欠陥検査方法、微弱光検出方法および微弱光検出器
【課題】
微小な欠陥を検出すること、検出した欠陥の寸法を高精度に計測することなどが求められる。
【解決手段】
光源から出射した光を、調整する照明光調整工程と、前記照明光調整工程により得られる光束を所望の照明強度分布に形成する照明強度分布制御工程と、前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に試料を変位させる試料走査工程と、照明光が照射される領域内の複数の小領域各々から出射される散乱光の光子数を計数して対応する複数の散乱光検出信号を出力する散乱光検出工程と、複数の散乱光検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定工程と、欠陥と判定される箇所各々について欠陥の寸法を判定する欠陥寸法判定工程と、前記欠陥と判定される箇所各々について、前記試料表面上における位置および前記欠陥の寸法を表示する表示工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法。
微小な欠陥を検出すること、検出した欠陥の寸法を高精度に計測することなどが求められる。
【解決手段】
光源から出射した光を、調整する照明光調整工程と、前記照明光調整工程により得られる光束を所望の照明強度分布に形成する照明強度分布制御工程と、前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に試料を変位させる試料走査工程と、照明光が照射される領域内の複数の小領域各々から出射される散乱光の光子数を計数して対応する複数の散乱光検出信号を出力する散乱光検出工程と、複数の散乱光検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定工程と、欠陥と判定される箇所各々について欠陥の寸法を判定する欠陥寸法判定工程と、前記欠陥と判定される箇所各々について、前記試料表面上における位置および前記欠陥の寸法を表示する表示工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を検査し、欠陥の位置、種類および寸法を判定して出力する欠陥検査方法、微弱光検出方法および微弱光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留りを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。欠陥検査の従来技術としては特開平８−３０４０５０号公報（特許文献１）、特開２００８−２６８１４０号公報（特許文献２）などが知られている。
【０００３】
特許文献１では、「線状照明を行う照明光学系、被照明領域をラインセンサで分割して検出する検出光学系により、一度の検査で同一欠陥を複数回照明し、それらの散乱光を加算することにより検出感度を向上させる」と記載されている。
【０００４】
特許文献２では、「レーザ光帯に対応した２ｎ個のＡＰＤがリニアに配列され、」「２ｎ個のうちの適当な２個づつを組合せ、各組合せの２個のＡＰＤの出力信号の差分をそれぞれ算出して、反射光によるノイズを消去し、散乱光に対する欠陥パルスを出力する」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０４０５０号公報
【特許文献２】特開２００８−２６８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体等の製造工程で用いられる欠陥検査には、微小な欠陥を検出すること、検出した欠陥の寸法を高精度に計測すること、試料を非破壊で（例えば試料を変質させること無く）検査すること、同一の試料を検査した場合に例えば検出欠陥の個数、位置、寸法、欠陥種に関して実質的に一定の検査結果が得られること、一定時間内に多数の試料を検査することなどが求められる。
【０００７】
前記特許文献１、および特許文献２に述べられた技術では、特に例えば寸法２０ｎｍ以下の微小な欠陥については、欠陥から発生する散乱光が極めて微弱となり、試料表面で発生する散乱光によるノイズ、検出器のノイズ、あるいは検出回路のノイズに欠陥信号が埋もれるため検出不可能となる。あるいは、これを避けるために照明パワーをあげた場合、照明光による試料の温度上昇が大きくなり、試料への熱ダメージが発生する。あるいは、これを避けるために試料の走査速度を低下させた場合、一定時間内に検査できる試料の面積あるいは試料の数が減少する。以上より、微小な欠陥を高速に検出することが困難であった。
【０００８】
微弱な光を検出する方法として、光子計数法が知られている。一般に、微弱な光に対しては検出光子数を計数する光子計数を行うことで、信号のＳＮ比が向上するため、高感度、高精度で安定した信号が得られる。光子計数法の一例として、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードに対する光子の入射で発生するパルス電流の発生数を計数する方法が知られている。短い時間内に複数個の光子が入射して複数回パルス電流が発生した場合にその回数を計数できないため、光量を精度よく計測することができず、欠陥検査には適用できなかった。
【０００９】
また、別の光子計数法の一例として、多数のアバランシェフォトダイオード画素を配列して構成した検出器の、各画素への光子の入射により発生するパルス電流の合計を計測する方法が知られている。この検出器はＳｉ−ＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、ＰＰＤ（Ｐｉｘｅｌａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、あるいはＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｅｒ）などと呼ばれる。この方法によれば、前述の単一の光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを用いた光子計数と異なり、短い時間内に複数個の光子が入射した場合も光量を計測することが可能である。ただし、多数のアバランシェフォトダイオードを配列したものが一つの「画素」を持つ検出器として動作するため、複数の画素の並列検出により高速あるいは高感度の欠陥検査においてこの方法を適用することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【００１１】
本願は上記課題を解決する複数の手段を含んでいるが、その一例を挙げるならば、
光源から出射した光を、所望の光量、位置、ビーム径、および偏光状態を持った光束に調整する照明光調整工程と、
前記照明光調整工程により得られる光束を所望の入射角をもって試料表面に導き、前記試料表面においてある一方向について長くそれに直交する方向について短い照明強度分布を形成する照明強度分布制御工程と、
前記照明強度分布制御工程による前記試料面上の照明光照射位置において、前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に試料を変位させる試料走査工程と、
前記試料走査工程において前記照明強度分布制御工程によって照明光が照射される領域内の複数の小領域各々から出射される散乱光の光子数を計数して対応する複数の散乱光検出信号を出力する散乱光検出工程と、
前記散乱光検出工程において得られる複数の散乱光検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について対応する散乱光検出信号を処理して欠陥の寸法を判定する欠陥寸法判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について、前記試料表面上における位置および前記欠陥寸法判定工程において得られる欠陥寸法を表示する表示工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試料全面を短時間で走査し、試料に熱ダメージを低減しつつ微小な欠陥を検出すること、検出欠陥の寸法を高精度に算出すること、および安定した検査結果を出力することが可能か欠陥検査方法、微弱光検出方法および微弱光検出器を提供することができる。
【００１３】
上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態を示す全体概略構成図である。
【図２】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第一例を示す図である。
【図３】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第二例を示す図である。
【図４】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第三例を示す図である。
【図５】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第四例を示す図である。
【図６】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第五例を示す図である。
【図７】本発明に係る照明強度分布制御部が備える光学素子の第一例を示す図である。
【図８】本発明に係る照明部における照明光の状態の計測手段および調整手段の実施の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る照明部において光路分岐と光路合成によって単一パルスあたりのエネルギーを低減する手段の一例を示す図である。
【図１０】光路分岐と光路合成による単一パルスあたりのエネルギー低減結果を示す図である。
【図１１】本発明に係る試料表面上の照明分布形状と走査方向を示す図である。
【図１２】走査による照明スポットの軌跡を示す図である。
【図１３】本発明に係る検出部の配置および検出方向を側面から見た図である。
【図１４】本発明に係る低角検出部の配置及び検出方向を上面から見た図である。
【図１５】本発明に係る高角検出部の配置及び検出方向を上面から見た図である。
【図１６】本発明に係る検出部の構成の第一例を示す図である。
【図１７】本発明に係る検出部の構成の第二例を示す図である。
【図１８】本発明に係る検出部の複数画素センサの第一例を示す図である。
【図１９】本発明に係る検出部でのアレイセンサの第一例を示す図である。
【図２０】アレイセンサの構成要素の等価回路を示す図である。
【図２１】本発明に係る信号処理部の一実施形態を示す図である。
【図２２】本発明に係るアレイセンサの第二例を示す図である。
【図２３】本発明に係る検出部の複数画素センサの第二例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本実施例の概略構成図の例である。照明部１０１、検出部１０２、試料Ｗを載置可能なステージ１０３、信号処理部１０５、制御部５３、表示部５４、入力部５５、を有する。照明部１０１はレーザ光源２、アッテネータ３、出射光調整部４、ビームエキスパンダ５、偏光制御部６、照明強度分布制御部７を適宜備える。レーザ光源２から射出されたレーザ光ビームは、アッテネータ３で所望のビーム強度に調整され、出射光調整部４で所望のビーム位置、ビーム進行方向に調整され、ビームエキスパンダ５で所望のビーム径に調整され、偏光制御部６で所望の偏光状態に調整され、照明強度分布制御部７で所望の強度分布に調整され、試料Ｗの検査対象領域に照明される。
【００１６】
照明部１０１の光路中に配置された出射光調整部４の反射ミラーの位置と角度により試料表面に対する照明光の入射角が決められる。照明光の入射角は微小な欠陥の検出に適した角度に設定される。照明入射角が大きいほど、すなわち照明仰角（試料表面と照明光軸との成す角）が小さいほど、試料表面上の微小異物からの散乱光に対してノイズとなる試料表面の微小凹凸からの散乱光（ヘイズと呼ばれる）が弱まるため、微小な欠陥の検出に適する。このため、試料表面の微小凹凸からの散乱光が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明光の入射角は好ましくは７５度以上（仰角１５度以下）に設定するのがよい。一方、斜入射照明において照明入射角が小さいほど微小異物からの散乱光の絶対量が大きくなるため、欠陥からの散乱光量の不足が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明光の入射角は好ましくは６０度以上７５度以下（仰角１５度以上３０度以下）に設定するのがよい。また、斜入射照明を行う場合、照明部１０１の偏光制御部６における偏光制御により、照明の偏光をＰ偏光とすることで、その他の偏光と比べて試料表面上の欠陥からの散乱光が増加する。また、試料表面の微小凹凸からの散乱光が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明の偏光をＳ偏光とすることで、その他の偏光と比べて試料表面の微小凹凸からの散乱光が減少する。
【００１７】
