JP5576526B2 - Surface inspection apparatus and method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造や磁気ヘッド製造をする際に用いられる研磨または研削加工技術による平坦化加工工程において生じるスクラッチや異物等の欠陥を弁別して検査する表面検査装置およびその方法に関する。   The present invention relates to a surface inspection apparatus and method for discriminating and inspecting defects such as scratches and foreign matters generated in a flattening process using a polishing or grinding technique used when manufacturing a semiconductor or a magnetic head.

回路パターンが形成された半導体ウェハ上に付着した異物を回路パターンと弁別して検査する従来技術としては、特開平3−102248号公報(従来技術1)および特開平3−102249号公報(従来技術2)が知られている。即ち、従来技術1および2には、斜方照明により半導体基板上の異物を強調させて第1の光電変換素子で検出し、かつ落射照明により上記半導体基板上の背景である回路パターンのエッジを強調して第2の光電変換素子で検出し、上記第1の光電変換素子から得られる異物検出信号を上記第2の光電変換素子から得られる検出信号で除算等をすることにより、異物検出信号を強調して上記異物を検出することが記載されている。   As conventional techniques for discriminating foreign substances adhering to a semiconductor wafer on which a circuit pattern is formed from circuit patterns and inspecting them, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-102248 (prior art 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 3-102249 (prior art 2). )It has been known. That is, in the prior arts 1 and 2, the foreign matter on the semiconductor substrate is emphasized by oblique illumination and detected by the first photoelectric conversion element, and the edge of the circuit pattern which is the background on the semiconductor substrate is reflected by epi-illumination. The foreign matter detection signal is detected by the second photoelectric conversion element with emphasis and the foreign matter detection signal obtained from the first photoelectric conversion element is divided by the detection signal obtained from the second photoelectric conversion element. It is described that the above foreign matter is detected with emphasis on the above.

また、シリコンウエハの表面に付着した異物と該表面に存在する結晶欠陥とを分離して検査する従来技術としては、特開平9−304289号公報(従来技術3)が知られている。即ち、この従来技術3には、シリコンウエハの表面を基準とした仰角が30°以下の角度をなす低角度受光系と、これよりも大きな仰角の高角度受光系とを有し、レーザ光を上記シリコンウエハの表面に対してほぼ垂直に照射することによって得られる散乱光を上記低角度受光系と上記高角度受光系とが受光し、上記高角度受光系でのみ受光されるものを結晶欠陥とし、上記低角度受光系および上記高角度受光系で受光されるものを付着異物として弁別して検査することが記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 9-304289 (Prior Art 3) is known as a prior art for separating and inspecting foreign matter adhering to the surface of a silicon wafer and crystal defects existing on the surface. That is, this prior art 3 has a low-angle light receiving system having an elevation angle of 30 ° or less with respect to the surface of the silicon wafer, and a high-angle light receiving system having an elevation angle larger than this, Scattered light obtained by irradiating the surface of the silicon wafer substantially perpendicularly is received by the low-angle light receiving system and the high-angle light receiving system, and a crystal defect is received only by the high-angle light receiving system. In addition, it is described that the light received by the low-angle light-receiving system and the high-angle light-receiving system is discriminated as an attached foreign substance and inspected.

また、半導体ウェハの表面に存在する異物や傷を、回路パターンを作成する際障害とならない微小な点状の凹部を誤認すること無く区別して検査する従来技術としては、特開平11−142127号公報(従来技術4)が知られている。即ち、従来技術4には、2つの異なる波長の照明光の各々を互いに異なる低入射角度と高入射角度とで、半導体ウェハの表面上の同一点に対して集光して照射し、該集光点からの散乱光を2波長別々に受光して光電変換し、各々の信号の強度差、即ち、点状の凹部からは低入射角度の照明光による散乱光強度が弱められることを利用して、半導体ウェハの表面に存在する異物や傷と点状の凹部とを区別して検査することが記載されている。   Japanese Laid-Open Patent Application No. 11-142127 discloses a conventional technique for distinguishing and inspecting foreign matters and scratches existing on the surface of a semiconductor wafer without misidentifying a minute dot-like recess that does not become an obstacle when creating a circuit pattern. (Prior Art 4) is known. That is, in the prior art 4, each of two different wavelengths of illumination light is condensed and irradiated to the same point on the surface of the semiconductor wafer at different low and high incident angles. The scattered light from the light spot is received separately for two wavelengths and photoelectrically converted, and the difference in intensity between the signals, that is, the intensity of the scattered light by the illumination light at a low incident angle is weakened from the point-shaped recess is utilized. Thus, it is described that a foreign substance or a flaw existing on the surface of a semiconductor wafer is inspected separately from a spot-like recess.

特開平3−102248号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-102248 特開平3−102249号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-102249 特開平9−304289号公報JP-A-9-304289 特開平11−142127号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-142127

ところで、半導体製造や磁気ヘッド製造をする際に被加工対象物(例えば絶縁膜)に対して用いられる平坦化加工技術としては、代表的なものとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing)がある。このCMPは、研磨パッド上にシリカ等の遊離砥粒を散布し、被加工対象物の表面を研磨加工する平坦化技術である。また、平坦化加工技術としては、研磨パッドにダイヤ等の固定砥粒を埋め込み同様に研削加工を行う研削加工技術が用いられる場合もある。これらの研磨または研削加工技術においては、研磨または研削後被加工対象物(例えば半導体基板(ウェハ)上の絶縁膜)の表面には研磨または研削傷である様々な形状を有するスクラッチを生じることがある。このように半導体製造や磁気ヘッド製造において、被加工対象物の表面に様々な形状を有するスクラッチを生じると、その上に形成する配線においてエッチングが不充分となり短絡などの不良原因になる。そこで、研磨または研削後のウェハ研磨面または研削面を観察して様々な形状を有するスクラッチの発生状況を監視し、多発する場合にはスクラッチの形状に対応させた研磨または研削条件の見直しを行わなければならない。また、同時に、異物も発生するとその上に形成する配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となる。異物が多発する場合には、装置洗浄を行う等のスクラッチとは異なる対策が必要となる。つまり、被加工対象物(例えば半導体基板上の絶縁膜)に対する研磨または研削工程においては、異物と様々な形状を有するスクラッチとを分けて監視して、それぞれに対して適切な対策を施すことが必要となる。   By the way, as a planarization technique used for an object to be processed (for example, an insulating film) when manufacturing a semiconductor or a magnetic head, a typical one is CMP (Chemical Mechanical Polishing). This CMP is a flattening technique in which free abrasive grains such as silica are dispersed on a polishing pad to polish the surface of a workpiece. Further, as a planarization processing technique, there is a case where a grinding technique is used in which fixed abrasive grains such as diamond are embedded in a polishing pad and grinding is performed in the same manner. In these polishing or grinding techniques, scratches having various shapes, which are polishing or grinding flaws, are generated on the surface of an object to be processed (for example, an insulating film on a semiconductor substrate (wafer)) after polishing or grinding. is there. As described above, in the manufacture of semiconductors and magnetic heads, if scratches having various shapes are generated on the surface of the workpiece, the wiring formed thereon is insufficiently etched, causing a defect such as a short circuit. Therefore, the occurrence of scratches with various shapes is monitored by observing the polished or ground wafer polished surface or ground surface, and if it occurs frequently, the polishing or grinding conditions corresponding to the scratch shape are reviewed. There must be. At the same time, when foreign matter is generated, it may cause a failure such as insulation failure or short circuit of a wiring formed thereon. When foreign objects frequently occur, measures different from scratches, such as cleaning the apparatus, are required. In other words, in a polishing or grinding process for an object to be processed (for example, an insulating film on a semiconductor substrate), foreign substances and scratches having various shapes can be separately monitored and appropriate measures can be taken for each. Necessary.

しかしながら、上記従来技術1〜4のいずれにも、被加工対象物(例えば、半導体基板上の絶縁膜)に対して研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する異物とを弁別して検査することについては、考慮されていない。   However, in any of the above prior arts 1 to 4, scratches having various shapes generated on the surface of a workpiece (for example, an insulating film on a semiconductor substrate) that are polished or ground are given. Discriminating and inspecting the attached foreign matter is not considered.

また、様々な形状を有するスクラッチの寸法は、幅Wが0.2μm〜0.4μm程度で、深さDが数nm程度から非常に深いものでも100nm程度と非常に微小であるため、従来は、電子顕微鏡を用いて作業者が目視でレビューを行って様々な形状を有するスクラッチや異物を判別し、多大なレビュー時間を要していた。そのため、スクラッチ、或いは異物への対策に遅れを生じ、多量のウェハを悪いコンディションのまま研磨し続けることなり、収益に多大な損害を与えていた。   In addition, the scratches having various shapes have a width W of about 0.2 μm to 0.4 μm and a depth D of about several nanometers to a very deep one of about 100 nm. Then, an operator visually reviews using an electron microscope to discriminate scratches and foreign matters having various shapes, and a great amount of review time is required. For this reason, there is a delay in countermeasures against scratches or foreign matters, and a large number of wafers are continuously polished in a bad condition, resulting in a great loss in profit.

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、半導体製造や磁気ヘッド製造において、被加工対象物(例えば、半導体基板上の絶縁膜)に対してCMPなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する異物とを弁別して検査することができるようにした表面検査装置およびその方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、被加工対象物(例えば、半導体基板上の絶縁膜)に対してCMPなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する異物とを弁別して検査することを全数検査、若しくは十分な頻度の抜き取り検査をできるようにして、上記欠陥が生じない半導体基板を高信頼度で、且つ効率的に製造できるようにした半導体基板の製造方法を提供することにある。また、本発明のさらに他の目的は、被加工対象物おけるウェハのエッジ近傍の欠陥を検査する表面検査装置およびその方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems when performing polishing or grinding processing such as CMP on an object to be processed (for example, an insulating film on a semiconductor substrate) in semiconductor manufacturing or magnetic head manufacturing. It is an object of the present invention to provide a surface inspection apparatus and method for discriminating and inspecting scratches having various shapes generated on the surface and adhering foreign substances. Another object of the present invention is to provide scratches having various shapes generated on the surface of an object to be processed (for example, an insulating film on a semiconductor substrate) when polishing or grinding such as CMP is performed. A semiconductor that can be manufactured in a highly reliable and efficient manner so that the above-mentioned defects do not occur by enabling 100% inspection or sufficient frequency sampling inspection to discriminate and inspect the adhered foreign matter. It is to provide a method for manufacturing a substrate. Still another object of the present invention is to provide a surface inspection apparatus and method for inspecting defects near the edge of a wafer in a workpiece.

上記目的を達成するために、本発明は、欠陥検査装置を、試料表面の検査領域に対して
照明光を照射する照明系と、前記照明系により照明され該試料表面の検査領域から散乱す
る散乱光を検出する検出系と、前記検出系により検出された該散乱光に基づく信号を処理
する処理系とを備え、前記照明系は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明光学系と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明光学系とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明光学系とを備え、前記検出系では、前記第一の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光および前記第二の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光が検出可能であり、前記処理系は前記検出系により検出された前記散乱光の信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記一の欠陥と判定された前記一の欠陥を示す座標、または前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数、に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うように構成した。
In order to achieve the above object, the present invention provides a defect inspection apparatus comprising: an illumination system that emits illumination light to an inspection region on a sample surface; and a scattering that is illuminated by the illumination system and scattered from the inspection region on the sample surface. comprising a detection system for detecting light, and a processing system for processing a signal based on the scattered light detected by the detection system, the illumination system, illumination from above the surface of the sample relative to the examination area of the sample surface A first illumination optical system that illuminates light, and a second illumination optical system that illuminates illumination light from an elevation angle direction different from the first illumination optical system with respect to the inspection region of the sample surface, In the detection system, the first scattered light that is illuminated by the first illumination optical system and scattered from the inspection region on the sample surface and the second scattered light that is illuminated by the second illumination optical system and scattered from the inspection region on the sample surface. a scattered light can be detected, the Management system among a plurality of defect candidates is determined to defect candidate based on a signal of the scattered light detected by the detection system, the distance between the coordinate is one of the defects of the following defects candidates predetermined value First, a deep scratch defect is discriminated based on the determining process and the coordinates indicating the one defect determined as the one defect or the number of coordinates of a plurality of defect candidates determined as the one defect. One discrimination process and a second discrimination process for discriminating a shallow scratch defect based on the ratio of the detection signal of the first scattered light and the detection signal of the second scattered light are performed.

また、上記目的を達成するために、本発明は、欠陥検査方法において、試料表面の検査領域に対して照明光を照射する照明工程と、前記照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する散乱光を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された該散乱光に基づく信号を処理する処理工程とを備え、前記照明工程は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明工程と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明工程とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明工程とを備え、前記検出工程は、前記第一の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光を検出する第一の検出工程と、前記第二の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光を検出する第二の検出工程とを行い、前記処理工程は前記検出工程により検出された検出信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記一の欠陥と判定された当該一の欠陥の大きさまたは前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うようにした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a defect inspection method, an illumination process for irradiating illumination light to an inspection area on a sample surface, and an illumination process illuminated by the illumination process and scattered from the inspection area on the sample surface. a detection step of detecting the scattered light, and a processing step of processing a signal based on the scattered light detected by the detecting step, wherein the illumination step, the upper surface of the sample relative to the examination area of the sample surface A first illumination step of illuminating the illumination light from the first illumination step, and a second illumination step of illuminating the illumination light from an elevation direction different from the first illumination step with respect to the inspection region of the sample surface, and the detection The steps include a first detection step of detecting first scattered light that is illuminated by the first illumination step and scattered from an inspection region of the sample surface, and an inspection of the sample surface that is illuminated by the second illumination step. Scatter from region Performs a second detection step of detecting a second scattered light, as the processing factory, out of the detection step plurality of defect candidates is determined to defect candidate based on a detection signal by, among coordinates A shallow scratch defect is determined based on a ratio between a detection process of the first scattered light and a detection signal of the second scattered light and a connection process for determining a defect candidate whose distance is a predetermined value or less as one defect. Discriminating deep scratch defects based on the first discrimination processing for discrimination and the size of the one defect determined as the one defect or the number of coordinates of a plurality of defect candidates determined as the one defect The second discrimination process was performed.

以上説明したように、前記構成によれば、絶縁膜等の表面をCMP加工を施した際発生する非常に浅い小スクラッチと異物とを弁別することができ、さらに線状の大スクラッチと異物とを弁別し、さらに小スクラッチをタイや痕、ディンプル痕、面荒れ等を弁別することができ、容易に発生原因を究明することが可能となる。   As described above, according to the above configuration, it is possible to discriminate very shallow small scratches and foreign matters generated when the surface of the insulating film or the like is subjected to CMP processing, and further, linear large scratches and foreign matters can be distinguished. In addition, it is possible to discriminate small scratches from ties, marks, dimple marks, surface roughness, and the like, so that the cause of occurrence can be easily determined.

本発明によれば、半導体製造や磁気ヘッド製造において、絶縁膜等の被加工対象物に対してCMPなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する異物とを弁別して検査をすることができる効果を奏する。また、本発明によれば、スクラッチの形状を詳細に分類しできるため、不具合要因の特定を早急に行うことができる効果を奏する。また、本発明によれば、平坦化研磨工程において全数、若しくは高頻度の抜き取り検査が可能であるため、速やかに研磨装置の不具合を発見することができ、その結果、適切な対策を取ることが可能となるため研磨工程における歩留まりを飛躍的に向上させることが可能となる効果を奏する。   According to the present invention, when a workpiece such as an insulating film is subjected to polishing or grinding such as CMP in semiconductor manufacturing or magnetic head manufacturing, it adheres to scratches having various shapes generated on the surface. There is an effect that a foreign substance can be discriminated and inspected. Further, according to the present invention, since the shape of the scratch can be classified in detail, there is an effect that the cause of the failure can be quickly identified. In addition, according to the present invention, all or a high frequency sampling inspection can be performed in the flattening polishing step, so that a defect of the polishing apparatus can be quickly found, and as a result, appropriate measures can be taken. Therefore, the yield in the polishing process can be drastically improved.

本発明に係る表面検査装置の第1の実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 1st Example of the surface inspection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るCMP等によって絶縁膜上に発生するスクラッチと異物の形状パラメータを示す図である。It is a figure which shows the shape parameter of the scratch and foreign material which generate | occur | produce on an insulating film by CMP etc. which concern on this invention. 本発明に係るスクラッチと異物に光束dを照射したときの入射光投影長を説明するための図である。It is a figure for demonstrating incident light projection length when the light beam d is irradiated to the scratch and foreign material which concern on this invention. 本発明に係るスクラッチと異物との弁別原理を示す図である。It is a figure which shows the discrimination principle of the scratch and foreign material which concern on this invention. 本発明に係るスクラッチと異物との弁別結果の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the discrimination | determination result of a scratch and a foreign material based on this invention. 本発明に係るスクラッチと異物との弁別処理フローの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the discrimination processing flow of the scratch and foreign material which concern on this invention. 本発明に係る垂直照射、および疑似垂直照明の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of the vertical irradiation which concerns on this invention, and pseudo | vertical vertical illumination. 従来の落射照明手法の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional epi-illumination technique. 図1に示す第1の実施例における2方向受光の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the two-way light reception in the 1st Example shown in FIG. 本発明に係る表面検査装置の多方向受光の第2の実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 2nd Example of the multidirectional light reception of the surface inspection apparatus which concerns on this invention. 図10に示す多方向検出光学系の配置を示す平面図および正面図である。It is the top view and front view which show arrangement | positioning of the multidirectional detection optical system shown in FIG. 図10に示す多方向検出光学系を用いて第2の実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a 2nd Example using the multi-directional detection optical system shown in FIG. 本発明に係る線状大スクラッチに対して照明したときの回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the diffracted light when it illuminates with respect to the linear large scratch concerning this invention. 本発明に係る線状大スクラッチからの回折光受光による弁別原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the discrimination principle by the diffracted light reception from the linear large scratch which concerns on this invention. 本発明に係る大スクラッチと非線状欠陥との弁別処理フローの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the discrimination processing flow with a large scratch and a non-linear defect based on this invention. 本発明に係る弁別アルゴリズムの全体フローの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the whole flow of the discrimination algorithm which concerns on this invention. 本発明に係る大スクラッチと異物との弁別処理フローの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the discrimination processing flow of the large scratch and foreign material which concern on this invention. 本発明に係るスクラッチ形状毎の回折光分布を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the diffracted light distribution for every scratch shape which concerns on this invention. 本発明に係るスクラッチ形状分類処理フローの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the scratch shape classification | category processing flow which concerns on this invention. 本発明に係るスクラッチ形状分類結果の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the scratch shape classification | category result which concerns on this invention. 本発明に係る表示装置に表示される弁別結果レイアウトの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the discrimination result layout displayed on the display apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るタイヤ痕輝度分布ヒストグラムの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the tire mark luminance distribution histogram which concerns on this invention. 本発明に係る表計算用データ項目の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the data item for spreadsheets which concerns on this invention. 本発明に係る表面検査装置の第3の実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 3rd Example of the surface inspection apparatus which concerns on this invention. 図24に示すフーリエ変換面における回折光分布の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the diffracted light distribution in the Fourier-transform surface shown in FIG. 図24に示すフーリエ変換面における回折光分布評価フローの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the diffracted light distribution evaluation flow in the Fourier-transform surface shown in FIG. 本発明に係る表面検査装置の実施例を配線パターン付ウェハへ適用した場合の実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an Example at the time of applying the Example of the surface inspection apparatus which concerns on this invention to the wafer with a wiring pattern. 本発明に係る表面検査装置の第4の実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 4th Example of the surface inspection apparatus which concerns on this invention. 図28に示す位相遅れフィルタの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the phase delay filter shown in FIG. 図28に示す位相進みフィルタの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the phase advance filter shown in FIG. 本発明に係るスクラッチと異物とにより生じる位相差の説明図である。It is explanatory drawing of the phase difference which arises with the scratch and foreign material which concern on this invention. 本発明に係るスクラッチ部分により生じる位相差及び輝度生成原理の説明図である。It is explanatory drawing of the phase difference and luminance production | generation principle which are produced by the scratch part which concerns on this invention. 本発明に係る異物部分により生じる位相差及び輝度生成原理の説明図である。It is explanatory drawing of the phase difference and luminance production | generation principle which arise with the foreign material part which concerns on this invention. 図28に示す位相差方式によるスクラッチと異物との弁別説明図である。FIG. 29 is an explanatory diagram for discriminating between scratches and foreign matters by the phase difference method shown in FIG. 28. ウェハエッジ部を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows a wafer edge part. 落射照明したときのウェハエッジ部からの散乱光分布を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the scattered light distribution from a wafer edge part at the time of epi-illumination. 落射照明したときのウェハエッジ部と欠陥からの散乱光分布を示す平面図である。It is a top view which shows the scattered light distribution from a wafer edge part and a defect when epi-illumination is carried out. ウェハエッジ部と欠陥とを弁別処理するための一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example for discriminating a wafer edge part and a defect. ウェハエッジ部と欠陥とを弁別処理するための他の実施例の説明図である。It is explanatory drawing of the other Example for discriminating a wafer edge part and a defect. 図39に用いる空間フィルタの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the spatial filter used for FIG.

