JP5927010B2

JP5927010B2 - 検査装置

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Publication number: JP5927010B2
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Inventors: 神宮　孝広; 孝広神宮
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Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板上に生じた欠陥を検査する検査装置、及びこの検査装置に用いられる撮像素子に関する。

半導体製造工程では、半導体ウェハのウェハ表面に異物、傷等の欠陥が存在すると、ウェハ表面に形成した配線の絶縁不良や短絡等の不良原因になる。また、回路パターンの微細化に伴い、より微細な欠陥が、パターン素子であるキャパシタの絶縁不良や、ゲート酸化膜等の破壊の原因にもなる。同様に、回路パターンが形成される前の半導体ウェハ、いわゆるベアウェハのウェハ表面に生じた欠陥も、後に形成した回路パターンの電気特性に影響を与える。よって、半導体製造工程においては、その工程毎に、基板としての半導体ウェハ上に生じた欠陥を検出し、関係する製造工程へフィードバックすることが重要である。

このような半導体ウェハ等の基板上に生じた欠陥を検出するのが、いわゆる検査装置である。この種検査装置の一例として、光（検査光）を基板表面に照射し、その照射によって基板表面から発生する散乱光を検出し、その検出結果を基に基板上に生じた欠陥を検出する光学式検査装置が挙げられる。

この種検査装置を、例えば、半導体ウェハ上に生じた欠陥を検査する欠陥検査装置に適用する場合、用途の相違によって、研磨工程で表面の鏡面仕上げが施された鏡面ウェハ等のベアウェハ上に生じた欠陥を検査する表面検査装置と、回路パターンが形成されたパターン付きウェハ上に生じた欠陥を検査するパターン検査装置とに大別される。

検査装置は、これら表面検査装置、パターン検査装置いずれの場合も、基板上の光の照射を受けた照明スポットから発生する散乱光を光検出器によって検出し、検出量に応じた散乱光検出信号を得る構成になっている。その際、光検出器には、複数のセンサ画素を有する撮像素子が用いられる。また、検査試料である基板を移動及び/又は回転することによって、基板上で光の照射を受ける照明スポットを走査する構成になっている。

この種検査装置及び撮像素子の従来技術としては、特許文献１乃至４に記載の技術が挙げられる。

特開２０１１−１５８２６０号公報特表２００５−５２０１２３号公報特開２００９−４２１１３号公報特開２００９−２４４２５６号公報

ところで、検査装置においては、光検出器の撮像素子を形成する各センサ画素のセンサ出力、すなわち各画素出力は、信号と雑音との比を示すＳＮ比の値がより高い方が望ましい。その理由は、各画素出力のＳＮ比の値が高ければ、各センサ画素では、出力が小さくても、基板上に生じた、より微小な欠陥を検出することができるからである。

その一方で、検査装置においては、光検出器の撮像素子の各センサ画素のサイズ、すなわち各画素サイズは、欠陥の光学解像度（欠陥像サイズ）と同等であることが望ましい。その理由は、例えば、撮像素子が単センサ画素である場合、画素出力のＳＮ比が微小な欠陥を検出可能な高い値であっても、その画素サイズが欠陥の光学解像度に比して大き過ぎる場合は、照度分布をガウス分布にした照明スポットを重ね走査しなければ基板上における欠陥の位置を検出することができず、検査時間も増加するからである。

したがって、検査装置において、光検出器の撮像素子のそれぞれ画素サイズと欠陥像サイズとが同等の場合が、システム構成上、データ処理量を最小にすることができ、欠陥像が検出されている場合と欠陥像が検出されていない場合とで、基板上の光学解像度の検出像もＳＮ比も最大化することが可能になる。

しかしながら、光検出器の撮像素子の画素サイズと欠陥の光学解像度（欠陥像サイズ）とが同等の場合は、検査装置では、基板上の検査箇所としての照明スポットを基板上で直接的に移動して走査するのではなく、検査試料である基板を移動及び/又は回転することによって基板上を相対的に移動させて走査しているため、基板の移動及び/又は回転に伴い、撮像素子上でのセンサ画素に対する欠陥像の通過位置が走査方向に対して垂直方向に変化すると、その画素出力も変化し、欠陥の検出像のＳＮ比も変化してしまう。例えば、欠陥像の中心が撮像素子のセンサ画素の中央部と一致せず、このセンサ画素と隣接するセンサ画素との境界部に欠陥像の中心が一致しながら、欠陥像の一部のみがこのセンサ画素上を通過する場合、このセンサ画素の画素出力のＳＮ比は最大１／２に低下する。

そこで、このような場合は、互いに隣接するセンサ画素の画素出力を平均化することによって画素出力を求める隣接画素平均化処理を行うことによって、各センサ画素の画素出力のＳＮ比は１/（√２）に改善されるが、この処理では欠陥の光学解像度を１／２にしてしまい、解像した欠陥のサイズは実際のサイズの２倍になってしまう。

したがって、光検出器の撮像素子の画素サイズと欠陥像サイズとを同等にしても、照明スポットの基板上での走査に関連して、撮像素子のセンサ画素上における欠陥像の通過位置が走査方向に対して垂直方向にずれてしまうような画素割れ現象が生じてしまうと、撮像素子ひいては検査装置の欠陥検出感度を低下させてしまい、欠陥の検出像の検出再現性を損う原因となる。この画素割れ現象は、検査に不所望な現象であり、検査装置の性能上の大きな課題である。しかしながら、従来技術では、この点に関する配慮が十分ではなかった。

本発明の検査装置は、基板表面に検査光を照射し、その際、検査光が照射された基板表面の照明スポットから発生する散乱光を撮像素子によって検出し、撮像素子からの出力を基に、基板上に生じた欠陥を検出する検査装置であって、撮像素子は、基板上での検査光の照明スポットの主走査方向に対しての垂直方向に、複数のセンサ画素を配列して構成され、各センサ画素は、センサ画素の外縁部を形成する複数のセンサ画素境界辺の中、主走査方向に対しての垂直方向に相対向する一対のセンサ画素境界辺の中の少なくとも一方が、欠陥像の通過方向である主走査方向に対して傾斜していることを特徴とする。

本発明の撮像素子は、検査光が照射された基板表面の照明スポットから発生する散乱光を検出するため、複数のセンサ画素を所定方向に配列して構成された撮像素子であって、各センサ画素は、センサ画素の外縁部を形成する複数のセンサ画素境界辺の中、配列方向に相対向する一対のセンサ画素境界辺の中の少なくとも一方が、所定方向に対して垂直な、欠陥像の通過方向に対して傾斜していることを特徴とする。

本発明によれば、以下の効果のうち少なくとも１つを奏することが可能となる。
（１）高感度な検査を行うことが可能となる。
（２）欠陥の検出再現性を向上させることが可能となる。
なお、上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施の形態の説明より明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。図１に示した欠陥検査装置に適用される光検出器の撮像素子の構成図、及びこの欠陥検査装置による欠陥検出方法の説明図である。隣接画像積分部が行う隣接センサ画素同士の画素出力の信号特徴加算処理の説明図である。図２に示した撮像素子に適用した二等辺三角形形状のセンサ画素の変形例を示したものである。欠陥情報演算処理部の信号処理規模を低減する変形例の説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る欠陥検査装置に適用される光検出器の撮像素子の構成図、及びこの欠陥検査装置による欠陥検出方法の説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る欠陥検査装置に適用される信号特徴抽出部が行う背景ノイズ成分除去処理の説明図である。本発明の第４の実施の形態に係る欠陥検査装置に適用される撮像素子の構成図である。本発明の第５の実施の形態に係る欠陥検査装置の信号処理規模を低減するための説明図である。本発明の第６の実施の形態として、センサ画素サイズが光学解像度（欠陥サイズ）に対し大きい単画素の撮像素子を備えた欠陥検査装置に適用した説明図である。第１の比較例を示した図である。第２、第３の比較例を示した図である。

本発明に係る検査装置及び撮像素子は、例えば、半導体ウェハ、半導体マスク、液晶パネルのアレイ基板、センサやＬＥＤ等に用いられるサファイヤ基板やセラミック基板、等といった平板状の検査試料の検査に適用することができる。

以下、本発明に係る検査装置及び撮像素子の実施の形態について、半導体ウェハ上の欠陥を検査する欠陥検査装置、及びそれに用いられる撮像素子を例に、図面に基づいて説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る、半導体ウェハのウェハ表面の異物、傷等の欠陥を検査する欠陥検査装置の概略構成図である。

図１に示すように、本実施の形態の欠陥検査装置１は、照明光源１０と、照明光学系２０（２０Ｌ，２０Ｈ）と、ステージ機構４０と、結像光学系５０（５０Ｌ，５０Ｈ）と、光検出器６０（６０Ｌ，６０Ｈ）と、検出信号処理部７０と、制御信号発生部８０とを有して構成されている。

