(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射されたビームを分割して互いの光路長を異ならしめて互いに空間的インコヒーレントの複数の光束を得、該得られた複数の光束を基板上の所望の箇所に対して互いに異なる入射角度で斜め方向から照射し、該照射による前記基板上の微小欠陥から生じる反射散乱光を検出光学系で集光して光電変換手段で受光して該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法。
【請求項２】
前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１記載の微小欠陥検出方法。
【請求項３】
互いにインコヒーレントの複数の光束を、基板面上に投影したときほぼ同一方向となるように互いに異なる傾斜した入射角度で基板面上の所望の個所に実効的にほぼ同時に照射し、該照射による前記基板上の微小欠陥および回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を検出光学系で集光して前記回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を遮光手段で遮光し、該遮光手段を通過して得られる反射散乱光を光電変換手段で受光して該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法。
【請求項４】
薄膜が形成された基板を搬送方向に搬送しながら、レーザ発振器から出射されるレーザ光束を前記基板上に前記搬送方向の斜め方向から照射角度Ｔｂから照射角度Ｔａの幅広い角度で前記基板上から裏側に所定の距離離れた位置に集光させて照射し、前記搬送方向に搬送される前記基板上の微小欠陥および回路パターンのエッジから前記幅広い角度の照射によって生じる反射散乱光を検出光学系で集光して前記回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を遮光手段で遮光し、該遮光手段を通過して得られる反射散乱光をＴＤＩセンサで前記搬送方向に蓄積させて受光して前記ＴＤＩセンサから得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法。
【請求項５】
光源から出射されたビームを分割して互いの光路長を異ならしめて互いに空間的インコヒーレントの複数の光束を得る光学系を備え、該光学系で得られた複数の光束を基板上の所望の箇所に対して互いに異なる入射角度で斜め方向から照射する照射光学系と、
該照射光学系で照射された前記基板上の微小欠陥から生じる反射散乱光を集光して光電変換手段で受光する検出光学系と、
該検出光学系の光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置。
【請求項６】
前記照射光学系の光源がレーザ光源であることを特徴とする請求項５記載の微小欠陥検出装置。
【請求項７】
互いの光路長を異ならしめて互いに空間的インコヒーレントの複数のレーザ光束を得る光学系を備え、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、前記光学系で得られた互いに空間的インコヒーレントの複数のレーザ光束を互いに異なる入射角度を持って斜め方向から照射する照射光学系と、
該照射光学系で照射された複数のレーザ光束によって前記基板上の微小欠陥および回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を集光する検出光学系と、
該検出光学系で集光される反射散乱光のうち前記回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を遮光する遮光手段と、
該遮光手段を通過して得られる反射散乱光を受光して信号に変換する光電変換手段とを備え、
該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置。
【請求項８】
互いにインコヒーレントの複数の光束を、基板面上に投影したときほぼ同一方向となるように互いに異なる傾斜した入射角度で基板面上の所望の個所に実効的にほぼ同時に照射する照射光学系と、
該照射光学系で照射された複数の光束によって前記基板上の微小欠陥および回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を集光する検出光学系と、
該検出光学系で集光される反射散乱光のうち前記回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を遮光する遮光手段と、
該遮光手段を通過して得られる反射散乱光を受光して信号に変換する光電変換手段とを備え、
該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置。
【請求項９】
薄膜が形成された基板を搬送方向に搬送しながら、レーザ発振器から出射されるレーザ光束を前記基板上に前記搬送方向の斜め方向から照射角度Ｔｂから照射角度Ｔａの幅広い角度で前記基板上から裏側に所定の距離離れた位置に集光させて照射する照射光学系と、
前記搬送方向に搬送される前記基板上の微小欠陥および回路パターンのエッジから前記照射光学系による幅広い角度の照射によって生じる反射散乱光を集光する検出光学系と、
該検出光学系で集光して前記回路パターンのエッジから生じる反射散乱光を遮光する遮光手段と、
該遮光手段を通過して得られる反射散乱光を前記搬送方向に蓄積させて受光して信号に変換するＴＤＩセンサとを備え、
該ＴＤＩセンサから得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置。
【請求項１０】
前記遮光手段を空間フィルタによって形成したことを特徴とする請求項７乃至９の何れか一つに記載の微小欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体ウエハ、プリント基板、ＴＦＴ液晶表示装置、あるいは磁気ディスク基板等の基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を、高速に、且つ高感度に検出する微小欠陥検出方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