本発明に係る半導体製造工程や磁気ヘッド製造工程等において用いられている平坦化加工工程の安定稼働を目的とした表面検査装置およびその方法の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る表面検査装置およびその方法の第1の実施の形態について説明する。即ち、この第1の実施の形態では、図2に示すように、Siウェハ21上にSiO2膜(被加工対象物)22を形成し、CMP(ChemicalMechanical Polishing)を施した際、ウェハ10上に生じた深さが浅いスクラッチ23aと異物24とを弁別することにある。ところで、SiO2膜22の下は、必ずしもSi基板21があるわけではなく、配線層が存在する場合もある。CMP工程では、このSiO2膜22の表面を平坦化するために研磨を行う。そのため、研磨傷であるスクラッチ23aは図2(a)に示すようにSiO2膜22の表面に生じる。ここで、SiO2膜22の膜厚をt、スクラッチ23の幅をW、深さをDとする。概略寸法はWが0.2μm〜0.4μm程度である。また、深さDは数nm程度から非常に深い物でも100nm程度である。この様に、CMPで生じるスクラッチ23aは幅に対して深さが非常に浅いことが特徴である。図2(b)に異物24の寸法パラメータを示す。ここでは、異物24を直径Φの粒状の物としてモデル化している。実際の異物24はこの様に綺麗な球状ではないが、スクラッチ23aは幅W(0.2μm〜0.4μm程度)に対して深さDが数nm〜数+nm程度と非常に浅いが、異物24はスクラッチ23aほどに幅と高さに極端に大きな差がないことを示している。本発明は、このスクラッチ23aの特有の寸法比率に着目している。 Embodiments of a surface inspection apparatus and method for the purpose of stable operation of a planarization process used in a semiconductor manufacturing process, a magnetic head manufacturing process, and the like according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, a first embodiment of a surface inspection apparatus and method according to the present invention will be described. That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, when a SiO 2 film (object to be processed) 22 is formed on a Si wafer 21 and subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing), Is to discriminate the scratch 23a having a shallow depth from the foreign matter 24. By the way, the Si substrate 21 does not necessarily exist under the SiO 2 film 22, and a wiring layer may exist. In the CMP process, polishing is performed to flatten the surface of the SiO 2 film 22. Therefore, scratches 23a that are polishing scratches are generated on the surface of the SiO 2 film 22 as shown in FIG. Here, the thickness of the SiO 2 film 22 is t, the width of the scratch 23 is W, and the depth is D. As for a rough dimension, W is about 0.2 μm to 0.4 μm. The depth D is about several nanometers to about 100 nm even for very deep objects. As described above, the scratch 23a generated by CMP is characterized by a very shallow depth with respect to the width. FIG. 2B shows dimensional parameters of the foreign matter 24. Here, the foreign material 24 is modeled as a granular material having a diameter Φ. The actual foreign matter 24 is not such a beautiful spherical shape, but the scratch 23a has a depth D of about several nm to several + nm with respect to the width W (about 0.2 μm to 0.4 μm). 24 indicates that there is no extremely large difference in width and height as the scratch 23a. The present invention pays attention to the characteristic dimension ratio of the scratch 23a.

ところで、スクラッチ23には、多様な形状が存在する。特に、CMPにおいては、化学的な機構と機械的な機構が混在して研磨が行われる。微小な切削機構による機械的研磨の不具合により生じるスクラッチ23aは、いわゆる引っ掻き傷の様に微小な線状の形状をしている。また、稀ではあるが、砥粒以外の異物が研磨中に混入すると、幅に対して非常に深い線状の大スクラッチ23bを生じる。しかし、エッチング的な研磨機構である化学的要因の不具合により生じてしまうスクラッチ23abは、ディンプル状のすり鉢のような形状をしている。このように、研磨の不具合要因に応じてスクラッチ23の形状は異なる。逆に言えば、スクラッチ23の形状を詳細に分類することにより、不具合要因を絞り込みやすくなる。特に、異物混入による大スクラッチ23bが多発した場合、更なる巨大スクラッチ23cが発生した場合には、即時に研磨工程を停止させて対策を行わなければならない。   By the way, the scratch 23 has various shapes. In particular, in CMP, polishing is performed by mixing a chemical mechanism and a mechanical mechanism. The scratch 23a generated due to a problem of mechanical polishing by a minute cutting mechanism has a minute linear shape like a so-called scratch. In addition, although rare, foreign matters other than abrasive grains are mixed during polishing, resulting in a linear large scratch 23b that is very deep with respect to the width. However, the scratch 23ab caused by a defect of a chemical factor that is an etching polishing mechanism has a shape like a dimple mortar. As described above, the shape of the scratch 23 varies depending on the cause of the failure in polishing. In other words, it becomes easier to narrow down the cause of the problem by classifying the shape of the scratch 23 in detail. In particular, when large scratches 23b due to foreign matter are frequently generated or when further huge scratches 23c are generated, it is necessary to immediately stop the polishing process and take countermeasures.

次に、上記第1の実施の形態を実現するためのスクラッチ等の表面検査装置の第1の実施例について図1〜図9を用いて説明する。即ち、表面検査装置の第1の実施例は、図1に示すように、位置座標が測定されてXY方向に走行制御されるステージ15上に載置される被検査物であるウェハ10と、例えば波長488nm(青の波長)のArレーザや窒素レーザやHe−Cdレーザやエキシマレーザ等の光源(レーザ光源に限定されるものではない。)からなる光源2、光路切替機構3、および反射ミラー4a、4b、4cにより構成される照明光学系1aと、集光レンズ6およびフォトマル、CCDカメラ、CCDセ
ンサ、TDIセンサ等から構成される光電変換器7により構成される検出光学系5と、光
電変換機7から出力されるアナログ輝度信号をデジタル輝度信号に変換するA/D変換部
16、該A/D変換部16から得られるデジタル輝度信号を一時記憶する記憶部17およ
び比較演算部18により構成される演算処理部8と、上記ステージ15から測定される位
置座標を基に上記ステージ15を走行制御するステージコントローラ14と、該ステージ
コントローラ14を制御し、上記光路切替機構3を制御し、さらに演算処理部8を制御し
、演算処理部8から得られる検査結果を受ける全体制御部9とから構成される。光源2と
しては、CMPされた絶縁膜22上に生じた微小な異物24やスクラッチ23を弁別して
検出するために、エキシマレーザ光源のようにできるだけ波長が短いようが方が好ましい
。そして、光源2から射出された光は、上記集光レンズ6の表面に直接照射されることな
く、反射ミラー4a、反射ミラー4cを介してウェハ面(CMPが施された絶縁膜の面)
を法線方向、或いはその近傍から照射する。これを落射照明12と称する。あるいは、光
路切替機構3により、反射ミラー4aを退避させることにより、反射ミラー4bを介して
ウェハ面(CMPが施された絶縁膜の面)を斜め方向から照射する。これを、斜方照明1
1と称する。本第1の実施例においては、1個の光源2と複数の反射ミラー4a〜4c及
び光路切替機構3を用いて落射照明と斜方照明を実現しているが、それぞれに別々の独立
した2個の光源を使用してもかまわない。また、反射ミラーの数、光路切替機構の有無は
問わない。このように、照明光学系1aとしては、集光レンズ6の表面を直接照射させる
ことなく、ウェハ10上の絶縁膜22に対してCMPが施されたCMP面に対して法線方
向或いは、それに近い方向、及び、ウェハ水平面に近い斜め方向(約30°以下の角度)
からの2系統の照明11、12が実現されていれば良い。
Next, a first example of a surface inspection apparatus such as a scratch for realizing the first embodiment will be described with reference to FIGS. That is, the first embodiment of the surface inspection apparatus includes, as shown in FIG. 1, a wafer 10 that is an inspection object placed on a stage 15 whose position coordinates are measured and travel controlled in the XY directions, For example, a light source 2 comprising a light source (not limited to a laser light source) such as an Ar laser having a wavelength of 488 nm (blue wavelength), a nitrogen laser, a He—Cd laser, or an excimer laser, an optical path switching mechanism 3, and a reflection mirror An illumination optical system 1a composed of 4a, 4b, and 4c; a detection optical system 5 composed of a condenser lens 6 and a photoelectric converter 7 composed of a photomultiplier, a CCD camera, a CCD sensor, a TDI sensor, and the like; An A / D converter 16 that converts an analog luminance signal output from the photoelectric converter 7 into a digital luminance signal, and temporarily stores the digital luminance signal obtained from the A / D converter 16 An arithmetic processing unit 8 including a memory unit 17 and a comparison operation unit 18; a stage controller 14 for controlling the travel of the stage 15 based on position coordinates measured from the stage 15; and controlling the stage controller 14; The optical path switching mechanism 3 is controlled, the arithmetic processing unit 8 is further controlled, and an overall control unit 9 that receives an inspection result obtained from the arithmetic processing unit 8 is configured. The light source 2 preferably has a wavelength as short as possible as in the case of an excimer laser light source in order to discriminate and detect minute foreign matters 24 and scratches 23 generated on the CMP insulating film 22. Then, the light emitted from the light source 2 is not directly irradiated onto the surface of the condenser lens 6, but the wafer surface (the surface of the insulating film subjected to CMP) via the reflection mirror 4a and the reflection mirror 4c.
Is irradiated from the normal direction or the vicinity thereof. This is called epi-illumination 12. Alternatively, by retracting the reflection mirror 4a by the optical path switching mechanism 3, the wafer surface (the surface of the insulating film subjected to CMP) is irradiated from an oblique direction through the reflection mirror 4b. This is oblique illumination 1
1 is called. In the first embodiment, epi-illumination and oblique illumination are realized by using one light source 2, a plurality of reflection mirrors 4a to 4c, and an optical path switching mechanism 3, but each has two independent independent illuminations. Individual light sources may be used. Further, the number of reflecting mirrors and the presence or absence of an optical path switching mechanism are not questioned. As described above, the illumination optical system 1a does not directly irradiate the surface of the condenser lens 6, and the normal direction with respect to the CMP surface on which the CMP is performed on the insulating film 22 on the wafer 10 or the Near direction and diagonal direction near wafer horizontal plane (angle of about 30 ° or less)
As long as the two illuminations 11 and 12 are realized.

次に、検出手順について述べる。検出は1枚のウェハについて、照明方向を切り替えて
2回行う。具体的には、まず、落射照明光12を、集光レンズ6の表面に対して直接照射
することなく、ウェハ10上の絶縁膜22のCMP面に対して照射する。すると、集光レ
ンズ6の表面の微細な面粗さやその表面に付着した極微細な異物等から反射してくる迷光
を発生させることなく、絶縁膜22から発生した正反射光成分が除かれた状態で、絶縁膜
22上にCMPによって発生した極浅い微細なスクラッチ23aおよび異物24から射出
した散乱光(低次の回折光成分)のみが、集光レンズ6によりCCD、TDIセンサ等か
ら構成される光電変換器7の受光面に集光される。そして、光電変換器7の出力をA/D
変換部16でA/D変換して欠陥i毎の輝度値S(i)を得た後、一旦、記憶部17に書
き込む。次に、全体制御部9は、ステージ15を制御することにより、ウェハ面上の同じ
座標位置を、光路切替機構2を用いて照射方向を切り替えて斜方照明11により照射する
。すると、絶縁膜22から発生した正反射光成分が除かれた状態で、絶縁膜22上にCM
Pによって発生した極浅い微細なスクラッチ23aおよび異物24から射出した散乱光(
低次の回折光成分)のみが、集光レンズ6により上記光電変換器7に集光される。そして
、光電変換器7の出力をA/D変換部16でA/D変換して欠陥i毎の輝度値T(i)を
得た後、一旦、記憶部17に書き込む。次に、既に記憶部17に記憶している落射照明1
2による欠陥i毎の検出輝度値S(i)と、斜方照明11による欠陥i毎の検出輝度値T
(i)との比率R(i)を比較演算部18により算出する。比較演算部18は、該算出さ
れた輝度比率R(i)が予め設定した閾値(判定基準値:図5に示す弁別線20)よりも
大きければ異物24、小さければ極浅い微細なスクラッチ23aと判別し、全体制御部9
へ出力する。このように、CMPによって発生するスクラッチ23aは、極浅く微細であ
るため、集光レンズ6の表面に落射照明光12が照射された場合に集光レンズ6の表面か
ら発生する微弱な迷光も光電変換器7で受光すると、スクラッチ23aからの散乱光と弁
別することが難しくなる。そこで、落射照明光12を集光レンズ6の表面に照射させない
ように構成した。
Next, the detection procedure will be described. Detection is performed twice for one wafer by switching the illumination direction. Specifically, first, the incident illumination light 12 is irradiated to the CMP surface of the insulating film 22 on the wafer 10 without directly irradiating the surface of the condenser lens 6. Then, the specularly reflected light component generated from the insulating film 22 was removed without generating stray light reflected from the fine surface roughness of the surface of the condenser lens 6 or the extremely fine foreign matter adhering to the surface. In this state, only the shallow shallow scratches 23a generated by CMP on the insulating film 22 and the scattered light (low-order diffracted light component) emitted from the foreign matter 24 are constituted by the condenser lens 6 from a CCD, TDI sensor, or the like. The light is condensed on the light receiving surface of the photoelectric converter 7. And the output of the photoelectric converter 7 is A / D
A / D conversion is performed by the conversion unit 16 to obtain a luminance value S (i) for each defect i, and then the value is once written in the storage unit 17. Next, the overall control unit 9 controls the stage 15 to irradiate the same coordinate position on the wafer surface with the oblique illumination 11 while switching the irradiation direction using the optical path switching mechanism 2. Then, in a state where the specularly reflected light component generated from the insulating film 22 is removed, the CM is formed on the insulating film 22.
Scattered light emitted from an extremely shallow fine scratch 23a and foreign matter 24 generated by P (
Only the low-order diffracted light component) is condensed on the photoelectric converter 7 by the condenser lens 6. Then, the output of the photoelectric converter 7 is A / D converted by the A / D converter 16 to obtain the luminance value T (i) for each defect i, and then temporarily written in the storage unit 17. Next, the epi-illumination 1 already stored in the storage unit 17
2 and the detected luminance value S (i) for each defect i by the oblique illumination 11 and the detected luminance value T for each defect i by the oblique illumination 11.
A ratio R (i) with (i) is calculated by the comparison calculation unit 18. When the calculated luminance ratio R (i) is greater than a preset threshold value (judgment reference value: the discrimination line 20 shown in FIG. 5), the comparison calculation unit 18 generates a foreign object 24 and a shallow shallow scratch 23a. Determine the overall control unit 9
Output to. As described above, the scratches 23a generated by CMP are extremely shallow and fine. Therefore, when the incident illumination light 12 is irradiated on the surface of the condenser lens 6, the weak stray light generated from the surface of the condenser lens 6 is also photoelectrically generated. When the light is received by the converter 7, it becomes difficult to distinguish it from the scattered light from the scratch 23a. Therefore, the surface of the condenser lens 6 is not irradiated with the epi-illumination light 12.

本第1の実施例においては、落射照明12による検出を先に、斜方照明11による検出
を後に行っているが、斜方照明11による検出を先に、落射照明12による検出を後に行
ってもかまわない。また、本第1の実施例においては、2度目の検出である斜方照明11
による検出輝度値T(i)をA/D変換後一旦記憶部17に書き込んでいるが、2度目の
検出輝度値T(i)を記憶することなく、検出と同時に既に記憶済みの1度目の落射照明
12による検出輝度値S(i)を、比較演算部18において参照して輝度比較演算を行っ
ても本発明を実現することは可能である。
In the first embodiment, detection by the epi-illumination 12 is performed first, and detection by the oblique illumination 11 is performed later. However, detection by the oblique illumination 11 is performed first and detection by the epi-illumination 12 is performed later. It doesn't matter. In the first embodiment, the oblique illumination 11 is the second detection.
The detected luminance value T (i) is temporarily written in the storage unit 17 after A / D conversion. The first detected luminance value T (i) is already stored at the same time as the detection without storing the second detected luminance value T (i). The present invention can also be realized by performing luminance comparison calculation with reference to the detected luminance value S (i) by the epi-illumination 12 in the comparison calculation unit 18.

次に、本発明に係る上記実施の形態を実現するための弁別原理について図3および図4
を用いて詳細に説明する。本発明では、1個の欠陥を2つの異なる角度(例えば落射照明
12と斜方照明11)から光束dで照射することにより弁別を行う。まず、落射照明光1
2として、集光レンズ6の表面に直接照射することなく、ウェハ面の法線方向或いは、そ
の近傍から光束dで照射する。次に、斜方照明光11として、ウェハ面に対して水平方向
に近い角度から光束dで照射する。この、落射照明12と斜方照明11はどちらが先に行
われても関係ない。弁別は、この光束dの2方向照明それぞれにおいて得られる欠陥23
a、24から発せられた散乱光の強度を比較することにより行う。欠陥23a、24から
の散乱光強度は、欠陥23a、24が受光した光源光量に応じて放出される。図3に示す
ように、欠陥23a、24が受光する光源光量は光源入射方向への欠陥寸法の投影面積に
ほぼ比例すると考えて良い。スクラッチ23aの場合、この投影面積は落射照明時には幅
Wにより、また斜方照明時にはD’に比例する。スクラッチ深さDは幅Wに比べて非常に
浅いことから、この斜方照明投影長D’は落射照明投影長W’に比べて非常に短くなる。
そのため、スクラッチ23aが受光する光源光量は斜方照明11の方が落射照明12に比
べて弱くなり、その結果、スクラッチ23aから射出される散乱光の光量は、斜方照明1
1の方が弱くなる。それに比べて、異物24の場合、斜方照明11と落射照明12の投影
長Φはほぼ同等であることから、異物24から射出される散乱光の光量は、落射照明と斜
方照明を比べても大きくは変わらない。そこで、図4に示すように、この落射照明12と
斜方照明11のそれぞれによる散乱光の検出輝度値を比較して、斜方照明11の方が落射
照明12よりも小さければスクラッチ23a、同等あるいは斜方照明の方が大きい物を異
物24と判別することが可能となる。
Next, a discrimination principle for realizing the above-described embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
Will be described in detail. In the present invention, discrimination is performed by irradiating one defect with a light beam d from two different angles (for example, epi-illumination 12 and oblique illumination 11). First, epi-illumination light 1
2 irradiates with the light flux d from the normal direction of the wafer surface or the vicinity thereof without directly irradiating the surface of the condenser lens 6. Next, the oblique illumination light 11 is irradiated with a light beam d from an angle close to the horizontal direction with respect to the wafer surface. It does not matter which one of the epi-illumination 12 and the oblique illumination 11 is performed first. The discrimination is based on the defect 23 obtained in each of the two-directional illuminations of the luminous flux d.
This is done by comparing the intensities of the scattered light emitted from a and 24. The intensity of scattered light from the defects 23a and 24 is emitted according to the amount of light source received by the defects 23a and 24. As shown in FIG. 3, it can be considered that the light source light amount received by the defects 23 a and 24 is substantially proportional to the projected area of the defect dimension in the light source incident direction. In the case of the scratch 23a, the projected area is proportional to the width W during epi-illumination and to D ′ during oblique illumination. Since the scratch depth D is very shallow compared to the width W, the oblique illumination projection length D ′ is very short compared to the epi-illumination projection length W ′.
Therefore, the amount of light source received by the scratch 23a is weaker in the oblique illumination 11 than in the epi-illumination 12, and as a result, the amount of scattered light emitted from the scratch 23a is oblique illumination 1.
1 is weaker. On the other hand, in the case of the foreign matter 24, the projection lengths Φ of the oblique illumination 11 and the epi-illumination 12 are substantially equal, so the amount of scattered light emitted from the foreign matter 24 is compared with the epi-illumination and the oblique illumination. Will not change greatly. Therefore, as shown in FIG. 4, the detected brightness values of the scattered light by the epi-illumination 12 and the oblique illumination 11 are compared. Alternatively, it is possible to distinguish an object with larger oblique illumination as the foreign object 24.

