(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置して回転可能なテーブル手段と、
パルスレーザを発射するレーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスを一旦長さの異なる複数の光路に分岐した後に再び共通の光路を進ませることにより複数のパルスに時分割して前記テーブル手段に載置した試料に照射する照明光学系手段と
該照明光学系手段により１パルスを複数のパルスに時分割されたパルスレーザが照射照明された前記試料からの反射光を検出する検出光学系手段と、
前記検出光学系手段で検出した反射光の強度信号をサブパルスの照射光路が同一なもの毎に分離した後、前記試料上の近接した箇所で得られた照明光路が異なる照明で得た反射光強度を内挿補間して前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、
該信号処理手段で処理した結果を表示画面に出力する出力手段と
を備えた欠陥検査装置であって、
前記照明光学系手段は、前記パルスレーザの１パルスを複数に時分割したそれぞれの分割パルスレーザを前記試料上の異なる位置に照射することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照明光学系手段は、前記パルスレーザの１パルスを複数に時分割したそれぞれの分割パルスレーザを、前記テーブル手段により回転する前記試料上の回転中心方向に異なる複数の位置に照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記照明光学系手段は、前記パルスレーザの１パルスを複数に時分割したそれぞれの分割パルスレーザを、前記テーブル手段により回転する前記試料上の回転方向に異なる複数の位置に照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照明光学系手段は、前記パルスレーザの１パルスを複数のパルスに時分割するための光路長が異なるパルス分割光路を複数備え、該複数のパルス分割光路は、それぞれのパルス分割光路を通って分割されたそれぞれのパルスレーザの光軸をずらして前記試料上の異なる位置に照射することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記照明光学系手段は、前記パルスレーザの１パルスを複数のパルスに時分割するための光路長が異なる複数のパルス分割光路部と、該複数のパルス分割光路部を通って分割されたそれぞれのパルスレーザの光軸を該分割されたそれぞれのパルスレーザごとにずらすビーム駆動部とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記ビーム駆動部は、音響光学素子よりなる偏向器であることを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記照明光学系手段は、前記１パルスを複数のパルスに時分割したそれぞれの分割パルスレーザをモニタするモニタ部を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
試料を回転可能なテーブルに載置して回転させ、
該回転している試料にレーザ光源から発射されたパルスレーザを照射し、
該パルスレーザが照射された前記試料からの反射光を検出し、
該検出した前記試料からの反射光を検出し、
該検出した反射光の強度信号をサブパルスの照射光路が同一なもの毎に分離した後、前記試料上の近接した箇所で得られた照明光路が異なる照明で得た反射光強度を内挿補間して前記試料上の欠陥を検出する
欠陥検査方法であって、
前記回転している試料に前記レーザ光源から発射されたパルスレーザを照射することを、該レーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスを一旦長さの異なる複数の光路に分岐した後に再び共通の光路を進ませることにより複数のパルスに時分割し、該時分割したそれぞれの分割パルスレーザを前記試料上の異なる位置に照射することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】
前記時分割したそれぞれの分割パルスレーザを前記試料上の異なる位置に照射することを、前記テーブルに載置されて回転している前記試料上の回転中心方向に異なる複数の位置に照射することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記時分割したそれぞれの分割パルスレーザを前記試料上の異なる位置に照射することを、前記テーブルに載置されて回転している前記試料上の回転方向に異なる複数の位置に照射することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査方法。
【請求項１１】
前記レーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに時分割することを、前記レーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスのレーザを光路長が異なる複数パルス分割光路に入射させることにより行い、前記時分割したそれぞれの分割パルスレーザを前記試料上の異なる位置に照射することを、前記複数のパルス分割光路を通すことによりそれぞれのパルスレーザの光軸をずらして前記試料上の異なる位置に照射することにより行うことを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項１２】
前記レーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに時分割することを、前記レーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスのレーザを光路長が異なる複数パルス分割光路に入射させることにより行い、前記時分割したそれぞれの分割パルスレーザを前記試料上の異なる位置に照射することを、前記複数のパルス分割光路を通って時分割したそれぞれのパルスレーザの光軸をそれぞれのパルスレーザごとに走査することにより行うことを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項１３】
前記複数のパルス分割光路を通って時分割したそれぞれのパルスレーザの光軸をそれぞれのパルスレーザごとに走査することを、音響光学素子よりなる偏向器で行うことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査方法。
【請求項１４】
前記１パルスを複数のパルスに時分割したそれぞれの分割パルスレーザを、ＴＶカメラで撮像してモニタすることを特徴とする請求項８乃至１３の何れかに記載の欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を検査し、欠陥の種類および欠陥寸法を判定して出力する欠陥検査方法およびその装置に関する。
【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。欠陥検査の従来技術としては特開平９−３０４２８９号公報（特許文献１）、特開２００６−２０１１７９号公報（特許文献２）、米国特許出願公開第２００６／０２５６３２５号明細書（特許文献３）などが知られている。これらは、微小な欠陥を検出するために試料表面上に数十μｍの寸法に照明光を集光して照射し、欠陥からの散乱光を集光・検出し、数十ｎｍから数μｍ以上の寸法の欠陥を検査する技術である。試料（検査対象物）を保持するステージを回転移動および並進移動させることにより、照明スポットが試料表面上をらせん状に走査し、試料全面が検査される。