照明光源１０は、半導体ウェハ３０上に存在する超微小な異物等の欠陥を検出するための光（検査光）を生成する。照明光源１０は、例えば、これら超微小な欠陥から強度の強い散乱光が得られるＵＶ（Ultraviolet）光、若しくはＤＵＶ（Deep Ultraviolet）光を射出するレーザ光源によって構成される。例えば、レーザ光源は、波長λが３５５ｎｍのレーザビームを発振する。

照明光学系２０（２０Ｌ，２０Ｈ）は、照明光源１０からの照明光を検査試料としての半導体ウェハ３０上に照射する。照明光学系２０は、照明整形光学系２１、及び照射光学系２５（２５Ｌ,２５Ｈ）を含む。

照明光源１０からの照明光は、照明整形光学系２１のビームエキスパンダ２２でビーム径を所望の大きさに調整され、偏光素子２３で所望の偏光状態の照明ビームへ変換される。照明ビームは、照明光の振動ベクトルがステージ機構４０に保持された半導体ウェハ３０のウェハ表面３１に立てた法線と照明光の進行方向とを含む面内で振動する直線偏光である。

照明整形光学系２１によって整形された照明ビームは、図示の例では、照明整形光学系２１の出力側の照明光路に対して進退自在に設けられた可動ミラー２８によって、照射光学系２５Ｌ，２５Ｈの中のいずれか一方に、切替機構２９の作動に応じて供給される構成になっている。照射光学系２５Ｌは、半導体ウェハ３０のウェハ表面３１に低角度（斜方）で、照射光学系２５Ｈは、半導体ウェハ３０のウェハ表面３１に垂直に、それぞれ照明整形光学系２１によって整形された照明ビームを照射する。これにより、ウェハ表面３１に対しての照明光路は、可動ミラー２８に付設された切替機構２９の作動に応じて、低角度（斜方）又は垂直に任意選択が可能になっている。

照射光学系２５Ｌ，２５Ｈの反射ミラー２６Ｌ，２６Ｈ、及び円錐曲面を持つ集光レンズからなる照明レンズ２７Ｌ，２７Ｈを介して、ステージ機構４０に搭載された半導体ウェハ３０のウェハ表面３１に、所定の照明仰角、例えば、結晶シリコン（Ｓｉ）に対するブリュースター角で斜入射させられる。その際における、半導体ウェハ３０の照明ビームが照射されているウェハ表面３１部分が、照明スポット３２に該当する。この場合、ウェハ表面３１の照明スポット３２の照度分布は、その走査方向に垂直な方向に沿っての照度分布がガウス分布形状ではなく、平坦形状になっている。

ステージ機構４０は、検査の際、検査試料である半導体ウェハ３０が搭載されるステージ（図示省略）と、このステージを移動させるステージ移動機構（図示省略）とを有する。ステージ機構４０は、検査時、予め設定された検査試料の種類や検査方法等に基づいて、図示せぬステージ制御部によってその駆動が制御される。

ステージ移動機構は、ステージをその試料載置面に沿った面内で一次元又は二次元方向に直進移動させるステージ水平移動機構を有し、さらに必要に応じて、ステージをその試料載置面に沿った面内で回転させるステージ回転機構や、ステージをその試料載置面と垂直方向に移動変位させるステージ垂直移動機構を有する構成になっている。

例えば、欠陥検査装置１が、未だパターンが形成されていないベアウェハの欠陥を検査する表面検査装置に適用されるものであるならば、ステージ機構４０は、検査時、ステージ回転機構が、半導体ウェハ３０が搭載されているステージを一定角速度で回転し、ステージ水平移動機構が、ステージ回転機構によるステージの回転と同期を取りながら、ステージを同じく回転している半導体ウェハ３０の径方向に沿って所定のピッチで直進移動することができるようになっている。これにより、照射光学系２５（２５Ｌ，２５Ｈ）による照明ビームの半導体ウェハ３０上での照射位置に該当する照明スポット３２が、ウェハ表面３１上を環状走査又はスパイラル走査され、ウェハ表面全面又は走査領域部分の画像を、結像光学系５０（５０Ｌ，５０Ｈ）を介して光検出器６０（６０Ｌ，６０Ｈ）に撮像させることが可能である。

この場合、半導体ウェハ３０上での照明ビームの照明スポット３２の走査に係り、ステージ回転機構の作動によって回転された半導体ウェハ３０上での、照明スポット３２のウェハ回転方向（Ｒ方向）に沿った相対的な移動を照明スポット３２の主走査と称し、ステージ水平移動機構の作動によってウェハ半径方向（ｒ方向）に沿って直進移動された半導体ウェハ３０上での、照明スポット３２のウェハ半径方向（ｒ方向）への相対的な直進移動を照明スポット３２の副走査と称する。

これに対し、欠陥検査装置１が、既にパターンが形成されているパターン付きウェハの欠陥を検査するパターン検査装置に適用されるものであるならば、ステージ機構４０は、検査時、ステージ水平移動機構が、半導体ウェハ３０が搭載されているステージを、ウェハ表面３１に格子状に配置された複数チップの一方のチップ配列方向（Ｘ方向）に沿ってステージを直進移動するとともに、この一方のチップ配列方向（Ｘ方向）へのステージの直進移動と同期を取りながら、他方のチップ配列方向（Ｙ方向）に沿っても直進移動することができるようになっている。これにより、照射光学系２５Ｌ，２５Ｈによる照明ビームの半導体ウェハ３０上での照射位置に該当する照明スポット３２が、ウェハ表面３１上を複数チップのそれぞれ配列方向（Ｘ−Ｙ方向）に沿って二次元走査され、半導体ウェハ３０のウェハ表面全面又は走査領域部分の画像を、結像光学系５０Ｌ，５０Ｈを介して光検出器６０Ｌ，６０Ｈに撮像させることが可能である。この場合、半導体ウェハ３０上における照明ビームの照明スポット３２の走査に係り、ステージ水平移動機構の作動によって一方のチップ配列方向（Ｘ方向）に沿って直進移動された半導体ウェハ３０上での、照明スポット３２のＸ方向に沿った相対的な移動を照明スポット３２の主走査と称し、ステージ水平移動機構の作動によって他方のチップ配列方向（Ｙ方向）に沿って直進移動された半導体ウェハ３０上での、照明スポット３２のＹ方向に沿った相対的な移動を照明スポット３２の副走査と称する。

また、ステージ機構４０は、半導体ウェハ３０上での照明スポット３２の上述した走査とは別に、ステージ垂直移動機構が、ステージに搭載される検査試料の半導体ウェハ３０の厚さ等に応じてステージを高さ方向（Ｚ方向）に移動変位させ、照射光学系２５Ｌ，２５Ｈ及び結像光学系５０Ｌ，５０Ｈに対する半導体ウェハ３０のウェハ表面３１の高さ位置を調整することも可能である。

このようなステージ機構４０には、ステージ水平移動機構やステージ垂直移動機構の作動によって直進移動させられたステージの移動量若しくは移動位置を検出したり、ステージ回転機構の作動によって回転させられたステージの回転量若しくは回転位置を検出したりするため、位置検出エンコーダ４１が設けられている。位置検出エンコーダ４１は、これら検出結果を、エンコーダパルスで制御信号発生部８０に送出する。

図示の例では、結像光学系５０及び光検出器６０は、照明スポット３２に対する方位角、ウェハ表面３１に対する検出仰角を異ならせて、複数の検出器ユニット５０Ｌ，６０Ｌ、５０Ｈ，６０Ｈを備えた構成になっている。

結像光学系５０Ｌ，５０Ｈは、検出レンズ５１Ｌ，５１Ｈ、偏光素子（図示省略）、結像レンズ（図示省略）を有している。結像光学系５０Ｌ，５０Ｈは、検出レンズ５１Ｌ，５１Ｈがレーリー散乱に従うような微小な異物に対して効率良くその散乱光を捕捉できるように、ステージ機構４０に保持された半導体ウェハ３０のウェハ表面３１に対し、検出仰角若しくは検出方位角、又はその両方が異なるように、配置されている。

検出レンズ５１Ｌ，５１Ｈの開口数(ＮＡ：numerical aperture)は、所望の検出可能な欠陥の光学解像度（欠陥像サイズ）に合わせた所定値に設定されている。偏光素子は、より微細な欠陥を検出可能にするため、ウェハ表面３１の微小な凹凸から発生する散乱光（「ラフネス散乱光」と表記する。）を低減させる。

結像光学系５０Ｌ，５０Ｈは、半導体ウェハ３０上の照明ビームが照射された照明スポット３２のウェハ表面部分から散乱される光を、対物レンズとしての検出レンズ５１Ｌ，５１Ｈで集光し、偏光素子、結像レンズを介して、照明スポットされたウェハ表面部分の像を光検出器６０Ｌ，６０Ｈの検出面上に結像する。

