光が遮光される。照明スポット２０より出射し正反射光に対して偏向した光はその偏向角に応じた距離だけ光軸から離れた位置を通過する。よって、偏向角が遮光フィルタの大きさに対応した角度以上の光成分のみが遮光フィルタを透過し、レンズ１０４３によって集光され、センサ１０４４によって検出される。以上の構成により、正反射光の近傍の散乱光成分の強度が測定される。なお、遮光フィルタ１０４２の直後に四分割センサなどの複数画素の分割センサを置くことで、正反射光の近傍の散乱光の分布を計測することが可能である。図５（ｂ）はシュリーレン法による検出系の構成の例である。図５（ｂ）は図５（ａ）に対し、遮光フィルタ１０４２をナイフエッジ１０４５に置き換えた構成となっている。照明スポットの寸法の１／１０の大きさから同等あるいはそれ以上の大きさの欠陥によって起こる正反射光のわずかな偏向や拡散を、センサ１０４４における検出強度の変化として捉えることができる。図５（ｃ）は試料面による正反射光に対してエリプソメトリを行う構成例である。エリプソメトリには様々な手法があるが、ここでは位相子１０４６と検光子１０４７を互いに異なる回転速度で回転させ、透過光の強度をセンサ１０４４で検出する構成を示した。この構成により正反射光の偏光状態が完全に計測されるため、そこから求められる照明光の試料面による反射前後の偏光状態の変化に基づいて、試料面の複素屈折率および膜厚を算出することが可能である。

次に、試料上の互いに異なる複数の位置を照明することで、互いに異なる複数の照明条件の欠陥散乱光信号を一括に取得することが可能な、照明部１０１および検出部の構成例を図１８に示す。図１８（ａ）に示すように、照明部１０１を、互いに異なる複数の照明条件による照明を行う照明部１０１ａ、および１０１ｂにより構成する。照明部１０１ａと１０１ｂは、共通の光源からの光路を分岐して複数の光路を設ける、あるいは互いに異なる複数の光源から発した照明光の各々を試料上に導く光路を設けることで実現される。照明部１０１ａ、１０１ｂ各々により、集光系８の視野１０２ｆ内で照明スポットが互いに重ならないように照明される。図１８（ａ）では一例として互いに異なる照明方位による照明を行う例を模式的に示した。図１８（ｂ）に示すように、各々の照明スポットが結像面上で互いに重ならないように結像される。これを各々検出器９ａ、９ｂで検出する。以上の構成により、互いに異なる複数の照明条件に対応して発生した散乱光が検出器１０６ａ、１０６ｂ各々にて個別に検出される。このように、複数の照明部による照明スポットを互いに空間的に分離し、各々の照明領域を複数の検出器で個別に検出する構成をとることで、互いに異なる複数の照明条件に対応して発生した複数の散乱光分布が検出器ごとに個別に検出される
照明条件および検出条件を時間的に切り替える方法の具体例について、図１９を用いて説明する。図１９（ａ）は照明条件を切り替える方法の具体例を示す。光源１０１１として周期的にストロボ発光するパルスレーザあるいはフラッシュランプを用いる。偏光変調素子１０１２は、光源のストロボ発光の周期またはその整数倍の周期に合わせて、与える位相差を時間的に変化させるもの、例えば電気光学素子、磁気光学素子、音響光学素子、液晶素子などを用いる。偏光変調素子１０１２により、光源から出た周期的なパルス光の偏光状態が時間的に切り替わる。偏光ビームスプリッタ１０１３によって偏光状態に応じて光路を分岐することで、パルス光の通る光路が時間的に切り替わる。これにより、偏光状態、照明方位、照明入射角などを時間的に切り替えながら同一箇所が照明される。検出側にも、物像間に空間光変調素子を設置し、透過する光の偏光分布、位相分布、強度分布を時間的に切替えることで、検出する光学条件を時間的に切り替えることができる。空間光変調素子ｃとしては、液晶素子、電気光学素子、磁気光学素子、音響光学素子、マイクロミラーデバイス、ＧＬＶ（グレーティングバルブ）、機械的に駆動する遮光板などが用いられる。

図１９（ｂ）に、パルス照明出力、照明条件（例として照明方位）、検出条件（例として検出する偏光成分）、検出器の露光のＯＮ／ＯＦＦの時間的関係の例を、横軸を時間軸として示す。ステージ部１０３の駆動部が出す同期信号を基準とし、照明がパルス的に発光し、照明方位、検出偏光が切り替わり、それぞれのパルス光に対する散乱光分布が単一の検出器で各々個別に検出される。照明条件をＮ通り（Ｎ＝１、２、・・・）、検出条件をＭ通り（Ｍ＝１、２、・・・）とすると、最大Ｎ×Ｍ通りの光学条件の組合せに対応する検出信号が得られる。以上、図１８、１９に示した構成により、互いに異なる複数の照明条件および検出条件における散乱光検出信号を、一回の試料走査で一括に検出することが可能となる。

