(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の欠陥を検査する検査装置において、
該試料に光を照射する照明光学系と、
該照明光学系による照明領域からの光を結像する結像光学系と、
該結像光学系によって結像された光を光電変換するセンサと、
該センサの検出結果を用いて前記欠陥を検出する処理部と、を有し、
さらに、
該照明光学系は、時間的及び空間的に分割された複数の照明領域を該試料上に形成する時間的空間的分割光学系を有し、
該複数の照明領域のうち、２つの照明領域の間隔は該結像光学系の解像度よりも大きいことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
該複数の照明領域間の間隔は、
該センサ側において、該複数の照明領域のガウスプロファイルが平坦となるような間隔であることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
該照明光学系は、
該複数の照明領域を該試料において単一のライン上に配列することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
該時間的空間的分割光学系は、
パルスビームを形成するパルスビーム生成部と、
前記パルスビームを分割して時間的な差を設ける時間分割ユニットと、
前記パルスビームを分割して空間的な差を設ける空間分割ユニットと、
前記時間分割ユニット、及び前記空間分割ユニットによって時間的及び空間的に分割されたパルスビームを複数の照明スポットとして前記試料に照射する結合ユニットと、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
該複数の照明領域の個数，寸法、及び間隔の少なくとも１つは可変であることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項３記載の欠陥検査装置において、
該ラインに垂直な方向に試料を走査する走査部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
該結像光学系は暗視野型であることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項７記載の欠陥検査装置において、
該照明光学系は、該試料に垂直な方向から、該複数の照明領域を該試料に形成することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項７記載の欠陥検査装置において、
該照明光学系は、該試料に斜めの方向から、該複数の照明領域を該試料に形成することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
請求項７記載の欠陥検査装置において、
複数の結像光学系と複数の画像センサとを有し、それぞれの画像を撮像することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の欠陥検査装置において、
撮像した複数の画像を統合処理することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
該結像光学系は明視野型であることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１３】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記欠陥検査装置は、配線が形成された試料を検査する欠陥検査装置であり、
該配線のピッチから算出される周波数で、該センサの検出結果をサンプリングする処理部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１４】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
該センサは少なくとも１つ以上の画素を有するセンサであり、
該センサの１画素の大きさに相当する時間の中で、撮像を開始する開始時間と撮像を終了する終了時間を変える制御部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
該２つの照明領域は同じ時間に照明される欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の欠陥を検査する検査装置，検査方法に関する。例えば、半導体デバイス製造におけるウェハなどの、パターンが形成された試料の欠陥検査装置に係り、特に光学式欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスでは、スパッタや化学気相成長による成膜，化学機械研磨による平坦化，リソグラフィとエッチングによるパターニングを多数繰り返す。半導体デバイスの歩留まりを確保するために、製造プロセスの途中でウェハを抜き取り、欠陥検査を行う。
【０００３】
欠陥とは、ウェハ表面の異物，膨れ，スクラッチやパターン欠陥（ショート，オープン，ホールの開口不良など）である。
【０００４】
欠陥検査の目的は、第１に製造装置の状態を管理すること、第２に不良が発生した工程とその原因を特定することにある。半導体デバイスの微細化に伴い、欠陥検査装置に対して、高い検出感度が要求されている。
【０００５】
ウェハには同一のパターンを有する数百のデバイス（チップと呼ぶ）が作製される。また、デバイスのメモリ部などでは、繰り返しパターンを有する多数のセルが形成される。
欠陥検査装置では、隣接するチップ間または隣接するセル間で画像を比較する方法が使用されている。
【０００６】
ウェハに光を照射して画像を撮像する光学式欠陥検査装置は、電子線など他方式の欠陥検査装置に比べてスループットが高いので、インライン検査に多く使用されている。
【０００７】
従来の光学式欠陥検査装置に関して、特表２００５−５２１０６４号公報（特許文献１）が開示されている。特許文献１では、レーザ光源より射出したビームから、複数の移動レンズにより複数のスポットビームを生成し、ウェハに照射する。複数のスポットビームをライン上で走査しつつ、スポットビームに対応する検出器を並列動作することにより、単一スポットビームに比べてスループットを向上している。
【０００８】
その他の技術としては、特許文献２−４が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００５−５２１０６４号公報
【特許文献２】特表２００５−５１７９０６号公報
【特許文献３】米国特許第６７２４４７３号
【特許文献４】米国特許第６２４８９８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体デバイスの微細化に伴い、光学式欠陥検査装置に対して検出感度の向上が要求されており、光学系についてはＳＮ比の確保が重要課題となっている。
【００１１】
微細化につれて致命欠陥の信号強度が減少するので、ＳＮ比を確保するには、ウェハの散乱光によるノイズを低減する必要がある。散乱源であるパターンエッジラフネスや表面ラフネスは、ウェハ全体に広がっている。そのため、ノイズを低減するには、照明領域を縮小するのが有効であることを本発明では見出した。すなわち、例えば、照明領域をスポット状とし、スポットビームの寸法を縮小するのが有効であることを本発明では見出した。
【００１２】
