(57)【要約】【課題】被検査物体に熱ダメージを与えないよう、照明光の照度を一定の上限値以下に保つと、従来の異物・欠陥検査方法では、検出感度と検査速度がトレード・オフの関係にあり、他方を犠牲にせずに一方を改善したり、両方を改善することは非常に困難であった。【解決手段】本発明では、光源にパルスレーザを用い、レーザ光束を複数に分割後、異なる時間差を与えて、複数の照明スポットを形成し、各照明スポットの発光開始タイミング信号を用いることによって、各照明スポットからの散乱光信号を分離検出する。【選択図】図１１
2008008803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物体を予め定められたパターンで移動させる被検査物体移動ステージと、光源からの光を被検査物体表面に照射する照明手段と、前記照射光が被検査物体に照射されたことに起因して発生した光を検出する光検出手段と、を用いて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する光学式検査方法において、
前記照明手段は、前記光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備え、前記光検出手段は、前記複数の照明スポットの各々からの光信号を分離して検出するよう構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２】
被検査物体を予め定められたパターンで移動させる被検査物体移動ステージと、光源からの光を被検査物体表面に照射する照明手段と、前記照射光が被検査物体に照射されたことに起因して発生した光を検出する光検出手段と、を用いて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する光学式検査方法において、
前記照明手段は、前記光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備え、前記光検出手段は、前記複数の照明スポットの各々からの光信号をほぼ同時に受光し、受光した光信号を分離して検出するよう構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項３】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を検出する散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する異物・欠陥検出方法において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数に分割した光束毎に異なる遅延時間を与える遅延光学系と、互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備えると共に、前記照明手段内部または外部に、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の各々の発光タイミングを示す発光タイミング信号生成手段を備え、前記散乱・回折・反射光検出手段は、被検査物体表面上の前記複数の照明スポットから発生した散乱・回折・反射光が概略同時に入射する光検出器を備え、前記発光タイミング信号に基づいて前記光検出器からの出力信号を制御することにより前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するよう構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項４】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出する複数の散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する光学式検査方法において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数に分割した光束毎に異なる遅延時間を与える遅延光学系と、互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備えると共に、前記照明手段内部または外部に、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の各々の発光タイミングを示す発光タイミング信号生成手段を備え、前記複数の散乱・回折・反射光検出手段の各々は、被検査物体表面上の前記複数の照明スポットから発生した散乱・回折・反射光が概略同時に入射する光検出器を備え、前記発光タイミング信号に基づいて前記光検出器からの出力信号を制御することにより前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するよう構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の光学式検査方法において、前記発光タイミング信号生成手段を、前記パルスレーザ光源から出力される同期信号、または前記パルスレーザ光源に与える制御信号を元に発光タイミング信号を生成するように構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項６】
請求項３または４記載の光学式検査方法において、前記発光タイミング信号生成手段が、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の一部を、前記複数の光束が被測定物体表面に照射されるまでの光路上で分離して、前記各々の光束の発光タイミングを検出する発光タイミング信号検出手段を備えたことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項７】
