JPWO2005119227A1 - 半導体外観検査装置及び照明方法 - Google Patents

Abstract

被検査物体である半導体装置の光学像に基づきその外観検査を行う半導体外観検査装置において、暗視野照明時の被検査物体からの回折光を被検査物体の全域で良好に取得し、かつ検査装置の欠陥検出感度の低下を被検査物体の全域で低減する照明を実現する。このために、発光波長、被検査物体（１）への入射角度、被検査物体（１）への照射光の方位角が異なる複数の半導体発光素子（５４）からなる半導体発光素子アレイ（５１）により暗視野照明を行い、被検査物体（１）上の被検査部分に適した発光波長、入射角度、照明光の方位角の半導体発光素子（５４）を半導体発光素子アレイ（４１）から選んで点灯制御する点灯制御部（５２）を備える。

Description

本発明は、半導体ウエハ、フォトマスク、液晶表示パネルなどの半導体装置の光学像に基づき、これら半導体装置の外観検査を行う半導体外観検査装置に関する。

半導体ウエハ、フォトマスク、液晶表示パネルなどの半導体装置の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。このような欠陥を検出するために、半導体ウエハ、フォトマスク、液晶表示パネルなどの被検査物体の表面に製造過程で形成された回路パターンの光学像を生成して、その光学像を検査して被検査物体上のパターン欠陥を検出する外観検査装置が広く使用されている。
以下の説明では半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用外観検査装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスクや、液晶表示パネルなどの半導体装置を検査する外観検査装置にも広く適用可能である。
上述の外観検査装置においては、一般に、被検査物体である半導体ウエハ表面に形成された回路パターンの光学像を生成するために光学顕微鏡が使用されている。光学顕微鏡はその検鏡法の種類により明視野顕微鏡及び暗視野顕微鏡に区別されるが、半導体外観検査装置ではその両方が使用されている。
図１Ａは、明視野顕微鏡を使用する光学像生成部分の基本構成図である。光学像生成部分は、半導体ウエハ１を保持するステージ４１と、光源２１と、光源２１からの照明光を集束する照明用レンズ２２、２３と、照明光を反射するビームスプリッタ２４と、照明光を半導体ウエハ１の表面に照射すると共に、半導体ウエハ１の表面の光学像を投影する対物レンズ１０と、投影された半導体ウエハ１表面の光学像を電気的な画像信号に変換する撮像装置３１とを有する。一般に明視野顕微鏡に使用される照明装置（明視野照明装置）では、半導体ウエハ１の表面に照射される照明光の方向は対物レンズ１０の光軸とほぼ平行であり、対物レンズ１０は半導体ウエハ１の表面で正反射した光を取得する。
撮像装置３１としては、２次元ＣＣＤ素子を使用したＴＶカメラなどを使用することも可能であるが、高精細の画像信号を得るためには１次元ＣＣＤ等のラインセンサを使用して、ステージ４１を半導体ウエハ１に対して相対移動させ（走査して）、ステージ４１を駆動するパルス発生器４２による駆動パルス信号に同期して、画像処理部３３がラインセンサ３１の信号を取り込んで画像を取得することが多い。
図１Ｂは、暗視野顕微鏡を使用する光学像生成部分の基本構成図である。図１Ａと同様の構成要素については同じ参照記号を使用することとし説明を省略する。暗視野顕微鏡では、対物レンズ１０は半導体ウエハ１の表面で散乱又は回折した照明光の散乱光または回折光を取得する。そして、照明光は対物レンズの周辺からその光軸に対して傾けて照射され、照明光の正反射光が対物レンズ１０に入射することを防止している。
そのため、図１Ｂの暗視野顕微鏡に使用される照明装置（暗視野照明装置）は、光源２１による照明光の周辺を残してマスクするリングスリット２６と、リングスリット２６を通過する光線を被検査物体方向に反射しつつ対物レンズ１０による投影光を通過させる穴あきミラー２７と、対物レンズ１０の周辺に配置され照明光を集束して対物レンズ１０の周辺からその光軸に対して傾けて照射するリング状コンデンサ２８とを有する。
上述の通り、明視野顕微鏡が被検査物体に照射された照明光の正反射光による像を得るのに対し、暗視野顕微鏡では被検査物体に照射された照明光の散乱光または回折光による像を得る。したがって、暗視野顕微鏡は被検査物体の表面の欠陥で乱反射した光を明るくすることができるため、比較的簡単な構成で高感度の欠陥検出を行うことが可能であるという利点を有する。
なお、光学顕微鏡に使用される従来の照明装置については、日本国公開特許公報の特開平７−２１８９９１号公報、特開平８−３６１３３号公報、特開平８−１０１１２８号公報、特開平８−１６６５１４号公報、特開平８−２１１３２７号公報、特開平８−２１１３２８号公報、特開平１０−９０１９２号公報、及び特開２００２−１７４５１４号公報、並びに特許第３２４９５０９号公報、及び米国特許第６２８８７８０号明細書に開示されている。

被検査物体の半導体ウエハ１上には、外観検査の対象となるパターンが様々な形状に形成される。図２は、ウエハ１上に形成される様々なパターンの模式図を示す。例えば領域３は、図の縦方向に比較的広い配線ピッチで設けられる平行線の配線パターンを有するセル領域であるのに対し、領域４は、図の縦方向に比較的狭い配線ピッチで設けられる平行線の配線パターンを有するセル領域である。また、領域５は、図の斜め４５°方向の配線パターンを有するセル領域であり、領域６は、これらセル領域に比べてパターン密度の低いロジック回路領域である。またウエハ１上には、それら回路をつなぐ周辺回路パターン（ペリフェラル）領域が形成される。
しかし、従来の外観検査装置における暗視野照明装置の照明光の方位角は、対物レンズ１０の全方位または一つの方位角に固定されており、またその波長や入射角度も固定されていた。そのため、対物レンズ１０の視野が上記領域３〜６のどの領域にあっても常に一定の方位角、波長及び入射角度で照明されており以下の問題点があった。
第１に、被検査物体の光学像を高いスループットで取得するためには、撮像装置３１に入射させる光量を大きくする必要がある。しかし、暗視野顕微鏡では照明光の正反射光を取得しないため対物レンズ１０に入射する光量が明視野顕微鏡におけるそれと比べて少ないため、被検査物体で回折した回折光をいかに効率よく取得することが重要である。
ここで、物体の光学反射率はその物体の材質に依存する。例えば、半導体回路の配線部分に使用される銅は、可視光域では反射率が高い性質を示すが、３５０ｎｍ付近の波長域で反射率が低下するという性質を有する。
したがって、上記の固定された波長を有する照明光では、パターンの粗密によって材質の占める面積比が変わり反射率が変化するため、場所によって取得する光量が低くなる。また、被検査物体の工程によって異なる材質で構成されたパターンがあることにより反射率が変化するため、工程によって取得する光量が低くなる。
また、半導体ウエハ上に形成される配線部分などに多く現れる幾本もの平行線で構成される繰り返しパターン部分では、回折光と正反射光との角度差が、繰り返しパターンの繰り返しピッチと照明光の波長とに依存する。したがって、被検査物体、例えば半導体デバイスウエハパターンのように、例えば平行線パターンの配線ピッチがチップ内の位置によって異なるような場合（すなわち、図２に示す領域３と領域４のような場合）、上記の固定された入射角度及び波長を有する照明光で照明すると、ある配線ピッチの平行線パターン部分については、主要な回折光を対物レンズに入射させることができたとしても、他の配線ピッチの平行線パターン部分については回折光が対物レンズに入射しきらず、回折光を効率よく取得できないといった問題が生じていた。
第２に、半導体ウエハ上に形成された線パターン部分に、その線方向の横方向に相当する方位角から照明光を照射するとそのエッジ部分で反射する散乱光が大きくなり、線間に存在する欠陥（短絡）部分や異物部分の散乱光の相対信号強度が低くなり検出感度が低下する。したがって、異なる複数の方向に延びる線パターンが形成されている被検査物体表面に、上記の固定された照明方向を有する照明光で照明を行うと、検出感度が低下するパターン方向が生じるという問題が生じていた。
第３に、被検査物体である半導体ウエハの表面上に、メモリセル部のようなパターン密度が高い部分と、その周辺回路部やロジック回路部のようなパターン密度が低い部分がある場合に、両者を同じ光量で照明すると取得画像の輝度差が大きくなり、これが検出器の受光可能ダイナミックレンジ域を超えた場合に、いずれかの部分で検出感度が低くなる部分が生じるという問題があった。
