WO2012081338A1 - 欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

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芝田　行広
敦史 谷口
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    • G01N2021/8896—Circuits specially adapted for system specific signal conditioning

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for detecting a minute defect generated in a sample, and in particular, a defect inspection suitable for detecting a minute defect generated on a semiconductor wafer having a fine pattern formed on the surface.
  • the present invention relates to a method and apparatus.
  • the pattern shape formed on the wafer becomes a multilayer structure as well as finer, the number of production processes is steadily increasing.
  • the fine pattern is reliably formed by inspecting the wafer on which the pattern is formed. It is important to confirm that no defects such as foreign matter have occurred.
  • an optical pattern inspection apparatus (bright field pattern inspection apparatus) using a bright field
  • an optical defect inspection apparatus (dark field defect inspection apparatus) using a dark field.
  • a dark-field inspection apparatus has a feature of high throughput testing compared with brightfield pattern inspection apparatus.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 irradiate a wafer with linear illumination light narrowed in one direction obliquely, and the wafer is perpendicular to the longitudinal direction of the linear illumination light.
  • the light scattered from the surface of the wafer by linear illumination light while continuously moving in the direction to be detected is detected by the detection system above the wafer and the detection systems arranged on both sides of the wafer, and the respective detection signals are used for the wafer. It describes the detection of defects in the shape.
  • Patent Document 3 uses a TDI (Time Delay Integration) sensor as a detection system, controls the line rate of the TDI sensor and the stage scan speed asynchronously, and linearly narrows the non-inspection object.
  • the scattered pixel light is received only by an arbitrary pixel line of the TDI sensor, and the aspect ratio of the detected pixel size can be controlled by the speed ratio between the line rate of the TDI sensor and the stage scan speed. By doing so, it is described that auditing can be performed at a scanning speed higher than the line rate of the TDI sensor.
  • TDI Time Delay Integration
  • a method of separating and detecting the scattering direction using different scattering characteristics depending on the types of defects can be considered.
  • detectors are placed at multiple locations, and the signals detected at each location are processed and integrated to detect scattered light from fine defects that would be buried in noise when detected from one direction.
  • the detected signal can be revealed and the types of detected defects can be classified more finely.
  • Patent Documents 1 and 2 Such detection of scattered light from a defect by arranging detectors in a plurality of directions is described in Patent Documents 1 and 2.
  • a plurality of detectors are arranged in directions oblique to the normal direction of the substrate.
  • the substrate is irradiated with linear illumination light, and the stage on which the substrate is mounted is moved at a constant speed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the linear illumination. Scattered light from the substrate is detected.
  • position fluctuations such as pitching (vertical fluctuation) and yawing (horizontal fluctuation) occur on the table.
  • the position on the substrate surface detected by the detectors arranged in different azimuth directions is displaced, and the same pattern formed on the substrate surface is detected.
  • the signals detected by the respective detectors are displaced from each other. This becomes prominent when a finer defect of about several tens of nm or less is detected.
  • Patent Documents 3 and 4 do not describe that a plurality of detectors are arranged in different azimuth directions to detect defects on the substrate.
  • a stage means that can place a sample and move in at least one direction, and a normal direction of a surface on which the sample of the stage is placed on the sample placed on the stage means condensing a light irradiating means for irradiating light molded from a direction inclined to the linear light light formed into a linear shape is reflected and scattered in a first direction from the sample irradiated by the light irradiating means with respect to a first focusing detection means for detecting by light, from a sample irradiated with light molded linearized by light irradiation means second detecting condenses the light reflected and scattered in the second direction Condensation detection means, processing means for processing the detection signal output from the first light collection detection means and the detection signal output from the second light detection means to detect a sample-like defect, and stage means , Light irradiation means, first light detection means, second light detection means and processing In the inspection apparatus provided with the
  • the deviation of the focal position of the second light collection detection means with respect to the surface of the sample is obtained, and the deviation of the focal position of the first light collection detection means obtained and the second
  • the detection signal output from the first condensing detection unit and the detection signal output from the second condensing detection unit are corrected in accordance with the shift of the focal position of the condensing detection unit, and the corrected first signal is corrected.
  • Detection signal output from the light collection detection means and the second light collection detection And to detect defects on the specimen by integrating the detection signal output from the stage.
  • a stage means on which a sample can be placed and moved in at least one direction, and a surface method for placing the sample on the stage on the sample placed on the stage means
  • a first condensing detection means for condensing and detecting light, and a light that is reflected and scattered in the second direction from the sample irradiated with light shaped linearly by the light irradiating means.
  • Two condensing detection means a processing means for detecting a sample-like defect by processing the detection signal output from the first condensing detection means and the detection signal output from the second light detection means; Stage means, light irradiation means, first light detection means, and second light detection means;
  • the first light collection detection means and the second light collection detection means each include a photoelectric converter provided with a plurality of rows of photosensor arrays, The control means controls the stage means to continuously move the stage means in one direction, and controls the photoelectric converter of the first condensing detection means and the photoelectric converter of the second condensing detection means.
  • the reflected and scattered light from the sample irradiated with light shaped linearly by the light irradiation means is detected in synchronization with the movement of the stage means, and the control means further controls the processing means to control the first light collection detection means.
  • the detection signal output from the photoelectric converter and the photoelectric converter of the second light collecting detection means is processed at a timing different from the motive for the movement of the stage means, and the first processed at a timing different from this synchronization.
  • Condensation detection means photoelectric converter and second And to detect the sample-like defects in the integrated detection signal outputted from the photoelectric converter of the focusing detection means.
  • the defect inspection method is such that the stage moves from a direction inclined with respect to the normal direction of the surface of the sample while moving the stage on which the sample is placed in one direction.
  • Light shaped into a long line in a direction perpendicular to one direction is irradiated onto the surface of the sample, and the light reflected and scattered in the first direction from the surface of the sample irradiated with this linearly shaped light is collected.
  • the light that has been reflected and scattered in the second direction from the surface of the sample irradiated with the linearly shaped light is collected by the first condensing detection means having a plurality of photosensor arrays.
  • the second condensing detection means having a plurality of rows of optical sensor arrays detects the second condensing detection means, and the detection signals from the plurality of rows of optical sensor arrays output from the first condensing detection means are used to detect the first surface of the sample.
  • Finding the deviation of the focal position of the first condensing detection means and detecting the second condensing The deviation of the focal position of the second condensing detection means with respect to the surface of the sample is obtained using the detection signals from the optical sensor arrays in a plurality of rows output from the stage, and the obtained focal position of the first condensing detection means is obtained.
  • the corrected detection signal output from the first light collection detection means and the detection signal output from the second light collection detection means are integrated to detect a defect on the sample.
  • the stage is moved from a direction inclined with respect to the normal direction of the surface of the sample while moving the stage on which the sample is placed in one direction.
  • the surface of the sample is irradiated with light shaped into a long line in a direction perpendicular to one direction, and the light reflected and scattered in the first direction from the surface of the sample irradiated with the linearly shaped light is collected.
  • the photoelectric converter of the first condensing detection means having a photoelectric converter having a light sensor array of rows, the light formed into a linear shape is irradiated and move to the direction of the stage in the second focusing detecting means having a photoelectric converter having a light sensor array of rows from the surface of the sample condenses the light reflected and scattered in the second direction Synchronously detecting, the photoelectric converter of the first condensing detection means and the second
  • the detection signal output from the photoelectric converter of the light detection means is processed at a timing different from the synchronization with the movement of the stage, and the photoelectric converter of the first condensing detection means processed at a timing different from the synchronization.
  • the detection signal output from the photoelectric converter of the second condensing detection means is integrated to detect a defect on the sample.
  • detection signals from a plurality of detectors can be integrated and processed without being affected by fluctuations in the height direction of the substrate being inspected, and finer defects can be detected. Can now.
  • Example 1 of this invention It is a block diagram explaining the principle of Example 1 of this invention. It is a top view which shows the schematic structure of the optical system of Example 1 of this invention. It is a front view which shows the schematic structure of the optical system of Example 1 of this invention. It is a front view which shows the schematic structure of the illumination optical system of Example 1 of this invention. It is a front view which shows the schematic structure of the detection optical system of Example 1 of this invention. It is a block diagram of a detection optical system for explaining a shift of a detection position on a sensor due to an AF shift. It is a block diagram which shows the structure of the image processing means which concerns on Example 1 of this invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a wafer and an enlarged view of chips formed on the wafer.
  • FIG. 5 is a block diagram of a detection optical system for explaining detection position shifts caused by AF shifts on an obliquely arranged sensor. It is a graph which shows PSF of a detection system when the beam profile and pixel size of linear illumination light are considered. It is sectional drawing of the semiconductor wafer in which the pattern was formed.
  • Example 2 is a block diagram of a detection optical system showing a relationship between sensors arranged obliquely and reflected / scattered light from a material in Example 1 of the present invention. It is a graph which shows the relationship between the beam profile of the linear illumination light in Example 1 of this invention, and PSF of an illumination system. It is a graph which shows the relationship between the beam profile of the linear illumination light in Example 1 of this invention, and PSF as a system which correct
  • Example 2 of this invention It is a block diagram which shows the structure of the height deviation information calculation part in Example 1 of this invention. It is a block diagram explaining the principle of Example 2 of this invention. It is a graph which shows the beam profile of the linear illumination light in Example 2 of this invention, and PSF for every pixel column of a TDI sensor. It is a graph which shows PSF as a system which shifted the beam profile of the linear illumination light in Example 2 of this invention, and the output of the pixel of the TDI sensor by predetermined amount, and added together. It is a graph which shows the output of a TDI sensor when the reflected and scattered light from the repetitive pattern on a sample is detected when there is AF deviation in Example 2 of the present invention.
  • Example 2 of this invention It is a block diagram which shows the structure of the image processing means which concerns on Example 2 of this invention. It is the figure which plotted arrangement
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of this embodiment.
  • the illumination light 116 is focused in one direction by the lens unit 101 and shaped to be parallel light in a direction perpendicular thereto, and the surface of the sample 150 on which a fine pattern is formed is irradiated from an oblique direction. To do.
  • the sample 150 is moved at a constant speed in the direction of the arrow by the stage means described later.
  • Reference numeral 102 denotes a detection optical system that collects light reflected / scattered in the direction of the detection optical system 102 out of the reflected / scattered light from the sample 150 irradiated with the linearly shaped illumination light 116.
  • An image of the linearly irradiated region of the sample 150 is formed on the 115 detection element arrays 104 and 105.
  • the detector 115 includes detection element arrays 104 and 105, a two-stage sensor (two-dimensional CCD or dual-line sensor) 103 including lead-out registers 106 and 107 for reading out signals from each of the detector elements 104 and 105, and a sample 150.
  • a two-stage sensor two-dimensional CCD or dual-line sensor
  • the adders 113 and 112 that add and output the height of the sample 150 are obtained using the output signal from the A / D converter 109 and the output signal from the A / D converter 110 to obtain information on the height deviation of the sample 150. This is a deviation information calculation unit.
  • An image processing unit 114 detects a defect on the sample 150 in response to an output signal from the detector 115.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the optical system of the defect inspection apparatus according to the present embodiment.
  • the optical system of the defect inspection apparatus according to the present embodiment includes a light source 206 on the side of the illumination optical system, and a lens unit 101 that shapes the illumination light 116 emitted from the light source 206 into a linear beam.
  • the light source 206 emits an ultraviolet laser such as UV light or DUV light.
  • the detection optical system 102 includes a first oblique detection optical system 102A and a first detector 115A, an upper detection optical system 102B and an upper detector 115B, a second oblique detection optical system 102C, and a second detection. 115C. Output signals from the first detector 115A, the upper detector 115B, and the second detector 115C are input to the image processing unit 114 and processed.
  • the defect inspection apparatus includes a height detection unit that detects the height of the surface of the sample 150.
  • the height detection unit includes a light source unit 201 that emits a plurality of linear light patterns 207, and a linear light pattern 207 emitted from the light source unit 201 from a direction inclined with respect to the normal direction of the sample 150.