光検出器６０Ｌ，６０Ｈは、結像光学系５０Ｌ，５０Ｈの検出レンズ５１Ｌ，５１Ｈにより集光された散乱光を検出してその検出量に応じた電気信号に変換し、散乱光検出信号として出力する。光検出器６０Ｌ，６０Ｈは、受光光量に応じた大きさの電気信号（光量信号）を出力するセンサ画素（光電変換センサ）を複数配列して形成された検出面を有する撮像素子を含んでいる。撮像素子としては、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device imager)，ＴＤＩ(Time Delayed Integration)、ＭＰＰＣ(Multi-Pixel Photon Counter)等が該当し、そのセンサ画素には、例えばＰＤ(Photo Diode)，ＡＰＤ(Avalanche Photo Diode)等が利用される。

撮像素子は、そのセンサ画素の画素サイズを小さくすると、スループットは落ちるが、より微小な異物等の欠陥を検出することが可能になる。ここで、本実施の形態の欠陥検査装置１の光検出器６０Ｌ，６０Ｈに適用されている撮像素子の構成について、図２に基づき、詳述する。

図２は、図１に示した欠陥検査装置に適用される光検出器の撮像素子の構成図、及びこの欠陥検査装置による欠陥検出方法の説明図である。

図１及び図２において、光検出器６０Ｌ，６０Ｈにそれぞれ備えられた撮像素子６１は、ウェハ表面３１上での照明スポット３２の主走査方向に対しての垂直方向、すなわちウェハ表面３１上での照明スポット３２の副走査方向に、少なくとも２個以上の複数のセンサ画素Ｐ（図示の例では、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，…）を配列して構成されている。図示の場合、各センサ画素Ｐの画素サイズは、画素出力のＳＮ比の値を高くするため、欠陥の光学解像度（欠陥像サイズ）と同等になるように構成されている。

図２中、矢印ｍｓは、照明スポット３２の主走査に対応して結像光学系５０Ｌ，５０Ｈで結像された半導体ウェハ３０上に生じた欠陥の欠陥像ｄｆの、センサ画素Ｐに対する通過方向に該当する。ｘ−ｙ座標は、そのｘ軸が、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓで、照明スポット３２の主走査方向に該当する。これに対し、そのｙ軸が、通過方向ｍｓに対する垂直方向で、照明スポット３２の副走査方向に該当する。

図示の例では、センサ画素Ｐの画素サイズが欠陥の光学解像度（欠陥像サイズ）と同等になっており、半導体ウェハ３０のウェハ表面全体の大きさに比して遥かに微細なので、欠陥検査装置１が表面検査装置又はパターン検査装置のいずれであるか、すなわち、照明スポット３２の主走査方向がウェハ回転方向（Ｒ方向）であるか、又は格子状の一方のチップ配列方向（Ｘ方向）であるかの相違にかかわらず、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過状態はほぼ同じになる。

各センサ画素Ｐは、センサ画素Ｐの検知面外郭を少なくとも３つ以上のセンサ画素境界辺ｑで画成された構成になっている。一のセンサ画素Ｐの少なくとも３つ以上のセンサ画素境界辺ｑの中、少なくとも１つのセンサ画素境界辺ｑは、隣り合うセンサ画素Ｐのセンサ画素境界辺ｑを兼ねる構成になっている。図示の例では、各センサ画素Ｐが三角形形状であるため、例えばセンサ画素Ｐ１の場合、センサ画素境界辺ｑ１，ｑ２，ｑ３を有し、その中のセンサ画素境界辺ｑ３は、隣り合うセンサ画素Ｐ２のセンサ画素境界辺ｑ１を兼ねる構成になっている。

その上で、一のセンサ画素Ｐの少なくとも３つ以上のセンサ画素境界辺ｑの中、センサ画素上で欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な、センサ画素Ｐの配列方向に相対向する一対のセンサ画素境界辺ｑは、少なくとも一方が照明スポット３２の主走査方向（Ｒ方向又はＸ方向）に対して傾斜している構成になっている。

具体的に図示の例では、各撮像素子６１の各センサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・の形状は、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に平行な底辺と、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに平行な高さとで規定された二等辺三角形形状になっている。また、各センサ画素Ｐの二等辺三角形形状及びその大きさは、光学解像度の欠陥像ｄｆの中心が二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐの底辺中央部を三角形の高さ方向に沿って通過する際、欠陥像ｄｆがセンサ画素Ｐの画素面上で一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３、若しくは全てのセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ２，ｑ３と一時的に内接し、この内接時には、センサ画素Ｐの画素面上に欠陥像ｄｆの全部が重なる形状及び大きさになっている。

図示の例では、撮像素子６１は、このような二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・を、隣接するセンサ画素Ｐ同士の互いの高さ方向の向きを逆向きにして、照明スポット３２の副走査方向に該当する、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に、複数配列して構成されている。

光検出器６０Ｌ，６０Ｈでは、図１に示すように、制御信号発生部８０から供給される駆動信号（センサ画素走査信号）に基づいて、光検出器６０Ｌ，６０Ｈそれぞれの撮像素子６１を構成する複数のセンサ画素Ｐそれぞれ画素出力が所定のサンプリングレートで走査抽出され、各センサ画素Ｐの画素出力（光量信号）が散乱光検出信号として検出信号処理部７０に送出される。この場合、駆動信号（センサ画素走査信号）により与えられるセンサ画素Ｐの画素出力のサンプリングレートは、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆが照明スポット３２の走査（主走査）に同期して一のセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐ、すなわち欠陥像ｄｆのサンプリング時間に比して大幅に短くなっている。これにより、センサ画素Ｐでは、画素面に対してのセンサ画素Ｐ上を通過する欠陥像ｄｆの通過状態変化を、画素出力として逐次検出できるようになっている。

制御信号発生部８０は、図示せぬステージ制御部によってその駆動が制御されるステージ機構４０に付設された位置検出エンコーダ４１から供給されるエンコーダパルスに基づいて、ステージ機構４０のステージに搭載された半導体ウェハ３０上での照明スポット３２の走査位置を監視しながら光検出器６０Ｌ，６０Ｈに駆動信号を供給するとともに、検出信号処理部７０にサンプリング制御信号を送出して、それぞれの作動を制御する。

検出信号処理部７０は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換器７１と、信号特徴抽出部７２と、欠陥情報演算処理部７３と、演算基本データ記憶部７４とを有し、光検出器６０Ｌ，６０Ｈから供給される散乱光検出信号を信号処理して、半導体ウェハ３０上に生じた欠陥を検出する構成になっている。

Ａ／Ｄ変換器７１は、光検出器６０Ｌ，６０Ｈからそれぞれ送出される、撮像素子６１の各センサ画素Ｐの画素出力からなる散乱光検出信号を受信し、Ａ／Ｄ変換して信号特徴抽出部７２に供給する。

信号特徴抽出部７２は、Ａ／Ｄ変換器７１から逐次供給されるデジタル化された散乱光検出信号を取り込んで、複数のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力をセンサ画素Ｐ毎に分けて蓄積する。その一方で、信号特徴抽出部７２は、上述したセンサ画素Ｐ毎の画素出力の蓄積と並行して、制御信号発生部８０から供給されるサンプリング制御信号に基づいて、センサ画素Ｐ毎にその画素出力の蓄積の中から、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆが一のセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐ、すなわち欠陥像ｄｆのサンプリング時間分の画素出力の集合を新たな画素出力の取り込みと同期して抽出し、センサ画素Ｐ毎の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を逐次生成する。信号特徴抽出部７２は、このセンサ画素Ｐ毎の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)の生成を、センサ画素Ｐ毎それぞれについて行う。

信号特徴抽出部７２は、その生成したセンサ画素Ｐ毎の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を、欠陥情報演算処理部７３に逐次供給する。

ここで、図２中の欄２１０，２３０で示したケース１，３は、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆがセンサ画素Ｐの画素面上で一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接することなく通過する際の、欠陥像ｄｆの通過状態の一例と、その通過の際に信号特徴抽出部７２によって生成されたセンサ画素Ｐ１〜Ｐ４それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)を示したものである。これに対し、欄２２０で示したケース２は、欠陥像ｄｆがセンサ画素Ｐの画素面上で一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接し、同時にセンサ画素境界辺ｑ３にも内接して、全てのセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ２，ｑ３と一時的に内接した欠陥像ｄｆの通過状態の一例と、その通過の際に信号特徴抽出部７２によって生成されたセンサ画素Ｐ１〜Ｐ４それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)を示したものである。加えて、欄２１０で示したケース１と欄２３０で示したケース３とでは、ケース１は、欠陥像ｄｆの中心が、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑの長さ方向中央部を通過するのに対し、ケース３は、欠陥像ｄｆの中心が、−欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素Ｐ２のセンサ画素境界辺ｑ３の長さ方向の中央、すなわち通過方向ｍｓの中心からずれて通過する状態を示している。

