欠陥検査装置およびその方法
【課題】様々な領域を有する様々な被検査対象基板上に存在する微小な粒状異物や薄膜状の異物やスクラッチ等のキズ等などの欠陥を簡単な構成で、高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【解決手段】照射光学系２０と、検出光学系３０と、画像処理部４０とを備え、前記照射光学系において、第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を反射して下方に向けるミラー２６０３と、該ミラーで下方に向けられたビーム光束を平面上所定の傾き方向から傾斜角で被検査対象基板１上にスリット状ビーム９０として集束させるシリンドリカルレンズ２５１及び傾斜ミラー２６０４とを備えた欠陥検査装置。
【解決手段】照射光学系２０と、検出光学系３０と、画像処理部４０とを備え、前記照射光学系において、第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を反射して下方に向けるミラー２６０３と、該ミラーで下方に向けられたビーム光束を平面上所定の傾き方向から傾斜角で被検査対象基板１上にスリット状ビーム９０として集束させるシリンドリカルレンズ２５１及び傾斜ミラー２６０４とを備えた欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象物を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程における異物等の欠陥の発生状況を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が、微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合にこの異物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。同様の液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。
【０００３】
また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が知られている。また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入力させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（特許文献１）において知られている。この従来技術１においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平６−２５８２３９号公報（特許文献２）、特開平８−２１０９８９号公報（特許文献３）、特開２０００−１０５２０３号公報（特許文献４）、特開２００４−９３２５２号公報（特許文献５）、特開２００４−１７７２８４号公報（特許文献６）及び特開２００４−１８４１４２号公報（特許文献７）が知られている。即ち、特許文献２及び特許文献７にはピッチ可変の空間フィルタを用いる点が記載されている。また、引用文献３には、レーザ光源から出射されたビームを分割してミラーとミラーとの組み合せによって互いの光路長を異ならしめて互に空間的インコヒーレントの複数の光束を得、該得られた複数の光束を基板上の所望の箇所に対して互に異なる入射角度で斜め方向から照射し、該照射による基板上の微小欠陥から生じる反射散乱光を検出光学系で集光して光電変換手段で受光することが記載されている。また、特許文献７には、更に空間フィルタとして透過型の液晶フィルタを含め様々形態のものを用いることが記載されている。また、特許文献４、特許文献５及び特許文献６には、パターンからの散乱光が対物レンズに入射するのが低減される４５度方向からスリット状ビームを照明する高効率照明光学系を備えた異物等の欠陥検査装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献２】特開平６−２５８２３９号公報
【特許文献３】特開平８−２１０９８９号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献５】特開２００４−９３２５２号公報
【特許文献６】特開２００４−１７７２８４号公報
【特許文献７】特開２００４−１８４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１〜７では、様々な領域（超微細な回路パターンのエッジラフネス部が存在する領域、繰り返しパターン部と非繰り返しパターン部が混在する領域、パターン密度が異なる領域、透明膜が存在する領域等）を有する様々な被検査対象基板上に存在する微小な粒状異物や薄膜状の異物やスクラッチ等のキズ等などの欠陥を簡単な構成で検査できるようにした点については十分考慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、様々な領域を有する様々な被検査対象基板上に存在する微小な粒状異物や薄膜状の異物やスクラッチ等のキズ等などの欠陥を簡単な構成で、高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、インラインモニタとして用いて、高効率の基板製造ラインを構築できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１又は第２の光路に導き、該第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を反射して下方に向けるミラーと、該ミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記所定の傾き方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記スリット状ビームとして集束させるシリンドリカルレンズ及び傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
【０００９】
また、本発明は、前記照射光学系における前記傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１の光路、第２の光路、第３の光路の各々に導き、該第１の光路に導かれた第１のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群の内Ｘ軸方向に対して平面上時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第１のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第２の光路に導かれた第２のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記Ｘ軸方向に対して平面上反時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第２のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第３の光路に導かれた第３のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、平面上前記Ｘ軸方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第３のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１の光路に導かれた前記第１のビーム光束を反射して下方に向ける第１のミラーと、該第１のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第１のシリンドリカルレンズ及び第１の傾斜ミラーとを備え、前記第２の光路に導かれた前記第２のビーム光束を反射して下方に向ける第２のミラーと、該第２のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上反時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第２のシリンドリカルレンズ及び第２の傾斜ミラーとを備え、前記第３の光路に導かれた前記第３のビーム光束を反射して下方に向ける第３のミラーと、該第３のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記Ｘ軸方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第３のスリット状ビームとして集光させる第３のシリンドリカルレンズ及び第３の傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
【００１１】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路にはビーム径を拡大する主ビーム拡大光学系を有し、前記第３の光路には前記第３のビーム光束の径を更に拡大し、前記被検査対象基板上における第１、第２及び第３のスリット状ビームの長手方向の長さを合わせるビーム拡大光学系を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記第１の光路又は前記第２の光路又は第３の光路に、主光路から得られるコヒーレントの第２のビーム光束を入射して少なくとも前記第２のシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射する前記少なくとも前記集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を設けて構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記光学部材群の入射側に、前記入射するビーム光束径の内少なくとも前記複数の板状の光学部材の積み重ね方向に拡大するビーム拡大光学系を設けて構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路に、前記レーザ光源から得られるコヒーレントのビーム光束を入射して少なくとも使用する光路に設けられたシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射するように前記少なくとも集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を出し入れ可能に設けて構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記照射光学系における前記第１、第２及び第３の傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記検出光学系において、前記被検査対象基板上に存在する繰り返し回路パターンからの干渉パターンを遮光する空間フィルタを前記対物レンズの瞳と共役な位置に設けて構成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路に、光量を調整する光量調整用フィルタを設けて構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路に、偏光を制御する偏光板を設け、前記検出光学系において、偏光を制御して検出する検光子を設けて構成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記レーザ光源において、ＵＶ又はＤＵＶレーザ光を出射するように構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記検出光学系において、検出結像倍率を可変に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、様々な領域を有する様々な被検査対象基板上に存在する微小な粒状異物（０．１μｍ程度以下の極微小な異物も含め）や薄膜状の異物やスクラッチ等のキズ等などの欠陥を簡単な構成で、高速で、しかも高精度に検査すること可能となる。
【００２０】
また、本発明によれば、簡単な構成で、安価なインラインモニタとして用いて、高効率の基板製造ラインを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、チップ１ａａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ａが考えられる。そして、チップ１ａａ内は、主としてレジスタ群領域１ａｂと、メモリ部領域１ａｃと、ＣＰＵコア部領域１ａｄと、入出力部領域１ａｅとで形成されている。レジスタ群領域１ａｂおよびメモリ部領域１ａｃは、最小線幅が０．０５〜０．２μｍ程度のパターンを２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。ＣＰＵコア部領域１ａｄおよび入出力部領域１ａｅは、最小線幅が０．０５〜０．２μｍ程度のパターンを非繰り返しで形成している。このように、異物等の欠陥を検査する被検査対象物１は、半導体ウエハを対象としても、チップは規則的に配列されているが、チップ内においては、最小線幅が領域毎に異なり、しかもパターンが繰り返し、非繰り返し、なしであったり、また透明な薄膜が形成されたり、様々な形態が考えられる。
【００２３】
本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、このような様々な形態を有する被検査対象物１上の０．０５μｍ〜０．１μｍレベルの微小異物やキズやパターン欠陥等の欠陥を、高感度で、しかも高速に検査できるようにした。また、本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、欠陥の種類も分類できるようにした。
【００２４】
次に、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態について図２を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウエハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウエハに限らず、薄膜基板、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等にも適用可能である。
【００２５】
異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態は、搬送系（ステージ系）１０と、照射光学系２０と、検出光学系３０と、画像処理部４０と、観察光学系５０と、合焦点制御系６０と、全体制御部７０と、レビュー光学顕微鏡８０とを備えて構成される。搬送系（ステージ系）１０は、様々な品種や様々な製造工程から得られるウエハ等の被検査対象基板１を載置、移動させるＸＹＺステージ１１、１２、１３とθステージ（水平面内の回転ステージ）１４とステージコントローラ１５とを備えて構成される。
【００２６】
照射光学系２０は、レーザ光源２１と、光量を調整する光量調整フィルタ（光量減衰フィルタ）２２と、例えばＰ又はＳの直線偏光に変換する偏光板２３と、ビーム径をある大きさに拡大する主ビーム拡大光学系２４と、ミラー群２６等を介して、基板１上に基板の走行方向に対して直角方向に伸ばしたスリット状のビームに集光させる集光光学系２５とを備えて構成される。照明光学系２０には、更に、全体制御部７０からの指令に基づいて各種照明角度及び各種フィルタを制御又は切り替える照明制御部２７を有して構成される。レーザ光源２１としては、異物等の欠陥を高感度に検査でき、またメンテナンスコストが安いことを考慮すると、高出力のＹＡＧレーザの第２高調波ＳＨＧ、波長５３２ｎｍを用いるのが良いが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、紫外光レーザ（ＵＶ（Ultraviolet）光）や遠紫外光レーザ（ＤＵＶ(Deep Ultraviolet)光）や真空紫外光レーザ、Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ等のレーザ光源であっても良い。各種レーザ光源を用いた場合の利点としては、レーザ波長を短波長化すれば検出像の解像度が上がるため、高感度の欠陥検査が可能となる。なお、波長を０．３４μｍ程度にした場合には対物レンズ３１のＮＡを０．４程度、波長を０．１７μｍ程度にしたばあいには対物レンズ３１のＮＡを０．２程度にするのが、異物等の欠陥からの回折光を多く対物レンズ３１に入射させて検出感度を向上させることが可能となる。
【００２７】
検出光学系３０は、図１８にも示すように、対物レンズ３１と、対物レンズ３１の瞳と共役な位置に設けられた空間フィルタ３２と、結像光学系３３と、ＮＤフィルタや偏光フィルタ（検光子）から構成される光学フィルタ群３４と、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器（イメージセンサ）３６とを備えて構成される。このようにイメージセンサ３６として、ＴＤＩ（Time Delay Integration）イメージセンサを用いることで、感度を大きくすることができる。
【００２８】
画像処理部４０は、上記光検出器３６で検出された画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４１と、該Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部４２と、該検出画像信号を基づいて閾値算出処理をする閾値算出処理部４３と、上記データ記憶部４２から得られる検出画像信号と上記閾値算出処理部４３から得られる閾値画像信号とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部４４と、マージ毎に、欠陥から検出して得られた散乱光量及び欠陥の広がりを示す検出画素数（面積や投影長等）等の特徴量を算出する特徴量算出回路４５と、該特徴量算出回路４５から得られるマージ毎の特徴量を基に、ウエハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を各種欠陥に分類する統合処理部４６とを備えて構成される。そして、統合処理部４６で得られた検査結果を全体制御部７０に提供して表示装置７２のＧＵＩ画面等に表示して構成される。
【００２９】
観察光学系５０は、矢印で示すように、検出光路に出し入れ可能に設けられたミラー５１と、ハーフミラー等の分岐光学要素５２と、フーリエ変換面に設けられた空間フィルタ３２の遮光パターンを観察する観察光学系５３と、ウエハ表面の画像を観察する観察光学系５４とを備えて構成される。観察光学系５３は、結像レンズ５３１とＴＶカメラ等のイメージセンサ５３２とを備えて構成される。観察光学系５４も、同様に結像レンズ５４１とＴＶカメラ等のイメージセンサ５４２とを備えて構成される。
【００３０】
合焦点制御系６０は、ランプ等の光源６１と、該光源６１から出射される平行光によりウエハの表面上に投影する縞パターン（格子状パターン）６２と、ハーフミラー６３と、縞パターンをウエハの表面に投影する投影レンズ６４と、ウエハの表面で正反射した縞パターンを結像させる結像レンズ６５と、該結像レンズ６５で結像された縞パターンを反射するミラー６６と、該ミラー６６で反射され、結像レンズ６５で平行光に戻されてウエハ表面で正反射して投影レンズ６４及びハーフミラー６３を通して得られる縞パターンを結像する結像レンズ６７と、ウエハ表面の焦点ずれが縞パターンの位置ズレとして検出する１次元又は２次元のリニアイメージセンサ６８と、該リニアイメージセンサ６８から検出される焦点ズレに基づいて例えばＺステージ１３を制御してウエハの表面について合焦点合せを行う合焦点制御部６９とを備えて構成される。
【００３１】
全体制御部７０は、投入される各種ウエハに関する情報等を入力する入力手段（キーボードやマウスやネットワーク等を含む）７１、イメージセンサ３６で撮像される画像や観察光学系５３、５４で観察される画面やレビュー光学顕微鏡７０でレビューずる欠陥等の画像を表示するＧＵＩ画面等を有し、閾値算出処理部４３等で算出された閾値情報や統合処理部４６で得られる検査結果等を表示する表示装置７２、ウエハのＣＡＤ情報や過去の各種ウエハについての検査条件情報や統合処理部４６で得られる検査結果の情報などを記憶するデータ記憶部７３を設けて構成される。
【００３２】
レビュー光学顕微鏡８０は、白色等の可視光を出射する光源８１と、ハーフミラー８２と、対物レンズ８３と、結像レンズ８４と、イメージセンサ８５とを備えて構成され、欠陥または擬似欠陥等の画像を取得し、全体制御部７０に提供し、表示装置７２のＧＵＩ画面に表示して分類をしたり、その欠陥の位置座標等を取得してレビュー結果を取得する。即ち、レビュー光学顕微鏡８０は、ステージ１１、１２を動かすことにより、欠陥検査装置の画像処理部４０で検出されて例えば記憶装置７３に記憶されたウエハ１上の異物等の欠陥（虚報も含む）の画像を観察し、図４２の３９０３で示す各種の異物等の欠陥のレビュー画像を取得し、全体制御部７０に提供するものである。そして、全体制御部７０は、テスト検査において上記レビュー結果である欠陥の位置座標等に基づいて位置決めして分類された欠陥が検出できるように、予め、照明光学系２０及び検出光学系３０並びに画像処理部４０における図４３に示す異物等の欠陥検出条件出しに用いる。また、レビュー光学顕微鏡８０は、欠陥の拡大画像を取得できるので、詳細解析することが可能となり、その結果、欠陥の発生原因を推定することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の特徴である照射光学系２０の具体的実施例について図３乃至図１２を用いて説明する。ウエハ１ａ上には、チップ１ａａがＸ軸方向及びＹ軸方向に配列され、チップ１ａａ内に形成された回路パターンにおける主要な直線群はＸ軸方向及びＹ軸方向を向いて形成されているものとする。そして、ウエハ１ａはＸ軸方向に走行され、Ｙ軸方向には間歇的に移動するものとする。
【００３４】
図３は、右側角度φ照射光学系２００ａにより、第１のスリット状ビーム９０ａの長手方向がＹ軸方向を向くように上から見たときＸ軸方向から時計方向に角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。そして、図３に示す場合は、主光路２２０に設けられた主ビーム拡大光学系２４で径を拡大したレーザビームをミラー２６１０で反射させて第１の光路２２１ａに導き、該導かれた第１のビーム光束を平面上ミラー２６０２で反射させてＸ軸に対して時計方向の傾き角φ方向（例えば４５度方向）から出射させ、図９（ａ）（ｂ）及び図１３（ａ）に示すように、第１のミラー２６０３ａで下方（真下）に反射させ、平面上傾き角φを有するビーム光束２３０の光軸に対して傾き角φ傾けた状態で、更に光軸を中心にして光軸回りに仰角α回転させて設けられた第１のシリンドリカルレンズ２５１ａで一方向に集光し、切替可能な第１の傾斜ミラー２６０４ａで反射させてα角度方向からウエハ上に第１のスリット状ビーム９０ａとして照射する。即ち、第１のシリンドリカルレンズ２５１ａの入射面又は出射面とウエハ上のスリット状ビーム９０ａとの間の距離が第１のシリンドリカルレンズ２５１ａの焦点距離になるようにビーム光束２３０の光軸に対して角度φ傾け、更に該ビーム光束２３０の光軸回りに仰角α回転させられて設けられることになる。なお、第１のシリンドリカルレンズ２５１ａの長手方向は、真上から見て、Ｘ軸方向から角度φ傾けた方向から更に仰角αに応じた角度回転させることになる。このように、上から見てφ方向からスリット状ビーム９０ａを仰角αで照射する照明光学系を、ミラー２６０２、２６０３ａ、２６０４ａと第１のシリンドリカルレンズ２５１ａのみで構成することが可能となり、これらの光学要素（光学部品）２５１ａ、２６０２、２６０３ａ、２６０４ａを容易に、しかも精度良く製造することができ、そのため組立調整を容易にすることができ、大幅な原価低減を図ることが可能となった。
【００３５】
なお、第１の傾斜ミラー２６０４ａは、α１を５〜１５度程度の低角度とα２を４０〜５５度程度の高角度に切り替え可能に構成される。
【００３６】
図４は、左側角度φ照射光学系２００ｂにより、図３とはスリット状ビーム９０を線対称にして反対の左側から、上から見たときＸ軸方向から反時計方向に角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。この場合、図５に示すようにミラー２６１０の代わりにハーフミラー２６１２に切り替えた場合と同じくシフトした第２の光路２２１ｂを通るように、ミラー２６１０の代わりに透明な板ガラス２６１１を切り替えて設けて構成される。そして、図４に示す場合は、主ビーム拡大光学系２４で径を拡大したレーザビームについて板ガラス２６１１を通すことによって第２の光路２２１ｂをシフトさせて導き、該導かれたレーザビームをミラー２６０５、２６０６、２６０７、２６０８で反射させてＸ軸に対して反時計方向の傾き角φ方向（例えば４５度方向）から出射させ、具体的には図９（ａ）（ｂ）及び図１３（ａ）に示すように、第２のミラー２６０３ｂで下方（真下）に反射させ、平面上傾き角φを有するビーム光束２３０の光軸に対して傾き角φ傾けた状態で、更に光軸を中心にして光軸回りに仰角α回転させて設けられた第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂで一方向に集光し、切替可能な第２の傾斜ミラー２６０４ｂで反射させてα角度方向からウエハ上に第２のスリット状ビーム９０ｂとして照射する。即ち、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂの入射面又は出射面とウエハ上のスリット状ビーム９０ｂとの間の距離が第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂの焦点距離になるようにビーム光束２３０の光軸に対して角度φ傾け、更に該ビーム光束２３０の光軸回りに仰角α回転させられて設けられることになる。なお、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂの長手方向は、真上から見て、Ｘ軸方向から反時計方向に角度φ傾けた方向から更に仰角αに応じた角度回転させることになる。このように、上から見てφ方向から第２のスリット状ビーム９０ｂを仰角αで照射する照明光学系を、ミラー２６０５〜２６０７、２６０３ｂ、２６０４ｂと第１のシリンドリカルレンズ２５１ｂのみで構成することが可能となり、これらの光学要素（光学部品）を容易に、しかも精度良く製造することができ、そのため組立調整を容易にすることができ、大幅な原価低減を図ることが可能となった。
【００３７】
図５は、右側角度φ照射光学系２００ａ及び左側角度φ照射光学系２００ｂにより、第１及び第２のスリット状ビーム９０ａ、９０ｂを線対称にして両側から、上から見たときＸ軸方向から角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。この場合、ミラー２６１０又は板ガラス２６１１に位置にハーフミラー２６１２を切り替えて設けて構成される。従って、図５に示す場合は、図３に示す第１のスリット状ビーム９０ａの照射と図４に示す第２のスリット状ビーム９０ｂの照射とを同時に行うこと可能となる。
【００３８】
以上説明したようにスリット状ビーム９０をＸ軸方向からφ傾いた方向から照射するので、回路パターンの主要な直線群から生じる０次回折光を対物レンズ３１の開口内に入射させるのを防止することが可能となる。また、ウエハ上に形成されたパターンがコンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないのでφが４５度程度傾いた方向から照射するのが好ましい。