請求項３または４記載の光学式検査方法において、被検査物体で前記照射光が正反射された光を検出する正反射光検出手段を備えると共に、前記発光タイミング信号生成手段を、前記正反射光検出手段が検出した正反射光の検出信号を元に発光タイミング信号を生成するように構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項８】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を検出する散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する光学式検査方法において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数に分割した光束毎に異なる遅延時間を与える遅延光学系と、互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備えると共に、前記照明手段内部または外部に、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の各々の発光開始タイミングを示す発光開始タイミング信号生成手段を備え、前記散乱・回折・反射光検出手段は、被検査物体表面上の前記複数の照明スポットから発生した散乱・回折・反射光が概略同時に入射する光検出器を備え、前記発光開始タイミング信号に基づいて前記光検出器からの出力信号を制御することにより前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するよう構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項９】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出する複数の散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する光学式検査方法において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数に分割した光束毎に異なる遅延時間を与える遅延光学系と、互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備えると共に、前記照明手段内部または外部に、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の各々の発光開始タイミングを示す発光開始タイミング信号生成手段を備え、前記複数の散乱・回折・反射光検出手段の各々は、被検査物体表面上の前記複数の照明スポットから発生した散乱・回折・反射光が概略同時に入射する光検出器を備え、前記発光開始タイミング信号に基づいて前記光検出器からの出力信号を制御することにより前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するよう構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１０】
請求項８または９記載の光学式検査方法において、前記発光開始タイミング信号生成手段を、前記パルスレーザ光源から出力される同期信号、または前記パルスレーザ光源に与える制御信号を元に発光開始タイミング信号を生成するように構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１１】
請求項８または９記載の光学式検査方法において、前記発光開始タイミング信号生成手段が、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の一部を、前記複数の光束が被測定物体表面に照射されるまでの光路上で分離して、前記各々の光束の発光開始タイミングを検出する発光開始タイミング信号検出手段を備えたことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１２】
請求項８または９記載の光学式検査方法において、被検査物体で前記照射光が正反射された光を検出する正反射光検出手段を備えると共に、前記発光開始タイミング信号生成手段を、前記正反射光検出手段が検出した正反射光の検出信号を元に発光開始タイミング信号を生成するように構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記光検出器からの出力信号を制御することにより前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離する際に、前記複数の照明スポットの各々に対応する前記発光開始タイミング信号を用いて、各発光開始タイミングで始まって所定の時間幅だけ持続する、前記複数の照明スポットの各々に対応する光検出制御信号を生成し、前記光検出制御信号に基づいて前記光検出器からの出力信号を制御することを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１４】
請求項８〜１２のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記光検出器からの出力信号を制御することにより前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離する際に、前記複数の照明スポットの各々に対応する前記発光開始タイミング信号を用いて、各発光開始タイミングから所定の時間だけ遅れて始まってまた別の所定の時間幅だけ持続する、前記複数の照明スポットの各々に対応する光検出制御信号を生成し、前記光検出制御信号に基づいて前記光検出器からの出力信号を制御することを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１５】
請求項８〜１２のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記光検出器からの出力信号を制御することにより前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離する際に、前記複数の照明スポットの各々に対応する前記発光開始タイミング信号を用いて、各発光開始タイミングから前記光検出器からの出力信号が有する立上がり応答特性に対応する時間だけ遅れて始まって前記光検出器からの出力信号が有する周波数帯域特性に対応する時間幅だけ持続する、前記複数の照明スポットの各々に対応する光検出制御信号を生成し、前記光検出制御信号に基づいて前記光検出器からの出力信号を制御することを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記光検出器の出力電気信号を増幅した後に、前記複数の照明スポットの数に対応した複数のゲート回路に分配し、各ゲート回路を各照明スポットに関連付け、前記分配された各出力信号を、関連付けられた各照明スポットに対応する前記光検出制御信号に基づいてＯｎ／Ｏｆｆすることにより、前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するように構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１７】
