(57)【要約】  【課題】  半導体デバイス等の基板上に回路パターンを形成するデバイス製造工程において、製造工程中に発生する微小な異物やパターン欠陥を、高速に高感度で安定して検査できる装置および方法を提供すること。  【解決手段】  表面に透明膜が形成された被検査対象物に対し、複数の照明方向と照明角度を有する照明手段から最適な照明条件を決定して照明し、前記被検査対象物表面に形成されたパターンからのノイズを排除して検出することにより、前記被検査対象物表面および透明膜表面の異物または欠陥の反射散乱光を有効に検出するとともに、検査装置に備えた検出光学系の結像性能確認手段により該検出光学系の結像性能を評価、修正して検出光学系を最良の状態にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に照明光束を照射する照明手段と、
該照明手段により照明された前記試料表面からの反射散乱光を対物レンズを介して集光して検出器で検出する検出手段と、
該検出手段の検出器で前記反射散乱光を検出して得た信号を処理して前記試料表面の欠陥を検出する信号処理手段とを備え、
前記検出手段は、前記試料表面からの反射散乱光を集光する集光光学系と該集光光学系の収差を補正する収差補正部とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照明手段は、前記試料表面に高角度方向から照明光束を照射する第１の照明部と、前記試料表面に低角度方向から照明光束を照射する第２の照明部とを有することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記検出手段の集光光学系は反射光学系と屈折光学系とを有し、前記収差補正部は、前記反射光学系の反射条件または前記屈折光学系の屈折条件を変えることにより前記集光光学系の収差を補正することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記検出手段の集光光学系は結像倍率可変部を更に有し、該結像倍率可変部は、前記対物レンズを前記検出器との位置を一定にした状態で前記集光光学系の結像倍率を変化させることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記照明手段は、前記照明光束を一方向に長い形状に成形して前記試料表面に対して傾斜した方向から照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記検出手段の検出器は検出信号を並列に出力する時間遅延型積分センサであり、前記信号処理手段は前記時間遅延型積分センサから並列に出力された信号を並列に処理することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
試料表面に照明光束を照射し、
該照明された前記試料表面からの反射散乱光を集光光学系を介して集光して前記反射散乱光の像を所望の倍率で検出し、
前記反射散乱光を検出して得た信号を処理して前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記集光光学系の収差を前記所望の倍率に応じて補正して前記試料表面からの反射散乱光の像を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項８】
前記試料表面に照明光束を照射することを、前記試料表面に高角度方向から照明光束を照射する高角度照射と、前記試料表面に低角度方向から照明光束を照射する低角度照射とを切替えて行うことを特徴とする請求項７記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
前記集光光学系の収差を前記所望の倍率に応じて補正することを、前記集光光学系の反射条件または屈折条件を変えることにより行うことを特徴とする請求項７記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記照明光束を一方向に長い形状に成形して前記試料表面に対して傾斜した方向から照射することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査方法。
【請求項１１】
前記反射散乱光の像を並列出力型の時間遅延型積分センサで検出し、該時間遅延型積分センサから並列に出力された信号を並列に処理することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板、半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥を検出し、前記検出された異物または欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物または欠陥の発生状況を検査する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）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る。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な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、プロセスガスにより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。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程においても、上記異物によりパターン欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。また、プリント基板の製造工程においても同様の状況であって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因となる。このような背景の下、半導体製造においては、各製造ライン毎に異物検査装置を場合によっては複数配置し、上記異物の早期発見による製造プロセスへのフィードバックにより半導体製造の歩留まり向上を図っている。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（従来技術１）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することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（従来技術２）に開示されているように、半導体基板上にレーザ光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、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。