【０００３】
また、特許文献１および特許文献２では、欠陥からの散乱光の高角度に出射する成分と低角度に出射する成分を検出しその比によって欠陥の種類を分類する技術が述べられている。
【０００４】
また、特許文献２では、欠陥からの散乱光の強度に基づいて、検出した欠陥の寸法を算出する技術が述べられている。
【０００５】
また、特許文献３では、試料に与える熱ダメージを低減するため、検査対象面を検査中に照明光のパワー、あるいは照明スポットの走査速度、あるいは照明スポットの寸法を制御することが述べられている。より具体的には、試料に与える熱ダメージは照射する照明パワー密度と照射時間との積によって決まると仮定し、これが一定値を越えないように、走査中の試料上の半径位置に応じて照明光のパワー、あるいは照明スポットの走査速度、あるいは照明スポットの寸法を変化させることが述べられている。
【０００６】
また、一方向に長いガウスビームで試料上の広い範囲を照明し、ＣＣＤなどの複数画素の検出器を用いて照明領域を一括に検出することで、短い時間で試料全面を検査する技術として、米国特許第６６０８６７６号明細書（特許文献４）が知られている。
【０００７】
また、特開２００７−８５９５８号公報（特許文献５）では、短波長レーザ照明において、高出力レーザではパルス発光レーザが多く、この瞬間的な発光による試料の急激な温度上昇による、試料の熱ダメージを低減させるため、光路を分割、その光路長の違いを利用してパルスを分割することで試料のダメージを低減する手法が述べられている。
また、米国特許第７３９７５５７号明細書（特許文献６）では、ＡＯ偏光器を用いてレーザスポットを走査させながら、多方向から散乱光を検出して検査する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３０４２８９号公報
【特許文献２】特開２００６−２０１１７９号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０２５６３２５号明細書
【特許文献４】米国特許第６６０８６７６号明細書
【特許文献５】特開２００７−８５９５８号公報
【特許文献６】米国特許第７３９７５５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体等の製造工程で用いられる欠陥検査には、微小な欠陥を検出すること、検出した欠陥の寸法を高精度に計測すること、試料を非破壊で（あるいは試料を変質させること無く）検査すること、同一の試料を検査した場合に常に一定の検査結果（検出欠陥の個数、位置、寸法、欠陥種）が得られること、一定時間内に多数の試料を検査することなどが求められる。
【００１０】
前記特許文献１、特許文献２、特許文献４に述べられた技術では、特に寸法２０ｎｍ以下の微小な欠陥については、欠陥から発生する散乱光が極微弱となり、試料表面で発生する散乱光によるノイズ、検出器のノイズ、あるいは検出回路のノイズに欠陥信号が埋もれるため検出不可能となる。あるいは、これを避けるために照明パワーをあげた場合、照明光による試料の温度上昇が大きくなり、試料への熱ダメージが発生する。あるいは、これを避けるために試料の走査速度を低下させた場合、一定時間内に検査できる試料の面積あるいは試料の数が減少する。以上より、熱ダメージを避けつつ微小な欠陥を高速に検出することが困難であった。
【００１１】
一方、特許文献３に述べられた技術は、試料上の半径位置に比例して照明パワーを変えることにより、前記従来技術と比較して試料中心付近での熱ダメージを低減すること、あるいは試料中心付近での熱ダメージを従来技術と同等に抑えつつ試料外周部での欠陥検出感度を向上させることを狙うものであった。この技術は熱ダメージが照射パワー密度と照射時間との積に比例すると仮定したため、以下の問題があった。
【００１２】
第一に、熱ダメージの見積りにおいて照明スポットからの熱拡散の影響を考慮していないため、特に照射時間の長い試料中心部における熱ダメージが現実より過大に見積られる。このため、試料中心部において必要以上に照明パワーを低下させることになり、欠陥検出感度が低下した。
【００１３】
第二に、試料全面において熱ダメージを生じさせないためには、熱ダメージが最大となる試料中心部においてダメージが生じないことを基準として投入する照明パワーを規定する必要がある。しかし、回転走査では試料中心部において走査速度（線速度）が０であるため、計算上の照射時間が無限大に発散し、前記仮定では熱ダメージを定量的に見積ることができず、照明パワーを規定することが出来なかった。逆に、中心部で熱ダメージが起きないことを保証するためには、照明パワーを０にする必要があり、中心部の検査が不可能であった。
【００１４】
第三に、パルスレーザの場合には、パルスの時間長さはおよそ15ps程度であることが多く、試料を回転させながら検査する方式において、試料を例えば直径が３００mmのウェハを１０００rpm程度で回転させた場合、この15psの間に試料が移動する距離はウェハの外周で０.２３nm程度であり、光学分解能に対してはるかに小さい距離しか移動できない。このため、１回のパルス発光において照射される領域は、照明が照射されている位置の移動速度ではなく、ビームスポットの領域によってほぼ決定される。このため、瞬間的な温度上昇による試料に対するダメージは、試料の半径位置によって、ほとんど変化しない。
【００１５】
第四に、回転する試料の最外周においても熱ダメージが発生する照明パワーになった場合、それ以上の照明パワーを投入することができない。
【００１６】
特許文献５に記載されている発明は、光路を偏光ビームスプリッタによって複数に分割、この光をそれぞれ異なる光路長の光路に導き、この光路を通過する際の時間差によって再度この光を偏光ビームスプリッタに導いて光路を統合する際のパルスの到着するタイミングをずらすことでパルスを分割していた。しかし、この方式では、ビームスポットを小さくすることが困難であった。それぞれ異なる光路を通った光が同一の場所を照明しなければ、それぞれの光路の照明が小さいビームスポットを形成したとしても、全体的に見れば大きなビームスポットとなってしまう。分割した光路を同一の光路に戻すためには、多数のミラーを必要とし、これを偏光ビームスプリッタで同一の光路に戻す際にビームの光軸の角度ずれが一般に発生する。このため、それぞれの光路を通った光は別の位置を照明し、結果として小ビームスポットを得ることができない。欠陥から得られる光量は単位面積あたりの光量で決定されるため、ビームスポットの拡大は欠陥検出性能を低下させてしまう。
【００１７】
特許文献６に記載されている発明は、熱ダメージを考慮して発明された技術ではないものの、本技術を適用することによって、ビームスポットを高速に偏向させることで面積あたりの照明パワーを低減し、熱ダメージを低減させることができるが、特許文献３と同じ理由により、パルスレーザの場合には熱ダメージを低減することができない。更に連続発振レーザの場合であっても、試料の最外周において、熱ダメージによる投入照明パワーの不足により十分な感度の検査が実現できない場合には、ビームスポットを試料の移動スピードよりも高速に移動させたとしても、欠陥より十分な量の散乱光を検出できるわけではないため、高感度な検査は実現できない。
【００１８】
