(57)【要約】【課題】  簡便に高い検出感度を得ることができる検査装置及び検査方法並びにそれを用いたパターン基板の製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明の一態様にかかる検査装置はレーザ光源１０１と、試料表面に光スポットを形成する対物レンズ１０２と、対物レンズ１０２から試料１０７に入射した光ビームのうち、試料表面で反射した反射光に基づく出力信号を出力する光検出器１１０と、試料１０７と光スポットとの相対的な位置を走査ラインに沿って走査するステージ１０８であって、前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査するステージ１０８と、光検出器１１０からの出力信号に基づいて欠陥候補を検出する欠陥候補検出部２０２と、欠陥候補検出部２０２において検出された欠陥候補間の距離に基づいて欠陥か否かを判定する欠陥判定部２０８とを備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光源と、
前記光源から出射した光ビームを集光して試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、
前記対物レンズから前記試料に入射した光ビームのうち、前記試料表面で反射した反射光、前記試料の欠陥箇所からの散乱光又は前記試料を透過した透過光を受光し、受光した光の光量に基づく出力信号を出力する光検出器と、
前記試料と前記光スポットとの相対的な位置を走査ラインに沿って走査する走査手段であって、前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査する走査手段と、
前記光検出器からの出力信号に基づいて欠陥候補を検出する欠陥候補検出部と、
前記欠陥候補検出部において検出された欠陥候補間の距離に基づいて欠陥か否かを判定する欠陥判定部とを備える検査装置。
【請求項２】
前記走査手段は、前記光スポットの走査ライン間のピッチを当該光スポットのスポット径の半分以下とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記光源から出射した光ビームを複数本のサブビームに変換する回折格子をさらに備え、
前記試料表面において、前記サブビームの軌跡が隣のサブビームの軌跡と重なるように複数の光スポットを形成し、
前記光検出器が前記複数本のサブビームに対応する複数の受光素子を有する請求項１又は２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記光源を複数有し、
前記試料表面において、前記光源からの光ビームの軌跡が他の前記光源からの光ビームの軌跡と重なるように複数の光スポットを形成し、
前記光検出器が前記複数の光源からの光ビームに対応する複数の受光素子を有する請求項１又は２に記載の検査装置。
【請求項５】
前記欠陥判定部が、前記走査ラインのうち、第１の走査ラインに対応する光スポットにより検出された前記欠陥候補の前記試料上の位置から欠陥判定距離内に、第２の走査ラインに対応する光スポットにより検出された前記欠陥候補が存在するか否かによって欠陥か否かを判定する請求項１乃至４のいずれかに記載の検査装置。
【請求項６】
前記欠陥候補検出部において、出力信号がスライスレベルを超えた位置で前記欠陥候補が検出される請求項１乃至５のいずれかに記載の検査装置。
【請求項７】
前記欠陥候補検出部では、1つの走査ラインにおいて前記スライスレベルを超えた位置が前記欠陥判定距離内に２つ以上ある場合、１つの欠陥候補として検出する請求項６記載の検査装置
【請求項８】
試料表面に実際に存在する欠陥の数が判明している標準試料において、前記欠陥候補を検出し、前記欠陥候補の数に基づいて誤って前記欠陥として判定された誤検出欠陥の数を算出し、前記誤検出欠陥の数に基づいて前記スライスレベルを設定する請求項７又は８に記載の検査方法。
【請求項９】
光ビームを出射するステップと、
試料表面に光スポットを形成するよう前記光ビームを集光して前記試料に照射するステップと、
前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように前記試料と前記光スポットとの相対的な位置を走査ラインに沿って走査するステップ、
前記試料に入射した光ビームのうち、前記試料の表面で反射した反射光、前記試料の欠陥箇所からの散乱光又は前記試料を透過した透過光を検出するステップと、
前記検出した反射光、散乱光又は透過光に基づいて出力信号を出力するステップと、
前記出力信号に基づいて欠陥候補を検出するステップと、
前記検出された欠陥候補間の距離に基づいて欠陥か否かを判定するステップとを備える検査方法。
【請求項１０】
前記走査するステップでは、前記光スポットの走査ライン間のピッチを当該光スポットのスポット径の半分以下として走査する請求項９記載の検査方法。
【請求項１１】
前記光スポットが前記試料表面に複数形成され、
前記複数の光スポットに対応した複数の受光素子で前記複数の光スポットを検出する請求項９又は１０に記載の検査方法。
【請求項１２】
前記欠陥候補を検出するステップでは、前記出力信号がスライスレベルを超えた位置で欠陥候補を検出することを特徴とする請求項９、１０又は１１に記載の検査方法。
【請求項１３】
一つの走査ラインにおいて、前記スライスレベルを超えた位置が所定距離内に２つ以上ある場合、１つの欠陥候補として検出する請求項１２記載の検査方法。
【請求項１４】
前記試料表面に実際に存在する欠陥数が予め判明している標準試料において前記欠陥候補を検出するステップと、
前記標準試料における前記欠陥候補数に基づいて、誤って前記欠陥として判定される誤検出欠陥の数を推定するステップと、
前記誤検出欠陥の数が許容誤検出欠陥数以下となるように前記スライスレベルを設定するステップとをさらに備える請求項１２又は１３記載の検査方法。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれかに記載の検査方法により前記試料である基板の欠陥を検出するステップと、
前記欠陥を検出するステップにより検出された欠陥を修正するステップと、
