(57)【要約】【課題】  パターンの微細化の微細化に対応した高感度欠陥検査方法とその装置を提供する。【解決手段】  対物レンズと試料の間を液で満たして、実効ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を大きくすることにより、光学系の解像度を向上する。さらに、対物レンズと試料の間を透明膜に近い屈折率の液体で浸すことにより、試料表面に透明な層間絶縁膜が形成されている場合においても液と絶縁膜界面での振幅分割を抑制し、薄膜干渉による明るさむらを低減する。これらの技術により、欠陥検査感度を向上する。【選択図】  図１
2006098156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源から発射された光を照明光学系を介して試料の表面に照射し、該光が照射された試料を検出光学系を介して撮像して該試料の画像を得、該撮像して得た試料の画像を記憶しておいた画像と比較して欠陥を検出する方法であって、前記検出光学系の撮像倍率に応じて前記照明光学系による前記試料表面の光の照射領域を変化させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記試料表面の光の照射領域を変化させても該照射領域全体の光量をほぼ一定に維持することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
一方向に一定の速度で移動する試料の表面に照明光を照射し、該照明光が照射された試料を撮像して該試料の画像を得、該画像を記憶しておいた画像と比較して欠陥を検出する方法であって、前記試料を撮像して得る画像の倍率に応じて前記試料表面に照射する照明光の単位面積あたりの光量を変えることにより前記試料を撮像して得る画像の倍率に関らず前記試料の一定方向への移動速度を一定に維持して撮像することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
前記照明光が紫外領域の光であることを特徴とする請求項１又は３に記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記照明光が偏光光であることを特徴とする請求項１又は３に記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記検出した欠陥を分類することを特徴とする請求項１又は３に記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
照明光源と、該照明光源から発射された光を試料の表面に照射する照明光学系手段と、該照明光学系手段を介した光が照射された試料の像を形成する検出光学系手段と、該検出光学系手段で形成された前記試料の像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た前記試料の画像を記憶しておいた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装置であって、前記検出光学系手段は撮像倍率を切り替えて設定可能な撮像倍率切り替え部を有し、前記照明光学系手段は前記撮像倍率切り替え部で設定した撮像倍率に応じて前記試料表面の光の照射領域を切り替える照明領域設定部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
前記照明領域設定部は、前記試料表面の光の照射領域を変化させても該照射領域全体の光量をほぼ一定に維持することを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
試料を載置して少なくとも一方向に移動可能なテーブル手段と、光源と、前記テーブル手段に細緻された試料の表面に前記光源から発射された照明光を照射する照明光学系手段と、該照明光学系手段を介した光が照射された試料の像を形成する検出光学系手段と、該検出光学系手段で形成された前記試料の像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た前記試料の画像を記憶しておいた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装置であって、前記検出光学系手段は撮像倍率を切り替えて設定可能な撮像倍率切り替え部を有し、前記照明光学系手段は前記撮像倍率切り替え部で設定した撮像倍率に応じて前記試料表面に照射する照明光の単位面積あたりの光量を切り替える照明光量切り替え部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