上記問題点を鑑みて、本発明は、被検査物体である半導体装置の光学像に基づきその外観検査を行う半導体外観検査装置において、暗視野照明時の被検査物体からの検査に有効な回折光を被検査物体の全域で良好に取得し、かつ前記検査装置の欠陥検出感度の低下を被検査物体の全域で軽減する照明を実現することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、発光波長、被検査物体への入射角度、又は被検査物体への照射光の方位角が異なる複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイにより暗視野照明を行い、被検査物体上の各被検査部分に適した発光波長、入射角度、又は方位角の半導体発光素子を半導体発光素子アレイから選んで点灯制御することとした。
すなわち、本発明の第１形態に係る半導体外観検査装置は、被検査物体である半導体装置の光学像に基づき、被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置であって、対物レンズの光軸に対して被検査物体を斜めに照明する複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイと、半導体発光素子アレイに含まれる前記半導体発光素子を選択的に点灯制御する点灯制御部とを有する。
さらに、本発明の第２形態に係る照明方法は、被検査物体である半導体装置の光学像に基づき被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置における被検査物体の照明方法であって、対物レンズの光軸に対して被検査物体を斜めに照明する複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイに含まれる半導体発光素子を選択的に点灯制御する。
点灯制御部は、前記の選択的に点灯制御された各半導体発光素子の発光光量を、さらに個別に変更することとしてもよい。また本発明の第１形態に係る半導体外観検査装置及び第２形態に係る照明方法は、半導体発光素子を選択せずに半導体発光素子アレイ全体の半導体発光素子を同時に点灯及び消灯することとしてもよい。
また、半導体発光素子アレイは、被検査物体への入射角度、発光波長及び／又は照明光の方位角（すなわち、対物レンズの前記光軸の垂直面内における照射方向）が異なる複数の半導体発光素子を含むこととしてよい。
このとき、点灯制御部は半導体発光素子を選択的に点灯して、被検査物体への照明光の入射角度、前記被検査物体への照明光の波長及び／又は前記被検査物体への照明光の方位角を変更することとしてよい。
点灯制御部は、半導体発光素子アレイから１以上の半導体発光素子を選択して、選択された半導体発光素子の発光光量を変更することとしてもよい。これにより点灯制御部は、選択された半導体発光素子の発光光量を変更して、被検査物体への照明光の入射角度毎、照明光の波長毎、又は前記被検査物体への照明光の方位角毎の光量を変更することしてもよい。
点灯制御部は、被検査物体のうち対物レンズの視野にある部分に対応して発光させるべき半導体発光素子を選択することとしてよい。このために半導体外観検査装置は、被検査物体の各部分に対応して予め定められた、点灯すべき各半導体発光素子を特定する又は被検査物体の各部分に対応して特定される照明条件に適合する半導体発光素子を特定する素子特定情報を記憶する記憶手段を備え、点灯制御部は、この素子特定情報により対物レンズの視野にある部分に対応して特定される各半導体発光素子を選択し、この部分に対応して特定される照明条件に応じた半導体発光素子を切り替え制御することとしてよい。
素子特定情報には、被検査物体の各部分に施された繰り返しパターンの繰り返しピッチ幅、配線パターンの配線ピッチ幅、線パターンの方向、及び／又はパターンの形成材質に基づきパターン領域を区分する情報を含むこととしてよい。
また、半導体外観検査装置は、被検査物体を支持して被検査物体上の各部分を対物レンズの視野に位置付けることが可能な可動ステージを備えることとしてよい。このとき、点灯制御部は、可動ステージの位置情報（位置トリガ情報）に基づき被検査物体のうち対物レンズの視野にある部分を特定することとしてよい。点灯制御部は、検査開始前に被検査物体の検査開始位置の部分に施されたパターンのレイアウトに即した最適な照明条件となるように、各半導体発光素子を点灯しておき、その後の検査における可動ステージの移動に伴いその位置情報に基づいて、繰り返しパターンの繰り返しピッチ幅、配線パターンの配線ピッチ幅、線パターンの方向、及び／又はパターンの形成材質に基づくパターン領域を区分する情報を取得し、これに基づいて検査中に照明条件が最適となるように動的に切り替えることとしてよい。
さらに、半導体外観検査装置は、対物レンズの光軸と平行に被検査物体を照明する明視野照明手段を備えることとしてよい。点灯制御部は、被検査物体のうち対物レンズの視野にある部分に対応して、半導体発光素子アレイを点灯制御することとしてよい。
本発明により、照明光の被検査物体への入射角度、発光波長及び／又は照明光の方位角の切り替え及び光量の調整を検査中に行うことが可能となり、よって被検査物体の各部分に形成されたパターンに応じた最適な照明光で照明することが可能となる。これにより、暗視野照明時の被検査物体からの回折光を被検査物体の全域で良好に取得し、前記検査装置の欠陥検出感度の低下を被検査物体の全域で低減することが可能となる。
照明手段として半導体発光素子を用いることにより上記照明光の入射角度、発光波長及び／又は照明光の方位角の切り替え及び光量の調整を、機械的でなく電気的に信号を切り替えることでほぼ瞬時に実行することが可能となる。また半導体発光素子は光量制御が容易であるため、被検査物体の各部分に形成されたパターンやそのパターン密度に応じて光量調整を行うことが可能となる。また、一般的なＡｒ＋レーザなどの外部設置レーザと比べても照明装置自身のコストを低減し、素子自体の寿命が長いことによるメンテナンスコストの低減が可能となる。
また、複数の単波長の照明光を備え、これらを同時に照明することにより、構成物質によって異なる高い波長反射率を有する欠陥を複数同時に１回の検査で検出することが可能となる。さらに、明視野照明手段を備えることにより、明視野照明で被検査物体上の形成パターン観察に好適な明度で照明しつつ、その欠陥部分のみを暗視野照明である半導体発光素子アレイからの照明光で強調することが可能となり欠陥検出感度の向上に資する。
また、対物レンズの視野がパターン密度の低い部分内にあるときには半導体発光素子アレイを消灯させて明視野照明手段のみで照明し、視野がパターン密度の高い部分内にあって明視野照明では反射光輝度が不足するときには半導体発光素子アレイを点灯させて明視野照明手段と同時に照明することにより、パターン密度に粗密がある場合でも、被検査物体の全域で高い検出感度を実現することが可能となる。

図１Ａは、明視野顕微鏡を使用する外観検査装置の光学像生成部分の基本構成図である。
図１Ｂは、暗視野顕微鏡を使用する外観検査装置の光学像生成部分の基本構成図である。
図２は、ウエハ上に形成される様々なパターンの模式図である。
図３は、本発明の第１実施例に係る半導体外観検査装置の概略構成図である。
図４Ａは、ケース内に設けられる半導体発光素子アレイの側断面図である。
図４Ｂは、ケース内に設けられる半導体発光素子アレイの第１例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図４Ｃは、ケース内に設けられる半導体発光素子アレイの第２例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図４Ｄは、ケース内に設けられる半導体発光素子アレイの第３例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図４Ｅは、ケース内に設けられる半導体発光素子アレイの第４例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図５は、繰り返しパターンで回折する回折光の反射方向を示す図である。
図６Ａは、配線パターン領域内の欠陥の検出感度と配線パターン及び照明光の方位角との関係を示す図である。
図６Ｂは、図６Ａに示すウエハを明視野照明した場合の撮像画像である。
図６Ｃは、図６Ａに示すＡ及びＢ方向からの斜光照明で照明した場合の撮像画像である。
図６Ｄは、図６Ａに示すＡ方向からの斜光照明で照明した場合の撮像画像である。
図６Ｅは、図６Ａに示すＢ方向から斜光照明で照明した場合の撮像画像である。
図７Ａは、ケース外に設けられる半導体発光素子アレイの側断面図である。
図７Ｂは、ケース外に設けられる半導体発光素子アレイの第１例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図７Ｃは、ケース外に設けられる半導体発光素子アレイの第２例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図７Ｄは、ケース外に設けられる半導体発光素子アレイの第３例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図７Ｅは、ケース外に設けられる半導体発光素子アレイの第４例の半導体発光素子のレイアウト説明図である。
