(57)【要約】【課題】基板上にパターンを形成し対象物を製作して行く製造工程で発生する異物等の欠陥を検出する際に、照明の形状を最適化することにより、検出感度およびスループットを向上する欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。【解決手段】本発明では、照明範囲内の照明照度分布のうち照度が最小になる領域の照度が最大になるような照明を実現し、信号のＳ／Ｎを最大にすることにより、検出感度の向上およびスループットの向上を実現する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたガウスビーム光束で照明し、該整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明し、該整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
前記整形されたガウスビーム光束がスリット状であって、前記被検査対象基板を該スリット状のガウスビーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記検出器がＴＤＩイメージセンサであることを特徴とする請求項１または２または３記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記整形されたガウスビーム光束を、前記被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明することを特徴とする請求項１または２または３または４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度の範囲内になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照明し、該整形されたビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項７】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明し、該ＤＵＶビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項８】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明し、該整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたガウスビーム光束で照明する照明光学系と、
該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、
該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明する照明光学系と、
該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、
該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記照明光学系は、ガウスビーム光束をスリット状に形成する光学要素を有し、
更に、前記被検査対象基板を前記スリット状のガウスビーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項９または１０記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記検出光学系における検出器をＴＤＩイメージセンサで構成することを特徴とする請求項９または１０または１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記照明光学系は、ガウスビーム光束を、前記被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明するように構成したことを特徴とする請求項９または１０または１１または１２記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度の範囲内になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照明する照明光学系と、
該照明光学系により整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、
該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１５】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明する照明光学系と、
該照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、
該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１６】
回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明する照明光学系と、
該照明光学系によりＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、
該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１７】
ランプ光源と、該ランプ光源から発生する光の配向特性を利用して検出領域の周辺部における照度を中心部の照度に比べて高めてビーム光束を出射するロットレンズとを有し、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記ロットレンズから出射されるビーム光束で照明する照明光学系と、
該照明光学系によりビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、
該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程、プリント基板製造工程等、基板上に回路パターンを形成して対象物を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が、微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合にこの異物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。同様に液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。
【０００３】
このように異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平１−２５０８４７号公報（従来技術１）、特開平６−２５８２３９号公報（従来技術２）、特開平６−３２４００３号公報（従来技術３）、特開平８−２１０９８９号公報（従来技術４）、および特開平８−２７１４３７号公報（従来技術５）が知られている。
従来技術１には、基板の表面の所望特性を記憶する記憶手段と、検査しようとしている基板の表面のある領域をほぼ均一に照明する照明手段と、この照明手段で照明された基板の領域を結像するＴＤＩセンサ手段と、記憶手段およびセンサ手段に応答して基板の結像領域を基板の記憶された所望特性と比較する比較手段とを包含し、基板の表面特性を検査する検査装置が記載されている。
【０００４】
また、従来技術２には、ピッチの異なる繰り返しパターンを有する基板を搬送する搬送手段と、基板に対して平面波の光を直線状にして照射する照明系と、空間フィルタと、空間フィルタを通して得られ、結像光学系で結像された光像を検出する検出器と、検出器で検出された信号の内、空間フィルタを通して得られる基板上のピッチの大きな繰り返しパターンに基いて発生する信号同志を比較して消去する消去手段と、消去手段から得られる信号に基いて基板上の微小な異物等の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えた欠陥検出装置が記載されている。