撮像倍率切り替え部は、倍率の異なる複数のレンズセットを備え、該複数のレンズセットの中から所望の倍率のレンズセットを選択して前記検出光学系手段の光路中にセットすることを特徴とする請求項７又は９に記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記照明光量切り替え部は、複数のレンズをアレイ状に配置して構成したレンズアレイを複数備えていることを特徴とする請求項７又は９に記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
撮像倍率切り替え部は、倍率の異なる複数のレンズセットを備え、前記照明光量切り替え部は、前記倍率の異なる複数のレンズセットと同じ数のレンズアレイを備えていることを特徴とする請求項７又は９に記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記光源は、紫外領域の光を発射することを特徴とする請求項７又は９に記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
前記照明光学系手段が前記試料を照明する照明光が偏光光であることを特徴とする請求項７又は９に記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成された微小パターンの欠陥や異物欠陥などの検査方法及びこれを用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡の照明装置として、特開２００３−５０８３号公報に記載されているような構成がある。このような構成においては、光源からの光をフライアイレンズを用いてフライアイレンズの射出端に点光源群を形成している。このようにフライアイレンズを用いることで、フライアイレンズの射出端に形成される点光源群は、光源群全体の照度分布も一様な点光源群（２次光源）となり、２次光源群全体の光強度と各点光源から射出する光の指向性分布が均一化される構成となっている。また、点光源群を対物レンズの射出瞳と共役な関係となるように配置することにより、ケーラー照明系を構成している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、フライアイレンズを用いて点光源群（２次光源）を形成し、２次光源群全体の光強度と各点光源から射出する光の指向性分布を均一化している。しかし、この従来技術の構成を落斜型の照明系を用いた顕微鏡に適用した場合に、落射型顕微鏡に不可欠な照明系と試料の像を観察する検出系に分岐するハーフミラーの影響で光量の損失が発生してしまう。損失の概略は、（ａ）光源から試料までの光路で５０％（照明側の損失）（ｂ）試料から像面までの光路で５０％（検出側の損失）となる。
【０００５】
従って、落射型顕微鏡システムを光学系に用いた検査装置では、光源から発射された光が試料表面で反射して検出器の表面に形成される像面にいたるまでの光路において、ハーフミラーを１回透過して１回反射することにより、トータル７５％の光が像面に伝播しないことになる（７５％の損失）。このため、検出器で十分な検出信号レベルを得るために像面の必要照度を確保するためには、光源から発射される光の強度（光量）を上げることが必要となり、光源が大型化し、装置コストが上昇してしまう。
【０００６】
また、上記光学系では、像面に配置した検出器（イメージセンサ）に入射したフォトンが光電変換され、光強度情報が電気信号となる。従って、装置のスループットを向上させるためには、イメージセンサによる試料表面の走査速度を上げるためにイメージセンサによる画像検出速度を向上させる必要があり、このためにはセンサ蓄積時間を短縮する必要がある。例えば、スループット２倍を目標とした場合、像面照度を一定として、センサ蓄積時間を１／２にすると、センサ出力の電気信号も１／２となる。この信号レベルを２倍になるように、電気的ゲインを２倍にした場合、電気信号のＳ／Ｎは相対的に１／２となる。このため、検出した画像はノイズの大きい画像となる。したがって、スループット２倍を達成するためには、像面照度を２倍に向上する必要がある。
【０００７】
また、検査装置では、光学系の倍率を変更する場合がある。例えば、高感度に検査したい場合は、光学系の倍率を高くし、イメージセンサの１画素が占めるウェハ上の投影サイズを小さくする。これにより、ウェハの光学像を細かくサンプリングでき、より高感度検査を行うことができる。この場合、検査速度は低下する。また、比較的検査感度のラフな工程では、光学系の倍率を低くして、検査速度を重視した検査を行なう場合がある。このため、検査装置では光学系の倍率を複数設定できるように、倍率可変手段を備えて構成されている。
【０００８】