請求項１３〜１５のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記光検出器の出力電気信号を増幅した後に、前記複数の照明スポットの数に対応した複数の積分器に分配し、各積分器を各照明スポットに関連付け、前記分配された各出力信号を、前記各積分器に関連付けられた各照明スポットに対応する前記光検出制御信号がＯｎの時間帯のみ積分することにより、前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するように構成したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記複数の照明スポットを、被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの主走査方向と概略同一の方向に概略一列で並べたことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記複数の照明スポットを、被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの副走査方向と概略同一の方向に概略一列で並べたことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２０】
請求項１〜１７のいずれかに記載の光学式検査方法において、前記複数の照明スポットを、被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの主走査方向との成す角度が平行と直交の間にあるような所定の方向に概略一列で並ぶように配置したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２１】
請求項１８記載の光学式検査方法において、前記各照明スポットが重ならないように並べたことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２２】
請求項１９記載の光学式検査方法において、前記各照明スポットを概略隙間無く並べたことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２３】
請求項１９記載の光学式検査方法において、前記各照明スポットを所定の割合で重なるように並べたことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２４】
請求項２０記載の光学式検査方法において、前記被検査物体移動ステージを主走査した時に各照明スポットが描く軌跡が概略隙間無く並ぶように配置したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２５】
請求項２０記載の光学式検査方法において、前記被検査物体移動ステージを主走査した時に各照明スポットが描く軌跡が所定の割合で重なるように配置したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２６】
請求項１〜１７のいずれかに記載の光学式検査方法において、Ｍ，Ｎを整数として積Ｍ×Ｎ個の複数の照明スポットをＭ個ずつＮ組のグループに分け、前記Ｎ組の各グループ内のＭ個の照明スポットを被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの主走査方向と概略同一の方向に概略一列で並べると共に、Ｎ組の前記Ｍ個ずつの照明スポットのグループを、前記被検査物体移動ステージの主走査方向との成す角度が平行と直交の間にあるような所定の方向に概略一列で並ぶように配置したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の光学式検査方法において、前記Ｎ組の各グループ内のＭ個の照明スポットは重ならないように並べ、Ｎ組の前記Ｍ個ずつの照明スポットのグループは、前記被検査物体移動ステージを主走査した時に各グループの照明スポットが描く軌跡が概略隙間無く並ぶように配置したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２８】
請求項２６記載の光学式検査方法において、前記Ｎ組の各グループ内のＭ個の照明スポットは重ならないように並べ、Ｎ組の前記Ｍ個ずつの照明スポットのグループは、前記被検査物体移動ステージを主走査した時に各グループの照明スポットが描く軌跡が所定の割合で重なるように配置したことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２９】
請求項１８または２１記載の光学式検査方法において、分離して検出された前記複数の照明スポットに対応する散乱・回折・反射光信号に対して、統計処理計算を施すことにより、異物または欠陥の検出感度を向上させることを特徴とする光学式検査方法。
【請求項３０】
請求項２６〜２８のいずれかに記載の光学式検査方法において、分離して検出された前記Ｎ組の各グループ内のＭ個の照明スポットに対応する散乱・回折・反射光信号に対して、統計処理計算を施すことにより、異物または欠陥の検出感度を向上させることを特徴とする光学式検査方法。
【請求項３１】
請求項１９，２０，２１，２２〜２８のいずれかに記載の光学式検査方法において、現在の主走査と次の主走査の間に副走査が移動する距離を、単一の照明スポットで検査する場合の前記距離よりも大きくすることにより、異物または欠陥の検査速度を向上させることを特徴とする光学式検査方法。
【請求項３２】
請求項２６〜２８のいずれかに記載の光学式検査方法において、分離して検出された前記Ｎ組の各グループ内のＭ個の照明スポットに対応する散乱・回折・反射光信号に対して、統計処理計算を施すことにより、異物または欠陥の検出感度を向上させると共に、現在の主走査と次の主走査の間に副走査が移動する距離を、単一の照明スポットで検査する場合の前記距離よりも大きくすることにより、異物または欠陥の検査速度を向上させることを特徴とする光学式検査方法。
【請求項３３】
