物体表面の欠陥検査装置および方法
【課題】
半導体デバイス等の製造工程中に発生する微小な異物やパターン欠陥を高解像検出するための深紫外光を光源とする装置において、短波長化による光学系へのダメージを検知して、ダメージ部分を退避する手段と、光学系配置の異常を製造時と比較検知して補正する手段とを備え、被検査対象基板上の欠陥を高速・高感度で安定検査できる装置および方法を提供すること。
【解決手段】
光学系の光路内に照明光の強度，収れん状態を検知する手段を設けて、光学系の異常を検知し、異常箇所が光軸と一致しないように退避する手段と、光学系を調整して製造時の光学条件となるように補正するように構成したことにより、検査装置内の光学系の長寿命化と微小欠陥の安定検出を図った。
半導体デバイス等の製造工程中に発生する微小な異物やパターン欠陥を高解像検出するための深紫外光を光源とする装置において、短波長化による光学系へのダメージを検知して、ダメージ部分を退避する手段と、光学系配置の異常を製造時と比較検知して補正する手段とを備え、被検査対象基板上の欠陥を高速・高感度で安定検査できる装置および方法を提供すること。
【解決手段】
光学系の光路内に照明光の強度，収れん状態を検知する手段を設けて、光学系の異常を検知し、異常箇所が光軸と一致しないように退避する手段と、光学系を調整して製造時の光学条件となるように補正するように構成したことにより、検査装置内の光学系の長寿命化と微小欠陥の安定検出を図った。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板，半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥を検出し、前記検出された異物または欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物または欠陥の発生状況を検査する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）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る。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な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、プロセスガスにより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。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程においても、上記異物によりパターン欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。また、プリント基板の製造工程においても同様の状況であって、異物の混入はパターンの短絡，不良接続の原因となる。このような背景の下、半導体製造においては、各製造ライン毎に異物検査装置を場合によっては複数配置し、上記異物の早期発見による製造プロセスへのフィードバックにより半導体製造の歩留まり向上を図っている。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（従来技術１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（従来技術２）に開示されているように、半導体基板上にレーザ光を照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。
【０００５】
また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェ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開示されている。また、ウェ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射させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（従来技術３）において知られている。この従来技術３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。
【０００６】
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１−２５０８４７号公報（従来技術４），特開２０００−１０５２０３号公報（従来技術５）が知られている。特に、従来技術５には、検出光学系を切換えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、特開２００１−６０６０７号公報（従来技術６）が開示されている。これらの異物検査装置では、高速かつ高感度検査が求められる。このため、ウェハ移動ステージの高速化や検出光学系の高ＮＡ，高解像化は検査装置を開発する上で重要となっている。また、検査装置自体からの発塵防止は勿論のこと、検査中の被検査対象への新たな異物の付着もあってはならない。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献４】特開平１−２５０８４７号公報
【特許文献５】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献６】特開２００１−６０６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体の高集積化により検出すべき異物や欠陥の寸法は益々微細化しており、検出光学系の高ＮＡ化や検査光の短波長化が進められてきている。また、検査装置内のクリーン度を向上させても搬送部などの可動部が存在する以上、異物を完全に除去した雰囲気を作ることは大変コストがかかると共に実質、難しいことである。そして、照明光の短波長化と検査装置内の浮遊塵埃との光化学反応で光学素子表面にこの異物が付着し、これによる光学素子の反射率や、透過率が低下してしまう点については配慮がなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの特徴は、光学素子を１次元、または２次元的に移動させる移動部を有することにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、照明光の照明状態（照明光の光量や形状等）を測定する光検出部、撮像装置を有することにある。
【００１１】
本発明のその他の特徴は、前記光検出部、前記撮像装置で測定した照明状態に応じて、前記移動部を用いて前記光学素子を移動することにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光学素子を移動させることにより、光学素子の長寿命化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、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。
【００１４】
本実施の形態に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物，パターン欠陥，マイクロスクラッチ等の様々な欠陥を高感度で、かつ高速で検査し特にウェハ表面に形成された薄膜表面の欠陥を薄膜中の欠陥と分離して安定して検出するものであり、特に装置内を浮遊している汚染物質の光学素子表面への付着による反射率等の低下および光学系の物理的変化により欠陥検出感度が変動しないような装置構成としたことを特徴としている。
【００１５】
具体的には、本実施の形態に係る欠陥検査装置は、照明光学系１０の光路中にある光学素子３２０等を移動させる移動部を設けて、照明光を反射させて検出する第２の光検出手段３１０（ＴＶカメラ等の撮像装置）、および被検査基板１の載置台３４に設けられた第３の光検出手段１８０によって照明状態を検知することにより、照明光学系の異常を検出して、正常な状態に修正する機能を備えた装置構成としたものである。
【００１６】
また、本実施の形態に係る欠陥検査装置は、照明光と検査装置内の浮遊塵埃との光化学反応で、光学素子表面に汚染物質が付着することによる光学素子の反射，透過率低下等の機能障害を、光路中に配した検出手段で検知し、異常の場合は前記移動部を用いて光学素子を退避させることで回避できる。
【００１７】
つまり、前記光検出部で測定した照明光の照明状態に応じて、前記移動部を用いて前記光学素子は移動されることになる。
【００１８】
まず、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ及び該ウェハ上に形成された透明膜上の小／大異物やマイクロスクラッチおよび、透明膜中の異物やパターン欠陥等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハのような基板の他に、薄膜基板，フォトマスク，ＴＦＴ，ＰＤＰ，ハードディスク等の基板の検査にも適用可能である。
【実施例１】
【００１９】
図１に、第１の実施例に係る物体表面の欠陥検査装置の構成を示す。本欠陥検査装置は、大きくは、照明光学系１０，検出光学系２０，搬送系３０，信号処理系４０及び欠陥検査装置全体を制御する全体制御部５０によって構成される。
【００２０】
搬送系３０は、例えば様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置台３４に載置，移動させるＸステージ３１−１，Ｙステージ３１−２，Ｚステージ３２，θステージ３３と、これらを制御するための駆動回路３５とを備えて構成される。
【００２１】
照明光学系１０は例えば図２の如く、レーザ光源１１，シャッタ５８，ビーム拡大光学系１６，ミラー２６０〜２６８，レンズ２３１〜２３３，波長板２１１〜２１３を備え、レーザ光源１１から射出された光を、ビーム拡大光学系１６である大きさに拡大後、ミラー，波長板，レンズ等を介して、斜め複数方向からウェハ１表面上に照明するように構成される。
【００２２】
検出光学系２０は、例えば対物レンズ２１，空間フィルタ２２，結像レンズ２３，光学フィルタ２５，ミラー９０，ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６を備えて構成される。
【００２３】
信号処理系４０は、例えば光検出器２６で検出された画像信号を処理して欠陥，異物を検出する。
【００２４】
観察光学系６０は、例えば対物レンズ６１，ハーフミラー６２，チューブレンズ６５，照明光源６３及び撮像手段６４を備え、照明光源６３から出射した光をハーフミラー６２で反射して光路をウェハ１の方向に曲げ、対物レンズ６１で集光させてウェハ１の表面を照明するように構成される。そして、ウェハ１で反射，散乱した光のうち対物レンズ６１に入射した光は、ハーフミラー６２を透過して撮像手段６４の受光面に結像する。観察光学系６０はウェハ１を検出光学系２０で検査して得られた検査結果に基づいて異物の有無，形状を確認するものである。
【００２５】
全体制御部５０は、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０，検出光学系２０，搬送系３０および信号処理系４０の全体を制御する。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む），表示手段５２，記憶部５３が設けられている。５５は被検査対象基板１の表面に形成されている回路パターンなどの設計データが格納されている記憶手段（サーバ）であり、設計データから空間的な光学像を形成することができる。
【００２６】
なお、この欠陥検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６の受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えており、検査中、光検出器２６の配列画素２０３は線状照明領域２０１内に含まれるよう制御される。
【００２７】
本検査装置では、複数の方向から被検査対象基板１の表面に照明可能な構成になっており、シャッタ５８は検査中にレーザ光Ｌ０が被検査対象基板１表面への照射の有無で開閉するようになっている。すなわち、レーザ光が被検査対象基板１表面以外に照射される場合は閉じて、後方の光学素子にレーザ光を導かないよう制御される。照明光学系１０としては、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、図２（ａ）に示す如く、レーザ光源１１から射出された光Ｌ０を、例えば図示しない凹レンズおよび凸レンズ等から構成されるビーム拡大光学系１６，スリット状ビームに成形するレンズ１４，ミラー２５５等で構成され、レーザ光源１１から出射された光Ｌ０をスリット状（線状）ビーム２００に成形してウェハ１にスリット状の照明領域２０１を形成するものである。
【００２８】
本実施例による検査装置では、単波長のレーザビームでウェハ１の表面を低角度（低い入射角度）で照明するための構成として、図２（ｂ）に示す如く、スリット状ビーム２００（ウェハ１のスリット状の照明領域２０１に照射する光、以後、この光をスリット状ビームと記載する）を平面的に複数の方向（図２（ｂ）においてはレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の照射方向）、及び複数の照明角度（図２（ｂ）におけるα，β，γ）にて、載置台（ウェハチャック）３４上に載置されたウェハ１に照射するように構成されている。
【００２９】
ここで、照明光をスリット状ビーム２００にするのは、照明により発生する異物や欠陥からの散乱光の像を、光検出器２６の一列に配置した受光素子の検出面上に結像させて、一括して検出することにより、異物検査の高速化を図るためである。
【００３０】
すなわち、ウェハ１上に形成されたチップ２０２の配列方向がＸステージ３１−１の走査方向およびＹステージ３１−２の走査方向に対して平行になるようにθステージ３３を駆動して載置テーブル３４上に載置されたウェハ１の向きを調整し、この向きを調整したウェハ１上にスリット状ビーム２００を照射する。
【００３１】
