JP5604402B2 - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を高感度かつ高速に検査する表面欠陥検査方法および検査装置に関する。

半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。従来技術としては特開平9-304289号公報（特許文献1）、特開2000-162141号公報(特許文献2)が知られている。微小な欠陥を検出するために試料表面上に数十μmに集光したレーザビームを照射して，欠陥からの散乱光を集光・検出している。

特開平9-304289号公報 特開平2000-162141号公報

近年LSI配線は急激に微細化しており、検出すべき欠陥のサイズは光学式検査の検出限界に近づいている。半導体ロードマップによると2007年現在では65nmノードのLSIの量産が開始されようとしており、DRAM1/2ピッチの半分程度の大きさを有するの欠陥を検出する能力が必要とされている。

欠陥に対してレーザで照明を行った時に発生する散乱光の大きさIは、欠陥の粒径をdとすると、I∝d^6の関係があることが知られている。つまり欠陥サイズが小さくなると、発生する散乱光は急速に減少する。発生する散乱光を大きくする方法として、照明波長の短波長化、レーザの高出力化、レーザ照明スポットの縮小などが存在する。短波長化による検出感度向上に関して説明する。照明波長をλとすると、散乱光の大きさIとの間には、I∝λ^(−4) の関係がある。つまり、照明波長を短くすることで、発生する散乱光を大きくすることができ、検出感度の向上に効果がある。しかし、照明波長を短くすることで、一般的に物体の吸収係数が大きくなり、試料表面での上昇温度が大きくなる。

レーザの高出力化による検出感度向上に関して説明する。散乱光の大きさはレーザ出力の大きさとほぼ比例の関係にあり、レーザを高出力化することで散乱光を大きくできる。しかし照明を短波長化した時と同様に試料表面での温度上昇が増加し、高出力化における現状以上の検出感度上昇は期待できない。

照明スポットの縮小による検出感度向上に関して説明する。照明スポットの縮小により、ウエハラフネス(表面の微小凹凸)からの散乱光を小さくすることができ、ノイズを小さくするという観点で検出感度を向上させることができる。しかし、ビームスポットの縮小によって単位面積あたりのレーザ照度が増加するため、試料表面での温度上昇が増加する。

以上のように、従来手法の延長では温度上昇による試料へのダメージがネックとなり、これ以上の検出感度向上は厳しい。本発明は、試料表面の温度上昇を抑えて検出感度を向上させる欠陥検査方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、線状照明で試料に照明を行い、ステージの送り量に対し照野長を長くすることで、一度の検査で被検査試料の概略同一領域を複数回照明し、該複数の散乱光を加算することで検出感度を向上させることを提案するものである。
線状照明を行うことで、2つ以上の欠陥が照明範囲内に同時に存在するというケースが増加することは考えられる。複数画素を有するセンサを利用し、照明範囲を分割して検出することでそれぞれの欠陥を独立に検出することができる。
一度の検査で得られた複数の散乱光に対し、アナログ回路で増幅・ノイズ除去などの適切な処理を施し、信号処理部で被検査試料の概略同一領域から発生した散乱光を加算することで欠陥の検出感度を向上させる。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）試料表面の欠陥検査方法であって、前記試料表面の同一領域にレーザビームを複数回照射する工程と、前記同一領域からの散乱光をそれぞれの回において検出する工程と、前記検出された複数の信号を加算する工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法である。これにより試料表面の温度上昇を抑えつつ検出感度を向上させることができる。
（２）（１）記載の欠陥検査方法であって、前記試料表面の同一領域にレーザビームを複数回照射する工程では、前記試料表面で線状となるようにレーザビームを照明し、前記線状照明領域の長手方向に、前記線状照明領域の長手方向の長さよりも短いピッチで、前記線状照明領域を移動させることで同一領域への複数回照射をすることを特徴とする欠陥検査方法である。これにより、良好なスループットを維持しつつ、同一領域への複数回照射・検出が可能となり、検出感度の向上を図ることができる。
（３）試料表面を検査する欠陥検査装置であって、前記試料を保持するステージと、前記試料にレーザビームで線状照明を行う照明光学系と、前記試料における線状照明領域から散乱された光を検出する検出光学系と、前記検出光学系で検出された散乱光を電気信号に変換する検出ユニットと、を備え、前記照明光学系は、前記試料表面上の線状照明領域の長手方向に、前記線状照明領域の長手方向の長さよりも短いピッチで前記レーザ光を移動させることで、前記試料表面上の同一領域を複数回照射するように構成されていることを特徴とする欠陥検査装置である。
（４）（３）記載の欠陥検査装置であって、さらに、前記試料表面上の同一領域から散乱された光を加算する信号処理部を有することを特徴とする欠陥検査装置である。

