(57)【要約】【課題】  異物欠陥検査装置で、光検出器としてＣＣＤセンサを用いる場合、光電変換により内部に発生した信号電荷を電圧に変換して読み出す際に電気的なノイズが発生し、微小な異物や欠陥からの反射散乱光を検出して得られる微弱な検出信号が電気的なノイズに埋もれてしまい、より微小な異物や欠陥を検出する上で障害となっていた。【解決手段】  光検出器として電子増倍型ＣＣＤセンサを用い、光電変換によって生じた電子を増倍した後に読み出すことにより、電気的なノイズに対して入力光による信号が相対的に大きくなるようにして、従来のＣＣＤと比較してより微弱な光を検出することを可能にし、従来と比べて、より微小な異物や欠陥を検出できるようにした。【選択図】    図１
2006201044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された被検査物に光を斜め方向から照射する照明手段と、
該照明手段によって光を照射された前記被検査物からの反射散乱光を受光して検出する固体撮像素子を有する検出光学系手段と、      
該検出光学系手段で検出された信号に基づいて前記被検査物上の異物・欠陥を検出する信号処理装置とを備え、        
前記固体撮像素子は、前記反射散乱光を受光した時に光電変換により生じた電子を増倍する電子増倍処理を実行可能な電子増倍型固体撮像素子であって前記電子を増倍する電子像倍率が可変に構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
パターンが形成された被検査物に光を斜め方向から照射する照明手段と、
該照明手段によって光を照射された前記被検査物からの反射散乱光を受光して検出する固体撮像素子を有する検出光学系手段と、      
該検出光学系手段で検出された信号に基づいて前記被検査物上の異物・欠陥を検出する信号処理装置とを備え、        
前記検出光学系手段は、検出感度の異なる複数の固体撮像素子を備えて構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
前記検出感度の異なる複数の固体撮像素子の一つは、前記反射散乱光を受光した時に光電変換により生じた電子を増倍する電子増倍処理を実行可能な電子増倍型固体撮像素子であって前記電子を増倍する電子像倍率が可変に構成されていることを特徴とする請求項２記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記電子増倍型固体撮像素子は、前記反射散乱光を受光した時に電子打ち込み増倍現象を起こすことで光電変換により生じた電子を増倍し、前記電子打ち込みの印加電圧を制御することによって電子増倍率が可変に構成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の欠陥検出装置。
【請求項５】
前記電子増倍型固体撮像素子は、前記反射散乱光を受光した時にインパクトイオン化現象を起こすことで光電変換により生じた電子を増倍し、前記インパクトイオン化現象を起こす電子増倍部の転送電圧を制御することによって電子増倍率が可変に構成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の欠陥検出装置。
【請求項６】
前記電子増倍型固体撮像素子は、アンチブルーミング特性を備えていることを特徴とする請求項１または３に記載の欠陥検出装置。
【請求項７】
前記電子増倍型固体撮像素子は、複数の検出信号を並列に出力することを特徴とする請求項１または３に記載の欠陥検出装置。
【請求項８】
前記照明手段は前記被検査物に一方向に長い形状の光を斜め方向から照射し、前記検出光学系は、前記一方向に長い形状の光で照射された被検査物のパターンからの回折光を選択的に遮光あるいは減光する空間フィルタを有することを特徴とする請求項１または３に記載の欠陥検出装置。
【請求項９】
光源から発射された光を照明光学系を介してパターンが形成された被検査物に照射し、
該照射による前記被検査物からの反射散乱光を検出光学系を介して固体撮像素子で受光し検出して電気信号に変換し、
該変換された電気信号を処理して前記被検査物上の異物・欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記固体撮像素子の検出感度を、前記反射散乱光の受光量に応じて変化させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記固体撮像素子は、前記反射散乱光を受光した時に電子打ち込み増倍現象を起こすことで光電変換により生じた電子を増倍する電子打ち込み増倍型固体撮像素子であって、前記電子打ち込みの印加電圧を制御することによって前記電子を増倍する電子増倍率を変化させ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】
前記固体撮像素子は、前記反射散乱光を受光した時にインパクトイオン化現象を起こすことで光電変換により生じた電子を増倍するオンチップ電子増倍型固体撮像素子であって、前記インパクトイオン化現象を起こす電子増倍部の転送電圧を制御することによって電子増倍率を変化させることを特徴とする請求項９記載の欠陥検出方法。
【請求項１２】
光源から発射された光を照明光学系を介してパターンが形成された被検査物に照射し、
該照射による前記被検査物からの反射散乱光を検出光学系を介して固体撮像素子で受光し検出して電気信号に変換し、
該変換された電気信号を処理して前記被検査物上の異物・欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記被検査物からの反射散乱光を感度の異なる複数の固体撮像素子で受光することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１３】
前記感度の異なる複数の固体撮像素子の一つは、前記反射散乱光を受光した時に光電変換により生じた電子を増倍する電子増倍処理を実行可能な電子増倍型固体撮像素子であって、前記電子を増倍する電子像倍率を前記被検査物からの反射散乱光の光量の情報に基づいて変化させて受光する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】
前記固体撮像素子は前記反射散乱光を受光して変換した電気信号を並列に出力し、該並列に出力された電気信号を並列に処理して前記被検査物上の異物・欠陥を検出することを特徴とする請求項９または１２に記載の欠陥検査方法。
【請求項１５】
前記パターンが形成された被検査物に一方向に長い形状の光を斜め方向から照射し、該一方向に長い形状の光で照射された被検査物のパターンからの回折光を空間フィルタを用いて選択的に遮光あるいは減光して前記固体撮像素子で受光し検出することを特徴とする請求項９または１２に記載の欠陥検出方法。
【請求項１６】