前記欠陥が修正された基板にパターンを形成するステップとを有するパターン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検査装置及び検査方法並びにそれを用いたパターン基板の製造方法に関し、特に、光学式走査を用いた検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、それに伴って半導体デバイスに用いられる半導体ウエハの表面に形成されるパターンも極めて微細化されてきている。半導体ウエハにおいては、パターン形成時にウエハ上に欠陥が存在すると製造の歩留りが大幅に低下する。このため、半導体ウエハに形成される半導体デバイスのパターンの加工寸法の微細化に伴って、許容される欠陥の制約が厳しくなっている。したがって、半導体ウエハ上の微小な欠陥を検出する検査は、半導体製品及びその製造の歩留まりや信頼性を向上させる上で重要である。
【０００３】
このような欠陥を検出する方法として、所定の光源からの照射光による欠陥からの散乱光をシグナル光として光検出器で検出することによって、照射光を照射した検査位置における半導体ウエハ上の欠陥の有無を検査する方式がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、半導体ウエハのＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault）やＢＭＤ（Bulk Micro Defect）などの結晶欠陥の検査においては、欠陥の検出精度を向上させるために欠陥の発生個数、発生密度を判断基準として、検出した欠陥が真の欠陥であるかどうかを判定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
さらに、各不具合部分の相互間の距離を算出し、前記距離が所定値未満である複数の不具合部分の面積の合計値を求める表面欠陥検査装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１８１７２６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５２３５号公報
【特許文献３】特開平８−１０１１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、半導体ウエハの欠陥検査は、半導体ウエハにレーザなどの光を照射し、その散乱／反射光を受光して生成した、出力信号の強弱を演算処理することによって行う方式が一般的である。つまり、生成した出力信号を、欠陥検出回路に供給し、正負のしきい値（スライスレベル）と比較する。そして、出力信号がこのスライスレベルを超えている場合、欠陥として検出する。
【０００７】
しかし、この出力信号には、熱雑音またはショットノイズなどのノイズがランダムに発生する。したがって、実際には欠陥がない部分であっても、ノイズによってスライスレベル超えると、擬似欠陥として検出されてしまうことがある。欠陥の検出感度を向上させるためには、欠陥による出力信号とノイズによる出力信号とを分離する必要がある。
【０００８】
また、このような半導体ウエハに対して有効な検査を行うためには、スライスレベルを下げることが必要となる。しかしながら、スライスレベルを下げると、ノイズによる誤検出が多くなってしまうことが問題となる。
【０００９】
上記のような問題は、半導体装置製造用のマスクブランクスの欠陥検出など半導体ウエハ以外の表面検査においても同様に生じるものである。
【００１０】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、簡便に高い検出感度を得ることができる検査装置および検査方法並びにそれを用いたパターン基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様にかかる検査装置は、光ビームを発生する光源と、前記光源から出射した光ビームを集光して試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、前記対物レンズから前記試料に入射した光ビームのうち、前記試料表面で反射した反射光、前記試料の欠陥箇所からの散乱光又は前記試料を透過した透過光を受光し、受光した光の光量に基づく出力信号を出力する光検出器と、前記試料と前記光スポットとの相対的な位置を走査ラインに沿って走査する走査手段であって、前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査する走査手段と、前記光検出器からの出力信号に基づいて欠陥候補を検出する欠陥候補検出部と、前記欠陥候補検出部において検出された欠陥候補間の距離に基づいて欠陥か否かを判定する欠陥判定部とを備えるものである。これにより、高い検出感度で欠陥を検出することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記走査手段は、前記光スポットの走査ライン間のピッチを当該光スポットのスポット径の半分以下とするものである。これにより、試料全面に対して欠陥を高感度で検出することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記光源から出射した光ビームを複数本のサブビームに変換する回折格子をさらに備え、前記試料表面において、前記サブビームの軌跡が隣のサブビームの軌跡と重なるように複数の光スポットを形成し、前記光検出器が前記複数本のサブビームに対応する複数の受光素子を有するものである。これにより、高速に検査を行うことができる。
【００１４】
本発明の第４の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記光源を複数有し、前記試料表面において、前記光源からの光ビームの軌跡が他の前記光源からの光ビームの軌跡と重なるように複数の光スポットを形成し、前記光検出器が前記複数の光源からの光ビームに対応する複数の受光素子を有するものである。
【００１５】