また、従来技術３には、照明手段、検出光学系、空間フィルタユニット、検出器、オペアンプ、およびＡ／Ｄ変換器より構成される検出ヘッドと、ピッチ検出手段と、オペレータ処理系と、異物データメモリと、大異物データメモリと、パターンメモリと、ソフト処理系と、パラメータ伝達手段と、異物メモリと、座標データ作成手段と、マイクロコンピュータとより構成される異物検査装置が記載されている。
【０００５】
また、従来技術４には、基板上に形成された薄膜から発生する反射光の強度を平滑化または平均化するように、半導体レーザ発振器から出射されたレーザ光を、互いに非干渉な複数の光束にして、異なる入射角Ｔ１〜Ｔｎで実効的に同時に、光を透過する薄膜が形成された基板上に集光照射し、該照明光によって基板上に存在する０．３〜０．８μｍ或いはそれ以下の微小異物等の微小欠陥から生じる散乱光を集光レンズで集光してＴＤＩセンサ等の検出器で検出する微小欠陥検出装置が記載されている。
また、従来技術５には、光源から照射された光の強度分布に対して複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板により直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にして直線状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正して集光光学系により繰り返しチップが形成された試料上に斜め方向から前記直線状に集光して照射する照明光学系と、該照明光学系で照射された試料上からの散乱反射光をリニアイメージセンサで受光して信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のリニアイメージから変換された信号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の異物として検査するチップ間比較手段とを備えた異物検査装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２５０８４７号公報
【特許文献２】特開平６−２５８２３９号公報
【特許文献３】特開平６−３２４００３号公報
【特許文献４】特開平８−２１０９８９号公報
【特許文献５】特開平８−２７１４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では、繰り返しパターンや非繰り返しパターンが混在する基板上の０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速で検出することは容易にできなかった。すなわち、上記従来技術では、検出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するのに伴って基板上の検出領域の周辺部において照明の照度不足が生じ、高感度検査と高速検査を両立することができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、被検査対象基板から得られるＤＵＶレーザ光に基づく光像をＴＤＩイメージセンサで受光できるようにして０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ランプ光源から発生する光を光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できるようにした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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、照明範囲内の照明照度分布のうち照度が最小になる領域の照度が最大になるような照明を実現し、信号のＳ／Ｎを最大にすることにより、検出感度の向上およびスループットの向上を実現することを特徴とする。
即ち、本発明は、検出領域の最外周（周辺部）で最大の照度（中央の照度に対して約６０％程度の照度）が得られるように整形されたガウスビーム光束を被検査対象基板上の検出領域に対して照明することにより、検出器内の周辺部における感度（Ｓ／Ｎ）を向上させ、高感度で、且つ高速で、上記検出領域に存在する微小異物等の欠陥を検査できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたガウスビーム光束で照明し、該整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度（更に好ましくは０．５４〜０．６７程度）になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明し、該整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１２】
また、本発明は、前記欠陥検査方法において、整形されたガウスビーム光束がスリット状であって、前記被検査対象基板を該スリット状のガウスビーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させることを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査方法において、検出器がＴＤＩイメージセンサであることを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査方法において、整形されたガウスビーム光束を、前記被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度（更に好ましくは０．５４〜０．６７程度）の範囲内になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照明し、該整形されたビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明し、該ＤＵＶビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１４】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明し、該整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたガウスビーム光束で照明する照明光学系（照明光源も含む）と、該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１５】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明する照明光学系（照明光源も含む）と、該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、照明光学系は、ガウスビーム光束をスリット状に形成する光学要素を有し、更に、前記被検査対象基板を前記スリット状のガウスビーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、検出光学系における検出器をＴＤＩイメージセンサで構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、照明光学系は、ガウスビーム光束を、前記被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明するように構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が０．４６〜０．７３程度の範囲内になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照明する照明光学系（照明光源も含む）と、該照明光学系により整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明する照明光学系と、該照明光学系によりＤＵＶビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサ（例えば基板を薄くして裏面側から入射させるように構成する。）の前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１７】