年々微細化あるいは複雑化する半導体ウエハ、プリント基板、ＴＦＴ液晶表示装置、あるいは磁気ディスク基板等の基板の歩留まりを確保するためには、基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を、高速に、且つ高感度に検出することが要求されている。
【０００３】
この基板上に存在する微小異物を、高速に、且つ高感度に検出する従来技術としては、例えば、特開昭５５−１４９８２９号公報（従来技術１）、特開昭５９−６５４２８号公報（従来技術２）および特開平６−１０２１８９号公報（従来技術３）が知られている。即ち、従来技術１においては、基板上の回路パターンと微小異物の分離をするために、直線偏光レーザを浅い角度で基板上に照射し、回路パターンのエッジと微小異物から発生する散乱光を基板上方に設けた検出光学系で集光した後、検光子を通して微小異物から発生する散乱光成分のみを検出器にて抽出する方法が示されている。また、従来技術２においては、基板上の回路パターンと微小異物の分離をするために、直線偏光レーザを浅い角度で基板に照射し、回路パターンのエッジと微小異物から発生する散乱光を基板上方に設けた検出光学系で集光した後、検出光学系における基板のフーリエ変換面に設けた空間フィルタにより、規則的な回路パターン形成角度あるいは配置を有する特定の回折光成分を遮光し、微小異物から発生する散乱光成分のみを検出器にて抽出する方法が示されている。また、従来技術３においては、回路パターンの存在しない鏡面状態の上に薄膜を形成した膜付きのウエハに対してレーザビームを傾斜した方向から照射した際、前記薄膜層の厚さや屈折率の違いにより反射率が大きく変化して薄膜上に存在する異物からの散乱光強度が大きく変動することに基づいて、前記反射率が所定値以上になるように膜付きのウエハに対して照射するレーザビームの入射角度を選択して膜付きのウエハ上に存在する異物からの散乱光強度を一定にして膜付きのウエハ上に存在する異物を安定して検出する方法が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体ウエハ、薄膜多層基板（プリント基板）、ＴＦＴ液晶表示装置、あるいは磁気ディスク基板等の基板上には、一般的に、微細な回路パターンあるいは情報記録用の溝等の規則的あるいは不規則的なパターンが形成されており、基板上に存在する異物、異物をこれらのパターンからいかに分離して抽出できるかが重要な開発課題になってきている。
【０００５】
上記従来技術１および２においては、半導体基板上に形成された回路パターンの如く幾何学的な形状の規則性による散乱光の乱れや回折に着目して異物からの散乱光を抽出しようと試みている。しかしながら、例えば、半導体の高集積化に伴い、より微小な異物等の微小欠陥を検出しようとする場合には、これだけでは十分な性能を達成できなくなってきている。即ち、半導体基板上に絶縁膜、保護膜、レジスト膜等の薄膜が形成されており、この単層あるいは多層の薄膜が形成された半導体基板の反射率や薄膜も含め半導体基板上の表面の微小凹凸（粗さ）等の違い又は変動に影響を受けることなく半導体基板上の表面に付着したより微小な異物等の微小欠陥を検出することが必要となってきている。上記従来技術３においては、薄膜が形成された半導体ミラーウエハからの反射率が所定の値以上になるように照射するレーザビームの照射角度を制御しようとしているが、実際のパターン付の半導体基板を考えると一枚の半導体基板においても、中心部と周辺部において薄膜の膜厚等が変動してしまうと共に１つのロット内の各半導体基板の間においても前記薄膜の膜厚等の変動が生じ、しかも前記薄膜の下に存在する回路パターンの形状も場所によって異なるため、照射するレーザビームの最適な照射角度を求めにくい状況になってしまい、安定して微小異物等の微小欠陥を検出することが難しくなる課題を有するものである。
このように、従来技術においては、基板上に形成された光を透過する薄膜の膜厚等の変動による基板からの反射率の変動や基板上の表面に存在する微小凹凸による影響を受けることなく、基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を安定して確実に検出しようとする課題について考慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、半導体ウエハ、薄膜多層基板（プリント基板）、ＴＦＴ液晶表示装置、あるいは磁気ディスク基板等の基板の如く、光を透過する薄膜が形成された基板上に存在する０．３〜０．８μｍ或いはそれ以下の微小異物等の微小欠陥を、安定した高い検出感度で、且つ高速に検出できるようにして基板の歩留まりを向上するようにした微小欠陥検出方法及びその装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、半導体基板の如く、回路パターンが形成され、光を透過する薄膜が形成され、更に微小凹凸の表面を有する半導体基板上に存在する０．３〜０．８μｍ或いはそれ以下の微小異物等の微小欠陥を、安定した高い検出感度で、且つ高速に検出できるようにした微小欠陥検出方法及びその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに可干渉性を低減した指向性を有する光を斜め方向から照射し、前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を検出光学系で集光して光電変換手段で受光して該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法である。
また本発明は、前記微小欠陥検出方法において、前記指向性を有する光は、レーザ光であることを特徴とする。
また本発明は、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに空間的に可干渉性を低減した指向性を有するレーザ光を斜め方向から照射し、前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を検出光学系で集光して光電変換手段で受光して該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法である。