本発明によれば、試料表面の温度上昇を抑えて検出感度を向上させる欠陥検査方法及び装置を提供することができる。

本発明である試料表面検査装置の概略構成図である。 結像系の詳細な説明図である。 照明光学系、検出光学系が異なる仰角方向に存在する場合の概略構成図である。 検出光学系が異なる方位角方向に存在する場合の概略構成図である。 同一欠陥に対して、複数回照明を行う検査方法の説明図である。 SN比の定義の説明図である。 照野内に複数の欠陥が存在する場合に、フォトダイオードアレイを用いることで欠陥からの散乱光を分離して検出する例の説明図である。 照明強度分布がガウス分布である場合の、欠陥が通過する位置と発生する散乱光の大きさの関係を説明図である。 照明強度分布が均一分布である場合の、欠陥が通過する位置と発生する散乱光の大きさの関係を説明図である。 一つの光源から発振されたレーザビームを複数に分割し、それらを半径方向に並べて照明することで長い照明を行う場合の照明光学系の説明図である。 複数の方位角方向に設置された検出光学系にフォトダイオードアレイが使用された場合の信号加算方法の説明図である。 複数の方位角方向に設置された検出光学系にフォトダイオードアレイとPMTが使用された場合の信号加算方法の説明図である。 受光部の感度が異なる場合の検出光量の説明図である。 一回転前の検出情報に基づきセンサ感度を補正する方法の説明図である。 同一欠陥に対して複数回検出された信号の座標マージ方法の説明図である。 従来技術での走査方法と本発明での走査方法の違いを説明している図である。 本検査装置での欠陥検出処理フローである。 GUIの一例を示す図である。

本発明の実施形態の一例を図1で説明する。図1は概略、照明光学系101、検出光学系102、ウエハステージ103および回路・信号処理部から構成される。該照明光学系101ははレーザ光源2、ビームエキスパンダ3、ホモジナイザ4、ミラー5・6、シリンドリカルレンズ7より構成される。レーザ光源2から射出されたレーザビーム100はビームエキスパンダ3でビーム径を所望の大きさに調整され、ホモジナイザ4で均一照度分布へ変換され、シリンドリカルレンズ7でウエハ1の被検査領域に線状照明を行う。

ここで、レーザ光源2は、紫外または真空紫外のレーザビームを発振するレーザ光源を用いればよい。
また、ホモジナイザ4は、照明強度を均一にする目的で使用しているが、例えば回折光学素子やフライアイレンズを使用することで照度分布を均一にしても構わない。さらには、ホモジナイザ4を使用せずに照明を行っても構わない。ホモジナイザを省略することでレーザビーム強度の減衰を抑え、強い照度で照明を行うことができる。
また、シリンドリカルレンズ7は、線状照明を行うために用いているものであるが、例えば複数のプリズムから構成されるアナモフィック光学系を用い、光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみに関してビーム径の変化させ、集光レンズを使って試料に線状照明を行っても構わない。アナモフィック光学系を用いた場合は、光軸調整が容易になる点で有効である。

検出光学系102は、結像系8と、フォトダイオードアレイ9から構成される。該検出光学系102を詳細に示したものを図2に示す。検出光学系102は集光レンズ21、イメージインテンシファイア22、結像レンズ23およびフォトダイオードアレイ9で構成され、照野20から散乱される光を集光レンズ21で集光し、イメージインテンシファイア22で散乱光を増幅させ、結像レンズ23を介してフォトダイオードアレイ9に結像する。

ここで、イメージインテンシファイア22は、散乱光を増幅して微弱な散乱光を検出可能にする目的で使用しているが、イメージインテンシファイアを使わずとも例えばEM-CCDやマルチアノードPMTなどのセンサ自体が高い増幅率を有するものを使用しても構わない。これらを用いた場合、装置のスリム化が図れる点で有効である。
また、フォトダイオードアレイ9は、散乱光を受光し光電変換するために用いるものであり、TVカメラ、CCDリニアセンサ、TDI、フォトダイオードアレイ、マルチアノードPMTなどを使用しても構わない。例えば二次元センサを用いることで、広い領域を一度に検査することが可能になる。

このフォトダイオードアレイ9は受光光量に応じた電気信号を発生させ、その電気信号はアナログ回路51で必要な増幅、ノイズ処理、アナログ−デジタル変換を施され、信号処理部52で概略同一領域から散乱された複数の光信号の加算および欠陥判定が行われ、CPU53を介して、マップ出力部54で欠陥マップを表示する。