照明スポットの強度分布による欠陥散乱強度のばらつき除去および信号飽和への対策について、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。光源から発したビームを高効率で集光し微小照明スポットを試料面上に形成するため、光源２として実質的にガウスビームを発するものが用いられる。よって、試料面上の照明スポット２０における照明強度分布はガウス分布を成す（図６（ａ））。Ｓ２走査一回転当りのＳ１走査量が照明スポットのＳ１方向の長さより小さい場合、図６（ｂ）に示すように照明スポット２０がＳ１方向に重複して走査される。このとき同一の欠陥が照明スポット２０に対する相対位置を変えながら複数回走査されるため、同一欠陥の信号が複数回検出され、その信号をＳ１を横軸としてプロットすると照明強度分布と同じくガウス分布を描く。Ｓ２方向に関しても、Ｓ２方向の走査で照明スポットが欠陥を通過する時間より短い時間で信号をサンプリングすることで、同様に同一欠陥から複数回検出された信号がＳ２方向の照明強度分布と同じくガウス分布を描く。同一欠陥の信号が複数回検出された場合の信号の一例を図６（ｃ）に示す。×印で示したポイントが実際に得られた信号である。このグラフは、ガウス分布の中央部分、すなわち照明強度分布の中央部分を欠陥が通過した際に得られた信号が検出器の飽和レベルを越えたため飽和した例を示している。また仮に飽和が起きなかった場合でも、欠陥の検出信号は、照明スポット走査に対して欠陥が通過した相対位置に依存したばらつきを持つ。このような場合に、元のガウス分布（照明強度分布と同等）が既知なので、得られた複数の信号から本来の欠陥信号（図６（ｃ）点線）が復元できる。このような方法により、照明強度分布に起因する欠陥信号のばらつき、および信号飽和の影響を抑えることができる。なお、照明強度分布はガウス分布に限る必要はなく、ホモジナイザなどを用いてほぼ均一な照明強度分布を形成してもよい。

次に、図６（ｄ）を用いて、欠陥の空間的な広がりを高精度に計測する方法を示す。検査速度を確保するため、照明スポットの大きさは数十μｍと大きく、これに対して欠陥は面積を持たない点と見なせる。しかし、先に述べたように、波長の１０倍以上（数μｍ以上）の横寸法を持つ欠陥は、散乱光がほぼ正反射方向近傍に集中するため散乱光分布から得られる情報が少なく、分類が困難である場合がある。そのようなの分類、寸法計測には、走査時に何回のサンプリングにわたって信号が検出されたかという情報を活用することが有効である。ただし、検出信号のプロファイルは原信号（欠陥の空間的な広がり）に装置関数が畳み込まれた形となっているため、装置関数によって欠陥の空間的な広がり計測の分解能が制限される。そこで、検出信号のプロファイルに対して装置関数によるデコンボリューションを行ったプロファイル（図６（ｃ）点線）を指標とすることで、欠陥の空間的な広がりの高分解能な計測が可能である。ここで装置関数は照明、検出、処理系による信号の広がりを指し、本装置構成では照明強度分布に等しくなる。信号サンプリングに対して検出器や処理系の応答速度が遅い場合は、それによる信号のなまりも装置関数に反映される。装置関数は空間的な広がりを持たない（点と見なせる）欠陥の検出信号プロファイルを計測することで実測可能である。

図７（ａ）は、装置較正用の試料を説明するための図である。較正用試料として、試料面に材質、屈折率既知の散乱体（較正用散乱体）を配置したものを用いる。較正用散乱体としては、ポリスチレンラテックス、シリカ、金、パラジウムなどの球状粒子を用いる。これらは較正用に粒径が保証され粒径ばらつきも少ない微小寸法の標準粒子が入手可能であることと、平坦基板上の球状粒子の理想的な散乱光分布がＢＶ法シミュレーションにより精度良く求められることより較正用散乱体に適している。これらの粒子を標準粒子吹きつけ装置（アトマイザ）を用いて付着させた試料が較正用試料として用いられる。互いに異なる位置に複数の粒径の粒子を付着させる。粒径のばらつきの影響を除去するため、各粒径ごとに十分な数（１００個以上）の粒子を付着させた試料を用いる。粒子を配置する位置は、図７（ａ）に標準粒子塗布領域３１として示すように試料回転走査時の回転軸を中心とした同心円上が望ましい。これは試料回転走査時の半径方向位置による回転速度差などの検出条件のばらつきを避けるためである。また、回転走査と短距離の並進走査のみで短時間に較正用データが得られる利点もある。ある粒径の標準粒子の検出信号のヒストグラムを図７（ｂ）に示す。仕様上は同一粒径であっても粒径ばらつき、照明光量変動、散乱光ショットノイズ、検出系回路ノイズなどにより検出信号はばらつきを持つ。ヒストグラムなどより求めた代表値（最頻値、中央値、あるいは平均値）を該当粒径の信号値として用いる。