【００３９】
図６は、Ｘ軸方向照射光学系２００ｃにより、回路パターンの主要な直線群が向いた方向であるＸ軸方向から第３のスリット状ビーム９０ｃを照射する場合を示す。図６に示す照明光学系においては、第３のスリット状ビーム９０ｃの長手方向の長さを、φが例えば４５度傾いた方向から照射する場合の第１及び第２のスリット状ビーム９０ａ、９０ｂの長手方向の長さに合わせる必要があるため、具体的には図１０（ａ）（ｂ）に示すように、第３の光路２２１ｃにビーム径を（１／ｃｏｓφ）倍（φが４５度の場合√２倍）するビーム拡大光学系２５３を設けて構成される。そして、図６に示す場合は、ミラー等の光学要素２６１０〜２６１２、２６０５、２６２０を第３の光路２２１ｃから退避させ、主ビーム拡大光学系２４で径を拡大したレーザビームをミラー２６２１、２６２２で反射させ、ビーム拡大光学系２５３でビーム径を（１／ｃｏｓφ）倍（φが４５度の場合√２倍）にし、第３のミラー２６２３で下方（真下）に反射させ、図１３（ｂ）に示すように、第３のシリンドリカルレンズ２５２で一方向に集光し、切替可能な第３の傾斜ミラー２６２４で反射させてβ角度方向からウエハ上に第３のスリット状ビーム９０ｃとして照射する。このようにＸ軸方向から第３のスリット状ビーム９０ｃを斜方照射することによって、主要な直線群で形成されている配線パターンの間の凹部に存在する異物等の欠陥からの回折光（散乱光）をイメージセンサ３６で検出することが可能である。なお、切替可能な第３の傾斜ミラー２６２４ｃは、β１を５〜１５度程度の低角度とβ２を４０〜５５度程度の高角度に切り替え可能に構成され、配線パターンの間の凹部に存在する欠陥を検出する場合には第３の傾斜ミラー２６２４ｃを高角度に切り替えられるのが好ましい。
【００４０】
図７は、簡単な構成の可干渉性を低減する光学系２５５を用いて左側から、上から見たときＸ軸方向から角度φ（例えば４５度）傾き、角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。なお、この場合には、ミラー２６２０を第２の光路２２１ｂに入れ、ミラー等の光学要素２６１０〜２６１２、２６０５、２６０６を第２の光路２２１ｂから退避させる。可干渉性低減光学系２５５としては、特願２００４−１５６１４２号に記載され、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、ビーム径を少なくとも一方向（シリンドリカルレンズ２５１ｂの集光方向）に拡大するビーム拡大光学系２５５１と、コヒーレントのレーザビームを入射して少なくとも集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減した複数の細帯状のビームを出射するように少なくとも集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群２５５２とを備えて構成される。さらに、該光学部材群２５５２から互に空間的にコヒーレンシーを低減して出射された複数の細帯状のビームを上記集光方向に集光させてウエハの表面に対してα角度傾斜した方向からスリット状ビーム９０ｂ'として照射する集光光学系である第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂ及び第２の傾斜ミラー２６０４ｂを設けて構成される。その結果、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂにおいて、スリット状ビーム９０ｂ'が、集光方向には多角度照射であるように構成される。このように、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂにより、図１１に示すように、互に可干渉性を低減した複数の細帯状のビームを矢印２０１で示すように照射方向を広い範囲で変化させて集光させてスリット状ビーム９０ｂ'を超微細な回路パターンのエッジラフネス部に照射されるので、該超微細な回路パターンのエッジラフネス部から平滑化された反射回折パターン（０次は除く）が対物レンズ３１に入射して集光され、ＴＤＩセンサ等のイメージセンサ３６で受光されてエッジラフネス部から平滑化された画像信号が検出されることになる。
【００４１】
なお、ビーム拡大光学系２５５１と光学部材群２５５２とからなる可干渉性低減光学系２５５を、スペース上、左側角度φ照射光学系２００ｂの中、即ち第２の光路２２１ｂの中に組み込んで構成したが、スペース上設置可能であれば、第１の光路２２１ａの中、又は第３の光路２２１ｃの中に設けてもよい。しかしながら、可干渉性低減光学系２５５を、第１の光路２２１ａ又は第３の光路２２１ｃから出し入れするか、又は切り替え可能な分岐した光路を作ってその光路のなか設置することは可能である。
【００４２】
また、主光路２２０をスペース上設置可能に構成すれば、図８に示すように、可干渉性低減光学系２５５を、主光路２２０である主ビーム拡大光学系２４と光学要素２６１０〜２６１２との間に設けてもよい。この場合、可干渉性を低減したビームを第１の光路２２１ａ、第２の光路２２１ｂ、第３の光路２２１ｃの何れかを用いてスリット状ビーム９０を照射することが可能となる。なお、図８においては、第２の光路２２１ｂを用いた場合を示す。しかし、この場合、可干渉性低減光学系２５５が不要の場合があるので、可干渉性低減光学系２５５を主光路２２０に対して出し入れ可能に構成する必要がある。
【００４３】
以上説明したように、スリット状ビーム９０、９０'として５通りの照射の仕方が可能となる。さらに傾斜角度α、βを各々２通り変えることを含めると１０通りの照射が可能となる。
【００４４】
特に、本発明の特徴とするところは、右側角度φ照射光学系２００ａ及び左側角度φ照射光学系２００ｂにおいて、特開２０００−１０５２０３号公報及び特開２００４−１７７２８４号公報に記載されている円錐レンズと同じ機能をシリンドリカルレンズ２５１と切替可能な傾斜ミラー２６０４で実現したことにある。このように、特殊な光学部品を使用しなため、これらの光学要素（光学部品）２５１、２６０２〜２６０４を容易に製造することができ、しかもシリンドリカルレンズ２５１の焦点距離は決まっているので、調整を容易にすることができ、大幅な原価低減を図ることが可能となった。
【００４５】
また、本発明に係る照射光学系２０において、図７に示すように、ミラー２６２０を光路に入れ、ミラー等の光学要素２６１０〜２６１２、２６０５、２６０６を光路から退避させ、可干渉性低減光学系２５５をミラー２６２０とミラー２６０７との間に設置することにより、可干渉性を低減したスリット状ビーム９０ｂ'をＸ軸方向に対して例えば４５度方向から照射可能にして超微細な回路パターンのエッジラフネス部から平滑化された画像信号を検出することが可能となる。
【００４６】
また、本発明に係る照射光学系２０において、レーザ光源２１から出射されるレーザビームは、図１４に示すように、ガウス分布を有するので、検出視野（ＴＤＩセンサ３６の長方形受光面の長手方向の幅）２１０内での照度の変化を３０％程度以下に抑えるためには、ビーム拡大光学系２４で拡大するビーム幅（照度１３．５％の幅）を広げることによって、スリット状ビーム９０，９０'の長手方向の幅（照度１３．５％の幅）を広げればよい。
【００４７】
更に、切替傾斜ミラー２６０４、２６２４による傾斜角度（仰角）α、βの切替について図１５乃至図１７を用いて説明する。図１５（ａ）は切替傾斜ミラー２６０４，２６２４によってスリット状ビーム９０，９０'をα１、β１として低角度（５〜１０度程度）で照射する場合を示し、図１５（ｂ）は切替傾斜ミラー２６０４，２６２４によってスリット状ビーム９０，９０'をα２、β２として高角度（４０〜５０度程度）で照射する場合を示す。図１６には、スクラッチ及び異物の夫々に低角度照射した場合と、高角度照射した場合とを示す。図１６から明らかなように、通常の粒子状異物からは、低角度照射した場合も、高角度照射した場合も同じように強い散乱光強度として検出される。一方、スクラッチは粒子状異物に比べて高さが薄い（深さが浅い）ため、スクラッチからは、低角度照射した場合には弱い散乱光強度として検出され、高角度照射した場合には中程度の散乱光強度として検出される。また、図１７に示すように、薄膜状異物はスクラッチに比べて平面的に広がっているため、薄膜状異物からは、高角度照射した場合には強い散乱光強度として検出され、低角度照射した場合には中程度の散乱光強度として検出される。図１７において、矢印１５１は欠陥の高さの増加を示し、矢印１５２は平面的な面積（広がり）の増加を示す。従って、通常の粒子状異物と、スクラッチと、薄膜状異物を弁別するためにも、切替傾斜ミラー２６０４，２６２４によるスリット状ビーム９０，９０'の照射角度α、βの切り替えが必要となる。
【００４８】
次に、検出光学系の他の実施例について図１９を用いて説明する。即ち、図１９に示す検出光学系の他の実施例３０'において、図２に示す実施例３０と相違する点は、検出光軸３８を、ウエハ１に対する法線に対してＸ軸を含む垂直面内又はＸ軸から４５度の垂直面内において、スリット状ビームの照射光に対して開く方向に傾斜させて構成してもよい。図１９においては、検出光軸３８を左側に傾斜して示したが、照射光学系２０を図４乃至図７に示すように構成した場合、スリット状ビーム９０、９０'が左側から入射されるので、右側に傾斜させることになる。このように、検出光軸３８を傾けることによって、ウエハ表面上の異物からの回折光（散乱光）に対してウエハ表面上の微小凹凸からの回折光（散乱光）の比を低減して対物レンズ３１の開口に入射させて異物の検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００４９】
また、図２及び図１９に示す検出光学系３０、３０'は、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、検出倍率が可変になるようにズーム機能を有して構成してもよい。
【００５０】
また、繰り返しパターンにスリット状ビーム９０、９０'を照射した場合、図２１（ａ）に示すように、ウエハ上に配列されたチップ内の各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に応じて図２１（ｂ）に示すような繰り返しパターンからの回折光が干渉して回折光パターン（回折像）ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３が生じる。そこで、これらの回折光パターン（回折像）ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３の各々を対物レンズ３１の瞳と共役な位置に設けられた空間フィルタ３２で遮光すればよい。しかしながら、高スループットで検査をするために、検査視野がウエハ上で数μｍ以上の広視野となることが考えられる。そのため、パターンピッチの異なる複数種類のパターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を含む領域６５１に跨ってスリット状ビーム９０，９０'が照射されることになる。この場合、観察されるフーリエ変換像としては図２１（ｃ）に示すように、ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３の論理和で現れる。従って、この状態で各回折光パターンＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３を合成した空間フィルタを用いて検査をすると、上記各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの各回折光パターンＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３を同時に遮光でき、繰り返し回路パターンからの信号を低減することができるというメリットがある。その一方で、複数種類の回折光パターンを遮光することで、欠陥からの散乱光も大幅に遮光してしまうため、欠陥からの信号が低下してしまうというデメリットもある。そこで、同時に複数種類のパターン領域からの回折光パターンをフーリエ変換像として無くすことによって、ウエハ全面を走査させる度に、空間フィルタ３２の回折光パターンを各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に合わせてＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３と切り替えればよい。なお、チップ内の各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の配列座標はＣＡＤ情報に基づいて既知につき、該既知の配列座標を基に、回折光パターンが合ったパターン領域をイメージセンサ３６が撮像して得られる信号を欠陥検出信号として有効にすればよい。このようにウエハ全面を走査させる回数は切り替える空間フィルタ３２の枚数だけ増加するが、空間フィルタ３２で遮光するパターンを切り替えることによって、欠陥からの散乱光を大幅に遮光することなく、イメージセンサ３６で受光することができ、欠陥検出感度を向上させることが可能となる。
【００５１】
ところで、同時に複数種類のパターン領域からの回折光パターンをフーリエ変換像として無くすためには、次の２通りの方法が考えられる。第１はスリット状ビーム９０，９０'を異なる種類のパターン領域に跨って照射させないように照射光学系の光路中に照射範囲を制限する絞りを入れる方法、又はビーム拡大光学系２４を可動式にしてビームの拡大倍率を変えることで照射範囲を制限する方法、第２はフーリエ変換面に入射する回折光のうち小さい角度の回折光に絞る絞りを設けてフーリエ変換レンズ３１のＮ．Ａ．を小さくする方法が考えられる。
【００５２】
以上の方法のいずれかを選択することにより、特定のパターン領域の回折光パターンだけをフーリエ変換面に形成することが可能となる。その結果、特定のパターン領域からの回折光パターンに対応した遮光パターンを空間フィルタ３２として設定することが可能となり、特定のパターン領域における欠陥を高感度に検査することが可能となる。
【００５３】
また、空間フィルタ３２としては、図２２に示すように、互に逆巻きのバネ１６１とバネ１６２との間に板状又は棒状の遮光部材１６３を並べて構成されたピッチ可変フィルタ１６０で構成しても良い。このフィルタ１６０の場合、フック１６４間の距離を変えることによって遮光部材１６３のピッチを可変し、図２３に示すような遮光パターンで図２１（ｂ）に示す回折光パターンＦＰ１、ＦＰ３を遮光することが可能である。勿論、図２１（ｂ）に示す回折光パターンＦＰ２を遮光する場合には、図２２に示す空間フィルタ１６０を２つ重ねて互いの遮光部材１６３が直交するように設置すれば良い。
【００５４】
また、空間フィルタ３２としては、図２４及び図２５に示すように任意のパターンを形成できる液晶フィルタ１８０で構成することも可能である。図２４は線状の遮光パターンを形成した場合を示し、図２５は鎖線状の遮光パターンを形成した場合を示す。
【００５５】
また、空間フィルタ３２として、複数種類の遮光パターンに印刷されたものを切り替えて使用することも可能である。
【００５６】
次に、偏光板２３を用いた偏光スリット状ビームの斜方照射と、光学フィルタ群３４における偏光フィルタ（検光子）を用いた偏光検出との実施例について説明する。図２６は、ウエハ上に形成された透明膜において、Ｓ偏光とＰ偏光とにおける照射角度（仰角α、β）と透過率との関係を示す。仰角α、βが５〜１５度程度で比較した場合、Ｐ偏光の方がＳ偏光に比べて透過率は高くなっている。そのため、図２７及び図２８に示すように、透明膜上の異物等の欠陥を検出するためにはＳ偏光の方が強い信号が得られて優れ、下層上の異物等の欠陥を検出したい場合はＰ偏光の方が強い信号が得られて優れている。その結果、図２８に示すように、Ｓ偏光照明時に欠陥から検出される信号とＰ偏光照明時に欠陥から検出される信号同士を比較することによって、表層欠陥なのか、下層欠陥なのかを弁別することが可能となる。
【００５７】
一方、偏光板２３を用いてＳ偏光でスリット状ビーム９０を照射した場合、繰り返しパターンからはＳ偏光成分が戻ってき、異物等の欠陥からはＳ偏光成分とＰ偏光成分が混ざってくるため、偏光フィルタ（検光子）３４でＳ偏光成分を遮光することによって、異物等の欠陥から得られるＰ偏光成分をイメージセンサ３６で受光して欠陥を示す信号が検出できることになり、表層欠陥を高感度で検出できることになる。
【００５８】
他方、偏光板２３を用いてＰ偏光でスリット状ビーム９０を照射した場合、繰り返しパターンからはＰ偏光成分が戻ってき、異物等の欠陥からはＰ偏光成分とＳ偏光成分が混ざってくるため、偏光フィルタ（検光子）３４でＰ偏光成分を遮光することによって、異物等の欠陥から得られるＳ偏光成分をイメージセンサ３６で受光して欠陥を示す信号が検出できることになり、下層欠陥を高感度で検出できることになる。
【００５９】
次に、搬送系１０について説明する。ステージ１１、１２は試料設置台１４をＸＹ平面に移動させるためのステージであり、照射光学系２０の照射エリアにウエハ（被検査対象基板）１全面を移動させることができる機能を持つ。また、ステージ１３はＺステージであり、検出光学系３０の光軸方向（Ｚ方向）に試料設置台１４を移動させることができる機能を持つ。また、試料設置台１４は、ウエハ１を保持するとともに、ウエハ１を平面方向に回転させる機能を持つ。また、ステージコントローラ１５はステージ１１、１２、１３、試料設置台１４を制御する機能を持つ。
【００６０】
次に、合焦点制御系６０の具体的な実施例について図２９、図３０を用いて説明する。図２９（ａ）は光源６１から出射した光を導く光ファイバ６１ａとミラー６６との間の縞パターン６２の投影光路を示し、図２９（ｂ）（ｃ）はミラー６６から反射してリニアセンサ６８までの反射光路を示す。図３０はウエハ１ａ上に投影される縞パターン６２０と、照射されるスリット状ビーム９０，９０'との関係を示す図である。縞パターン６２０は、スリット状ビーム９０，９０'を跨いでＸ軸方向に傾けて投影される。このように合焦点制御系６０は、ウエハ１ａの表面に投影された縞パターン６２０の正反射縞パターンを結像レンズ６５によってミラー６６上に結像させ、該結像した正反射縞パターンをミラー６６で反射させて再びウエハ１ａの表面に投影し、その正反射縞パターンを結像レンズ６７に結像させ、該結像した正反射縞パターン像をリニアセンサ６８で受光してウエハ表面の焦点ズレに応じた信号を出力するように構成される。従って、リニアセンサ６８から得られる焦点ズレに応じた信号に基づいて例えばＺステージ１３を制御することによって、オートフォーカスを実現することが可能となる。
【００６１】
次に、異物等の欠陥検査の処理動作の一実施例について図３１を用いて説明する。まず、自動または手動で複数のウエハが搭載されているウエハカセット（ＳＭＩＦなど）をセットする（Ｓ２９１）。その後、ウエハＩＤの確認をする（Ｓ２９２）。ウエハＩＤはウエハサイズ、品種、工程などが同定可能な固有ＩＤである。ウエハＩＤについては、製造ライン管理システムなどのデータベースから入力手段７１を用いて全体制御部７０に入力する。次に、全体制御部７０は、記憶装置７３に記憶された検査条件（レシピ）を入力されたウエハＩＤを元に選択する（Ｓ２９３）。次に、ウエハを装置内のステージ１１〜１４上にロードする（Ｓ２９４）。なお、ウエハ自体にウエハＩＤが刻印されている製品では、図３０で分岐して示しているように、１枚のウエハをロードする（Ｓ２９４）と、ロード中にウエハＩＤを認識し（Ｓ２９２）、その後、Ｓ２９３でレシピを選択する方法も可能である。
【００６２】
次に、ステージ１１〜１４を移動させながら、ウエハアライメント光学系（図示せず）を用いてウエハ上に形成されたアライメントマークの位置を検出し、該検出した位置を基準位置に位置合せをしてウエハのアライメントを行う（Ｓ２９５）。
【００６３】
次に、異物等の欠陥検査に移る。欠陥検査においては、全体制御部７０は、複数用意されたレシピの内の所定のレシピに基づいて、即ち特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、異物検出感度に基づき光量調整フィルタ（光量減衰フィルタ）２２に対するウエハに照射する照射光量を設定し（Ｓ２９６）、図２７及び図２８で説明したように、例えば表層上或いは下層上の欠陥を検出するかに応じて偏光板２３に対するウエハに照射する偏光を設定し（Ｓ２９７）、切替傾斜ミラー２６０４，２６２４の切り替えに基くウエハへの照射角度α、β、照射光学系２００ａ〜２００ｃの何れを用いるかの選択である照射方向及び可干渉性低減光学系２５５を用いるかどうかの選択を設定し（Ｓ２９８）、図１４に示すように、絞り（図示せず）又はビーム拡大光学系２４等による拡大されるビーム幅（照度１３．５％の幅）によって決まる検出視野（ＴＤＩセンサ３６で受光する長方形の長手方向の幅）２１０のサイズを設定し（Ｓ２９９）、チップ内のパターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に応じた空間フィルタ３２の遮光パターンを設定し（Ｓ３００）、上記照射する偏光に合うように偏光フィルタ（検光子）３４をＰ偏光か、Ｓ偏光かのいずれかに設定をする（Ｓ３０１）。その他、全体制御部７０は、検出光学系３０が検出倍率を可変に構成した場合には、検出倍率を設定することになる。以上により、全体制御部７０は、ウエハＩＤに基づいて、照射光学系２０及び検出光学系３０に対してレシピである照射条件及び検出条件が設定されることになる。
【００６４】
その後、実際の欠陥検査動作に移り、図３０に示すように、合焦点制御系６０によりウエハ表層にオートフォーカスをかけながら（Ｓ３１０）、スリット状ビーム９０，９０'を照射しながらステージを走行してウエハ１ａをＸ軸方向に移動して検出視野２１０の画像をＴＤＩセンサで構成されたイメージセンサ３６で撮像して取得する（Ｓ３１１）。オートフォーカス、ステージ走行と平行して、画像処理部４０において信号処理をすることにより異物等の欠陥を抽出する（Ｓ３１２）。
【００６５】
欠陥検査が終了すると、全体制御部７０はモニタ７２に検査結果を表示し、記憶装置７３への検査データの保存およびサーバなどへの転送をする（Ｓ３２０）。その後、必要に応じて、レビュー光学顕微鏡８０を用いて異物等の欠陥をレビューし（Ｓ３２１）、ウエハをアンロードし（Ｓ３２２）、一連の検査シーケンスを終了する。
【００６６】
次に、画像処理部４０の具体的実施例について図３２を説明する。画像処理部の具体的実施例については、特開２００４−１７７２８４号公報に記載されているので、簡単に説明する。画像処理部４０は、Ａ／Ｄ変換器４１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部４２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部４３、上記データ記憶部４２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０と閾値算出処理部４３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））４３０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部４４ａ〜４４ｎ、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路４５、該特徴量算出回路４５から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を分類する各種欠陥に分類する統合処理部４６、および結果表示部７２から構成される。異物検出処理部４４ａ〜４４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部４４１ａ〜４４１ｎ、４４２ａ〜４４２ｎ、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎ、および検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎを備えて構成される。
【００６７】
特に、本発明においては、異物検出処理部４４ａ〜４４ｎ、特徴量算出回路４５、および統合処理部４６を特徴とする。
【００６８】
次に動作を説明する。まずイメージセンサ３６で得られた信号をＡ／Ｄ変換器４１でデジタル化する。この検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０をデータ記憶部４２に保存すると共に、閾値算出処理部４３に送る。閾値算出処理部４３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４３０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路４４１、４４２で処理された信号を基に、異物検出処理回路４４３で異物を検出する。検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部４４４により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部４４ａ〜４４ｎの、画素マージ回路４４１ａ〜４４１ｎ、４４２ａ〜４４２ｎ、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎ、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路４５で特徴量（例えば、高角度照射（中角度照射も含む）により得られた散乱光量、低角度照射により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部４６で統合し、結果表示部７２に検査結果を表示する。
【００６９】
以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器４１はイメージセンサ３６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部４２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。次に、閾値算出処理部４３について図３３を用いて説明する。図３３は、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されている閾値算出処理部４３の一実施例を示した図である。閾値算出処理部４３は、参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る遅延回路部４３１、検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）と参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）との差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）を算出する差分回路部４３２、最大最小値除去部４３３、差分信号の二乗値を算出する二乗値算出部４３４、該二乗値の和を算出する二乗値の和の算出部４３５、差分信号の和を算出する信号の和の算出部４３６、入力信号数のカウント部４３７、標準偏差を算出する標準偏差算出部４３８、平均値を算出する平均値算出部４３９、カウント部４３７でカウントした入力信号数を基に係数（ｎ）を算出する係数算出部４４０、閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４３０を算出する閾値算出部４４１、データ記憶部４４２で構成されている。