このスリット状ビーム２００が照射されるウェハ上のスリット状の照明領域２０１の形状は、Ｘ方向に集光してＹ方向に平行光となるように構成された光学系により、Ｘステージ３１−１の走査方向Ｘに直角（ウェハ１上に照射されたスリット状の照明領域２０１の長手方向がＸステージ３１−１の走査方向Ｘに直角）、Ｙステージ３１−２の走査方向Ｙに平行（ウェハ１上に照射されたスリット状の照明領域２０１の長手方向がＹステージ３１−２の走査方向Ｙに平行）、また光検出器２６の画素配列２０３方向とも平行になるよう光軸が調整されているものである。これは画像信号のチップ間比較を行う際に、チップ間の位置合わせが容易に行える効果を奏する。このスリット状の照明領域２０１は、図３に示すように光路中に例えば円錐曲面レンズ１４を設けるかまたは円筒レンズ２３２を設けることにより形成することができる。一例として、ここでレンズ２３１及２３３は、図３（ａ）に示すように、長手方向の曲率半径が連続的に変化するような円錐曲面レンズであり、水平方向角度φ方向からＹステージ３１−２の走査方向に対してウェハ１上に照射されるスリット状ビーム２０１の長軸方向が平行になるようにしている。
【００３２】
すなわちここで、レーザ光Ｌ１及びＬ３による照明では、ウェハのＹ軸方向に対して左右に角度φ回転し、かつＺ軸方向に角度α傾斜した方向（図２（ｂ）では、Ｌ３からの照明光がミラー２６５で反射されてレンズ２３３を透過してミラー２６８に到る光路と、ミラー２６８からウェハ１のスリット状ビーム２００の照射領域２０１までの光路とが重なって表示されている）からそれぞれスリット状に成形されたレーザ光をウェハ１上に照射する。
【００３３】
また、レーザ光Ｌ２による照明は、例えば図３（ｂ）に示す円筒形レンズ２３２により、ウェハのＹ軸に対して、角度γ傾斜した方向から、Ｙステージ３１−２の走査方向と同方向にスリット状ビーム２００の照射領域２０１−２を形成する構成となっている（円筒形レンズ２３２は、Ｙ軸に対して傾斜して、スリット状ビーム２００の照射領域２０１−２がウェハ１上に集光するように配置されている）。
【００３４】
また、全体制御部５０からの指令に基づいて、図２（ａ）に示すように、ミラー２５５の角度θを図示していないパルスモータ等の駆動手段で変えることにより、照明角α（β，γ）を例えば被検査対象基板１上で検査対象とする異物の種類によって変えられる構成になっている。図２（ｃ）に示すように、いかなる照明角の場合でもスリット状ビーム２００の照射領域２０１は、光検出器２６の画素配列２０３をカバーし、また、レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３による照明であっても、スリット状ビーム２００の照射領域２０１−１〜２０１−３はウェハ１上で一致するよう構成されるものである。
【００３５】
これにより、Ｙ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２００をＹ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから発する回折光が空間フィルタ２２によって効率的に遮光されることになる。ここで空間フィルタ２２は、図１に示すように、検出光学系２０の光路中に、検査中はＹ方向に退避可能なミラー９０と、投影レンズ９１、ＴＶカメラ９２からなる瞳観察光学系７０を用いて、フーリエ変換の結像位置における繰り返しパターンからの反射回折光像の輝点を撮像し、処理回路９５により処理してこの輝点をフーリエ変換の結像位置に設けた矩形状の遮光部を複数有する遮光板で遮光するように調整されるものである。
【００３６】
これらの動作は、全体制御部５０からの指令に基づいて駆動回路２７からの信号により行われるが、例えば、被検査対象基板１上に形成された回路パターンが高密度の場合は高倍率での高感度検査モードとし、回路パターンが低密度の場合は低倍率にして高速検査を行う等、ステージ上に載置される被検査対象基板１の表面情報，製造プロセスにあわせて微小欠陥を多く検出するように照明，検出条件を設定するものである。
【００３７】
なお、レーザ光源１１としては、例えばＹＡＧ第２高調波の波長５３２ｎｍの高出力レーザや第４高調波の２６６ｎｍを用いても良く、また、紫外，遠紫外あるいは真空紫外光レーザでも良く、またＡｒレーザや窒素レーザ，Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ，半導体レーザ等の光源であっても良い。
【００３８】
一般的にレーザ波長を短波長化することにより、検出像の解像度が向上するため、高感度な検査が可能となる。
【００３９】
次に本発明における物体表面の欠陥検査の動作の一例について図４により説明する。図４において、５００は欠陥検査装置、８５はウェハを収納するウェハカセット、８０は搬送ロボット、８２はウェハをつかんで搬送するための搬送アーム、３４０はウェハのオリフラ検出部、３５０はオリフラ検出光学系、３００はウェハのエッジ部の欠陥を検出する端面検査装置、３４５はウェハ表面の欠陥を検出する欠陥検査装置である。被検査対象基板であるウェハ１は、搬送アーム８２でウェハカセット８５から取り出され、オリフラ検出部３４０に搬送される。図５はオリフラ検出部３４０を、図４のＹ方向から見た断面図である。ウェハ１は、チャック３５３に真空吸着され、モータ３５４により回転する。オリフラ検出光学系３５０は、例えば投光部３５１と検出部３５５から成り、投光部３５１からの照明光３５２を受光して、検出部３５５の受光信号が処理回路３５６を介して全体制御部５０に送られる。全体制御部５０は、ウェハ１の偏芯量とオリフラ（Ｖノッチ）位置を算出し、コントローラ３５７を介してＹ軸に対するオリフラの補正信号をモータ３５４に送る。また、偏芯量は搬送ロボットが欠陥検出部３４５の搬送系３０にウェハ１を設置する際に補正値として搬送アーム８２の移動値にフィードバックされ、ウェハ１が欠陥検出部３４５の載置台３４の中央に位置合わせされる。一方、ウェハ１が回転している間、端面検査装置３００はウェハ１の端面部（エッジ部）の欠陥検査を行う。検出された信号は処理回路３０１で処理されて欠陥信号が全体制御部５０に送られる。欠陥が検出された場合、オリフラの位置を原点位置として、モータ３５４に連結された図示していないロータリーエンコーダのパルスカウントから回転方向の座標位置が全体制御部５０に記憶される。
【００４０】
欠陥検査においては、ウェハ１表面の微細な欠陥を高速に検査する必要があり、且つ、欠陥検査部３４５の載置台３４に載置されたウェハ１の表面には色々な欠陥種が存在し、欠陥検査においては、より多くの欠陥種を安定して検出することが要求される。このため、検出する欠陥種に合わせた検査条件を設定する必要がある。本欠陥検査装置では、照明の方向、角度を欠陥種に合わせて変更可能な構成とし、かつ一定の検査条件で検査できるような装置構成としている。すなわち、照明光量モニタおよび照明ビームの形状確認機能を備えて照明条件が最適となるよう設定されるものである。半導体検査では、より微小な欠陥を検出するために、検出光学系の高ＮＡ化や照明光の短波長化が進められている。一方、照明光の短波長化においては、透過する硝材が限られてくる中、空気中の浮遊物が光学系に付着し、これに照明光が照射されることによって化学変化が生じ、結果的に光学系の透過や反射率が低下し、安定して欠陥検査が行えないという課題がある。
【００４１】
このため本実施例では、欠陥検査装置内で照明ビームの光量，形状測定を行い、光路中に配したミラーやフィルタなどの光学素子の表面が汚れたことによって透過率が低下したと判断された場合、当該ミラー，フィルタなどの光学素子を、１次元または２次元方向に移動させて、照明光が透過率低下部分に照射されない構成としている。
【００４２】
照明ビームの光量，形状測定には後述する実施例２の検出器１８０−１や、１８０−２等を用いて良いし、ミラー３２０（シェアプレート）やＴＶカメラ３１０等を用いても良い。
【００４３】
次に、図６，図７により光学素子を移動させる移動部の例、および移動方法について説明する。表面が汚れ，損傷等により透過または反射率が低下した光学素子は、移動時に光軸がずれないよう光軸Ｌ０に対して垂直な平面方向に移動する構成となっている。図６は、ビームスプリッタ（又はミラー）１２０を移動させる移動部の一例を示すものであり、ホルダ１２５に支持されたビームスプリッタ（又はミラー）１２０をモータ１２２、送りネジ１２３とリニアガイド１２４で、同図（ｂ）の如く光軸Ｌ０に垂直でもって紙面上下方向に移動し、照明ビーム１２１の照射位置を移動（点線部）せしめるものである。ここで、モータ１２２は送りネジ１２３を駆動するもので、送りネジ１２３はモータ１２２の回転によって移動し、光学素子を移動させるもので、リニアガイド１２４はレールのような部材で光学素子の移動方向を規定するものである。
【００４４】
照明ビームの直径が、ビームスプリッタ１２０の反射面（透過面）に対して十分に小さい場合は、少量の移動量で良く、移動量は、照明ビームの直径に応じて予め設定される。更にＸＹ方向に移動機構を設けてミラー移動後の光軸のシフト補正を行う構成にすることでミラーに対する照明ビームの照射位置を二次元方向に移動させることも可能である。また、図７（ｃ）に示す特性の円形可変ＮＤフィルタ１３０や偏光子などは図７（ａ）に示す移動部により回転移動させることが可能である。すなわち、ＮＤフィルタや偏光子が設けられた光学ユニット１４０をモータ１４１，送りネジ１４２とリニアガイド１４３によって、同図（ｂ）の如くレーザ光Ｌ０の光軸に対して垂直方向（紙面左右方向）に移動（点線部）して照明ビームの照射される位置を変えれば良い。なお、光学素子の移動量は、予め照明ビームＬ０のビーム径１２１（または１３１）より算出され、損傷部分と干渉しない程の移動量が全体制御部５０からの指令により設定される。なお、移動箇所がなくなった場合は、新規光学素子と交換されることになる。この場合、予備の光学ユニットと交換、あるいは光学ユニットにもう一式同様の光学素子を設置し、モータと送りネジでリニアガイド上を移動させて切換える構成にしてもよい。
【００４５】
なお、本実施例の光学素子を移動させる移動部は、光路中の光学素子を移動できるような構成であれば良く、光学素子の汚染が生じる可能性のある様々な検査装置へ適用可能である。１つの例としては、パターン無しウェハ表面検査装置にも適用可能である。例えば、搬送系３０は回転移動と直進移動とを行うような構成であっても良いし、検出光学系２０はＴＤＩイメージセンサの他に光電子増倍管（ＰＭＴ）等を用いても良いし、空間フィルタ２２は無くても良い。
【実施例２】
【００４６】
ところで、高集積の半導体基板上の微細欠陥を高速検出するためには、高輝度の照明ビームをウェハ１上に照射し、欠陥から発生する散乱光を効率よく検出する必要がある。このため、光検出器２６の画素配列に対して、スリット状ビーム２００の照射領域２０１がウェハ１上で一致し、且つスリット状ビーム２００の輝度分布が、例えばレーザの輝度分布に沿った形状であることが望ましい。検査中は検出光学系２０の物体焦点に対して、ウェハ１の表面が一定高さになるように記述していない自動焦点系により制御されるため光検出器２６の画素配列に対して、スリット状ビーム２００の照射領域２０１はウェハ１上で一致した状態が保持されるが、光学系の経時変化やレーザ光源１１の内部に設けられたＵＶ光変換のための結晶のシフト（結晶表面がレーザ照射で焼付け等の損傷を受け、出力低下の場合にレーザ光源側で自動または手動にて実施される）によって、ウェハ上での照明ビームの照射位置やビーム形状（プロファイル）が変化すると安定な欠陥検査が行えないことになる。
【００４７】
そこで、本発明の第２実施例として、照明ビームの形状の異常を検知し、補正する方法について次に説明する。照明ビームの状態を検知するため、本発明では載置台３４のウェハ１の近傍に照明ビームの形状測定手段を設けて照明ビームの形状を測定、補正する構成とした。すなわち、図８（ａ）に示すように、載置台３４のレーザ光Ｌ１及びＬ３のウェハ１への照射経路に検出器１８０−１および１８０−２を対称的に配置して、照明ビームの形状を測定可能にしている。同図（ｂ）はＸ方向から見た側面図である。検出器１８０はホルダ１８２に設けられてφ方向及びα方向に回転、且つ、Ｚ方向に検出器全体が移動可能な構成になっている。ここで、φ，αは検出器１８０に入射するレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が検出器１８０の受光面に対して垂直に入射するようにそれぞれ設定される。検出器１８０は、例えばスリット走査形検出器や二次元的に受光素子が配列したＣＣＤセンサ等であり、プロファイル測定時以外は載置台３４に格納されウェハ１の検査面より突起しない構成となっている。
【００４８】
次に、ウェハ１上に照射されるレーザ光Ｌ１〜Ｌ３のプロファイルを求める方法について説明する。図９（ａ）は検出器１８０で検出された照明ビームの検出状態を示す模式図である。検出器１８０の検出信号は全体制御部５０に送られ、全体制御部５０ではスリット状ビーム２００の検出画像から、Ｘ−Ｘ′方向断面波形１８４およびＹ−Ｙ′方向断面波形１８３を求め、それぞれの波形の最大値に対して、任意の設定値ｈの位置でのスリット状ビーム２００の幅Ｗと長さＬが算出され、予め記憶手段５５に格納してあるデータと照合して許容範囲か否かを判定する。許容範囲外の場合は集光レンズ２３１または２３３を図示しない駆動手段で光軸方向に移動してスリット状ビーム２００の幅Ｗと長さＬが許容範囲内となるように調節される。ここで許容範囲内に収まらない場合は、ビームエキスパンダ１６から出射されるレーザ光のコリメーションが良好でないことが考えられる。次に、ビームエキスパンダ１６のコリメーションを調節する動作について説明する。本発明では、一例としてビームエキスパンダ１６の出射口近傍の光路中に、退避可能に構成されたミラー３２０を配し、該ミラー３２０から反射される平面波をＴＶカメラ３１０で受光して干渉縞の状態からレーザビームの平行性を測定する構成にした。すなわち、ミラー３２０は表面，裏面が高精度に研磨されたシェアプレートであり、表面及び裏面反射光がＸ方向で重なって干渉縞を形成するものである。図１０（ａ）〜（ｃ）はＴＶカメラ３１０で検出される干渉縞の模式図を示したものであり、ビームエキスパンダ１６から出射されたレーザ光の収れん状態によって干渉縞の方向が変化する状態を示している。ＴＶカメラ３１０の検出画像３１１は、全体制御部５０に送られる。
【００４９】
