WO2021245810A1 - 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

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WO2021245810A1
WO2021245810A1 PCT/JP2020/021828 JP2020021828W WO2021245810A1 WO 2021245810 A1 WO2021245810 A1 WO 2021245810A1 JP 2020021828 W JP2020021828 W JP 2020021828W WO 2021245810 A1 WO2021245810 A1 WO 2021245810A1
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signal
defect
defect inspection
sample
illumination
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PCT/JP2020/021828
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敏文 本田
貴則 近藤
伸裕 小原
雅巳 幕内
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株式会社日立ハイテク
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    • G01N2201/02—Mechanical

Definitions

  • the present invention relates to a defect inspection device and a defect inspection method that inspect the surface of a sample and output the position, type, dimensions, etc. of the defect.
  • defect inspection device used for this defect inspection, a device that simultaneously detects scattered light from the sample surface with a plurality of sensors having different positions and acquires detailed information on the position, shape, size, etc. of the defect is known (). See Patent Document 1 etc.).
  • defect inspection devices are required to have the ability to detect such minute defects.
  • a plurality of detection optical systems are arranged in different directions with respect to the illumination spot, and a lot of information about the defect can be obtained by simultaneously detecting the illumination scattered light in a plurality of directions.
  • data processing becomes complicated when the number of sensors is increased, a plurality of detection signals may be integrated. In this case, the complexity of data processing is alleviated, but the scattering distribution of the illuminated scattered light becomes ambiguous.
  • An object of the present invention is to provide a defect inspection device and a defect inspection method capable of suppressing the ambiguity of the scattering distribution of illuminated scattered light due to the integration of detection signals.
  • the present invention comprises a sample table that supports a sample, an illumination optical system that irradiates a sample placed on the sample table with illumination light, and the sample and the illumination by driving the sample table.
  • a scanning device that changes the relative position of the optical system, a plurality of detection optical systems that collect the illumination scattered light from the surface of the sample, and the illumination scattered light collected by the corresponding detection optical system are converted into an electric signal.
  • a plurality of sensors that output detection signals and a signal processing device that processes detection signals input from the plurality of sensors are provided, and the signal processing device receives a group of detection signals input from the plurality of sensors.
  • a first signal group including an integrated signal obtained by adding a plurality of detection signals in a predetermined combination is generated, and each signal constituting the first signal group is filtered to generate a second signal group. Then, based on the second signal group, a third signal group including a separated signal separated from the signal corresponding to the integrated signal according to a predetermined rule is generated, and a defect is detected or classified based on the third signal group.
  • the present invention it is possible to suppress the ambiguity of the scattering distribution of the illumination scattered light due to the integration of the detection signals.
  • Schematic diagram of a configuration example of a defect inspection device according to the first embodiment of the present invention.
  • the positional relationship between the optical axis of the illumination light guided from an oblique direction to the surface of the sample by the illumination optical system provided in the defect inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention and the illumination intensity distribution shape is the illumination light incident on the sample.
  • IX-IX line arrow view in FIG. Schematic diagram of an example of a signal integration circuit of a signal processing device provided in the defect inspection device according to the first embodiment of the present invention. Explanatory drawing of 1st example of the filter processing executed by the filter circuit of the signal processing apparatus provided in the defect inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 12 Schematic diagram of the kernel used in the filter section of FIG.
  • the figure which shows the difference of the signal which is output about the same input signal between the 1st example of FIG. 11 and the 2nd example of FIG. 12-FIG. 14.
  • the logic circuit diagram of the 1st defect candidate extraction circuit of the signal processing apparatus provided in the defect inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a top view showing the light intensity distribution of the scattered light incident on the hemisphere described in FIG. 7 when the scratch defect is illuminated.
  • the first explanatory diagram of an example of the concept of new defect determination of the new defect determination circuit of the signal processing apparatus provided in the defect inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention The second explanatory diagram of an example of the concept of the new defect determination of the new defect determination circuit of the signal processing apparatus provided in the defect inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • a second configuration diagram of a configuration example of a detection optical system and a sensor provided in the defect inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention is illustrated.
  • Configuration diagram of another configuration example of the detection optical system and the sensor provided in the defect inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention is illustrated.
  • the defect inspection apparatus described as an application object of the present invention in the following embodiment is used for defect inspection of the surface of a sample (wafer) carried out during a manufacturing process of a semiconductor or the like, for example.
  • the defect inspection apparatus according to each embodiment it is suitable for high-speed execution of detection of minute defects and processing of acquisition of data regarding the number, position, dimensions, and types of defects.
  • FIG. 1 is a schematic view of a configuration example of a defect inspection device 100 according to the present embodiment.
  • the defect inspection device 100 targets the sample 1 as an inspection target, and detects defects such as foreign substances and dents on the surface of the sample 1, particularly defects of the type according to the inspection purpose.
  • the stage ST includes a sample table ST1 and a scanning device ST2.
  • the sample table ST1 is a table that supports the sample 1.
  • the scanning device ST2 is a device that drives the sample table ST1 to change the relative position between the sample 1 and the illumination optical system A, and although not shown in detail, it includes a translation stage, a rotation stage, and a Z stage. ..
  • the rotation stage is supported by the translational stage via the Z stage, and the sample table ST1 is supported by the rotation stage.
  • the translational stage translates horizontally together with the rotation stage, and rotates around the axis at which the rotation stage extends up and down.
  • the Z stage functions to adjust the height of the surface of the sample 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the scanning trajectory of the sample 1 by the scanning device ST2.
  • the illumination spot BS irradiated on the surface of the sample 1 by the illumination light emitted from the illumination optical system A has a long illumination intensity distribution in one direction as shown in the figure.
  • the major axis direction of the illumination spot BS is s2, and the direction intersecting the major axis (for example, the minor axis direction orthogonal to the major axis) is s1.
  • the sample 1 rotates with the rotation of the rotation stage, the illumination spot BS is scanned in the s1 direction with respect to the surface of the sample 1, the sample 1 moves horizontally with the translation of the translation stage, and the illumination spot BS is the sample.
  • the illumination spot BS moves in a spiral trajectory from the center of the sample 1 to the outer edge as shown in FIG. 2, and the entire surface of the sample 1 is moved. Is scanned.
  • the illumination spot BS moves in the s2 direction by a distance equal to or less than the length of the illumination spot BS in the s2 direction during one rotation of the sample 1.
  • the illumination spot BS scans the surface of the sample 1 by folding a straight orbit instead of a spiral orbit.
  • the first translation stage was driven in the s1 direction at a constant speed, and the second translation stage was driven in the s2 direction by a predetermined distance (for example, a distance equal to or less than the length of the illumination spot BS in the s2 direction). After that, the first translation stage is turned back in the s1 direction again to drive the translation.
  • the illumination spot BS repeats linear scanning in the s1 direction and movement in the s2 direction to scan the entire surface of the sample 1.
  • the spiral scanning method shown in FIG. 2 does not involve a reciprocating operation, and is advantageous in performing a sample inspection in a short time.
  • the illumination optical system A shown in FIG. 1 includes an optical element group for irradiating the sample 1 placed on the sample table ST1 with a desired illumination light.
  • the illumination optical system A includes a laser light source A1, an attenuator A2, an emission light adjustment unit A3, a beam expander A4, a polarization control unit A5, a condenser optical unit A6, a reflection mirror A7-A9, and the like. It is equipped with.
  • the laser light source A1 is a unit that emits a laser beam as illumination light.
  • a high-power laser beam having an output of 2 W or more is emitted in ultraviolet or vacuum ultraviolet with a short wavelength (wavelength 355 nm or less) that is difficult to penetrate inside the sample 1.
  • the one that oscillates is used as the laser light source A1.
  • the diameter of the laser beam emitted by the laser light source A1 is typically about 1 mm.
  • a laser light source A1 that oscillates a visible or infrared laser beam having a long wavelength and easily penetrating the inside of the sample 1 is used.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the attenuator A2 extracted.
  • the attenuator A2 is a unit that attenuates the light intensity of the illumination light from the laser light source A1, and in the present embodiment, the configuration in which the first polarizing plate A2a, the 1/2 wave plate A2b, and the second polarizing plate A2c are combined is exemplified. ing.
  • the 1/2 wave plate A2b is configured to be rotatable around the optical axis of the illumination light.
  • the illumination light incident on the attenuator A2 is converted into linearly polarized light by the first polarizing plate A2a, and then the polarization direction is adjusted to the slow axis azimuth angle of the 1/2 wave plate A2b and passes through the second polarizing plate A2c. ..
  • the azimuth angle of the 1/2 wave plate A2b By adjusting the azimuth angle of the 1/2 wave plate A2b, the light intensity of the illumination light can be attenuated at an arbitrary ratio.
  • the first polarizing plate A2a can be omitted.
  • the attenuator A2 is not limited to the configuration illustrated in FIG. 4, but can also be configured by using an ND filter having a gradation density distribution, and the attenuation effect can be adjusted by combining a plurality of ND filters having different densities. It can also be.
  • the emission light adjustment unit A3 shown in FIG. 1 is a unit that adjusts the angle of the optical axis of the illumination light attenuated by the attenuator A2, and includes a plurality of reflection mirrors A3a and A3b in the present embodiment. It is configured.
  • the reflection mirrors A3a and A3b sequentially reflect the illumination light, but in the present embodiment, the incident / exit surface of the illumination light on the reflection mirror A3a is orthogonal to the incident / exit surface of the illumination light on the reflection mirror A3b. It is configured in.
  • the entrance / exit surface is a surface including an optical axis incident on the reflection mirror and an optical axis emitted from the reflection mirror.
  • the illumination light is incident on the reflection mirror A3a in the + X direction
  • the illumination light is different from the schematic 1 in FIG.
  • the reflection mirror A3b turns in the + Z direction.
  • the entrance / exit surface of the illumination light to the reflection mirror A3a is an XY plane
  • the entrance / exit surface to the reflection mirror A3b is a YZ plane.
  • the reflection mirrors A3a and A3b are provided with a mechanism for translating the reflection mirrors A3a and A3b and a mechanism for tilting the reflection mirrors A3a and A3b, respectively.
  • the reflection mirrors A3a and A3b move in parallel with, for example, the incident direction or the emitted direction of the illumination light with respect to the self, and tilt around the normal line with the incident / emitted surface.
  • the offset amount and angle in the XZ plane and the offset amount and angle in the YZ plane can be independently adjusted for the optical axis of the illumination light emitted from the emitted light adjustment unit A3 in the + Z direction. ..
  • a configuration using two reflection mirrors A3a and A3b is illustrated, but a configuration using three or more reflection mirrors may be used.
  • the beam expander A4 is a unit that expands the luminous flux diameter of the incident illumination light, and has a plurality of lenses A4a and A4b.
  • a Galileo type using a concave lens as the lens A4a and a convex lens as the lens A4b can be mentioned.
  • the beam expander A4 is provided with an interval adjusting mechanism (zoom mechanism) for the lenses A4a and A4b, and the enlargement ratio of the luminous flux diameter is changed by adjusting the interval between the lenses A4a and A4b.
  • the magnification of the luminous flux diameter by the beam expander A4 is, for example, about 5-10 times.
  • the beam system of the illumination light is 5-10 mm. It is expanded to the extent.
  • collimating quadsi-parallel luminous flux
  • the collimating of the luminous flux may be performed by installing a collimating lens separately from the beam expander A4 upstream of the beam expander A4.
  • the beam expander A4 is installed on a translational stage with two or more axes (two degrees of freedom), and is configured so that the position can be adjusted so that the center coincides with the incident illumination light.
  • the beam expander A4 also has a tilt angle adjustment function of two axes (two degrees of freedom) or more so that the incident illumination light and the optical axis match.
  • the polarization control unit A5 is an optical system that controls the polarization state of the illumination light, and includes a 1/2 wave plate A5a and a 1/4 wave plate A5b.
  • the reflection mirror A7 which will be described later, is inserted into the optical path to perform oblique incident illumination, the illumination light is converted to P-polarized light by the polarization control unit A5, so that the defects on the surface of the sample 1 are compared with the polarized light other than P-polarized light. The amount of scattered light increases.
  • haze When scattered light (called haze) from minute irregularities on the surface of the sample itself interferes with the detection of minute defects, by using S-polarized light as the illumination light, haze can be achieved compared to polarized light other than S-polarized light. Can be reduced. It is also possible to use the polarization control unit A5 to convert the illumination into circularly polarized light or 45-degree polarized light between P-polarized light and S-polarized light.
  • the reflection mirror A7 moves in parallel in the direction of the arrow by a drive mechanism (not shown) and enters and exits from the optical path of the illumination light toward the sample 1, and the incident path of the illumination light to the sample 1. Can be switched.
  • the illumination light emitted from the polarization control unit A5 is reflected by the reflection mirror A7 and obliquely incident on the sample 1 via the condensing optical unit A6 and the reflection mirror A8. ..
  • the illumination light emitted from the polarization control unit A5 is the reflection mirror A9, the polarization beam splitter B'3, the polarization control unit B'2, the reflection mirror B'1, and the detection optical system B3. It is vertically incident on the sample 1 through.
  • FIGS. 5 and 6 are schematic views showing the positional relationship between the optical axis of the illumination light guided from the oblique direction to the surface of the sample 1 by the illumination optical system A and the illumination intensity distribution shape.
  • FIG. 5 schematically shows a cross section obtained by cutting the sample 1 on the incident surface of the illumination light incident on the sample 1.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section of the sample 1 cut along a surface including a normal on the surface of the sample 1 orthogonal to the incident surface of the illumination light incident on the sample 1.
  • the incident surface is a surface including the optical axis OA of the illumination light incident on the sample 1 and the normal line on the surface of the sample 1.
  • FIGS. 5 and 6 a part of the illumination optical system A is extracted and shown, and for example, the emission light adjustment unit A3 and the reflection mirrors A7 and A8 are not shown.
  • the illumination optical system A is configured so that the illumination light can be incident on the sample 1 from a direction inclined with respect to the normal of the surface of the sample 1.
  • the light intensity is adjusted by the attenuator A2, the luminous flux diameter is adjusted by the beam expander A4, and the polarization is adjusted by the polarization control unit A5, so that the illumination intensity distribution is made uniform in the incident surface.
  • the illumination intensity distribution (illumination profile) LD1 shown in FIG. 5 the illumination spot formed on the sample 1 has a Gaussian light intensity distribution in the s2 direction, and the beam width defined by 13.5% of the peak.
  • the length of l1 is, for example, about 25 ⁇ m to 4 mm.
  • the illumination spot has a light intensity distribution in which the peripheral intensity is weak with respect to the center of the optical axis OA, as shown in the illumination intensity distribution (illumination profile) LD2 shown in FIG. ..
  • the illumination intensity distribution (illumination profile) LD2 shown in FIG. ..
  • it is similar to the Gaussian distribution that reflects the intensity distribution of the light incident on the condensing optical unit A6, or the first-class first-order Bessel function or sinc function that reflects the aperture shape of the condensing optical unit A6. It becomes an intensity distribution.
  • the length l2 of the illumination intensity distribution in the plane orthogonal to the incident surface and the sample surface is shorter than the beam width l1 shown in FIG.
  • the length l2 of this illumination intensity distribution is the length of a region having an illumination intensity of 13.5% or more of the maximum illumination intensity in the plane orthogonal to the incident surface and the sample surface.
  • the incident angle of the oblique incident illumination with respect to the sample 1 is adjusted to an angle suitable for detecting minute defects by the positions and angles of the reflection mirrors A7 and A8. ..
  • the angle of the reflection mirror A8 is adjusted by the adjustment mechanism A8a.
  • the larger the incident angle of the illumination light with respect to the sample 1 the smaller the illumination elevation angle, which is the angle formed by the sample surface and the incident optical axis
  • the more haze that becomes noise with respect to the scattered light from the minute foreign matter on the sample surface Since it weakens, it is suitable for detecting minute defects.
  • the incident angle of the illumination light is set to, for example, 75 degrees or more (elevation angle of 15 degrees or less).
  • the incident angle of the illumination light is, for example, 60 degrees or more and 75 degrees. It is preferable to set it to the following (elevation angle of 15 degrees or more and 30 degrees or less).
  • FIG. 7 is a diagram showing a region where the detection optical system B1-B13 collects scattered light when viewed from above, and corresponds to the arrangement of each objective lens of the detection optical system B1-B13.
  • the traveling direction of the incident light (right direction in FIG. 7) is forward with respect to the illumination spot BS on the surface of the sample 1 when viewed from above, with reference to the incident direction of the oblique incident illumination on the sample 1.
  • the opposite direction (same as the left) is treated as the rear. Therefore, the lower side in the figure is the right side and the upper side is the left side with respect to the illumination spot BS.
  • Each objective lens of the detection optical system B1-B13 is arranged along the hemisphere of the upper half of the sphere (celestial sphere) centered on the illumination spot BS for the sample 1. This hemisphere is divided into 13 regions of regions L1-L6, H1-H6, and V, and the detection optical systems B1-B13 collect and condense scattered light in the corresponding regions.
  • Region V is a region that overlaps the zenith and is located directly above the illumination spot BS formed on the surface of the sample 1.
  • Regions L1-L6 are regions that equally divide an annular region surrounding 360 degrees around the illumination spot BS at a low position, and regions L1, L2, L3, L4 counterclockwise from the incident direction of obliquely incident illumination when viewed upward. They are arranged in the order of L5 and L6. Of these areas L1-L6, the areas L1-L3 are located on the right side with respect to the illumination spot BS, the area L1 is located on the right rear side of the illumination spot BS, the area L2 is located on the right side, and the area L3 is located on the right front side.