欠陥情報演算処理部７３は、対称性判断部７５と、座標算出部７６と、隣接画像積分部７７とを有し、各部は次に述べるような処理を行う構成になっている。

対称性判断部７５は、信号特徴抽出部７２から逐次供給されるセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を基に、その中に欠陥像ｄｆを含んでいるセンサ画素Ｐの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)があるか否かを判定し、欠陥像ｄｆを含んでいるセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を抽出する。そして、対称性判断部７５は、欠陥像ｄｆを含んでいるセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)相互間で、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)同士の対称性判断を行い、欠陥像ｄｆの中心が、センサ画素Ｐの照明スポット３２の走査（主走査）に対応する欠陥像ｄｆの通過方向ｍｓに関して、センサ画素Ｐの中心に位置するタイミングのセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を抽出する。対称性判断部７５は、欠陥像ｄｆを含んでいるセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)同士の対称性判断を、例えば、いずれも欠陥像ｄｆを含み配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)に、出力のピーク(極大)部分が含まれている否かで行う。

図２に示した、二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、隣接するセンサ画素Ｐ同士の高さ方向の向きを互いに逆向きにして、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に複数配列して構成された撮像素子６１では、次のようにして、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)同士の対称性判断を行う。

欄２１０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接することなく、欠陥像ｄｆの中心が欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑの長さ方向中央部を通過するケース１では、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)，Ｃ(Ｐ４)全てに画素出力のピーク(極大)部分が含まれていることで、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)，Ｃ(Ｐ４)同士の対称性判断を行える。

また、欄２２０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接して通過するケース２では、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)全てに画素出力のピーク(極大)部分が含まれていることで、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)同士の対称性判断を行える。

また、欄２３０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接することなく、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑの長さ方向中央部から通過方向入口側にずれて通過するケース３では、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)全てに画素出力のピーク(極大)部分が含まれていることで、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３) 同士の対称性判断を行える。

なお、上述したケース２，３は、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３の一方をその長さ方向中央部から欠陥像ｄｆの通過方向入口側にずれて通過する場合であるが、図示省略した、欠陥像ｄｆの中心が逆側の通過方向出口側にずれて通過する場合でも、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)は、センサ画素境界辺ｑの長さ方向中央部に関して形状的に線対称になるだけなので、上述したケース２，３と同様にして、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ) 同士の対称性判断を行える。

このようにして、対称性判断部７５によって、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)相互の対称性が確認されると、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの信号特徴Ｃ(Ｐ)は、対称性判断部７５から座標算出部７６に供給される。

座標算出部７６は、対称性判断部７５によって対称性が確認され、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの信号特徴Ｃ(Ｐ)を、演算基本データ記憶部７４に演算基本データとして記憶されているデータテーブルと対照して、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を演算する。

例えば、欠陥検査装置１が、表面検査装置に適用されるものであるならば、その座標位置データは、半導体ウェハ３０の回転中心を原点とするウェハ半径方向の距離ｒと回転基準位置に対しての偏角θとからなる円座標（ｒ−θ座標）で算出され、パターン検査装置に適用されるものであるならば、所定位置を原点とするウェハ表面上での直交座標（ｘ−ｙ座標）で算出される。

図２に示した、二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、隣接するセンサ画素Ｐ同士の高さ方向の向きを互いに逆向きにして、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に複数配列して構成された撮像素子６１では、例えば、次のようにして、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上での座標算出を行うことができる。

欄２１０，２２０，２３０で示した、対称性判断部７５によって対称性が確認され、欠陥像ｄｆがいずれも画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)は、いずれもセンサ画素Ｐの欠陥像ｄｆの通過方向に係る中央位置と欠陥像ｄｆの中心位置とが一致するサンプリングタイミング状態のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)である。

そのため、座標算出部７６は、この対称性判断部７５によって対称性が確認された信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)を抽出したときのサンプリングレート及びサンプリング時間で規定されるサンプリングタイミングから、欠陥像ｄｆに該当する欠陥に係り、半導体ウェハ３０のウェハ表面上での主走査方向（Ｒ方向又はＸ方向）の座標位置データ（θ又はｘ）を取得することができる。

また、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上での副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）は、この信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)を抽出したとき欠陥像の中心が、どのセンサ画素Ｐの斜辺状のセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３を、欠陥像ｄｆの通過方向に係るどの位置で、すなわちどのようなサンプリングレートにおけるどのサンプリングタイミングで通過しているかを検出することによって取得することができる。

そこで、座標算出部７６は、対称性判断部７５によって対称性が確認され、いずれも欠陥像ｄｆを含んで配列方向に連設されたセンサ画素Ｐ１〜Ｐ４それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)相互の相関を基に、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）を、例えば、図２に中の欄２１０，２２０，２３０で示したようなケース１，２，３では、次のようにして取得している。

欄２１０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接することなく、欠陥像ｄｆの中心が欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑの長さ方向中央部を通過するケース１では、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆがセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐに相当する時間経過ｔ０〜ｔ１の半分の時間経過ｔ１/２に関して、センサ画素Ｐ２の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ２)とセンサ画素Ｐ３の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ３)との間や、センサ画素Ｐ１の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)とセンサ画素Ｐ４の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ４) との間で、波形として表現可能な互いの画素出力特性に線対称な相関が生じる。

そのため、座標算出部７６は、いずれも欠陥像ｄｆが画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐ１〜Ｐ４それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)について、信号特徴Ｃ(Ｐ)相互の相関演算を行う。その結果、座標算出部７６は、この画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)を取得したサンプリングタイミングとこれら画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)相互の上述した相関演算結果とに基づいて、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）を算出することができる。

この場合、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）は、例えば、このサンプリングタイミングにおけるセンサ画素Ｐ２、Ｐ３それぞれの中心のウェハ表面上における副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の走査位置を平均する等の方法で算出することができる。

欄２２０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接して通過するケース２では、欠陥像ｄｆが内接するセンサ画素Ｐ２を挟んでそれぞれ両側に配置されているセンサ画素Ｐ１の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)とセンサ画素Ｐ３の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ３)とが、波形として表現可能な互いの画素出力特性が略一致する相関が生じる。

そのため、座標算出部７６は、いずれも欠陥像ｄｆが画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐ１〜Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ３)について、信号特徴Ｃ(Ｐ)相互の相関演算を行う。その結果、座標算出部７６は、この画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ３)を取得したサンプリングタイミングとこれら画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)相互の上述した相関演算結果とに基づいて、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）を算出することができる。

この場合、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）は、例えば、このサンプリングタイミングにおけるセンサ画素Ｐ２の中心のウェハ表面上における副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の走査位置で算出することができる。

欄２３０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と一時的に内接することなく、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑの長さ方向中央部から通過方向入口側にずれて通過するケース３では、センサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)それぞれが、上述したケース１又はケース２のような特別の相関関係を有さず、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３) ，Ｃ(Ｐ４)の大きさ、及び画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３) ，Ｃ(Ｐ４)相互の関係が、上述したケース１又はケース２の相関関係を有する場合に対して変化した関係になっている。

そのため、座標算出部７６は、いずれも欠陥像ｄｆが画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐ１〜Ｐ４それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)について、信号特徴Ｃ(Ｐ)相互及び信号特徴Ｃ(Ｐ)それぞれの相関演算を行う。その結果、座標算出部７６は、この画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ４)を取得したサンプリングタイミングとこれら画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)相互及び信号特徴Ｃ(Ｐ)それぞれの上述した相関演算結果とに基づいて、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）を算出することができる。

この場合、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）は、例えば、このサンプリングタイミングにおけるセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)と上述したケース１又はケース２のセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)との間での相関関係の変化率を算出し、この変化率に応じてこのサンプリングタイミングにおけるセンサ画素Ｐ２の中心のウェハ表面上における副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の走査位置を修正して算出することができる。

なお、上述したケース２，３は、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３の一方をその長さ方向中央部から欠陥像ｄｆの通過方向入口側にずれて通過する場合であるが、図示省略した、欠陥像ｄｆの中心が逆側の通過方向出口側にずれて通過する場合でも、上述したケース２，３と同様にして、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）の算出を行える。

図１において、隣接画像積分部７７は、ウェハ表面３１上での照明スポット３２の主走査方向に対しての垂直方向、すなわちウェハ表面３１上での照明スポット３２の副走査方向に複数配列された光検出器６０Ｌ，６０Ｈそれぞれの撮像素子６１のセンサ画素Ｐ（図示の例では、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，…）に係り、信号特徴抽出部７２から欠陥情報演算処理部７３に逐次供給されるセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を基に、隣り合うセンサ画素Ｐ同士の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)同士を加算する（図示の例では、Ｃ(Ｐ０)とＣ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ１)とＣ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ２)とＣ(Ｐ３)，…）。隣接画像積分部７７は、このようにして得た隣接センサ画素それぞれの信号特徴Ｃ(Ｐm＋Ｐm+1)（ただし、ｍ＝０，１，２，…，ｎ-１）を積分することにより、隣接センサ画素それぞれが光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆが一のセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐ、すなわち欠陥像ｄｆのサンプリング時間に検出した、照明スポットされたウェハ表面３１から発生した散乱光の総検出光量を取得する。この隣接センサ画素それぞれの総検出光量は、ウェハ表面上に生じた欠陥の大きさを推定するため等に利用される。