全体制御部５０は、検出画像から干渉縞の回転角を算出するため、Ａ−Ａ断面波形３１３およびＢ−Ｂ断面波形３１４を生成し、双方の波形の位相差Δｄを算出して、算出結果を基にビームエキスパンダ１６のレンズ間隔を調節し、レーザ光が平行光となるように調整される。図１１はビームエキスパンダ１６の構成概略を示す図である。ビームエキスパンダ１６は、例えばレンズ４１０とレンズ４５０の２群のレンズで構成され、このうちレンズ４５０はガイド４２０に固定されている。レンズ４１０はモータ４３１，送りネジ４３２によってガイド４２０上をＸ方向に移動する構成であり、原点センサ４３６の位置を基準原点として、リミットセンサ４３７，４３８の間をＸ方向に移動してビームエキスパンダ１６から出射されるレーザ光の平行性が変化する。全体制御部５０は、ＴＶカメラ３１０から取り込んだ画像３１１から算出した位相差Δｄが最小となるように、コントローラ４４０を介してモータ４３１を駆動しながら、レンズ４１０とレンズ４５０の間隔を調整し、レーザ光の平行性が設定された許容値以下になった時に、モータ４３１の駆動を停止し、レンズ４１０のＸ方向位置（基準原点からのパルス数）を記憶部５３に格納する。
【００５０】
本実施例の方法により照明ビームの形状の異常を検知し、補正することができるので、安定した欠陥検査が行えることとなる
【実施例３】
【００５１】
次に検出光学系の異常を検知，補正する方法について図１２，図１３により説明する。
本欠陥検査装置の検出光学系２０は、対物レンズ２１と結像レンズ２３から構成されるテレセントリック光学系である。欠陥検査において、欠陥を安定して検出するためには、検出光学系の性能が製造時と変わらないことが好ましい。このため、本発明では、検出光学系の光路途中と結像位置に検出光学系の結像性能を確認するため手段を設けている。
【００５２】
すなわち、図１２に示す如く、ミラー２６７がＹ方向に退避した状態において、レーザ光源１１から出射された平行レーザ光Ｌ０を、ビームエキスパンダ１６で拡大後、ミラー２６４，３０６，３０７を介して集光レンズ３０８で検出光学系２０の物点位置にレーザスポット（点像）形成し、検出光学系２０の結像位置における点像の形状から結像性能をチェックするものである。集光レンズ３０８を通過したレーザ光は、集光したあと広がって対物レンズ２１に入射し、平行光束となって対物レンズ２１と結像レンズ２３の間に設置されたミラー２４０で反射してＴＶカメラ２４１に到達する光路と、或いはミラー２４０がＹ方向に退避した状態で、直進して結像レンズ２３に入射する光路をたどる。
【００５３】
結像レンズ２３に入射した光は、結像レンズ２３の上方に配置された検出器２６と受光面が同位置になるよう配置され、且つ、Ｘ方向に検出器２６と切換可能に設置されたＴＶカメラ１０５の受光面に結像する。集光レンズ３０８は、図示しないＸＹＺステージ上に搭載されており、レーザスポット３０９が対物レンズ２１の光軸上でもって且つ焦点位置に一致（ＴＶカメラ１０５の検出画像の点像３３７が最小となる位置）するようにＺ方向に移動して結像位置が決定される。
【００５４】
対物レンズ２１と結像レンズ２３の間に挿入されるミラー２４０は、表面２４０ａ，裏面２４０ｂの両面が高精度に研磨されたシェアプレートである。ミラー２４０の表裏面で反射された光は重なってＴＶカメラ２４１の受光面に干渉縞が投影される。ＴＶカメラ２４１の出力は画像入力基板２４２を介して全体制御部５０に送られる。全体制御部５０は、図１０で説明した方法により、干渉縞の傾きが平行となるように集光レンズ３０８をＺ方向に移動して調節する。
【００５５】
次に点像３０９を用いて検出光学系２０の視野範囲で結像性能をチェックする方法について説明する。ミラー２４０がＹ方向に退避した状態で、検出光学系２０の物点位置でレーザスポット３０９を移動させて結像位置でレーザスポット像３３７をＴＶカメラ１０５で検出する。レーザスポット３０９は、集光レンズ３０８及びミラー３０７を同時に動かすことにより移動させる。すなわち、レーザスポット３０９をＸａ〜Ｘｃまで移動する間、同期してＴＶカメラ１０５も移動し、レーザスポット像３３７ａ〜３３７ｃを検出する。ＴＶカメラ１０５の移動量は、レーザスポット３０９の移動量と検出光学系２０の倍率から求められる。図１３は検出光学系２０の検出視野Ｌｄ内でレーザスポット３０９のＸ方向位置がＸａ，Ｘｂ，Ｘｃの時のＴＶカメラ１０５の検出画像（３３６ａ〜３３６ｃ）の断面Ｃ−Ｃでのレーザスポット像（３３７ａ〜３３７ｃ）の断面波形（輝度最大値）を示している。各スポット像の断面波形のピークから強度分布３３４を求める。ここで求められた強度分布３３４は、検出光学系２０の製造時にサーバ５５に格納してあるデータとの照合、検出視野Ｌｄでの照明の輝度分布１８３との相関照合に参照され、例えば、ＴＤＩセンサ２６の各画素のゲインを調整して検出視野Ｌｄ全域で感度補正を行い、欠陥の安定検出に効果を奏する。
【００５６】
なお、ミラー２６７，ミラー２４０，集光レンズ３０８，ミラー３０７等の光学素子、およびＴＶカメラ１０５を移動させるのは実施例１に記載のモータ１２２、送りネジ１２３とリニアガイド１２４を用いた機構であっても良いし、エアシリンダであっても良い。
【００５７】
次に、欠陥検査装置における欠陥検出信号処理について説明する。図１４は、本発明の信号処理系の構成を示すものである。ウェハ１表面からの反射回折光を受光して光検出器２６で光電変換された検出画像信号１３００は信号処理系４０で処理される。信号処理系４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０１，Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０を記憶するデータ記憶部１３０２，上記検出画像信号に基づいて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３，上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号１４１０と、閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））１４２０を基に画素マージ毎に異物検出処理を行うための回路を複数備えた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、低角，高角度照明によって検出欠陥から得られた散乱光量や欠陥の大きさ示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３０９、該特徴量算出回路１３０９から得られる各マージ毎の特徴量を基に、欠陥，異物のサイズや種類を分類する統合処理部１３１０から構成されている。
【００５８】
異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば検出された二次元画像に対して１×１，３×３，５×５，…ｎ×ｎ画素単位で画像処理するためのマージオペレータ１５０４を備えた画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ，１３０６ａ〜１３０６ｎと、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎおよび、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎとで構成されている。
【００５９】
Ａ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０は、データ記憶部１３０２と閾値算出処理部１３０３に送られる。閾値算出処理部１３０３は、検出画像信号から欠陥，異物を検出するための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）１４２０を算出し、画素マージ回路１３０６に出力する。画素マージ回路１３０５，１３０６は、データ記憶部１３０２および閾値算出処理部１３０３から出力された画像信号１４１０，１４２０に対して、ｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能を有し、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路であり、各種マージオペレータ毎に画像処理が行われる。異物検出処理回路１３０７は、画素マージ回路１３０５および１３０６から出力された信号を処理して欠陥，異物を検出する。ここで、画素をマージするのはウェハ１上に存在する大きさの異なる欠陥，異物をそれらのサイズに合った検出画素でＳ／Ｎ良く検出する目的であるが、検出すべき欠陥の形状によっては、必ずしもｎ×ｎの必要はなくｎ×ｍでも良い。
【００６０】
検査領域処理部１３０８は、異物検出処理回路１３０７によって検出された欠陥または異物が存在するチップを特定するための処理を行うものであり、欠陥または異物を検出するため、検出閾値Ｔｈ（Ｈ，Ｌ）と、検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ，Ｌｍ）を設けて、異物または欠陥を検出したチップを特定するものである。図１６（ａ）はチップ１７０１，１７０２，１７０３のうち、中央のチップ１７０２に凸形の欠陥１７０４が存在する場合の検出画像例と、断面Ｘ−Ｘでの信号波形を示している。また、図１７（ａ）はチップ１８０１、１８０２，１８０３のうち、中央のチップ１８０２に凹形の欠陥１８０４が存在する場合の検出画像例を示している。図１６（ａ）において、信号１７０６は凸欠陥１７０４の信号を示し、信号１７０５，信号１７０７はチップ内に欠陥が存在しない場合を示している。
【００６１】
図１６（ｂ）は、隣接チップ単位での差分処理結果を示すものであり、差分信号１７１０，１７１１はチップ１７０１，１７０２，１７０３で得られた画像信号の差画像１７０８，１７０９の断面Ｘ′−Ｘ′での信号波形を示している。差分信号１７１０はチップ１７０２の画像信号「Ｂ」とチップ１７０１の画像信号１「Ａ」との差信号（Ｂ−Ａ）であり、差分信号１７１１はチップ１７０３の画像信号「Ｃ」とチップ１７０２の画像信号「Ｂ」との差分信号（Ｃ−Ｂ）である。ここで、検出閾値Ｈ，検証閾値Ｈｍは凸形の差分信号を検出するための閾値であり、検出閾値Ｌ，検証閾値Ｌｍは凹形の差分信号を検出するための閾値である。
【００６２】
図１６（ｂ）において、差分信号１７１０（Ｂ−Ａ）が正の場合、その値が検出閾値Ｈまたは検証閾値Ｈｍよりも大きい場合に異物または欠陥として検出し、また、差分信号１７１１（Ｃ−Ｂ）が負の場合、その値が検出閾値Ｌまたは検証閾値Ｌｍよりも小さい場合（差分値，閾値共に負の値のために符号付の値が小さい場合である。絶対値としては閾値よりも差分値の方が大きい）に異物または欠陥として検出される。
【００６３】
ところで、ウェハ１の外周検査時には隣接チップが存在しなくなる。この場合、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、全体制御部５０から得られる検査座標データを基に上記隣接チップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ｂ）｝から、飛び越えた隣のチップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ａ）｝に切換えることになる。
【００６４】
検査領域処理部１３０８は、検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８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１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ，１３０６ａ〜１３０６ｎ，異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ，検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路１３０９で特徴量（例えば、高角度照明により得られた散乱光量，低角度照明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１３１０で統合し、統合したデータを全体制御部５０へ送信する。
【００６５】
以下に詳細を述べる。Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６で得られたアナログ信号１３００をデジタル信号に８〜１２ビットで変換する回路であり、データ記憶部１３０２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。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、図１５に示す各々異なるマージオペレータ１５０４で構成されている。
【００６６】
マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０と、閾値算出処理部１３０３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１４２０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。
【００６７】
ここで、画素マージ回路部について、１３０５ａ，１３０６ａは例えば１×１画素を、１３０５ｂ，１３０６ｂは３×３画素を、１３０５ｃ，１３０６ｃは５×５画素を、…１３０５ｎ，１３０６ｎはｎ×ｎ画素をマージする奇数画素のマージオペレータで構成される。例えば、１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号１４１０、１４２０をそのまま出力することになる。
【００６８】
閾値画像信号は、４種の画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいても上記４種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１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号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４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））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４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００６９】
