欠陥検査装置及び欠陥検査方法
【課題】
検出画素ずれおよび画素割れによる影響を回避し、概略同一の領域から発生する散乱光同士を加算可能にする欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
被検査対象物の所定の領域に照明光を照射する照明光学系と、前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の所定の領域からの散乱光を複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系と、前記検出光学系の検出器により検出した散乱光に基づく検出信号について、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する補正部と前記補正部により補正された検出信号に基づいて該被検査対象物の表面の欠陥を判定する欠陥判定部とを備えた信号処理部と、を有する欠陥検査装置である。
検出画素ずれおよび画素割れによる影響を回避し、概略同一の領域から発生する散乱光同士を加算可能にする欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
被検査対象物の所定の領域に照明光を照射する照明光学系と、前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の所定の領域からの散乱光を複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系と、前記検出光学系の検出器により検出した散乱光に基づく検出信号について、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する補正部と前記補正部により補正された検出信号に基づいて該被検査対象物の表面の欠陥を判定する欠陥判定部とを備えた信号処理部と、を有する欠陥検査装置である。
【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欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【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、製品の歩留まりを維持・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。従来技術としては、「ウエハ表面上に数十μｍに集光したレーザビームを照射して、欠陥から発生する散乱光を集光・検出し、数十ｎｍから数μｍ以上の寸法の欠陥を検出する」方法があり、特許文献１（特開平９−３０４２８９号公報）や特許文献２（特開２０００−１６２１４１号公報）が知られている。
【０００３】
また、特許文献３（特開２００８−２６８１４０号公報）には、「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」方法が開示されている。
【０００４】
また、検査中のウエハの高さ変動による検出誤差を低減する方法として、特許文献４（特開２００７−２４０５１２号公報）には、「第１の光源からの射出ビームを回転するウエハの表面上を照明してビームスポットを形成してウエハ表面上の異物等の欠陥による散乱光を複数方向で検出して信号として出力し、第２の光源からの白色光または広帯域の光を用いてウエハ面の上下動を検出してその情報に基づいてウエハ面上のビームスポット位置を補正してウエハ面上下動に伴う座標誤差を抑制するとともに、第１の光源における光の射出方向および射出位置を補正して第１の光源の変動による座標誤差をを抑制することで検出する異物等の欠陥の座標精度を向上する。さらに照明ビームスポット径を補正し、検出感度や異物座標検出誤差の機差を抑制する」方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３０４２８９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２１４１号公報
【特許文献３】特開２００８−２６８１４０号公報
【特許文献４】特開２００７−２４０５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年ＬＳＩ配線は急激に微細化しており、検出すべき欠陥のサイズは光学式検査の検出限界に近づいている。半導体ロードマップによると２０１２年には３６ｎｍノードのＬＳＩの量産が開始されようとしており、パターンなし試料検査装置にはＤＲＡＭハーフピッチと同程度の大きさの欠陥を検出する能力が必要とされている。欠陥とは被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、研磨により生じるスクラッチなどである。
【０００７】
欠陥に対してレーザで照明を行ったときに発生する散乱光の大きさＩは、欠陥の粒径をＤとすると、Ｉ∝Ｄ＾６の関係があることが知られている。つまり欠陥サイズが小さくなると発生する散乱光は急速に減少するため、微細欠陥から発生する散乱光を増大させる必要がある。
【０００８】
欠陥から発生する散乱光を大きくする方法として、レーザの高出力化が存在するが、上記手法では試料上のレーザ照射部の表面温度が上昇し、試料にダメージを与える恐れがある。また照射時間を長くすることでも検出する散乱光を大きくできるが、単位時間あたりの検査可能面積が縮小するためスループットの低下を招くことになる。
【０００９】
半導体の微細化に追従するためには、検査装置の検出感度も断続的に向上させる必要がある。特許文献１、特許文献２ではレーザパワーを増大させることにより検出感度を向上させることが可能だが、試料にダメージが発生する可能性がある。または照射時間を長くすることにより検出感度を向上させることもできるが、単位時間あたりの検査可能面積が縮小するためスループットの低下を招く。
【００１０】
試料へのダメージ回避とスループット維持を両立させつつ検出感度を向上させるためには信号加算による信号増幅の効果を大きくすることが必要となり、試料にダメージを与えず、また、スループットを低下させずにより微細な欠陥を検出可能にする手法として、所定の領域（一つの欠陥）を複数回検出し、それらの信号を加算する方法（特許文献３）が考えられる。
【００１１】
しかし、検査中に試料は数千ＲＰＭ（Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）という高速回転を行っており、振動や対流により試料垂直方向に対して試料自身の高さ変動が発生する。この場合、レーザにより照射すべき試料上の領域と実際にレーザを照射している領域との関係にずれが発生し、本来のラインセンサの位置とはずれた位置に散乱光が結像されるため、予め設定された画素とは異なるラインセンサの画素位置に散乱光が結像されたり、デフォーカスによるピンボケが発生してしまう。また、試料表面に対して複数の方向に結像光学系を配置した場合には、出荷時の調整にて概略同一の領域からの散乱光を検出している画素同士を対応づけておき、その対応関係に基づき信号加算の処理を行う。つまり検査中の試料高さ変動により、概略同一の領域からの散乱光を検出している画素同士の対応関係が崩れ、同一領域同士の信号の加算ができなくなる、という課題が発生する（以後、本課題のことを「検出画素ずれ」、または単に「画素ずれ」と表記する）。
【００１２】
また、ラインセンサを使用することにより、１つの欠陥からの散乱光が複数の画素にまたがって検出されるケースも発生し（以後、「画素割れ」と表記する。）、この場合には検出光量が低下し、検出感度が低下する。
【００１３】
特許文献４記載の方法では、ウエハの高さ変動に応じて照明位置を補正することが開示されているが、結像光学系を用いた場合には照明位置の補正だけでなく、ウエハと結像光学系との間の距離も補正する必要があり、この方法ではウエハの高さ変動による検出画素ずれを回避することはできない。
【００１４】
本発明は、検出画素ずれによる影響を回避し、概略同一の領域から発生する散乱光同士を加算可能にする欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
【００１６】
（１）被検査対象物の所定の領域に照明光を照射する照明光学系と、前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の表面からの散乱光を複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系と、前記検出光学系の検出器により検出した散乱光に基づく検出信号について、前記被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する補正部と、前補正部により補正された検出信号に基づいて該被検査対象物の表面の欠陥を検出する検出部と、を有する欠陥検査装置である。
【００１７】
（２）（１）記載の欠陥検査装置であって、前記検出光学系の検出器は、該被検査対象物の表面からの散乱光を該被検査対象物の表面に対して異なる方位角方向にて各々検出できるように複数個備えられており、前記補正部では、複数個の検出器にて各々検出された散乱光に基づく複数の検出信号について該画素ずれを補正し、さらに、前記補正部にて補正された複数の検出信号を加算する加算部を有することを特徴とする欠陥検査装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、試料表面に存在する微小な欠陥を検査できる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の上面図
【図２】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の側面図
【図３】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の検出光学系
【図４】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の検出光学系の側面図
【図５】照明領域とラインセンサの、空間的な位置関係と試料面上での検出範囲の位置関係の説明図
【図６】試料面における照明領域と検出範囲との位置関係の説明図
【図７】試料面における照明領域と検出範囲との位置関係の説明図
【図８】試料面における照明領域と検出範囲との位置関係の説明図
【図９】検出信号の説明図
【図１０】ラインセンサと欠陥散乱光の結像位置の関係図
【図１１】ラインセンサと欠陥散乱光の結像位置の関係図
【図１２】欠陥マップとＨａｚｅマップの説明図
【図１３】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例
【図１４】第一の実施例の検査フロー
【図１５】本発明に係る欠陥検査装置の第二の実施例
【図１６】第二の実施例におけるセンサの説明図
【図１７】ラインセンサの検出範囲と送りピッチの関係図
【図１８】ラインセンサの検出範囲と送りピッチの関係図
【図１９】サブピクセル加算の説明図
【図２０】サブピクセル加算の説明図
【図２１】第二の実施例の検査フロー
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る欠陥検査装置の実施形態の一例について、図1および図２を用いて説明する。図１および図２で示す欠陥検査装置は、照明光学系１０１、検出光学系１０２ａ〜１０２ｆ、試料ステージ１０３および信号処理部１０４とを有して構成される。図１は検査装置の平面図（上面図）、図２は照明光学系１０１、検出光学系１０２ａ、および、試料ステージ１０３の側面図を示している。
【００２１】
照明光学系１０１はレーザ光源２、ビームエキスパンダ３、偏光素子４、ミラーｍ、集光レンズ５を有して構成される。レーザ光源２から射出されたレーザビーム２００はビームエキスパンダ３でビーム径を所望の大きさに調整され、偏光素子４で所望の偏光状態へ変換され、反射ミラーｍを介し、集光レンズ５で試料１の被検査領域に仰角θｉで照射される。
【００２２】
ここで、レーザ光源２は、波長３５５ｎｍのレーザビームを発振するレーザ光源であり、照明仰角θｉは、試料表面から１０度の角度である。また、照明領域２０は試料面上で概略楕円形状をしており、長軸方向には概略１０００μｍ、短軸方向には概略２０μｍ程度の大きさである。
【００２３】
ビームエキスパンダ３はアナモフィック光学系であり、複数のプリズムから構成される。光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみに関してビーム径を変化させ、集光レンズ５を使って試料１にスポット照明、または線状照明を行う。
【００２４】
検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは、複数の異なる方位角方向φに配置され、試料上の照明領域２０より発生する散乱光を検出する。検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは方位角方向に関して、概略６０度間隔で配置されており、検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの配置方位角φは、それぞれ３０・９０・１５０・２１０・２７０・３３０度である。
【００２５】
検出光学系１０２ａは試料表面に対して仰角θｓの方向に配置されている。検出仰角θsは試料表面から３０度の角度であり、開口数は０．３である。検出光学系１０２ｂ〜１０２ｆに関しても同様であり、それぞれ試料表面から３０度の検出仰角に配置され、開口数は０．３である。
【００２６】
検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは概略同様の構成をしており、詳細に示したものを図３に示す。検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは対物レンズ１０、偏光素子１１、結像レンズ１２、ラインセンサ（検出器）１３を有して構成される。対物レンズ１０の光学倍率は０．１倍の縮小系である。
【００２７】
偏光素子１１は例えば偏光フィルタやＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：偏光ビームスプリッタ）などであり、偏光検出することにより試料表面の微小凹凸から発生する散乱光（「ラフネス散乱光」と表記する。）を低減させ、より微細な欠陥を検出可能とする。また偏光素子１１は検出光学系の光軸を中心に回転可能であり、また抜き差しも可能である。偏光フィルタはシグマ光機社のＮＳＰＦＵ−３０Ｃ、ＰＢＳはシグマ光機社ＰＢＳＷ−１０−３５０などを使用すればよい。