前記照射による前記被検査物からの反射散乱光を、アンチブルーミング特性を備えた固体撮像素子で受光して電気信号に変換することを特徴とする請求項９または１２に記載の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ製造工程や液晶基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象物を作成していく製造工程で生じる異物及び欠陥の検査方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上の異物及び欠陥を検出する方法として、従来は、例えば特開昭６２−８９３３６号公報に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較して異物及び欠陥を検査していた。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の異物欠陥検査装置では、光検出器としてＣＣＤセンサを使用していた。ＣＣＤセンサは、１０００以上の画素を同時に撮像し高速に読み出すことが可能である。従って、異物欠陥検査装置の検出器として用いた場合、検査時間を短縮することが可能であるという特徴を持つ。しかし、ＣＣＤセンサでは光電変換により内部に発生した信号電荷を電圧に変換して読み出す際に電気的なノイズが発生するという問題があった。このため、より微小な異物や欠陥を検出しようとする場合、これら微小な異物や欠陥からの反射散乱光を検出して得られる微弱な検出信号が電気的なノイズに埋もれてしまい、より微小な異物や欠陥を検出できないという問題があった。
【０００５】
上記問題点を解決する方法として、内部に電子増倍機構を備え、微弱光に対する感度が高い光電子増倍管を光検出器として用いることが考えられる。しかしながら、光電子増倍管はＣＣＤセンサと比較してマルチチャンネル化が困難であり同時に撮像できる画素数が少ないため、異物欠陥検査装置の検出器として用いた場合、検査に多くの時間を要してしまうという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するために、異物欠陥検査装置の光検出器として電子増倍型ＣＣＤセンサを用いるようにした。電子増倍型ＣＣＤセンサは、光電変換によって生じた電子を増倍した後に読み出すことにより、電気的なノイズに対して入力光による信号を相対的に大きくすることができるため、従来のＣＣＤと比較してより微弱な光を検出することが可能である。さらに、従来のＣＣＤと同様に１０００以上の画素を同時に撮像し高速に読み出すことが可能である。さらに、電子増倍率は可変である。このような特徴を持つ電子増倍型ＣＣＤセンサの例として、特開平１１−２０４０７２号公報に示されているように電子打ち込み増倍現象を起こすことで電子を増倍する電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサや、米国特許５，３３７，３４０号公報に示されているように電荷転送時にインパクトイオン化現象を起こすことで電子を増倍するオンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサ等が有る。電子増倍型ＣＣＤセンサを異物欠陥検査装置の光検出器として用いることによって、従来の異物欠陥検査装置の構成と基本的に同一の構成で、検査速度を維持したまま、より高感度の検査を行うことが可能になる。
【０００７】
また、被検査物を載置して移動させるステージの駆動手段としてリニアモーターを用いることで、被検査物を高速に走査することができる。走査速度を向上させると、検出光の蓄積時間が減少する分だけ検出光量が減少するが、感度の高い電子増倍型ＣＣＤセンサを光検出器として用いることで、従来と同等以上の感度で従来より高速の検査を行うことが可能になる。
【０００８】
さらに、電子増倍型ＣＣＤセンサの電子増倍率を調整することによって、感度が可変な検査を行うことが可能になる。ここで、同じ光量を入力した場合、電子増倍を行わない通常のＣＣＤセンサと比較して、電子増倍型ＣＣＤセンサは電子増倍を行う分多くの信号電子が発生するため、飽和しやすい。入力光量がある程度大きい場合は、電子増倍率を過剰に大きくすると飽和してしまう。そのため、電子増倍率を調整することは、電子増倍型ＣＣＤセンサにある程度大きな光量が入射した際に、センサが飽和してしまうことを回避するためにも有効である。電子増倍率の調整は、電子増倍型ＣＣＤセンサの出力に応じて実時間で行ってもよく、あらかじめオペレータによって入力された情報、あるいはあらかじめ入力された被検査物の設計情報、あるいは被検査物製造工程の製造条件に関する情報、あるいは被検査物を対象に本発明あるいは別の検査・観察装置を用いた測定をあらかじめ行って実際に得られる光量の情報等に基づいて、被検査物ごとに行ってもあるいは被検査物上の異なる位置ごとに行ってもよい。
【０００９】
上記の大光量入力による電子増倍型ＣＣＤセンサの飽和を回避する方法としてさらに、照明光量を調整する方法、背景光を選択的に遮光・減光する方法等がある。さらに、電子増倍型ＣＣＤセンサにアンチブルーミング特性を持たせることで、ある画素に飽和光量を超える光量が入射した場合の周辺画素への影響を防止することが可能である。
【００１０】
照明光量を調整する方法は、光源出力を制御する、あるいは照明光学系にＮＤフィルタ等の減光手段を設置し減光率を制御する等の手段を用いることで実現することが可能である。
【００１１】
また、背景光を選択的に遮光・減光する方法は、例えば検出光学系に空間フィルタ等を設置することによって、背景光となる例えばパターンからの０次回折光あるいは高次回折光を選択的に遮光・減光する等の方法により実現することが可能である。
【００１２】
さらに、電子増倍型ＣＣＤセンサに複数の出力タップを設けることにより検出信号を並列に出力することができ、この並列に出力された信号を並列処理することにより、高速な検査が可能になる。
【００１３】
また、異物欠陥検査装置の光検出器として電子増倍型ＣＣＤセンサと電子増倍を行わないＣＣＤセンサとを併用して微弱な光を電子増倍型ＣＣＤセンサで検出し、比較的強い光を電子増倍を行わないＣＣＤセンサで検出することによって、微弱光から大光量までをカバーすることができ、高感度・広ダイナミックレンジ検査を行うことが可能になる。電子増倍型ＣＣＤセンサと電子増倍を行わないＣＣＤセンサは、例えば従来の異物欠陥検査装置の構成と基本的に同一の構成で検出光学系の光路を途中で２分岐して各々の光路に設置してもよく、あるいは従来の異物欠陥検査装置の検出光学系と別にもう１つの検出光学系を構成し設置してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子増倍型ＣＣＤセンサを異物欠陥検査装置の光検出器として用いることによって、従来の異物欠陥検査装置の構成と基本的に同一の構成で、従来以上の検査速度で高感度検査を行うこと、あるいは従来以上の検査感度で高速検査を行うこと、あるいは、従来より低出力の照明で被検査物にダメージを与えずに高感度あるいは高速検査を行うこと等が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例を図を用いて説明する。以下では、半導体ウェハ上の異物欠陥検査を例にとって説明する。
【００１６】
先ず、図１に半導体ウェハ上の異物あるいは欠陥を検出する装置の一例を示す。図１は照明制御部１、照明系２００、被検査物（半導体ウェハ）Ｗ、検出光学系３００、電子増倍型ＣＣＤセンサ４、信号処理部５、全体制御部６、表示部７、記憶部８、入出力部９、演算部１０、ステージ駆動部１１、ステージ１２、センサ制御部１３から構成されている。照明系２００は光源２０１、照明光学系２０２から構成されている。検出光学系３００３００は、対物レンズ３０１、移動手段（図示せず）により取り外し可能な空間フィルタ３０２、チューブレンズ３０３から構成されている。
【００１７】
