JPH11237344A

JPH11237344A - 欠陥検査方法およびその装置

Info

Publication number: JPH11237344A
Application number: JP3712898A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Shibata; 行広芝田; Shunji Maeda; 俊二前田; Minoru Yoshida; 実吉田; Kenji Oka; 健次岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハ等のように、下に配線若しくは回
路パターンを有する透明膜からなる平坦化膜において膜
厚に変化が生じたとしても、平坦化膜に付着若しくは埋
め込まれる異物等の微小な欠陥を誤検出することなく高
信頼度で検査できるようにした欠陥検査方法およびその
装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、下に配線若しくは回路パターン
を有し、表面に光を透過する平坦化膜が形成された被検
査対象に対して照明光学系により異なる複数の波長を有
する照明光を照射し、検出光学系により前記被検査対象
から得られる反射光学像からイメージセンサによって波
長の異なる複数の画像信号を検出し、それぞれの画像信
号について前記被検査対象上の所定の領域毎に明るさを
正規化した画像信号を形成し、該複数の正規化された画
像信号を同一座標系で一つの画像信号に合成し、この合
成画像信号を参照合成画像信号と比較して不一致に基づ
いて前記平坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検査す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや位
相シフタ付レチクルやＴＦＴ基板等のように下に金属製
の配線若しくは回路パターンを有し、表面に絶縁膜等の
光に対して透明な平坦化膜に付着または埋め込まれた異
物等の欠陥を検査する欠陥検査方法およびその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置のレチクルとウェハのア
ライメント技術に関した記述を、日本光学会（応用物理
学会）の冬期講習会テキスト（１９９３）「光計測技術
の最前線」（従来技術１）に掲載している。このテキス
トの「半導体機器における光計測」では、半導体露光装
置のレチクルとウェハの位置合わせ手段について記載し
ている。この中で、ウェハに形成されているアライメン
トマーク上に塗布された透明膜（レジスト）の塗布むら
により、マーク像が非対称になることを示している。こ
の対策として、照明光のスペクトル幅を広くし、透明膜
の薄膜干渉に依存した反射率むら（明るさむら）を低減
すれば、マーク像の非対称性を低減できることを説明し
ている。また、特公平０７−０４６０７９（従来技術
２）に異物検査方法の記載がある。これは、回路パター
ン上に保護膜を有する試料に保護膜で吸収されるような
光を照射し、照射した光により保護膜の表面で発生する
散乱光から保護膜上に存在する異物を検出する方法であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術１に記載の広
帯域波長照明（白色照明）により透明薄膜の下地層に形
成されたアライメントマークの像を検出すると、薄膜干
渉に起因した明るさむらは低減できる。これは、透明膜
で薄膜干渉する光の位相差は、４πｎｄｃｏｓθ／λ
［薄膜の屈折率ｎ、膜厚ｄ、波長λ、入射角θ］であ
り、ある膜厚の条件では、波長に応じて強めあったり弱
めあったりしりためである。このため、強め合う位相差
となる波長の色が観察される。白色照明による明るさむ
らの低減は、スペクトル幅を広げることにより、ある膜
厚での薄膜干渉で強め合ったり弱め合ったりする波長が
混在し、検出強度はこれらの波長の干渉強度の積分値と
なるため、膜厚むらに伴う明るさの変動が低減できるこ
とを示している。しかし、薄膜干渉により赤色が強めら
れて検出された画像と、青色が強められて検出された画
像とでは画像の光学的解像度が異なる。これは同一の光
学系で像を検出した場合、波長に比例して解像度が低下
するためである。たとえば、青色（λ４８０ｎｍ）で検
出される画像と、赤色（λ６３０ｎｍ）で検出される画
像では、青色の方が解像度が１．３倍高い。このため、
両者の色で検出した画像は細部の様子が異なる。従っ
て、両者の画像を比較検査すると、正常部であるにも係
わらず不一致となる。この不一致は欠陥検出上ノイズと
なるため、欠陥検出感度を向上させるためにはこの不一
致を低減する必要がある。

【０００４】また、従来技術２は、薄膜に吸収される光
をウェハに照明し、薄膜の表面に付着した異物を検出す
るものである。この異物検査方法では、薄膜干渉を起こ
さないため上記課題はないが、薄膜上に形成されたパタ
ーンの微小な突起や欠け等の欠陥は散乱光検出方式であ
るため、検出が困難である。これは、パターンエッジの
傾斜のむらにより散乱光の検出光量が変動し、虚報をな
くすには異物判定しきい値を大きくする必要がある。こ
のため、パターンのエッジに形成された微小欠陥を弁別
することができないという課題を有することになる。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
下に配線若しくは回路パターンを有する透明膜からなる
平坦化膜において膜厚に変化が生じたとしても、平坦化
膜に付着若しくは埋め込まれる異物等の微小な欠陥を誤
検出することなく高信頼度で検査できるようにした欠陥
検査方法およびその装置を提供することにある。また、
本発明の他の目的は、下に配線若しくは回路パターンを
有する透明膜からなる平坦化膜において膜厚に変化に伴
う薄膜干渉による色むら（明るさむら）の変化が生じた
としても、平坦化膜に付着若しくは埋め込まれる異物等
の微小な欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査でき
るようにした欠陥検査方法およびその装置を提供するこ
とにある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、下に配線若し
くは回路パターンを有する透明膜からなる平坦化膜に形
成されたスルーホール内のエッチング残りを高信頼度で
検査できるようにした欠陥検査方法およびその装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、透明膜
からなる平坦化膜上に更に配線若しくは回路パターンを
形成した後、該パターンまたは平坦化膜上の欠陥を高信
頼度で検査できるようにした欠陥検査方法およびその装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、下に配線若しくは回路パターンを有し、
表面に光を透過する平坦化膜が形成された被検査対象に
対して照明光学系により異なる複数の波長を有する照明
光を照射し、検出光学系により前記被検査対象から得ら
れる反射光学像からイメージセンサによって波長の異な
る複数の画像信号を検出し、それぞれの画像信号につい
て前記被検査対象上の所定の領域毎に明るさを正規化し
た画像信号を形成し、該複数の正規化された画像信号を
同一座標系で一つの画像信号に合成し、この合成画像信
号を参照合成画像信号と比較して不一致に基づいて前記
平坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検査することを
特徴とする欠陥検査方法である。また本発明は、前記欠
陥検査方法において、前記波長の異なる複数の画像信号
を、時間遅延積分方向に分光透過率が異なる複数の膜を
形成したＴＤＩイメージセンサから検出することを特徴
とする。また本発明は、前記欠陥検査方法において、前
記波長の異なる複数の画像信号を、前記被検査対象から
得られる反射光学像に対して波長分離光学要素で分離さ
れた複数の波長の光学像を、各結像位置に設置されたイ
メージセンサから検出することを特徴とする。

【０００８】また本発明は、下に配線若しくは回路パタ
ーンを有し、表面に光を透過する平坦化膜が形成された
被検査対象に対して照明光学系により前記平坦化膜に吸
収される波長の照明光を照射し、検出光学系により前記
被検査対象から得られる薄膜干渉の殆ど生じない反射光
学像に基づく画像信号をイメージセンサから検出し、該
検出された画像信号を参照画像信号と比較して不一致に
基づいて前記平坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検
査することを特徴とする欠陥検査方法である。また本発
明は、前記欠陥検査方法において、前記照明光として、
２５０ｎｍ以下の波長であることを特徴とする。また本
発明は、前記欠陥検査方法において、前記平坦化膜は、
化学および機械的な研磨によって加工されたことを特徴
とする。また本発明は、前記欠陥検査方法において、前
記照明光として、輪帯状であることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、試料の平坦化膜に吸収され
る波長の光で試料を照明し、平坦化膜上のパターンや異
物で反射、回折、散乱した光を用いて明視野画像を検出
することにより、薄膜干渉を防止した画像信号を検出す
ることができ、その結果この検出された画像信号を参照
画像信号と比較して不一致に基づいて前記平坦化膜に対
する欠陥または欠陥候補を検査することが可能となる。
なお、試料と対物レンズの焦点ずれ検出光として平坦化
膜に吸収されない光を用いる必要がある。また本発明
は、欠陥検出感度の向上を行うためには、検査対象の分
光反射率が高い波長域を照明光に用いることが有効であ
る。但し、この条件は検出したい欠陥により異なる。こ
のため、検査前の先行作業として複数の異なる波長域で
欠陥検査し、検出対象の欠陥を多く検出した波長域を照
明光に用いることも有効である。さらに、検出すべき欠
陥に応じて、明視野、暗視野及び明視野・暗視野複合の
３系統の照明方法の中から照明方法を選択できる構成と
することが、様々な欠陥に対応した照明方法を実現する
上で有効である。また、対物レンズの後側焦点位置ある
いは、当該後側焦点位置と共役な位置に、０次光の透過
率を低減させる空間フィルタを配置することにより、光
学像の解像度を向上させることが可能であり、微小欠陥
の検出に有効である。

【００１０】また本発明は、前記欠陥検査方法におい
て、安定した画像を検出するためには、安定した焦点合
わせ動作が不可欠である。試料に対物レンズの焦点深度
よりも大きな段差がある場合は、検査したい領域以外に
当該対物レンズの視野があるときに段差量相当のフォー
カスオフセット値を設定して焦点合わせ動作を行うこと
が有効である。また本発明は、前記欠陥検査方法におけ
る被検査対象として平坦化膜の下地層に反射防止膜を形
成することを特徴とする。また本発明は、前記欠陥検査
方法における被検査対象として平坦化膜の表層に透過防
止膜を形成することを特徴とする。