ここで、画素をマージする効果を説明する。異物検査では、微小異物だけでなく、数μｍの範囲に広がった薄膜状の大きな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、１画素単位の検出画像信号ではＳ／Ｎ比が低く、見逃しが生じることがある。このため、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比を向上させるようにしている。
【００７０】
次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ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、検査不要領域（チップ内の領域も含む）のデータ除去や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合や検査領域を選択する場合に用いる。
【００７１】
検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎ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１３０３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１３０７ａ〜１３０７ｎ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。
【００７２】
ここで、検出感度を低くする場合は、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの低密度の領域であり、回路パターンが高密度領域では、高感度検査によりデバイス製造の歩留りを向上することができる。
【００７３】
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１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基づいて、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。
【００７４】
次に、特徴量算出回路１３０９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１３０９は、前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、照明角α，β，γを変えた高角度照明及び低角度照明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），検出画素数，異物検出領域の形状や慣性主軸の方向，ウェ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。
【００７５】
次に、統合処理部１３１０について説明する。統合処理部１３１０では、画素マージ回路１３０５，１３０６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１３０９で算出した特徴量と異物検出結果（異物欠陥の位置情報）を統合し、全体制御部５０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。
【００７６】
一方、ＴＶカメラ９２で撮像した検出光学系２０のフーリエ変換像の結像位置におけるウェハ１に形成された繰り返しパターンからの反射回折光像の輝点の画像信号は、信号処理系９５に送られる。信号処理系９５には、Ａ／Ｄ変換器，画像データ処理部，パターンピッチ演算部があり、繰り返しパターンからの反射回折光像の輝点の画像信号は、Ａ／Ｄ変換された後、画像データ処理部で画像データとして処理され、パターンピッチ演算部で反射回折光像の輝点のピッチが求められる。この求めた輝点のピッチのデータと画像データとは全体制御部５０に送られ、空間フィルタ２２の遮光板の配列ピッチを制御する信号として空間フィルタ制御部２７へ送られる。なお、ミラー２４０が対物レンズ２１と結像レンズ２３の間に挿入される際は、空間フィルタは退避することになる。
【実施例４】
【００７７】
欠陥検査装置に顕微鏡を付けた実施の形態を図１８に示す。この実施形態においては、検査によって検出された異物は、観察光学系６０によって確認可能な構成になっている。この観察光学系６０は、ステージ３１，３２を動かすことにより、観察光学系６０の顕微鏡視野の位置に、ウェハ１上の検出した異物（虚報も含む）を移動させ、この画像を観察するものである。
【００７８】
観察光学系６０を備えている利点は、ＳＥＭなどのレビュー装置にウェハを移動させなくても、検出した異物を即座に観察できることである。検査装置での検出物を即座に観察することによって、すばやく異物の発生原因を特定することができる。また、観察光学系６０のＴＶカメラ６４の画像は、パソコンと共用のカラーモニタ上に検出した異物の画像が映し出され、検出異物の座標を中心として、部分的にレーザ照射とステージ走査による検査ができ、異物の散乱光像と異物位置をマーキングしてモニタ上に写す機能も有している。これにより、実際異物を検出したか否かの確認も可能である。なお、ステージ走査による部分画像は、異物の検出されたダイの隣接ダイの検査画像も取得できるのでその場での比較確認も可能である。
【００７９】
観察用光学系６０としては、光源には可視光（例えば白色光）でも良いし、紫外光を光源とした顕微鏡でも良い。特に微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における照明光学系の配置関係、低角度照明光学系の概略構成、及び照明領域と検出領域の関係を示す図である。
【図３】照明光学系に用いられている円錐曲面レンズ及び円筒レンズの斜視図である。
【図４】欠陥検査装置の全体動作説明図である。
【図５】オリフラ検出光学系、端面検査装置の配置を示す側面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る光学素子の照明位置移動手段の説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る光学素子の照明位置移動手段の説明図である。
【図８】本発明の一実施例の光学系の異常を検知するための検出器の配置図である。
【図９】第２の実施例における照明光束の形状測定を説明するための図である。
【図１０】第２の実施例における照明の収束状態を判定するための検出画像である。
【図１１】第２の実施例における照明の収束状態を調節するための概略構成を示す図である。
【図１２】第３の実施例における透過光による点像測定光学系の概略構成図である。
【図１３】第３の実施例における点像の輝度分布を示す図である。
【図１４】信号処理系の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１５】信号処理系の画素マージ回路の説明図である。
【図１６】信号処理系で凸欠陥を検出する場合の説明図である。
【図１７】信号処理系で凹欠陥を検出する場合の説明図である。
【図１８】第４の実施例における観察光学系を付けた欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１ ウェハ（被検査対象基板）
１０ 照明光学系
１１ レーザ光源
２０ 検出光学系
２５ 光学フィルタ
３０ 搬送系
３５ 駆動回路
４０ 信号処理系
５０ 全体制御部
５１ 入出力手段
５２ 表示手段
５３ 記憶部
６０ 観察光学系
７０ 瞳観察光学系
８０ 搬送ロボット
８２ 搬送アーム
１５５ 裏面検査装置
１８０ 光検出手段
１９５ 異物除去手段
２４０，３２０ 光学素子
３００ 端面検査装置
３５０ オリフラ検出光学系
１３０１ Ａ／Ｄ変換器
１３０２ データ記憶部
１３０３ 閾値算出処理部
１３０７ 異物検出処理回路
１３０８ 検査領域処理部
１３０９ 特徴量算出回路
１３１０ 統合処理部
１３１１ 結果表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板，半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥を検出し、前記検出された異物または欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物または欠陥の発生状況を検査する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）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る。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な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、プロセスガスにより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。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程においても、上記異物によりパターン欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。また、プリント基板の製造工程においても同様の状況であって、異物の混入はパターンの短絡，不良接続の原因となる。このような背景の下、半導体製造においては、各製造ライン毎に異物検査装置を場合によっては複数配置し、上記異物の早期発見による製造プロセスへのフィードバックにより半導体製造の歩留まり向上を図っている。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（従来技術１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（従来技術２）に開示されているように、半導体基板上にレーザ光を照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。
【０００５】
また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェ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開示されている。また、ウェ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射させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（従来技術３）において知られている。この従来技術３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。
【０００６】
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１−２５０８４７号公報（従来技術４），特開２０００−１０５２０３号公報（従来技術５）が知られている。特に、従来技術５には、検出光学系を切換えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、特開２００１−６０６０７号公報（従来技術６）が開示されている。これらの異物検査装置では、高速かつ高感度検査が求められる。このため、ウェハ移動ステージの高速化や検出光学系の高ＮＡ，高解像化は検査装置を開発する上で重要となっている。また、検査装置自体からの発塵防止は勿論のこと、検査中の被検査対象への新たな異物の付着もあってはならない。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献４】特開平１−２５０８４７号公報
【特許文献５】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献６】特開２００１−６０６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体の高集積化により検出すべき異物や欠陥の寸法は益々微細化しており、検出光学系の高ＮＡ化や検査光の短波長化が進められてきている。また、検査装置内のクリーン度を向上させても搬送部などの可動部が存在する以上、異物を完全に除去した雰囲気を作ることは大変コストがかかると共に実質、難しいことである。そして、照明光の短波長化と検査装置内の浮遊塵埃との光化学反応で光学素子表面にこの異物が付着し、これによる光学素子の反射率や、透過率が低下してしまう点については配慮がなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの特徴は、光学素子を１次元、または２次元的に移動させる移動部を有することにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、照明光の照明状態（照明光の光量や形状等）を測定する光検出部、撮像装置を有することにある。
【００１１】
本発明のその他の特徴は、前記光検出部、前記撮像装置で測定した照明状態に応じて、前記移動部を用いて前記光学素子を移動することにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光学素子を移動させることにより、光学素子の長寿命化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、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。
【００１４】
本実施の形態に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物，パターン欠陥，マイクロスクラッチ等の様々な欠陥を高感度で、かつ高速で検査し特にウェハ表面に形成された薄膜表面の欠陥を薄膜中の欠陥と分離して安定して検出するものであり、特に装置内を浮遊している汚染物質の光学素子表面への付着による反射率等の低下および光学系の物理的変化により欠陥検出感度が変動しないような装置構成としたことを特徴としている。
【００１５】
具体的には、本実施の形態に係る欠陥検査装置は、照明光学系１０の光路中にある光学素子３２０等を移動させる移動部を設けて、照明光を反射させて検出する第２の光検出手段３１０（ＴＶカメラ等の撮像装置）、および被検査基板１の載置台３４に設けられた第３の光検出手段１８０によって照明状態を検知することにより、照明光学系の異常を検出して、正常な状態に修正する機能を備えた装置構成としたものである。
