WO2009139155A1 - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

欠陥検査装置及び欠陥検査方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2009139155A1
WO2009139155A1 PCT/JP2009/002083 JP2009002083W WO2009139155A1 WO 2009139155 A1 WO2009139155 A1 WO 2009139155A1 JP 2009002083 W JP2009002083 W JP 2009002083W WO 2009139155 A1 WO2009139155 A1 WO 2009139155A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
defect
illumination
optical system
linear
defect inspection
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/002083
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
中野博之
前田俊二
中田俊彦
Original Assignee
株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立ハイテクノロジーズ filed Critical 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority to US12/992,903 priority Critical patent/US8634069B2/en
Publication of WO2009139155A1 publication Critical patent/WO2009139155A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N21/95607—Inspecting patterns on the surface of objects using a comparative method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N2021/9563—Inspecting patterns on the surface of objects and suppressing pattern images

Definitions

  • the present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method for inspecting defects such as foreign matters generated on an inspection target when an LSI, a liquid crystal substrate, or the like is manufactured.
  • the pattern formed on the workpiece is typically a repetitive pattern such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) part or a logic. There are random patterns (non-repetitive patterns).
  • DRAM Dynamic Random Access Memory
  • non-repetitive patterns In the manufacture of such LSIs and liquid crystal substrates, if foreign matter adheres to the surface of the workpiece or a defect occurs, it may cause defects such as wiring insulation failure or short circuit.
  • the pattern (non-defect portion) formed on the workpiece and various fine foreign matters and defects (wiring short circuit, disconnection, pattern thinning, pattern thickening, scratch, hole There is a need to discriminate from non-opening etc.).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-90192
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-105203
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-17536
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-283190
  • Patent Document 6 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-192759
  • Patent Document 1 discloses a dark field illumination system and a bright field illumination system that switch and irradiate the same point of the first pattern, a dark field image detector that detects a reflected image of the first pattern in the dark field, and a bright field illumination system.
  • An optical inspection apparatus for a sample is described that includes a bright field image detector for detecting a reflected image of a first pattern in the field of view.
  • Patent Document 2 discloses an illumination optical system that illuminates a substrate to be inspected with a slit beam by switching optical paths from a plurality of different azimuth directions, and foreign matter existing on the illuminated substrate to be inspected.
  • a defect inspection apparatus including a detection optical system that receives and detects reflected and scattered light obtained from a defect of the defect by an image sensor and converts it into a signal is described.
  • Patent Document 3 discloses an illumination optical system that illuminates a sample with polarization, a polarization optical component that transmits higher-order diffracted light that has undergone polarization rotation on the sample more efficiently than zero-order light, and transmits or reflects the polarization optical component.
  • a high-resolution observation apparatus for a sample surface is described, which includes a detection optical system that forms an image of a sample on a photoelectric conversion element with the emitted light.
  • Patent Document 4 discloses a projection optical system that irradiates laser light having different wavelengths on the surface of the object to be inspected at different incident angles, and shields reflected light from the surface of the object to be inspected by a spatial filter, A condensing optical system that receives scattered light that has passed through the spatial filter, a second dichroic mirror that separates the scattered light collected by the condensing optical system into different wavelengths, and wavelength spectroscopy using the second dichroic mirror
  • a pattern inspection apparatus is described that includes two CCD cameras that receive and image the scattered light, and an image processing unit that processes an imaging output of the CCD camera to determine a defect.
  • Patent Document 5 discloses an illumination having a plurality of irradiation units that irradiate an illumination light beam emitted from an illumination light source from a plurality of azimuth directions different from each other on a surface of a sample, and an optical path switching unit that switches the illumination light beam.
  • An optical system a vertical detection optical system that receives an optical image scattered in the normal direction from the reflected scattered light from the surface of the sample and converts it into an image signal, and a reflected scattered light from the surface of the sample
  • a vertical detection optical system that receives an optical image scattered in the normal direction from the reflected scattered light from the surface of the sample and converts it into an image signal
  • a reflected scattered light from the surface of the sample Defects equipped with an oblique direction detection optical system that receives an optical image scattered in the oblique direction and converts it into an image signal, and an image signal processing unit that detects the defect by processing the image signal obtained from both detection optical systems
  • an irradiation optical system for irradiating the first and second slit beams from both sides with line symmetry with respect to the substrate to be inspected, and the irradiated substrate to be inspected
  • a detection optical system that collects reflected and scattered light from a defect existing on the surface, converts the collected reflected and scattered light into a light reception signal by an image sensor, and detects the defect based on the detected signal.
  • a defect inspection apparatus including an image processing unit that extracts a signal to be shown is described.
  • Patent Document 1 the optical conditions for detecting defects such as foreign matters are very limited to dark field and bright field.
  • Patent Documents 2, 5 and 6 basically switch illumination conditions, which are optical conditions for detecting various foreign matters and defects, for each foreign matter and defect. Long inspection time and very low throughput.
  • Patent Document 3 the optical conditions for detecting defects such as foreign matters are very limited to polarized illumination and polarization detection.
  • Patent Document 4 irradiates the surface of the object to be inspected with laser beams having different wavelengths at different incident angles, and scatters the scattered light on the surface of the object to be inspected to different wavelengths, and the scattered light subjected to the wavelength spectroscopy.
  • the light is received by a CCD camera and imaged, and optical conditions for detecting defects such as foreign matter are very limited.
  • the present invention is designed to detect defects such as foreign matters generated on various patterns formed on a workpiece to be distinguished from normal circuit patterns under a large number of optical conditions.
  • An object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus and method capable of inspecting even when inspection is necessary without reducing throughput.
  • the present invention relates to an illumination optical system for irradiating a substrate to be inspected with a linear beam, and reflection generated from defects such as foreign matter existing on the substrate to be inspected by irradiation of the linear beam with the illumination optical system.
  • An imaging optical system that forms a scattered light image, a spatial filter installed in the imaging optical system so as to shield diffracted light generated from a repetitive pattern formed on the substrate to be inspected, and the space
  • a detector that receives a light image obtained through a filter and that is imaged by the imaging optical system and detects a signal, and a defect determination that processes the signal detected by the detector to determine a defect such as a foreign object
  • a classification / sizing processing unit that classifies the defects determined by the defect determination unit and calculates the size of the defect, and the detector converts the optical image imaged by the imaging optical system.
  • Multiple different polarization components included It is substantially simultaneously and defect inspection apparatus and method is characterized by being configured to detect a plurality of signals corresponding to the individual light receiving and the plurality of polarized light components of the signal.
  • the present invention provides an illumination optical system that irradiates a plurality of linear beams almost simultaneously to different irradiation positions (inspection regions) on a substrate to be inspected, and irradiation of the plurality of linear beams by the illumination optical system.
  • An imaging optical system that forms a plurality of reflected and scattered light images generated from defects such as foreign matters existing on the inspection substrate, and diffracted light generated from a repetitive pattern formed on the inspection substrate are shielded.
  • a spatial filter installed in the imaging optical system and a plurality of optical images obtained through the spatial filter and imaged by the imaging optical system are received almost simultaneously and individually to obtain a plurality of signals.
  • a detector to detect a defect determination unit that processes the plurality of signals detected by the detector to determine a defect such as a foreign object, and a defect size classified by the defect determined by the defect determination unit Classification
  • a defect inspection apparatus and method is characterized in that a ring processing section.
  • the present invention provides an illumination optical system that irradiates a plurality of linear beams almost simultaneously to different irradiation positions (inspection regions) on a substrate to be inspected, and irradiation of the plurality of linear beams by the illumination optical system.
  • An imaging optical system that forms a plurality of reflected and scattered light images generated from defects such as foreign matters existing on the inspection substrate, and diffracted light generated from a repetitive pattern formed on the inspection substrate are shielded.
  • a spatial filter installed in the imaging optical system and a plurality of optical images obtained through the spatial filter and imaged by the imaging optical system are received almost simultaneously and individually to obtain a plurality of signals.
  • the present invention also provides an illumination optical system for irradiating a substrate to be inspected with a linear beam and a reflected light image generated from the substrate to be inspected by the irradiation of the linear beam by the illumination optical system.
  • An image optical system a spatial filter installed in the imaging optical system so as to shield diffracted light generated from a repetitive pattern formed on the substrate to be inspected, and obtained through the spatial filter
  • a detector that receives a light image formed by an optical system and detects a signal; a defect determination unit that processes the signal detected by the detector to determine a defect such as a foreign object; and the defect determination unit
  • a defect inspection characterized by comprising a classification and sizing processing unit for classifying the determined defects and calculating the size of the defect, wherein the detector is composed of a CMOS type image sensor capable of processing in units of pixels. Apparatus and method thereof A.
  • the present invention acquires diffraction and scattering images by a plurality of linear beam illuminations individually during one scan, and processes the acquired images in an integrated manner to exist on a substrate to be inspected.
  • a signal based on a defect such as a foreign matter is extracted.
  • the present invention further classifies the extracted signal for each defect type and calculates information on the size of the defect.
  • (A) is a perspective view showing a schematic configuration in a first embodiment of a defect inspection apparatus according to the present invention
  • (b) is a diagram showing pixels of a linear sensor array projected onto a semiconductor wafer W. It is a perspective view which shows structures other than the detection optical system in the 1st Example of this invention. It is a figure which shows the illumination optical system in the 1st Example of this invention.
  • (A) is a figure for demonstrating the mechanism which adjusts the polarization
  • Shows the conditions to create (B) is a diagram for explaining the mechanism for adjusting the polarization of illumination light in the illumination optical system of the first embodiment of the present invention and the conditions for producing circularly polarized light and linearly polarized light in an arbitrary direction. The conditions under which the polarization state does not change are shown.
  • (C) is a diagram for explaining a mechanism for adjusting the polarization of illumination light in the illumination optical system according to the first embodiment of the present invention and conditions for producing circularly polarized light and linearly polarized light in an arbitrary direction. This shows a condition that the polarization state of the light rotates 90 degrees.
  • (D) is a diagram for explaining a mechanism for adjusting the polarization of illumination light in the illumination optical system of the first embodiment of the present invention and conditions for producing circularly polarized light and linearly polarized light in an arbitrary direction.
  • the conditions for producing linearly polarized light inclined by an angle ⁇ are shown.
  • a linear spot beam which is parallel to the longitudinal direction from the azimuth angle of 0 ° and is condensed in the lateral direction is formed parallel to the y direction on the sample. It is a figure which shows a method.
  • a linear spot beam which is parallel to the longitudinal direction from the azimuth angle of 45 degrees and is condensed in the lateral direction is formed in parallel to the y direction on the sample. It is a figure which shows a method.
  • a linear spot beam which is parallel to the longitudinal direction from the azimuth angle of 90 degrees and is condensed in the lateral direction is formed parallel to the y direction on the sample. It is a figure which shows a method.
  • a linear spot beam parallel to the longitudinal direction from the azimuth angle of ⁇ 45 degrees and condensed in the lateral direction is formed in parallel to the y direction on the sample. It is a figure which shows the method to do.
  • (A) is a diagram for explaining the polarization of illumination light at each azimuth angle and the vibration direction of the electric field on the semiconductor wafer W.
  • the polarization states (26-Ia) to (26-Id) of the illumination light Ia to Id are shown in FIG. Are all S-polarized light, and the electric field oscillation directions (26-Wa) to (26-Wd) on the semiconductor wafer W do not coincide with each other.
  • (B) shows projections onto the surface of the semiconductor wafer W as indicated by (26-Ia), (26-Ib ′) to (26-Id ′) of the polarization states of the illuminations (Ia to Id) at the respective azimuth angles ⁇ .
  • (A) is the front view which shows the detail of the detection optical system of the 1st Example of this invention
  • (b) is the side view.
  • (A) is a perspective view showing a linear array sensor with a polarizing element for each pixel as a detector in the detection optical system of the first embodiment of the present invention and four linear sensors with polarizing elements of different transmission axes. It is a figure
  • (b) is a figure which shows the illumination area on a sample, and the pixel projected on the sample. It is a figure which shows the polarizing element using the photonic crystal attached to the four linear sensors as a detector in the detection optical system of the 1st Example of this invention.
  • (A) is a figure which shows four linear sensors by which the linearly-polarizing plate of each transmission axis as a detector in the detection optical system of the 1st Example of this invention was put on the front surface, (b), It is a figure which shows the transmission axis of each polarizing plate. It is explanatory drawing of the parameter which shows the polarization state of the output from each linear sensor as a detector in the detection optical system of the 1st Example of this invention.
  • the output from the four linear sensors as detectors in the detection optical system according to the first embodiment of the present invention is AD-converted and four images detected at each polarization axis are AD-converted.
  • (C) shows a configuration in which a design data comparison process is executed as a signal processing condition in the signal processing unit of the first embodiment of the present invention.
  • (D) shows the case where the self-referencing method is executed as a signal processing condition in the signal processing unit of the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows comparing the image on different optical conditions (for example, detection conditions, such as a polarization
  • detection conditions such as a polarization
  • FIG. 1 It is a figure which shows the function which performs a defect determination using the vector of a feature-value in the signal processing part of 1st Example of this invention, performs a classification
  • (A) calculates the feature amount A and the feature amount B of the signal for the image under the detection condition 1, plots the calculated signal in the space of the feature amount A and the feature amount B, and the detection condition 2 6 is a diagram in which the feature amount A and the feature amount B of the signal are calculated in the same manner, and the calculated signal is plotted in the space of the feature amount A and the feature amount B.
  • (B) is a graph in which the amount of change of each plot point when the detection condition is changed from 1 to 2 calculated by the vector calculation unit of the feature quantity is represented by a vector, and (c) is the obtained vector. Is plotted as a change in feature quantity A versus a change in feature quantity B.
  • it is a figure which shows the setting of a spatial filter, illumination, and the timing of the imaging by a sensor.
  • (A) is a figure which shows the mode of the imaging of the diffracted light from the repetitive pattern in the objective lens exit pupil (Fourier transform plane) in the detection optical system of the 1st Example of this invention, (b).
  • (A) is a perspective view which shows schematic structure of the 2nd Example of the defect inspection apparatus which concerns on this invention
  • (b) is a figure which shows the pixel of the area sensor array projected on the semiconductor wafer W.
  • FIG. 34 is the figure which expanded and showed the area sensor in the structure shown in FIG. 34 as another implementation
  • (b) is an adjacent area sensor.
  • (c) is a perspective view of an optical path branching element in which a transmission part and a reflection part exist alternately.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the detection optical system in the 3rd Example of the defect inspection apparatus which concerns on this invention. It is a figure which shows schematic structure of the detection optical system different from FIG. It is a figure which shows structures other than the detection optical system in the 4th Example of the defect inspection apparatus which concerns on this invention. It is a figure which shows the detection optical system in the 4th Example of this invention.
  • (A) is a diagram showing a CCD sensor configuration commonly used as a detector in the first to fourth embodiments of the present invention, and (b) is common in the first to fourth embodiments of the present invention. It is a figure which shows the structure of a CMOS sensor when used as a detector.
  • (A) is a figure which shows the state which has the function of logarithmic conversion in each pixel of a CMOS sensor
  • (b) is a graph which shows the state which made the logarithmic characteristic the incident light quantity dependence of the signal output of a CMOS sensor.
  • (A) is a diagram showing a circuit configuration for realizing a method called storage capacitance conversion
  • (b) is a graph showing the relationship between the storage time and the potential of the photodiode
  • (c) is a graph showing both the incident light amount and the sensor output. It is a graph which shows a relationship.
  • (A) is a figure which shows the structure of the circuit which implement
  • (b) It is a figure which shows the incident light quantity dependency of a signal output. It is a figure explaining the double sampling system which expands a dynamic range artificially with the CMOS sensor used as a detector in the 1st thru
  • (A) is a diagram showing a pixel circuit having an in-pixel analog processing function in each pixel that pseudo-expands a dynamic range by a CMOS sensor used as a detector in the first to fourth embodiments of the present invention.
  • FIG. 4B is a diagram showing a configuration in which one photodiode is shared by four photodiodes.