  • the regions L4-L6 are located on the left side with respect to the illumination spot BS, the region L4 is located on the left front side of the illumination spot BS, the region L5 is located on the left side, and the region L6 is located on the left rear side.
  • the remaining regions H1-H6 are regions in which an annular region surrounding 360 degrees around the illumination spot BS is equally divided at a high position (between regions L1-L6 and region V), and incidental oblique incident illumination is incident when viewed from above.
  • the regions H1, H2, H3, H4, H5, and H6 are arranged counterclockwise from the direction.
  • the arrangement of the high-angle regions H1-H6 is shifted by 30 degrees from the top with respect to the low-angle regions L1-L6.
  • the region H1 is located behind the illumination spot BS, and the region H4 is located in front of the illumination spot BS.
  • the regions H2 and H3 are located on the right side of the illumination spot BS, the region H2 is located on the right rear side of the illumination spot BS, and the region H3 is located on the right front side.
  • the regions H5 and H6 are located on the left side with respect to the illumination spot BS, the region H5 is located on the left front side of the illumination spot BS, and the region H6 is located on the left rear side.
  • the scattered light incident on the detection optical system B1-Bn is condensed and guided to the corresponding sensor C1-Cn.
  • the detection optical system B1 of FIG. 1 is the region L4 of FIG. 7
  • the detection optical system B2 is the region L6
  • the detection optical system B3 is the optical that collects scattered light in the region V. It can handle an example of a system.
  • the scattered light incident on the detection optical system B3 is optical path branched by the reflection mirror B'1 and guided to the sensor C3'as well as the sensor C3.
  • FIG. 8 is a block diagram of the detection optical system B3 in which scattered light emitted from the sample 1 in the normal direction is incident
  • FIG. 9 is an arrow view taken along line IX-IX in FIG.
  • the detection optical system B3 includes a condenser lens (objective lens) B3a and an imaging lens B3b, and the scattered light collected by the condenser lens B3a is guided to the sensor C3 by the imaging lens B3b. This point is the same as other detection optical systems B1, B2, B4 ...
  • the detection optical system B3 differs from other detection optical systems in that the reflection mirror B'1 is arranged at the position of its own pupil between the condenser lens B3a and the imaging lens B3b.
  • the condenser lens B3a of the detection optical system B3 also serves as a condenser lens that guides epi-illumination to the sample 1.
  • the reflection mirror B'1 also plays a role of branching a part of the optical path of the scattered light incident on the detection optical system B3 from the illumination spot BS by oblique incident illumination or epi-illumination.
  • the illumination spot BS has a long linear intensity distribution in the s2 direction.
  • the reflection mirror B'1 is longer than the spot BS in the minor axis direction (s1 direction) of the linear illumination spot BS when viewed from the sensor C3 side, and is longer in the major axis direction (s2) of the illumination spot BS. It has a shape shorter than the spot BS in the direction).
  • the scattered light incident on the detection optical system B3 from the sample 1 and reflected by the reflection mirror B'1 is sent to the sensor C3'via the polarization control unit B'2, the polarization beam splitter B'3, and the imaging lens B'4. Be guided.
  • the polarization control unit B'2 includes a 1/4 wave plate B'a and a 1/2 wave plate B'b, and arbitrarily emits scattered illumination light incident from the reflection mirror B'1. Can be adjusted to the polarization of.
  • the illumination scattering incident on the polarizing beam splitter B'3 is incident on the image forming lens B'4 so that the illumination scattered light reflected by the reflection mirror B'1 passes through the polarizing beam splitter B'3 and is incident on the imaging lens B'4.
  • the polarization of light is controlled by the polarization control unit B'2. Further, even under the condition of epi-illumination in which the reflection mirror A7 is removed from the optical path, the polarization control is performed so that the illumination light traveling toward the sample 1 is incident on the detection optical system B3 with polarized light in an arbitrary direction (for example, circularly polarized light).
  • the polarization of the illumination light can be controlled by the unit B'2.
  • the sensors C1-Cn and C3' are single-pixel point sensors that convert the illuminated scattered light collected by the corresponding detection optical system into an electric signal and output the detection signal.
  • a photomultiplier tube or SiPM silicon photomultiplier tube
  • the sensors C1, C2, C3 ... Correspond to the detection optical systems B1, B2, B3 ...
  • the sensor C3' corresponds to the detection optical system B3 in addition to the sensor C3.
  • the control device E1 is a computer that controls the defect inspection device 100 in an integrated manner, and includes a ROM, a RAM, other memories, a CPU, an FPGA, a timer, and the like.
  • the control device E1 is connected to the user interface E2, the monitor E3, and the signal processing device D by wire or wirelessly.
  • the user interface E2 is a device for a user to input various operations, and various input devices such as a keyboard, a mouse, and a touch panel can be appropriately adopted.
  • the encoder of the rotation stage and the translation stage, the inspection conditions input from the user interface E2 according to the operation of the operator, and the like are input.
  • the inspection conditions include, for example, the type, size, shape, material, lighting conditions, detection conditions, and the like of the sample 1. Further, the control device E1 outputs a command signal for instructing the operation of the stage ST, the illumination optical system A, or the like according to the inspection conditions, and the signal processing device D outputs the coordinate data of the illumination spot BS synchronized with the defect detection signal. Output to.
  • the control device E1 also displays and outputs the defect inspection result by the signal processing device D to the monitor E3.
  • a DR-SEM Defect Review-Scanning Electron Microscope
  • the signal processing device D is a computer that processes the detection signal input from the sensors C1-Cn and C3', and like the control device E1, includes a CPU, FPGA, timer, etc. in addition to ROM, RAM, and other memories. It is configured.
  • the signal processing device D is assumed to be composed of a single computer forming a unit with the device main body (stage, illumination optical system, detection optical system, sensor, etc.) of the defect inspection device 100, but a plurality of computers. It may be composed of.
  • a server can be used for one of a plurality of computers. This is an example of including the server as a component of the defect inspection device 100.
  • a computer attached to the main body of the device acquires a defect detection signal from the main body of the device, processes the detection data as necessary and sends it to the server, and the server executes processing such as detection and classification of defects. Can be.
  • the signal processing device D includes a signal integration circuit D1, a filter circuit D2, a signal separation circuit D3, a defect detection circuit D4, and a new defect determination circuit D5.
  • Each of these circuits can be configured with an FPGA, for example. Also, at least some of the functions of these circuits (especially downstream process processing) can be performed on the server.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an example of the signal integration circuit D1 of the signal processing device D.
  • the detection signal ⁇ photoelectrically converted by the sensors C1-C13 and C3' is input to the signal processing device D, it is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown) and input to the signal integration circuit D1.
  • each detection signal ⁇ input to the signal integration circuit D1 is used as a subscript in a region (regions L1-L6, H1-H6, V described with reference to FIG. 7) in which the underlying scattered light is focused. Distinguish.
  • the signal integration circuit D1 is configured to include a plurality of adders, and is based on a group of detection signals simultaneously input from a plurality of sensors, and at least one integrated signal obtained by adding a plurality of detection signals in a predetermined combination.
  • the first signal group including is generated and output.
  • the output first signal group is recorded in a memory (for example, the memory of the signal processing device D or the device connected to the signal processing device D).
  • the "group of detection signals” refers to a signal group consisting of detection signals ⁇ L1- ⁇ L6, ⁇ H1- ⁇ H6, ⁇ V having the same detection time.
  • the "first signal group” is a signal ⁇ L1- ⁇ L6 based on these simultaneously detected detection signals ⁇ L1- ⁇ L6, ⁇ H1- ⁇ H6, ⁇ V, and adding other detection signals as necessary under a predetermined rule. , ⁇ H1- ⁇ H6, ⁇ V as constituent signals.
  • the signal integration circuit D1 generates an integrated signal by adding at least one other detection signal to one detection signal based on the rear scattered light, and values the detection signal of the rear scattered light.
  • the integrated signal is output instead of the original low signal.
  • the signal based on the scattered light behind is amplified to a signal level suitable for processing by the filter circuit D2.
  • the signal integration circuit D1 is configured to add the detection signals detected by a plurality of detection optical systems in which each objective lens is arranged in the space on the same side on the left and right in generating the integrated signal. It has been done. Specifically, in the space on the same side, the detection signal based on the illumination scattered light scattered forward is added to the detection signal based on the illumination scattered light scattered backward when viewed in the incident direction of the illumination light. Ru.
  • the detection signal of the low-angle scattered light is added to the detection signals of the low-angle scattered light
  • the detection signal of the high-angle scattered light is added to the detection signals of the high-angle scattered light.
  • the detection signal ⁇ L4 caused by the scattered light captured in the low angle region L6 on the left rear side is added to the detection signal ⁇ L4 caused by the scattered light captured in the low angle region L4 on the left front side.
  • the signal integration circuit D1 is an element of the first signal group as a non-integrated signal without adding at least one of a plurality of detection signals based on the illumination scattered light scattered forward to the other signals. Is output as. This is because the signal level of the forward scattered light detection signal is originally high, and its reliability may be lowered if it is combined with other signals.
  • the filter circuit D2 executes a filter process on each of the signals ⁇ L1- ⁇ V, ⁇ H1- ⁇ H6, ⁇ V constituting the first signal group generated by the signal integration circuit D1, respectively, and the signal ⁇ L1- ⁇ L6 constituting the second signal group. , ⁇ H1- ⁇ H6, ⁇ V is generated and output.
  • the output second signal group is recorded in a memory (for example, the memory of the signal processing device D or the device connected to the signal processing device D).
  • the filter circuit D2 executes a filter process for each signal ⁇ L1 ... ⁇ V constituting the first signal group based on the illumination profile of the illumination spot BS on the surface of the sample 1.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of a first example of filter processing executed by the filter circuit D2 of the signal processing device D.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents signal values.
  • the time represented by the horizontal axis corresponds to the ⁇ coordinate of the signal sampling point on the same r coordinate line on the surface of the sample 1.
  • the signal waveform shown in FIG. 11 is a waveform obtained when a predetermined minute foreign matter passes through the illumination spot BS.
  • the signal waveform is represented by the sum of the haze from the sample and the amount of scattered light from the minute foreign matter.
  • the signal from a minute foreign substance changes abruptly, so it can be separated by applying a low frequency cut filter to the input signal.
  • the signal that has passed through the low-frequency cut filter corresponds to the illumination profile of the illumination spot BS in the s1 direction (the rotation direction of the sample 1 when scanning in a spiral orbit).
  • the minimum value of the signal for the predetermined time T1 is the first threshold value Thmin or more
  • the maximum value of the signal for the same predetermined time T1 is the first. It is defined as 2 thresholds Thmax or more.
  • the illumination profile typically takes a Gauss profile, it contains DC component signals, and low frequency cut signals weaken not only haze but also foreign matter signals. Therefore, when it is determined that the signal may be scattered light from a scattering defect, the difference between the average light amount including the signal section of T1 for a predetermined time and the average light amount not included in the signal passing through the low frequency cut filter is added. to add.
  • this value for example, a signal ⁇ (for example, signal ⁇ L1) having coordinates corresponding to the central time of a predetermined time T1
  • the decrease in the scattered light intensity from foreign matter due to the low frequency cut filter is suppressed. If it is not determined that there is a possibility of scattered light from a defect, this correction is not performed.
  • defect candidates are extracted from the signal ⁇ calculated for the same coordinates under predetermined determination conditions, and the defect candidate signal ⁇ is output.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a second example of the filter circuit D2 of the signal processing device D
  • FIG. 13 is a circuit diagram of a filter unit and a noise removing unit of the filter circuit D2 of FIG. 12
  • FIG. 14 is a diagram. It is a schematic diagram of the kernel used in the filter part of 13.
  • the second example of the filter circuit D2 described with reference to FIGS. 12 to 14 is an advantageous example for detecting a defect having a smaller amount of scattered light than the first example.
  • the filter circuit D2 exemplified in FIG. 12 includes a memory unit ML1-ML6, MH1-MH6, MV, a filter unit FL1-FL6, FH1-FH6, FV, a noise removal unit RL1-RL6, RH1-RH6, RV, and defect candidate extraction. It is configured to include the circuit D2a.
  • the memory unit ML1 ... MV, the filter unit FL1 ... FV, the noise removing unit RL1 ... RV, and the defect candidate extraction circuit D2a can be mounted on the same computer, but can also be mounted separately on different computers.
  • the processing of the memory unit ML1 ... MV and the filter unit FL1 ... FV may be executed by the computer attached to the main body of the apparatus, and the processing of the noise removing unit RL1 ... RV and the defect candidate extraction circuit D2a may be executed by the server. can.
  • the memory unit ML1 ... MV is a circuit that stores and stores the corresponding signal ⁇ .
  • the signal ⁇ L1 is sequentially recorded in the memory unit ML1 and the signal ⁇ L2 is sequentially recorded in the memory unit ML2.
  • the filter unit FL1 ... FV is a circuit that divides the signal ⁇ for a certain period of time recorded in the corresponding memory unit M into two channels and performs cross-correlation calculation with the lighting profile.
  • the noise removing unit RL1 ... RV is a circuit that determines noise such as electrical noise and shot noise based on the deviation of the two components obtained by the cross-correlation calculation and determines the signal ⁇ to be output.
  • the filter unit FL1 reads out the signal ⁇ L1 recorded in the memory unit ML1 in chronological order, and extracts high frequency components of each signal.
  • the figure illustrates a configuration in which a low-frequency component of the signal ⁇ L1 is extracted by an LPF (low-frequency filter), and the extracted low-frequency component is subtracted from the base signal ⁇ L1 to extract a high-frequency component. It can be changed as appropriate.
  • the signal ⁇ L1 from which these low-frequency components are cut is alternately distributed in chronological order in the filter unit FL1 and separated into two channels.
  • the signal ⁇ L1 distributed to the two channels is filtered by the cross-correlation operation with the corresponding kernel.
  • the kernel used for the cross-correlation calculation is data corresponding to the illumination profile of the illumination spot BS, and kernel XcorA for the first channel and kernel XcorB for the second channel are prepared respectively. ..
  • the configuration data of the kernels XcorA and XcorB correspond to the data of the illumination profile in the s1 direction of the illumination spot BS extracted at two cycle intervals of the sampling cycle of the detection signal.
  • the kernels XcorA and XcorB are superimposed, the signal waveform shown in FIG. 11 is obtained.
  • the signal ⁇ L1 distributed to the first channel is cross-correlated with the kernel XcorA, and the signal ⁇ L1 distributed to the first channel is cross-correlated with the kernel XcorB.
  • the values sequentially calculated in the first channel and the second channel are recorded in the memory as needed and output to the noise reduction unit RL1.
  • the processing up to this point is executed by the filter unit FL1.
  • the two component values obtained by executing the filter processing for each of the two channels in the filter unit FL1 are compared. If the difference between the two component values is larger than the set value, the larger value of the two component values is removed and the smaller value is selected as the signal ⁇ L1 constituting the second signal group, and the difference between the two component values. If is less than the set value, the average value of the two component values is selected as the signal ⁇ L1.
  • the selected signal ⁇ L1 is output from the noise removing unit RL1 and input to the defect candidate extraction circuit D2a. At that time, the low frequency component separated from the signal ⁇ L1 by the LPF may be added to the signal ⁇ L1.
  • the scanning lines for two laps of the r-week and the (r + 1) lap cross the typical microdefects.
  • the finer the spiral pitch the more scan lines will cross the defect.
  • the component values of the same ⁇ coordinates output from the filter unit FL1 for the same defect are two for each of the two channels. It is the above-mentioned (Equation 1) and (Equation 2) that a plurality of component values of the same ⁇ coordinates output from the filter unit FL1 are added with a gain in each channel for such the same defect.
  • the range of the r coordinates to be added in (Equation 1) and (Equation 2) can be set to the length of the illumination spot BS in the s2 direction (for example, the beam width l1 in FIG. 5).
  • the values calculated by the calculators R1 and R2 are input to the adder R3 and the comparator R4.
  • the two values input from the arithmetic units R1 and R2 to the adder R3 are totaled, further multiplied by 0.5 by the multiplier R5, and the average value is input to the selector R8.
  • This average value is proportional to the signal ⁇ L1.
  • the two values input from the arithmetic units R1 and R2 to the comparator R4 are determined to be large or small, and the larger value (maximum value) and the smaller value (minimum value) are discriminated and output.
  • the maximum value is input from the comparator R4 to the multiplier R6, multiplied by the threshold value Th (0 ⁇ Th ⁇ 1) by the multiplier R6, and input to the amplifier R7. Further, the minimum value is input from the comparator R4 to the selector R8 and the amplifier R7. In the amplifier R7, the minimum value is subtracted from the value input from the multiplier R6, and if the difference takes a positive value, this is amplified and output to the selector R8 as a control signal.
  • the selector R8 selects the minimum value input from the comparator R4 if a control signal is input, selects the average value input from the multiplier R5 if there is no control signal input, and signals the selected signal to the signal ⁇ L1. Is output as.
  • the minimum value of the two values is output as the signal ⁇ L1 and the two values are set by the threshold value Th. If there is no difference of more than the value, the average value of the two values is output as the signal ⁇ L1. For example, if the values calculated in the two channels in the filter unit FL1 are based on the scattered light from the sample 1, it is expected that the magnitudes of these two values will be about the same. The same applies to the values calculated by the calculators R1 and R2.
  • the signal ⁇ L1 used as the basis of the calculation is a signal based on the scattered light from the sample 1, and the arithmetic units R1 and R2 can be used.
  • the average value of the calculated values can be treated as the signal ⁇ L1.
  • the value calculated on the two channels in the filter unit FL1 is greatly affected by noise, a difference occurs between the two values, and the difference between the values calculated by the calculators R1 and R2 exceeds the set value. Occurs. In this case, the influence of noise is suppressed by ignoring the maximum value of the value calculated by the arithmetic units R1 and R2 and treating the minimum value as the signal ⁇ L1.