本発明の目的は、試料全面を短時間で走査し、試料に熱ダメージを与えることなく微小な欠陥を検出することができる欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記した課題を解決するために、本発明では、欠陥検査装置を、試料を載置して回転可能なテーブル手段と、パルスレーザを発射するレーザ光源と、このレーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスを長さの異なる複数の光路に分岐した後に再び共通の光路を進ませることにより複数のパルスに時分割してテーブル手段に載置した試料に照射する照明光学系手段と、この照明光学系手段により１パルスを複数のパルスに時分割されたパルスレーザが照射された試料からの反射光を検出する検出光学系手段と、この検出光学系手段で検出した反射光の強度信号をサブパルスの照射光路が同一なもの毎に分離した後、前記試料上の近接した箇所で得られた照明光路が異なる照明で得た反射光強度を内挿補間して試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、この信号処理手段で処理した結果を表示画面に出力する出力手段とを備えて構成し、照明光学系手段は、パルスレーザの１パルスを複数に時分割したそれぞれの分割パルスレーザを試料上の異なる位置に照射するように構成した。
【００２０】
また、上記した課題を解決するために、本発明では、試料を回転可能なテーブルに載置して回転させ、この回転している試料にレーザ光源から発射されたパルスレーザを照射し、このパルスレーザが照射された試料からの反射光を検出し、この検出した試料からの反射光を検出し、この検出した反射光の強度信号をサブパルスの照射光路が同一なもの毎に分離した後、前記試料上の近接した箇所で得られた照明光路が異なる照明で得た反射光強度を内挿補間して試料上の欠陥を検出する欠陥検査方法において、回転している試料にレーザ光源から発射されたパルスレーザを照射することを、このレーザ光源から発射されたパルスレーザの１パルスを長さの異なる複数の光路に分岐した後に再び共通の光路を進ませることにより複数のパルスに時分割し、この時分割したそれぞれの分割パルスレーザを試料上の異なる位置に照射することにより行うようにした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、試料全面を短時間で走査し、試料に熱ダメージを与えることなく、微小な欠陥を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の実施例に係る欠陥検査装置の全体概略構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】アッテネータの構成を示すブロック図である。
【図１Ｃ】信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る検出部の配置および検出方向を示す検出部のブロック図である。
【図３】パルス分割部の構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明の実施例に係る試料上の照明パターンを示す試料の平面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例に係る分割したパルス状のビームをθ方向にずらして照明する場合の時間と共に照明されるθ位置の変化を示すグラフである。
【図４Ｃ】本発明の実施例に係る分割したパルス状のビームを半径（Ｒ）方向にずらし照明する場合の時間と共に照明されるＲ位置の変化を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の実施例に係る欠陥検査装置の全体概略構成を示すブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例に係る欠陥検査装置の全体概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例に係る位置の補正係数の算出の説明図である。
【図７】本発明の実施例に係るミラーの角度と光束拡大部への入力ばらつきの関係の説明図である。
【図８】本発明の実施例に係る検出部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例に係るアナログ処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０Ａ】本発明の実施例に係る分割したパルスを統合して処理する方式のデジタル処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施例に係る分割したパルスを独立に処理する方式のデジタル処理部の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施例に係る分割したパルスを統合して処理する方式のデジタル処理部の構成を示すブロック図である。
【図１２】（ａ）は試料上をらせん状に検査する状態を示す試料の平面図、（ｂ）はメモリ部と演算部の関係を示すブロック図、（ｃ）はＴＶカメラで観察される輝点の画像である。
【図１３】本発明の実施例に係るミラーの角度のマニュアル設定を可能にするＧＵIを示す表示画面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の第１の実施形態の概略構成を図１で説明する。照明部１０１、検出部１０２、試料Ｗを載置して回転して回転中心軸に直角な方向に可能なステージ１０３、信号処理部１０５、制御部５３、表示部５４、入力部５５を備える。
【００２５】
照明部１０１はレーザ光源２、アッテネータ３、出射光調整部４、パルス分割部８、光束拡大部５、偏光制御部６、照明集光制御部７を備える。レーザ光源２はパルス発振あるいは擬似連続発振レーザであり、典型的には発光時間は15ps以下であり、10ns毎の間隔でパルス状の光が出力される。また、レーザ光源２からはコリメートされたレーザ光が照射される。発射される光がコリメートされた光でないレーザ光源の場合、別途コリメータレンズを設け、照明をコリメートする。
【００２６】
レーザ光源２から射出されたレーザ光ビームは、アッテネータ３で所望のビーム強度に
調整され、出射光調整部４のミラー４１と４２とで所望のビーム位置、ビーム進行方向に
調整され、パルス分割部８でパルス状のレーザ光の１つのパルスを時分割された複数のパ
ルスに分割する。この光束は、光束拡大部５の凹レンズ５０１と凸レンズ５０２とで光束
を拡大するとともにパルス分割部で分割された各パルスの光束の方位ばらつきを低減し、
偏光制御部６で１/２波長板６１と１/４波長板６２とで所望の偏光状態に調整され、照明集光制御部７で所望の強度分布に調整され、試料Ｗに対して斜め方向から入射して検査対象領域を照明する（斜入射照明）。
【００２７】
本発明の特徴であるパルス分割部８で、各時分割されたパルス光の光軸の角度方向のばらつきは照明集光制御部７での集光性能を低下させ、試料w上に微小なスポットを形成することが困難である。そこで、パルス分割部は分割されたパルスがそれぞれ角度の差をもつように調整する。典型的には試料の半径方向にビームスポットが分割されて照明するようにし、またこれを回転方向に分割して照明しても良い。さらにビームスポットは分離してもせずに、ビームプロファイルが重なりあうように配置しても良い。この分割されたビームのプロファイルについては、後で説明する。
【００２８】
試料上の照明形状は、熱に対するダメージを最小にするにはアスペクト比の高い矩形形状にすることが一般的である。このため、照明集光制御部７としては典型的には２組のアナモフィックプリズム７１及び７２で照明光束を整形したのち、集光レンズ７３で照明する。また、集光レンズ７３の代わりに回折光学素子を用いても良い。
【００２９】
照明部１０１の光路中には多数の反射ミラー９１〜９７が設置されているが、そのうち反射ミラー９５の位置と角度により試料表面に対する照明光の入射角（試料表面の法線方向に対する傾き角）が決められる。照明光の入射角は微小な欠陥の検出に適した角度に設定される。照明入射角が大きいほど、すなわち照明の仰角（試料表面と照明光軸との成す角）が小さいほど、試料表面上の微小異物からの散乱光に対してノイズとなる試料表面の微小凹凸からの散乱光（ヘイズと呼ばれる）が弱まるため、微小な欠陥の検出に適する。このため、試料表面の微小凹凸らの散乱光が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、反射ミラー９５を調整して照明光の入射角は７５度以上（仰角１５度以下）に設定される。