また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウェハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（従来技術３）において知られている。この従来技術３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、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４）、特開２０００−１０５２０３号公報（従来技術５）が知られている。特に、従来技術５には、検出光学系を切り換えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、特開２００１−６０６０７号公報（従来技術６）に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献４】特開平１−２５０８４７号公報
【特許文献５】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献６】特開２００１−６０６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術１〜５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微細な異物または欠陥を、高感度で、かつ高速に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１〜５では、例えば、メモリセル部等の繰り返しパターン部分以外では、検出感度（最小検出異物寸法）が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜５では、パターン密度が高い領域における０．１μｍレベルの微小異物または欠陥の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜５では、配線間を短絡する異物または欠陥の検出感度や薄膜状の異物の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術６では、異物または欠陥の計測精度が低いという課題があった。また、上記従来技術６では、透明薄膜が形成されたウェハ表面上の異物の検出感度が低いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決して、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物または欠陥を高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査方法及びその装置を提供するものである。特に、半導体等の製造ラインに複数導入される同種の欠陥検査装置において、各検査装置間での欠陥検出性能差（機差）を低減し欠陥を安定検出するための欠陥検査方法及びその装置を提供するものである。
【０００８】
すなわち、本発明では、試料表面に照明光束を照射する照明手段と、この照明手段により照明された試料表面からの反射散乱光を対物レンズを介して集光して検出器で検出する検出手段と、この検出手段の検出器で反射散乱光を検出して得た信号を処理して試料表面の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた欠陥検査装置において、検出手段に、試料表面からの反射散乱光を集光する集光光学系と該集光光学系の収差を補正する収差補正部とを備えて構成した。
【０００９】
そして、照明手段を、試料表面に高角度方向から照明光束を照射する第１の照明部と、試料表面に低角度方向から照明光束を照射する第２の照明部とを備えて構成した。
【００１０】
また、検出手段の集光光学系には反射光学系と屈折光学系とを備え、収差補正部は、反射光学系の反射条件または屈折光学系の屈折条件を変えることにより集光光学系の収差を補正するように構成した。
【００１１】
更に、検出手段の集光光学系に結像倍率可変部を更に備え、この結像倍率可変部は、対物レンズを検出器との位置を一定にした状態で集光光学系の結像倍率を変化させるように構成した。
【００１２】
更に、照明手段は、照明光束を一方向に長い形状に成形して試料表面に対して傾斜した方向から照射するように構成した。
【００１３】
更に、検出手段には、被検査対象基板と光検出器との相対距離を一定にして結像倍率を可変する構成を有していることを特徴とする。光学系前記可変倍率結像光学系は、フーリエ変換像の大きさを一定にして結像倍率を可変に構成した。
【００１４】
また、本発明では、欠陥検査装置を、照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して高傾斜角度と低傾斜角度とで切り換えて照射できるように構成した照明光学系と、被検査対象基板からの反射散乱光を、検査対象上の異物欠陥を検出するに最適な方向に配置して異物欠陥からの散乱光を集光する対物レンズと対物レンズで集光された反射散乱光を結像させる結像光学系と結像光学系で結像された反射散乱光を受光して信号に変換する光検出器とを有する検出光学系と、照明光学系での高傾斜角度照明および低傾斜角度照明した際、検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部とＡ／Ｄ変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出する欠陥検出処理部と検出した異物を確認するための手段を備えて構成した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、欠陥を安定して検出するために欠陥検査装置内に検出光学系の収差計測手段と収差を補正する手段を備え、検出光学系の欠陥検査装置搭載時のデータと比較、補正することにより長期にわたる欠陥の安定検出の実現、同検査装置間での個体差を低減でき、ＬＳＩパターン等の基板上の回路パターンからの回折光を低減して微小な異物または欠陥や、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高速で、しかも高精度に検査を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】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
本発明に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物、パターン欠陥、マイクロスクラッチ等の様々な欠陥を高感度で、かつ高速で検査し特にウェハ表面に形成された薄膜表面の欠陥を薄膜中の欠陥と分離して安定して検出できるようにするものである。
【００１８】
すなわち、本発明に係る欠陥検査装置は、図２（ａ）に示す如く、照明光学系１０によって照明するスリット状ビーム２０１の照射角度α及び照射方向φを被検査対象に応じて変更可能にすると共に、被検査対象表面と検出器２６の受光面とを結像関係となるよう検出光学系２０を配置し、また検出光学系２０の結像倍率を可変にして検出画素サイズを検出欠陥の大きさに合わせて設定して検査できるように構成した。
【００１９】
更に、本発明に係る欠陥検査装置には、例えば、異なる照射角度の照明光を照射することによって欠陥から発生する散乱光の違いを特徴量として、検出した欠陥の種類を分ける機能も備えるように構成した。
【００２０】
まず、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ及び半導体該ウェハ上に形成された透明膜上の小／大異物やマイクロスクラッチおよび、透明膜中の異物やパターン欠陥等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハに限らず、薄膜基板やフォトマスク、ＴＦＴ、ＰＤＰ等にも適用可能である。