また、必要に応じて、図１に示すように、照明部１０１の光路中にミラー２１を挿入し、適宜他のミラーを配置することにより、照明光路が変更され、試料面に対して実質的に垂直な方向から照明光が照射される（垂直照明）。このとき、試料面上の照明強度分布は照明強度分布制御部７ｖにより、斜入射照明と同様に制御される。ミラー２１と同じ位置にビームスプリッタを挿入することで、斜入射照明と試料面の凹み状の欠陥（研磨キズや結晶材料における結晶欠陥）からの散乱光を得るには、試料表面に実質的に垂直に入射する垂直照明が適する。なお、図１に示す照明強度分布モニタ２４については後に詳説する。
【００１８】
レーザ光源２としては、試料表面近傍の微小な欠陥を検出するには、試料内部に浸透しづらい波長として、短波長（波長３５５ｎｍ以下）の紫外または真空紫外のレーザビームを発振し、かつ出力２Ｗ以上の高出力のものが用いられる。出射ビーム径は１ｍｍ程度である。試料内部の欠陥を検出するには、試料内部に浸透しやすい波長として、可視あるいは赤外のレーザビームを発振するものが用いられる。
【００１９】
アッテネータ３は、第一の偏光板と、照明光の光軸周りに回転可能な１／２波長板と、第二の偏光板を適宜備える。アッテネータ３に入射した光は、第一の偏光板により直線偏光に変換され、１／２波長板の遅相軸方位角に応じて偏光方向が任意の方向に回転され、第二の偏光板を通過する。１／２波長板の方位角を制御することで、光強度が任意の比率で減光される。アッテネータ３に入射する光の直線偏光度が十分高い場合は第一の偏光板は必ずしも必要ない。アッテネータ３は入力信号と減光率との関係が事前に較正されたものを用いる。アッテネータ３として、グラデーション濃度分布を持つＮＤフィルタを用いることも、互いに異なる複数の濃度のＮＤフィルタを切替えて使用することも可能である。
【００２０】
出射光調整部４は複数枚の反射ミラーを備える。ここでは二枚の反射ミラーで構成した場合の実施例を説明するが、これに限られるものではなく、三枚以上の反射ミラーを適宜用いても構わない。ここで、三次元の直交座標系（ＸＹＺ座標）を仮に定義し、反射ミラーへの入射光が＋Ｘ方向に進行しているものと仮定する。第一の反射ミラーは入射光を＋Ｙ方向に偏向するよう設置され（ＸＹ面内での入射・反射）、第二の反射ミラーは第一の反射ミラーで反射した光を＋Ｚ方向に偏向するよう設置される（ＹＺ面内での入射・反射）。各々の反射ミラーは平行移動とあおり角調整により、出射調整部４から出射する光の位置、進行方向（角度）が調整される。前記のように、第一の反射ミラーの入射・反射面（ＸＹ面）と第二の反射ミラー入射・反射面（ＹＺ面）が直交するような配置とすることで、出射調整部４から出射する光（＋Ｚ方向に進行）のＸＺ面内の位置、角度調整と、ＹＺ面内の位置、角度調整とを独立に行うことができる。
【００２１】
ビームエキスパンダ５は二群以上のレンズ群を有し、入射する平行光束の直径を拡大する機能を持つ。例えば、凹レンズと凸レンズの組合せを備えるガリレオ型のビームエキスパンダが用いられる。ビームエキスパンダ５は二軸以上の並進ステージに設置され、所定のビーム位置と中心が一致するように位置調整が可能である。また、ビームエキスパンダ５の光軸と所定のビーム光軸が一致するようにビームエキスパンダ５全体のあおり角調整機能が備えられる。レンズの間隔を調整することにより、光束直径の拡大率を制御することが可能である（ズーム機構）。ビームエキスパンダ５に入射する光が平行でない場合には、レンズの間隔の調整により、光束の直径の拡大とコリメート（光束の準平行光化）が同時に行われる。光束のコリメートはビームエキスパンダ５の上流にビームエキスパンダ５と独立にコリメートレンズを設置して行ってもよい。ビームエキスパンダ５によるビーム径の拡大倍率は５倍から１０倍程度であり、光源から出射したビーム径１ｍｍのビームが５ｍｍから１０ｍｍ程度に拡大される。
【００２２】
偏光制御部６は、１／２波長板、１／４波長板によって構成され、照明光の偏光状態を任意の偏光状態に制御する。照明部１０１の光路の途中において、ビームモニタ２２によって、ビームエキスパンダ５に入射する光、および照明強度分布制御部７に入射する光の状態が計測される。
【００２３】
図２乃至図６に、照明部１０１より試料面に導かれる照明光軸１２０と照明強度分布形状との位置関係の模式図を示す。なお、図２乃至図６における照明部１０１の構成は照明部１０１の構成の一部を示したものであり、出射光調整部４、ミラー２１、ビームモニタ２２等は省略されている。図２に、斜入射照明の入射面（照明光軸と試料表面法線とを含む面）の断面の模式図を示す。斜入射照明は入射面内にて試料表面に対して傾斜している。照明部１０１により入射面内において実質的に均一の照明強度分布が作られる。照明強度が均一である部分の長さは、単位時間当たりに広い面積を検査するため、１００μｍから４ｍｍ程度である。図３に、試料表面法線を含みかつ斜入射照明の入射面に垂直な面の断面の模式図を示す。この面内で、試料面上の照明強度分布は中心に対して周辺の強度が弱い照明強度分布を成す。より具体的には、照明強度分布制御部７に入射する光の強度分布を反映したガウス分布、あるいは照明強度分布制御部７の開口形状を反映した第一種第一次のベッセル関数あるいはｓｉｎｃ関数に類似した強度分布となる。この面内での照明強度分布の長さ（最大照明強度の１３．５％以上の照明強度を持つ領域の長さ）は、試料表面から発生するヘイズを低減するため、前記入射面内における照明強度が均一である部分の長さより短く、２．５μｍから２０μｍ程度である。照明強度分布制御部７は、後述する非球面レンズ、回折光学素子、シリンドリカルレンズアレイ、ライトパイプなどの光学素子を備える。照明強度分布制御部７を構成する光学素子は図２、図３に示されるように、照明光軸に垂直に設置される。
【００２４】
照明強度分布制御部７は入射する光の位相分布および強度分布に作用する光学素子を備える。照明強度分布制御部７を構成する光学素子として、回折光学素子７１（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）が用いられる（図７）。回折光学素子７１は、入射光を透過する材質によりなる基板の表面に、光の波長と同等以下の寸法の微細な起伏形状を形成したものである。入射光を透過する材質として、紫外光用には溶融石英が用いられる。回折光学素子７１を通過することによる光の減衰を抑えるため、反射防止膜によるコーティングが施されたものを用いるとよい。前記の微細な起伏形状の形成にはリソグラフィ法が用いられる。前記ビームエキスパンダ５を通過後に準平行光となった光を、回折光学素子７１を通過させることにより、回折光学素子７１の起伏形状に応じた試料面上照明強度分布が形成される。回折光学素子の７１起伏形状は、試料表面上で形成される照明強度分布が前記入射面内に長く均一な分布となるよう、フーリエ光学理論を用いた計算に基づいて求められた形状に設計され、製作される。照明強度分布制御部７に備えられる光学素子は、入射光の光軸との相対位置、角度が調整可能となるよう、二軸以上の並進調整機構、および二軸以上の回転調整機構が備えられる。さらに、光軸方向の移動によるフォーカス調整機構が設けられる。前記回折光学素子７１と同様の機能を持つ代替の光学素子として、非球面レンズ、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズとの組合せ、ライトパイプと結像レンズとの組合せを用いてもよい。
【００２５】
照明部１０１における照明光の状態がビームモニタ２２によって計測される。ビームモニタ２２は、出射光調整部４を通過した照明光の位置および角度（進行方向）、あるいは照明強度分布制御部７に入射する照明光の位置および波面を計測して出力する。照明光の位置計測は、照明光の光強度の重心位置を計測することによって行われる。具体的な位置計測手段としては、光位置センサ（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、あるいはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサが用いられる。照明光の角度計測は前記位置計測手段より光源から遠く離れた位置、あるいはコリメートレンズによる集光位置に設置された光位置センサあるいはイメージセンサによって行われる。ビームモニタ２２において計測された照明光位置、照明光角度は制御部５３に入力され、表示部５４に表示される。照明光位置あるいは角度が所定の位置あるいは角度からずれていた場合は、前記出射光調整部４において所定の位置に戻るよう調整される。
【００２６】
照明光の波面計測は、照明強度制御部７に入射する光の平行度を測定するために行われる。シアリング干渉計による計測、あるいはシャックハルトマン波面センサによる計測が行われる。シアリング干渉計は、両面を平坦に研磨した厚さ数ｍｍ程度の光学ガラスを照明光路中に斜めに傾斜させて挿入し、表面による反射光と裏面による反射光とをスクリーンに投影した際に観測される干渉縞の模様によって、照明光の発散・収束状態を計測するものであり、シグマ光機社製ＳＰＵＶ−２５などがある。スクリーン位置にＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを設置すれば照明光の発散・収束状態の自動計測が可能である。シャックハルトマン波面センサは、細かなレンズアレイによって波面を分割してＣＣＤセンサなどのイメージセンサに投影し、投影位置の変位から個々の波面の傾斜を計測するものである。シアリング干渉計と比較して、部分的な波面の乱れなど詳細な波面計測を行うことができる。波面計測により照明強度制御部７に入射する光が準平行光でなく、発散あるいは収束していることが判明した場合、前段のビームエキスパンダ５のレンズ群を光軸方向に変位させることで、準平行光に近づけることができる。また、波面計測により照明強度制御部７に入射する光の波面が部分的に傾斜していることが判明した場合、空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の一種である空間光位相変調素子を照明強度制御部７の前段に挿入し、波面が平坦になるよう光束断面の位置ごとに適当な位相差を与えることで、波面を平坦に近づける、すなわち照明光を準平行光に近づけることができる。以上の波面精度計測・調整手段により、照明強度分布制御部７に入射する光の波面精度（所定の波面（設計値あるいは初期状態）からのずれ）がλ／１０ｒｍｓ以下に抑えられる。
【００２７】
照明強度分布制御部７において調整された試料面上の照明強度分布は、照明強度分布モニタ２４によって計測される。なお、図１で示したように、垂直照明を用いる場合でも、同様に、照明強度分布制御部７ｖにおいて調整された試料面上の照明強度分布が照明強度分布モニタ２４によって計測される。照明強度分布モニタ２４はレンズを介して試料面をＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサ上に結像して画像として検出するものである。照明強度分布モニタ２４で検出された照明強度分布の画像は制御部５３において処理され、強度の重心位置、最大強度、最大強度位置、照明強度分布の幅、長さ（所定の強度以上あるいは最大強度値に対して所定の比率以上となる照明強度分布領域の幅、長さ）などが算出され、表示部５４において照明強度分布の輪郭形状、断面波形などと共に表示される。
【００２８】
斜入射照明を行う場合、試料面の高さ変位によって、照明強度分布の位置の変位およびデフォーカスによる照明強度分布の乱れが起こる。これを抑制するため、試料面の高さを計測し、高さがずれた場合は照明強度分布制御部７、あるいはステージ１０３のＺ軸による高さ調整によりずれを補正する。図８は本実施例の照明部および照明光の計測、補正に関連する部分の構成図の例である。試料面の高さ計測は、光線射出部３１と、光線射出部３１から射出し試料面で反射した光線を受光する受光部３２とを用いて行われる。光線射出部３１は半導体レーザなどの光源と投光レンズを備える。受光部３２は受光レンズと光位置センサを備える。半導体シリコン表面や磁気ディスク基板表面など光沢の強い試料面の計測を行うため、光線射出部３１から射出し試料面で正反射した光を受光部３２で検出するよう、光線射出部３１と受光部３２が配置される。試料面の高さ変位は、三角測量の原理により、受光部３２の光位置センサにて検出される光スポットの位置ずれとして検出される。
【００２９】
試料面の高さ変位による、照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれの補正は、照明強度分布制御部７の下流に設置され照明光を試料面に向ける偏向手段３３の偏向角度調整により行われる。偏向手段３３は、照明光を偏向する反射ミラーおよび反射ミラーの照明光軸に対するあおり角を制御するピエゾ素子を備え、あおり角を±１ｍｒａｄ程度の範囲で４００Ｈｚ以上の周波数で制御するものである。高さ変位計測値と照明光入射角から照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれ量が求められ、このずれを補正するよう、偏向手段３３において制御部５３から出力された制御信号をうけ反射ミラーが制御される。なお、照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれは、照明強度分布モニタ２４を用いて照明強度分布の重心位置等を直接計測することによっても可能である。試料面の高さ変位による、照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれを上記偏向手段３３により補正した場合、照明強度分布制御部７と試料表面との光路長が補正前とずれるため、ずれ量によっては照明スポットのデフォーカスが起こる。光路長の変化量は高さ変位計測値と高さ変位計測値と照明光入射角から求められ、これに基づいて、照明強度分布制御部７に備えられる光学素子の光軸方向の位置調整あるいはビームエキスパンダ５の発散角調整などによりデフォーカスが低減される。
