WO2023119587A1 - 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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WO2023119587A1
WO2023119587A1 PCT/JP2021/048004 JP2021048004W WO2023119587A1 WO 2023119587 A1 WO2023119587 A1 WO 2023119587A1 JP 2021048004 W JP2021048004 W JP 2021048004W WO 2023119587 A1 WO2023119587 A1 WO 2023119587A1
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WO
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sample
defect inspection
detection
comparison
inspection
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PCT/JP2021/048004
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雄太 浦野
敏文 本田
貴則 近藤
裕太 田川
Original Assignee
株式会社日立ハイテク
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method for rotating and inspecting a sample such as a wafer on which numerous fine structures such as semiconductor circuit patterns are repeatedly formed.
  • defects on the surface of semiconductor substrates, thin film substrates, etc. are inspected in order to improve the yield of products.
  • a defect inspection apparatus used for this defect inspection a system is known in which scattered light from the sample surface is simultaneously detected by a plurality of sensors at different positions, and detailed information on the position, shape, size, etc. of the defect is obtained ( See Patent Document 1, etc.).
  • microstructures In the inspection of a sample such as a wafer (for example, a patterned wafer) on which a large number of microstructures such as semiconductor circuit patterns are repeatedly formed on the surface at regular intervals, normally formed microstructures may be erroneously detected as defects. .
  • it is effective to compare inspection data of a plurality of predetermined regions (for example, dies) and remove signals from normal fine structures.
  • a method of scanning the sample in the vertical and horizontal directions (XY directions) hereinafter referred to as the XY scanning method
  • the XY scanning method since the stage is reciprocated during scanning and the acceleration and deceleration of the stage are repeated, the processing speed is greatly restricted.
  • An object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus and a defect inspection method capable of accurately inspecting a sample on which fine structures are repeatedly formed on the surface using a rotary scanning method.
  • the present invention provides a defect inspection apparatus for inspecting a sample having structures repeatedly formed on its surface.
  • an illumination optical system for irradiating light a scanning device that rotates and drives the sample stage to change the relative positions of the sample and the illumination optical system; and a plurality of detection optical systems that collect illumination scattered light from the surface of the sample.
  • a plurality of sensors that convert illumination scattered light collected by the corresponding detection optical system into electrical signals and output detection signals, and a signal processing device that processes the detection signals input from the plurality of sensors.
  • the signal processing device extracts a comparison portion having a corresponding relationship set by ⁇ coordinates in an r ⁇ circular coordinate system for the sample with the center of the sample as the origin, for an arbitrary inspection portion on the surface of the sample. and a defect inspection apparatus for comparing a detection signal from the inspection portion with a detection signal from the comparison portion and detecting a defect of the sample based on a difference between the detection signals.
  • Schematic diagram of one configuration example of a defect inspection apparatus Schematic diagram showing the scanning trajectory of the sample
  • Schematic diagram showing sample scanning trajectory (comparative example)
  • Schematic diagram showing the positional relationship between the optical axis of illumination light directed obliquely to the surface of the sample and the shape of the illumination intensity distribution Schematic diagram showing the positional relationship between the optical axis of illumination light directed obliquely to the surface of the sample and the shape of the illumination intensity distribution.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing the defect inspection procedure of the defect inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention; Explanatory diagram of the correspondence relationship between the ⁇ coordinates of the inspection part and the comparison part applied to the defect inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention. Explanatory diagram of the correspondence relationship between the ⁇ coordinates of the inspection part and the comparison part applied to the defect inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Explanatory diagram of the correspondence relationship between the ⁇ coordinates of the inspection portion and the comparison portion applied to the defect inspection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. Explanatory diagram of the correspondence relationship between the ⁇ coordinates of the inspection part and the comparison part applied to the defect inspection apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. Schematic diagram extracting the main part of the defect inspection apparatus according to the seventh embodiment of the present invention Schematic diagram extracting the main part of the defect inspection apparatus according to the eighth embodiment of the present invention
  • a defect inspection apparatus which will be described as an application target of the present invention in the following embodiments, is used for defect inspection of the surface of a sample (wafer) performed during the manufacturing process of semiconductors, for example.
  • the defect inspection apparatus of the present embodiment is preferably used for inspection of wafers (patterned wafers) on which a large number of fine structures such as semiconductor circuit patterns are repeatedly formed on the surface at regular intervals.
  • the defect inspection apparatus it is possible to detect minute defects of a sample and acquire data on the number, position, size, and type of defects at high speed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration example of a defect inspection apparatus 100 according to this embodiment.
  • An XYZ orthogonal coordinate system in which the Z axis is extended vertically is defined as shown in FIG.
  • the defect inspection apparatus 100 uses a sample W as an inspection target and detects defects such as abnormal film formation on the surface of the sample W and adhesion of foreign matter.
  • the defect inspection apparatus 100 employs a rotary scanning method in which the sample W is rotated in the circumferential direction ( ⁇ direction) and moved in the radial direction (R direction) for scanning.
  • the defect inspection apparatus 100 can also inspect a semiconductor silicon wafer (substrate) on which no pattern is formed, in the embodiment, a wafer with a pattern having dies arranged in the XY directions (in a matrix) on the surface of the substrate is inspected.
  • a case will be described as an example.
  • Fine circuit patterns fine structures are densely formed on one die.
  • a unit that is exposed at one time to form this die is referred to as a shot. If exposure is performed on a die-by-die basis in the manufacturing process of the sample W, the die and the shot are substantially the same region, but the same shot may include a plurality of dies. When multiple dies are included in the same shot, all dies in the shot may have the same pattern, but dies included in the same shot may have different patterns.
  • the stage ST is a device including a sample stage ST1 and a scanning device ST2.
  • the sample table ST1 is a table for supporting the sample W.
  • the scanning device ST2 is a device that drives the sample stage ST1 to change the relative position of the sample W and the illumination optical system A.
  • it includes a translation stage, a rotation stage, and a Z stage.
  • a rotation stage is mounted on the translation stage via a Z stage, and a sample table ST1 is supported on the rotation stage.
  • the translation stage horizontally translates together with the rotation stage.
  • the rotating stage rotates (rotates) around a rotating shaft extending vertically.
  • the Z stage functions to adjust the height of the sample W surface.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the scanning trajectory of the sample W by the scanning device ST2.
  • the illumination spot BS which is the incident area of the illumination light emitted from the illumination optical system A onto the surface of the sample W, is a minute point and has an illumination intensity distribution that is long in one direction as shown in the figure.
  • the illumination spot BS is scanned in the s1 direction relative to the surface of the sample W, and as the translation stage translates, the sample W moves in the horizontal direction, and the illumination spot BS is scanned relative to the surface of the sample W in the s2 direction.
  • the illumination spot BS moves in a spiral trajectory from the center to the outer edge of the sample W as shown in FIG. The entire surface of 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 while the sample W rotates once.
  • the illumination spot BS scans the surface of the sample W by folding a linear trajectory instead of a spiral trajectory.
  • the first translation stage is translated at a constant speed in the s1 direction, and the second translation stage is 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 again in the s1 direction and translationally driven.
  • the illumination spot BS scans the entire surface of the sample W by repeating linear scanning in the s1 direction and movement in the s2 direction.
  • the rotary scanning method of this embodiment does not involve reciprocating motions that repeat acceleration and deceleration, so the inspection time for the sample W can be shortened.
  • the illumination optical system A shown in FIG. 1 includes an optical element group for irradiating a sample W placed on a sample stage ST1 with desired illumination light.
  • This illumination optical system A includes, as shown in FIG. 1, a laser light source A1, an attenuator A2, an emitted light adjustment unit A3, a beam expander A4, a polarization control unit A5, a condensing optical unit A6, reflection mirrors A7 to A9, and the like. It has
  • the laser light source A1 is a unit that emits a laser beam as illumination light.
  • a high-power laser beam with an output of 2 W or more is emitted with a short wavelength (wavelength of 355 nm or less) ultraviolet or vacuum ultraviolet that is difficult to penetrate inside the sample W.
  • 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 that has a long wavelength and easily penetrates the inside of the sample W 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 this embodiment, a configuration in which a first polarizing plate A2a, a half-wave plate A2b, and a second polarizing plate A2c are combined is exemplified. are doing.
  • the half-wave plate A2b is 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, then the polarization direction is adjusted to the slow axis azimuth of the half-wave plate A2b, and passes through the second polarizing plate A2c. .
  • the azimuth angle of the half-wave plate A2b By adjusting the azimuth angle of the half-wave plate A2b, the light intensity of the illumination light is attenuated at an arbitrary ratio. If the degree of linear polarization of illumination light incident on the attenuator A2 is sufficiently high, the first polarizing plate A2a can be omitted.
  • the attenuator A2 one calibrated in advance for the relationship between the incident illumination light and the light attenuation rate is used.
  • the attenuator A2 is not limited to the configuration illustrated in FIG. 4, and can be configured using ND filters having a gradation density distribution, and the attenuation effect can be adjusted by combining a plurality of ND filters with different densities. can be configured.
  • the output 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 in this embodiment includes a plurality of reflection mirrors A3a and A3b. It is configured.
  • the illumination light is sequentially reflected by the reflection mirrors A3a and A3b.
  • the illumination light incident/emission surface of the reflection mirror A3a is perpendicular to the illumination light incident/emission surface of the reflection mirror A3b.
  • the incidence/emission surface is a surface including the optical axis of light incident on the reflecting mirror and the optical axis of light emitted from the reflecting mirror.
  • the illumination light When the illumination light is incident on the reflection mirror A3a in the +X direction, for example, the illumination light travels in the +Y direction at the reflection mirror A3a and then in the +Z direction at the reflection mirror A3b, although this is different from that shown in FIG. change.
  • the XY plane is the plane of incidence/emission of illumination light with respect to the reflecting mirror A3a
  • the YZ plane is the plane of incidence/emission with respect to the reflecting mirror A3b.
  • the reflection mirrors A3a and A3b are provided with a mechanism (not shown) for translating the reflection mirrors A3a and A3b and a mechanism (not shown) for tilting the reflection mirrors A3a and A3b.
  • the reflecting mirrors A3a and A3b are translated, for example, in the direction of incidence or emission of the illumination light relative to themselves, and tilt around the normal to the incidence/emission surfaces.
  • 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 in the +Z direction from the emitted light adjustment unit A3.
  • the configuration using two reflecting mirrors A3a and A3b is illustrated in this example, a configuration using three or more reflecting mirrors is also possible.
  • the beam expander A4 is a unit that expands the diameter of the incident illumination light, and has a plurality of lenses A4a and A4b.
  • An example of the beam expander A4 is a Galilean type in which a concave lens is used as the lens A4a and a convex lens is used as the lens A4b.
  • the beam expander A4 is provided with a spacing adjustment mechanism (zoom mechanism) for the lenses A4a and A4b, and adjusting the spacing between the lenses A4a and A4b changes the magnifying power of the beam diameter.
  • the beam expander A4 enlarges the luminous flux diameter by, for example, about 5 to 10 times. enlarged to some extent.
  • the illumination light incident on the beam expander A4 is not a parallel beam, it is possible to collimate the diameter of the beam as well as the diameter of the beam by adjusting the distance between the lenses A4a and A4b (making the beam quasi-parallel).
  • the collimation of the luminous flux may be performed by a collimating lens provided upstream of the beam expander A4 and separately from the beam expander A4.
  • the beam expander A4 is installed on a translation stage with two axes (two degrees of freedom) or more, and is configured so that its 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 for two axes (two degrees of freedom) or more so that the incident illumination light and the optical axis are aligned.
  • the state of the illumination light incident on the beam expander A4 is measured by a beam monitor.
  • the polarization control unit A5 is an optical system for controlling the polarization state of illumination light, and includes a half-wave plate A5a and a quarter-wave plate A5b.
  • the polarization control unit A5 sets the illumination light to be P-polarized light.
  • the amount of scattered light from defects can be increased.
  • scattered light referred to as haze
  • S-polarized illumination light haze can be reduced compared to polarized light other than S-polarized light. can be reduced.
  • the reflecting mirror A7 is moved in parallel in the direction of the arrow by a drive mechanism (not shown) to move in and out of the optical path of the illumination light toward the sample W. As shown in FIG. As a result, the incident path of the illumination light with respect to the sample W is switched.
  • the illumination light emitted from the polarization control unit A5 as described above is reflected by the reflecting mirror A7 and obliquely enters the sample W via the condensing optical unit A6 and the reflecting mirror A8.
  • oblique illumination such illumination light incident on the sample W from a direction inclined with respect to the normal to the surface of the sample W is referred to as "oblique illumination”.
  • the illumination light emitted from the polarization control unit A5 is reflected by the reflecting 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. is perpendicular to the sample W via the .
  • illumination light incident perpendicularly to the surface of the sample W is referred to as "vertical illumination”.
  • FIG. 5 and 6 are schematic diagrams showing the positional relationship between the optical axis of the illumination light that is obliquely guided to the surface of the sample W by the illumination optical system A and the illumination intensity distribution shape.
  • FIG. 5 schematically shows a cross section obtained by cutting the sample W along the plane of incidence of the illumination light incident on the sample W.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section of the sample W taken along a plane perpendicular to the plane of incidence of the illumination light incident on the sample W and including the normal to the surface of the sample W.
  • the plane of incidence is a plane that includes the optical axis OA of the illumination light incident on the sample W and the normal to the surface of the sample W.
  • FIG. 5 and 6 show a part of the illumination optical system A, and for example, the emitted light adjusting unit A3 and the reflecting mirrors A7 and A8 are omitted.
  • the illumination optical system A is configured so that the illumination light can enter the surface of the sample W obliquely.
  • the oblique incident illumination is adjusted for light intensity by the attenuator A2, beam diameter by the beam expander A4, and polarization by the polarization control unit A5, so that the illumination intensity distribution is uniform within the plane of incidence.
  • the illumination intensity distribution (illumination profile) LD1 shown in FIG. 5 the illumination spot formed on the sample W has a Gaussian light intensity distribution in the s2 direction and is defined at 13.5% of the peak.
  • the length of the beam width 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, like the illumination intensity distribution (illumination profile) LD2 shown in FIG. .
  • This light intensity distribution is, for example, a Gaussian distribution reflecting the intensity distribution of light incident on the light condensing optical unit A6, or a first-order Bessel function or sinc function of the first kind reflecting the aperture shape of the light condensing optical unit A6.
  • the length l2 of the illumination intensity distribution in the plane perpendicular to the plane of incidence and the sample surface is shorter than the beam width l1 shown in FIG. set to an extent.
  • the length l2 of this illumination intensity distribution is the length of the region having illumination intensity of 13.5% or more of the maximum illumination intensity in the plane orthogonal to the plane of incidence and the sample surface.
  • the incident angle of the oblique illumination with respect to the sample W (the tilt angle of the incident optical axis with respect to the normal to the sample surface) is adjusted to an angle suitable for detecting minute defects by the positions and angles of the reflecting mirrors A7 and A8. .