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明する照明光学系と、該照明光学系によりＤＵＶビームのガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、ＤＵＶ光に感度を有するＴＤＩイメージセンサの前記受光面に結像させて該ＴＤＩイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は、ランプ光源と、該ランプ光源から発生する光の配向特性を利用して検出領域の周辺部における照度を中心部の照度に比べて高めてビーム光束を出射するロットレンズとを有し、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記ロットレンズから出射されるビーム光束で照明する照明光学系と、該照明光学系によりビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１８】
以上説明したように、前記構成によれば、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる。
また、前記構成によれば、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる。
【００１９】
また、前記構成によれば、被検査対象基板から得られるエキシマレーザ光等のＵＶＤ（遠紫外）レーザ光に基づく光像をＴＤＩイメージセンサで受光できるようにして０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査することができる。
また、前記構成によれば、ランプ光源から発生する光を光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、検出領域に存在する０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる。なお、検出領域は、被検査対象基板上を移動されることになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＴＤＩイメージセンサ等の検出器で検出する検出領域の周辺部における照度を増大させて照明の効率向上を図ることによって安価な光源を用いて、ＬＳＩウエハ等の被検査対象基板上の０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物や欠陥をも高感度で、且つ高スループットで検出することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、検出光学系における光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するのに適合させてＴＤＩイメージセンサ等の検出器で検出する検出領域の周辺部における照度を増大させて照明の効率向上を図ることによって安価な光源を用いて、ＬＳＩウエハ等の被検査対象基板上の０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物や欠陥をも高感度で、且つ高スループットで検出することができる効果を奏する。
【００２１】
また、本発明によれば、被検査対象基板から得られるエキシマレーザ光等のＵＶＤ（遠紫外）レーザ光に基づく光像をＴＤＩイメージセンサで受光できるようにして０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、ランプ光源から発生する光を光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る欠陥検査装置およびその方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
半導体素子は益々極微細化が進む一方で、歩留まりも一層向上させることが要求されている。従って、このような半導体素子を製造するための半導体ウエハ等の半導体基板には、０．３〜０．２μｍ以下の極微細化された回路パターンが形成されている関係で、半導体基板上に存在する異物等の欠陥が０．１μｍ程度以下の極微小な分子もしくは原子レベルに近いものが存在しても半導体素子として動作不良の原因となる状況である。
このような状況にあるため、本発明に係る欠陥検査装置およびその方法は、０．３〜０．２μｍ程度以下の極微細化された回路パターンが存在する半導体ウエハ等の半導体基板上に存在する極微小の異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速で検査できることが要求されてきている。
【００２３】
まず、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第１の実施例について説明する。
図１には、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第１の実施例の概略構成を示した図である。図２は、その照明光学系の一実施例を示した図である。
即ち、異物等の欠陥検査装置は、半導体ウエハ（半導体基板）等のように極微細化された回路パターンが形成された被検査対象基板１を載置するステージ２０１と、半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、またはキセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、またはハロゲンランプ等のフィラメント光源等から構成される照明光源１０１と、該照明光源１０１から出射された高輝度の光を、斜め方向から、図３に示すように照度としてほぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光束（照明領域２）１０７で被検査対象基板１上に照明する照明光学系１０２と、対物レンズを含む結像レンズ系等で構成され、検出領域３から反射、回折、あるいは散乱した光を結像させる検出光学系３０１と、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等から構成され、検出領域３に対応する受光面を有する検出器３０２と、該検出器３０２から検出される同じ回路パターンの画像信号同志を比較をして不一致により異物等の欠陥を検出する信号処理系４０１とによって構成される。なお、この欠陥検査装置には、被検査対象基板１の表面を検出器３０２の受光面に結像させるように自動焦点制御系を備えている。また、検出光学系３０１としては、特開平６−２５８２３９号公報や特開平６−３２４００３号公報に記載されているように、フーリエ変換レンズ、被検査対象基板上に形成されたピッチの小さな繰り返しパターンからの回折光を遮光する空間フィルターユニット、およびフーリエ変換レンズで構成してもよい。
【００２４】