本発明の第５の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記欠陥判定部が、前記走査ラインのうち、第１の走査ラインに対応する光スポットにより検出された欠陥候補の前記試料上の位置から欠陥判定距離内に、第２の走査ラインに対応する光スポットにより検出された欠陥候補が存在するか否かによって欠陥か否かを判定するものである。これにより、ノイズによる誤検出を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第６の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記欠陥候補検出部において、出力信号がスライスレベルを超えた位置で前記欠陥候補が検出されるものである。
【００１７】
本発明の第７の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記欠陥候補検出部では、1つの走査ラインにおいて前記スライスレベルを超えた位置が前記欠陥判定距離内に２つ以上ある場合、１つの欠陥候補として検出するものである。これにより、欠陥候補の誤検出を防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第８の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、試料表面に実際に存在する欠陥の数が判明している標準試料において、前記欠陥候補を検出し、前記欠陥候補の数に基づいて誤って前記欠陥として判定された誤検出欠陥の数を算出し、前記誤検出欠陥の数に基づいて前記スライスレベルを設定するものである。これにより、誤検出欠陥数が許容値以下となる範囲において、高感度の検出を行うことができる。
【００１９】
本発明の第９の態様にかかる検査方法は、光ビームを出射するステップと、前記光ビームを集光して試料表面に光スポットを形成するよう前記試料に照射するステップと、前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように前記試料と前記光スポットとの相対的な位置を走査ラインに沿って走査するステップ、前記試料に入射した光ビームのうち、前記試料の表面で反射した反射光、前記試料の欠陥箇所からの散乱光又は前記試料を透過した透過光を検出するステップと、前記検出した反射光、散乱光又は透過光に基づいて出力信号を出力するステップと、前記出力信号に基づいて欠陥候補を検出するステップと、前記検出された欠陥候補間の距離に基づいて欠陥か否かを判定するステップとを備えるものである。これにより、高感度で欠陥を検出することができる。
【００２０】
本発明の１０の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、前記走査するステップでは、前記光スポットの走査ライン間のピッチを当該光スポットのスポット径の半分以下として走査するものである。
【００２１】
本発明の第１１の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、前記光スポットが前記試料表面に複数形成され、前記複数の光スポットに対応した複数の受光素子で前記複数の光スポットを検出するものである。これにより、高速に検査を行うことができる。
【００２２】
本発明の第１２の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、前記欠陥候補を検出するステップでは、前記出力信号がスライスレベルを超えた位置で欠陥候補を検出することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１３の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、一つの走査ラインにおいて、前記スライスレベルを超えた位置が所定距離内に２つ以上ある場合、１つの欠陥候補として検出するものである。これにより、欠陥候補の誤検出を防ぐことができる。
【００２４】
本発明の第１４の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、前記試料表面に実際に存在する欠陥数が予め判明している標準試料において前記欠陥候補を検出するステップと、前記標準試料における前記欠陥候補数に基づいて、誤って前記欠陥として判定される誤検出欠陥の数を推定するステップと、前記誤検出欠陥の数が許容誤検出欠陥数以下となるように前記スライスレベルを設定するステップとをさらに備えるものである。
【００２５】
本発明の第１５の態様にかかるパターン基板の製造方法は、上述の検査方法により前記試料である基板の欠陥を検出するステップと、前記欠陥を検出するステップにより検出された欠陥を修正するステップと、前記欠陥が修正された基板にパターンを形成するステップとを有するものである。これにより、パターン基板の生産性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、簡便に高い検出感度を得ることができる検査装置及び検査方法並びにそれを用いたパターン基板の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００２８】
本発明に係る検査装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明にかかる欠陥検査装置１００の一例の構成を示す概略図である。１０１はレーザ光源、１０２は回折格子、１０３は第１のリレーレンズ、１０４は第２のリレーレンズ、１０５はビームスプリッタ、１０６は対物レンズ、１０７は試料、１０８はステージ、１０９は第３のリレーレンズ、１１０は光検出器、２００は処理装置を示している。
【００２９】
レーザ光源１０１から発生したレーザビームは、回折格子１０２に入射する。回折格子１０２は、例えば、１次元回折格子であり、入射したレーザビームをｎ本のサブビームに変換する。これらサブビームは一列に整列しているものとする。回折格子１０２から出射したｎ本のサブビームは第１のリレーレンズ１０３及び第２のリレーレンズ１０４を通過し、ビームスプリッタ１０５を経て対物レンズ１０６に入射する。
【００３０】
対物レンズ１０６は、入射したｎ本の光ビームを微小スポット状に集束して検査すべき試料１０７上にｎ個の光スポットを形成する。このｎ個の光スポットのピッチは、光スポットのスポット径の半分と略等しくなっている。すなわち、試料１０７上で隣接する光スポットの中心の間隔が光スポット径の半分となっている。ここでは、光スポットのスポット径（ピーク強度に対して１／ｅ２の強度における幅）が、例えば、０．４μｍ程度のものを用いることができる。