  • a condensing lens 202 that condenses and irradiates the surface of 150
  • a condensing lens 203 that condenses reflected light (regular reflection light) from the sample 150 irradiated with a plurality of linear light patterns 207, and is condensed.
  • a height detector 205 for extracting height information of the sample 150 by receiving and processing a signal obtained by detecting the reflected light from the sample 150 by the photodetector. Yes.
  • FIG. 3A is a front view showing the configuration of the inspection optical system 100 of the defect inspection apparatus according to the present embodiment.
  • the sample 150 is placed on the Z stage 303.
  • the first oblique detection optical system 102A, the upper detection optical system 102B, and the second oblique detection optical system 102C are respectively an objective lens 1021 and a spatial filter 1022 as shown in FIG. 3C.
  • the spatial filter 1022 shields a diffracted light pattern generated by diffracted light generated by irradiating light on a fine repeating pattern on the sample 105 with a spatial filter 1022.
  • the reflected / scattered light that has passed through is imaged on the detection surface of the detector 115 by the imaging lens 1025. Since the configuration shown in FIG. 3C is common to the first oblique detection optical system 102A, the upper detection optical system 102B, and the second oblique detection optical system 102C, the last A, B, C of each component is used. The notation of the
  • FIG. 3B shows the configuration of the illumination optical system side.
  • the illumination optical system includes a light source 206 that emits a laser beam and a lens unit 101.
  • the lens unit 101 includes a beam expander 1011 for expanding the diameter of the laser beam emitted from the light source 206, a collimator lens 1012 for converting the laser whose diameter has been increased to parallel light, and polarization for adjusting the polarization state of the laser.
  • a cylindrical lens 1016 is formed.
  • An overall control unit 301 controls the light source 206 on the illumination side, the light source unit 201 of the height detection unit, and the stage control unit 302, and inspects the sample 150 by receiving the outputs of the image processing unit 114 and the height detection unit 205. The result is output.
  • the X stage 304 is controlled by the stage control means 302 at the time of inspection to move in one direction at a constant speed, and in synchronization with the movement of the X stage 304, the first detector 115A. Detection signals are output from the upper detector 115B and the second detector 115C.
  • the Y stage is controlled by the stage control means 302 to move the inspection region of the sample 150 to the adjacent inspection region.
  • the X stage 304 is controlled by the stage control means 302 and moved in a direction opposite to the entire circuit ( ⁇ X direction) at a constant speed. By repeating this, the entire surface of the sample 150 can be inspected.
  • the X stage 304 variations in the vertical height called pitting occurs.
  • the height variation in the vertical direction also occurs due to the two-dimensional strain of the sample.
  • the sample is incident on the first oblique detection optical system 102A and the second oblique detection optical system 102C 0.99
  • the incident angle of the reflected / scattered light from the surface of the sample 150 changes, and the reflected / scattered light from the surface of the sample 150 is received on the respective light receiving surfaces of the first detector 115A and the second detector 115C. Misalignment occurs.
  • the overall control unit 301 controls the stage based on the height information of the surface of the sample 150 detected by the height detection unit configured by the height detection unit 205 from the light source unit 201 shown in FIG.
  • the position (height) is adjusted in the Z-axis direction of the Z stage 303 by controlling the means 302, but the deviation in the height direction (AF (Auto-Focus) shift) is caused by the offset of adjustment or time delay. ) Will occur. If the signals from the respective detectors are integrated and processed with the AF deviation still occurring, the image will be blurred by the amount of the AF deviation, and as a result, the accuracy of defect detection will be degraded. .
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the image processing unit 114.
  • two signals 509A are obtained by adding the outputs of the two detection element arrays 104 and 105 output from the adder 113.
  • One of them is input to the buffer memory 501A.
  • Reference numeral 501A denotes a FIFO type buffer memory, which outputs an image shifted by an integral multiple of the die. Of these, noise can be reduced by superimposing images shifted by a plurality of dies.
  • Reference numeral 511A denotes a first alignment processing unit that detects a positional shift between images that are an integral multiple of the die, outputs the two branched images without any positional shift, and inputs the result to the differentiator 502A.
  • a signal that has been previously input to the buffer memory 501A and having detected the pattern of the same shape on the sample 150 or a signal that has detected the pattern of the same region of the adjacent die on the sample 150 is used as a reference signal and The difference is calculated (cell comparison or die comparison), and the calculated difference image signal 503A is input to the second alignment circuit unit 504A.
  • the output signal 510A from the height deviation information calculation unit 112 is also input to the alignment circuit unit 504A and has a height higher than the differential image signal 503A input separately. The deviation is corrected and an image of a defect candidate is extracted.
  • the signals output from the upper detector 115B and the second detector 115C in synchronization with the movement of the X stage 304 in the X direction are processed, and the heights are obtained by the alignment circuit units 504B and 504C.
  • Difference images 505 ⁇ / b> B and 505 ⁇ / b> C (defect candidate images) whose deviations are corrected are extracted and input to the integrated determination unit 506.
  • the integration determination unit 506 integrates the difference images 505A to 505C (defect candidate images) corrected for height deviation to generate one image.
  • the image generated by the integrated determination unit 506 is compared with the threshold value by the threshold value determination unit 507, and the defect signal 508 extracted as a result of the comparison is output to the overall control unit 301.
  • FIG. 6 visually shows the die comparison executed by the differentiators 502A to 502C.
  • a plurality of die ridges (chips) 600 are formed on a semiconductor wafer as the sample 150, and patterns 601 to 605 having the same shape are formed at corresponding locations of the dies.
  • a difference image between the two images is calculated by using, as a reference image, an image of the die pattern 603 and an image of the die pattern 604 formed on a chip adjacent to the chip on which the die pattern 603 is formed. .
  • each difference image output from each alignment circuit unit 504A to 504C is extracted from each defect candidate image output from each alignment circuit unit 504A to 504C executed by the integration determination unit 506.
  • An example of plotting the image feature values in a three-dimensional space is shown.
  • the image feature amount of the defect candidate is plotted in the three-dimensional space in this way, the feature amount of the image of the portion that is not a true defect is distributed in the center, but the feature amount of the image including the defect is a normal portion. It exists in the part away from the distribution of the difference image calculated from the image. Therefore, true defects can be detected by integrating defect candidate images obtained from the respective detectors and plotting them in a multidimensional space as shown in FIG. 7 to extract outliers.
  • defect candidates obtained from the respective detectors need to be aligned.
  • FIG. 8 is a graph in which an illumination profile 801 and a detection system profile 802 are plotted with respect to the stage scanning direction.
  • the illumination profile 801 it is assumed that the beam width is 1.8 ⁇ m, the illumination is oblique illumination, and the illumination intensity has a Gaussian distribution.
  • the detection system profile 802 the detector pixel size is set to be infinitely small and installed in a direction inclined 45 degrees with respect to the normal direction of the sample, and NA (Numerical Aperture) is 0. .5, for example, assuming that scattered light due to Fraunhofer diffraction is generated from the pattern on the sample 150, the point distribution function (Point Spread Function: PSF) of the detection system is assumed. ) D (x) was determined by (Equation 1).
  • the illumination of the oblique illumination system is relatively wide when compared with the PSF of the detection system, and sufficient image resolution cannot be obtained only with the illumination system in the stage scanning direction. Is shown. In order to improve the resolution of the entire apparatus, it is effective to improve the resolution of the detection system.
  • the sample 150 is the height variation of the surface of the continuously moving to the sample 150 in the X direction, the deviation of ⁇ 0.5 [mu] m is assumed to have occurred as AF deviation as shown in FIG. 9A,
  • the PSF of the detection system at this time is obtained by convolution integration of the pixel size and the PSF of the detection system represented by (Equation 1) as represented by (Equation 2), and has characteristics as shown in FIG. 9B. .
  • the resolution of the detection system is worse than that of the illumination type. That is, from the graph of FIG. 9B, when a detector having a finite pixel size is used with a simple configuration as shown in FIG. 9A, the resolution in the line width direction of the illumination light beam (stage movement direction) Is determined by the resolution of the lighting system.
  • a fine pattern 1004 is formed in a lower layer, and an optically transparent thin film 1002 such as a silicon dioxide (SiO 2) film or a silicon nitride (SiN) film is formed on the surface.
  • An example in which a pattern 1007 is formed is shown.
  • the sample 150 having such a cross-sectional structure is irradiated with illumination light having a beam profile such as 1001, the illumination light passes through the optically transparent film 1002 and is reflected and scattered by the fine pattern 1004 below.
  • the light having a beam profile as indicated by 1003 is transmitted through the optically transparent film 1002, and this and the incident light are buffered, resulting in a distribution characteristic as indicated by 1008.
  • the resolution of the illumination system is apparently lowered.
  • FIG. 11A shows the same configuration as that shown in FIG. 9A, in which two pixels 104 and 105 are arranged and their size is 1.25 ⁇ m, which is half that of FIG. 9A. This shows a state in which the illumination light irradiation area on the sample 150 and the position of the detection system pixel are adjusted so that the center of the beam irradiated to the sample 150 is projected between the two pixels 104 and 105. .
  • FIG. 11B shows the beam profile of illumination light and the distribution of reflected / scattered light detected by the pixels 104 and 105 in the configuration shown in FIG. 11A.
  • the multi-stage line sensor is a normal multi-stage. Similar to the case of detection by a line sensor (for example, a TDI sensor (Time Delay Integration sensor)), the shift amount may be halved of the pixel size, but the beam profile 1101 is narrowed down to narrow the width of the illumination light. Is made steeper, the shift amount is not determined by the pixel size, but is determined by the beam profile of the illumination light and the resolution of the detection system, and is expressed as (Equation 6).
  • TDI sensors used the shift amount represented by the s whereas a half of a pixel size, in the case where a configuration of the present invention, s is smaller than half the pixel size. This is almost equivalent to a reduction in the pixel size as a system, and a high resolution can be obtained even when a large pixel size is used. In this state, as in the case of using a general TDI sensor, the image resolution deteriorates when the movement amount is moved by an amount equal to the pixel size on the sample.
  • FIG. 11C the distribution of the reflected and scattered light detected at each pixel 104 and 105, and controlled by simply staggered (overall control unit 301 shift amount from the center determined on the basis of the equation (6), X PSF as a system as a result of addition (with a time delay with respect to the synchronization signal for detecting reflected / scattered light from the sample 150 of the multi-stage line sensor 103 in synchronization with the movement of the stage 304 in the X direction) Is shown as a graph representing the beam profile of the illumination light. From this result, it can be seen that the resolution of the detection system is greatly improved compared to the case shown in FIG. 9B.
  • FIG. 12 shows the characteristics of the resolution achieved by thinning the illumination light, and the resolution when the resolution of the detection system is improved by using the two-stage line sensor according to the present embodiment for the thinned illumination light.
  • the graph which displayed the characteristic and superimposed is shown. It can be seen that the resolution is improved by adopting the detection system using the two-stage line sensor according to the present embodiment.
  • FIG. 13A shows a simulation of sensor output with and without AF deviation when a test pattern is illuminated with a thin line using a two-stage line sensor as shown in FIG. 11A. Shows the results obtained.
  • the sensor output 1302 when there is no AF deviation, the sensor output 1301 when the AF deviation of ⁇ 0.5 ⁇ m occurs, and the sensor output when the AF deviation of +0.5 ⁇ m occurs are shown by simulation results. . It can be seen that the detection signal varies greatly due to the occurrence of AF deviation.
  • FIG 13B contrast, obtained by simulation of the sensor output when the same AF deviation as in Figure 13A occurs with such a hammering using a detection system of a conventional pixel size 2.5 ⁇ m shown in FIG. 9A The results are shown.
  • the size of the pixel is large enough to cover the fluctuation amount of the beam position due to the AF deviation, the detected pattern position does not change even if the AF deviation occurs.
  • the sensitivity of defect detection becomes lower than that in the case of FIG. 13A.