  • FIG. 5B is a pixel having an in-pixel analog processing function in each pixel that pseudo-expands a dynamic range by a CMOS sensor. It is a figure which shows a circuit. It is a figure which shows the CMOS sensor which has a photodiode and an arithmetic circuit (PE) in each pixel which can be processed with each pixel used as a detector in the 1st thru
  • PE arithmetic circuit
  • (A) shows, for example, four image sensors as detectors Sa as a form of implementation of a CMOS linear sensor array having a light quantity monitor function and a soft TDI function used as detectors in the first to fourth embodiments of the present invention.
  • 5 shows a case where five linear sensor arrays arranged in close proximity are arranged, and (b) shows, for example, four detectors Sb as an implementation form of a CMOS linear sensor array having a light quantity monitoring function and a soft TDI function.
  • 5 shows a case where five linear sensor arrays in which image sensors are arranged are arranged with a gap, and (c) shows a detector Sc as an implementation form of a CMOS linear sensor array having a light quantity monitoring function and a soft TDI function.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a first embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention.
  • the illumination optical system 200 includes, for example, five linear beams (linear shapes) having different illumination conditions (for example, the illumination azimuth angle ⁇ , the illumination elevation angle ⁇ , the illumination polarization state, and the illumination beam intensity).
  • Beams 300a, 300b, 300c, 300d and 300e are configured to illuminate a sample (semiconductor wafer) W in parallel.
  • the linear beams 300a to 300d are reflected and illuminated from the illumination angle adjusting mirrors 12a to 12d, and the linear beam 300e is illuminated from above through the objective lens 22.
  • the detection optical system 400 includes linear sensor arrays 52A to 52E configured by arranging, for example, five each of the objective lens 22, the spatial filter 28 disposed on the Fourier transform plane, and, for example, five linear beams 300a to 300e.
  • An imaging lens 29 for imaging each of them and a detector S configured by arranging, for example, five linear sensor arrays 52A to 52E are provided.
  • Each of 54a to 54e represents a pixel of each linear sensor array projected onto the wafer W.
  • Each of 46a to 46c represents a die arranged on the wafer W.
  • Reference numeral 23 denotes an X stage
  • 24 denotes a Y stage
  • 25 denotes a rotary stage.
  • the first embodiment of the illumination optical system 200 will be described in detail with reference to FIGS. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the output of the linearly polarized beam oscillated from the laser light source 1 is adjusted by the attenuator 2 and guided to the half-wave plate 3 and the quarter-wave plate 4. Further, the illumination optical path in each illumination direction is configured by providing half-wave plates 3a to 3d and quarter-wave plates 4a to 4d.
  • FIG. 4 (a) shows conditions for creating circularly polarized light. That is, when the linearly polarized light 26c is incident on the half-wave plate 3, if the optical axes of the half-wave plates 3, 3a to 3d are tilted 22.5 degrees, the emitted light is tilted 45 degrees. The linearly polarized light 26d is obtained. By setting the optical axis of the quarter-wave plate 4 so that the linearly polarized light 26d inclined by 45 degrees is incident at 45 degrees with respect to the optical axis of the quarter-wave plate 4, the emitted light is circular. Polarized light 26e is obtained.
  • FIG. 4B shows a condition where the polarization state 26c of incident light does not change. That is, when the linearly polarized light 26c is incident on the half-wave plates 3, 3a to 3d, the optical axes of the half-wave plates 3, 3a to 3d are not inclined (set to 0 degree). In this case, the polarization 26f of the emitted light from each of the half-wave plates 3, 3a to 3d does not change from 26c. Further, if the optical axes of the quarter-wave plates 4, 4a to 4d are not inclined (0 degree), the polarized light 26g of the emitted light from the quarter-wave plates 4, 4a to 4d is 26c. Does not change.
  • FIG. 4C shows a condition in which the polarization state 26c of the incident light rotates by 90 degrees. That is, when the linearly polarized light 26c is incident on the half-wave plates 3, 3a to 3d, if the optical axes of the half-wave plates 3, 3a to 3d are inclined by 45 degrees, each 1 / The polarized light 26h of the emitted light from the two-wavelength plates 3, 3a to 3d is inclined by 90 degrees with respect to 26c. Thereafter, if the optical axes of the quarter-wave plates 4, 4a to 4d are not tilted (0 degree), the polarized light 26i of the emitted light from the quarter-wave plates 4, 4a to 4d is also the above-mentioned. It is inclined 90 degrees with respect to 26c.
  • FIG. 4 (d) shows conditions for producing linearly polarized light inclined by an arbitrary angle ⁇ . That is, when it is desired to finally tilt the angle ⁇ , first, the optical axes of the half-wave plates 3, 3a to 3d are tilted by ⁇ / 2. As a result, the polarized light 26j of the emitted light from each of the half-wave plates 3, 3a to 3d is inclined by ⁇ with respect to the linearly polarized light 26c. Thereafter, if the optical axes of the quarter-wave plates 4, 4a to 4d are also tilted by ⁇ , the polarized light 26k of the emitted light from the quarter-wave plates 4, 4a to 4d will be in relation to the 26c. ⁇ -polarized linearly polarized light.
  • the light from the quarter-wave plate 4 is expanded by a beam expander 8 (with a beam diameter w) in order to obtain a desired beam width on the semiconductor wafer W.
  • the light is reflected by the mirror 6 and branched into two optical paths by the beam splitter 7a.
  • the reflected light from the beam splitter 7a is 1.4 times (route 2) by the beam expander 8a in order to match the linear beam size (length) in the longitudinal direction from each azimuth angle on the semiconductor wafer W.
  • the polarization state is adjusted by the / 4 wavelength plate 4a, condensed on one axis by the cylindrical lens 11a, the illumination elevation angle ⁇ a is adjusted by the illumination angle adjusting mirror 12a, and the linear beam is formed on the semiconductor wafer W at a desired elevation angle.
  • Illuminate 300a by ⁇ 0 degrees.
  • the light transmitted through the beam splitter 7a is branched into two optical paths by another beam splitter 7b.
  • the reflected light from the beam splitter 7b is further branched into two optical paths by a branching optical element 14d such as a half mirror.
  • the reflected light from the branching optical element 14d is reflected downward, and in the same way as 0 degree illumination, the two linearly polarizing plates 10d and 13d arranged in series, and the half-wave plates 3d and 1 /
  • the original beam diameter is w, but since the illumination direction is inclined 45 degrees, the length of the linear beam 300d on the semiconductor wafer W is 1.4 w as in the case of 0 degree illumination. It becomes.
  • the light transmitted through the branch optical element 14d is branched into two optical paths by the branch optical element 14b such as a half mirror.
  • the reflected light from the branch optical element 14b is reflected downward, and in the same way as 0 degree illumination, the two linearly polarizing plates 10b and 13b arranged in series, and the half-wave plates 3b and 1 /
  • the original beam diameter is w, but since the illumination direction is inclined 45 degrees, the length of the linear beam 300b on the semiconductor wafer W is 1.4 w as in the case of 0 degree illumination.
  • the light transmitted through the branch optical element 14b is folded back by the mirror 6c, and the beam expander 8c adjusts the beam diameter so that the longitudinal direction of the linear beam formed on the semiconductor wafer W becomes 1.4w (illumination). Since the length of the linear beam formed on the semiconductor wafer W varies depending on the elevation angle, the beam diameter is adjusted according to the illumination elevation angle), and is reflected downward by the mirror 6c and arranged in series like the 0 degree illumination.
  • the polarization state is adjusted by the two linearly polarizing plates 10c and 13c and the half-wave plate 3c and the quarter-wave plate 4c arranged in series, and the light is condensed on one axis by the cylindrical lens 11c and illuminated.
  • the light transmitted through the beam splitter 7b is 1.4 times (route 2 times) by the beam expander 8e in order to match the longitudinal linear beam size (length) from each azimuth angle on the semiconductor wafer W.
  • linearly polarizing plates 10a to 10d and 13a to 13d arranged in series will be described with reference to FIG.
  • incident light on the linearly polarizing plates 10a to 10d is assumed to be linearly polarized light (inclination 0 degree) having an amplitude A (intensity A 2 ).
  • the transmission axes of the linear polarizing plates 13a to 13d are set to 0 degrees and the linear polarizing plates 10a to 10d are rotated by ⁇ , the light emitted from the linear polarizing plates 13a to 13d
  • the intensity is (A ⁇ cos ⁇ ) 2 and the intensity of the beam, which is an illumination condition for irradiating the semiconductor wafer W, can be arbitrarily adjusted.
  • each of the linear polarizers 13a to 13d is adjusted in polarization state by the half-wave plates 3a to 3d and the quarter-wave plates 4a to 4d arranged in series. The same as described with reference to the plate 3 and the quarter-wave plate 4), the light is condensed on one axis by the cylindrical lenses 11a to 11d, and the illumination elevation angle is adjusted by the illumination angle adjusting mirrors 12a to 12d.
  • the linear beams 300a to 300d separated on the semiconductor wafer W at a desired elevation angle are formed side by side.
  • the longitudinal direction of each of the linear beams 300a to 300e formed separately and arranged on the semiconductor wafer W is taken as the y-axis.
  • the length of the linear beam on the 0 degree illuminated semiconductor wafer W is 1.4 w.
  • the illumination elevation angles ⁇ a to ⁇ d of the linear beams 300a to 300d are adjusted by changing the height and angle of the angle adjusting mirrors 12a to 12d as shown in FIG.
  • the cylindrical lenses 11a to 11d are simultaneously moved in the optical axis direction to adjust the focus so that the illumination beam is condensed on the surface of the semiconductor wafer W. To do.
  • the longitudinal direction on the semiconductor wafer W that is, the y-axis direction, from the direction inclined by ⁇ a relative to the horizontal plane (illumination elevation angle direction ⁇ a) by the cylindrical lens 11a.
  • the folding of the beam by the illumination angle adjusting mirror 12a is not shown.
  • the spherical ridge line of the cylindrical lens 11a may be arranged so as to be parallel to the y-axis, and the plane of the cylindrical lens 11a may be perpendicular to the principal ray.
  • the longitudinal direction on the semiconductor wafer W that is, the y-axis direction, from the direction inclined by ⁇ b with respect to the horizontal plane (illumination elevation angle direction ⁇ b) by the cylindrical lens 11b.
  • the longitudinal direction on the semiconductor wafer W that is, the y-axis direction
  • the longitudinal direction on the semiconductor wafer W that is, the y-axis direction
  • the longitudinal direction on the semiconductor wafer W that is, the y-axis direction
  • the cylindrical lens 11b Indicates a configuration for forming a linear beam 300b which is parallel light and is condensed in the x-axis direction.
  • the folding of the beam by the illumination angle adjusting mirror 12b is not shown.
  • the cylindrical ridge line of the cylindrical lens 11b may be arranged in parallel with the y-axis direction, and the plane of the cylindrical lens 11b may be inclined by 45 degrees with respect to the main optical axis.
  • the longitudinal direction on the semiconductor wafer W that is, the y-axis direction, from the direction inclined by ⁇ c with respect to the horizontal plane (illumination elevation angle direction ⁇ c) by the cylindrical lens 11c.
  • the ridgeline of the spherical surface of the cylindrical lens 11c is parallel to the y-axis direction, and the plane of the cylindrical lens 11c may be inclined with respect to the main optical axis by the same ⁇ c as the illumination elevation angle.
  • the longitudinal direction on the semiconductor wafer W that is, the y-axis, from the direction inclined by ⁇ d with respect to the horizontal plane (illumination elevation angle direction ⁇ d) by the cylindrical lens 11d.
  • a configuration for forming a linear beam 300d that is parallel in the direction and condensed in the x-axis direction is shown. Note that the folding of the beam by the illumination angle adjusting mirror 12d is not shown.
  • the ridgeline of the spherical surface of the cylindrical lens 11d may be parallel to the y-axis direction, and the plane of the cylindrical lens 11d may be disposed at 45 degrees with respect to the main optical axis.
  • the polarization states (26-Ia) to (26-Id) of the illumination lights Ia to Id are all S-polarized light.
  • the vibration directions (26-Wa) to (26-Wd) of the electric field on the semiconductor wafer W do not match.
  • FIG. 12B when it is desired that the vibration direction of the electric field on the surface of the semiconductor wafer W coincide with, for example, (26-Wa) and be parallel to the y-axis, the illumination (Ia ⁇ It is necessary to devise the polarization state of Id).
  • FIG. 13 is a diagram for explaining how many times the polarization of the illumination light (Ia to Id) should be tilted when it is desired to make the vibration direction of the electric field on the semiconductor wafer W parallel to the y-axis.
  • the plane perpendicular to the propagation direction of the illumination light may be the x′-y ′ plane, and the linearly polarized light may be inclined by ⁇ with respect to the x ′ axis, where ⁇ is the illumination azimuth angle ⁇ and It is given by the following equation (1) as a function of the illumination elevation angle ⁇ .
  • ⁇ tan ⁇ 1 (tan ⁇ / sin ⁇ ) (1)
  • the detection optical system 400 for example, five linear sensor arrays 52A to 52E are arranged in the x direction (scanning direction) as the detector S as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 14B, the detection magnification is set so that each of the pixels 54a to 54e of the linear sensor array projected onto the semiconductor wafer W falls within the spot size range of each linear beam 300a to 300e. If set, each of the pixels 54a to 54e of the linear sensor array can collectively detect diffracted and scattered light generated from the linear region as shown in FIG.
  • the semiconductor wafer W is mounted on X and Y stages 23 and 24.
  • the pixels 54a to 54e of the linear sensor array are scanned.
  • Each obtains a two-dimensional image of the semiconductor wafer W.
  • the main scanning direction is the X direction that is perpendicular to the longitudinal direction of the linear beam
  • the Y direction is step-shifted by the length of the pixel 54 of the linear sensor array projected onto the semiconductor wafer W.
  • each of the linear sensor arrays 52A to 52E includes, for example, four one-dimensional linear sensors 30a to 30d arranged in the x direction (scanning direction) as shown in FIG.
  • Each of the four one-dimensional linear sensors 30a, 30b, 30c and 30d is provided with each of the linearly polarizing film pixels 45a, 45b, 45c and 45d having different transmission axes.
  • the four linear sensor pixels 53a to 53d corresponding to the respective linear sensor arrays 52A to 52E projected onto the semiconductor wafer W are replaced with the spot sizes of the linear beams 300a to 300e.
  • the detection magnification is set so as to fall within the range, signals obtained by analyzing diffraction and scattered light generated from the linear region with different polarization axes (detection axes) can be detected simultaneously and individually. That is, images under four detection conditions (for example, mutually different polarization axes (polarization components)) can be separately and detected simultaneously and collectively in one scan.
  • the polarizing film it is possible to change the transmission polarization axis depending on the method or type of superposition of the photonic crystals 47a and 47b as shown in FIG. It is also possible to generate a polarizing film formed from a photonic crystal in units of pixels.
  • Advantages of using a photonic crystal film include anisotropy, for example, by commonly adsorbing iodine etc. to a film and then stretching it in one direction to align the orientation of molecules in a certain direction.
  • the polarizing element that obtains the polarization characteristics is particularly weak in resistance to wavelengths below UV
  • the photonic crystal film has a high resistance to wavelengths below UV and high output light.
  • general linearly polarizing plates 10a, 10b, 10c and 10d are respectively provided in front of the linear sensors 30a, 30b, 30c and 30d as shown in FIG. You may arrange.
  • a linear polarizing plate made of a photonic crystal may be used.
  • the four linear sensors 30a, 30b, 30c and 30d constituting each of the linear sensor arrays 52A to 52E observe different positions on the semiconductor wafer W at the same time. That is, the images of the respective linear sensors obtained at the same time are displaced.
  • a linear CCD “IT-P1-2048” manufactured by DALSA is used as the linear sensor.
  • the pixel size of IT-P1-2048 is 10 ⁇ m, and when the pixel size projected onto the semiconductor wafer W is 2 ⁇ m, the detection magnification determined by the ratio of the focal length of the objective lens 22 and the imaging lens 29 is 10 times. Become.
  • the package size of IT-P1-2048 (short direction, including the wiring pin portion) is 12.7 mm
  • the pixel interval between adjacent linear sensors on the semiconductor wafer W is 2.54 mm.
  • the maximum line rate is 46 kHz, that is, 0.022 ms
  • the scanning speed is 9.1 mm / s. That is, the time required to move between pixels of adjacent linear sensors is 0.28 ms.
  • An alignment process is required.
  • polarized light is elliptically polarized light, and becomes linearly polarized light or elliptically polarized light under certain conditions.