  • the angle of the reflecting mirror A8 is adjusted by an adjustment mechanism A8a.
  • the larger the incident angle of the illumination light with respect to the sample W (the smaller the illumination elevation angle formed by the sample surface and the incident optical axis), the more noise the scattered light from minute defects on the sample surface.
  • Scattered light (hereinafter referred to as haze) from unevenness and patterns is weakened.
  • the incident angle of illumination light is set to, for example, 75 degrees or more (elevation angle of 15 degrees or less).
  • the smaller the illumination incident angle the greater the absolute amount of scattered light from minute foreign matter.
  • the angle of elevation is preferable to less than or equal to 15 degrees or more and 30 degrees or less.
  • the number of detection optical systems B1-Bn is not limited to 13 and may be increased or decreased as appropriate.
  • the layout of the detection apertures (described later) of the detection optical systems B1-Bn can be changed as appropriate.
  • FIG. 7 is a view showing the area 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.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the detection zenith angles of the low-angle and high-angle optical systems among the detection optical systems B1-B13,
  • FIG. 9 is a plan view showing the detection azimuth angle of the low-angle detection optical system, and
  • FIG. is a plan view showing detection azimuth angles of a high-angle detection optical system;
  • the direction of travel of the incident light (right direction in FIG. 7) with respect to the illumination spot BS on the surface of the sample W viewed from above is forward.
  • the opposite direction (to the left) is treated as backward.
  • the lower side in the figure is the right side
  • the upper side is the left side.
  • the angle ⁇ formed by the detection optical axis (the center line of the detection aperture) of each of the detection optical systems B1 to B13 with respect to the normal N (FIG. 8) of the sample W passing through the illumination spot BS is referred to as the detection zenith angle.
  • the angle ⁇ (Fig. 9 , FIG. 10) is referred to as a detected azimuth angle.
  • each objective lens of the detection optical system B1-B13 is arranged along the hemispherical surface of the upper half of the sphere (celestial sphere) with the illumination spot BS on the sample W as the center.
  • the detection apertures L1-L6, H1-H6, V of the detection optical system B1-B13 are arranged along this hemispherical surface, and the scattered light collected by the detection apertures L1-L6, H1-H6, V is The light is collected by the corresponding detection optical systems B1-B13.
  • These detection apertures L1-L6 and H1-H6 are attached as reference numerals to the detection optical system shown in FIGS.
  • the detection openings L1-L6 are opened so as to equally divide an annular area surrounding 360 degrees around the illumination spot BS at a low angle.
  • the detection zenith angle ⁇ 2 of these low-angle detection apertures L1-L6 is 45° or more.
  • the detection apertures L1 to L6 are arranged in the order of detection apertures L1, L2, L3, L4, L5, and L6 counterclockwise from the incident direction of the oblique illumination when viewed from above. Further, the detection apertures L1 to L6 are laid out so as to avoid the incident light path of the oblique illumination.
  • the detection apertures L1-L3 are arranged on the right side with respect to the illumination spot BS, the detection aperture L1 is located on the right rear of the illumination spot BS, the detection aperture L2 is located on the right side, and the detection aperture L3 is located on the right front.
  • the detection apertures L4-L6 are arranged on the left side of the illumination spot BS, the detection aperture L4 is located on the left front side of the illumination spot BS, the detection aperture L5 is located on the left side, and the detection aperture L6 is located on the left rear side.
  • the detection azimuth angle ⁇ 1 of the front detection aperture L3 is 0-60°
  • the detection azimuth angle ⁇ 1 of the side detection aperture L2 is 60-120°
  • the detection azimuth angle ⁇ 1 of the rear detection aperture L1 is 120-180°.
  • the arrangement of the detection apertures L4, L5 and L6 is bilaterally symmetrical with the detection apertures L3, L2 and L1 with respect to the plane of incidence of oblique illumination.
  • the detection apertures H1-H6 are opened so as to equally divide an annular area surrounding 360 degrees around the illumination spot BS at high angles (between the detection apertures L1-L6 and the detection aperture V).
  • the detection zenith angle ⁇ 2 of these high-angle detection apertures H1-H6 is 45° or less.
  • the detection apertures H1 to H6 are arranged in the order of detection apertures H1, H2, H3, H4, H5 and H6 counterclockwise from the incident direction of the oblique illumination when viewed from above. Of the detection apertures H1 to H6, the detection aperture H1 is located behind the illumination spot BS, and the detection aperture H4 is located in front.
  • the detection apertures H2 and H3 are arranged on the right side with respect to the illumination spot BS, the detection aperture H2 is located right behind the illumination spot BS, and the detection aperture H3 is located right front.
  • the detection apertures H5 and H6 are arranged on the left side with respect to the illumination spot BS, the detection aperture H5 is located in front left of the illumination spot BS, and the detection aperture H6 is located in rear left.
  • the detection azimuth angle ⁇ 1 of the high-angle detection apertures H1-H6 is shifted by 30 degrees from the low-angle detection apertures L1-L6.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a configuration diagram of the detection optical system.
  • each detection optical system B1-B13 (or a part of the detection optical system) is configured like the detection optical system Bn shown in FIG.
  • the polarization direction can be controlled by the polarizing plate Bb.
  • the detection optical system Bn includes an objective lens (collecting lens) Ba, a wavelength plate Bb, a polarizing beam splitter Bc, imaging lenses (tube lenses) Bd and Bd', and field stops Be and Be'. It is configured.
  • Wave plate Bb is a half-wave plate and is rotatable by a driving mechanism (not shown). The driving mechanism is controlled by the controller E1 to adjust the rotation angle of the polarizing plate Bb, thereby controlling the polarization direction of the scattered illumination light incident on the sensor.
  • the illumination scattered light polarization-controlled by the wavelength plate Bb is optically split by the polarization beam splitter Bc according to the polarization direction and enters the imaging lenses Bd and Bd'.
  • a combination of the wave plate Bb and the polarization beam splitter Bc cuts the linearly polarized light component in any direction.
  • the wavelength plate Bb is composed of a quarter-wave plate and a half-wave plate that can be rotated independently of each other.
  • the scattered illumination light condensed after passing through the imaging lens Bd is photoelectrically converted by the sensor Cn via the field stop Be, and the detection signal is input to the signal processing device D.
  • the scattered illumination light condensed after passing through the imaging lens Bd' is photoelectrically converted by the sensor Cn' via the field stop Be', and the detection signal is input to the signal processing device D.
  • the field stops Be and Be' are installed so that their centers are aligned with the optical axis of the detection optical system Bn, and the light generated from a position away from the center of the illumination spot BS on the sample W and the light generated inside the detection optical system Bn Stray light and other light generated from positions other than the inspection target is cut. This has the effect of suppressing noise that hinders defect detection.
  • an objective lens Ba with a numerical aperture (NA) of 0.3 or more. Further, in constructing the objective lens Ba with a plurality of densely arranged lenses, in order to reduce the loss of the amount of detected light due to the gaps between the lenses, the outer peripheral portion of the objective lens Ba is placed on the sample W and other objects as shown in the example of FIG. may be cut so as not to interfere with the objective lens.
  • NA numerical aperture
  • the sensors C1-Cn and C1'-Cn' are sensors that convert illumination scattered light collected by the corresponding detection optical system into electrical signals and output detection signals.
  • Sensors C1 (C1'), C2 (C2'), C3 (C3'), . . . correspond to detection optical systems B1, B2, B3, .
  • single-pixel point sensors such as photomultiplier tubes and SiPM (silicon photomultiplier tubes) that photoelectrically convert weak signals with high gain can be used.
  • a sensor such as a CCD sensor, a CMOS sensor, a PSD (Position Sensing Detector), etc., in which a plurality of pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, may be used as the sensors C1-Cn.
  • the detection signals output from the sensors C1-C13' are input to the signal processing device D at any time.
  • the control device E1 is a computer that centrally controls the defect inspection apparatus 100, and includes a ROM, a RAM, and other storage devices, as well as a CPU, an FPGA, a timer, and the like.
  • the control device E1 is connected to the input device E2, the monitor E3, and the signal processing device D by wire or wirelessly.
  • the input device E2 is a device for the user to input the setting of inspection conditions and the like to the control device E1, and various input devices such as a keyboard, a mouse, and a touch panel can be appropriately employed.
  • the control device E1 receives the output of the encoders of the rotary stage and the translation stage (r ⁇ coordinates of the illumination spot BS on the sample), inspection conditions input by the operator via the input device E2, and the like.
  • the inspection conditions include the type, size, shape, material, illumination conditions, detection conditions, etc. of the sample W, as well as, for example, sensitivity setting of each sensor C1-C13′, gain value and threshold used for defect judgment, judgment It includes the setting (center angle ⁇ , etc.) of the area JA (to be described later).
  • the gain value, threshold value, and the like can be set according to the ⁇ coordinate and the in-die coordinates, taking this ⁇ coordinate dependency into account.
  • a detection channel is a subset of the output signals of these sensors C1-C13', which are typically the output signals of the sensors C1-C13', or a weighted addition signal of the output signals or subsets of the sensors C1-C13'. can also be included.
  • control device E1 outputs a command signal for commanding the operation of the stage ST, the illumination optical system A, etc. according to the inspection conditions, and outputs the coordinate data of the illumination spot BS synchronized with the defect detection signal to the signal processing device D. output to The control device E1 also displays an inspection condition setting screen and sample inspection data (inspection images, etc.) on the monitor E3.
  • the inspection data can display not only final inspection results obtained by integrating the signals of the sensors C1 to C13' but also individual inspection results from these sensors C1 to C13'.
  • the inspection condition setting screen can display a setting section for setting the above-described gain value, threshold value, and the like according to the ⁇ coordinate for each detection channel.
  • the controller E1 may be connected to a DR-SEM (Defect Review-Scanning Electron Microscope), which is an electron microscope for defect inspection.
  • DR-SEM Defect Review-Scanning Electron Microscope
  • the signal processing device D is a computer that processes detection signals input from the sensors C1-Cn.
  • the signal processing device D includes a memory D1 (FIG. 20) including at least one of RAM, ROM, HDD, SSD and other storage devices, as well as appropriate arithmetic processing devices such as a CPU, GPU, and FPGA. Consists of The signal processing device D can be composed of a single computer forming a unit with the device body (stage, illumination optical system, detection optical system, sensor, etc.) of the defect inspection device 100. computer.
  • 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, transmits it to the server, and executes processing such as detection and classification of the defect on the server. can be
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the relationship between the output direction of pattern diffracted light and the angle of the sample.
  • the sample W which is a patterned semiconductor wafer
  • a rectangular pattern whose longitudinal direction is mainly in the vertical and horizontal directions (x direction and y direction) in the xy orthogonal coordinate system on the sample W, or fine structures are arranged in the vertical and horizontal directions. pattern is formed.
  • a large amount of scattered light and diffracted light (pattern light) from these patterns is detected and becomes noise in defect detection.
  • the diffracted light has a higher intensity than the scattered light, it is effective to take measures against the diffracted light from the pattern and its detection signal.
  • FIG. 12 shows a linear (rectangular) pattern Px extending in the x direction and a linear (rectangular) pattern Py extending in the y direction as typical examples of patterns.
  • the dark field optical system is such that specularly reflected light reflected at a low angle from the surface of the sample W is not detected. Therefore, the light reflected by the flat portions (upper surfaces) of the patterns Px and Py is hardly detected (FIG. 9).
  • the diffracted light generated from the edges of the patterns Px and Py is emitted in the direction of the generatrix of a cone with the illumination spot BS as the apex, as shown in FIG.
  • the direction of emergence of this diffracted light differs between the pattern Px and the pattern Py. Further, when the orientation of the patterns Px and Py with respect to the illumination light of the oblique illumination changes as the sample W rotates, the emission direction of the diffracted light also changes accordingly.
  • the incident point of the diffracted light shown in FIG. 12 with respect to the detection apertures L1-L6, H1-H6, V of each detection optical system B1-B13 is a spherical surface centered on the irradiation spot BS (a hemispherical surface on which the detection aperture L1 etc. are arranged). ) and the conical surface in the traveling direction of the diffracted light.
  • FIG. 13 shows a diagram in which this line of intersection is projected onto the xy plane (horizontal plane passing through the illumination spot BS). The distribution of the incident points of the diffracted light shown in FIG.
  • the distribution of the incident points of the diffracted light is equal to the shape obtained by Fourier transforming the linear shape of the light source (pattern edge in this example) due to the fine structure overlapping the illumination spot BS.
  • the origin of the frequency of this Fourier transform is the projection point onto the xy plane of the incident point of specularly reflected light with respect to the hemispherical surface of the oblique incident illumination. Since the pattern Px is uniform in the x-direction and has a delta function shape in the y direction on the xy plane, the distribution of incident points of diffracted light has a delta function shape in the x direction and a uniform distribution in the y direction.
  • the distribution of the incident points of the diffracted light generated at the edge of the pattern Px is a linear distribution extending in the y direction on the xy plane through the incident point (projection point) of the specularly reflected light.
  • the distribution of the diffracted light in the y direction becomes a periodic (intermittent) distribution obtained by Fourier transforming this, and the straight line shown in FIG. included in the distribution of diffracted light.
  • the distribution of the incident points of the diffracted light generated at the edge of the pattern Py is the same. As a result, a linear distribution extending in the x direction is obtained.
  • the orientation of the patterns Px and Py overlapping the illumination spot BS changes as the sample W rotates. Accordingly, it rotates around the incident point of the specularly reflected light. Therefore, the distribution of the diffracted light is also rotated by the same angle as the sample W is rotated.
  • FIG. 14 and 15 are schematic diagrams for explaining the change in the emission direction of the diffracted light due to the rotation angle of the sample with respect to the illumination light.
  • a large number of dies d formed with the same design pattern are arranged in the xy direction (in a matrix).
  • a method of inspecting a wafer with a pattern a method of comparing detection signals of portions where the same pattern is formed in a plurality of dies d (typically adjacent dies) is known. In the example of FIG.
  • a predetermined portion of a predetermined die d is inspected as an inspection portion IS, for example, a portion having the same in-die coordinates as the inspection portion IS in an adjacent die d is set as a comparison portion CS and compared with the inspection portion IS.
  • the detection signals of the sites CS can be compared. If both the inspection site IS and the comparison site CS have normal patterns, it is assumed that the same signal will be obtained. Therefore, if the difference between the detection signals of the inspection site IS and the comparison site CS is less than the threshold, it can be determined that the detection signal of the inspection site IS has a normal pattern. If the difference between the detection signals of the inspection site IS and the comparison site CS is equal to or greater than the threshold value, it can be determined that the detection signal of the inspection site IS may be the defect detection signal.
  • the orientation of the sample W with respect to the illumination light when scanning the comparison site CS may change with respect to the scanning of the inspection site IS, as shown in FIG.
  • FIGS. 14 and 15 when the orientation of the sample W with respect to the illumination light is different, the diffracted light generated at the inspection site IS and the diffracted light generated at the comparison site CS differ in their output, and the diffracted light is incident.