図８Ａは、半導体発光素子の照明光の被検査物体への入射角度を変更する第１構成例の説明図である。
図８Ｂは、半導体発光素子の照明光の被検査物体への入射角度を変更する第２構成例の説明図である。
図８Ｃは、半導体発光素子の照明光の被検査物体への入射角度を変更する第３構成例の説明図である。
図９は、被検査物体である半導体ウエハの上面図及びその拡大図である。
図１０は、各半導体発光素子の点灯制御を説明するタイミングチャートである。
図１１は、図１０に示す走査に使用する半導体発光素子アレイのレイアウト図である。
図１２は、本発明の第２実施例に係る半導体外観検査装置の概略構成図である。
図１３は、明視野照明手段及び各半導体発光素子の点灯制御を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１…半導体ウエハ
１０…対物レンズ
３１…撮像装置
４１…可動ステージ
５１…半導体発光素子アレイ
５３…照明用レンズ
５４…半導体発光素子
１００、１０１…半導体外観検査装置

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図３は、本発明の第１実施例に係る半導体外観検査装置の概略構成図である。以下の説明では半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用外観検査装置を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスクや、液晶表示パネルなどの半導体装置を検査する外観検査装置にも広く適用可能である。
半導体外観検査装置１００は、半導体ウエハ１を保持する可動ステージ４１と、光源である半導体発光素子を複数含む半導体発光素子アレイ５１と、半導体発光素子アレイ５１に含まれる各半導体発光素子を選択的に点灯及び消灯させる点灯制御を行う点灯制御部５２と、点灯制御部５２が出力する制御信号に基づき各半導体発光素子を点灯及び消灯する発光素子駆動部８１と、半導体発光素子アレイ５１からの照明光を集束してウエハ１の表面に照射するリング状照明用レンズ５３と、ウエハ１の表面に照射された照明光の回折光を取得して光学像を投影する対物レンズ１０と、対物レンズ１０を収納する円柱状のケース１１と、投影されたウエハ１の表面の光学像を電気的な画像信号に変換する撮像装置３１とを有する。半導体発光素子には、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップや、レーザダイオードチップを使用することとしてよく、またはモールドが施されたＬＥＤ、レーザダイオードを使用してよい。
図示するように半導体発光素子アレイ５１及び照明用レンズ５３は、ケース１１内の対物レンズ１０の光軸の周辺に配置されており、半導体発光素子による照明光は、対物レンズ１０の周辺からその光軸に対して傾斜してウエハ１に向けて照射する暗視野照明光となる。なお、以下の説明のため、被検査物体の検査面（ウエハ１表面）である対物レンズ１０の光軸と垂直な面をｘｙ平面とし、対物レンズ１０の光軸方向をｚ方向と定めておく。
半導体外観検査装置１００は、可動ステージ４１を駆動してウエハ１の表面上の各部分を前記対物レンズ１０の視野に位置付けるための位置決め制御を行うステージ制御部４３を備える。
撮像装置３１としては、２次元ＣＣＤ素子を使用したＴＶカメラなどを使用することとしてもよいが、本実施例では１次元ＣＣＤ等のラインセンサを使用する。ステージ制御部４３は駆動パルス信号を可動ステージ４１に出力し、可動ステージ４１をウエハ１に対して相対移動する（走査する）。このとき、ラインセンサ３１はステージ制御部４３が出力する駆動パルス信号に同期してアナログ画像信号を出力し、これをアナログディジタル変換器３２を介してディジタル信号に変換し、画像処理部３３はディジタル変換された信号を基に２次元画像データを構成する。
半導体外観検査装置１００の全体の制御はコンピュータなどにより実現可能な計算機６１により行われる。半導体外観検査装置１００は、計算機６１の制御に必要なプログラムやデータ、後述する素子特定情報を保存するための記憶部６２と、プログラム及びこれらデータを入力するための入力部６３とを備える。画像処理部３３が構成した２次元画像データは、計算機６１に供されて各種の外観検査に使用される。
図４Ａは、ケース１１内のＸＺ面断面図であり、図４Ｂは、ＸＹ平面における半導体発光素子アレイ５１内の半導体発光素子のレイアウトの第１例の説明図である。図４Ｂに示すように、半導体発光素子５４は対物レンズ１０の光軸を中心とする複数列（図では３列）の同心円上に配置されている。各半導体発光素子５４による各照明光は、集光レンズである照明用レンズ５３によりそれぞれ集光されてウエハ１上の対物レンズ１０の視野部分に照射される。
各半導体発光素子５４は、その照明光が照明用レンズ５３を通過した後のウエハ１への各入射角度（すなわち照明光の入射方向とウエハ１の表面の鉛直方向とのなす角度）が、前記同心円における各半導体発光素子５４の径方向位置によって異なるように配置される。たとえば、本実施例では図４Ａに示すように、対物レンズ１０の光軸との距離が小さいほど入射角度が小さく（深く）、対物レンズ１０の光軸との距離が大きいほど入射角度が大きく（浅く）なるように配置されている。
また、ＸＹ平面（ウエハ面）内における、各半導体発光素子５４による各照明光のウエハ１への各照明光の方位角（すなわち各照明光のＸＹ平面内照明方向）は、前記同心円における各半導体発光素子５４の周方向位置によって異なる。なお、半導体ウエハ１上に形成される配線パターンの方向は、０°、４５°、９０°、１３５°のいずれかの方向に形成されるのが通常であるので、各半導体発光素子５４の照明光の方位角は、少なくとも０°、４５°、９０°、１３５°の方位角に（すなわち４５°の角度間隔を持って）設けられ、０°、４５°、９０°、１３５°のいずれかの方向に形成された配線パターンに対しても、その配線パターンが延びる方向に平行に照明することができることが好ましい。それ以外の角度の配線もまれに存在するが、その場合は複数の角度条件の半導体素子や同じ角度条件でグループ化された複数の半導体素子グループを、組み合わせて照明することが好ましい。
さらに、半導体発光素子アレイ５１に配置される半導体発光素子５４には、発光波長領域が異なる複数種類の短波長半導体発光素子が使用される。いいかえれば、半導体発光素子アレイ５１に配置される半導体発光素子５４は、発光波長領域が異なる複数のグループを構成する。
なお、各半導体発光素子５４の発光波長を全て異なる波長としてもよく、または半導体外観検査装置１００の照明光の波長を変更する必要がない場合には、半導体発光素子アレイ５１内の全ての半導体発光素子５４の発光波長を同じに構成してもよい。
記憶部６２には、半導体発光素子アレイ５１に配置される各半導体発光素子５４と、各半導体発光素子５４の入射角度、照明光の方位角及び発光波長とを関連付けたテーブルデータである発光素子属性情報が記憶され、後述において点灯制御部５２に利用される。
半導体発光素子アレイ５１内の半導体発光素子５４は、これらをまとめて複数の半導体発光素子グループを構成することとしてよい。このような半導体発光素子５４のグループは、例えば、同じ入射角度、同じ発光波長、及び／又は同じ照明光の方位角ごとにまとめた半導体発光素子５４のグループとしてよい。
再び図３を参照する。ステージ制御部４３は、常時、可動ステージ４１の現在位置を示す位置情報（位置トリガ情報）を出力することが可能であり、点灯制御部５２は、ステージ制御部４３から出力される可動ステージ４１の位置情報を取得する。可動ステージ４１上のウエハ１の載置位置は予め定められているので、点灯制御部５２は、取得した可動ステージ４１の位置情報に基づき、ウエハ１のいずれの部分が対物レンズ１０の視野内にあるかを求めることが可能となる。
点灯制御部５２は、予め外部から入力部６３に入力され記憶部６２に記憶された素子特定情報を読み出す。素子特定情報は、ウエハ１上の各被検査部分（被検査箇所）と、各被検査部分に対応する、入射角度、発光波長及び照明光の方位角などの照明条件とを関連付け、あるいは各被検査部分を照明するのに適した半導体発光素子５４又は半導体発光素子グループとを関連づけ、点灯制御部５２が半導体発光素子アレイ５１から半導体発光素子５４又は半導体発光素子グループを選択するために使用する情報である。
例えば、素子特定情報は、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分を照明するのに適した半導体発光素子５４又は半導体発光素子グループ自体とをそれぞれ直接関連付けたテーブル情報としてよい。この場合、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報を記憶部６２から読み出す。そして点灯制御部５２は、この被検査部分に関連付けられた半導体発光素子５４又は半導体発光素子グループを選択する。