ところで、CMPによってスクラッチ23aが生じる絶縁膜(例えば、SiO2膜)2
2は、光に対して透明なため、光干渉も含めて下層からの正反射光が生じるが、特に、落
射照明12の場合には、絶縁膜22の表面およびその下層からの正反射光(光干渉光も含
む)を集光レンズ6の視野外に行くようにして検出しないようにする工夫が必要となる。
勿論、斜方照明11の場合も、絶縁膜22の表面およびその下層からの正反射光(光干渉
光も含む)を集光レンズ6の視野外に行くようにして検出しないようにする工夫が必要と
なる。また、光源2として、ブロードバンドの光若しくは白色光を出射するものを用いれ
ば、絶縁膜22の表面からの正反射光と下層からの正反射光との間の光干渉の問題は生じ
ない。しかしながら、絶縁膜22上の微細な(特に深さDが浅い)スクラッチ23aおよ
び異物24から強度の強い散乱光を得るためには、照明光としてUV光、若しくはDUV
光を用いるのが好ましい。
Incidentally, an insulating film (for example, SiO 2 film) 2 in which scratches 23a are generated by CMP
2 is transparent to light, so that regular reflection light from the lower layer including light interference occurs. In particular, in the case of the epi-illumination 12, the surface of the insulating film 22 and the regular reflection light from the lower layer ( Therefore, it is necessary to devise a method to prevent detection of light (including optical interference light) by going outside the field of view of the condenser lens 6.
Of course, in the case of the oblique illumination 11, there is a contrivance to prevent regular reflection light (including light interference light) from the surface of the insulating film 22 and its lower layer from going outside the field of view of the condenser lens 6. Necessary. If a light source that emits broadband light or white light is used as the light source 2, the problem of optical interference between the regular reflection light from the surface of the insulating film 22 and the regular reflection light from the lower layer does not occur. However, in order to obtain strong scattered light from the fine scratches 23a and the foreign matter 24 on the insulating film 22 (particularly the depth D is shallow), UV light or DUV is used as illumination light.
It is preferable to use light.

図5に弁別結果の一例をグラフで示す。これは、横軸に落射照明時の検出輝度値、縦軸
に斜方照明時の検出輝度値をとったグラフである。この場合、図中の弁別線20から下の
領域がスクラッチ23aの領域、上の領域が異物24の領域となる。
FIG. 5 is a graph showing an example of the discrimination result. This is a graph in which the horizontal axis represents the detected luminance value during epi-illumination and the vertical axis represents the detected luminance value during oblique illumination. In this case, the area below the discrimination line 20 in the figure is the area of the scratch 23a, and the area above is the area of the foreign matter 24.

次に、以上説明した弁別手法を用いて演算処理するフローの一実施例について図6を用
いて説明する。まず、ステップS61において、光電変換器7は、落射照明12による欠
陥i毎の輝度信号S(i)を検出してA/D変換後記憶部17に記憶する。次に、ステッ
プS62において、光電変換器7は、斜方照明11による欠陥i毎の輝度信号T(i)を
検出してA/D変換後記憶部17に記憶する。そして、ステップS63において、比較演
算部18は、記憶部17に記憶された落射照明により検出した欠陥i毎の輝度信号S(i
)と斜方照明により検出した欠陥i毎の輝度信号T(i)との比率R(i)を次に示す(
数1)式により求める。
Next, an example of a flow for performing arithmetic processing using the above-described discrimination method will be described with reference to FIG. First, in step S <b> 61, the photoelectric converter 7 detects the luminance signal S (i) for each defect i caused by the epi-illumination 12 and stores it in the storage unit 17 after A / D conversion. Next, in step S <b> 62, the photoelectric converter 7 detects the luminance signal T (i) for each defect i caused by the oblique illumination 11 and stores it in the storage unit 17 after A / D conversion. In step S <b> 63, the comparison calculation unit 18 determines the luminance signal S (i for each defect i detected by the epi-illumination stored in the storage unit 17.
) And the luminance signal T (i) for each defect i detected by oblique illumination, R (i) is shown below (
It calculates | requires by Formula (1) Formula.

R(i)=T(i)/S(i) (数1)
ここで、iは、複数個の欠陥を評価するために、欠陥毎につけた認識番号である。なお
、光束dのサイズや光電変換器7の画素サイズにより1個の欠陥が複数の欠陥として検出
される場合があるため、近接して検出される欠陥を示す信号に対して膨張処理(連結処理
)によって一つの欠陥を示す信号に変換する必要がある。そのため、欠陥毎につける認識
番号iは、連結処理された一つの欠陥を示す信号に対して付与されることになる。
R (i) = T (i) / S (i) (Equation 1)
Here, i is an identification number assigned to each defect in order to evaluate a plurality of defects. In addition, since one defect may be detected as a plurality of defects depending on the size of the light beam d and the pixel size of the photoelectric converter 7, an expansion process (connection process) is performed on a signal indicating a defect detected in the vicinity. ) Needs to be converted into a signal indicating one defect. For this reason, the identification number i assigned to each defect is given to a signal indicating one defect subjected to the connection process.

さらに、ステップS64において、比較演算部18は、上記求められた輝度比率R(i
)が予め設定した閾値(判定基準値:図5に示す弁別線20)よりも大きければ異物24
、小さければスクラッチ23aと判別し、全体制御部9へ出力する。本実施例においては
、斜方照明時の検出輝度T(i)を落射照明時の検出輝度値S(i)で除算しているが、
その逆に、落射照明時の検出輝度値S(i)を斜方照明時の検出輝度値T(i)で除算し
てもかまわない。この場合は、比率R(i)が予め設定した閾値(判定基準値:図5に示
す弁別線20)よりも大きければスクラッチ23aであり、小さければ異物24となる。
Further, in step S64, the comparison calculation unit 18 determines the luminance ratio R (i
) Is larger than a preset threshold value (judgment reference value: discrimination line 20 shown in FIG. 5), the foreign matter 24
If it is smaller, it is determined as a scratch 23a and output to the overall control unit 9. In this embodiment, the detected luminance T (i) at oblique illumination is divided by the detected luminance value S (i) at epi-illumination.
Conversely, the detected luminance value S (i) during epi-illumination may be divided by the detected luminance value T (i) during oblique illumination. In this case, if the ratio R (i) is larger than a preset threshold value (determination reference value: the discrimination line 20 shown in FIG. 5), the scratch 23a is formed, and if the ratio R (i) is smaller, the foreign object 24 is formed.

次に、反射ミラー4cの設置方法の実施例について図7を用いて説明する。これは、暗
視野検出系の迷光を防止して、高感度に欠陥を検出するための手法である。スクラッチ2
3aの検査には、先に述べた原理から分かるようにウェハ10の面に対して法線に近い方
向からの照明が必要となる。しかし、図8に示すような落射照明手法(レンズ6の上に反
射ミラー4c’を置く。)では、入射光が集光レンズ6を透過してウェハ10を照明する
ため、いわゆる迷光を生じてしまい、その結果検出画像にノイズが生じてしまうことにな
る。具体的には、集光レンズ6の表面の微細な研磨跡や集光レンズ6上に付着したゴミ等
から生じる散乱光が迷光となってしまうからである。このため、欠陥23a、24からの
微小な散乱光を光電変換器7で受光して観察する場合、この迷光が致命的となる。即ち、
極微小なスクラッチ23aからの散乱光は、迷光によるノイズに埋もれて検出することが
できなくなってしまう。
Next, an embodiment of a method for installing the reflection mirror 4c will be described with reference to FIG. This is a technique for detecting defects with high sensitivity by preventing stray light in the dark field detection system. Scratch 2
The inspection 3a requires illumination from a direction close to the normal to the surface of the wafer 10 as can be seen from the principle described above. However, in the epi-illumination technique as shown in FIG. 8 (the reflection mirror 4c ′ is placed on the lens 6), the incident light passes through the condenser lens 6 and illuminates the wafer 10, so that so-called stray light is generated. As a result, noise is generated in the detected image. Specifically, the scattered light generated from fine polishing marks on the surface of the condensing lens 6 and dust adhering to the condensing lens 6 becomes stray light. For this reason, when the minute scattered light from the defects 23a and 24 is received by the photoelectric converter 7 and observed, this stray light becomes fatal. That is,
The scattered light from the extremely small scratch 23a is buried in noise caused by stray light and cannot be detected.

そこで、本発明においては、図7に示すように、強度の強い入射光が集光レンズ6の表
面に照射されず、しかも、ウェハ10(層間絶縁膜22の表面(CMP面)およびその下
層の配線層などの表面並びにスクラッチ23aの表面および異物24の表面)からの正反
射光成分である0次回折光が集光レンズ6の瞳、即ちNA内に入射しないように反射ミラ
ー4cを設けることを考案した。図7(a)には、反射ミラー4c1をウェハ10とレン
ズ6の間の、ほぼウェハ10の法線上に配置し、落射照明光12aを集光レンズ6の表面
に照射されないように横方向から反射ミラー4c1に対して入射させて反射させ、しかも
ウェハ10からの正反射光成分を反射ミラー4c1で反射させてレンズ6の瞳内に入射さ
せずにスクラッチ23aや異物24からの散乱光(1次以上の回折光成分)の内、斜線で
示す領域(平面的には輪帯状)の散乱光(低次の回折光成分)をレンズ6の瞳内に入射さ
せる手法を示す。なお、この反射ミラー4c1としては、外形がほぼ楕円形状となる。こ
れを、垂直照明による散乱光検出と称する。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 7, the incident light having a strong intensity is not irradiated on the surface of the condenser lens 6, and the wafer 10 (the surface of the interlayer insulating film 22 (CMP surface) and its lower layer) The reflection mirror 4c is provided so that zero-order diffracted light, which is a specularly reflected light component from the surface of the wiring layer, the surface of the scratch 23a, and the surface of the foreign substance 24, does not enter the pupil of the condenser lens 6, that is, the NA. Devised. In FIG. 7A, the reflecting mirror 4c1 is arranged between the wafer 10 and the lens 6 substantially on the normal line of the wafer 10, and the incident illumination light 12a is viewed from the lateral direction so that the surface of the condenser lens 6 is not irradiated. The light is incident on the reflection mirror 4c1 to be reflected, and the specularly reflected light component from the wafer 10 is reflected by the reflection mirror 4c1 and is not incident on the pupil of the lens 6, but scattered light (1 A method in which scattered light (low-order diffracted light component) in a region indicated by oblique lines (in a planar shape in a plane) among lower-order diffracted light components) enters the pupil of the lens 6 will be described. The reflection mirror 4c1 has an almost elliptical outer shape. This is called scattered light detection by vertical illumination.

また、図7(b)には、反射ミラー4c2をウェハ10と集光レンズ6の間で、かつ、
集光レンズ6のNAから外側に配置し、落射照明光12bを集光レンズ6の表面に照射さ
れないように横方向から反射ミラー4c1に対して入射させて反射させ、しかもウェハ1
0からの正反射光成分を集光レンズ6の瞳外にしてスクラッチ23aや異物24からの散
乱光の内、斜線で示す領域の散乱光をレンズ6の瞳内に入射させる手法を示す。なお、反
射ミラー4c2を周方向に広げると、反射ミラー4c2によって照明される照明光は輪帯
照明となる。ところが、図7(b)に示すように、反射ミラー4c2を一部分にすると、
輪帯照明における一部分の照明となる。これを、疑似垂直照明による散乱光検出と称する
。また、図7(c)には、反射ミラー若しくはハーフミラー4c3を集光レンズ6の上に
配置し、開口50を中央に穿設した集光レンズ6を配置し、ハーフミラー4c3で反射し
た垂直照明光12aを、集光レンズ6の表面に照射させないで、上記開口50を通過させ
てウェハ10上の絶縁膜CMP面に照射し、しかもウェハ10からの正反射光成分をフー
リエ変換面に設けられた空間フィルタ51で遮光し、スクラッチ23aや異物24からの
散乱光の内集光レンズ6を通して得られる散乱光を光電変換器7で受光する手法を示す。
In FIG. 7B, the reflection mirror 4c2 is disposed between the wafer 10 and the condenser lens 6, and
It is arranged outside the NA of the condenser lens 6, the incident illumination light 12 b is incident on the reflection mirror 4 c 1 from the lateral direction so as not to be irradiated on the surface of the condenser lens 6, and is reflected by the wafer 1.
A method is shown in which the specularly reflected light component from 0 is made out of the pupil of the condenser lens 6 and the scattered light in the region shown by the oblique lines is made incident into the pupil of the lens 6 among the scattered light from the scratch 23a and the foreign matter 24. When the reflection mirror 4c2 is expanded in the circumferential direction, the illumination light illuminated by the reflection mirror 4c2 becomes annular illumination. However, as shown in FIG. 7B, when the reflecting mirror 4c2 is a part,
This is part of the illumination in the annular illumination. This is called scattered light detection by pseudo vertical illumination. In FIG. 7C, a reflecting mirror or half mirror 4c3 is disposed on the condensing lens 6, a condensing lens 6 having an opening 50 formed in the center is disposed, and the vertical mirror reflected by the half mirror 4c3 is disposed. The illumination light 12a is irradiated on the insulating film CMP surface on the wafer 10 through the opening 50 without irradiating the surface of the condenser lens 6, and the specularly reflected light component from the wafer 10 is provided on the Fourier transform surface. A method is shown in which the photoelectric converter 7 receives the scattered light obtained through the condensing lens 6 among the scattered light from the scratch 23 a and the foreign matter 24 while being shielded by the spatial filter 51.

また、図7(d)には、図7(c)と同様に、落射照明光12aをハーフミラー52を
透過し、集光レンズ6の開口50て通してウェハ10のCMP面に垂直照明し、ウェハ1
0からの正反射光をフーリエ変換面に設けられた空間フィルタ53で遮光し、スクラッチ
23aや異物24からの散乱光の内集光レンズ6を通して得られる散乱光をハーフミラー
52で反射させて光電変換器7で受光する手法を示す。以上説明したように、図7(c)
(d)では、図7(a)と同様に、集光レンズ6の中央に開口50を形成することによっ
て、集光レンズ6の表面から迷光を発生することなく、垂直照明および垂直方向からの散
乱光検出が可能となる。そのため、水平面内でスクラッチ23aの向きがどのように形成
されたとしても、非常に浅いスクラッチ23aのエッジから生じる散乱光を比較的一様に
光電変換器7で受光することができ、一様な検出輝度値を得ることができる。さらに、図
13(b)に示すように、線状のパターンである大スクラッチ23bに対して直角方向の
指向性の強い回折光を得るためにも、垂直照明が疑似垂直照明よりも好ましい。
Further, in FIG. 7D, as in FIG. 7C, the incident illumination light 12a is transmitted through the half mirror 52, passed through the opening 50 of the condenser lens 6, and vertically illuminated on the CMP surface of the wafer 10. , Wafer 1
The specularly reflected light from 0 is shielded by the spatial filter 53 provided on the Fourier transform plane, and the scattered light obtained through the condensing lens 6 among the scattered light from the scratch 23a and the foreign matter 24 is reflected by the half mirror 52 to generate photoelectrical light. A method for receiving light by the converter 7 will be described. As described above, FIG.
In (d), as in FIG. 7A, by forming the opening 50 in the center of the condenser lens 6, no stray light is generated from the surface of the condenser lens 6. Scattered light detection is possible. Therefore, no matter how the direction of the scratch 23a is formed in the horizontal plane, scattered light generated from the edge of the very shallow scratch 23a can be received relatively uniformly by the photoelectric converter 7, and the uniform A detected luminance value can be obtained. Furthermore, as shown in FIG. 13B, vertical illumination is preferable to pseudo-vertical illumination in order to obtain diffracted light having a strong directivity in a direction perpendicular to the large scratch 23b, which is a linear pattern.

ところで、図7(a)の垂直照明による散乱光検出の場合、入射光はレンズ6の下を通
過しており、明らかに集光レンズ6の表面に照射されず、迷光が生じることはない。また
、ウェハ10からの正反射光は、反射ミラー4c1で反射するため、やはり集光レンズ6
の瞳には入らない。さらに、図7(c)および図7(d)に示す垂直照明も同様となる。
また、図7(b)の疑似垂直照明による散乱光検出の場合も、明らかに入射光は集光レン
ズ6を透過しない。また、反射ミラー4c2を集光レンズ6のNAの外に配置しているた
め、ウェハ10からの正反射光成分は集光レンズ6の瞳には入らない。つまり、何れの方
法も光線強度が強く、迷光を生じやすい入射光は集光レンズ6の表面に照射されず、ウェ
ハからの正反射光は集光レンズ6に入射しないように、落射照明を実現している。このた
め、迷光が生じにくく、層間絶縁膜22に対してCMPが施されたCMP面に発生したス
クラッチ23aおよび異物24からS/N比の高い検出画像を得ることが可能となる。な
お、層間絶縁膜22は光に対して透明であるため、落射照明をした際、その下層から正反
射した光が戻ってくるが、次に説明するように、レンズ6のNA内に入射されないので、
スクラッチ23aおよび異物24からの散乱光検出に影響を及ぼすことなく、スクラッチ
23aおよび異物24を光電変換器7から得られる信号によって検出することが可能とな
る。
By the way, in the case of the scattered light detection by the vertical illumination shown in FIG. 7A, the incident light passes under the lens 6 and is clearly not irradiated on the surface of the condenser lens 6, and stray light does not occur. Further, since the regular reflection light from the wafer 10 is reflected by the reflection mirror 4c1, the condenser lens 6 is also used.
It does not enter the eyes. Furthermore, the same applies to the vertical illumination shown in FIGS. 7C and 7D.
Also, in the case of scattered light detection by pseudo vertical illumination in FIG. 7B, obviously incident light does not pass through the condenser lens 6. Further, since the reflection mirror 4 c 2 is disposed outside the NA of the condenser lens 6, the regular reflection light component from the wafer 10 does not enter the pupil of the condenser lens 6. That is, in any method, incident light that has high light intensity and is likely to generate stray light is not irradiated on the surface of the condenser lens 6, and epi-illumination is realized so that specularly reflected light from the wafer does not enter the condenser lens 6. doing. For this reason, stray light hardly occurs, and a detection image with a high S / N ratio can be obtained from the scratch 23 a and the foreign matter 24 generated on the CMP surface where the interlayer insulating film 22 is subjected to CMP. In addition, since the interlayer insulating film 22 is transparent to light, the light that is specularly reflected from the lower layer returns when incident on the epi-illumination, but is not incident on the NA of the lens 6 as described below. So
The scratch 23a and the foreign matter 24 can be detected by a signal obtained from the photoelectric converter 7 without affecting the detection of scattered light from the scratch 23a and the foreign matter 24.

更に、図7に示す落射照明12a、12bは、迷光の解決による理由だけでなく、特に
スクラッチ23aからの散乱光強度分布の強い成分を受光しやすくなることから、斜方照
明11だけと比べて高い検出感度を得られる。これは、スクラッチ23aからの散乱光強
度の内、低次回折光成分が比較的強いためである。即ち、ウェハ面の法線近傍から照明す
れば、低次の回折光成分がウェハ10から反射されて集光レンズ6で集光されやすくなる
ためである。この結果、斜方照明11のみによる場合と比べてスクラッチ23aについて
感度の高い検出が可能となる。この様に、垂直照明12a、或いは疑似垂直照明12bの
みを用いることにより、高感度なスクラッチ23aの検査を実現することが可能となる。
Furthermore, the epi-illuminations 12a and 12b shown in FIG. 7 are not only for the reason for solving the stray light, but also particularly easy to receive a component having a strong scattered light intensity distribution from the scratch 23a. High detection sensitivity can be obtained. This is because the low-order diffracted light component is relatively strong in the scattered light intensity from the scratch 23a. That is, if illumination is performed from the vicinity of the normal line of the wafer surface, low-order diffracted light components are reflected from the wafer 10 and are easily collected by the condenser lens 6. As a result, it is possible to detect the scratch 23a with higher sensitivity than when using only the oblique illumination 11. Thus, by using only the vertical illumination 12a or the pseudo vertical illumination 12b, it is possible to realize a highly sensitive inspection of the scratch 23a.

ところで、集光レンズ6のNA内に反射ミラー4c1を配置しても、レンズ6等による
結像特性に影響を与えないように、反射ミラー4c1の形状をほぼ楕円形状に形成すれば
、図7(a)に斜線で示す領域(平面的には輪帯領域)の散乱光を集光レンズ6で集光し
て結像させることができることになる。しかし、もし、集光レンズ6のNA内に反射ミラ
ー4c1が存在することが結像特性に悪影響を及ぼすような場合、垂直照明時には反射ミ
ラー4c1をNA外に退避させる機構が必要となる。半導体検査の場合、欠陥検査装置か
ら発生するゴミを極力無くす必要がある。この観点から見れば、可動機構をウェハ上方に
設けるのは好ましくない。しかしこの様な場合でも、疑似垂直照明12bを用いれば良い
。疑似垂直照明12bの場合、反射ミラー4c2はNAの外に有るため決して結像特性に
悪影響を及ぼすことは無く、別途退避機構を設ける必要が無い。
By the way, even if the reflecting mirror 4c1 is arranged in the NA of the condenser lens 6, if the reflecting mirror 4c1 is formed in an almost elliptical shape so as not to affect the imaging characteristics of the lens 6 or the like, FIG. The scattered light in the region (a zone region in plan view) indicated by the oblique lines in (a) can be condensed by the condenser lens 6 to form an image. However, if the presence of the reflection mirror 4c1 within the NA of the condenser lens 6 adversely affects the imaging characteristics, a mechanism for retracting the reflection mirror 4c1 out of the NA during vertical illumination is required. In the case of semiconductor inspection, it is necessary to eliminate as much as possible dust generated from the defect inspection apparatus. From this point of view, it is not preferable to provide the movable mechanism above the wafer. However, even in such a case, the pseudo vertical illumination 12b may be used. In the case of the quasi-vertical illumination 12b, the reflecting mirror 4c2 is outside the NA, so the imaging characteristics are never adversely affected, and there is no need to provide a separate retraction mechanism.