ウエハステージ103はウエハ1を保持するチャック（図示せず）、ウエハを回転させるための回転ステージ10およびウエハを半径方向に移動させるための併進ステージ11から構成される。該ウエハステージ103は回転走査および併進走査を行うことによって、試料全面を螺旋状に照明する。また所望の領域を照明できるように、ステージ制御部55で回転速度、併進速度を制御する。

以上のように本発明の特徴の一つは、試料表面に線状照明を行い、試料を回転させながら照明長手方向と概略同じ方向に移動させることで、試料全面を螺旋状に照明し、検出散乱光に基づき表面欠陥の検査を行うことである。

図1では照明光学系、検出光学系が一つずつある例で説明を行ったが、図3のように試料に対して低い仰角から照明を行う斜方照明光学系101a、試料に対し概略垂直方向から照明を行う垂直照明光学系101b、また試料に対し低い仰角で検出を行う低角度検出光学系102a、試料に対し前記低角度検出光学系より高い仰角で検出を行う高角度検出光学系102bのように照明光学系、検出光学系が複数あっても構わない。

斜方照明光学系101aはレーザ光源2、ビームエキスパンダ3、ホモジナイザ4、ミラー5・6a、シリンドリカルレンズ7aより構成され、垂直照明光学系101bも同様にレーザ光源2、ビームエキスパンダ3、ホモジナイザ4、ミラー6b、シリンドリカルレンズ7bより構成される。これらの構成については、図１の実施の形態において前記した省略、置換が同様に可能であることは言うまでもない。
ここで、ミラー5は、レーザビーム100の進路方向を変更することができ、斜方照明光学系101a、垂直照明光学系102bの2つを必要に応じて切り替えることが可能である。

斜方照明光学系と垂直照明光学系の使い分けについては、斜方照明光学系を用いることで検出感度を向上させることが可能であり、該垂直照明光学系を用いることで欠陥の分類性能を向上させることが可能であるため、用途に応じて適宜使用すればよい。

低角度検出光学系102aは結像系8a、フォトダイオードアレイ9aから構成され、該高角度検出光学系102bは同様に結像系8b、フォトダイオードアレイ9bから構成される。結像系8aは集光レンズ、イメージインテンシファイア、結像レンズで構成され(図示せず)、結像系8bも同様である。なお、これらの構成については、図１の実施の形態において前記した省略、置換が同様に可能であることは言うまでもない。

フォトダイオードアレイ9a、9bはそれぞれ受光光量に応じた電気信号を発生させ、その電気信号はアナログ回路51a、51bで必要な増幅、ノイズ処理、アナログ−デジタル変換を施され、信号処理部52で概略同一領域から散乱された複数の光信号の加算および欠陥判定が行われ、CPU53を介して、マップ出力部54で欠陥マップを表示する。

低角度検出光学系と高角度検出光学系の使い分けについては、概略同時に概略同一場所を異なった仰角で検出するので、それぞれのセンサの感度を調整し、同検査において使用することで検出粒径のダイナミックレンジを広げることが可能になる。
また、これらの照明光学系、検出光学系の組合せを利用することで欠陥分類の精度を向上させることが可能になる。例えば凸欠陥に対しては、斜方から照明を行った時に低角度検出光学系で大きな散乱光を検出することが可能であり、凹欠陥に対しては、垂直方向から照明を行った時に高角度検出光学系で大きな散乱光を検出可能である。

図3では異なる仰角方向に検出光学系が存在する例で説明を行ったが、図4のように異なる方位角方向に複数の検出光学系が存在しても構わない。すなわち、図4は本発明の実施形態を上方からの視点で表した図であり、ウエハ1、照明光学系101、検出光学系102c〜102hを示している。検出光学系102c〜102hはそれぞれ結像系8c〜8hおよびフォトダイオードアレイ9c〜9hで構成される。検出信号はアナログ回路で必要な増幅、ノイズ処理、アナログ−デジタル変換を施され、信号処理部で概略同一領域から散乱された複数の光信号の加算および欠陥判定が行われ、CPUを介してマップ出力部で欠陥マップを表示する（図示せず）。ここで、検出光学系の構成に関し、結像系8c〜8hはそれぞれ集光レンズ、イメージインテンシファイア、結像レンズで構成される(図示せず)。

このように、複数方位角に存在する検出光学系を用いると、欠陥の大きさや形状・試料の膜種や表面粗さによって発生する散乱光の角度特性が変化する場合に、ノイズが小さく、欠陥からの散乱光を多く検出できる検出光学系を選択して検査することができるため、検出感度を向上させることが可能となる。

検出光学系の配置について、図４では異なる方位角方向に6個の検出光学系を配置している例を挙げたが、検出光学系の個数は6個である必要はなく、配置する方位角方向に制限もない。また、概略同じ仰角に複数の検出光学系が配置されている必要もない。さらに概略同じ方位角に検出器が配置されている必要もない。