この倍率可変手段を用いて倍率を可変にする方法としては、対物レンズ系の切換えにより倍率を変更する方法と、対物レンズ系は切り替えずに結像レンズ系を切り替えて倍率を変更する方法とが考えられる。しかし、対物レンズ系は、解像度の追求による短波長収差補正化及び高ＮＡ(Numerical Aperture)化が進められ、コストが高くなっている。このため、倍率変更は対物レンズ系の交換ではなく、比較的安価な結像レンズ系の交換により対応する方がより実用的である。
【０００９】
一方、倍率を可変にする場合に、低倍と高倍の倍率比が３倍あるとすると、イメージセンサに入射するフォトンの量は、低倍時を基準とした場合、高倍時は低倍時の１／９に低下してしまう。この結果、イメージセンサの検出感度が一定の場合には、高倍で検出する場合にイメージセンサにとって必要な像面照度が得られなくなってしまい、イメージセンサの蓄積時間を長くせざるを得なくなってしまう。このため、高倍率で検査する時には、検査速度を落とさざるを得ないという問題があった。
【００１０】
さらに、検査装置にとって、検査速度と並ぶもう一つの基本性能は検査感度である。本来、１回検査を行い、所望の欠陥をすべて検出するのが理想であるが、対象欠陥の構造やサイズによって１回の検査では検出できない欠陥がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、高倍率の画像を取得して検査するときにも検査速度を落とすことなく欠陥を検出できる欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する為に，本発明では，照明光路に照明範囲可変用のレンズアレイを複数準備し、検出視野に応じて切り替える。また、光源の揺らぎなどの不安定要因に対しても、レンズアレイの入射側に拡散性を規定したホログラフィック拡散板を配置し、光源の不安定要因があった場合でも照度の均一性を確保する。さらに、ターゲットとなる欠陥を見つけるために、光学条件の異なる２回検査を行い、この結果より、ターゲット欠陥をより絞り込むようにした。
【００１３】
即ち，本発明では，照明光源と、照明光源から発射された光を試料の表面に照射する照明光学系手段と、照明光学系手段を介した光が照射された試料の像を形成する検出光学系手段と、検出光学系手段で形成された試料の像を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像して得た試料の画像を記憶しておいた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装置において、検出光学系手段は撮像倍率を切り替えて設定可能な撮像倍率切り替え部を有し、照明光学系手段は撮像倍率切り替え部で設定した撮像倍率に応じて試料表面の光の照射領域を切り替える照明領域設定部を有して構成するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、倍率を変えて撮像しても、ウェハと検出光学系との相対的な移動速度を一定又はほぼ同じ速度に維持することが可能となり、スループットを落とすことなく高倍率の画像を取得することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明を半導体ウェハの光学式外観検査装置に適用した例を図１に示す。検査対象となるウェハは、カセット８０に格納されており、ウェハ搬送ロボット８５で検査準備室９０に搬送され、ウェハのノッチ（あるいはオリエンテーションフラット）検出部９５に搭載される。このノッチ検出部９５でウェハの方位をプリアライメントする。このウェハを検査ステーション３に搬入する。この検査ステーション３では、ウェハ１がチャック２に固定されている。このチャック２は、Z方向ステージ２００，θ方向ステージ２０５，X方向ステージ２１０，Ｙ方向ステージ２１５に搭載されている。これらのステージとウェハ１の像を形成する光学系２０は、石定盤２１５に搭載されている。
【００１７】
光学系２０の光源２２から発射された照明光は、ビームエキスパンダ２４でビーム径が拡大され、レンズアレイ１００に入射する。レンズアレイ１００は、複数のレンズで構成されており、それぞれのレンズの後側焦点位置には、点光源が形成される。このため、レンズアレイ１００を構成するレンズの本数に対応して、点光源が形成される。この点光源群をレンズ４７でコリメートし、ウェハ１と共役な位置４８に照度分布が均一な面を形成する。このウェハ１と共役な面に形成された照度分布が均一な照明光をレンズ４９及び対物レンズ３０を介して、ウェハ１を均一に照明する。尚、レンズアレイ１００で構成された点光源の像は、レンズ４７、レンズ４９を介して対物レンズ３０の瞳面上に投影される。これにより、ウェハ１に対して、ケーラー照明することになる。
【００１８】