【０００９】
また本発明は、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに時間的に可干渉性を低減した指向性を有するレーザ光を斜め方向から照射し、前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を検出光学系で集光して光電変換手段で受光して該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法である。
また本発明は、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに可干渉性を低減した指向性を有する光を斜め方向から照射し、前記基板上の微小欠陥および回路パターンのエッジから生じる散乱光を検出光学系で集光して前記回路パターンのエッジから生じる散乱光を遮光する遮光手段を通して得られる散乱光を光電変換手段で受光して該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法である。
また本発明は、互いに可干渉性を低減した複数の光束を、基板面上に投影したときほぼ同一方向となるように互いに異なる傾斜した入射角度で基板面上の所望の個所に実効的にほぼ同時に照射し、前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を検出光学系で集光して光電変換手段で受光して該光電変換手段から得られる信号により前記微小欠陥を検出することを特徴とする微小欠陥検出方法である。
【００１０】
また本発明は、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに可干渉性を低減した指向性を有する光を斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された光によって前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を集光して検出する検出光学系と、該検出光学系で集光して検出される散乱光を受光して信号に変換する光電変換手段とを備え、該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置である。
また本発明は、前記微小欠陥検出装置における前記照射光学系において、指向性を有する光を出射するレーザ光源を有することを特徴とする。
また本発明は、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに空間的に可干渉性を低減した指向性を有するレーザ光を斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された光によって前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を集光して検出する検出光学系と、該検出光学系で集光して検出される散乱光を受光して信号に変換する光電変換手段とを備え、該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置である。
また本発明は、前記微小欠陥検出装置における前記照射光学系において、互いの光路長を異ならしめて互いに空間的に可干渉性を低減する光学系を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに時間的に可干渉性を低減した指向性を有するレーザ光を斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された光によって前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を集光して検出する検出光学系と、該検出光学系で集光して検出される散乱光を受光して信号に変換する光電変換手段とを備え、該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置である。
また本発明は、前記微小欠陥検出装置において、前記光電変換手段を、ＴＤＩセンサで構成したことを特徴とする。
また本発明は、薄膜が形成された基板から得られる反射光の強度が平均化または平滑化されるように、前記基板上の所望の箇所に対して、互いに異なる入射角度を持ち、且つ互いに可干渉性を低減した指向性を有する光を斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された光によって前記基板上の微小欠陥および回路パターンのエッジから生じる散乱光を集光して検出し、前記回路パターンのエッジから生じる散乱光を遮光する遮光手段を有する検出光学系と、該検出光学系で集光して検出される散乱光を受光して信号に変換する光電変換手段とを備え、該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置である。
【００１２】
また本発明は、互いに可干渉性を低減した複数の指向性を有する光束を、基板面上に投影したときほぼ同一方向となるように互いに異なる傾斜した入射角度で基板面上の所望の個所に実効的にほぼ同時に照射する照射光学系と、該照射光学系によって照射された光束により前記基板上の微小欠陥から生じる散乱光を集光して検出する検出光学系と、該検出光学系で集光して検出される散乱光を受光して信号に変換する光電変換手段とを備え、該光電変換手段から得られる信号により前記基板上の微小欠陥を検出するように構成したことを特徴とする微小欠陥検出装置である。
また本発明は、互いに干渉性を有しない複数の光束を、同一方向から異なる入射角度で基板に実効的に同時に照射し、この際に基板上のパターンや異物から発生する散乱光を偏光や空間フィルタを用いたパターン散乱光の遮断手段を介し異物からの散乱光のみを抽出して検出器で検出することを特徴とする微小欠陥検出方法及びその装置である。