本発明では線状照明を行い走査を行うことで同一欠陥に対して複数回の照明を行うことを一の特徴としている。まずは従来の検査方法に関して説明を行い、次に本発明での検査方法に関して説明を行う。

ステージは回転しながら半径方向(R方向)に概略一定速度で併進しており、概略一回転した時点で半径方向に進む距離を送りピッチと呼ぶ。回転・併進を行うことで試料全面を螺旋状に走査するのだが、従来技術では照野の半径方向への長さは送りピッチ長に対し概略同じであり、一つの欠陥に対して一度しか照明を行わないことが多い。

本発明では線状照明を行い、照野長を送りピッチ長より長くすることで同一欠陥に対して複数回照明を行う。
図5は照野20の長さが送りピッチ26の4倍の長さであり、欠陥25に対し4回照明を行った場合の説明図であり、これを用いて複数回照明の説明を行う。時刻t1に欠陥25に対し一回目の照明を行う。時刻t2でウエハが概略一回転し、照野は概略送りピッチ26の距離だけ半径方向に進み、欠陥25を再度照明する。以後時刻t3、時刻t4でウエハが概略一回転し、欠
陥25に対し照明を行う。つまり図5の場合では欠陥25を4回照明することができ、該検出された光はアナログ回路または信号処理部で加算処理を行われる。なお、照明回数は4回である必要はなく、複数回照明であれば何回でも構わない。

本発明で行っている複数散乱光の加算によって、検出感度が向上する理由を説明する。
図6でSN比の定義を行い、それを用いて検出感度が向上する理由の説明を行う。図6のグラフの縦軸は検出光量を示しており、横軸は時間を示している。照野内に欠陥が存在しなくても、常に試料表面に照明を行うため、ウエハラフネスの凹凸の大きさに応じて発生する散乱光30を検出し続ける。そのウエハラフネスからの散乱光の大きさの平均値をN₀とすると、センサ受光面における光電変換で発生する揺らぎのために検出光量は√N₀の振幅で変動し、これがノイズとなる。照野内に欠陥が侵入した場合には欠陥から散乱光31が発生する。N₀を基準とした場合の欠陥からの散乱光の大きさをS₀とすると、SN比は「S₀／√N₀」で定義される。
同一欠陥からの散乱光をn回加算することで、欠陥からの散乱光は、S₀→n×S₀に、ウエハラフネスからの散乱光はN₀→n×N₀に増加する。つまりSN比は「n×S₀／√(n×N₀)」になり、検出感度は√n倍に向上することになる。

照野長に関しては、送りピッチに対して長くすること、つまり線状照明を生成することで同一欠陥に対し複数回照明を行うことが有効である。なお、スループットの低下を招くが、照野長は長くせずに送りピッチを短くすることで、同一欠陥を複数回照明することも可能である。

図7のようにフォトダイオードアレイを使用し照野を分割して検出することで、2つ以上の欠陥に対し同時に照明を行った場合でもそれぞれの散乱光を独立に検出することが可能になる。フォトダイオードアレイの受光部が35a、35b、35c、35dの四つある場合で説明する。
欠陥25a、欠陥25bに対し、照野20で同時に照明を行った場合、結像系8によって、フォトダイオードアレイ9の受光部35a、35dで分割して検出することが可能となる。また照野を分割して検出することで、ウエハラフネスからのノイズを低減することが可能になり、検出感度向上にも効果が期待できる。

以上、本発明での検査方法に関して説明を行ったが、その主な特徴点は、線状照明で概略同一領域を複数回照明し、複数の散乱光を加算することで検出感度を向上させることである。照明波長の短波長化を行わなくても検出感度の向上が可能であり、同様にレーザ出力の高出力化、照野の縮小といった手法を使わなくても検出感度の向上が可能である。つまり、本実施の形態によれば試料へのダメージを抑え、かつ検出感度も向上させることが可能となる。

ここで、照明光学系に関しては、レーザビームの強度分布は一般的にガウス分布を有しているが、本発明では均一強度分布で照明を行っても構わない。
例えば、図8のように照野20aの強度分布がガウス分布40aを有している場合には、照野20aで欠陥25aを照明すると散乱光41aが発生し、欠陥25bを照明すると散乱光41aより大きな散乱光41bが発生する。図9のように照野20bの強度分布が均一分布40bを有している場合には、照野20bで欠陥25a、欠陥25bのどちらを照明しても、ともに概略同じ大きさの散乱光41cが発生する。
ウエハステージは検査中には高速回転を行っており、また高さ方向・半径方向に対して振動も発生するため、試料の高さ変動やうねりの発生頻度は高く、欠陥と照野の位置関係にずれが生じることは多いが、照明強度が均一分布であれば照明位置のずれによる検出散乱光量の変動を小さくすることができ、欠陥検出感度・座標精度に関して、再現性・安定性が向上すると考えられる。