較正用試料上の標準粒子による散乱光の検出信号実測値から算出した特徴量をＢＶ法シミュレーションによる計算値と重ねて表示したグラフを図７（ｃ）に示す。ここで、特徴量は、欠陥判定部５０にて欠陥と判定された箇所について検出部１０２の複数の検出部から検出された散乱光信号を基に、特徴量抽出部５１において算出される多次元のベクトル量である。複数の方向の散乱光信号からなるため、欠陥の散乱光分布を反映した量となる。後述の散乱光分布ライブラリと比較するため、照明条件（照明強度、照明スポットサイズなど）や検出条件（量子効率、検出系帯域幅、アンプゲインなど）で規格化された値が算出される。正反射検出部１０４にて計測される正反射光のごく近傍の散乱光の分布や光量、あるいは正反射光の偏向量、角度広がり量も欠陥の情報を反映する特徴量として用いられる。また、図６（ｄ）に示した方法などにより欠陥の検出信号の空間プロファイルから計測した欠陥の空間的な広がりも特徴量として用いられる。さらに、同一の欠陥を別の照明条件で照明した場合の散乱光信号も、その欠陥の特徴量として用いられる。以上より、特徴量の個数（次元）は、検出器１０２および１０４において計測される計測値の総個数となる。また複数回の走査により複数の照明条件での計測を行った場合の特徴量の次元は、検出器１０２および１０４において計測される計測値の総個数と照明条件数の積となる。ただし、これらの特徴量項目のうち実質的に独立でないもの（例えば複数の方向の検出器で計測した欠陥の空間広がり）は、それらのうち任意の一つのみあるいは代表値のみを用いれば、欠陥の情報量を失うことなく特徴量の次元を減らすことができる。図７（ｃ）は特徴量項目ごとの特徴量の一例をグラフ表示したものである。検出部の光学系、検出器、処理回路の個体差や調整差などにより、各特徴量はシミュレーションによって求めた理想値に対してずれを持つ。前記のような較正用試料を用いることで、理想的な散乱光分布から求められる特徴量と実測値の比較ができるため、これに基づいて理想値に合うように特徴量を補正するような係数（図７（ｄ）に例をグラフ表示）を求めて各特徴量実測値に乗じることで、検出系の実装起因の誤差を低減することができる。検出器や処理回路が非線形性を持つことも考えられるため、上記のような補正係数の算出は互いに異なる複数の照明強度、標準試料粒径にて、装置上で使用する複数の検出部・処理回路パラメータ（検出器感度、ゲイン、処理回路ゲイン）各々について実施する。

散乱光分布ライブラリは、様々な欠陥の散乱光分布データ、散乱光分布データに対応する特徴量、あるいは欠陥の散乱光分布以外の特徴量（欠陥の空間広がりや、欠陥の表面形状による照明光の偏向量など）を、欠陥自体の性質（欠陥種、材質、形状、寸法）と対応付けた、欠陥の情報のデータベースである。図８（ａ）に欠陥種寸法判定部５２に含まれる記憶部に保持される散乱光分布ライブラリの構成の模式図を示す。ある照明条件（照明条件１）における欠陥の散乱光分布データ、散乱光分布データに対応する特徴量、あるいは欠陥の散乱光分布以外の特徴量（欠陥の空間広がりや、欠陥の表面形状による照明光の偏向量など）が、欠陥の形状、材質、欠陥寸法ごとに保持される。装置上で設定可能な他の照明条件についても同様のデータが保持される。図８（ａ）は照明条件ごとに各欠陥の特徴量を表示しているが、欠陥ごとに複数の照明条件における特徴量が保持されているデータ構造でもよく、他の分類方法であってもよい。また、図８（ａ）は離散的な特徴量を表示しているが、各照明条件に対応する欠陥の連続的な散乱光分布のデータを保持していても構わない。図８（ｂ）は各照明条件に対応する欠陥の連続的な散乱光分布の例を図４（ａ）に示した角度の表記方法で表示したものである。図８（ｃ）に照明条件および検出条件を表すパラメータを示す。照明条件としては、試料に対する照明入射角、入射方位、偏光状態、波長があり、各パラメータの組合せが一つの照明条件となる。検出条件としては、検出方向の検出角、検出方位、検光条件、波長がある。装置で実現される検査条件（照明条件と検出条件の組合せ）の数は、照明条件の数と、検出条件の数の積となる。様々な欠陥の一つ一つについて、装置で実現される検査条件各々における検出信号値が散乱光分布ライブラリのデータとして保持される。ここで、欠陥散乱光信号との対応が線形である照明パワーや検出感度は、基準となる規格化された散乱光分布データに適当な係数を掛けることで任意の条件の散乱光検出信号が得られるため、これらのパラメータに関しては基準となる規格化された散乱光分布データを用意しておけばよい。図８（ｃ）に示したような他の照明条件、検出条件は、散乱光分布に与える影響がパラメータの変化に対して非線形であるため、各条件における散乱光分布データを散乱光分布ライブラリに用意しておく。

散乱光分布ライブラリの内部データの表示手段について図９を用いて説明する。図９（ａ）は個々の欠陥のモデル、散乱光分布、特徴量の表示画面であり、入力部５５からの入力内容に基づいて表示部５４に表示される。図９（ａ）の表示画面では、表示対象とする工程、欠陥種、寸法が選択される。工程は検査対象とする試料の製造工程を指し、工程の選択に基づいて表示対象とする試料表面の状態が選択される。図示していないが、試料表面の膜構造、膜種、屈折率、膜厚なども選択、設定可能である。次の欠陥種の項目の設定に応じて表示対象とする欠陥種が選択される。前段の工程の選択に応じて、その工程で発生しうる欠陥種のリストが発生頻度あるいは重要度順に表示される。寸法の項目の設定に応じて、表示対象とする寸法が選択される。以上の設定に応じて、図９（ａ）の実施例では表示画面の右側に、右側に欠陥モデルの模式図、その欠陥からの散乱光分布のシミュレーションデータ、およびそこから抽出される特徴量が表示される。図９（ｂ）に、特定の欠陥種について選択した寸法範囲の散乱光分布データを表示する表示画面の例を示す。工程と欠陥種の選択は図９（ａ）で述べた内容と共通である。表示対象とする寸法範囲を最小値と最大値によって選択可能であり、それらの設定に応じて、欠陥モデルの模式図、散乱光分布のシミュレーションデータ、特徴量が表示される。特徴量は欠陥寸法依存性が表示され、表示対象とする特徴量はユーザが選択可能である。特徴量の欠陥寸法依存性表示には、比較対象として標準粒子のそれも併せて表示される。標準粒子との信号の大小比較から、検出可能な最小欠陥寸法の推定などが可能である。また、図示していないが、欠陥検出の妨げとなる試料表面ラフネス散乱光の散乱光分布のシミュレーションデータも表示可能である。工程の選択および必要に応じて試料表面の屈折率、粗さ（ＲＭＳ、Ｒａ）、空間周波数分布などを入力することで、対応する試料表面ラフネス散乱光分布のシミュレーションデータが表示される。