【００７０】
次に動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器４１で得られた検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）は、遅延回路部（遅延メモリ部）４３ａと差分回路部４３ｂに入力され、差分回路部４３ｂで差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）にする。（ｉ，ｊ）は、チップ比較の場合、チップ内の画素座標とする。ここで、遅延回路部４３ａは、ウエハ等の被検査対象基板上の回路パターンの繰返しピッチ分だけ信号を遅延させて参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る回路である。遅延回路部４３ａはウエハ上の１チップ分の信号を遅延させる回路であれば良い。ただし、必ずしも１チップ分である必要はなく、検査対象に応じて、複数チップ単位で繰返しが存在するウエハに対しては、複数チップ分を遅延させれば良いし、ＤＲＡＭ製品等でチップ内に繰返しパターンが存在する場合は、その繰返し分だけ遅延させるようにしても良い。これらの信号遅延量は、ＣＰＵ等の命令により変更できるようにしておく。
【００７１】
次に、差分回路部４３ｂで処理された差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）は、データ記憶部４３ｌに格納される。二乗値算出部４３ｄでは差分信号ΔＳの二乗値（ΔＳ２）を算出し、二乗値の和の算出部４３ｅでは差分信号の二乗値の和（ΣΔＳ２）を算出する。和の算出部４３ｆでは、差分信号ΔＳの和（ΣΔＳ）を算出する。カウント部４３ｇでは、入力信号数ｎの値を算出する。ここで、最大最小値除去部４３ｃは、複数個の入力データから最大値と最小値を求め、入力データ群から最大値と最小値を除く機能を持つ。以上の処理で算出した値を用いて、標準偏差値算出部４３ｈで入力データの標準偏差値（σ（ΔＳ）＝√（ΣΔＳ２／ｎ−ΣΔＳ／ｎ））を算出し、平均値算出部４３ｉで入力データの平均値（μ（ΔＳ）＝ΣΔＳ／ｎ）を算出する。さらに、係数算出部４３ｊでは、入力データ数ｎに対応した閾値を設定するための係数（倍率）ｋを算出する。
【００７２】
以上説明した値を用いて閾値算出部４３ｈで閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４３０を算出する。閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））は、平均値算出部４３ｊの算出値をμ（ΔＳ）、標準偏差値算出部４３ｈの算出値をσ（ΔＳ）、係数算出部４３ｊの算出値又は設定値をｋ、検証用の係数をｍ（ｍは１より小さいものとする。）とすると、次の（１）式を用いて算出される。
【００７３】
Ｔｈ（Ｈ）＝μ＋ｋ×σ 若しくは Ｔｈ（Ｌ）＝μ−ｋ×σ または
Ｔｈ（Ｈｍ）＝ｍ×（μ＋ｋ×σ） 若しくは Ｔｈ（Ｌｍ）＝ｍ×（μ−ｋ×σ） （１）
このように、閾値算出部４３ｋで算出された閾値画像｛検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））、検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））｝をデータ記憶部４３ｌに記憶させ、データ記憶部４３ｌから閾値画像データとして出力してもよい。また、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎから設定された領域毎に閾値画像データを変更してもよい。要するに、データ記憶部４３ｌには、閾値マップを作成して記憶することが可能である。また、ある領域において検出感度を低くするには、その領域における閾値を高めれば良い。
【００７４】
次に、信号の画素マージ回路部４４１、４４２について図３４を用いて説明する。画素マージ回路部４４１ａ〜４４１ｎ、４４２ａ〜４４２ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。マージオペレータ１５０４は、データ記憶部４３ｌから得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０と、および閾値算出処理部４３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる差分閾値画像信号４３０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。ここで、画素マージ回路部４４１ａ、４４２ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部４４１ｂ、４４２ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部４４１ｃ、４４２ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部４４１ｎ、４４２ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号４１０、４３０をそのまま出力する。
【００７５】
閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部４４１ａ〜４４１ｎからは、検出画像信号４１０が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４４１１ａ〜４４１１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ）（検出閾値ａ）４３０（１），Ｔｈ（Ｈｍ）（検証閾値ａ）４３０（２），Ｔｈ（Ｌｍ）（検証閾値ｂ）４３０（３），Ｔｈ（Ｌ）（検出閾値ｂ）４３０（４））４３０が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４２１ａ（４４２０ａ（１）〜４４２０ａ（４））〜４４２０ｎ（４４２０ｎ（１）〜４４２０ｎ（４））として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００７６】
ここで、画素をマージする効果を説明する。本発明の異物検査装置では、必ずしも微小異物だけではなく、数μｍの範囲に広がった大きな薄膜状の異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないために、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。そこで、１画素平均の検出画像信号レベルをＳとし、平均のばらつきをσ／ｎとすると、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、検出画像信号レベルはｎ２×Ｓとなり、ばらつき（Ｎ）はｎ×σとなる。従って、ＳＮ比はｎ×Ｓ／σとなる。他方、薄膜状異物について１画素単位で検出しようとすると、検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるため、ＳＮ比は、Ｓ／σとなる。従って、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、ＳＮ比をｎ倍向上させることができる。
【００７７】
１画素単位程度の微小異物については、１画素単位で検出される検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるので、ＳＮ比はＳ／σとなる。仮に、１画素単位程度の微小異物についてｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすると、検出画像信号レベルはＳ／ｎ２となり、ばらつきはｎ×σとなるため、ＳＮ比はＳ／ｎ３／σとなる。従って、１画素単位程度の微小異物については、画素単位の信号そのままの方が、ＳＮ比として向上が図れる。
【００７８】
また、本実施例で説明したマージオペレータの機能は、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する実施例で説明したが、ｎ×ｎ画素の最大値や最小値、または中央値を出力しても良い。中央値を用いた場合は、安定した信号が得られる。さらに、出力値としてｎ×ｎ画素の平均値に特定の値を乗算または除算した値としても良い。
【００７９】
次に、異物検出処理回路４４３の具体的実施例に付いて図３５を用いて説明する。図３５においては、１×１画素をマージする画素マージ回路部４４１ａおよび画素マージ回路部４４２ａ並びにｎ×ｎ画素をマージする画素マージ回路部４４１ｎおよび画素マージ回路部４４２ｎについて示す。そして、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎは、各マージオペレータに対応させて、差分回路４４３１ａ〜４４３１ｎから得られるマージ処理差分信号４７１ａ〜４７１ｎとマージ処理閾値信号４４２０ａ（１）〜４４２０ａ（４）・・・４４２０ｎ（１）〜４４２０ｎ（４）との大小を比較する比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎと、異物の検出場所を特定する検出場所判定処理部４４３３ａ〜４４３３ｎとで構成される。比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎには、画素マージ回路４４１ａ〜４４１ｎから得られる画素マージされた検出画像信号について、繰り返される例えばチップ分遅延させる遅延メモリと、上記画素マージされた検出画像信号４４１０ａ〜４４１０ｎと上記遅延メモリによって遅延された画素マージされた参照画像信号との差分信号を形成する差分処理回路４４３１ａ〜４４３１ｎとが設けられている。従って、比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎは、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎの画素マージ回路Ｍ１〜Ｍ４から得られるマージ処理閾値画像Ｔｈ（Ｈ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｈｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌ）（ｉ，ｊ）とを比較する回路であり、例えば、マージ処理差分検出信号４７１ａ〜４７１ｎがマージ処理閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）よりも大きければ異物として判定する機能を持つ。本実施例では、閾値を４種類用意し、マージオペレータ毎に、マージ処理閾値画像４３０（１）〜４３０（４）に対し、比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎで異物の判定処理を行う。検出場所判定処理部４４３３ａ〜４４３３ｎにおける検出場所判定処理は、信号処理によって検出された異物または欠陥が存在するチップの特定を行う処理である。本処理の考え方は、異物または欠陥を検出するための検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））と、該検出閾値よりも値の小さい閾値である検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））で検出した結果を用いて、異物または欠陥が検出されたチップを特定する。
【００８０】
次に、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎについて説明する。検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎは、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部４３の閾値算出部４３ｋから得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。
【００８１】
ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。
【００８２】
次に、統合処理部４６およびその検査結果表示部７２について説明する。統合処理部４６では、画素マージ回路４４１、４４２で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路４５で算出した特徴量と異物検出結果を統合し、結果表示部７２に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。
【００８３】
まず、特徴量算出回路４５について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路４５は、上記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明・上方検出、低角度照明・上方検出及び低角度照明・斜方検出によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウエハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。
【００８４】
次に、統合処理部４６でのＤＦＣの実施例について説明する。即ち、統合処理部４６は、各種画素マージされた異物検出信号が入力されているので、図３６に示すように、異物を、「大異物」、「微小異物」、「高さの低い異物」として分類することが可能となる。図３７は、上記分類結果を含んだ検査結果の表示の実施例を示す。上記検査結果の表示は、検出場所判定処理部４４３３ａ〜４４３３ｎから得られる異物の位置情報２５０１、統合処理部４６から得られる分類結果のカテゴリ情報２５０２およびカテゴリ毎の異物数２５０３で構成される。本実施例は、異物の位置情報２５０１で異物の位置を示すと共に、表示記号により分類カテゴリも併せて表示した例である。また、各記号の分類カテゴリの内容は、分類結果カテゴリ情報２５０２に示している。また、カテゴリ毎の異物数２５０３は各カテゴリに分類された個数を表している。このようにカテゴリ毎に表示を変えることによって、各異物の分布が一目でわかるという利点がある。
【００８５】
次に、本発明に係る異物のサイズ測定方法の実施例について説明する。本方法は、異物サイズとイメージセンサ３６で検出される光量には比例関係があることを利用した方法である。つまり、特に異物が小さい場合、Ｍｉｅの散乱理論に従い、検出光量Ｄは異物サイズＧの６乗に比例するという関係がある。従って、特徴量算出回路４５は、検出光量Ｄ、異物サイズＧ、および比例係数εを基に、次に示す（２）式で異物サイズを測定し、統合処理部４６に提供することができる。
【００８６】
Ｇ＝ε×Ｄ（１／６） （２）
なお、比例係数εは、予め、サイズが既知の異物からの検出光量から求めておいて入力しておけば良い。
【００８７】
微小異物の検出光量Ｄの算出方法としては、異物信号部の各画素値の和を計算する。また、異物信号部の飽和部をガウス分布近似で補正することにより、検出光量Ｄの算出精度を向上することにある。なお、本実施例では、検出光量として異物信号部の信号和の値を用いたが、必ずしも信号和である必要はなく、異物信号部の最大値でも良い。利点としては、最大値を用いた場合は電気回路規模を小さくできることであり、信号和を用いた場合は信号のサンプリング誤差を低減でき、安定した結果が得られることである。
【００８８】
次に、統合処理部４６で行う異物又は欠陥の分類の他の実施例を図３８及び図３９を用いて説明する。図３８は、統合処理部４６が検査を２回行った結果を基に異物を分類するシーケンスを示している。
【００８９】
まず、第１の検査条件にてウエハ１を検査する（Ｓ２２１）。第１の検査で、異物検出処理回路４４３から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路４５から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２２）。次に、第１の検査条件とは違う第２の検査条件にてウエハ１を検査し（Ｓ２２３）、第２の検査で、異物検出処理回路４４３から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路４５から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２４）。この時、第２の検査条件としては、たとえば、第１の検査条件がウエハ表面に近い角度から照明光を照射した場合（低角度照明の場合）は、第２の検査条件としては、ウエハ面の法線に近い角度から照明光を照射する条件（高角度照明条件）を選択すると良い。また、第２の検査条件にてウエハ１を検査する場合は、第２の検査条件での異物検出の有無に係らず、第１の検査条件で異物が検出された座標での特徴量を記憶する。
【００９０】
次に、前記得られた第１の検査結果の座標データと、前記得られた第２の検査結果の座標データを比較し（Ｓ２２５）、座標が近い異物を同一物と見なし、それぞれの特徴量から分類を行う（Ｓ２２６）。ここで、座標データが近いことを判断する方法の一実施例とし
ては、第１の検査結果から得られる座標データをｘ１およびｙ１、第２の検査結果から得られる座標データをｘ２およびｙ２、比較半径をｒとすると、次の（３）式に当てはまるデータを同一物と判断すれば良い。
【００９１】
（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２＜ｒ２ （３）
ここで、ｒは０または、装置に付随する誤差分を考慮した値にすれば良い。測定方法としては、例えば、数点の異物の座標データで（３）式の左辺の値を計算し、その平均値と標準偏差値から、（４）式で算出した値をｒに設定すれば良い。
【００９２】
ｒ２＝平均値＋３×標準偏差 （４）
なお、本実施例では、２回検査を行う例を説明したが、特徴量の種類（例えば検出画素数：欠陥の面積Ｑに相当する）を増やした方が分類性能の向上が図れる場合は、３回以上検査を行って異物の特徴量（検出画素数）を取得しても良い。
【００９３】
次に、検査結果統合処理部４６で行う異物又は欠陥の分類の更に他の実施例について図３９を用いて説明する。図３９は１回検査を行い、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いて分類する実施例のシーケンスを示している。まず、第１の光学条件でウエハ１に対して検査を行い（Ｓ２４１）、異物検出処理回路４４３から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路４５から得られた各異物の特徴量も保存しておく（Ｓ２４２）。次に、本発明の異物検査装置の光学条件を変える。これは、例えば、照明光学系の照射角度や照明方向、検出光学系による検出方向（上方や斜方）である。また、検出光学系の倍率を変えても良く、光学フィルタを変えても良い。以上のような変更を加えた条件を第２の光学条件とする。光学条件を第２の光学条件に変更した後、前記保存しておいた異物の座標の位置に搬送系３０でウエハ１を動かし、第２の光学条件で、イメージセンサ３６で検出してＡ／Ｄ変換して得られる検出画像信号を基に特徴量算出回路４５において異物の特徴量を算出する（Ｓ２４３）。さらに、第３の光学条件で特徴量を算出する場合も同様に行う（Ｓ２４４）。この時、第１の光学条件、第２の光学条件、第３の光学条件はそれぞれ違う条件であることが望ましい。
【００９４】
分類方法の考え方について図４０を用いて説明する。図４０は３種類の特徴量を３軸に設定した特徴量空間である。３軸の内容としては、例えば、特徴量１が第１の光学条件（例えば高角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｈ））であり、特徴量２が第２の光学条件（例えば低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｌ））、また、特徴量３が第３の光学条件（例えば第１の光学条件である高角度照明および第２の光学条件である低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば検出画素数：欠陥の平面的な面積Ｑ）である。この特徴量空間において、（分類カテゴリ数−１）個の分類境界を設定する。図４０は、３種類の特徴量から３種類の分類を行う例であるので、分類境界は２個以上あれば良い。
【００９５】
特に、３種類の特徴量として、高角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｈ）、低角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｌ）、上記高角度照明時における欠陥の検出画素数および上記低角度照明時における欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも、３つのカテゴリ（異物欠陥、キズ欠陥、回路パターン欠陥）に分類することが可能となる。しかも、特徴量として、欠陥の検出画素数（欠陥の平面的な面積Ｑ）をとっているので、異物欠陥のカテゴリを大異物と小異物とに分類することも可能となる。
【００９６】
また、３つの特徴量として、高結像倍率における欠陥からの散乱光量、低結像倍率における欠陥からの散乱光量、欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも大異物欠陥のカテゴリと小異物欠陥のカテゴリとに容易に分類することが可能となる。また、光検出器６４０から得られる欠陥画像の特徴量から透明膜上の微小異物やスクラッチ（キズ欠陥）等の欠陥を分類することが可能となる。
【００９７】
さて、図４０は、分類境界４５０１、４５０２を設定した例である。分類方法としては、まず、上述の３つの特徴量を図４０の特徴量空間にプロットする（Ｓ２４５）。そして、分類境界４５０１，４５０２によって分けられた領域に属する異物を、それぞれカテゴリ（例えば異物欠陥）ａ、カテゴリ（例えばキズ欠陥）ｂ、カテゴリ（例えば回路パターン欠陥）ｃとして分類する（Ｓ２４６）。図４０では、３０個程度の欠陥を、カテゴリａ、カテゴリｂ、カテゴリｃに分類し、それぞれのカテゴリに分類された欠陥の表示記号を変えた例である。つまり、カテゴリａに分類されたもの（例えば異物欠陥）は「○」、カテゴリｂに分類されたもの（例えばキズ欠陥）は「▲」、カテゴリｃに分類されたもの（例えば回路パターン欠陥）は「×」で表示している。
【００９８】
また、分離率を表示することもユーザが分離性能を容易に把握できるため有効である。ここで、分離率とは、例えば、分離境界によって分離された領域内に同一カテゴリの異物がどの程度含まれているかを表示すれば良い。
【００９９】
なお、本実施例では、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いた場合について説明したが、必ずしも３種類に限定する必要はなく、複数種類の光学条件で特徴量を算出する場合や１種類の光学条件で複数の特徴量を取得できる場合に用いることができる。
【０１００】
次に、全体制御部７０が例えば表示手段７２に表示する画像処理部４０から得られる検査結果の表示に関する別の実施例について説明する。図４１は、検出した異物または欠陥の位置情報３８０１と、異物または欠陥の検出個数３８０２、検出した異物または欠陥サイズのヒストグラム３８０３で構成されている。なお、本実施例では欠陥としてキズを検出した場合を示している。さらに、グラフ３８０３は異物またはキズの検出個数とサイズのヒストグラムである。本発明の欠陥検査装置での検出物をこのように表示することにより、異物または欠陥の分布が一目でわかる。
【０１０１】
図４２は、検出物（異物又は欠陥）の検出位置を示した検査マップ３９０１、検出物のサイズのヒストグラム３９０２、異物のレビュー像３９０３で構成されている。本実施例では、検査マップ３９０１とヒストグラム３９０２については、検出した検出物の全数または一部を表示した例である。また、レビュー像３９０３は検出物のサイズ毎にサンプリングし、その検出物のレビュー像を表示する例であり、本実施例では０．１μｍ以上１μｍ未満の異物のレビュー像を６個、１μｍ以上の異物のレビュー像を６個表示した場合を示している。ここで、レビュー像３９０３はレビュー光学顕微鏡８０によって得られる像でも良い。レーザ光による像を表示する場合、画像を検査中に記憶装置７３等に残しておけば、検査直後に表示ができ、検出物の確認を迅速に行うことができる利点がある。また、レビュー光学顕微鏡８０による像を表示する場合は、前記サンプリングされた検出物の座標を基に、検査後に観察画像を取れば良く、レーザ光による像に比べて鮮明な像が得られる。特に、１μｍ未満の異物または欠陥を観察する場合は、光源に紫外線を用いた、解像度の高い顕微鏡が望ましい。
【０１０２】
また、前記レビュー像３９０３で表示した検出物の位置を検査マップ３９０１上に併せて表示しても良く、レビュー像３９０３には検出物の検出番号を併せて表示しても良い。また、本実施の形態では、表示するレビュー像が６個ずつの場合で説明したが、６個に限定する必要は無く、検出した異物または欠陥を全数表示しても良いし、検出個数に対し、一定割合の個数分だけ表示しても良い。
【０１０３】
また、検出物を異物とキズとに分類して表示し、分類の正解率も併せて表示してもよい。
【０１０４】
次に、全体制御部７０などにおいて実行される検査条件（検査レシピ）設定等について図４３〜図４５を用いて説明する。図４３は、検査条件（検査レシピ）を設定するためのフローを示す図である。まず、全体制御部７０において検査実行前に行われる検査条件（検査レシピ）の設定は、被検査対象に合わせるチップレイアウト設定（Ｓ２１１）と、被検査対象の回転合わせ（Ｓ２１２）と、検査領域設定（Ｓ２１３）と、光学条件設定（Ｓ２１４）と、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）と、検出光量設定（Ｓ２１６）と、信号処理条件設定（Ｓ２１７）とで構成される。なお、Ｓ２１８は、実際の検査の実行である。
【０１０５】
次に、全体制御部７０が実行する各設定について説明する。まず、チップレイアウト設定（Ｓ２１１）は、全体制御部７０において、ＣＡＤ情報等により、画像処理部４０などに対してチップサイズやウエハ上のチップの有無を設定することである。このチップサイズは、比較処理を行う距離であるため設定が必要である。次に、回転合わせ設定（Ｓ２１２）は、全体制御部７０が搬送系１０に対して制御する、ステージに載置されたウエハ１上のチップの並び方向とイメージセンサ３６の画素方向とを平行にする、つまり、回転ずれをほぼ「０」にするためにウエハ１を回転させるための設定である。この回転合わせを行うことにより、ウエハ１上の繰返しパターンが一軸方向に並ぶため、チップ比較信号処理を容易に行うことができる。次に、検査領域設定（Ｓ２１３）は、全体制御部７０が画像処理部４０に対して制御する、ウエハ上の検査を行う場所の設定や、検査領域における検出感度の設定を行うことである。この検査領域設定（Ｓ２１３）を行うことにより、ウエハ上の各領域を最適な感度で検査することができる。
【０１０６】