  • FIG. 15 is a diagram showing the difference between the signals output for the same input signal between the first example of FIG. 11 and the second example of FIGS. 12-14.
  • the upper figure of FIG. 15 is the signal ⁇ input to the filter circuit D2, and the lower figure is the signal ⁇ calculated by the filter circuit D2.
  • the signal depending on the defect is only the largest peak, and all the other peaks are noise.
  • the signal depending on the defect is clarified in both the first example and the second example, but there is a difference in the output characteristic of the signal ⁇ between the first example and the second example. Can be seen.
  • the first example and the second example can be selected and adopted according to the difference in the characteristics. As described above, under the condition that the amount of scattered light is insufficient, good results are expected from the viewpoint of defect detection accuracy in the second example as compared with the first example in FIG.
  • FIG. 16 shows the first defect candidate extraction circuit D2a1 of the filter circuit D2, and FIG. 17 shows the second defect candidate extraction circuit D2a2.
  • the defect candidate extraction circuit D2a1 shown in FIG. 16 is a circuit for extracting a signal that is a candidate for a defect requiring detection (hereinafter, DOI: Defect of Interest) to be detected, and extracts a signal that is a candidate for DOI. It is configured according to the detection characteristics of the DOI.
  • the defect candidate extraction circuit D2a2 shown in FIG. 17 is a circuit configured to extract signals for a wide variety of defects including not only DOIs that require detection but also defects that do not need to be detected (hereinafter, nuisance). ..
  • Defect inspection equipment is required to have the ability to accurately distinguish DOI from nuisance, wafer roughness, shot noise, and the like.
  • At least the first defect candidate extraction circuit D2a1 of the defect candidate extraction circuits D2a1 and D2a2 is mounted as the defect candidate extraction circuit D2a in the defect inspection device 100, and both the defect candidate extraction circuits D2a1 and D2a2 are mounted. You can also.
  • the first defect candidate extraction circuit D2a1 is configured with the intention of extracting signals caused by DOI by appropriately distinguishing them from signals caused by nuisance, wafer roughness, noise, and the like. There is.
  • the circuit shown in FIG. 16 is an example of a configuration of a logic circuit assuming a case where a dust-generating foreign substance generated in a semiconductor process is used as a DOI.
  • FIG. 18 shows a top view showing the light intensity distribution of the scattered light incident on the hemisphere described in FIG. 7 when a typical minute foreign substance is illuminated.
  • the defect candidate extraction circuit D2a1 is configured by using the minimum value selector Da1-Da3, the binarization processor Db1-Db3, and the OR circuit Dc1.
  • the signals ⁇ L1 and ⁇ L6 are input to the minimum value selector Da1, and the minimum values of the signals ⁇ L1 and ⁇ L6 are input from the minimum value selector Da1 to the binarization processor Db1. If the minimum value input to the binarization processor Db1 is equal to or greater than the set value, a signal is input from the binarization processor Db1 to the OR circuit Dc1.
  • the signals ⁇ L1 and ⁇ L6 are signals based on the scattered light scattered in the symmetrical regions L1 and L6 behind the low angle in FIG. The fact that these minimum values are equal to or more than a certain value means that scattered light of a certain amount or more is scattered on both the left and right sides behind the low angle, which meets the determination condition of the scattered light scattered by the DOI.
  • the minimum value selector Da2 has signals ⁇ L2, ⁇ L5 corresponding to the symmetrical regions L2 and L5 on the side of the low angle
  • the minimum value selector Da3 has the signals ⁇ L2 and ⁇ L5 on the symmetrical regions L3 and L4 on the front of the low angle.
  • the corresponding signals ⁇ L3 and ⁇ L4 are input respectively.
  • the minimum value of the signals ⁇ L2 and ⁇ L5 is input from the minimum value selector Da2 to the binarization processor Db2, and the signal is input from the binarization processor Db2 to the OR circuit Dc1 only when it is equal to or more than the set value. ..
  • the minimum value of the signals ⁇ L3 and ⁇ L4 is input from the minimum value selector Da3 to the binarization processor Db3, and the signal is input from the binarization processor Db3 to the OR circuit Dc1 only when it is equal to or more than the set value. ..
  • the OR circuit Dc1 extracts and outputs a second signal group which is the basis of the signal as a DOI candidate signal.
  • the second defect candidate extraction circuit D2a2 is configured to extract not only the signal caused by DOI but also the signal caused by nuisance.
  • the dust-generated foreign matter generated in the semiconductor process is DOI
  • the nuisance is other defects such as PID (Polish Induced Defect) generated in the polishing process, scratches, and crystal defects generated on the surface of the silicon wafer.
  • PID Policy (Polish Induced Defect) generated in the polishing process
  • scratches and crystal defects generated on the surface of the silicon wafer.
  • Signals not caused by defects, such as signals caused by wafer roughness and noise, may be extracted.
  • the circuit shown in FIG. 17 is an example of a configuration of a logic circuit for that purpose. Unlike the circuit of FIG. 16 in which the detection target is narrowed down to the DOI, the circuit of FIG.
  • the 17 uses a signal ⁇ H1 that relies on high-angle scattered light in addition to the signal ⁇ L1- ⁇ L6 that relies on low-angle scattered light.
  • the signal ⁇ H1 is based on the sum of the detection signals of the scattered light incident on the high-angle regions H1-H6.
  • the defect candidate extraction circuit D2a2 is configured by using the adder Da4-Da6, the binarization processor Db4-Db7, and the OR circuit Dc2. Specifically, the signals ⁇ L1 and ⁇ L6 are input to the adder Da4, and the total value of the signals ⁇ L1 and ⁇ L6 is input from the adder Da4 to the binarization processor Db4. If the total value input to the binarization processor Db4 is equal to or greater than the set value, a signal is input from the binarization processor Db4 to the OR circuit Dc2. If the total value input to the binarization processor Db4 is less than the set value, no signal is input from the binarization processor Db4 to the OR circuit Dc2.
  • the signals ⁇ L1 and ⁇ L6 are signals based on the scattered light scattered in the symmetrical regions L1 and L6 behind the low angle in FIG.
  • the event that the total value of these values exceeds a certain value is not limited to the case where the scattered light above a certain level is scattered on both the left and right behind the low angle, and the case where the scattered light less than a certain value is scattered on both the left and right sides, either left or right. In many cases, such as when scattered light above a certain level is scattered. The total value may exceed a certain level due to the influence of noise without relying on scattered light.
  • the signals ⁇ L2 and ⁇ L5 are input to the adder Da5, and the signals ⁇ L3 and ⁇ L4 are input to the adder Da6.
  • the total value of the signals ⁇ L2 and ⁇ L5 is input from the adder Da5 to the binarization processor Db5, and if it is equal to or more than the set value, the signal is input from the binarization processor Db5 to the OR circuit Dc2.
  • the total value of the signals ⁇ L3 and ⁇ L4 is input from the adder Da6 to the binarization processor Db6, and if it is equal to or more than the set value, the signal is input from the binarization processor Db6 to the OR circuit Dc2.
  • the signal ⁇ H1 is input to the binarization processor Db7, and if it is equal to or more than the set value, the signal is input from the binarization processor Db7 to the OR circuit Dc2.
  • the OR circuit Dc2 extracts and outputs a second signal group which is the basis of the signal.
  • the defect candidate extraction circuit D2a2 of FIG. 17 an extremely large number of signals including nuisances such as scratches and crystal defects are extracted as compared with the defect candidate extraction circuit D2a1 of FIG.
  • FIG. 16 illustrates a configuration example of the defect candidate extraction circuit D2a1 which represents the light intensity distribution of the scattered light incident when the typical minute foreign matter is illuminated in FIG. 18 and uses this as the DOI. did.
  • the configuration of the defect candidate extraction circuit D2a1 allows different configurations depending on the type of DOI to be detected or the typical nuisance to be eliminated.
  • FIG. 19 is a model diagram of scratch defects
  • FIGS. 20 to 22 are views showing the light intensity distribution of scattered light incident when the scratch defects are illuminated on the hemisphere described with reference to FIG. 7 in a top view.
  • the scratch defect is a typical example of the anisotropic defect, has a large length dimension with respect to the width, and is inclined at an inclination angle ⁇ with respect to the illumination direction of the oblique incident illumination.
  • Illumination scattered light from scratch defects is characterized by being scattered to the left and right with different intensities as shown in FIGS. 20 to 22.
  • the circuit shown in FIG. 16 suppresses the detection of scratches that are nuisances, and increases the sensitivity specifically for foreign substances that are DOIs. Can be done.
  • a logic circuit for determining asymmetry is configured instead of a logic circuit for determining the symmetry of the left and right scattered light intensities as in the circuit of FIG.
  • a minimum value selector By combining a minimum value selector, a maximum value selector, and a binarization processor, a signal is output to the OR circuit Dc1 when the maximum value of the signals ⁇ L1 and ⁇ L6 is above a certain level and the minimum value is below a certain level.
  • the circuit can be exemplified. It is considered that shot noise and electrical noise are not symmetrical on the left and right, and can be applied to noise discrimination by adjusting the set value of the binarization processor.
  • FIG. 23 is a circuit diagram of the signal separation circuit D3 of the signal processing device D of FIG.
  • the signal separation circuit D3 generates and outputs the signal ⁇ L1 ... ⁇ V of the third signal group including the separation signal separated from the signal corresponding to the integrated signal according to a predetermined rule based on the signal ⁇ L1 ... ⁇ V of the second signal group. ..
  • the output third signal group is recorded in a memory (for example, the memory of the signal processing device D or the device connected to the signal processing device D).
  • the separated signal is generated by subtracting another signal constituting the second signal group from at least one of the signals constituting the second signal group.
  • the signal separation circuit D3 subtracts at least one other signal (for example, signal ⁇ L2) constituting the second signal group from the signal (for example, signal ⁇ L1) of the first signal group corresponding to the integrated signal (for example, signal ⁇ L1).
  • the detection signals are added together on the same side on the left and right to generate an integrated signal, so that the detection signal as the basis of the signals constituting the second signal group is in the space on the same side on the left and right.
  • Separated signals are generated by subtracting the collected objects from each other.
  • the signals ⁇ L1- constituting the third signal group are as follows. ⁇ L6, ⁇ H1- ⁇ H6, ⁇ V are calculated.
  • the signal ⁇ L1 ... ⁇ V output from the signal separation circuit D3 corresponds to the detection signal ⁇ L1 ... ⁇ V input to the signal integration circuit D1.
  • the detection signals ⁇ L1 ... ⁇ V were once appropriately integrated for processing by the filter circuit D2, it is necessary to know the magnitude of the detection signal of each sensor when analyzing defects in various feature space by defect detection. desirable. Therefore, the signal processed by the signal integration circuit D1 is separated after the filter processing.
  • FIG. 23 illustrates a configuration in which the signals ⁇ L1 ... ⁇ V are returned to the signals corresponding to the detection signals ⁇ L1 ... ⁇ V, but it is not necessary to completely return all the integrated signals to the basic detection signals.
  • the six high-angle signals ⁇ H1- ⁇ H6 may be configured to be output as four signals of detection signal ⁇ H3 + ⁇ H4 + ⁇ H5, detection signal ⁇ H6 + ⁇ H1 + ⁇ H2, detection signal ⁇ H2 + ⁇ H3, and detection signal ⁇ H5 + ⁇ H5.
  • the detection signal ⁇ H3 + ⁇ H4 + ⁇ H5 corresponds to the high angle front
  • the detection signal ⁇ H6 + ⁇ H1 + ⁇ H2 corresponds to the high angle rear
  • the detection signal ⁇ H2 + ⁇ H3 corresponds to the high angle right
  • the detection signal ⁇ H5 + ⁇ H5 corresponds to the high angle left integrated signal.
  • FIG. 24 is an explanatory diagram of an example of the concept of defect determination of the defect detection circuit D4 of the signal processing device D of FIG.
  • the defect detection circuit D4 executes a process of detecting or classifying defects based on the third signal group output from the signal separation unit D3.
  • whether or not the detection defect is a DOI depends on whether or not the position of the detection defect in the feature amount space in which the coordinate axis is selected from the signals ⁇ L1 ... ⁇ V of the third signal group belongs to the preset determination region. Is determined.
  • the detection defect is a DOI depends on whether or not the position of the detection defect in the feature amount space in which the coordinate axis is selected from the signals ⁇ L1 ... ⁇ V of the third signal group belongs to the preset determination region. Is determined.
  • Both the cross mark and the point mark represent a vector representing the inspection result of the sample 1.
  • the area represented by an ellipse in the figure is a determination area for determining a defect in this feature space.
  • the vector represented by the point mark within the determination region is determined to be DOI, and the vector represented by the cross mark outside the determination region is determined to be nuisance.
  • Machine learning, Mahalanobis distance, deep learning, etc. can be applied to this feature space determination.
  • the defect inspection data determined by the defect detection circuit D4 is recorded in a memory (for example, the memory of the signal processing device D or the device connected to the signal processing device D).
  • FIG. 25 is an explanatory diagram of an example of the concept of new defect determination of the new defect determination circuit D5 of the signal processing device D of FIG. 27.
  • the defect inspection device used at that time may be the defect inspection device 100 of the present embodiment or another defect inspection device.
  • the new defect determination circuit D5 detects the new defect generated by the semiconductor manufacturing process P as the DOI when the defect inspection device 100 of the present embodiment performs the defect inspection. ..
  • the signal processing device D past defect inspection data for the same sample 1 read from the memory, specifically, defects obtained between the semiconductor manufacturing process P and the previous semiconductor manufacturing process.
  • the inspection data is read.
  • Any of the memory of the defect inspection device 100, the memory of the device (server or the like) connected to the defect inspection device 100, the database DB (FIG. 1), and the like may be configured to read the past defect inspection data.
  • the defect cluster region in the sample 1 is set from the past defect inspection data. For example, the cluster region determines whether the distance from the nearest defect for each defect is less than or equal to the set distance on the coordinates of the surface of the sample 1 for the past defect inspection data, and is in a positional relationship close to the set distance or less2.
  • the past defect inspection data is data generated under the conditions of detection including not only the DOI that requires detection but also the nuisance that does not need to be detected.
  • the defect candidate extraction circuit D2a2 described above with reference to FIG. 17 conditions for positively detecting many defects including nuisance are set.
  • the defect determination as described in FIG. 24, for example is not performed even in the defect detection process, and both defects inside and outside the defect determination region are included in the defect inspection data.
  • FIG. 25 a large number of defects can be detected in the past defect inspection data regardless of whether it is necessary or not.
  • both the positive nuisance detection by the defect candidate extraction circuit D2a2 and the non-removal of the nuisance in the defect detection step may not be performed, but only one of them may be performed.
  • a specific type of defect that is assumed to occur in the semiconductor manufacturing process P is set as a DOI, and the DOI is as shown in the defect candidate extraction circuit D2a1 described above with reference to FIG. Target and extract defect candidates.
  • the defect inspection after the semiconductor manufacturing process P as described with reference to FIG. 24 in the defect detection process, only the defects inside the defect determination region are included in the defect inspection data as DOIs.
  • This coordinate deviation is the coordinate deviation of the inspection result before and after the semiconductor manufacturing process P, and based on this coordinate deviation, the coordinate deviation of the detected defect with respect to the past defect inspection data can be corrected.
  • the inspection results before and after the semiconductor manufacturing process P are compared to determine the new defect, so that the new defect can be determined with high accuracy.
  • defect inspection data for the final extraction of new defects and the coordinate alignment are used. It is also conceivable to prepare defect inspection data for the purpose.
  • the defect inspection data for coordinate alignment sets a wider determination area than the defect inspection data for extracting new defects.
  • nuisances with similar features are detected, and the number of detected defects increases. Since the DOI of the defect inspection performed after the semiconductor manufacturing process P is a new defect generated in the semiconductor manufacturing process P, the defect detected as the DOI may not include the data found in the past defect inspection data. There is sex.
  • the defect inspection device 100 By using the defect inspection device 100, as described above, not only isotropic defects but also anisotropic defects can be detected with high accuracy. At the time of defect detection, the defect detection accuracy is also improved by separating the integrated signal and ensuring the accuracy of the feature amount of the scattered light in each direction. Since the defect type can be identified with high accuracy in this way, the defect that tends to occur in a specific semiconductor manufacturing process can be set in the DOI, and the defect of that type can be detected with high accuracy. Taking advantage of this advantage, it is possible to identify whether the detected DOI is a defect actually generated in the semiconductor manufacturing process, which can be useful for evaluation of the semiconductor manufacturing process.
  • the new defect determination circuit D5 is as described above.
  • the first inspection step of inspecting the surface of the sample 1 is carried out, the predetermined semiconductor manufacturing process P is applied to the sample 1 inspected in the first inspection step, and the surface of the sample 1 subjected to the predetermined semiconductor manufacturing process P.
  • the second inspection process for inspecting is carried out.
  • a defect cluster region is set from the defect inspection data of the first inspection step.
  • the defects detected in the first inspection step and the second inspection step are associated with each other, and the defects detected only in the second inspection step and out of the cluster region are determined to be new defects generated in the semiconductor manufacturing process P. ..
  • the sample 1 is inspected under the condition that more defects are detected than in the second inspection step, including not only the DOI requiring detection but also the nuisance that does not need to be detected.
  • the coordinate deviation of the defect detected in both the first inspection step and the second inspection step is specified, and the coordinate deviation of the detected defect in the second inspection step is corrected with respect to the defect inspection data in the first inspection step. To determine a new defect. As a result, new defects are detected with high accuracy.