点灯制御部５２は、選択した半導体発光素子５４又は半導体発光素子グループを指示する信号を発光素子駆動部８２に出力する。発光素子駆動部８２は各半導体発光素子５４を発光させるために必要な駆動電流を各半導体発光素子５４に通電するための駆動回路であり、半導体発光素子アレイ５１内の各半導体発光素子５４を個別に、または、半導体発光素子グループ毎に点灯制御することが可能である。発光素子駆動部８２は、点灯制御部５２から入力した指示信号に基づき選択された半導体発光素子５４又は半導体発光素子グループを点灯させる。
素子特定情報の他の例は、ウエハ１上の各被検査部分と、この部分の照明条件、例えば各被検査部分を照明するために適した、入射角度、照明光の方位角及び発光波長とを関連付けたテーブル情報である。この場合、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報を記憶部６２から読み出す。そして、上述の発光素子属性情報に基づき、この被検査部分に関連付けられた入射角度、照明光の方位角及び発光波長に最も近い照明光を与える半導体発光素子５４を半導体発光素子アレイ５１から選択して点灯させる。
さらに、素子特定情報は、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分に施されている繰り返しパターンなどの配線パターンの繰り返しピッチ（配線ピッチ幅）とを関連付けたテーブル情報としてよい。配線パターンのような繰り返しパターン部分で回折する回折光の方向は、繰り返しパターンの繰り返しピッチ（配線パターンの配線ピッチ幅）と入射光の入射角度と、入射光の波長に影響する。この関係を図５に示す。
図５は、繰り返しパターン２で回折する回折光の反射方向を示す図である。一定のピッチｄで周期構造を持つパターンに光が照射した場合には、次式
ｓｉｎθ_０−ｓｉｎθ_ｎ＝ｎλ／ｄ
により定める方向θ_ｎに光が回折する。ここにθ_０は入射光の入射角を、θ_０’は０次回折光の回折角を示し、ｓｉｎθ_０≠ｓｉｎθ_０’である。またｎは次数（ｎ＝０、±１、±２、…）を示し、λは入射光の波長を示す。
したがって、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報の被検査部分に関連付けられた繰り返しピッチ幅を記憶部６２から読み出す。そして対物レンズ１０とエッジ部分２との間の既知の相対位置関係と、前記読み出した繰り返しピッチ幅とに基づき、上記式よりこのパターンを照射するのに適した発光波長及び入射角度を算出する。そして、発光素子特定情報に基づきこのような発光波長及び入射角度に最も近い半導体発光素子５４又は半導体発光素子グループを半導体発光素子アレイ５１から選択して点灯させる。
素子特定情報は、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分に施されている配線パターンのウエハ１平面内方向とを関連付けたテーブル情報としてよい。配線パターン領域内に存在する欠陥の検出感度は配線パターンのウエハ１平面内方向（方位角）と照明光の照明方向の方位角との間の角度に依存する。この様子を図６を用いて説明する。
図６Ａは配線パターンである線パターンを有するウエハ１の上面図であり、図６Ｂはウエハ１を明視野照明した場合の撮像画像であり、図６Ｃは、図６ＡのＡ及びＢ方向からの斜光照明で照明した場合の撮像画像であり、図６ＤはＡ方向からの斜光照明で照明した場合の撮像画像であり、図６ＥはＢ方向から斜光照明で照明した場合の撮像画像である。
図６Ｂの明視野撮像画像及び図６Ｃの暗視野撮像画像ではＢ方向の線パターン領域７及びＡ方向の線パターン領域８の線間に存在する欠陥は、線パターンのエッジで反射する散乱光のため撮像画像での検出感度が低くなる。しかし、図６Ｄに示すＡ方向から照明した画像では、領域８のＡ方向の線パターンのエッジからの散乱光が抑えられて領域８内の線間の欠陥の検出感度が高くなり、同様に図６Ｅに示すＢ方向から照明した画像では、領域７のＢ方向の線パターンのエッジからの散乱光が抑えられて領域７内の線間の欠陥の検出感度が高くなる。
したがって、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報の被検査部分に関連付けられた方位角を記憶部６２から読み出し、その方位角の配線パターンを照射するのに適した照明方向の方位角（例えば関連付けられた方向と平行な方向）を求める。そして、発光素子特定情報に基づき予め決められた照明条件を使って、半導体発光素子５４または半導体発光素子グループを半導体発光素子アレイ５１から選択して点灯させる。点灯制御部５２による点灯制御は可動ステージ４１から得られる位置トリガ情報に基づいて予め決められた点灯パターンを切り替えるものである。
素子特定情報は、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分に施されているパターンを形成する材質とを関連付けたテーブル情報としてよい。この場合、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報を記憶部６２から読み出し、この被検査部分に関連付けられた材質を照明するのに適した発光波長を求める。そして、発光素子特定情報に基づきこの発光波長に最も近い半導体発光素子５４を半導体発光素子アレイ５１から選択して点灯させる。点灯制御部５２による点灯制御は可動ステージ４１から得られる位置トリガ情報に基づいて予め決められた点灯パターンを切り替えるものである。
さらにまた、後述するように素子特定情報は、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分に施されているパターンの形成密度の粗密に関する情報、各被検査部分がセル領域であるかロジック回路領域であるかペリフェラル領域であるかを識別するフラグ情報、及び／又は各被検査部分において半導体発光素子アレイ５１を点灯させるか否かを識別するフラグ情報とを関連づけるテーブルデータを含むこととしてもよい。
なお、予め入力部６３に入力されて記憶部６２に記憶され、点灯制御部５２内の点灯制御部５２に利用される素子特定情報は、検査対象となる製品用ウエハと同じサンプルのウエハを予め観察し、その観察結果に基づいて作成することが可能である。
また、点灯制御部５２は、前述により選択された半導体発光素子５４の通電電流を変更することにより、それぞれその発光光量を個別に変更することとしてもよい。
さらにまた、点灯制御部５２は、前述のように個々の半導体発光素子５４を選択して、または同じ入射角度を有する半導体発光素子５４のグループ、同じ発光波長を有する半導体発光素子５４のグループ、又は同じ照明方位角を有する半導体発光素子５４のグループを選択して、その通電電流を変えることによりそれぞれの半導体発光素子５４やグループの発光光量を変更することも可能である。このように点灯制御部５２が半導体発光素子５４の発光光量を変えることにより、例えば、被検査物体への照明光を、入射角度毎や、発光波長毎や、照明方位角毎にその発光光量を変更することができる。
半導体発光素子アレイ５１の設置位置は様々な形態を採用してよい。例えば、半導体発光素子アレイ５１は、図４Ａ〜図４Ｅに示すように対物レンズ１０のケース１１内に設けられることとしてよく、図７Ａ〜図７Ｅに示すように対物レンズ１０のケース１１外に設けられることとしてよい。
また、半導体発光素子アレイ５１における半導体発光素子５４のレイアウトもまた、様々な形態を採用してよい。半導体発光素子５４は、図４Ｂ及び図７Ｂに示すように対物レンズ１０の光軸を中心とする複数列の同心円上に（図では３列）配置されることとしてよく、図４Ｃ及び図７Ｃに示すように対物レンズ１０の光軸を同じ中心とする複数の大きさの多角形の辺上に（図では３列）直線状に配置されることとしてよい。また図４Ｄ及び図７Ｄに示すように対物レンズ１０の光軸を中心とする１つの円上に単列で配置されることとしてよく、図４Ｅ及び図７Ｅに示すように対物レンズ１０の光軸を中心とする１つの多角形の辺上に直線状に単列で配置されることとしてよい。
さらに、半導体発光素子アレイ５１の基板は必ずしも円形リング状に形成される必要はなく、多角形リング状に形成されてもよい。また、半導体発光素子アレイ５１は１つの基板に設けられる必要はなく、半導体発光素子アレイを設けた複数の基板を対物レンズ１０の光軸の周辺に配置することとしてもよい。
各半導体発光素子５４の照明光のウエハ１への各入射角度を、各半導体発光素子５４によって変更するために様々な構成を利用することが可能である。図８Ａ〜図８Ｃにその構成例を示す。図８Ａの例では、各半導体発光素子５４は、その照明光の最も強度の高い方向（主たる照明方向）がすべて略平行となるように、半導体発光素子アレイ５１基板に設けられる。そして照明用レンズ５３はその光軸が対物レンズ１０の光軸と一致するように設けられており、その光軸から遠ざかる位置に入射する入射光ほど大きく屈折することにより入射光を集光できるように成形されている。