  • the important parameters are the main axis inclination ⁇ , the ellipticity ⁇ , the ellipse major axis length
  • the transmission axes 27a, 27b, 27c and 27d of the polarizing plate shown in FIG. 18B are set to, for example, ⁇ 45 degrees, 45 degrees, 0 degrees and 90 degrees.
  • the (1, 1, 0), (1, 0, 1), (1, -1, 0) and (1, 0, -1) of the Stokes vector (excluding the circularly polarized element) are Therefore, the ellipticity ⁇ , the ellipse inclination ⁇ , the ellipse major axis length
  • the AD conversion signals of the linear sensors 30a, 30b, 30c, and 30d are sent to the polarization calculation processing circuit 104 for calculation processing, so that the light detection axis-45 degree image 44a, the light detection axis 45 degree image 44b, and the light detection axis
  • the polarization calculation processing circuit 104 for calculation processing, so that the light detection axis-45 degree image 44a, the light detection axis 45 degree image 44b, and the light detection axis
  • a tilt image 44e of the main axis and an ellipticity ⁇ image 44f that cannot be obtained from a single photometric image can be obtained.
  • the amount of information obtained can be increased. If the number of angles of the light detection axis (transmission axis) is reduced, the amount of information obtained in one inspection is naturally reduced.
  • Each of the images 44a to 44f obtained corresponding to each of the linear sensor arrays 52A to 52E is individually subjected to signal processing in the signal processing unit 100 shown in FIG. 21 to determine a defect, and then the defect determination result is merged into a merge processing circuit.
  • the data may be merged at 105 and output.
  • the signal processing unit 100 is specifically configured as shown in FIGS. 22 (a) to 22 (d).
  • the signal processing unit 100a shown in FIG. 22A performs die comparison processing as a signal processing condition. That is, an image of a certain die (for example, 44a to 44f) obtained from each of the linear sensor arrays 52A to 52E is stored in the delay memory 32, and if an image of an adjacent die (for example, 44a to 44f) is acquired, it is caused by vibration or the like. In order to correct the misalignment, alignment is performed by the alignment circuit 33, and the obtained image is subtracted by the subtraction circuit 34. The images aligned in parallel are stored in the memory 35, and a threshold value is calculated by the threshold value processing circuit 36.
  • a threshold value is calculated by the threshold value processing circuit 36.
  • the subtracted signal and the threshold value are compared by a comparison circuit 37, and a foreign matter signal and a defect signal are extracted by a defect determination unit 38.
  • the extracted foreign matter / defect signal is output as a defect map as it is, or is classified for each foreign matter type and defect type by the classification / sizing processing unit 39, or the size of the foreign matter or defect is obtained.
  • the signal processing unit 100b shown in FIG. 22B performs cell comparison processing as a signal processing condition. That is, if the images (for example, 44a to 44f) obtained from each of the linear sensor arrays 52A to 52E include signals from patterns that are originally in the same shape, the image is shifted by the image shift circuit 40, and before the shift In order to obtain corresponding points between the image and the shifted image, alignment is performed by the alignment circuit 33, and the obtained image is subtracted by the subtraction circuit 34. The images aligned in parallel are stored in the memory 35, and a threshold value is calculated by the threshold value processing circuit 36. The subtracted signal and the threshold value are compared by a comparison circuit 37, and a foreign matter signal and a defect signal are extracted by a defect determination unit 38. The extracted foreign matter / defect signal is output as a defect map as it is, or is classified for each foreign matter type and defect type by the classification / sizing processing unit 39, or the size of the foreign matter or defect is obtained.
  • the images for example, 44a to
  • the signal processing unit 100c shown in FIG. 22 (c) executes a design data comparison process as a signal processing condition. That is, the design data from the design data 41 is sent to the reference image generation unit 42 to generate a reference image.
  • the reference images are aligned to obtain corresponding points with the actual images (for example, 44a to 44f) obtained from the linear sensor arrays 52A to 52E, and the obtained images are subtracted by the subtracting circuit 34.
  • the images aligned in parallel are stored in the memory 35, and a threshold value is calculated by the threshold value processing circuit 36.
  • the subtracted signal and the threshold value are compared by a comparison circuit 37, and a foreign matter signal and a defect signal are extracted by a defect determination unit 38.
  • the extracted foreign matter / defect signal is output as a defect map as it is, or is classified for each foreign matter type and defect type by the classification / sizing processing unit 39, or the size of the foreign matter or defect is obtained.
  • the signal processing unit 100d shown in FIG. 22D executes a self-referencing method as a signal processing condition. That is, a similar pattern is searched for in images (for example, 44a to 44f) obtained from the linear sensor arrays 52A to 52E, and the similar patterns are compared with each other to determine a defect, or the characteristics of the pattern and the defect. A defect is judged based on the quantity.
  • the signal processing unit 100 executes a processing method called golden image comparison as a signal processing condition, although not shown.
  • the signal processing unit 100 performs different conditions (detection) in addition to die comparison for comparing images 48a and 48b obtained from different dies under the same conditions (for example, the same light detection axis angle).
  • Image 48a, 48c; 48b, 48d obtained under the condition and / or illumination condition may be compared between the same dies.
  • the signal processing unit 100 is obtained under different detection conditions (for example, the angle of the light detection axis, the inclination ⁇ of the principal axis, the ellipticity ⁇ ) and / or the illumination conditions (for example, the illumination direction ⁇ ).
  • detection conditions for example, the angle of the light detection axis, the inclination ⁇ of the principal axis, the ellipticity ⁇
  • illumination conditions for example, the illumination direction ⁇ .
  • a new image 49 showing a difference under different conditions is generated, and the image 49 is die-compared to determine a defect (not shown), or a feature amount of the image 49 itself is extracted to determine a defect (self-reference processing) ) (Not shown). Needless to say, not only die comparison but also cell comparison, design data comparison, and golden image comparison can be used.
  • the signal processing unit 100 further collects and arranges signals obtained from, for example, one point (specifically, an area corresponding to one pixel) on the semiconductor wafer W, thereby arranging six types of signals.
  • signals obtained from, for example, one point (specifically, an area corresponding to one pixel) on the semiconductor wafer W thereby arranging six types of signals.
  • Thirty kinds of information obtained by multiplying different detection conditions (for example, the angle of the detection axis, the inclination ⁇ of the principal axis, the ellipticity ⁇ ) and the five kinds of illumination conditions (for example, the illumination direction ⁇ ) are obtained, and the amount of information is Since it increases dramatically, further improvement in sensitivity and capture rate, and improvement in classification and sizing accuracy are expected.
  • the signal processing unit 100e illustrated in FIG. 26 focuses on the vector-like behavior of the feature amount (contrast, total luminance, etc.) between the conditions (detection conditions and illumination conditions) as the signal processing conditions. May be extracted. That is, in the feature quantity extraction unit 50, as shown in FIG. 27A, the feature quantity A and the feature quantity B of the signal are obtained for an image under a certain detection condition 1 (for example, the photometric axis-45 degree image 44a). The calculated signal is plotted in the space of the feature amount A and the feature amount B. At this time, the defect type A, the defect type B, and the non-defect pattern are mixed in the feature amount space, and the defect cannot be revealed.
  • a certain detection condition 1 for example, the photometric axis-45 degree image 44a
  • the feature amount extraction unit 50 next calculates the feature amount A and the feature amount B of the signal in the same manner for the image under a certain detection condition 2 (for example, the photometric axis 45 degree image 44a), and the calculation is performed.
  • the obtained signal is plotted in the space of the feature amount A and the feature amount B.
  • the feature quantity vector calculation unit 51 when the calculated change amount of each plot point when the detection condition is changed from 1 to 2 is represented by a vector, it is as shown in FIG.
  • the defect type A, the defect type B, and the non-defect pattern are separated.
  • the defect determination unit 38 can detect defects that cannot be detected under a single condition. As a result, the defect determination unit 38 outputs the extracted defect signal as it is as a defect map, or the classification / sizing processing unit 39 classifies each defect type or obtains the size of the defect.
  • the signal processing unit 100 (100a to 100e) configured as described above is connected to a computer 101 having an arithmetic circuit 1011 and a storage device 1012 as shown in FIG. Can be done.
  • the computer 101 is connected to an external device 103 such as a mouse, a keyboard, or a printer.
  • the shape of the light shielding portion of the spatial filter 28 is fixed.
  • the diffracted image 55a by the repeated pattern on the Fourier transform plane is regularly imaged.
  • the illumination beam is a linear beam 300a to 300e that is parallel light in the y-axis direction and condensed in the x-axis direction, a diffraction image 55a by a repetitive pattern on the Fourier transform plane. Extends in the x-axis direction by the illumination NA.
  • 55b represents irradiation light
  • 55c represents zero-order diffracted light (regular reflection light)
  • 56a represents a pupil diameter corresponding to NA 1.0
  • 56b represents a pupil diameter corresponding to detection NA.
  • These diffracted lights may be shielded by a plurality of plate-shaped light shielding plates 59 arranged as shown in FIG. At this time, if the pitch of the light shielding plate 59 can be changed by the spring 58, it is possible to cope with a repetitive pattern of a plurality of pitches.
  • there are five illuminations Ia to Ie so there are five diffraction patterns on the Fourier transform plane. Therefore, with the configuration as shown in FIG.
  • a spatial filter that can arbitrarily select the shape of the light shielding portion may be used.
  • a spatial filter for example, a liquid crystal device or one using a DMD (Digital Micro Device) can be considered.
  • the illumination optical system 200 is not limited to five illumination directions, but includes a plurality of illumination directions as shown in FIG. Further, the polarization state of each linear array sensor 52 in the detection optical system 400 is not limited to four, and there may be a plurality of polarization states including the polarization calculation processing circuit 104 shown in FIG.
  • FIG. 31 is a perspective view showing a schematic configuration of a second embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention. That is, the second embodiment is different from the first embodiment in that, in the detection optical system 400, instead of the linear sensor arrays 52A to 52E, the area sensor arrays 61A to 61E and the image combination processing units 62A to 62E It is a point using.
  • each area sensor array 61A to 61E is configured by arranging four area sensors 61Aa to 61Ad, 61Ba to 61Bd, 61Ca to 61Cd, 61Da to 61Dd, and 61Ea to 61Ed for each illumination direction.
  • the entire area sensor array is composed of a total of 20 area sensors 61 1 to 61 20 arranged two-dimensionally.
  • the light receiving portion 63 of the area sensor 61 1 to 61 20, the polarizing film of the pixel 45a of a different transmission axis for each pixel column as shown in FIG. 32, 45b, 45 c, is 45d are attached.
  • the scattered light from the semiconductor wafer W can be detected in the same state as the linear sensor array described in the first embodiment.
  • the pixels 62a, 62b, 62c, 62d and 62e of the area sensor array projected onto the semiconductor wafer W are spot sizes of the linear beams 300a, 300b, 300c, 300d and 300e, respectively.
  • the detection magnification is set so that it falls within the range, the diffraction and scattered light generated from each linear region irradiated under different illumination conditions can be collectively detected by different polarization axes (detection axes). It can. That is, when the outputs from the pixel columns 62a to 62e of the four area sensor arrays constituting each area sensor array 61A to 61E are A / D converted to generate an image, as shown in FIG. An AD conversion signal composed of the axis-45 degree image 44a, the detection axis 45 degree image 44b, the detection axis 0 degree image 44c, and the detection axis 90 degree image 44d is sent to the polarization calculation processing circuit 104 to be processed.
  • the detection axis-45 degree image 44a In addition to the detection axis-45 degree image 44a, the detection axis 45 degree image 44b, the detection axis 0 degree image 44c, and the detection axis 90 degree image 44d, it cannot be obtained from a single analysis image.
  • An inclination image 44e of the main axis and an ellipticity ⁇ image 44f can be obtained, and the amount of information obtained by one inspection can be increased.
  • FIG. 31 it may not be possible to mount with high density just by arranging 20 area sensors in a unit plane.
  • mounting as shown in FIGS. 34 and 35 may be performed. That is, as shown in FIG. 34, the optical path is branched into three using mirrors 6f and 6g, and a transmission part and a reflection part as shown in FIG. 35 are alternately present in each of the three branched optical paths.
  • the transmitted light and the reflected light are alternately branched using the optical path branching element 64, and the branched reflected light is the area sensors 61Aa, 61Ac; 61Ba, 61Bc; 61Ca, 61Cc; 61Da, 61Dc; 61Ea, 61Ec.
  • the divided transmitted light is received by the area sensors 61Ab, 61Ad; 61Bb, 61Bd; 61Cb, 61Cd; 61Db, 61Dd; 61Eb, 61Ed. It is possible to arrange the effective pixel regions of adjacent area sensors without gaps.
  • the illumination at each azimuth angle is changed over time by strobe illumination. That is, first, the light shielding pattern of the spatial filter 28 is set for 0 degree illumination. Immediately after that, illumination is performed at 0 degree. At the same time, the area sensor array 61A for 0 degree illumination starts sending data. For the illumination time, the semiconductor wafer W to be inspected may be illuminated only for about 1/5 to 1/2 of the pixel size projected onto the semiconductor wafer W.
  • the area sensor has a pixel size of 10 ⁇ m and a detection magnification of 5 times (that is, the pixel size projected onto the semiconductor wafer W is 2 ⁇ m)
  • the same throughput as in the first embodiment is realized.
  • the scanning speed is 9.1 mm / s
  • the illumination time may be 0.21 ms.
  • the frame rate of a general area sensor is 30 frames per second, that is, the time required to transmit all data is 33.3 ms, only a part of the frame rate needs to be illuminated. Therefore, the light shielding pattern of the spatial filter 28 is set for 45 degree illumination at the same time when the 0 degree illumination is completed.
  • the area sensor array 61B for 45 ° illumination starts sending data.
  • the light shielding pattern of the spatial filter 28 is set for 90-degree illumination.
  • 90 degree illumination is started.
  • the area sensor array 61C for 90-degree illumination starts sending data.
  • the light shielding pattern of the spatial filter 28 is set for the ⁇ 45-degree illumination.
  • -45 degree illumination is performed.
  • the area sensor array 61C for 45 ° illumination starts sending data.
  • the light shielding pattern of the spatial filter 28 is set for the epi-illumination.
  • the epi-illumination is started, and at the same time, the area sensor array 61E for epi-illumination starts sending data.
  • the entire surface of the semiconductor wafer W can be inspected by sequentially repeating such operations while scanning the stage.
  • the third embodiment shown in FIG. 37 has an oblique detection system (objective lens 22a, spatial filter 28a, imaging lens 29a, and detector) compared to the first and second embodiments in order to further increase the optical conditions.
  • S400 is added
  • other functions and configurations are the same as those in the first and second embodiments, so that the description thereof is omitted.
  • another oblique detection system comprising an objective lens 22b, a spatial filter 28b, an imaging lens 29b, and a detector S3 400b is added. Since other functions and configurations are the same as those in the first and second embodiments, description thereof is omitted.
  • the oblique detection optical system since the oblique detection optical system is added, the amount of information further increases. Therefore, further improvement in sensitivity and supplement rate, classification, and sizing Improvement in accuracy is expected.
  • the difference from the first to third embodiments is that, as shown in FIG. 39, in the illumination optical system 200, the laser light of wavelength ⁇ 1 emitted from the light source 1a and the light source 1b
  • the emitted laser light having the wavelength ⁇ 2 is matched with the dichroic prism 65, and the two matched beams are used as illumination light.
  • the detection optical system 400 as shown in FIG.
  • the optical path is separated for each wavelength by the dichroic prism 65 and is detected by the detectors S1 and S2 each composed of a different linear sensor array or area sensor array.
  • images of two different wavelengths that is, different optical conditions
  • the amount of information further increases. Improvement of classification and sizing accuracy is expected.
  • each linear sensor (30a to 30d) and each area sensor (61a to 61d) are roughly divided into a CCD having a structure shown in FIG. 41 (a) and a CMOS sensor shown in FIG. 41 (b). Since the CMOS sensor has a circuit such as an amplifier for each pixel, it is possible to realize performance that cannot be realized with a CCD sensor. For example, if each pixel has the logarithmic conversion function shown in FIG. 42A, the dependence of the signal output on the incident light quantity can be made logarithmic as shown in FIG. Thus, the dynamic range of the sensor can be expanded.