照明光源１０１、および照明光学系１０２の具体的構成は、図２に示すように、照明光源１０１から出射された例えばレーザビーム１０６のビーム径を拡大させる凹レンズまたは凸レンズ１０３と、凹または凸レンズ１０３で拡大されたビームをほぼ平行な光束に変換するコリメートレンズ１０４と、該コリメートレンズ１０４で変換されたほぼ平行な光束についてｙ軸方向に集束して被検査対象基板１上に図３に示すように照度としてほぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光束（照明領域２）１０７で照射するシリンドリカルレンズ（ｙ軸方向に集束機能を有する光学系）１０５とで構成される。なお、凹レンズまたは凸レンズ１０３とコリメートレンズ１０４とによってビーム径を拡大するビームエキスパンダを構成する。この照明光学系１０２として、特開平６−２５８２３９号公報や特開平６−３２４００３号公報に記載されているように、コリメータレンズ、凹レンズ、およびレシーバレンズからなるビームエキスパンダと、該ビームエキスパンダで変換されたほぼ平行な光束についてｙ軸方向に集束して被検査対象基板１上に図３に示すように照度としてほぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光束（照明領域２）１０７で照射するシリンドリカルレンズ（ｙ軸方向に集束機能を有する光学系）１０５と、該シリンドリカルレンズ１０５で得られるスリット状ガウスビーム光束１０７を反射させて被検査対象基板１に対して斜め方向から照射するミラーとで構成することができる。
【００２５】
ところで、この構成により、凹または凸レンズ１０３とコリメートレンズ１０４との間の距離ｂまたは凹レンズとレシーバレンズとの間の距離を可変して設定することにより、照度としてほぼガウス分布をもったｘ方向の照明幅を可変して設定することができる。即ち、ビームエキスパンダーを調整することにより、照度としてほぼガウス分布をもった照明領域（スリット状の光束１０７）２のｘ方向の長さＬｘを可変して設定することができる。また、シリンドリカルレンズ１０５と被検査対象基板１との間の距離を変えることによって集束された照明領域（スリット状のガウスビーム光束１０７）２のｙ方向の幅Ｌｙを可変して設定することができる。
【００２６】
図３に示す検出領域３は、被検査対象基板１上におけるＴＤＩイメージセンサやＣＣＤイメージセンサによる検出領域を示す。例えば、ＴＤＩイメージセンサの場合、各画素サイズが例えば２７μｍ×２７μｍで、時間遅延積分（ＴＤＩ）方向に例えば６４行、ＴＤＩモードで動作するＭＵＸ方向に例えば４０９６列の６４×４０９６ＣＣＤ撮像センサで構成される。即ち、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａは、図４に示すように、ラインセンサがｎ（例えば６４）段形成されたものである。センサから出力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ｒｔ毎に、蓄積された電荷がライン１、２、・・・と順々に転送されていき、被検査対象基板１をｙ軸方向に移動させるステージ２０１の送り速度を、ラインレートと同期させることにより、例えば微小異物５からの散乱光あるいは回折光に基づく光像６はライン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、極微小な異物等の欠陥に対しても高感度で検出することが可能となる。このイメージセンサでは、基本的には微小異物等の欠陥の像がライン１からラインｎに到達するまでの散乱光あるいは回折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被検査対象基板の同一点からの散乱光あるいは回折光は、時間的に全くインコヒーレントとなる。
【００２７】
以上説明したように、照明光源１０１より出射されたビームを照明光学系（照射光学系）１０２でスリット状のガウスビーム光束１０７に変換し、この変換されたスリット状の光束１０７で、ステージ２０１上の被検査対象基板１の表面に照明領域２が形成されるように例えば斜め方向から照射する。ＴＤＩイメージセンサ等から構成された検出器３０２ａは、ステージ２０１をｙ軸方向に移動させることによって被検査対象基板１をｙ軸方向に移動させながら、該送り速度と同期したラインレートｒｔで各画素に蓄積された電荷を順次転送していくことにより、検出光学系３０１で結像される被検査対象基板１上における検出領域３の光像を撮像しながら検出領域３の幅Ｈで走査して各画素（素子）毎に検出し、この検出される信号を信号処理系４０１で処理することにより上記検出領域３に存在する微小異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速に検査をすることができる。
このように、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａを用いることによって、微小異物等の欠陥から生じる散乱光あるいは回折光の照度の総和（光量＝照度×時間）をとることができ、感度を向上させることができる。また、一度にスリット状のビーム光束１０７を照射領域２に照射し、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａのラインレートｒｔと同期させて被検査対象基板１をｙ軸方向に移動させながら、ＴＤＩイメージセンサで検出領域３について受光することによって、広い幅Ｈを有する検出領域３に存在する微小異物等の欠陥を、高速に検査をすることができる。
【００２８】
次に、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速に検査するための本発明に係る実施の形態について説明する。即ち、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で検出しようとすると、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａの各画素において受光する極微小な異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くする必要があると共に、被検査対象基板１上での各画素サイズを１μｍ×１μｍ程度以下にする必要がある。
このように被検査対象基板１上での各画素サイズを１μｍ×１μｍ程度以下にするためには、ＴＤＩイメージセンサの各画素サイズが例えば２７μｍ×２７μｍの場合、対物レンズ等の検出光学系３０１の結像倍率Ｍを約２７倍程度以上にすればよく、実現することは可能となる。なお、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａとして２６×４０９６ＣＣＤ撮像センサで構成したものと使用すると、検出領域３はＷ＝２６μｍ程度以下、Ｈ＝４０９６μｍ程度以下となる。
【００２９】
また、被検査対象基板１の表面から得られる散乱光あるいは回折光による光像をＴＤＩイメージセンサ３０２ａの受光面に結像させる検出光学系３０１は、対物レンズ等で構成される関係で、レンズ収差に基いてレンズの中心部（光軸３０３）に比べて周辺に行くに従ってＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）（正弦波パターンの像のコントラストの変化を空間周波数の関数として表わしたもの）が低下する特性を有する。そのため、図４（ａ）に示すＴＤＩイメージセンサ３０２ａの受光面における光軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する端部（周辺）の画素３０２ａｅ、即ち、図３に示す検出領域３の光軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する端部（周辺）に位置する極微小な異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くする必要がある。
【００３０】
ところで、照明光源１０１および照明光学系１０２により被検査対象基板１の表面に照射領域２で照射されるスリット状のガウスビーム光束１０７の照度は、図３に示すように、通常ガウス分布を有する関係で、検出領域３外の照明は無駄となるが照明領域２を検出領域３よりも広げて照明する必要がある。
【００３１】