このようにして照明されたウェハ１で反射・回折した光は、再び対物レンズ３０を透過してビームスプリッタ４０に到達する。このビームスプリッタ４０を透過した光は、焦点検出光路４５と像検出光路４６とに分岐するビームスプリッタ４１に入射する。ビームスプリッタ４１を透過した光は、結像レンズ１２０によりイメージセンサ４４上にウェハ１の像を形成する。このイメージセンサ４４は、短波長側に高い量子効率を有する裏面照射タイプのＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）アレイ（例えば、１次元のＣＣＤを並列に多段に配置して構成した時間遅延積分型イメージセンサ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ：ＴＤＩセンサ））を用いてもよい。尚、検出系が無限遠補正の場合、検出系の倍率は対物レンズ３０と結像レンズ１２０の焦点距離の比で決定される。この倍率が低いほどスループットが向上する。また、倍率が高いほど、比較的微小な欠陥を検出することが可能となり検査感度が向上するというメリットがある。このため、検査装置としては、複数の倍率をラインナップする必要がある。
【００１９】
倍率を変える方法としては、対物レンズ３０の焦点距離を変える方法、或いは、結像レンズ１２０の焦点距離を変える方法がある。対物レンズ３０は、複数のレンズ軍で構成され、光学系の解像特性を決定する重要な部品であるため、結像レンズ１２０に対して高価である。また、波長が紫外領域以下の短波長照明(例えば、UV[Ultraviolet]，DUV[Deep Ultraviolet]光による照明)を行なう場合は、この収差補正が可視域に比べて難易度が高くなるため、より高価になってしまう。これに対して、結像レンズ１２０は対物レンズ３０に比べて比較的安価に構成できるため、結像レンズ１２０を交換して倍率を変更する方が、装置コストの抑制に有効である。このため、倍率の異なる複数のレンズを備えた結像レンズ群として、例えば高倍用の結像レンズ１２０のほかに，中間倍率用結像レンズ１２１，低倍用結像レンズ１２２を搭載しておく。検査対象に応じて、これらの結像レンズ群を搭載したステージ１２３をモータ１２５で駆動し、適した倍率を選択できるようにする。
【００２０】
このように結像レンズ群の複数の結像レンズを切り替えて用いるとき、低倍結像レンズ１２２使用時のウェハ１上の視野を「１（基準）」とした場合、高倍結像レンズ１２０の視野が「１／３」になるとすると、低倍から高倍の倍率比は３倍となる。この場合、低倍結像レンズ１２２使用時にイメージセンサ４４に入射するフォトンの量を１とすると、ウェハ１の照明強度分布が同じ場合に、高倍結像レンズ１２０使用時にイメージセンサ４４に入射するフォトンの量は１／９に減少する。このため、高倍検査時には、像面照度が不足し、イメージセンサ４４の蓄積時間を長くしなければならないという問題が生じる可能性がある。
【００２１】
そこで、倍率に応じたウェハ１上の視野の変化に対応してウェハ１上に照射する光量を損なうことなく照明範囲を変更することにより、検出倍率が変わっても像面照度を一定に保つようにした。これを実現する手段として、照明系に配置したレンズアレイ１００を変更する構成とした。光学系の構成上、レンズアレイ１００の入射面付近をウェハ１と共役な光学位置関係にした場合、レンズアレイ１００を形成するそれぞれのレンズの入射面の大きさがウェハ1上の照明領域になる。そこで、例えば、低倍結像レンズ１２２を使用する場合は、ウェハ１上の視野が比較的大きいので、レンズアレイ１００を形成するそれぞれのレンズに入射面の大きいレンズを採用し、ウェハ1上の照明領域が低倍結像レンズ１２２の視野をカバーするように構成する。
【００２２】
一方、高倍結像レンズ１２０を使用する場合は、レンズアレイ１１０として入射面が小さいレンズで構成し、ウェハ1上の照明領域が高倍結像レンズ１２０の視野（低倍結像レンズ１２２の１／３）をカバーするように構成する。このとき、照明領域の面積がレンズアレイ１００を用いて照明したときに比べて１／９になるので、ウェハ上の単位面積あたりの照明光量は９倍になる。
【００２３】
このように、高倍結像レンズ１２０と低倍結像レンズ１２２とに応じてレンズアレイ１００と１１０とを切り替えてウェハ1上の照明範囲を変化させることにより、全体の照明光量を低下させることなく、照明範囲を切り替えることが可能になる。この照明範囲変更機構の例としては、レンズアレイ１００，１１０をステージ１３０上に搭載し、結像レンズの倍率に応じて、適切なレンズアレイを光路に設定する（図1に示した構成においては、中間倍率用結像レンズ１２１に対応するレンズアレイの記載を省略している）。これにより、高倍時の照明ロスを低減でき、比較的出力の低い光源で各倍率時の像面照度を確保することが可能になる。
【００２４】