【００１１】また本発明は、下に配線若しくは回路パタ
ーンを有し、表面に光を透過する平坦化膜が形成された
被検査対象に対して異なる複数の波長を有する照明光を
照射する照明光学系と、前記被検査対象から得られる反
射光学像からイメージセンサによって波長の異なる複数
の光学画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系
のイメージセンサから得られるそれぞれの光学画像信号
について前記被検査対象上の所定の領域毎に明るさを正
規化した画像信号を形成する正規化画像信号形成部と、
該正規化画像信号形成手段によって形成された複数の正
規化された画像信号を同一座標系で一つの画像信号に合
成する画像信号合成部と、該画像信号合成部で合成され
た合成画像信号を参照合成画像信号と比較して不一致に
基づいて前記平坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検
査する判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置
である。また本発明は、前記欠陥検査装置において、前
記検出光学系のイメージセンサを、時間遅延積分方向に
分光透過率が異なる複数の膜を形成したＴＤＩイメージ
センサで構成したことを特徴とする。また本発明は、前
記欠陥検査装置において、前記検出光学系は、前記被検
査対象から得られる反射光学像に対して複数の波長の光
学像に分離する波長分離光学要素と、該波長分離光学要
素で分離されたそれぞれの光学像をイメージセンサ上に
結像させる結像光学系とを有することを特徴とする。

【００１２】また本発明は、下に配線若しくは回路パタ
ーンを有し、表面に光を透過する平坦化膜が形成された
被検査対象に対して前記平坦化膜に吸収される波長の照
明光を照射する照明光学系と、前記被検査対象から得ら
れる薄膜干渉の殆ど生じない反射光学像に基づく画像信
号をイメージセンサから検出する検出光学系と、該検出
光学系で検出された画像信号を参照画像信号と比較して
不一致に基づいて前記平坦化膜に対する欠陥または欠陥
候補を検査する判定部とを備えたことを特徴とする欠陥
検査装置である。また本発明は、前記欠陥検査装置にお
いて、前記照明光学系は、輪帯状照明光を照明するよう
に構成したことを特徴とする。また本発明は、前記欠陥
検査装置において、更に、可視光に基づく合焦点制御系
を備えたことを特徴とする。

【００１３】また本発明は、被検査対象に対して偏光照
明する偏光照明光学系と、前記被検査対象で反射および
回折した光で像を形成して画像信号を検出する明視野画
像検出系および前記被検査対象に形成されたパターンの
エッジで回折した光で像を形成して画像信号を検出する
暗視野画像検出系の２系統を有する検出光学系と、前記
明視野画像検出系から得られる画像信号および／または
暗視野画像検出系から得られる画像信号に基づいて前記
被検査対象上の微小欠陥を検査する判定部とを有するこ
とを特徴とする欠陥検査装置である。また本発明は、被
検査対象に対して偏光照明する偏光照明光学系と、前記
被検査対象から割合が制御された正反射光と高次回折光
とを有する光学像に基づく画像信号を検出する検出光学
系と、該検出光学系から得られる画像信号に基づいて前
記被検査対象上の微小欠陥を検査する判定部とを有する
ことを特徴とする欠陥検査装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。まず、本発明に係る平坦化膜１ｃに
おける異物等の欠陥検査の原理について、説明する。図
２には、本発明に係る被検査対象１としての平坦化膜１
ｃにおける異物等の欠陥を検査するための検出光学系を
示したものである。異物等の欠陥を検査する被検査対象
１は、例えば、半導体デバイスを製造するために、Ｓｉ
等の基板（ウエハ）１ａ上に配線パターン１ｂを形成
し、この上にＳｉＯ₂等の絶縁膜をＣＶＤ等で成膜し、
この成膜された絶縁膜の表面をＣＭＰ（Chemical Mecha
nical Polishing）で平坦化して平坦化膜１ｃを形成し
たものである。図２には、被検査対象１として配線パタ
ーン１ｂが一層、その上に絶縁層からなる平坦化膜１ｃ
が形成された断面を示しているが、通常配線層およびそ
の間を絶縁する絶縁層共に多層構造を有し、絶縁層およ
び配線層共に上層に行くに従ってうねりが生じ、その表
面を平坦化する必要が生じることになる。従って、通
常、異物等の欠陥を検査する平坦化膜１ｃの下は、多層
構造を有することになる。また、被検査対象１として、
位相シフト付レチクルのように、ガラス基板に回路パタ
ーンを形成し、その上に平坦な透明な位相シフトパター
ンを形成したものがある。

【００１５】このような被検査対象１の平坦化膜１ｃの
表面に照明光２００を照射し、対物レンズ２０、結像レ
ンズ３０、およびイメージセンサ７０からなる検出光学
系で画像信号を検出した場合、図３（ｂ）に示す通り、
平坦化膜１ｃの膜厚ｄに対する反射率Ｒは、イメージセ
ンサ７０が受光する色に応じて周期が異なることにな
る。反射率Ｒが周期的に変動する要因は、平坦化膜１ｃ
の膜厚ｄに応じて光路差がことなり、これに伴って位相
差も変化するためである。また、色によって周期が異な
る要因は、位相差が波長の関数であるためであり、短波
長の青色Ｂ（λ４８０ｎｍ程度）では周期Ｔｂが短く、
緑色Ｇ（λ５５０ｎｍ程度）、赤色Ｒ（λ６３０ｎｍ程
度）と長波長になるに従って周期も長くなる。たとえ
ば、膜厚ｄ１の条件で青・緑・赤色共に均一な強度の白
色照明をした場合、図３（ｃ）に示すように、青色Ｂで
検出した光の強度Ｉｂは弱く、緑Ｇ、赤色Ｒになるに従
って強度は高くなる。ここでは、各波長毎に分離してイ
メージセンサ７０で検出した光強度分布Ｉ_bd1、Ｉ_gd1、
Ｉ_rd1を表示しているが、白色光（Ｂ光＋Ｇ光＋Ｒ光）
で検出する場合は、これらの波長で検出した光強度分布
Ｉ_bd1、Ｉ_gd1、Ｉ_rd1を積分した分布Ｉ_bgrd1となる。ま
た、膜厚ｄ２の条件で画像を検出した場合は、図３
（ａ）に示すとおりＢ〜Ｒになるにつれて光強度は弱く
なる。従って、膜厚ｄ２の条件で白色光（Ｂ光＋Ｇ光＋
Ｒ光）で検出する場合は、これらの光強度分布Ｉ_bd2、
Ｉ_gd2、Ｉ_rd2を積分した分布Ｉ_bgrd2となる。図３
（ａ）に示す膜厚ｄ２における白色光による光強度分布
Ｉ_bgrd2は、図３（ｃ）に示す膜厚ｄ１における白色光
による光強度分布Ｉ_bgrd1と光強度のレベルはほぼ同じ
であるが、下の配線パターン１ｂのエッジ部のコントラ
ストは、図３（ａ）の条件の方が高い。これは、図３
（ａ）に示した条件では、短波長である青色Ｂの反射率
Ｒが高いため、白色光検出画像における青色Ｂの割合が
大きく、検出した像の解像度が高いことによる。

【００１６】ところで、例えば、絶縁膜の表面をＣＭＰ
で平坦に加工して平坦化膜１ｃを形成したとしても、そ
の下の配線パターン１ｂに僅かのうねりが生じる薄膜の
多層構造を有する関係で、平坦化膜１ｃの膜厚ｄにｄ１
とｄ２との間で変化が生じることになる。このため、被
検査対象１の平坦化膜１ｃから検出される画像信号とし
て、図３（ｃ）から図３（ａ）に示す様々な局部的な白
色光検出画像が次々と出現してくることになる。しかし
ながら、この膜厚の変化による白色光検出画像の変化
（相違）が生じたとしても、膜厚の変化は実用上不良品
ではないため、欠陥として判定すべきではない。従っ
て、チップ比較（チップ間における画像信号同志の比
較）、またはセル比較（半導体メモリのようにセル比較
における画像信号同志の比較）等の配線パターンに基づ
く画像信号同志の比較において、図３（ｃ）に示す白色
光検出画像Ｉ_bgrd1と図３（ａ）に示す白色光検出画像
Ｉ_bgrd2とが比較されることになり、両者の相違に基づ
く差画像が検出されることになるが、正常部であるた
め、この差画像の不一致量を欠陥と判定しないように欠
陥判定しきい値（許容値）を大きく設定する必要があ
る。このため、平坦化膜１ｃの表面に付着または埋め込
まれた異物等の微小欠陥を判定することができなくなっ
てしまう。即ち、図３（ｃ）に示す白色光検出画像Ｉ
_bgrd1と図３（ａ）に示す白色光検出画像Ｉ_bgrd2との違
いに見られるような、膜厚の変化に対する色の割合の差
に起因した画像の違いを低減しないと、欠陥判定しきい
値を下げられず、微小欠陥の検出が困難となる。

【００１７】本発明は、上記課題を解決すべく、各色で
検出したそれぞれの画像信号の明るさを同じレベルにす
ることによって、被検査対象１において膜厚が変化した
全ての個所からほぼ同一の波形を有する白色光に相当す
る検出画像信号を得るようにしたものである。即ち、図
４に示す通り、Ｂ（λ４８０ｎｍ程度）、Ｇ（λ５５０
ｎｍ程度）、Ｒ（λ６３０ｎｍ程度）共に同じ強度の照
明光量であっても、平坦化膜１ｃの膜厚の変化に基づく
分光反射率Ｒに応じて図４（ａ）に示すように検出光量
Ｉ_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）にば
らつきが生じる。尚、このばらつきは、検出光学系の分
光透過率やイメージセンサの分光感度にも依存するが、
これらによる検出光量の変動は小さいためここでは考慮
しない。そこで、本発明は、次に示す（数１）式で示さ
れるように、それぞれの画像信号Ｉ_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1
（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）に異なるゲイン（Ｇｂ，Ｇ
ｇ，Ｇｒ）を掛けることによって、それぞれの色で検出
したそれぞれの画像信号の明るさＩ_b2（ｘ，ｙ）、Ｉ_g2
（ｘ，ｙ）、Ｉ_r2（ｘ，ｙ）を同じレベルにすることに
ある。これにより、図４（ｂ）に示す通り、それぞれの
色で検出した画像信号の明るさＩ_b2（ｘ，ｙ）、Ｉ
_g2（ｘ，ｙ）、Ｉ_r2（ｘ，ｙ）が同じレベルになる。更
に、次に示す（数１）式で示すように、これらの画像信
号Ｉ_b2（ｘ，ｙ）、Ｉ_g2（ｘ，ｙ）、Ｉ_r2（ｘ，ｙ）を
足し合わせることにより、白色光照明で検出できる画像
信号と同様が画像信号であり、且つ薄膜干渉による色む
らを正規化した画像信号Ｉ₂（ｘ，ｙ）（Ｉ_bgr2（ｘ，
ｙ））を図４（ｃ）に示すように生成することができ
る。

