(57)【要約】【課題】試料表面の面粗さや正常な回路パターンからの散乱光の影響を抑制し、かつ、欠陥や異物からの散乱光の利得を高くして、高感度に試料表面の欠陥等を検出することが可能な欠陥検査装置を実現する。【解決手段】ＮＡ値が大きいレンズを使用するとレンズ外径は１０ａとなり斜方光学系とウエハとの角度はα１である。ウエハ表面粗さや酸化膜下の面粗さ、回路パターンからの散乱光を低減して、欠陥散乱光を多く検出するために斜方検出系の仰角を下げると仰角α２＜α１となるがレンズの外径１０ｂはレンズ外径１０ａより小となり散乱光の集光能力が低下する。集光能力を向上するためレンズ径を広げた１０ｃとするとレンズとウエハ７とが干渉を起こす。干渉部分を削除したレンズの創作により低仰角α２を保持してレンズの開口寸法を１０ｂより大とすることができ欠陥検出能力の向上とレンズ性能の向上が同時に成立する。【選択図】図４
2014059310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象物に照明領域を形成する照明光学系と、
前記被検査対象物からの光を検出する第１の検出光学系と、を有し、
前記被検査物の法線は前記第１の検出光学系を通過し、
前記第１の検出光学系は、
仰角方向の寸法より方位角方向の寸法が大である第１の対物レンズと、
前記第１の対物レンズによって集光された光の収差を補正する第１の収差補正部と、
前記第１の収差補正部によって収差が補正され結像された像を検出する第１のセンサと、を有し、
前記第１の収差補正部は前記対物レンズの光軸に沿って積層された第１の複数のレンズを有し、前記第１の複数のレンズのそれぞれの形状は、仰角方向の寸法より方位角方向の寸法が大きいことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系よりも低い仰角に配置された第２の検出光学系を有し、
前記第２の検出光学系は、
仰角方向の寸法より方位角方向の寸法が大である第２の対物レンズと、
前記第２の対物レンズによって集光された光の収差を補正する第２の収差補正部と、
前記第２の収差補正部によって収差が補正され結像された像を検出する第２のセンサと、を有し、
前記第２の収差補正部は前記第２の対物レンズの光軸に沿って積層された第２の複数のレンズを有し、
前記第２の複数のレンズのそれぞれの形状は、仰角方向の寸法より方位角方向の寸法が大きいことを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は前記第１の対物レンズ、及び前記第１の収差補正部を格納する第１の筐体を有し、
前記第２の検出光学系は前記第２の対物レンズ、及び前記第２の収差補正部を格納する第２の筐体を有し、
前記第１の筐体の断面、及び前記第２の筐体の断面は、仰角方向の寸法より方位角方向の寸法が大きいことを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項２に記載の検査装置において、
前記第１のセンサで得られた画像から第１の欠陥情報を得て、前記第２のセンサで得られた画像から第２の欠陥情報を得て、前記第１の欠陥情報と前記第２の欠陥情報とを合成する処理部を有することを特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項２に記載の検査装置において、
前記第１のセンサで得られた画像と前記第２のセンサで得られた画像とを合成して欠陥を検出することを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項２に記載の検査装置において、
前記照明光学系は、前記第１の検出光学系のための第１の照明条件にて第１の光を照明し、前記第２の検出光学系のための第２の照明条件にて第２の光を照明し、前記照明領域を形成することを特徴とする検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の検査装置において、
前記照明領域は、線状の照明領域であることを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項６に記載の検査装置において、
前記第１の照明条件、及び前記第２の照明条件は、照明仰角、照明方位角、偏向条件を含むことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ＬＳＩや薄型ディスプレイ基板の製造工程で発生する異物や欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体ＬＳＩの製造工程では、基板（ウエハ）上に異物やパターン欠陥が存在すると、短絡や絶縁不良などの動作不良の原因となる。半導体素子の微細化に伴い、より微細な異物や欠陥が不良原因として無視できなくなりつつある。このため、半導体ウエハの製造工程中に異物や欠陥の発生状況を検査し、欠陥低減対策を行なうための歩留り管理技術の重要性が増している。
【０００３】
欠陥検査技術は、明視野撮像法と暗視野撮像法に大別されるが、試料を照明し、試料から正反射する光(０次回折光)を検出するものが明視野撮像法、正反射する光(０次回折光)を検出せずに散乱光を検出するものが暗視野撮像法である。
【０００４】
暗視野撮像法を用いた技術として、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。特許文献１には、複数の照射部を設け、異物・欠陥の種類に応じて、複数の照射部の光路を切り替える技術が記載されている。また、特許文献２には、長手方向にほぼ平行光からなるスリット状ビームを、回路パターンが形成された被検査対象基板に対して、この基板の法線方向から所定の傾きを有し、回路パターンの主要な直線群に対して、所定の傾きを有し、長手方向が被検査対象基板を支持して走行させるステージの走行方向に対してほぼ直角になるように照明する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８３１９０号公報