特許文献１は、音響光学素子を用いて移動レンズを生成している。媒質内の音波の伝播を時間的・空間的に制御して屈折率分布を生成するのであるが、収差が残存するので、スポットビームの寸法の縮小には限界がある。また、スポットビームの走査速度に限界があるので、スループットをさらに向上するのは難しい。
【００１３】
本発明の目的は、半導体デバイスの微細化に対応し、微小なスポットビームを用いた高感度かつ高スループットの欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は例えば以下の特徴を有する。
【００１５】
本発明は、時間的及び空間的に分割された複数の照明領域を試料上に形成する時間的空間的分割光学系を有することを特徴とする。ここで、照明領域とは、例えば、スポット照明，線状照明，線状照明をさらに絞った細線照明、またはそれらを微小に形成したものと表現することができる。また、時間的分割とは、例えば被検査物上に異なる時間に複数の照明領域を形成することと表現することができる。空間的分割とは、被検査物上に互いに離れた複数の照明領域を形成することと表現することができる。本発明は、これら時間的分割、及び空間的分割のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、試料上に異なる時間に離散的に照明領域を形成し、検出器側ではこれらを連続的な信号として検出することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、該照明光学系は、該複数の照明領域を該試料において単一のライン上に配列することを特徴とする。
【００１８】
本発明は、該時間的空間的分割光学系は、パルスビームを形成するパルスビーム生成部と、前記パルスビームを分割して時間的な差を設ける時間分割ユニットと、前記パルスビームを分割して空間的な差を設ける空間分割ユニットと、前記時間分割ユニット、及び前記空間分割ユニットによって時間的及び空間的に分割されたパルスビームを複数の照明スポットとして前記試料に照射する結合ユニットと、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明は、該複数の照明領域の個数，寸法、及び間隔の少なくとも１つは可変であることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、該ラインに垂直な方向に試料を走査する走査部を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明は、該検出光学系は暗視野型であることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、該照明光学系は、該試料に垂直な方向から、該複数の照明スポットを該試料に形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明は、該照明光学系は、該試料に斜めの方向から、該複数の照明スポットを該試料に形成することを特徴とする。
【００２４】
本発明は、複数の検出光学系と複数の画像センサとを有し、それぞれの画像を撮像することを特徴とする。
【００２５】
本発明は、撮像した複数の画像を統合処理することを特徴とする。
【００２６】
本発明は、該検出光学系は明視野型であることを特徴とする。
【００２７】
本発明は、該欠陥検査装置は、配線が形成された試料を検査する欠陥検査装置であり、該配線のピッチから算出される周波数で、該センサの検出結果をサンプリングする処理部を有することを特徴とする。
【００２８】
本発明は、該センサは少なくとも１つ以上の画素を有するセンサであり、該センサの１画素の大きさに相当する時間の中で、撮像を開始する開始時間と撮像を終了する終了時間を変える制御部を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明は、互いに平行な複数のライン上において、互いに離れた複数の照明スポットを該試料に形成する空間分割光学系を有することを特徴とする。
【００３０】
本発明は、複数の開口を配列したマスクと、該開口の像を該試料に投影する投影光学系と、を有することを特徴とする。
【００３１】
本発明は、該照明光学系は、複数の発光素子を配列したアレイ状光源と、該発光素子の像を該試料に投影する投影光学系と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は例えば以下の効果を奏する。以下の効果は独立して奏される場合もあれば、複合して奏される場合もある。
（１）従来より低ノイズの検査を行うことができる。
（２）従来より広視野の光学系を構成することができる。
（３）従来より高感度な欠陥検出が可能となる。
（４）従来より高スループットの欠陥検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る、ビームを時間的・空間的に分割して照明する欠陥検査装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】ビームを時間的・空間的に分割する光学系を説明する図である。
【図３】時間的・空間的分割のタイムチャートを示す図である。
【図４】時間的・空間的に分割したスポットビームによるウェハの照明を示す図である。
【図５】ウェハ端における可変照明領域を説明する図である。
【図６ａ】斜方検出光学系の円形開口のウェハ面への投影図を示す図である。
【図６ｂ】検出光学系の輪帯開口のウェハ面への投影図を示す図である。
【図７】複数の検出光学系を有する、第２の実施形態を示す図である。
【図８】第２の実施形態において、複数の斜方検出光学系の開口のウェハ面への投影図を示す図である。
【図９】スポットビームをウェハに斜め方向から照射する、第３の実施形態を示す図である。
【図１０】第３の実施形態において、複数の検出光学系の開口のウェハ面への投影図を示す図である。
【図１１】本発明に係る、ビームを空間的に分割して照明する欠陥検査装置の第４の実施形態を示す図である。
【図１２】空間的に分割したスポットビームによるウェハの照明を説明する図である。
【図１３】マスクの構造を示す図である。
【図１４】シャッタアレイを示す図である。
【図１５】複数の検出光学系を有する、第５の実施形態を示す図である。
【図１６】スポットビームをウェハに斜め方向から照射する、第６の実施形態を示す図である。
【図１７】アレイ状光源を有する、第７の実施形態を示す図である。
【図１８】アレイ状光源を示す図である。
【図１９】実施例８を説明する図である。
【図２０】実施例９を説明する図である。
【図２１】実施例１０を説明する図である。
【図２２】実施例１１を説明する図である。
【図２３】実施例１２を説明する図である。
【図２４】実施例１３を説明する図である。
【図２５】検出光学系の例を示す図である。
【図２６】従来のサンプリングの課題を示す図である。
【図２７】本発明のサンプリング方法を示す図である。
【図２８】サンプリングの値を決める手順を説明する図である。
【図２９】サンプリングの値を決める処理の結果を示す図である。
【図３０】従来の課題を示す図である。
【図３１】蓄積時間と本発明の制御方法を説明する図である。
【図３２】本発明の制御例を示す図である。
【図３３】本発明のシステム構成例を示す図である。
【図３４】撮像タイミングのずれ量を計測する方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を用いて説明する。なお、以下の実施例に開示される内容は独立して実施することもできるし、組み合わせて実施することもできる。