次に、光学条件設定（Ｓ２１４）は、全体制御部７０が照射光学系２０や変検出光学系３０に対して制御する、ウエハ上に照射するスリット状ビーム９０，９０'の照射方向や照射角度及び可干渉性低減光学系２５３を選択したり、検出光学系３０の倍率を選択することである。選択方法としては、例えば、図４４に示すような光学条件設定ウィンドウで設定すれば良い。該光学条件設定画面は、照明光学系の照明方向条件３００１と照明光学系の照明角度条件３００２と検出光学系条件（検出方向である上方か斜方かも含まれる）３００３で構成されている。図４４では、照明方向条件３００１として３種類、照明角度条件３００２として３種類、さらに、検出光学系条件３００３は２種類の選択を行えるようにした例である。本異物検査装置のユーザは、条件３００１、３００２、３００３の内容を見て、適切な条件を選択すればよい。例えば、被検査対象１が金属膜デポジション工程のウエハで、表面の異物を高感度に検査したいならば、照明方向条件３００１の条件の「デポ工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「上方検出（倍率可変）：高感度検査」を選択すれば良く、これらの選択を行った例が図４４である。また、被検査対象１が酸化膜の異物やスクラッチ等の欠陥を高感度に検査したい場合には、照明方向条件３００１の条件の「ＣＭＰ後工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「斜方検出：高速検査」を選択すれば良い。
【０１０７】
次に、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）は、全体制御部５０が検出光学系２００等に対して制御する、図２に示す空間フィルタ３２や偏光フィルタ２４ｂを設定することである。この空間フィルタ２２は、ウエハに製作された繰返しパターンからの反射回折光を遮光するためのフィルタであるので、繰返しパターンが存在するウエハに対しては設定した方が良いが、繰返しパターンが無いウエハに対しては設定する必要はない。また、偏光素子２４ｂは配線パターンのエッジが直角に近い状況でエッチングされている場合に用いると効果的である。
【０１０８】
次に、検出光量設定（Ｓ２１６）は、全体制御部７０が照射光学系２０又は検出光学系３０に対して制御する、イメージセンサ３６に入射する光量を調整する工程である。ウエハに製作された回路パターンからの反射散乱光は、そのパターン形状により散乱される成分が変わる。具体的には、ウエハ表面が平らな場合は、散乱光はあまり発生せず、ほとんどが正反射光となる。それに対し、ウエハ表面の凸凹が大きい場合は、散乱光が多く発生する。従って、回路パターンからの反射散乱光はウエハ表面の状態、つまり、デバイス製造工程によって変わるわけである。しかしながら、イメージセンサ３６のダイナミックレンジが存在するため、このダイナミックレンジに合わせた光量を入射するように調整するのが望ましい。例えば、ウエハの回路パターンからの反射散乱光量がイメージセンサ３６のダイナミックレンジの１／１０程度になるように調整するのが望ましい。ここで、イメージセンサ３６へ入射する光量の調整方法としては、光量調整フィルタ２２で出力光量を調整しても良いし、ＮＤフィルタ３４で調整しても良い。
【０１０９】
次に、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は、全体制御部７０が画像処理部４０に対して制御する、異物等の欠陥の検出条件の設定を行うことである。
【０１１０】
以上の設定が終了した後、検査工程（Ｓ２１８）で検査を行えば、ユーザが所望の条件で検査を行うことができる。
【０１１１】
ただし、本実施例で説明した内容を設定する方法としては、例えば、被検査対象の設計情報から人手で入力しても良いし、本発明の異物検査装置に付属の入力アシスト機能を用いて入力しても良く、また、上位システムからネットワークを介して情報を取得しても良い。
【０１１２】
さらに、上述した設定のうち、検査領域設定（Ｓ２１３）、光学条件設定（Ｓ２１４）、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）、検出光量設定（Ｓ２１６）、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は必ずしも被検査対象によっては変更する必要はなく、被検査対象に依らず一定値でも良い。一定値にした場合、検査条件を設定する時間を短縮することができるが、高感度にするためには、各条件をチューニングするのが望ましい。また、検査領域設定（Ｓ２１３）は必ずしも光学条件設定（Ｓ２１４）の前に行う必要はなく、検査工程（Ｓ２１８）の前までに設定すれば良い。
【０１１３】
以上説明した内容を設定する画面の例を図４５に示す。図４５は、条件設定シーケンス４３０１、各設定内容の詳細条件４３０２、設定内容表示変更ボタン４３０３、ヘルプボタン４３０４で構成されている。
【０１１４】
次に詳細について説明する。まず、条件設定シーケンス４３０１は、本発明の異物検査装置における検査条件の設定の流れを示している。ユーザは条件設定シーケンス４３０１の「チップレイアウト設定」から順に条件を設定すれば良い。
【０１１５】
条件設定シーケンス４３０１の特徴は、条件設定の流れを矢印４３０５で示すことにより、ユーザが設定順序を間違えることなく、最短の順序で設定できるようにしていることである。また、別の特徴として、必ず設定すべき項目と必ずしも設定する必要の無い項目、つまり、既定値で良い項目に分けていることである。表示を分けることにより、最小限の設定項目が分かり、ユーザがすぐ検査結果が必要な場合は、設定必須項目のみ設定して検査すれば良く、また、検出感度をチューニングしたい場合は、設定必須ではない項目について条件を設定すれば良いため、ユーザの要望に応じて条件設定の度合いを変えることができる。例えば、ボタン４３０６は枠を３重で示すことにより、必ず設定すべき項目であることを示し、また、ボタン４３０７は枠を１重で示すことにより、設定の必要性が低い項目であることを示した実施例である。さらに、別の特徴として、ユーザが現在どの項目を設定しているかを明示することである。例えば、ボタン４３０８はボタンに影をつけることによって、ボタン４３０６、４３０７と区別している。このように、現在の場所を明示することによって、残りの設定項目数が一目で分かる利点がある。
【０１１６】
なお、本実施例では図４３で説明したシーケンスに、オプション条件設定４３０９を追加した例である。このオプション条件設定４３０９の内容は、例えば、異物のサイズ測定機能の条件設定や異物や欠陥の分類条件の設定である。
【０１１７】
次に、詳細条件４３０２は各条件項目の詳細を設定する画面である。項目の入力または選択方法としては、入力ボックス４３１０のようにキーボードで入力する場所を設けても良いし、入力アイコン４３１１のようにアイコンで入力項目を選択する方式にしても良い。なお、入力アイコン４３１１は３種類の入力項目に対し、それぞれアイコンで示し、該当アイコンを押すと別ウィンドウが出てきて、詳細の条件設定を行う例である。さらに、入力チェックボックス４３１２のように、必要な項目を選択する方法でも良い。
【０１１８】
また、設定内容表示変更ボタン４３０３は表示項目の変更またはカスタマイズを行うボタンである。例えば、ユーザがいつも設定したい項目や、設定内容数を増やしたい項目があった時に、この設定内容表示変更ボタン４３０３を使って変更できるようにする事により、ユーザは使いやすい画面することができ、検査条件をすばやく設定することができる。さらに、ヘルプボタン４３０４はユーザが設定方法や設定内容がわからなくなった場合に、ユーザを助ける情報を出力するボタンである。手法としては、各設定項目の内容を音声案内したり、操作方法をＭＰＥＧ等の動画で見せても良い。また、ネットワークや電話回線を通じて、オンラインで本発明の異物検査装置を製造したメーカの設計者と話ができるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明に係る被検査対象基板である半導体ウエハの一実施例を示す図である。
【図２】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る照射光学系において主光路と第１の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る照射光学系において主光路と第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図５】本発明に係る照射光学系において主光路と第１及び第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図６】本発明に係る照射光学系において主光路と第３の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図７】本発明に係る照射光学系において主光路と可干渉性低減光学系を設置した第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図８】本発明に係る照射光学系において可干渉性低減光学系を出入り可能に設置した主光路と第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図９】本発明に係るシリンドリカルレンズとミラーとで構成したスリット状ビームを照射する角度φ照射光学系の一実施例を光軸方向に展開して示した図である。
【図１０】本発明に係る（１／ｃｏｓφ）倍ビーム拡大光学系とシリンドリカルレンズとミラーとで構成したスリット状ビームを照射するＸ軸方向照射光学系の一実施例を光軸方向に展開して示した図である。
【図１１】本発明に係る可干渉性低減光学系とシリンドリカルレンズとミラーとで構成したスリット状ビームを照射する角度φ照射光学系の他の一実施例を光軸方向に展開して示した図である。
【図１２】本発明に係る可干渉性低減光学系に用いる光学部材群の一実施例を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は本発明に係るシリンドリカルレンズとミラーとで構成した角度φ照射光学系を用いてスリット状ビームをウエハ上に照射する状態を示す斜視図であり、（ｂ）はシリンドリカルレンズとミラーとで構成したＸ軸方向照射光学系を用いてスリット状ビームをウエハ上に照射する状態を示す斜視図である。
【図１４】本発明に係るレーザ光源から出射されるレーザビームのガウス強度分布と視野との関係を示す図である。
【図１５】本発明に係る角度φ照射光学系及びＸ軸方向照射光学系において傾斜ミラーを切り替えてスリット状ビームの照射を低角度と高角度とに切り替えて行う状態を示す図である。
【図１６】本発明に係る粒子状異物とスクラッチとにおいて低角度照射と高角度照射とによって生じる散乱光強度の違いを示す図である。
【図１７】本発明に係る低角度照射と高角度照射とによって生じる散乱光強度の違いに基づいて粒子状異物と薄膜状異物とスクラッチとを弁別できることの説明図である。
【図１８】本発明に係る検出光学系の一実施例を示す図である。
【図１９】本発明に係る検出光学系を傾けた場合の全体概略構成を示す図である。
【図２０】本発明に係る検出光学系を倍率可変に構成した実施例を示す図である。
【図２１】本発明に係るチップレイアウトと観察されるフーリエ変換像とその論理和とを示す図である。
【図２２】本発明に係るピッチ可変の空間フィルタの実施例を示す図である。
【図２３】図２２に示す空間フィルタにおける遮光パターンを示す図である。
【図２４】本発明に係る空間フィルタとして液晶フィルタを用いた場合の遮光パターンの一実施例を示す図である。
【図２５】本発明に係る空間フィルタとして液晶フィルタを用いた場合の遮光パターンの他の一実施例を示す図である。
【図２６】本発明に係るＰ偏光とＳ偏光とにおいて仰角と透明膜の透過率との関係を示す図である。
【図２７】本発明に係るＳ偏光照明とＰ偏光照明とによって表層欠陥と下層欠陥とに分類できる説明図である。
【図２８】表層欠陥と下層欠陥とにおいてＰ偏光照射時の強度とＳ偏光照射時の強度との関係を示す図である。
【図２９】本発明に係る合焦点制御系の光学系の一実施例を示す図である。
【図３０】本発明に係るウエハ上に投影された縞パターンとスリット状ビームと検出視野との関係を示す図である。
【図３１】本発明に係る欠陥検査の処理動作の一実施例を示す図である。
【図３２】本発明に係る画像処理部の一実施例を示す概略構成図である。
【図３３】本発明に係る閾値算出処理部の一実施例を示す構成図である。
【図３４】本発明に係る画像マージ回路を示す構成図である。
【図３５】本発明に係る異物検出処理部を示す構成図である。
【図３６】本発明に係るマージ処理による検出、未検出の関係の説明図である。
【図３７】本発明に係る検査結果の表示例を示す図である。
【図３８】本発明に係る異物または欠陥の分類に関する別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図３９】本発明に係る異物または欠陥の分類に関する更なる別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図４０】本発明に係る異物または欠陥の複数種類の特徴量から分類する方法を説明するための図である。
【図４１】本発明に係る異物または欠陥の分類結果とサイズ測定結果を併記した表示の例を示す図である。
【図４２】本発明に係る異物または欠陥のサイズ測定結果と異物または欠陥の観察画像を併記した表示の例を示す図である。
【図４３】本発明に係る欠陥検査装置において検査条件設定シーケンスを示す図である。
【図４４】本発明に係る光学条件設定画面を説明するための図である。
【図４５】本発明に係る検査条件設定画面を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１…被検査対象基板（ウエハ）、１ａ…半導体ウエハ、１ａａ…チップ、１０…搬送系（ステージ系）、１１…Ｘステージ、１２…Ｙステージ、１３…Ｚステージ、１４…θステージ、１５…ステージコントローラ、２０…照射光学系、２１…レーザ光源、２２…光量調整フィルタ、２３…偏光板、２４…主ビーム拡大光学系、２５…集光光学系、２６…ミラー群、２７…照明制御部、３０…検出光学系、３１…対物レンズ、３２…空間フィルタ、３３…結像光学系、３４…光学フィルタ群（偏光フィルタ（検光子）、ＮＤフィルタ）、３６…イメージセンサ（光検出器）、４０…画像処理部、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２…データ記憶部、４３…閾値算出処理部、４４…異物検出処理部、４５…特徴量算出回路、４６…統合処理部、５０…観察光学系、５１…ミラー、５２…分岐光学要素、５３、５４…観察光学系、６０…合焦点制御系、６２…縞パターン、６８…リニアイメージセンサ、６９…合焦点制御部、７０…全体制御部、７１…入力手段、７２…表示装置（ＧＵＩ画面）、７３…データ記憶部、８０…レビュー光学顕微鏡、８１…光源、８５…イメージセンサ、２００ａ…右側角度φ照射光学系、９０、９０'…スリット状ビーム、９０ａ…第１のスリット状ビーム、９０ｂ、９０ｂ'…第２のスリット状ビーム、９０ｃ…第３のスリット状ビーム、２００ｂ…左側角度φ照射光学系、２００ｃ…Ｘ軸方向照射光学系、２２０…主光路、２２１ａ…第１の光路、２２１ｂ…第２の光路、２２１ｃ…第３の光路、２３０…ビーム光束、２５１…シリンドリカルレンズ、２５１ａ…第１のシリンドリカルレンズ、２５１ｂ…第２のシリンドリカルレンズ、２５２…第３のシリンドリカルレンズ、２５３…（１／ｃｏｓφ）倍拡大光学系、２５５…可干渉性低減光学系、２５５１…ビーム拡大光学系、２５５２…光学部材群、２６０２、２６０５〜２６０７、２６１０、２６２０〜２６２２…ミラー、２６０３…ミラー、２６０３ａ…第１のミラー、２６０３ｂ…第２のミラー、２６２３…第３のミラー、２６０４…傾斜ミラー、２６０４ａ…第１の傾斜ミラー、２６０４ｂ…第２の傾斜ミラー、２６２４…第３の傾斜ミラー、２６１２…ハーフミラー、２６１１…板ガラス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象物を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程における異物等の欠陥の発生状況を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が、微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合にこの異物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。同様の液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。
【０００３】
また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が知られている。また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入力させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（特許文献１）において知られている。この従来技術１においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平６−２５８２３９号公報（特許文献２）、特開平８−２１０９８９号公報（特許文献３）、特開２０００−１０５２０３号公報（特許文献４）、特開２００４−９３２５２号公報（特許文献５）、特開２００４−１７７２８４号公報（特許文献６）及び特開２００４−１８４１４２号公報（特許文献７）が知られている。即ち、特許文献２及び特許文献７にはピッチ可変の空間フィルタを用いる点が記載されている。また、引用文献３には、レーザ光源から出射されたビームを分割してミラーとミラーとの組み合せによって互いの光路長を異ならしめて互に空間的インコヒーレントの複数の光束を得、該得られた複数の光束を基板上の所望の箇所に対して互に異なる入射角度で斜め方向から照射し、該照射による基板上の微小欠陥から生じる反射散乱光を検出光学系で集光して光電変換手段で受光することが記載されている。また、特許文献７には、更に空間フィルタとして透過型の液晶フィルタを含め様々形態のものを用いることが記載されている。また、特許文献４、特許文献５及び特許文献６には、パターンからの散乱光が対物レンズに入射するのが低減される４５度方向からスリット状ビームを照明する高効率照明光学系を備えた異物等の欠陥検査装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献２】特開平６−２５８２３９号公報
【特許文献３】特開平８−２１０９８９号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献５】特開２００４−９３２５２号公報
【特許文献６】特開２００４−１７７２８４号公報
【特許文献７】特開２００４−１８４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１〜７では、様々な領域（超微細な回路パターンのエッジラフネス部が存在する領域、繰り返しパターン部と非繰り返しパターン部が混在する領域、パターン密度が異なる領域、透明膜が存在する領域等）を有する様々な被検査対象基板上に存在する微小な粒状異物や薄膜状の異物やスクラッチ等のキズ等などの欠陥を簡単な構成で検査できるようにした点については十分考慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、様々な領域を有する様々な被検査対象基板上に存在する微小な粒状異物や薄膜状の異物やスクラッチ等のキズ等などの欠陥を簡単な構成で、高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、インラインモニタとして用いて、高効率の基板製造ラインを構築できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１又は第２の光路に導き、該第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を反射して下方に向けるミラーと、該ミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記所定の傾き方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記スリット状ビームとして集束させるシリンドリカルレンズ及び傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
【０００９】
また、本発明は、前記照射光学系における前記傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１の光路、第２の光路、第３の光路の各々に導き、該第１の光路に導かれた第１のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群の内Ｘ軸方向に対して平面上時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第１のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第２の光路に導かれた第２のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記Ｘ軸方向に対して平面上反時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第２のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第３の光路に導かれた第３のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、平面上前記Ｘ軸方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第３のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１の光路に導かれた前記第１のビーム光束を反射して下方に向ける第１のミラーと、該第１のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第１のシリンドリカルレンズ及び第１の傾斜ミラーとを備え、前記第２の光路に導かれた前記第２のビーム光束を反射して下方に向ける第２のミラーと、該第２のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上反時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第２のシリンドリカルレンズ及び第２の傾斜ミラーとを備え、前記第３の光路に導かれた前記第３のビーム光束を反射して下方に向ける第３のミラーと、該第３のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記Ｘ軸方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第３のスリット状ビームとして集光させる第３のシリンドリカルレンズ及び第３の傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置及びその方法である。
【００１１】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路にはビーム径を拡大する主ビーム拡大光学系を有し、前記第３の光路には前記第３のビーム光束の径を更に拡大し、前記被検査対象基板上における第１、第２及び第３のスリット状ビームの長手方向の長さを合わせるビーム拡大光学系を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記第１の光路又は前記第２の光路又は第３の光路に、主光路から得られるコヒーレントの第２のビーム光束を入射して少なくとも前記第２のシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射する前記少なくとも前記集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を設けて構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記光学部材群の入射側に、前記入射するビーム光束径の内少なくとも前記複数の板状の光学部材の積み重ね方向に拡大するビーム拡大光学系を設けて構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路に、前記レーザ光源から得られるコヒーレントのビーム光束を入射して少なくとも使用する光路に設けられたシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射するように前記少なくとも集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を出し入れ可能に設けて構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記照射光学系における前記第１、第２及び第３の傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記検出光学系において、前記被検査対象基板上に存在する繰り返し回路パターンからの干渉パターンを遮光する空間フィルタを前記対物レンズの瞳と共役な位置に設けて構成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路に、光量を調整する光量調整用フィルタを設けて構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記照射光学系において、前記主光路に、偏光を制御する偏光板を設け、前記検出光学系において、偏光を制御して検出する検光子を設けて構成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記レーザ光源において、ＵＶ又はＤＵＶレーザ光を出射するように構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記検出光学系において、検出結像倍率を可変に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、様々な領域を有する様々な被検査対象基板上に存在する微小な粒状異物（０．１μｍ程度以下の極微小な異物も含め）や薄膜状の異物やスクラッチ等のキズ等などの欠陥を簡単な構成で、高速で、しかも高精度に検査すること可能となる。
【００２０】
また、本発明によれば、簡単な構成で、安価なインラインモニタとして用いて、高効率の基板製造ラインを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、チップ１ａａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ａが考えられる。そして、チップ１ａａ内は、主としてレジスタ群領域１ａｂと、メモリ部領域１ａｃと、ＣＰＵコア部領域１ａｄと、入出力部領域１ａｅとで形成されている。レジスタ群領域１ａｂおよびメモリ部領域１ａｃは、最小線幅が０．０５〜０．２μｍ程度のパターンを２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。ＣＰＵコア部領域１ａｄおよび入出力部領域１ａｅは、最小線幅が０．０５〜０．２μｍ程度のパターンを非繰り返しで形成している。このように、異物等の欠陥を検査する被検査対象物１は、半導体ウエハを対象としても、チップは規則的に配列されているが、チップ内においては、最小線幅が領域毎に異なり、しかもパターンが繰り返し、非繰り返し、なしであったり、また透明な薄膜が形成されたり、様々な形態が考えられる。