  • the detection aperture changes (right figures in FIGS. 14 and 15).
  • the intensity of the output signal from each of the sensors C1-C13' changes, and even if the signals from the same sensor are compared with each other, the inspection site IS and the comparison site CS cannot be properly inspected.
  • FIGS. 16 and 17 are schematic diagrams explaining a typical example in which the diffracted light emission directions of the inspection site IS and the comparison site CS are approximately the same.
  • the left diagram of FIG. 16 shows how the illumination light is incident on an arbitrary inspection site IS on the sample W.
  • the left diagram of FIG. 17 shows how the illumination light is incident on the comparison portion CS, which has the same ⁇ coordinate as the inspection portion IS but different r coordinate, on the sample W.
  • FIG. 16 and 17, the inspection site IS and the comparison site CS irradiated with the illumination light are located on the same straight line Lr passing through the center point of the sample W and extending in the r direction.
  • the in-die coordinates of the inspection site IS and the comparison site CS are the same.
  • the rotation angle of the sample W shown in FIGS. 16 and 17 is the same, the shape and direction of the pattern on which the illumination light is incident are the same or similar between the inspection site IS and the comparison site CS. Illumination light is similarly incident on the patterns formed on both parts. Therefore, if both the inspection site IS and the comparison site CS are normal sites with no defects, diffracted light beams having the same azimuth angle ⁇ and intensity are generated from the inspection site IS and the comparison site CS. As a result, as shown in the right diagrams of FIGS. 16 and 17, the same amount of light enters each of the detection openings L1-L6, H1-H6, and V in the same manner.
  • a plurality of portions having the same or equivalent surface structure are compared so that a normal pattern formed on the surface of the sample W is not erroneously detected as a defect.
  • the signal processing device D determines that an arbitrary inspection site IS on the surface of the sample W has a ⁇ coordinate in the r ⁇ circular coordinate system of the sample W with the center point of the sample W (the rotation center of the sample stage ST1) as the origin.
  • a site having the set correspondence relationship is extracted as a comparison site CS.
  • the detection signal from the inspection site IS is compared with the detection signal from the comparison site CS, and defect detection of the sample W is performed based on the difference between the detection signals.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram of the correspondence relationship between the ⁇ coordinates of the inspection site and the comparison site in this embodiment.
  • a die or a part thereof, or a shot can be set as the unit of the size of the inspection site and the comparison site.
  • the inspection site IS and the comparison site CS are in a positional relationship in which the ⁇ coordinates of the sample W correspond to each other in the r ⁇ circular coordinate system.
  • the die d exemplified as the inspection site IS is hatched, and the die d that can be the comparison site CS for this inspection site IS is hatched.
  • the determination area JA in this embodiment is an area surrounded by a thick frame in FIG. sector). For example, when the inspection site IS and the comparison site CS overlap the same determination area JA, that is, when the difference in ⁇ coordinates between the inspection site IS and the comparison site CS is approximately equal to or less than the central angle ⁇ , the inspection site IS and the comparison site CS It can be determined that there is a positional relationship corresponding to the ⁇ coordinates.
  • the central angle ⁇ can be set as one item of inspection conditions, and by setting it small (for example, setting it to several degrees), the accuracy of comparison between the inspection site IS and the comparison site CS increases. By setting the central angle ⁇ large (for example, setting it to about 10-odd degrees to 20-odd degrees), the number of comparison sites CS that can be compared with the inspection site IS increases.
  • the ⁇ coordinate of the determination area JA may be set so as to overlap the entire inspection area IS, and an algorithm may be constructed such that at least one die d that completely overlaps the determination area JA is extracted as the comparison area CS. can. In this case, the angle difference between the .theta.-coordinates of the inspection site IS and the comparison site CS is reduced, and the comparison accuracy is increased.
  • the ⁇ coordinate of the determination area JA is set so as to partially overlap the inspection area IS, and at least one die d at least partially overlapping the determination area JA is extracted as the comparison area CS. can also be set.
  • the inspection site IS and the comparison site CS can be selected from a plurality of dies d having a corresponding relationship set by the ⁇ coordinate in the same sample W, but they can also be extracted from different samples W.
  • another inspection sample or standard sample (specimen) of the same or equivalent type as the sample W to be inspected is scanned in the same manner as the sample W, and signal data obtained is stored.
  • the storage destination may be the signal processing device D or the storage device DB (FIG. 1) connected to the signal processing device D.
  • the signal processing device D so as to extract the comparison site CS from the area RA whose r-coordinate difference from the inspection site IS is equal to or less than a set value. That is, if the comparison site CS is extracted from an area (area where the determination area JA and the area RA overlap) where the ⁇ coordinate has a set correspondence relationship with the inspection area IS and the difference in the r coordinate is equal to or less than the set value. more preferred.
  • the sample W is inspected for defects by comparing an arbitrary inspection site IS with a comparison site CS having a predetermined positional relationship.
  • the defect inspection may be processed in the inspection time of one sample W while collecting the data in parallel with the scanning of the sample W. can be difficult to implement.
  • the sample W or a substitute sample may be scanned in advance to collect data for comparison, and data of the comparison site CS may be extracted from the data for comparison and used for inspection of the inspection site IS. Conceivable.
  • the sample W is inspected with oblique illumination, it is desirable to acquire the comparison data with oblique illumination, and when the sample W is inspected with vertical illumination, it is desirable to acquire the comparison data with vertical illumination.
  • the sample used for collecting comparison data can be the same type of sample as sample W (including sample W itself to be inspected later) or a sample equivalent to sample W.
  • a sample of the same kind as the sample W is a sample having the same surface structure (pattern design, etc.) as the sample W over the entire surface.
  • a sample equivalent to the sample W is a sample that partially differs from the sample W in surface structure, but contains a predetermined proportion or more of portions having the same in-sample coordinates and surface structure. Whether the sample is of the same type as the sample W or equivalent to the sample W, it is desirable that the sample be in the same process as the sample W to be inspected (sample at the same stage in the manufacturing process).
  • the processing for collecting comparison data can be performed using one sample, but in order to obtain more reliable comparison data, it is preferable to integrate the data of a plurality of samples. .
  • FIG. 19 is a functional block diagram showing an example of pre-collection processing of comparison data.
  • the comparison data collection process is described as being executed by the signal processing device D, but may be executed by a computer different from the signal processing device D.
  • the processing of collecting comparison data includes sampling f1, downsampling f2, and statistics f3.
  • the sampling f1 includes a low frequency component sampling f1a and a high frequency component sampling f1b.
  • a series of processing of these sampling f1, downsampling f2, and statistics f3 are executed in the signal processing device D for each detection channel Ch1, Ch2 . . . ChN.
  • Sensing channels Ch1-ChN are typically individual output signals of sensors C1-C13', as described above, but instead or in addition to all or part of these signal outputs, sensors C1-C13'
  • a synthesized signal of a subset of the output signals can be included.
  • the signal processing device D executes frequency filter (low-pass filter) processing for each of the detection channels Ch1-ChN, and extracts low-fluctuation frequency components including stationary components.
  • a component with a low fluctuation frequency is a component in which the temporal fluctuation of the output value is less than a preset value.
  • the processing of the low-frequency component sampling f1a extracts a detection signal of light generated in an area where no pattern is formed or a flat surface with a relatively wide pattern.
  • the signal processing device D executes frequency filter (high-pass filter) processing for each of the detection channels Ch1-ChN to extract components with high fluctuation frequencies.
  • a component with a high fluctuation frequency is a component in which the time fluctuation of the output value exceeds a preset value.
  • the signal processing device D thins out the data according to the r ⁇ coordinates. Specifically, for example, a representative value (average value, median value, mode value, etc.) is extracted from each of the small regions in which the sample surface is partitioned at a constant pitch in the r direction and the ⁇ direction in the r ⁇ coordinate system. can be exemplified.
  • This downsampling f2 is effective for shortening the time required for collecting comparison data and reducing the amount of data. is unnecessary.
  • the signal processing device D aggregates and statistically processes the signals for each detection channel, and calculates the background brightness, expected brightness, expected variation, etc. for each r ⁇ coordinate for each detection channel.
  • the background is a place that is assumed to be other than a defect, such as a wafer surface roughness without a pattern or a normal pattern on the sample surface, and the background brightness is the intensity (brightness) of the signal related to the light generated in the background. be. Therefore, the background brightness includes not only the intensity of the signal of the low frequency component but also the intensity of the signal of the high frequency component. Background brightness etc. varies with location on the sample surface and can vary even within the same die.
  • the signal extracted by the process of low-frequency component sampling f1a is classified into low-frequency background brightness
  • the signal extracted by the process of high-frequency component sampling f1b is classified into high-frequency background brightness.
  • the background brightness of the site where the ⁇ coordinates match (or the difference is within a set range) and the in-die coordinates match (or the difference is within a set range) in the r ⁇ circular coordinate system of the sample groups are extracted.
  • a representative value e.g., average value, median value, mode value
  • the background brightness of each group is obtained, linked to the ⁇ coordinate and the in-die coordinate, and stored in the memory D1 as the expected brightness.
  • the high-frequency background brightness can include signal data generated by defects on the surface of the sample. It is preferable to exclude the brightness of such defect candidates from the high-frequency background brightness and calculate the expected brightness and the expected variation based on the background brightness that does not include the brightness of the defect candidates.
  • the background of the part where the ⁇ coordinates match (or the difference is within the set range) from the data of the entire sample surface and the in-die coordinates match (or the difference is within the set range) Brightness groups are extracted and the average value of each group is calculated. Then, in each group, the background lightness whose divergence from the average value exceeds the set value is determined as the lightness of the defect candidate, and is distinguished from the high-frequency background lightness data.
  • the brightness of the distinguished defect candidate can also be recorded in the memory D1.
  • the ratio of the number of data on defects to the number of data on the entire surface of the sample is generally small. If the inclusion of defect data has little effect on the expected brightness and expected variation values, the process of excluding the defect data from the high-frequency background brightness may be omitted.
  • the comparison data acquired as described above can be displayed on the monitor E3 according to the operation of the input device E2, for example.
  • the comparison data can be displayed as a distribution display on the sample or within the selected die by graphics using colors, shades, contour lines, etc., or in the form of histograms, frequency distribution tables, etc. It can also be displayed with
  • FIG. 20 is a functional block diagram showing the procedure of defect inspection by the signal processing device D. As shown in FIG. The processing executed by the signal processing device D during defect inspection includes SN ratio adjustment F1, filtering F2, comparison F3, and determination F4.
  • ⁇ SN ratio adjustment F1 The processing of the SN ratio adjustment F1 is executed for the detection signal of each detection channel according to the in-die coordinates ( ⁇ coordinates of the illumination spot BS).
  • weighted addition processing is performed on the detection channels Ch1, Ch2, .
  • the gain table is two-dimensional table data having a gain value g (weight coefficient) of each detection channel Ch1-ChN for each addition detection channel Ch1'-ChN'. Using this gain table, the signal processing device D multiplies and adds the detection channels Ch1-ChN by the gain value g to calculate addition detection channels Ch1'-ChN'.
  • one example is a method of decreasing the weighting factor for a detection channel with a greater variation in the background brightness of the comparison data.
  • the gain value g is set based on the expected value of the brightness of the defect candidate so that the addition channel is not saturated and the information of the defect intensity signal is not lost, or the defect is not detected because it becomes too weak.
  • the gain value g is set to the expected value of the background lightness (low frequency or high frequency) or a value inversely proportional to the square root thereof for each detection channel, the noise after weighted addition is leveled between the addition detection channels, resulting in high sensitivity. Effective for inspection.
  • a plurality of gain tables can be set with different ⁇ coordinates and in-die coordinates based on comparison data.
  • the gain value g for each detection channel corresponding to the ⁇ coordinate and the in-die coordinate is set on the inspection condition setting screen displayed on the monitor E3, for example, together with the threshold value and sensor sensitivity used in the processing of the filtering F2.
  • the set gain table is recorded in the memory D1, for example.
  • the signal processing device D executes frequency filtering (high-pass filtering) processing for each of the addition detection channels Ch1′-ChN′, and removes components that have high fluctuation frequencies and are likely to be signals from defects.
  • a component with a high fluctuation frequency is a component in which the time fluctuation of the output value exceeds a preset value.
  • only the components exceeding the threshold value are extracted from the extracted high-frequency addition detection channels Ch1'-ChN'.
  • a different value can be applied according to the ⁇ coordinate and the in-die coordinate for each addition detection channel based on the comparison data.
  • the lower limit of the value that the detection signal of the scattered light from the defect can take is obtained based on the expected variation of the defect candidate brightness or background brightness, and this is added for each detection channel. , can be set to a threshold for each coordinate.
  • threshold processing is effective in reducing processing data for defect inspection, it can be omitted if the processing capability of the signal processing device D is sufficient.
  • the signal processing device D In the processing of the comparison F3, the signal processing device D generates data of the comparison portion CS corresponding to the ⁇ coordinate and the in-die coordinate for an arbitrary inspection portion IS on the surface of the sample W for each addition detection channel Ch1′ to ChN′. is extracted from the comparison data.
  • the inspection site IS is an arbitrary die d formed on the sample W
  • the comparison site CS is the correspondence relationship set between the inspection site IS and the ⁇ coordinate in the sample from which the comparison data was acquired (FIG. 18). It is a die in It is more preferable to extract the comparison site CS from a region in which the r-coordinate difference from the inspection site IS is equal to or less than a set value.
  • the signal processing device D compares the data of the comparison portion CS thus extracted with the data of the inspection portion IS, and determines the defect of the inspection portion IS. Whether or not there is a defect can be determined by whether or not the difference between the data of the inspection site IS and the data of the inspection site IS exceeds a preset threshold value.
  • the threshold value used for the comparison F3 is determined by the signal processing device D, for example, from comparison data (expected lightness and expected variation) corresponding to the ⁇ coordinate of the inspection site IS and the in-die coordinate, and the threshold value is It is possible to calculate and set the upper limit value that the generated detection signal can take.
  • the signal processing device D integrates the addition detection channels Ch1'-ChN' determined to be signals from defects through the process of comparison F3, and performs final defect determination.
  • This defect determination process is based on, for example, the comparison results of a plurality of addition detection channels, calculating the logical sum of the determination results (true/false values) of the plurality of addition detection channels, and performing voting processing. can be executed. It is also possible to output a numerical value corresponding to the probability that the defect candidate signal is a defect through comparison processing of multiple addition detection channels, and to perform defect determination processing by calculating the sum or average of these numerical values. can.
  • the processing result of determination F4 can be displayed on the monitor E3 by operating the input device E2, for example.
  • An arbitrary inspection site IS on the surface of the sample W is inspected by comparing it with a comparison site CS having a corresponding relationship set by the ⁇ coordinate in the r ⁇ circular coordinate system. Since the inspection site IS and the comparison site CS are at the same angle with respect to the illumination light during scanning, it is possible to ensure the validity of the inspection result by comparing both sites even in the rotational scanning method. As a result, the sample W on which the fine structures (patterns) are repeatedly formed can be accurately inspected by the rotary scanning method.