また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、前記パターン散乱光の遮断手段に偏光を用いることを特徴とする。また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、パターン散乱光の遮断手段に空間フィルタを用いることを特徴とする。また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、対象とする基板が半導体ウエハ、プリント基板、ＴＦＴ液晶表示装置、あるいは磁気ディスク基板等であることを特徴とする。また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、パターン散乱光の遮断手段である空間フィルタが、短冊上のパターンを平行、等間隔に並べた形状であることを特徴とする。また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、互いに干渉性を有しない複数の光束を、単一のレーザ光源を分割後、互いの光路長を可干渉距離以上変化させて形成することを特徴とする。また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、お互いに干渉性を有しない複数の光束を、複数の異なるレーザを設置して形成することを特徴とする。また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、複数の異なるレーザの波長が、検出光学系の許容色収差量を満足する範囲で用いられることを特徴とする。また本発明は、前記微小欠陥検出方法及びその装置において、互いに干渉性を有しない複数の光束を、基板面に投影したときに同一方向となるような複数の異なる入射角度で基板に実効的に同時に照射するように、単一のレーザ光源からの光を、基板から離れた位置に集光させ、微小欠陥から発生する散乱光を検出光学系で集光させてＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙｅｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサによって受光して検出することを特徴とする。
【００１３】
【作用】
年々微細化あるいは複雑化するＬＳＩ用若しくはＴＦＴ液晶表示用の半導体基板、コンピュータ用薄膜多層基板、または磁気ディスク用基板において、歩留まりを確保するために、０．３〜０．８μｍの微小な異物若しくは０．３μｍより小さな極微小な異物等の微小欠陥を、高速に、且つ高感度で検出することが必要になってきた。
一方、この微小な異物等の微小欠陥を検出する対象とする基板は、スパッタリングによってＡｌ等の配線層を形成した後、またはその後露光してエッチングを施した後（レジストが残った状態）、またはその後例えばＣＶＤでＳｉＯ２等の絶縁膜を形成した後など様々な状態が存在することになる。このように、光を透過する絶縁層、保護層若しくはレジスト層が、基板上に形成された状態で、また、スパッタリングによってＡｌ等が成膜されて表面に微小な凹凸が存在する状態で、０．３〜０．８μｍの微小な異物等の微小欠陥を、高速に、且つ高感度で検出することが必要となる。
他方、このような状態において、基板上に存在する０．３〜０．８μｍの微小な異物等の微小欠陥を、高速に、且つ高感度で検出するためには、微小欠陥の表面積が微小になるため、微小異物等の微小欠陥に照射する強度を高くして、微小欠陥の表面側及び裏面側から照射してこの微小欠陥から発生する散乱光を多くしてその強度を高くする必要がある。そのためには、基板の表面に対してエネルギー密度の高い指向性を有するレーザ光を集光させて照射し、該照射によって微小欠陥の表面側に直接照射し、且つ上記の如く絶縁膜、保護膜、レジスト膜等の薄膜を有する基板から高い反射率で反射させた高い強度の反射光を上記微小欠陥の裏面側に照射することが必要となる。
【００１４】
ところが、上記薄膜の膜厚が、基板の周辺部と中心部で異なったりする場合が多く存在し、また基板の間若しくはロットの間または工程の間においても薄膜の膜厚が変動することになる。即ち、例えば、図１１に示すように、屈折率がｎ０〜ｎ３、膜厚がｄ１〜ｄ３からなる薄膜多層構造を有する基板１を対象として、０．３〜０．８μｍの微小な異物等の微小欠陥を検出する必要がある。このような対象基板１に対して、図１１に示すように、レーザ光４０を入射角度Ｔｈａで入射すると、境界面Ａ０〜Ａ３において屈折と反射を繰り返し、いわゆる多重干渉光として出射光（微小異物３の裏側から照射される光）４１が発生する。出射光４１と入射光４０との光強度の比が基板の反射率となるが、基板１上の微小異物３にレーザ光４０が照射されたときの散乱光強度を増大させるには、この基板１からの反射率を大きくする、即ち微小異物３の裏側から照射される多重干渉光（反射光、出射光）４１を増大させることが重要である。しかし、上記薄膜の厚さが変動すると、図１３に示すように、多重干渉光の強度（反射率）も、４４で示すように大幅に変動することになる。実際、多重干渉光の強度がほぼ最大を示す薄膜の膜厚と多重干渉光の強度がほぼ最小を示す薄膜の厚さとを有することが、例えば一枚の基板において存在し、そのため、０．３〜０．８μｍの微小な異物３の検出感度に大幅な違いが生じてしまうことになる。
そこで、本発明は、前記の如く構成することにより、微小異物等の微小欠陥に影響を与える基板からの多重干渉強度を、薄膜の膜厚変動に対して平滑化又は平均化してほぼ一定にし、しかも基板上に表面に存在する微小凹凸によって発生するスペックル干渉によるランダムな高輝度成分もを平滑化してスペックル模様を消去して、０．３〜０．８μｍ若しくはそれ以下の微小異物等の微小欠陥を高速度で、且つ安定して高感度で検出することができる。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施例について、図面を用いて具体的に説明する。
【００１６】