【００３１】
試料１０７を載置するステージ１０８はＸ−Ｙ駆動機構を有するＸ−Ｙステージであり、光スポットに対して試料１０７７を相対的に移動することができる。コントローラ（不図示）などのステージ制御手段を用いてステージ１０８を水平方向に移動させることによって、ステージ１０８上に載置した試料１０７の任意の位置に光スポットを照射することができる。また、コントローラを用いてステージ１０８を移動させ、ｎ個の光スポットによりそれぞれの光スポットを走査ラインに沿って走査することで、試料１０７を全面にわたって照明することができる。すなわち走査ラインに沿って複数の光スポットを走査した後、走査ラインと垂直な方向にステージ１０８を移動させる。これを繰り返して走査を行い、試料全面を照明する。各走査ラインのピッチは光スポットの径の半分以下とすることが好ましい。例えば、光スポット径が０．４μｍの場合、走査ラインのピッチは０．２μｍ以下とすることが好ましい。これにより、隣接する走査ラインにおいて光スポットが重複するように走査される。
【００３２】
試料１０７上に形成された光スポットからの反射ビームは、再び対物レンズ１０６を経てビームスプリッタ１０５で反射する。ビームスプリッタ１０５で反射された反射ビームは第３のリレーレンズ１０９を経て光検出器１１０に入射する。光検出器１１０は、例えば、ライン状に配列された複数の受光素子を有するリニアイメージセンサである。リニアイメージセンサとしては、例えば、フォトダイオードアレイやＣＣＤラインセンサを用いることができる。そして、試料１０７上の各光スポットからの反射ビームは、光検出器１１０の対応する受光素子にそれぞれ入射する。リニアイメージセンサの各受光素子は、遮光部材により互いに分離され、遮光部材又はその枠が受光素子に入射する光を規制するピンホールとしての機能を果たす。従って、リニアイメージセンサ自体がピンホールを有する空間フィルタを有している。
【００３３】
各受光素子からの出力信号は、増幅器（不図示）により増幅され処理装置２００に供給される。処理装置２００は、光検出器１１０の各受光素子からの出力信号を正負のしきい値（スライスレベル）と比較し、欠陥候補を検出する欠陥候補検出部、欠陥候補の中から欠陥を判定する欠陥判定部などを有している。処理装置２００については、後述する。
【００３４】
ここで、図２を参照して、本実施形態にかかる欠陥検査方法について説明する。図２は、試料１０７上の実欠陥１１４ａが存在する部分を走査したときに生成される出力信号を示す図である。なお、実欠陥１１４ａとは、試料表面上に異物等が付着し、正常な箇所に対して反射率が大きく変化するものを示す。ここでは、光スポット１１１が４個の場合について図示している。４つの光スポット１１１は縦方向に並んで配置されている。図２に示すように、隣接する光スポット１１１の軌跡の一部が重なるように一列に整列している。すなわち、第１の光スポット１１１ａの軌跡と第２の光スポット１１１ｂの軌跡とが一部重なるように、第２の光スポット１１１ｂの軌跡と第３の光スポット１１１ｃの軌跡とが一部重なるように、第３の光スポット１１１ｃの軌跡と第４の光スポット１１１ｄの軌跡とが一部重なるように、各光スポットの軌跡が一列に並んで配置されている。これらの光スポット１１１は図２の矢印に示すよう横方向、すなわち走査ラインに沿って、走査される。なお、図２において走査ラインを示す矢印は光スポットの中心が通過する軌跡を示している。
【００３５】
この４つの光スポット１１１によって、図２中の矢印の方向に試料１０７上を走査し、欠陥検査を行う。各光スポットの軌跡のピッチはスポット径の半分と一致している。すなわち、各光スポット１１１を走査することによって得られる照明領域はそれぞれ半分が重複している。具体的には、光スポット１１１ｂを走査することによって照明された領域の上半分は、光スポット１１１ａを走査することによって照明された領域の下半分と重複している。一方、光スポット１１１ｂを走査することによって照明された領域の下半分は、光スポット１１１ａを走査することによって照明された領域の上半分と重複している。他の光スポット１１１についても同様にである。このように、隣接する光スポットが走査されることによって照明される領域は半分づつ重なり合っている。なお、上述の説明ではレーザ光源１０１からの光が回折格子１０２によりサブビームが重複するように分岐されていると説明したが、本発明の実施形態はこれに限るものではない。例えば、回折格子１０２により分岐されたサブビームのうち、隣接する２つのサブビームが重複する光スポットを形成しなくてもよい。すなわち、所定の間隔で分岐されたサブビームにより形成される光スポット１１１のうちいずれかが重複するように走査するようにすればよい。換言すれば、走査される光スポット１１１の軌跡が重複するように走査すればいよい。例えば、レーザ光源１０１から光ビームを２つのサブビームに分岐した場合、一方のサブビームが光スポット１１１ａを形成し、他方のサブビームが光スポット１１１ｃを形成するようにしてもよい。この場合、光スポット１１１ａと光スポット１１１ｂが一方のサブビームにより形成され、光スポット１１１ｃと光スポット１１１ｄが他方のサブビームにより形成されるよう順次、走査する。さらには、光ビームを分岐しないで１本の光ビームのみを用いた場合、この１本の光ビームの軌跡が重複するように走査すればいよい。
【００３６】
この走査によって得られる出力信号がスライスレベルを超えた部分を、欠陥候補１１２として検出する。スライスレベルは、図２（ａ）〜（ｄ）中の横方向の実線で示している。さらにスライスレベルは基準となる基準レベルの対して上下に設定されている。すなわち、試料表面における反射率が増加し、光検出器１１０の受光量が高くなると出力信号が基準レベルより上のスライスレベルを超える。一方、試料表面における反射率が低下し、光検出器１１０の受光量が低くなると、出力信号が基準レベルより下のスライスレベルを超える。これらの時に、ステージ１０８からの信号により欠陥候補の位置が特定され、欠陥候補１１２が検出される。隣接する光スポット１１１で検出された欠陥候補１１２が所定の距離内に２つ以上あると、その箇所に欠陥が存在すると判定される。欠陥が存在すると判定された箇所を欠陥箇所１１４とする。一方、隣接する光スポット１１１で検出された欠陥候補１１２が所定の距離内に１つ以下しか存在しない箇所では欠陥が存在しないと判定される。欠陥が存在しないと判定された箇所を正常箇所１１３とする。ここで、欠陥箇所１１４のうち、試料上に異物などが付着して実際に欠陥となっている箇所を実欠陥１１４ａとし、試料に異物などが付着していないが、ノイズなどにより所定の距離内に欠陥候補１１２が２つ以上存在した箇所を誤検出欠陥１１４ｂ（擬似欠陥箇所）とする。すなわち、欠陥箇所１１４には実欠陥１１４ａと誤検出欠陥１１４ｂの２種類が存在する。この欠陥が存在するか否かを判定するための欠陥候補１１２同士の所定の距離を欠陥判定距離とする。