尚、光源としては、レーザとランプのいずれでも良い。レーザの場合は、発振波長３５５ｎｍ，２６６ｎｍ，１９９ｎｍ，１５７ｎｍの光源を用いることができる。また、多波長照明する場合は、ランプが有効であり、ＨｇランプやＨｇ−Ｘｅランプ及びＸｅランプなどがある。照明波長帯としては、可視域からＤＵＶ及びＶＵＶ(Vacuum Ultraviolet)のいずれを用いても良い。さらに、図中、対物レンズ３０を大気圧雰囲気中又は真空雰囲気中で用いる場合の例を示しているが、対物レンズ３０とウェハ1との間に液体を充填した状態で撮像する液浸系の対物レンズを用いた場合でも、本発明は有効である。
【００２５】
また、光源２２を可視光を発射する光源に取り替えたときには、可視光に合わせて収差補正された対物レンズ３１に切替える。対物レンズ３０と３１とは、ターンテーブル３３に取り付けられており、モータ３５で回転駆動されて位置が切替えられる。
【００２６】
一方、ビームスプリッタ４１を透過せずに反射した光は、ウェハ１と対物レンズ３０の焦点のズレ量を検出するための光として、焦点検出用センサ４３に入射する。焦点検出方式の一例として、照明光路上のウェハ共役位置４８にストライプパターン３０９を配置し、この像をウェハ１上に投影し、ウェハ１で反射したストライプパターン３０９の像を焦点検出用センサ４３で検出する方法がある。このストライプパターン３０９の像は、イメージセンサ４４で検出する視野と空間的に分離していることが望ましい。このストライプパターン３０９の像のコントラストをメカニカルコントローラ部５８で算出し、デフォーカスが生じている場合はＺステージ２００を駆動してフォーカシングする。これにより、イメージセンサ４４上に形成される光学像のフォーカスを合わせることができる。尚、焦点検出に用いる光は、イメージセンサ４４に結像する波長域と同等あるいは、対物レンズ３０で色収差補正された光が望ましい。
【００２７】
イメージセンサ４４で検出された画像は、Ａ／Ｄ変換回路５０でデジタル画像に変換され、画像処理部５４に転送される。この画像処理部５４では、図９に示すように、Ａ／Ｄ変換回路５０から転送された画像を、先に撮像して記憶しておいた隣接するダイ（あるいはセル）の設計上同じパターンが形成された座標の画像と比較して差画像を検出し、この差画像を所定の閾値で２値化して欠陥を判別する。
【００２８】
イメージセンサ４４が、リニアイメージセンサタイプ（ＴＤＩセンサを含む）の場合は、ウェハ１を定速走査させながら、ウェハ1の走査と同期させて画像を検出する。このステージ類の制御やウェハ搬送ロボット８５の制御はメカニカルコントローラ５８で行われる。このメカニカルコントローラ５８は、装置全体を制御するオペレーティングコントローラ６０の指令により、機構系を制御する。また、画像処理部５４で検出した欠陥は、データサーバ６２に欠陥情報を格納される。格納される欠陥情報としては、欠陥座標，欠陥サイズ，欠陥画像、欠陥分類情報などがある。この欠陥情報は、オペレーティングコントローラ６０で表示・検索が可能である。
【００２９】
次に、図２を用いて、照明範囲を変更する仕組みについて説明する。図２（ａ）にウェハ１上での視野が大きい場合（照明範囲が大きい場合）に対応するレンズアレイ１００の例を示す。ロッドレンズ１０１がアレイ状に並んだレンズアレイ１００（フライアイレンズ、ロッドレンズアレイ、ホモジナイザとも呼ばれる）に、光源からの平行光が入射する。ロッドレンズ１０１の入射面のサイズは、後述する視野が狭い場合に対して大きい。ロッドレンズ１０１に入射した平行光は、ロッドレンズの射出端で一点１１１に集まる。ロッドレンズ１０１に入射する光に広がり（NA：Numerical Aperture）を持っている場合は、その入射角に応じてロッドレンズ１０１の射出端に複数の点光源が形成される。この射出端からウェハ１側に配置したレンズ４７でウェハ共役面４８を均一に照明する。この時の照明範囲７０は、ウェハ共役面４８からウェハ面への投影倍率に応じて、必要な大きさを有している。また、レンズアレイ１００の射出端を対物レンズ３０の瞳位置と共役な関係にする。これにより、ウェハ１をケーラー照明する構成となる。
【００３０】
検出系の倍率を高倍率に設定する場合の例を図２（ｂ）に示す。レンズアレイ１１０を構成するロッドレンズ１１２の入射面のサイズは、図２（ａ）で示した視野が広い場合に対して小さくなる。このため、ロッドレンズ１１２の本数は、図２（ａ）の広範囲照明時よりも多くなる。ウェハ共役面７０では、ロッドレンズ１１２の入射面のサイズに対応して、照明範囲が小さくなり、ウェハ上においても範囲が小さくなる。ウェハ１上において、図２（ａ）の広範囲照明の場合と図２（ｂ）の狭範囲照明の場合とでは、照明範囲全体の照度の積分値（トータル光量）は同じであるが、単位面積あたりの光量は図２（ｂ）の狭範囲照明の方が高くなる。
【００３１】