被検査物体を予め定められたパターンで移動させる被検査物体移動ステージと、
光源からの光を被検査物体表面に照射する照明手段と、
前記照射光が被検査物体に照射されたことに起因して発生した光を検出する光検出手段と、
を備えた光学式検査装置において、
前記照明手段は、前記光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割し、分割された複数の光束を被検査物体上の所定の距離を隔て、前記被検査物体移動ステージで該被検査物体が移動するに際して前記照明手段で照射される照射スポットの軌跡の少なくとも一部が重なるように複数の照明スポットを形成する手段を備え、
該複数の照明スポットから発生する光のうちの前記被検査物体の同一位置から発生した光を前記光検出手段で異なる時刻に検出した信号を合成する検出光合成手段と、
を備えたことを特徴とする光学式検査装置。
【請求項３４】
被検査物体を予め定められたパターンで移動させる被検査物体移動ステージと、
光源からの光を被検査物体表面に照射する照明手段と、
前記照射光が被検査物体に照射されたことに起因して発生した光を検出する光検出手段と、
を備えた光学式検査装置において、
前記照明手段は、前記光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割し、分割された複数の光束を被検査物体上の所定の距離を隔て、前記被検査物体移動ステージで該被検査物体が移動するに際して前記照明手段で照射される照射スポットの軌跡が重ならないように複数の照明スポットを形成する手段を備え、
該複数の照明スポットから発生する光を前記光検出手段で検出した信号を合成する検出光合成手段と、
を備えたことを特徴とする光学式検査装置。
【請求項３５】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出する複数の散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する異物・欠陥検査装置において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備え、前記複数の照明スポットを、被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの主走査方向と概略同一の方向に概略一列で並べると共に、該複数の照明スポットから発生する光のうちの前記被検査物体の同一位置から発生した光を前記光検出手段で異なる時刻に検出した信号を分離して検出する光信号分離検出手段と、
を備えたことを特徴とする光学式検査装置。
【請求項３６】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出する複数の散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する異物・欠陥検査装置において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備え、前記複数の照明スポットを、被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの副走査方向と概略同一の方向に概略一列で並べると共に、該複数の照明スポットから発生する光を前記光検出手段で検出した信号を分離して検出する光信号分離検出手段と、
を備えたことを特徴とする光学式検査装置。
【請求項３７】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出する複数の散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する異物・欠陥検査装置において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成する手段を備え、前記複数の照明スポットを、被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの主走査方向との成す角度が平行と直交の間にあるような所定の方向に概略一列で並べると共に、該複数の照明スポットから発生する光を前記光検出手段で検出した信号を分離して検出する光信号分離検出手段と、
を備えたことを特徴とする光学式検査装置。
【請求項３８】
主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動から成る被検査物体移動ステージを備え、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、光源からのパルス光を被検査物体表面に照射する照明手段と、被検査物体で前記照射光が散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出する複数の散乱・回折・反射光検出手段を備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する異物・欠陥検査装置において、前記照明手段は、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割する手段と、複数の光束を被検査物体表面上の互いに所定の距離を隔てて離散的に配置された複数の位置に照射して、Ｍ，Ｎを整数として積Ｍ×Ｎ個の複数の照明スポットを形成する手段を備え、前記複数の照明スポットをＭ個ずつＮ組のグループに分け、前記Ｎ組の各グループ内のＭ個の照明スポットを被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの主走査方向と概略同一の方向に概略一列で並べると共に、Ｎ組の前記Ｍ個ずつの照明スポットのグループを、前記被検査物体移動ステージの主走査方向との成す角度が平行と直交の間にあるような所定の方向に概略一列で並ぶように配置すると共に、該複数の照明スポットから発生する光を前記光検出手段で検出した信号を分離して検出する光信号分離検出手段と、