照明光学系に関しては、ビームエキスパンダ、シリンドリカルレンズを用いて線状照明を生成するだけでなく、ウォラストンプリズムを用いてレーザビームを分割し、分割されたレーザビームを半径方向に並べて照明することで長い照野を生成し、試料表面に照明を行っても構わない。
図10を用いてレーザビーム分割方法を説明する。レーザ光源2から発振されたレーザビーム100は一般的に直線偏光となっているため、ビームエキスパンダ3、ホモジナイザ4を通過した後に、1/4波長板42aで円偏光にし、ウォラストンプリズム43で互いに直交する2本の直線偏光ビームに分割する。該分割されたレーザビームは1/4波長板42bで再度円偏光にされ、集光レンズ44によって該試料表面を照野20c、20dで照明する。このように照野を複数生成し、照野を並べて照明することで、上記した長い照野を生成しても構わない。

このように分割された二つの照野間の距離は、自由に調節することが可能であり、ビームを重ねて照明を行っても、離して照明を行っても構わない。それによって、概略同一領域を照明する回数を調節することが可能になる。
分割されたレーザビームの強度は、レーザビーム100の直線偏光の振動方向と1/4波長板42aの遅相軸がなす角度を調節することで円偏光の楕円率・楕円長軸の方位角を調節することができ、該楕円率・楕円長軸方位角の調節によってウォラストンプリズム43で分割された該照野20c、20dの照明強度を任意で調整することができる。これによって検出可能な欠陥のダイナミックレンジを拡大することが可能になる(本明細書にて後述する)。なお、照野20c、20dの強度は概略同一でも、異なる強度にしても構わない。

レーザビームの分割数に関しては、図10ではレーザビームを2つに分割した例で説明を行ったが、1/4波長板42bと集光レンズ44の手前にウォラストンプリズムと1/4波長板の組合せを複数配置し、レーザビームを4つ、8つ、またはそれ以上のビームに分割しても構わない。また複数の照野間の距離も調整することで照明範囲の長さを調整することができ、該複数のレーザビーム強度も自由に調節可能である。
さらに、分割されたレーザビームを概略同一方向から並べて照明するだけでなく、例えば斜方照明光学系、垂直照明光学系で同時に照明を行い、二つの照野を並べて照明を行っても構わない。これによって一回の検査で同一欠陥が概略垂直・斜方から照明されることになり、検出仰角・検出方位角方向の違いを利用することで欠陥分類性能の向上を図ることができる。

次に、検出光学系の散乱光加算方法に関して、異なる方位角方向に検出光学系がある場合の一例を示す。図11(a)のように検出光学系102c、102dの2つの検出光学系が存在する場合を例に説明する。
図11(b)は照野、フォトダイオードアレイ受光部、アナログ回路の拡大図である。フォトダイオード9cで照野20を分割検出し、各受光部での検出信号は回路45a〜45dで増幅、ノイズ除去を施される。同様にフォトダイオード9dで照野20を分割検出し、各受光部での検出信号は回路46a〜46dで増幅、ノイズ除去を施される。加算部47a〜47dにおいて被照明部の概略同じ領域からの散乱光を検出している受光部の出力同士を加算する。回路45aの出力と回路46aの出力が被照明部における概略同じ領域の信号であるため、加算部47aにて加算する。同様に回路45bの出力と回路46bの出力、回路45cの出力と回路46cの出力、回路45dの出力と回路46dの出力、それぞれが被照明部における概略同じ領域の信号であるため、加算部47b〜47dで加算し、検出感度を向上させる。
なお、ここではフォトダイオードアレイの受光部数が4つの場合を挙げたが、これに限られるものではなく、いくつ設けても構わない。また、フォトダイオードアレイ9cとフォトダイオードアレイ9dの受光部数は同じである必要もない。異なる受光部数とする場合は概略同じ領域を検出している受光部同士の信号を加算する。
さらに、検出光学系の個数については、ここで例示した2つである必要はなく、複数の方位角・仰角方向に多数存在しても構わない。検出光学系が複数存在する場合には各検出光学系において概略同じ領域を検出している受光部同士の信号を加算する。