【実施例１】
【００３５】
本発明の第１の実施形態（以下、実施例１と称す）として、時間的・空間的分割照明による、半導体ウェハを対象とする暗視野欠陥検査装置について説明する。
【００３６】
第１実施例の概略構成を図１に示す。主要部は、光源１，時間的・空間的分割光学系３，照明光学系４，検出光学系６，画像センサ７，画像処理系８，ステージ９，制御系１０、及び操作系１１である。
【００３７】
光源１から射出したビームは、ミラー２で反射され、時間的・空間的分割光学系３に入射する。ここで、ビームは所定の形状，偏光，パワーに調整され、さらに時間的・空間的に分割されて、複数のビームが射出する。時間的・空間的ビーム分割の詳細は後述する。
【００３８】
上記の複数のビームは、照明光学系４によりそれぞれスポット状に集光され、ウェハ５に垂直な方向からウェハ上の異なる位置を照射する。上記のスポットビームの照射位置は、ウェハ上でＹ軸に平行なライン上にある。
【００３９】
ウェハで散乱された光は、検出光学系６により集光される。検出光学系の光軸は、ウェハに垂直な方向から所定の角度傾いている。正反射光は検出光学系の開口外に射出するので、複数のスポットビーム位置での暗視野像が画像センサ７に結像する。
【００４０】
画像はＡ／Ｄ変換器（図示しない）によりデジタル信号に変換され、画像処理系８に伝送される。これらの動作と並行して、ステージ９をＸ軸方向に走査する。
【００４１】
画像処理系８には、検査チップと隣接し、同一パターンを有するチップで撮像した参照画像が記録されている。検査画像と参照画像に対して、位置合わせなどの処理を行った後、両者の差画像を出力する。差画像の輝度を予め設定した閾値と比較し、欠陥を検出する。
【００４２】
欠陥の位置座標は、制御系１０に伝送され、所定の検査終了後に操作系１１に表示される。
【００４３】
時間的・空間的ビーム分割の詳細を、図２を用いて説明する。ここでは、時間的に４分割、空間的に８分割の実施例を述べるが、時間的にも空間的にも分割数を増減させることは可能である。
【００４４】
各ビームは平行ビームであり、図２ではその主光線を示す。時間的・空間的分割光学系の主要部は、時間分割ユニット１２ａ〜１２ｃ，空間分割ユニット１３ａ〜１３ｄ、及び結合ユニット１４ａ〜１４ｃである。
【００４５】
初めに時間的分割について説明する。入射ビームは、直線偏光のパルスビームである。
入射ビームはまず、時間分割ユニット１２ａによりビームＬ１とＬ１′に１：３の強度比で分割される。ビームＬ１′は、時間分割ユニット１２ｂによりビームＬ２とＬ２′に１：２の強度比で分割される。ビームＬ２′は、時間分割ユニット１２ｃによりビームＬ３とＬ４に１：１の強度比で分割される。
【００４６】
ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３、及びＬ４は、空間分割ユニットの入射位置において、互いに光路長が異なるので、射出パルス間に光路差に対応する時間差が生じている。つまり、ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３、及びＬ４が空間分割ユニットに入射するまでの光路長を変える機構（機械的にでも、光学的にでも良い）を設けることで時間分割の分割間隔を変えることができる。また、例えば、所要の光路差を得るために、各時間分割ユニットの間に、適切な長さの光ファイバを設けても良い。
【００４７】
また、ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３、及びＬ４の強度は互いに等しくなっている。時間分割ユニットとしては、１／２波長板と偏光ビームスプリッタ等を使用できる。１／２波長板の光学軸を偏光ビームスプリッタに対して所定の方向に設定することにより、上記のビーム分割が可能である。
【００４８】
次に、空間的分割について説明する。ビームＬ１は、空間分割ユニット１３ａにより、互いに進行方向が異なるビームＬ１１とＬ１２に１：１の強度比で分割される。
【００４９】
同様に、ビームＬ２はビームＬ２１とＬ２２に、ビームＬ３はビームＬ３１とＬ３２に、ビームＬ４はビームＬ４１とＬ４２に分割される。空間分割ユニットとしては、ウォラストンプリズムと１／２波長板，回折格子，音響光学素子、等を使用できる。
【００５０】
例えば、１つの空間分割ユニットが、光学特性の異なる複数のウォラストンプリズム，複数の１／２波長板、又は複数の回折格子を有することで、空間分割の分割間隔を変えることができる。また、音響光学素子を用いる場合には、その駆動信号を変える制御を行えば、空間分割の分割間隔を変えることができる。
【００５１】
次に、ビームの結合について説明する。ビームＬ４１，Ｌ４２とビームＬ３１，Ｌ３２は結合ユニット１４ｃに入射し、結合ユニット１４ｂに向かって射出する。ビームＬ４１，Ｌ４２，Ｌ３１，Ｌ３２とビームＬ２１，Ｌ２２は結合ユニット１４ｂに入射し、結合ユニット１４ａに向かって射出する。ビームＬ４１，Ｌ４２，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ２１，Ｌ２２とビームＬ１１，Ｌ１２は結合ユニット１４ａに入射し、互いに進行方向が異なる８本のビームが、４通りのパルス時間差で射出する。このパルス時間差は、時間分割ユニットでの光路差と結合ユニットでの光路差の和に対応する。結合ユニットとしては、１／２波長板と偏光ビームスプリッタ等を使用できる。
【００５２】
次に、時間的・空間的ビーム分割のタイムチャートを図３に示す。ウェハ上の位置Ｙ１とＹ５は時間Ｔ１に、位置Ｙ２とＹ６は時間Ｔ２＝Ｔ１＋ΔＴに、位置Ｙ３とＹ７は時間Ｔ３＝Ｔ１＋２ΔＴに、位置Ｙ４とＹ８は時間Ｔ４＝Ｔ１＋３ΔＴに、それぞれ照射する。
【００５３】
時間差ΔＴは、前述の時間的・空間的分割光学系によるパルス時間差である。光源の発光周期ΔＴｓの経過後、同様に照射を繰り返す。互いに照射時間が異なれば、照射ビームの位置が隣接していても、画像センサにおけるノイズは照射ビームの位置が離れているのと同じに抑制できる。
【００５４】
また、ビームを分割することにより、照明出力のピーク値は光源出力のピーク値に比べて減少するので、ウェハの照射損傷を抑制できる利点もある。
【００５５】
次に、時間的・空間的に分割したスポットビームによるウェハの照明を図４に示す。８個のスポットビームの中心は、Ｙ軸に平行な直線上にある。スポットビームの寸法Ｄは、散乱光によるノイズが小さく（望ましくは十分小さく）なるように設定し、例えば１μｍ程度とする。
【００５６】
また、同一時間に照射する２つのスポットビーム位置の間隔Ｓｓは、検出光学系の解像度より大きく（望ましくは十分大きく）設定し、互いの散乱光が画像センサの画素に混入しないようにする。
【００５７】
また、隣接する２つのスポットビーム位置の間隔Ｓｔは、それぞれのスポットビームをＹ軸に投影すると、重なるように設定する。この条件でステージをＸ軸方向に走査すると、隙間無く画像を撮像できる。つまり、スポットビームの集合とステージ走査を組み合わせることにより、ラインビームによる照明と等価な撮像領域が得られる。
【００５８】
なお、スポットビームの強度プロファイルはガウス分布を形成する。そこで、図４において、時間的には分割されているが、画像センサ７では隣合う関係で検出される少なくとも２つ以上の照明スポット４０１，４０２の間隔を、照明時間を同一とした場合に重なり合う両者の強度プロファイル４０３と４０４の和が概略平坦、又は実質的に平坦になるような間隔に設定する。そして、このような関係を他の照明スポット同士においても適用する。