  • FIG. 42A the logarithmic conversion function shown in FIG. 42A
  • FIG. 43 (a) shows a circuit for realizing a method called storage capacity conversion.
  • CMOS sensor in which an arithmetic circuit is mounted on a pixel. This is known as the vision chip.
  • the output from the comparator at the next stage of the photodiode can be sent to an arithmetic circuit (PE: Processor Element) for software A / D conversion or the like.
  • PE Processor Element
  • each linear sensor 66 (30a to 30d) capable of performing a high-performance and flexible light amount monitor, exposure time control, and software TDI operation using a CMOS sensor equipped with PE for each pixel. ing. That is, each of the linear sensors 66 (30a to 30d) includes four lines of linear sensors 67a and 67b with PE and 64 lines (64 stages) of linear sensors 68. Next, the operation will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 49, when the sample W1 having areas with different reflectivities is scanned from the right side, first, the intensity of the reflected, diffracted, and scattered light is measured by the four-line linear sensor 67b with PE.
  • the information of the reflectance of the sample measured by the four-line linear sensor 67b is sent to the soft TDI unit 68 by PE communication, and the number of TDI accumulation stages is controlled based on the information of the sample. Even optical signals with various intensities from samples having reflectivity can be received without being saturated. Further, the exposure time (the number of TDI storage stages) is controlled, and a signal detected without saturation is output from the last stage of the soft TDI unit 68 in a completely parallel manner for each line. On the other hand, as shown in FIG.
  • the intensity of the reflected, diffracted, and scattered light is measured by the 4-line linear sensor 67a with PE. That is, if the 4-line linear sensor 67a is used so that each linear sensor can monitor the light quantity by one digit, the light quantity for four digits can be monitored. Then, the information of the reflectance of the sample measured by the four-line linear sensor 67a is sent to the soft TDI unit 68 by PE communication, and the number of TDI accumulation stages is controlled based on the information of the sample. Even optical signals with various intensities from samples having reflectivity can be received without being saturated.
  • FIG. 51A shows a case where five linear sensor arrays 52A to 52E in which, for example, four image sensors 66 (30a to 30d) are arranged as detectors Sa are arranged close to each other, and FIG.
  • FIG. 51A shows a case where five linear sensor arrays 52A to 52E in which four image sensors 66 (30a to 30d) are arranged as a detector Sb is arranged with a gap therebetween, and FIG. A case where 20 image sensors 66 (30a to 30d) are simply arranged is shown.
  • signal processing in a 64-line (64-stage) linear sensor 68 may be performed for each tap.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes implementations that are replaced with those that exhibit the same or equivalent functions as those described in the above-described embodiments.
  • the present invention can be used as a foreign matter / defect inspection apparatus in semiconductor manufacturing.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

配線等の回路パターンを有する試料上の異物等の欠陥を検査するための欠陥検査装置において、複数の直線状ビームの各々を試料上の異なる検査領域に照射する照明光学系と、該照射された複数の検査領域を検出器上に結像する結像光学系とを備え、前記検出器は、前記結像光学系で結像された複数の光像の各々に含まれる互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光して前記複数の偏光成分に対応する複数の信号として検出するように構成し、複数の光学条件での検査を高速に行えるようにした。

Description

欠陥検査装置及び欠陥検査方法
　本発明は、ＬＳＩや液晶基板等を製造する際に被検査対象上に生じる異物等の欠陥を検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
　ＬＳＩや液晶基板等を製造する際に、被加工対象物（例えば半導体ウェハ）上に形成されるパターンとしては、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）部に代表されるような繰り返しパターンや、ロジックに代表されるようなランダムパターン（非繰り返しパターン）がある。このようなＬＳＩや液晶基板等の製造において、被加工対象物の表面に異物が付着したりまたは欠陥が発生すると、例えば、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となる。ここで、回路パターンの微細化に伴い、被加工対象物上に形成されるパターン（非欠陥部）と、微細な多種の異物や欠陥（配線ショート、断線、パターン細り、パターン太り、スクラッチ、穴非開口など）とを弁別する必要が生じてきている。
　しかしながら、パターン（非欠陥部）と微細な多種の異物や欠陥とを弁別するためには、多数の照明条件や検出条件からなる光学条件を変えることが必要となる。
　ところで、異物等の欠陥検査装置の従来技術としては、特開平１０－９０１９２号公報（特許文献１）、特開２０００－１０５２０３号公報（特許文献２）、特開２０００－１５５０９９号公報（特許文献３）、特開２００３－１７５３６号公報（特許文献４）、特開２００５－２８３１９０号公報（特許文献５）及び特開２００７－１９２７５９号公報（特許文献６）が知られている。
　即ち、特許文献１には、第１パターンの同一点を切り替えて照射する暗視野照明系及び明視野照明系と、暗視野における第１パターンの反射像を検出する暗視野像検出器と、明視野における第１パターンの反射像を検出する明視野像検出器とを備えた試料の光学的検査装置が記載されている。
　また、特許文献２には、異なる複数の方位角方向から光路を切り替えることによってスリット状ビームを被検査基板に対して照明する照明光学系と、該照明された被検査基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系とを備えた欠陥検査装置が記載されている。
　また、特許文献３には、試料を偏光照明する照明光学系と、試料で偏光回転を受けた高次回折光を０次光よりも効率良く透過する偏光光学部品と、偏光光学部品を透過あるいは反射した光で試料の像を光電変換素子上に結像させる検出光学系とを備えた試料表面の高解像度観察装置が記載されている。
　また、特許文献４には、被検査体の表面に夫々異なる波長のレーザ光を異なる入射角度で照射する投光光学系と、前記被検査体の表面での反射光を空間フィルタで遮光し、空間フィルタを透過した散乱光を受光する集光光学系と、該集光光学系で集光された散乱光を異なる波長に分光する第２のダイクロイックミラーと、該第２のダイクロイックミラーで波長分光された散乱光を夫々受光して撮像する２個のＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラの撮像出力を処理して欠陥判別を行う画像処理部とを備えたパターン検査装置が記載されている。
　また、特許文献５には、照明光源から出射された照明光束を試料の表面に対して互いに異なる複数の方位角方向から照射する複数の照射部と前記照明光束を切替える光路切替え部とを有する照明光学系と、前記試料の表面からの反射散乱光のうち法線方向に散乱した光学像を受光して画像信号に変換する垂直方向検出光学系と、前記試料の表面からの反射散乱光のうち斜方方向に散乱した光学像を受光して画像信号に変換する斜方方向検出光学系と、両検出光学系から得られる画像信号を処理して欠陥を検出する画像信号処理部を備えた欠陥検査装置が記載されている。
　また、引用文献６には、図５に示すように第１及び第２のスリット状ビームを被検査基板に対して線対称にして両側から照射する照射光学系と、該照射された被検査基板上に存在する欠陥からの反射散乱光を集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光信号に変換して検出する検出光学系と、該検出された信号に基づいて欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備えた欠陥検査装置が記載されている。
特開平１０－９０１９２号公報 特開２０００－１０５２０３号公報 特開２０００－１５５０９９号公報 特開２００３－１７５３６号公報 特開２００５－２８３１９０号公報 特開２００７－１９２７５９号公報
　しかしながら、上記特許文献１は、異物等の欠陥を検出するための光学条件が暗視野と明視野とに非常に限定されるものである。
　また、上記特許文献２、５及び６は、各種の異物や欠陥を検出するための光学条件である照明条件を各種の異物や欠陥毎に基本的には切り替えて行うため、一つの試料に対して長い検査時間を要し、非常にスループットが低いものである。
　また、上記特許文献３は、異物等の欠陥を検出するための光学条件が偏光照明及び偏光検出に非常に限定されるものである。
　また、上記特許文献４は、被検査体の表面に夫々異なる波長のレーザ光を異なる入射角度で照射し、被検査体の表面での散乱光を異なる波長に分光し、該波長分光された散乱光を夫々ＣＣＤカメラで受光して撮像するものであり、異物等の欠陥を検出するための光学条件が非常に限定されるものである。
　本発明は、ＬＳＩや液晶基板等の製造において、被加工対象物に形成される様々なパターン上に生じる異物等の欠陥を、正常な回路パターンと弁別して検査するために、多数の光学条件で検査が必要な場合であっても、スループットを低下させることなく検査することが可能な欠陥検査装置及びその方法を提供することにある。
　すなわち本発明は、被検査基板に対して直線状ビームを照射する照明光学系と、該照明光学系による前記直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する反射散乱光像を結像する結像光学系と、前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、該空間フィルタを通して得られ、前記結像光学系で結像された光像を受光して信号を検出する検出器と、該検出器で検出された信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定部と、該欠陥判定部で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備え、前記検出器は、前記結像光学系で結像された光像に含まれる互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光して前記信号を前記複数の偏光成分に対応する複数の信号として検出するように構成したことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
　また、本発明は、被検査基板に対して複数の直線状ビームを互いに異なる照射位置（検査領域）にほぼ同時に照射する照明光学系と、該照明光学系による前記複数の直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する複数の反射散乱光像を結像する結像光学系と、前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、該空間フィルタを通して得られ、前記結像光学系で結像された複数の光像をほぼ同時にかつ個別に受光して複数の信号を検出する検出器と、該検出器で検出された前記複数の信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定部と、該欠陥判定部で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
　また、本発明は、被検査基板に対して複数の直線状ビームを互いに異なる照射位置（検査領域）にほぼ同時に照射する照明光学系と、該照明光学系による前記複数の直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する複数の反射散乱光像を結像する結像光学系と、前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、該空間フィルタを通して得られ、前記結像光学系で結像された複数の光像をほぼ同時にかつ個別に受光して複数の信号を検出する検出器と、該検出器で検出された前記複数の信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定部と、該欠陥判定部で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備え、前記検出器は、前記結像光学系で結像された複数の光像の各々に含まれる互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光して前記複数の信号の各々をさらに前記複数の偏光成分に対応する複数の信号として検出するように構成したことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
　また、本発明は、被検査基板に対して直線状ビームを照射する照明光学系と、該照明光学系による前記直線状ビームの照射によって前記被検査基板から発生する反射光像を結像する結像光学系と、前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、該空間フィルタを通して得られ、前記結像光学系で結像された光像を受光して信号を検出する検出器と、該検出器で検出された信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定部と、該欠陥判定部で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備え、前記検出器は、画素単位で処理可能なＣＭＯＳ型のイメージセンサで構成したことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
　また、本発明は、複数の直線状ビーム照明による回折、散乱像を、一回の走査中に個別に取得し、該取得された複数の画像を統合的に処理して被検査基板上に存在する異物等の欠陥に基づく信号を抽出することを特徴とする。本発明は、更に、前記抽出された信号を欠陥種ごとに分類したり、該欠陥の大きさの情報を算出したりする。
　本発明によれば、複数の光学条件での画像取得及び欠陥判定、分類、サイジングを一回の走査中に行うため、スループットを低下することなく、高感度に検査することが可能となる。