次に動作を説明する。まず、照明系２００で被検査物Ｗを斜方から照射し、ステージ１２に搭載された被検査物Ｗからの散乱光を上方の対物レンズ３０１で集光し、空間フィルタ３０２を介し、チューブレンズ３０３を通して電子増倍型ＣＣＤセンサ４で検出する。電子増倍型ＣＣＤセンサ４で検出された信号は信号処理部５によって処理され異物あるいは欠陥が判定される。判定された結果は、全体制御部６により、表示部７に表示されたり、記憶部８に保存される。また、演算部１０により、異物あるいは欠陥の大きさ、場所などの情報が特定される。
【００１８】
光源２０１としては、例えば、Ａｒレーザやエキシマレーザ、Ｆ２レーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＵＶレーザ等のレーザ光源またはＸｅランプやＨｇランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等のランプ光源を用いる。
【００１９】
ここで、光源２０１の選択手法について述べる。微小粒子からの散乱光の強度は、粒径が波長より小さい場合、波長の４乗に逆比例する。したがって、１００ｎｍ以下の微小異物を感度良く検出するには、光源２０１として波長が短い光源を使うほうが良い。この場合、ＹＡＧレーザ（波長２１３ｎｍ、２６６ｎｍ、３５５ｎｍ）やエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｈｇランプ（波長１８５ｎｍ、２５４ｎｍ、２９７ｎｍ、３０２ｎｍ、３１３ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４３６ｎｍ）、ＵＶレーザ等が適している。
【００２０】
また、光源２０１を小形で安価なものにする場合は、半導体レーザ等が適している。また、照明光学系２０２あるいは検出光学系３００を安価にする場合は、可視光の光源としてＡｒレーザ（波長４５８ｎｍ、４８８ｎｍ、５１５ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）、Ｈｇランプ（波長５４６ｎｍ、５７７ｎｍ、５７９ｎｍ）、Ｘｅランプ、ハロゲンランプ等が適している。また、被検査物Ｗ上に形成された薄膜による干渉を低減したい場合は、光源２０１として白色光源が適している。また、検出光学系３００において光学処理として後述する空間フィルタ３０２を用いて空間フィルタリングを行う場合、光源２０１として単色平行光を発する光源が適している。
【００２１】
照明光学系２０２の構成例を図１７に示す。照明光学系２０２は、図１７（ａ）に示すようにＸ方向に関しては平行光であり、図１７（ｂ）に示すようにＹ方向に葉集光されている。すなわち、照明光学系２０２は、Ｘ方向に長手方向を持つ線状照明を行う。図１７（ａ）、（ｂ）に示した照明光学系２０２の構成では、ＮＤフィルタ等の減光手段２０２１、ビームエキスパンダ２０２２、シリンドリカルレンズ２０２３、偏光板２０２４、波長板２０２５等で構成される。
【００２２】
この構成において、減光手段２０２１による減光率は可変であり、これを用いて被検査物Ｗに照射される光量を制御することができる。偏光板２０２４や波長板２０２５を用いて被検査物Ｗに照射される光の偏光状態を制御することができる。ビームエキスパンダ２０２２、シリンドリカルレンズ２０２３を用いてＹ方向のみ集光し、被検査物Ｗ上で検出光学系３００の焦点位置に光が照射されるように調整されている。被検査物Ｗ上での照射領域の形状は、電子増倍型ＣＣＤセンサ４の撮像画素上に結像される被検査物Ｗ表面上の領域に渡って同時に照明することができれば、線状でも円状でも矩形上であってもよい。
【００２３】
光源２０１にコヒーレンシの高いレーザを用いる場合、検査時にノイズとなるスペックルが発生しやすい。このスペックルを低減するため、照明光学系２０２に照明光のコヒーレンシを低減する手段を備えていてもよい。コヒーレンシを低減する手段として、例えば、互いに光路長の異なる複数の光ファイバあるいは石英板あるいはガラス板等を用いて、各々が異なる光路長を持つ複数の光束を生成しこれを重ね合わせる方法、あるいは回転拡散板を用いる方法等がある。図１８（ａ）、（ｂ）には、コヒーレンシを低減して線状照明を行う照明光学系２０２の例として、図１７（ａ）、（ｂ）に示した構成でビームエキスパンダ２０２２とシリンドリカルレンズ２００３との間に図１８（ｃ）に示すような、互いに光路長の異なる複数の石英板２０２６を設けた例を示す。図１８（ａ）、（ｂ）に記載した構成においても、図１７（ａ）、（ｂ）に示した減光手段２０２１、偏光板２０２４、波長板２０２５を備えているがそれらの記載を省略してある。
【００２４】
被検査物Ｗに対する照明系２００による照明光の方向に関して、図２に示すように照明仰角α、照明方位角θを設定する。被検査物Ｗに対する照明仰角αおよび方位角θは可変であってもよい。被検査物Ｗ表面が透明膜あるいは半透明膜で覆われている場合、例えば膜によって全反射の起きる仰角より大きな照明仰角αで照明することによって膜中に存在する異物・欠陥を検出することが可能であり、全反射の起きる仰角より小さな照明仰角αで照明することによって膜中の異物・欠陥を検出することなく膜表面の異物・欠陥のみを検出することが可能である。
【００２５】
また、被検査物Ｗに凹凸を持つパターンが形成されている場合、パターン近傍の異物あるいは欠陥を検査するには、その部分に照明が当たるよう大きな照明仰角αで照明するのが有効であり、逆にパターン近傍を検査対象としたくないときは、その部分に照明が当たらないよう小さな照明仰角αで照明すればよい。また、パターンの片側のみ検査したい場合は、その部分に照明が当たるように、照明方位角θを変えるかあるいはステージ１２をθ方向に回転させてもよい。
【００２６】
また、異物のサイズが照明波長と同程度以上の場合に起こるミー散乱と比較して、異物のサイズが照明波長より十分小さい場合に起きるレイリー散乱では後方散乱の割合が大きくなるため、後方散乱光を検出光学系３００で捉えやすい大きな仰角の照明は微小異物の検出に適している。被検査物Ｗに対する照明仰角αは、検出光学系３００と干渉しない範囲で可変とすることができる。例えば検出光学系３００のＮＡが０．６の場合、照明仰角αは例えば２°以上５２°以下の範囲で連続的に可変としてもよく、例えば３°、５°、１０°、１５°、２０°、３０°、４５°等の角度の中から選択可能としてもよい。
【００２７】
また、例えば検出光学系３００のＮＡが０．８の場合、照明仰角αは例えば２°以上３５°以下の範囲で連続的に可変としてもよく、例えば３°、５°、１０°、１５°、２０°、３０°等の角度の中から選択可能としてもよい。被検査物Ｗに対する照明方位角θは、パターンとの相対的な向きに応じて選択する。例えば配線間のショート等の欠陥を検出したい場合には、配線と平行に照明光が入射するような照明方位角θに照明を入射するとよい。また、水平方向（θ＝０°）とそれに直交する奥行き方向にパターンが方向性を持っている場合には、照明方位角θは水平方向（θ＝０°，１８０°）、あるいは奥行き方向（θ＝±９０°）を用いることで、それぞれの方向のパターンあるいはそれに直交する方向に特徴的な欠陥等を検出することができる。また、上記水平方向と奥行き方向に特徴を持つ欠陥等をバランスよく検出したい場合等は、水平方向と奥行き方向の中間の方向（例えば±４５°、±１３５°方向）に照明方位角θを設定するとよい。
【００２８】