【００３０】
一方、斜入射照明において照明入射角が小さいほど微小異物からの散乱光の絶対量が大きくなるため、欠陥からの散乱光量の不足が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明光の入射角は６０度以上７５度以下（仰角１５度以上３０度以下）に設定される。また、斜入射照明を行う場合、照明部１０１の偏光制御部６における偏光制御により、照明の偏光をＰ偏光とすることで、その他の偏光と比べて試料表面上の欠陥からの散乱光量を増加させることができる。
【００３１】
図示していないミラー９３の駆動手段でミラー９３を駆動して照明部１０１の光路中にミラー９３を挿入することにより(図１Ａに示した状態)、照明光路が変更され、ミラー９６,９７で光路を切替えた後に照明集光制御部７ｖを透過させて試料Ｗの表面に垂直な方向から照明光が照射される（垂直照明）。このとき、試料面上の照明強度分布は照明集光制御部７ｖにより、斜入射照明と同様に制御される。試料面の凹み状の欠陥（研磨キズや結晶材料における結晶欠陥）からの散乱光を得るには、試料表面に実質的に垂直に入射する垂直照明が適する。
【００３２】
レーザ光源２としては、試料表面近傍の微小な欠陥を検出するには、試料内部に浸透しづらい波長として、短波長（波長３５５ｎｍ以下）の紫外または真空紫外のレーザビームを発振し、かつ出力２Ｗ以上の高出力のものが用いられる。出射ビーム径は１ｍｍ程度である。試料内部の欠陥を検出するには、試料内部に浸透しやすい波長として、可視あるいは赤外のレーザビームを発振するものが用いられる。
【００３３】
図１Ｂに示すように、アッテネータ３は、第一の偏光板３１と、照明光の光軸周りに回転可能な１／２波長板３２と、第二の偏光板３３とを備える。アッテネータ３に入射した光は、第一の偏光板３１により直線偏光に変換され、１／２波長板３２の遅相軸方位角に応じて偏光方向が任意の方向に回転され、第二の偏光板３３を通過する。１／２波長板３２の方位角を制御することで、光強度が任意の比率で減光される。アッテネータ３に入射する光の直線偏光度が十分高い場合は第一の偏光板３１は必ずしも必要ない。アッテネータ３は入力信号と減光率との関係が事前に較正されたものを用いる。アッテネータ３として、グラデーション濃度分布を持つＮＤフィルタを用いることも可能である。  
出射光調整部４は複数枚の反射ミラーを備える。ここでは二枚の反射ミラー４１と４２とで構成した場合の実施例を説明する。ここで、三次元の直交座標系（ＸＹＺ座標）を仮に定義し、反射ミラー４１への入射光が＋Ｘ方向に偏向しているものと仮定する。第一の反射ミラー４１は入射光を＋Ｙ方向に偏向するよう設置され（ＸＹ面内での入射・反射）、第二の反射ミラー４２は第一の反射ミラー４１で反射した光を＋Ｚ方向に偏向するよう設置される（ＹＺ面内での入射・反射）。各々の反射ミラー４１と４２とは平行移動とあおり角調整により、出射調整部４から出射する光の位置、進行方向（角度）が調整される。前記のように、第一の反射ミラー４１の入射・反射面（ＸＹ面）と第二の反射ミラー４２の入射・反射面（ＹＺ面）が直交するような配置とすることで、出射調整部４から出射する光（＋Ｚ方向に進行）のＸＺ面内の位置、角度調整と、ＹＺ面内の位置、角度調整とを独立に行うことができる。
【００３４】
出射光調整部４から出射した光の状態は、出射光の光路に対して図示していない駆動手段で駆動される出し入れ可能なミラー９１で反射されてモニタ２２により観察される。
【００３５】
検出部１０２は、照明領域２０から発する複数の方向の散乱光を検出するよう、複数配置される。検出部１０２の試料Ｗおよび照明領域２０に対する配置を図８を用いて説明する。
【００３６】
図８（ａ）に検出部１０２の配置の側面図を示す。照明領域２０は図８(ａ)の紙面に対して垂直な方向に長い形状を有している。試料Ｗの法線方向に対して、検出部１０２による検出方向（検出開口の中心方向：図８（ａ）の各矢印の方向）のなす角を、検出天頂角と定義する。検出部１０２は、検出天頂角が４５度以下の高角検出部１０２ｈと、検出天頂角が４５度以上の低角検出部１０２ｌからなる。高角検出部１０２ｈ、低角検出部１０２ｌ各々は、各々の検出天頂角において多方位に散乱する散乱光をカバーするよう、複数の検出部からなる。
【００３７】
図８（ｂ）に、低角検出部１０２ｌの配置の平面図を示す。照明領域２０は矢印で示した斜入射照明進行方向に沿って長い形状をしている。試料Ｗの表面と平行な平面内において、斜入射照明の進行方向と検出方向とのなす角を検出方位角と定義する。低角検出部１０２ｌは、低角前方検出部１０２ｌｆ、低角側方検出部１０２ｌｓ、低角後方検出部１０２ｌｂ、およびそれらと照明入射面に関して対称な位置にある低角前方検出部１０２ｌｆ’、低角側方検出部１０２ｌｓ’、低角後方検出部１０２ｌｂ’を備える。低角前方検出部１０２ｌｆと１０２ｌｆ’とは検出方位角が０度以上６０度以下、低角側方検出部１０２ｌｓと１０２ｌｓ’とは検出方位角が６０度以上１２０度以下、低角後方検出部１０２ｌｂと１０２ｌｂ’とは検出方位角が１２０度以上１８０度以下に設置される。
【００３８】
図８（ｃ）に、高角検出部１０２ｈの配置の平面図を示す。高角検出部１０２ｈは、高角前方検出部１０２ｈｆ、高角側方検出部１０２ｈｓ、高角後方検出部１０２ｈｂ、および高角側方検出部１０２ｓと照明入射面に関して対称な位置にある高角側方検出部１０２ｈｓ’を備える。高角前方検出部１０２ｈｆは検出方位角が０度以上４５度以下、高角側方検出部１０２ｈｓは検出方位角が４５度以上１３５度以下、高角後方検出部１０２ｈｂは検出方位角が１３５度以上１８０度以下に設置される。
【００３９】
検出部１０２の具体的な構成を図２に示す。図２(a)はポイントセンサ２０４を用いた場合の実施例、図２(b)はラインセンサ２０８を用いた実施例である。
【００４０】
照明領域２０(紙面に垂直な方向に長い形状をしている)から発生する散乱光を対物レンズ２０１によって集光し、偏光フィルタ２０２通過させた後、結像レンズ２０３によってセンサ２０４の受光面に導かれ、検出される。図２(a) に示した２０４はポイントセンサ、図２(b)に示した２０８は複数画素センサである。散乱光を効率良く検出するため、対物レンズ２０１の検出ＮＡは０．３以上である。
【００４１】
低角度検出部１０２ｌの場合、対物レンズ２０１の下端が試料面Ｗに干渉しないよう、必要に応じて対物レンズの下端を切り欠く。偏光フィルタ２０２は偏光板あるいは偏光ビームスプリッタからなり、任意の方向の直線偏光成分をカットするよう設置される。偏光板として、透過率８０％以上のワイヤグリッド偏光板などが用いられる。楕円偏光を含む任意の偏光成分をカットする場合は、偏光フィルタ２０２を波長板と偏光板とを組み合わせて構成すればよい(図示せず)。
【００４２】
ポイントセンサ２０４、及び複数画素センサ２０８は高感度検出を行うため、量子効率が高く（３０％以上の）、光電変換後の電子を電気的に増幅可能なもの、また、高速化のため、複数がその信号を並列して読み出し可能なもの、また、検出ダイナミックレンジ確保のため、検出感度（電気的な増幅のゲイン）が電気的手段などにより短時間で容易に変更可能であるものが望ましい。
【００４３】