【００２３】
本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、このような様々な形態を有する被検査対象物１上の０．０５μｍ〜０．１μｍレベルの微小異物やキズやパターン欠陥等の欠陥を、高感度で、しかも高速に検査できるようにした。また、本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、欠陥の種類も分類できるようにした。
【００２４】
次に、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態について図２を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウエハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウエハに限らず、薄膜基板、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等にも適用可能である。
【００２５】
異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態は、搬送系（ステージ系）１０と、照射光学系２０と、検出光学系３０と、画像処理部４０と、観察光学系５０と、合焦点制御系６０と、全体制御部７０と、レビュー光学顕微鏡８０とを備えて構成される。搬送系（ステージ系）１０は、様々な品種や様々な製造工程から得られるウエハ等の被検査対象基板１を載置、移動させるＸＹＺステージ１１、１２、１３とθステージ（水平面内の回転ステージ）１４とステージコントローラ１５とを備えて構成される。
【００２６】
照射光学系２０は、レーザ光源２１と、光量を調整する光量調整フィルタ（光量減衰フィルタ）２２と、例えばＰ又はＳの直線偏光に変換する偏光板２３と、ビーム径をある大きさに拡大する主ビーム拡大光学系２４と、ミラー群２６等を介して、基板１上に基板の走行方向に対して直角方向に伸ばしたスリット状のビームに集光させる集光光学系２５とを備えて構成される。照明光学系２０には、更に、全体制御部７０からの指令に基づいて各種照明角度及び各種フィルタを制御又は切り替える照明制御部２７を有して構成される。レーザ光源２１としては、異物等の欠陥を高感度に検査でき、またメンテナンスコストが安いことを考慮すると、高出力のＹＡＧレーザの第２高調波ＳＨＧ、波長５３２ｎｍを用いるのが良いが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、紫外光レーザ（ＵＶ（Ultraviolet）光）や遠紫外光レーザ（ＤＵＶ(Deep Ultraviolet)光）や真空紫外光レーザ、Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ等のレーザ光源であっても良い。各種レーザ光源を用いた場合の利点としては、レーザ波長を短波長化すれば検出像の解像度が上がるため、高感度の欠陥検査が可能となる。なお、波長を０．３４μｍ程度にした場合には対物レンズ３１のＮＡを０．４程度、波長を０．１７μｍ程度にしたばあいには対物レンズ３１のＮＡを０．２程度にするのが、異物等の欠陥からの回折光を多く対物レンズ３１に入射させて検出感度を向上させることが可能となる。
【００２７】
検出光学系３０は、図１８にも示すように、対物レンズ３１と、対物レンズ３１の瞳と共役な位置に設けられた空間フィルタ３２と、結像光学系３３と、ＮＤフィルタや偏光フィルタ（検光子）から構成される光学フィルタ群３４と、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器（イメージセンサ）３６とを備えて構成される。このようにイメージセンサ３６として、ＴＤＩ（Time Delay Integration）イメージセンサを用いることで、感度を大きくすることができる。
【００２８】
画像処理部４０は、上記光検出器３６で検出された画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４１と、該Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部４２と、該検出画像信号を基づいて閾値算出処理をする閾値算出処理部４３と、上記データ記憶部４２から得られる検出画像信号と上記閾値算出処理部４３から得られる閾値画像信号とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部４４と、マージ毎に、欠陥から検出して得られた散乱光量及び欠陥の広がりを示す検出画素数（面積や投影長等）等の特徴量を算出する特徴量算出回路４５と、該特徴量算出回路４５から得られるマージ毎の特徴量を基に、ウエハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を各種欠陥に分類する統合処理部４６とを備えて構成される。そして、統合処理部４６で得られた検査結果を全体制御部７０に提供して表示装置７２のＧＵＩ画面等に表示して構成される。
【００２９】
観察光学系５０は、矢印で示すように、検出光路に出し入れ可能に設けられたミラー５１と、ハーフミラー等の分岐光学要素５２と、フーリエ変換面に設けられた空間フィルタ３２の遮光パターンを観察する観察光学系５３と、ウエハ表面の画像を観察する観察光学系５４とを備えて構成される。観察光学系５３は、結像レンズ５３１とＴＶカメラ等のイメージセンサ５３２とを備えて構成される。観察光学系５４も、同様に結像レンズ５４１とＴＶカメラ等のイメージセンサ５４２とを備えて構成される。
【００３０】
合焦点制御系６０は、ランプ等の光源６１と、該光源６１から出射される平行光によりウエハの表面上に投影する縞パターン（格子状パターン）６２と、ハーフミラー６３と、縞パターンをウエハの表面に投影する投影レンズ６４と、ウエハの表面で正反射した縞パターンを結像させる結像レンズ６５と、該結像レンズ６５で結像された縞パターンを反射するミラー６６と、該ミラー６６で反射され、結像レンズ６５で平行光に戻されてウエハ表面で正反射して投影レンズ６４及びハーフミラー６３を通して得られる縞パターンを結像する結像レンズ６７と、ウエハ表面の焦点ずれが縞パターンの位置ズレとして検出する１次元又は２次元のリニアイメージセンサ６８と、該リニアイメージセンサ６８から検出される焦点ズレに基づいて例えばＺステージ１３を制御してウエハの表面について合焦点合せを行う合焦点制御部６９とを備えて構成される。
【００３１】
全体制御部７０は、投入される各種ウエハに関する情報等を入力する入力手段（キーボードやマウスやネットワーク等を含む）７１、イメージセンサ３６で撮像される画像や観察光学系５３、５４で観察される画面やレビュー光学顕微鏡７０でレビューずる欠陥等の画像を表示するＧＵＩ画面等を有し、閾値算出処理部４３等で算出された閾値情報や統合処理部４６で得られる検査結果等を表示する表示装置７２、ウエハのＣＡＤ情報や過去の各種ウエハについての検査条件情報や統合処理部４６で得られる検査結果の情報などを記憶するデータ記憶部７３を設けて構成される。
【００３２】
レビュー光学顕微鏡８０は、白色等の可視光を出射する光源８１と、ハーフミラー８２と、対物レンズ８３と、結像レンズ８４と、イメージセンサ８５とを備えて構成され、欠陥または擬似欠陥等の画像を取得し、全体制御部７０に提供し、表示装置７２のＧＵＩ画面に表示して分類をしたり、その欠陥の位置座標等を取得してレビュー結果を取得する。即ち、レビュー光学顕微鏡８０は、ステージ１１、１２を動かすことにより、欠陥検査装置の画像処理部４０で検出されて例えば記憶装置７３に記憶されたウエハ１上の異物等の欠陥（虚報も含む）の画像を観察し、図４２の３９０３で示す各種の異物等の欠陥のレビュー画像を取得し、全体制御部７０に提供するものである。そして、全体制御部７０は、テスト検査において上記レビュー結果である欠陥の位置座標等に基づいて位置決めして分類された欠陥が検出できるように、予め、照明光学系２０及び検出光学系３０並びに画像処理部４０における図４３に示す異物等の欠陥検出条件出しに用いる。また、レビュー光学顕微鏡８０は、欠陥の拡大画像を取得できるので、詳細解析することが可能となり、その結果、欠陥の発生原因を推定することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の特徴である照射光学系２０の具体的実施例について図３乃至図１２を用いて説明する。ウエハ１ａ上には、チップ１ａａがＸ軸方向及びＹ軸方向に配列され、チップ１ａａ内に形成された回路パターンにおける主要な直線群はＸ軸方向及びＹ軸方向を向いて形成されているものとする。そして、ウエハ１ａはＸ軸方向に走行され、Ｙ軸方向には間歇的に移動するものとする。
【００３４】
図３は、右側角度φ照射光学系２００ａにより、第１のスリット状ビーム９０ａの長手方向がＹ軸方向を向くように上から見たときＸ軸方向から時計方向に角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。そして、図３に示す場合は、主光路２２０に設けられた主ビーム拡大光学系２４で径を拡大したレーザビームをミラー２６１０で反射させて第１の光路２２１ａに導き、該導かれた第１のビーム光束を平面上ミラー２６０２で反射させてＸ軸に対して時計方向の傾き角φ方向（例えば４５度方向）から出射させ、図９（ａ）（ｂ）及び図１３（ａ）に示すように、第１のミラー２６０３ａで下方（真下）に反射させ、平面上傾き角φを有するビーム光束２３０の光軸に対して傾き角φ傾けた状態で、更に光軸を中心にして光軸回りに仰角α回転させて設けられた第１のシリンドリカルレンズ２５１ａで一方向に集光し、切替可能な第１の傾斜ミラー２６０４ａで反射させてα角度方向からウエハ上に第１のスリット状ビーム９０ａとして照射する。即ち、第１のシリンドリカルレンズ２５１ａの入射面又は出射面とウエハ上のスリット状ビーム９０ａとの間の距離が第１のシリンドリカルレンズ２５１ａの焦点距離になるようにビーム光束２３０の光軸に対して角度φ傾け、更に該ビーム光束２３０の光軸回りに仰角α回転させられて設けられることになる。なお、第１のシリンドリカルレンズ２５１ａの長手方向は、真上から見て、Ｘ軸方向から角度φ傾けた方向から更に仰角αに応じた角度回転させることになる。このように、上から見てφ方向からスリット状ビーム９０ａを仰角αで照射する照明光学系を、ミラー２６０２、２６０３ａ、２６０４ａと第１のシリンドリカルレンズ２５１ａのみで構成することが可能となり、これらの光学要素（光学部品）２５１ａ、２６０２、２６０３ａ、２６０４ａを容易に、しかも精度良く製造することができ、そのため組立調整を容易にすることができ、大幅な原価低減を図ることが可能となった。
【００３５】
なお、第１の傾斜ミラー２６０４ａは、α１を５〜１５度程度の低角度とα２を４０〜５５度程度の高角度に切り替え可能に構成される。
【００３６】
図４は、左側角度φ照射光学系２００ｂにより、図３とはスリット状ビーム９０を線対称にして反対の左側から、上から見たときＸ軸方向から反時計方向に角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。この場合、図５に示すようにミラー２６１０の代わりにハーフミラー２６１２に切り替えた場合と同じくシフトした第２の光路２２１ｂを通るように、ミラー２６１０の代わりに透明な板ガラス２６１１を切り替えて設けて構成される。そして、図４に示す場合は、主ビーム拡大光学系２４で径を拡大したレーザビームについて板ガラス２６１１を通すことによって第２の光路２２１ｂをシフトさせて導き、該導かれたレーザビームをミラー２６０５、２６０６、２６０７、２６０８で反射させてＸ軸に対して反時計方向の傾き角φ方向（例えば４５度方向）から出射させ、具体的には図９（ａ）（ｂ）及び図１３（ａ）に示すように、第２のミラー２６０３ｂで下方（真下）に反射させ、平面上傾き角φを有するビーム光束２３０の光軸に対して傾き角φ傾けた状態で、更に光軸を中心にして光軸回りに仰角α回転させて設けられた第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂで一方向に集光し、切替可能な第２の傾斜ミラー２６０４ｂで反射させてα角度方向からウエハ上に第２のスリット状ビーム９０ｂとして照射する。即ち、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂの入射面又は出射面とウエハ上のスリット状ビーム９０ｂとの間の距離が第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂの焦点距離になるようにビーム光束２３０の光軸に対して角度φ傾け、更に該ビーム光束２３０の光軸回りに仰角α回転させられて設けられることになる。なお、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂの長手方向は、真上から見て、Ｘ軸方向から反時計方向に角度φ傾けた方向から更に仰角αに応じた角度回転させることになる。このように、上から見てφ方向から第２のスリット状ビーム９０ｂを仰角αで照射する照明光学系を、ミラー２６０５〜２６０７、２６０３ｂ、２６０４ｂと第１のシリンドリカルレンズ２５１ｂのみで構成することが可能となり、これらの光学要素（光学部品）を容易に、しかも精度良く製造することができ、そのため組立調整を容易にすることができ、大幅な原価低減を図ることが可能となった。
【００３７】
図５は、右側角度φ照射光学系２００ａ及び左側角度φ照射光学系２００ｂにより、第１及び第２のスリット状ビーム９０ａ、９０ｂを線対称にして両側から、上から見たときＸ軸方向から角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。この場合、ミラー２６１０又は板ガラス２６１１に位置にハーフミラー２６１２を切り替えて設けて構成される。従って、図５に示す場合は、図３に示す第１のスリット状ビーム９０ａの照射と図４に示す第２のスリット状ビーム９０ｂの照射とを同時に行うこと可能となる。
【００３８】
以上説明したようにスリット状ビーム９０をＸ軸方向からφ傾いた方向から照射するので、回路パターンの主要な直線群から生じる０次回折光を対物レンズ３１の開口内に入射させるのを防止することが可能となる。また、ウエハ上に形成されたパターンがコンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないのでφが４５度程度傾いた方向から照射するのが好ましい。
【００３９】
図６は、Ｘ軸方向照射光学系２００ｃにより、回路パターンの主要な直線群が向いた方向であるＸ軸方向から第３のスリット状ビーム９０ｃを照射する場合を示す。図６に示す照明光学系においては、第３のスリット状ビーム９０ｃの長手方向の長さを、φが例えば４５度傾いた方向から照射する場合の第１及び第２のスリット状ビーム９０ａ、９０ｂの長手方向の長さに合わせる必要があるため、具体的には図１０（ａ）（ｂ）に示すように、第３の光路２２１ｃにビーム径を（１／ｃｏｓφ）倍（φが４５度の場合√２倍）するビーム拡大光学系２５３を設けて構成される。そして、図６に示す場合は、ミラー等の光学要素２６１０〜２６１２、２６０５、２６２０を第３の光路２２１ｃから退避させ、主ビーム拡大光学系２４で径を拡大したレーザビームをミラー２６２１、２６２２で反射させ、ビーム拡大光学系２５３でビーム径を（１／ｃｏｓφ）倍（φが４５度の場合√２倍）にし、第３のミラー２６２３で下方（真下）に反射させ、図１３（ｂ）に示すように、第３のシリンドリカルレンズ２５２で一方向に集光し、切替可能な第３の傾斜ミラー２６２４で反射させてβ角度方向からウエハ上に第３のスリット状ビーム９０ｃとして照射する。このようにＸ軸方向から第３のスリット状ビーム９０ｃを斜方照射することによって、主要な直線群で形成されている配線パターンの間の凹部に存在する異物等の欠陥からの回折光（散乱光）をイメージセンサ３６で検出することが可能である。なお、切替可能な第３の傾斜ミラー２６２４ｃは、β１を５〜１５度程度の低角度とβ２を４０〜５５度程度の高角度に切り替え可能に構成され、配線パターンの間の凹部に存在する欠陥を検出する場合には第３の傾斜ミラー２６２４ｃを高角度に切り替えられるのが好ましい。
【００４０】
図７は、簡単な構成の可干渉性を低減する光学系２５５を用いて左側から、上から見たときＸ軸方向から角度φ（例えば４５度）傾き、角度φ（例えば４５度）傾き、水平面から傾いた傾斜角度α（水平面から５〜５５度程度傾いた方向）方向から照射する場合を示す。なお、この場合には、ミラー２６２０を第２の光路２２１ｂに入れ、ミラー等の光学要素２６１０〜２６１２、２６０５、２６０６を第２の光路２２１ｂから退避させる。可干渉性低減光学系２５５としては、特願２００４−１５６１４２号に記載され、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、ビーム径を少なくとも一方向（シリンドリカルレンズ２５１ｂの集光方向）に拡大するビーム拡大光学系２５５１と、コヒーレントのレーザビームを入射して少なくとも集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減した複数の細帯状のビームを出射するように少なくとも集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群２５５２とを備えて構成される。さらに、該光学部材群２５５２から互に空間的にコヒーレンシーを低減して出射された複数の細帯状のビームを上記集光方向に集光させてウエハの表面に対してα角度傾斜した方向からスリット状ビーム９０ｂ'として照射する集光光学系である第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂ及び第２の傾斜ミラー２６０４ｂを設けて構成される。その結果、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂにおいて、スリット状ビーム９０ｂ'が、集光方向には多角度照射であるように構成される。このように、第２のシリンドリカルレンズ２５１ｂにより、図１１に示すように、互に可干渉性を低減した複数の細帯状のビームを矢印２０１で示すように照射方向を広い範囲で変化させて集光させてスリット状ビーム９０ｂ'を超微細な回路パターンのエッジラフネス部に照射されるので、該超微細な回路パターンのエッジラフネス部から平滑化された反射回折パターン（０次は除く）が対物レンズ３１に入射して集光され、ＴＤＩセンサ等のイメージセンサ３６で受光されてエッジラフネス部から平滑化された画像信号が検出されることになる。
【００４１】
なお、ビーム拡大光学系２５５１と光学部材群２５５２とからなる可干渉性低減光学系２５５を、スペース上、左側角度φ照射光学系２００ｂの中、即ち第２の光路２２１ｂの中に組み込んで構成したが、スペース上設置可能であれば、第１の光路２２１ａの中、又は第３の光路２２１ｃの中に設けてもよい。しかしながら、可干渉性低減光学系２５５を、第１の光路２２１ａ又は第３の光路２２１ｃから出し入れするか、又は切り替え可能な分岐した光路を作ってその光路のなか設置することは可能である。
【００４２】
また、主光路２２０をスペース上設置可能に構成すれば、図８に示すように、可干渉性低減光学系２５５を、主光路２２０である主ビーム拡大光学系２４と光学要素２６１０〜２６１２との間に設けてもよい。この場合、可干渉性を低減したビームを第１の光路２２１ａ、第２の光路２２１ｂ、第３の光路２２１ｃの何れかを用いてスリット状ビーム９０を照射することが可能となる。なお、図８においては、第２の光路２２１ｂを用いた場合を示す。しかし、この場合、可干渉性低減光学系２５５が不要の場合があるので、可干渉性低減光学系２５５を主光路２２０に対して出し入れ可能に構成する必要がある。
【００４３】
以上説明したように、スリット状ビーム９０、９０'として５通りの照射の仕方が可能となる。さらに傾斜角度α、βを各々２通り変えることを含めると１０通りの照射が可能となる。
【００４４】
特に、本発明の特徴とするところは、右側角度φ照射光学系２００ａ及び左側角度φ照射光学系２００ｂにおいて、特開２０００−１０５２０３号公報及び特開２００４−１７７２８４号公報に記載されている円錐レンズと同じ機能をシリンドリカルレンズ２５１と切替可能な傾斜ミラー２６０４で実現したことにある。このように、特殊な光学部品を使用しなため、これらの光学要素（光学部品）２５１、２６０２〜２６０４を容易に製造することができ、しかもシリンドリカルレンズ２５１の焦点距離は決まっているので、調整を容易にすることができ、大幅な原価低減を図ることが可能となった。
【００４５】
また、本発明に係る照射光学系２０において、図７に示すように、ミラー２６２０を光路に入れ、ミラー等の光学要素２６１０〜２６１２、２６０５、２６０６を光路から退避させ、可干渉性低減光学系２５５をミラー２６２０とミラー２６０７との間に設置することにより、可干渉性を低減したスリット状ビーム９０ｂ'をＸ軸方向に対して例えば４５度方向から照射可能にして超微細な回路パターンのエッジラフネス部から平滑化された画像信号を検出することが可能となる。
【００４６】
また、本発明に係る照射光学系２０において、レーザ光源２１から出射されるレーザビームは、図１４に示すように、ガウス分布を有するので、検出視野（ＴＤＩセンサ３６の長方形受光面の長手方向の幅）２１０内での照度の変化を３０％程度以下に抑えるためには、ビーム拡大光学系２４で拡大するビーム幅（照度１３．５％の幅）を広げることによって、スリット状ビーム９０，９０'の長手方向の幅（照度１３．５％の幅）を広げればよい。
【００４７】
更に、切替傾斜ミラー２６０４、２６２４による傾斜角度（仰角）α、βの切替について図１５乃至図１７を用いて説明する。図１５（ａ）は切替傾斜ミラー２６０４，２６２４によってスリット状ビーム９０，９０'をα１、β１として低角度（５〜１０度程度）で照射する場合を示し、図１５（ｂ）は切替傾斜ミラー２６０４，２６２４によってスリット状ビーム９０，９０'をα２、β２として高角度（４０〜５０度程度）で照射する場合を示す。図１６には、スクラッチ及び異物の夫々に低角度照射した場合と、高角度照射した場合とを示す。図１６から明らかなように、通常の粒子状異物からは、低角度照射した場合も、高角度照射した場合も同じように強い散乱光強度として検出される。一方、スクラッチは粒子状異物に比べて高さが薄い（深さが浅い）ため、スクラッチからは、低角度照射した場合には弱い散乱光強度として検出され、高角度照射した場合には中程度の散乱光強度として検出される。また、図１７に示すように、薄膜状異物はスクラッチに比べて平面的に広がっているため、薄膜状異物からは、高角度照射した場合には強い散乱光強度として検出され、低角度照射した場合には中程度の散乱光強度として検出される。図１７において、矢印１５１は欠陥の高さの増加を示し、矢印１５２は平面的な面積（広がり）の増加を示す。従って、通常の粒子状異物と、スクラッチと、薄膜状異物を弁別するためにも、切替傾斜ミラー２６０４，２６２４によるスリット状ビーム９０，９０'の照射角度α、βの切り替えが必要となる。
【００４８】
次に、検出光学系の他の実施例について図１９を用いて説明する。即ち、図１９に示す検出光学系の他の実施例３０'において、図２に示す実施例３０と相違する点は、検出光軸３８を、ウエハ１に対する法線に対してＸ軸を含む垂直面内又はＸ軸から４５度の垂直面内において、スリット状ビームの照射光に対して開く方向に傾斜させて構成してもよい。図１９においては、検出光軸３８を左側に傾斜して示したが、照射光学系２０を図４乃至図７に示すように構成した場合、スリット状ビーム９０、９０'が左側から入射されるので、右側に傾斜させることになる。このように、検出光軸３８を傾けることによって、ウエハ表面上の異物からの回折光（散乱光）に対してウエハ表面上の微小凹凸からの回折光（散乱光）の比を低減して対物レンズ３１の開口に入射させて異物の検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００４９】
また、図２及び図１９に示す検出光学系３０、３０'は、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、検出倍率が可変になるようにズーム機能を有して構成してもよい。
【００５０】
また、繰り返しパターンにスリット状ビーム９０、９０'を照射した場合、図２１（ａ）に示すように、ウエハ上に配列されたチップ内の各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に応じて図２１（ｂ）に示すような繰り返しパターンからの回折光が干渉して回折光パターン（回折像）ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３が生じる。そこで、これらの回折光パターン（回折像）ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３の各々を対物レンズ３１の瞳と共役な位置に設けられた空間フィルタ３２で遮光すればよい。しかしながら、高スループットで検査をするために、検査視野がウエハ上で数μｍ以上の広視野となることが考えられる。そのため、パターンピッチの異なる複数種類のパターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を含む領域６５１に跨ってスリット状ビーム９０，９０'が照射されることになる。この場合、観察されるフーリエ変換像としては図２１（ｃ）に示すように、ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３の論理和で現れる。従って、この状態で各回折光パターンＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３を合成した空間フィルタを用いて検査をすると、上記各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの各回折光パターンＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３を同時に遮光でき、繰り返し回路パターンからの信号を低減することができるというメリットがある。その一方で、複数種類の回折光パターンを遮光することで、欠陥からの散乱光も大幅に遮光してしまうため、欠陥からの信号が低下してしまうというデメリットもある。そこで、同時に複数種類のパターン領域からの回折光パターンをフーリエ変換像として無くすことによって、ウエハ全面を走査させる度に、空間フィルタ３２の回折光パターンを各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に合わせてＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３と切り替えればよい。なお、チップ内の各種パターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の配列座標はＣＡＤ情報に基づいて既知につき、該既知の配列座標を基に、回折光パターンが合ったパターン領域をイメージセンサ３６が撮像して得られる信号を欠陥検出信号として有効にすればよい。このようにウエハ全面を走査させる回数は切り替える空間フィルタ３２の枚数だけ増加するが、空間フィルタ３２で遮光するパターンを切り替えることによって、欠陥からの散乱光を大幅に遮光することなく、イメージセンサ３６で受光することができ、欠陥検出感度を向上させることが可能となる。