【００２８】
ラインセンサ１３は、複数画素の散乱光を検出可能であり、浜松ホトニクス社の２５Ｓ３９２３２５６Ｑなどを使用すればよい。２５Ｓ３９２４−２５６Ｑの画素数は２５６、画素ピッチは２５μｍ、画素の高さは０．５ｍｍである。
【００２９】
照明領域２０とラインセンサ１３は共役な位置関係にあり、照明領域２０からの散乱光をラインセンサ１３の各画素に結像する。検出光学系１０２ａ・１０２ｄのラインセンサは照明領域２０の長手方向２１０と概略平行となるように配置すれば、ラインセンサと照明領域２０と共役な位置関係となる。検出光学系１０２ｂは方位角３０度、仰角３０度の方向に配置されているため、光学倍率１倍の条件で結像した場合には、図４のように、光軸に対し３０度傾いた像面１５に像が形成される。像の傾きを補正し、光軸２１２に対し概略垂直な面に結像するためには、検出光学系を縮小倍率にすればよい。対物レンズ１０は光学倍率０．１の縮小系であるため、像の傾きが補正され、光軸２１２と概略垂直な像面１６に像が形成される。結像レンズ１２の倍率により全体の光学倍率は決定され、検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの全体での光学倍率は１０倍である。
【００３０】
検出光学系１０２ｂのラインセンサ１３を光軸に垂直な面１６内で、かつ試料１に平行な位置に配置した場合には、試料１面上での照明領域２０とラインセンサ１３の検出範囲１７は図５に示すような位置関係になり、照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が３０度になる。この状態では照明領域２０から発生する散乱光を全て補足できないため、ラインセンサを光軸２１２を中心に回転させる必要がある。照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が３０度であるため、それと同じ大きさの３０度だけ回転させることにより、照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が概略０度になり、照明領域２０から発生する散乱光を全て補足し、ラインセンサ上に結像することができる。検出光学系１０２ｂ・１０２ｃ・１０２ｅ・１０２ｆに関して、検出方位角によって照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が異なる。よって、検出方位角に応じてラインセンサを光軸を中心として回転させ、照明領域２０から発生する散乱光を全て補足し、ラインセンサ上に結像させる。
【００３１】
図２の試料ステージ１０３は試料１を保持するチャックおよび高さ制御を行うＺステージ（図示せず）、試料を回転させるための回転ステージ６および試料１をＲ方向に移動させるための併進ステージ７から構成される。試料ステージ１０３は回転走査および併進走査を行うことによって、照明領域２０が試料１の全面をスパイラル状に照明するように走査を行う。ここで、静止時の試料表面の高さをｚ＝０とし、鉛直上方を正の方向と定義する。
【００３２】
図１の信号処理部１０４は、アナログ回路１５０、Ａ／Ｄ変換部１５１、隣接画素統合部（画素ずれ補正部）１５２、信号加算・欠陥判定部１５３、ＣＰＵ１５４、マップ出力部１５５、入力部１５６を備えて構成される。
【００３３】
次に、図６と図７を用いて、試料高さ変動により画素ずれが発生する理由の説明を行う。
【００３４】
図６は検出光学系１０２ａの配置された検出方位角から見た場合の試料１面上でのラインセンサの検出範囲２１ａと照明領域２０の位置関係を示しており、図７は検出光学系１０２ｂの配置された検出方位角から見た場合の試料１面上でのラインセンサの検出範囲２１ｂと照明領域２０の位置関係を示している。ここで、ラインセンサの画素が並んでいる方向をＲ１方向、画素の高さ方向をＲ２と定義する。Ｒ１とＲ２は互いに直交の関係である。
【００３５】
試料高さ変動が起こっていない場合では、図６、図７ともに照明領域２０と検出範囲２１ａ・２１ｂの位置関係は同じであり、この状態において初期調整で２つのラインセンサの検出範囲を概略同一の領域に調整しておく。つまり初期調整において、概略同一の領域から発生する散乱光を検出する画素の対応関係は決められており、検査中はその対応関係に従い、散乱光信号を加算すればよい。
【００３６】
次に試料高さ変動が起こった場合の説明を行う。試料表面高さがｚ＝０の高さにあった時には、照明領域２０とラインセンサ１３はピントがあっている状態に調整されているが、試料表面の高さが変動した場合にはピントがずれるため、照明領域２０から発生する散乱光のラインセンサへの結像位置が変化する。「ｈ」を任意の定数とする。試料１が高速回転することにより、試料表面の高さがz方向に＋ｈ μｍだけずれた場合、照明領域２０は照明領域２０’の位置にずれ、試料表面の高さがz方向に−ｈ μｍだけずれた場合、照明領域２０は照明領域２０’’の位置にずれることを示している。
【００３７】
図６の例では照明領域２０のずれる方向２５は、画素高さ方向であるＲ２と平行な方向だけであり、この場合には画素ずれは発生しない。一方、図７の例では、照明領域２０のずれる方向２６は、Ｒ２と平行な方向だけでなくＲ１と平行な方向にもずれる。照明領域２０がＲ１方向もずれることにより、画素ずれが発生する。画素ずれが発生することにより、初期調整で設定していた、概略同一の領域から発生している散乱光を検出する画素同士の対応関係が崩れ、信号加算による信号増幅の効果が減少することになる。
【００３８】
試料高さ変動により発生する照明領域２０のずれる方向２５・２６は検出方位角φによって異なり、また照明領域２０のずれる大きさは検出仰角θs、検出方位角φ、試料高さ変動の大きさによって異なることがわかっている。
【００３９】
以後、照明領域２０のずれる方向をベクトルと考え、Ｒ１・Ｒ２の２成分に分解した時のＲ１成分の符号を画素ずれ方向、Ｒ１成分の絶対値を画素ずれ大きさと定義する。図８の場合、照明領域２０のずれる方向２７を想定した場合、画素ずれ方向は負（−：マイナス）であり、画素ずれ大きさは線分ＯＡの長さとなる。
【００４０】
本発明では画素ずれが発生し、概略同一の領域から発生している散乱光を検出している画素同士の対応関係が崩れた場合、下記のようにラインセンサの隣接する画素同士の信号を統合して処理することにより概略同一領域同士の信号を加算可能とする。
【００４１】
ラインセンサ１３は受光光量に応じた電気信号を発生させ、電気信号はアナログ回路１５０に導かれる。アナログ回路１５０で行われる処理に関して以下、説明する。
【００４２】
照明領域２０から発生する散乱光を検出すると、ラインセンサ１３からは図９のような信号が出力される。試料表面荒れから発生するラフネス散乱光Ｎｏはレーザ照射期間中には常に発生しており、低周波なうねりとして検出される（＜数ｋＨz）。ラフネス散乱光Ｎｏがラインセンサ１３に入射し光電変換される時に、ランダムな変動であるショットノイズＮｏが発生し、これも同時に検出される。一方、欠陥から発生する欠陥散乱光Ｓｏは、照明幅２０ μｍの照明領域２０が欠陥の存在する位置を通過する間の短い時間だけ、パルス状に発生するため、ラフネス散乱光と比較して高周波である（＞数ｋＨz）。つまり図９記載の検出信号がアナログ回路１５０に導かれてきた時に、前記検出信号に対し、ハイパスフィルタ（通過帯域：＞数ｋＨz）を適用することで欠陥信号を抽出でき、ローパスフィルタ（通過帯域：＜数ｋＨz）を適用することでラフネス散乱光強度（以後これをＨａｚｅ信号と呼ぶ）を抽出可能となる。
【００４３】
以上のことより、ラインセンサ１３で検出した欠陥散乱光に基づき発生した電気信号に対してはハイパスフィルタがかけられ、ラインセンサ１３で検出したラフネス散乱光に基づき発生した電気信号に対してはローパスフィルタがかけられる。これにより、欠陥信号とＨａｚｅ信号を分離して処理することが可能になる。
【００４４】
上述のフィルタリング処理を行われた信号はＡ／Ｄ変換部１５１にて数ＭＨz以上のサンプリングピッチでデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された欠陥信号は隣接画素統合部（画素ずれ補正部）１５２に導かれ、隣接画素の信号統合（画素ずれの補正）が行われる。
【００４５】
図１０を用いて信号統合の方法を説明する。図１０は、ラインセンサ１３の各画素と欠陥散乱光３３が結像される画素との位置関係を示している。検出光学系１０２ｆに使用されているラインセンサ３０、検出光学系１０２ａに使用されているラインセンサ３１、検出光学系１０２ｂに使用されているラインセンサ３２、それぞれの８画素（Ａ〜Ｈ）を取り上げて、試料高さ変動が起こっていない時に、全てのラインセンサの画素Ｃのほぼ中心に欠陥散乱光３３が結像されている場合を例に説明する。
【００４６】
（１）試料高さ変動が起こっていない、または変動が非常に小さく画素ずれが起こっていない状態では、全てのラインセンサの画素Ｃの検出信号同士を加算すればよい。
【００４７】
（２）＋ｚ方向に試料高さ変動が起こったケースにおいて、１画素程度の画素ずれが発生した場合、ラインセンサ３１では欠陥散乱光３３は画素Ｃで検出されることに変わりはないが、ラインセンサ３０では欠陥散乱光３３は画素Ｂで検出され、ラインセンサ３２では画素Ｄで検出される。つまり、ラインセンサ３０の画素Ｂ、ラインセンサ３１の画素Ｃ、ラインセンサ３２の画素Ｄでの検出信号同士を加算すればよい。
【００４８】
（３）欠陥散乱光が画素Ｃのほぼ中心に結像されている状態であれば、各ラインセンサからの出力信号に対し、上記（１）または（２）の処理を並列で行えば、試料高さ変動が起こっても概略同一領域の検出信号を検出できるが、画素の中心以外に結像されるケースも考えられる。また画素ずれの大きさが１画素以下のケースも考えられる。よって図１１のようなケースが想定される。ラインセンサ３１では画素ずれは発生しないが、画素の中心以外の場所に欠陥散乱光３３が結像されている。画素ずれの大きさが１画素以下であり、ラインセンサ３０では画素ずれが発生して画素Ｂで検出されるが、ラインセンサ３２では画素ずれは発生せず、画素Ｃで検出される。この場合には上記（１）（２）の処理だけでは概略同一領域の信号同士の加算はできない。
【００４９】
（４）（３）のケースでは、隣接する画素の検出信号を統合処理すればよい。ラインセンサ３０では画素ＢとＣの検出信号を統合し、２画素分の検出信号を１つの検出信号として処理する。ラインセンサ３２では画素ＣとＤの検出信号を統合して処理する。ラインセンサ３１では画素ＢとＣとＤの検出信号を統合して処理する。ただし、画素ＢとＤの検出信号には０．５の重みを乗算して統合する。このように隣接画素の信号を統合して処理することにより、（１）乃至（３）全てのケースにおいてが概略同一領域の散乱光を加算可能となる。
【００５０】
（５）画素ずれの大きさが２画素以上のケースも考えられ、その場合には統合する画素の組合せを変更すればよい。ラインセンサ３０では画素ＡとＢの検出信号を統合し、ラインセンサ３２では画素ＤとＥの検出信号を統合する。ラインセンサ３１では（４）と同様の統合を行えばよい。以上のように画素ずれの大きさに応じて統合する画素の組合せが変化するため、検査装置の性能より発生しうる試料高さ変動の大きさを把握して、予め画素ずれの変動量のパターンを準備しておく、またはセンサで試料高さ変動の大きさを実測することにより、画素ずれの変動量を決定し、それらを並列して計算することで画素ずれの影響を回避することが可能になる。予め画素ずれの変動量のパターンを準備する場合には、各パターンについてそれぞれ検出信号を統合処理し、例えば最もＳＮの高いパターンを選択する等することで、最適な画素ずれ量を決定することができる。
【００５１】
（６）（１）〜（５）の項目は、＋z方向に試料高さが変動したケースで説明を行ったが、試料が−z方向に高さ変動するケースも起こる。この場合には画素ずれが逆の方向に発生するため、統合する画素の組合せを変更すればよい。例えば、試料が−z方向に高さ変動し、１画素程度の画素ずれが発生した場合、ラインセンサ３０では画素ＣとＤを、ラインセンサ３２では画素ＢとＣの検出信号を統合すればよい。ラインセンサ３１の処理は（４）と同様で構わない。
【００５２】
（７）以上のように、複数の組合せで統合処理を行い、それぞれに対し、閾値処理を行い、欠陥が検出されたケースの信号のみを採用すればよい。
【００５３】
（８）上記（１）〜（７）では欠陥信号に対してのみ説明を行ったが、Ｈａｚｅ信号に対しても同様の処理が行われる。また、３つの検出信号の例で説明を行ったが、全ての検出器の信号に対して、上記処理は行われる。
【００５４】
統合処理された信号は、信号加算・欠陥判定部１５３に導かれ、同一座標同士の信号が加算され、加算信号に基づき閾値処理による欠陥判定・欠陥分類・欠陥寸法算出、およびレベル判定によるＨａｚｅ処理が行われる。
【００５５】
そしてＣＰＵ１５４を介して、マップ出力部１５５で図１２記載の欠陥マップ１６０およびＨａｚｅマップ１６１を表示する。欠陥マップ１６０は検査時に取り込んだ欠陥種・欠陥サイズ・検出座標を基に表示され、Ｈａｚｅマップ１６１は検査時に取り込んだＨａｚｅ信号レベル・検出座標を基に表示される。また入力部１５６にはユーザインターフェースを含み、ユーザがレシピ設定などを行う。
【００５６】
複数の方位角に検出光学系が存在することの利点として、信号加算による信号増幅効果を大きくする以外にも、使用する検出光学系を選択、または各検出光学系における検出信号に重み付けをして使用することにより、欠陥検出感度を向上させることができる点がある。ラフネス散乱光は、試料表面の粗さ状態に依存して、方位角依存性が存在する。例えば、Ｓｉのように表面粗さが非常にスムースな試料では、レーザビーム２００が入射してきた方向、つまり検出光学系１０２ｅ・１０２ｆが存在する方位角方向にラフネス散乱光が強く発生する傾向があり、Ａlデポ膜のように表面粗さが大きい試料では、レーザビーム２００が進行していく方向、つまり検出光学系１０２ｂ・１０２ｃが存在する方位角方向にラフネス散乱光が強く発生する性質がある。ラフネス散乱光が弱く発生する方位角に存在する欠陥検出光学系で検出された検出信号のみを用いる、またはラフネス散乱光の大きさに応じた重みをゲインとして検出信号に乗算して、処理することにより、欠陥検出感度を向上させることが可能となる。
【００５７】