ポイントセンサ２０４は光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを用い、複数の画素センサより構成される複数画素センサ２０８としてはマルチアノード光電子増倍管、アバランシェフォトダイオードアレイ、信号の並列読み出しが可能なリニアＥＭＣＣＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ  ＣＣＤ）、信号の並列読み出しが可能なリニアＥＢＣＣＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ  ＣＣＤ）を用いる。
【００４４】
対物レンズ２０１および結像レンズ２０３によって、試料Ｗの表面（試料面）の像が試料面共役面２０５に結像される。試料面に対して傾斜した結像する。このため、走査方向Ｓ１に関して、像高の大きい位置にある物体はデフォーカスにより複数画素センサ２０８の受光面に像を結ばずにボケるが、走査方向Ｓ１は照明領域２０の寸法が短いため、像高の大きい位置にある物体は検出に影響を与えない。
【００４５】
図２（ｂ）に、センサとして複数画素センサ２０８を用いた場合の構成を示す。照明領域２０から発生する散乱光を対物レンズ２０１によって集光し、偏光フィルタ２０２通過させた後、結像レンズ２０３によって、試料面と共役な面２０５に設置された回折格子２０６上に試料面の像（中間像）が結像される。回折格子２０６上に形成された試料面の像は、結像系２０７によって複数画素センサ２０８の受光面上に投影され、検出される。
【００４６】
複数画素センサ２０８は、一方向に長い照明領域２０の形状に合せ、画素の配列方向が照明領域２０の像の長手方向（図面に垂直な方向）に一致するよう、試料面に共役な面内に設置される。
【００４７】
回折格子２０６は、結像レンズ２０３によって導かれ中間像を形成する光を回折格子２０６の表面の法線方向に回折させるため、結像レンズ２０３によって導かれ中間像を形成する光の光軸２１１に沿った入射光のＮ次回折光が回折格子２０６の表面の法線方向２１２に向かうよう、回折格子形状が形成されたものを用いる。回折効率を高めるため、ブレーズ回折格子が用いられる。なお、検出方位角９０度の低角および高角の側方検出部１０２ｌｓ、１０２ｌｓ’及び１０２ｈｓ、１０２ｈｓ’(図８（ｂ）及び（ｃ）参照)に関しては像高が小さく抑えられるため、回折格子２０６、結像系２０７を省いて回折格子２０６の位置に２０８の複数画素センサを配置しても良い。  
以上の構成をとり試料面に共役な面に複数画素センサ２０８を設置することで、試料面上のＳ１方向についてもピントのずれを抑えて広い範囲で有効視野を確保することができ、かつ光量ロスを少なく散乱光を検出することができる。
【００４８】
パルス分割部８の構成及び作用を、図３を用いて説明する。パルス分割部８は密閉構造容器８１に収められて、不活性ガスで充填しておくのが良い。３００は出射光調整部４から出射された照明光であり、コリメート光である。入射窓部８１１から密閉構造容器８１の内部に入射した照明光３００は、1/4波長板３０１により、円偏光となり、偏光ビームスプリッタ３０２によって、偏光ビームスプリッタ３０２を透過する偏光成分と偏光ビームスプリッタ３０２で反射される偏光成分とに光が２分岐される。分岐した一方の偏光ビームスプリッタ３０２で反射されてミラー３０４と３０５を介して偏光ビームスプリッタ３０３に入射して1/4波長板３０６の方向に反射される光と、分岐した他方の偏光ビームスプリッタ３０２を透過して直接偏光ビームスプリッタ３０３に入射し偏光ビームスプリッタ３０３を透過して1/4波長板３０６の方向に向かう光とで光路差が発生し、パルスが分割される。
【００４９】
1/4波長板３０６はそれぞれの光路を進んできた偏光光を再び円偏光にする。この円偏光光は偏光ビームスプリッタ３０７に入射して偏光ビームスプリッタ３０７を透過する偏光成分と反射される偏光成分との２つの光路に分岐される。分岐した一方の偏光ビームスプリッタ３０２で反射され、ミラー３０９、３１０を介して偏光ビームスプリッタ３０８に入射して1/4波長板３０６の方向に反射される光と、分岐した他方の偏光ビームスプリッタ３０７を透過して直接偏光ビームスプリッタ３０８に入射し偏光ビームスプリッタ３０８を透過する光とで光路差が発生し、ここで更にパルスが分割される。典型的には、ミラー３０４、３０５を経由することによってできる偏光ビームスプリッタ３０２を透過した光との光路差は、ミラー３０９、３１０を経由することにより発生する偏光ビームスプリッタ３０７を透過した光との光路差の2倍に設定する。
【００５０】
偏光ビームスプリッタ３０８を透過又は反射された偏光光は１/４波長板３１１に入射して円偏光となって出射する。この１/４波長板３１１で円偏光にされた光は偏光ビームスプリッタ３１２に入射し、Ｐ偏光成分が透過してS変更成分は反射されディフューザ３１９に入射してパルス分割部８から出射する光から取り除かれる。
【００５１】
偏光ビームスプリッタ３０３から出射される光はミラー３０４と３０５を経由した光と、偏光ビームスプリッタ３０２から直接入射した光で一定の角度差をもつように設定する。また、同様に偏光ビームスプリッタ３０８から出射される光はミラー３０９、３１０を介した光と偏光ビームスプリッタ３０７から直接３０８に入射する光で一定の角度差ができるように設定する。典型的には、偏光ビームスプリッタ３０８から出射される光の角度差は、偏光ビームスプリッタ３０３から出射される光の角度差の0.5倍になるように設定する。照明集光制御部７では、各パルスの偏光ビームスプリッタ３０８を出射する際の光の角度差に比例して照明される。３１４〜３１７はそれぞれミラー３０４、３０５、３０９、３１０の角度を制御するために用いられる位置制御機構であり、制御部５３より制御できるようにする。
【００５２】
３１８はミラー３０４、３０５、３０９、３１０のアライメント状態を観察するためのＴＶカメラであり、図示していない駆動機構で駆動されるミラー３２１を光路中に入れて偏光ビームスプリッタ３２１を透過したＰ偏光光の光路をＴＶカメラ３１８の方向に折り曲げることによりＴＶカメラ３１８でミラー３０４、３０５、３０９、３１０のアライメント状態を観察することができる。
【００５３】
ＴＶカメラ３１８によるミラー３０４、３０５、３０９、３１０のアライメント状態を観察を終えると図示していない駆動機構でミラー３２１を駆動して、ミラー３２１を偏光ビームスプリッタ３２１を透過したＰ偏光光の光路から退避させて、Ｐ偏光光は出射窓８１２を透過してパルス分割部８から出射して光束拡大部５に入射する。      
図４Ａに分割されて照明される照明の例を示す。図４Ａの（ａ）〜（ｄ）はポイントビームに適用した例であり、試料のｒ方向(半径方向)に微小位置をずらした照明パターンである。ミラー３０４、３０５、３０９、３１０は経時的な時間変化によって調整状態がずれ、期待していないθ方向に照明位置がずれる場合があり、この場合、（ａ）の４０１に示すようにポイントビームがθ方向に拡大してしまうという課題があった。高感度に検査を行うには試料が回転するθ方向に照明が絞られている必要がある。
【００５４】
試料の回転する方向のｒ方向に微小位置をずらすと、（ｂ）のポイントビーム４０２に示すように、多少、試料のθ方向に照明位置がずれても、試料上ではθ方向に絞られることになり高感度な検査が実現できる。また、照度が最大の箇所が拡大、R方向の裾野が狭くなるため、（ａ）のポイントビーム４０１よりも照明強度を大きくすることが可能であり、高感度化ができる。なお、パルスは時間的に分割されているため、任意の時間において、１つのスポットしか照明されていない。この性質は後述する信号処理部における高感度化において重要である。
【００５５】
（ｃ）のポイントビーム４０３は更に照明をｒ方向にずらした場合の照明の実施例である。このようにスポットの位置を大きくずらすと、熱が試料上近傍に拡がりやすくなるため、平均温度上昇が抑制され、さらに照明強度を大きくすることが可能になる。また、（ｄ）のポイントビーム４０４に示すようにθ方向にずらすことでも、瞬間的な温度上昇を抑制することができる。θ方向にずらす場合は平均的な温度上昇に対しては不利になるが、特に図２の(b)に示した結像検出系を用いた場合にはR方向には大きくは位置をずらすことができないため、効果的に用いることができる。