  • the accuracy of determining the defect type can be improved by separating the integrated signal after the filter processing as described above and ensuring the accuracy of the feature amount of the scattered light in each direction. .. As a result, it is possible to suppress the ambiguity of the scattered distribution of the illuminated scattered light due to the integration of the detection signals, and it is possible to detect the DOI with high accuracy in distinction from the nuisance.
  • the detection signal of the scattered light scattered in the space on the left side is integrated with the detection signal of other scattered light scattered in the space on the left side.
  • the detected signal of scattered light scattered in the space on the right side is integrated with the detection signal of other scattered light scattered in the space on the right side.
  • the identification sensitivity of the anisotropic defect can be improved by integrating the detection signals on the same left and right sides with respect to the illumination direction.
  • the intensity of scattered light to the rear is generally weak. Therefore, when performing the integrated processing, mainly the backscattered light (for example, the illumination scattered light to the left front) scattered on the same side on the left and right in the detection signal of the backscattered light (for example, the illumination scattered light to the left rear). Add the detection signal. As a result, it is possible to appropriately amplify the detection signal having a low signal strength while ensuring the identification sensitivity of the anisotropic defect.
  • the other detection signals are not necessarily added to all the detection signals, but at least one of the detection signals based on the illumination scattered light scattered forward is added to the other signals. Used for filtering without matching. Since the forward scattered light has a high light intensity in the first place, adding the detection signal of the scattered light having a low light intensity to the detection signal may impair the clarity of the feature amount of the detection signal of the forward scattered light. Therefore, the accuracy of the filter processing can be ensured by using the forward scattered light as it is in the subsequent processing without integrating it with other signals.
  • the signal is processed based on the illumination profile of the illumination spot. At that time, when the defect signal is discriminated by comparing with the absolute threshold value as shown in FIG. 11, even the detection signal of the signal scattered from the defect is not detected when the light amount does not reach the threshold value.
  • the defect has a relatively small amount of light. A certain sensitivity can be ensured for the signal.
  • the defect that does not match all the defects included in the past defect inspection data and is out of the cluster area is regarded as a new defect. It can be determined. It is highly possible that the defects forming the cluster have existed for a long time, and by excluding the defects included in the cluster area from the candidates for new defects, it is possible to suppress the calculation load while ensuring the detection accuracy of the new defects.
  • the past defect inspection data used for determining a new defect is data generated under the conditions of detection including not only the DOI requiring detection but also the nuisance not requiring detection.
  • the defects existing before the semiconductor manufacturing process is likely to be found in the past defect inspection data. Therefore, by excluding the defects that match the past defect inspection data from the candidates for new defects, the detection accuracy of the new defects can be ensured.
  • FIGS. 28 to 30 The configuration of the detection optical system and the sensor using the sensor having a plurality of pixels is illustrated in FIGS. 28 to 30.
  • FIG. 29 is a view of the detection optical system shown in FIG. 28 as viewed from above in FIG. 28. 28 and 29 illustrate a configuration in which the sensor is tilted with respect to the detection optical axis.
  • FIG. 30 illustrates a configuration in which the sensor is orthogonal to the detection optical axis.
  • the defect inspection device of the present embodiment corresponds to a device in which each unit of the detection optical system and the sensor of the defect inspection device 100 of the first embodiment is replaced with the configuration example of FIGS. 28 and 29 or the configuration example of FIG. 30.
  • the detection optical system B shown in these figures includes a condenser lens B1", a 1/2 wave plate B2 ", a polarization beam splitter B3", a 1/2 wave plate B4 ", a cylindrical lens B5", and a connection. It is equipped with an image lens B7 "and a beam diffuser B8". Illumination scattered light incident on the detection optical system B "is guided to the sensor C".
  • the sensor C is a CCD sensor, a CMOS sensor, and a PSD (position sensing detector). ) Etc. can be used.
  • the condensing lens B1 collects the illumination scattered light, and the 1/2 wavelength plate B2 "controls the polarization direction.
  • the 1/2 wavelength plate B2" is an actuator (not shown). It is rotatable.
  • the optical path of the light that has passed through the 1/2 wave plate B2 is branched according to the polarization by the polarization beam splitter B3".
  • the light passing through the polarization beam splitter B3 " is controlled by the 1/2 wave plate B4" in a polarization direction suitable for detection in the sensor C ".
  • the optical cylindrical lens B5" which has passed through the 1/2 wave plate B4 ", The cross-sectional shape is adjusted by B6 "and guided to the sensor C” via the imaging lens B7 ".
  • An optical image of the illumination spot 20 is formed on the sensor C "of a plurality of pixels.
  • the detection signal of the optical image photoelectrically converted by each pixel of the sensor C" is signal-processed from the sensor C "as in the first embodiment.
  • the light that is output to the device D and is optically branched by the polarizing beam splitter B3 " is attenuated by the beam diffuser B8" so as not to become stray light.
  • the present invention is also applicable to a defect inspection device using a plurality of sensors having a plurality of pixels in this way.
  • the detection signals ⁇ L1 ... ⁇ V in the first embodiment are replaced with representative values (for example, maximum value and median value) of a plurality of detection signals output from each pixel, and the same processing as in the first embodiment is executed. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the configuration of the signal integration circuit D1 shown in FIG. 10 (that is, the combination of signal integration) is an example, and the combination of signal integration is appropriately changed according to the configuration of the illumination optical system and the detection optical system and the inspection purpose. It is possible. The arrangement and number of the regions L1 ... V for detecting scattered light can also be appropriately changed.
  • both the first example described with reference to FIG. 11 and the second example described with reference to FIGS. 12 to 14 are exemplary, and the signal ⁇ L1 output from the signal integration circuit D1 ... If the SN ratio of ⁇ V is mentioned, the processing content can be changed as appropriate.
  • the configuration shown in FIG. 23 (that is, the combination of the signal to be subtracted and the signal used for subtraction from now on) is an example, and the combination of signal separation can be appropriately changed as in the signal integration circuit D1. be.
  • the method described in FIG. 24 is also an example of the defect detection principle by the defect detection circuit D4, and other methods can be adopted.

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Abstract

試料の表面からの照明散乱光を集光する複数の検出光学系と、対応する検出光学系で集光された照明散乱光を電気信号に変換し検出信号を出力する複数のセンサと、前記複数のセンサから入力された検出信号を処理する信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、前記複数のセンサから入力された一群の検出信号を基礎として、既定の組み合わせで複数の検出信号を足し合わせた統合信号を含む第１信号群を生成し、前記第１信号群を構成する各信号にフィルタ処理を実行して第２信号群を生成し、前記第２信号群を基礎として、前記統合信号に対応する信号から既定の規則で分離した分離信号を含む第３信号群を生成し、前記第３信号群に基づいて欠陥を検出又は分類して欠陥検査データをメモリに格納する欠陥検査装置を提供する。

Description

欠陥検査装置及び欠陥検査方法
　本発明は、試料表面を検査し、欠陥の位置、種類、寸法等を出力する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
　半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留りを向上させるために半導体基板や薄膜基板等の表面の欠陥が検査される。この欠陥検査に用いる欠陥検査装置として、試料表面からの散乱光を位置の異なる複数のセンサで同時に検出し、欠陥の位置や形状、サイズ等について詳細に情報を取得するものが知られている（特許文献１等参照）。
特開２０１１－０１３０５８号公報
　例えば、半導体製造プロセスで使用する各種材料にはｎｍオーダーの極めて小さな異物が混入している場合がある。近年、欠陥検査装置にはこうした極微小な欠陥の検出性能が求められつつある。特許文献１の欠陥検査装置では、照明スポットに対して異なる方向に複数の検出光学系を配置し、複数の方角で照明散乱光を同時に検出することで欠陥について多くの情報が得られる。しかしセンサを増やすとデータ処理が複雑化することから、複数の検出信号を統合する場合がある。この場合、データ処理の複雑化は緩和されるものの照明散乱光の散乱分布が曖昧化する。