【００２１】
図１に、本発明に係る欠陥検査装置の構成を示す。欠陥検査装置は、大きくは、照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０、搬送系３０、信号処理系４０及び欠陥検査装置全体を制御する全体制御部５０によって構成される。
【００２２】
搬送系３０は、様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置台３４に載置、移動させるＸＹステージ３１、Ｚステージ３２、θステージ３３と、これらを制御するためのコントローラ３５とを備えている。
【００２３】
照明光学系１０は、レーザ光源１１、ビーム拡大光学系１６、ミラー２５４、２５６、レンズ２５５を備え、レーザ光源１１から射出された光を、ビーム拡大光学系１６である大きさに拡大後、ミラー２５４、２５６、レンズ２５５等を介して、複数の斜め方向から被検査対象基板１上に照明する。
【００２４】
検出光学系２０は、対物レンズ２１、反射可変ユニット１００、空間フィルタ２２、結像レンズ２３、光学フィルタ２５、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６から構成される。
【００２５】
また、検出光学系２０の光路中には、波面計測光学系１５０が配置されている。波面計測光学系１５０は、ミラー１５１と検出器１５２から成り、検出光学系２０の光路中への挿入、退避が可能なミラー１５１によって被検査対象基板１側から対物レンズ２１に入射させた平行光束を検出器１５２で検出して光学系の結像性能をチェックする役割を持つ。
【００２６】
信号処理系４０は、光検出器２６で検出された画像信号を処理して欠陥、異物を検出する。
【００２７】
観察光学系６０は、レンズ６１と偏光ビームスプリッタ６２と照明光源６３及び撮像手段６４を備え、照明光源６３によりウェハ１の表面を照明して、ウェハ1を予め別の検査装置で検査して検出された異物の有無、形状を確認する。
【００２８】
全体制御部５０は、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０、搬送系３０および信号処理系４０の全体を制御する。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む）、表示手段５２、記憶部５３が設けられている。
【００２９】
なお、この異物検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６の受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えている。
【００３０】
本検査装置では、複数の方向から被検査対象基板１の表面に照明可能な構成になっている。照明光学系１０としては、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、図２（ａ）に示す如く、レーザ光源１１から射出された光Ｌ０を、例えば図示しない凹レンズおよび凸レンズ等から構成されるビーム拡大光学系１６、レンズ１４、ミラー１５等で構成される。
【００３１】
本発明の検査装置では、図２（ｂ）及び（ｃ）に示す如く、スリット状ビーム２０１を平面的に複数の方向（図２（ｂ）及び（ｃ）においては４方向２２０、２３０、２４０、２５０）、及び複数の照明角度にて、試料載置台３４上に載置されたウェハ（被検査対象基板）１に照射するように構成されている。
【００３２】
ここで、照明光をスリット状ビーム２０１にするのは、照明により発生する異物や欠陥からの散乱光を、光検出器２６の一列に配置した受光素子で一括して検出することにより、異物検査の高速化を図るためである。
【００３３】
すなわち、ウェハ１上に形成されたチップ２０２の配列方向がＸステージ３１の走査方向およびＹステージ３２の走査方向に向くようにθステージ３３を駆動して載置テーブル３４上に載置されたウェハ1の向きを調整し、この向きを調整したウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。
【００３４】
このウェハ１上に照射されるスリット状ビーム２０１の形状は、Ｘ方向に集光してＹ方向に平行光となるように構成された光学系により、Ｘステージ３１の走査方向Ｘに直角（ウェハ１上に照射されたスリット状ビーム２０１の長手方向がＸステージ３１の走査方向Ｘに直角）、Ｙステージ３２の走査方向Ｙに平行（ウェハ１上に照射されたスリット状ビーム２０１の長手方向がＹステージ３２の走査方向Ｙに平行）、また光検出器２６の画素の配列方向２０３（図２（ｃ）参照）とも平行になるよう光軸が調整されているものである。これは画像信号のチップ間比較を行う際に、チップ間の位置合わせが容易に行える効果を奏する。このスリット状ビーム２０１は、図３に示すように光路中に例えば円筒レンズ２４４や円錐曲面レンズ１４を設けることにより形成することができる。
【００３５】
ここで、方向２２０及び２３０からの照明では、ウェハのＹ軸方向に対して左右に角度φ回転し、かつＺ軸方向に角度α傾斜した方向（図２（ｂ）では、方向２３０からの照明光のミラー２３３で反射されて円筒レンズ２３４を透過してミラー２３５に到る光路と、ミラー２３５からウェハ１のスリット状ビーム２０１の照射領域までの光路とが重なって表示されている）からレーザ光を照射してウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する。これを実現するための構成として、図３（ａ）に示すように、長手方向の曲率半径が連続的に変化するような円錐曲面レンズ１４（図２（ｂ）の円筒レンズ２２４、２３４に相当）を光路中に配し、Ｙステージの走査方向に対してスリット状ビーム２０１の長軸方向が平行になるようにしている。
【００３６】
また、方向２５０からの照明では、Ｙステージの走査方向と平行でスリット状ビーム２０１の長手方向と同じ方向からの照明になるため、図３（ｂ）に示す円筒レンズ２４４によりスリット状ビーム２０１を形成することができる。
【００３７】
さらに、方向２４０からの照明では、Ｙステージの走査方向と平行でスリット状ビーム２０１の長手方向に直角な方向からの照明になるため、図３（ｂ）に示した円筒レンズ２４４とは９０度向きを変えて配置した円筒レンズ２５５によりスリット状ビーム２０１を形成することができる。
【００３８】
また、全体制御部５０からの指令に基づいて、図２（ａ）に示すように、ミラー１５とミラー２０５を機構的に切り換えることにより、照明角αを例えば被検査対象基板１上で検査対象とする異物の種類によって変えられる構成になっている。図２（ｃ）に示すようにいかなる照明角の場合でもスリット状ビーム２０１は光検出器２６の画素の配列方向２０３をカバーする照明領域を有し、上記以外の方向２２０及び２３０に対向する方向を含めいずれの方向からの照明であっても、スリット状ビーム２０１の照明位置がウェハ１上で一致するよう構成されるものである。
【００３９】
これにより、Ｙ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２０１をＹ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから発する回折光が空間フィルタ２２によって遮光されることになる。