したがって、対物レンズ１０の光軸から近い位置に配置された半導体発光素子５４ほど、照明用レンズ５３にその光軸に近い位置（径方向位置小）に入射して小さく屈折され、その結果ウエハ１への入射角度が小さく（深く）なる。反対に対物レンズ１０の光軸から遠い位置に配置された半導体発光素子５４は、照明用レンズ５３にその光軸に遠い位置（径方向位置大）に入射して大きく屈折され、入射角度が大きく（浅く）なるように照明用レンズ５３に屈折される（θ１＞θ２）。これにより、各半導体発光素子５４の照明光のウエハ１への各入射角度を、各半導体発光素子５４によって変更することが可能となる。
図８Ｂの例では、各半導体発光素子５４が取り付けられる半導体発光素子アレイ５１の基板面の鉛直方向と被検査物体の被検査面との間の角度をそれぞれ変更して、各半導体発光素子５４によって、その照明光のウエハ１への各入射角度が異なるように変更する。
図示するように各半導体発光素子５４は、その光軸が半導体発光素子アレイ５１の基板面の鉛直方向となるように基板面に取り付けられる。そして、基板面は対物レンズ１０の光軸との距離が小さい位置ほどその鉛直方向と被検査面とがなす角度（すなわち半導体発光素子５４の照明光の入射角度）が小さく設けられており、対物レンズ１０の光軸との距離が大きい位置ほどその鉛直方向と被検査面とがなす角度が大きく設けられている（θ１＞θ２）。
図８Ｃに示す例では、図８Ａの例と同様に照明用レンズ５３を用いることにより、半導体発光素子５４と対物レンズ１０の光軸との間の距離に応じて入射角度を変更させるとともに、図８Ｂの例のように、各半導体発光素子５４が取り付けられる半導体発光素子アレイ５１の基板面を、その鉛直方向と照明用レンズ５３の光軸との間の角度が半導体発光素子５４と対物レンズ１０の光軸との間の距離に応じて変わるように（すなわち、照明用レンズ５３へ入射する各半導体発光素子５４の発光光の入射角度が、半導体発光素子５４と対物レンズ１０の光軸との間の距離に応じて変わるように）設ける。
このように照明用レンズ５３と半導体発光素子アレイ５１とを構成することにより、各半導体発光素子５４の配置位置の変動に対する被検査物体への入射角度の変動を大きくすることが可能となり、半導体発光素子アレイ５１及び照明用レンズ５３の寸法を小さくすることが可能となる。また半導体発光素子アレイ５１の取り付け位置の自由度を高めることが可能となる。
以下、図９及び図１０を参照して、半導体外観検査において、被検査物体上を対物レンズで走査する際の各半導体発光素子５４の点灯制御を説明する。図９は被検査物体である半導体ウエハの上面図及びその拡大図である。図９は（Ａ）において上面図を示し、（Ｂ）において拡大図を示す。また、図１０は、対物レンズ１０の視野を走査するときの、各半導体発光素子５４の点灯制御を説明するタイミングチャートを示す。
図９における（Ａ）に示すように、半導体ウエハ１の上には回路パターンが形成された複数のダイ９１が形成されている。さらに図９における（Ｂ）に示すようにダイ９１には、様々な種類のパターンを有する領域が形成されており、いま、対物レンズ１０の視野を領域９２内において図１０の矢印の方向に走査する際に、各半導体発光素子５４の点灯制御を行うことにより、照明光の方位角を変更する場合を考える。また、図１０の例では、領域９２内に様々な方位角の配線パターンを有する領域７１〜７４が形成されており、ここで領域７１の配線パターン方位角は０°であり、領域７２の方位角は４５°であり、領域７３の方位角は９０°であり、領域７４の方位角は１３５°である。
図１１は、図１０の例で使用される半導体発光素子アレイ５１の各半導体発光素子５４のレイアウトを示す図である。図１１の半導体発光素子アレイ５１は図４Ｃに示した半導体発光素子アレイ５１と同様のレイアウトを備えている。そして半導体発光素子５４は、ウエハ１を照明する方位角毎にグループ５５（方位角０°）、グループ５６（方位角４５°）、グループ５７（方位角９０°）及びグループ５８（方位角１３５°）の４グループを構成している。
対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ１に達し領域７１内に入ると、点灯制御部５２は、ステージ制御部４３から出力される位置情報により対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ１に達したことを検知する。そして、記憶部６２内に記憶された素子特定情報から、領域７１を照明するのに適した半導体発光素子グループ５５を取得する。または、点灯制御部５２は素子特定情報から領域７１を照明するのに適した照明光の方位角（０°）を読み出し、この方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ５５を選択する。あるいは、点灯制御部５２は素子特定情報から領域７１の配線パターンの方位角（０°）を読み出し、その方向の配線パターンを照射するのに適した照明方向の方位角（０°）を求め、この方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ５５を選択する。
点灯制御部５２はグループ５５を点灯させる指示信号を発光素子駆動部８２に出力し、発光素子駆動部８２は半導体発光素子グループ５５に属する半導体発光素子５４を点灯する。そして、対物レンズ１０の視野が領域７１内にある間、点灯制御部５２は、グループ５５を選択し続け、これに属する半導体発光素子５４が点灯され続ける。
その後、対物レンズ１０の視野がウエハ１上を移動して、位置ｘ２に至ると、点灯制御部５２は、記憶部６２内に記憶された素子特定情報からこの領域がペリフェラル領域であることを検知し、半導体発光素子グループ５５に属する半導体発光素子５４の選択を停止し点灯を停止する。
さらに、対物レンズ１０の視野が位置ｘ３に至り領域７２に入ると、点灯制御部５２は、素子特定情報から領域７２を照明するのに適した半導体発光素子グループ５６を取得する。または、点灯制御部５２は素子特定情報から領域７２を照明するのに適した照明光の方位角（４５°）を読み出し、この方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ５６を選択する。あるいは、点灯制御部５２は素子特定情報から領域７２の配線パターンの方位角（４５°）を読み出し、その方向の配線パターンを照射するのに適した照明方向の方位角（４５°）を求め、この方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ５６を選択する。
以下同様に、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野がペリフェラル領域に入ると、半導体発光素子５４の点灯を停止し、対物レンズ１０の視野が領域７３に入ると、グループ５７に属する半導体発光素子５４を点灯し、また、対物レンズ１０の視野が領域７４に入ると、グループ５８に属するに半導体発光素子５４を点灯する。
以上の動作により、外観検査の検査中に、半導体ウエハ１を走査する対物レンズ１０の視野のウエハ上の位置に応じて、点灯させる半導体発光素子グループを切り替えて、照明光の方位角を変更することが可能となる。また、点灯する半導体発光素子５４を切り替えて照明光の入射角を変更する場合、及び照明光の波長を変更する場合も、上述の方法で同様に行うことができる。
なお、図１０に示す半導体発光素子グループの点灯切り替えの例では、対物レンズ１０の視野がペリフェラル領域にあるとき、点灯制御部５２は、全ての半導体発光素子グループ５５〜５８の点灯を停止し消灯させることとしたが、これと反対に点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野がペリフェラル領域にあるとき全ての半導体発光素子グループ５５〜５８を点灯させることとしてもよい。
また、上述の構成例では、点灯制御部５２が、常時、可動ステージ４１の現在位置を示す位置トリガ情報ステージ制御部４３から取得し、この位置情報に基づいて対物レンズ視野が存在する領域に応じた素子特定情報を取得して、この領域に応じた半導体発光素子グループを選択し続けることとしたが、これに代えて、ステージ制御部４３が、可動ステージ４１の現在位置と素子特定情報とに基づいて点灯させる半導体発光素子グループを切り替えるためのトリガを発生させ、点灯制御部５２はこのトリガに従って点灯させる半導体発光素子グループを切り替えることとしてもよい。
図１２は、本発明の第２実施例に係る半導体外観検査装置の概略構成図である。本実施例に係る半導体外観検査装置１０１は、上述の第１実施例に係る半導体外観検査装置の構成に加えて、明視野照明用光源２１と、明視野照明用光源２１からの照明光を集束する照明用レンズ２２、２３と、照明光を反射するビームスプリッタ２４と、からなる明視野照明手段を備える。