  • a sample W such as a patterned wafer, which has hitherto been inspected by the XY scanning method for microstructures formed on the surface, can be inspected by the rotating scanning method, so throughput can be greatly improved. For example, compared with the XY scanning method, the inspection time per sample can be shortened to less than half.
  • the inspection site IS and the comparison site CS should match each other in ⁇ coordinates, but if the unit is die d, a comparison site CS whose ⁇ coordinates completely match the inspection site IS should be extracted. Sometimes it is not possible.
  • a band-shaped (fan-shaped) determination area JA is set, and the correspondence relationship of the ⁇ coordinate with the inspection site IS is defined based on the central angle ⁇ of the determination area JA, so that a certain It is possible to cause the signal processing device D to stably extract the comparison portion CS whose validity is ensured.
  • the comparison accuracy is further improved. This is because the portions located close to each other in the radial direction tend to have similar patterns.
  • FIG. 21 is a functional block diagram showing the defect inspection procedure of the defect inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. This figure corresponds to FIG. 20 of the first embodiment.
  • elements that are the same as or correspond to elements described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the previous drawings, and description thereof is omitted.
  • this embodiment is that threshold processing is omitted in the processing of filtering F2. In other respects, this embodiment is the same as the first embodiment.
  • the threshold value processing in the filtering F2 is effective in reducing processing data for defect inspection, but can be omitted if the signal processing device D has sufficient processing capacity.
  • the defect detection sensitivity is improved.
  • an algorithm that executes frequency filtering instead of threshold processing may be used (see the dashed line in FIG. 21).
  • FIG. 22 is an explanatory diagram of the correspondence relationship between the .theta. This figure corresponds to FIG. 18 of the first embodiment.
  • elements that are the same as or correspond to elements described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the previous drawings, and description thereof is omitted.
  • the difference between this embodiment and the first embodiment lies in the setting of the correspondence relationship of the ⁇ coordinate of the comparison site CS with respect to the inspection site IS.
  • the difference in ⁇ coordinates between the comparison site CS and the inspection site IS is limited to within a predetermined value (central angle ⁇ of the determination area JA), and the inspection site when viewed from the center of the sample W is The condition was that the IS and the comparison site CS were in the same direction.
  • the determination area JA is expanded to the opposite side with the center of the sample W interposed therebetween.
  • the determination area JA in the present embodiment is a belt-like area sandwiched between two straight lines passing through the center of the sample W (an area in which two elongated fan shapes are arranged facing each other), and the area JA1 where the inspection site IS overlaps.
  • a facing area JA2 having a ⁇ coordinate different from that of the area JA1 by 180° is included.
  • the inspection site IS is indicated by hatching
  • the die d that can be the comparison site CS is indicated by hatching.
  • this embodiment is the same as the first embodiment.
  • the comparison site CS extracted from the area JA2 is in a state where the illumination light strikes the inspection site IS by 180°, the direction in which the pattern edge extends is the same. The results show the same trend. Therefore, the comparison site CS extracted from the area JA2 can also be applied to the comparison F3 with the inspection site IS.
  • the area JA2 in the determination area JA in addition to the area JA1, there is an advantage that the number of objects to be compared increases.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram of the correspondence relationship between the ⁇ -coordinates of the inspection portion and the comparison portion applied to the defect inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. This figure corresponds to FIG. 18 of the first embodiment.
  • elements that are the same as or correspond to elements described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the previous drawings, and description thereof is omitted.
  • the difference of this embodiment from the first embodiment lies in the extraction unit of the inspection site IS and the comparison site CS.
  • the inspection site IS and the comparison site CS are extracted for each die. Let it be the extraction unit of CS. It is assumed that the inspection site IS and the comparison site CS are sites having corresponding intra-die coordinates on different dies d. In other respects, this embodiment is the same as the first embodiment.
  • a die that can be the comparison area CS has a difference in ⁇ coordinates from the inspection area IS.
  • a considerable number of dies larger than the central angle ⁇ of the determination area JA are included.
  • the difference in the ⁇ coordinates between the comparison site CS and the inspection site IS that are extracted will increase, or that the variation in statistical comparison data will increase.
  • the comparison site CS may be extracted from the area JA2 opposite to the inspection site IS across the center of the sample W as in the second embodiment.
  • FIG. 24 is an explanatory diagram of the correspondence relationship between the .theta. This figure corresponds to FIG. 18 of the first embodiment.
  • elements that are the same as or correspond to elements described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the previous drawings, and description thereof will be omitted.
  • the determination area JA in the present embodiment is defined by one straight line starting from the center of the sample W and extending in the radial direction of the sample.
  • a straight line (determination area JA) passing through the inspection site IS is drawn from the center of the sample W, and a site that overlaps with the straight line and corresponds to the inspection site IS is extracted as a comparison site CS.
  • the inspection site IS is indicated by hatching
  • the die d that can be the comparison site CS is indicated by hatching.
  • this embodiment is the same as the first embodiment.
  • the determination area JA is defined as a sector with a central angle ⁇ . Since the determination region JA has an area, it is possible to extract a large number of comparison regions CS whose ⁇ coordinates are in a set correspondence relationship with the inspection region IS via this determination region JA. occurs.
  • the determination area JA is defined by a straight line
  • the variation in the ⁇ coordinate of the comparison site CS which has a set correspondence relationship with the inspection site IS via the determination area JA, is the same as in the first embodiment. suppressed by comparison. Therefore, from the viewpoint of extracting a comparison site CS to be inspected under conditions closer to the inspection site IS, an improvement in the accuracy of the comparison inspection can be expected.
  • the comparison site CS is extracted from the region in the same direction as the inspection site IS when viewed from the center of the sample W.
  • the determination area JA is defined by a single straight line passing through the center of the sample W, and the comparison site CS on the opposite side of the inspection site IS across the center of the sample W is extracted as in the second embodiment. You can do it.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram of the correspondence relationship between the ⁇ coordinates of the inspected portion and the comparison portion applied to the defect inspection apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. This figure corresponds to FIG. 18 of the first embodiment.
  • elements that are the same as or correspond to elements described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the previous drawings, and description thereof is omitted.
  • this embodiment is an example in which a part of the die d is used as an extraction unit for the inspection site IS and the comparison site CS. It is different from the fourth embodiment in that sites with the same or corresponding patterns are included in the comparison sites CS. In this embodiment, the inspection site IS and the comparison site CS are different even if the in-die coordinates are the same as long as the ⁇ coordinates are in the set correspondence relationship (relationship in any one of the first to fifth embodiments). I don't mind.
  • the difference between the R coordinates of the inspection site IS and the comparison site CS is less than or equal to the set value.
  • the inspection site IS and the comparison site CS are not limited to being part of different dies d, but may be included in the same die d.
  • the inspection portion IS is indicated by hatching
  • the die d that can be the comparison portion CS is indicated by hatching. In other respects, this embodiment is the same as the first embodiment.
  • FIG. 26 is a schematic diagram of a main part extracted from a defect inspection apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
  • elements that are the same as or correspond to elements described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the previous drawings, and description thereof is omitted.
  • the difference of this embodiment from the first embodiment is that inspection data obtained by a plurality of defect inspection apparatuses is included in the basic data for comparison (background brightness, etc.).
  • the defect inspection apparatus 100 is appropriately connected to the data server DS via a network (not shown).
  • Other defect inspection apparatuses 100' and 100'' different from the defect inspection apparatus 100 are connected to the data server DS via a network (not shown) as appropriate.
  • the same type or equivalent type asame series, same manufacturer, etc.
  • two other defect inspection apparatuses 100' and 100'' are shown in FIG. 26, one or three or more other defect inspection apparatuses may be connected to the data server DS.
  • the data server DS receives inspection data from the defect inspection apparatuses 100, 100', and 100'', and stores these data as big data.
  • the stored big data includes sample inspection data for each defect inspection apparatus. , inspection conditions (inspection recipes), defect review data, design data of inspection samples, etc.
  • the data server DS uses these big data for comparison for each ⁇ coordinate and each in-die coordinate for each detection channel. Computation of data for comparison can be performed at regular intervals, or can be performed when new data is accumulated to a certain extent or more.
  • comparison data data relating to the inspection of a sample of the same or similar type as the sample W is extracted from the big data, and the algorithm described in FIG. 19 is executed based on the extracted data.
  • an AI program is introduced into the data server DS, and comparison data such as background brightness is automatically generated by the AI program based on the inspection data of the sample of the same or similar type as the sample W extracted from the big data. It can also be updated.
  • the sample W is inspected for defects using the above-described algorithm (for example, FIG. 20) based on the comparison data received from the data server DS.
  • comparison data is calculated using a large number of inspection data from the other defect inspection apparatuses 100 and 100' as basic data.
  • FIG. 27 is a schematic diagram of a main part extracted from a defect inspection apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
  • elements that are the same as or correspond to elements described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the previous drawings, and description thereof is omitted.
  • This embodiment is a variation of the method of acquiring basic data for comparison data (background brightness, etc.).
  • a sample delivery position Pa, an inspection start position Pb, and an inspection completion position Pc are set on the movement axis of the translational stage of the stage ST.
  • Stage ST moves.
  • the inspection start position Pb is a position where illumination light is applied to the sample W to start inspection of the sample W, and the center of the sample W coincides with the illumination spot BS of the illumination optical system A.
  • the inspection completion position Pc is the position where the inspection of the sample W is completed, and in this embodiment, the position where the outer edge of the sample W coincides with the illumination spot BS.
  • the sample delivery position Pa is a position at which the sample W is loaded and unloaded with respect to the stage ST by the arm Am, and the stage ST having received the sample W moves from the sample delivery position Pa to the inspection start position Pb.
  • the detection optical system B1-Bn is arranged close to the sample W due to the recent demand for higher sensitivity inspection, and the stage ST and the detection optical system B1- when the stage ST is directly below the detection optical system B1-Bn.
  • the gap G with Bn is about several millimeters or less. Since it is difficult to place the sample W on the stage ST by inserting the sample W into the gap G with the arm Am at the inspection start position Pb, a structure is adopted in which the sample W is delivered at the sample delivery position Pa away from the inspection start position Pb. ing.
  • the illumination light is applied to the sample and the sample W is scanned while the stage ST moves from the inspection start position Pb to the inspection completion position Pc.
  • a pre-scan is performed while moving to .
  • the data obtained by this preliminary scanning is used (or included) as basic data for comparison such as background brightness.
  • the sample W is scanned in a spiral track from the outer periphery toward the center in the preliminary scanning.
  • the operation of transporting the sample W can be used to collect the basic data of the comparison data, and the efficiency of collecting the basic data can be improved.