【００４０】
なお、円錐曲面レンズ１４の製造方法については、例えば特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているような方法がある。
【００４１】
ところで、スリット状ビーム２０１を複数の照明角度でウェハ１上に形成するのは、ウェハ１表面に発生している種々のタイプの異物検出に対応するためである。すなわち、被検査対象基板１上のパターン欠陥や高さの低い異物検出を対象として検出する構成になっている。
【００４２】
照明角度αは、高角度になると回路パターンからの反射回折光量が増加し、Ｓ/Ｎ比が低下するので経験的に求められた最適値が適用される。一例として、ウェハ表面の高さの低い異物を検出したい場合は、照明角度αは小さい角度が良く、例えばαが１度乃至１０度好ましくは1度乃至５度程度になるように設定する。また、配線工程での配線間の異物やパターン欠陥を検出したい場合は、照明角度αを大きくすると良いが、パターンと異物のＳ/Ｎ比の関係から、４０度乃至６０度好ましくは４５度乃至は５５度程度に設定すると良い。また、検査対象の工程と、検出したい異物の種類に対応関係がある場合は、検査レシピの中にどちらの照明角度に設定するか予め決めても良い。また、前述のウェハ表面の異物やパターン欠陥を偏りなく検出するためには、照明角度として前述した角度の中間値、即ち５度乃至４５度の間に設定しても良い。
【００４３】
更に、照明方向φに関しては、例えば配線工程の場合、ウェハ上に形成された配線パターンと照明の方向を合わせることにより、配線間の異物を検出し易くなる。また、ウェハの回路パターンが配線パターンではなく、コンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないため、チップに対し４５度付近の方向から照明するのが望ましい。なお、照明角度の変更は、例えば、図２（ａ）に示すように、角度の異なる２個のミラー１５と２０５とを切り換えるか、あるいは、ミラー１５（又は２０５）の角度をＸ方向（紙面に垂直）を回転軸にして図示しない回転手段によって変えても良い。このとき、ミラー１５はＺ方向にも移動しスリット状ビーム２０１がウェハ上でもって検出光学系の検出光軸と一致するようにし、レンズ１４もＺ方向に移動してスリット状ビーム２０１が検出光学系の検出光軸上で最小径となるように調整される。
【００４４】
次に、照明方向を変更する方法について図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ｂ）に示す分岐光学要素２１８はミラー、プリズム等で構成され、図示していない駆動手段を用いて位置をＹ方向に移動させることによって、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌ０を透過または反射して３方向のうちの何れかの方向へ導く。分岐光学要素２１８を透過したレーザ光Ｌ１は、ハーフプリズム２２１で透過光と反射光に分岐され、例えば透過した光は、波長板２３６を透過した後、ミラー２３１，ビーム径補正光学系２３２、ミラー２３３、円錐曲面レンズ２３４を介して再びミラー２３５で反射されて、方向２３０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する。
【００４５】
一方、ハーフプリズム２２１での反射光についても同機能を有する光学素子、即ちビーム径補正光学系２２２、ミラー２２３、円筒レンズ２２４、ミラー２２５を介して方向２２０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。なお、ビーム径補正光学系２２２及び２３２は、ウェハ１に照射されるスリット状ビーム２０１が同じ大きさに成るように円錐曲面レンズ１４に入射するレーザ光のビーム径を調節するものである。また、ハーフプリズム２２１の代りにミラー２６０を設置すれば方向２２０から、また、ハーフプリズム２２１及びミラー２６０の何れも用いなければ方向２３０から、それぞれ一方向からの照明を行うことができる。また、ハーフプリズム２２１の後方に波長板２２６、２３６を挿入することによって照射するレーザ光の偏光方向をそろえることも可能である。
【００４６】
ところで、分岐光学要素２１８で反射されたレーザ光Ｌ２は、ビーム径補正光学系２４１を通過後、ミラー２４２及び２４３で反射し、円筒レンズ２４４を通過し再びミラー２４５で反射されて方向２４０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。
【００４７】
一方、レーザ光Ｌ３についても、Ｌ２の光路上に配置された各光学素子と同様に、ミラー２５１で反射してビーム径補正光学系２５２を透過した後、ミラー２５３と２５４とで反射して円筒レンズ２５５を透過して、ミラー２５６で反射して方向２５０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。
【００４８】
照明方向２４０及び２５０に関しては、例えば配線工程において、ウェハ上に形成された配線パターンがＸ方向又はＹ方向に平行となって多く形成されている場合に、照明の方向を合わせることが可能であり、配線間の異物を検出し易くなるという効果を奏する。
【００４９】
なお、レーザ光源１１として、ここではＹＡＧ第２高調波の波長５３２ｎｍの高出力レーザを用いているが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、紫外、遠紫外あるいは真空紫外光レーザでも良く、またＡｒレーザや窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ、半導体レーザ等の光源であっても良い。
【００５０】
一般的にレーザ波長を短波長化することにより、検出像の解像度が向上するため、高感度な検査が可能となる。
【００５１】
次に、図４（ａ）に示す検出光学系２０について説明する。検出光学系２０は、ウェハ等の被検査対象基板１から反射回折された光を、対物レンズ２１、反射可変ユニット１００、空間フィルタ２２、結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３、濃度フィルタ、偏光板などから成る光学フィルタ群４２０を介して、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６で検出するように構成されている。光検出器２６としてＴＤＩセンサを用いた場合、複数の出力用タップを備えたＴＤＩセンサを用いて複数の信号を並列に出力させ、信号処理系４０でこの複数の信号を複数の処理回路または複数の処理ソフトを用いて並列に処理することにより、高速な欠陥の検出を行うことができる。
【００５２】
空間フィルタ２２は、ウェハ１上の繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光して欠陥、異物からの散乱光を通過する機能を有し、対物レンズ２１の空間周波数領域、すなわちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する）に配置されている。
【００５３】