光源２０１と照明光学系２０２のどちらかあるいは両方を、複数備えていてもよい。例えば、互いに異なる波長の複数の光源による照明を行ってもよく、これによって例えば透明膜厚による干渉の影響を平均化して安定に欠陥を検出することが可能である。また、例えば、１つの光源からの出射光を複数に分岐し、互いに異なる照明仰角αで照明を行ってもよく、これによって例えば透明膜中の異物・欠陥と透明膜表面上の異物・欠陥を同時に検出することや、透明膜厚による干渉の影響を平均化して安定に欠陥を検出することが可能である。また、例えば、１つの光源からの出射光を複数に分岐し、互いに異なる照明方位角θで照明を行ってもよく、これによって、高さを持ったパターンの影に隠れる領域を減少し検査対象領域を拡大すること等が可能である。
【００２９】
ステージ１２は、例えば、被検査物Ｗを対物レンズ３０１の光軸に垂直な面内（Ｘ−Ｙ平面）に移動させたり、光軸方向（Ｚ）に移動させたり、被検査物ＷをＸＹ平面内で回転させたりする機構を備えたものである。
【００３０】
ステージ１２を駆動するステージ駆動部１１の駆動方式には、回転モータの回転運動をねじ機構を用いて直線運動に変換する方式、あるいはリニアモータを用いた方式がある。回転モータの回転運動をねじ機構を用いて直線運動に変換する方式は、リニアモータを用いた方式と比較して、小型化が容易である、安価である等の利点がある。
【００３１】
一方、リニアモータを用いた方式は、回転モータの回転運動をねじ機構を用いて直線運動に変換する方式と比較して、高速度、高加減速度、高精度での駆動が可能である等の利点がある。リニアモータを用いた方式において、特にリニアモータとして特許３３９５１５５号に示されるようなトンネルアクチュエータを用いれば、例えば４０Ｇの加減速度で６００ｍｍ／ｓ以上の高速駆動が可能である。このようなステージ駆動部１１によってステージ１２を高速駆動し、高速走査時の蓄積時間減少による光量の減少を電子増倍型ＣＣＤセンサ４を用いた高感度検出によって補うことで、高速検査が実現できる。
【００３２】
検出光学系３００は、照明光学系２０２によって照射された光のうち、被検査物Ｗからの散乱光を電子増倍型ＣＣＤセンサ４に集光させるように対物レンズ３０１及びチューブレンズ３０３により構成されている。ここで検出光学系３００による散乱光の集光効率を高めるほうが異物の検出性能が向上する。また、検出光学系３００は、上記被検査物Ｗからの散乱光の光学特性を変更・調整するために、例えば、任意の位置成分、任意の角度成分、任意の偏光成分、あるいは任意の波長成分に対して、減光、遮光、あるいは位相変調等を行う光学処理手段を備えていても良い。
【００３３】
ここで、上記光学処理手段の例として、空間フィルタ３０２を用いて被検査物Ｗに形成された周期的なパターンからの回折光を選択的に除去あるいは低減する方法を示す。周期的パターンからは、回折条件を満たす複数の離散的な角度に回折光が出射する（図８（ａ））。対物レンズ３０１を被検査物Ｗ表面から対物レンズ３０１の焦点距離ｆだけ離した位置に設置すると、被検査物Ｗからの出射光の被検査物Ｗ表面から２ｆ離れた面（瞳面３０４）における集光位置は、被検査物Ｗからの出射角に依存する。すなわち、被検査物Ｗから同じ角度で出射した光成分は瞳面３０４上において同じ位置に集光する（図８（ｂ））。
【００３４】
瞳面３０４上における光強度は、回折光出射角に対応して離散的に分布する。このように離散的に分布したパターンからの回折光を選択的に遮光・減光するように、空間フィルタ３０２を用いてフィルタリングを行う。被検査物Ｗ上のパターンがＸ方向に周期性を持つ縞状パターンである場合の瞳面上強度分布を図８（ｃ）に、空間フィルタリングの例を図８（ｄ）に示す。また、空間フィルタリングの効果の一例を図９に示す。被検査物Ｗに形成されたパターンの構造に適した検査を行うため、空間フィルタ３０２はそのフィルタ面上において遮光、減光、あるいは位相変調を行う位置が可変であるものが望ましく、例えば、遮光位置を機械的に制御可能な遮光板あるいは電気的に制御可能な液晶光学素子等を用いる。
【００３５】
検出光学系３００がフーリエ変換光学系を構成している場合、周期的パターンからの回折光はフーリエ変換面で等ピッチの輝点あるいは輝線を形成するため、空間フィルタ３０２としてフーリエ変換面上で可変等ピッチであらかじめ決めた幅を遮光あるいは減光あるいは位相変調するフィルタ手段を使用すればよい。ここで、前記照明光学系２０２を用いて集光照明を行う場合、被検査物Ｗに形成された繰り返しパターンからの回折光に対して、検出光学系３００において後述する空間フィルタ３０２による空間フィルタリングを行う場合、照明光学系２０２を用いて、少なくとも繰り返し方向に関しては平行光である照明光を照射することによって、繰り返しパターンからの回折光の繰り返し方向の角度広がりを抑えることができ、効率よくフィルタリングを行うことができる。
【００３６】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４は、検出光学系３００によって集光された散乱光を受光し、光電変換するために用いるものであり、光電変換により生じた電子を増倍する電子増倍処理が実行可能なものである。電子増倍型ＣＣＤセンサ４として用いられるものとして、例えば特開平１１−２０４０７２号公報に示されているように電子打ち込み増倍現象を起こすことで電子を増倍する電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサや、米国特許５，３３７，３４０号公報に示されているように電荷転送時にインパクトイオン化現象を起こすことで電子を増倍するオンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサ等が挙げられる。
【００３７】
図３に電子増倍型ＣＣＤセンサと通常のＣＣＤセンサの検出範囲の一例を示す。電子増倍型ＣＣＤセンサは、光電変換によって生じた電子を増倍した後に読み出すことにより、電気的なノイズに対して入力光による信号を相対的に大きくすることができるため、通常の電子増倍を行わないＣＣＤと比較してより微弱な光を検出することが可能であり、さらに、通常のＣＣＤと同様に１０００以上の画素を同時に撮像し高速に読み出すことが可能であり、さらに、電子増倍率は可変である等の特徴を持つ。
【００３８】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４の例として、電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサの構成を図４に示す。電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサは窓材１４、光電変換面１５、真空パッケージ１６、内蔵ＣＣＤセンサ１７、出力ピン１８、および光電変換面１５と内蔵ＣＣＤセンサ１７間に電圧を印加する手段（図示せず）で構成されている。
【００３９】
窓材１４を透過し光電変換面１５に入射した光が光電変換されて、光電変換面１５から光電子が発生する。発生した光電子は光電変換面１５と内蔵ＣＣＤセンサ１７との間に印加された電圧（例えば１００Ｖ〜８ｋＶ）によって加速され、内蔵ＣＣＤセンサ１７に高エネルギーを持って衝突する。この衝突によって電子打ち込み増倍現象が起こり、内蔵ＣＣＤセンサ１７内に多数の電子（例えば１個の光電子から２５個〜２０００個の電子）が発生する。電子増倍率は光電変換面１５と内蔵ＣＣＤセンサ１７との間に印加する電圧に依存する。増倍後の電子は内蔵ＣＣＤセンサ１７内部で垂直・水平転送した後読み出され、出力ピン１８から信号が出力される。
【００４０】
内蔵ＣＣＤセンサ１７には裏面照射型ＣＣＤ素子を用いる。これは、仮に表面照射型ＣＣＤ素子を用いた場合、高エネルギーの電子打ち込みによって表面に形成されたゲート電極等の構造が破壊されてしまうからである。内蔵ＣＣＤセンサ１７はさらに、耐真空性を持つ必要があり、さらに、真空パッケージ１６内部の真空劣化を防止するためアウトガスの発生しにくい構造あるいは材質のものを用いるとよい。