そこで、このような状態から、本発明は、照明光源１０１から出射される照度を増大させずに、照明光源１０１から出射される光量を有効に活用し、検出領域３の光軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する端部（周辺）に位置する照度を最も増大させて、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で検出することにある。即ち、必要最小限の照度を出射する安価な照明光源（半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ等のフィラメント光源等からなる。）１０１を用いて、照明光学系１０２によって検出領域３の光軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する端部（周辺）に位置する照度を最も増大させて、効率の高い照明を実現することにある。
即ち、本発明は、具体的には、照明光源１０１および照明光学系１０２によりガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束１０７で被検査対象基板１の照射領域２に照射する際、検出領域３の周辺部での照度が最大になるように照明光学系１０２を調整（制御）して照明の幅を決定する。ここで、スリット状のビーム光束１０７の照度がガウス分布の場合、図３に示すように次に示す（数１）式になるので、照明領域の最外周で照度が最大になるのは、次に示す（数２）式のときとなる。
【００３２】
【数１】
2006119142.tif 000003
【００３３】
【数２】
2006119142.tif 000004
この場合、ＴＤＩイメージセンサ３０２ａの受光面が対応する検出領域３のｘ軸方向の最外周（端部）での照度ｆ(ｘ０)は、中心部ｆ(０)の約６０．７％で最大となる。即ち、（数２）式において、ｘ０＝σ（σ＝１で、ｘ０＝１）のとき、最大値ｆ(ｘ０)＝０．６０７ｆ(０)となる。なお、上記（数１）式において、ｘ０＝０．８σ〜１．２σ（σ＝１で、ｘ０＝０．８〜１．２（ガウスビーム光束１０７について照明光学系１０２による±２０％程度の整形誤差を許容する。））のとき、ｆ（ｘ０）＝０．４９ｆ(０)〜０．７３ｆ(０)となる。また、上記（数１）式において、０．８ｘ０〜１．２ｘ０＝σ（σ＝０．８〜１．２（ガウスビーム光束１０７について照明光学系１０２による±２０％程度の整形誤差を許容する。）で、ｘ０＝１）のとき、ｆ（ｘ０）＝０．４６ｆ(０)〜０．７１ｆ(０)となる。従って、照明光学系１０２によるガウスビーム光束１０７のｘ０＝σ（σ＝１で、ｘ０＝１）にする整形誤差として±２０％程度許容すると、検出領域３において中心部（光軸３０３）の照度ｆ(０)に対する周辺部（外周部）の照度ｆ（ｘ０）の比は、０．４６〜０．７３（ｆ（ｘ０）＝０．４６ｆ(０)〜０．７３ｆ(０)）となる。なお、照明光学系１０２によるガウスビーム光束１０７のｘ０＝σ（σ＝１で、ｘ０＝１）にする整形誤差として±１０％程度許容すると、検出領域３において中心部（光軸３０３）の照度ｆ(０)に対する周辺部（外周部）の照度ｆ（ｘ０）の比は、０．５４〜０．６７（ｆ（ｘ０）＝０．５４ｆ(０)〜０．６７ｆ(０)）となる。
いずれにしても、検出領域３において中心部（光軸３０３）の照度ｆ(０)に対する周辺部（外周部）の照度ｆ（ｘ０）の比が、０．４６〜０．７３になるようにガウスビーム光束１０７を照明光学系１０２によって整形することによって、照明光源１０１から出射されるビームを有効に活用して検出領域３の周辺部における照度を最大に近づけることが可能となる。
【００３４】
図５に示すグラフには、照明光源１０１から出射される照度の総和である光量を変えずに、ｘ軸方向の照明の幅、即ち標準偏差σを変えたときの検出領域３のｘ軸方向の外周部（ｘ０＝１）での照度（単位面積当たりの光量）ｆ(ｘ０＝１)の変化を示した。
また、図６に示すグラフには、照明光源１０１から出射される照度の総和である光量を変えずに、照明の幅、即ち標準偏差σをσ＝０．５、σ＝１、σ＝２と変えたときの検出領域３のｘ軸方向の座標ｘ０における照度（単位面積当たりの光量）ｆ(ｘ０)の変化を示した。
【００３５】
これら図５および図６からも明らかなように、検出領域３のｘ軸方向の外周部（ｘ０＝１）における照度をほぼ最大にするためには、照明光学系１０２によるガウス分布に基づくｘ軸方向の照明の幅をほぼσ＝１（標準偏差σ＝ｘ０）になるように照明すればよいことになる。即ち、図３に示すように、検出領域３の光軸である中心からｘ軸方向の外周部までの長さをｘ０としたとき、照明光学系１０２によりほぼ標準偏差σ＝ｘ０（検出領域３の光軸である中心からｘ軸方向の外周部までの長さ）となるガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束１０７に整形して被検査対象基板１に対して照明領域２（Ｌｘ、Ｌｙは照度ｆがｆ(０)の０．２以上の領域を示す。）として照明すればよいことになる。
なお、実際は、検出器３０２として、ＴＤＩイメージセンサや２次元リニアイメージセンサを用いる場合、光軸３０３から最も離れてＭＴＦが最も低下する画素は、検出領域３の角部（ＴＤＩイメージセンサの場合図４に示す角部に位置する画素３０２ａｃが対応する。）に位置するものとなるため、上記ｘ０として、√（（Ｈ／２）２＋（Ｗ／２）２）にすることが望まれる。Ｗを無視することができれば、ｘ０＝（Ｈ／２）となる。ＨおよびＷは、被検査対象基板上における検出領域３のｘ軸方向の幅（長さ）およびｙ軸方向の幅を示す。ＴＤＩイメージセンサや２次元リニアイメージセンサにおける受光領域（撮像領域）におけるｘ軸方向の幅は（Ｈ×Ｍ）、ｙ軸方向の幅は（Ｗ×Ｍ）で示されることになる。なお、Ｍは、結像光学系３０１による結像倍率を示す。
【００３６】
以上説明したように、検出領域３のｘ軸方向の外周部（ＴＤＩイメージセンサや２次元リニアイメージセンサを用いる場合、光軸３０３から最も離れた画素）をｘ０（＝√（（Ｈ／２）２＋（Ｗ／２）２）または（Ｈ／２））としたとき、照明光学系１０２によりほぼσ＝ｘ０となるガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束１０７に整形して被検査対象基板１に対して照明領域２（Ｌｘ、Ｌｙは照度ｆがｆ(０)の０．２以上の領域を示す。）として照明することによって、パワーの大きな特殊な照明光源を用いることなく、安価な通常の照明光源（半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ等のフィラメント光源等からなる。）１０１を用いて、効率の良い照明を実現でき、その結果、検出光学系３０１によってＭＴＦが最も低下する検出器３０２の周辺部における画素によって受光する微小な異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くすることができ、０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で（高スループットで）検出することができる。なお、検出領域３の特にｘ軸方向の中央部と周辺部との間において照度が（ｆ（ｘ０）＝０．４６ｆ(０)〜０．７３ｆ(０)）の関係のように異なっていても、信号処理系４０１において、被検査対象物１をｙ軸方向に移動させてＴＤＩイメージセンサ等の検出器３０２から検出される検出領域におけるｘ軸方向の同じ画素列から得られる画像信号同志が比較されることになるので、中央部と周辺部との間における照度の相違の影響はほとんどないことになる。そして、信号処理系４０１において、被検査対象物１をｙ軸方向に移動させてＴＤＩイメージセンサ等の検出器３０２から検出される画像信号を元に、同じ回路パターンで繰り返されるチップ毎あるいはセル毎同志の差画像信号を抽出し、この抽出された差画像信号を所望の判定基準で判定することによって、異物等の欠陥を検出して検査することができる。