を備えたことを特徴とする光学式検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜基板や半導体基板やフォトマスク等の被検査物に光を照射して被検査物の異物・欠陥を検出する光学式検査方法及び光学式検査装置に係り、特に従来の方法，装置に比べ感度またはスループットを向上させた光学式検査方法及び光学式検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製造装置の発塵状況を監視するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に付着した異物の検査が行われている。例えば、回路パターン形成前の半導体基板では、その表面において数１０ｎｍ以下までもの微小な異物や欠陥の検出が必要である。従来、半導体基板等の被検査物体表面上の微小な欠陥を検出する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているように、集光したレーザ光束を半導体基板表面に固定照射して（このとき照射されたレーザ光束が半導体基板表面上に形成する、照明された領域を照明スポットと呼ぶ）、半導体基板上に異物が付着している場合に発生する該異物からの散乱光を検出し、半導体基板の回転と並進送りで半導体基板全面の異物や欠陥を検査するものがある。散乱光の検出には楕円ミラーを用い、半導体基板上の検出位置を楕円の第１焦点位置とし、受光素子の受光面を第２焦点位置に配置することにより、異物で発生した散乱光を広い立体角で集光し、微小異物の検出もできるようにしている。この従来技術で、半導体基板を照明するためのレーザ光束は複数としては、１つの入射角に対応するものはただ１つであり、そのレーザ光束によって半導体基板表面に形成される照明スポットもただ１つである。
【０００３】
また、別の従来技術として、例えば、特許文献２に記載されているように、半導体基板表面に関して複数の仰角と複数の方位角を組合せた位置に集光レンズと光検出器を配置し、前記各集光レンズで集光された散乱光を光検出器で検出することにより、微小異物からの散乱光の三次元放射分布特性に合わせて有利な方向での検出を可能にしたものもある。この従来技術においても、半導体基板を照明するためのレーザ光束は斜方照明と垂直上方照明の２本が備わっているが、１つの入射角に対応するレーザ光束はただ１つであり、そのレーザ光束によって半導体基板表面に形成される照明スポットもただ１つである。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５,７９８,８２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２５５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体基板（半導体ウェーハ）や薄膜基板やフォトマスク等では、高密度化に伴い、検出する必要のある異物や欠陥のサイズが急速に小さくなってきている。平坦で平滑な表面を有する被検査物体表面上の異物を検出する際の異物からの散乱光を光検出器で検出したときに得られる散乱信号量Ｓは、異物の粒径がレーリー散乱に従う程度に小さい場合、一般に次式右辺の値に比例する。
【０００６】
Ｓ∝照明光の照度×異物の粒径の６乗×照明波長の−４乗×散乱光検出光学系の集光          効率×散乱光が持続する時間×光検出器の量子効率×光検出器のゲイン
また、この検出の際の雑音の大きさＮは、一般にほぼ次式右辺の値に比例する。
【０００７】
Ｎ∝（照明光の照度×照明スポットの面積×被検査物体表面の散乱能）の平方根
このため、従来、異物や欠陥の検出感度を上げる方向に働く要因として、
（１）照明スポット内の照明光の照度を大きくし、強い散乱光が得られるようにする
（２）照明光の波長を短くし、強い散乱光が得られるようにする
（３）集光光学系の開口数を大きくし、効率良く散乱光が集光できるようにする
（４）量子効率やＳ／Ｎ比など光検出器の性能を向上させる
（５）照明スポットの面積を小さくして背景散乱光を減らす
（６）非検査物体移動ステージの主走査速度を遅くして異物や欠陥が照明スポット内を通過する時間を長くする
（７）照明スポットの主走査方向の径を大きくして異物や欠陥が照明スポット内を通過する時間を長くする
ことが良く知られている。
【０００８】
しかしながら、現状では下記の理由により、これらを採用しても感度向上を図ることは容易ではない。
（１）照明光の照度を大きくすると、照明光のエネルギーを吸収して被検査物体表面の温度が上昇し、熱により被検査物体がダメージを受ける危険性が高くなる。
（２）異物や欠陥を検出するのに好適な出力等を有する光源として入手可能な光源の波長には限りがあり、短波長化には限界がある。
（３）異物や欠陥から発せられる散乱光の集光効率は１００％以上にはならない。従来技術でも一般に５０％程度あり、今後２倍以上にすることは既に不可能である。
（４）従来、微弱な散乱光検出に好適な光検出器として用いられている光電子増倍管の量子効率やＳ／Ｎ比は、既にほぼ理論限界に近く、今後の大きな改善はのぞめない。
（５）照明スポットの面積を小さくすることは有効であるが、同時に、被検査物体全面を検査するのに要する時間が長くなる弊害がある。
（６）主走査速度を遅くすることは、（５）と同様に、被検査物体全面を検査するのに要する時間が長くなる弊害がある。
（７）照明スポットの主走査方向の径を大きくするだけでは、同時に照明スポットの面積が増大することによる背景散乱光の増大と相殺して効果は無く、照明スポットの面積が増大しないように、照明スポットの主走査方向と直交方向の径を減らすと、（５）と同じで、被検査物体全面を検査するのに要する時間が長くなる弊害がある。
【０００９】
そこで、本発明の課題点は、かかる状況に鑑み、被検査物体全面を検査するのに要する時間を犠牲にすることなしに、異物や欠陥の検出感度を向上させること、または、逆に、異物や欠陥の検出感度を犠牲にすることなしに、被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させること、さらには、異物や欠陥の検出感度と被検査物体全面を検査するのに要する時間の両方を同時に向上させること、である。本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題点を解決するために、本発明では、被検査物体表面上の異物や欠陥から散乱光を発生させて検出するために前記被検査物体表面に照明光を照射して形成する照明スポットを、１つではなく複数とし、これら複数の照明スポットから発生する散乱光信号を、各１つの照明スポットから発生した散乱光毎に分離して検出する手段を備える。