  • FIG. 14A shows output waveforms from the pixel rows 104 and 105 of the two-stage sensor 103 when an AF shift occurs.
  • the irradiation region of the illumination light on the sample 150 and the detection system so that the center of the beam irradiated on the sample 150 is projected in the middle of the two pixels 104 and 105 without any AF deviation.
  • the position of the pixel is adjusted.
  • the center position of the beam on the sensor surface shifts. Therefore, the output level of the signal 1401 output from the pixel column 104 of the two-stage sensor 103 and the pixel column 105
  • the level of the output signal 1402 changes. This change in signal level corresponds to the AF deviation amount.
  • FIG. 14B shows from the pixel row 104 when the two-stage sensor 103 detects reflected / scattered light from a repetitive pattern formed on the sample 150 when the X stage 304 is scanned in a state where AF deviation has occurred.
  • the output waveform 1403 and the output waveform 1404 from the pixel column 105 are shown.
  • the output signal from the pixel column 104 and the output signal from the pixel column 105 are distributed over a certain scanning range of the X stage 304.
  • the height deviation information calculation unit 112 shown in FIG. 1 executes the addition of the output signal from the pixel row 104 and the output signal from the pixel row 105 over a certain scanning range of the X stage 304.
  • FIG. 15 shows the configuration of the height deviation information calculation unit 112.
  • Reference numerals 1503 and 1504 denote signal adders, respectively.
  • the signal adder 1503 adds the signal 1501 output from the A / D converter 109 when the X stage 304 is moving in one direction at a constant speed.
  • a signal adder 1504 adds the signal 1502 output from the / D converter 110.
  • the addition signals output from the signal adder 1503 and the signal adder 1504 are respectively input to the processing unit 1505 and are normalized by dividing the signal value from the signal adder 1503 by the signal value from the signal adder 1504. Is done.
  • the result of normalization by the processing unit 1505 is compared with data of a lookup table (LUT) in which the comparison unit 1506 compares the preset AF deviation amount and the normalized value and records the values. The amount of deviation is determined.
  • LUT lookup table
  • AF deviation amount information 510A to 510C obtained by the height deviation information calculation unit 112 is sent to the image processing unit 114, and the registration units 504A to 504C receive the difference information from the difference units 502A to 502C.
  • Each of the output difference images 503A to 503C is corrected for the height shift by using the information of the AF shift amount.
  • the height shifts detected by 510A and 510C coincide in principle. Therefore, if the average of the height deviation amounts detected by 510A and 510C is calculated and input to 504A and 504C, and this is used, the AF deviation amount can be calculated more stably.
  • 510B and 504B may be omitted from FIG.
  • the difference images 505A to 505C that have been corrected for the height deviation are sent to the integration determining unit 506 and integrated to generate a three-dimensional vector image.
  • the image generated by the integrated determination unit 506 is sent to the threshold determination unit 507, and image feature amounts are extracted for each defect candidate, and defect candidates plotted in the three-dimensional space as described with reference to FIG.
  • An isolated defect candidate that is more than a preset threshold value is extracted from the feature amount region where defect candidates are densely extracted from the feature amount, and the extracted defect signal 508 is output to the overall control unit 301.
  • composition processing after correcting the AF height deviation with respect to images obtained from different directions, and detect defects with higher sensitivity. It is possible to improve the classification accuracy of detected defects.
  • the two-stage sensor 103 is adopted as the detector 115 is shown.
  • a three-stage TDI sensor 1604 is used instead of the two-stage sensor 103 will be described.
  • the configuration of the defect inspection apparatus in this embodiment is basically the same as the configuration shown in FIGS. 2 and 3, and the configurations of the detectors 115 ⁇ / b> A to 115 ⁇ / b> C, the image processing unit 114, and a part of the overall control unit 301 are included.
  • the configuration crotch described in the first embodiment is different from the operation.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the principle of the second embodiment.
  • Illumination light 116 emitted from a light source (not shown) is focused on the sample 150 by the lens 101 in one direction (X direction in the case of FIG. 16) and shaped so as to be parallel light in a direction perpendicular thereto. Irradiated from an oblique direction.
  • the sample 150 is moved at a constant speed in the X direction by the X stage 304.
  • the light directed toward the detection optical system 102 is collected by the detection optical system 102 and disposed on the light receiving surface of the TDI sensor 1610 of the detector 1615.
  • the image is formed on the pixel columns 1601, 1602, 1603. Signal detected by the pixel column 1601, 1602, 1603 are input to the A / D converter 1612 in the changeover switch 1611 is outputted from the downstream-side lead-out register 1604 or 1605.
  • the output signal from the TDI sensor 1610 converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 1612 is input to the image processing unit 1614 and processed to detect defects on the sample 150.
  • the output signal is equally affected by the AF shift.
  • a circuit corresponding to the height deviation information calculation unit 112 of the detector 115 in Example 1 is not required.
  • the profile 1101 of the cross section in the line width direction of the illumination light 116 formed into a linear shape and the reflected / scattered light from the sample 150 illuminated with the illumination light 116 are in a state where there is no AF deviation, the TDI sensor 1610.
  • the results of calculating the PSF for each of the pixel columns 1601, 1602, and 1603 when detected in FIG. 6 are displayed as waveforms 1701, 1702, and 1703 superimposed on the profile 1101 of the cross section of the illumination light. Note that the pixel size in the scanning X stage scanning direction of each pixel row 1601, 1602, 1603 of the TDI sensor 1610 was calculated as 0.833 ⁇ m.
  • the shift amount of the image detected by the pixel column 1601 and the pixel column 1602 is equal to the shift amount of the image detected by the pixel column 1602 and the pixel column 1603.
  • the output from the TDI sensor 1610 can be processed continuously.
  • s when a three-stage TDI sensor is used that is, 1 ⁇ 2 of the movement amount of the stage synchronized with the image acquisition for one line of the detection system is expressed by ( ⁇ ) in the stage movement direction. It can be calculated by setting the size p. Even in this case, s becomes a value smaller than 1 ⁇ 2 of the pixel size.
  • the amount of movement of the stage synchronized with the image acquisition for one line is equal to the pixel size in the stage moving direction on the sample. As a result, the resolution of the image deteriorates.
  • the case where the number of pixel columns of the TDI sensor 1610 is three has been described.
  • the number of pixel columns is four or more, the amount of image shift between adjacent pixel columns differs between the central portion and the peripheral portion. Therefore, the output from the TDI sensor 1610 cannot be processed continuously. Therefore, two or three stages are suitable for the TDI sensor 1610.
  • FIG. 17B shows a PSF 1704 as a system obtained by shifting and adding the PSF waveforms for the respective pixel columns 1601, 1602, and 1603 of the TDI sensor 1610 by the shift amount obtained based on (Equation 5).
  • a graph represented as a profile 1101 is shown. From this result, it can be seen that the PSF of the detection system is improved compared to the illumination light profile.
  • FIG. 19 shows the configuration of the image processing unit 1614 of the defect inspection apparatus according to the second embodiment. Although similar to the configuration in the first embodiment described with reference to FIG. 5, there is no input of signals corresponding to the output signals 510A to 510C from the height deviation information calculation unit 112 described with reference to FIG.
  • one signal branched from the output 1613A from the first detector 1615A is input to the buffer memory 501A, and as described in FIG. 5 by the first alignment processing unit 511A. Alignment is performed.
  • the other branched signal is input to the differentiator 502A, and the signal having detected the pattern of the same shape on the sample 150 previously input to the buffer memory 501A or the pattern of the same region of the adjacent die on the sample 150 is input.
  • a difference from the reference signal is calculated (cell comparison or die comparison), and the calculated difference image 1901A is a first threshold signal level set in advance in the temporary defect determination unit 1902A.
  • the pseudo defect is removed from the difference image 1901A.
  • the signal 1903A from which the pseudo defect signal is removed is input to the AF deviation calculation unit 1904.
  • the output 1613B from the second detector 1615B and the output 1613C from the third detector 1615C are similarly processed and compared with the first threshold signal level set in advance in the temporary defect determination units 1902B and 1902C.
  • the signals 1903B and 1903C from which the pseudo defect signal has been removed are input to the AF deviation calculation unit 1904.
  • a method of obtaining the AF deviation amount in the AF deviation calculation unit 1904 will be described with reference to FIG.
  • 2001 and 2006 represent the positions of the defect candidates detected by the first detector 1615A
  • 2002 and 2004 represent the positions of the defect candidates detected by the second detector 1615B
  • 2007 represents the position of the defect candidate detected by the third detector 1615C.
  • Relatively defect candidate is in the short distance corresponding relationship assuming the same AF deviation amount is best taken defect candidate (in the case of FIG. 20, 2001 and 2002 and 2003) the AF shift amount from the coordinate information
  • the information of the estimated AF deviation amount is used to correct the height deviation of the signals 1903A to 1903C from which the pseudo defect signal has been removed.
  • the signals 1905A to 1905C whose height deviation has been corrected by the AF deviation calculation unit 1904 are input to the integration determination unit 1906, integrated into a three-dimensional vector difference image, and a threshold set in advance by the threshold determination unit 1908.
  • a defect is extracted in comparison with the value, and the extracted defect information 1909 is output to the overall control unit 301.
  • the present embodiment it is possible to perform composition processing after correcting the AF height deviation for an image obtained by imaging from different directions, and to detect a defect with higher sensitivity. At the same time, the classification accuracy of the detected defect can be improved.
  • the configuration of the defect inspection apparatus in FIG. 21 and the present embodiment is basically the same as the configuration shown in FIGS. Only a part of the configuration of the detectors 115A to 115C is different from the configuration and operation described in the first embodiment.
  • the two-stage sensor 103 is used as the detector 115, and the shift of the detection position due to the AF shift is calculated by the height shift information calculation unit 112.
  • the height deviation information calculation unit 112 evaluates the lightness ratio calculated from the signal output from the A / D converter 109 and the signal output from the A / D converter 110 using the LUT 1506. And calculated the height.
  • the AF deviation is calculated using a height deviation information calculation unit 2101 as an alternative to the height deviation information calculation unit 112.
  • the two-stage sensor 103 is the same as that described with reference to FIG.
  • the switches 2108 and 2109 switch the output from the read-out registers 106 and 107 of the two-stage sensor 103 according to the moving direction of the sample 150.
  • the height deviation information calculation unit 2101 includes a signal 2102 output from the A / D converter 2109, a signal 2103 output from the A / D converter 2110, and a signal 2104 that is added and combined by the addition notation 2113. Enter.
  • Reference numeral 2201 denotes a low-pass filter that suppresses a high spatial frequency in the stage scanning direction indicated by an arrow in FIG. 21 and outputs a signal 2204 with respect to the signal 2104 added and synthesized in the addition note 2113.
  • An adder 2203 adds the signal 2102 output from the A / D converter 2109 and the signal 2103 output from the A / D converter 2110, and outputs a signal 2205. Since the signal 2205 is an image whose resolution is deteriorated in the stage scanning direction with respect to the signal 2104 added and synthesized by the addition notation 2113, the signal 2204 and the signal 2205 are very similar images.
  • the pattern matching unit 2202 calculates the shift amount by pattern matching between the signal 2204 and the signal 2205.
  • the signal 2205 hardly changes the position of the pattern due to the AF shift, whereas the signal 2204 changes the pattern position due to the AF shift. Therefore, the AF deviation can be calculated by obtaining the deviation amount of the signal 2204 with the signal 2205 as a reference.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Inspection optical system 101 ... Lens 102, 102A, 102B, 102D ... Detection optical system 103 ... Two-stage sensor 112 ... Height deviation information calculation part 113 ... Adder 114. Image processing unit 115, 115A, 115B, 115C ... Detector 201 ... Light source unit 202 ... Condensing lens 203 ... Condensing lens 204 ... Photo detector 205 ... Height Detection unit 301 ... Overall control unit 302 ... Stage control means 303 ... Z stage 304 ... X stage 305 ... Y stage 501A, 501B, 501C ...