次に、検出光学系が異なる方位角方向に存在する場合の散乱光加算方法について、図12(a)の検出光学系104のようにセンサとして光電子増倍管(PMT)が使用されている検出光学系が存在している場合の一例を示す。検出光学系104は集光レンズ60、ピンホール61、PMT62で構成される。検出光学系104にはピンホール61を使用することで検出範囲を縮小し、ノイズを低減する。
図12(b)は照野、フォトダイオードアレイ、PMT、アナログ回路の拡大図である。PMT62での検出信号は回路63で増幅、ノイズ除去を施される。回路63の出力と回路45cの出力は被照明部の概略同じ領域の信号であるため、加算部64にて加算することで検出感度を向上させる。回路45a、45b、45dの信号は加算せずに使用する。

ここで、PMTは応答速度が速く、またポイントセンサであるためデータ量も少ない特徴を有し、高い検出感度が求められていない場合に、部分的にPMTを使用することで検査速度を向上させることが可能になる。
また、検出光学系の個数に関しては、ここで例示した2つである必要はなく、複数の方位角・仰角方向に多数存在しても構わない。またフォトダイオードアレイが使用されている検出光学系とPMTが使用されている検出光学系の比率が1：1である必要もない。
さらに、検出光学系の配置について、フォトダイオードアレイを使用している検出光学系とPMTを使用している検出光学系を配置する方位角に制限はないが、フォトダイオードアレイの少なくとも一つは照明方向と概略平行な位置に配置されていることが望ましい。

次に、検査方法に関しては、本発明では同一欠陥に対して複数回照明を行うため、同一欠陥に対し2回目以降に照明を行う時は以前の検出信号をフィードバックすることができる。その一例として、センサ感度を補正することでダイナミックレンジを拡大するケースの説明を行う。
図13(a)、13(b)は縦軸に検出光量、横軸に時間をとったグラフである。図13(a)の場合では、検出光量70は飽和せずに検出できている。図13(b)の場合では検出光量71は飽和してしまい、正確な散乱光量を測定できない。欠陥判定におけるサイズ判定は検出光量の大きさに基づいて行われるため、飽和させずに散乱光を検出することは重要である。
検出光量の飽和を防ぐ方法に関して、図14(a)、14(b)を用いて説明する。欠陥25に対して照野20で1回目の照明を行った時に発生する散乱光は結像系8を介しフォトダイオードアレイ9の受光部35aで検出する。その時の検出光量が図13(b)のように飽和していた場合はセンサ感度を下げて、2回目の照明を行う。2回目の照明では欠陥25からの散乱光はフォトダイオードアレイ9の受光部35bで検出し、図13(a)のように散乱光を飽和させずに検出することが可能となる。

ここで、センサ感度の補正方法に関しては、例えばイメージインテンシファイアやマルチアノードPMTの印加電圧を変化さる、センサの蓄積時間を変える、照明強度を変えて照明を行うといった方法を用いてセンサ感度を変化させることができる。なお、センサ感度の補正は、検査中に感度を適宜調整する例に限れられず、例えば検査開始前から、受光部毎に感度を変化させておく、またはセンサ感度自体が違うセンサをアレイ状にして使用することで事前に設定していても構わない。またウォラストンプリズムを用いてレーザビームを分割し、該分割されたレーザビームを並べて照明を行う場合には、異なる強度を有するレーザビームに分割し、この分割されたレーザビームを並べることで擬似的に照明強度分布の異なる線状照明を生成し、線状照明を行うことで受光部毎に検出感度を変化させることが可能となり、この手法を用いてセンサ感度補正を行っても構わない。

次に、信号処理部における散乱光の加算方法について、図15を用いて説明する。図15の縦軸がR（半径）方向、横軸がθ（回転）方向を示していて、座標112a〜112dは同一欠陥が検出された座標を示している。本発明では同一欠陥に対して複数回照明を行うため、1つの欠陥が照明回数と概略同じ回数検出されることになる。例えば、欠陥座標112aは1回目の照明時に検出された座標であり、112bは2回目、112cは3回目、112dは4回目の照明時に同一欠陥が検出された座標である。112a〜112dは同一欠陥の座標であるが、照明する度にステージ高さ、照明位置のずれ等の誤差が生じるため、欠陥が検出される座標はばらつくと考えられる。そこで、R方向に関して110aと110b、θ方向に関して110cと110dで、一定領域111を区切り、その範囲内で検出された信号を同一欠陥からの信号と判断し統合して処理する。統合処理の一例として、112a〜112dの欠陥座標の重心を取ることで、最終的な欠陥座標113とする。重心座標を最終的な欠陥座標にする以外には重み付けを行って、最終的な欠陥座標にしても構わない。検出毎に発生する座標ずれを平均化することで、座標の再現性向上が期待できる。
信号処理部における散乱光の加算方法については、図15の一定範囲111内において検出された複数の検出光量を加算することで、最終的な検出光量とし、この検出光量に基づいて欠陥サイズを判定する。なお、複数の検出光量を加算して最終的な検出光量にするだけではなく、複数の検出光量の平均値を取り、該検出光量の平均値を最終的な検出光量としても構わない。大きな検出光量である場合には加算を行わず、平均化することで検出光量のばらつきを低減し、欠陥サイズ判定の再現性・安定性を向上させることが可能になる。ここで、図15では4回しか欠陥が検出されていない例を示したが、何回検出しても構わない。