図３に、レンズアレイ１００としてシリンドリカルレンズアレイを採用した場合の広範囲照明の例を示す。図３（ａ）は図１に示したＸＺ平面でのレンズアレイを示す。第一段目のシリンドリカルレンズアレイ１５０でＸＺ面内で曲率を持ったレンズをアレイ状に並べる。このレンズアレイは、（ｂ）のＹＺ平面上では曲率を持たない。また、第二段目のシリンドリカルレンズアレイ１５１では、ＸＺ面内で曲率を持たず、図３（ｂ）のＹＺ平面状で曲率を持っている。第三段目と第４段目のシリンドリカルレンズアレイ１６０，１６１はフィールドレンズの役割を持ったレンズアレイである。第三段目のシリンドリカルレンズアレイ１６０を構成するそれぞれのレンズは、第一段目のシリンドリカルレンズアレイ１５０を構成するそれぞれのレンズに対応したフィールドレンズをアレイ状に並べたものである。同様に、第四段目のシリンドリカルレンズアレイ１６１は第二段目のシリンドリカルレンズアレイ１５１に対応したフィールドレンズアレイである。これらのレンズアレイで形成されるウェハ共役面７０は、図２と同様に、照度は均一な面となる。
【００３２】
また、フィールドレンズの役割を持つシリンドリカルレンズアレイ１６０，１６１に形成される点光源の像は、対物レンズ３０の瞳位置に投影され、ウェハ１をケーラー照明する構成が望ましい。また、第一段目のレンズアレイ１５０の焦点距離をｆ１，第三段目のレンズアレイ１６０の焦点距離をｆ1，レンズ４７の焦点距離をｆ2とした場合、第一段目のレンズアレイと第三段目のレンズアレイの主点間距離はｆ１，第三段目のレンズアレイ１６０とレンズ４７の主点間距離をｆ２，レンズ４７とウェハ共役面４８の距離をｆ２とすることが望ましい。但し、光学系の構成によっては、フィールドレンズの役割をした第三段目と第４段目のシリンドリカルレンズアレイ１６０，１６１がなくても良い。これは、以降の図においても同様である（特に、平行光を第一段目のシリンドリカルレンズアレイ１５０に入射させる場合）。
【００３３】
図４（ａ），（ｂ）に、図３で示した実施例に対して照明範囲を狭くした例を示す。これは、高倍率検査時の狭視野時に対応する構成である。基本的には、図２の（ｂ）と同様に、第一段から第４段のレンズアレイを構成するそれぞれのレンズについて、入射端のレンズのサイズを小さくする。これにより、図３で説明した場合に対してウェハ共役面７０における照明範囲を小さくし、単位面積あたりの光量を大ききできる。尚、図４（ｂ）の場合、ウェハ共役面に入射するＮＡをウェハ面まで届く有効ＮＡ以内に抑える必要がある。
図５に、照明範囲を矩形にする手法を示す。これは、イメージセンサ４４の個々の検出面が矩形である場合、照明範囲もこれに対応した矩形にすることにより、照明効率の向上を図ったものである。この例では、レンズアレイ１００としてシリンドリカルレンズアレイ用い、図５（ａ）にＸＺ平面，図５（ｂ）にＹＺ平面の構成を示す。イメージセンサ４４の受光部の長手方向は、図５（ａ）に対応する。このイメージセンサ４４の受光部の長手方向に対応して、シリンドリカルレンズアレイ１５４，１５５，１６４，１６５を構成するそれぞれのシリンドリカルレンズの寸法を図５（ｂ）のＹＺ平面のシリンドリカルレンズの寸法に対して長くする。これにより、ウェハ共役面７０における照明範囲は、図５（ａ）で示すＸ方向に長く、図５（ｂ）で示すＹ方向に短くなる。このため、ウェハ１上での照明範囲も、イメージセンサ４４の視野に対応した矩形上の照明が可能となる。
【００３４】
図６に、シリンドリカルレンズアレイ１５０の光源側に拡散板１７０を配置した構成を示す。光源からの光の指向性が高く平行光で入射する場合に、シリンドリカルレンズアレイ１５０の手前に拡散板１７０を配置することにより、シリンドリカルレンズ１５０に入射する光線の入射角に広がりを持たせることができる。この入射角に応じてシリンドリカルレンズアレイ１５０の後側焦点位置（フィールドレンズの役割をもつシリンドリカルレンズアレイ１６０の主点位置付近）に複数の点光源が形成される。これら１対のシリンドリカルレンズアレイ１５０と１６０とで複数の点光源（点光源群）が形成され、レンズ４７でウェハ共役面４８を均一に照明する。このため、光源がレーザとした場合、レーザ光のポインティングスタビィティや、射出角度変動及びビーム内強度分布の変動などがあった場合でも、ウェハ共役面４８を安定して均一照明することができる。このため、ウェハ１上においても、時間的・空間的に安定した均一照明が可能となる。
【００３５】
上記に説明したような構成とすることにより、倍率を変えて撮像しても、ウェハと検出光学系との相対的な移動速度を一定又はほぼ同じ速度に維持することが可能となり、スループットを落とすことなく高倍率の画像を取得することが可能になる。
【００３６】
図１４に、多数ある光学条件から最適光学条件を見出すフローチャートを示す。最初に、代表的な複数の光学検査条件を選択する（１４０１）。次に、この条件でテスト検査する（１４０２）。複数の検査結果の座標突合せを行なう（１４０３）。突合せ後の検査結果を１つの検査ファイル（検査結果）として統合する（１４０４）。この統合した検査ファイルを用いて、欠陥をレビューし、欠陥と虚報を判定する（１４０５）。このレビュー結果に基づいて、各検査条件で検出した欠陥を分類する（１４０６）。