【００１８】Ｉ₂（ｘ，ｙ）＝Ｉ_b2（ｘ，ｙ）＋Ｉ_g2（ｘ，ｙ）＋Ｉ_r2（ｘ，ｙ）＝（Ｇｂ ×Ｉ_b1（ｘ，ｙ））＋（Ｇｇ×Ｉ_g1（ｘ，ｙ））＋（Ｇｒ×Ｉ_r1（ｘ，ｙ））（数１）ここで、上記ゲイン（Ｇｂ，Ｇｇ，Ｇｒ）を、イメージ
センサ７０によって各色毎に検出される画像信号Ｉ
_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）から、
膜厚の変化が殆ど生じない範囲内において、次に示す
（数２）に基づいて算出する必要がある。上記範囲とし
て、被検査対象上をできるだけ細分化して１〜数個
（本）の配線パターンが存在する範囲内（領域内）にす
ることが望ましい。Ｇｂ＝Ｋｂ／ΣＩ_b1（ｘ，ｙ）Ｇｇ＝Ｋｇ／ΣＩ_g1（ｘ，ｙ）Ｇｒ＝Ｋｒ／ΣＩ_r1（ｘ，ｙ）（数２）ただし、Ｋｂ、Ｋｇ、Ｋｒはほぼ同じ値とする。

【００１９】なお、実際には、被検査対象１に対して照
射する照明光２００の照度分布（照明分布）が均一でな
いため、イメージセンサ７０から検出されるＢ，Ｇ，Ｒ
の画像信号Ｉ_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、ΣＩ
_r1（ｘ，ｙ）のそれぞれに対して上記Ｋｂ、Ｋｇ、Ｋｒ
を補正してゲイン（Ｇｂ，Ｇｇ，Ｇｒ）を補正すること
によってシェーディング補正をする必要がある。また、
図３、および図４では、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色の画像信号に
ついて波長分離した実施の形態を示したが、波長分離数
は３つに限らずＮ分離（Ｎは２以上の整数）でよい。以
下も同様である。

【００２０】次に、色むら正規化手段について、図５お
よび図６を用いて説明する。たとえば、リニアイメージ
センサ（光電変換素子）７０としてＴＤＩ（Ｔｉｍｅ
ＤｅｌａｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）リニアイメージ
センサ７０ａを用いた場合、被検査対象（試料）１を搭
載したステージ５、６の移動に同期して電荷を遅延積分
していく。たとえば、この時間遅延積分方向に青Ｂ、緑
Ｇ、赤Ｒの３種類の透過膜を膜付けすることにより、３
種類に分離した色の画像信号を検出することができる。
但し、時間遅延積分領域は、膜付けされた透過膜の領域
で行い、この領域の終端で積分された電荷を出力する構
成にする。それぞれの色で検出した光量に応じた信号
は、Ａ／Ｄ変換器１０１でＡ／Ｄ変換の後、被検査対象
（試料）１上の同じ位置に対応させる必要があるため一
旦遅延記憶部１０２に格納される。この遅延記憶部１０
２で空間的に一致された３種類の画像データＩ_b1（ｘ，
ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）は、明るさむら
演算部１０３に入力され、膜厚の変化が殆どない範囲に
おいてそれぞれの明るさむらΣＩ_b1（ｘ，ｙ）、ΣＩ_g1
（ｘ，ｙ）、ΣＩ_r1（ｘ，ｙ）を求め、上記（数２）式
に基づいてゲイン（Ｇｂ，Ｇｇ，Ｇｒ）を求める。即
ち、明るさむら演算部１０３では、膜厚の変化が殆どな
い範囲において、ΣＩ_b1（ｘ，ｙ）、ΣＩ_g1（ｘ，
ｙ）、ΣＩ_r1（ｘ，ｙ）を求める必要があるため、膜厚
の変化が殆どない範囲に亘る画像信号Ｉ_b1（ｘ，ｙ）、
ΣＩ_g1（ｘ，ｙ）、ΣＩ_r1（ｘ，ｙ）を記憶して膜厚の
変化が殆どない範囲に亘って積分する必要がある。この
範囲は、比較する各配線パターン毎の単位であれば最も
好ましい。しかしながら、積分する範囲としては、数個
（本）の配線パターンに亘ってもよい。即ち、被検査対
象として、半導体メモリのように、セルが形成されてい
る場合には、積分する範囲としてセル単位で行っても、
膜厚の変化が殆ど見られないので可能である。しかしな
がら、積分する範囲をチップ単位に拡げた場合には、チ
ップ単位内において大きな膜厚の変化が生じるので、色
補正が不可能となる。

【００２１】次に、上記明るさむら演算部１０３から得
られる画像データＩ_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ
_r1（ｘ，ｙ）と明るさ補正量（Ｇｂ，Ｇｇ，Ｇｒ）は、
明るさむら補正部１０４に入力される。明るさむら補正
部１０４において、入力された画像データＩ_b1（ｘ，
ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）は、先に求めた
補正量（Ｇｂ，Ｇｇ，Ｇｒ）により上記（数１）式に基
づいて補正されて正規化された各色毎の画像信号Ｉ
_b2（ｘ，ｙ）、Ｉ_g2（ｘ，ｙ）、Ｉ_r2（ｘ，ｙ）が得ら
れる。画像合成部１０５において、これらの補正データ
Ｉ_b2（ｘ，ｙ）、Ｉ_g2（ｘ，ｙ）、Ｉ_r2（ｘ，ｙ）を上
記（数１）式に基づいて加算することによって色むらを
補正した１枚の画像信号Ｉ₂（ｘ，ｙ）を生成する。こ
こまでの手順は、比較する各配線パターンを示す画像信
号毎の単位で行うことが考えられるが、この限りではな
い。即ち、被検査対象１において、平坦化膜１ｃの膜厚
の変化が殆ど生じない範囲（単位）で３種類の画像デー
タＩ_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）か
ら正規化処理を行って白色光に相当する１枚の画像信号
Ｉ₂（ｘ，ｙ）を生成する。以上説明したように、平坦
化膜１ｃに膜厚変化が生じたとしても、その下の配線パ
ターンによる画像信号波形をほぼ同一にすることがで
き、消去することが可能となる。

【００２２】次に、白色光に相当する１枚の画像信号Ｉ
₂（ｘ，ｙ）から平坦化膜１ｃ上に付着または埋め込ま
れた異物等の欠陥を判定する処理について、説明する。
まず、合成された色むら補正画像Ｉ₂（ｘ，ｙ）の一方
は、比較画像ｆ（ｘ，ｙ）として位置ずれ量検出部１０
７へ、他方は参照画像ｇ（ｘ，ｙ）として遅延記憶部１
０６に進む。この遅延記憶部１０６は、位置ずれ量検出
部１０７において、チップ間を比較する場合には、チッ
プのピッチ間遅延させれば良く、セル間を比較する場合
には、セルのピッチ間遅延させれば良い。尚、この分岐
した画像ｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）は、異物等の欠陥
がない場合には基本的に同じ画像データとなる。次に、
位置ずれ検出部１０７では、比較画像ｆ（ｘ，ｙ）と参
照画像ｇ（ｘ，ｙ）の位置ずれ量を検出する。ここで、
参照画像ｇ（ｘ，ｙ）は比較画像ｆ（ｘ，ｙ）に対して
先に遅延記憶部１０６に入力された画像であり、両者は
被検査対象（試料）の像としては空間的に異なる位置で
あり、且つ設計上は同様の形状をしている。次に、求め
た位置ずれ量を基に位置ずれ補正部１０８で両画像ｆ’
（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）の位置合わせを行う。これら
を比較部１０９において比較し、たとえば差画像Δ
（ｘ，ｙ）＝ｆ’（ｘ，ｙ）−ｇ（ｘ，ｙ）を作成す
る。そして、欠陥候補の特徴量検出部１１０において、
差画像から差画像として抽出される欠陥候補の特徴量
（面積や連続した長さ等）を算出し、この算出された特
徴量を判定基準（許容値）と比較して平坦化膜１ｃ上に
付着または埋め込まれた異物等の欠陥１１１を抽出して
検査が行われる。なお、欠陥候補の特徴量検出部１１０
において、位置合わせされた両画像ｆ’（ｘ，ｙ）、ｇ
（ｘ，ｙ）の差画像を抽出しても、平坦化膜１ｃの下の
配線パターンからは同様な信号波形が得られることによ
ってほとんど差がない差画像となるので、その特徴量を
算出して判定基準と比較することによって消去して、平
坦化膜１ｃ上に付着または埋め込まれた異物等の欠陥１
１１のみを抽出して検査することが可能となる。

【００２３】明るさむら演算部１０３における明るさむ
ら演算および明るさむら補正部１０４における明るさむ
ら補正の一実施例を図６に示す。各色の画像信号Ｉ
_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）につい
て膜厚の変化が殆ど生じない範囲内における光量和［青
色ΣＩ_b1（ｘ，ｙ）、緑色ΣＩ_g1（ｘ，ｙ）、赤色ΣＩ
_r1（ｘ，ｙ）］を求め、それぞれの基準光量和値Ｋｂ、
Ｋｇ、Ｋｒとの比を求める。この比Ｇｂ、Ｇｇ、Ｇｒを
明るさむら補正部１０４で画像データＩ_b1（ｘ，ｙ）、
Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ_r1（ｘ，ｙ）のそれぞれ掛けること
により、補正後の明るさＩ_b2（ｘ，ｙ）、Ｉ_g2（ｘ，
ｙ）、Ｉ_r2（ｘ，ｙ）を求める。なお、Ｋｂ、Ｋｇ、Ｋ
ｒをほぼ同一の値にすることによって、図４（ｂ）に示
す如く、各色について同一レベルの明るさを示す画像信
号が得られる。次に、画像合成部１０５において、これ
らの補正データを足し合わせることにより白色光に相応
する合成画像Ｉ₂（ｘ，ｙ）を生成することができる。