図１では照明の長手方向２１０と平行な方向からレーザ照明を行っているが、照明の長手方向２１０とレーザを照射する方向は概略同じである必要はなく、異なる方位角方向から照明を行っても構わない。異なる方向から照明する利点として、スクラッチなど欠陥形状に方向性を有する欠陥の分類性能を向上させることができる点がある。ＣＯＰなど、方位角方向に対して概略対称である欠陥から発生する散乱光には方位角依存性が存在せず、全方位角方向に概略均等に発生する傾向がある。一方、スクラッチなどのように方位角方向に対して対象でない欠陥から発生する散乱光には方位角依存性が存在する。またスクラッチからの散乱光の方位角特性は照明の入射する方位角にも依存するため、照明方向を能動的に変化させ、各方位角方向に存在する検出系の信号を比較することで、欠陥分類精度や寸法算出精度を向上させることが可能となる。
【００５８】
図１３は図１に示す実施例の側面図の一例である。図１３では低い仰角θiから照明を行う斜方照明光学系１０１、低い仰角方向θsで散乱光検出を行う低角度検出光学系１０２ｇ、前記低角度検出光学系よりも高い仰角から検出を行う検出光学系１０２ｈが存在している。
斜方照明光学系１０１の照明仰角θiは試料表面から１０度である。斜方照明光学系に関して、試料に対し概略垂直方向から照明を行う垂直照明光学系が存在しても構わない（図示せず）。
【００５９】
低角度検出光学系１０２ｇの配置される仰角は３０度であり、高角度検出光学系１０２ｈの配置される仰角は６０度である。また開口数は低角度検出光学系１０２ｇ、高角度検出光学系１０２ｈともに０．３である。
【００６０】
検出信号はアナログ回路１５０に入力され、ハイパスフィルタとローパスフィルタにより欠陥信号とＨａｚｅ信号に分離され、Ａ／Ｄ変換部１５１にて数ＭＨz以上のサンプリングピッチでデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された信号は隣接画素統合部（画素ずれ補正部）１５２に導かれ、設定された複数の画素ずれの変動量の組合せ（パターン）に基づきそれぞれ補正され、複数の補正結果について閾値処理等を行い、例えば最もＳ／Ｎの高い結果を得たパターンを選択する。選択したパターンの画素ずれの変動量（画素ずれ量）に基づき検出信号を統合し、統合された信号は信号加算・欠陥判定部１５３において、同一座標同士の信号が加算され、該加算信号に基づき閾値処理による欠陥判定・欠陥分類・欠陥サイジング、およびレベル判定によるＨａｚｅ処理が行われる。そしてＣＰＵ１５４を介して、マップ出力部１５５で図１２記載の欠陥マップ１６０およびＨａｚｅマップ１６１を表示する。欠陥マップ１６０は検査時に取り込んだ欠陥信号と座標を基に表示され、Ｈａｚｅマップ１６１は検査時に取り込んだＨａｚｅ信号と座標を基に表示される。また入力部１５６にはユーザインターフェースを含み、ユーザがレシピ設定などを行う。
【００６１】
以上、異なる仰角方向に照明光学系および検出光学系が存在する実施例を説明したが、利点として、次の２点が存在する。
【００６２】
試料上に付着するパーティクルに対しては、斜方照明光学系で照明を行った場合は、垂直照明光学系よりもパーティクルに対する散乱断面積を大きくすることができるため、パーティクルから発生する散乱光量が大きくなり、より微細化欠陥まで検出することが可能になる。また数十ｎｍの大きさの欠陥からの散乱光は低仰角側に強く散乱し、百ｎｍ以上の大きさの欠陥からの散乱光は高仰角側に強く散乱するため、微細な欠陥は低仰角検出光学系で検出し、比較的大きな欠陥は高仰角検出光学系で検出することで、検出可能な欠陥サイズのレンジを大きくすることが可能となる。
【００６３】
一方、ＣＯＰやスクラッチのような試料に対する凹み欠陥には、垂直照明光学系で照明を行った方が、散乱断面積が大きくなるため、凹み欠陥に対する感度を向上させることが可能となる。また凹み欠陥からの散乱光は高仰角側に強く散乱するため、高仰角検出光学系を用いることで、さらに検出感度を向上させることが可能となる。
【００６４】
上記説明のように、欠陥の種類（パーティクル、ＣＯＰ、スクラッチなど）や大きさに応じて、欠陥から発生する散乱光の強度分布や仰角特性が変化するため、照明方向・検出方向毎の信号を組み合わせて比較することで、欠陥分類精度や欠陥寸法算出精度を向上させることが可能となる。
【００６５】
複数方位角、複数仰角方向にある各検出器信号の処理方法に関して、各検出信に対して加算、または平均化処理が行われる。加算することにより、検出光量が大きくなるため、検出感度向上に効果があり、平均化することにより、センサのダイナミックレンジ内で検出可能なサイズの幅が増えることになり、ダイナミックレンジ拡大に効果がある。
【００６６】
次に、欠陥検出処理フローについて、図１４を用いて説明する。
【００６７】
まずはステージに試料１をセットし、検査レシピを設定する（ステップ１７０）。検査を開始し（ステップ１７１）、欠陥信号・Ｈａｚｅ信号を検出する（ステップ１７２）。各検出器の信号に対して、隣接する画素同士の信号に対して統合処理を行う（ステップ１７３）。ここでは、予め定めた複数の画素ずれ量のパターンについて検出信号をそれぞれ補正し、複数の補正結果を閾値判別して、例えば最もＳ／Ｎの高い補正結果となったパターンを画素ずれ量として決定する。信号加算・欠陥判定部１５３において、同一座標同士の信号を加算する（ステップ１７４）。加算した信号に基づき、欠陥判定・欠陥分類・寸法算出・Ｈａｚｅ処理を行い（ステップ１７５）、欠陥マップとＨａｚｅマップを表示する（ステップ１７６）。
【００６８】
レーザ光源２は３５５ｎｍの波長を発振する光源で説明を行ったが、可視、紫外、または真空紫外のレーザビームを発振するレーザ光源でも構わない。
【００６９】
照明領域２０は試料面上で概略楕円形状をしており、長軸方向には概略１０００μｍ、短軸方向には概略２０μｍ程度の大きさである例で説明を行ったが、楕円形状である必要はなく、また大きさに関しても制限はない。
【００７０】
図１では異なる方位角方向φに６つの検出光学系が存在する実施例を説明したが、検出光学系の数は６つに制限される必要はない。また検出方位角φ、検出仰角θsに関しても制限はない。
【００７１】
対物レンズ１０は倍率０．１倍の光学倍率の例で説明を行ったが、倍率に制限はない。また検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの全体としての光学倍率１０倍の例で説明を行ったが、これに関しても制限はない。
【００７２】
検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの開口数に関しても、全ての検出光学系において概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。
【００７３】
照明光学系１０１に関して、エキスパンダ３と集光レンズ５を組み合わせて照明を行う例で説明を行ったが、シリンドリカルレンズを用いて線状照明を行っても構わない。シリンドリカルレンズ単体を用いた場合はアナモフィック光学系を用いて光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみにビーム径を変化させずとも、試料上に線状照明を行うことが可能となるため、ビームエキスパンダ３を省略可能となり、光学系のスリム化が図れる点で有効である。
【００７４】
ラインセンサ１３は散乱光を受光し光電変換するために用いられるものであり、マルチアノード光電子増倍管、ＴＶカメラ、ＣＣＤカメラ、フォトダイオードやリニアセンサ、あるいはイメージインテンシファイアをこれらと組み合わせた高感度なイメージセンサなどを使用しても構わない。例えば二次元センサを用いることで、広い領域を一度に検査することが可能となる。
【００７５】
ラインセンサは２５６画素、画素サイズ２５μｍで説明を行ったが、画素数・画素サイズともに制限はない。
【００７６】
低角度検出光学系１０２ｇ・高角度検出光学系１０２ｈは異なる方位角方向φにも複数存在し、それらの配置される仰角は全て概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。
【００７７】
低角度検出光学系１０２ｇ・高角度検出光学系１０２ｈの開口数に関しても、全ての検出光学系において概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。
【００７８】
本発明の第二の実施形態を図１５で説明する。図１５は、照明光学系１０１、検出光学系１０２、試料ステージ１０３、信号処理部１０４、正反射光観察光学系１０５を有して構成される。照明光学系１０１はレーザ光源２、ビームエキスパンダ３、偏光素子４、集光レンズ５より構成される。レーザ光源２から射出されたレーザビーム２００はビームエキスパンダ３でビーム径を所望の大きさに調整され、偏光素子４で所望の偏光状態へ変換され、反射ミラーｍを介し、集光レンズ５で試料１の被検査領域に照明を行う。
【００７９】
ここで、レーザ光源２は、可視、紫外または真空紫外のレーザビームを発振するレーザ光源を用いればよい。斜方照明光学系１０１の照明仰角θｉはウエハ表面から１０度である。
【００８０】
ビームエキスパンダ３はアナモフィック光学系であり、複数のプリズムから構成される。光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみに関してビーム径を変化させ、集光レンズ５を使ってウエハ１にスポット照明、または線状照明を行う。
【００８１】
検出光学系１０２の詳細構成は図３に示すものと概略同じであり、対物レンズ１０、偏光素子１１、結像レンズ１２、ラインセンサ１３より構成され、照明領域２０から発生する散乱光をラインセンサ１３の各画素に結像する。
【００８２】
検出光学系１０２は仰角θｓの方向に配置されている。検出仰角θｓはウエハ表面から３０度の角度で検出を行い、開口数は０．３である。
【００８３】
試料ステージ１０３は試料１を保持するチャックおよび高さ制御を行うＺステージ（図示せず）、試料を回転させるための回転ステージ６および試料１をＲ方向に移動させるための併進ステージ７から構成される。該試料ステージは回転走査および併進走査を行うことによって、照明領域２０が試料１の全面をスパイラル状に照明するように走査を行う。
【００８４】
信号処理部１０４は、アナログ回路１５０、Ａ／Ｄ変換部１５１、画素ずれ検出部１５７、座標補正部１５８、信号加算・欠陥判定部１５９、ＣＰＵ１５４、マップ出力部１５５、入力部１５６を有して構成される。
【００８５】
ラインセンサ１３は受光光量に応じた電気信号を発生させ、該電気信号はアナログ回路１５０に導かれる。アナログ回路１５０ではハイパスフィルタ、またはローパスフィルタにより欠陥信号とＨａｚｅ信号に分離され、Ａ／Ｄ変換部１５１にて数ＭＨｚ以上のサンプリングピッチでデジタル信号に変換される。
【００８６】
正反射光観察光学系１０５は正反射光２０１の進行方向に配置され、集光レンズ５とＰＳＤ（センサ）５２（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を有して構成される。ＰＳＤ（センサ）５２としては、浜松ホトニクス社のＳ３９３２などを使えばよい。
【００８７】
第二の実施例においては、正反射光観察光学系１０５を用いて正反射光２０１の位置ずれ大きさ・方向を検出することにより試料高さ変動を検出し、画素ずれ検出部１５７で試料高さ変動の大きさ・方向に基づき画素ずれの大きさ・方向を算出し、座標補正部１５８で座標補正を行うことを特徴とする。
【００８８】
図１６は図１５においてレーザビーム２００が仰角θiで試料１に入射し、その正反射光２０１がＰＳＤ（センサ）５２に入射している領域側面の拡大図である。図１６では試料表面高さがｚ＝−ｈ μｍだけ変動した場合を示している。図１６のように試料の高さが変動すると、ＰＳＤ（センサ）５２に入射する正反射光の位置が変化する。ＰＳＤ（センサ）５２からは入射した位置に応じて電気信号が出力されるため、試料表面高さがｚ＝０の位置にあった時の正反射光２０１の入射位置を基準として、試料高さ変動により正反射光の入射した位置がどれだけずれたのか検出することが可能である。ＰＳＤ（センサ）５２から出力される正反射光検出位置のずれの大きさをＸとすれば、
Ｘ＝２・ｈ・ｃｏｓθｉ ・・・(式１)
の関係がある。
【００８９】
正反射光観察光学系１０５を用いて試料１からの正反射光２０１の検出位置ずれの大きさＸを検出し、(式１)を用いることで、試料高さ変動大きさ：ｈと上下どちらの方向に変動したのかを算出することが可能になる。
【００９０】
画素ずれ検出部１５７には、上述の正反射光検出観察光学系１０５より検出された試料高さ変動の大きさと変動の方向が入力される。画素ずれの大きさ・画素ずれの方向は検出光学系の配置される方位角方向φ、仰角方向θs、および試料高さ変動の大きさｈの３つを用いて、三角関数より幾何学的に算出することが可能であり、画素ずれの大きさＰは、
Ｐ＝ｈ・ｓｉｎθｓ／ｔａｎφ ・・・(式２)
となる。
【００９１】
画素ずれ検出部１５７では(式２)に基づき、方位角φ、仰角θs、および試料高さ変動の大きさｈのパラメータより、検出光学系毎に画素ずれの大きさと方向を算出し、座標補正信号を生成し、座標補正部１５８へ出力を行う。
【００９２】
座標補正信号の具体例を以下に示す。座標系を（Ｒ、θ）の２軸とする。θ＝θ０（任意の定数）において試料高さ変動が発生し、上記手法により「Ｒ方向に＋５μｍ」の画素ずれが発生したと検出した場合を考える。この場合の座標補正信号は次のようになる：検出光学系１０２ｂの全ての画素の検出信号に対し、θ＝θ０の座標においてＲ方向の座標を「−５μｍ」だけ補正する。
【００９３】
座標補正部１５８にはＡ／Ｄ変換部１５１より欠陥信号とＨａｚｅ信号が、画素ずれ検出部１５７より座標補正信号が入力される。欠陥信号とＨａｚｅ信号は座標補正信号に基づき、信号の座標が補正される。座標補正された信号は、信号加算・欠陥判定部１５９に導かれる。次に信号加算・欠陥判定部１５９における処理内容に関して述べる。
【００９４】