【００３０】
光源２として、高出力が得やすいパルスレーザを用いる場合は、試料に与えられる照明のエネルギーがパルスの入射する瞬間に集中するため、パルスの入射による瞬間的な温度上昇に起因して試料に熱ダメージが生じる場合がある。これを回避するためには、パルスレーザの光路を分岐し、分岐した光路間に光路差を付けた後で光路を合成することで、図１０に示すように総エネルギーを保ちつつ一パルスあたりのエネルギーを減少させることが有効である。
【００３１】
図９に上記を実施するための光学系の一例を示す。ビームエキスパンダ５を通過した後の照明光が、偏光ビームスプリッタ１５１により、偏光ビームスプリッタ１５１にて反射した第一の光路と偏光ビームスプリッタ１５１を透過した第二の光路とに分岐される。第一の光路はレトロリフレクタ１５２により反射して戻り、偏光ビームスプリッタ１５３で反射され、第二の光路と合成される。レトロリフレクタ１５２は互いに直交する二枚以上の反射ミラーを備え、入力光を１８０度反対の方向に折り返すものである。コーナーキューブとも呼ばれる。レトロリフレクタの代わりに独立した二枚以上の反射ミラーを用いてもよい。レトロリフレクタ偏光ビームスプリッタ１５１にて反射する光強度と透過する光強度を等しくするため、波長板１５０により、照明光の偏光が円偏光あるいは斜め４５度の直線偏光などに調整される。第一の光路と第二の光路との間の光路差をＬとすると、第一の光路を通過した光のパルスと第二の光路を通過した光のパルスの時間間隔Δｔｐ＝Ｌ／ｃとなる。Δｔｐを、単一のパルスが入射した際の温度上昇が緩和するのに要する時間と同等以上にすることで、単一パルスによる試料の瞬間的な温度上昇および複数パルスによる熱の蓄積による温度上昇が抑制される。
【００３２】
照明部１０１によって試料面上に形成される照度分布形状（照明スポット２０）と試料走査方法について図１１及び図１２を用いて説明する。試料Ｗとして円形の半導体シリコンウェハを想定する。ステージ１０３は、並進ステージ、回転ステージ、試料面高さ調整のためのＺステージ（いずれも図示せず）を備える。照明スポット２０は前述の通り一方向に長い照明強度分布を持ち、その方向をＳ２とし、Ｓ２に実質的に直交する方向をＳ１とする。回転ステージの回転運動によって、回転ステージの回転軸を中心とした円の円周方向Ｓ１に、並進ステージの並進運動によって、並進ステージの並進方向Ｓ２に走査される。走査方向Ｓ１の走査により試料を１回転する間に、走査方向Ｓ２へ照明スポット２０の長手方向の長さ以下の距離だけ走査することにより、照明スポットが試料Ｗ上にてらせん状の軌跡Ｔを描き、試料１の全面が走査される。
【００３３】
検出部１０２は、照明スポット２０から発する複数の方向の散乱光を検出するよう、複数配置される。検出部１０２の試料Ｗおよび照明スポット２０に対する配置例について図１３乃至図１５を用いて説明する。図１３に検出部１０２の配置の側面図を示す。試料Ｗの法線に対して、検出部１０２による検出方向（検出開口の中心方向）のなす角を、検出天頂角と定義する。検出部１０２は、検出天頂角が４５度以下の高角検出部１０２ｈと、検出天頂角が４５度以上の低角検出部１０２ｌを適宜用いて構成される。高角検出部１０２ｈ、低角検出部１０２ｌ各々は、各々の検出天頂角において多方位に散乱する散乱光をカバーするよう、複数の検出部を備えてなる。図１４に、低角検出部１０２ｌの配置の平面図を示す。試料Ｗの表面と平行な平面内において、斜入射照明の進行方向と検出方向とのなす角を検出方位角と定義する。低角検出部１０２は、低角前方検出部１０２ｌｆ、低角側方検出部１０２ｌｓ、低角後方検出部１０２ｌｂ、およびそれらと照明入射面に関して対称な位置にある低角前方検出部１０２ｌｆ’、低角側方検出部１０２ｌｓ’、低角後方検出部１０２ｌｂ’を適宜備える。例えば、低角前方検出部１０２ｌｆは検出方位角が０度以上６０度以下、低角側方検出部１０２ｌｓは検出方位角が６０度以上１２０度以下、低角後方検出部１０２ｌｂは検出方位角が１２０度以上１８０度以下に設置される。図１５に、高角検出部１０２ｈの配置の平面図を示す。高角検出部１０２は、高角前方検出部１０２ｈｆ、高角側方検出部１０２ｈｓ、高角後方検出部１０２ｈｂ、および高角側方検出部１０２ｈｓと照明入射面に関して対称な位置にある高角側方検出部１０２ｈｓ’を適宜備える。例えば、高角前方検出部１０２ｈｆは検出方位角が０度以上４５度以下、高角側方検出部１０２ｓは検出方位角が４５度以上１３５度以下、高角後方検出部１０２ｂは検出方位角が１３５度以上１８０度以下に設置される。なお、ここでは高角検出部１０２ｈが４つ、低角検出部１０２ｌが６つある場合を示したがこれに限られず、検出部の数・位置を適宜変更してもよい。
【００３４】
検出部１０２の具体的な構成図の例を図１６に示す。照明スポット２０から発生する散乱光を対物レンズ２０１によって集光し、偏光フィルタ２０２を通過させた後、結像レンズ２０３によって複数画素センサ２０４の受光面に導かれ、検出される。散乱光を効率良く検出するため、対物レンズ２０１の検出ＮＡは０．３以上にするのが好ましい。低角度検出部の場合、対物レンズ２０１の下端が試料面Ｗに干渉しないよう、必要に応じて対物レンズの下端を切り欠く。偏光フィルタ２０２は偏光板あるいは偏光ビームスプリッタからなり、任意の方向の直線偏光成分をカットするよう設置される。偏光板として、透過率８０％以上のワイヤグリッド偏光板や偏光ビームスプリッタなどが用いられる。楕円偏光を含む任意の偏光成分をカットする場合は、波長板と偏光板を備えてなる偏光フィルタ２０２を設置する。
【００３５】
図１８に複数画素センサ２０４の構成を示す。対物レンズ２０１および結像レンズ２０３によって、試料面の像が試料面と共役な試料面共役面２０５に結像される。図１８における欠陥像２２１および欠陥像の一軸拡大像２２５は、欠陥が検出部１０２の検出視野の中央にある状態の一例を模式的に示したものである。欠陥像２２１は試料面共役面２２５上で一旦結像した後、結像レンズ２０３の像側のＮＡに従う広がり角を持って、検出部１０２の光軸方向に進行する。この光が一軸結像系２２３により、試料面共役面２０５における走査方向Ｓ２に対応する方向について結像し、アレイセンサ２２４の受光面上に像を結ぶ。試料面共役面２０５における走査方向Ｓ１に対応する方向に関しては、前記の広がり角を持ったままアレイセンサ２２４の受光面上に達する。
【００３６】
一軸結像系２２３は、走査方向Ｓ１に対応する方向のみ光を集光させる作用を持ち、シリンドリカルレンズあるいはシリンドリカルレンズと球面レンズとの組合せによって構成される。一軸結像系２２３の作用により、欠陥像２２１は走査方向Ｓ１に対応する方向に拡大される。試料共役面上２０５上の欠陥像の大きさは、照明光の波長より小さい微小欠陥の場合、検出部１０２の光学的な解像度によって決まり、具体的には結像レンズ２０３の像側のＮＡによって決まる（微小欠陥の像の大きさ（点像広がり）＝１．２２×（波長）／（像側ＮＡ））。欠陥像の一軸拡大像２２５のＳ１方向の長さ、すなわちＳ１方向の拡大率は、試料面共役面２０５とアレイセンサ２２４の受光面との間の光路長、および結像レンズ２０３の像側のＮＡによって決まる。この長さは、アレイセンサ２２４の受光面のＳ１方向の長さと実質的に等しくなるよう複数画素センサ２０４が構成される。欠陥像の一軸拡大像２２５のＳ２方向の幅は、一軸結像系２２３の倍率によって決まる。この長さは、アレイセンサ２２４の受光面のＳ２方向の長さと同等かそれ以下になるよう、複数画素センサ２０４が構成される。
【００３７】
試料面上からの散乱光は、照明スポット２０の位置から発生し、検出部１０２によって検出されるが、光の波動的性質により照明スポット２０の外の領域にも相対的に弱い強度の照明が実質的には照射される。この結果、照明スポット２０の外の大きい異物や試料面の端の角で発生した散乱光の一部がアレイセンサ２２４の受光面に入射し、ノイズとなって感度を低下させる場合がある。これが問題になる場合、遮光スリット２２２を設置することで、これらの邪魔な散乱光を遮光し、低減することが可能である。遮光スリットは試料面共役面２０５における照明スポット２０の像の幅より広い幅のスリット状の開口部（光透過部）を有し、スリット状開口部の中心が照明スポット２０の像の位置と一致するよう設置される。開口部以外が遮光されるため、照明スポット２０の当った試料面上の領域以外からの散乱光が低減される。
【００３８】
図１９はアレイセンサ２２４の受光面の構成図の一例である。アレイセンサ２２４は、複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を二次元に配列した構成を有する。以下、個々のＡＰＤの受光部をＡＰＤ画素と呼ぶ。ＡＰＤ画素２３１は各々がガイガーモード（光電子増倍率が１０５以上）で動作するように電圧が印加される。ＡＰＤ画素２３１に一つの光子が入射すると、ＡＰＤ画素の量子効率に応じた確率でＡＰＤ画素２３１内に光電子が発生し、ガイガーモードＡＰＤの作用で増倍され、パルス状の電気信号を出力する。Ｓ１方向のＡＰＤ画素行２３２（図１９で点線の四角２３２で囲まれた中にあるＡＰＤ画素の集合）を一つの単位とし、Ｓ１方向ＡＰＤ画素行毎に、画素行に含まれるＡＰＤの各々で発生したパルス状電気信号が合計されて出力される。Ｓ２方向に複数のＡＰＤ画素行が配列されており、各行のＡＰＤ画素の出力信号が並列に出力される。
【００３９】
図２０は一つのＳ１方向ＡＰＤ画素行２３２と等価な回路の回路図の例である。図中の一つのクエンチング抵抗２２６とＡＰＤ２２７の組が、一つのＡＰＤ画素２３１に対応する。各ＡＰＤに逆電圧ＶＲが印加される。逆電圧ＶＲをＡＰＤの降伏電圧以上に設定することで、ＡＰＤ２２７がガイガーモードで動作する。図２０に示した回路構成とすることで、Ｓ１方向ＡＰＤ画素行２３２に入射した光子数の合計に比例した出力電気信号（電圧、電流の波高値、あるいは電荷量）が得られる。Ｓ１方向ＡＰＤ画素行２３２各々に対応する出力電気信号（電圧、電流の波高値、あるいは電荷量）はアナログ−デジタル変換され、時系列のデジタル信号として並列に出力される。
【００４０】
個々のＡＰＤ画素は、短い時間内に複数の光子が入射しても一つの光子が入射した場合と同程度のパルス信号しか出力しないため、個々のＡＰＤ画素への単位時間当たりの入射光子数が大きくなると、ＡＰＤ画素行の合計出力信号が入射光子数に比例しなくなり、信号の線形性が損なわれる。また、ＡＰＤ画素行の全ての画素に一定量（一画素当り平均１光子程度）以上の入射光が入ると、出力信号が飽和する。Ｓ１方向に多数のＡＰＤ画素を並べた構成とすることで、一画素当りの入射光量を低減することができ、より正確な光子計数が可能となる。例えばＳ１方向の画素数を１０００画素とすることで、ＡＰＤ画素の量子効率が３０％の場合、検出の単位時間当り約１０００光子以下の光強度で十分なリニアリティを確保でき、約３３００光子程度以下の光強度を飽和することなく検出することが可能となる。
【００４１】
図１８に示した複数画素センサ２０４の構成では、Ｓ１方向に関して、光強度が一様でなく、アレイセンサ２２４の中央に対して端の光強度が弱くなる。これはＳ１方向の実効的なＡＰＤ画素数が減少することを意味する。シリンドリカルレンズの代わりにＳ１方向に曲率を持つ微小なシリンドリカルレンズをＳ１方向に多数並べたレンチキュラーレンズ、回折型光学素子、あるいは非球面レンズを用いることで、欠陥像の一軸拡大像２２５のＳ１方向の分布を強度が均一な分布とすることができる。こうすることで、Ｓ１方向のＡＰＤ画素数を保ったまま、リニアリティを確保できる光強度範囲あるいは飽和しない光強度範囲を拡大することができる。
【００４２】
以上述べた複数画素センサ２０４の構成により、試料面共役面２０５のＳ２方向の各位置ごとの光子数を同時並列に計数することができる。
【００４３】
検出部１０２の具体的な構成図の変形例を図１７に示す。照明スポット２０から発生する散乱光を対物レンズ２０１によって集光し、偏光フィルタ２０２通過させた後、結像レンズ２０３によって、試料面と共役な面に設置された回折格子２０６上に試料面の像（中間像）が結像される。回折格子２０６上に形成された試料面の像は、結像系２０７によって複数画素センサ２０４の受光面上に投影され、検出される。複数画素センサ２０４は、一方向に長い照明スポット２０の形状に合せ、画素の配列方向が照明スポット２０の像の長手方向に一致するよう、試料面に共役な面内に設置される。回折格子２０６は、結像レンズ２０３によって導かれ中間像を形成する光を回折格子２０６の表面の法線方向に回折させるため、結像レンズ２０３によって導かれ中間像を形成する光の光軸に沿った入射光のＮ次回折光が回折格子２０６の表面の法線方向に向かうよう、回折格子形状が形成されたものを用いる。回折効率を高めるため、ブレーズ回折格子が用いられる。以上の構成をとり試料面に共役な面に複数画素センサ２０４を設置することで、試料面上のＳ１方向についてもピントのずれを低減して広い範囲で有効視野を確保することができ、かつ光量ロスを少なく散乱光を検出することができる。