図３は、隣接画像積分部が行う隣接センサ画素同士の画素出力の信号特徴加算処理の説明図である。

図３は、図２で示した欄２１０，２２０，２３０で示したケース１，２，３それぞれの、光学解像度（欠陥像サイズ）の欠陥の欠陥像ｄｆが撮像素子６１のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・を通過する状態で、隣接画像積分部７７が行う処理について、隣り合うセンサ画素Ｐ２，Ｐ３を例に、それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ２) ，Ｃ(Ｐ３) 同士を加算して、隣接センサ画素Ｐ２，Ｐ３の信号特徴Ｃ(Ｐ２＋Ｐ３)を積分する処理を示したものである。図３において、図２と重複する構成等については、同一符号を付して、その説明は省略する。

図１に戻り、演算基本データ記憶部７４は、欠陥情報演算処理部７３の各部７５〜７７で実行される処理プログラムや、その実行の際に用いられる理論値データや実測値データ等が、演算基本データとして記憶されている。例えば、欠陥についての座標算出部７６によるウェハ表面上の座標位置データの算出処理に係り、ウェハ表面３１における副走査方向の座標位置データ（ｒ又はｙ）それぞれに対応させて、予め理論又は実測値によって得た欠陥像ｄｆが画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)が記憶されている演算用テーブルを演算基本データとして予め記憶しておく。このようにすれば、座標算出部７６は、欠陥の副走査方向の座標位置データ（ｒ又はｙ）の算出を、この演算用テーブルとのデータマッチングにより容易に算出できる。なお、上述したテーブル化された演算基本データの具体的内容は、一例であって、種々の変形例が可能である。また、座標算出部７６による、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を演算方法自体も、欠陥像ｄｆが画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)についての上述したケース１〜３に述べた特徴に基づけば、種々の変形例が可能である。

このような対称性判断部７５と、座標算出部７６と、隣接画像積分部７７とを含む欠陥情報演算処理部７３からは、座標算出部７６によって算出された、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上の座標位置データや、隣接画像積分部７７によって算出された隣接センサ画素それぞれの総検出光量等が、欠陥情報として、図示せぬ欠陥レビュー装置等に供給され、欠陥判定処理に利用される。

上述したように、本実施の形態に係る欠陥検査装置１及び撮像素子６１は構成されるが、次にその作用・効果について説明する。

撮像素子６１は、二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・を、隣接するセンサ画素Ｐ同士の互いの高さ方向の向きを逆向きにして、照明スポット３２の副走査方向に該当する、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に、複数配列して構成されている。さらに、各センサ画素Ｐの画素サイズも、画素出力のＳＮ比の値を高くするため、欠陥の光学解像度（欠陥像サイズ）と同等になるように構成されている。そのため、欠陥像ｄｆは、ケース１，２，３に示したように、いずれの通過ケースにおいても、欠陥像ｄｆの通過方向ｍｓに対しこの通過方向ｍｓと垂直な方向に、すなわち照明スポット３２の副走査方向に傾斜しているセンサ画素境界辺ｑを、欠陥像ｄｆの中心が通過することになる。

この結果、制御信号発生部８０による制御の下、検出信号処理部７０では、信号特徴抽出部７２が逐次供給するセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を基に、対称性判断部７５が欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)相互の対称性を確認し、座標算出部７６がこの確認されたセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を基に、信号特徴Ｃ(Ｐ)相互の相関等を利用して、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を検出することができる。

これにより、撮像素子６１上でのセンサ画素Ｐに対する欠陥像ｄｆの通過位置が主走査方向（欠陥像の通過方向）に対して垂直方向（照明スポット３２の副走査方向）に変化し、照明ビームが照射された光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥から発生する散乱光の一のセンサ画素Ｐの検出光量が変わってしまう場合であっても、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を精度よく検出することができる。

その際、図２において欄２２０で示したケース２のように、両側の隣接センサ画素Ｐの信号特徴（検出信号波形）Ｃ(Ｐ)より、欠陥像ｄｆの中心がこれら隣接センサ画素Ｐ間のセンサ画素Ｐの中心を通過した状態を判別でき、これら隣接センサ画素Ｐ間のセンサ画素Ｐの信号特徴（検出信号波形）Ｃ(Ｐ)により、欠陥像及び欠陥の検出信号波形の検出再現性が向上する。

また、図２において欄２１０で示したケース１のように、互いに隣接するセンサ画素Ｐ同士の信号特徴（検出信号波形）Ｃ(Ｐ)より、欠陥像ｄｆの中心がセンサ画素Ｐの走査方向（欠陥像の通過方向）の中央を通過した状態を判別でき、欠陥像ｄｆの中心がセンサ画素Ｐの走査方向（欠陥像の通過方向）の中央を通過する状態の欠陥像及び欠陥の検出信号波形が再現できるようになり、検出再現性が向上する。

さらに、図２において欄２３０で示したケース３のように、欠陥像ｄｆの中心が、両側の隣接センサ画素Ｐとのセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３と同時に内接することなく、欠陥像ｄｆの中心がセンサ画素Ｐの走査方向（欠陥像の通過方向）の中央を通過しない場合であっても、欠陥像及び欠陥の検出信号波形を、両側の隣接センサ画素Ｐ、又はこれら隣接センサ画素Ｐ間のセンサ画素Ｐの中から、光検出器６０Ｌ，６０Ｈからの散乱光検出信号それぞれに含まれる背景ノイズ成分（ウェハ表面の粗さに起因する散乱光成分やホワイトノイズ）と信号成分との比であるＳＮ比が最大値になる画素Ｐを主体にして、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を求めたり、欠陥像及び欠陥の検出信号波形が再現できるようになり、欠陥検出感度が向上する。

図４は、図２に示した撮像素子に適用した二等辺三角形形状のセンサ画素の変形例を示したものである。

センサ画素Ｐは、回折限界の光学解像度（光学解像度；０．６１＊λ／ＮＡ、λ；照明波長、ＮＡ；レンズ開口数）の欠陥像ｄｆが内接可能な、欠陥像ｄｆに外接する大きさの正三角形状、又は二等辺三角形形状になっている。

いずれも、センサ画素Ｐの画素面上で一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３に加え、底辺ｑ２にも内接するようになっており、背景ノイズ成分と信号成分との比であるＳＮ比が最大になるようになっている。

図４（Ａ）のセンサ画素Ｐは、センサ画素Ｐを欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向、すなわち照明スポット３２の副走査方向に複数配列する際、センサ画素Ｐの画素数を増加させたり、ＳＮ比を低減させたりすることなく、通過方向ｍｓに垂直な方向に沿った撮像素子６１の検出面長さを拡大することができる。

図４（Ｂ）のセンサ画素Ｐは、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆが照明スポット３２の走査（主走査）に同期して一のセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐ、すなわち欠陥像ｄｆのサンプリング時間を大きくすることができる。

図５は、欠陥情報演算処理部の信号処理規模を低減する変形例の説明図である。
検出信号処理部７０における欠陥情報演算処理部７３の信号処理が、信号特徴抽出部７２の信号処理に対して重くならないようにするため、欠陥情報演算処理部７３の隣接画像積分部７７が行う信号処理の中、隣り合うセンサ画素Ｐ同士の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)同士を加算する処理を、欠陥情報演算処理部７３外の信号特徴抽出部７２で行えるようした構成を示す。

なお、図５では、信号特徴抽出部７２による、Ａ／Ｄ変換器７１から供給されるデジタル化された散乱光検出信号を逐次取り込んで、複数のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力をセンサ画素Ｐ毎に分ける構成を、複数のセンサ画素Ｐそれぞれで表現してある。

図示の例では、隣り合うセンサ画素Ｐ(ｍ)，Ｐ(ｍ+１)同士のお互いの画素出力を加算するための加算器（加算回路）７９が、信号特徴抽出部７２に設けられた構成になっている。したがって、信号特徴抽出部７２は、隣り合うセンサ画素Ｐ同士の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)と同様にして、隣り合うセンサ画素それぞれの信号特徴Ｃ(Ｐm＋Ｐm+1)も欠陥情報演算処理部７３に供給できるようになる。

これにより、欠陥情報演算処理部７３は、隣接センサ画素それぞれの信号特徴Ｃ(Ｐm＋Ｐm+1) （ただし、ｍ＝０，１，２，…，ｎ-１）を信号特徴抽出部７２から直接取り込めるので、隣接画像積分部７７は積分処理を行うだけで済むことになり、欠陥情報演算処理部７３による信号処理の規模を低減することができる。この結果、欠陥検査装置１に対しての要求性能により、複数のセンサ画素Ｐそれぞれ画素出力に対してのサンプリングレートが上がり、サンプリング時間が延びても、対応をはかることが可能になる。