【００５９】
言い換えるなら、画像センサ７側から見ると、時間的，空間的に分割された図４の照明スポットの強度プロファイルの総和は、照明位置（Ｙ１−Ｙ８）において、概略、又は実質的に平坦であると表現することができる。
【００６０】
他の表現としては、試料上に異なる時間的，空間的に離散的に照明領域を形成し、検出器側ではこれらを連続的な信号として検出すると表現することができる。
【００６１】
このようにすることで、照明領域Ｙ１〜Ｙ８に亘って強度プロファイルが概略平坦、または実質的に平坦なラインビームによって、照明されたのと等価な検査を行うことができる。
【００６２】
なお、時間的及び空間的に分割された照明スポットの照射方法は、本実施例に限定されない。パルスビームを分割して、試料上に時間的、及び空間的に分割された照明スポットを形成できるのであれば、時間分割ユニット，空間分割ユニット，結合ユニットの光学的な配置やそれらの組み合わせは自由である。
【００６３】
画像センサ７は、例えばＣＣＤ１次元センサまたはＣＣＤ２次元センサである。これらのセンサは例えば、光を電気信号へ変換する光電変換センサと表現することができる。ＣＣＤ１次元センサ（長方形画素）の場合、照明領域全体のＸ軸方向寸法は画素の長辺方向寸法に比べて小さく設定する。長方形画素は、後述のように、オーバーサンプリングによる撮像が可能である。
【００６４】
また、画像センサとしてマルチピクセルフォトンカウンタ（ＭＰＰＣ（登録商標、商標権者：浜松ホトニクス株式会社））を使用しても良い。ＭＰＰＣ（登録商標、商標権者：浜松ホトニクス株式会社）は極微弱光の検出に適しているので、微小欠陥の検出に有効である。
【００６５】
上記の構成により、１μｍ程度のスポットビームによる高感度検査と、ラインビームに相当する視野寸法による高スループット検査を両立できる。
【００６６】
また、本実施例１では、ステージ走査中にスポットビームの個数，寸法、及び間隔の少なくとも１つを動的に制御することにより、照明領域の長さを可変にできる。制御手段としては、例えば、時間的・空間的分割光学系の下流側に液晶シャッタを設け、スポットビームごとに遮光／透過を制御すれば良い。図５に示すように、照明領域の可変機能は、ウェハ端の検査に有効である。
【００６７】
また、光源は、パルスレーザだけでなく、連続発振レーザ，ＬＥＤ，放電ランプなどの連続発振光源も使用できる。連続発振光源の場合、時間的・空間的分割光学系の上流側に、ビームをパルス化する手段を追加すれば良い。可視光領域，紫外光領域、及び遠紫外光領域において、その場合は必要な波長やパワーなどに応じて、最適な光源を選択する。
【００６８】
検出光学系６には、レンズから成る屈折型，ミラーから成る反射型，ミラーとレンズを組み合せた反射・屈折型、及びフレネルゾーンプレートなどの回折型を使用できる。
【００６９】
また、検出光学系６には、図１に示したような、光軸がウェハに垂直な方向から所定の角度傾いた円形開口の他に、光軸がウェハに垂直な方向の輪帯開口を使用することもできる。円形開口と輪帯開口について、ウェハ面への投影図をそれぞれ図６ａと図６ｂに示す。ここで、ＮＡは開口数の意味である。ＮＡ＝１の円はウェハ面に平行な方向を表し、円の中心はウェハ面に垂直な方向を表す。
【００７０】
輪帯開口の場合、散乱光の集光立体角を大きくできるので、欠陥からの散乱光が微弱でも信号強度を確保することが可能である。
【実施例２】
【００７１】
本発明の第２の実施形態（以下、実施例２と称す）を、図７に示す。第１実施例と同じ構成の説明は省略する。
【００７２】
実施例２では、検出光学系６ａと画像センサ７ａにより暗視野像を撮像し、検出光学系６ｂと画像センサ７ｂにより別の暗視野像を撮像する。これらの画像を画像処理系に伝送する。図示しないが、さらに検出光学系と画像センサを設けても良い。
【００７３】
実施例２のように複数の検出光学系を備える場合について、開口のウェハ面への投影図を図８に示す。ここでは、検出光学系の光軸の方位角（ウェハ面内の角度）が互いに異なっている。一般に、欠陥からの散乱光の角度分布は様々である。また、ノイズ源からの散乱光の角度分布も様々である。
【００７４】
実施例２では、複数の画像の中でＳＮ比が高い画像を用いることにより、単一の画像を用いる第１実施例に比べて、欠陥検出の確率を高めることができる。また、複数の画像を統合処理することにより、出力画像のＳＮ比を元の画像に比べて向上し、欠陥検出の確率をさらに高めることもできる。
【実施例３】
【００７５】
本発明の第３の実施形態（以下、実施例３と称す）を、図９に示す。第１実施例と同じ構成の説明は省略する。実施例３は実施例１において説明したような時間的・空間的に分割された複数のスポットビーム群をウェハに斜め方向から照射し、ウェハ表面に対して垂直な方向で検出するものである。
【００７６】
ウェハで散乱された光は、検出光学系６により集光される。検出光学系６の光軸は、ウェハに垂直である。正反射光は検出光学系６の開口外に射出するので、複数のスポットビーム位置での暗視野像が画像センサ７に結像する。
【００７７】
実施例３では、検出光学系の光軸がウェハに垂直なので、第１実施例に比べて、散乱光の集光立体角がさらに大きいという利点がある。
【００７８】
また本実施例３でも、検出光学系６と画像センサ７の組を複数を設けることができる。
複数の検出光学系を備える場合について、開口のウェハ面への投影図を図１０に示す。
【００７９】
ここでは、検出光学系の光軸の仰角（ウェハ面からの角度）と方位角の少なくとも一方が、互いに異なっている。一般に、欠陥からの散乱光の角度分布は、欠陥の種類や寸法、パターンの形状や下地の構造などによって異なる。また、ノイズ源からの散乱光の角度分布も、パターンの形状や下地の構造などによって異なる。そのため、複数の画像の中でＳＮ比が高い画像を用いて欠陥を検出することにより、単一の画像を用いて欠陥を検出するのに比べて、欠陥検出の確率を高めることができる。また、複数の画像を統合処理することにより、出力画像のＳＮ比を元の画像に比べて向上し、欠陥検出の確率をさらに高めることもできる。
【実施例４】
【００８０】
本発明の第４の実施形態（以下、実施例４と称す）として、空間的分割照明による、半導体ウェハを対象とする暗視野欠陥検査装置について説明する。
【００８１】
実施例４は、上述した実施例１−３とは異なり、開口を有する光学素子（例えば、後述するマスク１７）を用いて空間的に分割された照明スポットを形成するものである。
【００８２】
実施例４の概略構成を図１１に示す。光源１から射出したビームは、ミラー２で反射され、マスク照明光学系１６に入射する。ここで、ビームは所定の形状，偏光，パワーに調整され、マスク１７に入射する。マスク１７には、所定の複数の開口が配列されている。
図１１では、開口はＸ軸方向に３箇所示されているが、開口はＹ軸方向には多数配列されている。マスク１７を移動することにより、様々な所定の複数の開口を、光路に挿入することが可能である。それぞれの開口を透過したビームは発散するが、ウェハ照明光学系１８により集光される。マスク１７とウェハとは、ウェハ照明光学系に対して共役になっているので、開口の像がウェハに投影される。このようにして、ウェハ５に垂直な方向から、複数のスポットビームをウェハに照射する。検出光学系以降の構成は、第１実施例と同じなので、説明は省略する。
【００８３】