【００４４】
ここで、照明スポット２０の長さと検出部１０２の光学倍率、複数画素センサ２０４の寸法との関係を説明する。高感度、高速検査を行う場合、照明スポット２０の長さは概略５００μｍに設定される。複数画素センサ２０４としてＳ２方向に２５μｍピッチで１００画素が並んだもの（Ｓ１方向ＡＰＤ画素行２３２が１００行並んだもの）を設置する場合、検出部の光学倍率は５倍となり、試料面上に投影される画素のピッチは５μｍとなる。
【００４５】
この条件で試料を回転速度２０００ｒｐｍで回転させた場合、直径３００ｍｍの円形試料は９秒で、直径４５０ｍｍの円形試料は１４秒で全面が走査される。さらに高速に検査を行う場合、照明スポット２０の長さは概略１０００μｍに設定される。この場合、検出部の光学倍率は０．４倍となり、試料面上に投影される画素のピッチは６２．５μｍとなる。この条件で試料を回転速度２０００ｒｐｍで回転させた場合、直径３００ｍｍの円形試料は５秒で、直径４５０ｍｍの円形試料は７秒で全面が走査される。
【００４６】
次に、図２１を用いて、広い角度範囲をカバーする複数の検出光学系によって同時に検出される様々な方向の散乱光強度検出信号に基づいて様々な欠陥種の分類や欠陥寸法の推定を高精度に行う信号処理部１０５について説明する。ここでは簡単のため複数の検出部１０２のうち検出部１０２ａ、１０２ｂ（図示しない）の二系統備えた場合の信号処理部１０５の構成について説明する。また検出部１０２ａ、１０２ｂ各々が、ＡＰＤ画素行毎に信号を出力する。ここではその中の一つの画素行の信号に着目した説明を行うが、他の画素行についても同様の処理が並列して行われることは言うまでもない。検出部１０２ａ、１０２ｂ各々に備えられた検出器から出力された、検出散乱光量に対応する出力信号５００ａ、５００ｂは、デジタル処理部５２において、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々により欠陥信号６０３ａ、６０３ｂの各々が抽出され、欠陥判定部６０５に入力される。欠陥は照野２０によりＳ１方向に走査されるため、欠陥信号の波形は照野２０のＳ１方向の照度分布プロファイルを拡大縮小したものとなる。従って、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々により、欠陥信号波形の含まれる周波数帯域を通し、ノイズが相対的に多く含まれる周波数帯域および直流成分をカットすることで、欠陥信号６０３ａ、６０３ｂのＳ／Ｎが向上する。各ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂとしては、特定のカットオフ周波数を持ちその周波数以上の成分を遮断するよう設計されたハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタ、あるいは照明スポット２０の形状が反映された欠陥信号の波形と相似形を成すＦＩＲフィルタを用いる。欠陥判定部６０５は、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々から出力された欠陥波形を含む信号の入力に対してしきい値処理を行い、欠陥の有無を判定する。即ち、欠陥判定部６０５には、複数の検出光学系からの検出信号にもとづく欠陥信号が入力されるので、欠陥判定部６０５は、複数の欠陥信号の和や加重平均に対してしきい値処理を行うか、または複数の欠陥信号に対してしきい値処理により抽出された欠陥群についてウェハの表面に設定された同一座標系でＯＲやＡＮＤを取ることなどにより、単一の欠陥信号に基づく欠陥検出と比較して高感度の欠陥検査を行うことが可能となる。
【００４７】
更に、欠陥判定部６０５は、欠陥が存在すると判定された箇所について、その欠陥波形と感度情報信号に基づいて算出されるウェハ内の欠陥位置を示す欠陥座標および欠陥寸法の推定値を、欠陥情報として制御部５３に提供して表示部５４などに出力する。欠陥座標は欠陥波形の重心を基準として算出される。欠陥寸法は欠陥波形の積分値あるいは最大値を元に算出される。
【００４８】
さらに、アナログ処理部５１からの各々の出力信号は、デジタル処理部５２を構成するハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂに加えて、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々に入力され、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々において、ウェハ上の照明スポット２０における微小ラフネスからの散乱光量（ヘイズ）に対応する周波数の低い成分および直流成分が出力される。このようにローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々からの出力はヘイズ処理部６０６に入力されてヘイズ情報の処理が行われる。即ち、ヘイズ処理部６０５は、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々から得られる入力信号の大きさからウェハ上の場所ごとのヘイズの大小に対応する信号をヘイズ信号として出力する。また、微小ラフネスの空間周波数分布に応じてラフネスからの散乱光量の角度分布が変わるため、図１３乃至２３に示したように、互いに異なる方位、角度に設置された複数の検出部１０２の各検出器からのヘイズ信号をヘイズ処理部６０６への入力とすることで、ヘイズ処理部６０６からはそれらの強度比などから微小ラフネスの空間周波数分布に関する情報を得ることができる。
【００４９】
照明部１０１によって試料面上に作られる照明強度分布の変形例を説明する。前記の一方向に長く（線状の）、長手方向に関して実質的に均一な強度を持つ照明強度分布の代替として、長手方向に関してガウス分布を持つ照明強度分布を用いることも可能である。一方向に長いガウス分布照明は、照明強度分布制御部７に球面レンズを有し、ビームエキスパンダ５にて一方向に長い楕円ビームを形成する構成とすること、あるいは照明強度分布制御部７をシリンドリカルレンズを含む複数のレンズで構成すること、などにより形成される。照明強度分布制御部７が有する球面レンズあるいはシリンドリカルレンズの一部あるいは全部は、試料面に対して平行に設置されることで、試料面上の一方向に長く、それに垂直な方向の幅の狭い照明強度分布が形成される。均一な照明強度分布を作る場合に比べて、照明強度分布制御部７に入射する光の状態の変動による試料面上の照明強度分布の変動が小さく、照明強度分布の安定性が高い、また照明強度分布制御部７に回折光学素子やマイクロレンズアレイなどを用いる場合と比べて光の透過率が高く効率がよい、という特長がある。
【００５０】
アレイセンサ２２４の変形例の構成図を図２２に示す。ＡＰＤ画素を配列したアレイセンサ２２４において、個々のＡＰＤ画素が小さい場合、ＡＰＤ画素間の不感帯の面積がＡＰＤ画素の受光部の有効面積に対して相対的に大きくなるため、アレイセンサ２２４の開口率が低下し、光検出効率が低下する問題がある。そこで、アレイセンサ２２４の受光面の前にマイクロレンズアレイ２２８を設置することで、画素間の不感帯に入射する光の割合を低減し、実効的な回効率を向上することができる。マイクロレンズアレイ２２８はＡＰＤ画素の配列ピッチとおなじピッチで微小な凸レンズが並んだものであり、アレイセンサ２２４への入射光の主光軸に平行な光線（図２２の点線）が対応するＡＰＤ画素の中央付近に入射するよう設置される。
【００５１】
図２３に複数画素センサ２０４の変形例の構成図を示す。Ｓ１方向の結像作用を持つ一軸結像系２２９と、Ｓ２方向の結像作用を持つ一軸結像系２２３を有する。Ｓ１方向の結像倍率をＳ２方向の結像倍率より高くすることで、欠陥像２２１がＳ１方向に拡大される。一軸結像系２２９および一軸結像系２２３としてシリンドリカルレンズを用いる場合、一軸結像系２２９を一軸結像系２２３よりも試料面共役面２０５の近くに設置してＳ１方向の結像関係を作ることで、Ｓ１方向の倍率がＳ２方向の倍率より高くなる。前述の構成（図１８）では、一軸拡大像２２５のＳ１方向の光強度分布あるいは像の広がりの大きさが、試料面共役面２０５における散乱光のＳ１方向の角度分布に依存して変化するケースがある。これに対し、本変形例では欠陥像２２１の大きさと、一軸結像系２２９および一軸結像系２２３の構成と配置で決まるＳ１およびＳ２方向の結像倍率とによって一軸拡大像２２５の大きさが決まる。微小欠陥の欠陥像２２１の大きさは、前述の通り検出部１０２の光学解像度で決まるため、一軸拡大像２２５の大きさの変化が小さく、安定した検査結果が得られる。
【００５２】
アレイセンサ２２４を構成要素であるアバランシェフォトダイオードの代用として、電子増倍率の高い（１０４以上）光電子増倍管を用いることも可能である。アバランシェフォトダイオードを用いた方が、個々の画素の大きさを小さくできるため、検出部１０２の光学倍率を低くできること、数百画素、数千画素以上の集積が低コストで可能であること、などの利点があるのに対し、光電子増倍管は電子増倍率の温度依存性が低く安定しているという利点がある。
【００５３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
2…光源
5…ビームエキスパンダ
6…偏光制御部
7…照明強度分布制御部
24…照明強度分布モニタ
53…制御部
54…表示部
55…入力部
101…照明部
102…検出部
103…ステージ部
105…信号処理部
201…対物レンズ
202…偏光フィルタ
203…結像レンズ
204…複数画素センサ
224…アレイセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を検査し、欠陥の位置、種類および寸法を判定して出力する欠陥検査方法、微弱光検出方法および微弱光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留りを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。欠陥検査の従来技術としては特開平８−３０４０５０号公報（特許文献１）、特開２００８−２６８１４０号公報（特許文献２）などが知られている。
【０００３】
特許文献１では、「線状照明を行う照明光学系、被照明領域をラインセンサで分割して検出する検出光学系により、一度の検査で同一欠陥を複数回照明し、それらの散乱光を加算することにより検出感度を向上させる」と記載されている。
【０００４】
特許文献２では、「レーザ光帯に対応した２ｎ個のＡＰＤがリニアに配列され、」「２ｎ個のうちの適当な２個づつを組合せ、各組合せの２個のＡＰＤの出力信号の差分をそれぞれ算出して、反射光によるノイズを消去し、散乱光に対する欠陥パルスを出力する」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０４０５０号公報
【特許文献２】特開２００８−２６８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体等の製造工程で用いられる欠陥検査には、微小な欠陥を検出すること、検出した欠陥の寸法を高精度に計測すること、試料を非破壊で（例えば試料を変質させること無く）検査すること、同一の試料を検査した場合に例えば検出欠陥の個数、位置、寸法、欠陥種に関して実質的に一定の検査結果が得られること、一定時間内に多数の試料を検査することなどが求められる。
【０００７】
前記特許文献１、および特許文献２に述べられた技術では、特に例えば寸法２０ｎｍ以下の微小な欠陥については、欠陥から発生する散乱光が極めて微弱となり、試料表面で発生する散乱光によるノイズ、検出器のノイズ、あるいは検出回路のノイズに欠陥信号が埋もれるため検出不可能となる。あるいは、これを避けるために照明パワーをあげた場合、照明光による試料の温度上昇が大きくなり、試料への熱ダメージが発生する。あるいは、これを避けるために試料の走査速度を低下させた場合、一定時間内に検査できる試料の面積あるいは試料の数が減少する。以上より、微小な欠陥を高速に検出することが困難であった。
【０００８】
微弱な光を検出する方法として、光子計数法が知られている。一般に、微弱な光に対しては検出光子数を計数する光子計数を行うことで、信号のＳＮ比が向上するため、高感度、高精度で安定した信号が得られる。光子計数法の一例として、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードに対する光子の入射で発生するパルス電流の発生数を計数する方法が知られている。短い時間内に複数個の光子が入射して複数回パルス電流が発生した場合にその回数を計数できないため、光量を精度よく計測することができず、欠陥検査には適用できなかった。
【０００９】