【００２４】また、図１７に示すように、膜厚の変化が
生じている平坦化膜１ｃに対して該平坦化膜に吸収され
る２００〜２５０ｎｍ程度以下の波長の光（紫外線の
光）を照明して明視野画像を検出するようにすれば、薄
膜干渉が殆ど生じることなく、膜厚の変化の影響を受け
ることなく、一定の波形形状を有する画像信号を検出す
ることができ、参照画像信号との比較において、平坦化
膜１ｃの下にある配線パターンからの信号波形がほぼ一
致することによって消去して平坦化膜１ｃにおける異物
等の欠陥のみを抽出することができる。また、図２４お
よび図２５に示すように偏光を利用し、平坦化膜の上面
からの反射光の振幅と下面からの反射光の振幅の割合を
大きく違えるようにすることによって、薄膜干渉による
明るさの変動を小さくし、且つ明るさむらも低減した画
像信号が検出することができ、参照画像信号との比較に
おいて、平坦化膜１ｃの下にある配線パターンからの信
号波形がほぼ一致することによって消去して平坦化膜１
ｃにおける異物等の欠陥のみを抽出することができる。

【００２５】次に、本発明に係る平坦化膜１ｃ上の異物
等の欠陥検査を行う外観検査装置の第１の実施の形態に
ついて説明する。図１は、本発明に係る外観検査装置の
第１の実施の形態を示す構成図である。平坦化膜１ｃが
形成された被検査対象（試料）１は、チャック２に真空
吸着等により搭載される。チャック２は、θステージ
３、Ｚステージ４、Ｙステージ５、Ｘステージ６上に設
置される。被検査対象（試料）１の上方に配置されてい
る光学系１１１は、試料１に形成されているパターンの
外観検査を行うために試料１の光学像を検出するもので
あり、主に照明光学系と試料１の像を撮像する検出光学
系及び、焦点検出光学系４５で構成されている。

【００２６】照明光学系を構成する光源１０は、例えば
Ｘｅランプ等で構成されたインコヒーレント光源であ
る。光源１０で発光した光は、レンズ１４ａを介して開
口絞り１１の開口部を透過し、レンズ１４ｂを介して分
光透過率の異なるフィルタを備えて形成されたフィルタ
１２を透過した光が視野絞り１３に到達する。即ち、フ
ィルタ１２を切り換えることによって分光透過率を変え
ることが可能である。さらに、この視野絞り１３を透過
した光は、レンズ１４ｃ及び光分割手段１５を透過し
て、対物レンズ２０に入射し、試料１を照明する。な
お、光分割手段１５としては、ハーフミラーや偏光ビー
ムスプリッター等がある。但し、偏光ビームスプリッタ
ーを用いる場合には、偏光ビームスプリッターから試料
１の間に１／４波長板１６を配置させ、検出光量の激減
を防止する必要がある。試料１を照明した光は、試料１
上で反射、散乱、回折し、対物レンズ３０のＮＡ以内の
光は再び対物レンズ２０に入射し、光分割手段１５で反
射され、試料１の像を撮像する検出光学系及び焦点検出
光学系４５に導かれる。これらの光は、検出光学系の光
分割手段２５に入射し、透過した光は結像レンズ３０を
介して中間像を形成し、この中間像をズームレンズ５０
で拡大してセンサ面７０に結像させる。ここで、検出光
学系の光分割手段２５は、例えばハーフミラー（Ｔ：Ｒ
＝１：１でなくてよい）やダイクロイックミラー或いは
偏光ビームスプリッター等であり、光電変換素子７０
は、リニアセンサやＴＤＩセンサ或いはＴＶカメラ等で
ある。

【００２７】また、検出光学系の光分割手段２５を反射
した光は、焦点検出光学系４５に導かれ、焦点検出用セ
ンサ４１に試料１の像を結像する。この結像した像は、
分岐プリズム４８で分岐された光路の一方の像が他方の
像に対して鏡像反転してプリズム４２で合成され、試料
１が対物レンズ２０の焦点位置にある場合は対称な光強
度分布となる。分岐プリズム４８で分岐された光路の一
方の像が他方の像に対して鏡像反転するのは、一方の光
路は２枚のミラー４３、４４で構成され、他方の光路は
３枚のミラー４５、４６、４７で構成されるからであ
る。従って、焦点検出用センサ４１から対称な光強度分
布（合焦点状態）と検出されるようにＺステージ４また
は対物レンズ２０を上下動させて焦点制御が行われる。
ここで、焦点検出センサ４１は、リニアセンサやＴＤ
Ｉ、あるいはフォトダイオード等がある。なお、視野絞
り１３と試料１と検出光学系の光電変換素子７０及び焦
点検出光学系４５の光電変換素子４１は光学的に共役で
ある。焦点検出光学系の光電変換素子４１で検出した光
強度分布の信号は焦点検出信号処理回路９０に入力さ
れ、この焦点検出信号処理回路９０において、対称な光
強度分布（合焦点状態）との違いにより試料１の高さと
対物レンズ３０の焦点位置のズレ量が算出され、この算
出された焦点ズレ量のデータがＣＰＵ７５に送信され
る。この焦点ズレ量に応じて、ＣＰＵ７５からステージ
制御部８０にＺステージ４を駆動させる指令を行い、所
定パルスをステージ制御部８０からＺステージ４に送
り、自動焦点機能が働く。

【００２８】また、検出光学系の光電変換素子７０で検
出した試料１の光学像は、画像入力部７１でＡ／Ｄ変換
され、画像処理回路７２に入力される。この画像処理回
路７２では、画像の明るさむら補正から欠陥の判定まで
を行う。さらに、試料１のＸＹ方向の移動にはＸステー
ジ６及びＹステージ５により２次元的な移動を行う。ま
た、θステージ３は、ＸＹステージ６及び５の運動方向
と試料１に形成されたパターンのθアライメントを行う
ときに用いる。なお、焦点合わせはＺステージ４を用い
て行うと説明したが、対物レンズ２０が無限遠補正であ
る場合は対物レンズ２０をＺ方向に移動させることによ
り同様の機能となる。この対物レンズ２０をＺ方向に移
動させて自動焦点機能を働かせる利点として、Ｚステー
ジ４に搭載されたθステージ３やチャック２の荷重より
も対物レンズ２０の荷重の方が軽いため、Ｚステージ４
に内蔵されているアクチュエータで制限されている自動
焦点機能のフィードバック周期が速くなる。また、Ｚス
テージ４の駆動に伴うチャック２の振動も防止できる。
なお、第１の実施の形態においては、分光画像検出手段
として、図４に示すように、ＴＤＩイメージセンサ７０
ａの受光面（カバーガラス面）に分光透過率の異なる３
種類の膜を付けて構成した。

【００２９】次に、本発明に係る平坦化膜１ｃ上の異物
等の欠陥検査を行う外観検査装置の第２の実施の形態に
ついて説明する。図７は、本発明に係る外観検査装置の
第２の実施の形態を示す構成図である。第２の実施の形
態においては、分光画像検出手段として、結像レンズ３
０の結像位置にセンサ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを配置
し、これらの間に赤色を反射するダイクロイックミラー
５１、緑色を反射するダイクロイックミラー５２を配置
して構成する。従って、分光反射率特性に応じた赤色光
が、ダイクロイックミラー５１で反射されて赤色検出用
センサ７０ｒに到達し、このセンサ７０ｒからは赤色の
光量で示される赤色の画像データＩ_r1（ｘ，ｙ）が検出
される。同様に、分光反射率特性に応じた緑色光が、ダ
イクロイックミラー５２で反射されて緑色検出用センサ
７０ｇに到達し、このセンサ７０ｇからは緑色の光量で
示される緑色の画像データＩ_g1（ｘ，ｙ）が検出され
る。さらに、２つのダイクロイックミラー５１、５２を
透過した光はセンサ７０ｂに到達し、このセンサ７０ｂ
からは青色の光量で示される青色の画像データＩ
_b1（ｘ，ｙ）が検出される。これにより、３色に分離し
た画像データＩ_b1（ｘ，ｙ）、Ｉ_g1（ｘ，ｙ）、Ｉ
_r1（ｘ，ｙ）が得られることになる。ここで、図では３
色に分離したが、分離する数はこの限りではない。この
第２の実施の形態においては、光分割手段１５において
照明光を反射させ、被検査対象１からの反射光を透過さ
せる構成を示すが、第１の実施の形態と同様に、光分割
手段１５において照明光を透過させ、被検査対象１から
の反射光を反射させるように構成しても良い。

【００３０】ところで、被検査対象（試料）１におい
て、薄膜干渉を防止する手段として、平坦化膜で構成さ
れた透明薄膜１ｃの下地に反射防止膜を膜付けすること
が有効である。同様に、平坦化膜で構成された透明薄膜
１ｃの表層に透過防止膜を膜付けすることにより、薄膜
干渉を防止することができる。