【００１６】
また、本実施の形態に係る欠陥検査装置は、照明光と検査装置内の浮遊塵埃との光化学反応で、光学素子表面に汚染物質が付着することによる光学素子の反射，透過率低下等の機能障害を、光路中に配した検出手段で検知し、異常の場合は前記移動部を用いて光学素子を退避させることで回避できる。
【００１７】
つまり、前記光検出部で測定した照明光の照明状態に応じて、前記移動部を用いて前記光学素子は移動されることになる。
【００１８】
まず、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ及び該ウェハ上に形成された透明膜上の小／大異物やマイクロスクラッチおよび、透明膜中の異物やパターン欠陥等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハのような基板の他に、薄膜基板，フォトマスク，ＴＦＴ，ＰＤＰ，ハードディスク等の基板の検査にも適用可能である。
【実施例１】
【００１９】
図１に、第１の実施例に係る物体表面の欠陥検査装置の構成を示す。本欠陥検査装置は、大きくは、照明光学系１０，検出光学系２０，搬送系３０，信号処理系４０及び欠陥検査装置全体を制御する全体制御部５０によって構成される。
【００２０】
搬送系３０は、例えば様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置台３４に載置，移動させるＸステージ３１−１，Ｙステージ３１−２，Ｚステージ３２，θステージ３３と、これらを制御するための駆動回路３５とを備えて構成される。
【００２１】
照明光学系１０は例えば図２の如く、レーザ光源１１，シャッタ５８，ビーム拡大光学系１６，ミラー２６０〜２６８，レンズ２３１〜２３３，波長板２１１〜２１３を備え、レーザ光源１１から射出された光を、ビーム拡大光学系１６である大きさに拡大後、ミラー，波長板，レンズ等を介して、斜め複数方向からウェハ１表面上に照明するように構成される。
【００２２】
検出光学系２０は、例えば対物レンズ２１，空間フィルタ２２，結像レンズ２３，光学フィルタ２５，ミラー９０，ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６を備えて構成される。
【００２３】
信号処理系４０は、例えば光検出器２６で検出された画像信号を処理して欠陥，異物を検出する。
【００２４】
観察光学系６０は、例えば対物レンズ６１，ハーフミラー６２，チューブレンズ６５，照明光源６３及び撮像手段６４を備え、照明光源６３から出射した光をハーフミラー６２で反射して光路をウェハ１の方向に曲げ、対物レンズ６１で集光させてウェハ１の表面を照明するように構成される。そして、ウェハ１で反射，散乱した光のうち対物レンズ６１に入射した光は、ハーフミラー６２を透過して撮像手段６４の受光面に結像する。観察光学系６０はウェハ１を検出光学系２０で検査して得られた検査結果に基づいて異物の有無，形状を確認するものである。
【００２５】
全体制御部５０は、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０，検出光学系２０，搬送系３０および信号処理系４０の全体を制御する。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む），表示手段５２，記憶部５３が設けられている。５５は被検査対象基板１の表面に形成されている回路パターンなどの設計データが格納されている記憶手段（サーバ）であり、設計データから空間的な光学像を形成することができる。
【００２６】
なお、この欠陥検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６の受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えており、検査中、光検出器２６の配列画素２０３は線状照明領域２０１内に含まれるよう制御される。
【００２７】
本検査装置では、複数の方向から被検査対象基板１の表面に照明可能な構成になっており、シャッタ５８は検査中にレーザ光Ｌ０が被検査対象基板１表面への照射の有無で開閉するようになっている。すなわち、レーザ光が被検査対象基板１表面以外に照射される場合は閉じて、後方の光学素子にレーザ光を導かないよう制御される。照明光学系１０としては、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、図２（ａ）に示す如く、レーザ光源１１から射出された光Ｌ０を、例えば図示しない凹レンズおよび凸レンズ等から構成されるビーム拡大光学系１６，スリット状ビームに成形するレンズ１４，ミラー２５５等で構成され、レーザ光源１１から出射された光Ｌ０をスリット状（線状）ビーム２００に成形してウェハ１にスリット状の照明領域２０１を形成するものである。
【００２８】
本実施例による検査装置では、単波長のレーザビームでウェハ１の表面を低角度（低い入射角度）で照明するための構成として、図２（ｂ）に示す如く、スリット状ビーム２００（ウェハ１のスリット状の照明領域２０１に照射する光、以後、この光をスリット状ビームと記載する）を平面的に複数の方向（図２（ｂ）においてはレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の照射方向）、及び複数の照明角度（図２（ｂ）におけるα，β，γ）にて、載置台（ウェハチャック）３４上に載置されたウェハ１に照射するように構成されている。
【００２９】
ここで、照明光をスリット状ビーム２００にするのは、照明により発生する異物や欠陥からの散乱光の像を、光検出器２６の一列に配置した受光素子の検出面上に結像させて、一括して検出することにより、異物検査の高速化を図るためである。
【００３０】
すなわち、ウェハ１上に形成されたチップ２０２の配列方向がＸステージ３１−１の走査方向およびＹステージ３１−２の走査方向に対して平行になるようにθステージ３３を駆動して載置テーブル３４上に載置されたウェハ１の向きを調整し、この向きを調整したウェハ１上にスリット状ビーム２００を照射する。
【００３１】
このスリット状ビーム２００が照射されるウェハ上のスリット状の照明領域２０１の形状は、Ｘ方向に集光してＹ方向に平行光となるように構成された光学系により、Ｘステージ３１−１の走査方向Ｘに直角（ウェハ１上に照射されたスリット状の照明領域２０１の長手方向がＸステージ３１−１の走査方向Ｘに直角）、Ｙステージ３１−２の走査方向Ｙに平行（ウェハ１上に照射されたスリット状の照明領域２０１の長手方向がＹステージ３１−２の走査方向Ｙに平行）、また光検出器２６の画素配列２０３方向とも平行になるよう光軸が調整されているものである。これは画像信号のチップ間比較を行う際に、チップ間の位置合わせが容易に行える効果を奏する。このスリット状の照明領域２０１は、図３に示すように光路中に例えば円錐曲面レンズ１４を設けるかまたは円筒レンズ２３２を設けることにより形成することができる。一例として、ここでレンズ２３１及２３３は、図３（ａ）に示すように、長手方向の曲率半径が連続的に変化するような円錐曲面レンズであり、水平方向角度φ方向からＹステージ３１−２の走査方向に対してウェハ１上に照射されるスリット状ビーム２０１の長軸方向が平行になるようにしている。
【００３２】
すなわちここで、レーザ光Ｌ１及びＬ３による照明では、ウェハのＹ軸方向に対して左右に角度φ回転し、かつＺ軸方向に角度α傾斜した方向（図２（ｂ）では、Ｌ３からの照明光がミラー２６５で反射されてレンズ２３３を透過してミラー２６８に到る光路と、ミラー２６８からウェハ１のスリット状ビーム２００の照射領域２０１までの光路とが重なって表示されている）からそれぞれスリット状に成形されたレーザ光をウェハ１上に照射する。
【００３３】
また、レーザ光Ｌ２による照明は、例えば図３（ｂ）に示す円筒形レンズ２３２により、ウェハのＹ軸に対して、角度γ傾斜した方向から、Ｙステージ３１−２の走査方向と同方向にスリット状ビーム２００の照射領域２０１−２を形成する構成となっている（円筒形レンズ２３２は、Ｙ軸に対して傾斜して、スリット状ビーム２００の照射領域２０１−２がウェハ１上に集光するように配置されている）。
【００３４】
また、全体制御部５０からの指令に基づいて、図２（ａ）に示すように、ミラー２５５の角度θを図示していないパルスモータ等の駆動手段で変えることにより、照明角α（β，γ）を例えば被検査対象基板１上で検査対象とする異物の種類によって変えられる構成になっている。図２（ｃ）に示すように、いかなる照明角の場合でもスリット状ビーム２００の照射領域２０１は、光検出器２６の画素配列２０３をカバーし、また、レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３による照明であっても、スリット状ビーム２００の照射領域２０１−１〜２０１−３はウェハ１上で一致するよう構成されるものである。
【００３５】
これにより、Ｙ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２００をＹ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから発する回折光が空間フィルタ２２によって効率的に遮光されることになる。ここで空間フィルタ２２は、図１に示すように、検出光学系２０の光路中に、検査中はＹ方向に退避可能なミラー９０と、投影レンズ９１、ＴＶカメラ９２からなる瞳観察光学系７０を用いて、フーリエ変換の結像位置における繰り返しパターンからの反射回折光像の輝点を撮像し、処理回路９５により処理してこの輝点をフーリエ変換の結像位置に設けた矩形状の遮光部を複数有する遮光板で遮光するように調整されるものである。
【００３６】
これらの動作は、全体制御部５０からの指令に基づいて駆動回路２７からの信号により行われるが、例えば、被検査対象基板１上に形成された回路パターンが高密度の場合は高倍率での高感度検査モードとし、回路パターンが低密度の場合は低倍率にして高速検査を行う等、ステージ上に載置される被検査対象基板１の表面情報，製造プロセスにあわせて微小欠陥を多く検出するように照明，検出条件を設定するものである。
【００３７】
なお、レーザ光源１１としては、例えばＹＡＧ第２高調波の波長５３２ｎｍの高出力レーザや第４高調波の２６６ｎｍを用いても良く、また、紫外，遠紫外あるいは真空紫外光レーザでも良く、またＡｒレーザや窒素レーザ，Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ，半導体レーザ等の光源であっても良い。
【００３８】
一般的にレーザ波長を短波長化することにより、検出像の解像度が向上するため、高感度な検査が可能となる。
【００３９】
次に本発明における物体表面の欠陥検査の動作の一例について図４により説明する。図４において、５００は欠陥検査装置、８５はウェハを収納するウェハカセット、８０は搬送ロボット、８２はウェハをつかんで搬送するための搬送アーム、３４０はウェハのオリフラ検出部、３５０はオリフラ検出光学系、３００はウェハのエッジ部の欠陥を検出する端面検査装置、３４５はウェハ表面の欠陥を検出する欠陥検査装置である。被検査対象基板であるウェハ１は、搬送アーム８２でウェハカセット８５から取り出され、オリフラ検出部３４０に搬送される。図５はオリフラ検出部３４０を、図４のＹ方向から見た断面図である。ウェハ１は、チャック３５３に真空吸着され、モータ３５４により回転する。オリフラ検出光学系３５０は、例えば投光部３５１と検出部３５５から成り、投光部３５１からの照明光３５２を受光して、検出部３５５の受光信号が処理回路３５６を介して全体制御部５０に送られる。全体制御部５０は、ウェハ１の偏芯量とオリフラ（Ｖノッチ）位置を算出し、コントローラ３５７を介してＹ軸に対するオリフラの補正信号をモータ３５４に送る。また、偏芯量は搬送ロボットが欠陥検出部３４５の搬送系３０にウェハ１を設置する際に補正値として搬送アーム８２の移動値にフィードバックされ、ウェハ１が欠陥検出部３４５の載置台３４の中央に位置合わせされる。一方、ウェハ１が回転している間、端面検査装置３００はウェハ１の端面部（エッジ部）の欠陥検査を行う。検出された信号は処理回路３０１で処理されて欠陥信号が全体制御部５０に送られる。欠陥が検出された場合、オリフラの位置を原点位置として、モータ３５４に連結された図示していないロータリーエンコーダのパルスカウントから回転方向の座標位置が全体制御部５０に記憶される。
【００４０】
欠陥検査においては、ウェハ１表面の微細な欠陥を高速に検査する必要があり、且つ、欠陥検査部３４５の載置台３４に載置されたウェハ１の表面には色々な欠陥種が存在し、欠陥検査においては、より多くの欠陥種を安定して検出することが要求される。このため、検出する欠陥種に合わせた検査条件を設定する必要がある。本欠陥検査装置では、照明の方向、角度を欠陥種に合わせて変更可能な構成とし、かつ一定の検査条件で検査できるような装置構成としている。すなわち、照明光量モニタおよび照明ビームの形状確認機能を備えて照明条件が最適となるよう設定されるものである。半導体検査では、より微小な欠陥を検出するために、検出光学系の高ＮＡ化や照明光の短波長化が進められている。一方、照明光の短波長化においては、透過する硝材が限られてくる中、空気中の浮遊物が光学系に付着し、これに照明光が照射されることによって化学変化が生じ、結果的に光学系の透過や反射率が低下し、安定して欠陥検査が行えないという課題がある。
【００４１】
このため本実施例では、欠陥検査装置内で照明ビームの光量，形状測定を行い、光路中に配したミラーやフィルタなどの光学素子の表面が汚れたことによって透過率が低下したと判断された場合、当該ミラー，フィルタなどの光学素子を、１次元または２次元方向に移動させて、照明光が透過率低下部分に照射されない構成としている。
【００４２】
照明ビームの光量，形状測定には後述する実施例２の検出器１８０−１や、１８０−２等を用いて良いし、ミラー３２０（シェアプレート）やＴＶカメラ３１０等を用いても良い。
【００４３】