また、別の光子計数法の一例として、多数のアバランシェフォトダイオード画素を配列して構成した検出器の、各画素への光子の入射により発生するパルス電流の合計を計測する方法が知られている。この検出器はＳｉ−ＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、ＰＰＤ（Ｐｉｘｅｌａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、あるいはＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｅｒ）などと呼ばれる。この方法によれば、前述の単一の光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを用いた光子計数と異なり、短い時間内に複数個の光子が入射した場合も光量を計測することが可能である。ただし、多数のアバランシェフォトダイオードを配列したものが一つの「画素」を持つ検出器として動作するため、複数の画素の並列検出により高速あるいは高感度の欠陥検査においてこの方法を適用することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【００１１】
本願は上記課題を解決する複数の手段を含んでいるが、その一例を挙げるならば、
光源から出射した光を、所望の光量、位置、ビーム径、および偏光状態を持った光束に調整する照明光調整工程と、
前記照明光調整工程により得られる光束を所望の入射角をもって試料表面に導き、前記試料表面においてある一方向について長くそれに直交する方向について短い照明強度分布を形成する照明強度分布制御工程と、
前記照明強度分布制御工程による前記試料面上の照明光照射位置において、前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に試料を変位させる試料走査工程と、
前記試料走査工程において前記照明強度分布制御工程によって照明光が照射される領域内の複数の小領域各々から出射される散乱光の光子数を計数して対応する複数の散乱光検出信号を出力する散乱光検出工程と、
前記散乱光検出工程において得られる複数の散乱光検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について対応する散乱光検出信号を処理して欠陥の寸法を判定する欠陥寸法判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について、前記試料表面上における位置および前記欠陥寸法判定工程において得られる欠陥寸法を表示する表示工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試料全面を短時間で走査し、試料に熱ダメージを低減しつつ微小な欠陥を検出すること、検出欠陥の寸法を高精度に算出すること、および安定した検査結果を出力することが可能か欠陥検査方法、微弱光検出方法および微弱光検出器を提供することができる。
【００１３】
上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態を示す全体概略構成図である。
【図２】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第一例を示す図である。
【図３】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第二例を示す図である。
【図４】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第三例を示す図である。
【図５】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第四例を示す図である。
【図６】本発明に係る照明部により実現される照明強度分布形状の第五例を示す図である。
【図７】本発明に係る照明強度分布制御部が備える光学素子の第一例を示す図である。
【図８】本発明に係る照明部における照明光の状態の計測手段および調整手段の実施の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る照明部において光路分岐と光路合成によって単一パルスあたりのエネルギーを低減する手段の一例を示す図である。
【図１０】光路分岐と光路合成による単一パルスあたりのエネルギー低減結果を示す図である。
【図１１】本発明に係る試料表面上の照明分布形状と走査方向を示す図である。
【図１２】走査による照明スポットの軌跡を示す図である。
【図１３】本発明に係る検出部の配置および検出方向を側面から見た図である。
【図１４】本発明に係る低角検出部の配置及び検出方向を上面から見た図である。
【図１５】本発明に係る高角検出部の配置及び検出方向を上面から見た図である。
【図１６】本発明に係る検出部の構成の第一例を示す図である。
【図１７】本発明に係る検出部の構成の第二例を示す図である。
【図１８】本発明に係る検出部の複数画素センサの第一例を示す図である。
【図１９】本発明に係る検出部でのアレイセンサの第一例を示す図である。
【図２０】アレイセンサの構成要素の等価回路を示す図である。
【図２１】本発明に係る信号処理部の一実施形態を示す図である。
【図２２】本発明に係るアレイセンサの第二例を示す図である。
【図２３】本発明に係る検出部の複数画素センサの第二例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本実施例の概略構成図の例である。照明部１０１、検出部１０２、試料Ｗを載置可能なステージ１０３、信号処理部１０５、制御部５３、表示部５４、入力部５５、を有する。照明部１０１はレーザ光源２、アッテネータ３、出射光調整部４、ビームエキスパンダ５、偏光制御部６、照明強度分布制御部７を適宜備える。レーザ光源２から射出されたレーザ光ビームは、アッテネータ３で所望のビーム強度に調整され、出射光調整部４で所望のビーム位置、ビーム進行方向に調整され、ビームエキスパンダ５で所望のビーム径に調整され、偏光制御部６で所望の偏光状態に調整され、照明強度分布制御部７で所望の強度分布に調整され、試料Ｗの検査対象領域に照明される。
【００１６】
照明部１０１の光路中に配置された出射光調整部４の反射ミラーの位置と角度により試料表面に対する照明光の入射角が決められる。照明光の入射角は微小な欠陥の検出に適した角度に設定される。照明入射角が大きいほど、すなわち照明仰角（試料表面と照明光軸との成す角）が小さいほど、試料表面上の微小異物からの散乱光に対してノイズとなる試料表面の微小凹凸からの散乱光（ヘイズと呼ばれる）が弱まるため、微小な欠陥の検出に適する。このため、試料表面の微小凹凸からの散乱光が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明光の入射角は好ましくは７５度以上（仰角１５度以下）に設定するのがよい。一方、斜入射照明において照明入射角が小さいほど微小異物からの散乱光の絶対量が大きくなるため、欠陥からの散乱光量の不足が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明光の入射角は好ましくは６０度以上７５度以下（仰角１５度以上３０度以下）に設定するのがよい。また、斜入射照明を行う場合、照明部１０１の偏光制御部６における偏光制御により、照明の偏光をＰ偏光とすることで、その他の偏光と比べて試料表面上の欠陥からの散乱光が増加する。また、試料表面の微小凹凸からの散乱光が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明の偏光をＳ偏光とすることで、その他の偏光と比べて試料表面の微小凹凸からの散乱光が減少する。
【００１７】
また、必要に応じて、図１に示すように、照明部１０１の光路中にミラー２１を挿入し、適宜他のミラーを配置することにより、照明光路が変更され、試料面に対して実質的に垂直な方向から照明光が照射される（垂直照明）。このとき、試料面上の照明強度分布は照明強度分布制御部７ｖにより、斜入射照明と同様に制御される。ミラー２１と同じ位置にビームスプリッタを挿入することで、斜入射照明と試料面の凹み状の欠陥（研磨キズや結晶材料における結晶欠陥）からの散乱光を得るには、試料表面に実質的に垂直に入射する垂直照明が適する。なお、図１に示す照明強度分布モニタ２４については後に詳説する。
【００１８】
レーザ光源２としては、試料表面近傍の微小な欠陥を検出するには、試料内部に浸透しづらい波長として、短波長（波長３５５ｎｍ以下）の紫外または真空紫外のレーザビームを発振し、かつ出力２Ｗ以上の高出力のものが用いられる。出射ビーム径は１ｍｍ程度である。試料内部の欠陥を検出するには、試料内部に浸透しやすい波長として、可視あるいは赤外のレーザビームを発振するものが用いられる。
【００１９】
アッテネータ３は、第一の偏光板と、照明光の光軸周りに回転可能な１／２波長板と、第二の偏光板を適宜備える。アッテネータ３に入射した光は、第一の偏光板により直線偏光に変換され、１／２波長板の遅相軸方位角に応じて偏光方向が任意の方向に回転され、第二の偏光板を通過する。１／２波長板の方位角を制御することで、光強度が任意の比率で減光される。アッテネータ３に入射する光の直線偏光度が十分高い場合は第一の偏光板は必ずしも必要ない。アッテネータ３は入力信号と減光率との関係が事前に較正されたものを用いる。アッテネータ３として、グラデーション濃度分布を持つＮＤフィルタを用いることも、互いに異なる複数の濃度のＮＤフィルタを切替えて使用することも可能である。
【００２０】
出射光調整部４は複数枚の反射ミラーを備える。ここでは二枚の反射ミラーで構成した場合の実施例を説明するが、これに限られるものではなく、三枚以上の反射ミラーを適宜用いても構わない。ここで、三次元の直交座標系（ＸＹＺ座標）を仮に定義し、反射ミラーへの入射光が＋Ｘ方向に進行しているものと仮定する。第一の反射ミラーは入射光を＋Ｙ方向に偏向するよう設置され（ＸＹ面内での入射・反射）、第二の反射ミラーは第一の反射ミラーで反射した光を＋Ｚ方向に偏向するよう設置される（ＹＺ面内での入射・反射）。各々の反射ミラーは平行移動とあおり角調整により、出射調整部４から出射する光の位置、進行方向（角度）が調整される。前記のように、第一の反射ミラーの入射・反射面（ＸＹ面）と第二の反射ミラー入射・反射面（ＹＺ面）が直交するような配置とすることで、出射調整部４から出射する光（＋Ｚ方向に進行）のＸＺ面内の位置、角度調整と、ＹＺ面内の位置、角度調整とを独立に行うことができる。
【００２１】
ビームエキスパンダ５は二群以上のレンズ群を有し、入射する平行光束の直径を拡大する機能を持つ。例えば、凹レンズと凸レンズの組合せを備えるガリレオ型のビームエキスパンダが用いられる。ビームエキスパンダ５は二軸以上の並進ステージに設置され、所定のビーム位置と中心が一致するように位置調整が可能である。また、ビームエキスパンダ５の光軸と所定のビーム光軸が一致するようにビームエキスパンダ５全体のあおり角調整機能が備えられる。レンズの間隔を調整することにより、光束直径の拡大率を制御することが可能である（ズーム機構）。ビームエキスパンダ５に入射する光が平行でない場合には、レンズの間隔の調整により、光束の直径の拡大とコリメート（光束の準平行光化）が同時に行われる。光束のコリメートはビームエキスパンダ５の上流にビームエキスパンダ５と独立にコリメートレンズを設置して行ってもよい。ビームエキスパンダ５によるビーム径の拡大倍率は５倍から１０倍程度であり、光源から出射したビーム径１ｍｍのビームが５ｍｍから１０ｍｍ程度に拡大される。
【００２２】
偏光制御部６は、１／２波長板、１／４波長板によって構成され、照明光の偏光状態を任意の偏光状態に制御する。照明部１０１の光路の途中において、ビームモニタ２２によって、ビームエキスパンダ５に入射する光、および照明強度分布制御部７に入射する光の状態が計測される。
【００２３】
図２乃至図６に、照明部１０１より試料面に導かれる照明光軸１２０と照明強度分布形状との位置関係の模式図を示す。なお、図２乃至図６における照明部１０１の構成は照明部１０１の構成の一部を示したものであり、出射光調整部４、ミラー２１、ビームモニタ２２等は省略されている。図２に、斜入射照明の入射面（照明光軸と試料表面法線とを含む面）の断面の模式図を示す。斜入射照明は入射面内にて試料表面に対して傾斜している。照明部１０１により入射面内において実質的に均一の照明強度分布が作られる。照明強度が均一である部分の長さは、単位時間当たりに広い面積を検査するため、１００μｍから４ｍｍ程度である。図３に、試料表面法線を含みかつ斜入射照明の入射面に垂直な面の断面の模式図を示す。この面内で、試料面上の照明強度分布は中心に対して周辺の強度が弱い照明強度分布を成す。より具体的には、照明強度分布制御部７に入射する光の強度分布を反映したガウス分布、あるいは照明強度分布制御部７の開口形状を反映した第一種第一次のベッセル関数あるいはｓｉｎｃ関数に類似した強度分布となる。この面内での照明強度分布の長さ（最大照明強度の１３．５％以上の照明強度を持つ領域の長さ）は、試料表面から発生するヘイズを低減するため、前記入射面内における照明強度が均一である部分の長さより短く、２．５μｍから２０μｍ程度である。照明強度分布制御部７は、後述する非球面レンズ、回折光学素子、シリンドリカルレンズアレイ、ライトパイプなどの光学素子を備える。照明強度分布制御部７を構成する光学素子は図２、図３に示されるように、照明光軸に垂直に設置される。
【００２４】