【００３１】次に、本発明に係る平坦化膜１ｃ上の異物
等の欠陥検査を行う外観検査装置の第３の実施の形態に
ついて説明する。まず、分光画像検出による欠陥検出感
度の向上について、図８（ａ）を用いて説明する。試料
１７１上に形成された下地層（例えばＳｉ基板の表面）
１７２は、分光反射率が高くて一様であるとする。この
下地層の上層に赤色で反射率の高いパターン（例えば、
Ｃｒの酸化膜からなる配線パターン）１７３が形成され
ていたとする。この赤色パターン１７３に異物１７４が
付着している場合、白色照明で検出した画像では異物部
の信号レベルＳ１は小さい。これは、下地層１７２の分
光反射率が高く一様であるため、この下地層の検出光量
がセンサ７０の飽和レベルに達しないように照明光量を
調整する必要があるためである。従って、赤色パターン
の検出光量は下地層に比べ低いため、異物と赤色パター
ンの正常部の光量差が小さくなる。この赤色パターン上
に付着した異物の信号レベルを大きくし、且つ下地層に
付着した異物の信号レベルも低下させないためには、照
明光の波長を試料１７１に形成されたパターン１７３に
対応させる必要がある。図８（ｂ）に示す通り、パター
ン１７３の色に対応させて照明光を赤色（例えば、λ６
００〜６６０ｎｍ）にすると下地層１７２と赤色パター
ン１７３の反射光強度の差が小さくなる。このため、こ
のため、赤色パターンのセンサ受光量も大きくなり、異
物と正常部の光量差も大きくなる。従って、異物の検出
が容易になる。このように、照明光として、平坦化膜１
ｃの下地層のパターンに適するような波長で照明すれ
ば、平坦化膜１ｃ上の異物等の欠陥を感度良く検出する
ことができる。

【００３２】次に、平坦化膜１ｃの下地層のパターンに
適するような波長で照明するための照明光の波長幅切り
換え手段を備えた外観検査装置の第３の実施の形態につ
いて、図９、図１０、図１１、図１２および図１３を用
いて説明する。この第３の実施の形態は、図９に示す如
く、図１に示す第１の実施の形態と同様に、光源１０は
白色光源であり、発光した光をコンデンサレンズ１４ａ
で開口絞り１１に集光する。開口絞り１１を通過した光
は、レンズ１４ｂを介して、分光透過率の異なる複数個
のバンドパスフィルタ１２のうち、光路中に選択された
バンドパスフィルタ１２の分光透過率に応じた光のみが
透過して視野絞り１３に到達する。この視野絞り１３を
透過した光は、レンズ１４ｃ、ダイクロイックミラ１
５、波長板１６、対物レンズ２０を透過して試料１を落
射照明する。試料１を反射、回折、散乱した光は、再び
対物レンズ２０に取り込まれ、ダイクロイックミラ１５
で検出系光路に反射され、結像レンズ３０で中間像を形
成する。この中間像をズームレンズ５０でセンサ７０上
に結像させることにより、所望の色で被検査対象の画像
信号を検出することができる。次に分光透過率の異なる
複数個のバンドパスフィルタ１２を交換する手法につい
て、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）に示す如
く、例えば、８ヶのバンドパスフィルタをターレット状
１９にマウントし、これをパルスモータ等で回転させ
る。なお、それぞれのバンドパスフィルタ１２ａ、１２
ｂ、１２ｃは、図１０（ｂ）に示すとおり、Ｔ１２ａ、
Ｔ１２ｂ、Ｔ１２ｃ、…と分光透過率が異なる特性を有
する。なお、図中シャープカットフィルタ等も記載して
いるが、これも照明光の波長幅を変える一つの手段であ
る。

【００３３】複数個のバンドパスフィルタのうち、欠陥
検出上有利なフィルタを選択する手段について、図１
１、図１２および図１３を用いて説明する。まず、選択
手段の一例として検査前の先行作業で試料１の分光反射
率を求めて、この分光反射率の高い色を透過するバンド
パスフィルタ１２を選択する手法がある。即ち、図１１
に示す外観検査装置において、図１３に示すように、バ
ンドパスフィルタ１２を照明光路から外して光源１０か
らの光により白色照明し（ステップＳ１０１）、試料１
を搭載したステージ５、６を走査する。このとき、試料
１の反射光が分光反射率検出用センサ４７に到達するよ
うに光路切り換えミラー４６を検出光路中に配置する。
この分光反射率検出用センサ４７は、図１２に示すよう
に、３つの受光面４７ａ、４７ｂ、４７ｃを有してお
り、それぞれの受光面４７ａ、４７ｂ、４７ｃには分光
透過率の異なる膜４８ａ、４８ｂ、４８ｃが膜付けされ
ている。膜４８ａの分光透過率は約５００ｎｍ以下で、
膜４８ｂの分光透過率は約５００ｎｍ〜約６００ｎｍ
で、膜４８ｃの分光透過率は約６００ｎｍ以上である。
分光反射率算出手段（ＣＰＵ）４９において、この３つ
の受光面の各々４７ａ、４７ｂ、４７ｃから得られる光
量を、試料面内について積分することにより、試料面内
のおおよその分光反射率を求めることができる（ステッ
プＳ１０２）。尚、センサ４７の３つの受光面はイメー
ジセンサでなくてよい。

【００３４】以上説明したように、分光反射率算出手段
（ＣＰＵ）４９において、検査前の先行作業で試料１の
分光反射率を求めて表示手段等に出力し、この出力結果
に基づいて、試料１の分光反射率の高い色に対応したバ
ンドパスフィルタ１２を選択して照明光路中に設置する
（ステップＳ１０３）。この選択動作は、分光反射率算
出手段（ＣＰＵ）４９から得られる出力結果を、バンド
パスフィルタ選択機構にフィードバックして自動的に選
択することも可能である。以上説明したように試料１の
分光反射率の高い色に対応したバンドパスフィルタ１２
を用いて外観検査することにより、欠陥検出感度を向上
させることが可能となる。以上、欠陥検査に用いる照明
光は、試料１の分光反射率が高い波長域を用いて異物等
の欠陥を顕在化しているが、検出すべき欠陥によって
は、適した波長域が異なる。特に、薄膜欠陥などの光学
的に解像しない欠陥は、薄膜干渉を利用して検出するこ
とが可能である。この薄膜欠陥に適した波長は、膜厚や
材質及び正常部の明るさ等によって異なる。このため、
検査前の先行作業として異なる波長域の照明光で欠陥検
査し、被検査対象とする欠陥の検出数の多い波長域を検
査時の照明光に用いることが有効である。

【００３５】次に、欠陥検出感度を向上させるための光
学系を備えた外観検査装置の第４の実施の形態について
図１４および図１５を用いて説明する。光源１０を発光
した光は、レンズ１４ｄで集光され、ダイクロイックミ
ラー１２０ａで、焦点検出用照明系１７０と像検出用照
明系１９とに分岐される。分岐された焦点検出用照明光
路１７０では、開口絞り１１ａ、視野絞り１３ａを透過
して再びダイクロイックミラー１２０ｂで像検出用照明
系１９の光軸と同軸となる。なお、１４ｆ、１４ｇ、１
４ｈ、１４ｉ、および１４ｊはレンズである。また、１
４ｍ、および１４ｎはミラーである。次に、偏光ビーム
スプリッター１５を透過したＰ偏光は、λ／４板１６を
透過して円偏光となり、対物レンズ２０を介して試料１
を照明する。そして、この試料１を反射した光は再び対
物レンズ２０に取込まれ、λ／４板１６を通過してＳ偏
光に変換される。このＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ
ー１５で反射され、ズームレンズ５０を介してセンサ面
７０に明視野像を結像させる。また、照明系における偏
光ビームスプリッター１５で反射したＳ偏光の光は、ラ
イトガイド２３の入射端に集められ、対物レンズ２０の
周辺からＮＡ以上の入射角で試料１を照明する。この斜
方照明光で散乱、回折した光は対物レンズ２０に取り込
まれ、偏光ビームスプリッター１５でＳ偏光成分が反射
され、センサ面７０に暗視野像を結像させる。これによ
り、イメージセンサ７０からは明暗視野照明による画像
が検出される。この明／暗視野照明の切り換えを行うに
は、像検出用照明系１９に偏光板２２を配置すればよ
い。この偏光板２２を回転することにより、偏光ビーム
スプリッター１５で透過、反射する光量の割合を変化さ
せることができる。従って、偏光板２２の回転によって
明／暗視野照明の切り換えが可能であり、且つ偏光板２
２を抜くと明暗視野照明にすることができる。

【００３６】次に、明暗視野照明による欠陥検出感度の
向上について図１５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
試料１上にＬ（Ｌｉｎｅ）＆Ｓ（Ｓｐａｃｅ）が形成さ
れており、このＬ＆Ｓ上に異物が付着していたモデルに
ついて考える。Ｌ＆Ｓの線幅Ｌは対物レンズ２０の解像
度よりも狭い線幅であるとする。図１５（ａ）の明視野
照明では、Ｌ＆Ｓで回折した光が対物レンズ２０のＮＡ
よりも大きいため、Ｌ＆Ｓの凹凸が解像せず、光量が周
辺の平坦な領域に比べて小さくなる。このため、異物の
信号レベルＳ１は小さい。なお、欠陥検出上ノイズとな
る検出光量のバラツキをＮ１とする。同様の試料１を暗
視野照明で検出した画像の光強度分布を図１５（ｂ）に
示す。暗視野照明では、明視野照明の画像に比べネガテ
ィブに検出される。散乱・回折するパターンのエッジ部
や傾斜部が明るく検出され、異物も明るく検出される。
この暗視野照明では、異物の信号が明視野照明に比べ高
く、このモデルでは暗視野照明の方が、欠陥検出上有利
であることがわかる。しかし、暗視野照明では平坦部に
おける薄膜残りなどの微小段差の信号が小さく、欠陥の
種類に応じて有利な照明方法が異なる。そこで、図１５
（ｃ）に示すように、明視野・暗視野照明を複合した明
暗視野照明が有効である。この場合、異物の信号Ｓ２が
比較的高く、平坦部における薄膜残り等も薄膜干渉によ
る影響で明るさの差として検出できる。ここで、明暗視
野照明時の検出光量のバラツキをＮ２とすると、Ｓ２／
Ｓ１＞Ｎ２／Ｎ１である。これより、明視野照明に対し
てＳ／Ｎ比が向上し、様々な欠陥の検出に有効な照明方
法である。