ここで、重要なことは、検出領域３の周辺部での照度（光量）をほぼ最大にすることであって、そのための手段は、上記実施例では、照明光学系１０２で照明の幅を変えているが、他の手段、たとえば、照明光学系１０２によって照明の２次光源の形状を変える、あるいは、２次光源を形成するフーリエ変換の位置での大きさを変える等の手段であっても良い。
【００３７】
以上説明した実施例は、被検査対象基板１の表面に付着した異物等の欠陥検査の場合について説明したが、被検査対象基板１上の回路パターンの欠陥検査についても適用することができる。通常、回路パターンの欠陥検査の場合、検出光学系３０１を構成する対物レンズの上に配置された偏光ビームスプリッタを透過または反射させてλ／４板によりＰ偏光またはＳ偏光から円偏光に変換して対物レンズを介して円偏光のスリット状のビーム光束１０７を被検査対象物１の照明領域２に落射照明し、被検査対象物１の検出領域３から反射、回折、あるいは散乱した円偏光の光を対物レンズを通してλ／４板によってＳ偏光またはＰ偏光に変換して上記偏光ビームスプリッタを反射または透過させて対なるフーリエ変換レンズでＴＤＩイメージセンサ等で構成される検出器３０２上に結像させるように構成する。そして、信号処理系４０１において、被検査対象物１をｙ軸方向に移動させてＴＤＩイメージセンサ等の検出器３０２から検出される画像信号を元に、同じ回路パターンで繰り返されるチップ毎あるいはセル毎同志の差画像信号を抽出し、この抽出された差画像信号を所望の判定基準で判定することによって回路パターンに存在する欠陥を検出して検査することができる。この回路パターンの欠陥検査においても、検出領域３のｘ軸方向の外周部（ＴＤＩイメージセンサや２次元リニアイメージセンサを用いる場合、光軸３０３から最も離れた画素）をｘ０（＝√（（Ｈ／２）２＋（Ｗ／２）２）または（Ｈ／２））としたとき、照明光学系１０２によりほぼσ＝ｘ０となるガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束１０７に整形して被検査対象基板１に対して照明領域２として落射照明することによって、パワーの大きな特殊な照明光源を用いることなく、安価な通常の照明光源（半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ等のフィラメント光源等からなる。）１０１を用いて、効率の良い照明を実現でき、その結果、検出光学系３０１によってＭＴＦが最も低下する検出器３０２の周辺部における画素によって受光する回路パターンの欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くすることができ、０．１〜０．５μｍ程度の微小異物は固より０．１μｍ程度以下の極微小な欠陥をも、高感度で、且つ高速で（高スループットで）検出することができる。
【００３８】
次に、本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施例について説明する。
図５には、本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施例の概略構成を示した図である。この第２の実施例は、照明光学系を落射照明で構成する。そして、照明光源７０１にはＤＵＶ（遠紫外線）レーザ（例えばエキシマレーザＫｒＦ＝２４８ｎｍ、エキシマレーザＡｒＦ＝１９３ｎｍ）を用いる。このようにＤＵＶ（遠紫外線）レーザは、波長が短いため、高分解能を有し、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥からの散乱光もしくは回折光に基づく光像が得られることになる。そこで、照明光学系７０２は、ＤＵＶレーザ等の照明光源７０１と、照明光の偏光を設定するための偏光制御光学系７０３と、対物レンズ７１１の瞳７１７上にレーザ光を走査する瞳走査照明光学系７０４と、ハーフミラー（１）７０５とによって構成する。検出光学系７１０の基本構成は、対物レンズ７１１と、結像レンズ７１２と、拡大光学系７１３と、イメージセンサの前に検出光の偏光を設定するための偏光検出光学系７１４と、ＤＵＶ量子効率が１０％程度以上のイメージセンサ７１５とで構成される。更に、検出光路の途中に、ハーフミラー（２）７２１を設置し、試料１の表面を対物レンズ７１１の焦点に合せるための自動焦点系７２２を配置する。更に、ハーフミラー（３）７３１を設置し、対物レンズ７１１の瞳位置をレンズ（１）７３２及び瞳観察光学系７３３により観察可能に構成する。更に、ハーフミラー（４）７４１を設置し、試料上のパターンをレンズ（２）７４２及びアライメント光学系７４３により観察してアライメントできるように構成する。
【００３９】
従って、照明光源７０１から出射されたＤＵＶレーザビームは、偏光制御光学系７０３によって直線偏光光に変換され、瞳走査照明光学系７０４によって対物レンズ７１１の瞳７１７上を２次元に走査して照射されることになる。試料１からの反射光は、対物レンズ７１１の瞳７１７を通してハーフミラー（１）７０５を透過し、試料の光像を結像レンズ７１２及び拡大光学系７１３により、イメージセンサ７１５上に結像させる。なお、偏光検出光学系７１４によって試料１上に照明された直線偏光成分を遮光することによって、イメージセンサ７１５は、試料１の表面から得られる散乱光あるいは回折光成分による結像された光像を受光することになる。
【００４０】
ところで、本発明の第２の実施例においては、照明光源７０１としてＤＵＶレーザ光源を使用するため、イメージセンサ７１５としてＤＵＶに対して感度のあるものを用いる必要がある。しかし、イメージセンサ７１５として、図８（ａ）に示す表面照射型ＴＤＩイメージセンサを用いると、入射光がカバーガラス８０５を透過し、金属膜８０２の間のゲート８０１にある酸化膜（ＳｉＯ２）８０３を通過してＳｉ基板８０４に形成されたＣＣＤに入るため、短波長の入射光が減衰し４００ｎｍ以下の波長に対して感度がほとんどなく、そのままではＤＵＶ光の検出はできない。そこで、表面照射型イメージセンサでＤＵＶの感度を得るためには、ゲート８０１における酸化膜８０３を薄くして短波長の減衰を少なくする方法がある。他の方法としては、カバーガラス８０５に有機薄膜コーティングを施し、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、可視光にしか感度のないイメージセンサでＤＵＶ光を検出する方法がある。
【００４１】
これに対し、イメージセンサ７１５として、図８（ｂ）に示す如く、Ｓｉ基板８０４の厚さを薄くし、この薄くした裏側から光を入射するように構成した裏面照射型ＴＤＩイメージセンサを用いて、ゲート構造のない裏側から光を入射することによって、ＤＶＤ量子効率を１０％程度以上にして量子効率が高くダイナミックレンジが大きくとれ、４００ｎｍ以下の波長にも感度を有するようにすることができる。また、イメージセンサ７１５を、上記の如く、ＴＤＩ（ＴｉｍｅＤｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）にすることで、感度を大きくすることができる。
【００４２】
次に、信号処理系４０１について図９を用いて具体的に説明する。即ち、信号処理系４０１は、ＴＤＩイメージセンサ等から構成されるイメージセンサ３０２、７１５から被検査対象基板１のｙ軸方向の移動に同期して得られる列画素ごとに蓄積された濃淡値で示される画像信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路４０２と、該ＡＤ変換回路から出力されるデジタル画像信号を、ｙ軸方向に繰り返される回路パターンの例えば１ピッチ分（複数ピッチ分でもよい。）に相当するずれ量だけ遅延させる遅延メモリ４０３と、上記ＡＤ変換回路４０２から得られるデジタル検出画像信号４０８と遅延メモリ４０３から得られる例えば１ピッチ分遅延させたデジタル参照画像信号４０９とを比較して例えば差画像信号を抽出し、この抽出された差画像信号を所定の閾値で２値化して異物や回路パターンの欠陥等の欠陥候補を示す２値化画像信号を形成する比較回路４０４と、該比較回路４０４から得られる異物等の欠陥候補を示す２値化画像信号等を元に該欠陥候補毎の面積や位置座標や最大長さ（例えばｘ軸方向およびｙ軸方向への投影長さ（最大長さ））やモーメント等の特徴量を抽出する欠陥候補の特徴量抽出回路４０５と、該欠陥候補の特徴量抽出回路４０５で抽出される欠陥候補の特徴量が所定の判定基準を越えたとき欠陥として判定する欠陥判定回路４０６とで構成される。なお、特徴量としては、更に欠陥候補として特定された点でＡＤ変換回路４０２から得られるデジタル検出画像信号に基づく濃淡値を付加させて、３次元的な特徴量を抽出してもよい。特に、０．１μｍ程度以下の極微小の異物等の欠陥を検出するためには、被検査対象基板１の表面の微妙な凹凸に基づくノイズ成分を除外して誤検出を防止する必要がある。そのために、差画像信号として所定の閾値を越えるものを一旦異物等の欠陥候補として抽出し、この抽出された欠陥候補毎の特徴量から真に異物等の欠陥なのか、表面の微妙な凹凸によるものかを弁別することによって真の極微小の異物等の欠陥を見つける必要がある。