まず、本発明に係る微小異物等の微小欠陥を検査する検査対象について説明する。即ち、検査対象とされる半導体ウエハ等の基板１は、図１１（回路パターン２は図示せず）及び図１２に示すように例えばＳｉ基板１ａ上に回路パターン２とＳｉＯ２等の絶縁膜、保護膜等の光を透過する薄膜１ｂが形成されている。また上記半導体ウエハ等の基板１には、レジスト膜等の光を透過する薄膜が形成されている場合もある。このように、１枚の基板１において、回路パターン２との関係で、絶縁膜、保護膜等の光を透過する薄膜１ｂの厚さが０．０１〜０．５μｍ異なると共に、製造プロセスによって周辺部と中央部との間においても０．０１〜０．１μｍ程度のバラツキが存在することになる。また半導体ウエハ内で回路パターン２の構造が異なる際にも、０．０１〜０．１μｍ程度の薄膜の厚さ変動が生じる。また半導体ウエハ等の基板１においては、多層の配線構造を有している関係で、どの段階で薄膜上又は薄膜内において微小異物等の微小欠陥３を検査するかに応じて薄膜の層数においても変動するものである。一方、回路パターン２は、スパッタリング等により基板１の全面にＡｌ等の金属薄膜が形成され、その後、露光してエッチングを施すことによって基板１ａ上に形成される。従って、金属薄膜２の表面には、０．０１〜０．２μｍ或いはこれ以下の微小凹凸が存在する。そして、本発明においては、上記基板１上に形成された薄膜上又は薄膜内に存在する微小異物等の微小欠陥３を検査するものである。ところで、上記検査対象となる基板１としては、半導体ウエハ以外の、例えば計算機等に用いられる多層薄膜基板やプリント配線基板、またＴＦＴ液晶表示装置に用いられるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板、また磁気ディスク基板においても、同様な現象が生じており、本発明を適用することができる。
【００１７】
図１は、本発明に係る検査対象基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を検査する装置における第１の実施例の構成を示したものである。即ち、この実施例では、高出力の半導体レーザ発振器の発振波長が約数ｎｍの幅を持つマルチ発振状態で作動することに着目し、その可干渉距離が極めて短い（たとえば０．２６ｍｍ以下）ため、同一の半導体レーザ発振器から出た、例えば８００ｎｍ近傍の近赤外のエネルギー密度の高い指向性をもったレーザ光を、光軸方向にずらして配置した多段ミラーにより可干渉距離以上の光路長差を持たせて、非干渉の複数の光束を作る方式である。
すなわち、高出力の半導体レーザ発振器５等から出た指向性を有するレーザ光を、コリメートレンズ６でＺ軸方向に関して平行光に変換した後、円筒レンズ７、レンズ８により、Ｚ軸方向には平行光束に、Ｙ軸方向にはＣ点に半導体レーザ発振器５の光源像が結像するように整形する。半導体レーザ発振器５の光の、光源を出てＡ面にいたるまでの光路長は、どこをとっても等しく、干渉性を有するが、多段ミラー９により分割された光束は、各々、可干渉距離以上の光路差をＢ面に到るまでに持つようになり、お互いの光束は非干渉になる。ＸＺ平面内で放物線を形成し、その焦点がＣ点を結びＹ軸に平行な直線となる放物ミラー１０によりＺ軸方向に集光すると、Ｃ点において集光する入射角度Ｔ１からＴｎまでの、お互いに非干渉で、しかも基板１に対して傾斜した入射角度の異なる複数の光束を形成することができる。上記のように、基板１上のＣ点に集光させる光にレーザ光のように指向性をもたせるのは、Ｃ点において入射するエネルギー密度を高めて、Ｃ点から反射して得られる多重干渉光の強度を高めて、表面積が小さい０．３〜０．８μｍ若しくはそれ以下の微小異物からの散乱光の強度を強めるためである。また、上記多段ミラー９と放物ミラー１０とを用いて、互いに可干渉距離以上の光路差をもたせて非干渉にしてＣ点に対して傾斜した入射角度の異なる複数の光束を形成したのは、、上記多段ミラー９と放物ミラー１０とも反射形の光学素子であるため、光の照射エネルギーの減衰を最小限に抑えてＣ点に照射するエネルギー密度を高めることができる。
【００１８】
回路パターン２のエッジや０．３〜０．８μｍ若しくはそれ以下の微小異物等の微小欠陥３から発生する散乱光４は、集光レンズ１１にて集められ、そのフーリエ変換面に設けられた空間フィルタ１３により、規則的な回路パターン２からの散乱光を低減した後に、結像レンズ１２によりリニアセンサ等の検出器１４により検出される。１５は検出器１４を搭載した基板である。
図２は、図１の光学系をＺ軸上方から展開したものである。半導体レーザ発振器５等から出た指向性を有するレーザ光は、焦点距離ｆ１のコリメートレンズ６、円筒レンズ７、焦点距離ｆ２のレンズ８、多段ミラー９、放物ミラー１０を介して基板１上に傾斜した方向から照射される。高出力の半導体レーザは、点光源ではなく、線状の光源であるため、光源の長さをＷ２としたとき、次に示す（数１）式で示す関係で拡大され、基板１上に長さＷ１の線状の照明光１８を形成する。
【００１９】
【数１】
0003593375.tif 000002
【００２０】
ここで、半導体レーザ発振器５とコリメートレンズ６との距離Ｌ３は、ｆ１と等しく（Ｌ３＝ｆ１）、また、コリメートレンズ６とレンズ８との距離Ｌ２は、ｆ１＋ｆ２と等しく（Ｌ２＝ｆ１＋ｆ２）、さらに、レンズ８と基板との距離Ｌ１は、ｆ２にほぼ等しくとることにより、半導体レーザ発振器の光源像はテレセントリックに基板１に投影され、微小異物等が存在する際に発生する散乱光は、集光レンズ１１の後に置かれた空間フィルタ１３（図１）により基板１上の回路パターン２等と十分に分離された後に、結像レンズ１２を介してリニアセンサ等の検出器１４によって検出される。
図３は空間フィルタ１３の例を示したものである。図２のような線状照明の場合、基板１上の繰り返し回路パターン２のエッジからの回折光は図４に示すような原理で形成される。ここで、Ｓ１からＳ７は実空間の情報を、Ｆ１からＦ７はフーリエ空間の情報を示している。たとえば、基板１としてメモリ素子等の半導体ウエハを考えるとき、Ｓ７に示すように半導体ウエハ上にはメモリセル２０が複数個等間隔で配置されたセル群２１が、等間隔で複数個形成されている。このようなモデルを展開すると以下のようになる。すなわち、Ｓ７はセル群パターンＳ５が、Ｓ６のシャー関数で示される等間隔で配置している。セル群パターンＳ５は無限遠に広がるセルパターンＳ３に領域限定Ｓ４を施したものである。そして、無限遠に広がるセルパターンＳ３は、Ｓ１に示す単一のセルパターン２０が、Ｓ２のシャー関数で示される等間隔で配置されたものと考えられる。次に示す（数２）式はこれを示したものである。