なお、図示の例では、隣り合うセンサ画素Ｐ(ｍ)，Ｐ(ｍ+１)同士のお互いの画素出力を加算する処理を検出信号処理部７０の信号特徴抽出部７２で加算器７９を用いて行う構成としたが、検出信号処理部７０で行う代わりに、各センサ画素Ｐの画素出力からなる散乱光検出信号を送出する光検出器６０Ｌ，６０Ｈ側で同様に加算器を設けて行わせることも可能である。

＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る欠陥検査装置に適用される光検出器の撮像素子の構成図、及びこの欠陥検査装置による欠陥検出方法の説明図である。

本実施の形態に係る欠陥検査装置は、図１に示した第１の実施の形態に係る欠陥検査装置１と同様な、照明光源１０と、照明光学系２０Ｌ，２０Ｈと、ステージ機構４０と、結像光学系５０Ｌ，５０Ｈと、光検出器６０Ｌ，６０Ｈと、検出信号処理部７０と、制御信号発生部８０とを有する構成になっており、光検出器６０Ｌ，６０Ｈそれぞれの撮像素子６１の構成のみが異なっている。そのため、説明にあたっては、同一及び同様な構成については、第１の実施の形態に係る欠陥検査装置１の場合と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示すように、本実施の形態では、撮像素子６１の各センサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・は、図１に示した各センサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・の基本構成（一のセンサ画素Ｐの少なくとも３つ以上のセンサ画素境界辺ｑの中、センサ画素上で欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な、センサ画素Ｐの配列方向に相対向する一対のセンサ画素境界辺ｑが、少なくとも一方が照明スポット３２の主走査方向（Ｒ方向又はＸ方向）に対して傾斜している構成は同じくするものの、各センサ画素Ｐの形状は平行四辺形形状になっている。

図示の例、平行四辺形形状の一のセンサ画素Ｐを画成する４つのセンサ画素境界辺ｑが、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に平行な一対の対辺ｑ２，ｑ４と、センサ画素上で欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに対して傾斜している一対の対辺ｑ１，ｑ３とを形成する構成になっている。

各センサ画素Ｐの平行四辺形形状及びその大きさは、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に平行な一対の各対辺ｑ２，ｑ４の長さが、光学解像度の欠陥像ｄｆの同方向すなわち照明スポット３２の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の幅寸法（直径寸法）Ｄdfと等しくなっており、一対の対角線の中の一方が通過方向ｍｓに平行になっている。

図６に示した、平行四辺形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に複数配列して構成された撮像素子６１では、次のようにして、対称性判断部７５は、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)同士の対称性判断を行う。

欄６１０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、平行四辺形形状のセンサ画素Ｐ２の、欠陥像ｄｆの通過方向ｍｓに平行な対角線上を通過し、すなわち、センサ画素Ｐ２の中心を通過するケース１では、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)全てに画素出力のピーク(極大)部分が含まれていることで、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)同士の対称性判断を行える。
欄６２０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、センサ画素Ｐ２（Ｐ３）の、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑ３（ｑ１）の長さ方向中央部を通過するケース２では、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐ１，Ｐ２それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２) に画素出力のピーク(極大)部分が含まれていることで、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２) 同士の対称性判断を行える。

欄６３０で示した、センサ画素Ｐ２（Ｐ３）の、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑ３（ｑ１）の長さ方向中央部から通過方向出口側にずれて通過するケース３では、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２) ，Ｃ(Ｐ３)全てに画素出力のピーク(極大)部分が含まれていることで、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２) ，Ｃ(Ｐ３)同士の対称性判断を行える。

なお、上述したケース１，３は、欠陥像ｄｆの中心が、センサ画素Ｐ２（Ｐ３）の、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑ３（ｑ１）の長さ方向中央部から通過方向出口側にずれて通過する場合であるが、図示省略した、欠陥像ｄｆの中心が逆側の通過方向入口側にずれて通過する場合でも、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)は、センサ画素境界辺ｑの長さ方向中央部に関して形状的に線対称になるだけなので、上述したケース１，３と同様にして、欠陥像ｄｆを含んで連設したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)同士の対称性判断を行える。

図６に示した、平行四辺形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に複数配列して構成された撮像素子６１では、座標算出部７６では、例えば、次のようにして、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上での座標算出を行うことができる。

欄６１０，６２０，６３０で示した、対称性判断部７５によって対称性が確認され、いずれも欠陥像ｄｆが画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)は、いずれもセンサ画素Ｐの欠陥像ｄｆの通過方向に係る中央位置と欠陥像ｄｆの中心位置とが一致するサンプリングタイミング状態のセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)である。

そのため、座標算出部７６は、この対称性判断部７５によって対称性が確認された信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ３)を抽出したときのサンプリングレート及びサンプリング時間で規定されるサンプリングタイミングから、欠陥像ｄｆに該当する欠陥に係り、半導体ウェハ３０のウェハ表面上での主走査方向（Ｒ方向又はＸ方向）の座標位置データ（θ又はｘ）を取得することができる。

また、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上での副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）は、この信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ３)を抽出したとき欠陥像の中心が、どのセンサ画素Ｐの斜辺状のセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３を、欠陥像ｄｆの通過方向に係るどの位置で、すなわちどのようなサンプリングレートにおけるどのサンプリングタイミングで通過しているかを検出することによって取得することができる。

そこで、座標算出部７６は、対称性判断部７５によって対称性が確認され、いずれも欠陥像ｄｆが画素面上を通過する配列方向に連設されたセンサ画素Ｐ１〜Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ３)相互の相関を基に、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）を、例えば、図６中の欄６１０，６２０，６３０で示したようなケース１，２，３では、次のようにして取得している。

欄６１０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、欠陥像ｄｆの中心が、平行四辺形形状のセンサ画素Ｐ２の、欠陥像ｄｆの通過方向ｍｓに平行な対角線上を通過するケース１では、センサ画素Ｐ２を挟んでそれぞれ両側に配置されているセンサ画素Ｐ１の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)とセンサ画素Ｐ３の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ３)とが、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆがセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐに相当する時間経過ｔ０〜ｔ１の半分の時間経過ｔ１/２に関して、センサ画素Ｐ１の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)とセンサ画素Ｐ３の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ３)との間で、波形として表現可能な互いの画素出力特性に線対称な相関が生じる。

この場合、座標算出部７６は、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）は、例えば、このサンプリングタイミングにおけるセンサ画素Ｐ２の中心のウェハ表面上における副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の走査位置で算出することができる。

欄６２０で示した、欠陥像ｄｆの中心が、センサ画素Ｐ２（Ｐ３）の、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑ３（ｑ１）の長さ方向中央部を通過するケース２では、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆがセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐに相当する時間経過ｔ０〜ｔ１の半分の時間経過ｔ１/２に関して、センサ画素Ｐ２の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ２)とセンサ画素Ｐ３の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ３)との間で、波形として表現可能な互いの画素出力特性に、線対称な相関が生じるようになる。

欄６３０で示した、センサ画素Ｐ２（Ｐ３）の、欠陥像ｄｆの画素面上の通過方向ｍｓに対して傾斜しているセンサ画素境界辺ｑ３（ｑ１）の長さ方向中央部から通過方向出口側にずれて通過するケース３では、センサ画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)それぞれが、上述したケース１又はケース２のような特別の相関関係を有さず、画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)の大きさ、及び画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２)，Ｃ(Ｐ３)相互の関係が、上述したケース１又はケース２の相関関係を有する場合に対して変化した関係になっている。

そのため、座標算出部７６は、欠陥像ｄｆがいずれも画素面上を通過する配列方向に連設された複数のセンサ画素Ｐ１〜Ｐ３それぞれの画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ３)について、信号特徴Ｃ(Ｐ)相互及び信号特徴Ｃ(Ｐ)それぞれの相関演算を行う。その結果、座標算出部７６は、この画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)〜Ｃ(Ｐ３)を取得したサンプリングタイミングとこれら画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)相互及び信号特徴Ｃ(Ｐ)それぞれの上述した相関演算結果とに基づいて、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の、半導体ウェハ３０のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）を算出することができる。

なお、上述したケース３，１は、欠陥像ｄｆの中心が、通過方向ｍｓに対し垂直な方向に互いに対向する一対の斜辺を形成するセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ３の一方をその長さ方向中央部から欠陥像ｄｆの通過方向出口側にずれて通過する場合であるが、図示省略した、欠陥像ｄｆの中心が逆側の通過方向入口側にずれて通過する場合でも、上述したケース２，３と同様にして、欠陥像ｄｆに該当する欠陥のウェハ表面上の副走査方向（ｒ方向又はＹ方向）の座標位置データ（ｒ又はｙ）の算出を行える。

このような本実施の形態に係る欠陥検査装置１及び撮像素子６１によれば、第１の実施の形態に係る欠陥検査装置１及び撮像素子６１と同様に、撮像素子６１上でのセンサ画素Ｐに対する欠陥像ｄｆの通過位置が走査方向（欠陥像の通過方向）に対して垂直方向（照明スポット３２の副走査方向）に変化し、照明ビームが照射された光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥から発生する散乱光の一のセンサ画素Ｐの検出光量が変わってしまう場合であっても、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を精度よく検出することができる。また、欠陥像及び欠陥の検出信号波形の検出再現性が向上するとともに、欠陥検出感度も向上する。