また、本発明に係るスクラッチ等の表面検査装置を、斜方照明のみによる異物検査装置
として使用する場合には、垂直照明が不要となるため、図7(a)に示す反射ミラー4c
1を退避させて集光レンズ6のNAの全てを利用して異物から発生する散乱光を有効に集
光して光電変換器7で受光させることも可能である。しかし、反射ミラー4c1を退避さ
せなくして、ゴミの発生をなくするためには、表面検査装置の垂直照明としてスクラッチ
の検出精度が多少低下する疑似垂直照明12bを用いれば良い。また、垂直照明として、
図7(c)および(d)に示す手法を用いる場合には、斜方照明のみによる異物検査装置
として使用する場合にも垂直照明を停止させることによって適用することが可能となる。
さらに、斜方照明のみによる異物検査装置として使用する場合において、周期的な配線パ
ターンが形成されたメモリセル上の異物を検出しようとすると周期的な配線パターンから
の回折光に基づく回折パターンを遮光する必要があるため、上記空間フィルタ51、53
を直線状の空間フィルタに交換すればよい。
In addition, when the surface inspection device such as a scratch according to the present invention is used as a foreign matter inspection device using only oblique illumination, vertical illumination is unnecessary, and therefore the reflection mirror 4c shown in FIG.
It is also possible to retract 1 and use all of the NA of the condensing lens 6 to effectively condense the scattered light generated from the foreign matter and receive it by the photoelectric converter 7. However, in order not to retract the reflecting mirror 4c1 and eliminate the generation of dust, the pseudo vertical illumination 12b whose scratch detection accuracy is somewhat lowered may be used as the vertical illumination of the surface inspection apparatus. As vertical lighting,
When the methods shown in FIGS. 7C and 7D are used, even when used as a foreign matter inspection apparatus using only oblique illumination, it can be applied by stopping the vertical illumination.
Furthermore, when used as a foreign matter inspection apparatus using only oblique illumination, if a foreign matter on a memory cell on which a periodic wiring pattern is formed is detected, the diffraction pattern based on the diffracted light from the periodic wiring pattern is shielded. Therefore, the spatial filters 51 and 53
May be replaced with a linear spatial filter.

また、本第1の実施例においては1個の検出光学系5を用いているが、図9に示すよう
に複数個の検出光学系5a、5bを用いても良い。特に、欠陥23a、24から生じる散
乱光の強度が最も強く検出できる方向に、照射方向毎に検出光学系5a、5bを配置する
と高い感度での検出が可能となる。例えば、図9に示すように落射照明時の検出光学系5
aとしては、散乱光強度の強いウェハ法線方向にレンズ6a、および光電変換器7aを設
ける。このレンズ6aの配置は、先に述べた垂直照明12aでも、疑似落射照明12bの
何れでも適用可能である。また、斜方照明時の検出光学系5bとしては、散乱光強度の強
い斜方入射光の正反射方向へ集光レンズ6b、および光電変換器7bを設ける。しかし、
このレンズ6b、および光電変換器7bからなる検出光学系5bに関しても、ウェハ10
からの正反射光成分は集光させなくする必要がある。そのため、正反射光射出方向55に
検出光学系5bを設けるのは避け、正反射光成分が集光レンズ6bのNAから外れる場所
に設置するのが好ましい。本実施例の場合、2つの検出光学系5a、5bを持つため、2
つのA/D変換部16a、16bおよび輝度記憶部17a、17bを設けた。しかし、1
つの記憶部17、例えば1個のRAMの中でアドレスを変えて別々に記憶しても同様の処
理は勿論可能である。
Further, in the first embodiment, one detection optical system 5 is used, but a plurality of detection optical systems 5a and 5b may be used as shown in FIG. In particular, if the detection optical systems 5a and 5b are arranged for each irradiation direction in the direction in which the intensity of scattered light generated from the defects 23a and 24 can be detected most strongly, detection with high sensitivity becomes possible. For example, as shown in FIG. 9, the detection optical system 5 at the time of epi-illumination
As a, a lens 6a and a photoelectric converter 7a are provided in the normal direction of the wafer where scattered light intensity is strong. The arrangement of the lens 6a can be applied to either the vertical illumination 12a described above or the pseudo epi-illumination 12b. Further, as the detection optical system 5b during oblique illumination, a condenser lens 6b and a photoelectric converter 7b are provided in the regular reflection direction of obliquely incident light having strong scattered light intensity. But,
Regarding the detection optical system 5b including the lens 6b and the photoelectric converter 7b, the wafer 10
It is necessary to prevent the regular reflection light component from the light from being condensed. For this reason, it is preferable to install the detection optical system 5b in the specular reflection light emission direction 55, and to install the detection optical system 5b at a location where the specular reflection light component deviates from the NA of the condenser lens 6b. In the case of the present embodiment, since there are two detection optical systems 5a and 5b, 2
Two A / D conversion units 16a and 16b and luminance storage units 17a and 17b are provided. But 1
Of course, the same processing is possible even if the addresses are changed and stored separately in one storage unit 17, for example, one RAM.

次に、本発明に係るスクラッチ等の表面検査装置の第2の実施例について図10〜図1
2を用いて説明する。本第2の実施例において、第1の実施例と相違する構成は、検出光
学系5にある。即ち、第2の実施例における検出光学系5は、高角度検出光学系5a、中
角度検出光学系5c、および低角度検出光学系5bを設けることにある。なお、第1の実
施例では、被検査物であるウェハ10を例えば真空吸着により固定されて設置する基板設
置台51をステージ15上に設ける構成について省略されている。また、この第2の実施
例においては、ステージ15を、直進ステージ15aと回転ステージ15bとから構成し
ている。即ち、ステージ15としては、ウェハ10上の任意の座標に照明できるように、
ウェハ10を搬送することができれば良い。更に、演算処理部8において、A/D変換部
16および記憶部17も上記検出光学系5a〜5cに対応して構成する。照明光学系1a
については、第1の実施例とほぼ同様に構成する。即ち、垂直照明12については、反射
ミラー4aで反射した照明光を反射ミラー4dで反射させ、ハーフミラー52を透過し、
図7(d)に示すように、集光レンズ6aに形成された開口50を通過して光束dでウェ
ハ10上のCMP面に照明される。そして、ウェハ10から発生した正反射光は空間フィ
ルタ53で遮光され、スクラッチ23aのエッジや異物24から発生する低次の回折光が
高角度検出光学系5aの集光レンズ6aによって集光されて光電変換器7aによって受光
され、さらに高次の回折光が中角度検出光学系5cで検出される。勿論、垂直照明12と
しては、図7(a)(b)(c)に示す構成でもよい。斜方照明11については、反射ミ
ラー4bで反射して光束dでウェハ10上のCMP面に照明される。そして、ウェハ10
から発生した正反射光を検出することなく、特に異物24から発生する回折光が検出光学
系5a〜5cによって検出されることになる。
Next, a second embodiment of the surface inspection apparatus such as a scratch according to the present invention will be described with reference to FIGS.
2 will be described. In the second embodiment, the configuration different from the first embodiment is in the detection optical system 5. That is, the detection optical system 5 in the second embodiment is provided with a high angle detection optical system 5a, a medium angle detection optical system 5c, and a low angle detection optical system 5b. In the first embodiment, a configuration in which the substrate mounting base 51 on which the wafer 10 as the inspection object is fixed and installed by, for example, vacuum suction is provided on the stage 15 is omitted. In the second embodiment, the stage 15 is composed of a straight stage 15a and a rotary stage 15b. That is, the stage 15 can be illuminated at an arbitrary coordinate on the wafer 10.
It is sufficient if the wafer 10 can be transferred. Further, in the arithmetic processing unit 8, the A / D conversion unit 16 and the storage unit 17 are also configured corresponding to the detection optical systems 5a to 5c. Illumination optical system 1a
The configuration is substantially the same as in the first embodiment. That is, for the vertical illumination 12, the illumination light reflected by the reflection mirror 4a is reflected by the reflection mirror 4d and transmitted through the half mirror 52,
As shown in FIG. 7D, the CMP surface on the wafer 10 is illuminated with a light beam d after passing through an opening 50 formed in the condenser lens 6a. The specularly reflected light generated from the wafer 10 is shielded by the spatial filter 53, and the low-order diffracted light generated from the edge of the scratch 23a and the foreign matter 24 is condensed by the condenser lens 6a of the high-angle detection optical system 5a. Light is received by the photoelectric converter 7a, and higher-order diffracted light is detected by the medium angle detection optical system 5c. Of course, the vertical illumination 12 may be configured as shown in FIGS. 7 (a), (b), and (c). The oblique illumination 11 is reflected by the reflection mirror 4b and illuminated on the CMP surface on the wafer 10 by the light beam d. And the wafer 10
In particular, the diffracted light generated from the foreign material 24 is detected by the detection optical systems 5a to 5c without detecting the specularly reflected light generated from.

次に、第2の実施例の検出光学系について、図11を用いて具体的に説明する。即ち、
集光レンズ6a〜6iおよび光電変換器7a〜7iから構成される、高角度検出光学系5
aを1個、中角度検出光学系5cを4個、および低角度検出光学系5bを4個配置して構
成する。本実施例においては、光電変換器7a〜7iとしてフォトマルを用いている。こ
のフォトマルを図11に示すように9個用いて、これらをドーム状に配置している。この
それぞれのフォトマル7a〜7iに、集光レンズ6a〜6iを具備させている。本実施例
においては集光レンズ6a〜6iとフォトマル7a〜7iを検出光学系に用いているが、
例えばCCDカメラ、或いは、TDIセンサ等に結像させても良い。また、光電変換器7
a〜7iの個数を9個に限定するわけでもない。光電変換器7a〜7iの出力はA/D変
換部16a〜16iを介して記憶部17a〜17iに書き込まれる。同時に、ステージコ
ントローラ14から得られるウェハ10の座標データも記憶部17a〜17iに書き込む
。そして、座標データと輝度データが比較演算部18に送信される。ウェハ全面を検査す
る場合には、この様に座標データと輝度データを記憶部17a〜17iに対にして書き込
む必要がある。しかし、特定の座標に固定して検査する場合、座標データは必ずしも必要
ではない。また、同一の記憶部17a〜17iに座標データと輝度データが対に記憶され
る必要はなく、別々の記憶部であっても良い。また、座標そのものでなくても良く、例え
ば検出した欠陥に認識番号を付け、それを記憶しておいてもかまわない。あくまでも、同
一欠陥に対する斜方照明の検出輝度データと落射照明の検出輝度データの対応が取れれば
良い。本実施例においては、座標データを用いて落射照明12と斜方照明11の2式のデ
ータの内、同じ座標若しくは、近傍の座標に存在するデータを同一欠陥の輝度データであ
ると認識させることにより、落射照明12と斜方照明11の輝度値S(i)、T(i)の
比較を行っている。
Next, the detection optical system of the second embodiment will be specifically described with reference to FIG. That is,
High angle detection optical system 5 composed of condenser lenses 6a to 6i and photoelectric converters 7a to 7i
One a, four medium angle detection optical systems 5c, and four low angle detection optical systems 5b are arranged. In this embodiment, photomultipliers are used as the photoelectric converters 7a to 7i. As shown in FIG. 11, nine photomals are used and arranged in a dome shape. These photomals 7a to 7i are provided with condensing lenses 6a to 6i. In the present embodiment, the condenser lenses 6a to 6i and the photomultipliers 7a to 7i are used for the detection optical system.
For example, the image may be formed on a CCD camera or a TDI sensor. In addition, the photoelectric converter 7
The number of a to 7i is not limited to nine. Outputs of the photoelectric converters 7a to 7i are written in the storage units 17a to 17i via the A / D conversion units 16a to 16i. At the same time, the coordinate data of the wafer 10 obtained from the stage controller 14 is also written in the storage units 17a to 17i. Then, the coordinate data and the luminance data are transmitted to the comparison calculation unit 18. When inspecting the entire surface of the wafer, it is necessary to write the coordinate data and the luminance data in pairs in the storage units 17a to 17i as described above. However, coordinate data is not always necessary when inspecting with fixed coordinates. Further, the coordinate data and the luminance data need not be stored in pairs in the same storage units 17a to 17i, and may be separate storage units. Further, the coordinates need not be the same. For example, a detected number may be assigned to a detected defect and stored. It is only necessary that correspondence between the detected luminance data of oblique illumination and the detected luminance data of epi-illumination for the same defect can be obtained. In the present embodiment, the coordinate data is used to recognize the data existing at the same coordinate or the nearby coordinates among the two types of data of the epi-illumination 12 and the oblique illumination 11 as the luminance data of the same defect. Thus, the brightness values S (i) and T (i) of the epi-illumination 12 and the oblique illumination 11 are compared.

図11(a)および(b)に示すように、落射照明12の入射方向(ウェハ面に対する
法線方向から角度Avを有する。好ましいのは、該角度が0である。)に1個の検出光学
系5aを設けた。これを、高角度検出光学系5aと称する。高角度検出光学系5aからウ
ェハ面に近い方へ順次、中角度検出光学系5c、低角度検出光学系5bと称して4個づつ
設けた。本実施例においては、合計9個の検出光学系を用いたが、本発明を実現するため
の手段として個数を限定するものでは無い。
As shown in FIGS. 11A and 11B, one detection is made in the incident direction of the epi-illumination 12 (having an angle Av from the normal direction to the wafer surface. The angle is preferably 0). An optical system 5a was provided. This is referred to as a high angle detection optical system 5a. Four high-angle detection optical systems 5a and four low-angle detection optical systems 5b are provided sequentially from the high-angle detection optical system 5a toward the wafer surface. In the present embodiment, a total of nine detection optical systems are used, but the number is not limited as means for realizing the present invention.

また、本実施例においては、図12(a)、(b)に示すように落射照明12による時
の受光手段として9個全ての検出光学系5a〜5cを用いた。そして、落射照明12によ
る時の受光輝度としてこの9個の光電変換器7a〜7iの受光輝度の和を用いた。しかし
、落射照明12による時の受光輝度として、9個全てを用いる必要はなく、高角度検出光
学系5aのみ、或いは中角度検出光学系5cのみ、或いは、高角度検出光学系5aと中角
度検出光学系5cの受光光量の和を用いても良い。特に、落射照明12によるスクラッチ
23aや異物24から生じる低次回折光の検出としては、高角度検出光学系5aに代わっ
て中角度検出光学系5cのみで行ってもよい。このとき、中角度検出光学系5cのNAに
は、正反射光(0次回折光)が入射されないので、単純に中角度検出光学系5cの光量の
和をとればよい。このように、様々な組み合わせが考えられるが、本実施例では最も欠陥
の検出感度が高くなるように、いわゆる高NA(Numerical Aperture)化するために全て
の検出光学系5a〜5cの受光光量の和を用いた。しかし、スクラッチ23aおよび異物
24からの回折光の多くは、高角度検出光学系5a、および中角度検出光学系5cによっ
て検出されるので、両者の受光光量の和を用いるのが良い。
In this embodiment, as shown in FIGS. 12A and 12B, all nine detection optical systems 5a to 5c are used as light receiving means when the epi-illumination 12 is used. The sum of the light reception luminances of the nine photoelectric converters 7a to 7i was used as the light reception luminance when the epi-illumination 12 was used. However, it is not necessary to use all nine as the received light brightness when reflected by the epi-illumination 12, and only the high angle detection optical system 5a, only the medium angle detection optical system 5c, or the medium angle detection with the high angle detection optical system 5a. You may use the sum of the received light quantity of the optical system 5c. In particular, the detection of the low-order diffracted light generated from the scratch 23a and the foreign matter 24 by the epi-illumination 12 may be performed only by the medium angle detection optical system 5c instead of the high angle detection optical system 5a. At this time, since regular reflection light (0th order diffracted light) is not incident on the NA of the medium angle detection optical system 5c, the sum of the light amounts of the medium angle detection optical system 5c may be simply taken. In this way, various combinations are conceivable. In this embodiment, in order to achieve the highest NA (Numerical Aperture) so that the defect detection sensitivity is highest, the received light amounts of all the detection optical systems 5a to 5c are increased. Sum was used. However, since most of the diffracted light from the scratch 23a and the foreign matter 24 is detected by the high angle detection optical system 5a and the medium angle detection optical system 5c, it is preferable to use the sum of the received light amounts of both.

また、ウェハ面から角度Voをなす斜方照明11による時の受光手段としては、図12
(c)、(d)に示すように斜方照明入射時のウェハからの正反射方向に近い側の低角度
受光器6b、7b;6c、7cの2個を用いた。そして、斜方照明11による時の受光輝
度としてはこの2個の受光輝度の和を用いた。これも、この低角度2個に限定するもので
は無い。本実施例においては、高感度化を目指すために図9において述べたように正反射
光を受光することなく、散乱光分布強度の強い方向の検出光学系(集光レンズ6b、およ
び光電変換器7b)5bを選択したに過ぎない。弁別を行うという観点からは、2方向照
明を用いてそれぞれの散乱光強度を検出することが大切であり、受光手段5bの方向はさ
ほど問題ではない。検出光学系(集光レンズ6、および光電変換器7)5の方向は、微細
な異物24をスクラッチ23aと弁別して何処まで検出しなくてはならないかに応じて決
定すれば良い。また、検出光学系5として高角度検出光学系5aにした場合、落射照明光
によって表面から迷光が発生しないようにする必要がある。
Further, as the light receiving means when the oblique illumination 11 that makes an angle Vo from the wafer surface is used, FIG.
As shown in (c) and (d), two low-angle light receivers 6b and 7b; 6c and 7c on the side close to the regular reflection direction from the wafer when oblique illumination is incident were used. The sum of the two light reception luminances was used as the light reception luminance when the oblique illumination 11 was used. This is not limited to two low angles. In the present embodiment, in order to achieve high sensitivity, the detection optical system (the condensing lens 6b and the photoelectric converter) in the direction in which the scattered light distribution intensity is strong without receiving regular reflection light as described in FIG. 9 is used. 7b) Only 5b was selected. From the viewpoint of discrimination, it is important to detect the intensity of each scattered light using two-way illumination, and the direction of the light receiving means 5b is not so much a problem. The direction of the detection optical system (the condensing lens 6 and the photoelectric converter 7) 5 may be determined according to how far the fine foreign matter 24 must be detected from the scratch 23a. Further, when the high-angle detection optical system 5a is used as the detection optical system 5, it is necessary to prevent stray light from being generated from the surface by the incident illumination light.

以上説明した、2方向照明による異物24とスクラッチ23aの弁別方式の実施例は、
スクラッチ23aの深さが浅いという形状の特徴に着目したものである。
The embodiment of the discrimination method of the foreign matter 24 and the scratch 23a by the two-way illumination described above is as follows.
This is focused on the feature of the shape that the depth of the scratch 23a is shallow.

しかしながら、上記に説明したように、CMPの場合、外部からCMP装置内に大きな
異物が混入することにより、稀ではあるが非常に深い傷を生じることがある。このように
、研磨中に大きな異物が混入し、微粒子である研磨砥粒ではなく、大きな異物によりスク
ラッチが生じる場合には、幅Wに対して深さDが深いスクラッチ23bが生じることにな
る。このように深さが深いスクラッチ23bの場合には、前記弁別方法のみでは本来スク
ラッチ23であるはずのものを異物24として誤認識してしまうことになる。その結果、
見落としてはならない非常に大きなスクラッチを認識できないことになってしまう。
However, as described above, in the case of CMP, large foreign matter may enter the CMP apparatus from the outside, which may rarely cause very deep scratches. As described above, when a large foreign matter is mixed during polishing and a scratch is generated by a large foreign matter instead of a fine abrasive grain, a scratch 23b having a depth D deep with respect to the width W is generated. In the case of the scratch 23b having such a deep depth as described above, an object that should originally be the scratch 23 is erroneously recognized as the foreign object 24 only by the discrimination method. as a result,
You will not be able to recognize very large scratches that should not be overlooked.

そこで、次に、深いスクラッチ23bも、異物24と弁別して認識する第2の実施の形
態について説明する。即ち、第1の実施の形態では、異物24も深さの深い大スクラッチ
23bも、比率R(i)=T(i)/S(i)が大きくなるため、図6に示す弁別処理フ
ローのステップS64において、深さの深い大スクラッチ23bも異物24と同様に検出
されることになる。そこで、第2の実施の形態においては、更に、大スクラッチ23bと
異物24とを正確に弁別することにある。なお、S(i)は、落射照明12による検査1
回目の連結処理後の欠陥i毎のデータにおける輝度データを示す。T(i)は、斜方照明
11による検査2回目の連結処理後の欠陥毎のデータの内、同じ座標値iを示す輝度デー
タを示す。
Accordingly, a second embodiment in which the deep scratch 23b is also recognized by being distinguished from the foreign matter 24 will be described next. That is, in the first embodiment, since the ratio R (i) = T (i) / S (i) is large for both the foreign matter 24 and the deep scratch 23b, the discrimination processing flow shown in FIG. In step S64, the deep large scratch 23b is also detected in the same manner as the foreign object 24. Therefore, in the second embodiment, the large scratch 23b and the foreign matter 24 are further accurately discriminated. S (i) is inspection 1 with epi-illumination 12
The brightness | luminance data in the data for every defect i after the connection process of the 1st time are shown. T (i) indicates luminance data indicating the same coordinate value i among the data for each defect after the second connecting process with the oblique illumination 11.