【００２１】
【数２】
0003593375.tif 000003
【００２２】
さて、Ｆ１からＦ７は実空間情報Ｓ１からＳ７の各々を光学的にフーリエ変換したものである。フーリエ変換の場合、実空間でのコンボリューション、掛け算は、フーリエ空間でそれぞれ掛け算、コンボリューションに変換される。従って、Ｆ７は（数２）式を用いて次に示す（数３）式の形で表現される。
【００２３】
【数３】
0003593375.tif 000004
【００２４】
Ｆ７において、正反射光成分に相当する０次回折光成分２３が強力であり、図３の空間フィルタ１３においても、中央の０次光遮光のパターン２６は太くなっている。高次の回折光に関しては、メモリセル２０の間隔に依存する成分２４（矢印あり）とメモリセル群２１の間隔に依存する成分２５（矢印なし）があり、図１の集光レンズ１１の開口数（ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ））に応じてメモリセル又はメモリセル群の間隔に依存する回折光を遮光するパターン２７が設けられる。
ところで、照明光はＸＹ平面内では常にＸ軸と平行に照射されるために、図１の様に、基板１への入射角度がＴ１からＴｎへと変化しても、その回折パターンのＹ軸方向の位置に変化がなく、回折パターンは常にＸ軸に平行に移動する。従って、図３において、回折光を遮光するパターン２６、２７をＸ軸と平行な短冊状にすれば、入射角度に依存しない空間フィルタのパターンを提供することができる。
【００２５】
一方、放物ミラー１０から基板１上のＣ点に集光照射された入射角度がＴ１〜Ｔｎの多数の光束の内、１つの光束（入射光）４０を、図１１に示すように、例えば屈折率がｎ０〜ｎ３、膜厚がｄ１〜ｄ３からなる薄膜構造を有する基板１に対して入射角度Ｔｈａで入射すると、境界面Ａ０〜Ａ３において屈折と反射を繰り返し、いわゆる多重干渉光としての反射光４１が発生する。上記入射光４０と反射光４１との光強度の比が基板の反射率となる。上記薄膜上又は薄膜内に存在する表面積が小さい０．３〜０．８μｍ若しくはそれ以下の微小異物からの散乱光の強度を強めるためには、前記に説明したように、微小異物の裏側から照射される光の強度となる多重干渉光としての反射光４１の強度
、即ち上記基板の反射率（入射光４０と反射光４１との光強度の比）を高めることが必要となる。一方、この基板の反射率（多重干渉光の強度）は、図１３に示すように基板１上に形成された光を透過する薄膜の厚さに応じて周期的に変動することになる。ところで、前記に説明したように、本発明に係る検査対象の基板１においては、薄膜の変動が１枚の基板においても生じ、また基板の種類に応じて変化することになり、そのため、図１３に示すように基板の反射率（多重干渉光の強度）に変動が生じ、微小異物の裏側から照射される光の強度に変動が生じて微小異物から発生する散乱光強度にも大幅な変動が生じ、検出感度が大幅に変動することになる。
【００２６】
他方、基板１に対して、集光照射する入射角度を変えると、図１３に示す基板の反射率（多重干渉光の強度）が薄膜の厚さに対して矢印で示すように移動することになる。そこで、図１に示すように、放物ミラー１０から基板１上のＣ点に、互いに非干渉な多数の光束を、互いに異なる入射角度Ｔ１〜Ｔｎで実効的に同時に集光照射することによって、基板１上に形成された薄膜から図１４に示すように薄膜の厚さに関係なくほぼ一定の反射率をもった合成された多重干渉光（反射光）が出射され、薄膜１ｂ上に存在する微小異物３に裏面側から照射され、微小異物３から薄膜１ｂの厚さ変動に関係なく、一定の散乱光を得ることができる。また上記の如く、微小異物３の表面側から直接集光照射された多数の光束によっても散乱光を得ることができる。図１４においては、入射角度Ｔ１，Ｔｋ，Ｔｎの各々の場合における薄膜の厚さに対する基板の反射率（多重干渉光の強度）を示す。しかし、上記の如く、これらの入射角度Ｔ１，Ｔｋ，Ｔｎをもった複数の光束が基板１上のＣ点に実行的に同時に集光照射されるため、図１５に示すように薄膜１ｂの厚さがＨａ，Ｈｂの各々の場合において、各入射角度Ｔ１，Ｔｋ，Ｔｎによって微小異物から発生する散乱光が合成されて平滑化または平均化されて集光レンズ１１に入射することになり、検出器１４により薄膜の厚さの変動に関係なくほぼ一定の出力信号５０を検出することができる。なお、入射角度Ｔｎで照射された光束によって、基板１の表面で正反射した多重干渉光が、集光レンズ１１の入射瞳に入らないようにすることが必要である。
このように、一枚の基板内で薄膜の厚さに変化があっても、また基板によって層数も含めて薄膜の厚さに変化があっても、常に薄膜から微小異物に対して照射される多重干渉光の強度をほぼ一定にすることができ、その結果微小異物から発生する散乱光もほぼ一定にすることができ、０．３〜０．８μｍ若しくはそれ以下の微小異物を安定して高信頼度で検出することができる。
【００２７】
また、基板１には、前記した通り、回路パターン２等を形成するために、スパッタリングによって成膜され、表面に微小凹凸を有するＡｌ等の金属薄膜が存在する。このように表面に微小凹凸（粗さ）を有するものに、指向性をもった光（レーザ光）を照射すると上記微小凹凸によって干渉によってスペックル模様が生じ、微小異物３からの散乱光成分が埋もれてしまうことになる。しかし、前記した通り、図１に示すように、放物ミラー１０から基板１上のＣ点に、互いに非干渉な多数の光束を、互いに異なる入射角度Ｔ１〜Ｔｎで実効的に同時に集光照射されるため、基板１上において表面に微小凹凸を有する金属薄膜等が存在して
、これによりスペックル（ランダムな高輝度成分）が発生しても、入射角度がＴ１〜Ｔｎのように異なることによりランダム性の高いスペックルによる明暗が互いに打ち消し合って平滑化されて、検出器１４によって最終的に図１６に示す平均的な信号（スペックル模様が消去された信号）５１が検出され、微小異物からの散乱光の安定な検出が可能となる。
【００２８】