本発明においては、検出領域をオーバーラップさせ検査し、同一領域からの散乱光信号を加算することでＳ／Ｎを向上させることが可能である。このとき、試料が一回転したときに半径方向に移動する距離を送りピッチと呼ぶ。この送りピッチを変えることで検出感度と検査速度を制御することが可能であり、図１７を用いて説明する。図１７は一つの検出系を対象として、試料面上でのラインセンサ１３の検出位置を示しており、ここでは８画素のラインセンサを用いた場合を想定している。画素Ａが１回転目に検出していた領域に注目する。送りピッチを１画素の大きさにした場合には２回転目には隣の画素Ｂで概略同一の領域からの散乱光を検出することになる。以後、１回転する毎に画素Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈにおいて概略同一領域からの散乱光を検出することになり、これら概略同一領域の信号を加算することでＳ／Ｎを向上させることが可能である。また、図１８のように送りピッチの大きさを８画素にした場合では、単位時間あたりに検査可能な面積を図１７と比較して８倍に増加させることが可能であり、検査速度を短縮することが可能である。しかし、欠陥散乱光が２画素にまたがって検出される場合も発生し（画素割れ）、この場合には検出光量が低下し、Ｓ／Ｎが低下する。送りピッチが画素サイズの整数倍である限り、これを完全に回避することはできない。
【００９５】
第二の実施例では、この送りピッチを画素数の整数倍からずらして走査を行い、信号加算・欠陥判定部１５９において検出領域の共有部分のある画素同士の信号を加算することで、画素割れによるＳ／Ｎ低下を抑制することが可能となる。以下説明を行う。
【００９６】
図１９では８画素のラインセンサを使用することを想定しており、送りピッチの大きさは８／３画素である。また、試料面でのＲ方向の画素サイズは、５μｍである。
【００９７】
１回転目に画素Ｂで検出している試料面上での領域に着目する。送りピッチが画素サイズの整数倍でないために、検出領域が完全に一致している画素の組合せは存在せず、２回転目には画素ＤとＥで、３回転目には画素ＧとＨにまたがって検出されていることがわかる。この場合、以下のように各画素で検出している領域の信号出力に対して加算処理すればよい。
（ａ）１回転目の画素Ｂで検出している領域の出力＋２回転目の画素Ｅで検出している領域の出力＋３回転目の画素Ｈで検出している領域の出力→領域８０における検出信号
（ｂ）１回転目の画素Ｂで検出している領域の出力＋２回転目の画素Ｅで検出している領域の出力＋３回転目の画素Ｇで検出している領域の出力→領域８１における検出信号
（ｃ）１回転目の画素Ｂで検出している領域の出力＋２回転目の画素Ｄで検出している領域の出力＋３回転目の画素Ｇで検出している領域の出力→領域８２における検出信号
以後、送りピッチを画素サイズの整数倍からずらして走査し、検出領域の共有部分が存在する画素同士の信号を統合処理することをサブピクセル加算と表記する。
【００９８】
サブピクセル加算を行うことで画素割れによるＳ／Ｎ低下を抑制可能である理由を以下に示す。図１９において、２回転目に画素Ｄと画素Ｅの間で欠陥散乱光の画素割れが発生するケースを考える。しかし、１回転目には画素Ｂで欠陥散乱光を補足することができ、３回転目には画素Ｇで欠陥散乱光を補足することができ、１回転目と３回転目には画素割れを回避することができる。これにより常に画素割れが発生するというケースは回避することができ、Ｓ／Ｎ低下を抑制することが可能になる。
【００９９】
以上のように、サブピクセル加算を検出器毎に行い、次に各検出器の信号に対して、概略同一座標同士の信号の加算処理を行う。これの説明を図２０を用いて行う。図２０は検出光学系１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｆそれぞれの検出信号に対し、サブピクセル加算（送りピッチは８／３画素の場合）を行った後の概略同一領域の検出信号群を示している。
【０１００】
各検出系において試料面上での本来の画素サイズは１５μｍであるが、サブピクセル加算を行うことにより、画素サイズ以下の分解能の座標精度を得ることができる。送りピッチが８／３画素である場合には、５μｍの画素サイズを得ることができる。検出系１０２ａ・検出系１０２ｂ・検出系１０２ｆにおいて、領域８５の検出信号同士を加算することで、最終的な領域８５における検出信号を得ることができる。領域８６・８７に関しても同様であり、各検出器の信号を加算することで領域８６・８７での最終的な検出信号を得ることができる。他の領域での検出信号に関しても同様であり、対応する領域同士の信号を加算することで最終的な検出信号を得ることができる。
【０１０１】
加算信号に基づき閾値処理による欠陥判定・欠陥分類・欠陥寸法算出、およびレベル判定によるＨａｚｅ処理が行われる。
【０１０２】
そしてＣＰＵ１５４を介して、マップ出力部１５５で図１２記載の欠陥マップ１６０およびＨａｚｅマップ１６１を表示する。欠陥マップ１６０は検査時に取り込んだ欠陥種・欠陥サイズ・検出座標を基に表示され、Ｈａｚｅマップ１６１は検査時に取り込んだＨａｚｅ信号レベル・検出座標を基に表示される。また入力部１５６にはユーザインターフェースを含み、ユーザがレシピ設定などを行う。
【０１０３】
次に、欠陥検出処理フローについて、図２１を用いて説明する。
【０１０４】
まずはステージに試料１をセットし、検査レシピを設定する（ステップ１８０）。検査を開始し、欠陥信号・Ｈａｚｅ信号を検出する（ステップ１８１）。正反射光観察光学系１０５にて正反射光の位置を観察することにより試料高さ変動の大きさ・方向を検出する（ステップ１８２）。ステップ１８２において検出した試料高さ変動の大きさ・方向に基づき、画素ずれ検出部１５７で検出器毎の画素ずれ大きさ・画素ずれ方向を算出する（ステップ１８３）。ステップ１８３で算出した信号に基づき、検出器毎の座標補正信号を生成する（ステップ１８４）。座標補正部１５８において、座標補正信号に基づき欠陥信号とＨａｚｅ信号の座標を補正する（ステップ１８５）。信号加算・欠陥判定部１５９において検出器毎にサブピクセル加算を行う（ステップ１８６）。各検出器のサブピクセル加算された信号に対して、同一座標同士の信号を加算する（ステップ１８７）。加算した信号に基づき、欠陥判定・欠陥分類・寸法算出・Ｈａｚｅ処理を行い（ステップ１８８）、欠陥マップとＨａｚｅマップを表示する（ステップ１８９）。
【０１０５】
図１５では低仰角θｉから照明を行う斜方照明と１つの検出光学系のみが存在する例で説明を行ったが、試料に対し概略垂直方向から照明を行う垂直照明光学系が存在しても構わない。
【０１０６】
検出仰角θsに配置された検出光学系１０２のみが存在する例で説明を行ったが、複数の仰角方向に複数の検出光学系が配置されていても構わない。また複数存在する検出光学系の仰角の大きさ・開口数の大きさにも制限はない。
【０１０７】
検出光学系１０２は図１に示すように異なる方位角方向φにも複数存在し、それらの配置される仰角は全て概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。また配置される方位角に関しても、同様に制限はない。
【０１０８】
ＰＳＤ５２は浜松ホトニクス社のＳ３９３２の例で説明を行ったが、これも使用するＰＳＤの型番に制限はない。
【０１０９】
図１９では送りピッチが８／３画素である例で説明を行ったが、送りピッチが画素の整数倍以外であれば構わない。また画素数・画素サイズにも制限はない。
【０１１０】
図２０では３つの検出系の例で説明が行ったが、複数存在する全ての検出系に対して、概略同一の領域の検出信号の信号加算が行われる。
【０１１１】
以上の通り、本発明の実施の形態によれば、隣接する画素の検出信号を統合処理することで画素ずれが発生しても概略同一領域から発生する散乱光を加算可能になる。
【０１１２】
また、送りピッチを画素の整数倍からずらして走査を行い、試料に照射されたレーザビームの正反射光をモニタリングすることで試料高さ変動の大きさと方向を検出し、その信号に基づき検出信号の座標を補正し、サブピクセル加算を行うことで概略同一の領域から発生した散乱光信号を精度良く加算可能とする。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 試料、２ レーザ光源、３ ビームエキスパンダ、４ 偏光素子、ｍ ミラー、５ 集光レンズ、６ 回転ステージ、７ 併進ステージ、１０ 対物レンズ、１１ 偏光素子、１２ 結像レンズ、１３３０〜３２ ラインセンサ、１５１６ 像面、２０・２０’・２０’’ 照明領域、１７２１Ａ・２１Ｂ 試料面でのラインセンサの検出範囲、２５・２６・２７ 試料高さ変動により照明領域が移動する方向、３３ 欠陥散乱光、４０ ＰＳＤ、５０ 試料面でのラインセンサの検出範囲、８０〜８２・８５〜８７ 検出領域、１０１ 照明光学系、１０２・１０２ａ〜１０２Ｈ 検出光学系、１０３ 試料ステージ、１０４ 信号処理部、１０５ 正反射光観察光学系、１５０ アナログ回路、１５１ Ａ／Ｄ変換部、１５２ 隣接画素統合部、１５３１５９ 信号加算・欠陥判定部、１５４ ＣＰＵ、１５５ マップ出力部、１５６ 入力部、１５７ 画素ずれ検出部、１５８ 座標補正部、１６０ 欠陥マップ、１６１ Ｈａｚｅマップ、１７０〜１７６・１８0〜１８９ 検査フロー、２００ レーザビーム、２０１ 正反射光、２１０ 照明の長手方向、２１２ 検出光学系の光軸、２１３ ラインセンサの画素が並んでいる方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料表面に存在する欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【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、製品の歩留まりを維持・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。従来技術としては、「ウエハ表面上に数十μｍに集光したレーザビームを照射して、欠陥から発生する散乱光を集光・検出し、数十ｎｍから数μｍ以上の寸法の欠陥を検出する」方法があり、特許文献１（特開平９−３０４２８９号公報）や特許文献２（特開２０００−１６２１４１号公報）が知られている。
【０００３】
また、特許文献３（特開２００８−２６８１４０号公報）には、「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」方法が開示されている。
【０００４】
また、検査中のウエハの高さ変動による検出誤差を低減する方法として、特許文献４（特開２００７−２４０５１２号公報）には、「第１の光源からの射出ビームを回転するウエハの表面上を照明してビームスポットを形成してウエハ表面上の異物等の欠陥による散乱光を複数方向で検出して信号として出力し、第２の光源からの白色光または広帯域の光を用いてウエハ面の上下動を検出してその情報に基づいてウエハ面上のビームスポット位置を補正してウエハ面上下動に伴う座標誤差を抑制するとともに、第１の光源における光の射出方向および射出位置を補正して第１の光源の変動による座標誤差をを抑制することで検出する異物等の欠陥の座標精度を向上する。さらに照明ビームスポット径を補正し、検出感度や異物座標検出誤差の機差を抑制する」方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３０４２８９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２１４１号公報
【特許文献３】特開２００８−２６８１４０号公報
【特許文献４】特開２００７−２４０５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年ＬＳＩ配線は急激に微細化しており、検出すべき欠陥のサイズは光学式検査の検出限界に近づいている。半導体ロードマップによると２０１２年には３６ｎｍノードのＬＳＩの量産が開始されようとしており、パターンなし試料検査装置にはＤＲＡＭハーフピッチと同程度の大きさの欠陥を検出する能力が必要とされている。欠陥とは被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、研磨により生じるスクラッチなどである。
【０００７】
欠陥に対してレーザで照明を行ったときに発生する散乱光の大きさＩは、欠陥の粒径をＤとすると、Ｉ∝Ｄ＾６の関係があることが知られている。つまり欠陥サイズが小さくなると発生する散乱光は急速に減少するため、微細欠陥から発生する散乱光を増大させる必要がある。
【０００８】
欠陥から発生する散乱光を大きくする方法として、レーザの高出力化が存在するが、上記手法では試料上のレーザ照射部の表面温度が上昇し、試料にダメージを与える恐れがある。また照射時間を長くすることでも検出する散乱光を大きくできるが、単位時間あたりの検査可能面積が縮小するためスループットの低下を招くことになる。
【０００９】
半導体の微細化に追従するためには、検査装置の検出感度も断続的に向上させる必要がある。特許文献１、特許文献２ではレーザパワーを増大させることにより検出感度を向上させることが可能だが、試料にダメージが発生する可能性がある。または照射時間を長くすることにより検出感度を向上させることもできるが、単位時間あたりの検査可能面積が縮小するためスループットの低下を招く。
【００１０】
試料へのダメージ回避とスループット維持を両立させつつ検出感度を向上させるためには信号加算による信号増幅の効果を大きくすることが必要となり、試料にダメージを与えず、また、スループットを低下させずにより微細な欠陥を検出可能にする手法として、所定の領域（一つの欠陥）を複数回検出し、それらの信号を加算する方法（特許文献３）が考えられる。
【００１１】
しかし、検査中に試料は数千ＲＰＭ（Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）という高速回転を行っており、振動や対流により試料垂直方向に対して試料自身の高さ変動が発生する。この場合、レーザにより照射すべき試料上の領域と実際にレーザを照射している領域との関係にずれが発生し、本来のラインセンサの位置とはずれた位置に散乱光が結像されるため、予め設定された画素とは異なるラインセンサの画素位置に散乱光が結像されたり、デフォーカスによるピンボケが発生してしまう。また、試料表面に対して複数の方向に結像光学系を配置した場合には、出荷時の調整にて概略同一の領域からの散乱光を検出している画素同士を対応づけておき、その対応関係に基づき信号加算の処理を行う。つまり検査中の試料高さ変動により、概略同一の領域からの散乱光を検出している画素同士の対応関係が崩れ、同一領域同士の信号の加算ができなくなる、という課題が発生する（以後、本課題のことを「検出画素ずれ」、または単に「画素ずれ」と表記する）。
【００１２】
また、ラインセンサを使用することにより、１つの欠陥からの散乱光が複数の画素にまたがって検出されるケースも発生し（以後、「画素割れ」と表記する。）、この場合には検出光量が低下し、検出感度が低下する。
【００１３】