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Abstract

表面に構造物が繰り返し形成された試料を検査する欠陥検査装置において、前記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、前記試料台を回転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、前記試料の表面上の任意の検査部位について、前記試料の中心を原点とする前記試料についてのｒθ円座標系でθ座標が設定した対応関係にある比較部位を抽出し、前記検査部位からの検出信号を、前記比較部位からの検出信号と比較し、それら検出信号の差を基に前記試料の欠陥を検出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、半導体の回路パターン等の多数の微細構造物が表面に繰り返し形成されたウェハ等の試料を回転させて検査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
　半導体の回路パターン等の多数の微細構造物が表面に一定間隔で繰り返し形成されたウェハ等の試料（例えばパターン付きウェハ）の検査では、正常に形成された微細構造物が欠陥として誤検出され得る。この誤検出の抑制には、複数の所定領域（例えばダイ）の検査データを比較して正常な微細構造物からの信号を除去することが有効である。複数の所定領域を比較する検査では、一般に試料を縦横方向（ＸＹ方向）に走査する方式（以下、ＸＹ走査方式と称する）が採用される。但し、ＸＹ走査方式は、走査時にステージを往復させステージの加減速を繰り返すことから処理速度の制約が大きい。
　それに対し、特許文献１に開示されているような、試料を周方向（θ方向）に回転させつつ径方向（Ｒ方向）に移動させて走査する方式（以下、回転走査方式と称する）は、スループットの面でＸＹ方式に比べて有利である。
　しかし、パターン付きウェハのような多数の微細構造物が表面に繰り返し形成された試料の検査に回転走査方式を適用する場合、走査中の試料の回転に伴って、照明スポットにおける微細構造物の角度が領域毎に変化する。その結果、表面構造が同じ領域同士であっても微細構造物からの信号に差が生じ、正常に形成された微細構造物の信号を比較によって除去することが難しく、十分な検査精度が確保できない。
　本発明の目的は、微細構造物が表面に繰り返し形成された試料を回転走査方式で精度良く検査す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、表面に構造物が繰り返し形成された試料を検査する欠陥検査装置において、前記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、前記試料台を回転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、前記試料の表面上の任意の検査部位について、前記試料の中心を原点とする前記試料についてのｒθ円座標系でθ座標が設定した対応関係にある比較部位を抽出し、前記検査部位からの検出信号を、前記比較部位からの検出信号と比較し、それら検出信号の差を基に前記試料の欠陥を検出する欠陥検査装置を提供する。
　本発明によれば、微細構造物が表面に繰り返し形成された試料を回転走査方式で精度良く検査することができる。
本発明に係る欠陥検査装置の一構成例の概略図 試料の走査軌道を表した模式図 試料の走査軌道を表した模式図（比較例） アッテネータを抜き出して表した模式図 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表す模式図 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表す模式図 上方から見て検出光学系が散乱光を捕集する領域を表した図 低角及び高角の検出光学系の検出天頂角を模式的に表した図 低角の検出光学系の検出方位角を表す平面図 高角の検出光学系の検出方位角を表す平面図 検出光学系の構成図の例を抜き出して表した模式図 パターン回折光の出射方向と試料の角度との関係を説明する模式図 照射スポットを中心とする球面と回折光の進行方向に係る円錐面との交線をｘｙ平面に投影した図 照明光に対する試料の回転角による回折光の出射方向の変化を説明する模式図 照明光に対する試料の回転角による回折光の出射方向の変化を説明する模式図 検査部位と比較部位との回折光の出射方向が同程度になる典型例を説明する模式図 検査部位と比較部位との回折光の出射方向が同程度になる典型例を説明する模式図 本発明の第１実施形態における検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図 比較用データの事前収集の処理の一例を表す機能ブロック図 信号処理装置による欠陥検査の手順を表す機能ブロック図 本発明の第２実施形態に係る欠陥検査装置の欠陥検査の手順を表す機能ブロック図 本発明の第３実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図 本発明の第４実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図 本発明の第５実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図 本発明の第６実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図 本発明の第７実施形態に係る欠陥検査装置の要部を抜き出した模式図 本発明の第８実施形態に係る欠陥検査装置の要部を抜き出した模式図
　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。特に、本実施形態の欠陥検査装置は、半導体の回路パターン等の多数の微細構造物が表面に一定間隔で繰り返し形成されたウェハ（パターン付きウェハ）の検査に好ましく用いられる。各実施形態に係る欠陥検査装置によれば、試料の微小欠陥の検出、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ことができる。
　（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。Ｚ軸を鉛直方向に延ばしたＸＹＺ直交座標系を、図１に示したように定義する。欠陥検査装置１００は、試料Ｗを検査対象とし、この試料Ｗの表面の成膜異常や異物の付着等の欠陥を検出する。欠陥検査装置１００は、試料Ｗを周方向（θ方向）に回転させつつ径方向（Ｒ方向）に移動させて走査する回転走査方式である。
　欠陥検査装置１００は、パターンが形成されていない半導体シリコンウェハ（基板）も検査できるが、実施形態では、基板の表面にダイがＸＹ方向に（マトリクス状に）配置されたパターン付きウェハを検査する場合を例に挙げて説明する。１つのダイには、微細な回路のパターン（微細構造物）が密に形成されている。また、本願明細書では、このダイを形成するために１度に露光する単位をショットと記載する。仮に試料Ｗの製造プロセスにおいてダイ単位で露光する場合、ダイとショットは実体的に同じ領域であるが、同一ショットに複数のダイが含まれる場合もある。同一ショットに複数のダイが含まれる場合、ショット内の全てのダイが同一パターンである場合もあるが、同一ショットに含まれるダイ同士でパターンが異なる場合もある。
　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，Ｃ１’－Ｃｎ’（ｎ＝１，２…）、信号処理装置Ｄ、記憶装置ＤＢ、制御装置Ｅ１、入力装置Ｅ２、モニタＥ３を含んでいる。
　－ステージ－
　ステージＳＴは、試料台ＳＴ１及び走査装置ＳＴ２を含んで構成された装置である。試料台ＳＴ１は、試料Ｗ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Ｗと照明光学系Ａの相対位置を変化させる装置であり、詳しい図示は省略するが、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搭載され、回転ステージに試料台ＳＴ１が支持される。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する。回転ステージは、上下に延びる回転軸を中心にして回転（自転）する。Ｚステージは、試料Ｗ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Ｗ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の試料Ｗの表面に対する入射領域である照明スポットＢＳは、微小な点であり、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Ｗが回転し、照明スポットＢＳが試料Ｗ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Ｗが水平方向に移動し、照明スポットＢＳが試料Ｗの表面に相対してｓ２方向に走査される。このような走査装置ＳＴ２の動作により試料Ｗが回転しながら並進することで、図２に示すように、試料Ｗ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Ｗの全表面が走査される。照明スポットＢＳは、試料Ｗ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も一般に存在する。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Ｗ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Ｗの全表面を走査する。このＸＹ走査方式に比べ、本実施形態の回転走査方式は、加減速を繰り返す往復動作を伴わないので試料Ｗの検査時間を短縮することができる。
　－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Ｗ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Ｗの表面近傍の微小な欠陥を検出する場合、試料Ｗ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Ｗの内部の欠陥を検出する場合、波長が長く試料Ｗ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。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、第１偏光板Ａ２ａは省略可能である。アッテネータＡ２には、入射する照明光と減光率との関係が事前に較正されたものを用いる。なお、アッテネータＡ２は、図４に例示した構成には限定されず、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ができる。
　・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の光軸と反射ミラーから出射される光の光軸を含む面である。反射ミラーＡ３ａに照明光が＋Ｘ方向に入射する構成とする場合、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方向に進行方向を変える。反射ミラーＡ３ａに対する照明光の入射・出射面をＸＹ平面、反射ミラーＡ３ｂに対する入射・出射面をＹＺ平面とする例である。そして、反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂには、反射ミラーＡ３ａ，Ａ３ｂをそれぞれ並進移動させる機構（不図示）及びチルトさせる機構（不図示）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とは別個に設置したコリメートレンズで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が調整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。
　また、特に図示していないが、照明光学系Ａの光路の途中において、ビームエキスパンダＡ４に入射する照明光の状態がビームモニタによって計測される。
　・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を光路に入れて試料Ｗを斜めに照明する場合、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Ｗの表面上の欠陥からの散乱光量を増加させることができる。試料Ｗ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により照明光を円偏光にしたりＰ偏光とＳ偏光の中間の４５度偏光にしたり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、試料Ｗに向かう照明光の光路に対して出入りする。これにより、試料Ｗに対する照明光の入射経路が切り替わる。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で反射して集光光学ユニットＡ６及び反射ミラーＡ８を介し試料Ｗに斜めに入射する。このように試料Ｗの表面の法線に対し傾斜した方向から試料Ｗに照明光を入射させることを、本願明細書では「斜入射照明」と記載する。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Ｗに垂直に入射する。このように試料Ｗの表面に対し垂直に照明光を入射させることを、本願明細書では「垂直照明」と記載する。
　図５及び図６は照明光学系Ａにより斜方から試料Ｗ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Ｗに入射する照明光の入射面で試料Ｗを切断した断面を模式的に表している。図６は試料Ｗに入射する照明光の入射面に直交し試料Ｗの表面の法線を含む面で試料Ｗを切断した断面を模式的に表している。入射面とは、試料Ｗに入射する照明光の光軸ＯＡと試料Ｗ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。
　前述した通り、反射ミラーＡ７を光路に挿入する場合、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で反射して試料Ｗに斜めに入射する。このように照明光学系Ａは、試料Ｗの表面に照明光を斜めに入射させられ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Ｗに形成される照明スポットは、ｓ２方向にガウス分布状の光強度分布を持ち、またピークの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。この光強度分布は、例えば、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Ｗの表面から発生するヘイズを低減するため、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Ｗ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Ｗ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照明仰角が小さいほど）、試料表面の微小な欠陥からの散乱光に対してノイズとなる、試料表面の微小な凹凸やパターンからの散乱光（以下、ヘイズと記載する）が弱まる。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）に設定することが好ましい。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）に設定することが好ましい。試料Ｗの表面の凹み状の欠陥からの散乱光を得るのには、照明光学系Ａの光路から反射ミラーＡ７を外して試料Ｗの表面に実質的に垂直に照明光を入射させる垂直照明が適している。
　－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）。但し、検出光学系Ｂ１－Ｂｎの数は１３に限定されず適宜増減させても良い。また、検出光学系Ｂ１－Ｂｎの検出開口（後述）のレイアウトも適宜変更可能である。
　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。図８は検出光学系Ｂ１－Ｂ１３のうち低角及び高角の光学系の検出天頂角を模式的に表した図、図９は低角の検出光学系の検出方位角を表す平面図、図１０は高角の検出光学系の検出方位角を表す平面図である。
　以下の説明において、試料Ｗ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Ｗ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。照明スポットＢＳに対して同図中の下側が右側、上側が左側である。また、照明スポットＢＳを通る試料Ｗの法線Ｎ（図８）に対し、各検出光学系Ｂ１－Ｂ１３の検出光軸（検出開口の中心線）のなす角θを検出天頂角と記載する。また、試料Ｗの表面と平行な平面内において、斜入射照明の入射面に対し、各検出光学系Ｂ１－Ｂ１３の検出光軸（検出開口の中心線）が平面視でなす角φ（図９、図１０）を検出方位角と記載する。
　図７－図１０に示すように、検出光学系Ｂ１－Ｂ１３の各対物レンズは、試料Ｗ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。この半球面に沿って検出光学系Ｂ１－Ｂ１３の各検出開口Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６，Ｖが配置されており、検出開口Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６，Ｖで捕集された散乱光が各々対応する検出光学系Ｂ１－Ｂ１３で集光される。図８－図１０に示す検出光学系には、これら検出開口Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６を符号として付してある。