次に、上記のスポットビームとステージ走査による撮像について、説明する。図１２は、空間的に分割したスポットビームによるウェハの照明を示す。照明ライン１，照明ライン２、及び照明ライン３は、Ｘ軸（ステージの走査方向）に垂直である。検出光学系が斜方検出の場合は、光軸外でデフォーカスが生じるので、照明ラインの間隔は焦点深度以内となるよう設定にする。それぞれの照明ライン上に、互いに重ならないようにスポットビームを配列する。スポットビームの寸法は、散乱光によるノイズが十分小さくなるように設定し、例えば１μｍ程度とする。また、照明ラインの長さは検査装置の視野寸法と同じにする。スポットビームの間隔は、それぞれの照明ラインをＹ軸に投影すると、スポットビームが重なるように設定する。この条件でステージをＸ軸方向に走査すると、隙間無く画像を撮像できる。つまり、スポットビームの集合とステージ走査を組み合わせることにより、ラインビームによる照明と等価な撮像領域が得られる。
【００８４】
画像センサ７は、例えばＣＣＤ１次元センサまたはＣＣＤ２次元センサである。
【００８５】
ＣＣＤ１次元センサ（長方形画素）の場合、照明領域全体のＸ軸方向寸法は画素の長辺方向寸法に比べて小さく設定する。また、スポットビームのＹ軸方向の間隔は、画素の短辺寸法の整数倍に設定する。長方形画素は、後述のように、オーバーサンプリングによる撮像が可能である。
【００８６】
ＣＣＤ２次元センサ（正方形画素）の場合、照明ラインの間隔は画素寸法の整数倍に設定する。また、スポットビームのＹ軸方向の間隔も、画素寸法の整数倍に設定する。スポットビームの寸法と配列を固定すると、２次元センサの画素寸法は１次元センサに比べて小さいので、高解像度の撮像が可能である。
【００８７】
また、画像センサ７としてマルチピクセルフォトンカウンタ（ＭＰＰＣ）を使用しても良い。ＭＰＰＣは極微弱光の検出に適しているので、微小欠陥の検出に有効である。
【００８８】
上記の構成により、１μｍ程度のスポットビームによる高感度検査と、ラインビームに相当する視野寸法による高スループット検査を両立できる。
【００８９】
マスク１７の構造は、図１３に示すように、光を透過する基板に遮光膜を成膜し、スポットビームに対応する開口を形成したものである。半導体リソグラフィ用フォトマスクと同様の工程により、微小かつ多数の開口を容易に製作できる。
【００９０】
また、マスク１７の構造は、図１４に示すように、複数の液晶素子を２次元に配列したシャッタアレイとしても良い。制御系は、液晶素子ごとに透光と遮光を制御する機能を有する。スポットビームの寸法と間隔を自在に設定できるので、色々な画素寸法に容易に対応可能である。また、ステージ走査中にスポットビームの個数を動的に制御することにより、照明領域の長さを可変にできるので、ウェハ端の検査にも有効である。
【００９１】
光源１としては、パルスレーザ，連続発振レーザ，ＬＥＤ，放電ランプなどを使用できる。可視光領域，紫外光領域、及び遠紫外光領域において、必要な波長やパワーなどに応じて、最適な光源を選択する。
【実施例５】
【００９２】
本発明の第５の実施形態（以下、実施例５と称す）を、図１５に示す。本実施例５では、実施例４のようなマスク照明光学系１６，マスク１７によって空間的に分割された光を、ウェハ照明光学系１８を介して、ウェハ５に対して垂直方向から照明し、ウェハ５から発生した散乱光を、複数の検出光学系６ａ，６ｂと画像センサ７ａ，７ｂとで検出するものである。なお、検出光学系以降の構成は、第２実施例と同じなので、説明は省略する。
【実施例６】
【００９３】
本発明の第６の実施形態（以下、実施例６と称す）を、図１６に示す。複数のスポットビーム群をウェハに斜めの方向から照射する。ここで、ビームの断面形状が円形の場合、ウェハ上のビーム径はＹ方向に伸びてしまう。所定のビーム径を得るために、マスク１７のＹ方向の開口寸法（あるいはシャッタアレイのＹ方向の素子寸法）は、Ｘ方形より小さくするのが有効である。検出光学系以降の構成は、第３実施例と同じなので、説明は省略する。
【実施例７】
【００９４】
本発明の第７の実施形態（以下、実施例７と称す）を、図１７に示す。第４実施例と同じ構成の説明は省略する。
【００９５】
本実施例７では、複数の発光素子を２次元に配列したアレイ状光源１９を使用する。発光素子としては、例えばＬＥＤを使用できる。
【００９６】
制御系１０は、発光素子ごとに発光と消光を制御する機能を有する。
【００９７】
本実施例７では、スポットビームの寸法と間隔を自在に設定できるので、色々な画素寸法に容易に対応可能である。
【００９８】
また、ステージ走査中にスポットビームの個数を動的に制御することにより、照明領域の長さを可変にできるので、ウェハ端の検査にも有効である。実施例７は、第４実施例に比べて、マスク照明光学系とマスクが無いので、装置構成の簡略化という利点も得られる。
【実施例８】
【００９９】
実施例８として、時間的分割についてのバリエーションを説明する。本実施例８の特徴は主に連続発振レーザ（以降、ＣＷレーザと称す。）と音響光学素子とを用いて時間的分割照明光学系を構成する点にある。以降の説明では、この時間的分割照明光学系について主に説明する。
【０１００】
図１９は本実施例８を説明する図である。
【０１０１】
光源から照射された連続発振レーザＬＳ０は音響光学素子８０１に入射する。音響光学素子８０１は制御部８０２からのある周波数の駆動信号によって制御される。これによって、ＣＷレーザＬＳ０を駆動信号の周波数に依存した時間差を有するパルスレーザＬＳ１・ＬＳ２として扱うことができる。なお、この周波数を制御することでＬＳ１・ＬＳ２の時間差を制御することができる。ＬＳ１はミラー８０３、ＬＳ２はミラー８０４でそれぞれ反射され、パワー・偏光・ＯＮ／ＯＦＦ制御系８０５・８０６に入射する。パワー・偏光・ＯＮ／ＯＦＦ制御系８０５・８０６はそれぞれ照度・偏光制御用のλ／２板，λ／４板と照明のＯＮ／ＯＦＦを制御するシャッタとを有する。これにより、ＣＷレーザを用いた時間分割照明光学系を提供することができる。
【実施例９】
【０１０２】
実施例９として、時間的分割についての他のバリエーションを説明する。本実施例９の特徴は主に連続発振レーザ（以降、ＣＷレーザと称す。）と液晶シャッタとを用いて時間的分割照明光学系を構成する点にある。以降の説明では、この時間的分割照明光学系について主に説明する。
【０１０３】
ＣＷレーザＬＳ０は、λ／２板９０１に入射した後、偏光ビームスプリッタ９０２に入射し、２つの光に分岐される。偏光ビームスプリッタ９０２の後ろの光路には液晶シャッタ９０３，９０４が配置されている。分岐された光はそれぞれ液晶シャッタ９０３・９０４にそれぞれ入射する。制御部８０２は液晶シャッタ９０３・９０４のＯＮ／ＯＦＦをある時間差をもって制御する。これによって、ＣＷレーザＬＳ０を液晶シャッタ９０３・９０４間のＯＮ／ＯＦＦの時間差に依存したパルスレーザＬＳ１・ＬＳ２として扱うことができる。ＬＳ１・ＬＳ２は、パワー・偏光・ＯＮ／ＯＦＦ制御系９０５・９０６に入射する。パワー・偏光・ＯＮ／ＯＦＦ制御系９０５・９０６はそれぞれ照度・偏光制御用のλ／２板，λ／４板と照明のＯＮ／ＯＦＦを制御するシャッタとを有する。
【０１０４】
なお、前述した時間差は、パワー・偏光・ＯＮ／ＯＦＦ制御系９０５・９０６内のシャッタを制御することで行ってもよい。また、時間差をゼロとすれば同時照明として扱うこともできる。
【実施例１０】
【０１０５】
次に実施例１０について説明する。実施例１０は、実施例８，９でのＬＳ１，ＬＳ２をウェハに対して異なる仰角で照明する例である。
【０１０６】