図５は、本発明に係る検査対象基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を検査する装置における第２の実施例の構成を示したものである。この第２の実施例は、図１に示す第１の実施例の変形例である。ここでは、高出力の半導体レーザ発振器５等から出たレーザ光を、コリメートレンズ６でＺ軸方向に関して平行光に変換した後、円筒レンズ７、レンズ８により、Ｚ軸方向には平行光束に、Ｙ軸方向にはＣ点に半導体レーザ発振器５の光源像がテレセントリックな関係で結像するように整形する。半導体レーザ発振器発振器５の光の、光源を出てＡ面にいたるまでの光路長は、どこをとっても等しく、干渉性を有するが、多段ミラー９により分割された光束は、各々、可干渉距離以上の光路差をＢ面に到るまでに持つようになり、お互いの光束は非干渉になる。
１６はＺ（またはＸ）軸方向にのみに光を集める、特に、球面収差を押さえるために非球面レンズあるいは回折レンズで構成されるアナモルフィッククな光学系であり、ミラー１７を経た後、Ｃ点において集光する入射角度Ｔ１からＴｎまでの、お互いに非干渉で、しかも基板に対する入射角度の異なる複数の光束を形成することができる。
回路パターン２のエッジや微小異物等の微小欠陥３から発生する散乱光４は、集光レンズ１１にて集められ、そのフーリエ変換面に設けられた空間フィルタ１３により、規則的な回路パターン２からの散乱光を低減した後に、結像レンズ１２によりリニアセンサ等の検出器１４により検出される。１５は検出器１４を搭載した基板である。
なお、第１及び第２の実施例において、検出光学系内に設置された空間フィルタ１３の代わりに、またはこの空間フィルタ１３に付け加える形で、検出光学系の光路途中に検光子（偏光板等）を設け、基板１上の回路パターン２のエッジからの散乱光成分を遮断してもよい。
【００２９】
図６は、本発明に係る検査対象基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を検査する装置における第３の実施例の構成を示したものである。即ち、互いに非干渉の光束を基板１上に照射するために、ここでは、複数の半導体レーザ発振器５ａ〜５ｅを用いている。このように、半導体レーザ発振器を別々（独立）にすることにより、各半導体レーザ発振器５ａ〜５ｅから出力されたレーザ光束は、互いに非干渉となる。半導体レーザ発振器５ａ〜５ｅの各々から出力された各レーザ光束は、各コリメートレンズ６ａ〜６ｅでＺ軸方向に関して平行光に変換した後、各円筒レンズ３０ａ〜３０ｂにより、Ｚ軸方向には平行光束に、Ｙ軸方向にはＣ点に半導体レーザ発振器５の光源像がテレセントリックな関係で結像するように整形する。
【００３０】
１６は、Ｚ（またはＸ）軸方向にのみに光を集める、特に、球面収差を押さえるために非球面レンズあるいは回折レンズで構成されるアナモルフィッククな光学系であり、ミラー１７を経た後、Ｃ点において集光する入射角度Ｔ１からＴｎまでの、互いに非干渉で、しかも基板１に対する入射角度の異なる複数の光束を形成することができる。ここで、ミラー３１は、光路を４５°折り曲げるためのものである。
回路パターン２のエッジや微小異物等の微小欠陥３から発生する散乱光４は、集光レンズ１１にて集められ、そのフーリエ変換面に設けられた空間フィルタ１３により、規則的な回路パターン２からの散乱光を低減した後に、結像レンズ１２によりリニアセンサ等の検出器１４により検出される。１５は検出器１４を搭載した基板である。
【００３１】
図７は、本発明に係る検査対象基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を検査する装置における第４の実施例の構成を示したものである。この第４の実施例では、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザ、ヘリウムネオンレーザを始めとする、ほとんどすべてのレーザが使用できる。すなわち、単一のレーザ発振器３２の光を分配器３３等で複数に分割し、これを光ファイバ３４ａ〜３４ｅ等を用いて導く。この際、光ファイバの長さの違いを互いに可干渉距離以上になるように変える等して、各々の光ファイバからでてくる光が非干渉になるようにしている。光ファイバをでた光は一般に点光源として扱えるため、コリメートレンズ６ａ〜６ｅにより平行光に変えた後、Ｚ（またはＸ）軸方向にのみ１６のアナモルフィックな光学系により球面収差を押さえた形でＣ点に集光させる。
【００３２】
また、検出光学系の許容色収差性能を満足するならば、たとえばアルゴンレーザとＹＡＧレーザの組み合わせといった構成も考えられる。
図８は、本発明に係る検査対象基板上に存在する微小異物等の微小欠陥を検査する装置における第５の実施例の構成を示したものである。
第１〜第４の実施例は、レーザの発振波長という光学的な非干渉性（空間的インコヒーレント性）を用いた例であったのに対し、第５の実施例では、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙｅｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサの特性を活かした時間的な非干渉性（時間的なインコヒーレント性）を用いている。
【００３３】
ＴＤＩセンサは、図９と図１０に示すように、ラインセンサがｎ段形成されたものである。センサから吐き出される情報量であるラインレートは、ラインセンサと同等であるが、ラインレートｄｔ毎に、蓄積された電荷がライン３６−１から３６−２・・・・・と順次転送されていき、基板１を搬送するステージ（図示せず）の送り速度を、ラインレートと同期させることにより、たとえば、微小異物３からの散乱光３７はライン３６−ｎに到るまでの長時間にわたって蓄積されることになり、高感度な検出が可能となる。このセンサでは、基本的に微小異物の像がライン３６−１から３６−ｎに到るまでの散乱光強度の総和を検出することになるが、ライン各々に到達する基板の同一地点からの散乱光は、時間的に全くインコヒーレントである。
【００３４】
そこで、図８に示すようにＴＤＩセンサ３５の共約面である基板面１から離れたところＰに半導体レーザ発振器５等の光を集光させると、ＴＤＩセンサ３５の共約面上の点Ｑ１〜Ｑ３には、照射角度ＴｂからＴａの幅広い角度で光が照射される。Ｑ１〜Ｑ３の間に存在するＴＤＩセンサ３５のライン３６の位置は各々異なり、干渉性を回避することができるために、入射角度が連続的に変化する非干渉な照明での検出と同様の性能を得ることができる。なお、６はコリメートレンズ、１６は球面収差の小さいアナモルフィックな光学素子である。