【００４１】
次に、電子増倍型ＣＣＤセンサ４の別の例として、オンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサの構成を図５（ａ）（ｂ）に示す。オンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサの外形（図５（ａ））は通常のＣＣＤセンサと同様であるが、図５（ｂ）に示すように、垂直転送部１９、水平転送部２０と、電荷電圧変換を行う信号出力部２２との間に、電子増倍転送を行う電子増倍転送部２１が設けられた構成になっている点が通常のＣＣＤセンサと異なる。電子増倍転送部２１において、通常の垂直・水平転送時より大きな転送パルスを与えることで、深いポテンシャル井戸に落ちた電子によるインパクトイオン化現象が起こり、電子数が増加する。例えば電子増倍転送部２１の１段あたりの電子増倍率が１０１％で、５００段の電子増倍転送を行った場合、電子増倍転送の前後で電子数は１４５倍に増倍される。電子増倍率は電子増倍転送部２１において与える転送パルスの大きさに依存する。
【００４２】
オンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサは、電子増倍転送部の飽和電荷量が撮像画素の飽和電荷量より大きいものを設計することが可能であり、そのような設計のオンチップ増倍型ＣＣＤセンサを電子増倍型ＣＣＤセンサ４として用いることで、撮像画素の画素サイズを保ちながら、電子増倍時の信号電子によって電子増倍転送部２１の飽和が起きる可能性を低減することができる。また、オンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサの電子増倍転送部２１における発熱が電子増倍率の変動やセンサ自身の不具合をもたらす恐れがある。これを防止するために、例えば図２０に示すようにペルチェ素子４０４をオンチップ増倍型ＣＣＤセンサ基板４０２の背面と接触させる等、冷却手段を設置するとよい。
【００４３】
ここで、電子増倍型ＣＣＤセンサ４として、２次元画像を得たい場合は２次元エリアタイプの電子増倍型ＣＣＤセンサ、１次元画像を得たい場合、あるいは１次元視野を走査して２次元画像を得たい場合１次元ラインタイプの電子増倍型ＣＣＤセンサあるいは感度を高めるためＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：時間遅延積分）動作をする電子増倍型ＣＣＤセンサを用いる。
【００４４】
図１は、電子増倍型ＣＣＤセンサ４が、内部でＡ／Ｄ変換をした後デジタル出力を行う場合を示している。アナログ出力タイプのものを用いる場合、後続の信号処理部５の前にＡ／Ｄ変換手段を設けてアナログ信号をデジタル信号化した後、信号処理部５に出力するように構成すればよい。
【００４５】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４は、使用する照明光の波長域に感度を持つものを使用する。例えば図４に示したような電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサの場合、光電変換面１５及び窓材１４の材質によって分光感度特性が異なる。窓材１４としては、照明波長での透過率の高いものを使用するとよい。例えば照明波長が１９０ｎｍから４００ｎｍの間の場合、該波長域で透過率の高い例えば合成石英や蛍石などが有効である。また、光電変換面１５は照明波長での量子効率が高い材料によるものを使用する。例えば照明波長が１９０ｎｍから４００ｎｍの間の場合、光電変換面１５の材料としては、マルチアルカリ、バイアルカリ、Ｓｂ−Ｃｓ、Ｃｓ−Ｔｅ等が有効である。また、例えばオンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサの場合、表面照射型と裏面照射型のどちらの種類かが分光感度特性に大きく影響する。
【００４６】
図２１に表面照射型（図２１（ａ））と裏面照射型（図２１（ｂ））の断面図を示す。表面電極４０５又は４０５´によってＳｉ基板４０７又は４０７´に印加された電圧によって空乏層形成領域４０６又は４０６´に形成された空乏層に電荷が蓄積される。表面照射型は、可視光領域では例えば５０％以上の量子効率を持つが、ＵＶ光やＤＵＶ光領域では入射光が表面電極４０５によって吸収されてＳｉ基板４０７に到達しないため、量子効率は例えば１０％以下でありほとんど感度を持たない。表面照射型でも、カバーガラスに有機薄膜コーティングを施しＵＶ光あるいはＤＵＶ光が入射されるとそれに応じて可視光を発光するようにすることで、ＵＶ光あるいはＤＵＶ光を検出する方法がある。
【００４７】
裏面照射型は、裏面から入射した光が空乏層形成領域４０６´に到達するよう製造時にＳｉ基板４０７´を薄く削り取る処理が必要となり、表面照射型と比較して欠陥画素が発生しやすいという欠点があるが、可視光領域で例えば９０％以上、ＵＶあるいはＤＵＶ波長域でも例えば６０％以上の高い量子効率を実現することが可能である。以上から、可視光で照明を行う場合は表面照射型あるいは裏面照射型、ＵＶ光やＤＵＶ光で照明を行う場合や、ＵＶ光、ＤＵＶ光などを含むいくつかの照明波長を用いる場合は裏面照射型を用いるのがよい。
【００４８】
また、電子増倍型ＣＣＤセンサ４は画素数の多いもの（例えば１０００画素以上のもの）を使用する。多数の画素を同時に撮像し、例えば１ＧＰＰＳ（１０の９乗画素毎秒）以上の高速で信号出力を行うことで、検査に要する時間を短縮することができる。
【００４９】
一般にＣＣＤセンサから信号を読み出す場合、信号読み出し周波数を高くすればするほど、読み出しノイズと呼ばれる信号読み出し時に生じる電気的ノイズが大きくなる。図６（ａ）および（ｂ）に示すように電子増倍型ＣＣＤセンサ４に複数の信号出力部（図６の例では２２´−１〜２２´―４または２２−１〜２２―４）を設け、信号の同時並列出力を行うことで、信号出力部１箇所あたりの信号読み出し周波数を高くすることなく、従って読み出しノイズを増加させることなく正味の信号出力速度を高めることができる。例えば、１信号出力部当たりのデータレートを２０ＭＨｚとした場合、信号出力部数１なら２０ＭＰＰＳ、信号出力部数１０なら２００ＭＰＰＳ、信号出力部数５０なら１ＧＰＰＳの信号出力速度を達成可能である。この複数の信号出力部から並列に出力された信号を信号処理部５で並列処理することにより、高速な検査が可能になる。
【００５０】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４としてオンチップ増倍型ＣＣＤセンサを用い、複数の信号出力部を設ける場合、図６（ｂ）に示したように、各信号出力部２２−１〜２２―４ごとに電子増倍転送部２１−１〜２１―４を設ける必要がある。この場合、各々の電子増倍転送部ごとに素子の作りこみ状態あるいは温度あるいは印加電圧等の条件が異なり電子増倍転送部２１−１〜２１―４間で電子増倍率に差が生じることがあるため、それに起因する信号出力部２２−１〜２２―４間の出力差を補正する必要がある。また、電子増倍型ＣＣＤセンサ４として電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサを用いる場合も、信号出力部２２´−１〜２２´―４各々で電荷電圧変換効率等が異なる場合には、信号出力部２２´−１〜２２´―４間で信号量の補正を行う必要がある。