より具体的には、被検査物体を予め定められたパターンで移動させる被検査物体移動ステージと、光源からの光を被検査物体表面に照射する照明手段と、前記照射光が被検査物体に照射されたことに起因して発生した光を検出する光検出手段と、を備えた光学式検査装置において、前記照明手段は、前記光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割し、分割された複数の光束を被検査物体上の所定の距離を隔て、前記被検査物体移動ステージで該被検査物体が移動するに際して前記照明手段で照射される照射スポットの軌跡の少なくとも一部が重なるように複数の照明スポットを形成する手段を備え、該複数の照明スポットから発生する光のうちの前記被検査物体の同一位置から発生した光を前記光検出手段で異なる時刻に検出した信号を分離して検出する光信号分離検出手段と、を備えた光学式検査装置または、そのような光学式検査装置で実行可能な光学式検査方法である。光源としては連続光源、間欠的に光を照射するパルス光源のいずれでも良いが、検出光合成の際のタイミング調整を容易とするためにはパルス光源の方が好ましい。複数の照明スポットを被検査物の同一位置が通過した際の光信号を光検出器から得て、同じ位置の情報として合成するためのタイミング信号としてパルス発光の発光タイミングを利用することができるからである。連続光を光源とする場合には、被検査物体移動ステージの移動速度に基づき、合成のためのタイミング信号を計算することができる。この方法は、被検査物体の同一箇所を２度検査することになるため、検査感度を向上することができる。また、被検査物体上の複数の照明スポットが照射するエリアが、被検査物体移動ステージが移動しても重ならないように配置することにより、スループットを向上させることもできる。この場合でも、複数の照射スポットからの光信号の情報を分離するためパルスレーザの発行タイミングを用いることができる。複数の照明スポットの配置パターンは後述する実施例に記載のように多くのパターンとすることができ、それぞれの配置パターンでそれぞれの特徴ある効果を得ることができる。光検出器としては、反応速度の高い光電子増倍管が好ましいが、被検査物体移動ステージの移動速度によってはＣＣＤなどの一般的な光学素子を用いることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被検査物体全面を検査するのに要する時間を犠牲にすることなしに、異物や欠陥の検出感度を向上させること、または、逆に、異物や欠陥の検出感度を犠牲にすることなしに、被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させること、さらには、異物や欠陥の検出感度と被検査物体全面を検査するのに要する時間の両方を同時に向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
従来技術のように、１つの照明スポットから発生する散乱光を１つの光検出器で検出する構成を図１（ａ）に示す。ここでは、被検査物体は被検査物体移動ステージ上に載置されている。前記被検査物体移動ステージは、主走査が並進移動で副走査が前記並進移動と概略直交する方向の並進移動、または主走査が回転移動で副走査が並進移動の組合せから成る。被検査物体表面上の異物１は、前記被検査物体移動ステージの主走査により移動軌跡２に沿って移動する。前記異物１が前記軌跡２上で照明スポット３内を通過すると、異物１は照明光によって散乱光を生じる。この散乱光は散乱光集光レンズ５で集められて光検出器７にて検出され、散乱光信号に変換される。次に、２つの照明スポット３，４を被検査物体移動ステージの主走査方向に、互いに重ならないように並べて配置し、両方の照明スポットから発生する散乱光を１つの光検出器７で検出する構成を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）の構成では、異物１は第１の照明スポット３を通過後、第２の照明スポット４を通過するので、光検出器７からは光散乱光信号が２回得られる。図１（ｂ）の構成では、これら２回の散乱光信号の和を算出して、総散乱光信号とする。さらに、２つの照明スポット３，４を被検査物体移動ステージの主走査方向に、互いに重ならないように並べて配置し、光検出器７，８も２つ備え、各光検出器はそれぞれ別の照明スポットから発生する散乱光のみを検出するようにした構成を図１（ｃ）に示す。図１（ｃ）の構成では、異物１は第１の照明スポット３を通過後、第２の照明スポット４を通過するので、第１の光検出器７からの光散乱光信号と第２の光検出器８からの光散乱光信号の２個の散乱光信号が得られる。図１（ｃ）の構成では、これら２個の散乱光信号の和を算出して、総散乱光信号とする。
【００１４】
図１（ａ）〜（ｃ）の各照明スポットの大きさと面積、各照明スポットにおける照明光の照度、および集光レンズ５，６の集光効率は同一であるとし、図１（ａ）〜（ｃ）の構成を用い、同じ異物１を同じ被検査物体移動ステージの主走査速度で移動させて検出した際の総散乱光信号のＳ／Ｎを、図１（ａ）の構成で得られる散乱光信号のＳ／Ｎを１とする相対値として比較する。図１（ｂ）の構成では、総散乱光信号の大きさは図１（ａ）の散乱光信号の２倍となる。また、図１（ｂ）では図１（ａ）同等の照明スポット２個分から背景散乱光が発生し、これを１つの光検出器７で検出するため、背景散乱光強度は図１（ａ）の２倍となる。先に述べたように、雑音はほぼ背景散乱光強度の平方根に比例して増えるので、図１（ｂ）における雑音は１回の散乱光信号当たりで図１（ａ）の約√２倍となる。雑音の特性が時間的に無相関な場合、雑音を含む信号の２回の測定結果を加算すると、結果に含まれる雑音の平均値（期待値）は２倍ではなく、平均効果により√２倍となる。このため、２回の散乱光信号の和を取った結果に含まれる雑音の大きさは図１(ａ)の２倍となる。その結果、図１（ａ）のＳ／Ｎ比を１としたときの、図１（ｂ）のＳ／Ｎ比の相対値は、総散乱光信号が２倍で雑音も２倍なので、図１（ａ）と同等の１でしかない。次に、図１（ｃ）の構成では、総散乱光信号の大きさは図１（ａ）の散乱光信号の２倍となる。また、図１（ｃ）でも図１（ａ）同等の照明スポット２個分から背景散乱光が発生するが、個々の光検出器はどちらか一方の照明スポットからの背景散乱光のみしか検出しないため、個々の光検出器で検出する背景散乱光強度は図１（ａ）と同等となる。図１（ｂ）の場合と同じ理由により、２個の光検出器７，８からの散乱光信号の和を取った結果に含まれる雑音の大きさは図１（ａ）の√２倍となる。その結果、図１（ａ）のＳ／Ｎ比を１としたときの、図１（ｃ）のＳ／Ｎ比の相対値は、総散乱光信号が２倍で雑音が√２倍なので、√２となり、図１（ａ）に比べてＳ／Ｎ比は√２倍改善される。図１(ｃ)の構成を、照明スポットと光検出器の個数を２個ではなくＮ個に一般化した場合に、Ｓ／Ｎ比が√Ｎ倍に改善されることは、容易に導くことができる。