　検出開口Ｖは、天頂に重なって開口しており、試料Ｗの表面に形成される照明スポットＢＳの真上（検出天頂角φ２＝０°）に位置する。
　検出開口Ｌ１－Ｌ６は、低角で照明スポットＢＳの周囲３６０度を囲う環状の領域を等分するようにして開口している。これら低角の検出開口Ｌ１－Ｌ６の検出天頂角φ２は、４５°以上である。検出開口Ｌ１－Ｌ６は、上方見て斜入射照明の入射方向から左回りに検出開口Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６の順に並んでいる。また、検出開口Ｌ１－Ｌ６は、斜入射照明の入射光路を避けてレイアウトされている。検出開口Ｌ１－Ｌ３は照明スポットＢＳに対して右側に配置され、検出開口Ｌ１は照明スポットＢＳの右後方、検出開口Ｌ２は右側方、検出開口Ｌ３は右前方に位置する。検出開口Ｌ４－Ｌ６は照明スポットＢＳに対して左側に配置され、検出開口Ｌ４は照明スポットＢＳの左前方、検出開口Ｌ５は左側方、検出開口Ｌ６は左後方に位置する。例えば、前方の検出開口Ｌ３の検出方位角φ１は０－６０°、側方の検出開口Ｌ２の検出方位角φ１は６０－１２０°、後方の検出開口Ｌ１の検出方位角φ１は１２０－１８０°に設定される。検出開口Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６の配置は、斜入射照明の入射面について検出開口Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１と左右対称である。
　検出開口Ｈ１－Ｈ６は、高角（検出開口Ｌ１－Ｌ６と検出開口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するようにして開口している。これら高角の検出開口Ｈ１－Ｈ６の検出天頂角φ２は、４５°以下である。検出開口Ｈ１－Ｈ６は、上から見て斜入射照明の入射方向から左回りに検出開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６の順に並んでいる。検出開口Ｈ１－Ｈ６のうち、検出開口Ｈ１は照明スポットＢＳに対して後方、検出開口Ｈ４は前方に位置する。検出開口Ｈ２，Ｈ３は照明スポットＢＳに対して右側に配置され、検出開口Ｈ２は照明スポットＢＳの右後方、検出開口Ｈ３は右前方に位置する。検出開口Ｈ５，Ｈ６は照明スポットＢＳに対して左側に配置され、検出開口Ｈ５は照明スポットＢＳの左前方、検出開口Ｈ６は左後方に位置する。この例では、低角の検出開口Ｌ１－Ｌ６に対し、高角の検出開口Ｈ１－Ｈ６は検出方位角φ１が３０度ずれている。
　照明スポットＢＳから様々な方向に散乱する散乱光が検出開口Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６，Ｖに入射し、それぞれ検出光学系Ｂ１－Ｂ１３で集光されて対応するセンサＣ１－Ｃｎに導かれる。
　図１１は検出光学系の構成図の例を抜き出して表した模式図である。本実施形態の欠陥検査装置は、各検出光学系Ｂ１－Ｂ１３（又は一部の検出光学系）が、図１１に示した検出光学系Ｂｎのように構成されており、透過させる照明散乱光の偏光方向を偏光板Ｂｂで制御することができる。具体的には、検出光学系Ｂｎは、対物レンズ（集光レンズ）Ｂａ、波長板Ｂｂ、偏光ビームスプリッタＢｃ、結像レンズ（チューブレンズ）Ｂｄ，Ｂｄ’、視野絞りＢｅ，Ｂｅ’を含んで構成されている。
　試料Ｗから検出光学系Ｂｎに入射した散乱光は、対物レンズＢａで集光されてコリメートされ、波長板Ｂｂでその偏光方向が制御される。波長板Ｂｂは１／２波長板であり、駆動機構（不図示）により回転可能である。制御装置Ｅ１により駆動機構を制御し、偏光板Ｂｂの回転角を調整することでセンサに入射する照明散乱光の偏光方向が制御される。
　波長板Ｂｂで偏光制御された照明散乱光は、偏光方向に応じて偏光ビームスプリッタＢｃで光路分岐されて結像レンズＢｄ，Ｂｄ’に入射する。波長板Ｂｂと偏光ビームスプリッタＢｃの組み合わせにより、任意の方向の直線偏光成分がカットされる。楕円偏光を含む任意の偏光成分をカットする場合、互いに独立して回転可能な１／４波長板と１／２波長板とで波長板Ｂｂを構成する。
　結像レンズＢｄを通過して集光された散乱照明光は、視野絞りＢｅを介してセンサＣｎで光電変換され、信号処理装置Ｄにその検出信号が入力される。結像レンズＢｄ’ を通過して集光された散乱照明光は、視野絞りＢｅ’を介してセンサＣｎ’で光電変換され、信号処理装置Ｄにその検出信号が入力される。視野絞りＢｅ，Ｂｅ’は、その中心が検出光学系Ｂｎの光軸に合うよう設置され、試料Ｗの照明スポットＢＳの中心から離れた位置から発生する光、検出光学系Ｂｎの内部で発生した迷光等、検査目的の位置以外から発生した光をカットする。それにより欠陥検出の妨げになるノイズを抑制する効果を持つ。
　上記構成によれば、散乱光の互いに直交する２つの偏光成分を同時に検出でき、散乱光の偏光特性が異なる複数種の欠陥の検出する上で有効である。
　なお、センサＣｎ，Ｃｎ’で散乱光を効率良く検出するため、対物レンズＢａには開口数（ＮＡ）が０．３以上のものを用いることが好ましい。また、密に配置した複数のレンズで対物レンズＢａを構成するに当たり、レンズ間の隙間による検出光量のロスを低減するため、図１１の例のように対物レンズＢａの外周部を試料Ｗや他の対物レンズと干渉しないように切り欠く場合がある。
　－センサ－
　センサＣ１－Ｃｎ，Ｃ１’－Ｃｎ’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センサである。センサＣ１（Ｃ１’），Ｃ２（Ｃ２’），Ｃ３（Ｃ３’）…は検出光学系Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…に対応している。これらセンサＣ１－Ｃ１３’には、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）といった単画素のポイントセンサを用いることができる。この他、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、ＰＳＤ（ポジションセンシングディテクタ）等といった複数画素を一次元又は二次元に配列したセンサを、センサＣ１－Ｃｎに用いる場合もある。センサＣ１－Ｃ１３’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、その他の記憶装置の他、ＣＰＵやＦＰＧＡ、タイマー等を含んで構成される。制御装置Ｅ１は、入力装置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る。入力装置Ｅ２は、ユーザが検査条件の設定等を制御装置Ｅ１に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の出力（照明スポットＢＳの試料上のｒθ座標）や、オペレータにより入力装置Ｅ２を介して入力される検査条件等が入力される。検査条件には、試料Ｗの種類や大きさ、形状、材質、照明条件、検出条件等の他、例えば、各センサＣ１－Ｃ１３’の感度設定、欠陥判定に用いるゲイン値やしきい値、判定領域ＪＡ（後述）の設定（中心角α等）が含まれる。試料Ｗを回転走査方式で走査する場合、後述するように検出チャンネルには試料上のθ座標に依存して差が生じる。ゲイン値やしきい値等は、このθ座標依存性を加味し、θ座標やダイ内座標に応じて設定することができる。検出チャンネルとは、典型的にはセンサＣ１－Ｃ１３’の出力信号であるが、これらセンサＣ１－Ｃ１３’の出力信号のサブセット、又はセンサＣ１－Ｃ１３’の出力信号若しくはサブセットを重み付け加算処理した信号を含めることもできる。θ座標やダイ内座標に応じてゲイン値やしきい値を設定する場合、各検出チャンネルについてゲイン値やしきい値が試料Ｗの回転周期で変化する。
　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、検査条件の設定画面や、試料の検査データ（検査画像等）をモニタＥ３に表示出力する。検査データは、各センサＣ１－Ｃ１３’の信号を統合して得られる最終的な検査結果の他、これらセンサＣ１－Ｃ１３’による個別の検査結果も表示可能である。検査条件の設定画面には、前述したゲイン値やしきい値等について、検出チャンネル毎にθ座標に応じて設定する設定部を表示させることができる。
　また、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から入力された検出信号を処理するコンピュータである。信号処理装置Ｄは、制御装置Ｅ１と同じく、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤその他の記憶装置の少なくとも１つを含むメモリＤ１（図２０）の他、ＣＰＵやＧＰＵ、ＦＰＧＡ等の適宜の演算処理装置を含んで構成される。この信号処理装置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できるが、ネットワークで接続された複数のコンピュータで構成することもできる。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、必要に応じて検出データを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。
　－試料角度による散乱方向の違い－
　図１２はパターン回折光の出射方向と試料の角度との関係を説明する模式図である。パターン付半導体ウェハである試料Ｗの表面には、試料Ｗ上のｘｙ直交座標系で主に縦横方向（ｘ方向及びｙ方向）を長手方向とする矩形パターン、又は微細な構造が縦横方向に配列されたパターンが形成されている。このような試料Ｗに照明光を照射すると、これらパターンからの散乱光や回折光（パターン光）が多く検出され、欠陥検出に対してノイズとなる。よって、パターン光を検出しないようにしたり、欠陥判定する信号処理においてパターン光の検出の影響を抑えたりすることが、試料Ｗの欠陥を高感度で検査するために有効である。特に回折光は散乱光と比較して強度が大きいため、パターンからの回折光やその検出信号に対策することが効果的である。
　図１２には、パターンの典型例としてｘ方向に延びる直線状（矩形）のパターンＰｘ、及びｙ方向に延びる直線状（矩形）のパターンＰｙを示してある。斜入射照明の場合、照明光学系ＡとセンサＣ１－Ｃ１３’（検出開口Ｌ１等）との位置関係から、試料Ｗの表面で低角に反射する正反射光が検出されない暗視野光学系となるため（図９）、パターンＰｘ，Ｐｙの平坦部（上面）で反射する光はほぼ検出されない。従って、パターンＰｘ，Ｐｙの平坦部で発生する反射光を考慮する必要はなく、パターンＰｘ，Ｐｙのエッジから発生する回折光を考えれば良い。パターンＰｘ，Ｐｙのエッジから発生する回折光は、図１２に示した通り照明スポットＢＳを頂点とする円錐の母線方向に出射する。この回折光の出射方向はパターンＰｘからとパターンＰｙからとで異なる。また、試料Ｗの回転に伴って斜入射照明の照明光に対するパターンＰｘ，Ｐｙの向きが変わると、それに応じて回折光の出射方向も変化する。
　各検出光学系Ｂ１－Ｂ１３の検出開口Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６，Ｖに対する図１２に示した回折光の入射点は、照射スポットＢＳを中心とする球面（検出開口Ｌ１等を配置した半球面）と回折光の進行方向に係る円錐面との交線上に分布する。この交線をｘｙ平面（照明スポットＢＳを通る水平面）に投影した図を図１３に示す。図１３に示す回折光の入射点の分布は、半球面の半径を単位距離として、パターンＰｘ，Ｐｙからの回折光の出射方向を定義する方位角φ１及び天頂角φ２を用いて、照明スポットＢＳからの距離Ｒ（＝ｓｉｎφ２）の直線状になる。
　試料Ｗのｘｙ座標系において、回折光の入射点の分布は、照明スポットＢＳに重なる微細構造物による光源（本例ではパターンエッジ）の直線形状をフーリエ変換した形状と等しくなる。このフーリエ変換の周波数の原点は、斜入射照明の上記半球面に対する正反射光の入射点のｘｙ平面への投影点である。パターンＰｘは、ｘｙ平面上でｘ方向に一様、ｙ方向にデルタ関数状であることから、回折光の入射点の分布はｘ方向にデルタ関数状、ｙ方向に一様となる。つまり、パターンＰｘのエッジで発生する回折光の入射点の分布は、ｘｙ平面上において正反射光の入射点（投影点）を通りｙ方向に延びる直線状の分布となる。また、ｙ方向に周期的に並ぶ複数のパターンＰｘに照明スポットＢＳが跨る場合、回折光のｙ方向の分布はこれをフーリエ変換した周期的（断続的）な分布となり、図１３に示した直線状の回折光の分布に含まれる。パターンＰｙのエッジで発生する回折光の入射点の分布も同様であり、ｘｙ平面上において正反射光の入射点（投影点）でパターンＰｘの回折光の分布直線と交差（本例では直交）してｘ方向に延びる直線状の分布となる。
　検査中は試料Ｗの回転に伴って照明スポットＢＳに重なるパターンＰｘ，Ｐｙの向きが変化するので、パターンＰｘ，Ｐｙのエッジ形状をフーリエ変換した回折光の入射点の分布も試料Ｗの回転に応じて正反射光の入射点を中心として回転する。そのため、回折光の分布も試料Ｗの回転角と同じ角度だけ回転する。
　図１４及び図１５は照明光に対する試料の回転角による回折光の出射方向の変化を説明する模式図である。試料Ｗには、設計上同一のパターンが形成された多数のダイｄがｘｙ方向に（マトリックス状に）配列されている。パターン付きウェハの検査方法として、複数のダイｄ（典型的には隣接するダイ同士）で同一のパターンが形成された部位の検出信号を比較する方法が知られている。図１４の例では、所定のダイｄの所定部位を検査部位ＩＳとして検査する場合、例えば隣接するダイｄにおいて検査部位ＩＳとダイ内座標が同一の部位を比較部位ＣＳとし、検査部位ＩＳと比較部位ＣＳの検出信号を比較することができる。検査部位ＩＳと比較部位ＣＳが共に正常なパターンであれば、同一の信号が得られることが想定される。従って、検査部位ＩＳと比較部位ＣＳの検出信号の差分がしきい値未満であれば、検査部位ＩＳの検出信号は正常なパターンの検出信号であると判定することができる。検査部位ＩＳと比較部位ＣＳの検出信号の差分がしきい値以上であれば、検査部位ＩＳの検出信号が欠陥の検出信号である可能性があると判定することができる。
　回転走査に伴って試料Ｗの向きが変わる場合、比較部位ＣＳを走査する時の照明光に対する試料Ｗの向きは、図１４に示すように検査部位ＩＳの走査時に対して変化し得る。図１４及び図１５に示したように照明光に対する試料Ｗの向きが異なる場合、検査部位ＩＳで発生する回折光と比較部位ＣＳで発生する回折光とで出方が変わり、回折光が入射する検出開口が変化する（図１４及び図１５の各右図）。これにより、各センサＣ１－Ｃ１３’の出力信号の強弱が変化し、検査部位ＩＳと比較部位ＣＳについて同じセンサの信号同士を比較しても適正に検査を行うことができない。
　それに対し、図１６及び図１７は検査部位ＩＳと比較部位ＣＳとの回折光の出射方向が同程度になる典型例を説明する模式図である。図１６の左図には、試料Ｗにおける任意の検査部位ＩＳに照明光が入射する様子が表されている。図１７の左図には、試料Ｗにおいて検査部位ＩＳとθ座標が同一でｒ座標が異なる比較部位ＣＳに照明光が入射する様子が表されている。つまり、図１６及び図１７において照明光が照射されている検査部位ＩＳと比較部位ＣＳは、試料Ｗの中心点を通りｒ方向に延びる同一の直線Ｌｒ上に位置する。ここでは検査部位ＩＳと比較部位ＣＳのダイ内座標は同一であるとする。図１６及び図１７に表した試料Ｗの回転角が同一である場合、照明光が入射するパターンの形状及び向きが検査部位ＩＳと比較部位ＣＳとで同一又は同等になり、照明光に対して両部位に形成されたパターンに対して照明光が同じように入射する。そのため、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳが共に欠陥のない正常な部位であれば、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳから方位角φや強度が同程度の回折光が発生する。その結果、図１６及び図１７の右図に示したように、各検出開口Ｌ１－Ｌ６，Ｈ１－Ｈ６，Ｖに各々同程度の光が同様に入射する。
　－比較部位の設定－
　本実施形態では、試料Ｗの表面に形成された正常なパターンが欠陥として誤検出されないように、表面構造（パターンレイアウト等）が同一又は同等の複数の部位を比較する。その際、信号処理装置Ｄは、試料Ｗの表面上の任意の検査部位ＩＳについて、試料Ｗの中心点（試料台ＳＴ１の回転中心）を原点とする試料Ｗにおけるｒθ円座標系でθ座標が設定した対応関係にある部位を比較部位ＣＳとして抽出する。そして、検査部位ＩＳからの検出信号が比較部位ＣＳからの検出信号と比較され、それら検出信号の差を基に試料Ｗの欠陥検出がされる。
　図１８は本実施形態における検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図である。検査部位及び比較部位の広さの単位には、ダイ若しくはその一部、又はショットを設定することができるが、本実施形態では、図１８に示すように、ダイｄを検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳの単位とする場合を例に挙げて説明する。検査部位ＩＳと比較部位ＣＳは、試料Ｗにおけるｒθ円座標系でθ座標が対応する位置関係にある。図１８では、検査部位ＩＳとして例示したダイｄをハッチングで、この検査部位ＩＳに対して比較部位ＣＳとなり得るダイｄを網掛で表示してある。
　検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳがθ座標の対応する位置関係にあるかどうかは、本実施形態では、試料Ｗの中心を通る帯状の判定領域ＪＡを基準として判定される。本実施形態における判定領域ＪＡは、図１８において太枠で囲った領域であり、試料Ｗの中心点を始端として試料Ｗの径方向に延びる２本の直線に挟まれた帯状（中心角αの扇形）の領域である。例えば、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳが同一の判定領域ＪＡに重なる場合、つまり検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳのθ座標の差が中心角α以下程度である場合、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳがθ座標の対応する位置関係にあると判定することができる。中心角αは検査条件の１項目として設定することができ、小さく設定する（例えば数度に設定する）ことで、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳの比較精度が高まる。中心角αを大きく設定する（例えば十数度～二十数度程度に設定する）ことで、検査部位ＩＳと比較可能な比較部位ＣＳの数が増える。