なお、空間フィルタ２２は、検出光学系２０の光路中に、検査中はＸ方向に退避可能なミラー９０と、投影レンズ９１、ＴＶカメラ９２からなる瞳観察光学系７０を用いて、例えば図５（ａ）に示すように、瞳観察光学系７０の観察視野５０１においてフーリエ変換の結像位置における繰り返しパターンからの反射回折光像５０２（図５（ａ）中の白抜きの点）を撮像し、フーリエ変換の結像位置に設けた図５（ｂ）に示すような矩形状の遮光部を有する遮光板５０３の間隔ｐを、矩形状の遮光部が反射回折光像５０２を遮光するように図示しない機構でメカニカルに変化させて、同図（ｃ）に示すようにフーリエ変換の結像位置においてパターンからの反射回折光像による輝点のない像５０４になるように調整されるものである。これらは、ＴＶカメラ９２からの信号を信号処理系４０で処理して全体制御部５０の指令に基づいて実施される。なお、上記遮光板５０３によらず、ＴＶカメラ９２からの画像信号に基づいて、例えば液晶表示素子などを用いて透明基板上に遮光部を白黒反転させて形成したものを遮光板５０３と置き換えても良い。
【００５４】
本検査装置では、異物検査を高速に行うモードと低速で高感度な検査を行うモードを備えている。つまり、回路パターンが高い密度で製造されている被検査対象物または領域は、検出光学系の倍率を高くすることにより高分解能の画像信号が得られるので、高感度な検査が行える。また、回路パターンが低い密度で製造されている被検査対象物または領域は、倍率を下げることにより、高感度のまま高速検査を実現できるものである。これにより、検出すべき異物の大きさと、検出画素の大きさを最適化でき、異物以外からのノイズを排除し、異物からの散乱光のみを効率よく検出できるという効果を奏する。つまり、本検査装置ではウェハ１に上方に設置されている検出光学系２０の倍率を簡単な構成で可変できるようになっているものである
次に、検出光学系の倍率を可変にする動作について図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
【００５５】
検出光学系の倍率の変更は全体制御部５０からの指令に基づいて行われる。結像レンズ２３は、可動レンズ４０１、４０２、４０３、移動機構４０４で構成され、倍率変更時は対物レンズ２１および、空間フィルタ２２の位置を光軸方向に変化させることなく、検出器２６上に結像されるウェハ表面像の倍率を可変できる特徴を奏している。すなわち、倍率変更時にも被検査対象基板１と光検出器２６との相対位置を変える必要がなく、倍率変更時の移動機構４０４を簡単な構成でもって倍率を変えることができ、さらに、フーリエ変換面の大きさも変わらないので、空間フィルタ２２を変更しなくても良い利点を有する。
【００５６】
検出光学系２０の倍率Ｍは、対物レンズ２１の焦点距離４０５をｆ１、結像レンズ２３の焦点距離４０６をｆ２とすると（数１）により算出できる。
【００５７】
Ｍ＝ｆ2／ｆ1        （数１）
従って、倍率可変検出光学系２０を倍率Ｍにするためには、ｆ１は固定値であるから、ｆ２が（Ｍ×ｆ１）になる位置に可動レンズを移動することになる。
【００５８】
次に、図４（ａ）の移動機構４０４について、図４（ｂ）を用いて詳細に説明する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の可動レンズ４０１〜０３と移動機構４０４で構成される結像レンズ２３の詳細な構成であって、可動レンズ４０１及び４０２、４０３を特定の場所に移動して位置決めする構成を示している。可動レンズ４０１はレンズ保持部４１０に保持され、レンズ保持部４１０はモータ４１１によるボールネジ４１２の回転によりリニアガイド４５０の上を光軸方向に移動する。また、それぞれレンズ保持部４２０及び４３０に保持された可動レンズ４０２、４０３についてもモータ４２１、４３１によるボールネジ４２２、４３２の回転によりリニアガイド４５０上を光軸方向にそれぞれ独立して移動することが可能な構成になっている。  
すなわち、各可動レンズ４０１、４０２、４０３を保持しているレンズ保持部４１０、４２０、４３０の先端に位置決めセンサの可動部４１５、４２５、４３５を、可動レンズ４０１、４０２、４０３の停止位置に位置決めセンサの検出部４１６、４２６、４３６をそれぞれ設け、モータ４１１、４２１、４３１を駆動してレンズ保持部を光軸方向に移動させ、あらかじめ所望の倍率の位置に設けられた各位置決めセンサ４１６、４２６、４３６によって位置決めセンサ可動部４１５、４２５、４３５を検出して位置決めする。なお、位置決めセンサ４１７、４１８は可動レンズ４０１の光軸方向の上限、下限のリミットセンサであり、可動レンズ４０２、４０３についても同様にリミットセンサ４２７，４２８及び４３７，４３８が設置されている。ここで、位置決めセンサとしては、光学的、磁気的センサ等が考えられる。
【００５９】
これらの動作は、全体制御部５０からの指令に基づいて行われるが、例えば、被検査対象基板１上に形成された回路パターンが高密度の場合は高倍率での高感度検査モードとし、回路パターンが低密度の場合は低倍率にして高速検査を行う等、ステージ上に載置される被検査対象基板１の表面情報、製造プロセスにあわせて微小欠陥を多く検出するように倍率を設定するものである。
【００６０】
従って、本欠陥検査装置の検出光学系は同一のレンズ構成でもって、低倍率から高倍率をカバーしている。しかし、今後益々、検出光学系を構成しているレンズ群のレンズ構成数は増加傾向にあり、かつ高い面精度と組立精度が要求されるようになってきている。更に検査装置内の機械振動や温度変化などの環境変化にも対応する必要が出てきている。
【００６１】
このため、本発明では欠陥検査装置の検出光学系に検査照明光と同波長の照明光を透過させ、透過光の波面収差を検出することにより検出光学系２０の結像性能をモニタすることが可能になっている。
【００６２】
例えば、図２（ｂ）に示した構成において、レーザ光源１１から出射してビーム拡大光学系１６を通過したレーザ光Ｌ０を分岐光学要素２１８で反射させてレーザＬ３とし、ミラー２５４で反射後、レンズ２５５、ミラー２５６を光路から退避させてミラー３０６、３０７を介して集光レンズ３０８に入射させ、ウェハ１の裏面側からウェハ１の検査表面とＺ方向の同位置に該集光レンズ３０８によるスポットを形成させる。
【００６３】
この検出光学系２０の結像性能をモニタする結像性能モニタ光学系３０９の構成を図１にも示す。図２に示した構成では、ミラー３０６からミラー３０７に向かってレーザＬ０がＹ軸方向に進むように構成されているが、図１においては、便宜上、結像性能モニタ光学系３０９において、ミラー３０６からミラー３０７に向かうレーザがＸ軸方向に沿って進むように表示してある。
【００６４】
集光レンズ３０８で形成されたレーザスポットは、図１に示した検出光学系２０の対物レンズ２１を通過後平行光束となり、反射可変ユニット１００で反射された後、該反射可変ユニット１００と結像レンズ２３との間に設けられ、光路からＹ方向に退避可能に配置されたミラー１５１で反射されて波面検出器１５２に達する。
【００６５】