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Abstract

　複数の方向に配置した複数の検出器からの信号を基板の高さ変動の影響を受けることなく処理して基板上のより微細な欠陥を検出できるようにするために、欠陥検査装置に、第１の集光検出手段と第２の集光検出手段とにそれぞれ複数列の光センサアレイを有する光電変換器を備え、処理手段は第１及び第２の集光検出手段のそれぞれの複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて試料の表面に対する第１及び第２の集光検出手段の焦点位置のずれを求め、この求めた第１及び第２の集光検出手段のそれぞれの焦点位置のずれに応じて第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の集光検出手段から出力された検出信号とを補正し、この補正した第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の集光検出手段から出力された検出信号とを統合して試料上の欠陥を検出するようにした。

Description

欠陥検査方法及びその装置
　本発明は、試料に発生した微細な欠陥を検出する方法及びその装置に係り、特に、表面に微細なパターンが形成された半導体ウェハ上に発生した微細な欠陥を検出するのに適した欠陥検査方法及びその装置に関するものである。
　半導体ウェハは回路の高集積化に伴って、ウェハ上に形成されるパターン形状はより微細化すると共に多層構造となり、その生産工程の数は増加の一途をたどっている。この微細なパターンをウェハ上に確実に形成して信頼性の高い高集積回路を安定して生産するためには、パターンが形成されたウェハを検査して微細なパターンが確実に形成されていること、異物などの欠陥が発生していないことを確認することが重要になる。
　パターンが形成されたウェハを検査する手段として、例えば、明視野による光学式のパターン検査装置(明視野パターン検査装置)や暗視野による光学式の欠陥検査装置（暗視野欠陥検査装置）などがある。
　明視野パターン検査装置と暗視野欠陥検査装置とは一般にその用途が異なるが、暗視野欠陥検査装置は明視野パターン検査装置と比べて検査のスループットが高いという特徴を持っている。
　このような暗視野欠陥検査装置においては、ウェハ上に形成されたパターンからの散乱光の影響を受けずに如何により微細な欠陥をより高速に検出できるようにするかということが課題のひとつになっている。
　この課題を解決する手段として、特許文献１及び特許文献２には、一方向に細く絞った線状の照明光をウェハに斜方から照射し、ウェハを線状の照明光の長手方向と直行する方向に連続的に移動させながら線状の照明光によりウェハの表面から散乱した光をウェハの上方の検出系とその両側に配置した検出系とで検出し、それぞれの検出信号を用いてウェハ状の欠陥を検出することについて記載されている。
　また、特許文献３には検出系にＴＤＩ(Tiｍe Delay Integration：時間遅延積分) センサを用い、ＴＤＩセンサのラインレートとステージスキャン速度を非同期で制御し、非検査物を細く絞った線状の光で照明してＴＤＩセンサの任意の画素ラインのみに被検査物からの散乱光を受光させるように構成し、ＴＤＩセンサのラインレートとステージスキャン速度の速度比によって検出画素サイズの縦横比を制御できるようにすることにより、ＴＤＩセンサのラインレート以上のスキャン速度で監査をできるようにすることが記載されている。
　更に、特許文献４には、一方向に細く絞った線状の照明光をウェハに斜方から照射し、ウェハを線状の照明光の長手方向と直行する方向に連続的に移動させながら線状の照明光によりウェハの表面から上方に散乱した光を集光して偏光の状態に応じて分岐し、アレイ状の空間フィルタで正常パターンからの回折光や散乱光をフィルタリングして空間フィルタを透過した光を検出することにより欠陥散乱光の偏光特性に依存されずに欠陥を検出することが記載されている。　
特開２０００－１０５２０３号公報 特表２００１－５１２２３７号公報 特開２０１０－２５６３４０号公報 特開２０１０－１９０７２２号公報
　より微細な欠陥を効率よく検出して、この検出した欠陥の種類を分類できるようにするためには、欠陥の種類によって異なる散乱特性を利用し、散乱方位を分離して検出する方法が考えられる。即ち、検出器を複数の箇所に配置してそれぞれの箇所で検出した信号を処理して統合することにより、一方向からに検出ではノイズに埋もれてしまうような微細な欠陥からの散乱光を検出した信号を顕在化することができると共に、検出した欠陥の種類をより細かく分類することができるようになる。
　このように検出器を複数の方向に配置して欠陥からの散乱光を検出することについては、特許文献１および２に記載されている。この特許文献１の図２５および特許文献２の図２に記載されている検査装置の構成では、複数の検出器を基板の法線方向に対して斜めの方向にそれぞれ配置している。
　特許文献１および２に記載されている構成においては、基板に線状の照明光を照射し、基板を搭載したステージを線状の照明の長手方向と直角に方向に一定の速度で移動させながら基板からの散乱光を検出する。このステージが一定の速度で移動するときに、テーブルにはピッチング(上下方向の変動)やヨーイング(左右方向の変動)といった位置の変動が発生することが知られている。このうち、ピッチングにより基板の高さが変動することにより、異なる方位角方向に配置した検出器で検出する基板表面上の位置にずれが発生してしまい、基板表面に形成された同一のパターンをそれぞれの検出器で検出した信号に互いに位置のずれが生じてしまう。これは、数１０ｎｍ程度又はそれ以下のより微小な欠陥を検出する場合に顕著になる。
　しかし、特許文献１および２に記載された発明においては、この基板の高さ変動に伴い発生する複数の検出器間の検出信号の位置ずれに対しては配慮されていない。
　また、特許文献３及び４においては、複数の検出器を異なる方位角方向に配置して基板上の欠陥を検出することについては記載されていない。
　本発明の目的は、複数の方向に配置した複数の検出器からの信号を基板の高さ変動の影響を受けることなく処理して基板上のより微細な欠陥を検出することを可能にする欠陥検査方法及びその装置を提供することに有る。
　上記課題を解決するために、本発明では、試料を載置して少なくとも一方向に移動可能なステージ手段と、このステージ手段に載置した試料にステージの試料を載置する面の法線方向に対して傾斜した方向から線状に成形した光を照射する光照射手段と、この光照射手段により線状に成形した光が照射された試料から第１の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第１の集光検出手段と、光照射手段により線状に成形した光が照射された試料から第２の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第２の集光検出手段と、第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の光検出手段から出力された検出信号とを処理して試料状の欠陥を検出する処理手段と、ステージ手段と光照射手段と第１の光検出手段と第２の光検出手段と処理手段とを制御する制御手段とを備えた検査装置において、第１の集光検出手段と第２の集光検出手段とはそれぞれ複数列の光センサアレイを備えた光電変換器を有し、処理手段は第１の集光検出手段の複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて試料の表面に対する第１の集光検出手段の焦点位置のずれを求めると共に第２の集光検出手段の複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて試料の表面に対する第２の集光検出手段の焦点位置のずれを求め、この求めた第１の集光検出手段の焦点位置のずれ及び第２の集光検出手段の焦点位置のずれに応じて第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の集光検出手段から出力された検出信号とを補正し、この補正した第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の集光検出手段から出力された検出信号とを統合して試料上の欠陥を検出するようにした。
　また、上記課題を解決するために、本発明では、試料を載置して少なくとも一方向に移動可能なステージ手段と、このステージ手段に載置した試料にステージの試料を載置する面の法線方向に対して傾斜した方向から線状に成形した光を照射する光照射手段と、この光照射手段により線状に成形した光が照射された試料から第１の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第１の集光検出手段と、光照射手段により線状に成形した光が照射された試料から第２の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第２の集光検出手段と、第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の光検出手段から出力された検出信号とを処理して試料状の欠陥を検出する処理手段と、ステージ手段と光照射手段と第１の光検出手段と第２の光検出手段と処理手段とを制御する制御手段とを備えた検査装置において、第１の集光検出手段と第２の集光検出手段とはそれぞれ複数列の光センサアレイを備えた光電変換器を有し、制御手段はステージ手段を制御してこのステージ手段を一方向に連続的に移動させると共に第１の集光検出手段の光電変換器と第２の集光検出手段の光電変換器とを制御して光照射手段により線状に成形した光が照射された試料からの反射散乱光をステージ手段の移動と同期させて検出し、制御手段は更に処理手段を制御して第１の集光検出手段の光電変換器と第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号をステージ手段の移動との動機とは異なるタイミングで処理し、この同期とは異なるタイミングで処理した前記第１の集光検出手段の光電変換器と第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号を統合して試料状の欠陥を検出するようにした。
　更に、上記課題を解決するために、本発明では、欠陥検査方法を、試料を載置したステージを一方向に移動させながら試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向からステージが移動する一方向に直角な方向に長い線状に成形した光を試料の表面に照射し、この線状に成形した光が照射された試料の表面から第１の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを備えた第１の集光検出手段で検出し、線状に成形した光が照射された試料の表面から第２の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを備えた第２の集光検出手段で検出し、第１の集光検出手段から出力された複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて試料の表面に対する第１の集光検出手段の焦点位置のずれを求めると共に第２の集光検出手段から出力された複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて試料の表面に対する第２の集光検出手段の焦点位置のずれを求め、この求めた第１の集光検出手段の焦点位置のずれ及び第２の集光検出手段の焦点位置のずれに応じて第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の集光検出手段から出力された検出信号とを補正し、この補正した第１の集光検出手段から出力された検出信号と第２の集光検出手段から出力された検出信号とを統合して試料上の欠陥を検出するようにした。
　更にまた、上記課題を解決するために、本発明では、欠陥検査方法を、試料を載置したステージを一方向に移動させながら試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向からステージが移動する一方向に直角な方向に長い線状に成形した光を試料の表面に照射し、この線状に成形した光が照射された試料の表面から第１の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを有する光電変換器を備えた第１の集光検出手段でステージの前記一方向への移動と同期して検出し、線状に成形した光が照射された試料の表面から第２の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを有する光電変換器を備えた第２の集光検出手段でステージの前記一方向への移動と同期して検出し、第１の集光検出手段の光電変換器と第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号をステージの移動との同期とは異なるタイミングで処理し、この同期とは異なるタイミングで処理した第１の集光検出手段の光電変換器と第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号を統合して試料上の欠陥を検出するようにした。　
　本発明によれば、検査中の基板の高さ方向の変動の影響を受けずに複数の検出器の検出信号を統合して処理することができるようになり、より微細な欠陥を検出することができるようになった。