即ち、幅Wに対して深さDが深いスクラッチ23bは同時に長さも長いことに着目して
いる。これは、CMPにおける研磨は、回転しながら行われるためであり、打痕のように
局所的に深く掘れることはありえないためである。本発明に係る第2の実施の形態では、
この必然性に着目しており、図6のステップS64で異物24と認識したものの中から、
線状に長いものを大スクラッチ23bとして更に分類する。これは、図13に示す原理に
基づく。線状のパターンである大スクラッチ23bに、例えば図13(b)に示すように
、光束12を法線方向から照射した場合、回折光は線状パターン23bの直角方向に非常
に指向性の強い分布を示す。なお、図13(a)は、線状のパターンである大スクラッチ
23bに対して光束11を法線方向から傾きを持たせて照射した場合を示し、これは異物
検査装置において用いられている斜方照明による規則正しく繰り返し並んでいる配線パタ
ーンから生じる直線状の回折光パターンを除去する空間フィルタ手法の原理を示す。本発
明においては、図13(b)に示すように垂直照明12による大スクラッチ23bからの
回折光の強い指向性を認識することにより、欠陥が異物24ではなく、線状のパターンで
ある大スクラッチ23bであることを識別する。
That is, it is noted that the scratch 23b having a depth D with respect to the width W is also long at the same time. This is because polishing in CMP is performed while rotating, and it is impossible to dig deep locally like a dent. In the second embodiment according to the present invention,
Focusing on this necessity, from among those recognized as foreign matter 24 in step S64 of FIG.
A long line is further classified as a large scratch 23b. This is based on the principle shown in FIG. When the large scratch 23b, which is a linear pattern, is irradiated with the light beam 12 from the normal direction as shown in FIG. 13B, for example, the diffracted light has a very strong directivity in the direction perpendicular to the linear pattern 23b. Show the distribution. FIG. 13A shows a case where the large scratch 23b, which is a linear pattern, is irradiated with the light beam 11 with an inclination from the normal direction. This is a diagonal pattern used in a foreign substance inspection apparatus. The principle of a spatial filter technique for removing a linear diffracted light pattern generated from a wiring pattern arranged regularly and repeatedly by side illumination will be described. In the present invention, as shown in FIG. 13 (b), by recognizing the strong directivity of the diffracted light from the large scratch 23b by the vertical illumination 12, the large scratch in which the defect is not a foreign matter 24 but a linear pattern. 23b is identified.

まず、大スクラッチ23bと異物24との弁別原理について図14、および図15を用
いて説明する。まず、例えば、落射照明12をウェハ10に対して施し、演算処理部8は
、ステップS65において、複数個(8つ)の低角度および中角度検出光学系5b、5c
(光電変換器7b〜7i)の中から輝度の最も高い検出光学系Aを選択する。次に、演算
処理部8は、ステップS66において、A検出光学系と直交する検出光学系Bの輝度値S
b(i)を参照し、そして、ステップS67において、検出光学系Aの輝度値Sa(i)
と検出光学系Bの輝度値Sb(i)とを比較して輝度比率(Sa(i)/Sb(i))を
算出する。次に、演算処理部8は、ステップS68において、算出された輝度比率(Sa
(i)/Sb(i))を予め設定した設定値(閾値)と比較して大きいものを線状欠陥で
ある大スクラッチ23b、小さなものを非線状欠陥である異物24若しくは小スクラッチ
23aに分類する。
First, the principle of discrimination between the large scratch 23b and the foreign matter 24 will be described with reference to FIGS. First, for example, the epi-illumination 12 is applied to the wafer 10, and the arithmetic processing unit 8 performs a plurality (eight) of low angle and medium angle detection optical systems 5b and 5c in step S65.
The detection optical system A having the highest luminance is selected from (photoelectric converters 7b to 7i). Next, in step S66, the arithmetic processing unit 8 determines the luminance value S of the detection optical system B orthogonal to the A detection optical system.
b (i) is referred to, and in step S67, the luminance value Sa (i) of the detection optical system A is obtained.
And the luminance value Sb (i) of the detection optical system B are compared to calculate the luminance ratio (Sa (i) / Sb (i)). Next, in step S68, the arithmetic processing unit 8 calculates the luminance ratio (Sa
(I) / Sb (i)) is larger than a preset set value (threshold), and a larger one is a large scratch 23b that is a linear defect, and a smaller one is a foreign matter 24 or a small scratch 23a that is a non-linear defect. Classify.

以上説明したように、第2の実施の形態によれば、演算処理部8において、大スクラッ
チ23bを、異物24若しくは小スクラッチ23aと弁別することができるので、第1の
実施の形態と組み合わせることによって、小スクラッチ23a、異物24、大スクラッチ
23bを弁別できることになる。次に、深いスクラッチ23bも、異物24と弁別して認
識する第3の実施の形態について説明する。即ち、本第3の実施の形態においては、図1
6に示すように、更に、例えばウェハに横断するような長大な巨大スクラッチ23cを抽
出する方式も組み合わせている。目視で見ても分かるほどの長大なスクラッチ23cは、
演算処理部8において、簡単に連結処理後の長さを評価するだけで抽出することができる
。しかし、この巨大スクラッチ23cを抽出する処理は無くても本発明の機能は損なわな
い。
As described above, according to the second embodiment, since the large scratch 23b can be distinguished from the foreign matter 24 or the small scratch 23a in the arithmetic processing unit 8, it is combined with the first embodiment. Thus, the small scratch 23a, the foreign matter 24, and the large scratch 23b can be distinguished. Next, a description will be given of a third embodiment in which the deep scratch 23b is recognized as a foreign object 24. That is, in the third embodiment, FIG.
Further, as shown in FIG. 6, for example, a method of extracting a long and large scratch 23c that crosses the wafer is also combined. The long scratch 23c that can be seen by visual inspection is
In the arithmetic processing part 8, it can extract simply by evaluating the length after a connection process. However, the function of the present invention is not impaired even if there is no processing for extracting the giant scratch 23c.

まず、演算処理部8における本アルゴリズムでは、まず入射方向を変えた2回(1回目
:落射照明12、2回目:斜方照明11)の検査データの各々について、ステップS70
a、S70bの各々において連結処理を施し、ステップS71a、S71bにおいて巨大
スクラッチ座標データ1、2を取得する。この連結処理とは、座標の近いデータを1つの
欠陥として認識する膨張処理である。例えば、3×3画素において、周辺に欠陥を示す信
号が検出されたならば、中心の画素に欠陥を示す信号を付与する膨張処理を複数回繰り返
すことにより僅か離れていた欠陥が連結されることになる。これは、1個の欠陥をスポッ
トサイズ、画素サイズ等の要因により複数個の欠陥として抽出することが有るためである
。次に、演算処理部8は、ステップS72において、これら連結処理後の欠陥を示す座標
データ1、2を参照すること(例えば欠陥を示す信号の論理和を取ること)により長い欠
陥を巨大スクラッチ23cとして抽出する(巨大スクラッチデータを作成する)。また、
演算処理部8は、ステップS72において、これら連結処理により連結された欠陥を示す
座標データ1、2の個数(例えば画素数)を参照することにより、面積の大きな欠陥を巨
大スクラッチ23cとして抽出する(巨大スクラッチデータを作成する)。
First, in this algorithm in the arithmetic processing unit 8, first, step S70 is performed for each of the inspection data of two times (first time: epi-illumination 12, second time: oblique illumination 11) in which the incident direction is changed.
Connection processing is performed in each of a and S70b, and giant scratch coordinate data 1 and 2 are acquired in steps S71a and S71b. This connection process is an expansion process that recognizes data having close coordinates as one defect. For example, in a 3 × 3 pixel, if a signal indicating a defect is detected in the periphery, defects that are slightly separated from each other are connected by repeating a dilation process that gives a signal indicating a defect to the center pixel a plurality of times. become. This is because one defect may be extracted as a plurality of defects due to factors such as spot size and pixel size. Next, in step S72, the arithmetic processing unit 8 refers to the coordinate data 1 and 2 indicating the defects after the connection process (for example, taking a logical sum of signals indicating the defects) to thereby convert the long defect to the giant scratch 23c. Extract as (create huge scratch data). Also,
In step S72, the arithmetic processing unit 8 refers to the number (for example, the number of pixels) of the coordinate data 1 and 2 indicating the defects connected by these connection processes, thereby extracting a defect having a large area as the giant scratch 23c ( Create huge scratch data).

次に、演算処理部8は、ステップS73a、S73bの各々において、検査1回目のデ
ータ、検査2回目のデータの各々から、巨大スクラッチと認識されたデータを除去し、ス
テップS61、S62の各々において検査1、2回目の連結処理後のデータを取得し、記
憶部17に記憶する。次に、比較演算部18は、これら取得されて記憶部17に記憶され
た検査1、2回目の連結処理後のデータを用いて、ステップS64において、図6に示す
2方向照明によるスクラッチ23aと異物24若しくは大スクラッチ23bとの弁別処理
を行う。
Next, in each of steps S73a and S73b, the arithmetic processing unit 8 removes data recognized as a giant scratch from each of the first test data and the second test data, and in each of steps S61 and S62. Data after the first and second connection processing is acquired and stored in the storage unit 17. Next, the comparison operation unit 18 uses the data after the first and second connection processes obtained and stored in the storage unit 17, and in step S64, the scratch 23a by the two-way illumination shown in FIG. A discrimination process from the foreign matter 24 or the large scratch 23b is performed.

次に、演算処理部8は、ステップS65〜S68において、図15に示すように、異物
24若しくは大スクラッチ23bに弁別されたデータから大スクラッチ23bについて弁
別処理を行う。この弁別処理に関して、更に具体的に図17を用いて詳細に説明する。即
ち、この弁別処理は、低角度検出光学系5bと中角度検出光学系5cのフォトマル7b〜
7i、合計8個を用いている。この場合、低角度と中角度ではウェハ10に対する立体角
が異なるため、低角度と中角度の感度差を生じる。また、フォトマル7b〜7iは製品個
々の感度特性に差を生じやすい。このため、8個のフォトマル間の感度バランスを調整し
なくてはならない。そこで、ステップS74において、予め、個々のフォトマル7b〜7
iへの印加電圧を変えて感度調整を行う。また、非常に微妙な感度バランス調整を行う場
合、個々のフォトマル7b〜7iに対してゲインを設けて、検出した輝度をソフト的に、
あるいはハード的に強度補正を行うのも効果的である。ただ、このゲインによる強度補正
は絶対必要なものではない。次に、フォトマル間の感度バランスの補正を行った後のデー
タを用いて、演算処理部8は、ステップS75において、対向するフォトマル間から得ら
れる輝度の和を取る。その結果、8個のフォトマル7b〜7iのデータは4個になる。そ
して、演算処理部8は、ステップS65において、図15のステップS65と同様に、そ
の4つの輝度和のデータの中から最も大きなデータ(ΣSa(i))を選択する。そして
、演算処理部8は、ステップS66〜S67において、図15のステップS66、S67
と同様に、それと直交する位置の輝度和のデータSb(i)を参照して直交輝度比率(Σ
Sa(i)/ΣSb(i))を算出する。さらに、演算処理部8は、ステップS68にお
いて、この直交輝度比率(ΣSa(i)/ΣSb(i))が設定閾値50よりも大きけれ
ば大スクラッチ23b、小さければ異物24に分類した。以上述べた手法により、異物と
誤認識する可能性のある大スクラッチ23bを異物24とは別に分類することが可能とな
った。
Next, in steps S65 to S68, the arithmetic processing unit 8 performs discrimination processing for the large scratch 23b from the data discriminated to the foreign matter 24 or the large scratch 23b as shown in FIG. This discrimination processing will be described in detail with reference to FIG. That is, this discrimination processing is performed by the photomultipliers 7b to 5b of the low angle detection optical system 5b and the medium angle detection optical system 5c.
7i, a total of 8 are used. In this case, since the solid angle with respect to the wafer 10 is different between the low angle and the medium angle, a sensitivity difference between the low angle and the medium angle is generated. In addition, the photomultipliers 7b to 7i are likely to make a difference in sensitivity characteristics of individual products. For this reason, the sensitivity balance between the eight photomals must be adjusted. Therefore, in step S74, the individual photomultipliers 7b to 7 are previously stored.
The sensitivity is adjusted by changing the voltage applied to i. In addition, when performing very delicate sensitivity balance adjustment, a gain is provided for each of the photomultipliers 7b to 7i, and the detected brightness is softened.
Alternatively, it is effective to perform intensity correction in hardware. However, intensity correction by this gain is not absolutely necessary. Next, using the data after correcting the sensitivity balance between the photomals, the arithmetic processing unit 8 calculates the sum of the luminances obtained between the photomals facing each other in step S75. As a result, the data of the eight photomals 7b to 7i is four. Then, in step S65, the arithmetic processing unit 8 selects the largest data (ΣSa (i)) from among the four luminance sum data, as in step S65 of FIG. Then, the arithmetic processing unit 8 performs steps S66 and S67 in FIG.
In the same manner, the orthogonal luminance ratio (Σ is referred to by referring to the luminance sum data Sb (i) at the position orthogonal thereto.
Sa (i) / ΣSb (i)) is calculated. Further, in step S68, the arithmetic processing unit 8 classifies the orthogonal luminance ratio (ΣSa (i) / ΣSb (i)) as the large scratch 23b if it is larger than the set threshold value 50, and classifies it as the foreign object 24 if it is smaller. With the method described above, it is possible to classify the large scratches 23b that may be erroneously recognized as foreign matter separately from the foreign matter 24.

次に、2方向照明によりスクラッチと弁別した欠陥23aを更に詳しく形状分類する第
4の実施の形態について図18から図20を用いて具体的に説明する。CMPは、化学的
機械的研磨と呼ばれるように、単に機械的な作用による研磨だけでなく、エッチング的な
化学的な作用による研磨も同時に行われる。通常、酸化膜研磨工程では機械的な作用が支
配的な研磨条件であり、主なスクラッチ23aは、図18中タイヤ痕と記載している様な
一個が三日月状の微細な線状のスクラッチであり、これが連続した傷23aaの場合が多
い。その逆に、この化学的な研磨作用が大きく働く場合には、図18中ディンプル痕と記
載しているような平面断面形状が円形であるすり鉢上の傷23abを生じることがある。
また、研磨パッドが使い古されてきて、研磨パッドが硬化してくると、図18中面荒れと
記載しているようなランダムな方向に生じた微細スクラッチ群23acを生じることがあ
る。この様に、研磨条件の不具合要因に応じて生じるスクラッチ形状が異なる。逆に言え
ば、スクラッチの形状を詳細に分類して認識することにより、改善すべきプロセス条件の
絞り込みが容易になり、不具合対策期間を大幅に短縮することが可能となる。そこで、前
記の2方向照明による異物とスクラッチの弁別方式において、スクラッチ23aと弁別さ
れたデータに関して更に詳しく形状分類を行う。これは、図18に示すように、水平方向
と垂直方向の散乱光強度分布を詳細に調べて、スクラッチの形状分類を行う手法である。
図18に示すように、タイヤ痕23aaは大スクラッチ弁別において述べたように、線状
痕であるため水平方向に強い指向性を持った回折光を生じる。しかし、ディンプル痕23
abと面荒れ23acに関しては水平方向散乱光強度分布には指向性が認められにくい。
そこで、垂直方向の散乱光強度分布を用いてディンプル痕23abと面荒れ23acを分
類する。これは、ディンプル痕23abは垂直方向に指向性が認められるが、面荒れには
認められないためである。そこで、図19に示すように、演算処理部8において、水平方
向、あるいは垂直方向の回折光の分布を評価することにより詳細な形状の分類を順次行う
。本実施例においては、水平、垂直の双方の散乱光強度分布を用いているが、分類する形
状に応じて、どちらか一方でも良い。即ち、ステップS61、S62において、第1回目
の検査は、落射照明12による上方検出(高角度検出光学系5a、中角度検出光学系5c
、低角度検出光学系5b)によって行われ、第2回目の検査は、斜方照明11による前方
低角度検出光学系5b(6b、7b;6c、7c)または高角度検出光学系5aおよび/
または中角度検出光学系5cによって行われる。
Next, a fourth embodiment for classifying the defect 23a discriminated from scratch by two-way illumination in more detail will be described in detail with reference to FIGS. CMP is not only polishing by a mechanical action, but also polishing by an etching chemical action at the same time, as called chemical mechanical polishing. Usually, in the oxide film polishing process, the mechanical action is the dominant polishing condition, and the main scratch 23a is a fine crescent-like linear scratch as described as a tire mark in FIG. There are many cases where this is a continuous scratch 23aa. Conversely, when this chemical polishing action is significant, scratches 23ab on the mortar having a circular planar cross-sectional shape as described as dimple marks in FIG. 18 may occur.
Further, when the polishing pad is worn out and hardened, the fine scratch group 23ac generated in a random direction as described in FIG. 18 may be generated. In this way, the scratch shape generated according to the failure factor of the polishing conditions differs. In other words, by classifying and recognizing the shape of the scratch in detail, it becomes easy to narrow down the process conditions to be improved, and the trouble countermeasure period can be greatly shortened. Therefore, in the above-described foreign object / scratch discrimination method using two-way illumination, the shape classification is performed in more detail with respect to the data discriminated from the scratch 23a. As shown in FIG. 18, this is a method of classifying scratch shapes by examining the scattered light intensity distribution in the horizontal and vertical directions in detail.
As shown in FIG. 18, since the tire mark 23aa is a linear mark as described in the large scratch discrimination, diffracted light having strong directivity in the horizontal direction is generated. However, the dimple mark 23
Regarding ab and surface roughness 23ac, directivity is hardly recognized in the scattered light intensity distribution in the horizontal direction.
Therefore, the dimple marks 23ab and the surface roughness 23ac are classified using the scattered light intensity distribution in the vertical direction. This is because the dimple mark 23ab has directivity in the vertical direction but is not recognized by surface roughness. Therefore, as shown in FIG. 19, the arithmetic processing unit 8 sequentially classifies detailed shapes by evaluating the distribution of diffracted light in the horizontal direction or the vertical direction. In this embodiment, both horizontal and vertical scattered light intensity distributions are used, but either one may be used depending on the shape to be classified. That is, in Steps S61 and S62, the first inspection is performed by upward detection by the epi-illumination 12 (high angle detection optical system 5a, medium angle detection optical system 5c).
The second inspection is performed by the low angle detection optical system 5b), and the second low angle detection optical system 5b (6b, 7b; 6c, 7c) by the oblique illumination 11 or the high angle detection optical system 5a and / or
Alternatively, it is performed by the medium angle detection optical system 5c.

次に、本実施例においては、ステップS63、S64においてスクラッチ23aと分類
されたデータから、演算処理部8は、ステップS76において、図17に示す同じ手法を
用いて、まず、落射照明12による水平方向の散乱光強度分布(Sha(i)/Shb(
i))を評価して、指向性の強いものをタイヤ痕23aaと分類する。そして、演算処理
部8は、残りのデータに関して、ステップS77において、垂直方向の指向性を評価して
、ディンプル痕23abと面荒れ23acとに分類する。本実施例においては、水平方向
の指向性は図17に示すフローと同様に行った。垂直方向の指向性評価は様々な方法が考
えられるが、例えば高角度検出光学系5aの光電変換器7aで検出される検出輝度Sh(
i)と、低角度検出光学系5bおよび中角度検出光学系5cの光電変換器7a〜7iで検
出される検出輝度の和ΣSl(i)との比率(Sh(i)/ΣSl(i))を取れば良い
。図20に弁別結果の一例を示す。図20(a)は、落射照明12による水平方向の輝度
比率(Sha(i)/Shb(i))を評価してタイヤ痕23aaとディンプル痕23a
b、若しくは面荒れ23acとに分類した結果であり、図20(b)は、落射照明12に
よる垂直方向の輝度比率(Sh(i)/ΣSl(i))を評価して面荒れ23acとディ
ンプル痕23abを分類した結果である。この図20(b)において、ディンプル痕23
abは直径が大きくなるほど垂直方向への回折光の指向性が強くなる。これは、一般に知
られているエアリーディスクの原理とも一致する知見である。この輝度比率からディンプ
ル痕の直径を推定することも可能である。以上説明した第4の実施の形態により、CMP
で平坦に加工された絶縁膜上に存在する異物24や様々な形状を有するスクラッチ欠陥2
3を弁別して検査することが可能となり、その結果が演算処理部8から出力されて全体制
御部9に接続された記憶装置31に格納されることになる。
Next, in this embodiment, from the data classified as the scratch 23a in steps S63 and S64, the arithmetic processing unit 8 first uses the same technique shown in FIG. Scattered light intensity distribution in the direction (Sha (i) / Shb (
i)) is evaluated, and those having high directivity are classified as tire marks 23aa. In step S77, the arithmetic processing unit 8 evaluates the directivity in the vertical direction and classifies the remaining data into dimple marks 23ab and surface roughness 23ac. In this example, the directivity in the horizontal direction was performed in the same manner as the flow shown in FIG. Various methods can be considered for evaluating the directivity in the vertical direction. For example, the detection luminance Sh () detected by the photoelectric converter 7a of the high-angle detection optical system 5a.
i) and the ratio (Sh (i) / ΣSl (i)) of the detected luminance sum ΣSl (i) detected by the photoelectric converters 7a to 7i of the low angle detection optical system 5b and the medium angle detection optical system 5c Just take it. FIG. 20 shows an example of the discrimination result. FIG. 20 (a) shows the tire mark 23aa and the dimple mark 23a by evaluating the luminance ratio (Sha (i) / Shb (i)) in the horizontal direction by the epi-illumination 12.
FIG. 20B shows the result of classification into b or surface roughness 23ac, and FIG. 20B shows the surface roughness 23ac and dimples by evaluating the luminance ratio (Sh (i) / ΣSl (i)) in the vertical direction by the epi-illumination 12. It is the result of classifying the marks 23ab. In FIG. 20B, dimple marks 23
As the diameter of ab increases, the directivity of diffracted light in the vertical direction increases. This is a finding that is consistent with a generally known Airy disc principle. It is also possible to estimate the diameter of the dimple mark from this luminance ratio. According to the fourth embodiment described above, CMP is performed.
The foreign matter 24 existing on the insulating film processed flat in the step Scratch defect 2 having various shapes
3 can be discriminated and inspected, and the result is output from the arithmetic processing unit 8 and stored in the storage device 31 connected to the overall control unit 9.