照明強度分布制御部７は入射する光の位相分布および強度分布に作用する光学素子を備える。照明強度分布制御部７を構成する光学素子として、回折光学素子７１（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）が用いられる（図７）。回折光学素子７１は、入射光を透過する材質によりなる基板の表面に、光の波長と同等以下の寸法の微細な起伏形状を形成したものである。入射光を透過する材質として、紫外光用には溶融石英が用いられる。回折光学素子７１を通過することによる光の減衰を抑えるため、反射防止膜によるコーティングが施されたものを用いるとよい。前記の微細な起伏形状の形成にはリソグラフィ法が用いられる。前記ビームエキスパンダ５を通過後に準平行光となった光を、回折光学素子７１を通過させることにより、回折光学素子７１の起伏形状に応じた試料面上照明強度分布が形成される。回折光学素子の７１起伏形状は、試料表面上で形成される照明強度分布が前記入射面内に長く均一な分布となるよう、フーリエ光学理論を用いた計算に基づいて求められた形状に設計され、製作される。照明強度分布制御部７に備えられる光学素子は、入射光の光軸との相対位置、角度が調整可能となるよう、二軸以上の並進調整機構、および二軸以上の回転調整機構が備えられる。さらに、光軸方向の移動によるフォーカス調整機構が設けられる。前記回折光学素子７１と同様の機能を持つ代替の光学素子として、非球面レンズ、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズとの組合せ、ライトパイプと結像レンズとの組合せを用いてもよい。
【００２５】
照明部１０１における照明光の状態がビームモニタ２２によって計測される。ビームモニタ２２は、出射光調整部４を通過した照明光の位置および角度（進行方向）、あるいは照明強度分布制御部７に入射する照明光の位置および波面を計測して出力する。照明光の位置計測は、照明光の光強度の重心位置を計測することによって行われる。具体的な位置計測手段としては、光位置センサ（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、あるいはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサが用いられる。照明光の角度計測は前記位置計測手段より光源から遠く離れた位置、あるいはコリメートレンズによる集光位置に設置された光位置センサあるいはイメージセンサによって行われる。ビームモニタ２２において計測された照明光位置、照明光角度は制御部５３に入力され、表示部５４に表示される。照明光位置あるいは角度が所定の位置あるいは角度からずれていた場合は、前記出射光調整部４において所定の位置に戻るよう調整される。
【００２６】
照明光の波面計測は、照明強度制御部７に入射する光の平行度を測定するために行われる。シアリング干渉計による計測、あるいはシャックハルトマン波面センサによる計測が行われる。シアリング干渉計は、両面を平坦に研磨した厚さ数ｍｍ程度の光学ガラスを照明光路中に斜めに傾斜させて挿入し、表面による反射光と裏面による反射光とをスクリーンに投影した際に観測される干渉縞の模様によって、照明光の発散・収束状態を計測するものであり、シグマ光機社製ＳＰＵＶ−２５などがある。スクリーン位置にＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを設置すれば照明光の発散・収束状態の自動計測が可能である。シャックハルトマン波面センサは、細かなレンズアレイによって波面を分割してＣＣＤセンサなどのイメージセンサに投影し、投影位置の変位から個々の波面の傾斜を計測するものである。シアリング干渉計と比較して、部分的な波面の乱れなど詳細な波面計測を行うことができる。波面計測により照明強度制御部７に入射する光が準平行光でなく、発散あるいは収束していることが判明した場合、前段のビームエキスパンダ５のレンズ群を光軸方向に変位させることで、準平行光に近づけることができる。また、波面計測により照明強度制御部７に入射する光の波面が部分的に傾斜していることが判明した場合、空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の一種である空間光位相変調素子を照明強度制御部７の前段に挿入し、波面が平坦になるよう光束断面の位置ごとに適当な位相差を与えることで、波面を平坦に近づける、すなわち照明光を準平行光に近づけることができる。以上の波面精度計測・調整手段により、照明強度分布制御部７に入射する光の波面精度（所定の波面（設計値あるいは初期状態）からのずれ）がλ／１０ｒｍｓ以下に抑えられる。
【００２７】
照明強度分布制御部７において調整された試料面上の照明強度分布は、照明強度分布モニタ２４によって計測される。なお、図１で示したように、垂直照明を用いる場合でも、同様に、照明強度分布制御部７ｖにおいて調整された試料面上の照明強度分布が照明強度分布モニタ２４によって計測される。照明強度分布モニタ２４はレンズを介して試料面をＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサ上に結像して画像として検出するものである。照明強度分布モニタ２４で検出された照明強度分布の画像は制御部５３において処理され、強度の重心位置、最大強度、最大強度位置、照明強度分布の幅、長さ（所定の強度以上あるいは最大強度値に対して所定の比率以上となる照明強度分布領域の幅、長さ）などが算出され、表示部５４において照明強度分布の輪郭形状、断面波形などと共に表示される。
【００２８】
斜入射照明を行う場合、試料面の高さ変位によって、照明強度分布の位置の変位およびデフォーカスによる照明強度分布の乱れが起こる。これを抑制するため、試料面の高さを計測し、高さがずれた場合は照明強度分布制御部７、あるいはステージ１０３のＺ軸による高さ調整によりずれを補正する。図８は本実施例の照明部および照明光の計測、補正に関連する部分の構成図の例である。試料面の高さ計測は、光線射出部３１と、光線射出部３１から射出し試料面で反射した光線を受光する受光部３２とを用いて行われる。光線射出部３１は半導体レーザなどの光源と投光レンズを備える。受光部３２は受光レンズと光位置センサを備える。半導体シリコン表面や磁気ディスク基板表面など光沢の強い試料面の計測を行うため、光線射出部３１から射出し試料面で正反射した光を受光部３２で検出するよう、光線射出部３１と受光部３２が配置される。試料面の高さ変位は、三角測量の原理により、受光部３２の光位置センサにて検出される光スポットの位置ずれとして検出される。
【００２９】
試料面の高さ変位による、照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれの補正は、照明強度分布制御部７の下流に設置され照明光を試料面に向ける偏向手段３３の偏向角度調整により行われる。偏向手段３３は、照明光を偏向する反射ミラーおよび反射ミラーの照明光軸に対するあおり角を制御するピエゾ素子を備え、あおり角を±１ｍｒａｄ程度の範囲で４００Ｈｚ以上の周波数で制御するものである。高さ変位計測値と照明光入射角から照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれ量が求められ、このずれを補正するよう、偏向手段３３において制御部５３から出力された制御信号をうけ反射ミラーが制御される。なお、照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれは、照明強度分布モニタ２４を用いて照明強度分布の重心位置等を直接計測することによっても可能である。試料面の高さ変位による、照明光照射位置の試料面内方向の位置ずれを上記偏向手段３３により補正した場合、照明強度分布制御部７と試料表面との光路長が補正前とずれるため、ずれ量によっては照明スポットのデフォーカスが起こる。光路長の変化量は高さ変位計測値と高さ変位計測値と照明光入射角から求められ、これに基づいて、照明強度分布制御部７に備えられる光学素子の光軸方向の位置調整あるいはビームエキスパンダ５の発散角調整などによりデフォーカスが低減される。
【００３０】
光源２として、高出力が得やすいパルスレーザを用いる場合は、試料に与えられる照明のエネルギーがパルスの入射する瞬間に集中するため、パルスの入射による瞬間的な温度上昇に起因して試料に熱ダメージが生じる場合がある。これを回避するためには、パルスレーザの光路を分岐し、分岐した光路間に光路差を付けた後で光路を合成することで、図１０に示すように総エネルギーを保ちつつ一パルスあたりのエネルギーを減少させることが有効である。
【００３１】
図９に上記を実施するための光学系の一例を示す。ビームエキスパンダ５を通過した後の照明光が、偏光ビームスプリッタ１５１により、偏光ビームスプリッタ１５１にて反射した第一の光路と偏光ビームスプリッタ１５１を透過した第二の光路とに分岐される。第一の光路はレトロリフレクタ１５２により反射して戻り、偏光ビームスプリッタ１５３で反射され、第二の光路と合成される。レトロリフレクタ１５２は互いに直交する二枚以上の反射ミラーを備え、入力光を１８０度反対の方向に折り返すものである。コーナーキューブとも呼ばれる。レトロリフレクタの代わりに独立した二枚以上の反射ミラーを用いてもよい。レトロリフレクタ偏光ビームスプリッタ１５１にて反射する光強度と透過する光強度を等しくするため、波長板１５０により、照明光の偏光が円偏光あるいは斜め４５度の直線偏光などに調整される。第一の光路と第二の光路との間の光路差をＬとすると、第一の光路を通過した光のパルスと第二の光路を通過した光のパルスの時間間隔Δｔｐ＝Ｌ／ｃとなる。Δｔｐを、単一のパルスが入射した際の温度上昇が緩和するのに要する時間と同等以上にすることで、単一パルスによる試料の瞬間的な温度上昇および複数パルスによる熱の蓄積による温度上昇が抑制される。
【００３２】
照明部１０１によって試料面上に形成される照度分布形状（照明スポット２０）と試料走査方法について図１１及び図１２を用いて説明する。試料Ｗとして円形の半導体シリコンウェハを想定する。ステージ１０３は、並進ステージ、回転ステージ、試料面高さ調整のためのＺステージ（いずれも図示せず）を備える。照明スポット２０は前述の通り一方向に長い照明強度分布を持ち、その方向をＳ２とし、Ｓ２に実質的に直交する方向をＳ１とする。回転ステージの回転運動によって、回転ステージの回転軸を中心とした円の円周方向Ｓ１に、並進ステージの並進運動によって、並進ステージの並進方向Ｓ２に走査される。走査方向Ｓ１の走査により試料を１回転する間に、走査方向Ｓ２へ照明スポット２０の長手方向の長さ以下の距離だけ走査することにより、照明スポットが試料Ｗ上にてらせん状の軌跡Ｔを描き、試料１の全面が走査される。
【００３３】
検出部１０２は、照明スポット２０から発する複数の方向の散乱光を検出するよう、複数配置される。検出部１０２の試料Ｗおよび照明スポット２０に対する配置例について図１３乃至図１５を用いて説明する。図１３に検出部１０２の配置の側面図を示す。試料Ｗの法線に対して、検出部１０２による検出方向（検出開口の中心方向）のなす角を、検出天頂角と定義する。検出部１０２は、検出天頂角が４５度以下の高角検出部１０２ｈと、検出天頂角が４５度以上の低角検出部１０２ｌを適宜用いて構成される。高角検出部１０２ｈ、低角検出部１０２ｌ各々は、各々の検出天頂角において多方位に散乱する散乱光をカバーするよう、複数の検出部を備えてなる。図１４に、低角検出部１０２ｌの配置の平面図を示す。試料Ｗの表面と平行な平面内において、斜入射照明の進行方向と検出方向とのなす角を検出方位角と定義する。低角検出部１０２は、低角前方検出部１０２ｌｆ、低角側方検出部１０２ｌｓ、低角後方検出部１０２ｌｂ、およびそれらと照明入射面に関して対称な位置にある低角前方検出部１０２ｌｆ’、低角側方検出部１０２ｌｓ’、低角後方検出部１０２ｌｂ’を適宜備える。例えば、低角前方検出部１０２ｌｆは検出方位角が０度以上６０度以下、低角側方検出部１０２ｌｓは検出方位角が６０度以上１２０度以下、低角後方検出部１０２ｌｂは検出方位角が１２０度以上１８０度以下に設置される。図１５に、高角検出部１０２ｈの配置の平面図を示す。高角検出部１０２は、高角前方検出部１０２ｈｆ、高角側方検出部１０２ｈｓ、高角後方検出部１０２ｈｂ、および高角側方検出部１０２ｈｓと照明入射面に関して対称な位置にある高角側方検出部１０２ｈｓ’を適宜備える。例えば、高角前方検出部１０２ｈｆは検出方位角が０度以上４５度以下、高角側方検出部１０２ｓは検出方位角が４５度以上１３５度以下、高角後方検出部１０２ｂは検出方位角が１３５度以上１８０度以下に設置される。なお、ここでは高角検出部１０２ｈが４つ、低角検出部１０２ｌが６つある場合を示したがこれに限られず、検出部の数・位置を適宜変更してもよい。
【００３４】
検出部１０２の具体的な構成図の例を図１６に示す。照明スポット２０から発生する散乱光を対物レンズ２０１によって集光し、偏光フィルタ２０２を通過させた後、結像レンズ２０３によって複数画素センサ２０４の受光面に導かれ、検出される。散乱光を効率良く検出するため、対物レンズ２０１の検出ＮＡは０．３以上にするのが好ましい。低角度検出部の場合、対物レンズ２０１の下端が試料面Ｗに干渉しないよう、必要に応じて対物レンズの下端を切り欠く。偏光フィルタ２０２は偏光板あるいは偏光ビームスプリッタからなり、任意の方向の直線偏光成分をカットするよう設置される。偏光板として、透過率８０％以上のワイヤグリッド偏光板や偏光ビームスプリッタなどが用いられる。楕円偏光を含む任意の偏光成分をカットする場合は、波長板と偏光板を備えてなる偏光フィルタ２０２を設置する。