以上の表示手段および入力手段を用いて、装置のユーザが散乱光分布ライブラリに含まれるデータ内容を確認することができる。表示内容はユーザの入力に応じて設定・変更され、ユーザは表示内容に基づいて検査条件（照明強度、照明入射角、照明偏光、検出方向、検光、検出器感度）、欠陥判定に用いる検出器信号の選択や重み付け、対象とする欠陥種および寸法の範囲、欠陥種および寸法の判定に用いる検出器信号の選択や重み付けを最適化することが可能である。

散乱光分布ライブラリの作成手段と構成について図１０（ａ）を用いて説明する。欠陥集合２０１は、様々な工程における様々な欠陥データ２０２からなる。欠陥データ２０２は欠陥の情報（材質、形状、寸法）および基板（欠陥の存在する試料表面）の情報（膜構造、膜種、膜厚）であり、すなわち対応する欠陥シミュレーションモデルを表現するシミュレーションへの入力パラメータである。欠陥データ２０２に加え、装置が備える光学条件（照明条件、検出条件）が光散乱シミュレータ２０３に入力され、シミュレーションが行われる。シミュレーション結果を処理することで、欠陥データごとに装置が備える光学条件にて検出、抽出される特徴量２０５aが得られ、散乱光分布ライブラリ２０４が作成される。図１０（ｂ）は欠陥の散乱光分布２０５bを散乱光分布ライブラリとする実施例を示す。図１０（ｂ）の例では、欠陥データ２０２と、装置が備える照明条件に基づき、光散乱シミュレータ２０３において欠陥から発生する散乱光分布が出力される。これを散乱光分布ライブラリとして装置上にて保持する。この例では、散乱光分布を基に任意の検出条件に対応する特徴量を算出可能であり、装置が備える検出条件に変更があった場合にも散乱光分布ライブラリ自体の修正が不要である利点がある。一方、図１０（ａ）の例では、装置が備える検出条件に対応する特徴量２０５aのみを保持しておけばよいので、記憶容量が少なくてすむ利点がある。以上述べたように作成された散乱光分布ライブラリが欠陥種寸法判定部５２の有する記憶部に保持される。図１０（ｃ）に、光散乱シミュレータを内蔵した欠陥検査装置の構成のブロック図を示す。ここでは欠陥種寸法判定処理に直接関係する部分のみを図示する。光散乱シミュレータ２０３は全体制御部５３と接続されており、光散乱シミュレーションの入力条件が入力部５５から入力されると、光散乱シミュレーションを行い、シミュレーション結果すなわち欠陥の散乱光分布を欠陥種寸法判定処理部に含まれる散乱光分布ライブラリに追加する。また、シミュレーション結果は表示部５４にも表示される。光散乱シミュレータは、シミュレーション手法としてＦＥＭ法、ＦＤＴＤ法、ＤＤＡ法あるいはＢＶ法を計算プログラムとして実装したものであり、これらの手法のうち複数あるいはいずれか一つが光散乱シミュレータに搭載される。複数搭載された場合は、計算対象に応じて適切な手法、例えば基板上球状粒子はＢＶ法、基板上あるいは基板内部の孤立欠陥であればＤＤＡ法、より複雑な形状の欠陥やパターン欠陥であればＦＥＭ法やＦＤＴＤ法、が選択される。

図１１（ａ）は、高精度欠陥種分類、寸法判定を行うための基板の屈折率推定手法を示す図である。基板表面の屈折率に依存して欠陥の散乱光分布が変化するが、基板表面の屈折率は、同じ材質であっても成膜条件など基板の製造条件に依存するため一定の値をとるとは限らない。よって、実際に検査対象とする基板の屈折率を予め精度良く知っておくことで、後述の欠陥種の判定および寸法の判定精度が向上する。そこで、まず、後述する入力手段により、検査対象とする試料の膜種、膜厚が指定される（ステップ２２１）。次に、前述の標準粒子のような材質や形状が既知の欠陥の散乱光分布を計測し（ステップ２２３）、特徴量を抽出する（ステップ２２４）。一方で、様々な屈折率の基板上における、材質、形状既知欠陥の特徴量計算値（ステップ２２５）を散乱光分布ライブラリに保持しておき、これをステップ２２４にて抽出した特徴量と比較し（ステップ２２７）、実測値に近い特徴量計算値を持つ基板屈折率、膜厚を特定することで、基板表面の膜種、膜厚を推定可能である（ステップ２２８）。なお、図５（ｃ）で述べた正反射検出部１０４の構成を備えていれば、基板表面の膜の材質（屈折率）、膜厚を直接計測（２２２）して利用することが可能である。

実測値に基づく散乱光分布ライブラリの修正方法あるいはデータ追加方法について図１１（ｂ）を用いて説明する。まず、対象とする欠陥を検査し（ステップ２３３）、特徴量を抽出する（ステップ２３４）。また、予め欠陥の形状をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、ＴＥＭ、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）などの計測手段を用いて計測しておく（ステップ２３１）。得られた計測値を入力し（ステップ２３２）、特徴量の実測値と対応付けて散乱光分布ライブラリに保存することで、散乱光分布ライブラリに保持されていない欠陥のデータを追加することを可能とする。対応する既存の欠陥データが存在する場合は既存の欠陥データが上書きして修正される。