次に、本発明に係る前述したスクラッチ等の表面検査において、検出欠陥の分類が正確
に行われているか否かを事前に評価する第5の実施の形態について図1、および図21〜
図23を用いて説明する。ところで、図1に示すように、スクラッチ等の表面検査装置は
、記憶装置31、キーボードやマウスや記憶媒体などから構成された入力手段32、デイ
スプレイ等から構成された表示装置33、および例えばSEM装置等に接続されたネット
ワーク34を接続する全体制御部9が備えられている。当然、記憶装置31には、演算処
理部8において弁別処理された検査結果が格納されていることになる。
Next, FIG. 1 and FIG. 21 to FIG. 21 show a fifth embodiment that evaluates in advance whether or not the detection defect is correctly classified in the surface inspection such as scratches according to the present invention.
This will be described with reference to FIG. By the way, as shown in FIG. 1, a surface inspection apparatus such as a scratch includes a storage device 31, an input means 32 composed of a keyboard, a mouse, a storage medium, etc., a display device 33 composed of a display, and an SEM device, for example. A general control unit 9 for connecting a network 34 connected to the network is provided. Naturally, the storage device 31 stores the inspection result subjected to the discrimination processing in the arithmetic processing unit 8.

さらに、本発明に係るスクラッチ等の表面検査では、感度の確認も同様に必要ではある
が、検査結果である検出欠陥の分類が正確に行われているか否かをレビューにより事前に
評価しなければならない。このため、単に検出輝度情報だけでなく、弁別処理結果も踏ま
えてデータをサンプリングしなくてはならない。具体的には、数多く検出された欠陥の中
から、弁別線位置(閾値)20、50に近い分類結果が怪しそうな欠陥のみをSEM装置
(図示せず)でレビューすると言った、レビュー対象を選択して効率的に評価することが
重要となる。即ち、次に説明するように、表示装置33の画面40上に表示された弁別線
(閾値)20、50に近い分類結果が怪しい欠陥を指定することによって、その欠陥の位
置座標を取得することができる。そして、このウェハ10をSEM装置に搭載し、取得さ
れた位置座標を基に上記欠陥についてSEM観察することによって、異物24なのか、各
種のスクラッチ23なのかをレビュー評価することが可能となる。そして、このSEM装
置によるレビュー評価結果を、例えばネットワーク34を介して全体制御部9に入力して
記憶装置31に格納すれば、上記弁別線(閾値)20、50の妥当性をレビューすること
が可能となる。
Furthermore, in surface inspections such as scratches according to the present invention, it is necessary to confirm sensitivity as well, but it is necessary to evaluate in advance whether or not the classification of the detected defect as the inspection result is correctly performed by review. Don't be. For this reason, the data must be sampled based not only on the detected luminance information but also on the discrimination processing result. Specifically, among the many detected defects, the review target said to review only the defects whose classification results near the discrimination line positions (threshold values) 20 and 50 are likely to be suspicious by the SEM device (not shown). It is important to select and evaluate efficiently. That is, as will be described below, the defect coordinates (threshold values) 20 and 50 displayed on the screen 40 of the display device 33 are identified as suspicious defects, and the position coordinates of the defects are acquired. Can do. Then, by mounting this wafer 10 on an SEM apparatus and observing the defect with the SEM based on the acquired position coordinates, it is possible to review and evaluate whether it is a foreign matter 24 or various scratches 23. And if the review evaluation result by this SEM apparatus is input into the whole control part 9 via the network 34, for example, and it stores in the memory | storage device 31, the validity of the said discrimination line (threshold value) 20 and 50 can be reviewed. It becomes possible.

そこで、表示装置33に表示する画面40を、図21に示すように、スクラッチ弁別輝
度分布グラフ41、大スクラッチ弁別輝度分布グラフ42、そして、欠陥マップ上対応座
標検索43、及び、弁別結果の表示ウィンドウ44から構成した。スクラッチ弁別輝度分
布グラフ41は、落射照明による受光輝度S(i)と斜方照明による受光輝度T(i)と
の関係を示し、閾値(弁別線)20によって微細スクラッチ23aと異物24/大スクラ
ッチ23bとが弁別される状態を示すことになる。大スクラッチ弁別輝度分布グラフ42
は、最大輝度(ΣSa(i))と直交輝度比率(ΣSa(i)/ΣSb(i))との関係
を示し、閾値(弁別線)50によって異物24と大スクラッチ23bとが弁別される状態
を示すことになる。欠陥マップ上対応座標検索43は、ウェハ10上に生じているスクラ
ッチ23や異物24の発生状況(欠陥マップ)を示すものである。弁別結果の表示ウィン
ドウ44は、サイズ(小、中、大)に応じた異物24の個数、およびスクラッチ(タイヤ
痕23aa、ディンプル痕23ab、面荒れ23ac、大スクラッチ23b、巨大スクラ
ッチ23c)23の個数を示すものである。なお、この弁別結果の表示ウィンドウ44と
しては、ヒストグラフ表示も可能である。
Accordingly, as shown in FIG. 21, the screen 40 displayed on the display device 33 is displayed as a scratch discrimination luminance distribution graph 41, a large scratch discrimination luminance distribution graph 42, a corresponding coordinate search 43 on the defect map, and a discrimination result display. The window 44 is configured. The scratch discrimination luminance distribution graph 41 shows the relationship between the received light intensity S (i) by the epi-illumination and the received light intensity T (i) by the oblique illumination, and the fine scratch 23a and the foreign object 24 / large scratches by the threshold (discrimination line) 20. 23b is shown in a discriminated state. Large scratch discrimination brightness distribution graph 42
Indicates the relationship between the maximum luminance (ΣSa (i)) and the orthogonal luminance ratio (ΣSa (i) / ΣSb (i)), and the foreign matter 24 and the large scratch 23b are discriminated by the threshold value (discrimination line) 50. Will be shown. The coordinate search 43 on the defect map indicates the generation status (defect map) of the scratch 23 and the foreign matter 24 generated on the wafer 10. The discrimination result display window 44 includes the number of foreign objects 24 corresponding to the size (small, medium, large) and the number of scratches (tire marks 23aa, dimple marks 23ab, surface roughness 23ac, large scratches 23b, huge scratches 23c) 23. Is shown. The discrimination result display window 44 can also be displayed as a histogram.

なお、4種類の表示内容を別々のウィンドウ内に表示したが、1個のウィンドウ内に複
数個のグラフを表示してもかまわない。また、この4種類が全て同時に表示されていなく
てもかまわない。また、図示していないが、スクラッチの内容を水平方向及び垂直方向の
輝度比率を用いて解析を行った結果である輝度比率画面もプルダウンメニューにより選択
して表示することができる。また、欠陥マップ上対応座標検索43において、欠陥マップ
上の欠陥をカーソル32等で指定すると、欠陥座標、弁別結果、各光電変換器7a〜7i
の受光輝度を1個、若しくは複数個の項目で表示することが可能である。また、スクラッ
チ弁別輝度分布グラフ41、及び、大スクラッチ弁別輝度分布グラフ42の片方、若しく
は双方のグラフ上において、カーソル32等で指定された欠陥に該当するデータを明滅、
或いは、色を変える、或いは表示マークの大きさを変える等により、対応するデータを作
業者が容易に判別しやすいように表示することが可能となる。これは、同様にスクラッチ
弁別輝度分布グラフ41、或いは、大スクラッチ弁別輝度分布グラフ42上にて、カーソ
ル等の入力手段32によりデータ点を選択すると、対応するデータを欠陥マップ上で、表
示マークを明滅させる、或いは色を変える、或いは、表示マークの大きさを変える等によ
り他のデータと区別してモニタ33上で判別できるようにした。また、グラフ41、42
上で指定したデータの欠陥座標、弁別結果、各光電変換器7a〜7iの受光輝度の情報を
、1個、若しくは複数個の項目について表示する。この様に、任意の欠陥データをグラフ
41、42上、若しくは欠陥マップ43上において選択し、その検査情報をモニタ33上
に表示することにより、弁別処理の妥当性の検討を短期間に終了させることが可能となる
Although four types of display contents are displayed in separate windows, a plurality of graphs may be displayed in one window. Further, all of these four types may not be displayed at the same time. Although not shown, a luminance ratio screen that is a result of analyzing the contents of the scratch using the luminance ratio in the horizontal direction and the vertical direction can also be selected and displayed from the pull-down menu. In the defect map corresponding coordinate search 43, when a defect on the defect map is designated by the cursor 32 or the like, the defect coordinate, the discrimination result, and each of the photoelectric converters 7a to 7i.
Can be displayed with one or a plurality of items. In addition, on one or both of the scratch discrimination luminance distribution graph 41 and the large scratch discrimination luminance distribution graph 42, data corresponding to the defect designated by the cursor 32 or the like is blinked.
Alternatively, by changing the color or changing the size of the display mark, the corresponding data can be displayed so that the operator can easily discriminate. Similarly, when a data point is selected by the input means 32 such as a cursor on the scratch discrimination luminance distribution graph 41 or the large scratch discrimination luminance distribution graph 42, the corresponding data is displayed on the defect map. It can be distinguished on the monitor 33 by distinguishing it from other data by blinking, changing the color, or changing the size of the display mark. Graphs 41 and 42
The defect coordinates of the data specified above, the discrimination results, and the information on the received light intensity of each of the photoelectric converters 7a to 7i are displayed for one or a plurality of items. In this way, by selecting arbitrary defect data on the graphs 41 and 42 or the defect map 43 and displaying the inspection information on the monitor 33, the examination of the validity of the discrimination processing is completed in a short time. It becomes possible.

このように全体制御部9は、記憶装置31に格納された検査結果(異物24やスクラッ
チ23の座標データ、異物24や各種スクラッチ23の弁別結果、および落射照明および
斜方照明によって各光電変換器7a〜7iから得られる受光輝度のデータ)を表示装置3
3の画面上に表示することが可能となり、事前に、検出欠陥の分類が正確に行われている
か否かをレビューすることが可能となる。特に、グラフ表示41、42において、弁別す
るための弁別線(閾値)20、50の妥当性についてレビューすることが可能となる。
In this way, the overall control unit 9 uses the inspection results stored in the storage device 31 (coordinate data of the foreign matter 24 and the scratch 23, the discrimination results of the foreign matter 24 and the various scratches 23, and the incident light and oblique illumination to each photoelectric converter. The received light brightness data obtained from 7a to 7i) is displayed on the display device 3.
3 can be displayed, and it is possible to review in advance whether or not the detected defect has been correctly classified. In particular, in the graph displays 41 and 42, it is possible to review the validity of the discrimination lines (threshold values) 20 and 50 for discrimination.

また、図21に弁別結果44で示すように光電変換器7a〜7iによる受光輝度の大き
さに応じて異物24、スクラッチ23の各分類における欠陥の大きさを推定して幾つかの
カテゴリーに分類して表示することも検査結果を有効利用するのに効果的である。異物2
4、スクラッチ23ともに、半導体の配線間隔等、設計値に対して十分小さな(サイズが
小である)欠陥は、製品機能に致命的なダメージを与えることは少ない。その逆に、非常
に大きな(サイズが大である)欠陥が数多く発生した場合には即時に生産を中止しなくて
はならない。つまり、検出した欠陥の大きさに応じても対応策が異なる。そこで、弁別結
果44で示すように、致命的な欠陥ではない極微小欠陥をサイズが小、致命に至りやすい
欠陥をサイズが中、必ず致命に至ると想定される大きな欠陥をサイズが大と3つのカテゴ
リーに分類した。この、カテゴリー数は3つである必要はなく、用途に応じて1、若しく
は複数個のカテゴリを設ければ良い。また、異物24、スクラッチ23の分類全てについ
て一律に3つのカテゴリーを設定したが、異物、或いは、各スクラッチの分類毎に異なる
数のカテゴリーを設けても良い。また、各カテゴリー毎に小計を求めた。また、異物24
、スクラッチ23毎に合計を求めた。また、異物24とスクラッチ23の合計を足し合わ
せた欠陥合計を表示させても良い。
Further, as shown by the discrimination result 44 in FIG. 21, the size of the defect in each classification of the foreign matter 24 and the scratch 23 is estimated according to the magnitude of the received light luminance by the photoelectric converters 7a to 7i, and classified into several categories. It is also effective to use the test result effectively. Foreign object 2
4. For both scratches 23, defects that are sufficiently small (small in size) with respect to design values, such as semiconductor wiring intervals, are unlikely to cause fatal damage to product functions. Conversely, if a large number of very large (large size) defects occur, production must be stopped immediately. That is, countermeasures differ depending on the size of the detected defect. Therefore, as shown by the discrimination result 44, a very small defect that is not a fatal defect is small in size, a defect that is likely to be fatal is medium in size, and a large defect that is supposed to be fatal is always large in size. Classified into one category. The number of categories need not be three, and one or a plurality of categories may be provided depending on the application. Further, although three categories are uniformly set for all the classifications of the foreign matter 24 and the scratch 23, a different number of categories may be provided for each classification of the foreign matter or each scratch. In addition, subtotals were obtained for each category. Further, the foreign matter 24
The total was obtained for each scratch 23. Further, a total defect including the total of the foreign matter 24 and the scratch 23 may be displayed.

以上説明したように、全体制御部9が、弁別結果44として、異物24および各種スク
ラッチ23についてカテゴリー毎の小計、或いは合計を出力することができるように構成
したことにより、実際、製造現場において用いる場合において、これらのカテゴリー毎の
小計、或いは合計数を管理することが可能となり、その結果、スクラッチ23、異物24
の発生具合を効率的にモニタリングすることが可能となり、適切な対応策を取ることがで
きることになる。
As described above, the overall control unit 9 is configured to be able to output a subtotal or total for each category of the foreign matter 24 and various scratches 23 as the discrimination result 44, so that it is actually used at the manufacturing site. In some cases, it becomes possible to manage the subtotal or total number for each of these categories.
It is possible to efficiently monitor the occurrence of this and take appropriate countermeasures.

更に、全体制御部9は、詳細に欠陥サイズの分布を見るために、度数分布表示機能を備
えている。これは、図22に示すように横軸を落射照明時の受光輝度、縦軸に度数を取っ
たものである。本図においては、タイヤ痕23aaと分類された欠陥データについてのみ
度数分布表示を行っている。これは、異物24、スクラッチ23の各分類毎、或いはスク
ラッチと認識されたものの全て、或いは、異物24とスクラッチ23を合わせた全欠陥に
ついて表示を行う等、組み合わせは様々考えられる。図示していないが、プルダウンメニ
ュー等で容易に組み合わせを選択できるようにしている。また、横軸に各光電変換手段7
a〜7i毎の輝度、或いは、任意の組み合わせについて光電変換手段7a〜7iの受光輝
度和を算出しても良い。また、斜方照明時のデータに関して同様の処理を行っても良い。
この度数分布表示機能を用いることにより、欠陥分布を詳細に分析できるのと同時に、散
乱光の分布を詳細に解析することも容易になる。
Furthermore, the overall control unit 9 has a frequency distribution display function in order to see the defect size distribution in detail. As shown in FIG. 22, the horizontal axis represents the received light brightness during epi-illumination, and the vertical axis represents the frequency. In this figure, the frequency distribution display is performed only for the defect data classified as tire marks 23aa. Various combinations are conceivable for this, such as displaying all the defects recognized as scratches for each classification of the foreign matter 24 and the scratch 23, or all defects including the foreign matter 24 and the scratch 23 combined. Although not shown, a combination can be easily selected by a pull-down menu or the like. In addition, the horizontal axis represents each photoelectric conversion means 7.
You may calculate the light reception luminance sum of the photoelectric conversion means 7a-7i about the brightness | luminance for every a-7i, or arbitrary combinations. Further, the same processing may be performed on data during oblique illumination.
By using this frequency distribution display function, the defect distribution can be analyzed in detail, and at the same time, the scattered light distribution can be analyzed in detail.

また、これらの検査データを解析するのには、この様に専用の解析ツールも有効である
が、自分で手軽に多様な処理を実行できる市販の表計算ソフトを用いることも評価期間短
縮に効果的である。そこで、検査データを選択した一部、或いは全てのデータについて、
図23に示すような項目について表計算ソフトで読み込み可能なフォーマットでハードデ
ィスク、或いはフロッピー(登録商標)ディスク等の記憶装置31にセーブすることにし
た。本実施例においては欠陥に付けた認識番号、弁別結果、落射照明時の各フォトマル7
a〜7iの受光輝度、及び、斜方照明時の各フォトマル7a〜7iの受光輝度に関して記
憶装置31に書き込んでいる。これら全てが必ずしも必要ではない。また、欠陥の座標デ
ータ等をセーブするのも有意義な場合がある。このデータを市販の表計算ソフトで読み込
むことにより、全体制御部9は、手軽に検出欠陥のデータを解析することが可能であり、
短期間に弁別能力を向上させることができる。以上は、回折光の3次元的な強度分布を評
価するために複数の光電変換手段7a〜7iを用いた方法について説明した。
In addition, dedicated analysis tools are effective for analyzing these inspection data, but using commercially available spreadsheet software that can easily perform various processes on its own is effective in shortening the evaluation period. Is. Therefore, for some or all of the selected data,
The items shown in FIG. 23 are saved in a storage device 31 such as a hard disk or a floppy (registered trademark) disk in a format that can be read by spreadsheet software. In this embodiment, the identification number attached to the defect, the discrimination result, and each photomultiplier 7 in the epi-illumination
The light receiving luminances a to 7i and the light receiving luminances of the photomultipliers 7a to 7i during oblique illumination are written in the storage device 31. All of these are not necessary. It may be meaningful to save defect coordinate data and the like. By reading this data with commercially available spreadsheet software, the overall control unit 9 can easily analyze the data of the detected defects,
Discrimination ability can be improved in a short time. The above describes the method using the plurality of photoelectric conversion means 7a to 7i in order to evaluate the three-dimensional intensity distribution of the diffracted light.