本発明の実施例１の原理を説明するブロック図である。 本発明の実施例１の光学系の概略の構成を示す平面図である。 本発明の実施例１の光学系の概略の構成を示す正面図である。 本発明の実施例１の照明光学系の概略の構成を示す正面図である。 本発明の実施例１の検出光学系の概略の構成を示す正面図である。 ＡＦずれによるセンサ上の検出位置のずれを説明する検出光学系のブロック図である。 本発明の実施例１に係る画像処理手段の構成を示すブロック図である。 ウェハの平面図と、このウェハ上に形成されたチップの拡大図である。 本発明の実施例１の３つの検出光学系で検出されて欠陥候補の信号特徴量を３次元空間にプロットした例を示すグラフである。 照明のプロファイルと画素サイズを無限小としたときの検出系のＰＳＦ（Point Spread Factor: 点分布関数）を示すグラフである。 斜方に配置したセンサ上でＡＦずれにより発生する検出位置のずれを説明する検出光学系のブロック図である。 線状照明光のビームプロファイルと画素サイズを考慮したときの検出系のＰＳＦを示すグラフである。 パターンが形成された半導体ウェハの断面図である。 本発明の実施例１における斜方に配置したセンサと資料からの反射・散乱光の関係を示す検出光学系のブロック図である。 本発明の実施例１における線状照明光のビームプロファイルと照明系のＰＳＦの関係を示すグラフである。 本発明の実施例１における線状照明光のビームプロファイルと照明系のセンターからのずれ量を補正したシステムとしてのＰＳＦの関係を示すグラフである。 線状照明系だけの解像度と本発明の実施例１における照明系の解像度との関係を示すグラフである。 本発明の実施例１においてＡＦずれが有る場合に試料上の繰り返しパターンからの反射・散乱光を検出したときのセンサ出力を示すグラフである。 従来のＴＤＩセンサ検出したときのＡＦずれが有る場合に試料上の繰り返しパターンからの反射・散乱光を検出したときのセンサ出力を示すグラフである。 本発明の実施例１において２段センサを用いたときにＡＦずれが発生した場合の格段のセンサの出力波形を示すグラフである。 本発明の実施例１においてＡＦずれが有る場合に試料上の繰り返しパターンからの反射・散乱光を検出したときのセンサ出力を示すグラフである。 本発明の実施例１における高さずれ情報算出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２の原理を説明するブロック図である。 本発明の実施例２における線状照明光のビームプロファイルとＴＤＩセンサの各画素列ごとのＰＳＦを示すグラフである。 本発明の実施例２における線状照明光のビームプロファイルとＴＤＩセンサの格段の画素の出力を所定の量ずらして足し合わせたシステムとしてのＰＳＦを示すグラフである。 本発明の実施例２においてＡＦずれが有る場合に試料上の繰り返しパターンからの反射・散乱光を検出したときのＴＤＩセンサの出力を示すグラフである。 本発明の実施例２に係る画像処理手段の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る画像処理手段におけるＴＤＩセンサの出力のＡＦずれ量を補正する方法を説明するＴＤＩセンサの出力から欠陥候補の配置をプロットした図である。 本発明の実施例３の原理を説明するブロック図である。 本発明の実施例３における高さずれ情報算出部の構成を示すブロック図である。
　以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
　本発明の第１の実施例を、図１乃至２２を用いて説明する。
　図１は本実施例の原理を説明する図である。本実施例では、照明光１１６をレンズ部１０１で一方向に絞ってそれと直角な方向には平行光となるように整形して微細なパターンが形成されている試料１５０の表面に斜め方向から照射する。検査時には、試料１５０は後述するステージ手段により、矢印の方向に一定の速度で移動する。
　１０２は検出光学系で、線状に成形された照明光１１６が照射された試料１５０からの反射・散乱光のうち、検出光学系１０２の方向に反射・散乱した光を集光して検出器１１５の検出素子列１０４，１０５上に試料１５０の線状に照射された領域の像を結像する。
　検出器１１５は、検出素子列１０４，１０５とを持ち、それぞれに信号を読み出すためのリードアウトレジスタ１０６と１０７とを備えた２段センサ（二次元ＣＣＤ又は、Dual Line Sensor）１０３と、試料１５０の移動方向に応じて２段センサ１０３のリードアウトレジスタ１０６と１０７とからの出力を切り替えるスイッチ１０８と１０９、リードアウトレジスタ１０６と１０７とから同時に出力されたアナログ信号をデジタル信号に切り替えるＡ/Ｄ変換部１０９と１１０、Ａ/Ｄ変換器１１０から出力されたデジタル信号を１次記憶して、Ａ/Ｄ変換器１０９から出力されたデジタル信号とタイミングを合わせて出力するＦＩＦＯ（First In First Out）メモリ１１１、ＦＩＦＯメモリ１１１からの出力信号とＡ/Ｄ変換器１０９からの出力信号とを足し合わせて出力する加算器１１３、１１２はＡ/Ｄ変換器１０９からの出力信号とＡ/Ｄ変換器１１０からの出力信号と用いて試料１５０の高さのずれの情報を求める高さずれ情報算出部である。１１４は画像処理部で、検出器１１５からの出力信号を受けて試料１５０上の欠陥を検出する。
　図２は、本実施例に係る欠陥検査装置の光学系の構成を示す平面図である。本実施例に係る欠陥検査装置の光学系には、照明光学系側に光源２０６、光源２０６から出射した照明光１１６を線状にビームに成形するレンズ部１０１を備えている。光源２０６は、ＵＶ光やＤＵＶ光などの紫外レーザを発射する。一方、検出光学系１０２は、第１の斜方検出光学系１０２Ａと第１の検出器１１５Ａ，上方検出光学系１０２Ｂと上方検出器１１５Ｂ，第２の斜方検出光学系１０２Ｃと第２の検出器１１５Ｃ、とを備えて構成されている。第１の検出器１１５Ａと上方検出器１１５Ｂと第２の検出器１１５Ｃとからの出力信号は画像処理部１１４に入力され、処理される。
　また、本実施例に係る欠陥検査装置は、試料１５０の表面の高さを検出する高さ検出部を備えている。高さ検出部は、複数の線状の光パターン２０７を発射する光源部２０１と、光源部２０１から発射された線状の光パターン２０７を試料１５０の法線方向に対して傾いた方向から試料１５０の表面に集光して照射する集光レンズ２０２、複数の線状の光パターン２０７が照射された試料１５０からの反射光(正反射光)を集光する集光レンズ２０３及び集光された反射光を検出する光検出器２０４、光検出器で試料１５０からの反射光を検出した信号を受けて処理することにより試料１５０の高さ情報を抽出する高さ検出部２０５で構成されている。
　図３Ａは、本実施例に係る欠陥検査装置の検査光学系１００の構成を示す正面図である。３０３は高さ方向に移動可能なＺステージ、３０４はＸ方向に移動可能なＸステージ、３０５は紙面と垂直なＹ方向に移動可能なＹステージであり、それぞれステージ制御手段３０２により動きを制御される。試料１５０は、Ｚステージ３０３上に載置されている。図３に示した構成において、第１の斜方検出光学系１０２Ａと上方検出光学系１０２Ｂと第２の斜方検出光学系１０２Ｃとはそれぞれ図３Ｃに示すように、対物レンズ１０２１、空間フィルタ１０２２、フォーカシングレンズ１０２３、偏光フィルタ１０２４、結像レンズ１０２５を備え、試料１０５上の微細な繰り返しパタンに光を照射することにより発生する回折光による回折光パターンを空間フィルタ１０２２で遮光し、空間フィルタ１０２２を透過した反射・散乱光を結像レンズ１０２５で検出器１１５の検出面上に結像する。図３Ｃに示した構成は、第１の斜方検出光学系１０２Ａと上方検出光学系１０２Ｂと第２の斜方検出光学系１０２Ｃとに共通するので、各構成部品の最後のＡ，Ｂ，Ｃの表記を照尺した。
　また、図３Ｂに照明光学系側の構成を示す。照明光学系は、レーザビームを発射する光源２０６とレンズ部１０１を備えている。レンズ部１０１は、光源２０６から発射されたレーザビームの径を拡大するためのビームエキスパンダ１０１１、径を拡大したレーザを平行光とするためのコリメータレンズ１０１２、レーザの偏光の状態を調整する偏光板１０１３、光量を調整するための光量調整部１０１４、集光レンズ１０１５、径を拡大されたレーザビームを一方向に集光させてそれと直角な方向には平行な状態を保った線状の光に成形するシリンドリカルレンズ１０１６を備えている。
　３０１は全体制御部で、照明側の光源２０６、高さ検出部の光源部２０１、ステージ制御手段３０２を制御すると共に、画像処理部１１４と高さ検出部２０５の出力を受けて試料１５０を検査した結果を出力する。
　図２及び図３に示した構成において、検査時にテージ制御手段３０２によりＸステージ３０４が制御されて一方向に一定の速度で移動し、Ｘステージ３０４の移動と同期して第１の検出器１１５Ａと上方検出器１１５Ｂと第２の検出器１１５Ｃから検出信号が出力される。Ｘステージ３０４が移動して試料１５０上の端まで検査が終わるとテージ制御手段３０２によりＹステージが制御されて試料１５０の検査領域を隣の検査領域に移動させる。次にテージ制御手段３０２によりＸステージ３０４を制御して、全回路逆の方向（－Ｘ方向）に一定の速度で移動させる。これを繰返すことにより、試料１５０の全面の検査を行うことができる。
　このように、Ｘステージ３０４を駆動して試料１５０をＸ方向、又は－Ｘ方向に一定の速度で移動させるときに、Ｘステージ３０４にはピッチングと呼ばれる上下方向の高さの変動が発生する。また，これ以外に試料の二次元的な歪によっても上下方向の高さの変動が発生する。検査中にＸステージ３０４にこのような高さの変動が発生すると、図４に示すように、第１の斜方検出光学系１０２Ａと第２の斜方検出光学系１０２Ｃとに入射する試料１５０の表面からの反射・散乱光の入射角度が変化して、第１の検出器１１５Ａと第２の検出器１１５Ｃとのそれぞれの受光面上で試料１５０の表面からの反射・散乱光を受光する位置にずれが発生する。一方、上方検出器１１５Ｂに入射する試料１５０の表面からの反射・散乱光の受光位置には、ずれが生じない。
　実際には、図２又は３に示した光源部２０１から高さ検出部２０５で構成される高さ検出部で検出した試料１５０の表面の高さ情報に基づいて、全体制御部３０１によりテージ制御手段３０２が制御されてＺステージ３０３のＺ軸方向に位置(高さ)が調整されるが、調整のオフセットや時間遅れなどの原因により高さ方向のずれ（ＡＦ（Auto Focus：自動焦点）ずれ）が発生してしまう。このＡＦずれが発生したままの状態でそれぞれの検出器からの信号を統合して処理をすると、ＡＦずれ分だけ画像がぼけてしまい、その結果、欠陥検出の精度を劣化させてしまうことになる。
　このＡＦずれを低減する方法として、試料１５０に照射する線状の照明光の線幅を狭める方法がある。しかし、後述するように、照明光の線幅を狭めただけではＡＦずれの影響を十分に低減することができず、検出精度に対するＡＦずれの影響を十分に取りきれないで残ってしまうことになる。
　図５は、画像処理手段１１４の構成を示すブロック図である。
  Ｘステージ３０４のＸ方向への移動と同期して第１の検出器１１５Ａから出力のうち、加算器１１３から出力された２つの検出素子列１０４と１０５との出力を加算した信号５０９Ａは２つに分岐されてその一方が５０１Ａのバッファメモリに入力される。５０１ＡはＦＩＦＯ型のバッファメモリであり、ダイの整数倍ずれた画像を出力する。なお、この中で、複数ダイずれた画像を重ね合わせると、ノイズの低減を図ることができる。５１１Ａは第1の位置あわせ処理部であり、ダイの整数倍ずれた画像間の位置ずれを検出して、分岐した２つの画像の位置ずれがないようにして出力し、差分器５０２Ａに入力する。バッファメモリ５０１Ａに先に入力していた試料１５０上の同一の形状のパターンを検出した信号または試料１５０上の隣接するダイの同じ領域のパターンを検出した信号を参照信号として、この参照信号との差分が算出され(セル比較又はダイ比較)、算出された差分画像信号５０３Ａは第2の位置合せ回路部５０４Ａに入力される。また、第１の検出器１１５Ａからの出力のうち、高さずれ情報算出部１１２からの出力信号５１０Ａも位置合せ回路部５０４Ａに入力されて、別途入力された差分画像信号５０３Ａに対して高さずれ分の補正を行い、欠陥候補の画像が抽出される。
　同様にして、上方検出器１１５Ｂ及び第２の検出器１１５ＣからもＸステージ３０４のＸ方向への移動と同期して出力されたそれぞれの信号が処理されて位置合せ回路部５０４Ｂ及び５０４Ｃで高さずれ分が補正された差画像５０５Ｂ、５０５Ｃ(欠陥候補の画像)が抽出され、それらが統合判定部５０６に入力される。統合判定部５０６では、高さずれ分が補正された差画像５０５Ａ～５０５Ｃ(欠陥候補の画像)を統合して一つの画像を生成する。この統合判定部５０６で生成された画像はしきい値判定部５０７でしきい値と比較され、比較の結果抽出された欠陥信号５０８は全体制御部３０１へ出力される。
　図６には、差分器５０２Ａ乃至５０２Ｃで実行するダイ比較を可視的に表したものである。試料１５０である半導体ウェハ上には、ダイ (チップ)６００が複数形成されており、それぞれのダイの対応する場所には同一の形状のパターン６０１～６０５が形成されている。差分器５０２Ａ乃至５０２Ｃでは、例えばダイパターン６０３の画像を、ダイパターン６０３が形成されたチップに隣接するチップに形成されているダイパターン６０４の画像を参照画像として両画像間の差画像を算出する。