欠陥種寸法判定部５２において、特徴量抽出部５１にて抽出された特徴量に基づいて欠陥種および欠陥寸法を判定する方法を図１２（ａ）を用いて説明する。検出された欠陥について特徴量抽出部５１にて抽出された特徴量２１０は、散乱光分布ライブラリに含まれる各欠陥と比較され、特徴量２１０に最も類似する欠陥種、欠陥寸法が、検出された欠陥の欠陥種、欠陥寸法であると判定される。特徴量２１０と比較する欠陥データは散乱光分布ライブラリの中から絞り込んだ一部分の欠陥データであり、これをここでは候補欠陥データと呼ぶ。特徴量２１０と、候補欠陥データの各々の特徴量との類似度を評価し、類似度の最大となる欠陥データを判定結果として出力する。類似度の高い複数の欠陥データに基づいて補間して欠陥寸法を求めることで、欠陥寸法判定の分解能が高くなる。

特徴量の類似度の指標の例として、二つの特徴量間の距離の逆数が用いられる。仮に特徴量の次元をＮとすると、特徴量Ｆａ＝（ｆａ１，ｆａ２，．．．，ｆａＮ）と特徴量Ｆｂ＝(ｆｂ１，ｆｂ２，．．．，ｆｂＮ）との距離（ユークリッド距離）Ｌは、Ｌ＝（ｆａ１−ｆｂ１）＾２＋（ｆａ２−ｆｂ２）＾２＋・・・＋（ｆａＮ−ｆｂＮ）＾２で定義される（ａ＾２はａの二乗）。距離Ｌとしてマンハッタン距離Ｌ＝｜ｆａ１−ｆｂ１｜＋｜ｆａ２−ｆｂ２｜＋・・・＋｜ｆａＮ−ｆｂＮ｜を用ることで、計算量が低減される。特徴量２１０の信頼性に応じて重み付けした重み付き距離Ｌ’＝ｗ１（ｆａ１−ｆｂ１）＾２＋ｗ２（ｆａ２−ｆｂ２）＾２＋・・・＋ｗＮ（ｆａＮ−ｆｂＮ）＾２を定義することも可能である。特徴量２１０の各次元の量は各々ばらつきを持つため、そのばらつき逆数を重み係数ｗＮとする。ばらつきは散乱光ショットノイズや回路ノイズに起因するため、検出条件や検出信号強度より算出可能である。

散乱光分布ライブラリの中から、特徴量比較の対象とする候補欠陥データを絞り込む方法を図１２（ｂ）を用いて説明する。後述する手段により、検査対象の工程、欠陥種、欠陥寸法が指定される。工程の指定に基づき、指定された工程に対応する基板（膜構造、膜種、膜厚）の欠陥データのみに絞り込まれる。欠陥種指定により、特定の欠陥種に属するかそうではないかだけの判定を行う場合、指定された欠陥種のみを比較対象として類似度評価を行い、所定のあるいは後述の手段で指定された類似度判定しきい値を越えるもののみがその欠陥種と判定される。欠陥寸法についても欠陥種指定と同様である。また、散乱光分布ライブラリの特徴量は装置が備える全ての照明検出条件に対応しているため、検査時の照明・検出条件に関するものに絞り込むことで特徴量の次元を削減し、計算量を低減できる。

検査対象の欠陥種が指定された場合の入出力フローを図１３（ａ）に、欠陥寸法が指定された場合の入出力フローを図１３（ｂ）に示す。後述の入力手段によりユーザが検査対象の欠陥種を指定した場合（ステップ１３０１）、対象物を検査し、検出された欠陥各々の特徴量を抽出した後（ステップ１３０２）、散乱光分布ライブラリの中で検出対象欠陥種のみを対象として類似度評価を実施する（ステップ１３０３）。類似度が所定のしきい値を越える欠陥を検出対象欠陥種と判定する（ステップ１３０４）。検出された欠陥の中で検出対象欠陥種と判定された欠陥のみを抽出し、その個数、対象物上での検出位置分布（欠陥マップ）、あるいは寸法分布を表示部５４に表示する（ステップ１３０５）。一方、後述の入力手段によりユーザが検査対象の欠陥寸法範囲を指定した場合（ステップ１３０６）、対象物を検査し、検出された欠陥各々の特徴量を抽出した後（ステップ１３０７）、散乱光分布ライブラリの中で検出対象欠陥寸法範囲のみを対象として類似度評価を実施する（ステップ１３０８）。類似度が所定のしきい値を越える欠陥を検出対象欠陥寸法範囲に含まれると判定する（ステップ１３０９）。検出された欠陥の中で検出対象欠陥寸法範囲にと含まれると判定された欠陥のみを抽出し、その個数、対象物上での検出位置分布（欠陥マップ）、あるいは寸法分布を表示部５４に表示する（ステップ１３１０）。