【特許文献２】特許第３５６６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、暗視野撮像法を用いた欠陥検査技術においては、注目している欠陥からの出力信号をより多くとらえるとともに、それ以外の、例えば基板表面の正常な回路パターンからの信号を抑制し、検査感度向上を図ることである。
【０００７】
ここで、本発明に関連する暗視野撮像法の原理を明確にする。まず、試料が照明光に対し不透明である場合を考える。この場合、試料に入射した照明光は、試料面もしくは異物や欠陥によって試料上方（上半球方向）に正反射光、回折光もしくは散乱光を放射する。放射された光の中で、異物もしくは欠陥に由来するものは検出し、それ以外の例えば基板表面の正常な回路パターンからの光を検出しないようにしたい。これを実現するため照明光の入射方向（仰角、方位）を定めるとともに、検出系の受光方向（仰角、方位角）を決定する。すなわち、上半球方向のどこを照明光入射方向とするか、どこを検出系の受光方向とするかが、それぞれの欠陥検査技術を特徴づけている。
【０００８】
実際の欠陥検査装置の場合は、以上の原理的な内容に加え、光学系をどのような機械的構成とするかが課題となる。すなわち、スペースファクターの制約条件を考慮しなければならない。
【０００９】
しかしながら、従来技術においては、特許文献２の図１２、図１３に記載されているように、受光のための光学レンズ（対物レンズ）は、円形状であり、この円形状レンズがケーシングに収容されているため（特許文献１の図１）、これがスペースファクターの制約条件となり、検査感度向上困難化の要因となっている。
【００１０】
そこで、小径ファイバで上半球方向全面を覆い尽くすことが考えられるが、装置構成が複雑化し、実用レベルに達しない。
【００１１】
本発明の目的は、試料表面の面粗さや正常な回路パターンからの散乱光の影響を抑制し、かつ、欠陥や異物からの散乱光の利得を高くして、高感度に試料表面の欠陥等を検出することが可能な欠陥検査装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
照明光が照射された被検査対象物の表面から散乱された光を検出する検出手段と、被検査対象物との間に配置され、散乱光を上記検出手段に集光させる光学レンズについて、被検査対象物の表面に関して、仰角方向の寸法より方位角方向の寸法を大とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、試料表面の面粗さや正常な回路パターンからの散乱光の影響を抑制し、かつ、欠陥や異物からの散乱光の利得を高くして、高感度に試料表面の欠陥等を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の原理説明図であり、検出光学系の上面及び装置構成を示す図である。
【図２】本発明の原理説明図であり、照明光学系と検出光学系の位置関係を説明する図である。
【図３】本発明の原理説明図であり、欠陥および薄膜裏面反射光の散乱分布特性を説明する図である。
【図４】本発明の原理説明図であり、斜方検出光学レンズの検出仰角と検出開口との関係を説明する図である。
【図５】本発明の検査対象試料であるＬＳＩが配列された半導体ウエハを示す図である。
【図６】本発明の効果を説明する図である。
【図７】本発明による小判型レンズと、円形状レンズとの効果上の差異を説明する図である。
【図８】本発明の効果を説明する図であり、仰角方向に複数の小判型レンズを配置する場合の例を示す図である。
【図９】本発明の効果を説明する図である。
【図１０】本発明の一実施形態の変形例を示す図である。
【図１１】低角度照射と高角度照射とによる欠陥分類の相違を説明する図である。
【図１２】本発明の変形例を説明する図である。
【図１３】本発明の他の変形例を示す図である。
【図１４】本発明が適用される欠陥検査装置の構成を示す図である。
【図１５】照明光学系の３つのビームスポット結像部について説明する図である。
【図１６】細長いビームスポットを形成する方法を説明する図である。
【図１７】細長いビームスポットを形成する方法を説明する図である。
【図１８】照明光学系の３つのビームスポット結像部の構成例を説明する図である。
【図１９】上方光学系の説明図である。
【図２０】図１９に示した例の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１６】
まず、本発明の原理について説明する。図１の（ａ）に検出光学系を上方から見た図を示し、図１の（ｂ）にシリコンウエハ上の欠陥からの散乱光の分布を効率的に検出するための装置構成を示す。図１において、試料走査機構６００上に被検査ウエハを搭載して、そのウエハに斜方より光源１を持つ照明光学系で、照明ビーム２を照射する。照明の分布形状は、ステージの走査方向に対して直角になる配置に細長い照明領域をもつビームとする。ウエハ上に欠陥がある場合、欠陥からの散乱光４を同じく斜方に配置した検出光学系（レンズ１０）により受光して検出した光学像を光電変換器５により電気信号とする。電気信号は、信号入力部６０４を経て、信号処理部６０６で処理される。また、一部は、参照信号メモリ部６０５を経て、信号処理部６０６に送られる。信号処理部６０６では、欠陥の検出、真偽判定、種別分類、形状判定などを行っている。
【００１７】
以上、一連の信号処理、判定動作、機構制御部６０１への指令、ユーザインターフェース６０３との信号送受などは、装置制御部６０２にて行う。
【００１８】