【００３５】
以上説明したように、第２〜第５の実施例においても、第１の実施例と同様な作用効果を得ることができる。
なお、非干渉な多数のレーザ光束を形成する方法としては、上記実施例以外にも、例えば、図１７に示すように、照明光路中に回転等の運動をする透明なガラス板２８を挿入してレーザ光束を変調させ、この変調した光を集光レンズ８で非干渉な多数のレーザ光束を得ることもできる。
本発明の実施例では、微小異物等の微小欠陥３からの散乱光の検出にリニアセンサを用いた例を示したが、光電子増倍管等のポイントセンサを用いる場合にも、照明光をスリット状からスポット状に変化させ、スポット走査系を付加することが必要となるものの基本的にはほぼ同一の光学系を用いることができる。
【００３６】
また、斜方照明上方検出（１１〜１４からなる検出光学系の光軸を基板１の表面に対してほぼ垂直にした場合）の光学系を対象に実施例を示したが、半導体ウエハ、プリント基板、ＴＦＴ液晶表示装置、あるいは磁気ディスク基板等、様々な対象の検査を考えた場合、斜方照明側方検出（１１〜１４からなる検出光学系の光軸を基板１の表面を基準にして照明光学系の光軸に対してほぼ直角なＹ軸方向に傾斜させた場合である。この場合も、基板１の表面からの正反射光は、集光レンズ１１に入射されない。）、あるいは斜方照明裏面検出、あるいはこれらの組み合わせも考えられる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体基板、多層薄膜基板（プリント基板）、ＴＦＴ基板または磁気ディスク基板等のように基板上に形成された光を透過する薄膜の厚さが基板間あるいは基板内で異なって基板の反射率が変化するような場合や、基板上に形成される金属薄膜等のように表面に微小凹凸（粗さ）を有する場合において、表面積の小さな０．３〜０．８μｍあるいはそれ以下の微小異物等の微小欠陥から生じる散乱光の変動を少なくし、その強度をできるだけ大きくして、上記基板上に存在する０．３〜０．８μｍあるいはそれ以下の微小欠陥を高感度で、且つ高信頼度で検出して、基板の製造工程における歩留まりを向上させることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微小欠陥検出装置における第１の実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示す光学系をＺ軸方向から臨んで展開した照明光学系を中心とする光路展開図である。
【図３】図１に示す装置において用いられている空間フィルタの形状を示す図である。
【図４】図３に示す空間フィルタの作用を説明するための図である。
【図５】本発明に係る微小欠陥検出装置における第２の実施例を示す構成図である。
【図６】本発明に係る微小欠陥検出装置における第３の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明に係る微小欠陥検出装置における第４の実施例を示す構成図である。
【図８】本発明に係る微小欠陥検出装置における第５の実施例を示す構成図である。
【図９】ＴＤＩセンサの動作を説明するために、ｔ＝ｔ０における状態を示す図である。
【図１０】ＴＤＩセンサの動作を説明するために、ｔ＝ｔ０＋ｄｔにおける状態を示す図である。
【図１１】薄膜構造を有する基板において生じる多重干渉について説明するための図である。
【図１２】本発明の検査対象となる基板の一例である薄膜の厚さに変化が見受けられる半導体ウエハの一部分の断面を示す図である。
【図１３】基板上に対して集光照射する光束の入射角を変えた場合の薄膜の厚さと基板の反射率（多重干渉光の強度）との関係を示す図である。
【図１４】基板上に対して各々入射角度Ｔ１，Ｔｋ，Ｔｎをもった複数の光束を実効的に同時に集光照射する場合の薄膜の厚さと基板の反射率（多重干渉光の強度）との関係を示す図である。
【図１５】図１５に示す内容を検出器で検出される検出波形で説明する図である。
【図１６】基板上に形成されたＡｌ等の金属薄膜上の微小凹凸によって生じるスペックル模様が消去されることを検出器で検出される検出波形で説明する図である。
【図１７】本発明に係る微小欠陥検出装置において第１〜第５の実施例と異なる構成を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、１ａ…Ｓｉ基板、１ｂ…薄膜（絶縁膜、保護膜、レジスト膜）
２…回路パターン、３…微小異物（微小欠陥）、５…半導体レーザ発振器
６…コリメートレンズ、７…円筒レンズ、８…レンズ、９…多段ミラー
１０…放物ミラー、１１…集光レンズ、１２…結像レンズ
１３…空間フィルタ、１４…検出器、１６…アナモルフィッククな光学系
１７…ミラー、３５…ＴＤＩセンサ
【図１】
0003593375.tif 000005
【図２】
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【図３】
0003593375.tif 000007
【図４】
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【図５】
0003593375.tif 000009
【図６】
0003593375.tif 000010
【図７】
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【図８】
0003593375.tif 000012
【図９】
0003593375.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003593375.tif 000017
【図１４】
0003593375.tif 000018
【図１５】
0003593375.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
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