次に、検査対象から除外する欠陥種が指定された場合の入出力フローを図１４（ａ）に、欠陥寸法が指定された場合の入出力フローを図１４（ｂ）に示す。後述の入力手段によりユーザが非検査対象欠陥種（検査対象から除外する）を指定した場合（ステップ１４０１）、対象物を検査し、検出された欠陥各々の特徴量を抽出した後（ステップ１４０２）、散乱光分布ライブラリの中で非検出対象欠陥種のみを対象として類似度評価を実施する（ステップ１４０３）。類似度が所定のしきい値を越える欠陥が非検出対象欠陥種であると判定する（ステップ１４０４）。検出された欠陥の中で非検出対象欠陥種と判定された欠陥を除外して残った欠陥のみを抽出し、その個数、対象物上での検出位置分布（欠陥マップ）、あるいは寸法分布を表示部５４に表示する（ステップ１４０５）。一方、後述の入力手段によりユーザが非検査対象欠陥寸法範囲を指定した場合（ステップ１４０６）、対象物を検査し、検出された欠陥各々の特徴量を抽出した後（ステップ１４０７）、散乱光分布ライブラリの中で非検出対象欠陥寸法範囲のみを対象として類似度評価を実施する（ステップ１４０８）。類似度が所定のしきい値を越える欠陥を非検出対象欠陥寸法範囲に含まれると判定する（ステップ１４０９）。検出された欠陥の中で非検出対象欠陥寸法範囲にと含まれると判定されたを除外して残った欠陥のみを抽出し、その個数、対象物上での検出位置分布（欠陥マップ）、あるいは寸法分布を表示部５４に表示する（ステップ１４１０）。

検査のフローについて図１５を用いて説明する。図１５に示す検査フローは、装置導入時の調整段階や定期的な較正、調整時に行うフロー３００と、装置を新規の工程に適用する場合、検査対象、感度などを変える場合に行うフロー３０１と、既に検査したことがある工程や検査条件が既知の工程について多数の試料を対象として繰返し行うフロー３０２に分けられる。装置導入時の調整段階や定期的な較正、調整時には、照明部、検出部、処理部それぞれ単体で感度、入出力応答の較正を行った後、図７を用いて示した方法で、検出系全体の誤差を補正するための特徴量補正係数を求め、特徴量抽出部５１に適用する（ステップ３１０）。装置を新規の工程に適用する場合や、検査対象の工程以前のプロセス条件に変更があった場合には、必要に応じて、図１１（ａ）を用いて説明した方法などにより基板表面の屈折率、膜厚を実測し、後述する工程指定時にその値を設定する（ステップ３１１）。また、新規の欠陥種を検出対象とする場合には、必要に応じて、図１１（ｂ）を用いて説明した方法により、散乱光分布ライブラリへのデータ追加あるいはデータ修正を行う（ステップ３１２）。以上により、装置により計測、抽出した特徴量を散乱光分布ライブラリのデータと高精度に比較することが可能となる。次に、検査条件の設定と欠陥種、寸法判定処理条件の設定がユーザからの入力により行われる（ステップ３１３、ステップ３１４）。既に検査したことのある工程については、装置が保持する過去の条件を設定することが可能である。ここで、検査条件は検査に用いる照明、検出、信号処理条件を指し、互いに異なる複数の照明条件のセットも含まれる。検査条件の指定は、必ずしも照明、検出、信号処理が直接入力されなくてもよく、検査対象工程と検査対象欠陥（欠陥種、寸法）の設定の入力に基づき、散乱光分布ライブラリの情報および基板表面ラフネス散乱の情報を用いて、高ＳＮ比、高精度分類、あるいは高精度寸法計測が期待される条件を計算機処理により推定して設定してもよい（ステップ３１５、ステップ３１６）。設定された検査条件にて試料が走査され（ステップ３１７）、欠陥判定がなされ（ステップ３１８）、特徴量が抽出される（ステップ３１９）。抽出された特徴量を用いて、前述の方法で欠陥種および欠陥寸法が判定される（ステップ３２０）。判定結果の出力に基づいて検査結果が表示される（ステップ３２１）。検査結果が検査目的を満たすかどうかを必要に応じて欠陥レビューＳＥＭなどを用いた欠陥レビュー（ステップ３２２）を行ったうえで判断し、満たさない場合は検査条件条件を変更して再走査を行う。欠陥は検出されているものの欠陥種判定と寸法判定処理に精度不足や誤判定がある場合は、欠陥種、寸法判定処理の条件設定を変更し（ステップ３２３）、既に取得済みの検出済み欠陥の特徴量に対して欠陥種、寸法判定の再処理を行う。取得済みの特徴量のみにより要求精度を満たす欠陥種、寸法判定を行うことが困難な場合は、検査条件を変更して再検査を行う。

図１６に、検査工程、検査対象欠陥、および検査対象寸法を設定するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の例を示す。装置が保持する工程選択肢の中から検査対象工程を選択し、入力することが可能である。工程は、散乱光分布ライブラリの欠陥データの基板の情報（膜構造、膜種、膜厚）と対応付けられている。図示していないが、試料表面の膜構造、膜種、屈折率、膜厚を直接選択、設定することも可能である。欠陥種の項目の設定に応じて検査対象とする欠陥種が選択される。前段の工程の選択に応じて、その工程で発生しうる欠陥種のリストが発生頻度あるいは重要度順に表示される。表示されていない欠陥種を散乱光分布ライブラリの中から選択することも可能である。また、検査対象から除外する欠陥種（非検査対象欠陥種）を設定することも可能である。欠陥種は複数選択、設定することができる。検査対象寸法範囲は下限、上限をそれぞれ入力、設定することが可能である。図１６の右側の欠陥プレビューでは選択した欠陥種の欠陥モデルの例が表示される。表示対象は選択、変更することが可能である。