　また、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳが同一の判定領域ＪＡに重なるかどうかについての判定アルゴリズムを設定できるようにすることもできる。例えば検査部位ＩＳの全部に重なるように判定領域ＪＡのθ座標が設定され、この判定領域ＪＡに全部が重なる少なくとも１つのダイｄが比較部位ＣＳとして抽出されるように、アルゴリズムを構築することができる。この場合、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳのθ座標の角度差が小さくなり比較精度が高くなる。また、例えば検査部位ＩＳの一部に重なるように判定領域ＪＡのθ座標が設定され、この判定領域ＪＡに少なくとも一部が重なる少なくとも１つのダイｄが比較部位ＣＳとして抽出されるように、アルゴリズムを設定することもできる。この場合、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳのθ座標の角度差は大きくなり得るものの比較対象が増えるメリットがある。その他、検査部位ＩＳの全部に重なる判定領域ＪＡに一部が重なるダイｄを比較部位ＣＳとして抽出するアルゴリズム、検査部位ＩＳの一部に重なる判定領域ＪＡに全部が重なるダイｄを比較部位ＣＳとして抽出するアルゴリズムも考えられる。
　また、検査部位ＩＳと比較部位ＣＳは、同一の試料Ｗにおいてθ座標が設定した対応関係にある複数のダイｄから選択することができるが、異なる試料Ｗから抽出することもできる。例えば、検査対象の試料Ｗと同一種又は同等種の別の検査試料又は標準試料（見本）を、試料Ｗと同じ要領で走査して得られた信号のデータを保存しておく。保存先は、信号処理装置Ｄでも良いし、信号処理装置Ｄに接続された記憶装置ＤＢ（図１）でも良い。このように検査対象とは異なる同一種の試料で得たデータから、試料Ｗの任意の検査部位ＩＳとθ座標が対応する位置関係の比較部位ＣＳのデータを抽出し、両者のデータを比較する形態も考えられる。
　加えて、検査部位ＩＳとのｒ座標の差が設定値以下の領域ＲＡから比較部位ＣＳを抽出するように、信号処理装置Ｄを構成することも有効である。つまり、比較部位ＣＳは、検査部位ＩＳとθ座標が設定の対応関係にあり、かつｒ座標の差が設定値以下の領域（判定領域ＪＡと領域ＲＡの重なる領域）から抽出されるようにするとより好ましい。
　－比較用データの収集（オプション）－
　前述した通り、本実施形態では任意の検査部位ＩＳを所定の位置関係にある比較部位ＣＳと比較して試料Ｗの欠陥を検査する。この場合、典型的には、試料Ｗの全面のデータを保存し、全面のデータから検査部位ＩＳと比較部位ＣＳのデータを抽出して比較することが考えられる。但し、試料Ｗの全面のデータは大量であるため、信号処理装置Ｄの処理能力によっては、試料Ｗの走査と並行してデータを収集しつつ１枚の試料Ｗの検査時間で欠陥検査の処理を実行することが難しい場合もある。このような場合には、予め試料Ｗ又は代わりの試料を走査して比較用データを収集しておき、比較用データから比較部位ＣＳのデータを抽出して検査部位ＩＳの検査に使用することが考えられる。試料Ｗを斜入射照明で検査する場合には、比較用データも斜入射照明により取得し、試料Ｗを垂直照明で検査する場合には、比較用データも垂直照明により取得することが望ましい。
　比較用データの収集に用いる試料には、試料Ｗと同一種の試料（後に検査する試料Ｗそのものを含む）又は試料Ｗと同等の試料を用いることができる。試料Ｗと同一種の試料とは、試料Ｗと表面構造（パターン設計等）が全面で同一の試料である。試料Ｗと同等の試料とは、試料Ｗと表面構造が部分的に異なるものの、試料内座標及び表面構造が同じ部位を所定割合以上含む試料である。試料Ｗと同一種の試料であっても同等の試料であっても、検査する試料Ｗと同一工程の試料（製造プロセス中の同じ段階にある試料）であることが望ましい。また、比較用データの収集処理は、１枚の試料を用いて実施することもできるが、より信頼性の高い比較用データを取得するためには複数枚の試料のデータを統合することが好ましい。
　図１９は比較用データの事前収集の処理の一例を表す機能ブロック図である。本実施形態において、比較用データの収集処理は、信号処理装置Ｄで実行される場合を例に挙げて説明するが、信号処理装置Ｄとは異なるコンピュータで別途実行されるようにしても良い。
　比較用データを収集する処理には、サンプリングｆ１、ダウンサンプリングｆ２、統計ｆ３の各処理が含まれる。サンプリングｆ１には、低周波成分サンプリングｆ１ａ、高周波成分サンプリングｆ１ｂが含まれる。これらのサンプリングｆ１、ダウンサンプリングｆ２、及び統計ｆ３の一連の処理は、信号処理装置Ｄにおいて検出チャンネルＣｈ１，Ｃｈ２…ＣｈＮ毎に実行される。検出チャンネルＣｈ１－ＣｈＮは、前述した通り、典型的にはセンサＣ１－Ｃ１３’の個別の出力信号であるが、これら信号出力の全部又は一部に代えて又は加えて、センサＣ１－Ｃ１３’の出力信号のサブセットの合成信号を含めることができる。複数のセンサの出力信号を合成して一つの出力として扱うことで、データの処理量及び保存量を削減できる他、微弱な欠陥信号を合算してＳＮ比を高めることができる。
　・低周波成分サンプリングｆ１ａ
　低周波成分サンプリングｆ１ａの処理において、信号処理装置Ｄは、検出チャンネルＣｈ１－ＣｈＮ毎に、周波数フィルタ（ローパスフィルタ）処理を実行し、定常成分を含めて変動周波数の低い成分を抽出する。変動周波数の低い成分とは、出力値の時間変動が予め設定した設定値未満の成分である。低周波成分サンプリングｆ１ａの処理により、パターンの形成されていない領域や比較的広いパターンの平坦面で発生した光の検出信号が抽出される。
　・高周波成分サンプリングｆ１ｂ
　高周波成分サンプリングｆ１ｂの処理において、信号処理装置Ｄは、検出チャンネルＣｈ１－ＣｈＮ毎に、周波数フィルタ（ハイパスフィルタ）処理を実行し、変動周波数の高い成分を抽出する。変動周波数の高い成分とは、出力値の時間変動が予め設定した設定値を超える成分である。高周波成分サンプリングｆ１ｂの処理により、欠陥、孤立パターン、パターン領域の境界、パターンエッジで発生した光の検出信号やランダムノイズ等が抽出される。
　・ダウンサンプリングｆ２
　ダウンサンプリングｆ２の処理において、信号処理装置Ｄは、ｒθ座標に応じてデータを間引く。具体的には、例えばｒθ座標系でｒ方向及びθ方向に一定ピッチで試料表面を区画した小領域の各々において代表値（平均値、中央値、最頻値等）を抽出し、これによりデータを間引く方法を例示することができる。このダウンサンプリングｆ２は、比較用データの収集処理の時間短縮やデータ量削減に有効であるが、比較用データの収集処理の時間やデータ量の制約を受けない場合には、ダウンサンプリングｆ２の処理は不要である。
　・統計ｆ３
　統計ｆ３の処理において、信号処理装置Ｄは、検出チャンネル毎の信号を集計して統計処理し、検出チャンネル毎に、背景明度、期待明度、期待ばらつき等を各ｒθ座標について算出する。背景とは、試料表面においてパターンのないウェハ表面ラフネスや正常なパターン等、欠陥以外であると推定される場所であり、背景明度とは、背景で発生する光に係る信号の強度（明度）である。従って、背景明度には、低周波成分の信号の強度に限らず、高周波成分の信号の強度も含まれる。背景明度等は、試料表面上の位置によって異なり、同一のダイ内でも異なり得る。
　統計ｆ３の処理における、背景明度、期待明度、期待ばらつきの算出について説明する。
　まず、各検出チャンネルについて、低周波成分サンプリングｆ１ａの処理で抽出された信号は低周波の背景明度に分類され、高周波成分サンプリングｆ１ｂの処理で抽出された信号は高周波の背景明度に分類される。これらの背景明度は、検出チャンネル毎に、信号が得られた試料Ｗ上のｒθ座標、ダイ内座標と共にメモリＤ１に記録される。
　次に、検出チャンネル毎に、試料におけるｒθ円座標系でθ座標が一致し（又は差が設定範囲内であり）ダイ内座標が一致する（又は差が設定範囲内である）部位の背景明度のグループが抽出される。そして、検出チャンネル毎に、各グループの背景明度の代表値（例えば平均値、中央値、最頻値）が求められ、θ座標及びダイ内座標と紐づけられ、期待明度としてメモリＤ１に記憶される。
　また、低周波の背景明度、高周波の背景明度のそれぞれについて、ダイ内座標（又はダイ内の領域）毎にデータが抽出され、それらの分散又は標準偏差が求められ、期待ばらつきとしてメモリＤ１に記憶される。
　ここで、高周波の背景明度には、試料の表面上の欠陥で発生した信号のデータが含まれ得る。このような欠陥候補の明度を高周波の背景明度から除外し、欠陥候補の明度を含まない背景明度に基づいて期待明度や期待ばらつきが算出されるようにすることが好ましい。欠陥候補の明度を除外する場合、例えば、試料全面のデータからθ座標が一致し（又は差が設定範囲内であり）ダイ内座標が一致する（又は差が設定範囲内である）部位の背景明度のグループが抽出され、各グループの平均値が算出されるようにする。そして、各グループにおいて、平均値からの乖離が設定値を超える背景明度が欠陥候補の明度と判定され、高周波の背景明度のデータと区別されるようにする。区別した欠陥候補の明度もメモリＤ１に記録されるようにすることができる。
　但し、欠陥数が極端に多くない限り試料全面のデータ数に占める欠陥のデータ数の割合は一般に小さい。欠陥のデータが含まれることで期待明度や期待ばらつきの値に与えられる影響が小さい場合には、高周波の背景明度から欠陥のデータを除外する処理を省略しても良い。
　以上のように取得された比較用データ、つまり背景明度、期待明度、期待ばらつき等は、例えば入力装置Ｅ２の操作に応じてモニタＥ３に表示されるようにすることができる。この場合、比較用データは、色、濃淡又は等高線等を用いたグラフィックスによって試料上又は選択したダイ内の分布表示として表示されるようにすることもできるし、ヒストグラムや度数分布表等の形式で表示されるようにすることもできる。
　－欠陥検査－
　図２０は信号処理装置Ｄによる欠陥検査の手順を表す機能ブロック図である。欠陥検査の際に信号処理装置Ｄが実行する処理には、ＳＮ比調整Ｆ１、フィルタリングＦ２、比較Ｆ３、判定Ｆ４の各処理が含まれる。
　・ＳＮ比調整Ｆ１
　ＳＮ比調整Ｆ１の処理は、各検出チャンネルの検出信号について、ダイ内座標（照明スポットＢＳのθ座標）に応じて実行される。本実施形態のＳＮ比調整Ｆ１では、各検出チャンネルＣｈ１，Ｃｈ２…ＣｈＮに重み付け加算処理を施し、加算検出チャンネルＣｈ１’，Ｃｈ２’…ＣｈＮ’を算出する。ここでは、重み付け加算処理の一例として、ゲインテーブルを用いた方法を挙げることができる。ゲインテーブルは、加算検出チャンネルＣｈ１’－ＣｈＮ’毎に各検出チャンネルＣｈ１－ＣｈＮのゲイン値ｇ（重み係数）を持つ二次元テーブルデータである。信号処理装置Ｄは、このゲインテーブルを用い、検出チャンネルＣｈ１－ＣｈＮにゲイン値ｇを乗じて加算し、加算検出チャンネルＣｈ１’－ＣｈＮ’を算出する。
　ゲイン値ｇの設定については、比較用データの背景明度のばらつきの大きい検出チャンネルほど重み計数を小さくする方法が一例に挙げられる。その際、欠陥候補明度の期待値に基づいてゲイン値ｇを設定し、加算チャンネルが飽和して欠陥強度信号の情報が失われたり微弱になり過ぎて欠陥が検出されなくなったりすることがないように、適正なダイナミックレンジが確保されるようにすることが望ましい。また、検出チャンネル毎に、背景明度（低周波又は高周波）の期待値又はその平方根に反比例した値をゲイン値ｇに設定すると、重み付け加算後のノイズが加算検出チャンネル間で平準化され、高感度検査に有効である。
　ゲインテーブルは、比較用データに基づいて、θ座標やダイ内座標で異なるものを複数設定することができる。これらθ座標やダイ内座標に応じた検出チャンネル毎のゲイン値ｇは、フィルタリングＦ２の処理で用いるしきい値やセンサ感度等と共に、例えばモニタＥ３に表示される検査条件設定画面で設定される。設定されたゲインテーブルは、例えばメモリＤ１に記録される。
　・フィルタリングＦ２
　フィルタリングＦ２の処理において、信号処理装置Ｄは、加算検出チャンネルＣｈ１’－ＣｈＮ’毎に、周波数フィルタ（ハイパスフィルタ）処理を実行し、変動周波数が高く、欠陥からの信号である可能性の高い成分を抽出する。変動周波数の高い成分とは、出力値の時間変動が予め設定した設定値を超える成分である。本実施形態では、抽出した高周波の加算検出チャンネルＣｈ１’－ＣｈＮ’から、更にしきい値を超える成分のみを抽出する。その際に用いるしきい値は、比較用データに基づいて、加算検出チャンネル毎にθ座標やダイ内座標に応じて異なる値を適用することができる。例えば各検出チャンネルのθ座標及びダイ内座標毎に、欠陥候補明度又は背景明度の期待ばらつきに基づき、欠陥からの散乱光の検出信号が取り得る値の下限値を求め、これを加算検出チャンネル毎、座標毎のしきい値に設定することができる。但し、このようなしきい値処理は、欠陥検査の処理データ削減に有効であるが、信号処理装置Ｄの処理能力に余裕がある場合には省略することができる。
　・比較Ｆ３
　比較Ｆ３の処理において、信号処理装置Ｄは、加算検出チャンネルＣｈ１’－ＣｈＮ’毎に、試料Ｗの表面上の任意の検査部位ＩＳについて、θ座標及びダイ内座標が対応する比較部位ＣＳのデータを比較用データから抽出する。本実施形態では、検査部位ＩＳは試料Ｗに形成された任意のダイｄであり、比較部位ＣＳは、比較用データを取得した試料において検査部位ＩＳとθ座標が設定した対応関係（図１８）にあるダイである。検査部位ＩＳとのｒ座標の差が設定値以下の領域から比較部位ＣＳが抽出されるようにするとより好ましい。
　信号処理装置Ｄは、こうして抽出した比較部位ＣＳのデータと検査部位ＩＳのデータを比較し、検査部位ＩＳの欠陥を判定する。欠陥の有無は、検査部位ＩＳのデータと検査部位ＩＳのデータの差分が予め設定されたしきい値を超えるか否かで判定することができる。比較Ｆ３に用いるしきい値は、信号処理装置Ｄにおいて、例えば、検査部位ＩＳのθ座標やダイ内座標に対応する比較用データ（期待明度や期待ばらつき）から、欠陥以外（正常パターン等）で発生した検出信号が取り得る値の上限値を演算し設定することができる。また、欠陥候補明度のばらつき範囲の下限にしきい値を設定し、そのしきい値を超える信号を欠陥に係る信号として残す方法も適用できる。比較Ｆ３の処理では、こうして加算検出チャンネルＣｈ１－ＣｈＮ’毎に欠陥からの信号と判定された信号が抽出される。
　・判定Ｆ４
　判定Ｆ４の処理において、信号処理装置Ｄは、比較Ｆ３の処理を経て欠陥からの信号であると判定された加算検出チャンネルＣｈ１’－ＣｈＮ’を統合し、最終的な欠陥判定を実施する。この欠陥判定の処理は、例えば複数の加算検出チャンネルの比較結果に基づいて、複数の加算検出チャンネルの判定結果（真偽値）の論理和を算出したり多数決（Voting）処理をしたりして実行することができる。複数の加算検出チャンネルの比較処理により、その欠陥候補信号が欠陥である確率に相当する数値を出力し、それらの数値の総和や平均等を算出することで、欠陥判定の処理を実行することもできる。判定Ｆ４の処理結果は、例えば入力装置Ｅ２を操作してモニタＥ３に表示させることができる。
　－効果－
　（１）試料Ｗの表面上の任意の検査部位ＩＳについて、ｒθ円座標系でθ座標が設定した対応関係にある比較部位ＣＳと比較して検査する。検査部位ＩＳと比較部位ＣＳは走査時における照明光に対する角度が同等であることから、回転走査方式であっても両部位の比較処理による検査結果の妥当性を確保することができる。これにより、微細構造物（パターン）が表面に繰り返し形成された試料Ｗを回転走査方式で精度良く検査することができる。これまで表面に形成された微細構造物のためにＸＹ走査方式で検査されていたパターン付きウェハ等の試料Ｗを回転走査方式で検査することができるので、スループットを大幅に向上させることができる。例えばＸＹ走査方式との比較で、試料１枚当たりの検査時間を半分以下に短縮することができる。
　（２）検査する試料Ｗと同一又は同等の種類の試料から予め比較用データを収集しておき、比較用データから比較部位ＣＳのデータを抽出して検査部位ＩＳの検査に使用することで、試料Ｗを効率的に検査することができる。また、複数枚の試料から背景明度等の比較用データを取得することで、背景明度等の比較用データに対する試料の個体差やランダムノイズの影響を低減することができ、より信頼性の高い比較用データを取得することができる。
　（３）検査部位ＩＳと比較部位ＣＳは互いのθ座標が一致していることが理想的だが、ダイｄ単位とすると検査部位ＩＳに対してθ座標が完全に一致する比較部位ＣＳを抽出することができない場合もある。この場合、図１８で説明した通り帯状（扇型）の判定領域ＪＡを設定し、その中心角αを基準に検査部位ＩＳとのθ座標の対応関係を規定することで、比較対象として一定の妥当性が確保される比較部位ＣＳを安定的に信号処理装置Ｄに抽出させることができる。
　（４）また、検査部位ＩＳとのｒ座標の差が設定値以下の領域ＲＡから比較部位ＣＳを抽出することで、比較精度がより高まる。半径方向位置の近い部位同士は、パターンの出来映えが近い傾向があるためである。
　（第２実施形態）
　図２１は本発明の第２実施形態に係る欠陥検査装置の欠陥検査の手順を表す機能ブロック図である。同図は第１実施形態の図２０に対応する図である。図２１において第１実施形態で説明した要素と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態が第１実施形態と相違する点は、フィルタリングＦ２の処理でしきい値処理を省略した点である。その他の点において、本実施形態は第１実施形態と同様である。
　前述した通り、フィルタリングＦ２におけるしきい値処理は、欠陥検査の処理データ削減に有効であるが、信号処理装置Ｄの処理能力に余裕がある場合には省略することができる。本実施形態の場合、欠陥候補のデータ数が第１実施形態に比べて増加するため、欠陥の検出感度が向上する。