【００５６】
光束拡大部５は二群以上のレンズ群を有し、入射する平行光束の直径を拡大する機能を持つ。図１Ａには、凹レンズ５０１と凸レンズ５０２の組合せを備えるガリレオ型のビームエキスパンダの例を示す。光束拡大部５は二軸以上の並進ステージ(図示せず)上に設置され、所定のビーム位置と中心が一致するように位置調整が可能なように構成されている。また、光束拡大部５の光軸とパルス分割部８から偏向制御部６に至るビーム光軸が一致するように光束拡大部５全体のあおり角調整機能機構(図示せず)が備えられる。凹レンズ５０１と凸レンズ５０２の間隔を調整することにより、光束直径の拡大率を制御することが可能である（ズーム機構）。
【００５７】
ＴＶカメラ３１８は制御部５３と接続しておき、この輝点が期待する位置からずれていた場合にはパルス分割部８の３１４から３１７のミラー位置制御機構を用いて自動調整する。この例ではビームスポット間隔はミラー位置制御機構３１６、３１７を用いて自動調整され、ビームスポット間隔はミラー位置制御機構３１４と３１５を用いて調整される。画像処理で輝点の重心位置を出力しながら、ミラー位置制御機構３１４、３１５、３１６及び３１７を用いて４つのミラー３０４、３０５、３０９および３１０の角度を変化させ、もっとも輝点の重心位置が期待する位置に近いところでミラーを固定する。
【００５８】
ＴＶカメラ３１８を用いたミラー３０４及び３０５の調整の方法の一例を図７に示す。ミラー３０４、３０５において傾き角度がΔθ１、Δθ２だけ設計位置からずれていた場合、光線のずれ量は、それぞれ、ミラー３０４から３０５において2Δθ１ｘ１、ミラー３０４からビームスプリッタ３０２までで２（Δθ１＋Δθ２）ｙ１、さらに、３０２からTVカメラ３１８に光を導くミラーまでの間に２（Δθ１＋Δθ２）ｘ２だけ設計位置からずれ、平行光がＴＶカメラのＣＣＤで集光するように設定すると、この角度のずれがＴＶカメラ３１８の位置として検出されるため、ミラーの角度のずれを求めることが可能である。図１３に調整用ＧＵＩ１３００を示す。１３０１はＴＶカメラ３１８で撮像した分割したパルスの各光路の角度差を顕在化させる画面であり,１３０２は光束拡大部５の後段に配置したビームモニタ２３で撮像したビームエキスパンダ直後のビームの像である。ビームの像１３０２は一点に集光されていることが望ましい。ビームモニタ２３は、光束拡大部５から出射した光の光軸に対して図示していない駆動手段により出し入れ可能なミラー９２で反射されたビームの像を撮像する。
【００５９】
１３０３は各ミラーの角度を示しており、ＧＵＩ１３００上で数値を入力すると制御部５３でミラー位置制御機構３１４、３１５、３１６及び３１７を制御してミラー３０４、３０５、３０９および３１０の角度が変えられる。１３０４のボタンをクリックすると、１３０１および１３０２のデジタル画像がセーブできるようになっており、装置間の感度差や、感度の経時変化を解析できるようにしておく。自動調整ボタン１３０５をクリックすると、制御部５３でミラー位置制御機構３１４、３１５、３１６及び３１７を制御してミラー３０４、３０５、３０９および３１０の角度を変化させ、もっとも設計値と一致する角度になるように自動調整する。
【００６０】
光束拡大部５によるビーム径の拡大倍率は１０倍から２０倍であり、光源２から出射した径１ｍｍのビームが１０ｍｍから２０ｍｍ程度に拡大される。このとき、パルス分割部８で１つのパルスを時分割したことによって発生する各分割したパルスの光軸の傾きは逆に1/10から1/20に減少する。たとえばパルス分割部８から出射した各分割したパルスの光軸の傾きのばらつきが100μrad程度とすると、光束拡大部５から出射する各分割したパルス光のばらつきは５〜１０μradになる。
【００６１】
偏光制御部６は、１／２波長板６１、１／４波長板６２を備えて構成され、照明光の偏光状態を任意の偏光状態に制御する。
【００６２】
信号処理部１０５は、図１Ｃに示すように、アナログ処理部５１とデジタル処理部５２とを備えている。アナログ処理部５１について図９を用いて説明する。ここでは簡単のため複数の検出部１０２のうち図８の１０２ｌｓに相当するものを検出部１０２ａ、図８の１０２ｈｓに相当するものを１０２ｂとし、この二系統備えた場合のアナログ処理部５１の構成について説明する。検出部１０２ａ、１０２ｂ各々に備えられた検出器(図８の１０２ｌｓ及び１０２ｈｓ)から出力された信号電流５００ａ、５００ｂは、プリアンプ部５０１ａ、５０１ｂにより各々電圧に変換されて増幅される。この増幅されたアナログ信号は、さらにローパスフィルタ５１１ａ、５１１ｂによりエイリアシングを発生させる高周波成分を除いた後、ローパスフィルタ５１１ａ、５１１ｂのカットオフ周波数より高いサンプリングレートを備えたアナログ−デジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）５０２ａ、５０２ｂで、デジタル信号に変換されて出力される。
【００６３】
次に、信号処理部１０５を構成するデジタル処理部５２について図１０Ａおよび図１０Ｂを用いて説明する。本実施例では、パルス分割部８で分割したパルスによる照明を分離して処理することに特徴がある。ここでは、図３に示したパルス分割部によって、パルスを４分割した場合について説明する。図１０Ａは、分割したパルスを統合して処理する方式に対応するデジタル処理部５２の構成を示し、図１０Ｂは分割したパルスを独立に処理する方式に対応するデジタル処理部５２’の構成を示す。
【００６４】
先ず、図１０Ａに示したデジタル処理部５２における処理について説明する。アナログ処理部５１からの各々の出力信号は、デジタル処理部５２において、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々により欠陥信号６０３ａ、６０３ｂの各々が抽出され、欠陥判一次判定部６０５に入力される。欠陥は照野２０によりＳ１方向に走査されるため、欠陥信号の波形は照野２０（図８参照）のＳ１方向（図２参照）の照度分布プロファイルを拡大縮小したものとなる。従って、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々により、欠陥信号波形の含まれる周波数帯域を通し、ノイズが相対的に多く含まれる周波数帯域および直流成分をカットすることで、欠陥信号６０３ａ、６０３ｂのＳ／Ｎが向上する。各ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂとしては、特定のカットオフ周波数を持ちその周波数以上の成分を遮断するよう設計されたハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタ、あるいは照明領域２０の形状が反映された欠陥信号の波形と相似形を成すフィルタを用いる。
【００６５】
欠陥判定部６０５は、ハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂの各々から出力された欠陥波形を含む信号の入力に対してしきい値処理を行い、欠陥の有無を判定する。即ち、欠陥判定部６０５には、複数の検出光学系からの検出信号にもとづく欠陥信号が入力されるので、欠陥判定部６０５は、複数の欠陥信号の和や加重平均に対してしきい値処理を行うか、または複数の欠陥信号に対してしきい値処理により抽出された欠陥群についてウェハの表面に設定された同一座標系でＯＲやＡＮＤを取ることなどにより、単一の欠陥信号に基づく欠陥検出と比較して高感度の欠陥検査を行うことが可能となる。