特許文献４記載の方法では、ウエハの高さ変動に応じて照明位置を補正することが開示されているが、結像光学系を用いた場合には照明位置の補正だけでなく、ウエハと結像光学系との間の距離も補正する必要があり、この方法ではウエハの高さ変動による検出画素ずれを回避することはできない。
【００１４】
本発明は、検出画素ずれによる影響を回避し、概略同一の領域から発生する散乱光同士を加算可能にする欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
【００１６】
（１）被検査対象物の所定の領域に照明光を照射する照明光学系と、前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の表面からの散乱光を複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系と、前記検出光学系の検出器により検出した散乱光に基づく検出信号について、前記被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する補正部と、前補正部により補正された検出信号に基づいて該被検査対象物の表面の欠陥を検出する検出部と、を有する欠陥検査装置である。
【００１７】
（２）（１）記載の欠陥検査装置であって、前記検出光学系の検出器は、該被検査対象物の表面からの散乱光を該被検査対象物の表面に対して異なる方位角方向にて各々検出できるように複数個備えられており、前記補正部では、複数個の検出器にて各々検出された散乱光に基づく複数の検出信号について該画素ずれを補正し、さらに、前記補正部にて補正された複数の検出信号を加算する加算部を有することを特徴とする欠陥検査装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、試料表面に存在する微小な欠陥を検査できる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の上面図
【図２】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の側面図
【図３】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の検出光学系
【図４】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の検出光学系の側面図
【図５】照明領域とラインセンサの、空間的な位置関係と試料面上での検出範囲の位置関係の説明図
【図６】試料面における照明領域と検出範囲との位置関係の説明図
【図７】試料面における照明領域と検出範囲との位置関係の説明図
【図８】試料面における照明領域と検出範囲との位置関係の説明図
【図９】検出信号の説明図
【図１０】ラインセンサと欠陥散乱光の結像位置の関係図
【図１１】ラインセンサと欠陥散乱光の結像位置の関係図
【図１２】欠陥マップとＨａｚｅマップの説明図
【図１３】本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例
【図１４】第一の実施例の検査フロー
【図１５】本発明に係る欠陥検査装置の第二の実施例
【図１６】第二の実施例におけるセンサの説明図
【図１７】ラインセンサの検出範囲と送りピッチの関係図
【図１８】ラインセンサの検出範囲と送りピッチの関係図
【図１９】サブピクセル加算の説明図
【図２０】サブピクセル加算の説明図
【図２１】第二の実施例の検査フロー
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る欠陥検査装置の実施形態の一例について、図1および図２を用いて説明する。図１および図２で示す欠陥検査装置は、照明光学系１０１、検出光学系１０２ａ〜１０２ｆ、試料ステージ１０３および信号処理部１０４とを有して構成される。図１は検査装置の平面図（上面図）、図２は照明光学系１０１、検出光学系１０２ａ、および、試料ステージ１０３の側面図を示している。
【００２１】
照明光学系１０１はレーザ光源２、ビームエキスパンダ３、偏光素子４、ミラーｍ、集光レンズ５を有して構成される。レーザ光源２から射出されたレーザビーム２００はビームエキスパンダ３でビーム径を所望の大きさに調整され、偏光素子４で所望の偏光状態へ変換され、反射ミラーｍを介し、集光レンズ５で試料１の被検査領域に仰角θｉで照射される。
【００２２】
ここで、レーザ光源２は、波長３５５ｎｍのレーザビームを発振するレーザ光源であり、照明仰角θｉは、試料表面から１０度の角度である。また、照明領域２０は試料面上で概略楕円形状をしており、長軸方向には概略１０００μｍ、短軸方向には概略２０μｍ程度の大きさである。
【００２３】
ビームエキスパンダ３はアナモフィック光学系であり、複数のプリズムから構成される。光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみに関してビーム径を変化させ、集光レンズ５を使って試料１にスポット照明、または線状照明を行う。
【００２４】
検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは、複数の異なる方位角方向φに配置され、試料上の照明領域２０より発生する散乱光を検出する。検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは方位角方向に関して、概略６０度間隔で配置されており、検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの配置方位角φは、それぞれ３０・９０・１５０・２１０・２７０・３３０度である。
【００２５】
検出光学系１０２ａは試料表面に対して仰角θｓの方向に配置されている。検出仰角θsは試料表面から３０度の角度であり、開口数は０．３である。検出光学系１０２ｂ〜１０２ｆに関しても同様であり、それぞれ試料表面から３０度の検出仰角に配置され、開口数は０．３である。
【００２６】
検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは概略同様の構成をしており、詳細に示したものを図３に示す。検出光学系１０２ａ〜１０２ｆは対物レンズ１０、偏光素子１１、結像レンズ１２、ラインセンサ（検出器）１３を有して構成される。対物レンズ１０の光学倍率は０．１倍の縮小系である。
【００２７】
偏光素子１１は例えば偏光フィルタやＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：偏光ビームスプリッタ）などであり、偏光検出することにより試料表面の微小凹凸から発生する散乱光（「ラフネス散乱光」と表記する。）を低減させ、より微細な欠陥を検出可能とする。また偏光素子１１は検出光学系の光軸を中心に回転可能であり、また抜き差しも可能である。偏光フィルタはシグマ光機社のＮＳＰＦＵ−３０Ｃ、ＰＢＳはシグマ光機社ＰＢＳＷ−１０−３５０などを使用すればよい。
【００２８】
ラインセンサ１３は、複数画素の散乱光を検出可能であり、浜松ホトニクス社の２５Ｓ３９２３２５６Ｑなどを使用すればよい。２５Ｓ３９２４−２５６Ｑの画素数は２５６、画素ピッチは２５μｍ、画素の高さは０．５ｍｍである。
【００２９】
照明領域２０とラインセンサ１３は共役な位置関係にあり、照明領域２０からの散乱光をラインセンサ１３の各画素に結像する。検出光学系１０２ａ・１０２ｄのラインセンサは照明領域２０の長手方向２１０と概略平行となるように配置すれば、ラインセンサと照明領域２０と共役な位置関係となる。検出光学系１０２ｂは方位角３０度、仰角３０度の方向に配置されているため、光学倍率１倍の条件で結像した場合には、図４のように、光軸に対し３０度傾いた像面１５に像が形成される。像の傾きを補正し、光軸２１２に対し概略垂直な面に結像するためには、検出光学系を縮小倍率にすればよい。対物レンズ１０は光学倍率０．１の縮小系であるため、像の傾きが補正され、光軸２１２と概略垂直な像面１６に像が形成される。結像レンズ１２の倍率により全体の光学倍率は決定され、検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの全体での光学倍率は１０倍である。
【００３０】
検出光学系１０２ｂのラインセンサ１３を光軸に垂直な面１６内で、かつ試料１に平行な位置に配置した場合には、試料１面上での照明領域２０とラインセンサ１３の検出範囲１７は図５に示すような位置関係になり、照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が３０度になる。この状態では照明領域２０から発生する散乱光を全て補足できないため、ラインセンサを光軸２１２を中心に回転させる必要がある。照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が３０度であるため、それと同じ大きさの３０度だけ回転させることにより、照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が概略０度になり、照明領域２０から発生する散乱光を全て補足し、ラインセンサ上に結像することができる。検出光学系１０２ｂ・１０２ｃ・１０２ｅ・１０２ｆに関して、検出方位角によって照明領域２０の長手方向２１０とラインセンサの画素が並んでいる方向２１３のなす角度が異なる。よって、検出方位角に応じてラインセンサを光軸を中心として回転させ、照明領域２０から発生する散乱光を全て補足し、ラインセンサ上に結像させる。
【００３１】
図２の試料ステージ１０３は試料１を保持するチャックおよび高さ制御を行うＺステージ（図示せず）、試料を回転させるための回転ステージ６および試料１をＲ方向に移動させるための併進ステージ７から構成される。試料ステージ１０３は回転走査および併進走査を行うことによって、照明領域２０が試料１の全面をスパイラル状に照明するように走査を行う。ここで、静止時の試料表面の高さをｚ＝０とし、鉛直上方を正の方向と定義する。
【００３２】
図１の信号処理部１０４は、アナログ回路１５０、Ａ／Ｄ変換部１５１、隣接画素統合部（画素ずれ補正部）１５２、信号加算・欠陥判定部１５３、ＣＰＵ１５４、マップ出力部１５５、入力部１５６を備えて構成される。
【００３３】
次に、図６と図７を用いて、試料高さ変動により画素ずれが発生する理由の説明を行う。
【００３４】
図６は検出光学系１０２ａの配置された検出方位角から見た場合の試料１面上でのラインセンサの検出範囲２１ａと照明領域２０の位置関係を示しており、図７は検出光学系１０２ｂの配置された検出方位角から見た場合の試料１面上でのラインセンサの検出範囲２１ｂと照明領域２０の位置関係を示している。ここで、ラインセンサの画素が並んでいる方向をＲ１方向、画素の高さ方向をＲ２と定義する。Ｒ１とＲ２は互いに直交の関係である。
【００３５】
試料高さ変動が起こっていない場合では、図６、図７ともに照明領域２０と検出範囲２１ａ・２１ｂの位置関係は同じであり、この状態において初期調整で２つのラインセンサの検出範囲を概略同一の領域に調整しておく。つまり初期調整において、概略同一の領域から発生する散乱光を検出する画素の対応関係は決められており、検査中はその対応関係に従い、散乱光信号を加算すればよい。
【００３６】
次に試料高さ変動が起こった場合の説明を行う。試料表面高さがｚ＝０の高さにあった時には、照明領域２０とラインセンサ１３はピントがあっている状態に調整されているが、試料表面の高さが変動した場合にはピントがずれるため、照明領域２０から発生する散乱光のラインセンサへの結像位置が変化する。「ｈ」を任意の定数とする。試料１が高速回転することにより、試料表面の高さがz方向に＋ｈ μｍだけずれた場合、照明領域２０は照明領域２０’の位置にずれ、試料表面の高さがz方向に−ｈ μｍだけずれた場合、照明領域２０は照明領域２０’’の位置にずれることを示している。
【００３７】
図６の例では照明領域２０のずれる方向２５は、画素高さ方向であるＲ２と平行な方向だけであり、この場合には画素ずれは発生しない。一方、図７の例では、照明領域２０のずれる方向２６は、Ｒ２と平行な方向だけでなくＲ１と平行な方向にもずれる。照明領域２０がＲ１方向もずれることにより、画素ずれが発生する。画素ずれが発生することにより、初期調整で設定していた、概略同一の領域から発生している散乱光を検出する画素同士の対応関係が崩れ、信号加算による信号増幅の効果が減少することになる。
【００３８】
試料高さ変動により発生する照明領域２０のずれる方向２５・２６は検出方位角φによって異なり、また照明領域２０のずれる大きさは検出仰角θs、検出方位角φ、試料高さ変動の大きさによって異なることがわかっている。
【００３９】
以後、照明領域２０のずれる方向をベクトルと考え、Ｒ１・Ｒ２の２成分に分解した時のＲ１成分の符号を画素ずれ方向、Ｒ１成分の絶対値を画素ずれ大きさと定義する。図８の場合、照明領域２０のずれる方向２７を想定した場合、画素ずれ方向は負（−：マイナス）であり、画素ずれ大きさは線分ＯＡの長さとなる。
【００４０】
本発明では画素ずれが発生し、概略同一の領域から発生している散乱光を検出している画素同士の対応関係が崩れた場合、下記のようにラインセンサの隣接する画素同士の信号を統合して処理することにより概略同一領域同士の信号を加算可能とする。
【００４１】
ラインセンサ１３は受光光量に応じた電気信号を発生させ、電気信号はアナログ回路１５０に導かれる。アナログ回路１５０で行われる処理に関して以下、説明する。
【００４２】
照明領域２０から発生する散乱光を検出すると、ラインセンサ１３からは図９のような信号が出力される。試料表面荒れから発生するラフネス散乱光Ｎｏはレーザ照射期間中には常に発生しており、低周波なうねりとして検出される（＜数ｋＨz）。ラフネス散乱光Ｎｏがラインセンサ１３に入射し光電変換される時に、ランダムな変動であるショットノイズＮｏが発生し、これも同時に検出される。一方、欠陥から発生する欠陥散乱光Ｓｏは、照明幅２０ μｍの照明領域２０が欠陥の存在する位置を通過する間の短い時間だけ、パルス状に発生するため、ラフネス散乱光と比較して高周波である（＞数ｋＨz）。つまり図９記載の検出信号がアナログ回路１５０に導かれてきた時に、前記検出信号に対し、ハイパスフィルタ（通過帯域：＞数ｋＨz）を適用することで欠陥信号を抽出でき、ローパスフィルタ（通過帯域：＜数ｋＨz）を適用することでラフネス散乱光強度（以後これをＨａｚｅ信号と呼ぶ）を抽出可能となる。
【００４３】
以上のことより、ラインセンサ１３で検出した欠陥散乱光に基づき発生した電気信号に対してはハイパスフィルタがかけられ、ラインセンサ１３で検出したラフネス散乱光に基づき発生した電気信号に対してはローパスフィルタがかけられる。これにより、欠陥信号とＨａｚｅ信号を分離して処理することが可能になる。