本実施例は、特にメモリセル部分（セル領域）のようなパターン密度が高い部分と、そのロジック回路部分や周辺回路部分（ペリフェラル領域）のようなパターン密度が低い部分がある半導体ウエハのように、被検査物体の全域を同じ光量で照明すると両者の部分の輝度差が大きくなるような被検査物体の外観検査を行う場合に好適に使用される。以下、セル領域及び、ロジック回路領域又はペリフェラル領域を有する半導体ウエハ１を被検査物体とする場合について説明する。
明視野照明手段による照明光は、ロジック回路領域やペリフェラル領域の画像を取得するのに好適な一定の光量に調節される。このような光量下ではセル領域の画像は暗く取得されセル領域における欠陥検出感度が低くなる。
可動ステージ４１を移動させて撮影装置３１でウエハ１を走査する際、点灯制御部５２は接眼レンズ１０の視野がウエハ１のロジック回路領域又はペリフェラル領域内にあるときには半導体発光素子アレイ５１を消灯させ、対物レンズ１０の視野がセル領域内にあるときには、半導体発光素子アレイ５１を点灯させる。すなわち対物レンズ１０の視野がセル領域内にある場合には、明視野照明手段による照明光と半導体発光素子アレイ５１の照明光とが同時に照明された被検査物体の画像が撮影装置３１に検出される。
このように、接眼レンズ１０の視野がセル領域、ペリフェラル領域のいずれかにあるかによって半導体発光素子アレイ５１を点灯制御することにより、明視野照明により照明されたロジック回路領域画像又はペリフェラル領域画像と、明視野照明により照明されかつ暗視野照明により欠陥部分が強調されたセル領域画像とが合成された画像を、１台の撮影装置３１による１回の走査で取得することが可能となり、セル領域における欠陥検出感度を向上することが可能となる。
具体的には、点灯制御部５２は、ステージ制御部４３から常時出力される可動ステージ４１の位置情報を取得する。記憶部６２に記憶されている素子特定情報には、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分に施されているパターンの形成密度の粗密に関する情報とを関連づけたテーブル情報が記憶されている。点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報を記憶部６２から読み出す。そして、この被検査部分に関連付けられたパターン形成密度が所定の閾値密度よりも低い場合には半導体発光素子アレイ５１を消灯させ、所定の閾値密度よりも低い場合には半導体発光素子アレイ５１を点灯させる。
記憶部６２に記憶されている素子特定情報は、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分がセル領域であるか、ロジック回路領域であるか、ペリフェラル領域であるかを識別するフラグ情報とを関連づけたテーブル情報であるとしてよい。この場合、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報を記憶部６２から読み出す。そして、この被検査部分に関連付けられたフラグ情報がロジック回路領域やペリフェラル領域を示すときには半導体発光素子アレイ５１を消灯させ、セル領域を示す場合には半導体発光素子アレイ５１を点灯させる。
または、記憶部６２に記憶されている素子特定情報は、単純に、ウエハ１上の各被検査部分と、各被検査部分において、半導体発光素子アレイ５１を点灯させるか否かを識別するフラグ情報とを関連づけたテーブル情報であるとしてよい。この場合、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報を記憶部６２から読み出す。そして、上述の素子特定情報に従って、半導体発光素子アレイ５１を点灯及び消灯させる。
点灯制御部５２は、半導体発光素子アレイ５１を点灯させる間だけ明視野照明用光源２１を消灯することとしてよい。すなわち、ロジック回路領域及びペリフェラル領域のみを明視野照明し、セル領域のみを半導体発光素子アレイ５１による暗視野照明するように照明手段を切り替えることとしてもよい。
または、点灯制御部５２は、ロジック回路領域やペリフェラル領域の撮影においても明視野照明手段に加えて半導体発光素子アレイ５１による照明を行うこととしてもよい。
さらに、素子特定情報には、上述の第１実施例の発光素子特定情報と同様に、セル領域、ロジック回路領域又はペリフェラル領域内の各被検査部分と、これら各被検査部分を照明するために選択して使用する半導体発光素子６４とを関連づけるテーブル情報を含むこととしてよい。
そして点灯制御部５２は、セル領域、ロジック回路領域又はペリフェラル領域内の各被検査部分を半導体発光素子アレイ５１で照明する際に、上述の第１実施例と同様に、素子特定情報に基づき半導体発光素子５４を半導体発光素子アレイ５１から選択して点灯させることとしてよい。
また、素子特定情報には、上述の第１実施例の発光素子特定情報と同様に、セル領域、ロジック回路領域又はペリフェラル領域内の各被検査部分と、これら各被検査部分を照明するのに適した入射角度、照明光の方位角及び発光波長とを関連づけるテーブル情報を含むこととしてよい。
このとき点灯制御部５２は、セル領域、ロジック回路領域又はペリフェラル領域内の各被検査部分を半導体発光素子アレイ５１で照明する際に、上述の第１実施例と同様に、素子特定情報及び発光素子属性情報に基づき、被検査部分を照明するのに適した入射角度、照明光の方位角及び発光波長を有する半導体発光素子５４を半導体発光素子アレイ５１から選択して点灯させることとしてよい。
また、素子特定情報には、上述の第１実施例の発光素子特定情報と同様に、セル領域、ロジック回路領域又はペリフェラル領域内の各被検査部分と、これら各被検査部分に施されている繰り返しパターンの繰り返しピッチ、配線パターンの配線ピッチ、線パターンのウエハ１平面内方向、又はパターンの形成材質などの、被検査部分に施されているパターンの属性情報と、を関連づけるテーブル情報を含むこととしてよい。
このとき点灯制御部５２は、セル領域、ロジック回路領域又はペリフェラル領域内の各被検査部分を半導体発光素子アレイ５１で照明する際に、上述の第１実施例と同様に、素子特定情報に基づいて被検査部分に形成されたパターンの属性情報を取得して、これに適合する入射角度、照明光の方位角及び発光波長を求め、発光素子属性情報に基づいて半導体発光素子アレイ５１から半導体発光素子５４を選択して点灯させることとしてよい。
また、点灯制御部５２は、前記第１実施例と同様に、選択された半導体発光素子５４の通電電流を変更することにより、それぞれその発光光量を個別に変更することとしてもよい。さらにまた、点灯制御部５２は、個々の半導体発光素子５４を選択して、または同じ入射角度を有する半導体発光素子５４のグループ、同じ発光波長を有する半導体発光素子５４のグループ、又は同じ照明方位角を有する半導体発光素子５４のグループを選択して、その通電電流を変えることによりそれぞれの半導体発光素子５４やグループ毎の発光光量を変更することも可能である。
図１３は、セル領域、ロジック回路領域及びペリフェラル領域を有する半導体ウエハ１上、領域９２内を外観検査する際の、明視野照明用光源２１及び各半導体発光素子５４の点灯制御を説明するタイミングチャートである。ここにセル領域７１及び７２は、それぞれ方位角０°及び４５°を有する配線パターンが形成されており、領域７５及び７６はロジック回路領域である。
このウエハ１上を対物レンズ１０の視野が図の矢印の方向に走査するとき、各半導体発光素子５４の点灯制御を行い、照明光の方位角を変更及び明視野照明及び暗視野照明の切り替えを行う場合を考える。なお、各半導体発光素子５４のレイアウトは図１１と同様であるとする。
対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ１に至る前、すなわちペリフェラル領域内にあるとき、点灯制御部５２は、記憶部６２内の素子特定情報からペリフェラル領域のパターン密度を取得して、そのパターン密度を照明するのに適した照明として明視野照明手段を選択する。または、点灯制御部５２は、素子特定情報から対物レンズ１０の視野の現在位置がペリフェラル領域内にあることを識別して、ペリフェラル領域を照明するのに適した照明として明視野照明手段を選択する。
そして、点灯制御部５２は、全ての半導体発光素子５４を消灯させたまま、明視野照明手段を点灯させる指示信号を発光素子駆動部８２に出力し、発光素子駆動部８２は明視野照明手段のみを点灯する。
対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ１に達し領域７１内に入ると、これを検知した点灯制御部５２は、記憶部６２内の素子特定情報から領域７１のパターン密度を取得して、そのパターン密度を照明するのに適した照明として暗視野照明手段（半導体発光素子５４）を選択する。または点灯制御部５２は、素子特定情報から領域７１がセル領域であることを識別して、セル領域を照明するのに適した照明として暗視野照明手段を選択する。そして、上記図１０を参照して説明した方法と同様に、記憶部６２内の素子特定情報から領域７１を照明するのに適した方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ５５を選択して点灯し、その一方で明視野照明手段の点灯を停止する。