【００５１】
ところで、同時に複数種類のパターン領域からの回折光パターンをフーリエ変換像として無くすためには、次の２通りの方法が考えられる。第１はスリット状ビーム９０，９０'を異なる種類のパターン領域に跨って照射させないように照射光学系の光路中に照射範囲を制限する絞りを入れる方法、又はビーム拡大光学系２４を可動式にしてビームの拡大倍率を変えることで照射範囲を制限する方法、第２はフーリエ変換面に入射する回折光のうち小さい角度の回折光に絞る絞りを設けてフーリエ変換レンズ３１のＮ．Ａ．を小さくする方法が考えられる。
【００５２】
以上の方法のいずれかを選択することにより、特定のパターン領域の回折光パターンだけをフーリエ変換面に形成することが可能となる。その結果、特定のパターン領域からの回折光パターンに対応した遮光パターンを空間フィルタ３２として設定することが可能となり、特定のパターン領域における欠陥を高感度に検査することが可能となる。
【００５３】
また、空間フィルタ３２としては、図２２に示すように、互に逆巻きのバネ１６１とバネ１６２との間に板状又は棒状の遮光部材１６３を並べて構成されたピッチ可変フィルタ１６０で構成しても良い。このフィルタ１６０の場合、フック１６４間の距離を変えることによって遮光部材１６３のピッチを可変し、図２３に示すような遮光パターンで図２１（ｂ）に示す回折光パターンＦＰ１、ＦＰ３を遮光することが可能である。勿論、図２１（ｂ）に示す回折光パターンＦＰ２を遮光する場合には、図２２に示す空間フィルタ１６０を２つ重ねて互いの遮光部材１６３が直交するように設置すれば良い。
【００５４】
また、空間フィルタ３２としては、図２４及び図２５に示すように任意のパターンを形成できる液晶フィルタ１８０で構成することも可能である。図２４は線状の遮光パターンを形成した場合を示し、図２５は鎖線状の遮光パターンを形成した場合を示す。
【００５５】
また、空間フィルタ３２として、複数種類の遮光パターンに印刷されたものを切り替えて使用することも可能である。
【００５６】
次に、偏光板２３を用いた偏光スリット状ビームの斜方照射と、光学フィルタ群３４における偏光フィルタ（検光子）を用いた偏光検出との実施例について説明する。図２６は、ウエハ上に形成された透明膜において、Ｓ偏光とＰ偏光とにおける照射角度（仰角α、β）と透過率との関係を示す。仰角α、βが５〜１５度程度で比較した場合、Ｐ偏光の方がＳ偏光に比べて透過率は高くなっている。そのため、図２７及び図２８に示すように、透明膜上の異物等の欠陥を検出するためにはＳ偏光の方が強い信号が得られて優れ、下層上の異物等の欠陥を検出したい場合はＰ偏光の方が強い信号が得られて優れている。その結果、図２８に示すように、Ｓ偏光照明時に欠陥から検出される信号とＰ偏光照明時に欠陥から検出される信号同士を比較することによって、表層欠陥なのか、下層欠陥なのかを弁別することが可能となる。
【００５７】
一方、偏光板２３を用いてＳ偏光でスリット状ビーム９０を照射した場合、繰り返しパターンからはＳ偏光成分が戻ってき、異物等の欠陥からはＳ偏光成分とＰ偏光成分が混ざってくるため、偏光フィルタ（検光子）３４でＳ偏光成分を遮光することによって、異物等の欠陥から得られるＰ偏光成分をイメージセンサ３６で受光して欠陥を示す信号が検出できることになり、表層欠陥を高感度で検出できることになる。
【００５８】
他方、偏光板２３を用いてＰ偏光でスリット状ビーム９０を照射した場合、繰り返しパターンからはＰ偏光成分が戻ってき、異物等の欠陥からはＰ偏光成分とＳ偏光成分が混ざってくるため、偏光フィルタ（検光子）３４でＰ偏光成分を遮光することによって、異物等の欠陥から得られるＳ偏光成分をイメージセンサ３６で受光して欠陥を示す信号が検出できることになり、下層欠陥を高感度で検出できることになる。
【００５９】
次に、搬送系１０について説明する。ステージ１１、１２は試料設置台１４をＸＹ平面に移動させるためのステージであり、照射光学系２０の照射エリアにウエハ（被検査対象基板）１全面を移動させることができる機能を持つ。また、ステージ１３はＺステージであり、検出光学系３０の光軸方向（Ｚ方向）に試料設置台１４を移動させることができる機能を持つ。また、試料設置台１４は、ウエハ１を保持するとともに、ウエハ１を平面方向に回転させる機能を持つ。また、ステージコントローラ１５はステージ１１、１２、１３、試料設置台１４を制御する機能を持つ。
【００６０】
次に、合焦点制御系６０の具体的な実施例について図２９、図３０を用いて説明する。図２９（ａ）は光源６１から出射した光を導く光ファイバ６１ａとミラー６６との間の縞パターン６２の投影光路を示し、図２９（ｂ）（ｃ）はミラー６６から反射してリニアセンサ６８までの反射光路を示す。図３０はウエハ１ａ上に投影される縞パターン６２０と、照射されるスリット状ビーム９０，９０'との関係を示す図である。縞パターン６２０は、スリット状ビーム９０，９０'を跨いでＸ軸方向に傾けて投影される。このように合焦点制御系６０は、ウエハ１ａの表面に投影された縞パターン６２０の正反射縞パターンを結像レンズ６５によってミラー６６上に結像させ、該結像した正反射縞パターンをミラー６６で反射させて再びウエハ１ａの表面に投影し、その正反射縞パターンを結像レンズ６７に結像させ、該結像した正反射縞パターン像をリニアセンサ６８で受光してウエハ表面の焦点ズレに応じた信号を出力するように構成される。従って、リニアセンサ６８から得られる焦点ズレに応じた信号に基づいて例えばＺステージ１３を制御することによって、オートフォーカスを実現することが可能となる。
【００６１】
次に、異物等の欠陥検査の処理動作の一実施例について図３１を用いて説明する。まず、自動または手動で複数のウエハが搭載されているウエハカセット（ＳＭＩＦなど）をセットする（Ｓ２９１）。その後、ウエハＩＤの確認をする（Ｓ２９２）。ウエハＩＤはウエハサイズ、品種、工程などが同定可能な固有ＩＤである。ウエハＩＤについては、製造ライン管理システムなどのデータベースから入力手段７１を用いて全体制御部７０に入力する。次に、全体制御部７０は、記憶装置７３に記憶された検査条件（レシピ）を入力されたウエハＩＤを元に選択する（Ｓ２９３）。次に、ウエハを装置内のステージ１１〜１４上にロードする（Ｓ２９４）。なお、ウエハ自体にウエハＩＤが刻印されている製品では、図３０で分岐して示しているように、１枚のウエハをロードする（Ｓ２９４）と、ロード中にウエハＩＤを認識し（Ｓ２９２）、その後、Ｓ２９３でレシピを選択する方法も可能である。
【００６２】
次に、ステージ１１〜１４を移動させながら、ウエハアライメント光学系（図示せず）を用いてウエハ上に形成されたアライメントマークの位置を検出し、該検出した位置を基準位置に位置合せをしてウエハのアライメントを行う（Ｓ２９５）。
【００６３】
次に、異物等の欠陥検査に移る。欠陥検査においては、全体制御部７０は、複数用意されたレシピの内の所定のレシピに基づいて、即ち特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、異物検出感度に基づき光量調整フィルタ（光量減衰フィルタ）２２に対するウエハに照射する照射光量を設定し（Ｓ２９６）、図２７及び図２８で説明したように、例えば表層上或いは下層上の欠陥を検出するかに応じて偏光板２３に対するウエハに照射する偏光を設定し（Ｓ２９７）、切替傾斜ミラー２６０４，２６２４の切り替えに基くウエハへの照射角度α、β、照射光学系２００ａ〜２００ｃの何れを用いるかの選択である照射方向及び可干渉性低減光学系２５５を用いるかどうかの選択を設定し（Ｓ２９８）、図１４に示すように、絞り（図示せず）又はビーム拡大光学系２４等による拡大されるビーム幅（照度１３．５％の幅）によって決まる検出視野（ＴＤＩセンサ３６で受光する長方形の長手方向の幅）２１０のサイズを設定し（Ｓ２９９）、チップ内のパターン領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に応じた空間フィルタ３２の遮光パターンを設定し（Ｓ３００）、上記照射する偏光に合うように偏光フィルタ（検光子）３４をＰ偏光か、Ｓ偏光かのいずれかに設定をする（Ｓ３０１）。その他、全体制御部７０は、検出光学系３０が検出倍率を可変に構成した場合には、検出倍率を設定することになる。以上により、全体制御部７０は、ウエハＩＤに基づいて、照射光学系２０及び検出光学系３０に対してレシピである照射条件及び検出条件が設定されることになる。
【００６４】
その後、実際の欠陥検査動作に移り、図３０に示すように、合焦点制御系６０によりウエハ表層にオートフォーカスをかけながら（Ｓ３１０）、スリット状ビーム９０，９０'を照射しながらステージを走行してウエハ１ａをＸ軸方向に移動して検出視野２１０の画像をＴＤＩセンサで構成されたイメージセンサ３６で撮像して取得する（Ｓ３１１）。オートフォーカス、ステージ走行と平行して、画像処理部４０において信号処理をすることにより異物等の欠陥を抽出する（Ｓ３１２）。
【００６５】
欠陥検査が終了すると、全体制御部７０はモニタ７２に検査結果を表示し、記憶装置７３への検査データの保存およびサーバなどへの転送をする（Ｓ３２０）。その後、必要に応じて、レビュー光学顕微鏡８０を用いて異物等の欠陥をレビューし（Ｓ３２１）、ウエハをアンロードし（Ｓ３２２）、一連の検査シーケンスを終了する。
【００６６】
次に、画像処理部４０の具体的実施例について図３２を説明する。画像処理部の具体的実施例については、特開２００４−１７７２８４号公報に記載されているので、簡単に説明する。画像処理部４０は、Ａ／Ｄ変換器４１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部４２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部４３、上記データ記憶部４２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０と閾値算出処理部４３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））４３０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部４４ａ〜４４ｎ、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路４５、該特徴量算出回路４５から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を分類する各種欠陥に分類する統合処理部４６、および結果表示部７２から構成される。異物検出処理部４４ａ〜４４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部４４１ａ〜４４１ｎ、４４２ａ〜４４２ｎ、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎ、および検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎを備えて構成される。
【００６７】
特に、本発明においては、異物検出処理部４４ａ〜４４ｎ、特徴量算出回路４５、および統合処理部４６を特徴とする。
【００６８】
次に動作を説明する。まずイメージセンサ３６で得られた信号をＡ／Ｄ変換器４１でデジタル化する。この検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０をデータ記憶部４２に保存すると共に、閾値算出処理部４３に送る。閾値算出処理部４３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４３０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路４４１、４４２で処理された信号を基に、異物検出処理回路４４３で異物を検出する。検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部４４４により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部４４ａ〜４４ｎの、画素マージ回路４４１ａ〜４４１ｎ、４４２ａ〜４４２ｎ、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎ、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路４５で特徴量（例えば、高角度照射（中角度照射も含む）により得られた散乱光量、低角度照射により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部４６で統合し、結果表示部７２に検査結果を表示する。
【００６９】
以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器４１はイメージセンサ３６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部４２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。次に、閾値算出処理部４３について図３３を用いて説明する。図３３は、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されている閾値算出処理部４３の一実施例を示した図である。閾値算出処理部４３は、参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る遅延回路部４３１、検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）と参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）との差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）を算出する差分回路部４３２、最大最小値除去部４３３、差分信号の二乗値を算出する二乗値算出部４３４、該二乗値の和を算出する二乗値の和の算出部４３５、差分信号の和を算出する信号の和の算出部４３６、入力信号数のカウント部４３７、標準偏差を算出する標準偏差算出部４３８、平均値を算出する平均値算出部４３９、カウント部４３７でカウントした入力信号数を基に係数（ｎ）を算出する係数算出部４４０、閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４３０を算出する閾値算出部４４１、データ記憶部４４２で構成されている。
【００７０】
次に動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器４１で得られた検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）は、遅延回路部（遅延メモリ部）４３ａと差分回路部４３ｂに入力され、差分回路部４３ｂで差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）にする。（ｉ，ｊ）は、チップ比較の場合、チップ内の画素座標とする。ここで、遅延回路部４３ａは、ウエハ等の被検査対象基板上の回路パターンの繰返しピッチ分だけ信号を遅延させて参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る回路である。遅延回路部４３ａはウエハ上の１チップ分の信号を遅延させる回路であれば良い。ただし、必ずしも１チップ分である必要はなく、検査対象に応じて、複数チップ単位で繰返しが存在するウエハに対しては、複数チップ分を遅延させれば良いし、ＤＲＡＭ製品等でチップ内に繰返しパターンが存在する場合は、その繰返し分だけ遅延させるようにしても良い。これらの信号遅延量は、ＣＰＵ等の命令により変更できるようにしておく。
【００７１】
次に、差分回路部４３ｂで処理された差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）は、データ記憶部４３ｌに格納される。二乗値算出部４３ｄでは差分信号ΔＳの二乗値（ΔＳ２）を算出し、二乗値の和の算出部４３ｅでは差分信号の二乗値の和（ΣΔＳ２）を算出する。和の算出部４３ｆでは、差分信号ΔＳの和（ΣΔＳ）を算出する。カウント部４３ｇでは、入力信号数ｎの値を算出する。ここで、最大最小値除去部４３ｃは、複数個の入力データから最大値と最小値を求め、入力データ群から最大値と最小値を除く機能を持つ。以上の処理で算出した値を用いて、標準偏差値算出部４３ｈで入力データの標準偏差値（σ（ΔＳ）＝√（ΣΔＳ２／ｎ−ΣΔＳ／ｎ））を算出し、平均値算出部４３ｉで入力データの平均値（μ（ΔＳ）＝ΣΔＳ／ｎ）を算出する。さらに、係数算出部４３ｊでは、入力データ数ｎに対応した閾値を設定するための係数（倍率）ｋを算出する。
【００７２】
以上説明した値を用いて閾値算出部４３ｈで閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４３０を算出する。閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））は、平均値算出部４３ｊの算出値をμ（ΔＳ）、標準偏差値算出部４３ｈの算出値をσ（ΔＳ）、係数算出部４３ｊの算出値又は設定値をｋ、検証用の係数をｍ（ｍは１より小さいものとする。）とすると、次の（１）式を用いて算出される。
【００７３】
Ｔｈ（Ｈ）＝μ＋ｋ×σ 若しくは Ｔｈ（Ｌ）＝μ−ｋ×σ または
Ｔｈ（Ｈｍ）＝ｍ×（μ＋ｋ×σ） 若しくは Ｔｈ（Ｌｍ）＝ｍ×（μ−ｋ×σ） （１）
このように、閾値算出部４３ｋで算出された閾値画像｛検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））、検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））｝をデータ記憶部４３ｌに記憶させ、データ記憶部４３ｌから閾値画像データとして出力してもよい。また、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎから設定された領域毎に閾値画像データを変更してもよい。要するに、データ記憶部４３ｌには、閾値マップを作成して記憶することが可能である。また、ある領域において検出感度を低くするには、その領域における閾値を高めれば良い。
【００７４】
次に、信号の画素マージ回路部４４１、４４２について図３４を用いて説明する。画素マージ回路部４４１ａ〜４４１ｎ、４４２ａ〜４４２ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。マージオペレータ１５０４は、データ記憶部４３ｌから得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０と、および閾値算出処理部４３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる差分閾値画像信号４３０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。ここで、画素マージ回路部４４１ａ、４４２ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部４４１ｂ、４４２ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部４４１ｃ、４４２ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部４４１ｎ、４４２ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号４１０、４３０をそのまま出力する。
【００７５】
閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部４４１ａ〜４４１ｎからは、検出画像信号４１０が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４４１１ａ〜４４１１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ）（検出閾値ａ）４３０（１），Ｔｈ（Ｈｍ）（検証閾値ａ）４３０（２），Ｔｈ（Ｌｍ）（検証閾値ｂ）４３０（３），Ｔｈ（Ｌ）（検出閾値ｂ）４３０（４））４３０が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４２１ａ（４４２０ａ（１）〜４４２０ａ（４））〜４４２０ｎ（４４２０ｎ（１）〜４４２０ｎ（４））として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００７６】
ここで、画素をマージする効果を説明する。本発明の異物検査装置では、必ずしも微小異物だけではなく、数μｍの範囲に広がった大きな薄膜状の異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないために、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。そこで、１画素平均の検出画像信号レベルをＳとし、平均のばらつきをσ／ｎとすると、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、検出画像信号レベルはｎ２×Ｓとなり、ばらつき（Ｎ）はｎ×σとなる。従って、ＳＮ比はｎ×Ｓ／σとなる。他方、薄膜状異物について１画素単位で検出しようとすると、検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるため、ＳＮ比は、Ｓ／σとなる。従って、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、ＳＮ比をｎ倍向上させることができる。
【００７７】
１画素単位程度の微小異物については、１画素単位で検出される検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるので、ＳＮ比はＳ／σとなる。仮に、１画素単位程度の微小異物についてｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすると、検出画像信号レベルはＳ／ｎ２となり、ばらつきはｎ×σとなるため、ＳＮ比はＳ／ｎ３／σとなる。従って、１画素単位程度の微小異物については、画素単位の信号そのままの方が、ＳＮ比として向上が図れる。
【００７８】
また、本実施例で説明したマージオペレータの機能は、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する実施例で説明したが、ｎ×ｎ画素の最大値や最小値、または中央値を出力しても良い。中央値を用いた場合は、安定した信号が得られる。さらに、出力値としてｎ×ｎ画素の平均値に特定の値を乗算または除算した値としても良い。
【００７９】
次に、異物検出処理回路４４３の具体的実施例に付いて図３５を用いて説明する。図３５においては、１×１画素をマージする画素マージ回路部４４１ａおよび画素マージ回路部４４２ａ並びにｎ×ｎ画素をマージする画素マージ回路部４４１ｎおよび画素マージ回路部４４２ｎについて示す。そして、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎは、各マージオペレータに対応させて、差分回路４４３１ａ〜４４３１ｎから得られるマージ処理差分信号４７１ａ〜４７１ｎとマージ処理閾値信号４４２０ａ（１）〜４４２０ａ（４）・・・４４２０ｎ（１）〜４４２０ｎ（４）との大小を比較する比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎと、異物の検出場所を特定する検出場所判定処理部４４３３ａ〜４４３３ｎとで構成される。比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎには、画素マージ回路４４１ａ〜４４１ｎから得られる画素マージされた検出画像信号について、繰り返される例えばチップ分遅延させる遅延メモリと、上記画素マージされた検出画像信号４４１０ａ〜４４１０ｎと上記遅延メモリによって遅延された画素マージされた参照画像信号との差分信号を形成する差分処理回路４４３１ａ〜４４３１ｎとが設けられている。従って、比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎは、各画素マージ回路部４４２ａ〜４４２ｎの画素マージ回路Ｍ１〜Ｍ４から得られるマージ処理閾値画像Ｔｈ（Ｈ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｈｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌ）（ｉ，ｊ）とを比較する回路であり、例えば、マージ処理差分検出信号４７１ａ〜４７１ｎがマージ処理閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）よりも大きければ異物として判定する機能を持つ。本実施例では、閾値を４種類用意し、マージオペレータ毎に、マージ処理閾値画像４３０（１）〜４３０（４）に対し、比較回路４４３２ａ〜４４３２ｎで異物の判定処理を行う。検出場所判定処理部４４３３ａ〜４４３３ｎにおける検出場所判定処理は、信号処理によって検出された異物または欠陥が存在するチップの特定を行う処理である。本処理の考え方は、異物または欠陥を検出するための検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））と、該検出閾値よりも値の小さい閾値である検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））で検出した結果を用いて、異物または欠陥が検出されたチップを特定する。
【００８０】
次に、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎについて説明する。検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎは、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部４３の閾値算出部４３ｋから得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路４４３ａ〜４４３ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。
【００８１】
ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部４４４ａ〜４４４ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。
【００８２】
次に、統合処理部４６およびその検査結果表示部７２について説明する。統合処理部４６では、画素マージ回路４４１、４４２で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路４５で算出した特徴量と異物検出結果を統合し、結果表示部７２に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。
【００８３】