【００１５】
図１（ａ）〜（ｃ）の構成において検査速度は同等であるので、上記のことから、照明スポットを複数にし、前記複数の照明スポットを被検査物体移動ステージの主走査方向に、互いに重ならないように並べて配置し、前記複数の照明スポットの各々からの散乱光信号を分離して検出するよう構成することによって、被検査物体全面を検査するのに要する時間を犠牲にすることなしに、異物や欠陥の検出感度を向上させられることが分かった。また、これは、上記のように複数の照明スポットの一つ一つに別々の光検出器を対応させて散乱光を検出することによって実現できることも分かった。
【００１６】
しかし、複数の照明スポットの一つ一つに別々の光検出器を対応させて散乱光を検出することは簡単ではない。なぜならば、
（１）一つ一つの光検出器に、対応する照明スポットからの散乱光のみが入射し、他の照明スポットからの散乱光が入らないようにするため、各照明スポットの像を重ならないように十分分離して結像させる、性能の高い分離結像光学系が必要となる。
（２）特に、散乱光を低い仰角で検出したい場合には、前記分離結像光学系は、低い仰角からの斜方観察光学系となるため、複数の照明スポットは前記光学系のほぼ焦点深度方向に距離を隔てて分布することになり、照明スポットの像を十分分離して結像させる光学系を実現することは難しい。
（３）複数の照明スポットに対応して（１）の分離結像光学系と検出感度に優れる光電子増倍管等の光検出器の組合せを複数備えることは、実装に際して大きな容積を必要とする。特に、複数の仰角と複数の方位角の組合せの各位置で散乱光を検出する場合には、各散乱光検出位置で前記複数の照明スポットに対応する（１）の分離結像光学系と検出感度に優れる光電子増倍管の組合せを複数備えることが必要になり、実装に際して必要とされる容積が非常に大きいものとなり、各部品が空間的に干渉して、配置できない事態も発生し得る。光検出器として小型のものを用いる、または１つの光検出器が複数の画素から構成されているものを用いる、といったことも考えられるが、残念ながらこの種の光検出器で光電子増倍管に比べて十分な検出感度を有するものは無く、採用することができない。
などの理由があるからである。
【００１７】
上記欠点を解決し、実現の容易な検出感度改善方法を提供するために、本発明は、さらに下記に説明する、複数の検出器を用いることなく１つの光検出器で、複数の照明スポットからの散乱光を分離して検出できる技術を提供するものである。
【００１８】
この技術の詳細を図３を用いて説明する。照明光の光源１１には、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザを用いる。パルス発振の時間間隔は、異物１が主走査により照明スポット内を通過する時間内に複数回の発光が含まれるような時間間隔とする。光源
１１から出た光は、ビームスプリッタ１２で２本のビーム２１，２２に分けられる。ビーム２１とビーム２２は最終的に共に照射レンズ１８に入射し、各々照明スポット３，４を形成するが、その間でビーム２２はビーム２１に比べて長い光路を通過するように光路が構成されており、その遅延時間は、例えば、前記パルスレーザ光源１１のパルス発振間隔が１０ｎｓの場合、下式のように光路長の差を１５００mmにすることにより、ちょうどパルス発振間隔の１／２の時間とすることができる。
【００１９】
光が５ｎｓ間に進む距離＝３×１０の１１乗×５×１０の−９乗［mm］
＝１５００［mm］
ビーム２１，２２の光路には、各々のレーザ光の発光タイミングを信号として取り出すための発光タイミング信号生成手段として、ビーム２１，２２の一部を取り出すためのビームスプリッタ１４，１５とその一部取り出した光の時間変化波形を電気信号に変換するフォトダイオード１６，１７が設けてある。もちろん、２つの照明スポット３，４の間の発光時刻差を正しく検出するために、２つのフォトダイオード１６，１７は、照明スポット側からビーム２１，２２の光路を逆にたどった時に等距離となる位置に配置されなければならない。これらのフォトダイオード１６，１７から得られる発光タイミング信号は、例えば、図４の上２段に示すような波形となる。
【００２０】
図１（ｂ）の構成と同じように、異物１は第１の照明スポット３を通過後、第２の照明スポット４を通過し、光検出器７からは光散乱光信号が２回得られる。ただし、光源１１がパルスレーザであるので、光検出器７の時間応答速度が十分に速ければ（光電子増倍管ではこの仮定は十分現実的である）、各照明スポットを通過中に発生する散乱光信号の時間強度変化は連続波形ではなく、図４に示すように、光源１１のパルス発振に対応した離散的な波形となる。図４から分かるように、厳密には、照明光は第１の照明スポット３と第２の照明スポット４に同時刻には照射されていないため、第１の照明スポット３からの第２の散乱光と照明スポット４からの散乱光は同時刻には発生していない。本発明では、先の発光タイミング信号発生手段により、各照明スポットに実際に照明光が照射されている時刻・時間は正確に知ることができる。そこで、この発光タイミング信号を用いて、光検出器７からの出力信号を分離すれば、１つの光検出器のみを用いて、複数の照明スポットからの散乱光信号を分離して検出することが可能となる。このための回路構成の例を、図５に示す。
【００２１】
光検出器７の出力信号は前置増幅器２５で増幅された後、２個のゲート回路２７に分配される。各ゲート回路のＯｎ／Ｏｆｆは、前記フォトダイオード１６，１７からの発光タイミング信号に従って制御されるが、図６の５段目にに示すように、一般に、光検出器の出力信号は、照明光の発光タイミングに対して遅れて立上がり、かつ周波数応答速度がパルスレーザの発光持続時間（例えば１５ｐｓ程度）に比べて遅いために光検出器の出力信号のパルス幅は照明光の発光持続時間より長くなる。そこで、フォトダイオード１６，
１７からの発光タイミング信号に所定の遅延時間とパルス持続時間を与えるため、波形整形器２８を設ける。波形整形器２８からの出力信号は、例えば図６の３段目・４段目に示すような波形となる。この波形整形器２８からのゲート信号によってゲート回路２７を