【００３７】
分類する観点は、（ａ）虚報率（ｂ）総欠陥数（虚報を除いた欠陥数）（ｃ）ＤＯＩ(Defects of Interest)の捕捉率（ｄ）ＤＯＩの濃淡差マージン（検査余裕度）（ｅ）虚報率や虚報数などがある。これらの分類結果より、所望の検査感度が得られている光学検査条件があるかを判定し（判定１）（１４０７）、所望の検査結果が得られている光学条件がある場合は、次のステップとして画像処理条件の最適化を行なう（１４０８）。尚、この時点において、光学検査条件は複数あっても良い。画像処理条件を最適化後、再検査或いは、先の検査にて保存した欠陥部の画像を用いて最適化後の検査結果を求める。これで所望の検査感度が出ているかどうかの判定（判定２）を行い（１４０９）、所望の感度が得られている場合は条件出しは終了とし、本検査を行なう（１４１０）。尚、判定１にて、所望の感度が得られていない場合は、光学検査条件を変更し、テスト検査を行なう。また、判定２にて所望の感度が得られていない場合は、画像処理条件の再条件出しあるいは、光学条件の再条件出しを行ない（１４１１）、所望の感度が得られる条件に設定する。
【００３８】
以上、光学系の高効率照明及びＤＯＩの高効率検出さらには高効率光学条件設定に関して記述したが、これらの組合せは容易に考えられることであり、いかなる組合せも本発明の範囲内である。
【実施例２】
【００３９】
第２の実施例として、図７に、ランプ照明系５とレーザ照明系４を搭載した光学系の構成を示す。図１と共通の個所には、同じ番号を付している。レーザ２２を射出したレーザ光は、レンズアレイ１００の透過して、ランプ照明系５の光路に導かれる。ランプ照明系とは、ダイクロイックミラー３０５で同軸化され、ＰＢＳ(Polarizing Beam Splitter)を透過した光がウェハ１の照明光となる。尚、レーザ光の波長は、例えばＤＵＶ域の２６６ｎｍであり、ランプからのＵＶ光（例えば、３６５ｎｍなど）を一括して照明する。
【００４０】
光路切換えミラー３６０で対物レンズ３０（ＤＵＶ／ＵＶ域で収差補正）側に導かれた光は、ウェハをケーラー照明し、ウェハ１で反射・回折した光がPBSを反射して、検出光路に導かれる。検出光路の、パーシャルミラー３１８を透過した光が比較検査用に画像を出得するためのイメージセンサ４４側に導かれる。この検出光路の途中に、対物レンズ３０の瞳位置と共役位置を形成するためのレンズ系３４０が配置されている。このレンズ系３４０の中に、瞳共役位置が形成され、ここに空間フィルタ３４５を配置して、特定の周波数成分を低減する。
【００４１】
また、パーシャルミラー３１８を反射した光は、ウェハ１の表面と対物レンズ３０の焦点位置のズレを検知するための焦点検出系３８０に入り、第1の実施例と同様に焦点検出が行われる。また、例えば、ＵＶ光のみ或いはＵＶ光と可視光を一括して照明し、検査したい場合は、切換えミラー３６０により、対物レンズ３１側（例えば、ＵＶから可視光照明用に収差補正）に光路が切り替える。これにより、検査したい波長域に応じて対物レンズ３０と３１のどちらか選択し、検査することが可能である。尚、光路切換えミラー３６８は、レビュー用カメラ３６７及びアライメント用カメラ３６５を用いる時に光路に配置する。
【００４２】
本実施例では、波長板３１０により、ウェハ１上を照明する光の偏光状態を制御し、検査感度が最も高くなる光学条件が選択できるような構成にしている。図８に偏光状態を制御する構成を説明する。ＰＢＳ３０７に入射した照明光は、Ｓ偏光成分が反射し、照明光となる。ＰＢＳ３０７を反射した光は、１／２波長板４００及び１／４波長板４０１のそれぞれの結晶軸４００oa，４０１oaを回転させて、任意の楕円率，楕円方位，回転方向の偏光としてウェハ１を照明する。ウェハ１の平坦部を正反射した０次光は、照明光の偏光状態をほぼ保存しているが、ウェハ１上に形成されたパターンで散乱した光や高次回折光は照明光の偏光状態とは異なる状態となる（振幅，位相差の両方）。このため、この照明光の楕円率や方位及び偏光の回転方向を制御することにより、ウェハ１で正反射した０次光と１次回折光についてPBSを透過する割合を調整することが可能となる。このＰＢＳを透過するＰ偏光成分が、イメージセンサ４４に到達する検出光となる。
【００４３】
次に、図９に欠陥を抽出するアルゴリズムを示す。図７に示した構成の検査装置を用いてウェハ１を撮像して、設計上同じパターンが形成された座標の画像を検出する。例えば、ウェハ１を撮像して得た画像を、先に撮像して記憶しておいた隣接するダイの画像と比較して差画像を検出し、この差画像を所定の閾値で２値化して欠陥を判別する。
【００４４】