まず、特徴量算出回路４５について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路４５は、上記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明・上方検出、低角度照明・上方検出及び低角度照明・斜方検出によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウエハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。
【００８４】
次に、統合処理部４６でのＤＦＣの実施例について説明する。即ち、統合処理部４６は、各種画素マージされた異物検出信号が入力されているので、図３６に示すように、異物を、「大異物」、「微小異物」、「高さの低い異物」として分類することが可能となる。図３７は、上記分類結果を含んだ検査結果の表示の実施例を示す。上記検査結果の表示は、検出場所判定処理部４４３３ａ〜４４３３ｎから得られる異物の位置情報２５０１、統合処理部４６から得られる分類結果のカテゴリ情報２５０２およびカテゴリ毎の異物数２５０３で構成される。本実施例は、異物の位置情報２５０１で異物の位置を示すと共に、表示記号により分類カテゴリも併せて表示した例である。また、各記号の分類カテゴリの内容は、分類結果カテゴリ情報２５０２に示している。また、カテゴリ毎の異物数２５０３は各カテゴリに分類された個数を表している。このようにカテゴリ毎に表示を変えることによって、各異物の分布が一目でわかるという利点がある。
【００８５】
次に、本発明に係る異物のサイズ測定方法の実施例について説明する。本方法は、異物サイズとイメージセンサ３６で検出される光量には比例関係があることを利用した方法である。つまり、特に異物が小さい場合、Ｍｉｅの散乱理論に従い、検出光量Ｄは異物サイズＧの６乗に比例するという関係がある。従って、特徴量算出回路４５は、検出光量Ｄ、異物サイズＧ、および比例係数εを基に、次に示す（２）式で異物サイズを測定し、統合処理部４６に提供することができる。
【００８６】
Ｇ＝ε×Ｄ（１／６） （２）
なお、比例係数εは、予め、サイズが既知の異物からの検出光量から求めておいて入力しておけば良い。
【００８７】
微小異物の検出光量Ｄの算出方法としては、異物信号部の各画素値の和を計算する。また、異物信号部の飽和部をガウス分布近似で補正することにより、検出光量Ｄの算出精度を向上することにある。なお、本実施例では、検出光量として異物信号部の信号和の値を用いたが、必ずしも信号和である必要はなく、異物信号部の最大値でも良い。利点としては、最大値を用いた場合は電気回路規模を小さくできることであり、信号和を用いた場合は信号のサンプリング誤差を低減でき、安定した結果が得られることである。
【００８８】
次に、統合処理部４６で行う異物又は欠陥の分類の他の実施例を図３８及び図３９を用いて説明する。図３８は、統合処理部４６が検査を２回行った結果を基に異物を分類するシーケンスを示している。
【００８９】
まず、第１の検査条件にてウエハ１を検査する（Ｓ２２１）。第１の検査で、異物検出処理回路４４３から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路４５から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２２）。次に、第１の検査条件とは違う第２の検査条件にてウエハ１を検査し（Ｓ２２３）、第２の検査で、異物検出処理回路４４３から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路４５から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２４）。この時、第２の検査条件としては、たとえば、第１の検査条件がウエハ表面に近い角度から照明光を照射した場合（低角度照明の場合）は、第２の検査条件としては、ウエハ面の法線に近い角度から照明光を照射する条件（高角度照明条件）を選択すると良い。また、第２の検査条件にてウエハ１を検査する場合は、第２の検査条件での異物検出の有無に係らず、第１の検査条件で異物が検出された座標での特徴量を記憶する。
【００９０】
次に、前記得られた第１の検査結果の座標データと、前記得られた第２の検査結果の座標データを比較し（Ｓ２２５）、座標が近い異物を同一物と見なし、それぞれの特徴量から分類を行う（Ｓ２２６）。ここで、座標データが近いことを判断する方法の一実施例とし
ては、第１の検査結果から得られる座標データをｘ１およびｙ１、第２の検査結果から得られる座標データをｘ２およびｙ２、比較半径をｒとすると、次の（３）式に当てはまるデータを同一物と判断すれば良い。
【００９１】
（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２＜ｒ２ （３）
ここで、ｒは０または、装置に付随する誤差分を考慮した値にすれば良い。測定方法としては、例えば、数点の異物の座標データで（３）式の左辺の値を計算し、その平均値と標準偏差値から、（４）式で算出した値をｒに設定すれば良い。
【００９２】
ｒ２＝平均値＋３×標準偏差 （４）
なお、本実施例では、２回検査を行う例を説明したが、特徴量の種類（例えば検出画素数：欠陥の面積Ｑに相当する）を増やした方が分類性能の向上が図れる場合は、３回以上検査を行って異物の特徴量（検出画素数）を取得しても良い。
【００９３】
次に、検査結果統合処理部４６で行う異物又は欠陥の分類の更に他の実施例について図３９を用いて説明する。図３９は１回検査を行い、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いて分類する実施例のシーケンスを示している。まず、第１の光学条件でウエハ１に対して検査を行い（Ｓ２４１）、異物検出処理回路４４３から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路４５から得られた各異物の特徴量も保存しておく（Ｓ２４２）。次に、本発明の異物検査装置の光学条件を変える。これは、例えば、照明光学系の照射角度や照明方向、検出光学系による検出方向（上方や斜方）である。また、検出光学系の倍率を変えても良く、光学フィルタを変えても良い。以上のような変更を加えた条件を第２の光学条件とする。光学条件を第２の光学条件に変更した後、前記保存しておいた異物の座標の位置に搬送系３０でウエハ１を動かし、第２の光学条件で、イメージセンサ３６で検出してＡ／Ｄ変換して得られる検出画像信号を基に特徴量算出回路４５において異物の特徴量を算出する（Ｓ２４３）。さらに、第３の光学条件で特徴量を算出する場合も同様に行う（Ｓ２４４）。この時、第１の光学条件、第２の光学条件、第３の光学条件はそれぞれ違う条件であることが望ましい。
【００９４】
分類方法の考え方について図４０を用いて説明する。図４０は３種類の特徴量を３軸に設定した特徴量空間である。３軸の内容としては、例えば、特徴量１が第１の光学条件（例えば高角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｈ））であり、特徴量２が第２の光学条件（例えば低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｌ））、また、特徴量３が第３の光学条件（例えば第１の光学条件である高角度照明および第２の光学条件である低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば検出画素数：欠陥の平面的な面積Ｑ）である。この特徴量空間において、（分類カテゴリ数−１）個の分類境界を設定する。図４０は、３種類の特徴量から３種類の分類を行う例であるので、分類境界は２個以上あれば良い。
【００９５】
特に、３種類の特徴量として、高角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｈ）、低角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｌ）、上記高角度照明時における欠陥の検出画素数および上記低角度照明時における欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも、３つのカテゴリ（異物欠陥、キズ欠陥、回路パターン欠陥）に分類することが可能となる。しかも、特徴量として、欠陥の検出画素数（欠陥の平面的な面積Ｑ）をとっているので、異物欠陥のカテゴリを大異物と小異物とに分類することも可能となる。
【００９６】
また、３つの特徴量として、高結像倍率における欠陥からの散乱光量、低結像倍率における欠陥からの散乱光量、欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも大異物欠陥のカテゴリと小異物欠陥のカテゴリとに容易に分類することが可能となる。また、光検出器６４０から得られる欠陥画像の特徴量から透明膜上の微小異物やスクラッチ（キズ欠陥）等の欠陥を分類することが可能となる。
【００９７】
さて、図４０は、分類境界４５０１、４５０２を設定した例である。分類方法としては、まず、上述の３つの特徴量を図４０の特徴量空間にプロットする（Ｓ２４５）。そして、分類境界４５０１，４５０２によって分けられた領域に属する異物を、それぞれカテゴリ（例えば異物欠陥）ａ、カテゴリ（例えばキズ欠陥）ｂ、カテゴリ（例えば回路パターン欠陥）ｃとして分類する（Ｓ２４６）。図４０では、３０個程度の欠陥を、カテゴリａ、カテゴリｂ、カテゴリｃに分類し、それぞれのカテゴリに分類された欠陥の表示記号を変えた例である。つまり、カテゴリａに分類されたもの（例えば異物欠陥）は「○」、カテゴリｂに分類されたもの（例えばキズ欠陥）は「▲」、カテゴリｃに分類されたもの（例えば回路パターン欠陥）は「×」で表示している。
【００９８】
また、分離率を表示することもユーザが分離性能を容易に把握できるため有効である。ここで、分離率とは、例えば、分離境界によって分離された領域内に同一カテゴリの異物がどの程度含まれているかを表示すれば良い。
【００９９】
なお、本実施例では、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いた場合について説明したが、必ずしも３種類に限定する必要はなく、複数種類の光学条件で特徴量を算出する場合や１種類の光学条件で複数の特徴量を取得できる場合に用いることができる。
【０１００】
次に、全体制御部７０が例えば表示手段７２に表示する画像処理部４０から得られる検査結果の表示に関する別の実施例について説明する。図４１は、検出した異物または欠陥の位置情報３８０１と、異物または欠陥の検出個数３８０２、検出した異物または欠陥サイズのヒストグラム３８０３で構成されている。なお、本実施例では欠陥としてキズを検出した場合を示している。さらに、グラフ３８０３は異物またはキズの検出個数とサイズのヒストグラムである。本発明の欠陥検査装置での検出物をこのように表示することにより、異物または欠陥の分布が一目でわかる。
【０１０１】
図４２は、検出物（異物又は欠陥）の検出位置を示した検査マップ３９０１、検出物のサイズのヒストグラム３９０２、異物のレビュー像３９０３で構成されている。本実施例では、検査マップ３９０１とヒストグラム３９０２については、検出した検出物の全数または一部を表示した例である。また、レビュー像３９０３は検出物のサイズ毎にサンプリングし、その検出物のレビュー像を表示する例であり、本実施例では０．１μｍ以上１μｍ未満の異物のレビュー像を６個、１μｍ以上の異物のレビュー像を６個表示した場合を示している。ここで、レビュー像３９０３はレビュー光学顕微鏡８０によって得られる像でも良い。レーザ光による像を表示する場合、画像を検査中に記憶装置７３等に残しておけば、検査直後に表示ができ、検出物の確認を迅速に行うことができる利点がある。また、レビュー光学顕微鏡８０による像を表示する場合は、前記サンプリングされた検出物の座標を基に、検査後に観察画像を取れば良く、レーザ光による像に比べて鮮明な像が得られる。特に、１μｍ未満の異物または欠陥を観察する場合は、光源に紫外線を用いた、解像度の高い顕微鏡が望ましい。
【０１０２】
また、前記レビュー像３９０３で表示した検出物の位置を検査マップ３９０１上に併せて表示しても良く、レビュー像３９０３には検出物の検出番号を併せて表示しても良い。また、本実施の形態では、表示するレビュー像が６個ずつの場合で説明したが、６個に限定する必要は無く、検出した異物または欠陥を全数表示しても良いし、検出個数に対し、一定割合の個数分だけ表示しても良い。
【０１０３】
また、検出物を異物とキズとに分類して表示し、分類の正解率も併せて表示してもよい。
【０１０４】
次に、全体制御部７０などにおいて実行される検査条件（検査レシピ）設定等について図４３〜図４５を用いて説明する。図４３は、検査条件（検査レシピ）を設定するためのフローを示す図である。まず、全体制御部７０において検査実行前に行われる検査条件（検査レシピ）の設定は、被検査対象に合わせるチップレイアウト設定（Ｓ２１１）と、被検査対象の回転合わせ（Ｓ２１２）と、検査領域設定（Ｓ２１３）と、光学条件設定（Ｓ２１４）と、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）と、検出光量設定（Ｓ２１６）と、信号処理条件設定（Ｓ２１７）とで構成される。なお、Ｓ２１８は、実際の検査の実行である。
【０１０５】
次に、全体制御部７０が実行する各設定について説明する。まず、チップレイアウト設定（Ｓ２１１）は、全体制御部７０において、ＣＡＤ情報等により、画像処理部４０などに対してチップサイズやウエハ上のチップの有無を設定することである。このチップサイズは、比較処理を行う距離であるため設定が必要である。次に、回転合わせ設定（Ｓ２１２）は、全体制御部７０が搬送系１０に対して制御する、ステージに載置されたウエハ１上のチップの並び方向とイメージセンサ３６の画素方向とを平行にする、つまり、回転ずれをほぼ「０」にするためにウエハ１を回転させるための設定である。この回転合わせを行うことにより、ウエハ１上の繰返しパターンが一軸方向に並ぶため、チップ比較信号処理を容易に行うことができる。次に、検査領域設定（Ｓ２１３）は、全体制御部７０が画像処理部４０に対して制御する、ウエハ上の検査を行う場所の設定や、検査領域における検出感度の設定を行うことである。この検査領域設定（Ｓ２１３）を行うことにより、ウエハ上の各領域を最適な感度で検査することができる。
【０１０６】
次に、光学条件設定（Ｓ２１４）は、全体制御部７０が照射光学系２０や変検出光学系３０に対して制御する、ウエハ上に照射するスリット状ビーム９０，９０'の照射方向や照射角度及び可干渉性低減光学系２５３を選択したり、検出光学系３０の倍率を選択することである。選択方法としては、例えば、図４４に示すような光学条件設定ウィンドウで設定すれば良い。該光学条件設定画面は、照明光学系の照明方向条件３００１と照明光学系の照明角度条件３００２と検出光学系条件（検出方向である上方か斜方かも含まれる）３００３で構成されている。図４４では、照明方向条件３００１として３種類、照明角度条件３００２として３種類、さらに、検出光学系条件３００３は２種類の選択を行えるようにした例である。本異物検査装置のユーザは、条件３００１、３００２、３００３の内容を見て、適切な条件を選択すればよい。例えば、被検査対象１が金属膜デポジション工程のウエハで、表面の異物を高感度に検査したいならば、照明方向条件３００１の条件の「デポ工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「上方検出（倍率可変）：高感度検査」を選択すれば良く、これらの選択を行った例が図４４である。また、被検査対象１が酸化膜の異物やスクラッチ等の欠陥を高感度に検査したい場合には、照明方向条件３００１の条件の「ＣＭＰ後工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「斜方検出：高速検査」を選択すれば良い。
【０１０７】
次に、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）は、全体制御部５０が検出光学系２００等に対して制御する、図２に示す空間フィルタ３２や偏光フィルタ２４ｂを設定することである。この空間フィルタ２２は、ウエハに製作された繰返しパターンからの反射回折光を遮光するためのフィルタであるので、繰返しパターンが存在するウエハに対しては設定した方が良いが、繰返しパターンが無いウエハに対しては設定する必要はない。また、偏光素子２４ｂは配線パターンのエッジが直角に近い状況でエッチングされている場合に用いると効果的である。
【０１０８】
次に、検出光量設定（Ｓ２１６）は、全体制御部７０が照射光学系２０又は検出光学系３０に対して制御する、イメージセンサ３６に入射する光量を調整する工程である。ウエハに製作された回路パターンからの反射散乱光は、そのパターン形状により散乱される成分が変わる。具体的には、ウエハ表面が平らな場合は、散乱光はあまり発生せず、ほとんどが正反射光となる。それに対し、ウエハ表面の凸凹が大きい場合は、散乱光が多く発生する。従って、回路パターンからの反射散乱光はウエハ表面の状態、つまり、デバイス製造工程によって変わるわけである。しかしながら、イメージセンサ３６のダイナミックレンジが存在するため、このダイナミックレンジに合わせた光量を入射するように調整するのが望ましい。例えば、ウエハの回路パターンからの反射散乱光量がイメージセンサ３６のダイナミックレンジの１／１０程度になるように調整するのが望ましい。ここで、イメージセンサ３６へ入射する光量の調整方法としては、光量調整フィルタ２２で出力光量を調整しても良いし、ＮＤフィルタ３４で調整しても良い。
【０１０９】
次に、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は、全体制御部７０が画像処理部４０に対して制御する、異物等の欠陥の検出条件の設定を行うことである。
【０１１０】
以上の設定が終了した後、検査工程（Ｓ２１８）で検査を行えば、ユーザが所望の条件で検査を行うことができる。
【０１１１】
ただし、本実施例で説明した内容を設定する方法としては、例えば、被検査対象の設計情報から人手で入力しても良いし、本発明の異物検査装置に付属の入力アシスト機能を用いて入力しても良く、また、上位システムからネットワークを介して情報を取得しても良い。
【０１１２】
さらに、上述した設定のうち、検査領域設定（Ｓ２１３）、光学条件設定（Ｓ２１４）、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）、検出光量設定（Ｓ２１６）、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は必ずしも被検査対象によっては変更する必要はなく、被検査対象に依らず一定値でも良い。一定値にした場合、検査条件を設定する時間を短縮することができるが、高感度にするためには、各条件をチューニングするのが望ましい。また、検査領域設定（Ｓ２１３）は必ずしも光学条件設定（Ｓ２１４）の前に行う必要はなく、検査工程（Ｓ２１８）の前までに設定すれば良い。
【０１１３】
以上説明した内容を設定する画面の例を図４５に示す。図４５は、条件設定シーケンス４３０１、各設定内容の詳細条件４３０２、設定内容表示変更ボタン４３０３、ヘルプボタン４３０４で構成されている。
【０１１４】
次に詳細について説明する。まず、条件設定シーケンス４３０１は、本発明の異物検査装置における検査条件の設定の流れを示している。ユーザは条件設定シーケンス４３０１の「チップレイアウト設定」から順に条件を設定すれば良い。
【０１１５】
条件設定シーケンス４３０１の特徴は、条件設定の流れを矢印４３０５で示すことにより、ユーザが設定順序を間違えることなく、最短の順序で設定できるようにしていることである。また、別の特徴として、必ず設定すべき項目と必ずしも設定する必要の無い項目、つまり、既定値で良い項目に分けていることである。表示を分けることにより、最小限の設定項目が分かり、ユーザがすぐ検査結果が必要な場合は、設定必須項目のみ設定して検査すれば良く、また、検出感度をチューニングしたい場合は、設定必須ではない項目について条件を設定すれば良いため、ユーザの要望に応じて条件設定の度合いを変えることができる。例えば、ボタン４３０６は枠を３重で示すことにより、必ず設定すべき項目であることを示し、また、ボタン４３０７は枠を１重で示すことにより、設定の必要性が低い項目であることを示した実施例である。さらに、別の特徴として、ユーザが現在どの項目を設定しているかを明示することである。例えば、ボタン４３０８はボタンに影をつけることによって、ボタン４３０６、４３０７と区別している。このように、現在の場所を明示することによって、残りの設定項目数が一目で分かる利点がある。
【０１１６】
なお、本実施例では図４３で説明したシーケンスに、オプション条件設定４３０９を追加した例である。このオプション条件設定４３０９の内容は、例えば、異物のサイズ測定機能の条件設定や異物や欠陥の分類条件の設定である。
【０１１７】
次に、詳細条件４３０２は各条件項目の詳細を設定する画面である。項目の入力または選択方法としては、入力ボックス４３１０のようにキーボードで入力する場所を設けても良いし、入力アイコン４３１１のようにアイコンで入力項目を選択する方式にしても良い。なお、入力アイコン４３１１は３種類の入力項目に対し、それぞれアイコンで示し、該当アイコンを押すと別ウィンドウが出てきて、詳細の条件設定を行う例である。さらに、入力チェックボックス４３１２のように、必要な項目を選択する方法でも良い。
【０１１８】
また、設定内容表示変更ボタン４３０３は表示項目の変更またはカスタマイズを行うボタンである。例えば、ユーザがいつも設定したい項目や、設定内容数を増やしたい項目があった時に、この設定内容表示変更ボタン４３０３を使って変更できるようにする事により、ユーザは使いやすい画面することができ、検査条件をすばやく設定することができる。さらに、ヘルプボタン４３０４はユーザが設定方法や設定内容がわからなくなった場合に、ユーザを助ける情報を出力するボタンである。手法としては、各設定項目の内容を音声案内したり、操作方法をＭＰＥＧ等の動画で見せても良い。また、ネットワークや電話回線を通じて、オンラインで本発明の異物検査装置を製造したメーカの設計者と話ができるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明に係る被検査対象基板である半導体ウエハの一実施例を示す図である。
【図２】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る照射光学系において主光路と第１の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る照射光学系において主光路と第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図５】本発明に係る照射光学系において主光路と第１及び第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図６】本発明に係る照射光学系において主光路と第３の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図７】本発明に係る照射光学系において主光路と可干渉性低減光学系を設置した第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図８】本発明に係る照射光学系において可干渉性低減光学系を出入り可能に設置した主光路と第２の光路とを主に示した実施例を示す平面図である。
【図９】本発明に係るシリンドリカルレンズとミラーとで構成したスリット状ビームを照射する角度φ照射光学系の一実施例を光軸方向に展開して示した図である。
【図１０】本発明に係る（１／ｃｏｓφ）倍ビーム拡大光学系とシリンドリカルレンズとミラーとで構成したスリット状ビームを照射するＸ軸方向照射光学系の一実施例を光軸方向に展開して示した図である。
【図１１】本発明に係る可干渉性低減光学系とシリンドリカルレンズとミラーとで構成したスリット状ビームを照射する角度φ照射光学系の他の一実施例を光軸方向に展開して示した図である。
【図１２】本発明に係る可干渉性低減光学系に用いる光学部材群の一実施例を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は本発明に係るシリンドリカルレンズとミラーとで構成した角度φ照射光学系を用いてスリット状ビームをウエハ上に照射する状態を示す斜視図であり、（ｂ）はシリンドリカルレンズとミラーとで構成したＸ軸方向照射光学系を用いてスリット状ビームをウエハ上に照射する状態を示す斜視図である。
【図１４】本発明に係るレーザ光源から出射されるレーザビームのガウス強度分布と視野との関係を示す図である。
【図１５】本発明に係る角度φ照射光学系及びＸ軸方向照射光学系において傾斜ミラーを切り替えてスリット状ビームの照射を低角度と高角度とに切り替えて行う状態を示す図である。
【図１６】本発明に係る粒子状異物とスクラッチとにおいて低角度照射と高角度照射とによって生じる散乱光強度の違いを示す図である。
【図１７】本発明に係る低角度照射と高角度照射とによって生じる散乱光強度の違いに基づいて粒子状異物と薄膜状異物とスクラッチとを弁別できることの説明図である。
【図１８】本発明に係る検出光学系の一実施例を示す図である。
【図１９】本発明に係る検出光学系を傾けた場合の全体概略構成を示す図である。
【図２０】本発明に係る検出光学系を倍率可変に構成した実施例を示す図である。
【図２１】本発明に係るチップレイアウトと観察されるフーリエ変換像とその論理和とを示す図である。
【図２２】本発明に係るピッチ可変の空間フィルタの実施例を示す図である。
【図２３】図２２に示す空間フィルタにおける遮光パターンを示す図である。
【図２４】本発明に係る空間フィルタとして液晶フィルタを用いた場合の遮光パターンの一実施例を示す図である。
【図２５】本発明に係る空間フィルタとして液晶フィルタを用いた場合の遮光パターンの他の一実施例を示す図である。
【図２６】本発明に係るＰ偏光とＳ偏光とにおいて仰角と透明膜の透過率との関係を示す図である。
【図２７】本発明に係るＳ偏光照明とＰ偏光照明とによって表層欠陥と下層欠陥とに分類できる説明図である。
【図２８】表層欠陥と下層欠陥とにおいてＰ偏光照射時の強度とＳ偏光照射時の強度との関係を示す図である。
【図２９】本発明に係る合焦点制御系の光学系の一実施例を示す図である。
【図３０】本発明に係るウエハ上に投影された縞パターンとスリット状ビームと検出視野との関係を示す図である。
【図３１】本発明に係る欠陥検査の処理動作の一実施例を示す図である。
【図３２】本発明に係る画像処理部の一実施例を示す概略構成図である。
【図３３】本発明に係る閾値算出処理部の一実施例を示す構成図である。
【図３４】本発明に係る画像マージ回路を示す構成図である。
【図３５】本発明に係る異物検出処理部を示す構成図である。
【図３６】本発明に係るマージ処理による検出、未検出の関係の説明図である。
【図３７】本発明に係る検査結果の表示例を示す図である。
【図３８】本発明に係る異物または欠陥の分類に関する別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図３９】本発明に係る異物または欠陥の分類に関する更なる別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図４０】本発明に係る異物または欠陥の複数種類の特徴量から分類する方法を説明するための図である。