【００３７】
まず、試料上に実際に異物が存在する実欠陥１１４ａにおける出力信号について説明する。図２に示すように、第２の光スポット１１１ｂと第３の光スポット１１１ｃの走査ライン間に異物が付着した場合について考える。第２の光スポット１１１ｂによって照射された領域と、第３の光スポット１１１ｃによって照射された領域とが重なり合っている。このため、第２の光スポット１１１ｂと第３の光スポット１１１ｃとが重なり合う領域に実際に異物が存在すると、第２の光スポット１１１ｂ及び第３の光スポット１１１ｃにそれぞれ対応する受光素子の両方において出力信号がスライスレベルを超える。すなわち、第２の光スポット１１２ｂに対応する受光素子では欠陥候補１１２ｂが検出され（図２（ｂ））、第３の光スポット１１２ｃに対応する受光素子では欠陥候補１１２ｃが検出されることになる、（図２（ｃ））。このように、実欠陥１１４ａでは走査ラインの方向において略同じ位置でスライスレベルを超えるため、重複する光スポットによって欠陥候補１１２ｂの近傍に他の欠陥候補１１２ｃが検出される。この場合、欠陥候補１１２ｂと１１２ｃとの距離は欠陥判定距離以内となるので、これらの欠陥候補１１２が存在する部分を欠陥箇所１１４として判定する。
【００３８】
次に正常箇所１１３における出力信号について説明する。ノイズはランダムに発生するものであるため、通常、発生場所が離れている。ひとつの光スポットによって欠陥候補１１２が検出されても、これに隣接する光スポットで該欠陥候補１１２が検出された位置から欠陥判定距離内に他の欠陥候補１１２が検出される確率はきわめて低い。なお、この確率はスライスレベルの設定によって、変化する。例えば、第１の光スポット１１１ａに対応する受光素子で欠陥候補１１２ａが検出されたとしても（図２（ａ））、第２の光スポット１１１ｂに対応する受光素子では、欠陥候補１１２ａの近傍には欠陥候補は検出されない。（図２（ｂ））。したがって、通常、ノイズ等により出力信号がスライスレベルを超えた箇所は正常箇所１１３として判定される。
【００３９】
さらに、誤検出欠陥１１４ｂにおける出力信号について説明する。上述に示すようにノイズによる欠陥候補は欠陥判定距離内で２つ以上発生する確率は極めて低い。しかしながら、この確率を０とするのは困難であるため、ある一定の低い確率で欠陥判定距離内に２つノイズによる欠陥候補が２つ以上検出されてしまう。欠陥判定距離内にノイズによる欠陥候補１１２が検出された場合、それは欠陥箇所と判定される。しかしながら、試料上には欠陥がないため、これが誤検出欠陥１１４ｂとなる。すなわち、誤検出欠陥１１４ｂはスライスレベルを超えるノイズが、隣接する走査ラインにおいて近傍に発生した箇所である。具体的には、隣接する走査ラインにおいて、欠陥判定距離内にノイズによる欠陥候補１１２が２つ以上発生すると、その箇所が誤検出欠陥１１４ｂとなる。この誤検出欠陥１１４ｂの発生確率は、スライスレベルに応じて変化する。すなわち、スライスレベルを下げると、欠陥候補１１２の密度が高くなるため、誤検出欠陥１１４ｂの発生確率が高くなる。
【００４０】
走査ラインのピッチは、光ビームの試料１０７上に集束したときのスポット径の半分以下となるようにする。これにより、試料全面が２つ以上の光スポットにより重複して照明されるため、試料全面に対して欠陥判定を行うことができる。
【００４１】
本実施形態の場合、検出された欠陥候補１１２の試料１０７上の位置から、あらかじめ設定してある欠陥判定距離内に、他の光スポットによる欠陥候補１１２が検出されれば、その欠陥候補１１２が存在する部分を欠陥箇所１１４として判定するような構成としている。例えば、図２では、欠陥候補１１２ｂと欠陥候補１１２ｃとが隣接する光スポットにより走査ラインの方向において同じ位置に検出された例を示しているが、第２の光スポット１１１ｂによって検出された欠陥候補１１２ｂの試料１０７上の位置と第３の光スポット１１１ｃによる欠陥候補１１２ｃとの試料１０７上の位置が、走査ラインの方向において、同じ位置でなくても欠陥判定距離内であれば、その欠陥候補を欠陥箇所１１４として判定する。これにより、より確実にノイズによる誤検出を防ぐことができる。
【００４２】
なお、本実施の形態における欠陥波形の検出では、ノイズ除去のためバンドパスフィルタを用いることがある。この場合、欠陥判定を行う信号波形は図２に示す信号波形が微分されたものとなる。このとき、欠陥箇所における信号波形は例えば、図３に示すようになる。図３は検出光の光量が減少する欠陥箇所の信号波形を模式的に示している。バンドパスフィルタを用いると、信号波形は検出光量の変化の微分波形となるので、上述の欠陥箇所では下のスライスレベルを超えた後、上のスライスレベルを超える。したがって、バンドパスフィルタを用いた場合、欠陥位置では２箇所においてスライスレベルを超える。この２箇所間の距離が欠陥判定距離以内であっても、この箇所を欠陥箇所１１４として判定しないようにする。すなわち、１つの走査ラインにおいて、所定の距離以内にスライスレベルを超えた箇所が２つある場合、その箇所はまとめて１つの欠陥候補１１２とする。この場合、図３の点線に示すよう、下のスライスレベルを超えた位置から、上のスライスレベルを超えなくなる位置までを１つの欠陥箇所１１２として判定する。このように一つの走査ラインにおいて、スライスレベルを超える箇所が所定の距離以内にある場合、まとめて１つの欠陥候補１１２として判断される。この所定の距離はバンドパスフィルタの時定数に基づいて決定される。この処理を行うことにより、バンドパスフィルタを用いた場合でも、正確に欠陥候補を判定することができる。もちろん、バンドパスフィルタを用いない場合やその他のノイズフィルタを用いた場合でも、上記の処理を行うようにしてもよい。このように１つの走査ラインにおいて、所定の距離内に２つ以上の欠陥候補が検出されるときは、それらを一つの欠陥候補として検出することが好ましい。