【００３７】次に、本発明に係る半導体製造プロセスで
形成された平坦化膜に対する欠陥検出について、更に図
１６を用いて説明する。図１６（ｄ）にウェハ１ａ上に
下地層１ｄが膜付けされ、この上に配線パターン１ｂが
形成されている。この配線パターン１ｂを覆うように平
坦化膜１ｃが形成される。この平坦化膜１ｃは可視光で
は透明な材質で形成される。この平坦化膜１ｃはウェハ
１面内で均一な膜厚には形成されておらず、膜厚むらが
生じる。これに伴って、図１６（ａ）に示す平坦化膜１
ｃの透過波長３００ｎｍ以上では薄膜干渉の影響によ
り、明るさが変動して図１６（ｃ）に示す波形の画像信
号が検出される。この平坦化膜１ｃの膜厚むらは品質上
不良ではないため、欠陥として検出すべきではない。こ
のため、膜厚変動に伴う明るさの変動は欠陥検出上ノイ
ズとなる。このノイズを低減するためには、薄膜干渉を
防止する方策が有効である。図１６（ａ）の分光透過率
特性は、平坦化膜１ｃの材質であるＳｉＯ₂について記
している。なお、ＳｉＯ₂の分光透過率Ｔ（％）は、薄
膜製造プロセスの違いにより、特性が変動する。この変
動範囲を２本の分布で示している（変動範囲は２本の分
布の間）。従って、波長３００ｎｍ以上の光ではＳｉＯ
₂は透明であるため薄膜干渉が生じるが、波長２００ｎ
ｍ以下の光では吸収されるため薄膜干渉が生じない。従
って、図１６（ｂ）に示す通り、波長２００ｎｍ以下の
光で検出した画像では、膜厚変動に伴う明るさむらが低
減する。これにより、欠陥検出上のノイズが低減し、欠
陥検出しきい値を低く設定できるため、微小欠陥の検出
に有利である。

【００３８】次に、波長２００〜２５０ｎｍ以下程度の
照明光を用いた外観検査装置の第５の実施の形態につい
て、図１７を用いて説明する。図１７に示す光学系で
は、紫外線光源１０を発光した光を、照明光学系１１を
通過してビームスプリッター１５に入射する。これを透
過した光は、対物レンズ２０を介して試料１を落射照明
される。なお、落射照明する光は、明視野検出するため
の紫外線光と、試料１の高さを検出する焦点検出光とが
含まれることになる。この焦点検出光は平坦化膜１ｃで
吸収されない可視光等の光が有効である。これは、平坦
化膜１ｃなどで光が吸収されると、高さ検出できないた
めである。この焦点検出用波長域は、ダイクロイックミ
ラー２５の分光反射率で決定される。この一実施例とし
て、図１８（ａ）に６５０ｎｍ以上の光を焦点検出用波
長域としている。また、紫外線による明視野像を検出す
る光路は、第二のダイクロイックミラー２６を反射した
光路であり、結像レンズ３０で平坦化膜１ｃから得られ
る紫外線による明視野像を結像させ、この像をズームレ
ンズ５０でイメージセンサ７０上に拡大結像させる。こ
の紫外線波長域は、図１８（ｂ）に示す如く、第二のダ
イクロイックミラー２６の分光反射率で決定される。ま
た、試料１に紫外線を照射すると、材質によって蛍光が
生じる。この蛍光による画像を検出することにより、通
常の明視野画像では検出できない欠陥を検出できる。こ
の光学系として、２つのダイクロイックミラー２５、２
６を透過した蛍光を結像レンズ３０’で中間像を作り、
この像をズームレンズ５０’でイメージセンサ７０’上
に拡大投影する構成により蛍光画像を検出することがで
きる。なお、紫外線用対物レンズ２０は紫外線に対して
収差補正されているため、焦点検出光としては比較的紫
外線と収差が少ない光を選択する必要がある。

【００３９】次に、平坦化膜１ｃに対してエッチングに
よって形成された微細なスルホール内の絶縁膜残り等の
欠陥を高解像度で検査する外観検査装置の第６の実施の
形態について、図１９を用いて説明する。被検査対象
１’として、配線パターン１ｂが形成された下地層１
ｂ’上に絶縁膜からなる平坦化膜１ｃ’が形成され、こ
の平坦化膜１ｃ’に対して下層配線と上層配線とを接続
するための微細なスルーホール１ｅがエッチングによっ
て形成されたものが考えられる。該被検査対象１’にお
いて、もし、エッチング残り等の欠陥１ｆが微細なスル
ーホール１ｅ内に残った場合、スルーホール内に導電体
を埋め込んだとしても、下層配線と上層配線とを電気的
に接続することが不可能となる。従って、微細なスルー
ホール１ｅ内のエッチング残り等の欠陥１ｆを検査する
必要がある。そこで、光源１０’で発光した光を開口絞
り１３’に集光させ、この開口絞り１３’の像をハーフ
ミラー１５’で反射させ、対物レンズ２０’の射出瞳２
０ａ上に像２１ａとして投影し、上記被検査対象１’に
対してケーラー照明する。被検査対象１’としては、高
段差のパターン１ｃ’が形成されており、この微細穴１
ｅ底の膜残りの欠陥１ｆ等を検査するものである。従っ
て、微細なスルーホール１ｅ内の欠陥を検査する場合
は、開口絞り１３’の開口を小さくし、照明σ（照明σ
＝開口絞り径／射出瞳径）を小さく設定する必要があ
る。これにより、照明光の入射角分布が狭く、且つ垂直
に近い光となるため、焦点深度が深くなる。さらに、被
検査対象１’を反射、回折した光を対物レンズ２０’で
捕捉し、対物レンズ２０’の射出瞳２０ａと共役な位置
となるズームレンズ５０’の瞳に空間フィルタ５５ａを
配置する。この空間フィルタ５５ａは、遮光パターン５
６ａによって０次光の振幅を減衰させるものであり、図
１９（ｄ）に示す透過率分布を有する。これにより、０
次光と高次回折光の振幅を同程度にすることにより、低
周波成分を低減した干渉結果（光学像）が得られる。ま
た、被検査対象１’への照明入射角範囲を狭めることに
より、薄膜干渉が顕著に検出される。これにより、穴１
ｅ底に形成された薄膜残りに起因した欠陥１ｆを薄膜干
渉を利用してイメージセンサ７０’から画像信号として
検出することが可能である。

【００４０】同様に図２０では、光源１０’で発光した
光を、開口部を輪帯状に形成した開口絞り１３”に集光
させ、この開口絞り１３”の輪帯状の像をハーフミラー
１５’で反射させ、対物レンズ２０’の射出瞳２０ａ上
に輪帯状の像２１ｂとして投影し、上記被検査対象１’
に対してケーラー照明する。開口絞り１３”の開口部を
輪帯状に形成し、ケーラー照明することにより、図２０
（ｄ）に比べて図２０（ｅ）に示すごとく２θ以内の高
次回折光もセンサ面７０’での像形成に寄与する割合が
大きくなる。しかし、高次回折光の振幅に対して０次光
の振幅が大きすぎると、これらの干渉結果に０次光の低
周波成分が残るため像のコントラストは向上しない。そ
こで、ズームレンズ５０”の瞳位置に０次光の振幅を低
減する輪帯状の膜５６ｂを形成した空間フィルタ５５ｂ
を配置することにより、イメージセンサ７０’から低周
波成分を低減した高コントラストな画像信号を検出する
ことができる。なお、空間フィルタ５５ｂにおける輪帯
状の膜５６ｂとしては、図２０（ｃ）に示す振幅透過率
または位相差をつけるものであれば良い。

【００４１】次に、被検査対象に凹凸を有する場合にお
いて合焦点制御をしてフォーカスされた安定した画像信
号を検出することによって、欠陥検出ノイズを低減する
外観検査装置の第７の実施の形態について説明する。即
ち、被検査対象として、例えば、平坦化膜１ｃ上に配線
パターン１ｇが形成されたものがある。図２１（ａ）に
は、外観検査装置における照明光学系および検出光学系
の概略構成と被検査対象の表面形状を示す。この第７の
実施の形態における照明光学系および検出光学系は、具
体的には図２２に示す如く構成される。ところで、焦点
検出用センサ４１で対物レンス゛２０の焦点と試料１の
ずれ量を検出するが、ずれ量を検出してからＺ軸を駆動
してフィードバックするまでに遅れが生じる。第１の原
因は図２１（ｂ）に示す試料１の表面形状３００に対し
て、焦点検出結果は焦点検出周期相当の遅れを生じる。
第２の原因は図２１（ｃ）に示すＺ軸駆動周期相当の遅
れを生じることが主な要因である。このうち、Ｚ軸駆動
周期の影響が大きく、図２１（ｃ）に示す領域において
デフォーカスした画像信号が検出される。従って、デフ
ォーカスする試料１の段差部付近では微小欠陥の検出が
困難となる。

【００４２】そこで、図２２（ａ）に示す通り、Ｚ軸駆
動周期を短くするためにはＺ軸ステージ４のような荷重
の大きいステージを駆動するのではなく、軽量部を駆動
させることが有効である。光学部品を光軸方向に駆動す
ることにより焦点合わせするためには、対物レンズ２０
と結像レンズ３０とをステージ制御部８０からの制御信
号に基づいて矢印１２１および１２３で示すように制御
するのが有効である。これらの光学部品２０、３０の駆
動による焦点合わせ微動調整とＺ軸ステージ４による粗
動調整などにより、遅れ時間の少ない焦点合わせが可能
となる。しかし、被検査対象１を搭載したＸＹステージ
５、６を走査することにより、被検査対象上の急峻な段
差部では必ず焦点合わせの遅れが生じる。この対策とし
て、図２２（ｂ）に示すとおり、被検査対象の表面の段
差上部１ｈを検査する場合は、段差上部が対物レンス゛
２０の視野にある時に焦点合わせ動作を行い、段差下部
にある場合は動作を停止させることにより高段差なパタ
ーン３００であっても、段差付近でのデフォーカスを低
減することができる。同様に、被検査対象の表面におけ
る段差上部１ｈを検査する場合は、段差上部が対物レン
ス゛２０の視野にある時にフォーカスオフセットαで焦
点合わせ動作を行い、段差下部にある場合はフォーカス
オフセットα＋ｈで焦点合わせ動作を行ことにより、段
差付近でのデフォーカス低減することができる。これら
焦点合わせ制御を行うためには、被検査対象１”の段差
情報が必要であり、検査前に被検査対象の座標を指定し
て高さ情報を登録する必要がある。また、被検査対象
１”に形成されたパターンによる微小領域での凹凸は、
１）焦点検出結果を積分、２）焦点検出結果をローパス
フィルタに通すなどにより、安定した焦点合わせが可能
である。