【図４１】本発明に係る異物または欠陥の分類結果とサイズ測定結果を併記した表示の例を示す図である。
【図４２】本発明に係る異物または欠陥のサイズ測定結果と異物または欠陥の観察画像を併記した表示の例を示す図である。
【図４３】本発明に係る欠陥検査装置において検査条件設定シーケンスを示す図である。
【図４４】本発明に係る光学条件設定画面を説明するための図である。
【図４５】本発明に係る検査条件設定画面を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１…被検査対象基板（ウエハ）、１ａ…半導体ウエハ、１ａａ…チップ、１０…搬送系（ステージ系）、１１…Ｘステージ、１２…Ｙステージ、１３…Ｚステージ、１４…θステージ、１５…ステージコントローラ、２０…照射光学系、２１…レーザ光源、２２…光量調整フィルタ、２３…偏光板、２４…主ビーム拡大光学系、２５…集光光学系、２６…ミラー群、２７…照明制御部、３０…検出光学系、３１…対物レンズ、３２…空間フィルタ、３３…結像光学系、３４…光学フィルタ群（偏光フィルタ（検光子）、ＮＤフィルタ）、３６…イメージセンサ（光検出器）、４０…画像処理部、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２…データ記憶部、４３…閾値算出処理部、４４…異物検出処理部、４５…特徴量算出回路、４６…統合処理部、５０…観察光学系、５１…ミラー、５２…分岐光学要素、５３、５４…観察光学系、６０…合焦点制御系、６２…縞パターン、６８…リニアイメージセンサ、６９…合焦点制御部、７０…全体制御部、７１…入力手段、７２…表示装置（ＧＵＩ画面）、７３…データ記憶部、８０…レビュー光学顕微鏡、８１…光源、８５…イメージセンサ、２００ａ…右側角度φ照射光学系、９０、９０'…スリット状ビーム、９０ａ…第１のスリット状ビーム、９０ｂ、９０ｂ'…第２のスリット状ビーム、９０ｃ…第３のスリット状ビーム、２００ｂ…左側角度φ照射光学系、２００ｃ…Ｘ軸方向照射光学系、２２０…主光路、２２１ａ…第１の光路、２２１ｂ…第２の光路、２２１ｃ…第３の光路、２３０…ビーム光束、２５１…シリンドリカルレンズ、２５１ａ…第１のシリンドリカルレンズ、２５１ｂ…第２のシリンドリカルレンズ、２５２…第３のシリンドリカルレンズ、２５３…（１／ｃｏｓφ）倍拡大光学系、２５５…可干渉性低減光学系、２５５１…ビーム拡大光学系、２５５２…光学部材群、２６０２、２６０５〜２６０７、２６１０、２６２０〜２６２２…ミラー、２６０３…ミラー、２６０３ａ…第１のミラー、２６０３ｂ…第２のミラー、２６２３…第３のミラー、２６０４…傾斜ミラー、２６０４ａ…第１の傾斜ミラー、２６０４ｂ…第２の傾斜ミラー、２６２４…第３の傾斜ミラー、２６１２…ハーフミラー、２６１１…板ガラス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１又は第２の光路に導き、該第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、
該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、
該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を反射して下方に向けるミラーと、該ミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記所定の傾き方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記スリット状ビームとして集束させるシリンドリカルレンズ及び傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照射光学系における前記傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１の光路、第２の光路、第３の光路の各々に導き、該第１の光路に導かれた第１のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群の内Ｘ軸方向に対して平面上時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第１のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第２の光路に導かれた第２のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記Ｘ軸方向に対して平面上反時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第２のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第３の光路に導かれた第３のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、平面上前記Ｘ軸方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第３のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、
該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、
該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１の光路に導かれた前記第１のビーム光束を反射して下方に向ける第１のミラーと、該第１のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第１のシリンドリカルレンズ及び第１の傾斜ミラーとを備え、前記第２の光路に導かれた前記第２のビーム光束を反射して下方に向ける第２のミラーと、該第２のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上反時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第２のシリンドリカルレンズ及び第２の傾斜ミラーとを備え、前記第３の光路に導かれた前記第３のビーム光束を反射して下方に向ける第３のミラーと、該第３のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記Ｘ軸方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第３のスリット状ビームとして集光させる第３のシリンドリカルレンズ及び第３の傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照射光学系において、前記主光路にはビーム径を拡大する主ビーム拡大光学系を有し、前記第３の光路には前記第３のビーム光束の径を更に拡大し、前記被検査対象基板上における第１、第２及び第３のスリット状ビームの長手方向の長さを合わせるビーム拡大光学系を有することを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記照射光学系において、前記第１の光路又は前記第２の光路又は第３の光路に、主光路から得られるコヒーレントの第２のビーム光束を入射して少なくとも前記第２のシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射する前記少なくとも前記集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を設けて構成したことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記照射光学系において、前記光学部材群の入射側に、前記入射するビーム光束径の内少なくとも前記複数の板状の光学部材の積み重ね方向に拡大するビーム拡大光学系を設けて構成したことを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記照射光学系において、前記主光路に、前記レーザ光源から得られるコヒーレントのビーム光束を入射して少なくとも使用する光路に設けられたシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射するように前記少なくとも集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を出し入れ可能に設けて構成したことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
前記照射光学系における前記第１、第２及び第３の傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記検出光学系において、前記被検査対象基板上に存在する繰り返し回路パターンからの干渉パターンを遮光する空間フィルタを前記対物レンズの瞳と共役な位置に設けて構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記照射光学系において、前記主光路に、光量を調整する光量調整用フィルタを設けて構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記照射光学系において、前記主光路に、偏光を制御する偏光板を設け、
前記検出光学系において、偏光を制御して検出する検光子を設けて構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源において、ＵＶ又はＤＵＶレーザ光を出射するように構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記検出光学系において、検出結像倍率を可変に構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置したステージを走行させる走行過程と、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１又は第２の光路に導き、該第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射過程と、
該照射過程によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出過程と、
該検出過程においてイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理過程とを有し、
前記照射過程において、前記第１又は第２の光路に導かれたビーム光束をミラーによって反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束をシリンドリカルレンズ及び傾斜ミラーを用いて前記平面上前記所定の傾き方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記スリット状ビームとして集束させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１５】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置したステージを走行させる走行過程と、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１の光路、第２の光路、第３の光路の各々に導く第１のステップと、該第１の光路に導かれた第１のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群の内Ｘ軸方向に対して平面上時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第１のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する第２のステップと、前記第２の光路に導かれた第２のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記Ｘ軸方向に対して平面上反時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第２のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する第３のステップと、前記第３の光路に導かれた第３のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、平面上前記Ｘ軸方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第３のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する第４のステップとを有する照射過程と、
該照射過程によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出過程と、
該検出過程においてイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理過程とを有し、
前記照射過程において、前記第２のステップは、前記第１の光路に導かれた前記第１のビーム光束を第１のミラーで反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束を第１のシリンドリカルレンズ及び第１の傾斜ミラーを用いて前記平面上時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させ、前記第３のステップは、前記第２の光路に導かれた前記第２のビーム光束を第２のミラーで反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束を第２のシリンドリカルレンズ及び第２の傾斜ミラーを用いて前記平面上反時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させ、前記第４のステップは、前記第３の光路に導かれた前記第３のビーム光束を第３のミラーで反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束を第３のシリンドリカルレンズ及び第３の傾斜ミラーを用いて前記平面上前記Ｘ軸方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第３のスリット状ビームとして集光させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１又は第２の光路に導き、該第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、
該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、
該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を反射して下方に向けるミラーと、該ミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記所定の傾き方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記スリット状ビームとして集束させるシリンドリカルレンズ及び傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照射光学系における前記傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置して走行させるステージと、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１の光路、第２の光路、第３の光路の各々に導き、該第１の光路に導かれた第１のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群の内Ｘ軸方向に対して平面上時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第１のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第２の光路に導かれた第２のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記Ｘ軸方向に対して平面上反時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第２のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射し、前記第３の光路に導かれた第３のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、平面上前記Ｘ軸方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第３のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射光学系と、
該照射光学系によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出光学系と、
該検出光学系のイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理部とを備え、
前記照射光学系において、前記第１の光路に導かれた前記第１のビーム光束を反射して下方に向ける第１のミラーと、該第１のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第１のシリンドリカルレンズ及び第１の傾斜ミラーとを備え、前記第２の光路に導かれた前記第２のビーム光束を反射して下方に向ける第２のミラーと、該第２のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上反時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させる第２のシリンドリカルレンズ及び第２の傾斜ミラーとを備え、前記第３の光路に導かれた前記第３のビーム光束を反射して下方に向ける第３のミラーと、該第３のミラーで下方に向けられたビーム光束を前記平面上前記Ｘ軸方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第３のスリット状ビームとして集光させる第３のシリンドリカルレンズ及び第３の傾斜ミラーとを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照射光学系において、前記主光路にはビーム径を拡大する主ビーム拡大光学系を有し、前記第３の光路には前記第３のビーム光束の径を更に拡大し、前記被検査対象基板上における第１、第２及び第３のスリット状ビームの長手方向の長さを合わせるビーム拡大光学系を有することを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記照射光学系において、前記第１の光路又は前記第２の光路又は第３の光路に、主光路から得られるコヒーレントの第２のビーム光束を入射して少なくとも前記第２のシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射する前記少なくとも前記集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を設けて構成したことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記照射光学系において、前記光学部材群の入射側に、前記入射するビーム光束径の内少なくとも前記複数の板状の光学部材の積み重ね方向に拡大するビーム拡大光学系を設けて構成したことを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記照射光学系において、前記主光路に、前記レーザ光源から得られるコヒーレントのビーム光束を入射して少なくとも使用する光路に設けられたシリンドリカルレンズの集光方向に互に空間的にコヒーレンシーを低減させた複数の細帯状のビームを出射するように前記少なくとも集光方向に互に光路長を変えた複数の板状の光学部材を積み重ねて構成した光学部材群を出し入れ可能に設けて構成したことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
前記照射光学系における前記第１、第２及び第３の傾斜ミラーを、前記スリット状ビームを高傾斜角度照射と低傾斜角度照射とが可能なように切り替え可能に構成したことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記検出光学系において、前記被検査対象基板上に存在する繰り返し回路パターンからの干渉パターンを遮光する空間フィルタを前記対物レンズの瞳と共役な位置に設けて構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記照射光学系において、前記主光路に、光量を調整する光量調整用フィルタを設けて構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記照射光学系において、前記主光路に、偏光を制御する偏光板を設け、
前記検出光学系において、偏光を制御して検出する検光子を設けて構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源において、ＵＶ又はＤＵＶレーザ光を出射するように構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記検出光学系において、検出結像倍率を可変に構成したことを特徴とする請求項１又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置したステージを走行させる走行過程と、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１又は第２の光路に導き、該第１又は第２の光路に導かれたビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群に対して平面上所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する照射過程と、
該照射過程によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出過程と、
該検出過程においてイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理過程とを有し、
前記照射過程において、前記第１又は第２の光路に導かれたビーム光束をミラーによって反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束をシリンドリカルレンズ及び傾斜ミラーを用いて前記平面上前記所定の傾き方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記スリット状ビームとして集束させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１５】
回路パターンが形成された被検査対象基板を載置したステージを走行させる走行過程と、
レーザ光源から出射されるビームを主光路から第１の光路、第２の光路、第３の光路の各々に導く第１のステップと、該第１の光路に導かれた第１のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記回路パターンの主要な直線群の内Ｘ軸方向に対して平面上時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第１のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する第２のステップと、前記第２の光路に導かれた第２のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、前記Ｘ軸方向に対して平面上反時計方向に所定の傾きを有する方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第２のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する第３のステップと、前記第３の光路に導かれた第３のビーム光束を、前記被検査対象基板の面に対して所定の傾斜角度を有し、平面上前記Ｘ軸方向から、長手方向にはほぼ平行光からなる第３のスリット状ビームに集束させて前記長手方向が前記ステージの走行方向に対してほぼ直角になるように前記被検査対象基板上に照射する第４のステップとを有する照射過程と、
該照射過程によってスリット状ビームが照射された被検査対象基板上に存在する異物等の欠陥から得られる反射散乱光を対物レンズで集光し、該集光された反射散乱光をイメージセンサで受光して信号に変換して検出する検出過程と、
該検出過程においてイメージセンサから検出された信号に基づいて異物等の欠陥を示す信号を抽出する画像処理過程とを有し、
前記照射過程において、前記第２のステップは、前記第１の光路に導かれた前記第１のビーム光束を第１のミラーで反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束を第１のシリンドリカルレンズ及び第１の傾斜ミラーを用いて前記平面上時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させ、前記第３のステップは、前記第２の光路に導かれた前記第２のビーム光束を第２のミラーで反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束を第２のシリンドリカルレンズ及び第２の傾斜ミラーを用いて前記平面上反時計方向に前記所定の傾きを有する方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第１のスリット状ビームとして集光させ、前記第４のステップは、前記第３の光路に導かれた前記第３のビーム光束を第３のミラーで反射して下方に向け、該下方に向けられたビーム光束を第３のシリンドリカルレンズ及び第３の傾斜ミラーを用いて前記平面上前記Ｘ軸方向から前記傾斜角で前記被検査対象基板上に前記第３のスリット状ビームとして集光させることを特徴とする欠陥検査方法。
【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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【公開番号】特開２００７−１９２７５９（Ｐ２００７−１９２７５９Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３２８５（Ｐ２００６−１３２８５）
【出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【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１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【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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