【００４４】
上述のフィルタリング処理を行われた信号はＡ／Ｄ変換部１５１にて数ＭＨz以上のサンプリングピッチでデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された欠陥信号は隣接画素統合部（画素ずれ補正部）１５２に導かれ、隣接画素の信号統合（画素ずれの補正）が行われる。
【００４５】
図１０を用いて信号統合の方法を説明する。図１０は、ラインセンサ１３の各画素と欠陥散乱光３３が結像される画素との位置関係を示している。検出光学系１０２ｆに使用されているラインセンサ３０、検出光学系１０２ａに使用されているラインセンサ３１、検出光学系１０２ｂに使用されているラインセンサ３２、それぞれの８画素（Ａ〜Ｈ）を取り上げて、試料高さ変動が起こっていない時に、全てのラインセンサの画素Ｃのほぼ中心に欠陥散乱光３３が結像されている場合を例に説明する。
【００４６】
（１）試料高さ変動が起こっていない、または変動が非常に小さく画素ずれが起こっていない状態では、全てのラインセンサの画素Ｃの検出信号同士を加算すればよい。
【００４７】
（２）＋ｚ方向に試料高さ変動が起こったケースにおいて、１画素程度の画素ずれが発生した場合、ラインセンサ３１では欠陥散乱光３３は画素Ｃで検出されることに変わりはないが、ラインセンサ３０では欠陥散乱光３３は画素Ｂで検出され、ラインセンサ３２では画素Ｄで検出される。つまり、ラインセンサ３０の画素Ｂ、ラインセンサ３１の画素Ｃ、ラインセンサ３２の画素Ｄでの検出信号同士を加算すればよい。
【００４８】
（３）欠陥散乱光が画素Ｃのほぼ中心に結像されている状態であれば、各ラインセンサからの出力信号に対し、上記（１）または（２）の処理を並列で行えば、試料高さ変動が起こっても概略同一領域の検出信号を検出できるが、画素の中心以外に結像されるケースも考えられる。また画素ずれの大きさが１画素以下のケースも考えられる。よって図１１のようなケースが想定される。ラインセンサ３１では画素ずれは発生しないが、画素の中心以外の場所に欠陥散乱光３３が結像されている。画素ずれの大きさが１画素以下であり、ラインセンサ３０では画素ずれが発生して画素Ｂで検出されるが、ラインセンサ３２では画素ずれは発生せず、画素Ｃで検出される。この場合には上記（１）（２）の処理だけでは概略同一領域の信号同士の加算はできない。
【００４９】
（４）（３）のケースでは、隣接する画素の検出信号を統合処理すればよい。ラインセンサ３０では画素ＢとＣの検出信号を統合し、２画素分の検出信号を１つの検出信号として処理する。ラインセンサ３２では画素ＣとＤの検出信号を統合して処理する。ラインセンサ３１では画素ＢとＣとＤの検出信号を統合して処理する。ただし、画素ＢとＤの検出信号には０．５の重みを乗算して統合する。このように隣接画素の信号を統合して処理することにより、（１）乃至（３）全てのケースにおいてが概略同一領域の散乱光を加算可能となる。
【００５０】
（５）画素ずれの大きさが２画素以上のケースも考えられ、その場合には統合する画素の組合せを変更すればよい。ラインセンサ３０では画素ＡとＢの検出信号を統合し、ラインセンサ３２では画素ＤとＥの検出信号を統合する。ラインセンサ３１では（４）と同様の統合を行えばよい。以上のように画素ずれの大きさに応じて統合する画素の組合せが変化するため、検査装置の性能より発生しうる試料高さ変動の大きさを把握して、予め画素ずれの変動量のパターンを準備しておく、またはセンサで試料高さ変動の大きさを実測することにより、画素ずれの変動量を決定し、それらを並列して計算することで画素ずれの影響を回避することが可能になる。予め画素ずれの変動量のパターンを準備する場合には、各パターンについてそれぞれ検出信号を統合処理し、例えば最もＳＮの高いパターンを選択する等することで、最適な画素ずれ量を決定することができる。
【００５１】
（６）（１）〜（５）の項目は、＋z方向に試料高さが変動したケースで説明を行ったが、試料が−z方向に高さ変動するケースも起こる。この場合には画素ずれが逆の方向に発生するため、統合する画素の組合せを変更すればよい。例えば、試料が−z方向に高さ変動し、１画素程度の画素ずれが発生した場合、ラインセンサ３０では画素ＣとＤを、ラインセンサ３２では画素ＢとＣの検出信号を統合すればよい。ラインセンサ３１の処理は（４）と同様で構わない。
【００５２】
（７）以上のように、複数の組合せで統合処理を行い、それぞれに対し、閾値処理を行い、欠陥が検出されたケースの信号のみを採用すればよい。
【００５３】
（８）上記（１）〜（７）では欠陥信号に対してのみ説明を行ったが、Ｈａｚｅ信号に対しても同様の処理が行われる。また、３つの検出信号の例で説明を行ったが、全ての検出器の信号に対して、上記処理は行われる。
【００５４】
統合処理された信号は、信号加算・欠陥判定部１５３に導かれ、同一座標同士の信号が加算され、加算信号に基づき閾値処理による欠陥判定・欠陥分類・欠陥寸法算出、およびレベル判定によるＨａｚｅ処理が行われる。
【００５５】
そしてＣＰＵ１５４を介して、マップ出力部１５５で図１２記載の欠陥マップ１６０およびＨａｚｅマップ１６１を表示する。欠陥マップ１６０は検査時に取り込んだ欠陥種・欠陥サイズ・検出座標を基に表示され、Ｈａｚｅマップ１６１は検査時に取り込んだＨａｚｅ信号レベル・検出座標を基に表示される。また入力部１５６にはユーザインターフェースを含み、ユーザがレシピ設定などを行う。
【００５６】
複数の方位角に検出光学系が存在することの利点として、信号加算による信号増幅効果を大きくする以外にも、使用する検出光学系を選択、または各検出光学系における検出信号に重み付けをして使用することにより、欠陥検出感度を向上させることができる点がある。ラフネス散乱光は、試料表面の粗さ状態に依存して、方位角依存性が存在する。例えば、Ｓｉのように表面粗さが非常にスムースな試料では、レーザビーム２００が入射してきた方向、つまり検出光学系１０２ｅ・１０２ｆが存在する方位角方向にラフネス散乱光が強く発生する傾向があり、Ａlデポ膜のように表面粗さが大きい試料では、レーザビーム２００が進行していく方向、つまり検出光学系１０２ｂ・１０２ｃが存在する方位角方向にラフネス散乱光が強く発生する性質がある。ラフネス散乱光が弱く発生する方位角に存在する欠陥検出光学系で検出された検出信号のみを用いる、またはラフネス散乱光の大きさに応じた重みをゲインとして検出信号に乗算して、処理することにより、欠陥検出感度を向上させることが可能となる。
【００５７】
図１では照明の長手方向２１０と平行な方向からレーザ照明を行っているが、照明の長手方向２１０とレーザを照射する方向は概略同じである必要はなく、異なる方位角方向から照明を行っても構わない。異なる方向から照明する利点として、スクラッチなど欠陥形状に方向性を有する欠陥の分類性能を向上させることができる点がある。ＣＯＰなど、方位角方向に対して概略対称である欠陥から発生する散乱光には方位角依存性が存在せず、全方位角方向に概略均等に発生する傾向がある。一方、スクラッチなどのように方位角方向に対して対象でない欠陥から発生する散乱光には方位角依存性が存在する。またスクラッチからの散乱光の方位角特性は照明の入射する方位角にも依存するため、照明方向を能動的に変化させ、各方位角方向に存在する検出系の信号を比較することで、欠陥分類精度や寸法算出精度を向上させることが可能となる。
【００５８】
図１３は図１に示す実施例の側面図の一例である。図１３では低い仰角θiから照明を行う斜方照明光学系１０１、低い仰角方向θsで散乱光検出を行う低角度検出光学系１０２ｇ、前記低角度検出光学系よりも高い仰角から検出を行う検出光学系１０２ｈが存在している。
斜方照明光学系１０１の照明仰角θiは試料表面から１０度である。斜方照明光学系に関して、試料に対し概略垂直方向から照明を行う垂直照明光学系が存在しても構わない（図示せず）。
【００５９】
低角度検出光学系１０２ｇの配置される仰角は３０度であり、高角度検出光学系１０２ｈの配置される仰角は６０度である。また開口数は低角度検出光学系１０２ｇ、高角度検出光学系１０２ｈともに０．３である。
【００６０】
検出信号はアナログ回路１５０に入力され、ハイパスフィルタとローパスフィルタにより欠陥信号とＨａｚｅ信号に分離され、Ａ／Ｄ変換部１５１にて数ＭＨz以上のサンプリングピッチでデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された信号は隣接画素統合部（画素ずれ補正部）１５２に導かれ、設定された複数の画素ずれの変動量の組合せ（パターン）に基づきそれぞれ補正され、複数の補正結果について閾値処理等を行い、例えば最もＳ／Ｎの高い結果を得たパターンを選択する。選択したパターンの画素ずれの変動量（画素ずれ量）に基づき検出信号を統合し、統合された信号は信号加算・欠陥判定部１５３において、同一座標同士の信号が加算され、該加算信号に基づき閾値処理による欠陥判定・欠陥分類・欠陥サイジング、およびレベル判定によるＨａｚｅ処理が行われる。そしてＣＰＵ１５４を介して、マップ出力部１５５で図１２記載の欠陥マップ１６０およびＨａｚｅマップ１６１を表示する。欠陥マップ１６０は検査時に取り込んだ欠陥信号と座標を基に表示され、Ｈａｚｅマップ１６１は検査時に取り込んだＨａｚｅ信号と座標を基に表示される。また入力部１５６にはユーザインターフェースを含み、ユーザがレシピ設定などを行う。
【００６１】
以上、異なる仰角方向に照明光学系および検出光学系が存在する実施例を説明したが、利点として、次の２点が存在する。
【００６２】
試料上に付着するパーティクルに対しては、斜方照明光学系で照明を行った場合は、垂直照明光学系よりもパーティクルに対する散乱断面積を大きくすることができるため、パーティクルから発生する散乱光量が大きくなり、より微細化欠陥まで検出することが可能になる。また数十ｎｍの大きさの欠陥からの散乱光は低仰角側に強く散乱し、百ｎｍ以上の大きさの欠陥からの散乱光は高仰角側に強く散乱するため、微細な欠陥は低仰角検出光学系で検出し、比較的大きな欠陥は高仰角検出光学系で検出することで、検出可能な欠陥サイズのレンジを大きくすることが可能となる。
【００６３】
一方、ＣＯＰやスクラッチのような試料に対する凹み欠陥には、垂直照明光学系で照明を行った方が、散乱断面積が大きくなるため、凹み欠陥に対する感度を向上させることが可能となる。また凹み欠陥からの散乱光は高仰角側に強く散乱するため、高仰角検出光学系を用いることで、さらに検出感度を向上させることが可能となる。
【００６４】
上記説明のように、欠陥の種類（パーティクル、ＣＯＰ、スクラッチなど）や大きさに応じて、欠陥から発生する散乱光の強度分布や仰角特性が変化するため、照明方向・検出方向毎の信号を組み合わせて比較することで、欠陥分類精度や欠陥寸法算出精度を向上させることが可能となる。
【００６５】
複数方位角、複数仰角方向にある各検出器信号の処理方法に関して、各検出信に対して加算、または平均化処理が行われる。加算することにより、検出光量が大きくなるため、検出感度向上に効果があり、平均化することにより、センサのダイナミックレンジ内で検出可能なサイズの幅が増えることになり、ダイナミックレンジ拡大に効果がある。
【００６６】
次に、欠陥検出処理フローについて、図１４を用いて説明する。
【００６７】
まずはステージに試料１をセットし、検査レシピを設定する（ステップ１７０）。検査を開始し（ステップ１７１）、欠陥信号・Ｈａｚｅ信号を検出する（ステップ１７２）。各検出器の信号に対して、隣接する画素同士の信号に対して統合処理を行う（ステップ１７３）。ここでは、予め定めた複数の画素ずれ量のパターンについて検出信号をそれぞれ補正し、複数の補正結果を閾値判別して、例えば最もＳ／Ｎの高い補正結果となったパターンを画素ずれ量として決定する。信号加算・欠陥判定部１５３において、同一座標同士の信号を加算する（ステップ１７４）。加算した信号に基づき、欠陥判定・欠陥分類・寸法算出・Ｈａｚｅ処理を行い（ステップ１７５）、欠陥マップとＨａｚｅマップを表示する（ステップ１７６）。
【００６８】
レーザ光源２は３５５ｎｍの波長を発振する光源で説明を行ったが、可視、紫外、または真空紫外のレーザビームを発振するレーザ光源でも構わない。
【００６９】
照明領域２０は試料面上で概略楕円形状をしており、長軸方向には概略１０００μｍ、短軸方向には概略２０μｍ程度の大きさである例で説明を行ったが、楕円形状である必要はなく、また大きさに関しても制限はない。
【００７０】
図１では異なる方位角方向φに６つの検出光学系が存在する実施例を説明したが、検出光学系の数は６つに制限される必要はない。また検出方位角φ、検出仰角θsに関しても制限はない。
【００７１】
対物レンズ１０は倍率０．１倍の光学倍率の例で説明を行ったが、倍率に制限はない。また検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの全体としての光学倍率１０倍の例で説明を行ったが、これに関しても制限はない。
【００７２】
検出光学系１０２ａ〜１０２ｆの開口数に関しても、全ての検出光学系において概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。
【００７３】
照明光学系１０１に関して、エキスパンダ３と集光レンズ５を組み合わせて照明を行う例で説明を行ったが、シリンドリカルレンズを用いて線状照明を行っても構わない。シリンドリカルレンズ単体を用いた場合はアナモフィック光学系を用いて光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみにビーム径を変化させずとも、試料上に線状照明を行うことが可能となるため、ビームエキスパンダ３を省略可能となり、光学系のスリム化が図れる点で有効である。
【００７４】
ラインセンサ１３は散乱光を受光し光電変換するために用いられるものであり、マルチアノード光電子増倍管、ＴＶカメラ、ＣＣＤカメラ、フォトダイオードやリニアセンサ、あるいはイメージインテンシファイアをこれらと組み合わせた高感度なイメージセンサなどを使用しても構わない。例えば二次元センサを用いることで、広い領域を一度に検査することが可能となる。
【００７５】
ラインセンサは２５６画素、画素サイズ２５μｍで説明を行ったが、画素数・画素サイズともに制限はない。
【００７６】
低角度検出光学系１０２ｇ・高角度検出光学系１０２ｈは異なる方位角方向φにも複数存在し、それらの配置される仰角は全て概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。