【００４３】次に、被検査対象１”の段差に起因したデ
フォーカスを低減できる自動焦点合わせ機能付きの光学
系について、図２３を用いて説明する。光源１０で発光
した光は、ダイクロイックミラー１２０ａで明視野光と
焦点検出用照明光に分岐される。明視野光は、ダイクロ
イックミラー１２０ａを透過した光であり、開口絞り１
１、視野絞り１３を通過して、再びダイクロイックミラ
ー１２０ｂで焦点検出用照明光と合流する。焦点検出用
照明光は、焦点検出用照明光学系の開口絞り１１ａ、視
野絞り（スリット状の開口部）１３ａを通過する。これ
らの照明光は、ビームスプリッター１５を透過し、対物
レンズ２０を介して、試料１上に投影する。試料１上で
反射、回折した光は、再び対物レンズ２０に捕捉され、
ビームスプリッター１５を反射し、焦点検出検出光はダ
イクロイックミラー２５を反射し、焦点検出光学系７９
０で２光束に焦点検出光を分岐し、一方の光束を他方に
比べて鏡像反転させて、再び合流させる。これにより焦
点検出光は、焦点検出用センサ４１上において、試料１
の高さに対応して図中左右にシフトする。これにより、
試料１の焦点ずれ量を検出することができる。検出光路
のダイクロイックミラー２５を通過した光は、明視野像
検出用センサ７０に試料１の像を結像する。この明視野
像検出用センサ７０がリニアセンサである場合、試料１
の２次元像を検出するためには試料１を走査させなが
ら、連続的に画像を検出する必要がある。

【００４４】図２３（ｂ）に示すとおり、対物レンズ２
０の視野２０１の中心付近に明視野検出用センサ７０の
視野７０１がある。試料１を搭載してスキャンニングス
テージが図中右から左に走査する場合、焦点検出用視野
絞り（スリット状の開口部）１３ａの視野１３ａ’は、
明視野検出用センサ７０の視野７０１の右側（ステージ
走査の前方）に配置させる。これにより、焦点検出位置
は明視野検出用センサ７０の視野７０１の前方を検出す
ることになる。焦点検出位置は明視野検出用センサ７０
の視野７０１と焦点検出用視野絞り（スリット状の開口
部）１３ａの視野１３ａ’の間隔は、焦点合わせ動作時
間の遅れに相当する時間量以上あればよい。ここで、動
作時間の遅れに相当する時間量とは、試料１が等速移動
しているとした場合、図２３（ｂ）に示す距離７００と
なる。また、ステージが左から右に移動する場合は、焦
点検出位置は明視野検出用センサ７０の視野７０１に対
して焦点検出用視野絞り（スリット状の開口部）１３ａ
の視野１３ａ’を左に配置するように焦点検出用視野絞
り（スリット状の開口部）１３ａを移動すれば良い。こ
れを実現するには、図２３（ａ）に示す光学系の焦点検
出用視野絞り（スリット状の開口部）１３ａと焦点検出
用センサ４１を同一ステージ７３０上に搭載し、矢印７
３１方向に移動すればよい。また、合わせたい焦点位置
にオフセットを持たせたい場合は、試料１上のオフセッ
ト量に対して、縦倍率分ステージ７３０を矢印７３２方
向に移動させれば良い。このステージ７３０上に焦点検
出用視野絞り（スリット状の開口部）１３ａと焦点検出
用センサ４１を搭載することにより、ステージ７３０の
移動誤差（ピッチング、ヨーイング、パルスモータの場
合は脱調ｅｔｃ．）による焦点検出用視野絞り（スリッ
ト状の開口部）１３ａと焦点検出用センサ４１の位置関
係のずれを低減できる。これにより、図２３（ｃ）に示
すように、試料１には段差があり、比較例で示すように
高さ検出が明視野検出用センサ７０の視野７０１と焦点
検出用視野絞り１３ａの視野１３ａ’が同じ位置であっ
た場合、試料１の段差１ａが視野７０１、１３ａ’に走
査されてから焦点検出を行うことになった。このため、
実際に焦点合わせするまでの遅れ時間相当の明視野像撮
像領域がデフォーカス領域となる。このため、このデフ
ォーカス領域では撮像した像のコントラストが低下す
る。このため、撮像した像のパターン検査などを行う場
合、微細パターンの検査ができなくなる。これに対し
て、図２３（ｃ）に示すように、本発明では、明視野検
出用センサ７０の視野７０１に走査されたタイミングで
焦点合わせ動作を行うことが可能となり、デフォーカス
領域を小さくすることができる。従って、パターン段差
部３００の端部においても、微細パターンの検出が可能
となる。ここで、本発明では焦点合わせ動作を行う時の
移動量は試料１の段差量に対応させることが考えられ
る。

【００４５】次に、図１４に示す偏光を利用した明視野
像の検出と暗視野像の検出及び明暗視野像の中立像検出
する手段について、更に具体的に図２４を用いて説明す
る。照明光７５０はランダム偏光であるとする。照明光
７５０はハーフミラー７７０を透過して偏光ビームスプ
リッター１５でＰ偏光の光が透過する。このＰ偏光はλ
／４板１６で円偏光となり、試料１で反射することによ
り位相の飛びと共に試料のパターンに応じて位相差が与
えられ、楕円偏光となる。また、パターンのエッジなど
で回折した光は回折光の方向に応じて偏光も変化する。
これらの反射光は再び対物レンズ２０に捕捉され、λ／
４板１６を通過してＰＢＳ１５に入射し、試料１上で正
反射した光であるＳ偏光はレンズ５０を介してセンサ７
０上に明視野像を結像する。一方、ＰＢＳ１５を透過し
た光は、試料１上のパターンのエッジで回折した光など
であり、回折光の方向に応じて回折光の偏光面も変化す
る。これらの光は、ハーフミラー７７０で反射してレン
ズ５０ｂを介してセンサ７０ｂ上に暗視野像を結像させ
る。これにより、センサ７０からは正反射した光を主成
分とした明視野画像信号を、センサ７０ｂからは回折光
を主成分とした暗視野画像信号を同時に検出することが
できる。これら明視野画像信号および暗視野画像信号を
画像入力部７１に入力してＡ／Ｄ変換を施して画像処理
回路７２に入力し、画像処理回路７２においてデジタル
明視野画像信号およびデジタル暗視野画像信号視に基づ
いて被被検査対象１上の異物等の微小欠陥について検査
することができる。

【００４６】さらに、λ／４板１６を回転させて位相差
量を変えることにより、明視野像と暗視野像の中立像を
検出することができる。このため、試料１上のパターン
と周辺部の物性値（位相差量）が異なることを利用し
て、検出した画像のコントラストを高めることができ
る。また、試料１上に透明薄膜（例えば、ＳｉＯ₂、Ａ
ｌ₂Ｏ₃等）１ｃが形成されている場合は、透明薄膜１ｃ
上面と下面で反射する光の位相差量が異なる。これは、
透明薄膜１ｃに直線偏光が入射した場合、薄膜上面で反
射した光と薄膜の下面で反射して薄膜上面を透過した光
の楕円率が異なることを利用して、例えば透明薄膜上面
で反射する光をセンサ上に到達しないように、λ／４板
１６の位相差量を調整する。これにより、薄膜干渉が生
じないため、明るさむらを低減することができる。ただ
し、薄膜や下地の物性値に起因して、実際には薄膜上面
の反射光はセンサ７０上に到達する。しかし、薄膜上面
の反射光の振幅と下面反射光の振幅の割合が大きく違っ
ているほど薄膜干渉に伴う明るさの変動も小さくなり、
明るさむらを低減することができる。なお、このλ／４
板１６の位相差量は物性値により異なるため、試料１の
構造に応じて調節する必要が有る。

【００４７】図２５（ａ）には、偏光を用いた明視野像
の画像検出の構成を示す。各光学部品の機能は図２４と
同様である。ここで、通常の明視野検出では、検出した
画像信号が図２５（ｂ）のような濃淡画像であったとす
る。このときのＡ−Ａ部の明るさ分布は図２５（ｃ）の
通り、画像左側の密パターン部で暗い画像となってい
る。光量を大きくすれば、密パターン部の濃淡差を大き
くすることが可能であるが、画像右側の平坦部の明るさ
がさらに大きくなり、ＣＣＤセンサ７０等ではセンサ７
０が飽和し、ブルーミングが生じる。このため、光量を
大きくすることができず、密パターンをコントラストよ
く検出できない。しかし、λ／４板１６を用いて位相差
量を調節することにより、偏光ビームスプリッター１５
で反射される平坦部の光を低減し、密パターン部の回折
光が反射される割合を大きくすることができる。これに
より、密パターンと平坦部の明るさを同じレベルで検出
することができる。従って、パターンの密度等によら
ず、コントラストの高い画像を検出でき、密パターン部
のパターン欠陥等も容易に検出できる。これを実現する
には、例えば直線偏光で試料１を照射した場合、偏光の
振動方向とパターンの方向は直角あるいは平行ではな
く、例えば４５°に設定する必要がある。なお、偏光の
振動方向を回転させるには、偏光ビームスプリッタ１５
とλ／４板１６との間にλ／２板（図示せず）を配置
し、このλ／２板を回転させることにより可能となる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、下に配線若しくは回路
パターンを有する透明膜からなる平坦化膜において膜厚
に変化が生じたとしても、平坦化膜に付着若しくは埋め
込まれる異物等の微小な欠陥を誤検出することなく高信
頼度で検査することができる効果を奏する。また、本発
明によれば、下に配線若しくは回路パターンを有する透
明膜からなる平坦化膜において膜厚に変化に伴う薄膜干
渉による色むら（明るさむら）の変化が生じたとして
も、平坦化膜に付着若しくは埋め込まれる異物等の微小
な欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査することが
できる効果を奏する。