【００５１】
これらの補正は、図２５に示すように、検査前にあらかじめ基準光量３１を各々の信号出力部２２−１〜２２−４に対応する撮像画素３２−１〜３２−４に入力した時の基準信号出力３３−１〜３３−４あるいはそれらの比を信号出力部感度差３４として記憶部８等に保持しておき、検査時に後述する信号量補正部５０９でこの情報を利用して補正を行うことで可能である。
【００５２】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４の電子増倍率を高くする、あるいは照明系２００による照明光量を大きくすることで、被検査物Ｗから生じる信号光量を増大することができ、異物・欠陥の検査感度を高めることが可能である。ここで、電子増倍を行わない通常のＣＣＤセンサと比較して、電子増倍型ＣＣＤセンサ４は、電子増倍を行う分、内部に多数の信号電子が発生するために飽和しやすい（図３）。電子増倍型ＣＣＤセンサ４の飽和を回避しながら高感度検査を行うためには、背景光の小さい領域の検査時は感度を高めるために検査感度を高く設定し、背景光の大きい領域の検査時は飽和を防止するために検査感度を低く設定する等、検査感度を調整しながら検査を行うことが有効である。
【００５３】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４の電子増倍率の変更によって検査感度の調整を行うことで、同時に照明される領域内においても異なる感度を設定することが可能である。電子増倍型ＣＣＤセンサ４の電子増倍率の調整は、例えば電子増倍型ＣＣＤセンサ４として電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサを用いる場合、光電変換面１５と内蔵ＣＣＤセンサ１７との間に印加する電圧を制御することで行うことができる。また、例えば電子増倍型ＣＣＤセンサ４としてオンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサを用いる場合、電子増倍転送部２１において与える転送パルスの大きさを制御することで行うことができる。
【００５４】
照明系２００による照明光量の変更によって検査感度の調整を行うことで、被検査物Ｗ上に照明光によるダメージが懸念される領域がある場合でも、照明光量を下げて被検査物Ｗへのダメージを抑えながら検査を行うことができる。照明系２００による照明光量の調整は光源２０１出力の制御によって行うか、あるいは照明光学系２０２に設置された減光手段２０２１によって行うことができる。
【００５５】
検査感度の調整方法を図７（ａ）に示す。検査感度の調整は、例えば、オペレータが入力した検査条件（検査レシピ７０１）、被検査物Ｗの設計情報（被検査物設計情報７０２）、被検査物Ｗの製造工程の製造条件に関する情報（被検査物プロセス条件７０３）、被検査物Ｗを対象に光学式あるいは電子線式の検査・観察装置を用いた測定で得られた情報（被検査物測定結果７０４）等の感度基準情報７０５に基づいて行う。上記情報は入出力部９を介して入力されるか、あるいは記憶部８に保持されたものを用いる。上記感度基準情報７０５に基づいて、全体制御部６において検査感度設定値７０６を算出し設定する。
【００５６】
検査感度設定値７０６は、電子増倍率設定値７０６Ａ及び照明光量設定値７０６Ｂからなる。検査感度設定値７０６は、被検査物Ｗ毎あるいは被検査物Ｗ上の領域毎（例えばチップ内領域毎、チップ毎、露光ショット毎、ライン毎）に異なる値を設定することも可能である。
【００５７】
感度基準情報７０５に基づいて検査感度設定値７０６を算出する方法としては、例えば、被検査物設計情報７０２が与えられた場合、被検査物Ｗ上に形成されたパターン密度を被検査物Ｗ上の任意の領域毎に評価し、パターン密度が高い領域は検査感度設定値７０６が相対的に低く、パターン密度が低い領域は検査感度設定値７０６が相対的に高くなるような演算を行い、検査感度設定値７０６を設定すればよい。
【００５８】
また、例えば被検査物測定結果７０４として被検査物Ｗ上の複数のチップからの散乱光検出結果が与えられた場合、チップ内領域毎の平均散乱光量を算出し、得られた平均散乱光量に逆比例するような検査感度設定値７０６を算出して設定すればよい。
【００５９】
このように検査感度設定値７０６を算出し設定することによって、高パターン密度領域等の背景散乱光の大きい領域での飽和を避けると同時に、背景散乱光の小さい領域を高感度で検査することができる（図２２）。
【００６０】
図７に示したようなあらかじめ得た感度基準情報７０５に基づいた検査感度調整の方法に加えて、図２３に示した例のように、電子増倍型ＣＣＤセンサ４の出力を用いて検査感度７０６を調整してもよい。被検査物Ｗ上のチップＡ（Ｗ−１）、チップＢ（Ｗ−２）、チップＣ（Ｗ−３）をステージ１２を用いてこの順に走査して検査する場合を考える。
【００６１】
まず、図７に示した方法で感度基準情報７０５に基づいて検査感度設定値７０６を設定し、照明系２００を用いて照明光量設定値７０６Ｂに基づいて設定した照明光量でチップＡ（Ｗ−１）を照明する。チップＡからの反射散乱光を検出光学系３００を用いて電子増倍型ＣＣＤセンサ４に導く。電子増倍型ＣＣＤセンサ４の電子増倍率は電子増倍率設定値７０６Ａに設定されている。このときの電子増倍型ＣＣＤセンサ４からの出力信号（チップＡ出力信号７０７Ａ）を基に、信号処理部５あるいは全体制御部６において検査感度設定補正値７０６´を算出し、設定する。
【００６２】
検査感度設定補正値７０６´は、チップＡ走査の次に行われるチップＢ以降の走査時に過大な検査感度による飽和あるいは過小な検査感度による信号出力量不足が起こらないように、検査感度設定値７０６に補正を加えた値を設定する。検査感度設定補正値７０６´算出の例を図２４に示す。チップＡ出力信号７０７Ａによって形成される画像を任意の領域に分割し、例えば領域内出力信号平均値７０８が飽和信号量あるいは飽和信号量に近い場合は、その領域の検査感度設定値７０６に１より小さい係数を掛けた値をその領域の検査感度設定補正値７０６´として設定すればよく、また、例えば領域内の出力信号の平均が電子増倍型ＣＣＤセンサ４の出力信号量範囲の最小値あるいはそれに近い場合は、その領域の検査感度設定値７０６に１より大きい係数を掛けた値をその領域の検査感度設定補正値７０６´として設定すればよい。
【００６３】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４にアンチブルーミング特性を持たせることによって、仮に飽和した場合でも、ある一定の光量（ここではアンチブルーミング電荷量とする。例えば飽和電荷量の１００倍の電荷量）を超えるまでは、周辺画素に電荷があふれ出すことを防止することができる。アンチブルーミング特性を持たせるためには、一般にアンチブルーミングゲートをＣＣＤセンサの撮像画素周辺に設けるが、アンチブルーミングゲートを設けることによって有効画素面積が減少し、センサ感度が低下する場合がある。アンチブルーミングゲートを拡大することでアンチブルーミング電荷量の飽和電荷量に対する比を高くすることが可能だが、その分センサ感度の低下が大きくなる。しかしながら、電子増倍型ＣＣＤセンサ４は、電子増倍率を上げて感度を高めることができるので、アンチブルーミングゲートを設けることによって生じる感度低下のデメリットをある程度補うことができる。
【００６４】