次に、図２の（ａ）、（ｂ）を用いて照明光学系と検出光学系の位置関係を説明する。図２の（ａ）では、左下側の光源１から照明光２を照射する。このとき、ウエハで反射した正反射光３は、右上の方向に照射する。斜方検出光学部は、上記の正反射光を受光しない位置であれば、照明光の照射位置を中心として、３６０°の(水平）方位方向で設置が可能である。図２の（ｂ）は照明および検出光学系を側面から見た図である。散乱光４の照明光学系の水平からの傾斜角度（仰角）および、検出光学系の水平からの傾斜角度（仰角）は、それぞれ任意に設定が可能である。しかし、欠陥検出を高感度に行うためには、仰角は低い方が、Ｓ／Ｎの高い欠陥信号が検出出来ている。
【００１９】
次に、図３にウエハ表面の面粗さによる散乱光の分布を示す。図３の（ａ）において、斜方からの照明光２を照射するとき、欠陥２０からの散乱光２０ａはウエハ７面の正反射に近い空間に強い散乱分布を示す。一方、図３の（ｂ）に示すように、グレインに代表されるウエハ表面の面粗さ２１（正常部分）からの散乱光２１ａは入射光の前方に散乱する成分が少なく、分布が比較的に大きく広がっている。
【００２０】
このことから、検出器はウエハに低い角度に設置することが面粗さの散乱光受光を少なくして、その影響を受けずに、欠陥からの信号を有効に受光することに有効である。また、図３の（ｃ）に示すように、ウエハ面が透明酸化膜で覆われている場合には、酸化膜７ａの界面では、面の反射率、透過率の分布の関係より、低仰角部の反射光２２ｃが高仰角の反射光２２ａより小さくなっていることが判る（反射光２２ｂが分離されるため）。この場合、検出器５はウエハに近く低仰角に設置することが、透明酸化膜７ａの膜下にある面粗さや回路パターンからの散乱光の影響を受けにくくして、酸化膜上の欠陥２２の信号を高感度に検出するために必要である。
【００２１】
斜方検出する場合の、検出光学系の構成を図４に示す。検出光学系が高感度に検査を行う場合には、レンズの光を取り込むための開口角は、大きくする必要がある。図４の（ａ)に、ＮＡ値が大きいレンズを使用したときの光学系を示す。このとき、レンズ外径は１０ａとなり、斜方光学系とウエハとの角度はα１である。ウエハ表面粗さや酸化膜下の面粗さ、回路パターンからの散乱光を低減して、欠陥散乱光を多く検出するために斜方検出系の仰角を下げた場合を図４の（ｂ）に示す。このときは、仰角α２＜α１とすることが出来るが、レンズの外径１０ｂはレンズ外径１０ａより小となってしまい、散乱光の集光能力が低下してしまう。
【００２２】
そこで、集光能力を向上させるためにレンズの径を図４の（ａ）程度に広げたレンズ外径１０ｃにすると、図４の（ｃ）に示すように、レンズとウエハ７とが干渉を起こす。
【００２３】
そこで、干渉部分を削除したレンズを創作した。これを図４の（ｄ）、（ｅ）に示す。低仰角α２を保持して、レンズの開口寸法を１０ｂより大とすることができるため、欠陥検出能力の向上とレンズ性能の向上が同時に成立することが可能になった。さらに、図４の（ｅ）では図４の（ｄ）に示すレンズ切断を対向側にも行うことによって、小判型のレンズとすれば、仰角方向のレンズ実装寸法を小さくできる。このレンズを使用すると、仰角方向に高密度にレンズ性能の高い斜方検出光学系を実装配置することが出来る。複数の斜方検出光学系を配置することができると、欠陥検出の情報を増やすことが可能となり、検出能力向上、欠陥の種別分類性能向上などが実現できる。
【００２４】
ここで、小判型レンズの形状について定義する。小判型レンズとは、円形状レンズを互いに平行な２つの直線で切断した形状であり、互いに対向し、平行な二辺と、互いに対向する２つの円弧を有し、平行な２辺間の距離が、互いに対向する２つの円弧間の最大距離より小である形状のレンズである。
【００２５】
光学系の数値例としては、仰角方向、ＮＡ０．１２、方位角方向、ＮＡ０．４５、仰角１２度が可能である。
【００２６】
次に、図５を参照して、本発明による欠陥検査装置の検査の対象である試料について説明する。図５の（ａ）に示す半導体ウエハ１ａは、所定の間隔で２次元に配列したメモリＬＳＩからなるチップ１ａａを有する。チップ１ａａは、主として、メモリセル領域１ａｂ、デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域１ａｃ、及び、その他の領域１ａｄ、を有する。メモリセル領域１ａｂは、２次元に規則的に配列した、即ち、繰り返しのメモリセルパターンを有する。周辺回路領域１ａｃは、２次元的に規則的に配列されていない非繰り返しパターンを有する。
【００２７】
図５の（ｂ）に示す半導体ウエハ１ｂ、所定の間隔で２次元に配列したマイコン等のＬＳＩからなるチップ１ｂａを有する。チップ１ｂａは、主として、レジスタ群領域１ｂｂ、メモリ部領域１ｂｃ、ＣＰＵコア部領域１ｂｄ、及び、入出力部領域１ｂｅを有する。なお、図５（ｂ）は、メモリ部領域１ｂｃとＣＰＵコア部領域１ｂｄと入出力部領域１ｂｅの配列を概念的に示したものである。レジスタ群領域１ｂｂおよびメモリ部領域１ｂｃは、２次元に規則的に配列した、即ち、繰り返しのパターンを有する。ＣＰＵコア部領域１ｂｄおよび入出力部領域１ｂｅは、非繰り返しパターンを有する。このように、本発明による欠陥検査装置の被検査対象物１は、図５に示した半導体ウエハのように、規則的に配列されたチップを有するが、チップ内においては、最小線幅が領域毎に異なり、しかも繰り返しパターン及び非繰り返しパターンを含み、様々な形態が考えられる。
【００２８】
上述した試料に対して、図４の（ｄ）、（ｅ）に示した小判型レンズを用いた斜方検出光学系を適用する効果について説明する。
【００２９】
（効果１）