　本発明の目的は、検出信号の統合による照明散乱光の散乱分布の曖昧化を抑えることができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、試料を支持する試料台と、前記試料台に載せた試料に照明光を照射する照明光学系と、前記試料台を駆動して前記試料と前記照明光学系の相対位置を変化させる走査装置と、前記試料の表面からの照明散乱光を集光する複数の検出光学系と、対応する検出光学系で集光された照明散乱光を電気信号に変換し検出信号を出力する複数のセンサと、前記複数のセンサから入力された検出信号を処理する信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、前記複数のセンサから入力された一群の検出信号を基礎として、既定の組み合わせで複数の検出信号を足し合わせた統合信号を含む第１信号群を生成し、前記第１信号群を構成する各信号にフィルタ処理を実行して第２信号群を生成し、前記第２信号群を基礎として、前記統合信号に対応する信号から既定の規則で分離した分離信号を含む第３信号群を生成し、前記第３信号群に基づいて欠陥を検出又は分類して欠陥検査データをメモリに格納する欠陥検査装置を提供する。
　本発明によれば、検出信号の統合による照明散乱光の散乱分布の曖昧化を抑えることができる。
本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置の一構成例の概略図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった走査装置による試料の走査軌道の一例を表した模式図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった走査装置による試料の走査軌道の他の例を表した模式図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わったアッテネータを抜き出して表した模式図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった照明光学系により斜方から試料の表面に導かれる照明光の光軸と照明強度分布形状との位置関係を、試料に入射する照明光の入射面で試料を切断した断面で模式的に表した図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった照明光学系により斜方から試料の表面に導かれる照明光の光軸と照明強度分布形状との位置関係を、試料に入射する照明光の入射面に直交し試料の表面の法線を含む面で試料を切断した断面で模式的に表した図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった検出光学系が散乱光を捕集する領域を上方から見て表した図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった、試料から法線方向に出射する散乱光が入射する検出光学系の構成図 図８におけるIX－IX線による矢視図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の信号統合回路の一例の模式図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置のフィルタ回路が実行するフィルタ処理の第１例の説明図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置のフィルタ回路の第２例の模式図 図１２のフィルタ回路のフィルタ部とノイズ除去部の回路図 図１３のフィルタ部で用いるカーネルの模式図 図１１の第１例と図１２－図１４の第２例とで同じ入力信号について出力される信号の違いを表す図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の第１の欠陥候補抽出回路の論理回路図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の第２の欠陥候補抽出回路の論理回路図 図７で説明した半球面に対し微小欠陥を照明した際に入射する散乱光の光強度分布を上面視で表した図 スクラッチ欠陥のモデル図 図７で説明した半球面に対しスクラッチ欠陥を照明した際に入射する散乱光の光強度分布を上面視で表した第１の図 図７で説明した半球面に対しスクラッチ欠陥を照明した際に入射する散乱光の光強度分布を上面視で表した第２の図 図７で説明した半球面に対しスクラッチ欠陥を照明した際に入射する散乱光の光強度分布を上面視で表した第３の図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の信号分離回路の回路図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の欠陥検出回路の欠陥判定の概念の一例の説明図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の新規欠陥判定回路の新規欠陥判定の概念の一例の第１の説明図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の新規欠陥判定回路の新規欠陥判定の概念の一例の第２の説明図 本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置に備わった信号処理装置の新規欠陥判定回路の新規欠陥判定の概念の一例の第３の説明図 本発明の第２実施形態に係る欠陥検査装置に備わった検出光学系及びセンサの一構成例の第１の構成図 本発明の第２実施形態に係る欠陥検査装置に備わった検出光学系及びセンサの一構成例の第２の構成図 本発明の第２実施形態に係る欠陥検査装置に備わった検出光学系及びセンサの他の構成例の構成図
　以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
  以下の実施形態で本発明の適用対象として説明する欠陥検査装置は、例えば半導体等の製造工程の間で実施する試料（ウェハ）の表面の欠陥検査に使用される。各実施形態に係る欠陥検査装置によれば、微小欠陥の検出、欠陥の個数・位置・寸法・種類に関するデータの取得の処理を高速に実行するのに適している。
　（第１実施形態）
　－欠陥検査装置－
　図１は本実施形態に係る欠陥検査装置１００の一構成例の概略図である。本実施形態に係る欠陥検査装置１００は試料１を検査対象とし、この試料１の表面の異物や凹み等の欠陥、特に検査目的に応じた種類の欠陥を検出する。試料１としては、パターンが形成されていない平坦な表面を持つ円板状の半導体シリコンウェハが代表例として想定される。欠陥検査装置１００は、ステージＳＴ、照明光学系Ａ、複数の検出光学系Ｂ１－Ｂｎ（ｎ＝１，２…）、センサＣ１－Ｃｎ，Ｃ３’（ｎ＝１，２…）、信号処理装置Ｄ、制御装置Ｅ１、ユーザインターフェースＥ２、モニタＥ３を含んで構成されている。
　－ステージ－
　ステージＳＴは、試料台ＳＴ１と走査装置ＳＴ２を含んで構成されている。試料台ＳＴ１は試料１を支持する台である。走査装置ＳＴ２は試料台ＳＴ１を駆動して試料１と照明光学系Ａの相対位置を変化させる装置であり、詳しく図示していないが、並進ステージ、回転ステージ、Ｚステージを含んで構成されている。並進ステージにＺステージを介して回転ステージが支持され、回転ステージに試料台ＳＴ１が支持された構成である。並進ステージは回転ステージと共に水平方向に並進移動し、回転ステージが上下に延びる軸心を中心にして回転する。Ｚステージは試料１の表面の高さ調整の機能を果たす。
　図２は走査装置ＳＴ２による試料１の走査軌道を表した模式図である。後述するが、照明光学系Ａから出射される照明光により試料１の表面に照射される照明スポットＢＳは、同図に示すように一方向に長い照明強度分布を持つ。照明スポットＢＳの長軸方向をｓ２、長軸に交わる方向（例えば長軸に直交する短軸方向）をｓ１とする。回転ステージの回転に伴って試料１が回転し照明スポットＢＳが試料１の表面に相対してｓ１方向に走査され、並進ステージの並進に伴って試料１が水平方向に移動し照明スポットＢＳが試料１の表面に相対してｓ２方向に走査される。走査装置ＳＴ２の動作により試料１が回転しながら移動することで、図２に示すように、試料１の中心から外縁まで螺旋状の軌跡を描いて照明スポットＢＳが移動して試料１の全表面が走査される。照明スポットＢＳは、試料１が１回転する間に照明スポットＢＳのｓ２方向の長さ以下の距離だけｓ２方向へ移動する。
　なお、並進ステージの移動軸と水平面内で交わる方向に移動軸を延ばしたもう１つの並進ステージを回転ステージに代えて備えた構成の走査装置を適用することもできる。この場合、図３に示したように、照明スポットＢＳは螺旋軌道ではなく直線軌道を折り重ねて試料１の表面を走査する。具体的には、第１の並進ステージをｓ１方向に定速で並進駆動し、第２の並進ステージを所定距離（例えば照明スポットＢＳのｓ２方向の長さ以下の距離）だけｓ２方向に駆動した後、再び第１の並進ステージをｓ１方向に折り返して並進駆動する。これにより照明スポットＢＳがｓ１方向への直線走査とｓ２方向への移動を繰り返して試料１の全表面を走査する。この走査方式に比べ、図２に示した螺旋走査方式は往復動作を伴わないので短時間で試料の検査を実行する上で有利である。
　－照明光学系－
　図１に示した照明光学系Ａは、試料台ＳＴ１に載せた試料１に所望の照明光を照射するために光学素子群を含んで構成されている。この照明光学系Ａは、図１に示したように、レーザ光源Ａ１、アッテネータＡ２、出射光調整ユニットＡ３、ビームエキスパンダＡ４、偏光制御ユニットＡ５、集光光学ユニットＡ６、反射ミラーＡ７－Ａ９等を備えている。
　・レーザ光源
　レーザ光源Ａ１は、照明光としてレーザビームを出射するユニットである。欠陥検査装置１００で試料１の表面近傍の微小な欠陥を検出する場合、試料１の内部に浸透し難い短波長（波長３５５ｎｍ以下）の紫外又は真空紫外で出力２Ｗ以上の高出力のレーザビームを発振するものがレーザ光源Ａ１として用いられる。レーザ光源Ａ１が出射するレーザビームの直径は、代表的には１ｍｍ程度である。欠陥検査装置１００で試料１の内部の欠陥を検出する場合、波長が長く試料１の内部に浸透し易い可視又は赤外のレーザビームを発振するものがレーザ光源Ａ１として用いられる。
　・アッテネータ
　図４はアッテネータＡ２を抜き出して表した模式図である。アッテネータＡ２はレーザ光源Ａ１からの照明光の光強度を減衰させるユニットであり、本実施形態では、第１偏光板Ａ２ａ、１／２波長板Ａ２ｂ、第２偏光板Ａ２ｃを組み合わせた構成を例示している。１／２波長板Ａ２ｂは、照明光の光軸周りに回転可能に構成されている。アッテネータＡ２に入射した照明光は、第１偏光板Ａ２ａで直線偏光に変換された後、１／２波長板Ａ２ｂの遅相軸方位角に偏光方向が調整されて第２偏光板Ａ２ｃを通過する。１／２波長板Ａ２ｂの方位角調整により、照明光の光強度が任意の比率で減衰されるようにすることができる。アッテネータＡ２に入射する照明光の直線偏光度が十分に高い場合は、第１偏光板Ａ２ａは省略可能である。なお、アッテネータＡ２としては、図４に例示した構成に限らず、グラデーション濃度分布を持つＮＤフィルタを用いて構成することもでき、濃度の異なる複数のＮＤフィルタの組み合わせにより減衰効果が調整可能な構成とすることもできる。
　・出射光調整ユニット
　図１に示した出射光調整ユニットＡ３は、アッテネータＡ２で減衰した照明光の光軸の角度を調整するユニットであり、本実施形態では複数の反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂを含んで構成されている。反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂで照明光を順次反射する構成であるが、本実施形態では、反射ミラーＡ３ａに対する照明光の入射・出射面が、反射ミラーＡ３ｂに対する照明光の入射・出射面に直交するように構成されている。入射・出射面とは、反射ミラーに入射する光軸と反射ミラーから出射される光軸を含む面である。例えば三次元のＸＹＺ直交座標系を定義し、反射ミラーＡ３ａに照明光が＋Ｘ方向に入射するとした場合、模式的な図１とは異なるが、例えば照明光は反射ミラーＡ３ａで＋Ｙ方向に、その後反射ミラーＡ３ｂで＋Ｚ方向に変向する。反射ミラーＡ３ａに対する照明光の入射・出射面がＸＹ平面、反射ミラーＡ３ｂに対する入射・出射面がＹＺ平面となる例である。そして、反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂには、図示していないが反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂをそれぞれ並進移動させる機構及びチルトさせる機構が備わっている。反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂは、例えば自己に対する照明光の入射方向又は出射方向に平行移動し、また入射・出射面との法線周りにチルトする。これにより、例えば出射光調整ユニットＡ３から＋Ｚ方向に出射する照明光の光軸について、ＸＺ平面内におけるオフセット量及び角度と、ＹＺ面内におけるオフセット量及び角度とを独立して調整することができる。本例では２枚の反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂを使用した構成を例示しているが、３枚以上の反射ミラーを用いた構成としても構わない。
　・ビームエキスパンダ
　ビームエキスパンダＡ４は入射する照明光の光束直径を拡大するユニットであり、複数のレンズＡ４ａ，Ａ４ｂを有する。レンズＡ４ａとして凹レンズ、レンズＡ４ｂとして凸レンズを用いたガリレオ型をビームエキスパンダＡ４の一例として挙げることができる。ビームエキスパンダＡ４にはレンズＡ４ａ，Ａ４ｂの間隔調整機構（ズーム機構）が備わっており、レンズＡ４ａ，Ａ４ｂの間隔を調整することで光束直径の拡大率が変わる。ビームエキスパンダＡ４による光束直径の拡大率は例えば５－１０倍程度であり、この場合、レーザ光源Ａ１から出射した照明光のビーム径が１ｍｍであるとすると、照明光のビーム系が５－１０ｍｍ程度に拡大される。ビームエキスパンダＡ４に入射する照明光が平行光束でない場合、レンズＡ４ａ，Ａ４ｂの間隔調整によって光束直径と併せてコリメート（光束の準平行光化）も可能である。但し、光束のコリメートについては、ビームエキスパンダＡ４の上流にビームエキスパンダＡ４とは別個にコリメートレンズを設置して行う構成としても良い。
　なお、ビームエキスパンダＡ４は、２軸（２自由度）以上の並進ステージに設置され、入射する照明光と中心が一致するように位置調整ができるように構成されている。また、入射する照明光と光軸が一致するように、ビームエキスパンダＡ４には２軸（２自由度）以上のあおり角調整機能も備わっている。
　・偏光制御ユニット
　偏光制御ユニットＡ５は照明光の偏光状態を制御する光学系であり、１／２波長板Ａ５ａ及び１／４波長板Ａ５ｂを含んで構成されている。例えば、後述する反射ミラーＡ７を光路に入れて斜入射照明を行う場合、偏光制御ユニットＡ５により照明光をＰ偏光とすることで、Ｐ偏光以外の偏光に比べて試料１の表面上の欠陥からの散乱光量が増加する。試料自体の表面の微小な凹凸からの散乱光（ヘイズと称する）が微小欠陥の検出の妨げとなる場合には、照明光をＳ偏光とすることで、Ｓ偏光以外の偏光と比べてヘイズを減少させることができる。偏光制御ユニットＡ５により照光を円偏光やＰ偏光とＳ偏光の中間の４５度偏光にすることも可能である。
　・反射ミラー
　図１に示したように、反射ミラーＡ７は、駆動機構（不図示）により矢印方向に平行移動して試料１に向かう照明光の光路から出入りし、試料１に対する照明光の入射経路を切り替えることができる。反射ミラーＡ７を光路に挿入することで、上記の通り偏光制御ユニットＡ５から出射した照明光は、反射ミラーＡ７で反射されて集光光学ユニットＡ６及び反射ミラーＡ８を介し試料１に斜めに入射する。他方、反射ミラーＡ７を光路から外すと、偏光制御ユニットＡ５から出射した照明光は、反射ミラーＡ９、偏光ビームスプリッタＢ’３、偏光制御ユニットＢ’２、反射ミラーＢ’１、検出光学系Ｂ３を介して試料１に垂直に入射する。
　図５及び図６は照明光学系Ａにより斜方から試料１の表面に導かれる照明光の光軸と照明強度分布形状との位置関係を表す模式図である。図５は試料１に入射する照明光の入射面で試料１を切断した断面を模式的に表している。図６は試料１に入射する照明光の入射面に直交し試料１の表面の法線を含む面で試料１を切断した断面を模式的に表している。入射面とは、試料１に入射する照明光の光軸ＯＡと試料１の表面の法線とを含む面である。なお、図５及び図６では照明光学系Ａの一部を抜き出して表しており、例えば出射光調整ユニットＡ３や反射ミラーＡ７，Ａ８は図示省略してある。
　反射ミラーＡ７を光路に挿入した場合、レーザ光源Ａ１から射出された照明光は、集光光学ユニットＡ６で集光され、反射ミラーＡ８で反射されて試料１に斜めに入射する。このように照明光学系Ａは、試料１の表面の法線に対し傾斜した方向から試料１に照明光を入射させることができるように構成されている。この斜入射照明は、アッテネータＡ２で光強度、ビームエキスパンダＡ４で光束直径、偏光制御ユニットＡ５で偏光をそれぞれ調整され、入射面内において照明強度分布が均一化される。図５に示した照明強度分布（照明プロファイル）ＬＤ１のように、試料１に形成される照明スポットはｓ２方向にガウス状の光強度分布を持ち、ピークの１３．５％で定義されるビーム幅ｌ１の長さは例えば２５μｍから４ｍｍ程度である。
　入射面と試料表面に直交する面内では、図６に示した照明強度分布（照明プロファイル）ＬＤ２のように、照明スポットは光軸ＯＡの中心に対して周辺の強度が弱い光強度分布を持つ。具体的には、集光光学ユニットＡ６に入射する光の強度分布を反映したガウス分布、又は集光光学ユニットＡ６の開口形状を反映した第一種第一次のベッセル関数若しくはｓｉｎｃ関数に類似した強度分布となる。入射面と試料表面に直交する面内における照明強度分布の長さｌ２は、試料１の表面から発生するヘイズを低減するためも図５に示したビーム幅ｌ１より短く、例えば１．０μｍから２０μｍ程度に設定されている。この照明強度分布の長さｌ２は、入射面と試料表面に直交する面内において最大照明強度の１３．５％以上の照明強度を持つ領域の長さである。
　また、斜入射照明の試料１に対する入射角（試料表面の法線に対する入射光軸の傾き角）は、反射ミラーＡ７，Ａ８の位置と角度で微小な欠陥の検出に適した角度に調整される。反射ミラーＡ８の角度は調整機構Ａ８ａで調整される。例えば試料１に対する照明光の入射角が大きいほど（試料表面と入射光軸とのなす角である照明仰角が小さいほど）、試料表面の微小な異物からの散乱光に対してノイズとなるヘイズが弱まるため微小な欠陥の検出に適する。微小欠陥の検出に対するヘイズの影響を抑える観点では、照明光の入射角は例えば７５度以上（仰角１５度以下）に設定するのが好ましい。他方、斜入射照明では照明入射角が小さいほど微小な異物からの散乱光の絶対量が増すため、欠陥からの散乱光量の増加を狙う観点では、照明光の入射角は例えば６０度以上７５度以下（仰角１５度以上３０度以下）に設定するのが好ましい。
　－検出光学系－
　検出光学系Ｂ１－Ｂｎ（ｎ＝１，２…）は試料表面からの照明散乱光を集光するユニットであり、集光レンズ（対物レンズ）を含む複数の光学素子を含んで構成されている。検出光学系Ｂｎのｎは検出光学系の数を表しており、本実施形態の欠陥検査装置１００では１３組の検出光学系が備わっている場合を例に挙げて説明する（ｎ＝１３）。
　図７は上方から見て検出光学系Ｂ１－Ｂ１３が散乱光を捕集する領域を表した図であり、検出光学系Ｂ１－Ｂ１３の各対物レンズの配置に対応している。以下の説明において、試料１への斜入射照明の入射方向を基準として、上から見て試料１の表面上の照明スポットＢＳに対して入射光の進行方向（図７中の右方向）を前方、反対方向（同左方向）を後方として扱う。従って、照明スポットＢＳに対して同図中の下側は右側、上側は左側となる。