（a）は本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施例におけるその概略構成を示す斜視図、（b）は半導体ウェハＷに投影されたリニアセンサアレイの画素を示す図である。 本発明の第１の実施例における検出光学系以外の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施例における照明光学系を示す図である。 （a）は、本発明の第１の実施例の照明光学系における照明光の偏光を調整する機構と、円偏光及び任意の方向の直線偏光を作る条件とを説明するための図で円偏光を作り出す条件を示している。（ｂ）は、本発明の第１の実施例の照明光学系における照明光の偏光を調整する機構と、円偏光及び任意の方向の直線偏光を作る条件とを説明するための図で入射光の偏光状態が変わらない条件を示している。（ｃ）は、本発明の第１の実施例の照明光学系における照明光の偏光を調整する機構と、円偏光及び任意の方向の直線偏光を作る条件とを説明するための図で入射光の偏光状態が９０度回転する条件を示している。（ｄ）は、本発明の第１の実施例の照明光学系における照明光の偏光を調整する機構と、円偏光及び任意の方向の直線偏光を作る条件とを説明するための図で任意の角度βだけ傾いた直線偏光を作り出す条件を示している。 本発明の第１の実施例の照明光学系において分岐された各光路における照明光量を調整する機構の説明図である。 本発明の第１の実施例の照明光学系における照明方位角の定義を示す図である。 本発明の第１の実施例の照明光学系における照明仰角を調整する機構を示す図である。 本発明の第１の実施例の照明光学系における方位角０度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 本発明の第１の実施例の照明光学系における方位角４５度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 本発明の第１の実施例の照明光学系における方位角９０度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 本発明の第１の実施例の照明光学系における方位角－４５度から長手方向には平行で、短手方向には集光された線状スポットビームを、試料上のｙ方向に平行に形成する方法を示す図である。 （a）は、各方位角の照明光の偏光と半導体ウェハＷ上での電界の振動方向とについて説明する図で、照明光Ｉａ～Ｉｄの偏光状態（２６－Ｉａ）～（２６－Ｉｄ）は全てＳ偏光であり、半導体ウェハＷ上での電界の振動方向（２６－Ｗａ）～（２６－Ｗｄ）は一致しない状態を示している。（ｂ）は、各方位角φの照明（Ｉａ～Ｉｄ）の偏光状態を（２６－Ｉａ），（２６－Ｉｂ’）～（２６－Ｉｄ’）で示すように半導体ウェハＷ面上へ投影したものがｙ軸に平行になるように設定して、半導体ウェハＷ面上での電界の振動方向が（２６－Ｗａ）に一致させてｙ軸に平行に成るように設定した場合を示す。 本発明の第１の実施例の照明光学系における試料上での照明光の偏光をｙ軸に平行な直線偏光とするための条件を説明する図である。 （a）は本発明の第１の実施例の検出光学系における検出器としてのリニアセンサアレイを示す斜視図であり、（ｂ）は試料上の照明エリア及び試料上に投影された画素を示す図である。 （a）は、本発明の第１の実施例の検出光学系の詳細を示す正面図、（ｂ）はその側面図である。 （a）は本発明の第１の実施例の検出光学系における検出器としての画素毎に偏光素子がついたリニアアレイセンサ及び異なる透過軸の偏光素子がついた４個のリニアセンサを示す斜視図であり、（ｂ）は試料上の照明エリア及び試料上に投影された画素を示す図である。 本発明の第１の実施例の検出光学系における検出器としての４個のリニアセンサについたフォトニック結晶を利用した偏光素子を示す図である。 （a）は、本発明の第１の実施例の検出光学系における検出器としての各々異なる透過軸の直線偏光板が前面に置かれた４個のリニアセンサを示す図、（ｂ）は、各偏光板の透過軸を示す図である。 本発明の第１の実施例の検出光学系における検出器としての各リニアセンサからの出力の偏光状態を示すパラメータの説明図である。 本発明の第１の実施例の検出光学系における検出器としての４個のリニアセンサからの出力をＡ－Ｄ変換して各偏光軸で検光した４個の画像と、Ａ－Ｄ変換された信号から偏光演算処理により偏光の主軸傾き及び楕円率を求めた画像を出力する様子を示す図である。 本発明の第１の実施例の信号処理部において６個の異なる量（例えば偏光成分）の画像を各々処理して結果をマージして出力する機能を示す図である。 （a）は、本発明の第１の実施例の信号処理部において、信号処理条件としてダイ比較処理が実行される構成を示す。（ｂ）は、本発明の第１の実施例の信号処理部において、信号処理条件としてセル比較処理が実行される構成を示す。（ｃ）は、本発明の第１の実施例の信号処理部において、信号処理条件として設計データ比較処理が実行される構成を示す。（ｄ）は、本発明の第１の実施例の信号処理部において、信号処理条件として自己参照方式が実行される場合を示す。 本発明の第１の実施例の信号処理部においてダイ比較に加えて、同じダイ同士において異なる光学条件（例えば偏光成分等の検出条件）での画像を比較することを示す図である。 本発明の第１の実施例の信号処理部において光学条件（例えば偏光成分等の検出条件）の異なる複数の画像から、対応画素の信号を取り出し、新たな画像を生成する様子を示す図である。 本発明の第１の実施例の信号処理部において３０通りの光学条件（例えば照明方位等の照明条件と偏光成分等の検出条件との組み合わせ）の異なる複数の画像から、対応画素の信号を取り出し、新たな画像を生成する様子を示す図である。 本発明の第１の実施例の信号処理部において特徴量のベクトルを用いて欠陥判定し、分類・サイジング処理を行い、結果を出力する機能を示す図である。 （a）は、検出条件１での画像について、信号の特徴量Ａと特徴量Ｂとを算出し、この算出された信号を特徴量Ａと特徴量Ｂの空間にプロットし、検出条件２での画像について、同様に信号の特徴量Ａと特徴量Ｂとを算出し、この算出された信号を特徴量Ａと特徴量Ｂの空間にプロットた図である。（ｂ）は、特徴量のベクトル算出部において算出された、検出条件を１から２に変えた場合の、各プロット点の変化量をベクトルで表したグラフ、（ｃ）は、得られたベクトルを、特徴量Ａの変化対特徴量Ｂの変化としてプロットした図である。 本発明の第１の実施例において、空間フィルタの設定と、照明と、センサによる撮像のタイミングとを示す図である。 （a）は本発明の第１の実施例の検出光学系において、対物レンズ射出瞳（フーリエ変換面）での繰り返しパターンからの回折光の結像の様子を示す図であり、（ｂ）は板状の遮光板５９を複数並べたもので遮光する空間フィルタ、（ｃ）は遮光部の形状が任意選択できる空間フィルタを示す。 本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施例の変形例の概略構成を示す斜視図である。 （a）は、本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施例の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、半導体ウェハＷに投影されたエリアセンサアレイの画素を示す図である。 本発明の第２の実施例の検出光学系における検出器としての画素ごとに偏光膜が付けられたエリアセンサ示す図である。 本発明の第２の実施例における試料上の照明エリアと、試料上に投影された画素を示す図である。 本発明の第２の実施例の検出光学系において別の実現形態を示す図である。 （a）は、本発明の第２の実施例の検出光学系において別の実現形態として図３４に示した構成におけるエリアセンサを拡大して示した図、（ｂ）は、隣接するエリアセンサの有効画素領域を隙間なしに並べた構成を示す図、（ｃ）は、透過部と反射部が交互に存在するような光路分岐素子の斜視図である。 は、本発明の第２の実施例において、空間フィルタの設定と、照明と、センサによる撮像のタイミングを示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置の第３の実施例における検出光学系の概略構成を示す図である。 図３７とは異なる検出光学系の概略構成を示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置の第４の実施例における検出光学系以外の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例における検出光学系を示す図である。 （a）は、本発明の第１乃至第４の実施例において共通して検出器として用いるＣＣＤセンサ構成を示す図、（ｂ）は、本発明の第１乃至第４の実施例において共通して検出器として用いるとＣＭＯＳセンサの構成を示す図である。 （a）は、ＣＭＯＳセンサの各画素に対数変換の機能を持た状態を示す図、(b)は、ＣＭＯＳセンサの信号出力の入射光量依存性を対数特性にした状態を示すグラフである。 （a）は、蓄積容量変換と呼ばれる方式を実現するための回路構成を示す図、（ｂ）は蓄積時間とフォトダイオードの電位との関係を示すグラフ、（ｃ）は入射光量とセンサ出力とも関係を示すグラフである。 （a）は、本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げる蓄積時間制御を実現する回路の構成を示す図、（ｂ）は、信号出力の入射光量依存性とを示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げるダブルサンプリング方式を説明する図である。 （a）は、本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いるＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げる各画素にて画素内アナログ処理機能を持った画素回路を示す図で４個のフォトダイオードで一つのＡ－Ｄ変換機を共有する構成を示す図、（ｂ）は、ＣＭＯＳセンサにて擬似的にダイナミックレンジを広げる各画素にて画素内アナログ処理機能を持った画素回路を示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いる各画素で演算処理可能な各画素にフォトダイオードと演算回路（ＰＥ）を持ったＣＭＯＳセンサを示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサの基本素子を示す図である。 本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイの動作を説明する図である。 本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイの動作を説明する図である。 （a）は、本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイの実現形態として、検出器Ｓａとして例えば４個のイメージセンサを並べた５個のリニアセンサアレイを近接して並べた場合を示し、（ｂ）は光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイの実現形態として、検出器Ｓｂとして例えば４個のイメージセンサを並べた５個のリニアセンサアレイを間隙をあけて並べた場合を示し、（ｃ）は光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイの実現形態として、検出器Ｓｃとして例えば２０個のイメージセンサを単純に並べて構成した場合を示す。 本発明の第１乃至第４の実施例において検出器として用いる光量モニタ機能とソフトＴＤＩ機能を持つ、ＣＭＯＳリニアセンサアレイので、タップ単位で信号を処理する場合の動作を説明する図である。
　本発明に係る欠陥検査方法及びその装置の実施例について図面を用いて説明する。
　本発明に係る欠陥検査方法及びその装置の第１の実施例について説明する。
　図１は、本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施例の概略構成を示す斜視図である。即ち、照明光学系２００は、照明条件（例えば照明方位の角度φ、照明の仰角度θ、照明の偏光状態及び照明のビーム強度が含まれる。）の異なる例えば５本の線状ビーム（直線状ビーム）３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅを試料（半導体ウェハ）Ｗ上に並列に照明するように構成される。各照明角度調整用ミラー１２ａ～１２ｄからは各線状ビーム３００ａ～３００ｄが反射して照明され、上方からは対物レンズ２２を通して線状ビーム３００ｅが照明される。検出光学系４００は、対物レンズ２２と、フーリエ変換面に配置された空間フィルタ２８と、例えば５本の線状ビーム３００ａ～３００ｅの各々を例えば５個並べて構成されるリニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅの各々に結像させる結像レンズ２９と、例えば５個のリニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅを並べて構成される検出器Ｓとを備えて構成される。なお、５４ａ～５４ｅの各々は、ウェハＷ上に投影された各リニアセンサアレイの画素を示す。また、４６ａ～４６ｃの各々は、ウェハＷ上に配列されたダイを示す。従って、例えば各照明方位からの各線状ビーム３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅにより半導体ウェハ上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光は、半導体ウェハの法線方向に平行な方向（つまり上方）から、対物レンズ２２により集光される。半導体ウェハＷに形成されたパターンが繰り返し形状の場合、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズ２２の射出瞳、即ちフーリエ変換面に規則的な間隔で集光するため、前記フーリエ変換面に置かれた空間フィルタ２８により遮光される。各線状ビーム３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅにより繰り返しパターン以外、即ち、前記半導体ウェハＷ上の異物、欠陥、パターンからの回折、散乱光は、上記空間フィルタ２８を通過して結像レンズ２９へと導かれ、例えば５個の各リニアセンサアレイ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ及び５２Ｅ上に結像される。なお、２３はＸステージ、２４はＹステージ、２５は回転ステージを示す。
　次に、照明光学系２００の第１の実施例について図２乃至図１３を用いて具体的に説明する。即ち、図２及び図３に示すように、レーザ光源１から発振された直線偏光ビームは、アッテネータ２により出力調整され、１／２波長板３及び１／４波長板４に導かれる。さらに、各照明方位の照明光路には、１／２波長板３ａ～３ｄ及び１／４波長板４ａ～４ｄが設けられて構成される。
　ここで、１／２波長板３、３ａ～３ｄ及び１／４波長板４、４ａ～４ｄにより実現する機能について図４を用いて説明する。即ち、１／２波長板３、３ａ～３ｄ及び１／４波長板４、４ａ～４ｄによって図４（ａ）～（ｄ）に示すように照明条件である任意の偏光状態を実現できる。
　図４（ａ）は、円偏光を作り出す条件を示している。即ち、直線偏光２６ｃが前記１／２波長板３に入射するときに、該１／２波長板３、３ａ～３ｄの光学軸を２２．５度傾けておけば、出射光は４５度傾いた直線偏光２６ｄになる。該４５度傾いた直線偏光２６ｄが、前記１／４波長板４の光学軸に対して４５度で入射するように該１／４波長板４の光学軸を設定することで、出射光は円偏光２６ｅとなる。
　図４（ｂ）は、入射光の偏光状態２６ｃが変わらない条件を示している。即ち、上記直線偏光２６ｃが上記各１／２波長板３、３ａ～３ｄに入射するときに、該各１／２波長板３、３ａ～３ｄの光学軸を傾けないで（０度にして）おけば、該各１／２波長板３、３ａ～３ｄの出射光の偏光２６ｆは前記２６ｃから変化しない。更に上記各１／４波長板４、４ａ～４ｄの光学軸も傾けないで（０度にして）おけば、該各１／４波長板４、４ａ～４ｄの出射光の偏光２６ｇは上記２６ｃから変化しない。
　図４（ｃ）は、入射光の偏光状態２６ｃが９０度回転する条件を示している。即ち、直線偏光２６ｃが上記１／２波長板３、３ａ～３ｄに入射するときに、該各１／２波長板３、３ａ～３ｄの光学軸を４５度傾けておけば、該各１／２波長板３、３ａ～３ｄの出射光の偏光２６ｈは前記２６ｃに対して９０度傾く。その後、上記各１／４波長板４、４ａ～４ｄの光学軸も傾けないで（０度にして）おけば、該各１／４波長板４、４ａ～４ｄの出射光の偏光２６ｉも上記２６ｃに対して９０度傾いたものとなる。
　図４（ｄ）は、任意の角度βだけ傾いた直線偏光を作り出す条件を示している。即ち、最終的に角度βだけ傾けたい場合には、まず、上記各１／２波長板３、３ａ～３ｄの光学軸をβ／２傾ける。これにより、該各１／２波長板３、３ａ～３ｄの出射光の偏光２６ｊは上記直線偏光２６ｃに対してβ傾く。その後、上記各１／４波長板４、４ａ～４ｄの光学軸もβだけ傾けておけば、該各１／４波長板４、４ａ～４ｄの出射光の偏光２６ｋは、上記２６ｃに対してβ傾いた直線偏光となる。
　図２及び図３に示すように、１／４波長板４からの光は、半導体ウェハＷ上で所望のビーム幅を得るために、ビームエキスパンダ８で拡大され（ビーム直径をｗとする）、ミラー６によって反射され、ビームスプリッタ７ａにて２つの光路に分岐される。ビームスプリッタ７ａでの反射光は、上記半導体ウェハＷ上での各方位角からの長手方向の線状ビームサイズ（長さ）に合わせるために、ビームエキスパンダ８ａにより、１．４倍（ルート２倍）に拡大され（ビーム直径：１．４ｗ）、ミラー６ａで下方に反射され、直列に配置された２つの直線偏光板１０ａ、１３ａ、更に直列に配置された１／２波長板３ａと１／４波長板４ａにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ａにより片軸に集光されて、照明角度調整用ミラー１２ａにより照明仰角θａが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ａをφ＝０度照明する。また、ビームスプリッタ７ａでの透過光は、更に別のビームスプリッタ７ｂにより２つの光路に分岐される。ビームスプリッタ７ｂでの反射光は、ハーフミラー等の分岐光学要素１４ｄにより更に２つの光路に分岐される。分岐光学要素１４ｄでの反射光は下方に反射され、０度照明と同様に、直列に配置された２つの直線偏光板１０ｄ、１３ｄ、更に直列に配置された１／２波長板３ｄと１／４波長板４ｄにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ｄにより片軸に集光されて、照明角度調整用ミラー１２ｄにより照明仰角θｄが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｄをφ＝－４５度照明する。－４５度照明の場合、元々のビーム直径がｗであるが、照明方位が４５度傾いているため、半導体ウェハＷ上での線状ビーム３００ｄの長さは０度照明と同様に１．４ｗとなる。分岐光学要素１４ｄでの透過光はハーフミラー等の分岐光学要素１４ｂで２つの光路に分岐される。分岐光学要素１４ｂでの反射光は下方に反射され、０度照明と同様に、直列に配置された２つの直線偏光板１０ｂ、１３ｂ、更に直列に配置された１／２波長板３ｂと１／４波長板４ｂにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ｂにより片軸に集光されて、照明角度調整用ミラー１２ｂにより照明仰角θｂが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｂをφ＝４５度照明する。４５度照明の場合、元々のビーム直径がｗであるが、照明方位が４５度傾いているため、半導体ウェハＷ上での線状ビーム３００ｂの長さは０度照明と同様に１．４ｗとなる。分岐光学要素１４ｂでの透過光はミラー６ｃで折り返され、ビームエキスパンダ８ｃにより半導体ウェハＷ上に形成される線状ビームの長手方向が１．４ｗとなるようにビーム直径を調整した後に（照明仰角によって半導体ウェハＷ上に形成される線状ビームの長さが変わるため、照明仰角に応じてビーム直径を調整する）、ミラー６ｃにより下方に反射され、０度照明と同様に、直列に配置された２つの直線偏光板１０ｃ、１３ｃ、更に直列に配置された１／２波長板３ｃと１／４波長板４ｃにより偏光状態が調整され、シリンドリカルレンズ１１ｃにより片軸に集光されて、照明角度調整用ミラー１２ｃにより照明仰角θｃが調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｃをφ＝９０度照明する。ビームスプリッタ７ｂでの透過光は半導体ウェハＷ上での各方位角からの長手方向の線状ビームサイズ（長さ）に合わせるために、ビームエキスパンダ８ｅにより、１．４倍（ルート２倍）に拡大され（ビーム直径：１．４ｗ）、ミラー６ｅで反射され、シリンドリカルレンズ１１ｅにより片軸に集光され、ハーフミラー２０により下方に反射されて対物レンズ２２を通して半導体ウェハＷの法線方向に平行な方向から半導体ウェハＷ上に線状ビーム３００ｅが照明される。このように線状ビーム３００ｅの照明は、落射照明となる。そして、落射照明の強度についてはアッテネータ２により調整され、落射照明の偏光方向（偏光状態）については１／２波長板３及び１／４波長板４にて調整される。
　ここで、直列に配置された直線偏光板１０ａ～１０ｄ、１３ａ～１３ｄの作用について図５を用いて説明する。例えば、該各直線偏光板１０ａ～１０ｄへの入射光を振幅Ａ（強度Ａ２）の直線偏光（傾き０度）とする。この時、該各直線偏光版１３ａ～１３ｄの透過軸を０度にしておき、上記各直線偏光板１０ａ～１０ｄをαだけ回転させれば、該各直線偏光板１３ａ～１３ｄから出射する光の強度は、（Ａ・ｃｏｓα）２となり半導体ウェハＷに照射する照明条件であるビームの強度を任意に調整できる。
　上記各直線偏光板１３ａ～１３ｄの出射光は、各々直列に配置された１／２波長板３ａ～３ｄと１／４波長板４ａ～４ｄにより偏光状態が調整され（作用は、１／２波長板３と１／４波長板４で説明したものと同じである）、各シリンドリカルレンズ１１ａ～１１ｄにより片軸に集光されて、各照明角度調整用ミラー１２ａ～１２ｄにより照明仰角が調整されて所望の仰角で半導体ウェハＷ上に分離された各線状ビーム３００ａ～３００ｄを並べて形成する。なお、本第１の実施例では、図１に示すように半導体ウェハＷ上に分離されて並べて形成される各線状ビーム３００ａ～３００ｅの長手方向をｙ軸とする。
　次に、例えば５本の線状ビーム３００ａ～３００ｅが半導体ウェハＷ上に並べて照射される照明方位角φの定義について図６を用いて説明する。本第１の実施例では、照明角度調整用ミラー１２ａによるｘ軸の負の方向からの線状ビーム３００ａの照明をφ＝０度、照明角度調整用ミラー１２ｃによるｙ軸の負の方向からの線状ビーム３００ｃの照明をφ＝９０度、０度と９０度の間からの線状ビーム３００ｂの照明をφ＝４５度、ｘ軸に対し４５度と対称な角度からの線状ビーム３００ｄの照明をφ＝－４５度と定義する。なお、０度照明の半導体ウェハＷ上での線状ビームの長さは１．４ｗとなる。
　さらに、各線状ビーム３００ａ～３００ｄの照明仰角θａ～θｄは、図７に示すように角度調整ミラー１２ａ～１２ｄの高さと角度を変えることで調整される。また、各照明仰角に応じて半導体ウェハＷ表面までの距離が変わるため、同時に各シリンドリカルレンズ１１ａ～１１ｄを光軸方向に動かし、半導体ウェハＷ表面で照明ビームが集光されるようにピントを調整する。
　図８には、照明方位角がφ＝０度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ａにより、水平面に対してθａ傾斜した方向（照明仰角方向θａ）から、半導体ウェハＷ上の長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ａを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ａによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ａの球面の稜線がｙ軸と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ａの平面が主光線に対し垂直になるように配置すればよい。