【００６６】
更に、欠陥判定部６０５は、欠陥が存在すると判定された箇所について、その欠陥波形と感度情報信号に基づいて算出されるウェハ内の欠陥位置を示す欠陥座標および欠陥寸法の推定値を、欠陥情報として制御部５３に提供して表示部５４などに出力する。欠陥座標は欠陥波形の重心を基準として算出される。欠陥寸法は欠陥波形の積分値あるいは最大値を元に算出される。
【００６７】
アナログ処理部５１からの各々の出力信号は、デジタル処理部５２を構成するハイパスフィルタ６０４ａ、６０４ｂに加えて、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々に入力され、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々において、ウェハ上の照明領域２０における微小ラフネスからの散乱光量（ヘイズ）に対応する周波数の低い成分および直流成分が出力される。このようにローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々からの出力はヘイズ処理部６０６に入力されてヘイズ情報の処理が行われる。即ち、ヘイズ処理部６０６は、ローパスフィルタ６０１ａ、６０１ｂの各々から得られる入力信号の大きさからウェハ上の場所ごとのヘイズの大小に対応する信号をヘイズ信号として出力する。また、微小ラフネスの空間周波数分布に応じてラフネスからの散乱光量の角度分布が変わるため、図８に示したように、互いに異なる方位、角度に設置された複数の検出部１０２の各検出器からのヘイズ信号をヘイズ処理部６０６への入力とすることで、ヘイズ処理部６０６からはそれらの強度比などから微小ラフネスの空間周波数分布に関する情報を得ることができる。
【００６８】
次に、図１０Ｂに示したデジタル処理部５２’における処理について説明する。
【００６９】
図１０Ｂの実施例においては、パルス分割部８から出力した、レーザ光源２の発振パルスより高い周波数のパルスによる照明によって検出した信号を分離、独立して検出することで更に高感度化を図ることができる。ここでは、パルス分割部８で発生したパルスをサブパルスと呼ぶ。一般に、ノイズ成分は試料の表面ラフネスがセンサで検出されることにより発生するセンサのショットノイズである。各サブパルスは、試料上の異なる位置を照明するため、欠陥の信号はすべてのサブパルスで検出できるわけではない。よって、サブパルスを時分割で欠陥を検出することにより、欠陥信号に対するノイズ成分の割合を減らした状態で欠陥検出を行うことが可能である。
【００７０】
５６および５７はマルチプレクサである。パルス照明毎に照明される位置が変化するため、同一の位置毎に処理ができるようにデジタルデータを格納するためのバッファを切り替える。例えばレーザ２の発振周波数が８０ＭＨｚであり、パルス分割部８において等間隔に分割した場合、この4倍の３２０ＭＨｚ毎にバッファを切り替えて処理を行う。６１０から６１３はバッファであり、それぞれ、検出器１０２ａにおいて、パルス分割部で異なる光路を経由して照明されるパルスに対応するバッファであり、６１４から６１７は検出器１０２ｂに対応する同様のバッファである。バッファ６１０から６１７に蓄えられた検出信号は各々ハイパスフィルタ６１８から６２５の介して、欠陥判定部６３４から６３７に送られる。ここで、欠陥判定部６３４ではハイパスフィルタ６１８と６２２の出力が加算され、同一のパルスで得られた異なる検出器からの出力は統合されて欠陥判定を行われる。
【００７１】
欠陥判定部６３４から６３７の内部処理は図１０Ａで説明した欠陥判定部６０５と同様である。欠陥判定部６３４と同様の欠陥判定が欠陥判定部６３５〜６３７でも行われる。６２６から６３３はローパスフィルタであり、６３８から６４１はヘイズ処理部であり、図１０Ａで説明したヘイズ処理部６０６と同様の処理を行う。ヘイズ処理部も欠陥判定部と同様に、同一のタイミング毎に得られた異なる検出器で検出された結果を統合して判定する。図４Ａの（ｄ）のように分割したパルスをθ方向にずらして照明する場合には、パルス分割によるθ方向のビームの移動と試料自体の移動との両方の和によって照明位置が決定されるため、同一箇所をビームが複数回θ方向に走査することになる。時間とともに照明されるθ位置の変化を図４Ｂの４０５に示す。図中、小さな丸印がビーム照射位置を表している。
【００７２】
このときのデジタル処理部５２”の構成を図１１に示す。図１１において、図１０Ｂと同じ番号の構成部品については、図１０Ｂで説明したので、ここでは説明を省略する。６５０から６５７はＦＩＦＯである。それぞれのFIFOは、試料がθ方向に回転して、別パルスの照明箇所まで試料が移動するまでの時間のデータを保持する。この結果、マルチプレクサ５８、５９を通ってハイパスフィルタ６５８、６６０およびローパスフィルタ６５９、６６１に転送されるデータは、連続的に試料を走査した検出器からのデータとなる。なお、ハイパスフィルタ６５８から６６１のフィルタリング処理の前に、異なるFIFOから出力されたデータで同一の位置のデータが存在するように設計した場合には、フィルタリング処理の前に加算処理をするのが良い。
【実施例２】
【００７３】
実施例１ではパルスレーザにおける、瞬間的な温度上昇への対応としてパルス分割を行うことと、この分割パルスをあらかじめＲ方向に微小位置ずらしを行う方法について述べた。しかし、レーザの発振周波数は試料上を照明が移動するのに要する時間よりも極めて高速であるため、同一箇所に多数回パルスが照射される現象が起こり、温度上昇を十分に抑制できない場合が発生する。そこで、本実施例においては、パルス分割と同時に偏向器により照射位置を移動させることにより更に試料の熱ダメージを抑制するようにした。本実施例による欠陥検査装置の構成を図５Ａに示す。図１Ａで説明した構成と同じ番号が付されているものは、図１で説明したものと同じ構成及び作用をする。
【００７４】
図５Ａは実施例１で説明した図１の構成とほとんど同じであるが、照明部５０１の照明集光制御部７の手前に偏向器７０１を配置する点で異なる。図１の構成と同じ番号を付した部品は同じ構成であるので、説明を省略する。偏向器７０１としてはＡＯ偏向器やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等、高速に角度を変更できるものを利用する。回転させた試料に対して一定位置に集光照明をした場合、試料の移動速度は試料の中心からの距離rと回転スピードsθの積rsθによって決定され、例えばr=75mm、回転スピードが４０００ｒｐｍであった場合、照明ビームのθ方向の典型的な幅10umを通過するのに要する時間は、640ns程度である。パルスを分割した後に試料に照明される際にパルスの周波数はおよそ320MHzであるため、10um通過する間にパルス状の照明200回程度のパルスが照射されることになる。
【００７５】
そこで、７０１の偏向器で照明位置を移動させながら試料からの反射あるいは散乱光を検出し、単位面積あたりの照明強度を低減する。図４Ｃの波形４０６は図４Ａ（ｂ）のビーム４０２をｒ方向に偏向したときのｒ位置の時間変化を示している。多数のパルスが一箇所にあたることによる温度上昇を例えば1/4に抑えるには、ビーム４０２のパターンで照明するには、４つのパルス全体の照明領域の総和の４倍程度の領域でビームを偏向させればよく、４Ａ（ｃ）のビーム４０３のパターンの場合には１つのパルスの照明の４倍程度の範囲を移動させればよい。また、ｒ方向の変わりにθ方向に移動させても良い。
【００７６】