図８の構成で特定の楕円率に固定して、照明光の偏光の方位をパターン強調の１周期分変化した時の欠陥部の濃淡差を図１０に示す。欠陥を明るく強調する条件と暗く強調する条件がある。例えば、この２条件で検査を行い、欠陥を判定する。この場合、図１１に示すとおり、第一の検査結果では、ターゲット欠陥部の差画像の極性はプラスである。これに対して、第二の検査結果は、ターゲット欠陥部の差画像の極性はマイナスになる。尚、異物のように低い反射率の欠陥は、第一、第二ともに差画像の極性はマイナスになる確率が高い。また、ラインエッジラフネスのように、検出したくない欠陥は、第一と第二で極性がプラスからマイナスに反転する可能性が低い。このため、第一と第二で極性がプラスからマイナスに反転した欠陥は、ターゲット欠陥である確立が高くなる。
【実施例３】
【００４５】
第３の実施例として、図１２に、空間フィルタを配置した光学系の構成を示す。図１と共通の個所には、同じ番号を付している。対物レンズ３０の瞳共役位置に、空間フィルタ３７０を配置する。３０３ａに示すとおり、輪帯照明をしているため、対物レンズ３０の瞳共役位置において、０次光は輪帯状に結像する。この０次光が集まった部分に０次光の透過率を抑制する膜（吸収や反射がある）を設ける。さらに、０次光に位相差を設けて、パターンの見え方を変えることが可能である。ターゲット欠陥によっては、１／４波長の位相差膜を設ければブライトコントラスト，３／４位相差膜を設ければダークコントラストになる。
【００４６】
一例として、ブライトコントラストの光学条件で検出した画像を用いて、差画像検出した結果の波形を図１３（ａ）に示す。濃淡差の波形を５００とし、欠陥を判定する濃淡差のしきい値を５１０とする（しきい値は絶対値とする）。ここでは、濃淡差の絶対値がしきい値５１０を超えた場合を欠陥として認識するとする。ブライトコントラストでは、欠陥部５０５は、濃淡差がプラス側に超えている。これに対して、（ｂ）に示すダークコントラストの光学条件では、濃淡差の検出波形を５０１，しきい値を５１１とした場合、（ａ）の欠陥部５０５と同じ欠陥部の濃淡差５０６は、マイナスの極性となる。このため、それぞれの条件で検査し、欠陥部の極性を比較することにより、図１３（ｃ）に示すとおり、欠陥の光学的分類が可能になる。
【００４７】
これにより、各種欠陥を欠陥１，２，３，異物のように分類できる。このうち、欠陥１，２，３については、予めテスト検査及びレビューを実施しておき、どのような欠陥がどこのカテゴリに分類されるかを把握しておく。これにより、ユーザーはレビューしたい欠陥がどこに分類される確立が高いかを把握できる。このため、レビュー効率や検出したい欠陥の捕捉率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光学式外観検査装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）共に、照明範囲可変方式の照明光学系の平面図である。
【図３】（ａ）は照明範囲可変方式の照明光学系のＸＺ平面図、（ｂ）はＹＺ平面図である。
【図４】（ａ）は照明範囲可変方式の照明光学系のＸＺ平面図、（ｂ）はＹＺ平面図である。
【図５】（ａ）は照明範囲可変方式の照明光学系のＸＺ平面図、（ｂ）はＹＺ平面図である。
【図６】照明範囲可変方式の照明光学系の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る光学式外観検査装置の概略構成を示す正面図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る偏光状態調整機構の概略構成を示す斜視図である。
【図９】欠陥検出方法を説明するパターンの画像図及び差画像である。
【図１０】欠陥強調の一例を示すグラフである。
【図１１】ターゲット欠陥の分類を説明する図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る光学式外観検査装置の概略構成を示す正面図である。
【図１３】本発明の第３の実施例におけるターゲット欠陥の分類を説明する図である。
【図１４】光学条件出しの流れを説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…ウェハ    ２…チャック    ３…検査ステーション    ２２…光源    ２４…照明光３０…対物レンズ    ４４…イメージセンサ    ４６…検出光    ５０…ＡＤ変換器    ５４…画像処理部    ５８…メカニカルコントローラ部    ６０…オペレーティングコントローラ    ６２…データサーバ
【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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