【００４３】
即ち、被検査対象基板１には、繰り返し回路パターンが形成されているので、比較回路４０４において、ＡＤ変換回路４０２から得られる回路パターンのデジタル検出画像信号４０８と遅延メモリ４０３から得られる例えば１ピッチ分遅延させた隣の回路パターンのデジタル参照画像信号４０９とを比較して例えば差画像信号（２枚の画像信号の画素値の差信号）を求め、この求められた差画像信号を欠陥候補抽出用の閾値で２値化画像信号に変換して異物等の欠陥候補点を抽出する。２値化閾値の設定例としては、あらかじめ設定された閾値、または被検査画像の明るさ等から求めた閾値を用いて差画像信号全体を２値化する。別の閾値設定例としては、差画像信号の各座標毎、または明るさ毎に閾値を算出し、差画像信号の各点において別の閾値を持って２値化する方式が考えられる。いずれにしても、上記差画像信号に対する閾値は、極微小な異物等の欠陥を検出できるように低く設定せざるを得ず、被検査対象基板１の表面の微妙な凹凸に基づく虚報も検出されてしまうことになる。
【００４４】
そこで、欠陥候補の特徴量抽出回路４０５において、２値化画像信号で与えられる欠陥候補信号には虚報が含まれている関係で、検出された欠陥候補点における２値化画像信号および／またはＡＤ変換回路４０２から得られるデジタル検出画像信号を元に欠陥候補点毎の面積や位置座標や最大長さ（ｘ軸方向およびｙ軸方向への投影長さ）やモーメントや濃淡値等の特徴量を抽出する。そして欠陥判定回路４０６において、この抽出された特徴量から欠陥候補点が欠陥か虚報かを判断して真の欠陥を見つける。
以上説明したように、信号処理系４０１において、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を虚報から弁別して検査することができる。
【００４５】
次に、本発明に係る欠陥検査装置に用いられる照明光学系について上記実施例と異なる実施例について図１０および図１１を用いて説明する。本照明光学系の実施例は、ハロゲンランプ等のフィラメント光源５０２と該光源５０２から発生した光を集光させる楕円鏡５０３とからなる照明光源５０１と、該照明光源５０１から集光して出射される光をほぼ平行な光に変換するコリメータレンズ５０４と、該コリメータレンズ５０４で変換されたほぼ平行な光を透過させることによって射出端５０５ａにスポットビームからなる２次光源を形成するロットレンズ（ガラス棒）５０５と、２次光源である射出端５０５ａから出射されたッスポットビームを対物レンズ５０７の瞳５０７ａに集光させる対なるフーリエ変換レンズ５０６と、対物レンズ５０７とによって構成される。なお、ロットレンズ５０５の射出端５０５ａと被検査対象基板１の表面とは、光学的に共役な関係で構成される。ところで、図１１に示すようにランプ５０２のもつ配向特性を利用してランプ５０２の発光強度の高い光線を図１２に示すように照明領域２'の周辺部である検出領域３'の周辺に到達させることができ、検出領域（検出視野）３'の周辺での光量向上を図ることができる。この場合、フライアイレンズを用いたものより、ランプ光源５０２から発生した光量を減らすことなく有効に活用して高照度化することができる。また、この照明光学系の場合、対物レンズ５０７における光軸から離れるに従ってＭＴＦが低下するのに対応させた図１２に示す照度分布（周辺の照度を高めた疑似輪帯照明）で検出領域３'を照明することができることになる。
【００４６】
なお、フーリエ変換レンズ５０６内若しくはフーリエ変換レンズの前後の何方かにシリンドリカルレンズ１０５を配置させることによって、欠陥検査装置の第１の実施例で説明したスリット状の光束１０７を得ることができ、さらに検出領域３の周辺部の照度を強めることができ、その結果、検出光学系３０１によってＭＴＦが最も低下する検出器３０２の周辺部における画素によって受光する異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くすることができ、０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施例の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す欠陥検査装置の第１の実施例に用いられている照明光学系の一実施例の構成を具体的に示す図である。
【図３】照明光学系によってスリット状のガウスビーム光束を整形して照明効率向上を図る基本思想を説明するための図である。
【図４】検出器としてＴＤＩイメージセンサを用いた場合における被検査対象基板上の検出領域の光像を受光して撮像する方法を説明するための図である。
【図５】ガウスビーム光束において標準偏差σ（照明の幅に対応する）を変えたとき、検出領域の周辺部（ｘ０＝１）における照度ｆ(ｘ０)の変化を示す図である。
【図６】標準偏差σを０．５、１、２にしたときのガウスビーム光束を照射した際、検出領域の光軸からの長さ（ｘ０）に対する照度ｆ(ｘ０)の変化を示す図である。
【図７】本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施例の構成を示す図である。
【図８】ＤＵＶ光を受光できるようにしたＴＤＩイメージセンサの実施例を説明するための図である。
【図９】０．１μｍ程度以下の極微小な異物等の欠陥を虚報と弁別して検査できるようにした信号処理系の一実施例を示す構成図である。
【図１０】図１に示す欠陥検査装置の第１の実施例に用いられている照明光学系の他の実施例の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す照明光学系により、ランプ光源から発生する光量を有効活用し、該ランプ光源から発生する光の配向性を利用して検出領域の周辺部における照度を増大させたことを説明するための図である。
【図１２】図１０および図１１に示す照明光学系によって得られる検出領域に対する照度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…被検査対象基板、２、２'…照明領域、３、３'…検出領域、５…微小異物、１０１…照明光源、１０２…照明光学系、１０３…凹または凸レンズ、１０４…コリメータレンズ、１０５…シリンドリカルレンズ、１０６…レーザビーム、１０７…スリット状のガウスビーム光束、２０１…ステージ、３０１…検出光学系、３０２…検出器、３０２ａ…ＴＤＩイメージセンサ、３０２ａｅ…周辺部画素（外周部画素）、３０２ａｃ…角部画素、３０３…光軸、４０１…信号処理系、４０２…ＡＤ変換回路、４０３…遅延メモリ、４０４…比較回路、４０５…欠陥候補の特徴量抽出回路、４０６…欠陥判定回路、５０１…照明光源、５０２…ランプ光源、５０３…楕円鏡、５０４…コリメータレンズ、５０５…ロッドレンズ（ガラス棒）、５０６…フーリエ変換レンズ、５０７…対物レンズ、７０１…ＤＵＶレーザ光源、７０２…照明光学系、７０３…偏光制御光学系、７０４…瞳走査照明光学系、７０５…ハーフミラー（１）、７１１…対物レンズ、７１２…結像レンズ、７１３…拡大光学系、７１４…偏光検出光学系、７１５…ＴＤＩイメージセンサ、７２２…自動焦点系、７３３…瞳観察光学系、７４３…アライメント光学系。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年1月23日(2006.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から発射したレーザビームを一方向に長いスリット状に成形し、該スリット状に成形したレーザを試料に対して斜め方向から照射し、該照射による前記試料からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させ、該結像させた反射散乱光の像を１次元のイメージセンサで撮像し、該撮像して得た画像を予め記憶しておいた参照画像と比較して欠陥を検出する方法であって、