　図９には照明方位角がφ＝４５度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ｂにより、水平面に対してθｂ傾斜した方向（照明仰角方向θｂ）から、半導体ウェハＷ上に長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ｂを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ｂによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ｂの球面の稜線がｙ軸方向と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ｂの平面が主光軸に対し４５度傾斜するように配置すればよい。
　図１０には、照明方位角がφ＝９０度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ｃにより、水平面に対してθｃ傾斜した方向（照明仰角方向θｃ）から、半導体ウェハＷ上に長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ｃを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ｃによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ｃの球面の稜線がｙ軸方向と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ｃの平面が主光軸に対して照明仰角と同じθｃだけ傾斜するように配置すればよい。
　図１１には、照明方位角がφ＝－４５度の場合において、シリンドリカルレンズ１１ｄにより、水平面に対してθｄ傾斜した方向（照明仰角方向θｄ）から、半導体ウェハＷ上に長手方向、つまりｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ｄを形成するための構成を示す。なお、照明角度調整ミラー１２ｄによるビームの折り返しについては図示省略する。この場合、シリンドリカルレンズ１１ｄの球面の稜線がｙ軸方向と平行になり、且つシリンドリカルレンズ１１ｄの平面が主光軸に対し４５度傾斜するように配置すればよい。
　次に、各方位角の照明光の偏光と半導体ウェハＷ上での電界の振動方向とについて図１２を用いて説明する。図１２（ａ）では、照明光Ｉａ～Ｉｄの偏光状態（２６－Ｉａ）～（２６－Ｉｄ）は全てＳ偏光である。この場合、半導体ウェハＷ上での電界の振動方向（２６－Ｗａ）～（２６－Ｗｄ）は一致しない。図１２（ｂ）に示すように半導体ウェハＷ面上での電界の振動方向を例えば（２６－Ｗａ）に一致させてｙ軸に平行にしたい場合には、各方位角φの照明（Ｉａ～Ｉｄ）の偏光状態について工夫する必要がある。即ち、各方位角φの照明（Ｉａ～Ｉｄ）の偏光状態を（２６－Ｉａ），（２６－Ｉｂ’）～（２６－Ｉｄ’）で示すように半導体ウェハＷ面上へ投影したものが、ｙ軸に平行になるようにしなくてはいけない。ただし、実際には照明仰角θａ～θｄにより設定すべき偏光方向が変わってくる。図１３は半導体ウェハＷ上での電界の振動方向をｙ軸に平行にしたい場合に、照明光（Ｉａ～Ｉｄ）の偏光を何度傾ければよいかを説明した図である。この場合には、照明光（Ｉａ～Ｉｄ）の伝播方向に垂直な面をｘ’－ｙ’面とし、直線偏光をｘ’軸に対してγ傾ければよく、γは照明方位角φと照明仰角θの関数として次の（１）式で与えられる。
　　γ＝ｔａｎ－１（ｔａｎφ／ｓｉｎθ）　　　（１）
　これらは、簡単な座標変換から求まり、半導体ウェハＷ上で設定したい電界の振動方向（２６－Ｗ）に応じて、その都度計算して各方位角φの照明（Ｉａ～Ｉｄ）の偏光状態（２６－Ｉ）を決めて直列に配置された１／２波長板３ａ～３ｄと１／４波長板４ａ～４ｄにより偏光状態を調整すればよい。
　次に、検出光学系４００の第１の実施例について図１４乃至図２９を用いて説明する。即ち、検出光学系４００の第１の実施例は、図１４（ａ）に示すように検出器Ｓとしてリニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅをｘ方向（走査方向）に例えば５個並べて構成する。そして、図１４（ｂ）に示すように、半導体ウェハＷ上に投影されたリニアセンサアレイの画素５４ａ～５４ｅの各々を、各線状ビーム３００ａ～３００ｅのスポットサイズの範囲に収まるように検出倍率を設定しておけば、リニアセンサアレイの画素５４ａ～５４ｅの各々は図１５に示すように線状領域から発生する回折、散乱光を一括して検出できる。
　前記半導体ウェハＷはＸ、Ｙステージ２３、２４上に搭載され、該Ｘ、Ｙステージ２３、２４により前記半導体ウェハＷをＸおよびＹ方向に走査することで、リニアセンサアレイの画素５４ａ～５４ｅの各々は半導体ウェハＷの２次元画像を得る。この時、主たる走査方向を線状ビームの長手方向に対して垂直な方向をＸ方向とし、Ｙ方向には半導体ウェハＷ上に投影されたリニアセンサアレイの画素５４の長さ分だけステップ移動することで、半導体ウェハＷの全面を高速で検査できる。
　以下、各線状ビーム３００ａ～３００ｅに対応する各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅについて説明する。ところで、上記各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅは、図１６に示すように、一次元のリニアセンサ３０ａ～３０ｄをｘ方向（走査方向）に例えば４個並べて構成される。そして該４個の一次元のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄの各々には、互いに異なる透過軸を持つ直線偏光膜の画素４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの各々が付けられている。従って、図１６（ｂ）に示すように、半導体ウェハＷ上に投影された各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅに対応する４個のリニアセンサの画素５３ａ～５３ｄを各線状ビーム３００ａ～３００ｅのスポットサイズの範囲に収まるように検出倍率を設定しておけば、線状領域から発生する回折、散乱光を異なる偏光軸（検光軸）で検光した信号を一括して同時に且つ個別に検出できる。即ち４個の検出条件（例えば互いに異なる偏光軸（偏光成分））による画像を一回の走査で一括して同時に且つ個別に分離検出できる。ここで、偏光膜としては、図１７に示すようなフォトニック結晶４７ａ、４７ｂの重ね合わせ方或いは種類によって透過する偏光軸を変えることが可能である。また、フォトニック結晶から形成される偏光膜を画素単位で生成することも可能である。フォトニック結晶膜を用いる利点としては、例えば、一般的によく用いられる、ヨウ素などをフィルムに吸着させた後、一方向に延伸して分子の配向を一定方向に揃えることで異方性を持たせ、これにより偏光特性を得る偏光素子が、特にＵＶ以下の波長に対する耐性が弱いのに対し、フォトニック結晶膜はＵＶ以下の波長や、高出力の光に対して耐性が高い点が挙げられる。耐性や寿命などの懸念がない場合には、図１８（ａ）に示すように、リニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄの手前に、各々一般的な直線偏光板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄを配置してもよい。勿論、フォトニック結晶からなる直線偏光板を用いても構わない。
　各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅを構成する例えば４個のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄは、同時刻では半導体ウェハＷ上の異なる位置を観測している。つまり同時刻で得られる各々のリニアセンサの画像は位置がずれている。ここで、例えば、リニアセンサとして、ＤＡＬＳＡ社のリニアＣＣＤ「ＩＴ－Ｐ１－２０４８」を用いた場合を考える。ＩＴ－Ｐ１－２０４８の画素サイズは１０μｍであり、半導体ウェハＷ上に投影された画素サイズを２μｍとした場合、対物レンズ２２と結像レンズ２９の焦点距離の比で決まる検出倍率は１０倍となる。ここで、ＩＴ－Ｐ１－２０４８のパッケージサイズ（短手方向、配線ピン部分含む）は１２．７ｍｍなので、半導体ウェハＷ上での隣接するリニアセンサの画素間隔は、２．５４ｍｍとなる。ラインレートは最高で４６ｋＨｚ、つまり、０．０２２ｍｓなので、走査速度としては９．１ｍｍ／ｓとなる。即ち、隣接するリニアセンサの画素間を移動するのに要する時間は、０．２８ｍｓとなる。この場合、各リニアセンサからの画像は、ステージなどの振動の影響により異なった歪み方をするため、後述する図２２（ａ）から図２２（ｃ）で示した画像処理を行う際には、位置合せ処理が必要となる。しかしながら、例えば４ライン分のリニアセンサ３０ａ～３０ｄを同一基板上に隣接させて製造することは可能であり、このようなリニアセンサアレイを製作すれば、半導体ウェハＷ上での隣接するリニアセンサの画素間隔は、例えば２μｍとなり、半導体ウェハＷ上が２μｍ、即ち１画素移動する間の画像の歪みは無視できるため、後述する図２２（ａ）から図２２（ｃ）で示した画像処理を行う際の位置合せ処理が不要となる。
　次に、各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅを構成する例えば４個のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄで検出する任意の偏光状態（複数の偏光成分）について図１９を用いて説明する。一般に、偏光は楕円偏光であり、ある条件の下で直線偏光になったり、楕円偏光になったりする。重要なパラメータは、主軸の傾きψ、楕円率χ、楕円の長軸の長さ｜Ｅη｜及び楕円の短軸の長さ｜Ｅξ｜である。以上のパラメータで全ての偏光状態を表現できる。これらのパラメータを求めるために、図１８（ｂ）に示す偏光板の透過軸２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄの各々を例えば－４５度、４５度、０度及び９０度とする。これにより、ストークスベクトル（ただし、円偏光の要素は除く）の（１、１、０）、（１、０、１）、（１、－１、０）及び（１、０、－１）が求まるため、偏光演算処理回路１０４による演算処理により前記楕円率χ、楕円の傾きψ、楕円の長軸の長さ｜Ｅη｜および楕円の短軸の長さ｜Ｅξ｜が求まる（ただし、楕円の回転方向は分からない）。即ち、図２０に示すように、各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅを構成する例えば４個のリニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄからの出力をＡ－Ｄ変換し、画像を生成する際に、該リニアセンサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄのＡ－Ｄ変換信号を偏光演算処理回路１０４に送って演算処理することで、検光軸－４５度画像４４ａ、検光軸４５度画像４４ｂ、検光軸０度画像４４ｃおよび検光軸９０度画像４４ｄに加えて、単一の検光画像からでは得られない例えば主軸の傾き画像４４ｅと楕円率χ画像４４ｆを得ることができ、一回の検査で得られる情報量を増加させることが可能となる。なお、検光軸（透過軸）の角度の数を減らせば、当然一回の検査で得られる情報量は減少することになる。
　以上各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅに対応させて得られた画像４４ａ～４４ｆの各々は、図２１に示す信号処理部１００において個別に信号処理されて欠陥判定され、その後欠陥判定結果をマージ処理回路１０５でマージして出力してもよい。なお、信号処理部１００は、具体的には図２２（ａ）～（ｄ）に示すように構成される。
　図２２（ａ）に示す信号処理部１００ａは、信号処理条件としてダイ比較処理が実行される。即ち、各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅから得られるあるダイの画像（例えば４４ａ～４４ｆ）を遅延メモリ３２に記憶し、隣接ダイの画像（例えば４４ａ～４４ｆ）が取得されたら、振動などに起因した位置ずれを補正するために、位置合せ回路３３にて位置合せを行い、得られた画像を減算回路３４にて減算処理する。平行して位置合わせされた画像をメモリ３５に記憶し、しきい値処理回路３６にてしきい値を算出する。上記減算処理された信号と前記しきい値は、比較回路３７にて比較処理され、欠陥判定部３８により、異物信号や欠陥信号が抽出される。該抽出された異物・欠陥信号は、そのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、異物種、欠陥種ごとに分類されたり、異物や欠陥の大きさが求められる。
　図２２（ｂ）に示す信号処理部１００ｂは、信号処理条件としてセル比較処理が実行される。即ち、各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅから得られた画像（例えば４４ａ～４４ｆ）に本来同一形状であるパターンからの信号が含まれていた場合、画像シフト回路４０により画像をシフトし、シフト前の画像とシフト後の画像の対応点を取るために、位置合せ回路３３により位置合せを行い、得られた画像を減算回路３４にて減算処理する。平行して位置合わせされた画像をメモリ３５に記憶し、しきい値処理回路３６にてしきい値を算出する。上記減算処理された信号と前記しきい値は、比較回路３７にて比較処理され、欠陥判定部３８により、異物信号や欠陥信号が抽出される。該抽出された異物・欠陥信号は、そのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、異物種、欠陥種ごとに分類されたり、異物や欠陥の大きさが求められる。
　図２２（ｃ）に示す信号処理部１００ｃは、信号処理条件として設計データ比較処理が実行される。即ち、設計データ４１からの設計データを、参照画像生成部４２に送り参照画像を生成する。該参照画像は各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅから得られた実画像（例えば４４ａ～４４ｆ）との対応点を取るために位置合せを行い、得られた画像を減算回路３４にて減算処理する。平行して位置合わせされた画像をメモリ３５に記憶し、しきい値処理回路３６にてしきい値を算出する。上記減算処理された信号と前記しきい値は、比較回路３７にて比較処理され、欠陥判定部３８により、異物信号や欠陥信号が抽出される。該抽出された異物・欠陥信号は、そのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、異物種、欠陥種ごとに分類されたり、異物や欠陥の大きさが求められる。
　図２２（ｄ）に示す信号処理部１００ｄは、信号処理条件として自己参照方式が実行される。即ち、各リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅから得られた画像（例えば４４ａ～４４ｆ）の中で類似パターンを探索し、該類似パターン同士を比較処理することで欠陥判定をしたり、パターンと欠陥の特徴量に基づき欠陥を判定したりするものである。
　信号処理部１００は、この他に、図示はしていないが、信号処理条件としてゴールデン画像比較と呼ばれる処理方式が実行される。
　また、信号処理部１００は、図２３に示すように、同一の条件（例えば同一の検光軸角度）で異なるダイから得られる画像４８ａ，４８ｂ同士を比較するダイ比較に加え、異なる条件（検出条件及び／又は照明条件）で得られる画像４８ａ，４８ｃ；４８ｂ，４８ｄ同士を同じダイ間で比較処理を行ってもよい。
　信号処理部１００は、更に、図２４に示すように、異なる検出条件（例えば検光軸の角度、主軸の傾きΨ、楕円率χ）及び／又は照明条件（例えば照明方位φ）で得られる例えば６種類の画像４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ及び４４ｆの対応点（半導体ウェハＷの同一箇所に相当する点）の信号を集めて並べることによって、半導体ウェハＷの1画素に対応する点について異なる条件での違いを示す新たな画像４９を生成し、該画像４９をダイ比較して欠陥を判定したり（図示なし）、該画像４９自身の特徴量を抽出して欠陥判定（自己参照処理）したりしてもよい（図示なし）。なお、ダイ比較に限らず、セル比較、設計データ比較、ゴールデン画像比較も利用可能であることはいうまでもない。
　信号処理部１００は、更に、図２５に示すように、例えば半導体ウェハＷ上のある１点（具体的には１画素に相当する領域）から得られる信号を集めて並べることによって、６通りの異なる検出条件（例えば検光軸の角度、主軸の傾きΨ、楕円率χ）と５通りの照明条件（例えば照明方位φ）とを掛けた３０通りの情報が得られることになり、情報量は格段に増加するため、更なる感度、補足率の向上や、分類、サイジング精度の向上が期待される。
　また、図２６に示す信号処理部１００ｅは、信号処理条件として、更には、条件（検出条件及び照明条件）間での特徴量（コントラストや総輝度等）のベクトル的な振る舞いに着目して欠陥を抽出してもよい。即ち、特徴量抽出部５０において、図２７（ａ）に示すように、ある検出条件１での画像（例えば検光軸－４５度画像４４ａ）について、信号の特徴量Ａと特徴量Ｂとを算出し、該算出された信号を特徴量Ａと特徴量Ｂの空間にプロットする。この時点では、欠陥種Ａ、欠陥種Ｂ及び非欠陥であるパターンは特徴量空間内で混在し、欠陥を顕在化することができない。そこで、特徴量抽出部５０において、次に、ある検出条件２での画像（例えば検光軸４５度画像４４ａ）について、同様に信号の特徴量Ａと特徴量Ｂとを算出し、該算出された信号を特徴量Ａと特徴量Ｂの空間にプロットする。そして、特徴量のベクトル算出部５１において、算出された、検出条件を１から２変えた場合の、各プロット点の変化量をベクトルで表すと図２７（ｂ）に示すようになり、最後に、得られたベクトルを、特徴量Ａの変化対特徴量Ｂの変化としてプロットすることにより、図２７（ｃ）に示すように欠陥種Ａ、欠陥種Ｂ及び非欠陥であるパターンを分離することができ、欠陥判定部３８において単一条件では検出不可能な欠陥も検出可能となる。その結果、欠陥判定部３８は抽出された欠陥信号をそのまま欠陥マップとして出力されたり、分類・サイジング処理部３９にて、欠陥種ごとに分類されたり、欠陥の大きさが求められる。
　以上説明したように構成される信号処理部１００（１００ａ～１００ｅ）は、図１に示すように、演算回路１０１１及び記憶装置１０１２等を有するコンピュータ１０１と接続され、外部からパラメータなどの設定、変更ができるようになっている。また前記コンピュータ１０１には、マウスやキーボード、プリンタなどの外部機器１０３が接続されている。
　次に、空間フィルタ２８の設定と、各照明方位角での照明タイミング及び各ラインセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅの動作タイミングについて図２８を用いて説明する。この実施例では、空間フィルタ２８の遮光部の形状を固定にしている。フーリエ変換面での繰り返しパターンによる回折像５５ａは、図２９（ａ）に示すように、規則的に結像する。本実施の形態では、照明ビームがｙ軸方向には平行光で、ｘ軸方向には集光された線状ビーム３００ａ～３００ｅとなっているから、フーリエ変換面での繰り返しパターンによる回折像５５ａはｘ軸方向に照明ＮＡ分だけ広がる。なお、５５ｂは照射光、５５ｃは０次回折光（正反射光）、５６ａはＮＡ１．０に対応する瞳径、５６ｂは検出ＮＡに対応する瞳径を示す。これらの回折光は、図２９（ｂ）に示すように板状の遮光板５９を複数並べたもので遮光してもよい。この際、ばね５８によって遮光板５９のピッチを変えられる構成にしておけば、複数のピッチの繰り返しパターンに対応することが可能となる。ただし、本実施の形態では、例えば５個の照明Ｉａ～Ｉｅが存在するので、フーリエ変換面には５個の回折パターンが存在する。そのため、図２９（ｂ）に示すような構成では、全ての回折光を効率的に遮光することが困難となる。そのような場合には。図２９（ｃ）に示すように、遮光部の形状が任意選択できる空間フィルタを用いればよい。このような空間フィルタとしては例えば液晶デバイスやＤＭＤ（Digital Micro Device）を利用したものが考えられる。
　なお、本発明に係る第１の実施例において、照明光学系２００が照明方位として５通りに限定させるものではなく、図３０に示すように複数の照明方位を含むものである。
また、検出光学系４００において各リニアアレイセンサ５２が有する偏光状態について４通りに限定されるものではなく、しかも図２０に示す偏光演算処理回路１０４を含めて偏光状態として複数であっても良い。
　本発明に係る欠陥検査方法及びその装置の第２の実施例について図３１～図３６を用いて説明する。