次に、本発明の検査方法の一例について、図16を用いて説明する。
従来技術では図16(a)のように螺旋状に走査を行い、最外周部まで照野が到達すると試料の検査は終了する。本発明では図16(b)のように最外周部まで照野が到達すると、半径方向へのステージ移動をストップさせ、同心円状に走査する。これによって、外周部でも内周部と同様に概略同一領域を複数回照明することが可能になり、外周部における検出感度低下を防ぐことが可能になる。
ここで、照明回数は、外周部においては同心円走査を行うため照明回数を自由に設定することが可能である。内周部においては照野長と送りピッチの長さの関係で概略同一領域を照明できる回数は決定されるが、外周部における照明回数を内周部における照明回数と同じにする必要はなく、内周部における照明回数より多くしても構わない。

次に、欠陥検出処理フローについて、図17を用いて説明する。まずレシピ設定で照明方向・センサ感度などの検査条件を設定する（ステップ120）。その中に照野の長さ、送りピッチや、検出散乱光に対して行う処理方法を設定することも含まれる。ウエハ走査を開始し（ステップ121）、検出散乱光に対しレシピで設定した信号処理を行う（ステップ122）。該処理を施された信号に基づいて欠陥判定を行い（ステップ123）、欠陥マップを表示する（ステップ124）。

図18はGUIの一例である。検査終了後に表示される欠陥マップ130、検査前に検査モードを設定するサブウィンドウを構成要件とする。欠陥マップは検査時に取り込んだ欠陥信号と座標を基に表示される。検査モード131の選択は直接入力でもプルダウン選択でも可能である。一度の検査中で同一欠陥への照明回数が同じである必要はなく、例えば試料内周部では検査モードを標準モードに設定し(132)、試料外周部では高感度モードに設定できる(133)。例えば高感度モードでは、送りピッチを小さくし、照明回数を増やすことで、検出感度を向上させることが特徴である。

以上のとおり、本発明の実施の形態によれば、一度の検査で同一欠陥を複数回照明し、複数回発生する散乱光を加算することで検出感度を向上させることができる。また複数画素を有するフォトダイオードアレイを使用することで、スループットを落とさずに検査できる。また、本発明の実施の形態によれば、検出感度向上と高スループットを両立させることが可能な検査方法および検査装置を実現することができる。また、複数回照明、複数回検出される情報を利用することで、ダイナミックレンジ拡大や座標精度・欠陥サイズ判定精度の向上も可能となる。

1 ウエハ，2 レーザ光源，3 ビームエキスパンダ，4 ホモジナイザ，5 切替用ミラー、6・6a・6b ミラー，7・7a・7b シリンドリカルレンズ，8・8a〜8h 結像系，9・9 a〜9h フォトダイオードアレイ，10 回転ステージ，11 併進ステージ，20・20a〜20d 照野，21 集光レンズ，22 イメージインテンシファイア，23 結像レンズ，25・25a・25b 欠陥，26 送りピッチ，30 ウエハラフネスからの散乱光，31 欠陥からの散乱光，35a〜35d 受光部，40a ガウス分布，40b 均一分布，41a〜41c 検出光量の大きさ，42a・42b 1/4波長板，43 ウォラストンプリズム，44 集光レンズ，45a〜45d 回路，46a〜46d 回路，47a〜47d 加算部，51・51a・51b アナログ回路，52 信号処理部，53 CPU，54 マップ出力部，55 ステージ制御部，60 集光レンズ、61 ピンホール，62 光電子増倍管，63 回路，64 加算部，70 飽和していない検出光量，71 飽和した検出光量，100 レーザビーム，101・101a・101b 照明光学系， 102・102a〜102h 検出光学系， 103 ウエハステージ，104 PMTを使用した検出光学系，110a〜110d 領域境界，111 設定領域，112a〜112d 欠陥座標，113 統合欠陥座標、120〜124 処理フロー，130 欠陥マップ，131 検査モード，132 内周部での検査モード，133 外周部での検査モード

Claims (11)