図１７（ａ）に、検査結果を表示するＧＵＩの例を示す。表示対象範囲を、全欠陥か、指定した欠陥種あるいは欠陥寸法範囲に絞るかを選択可能である。表示対象とする欠陥種、欠陥寸法は、図１６と同様のＧＵＩにより入力、設定が可能である。検査結果は、欠陥マップと欠陥寸法分布の形で示される。欠陥マップと欠陥寸法分布は共に欠陥種別の分布を色、データポイント形状、グラフ形状、グラフ網掛けなどの違いにより視覚的に把握できるような状態で表示される。図１７（ｂ）に、少なくとも一度以上対象試料を走査した後に、欠陥種、寸法判定処理条件の設定と処理結果表示を行うためのＧＵＩの例を示す。このＧＵＩでは、類似度判定の対象とする欠陥種、寸法の指定（前述した候補欠陥データの指定）と、対象欠陥種、欠陥寸法範囲に含まれるかどうかの判定に用いる判定しきい値の設定が可能である。判定しきい値設定は、取得済み特徴量の特徴量空間上での分布を見ながら調整することが可能である。特徴量空間上での取得済み特徴量の分布は、一次元、二次元あるいは三次元の特徴量空間において、散乱光分布ライブラリに含まれる欠陥データの特徴量分布と併せて表示することが可能である。また、欠陥マップなどをポイントすることで指定した検出欠陥のみを表示することが可能である。ここで、散乱光分布ライブラリに含まれる欠陥データは、指定した候補欠陥データ範囲に含まれるもののみを表示対象とする。判定しきい値はスライダの上下や数値の直接入力により変更が可能である。しきい値変更の影響は、特徴量空間表示における候補欠陥データ周囲の領域形状、面積の変化としてリアルタイムに表示される（図１７（ｂ）特徴量空間グラフの点線で囲んだ領域）。上記のＧＵＩにて欠陥種・寸法判定処理条件を変更した後、取得済み特徴量に対して変更後の処理条件にて再処理を行うことが可能である。再処理結果は再処理終了後直ちに、図１７（ｂ）右側に示したように欠陥種ごとの分布が把握可能な欠陥マップとして表示される。欠陥種の代わりに欠陥ごとのおよその欠陥寸法が分かるような欠陥マップを表示することも可能である。欠陥マップ上の欠陥に対して、そのレビュー画像と取得済み特徴量を対応付けて表示することが可能である。取得済み特徴量は、再処理によって類似していると判定された散乱光分布ライブラリの欠陥特徴量データと併せて表示することも可能である。以上により、実際の欠陥種、寸法と判定結果を突合せながら、欠陥種・寸法判定処理の条件出しを行うことが可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。 試料の走査方法を示す模式図である。 検出部の構成を示す構成図である。 検出部の配置を示す模式図である。 正反射検出部の構成を示す模式図である。 照明強度分布と照明スポット走査時の検出信号プロファイルを示す概念図である。 検出系の較正、特徴量補正係数算出方法を示す図である。 散乱光分布ライブラリの構成を示す図である。 散乱光分布ライブラリの内部データの表示方法を示す図である。 散乱光分布ライブラリの作成方法を示す図である。 散乱光分布ライブラリの作成方法を示す図である。 散乱光分布ライブラリの作成方法を示す図である。 基板表面状態計測および散乱光分布ライブラリへのデータ追加方法を示すブロック図である。 計測された特徴量と散乱光分布ライブラリのデータとの比較方法を示す概念図である。 検出対象とする欠陥種あるいは欠陥寸法範囲を指定する検査方法を示すフロー図である。 非検出対象とする欠陥種あるいは欠陥寸法範囲を指定する検査方法を示すフロー図である。 検査の流れを示すフロー図である。 検査工程、検査対象欠陥、および検査対象寸法を設定するＧＵＩの模式図である。 検査結果を表示するＧＵＩの模式図である。 試料上の互いに異なる複数の位置を照明、検出する方法を示す図である。 照明条件および検出条件を時間的に切替える方法を示す図である。

符号の説明

1…ウェハ
2…レーザ光源
3…アッテネータ
4…偏光素子
5…照度分布制御素子
6…集光レンズ
7…ビームエキスパンダ
8…集光系
9…センサ
10…並進ステージ
11…回転ステージ
13…偏光フィルタ
14…コントローラ
15…遮光シャッタ
16…シャッタコントローラ
20…照明スポット
31…標準粒子塗布領域
50…欠陥判定部
51…特徴量抽出部
52…欠陥種寸法判定部
53…全体制御部
54…表示部
55…入力部
101…照明部
102a…検出部
102b…検出部
102c…検出部
104…正反射検出部
105…信号処理部
201…欠陥集合
202…欠陥データ
203…光散乱シミュレータ
204…散乱光分布ライブラリ
205a…特徴量
205b…欠陥散乱光分布
206…検出条件
207…欠陥特徴量

Claims (16)