高ＮＡ（開口率）、低仰角での斜方検出光学部の設置が可能である。図６に示すように、後述する照明レンズ（１１０、１２０、１３０）を介して照射され、散乱された光を検出用小判型形状レンズ５０２を介して検出器５０１により検出するように構成することによって、水平方向の開口角を大きくして、光学性能の向上を実現することができる。
【００３０】
つまり、図７の（ａ）に示すように、ケーシング３０内に保持された円形レンズ１０Ａと、図７の（ｂ）に示すように、ケーシング３１内の保持された小判型レンズ１０Ｂとを比較すると、両者共に同一の仰角α２とすると、水平方向の開口角は、小判型レンズ１０Ｂの方が、円形レンズ１０Ａより大とすることができる。
【００３１】
（効果２）
散乱特性の相違による開口数を決めるために高ＳＮ検出が可能となる。
【００３２】
図３に示したように、斜方より照明光を照射して、その正反射から外れた方位で斜方検出する場合、グレインに起因する背景ノイズを低減するために仰角方向の開口角を小さくし、欠陥からの散乱光の光量を増やすために方位角方向の開口角を大きくすることが検出能力の向上に良いことが判る。このため、小判型の検出レンズは高感度化に最適であることが理解できる。
【００３３】
以上は、低仰角照明の場合であるが、一部のパターン欠陥を検出する場合には、高仰角照明光と上方検出光学系による検出が有効であるとの報告がある。この場合でも、上方検出光学系のレンズを小判型とし、開口角度を直交２方向で変更することに拠って、検出能力の向上が可能である。
【００３４】
この条件の効果を発揮する場合、上方検出光学系のレンズのみを小判型レンズとすることも可能である。
【００３５】
（効果３）
扁平の検出光学レンズによって高密度実装の検出光学部が実現可能となる。
【００３６】
仰角方向の開口角度が小さく、方位角方向の開口角を大きくする小判型形状の光学レンズを使用することによって、このレンズでは、仰角方向の占有スペースが少ないために、図８に示すように、仰角方向に小判型レンズ５０２を複数並べて高密度に実装することが可能で、且つその隙間を詰めることが可能になった。仰角方向に高密度の欠陥検出光学部の配置が可能になることによって、欠陥の散乱特性に応じた最適な仰角での設置が可能になり、効率の良い検出も可能となる。さらに、微小の欠陥が検出可能になって、検出能力の向上化が可能である。さらに、可能複数の検出器を設定することが出来ることにより、次の効果４に記載する欠陥分類も可能になる。
【００３７】
（効果４）
散乱特性の相違と複数の検出器による欠陥分類が可能となる。
【００３８】
欠陥からの散乱光は、その欠陥の種類によって、散乱光の飛ぶ仰角方向の角度が異なっている。欠陥の種類としては、付着異物、傷（スクラッチ）、パターンショート、パターン断線、ピット等があり、その検出と分類を求められているが、それぞれの形状に依存して散乱光の発生する方向が異なっている。例えば、図１０に示すように、小判型レンズ５０２を、方位角方向、仰角方向、または、両方向にそれぞれ３個以上を配置して、高密度に斜方検出光学部５０３を実装することができて、複数の検出器５０１による検出が可能になると、低角度、高角度それぞれで方向を判定することができるため、散乱光の方向による欠陥の分類が可能になる。さらに、照明光の方向によっても、検出される散乱光の方向が変わり、分類の情報をさらに増やすことができる。
【００３９】
低角度照明、高角度照明で測定した事例の互いの比較を図１１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図１１に示すように、照明光の仰角、検出の方位、仰角によって欠陥の弁別が可能となっていることがわかる。さらに、欠陥を照射する照明光の偏光状態をＳ偏光や、Ｐ偏光、円偏光、無偏光を選択することによって、散乱光の空間分布の条件は、さらに多様になっている。この偏光条件を利用することによって、検出した欠陥が何であるかを推定する能力の向上が可能になる。このように複数の検出器を持つことは、欠陥分類の能力の向上にも効果が大きい。
【００４０】
（効果５）
ビーム形成照明光学部の照射条件から、検出光学部の異方性の開口が有利である。
【００４１】
照明光学部での照明ビーム形成との関係を検討すると、図９に示すように、検査装置では、ステージの走査方向に直角に長い照明ビームを照明光を絞り込まずに形成しているが、その直角方位（仰角方向）には、照明パワーを集中するために照明光を絞り込んでいる。つまり、仰角方向には照射角度を持った照明光を検査用に照射している。この光が被検査ウエハで反射するとき、欠陥検出に必要な条件としては、仰角方向では、検出光学部の開口角を必要としないが、方位角（水平方向）では、（照明光は平行光を照射しているので）検出用の開口角を必要としている。小判型検出レンズを使用した場合、その開口条件は、上記の照明光学部のビーム形成条件と合致していて、照明光学部のビーム形成光学部の開口（ＮＡ）に応じた欠陥検出光学部の開口が必要であって、それによって効率の良い欠陥検出光学部が実現可能である。
【００４２】
なお、検出光学系の開口角度の中の一部を使用することによって、効率的に欠陥検出が可能となる。検出光学系の開口角度を直交２方向で異なる角度にすることは、効率的に欠陥検出を可能とする目的の場合には、等方的な開口を持つ丸レンズの検出光学系の一部分を使用して開口角度を変更する場合でも効果をあげることが出来る。図１２に示す等方的な検出光学系レンズ５０２０の上半分を遮光して、下半分を開口として使用する場合、直交２方向の開口角を変えることができ、結果的に欠陥信号と背景信号の強度比を変える効果をあげることが出来るので、欠陥検出の高感度化が達成できる。
【００４３】
また、上方検出光学部の検出位置と斜方検出光学部の検出位置を異なる場所に設置して、それぞれを最も性能の良い検出位置で検出する方法も可能である。
【００４４】