【００４３】
欠陥判定距離は、走査ラインのピッチ以上する。さらに、欠陥判定距離は走査ラインのピッチ、走査時における光ビームの位置精度などを考慮して、実欠陥１１４ａを検出し損ねないように決定することが好ましい。このように、欠陥候補が欠陥判定距離内にあるか否かにより欠陥か否かを判定することにより、ノイズによる擬似欠陥の検出を防ぐことができる。
【００４４】
しかし、欠陥判定距離を大きくしすぎると、誤検出欠陥１１４ｂが発生してしまう確率が高くなる。誤検出欠陥１１４ｂとは、上述の通り、隣接する走査ラインにおいてノイズによる欠陥候補間の距離が欠陥判定距離以内になっているものである。図２に示すように、第１の光スポット１１１ａによって検出された欠陥候補１１２ｄ及び、第４の光スポット１１１ｄによって検出された欠陥候補１１２ｅは欠陥判定距離以内に存在する。そのため、実際には試料上に欠陥が存在しないが、欠陥箇所１１４と判定されるはずである。すなわち、欠陥候補１１２ｄと欠陥候補１１２ｅはノイズによって発生しているが、これらが欠陥判定距離以内に存在すると欠陥箇所１１４として判定される。したがって、この位置が誤検出欠陥１１４ｂとなる。
【００４５】
欠陥判定距離が大きい場合、欠陥候補１１２ｄの欠陥判定距離内に欠陥候補１１２ｅが入ってしまうため、これらの欠陥候補１１２ｄ及び１１２ｅが存在する部分は欠陥箇所１１４として判定されてしまう。このため、欠陥判定距離は、実欠陥を検出し損ねないよう、また、誤検出欠陥が少なくなるように最適な値に設定する必要がある。すなわち、欠陥判定距離の上限は、誤検出欠陥の数を少なくするよう設定される。欠陥判定判定距離を欠陥候補１１２ｄと欠陥候補１１２ｅとの間の距離よりも小さくすることにより、欠陥候補１１２ｄとその近傍で検出された欠陥候補１１２ｅを正常箇所１１３として判定することが可能になる。これにより、誤検出欠陥１１４ｂの数を減少することができる。例えば、欠陥判定距離を光スポット１１１の半径に光ビームの位置誤差を加えた距離をする。具体的には走査ラインのピッチに、走査による光ビームの位置ずれ量を加えた距離を欠陥判定距離とすることができる。
【００４６】
次に、図４を参照してスライスレベルの決定方法の一例について説明する。本実施形態では、誤検出欠陥１１４ｂの密度が許容限度ぎりぎりに設定された場合に最高感度が得られるので、そのような設定を行う方法について説明する。すなわち、欠陥候補１１２を検出する確率はスライスレベルに依存するため、誤検出欠陥１１４ｂを検出する確率もスライスレベルに依存する。このスライスレベルの絶対値を大きくした場合、欠陥候補１１２及び誤検出欠陥１１４ｂが検出される確率が低くなるが、実欠陥１１４ａの検出感度が低下する。一方、このスライスレベルの絶対値を小さくした場合、異物の検出感度が向上するが欠陥候補１１２及び誤検出欠陥１１４ｂが検出される確率が高くなる。したがって、誤検出欠陥１１４ｂの密度の許容限度を所定値に設定すると、そのときのスライスレベルを決定することができる。これにより、スライスレベルを下げることができるため、高感度で欠陥を検出することができる。なお、以下の説明において誤検出欠陥１１４ｂの密度を誤検出欠陥密度とし、誤検出欠陥１１４ｂの数を誤検出欠陥数とする。
【００４７】
具体的には、欠陥候補判定のスライスレベルの最適値を決定する。スライスレベルの絶対値が小さいほど検出感度が高くなる。しかし、その値が小さすぎると欠陥候補数が増加し、誤検出欠陥１１４ｂの数が増加してしまう。したがって、検出感度を向上するため最適なスライスレベルを決定する必要がある。そこで、実際に検査するときに、ひとつの試料に対して、何個まで誤検出欠陥を許容するかを決定する。これを許容誤検出欠陥総数とすると、この許容誤検出欠陥総数から誤検出欠陥密度を求めることができる。
【００４８】
欠陥判定距離を半径とする円の総面積と総検査領域面積の比率、及び総欠陥候補数から誤検出欠陥数を求める。ただし、この場合は、無欠陥の試料を用いるか、実欠陥１１４ａの数があらかじめ求められている試料を用いる必要がある。なお、実欠陥１１４ａの数が予め判明している試料を標準試料とする。なお、無欠陥の試料も実欠陥１１４ａの数が０として判明しているため、標準試料に含まれるものとする。さらに、試料において実欠陥の数が予め判明していない領域があったとしても、実欠陥の数が予め判明している領域がある場合、その試料も標準試料に含まれる。すなわち、標準試料には、実欠陥の数が予め判明している領域があればよい。実欠陥１１４ａの数は複数回、光スポットを走査して、同じ位置に欠陥候補が検出された箇所に基づいて求めることができる。
【００４９】
ここでは、このスライスレベルの決定を、無欠陥試料により行う場合について説明する。実欠陥１１４ａがないかどうかを判定するには、複数回同じ部分を走査し、同じ位置で欠陥候補１１２が検出されなければよい。実欠陥１１４ａの数があらかじめ求められている試料を用いる場合は、実欠陥１１４ａの部分の信号を除いてスライスレベルを決定するようにすればよい。図４では、無欠陥の試料を用いた場合の欠陥候補の分布について図示している。なお、図４において、小さい白丸は欠陥候補１１２を示し、その周りの大きな白丸は欠陥判定距離を半径とする円を示す。この大きな白丸を欠陥判定領域１１７とする。
【００５０】
上述したように、熱雑音やショットノイズなどのノイズによって、欠陥候補１１２はランダムに発生する。欠陥候補１１２がランダムに発生すると仮定すると、２個の欠陥候補１１２が一定の欠陥判定距離内に発生する確率、すなわち、欠陥候補１１２が欠陥箇所１１４として判定されてしまう確率から誤欠陥検出密度を求めることができる。
【００５１】
スライスレベルの決定のために検査した標準試料の総検査領域１１６の面積をＳ、総検査領域１１６内に検出された欠陥候補検出数をＣとすると、単位面積当たりの欠陥候補検出数すなわち欠陥候補密度Ｄは、
【数１】
2006125967.tif 000003
である。欠陥候補検出数Ｃとは、実欠陥１１４ａ、誤検出欠陥１１４ｂ、正常箇所１１３を含めた全欠陥候補１１２の総数である。ここでは、試料上の実欠陥１１４ａのない部分を走査しているため、実欠陥１１４ａの数は０となる。
また、欠陥判定距離をｒとすると、欠陥判定領域１１７の面積Ｓ０は、