次に、図６，図７により光学素子を移動させる移動部の例、および移動方法について説明する。表面が汚れ，損傷等により透過または反射率が低下した光学素子は、移動時に光軸がずれないよう光軸Ｌ０に対して垂直な平面方向に移動する構成となっている。図６は、ビームスプリッタ（又はミラー）１２０を移動させる移動部の一例を示すものであり、ホルダ１２５に支持されたビームスプリッタ（又はミラー）１２０をモータ１２２、送りネジ１２３とリニアガイド１２４で、同図（ｂ）の如く光軸Ｌ０に垂直でもって紙面上下方向に移動し、照明ビーム１２１の照射位置を移動（点線部）せしめるものである。ここで、モータ１２２は送りネジ１２３を駆動するもので、送りネジ１２３はモータ１２２の回転によって移動し、光学素子を移動させるもので、リニアガイド１２４はレールのような部材で光学素子の移動方向を規定するものである。
【００４４】
照明ビームの直径が、ビームスプリッタ１２０の反射面（透過面）に対して十分に小さい場合は、少量の移動量で良く、移動量は、照明ビームの直径に応じて予め設定される。更にＸＹ方向に移動機構を設けてミラー移動後の光軸のシフト補正を行う構成にすることでミラーに対する照明ビームの照射位置を二次元方向に移動させることも可能である。また、図７（ｃ）に示す特性の円形可変ＮＤフィルタ１３０や偏光子などは図７（ａ）に示す移動部により回転移動させることが可能である。すなわち、ＮＤフィルタや偏光子が設けられた光学ユニット１４０をモータ１４１，送りネジ１４２とリニアガイド１４３によって、同図（ｂ）の如くレーザ光Ｌ０の光軸に対して垂直方向（紙面左右方向）に移動（点線部）して照明ビームの照射される位置を変えれば良い。なお、光学素子の移動量は、予め照明ビームＬ０のビーム径１２１（または１３１）より算出され、損傷部分と干渉しない程の移動量が全体制御部５０からの指令により設定される。なお、移動箇所がなくなった場合は、新規光学素子と交換されることになる。この場合、予備の光学ユニットと交換、あるいは光学ユニットにもう一式同様の光学素子を設置し、モータと送りネジでリニアガイド上を移動させて切換える構成にしてもよい。
【００４５】
なお、本実施例の光学素子を移動させる移動部は、光路中の光学素子を移動できるような構成であれば良く、光学素子の汚染が生じる可能性のある様々な検査装置へ適用可能である。１つの例としては、パターン無しウェハ表面検査装置にも適用可能である。例えば、搬送系３０は回転移動と直進移動とを行うような構成であっても良いし、検出光学系２０はＴＤＩイメージセンサの他に光電子増倍管（ＰＭＴ）等を用いても良いし、空間フィルタ２２は無くても良い。
【実施例２】
【００４６】
ところで、高集積の半導体基板上の微細欠陥を高速検出するためには、高輝度の照明ビームをウェハ１上に照射し、欠陥から発生する散乱光を効率よく検出する必要がある。このため、光検出器２６の画素配列に対して、スリット状ビーム２００の照射領域２０１がウェハ１上で一致し、且つスリット状ビーム２００の輝度分布が、例えばレーザの輝度分布に沿った形状であることが望ましい。検査中は検出光学系２０の物体焦点に対して、ウェハ１の表面が一定高さになるように記述していない自動焦点系により制御されるため光検出器２６の画素配列に対して、スリット状ビーム２００の照射領域２０１はウェハ１上で一致した状態が保持されるが、光学系の経時変化やレーザ光源１１の内部に設けられたＵＶ光変換のための結晶のシフト（結晶表面がレーザ照射で焼付け等の損傷を受け、出力低下の場合にレーザ光源側で自動または手動にて実施される）によって、ウェハ上での照明ビームの照射位置やビーム形状（プロファイル）が変化すると安定な欠陥検査が行えないことになる。
【００４７】
そこで、本発明の第２実施例として、照明ビームの形状の異常を検知し、補正する方法について次に説明する。照明ビームの状態を検知するため、本発明では載置台３４のウェハ１の近傍に照明ビームの形状測定手段を設けて照明ビームの形状を測定、補正する構成とした。すなわち、図８（ａ）に示すように、載置台３４のレーザ光Ｌ１及びＬ３のウェハ１への照射経路に検出器１８０−１および１８０−２を対称的に配置して、照明ビームの形状を測定可能にしている。同図（ｂ）はＸ方向から見た側面図である。検出器１８０はホルダ１８２に設けられてφ方向及びα方向に回転、且つ、Ｚ方向に検出器全体が移動可能な構成になっている。ここで、φ，αは検出器１８０に入射するレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が検出器１８０の受光面に対して垂直に入射するようにそれぞれ設定される。検出器１８０は、例えばスリット走査形検出器や二次元的に受光素子が配列したＣＣＤセンサ等であり、プロファイル測定時以外は載置台３４に格納されウェハ１の検査面より突起しない構成となっている。
【００４８】
次に、ウェハ１上に照射されるレーザ光Ｌ１〜Ｌ３のプロファイルを求める方法について説明する。図９（ａ）は検出器１８０で検出された照明ビームの検出状態を示す模式図である。検出器１８０の検出信号は全体制御部５０に送られ、全体制御部５０ではスリット状ビーム２００の検出画像から、Ｘ−Ｘ′方向断面波形１８４およびＹ−Ｙ′方向断面波形１８３を求め、それぞれの波形の最大値に対して、任意の設定値ｈの位置でのスリット状ビーム２００の幅Ｗと長さＬが算出され、予め記憶手段５５に格納してあるデータと照合して許容範囲か否かを判定する。許容範囲外の場合は集光レンズ２３１または２３３を図示しない駆動手段で光軸方向に移動してスリット状ビーム２００の幅Ｗと長さＬが許容範囲内となるように調節される。ここで許容範囲内に収まらない場合は、ビームエキスパンダ１６から出射されるレーザ光のコリメーションが良好でないことが考えられる。次に、ビームエキスパンダ１６のコリメーションを調節する動作について説明する。本発明では、一例としてビームエキスパンダ１６の出射口近傍の光路中に、退避可能に構成されたミラー３２０を配し、該ミラー３２０から反射される平面波をＴＶカメラ３１０で受光して干渉縞の状態からレーザビームの平行性を測定する構成にした。すなわち、ミラー３２０は表面，裏面が高精度に研磨されたシェアプレートであり、表面及び裏面反射光がＸ方向で重なって干渉縞を形成するものである。図１０（ａ）〜（ｃ）はＴＶカメラ３１０で検出される干渉縞の模式図を示したものであり、ビームエキスパンダ１６から出射されたレーザ光の収れん状態によって干渉縞の方向が変化する状態を示している。ＴＶカメラ３１０の検出画像３１１は、全体制御部５０に送られる。
【００４９】
全体制御部５０は、検出画像から干渉縞の回転角を算出するため、Ａ−Ａ断面波形３１３およびＢ−Ｂ断面波形３１４を生成し、双方の波形の位相差Δｄを算出して、算出結果を基にビームエキスパンダ１６のレンズ間隔を調節し、レーザ光が平行光となるように調整される。図１１はビームエキスパンダ１６の構成概略を示す図である。ビームエキスパンダ１６は、例えばレンズ４１０とレンズ４５０の２群のレンズで構成され、このうちレンズ４５０はガイド４２０に固定されている。レンズ４１０はモータ４３１，送りネジ４３２によってガイド４２０上をＸ方向に移動する構成であり、原点センサ４３６の位置を基準原点として、リミットセンサ４３７，４３８の間をＸ方向に移動してビームエキスパンダ１６から出射されるレーザ光の平行性が変化する。全体制御部５０は、ＴＶカメラ３１０から取り込んだ画像３１１から算出した位相差Δｄが最小となるように、コントローラ４４０を介してモータ４３１を駆動しながら、レンズ４１０とレンズ４５０の間隔を調整し、レーザ光の平行性が設定された許容値以下になった時に、モータ４３１の駆動を停止し、レンズ４１０のＸ方向位置（基準原点からのパルス数）を記憶部５３に格納する。
【００５０】
本実施例の方法により照明ビームの形状の異常を検知し、補正することができるので、安定した欠陥検査が行えることとなる
【実施例３】
【００５１】
次に検出光学系の異常を検知，補正する方法について図１２，図１３により説明する。
本欠陥検査装置の検出光学系２０は、対物レンズ２１と結像レンズ２３から構成されるテレセントリック光学系である。欠陥検査において、欠陥を安定して検出するためには、検出光学系の性能が製造時と変わらないことが好ましい。このため、本発明では、検出光学系の光路途中と結像位置に検出光学系の結像性能を確認するため手段を設けている。
【００５２】
すなわち、図１２に示す如く、ミラー２６７がＹ方向に退避した状態において、レーザ光源１１から出射された平行レーザ光Ｌ０を、ビームエキスパンダ１６で拡大後、ミラー２６４，３０６，３０７を介して集光レンズ３０８で検出光学系２０の物点位置にレーザスポット（点像）形成し、検出光学系２０の結像位置における点像の形状から結像性能をチェックするものである。集光レンズ３０８を通過したレーザ光は、集光したあと広がって対物レンズ２１に入射し、平行光束となって対物レンズ２１と結像レンズ２３の間に設置されたミラー２４０で反射してＴＶカメラ２４１に到達する光路と、或いはミラー２４０がＹ方向に退避した状態で、直進して結像レンズ２３に入射する光路をたどる。
【００５３】
結像レンズ２３に入射した光は、結像レンズ２３の上方に配置された検出器２６と受光面が同位置になるよう配置され、且つ、Ｘ方向に検出器２６と切換可能に設置されたＴＶカメラ１０５の受光面に結像する。集光レンズ３０８は、図示しないＸＹＺステージ上に搭載されており、レーザスポット３０９が対物レンズ２１の光軸上でもって且つ焦点位置に一致（ＴＶカメラ１０５の検出画像の点像３３７が最小となる位置）するようにＺ方向に移動して結像位置が決定される。
【００５４】
対物レンズ２１と結像レンズ２３の間に挿入されるミラー２４０は、表面２４０ａ，裏面２４０ｂの両面が高精度に研磨されたシェアプレートである。ミラー２４０の表裏面で反射された光は重なってＴＶカメラ２４１の受光面に干渉縞が投影される。ＴＶカメラ２４１の出力は画像入力基板２４２を介して全体制御部５０に送られる。全体制御部５０は、図１０で説明した方法により、干渉縞の傾きが平行となるように集光レンズ３０８をＺ方向に移動して調節する。
【００５５】
次に点像３０９を用いて検出光学系２０の視野範囲で結像性能をチェックする方法について説明する。ミラー２４０がＹ方向に退避した状態で、検出光学系２０の物点位置でレーザスポット３０９を移動させて結像位置でレーザスポット像３３７をＴＶカメラ１０５で検出する。レーザスポット３０９は、集光レンズ３０８及びミラー３０７を同時に動かすことにより移動させる。すなわち、レーザスポット３０９をＸａ〜Ｘｃまで移動する間、同期してＴＶカメラ１０５も移動し、レーザスポット像３３７ａ〜３３７ｃを検出する。ＴＶカメラ１０５の移動量は、レーザスポット３０９の移動量と検出光学系２０の倍率から求められる。図１３は検出光学系２０の検出視野Ｌｄ内でレーザスポット３０９のＸ方向位置がＸａ，Ｘｂ，Ｘｃの時のＴＶカメラ１０５の検出画像（３３６ａ〜３３６ｃ）の断面Ｃ−Ｃでのレーザスポット像（３３７ａ〜３３７ｃ）の断面波形（輝度最大値）を示している。各スポット像の断面波形のピークから強度分布３３４を求める。ここで求められた強度分布３３４は、検出光学系２０の製造時にサーバ５５に格納してあるデータとの照合、検出視野Ｌｄでの照明の輝度分布１８３との相関照合に参照され、例えば、ＴＤＩセンサ２６の各画素のゲインを調整して検出視野Ｌｄ全域で感度補正を行い、欠陥の安定検出に効果を奏する。
【００５６】
なお、ミラー２６７，ミラー２４０，集光レンズ３０８，ミラー３０７等の光学素子、およびＴＶカメラ１０５を移動させるのは実施例１に記載のモータ１２２、送りネジ１２３とリニアガイド１２４を用いた機構であっても良いし、エアシリンダであっても良い。
【００５７】
次に、欠陥検査装置における欠陥検出信号処理について説明する。図１４は、本発明の信号処理系の構成を示すものである。ウェハ１表面からの反射回折光を受光して光検出器２６で光電変換された検出画像信号１３００は信号処理系４０で処理される。信号処理系４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０１，Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０を記憶するデータ記憶部１３０２，上記検出画像信号に基づいて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３，上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号１４１０と、閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））１４２０を基に画素マージ毎に異物検出処理を行うための回路を複数備えた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、低角，高角度照明によって検出欠陥から得られた散乱光量や欠陥の大きさ示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３０９、該特徴量算出回路１３０９から得られる各マージ毎の特徴量を基に、欠陥，異物のサイズや種類を分類する統合処理部１３１０から構成されている。
【００５８】
異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば検出された二次元画像に対して１×１，３×３，５×５，…ｎ×ｎ画素単位で画像処理するためのマージオペレータ１５０４を備えた画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ，１３０６ａ〜１３０６ｎと、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎおよび、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎとで構成されている。
【００５９】
Ａ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０は、データ記憶部１３０２と閾値算出処理部１３０３に送られる。閾値算出処理部１３０３は、検出画像信号から欠陥，異物を検出するための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）１４２０を算出し、画素マージ回路１３０６に出力する。画素マージ回路１３０５，１３０６は、データ記憶部１３０２および閾値算出処理部１３０３から出力された画像信号１４１０，１４２０に対して、ｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能を有し、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路であり、各種マージオペレータ毎に画像処理が行われる。異物検出処理回路１３０７は、画素マージ回路１３０５および１３０６から出力された信号を処理して欠陥，異物を検出する。ここで、画素をマージするのはウェハ１上に存在する大きさの異なる欠陥，異物をそれらのサイズに合った検出画素でＳ／Ｎ良く検出する目的であるが、検出すべき欠陥の形状によっては、必ずしもｎ×ｎの必要はなくｎ×ｍでも良い。