前記スリット状に成形したレーザビームは該スリット状の長手方向の強度分布がほぼガウス分布を有し、該レーザビームを基板上に照射したときに前記１次元のイメージセンサで撮像される領域の長手方向の両端部における照明強度が最大となるように前記レーザビームの照度分布が設定されていることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
レーザ光源から発射したレーザビームを一方向に長いスリット状に成形し、該スリット状に成形したレーザを試料に対して斜め方向から照射し、該照射による前記試料からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させ、該結像させた反射散乱光の像を１次元のイメージセンサで撮像し、該撮像して得た画像を処理して欠陥を検出する方法であって、
前記スリット状に成形したレーザビームは該スリット状の長手方向の強度分布がほぼガウス分布を有し、前記スリット状のガウスビームで照明する前記試料上のスリット状の照明領域の長手方向の幅が可変であることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
レーザ光源から発射したレーザビームを一方向に長いスリット状に成形し、該スリット状に成形したレーザを試料上の検査領域に対して斜め方向から照射し、該照射による前記試料上の検査領域からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させ、該結像させた反射散乱光の像を１次元のイメージセンサで撮像し、該撮像して得た画像を前記検査領域に対応する前記試料上の参照領域を予め前記１次元のイメージセンサで撮像して記憶しておいた参照画像と比較して欠陥を検出する方法であって、
前記スリット状に成形したレーザビームは該スリット状の長手方向の強度分布がほぼガウス分布を有し、該長手方向の強度分布がガウス分布を有する光で照明された領域を前記１次元イメージセンサで撮像して得た画像を前記参照画像と比較することにより前記レーザビームの強度分布の影響を受けることなく欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
前記レーザ光源から発射されるレーザビームがＤＵＶレーザビームであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記試料上に照射されるレーザビームが偏光が制御されたレーザビームであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
レーザビームを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザビームを一方向に長いスリット状に成形するビーム成形手段と、該ビーム成形手段によりスリット状に成形されたレーザを試料に対して斜め方向から照射する照射手段と、該照射手段により前記スリット状に形成されたレーザが照射された前記試料からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させる結像手段と、該結像手段で結像させた反射散乱光の像を１次元のイメージセンサで撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た画像を予め記憶しておいた参照画像と比較して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、
前記ビーム成形手段は、前記レーザビームを長手方向の強度分布がほぼガウス分布を有するスリット状に形成し、かつ、該スリット状に成形したレーザビームを前記試料上に照射したときに前記撮像手段の１次元のイメージセンサにより撮像される領域の長手方向の両端部における照明強度が最大となるように前記レーザビームの照度分布を設定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
レーザビームを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザビームを一方向に長く該長い一方向の強度分布がほぼガウス分布を有するスリット状に成形するビーム成形手段と、該ビーム成形手段によりスリット状に成形されたレーザを試料に対して斜め方向から照射する照射手段と、該照射手段により前記スリット状に成形されたレーザが照射された前記試料からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させる結像手段と、該結像手段で結像させた反射散乱光の像を１次元のイメージセンサで撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た画像を予め記憶しておいた参照画像と比較して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、
前記ビーム成形手段で成形した前記スリット状のガウスビームで照明する前記試料上のスリット状の照明領域の長手方向の幅を設定する照明幅設定手段を更に備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
レーザビームを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザビームを一方向に長く該長い一方向の強度分布がほぼガウス分布を有するスリット状に成形するビーム成形手段と、該ビーム成形手段によりスリット状に成形されたレーザを試料上の検査領域に対して斜め方向から照射する照射手段と、該照射手段により前記スリット状に成形されたレーザが照射された前記試料からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させる結像手段と、該結像手段で結像させた反射散乱光の像を１次元のイメージセンサで撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た画像を前記検査領域に対応する前記試料上の参照領域を予め前記撮像手段で撮像して記憶しておいた参照画像と比較して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、
前記画像処理手段は、前記照射手段により前記長手方向の強度分布がガウス分布を有する光で照明された前記検査領域を前記撮像手段で撮像して得た画像を前記参照画像と比較することにより前記レーザビームの強度分布の影響を受けることなく欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
前記レーザ光源は、ＤＵＶレーザビームを発射することを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源から発射されたレーザビームの偏光の状態を制御する偏光制御手段を更に備えることを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の欠陥検査装置。