　検出光学系Ｂ１－Ｂ１３の各対物レンズは試料１に対する照明スポットＢＳを中心とする球（天球）の上半分の半球面に沿って配置されている。この半球面を領域Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６，Ｖの１３の領域に分割し、検出光学系Ｂ１－Ｂ１３が各々対応する領域で散乱光を捕集し集光する。
　領域Ｖは天頂に重なる領域であり、試料１の表面に形成される照明スポットＢＳの真上に位置する。
　領域Ｌ１－Ｌ６は低位置で照明スポットＢＳの周囲３６０度を囲う環状の領域を等分した領域であり、上方見て斜入射照明の入射方向から左回りに領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６の順に並んでいる。これら領域Ｌ１－Ｌ６のうち領域Ｌ１－Ｌ３は照明スポットＢＳに対して右側に位置し、領域Ｌ１は照明スポットＢＳの右後方、領域Ｌ２は右側方、領域Ｌ３は右前方に位置する。領域Ｌ４－Ｌ６は照明スポットＢＳに対して左側に位置し、領域Ｌ４は照明スポットＢＳの左前方、領域Ｌ５は左側方、領域Ｌ６は左後方に位置する。
　残る領域Ｈ１－Ｈ６は高位置（領域Ｌ１－Ｌ６と領域Ｖとの間）において照明スポットＢＳの周囲３６０度を囲う環状の領域を等分した領域であり、上から見て斜入射照明の入射方向から左回りに領域Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６の順に並んでいる。低角の領域Ｌ１－Ｌ６に対して、高角の領域Ｈ１－Ｈ６は配置が上から見て３０度ずれている。領域Ｈ１－Ｈ６のうち領域Ｈ１は照明スポットＢＳに対して後方に、領域Ｈ４は前方に位置している。領域Ｈ２，Ｈ３は照明スポットＢＳに対して右側に位置し、領域Ｈ２は照明スポットＢＳの右後方、領域Ｈ３は右前方に位置する。領域Ｈ５，Ｈ６は照明スポットＢＳに対して左側に位置し、領域Ｈ５は照明スポットＢＳの左前方、領域Ｈ６は左後方に位置する。
　図１において検出光学系Ｂ１－Ｂｎに入射した散乱光が、それぞれ集光されて対応するセンサＣ１－Ｃｎに導かれる。図１と図７を対比した場合、例えば図１の検出光学系Ｂ１は図７の領域Ｌ４で、検出光学系Ｂ２は領域Ｌ６で、検出光学系Ｂ３は領域Ｖで散乱光を捕集する光学系を例示したもの扱うことができる。なお、本実施形態において、検出光学系Ｂ３に入射した散乱光は反射ミラーＢ’１で光路分岐され、センサＣ３の他、センサＣ３’にも導かれる。
　図８は試料１から法線方向に出射する散乱光が入射する検出光学系Ｂ３の構成図、図９は図８におけるIX－IX線による矢視図である。検出光学系Ｂ３は集光レンズ（対物レンズ）Ｂ３ａと結像レンズＢ３ｂを含んで構成されており、集光レンズＢ３ａで集光した散乱光を結像レンズＢ３ｂでセンサＣ３に導く。この点は他の検出光学系Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４…等と同じである。検出光学系Ｂ３は集光レンズＢ３ａ及び結像レンズＢ３ｂの間の自己の瞳の位置に反射ミラーＢ’１が配置されている点で他の検出光学系と異なる。前述した通り、落射照明の際には反射ミラーＢ’１を介して法線方向から試料１に照明光が入射する。従って、検出光学系Ｂ３の集光レンズＢ３ａは落射照明を試料１に導く集光レンズを兼ねる。
　その一方で、反射ミラーＢ’１は、斜入射照明又は落射照明による照明スポットＢＳから検出光学系Ｂ３に入射した散乱光の一部の光路を分岐する役割も果たす。照明スポットＢＳがｓ２方向に長い線状の強度分布を持つことは前述した。反射ミラーＢ’１は、図９に示したようにセンサＣ３の側から見て線状の照明スポットＢＳの短軸方向（ｓ１方向）にスポットＢＳより長く、照明スポットＢＳの長軸方向（ｓ２方向）にスポットＢＳより短い形状をしている。これにより、試料１から検出光学系Ｂ３に入射して反射ミラーＢ１’に干渉しない散乱光は結像レンズＢ３ｂを介してセンサＣ３に入射するが、反射ミラーＢ’１に干渉する散乱光は反射ミラーＢ’１で反射する。
　試料１から検出光学系Ｂ３に入射して反射ミラーＢ’１で反射した散乱光は、偏光制御ユニットＢ’２、偏光ビームスプリッタＢ’３、結像レンズＢ’４を介してセンサＣ３’に導かれる。偏光制御ユニットＢ’２は，偏光制御ユニットＡ５と同様、１／４波長板Ｂ’ａ、１／２波長板Ｂ’ｂを含んでおり、反射ミラーＢ’１から入射した照明散乱光を任意の偏光に調整することができる。斜入射照明時には、反射ミラーＢ’１で反射した照明散乱光が偏光ビームスプリッタＢ’３を透過して結像レンズＢ’４に入射するように、偏光ビームスプリッタＢ’３に入射する照明散乱光の偏光を偏光制御ユニットＢ’２で制御する。また、反射ミラーＡ７を光路から外した落射照明の条件下においても、試料１に向かって進行する照明光が任意方向の偏光（例えば円偏光）で検出光学系Ｂ３に入射するように、偏光制御ユニットＢ’２で照明光の偏光を制御することができる。
　－センサ－
　センサＣ１－Ｃｎ，Ｃ３’は対応する検出光学系で集光された照明散乱光を電気信号に変換し検出信号を出力する単画素のポイントセンサであり、高ゲインで微弱信号を光電変換する例えば光電子増倍管、ＳｉＰＭ（シリコン光電子増倍管）を用いることができる。センサＣ１，Ｃ２，Ｃ３…は検出光学系Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…に対応している。なお、検出光学系Ｂ３には、前述した通りセンサＣ３に加えてセンサＣ３’が対応している。センサＣ１－Ｃｎ，Ｃ３’から出力された検出信号は信号処理装置Ｄに随時入力される。
　－制御装置－
　制御装置Ｅ１は欠陥検査装置１００を統括して制御するコンピュータであり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のメモリの他、ＣＰＵやＦＰＧＡ、タイマー等を含んで構成されている。制御装置Ｅ１は、ユーザインターフェースＥ２やモニタＥ３、信号処理装置Ｄと有線又は無線で接続されている。ユーザインターフェースＥ２はユーザが各種操作を入力する装置であり、キーボードやマウス、タッチパネル等の各種入力装置を適宜採用することができる。制御装置Ｅ１には、回転ステージや並進ステージのエンコーダや、オペレータの操作に応じてユーザインターフェースＥ２から入力される検査条件等が入力される。検査条件としては、例えば試料１の種類や大きさ、形状、材質、照明条件、検出条件等が含まれる。また、制御装置Ｅ１は、検査条件に応じてステージＳＴや照明光学系Ａ等の動作を指令する指令信号を出力したり、欠陥の検出信号と同期する照明スポットＢＳの座標データを信号処理装置Ｄに出力したりする。制御装置Ｅ１はまた、信号処理装置Ｄによる欠陥の検査結果をモニタＥ３に表示出力する。図１に示したように、制御装置Ｅ１には欠陥検査用の電子顕微鏡であるＤＲ－ＳＥＭ（Defect Review-Scanning Electron Microscope）が接続される場合もある。この場合には、ＤＲ－ＳＥＭからの欠陥検査結果のデータを制御装置Ｅ１で受信し、信号処理装置Ｄに送信することも可能である。
　－信号処理装置－
　信号処理装置ＤはセンサＣ１－Ｃｎ，Ｃ３’から入力された検出信号を処理するコンピュータであり、制御装置Ｅ１と同じく、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のメモリの他、ＣＰＵやＦＰＧＡ、タイマー等を含んで構成されている。信号処理装置Ｄは、欠陥検査装置１００の装置本体（ステージや照明光学系、検出光学系、センサ等）とユニットをなす単一のコンピュータで構成することが一例として想定されるが、複数のコンピュータで構成される場合もある。この場合、複数のコンピュータの１つにサーバを用いることもできる。サーバを欠陥検査装置１００の構成要素に含める例である。例えば装置本体に付属するコンピュータで装置本体からの欠陥の検出信号を取得して、検出データを必要に応じて加工してサーバに送信し、欠陥の検出や分類等の処理をサーバで実行する構成とすることができる。
　本実施形態において、信号処理装置Ｄは、信号統合回路Ｄ１、フィルタ回路Ｄ２、信号分離回路Ｄ３、欠陥検出回路Ｄ４、新規欠陥判定回路Ｄ５を含んで構成されている。これらの各回路は例えばＦＰＧＡで構成することができる。また、これら回路の機能の少なくとも一部（特に下流工程の処理）はサーバで実行することもできる。
　－信号統合回路－
　図１０は信号処理装置Ｄの信号統合回路Ｄ１の一例の模式図である。センサＣ１－Ｃ１３，Ｃ３’で光電変換された検出信号αは、信号処理装置Ｄに入力されるとＡ／Ｄ変換器（不図示）でデジタル信号化され、信号統合回路Ｄ１に入力される。以下、信号統合回路Ｄ１に入力される各検出信号αを、基礎とする散乱光が集光された領域（図７で説明した領域Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６，Ｖ）を添え字に用いて区別する。信号統合回路Ｄ１は複数の加算器を含んで構成されており、複数のセンサから同時に入力された一群の検出信号を基礎として、既定の組み合わせで複数の検出信号を足し合わせた少なくとも１つの統合信号を含む第１信号群を生成し出力する。出力された第１信号群は、メモリ（例えば信号処理装置Ｄ又はこれに接続された機器のメモリ）に記録される。
　なお、「一群の検出信号」とは、検出時刻が同一の検出信号αＬ１－αＬ６，αＨ１－αＨ６，αＶからなる信号群をいう。「第１信号群」は、これら同時検出された検出信号αＬ１－αＬ６，αＨ１－αＨ６，αＶをそれぞれベースとして、既定の規則の下で必要に応じて他の検出信号を加算した信号βＬ１－βＬ６，βＨ１－βＨ６，βＶを構成信号とする信号群である。
　斜入射照明の場合、一般に試料表面から前方に散乱する散乱光の強度が相対的に高く、散乱光の検出感度は前方の領域に相対して後方側の領域が低くなる。そこで、本実施形態において、信号統合回路Ｄ１は、後方の散乱光に基づく一の検出信号に少なくとも１つの他の検出信号を足し合わせて統合信号を生成し、後方の散乱光の検出信号について値の低いオリジナルの信号に代えて統合信号出力する。これにより、後方の散乱光に基づく信号が、フィルタ回路Ｄ２の処理に適した信号レベルまで増幅する。
　このとき、試料１に入射する照明光の光軸ＯＡ（図１）と試料１の法線とを含む面で試料１の上方の空間を左右に二分した場合、つまり試料１の上方の空間を照明スポットＢＳの左右に分けた場合を考える。本実施形態において、信号統合回路Ｄ１は、統合信号を生成するに当たり、左右の同じ側の空間に各々の対物レンズが配置された複数の検出光学系で検出された検出信号を足し合わせるように構成してある。具体的には、同じ側の空間において、照明光の入射方向に見て後方に散乱した照明散乱光を基礎とする検出信号に、前方に散乱した照明散乱光を基礎とする検出信号が加算される。また、低角散乱光の検出信号は低角散乱光の検出信号同士で、高角散乱光の検出信号は高角散乱光の検出信号同士で足し合わされる。例えば左後の低角の領域Ｌ６で補足した散乱光に起因する検出信号αＬ６に、左前の低角の領域Ｌ４で補足した散乱光に起因する検出信号αＬ４を加算するといった要領である。
　その一方で、信号統合回路Ｄ１は、前方に散乱した照明散乱光を基礎とする複数の検出信号のうち少なくとも１つを、他の信号と足し合わせることなく非統合信号として第１信号群の要素として出力する。前方散乱光の検出信号は元々信号レベルが高く、他の信号と合成すると却って信頼性が低下し得るためである。
　具体的には、本実施形態では、一群の検出信号αＬ１－αＬ６，αＨ１－αＨ６，αＶを基礎として、図１０に示した通り、次のような組み合わせで第１信号群を構成する信号βＬ１－βＬ６，βＨ１－βＨ６，βＶが演算される。
βＬ１＝αＬ１（＋αＬ２＋αＬ３）：統合信号
βＬ２＝αＬ２（＋αＬ３）：統合信号
βＬ３＝αＬ３：非統合信号
βＬ４＝αＬ４：非統合信号
βＬ５＝αＬ５（＋αＬ４）：統合信号
βＬ６＝αＬ６（＋αＬ４＋αＬ５）：統合信号
βＨ１＝αＨ１（＋αＨ２＋αＨ３＋αＨ４＋αＨ５＋αＨ６）：統合信号
βＨ２＝αＨ２（＋αＨ３）：統合信号
βＨ３＝αＨ３：非統合信号
βＨ４＝αＨ４（＋αＨ３＋αＨ５）：統合信号
βＨ５＝αＨ５：非統合信号
βＨ６＝αＨ６（＋αＨ５）：統合信号
βＶ＝αＶ（非統合信号）
　－フィルタ回路－
　フィルタ回路Ｄ２は、信号統合回路Ｄ１で生成された第１信号群を構成する各信号βＬ１－βＶ，βＨ１－βＨ６，βＶにそれぞれフィルタ処理を実行し、第２信号群を構成する信号γＬ１－γＬ６，γＨ１－γＨ６，γＶを生成し出力する。出力された第２信号群は、メモリ（例えば信号処理装置Ｄ又はこれに接続された機器のメモリ）に記録される。単純には、信号βＬ１…βＶのいずれもが対応する設定値に信号値が満たない場合に、その第１信号群のデータを除去するといった処理をすることができる。しかし、本実施形態において、フィルタ回路Ｄ２は、第１信号群を構成する各信号βＬ１…βＶについて試料１の表面の照明スポットＢＳの照明プロファイルに基づいてフィルタ処理を実行する。
　・フィルタ回路の第１例
　図１１は信号処理装置Ｄのフィルタ回路Ｄ２が実行するフィルタ処理の第１例の説明図である。横軸は時間、縦軸は信号値を表している。横軸が表す時間は、試料１の表面の同一ｒ座標のライン上における信号サンプリング点のθ座標に対応している。図１１が示す信号波形は、照明スポットＢＳを所定の微小異物が通過した場合に得られる波形である。信号波形は、試料からのヘイズと微小異物からの散乱光量の和によってあらわされる。ヘイズは試料面で急激な変化がないのに対して、微小異物からの信号は急峻に信号が変化するため、入力した信号に低周波カットフィルタを適用することで分離することができる。低周波カットフィルタを通過した信号は、照明スポットＢＳのｓ１方向（螺旋軌道で走査する場合における試料１の回転方向）の照明プロファイルに相当する。
　この照明プロファイルの特徴について、例えば所定時間Ｔ１（例えば図６の長さｌ２に対応する時間）の信号の最小値が第１閾値Ｔｈmin以上で、かつ同一の所定時間Ｔ１の信号の最大値が第２閾値Ｔｈmax以上であることと定義する。これにより、フィルタ回路Ｄ２に入力されるいずれかの信号β（例えば信号βＬ１）について、所定時間Ｔ１の信号の最小値が第１閾値Ｔｈmin以上で最大値が第２閾値Ｔｈmax以上である場合に、欠陥からの散乱光の信号である可能性があると判定できる。
　照明プロファイルは典型的にはガウスプロファイルをとるためＤＣ成分の信号を含み、低周波カットした信号は、ヘイズのみでなく異物信号も弱めてしまう。そこで、散欠陥からの散乱光の信号である可能性があると判定された場合、低周波カットフィルタを通過した信号に例えば所定時間Ｔ１の信号区間を含む平均光量と含まない平均光量の差分を加算する。この値を例えば所定時間Ｔ１の中央時刻に対応する座標の信号γ（例えば信号γＬ１）とすることにより、低周波カットフィルタによる異物からの散乱光強度の低下を抑制する。欠陥からの散乱光の可能性があると判定されなかった場合はこの補正を行わないため、異物信号と判定されることにより、後段で欠陥候補として判定され易くなる。この処理を各信号βについて同様に実行し、同一座標について演算された信号γから所定の判定条件で欠陥候補が抽出され、欠陥候補の信号γが出力される。
　・フィルタ回路の第２例
　図１２は信号処理装置Ｄのフィルタ回路Ｄ２の第２例の模式図、図１３は図１２のフィルタ回路Ｄ２のフィルタ部とノイズ除去部の回路図、図１４は図１３のフィルタ部で用いるカーネルの模式図である。図１１で説明した第１例のようなフィルタ方式の場合、第１閾値Ｔｈminや第２閾値Ｔｈmaxを超える信号強度を要するため、実異物からの散乱光でも散乱光量が不足する場合は欠陥候補として抽出されない。図１２－図１４で説明するフィルタ回路Ｄ２の第２例は、第１例に比べて散乱光量が少ない欠陥の検出に有利な例である。
　図１２に例示したフィルタ回路Ｄ２は、メモリ部ＭＬ１－ＭＬ６，ＭＨ１－ＭＨ６，ＭＶ、フィルタ部ＦＬ１－ＦＬ６，ＦＨ１－ＦＨ６，ＦＶ、ノイズ除去部ＲＬ１－ＲＬ６，ＲＨ１－ＲＨ６，ＲＶ、欠陥候補抽出回路Ｄ２ａを含んで構成されている。メモリ部ＭＬ１…ＭＶ、フィルタ部ＦＬ１…ＦＶ、ノイズ除去部ＲＬ１…ＲＶ、欠陥候補抽出回路Ｄ２ａは同一のコンピュータに実装することもできるが、異なるコンピュータに分けて実装することもできる。例えば、メモリ部ＭＬ１…ＭＶ及びフィルタ部ＦＬ１…ＦＶの処理を装置本体に付属するコンピュータで実行し、ノイズ除去部ＲＬ１…ＲＶ及び欠陥候補抽出回路Ｄ２ａの処理をサーバで実行する構成とすることができる。
　メモリ部ＭＬ１…ＭＶは、対応する信号βを記憶し蓄積する回路であり、例えばメモリ部ＭＬ１には信号βＬ１が、メモリ部ＭＬ２には信号βＬ２が逐次記録される。フィルタ部ＦＬ１…ＦＶは、対応するメモリ部Ｍに記録された一定時間分の信号βを２チャンネルに分割して照明プロファイルと相互相関演算する回路である。ノイズ除去部ＲＬ１…ＲＶは、相互相関演算により得られた２成分の偏差に基づいて電気ノイズやショットノイズ等のノイズを判定し出力する信号γを決定する回路である。
　ここで、信号統合回路Ｄ１から出力された第１信号群の構成信号の個々の信号に着目し、以下にフィルタ回路Ｄ２における個々の信号についての具体的処理を説明する。以下の説明では、信号βＬ１について、フィルタ部ＦＬ１及びノイズ除去部ＲＬ１で実行される処理を説明するが、他の信号βＬ２…βＶについてフィルタ部ＦＬ２…ＦＶ及びノイズ除去部ＲＬ２…ＲＶで実行される処理も同様である。
　図１３に示したように、フィルタ部ＦＬ１は、メモリ部ＭＬ１に記録された信号βＬ１を時系列順に読み出し、各信号の高周波成分を抽出する。同図では、ＬＰＦ（低周波フィルタ）で信号βＬ１の低周波成分を抽出し、抽出した低周波成分を基の信号βＬ１から差し引いて高周波成分を抽出する構成を例示しているが、回路構成は適宜変更可能である。これら低周波成分をカットした信号βＬ１は、フィルタ部ＦＬ１において時系列順に交互に振り分けられて２チャンネルに分離される。
　２チャンネルに振り分けた信号βＬ１は、対応するカーネルとの相互相関演算によりフィルタ処理される。相互相関演算に用いられるカーネルは、図１４に示したように照明スポットＢＳの照明プロファイルに相当するデータであり、第１チャンネル用のカーネルＸｃｏｒＡ、第２チャンネル用のカーネルＸｃｏｒＢがそれぞれ用意されている。カーネルＸｃｏｒＡ，ＸｃｏｒＢの構成データは、照明スポットＢＳのｓ１方向の照明プロファイルのデータを、検出信号のサンプリング周期の２周期間隔で抽出したものに相当する。カーネルＸｃｏｒＡ，ＸｃｏｒＢを重ね合わせると、図１１に示した信号波形となる。第１チャンネルに振り分けられた信号βＬ１についてはカーネルＸｃｏｒＡと相互相関演算され、第１チャンネルに振り分けられた信号βＬ１についてはカーネルＸｃｏｒＢと相互相関演算される。第１チャンネル及び第２チャンネルでそれぞれ逐次演算される値が、必要に応じてメモリに記録され、ノイズ除去部ＲＬ１に出力される。ここまでの処理がフィルタ部ＦＬ１で実行される。
　ノイズ除去部ＲＬ１では、フィルタ部ＦＬ１で２つのチャンネルについてそれぞれフィルタ処理を実行して得た２つの成分値が比較される。２つの成分値の差が設定値より大きければ２つの成分値のうち大きい方の値は除去されて小さい方の値が第２信号群を構成する信号γＬ１として選択され、２つの成分値の差が設定値未満であれば２つの成分値の平均値が信号γＬ１として選択される。選択された信号γＬ１はノイズ除去部ＲＬ１から出力され、欠陥候補抽出回路Ｄ２ａに入力される。その際、ＬＰＦで信号βＬ１から分離した低周波成分を信号γＬ１に加算しても良い。
　図１３に沿ってノイズ除去部ＲＬ１の処理を説明すると、フィルタ部ＦＬ１でフィルタ処理して得られた各成分値から演算器Ｒ１，Ｒ２でそれぞれ以下の値を演算する。
Σｒ｛ＸｃｏｒＡ（ｒ）２／√（ΣｒＸｃｏｒＡ（ｒ）２）｝…（式１）
Σｒ｛ＸｃｏｒＡ（ｒ）２／√（ΣｒＸｃｏｒＡ（ｒ）２）｝…（式２）