上方検出光学系と斜方検出光学系をともに使用して欠陥検出の高感度化を図る場合、同一場所を同時に測定することが、スループットの短縮の要求から望まれる。しかし、その場合には、仰角、方位角、偏光条件などの照明の照射条件を１種類に限定することになる。検出する対象の欠陥によっては、上方検出光学系と斜方検光学系によって、照明の最適条件は異なることが多い。上方・斜方検出光学系での最適な照明の照射条件によって、感度の高い欠陥検出を行う場合には、それぞれ照明条件を変更する必要がある。そこで、図１３に示すように、それぞれの検出光学系別の照明条件を同時に実現して、１回の検査で高感度の検出を行うことができるために、検出位置を２箇所異なる位置に設置して、高感度検出を行なうことができる。
【００４５】
図１４は、本発明が適用される欠陥検査装置の構成を示す図である。図１４において、欠陥検査装置は、ウエハ等の試料をｘｙｚ方向及びｚ軸周りに移動させるステージ部３００と、試料上に検査用照明光を照射する照明光学系１００と、試料からの反射光を検出する上方検出光学系２００と、試料からの反射光を検出する傾斜検出光学系５００と、演算処理、信号処理等を行う制御系４００とを有する。
【００４６】
ステージ部３００は、ｘステージ３０１、ｙステージ３０２、ｚステージ３０３、回転ステージ３０４およびステージコントローラ３０５を有する。照明光学系１００は、レーザ光源１０１、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームエキスパンダ、光学フィルタ群１０４およびミラー１０５で構成されるビーム整形部、３つのビームスポット結像部１１０、１２０、１３０を有する。ビームスポット結像部１１０は、光学分岐要素（またはミラー）１０６、円錐曲面を持つ照明レンズ１０７、およびミラー１０８、１０９を有する。光学フィルタ群１０４は、ＮＤフィルタおよび波長板を含む。
【００４７】
レーザ光源１０１として、高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＴＨＧ、波長３５５ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。また、レーザ光源１０１として、ＹＡＧ／ＴＨＧである必要もない。すなわち、レーザ光源１０１として、Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレーザ等他の光源であっても良い。
【００４８】
上方検出光学系２００は、検出レンズ２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ズームレンズ群２０４、１次元検出器（イメージセンサ）２０５、空間フィルタ制御２０７、及び、ズームレンズ制御２０８を有する。傾斜検出光学系５００は、１次元検出器（イメージセンサ）５０１、対物レンズ５０２、空間フィルタ５０３、及び結像レンズ５０４を有する。１次元検出器２０５はＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）センサであってよい。制御系４００は、演算処理部４０１、信号処理部４０２、出力部４０３及び入力部４０４を有する。演算処理部４０１はＣＰＵ等を有し、モータ等の駆動、座標、センサを制御する。信号処理部４０２は、Ａ／Ｄ変換部、遅延させることができるデータメモリ、チップ間の信号の差をとる差分処理回路、チップ間の差信号を一時記憶するメモリ、パターン閾値を設定する閾値算出処理部、比較回路等を有する。
【００４９】
出力部４０３は、異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力又は表示する。入力部４０４は、ユーザにより命令及びデータを入力する。図１４の左下に座標系を示す。平面上にｘｙ軸をとり、垂直上方にｚ軸をとる。上方検出光学系２００の光軸はｚ軸に沿って配置され、傾斜検出光学系５００の光軸は、ｘｚ平面上に配置されている。
【００５０】
図１５、図１６を参照して、照明光学系１００の３つのビームスポット結像部１１０、１２０、１３０について説明する。図１５は、試料１であるウエハを上から見た図である。第１のビームスポット結像部１１０を経由してｘ軸方向の検査用照明光１１が照射され、第２のビームスポット結像部１２０を経由してｙ軸に対して−４５度傾斜した方向の検査用照明光１２が照射され、第３のビームスポット結像部１３０を経由してｙ軸に対して４５度傾斜した方向の検査用照明光１３が照射される。第１のビームスポット結像部１１０の反対側に、斜方検出系５００が配置されている。
【００５１】
これらの検査用照明光１１、１２、１３は、試料１の表面に対して所定の角度αにて傾斜して照射される。特に、検査用照明光１２、１３の仰角αを小さくすることによって、透明薄膜下面からの散乱光の検出量を低減することができる。これらの検査用照明光１１、１２、１３によって、試料１上に細長いビームスポット３が形成される。ビームスポット３は、ｙ軸方向に沿って延びている。ビームスポット３のｙ軸方向の長さは、上方検出光学系２００の１次元検出器２０５の受光エリア４より大きい。照明光学系１００に、３つのビームスポット結像部１１０、１２０、１３０を設けた理由について説明する。検査用照明光１２、１３をｘｙ平面上に投影した像がｘ軸となす角をそれぞれβ１、β２とすると、本例では、β１＝β２＝４５度である。それによって、基板１上の非繰り返しパターンからの０次の回折光が検出系２００の対物レンズ２０１に入射することが回避される。
【００５２】