次に、2次元的な回折光の分布を、簡易的に得るスクラッチ等の表面検査装置の第3の
実施例について図24〜図26を用いて説明する。本実施例は、図1または図9に示す実
施例における高角度検出光学系5aに、レンズ108、106及びCCDカメラ104、
107、ビームスプリッタ105から構成される検出光学系を追加したものである。従っ
て、本実施例においても、落射照明系と斜方照明系とが存在することになり、異物24と
小スクラッチ23aとは輝度比率に基いて弁別されることになる。さらに、追加されたC
CDカメラ104、107としては、TDIセンサ等2次元に光電変換する手段であれば
良い。また、本実施例においては、2台のCCDカメラ104、107を用いているが1
台のCCDカメラを結像面とフーリエ変換面の2カ所に移動させて構成しても良い。1方
のCCDカメラ104は、カメラ結像面が、レンズ108の結像面に一致するように設置
する。他方のCCDカメラ107は、カメラ結像面が、レンズ106のフーリエ変換面に
一致するように設置する。まず、演算処理部8の演算部18aにおいて、CCDカメラ1
04から得られ、A/D変換部16aでA/D変換されて記憶部17aに記憶された結像
画像データを用いて例えば所望の閾値で2値化信号に変換して欠陥を示す信号を抽出する
ことによって欠陥23、24の位置を探索し、この探索された結果を出力して記憶装置3
1に欠陥の位置座標として記憶する。全体制御部9は、この探索された欠陥の位置座標を
基にステージコントローラ14からの制御指令によりステージ15を駆動制御して欠陥2
3、24をCCDカメラ107の視野中心に位置付けする。
Next, a third embodiment of a surface inspection apparatus such as a scratch that easily obtains a two-dimensional diffracted light distribution will be described with reference to FIGS. In this embodiment, lenses 108 and 106 and a CCD camera 104 are added to the high angle detection optical system 5a in the embodiment shown in FIG.
107, a detection optical system including a beam splitter 105 is added. Therefore, also in the present embodiment, there are an epi-illumination system and an oblique illumination system, and the foreign matter 24 and the small scratch 23a are discriminated based on the luminance ratio. In addition, added C
The CD cameras 104 and 107 may be any means that performs two-dimensional photoelectric conversion such as a TDI sensor. In this embodiment, two CCD cameras 104 and 107 are used.
A single CCD camera may be moved to two positions on the imaging plane and the Fourier transform plane. One CCD camera 104 is installed such that the camera imaging plane coincides with the imaging plane of the lens 108. The other CCD camera 107 is installed such that the camera image plane coincides with the Fourier transform plane of the lens 106. First, in the calculation unit 18a of the calculation processing unit 8, the CCD camera 1
04, a signal indicating a defect by converting it into a binarized signal with a desired threshold, for example, using the imaged image data A / D converted by the A / D converter 16a and stored in the storage unit 17a. By extracting, the positions of the defects 23 and 24 are searched, and the searched result is output to the storage device 3
1 is stored as the position coordinates of the defect. The overall control unit 9 drives and controls the stage 15 in accordance with a control command from the stage controller 14 based on the position coordinates of the defect thus searched for.
3 and 24 are positioned at the center of the visual field of the CCD camera 107.

次に、演算処理部8の演算部18bは、CCDカメラ107から得られ、A/D変換部
16aでA/D変換されて記憶部17aに記憶された画像データを用いて以下の評価を行
う。例えば、図25中(a)の様に水平方向に大スクラッチ23bのような線状欠陥が存
在している場合、フーリエ変換面上では図25(b)中垂直方向に回折光は分布する。こ
れを、図26に示すアルゴリズムで評価することにより水平方向の回折光分布を評価する
ことが可能となる。まず、演算部18bにおいて、図25(a)に示すように、0次回折
光を受光する点の周辺に、図中円で示したこの場合8つの輝度評価領域を設定する。本実
施例においては、この輝度評価領域は円であるが、円である必要性は全くない。四角でも
、多角形でも良い。また、本実施例では8つの輝度評価領域を設定しているが、散乱光強
度分布を評価する精度に応じて、8個より多くても、少なくても問題ない。数、形状を規
定するものでは無い。そして、演算部18bは、設定されたそれぞれの輝度評価領域内で
、各画素の受光輝度の和S(i)を求める。この、8つの輝度和を用いて図15又は図1
7と同様に水平方向の回折光指向性の評価を図26に示す処理フローS65、S66、S
67により行うことができる。本実施例においては、ウェハ10の法線に近い方向から光
源2の光を照射しているが、斜め方向から照射する場合にも用いることができる。また、
本実施例ではウェハ10の法線方向の回折光を受光しているが、斜め方向の回折光を受光
しても良い。また、本実施例ではウェハ10からの正反射光を受光しないようにレンズ1
08のNAから外れた位置に反射ミラー4cを配置した疑似垂直照明を用いているが、垂
直照明でもかまわない。
Next, the calculation unit 18b of the calculation processing unit 8 performs the following evaluation using image data obtained from the CCD camera 107, A / D converted by the A / D conversion unit 16a, and stored in the storage unit 17a. . For example, when there is a linear defect such as a large scratch 23b in the horizontal direction as shown in FIG. 25A, the diffracted light is distributed in the vertical direction in FIG. 25B on the Fourier transform plane. By evaluating this with the algorithm shown in FIG. 26, it becomes possible to evaluate the diffracted light distribution in the horizontal direction. First, in the calculation unit 18b, as shown in FIG. 25A, eight luminance evaluation regions indicated by circles in the figure are set around the point at which the 0th-order diffracted light is received. In this embodiment, the luminance evaluation area is a circle, but it is not absolutely necessary to be a circle. It may be a square or a polygon. In this embodiment, eight luminance evaluation regions are set, but there is no problem if the number is more or less than eight in accordance with the accuracy of evaluating the scattered light intensity distribution. It does not specify the number and shape. Then, the calculation unit 18b obtains the sum S (i) of the received light luminance of each pixel within each set luminance evaluation region. Using these eight luminance sums, FIG. 15 or FIG.
As in FIG. 7, the evaluation of the directivity of the diffracted light in the horizontal direction is performed in the processing flows S65, S66, S shown in FIG.
67. In the present embodiment, the light from the light source 2 is irradiated from a direction close to the normal line of the wafer 10, but it can also be used when irradiating from an oblique direction. Also,
In this embodiment, diffracted light in the normal direction of the wafer 10 is received, but diffracted light in an oblique direction may be received. Further, in this embodiment, the lens 1 is arranged so as not to receive the regular reflection light from the wafer 10.
Although pseudo vertical illumination in which the reflecting mirror 4c is arranged at a position deviating from the NA of 08 is used, vertical illumination may be used.

以上述べた手法は、配線パターンの無いウェハ10を主に扱う場合であった。配線パタ
ーンが有るウェハ10に本手法を適用する場合には、図27に示すように空間フィルタ2
08を設ける。但し、配線パターンによっては必ずしも空間フィルタを必要としない場合
もある。本実施例においては、特開平6−258239号公報に記載されているように、
例えば直線状の空間フィルタを用いて周期的な配線パターンからの回折光に基づく回折パ
ターンを除去する必要がある場合について述べる。本実施例の構成を、図27を用いて説
明する。本実施例は、被検査物であるウェハ10と、光源2、及び光路切替機構3、反射
ミラー4a”、4b、4a’、4a、4c’より構成した照明部、レンズ6、空間フィル
タ208、光電変換手段7よりなる検出部より構成した。本実施例においては、1個の光
源2の光線を光路切替機構3と反射ミラー4a”、4b、4a’、4aにより落射照明1
2と斜方照明11に切り替えているが、光源の個数、反射ミラーの数は規定しない。2個
の光源を用いても、より多くの、或いは少ない反射ミラーを用いても良い。弁別原理、弁
別処理方法は前記手法と同様に行うことができる。また、落射照明12は図7に示す垂直
照明、疑似垂直照明の何れでも良い。以上述べた手法では、スクラッチ23の形状の特異
性に着目して、そこから生じる散乱光の分布及びその強度を演算処理部8において解析す
ることにより、スクラッチ23と異物24とを弁別した。また、更に、スクラッチ23の
詳細な形状分類を行った。
The method described above is a case where the wafer 10 without a wiring pattern is mainly handled. When this method is applied to the wafer 10 having the wiring pattern, as shown in FIG.
08 is provided. However, depending on the wiring pattern, a spatial filter is not necessarily required. In this embodiment, as described in JP-A-6-258239,
For example, a case where it is necessary to remove a diffraction pattern based on diffracted light from a periodic wiring pattern using a linear spatial filter will be described. The configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a wafer 10 that is an object to be inspected, a light source 2, an optical path switching mechanism 3, an illuminating unit composed of reflecting mirrors 4a ", 4b, 4a ', 4a, 4c', a lens 6, a spatial filter 208, It is comprised from the detection part which consists of the photoelectric conversion means 7. In a present Example, the incident light 1 of the light beam of the one light source 2 by the optical path switching mechanism 3 and reflection mirror 4a ", 4b, 4a ', 4a.
However, the number of light sources and the number of reflection mirrors are not defined. Two light sources may be used, or more or fewer reflecting mirrors may be used. The discrimination principle and the discrimination processing method can be performed in the same manner as the above method. Further, the epi-illumination 12 may be either vertical illumination or pseudo vertical illumination shown in FIG. In the method described above, the scratch 23 and the foreign matter 24 are discriminated by paying attention to the uniqueness of the shape of the scratch 23 and analyzing the distribution and intensity of the scattered light generated therefrom in the arithmetic processing unit 8. Furthermore, the detailed shape classification of the scratch 23 was performed.

次に、本発明に係る第1の実施の形態を実現するためのスクラッチ等の表面検査装置の
第4の実施例について図28〜図34を用いて説明する。即ち、第4の実施例では、凸で
ある異物24と凹であるスクラッチ23に着目して、凹凸の弁別処理を行う手法である。
誤解を避けるために再度述べておくが、今まで述べた異物24とスクラッチ23の弁別手
法は、凹凸の認識を行っている訳ではなく、あくまでもスクラッチ23と異物24の幅W
と深さD或いは、高さのアスペクト比の違いに着目した手法である。
Next, a fourth example of the surface inspection apparatus such as a scratch for realizing the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. That is, the fourth embodiment is a technique for performing unevenness discrimination processing by paying attention to the convex foreign matter 24 and the concave scratch 23.
In order to avoid misunderstanding, the above-described method for discriminating between the foreign matter 24 and the scratch 23 does not recognize the unevenness, and the width W between the scratch 23 and the foreign matter 24 is only described.
And a depth D or height aspect ratio.

本第4の実施例は、光源300およびウェハ10の垂直方向から照明するためのハーフ
ミラー302から構成される照明光学系1bと、フーリエ変換面に設置した位相遅れフィ
ルタ305、位相進みフィルタ306、それぞれを透過した光を分岐するためのビームス
プリッタ304、および光電変換手段307、310から構成される検出光学系と、各光
電変換手段307、310から得られる検出輝度の差を取る差信号処理部308、および
その結果から凹凸を認識する弁別処理部309から構成した演算処理部8とを備えて構成
される。本第4の実施例においては、光電変換手段としてフォトマルA310、フォトマ
ルB307を用いた。まず、図29および図30を用いて、位相遅れフィルタ305と位
相進みフィルタ306について説明する。位相遅れフィルタ305は、周辺部に対して、
0次回折光が透過する近傍の光の位相に遅れを生じさせる。具体的には、厚さtのオプテ
ィカルフラットな板に0次回折光が透過する近傍のみ、厚さをt+dと厚めにする。板の
屈折率をnとすると、周辺部の光路長Lと0次回折光近傍の光路長L’は、大気の屈折率
を考慮して以下に示す(数2)式および(数3)式により求めることができる。
The fourth embodiment includes an illumination optical system 1b including a light source 300 and a half mirror 302 for illuminating from the vertical direction of the wafer 10, a phase delay filter 305, a phase advance filter 306, which are installed on a Fourier transform plane. A detection optical system composed of a beam splitter 304 and a photoelectric conversion means 307 and 310 for branching light that has passed through each of them, and a difference signal processing section that takes a difference in detection luminance obtained from the photoelectric conversion means 307 and 310 308 and an arithmetic processing unit 8 configured by a discrimination processing unit 309 that recognizes irregularities from the result. In the fourth embodiment, Photomal A310 and Photomal B307 are used as the photoelectric conversion means. First, the phase lag filter 305 and the phase advance filter 306 will be described with reference to FIGS. 29 and 30. The phase delay filter 305 is
A delay is caused in the phase of light in the vicinity where the 0th-order diffracted light is transmitted. Specifically, the thickness is increased to t + d only in the vicinity where the 0th-order diffracted light is transmitted through an optical flat plate having a thickness t. Assuming that the refractive index of the plate is n, the optical path length L in the peripheral portion and the optical path length L ′ in the vicinity of the 0th-order diffracted light are expressed by the following equations (Equation 2) and (Equation 3) in consideration of the refractive index n 0 of the atmosphere. It can be obtained by an expression.

L=n×t+n×d (数2)
L’=n×(t+d) (数3)
つまり、周辺部と0次回折光近傍を透過する光には次の(数4)式で示される光路長差
ΔL1を生じる。
L = n × t + n 0 × d (Equation 2)
L ′ = n × (t + d) (Equation 3)
That is, an optical path length difference ΔL1 expressed by the following equation (4) is generated in the light transmitted through the peripheral portion and the vicinity of the 0th-order diffracted light.

ΔL1=L’−L=(n−n)×d (数4)
大気の屈折率を1とすると、板にガラス材を用いた場合には屈折率がおよそ1.5であ
ることから、具体的には次の(数5)式で示される光路長差ΔLを生じる。
ΔL1 = L′−L = (n−n 0 ) × d (Equation 4)
If the refractive index of the atmosphere is 1, the refractive index is approximately 1.5 when a glass material is used for the plate. Specifically, the optical path length difference ΔL represented by the following equation (5) is Arise.

ΔL1=(1.5−1)×d=0.5×d (数5)
また、位相進みフィルタ306は、図30に示すように、0次回折光透過近傍をt−d
と薄目にしておく。そうすると、上記と同様の考え方により、次の(数6)式で示すよう
に、光路長差ΔL2を生じる。
ΔL1 = (1.5−1) × d = 0.5 × d (Equation 5)
Further, the phase advance filter 306, as shown in FIG.
And keep it thin. Then, based on the same idea as described above, an optical path length difference ΔL2 is generated as shown in the following equation (6).

ΔL2=(n0−n)×d (数6)
上記具体例の場合、この光路長差ΔL2は次に示す(数7)式のようになる。
ΔL2 = (n 0 −n) × d (Equation 6)
In the case of the above specific example, this optical path length difference ΔL2 is expressed by the following equation (Expression 7).

ΔL2=−0.5×d (数7)
波長λの光源の場合、これは周辺透過光に対して0次回折光近傍の透過光は、次の(数
8)式および(数9)式で示すように、位相遅れθ1(rad.)、及び位相進みθ2(
rad.)を生じることになる。
ΔL2 = −0.5 × d (Equation 7)
In the case of a light source of wavelength λ, this means that the transmitted light in the vicinity of the 0th-order diffracted light with respect to the peripheral transmitted light has a phase delay θ1 (rad.), And phase advance θ2 (
rad. ) Will occur.

θ1=ΔL1/λ×2π=(n−n)×d/λ×2π (数8)
θ2=ΔL2/λ×2π=(n−n)×d/λ×2π (数9)
上記具体例において、波長λ=488nmの光源を用いた場合、位相ずれは具体的には
次の(数10)式および(数11)式で示される数値となる。
θ1 = ΔL1 / λ × 2π = (n−n 0 ) × d / λ × 2π (Equation 8)
θ2 = ΔL2 / λ × 2π = (n 0 −n) × d / λ × 2π (Equation 9)
In the above specific example, when a light source having a wavelength λ = 488 nm is used, the phase shift is specifically a numerical value represented by the following formulas (10) and (11).

θ1=0.5×d/488×2π (数10)
θ2=−0.5×d/488×2π (数11)
そこで、位相遅れθ1と位相進みθ2との間において、θ1=π/2、θ2=−π/2
の位相ずれを生じさせるためには、dを次に(数12)式および(数13)式で示される
値にすれば良い。
θ1 = 0.5 × d / 488 × 2π (Equation 10)
θ2 = −0.5 × d / 488 × 2π (Equation 11)
Therefore, θ1 = π / 2 and θ2 = −π / 2 between the phase delay θ1 and the phase advance θ2.
In order to cause the phase shift of d, d may be set to a value expressed by the following equations (12) and (13).

θ1=π/2=0.5×d/488×2π
ゆえに、d=244nm (数12)
θ2=−π/2=−0.5×d/488×2π
ゆえに、d=244nm (数13)
この様に設計した位相フィルタ305、306を用いれば、以下に述べる異物24とス
クラッチ23との弁別原理を実現することが可能となる。
θ1 = π / 2 = 0.5 × d / 488 × 2π
Therefore, d = 244 nm (Equation 12)
θ2 = −π / 2 = −0.5 × d / 488 × 2π
Therefore, d = 244 nm (Equation 13)
If the phase filters 305 and 306 designed in this way are used, the principle of discrimination between the foreign matter 24 and the scratch 23 described below can be realized.

即ち、異物24とスクラッチ23との弁別原理について、図31を用いて説明する。ウ
ェハ10に照射されたレーザは位相の揃った平面波である。また、欠陥のないウェハ表面
から正反射される光はやはり位相の揃った平面波である。この正反射光を基準反射光と称
する。凸部である異物24からの反射してくる光は、基準反射光に比べて光路長が短くな
る。そのため、基準反射光に対して凸部からの反射光の位相は進んでいる。逆に凹部であ
るスクラッチ23からの反射光は、へこみ分だけ光路長が基準光に比べて長くなり、位相
は遅れる。つまり、凹凸を含む面にレーザ光束12を照射すると、凹凸部分から反射され
るレーザの位相は、平面部から反射されるレーザの位相よりも、凹部分は遅れを生じ、凸
部分は進みを生じる。そこで、本発明においては、フーリエ変換面に2種類の位相フィル
タ305、306を挿入し、この凹凸に起因した位相の進みと遅れを差信号処理部308
で検出し、この検出した位相の進みと遅れを基に弁別処理部309で凹凸の弁別を行うこ
とにより、異物24であるかスクラッチ23であるかを弁別することができ、それらを位
置座標と共に全体制御部9に接続された記憶装置31に記憶させることができる。
That is, the principle of discrimination between the foreign matter 24 and the scratch 23 will be described with reference to FIG. The laser irradiated on the wafer 10 is a plane wave having a uniform phase. Further, the light regularly reflected from the surface of the wafer having no defect is a plane wave having a uniform phase. This regular reflection light is referred to as reference reflection light. The light reflected from the foreign matter 24 that is a convex portion has a shorter optical path length than the reference reflected light. Therefore, the phase of the reflected light from the convex portion is advanced with respect to the reference reflected light. Conversely, the reflected light from the scratch 23, which is a recess, has an optical path length longer than that of the reference light by the amount of the dent, and the phase is delayed. That is, when the surface including the irregularities is irradiated with the laser beam 12, the phase of the laser reflected from the irregularities is delayed by the concave portion and the convex portion is advanced compared to the phase of the laser reflected from the flat portion. . Therefore, in the present invention, two types of phase filters 305 and 306 are inserted in the Fourier transform plane, and the phase advance and delay due to the unevenness are detected by the difference signal processing unit 308.
And the discrimination processing unit 309 discriminates the unevenness based on the detected phase advance and delay, so that it is possible to discriminate whether it is a foreign object 24 or a scratch 23, and the position coordinates are detected. The data can be stored in the storage device 31 connected to the overall control unit 9.

さらに、図32〜図34を用いて詳細に説明する。まず、演算処理部8の差信号処理部
308および弁別処理部309において、凹部であるスクラッチ23を検出する差信号強
度について図32を用いて詳細に説明する。この位相ベクトル図は、位相変化を受けない
基準反射光の位相を基準として、時計回りが位相遅れ、反時計回りが位相進みを示してい
る。フォトマルA310は位相進みフィルタ306を透過した光を受光している。フォト
マルB307は位相遅れフィルタ305を透過した光を受光している。ウェハ表面からの
正反射光成分はフーリエ変換面においては点状に集光され、位相フィルタの中心に形成し
た位相変更領域を通過する。このため、位相進みフィルタ306を透過した基準光の位相
は、位相ベクトル図上反時計回りに90度進まされたベクトル321となる。また、スク
ラッチ23から生じた散乱光はフーリエ変換面においてはほぼ平行光となり、位相フィル
タ306、305の周辺領域を透過する。このため、基準透過光に対して相対的に位相の
遅れているスクラッチ23からの散乱光は、図32の位相ベクトル図の左側に示すように
時計回りに位相がずれたベクトルになる。結像面においては、これらの位相が進んだ基準
反射光321と、位相の遅れた散乱光231が干渉することにより結像する。この位相ベ
クトル図上では、位相フィルタ306により90°位相が進められた基準光ベクトル32
1と、凹部により位相遅れを生じている散乱光ベクトル231の和、図中フォトマルA検
出光ベクトル310aがその干渉により生じた結像ベクトルを表している。つまり、結像
の輝度はこのフォトマルA検出光ベクトル310aの長さとなる。
Furthermore, it demonstrates in detail using FIGS. 32-34. First, the difference signal strength for detecting the scratch 23 that is a recess in the difference signal processing unit 308 and the discrimination processing unit 309 of the arithmetic processing unit 8 will be described in detail with reference to FIG. This phase vector diagram shows a phase delay in the clockwise direction and a phase advance in the counterclockwise direction with reference to the phase of the reference reflected light that does not undergo phase change. The photomultiplier A 310 receives the light transmitted through the phase advance filter 306. The photomultiplier B307 receives the light transmitted through the phase delay filter 305. The specularly reflected light component from the wafer surface is collected in the form of dots on the Fourier transform plane and passes through a phase change region formed at the center of the phase filter. For this reason, the phase of the reference light transmitted through the phase advance filter 306 is a vector 321 advanced 90 degrees counterclockwise on the phase vector diagram. Further, the scattered light generated from the scratch 23 becomes substantially parallel light on the Fourier transform plane and passes through the peripheral regions of the phase filters 306 and 305. For this reason, the scattered light from the scratch 23 whose phase is relatively delayed with respect to the reference transmitted light becomes a vector whose phase is shifted clockwise as shown on the left side of the phase vector diagram of FIG. On the imaging surface, the reference reflected light 321 with the advanced phase and the scattered light 231 with the delayed phase interfere to form an image. On this phase vector diagram, the reference light vector 32 whose phase is advanced by 90 ° by the phase filter 306.
1 and the sum of the scattered light vector 231 causing the phase delay due to the concave portion, and the photomal A detection light vector 310a in the figure represents the image formation vector caused by the interference. That is, the brightness of the image formation is the length of the photomal A detection light vector 310a.