【００７７】
低角度検出光学系１０２ｇ・高角度検出光学系１０２ｈの開口数に関しても、全ての検出光学系において概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。
【００７８】
本発明の第二の実施形態を図１５で説明する。図１５は、照明光学系１０１、検出光学系１０２、試料ステージ１０３、信号処理部１０４、正反射光観察光学系１０５を有して構成される。照明光学系１０１はレーザ光源２、ビームエキスパンダ３、偏光素子４、集光レンズ５より構成される。レーザ光源２から射出されたレーザビーム２００はビームエキスパンダ３でビーム径を所望の大きさに調整され、偏光素子４で所望の偏光状態へ変換され、反射ミラーｍを介し、集光レンズ５で試料１の被検査領域に照明を行う。
【００７９】
ここで、レーザ光源２は、可視、紫外または真空紫外のレーザビームを発振するレーザ光源を用いればよい。斜方照明光学系１０１の照明仰角θｉはウエハ表面から１０度である。
【００８０】
ビームエキスパンダ３はアナモフィック光学系であり、複数のプリズムから構成される。光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみに関してビーム径を変化させ、集光レンズ５を使ってウエハ１にスポット照明、または線状照明を行う。
【００８１】
検出光学系１０２の詳細構成は図３に示すものと概略同じであり、対物レンズ１０、偏光素子１１、結像レンズ１２、ラインセンサ１３より構成され、照明領域２０から発生する散乱光をラインセンサ１３の各画素に結像する。
【００８２】
検出光学系１０２は仰角θｓの方向に配置されている。検出仰角θｓはウエハ表面から３０度の角度で検出を行い、開口数は０．３である。
【００８３】
試料ステージ１０３は試料１を保持するチャックおよび高さ制御を行うＺステージ（図示せず）、試料を回転させるための回転ステージ６および試料１をＲ方向に移動させるための併進ステージ７から構成される。該試料ステージは回転走査および併進走査を行うことによって、照明領域２０が試料１の全面をスパイラル状に照明するように走査を行う。
【００８４】
信号処理部１０４は、アナログ回路１５０、Ａ／Ｄ変換部１５１、画素ずれ検出部１５７、座標補正部１５８、信号加算・欠陥判定部１５９、ＣＰＵ１５４、マップ出力部１５５、入力部１５６を有して構成される。
【００８５】
ラインセンサ１３は受光光量に応じた電気信号を発生させ、該電気信号はアナログ回路１５０に導かれる。アナログ回路１５０ではハイパスフィルタ、またはローパスフィルタにより欠陥信号とＨａｚｅ信号に分離され、Ａ／Ｄ変換部１５１にて数ＭＨｚ以上のサンプリングピッチでデジタル信号に変換される。
【００８６】
正反射光観察光学系１０５は正反射光２０１の進行方向に配置され、集光レンズ５とＰＳＤ（センサ）５２（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を有して構成される。ＰＳＤ（センサ）５２としては、浜松ホトニクス社のＳ３９３２などを使えばよい。
【００８７】
第二の実施例においては、正反射光観察光学系１０５を用いて正反射光２０１の位置ずれ大きさ・方向を検出することにより試料高さ変動を検出し、画素ずれ検出部１５７で試料高さ変動の大きさ・方向に基づき画素ずれの大きさ・方向を算出し、座標補正部１５８で座標補正を行うことを特徴とする。
【００８８】
図１６は図１５においてレーザビーム２００が仰角θiで試料１に入射し、その正反射光２０１がＰＳＤ（センサ）５２に入射している領域側面の拡大図である。図１６では試料表面高さがｚ＝−ｈ μｍだけ変動した場合を示している。図１６のように試料の高さが変動すると、ＰＳＤ（センサ）５２に入射する正反射光の位置が変化する。ＰＳＤ（センサ）５２からは入射した位置に応じて電気信号が出力されるため、試料表面高さがｚ＝０の位置にあった時の正反射光２０１の入射位置を基準として、試料高さ変動により正反射光の入射した位置がどれだけずれたのか検出することが可能である。ＰＳＤ（センサ）５２から出力される正反射光検出位置のずれの大きさをＸとすれば、
Ｘ＝２・ｈ・ｃｏｓθｉ ・・・(式１)
の関係がある。
【００８９】
正反射光観察光学系１０５を用いて試料１からの正反射光２０１の検出位置ずれの大きさＸを検出し、(式１)を用いることで、試料高さ変動大きさ：ｈと上下どちらの方向に変動したのかを算出することが可能になる。
【００９０】
画素ずれ検出部１５７には、上述の正反射光検出観察光学系１０５より検出された試料高さ変動の大きさと変動の方向が入力される。画素ずれの大きさ・画素ずれの方向は検出光学系の配置される方位角方向φ、仰角方向θs、および試料高さ変動の大きさｈの３つを用いて、三角関数より幾何学的に算出することが可能であり、画素ずれの大きさＰは、
Ｐ＝ｈ・ｓｉｎθｓ／ｔａｎφ ・・・(式２)
となる。
【００９１】
画素ずれ検出部１５７では(式２)に基づき、方位角φ、仰角θs、および試料高さ変動の大きさｈのパラメータより、検出光学系毎に画素ずれの大きさと方向を算出し、座標補正信号を生成し、座標補正部１５８へ出力を行う。
【００９２】
座標補正信号の具体例を以下に示す。座標系を（Ｒ、θ）の２軸とする。θ＝θ０（任意の定数）において試料高さ変動が発生し、上記手法により「Ｒ方向に＋５μｍ」の画素ずれが発生したと検出した場合を考える。この場合の座標補正信号は次のようになる：検出光学系１０２ｂの全ての画素の検出信号に対し、θ＝θ０の座標においてＲ方向の座標を「−５μｍ」だけ補正する。
【００９３】
座標補正部１５８にはＡ／Ｄ変換部１５１より欠陥信号とＨａｚｅ信号が、画素ずれ検出部１５７より座標補正信号が入力される。欠陥信号とＨａｚｅ信号は座標補正信号に基づき、信号の座標が補正される。座標補正された信号は、信号加算・欠陥判定部１５９に導かれる。次に信号加算・欠陥判定部１５９における処理内容に関して述べる。
【００９４】
本発明においては、検出領域をオーバーラップさせ検査し、同一領域からの散乱光信号を加算することでＳ／Ｎを向上させることが可能である。このとき、試料が一回転したときに半径方向に移動する距離を送りピッチと呼ぶ。この送りピッチを変えることで検出感度と検査速度を制御することが可能であり、図１７を用いて説明する。図１７は一つの検出系を対象として、試料面上でのラインセンサ１３の検出位置を示しており、ここでは８画素のラインセンサを用いた場合を想定している。画素Ａが１回転目に検出していた領域に注目する。送りピッチを１画素の大きさにした場合には２回転目には隣の画素Ｂで概略同一の領域からの散乱光を検出することになる。以後、１回転する毎に画素Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈにおいて概略同一領域からの散乱光を検出することになり、これら概略同一領域の信号を加算することでＳ／Ｎを向上させることが可能である。また、図１８のように送りピッチの大きさを８画素にした場合では、単位時間あたりに検査可能な面積を図１７と比較して８倍に増加させることが可能であり、検査速度を短縮することが可能である。しかし、欠陥散乱光が２画素にまたがって検出される場合も発生し（画素割れ）、この場合には検出光量が低下し、Ｓ／Ｎが低下する。送りピッチが画素サイズの整数倍である限り、これを完全に回避することはできない。
【００９５】
第二の実施例では、この送りピッチを画素数の整数倍からずらして走査を行い、信号加算・欠陥判定部１５９において検出領域の共有部分のある画素同士の信号を加算することで、画素割れによるＳ／Ｎ低下を抑制することが可能となる。以下説明を行う。
【００９６】
図１９では８画素のラインセンサを使用することを想定しており、送りピッチの大きさは８／３画素である。また、試料面でのＲ方向の画素サイズは、５μｍである。
【００９７】
１回転目に画素Ｂで検出している試料面上での領域に着目する。送りピッチが画素サイズの整数倍でないために、検出領域が完全に一致している画素の組合せは存在せず、２回転目には画素ＤとＥで、３回転目には画素ＧとＨにまたがって検出されていることがわかる。この場合、以下のように各画素で検出している領域の信号出力に対して加算処理すればよい。
（ａ）１回転目の画素Ｂで検出している領域の出力＋２回転目の画素Ｅで検出している領域の出力＋３回転目の画素Ｈで検出している領域の出力→領域８０における検出信号
（ｂ）１回転目の画素Ｂで検出している領域の出力＋２回転目の画素Ｅで検出している領域の出力＋３回転目の画素Ｇで検出している領域の出力→領域８１における検出信号
（ｃ）１回転目の画素Ｂで検出している領域の出力＋２回転目の画素Ｄで検出している領域の出力＋３回転目の画素Ｇで検出している領域の出力→領域８２における検出信号
以後、送りピッチを画素サイズの整数倍からずらして走査し、検出領域の共有部分が存在する画素同士の信号を統合処理することをサブピクセル加算と表記する。
【００９８】
サブピクセル加算を行うことで画素割れによるＳ／Ｎ低下を抑制可能である理由を以下に示す。図１９において、２回転目に画素Ｄと画素Ｅの間で欠陥散乱光の画素割れが発生するケースを考える。しかし、１回転目には画素Ｂで欠陥散乱光を補足することができ、３回転目には画素Ｇで欠陥散乱光を補足することができ、１回転目と３回転目には画素割れを回避することができる。これにより常に画素割れが発生するというケースは回避することができ、Ｓ／Ｎ低下を抑制することが可能になる。
【００９９】
以上のように、サブピクセル加算を検出器毎に行い、次に各検出器の信号に対して、概略同一座標同士の信号の加算処理を行う。これの説明を図２０を用いて行う。図２０は検出光学系１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｆそれぞれの検出信号に対し、サブピクセル加算（送りピッチは８／３画素の場合）を行った後の概略同一領域の検出信号群を示している。
【０１００】
各検出系において試料面上での本来の画素サイズは１５μｍであるが、サブピクセル加算を行うことにより、画素サイズ以下の分解能の座標精度を得ることができる。送りピッチが８／３画素である場合には、５μｍの画素サイズを得ることができる。検出系１０２ａ・検出系１０２ｂ・検出系１０２ｆにおいて、領域８５の検出信号同士を加算することで、最終的な領域８５における検出信号を得ることができる。領域８６・８７に関しても同様であり、各検出器の信号を加算することで領域８６・８７での最終的な検出信号を得ることができる。他の領域での検出信号に関しても同様であり、対応する領域同士の信号を加算することで最終的な検出信号を得ることができる。
【０１０１】
加算信号に基づき閾値処理による欠陥判定・欠陥分類・欠陥寸法算出、およびレベル判定によるＨａｚｅ処理が行われる。
【０１０２】
そしてＣＰＵ１５４を介して、マップ出力部１５５で図１２記載の欠陥マップ１６０およびＨａｚｅマップ１６１を表示する。欠陥マップ１６０は検査時に取り込んだ欠陥種・欠陥サイズ・検出座標を基に表示され、Ｈａｚｅマップ１６１は検査時に取り込んだＨａｚｅ信号レベル・検出座標を基に表示される。また入力部１５６にはユーザインターフェースを含み、ユーザがレシピ設定などを行う。
【０１０３】
次に、欠陥検出処理フローについて、図２１を用いて説明する。
【０１０４】
まずはステージに試料１をセットし、検査レシピを設定する（ステップ１８０）。検査を開始し、欠陥信号・Ｈａｚｅ信号を検出する（ステップ１８１）。正反射光観察光学系１０５にて正反射光の位置を観察することにより試料高さ変動の大きさ・方向を検出する（ステップ１８２）。ステップ１８２において検出した試料高さ変動の大きさ・方向に基づき、画素ずれ検出部１５７で検出器毎の画素ずれ大きさ・画素ずれ方向を算出する（ステップ１８３）。ステップ１８３で算出した信号に基づき、検出器毎の座標補正信号を生成する（ステップ１８４）。座標補正部１５８において、座標補正信号に基づき欠陥信号とＨａｚｅ信号の座標を補正する（ステップ１８５）。信号加算・欠陥判定部１５９において検出器毎にサブピクセル加算を行う（ステップ１８６）。各検出器のサブピクセル加算された信号に対して、同一座標同士の信号を加算する（ステップ１８７）。加算した信号に基づき、欠陥判定・欠陥分類・寸法算出・Ｈａｚｅ処理を行い（ステップ１８８）、欠陥マップとＨａｚｅマップを表示する（ステップ１８９）。
【０１０５】
図１５では低仰角θｉから照明を行う斜方照明と１つの検出光学系のみが存在する例で説明を行ったが、試料に対し概略垂直方向から照明を行う垂直照明光学系が存在しても構わない。
【０１０６】
検出仰角θsに配置された検出光学系１０２のみが存在する例で説明を行ったが、複数の仰角方向に複数の検出光学系が配置されていても構わない。また複数存在する検出光学系の仰角の大きさ・開口数の大きさにも制限はない。
【０１０７】
検出光学系１０２は図１に示すように異なる方位角方向φにも複数存在し、それらの配置される仰角は全て概略同じである必要はなく、また全てが異なっている必要もない。また配置される方位角に関しても、同様に制限はない。
【０１０８】
ＰＳＤ５２は浜松ホトニクス社のＳ３９３２の例で説明を行ったが、これも使用するＰＳＤの型番に制限はない。
【０１０９】
図１９では送りピッチが８／３画素である例で説明を行ったが、送りピッチが画素の整数倍以外であれば構わない。また画素数・画素サイズにも制限はない。
【０１１０】
図２０では３つの検出系の例で説明が行ったが、複数存在する全ての検出系に対して、概略同一の領域の検出信号の信号加算が行われる。
【０１１１】
以上の通り、本発明の実施の形態によれば、隣接する画素の検出信号を統合処理することで画素ずれが発生しても概略同一領域から発生する散乱光を加算可能になる。
【０１１２】