基板１上の非繰り返しパターンは、主として、平行及び直角に形成された直線状パターンからなる。これらの直線状パターンは、ｘ軸又はｙ軸方向に延びている。基板１上のパターンは、突出して形成されているため、隣接する直線状パターンの間には凹部が形成される。従って、ｘ軸及びｙ軸に対して４５度傾斜した方向から照射した検査用照明光１２、１３は、突出した回路パターンによって遮られ、直線状パターンの間の凹部を照射することができない。そこで、ｘ軸方向に沿った検査用照明光１１を生成するビームスポット結像部１１０を設けた。こうして検査用照明光１１によって、直線状パターンの間の凹部を照射することができるため、そこに存在する異物等の欠陥を検出することができる。直線状パターンの方向により、試料を９０度回転させて検査するか、検査用照明光１１を、ｙ軸方向に沿って照射してよい。なお、検査用照明光１１のように、ｘ軸方向に沿って照射し、直線状パターンの間の凹部を照射する場合には、検出器が０次の回折光を検出しないように０次の回折光を遮光する必要がある。そのために、空間フィルタ２０２が設けられる。
【００５３】
次に、図１６、図１７を参照して、細長いビームスポット３を形成する方法を説明する。図１６には、照明光学系１００のうち、レーザ光源１０１、凹レンズ１０２、凸レンズ１０３、及び、照明レンズ１０４のみを示し、他の構成要素１０５、１０６、１０７、１０８、１０９は省略している。照明レンズ１０４は、円錐曲面を持つシリンドリカルレンズであり、図１６の（ａ）に示すように、長手方向に沿って、直線的に焦点距離が変化し、図１６の（ｂ）に示すように、平面凸レンズの断面を有する。
【００５４】
図１７に示すように、試料１に対して傾斜して入射する照明光に対しても、ｙ方向に絞り込み、ｘ方向にコリメートされたスリット状のビームスポット３を生成することができる。試料１の表面に対する照明光の角度をα１、試料１上に投射された検査用照明光１１の像がｘ軸となす角をβ１とする。このような照明レンズ１０４を用いることにより、ｘ方向に平行光を有し、かつ、β１＝４５度付近の照明を実現することができる。
【００５５】
次に、図１８を参照して照明光学系１００の３つのビームスポット結像部１１０、１２０、１３０の構成例を説明する。レーザ光源１０１から出射したレーザビームは、ハーフミラー等の第１の分岐光学要素１４１によって２つの光路に分岐する。一方はミラー１４２、１４３を反射し第１のビームスポット結像部１１０を構成する凹レンズ１４４に入射する。こうして、第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１が生成される。
【００５６】
他方はハーフミラー等の第２の分岐光学要素１４５によって２つの光路に分岐する。一方は、ミラー１４６を反射し、第２のビームスポット結像部１２０を構成する凹レンズ１４７に入射する。こうして、第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２が生成される。他方は第３のビームスポット結像部１３０を構成する凹レンズ１４８に入射する。こうして、第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３が生成される。
【００５７】
第１の分岐光学要素１４１を光路上から退出させるか、素通りの光学要素１４１ａに切り換えることによって第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１は生成されない。即ち、第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２と第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３のみが生成される。第１の分岐光学要素１４１を光路上から退出させるか、光学要素１４１ａに切り換え、更に、第２の分岐光学要素１４５をミラー１４５ａに切り換えることによって、第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３のみが生成される。
【００５８】
第１の分岐光学要素１４１を退出させるか、光学要素１４１ａに切り換え、更に、第２の分岐光学要素１４５を光路上から退出させるか、または素通りの光学要素に切り換えることによって、第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２のみが生成される。第１の分岐光学要素１４１を配置し、第２の分岐光学要素１４５をミラー１４５ａに切り換ることによって、第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１と第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３のみが生成される。
【００５９】
第１の分岐光学要素１４１を配置し、第２の分岐光学要素１４５を退出させるかまたは素通りの光学要素に切り換ることによって、第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１と第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２のみが生成される。こうして、３つのビームスポット結像部１１０、１２０、１３０からの照明光１０、１１、１２のうち任意の照明光を生成することができる。
【００６０】
次に、図１９を参照して上方検出光学系２００について説明する。図１９において、試料１上に検査用照明光が照射され、スリット状のビームスポット３が生成されると、散乱光を含む反射光が出射される。この出射光は、透明薄膜上面、下面、基板上の回路パターン、異物等の欠陥から出射される。この出射光は、上方検出光学系２００の検出レンズ２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３を経由し、検出器２０５によって受光され、そこで光電変換される。レーザ光源１０１からのビーム光束の照度（パワー）は、ＮＤフィルタ１０４またはレーザパワーを制御することにより変化させることができるため、検出器２０５の出力のダイナミックレンジを変えることができる。