　また、しきい値処理を単に省略するだけでなく、しきい値処理に代えて周波数フィルタ処理を実行するアルゴリズムとしても良い（図２１の破線参照）。
　（第３実施形態）
　図２２は本発明の第３実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図である。同図は第１実施形態の図１８に対応する図である。図２２において第１実施形態で説明した要素と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態が第１実施形態と相違する点は、検査部位ＩＳに対する比較部位ＣＳのθ座標の対応関係の設定の違いにある。具体的には、第１実施形態では、比較部位ＣＳと検査部位ＩＳとのθ座標の差を所定値（判定領域ＪＡの中心角α）以内に制限し、試料Ｗの中心から見て検査部位ＩＳと比較部位ＣＳが同じ方向にあることを条件とした。これに対し、本実施形態では、判定領域ＪＡが試料Ｗの中心を挟んで反対側にも拡大されている。つまり、本実施形態における判定領域ＪＡは、試料Ｗの中心を通る２本の直線に挟まれた帯状の領域（２つの細長い扇形を対向配置した領域）であり、検査部位ＩＳが重なる領域ＪＡ１の他、この領域ＪＡ１とθ座標が１８０°異なる対向領域ＪＡ２を含む。図１８と同様、図２２でも検査部位ＩＳをハッチングで、比較部位ＣＳとなり得るダイｄを網掛で表示してある。その他の点において、本実施形態は第１実施形態と同様である。
　試料Ｗに形成されるパターンのエッジは、ほとんどがＸＹ直交座標系でＸ方向又はＹ方向に延びるため、１８０°回転させても延在方向は変わらない。そのため、上記領域ＪＡ２から抽出される比較部位ＣＳは、照明光の当たり方が検査部位ＩＳに対して１８０°回転した状態になるものの、パターンエッジの延在方向が同等であるため、回折光の出方が同じ傾向を示す。そのため、領域ＪＡ２から抽出した比較部位ＣＳも検査部位ＩＳとの比較Ｆ３に適用することができる。本実施形態においては、領域ＪＡ１に加えて領域ＪＡ２を判定領域ＪＡに含めることで、比較対象が増加するメリットがある。
　（第４実施形態）
　図２３は本発明の第４実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図である。同図は第１実施形態の図１８に対応する図である。図２２において第１実施形態で説明した要素と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態が第１実施形態と相違する点は、検査部位ＩＳと比較部位ＣＳの抽出単位の違いにある。具体的には、第１実施形態では検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳをダイ単位で抽出したのに対し、本実施形態ではパターン付きウェハに形成されたダイｄの一部を検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳの抽出単位とする。検査部位ＩＳと比較部位ＣＳは、異なるダイｄでダイ内座標が対応する部位同士であるとする。その他の点において、本実施形態は第１実施形態と同様である。
　例えば判定領域ＪＡに一部が重なるダイ同士を比較する場合、判定領域ＪＡに対する検査部位ＩＳと比較部位ＣＳの重なり方によって、比較部位ＣＳとなり得るダイに、検査部位ＩＳとのθ座標の差が判定領域ＪＡの中心角αよりも大きなダイが相当数含まれる。その結果、抽出される比較部位ＣＳと検査部位ＩＳとのθ座標の差が大きくなったり、統計する比較用データのばらつきが大きくなったりする可能性がある。それに対し、抽出される比較部位ＣＳと検査部位ＩＳとのθ座標の差、或いは統計する比較用データのばらつきを抑え、検査精度が向上し得る。
　なお、本実施形態においても、第２実施形態のように試料Ｗの中心を挟んで検査部位ＩＳと反対側の領域ＪＡ２から比較部位ＣＳが抽出され得るようにしても良い。
　（第５実施形態）
　図２４は本発明の第５実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図である。同図は第１実施形態の図１８に対応する図である。図２４において第１実施形態で説明した要素と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態が第１実施形態と相違する点は、検査部位ＩＳに対する比較部位ＣＳのθ座標の対応関係の設定の違いにある。具体的には、本実施形態における判定領域ＪＡは、試料Ｗの中心を始端として試料の径方向に延びる１本の直線で定義される。例えば、試料Ｗの中心から検査部位ＩＳ（図２４ではダイｄの一部）を通る直線（判定領域ＪＡ）を引き、その直線に重なり検査部位ＩＳに対応する部位が比較部位ＣＳとして抽出されるようにする。図１８と同様、図２４でも検査部位ＩＳをハッチングで、比較部位ＣＳとなり得るダイｄを網掛で表示してある。その他の点において、本実施形態は第１実施形態と同様である。
　第１実施形態では、判定領域ＪＡを中心角αの扇形で定義した。判定領域ＪＡが面積を持つことから、この判定領域ＪＡを介して検査部位ＩＳとθ座標が設定の対応関係にある比較部位ＣＳを多く抽出することができる反面、比較部位ＣＳのθ座標にばらつきが生じる。
　それに対し、本実施形態の場合、判定領域ＪＡが直線で定義されるため、判定領域ＪＡを介して検査部位ＩＳと設定の対応関係にある比較部位ＣＳのθ座標のばらつきが第１実施形態に比べて抑えられる。そのため、検査部位ＩＳとより近い条件で検査される比較部位ＣＳが抽出される観点で、比較検査の精度の向上が期待できる。
　なお、本実施形態では、第１実施形態と同様、試料Ｗの中心から見て検査部位ＩＳと同じ方向にある領域から比較部位ＣＳが抽出される。しかし、判定領域ＪＡを試料Ｗの中心を通る１本の直線で定義し、第２実施形態と同様に試料Ｗの中心を挟んで検査部位ＩＳと反対側にある比較部位ＣＳが抽出されるようにしても良い。
　（第６実施形態）
　図２５は本発明の第６実施形態に係る欠陥検査装置に適用する検査部位と比較部位のθ座標の対応関係の説明図である。同図は第１実施形態の図１８に対応する図である。図２５において第１実施形態で説明した要素と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態が第１実施形態と相違する点は、検査部位ＩＳに対する比較部位ＣＳのθ座標の対応関係の設定の違いにある。本実施形態は、第４実施形態（図２３）と同じくダイｄの一部を検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳの抽出単位とする例であるが、検査部位ＩＳとはダイ内座標が異なるものの設計パターンが同一又は対応する部位を比較部位ＣＳに含める点で第４実施形態と相違する。本実施形態において、検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳは、θ座標が設定の対応関係（第１－第５実施形態のいずれかの関係）にあれば、ダイ内座標が同じであっても異なっていても構わない。検査部位ＩＳ及び比較部位ＣＳは、Ｒ座標の差が設定値以下のものであればより好ましい。本実施形態においては、検査部位ＩＳと比較部位ＣＳが異なるダイｄの一部である場合に限らず、同一のダイｄに含まれる場合もある。図１８と同様、図２５でも検査部位ＩＳをハッチングで、比較部位ＣＳとなり得るダイｄを網掛で表示してある。その他の点において、本実施形態は第１実施形態と同様である。
　マルチコアのＣＰＵやＧＰＵ等、同一のダイ内に同一パターン領域が切り返し形成されるものも存在する。このような試料を検査対象とする場合、ダイ内座標が異なる部位同士でも、θ座標が設定の対応関係にあれば、両者の比較により適正に欠陥を検査することができる。本実施形態の場合、任意の検査部位ＩＳに対して比較対象データが増え、欠陥判定精度が向上する。
　（第７実施形態）
　図２６は本発明の第７実施形態に係る欠陥検査装置の要部を抜き出した模式図である。図２６において第１実施形態で説明した要素と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態が第１実施形態と相違する点は、前述した比較用データ（背景明度等）の基礎データに複数の欠陥検査装置による検査データを含める点である。図２６に示した例において、欠陥検査装置１００は、適宜ネットワーク（不図示）を介してデータサーバＤＳに接続されている。このデータサーバＤＳには、適宜ネットワーク（不図示）を介して、欠陥検査装置１００とは異なる他の欠陥検査装置１００’１００”が接続されている。欠陥検査装置１００，１００’，１００”は、同一種又は同等種（同一シリーズ、同一メーカ等）であることが望ましいが、異なる種類の装置であっても良い。図２６では２つの他の欠陥検査装置１００’，１００”を図示しているが、データサーバＤＳに接続される他の欠陥検査装置は、１つでも３つ以上でも良い。
　データサーバＤＳには、欠陥検査装置１００，１００’，１００”から検査データが入力され、これらデータがビッグデータとして蓄積される。蓄積されるビッグデータには、欠陥検査装置毎の試料の検査データ、検査条件（検査レシピ）、欠陥レビューデータ、検査試料の設計データ等が含まれる。データサーバＤＳでは、これらビッグデータを基に、検出チャンネル毎に、θ座標毎、ダイ内座標毎の比較用データが演算される。比較用データの演算は、一定期間毎に実行されるようにすることもできるし、新規データが一定以上蓄積されたら実行されるようにすることもできる。
　また、比較用データの演算方法としては、試料Ｗと同一種又は同等種の試料の検査に関するデータをビッグデータから抽出し、抽出したデータに基づいて図１９で説明したアルゴリズムで実行する構成とすることができる。この他、例えばデータサーバＤＳにＡＩプログラムを導入し、ビッグデータから抽出された試料Ｗと同一種又は同等種の試料の検査データに基づいて、ＡＩプログラムによって背景明度等の比較用データが自動で更新されるようにすることもできる。各欠陥検査装置１００，１００’，１００”では、データサーバＤＳから受信した比較用データに基づき、前述したアルゴリズム（例えば図２０）で試料Ｗの欠陥検査が実行される。
　本実施形態によれば、欠陥検査装置１００の自己の検査データに加え、他の欠陥検査装置１００，１００’による多数の検査データを基礎データとして比較用データが演算されるので、基礎データの蓄積に伴って検査精度が向上し得るメリットがある。
　（第８実施形態）
　図２７は本発明の第８実施形態に係る欠陥検査装置の要部を抜き出した模式図である。図２７において第１実施形態で説明した要素と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態は、比較用データ（背景明度等）の基礎データの取得方法のバリエーションである。ステージＳＴの並進ステージの移動軸上には、試料受渡し位置Ｐａ、検査開始位置Ｐｂ、検査完了位置Ｐｃが設定されており、並進ステージ１３を駆動することで、これらの位置を通る直線に沿ってステージＳＴが移動する。検査開始位置Ｐｂは、試料Ｗに照明光を照射して試料Ｗの検査を開始する位置であり、照明光学系Ａの照明スポットＢＳに試料Ｗの中心が一致する位置である。検査完了位置Ｐｃは、試料Ｗの検査が完了する位置であり、本実施形態では照明スポットＢＳに試料Ｗの外縁が一致する位置である。試料受渡し位置Ｐａは、ステージＳＴに対してアームＡｍにより試料Ｗを着脱（ロード及びアンロード）する位置であり、試料Ｗを受け取ったステージＳＴが試料受渡し位置Ｐａから検査開始位置Ｐｂに移動する。近年の更なる高感度検査の要求により、検出光学系Ｂ１－Ｂｎは試料Ｗに接近して配置され、ステージＳＴが検出光学系Ｂ１－Ｂｎの直下にあるときのステージＳＴと検出光学系Ｂ１－Ｂｎとの間隙Ｇは数ｍｍ程度かそれ以下である。検査開始位置ＰｂにおいてアームＡｍで試料Ｗを間隙Ｇに挿し込んでステージＳＴに置くことは困難であることから、検査開始位置Ｐｂから離れた試料受渡し位置Ｐａで試料Ｗを受け渡す構成が採用されている。
　試料に照明光を当てて試料Ｗを走査するのはステージＳＴが検査開始位置Ｐｂから検査完了位置Ｐｃに移動する間であるが、本実施形態ではステージＳＴが試料受渡し位置Ｐａから検査開始位置Ｐｂに移動する間に予備走査を実施する。そして、この予備走査で得たデータを背景明度等の比較用データの基礎データに用いる（又は含める）。本実施形態では試料Ｗを中心から外周に向かって検査する場合、予備走査において試料Ｗは外周側から中心に向かって螺旋軌道で走査される。
　本実施形態によれば、試料Ｗの搬送動作を比較用データの基礎データの収集に利用することができ、基礎データの収集効率を向上させることができる。
１００…欠陥検査装置、Ａ…照明光学系、Ｂ１－Ｂ１３…検出光学系、Ｃ１－Ｃ１３’…センサ、Ｄ…信号処理装置、Ｅ３…モニタ、ＪＡ…判定領域、ＳＴ１…試料台、ＳＴ２…走査装置、Ｗ…試料

Claims (14)

  1. 　表面に構造物が繰り返し形成された試料を検査する欠陥検査装置において、
    　前記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、
    　前記試料台を回転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、
    　前記試料の表面上の任意の検査部位について、前記試料の中心を原点とする前記試料についてのｒθ円座標系でθ座標が設定した対応関係にある比較部位を抽出し、
    　前記検査部位からの検出信号を、前記比較部位からの検出信号と比較し、それら検出信号の差を基に前記試料の欠陥を検出する
    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、
    　前記信号処理装置は、前記検査部位とのｒ座標の差が設定値以下の領域から前記比較部位を抽出する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  3. 　請求項１の欠陥検査装置において、
    　前記試料は、パターン付きウェハである
    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、
    　前記検査部位及び前記比較部位は、前記パターン付きウェハに形成されたダイである
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  5. 　請求項３の欠陥検査装置において、
    　前記検査部位及び前記比較部位は、前記パターン付きウェハに形成されたダイの一部である
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  6. 　請求項５の欠陥検査装置において、
    　前記検査部位及び前記比較部位は、ダイ座標が異なる
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  7. 　請求項１の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、
    　前記試料の中心を通る線状又は帯状の判定領域のデータを前記対応関係として読み込み、
    　前記検査部位の少なくとも一部に重ね合わせた前記判定領域に少なくとも一部が重なる部位、又はこの部位に対応する別の試料上の部位を、前記比較部位として抽出する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  8. 　請求項７の欠陥検査装置において、
    　前記判定領域は、前記試料の中心を始端として前記試料の径方向に延びる２本の直線に挟まれた帯状の領域である
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  9. 　請求項７の欠陥検査装置において、
    　前記判定領域は、前記試料の中心を通る２本の直線に挟まれた帯状の領域である
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  10. 　請求項７の欠陥検査装置において、
    　前記判定領域は、前記試料の中心を始端として前記試料の径方向に延びる１本の直線である
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  11. 　請求項７の欠陥検査装置において、
    　前記判定領域は、前記試料の中心を通る１本の直線である
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  12. 　請求項７の欠陥検査装置において、
    　前記θ座標に応じた検査条件の設定画面を表示するモニタを備えている
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  13. 　請求項１の欠陥検査装置において、
    　前記信号処理装置は、単一のコンピュータ、又はネットワークを介して接続された複数のコンピュータである
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  14. 　表面に構造物が繰り返し形成された試料を検査する欠陥検査方法において、
    　前記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、
    　前記試料台を回転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
    を備えた信号処理装置を用い、
    　前記試料の表面上の任意の検査部位について、前記試料の中心を原点とする前記試料についてのｒθ円座標系でθ座標が設定した対応関係にある比較部位を抽出し、
    　前記検査部位からの検出信号を、前記比較部位からの検出信号と比較し、それら検出信号の差を基に前記試料の欠陥を検出する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
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JP2008020359A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Hitachi High-Technologies Corp 表面検査方法及び装置
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