1. 光源から出射した光を試料上に導く照明部と、
   前記照明部の照明による前記試料からの散乱光のうち、前記試料の表面に対する仰角方向および方位角方向のそれぞれについて互いに異なる複数の方向に散乱する散乱光成分を一括に検出し、各々検出された散乱光成分に対応する複数の検出信号を出力する複数の検出器を有する検出部と、
   前記複数の検出信号を用いて欠陥に対応する多次元の特徴量を抽出し、前記多次元の特徴量のそれぞれについて、シミュレーションによる理想値と較正用試料による実測値との比較により予め算出された補正係数で前記多次元の特徴量を補正し、前記補正された多次元の特徴量と前記信号処理部の記憶部に予め記憶された複数の種類及び複数の寸法の欠陥の散乱光分布データの集合である散乱光分布ライブラリから選択されたものである散乱光分布データとを比較して、前記散乱光分布データの形状若しくは材質の異なる複数の欠陥の種類、または、複数の欠陥寸法の候補欠陥のデータから、類似度に基づいて欠陥の種類及び寸法を判定する信号処理部と、
   前記信号処理部にて判定された判定結果を表示する表示部と、を有し、
   前記信号処理部は、前記複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定部と、
   前記欠陥判定部において判定された欠陥各々に対応する前記多次元の特徴量を出力する特徴量抽出部と、を備え、前記補正係数は、屈折率および形状が既知の散乱体の散乱光を検出し、得られた検出信号実測値から算出した特徴量とシミュレーションにより求めた特徴量との比較により算出したものであることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   前記表示部は、ユーザにより選択された欠陥種の検出個数又は前記試料上における分布の少なくとも１つを表示することを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   前記信号処理部では、前記検出部の複数の検出器のうち、前記試料の表面からの角度である仰角が小さい検出器にて検出された散乱光成分を用いて凸形状の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   前記信号処理部では、前記検出部の複数の検出器のうち、前記試料の表面からの角度である仰角が大きい検出器にて検出された散乱光成分を用いて凹形状の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   前記光源と前記試料との間に、照明位置を片側の焦点とする楕円面鏡を配置することを特徴とする欠陥検査装置。
6. 請求項５記載の欠陥検査装置であって、
   前記検出部は、前記試料の表面からの散乱光の光路に空間フィルタまたは光路分岐手段を配置することを特徴とする欠陥検査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   前記信号処理部の記憶部において、前記検出部において得られる屈折率および形状が既知の散乱体の散乱光検出信号の大きさ、基板表面の膜の材質、または基板表面の膜の厚さに基づいて散乱光分布データを補正することを特徴とする欠陥検査装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   さらに、検出対象欠陥種をユーザが入力可能な入力部を有し、前記表示部において、前記信号処理部にて欠陥と判定されたものの中で、前記検出対象欠陥種と指定された欠陥種の検出個数あるいは検査対象物上における分布を表示することを特徴とする欠陥検査装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   さらに、非検出対象欠陥種をユーザが入力可能な入力部を有し、前記表示部において、前記信号処理部にて欠陥と判定されたものの中で、前記非検出対象欠陥種と指定された欠陥種を除外した検出個数あるいは検査対象物上における分布を表示することを特徴とする欠陥検査装置。
10. 請求項８又は９記載の欠陥検査装置であって、
    前記表示部において、前記入力部にて指定された欠陥種に属する欠陥の形状の模式図または電子顕微鏡による拡大像もしくは散乱光分布もしくは散乱光分布に対応する特徴量を表示することを特徴とする欠陥検査装置。
11. 光源から出射した光を試料上に導く照明工程と、
    前記照明工程の照明による前記試料からの散乱光のうち、前記試料の表面に対する仰角方向および方位角方向のそれぞれについて互いに異なる複数の方向に散乱する散乱光成分を一括に検出し、各々検出された散乱光成分に対応する複数の検出信号を出力する複数の検出器を有する検出工程と、
    前記複数の検出信号を用いて欠陥に対応する多次元の特徴量を抽出し、前記多次元の特徴量のそれぞれについて、シミュレーションによる理想値と較正用試料による実測値との比較により予め算出された補正係数で前記多次元の特徴量を補正し、前記補正された多次元の特徴量と記憶部に予め記憶された複数の種類及び複数の寸法の欠陥の散乱光分布データの集合である散乱光分布ライブラリから選択されたものである散乱光分布データとを比較して、前記散乱光分布データの形状若しくは材質の異なる複数の欠陥の種類、または、複数の欠陥寸法の候補欠陥のデータから、類似度に基づいて欠陥の種類及び寸法を判定する信号処理工程と、
    を有し、
    前記信号処理工程では、前記複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定工程と、前記欠陥判定工程において判定された欠陥各々に対応する前記多次元の特徴量を出力する特徴量抽出工程と、を備え、
    前記補正係数は、屈折率および形状が既知の散乱体の散乱光を検出し、得られた検出信号実測値から算出した特徴量とシミュレーションにより求めた特徴量との比較により算出したものであることを特徴とする欠陥検査方法。
12. 請求項１１記載の欠陥検査方法であって、
    さらに、前記信号処理工程にて判定された判定結果を表示する表示工程を備えることを特徴とする欠陥検査方法。
13. 請求項１２記載の欠陥検査方法であって、
    前記表示工程は、ユーザにより選択された欠陥種の検出個数又は前記試料上における分布の少なくとも１つを表示することを特徴とする欠陥検査方法。
14. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
    前記信号処理工程では、前記検出工程で検出する複数の検出器のうち、前記試料の表面からの角度である仰角が小さい検出器にて検出された散乱光成分を用いて凸形状の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
15. 請求項１１乃至１４のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
    前記信号処理工程では、前記検出工程で検出する複数の検出器のうち、前記試料の表面からの角度である仰角が大きい検出器にて検出された散乱光成分を用いて凹形状の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
16. 請求項１１乃至１５のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
    前記記憶部において、前記検出工程において得られる屈折率および形状が既知の散乱体の散乱光検出信号の大きさ、基板表面の膜の材質、あるいは基板表面の膜の厚さに基づいて散乱光分布データを補正することを特徴とする欠陥検査方法。

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