1. 試料表面の欠陥検査方法であって、
   前記試料表面で線状となるようにレーザビームを照射し、前記試料を回転移動させつつ、前記試料が１回転する間に前記線状照射領域の長手方向の長さよりも短い長さ分だけ、前記線状となるようにレーザビームを照射した領域である線状照射領域の長手方向に前記試料を並進移動させることにより、前記試料表面の同一領域へ複数回照射する工程と、
   それぞれの回において、複数画素を検出可能な検出器により前記同一領域からの散乱光を検出する工程と、
   前記検出する工程で検出された複数の散乱光のうち、前記照射する工程により照射された前記試料表面の照射領域内の同一領域から散乱した散乱光を検出した検出器の受光部の出力同士を加算処理する工程と、を有し、
   前記試料が１回転する間に前記線状照射領域の長手方向に並進移動する距離である送りピッチは可変であることを特徴とする欠陥検査方法。
2. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   前記照射する工程では、前記試料表面の線状照射領域において照射強度がほぼ均一となるように調整して照射することを特徴とする欠陥検査方法。
3. 請求項１または２に記載の欠陥検査方法であって、
   前記検出する工程において、前記検出器として複数の画素を検出可能な検出器およびポイントセンサの両方を用いて前記同一領域からの散乱光を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
   前記照射する工程において、前記検出する工程により検出された散乱光の検出光量の大きさに基づいて、それ以降の照射時に用いる前記検出器の感度を調整する工程を有することを特徴とする欠陥検査方法。
5. 請求項４記載の欠陥検査方法であって、
   前記検出器の感度を調整する工程において、前記検出器の印加電圧を変化させる、または、前記検出器における散乱光の蓄積時間を変化させる、または、前記照射する工程における照射強度を変化させることを特徴とする欠陥検査方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
   前記加算処理する工程では、前記検出する工程において前記試料表面に対してそれぞれ異なる複数の方位角方向に配置された複数の検出器により検出された散乱光のうち、前記試料表面の照射領域内の同一領域から散乱した散乱光を検出した検出器の受光部の出力同士を加算処理することを特徴とする欠陥検査方法。
7. 請求項２記載の欠陥検査方法であって、
   前記照射する工程では、前記試料の送りピッチを変化させることで、照射回数を調節し、前記線状照射領域は、前記レーザビームを複数に分割し、これらを前記試料上において略同一方向に並べて照射することで形成することを特徴とする欠陥検査方法。
8. 試料表面を検査する欠陥検査装置であって、
   前記試料を保持し、前記試料を回転移動させつつ並進移動させるステージと、
   前記試料にレーザビームで線状照射を行う照射光学系と、
   それぞれの回において、前記試料における線状照射領域の同一領域から散乱された散乱光を、複数画素で検出可能な検出器により検出する検出光学系と、
   前記検出光学系で検出された散乱光を電気信号に変換して加算処理を行う検出ユニットと、を備え、
   前記ステージは、前記試料が１回転する間に前記線状照射領域の長手方向の長さよりも短い長さ分だけ、前記線状照射領域の長手方向に前記試料を並進移動させ、前記試料が回転している間、前記試料を前記線状照射領域の長手方向に並進移動させ続け、前記照明光学系は、前記試料が１回転する間に前記線状照射領域の長手方向の長さよりも短い長さ分だけ、前記線状照射領域の長手方向に前記試料を並進移動させることで、前記試料上の同一領域を複数回照射するように構成されており、
   前記ステージの並進移動の速さは可変であることを特徴とする欠陥検査装置。
9. 請求項８記載の欠陥検査装置であって、
   前記レーザビームは紫外光源または真空紫外光源から発振されたものであり、
   前記照射光学系は、前記試料上の前記線状照射領域において照射強度がほぼ均一となるように調整して照射し、
   前記照射光学系は、レーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを前記試料上に略同一方向に並べて照射するように構成されており、
   前記検出光学系の前記検出器は、複数の画素を検出可能な検出器およびポイントセンサの両方であることを特徴とする欠陥検査装置。
10. 請求項８または９記載の欠陥検査装置であって、
    前記検出器の感度は、前記検出光学系により検出された散乱光の検出光量の大きさに基づいて、前記検出器の印加電圧を変化させる、または、前記検出器における散乱光の蓄積時間を変化させる、または、前記照射光学系における照射強度を変化させることにより調整されることを特徴とする欠陥検査装置。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
    前記検出光学系の検出器は、前記試料の表面に対してそれぞれ異なる複数の方位角方向に複数設けられており、前記検出ユニットでは、前記試料の表面に対してそれぞれ異なる複数の方位角方向に複数設けられた検出器により検出された散乱光のうち、前記試料の表面の照射領域内の同一領域から散乱した散乱光を検出した検出器の受光部の出力同士を加算処理することを特徴とする欠陥検査装置。

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