【００３５】
図１８に複数画素センサ２０４の構成を示す。対物レンズ２０１および結像レンズ２０３によって、試料面の像が試料面と共役な試料面共役面２０５に結像される。図１８における欠陥像２２１および欠陥像の一軸拡大像２２５は、欠陥が検出部１０２の検出視野の中央にある状態の一例を模式的に示したものである。欠陥像２２１は試料面共役面２２５上で一旦結像した後、結像レンズ２０３の像側のＮＡに従う広がり角を持って、検出部１０２の光軸方向に進行する。この光が一軸結像系２２３により、試料面共役面２０５における走査方向Ｓ２に対応する方向について結像し、アレイセンサ２２４の受光面上に像を結ぶ。試料面共役面２０５における走査方向Ｓ１に対応する方向に関しては、前記の広がり角を持ったままアレイセンサ２２４の受光面上に達する。
【００３６】
一軸結像系２２３は、走査方向Ｓ１に対応する方向のみ光を集光させる作用を持ち、シリンドリカルレンズあるいはシリンドリカルレンズと球面レンズとの組合せによって構成される。一軸結像系２２３の作用により、欠陥像２２１は走査方向Ｓ１に対応する方向に拡大される。試料共役面上２０５上の欠陥像の大きさは、照明光の波長より小さい微小欠陥の場合、検出部１０２の光学的な解像度によって決まり、具体的には結像レンズ２０３の像側のＮＡによって決まる（微小欠陥の像の大きさ（点像広がり）＝１．２２×（波長）／（像側ＮＡ））。欠陥像の一軸拡大像２２５のＳ１方向の長さ、すなわちＳ１方向の拡大率は、試料面共役面２０５とアレイセンサ２２４の受光面との間の光路長、および結像レンズ２０３の像側のＮＡによって決まる。この長さは、アレイセンサ２２４の受光面のＳ１方向の長さと実質的に等しくなるよう複数画素センサ２０４が構成される。欠陥像の一軸拡大像２２５のＳ２方向の幅は、一軸結像系２２３の倍率によって決まる。この長さは、アレイセンサ２２４の受光面のＳ２方向の長さと同等かそれ以下になるよう、複数画素センサ２０４が構成される。
【００３７】
試料面上からの散乱光は、照明スポット２０の位置から発生し、検出部１０２によって検出されるが、光の波動的性質により照明スポット２０の外の領域にも相対的に弱い強度の照明が実質的には照射される。この結果、照明スポット２０の外の大きい異物や試料面の端の角で発生した散乱光の一部がアレイセンサ２２４の受光面に入射し、ノイズとなって感度を低下させる場合がある。これが問題になる場合、遮光スリット２２２を設置することで、これらの邪魔な散乱光を遮光し、低減することが可能である。遮光スリットは試料面共役面２０５における照明スポット２０の像の幅より広い幅のスリット状の開口部（光透過部）を有し、スリット状開口部の中心が照明スポット２０の像の位置と一致するよう設置される。開口部以外が遮光されるため、照明スポット２０の当った試料面上の領域以外からの散乱光が低減される。
【００３８】
図１９はアレイセンサ２２４の受光面の構成図の一例である。アレイセンサ２２４は、複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を二次元に配列した構成を有する。以下、個々のＡＰＤの受光部をＡＰＤ画素と呼ぶ。ＡＰＤ画素２３１は各々がガイガーモード（光電子増倍率が１０５以上）で動作するように電圧が印加される。ＡＰＤ画素２３１に一つの光子が入射すると、ＡＰＤ画素の量子効率に応じた確率でＡＰＤ画素２３１内に光電子が発生し、ガイガーモードＡＰＤの作用で増倍され、パルス状の電気信号を出力する。Ｓ１方向のＡＰＤ画素行２３２（図１９で点線の四角２３２で囲まれた中にあるＡＰＤ画素の集合）を一つの単位とし、Ｓ１方向ＡＰＤ画素行毎に、画素行に含まれるＡＰＤの各々で発生したパルス状電気信号が合計されて出力される。Ｓ２方向に複数のＡＰＤ画素行が配列されており、各行のＡＰＤ画素の出力信号が並列に出力される。
【００３９】
図２０は一つのＳ１方向ＡＰＤ画素行２３２と等価な回路の回路図の例である。図中の一つのクエンチング抵抗２２６とＡＰＤ２２７の組が、一つのＡＰＤ画素２３１に対応する。各ＡＰＤに逆電圧ＶＲが印加される。逆電圧ＶＲをＡＰＤの降伏電圧以上に設定することで、ＡＰＤ２２７がガイガーモードで動作する。図２０に示した回路構成とすることで、Ｓ１方向ＡＰＤ画素行２３２に入射した光子数の合計に比例した出力電気信号（電圧、電流の波高値、あるいは電荷量）が得られる。Ｓ１方向ＡＰＤ画素行２３２各々に対応する出力電気信号（電圧、電流の波高値、あるいは電荷量）はアナログ−デジタル変換され、時系列のデジタル信号として並列に出力される。
【００４０】
個々のＡＰＤ画素は、短い時間内に複数の光子が入射しても一つの光子が入射した場合と同程度のパルス信号しか出力しないため、個々のＡＰＤ画素への単位時間当たりの入射光子数が大きくなると、ＡＰＤ画素行の合計出力信号が入射光子数に比例しなくなり、信号の線形性が損なわれる。また、ＡＰＤ画素行の全ての画素に一定量（一画素当り平均１光子程度）以上の入射光が入ると、出力信号が飽和する。Ｓ１方向に多数のＡＰＤ画素を並べた構成とすることで、一画素当りの入射光量を低減することができ、より正確な光子計数が可能となる。例えばＳ１方向の画素数を１０００画素とすることで、ＡＰＤ画素の量子効率が３０％の場合、検出の単位時間当り約１０００光子以下の光強度で十分なリニアリティを確保でき、約３３００光子程度以下の光強度を飽和することなく検出することが可能となる。
【００４１】
図１８に示した複数画素センサ２０４の構成では、Ｓ１方向に関して、光強度が一様でなく、アレイセンサ２２４の中央に対して端の光強度が弱くなる。これはＳ１方向の実効的なＡＰＤ画素数が減少することを意味する。シリンドリカルレンズの代わりにＳ１方向に曲率を持つ微小なシリンドリカルレンズをＳ１方向に多数並べたレンチキュラーレンズ、回折型光学素子、あるいは非球面レンズを用いることで、欠陥像の一軸拡大像２２５のＳ１方向の分布を強度が均一な分布とすることができる。こうすることで、Ｓ１方向のＡＰＤ画素数を保ったまま、リニアリティを確保できる光強度範囲あるいは飽和しない光強度範囲を拡大することができる。
【００４２】
以上述べた複数画素センサ２０４の構成により、試料面共役面２０５のＳ２方向の各位置ごとの光子数を同時並列に計数することができる。
【００４３】
検出部１０２の具体的な構成図の変形例を図１７に示す。照明スポット２０から発生する散乱光を対物レンズ２０１によって集光し、偏光フィルタ２０２通過させた後、結像レンズ２０３によって、試料面と共役な面に設置された回折格子２０６上に試料面の像（中間像）が結像される。回折格子２０６上に形成された試料面の像は、結像系２０７によって複数画素センサ２０４の受光面上に投影され、検出される。複数画素センサ２０４は、一方向に長い照明スポット２０の形状に合せ、画素の配列方向が照明スポット２０の像の長手方向に一致するよう、試料面に共役な面内に設置される。回折格子２０６は、結像レンズ２０３によって導かれ中間像を形成する光を回折格子２０６の表面の法線方向に回折させるため、結像レンズ２０３によって導かれ中間像を形成する光の光軸に沿った入射光のＮ次回折光が回折格子２０６の表面の法線方向に向かうよう、回折格子形状が形成されたものを用いる。回折効率を高めるため、ブレーズ回折格子が用いられる。以上の構成をとり試料面に共役な面に複数画素センサ２０４を設置することで、試料面上のＳ１方向についてもピントのずれを低減して広い範囲で有効視野を確保することができ、かつ光量ロスを少なく散乱光を検出することができる。
【００４４】
ここで、照明スポット２０の長さと検出部１０２の光学倍率、複数画素センサ２０４の寸法との関係を説明する。高感度、高速検査を行う場合、照明スポット２０の長さは概略５００μｍに設定される。複数画素センサ２０４としてＳ２方向に２５μｍピッチで１００画素が並んだもの（Ｓ１方向ＡＰＤ画素行２３２が１００行並んだもの）を設置する場合、検出部の光学倍率は５倍となり、試料面上に投影される画素のピッチは５μｍとなる。
【００４５】
この条件で試料を回転速度２０００ｒｐｍで回転させた場合、直径３００ｍｍの円形試料は９秒で、直径４５０ｍｍの円形試料は１４秒で全面が走査される。さらに高速に検査を行う場合、照明スポット２０の長さは概略１０００μｍに設定される。この場合、検出部の光学倍率は０．４倍となり、試料面上に投影される画素のピッチは６２．５μｍとなる。この条件で試料を回転速度２０００ｒｐｍで回転させた場合、直径３００ｍｍの円形試料は５秒で、直径４５０ｍｍの円形試料は７秒で全面が走査される。
【００４６】
次に、図２１を用いて、広い角度範囲をカバーする複数の検出光学系によって同時に検出される様々な方向の散乱光強度検出信号に基づいて様々な欠陥種の分類や欠陥寸法の推定を高精度に行う信号処理部１０５について説明する。ここでは簡単のため複数の検出部１０２のうち検出部１０２ａ、１０２ｂ（図示しない）の二系統備えた場合の信号処理部１０５の構成について説明する。また検出部１０２ａ、１０２ｂ各々が、ＡＰＤ画素行毎に信号を出力する。ここではその中の一つの画素行の信号に着目した説明を行うが、他の画素行についても同様の処理が並列して行われることは言うまでもない。検出部１０２ａ、１０２ｂ各々に備えられた検出器から出力された、検出散乱光量に対応する出力信号５００ａ、５００ｂは、デジタル処理部５２において、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々により欠陥信号６０３ａ、６０３ｂの各々が抽出され、欠陥判定部６０５に入力される。欠陥は照野２０によりＳ１方向に走査されるため、欠陥信号の波形は照野２０のＳ１方向の照度分布プロファイルを拡大縮小したものとなる。従って、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々により、欠陥信号波形の含まれる周波数帯域を通し、ノイズが相対的に多く含まれる周波数帯域および直流成分をカットすることで、欠陥信号６０３ａ、６０３ｂのＳ／Ｎが向上する。各ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂとしては、特定のカットオフ周波数を持ちその周波数以上の成分を遮断するよう設計されたハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタ、あるいは照明スポット２０の形状が反映された欠陥信号の波形と相似形を成すＦＩＲフィルタを用いる。欠陥判定部６０５は、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々から出力された欠陥波形を含む信号の入力に対してしきい値処理を行い、欠陥の有無を判定する。即ち、欠陥判定部６０５には、複数の検出光学系からの検出信号にもとづく欠陥信号が入力されるので、欠陥判定部６０５は、複数の欠陥信号の和や加重平均に対してしきい値処理を行うか、または複数の欠陥信号に対してしきい値処理により抽出された欠陥群についてウェハの表面に設定された同一座標系でＯＲやＡＮＤを取ることなどにより、単一の欠陥信号に基づく欠陥検出と比較して高感度の欠陥検査を行うことが可能となる。
【００４７】
更に、欠陥判定部６０５は、欠陥が存在すると判定された箇所について、その欠陥波形と感度情報信号に基づいて算出されるウェハ内の欠陥位置を示す欠陥座標および欠陥寸法の推定値を、欠陥情報として制御部５３に提供して表示部５４などに出力する。欠陥座標は欠陥波形の重心を基準として算出される。欠陥寸法は欠陥波形の積分値あるいは最大値を元に算出される。
【００４８】
さらに、アナログ処理部５１からの各々の出力信号は、デジタル処理部５２を構成するハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂに加えて、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々に入力され、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々において、ウェハ上の照明スポット２０における微小ラフネスからの散乱光量（ヘイズ）に対応する周波数の低い成分および直流成分が出力される。このようにローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々からの出力はヘイズ処理部６０６に入力されてヘイズ情報の処理が行われる。即ち、ヘイズ処理部６０５は、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々から得られる入力信号の大きさからウェハ上の場所ごとのヘイズの大小に対応する信号をヘイズ信号として出力する。また、微小ラフネスの空間周波数分布に応じてラフネスからの散乱光量の角度分布が変わるため、図１３乃至２３に示したように、互いに異なる方位、角度に設置された複数の検出部１０２の各検出器からのヘイズ信号をヘイズ処理部６０６への入力とすることで、ヘイズ処理部６０６からはそれらの強度比などから微小ラフネスの空間周波数分布に関する情報を得ることができる。
【００４９】