本実施例１０は、複数の仰角からある時間差をもって被検査物上へ照明領域を形成し、被検査物から発生した散乱光を、複数の仰角で検出し、検出結果に照明時の時間差に関する情報，検出時の仰角に関する情報を付加することを特徴とする。
【０１０７】
図２１は本実施例１０を説明する図である。実施例８又は９で時間差をもったＬＳ１，ＬＳ２は、ミラー１００１，１００２，レンズ１００３，１００４によって、ウェハ１００１５に対して異なる仰角をもって照明される。これによって、時間分割異仰角照明を実現することができる。
【０１０８】
ウェハ１００１５で発生した散乱光は、それぞれ、レンズ１００１３，１００１４で集光され、検出器１０００５，１０００６で検出され光電変換され、Ａ／Ｄ変換部１０００７，１０００８でアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【０１０９】
ここで、検出器側から見ると、検出した信号がどの時間に発生したものか分からない。
そこで、本実施例１０では、以下の構成をさらに有する。
【０１１０】
本実施例１０では、ＬＳ１の光路にレンズ１００１８、ＬＳ２の光路にレンズ１００１０をそれぞれ設ける。そして、ＬＳ１をフォトダイオード１０００９、ＬＳ２を１００１１で検出する。フォトダイオード１０００９の検出信号ＡＤＳ１、フォトダイオード１００１１の検出信号ＡＤＳ２は論理和部１００１２、及びマルチプレクサ１００１６，１００１７へ送られる。論理和部１００１２の信号ＡＤＳはＡ／Ｄ変換部１０００７，１０００８へ送られ、Ａ／Ｄ変換部１０００７，１０００８の信号はそれぞれマルチプレクサ１００１６，１００１７へ送られる。
【０１１１】
マルチプレクサ１００１６は、検出器１０００５の信号に時間差に関する情報を付加する。より具体的には、検出器１０００５の信号に以下のものを付加する。
（１）ＬＳ１の照射により発生した散乱光であることを示す情報
（２）ＬＳ２の照射により発生した散乱光であることを示す情報
【０１１２】
マルチプレクサ１００１７は、検出器１０００６の信号に時間差に関する情報を付加する。より具体的には、検出器１０００６の信号に以下のものを付加する。
（３）ＬＳ１の照射により発生した散乱光であることを示す情報
（４）ＬＳ２の照射により発生した散乱光であることを示す情報
【０１１３】
すなわち、本実施例１０では、検出結果に照明時の時間差に関する情報，検出時の仰角に関する情報を付加することができると表現することができる。
【０１１４】
欠陥はその形状，種類等によって、散乱光の散乱仰角，方位角に違いがある。よって、本実施例１０では、照明仰角，検出仰角に関する情報を正しく知ることができるので欠陥の分類精度を向上させることができる。
【０１１５】
また、本実施例１０は、異なる照明仰角，検出仰角について説明したが、方位角について適用しても良い。
【実施例１１】
【０１１６】
次に実施例１１について説明する。上述した実施例１−１０では、図示はしていないが、被検査物上に形成された回路パターン等からの回折光の影響を除いて、検出器では欠陥からの散乱光のみを検出するために検出光学系のフーリエ面に空間フィルタを配置しても良い。
【０１１７】
しかし、空間フィルタのみでは回折光を遮光できない場合がある。それは、回路パターン上には、メモリセル部，複雑なパターンで形成されるロジック部，繰り返しパターンで形成されるペリ部など複数のパターンがあるのに対して、空間フィルタの遮光パターンが一様であることに起因している。すなわち、空間フィルタでは、ある領域からの回折光は遮光できても、その他の領域からの回折光は完全に遮光できない。そのため、検出器がこの欠陥以外の領域の回折光も検出してしまい、飽和してしまうという課題がある。本実施例１１はこの課題を解決するものである。
【０１１８】
図２２は、本実施例１１を説明する図である。
【０１１９】
本実施例１１では、検査に先立ち図２２（ａ）のように、ウェハ座標２００１，チップ座標２００３を得る。これにより、ウェハ内のどの位置にチップ２００２があるか、チップ２００２内のどの位置に種類の異なる領域Ａ，Ｂ，Ｃがあるかが分かる。このウェハ座標２００１，チップ座標２００３は回路パターンの設計データ、ウェハのノッチ位置等から十分得られる。
【０１２０】
次に、光を照明し、複数画素を有するセンサで散乱光を検出することで、図２２（ｂ）の飽和特性を得る。横軸はセンサの蓄積時間であり、縦軸は飽和電圧である。飽和特性２００４は領域Ａでの飽和特性であり、飽和特性２００５は領域Ｂでの飽和特性であり、飽和特性２００６は領域Ｃでの飽和特性である。本実施例１１では、傾きが急峻であることから領域Ａでの飽和特性２００４が最も高いことが分かる。なお、飽和特性は光学的シミュレーションにより求めても良い。
【０１２１】
次に実際の検査を行うが、その際にはウェハ内座標２００１，チップ座標２００２に基づいてセンサの画素がどの領域からの散乱光を検出しているか把握し、センサの画素ごとに飽和特性を制御する。より具体的には、被検査物を搬送する搬送系の信号からウェハ座標２００１，チップ座標２００２、いずれの領域かを決定し、センサの画素ごとに図２２（ｂ）の飽和特性を正規化した上で、領域に対応した飽和特性を最も飽和特性の低い飽和特性に合わせる。本実施例１１であれば、領域Ａからの散乱光を検出しているセンサの画素は、その飽和特性２００４を飽和特性２００６に合わせることとなる。なお、いずれの画素がいずれの領域の散乱光を検出しているかは、検出光学系の光学的な配置を事前に知っておけば、十分知ることができる。
【０１２２】
このように飽和特性を画素ごとに制御することでセンサの飽和を防ぐことができる。なお、本実施例１１の制御方法は、他の実施例の構成に適用することができる。
【実施例１２】
【０１２３】
次に実施例１２について説明する。実施例１２はセンサの飽和を防ぐ他のバリエーションである。
【０１２４】
実施例１２では、センサの画素ごとにその電荷蓄積量を観察し、電荷蓄積量を制御することを特徴とする。
【０１２５】
図２２は実施例１２を説明する図である。
【０１２６】
図２２（ａ）は複数の画素を有するセンサを説明している。本実施例１２では、４画素２３００１−２３００４を有する。
【０１２７】
図２２（ｂ）は１画素の詳細な構成を説明している。本実施例１２ではセンサの画素はＣＭＯＳ構造となっている。散乱光はフォトダイオード２３０１によって光電変換される。光電変換された電荷はストレージ領域２３０２に蓄積される。一定時間蓄積された電荷は、出力電圧として出力される。本実施例１２では、ストレージ領域の電荷量を制御部２３０７で観察し、ドレイン領域に流入する電荷量を制御する。より具体的には、ストレージ領域２３０２の電圧を電圧比較器２３０５で比較する。さらにその比較結果に応じてスイッチ選択部２３０６がスイッチを切り替えることでドレイン領域の制御電圧を制御し、ドレイン領域に流入する電荷量を制御する。すなわちストレージ領域に流入する電荷量が制御されることとなる。このような制御を画素ごとに行うことでセンサの飽和を防ぐことができる。
【実施例１３】
【０１２８】
次に実施例１３について説明する。実施例１３は、本明細書に開示される時間分割空間分割照明，空間分割照明，時間分割照明の少なくとも１つと、検出光学系の光学的な配置に関するものである。
【０１２９】
図２４は、本実施例１３を説明する図である。図２４（ａ）は本実施例１３の光学的な配置を斜めから説明する図であり、図２４（ｂ）は本実施例１３の光学的な配置をウェハ１２００３の上から説明する図である。
【０１３０】