【００６１】
次に、空間フィルタ２０２について説明する。検査用照明光を試料上の繰り返しパターンに照射すると回折光縞（回折干渉光縞）が生成される。回折光縞が検出器２０５によって受光されると誤差信号が生成され、異物等の欠陥を検出することができない。空間フィルタ２０２は、繰り返しパターンからの回折光によるフーリエ変換像を遮光するために、対物レンズ２０１の空間周波数領域、即ちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する。）に配置される。
【００６２】
図５を参照して説明したように、一般に、ウエハに形成されたチップには、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとパターン無しとが混在し、繰り返しパターンの線幅は回路パターン毎に異なる。通常、頻度が多い繰り返しパターンからの回折光を消去するように空間フィルタ２０２の遮光パターンが設定される。空間フィルタ２０２として、遮光パターンを変更できる構造のものある。また、空間フィルタ２０２として、互いに異なる複数の遮光パターンを用意しておいてもよい。いずれの場合にも、回路パターンに応じて遮光パターンを変更又は切り換えることにより、回折光を遮断することができる。
【００６３】
上述のように、検査用照明光１１をｘ軸方向に沿って照射し、直線状パターンの間の凹部を照射する場合には、空間フィルタ２０２によって０次の回折光を遮光する必要がある。このような空間フィルタ２０２は、０次の回折光ばかりでなく、高次の回折光を遮断するように構成されていればよい。
【００６４】
次に、検出しようとする異物等の欠陥サイズに応じて検出感度を調整する方法について説明する。ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５の試料１上の画素サイズを小さくすると、スループットは落ちるが、より微小な異物等の欠陥を検出することができる。１次元検出器（イメージセンサ）２０５の画素について試料１上での像のサイズが可変となるように、３種類の検出光学系２００を用意する。
【００６５】
例えば、０．１μｍ以下程度の異物等の欠陥を検出する場合には、試料１上の画素サイズを小さくする検出光学系２００に切り換える。このような構成を実現する方法として、レンズ群２０４を切り換える。例えば、試料１から、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５までの光路長が変化しないように、レンズの構成を設計しておくと良い。もちろん、このような設計が難しい場合、レンズの切り換えに併せて、センサまでの距離を変えられるような機構を用いても良い。また、センサ自体の画素サイズを変えたものを切り換えても良い。
【００６６】
次に、図１９を参照して、斜方検出系５００について説明する。斜方検出系５００の光軸は、試料表面に対して所定の傾斜角βだけ傾斜している。透明薄膜の下面からの散乱光の検出量を低減するためには、斜方検出系５００の光軸を、出射角が約８０°から約９０°までの範囲の出射光を検出するように配置する必要がある。本発明の小判型レンズ５０２の場合には、低仰角での斜方検出系の配置が可能になる。試料に形成されたスリット状ビームスポットからの光は、対物レンズ５０２、空間フィルタ５０３、及び結像レンズ５０４を経由して、１次元検出器（イメージセンサ）５０１によって検出される。
【００６７】
図示した例では、スリット状ビームスポットの像を検出するため１次元検出器（イメージセンサ）５０１が用いられる。空間フィルタ５０３は、空間フィルタ２０２と同様に、試料上の繰り返しパターンからの回折光縞（回折干渉光縞）を遮断する。
【００６８】
ここで、異物等の欠陥の検出方法の概要を説明する。図１９のステップＳ１０１にて、制御系は上方検出光学系２００の１次元検出器（イメージセンサ）２０５からの信号を入力し、それを高速並列画像処理する。ステップＳ１０３にて、検査画像を取り出し、ステップＳ１０４にて、ステップＳ１０２の遅延処理を経由して、検査画像に対する隣接画像を取り出す。次に、ステップＳ１０５にて、検査画像と隣接画像の位置合わせ画像処理を行い、ステップＳ１０６にて、検査画像と隣接画像を比較する。
【００６９】
そして、ステップＳ１０７にて、比較結果から欠陥を判定する。同様に、ステップＳ２０１にて、斜方検出系５００の１次元検出器（イメージセンサ）５０１からの信号を入力し、それを高速並列画像処理する。ステップＳ２０２からＳ２０７は、ステップＳ１０２からＳ１０７までと同様である。ステップＳ１０７の判定結果とＳ２０７の判定結果間では、互いに欠陥情報を合成して総合判定をすることも行い、最後にステップＳ１０８にて、上方検出光学系２００によって検出された欠陥と斜方検出系５００によって検出された欠陥を合成して欠陥マップを作成する。
【００７０】
なお、図１９に示した例では、上方検出における欠陥判定（Ｓ１０７）と、斜方検出における欠陥判定（Ｓ２０７）とを、それぞれ設けるようにしたが、欠陥判定を上方検出の結果と斜方検出の結果とを一つのステップで総合的に判定して欠陥マップを作成することもできる。
【００７１】
つまり、図２０に示すように、ステップＳ１０６、Ｓ２０６における比較結果をステップＳ１０７にて総合判定して、ステップＳ１０８で欠陥マップを作成する構成とすることもできる。
【００７２】
次に、本発明による欠陥検査装置によって複数の条件にて検査を行う場合を説明する。この検査は、例えばダイナミックレンジを大きくするために行う。照明光のパワーが大きいとき、標準であるとき、及び、小さいとき、の３つの条件を設定する。これらの３つの条件は、例えば、エリア優先、標準、感度優先に対応する。