照明部１０１によって試料面上に作られる照明強度分布の変形例を説明する。前記の一方向に長く（線状の）、長手方向に関して実質的に均一な強度を持つ照明強度分布の代替として、長手方向に関してガウス分布を持つ照明強度分布を用いることも可能である。一方向に長いガウス分布照明は、照明強度分布制御部７に球面レンズを有し、ビームエキスパンダ５にて一方向に長い楕円ビームを形成する構成とすること、あるいは照明強度分布制御部７をシリンドリカルレンズを含む複数のレンズで構成すること、などにより形成される。照明強度分布制御部７が有する球面レンズあるいはシリンドリカルレンズの一部あるいは全部は、試料面に対して平行に設置されることで、試料面上の一方向に長く、それに垂直な方向の幅の狭い照明強度分布が形成される。均一な照明強度分布を作る場合に比べて、照明強度分布制御部７に入射する光の状態の変動による試料面上の照明強度分布の変動が小さく、照明強度分布の安定性が高い、また照明強度分布制御部７に回折光学素子やマイクロレンズアレイなどを用いる場合と比べて光の透過率が高く効率がよい、という特長がある。
【００５０】
アレイセンサ２２４の変形例の構成図を図２２に示す。ＡＰＤ画素を配列したアレイセンサ２２４において、個々のＡＰＤ画素が小さい場合、ＡＰＤ画素間の不感帯の面積がＡＰＤ画素の受光部の有効面積に対して相対的に大きくなるため、アレイセンサ２２４の開口率が低下し、光検出効率が低下する問題がある。そこで、アレイセンサ２２４の受光面の前にマイクロレンズアレイ２２８を設置することで、画素間の不感帯に入射する光の割合を低減し、実効的な回効率を向上することができる。マイクロレンズアレイ２２８はＡＰＤ画素の配列ピッチとおなじピッチで微小な凸レンズが並んだものであり、アレイセンサ２２４への入射光の主光軸に平行な光線（図２２の点線）が対応するＡＰＤ画素の中央付近に入射するよう設置される。
【００５１】
図２３に複数画素センサ２０４の変形例の構成図を示す。Ｓ１方向の結像作用を持つ一軸結像系２２９と、Ｓ２方向の結像作用を持つ一軸結像系２２３を有する。Ｓ１方向の結像倍率をＳ２方向の結像倍率より高くすることで、欠陥像２２１がＳ１方向に拡大される。一軸結像系２２９および一軸結像系２２３としてシリンドリカルレンズを用いる場合、一軸結像系２２９を一軸結像系２２３よりも試料面共役面２０５の近くに設置してＳ１方向の結像関係を作ることで、Ｓ１方向の倍率がＳ２方向の倍率より高くなる。前述の構成（図１８）では、一軸拡大像２２５のＳ１方向の光強度分布あるいは像の広がりの大きさが、試料面共役面２０５における散乱光のＳ１方向の角度分布に依存して変化するケースがある。これに対し、本変形例では欠陥像２２１の大きさと、一軸結像系２２９および一軸結像系２２３の構成と配置で決まるＳ１およびＳ２方向の結像倍率とによって一軸拡大像２２５の大きさが決まる。微小欠陥の欠陥像２２１の大きさは、前述の通り検出部１０２の光学解像度で決まるため、一軸拡大像２２５の大きさの変化が小さく、安定した検査結果が得られる。
【００５２】
アレイセンサ２２４を構成要素であるアバランシェフォトダイオードの代用として、電子増倍率の高い（１０４以上）光電子増倍管を用いることも可能である。アバランシェフォトダイオードを用いた方が、個々の画素の大きさを小さくできるため、検出部１０２の光学倍率を低くできること、数百画素、数千画素以上の集積が低コストで可能であること、などの利点があるのに対し、光電子増倍管は電子増倍率の温度依存性が低く安定しているという利点がある。
【００５３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
2…光源
5…ビームエキスパンダ
6…偏光制御部
7…照明強度分布制御部
24…照明強度分布モニタ
53…制御部
54…表示部
55…入力部
101…照明部
102…検出部
103…ステージ部
105…信号処理部
201…対物レンズ
202…偏光フィルタ
203…結像レンズ
204…複数画素センサ
224…アレイセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射した光を、所望の光量、位置、ビーム径、および偏光状態を持った光束に調整する照明光調整工程と、
前記照明光調整工程により得られる光束を所望の入射角をもって試料表面に導き、前記試料表面においてある一方向について長くそれに直交する方向について短い照明強度分布を形成する照明強度分布制御工程と、
前記照明強度分布制御工程による前記試料面上の照明光照射位置において、前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に試料を変位させる試料走査工程と、
前記試料走査工程において前記照明強度分布制御工程によって照明光が照射される領域内の複数の小領域各々から出射される散乱光の光子数を計数して対応する複数の散乱光検出信号を出力する散乱光検出工程と、
前記散乱光検出工程において得られる複数の散乱光検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について対応する散乱光検出信号を処理して欠陥の寸法を判定する欠陥寸法判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について、前記試料表面上における位置および前記欠陥寸法判定工程において得られる欠陥寸法を表示する表示工程と、
を有することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記散乱光検出工程において、前記試料走査工程において試料上にて発生する散乱光のうち互い異なる複数の方向に出射する複数の散乱光成分を検出して対応する複数の散乱光検出信号を出力し、
前記欠陥判定工程において、前記散乱光検出工程において得られる複数の散乱光検出信号のうち少なくとも一つの信号を処理して欠陥の存在を判定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記散乱光検出工程において、二次元に配列したガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオード画素に散乱光を導き、前記複数の小領域から出射される散乱光の各々を複数のアバランシェフォトダイオード画素で受光し、対応する小領域毎に該複数のアバランシェフォトダイオード画素の信号を加算した信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記散乱光検出工程において、微小欠陥の像が前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に関して複数のアバランシェフォトダイオード画素にまたがること
を特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記散乱光検出工程において、微小欠陥の像が前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に関して複数のアバランシェフォトダイオード画素にまたがること
を特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
試料面内の一方向（Ｘ方向）に長く、それに直交する方向（Ｙ方向）に短い領域から発する微弱光による像を、Ｙ方向に拡大して再結像する再結像工程と、
前記再結像工程において再結像した像面を受光面とする二次元のアレイセンサで再結像した像面の光強度分布を検出し、アレイセンサのＹ方向に並ぶ画素の検出信号の合計を出力する信号出力工程と、
を有することを特徴とする微弱光検出方法。
【請求項７】
前記信号出力工程におけるアレイセンサを構成する光検出画素の電子増倍率が１０４以上であることを、
特徴とする請求項６に記載の微弱光検出方法。
【請求項８】
前記信号出力工程におけるアレイセンサを構成する光検出画素がガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードで構成されること、
を特徴とする請求項６に記載の微弱光検出方法。
【請求項９】
二次元の格子状（Ｘ、Ｙ方向）に配列したガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードを有し、
該アバランシェフォトダイオードのＹ方向の行毎に、Ｘ方向のアバランシェフォトダイオード列の検出信号の合計を出力すること、
を特徴とする微弱光検出器。
【請求項１】
光源から出射した光を、所望の光量、位置、ビーム径、および偏光状態を持った光束に調整する照明光調整工程と、
前記照明光調整工程により得られる光束を所望の入射角をもって試料表面に導き、前記試料表面においてある一方向について長くそれに直交する方向について短い照明強度分布を形成する照明強度分布制御工程と、
前記照明強度分布制御工程による前記試料面上の照明光照射位置において、前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に試料を変位させる試料走査工程と、
前記試料走査工程において前記照明強度分布制御工程によって照明光が照射される領域内の複数の小領域各々から出射される散乱光の光子数を計数して対応する複数の散乱光検出信号を出力する散乱光検出工程と、
前記散乱光検出工程において得られる複数の散乱光検出信号を処理して欠陥の存在を判定する欠陥判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について対応する散乱光検出信号を処理して欠陥の寸法を判定する欠陥寸法判定工程と、
前記欠陥判定工程において欠陥と判定される箇所各々について、前記試料表面上における位置および前記欠陥寸法判定工程において得られる欠陥寸法を表示する表示工程と、
を有することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記散乱光検出工程において、前記試料走査工程において試料上にて発生する散乱光のうち互い異なる複数の方向に出射する複数の散乱光成分を検出して対応する複数の散乱光検出信号を出力し、
前記欠陥判定工程において、前記散乱光検出工程において得られる複数の散乱光検出信号のうち少なくとも一つの信号を処理して欠陥の存在を判定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記散乱光検出工程において、二次元に配列したガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオード画素に散乱光を導き、前記複数の小領域から出射される散乱光の各々を複数のアバランシェフォトダイオード画素で受光し、対応する小領域毎に該複数のアバランシェフォトダイオード画素の信号を加算した信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記散乱光検出工程において、微小欠陥の像が前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に関して複数のアバランシェフォトダイオード画素にまたがること
を特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記散乱光検出工程において、微小欠陥の像が前記照明強度分布の長手方向に対して実質的に垂直な方向に関して複数のアバランシェフォトダイオード画素にまたがること
を特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
試料面内の一方向（Ｘ方向）に長く、それに直交する方向（Ｙ方向）に短い領域から発する微弱光による像を、Ｙ方向に拡大して再結像する再結像工程と、
前記再結像工程において再結像した像面を受光面とする二次元のアレイセンサで再結像した像面の光強度分布を検出し、アレイセンサのＹ方向に並ぶ画素の検出信号の合計を出力する信号出力工程と、
を有することを特徴とする微弱光検出方法。
【請求項７】
前記信号出力工程におけるアレイセンサを構成する光検出画素の電子増倍率が１０４以上であることを、
特徴とする請求項６に記載の微弱光検出方法。
【請求項８】
前記信号出力工程におけるアレイセンサを構成する光検出画素がガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードで構成されること、
を特徴とする請求項６に記載の微弱光検出方法。
【請求項９】
二次元の格子状（Ｘ、Ｙ方向）に配列したガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードを有し、
該アバランシェフォトダイオードのＹ方向の行毎に、Ｘ方向のアバランシェフォトダイオード列の検出信号の合計を出力すること、
を特徴とする微弱光検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−９８１０３（Ｐ２０１２−９８１０３Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４９１５（Ｐ２０１０−２４４９１５）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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