　図３１は、本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施例の概略構成を示す斜視図である。即ち、第２の実施例において、第１の実施例と異なる点は、検出光学系４００において、リニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅの代わりに、エリアセンサアレイ６１Ａ～６１Ｅと画像結合処理部６２Ａ～６２Ｅとを用いている点である。本第２の実施例では、各エリアセンサアレイ６１Ａ～６１Ｅは各照明方位に対して４個のエリアセンサ６１Ａａ～６１Ａｄ，６１Ｂａ～６１Ｂｄ，６１Ｃａ～６１Ｃｄ，６１Ｄａ～６１Ｄｄ，６１Ｅａ～６１Ｅｄを並べて構成され、エリアセンサアレイ全体は２次元に配列された合計２０個のエリアセンサ６１１～６１２０で構成される。各エリアセンサ６１１～６１２０の受光部６３には、図３２に示すように画素列ごとに異なる透過軸の偏光膜の画素４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが付けられている。これにより、第１の実施例で説明したリニアセンサアレイと同じ状態で、半導体ウェハＷからの散乱光を検出できる。また、図３３に示すように、半導体ウェハＷ上に投影されたエリアセンサアレイの画素６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ及び６２ｅを、各々線状ビーム３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ及び３００ｅのスポットサイズの範囲に収まるように検出倍率を設定しておけば、異なる照明条件で照射された各線状領域から発生する回折、散乱光を異なる偏光軸（検光軸）で検光した信号を一括して検出できる。即ち、各エリアセンサアレイ６１Ａ～６１Ｅを構成する例えば４個のエリアセンサアレイの画素列６２ａ～６２ｅからの出力をＡ－Ｄ変換し、画像を生成する際に、図２０に示すように検光軸－４５度画像４４ａ、検光軸４５度画像４４ｂ、検光軸０度画像４４ｃ及び検光軸９０度画像４４ｄからなるＡ－Ｄ変換信号を偏光演算処理回路１０４に送って演算処理することで、検光軸－４５度画像４４ａ、検光軸４５度画像４４ｂ、検光軸０度画像４４ｃ及び検光軸９０度画像４４ｄに加えて、単一の検光画像からでは得られない例えば主軸の傾き画像４４ｅと楕円率χ画像４４ｆを得ることができ、一回の検査で得られる情報量を増加させることが可能となる。
　ここで、図３１に示すように、２０個のエリアセンサを単位平面状に配列しただけでは、高密度に実装できない場合がある。そのような場合は、図３４及び図３５に示すような実装をすればよい。即ち、図３４に示すように、ミラー６ｆ、６ｇを用いて光路を３つに分岐し、該分岐した３つの光路の各々において更に図３５に示すような、透過部と反射部が交互に存在するような光路分岐素子６４を用いて交互に透過光と反射光とに分岐し、該分岐された反射光はエリアセンサ６１Ａａ，６１Ａｃ；６１Ｂａ，６１Ｂｃ；６１Ｃａ，６１Ｃｃ；６１Ｄａ，６１Ｄｃ；６１Ｅａ，６１Ｅｃにて受光し、分岐された透過光はエリアセンサ６１Ａｂ，６１Ａｄ；６１Ｂｂ，６１Ｂｄ；６１Ｃｂ，６１Ｃｄ；６１Ｄｂ，６１Ｄｄ；６１Ｅｂ，６１Ｅｄにて受光する構成とすることにより図３５（ｂ）に示すように隣接するエリアセンサの有効画素領域を隙間なしに並べることが可能となる。
　次に、空間フィルタ２８の設定と、各照明方位角での照明タイミング及び各エリアセンサアレイ６１Ａ～６１Ｅの動作タイミングについて図３６を用いて説明する。多くのエリアサンサは、毎秒数十フレームで動作するため、リニアセンサに比べて動作速度が遅い。そこで、本実施例では、各方位角の照明をストロボ照明して時間的に切り替える。即ち、まず、０度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に０度照明を行う。それと同時に０度照明用のエリアセンサアレイ６１Ａではデータの送出を開始する。照明時間は検査対象である半導体ウェハＷが、該半導体ウェハＷ上に投影された画素サイズの１／５～１／２程度の間だけ照明すればよい。これにより、半導体ウェハＷの走査方向に平滑化された画像になることを防ぐことができる。具体的には、エリアセンサの画素サイズが１０μｍ、検出倍率５倍（すなわち、半導体ウェハＷに投影された画素サイズが２μｍ）として、第１の実施例と同様なスループットを実現する場合には、走査速度としては９．１ｍｍ／ｓであるので、照明時間は０．２１ｍｓであればよい。一般的なエリアセンサのフレームレートは毎秒３０フレーム、即ち全データを送出するのに要する時間が３３．３ｍｓであるので、フレームレートのほんの一部の時間だけを照明すればよいことになる。そこで、０度照明が終了したと同時に４５度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に４５度照明を行う。それと同時に４５度照明用のエリアセンサアレイ６１Ｂではデータの送出を開始する。次に、４５度照明が終了したと同時に９０度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に９０度照明を開始する。それと同時に９０度照明用のエリアセンサアレイ６１Ｃではデータの送出を開始する。引き続き、９０度照明が終了したと同時に－４５度照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に－４５度照明を行う。それと同時に４５度照明用のエリアセンサアレイ６１Ｃではデータの送出を開始する。最後に、－４５度照明が終了したと同時に落射照明用に空間フィルタ２８の遮光パターンを設定する。その直後に落射照明を開始し、同時に落射照明用のエリアセンサアレイ６１Ｅではデータの送出を開始する。以上説明したようにステージを走査しながらこのような動作を順次繰り返すことで、半導体ウェハＷの全面を検査できる。
　次に、本発明に係る第３の実施例について図３７及び図３８を用いて説明する。図３７に示す第３の実施例は、さらに光学条件を増やすために、第１及び第２の実施例に対して斜方検出系（対物レンズ２２ａ、空間フィルタ２８ａ、結像レンズ２９ａ及び検出器Ｓ２等で構成される。）４００ａを付加したもので、その他の機能、構成については第１及び第２の実施例と同じであるので説明を省略する。さらに、図３８に示す第３の実施例は、さらにもう一つの斜方検出系（対物レンズ２２ｂ、空間フィルタ２８ｂ、結像レンズ２９ｂ及び検出器Ｓ３で構成される。）４００ｂを追加したものでありその他の機能、構成については第１及び第２の実施例を同じであるので説明を省略する。
　以上説明したように、第３の実施例によれば、斜方検出光学系が追加されたものであるため、情報量はさらに増加するため、更なる感度、補足率の向上や、分類、サイジング精度の向上が期待される。
　次に、本発明に係る第４の実施例について図３９及び図４０を用いて説明する。第
４の実施例において、第１乃至第３の実施例との違いは、図３９に示すように、照明光学系２００においては、光源１ａから出射された波長λ１のレーザ光と、光源１ｂから出射された波長λ２のレーザ光との光を、ダイクロイックプリズム６５にて一致させ、該一致した２本のビームを照明光として用いるものであり、図４０に示すように、検出光学系４００においては、ダイクロイックプリズム６５により光路を波長ごとに分離し、各々異なるリニアセンサアレイ若しくはエリアセンサアレイで構成された検出器Ｓ１，Ｓ２で検出することにある。このように第４の実施例によれば、さらに、異なる２波長（つまり、異なる光学条件）の画像を取得することができ、情報量はさらに増加するため、更なる感度、補足率の向上や、分類、サイジング精度の向上が期待される。
　次に、本発明に係る第１乃至第４の実施例で共通に用いられていたセンサについて個別に説明する。各リニアセンサ（３０ａ～３０ｄ）や各エリアセンサ（６１ａ～６１ｄ）は、大きく分けて、図４１（ａ）に示される構造のＣＣＤと、図４１（ｂ）に示されるＣＭＯＳセンサがある。ＣＭＯＳセンサは、画素ごとにアンプなどの回路を持つため、ＣＣＤセンサでは実現できないような性能を実現できる。たとえば、各画素に、図４２（ａ）に示される対数変換の機能を持たせれば、図４２（ｂ）に示すように、信号出力の入射光量依存性を対数特性にすることができ、擬似的にセンサのダイナミックレンジを拡大することができる。また、図４３（ａ）には、蓄積容量変換と呼ばれる方式を実現するための回路であり、該回路を画素に搭載することで、図４３（ｂ）に示すように、強い光、中くらいの光、弱い光に応じて、フォトダイオード（ＰＤ）の電位を変えることができ、その結果、図４３（ｃ）に示すように、入射光量が強い場合でも、信号出力を飽和させることなく光を電気信号に変換することができるため、センサのダイナミックレンジを擬似的に拡大することができる。
　さらに、図４４に示す入射強度に応じて露光時間を変える（蓄積時間を制御する）方式や、図４５に示すようなデュアルサンプリング方式や、図４６（ａ）に示す４個のフォトダイオードで一つのＡ－Ｄ変換機を共有する方式や、図４６（ｂ）に示す画素内にアナログ処理機能を持った方式による、広ダイナミックレンジ化の方法がある。これらの技術については、例えば「ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサの基礎と応用（ＣＱ出版社）」に詳しく述べられている。
　さらに、図４７に示すように、画素に演算回路を搭載したＣＭＯＳセンサがある。これは、ビジョンチップという名前で知られている。フォトダイオードの次段のコンパレータからの出力を、演算回路（ＰＥ：Processor Element）に送りソフト的なＡ－Ｄ変換などが行える。
　図４８乃至図５２には、画素ごとにＰＥを搭載したＣＭＯＳセンサを用い高性能でフレキシブルな光量モニタ、露光時間制御およびソフト的なＴＤＩ動作が可能な各リニアセンサ６６（３０ａ～３０ｄ）を示している。即ち、該各リニアセンサ６６（３０ａ～３０ｄ）は、４ラインのＰＥ付きリニアセンサ６７ａ、６７ｂと、６４ライン（６４段）のリニアセンサ６８とからなる。次に、動作について図４９及び図５０を用いて説明する。図４９に示すように、反射率の異なるエリアを持つ試料Ｗ１が右側から走査される場合には、まず４ラインのＰＥ付きリニアセンサ６７ｂで反射、回折、散乱光の強度を測定する。即ち、４ラインのリニアセンサ６７ｂを用い、各リニアセンサで１桁づつの光量をモニタできるようにしておけば、４桁分の光量をモニタできる。そして、該４ラインのリニアセンサ６７ｂで測定された試料の反射率の情報を、ＰＥ間通信でソフトＴＤＩ部６８に送り、該試料の情報に基づき、ＴＤＩの蓄積段数を制御することで、異なる反射率を持つ試料からの強度がさまざまな光信号についても、飽和させることなく受光することができる。さらに、露光時間（ＴＤＩの蓄積段数）が制御され、飽和することなく検出された信号は、ソフトＴＤＩ部６８の最終段から、ラインごとに完全並列で出力される。一方、図５０に示すように、走査方向が逆の場合には、４ラインのＰＥ付きリニアセンサ６７ａで反射、回折、散乱光の強度を測定する。即ち、４ラインのリニアセンサ６７ａを用い、各リニアセンサで１桁づつの光量をモニタできるようにしておけば、４桁分の光量をモニタできる。そして、該４ラインのリニアセンサ６７ａで測定された試料の反射率の情報を、ＰＥ間通信でソフトＴＤＩ部６８に送り、該試料の情報に基づき、ＴＤＩの蓄積段数を制御することで、異なる反射率を持つ試料からの強度がさまざまな光信号についても、飽和させることなく受光することができる。
　以上説明した各イメージセンサ６６（３０ａ～３０ｄ）を本発明に係る実施例に適用するためには、図５１に示すように、図４８で示す構成６６を１単位として複数個並べればよい。図５１（ａ）は検出器Ｓａとして例えば４個のイメージセンサ６６（３０ａ～３０ｄ）を並べた５個のリニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅを近接して並べた場合を示し、図５１（ｂ）は検出器Ｓｂとして例えば４個のイメージセンサ６６（３０ａ～３０ｄ）を並べた５個のリニアセンサアレイ５２Ａ～５２Ｅを間隙をあけて並べた場合を示し、図５１（ｃ）は検出器Ｓｃとして例えば２０個のイメージセンサ６６（３０ａ～３０ｄ）を単純に並べて構成した場合を示す。また、図５２に示すように、６４ライン（６４段）のリニアセンサ６８における信号処理をタップ（Ｔａｐ）ごとに行ってもよい。
　本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、上記実施例において説明したものと同等または等価な作用を呈するものと置き換えて実施することも含まれる。
　本発明によれば、半導体の製造における異物・欠陥検査装置として利用することが可能である。
１・・・レーザ光源　　２・・・アッテネータ　　３a～３ｄ・・・１/２波長板　　４a～４ｄ・・・１/４波長板　　５・・・　　６、６a～６ｄ・・・ミラー　　７a,７b・・・ビームスプリッタ　　８・・・ビームエキスパンダ　　１０a～１０ｄ・・・直線偏光板　　１１a～１１d・・・シリンドリカルレンズ　　１２a～１２ｄ・・・照明角度調整用ミラー　　１３a～１３ｄ・・・直線偏光板　　１４a～１４ｄ・・・光分岐要素　　２０・・・ハーフミラー　　２２・・・対物レンズ　　２３・・・Xステージ　　２４・・・Yステージ　　２５・・・回転ステージ　　２８・・・空間フィルタ　　２９・・・結像レンズ　　３０a～３０ｄ・・・一次元のリニアセンサ　　３４・・・減算回路　　３５・・・メモリ　　３６・・・しきい値処理回路　　３７・・・比較回路　　３８・・・欠陥判定部　３９・・・分類・サイジング処理部　　４７a、４７b・・・フォトニクス結晶　　５０・・・特徴量抽出部　　５２a～５２e・・・リニアセンサアレイ　　５９・・・遮光板　　６１a～６１ｄ・・・エリアセンサ　　６５・・・ダイクロイックプリズム　　１００、１００a～１００e・・・信号処理部　　１０１・・・コンピュータ　　１０３・・・外部機器　　１０４・・・偏光演算処理回路　　１０５・・・マージ処理回路　　２００・・・照明光学系　　３００a～３００e・・・線状ビーム　　４００・・・検出光学系。

Claims (16)

  1. 被検査基板に対して直線状ビームを照射する照明光学系と、
    該照明光学系による前記直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する反射散乱光像を結像する結像光学系と、
    前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、
    該空間フィルタを通して得られ、前記結像光学系で結像された光像を受光して信号を検出する検出器と、
    該検出器で検出された信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定部と、
    該欠陥判定部で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備え、前記検出器は、前記結像光学系で結像された光像に含まれる互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光して前記信号を前記複数の偏光成分に対応する複数の信号として検出するように構成したことを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記照明光学系は被検査基板に対して複数の直線状ビームを互いに異なる照射位置にほぼ同時に照射する、結像光学系は前記照明光学系による前記複数の直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する複数の反射散乱光像を結像する、そして前記検出器は前記結像光学系で結像された複数の光像をほぼ同時にかつ個別に受光して複数の信号を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
  3. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記検出器において、前記互いに異なる複数の偏光成分が－４５度、４５度、０度及び９０度を含むことを特徴とする欠陥検査装置。
  4. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記検出器は、前記互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光できるように、互いに異なる透過軸を持つ直線偏光板の画素を有することを特徴とする欠陥検査装置。
  5. 請求項４記載の欠陥検査装置であって、前記直線偏光板の画素はフォトニック結晶で形成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
  6. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記検出器は、画素単位で処理可能なＣＭＯＳ型のイメージセンサで構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
  7. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記ＣＭＯＳ型のイメージセンサは、入射光量に対するセンサ出力の特性が対数特性を持つように構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
  8. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記照明光学系において、レーザ光源から出射されたビームを複数の光路に分岐し、該分岐された光路の各々において偏光状態を調整して前記各直線状ビームとして前記被検査基板に照射するように構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
  9. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記照明光学系において、前記複数の直線状ビームの長手方向が前記被検査基板を載置して走行させるステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記複数の直線状ビームを互いに異なる位置を照射するように並べてほぼ同時に照射するように構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
  10. 被検査基板に対して直線状ビームを照射する照明光学系と、
    該照明光学系による前記直線状ビームの照射によって前記被検査基板から発生する反射光像を結像する結像光学系と、
    前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を遮光するように
    前記結像光学系内に設置された空間フィルタと、該空間フィルタを通して得られ、前記結
    像光学系で結像された光像を受光して信号を検出する検出器と、
    該検出器で検出された信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定部と、
    該欠陥判定部で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理部とを備え、前記検出器は、画素単位で処理可能なＣＭＯＳ型のイメージセンサで構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
  11. 請求項１１記載の欠陥検査装置であって、前記ＣＭＯＳ型のイメージセンサは、入射光量に対するセンサ出力の特性が対数特性を持つことを特徴とする欠陥検査装置。
  12. 　被検査基板に対して直線状ビームを照明光学系により照射する照明過程と、
    該照明過程での前記直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する反射散乱光像を結像光学系により結像する結像過程と、
    前記被検査基板上に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を空間フィルタにより遮光する遮光過程と、
    該空間フィルタを通して得られ、前記結像過程で結像された光像を受光して信号を検出器により検出する検出過程と、
    該検出過程で検出された信号を処理して異物等の欠陥を判定する欠陥判定過程と、
    該欠陥判定過程で判定された欠陥を分類して欠陥の大きさを算出する分類・サイジング処理過程とを有し、
    　前記検出過程において、前記検出器により前記結像過程で結像された光像に含まれる互いに異なる複数の偏光成分をほぼ同時にかつ個別に受光して前記信号を前記複数の偏光成分に対応する複数の信号として検出することを特徴とする欠陥検査方法。
  13. 請求項１２記載の欠陥検査方法であって、前記照明過程において被検査基板に対して複数の直線状ビームを照明光学系により互いに異なる照射位置にほぼ同時に照射し、前記結像過程において前記照明過程での前記複数の直線状ビームの照射によって前記被検査基板上に存在する異物等の欠陥から発生する複数の反射散乱光像を結像光学系により結像し、前記検出過程において前記結像過程で結像された複数の光像をほぼ同時にかつ個別に受光して複数の信号を検出器により検出することを特徴とする欠陥検査方法。
  14. 請求項１２記載の欠陥検査方法であって、前記検出過程において、前記検出器は互いに異なる透過軸を持つ直線偏光板の画素を有し、前記互いに異なる複数の偏光成分を前記互いに異なる透過軸を持つ直線偏光板の画素を有する検出器でほぼ同時にかつ個別に受光することを特徴とする欠陥検査方法。
  15. 請求項１２記載の欠陥検査方法であって、前記照明過程において、レーザ光源から出射されたビームを複数の光路に分岐し、該分岐された光路の各々において偏光状態を調整して前記各直線状ビームとして前記被検査基板に照射することを特徴とする欠陥検査方法。