また、送りピッチを画素の整数倍からずらして走査を行い、試料に照射されたレーザビームの正反射光をモニタリングすることで試料高さ変動の大きさと方向を検出し、その信号に基づき検出信号の座標を補正し、サブピクセル加算を行うことで概略同一の領域から発生した散乱光信号を精度良く加算可能とする。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 試料、２ レーザ光源、３ ビームエキスパンダ、４ 偏光素子、ｍ ミラー、５ 集光レンズ、６ 回転ステージ、７ 併進ステージ、１０ 対物レンズ、１１ 偏光素子、１２ 結像レンズ、１３３０〜３２ ラインセンサ、１５１６ 像面、２０・２０’・２０’’ 照明領域、１７２１Ａ・２１Ｂ 試料面でのラインセンサの検出範囲、２５・２６・２７ 試料高さ変動により照明領域が移動する方向、３３ 欠陥散乱光、４０ ＰＳＤ、５０ 試料面でのラインセンサの検出範囲、８０〜８２・８５〜８７ 検出領域、１０１ 照明光学系、１０２・１０２ａ〜１０２Ｈ 検出光学系、１０３ 試料ステージ、１０４ 信号処理部、１０５ 正反射光観察光学系、１５０ アナログ回路、１５１ Ａ／Ｄ変換部、１５２ 隣接画素統合部、１５３１５９ 信号加算・欠陥判定部、１５４ ＣＰＵ、１５５ マップ出力部、１５６ 入力部、１５７ 画素ずれ検出部、１５８ 座標補正部、１６０ 欠陥マップ、１６１ Ｈａｚｅマップ、１７０〜１７６・１８0〜１８９ 検査フロー、２００ レーザビーム、２０１ 正反射光、２１０ 照明の長手方向、２１２ 検出光学系の光軸、２１３ ラインセンサの画素が並んでいる方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象物の所定の領域に照明光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の所定の領域からの散乱光を複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系と、
前記検出光学系の検出器により検出した散乱光に基づく検出信号について、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する補正部と、前記補正部により補正された検出信号に基づいて該被検査対象物の表面の欠陥を判定する欠陥判定部と、を備えた信号処理部と、を有する欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査装置であって、
前記検出光学系の検出器は、該被検査対象物の表面からの散乱光を該被検査対象物の表面に対して異なる方位角方向にて各々検出できるように複数個備えられており、
前記信号処理部の補正部では、複数個の検出器にて各々検出された散乱光に基づく複数の検出信号について該画素ずれを補正し、
前記信号処理部の欠陥判定部では、前記補正部にて補正された複数の検出信号を加算して該被検査対象物の表面の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、
さらに、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動量を測定するセンサを有し、
前記信号処理部の補正部では、前記センサの測定結果に基づき算出される画素ずれ量に基づき該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部の補正部では、予め定めた複数個の画素ずれ量のパターンに基づき該検出信号を補正して、複数の補正結果に基づき算出される画素ずれ量に基づき、該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項３記載の欠陥検査装置であって、
前記センサは、該被検査対象物の所定の領域から反射する正反射光を検出し、
さらに、前記信号処理部は、検出した正反射光に基づき画素ずれ量を算出する画素ずれ検出部を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項３または５に記載の欠陥検査装置であって、
前記センサはＰＳＤであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
前記検出器はラインセンサであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
被検査対象物の所定の領域に照明光学系により照明光を照射する工程と、
前記照明する工程により照明され該被検査対象物の所定の領域から散乱した散乱光を、複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系により検出する工程と、
前記検出する工程により検出した散乱光に基づく検出信号について、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する工程と、
前記補正する工程により補正された検出信号に基づいて、該被検査対象物の表面の欠陥を判定する工程と、を有する欠陥検査方法。
【請求項９】
請求項８記載の欠陥検査方法であって、
前記検出する工程では、該被検査対象物の表面からの散乱光を該被検査対象物の表面に対して異なる方位角方向にて各々検出可能な複数個の検出器により検出し、
前記補正する工程では、前記複数個の検出器にて各々検出された散乱光に基づく複数の検出信号について該画素ずれを補正し、
前記欠陥を判定する工程では、前記補正する工程により補正された複数の検出信号を加算して該被検査対象物の表面の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の欠陥検査方法であって、
さらに、センサにて該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動量を測定する工程を有し、
前記補正する工程では、前記変動量を測定する工程における測定結果に基づき算出される該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１１】
請求項８または９に記載の欠陥検査方法であって、
前記補正する工程では、予め定めた複数個の画素ずれ量のパターンに基づき該検出信号を補正して、複数の補正結果に基づき算出される該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の欠陥検査方法であって、
さらに、前記センサにて該被検査対象物の所定の領域から反射する正反射光を検出する工程と、
前記変動量を測定する工程により測定された該変動量に基づき画素ずれ量を算出する工程と、を備えたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１３】
請求項１０または１２に記載の欠陥検査方法であって、
前記変動量を測定する工程にて、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動量を測定するセンサはＰＳＤであることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
前記検出する工程では、ラインセンサによって、前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の所定の領域からの散乱光を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１５】
請求項９記載の欠陥検査方法であって、
さらに、該被検査対象物を所定のピッチで並進移動させる工程を有し、
前記並進移動させる工程では、前記所定のピッチを前記検出器の１画素の画素数の整数倍とは異なる大きさとし、
前記補正する工程では、前記複数の検出信号のうち、該被検査対象物の概略同一領域からの散乱光を検出した画素ごとに加算処理を行うことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の欠陥検査方法であって、
前記補正する工程では、（１／前記検出器の複数画素の大きさ）×（前記所定のピッチ）ごとに前記複数の検出信号の画素をずらして加算処理することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１】
被検査対象物の所定の領域に照明光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の所定の領域からの散乱光を複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系と、
前記検出光学系の検出器により検出した散乱光に基づく検出信号について、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する補正部と、前記補正部により補正された検出信号に基づいて該被検査対象物の表面の欠陥を判定する欠陥判定部と、を備えた信号処理部と、を有する欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査装置であって、
前記検出光学系の検出器は、該被検査対象物の表面からの散乱光を該被検査対象物の表面に対して異なる方位角方向にて各々検出できるように複数個備えられており、
前記信号処理部の補正部では、複数個の検出器にて各々検出された散乱光に基づく複数の検出信号について該画素ずれを補正し、
前記信号処理部の欠陥判定部では、前記補正部にて補正された複数の検出信号を加算して該被検査対象物の表面の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、
さらに、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動量を測定するセンサを有し、
前記信号処理部の補正部では、前記センサの測定結果に基づき算出される画素ずれ量に基づき該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部の補正部では、予め定めた複数個の画素ずれ量のパターンに基づき該検出信号を補正して、複数の補正結果に基づき算出される画素ずれ量に基づき、該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項３記載の欠陥検査装置であって、
前記センサは、該被検査対象物の所定の領域から反射する正反射光を検出し、
さらに、前記信号処理部は、検出した正反射光に基づき画素ずれ量を算出する画素ずれ検出部を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項３または５に記載の欠陥検査装置であって、
前記センサはＰＳＤであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
前記検出器はラインセンサであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
被検査対象物の所定の領域に照明光学系により照明光を照射する工程と、
前記照明する工程により照明され該被検査対象物の所定の領域から散乱した散乱光を、複数画素で検出可能な検出器を備えた検出光学系により検出する工程と、
前記検出する工程により検出した散乱光に基づく検出信号について、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動に起因する画素ずれを補正する工程と、
前記補正する工程により補正された検出信号に基づいて、該被検査対象物の表面の欠陥を判定する工程と、を有する欠陥検査方法。
【請求項９】
請求項８記載の欠陥検査方法であって、
前記検出する工程では、該被検査対象物の表面からの散乱光を該被検査対象物の表面に対して異なる方位角方向にて各々検出可能な複数個の検出器により検出し、
前記補正する工程では、前記複数個の検出器にて各々検出された散乱光に基づく複数の検出信号について該画素ずれを補正し、
前記欠陥を判定する工程では、前記補正する工程により補正された複数の検出信号を加算して該被検査対象物の表面の欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の欠陥検査方法であって、
さらに、センサにて該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動量を測定する工程を有し、
前記補正する工程では、前記変動量を測定する工程における測定結果に基づき算出される該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１１】
請求項８または９に記載の欠陥検査方法であって、
前記補正する工程では、予め定めた複数個の画素ずれ量のパターンに基づき該検出信号を補正して、複数の補正結果に基づき算出される該検出信号の画素ずれを補正することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の欠陥検査方法であって、
さらに、前記センサにて該被検査対象物の所定の領域から反射する正反射光を検出する工程と、
前記変動量を測定する工程により測定された該変動量に基づき画素ずれ量を算出する工程と、を備えたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１３】
請求項１０または１２に記載の欠陥検査方法であって、
前記変動量を測定する工程にて、該被検査対象物の表面に対して垂直な方向の変動量を測定するセンサはＰＳＤであることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
前記検出する工程では、ラインセンサによって、前記照明光学系の照明光による該被検査対象物の所定の領域からの散乱光を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１５】
請求項９記載の欠陥検査方法であって、
さらに、該被検査対象物を所定のピッチで並進移動させる工程を有し、
前記並進移動させる工程では、前記所定のピッチを前記検出器の１画素の画素数の整数倍とは異なる大きさとし、
前記補正する工程では、前記複数の検出信号のうち、該被検査対象物の概略同一領域からの散乱光を検出した画素ごとに加算処理を行うことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の欠陥検査方法であって、
前記補正する工程では、（１／前記検出器の複数画素の大きさ）×（前記所定のピッチ）ごとに前記複数の検出信号の画素をずらして加算処理す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】
【公開番号】特開２０１１−１５８２６０（Ｐ２０１１−１５８２６０Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７６２０（Ｐ２０１０−１７６２０）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【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２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【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）】
[ Back to top ]