本実施例１３では、ウェハ２４００３に対して入射角θで光２４００１を入射させ（斜方照明）、本明細書に開示される時間空間分割照明スポット２４０１１，空間分割照明スポット２４０１２，時間分割照明スポット２４０１３の少なくとも１つをウェハ２４００３上に形成する。
【０１３１】
本実施例１３では散乱光を検出して結像するための検出光学系２４００５、及び２４００６を有する。この検出光学系２４００５、及び２４００６は図２４（ａ）において、光２４００１の光軸とウェハ２４００２に対して垂直な線によって形成される入射面２４０１５に垂直な方向２４００４に互いに対向するように仰角αで配置されている。
【０１３２】
さらに、図２４（ｂ）において、検出光学系２４００５の検出開口２４００９と検出光学系２４００６の検出開口２４０１０とは、第１の軸２４００８に対して線対称であり、かつ第１の軸２４００８に垂直な第２の軸２４００７に対して線対称（８０９）である。
【０１３３】
また検出光学系で結像された像を検出する検出器の視点に立つと本実施例１３は以下の特徴を有する。
（１）時間空間分割照明スポット２４０１１を形成する場合
・照明スポット２４０１８と照明スポット２４０１７とは、回折光の影響を受けない程度に十分離れている。
・照明スポット２４０１８の強度プロファイルと照明スポット２４０１７の強度プロファイルとは、検出器から見ると概略、又は実質的に平坦である。
（２）空間分割照明スポット２４０１２を形成する場合
・照明スポット２４０１８と照明スポット２４０１７とは、線状照明を照明した場合よりもノイズの影響が少なくなる程度に十分離れている。
（３）時間分割照明スポット２４０１３を形成する場合
・照明スポット２４０１８の強度プロファイルと照明スポット２４０１７の強度プロファイルとは、検出器から見ると概略、又は実質的に平坦である。
【０１３４】
このようにすることによって、線状照明を実際に照射した場合よりもノイズを少なくしつつ、検出器からみると実質的に線状の照明領域を形成しているのと同等の効果を得ることができる。
また、検出器から見た強度プロファイルを平坦にすることで、線状照明を照射した場合よりもノイズを少なくしつつ、実質的に強度プロファイルが広範囲に亘って平坦な線状の照明光で検査したのと同等の効果を得ることができる。また、本実施例の光学的な配置ではより高感度な検査も可能となる。
【実施例１４】
【０１３５】
次に、実施例１４について説明する。本実施例１４では、散乱光の検出、及び画像処理について主に説明する。なお、本実施例１４では、照明光学系等、検査装置としての他の構成は、実施例１−７に開示される構成を適宜用いることもできるし、時間的・空間的に分割していない線状の照明光を使用することもできる。
【０１３６】
図２５は本実施例１４の検出光学システムの一例を示している。検出光学システム１９１１は、レンズ群１９１３と検出器１９１２で構成されており、ウェハに照射された照明領域の像を形成する機能を有する。以降、検出器１９１２はラインセンサ（ｘ方向に１画素、ｙ方向に複数画素が配列されている）を例とし、ウェハはｘ方向にスキャン移動、ｙ方向にステップ移動する場合で説明する。
【０１３７】
図２６で従来の課題を説明する。図２６（ａ）は、ウェハ上の配線群１０２１が、配線ピッチｐで配置されており、ｘ方向にウェハをスキャン移動する例である。図２６（ａ）は、検出器１９１２の画素Ａが撮像する領域の軌跡を示している。図２６（ａ）では、配線ピッチｐとは無関係な間隔でサンプリングしている。
【０１３８】
この時の信号とサンプリングの関係を示したのが図２６（ｂ）である。図２６（ｂ）は、横軸がウェハ位置、縦軸が信号強度を示しており、配線の信号強度１０２２は、配線群１０２１からの反射，散乱光を無限小の画素で撮像した場合の波形である。これに対し、図２６（ａ）で示した有限の画素寸法でサンプリングすると、図２６（ｂ）の矢印に示す位置でサンプリングすることになる。
【０１３９】
その結果、図２６（ｃ）に示す位置の信号が得られるが、従来の方法では、配線群１０２１の信号強度の変動周期に対してサンプリング周期が無相関なため、配線群１０２１の各配線の信号量がばらついてしまい、このばらつきが欠陥検出時のノイズとなってしまう。
【０１４０】
なお、前記配線の信号強度の周波数よりも十分大きい周波数（サンプリング定理で算出される周波数以上）でサンプリングし、信号補間により配線の信号強度が復元できる場合は、この限りではない。
【０１４１】
一方、図２７は本実施例１４のサンプリング方法を示している。本実施例１４のサンプリング方法は、配線群１０２１の配線ピッチｐから算出される周波数でサンプリングする方法である。
【０１４２】
図２７（ａ）は配線群１０２１と画素Ａの撮像領域の軌跡を示している。この時の配線群１０２１の信号強度とサンプリング位置の関係を示したのが図２７（ｂ）である。
【０１４３】
本実施例１４では、配線ピッチｐとほぼ同じ間隔でサンプリングしている。
【０１４４】
本実施例１４のサンプリングの結果が図２７（ｃ）である。本実施例１４のサンプリング方法を用いることにより、信号強度のばらつきが低減できる。
【０１４５】
本実施例１４により、隣接回路パターン（配線パターンや穴パターンの他、被検査物に形成されているパターン）や、隣接ダイ内の同一位置の回路パターンもしくは、ＣＡＤ情報から計算した回路パターンとの信号比較を行う上で、比較対象となる回路パターン間の信号差が小さくなり、欠陥検出ノイズを小さくすることができる。
【０１４６】
本実施例１４は、サンプリング周期を配線群１０２１の配線ピッチｐに合わせる例で説明したが、他の表現としては、検出器１９１２で撮像する時のサンプリングのタイミングを、信号比較処理を行う回路パターン同士で合わせると表現することができる。
【０１４７】
そのため、配線ピッチｐでサンプリングしても良いし、配線ピッチｐの整数倍または（１／整数）倍の間隔でサンプリングしても良い。ピッチｐの整数倍でサンプリングした場合は、サンプリング方向（スキャン方向）の撮像分解能が高くなり、検出感度が向上する利点があり、（１／整数）倍でサンプリングした場合は、撮像画素が少なくなるため、検査速度を向上できる利点がある。
【０１４８】
次に、サンプリングの決め方を説明する。事前に回路パターンのピッチが分かっている場合は、このピッチ情報からサンプリング間隔を決めれば良い。
【０１４９】
一方、回路パターンのピッチが不明の場合は、図２８で説明するシーケンスでサンプリング間隔を決めれば良い。
【０１５０】
つまり、まず、サンプリングの初期値を設定する（ステップ２２０１）。
【０１５１】
次に、予め決めたサンプリング間隔で画像を取得する（ステップ２２０２）。この画像は、信号比較処理で比較対象となる位置の画像である。
【０１５２】
該取得画像に対して、画像間で差を算出し（ステップ２２０３）、差の絶対値の和を算出する（ステップ２２０４）。
【０１５３】
次に、サンプリング間隔を変え（例えば１０％変える）（ステップ２２０５）、再度画像取得し、差の絶対値の和を算出する。この動作を繰り返すことにより、図２９のグラフを作成することができる。
【０１５４】
図２９は、横軸にサンプリング間隔、縦軸に画像間の差の絶対値の和をプロットしたグラフである。サンプリング間隔が適正な場合は、該和の値が小さくなるため、該和が最小となる位置を回路パターンのピッチと決めれば良い。回路パターンのピッチが決まった後、前述のようにピッチの整数倍または（１／整数）倍となるようにサンプリングピッチを決めれば良い。
【０１５５】
以上、本実施例１４では、単独の検出光学系を備えた場合のサンプリング方法を説明した。