反射可変ユニット１００は、図１３（ａ）の如く支持板１０２上にＸＹ方向に配置された複数のアクチュエータ１１０とスペーサ１０６、反射ミラー１０５で構成され、これらは押え板１０３により支持板１０２に固定されている。アクチュエータ１１０は、例えば圧電素子やモータ駆動の直動装置である。コントローラ１１５は、干渉計解析装置３５０（図６参照）からの電気信号を駆動信号に変換しアクチュエータ１１０を駆動する。反射ミラー１０５とアクチュエータ１１０の間に設置しているスペーサ１０６は、例えば図１３(ｂ)に示す如く表面に複数の突起１０７が施されたものあるいは図１３(ｃ)に示すように扇状または同心円状に突起１０８が配列された弾性変形体である。アクチュエータ１１０は各突起に圧力が作用するように配置されており、コントローラ１１５からの電気信号に応じた変位量(圧力)で反射ミラー１０５の反射表面を微小変形させる。なお、反射ミラーを変形させる方法について述べたが、複数の反射ミラーを半導体プロセス等により作製した駆動系一体形のミラーを用いても良い。
【００６６】
波面検出器１５２は、例えば受光素子が二次元配列したＣＣＤカメラであり、平行光束は各受光素子の受光面近傍に二次元配列した集光レンズによって受光素子上に集光する。例えば、光学系の収差によって上記平行光束の波面が乱されている場合、各素子の出力信号が変化し不連続性が発生する。全体制御部５０は波面検出器１５２から出力される画像信号を処理して波面収差量を算出する。算出された該波面収差量は、既に記憶装置５３に格納されている当該検出光学系２０の製造時のレンズデータと比較される。比較結果より収差が発生していると判定された場合は、反射可変ユニット１００内に設けられた反射ミラー１０５の反射面を、反射面の裏側に複数個設けられたアクチュエータ１１０により変形させて修正する。そして、再度、波面収差量を測定し、収差量が規定値内になるまでミラー１０５の反射面の修正・収差測定が繰り返される。反射ミラー１０５は例えばレンズ２１の射出瞳位置に設置されている。
【００６７】
次に、検出光学系２０のレンズ調整方法の一例について図６〜図１３を用いて説明する。図６は干渉計装置３６０の構成概略図であり、検出光学系２０の対物レンズ２１及び結像レンズ２３を被検査レンズとして、干渉縞を計測することによりレンズ収差を調整することができる。
【００６８】
すなわち、図６に示した干渉計装置３６０の構成において、レーザ光源３００から出射したレーザ光Ｌ０は、ビーム拡大光学系３０５である大きさに拡大後、ハーフミラー３１０により透過光と反射光に分岐される。ハーフミラー３１０の透過光は反射可変ユニット１００（またはミラー３４０）で反射されて平面ミラー３２５（または球面ミラー３２０）に入射する。一方、ハーフミラー３１０での反射光は参照ミラー３３０に入射する。反射可変ユニット１００とミラー３４０及び平面ミラー３２５と球面ミラー３２０は図示しない機構によってそれぞれ光路中から退避可能な構成になっている。平面ミラー３２５と参照ミラー３３０で反射された光は入射光路に沿ってハーフミラー３１０まで戻る。平面ミラー３２５で反射した光はハーフミラー３１０で反射し、参照ミラー３３０で反射された光はハーフミラー３１０を透過してそれぞれ重なって検出器３１５に入射する。ここで参照ミラー３３０は微動ステージ３３５上に設置されており、干渉計解析装置３５０からの信号によりコントローラ３３４を介してＺ方向に微動する。まお、３５１は入出力手段、３５２は表示手段、３５３は記憶部である。
【００６９】
次に、干渉計装置３６０を用いて検出光学系２０の結像レンズ２３を含む後群レンズ系１９を調整する手順の一例を、図９のフローを用いて説明する。
【００７０】
先ず、図６において反射可変ユニット１００とミラー３４０を切換えて光路中にミラー３４０を設置し、平面ミラー３２５と球面ミラー３２０を切換えて光路中に球面ミラー３２０を設置する。
【００７１】
次に、ビーム拡大光学系３０５を光路中から退避した状態でレーザ光源３００から出射したレーザ光をハーフミラー３１０で分岐し、分岐したそれぞれのレーザを球面ミラー３２０又は参照ミラー３３０に入射させる。それぞれ入射したレーザは球面ミラー３２０又は参照ミラー３３０でそれぞれ反射して入射経路を逆方向にたどり、ハーフミラー３１０で反射または透過して合成されて検出器３１５に到達する。ここで、レーザ光が検出器３１５上で一致することを確認する(S1200)。
【００７２】
次に、図７に示すように、ビーム拡大光学系３０５を光路中に配置し鏡筒内に可動レンズ４０１〜４０３が組み込まれた被調整レンズ１９を、結像位置が球面ミラー３２０の側になるように設置する(S1250)。このとき各可動レンズ４０１〜４０３の間隔は設計値に初期設定されている。
【００７３】
次に、干渉計解析装置３５０で波面収差の計測を行う(S1260)。収差の計測結果に基づいて調整を行い、表示部３５２のモニタ画面上で干渉縞の形状が図８(a)から図８(b)のようになるように被調整レンズ１９を調整する(S1270)。干渉計解析装置３５０での収差計測を行い収差量が規定値以内か確認する(S1280)。収差量が規定値以上の場合はステップS1260〜S1280を繰り返す。
【００７４】
次に、干渉計装置３６０を用いて検出光学系２０の対物レンズ２１と反射可変ユニット１００とを含む前群レンズ系１８を調整する手順の一例を、図１１のフローを用いて説明する。
【００７５】
まず図６示す干渉計装置３６０において反射可変ユニット１００とミラー３４０を切換えて光路中にミラー３４０を設置し、表示部３５２の画面上に図８(a)に示すような干渉縞３０１が現れるように参照ミラー３３０を粗調節後、さらに微調整して図８(ｂ)に示すような干渉縞３０２となるように干渉計装置３６０をキャリブレーションする（Ｓ1300）。
【００７６】
次に、反射可変ユニット１００とミラー３４０を切換える(S1310)。反射可変ユニット１００の反射ミラー１０５の平面度を干渉計解析装置３５０で測定し、波面収差量を算出する(S1320)。波面収差量に基づいて補正値を算出し、反射可変ユニットの反射ミラー１０５をアクチュエータ１１０を駆動して変形させ収差量を調整する（S1330）。
【００７７】
調整後、再度、表示部３５２のモニタ画面での縞観察と干渉計解析装置３５０での収差計算を行い、収差量が規定値以内か判定する(S1340)。収差量が規定値以上の場合はステップS1320〜S1340を繰り返す。
【００７８】
次に、図１０に示すように、前群レンズ系１８を設置し(S1350)、干渉計解析装置３５０で波面収差の計測を行う(S1360)。収差の計測結果に基づいて調整を行い、表示部３５２のモニタ画面上で干渉縞の形状が図８(a)から図８(b)のようになるように被調整レンズである前群レンズ系１8を調整する(S1370)。干渉計解析装置３５０での収差計測を行い収差量が規定値以内か確認する(S1380)。収差量が規定値以上の場合はステップS1360〜S1380を繰り返す。
【００７９】
上記工程を経て調整が終了した前群レンズ系１８は後群レンズ系１９と組み合わされて検出光学系２０の全体調整が行われる。以下に、図１２を用いて検出光学系２０の調整方法を説明する。
【００８０】
レーザ光源３００から出射したレーザ光Ｌ０はビーム拡大光学系３１１で拡大され、図示しないミラーでＹ方向に折り曲げられた後、ミラー３０７でＺ方向に反射され集光レンズ３０８に入射した後、対物レンズ２１の前側焦点位置(検査対象面)にレーザスポットを形成する。レーザスポットは対物レンズ２１に入射し検出光学系２０の結像位置にスポット像として結像し、結像位置に設けられた検出器３１５に入射する。検出器３１５は画像信号を干渉縞解析装置３５０に出力する。