　図２のように螺旋軌道で試料１を走査する場合、典型的な微小欠陥については、ｒ週目と（ｒ＋１）周目の２周分の走査線が横切る。勿論、スパイラルピッチをより細かく設定すれば、より多くの走査線が欠陥を横切る。仮に欠陥を横切る走査線が２本である場合、同一欠陥についてフィルタ部ＦＬ１から出力される同一θ座標の成分値は、２つのチャンネルでそれぞれ２つずつである。こうした同一欠陥についてフィルタ部ＦＬ１から出力される同一θ座標の複数の成分値をそれぞれのチャンネルでゲイン付きで加算するのが上記の（式１）及び（式２）である。（式１）及び（式２）で加算するｒ座標の範囲は、照明スポットＢＳのｓ２方向の長さ（例えば図５のビーム幅ｌ１）に設定することができる。
　演算器Ｒ１，Ｒ２で演算された値は、加算器Ｒ３及び比較器Ｒ４に入力される。演算器Ｒ１，Ｒ２から加算器Ｒ３に入力された２つの値は合計され、更に乗算器Ｒ５で０．５倍されて平均値がセレクタＲ８に入力される。この平均値は信号βＬ１に比例する。一方、演算器Ｒ１，Ｒ２から比較器Ｒ４に入力された２つの値は大小を判定され、大きい方の値（最大値）と小さい方の値（最小値）とが識別されて出力される。最大値は比較器Ｒ４から乗算器Ｒ６に入力され、乗算器Ｒ６で閾値Ｔｈ（０＜Ｔｈ＜１）と掛け合わされて増幅器Ｒ７に入力される。また、最小値は比較器Ｒ４からセレクタＲ８及び増幅器Ｒ７に入力される。増幅器Ｒ７では、乗算器Ｒ６から入力された値から最小値を差し引き、差分が正の値をとればこれを増幅して制御信号としてセレクタＲ８に出力する。セレクタＲ８は、制御信号が入力されれば比較器Ｒ４から入力された最小値を選択し、制御信号の入力がなければ乗算器Ｒ５から入力された平均値を選択し、選択した信号を信号γＬ１として出力する。
　このように、２チャンネルで演算された２つの値に閾値Ｔｈで設定される値以上の差があれば２つの値の最小値が信号γＬ１として出力され、２つの値に閾値Ｔｈで設定される値以上の差がなければ２つの値の平均値が信号γＬ１として出力される。例えばフィルタ部ＦＬ１において２チャンネルで演算される値が試料１からの散乱光を基礎としていれば、それら２つの値の大きさは同程度になることが期待される。演算器Ｒ１，Ｒ２で演算される値も同様である。従って演算器Ｒ１，Ｒ２で演算される値の差が設定値以下であれば、演算の基礎とした信号βＬ１が試料１からの散乱光に基づく信号であると判定でき、演算器Ｒ１，Ｒ２で演算される値の平均値を信号γＬ１として扱うことができる。それに対し、フィルタ部ＦＬ１において２チャンネルで演算される値がノイズの影響を大きく受けていれば、それら２つの値に差が生じ、演算器Ｒ１，Ｒ２で演算される値に設定値を超える差が生じる。この場合に演算器Ｒ１，Ｒ２で演算される値の最大値を無視して最小値を信号γＬ１として扱うことで、ノイズの影響が抑制される。
　図１５は図１１の第１例と図１２－図１４の第２例とで同じ入力信号について出力される信号の違いを表す図である。図１５の上図はフィルタ回路Ｄ２に入力される信号β、下図はフィルタ回路Ｄ２で演算される信号γである。図１５の上図において欠陥に依拠する信号は最も大きなピークのみであり、その他のピークは全てノイズである。下図に示した通り、第１例及び第２例のいずれにおいても欠陥に依拠する信号が明確化されているが、第１例と第２例との間には信号γの出力特性に違いが見られる。この特性の違いに応じて第１例及び第２例を選択して採用することができる。前述した通り、散乱光量が不足する条件下では、図１１の第１例に対して第２例に欠陥検出精度の観点で好結果が期待される。
　・フィルタ回路の欠陥候補抽出回路
　図１６はフィルタ回路Ｄ２の第１の欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１、図１７は第２の欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ２を表している。図１６に示した欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１は、検出すべき要検出の欠陥（以下、ＤＯＩ：Defect of Interest）の候補となる信号を抽出するための回路であり、ＤＯＩの候補となる信号が抽出されるようにＤＯＩの検出特性に応じて構成してある。図１７に示した欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ２は、要検出のＤＯＩのみならず検出不要な欠陥（以下、ヌイサンス）を含めて広範な種類の欠陥について信号が抽出されるように構成された回路である。欠陥検査装置には、ヌイサンスや、ウェハラフネス、ショットノイズ等と精度良く区別してＤＯＩを検出する性能が求められる。欠陥検査装置１００には欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１，Ｄ２ａ２のうち少なくとも第１の欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１が欠陥候補抽出回路Ｄ２ａとして実装され、欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１，Ｄ２ａ２の双方を実装した構成とすることもできる。
　・第１の欠陥候補抽出回路
　第１の欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１は、ヌイサンスやウェハラフネス、ノイズ等に起因する信号と適正に区別してＤＯＩに起因する信号を抽出することを意図して構成されている。図１６に示した回路は、例えば半導体プロセスで発生した発塵異物をＤＯＩとする場合を想定した論理回路の一構成例である。図７で説明した半球面に対し典型的な微小異物を照明した際に入射する散乱光の光強度分布を上面視で表した図を図１８に示す。同図に示すように、照明波長に対して十分小さい粒状のＤＯＩで散乱した散乱光の特性として高い等方性が想定され、左右の空間の一方のみでなく左右双方の空間でＤＯＩからの照明散乱光が同程度検出されることが期待される。また、ＤＯＩが微小異物であるため高角領域への散乱光は想定されない。そのため、図１６の回路では、低角の散乱光に依拠する信号γＬ１－γＬ６のみをＤＯＩ候補の判定に用いる構成としてある。
　具体的には、図１６の例では、最小値選択器Ｄａ１－Ｄａ３、二値化処理器Ｄｂ１－Ｄｂ３、ＯＲ回路Ｄｃ１を用いて欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１を構成してある。信号γＬ１，γＬ６が最小値選択器Ｄａ１に入力され、最小値選択器Ｄａ１から二値化処理器Ｄｂ１に信号γＬ１，γＬ６の最小値が入力される。二値化処理器Ｄｂ１に入力された最小値が設定値以上であれば、二値化処理器Ｄｂ１からＯＲ回路Ｄｃ１に信号が入力される。二値化処理器Ｄｂ１に入力された最小値が設定値未満であれば、二値化処理器Ｄｂ１からＯＲ回路Ｄｃ１には信号は入力されない。信号γＬ１，γＬ６は、図１０において低角後方の左右対称の領域Ｌ１，Ｌ６に散乱した散乱光を基礎とする信号である。これらの最小値が一定値以上であるということは低角後方の左右双方に一定以上の散乱光が散乱したことを意味し、ＤＯＩで散乱した散乱光の判定条件に合致する。
　同様に、最小値選択器Ｄａ２には低角側方の左右対称の領域Ｌ２，Ｌ５に対応する信号γＬ２，γＬ５が、最小値選択器Ｄａ３には低角前方の左右対称の領域Ｌ３，Ｌ４に対応する信号γＬ３，γＬ４が、それぞれ入力される。最小値選択器Ｄａ２から二値化処理器Ｄｂ２に信号γＬ２，γＬ５の最小値が入力され、それが設定値以上である場合にのみ二値化処理器Ｄｂ２からＯＲ回路Ｄｃ１に信号が入力される。最小値選択器Ｄａ３から二値化処理器Ｄｂ３に信号γＬ３，γＬ４の最小値が入力され、それが設定値以上である場合にのみ二値化処理器Ｄｂ３からＯＲ回路Ｄｃ１に信号が入力される。ＯＲ回路Ｄｃ１は、二値化処理器Ｄｂ１－Ｄｂ３の少なくとも１つから信号が入力された場合、その信号の基礎となった第２信号群をＤＯＩ候補の信号として抽出し出力する。
　・第２の欠陥候補抽出回路
　第２の欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ２は、ＤＯＩに起因する信号に加え、ヌイサンスに起因する信号も併せて抽出することを意図して構成されている。ここでは半導体プロセスで発生した発塵異物がＤＯＩであり、ヌイサンスはそれ以外の欠陥、例えば研磨工程で発生したＰＩＤ（Polish Induced Defect）やスクラッチ、シリコンウェハの表面で発生した結晶欠陥等である。欠陥に起因しない信号、例えばウェハラフネスに起因する信号やノイズ等が抽出されても構わない。図１７に示した回路は、そのための論理回路の一構成例である。検出対象をＤＯＩに絞り込んだ図１６の回路と異なり、図１７の回路では低角の散乱光に依拠する信号γＬ１－γＬ６に加え、高角の散乱光に依拠する信号γＨ１を用いる構成としてある。信号γＨ１は、高角の領域Ｈ１－Ｈ６に入射した散乱光の検出信号の総和に基づいている。
　図１７の例では、加算器Ｄａ４－Ｄａ６、二値化処理器Ｄｂ４－Ｄｂ７、ＯＲ回路Ｄｃ２を用いて欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ２を構成してある。具体的には、信号γＬ１，γＬ６が加算器Ｄａ４に入力され、加算器Ｄａ４から二値化処理器Ｄｂ４に信号γＬ１，γＬ６の合計値が入力される。二値化処理器Ｄｂ４に入力された合計値が設定値以上であれば、二値化処理器Ｄｂ４からＯＲ回路Ｄｃ２に信号が入力される。二値化処理器Ｄｂ４に入力された合計値が設定値未満であれば二値化処理器Ｄｂ４からＯＲ回路Ｄｃ２には信号は入力されない。信号γＬ１，γＬ６は、図１０において低角後方の左右対称の領域Ｌ１，Ｌ６に散乱した散乱光を基礎とする信号である。これらの合計値が一定値以上になる事象としては、低角後方の左右双方に一定以上の散乱光が散乱する場合に限らず、左右双方に一定に満たない散乱光が散乱する場合、左右いずれかに一定以上の散乱光が散乱する場合等、多くが該当し得る。散乱光に依拠せずノイズの影響で合計値が一定以上になることもある。
　同様に、加算器Ｄａ５には信号γＬ２，γＬ５が、加算器Ｄａ６には信号γＬ３，γＬ４がそれぞれ入力される。加算器Ｄａ５から二値化処理器Ｄｂ５に信号γＬ２，γＬ５の合計値が入力され、それが設定値以上であれば二値化処理器Ｄｂ５からＯＲ回路Ｄｃ２に信号が入力される。加算器Ｄａ６から二値化処理器Ｄｂ６に信号γＬ３，γＬ４の合計値が入力され、それが設定値以上であれば二値化処理器Ｄｂ６からＯＲ回路Ｄｃ２に信号が入力される。また、二値化処理器Ｄｂ７には信号γＨ１が入力され、それが設定値以上であれば二値化処理器Ｄｂ７からＯＲ回路Ｄｃ２に信号が入力される。ＯＲ回路Ｄｃ２は、二値化処理器Ｄｂ４－Ｄｂ７の少なくとも１つから信号が入力された場合、その信号の基礎となった第２信号群を抽出し出力する。図１７の欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ２によれば、図１６の欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１に比べ、スクラッチや結晶欠陥等のヌイサンスを含めて極めて多くの信号が抽出される。
　・欠陥散乱光の特性
　先に図１８に典型的な微小異物を照明した際に入射する散乱光の光強度分布を表し、これをＤＯＩとする欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１の構成例を図１６に例示した。この欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１の構成は、検出すべきＤＯＩの種類、或いは排除すべき典型的なヌイサンスにより異なる構成をとることができるようにする。
　図１９はスクラッチ欠陥のモデル図、図２０－図２２は図７で説明した半球面に対しスクラッチ欠陥を照明した際に入射する散乱光の光強度分布を上面視で表した図である。この図に示すように、スクラッチ欠陥は異方性欠陥の代表例であり、幅に対して長さの寸法が大きく、斜入射照明の照明方向に対して傾斜角θで傾斜している。スクラッチ欠陥からの照明散乱光は、図２０－図２２に示したように左右に異なる強度で散乱する特徴がある。図２０は傾斜角θ＝１５°の光強度分布の例、図２１は傾斜角θ＝４５°の例、図２２は傾斜角θ＝７５°の例を表している。図２０－図２２に示すように、スクラッチでは左右の散乱光強度が一致しないため、図１６に示す回路によりヌイサンスであるスクラッチの検出を抑制し、ＤＯＩである異物に特化して感度を上げることができる。
　逆にスクラッチをＤＯＩとする場合には、図１６の回路のように左右の散乱光強度の対称性を判定する論理回路ではなく、非対称性を判定する論理回路を構成する。最小値選択器、最大値選択器、二値化処理器を組み合わせ、信号γＬ１，γＬ６の最大値が一定以上で、最小値が一定以下となる場合にＯＲ回路Ｄｃ１に信号が出力されるような回路が例示できる。なお、ショットノイズや電気ノイズも左右で対称性がないと考えられ、二値化処理器の設定値を調整することで、ノイズの弁別にも応用できる。
　－信号分離回路－
　図２３は図１の信号処理装置Ｄの信号分離回路Ｄ３の回路図である。信号分離回路Ｄ３は、第２信号群の信号γＬ１…γＶを基礎として、統合信号に対応する信号から既定の規則で分離した分離信号を含む第３信号群の信号δＬ１…δＶを生成し出力する。出力された第３信号群は、メモリ（例えば信号処理装置Ｄ又はこれに接続された機器のメモリ）に記録される。分離信号は、第２信号群を構成する信号のうち少なくとも１つから第２信号群を構成する他の信号を減算して生成される。例えば、信号分離回路Ｄ３は、統合信号（例えば信号βＬ１）に対応する第１信号群の信号（例えば信号γＬ１）から第２信号群を構成する少なくとも１つの他の信号（例えば信号γＬ２）を減算して分離信号を生成する。前述した通り、本実施形態では、左右の同じ側で検出信号を足し合わせて統合信号を生成するので、第２信号群を構成する信号のうち基礎とする検出信号が左右の同じ側の空間で集光されたもの同士で減算して分離信号を生成する。
　具体的には、本実施形態では、第２信号群の信号γＬ１－γＬ６，γＨ１－γＨ６，γＶを基礎として、図２３に示した通り、次のように第３信号群を構成する信号δＬ１－δＬ６，δＨ１－δＨ６，δＶが演算される。
δＬ１＝γＬ１（－γＬ２－γＬ３）：分離信号
δＬ２＝γＬ２（－γＬ３）：分離信号
δＬ３＝γＬ３：非分離信号
δＬ４＝γＬ４：非分離信号
δＬ５＝γＬ５（－γＬ４）：分離信号
δＬ６＝γＬ６（－γＬ４－γＬ５）：分離信号
δＨ１＝γＨ１（－γＨ２＋γＨ３－γＨ４＋γＨ５－γＨ６）：分離信号
δＨ２＝γＨ２（－γＨ３）：分離信号
δＨ３＝γＨ３：非分離信号
δＨ４＝γＨ４（－γＨ３－γＨ５）：分離信号
δＨ５＝γＨ５：非分離信号
δＨ６＝γＨ６（－γＨ５）：分離信号
δＶ＝γＶ（非分離信号）
　図２３の例の場合、信号分離回路Ｄ３から出力される信号δＬ１…δＶは、信号統合回路Ｄ１に入力される検出信号αＬ１…αＶに相当する。フィルタ回路Ｄ２による処理のために検出信号αＬ１…αＶを一旦適宜統合したが、欠陥検出で種々の特徴量空間で欠陥を分析するに当たっては、各センサの検出信号の大きさが分かっていることが望ましい。そのため、信号統合回路Ｄ１で処理した信号をフィルタ処理後に分離する構成を採っている。図２３では信号δＬ１…δＶを検出信号αＬ１…αＶに相当する信号に戻す構成を例示しているが、全ての統合信号を基礎の検出信号に完全に戻す必要はない。例えば高角の６つの信号γＨ１－γＨ６については、検出信号αＨ３＋αＨ４＋αＨ５、検出信号αＨ６＋αＨ１＋αＨ２、検出信号αＨ２＋αＨ３、検出信号αＨ５＋αＨ５の４つの信号にして出力する構成としても良い。検出信号αＨ３＋αＨ４＋αＨ５は高角前方、検出信号αＨ６＋αＨ１＋αＨ２は高角後方、検出信号αＨ２＋αＨ３は高角右方、検出信号αＨ５＋αＨ５は高角左方の統合信号に相当する。
　－欠陥検出回路－
　図２４は図１の信号処理装置Ｄの欠陥検出回路Ｄ４の欠陥判定の概念の一例の説明図である。欠陥検出回路Ｄ４は、信号分離部Ｄ３から出力された第３信号群に基づいて欠陥を検出又は分類する処理を実行する。本実施形態では、第３信号群の信号δＬ１…δＶから座標軸を選択した特徴量空間内における検出欠陥の位置が予め設定された判定領域に属しているかどうかで検出欠陥がＤＯＩであるか否かを判定する。図２４の例では、信号δＬ３，δＬ４，γＨ１（＝δＨ１＋δＨ２＋δＨ３＋δＨ４＋δＨ５＋δＨ６）を軸にとった特徴量空間を表している。クロスマーク及びポイントマークはいずれも試料１の検査結果を表すベクトルを表している。同図中に楕円で表した領域は、この特徴量空間内で欠陥と判定するための判定領域である。欠陥検出回路Ｄ４では、この判定領域の内側に収まっているポイントマークで表されたベクトルがＤＯＩと判定され、判定領域から外れているクロスマークで表されたベクトルがヌイサンスと判定される。この特徴量空間判定には、機械学習、マハラノビス距離、Deep learning等が適用できる。欠陥検出回路Ｄ４で判定された欠陥検査データは、メモリ（例えば信号処理装置Ｄ又はこれに接続された機器のメモリ）に記録される。
　－新規欠陥判定処理－
　図２５は－図２７図１の信号処理装置Ｄの新規欠陥判定回路Ｄ５の新規欠陥判定の概念の一例の説明図である。ここで、例えばある半導体製造プロセスＰの前に実施された試料１の過去の欠陥検査データがあるとする。その際に使用された欠陥検査装置は、本実施形態の欠陥検査装置１００でも他の欠陥検査装置でも構わない。試料１について半導体製造プロセスＰを実施した後、本実施形態の欠陥検査装置１００で欠陥検査をするに当たり、半導体製造プロセスＰにより発生した新規欠陥をＤＯＩとして検出するのが新規欠陥判定回路Ｄ５である。
　具体的には、信号処理装置Ｄでは、メモリから読み込んだ同一の試料１について過去の欠陥検査データ、具体的には半導体製造プロセスＰとその１つ前の半導体製造プロセスの間に得られた欠陥検査データが読み込まれる。欠陥検査装置１００のメモリ、欠陥検査装置１００に接続された機器（サーバ等）のメモリ、データベースＤＢ（図１）等のいずれを過去の欠陥検査データの読み込み元とする構成でも良い。そして、図２７に示したように、過去の欠陥検査データから試料１における欠陥のクラスタ領域が設定される。クラスタ領域は、例えば過去の欠陥検査データについて試料１の表面の座標上で各欠陥について最も近い欠陥との距離が設定距離以下であるかを判定し、設定距離以下に接近した位置関係にある２つの欠陥をグループ化して繋げていくことで設定できる。その後、半導体製造プロセスＰの後で新たに試料１を検査して得られた欠陥検査データと過去の欠陥検査データとが、図２６に示したように突き合わせられる。この突き合わせの結果、半導体製造プロセスＰで検出された欠陥のうち、過去の欠陥検査データに含まれる全ての欠陥と不一致でかつクラスタ領域から外れている欠陥が、半導体製造プロセスＰで発生した新規欠陥と判定されてメモリに記録される。
　このとき、過去の欠陥検査データは、要検出のＤＯＩのみならず検出不要なヌイサンスを含めて検出される条件で生成されたデータとすることが望ましい。例えば先に図１７で説明した欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ２のようにヌイサンスを含めて積極的に多くの欠陥を検出する条件を設定する。過去の欠陥検査データについては、欠陥検出の工程でも例えば図２４で説明したような欠陥判定は行わず、欠陥判定領域の内外にある双方の欠陥を欠陥検査データに含める。これにより、図２５に示したように、過去の欠陥検査データでは要不要問わず夥しい数の欠陥が検出され得る。過去の欠陥検査データについて、欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ２による積極的ヌイサンス検出と、欠陥検出工程におけるヌイサンスの不除去の双方を行わず、いずれか一方のみを行うようにしても良い。
　それに対し、半導体製造プロセスＰの後で実施する欠陥検査では、半導体製造プロセスＰで発生すると想定される特定種類の欠陥をＤＯＩとし、先に図１６で説明した欠陥候補抽出回路Ｄ２ａ１のようにＤＯＩをターゲットにして欠陥候補を抽出する。半導体製造プロセスＰの後の欠陥検査については、欠陥検出の工程でも図２４で説明したように欠陥判定領域の内側にある欠陥のみをＤＯＩとして欠陥検査データに含める。