【実施例１５】
【０１５６】
次に、複数の検出光学系を備えた場合の課題と解決方法を実施例１５として説明する。
【０１５７】
図３０は課題を説明する図である。図３０（ａ）は検出光学システム１０１１，検出光学システム１０６１で構成されており、各々、レンズ群２４０１，２４０３と検出器２４０２，２４０４で構成されている。
【０１５８】
図３０は、検出光学システム１０１１の焦点位置と検出光学システム１０６１の焦点位置が同一位置にある構成であり、図３０（ａ）はウェハの位置が前記焦点位置に配置されている図である。つまり、図３０（ａ）の上面図に示すように、検出光学システム１０１１と検出光学システム１０６１のウェハ上の画素位置の中心が重なるような配置である。
そのため、各々の画素位置の中心において、検出光学系１０１１と検出光学系１０６１は、ウェハ上の同じ位置を撮像できる状態である。
【０１５９】
これに対し、図３０（ｂ）は、ウェハのＺ位置がずれた場合を示している。ウェハのＺ位置がずれると、検出光学システム１０１１の光軸とウェハとの交点は点Ａとなり、検出光学システム１０６１の光軸とウェハとの交点は点Ｂとなるため、双方の検出光学システムの画素中心位置がずれることになる。これを説明したのが、図３０（ｂ）の上面図である。このように画素中心の位置がずれると、検出光学システム１０１１と検出光学システム１０６１とで撮像する位置がずれることになるため、検出光学システム１０１１と検出光学システム１０６１の撮像結果を統合して処理する場合に画像処理による位置合わせ処理などが必要となり、データ処理の規模が大きくなるという課題がある。
【０１６０】
そこで、本実施例１５の撮像方法を図３１で説明する。まず、図３１（ａ）は撮像の蓄積時間について説明している。つまり、時間Ｓでウェハ上パターン（図３１ではＫの文字）を撮像開始し、検出器の蓄積時間Δｔの時間だけウェハを移動しながら光または電荷を蓄積し、時間Ｅで撮像を終了しており、この撮像開始から撮像終了までの時間が検出器の蓄積時間（Δｔ）である。
【０１６１】
本実施例１５の撮像方法は、検出器の１画素の大きさに相当する時間の中で、撮像を開始する時間Ｓと撮像を終了する時間Ｅを任意に変えることができることが特徴である。これは、開始時間Ｓと蓄積時間Δｔを変えると考えても良い。このように、１画素内での撮像タイミングを制御することにより、１画素内での撮像位置のずれを補正することができ、図３０で説明した課題を解決できる。
【０１６２】
図３１（ｂ）にタイムチャートを示す。従来の方法では、１画素分の移動距離に相当する時間ｔAが蓄積時間としていた。
【０１６３】
一方、本実施例１５では、開始時間ｔSと終了時間ｔEを制御し、画素内での撮像位置がずれた分だけｔSをずらすことにより、ウェハのＺ位置の変動でずれた撮像位置を補正して画像を取得することができる。
【０１６４】
Best Focus位置とＺ位置がずれた時に対する違いを図３２に示す。本実施例１５では、検出光学システム１０１１の光軸方向はウェハの法線方向がほぼ一致しており、検出光学システム１０６１の光軸の方向はウェハの法線に対して傾いている場合で説明する。
【０１６５】
なお、検出光学系の光軸がウェハの法線に対して傾斜している場合、光軸が傾斜している方向にウェハ上の画素寸法が長くなるため、検出光学システム１０１１のウェハ上画素寸法と検出光学システム１０６１のウェハ上画素寸法は異なっている。
【０１６６】
図３２に示すように、検出光学系の光軸がウェハの法線とほぼ同一の検出光学システム１０１１では、ウェハのＺが上下しても、検出器の画素中心位置は変わらないため、画素に対する時間Ｓ（ｔSa，ｔSb）と時間Ｅ（ｔEa，ｔEb）は画素中心に対して対称になるように設定すれば良い。
【０１６７】
一方、検出光学システムの光軸とウェハの法線が傾いている検出光学システム１０６１では、Best Focus位置の時間Ｓ（ｔSc），時間Ｅ（ｔEc）に対して、Focusずれ位置の時間Ｓ（ｔSd），時間Ｅ（ｔEd）をずらす制御を加えることにより、Focusずれの影響を補正することができる。
【０１６８】
本実施例１５の検査装置の構成を図３３で説明する。本実施例１５の検査装置は図示していない照明光学系と検出光学システム１０１１，１０６１，ウェハ高さ計測機構１０９１，タイミング制御機構１０９２，信号統合処理１０９３で構成されている。
【０１６９】
本実施例１５の検査装置では、まず、検出光学系の焦点位置付近のウェハ高さをウェハ高さ計測機構１０９１で計測し、高さ情報をタイミング制御機構１０９２へ送信し、タイミング制御機構１０９２では、検出器から得られた信号に対して、事前に決めておいたタイミングで電荷を蓄積，伝送する。
【０１７０】
なお、前記事前に決めたタイミングというのは、検出光学システムの光軸の傾き角度とウェハのＺ位置から決まる値である。タイミング制御機構１０９２から出力された信号は、信号統合処理１０９３で信号処理され、欠陥検出処理が施される。
【０１７１】
なお、ウェハの高さが大きくずれる場合は、自動焦点合わせ機構を追加して、ウェハのＺ高さを制御しても良い。
【０１７２】
次に、検出光学システム１０１１と検出光学システム１０６１の撮像タイミングのずれ量を計測する方法を説明する。上述したように、幾何計算で算出することも可能であるし、本方法で説明するように実測で算出することも可能であるため、ここでは、実測方法を説明する。
【０１７３】
撮像タイミングのずれ量を計測するには、同一の欠陥（標準粒子でも可）を撮像し、信号量を計測すれば良い。図３４に計測結果例を示す。図３４は、横軸が検出器の蓄積時間、縦軸が各々の蓄積時間で得られる信号量である。図３４（ａ）が例えば、検出光学システム１０１１の結果、図３４（ｂ）が例えば、検出光学システム１０６１の結果とする。
ウェハ上での撮像位置が異なる場合、図３４（ａ），（ｂ）に示すように、蓄積時間に対する信号量の増加のタイミングがずれた結果が得られる。そこで、信号の増加始めのタイミングであるｔSA，ｔSBを計測すれば、ｔSAとｔSBとの差を撮像タイミングのずれ量として用いることができる。
【０１７４】
以上の実施形態では、半導体ウェハを対象とする暗視野欠陥検査装置について説明したが、本発明は明視野視欠陥検査装置にも適用可能である。
【０１７５】
また、本発明は、パターンの形成されていない鏡面ウェハ，磁気記憶媒体や液晶デバイスなどのパターンが形成された試料にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１７６】
１  光源
２，２ａ，２ｂ，１５ａ，１５ｂ  ミラー
３  時間的・空間的分割光学系
４  照明光学系
５  ウェハ
６，６ａ，６ｂ  検出光学系
７，７ａ，７ｂ  画像センサ
８  画像処理系
９  ステージ
１０  制御系
１１  操作系
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  時間分割ユニット
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  空間分割ユニット
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  結合ユニット
１６  マスク照明光学系
１７  マスク
１８  ウェハ照明光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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