＜第３の実施の形態＞
図１において、第１，第２の実施の形態に係る欠陥検査装置１では、検出信号処理部７０は、Ａ／Ｄ変換器７１と、信号特徴抽出部７２と、欠陥情報演算処理部７３と、演算基本データ記憶部７４とを有する構成であったのに対し、本実施の形態に係る欠陥検査装置１では、信号特徴抽出部７２に、さらにノイズしきい値記憶部７８が付設されている。欠陥検査装置１では、信号特徴抽出部７２は、欠陥情報演算処理部７４へセンサ画素Ｐ毎の画素出力の信号特徴を供給するのに当たって、光検出器６０Ｌ，６０Ｈから散乱光検出信号として供給されるセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力に含まれる背景ノイズ成分によって欠陥情報演算処理部７３で算出エラーが起きるのを回避するため、ノイズしきい値記憶部７８に記憶されているノイズ閾値ＴＨｎを基に、ＡＤ変換器７１を介して逐次取り込んで取得したセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力から背景ノイズ成分を除去し、センサ画素Ｐ毎の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を生成するようになっている。

図７は、信号特徴抽出部が行うセンサ画素Ｐそれぞれの画素出力から背景ノイズ成分を除去する背景ノイズ成分除去処理の説明図である。

図７は、図６で示した欄６１０，６２０，６３０で示したケース１，２，３それぞれの、光学解像度（欠陥像サイズ）の欠陥の欠陥像ｄｆが撮像素子６１のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・を通過する状態において、センサ画素Ｐそれぞれの画素出力から背景ノイズ成分を除去し、センサ画素Ｐ毎の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)を生成する状態を示している。図７において、図６と重複する部分については、同一符号を付して、その説明は省略する。

ここで、センサ画素Ｐ毎の背景ノイズ成分を除去した画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ)は、図７に示すように、ノイズ成分を除去する前のセンサ画素Ｐ毎の画素出力の信号特徴Ｃ(Ｐ１)，Ｃ(Ｐ２) ，Ｃ(Ｐ３) ，…からノイズ閾値ＴＨｎ以下の信号特徴部分を取り除いたものであり、背景ノイズ成分を除去する前のセンサ画素Ｐの画素出力の中の、ノイズ閾値以上の画素出力部分（出力光量部分）になる。

＜第４の実施の形態＞
図８は、本実施の形態に係る欠陥検査装置に適用される撮像素子の構成図である。
本実施の形態に係る欠陥検査装置は、図１に示した欠陥検査装置１と同様な構成で、撮像素子６１のセンサ画素の構成のみが異なっている。

図８に示すように、本実施の形態に係る欠陥検査装置１に適用される撮像素子のセンサ画素Ｐはいずれも、図６に示した撮像素子６１の平行四辺形形状のセンサ画素Ｐとは異なり、回折限界の光学解像度（光学解像度；０．６１＊λ／ＮＡ、λ；照明波長、ＮＡ；レンズ開口数）の欠陥像ｄｆが内接可能な、欠陥像ｄｆに外接する大きさの平行四辺形形状になっている。

図８（Ａ）〜（Ｃ）に示したセンサ画素Ｐは、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆが図中に示した通過方向ｍｓに沿って画素面上を通過する際、欠陥像ｄｆの中心がセンサ画素Ｐの画素面の中心を通過する場合は、欠陥像ｄｆは、図４に示した二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐの場合と同様に、全てのセンサ画素境界辺ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４と一時的に内接し、この内接時には、センサ画素Ｐの画素面上で欠陥像ｄｆの全部が重なる形状及び大きさになっている。

その欠陥像ｄｆの内接時には、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示した平行四辺形形状のセンサ画素Ｐの場合は、通過方向ｍｓに対して互いに垂直で、通過方向ｍｓに互いに対向している一対のセンサ画素境界辺ｑ２，ｑ４も当接しているため、欠陥像ｄｆの中心とセンサ画素Ｐの画素面の中心とが一致することになる。これにより、センサ画素Ｐを欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向、すなわち照明スポット３２の副走査方向に複数配列して撮像素子６１を構成した際には、通過方向ｍｓに垂直な方向、すなわち照明スポット３２の副走査方向に沿って、欠陥像ｄｆの中心の副走査方向の通過位置が内接位置からずれるのにしたがって、一のセンサ画素Ｐの画素出力をずれ量に応じて変化させることができる。これにより、照明スポット３２の副走査方向の送りを早くすることができる。

また、その場合でも、図８（Ｂ）に示したセンサ画素Ｐは、センサ画素Ｐを欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向、すなわち照明スポット３２の副走査方向に複数配列する際、センサ画素Ｐの画素数を増加させたり、ＳＮ比を低減させたりすることなく、通過方向ｍｓに垂直な方向に沿った撮像素子６１の検出面長さを拡大することができる。また、図８（Ｃ）に示したセンサ画素Ｐは、背景ノイズ成分と信号成分との比であるＳＮ比が最大になる。

これに対し、図８（Ｄ）に示した平行四辺形形状のセンサ画素Ｐの場合は、図６に示した平行四辺形形状のセンサ画素Ｐとは異なり、センサ画素Ｐの中心を欠陥像ｄｆの通過方向ｍｓに平行な対角線上に配置する規制がなく、欠陥像ｄｆが通過方向ｍｓに垂直な方向に平行な一対の対辺ｑ２，ｑ４の間に内接できればよいので、光学解像度（欠陥サイズ）の欠陥像ｄｆが照明スポット３２の走査（主走査）に同期して一のセンサ画素Ｐ上を通過するのに要する通過時間Ｔｐ、すなわち欠陥像ｄｆのサンプリング時間を大きくすることができる。

＜第５の実施の形態＞
図９は、欠陥検査装置の信号処理規模を低減する一実施の形態の説明図である。
図９は、図２に示した、二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、隣接するセンサ画素Ｐ同士の高さ方向の向きを互いに逆向きにして、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に複数配列して構成された撮像素子６１を備えた光検出器６０Ｌ，６０Ｈを有する欠陥検査装置１を、図８に示した平行四辺形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に複数配列して構成された撮像素子６１を備えた光検出器６０Ｌ，６０Ｈを有する欠陥検査装置１として機能させたものである。

本実施の形態に係る欠陥検査装置１は、図１に示した欠陥検査装置１と同様な構成で、図２に示した二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、隣接するセンサ画素Ｐ同士の高さ方向の向きを互いに逆向きにして、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に複数配列して構成された撮像素子６１を備えた光検出器６０Ｌ，６０Ｈにおいて、検出信号処理部７０への散乱光検出信号の送出構成が異なる。

光検出器６０Ｌ，６０Ｈには、図９に示すように、隣接するセンサ画素Ｐの画素出力を加算する加算器６３が設けられた構成になっている。これにより、二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・を、それぞれ隣接する二等辺三角形形状のセンサ画素Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・底辺同士を一対の対辺として使用した平行四辺形形状のセンサ画素Ｐm・m+1，Ｐm+1・m+2（ただし、ｍ＝０，１，２，…，ｎ-２）として機能させることができるようになっている。

これにより、センサ画素の画素面積の半分が重なり合い、欠陥像の通過方向ｍｓに対して傾斜方向が異なる一対の対辺を有した２種類の平行四辺形形状のセンサ画素Ｐm・m+1，Ｐm+1・m+2それぞれを、欠陥像の通過方向ｍｓの垂直方向に配列した撮像素子６１を構成でき、システム構成上、欠陥情報演算処理部７３による信号処理の規模を小さく抑えながら、センサ画素Ｐm・m+1，Ｐm+1・m+2上の欠陥像の通過位置による検出感度、検出再現性の性能確保がはかれる。

なお、図示の例では、光検出器６０Ｌ，６１Ｈ側で同様に加算器を設けて平行四辺形形状のセンサ画素Ｐm・m+1，Ｐm+1・m+2（ただし、ｍ＝０，１，２，…，ｎ-２）を形成することとしたが、検出信号処理部７０の信号特徴抽出部７２で加算器６３を用いて行う構成とすることも可能である。

＜第６の実施の形態＞
図１０は、センサ画素サイズが光学解像度（欠陥サイズ）に対し大きい単画素の撮像素子を備えた光検出器を有する欠陥検査装置に適用した説明図である。

欠陥検査装置１は、２つの直角三角形形状のセンサ画素Ｐ１，Ｐ２を、隣接するセンサ画素Ｐ同士の高さ方向の向きを互いに逆向きにして、欠陥像ｄｆのセンサ画素Ｐに対する通過方向ｍｓに垂直な方向に配列して構成された撮像素子６１を有する。

センサ画素Ｐ１，Ｐ２それぞれの画素面は、光学解像度（欠陥サイズ）に対し大きくなっている。欠陥検査装置１は、上述した撮像素子６１を有する光検出器６０Ｌ，６０Ｈが異なる以外は、その構成、作用とも、第１の実施の形態の欠陥検査装置１の構成、作用と同様である。