【００８１】
干渉縞解析装置３５０では検出器３１５から入力された画像信号からスポット像の収差量測定を行い、収差量が最小となるように、前群レンズ系１８と後群レンズ系１９の相対的な位置調整が行われる。収差量が規定値以下になるまで、収差測定とレンズ系の位置調整が繰り返し行われる。調整結果は各検出光学系２０毎にデータとして記憶手段３５３に格納され、欠陥検査装置への搭載後の参照データとしても使用される。
【００８２】
以上のように調整された検出光学系２０は、図１４に示す如く欠陥検査装置に搭載されるが、波面計測光学系１５０により検出光学系２０の結像性能を製造当時と同様に維持することが可能である。
【００８３】
なお、検出光学系２０の構成要素である対物レンズ２１や結像レンズ２３においては、レンズの構成数が増加することが予想される。これに対する一例として、非球面レンズを適用することによりレンズの構成枚数を大幅に低減することも考えられる。これは検出光学系の軽量化、組立工数の低減に効果を奏すると考える。
【００８４】
一方、異物検査においてはウェハ表面に透明な膜(例えば酸化膜)が形成された多層ウェハも検査する必要がある。多層ウェハは、透明膜の上にパターンが形成される工程の繰り返しにより作られる。酸化膜の形成されたウェハ上の異物検査において、酸化膜表面の異物のみを検出するニーズが高まっている。基本的には照明角αを小さくすることでパターン回折光等下地からの反射光の影響を抑えることが可能であるが、照明角αを小さくすることにより、異物から発せられる散乱光のうち照明光の正反射側、すなわち前方散乱光が大きくなり、上方に設けられた検出光学系への散乱光入射が小さくなって異物が安定して検出されなくなる問題がある。
【００８５】
そこで本発明では、図１４に示すような装置を用いて、異物を検出するようにしている。図１４において、照明光学系１０は、基本的に図２（ｂ）に示した構成と同じであり、分岐光学要素２１８で光路Ｌ２の方向の光学要素を省略し、かつ、同じ部品の部品番号を一部省略して表示してある。図１４に示した構成において、光源１１から発射してビーム拡大光学系１６でビーム径が拡大され、分岐光学要素２１８で光路Ｌ３の方向に反射されたレーザを、ミラー２５１，ビーム径補正光学系２５２、ミラー２５３、２５４、２５６、及び円筒レンズ２５５を介して照明方向２５０からウェハ１の表面に対して照明角γでもってウェハ１上にスリット状ビーム２０１を照射する。この照明方向２５０に対して交叉する方向２６０で、且つ、検出角度δ（ウェハ1の表面に対する傾き角度）なる方向に、結像レンズ６３０，検出器６４０からなる検出光学系を配置し、照明方向２５０からスリット状ビーム２０１で照射することによりウェハ上に形成された薄膜表面に存在する異物からの側方散乱光を検出するようにしている。検出器６４０の受光面と、スリット状ビーム２０１が照射されたウェハ表面の領域とは結像関係になっており、結像レンズ６３０は検出器の受光面がスリット状ビーム２０１の全照明範囲を臨むように結像倍率が設定されている。
【００８６】
検出系を結像関係にすることにより検出対象以外からの迷光の影響を防止し、並列処理が可能なため検査の高速化が図れるメリットを備えている。検査中は、ウェハ表面がＺ方向で一定の位置となるように図示しない自動焦点制御系により検出器の受光面がスリット状ビーム２０１の全照明範囲をとらえるように制御される。ここで検出器６４０としては、検出器２６と同様に、ＴＤＩイメージセンサ等が用いられる。また、光路中に、図１で説明した空間フィルタ２２と同様に機能を有する空間フィルタを設置してパターンからの反射回折光を遮光することも可能である。なお、照明方向としては、方向２２０あるいは方向２３０（図２（ｂ）、（ｃ）参照）から照明しても良い。ただし、照明手段と、結像レンズ６３０，検出器６４０からなる検出光学系が干渉しないように配置し、パターン回折光等下地からの反射光の影響を抑えられる方向、角度、つまり、実験的に求められた最適な位置に照明、検出系双方が設置されることが望ましい。
【００８７】
次に、ウェハ１表面からの反射回折光を受光し、光電変換する光検出器２６からの出力信号を処理するための信号処理系４０の内容について図１５を用いて説明するが、図１５は１チャンネル分の信号処理系を信号処理系４０の中に設けた例であり、検出器２６が複数のチャンネル出力を有する場合は、信号処理系４０の中に本信号処理系と同様の回路を複数チャンネル分設ける必要がある。
【００８８】
信号処理系４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部１３０２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３、上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号１４１０と閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））１４２０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行うための回路を複数備えた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３１０、該特徴量算出回路１３１０から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を分類する各種欠陥に分類する統合処理部１３０９、および結果表示部１３１１から構成される。
【００８９】
異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、および検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎを備えて構成される。
【００９０】
光検出器２６で得られた信号はＡ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化され、検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０をデータ記憶部１３０２に保存すると共に、閾値算出処理部１３０３に送る。閾値算出処理部１３０３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）１４２０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路１３０５、１３０６で処理された信号を基に、異物検出処理回路１３０７で異物を検出する。
【００９１】
検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路１３０９で特徴量（例えば、高角度照明により得られた散乱光量、低角度照明により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部１３０９で統合し、結果表示部１３１１に検査結果を表示する。
【００９２】
以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部１３０２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。
【００９３】