【００７３】
これらの３つの条件下にて、試料であるウエハの表面を検査し、それらの結果を統合して検査結果マップ（検査結果マップとは、被検査対象基板１内において異物等の欠陥が検出された位置座標に欠陥のマークをプロットとした図面）を生成する。マップの代わりに、異物の座標リスト、あるいは異物の検出信号レベル等を示すリストやマップを生成してもよい。また、ダイナミックレンジを大とするためだけではなく、より微細な傷や異物等の欠陥を検出することを目的としてもよい。条件としては、例えばステージ３０１、３０２の走行時間、照明光学系１００による照明方向α１、β１（ゼロも含む）、β２（ゼロも含む）、波長板１０４の有無等がある。
【００７４】
次に、以上説明した本発明に係る欠陥検査装置を用いた半導体等の製造ラインおよびその製造方法について説明する。本発明に係る欠陥検査装置を用いた半導体等の製造ラインは、製造工程、検査装置、プローブ検査工程、データ解析システムにより構成される。製造工程、特に、歩留まりへの影響の大きい（歩留まりを左右する）工程は、本発明による欠陥検査装置等の検査装置により常時監視される。また、この監視により、工程間の異常が検出された際は、この間の工程が、検査装置により監視され、異常を作り込む工程、あるいは装置を同定する。
【００７５】
ところで、所望の工程だけの異物あるいは最表面に付着した異物等の欠陥を、高い識別精度で検査できるためには、この工程のプロセス処理を実施する前とプロセス処理を実施した後とにおいて、本発明に係る異物検査装置による異物等の欠陥検査を実施し、プロセス処理後の欠陥検査結果とプロセス処理前の欠陥検査結果との論理差を求めると良い。
【００７６】
ところが、この論理差によって、当プロセス処理工程で発生した異物等の欠陥のみを、必ずしも検出することができない。これは、以下のような理由による。例えば、成膜等により異物等の欠陥の表面に膜が形成され、その結果異物等の欠陥サイズが大きくなり、検査感度が向上し、成膜前から存在していた欠陥が、成膜後には検査されることになるためである。即ち、実は、以前から付いていたはずの欠陥がその成膜工程前では検査されずに成膜工程後に発見され、成膜工程で発生したように間違えて判断されることになる。
【００７７】
しかしながら、本発明では斜方検出光学系を低仰角で設置できるため、下地欠陥の散乱光を低減できて、表面の欠陥のみを検出できるため、間違った判断をなくすことができる。
【００７８】
以上説明したように、本発明によれば、照明の効率が向上でき、空間フィルタ、照明の照射角の最適化によりＬＳＩパターン等表面の異物の検出感度を満足しつつ、基板内のパターンからの回折光を低減でき、さらに、透明薄膜の厚み変動に起因して発生する回折光の薄膜干渉による光量増減の影響も回避できるために、表面異物の検出と背景光との分離のために設けた検出しきい値を低く設定ができる。
【００７９】
そのため、０．１μｍ程度の極微小の表面異物についても検出することができて、高感度な検出ができると共に虚報の検出を防止する効果を奏する。
【００８０】
また、本発明によれば、基板表面の異物からの散乱光と内部のパターンからの散乱光の分離が可能であることより、ウエハの生産工程毎に検査を実施することにより、どの工程で発生した異物であるかの区分ができるため、欠陥の発生源の特定を迅速にできる効果を奏する。
【００８１】
また、本発明によれば、従来の上方検出光学系の検出器に加えて、斜方検出光学系の検出器の出力が１回の検査によって同時に検出出力を得ることができるため、従来の２倍の情報量を得ることができる。そのため、スループットを半分に向上させる効果を奏する。
【００８２】
また、本発明によれば、検出器の増加に伴い、異物からの散乱光検出する場合、従来とは異なる散乱方向からも検出ができるため、情報量が２倍に増加するだけでなく、情報の価値も２倍に増加するために従来よりも正確な異物のサイズ、形状が判定できる効果を奏する。
【００８３】
なお、図７の（ｂ）に示すように、複数枚の小判型レンズ１０Ｂを光軸方向に配置して、収差補正するように構成することも可能である。この場合、仰角１２度とすると、７〜１５枚の小判型レンズを組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００・・・照明光学系、１１０、１２０、１３０・・・照明ビームスポット結像部、２００・・・上方検出光学系、３００・・・ステージ系、４００・・・信号処理系、５００・・・斜方検出系、５０２・・・小判型対物レンズ
【図１】
2014059310.tif 000003
【図２】
2014059310.tif 000004
【図３】
2014059310.tif 000005
【図４】
2014059310.tif 000006
【図５】
2014059310.tif 000007
【図６】
2014059310.tif 000008
【図７】
2014059310.tif 000009
【図８】
2014059310.tif 000010
【図９】
2014059310.tif 000011
【図１０】
2014059310.tif 000012
【図１１】
2014059310.tif 000013
【図１２】
2014059310.tif 000014
【図１３】
2014059310.tif 000015
【図１４】
2014059310.tif 000016
【図１５】
2014059310.tif 000017
【図１６】
2014059310.tif 000018
【図１７】
2014059310.tif 000019
【図１８】
2014059310.tif 000020
【図１９】
2014059310.tif 000021
【図２０】
2014059310.tif 000022