【００６０】
検査領域処理部１３０８は、異物検出処理回路１３０７によって検出された欠陥または異物が存在するチップを特定するための処理を行うものであり、欠陥または異物を検出するため、検出閾値Ｔｈ（Ｈ，Ｌ）と、検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ，Ｌｍ）を設けて、異物または欠陥を検出したチップを特定するものである。図１６（ａ）はチップ１７０１，１７０２，１７０３のうち、中央のチップ１７０２に凸形の欠陥１７０４が存在する場合の検出画像例と、断面Ｘ−Ｘでの信号波形を示している。また、図１７（ａ）はチップ１８０１、１８０２，１８０３のうち、中央のチップ１８０２に凹形の欠陥１８０４が存在する場合の検出画像例を示している。図１６（ａ）において、信号１７０６は凸欠陥１７０４の信号を示し、信号１７０５，信号１７０７はチップ内に欠陥が存在しない場合を示している。
【００６１】
図１６（ｂ）は、隣接チップ単位での差分処理結果を示すものであり、差分信号１７１０，１７１１はチップ１７０１，１７０２，１７０３で得られた画像信号の差画像１７０８，１７０９の断面Ｘ′−Ｘ′での信号波形を示している。差分信号１７１０はチップ１７０２の画像信号「Ｂ」とチップ１７０１の画像信号１「Ａ」との差信号（Ｂ−Ａ）であり、差分信号１７１１はチップ１７０３の画像信号「Ｃ」とチップ１７０２の画像信号「Ｂ」との差分信号（Ｃ−Ｂ）である。ここで、検出閾値Ｈ，検証閾値Ｈｍは凸形の差分信号を検出するための閾値であり、検出閾値Ｌ，検証閾値Ｌｍは凹形の差分信号を検出するための閾値である。
【００６２】
図１６（ｂ）において、差分信号１７１０（Ｂ−Ａ）が正の場合、その値が検出閾値Ｈまたは検証閾値Ｈｍよりも大きい場合に異物または欠陥として検出し、また、差分信号１７１１（Ｃ−Ｂ）が負の場合、その値が検出閾値Ｌまたは検証閾値Ｌｍよりも小さい場合（差分値，閾値共に負の値のために符号付の値が小さい場合である。絶対値としては閾値よりも差分値の方が大きい）に異物または欠陥として検出される。
【００６３】
ところで、ウェハ１の外周検査時には隣接チップが存在しなくなる。この場合、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、全体制御部５０から得られる検査座標データを基に上記隣接チップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ｂ）｝から、飛び越えた隣のチップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ａ）｝に切換えることになる。
【００６４】
検査領域処理部１３０８は、検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８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１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ，１３０６ａ〜１３０６ｎ，異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ，検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路１３０９で特徴量（例えば、高角度照明により得られた散乱光量，低角度照明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１３１０で統合し、統合したデータを全体制御部５０へ送信する。
【００６５】
以下に詳細を述べる。Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６で得られたアナログ信号１３００をデジタル信号に８〜１２ビットで変換する回路であり、データ記憶部１３０２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。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、図１５に示す各々異なるマージオペレータ１５０４で構成されている。
【００６６】
マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０と、閾値算出処理部１３０３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１４２０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。
【００６７】
ここで、画素マージ回路部について、１３０５ａ，１３０６ａは例えば１×１画素を、１３０５ｂ，１３０６ｂは３×３画素を、１３０５ｃ，１３０６ｃは５×５画素を、…１３０５ｎ，１３０６ｎはｎ×ｎ画素をマージする奇数画素のマージオペレータで構成される。例えば、１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号１４１０、１４２０をそのまま出力することになる。
【００６８】
閾値画像信号は、４種の画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいても上記４種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１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号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４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））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４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００６９】
ここで、画素をマージする効果を説明する。異物検査では、微小異物だけでなく、数μｍの範囲に広がった薄膜状の大きな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、１画素単位の検出画像信号ではＳ／Ｎ比が低く、見逃しが生じることがある。このため、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比を向上させるようにしている。
【００７０】
次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ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、検査不要領域（チップ内の領域も含む）のデータ除去や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合や検査領域を選択する場合に用いる。
【００７１】
検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎ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１３０３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１３０７ａ〜１３０７ｎ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。
【００７２】
ここで、検出感度を低くする場合は、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの低密度の領域であり、回路パターンが高密度領域では、高感度検査によりデバイス製造の歩留りを向上することができる。
【００７３】
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１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基づいて、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。
【００７４】
次に、特徴量算出回路１３０９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１３０９は、前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、照明角α，β，γを変えた高角度照明及び低角度照明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），検出画素数，異物検出領域の形状や慣性主軸の方向，ウェ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。
【００７５】
次に、統合処理部１３１０について説明する。統合処理部１３１０では、画素マージ回路１３０５，１３０６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１３０９で算出した特徴量と異物検出結果（異物欠陥の位置情報）を統合し、全体制御部５０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。
【００７６】
一方、ＴＶカメラ９２で撮像した検出光学系２０のフーリエ変換像の結像位置におけるウェハ１に形成された繰り返しパターンからの反射回折光像の輝点の画像信号は、信号処理系９５に送られる。信号処理系９５には、Ａ／Ｄ変換器，画像データ処理部，パターンピッチ演算部があり、繰り返しパターンからの反射回折光像の輝点の画像信号は、Ａ／Ｄ変換された後、画像データ処理部で画像データとして処理され、パターンピッチ演算部で反射回折光像の輝点のピッチが求められる。この求めた輝点のピッチのデータと画像データとは全体制御部５０に送られ、空間フィルタ２２の遮光板の配列ピッチを制御する信号として空間フィルタ制御部２７へ送られる。なお、ミラー２４０が対物レンズ２１と結像レンズ２３の間に挿入される際は、空間フィルタは退避することになる。
【実施例４】
【００７７】
欠陥検査装置に顕微鏡を付けた実施の形態を図１８に示す。この実施形態においては、検査によって検出された異物は、観察光学系６０によって確認可能な構成になっている。この観察光学系６０は、ステージ３１，３２を動かすことにより、観察光学系６０の顕微鏡視野の位置に、ウェハ１上の検出した異物（虚報も含む）を移動させ、この画像を観察するものである。
【００７８】
観察光学系６０を備えている利点は、ＳＥＭなどのレビュー装置にウェハを移動させなくても、検出した異物を即座に観察できることである。検査装置での検出物を即座に観察することによって、すばやく異物の発生原因を特定することができる。また、観察光学系６０のＴＶカメラ６４の画像は、パソコンと共用のカラーモニタ上に検出した異物の画像が映し出され、検出異物の座標を中心として、部分的にレーザ照射とステージ走査による検査ができ、異物の散乱光像と異物位置をマーキングしてモニタ上に写す機能も有している。これにより、実際異物を検出したか否かの確認も可能である。なお、ステージ走査による部分画像は、異物の検出されたダイの隣接ダイの検査画像も取得できるのでその場での比較確認も可能である。
【００７９】
観察用光学系６０としては、光源には可視光（例えば白色光）でも良いし、紫外光を光源とした顕微鏡でも良い。特に微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における照明光学系の配置関係、低角度照明光学系の概略構成、及び照明領域と検出領域の関係を示す図である。
【図３】照明光学系に用いられている円錐曲面レンズ及び円筒レンズの斜視図である。
【図４】欠陥検査装置の全体動作説明図である。
【図５】オリフラ検出光学系、端面検査装置の配置を示す側面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る光学素子の照明位置移動手段の説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る光学素子の照明位置移動手段の説明図である。
【図８】本発明の一実施例の光学系の異常を検知するための検出器の配置図である。
【図９】第２の実施例における照明光束の形状測定を説明するための図である。
【図１０】第２の実施例における照明の収束状態を判定するための検出画像である。
【図１１】第２の実施例における照明の収束状態を調節するための概略構成を示す図である。
【図１２】第３の実施例における透過光による点像測定光学系の概略構成図である。
【図１３】第３の実施例における点像の輝度分布を示す図である。
【図１４】信号処理系の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１５】信号処理系の画素マージ回路の説明図である。
【図１６】信号処理系で凸欠陥を検出する場合の説明図である。
【図１７】信号処理系で凹欠陥を検出する場合の説明図である。
【図１８】第４の実施例における観察光学系を付けた欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１ ウェハ（被検査対象基板）
１０ 照明光学系
１１ レーザ光源
２０ 検出光学系
２５ 光学フィルタ
３０ 搬送系
３５ 駆動回路
４０ 信号処理系
５０ 全体制御部
５１ 入出力手段
５２ 表示手段
５３ 記憶部
６０ 観察光学系
７０ 瞳観察光学系
８０ 搬送ロボット
８２ 搬送アーム
１５５ 裏面検査装置
１８０ 光検出手段
１９５ 異物除去手段
２４０，３２０ 光学素子
３００ 端面検査装置
３５０ オリフラ検出光学系
１３０１ Ａ／Ｄ変換器
１３０２ データ記憶部
１３０３ 閾値算出処理部
１３０７ 異物検出処理回路