【００４９】また、本発明によれば、下に配線若しくは
回路パターンを有する透明膜からなる平坦化膜に形成さ
れたスルーホール内のエッチング残りを高信頼度で検査
することができる効果を奏する。また、本発明によれ
ば、透明膜からなる平坦化膜上に更に配線若しくは回路
パターンを形成した後、該パターンまたは平坦化膜上の
欠陥を高信頼度で検査することができる。また、本発明
によれば、波長の異なる複数の光学画像を検出し、それ
ぞれの画像で明るさを正規化して１枚の画像に合成し、
この合成画像を比較検査することにより、被検査対象の
平坦化膜の薄膜干渉による色むら及び明るさむらに伴う
ノイズを低減して平坦化膜に付着または混入した異物等
の信号レベルの低い微小欠陥を高信頼度で検査すること
ができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外観検査装置（欠陥検査装置）の
第１の実施の形態を示す構成図である。

【図２】本発明に係る透明な平坦化膜における異物等の
欠陥を検査するための検出光学系の概略構成を示した図
である。

【図３】本発明に係る透明な平坦化膜における薄膜干渉
に伴う色むらと光学画像の違いとを説明するための図で
ある。

【図４】本発明に係る分光画像の明るさむら補正につい
て説明するための図である。

【図５】本発明に係る透明な平坦化膜における異物等の
欠陥を検査するための画像処理を行うためのブロック図
である。

【図６】本発明に係る分光画像の明るさむら補正を行う
処理式を示す図である。

【図７】本発明に係る外観検査装置（欠陥検査装置）の
第２の実施の形態である分光画像検出光学系を説明する
ための図である。

【図８】本発明に係る外観検査装置（欠陥検査装置）の
第３の実施の形態である照明波長と欠陥検出信号との関
係を説明するための図である。

【図９】本発明に係る外観検査装置の第３の実施の形態
を示す構成図である。

【図１０】本発明に係る外観検査装置の第３の実施の形
態に関係する照明波長幅切り替え手段の説明図である。

【図１１】本発明に係る外観検査装置の第３の実施の形
態に関係する照明波長幅の決定するための構成を示す図
である。

【図１２】本発明に係る外観検査装置の第３の実施の形
態に関係する照明波長幅の決定するための説明図であ
る。

【図１３】本発明に係る外観検査装置の第３の実施の形
態に関係する照明波長幅の決定するための概略処理フロ
ーを示す図である。

【図１４】本発明に係る外観検査装置（欠陥検査装置）
の第４の実施の形態である３系統の照明方法を示す構成
図である。

【図１５】図１４に示す３系統の照明方法についての有
効性の説明図である。

【図１６】本発明に係る外観検査装置（欠陥検査装置）
の第５の実施の形態である紫外線照明による薄膜干渉防
止策について説明するための図である。

【図１７】本発明に係る外観検査装置の第５の実施の形
態を示す構成図である。

【図１８】図１７に示す紫外線照明明視野検出と蛍光検
出との説明図である。

【図１９】本発明に係る外観検査装置（欠陥検査装置）
の第６の実施の形態である空間フィルタを用いた光学系
についての説明図である。

【図２０】本発明に係る外観検査装置（欠陥検査装置）
の第６の実施の形態である空間フィルタを用いた光学系
の説明図

【図２１】本発明に係る外観検査装置において発生する
フォーカス誤差についての説明図である。

【図２２】本発明に係る外観検査装置において段差部で
のデフォーカス対策についての実施例を示す説明図であ
る。

【図２３】本発明に係る外観検査装置において段差部で
のデフォーカス対策についての実施例を示す説明図であ
る。

【図２４】本発明に係る外観検査装置における偏光によ
る明・暗視野画像検出の説明図である。

【図２５】本発明に係る外観検査装置における偏光によ
る高コントラスト画像検出の説明図である。

【符号の説明】

１、１’…被検査対象（試料）、１ａ…基板（ウエ
ハ）、１ｂ…配線パターン（回路パターン）、１ｂ’…
下地層、１ｃ、１ｃ’…平坦化膜、１ｅ…スルーホー
ル、１ｆ…欠陥、１ｇ…配線パターン、２…チャック、
３…θステージ、４…Ｚステージ、５…Ｙステージ、６
…Ｘステージ、１０、１０’…光源、１１、１１ａ…開
口絞り、１２…バンドパスフィルタ、１３、１３ａ、１
３’、１３”…視野絞り、１５…ビームスプリッター、
１６…波長板（λ／４板）、２０、２０’…対物レン
ズ、２５…ダイクロイックミラー、３０、３０’…結像
レンズ、４１…焦点検出用センサ、４５…焦点検出光学
系、５０、５０’、５０”…ズームレンズ、５５ａ、５
５ｂ…空間フィルタ、７０…イメージセンサ、７１…Ａ
／Ｄ変換部（画像入力部）、７２…画像処理回路、７５
…ＣＰＵ、８０…ステージ制御部、１０１…Ａ／Ｄ変換
器、１０２…遅延記憶部、１０３…明るさむら演算部、
１０４…明るさむら補正部、１０５…画像合成部、１０
６…遅延記憶部、１０７…位置ずれ検出部、１０８…位
置ずれ補正部、１０９…比較部、１１０…欠陥候補特徴
量検出部、１１１…欠陥、２００…照明光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡健次神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下に配線若しくは回路パターンを有し、表
面に光を透過する平坦化膜が形成された被検査対象に対
して照明光学系により異なる複数の波長を有する照明光
を照射し、検出光学系により前記被検査対象から得られ
る反射光学像からイメージセンサによって波長の異なる
複数の画像信号を検出し、それぞれの画像信号について
前記被検査対象上の所定の領域毎に明るさを正規化した
画像信号を形成し、該複数の正規化された画像信号を同
一座標系で一つの画像信号に合成し、この合成画像信号
を参照合成画像信号と比較して不一致に基づいて前記平
坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検査することを特
徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】前記波長の異なる複数の画像信号を、時間
遅延積分方向に分光透過率が異なる複数の膜を形成した
ＴＤＩイメージセンサから検出することを特徴とする請
求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】前記波長の異なる複数の画像信号を、前記
被検査対象から得られる反射光学像に対して波長分離光
学要素で分離された複数の波長の光学像を、各結像位置
に設置されたイメージセンサから検出することを特徴と
する請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項４】下に配線若しくは回路パターンを有し、表
面に光を透過する平坦化膜が形成された被検査対象に対
して照明光学系により前記平坦化膜に吸収される波長の
照明光を照射し、検出光学系により前記被検査対象から
得られる薄膜干渉の殆ど生じない反射光学像に基づく画
像信号をイメージセンサから検出し、該検出された画像
信号を参照画像信号と比較して不一致に基づいて前記平
坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検査することを特
徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】前記照明光として、２５０ｎｍ以下の波長
であることを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】前記平坦化膜は、化学および機械的な研磨
によって加工されたことを特徴とする請求項１または４
記載の欠陥検査方法。
【請求項７】前記照明光として、輪帯状であることを特
徴とする請求項１または４記載の欠陥検出方法。
【請求項８】下に配線若しくは回路パターンを有し、表
面に光を透過する平坦化膜が形成された被検査対象に対
して異なる複数の波長を有する照明光を照射する照明光
学系と、前記被検査対象から得られる反射光学像からイ
メージセンサによって波長の異なる複数の光学画像信号
を検出する検出光学系と、該検出光学系のイメージセン
サから得られるそれぞれの光学画像信号について前記被
検査対象上の所定の領域毎に明るさを正規化した画像信
号を形成する正規化画像信号形成部と、該正規化画像信
号形成手段によって形成された複数の正規化された画像
信号を同一座標系で一つの画像信号に合成する画像信号
合成部と、該画像信号合成部で合成された合成画像信号
を参照合成画像信号と比較して不一致に基づいて前記平
坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検査する判定部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】前記検出光学系のイメージセンサを、時間
遅延積分方向に分光透過率が異なる複数の膜を形成した
ＴＤＩイメージセンサで構成したことを特徴とする請求
項８記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】前記検出光学系は、前記被検査対象から
得られる反射光学像に対して複数の波長の光学像に分離
する波長分離光学要素と、該波長分離光学要素で分離さ
れたそれぞれの光学像をイメージセンサ上に結像させる
結像光学系とを有することを特徴とする請求項８記載の
欠陥検査装置。
【請求項１１】下に配線若しくは回路パターンを有し、
表面に光を透過する平坦化膜が形成された被検査対象に
対して前記平坦化膜に吸収される波長の照明光を照射す
る照明光学系と、前記被検査対象から得られる薄膜干渉
の殆ど生じない反射光学像に基づく画像信号をイメージ
センサから検出する検出光学系と、該検出光学系で検出
された画像信号を参照画像信号と比較して不一致に基づ
いて前記平坦化膜に対する欠陥または欠陥候補を検査す
る判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】前記照明光学系は、輪帯状照明光を照明
するように構成したことを特徴とする請求項８または１
２記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】更に、可視光に基づく合焦点制御系を備
えたことを特徴とする請求項８または１２記載の欠陥検
査装置。
【請求項１４】被検査対象に対して偏光照明する偏光照
明光学系と、前記被検査対象で反射および回折した光で
像を形成して画像信号を検出する明視野画像検出系およ
び前記被検査対象に形成されたパターンのエッジで回折
した光で像を形成して画像信号を検出する暗視野画像検
出系の２系統を有する検出光学系と、前記明視野画像検
出系から得られる画像信号または暗視野画像検出系から
得られる画像信号に基づいて前記被検査対象上の微小欠
陥を検査する判定部とを有することを特徴とする欠陥検
査装置。
【請求項１５】被検査対象に対して偏光照明する偏光照
明光学系と、前記被検査対象から割合が制御された正反
射光と高次回折光とを有する光学像に基づく画像信号を
検出する検出光学系と、該検出光学系から得られる画像
信号に基づいて前記被検査対象上の微小欠陥を検査する
判定部とを有することを特徴とする欠陥検査装置。