照明のθ方向の線幅に対して、２回程度以上検出することが望ましいため、図４Ｃに記したΔtは320ns以下とするのが良い。すなわち、偏向器７０１の繰り返し周波数は３ＭＨｚ以上とするのが良い。このときの信号処理部１０５は図１０Ｂに示したデジタル処理部５２’、あるいは図１１に示したデジタル処理部５２”の構成の並列数をよりあげることにより対応することができる。この場合には、図１０Ｂに設けた６１０〜６１７のバッファに追加し、新たにパルスの分割数以外に偏向器による位置の変化にも対応してバッファを設け、それぞれの位置毎に欠陥判定処理を行えるようにする。
【００７７】
また、図１１の場合も同様である。偏向器７０１を設けない場合に対して、４倍程度の範囲を偏向器７０１で走査するには、バッファを図１０Ｂの構成の４倍程度の１６個程度を設け、５４、および５５のマルチプレクサが、同一のｒ位置で取得したセンサデータが同一のバッファに格納するように制御する。
【００７８】
この例ではｒ方向に偏向器７０１で試料１００上の照明を走査する例について述べたが、θ方向に走査した場合についても図１１と同様の構成の処理部によって欠陥を判定することが可能である。また、バッファ数は一般性を失うことなく、数を増加させて対応することが可能である。
【００７９】
また、センサとして２０８のように複数画素センサを用いた場合には、図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１１の回路を、複数画素センサの画素数分並列に構成することで対応する。
【００８０】
図１０Ｂで説明した欠陥判定部６３４〜６３７は、更に高精度な判定を行うために、Ｒ方向に隣接するデータの内挿演算を行うことも可能である。図１２を用いて説明する。（ａ）の１２０１は試料であり、照明部５０１で４分割のパルス分割を行って図４Ａの（ｃ）に示したビーム４０３に示すパターンで照明、時分割で検出すると、４本の螺旋状のレーザの照射が行われることになり、各ライン１２１１〜１２１４で欠陥判定を行うことになる。この場合、欠陥のしきい値処理を実施する前に、  図１２(ｂ)に示すような図１０Ｂの欠陥判定部６３４〜６３７に設けたメモリ部１２０４と１２０５にｒ方向に隣接する、例えば１２０２、１２０３の位置で検出したデータを入力し、演算器１２０６を用いてこの２点間の任意の位置に存在すると想定される欠陥からの検出光を内挿により算出し、これに対して欠陥判定部６３４〜６３７でしきい値処理を行い、欠陥の有無を判定する。
【００８１】
この処理を行う場合に、試料１２０１上の位置１２０２、１２０３間の距離を正確に求める必要がある。ところが、パルス分割部８のミラー３０４、３０５、３０９および３１０の調整がずれると、各分割パルスの軌跡が等しい間隔でなくなってしまい、補間処理が正確に行えなくなる。ミラー３０４、３０５、３０９および３１０の調整にはＴＶカメラ３１８の状態で確認、自動補正を行う。ＴＶカメラ３１８上でビームは集光されるようにしておくため、図４Ａの（ｃ）に示したビーム４０３に示すパターンで照明する場合にはＴＶカメラ３１８上で等しい間隔で輝点が図１２（ｃ）の像１２０７のように表れる必要がある。
【００８２】
ＴＶカメラ３１８は制御部５５３と接続しておき、この輝点が期待する位置からずれていた場合にはパルス分割部８の３１４から３１７のミラー位置制御機構を用いて自動調整する。この例ではビームスポット間隔１２０８はミラー位置制御機構３１６、３１７を用いて自動調整され、ビームスポット間隔１２０９はミラー位置制御機構３１４と３１５を用いて調整される。画像処理で輝点の重心位置を出力しながら、ミラー位置制御機構３１４、３１５、３１６及び３１７を用いて４つのミラー３０４、３０５、３０９および３１０の角度を変化させ、もっとも輝点の重心位置が期待する位置に近いところでミラーを固定する。
【００８３】
ＴＶカメラ３１８を用いたミラー３０４及び３０５の調整の方法の一例を図７に示す。ミラー３０４、３０５において傾き角度がΔθ１、Δθ２だけ設計位置からずれていた場合、このミラーの角度の和だけ光線は設計位置からずれ、平行光がＴＶカメラのＣＣＤで集光するように設定すると、この角度のずれがＴＶカメラ３１８の位置として検出されるため、ミラーの角度のずれを求めることが可能である。図１３に調整用ＧＵＩ１３００を示す。１３０１はＴＶカメラ３１８で撮像した分割したパルスの各光路の角度差を顕在化させる画面であり,１３０２は光束拡大部５の後段に配置したビームモニタ２３で撮像したビームエキスパンダ直後のビームの像である。ビームの像１３０２は一点に集光されていることが望ましい。
【００８４】
ビームモニタ２３は、光束拡大部５から出射した光の光軸に対して図示していない駆動手段により出し入れ可能なミラー９２で反射されたビームの像を撮像する。１３０３は各ミラーの角度を示しており、ＧＵＩ１３００上で数値を入力すると制御部５３でミラー位置制御機構３１４、３１５、３１６及び３１７を制御してミラー３０４、３０５、３０９および３１０の角度が変えられる。１３０４のボタンをクリックすると、１３０１および１３０２のデジタル画像がセーブできるようになっており、装置間の感度差や、感度の経時変化を解析できるようにしておく。自動調整ボタン１３０５をクリックすると、制御部５３でミラー位置制御機構３１４、３１５、３１６及び３１７を制御してミラー３０４、３０５、３０９および３１０の角度を変化させ、もっとも設計値と一致する角度になるように自動調整する。
【００８５】
さらに、検査する試料を保持するホルダーにＰＳＬ等の標準粒子を複数散布した標準調整ジグをとりつけておく。ｒ方向のピッチを細かく設定してこの標準粒子を本発明の照明および検出系を用いて欠陥判定部６３４から６３７によりこの標準粒子を検出すると、欠陥判定部毎に任意の欠陥判定部の検出した標準粒子の位置を基準にとったばらつきは図６のグラフ６００１に示すようにばらつく。この標準粒子の位置のばらつき６００２から６００５の平均座標位置をとることにより、分割後の各パルスの位置のずれを求めることができる。この各パルスのずれをもとに、図１２の各螺旋１２１１〜１２１４のｒ方向の距離を求め、また、欠陥判定部６３４〜６３７において、異なる欠陥判定部のデータ間の対応付けを行う際に、このθ方向のずれ量を補正した後に行う。同様の処理は図１１の構成でも実施する。すなわち、ＦＩＦＯ６５０から６５３における遅延量は、図６のように各パルスで検出したθ方向のずれ量をもとに補正する。
【００８６】
ここまでは、擬似連続発振のレーザ光源を用いる場合について述べ、瞬間的な温度上昇を抑制するパルス分割光路を前提に述べた。いま、レーザ光源が連続発振であった場合には、このパルス分割光路８は不要となるが、偏向器７０１によって、試料上で照明を走査することにより、熱ダメージを低減することができる。このときの構成例を図５Ｂに示す。図５Ｂの構成であっても、ｒ方向に照明を走査したい場合は図１０Ｂで説明したデジタル処理部を用い、θ方向に走査する場合には図１１で説明したデジタル処理部により対応することができる。偏向器７０１への入力制御電圧と偏向量の関係は予め図６に示す標準粒子を散布した標準調整ジグで求めておき、パルス分割を行った場合と同様に欠陥判定部６３４〜６４７のθ方向対応付けおよびＲ方向内挿補間における補間係数の設定を行う、あるいはＦＩＦＯ６５０から６５７の各バッファの遅延量設定を行う。
【符号の説明】
【００８７】
２・・・光源    ３・・・アッテネータ    ４・・・出射光調整部    ５・・・光束拡大部    ６・・・偏光制御部    ７・・・照明集光制御部    ７ｖ・・・照明集光制御部    ２２・・・ビームモニタ    ２３・・・ビームモニタ
５３・・・制御部    ５４・・・表示部    ５５・・・入力部    １０１・・・照明部    １０２・・・検出部    １０３・・・ステージ部    １０５・・・信号処理部    １２０・・・照明光軸。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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