１３０８ 検査領域処理部
１３０９ 特徴量算出回路
１３１０ 統合処理部
１３１１ 結果表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記レーザ光の光路に配置された光学素子と、
前記光学素子を１次元、または２次元的に移動させる移動部と、を有する光学式検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式検査装置において、
前記移動部は、
前記光学素子が保持された第１のホルダ、または前記光学素子が設けられた第１の光学ユニットと、
モータと、
送りネジと、
リニアガイドと、を有する光学式検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式検査装置において、
前記光学素子は、
平面形状の光学素子である光学式検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式検査装置において、
前記光学素子は、
ビームスプリッタ，ミラー，ＮＤフィルタ、および偏光子の少なくとも１つである光学式検査装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光学式検査装置において、
第２のホルダ、または第２の光学ユニットを有し、
前記モータと前記送りネジによって、
前記リニアガイド上を移動させ、
第１のホルダ、または第１の光学ユニットと、前記第２のホルダ、または前記第２の光学ユニットとを切換える光学式検査装置。
【請求項６】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記レーザ光の照明状態を測定する光検出部と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記レーザ光の光路に配置された光学素子と、
前記光学素子を１次元、または２次元的に移動させる移動部と、を有し、
前記移動部は、
前記照明状態に応じて前記光学素子を移動させる光学式検査装置。
【請求項７】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記レーザ光の形状を検出する光検出部と、を有する光学式検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光学式検査装置であって、
前記光検出部は、
前記搬送系の前記基板を置く部分に設けられ、
φ方向，α方向、およびｚ方向に移動可能である光学式検査装置。
【請求項９】
請求項７に記載の光学式検査装置であって、
記憶部と、
制御部と、を有し、
前記記憶部は、
予め前記レーザ光の第１の形状を記憶し、
前記制御部は、
前記第１の形状と、
前記光検出部によって検出された前記レーザ光の第２の形状と、を照合する光学式検査装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の光学式検査装置であって、
レンズと、
前記レンズを移動する移動部と、を有し、
前記レンズの移動によって前記レーザ光の形状を調整する光学式検査装置。
【請求項１１】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
複数のレンズと、
前記複数のレンズより後方の光路に配置された前記レーザの平行性を測定するための第１の光学素子、および撮像装置と、を有する光学式検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
前記複数のレンズは、
第１のレンズと、
第２のレンズと、
ガイドと、
モータと、
送りネジと、を有し、
前記第１のレンズはガイドに固定され、
前記第２のレンズは前記モータ、および送りネジによって前記ガイドに沿って移動する光学式検査装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
前記第１の光学素子は、
クサビ形の平面ガラスである光学式検査装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
前記撮像装置はＴＶカメラである光学式検査装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
制御部を有し、
前記制御部は、
前記撮像装置によって検出された画像から、
前記レーザ光の第１の波形、および第２の波形を算出し、
前記第１の波形と前記第２の波形との位相差を算出し、
前記位相差を用いて、前記複数のレンズの間隔を調整する光学式検査装置。
【請求項１６】
照明光学系の照明状態を測定し、
前記照明状態に応じて光学素子を移動させる光学式検査装置内の光学素子の移動方法。
【請求項１７】
検出光学系の結像位置における検出したレーザスポットの形状を観察し、
前記レーザスポットの形状に応じて、前記検出光学系の物点側のレンズを移動する検出光学系の補正方法。
【請求項１８】
物点位置で集束したレーザ光を移動し、
検出光学系の結像位置で強度分布を求め、
予め保存したデータと比較し、
検出光学系のセンサの感度を補正する検出光学系の補正方法。
【請求項１９】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系の物点に前記レーザ光を集束させる集光レンズと、
前記集光レンズを移動させるステージと、
前記検出光学系の結像位置で移動可能に配置された撮像装置と、を有する光学式検査装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の光学式検査装置において、
前記集光レンズの光路より前に配置されたミラーと、
前記ミラーを移動する移動部と、を有し、
前記集光レンズ、および前記ミラーを、前記撮像装置とともに移動し、強度分布を算出し、
前記強度分布を、予め保存しておいたデータと比較し、
前記検出光学系の感度の補正を行う光学式検査装置。
【請求項２１】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系に配置されたミラーと、
前記ミラーからの反射光を受光する撮像装置と、
前記レーザ光を集束させる集光レンズと、
前記集光レンズを移動させるステージと、を有する光学式検査装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の光学式検査装置において、
前記ミラーは、シェアプレートである光学式検査装置。
【請求項２３】
請求項２１記載の光学式検査装置において、
制御部を有し、
前記制御部は、
前記シェアプレートから前記撮像装置へ投影された干渉縞に応じて、前記ステージを移動させる光学式検査装置。
【請求項１】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記レーザ光の光路に配置された光学素子と、
前記光学素子を１次元、または２次元的に移動させる移動部と、を有する光学式検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式検査装置において、
前記移動部は、
前記光学素子が保持された第１のホルダ、または前記光学素子が設けられた第１の光学ユニットと、
モータと、
送りネジと、
リニアガイドと、を有する光学式検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式検査装置において、
前記光学素子は、
平面形状の光学素子である光学式検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式検査装置において、
前記光学素子は、
ビームスプリッタ，ミラー，ＮＤフィルタ、および偏光子の少なくとも１つである光学式検査装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光学式検査装置において、
第２のホルダ、または第２の光学ユニットを有し、
前記モータと前記送りネジによって、
前記リニアガイド上を移動させ、
第１のホルダ、または第１の光学ユニットと、前記第２のホルダ、または前記第２の光学ユニットとを切換える光学式検査装置。
【請求項６】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記レーザ光の照明状態を測定する光検出部と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記レーザ光の光路に配置された光学素子と、
前記光学素子を１次元、または２次元的に移動させる移動部と、を有し、
前記移動部は、
前記照明状態に応じて前記光学素子を移動させる光学式検査装置。
【請求項７】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記レーザ光の形状を検出する光検出部と、を有する光学式検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光学式検査装置であって、
前記光検出部は、
前記搬送系の前記基板を置く部分に設けられ、
φ方向，α方向、およびｚ方向に移動可能である光学式検査装置。
【請求項９】
請求項７に記載の光学式検査装置であって、
記憶部と、
制御部と、を有し、
前記記憶部は、
予め前記レーザ光の第１の形状を記憶し、
前記制御部は、
前記第１の形状と、
前記光検出部によって検出された前記レーザ光の第２の形状と、を照合する光学式検査装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の光学式検査装置であって、
レンズと、
前記レンズを移動する移動部と、を有し、
前記レンズの移動によって前記レーザ光の形状を調整する光学式検査装置。
【請求項１１】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
複数のレンズと、
前記複数のレンズより後方の光路に配置された前記レーザの平行性を測定するための第１の光学素子、および撮像装置と、を有する光学式検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
前記複数のレンズは、
第１のレンズと、
第２のレンズと、
ガイドと、
モータと、
送りネジと、を有し、
前記第１のレンズはガイドに固定され、
前記第２のレンズは前記モータ、および送りネジによって前記ガイドに沿って移動する光学式検査装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
前記第１の光学素子は、
クサビ形の平面ガラスである光学式検査装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
前記撮像装置はＴＶカメラである光学式検査装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の光学式検査装置であって、
制御部を有し、
前記制御部は、
前記撮像装置によって検出された画像から、
前記レーザ光の第１の波形、および第２の波形を算出し、
前記第１の波形と前記第２の波形との位相差を算出し、
前記位相差を用いて、前記複数のレンズの間隔を調整する光学式検査装置。
【請求項１６】
照明光学系の照明状態を測定し、
前記照明状態に応じて光学素子を移動させる光学式検査装置内の光学素子の移動方法。
【請求項１７】
検出光学系の結像位置における検出したレーザスポットの形状を観察し、
前記レーザスポットの形状に応じて、前記検出光学系の物点側のレンズを移動する検出光学系の補正方法。
【請求項１８】
物点位置で集束したレーザ光を移動し、
検出光学系の結像位置で強度分布を求め、
予め保存したデータと比較し、
検出光学系のセンサの感度を補正する検出光学系の補正方法。
【請求項１９】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系の物点に前記レーザ光を集束させる集光レンズと、
前記集光レンズを移動させるステージと、
前記検出光学系の結像位置で移動可能に配置された撮像装置と、を有する光学式検査装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の光学式検査装置において、
前記集光レンズの光路より前に配置されたミラーと、
前記ミラーを移動する移動部と、を有し、
前記集光レンズ、および前記ミラーを、前記撮像装置とともに移動し、強度分布を算出し、
前記強度分布を、予め保存しておいたデータと比較し、
前記検出光学系の感度の補正を行う光学式検査装置。
【請求項２１】
基板を載置し、移動する搬送系と、
レーザ光を前記基板に照射する照明光学系と、
前記基板上の欠陥から散乱した光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系に配置されたミラーと、
前記ミラーからの反射光を受光する撮像装置と、
前記レーザ光を集束させる集光レンズと、
前記集光レンズを移動させるステージと、を有する光学式検査装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の光学式検査装置において、
前記ミラーは、シェアプレートである光学式検査装置。
【請求項２３】
請求項２１記載の光学式検査装置において、
制御部を有し、
前記制御部は、
前記シェアプレートから前記撮像装置へ投影された干渉縞に応じて、前記ステージを移動させる光学式検査装置。
【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】
【公開番号】特開２０１０−８５１３５（Ｐ２０１０−８５１３５Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５２１１９（Ｐ２００８−２５２１１９）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【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２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【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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