　図７には、各位置合せ回路部５０４Ａ乃至５０４Ｃから出力されたそれぞれの差画像から統合判定部５０６で実行する各位置合せ回路部５０４Ａ乃至５０４Ｃから出力されたそれぞれの欠陥候補の画像から抽出された画像特徴量を３次元空間にプロットした例を示す。欠陥候補の画像特徴量をこのように３次元空間にプロットしたとき、真の欠陥ではない部分の画像の特徴量は中央に固まって分布するが、欠陥を含む画像の特徴量は、正常な部分の画像から算出した差画像の分布から離れた部分に存在する。従って、各検出器から得られる欠陥候補の画像を統合して図７に示すような多次元空間にプロットして外れ値を抽出することにより、真の欠陥を検出することができる。
　しかし、各検出器から得られる欠陥候補の画像を統合して図７に示すような多次元空間にプロットして精度良く欠陥を検出するためには、各検出器から得られる欠陥候補の位置ずれが補正されていること、すなわち、各検出器から得られる欠陥候補のアライメントが合っていることが必要になる。しかし、一般に行われる画像のマッチング技術を用いて、たとえば１１５Ａ乃至１１５Ｃの画像のアライメントを行うことは極めて困難である。それぞれの画像が異なる検出条件になるため、それぞれの画像に表れるパターンが異なるためである。
　図８は、ステージ走査方向に対する照明のプロファイル８０１と検出系のプロファイル８０２をプロットしたグラフである。ここで、照明のプロファイル８０１の計算においては、ビームの幅が１．８μｍとし、照明は斜方照明で、照明の強度はガウス分布をしていると仮定している。また、検出系のプロファイル８０２の計算においては、検出器の画素のサイズを無限小として試料の法線方向に対して４５度傾いた方向に設置して、ＮＡ（Numerical Aperture: 開口数）が０．５の光学系を介して検出するとした場合を例にとり、試料１５０上のパターンからはフラウンホーファ回折による散乱光が発生していると仮定して、検出系の点分布関数（Point Spread Function: ＰＳＦ）d(x)を（数１）によって求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図８のグラフからは、検出系のＰＳＦと比較したときに斜方照明系の照明は相対的に拡
がっており、ステージ走査方向に対して照明系のみでは十分な画像の解像度が得られないことを示している。装置全体での解像度の向上を図るには、検出系の解像度を改善することが有効である。
　図８に示したグラフにおいては、検出器の画素サイズを無限小として計算した場合を示したが、実際には検出器の画素は有限の大きさを持っている。そこで、図９Ａに示すような、検出器１１５Ｃの画素サイズを以下に述べる理由により２．５μmとして、それ以外の条件を図８の場合と同じにして計算した場合、その結果は図９Ｂに示したグラフのようになる。
　ここで、試料１５０がＸ方向に連続的に移動して試料１５０の表面の高さが変動することにより、図９Ａに示すようなＡＦずれとして±０．５μmのずれが発生したと仮定すると、ビーム幅が１．８μmの光を照射したときに、この±０．５μmのＡＦずれを許容するために必要な検出器１１５Ｃの画素のサイズは、ウェハ上で１．８＋１．０/sqrt(２)＝２．５μm 必要になる。
　このときの検出系のＰＳＦは、(数２)で表されるように画素サイズと（数１）で表される検出系のＰＳＦの畳み込み積分で求められ、図９Ｂに示すような特性となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　この図９Ｂに示したグラフにおいては、図８に示したグラフと異なり、検出系の解像度が照明形のそれに比べて悪くなっている。すなわち、図９Ｂのグラフから、有限の画素サイズを持つ検出器を図９Ａに示したような単純な構成で用いた場合には、照明光のビームの線幅方向（ステージの移動方向）の解像度は照明系の解像度で決まってしまうことが判る。
　図１０には、試料１５０として、下層に微細なパターン１００４が形成され、その上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜又は窒化シリコン(ＳｉＮ)膜などの光学的に透明な薄膜１００２が形成され、表面にパターン１００７が形成された例を示す。このような断面構造を有する試料１５０に１００１のようなビームプロファイルを有する照明光を照射した場合、照明光は光学的に透明な膜１００２を透過して下層の微細なパターン１００４で反射散乱して１００３に示すようなビームプロファイルを有する光になって光学的に透明な膜１００２を透過し、これと入射光が緩衝して１００８に示すような分布特性となってしまう。
　このように、試料１５０が下地パターンからの反射光の影響を無視できないような構造である場合、照明系の解像度が見かけ上、低下してしまうことが起こる。
　このような現象の発生を防ぐためには、検出系の解像度を向上させることが必要になる。この検出系の解像度を向上させるためには、図８と図９Ｂとを比較すると明らかなように、検出系の画素サイズを小さくすることが有効であることがわかる。　　　
　図１１Ａには、図９Ａに示した構成と同じで、画素を１０４と１０５の２つ配置してそれらのサイズを図９Ａの場合の半分の１．２５μｍとした状態を示す。試料１５０に照射したビームの中心が２つの画素１０４と１０５との中間に投影されるように試料１５０上の照明光の照射領域と検出系の画素の位置が調整されている状態を示している。
　このような図１１Ａに示した構成における照明光のビームプロファイルと各画素１０４と１０５とで検出される反射・散乱光の分布を図１１Ｂに示す。
　このとき、照明のプロファイル１１０１は、（数３）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　一方、検出系の画素サイズを無限小とした場合のＰＳＦは、（数４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　しかし、実際には検出系の画素は有限の大きさを持っており、これを考慮すると、検出系のＰＳＦは、（数５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　　　　　　　ｐ: ステージ移動方向の画素のサイズ
　　　　　　　　　　　α: ｐ／２
　ここで、多段のラインセンサを有する検出系の１ライン分の画像取得と同期したステージの移動量を２Ｓとすると、数３で求められるi（ｘ）がほぼコンスタントの場合には通常の多段のラインセンサ(例えばＴＤＩセンサ（Tiｍe Delay Integration sensor：時間遅延積分センサ）で検出する場合と同じくシフト量を画素サイズの１/２にすればよいが、照明光の幅を寄り細く絞ってビームプロファイル１１０１をより急峻にすると、シフト量は画素のサイズでは決まらず、照明光のビームプロファイルと検出系の解像度で決まり、（数６）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　一般に用いられるＴＤＩセンサーでは、このｓであらわされるシフト量が画素サイズの１／２であるのに対し、本発明の構成をとる場合には、sは画素サイズの１／２よりも小さくなる。これはシステムとしての画素サイズが小さくなることとほぼ等価であり、大きな画素サイズを用いた場合であっても、高い解像度を得ることが可能になる。この状態において、移動量を一般のＴＤＩセンサーを利用する場合と同様に、試料上での画素サイズと等しい量だけ移動させた場合には画像の解像度が劣化する。
　図１１Ｃに、各画素１０４と１０５とで検出される反射・散乱光の分布を、（数６）に基づいて求めたセンタからのシフト量だけずらして（全体制御部３０１で制御して、Ｘステージ３０４のＸ方向への移動と同期させて多段のラインセンサ１０３試料１５０からの反射・散乱光を検出するための同期信号に対して時間遅れを持たせて）加算した結果のシステムとしてのＰＳＦを、照明光のビームプロファイルとかさねて表したグラフを示す。この結果から、検出系の解像度が図９Ｂに示した場合と比べて大幅に改善されていることがわかる。
　図１２に、照明光を細線化することにより達成される解像度の特性と、細線化した照明光に本実施例により２段のラインセンサを用いて検出系の解像度を向上させた場合の解像度の特性とを重ねて表示したグラフを示す。
  本実施例による２段のラインセンサを用いて検出系を採用することにより、解像度が向上していることがわかる。
　図１３Ａには、２段のラインセンサを用いて図１１Ａに示したような光学系を組んでテストパターンを細線照明したときに、ＡＦずれが発生した場合と発生しない場合とのセンサ出力をシミュレーションにより求めた結果を示す。ＡＦずれが無い場合のセンサ出力１３０２と、－０．５μmのＡＦずれが発生した場合のセンサ出力１３０１、及び＋０．５μmのＡＦずれが発生した場合のセンサ出力を、シミュレーションにより求めた結果を示す。ＡＦずれが発生することにより、検出信号が大きくばらつくことがわかる。この信号のばらつき幅δは、図１１Ａに示したような２段のセンサで従来のように画像のシフト量を画素サイズの半分にして加算した場合には±０．５/sqrt(2)＝±０．３５（μm）であるのに対して、本実施例のように２段のセンサの画像のシフト量を（数５）を用いて算出した値に設定した場合（照明の線幅：１．５μm、画素サイズ：１．２５μm）、ばらつく幅δを０．１８μmにまで低減できる。
　これに対して図１３Ｂには、図９Ａに示したような従来の画素サイズが２．５μmの検出系を用いたたきに図１３Ａの場合と同じＡＦずれが発生した場合のセンサ出力をシミュレーションにより求めた結果を示す。この場合、画素のサイズがＡＦずれによるビーム位置の変動量をカバーできる大きさなので、ＡＦずれが発生しても検出されるパターンの位置に変化は生じない。ただし、図１３Ｂの場合には画素サイズが大きいので、図１３Ａの場合と比べて欠陥検出の感度が低くなってしまう。
　図１４Ａに、ＡＦずれが発生した場合の２段センサ１０３の画素列１０４と１０５からの出力波形を示す。図１１Ａで説明したように、ＡＦずれが無い状態で試料１５０に照射したビームの中心が２つの画素１０４と１０５との中間に投影されるように試料１５０上の照明光の照射領域と検出系の画素の位置が調整されている。このように調整された検出系に対してＡＦずれが発生するとセンサ面におけるビームの中心位置がずれるために、２段センサ１０３の画素列１０４から出力される信号１４０１の出力レベルと画素列１０５から出力される信号１４０２のレベルが変化する。この信号レベルの変化は、ＡＦずれ量に対応する。
　図１４Ｂには、ＡＦずれが発生した状態でＸステージ３０４を走査させたときに、試料１５０に形成された繰り返しパターンからの反射・散乱光を２段センサ１０３で検出したときの画素列１０４からの出力波形１４０３と画素列１０５からの出力波形１４０４を示す。このように、出力波形１４０３と出力波形１４０４との信号レベルに一定の差が生じているので、画素列１０４からの出力信号と画素列１０５からの出力信号とをＸステージ３０４のある走査範囲にわたって加算することにより、ＡＦずれ量を推定することが可能になる。この画素列１０４からの出力信号と画素列１０５からの出力信号とをＸステージ３０４のある走査範囲にわたって加算することを図１に示した高さずれ情報算出部１１２で実行する。
　図１５に、高さずれ情報算出部１１２の構成を示す。１５０３と１５０４とはそれぞれ信号加算器で、Ｘステージ３０４が一方向に一定の速度で移動しているときにＡ/Ｄ変換器１０９から出力された信号１５０１を信号加算器１５０３で加算し、Ａ/Ｄ変換器１１０から出力された信号１５０２を信号加算器１５０４で加算する。信号加算器１５０３および信号加算器１５０４から出力された加算信号はそれぞれ処理部１５０５に入力され、信号加算器１５０３からの信号値を信号加算器１５０４からの信号値で割り算をするなどしてノルマライズされる。処理部１５０５でノルマライズされた結果は比較部１５０６において、予め設定しておいたＡＦずれ量とノルマライズされて値との関係を記録したルックアップテーブル（ＬＵＴ）のデータと比較することによりＡＦずれ量が求められる。
　図５に示したように、高さずれ情報算出部１１２で求められたＡＦずれ量の情報５１０Ａ～５１０Ｃは画像処理部１１４に送られ、位置合せ部５０４Ａ～５０４Ｃにおいて、差分器５０２Ａ～５０２Ｃから出力された差画像５０３Ａ～５０３Ｃに対してそれぞれＡＦずれ量の情報を用いて高さずれ分の補正が行われる。なお、１０２Ａおよび１０２Ｃが対称的に配置されていた場合、５１０Ａおよび５１０Ｃで検出する高さずれは原理的に一致する。そこで、５１０Ａと５１０Ｃで検出する高さずれ量の平均を算出し、５０４Ａと５０４Ｃに入力し、これを用いるようにすれば、さらに安定したＡＦずれ量の算出が可能になる。また、ＡＦずれ量が短時間で大きく変動しない性質を考慮して、５１０Ａおよび５１０Ｃの信号に時間的な平均化処理をかけるとさらに安定したＡＦずれ量算出が可能になる。また、１０２Ｂが傾きを持たずに配置されていた場合には、ＡＦずれが発生した場合においても画像のずれは発生しない。そこで、図５より５１０Ｂおよび５０４Ｂを省いても良い。
　この高さずれ分の補正が行われた差画像５０５Ａ～５０５Ｃは統合判定部５０６に送られて、統合されて３次元ベクトル画像を生成する。この統合判定部５０６で生成された画像はしきい値判定部５０７に送られて、各欠陥候補について画像特徴量が抽出され、図７で説明したような三次元空間にプロットされた欠陥候補の特徴量のうち欠陥候補が密集している特徴量領域から予め設定したしきい値以上離れている孤立した欠陥候補が抽出され、この抽出された欠陥信号５０８は全体制御部３０１へ出力される。
　このように、本実施例によれば、異なる方向から撮像して得た画像に対してＡＦ高さずれ分の補正を行ってから合成処理することが可能になり、より高感度に欠陥を検出することができると共に、検出した欠陥の分類精度を向上させることが可能になる。