次に、信号の画素マージ回路部１３０５、１３０６について図１６を用いて説明する。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。
【００９４】
マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）１４１０と、および閾値算出処理部１３０３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる差分閾値画像信号１４２０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。  
ここで、画素マージ回路部１３０５ａ、１３０６ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｂ、１３０６ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｃ、１３０６ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部１３０５ｎ、１３０６ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号１４１０、１４２０をそのまま出力する。
【００９５】
閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００９６】
ここで、画素をマージする効果を説明する。異物検査では、微小異物だけでなく、数μｍの範囲に広がった薄膜状の大きな異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないため、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。このため、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによってＳＮ比を向上させるようにしている。
【００９７】
次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。
【００９８】
検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部１４１１から得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。
【００９９】
ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。
【０１００】
しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。
【０１０１】
次に、統合処理部１３０９およびその検査結果表示部１３１１について説明する。統合処理部１３０９では、画素マージ回路１３０５、１３０６で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路１３１０で算出した特徴量と異物検出結果を統合し、結果表示部１３１１に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。
【０１０２】
まず、特徴量算出回路１３１０について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路１３１０は、前記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明及び低角度照明によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウェハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。
【０１０３】
〔顕微鏡を付けた実施の形態〕
本発明に係る欠陥検査装置に関する実施形態は図１７に示すように、検査によって検出された異物は、観察光学系６０によって確認可能な構成になっている。この観察光学系６０は、ステージ３１、３２を動かすことにより、観察光学系６０の顕微鏡視野の位置に、ウェハ１上の検出した異物（虚報も含む）を移動させ、この画像を観察するものである。
【０１０４】
観察光学系６０を備えている利点は、ＳＥＭなどのレビュー装置にウェハを移動させなくても、検出した異物を即座に観察できることである。検査装置での検出物を即座に観察することによって、すばやく異物の発生原因を特定することができる。また、観察光学系６０のＴＶカメラ６４の画像は、パソコンと共用のカラーモニタ上に検出した異物の画像が映し出され、検出異物の座標を中心として、部分的にレーザ照射とステージ走査による検査ができ、異物の散乱光像と異物位置をマーキングしてモニタ上に写す機能も有している。これにより、実際異物を検出したか否かの確認も可能である。なお、ステージ走査による部分画像は、異物の検出されたダイの隣接ダイの検査画像も取得できるのでその場での比較確認も可能である。
【０１０５】
観察用光学系６０としては、光源には可視光（例えば白色光）でも良いし、紫外光を光源とした顕微鏡でも良い。特に微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す照明光学系の配置を説明するための図である。
【図３】照明光学系に用いられている円錐曲面レンズの機能を説明するための図である。
【図４】図１に示す検出光学系の構成及び倍率可変部分の可変動作説明図である。
【図５】図１に示す瞳観察光学系の機能を説明するための図である。
【図６】本発明に関わる干渉計装置の構成図である。
【図７】干渉計装置を用いて検出光学系の後群レンズの調整方法を説明する図である。
【図８】図７に示す調整方法の良否を説明するための図である。
【図９】図７に示す調整の手順を説明する流れ図である。
【図１０】干渉計装置を用いて検出光学系の前群レンズの調整方法を説明する図である。
【図１１】図１０に示す調整の手順を説明する流れ図である。
【図１２】検出光学系の全体調整について説明するための図である。
【図１３】本発明に関わる反射可変手段の構成図である。
【図１４】本発明に関わる欠陥検査装置の全体構成図である。
【図１５】図１に示す信号処理系を示す構成図である。
【図１６】閾値算出処理部を説明する図である。
【図１７】観察光学系を付けた実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…ウェハ（被検査対象基板）、１０…照明光学系、１１、３００…レーザ光源、２０…検出光学系、３０…搬送系、３５…ステージコントローラ、４０…信号処理系、５０…全体制御部、６０…観察光学系、７０…瞳観察光学系、１００…反射可変ユニット、１５０…波面計測光学系、３５０…干渉縞解析装置、３５１…入力手段、３５２…表示手段、３５３…記憶手段、３６０…干渉計装置、４２０…光学フィルタ群、６４０…検出器、１３０１…Ａ／Ｄ変換器、１３０２…データ記憶部、１３０３…閾値算出処理部、１３０７…異物検出処理回路、１３０８…検査領域処理部、１３０９…統合処理部、１３１０…特徴量算出回路（特徴量算出部）、１３１１…結果表示部
【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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