対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ２に達し再びペリフェラル領域内に入ると、これを検知した点灯制御部５２は、素子特定情報から対物レンズ１０の視野の現在位置がペリフェラル領域内にあることを識別して明視野照明手段を点灯させ、グループ５５を消灯する。そして、対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ３に達し領域７２内に入ると、点灯制御部５２は、領域７２がセル領域であることを識別して暗視野照明手段を選択し、かつ上記図１０を参照して説明した方法と同様に、領域７２を照明するのに適した方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ５６を選択する。そして、対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ４に達し再びペリフェラル領域内に入ると、点灯制御部５２は、グループ５６の点灯を停止して、再び明視野照明手段を点灯させる。
その後、対物レンズ１０の視野がウエハ１上の位置ｘ５に達しロジック回路領域７５内に入ると、これを検知した点灯制御部５２は、記憶部６２内の素子特定情報から領域７５のパターン密度を取得して、そのパターン密度を照明するのに適した照明として明視野照明手段を選択する。または点灯制御部５２は、素子特定情報から領域７５がロジック回路領域であることを識別して、ロジック回路領域を照明するのに適した照明として明視野照明手段を選択する。そして、点灯制御部５２は、明視野照明手段を点灯させ続ける一方で暗視野照明手段を消灯させ続ける。
なお、点灯制御部５２は、対物レンズ１０の視野がロジック回路領域にあるときでも、暗視野照明手段（半導体発光素子５４）を点灯させることとしてもよい。図１３の例では、点灯制御部５２は、ロジック回路領域７６（ｘ７〜ｘ８）において、明視野照明手段に加えて、半導体発光素子グループ５５及び５６を点灯させている。また点灯制御部５２は必要に応じて、対物レンズ１０の視野がペリフェラル領域内にあるときに、明視野照明手段に代えて暗視野照明手段を点灯させることとしてもよい。
本発明は、半導体ウエハ、半導体メモリ用フォトマスクや、液晶表示パネルなどの半導体装置を検査する外観検査装置に利用可能である。
以上、本発明の好適な実施態様について詳述したが、当業者が種々の修正及び変更をなし得ること、並びに、特許請求の範囲は本発明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての修正及び変更を包含することは、本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるべきものである。

Claims (40)

1. 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき、前記被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置であって、
   対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する、複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイと、前記半導体発光素子アレイに含まれる前記半導体発光素子を選択的に点灯制御する点灯制御部と、を備えることを特徴とする半導体外観検査装置。
2. 前記点灯制御部は、前記の選択的に点灯制御された各前記半導体発光素子の発光光量を個別に変更することを特徴とする請求項１に記載の半導体外観検査装置。
3. 前記半導体発光素子アレイは、前記被検査物体へ異なる複数の入射角度で入射する照明光を与える複数の半導体発光素子からなり、
   前記点灯制御部は、前記半導体発光素子を選択的に点灯して、前記被検査物体への照明光の入射角度を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体外観検査装置。
4. さらに、前記半導体発光素子アレイの発光面と前記被検査物体との間に、前記半導体発光素子アレイの照明光を前記対物レンズの視野内に集光する集光レンズを備え、
   前記被検査物体へ異なる入射角度で入射する照明光を与える前記複数の半導体発光素子は、前記集光レンズにその径方向位置が異なる位置に照明光を入射することを特徴とする請求項３に記載の半導体外観検査装置。
5. 前記半導体発光素子アレイは、前記被検査物体へ異なる入射角度で入射する照明光を与える前記複数の半導体発光素子を、その発光方向と前記対物レンズの光軸とのなす角度を変えて設けることを特徴とする請求項３に記載の半導体外観検査装置。
6. 前記半導体発光素子アレイは、発光波長が異なる複数の半導体発光素子を有し、
   前記点灯制御部は、前記半導体発光素子を選択的に点灯して、前記被検査物体への照明光の波長を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体外観検査装置。
7. 前記半導体発光素子アレイは、前記被検査物体への照明光の方位角が異なる複数の半導体発光素子を有し、
   前記点灯制御部は、前記半導体発光素子を選択的に点灯して、前記被検査物体への照明光の方位角を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体外観検査装置。
8. 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき、前記被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置であって、
   対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する、複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイと、前記半導体発光素子アレイから１以上の前記半導体発光素子を選択して、選択された前記半導体発光素子の発光光量を変更する点灯制御部と、を備えることを特徴とする半導体外観検査装置。
9. 前記半導体発光素子アレイは、前記被検査物体へ異なる複数の入射角度で入射する照明光を与える複数の半導体発光素子からなり、
   前記点灯制御部は、前記の選択された半導体発光素子の発光光量を変更して、前記被検査物体への照明光の入射角度毎の光量を変更することを特徴とする請求項８に記載の半導体外観検査装置。
10. さらに、前記半導体発光素子アレイの発光面と前記被検査物体との間に、前記半導体発光素子アレイの照明光を前記対物レンズの視野内に集光する集光レンズを備え、
    前記被検査物体へ異なる入射角度で入射する照明光を与える前記複数の半導体発光素子は、前記集光レンズにその径方向位置が異なる位置に照明光を入射すること特徴とする請求項９に記載の半導体外観検査装置。
11. 前記半導体発光素子アレイは、前記被検査物体へ異なる入射角度で入射する照明光を与える前記複数の半導体発光素子を、その発光方向と前記対物レンズの光軸とのなす角度を変えて設けることを特徴とする請求項９に記載の半導体外観検査装置。
12. 前記半導体発光素子アレイは、発光波長が異なる複数の半導体発光素子を有し、
    前記点灯制御部は、前記の選択された半導体発光素子の発光光量を変更して、前記被検査物体への照明光の波長毎の光量を変更することを特徴とする請求項８に記載の半導体外観検査装置。
13. 前記半導体発光素子アレイは、前記被検査物体への照明光の方位角が異なる複数の半導体発光素子を有し、
    前記点灯制御部は、前記の選択された半導体発光素子の発光光量を変更して、前記被検査物体への照明光の方位角毎の光量を変更することを特徴とする請求項８に記載の半導体外観検査装置。
14. 前記点灯制御部は、前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分に対応して前記半導体発光素子を選択することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体外観検査装置。
15. 前記半導体外観検査装置は、前記被検査物体の各部分に対応して予め定められた、点灯すべき各前記半導体発光素子を特定する素子特定情報を、記憶する記憶手段を備え、
    前記点灯制御部は、前記素子特定情報により前記対物レンズの視野にある部分に対応して特定される照明条件に応じた各前記半導体発光素子を切り替え制御することを特徴とする請求項１４に記載の半導体外観検査装置。
16. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分に施された繰り返しパターンの繰り返しピッチ幅に関する情報を含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体外観検査装置。
17. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分に施された配線パターンのピッチ幅に関する情報を含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体外観検査装置。
18. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分に施された線パターンの方向に関する情報を含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体外観検査装置。
19. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分にパターンを形成する材質に関する情報を含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体外観検査装置。
20. 前記半導体外観検査装置は、前記被検査物体を支持して、前記被検査物体上の各部分を前記対物レンズの視野に位置付けることが可能な可動ステージを備え、
    前記点灯制御部は、前記可動ステージの位置情報に基づき、前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分を特定することを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の半導体外観検査装置。
21. さらに、前記対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を照明する明視野照明手段を備えることを特徴とする請求項１４又は２０に記載の半導体外観検査装置。
22. 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき、前記被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置であって、
    対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を照明する明視野照明手段と、
    前記対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する、複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイと、
    前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分に対応して、前記半導体発光素子アレイを点灯制御する点灯制御部と、を有する照明手段を備えることを特徴とする半導体外観検査装置。
23. 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき前記被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置における、前記被検査物体の照明方法であって、
    対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイに含まれる、前記半導体発光素子を選択的に点灯制御することを特徴とする照明方法。
24. 前記の選択的に点灯制御された各前記半導体発光素子の発光光量を個別に変更することを特徴とする請求項２３に記載の照明方法。
25. 前記半導体発光素子アレイに含まれる、前記被検査物体へ異なる複数の入射角度で入射する照明光を与える複数の半導体発光素子を選択的に点灯して、前記被検査物体への照明光の入射角度を変更することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の照明方法。
26. 前記半導体発光素子アレイに含まれる、発光波長が異なる複数の半導体発光素子を選択的に点灯して、前記被検査物体への照明光の波長を変更することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の照明方法。
27. 前記半導体発光素子アレイに含まれる、前記被検査物体への照明光の方位角が異なる複数の半導体発光素子を選択的に点灯して、前記被検査物体への照明光の方位角を変更することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の照明方法。
28. 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき前記被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置における、前記被検査物体の照明方法であって、
    対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイに含まれる、前記半導体発光素子を選択して、選択された前記半導体発光素子の発光光量を変更することを特徴とする照明方法。
29. 前記被検査物体へ異なる複数の入射角度で入射する照明光を与える複数の半導体発光素子からなる前記半導体発光素子アレイから、前記半導体発光素子を選択してその発光光量を変更し、前記被検査物体への照明光の入射角度毎の発光光量を変更することを特徴とする請求項２８に記載の照明方法。
30. 発光波長が異なる複数の半導体発光素子からなる前記半導体発光素子アレイから、前記半導体発光素子を選択してその発光光量を変更し、前記被検査物体への照明光の波長毎の発光光量を変更することを特徴とする請求項２８に記載の照明方法。
31. 前記被検査物体への照明光の方位角が異なる複数の半導体発光素子からなる前記半導体発光素子アレイから、前記半導体発光素子を選択してその発光光量を変更し、前記被検査物体への照明光の方位角毎の発光光量を変更することを特徴とする請求項２８に記載の照明方法。
32. 前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分に対応して前記半導体発光素子を選択することを特徴とする請求項２３〜３１のいずれか一項に記載の照明方法。
33. 前記被検査物体の各部分に対応して、点灯すべき各前記半導体発光素子を特定する素子特定情報を予め記憶し、
    前記素子特定情報により前記対物レンズの視野にある部分に対応して特定される照明条件に応じた各前記半導体発光素子を切り替え制御することを特徴とする請求項３２に記載の照明方法。
34. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分に施された繰り返しパターンの繰り返しピッチ幅に関する情報を含むことを特徴とする請求項３３に記載の照明方法。
35. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分に施された配線パターンのピッチ幅に関する情報を含むことを特徴とする請求項３４に記載の半導体外観検査装置。
36. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分に施された線パターンの方向に関する情報を含むことを特徴とする請求項３３に記載の照明方法。
37. 前記素子特定情報は、前記被検査物体の前記各部分にパターンを形成する材質に関する情報を含むことを特徴とする請求項３３に記載の照明方法。
38. 前記被検査物体を支持して前記被検査物体上の各部分を前記対物レンズの視野に位置付ける、前記半導体外観検査装置の可動ステージの位置情報に基づき、前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分を特定することを特徴とする請求項３２〜３７のいずれか一項に記載の照明方法。
39. さらに、前記対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を照明する明視野照明を行うことを特徴とする請求項３２又は３８に記載の照明方法。
40. 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき前記被検査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置における、前記被検査物体の照明方法であって、
    前記対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を照明する明視野照明を行い、
    前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分に対応して、前記対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイを点灯制御することを特徴とする照明方法。

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