　実施例１においては、検出器１１５に２段センサ１０３を採用した例を示したが、本実施例においては、２段センサ１０３の換わりに３段のＴＤＩセンサ１６０４を用いた例を説明する。本実施例における欠陥検査装置の構成は、基本的には図２及び３に示した構成と同じであり、検出器１１５Ａ乃至１１５Ｃの構成、及び画像処理部１１４、全体制御部３０１の一部が実施例１で説明した構成股が動作と異なっている。
　図１６は実施例２の原理を説明する図である。試料１５０上には図示していない光源から発射された照明光１１６がレンズ１０１で一方向(図１６の場合はＸ方向)に絞られてそれと直角な方向には平行光となるように成形されて斜め方向から照射される。このとき試料１５０はＸステージ３０４によりＸ方向に一定の速度で移動している。照明光１１６が照射された試料１５０からの反射・散乱光のうち検出光学系１０２の方向に向かった光は検出光学系１０２で集光されて検出器１６１５のＴＤＩセンサ１６１０の受光面に配置された画素列１６０１，１６０２，１６０３上に結像される。画素列１６０１，１６０２，１６０３で検出された信号は下流側のリードアウトレジスタ１６０４又は１６０５から出力されて切替スイッチ１６１１でＡ/Ｄ変換器１６１２に入力される。
　Ａ/Ｄ変換器１６１２でアナログ信号からデジタル信号に変換されたＴＤＩセンサ１６１０からの出力信号は画像処理部１６１４に入力して処理され試料１５０上の欠陥が検出される。
　ＴＤＩセンサ１６１０からは、各画素列１６０１，１６０２，１６０３で検出した信号が順次積算されてリードアウトレジスタ１６０４又は１６０５から出力されるため、出力信号はＡＦずれの影響を等しく受けているので、実施例１における検出器１１５の高さずれ情報算出部１１２に相当する回路を必要としない。
　図１７Ａには、線状に成形した照明光１１６の線幅方向の断面のプロファイル１１０１と、この照明光１１６で照明された試料１５０からの反射・散乱光をＡＦずれが無い状態でＴＤＩセンサ１６１０で検出したときの各画素列１６０１，１６０２，１６０３ごとにＰＳＦを算出した結果を波形１７０１，１７０２，１７０３として照明光の断面のプロファイル１１０１と重ねて表示したものである。なお、ＴＤＩセンサ１６１０の各画素列１６０１，１６０２，１６０３の走査Ｘステージ走査方向の画素サイズを０．８３３μmとて計算した。
　ＴＤＩセンサ１６１０の段数を３段とすることにより、画素列１６０１と画素列１６０２とで検出した画像のシフト量と、画素列１６０２と画素列１６０３とで検出した画像のシフト量とを同じ量に設定することにより、ＴＤＩセンサ１６１０からの出力を連続的に処理することができる。また、３段のＴＤＩセンサーを用いた場合のｓ、すなわち、検出系の１ライン分の画像取得と同期したステージの移動量の１／２は、（数６）のαをステージ移動方向の画素サイズｐとおくことによって計算することができる。この場合においても、ｓは画素サイズの１／２よりも小さな値になる。実施例１の場合と同様、この状態において、一般のＴＤＩセンサーを利用する場合と同様に、１ライン分の画像取得と同期したステージの移動量を試料上でのステージ移動方向の画素サイズと等しくすると画像の解像度が劣化してしまう。
　本実施低では、ＴＤＩセンサ１６１０の画素列の段数を３段の場合について説明したが、画素列を４段以上にすると、隣接する画素列間の画像シフト量が中央部分と周辺部分とで異なってしまうために、ＴＤＩセンサ１６１０からの出力を連続的に処理することができなくなってしまう。従って、ＴＤＩセンサ１６１０の段数は、２段又は３段が適している。
　図１７Ｂは、ＴＤＩセンサ１６１０の各画素列１６０１，１６０２，１６０３ごとのＰＳＦ波形を、（数５）に基づいて求めたシフト量だけずらして加算した結果のシステムとしてのＰＳＦ１７０４を、照明光のビームプロファイル１１０１とかさねて表したグラフを示す。この結果から、検出系のＰＳＦが照明光のプロファイルと比べて改善されていることがわかる。
　図１８には、３段のＴＤＩセンサ１６１０を用いて図１１Ａに示したものと同様な光学系を組んでテストパターンを細線照明したときに、ＡＦずれが発生した場合と発生しない場合とのＴＤＩセンサ１６１０の出力をシミュレーションにより求めた結果を示す。ＡＦずれが無い場合のセンサ出力１８０２と、－０．５μmのＡＦずれが発生した場合のセンサ出力１８０１、及び＋０．５μmのＡＦずれが発生した場合のセンサ出力１８０３を、シミュレーションにより求めた結果を示す。ＡＦずれが発生することにより、検出信号が大きくばらつくことがわかる。この信号のばらつき幅δは、本実施例のようにＴＤＩセンサの画像のシフト量を（数５）を用いて算出した値に設定した場合（照明の線幅：１．５μm、画素サイズ：１．２５μm）、ばらつく幅δを±０．２１μmにまで低減できる。このは、実施例１に場合と比べるとやや大きいが、照明の線幅が広い従来の方式と比較すると大幅に改善されている。
　実施例２における欠陥検査装置の画像処理部１６１４の構成を図１９に示す。図５で説明した実施例１における構成と類似しているが、図５で説明した高さずれ情報算出部１１２からの出力信号５１０Ａ～５１０Ｃに相当する信号の入力がない。
　図１９に示した構成において、第１の検出器１６１５Ａからの出力１６１３Ａから分岐された一方の信号はバッファメモリ５０１Ａに入力し、第1の位置あわせ処理部５１１Ａにて図５にて説明したように位置あわせが行われる。分岐した他方の信号は差分器５０２Ａに入力し、バッファメモリ５０１Ａに先に入力していた試料１５０上の同一の形状のパターンを検出した信号または試料１５０上の隣接するダイの同じ領域のパターンを検出した信号を参照信号として、この参照信号との差分が算出され(セル比較又はダイ比較)、算出された差画像１９０１Ａは仮欠陥判定部１９０２Ａにおいて予め設定された第１のしきい値信号レベルと比較されて差画像１９０１Ａの中から擬似欠陥が除去される。この擬似欠陥信号が除去された信号１９０３ＡはＡＦずれ算出部１９０４に入力される。
　第２の検出器１６１５Ｂからの出力１６１３Ｂ及び第３の検出器１６１５Ｃからの出力１６１３Ｃも同様に処理されて、仮欠陥判定部１９０２Ｂ及び１９０２Ｃにおいて予め設定された第１のしきい値信号レベルと比較されて擬似欠陥信号が除去された信号１９０３Ｂ及び１９０３ＣはＡＦずれ算出部１９０４に入力される。
　ＡＦずれ算出部１９０４においてＡＦずれ量を求める方法について、図２０を用いて説明する。図２０において、２００１と２００６とは第１の検出器１６１５Ａで検出された欠陥候補の位置を表し、２００２と２００４とは第２の検出器１６１５Ｂで検出された欠陥候補の位置を表し、２００３と２００７とは第３の検出器１６１５Ｃで検出された欠陥候補の位置を表わす。比較的近距離に有る欠陥候補は同一のＡＦずれ量であると仮定して対応関係が最もよく取れる欠陥候補(図２０の場合には、２００１と２００２及び２００３)の座標情報からＡＦずれ量を推定し、この推定したＡＦずれ量の情報を用いて擬似欠陥信号が除去された信号１９０３Ａ乃至１９０３Ｃの高さずれを補正する。ＡＦずれ算出部１９０４において高さずれが補正された信号１９０５Ａ乃至１９０５Ｃは、統合判定部１９０６に入力されて、３次元のベクトル差分画像に統合され、しきい値判定部１９０８で予め設定したしきい値と比較して欠陥が抽出され、この抽出された欠陥の情報１９０９は全体制御部３０１へ出力される。
　本実施例によれば、異なる方向から撮像して得た画像に対してＡＦ高さずれ分の補正を行ってから合成処理することが可能になり、より高感度に欠陥を検出することができると共に、検出した欠陥の分類精度を向上させることが可能になる。
　本実施例においては、検出するパターンに基づきＡＦずれを判定する方式を図２１と本実施例における欠陥検査装置の構成は、基本的には実施例１において図２及び３に示した構成と同じであり、検出器１１５Ａ乃至１１５Ｃの構成の一部のみが実施例１で説明した構成及び動作と異なっている。実施例１においては、検出器１１５に２段センサ１０３を採用し、ＡＦずれによる検出位置のずれを高さずれ情報算出部１１２で算出していた。高さずれ情報算出部１１２は、図１５に示すように、Ａ/Ｄ変換器１０９から出力された信号とＡ/Ｄ変換器１１０から出力された信号から算出される明度の比率をＬＵＴ１５０６で評価して高さを算出していた。
　これに対して、本実施例では図２１に示すように、高さずれ情報算出部１１２の代替として高さずれ情報算出部２１０１を用いてＡＦずれを算出する。図２１に示した構成で、２段センサ１０３は実施例１に老いて図１を用いて説明したものと同じである。また、スイッチ２１０８及び２１０９は、試料１５０の移動方向に応じて２段センサ１０３のリードアウトレジスタ１０６と１０７とからの出力を切り替える。高さずれ情報算出部２１０１には、Ａ/Ｄ変換器２１０９から出力された信号２１０２およびＡ/Ｄ変換器２１１０でから出力された信号２１０３さらに、加算記２１１３で加算して合成された信号２１０４を入力する。
　高さずれ情報算出部２１０１の処理を図２２で説明する。２２０１はローパスフィルタであり、加算記２１１３で加算して合成された信号２１０４の信号に対して、図２１の矢印で示したステージ走査方向の高空間周波数を抑制し信号２２０４を出力する。２２０３は加算器であり、Ａ/Ｄ変換器２１０９から出力された信号２１０２とＡ/Ｄ変換器２１１０でから出力された信号２１０３とを加算し、信号２２０５を出力する。この信号２２０５は加算記２１１３で加算して合成された信号２１０４に対してステージ走査方向に解像度が悪くなっている画像であるため、信号２２０４と信号２２０５は極めて類似した画像になる。そこで、パターンマッチング部２２０２で信号２２０４と信号２２０５をパターンマッチングにより、ずれ量を算出する。信号２２０５はＡＦずれにより、ほとんどパターンの位置が変化しないのに対し、信号２２０４はＡＦずれによって、パターンの位置が変化する。そこで、信号２２０５を基準として信号２２０４のずれ量を求めることにより、ＡＦずれを算出することが可能である。
　１００・・・検査光学系　　１０１・・・レンズ　　１０２、１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｄ・・・検出光学系　　１０３・・・２段センサ　　１１２・・・高さずれ情報算出部　　１１３・・・加算器　　１１４・・・画像処理部　　１１５，１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃ・・・検出器　　２０１・・・光源部　　２０２・・・集光レンズ　　２０３・・・集光レンズ　　２０４・・・光検出器　　２０５・・・高さ検出部　　３０１・・・全体制御部　　３０２・・・ステージ制御手段　　３０３・・・Ｚステージ　　３０４・・・Ｘステージ　　３０５・・・Ｙステージ　　５０１Ａ，５０１Ｂ，５０１Ｃ・・・バッファメモリ　　５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ・・・差分器　　５０４Ａ，５０４Ｂ，５０４Ｃ・・・位置合せ回路部　　５０６・・・統合判定部　　５０７・・・しきい値判定部　　１６１０・・・ＴＤＩセンサ　　１６１４・・・画像処理部　　１６１５・・・検出器　　１９０２Ａ，１９０２Ｂ，１９０２Ｃ・・・仮欠陥判定部　　１９０４・・・ＡＦずれ算出部　　１９０６・・・統合判定部　　１９０８・・・しきい値判定部。

Claims (20)

  1. 　試料を載置して少なくとも一方向に移動可能なステージ手段と、
    　該ステージ手段に載置した前記試料に前記ステージの前記試料を載置する面の法線方向に対して傾斜した方向から線状に成形した光を照射する光照射手段と、
    　該光照射手段により前記線状に成形した光が照射された前記試料から第１の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第１の集光検出手段と、
    　前記光照射手段により前記線状に成形した光が照射された前記試料から第２の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第２の集光検出手段と、
    　前記第１の集光検出手段から出力された検出信号と前記第２の光検出手段から出力された検出信号とを処理して前記試料状の欠陥を検出する処理手段と、
    　前記ステージ手段と前記光照射手段と前記第１の光検出手段と前記第２の光検出手段と前記処理手段とを制御する制御手段とを備えた検査装置であって、
    　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とはそれぞれ複数列の光センサアレイを備えた光電変換器を有し、　
    　前記処理手段は前記第１の集光検出手段の前記複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて前記試料の表面に対する前記第１の集光検出手段の焦点位置のずれを求めると共に前記第２の集光検出手段の前記複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて前記試料の表面に対する前記第２の集光検出手段の焦点位置のずれを求め、該求めた前記第１の集光検出手段の焦点位置のずれ及び前記第２の集光検出手段の焦点位置のずれに応じて前記第１の集光検出手段から出力された検出信号と前記第２の集光検出手段から出力された検出信号とを補正し、該補正した前記第１の集光検出手段から出力された検出信号と前記第２の集光検出手段から出力された検出信号とを統合して前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 　前記集光照射手段により前記線状に成形した光が照射された前記試料から第３の方向に反射・散乱した光を集光して検出する複数列の光センサアレイを備えた光電変換器を有する第３の集光検出手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