電子増倍型ＣＣＤセンサ４として電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサを用いた場合、電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサは過大光によって感度が劣化する恐れがあるため、過大光のセンサへの入射を防止する必要がある。これは、電子増倍型ＣＣＤセンサ４への入射光量を監視し、あるしきい値を超えたら電子増倍型ＣＣＤセンサ４への入射光量を素早く低減させることによって行う。ここで、センサへの入射光量として電子増倍を行う前の絶対的な入射光量の情報を用いる。この入射光量の情報はセンサ信号出力と信号出力時の電子増倍率設定値７０６Ａあるいは電子増倍率設定補正値７０６Ｂを基に信号処理部５あるいは全体制御部６等で算出する。センサへの入射光量の制御は、前記照明光量の調整と同様の手段を用いて照明光量を制御する、あるいは図１０に示すようにメカニカルシャッタ等のシャッタ手段２３を光源２０１と電子増倍型ＣＣＤセンサ４とを結ぶ光路上に設置し、このシャッタの開閉量を制御することで行う。
【００６５】
また、電子増倍型ＣＣＤセンサ４に加えて電子増倍を行わないＣＣＤセンサを併用することによって、微弱光量と大光量との同時検出による高感度・広ダイナミックレンジ検査を行うことが可能である。例えば図１１に示すように、図１の構成と基本的に同一の構成で検出光学系３００の光路途中に光路分岐手段２４を設け、光路を二分岐して各々の光路に電子増倍型ＣＣＤセンサ４と電子増倍を行わないＣＣＤセンサ２５を設置することができる。分岐後の各々の光路の強度比は１：１であっても、そうでなくてもよい。例えば強度比１：１に分岐し、最小検出光量が５光子、最大検出光量が１０００光子（ダイナミックレンジ２００）の電子増倍型ＣＣＤセンサ４と、最小検出光量が１００光子、最大検出光量が１０００００光子（ダイナミックレンジ１０００）の電子増倍を行わないＣＣＤセンサ２５を併用した場合、検出可能光量範囲は最小１０光子、最大２０００００光子（ダイナミックレンジ２００００）となり、高感度と広ダイナミックレンジを両立することが可能である。
【００６６】
信号処理部５は、隣接チップの同一領域の検出結果を比較する等の方法で、欠陥あるいは異物を判定するものである。例えば図１９に示すように、検査対象チップを走査して得た検出光量信号５０１により形成される検査対象チップ画像５０４と、検査対象チップの直前に隣接チップを走査して得た検出光量信号５０１を遅延部５０２によって遅延して得られる隣接チップ画像５０３との差分演算５０５を行い、算出した差画像５０６をしきい値比較部５０７によって２値化しきいと比較することによって２値化し、２値化しきい値以上の信号を異物あるいは欠陥信号５０８と判定する。この信号処理部５では、２値化信号の大きさから異物の大きさも測定することができる。
【００６７】
信号補正部５０９では、検査感度設定値７０６あるいは検査感度設定補正値７０６´を用いて信号光量の補正を行う。これは、前記検査感度の調整を行った場合、検出位置によって異なる検査感度設定値７０６あるいは検査感度設定補正値７０６´が設定される可能性があり、これらの違いによる検出位置による検出光量信号５０１の差を補正する必要があるためである。また、前記信号出力部感度差電子増倍型ＣＣＤセンサに複数の信号出力部を設けた場合の信号出力部に依存する検出光量信号の差も、信号出力部感度差３４を用いて信号補正部５０９において補正することが可能である。
【００６８】
図１２、１３、１４は前記第１の実施例の変形例を示す。
【００６９】
図１２は第１の変形例を示しており、対物レンズ３０１周囲の複数の方位あるいは全方位から照明を入射する点が図１と異なっている。被検査物Ｗからの０次光（正反射光）が検出ＮＡに入らない暗視野光学系を構成している。照明光学系２００は、光ファイバ束あるいは反射鏡等で構成された対物レンズ周囲に照明を導く導光手段２８と、対物レンズの周囲に備えた放物面鏡等、対物レンズの周囲に導かれた照明光を被検査物Ｗ上に集光する集光手段（図示せず）を持つ。被検査物Ｗを全方位から照射することにより、照明方位角に依存するパターンのランダムな光り方の違いを平均化し安定化することで、隣接チップ比較時のノイズを低減する効果がある。
【００７０】
図１３は第２の変形例を示しており、ビームスプリッタ２９を用いて被検査物Ｗに対して落射照明を入射する点が図１と異なっている。被検査物Ｗからの０次光（正反射光）が検出ＮＡに入る明視野光学系を構成している。ビームスプリッタ２９として例えば偏光ビームスプリッタを用いる。０次光（正反射光）が検出光学系に入るため、パターン材質による反射率の差がコントラストとして観測され、パターン形状の欠陥を検査するのに適している。パターン材質や形状によって、検出光学系３００の視野内の明部（相対的に検出光量の大きい領域）と暗部（相対的に検出光量の小さい領域）に大きな検出光量差が生じ、明部における電子増倍型ＣＣＤセンサ４の飽和あるいは暗部における光量不足が起きる場合がある。このような場合に、空間フィルタ３０２を用いて、任意の次数の回折光あるいは任意の散乱角へ出射する散乱光を選択的に減光・遮光し、明部と暗部での光量差を調整し小さくすることで、明部と暗部の同時検査が可能となり、検査対象領域を確保することができる。
【００７１】
図１４は第３の変形例を示しており、検出光学系３００による検出方向と被検査物Ｗ表面とが成す角が９０°ではない、すなわち斜方検出を行う点が図１と異なっている。第３の変形例における検出方向を、図１５（ａ）に示すように、照明方向（図１５の例ではＸＺ平面内、Ｘが正から負の方向）を基準に方位角φ、仰角ψを用いて表す。
【００７２】
ここで、第３の変形例における検出方向、すなわち方位角φ、仰角ψの選択手法について述べる。まず、方位角φとしては、照明方向に対して特徴的な角度として、パターンあるいは異物・欠陥からの側方散乱を検出したい場合は方位角φ＝±９０°付近がよく、前方散乱を検出したい場合は方位角φ＝１８０°付近がよく、後方散乱を検出したい場合は方位角φ＝０°付近がよい。また、互いに直行する２つの方向性を持つパターンを検査する場合、方位角φ＝４５°、あるいは１３５°付近を検出することで、それぞれの方向性を持つ部分を満遍なく検査することができる。
【００７３】
次に、仰角φとしては、例えば被検査物パターンに透明膜が形成されている場合に膜厚干渉による散乱光強度の変動が小さくなる角度を選択するとよい。例えば、比較的小さい仰角として、仰角φ＝１０°〜４５°を選択するとよい。
【００７４】
第３の変形例における検出方向の選択手法としては、上記方位角φの選択例のいずれかと、上記仰角ψの選択例のいずれかを組み合わせればよい。具体例として、（φ，ψ）＝（９０°，３０°），（１３５°，４５°）をそれぞれ図１５（ｂ）と（ｃ）に示しておく。
【００７５】
また、上記第３の変形例の検出方向の中から２つの異なる検出方向を選択し、各々の方向に検出光学系を設けてもよく、あるいは図１の検出方向と上記第３の変形例の検出方向の各々に検出光学系を設けてもよい。この場合、２つの検出光学系の両方に電子増倍型ＣＣＤセンサを備えてもよく、２つの検出光学系のうち一方に電子増倍型ＣＣＤセンサを備え、もう一方に電子増倍を行わないＣＣＤセンサを備えてもよい。後者の場合、２つの検出方向のうち、照明方向との関係から検出光強度が相対的に小さい検出方向に電子増倍型ＣＣＤセンサを備えることで、電子増倍型ＣＣＤセンサの高い感度を有効に利用することができる。
【００７６】