【数２】
2006125967.tif 000004
である。全ての欠陥候補１１２が同様の確率で、欠陥判定領域１１７内に入るとすると、欠陥候補１１２が欠陥判定領域１１７内に入る確率は、
【数３】
2006125967.tif 000005
となる。
【００５２】
ここで、Ｃは欠陥候補検出数、Ｆは誤検出欠陥数である。誤検出欠陥数Ｆとは、面積Ｓ内で、実欠陥１１４ａが存在しないのに、欠陥判定距離内にノイズによる欠陥候補１１２が２つ以上存在し、欠陥箇所１１４と判定されてしまう誤検出欠陥１１４ｂの総数である。
【００５３】
上記の確率から誤検出欠陥数Ｆは式（４）のように推定される。
【数４】
2006125967.tif 000006
誤検出欠陥１１４ｂはある程度発生するが、面積Ｓにおいて許容することができる誤検出欠陥数Ｆの最大値を許容誤検出欠陥数Ｆ０とする。式（３）から、許容欠陥候補数Ｃ０を以下のように求めることができる。
【数５】
2006125967.tif 000007
【００５４】
ここで許容欠陥候補数Ｃ０は面積Ｓにおいて許容することができる欠陥候補数の最大値である。ここで、ある特定の面積Ｓにおいて検出した欠陥候補１１２の数が許容欠陥候補数Ｃ０であれば、誤検出欠陥１１４ｂの個数が許容誤検出欠陥数Ｆ０となる。この許容誤検出欠陥数は例えば、１ｍｍ角に１個の誤検出欠陥が発生する程度の数に設定することができる。誤検出欠陥１１４ｂの個数を許容誤検出欠陥数Ｆ０とすると、スライスレベルを最も低く設定することができる。よって、高感度で欠陥の検出ができ、かつ、誤検出欠陥数を許容する範囲内とすることができる。したがって、ある特定の面積Ｓにおける欠陥候補検出数Ｃが許容欠陥候補数Ｃ０となるようにスライスレベルを設定すればよい。すなわち、標準試料を検査したときに検出された欠陥候補の数が許容欠陥候補数Ｃ０となるようにスライスレベルを設定する。許容誤検出欠陥数Ｆ０は、検査する試料に応じて、適当な値に設定することができる。これにより、検査する試料に適したスライスレベルを設定することができ、高感度の検出を行うことができる。
【００５５】
スライスレベルの設定は、具体的には、あらかじめ設定しておいた複数のスライスレベルについて誤検出欠陥数Ｆをそれぞれ算出して行う。すなわち、面積Ｓを走査した時の出力信号に対して、それぞれのスライスレベルに基づいて欠陥候補１１２を検出する。そして、この欠陥候補１１２から誤検出欠陥の数、すなわち誤検出欠陥数Ｆを算出する。そして、図５には、横軸をスライスレベルとし、縦軸をそのスライスレベルにおける誤検出欠陥数Ｆとしたときのグラフを示す。このグラフに算出した誤検出欠陥数Ｆとスライスレベルとの関係をプロットすると、例えば図５に示すような反比例のグラフが得られる。ここで、あらかじめ決めておいた許容誤検出欠陥数Ｆ０と反比例のグラフとの交点を好適なスライスレベルとして決定する。もちろん、スライスレベルと誤検出欠陥数Ｆとの関係は反比例に限るものではない。
【００５６】
なお、以上から、許容誤検出欠陥密度Ｄ０は、
【数６】
2006125967.tif 000008
となる。
このように、許容誤検出欠陥密度Ｄ０からスライスレベルの決定を行う方法では、試料の全面を検査しなくても試料の一部を検査するだけで、様々な試料に対して簡単に好適なスライスレベルを決定することができる。よって、高感度検出を行うことができるスライスレベルの決定にかかる時間を短縮することができる。好適なスライスレベルを決定することで、高感度で欠陥検出を行った場合でも、誤検出欠陥数を許容値以下とすることができる。
【００５７】
上記の処理を行うための処理装置の構成について図６を用いて説明する。図６は、処理装置２００の構成を示すブロック図である。処理装置２００は、通常のパーソナルコンピュータ等であり、所定の処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）及び処理結果や信号波形を記憶するメモリやハードディスク等の記憶装置を備えている。さらに、処理結果や信号波形を画面上に表示する表示装置及びマウスやキーボードなどの所定の処理を実行させるための入力装置を備えている。処理装置２００は、スライスレベル記憶部２０１、欠陥候補検出部２０２、誤検出欠陥算出部２０３、許容誤検出欠陥数記憶部２０４、スライスレベル算出部２０５、欠陥候補間距離算出部２０６、欠陥判定距離記憶部２０７、欠陥判定部２０８を有する。
【００５８】
まず、スライスレベルを決定する処理について説明する。スライスレベル記憶部２０１には、あらかじめ何点かのスライスレベルが入力され記憶してある。この複数のスライスレベルは、任意に決定することができる。欠陥候補検出部２０２では、標準試料上を走査している間、光検出器１１０によって出力された出力信号が入力される。そして、この出力信号がスライスレベルを超えた位置が欠陥候補の位置となる。そして、欠陥候補検出部２０２は１度の走査で、それぞれのスライスレベルについての欠陥候補１１２を検出する。すなわち、スライスレベル記憶部２０１に記憶されているそれぞれのスライスレベルについて欠陥候補の試料上での位置が特定される。このとき、１つの走査ラインにおいて、所定の距離以内にスライスレベルを超える箇所があるとき、欠陥候補検出部２０２はそれを１つの欠陥候補として判断する。これはスライスレベルを超えた位置（座標）により判断される。これにより、バンドパスフィルタを用いた場合でも欠陥候補の誤検出を防ぐことができる。欠陥候補間距離算出部２０６はこの欠陥候補検出部２０２によって検出された欠陥候補１１２の位置（座標）に基づいて欠陥候補間距離を算出する。誤検出欠陥算出部２０３において、この欠陥候補１１２及び欠陥判定距離に基づいて誤検出欠陥数Ｆが算出される。すなわち欠陥箇所１１４か否か判定には欠陥判定距離記憶部２０７に記憶されている欠陥判定距離と欠陥候補間距離算出部２０６によって算出された欠陥候補１１２の間の距離が参照される。そして、許容誤検出欠陥数記憶部２０４に記憶させた許容誤検出欠陥数Ｆ０と誤検出欠陥算出部２０３において算出された誤検出欠陥数Ｆに基づいて、スライスレベル算出部２０５は、好適なスライスレベルを決定する。このとき、図５に示すような、スライスレベルとそのスライスレベルに対する誤検出欠陥数Ｆの関係を自動的に求め、その関係から好適なスライスレベルを設定するようにしてもよい。すなわち、この関係に基づいて許容誤検出欠陥数Ｆ０となる時のスライスレベルを求めてもよい。このスライスレベルはスライスレベル記憶部２０１に記憶するようにしてもよい。