本実施の形態の欠陥検査装置１においても、センサ画素Ｐ１，Ｐ２のセンサ画素サイズが大きくても、第１の実施の形態に係る欠陥検査装置１及び撮像素子６１と同様に、撮像素子６１上でのセンサ画素Ｐに対する欠陥像ｄｆの通過位置が走査方向（欠陥像の通過方向）に対して垂直方向（照明スポット３２の副走査方向）に変化しても、欠陥像ｄｆに該当する欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を精度よく検出することができる。また、欠陥像及び欠陥の検出信号波形の検出再現性が向上するとともに、欠陥検出感度も向上する。

さらに、照明スポット３２の副走査方向に沿った照明スポット３２の照度分布を均一にしても欠陥の半導体ウェハ３０上での座標位置を精度よく検出することができるので、照度分布をガウス分布にした照明スポットを重ね走査する必要がなく、検査スループット、検出再現性、検出感度の向上がはかれる。

次に、上記説明した本発明の実施の形態に係る欠陥検査装置１、及びこれに適用される撮像装置６１の作用・効果について、比較例と対比して説明する。

＜比較例１＞
図１１は、第１の比較例を示した図である。
撮像素子６１１は、正方形形状のセンサ画素Ｐを複数配列した構成になっている。
撮像素子６１１のセンサ画素Ｐの画素サイズと欠陥の光学解像度（欠陥像サイズ）とが同等の場合は、撮像素子６１１上でのセンサ画素Ｐに対する欠陥像ｄｆの通過位置が走査方向に対して垂直方向に変化すると、その画素出力も変化し、欠陥の検出像のＳＮ比も変化してしまう。例えば、欠陥像ｄｆの中心が撮像素子６１１のセンサ画素Ｐの中央部と一致せず、このセンサ画素Ｐ１と隣接するセンサ画素Ｐ２との境界部に欠陥像ｄｆの中心が一致しながら、欠陥像Ｐ１の一部のみがこのセンサ画素上を通過する場合、このセンサ画素Ｐの画素出力のＳＮ比は最大１／２に低下する。

＜比較例２＞
図１２（Ａ）は、第２の比較例を示した図である。
図１２（Ａ）に示すように、図１１に示した撮像素子６１１において、欠陥像ｄｆの通過方向に垂直な方向に沿った画素サイズ寸法ｒｙを、半分の寸法ｒｙ／２とし、互いに隣接するセンサ画素の画素出力を平均化することによって画素出力を求める隣接画素平均化処理を行う構成になっている。この場合、各センサ画素Ｐの画素出力のＳＮ比は１/（√２）に改善されるが、この処理では欠陥の光学解像度を１／２にしてしまい、解像した欠陥のサイズは実際のサイズの２倍になってしまう。

＜比較例３＞
図１２（Ｂ），（Ｃ）は、第３の比較例を示した図である。
図１２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、撮像素子６１１が単センサ画素である場合、画素出力のＳＮ比が微小な欠陥を検出可能な高い値であっても、その画素サイズｒｙが欠陥の光学解像度に比して大き過ぎる場合は、照度分布をガウス分布にした照明スポット３２を重ね走査しなければウェハ表面上における欠陥ｄｆの位置を検出することができず、検査時間も増加する。

このような比較例との対比より明らかなように、本発明の実施の形態に係る欠陥検査装置１、及びこれに適用される撮像装置６１によれば、高感度な検査を行うことが可能となり、欠陥の検出再現性を向上させることが可能となる。

なお、本発明の実施の形態は上記に限るものではなく、種々の実施の形態が可能である。例えば、撮像素子は、複数のセンサ画素を所定方向に配列して構成された撮像素子の各センサ画素は、センサ画素の外縁部を形成する複数のセンサ画素境界辺の中、配列方向に相対向する一対のセンサ画素境界辺の中の少なくとも一方が、所定方向に対して垂直な、欠陥像の通過方向に対して傾斜していればよく、具体的形状は、台形形状等、種々の具体的形状が適用可能である。

また、検査装置は半導体ウェハの外観検査装置に限るものではなく、検出信号処理部７０の処理構成等も、上記撮像素子の具体的構成に応じた処理の変形が可能である。

１欠陥検査装置、１０照明光源、２０，２０Ｌ，２０Ｈ照明光学系、
２１照明整形光学系、２２ビームエキスパンダ、２３偏光素子、
２５，２５Ｌ，２５Ｈ照射光学系、２６，２６Ｌ，２６Ｈ反射ミラー、
２７，２７Ｌ，２７Ｈ照明レンズ、３０半導体ウェハ、３１ウェハ表面、
３２照明スポット、４０ステージ機構、４１位置検出エンコーダ、
５０，５０Ｌ，５０Ｈ結像光学系、５１，５１Ｌ，５１Ｈ検出レンズ、
６０，６０Ｌ，６０Ｈ光検出器、６１撮像素子、６３加算器、
７０検出信号処理部、７１Ａ／Ｄ変換器、７２信号特徴抽出部、
７３欠陥情報演算処理部、７４演算基本データ記憶部
７５対称性判断部、７６座標算出部、７７隣接画像積分部
７８ノイズしきい値記憶部、７９加算器、８０制御信号発生部、
ｍｓ主走査方向、Ｐセンサ画素、ｑセンサ画素境界辺、ｄｆ欠陥像

Claims

検査光を試料へ供給し、前記試料上に照明領域を形成する照明光学系と、
前記試料からの光を検出する撮像素子と、
処理部と、を有し、
前記撮像素子は、前記照明領域の前記試料上での主走査方向に対して実質的な垂直方向に配列された複数のセンサ画素を含み、
前記複数のセンサ画素の配列方向で相対向する一対のセンサ画素境界片は、前記主走査方向に対して傾斜しており、
前記処理部は、前記複数のセンサ画素からの検出信号波形の対称性を得、当該対称性を得た検出信号波形の相関を使用して前記試料上の欠陥の位置を得る検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、
前記処理部は、当該対称性を得た検出信号波形を抽出した際のサンプリングレート、及びサンプリングタイミングから前記欠陥の前記主走査方向における位置を得る検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、
前記処理部は、当該対称性を得た検出信号波形の相関演算結果に基づいて、前記欠陥の前記主走査方向に直交する副走査方向における位置を得る検査装置。
請求項３に記載の検査装置において、
前記処理部は、前記複数のセンサ画素上での欠陥通過位置が既知である検出信号波形との間で前記検出信号波形の相関の変化率を得て、前記変化率から前記欠陥の前記副走査方向における位置を修正して算出する検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、
前記センサ画素の出力信号から所定の背景ノイズ成分を除去し、前記検出信号波形を出力するノイズ除去部を有する検査装置。
請求項５に記載の検査装置において、
所定の駆動信号により与えられる前記センサ画素の出力信号のサンプリングレートは、前記欠陥の欠陥像のサンプリング時間よりも短い検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、
前記センサ画素の寸法は、検出すべき欠陥の光学解像度と実質的に同じである検査装置。
請求項７に記載の検査装置において、
前記各センサ画素の形状は三角形である検査装置。
請求項８に記載の検査装置において、
前記各センサ画素の形状は二等辺三角形である検査装置。
請求項７に記載の検査装置において、
前記各センサ画素の形状は平行四辺形である検査装置。
検査光を試料へ供給し、前記試料上に照明領域を形成する照明光学系と、
前記試料からの光を検出する撮像素子と、
処理部と、を有し、
前記撮像素子は、前記照明領域の前記試料上での主走査方向に対して実質的な垂直方向に配列された複数のセンサ画素を含み、
前記複数のセンサ画素の配列方向で相対向する一対のセンサ画素境界片は、前記主走査方向に対して傾斜しており、
前記処理部は、前記複数のセンサ画素からの検出信号波形の対称性を得、前記複数のセンサ画素上での欠陥通過位置が既知である検出信号波形との間で当該対称性を得た検出信号波形の相関の変化率を使用し、前記欠陥の前記主走査方向に直交する副走査方向における位置を得る検査装置。
請求項１１に記載の検査装置において、
前記センサ画素の出力信号から所定の背景ノイズ成分を除去し、前記検出信号波形を出力するノイズ除去部を有する検査装置。
請求項１２に記載の検査装置において、
所定の駆動信号により与えられる前記センサ画素の出力信号のサンプリングレートは、前記欠陥の欠陥像のサンプリング時間よりも短い検査装置。
請求項１１に記載の検査装置において、
前記センサ画素の寸法は、検出すべき欠陥の光学解像度と実質的に同じである検査装置。
請求項１４に記載の検査装置において、
前記各センサ画素の形状は三角形である検査装置。
請求項１５に記載の検査装置において、
前記各センサ画素の形状は二等辺三角形である検査装置。
請求項１４に記載の検査装置において、
前記各センサ画素の形状は平行四辺形である検査装置。