  16. 請求項１３記載の欠陥検査方法であって、前記照明過程において、前記複数の直線状ビームの長手方向が前記被検査基板を載置して走行させるステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記複数の直線状ビームを互いに照射位置を異ならして並べてほぼ同時に照射することを特徴とする欠陥検査方法。
PCT/JP2009/002083 2008-05-16 2009-05-13 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 WO2009139155A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/992,903 US8634069B2 (en) 2008-05-16 2009-05-13 Defect inspection device and defect inspection method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-129314 2008-05-16
JP2008129314A JP5466377B2 (ja) 2008-05-16 2008-05-16 欠陥検査装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009139155A1 true WO2009139155A1 (ja) 2009-11-19

Family

ID=41318530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/002083 WO2009139155A1 (ja) 2008-05-16 2009-05-13 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8634069B2 (ja)
JP (1) JP5466377B2 (ja)
WO (1) WO2009139155A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012068205A (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
CN116499362A (zh) * 2023-06-26 2023-07-28 太原科技大学 钢板尺寸在线测量系统

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7664608B2 (en) * 2006-07-14 2010-02-16 Hitachi High-Technologies Corporation Defect inspection method and apparatus
JP5466377B2 (ja) * 2008-05-16 2014-04-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置
JP2010197352A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法及び欠陥検査装置
DE102009026186A1 (de) * 2009-07-16 2011-01-27 Hseb Dresden Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Kanten- und Oberflächeninspektion
JP2011122990A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
JP5417205B2 (ja) * 2010-01-29 2014-02-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
JP5571969B2 (ja) * 2010-02-10 2014-08-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査方法及びその装置
JP2012037269A (ja) * 2010-08-04 2012-02-23 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法及びこれを用いた装置
JP2012047654A (ja) 2010-08-30 2012-03-08 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査装置および欠陥検査方法
JP5419837B2 (ja) * 2010-09-28 2014-02-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ 検査装置、検査方法及びプログラム
JP5593209B2 (ja) * 2010-11-30 2014-09-17 株式会社日立ハイテクノロジーズ 検査装置
JP5637841B2 (ja) * 2010-12-27 2014-12-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ 検査装置
EP2703794B1 (en) 2011-04-28 2019-10-02 Konica Minolta, Inc. Multi-angle colorimeter
US9279774B2 (en) * 2011-07-12 2016-03-08 Kla-Tencor Corp. Wafer inspection
JP2013061185A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Toshiba Corp パターン検査装置およびパターン検査方法
US8750597B2 (en) 2011-11-23 2014-06-10 International Business Machines Corporation Robust inspection alignment of semiconductor inspection tools using design information
KR20130072535A (ko) * 2011-12-22 2013-07-02 삼성전기주식회사 비파괴적 결함검사장치 및 이를 이용한 결함검사방법
JP5945126B2 (ja) * 2012-02-09 2016-07-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査方法および欠陥検査装置
JP5773939B2 (ja) * 2012-04-27 2015-09-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置および欠陥検査方法
ITBO20120284A1 (it) * 2012-05-24 2013-11-25 Gd Spa Metodo di ispezione di un prodotto in una macchina impacchettatrice.
JP5760066B2 (ja) * 2013-11-06 2015-08-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
US9885671B2 (en) 2014-06-09 2018-02-06 Kla-Tencor Corporation Miniaturized imaging apparatus for wafer edge
US9645097B2 (en) 2014-06-20 2017-05-09 Kla-Tencor Corporation In-line wafer edge inspection, wafer pre-alignment, and wafer cleaning
KR20160066448A (ko) 2014-12-02 2016-06-10 삼성전자주식회사 표면 검사 방법
US9310313B1 (en) * 2014-12-29 2016-04-12 Oracle International Corporation Diffractive imaging of groove structures on optical tape
US9874693B2 (en) 2015-06-10 2018-01-23 The Research Foundation For The State University Of New York Method and structure for integrating photonics with CMOs
JP6507979B2 (ja) * 2015-10-07 2019-05-08 株式会社Sumco 半導体ウェーハの評価方法
US10416087B2 (en) * 2016-01-01 2019-09-17 Kla-Tencor Corporation Systems and methods for defect detection using image reconstruction
JP6650839B2 (ja) * 2016-06-24 2020-02-19 日立造船株式会社 偏光カメラ及び画像処理方法
EP3475972A4 (en) * 2016-06-27 2020-02-26 KLA-Tencor Corporation APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING PATTERN PLACEMENT AND PATTERN SIZE, AND CORRESPONDING COMPUTER PROGRAM
US10739275B2 (en) * 2016-09-15 2020-08-11 Kla-Tencor Corporation Simultaneous multi-directional laser wafer inspection
EP3321905B1 (en) * 2016-11-11 2022-10-12 Kidde Technologies, Inc. High sensitivity fiber optic based detection
JP6588675B2 (ja) * 2017-03-10 2019-10-09 富士フイルム株式会社 画像処理システム、画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラム
KR20190041163A (ko) * 2017-10-12 2019-04-22 삼성전자주식회사 광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이들을 이용한 반도체 장치의 제조 방법
WO2019159334A1 (ja) * 2018-02-16 2019-08-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置
JP7176508B2 (ja) * 2019-12-26 2022-11-22 株式会社Sumco シリコンウェーハの欠陥検査方法及びシリコンウェーハの欠陥検査システム
DE102020102419A1 (de) 2020-01-31 2021-08-05 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Partikelanalyse mit Lichtmikroskop und Mehrpixelpolarisationsfilter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10282010A (ja) * 1997-04-07 1998-10-23 Laser Tec Kk レーザ顕微鏡及びこのレーザ顕微鏡を用いたパターン検査装置
JP2000105203A (ja) * 1998-07-28 2000-04-11 Hitachi Ltd 欠陥検査装置およびその方法
JP2005024327A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Topcon Corp 表面検査方法および表面検査装置
JP2005214966A (ja) * 2004-01-08 2005-08-11 Candela Instruments 薄膜ディスクまたはウェハーの両面光学検査システムおよび方法
JP2007085958A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Hitachi High-Technologies Corp ウェハ欠陥検査方法および装置
JP2008096430A (ja) * 2006-09-13 2008-04-24 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法およびその装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5046847A (en) * 1987-10-30 1991-09-10 Hitachi Ltd. Method for detecting foreign matter and device for realizing same
US6411377B1 (en) 1991-04-02 2002-06-25 Hitachi, Ltd. Optical apparatus for defect and particle size inspection
JP4001653B2 (ja) 1996-08-29 2007-10-31 ケーエルエー・インストルメンツ・コーポレーション 試料からの多重チャネル応答を用いた試料の光学的検査
JP3808169B2 (ja) * 1997-05-23 2006-08-09 株式会社ルネサステクノロジ 検査方法およびその装置並びに半導体基板の製造方法
US6690469B1 (en) 1998-09-18 2004-02-10 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for observing and inspecting defects
JP3610837B2 (ja) 1998-09-18 2005-01-19 株式会社日立製作所 試料表面の観察方法及びその装置並びに欠陥検査方法及びその装置
JP2003017536A (ja) 2001-07-04 2003-01-17 Nec Corp パターン検査方法及び検査装置
JPWO2004008196A1 (ja) * 2002-07-13 2005-11-10 有限会社オートクローニング・テクノロジー 偏光解析装置
JP3878107B2 (ja) * 2002-11-06 2007-02-07 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査方法及びその装置
JP2005283190A (ja) 2004-03-29 2005-10-13 Hitachi High-Technologies Corp 異物検査方法及びその装置
US7400260B2 (en) * 2005-06-29 2008-07-15 Safe Flight Corporation Optical system and element for detecting ice and water
JP4974543B2 (ja) * 2005-08-23 2012-07-11 株式会社フォトニックラティス 偏光イメージング装置
JP4996856B2 (ja) 2006-01-23 2012-08-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置およびその方法
JP5279992B2 (ja) * 2006-07-13 2013-09-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ 表面検査方法及び装置
JP2008020374A (ja) * 2006-07-14 2008-01-31 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法およびその装置
US20080068593A1 (en) 2006-09-13 2008-03-20 Hiroyuki Nakano Method and apparatus for detecting defects
JP5466377B2 (ja) * 2008-05-16 2014-04-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10282010A (ja) * 1997-04-07 1998-10-23 Laser Tec Kk レーザ顕微鏡及びこのレーザ顕微鏡を用いたパターン検査装置
JP2000105203A (ja) * 1998-07-28 2000-04-11 Hitachi Ltd 欠陥検査装置およびその方法
JP2005024327A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Topcon Corp 表面検査方法および表面検査装置
JP2005214966A (ja) * 2004-01-08 2005-08-11 Candela Instruments 薄膜ディスクまたはウェハーの両面光学検査システムおよび方法
JP2007085958A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Hitachi High-Technologies Corp ウェハ欠陥検査方法および装置
JP2008096430A (ja) * 2006-09-13 2008-04-24 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法およびその装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012068205A (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
WO2012043039A1 (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
US8564767B2 (en) 2010-09-27 2013-10-22 Hitachi High-Technologies Corporation Defect inspecting apparatus and defect inspecting method
CN116499362A (zh) * 2023-06-26 2023-07-28 太原科技大学 钢板尺寸在线测量系统
CN116499362B (zh) * 2023-06-26 2023-09-15 太原科技大学 钢板尺寸在线测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
US8634069B2 (en) 2014-01-21
JP5466377B2 (ja) 2014-04-09
JP2009276273A (ja) 2009-11-26
US20110149275A1 (en) 2011-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5466377B2 (ja) 欠陥検査装置
US7664608B2 (en) Defect inspection method and apparatus
US8885037B2 (en) Defect inspection method and apparatus therefor
US8755041B2 (en) Defect inspection method and apparatus
US7528942B2 (en) Method and apparatus for detecting defects
TWI656338B (zh) 暗場系統中之時間延遲積分感測器
US7859656B2 (en) Defect inspection method and system
JP5132982B2 (ja) パターン欠陥検査装置および方法
US8416292B2 (en) Defect inspection apparatus and method
JP5303217B2 (ja) 欠陥検査方法及び欠陥検査装置
KR101223881B1 (ko) 이미지 형성 방법 및 이미지 형성 장치
US7724362B1 (en) Oblique incidence macro wafer inspection
US20130063721A1 (en) Pattern inspection apparatus and method
JP2004264287A (ja) サンプリング不足の画像を再構築するためにディザリングを用いることによって基板表面内の欠陥を識別する方法および装置
JP2008096430A (ja) 欠陥検査方法およびその装置
JP5571969B2 (ja) 欠陥検査方法及びその装置
JP5276833B2 (ja) 欠陥検査方法及び欠陥検査装置
JP3185878B2 (ja) 光学的検査装置
JP2024084208A (ja) 検査装置及び検査方法
JPH0587740A (ja) 異物検査装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09746362

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12992903

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09746362

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1