図１６に、第４の変形例として、電子顕微鏡手段を備えた欠陥検査装置の検出光学系の光検出器部分を電子増倍型ＣＣＤセンサに置き換えた例を示す。この欠陥検査装置は、パターンが形成された被検査物Ｗを予め他の検査装置を用いて検出して得られた欠陥の位置情報を記憶する記憶部８と、欠陥を照明する照明系２００と照明された欠陥を検出する検出光学系３００とを備えた欠陥観察手段１００と、被検査物Ｗを載置して記憶部８に記憶した欠陥の位置情報に基づいて観察すべき欠陥を検出光学系３００の視野内に位置させるステージ１２と、欠陥観察手段１００で検出された欠陥を観察する電子顕微鏡１１０とを備えて構成されている。
【００７７】
この構成において、照明系２００は、被検査物Ｗを大きな入射角度で照明する第１の照明部２１０と前記被検査物Ｗを小さい入射角度で照明する第２の照明部２２０とを備え、記憶手段に記憶した予め他の検査装置を用いて検出して得られた欠陥の位置情報に基づいて観察すべき欠陥を欠陥観察手段１００の検出光学系３００の視野内に位置させ、この視野内に位置させた欠陥を照明系で照明して検出光学系３００で検出し、検出した欠陥を電子顕微鏡１１０で観察する。
【００７８】
電子顕微鏡（ＳＥＭ）１１０は、被検査物Ｗに電子ビームを照射、走査して、被検査物Ｗから発生する２次電子を検出することによって高倍率で画像観察する装置であって、別の検査装置により検出した被検査物Ｗ上の欠陥を、該別の検査装置から出力された被検査物Ｗ上の欠陥の位置情報である欠陥マップデータを前記入出力部９（キーボードやネットワークやリムーバブルメディア等も含む）を介して入力し、該欠陥マップデータに基づいて、前記電子顕微鏡（ＳＥＭ）１１０の電子ビーム軸１２０に対して、ＸＹ方向でほぼ一致する位置にＸＹステージ１２を移動せしめ、焦点検出系３０（図１６では投光側だけを示し、受光側は省略している）で被検査物Ｗ上のＺ方向の位置を検出し、ＳＥＭ像が鮮明になるように全体制御部６で電子ビームの焦点を制御しながら前記被検査物Ｗ上の欠陥を観察するものである。
【００７９】
なお、２次電子検出器（図示せず）は、電子ビーム軸１２０と被検査物Ｗの交差する点を望むように設けられた光電変換器やＥＤＸ等により構成されている。上記構成において、電子増倍型ＣＣＤセンサ４を検出光学系３００の光検出器として用いることによって、従来より微小な異物・欠陥を高感度に、あるいは高速に検出および観察することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す照明系による照明光の方向を説明するための図である。
【図３】電子増倍型ＣＣＤセンサと通常のＣＣＤセンサの検出範囲の一例を説明するための図である。
【図４】電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサの概略構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は図１に示すオンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサ４の外形を示す斜視図、（ｂ）は画素の構成を示す概略図である。
【図６】（ａ）は複数の出力タップを電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサに設けた例の概略構成図、（ｂ）は複数の出力タップをオンチップ電子増倍型ＣＣＤセンサに設けた例の概略構成図である。
【図７】図１に示す電子増倍型ＣＣＤセンサの電子増倍率を調整する方法を説明するためのブロック図である。
【図８】図１に示す空間フィルタによるフィルタリングの方法を説明するための図である。
【図９】図１に示す空間フィルタの効果を説明するための図である。
【図１０】図１に示す電子増倍型ＣＣＤセンサとして電子打ち込み増倍型ＣＣＤセンサを用いる場合に使用するシャッタ手段を説明するための概略構成図である。
【図１１】図１に示す実施例において電子増倍型ＣＣＤセンサと電子増倍を行わないＣＣＤセンサを併用する構成を説明するための概略構成図である。
【図１２】図１に示す実施例の第１の変形例を説明するための概略構成図である。
【図１３】図１に示す実施例の第２の変形例を説明するための概略構成図である。
【図１４】図１に示す実施例の第３の変形例を説明するための概略構成図である。
【図１５】図１４に示す検出光学系の検出方向を説明するための図である。
【図１６】図１に示す実施例の第４の変形例を説明するための概略構成図である。
【図１７】図１に示す照明光学系の構成例を説明するための概略構成図である。
【図１８】図１に示す照明光学系においてコヒーレンシを低減する構成例を説明するための概略構成図である。
【図１９】図１に示す信号処理部による異物・欠陥判定処理の例を説明するためのブロック図である。
【図２０】図５に示すオンチップ増倍型ＣＣＤセンサの冷却手段の構成を説明するための概略構成図である。
【図２１】（ａ）は図５に示すオンチップ増倍型ＣＣＤセンサのタイプとして表面照射型を示す概念図、（ｂ）は図５に示すオンチップ増倍型ＣＣＤセンサのタイプとして裏面照射型を示す概念図である。
【図２２】図１に示す電子増倍型ＣＣＤセンサの電子増倍率あるいは照明系の照明光量の制御を用いた検査感度調整の例を示す図である。
【図２３】図１に示す電子増倍型ＣＣＤセンサの出力信号量に基づいた検査感度補正の方法を示すブロック図である。
【図２４】図２３に示す検査感度設定補正値の算出例を示す図である。
【図２５】図１９に示す信号出力部感度差を測定する方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・照明制御部、  ４・・・電子増倍型ＣＣＤセンサ、  ５・・・信号処理部、    ６・・・全体制御部、  ７・・・表示部、  ８・・・記憶部、  ９・・・入出力部、    １０・・・演算部、  １１・・・ステージ駆動部、  １２・・・ステージ、  １３・・・センサ制御部、  １４・・・窓材、  １５・・・光電変換面、  １６・・・真空パッケージ、  １７・・・内蔵ＣＣＤセンサ、  １８・・・出力ピン、  ２３・・・シャッタ手段、  ２４・・・光路分岐手段、  ２５・・・電子増倍を行わないＣＣＤセンサ、  ２６・・・信号処理部２、  ２７・・・センサ制御部２、  ２８・・・導光手段、  ２９・・・ビームスプリッタ、  ３０・・・焦点検出系、  １００・・・欠陥観察手段、  １１０・・・電子顕微鏡（ＳＥＭ）、  １２０・・・電子ビーム軸、  ２００・・・照明系、  ２０１・・・光源、  ２０２・・・照明光学系、  ２０２１・・・減光手段、  ２０２２・・・ビームエキスパンダ、  ２０２３・・・シリンドリカルレンズ、  ２０２４・・・偏光板、  ２０２５・・・波長板、  ２０２６・・・互いに光路長の異なる複数の石英板、
２１０・・・第１の照明部、  ２２０・・・第２の照明部、  ３００・・・検出光学系、
３０１・・・対物レンズ、  ３０２・・・空間フィルタ、  ３０３・・・チューブレンズ、  ３０４・・・瞳面、  ４０２・・・オンチップ増倍型ＣＣＤセンサ基板、  ４０３・・・出力ピン、  ４０４・・・ペルチェ素子、  ４０５，  ４０５´・・・表面電極、  ５０７・・・しきい値比較部、  ５０９・・・信号量補正部
【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６】
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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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