  3. 　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とは、それぞれ２列の光センサアレイを有するデュアルラインセンサを光検出器として備えることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
  4. 　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とはそれぞれ前記試料上に形成された繰り返しパターンにより発生する回折光パターンを遮光する空間フィルタを備え、該空間フィルタを透過した光を検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
  5. 　前記試料表面の高さを光学的に検出する高さ検出手段をされに備えることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
  6. 　試料を載置して少なくとも一方向に移動可能なステージ手段と、
    　該ステージ手段に載置した前記試料に前記ステージの前記試料を載置する面の法線方向に対して傾斜した方向から線状に成形した光を照射する光照射手段と、
    　該光照射手段により前記線状に成形した光が照射された前記試料から第１の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第１の集光検出手段と、
    　前記光照射手段により前記線状に成形した光が照射された前記試料から第２の方向に反射・散乱した光を集光して検出する第２の集光検出手段と、
    　前記第１の集光検出手段から出力された検出信号と前記第２の光検出手段から出力された検出信号とを処理して前記試料状の欠陥を検出する処理手段と、
    　前記ステージ手段と前記光照射手段と前記第１の光検出手段と前記第２の光検出手段と前記処理手段とを制御する制御手段とを備えた　検査装置であって、
    　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とはそれぞれ複数列の光センサアレイを備えた光電変換器を有し、
    　前記制御手段は前記ステージ手段を制御して該ステージ手段を前記一方向に連続的に移動させると共に前記第１の集光検出手段の光電変換器と前記第２の集光検出手段の光電変換器とを制御して前記光照射手段により線状に成形した光が照射された前記試料からの反射散乱光を前記ステージ手段の移動と同期させて検出し、
    　前記制御手段は更に前記処理手段を制御して前記第１の集光検出手段の光電変換器と前記第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号を前記ステージ手段の移動との前記動機とは異なるタイミングで処理し、該同期とは異なるタイミングで処理した前記前記第１の集光検出手段の光電変換器と前記第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号を統合して前記試料状の欠陥を検出する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  7. 　前記集光照射手段により前記線状に成形した光が照射された前記試料から第３の方向に反射・散乱した光を集光して検出する複数列の光センサアレイを備えた光電変換器を有する第３の集光検出手段を更に備えたことを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
  8. 　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とは、それぞれ２列の光センサアレイを有するデュアルラインセンサを光検出器として備えることを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
  9. 　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とはそれぞれ前記試料上に形成された繰り返しパターンにより発生する回折光パターンを遮光する空間フィルタを備え、該空間フィルタを透過した光を検出することを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
  10. 　前記試料表面の高さを光学的に検出する高さ検出手段をされに備えることを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
  11. 　試料を載置したステージを一方向に移動させながら前記試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向から前記ステージが移動する前記一方向に直角な方向に長い線状に成形した光を前記試料の表面に照射し、
    　該線状に成形した光が照射された前記試料の表面から第１の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを備えた第１の集光検出手段で検出し、
    　前記線状に成形した光が照射された前記試料の表面から第２の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを備えた第２の集光検出手段で検出し、
    　前記第１の集光検出手段から出力された前記複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて前記試料の表面に対する前記第１の集光検出手段の焦点位置のずれを求めると共に前記第２の集光検出手段から出力された前記複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて前記試料の表面に対する前記第２の集光検出手段の焦点位置のずれを求め、
    　該求めた前記第１の集光検出手段の焦点位置のずれ及び前記第２の集光検出手段の焦点位置のずれに応じて前記第１の集光検出手段から出力された検出信号と前記第２の集光検出手段から出力された検出信号とを補正し、
    　該補正した前記第１の集光検出手段から出力された検出信号と前記第２の集光検出手段から出力された検出信号とを統合して前記試料上の欠陥を検出する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
  12. 　前記線状に成形した光が照射された前記試料の表面から第３の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを備えた第３の集光検出手段で検出し、
    　前記第３の集光検出手段から出力された前記複数列の光センサアレイからの検出信号を用いて前記試料の表面に対する前記第３の集光検出手段の焦点位置のずれを求め、該求めた前記第３の集光検出手段の焦点位置のずれに応じて前記第３の集光検出手段から出力された検出信号を補正し、該補正した前記第３の集光検出手段から出力された検出信号と前記補正した前記第１の集光検出手段から出力された検出信号と前記第２の集光検出手段から出力された検出信号とを統合して前記試料状の欠陥を検出することを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査方法。
  13. 　前記第１の集光検出手段で集光した前記試料の表面から第１の方向に反射・散乱した光を前記第１の集光検出手段の２列の光センサアレイで検出し、該２列の光センサアレイの各列からの検出信号を用いて前記試料の表面に対する前記第１の集光検出手段の焦点位置のずれを求め、前記第２の集光検出手段で集光した前記試料の表面から第２の方向に反射・散乱した光を前記第２の集光検出手段の２列の光センサアレイで検出し、該２列の光センサアレイの各列からの検出信号を用いて前記試料の表面に対する前記第２の集光検出手段の焦点位置のずれを求めることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査方法。　
  14. 　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とは、それぞれ前記試料上に形成された繰り返しパターンにより発生する回折光パターンを遮光した光を検出することを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査方法。
  15. 　前記試料を載置したステージを一方向に移動させながら前記線状に成形した光を前記試料の表面に照射しているときに、前記試料表面の高さを光学的に検出し、該検出した高さ情報に基づいて前記ステージを上下させて前記試料表面の高さを制御することを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査方法。
  16. 　試料を載置したステージを一方向に移動させながら前記試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向から前記ステージが移動する前記一方向に直角な方向に長い線状に成形した光を前記試料の表面に照射し、
    　該線状に成形した光が照射された前記試料の表面から第１の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを有する光電変換器を備えた第１の集光検出手段で前記ステージの前記一方向への移動と同期して検出し、
    　前記線状に成形した光が照射された前記試料の表面から第２の方向に反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを有する光電変換器を備えた第２の集光検出手段で前記ステージの前記一方向への移動と同期して検出し、
    　前記第１の集光検出手段の光電変換器と前記第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号を前記ステージの移動との前記同期とは異なるタイミングで処理し、該同期とは異なるタイミングで処理した前記前記第１の集光検出手段の光電変換器と前記第２の集光検出手段の光電変換器とから出力された検出信号を統合して前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
  17. 　前記第１の集光検出手段と前記第２の集光検出手段とは、それぞれ前記試料上に形成された繰り返しパターンにより発生する回折光パターンを遮光した光を検出することを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査方法。
  18. 　前記試料を載置したステージを一方向に移動させながら前記線状に成形した光を前記試料の表面に照射しているときに、前記試料表面の高さを光学的に検出し、該検出した高さ情報に基づいて前記ステージを上下させて前記試料表面の高さを制御することを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査方法。
  19. 　試料を載置して少なくとも一方向に移動可能なステージ手段と、
    　該ステージ手段に載置した前記試料に前記ステージの前記試料を載置する面の法線方向に対して傾斜した方向から線状に成形した光を照射する光照射手段と、
    　該光照射手段により前記線状に成形した光が照射された前記試料から反射・散乱した光を集光して検出する集光検出手段と、
    　　前記集光検出手段から出力された検出信号を処理して前記試料状の欠陥を検出する処理手段と、
    　前記ステージ手段と前記光照射手段と前記光検出手段と前記処理手段とを制御する制御手段を備えた検査装置であって、
    　前記集光検出手段は、前記ステージの移動方向の前記試料面上での共役な大きさが前記光照射手段が前記試料上に線上に照明する照明光の線幅に対して小さい光電変換面を有する複数列の光センサアレイを備えた光電変換器を有し、
    　前記複数列の光センサアレイで検出した、一定の時間差をもって検出した電気信号を加算する信号加算手段を有し、
    　前記制御手段は前記ステージ手段が前記一定の時間差の区間に移動量が前記光電変換面の前記試料上での対応する大きさ以下になるように制御することを特徴とする欠陥検査装置。
  20. 　試料を載置したステージを一方向に移動させながら前記試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向から前記ステージが移動する前記一方向に直角な方向に長い線状に成形した光を前記試料の表面に照射し、
    　該線状に成形した光が照射された前記試料の表面から反射・散乱した光を集光して複数列の光センサアレイを有する光電変換器を備えた集光検出手段で前記ステージの前記一方向への移動と同期して検出し、
    　前記複数列の光センサアレイの電気信号を、異なる時間で検出した電気信号をもって加算する欠陥検出方法であって、
    前記ステージの移動量は前記試料上における前記光電変換器の光電変換面のステージ移動方向の大きさに以下になるように制御することを特徴とする欠陥検査方法。
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