【００５９】
上記のように、決定されたスライスレベルを用いて、検査したい試料１０７に対して光スポットを走査する。欠陥候補検出部２０２では、光検出器１１０からの出力信号と上記スライスレベル決定処理であらかじめ設定した好適なスライスレベルとを比較して欠陥候補１１２を検出する。このとき、１つの走査ラインにおいて、所定の距離以内にスライスレベルを超える箇所があるとき、欠陥候補検出部２０２はそれを１つの欠陥候補として判断する。これはスライスレベルを超えた位置（座標）により判断される。これにより、ノイズフィルタを用いた場合でも欠陥候補１１２の誤検出を防ぐことができる。欠陥候補間距離算出部２０６では、欠陥候補検出部２０２で検出された欠陥候補間の距離を算出する。欠陥判定部２０８では、算出した欠陥候補間の距離と、欠陥判定距離記憶部２０７に記憶させた欠陥判定距離とを比較し、欠陥候補が欠陥箇所１１４か正常箇所１１３であるかを判定する。すなわち、欠陥候補間距離が欠陥判定距離よりも短ければ、その欠陥候補の部分を欠陥箇所１１４として判定する。
【００６０】
なお、スライスレベルの決定方法はこれに限られるものではなく、各領域ごとに電気信号値の平均値を算出し、平均値に基づいて欠陥検出を行う（特開昭６０−１３５７０７号参照）方法を用いてもよいし、電気信号同士を加減演算して、受光量・受光位置などを割り出し、検出感度を向上させる（特開昭６０−６９５３９号参照）方法など、どのような方法を用いてもよい。
【００６１】
本実施形態では、一つのレーザ光源１０１から出射されたレーザビームを、回折格子１０２により複数のサブビームを形成する構成としたが、本発明はこれに限らず、複数の光源を備えるマルチビームとしてもよい。複数のビームをそれぞれ集束させた複数の光スポットを一括で走査してもよいし、それぞれ独立に走査するようにしてもよい。それぞれ独立に走査しても、試料上の位置に座標変換させることによって、それぞれの光スポットの位置を記憶させ、欠陥の判定を行うことができる。また、隣接する光源からの光ビームによる光スポットが重複するように走査しなくても、光スポットの軌跡が重複するように走査すればよい。
【００６２】
また、複数の光スポットを用いなくても、ひとつの光スポットにより、走査領域が重複するように走査してもよい。光スポットを走査する走査ラインのピッチを、光スポットのスポット径の半分以下とすればよい。これによって、隣接する走査ラインにおいて光スポットが重複するように走査することができ、検出感度を向上させることができる。
【００６３】
また、走査の方式は試料の表面に対してレーザビームを±Ｘ方向に走査するラスタスキャンでもよいし、試料を回転させてレーザビームを同心円状またはスパイラル状に走査してもよい。隣接する光スポット同士が重なるように、ビームピッチを設定し走査をすればよい。この場合も、座標系を試料上に変換し、欠陥候補の試料上の位置を比較するようにすればよい。
【００６４】
なお、上述の説明において、試料で反射する反射光について説明したが、試料を透過する透過光についても同様に欠陥検出を行うことができる。すなわち、透過光を光検出器で検出して、その出力信号に基づいて同様に処理を行う。これにより、透過光に基づいて検査を行うことができる。さらには試料の欠陥箇所で散乱する散乱光を検出してもよい。これにより、正確に欠陥検査をすることができる。
【００６５】
本発明にかかる欠陥検出方法によって欠陥が検出された半導体ウエハを用いることによって、半導体デバイス等の製造歩留まりを向上させることができる。すなわち、この欠陥検出方法により半導体ウエハの欠陥を検出し、その検出結果に基づいて欠陥を修正する。そして、この欠陥が修正された半導体ウエハに所望のパターンを形成し半導体装置を製造する。このパターンは、広く知られた薄膜堆積処理、エッチング処理、酸化処理、イオン注入処理などの処理により形成される。このように、半導体デバイスなどのパターン基板が形成される。本発明の欠陥検出装置あるいは欠陥検出方法を用いて欠陥が検出された半導体ウエハに所望のパターンを形成し、半導体デバイスの製造における露光処理を実施することができる。本発明の欠陥検出方法により、半導体デバイスに限らずパターン基板の製造歩留まりを向上させることができる。よって、パターン基板の生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施形態にかかる検査装置の一例の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態の実欠陥の判定を説明する図である。
【図３】本実施形態の実欠陥の判定において、欠陥箇所における信号波形の一例を示す図である。
【図４】スライスレベルを決定するための一例を説明する図である。
【図５】本発明にかかる検査方法において、とスライスレベルとの関係を示す図である。
【図６】本発明にかかる検査装置に用いられる処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００  欠陥検出装置、１０１  レーザ光源、１０２  回折格子、１０３  第１のリレーレンズ、１０４  第２のリレーレンズ、１０５  ビームスプリッタ、１０６  対物レンズ、１０７  試料、１０８  ステージ、１０９  第３のリレーレンズ、１１０  光検出器、
１１１  光スポット、１１２  欠陥候補、１１３  正常欠陥、１１４実欠陥箇所、
１１４ａ  実欠陥、１１４ｂ  誤検出欠陥、１１６  検査領域、１１７  欠陥判定領域、
２００  処理装置、２０１  スライスレベル記憶部、２０２  欠陥候補検出部、
２０３  誤検出欠陥算出部、２０４  許容誤検出欠陥数記憶部、
２０５  スライスレベル算出部、２０６  欠陥候補間距離算出部、
２０７  欠陥判定距離記憶部、２０８  欠陥判定部
【図１】
2006125967.tif 000009
【図２】
2006125967.tif 000010
【図３】
2006125967.tif 000011
【図４】
2006125967.tif 000012
【図５】
2006125967.tif 000013
【図６】
2006125967.tif 000014