　例えば、半導体製造プロセスＰの前に得た過去の欠陥検査データでは、ノイズも多く検出され得るが、座標突合せ精度が確保されていれば、過去の欠陥検査データに含まれるノイズと新規欠陥の座標が一致する確率は極めて低い。その観点では、半導体製造プロセスＰの前後の検査結果の差分をとって新規欠陥だけを抽出するには、むしろ過去の欠陥検査データにはＤＯＩ以外の多くの欠陥が検出されていることが望ましい。
　なお、半導体製造プロセスＰの前後の検査結果を突き合わせる場合、両検査結果の座標を精度良く突合せる必要がある。この座標の突合せ精度を向上させる処理として、新規欠陥判定回路Ｄ５に好ましく付加できる機能を説明する。半導体製造プロセスＰの前後の検査結果の双方で検出された複数の同一と推定される欠陥に着目する。これら複数の欠陥は、過去の欠陥検査データにおける互いの位置関係と、後の欠陥検査データにおける互いの位置関係に一定の相関があれば同一欠陥と推定できる。こうして抽出した過去の欠陥検査データに含まれる複数の欠陥と、後の欠陥検査データにおいてこれらに対応する複数の検出欠陥との座標ずれを演算する。この座標ずれが半導体製造プロセスＰの前後の検査結果の座標ずれであり、この座標ずれに基づき、過去の欠陥検査データに対する検出欠陥の座標ずれを補正することができる。この座標補正をした上で半導体製造プロセスＰの前後の検査結果を突き合わせて新規欠陥を判定することで、精度良く新規欠陥を判定することができる。その際、演算した座標ずれを基に光軸調整機構（不図示）により検出光学系の光軸を補正し、光軸補正後の欠陥検査データと過去の欠陥検査データを突き合わせる方法もある。
　その際、半導体製造プロセスＰの後で行う欠陥検査では、欠陥検出処理（図２４）で広さの異なる２つの判定領域を用い、最終的な新規欠陥の抽出用の欠陥検査データと、座標アライメント用の欠陥検査データとを用意することも考えられる。新規欠陥の抽出用の欠陥検査データに比べて、座標アライメント用の欠陥検査データは判定領域を広く設定する。これによりＤＯＩの他に、特徴量の近いヌイサンスが検出され、検出欠陥数が増える。半導体製造プロセスＰの後で行う欠陥検査のＤＯＩは半導体製造プロセスＰで発生した新規欠陥であるため、ＤＯＩとして検出された欠陥には過去の欠陥検査データで発見済みのデータが含まれていない可能性がある。それに対し、座標アライメント用の欠陥検査データに含まれるヌイサンスは、過去の欠陥検査データでも検出されている可能性が高い。このように半導体製造プロセスＰの前後の検査結果の突き合わせに利用できる欠陥を意図的に含めることで、座標アライメントを精度良く実行することができる。
　－新規欠陥判定方法－
　欠陥検査装置１００を用いることで、前述した通り、等方性欠陥のみならず異方性欠陥も精度良く検出できる。欠陥検出の際には、統合信号を分離して各方向への散乱光の特徴量の精度を確保することで、欠陥検出精度も向上する。このように精度良く欠陥種を識別できるので、特定の半導体製造プロセスで発生する傾向にある欠陥をＤＯＩに設定し、その種の欠陥を精度良く検出できる。この利点を活かし、検出されたＤＯＩが実際にその半導体製造プロセスで発生した欠陥であるのかを識別することができ、半導体製造プロセスの評価に役立てることができる。新規欠陥判定回路Ｄ５について先に説明した通りである。
　すなわち、まず試料１の表面を検査する第１検査工程を実施し、第１検査工程で検査した試料１に所定の半導体製造プロセスＰを施し、所定の半導体製造プロセスＰを施した試料１の表面を検査する第２検査工程を実施する。試料１の表面上には、第１検査工程の欠陥検査データから欠陥のクラスタ領域を設定しておく。そして、第１検査工程と第２検査工程で検出した欠陥の対応付けを行い、第２検査工程のみで検出されかつクラスタ領域から外れている欠陥を半導体製造プロセスＰで発生した新規欠陥と判定する。その際、第１検査工程では、要検出のＤＯＩのみならず検出不要なヌイサンスを含めて第２検査工程よりも多くの欠陥が検出される条件で試料１を検査する。また好ましくは、第１検査工程と第２検査工程の双方で検出される欠陥の座標ずれを特定し、第１検査工程の欠陥検査データに対する第２検査工程の検出欠陥の座標ずれを補正した上で新規欠陥を判定する。これにより精度良く新規欠陥が検出される。
　－効果－
　（１）斜入射照明をする場合は後方への散乱光強度が一般に弱くなる等、散乱方向により検出光量が不足する。そこで、検出信号αＬ１…αＶを適宜統合処理することでフィルタ処理の信頼性を確保することができる。しかし、統合処理後の信号のままでは、最終的に欠陥種を判定するには特徴量として曖昧な場合もある。そこで、本実施形態では、上記の通りフィルタ処理後には統合された信号を分離して各方向への散乱光の特徴量の精度を確保することで、欠陥種の判定精度を向上させることができる。これにより、検出信号の統合による照明散乱光の散乱分布の曖昧化を抑えることができ、ヌイサンスと区別して精度良くＤＯＩを検出することができる。
　（２）検出信号を統合処理する際、左側の空間に散乱した散乱光の検出信号は同じく左側の空間に散乱した他の散乱光の検出信号と統合する。同様に、右側の空間に散乱した散乱光の検出信号は右側の空間に散乱した他の散乱光の検出信号と統合する。異方性欠陥の場合、図２０－図２２で説明した通り散乱光量が左右で著しく異なるため、仮に後方散乱光同士で左右の検出信号を統合する統合方式を採ると、その統合信号では異方性欠陥であることを判別することができない。それに対し、本実施形態では、照明方向に対して左右の同じ側同士で検出信号を統合することで、異方性欠陥の識別感度を向上させることができる。
　（３）斜入射照明をする場合は後方への散乱光強度が一般に弱くなる。従って、統合処理をする際には、主に後方散乱光（例えば左後方への照明散乱光）の検出信号に左右の同じ側に散乱した前方散乱光（例えば左前方への照明散乱光）の検出信号を加算する。これにより異方性欠陥の識別感度を確保しつつ、信号強度の低い検出信号を適正に増幅させることができる。
　（４）また、統合処理では、必ずしも全ての検出信号に他の検出信号を加算するのではなく、前方に散乱した照明散乱光を基礎とする検出信号の少なくとも１つについては他の信号と足し合わせることなくフィルタ処理に用いる。前方散乱光はそもそも光強度が高いため、その検出信号に光強度の低い散乱光の検出信号を加算すると却って前方散乱光の検出信号が持つ特徴量の明確性が損なわれ兼ねない。そこで、前方散乱光につては他の信号と統合することなくそのまま後段の処理で使用することで、フィルタ処理の精度を確保することができる。
　（５）左右同じ側の散乱光の検出信号同士を加算するので、分離する際も左右同じ側の信号同士の差分をとることで、信号の持つ特徴量の左右の区別を維持することができる。信号分離処理により信号統合処理を行う欠陥検査装置にあって欠陥種の判定精度を向上させることができることは前述したが、こうして信号の持つ特徴量の左右の区別を維持することも欠陥種の判定精度の向上に大きく貢献する。
　（６）フィルタ処理では、照明スポットの照明プロファイルに基づいて信号が処理される。その際、図１１のように絶対的な閾値と比較して欠陥信号を弁別する場合、欠陥から散乱した信号の検出信号であっても光量が閾値に満たない場合には検出されない。それに対し、図１３及び図１４で説明したように信号を２チャンネルに分離し、各チャンネルについて照明プロファイルとの相互相関演算により得た２つの成分値を比較する方法では、比較的光量が少ない欠陥信号にも一定の感度を確保することができる。
　（７）同一の試料についての過去の欠陥検査データから欠陥のクラスタ領域を設定することで、過去の欠陥検査データに含まれる全ての欠陥と不一致でかつクラスタ領域から外れている欠陥を新規欠陥と判定することができる。クラスタを形成している欠陥は以前から存在していた可能性が高く、クラスタ領域に含まれる欠陥を新規欠陥の候補から外すことで、新規欠陥の検出精度を確保しつつ演算負荷を抑制できる。
　（８）新規欠陥の判定に用いる過去の欠陥検査データは、要検出のＤＯＩのみならず検出不要なヌイサンスを含めて検出される条件で生成されたデータとすることが好ましい。この場合、特定の半導体製造プロセス後に実施した欠陥検査で検出された欠陥のうち、その半導体製造プロセスの実施前から存在していた欠陥は過去の欠陥検査データで発見されている可能性が高い。従って、過去の欠陥検査データと一致する欠陥については新規欠陥の候補から除外することで、新規欠陥の検出精度を確保することができる。
　（９）半導体製造プロセスの前後で得た欠陥検査データの双方で検出された欠陥の座標ずれに基づき、過去の欠陥検査データに対する検出欠陥の座標ずれを補正することで、新規欠陥の検出精度を確保することができる。
　（第２実施形態）
　第１実施形態では、センサＣ１－Ｃｎ，Ｃ３’として単画素のポイントセンサを用いた例を説明したが、複数画素を持つ一次元又は二次元のセンサを用いた欠陥検査装置にも本発明は適用可能である。複数画素を持つセンサを用いた検出光学系及びセンサの構成を図２８－図３０に例示した。図２９は図２８に示した検出光学系を図２８中の上方向から見た図である。図２８及び図２９には、検出光軸に対してセンサが傾斜した構成を例示している。図３０は検出光軸にセンサが直交した構成を例示している。
　本実施形態の欠陥検査装置は、第１実施形態の欠陥検査装置１００の検出光学系及びセンサの各ユニットを図２８及び図２９の構成例又は図３０の構成例に置き換えたものに相当する。これらの図に示した検出光学系Ｂ”は、集光レンズＢ１”、１／２波長板Ｂ２”、偏光ビームスプリッタＢ３”、１／２波長板Ｂ４”、シリンドリカルレンズＢ５”，Ｂ６”、結像レンズＢ７”、ビームディフューザＢ８”を備えている。検出光学系Ｂ”に入射した照明散乱光はセンサＣ”に導かれる。センサＣ”には、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、ＰＳＤ（ポジションセンシングディテクタ）等を用いることができる。
　検出光学系Ｂ”では、集光レンズＢ１”で照明散乱光を集光し、１／２波長板Ｂ２”でその偏光方向を制御する。１／２波長板Ｂ２”はアクチュエータ（不図示）により回転可能である。１／２波長板Ｂ２”を通過した光は、偏光ビームスプリッタＢ３”により偏光に応じて光路が分岐される。１／２波長板Ｂ２”と偏光ビームスプリッタＢ３”の組み合わせにより、試料１の欠陥を示す光信号と、試料１の欠陥検出を阻害する光信号（試料１の表面からのラフネス散乱光）とを分離し易くしてある。偏光ビームスプリッタＢ３”を通過した光は、１／２波長板Ｂ４”によりセンサＣ”における検出に適した偏光方向を制御される。１／２波長板Ｂ４”を通過した光シリンドリカルレンズＢ５”，Ｂ６”により断面形状を調整され、結像レンズＢ７”を介してセンサＣ”に導かれる。複数画素のセンサＣ”には照明スポット２０の光学像が結像する。センサＣ”の各画素で光電変換された光学像の検出信号は、第１実施形態と同様にセンサＣ”から信号処理装置Ｄに出力される。なお、偏光ビームスプリッタＢ３”で光路分岐された光は、迷光にならないようにビームディフューザＢ８”で減衰される。
　このように複数画素を有するセンサを複数使用した欠陥検査装置においても、本発明は適用可能である。例えば各センサについて各画素から出力される複数の検出信号の代表値（例えば最大値や中央値）で第１実施形態における検出信号αＬ１…αＶを置き換え、第１実施形態と同様の処理を実行することで第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（変形例）
　なお、以上において、図１０に示した信号統合回路Ｄ１の構成（つまり信号統合の組み合わせ）は例示であり、照明光学系や検出光学系の構成や検査目的に応じて信号統合の組み合わせは適宜変更可能である。散乱光を検出する領域Ｌ１…Ｖの配置や数についても適宜変更可能である。
　フィルタ回路Ｄ２により実行されるフィルタ処理についても、図１１で説明した第１例及び図１２－図１４で説明した第２例はいずれも例示であり、信号統合回路Ｄ１から出力される信号βＬ１…βＶのＳＮ比が挙げられれば処理内容は適宜変更可能である。
　信号分離回路Ｄ３についても、図２３に示した構成（つまり減算される信号とこれから減算に用いられる信号の組み合わせ）は例示であり、信号統合回路Ｄ１と同様に信号分離の組み合わせは適宜変更可能である。欠陥検出回路Ｄ４による欠陥の検出原理も図２４で説明した方式は例示であり、他方式を採用することができる。
１…試料、１００…欠陥検査装置、Ａ…照明光学系、Ｂ１－Ｂｎ，Ｂ’３，Ｂ”…検出光学系、Ｂ３ａ…集光レンズ（対物レンズ）、ＢＳ…照明スポット、Ｃ１－Ｃｎ，Ｃ”…センサ、Ｄ…信号処理装置、ＳＴ１…試料台、ＳＴ２…走査装置、ＸｃｏｒＡ，ＸｃｏｒＢ…カーネル（照明プロファイル）、αＬ１－αＬ６，αＨ１－αＨ６，αＶ…検出信号、βＬ１－βＬ６，βＨ１－βＨ６，βＶ…信号（第１信号群）、γＬ１－γＬ６，γＨ１－γＨ６，γＶ…信号（第２信号群）、δＬ１－δＬ６，δＨ１－δＨ６，δＶ…信号（第３信号群）

Claims (13)

  1. 　試料を支持する試料台と、
    　前記試料台に載せた試料に照明光を照射する照明光学系と、
    　前記試料台を駆動して前記試料と前記照明光学系の相対位置を変化させる走査装置と、
    　前記試料の表面からの照明散乱光を集光する複数の検出光学系と、
    　対応する検出光学系で集光された照明散乱光を電気信号に変換し検出信号を出力する複数のセンサと、
    　前記複数のセンサから入力された検出信号を処理する信号処理装置とを備え、
    　前記信号処理装置は、
    　前記複数のセンサから入力された一群の検出信号を基礎として、既定の組み合わせで複数の検出信号を足し合わせた統合信号を含む第１信号群を生成し、
    　前記第１信号群を構成する各信号にフィルタ処理を実行して第２信号群を生成し、
    　前記第２信号群を基礎として、前記統合信号に対応する信号から既定の規則で分離した分離信号を含む第３信号群を生成し、
    　前記第３信号群に基づいて欠陥を検出又は分類して欠陥検査データをメモリに格納する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 　請求項１の欠陥検査装置において、
    　前記照明光学系は、前記試料の表面の法線に対し傾斜した方向から前記試料に照明光を入射させるように構成されており、
    　前記信号処理装置は、前記試料に入射する照明光の光軸と前記試料の法線とを含む面で前記試料の上方の空間を左右に二分した場合、左右の同じ側の空間に各々の対物レンズが配置された複数の検出光学系で検出された検出信号を足し合わせて前記統合信号を生成する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  3. 　請求項２の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、前記照明光の入射方向に見て後方に散乱した照明散乱光を基礎とする検出信号に、前方に散乱した照明散乱光を基礎とする検出信号を足し合わせて前記統合信号を生成する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  4. 　請求項３の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、前記前方に散乱した照明散乱光を基礎とする複数の検出信号のうち少なくとも１つを他の信号と足し合わせることなく第１信号群に含める
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  5. 　請求項１の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、前記第２信号群を構成する信号のうち少なくとも１つから前記第２信号群を構成する他の信号を減算して前記分離信号を生成する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  6. 　請求項１の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、第１信号群を構成する各信号について前記照明光が前記試料の表面に形成する照明スポットの照明プロファイルに基づいて前記フィルタ処理を実行する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  7. 　請求項６の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、
    　第１信号群を構成する各信号について時系列順に交互に振り分けて２チャンネルに分離し、
    　各チャンネルについて前記照明プロファイルとの相互相関演算により前記フィルタ処理を実行して得た２つの成分値を比較し、
    　前記２つの成分値の差が設定値より大きければ前記２つの成分値のうち大きい方の値を除去して小さい方の値を前記第２信号群の構成信号として選択し、前記２つの成分値の差が設定値未満であれば前記２つの成分値の平均値を前記第２信号群の構成信号として選択する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  8. 　請求項１の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、
    　同一の試料についての過去の欠陥検査データから欠陥のクラスタ領域を設定し、前記過去の欠陥検査データに含まれる全ての欠陥と不一致でかつ前記クラスタ領域から外れている欠陥を新規欠陥と判定して前メモリに記録する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  9. 　請求項８の欠陥検査装置において、
    　前記過去の欠陥検査データは、要検出の欠陥のみならず検出不要な欠陥を含めて検出される条件で生成されたデータである
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  10. 　請求項８の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、前記過去の欠陥検査データに含まれる欠陥とこれに対応する検出欠陥との座標ずれに基づき、前記過去の欠陥検査データに対する検出欠陥の座標ずれを補正した上で前記新規欠陥を判定する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  11. 　試料の表面を検査する第１検査工程を実施し、
    　前記第１検査工程で検査した前記試料に所定のプロセスを施し、
    　前記所定のプロセスを施した前記試料の表面を検査する第２検査工程を実施し、
    　前記第１検査工程の欠陥検査データから欠陥のクラスタ領域を設定し、
    　前記第１検査工程と前記第２検査工程で検出した欠陥の対応付けを行い、前記第２検査工程のみで検出されかつ前記クラスタ領域から外れている欠陥を前記所定のプロセスで発生した新規欠陥と判定する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
  12. 　請求項１１の欠陥検査方法において、
    　前記第１検査工程では、要検出の欠陥のみならず検出不要な欠陥を含めて前記第２検査工程よりも多くの欠陥が検出される条件で前記試料を検査する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
  13. 　請求項１１の欠陥検査方法において、
    　前記第１検査工程と前記第２検査工程の双方で検出される欠陥の座標ずれを特定し、
    　前記第１検査工程の欠陥検査データに対する前記第２検査工程の検出欠陥の座標ずれを補正した上で前記新規欠陥を判定する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
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