同様に、位相遅れフィルタ305を透過した結像の輝度は、位相フィルタ305により
90°位相が遅らされた基準光ベクトル322と、凹部により位相遅れを生じている散乱
光ベクトル231の和で示される位相ベクトル右側のフォトマルB検出光ベクトル307
aのようになる。この2つのベクトル310a、307aの大きさを比較するとフォトマ
ルB検出光ベクトル307aの方が大きくなる。つまり、フォトマルB307で検出され
る、散乱光の位相ずれと同方向に基準光の位相をずらした場合の方が、合成ベクトルの大
きさは大きくなる。従って、演算処理部8の差信号処理部308において、フォトマルA
検出輝度310aからフォトマルB検出輝度307aを引いた差信号が負となることによ
り、弁別処理部309において凹部であるスクラッチ23を弁別することができる。
Similarly, the luminance of the image formed through the phase delay filter 305 is indicated by the sum of the reference light vector 322 whose phase is delayed by 90 ° by the phase filter 305 and the scattered light vector 231 in which the phase delay is caused by the concave portion. Photomal B detection light vector 307 on the right side of the phase vector
It becomes like a. Comparing the magnitudes of the two vectors 310a and 307a, the photomal B detection light vector 307a is larger. That is, the magnitude of the combined vector is larger when the phase of the reference light is shifted in the same direction as the phase shift of the scattered light detected by the photomultiplier B307. Therefore, in the difference signal processing unit 308 of the arithmetic processing unit 8, the photomultiplier A
When the difference signal obtained by subtracting the photomal B detection luminance 307a from the detection luminance 310a becomes negative, the discrimination processing unit 309 can discriminate the scratch 23 that is a recess.

ところで、図34には、光電変換手段310、307に2次元の光電変換手段、例えば
CCDカメラを用いた場合の暗視野画像の一例を示す。それぞれの輝度分布は、画像デー
タ上a−a’、或いはb−b’断面における輝度プロファィルを示している。そして、図
34左半分がスクラッチ23の場合である。位相進みフィルタ306を透過させた暗視野
画像は、位相遅れフィルタ305を透過させた暗視野画像よりも暗くなる。この様に、2
次元光電変換手段を用いた場合には、演算処理部8の差信号処理部308において、検出
輝度プロファィルにおける最大値の差を取ればよい。
FIG. 34 shows an example of a dark field image when a two-dimensional photoelectric conversion unit, for example, a CCD camera is used as the photoelectric conversion units 310 and 307. Each luminance distribution indicates a luminance profile in the cross section aa ′ or bb ′ on the image data. The left half of FIG. The dark field image transmitted through the phase advance filter 306 is darker than the dark field image transmitted through the phase delay filter 305. Like this, 2
In the case where the three-dimensional photoelectric conversion means is used, the difference signal processing unit 308 of the arithmetic processing unit 8 may take the difference between the maximum values in the detected luminance profile.

次に、演算処理部8の差信号処理部308および弁別処理部309において、凸部であ
る異物24を検出する差信号強度について図33を用いて詳細に説明する。凸部である異
物24においては、散乱光241は基準光に対して位相が進む。このため、結像面での強
度は、位相進みフィルタ306を介したフォトマルA310の受光強度310bの方が、
位相遅れフィルタ305を介したフォトマルB307の受光強度307bよりも強度が強
くなる。そのため、差信号処理部308において得られる差信号は正となり、弁別処理部
309において凸部である異物24として弁別することができる。そして、図34右半分
に示すように、異物24の場合には位相進みフィルタ306を透過した暗視野画像の方が
明るくなる。この様に、2次元光電変換手段を用いた場合には、演算処理部8の差信号処
理部308において、検出輝度プロファィルにおける最大値の差を取ればよい。
Next, the difference signal intensity for detecting the foreign matter 24 that is a convex portion in the difference signal processing unit 308 and the discrimination processing unit 309 of the arithmetic processing unit 8 will be described in detail with reference to FIG. In the foreign matter 24 that is a convex portion, the phase of the scattered light 241 advances with respect to the reference light. For this reason, the intensity at the imaging plane is greater for the received light intensity 310b of the photomultiplier A310 via the phase advance filter 306.
The intensity is higher than the received light intensity 307b of the photomultiplier B307 through the phase delay filter 305. Therefore, the difference signal obtained in the difference signal processing unit 308 becomes positive and can be discriminated as the foreign matter 24 that is a convex portion in the discrimination processing unit 309. Then, as shown in the right half of FIG. 34, in the case of the foreign matter 24, the dark field image transmitted through the phase advance filter 306 becomes brighter. In this way, when the two-dimensional photoelectric conversion means is used, the difference signal processing unit 308 of the arithmetic processing unit 8 may take the difference between the maximum values in the detected luminance profile.

以上説明したように、スクラッチ23および異物24からなる欠陥の凹凸形状に応じて
、差信号処理部308から得られる輝度信号の差信号が正負逆となる。従って、弁別処理
部309において、この正負を判定することでスクラッチ23と異物24との弁別を行う
ことが可能となる。また、弁別処理部309において差信号強度を深さ、或いは高さ情報
に変換することも容易に可能である。ところで、以上説明した第1〜第4の実施の形態で
は、欠陥の種類としてスクラッチ23が含まれる場合についてのみ説明してきた。第1〜
第4の実施の形態の前半部においては、事前にスクラッチ23と分類したものについての
み、或いは異物24と分類したものについてのみ回折光の指向性を用いた形状分類を行っ
た。しかし勿論、演算処理部8は、異物24のみの欠陥、スクラッチ23のみの欠陥に対
して、この指向性を用いて分類する機能を用いて、欠陥の形状分類を行うことも容易に実
現可能である。また、第1〜第4の実施の形態の後半に述べた位相差による凹凸弁別方式
と、前半に述べた回折光分布評価方式とを組み合わせて用いることも可能である。以上説
明した発明によれば、ADC(Automatic Defect Classifica
tion)、或いは、オンザフライADCを実現することが可能となる。
As described above, the difference signal of the luminance signal obtained from the difference signal processing unit 308 is positive / negative depending on the uneven shape of the defect composed of the scratch 23 and the foreign matter 24. Therefore, the discrimination processing unit 309 can discriminate between the scratch 23 and the foreign matter 24 by determining whether this is positive or negative. Further, it is possible to easily convert the difference signal intensity into depth or height information in the discrimination processing unit 309. In the first to fourth embodiments described above, only the case where the scratch 23 is included as a defect type has been described. 1st to 1st
In the first half of the fourth embodiment, shape classification using the directivity of diffracted light was performed only for those classified in advance as scratches 23 or only for those classified as foreign objects 24. However, of course, the arithmetic processing unit 8 can easily realize the defect shape classification by using the function of classifying the defect of only the foreign matter 24 and the defect of only the scratch 23 using this directivity. is there. It is also possible to use a combination of the unevenness discrimination method based on the phase difference described in the second half of the first to fourth embodiments and the diffracted light distribution evaluation method described in the first half. According to the above-described invention, ADC (Automatic Defect Classica)
or on-the-fly ADC can be realized.

次に、ウェハエッジ近傍の欠陥検査の実施の形態について図35〜図40を用いて説明
する。まず、本実施の形態を、図10及び図11に示す集光検出光学系に適用した場合に
ついて説明する。即ち、図35には、スクラッチ23や異物24等の欠陥402がウェハ
エッジ部403近傍に付着した場合を示している。この場合、レーザ等の照明光11、1
2を、スクラッチ23や異物24等の欠陥402に照射すると光束d内にエッジ403も
含んでしまうことになる。さらに、ウェハエッジ403からの散乱光は、図36に示すよ
うにエッジ法線方向の鉛直面上に分布する。このため、図37に示すように、ウェハ上方
から見ると、ウエハ10のエッジ403からの散乱光404はエッジ法線方向に指向性が
強く分布する。また、欠陥402からの散乱光405は、顕著な指向性を示さない。そこ
で、図38に示すようにエッジ接線方向に位置する検出光学系、図38中B検出光学系、
B‘検出光学系の1個若しくは2個を用いればエッジ403からの散乱光404に比べて
欠陥402からの散乱光405を強い強度で検出ことが可能となる。また、検出光学系と
しては、C検出光学系、C’検出光学系、D検出光学系、D‘検出光学系の1若しくは複
数個用いても良い。また、演算処理部8内の比較演算部18において、A検出光学系、A
’検出光学系と上記検出光学系との間の検出輝度比を算出することにより散乱光の指向性
の強弱を判定して、エッジ403のみか、欠陥402を含むかを判定しても良い。
Next, an embodiment of defect inspection near the wafer edge will be described with reference to FIGS. First, the case where this embodiment is applied to the condensing detection optical system shown in FIGS. 10 and 11 will be described. That is, FIG. 35 shows a case where a defect 402 such as a scratch 23 or a foreign object 24 is attached in the vicinity of the wafer edge portion 403. In this case, illumination light 11, 1 such as a laser
2 is irradiated to the defect 402 such as the scratch 23 or the foreign matter 24, the edge 403 is included in the light flux d. Further, the scattered light from the wafer edge 403 is distributed on the vertical plane in the edge normal direction as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 37, when viewed from above the wafer, the scattered light 404 from the edge 403 of the wafer 10 is strongly distributed in the direction of the edge normal. Further, the scattered light 405 from the defect 402 does not show a remarkable directivity. Therefore, as shown in FIG. 38, the detection optical system located in the edge tangential direction, B detection optical system in FIG.
If one or two B ′ detection optical systems are used, the scattered light 405 from the defect 402 can be detected with a stronger intensity than the scattered light 404 from the edge 403. Further, as the detection optical system, one or more of a C detection optical system, a C ′ detection optical system, a D detection optical system, and a D ′ detection optical system may be used. Further, in the comparison calculation unit 18 in the calculation processing unit 8, the A detection optical system, A
'By calculating the detection luminance ratio between the detection optical system and the detection optical system, it is possible to determine whether or not the directivity of the scattered light is strong and determine whether only the edge 403 or the defect 402 is included.

次に、本実施の形態を、図24に示す結像検出光学系に適用する場合について図39を
用いて説明する。フーリエ変換面に図40に示す空間フィルタ407をウェハエッジ法線
方向に空間フィルタ遮光部408を設置した場合である。図36に示すように、ウェハエ
ッジ部403からの散乱光は、ウェハエッジ部403から法線方向に強い指向性を持って
分布する。このため、空間フィルタ407を挿入することによりエッジ部403からの散
乱光を遮光することになり、欠陥402からの散乱光を光電変換手段107で受光するこ
とが可能となる。本実施の形態では、ステージ15としてRθステージ(水平面内回転ス
テージ)を備えた場合を示している。この場合、検出光学系とレーザ光などの照明光によ
り照射されたウェハエッジの方向は、オリフラも含めて相対的に常に一定している。その
ため、集光光学系においては使用する検出光学系5b、5cの位置を、また、結像光学系
においては空間フィルタ407により遮光する方向を変更せず一定で良い。
Next, the case where this embodiment is applied to the imaging detection optical system shown in FIG. 24 will be described with reference to FIG. This is a case where the spatial filter 407 shown in FIG. 40 is installed on the Fourier transform plane and the spatial filter light-shielding portion 408 is installed in the wafer edge normal direction. As shown in FIG. 36, the scattered light from the wafer edge portion 403 is distributed with a strong directivity from the wafer edge portion 403 in the normal direction. Therefore, by inserting the spatial filter 407, the scattered light from the edge portion 403 is shielded, and the scattered light from the defect 402 can be received by the photoelectric conversion means 107. In the present embodiment, a case where an Rθ stage (horizontal rotation stage) is provided as the stage 15 is shown. In this case, the direction of the wafer edge irradiated with the detection optical system and illumination light such as laser light is always relatively constant including the orientation flat. Therefore, the positions of the detection optical systems 5b and 5c used in the condensing optical system may be constant without changing the light shielding direction by the spatial filter 407 in the imaging optical system.

また、ステージ15としてXYステージのみにより構成した場合には、ウェハのエッジ
方向に合わせて使用する検出光学系5b、5cを変える、或いは空間フィルタ407を観
点させる等の工夫が必要となる。以上説明したように、上記実施例によれば、ウェハエッ
ジ近傍の異物も高感度に検出できるため、エッジ周辺部に異物を付着させやすい工程の不
具合を即時に発見することにより、高歩留まりを達成することが可能となる。
Further, when the stage 15 is constituted only by the XY stage, it is necessary to devise such as changing the detection optical systems 5b and 5c used in accordance with the edge direction of the wafer, or making the spatial filter 407 a viewpoint. As described above, according to the above-described embodiment, foreign matter in the vicinity of the wafer edge can be detected with high sensitivity. Therefore, a high yield can be achieved by instantly finding a defect in a process that easily attaches foreign matter to the peripheral portion of the edge. It becomes possible.

1a、1b…照明光学系、2…光源、3…光路切替機構、4a〜4d、4c‘…反射ミ
ラー、5…検出光学系、5a…高角度検出光学系、5b…低角度検出光学系、5c…中角
度検出光学系、6、6a〜6i…集光レンズ、7、7a〜7i…光電変換器(フォトマル
)、8…演算処理部、9…全体制御部、10…被検査物(ウェハ)、11…斜方照明光、
12…落射照明光、12a…垂直照明光、12b…疑似垂直照明光、14…ステージコン
トローラ、15…ステージ、16、16a〜16i…A/D変換部、17、17a〜17
i…記憶部、18…比較演算部(比較判定部)、21…基板、22…絶縁膜(SiO2
)、23…スクラッチ、23a…小スクラッチ、23aa…タイヤ痕、23ab…ディン
プル痕、23ac…面荒れ、23b…大スクラッチ、23c…巨大スクラッチ、24…異
物、20、50…弁別線(閾値)、31…記憶装置、32…入力手段、33…表示装置、
34…ネットワーク、40…画面、41…スクラッチ弁別輝度分布グラフ、42…大スク
ラッチ弁別輝度分布グラフ、43…欠陥マップ上対応座標検索、44…弁別結果の表示ウ
インドウ(ヒストグラフ表示)、51…基板設置台、104…CCDカメラ、105…ビ
ームスプリッタ、106…レンズ、107…CCDカメラ、108(6)…レンズ、20
8…空間フィルタ、300…光源、302…ハーフミラー、303…レンズ、304…ビ
ームスプリッタ、305…位相遅れフィルタ、306…位相進みフィルタ、307…フォ
トマルB、308…差信号処理部、309…弁別処理部、310…フォトマルA。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Illumination optical system, 2 ... Light source, 3 ... Optical path switching mechanism, 4a-4d, 4c '... Reflection mirror, 5 ... Detection optical system, 5a ... High angle detection optical system, 5b ... Low angle detection optical system, 5c: Medium angle detection optical system, 6, 6a to 6i ... Condensing lens, 7, 7a to 7i ... Photoelectric converter (photomal), 8 ... Arithmetic processing unit, 9 ... Overall control unit, 10 ... Inspected object ( Wafer), 11 ... oblique illumination light,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Epi-illumination light, 12a ... Vertical illumination light, 12b ... Pseudo vertical illumination light, 14 ... Stage controller, 15 ... Stage, 16, 16a-16i ... A / D conversion part, 17, 17a-17
i: storage unit, 18: comparison operation unit (comparison determination unit), 21 ... substrate, 22 ... insulating film (SiO 2 film), 23 ... scratch, 23a ... small scratch, 23aa ... tire mark, 23ab ... dimple mark, 23ac ... rough surface, 23b ... large scratch, 23c ... huge scratch, 24 ... foreign matter, 20, 50 ... discrimination line (threshold), 31 ... storage device, 32 ... input means, 33 ... display device,
34 ... Network, 40 ... Screen, 41 ... Scratch discrimination luminance distribution graph, 42 ... Large scratch discrimination luminance distribution graph, 43 ... Coordinate search on defect map, 44 ... Discrimination result display window (histogram display), 51 ... Substrate installation 104, CCD camera, 105 ... Beam splitter, 106 ... Lens, 107 ... CCD camera, 108 (6) ... Lens, 20
8 ... Spatial filter, 300 ... Light source, 302 ... Half mirror, 303 ... Lens, 304 ... Beam splitter, 305 ... Phase delay filter, 306 ... Phase advance filter, 307 ... Photomal B, 308 ... Difference signal processing unit, 309 ... Discrimination processing unit, 310.

Claims (4)

試料表面の検査領域に対して照明光を照射する照明系と、
前記照明系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する散乱光を検出する検出系と、
前記検出系により検出された該散乱光に基づく信号を処理する処理系とを備え、
前記照明系は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明光学系と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明光学系とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明光学系とを備え、
前記検出系は、前記第一の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光および前記第二の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光が検出可能であり、
前記処理系は前記検出系により検出された前記散乱光の信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記一の欠陥と判定された前記一の欠陥を示す座標、または前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数、に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うことを特徴とする欠陥検査装置。
An illumination system for irradiating illumination light to the inspection area of the sample surface;
A detection system for detecting scattered light that is illuminated by the illumination system and scattered from an inspection region of the sample surface;
And a processing system for processing a signal based on the scattered light detected by the detection system,
The illumination system includes a first illumination optical system that illuminates illumination light from above the sample surface with respect to an inspection region on the sample surface, and the first illumination optical system with respect to the inspection region on the sample surface. A second illumination optical system that illuminates illumination light from different elevation angles,
The detection system includes a first scattered light that is illuminated by the first illumination optical system and scattered from the inspection region on the sample surface, and a first light that is illuminated by the second illumination optical system and scattered from the inspection region on the sample surface. Two scattered lights can be detected,
In the processing system , a defect candidate whose distance between coordinates is equal to or less than a predetermined value among a plurality of defect candidates determined as defect candidates based on the scattered light signal detected by the detection system is one defect. Discriminating deep scratch defects based on the linking process determined as, and the coordinates indicating the one defect determined as the one defect or the number of coordinates of a plurality of defect candidates determined as the one defect A first discrimination process and a second discrimination process for discriminating shallow scratch defects based on a ratio between the detection signal of the first scattered light and the detection signal of the second scattered light are performed. Defect inspection equipment.
請求項記載の欠陥検査装置であって、
前記処理系では、前記連結処理を複数回行うことを特徴とする欠陥検査装置。
The defect inspection apparatus according to claim 1 ,
In the processing system, the defect inspection apparatus characterized by a plurality of times the connection process.
試料表面の検査領域に対して照明光を照射する照明工程と、
前記照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する散乱光を検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された該散乱光に基づく信号を処理する処理工程とを備え、
前記照明工程は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明工程と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明工程とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明工程とを備え、
前記検出工程は、前記第一の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光を検出する第一の検出工程と、前記第二の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光を検出する第二の検出工程とを行い、
前記処理工程は前記検出工程により検出された検出信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記一の欠陥と判定された当該一の欠陥の大きさまたは前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うことを特徴とする欠陥検査方法。
An illumination process for irradiating illumination light to the inspection area of the sample surface;
A detection step of detecting scattered light that is illuminated by the illumination step and scattered from the inspection area of the sample surface;
And a processing step of processing a signal based on the scattered light detected by the detecting step,
The illumination step includes a first illumination step of illuminating illumination light from above the sample surface with respect to the inspection region of the sample surface, and an elevation angle different from the first illumination step with respect to the inspection region of the sample surface A second illumination step of illuminating illumination light from the direction,
The detection step includes a first detection step of detecting first scattered light that is illuminated by the first illumination step and scattered from an inspection region of the sample surface, and the sample surface that is illuminated by the second illumination step. And a second detection step of detecting second scattered light scattered from the inspection region of
Determined as the processing factory, out of the plurality of defect candidates is determined to defect candidate based on a detection signal by the detecting step, the distance between the coordinate is one of the defects of the following defects candidates predetermined value And a first discrimination process for discriminating a shallow scratch defect based on a ratio of the detection process of the first scattered light and the detection signal of the second scattered light, and the one defect. A defect inspection method comprising: performing a second discrimination process for discriminating deep scratch defects based on the size of the one defect or the number of coordinates of a plurality of defect candidates determined as the one defect .
請求項記載の欠陥検査方法であって、
前記処理工程では、前記連結処理を複数回行うことを特徴とする欠陥検査方法。
The defect inspection method according to claim 3 ,
In the processing step, a defect inspection method and performing a plurality of times the connection process.
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