Ｏｎ／Ｏｆｆすることにより、前置増幅器２５の出力信号から、図６の６段目と７段目に示す各照明スポットに対応した散乱光信号が分離される。分離された各散乱光信号は、その後、さらに増幅器２６で増幅される。このように、図５の回路を用いると、１つの光検出器７の出力信号から、複数の照明スポットに対応する散乱光信号を分離して検出でき、かつ分離された個々の散乱光信号は、対応していない側の照明スポットの背景光の影響を受けないことが分かる。
【００２２】
上記では、ゲート回路２７を用いて信号分離を行ったが、図７のように、ゲート回路
２７の代わりに、積分器２９を配置し、積分器２９の積分作用を、前記波形整形器２８の信号によって制御するように構成しても同様の効果が得られる。
【００２３】
図２の光学系と、図５または図７の回路を組合せた構成では、２回の散乱光信号の和を算出して、総散乱光信号とする場合、総散乱光信号の大きさは図１（ａ）の構成を用いる場合の散乱光信号の２倍となる。また、図５または図７の回路で分離された個々の散乱光信号は各々照明スポット１個分からの背景散乱光の影響しか受けていないため、個々の散乱光信号に含まれる雑音は図１（ａ）の構成を用いる場合と同等であり、２回の散乱光信号の和を取った結果に含まれる雑音の大きさは図１（ａ）の√２倍となる。その結果、図１（ａ）のＳ／Ｎ比を１としたときの、図３および図５の構成のＳ／Ｎ比の相対値は、総散乱光信号が２倍で雑音が√２倍なので、√２倍に改善される。これは、先の図１（ｃ）のように２個の光検出器をもちいる場合と同等の効果である。図２，図５，図７の構成では照明スポットの数を２個として説明したが、照明スポットの個数を２個ではなくＮ個に一般化した場合にも、Ｓ／Ｎ比が√Ｎ倍に改善されることは、容易に導くことができる。上記では、Ｎが２であるため、最終結果を単純な和で求めたが、Ｎが２より大きい場合には、より複雑な統計処理計算を施して最終的な散乱光信号を得るようにしても良い。また、以上の説明では、異物１が照明スポット内を通過した時に発せられる光を散乱光として説明したが、これは、散乱・回折・反射光と一般化しても差し支えない。さらに、検出対象を、被検査物体表面上の異物として説明したが、これはスクラッチなど異物以外の欠陥や、表面上だけでなく被検査物体表面近傍に存在する結晶欠陥などを含めても差し支えない。
【００２４】
このように、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割した後に、各光束毎に異なる遅延時間を与え、被検査物体表面上で、前記被検査物体移動ステージの主走査方向と概略同一の方向に、互いに重ならないように所定の距離を隔てて、概略一列に配置された、複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成し、前記複数の照明スポットから発生した散乱・回折・反射光が概略同時に入射するようにした光検出器で散乱・回折・反射光を検出し、前記照明手段内部または外部に設けた、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の各々の発光開始タイミングを示す発光開始タイミング信号生成手段からの発光開始タイミング信号に基づいて、前記光検出器からの出力信号を制御することによって前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するよう構成することにより、被検査物体全面を検査するのに要する時間を犠牲にすることなしに、検出Ｓ／Ｎ比を改善して、異物や欠陥の検出感度を向上させることができる。
【００２５】
先に述べた従来技術の例で、複数の仰角と複数の方位角を組合せた複数の方向から散乱・回折・反射光を検出する技術について述べたが、上で説明した本発明の技術は、この複数の仰角と複数の方位角を組合せた複数の方向の各方向における検出方法に適用することが可能である。もちろん、被検査物体表面への照明光の入射方向は、斜方照明であっても、垂直上方照明であっても、差し支えない。
【００２６】
上記で、図５または図７の回路では、図２に示した発光タイミング信号生成手段からの発光タイミング信号を用いて信号分離を行っている。図２の光学系では、この発光タイミングを２つの照射ビームの光路で光学的にモニタしているが、これは図８に示すように、２つの照明スポットからの正反射光の一部を光学的にモニタするように構成しても良い。また、先に示したように、光検出器の信号の方が周波数応答速度が遅いので、このタイミング信号のうち、必要なのは発光の開始タイミングの情報だけであり、例えば特開2000−３３８０４８号公報に記載されている検出ゲート機能に用いられているような、実際のパルスレーザの発光波形を忠実に捉える手段である必要はない。そこで、この発光タイミング信号は、各発光パルスの発光開始タイミングの情報のみを忠実に再現できる、発光開始タイミング信号としても差し支えない。さらに、発光開始タイミングだけであれば、必ずしも、図２や図８のように実際のレーザビームの発光状況を光学的にモニタする必要はなく、パルスレーザ１１から出力される発光同期信号、もしくは、パルスレーザ１１の制御のために外部からパルスレーザ１１に与えられる発光制御信号を元にして生成するようにしても良い。この場合は、第１の照明スポットに対して送れた発光タイミングを有する第２の照明スポットの遅延時間は、両者の光路長の差から予め計算により求めておけば良い。
【００２７】
次に、本発明の技術のうち、異物や欠陥の検出感度を犠牲にすることなしに、被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させることのできる技術について図９を用いて説明する。図９は、２つの照明スポットの空間配置のみが、図２の構成と異なるだけで動作は全く同一であるため、動作に対する詳しい説明は省略する。図２の構成では、２つの照明スポットは、前記被検査物体移動ステージの主走査方向と概略同一の方向に、互いに重ならないように所定の距離を隔てて、概略一列に配置されていたが、図９では、これら２つの照明スポットを、前記被検査物体移動ステージの副走査方向と概略同一の方向に、互いに重ならずかつ隙間のないように、概略一列に配置する。この構成において、図２の構成における説明と全く同じ働きによって、光検出器７の出力信号から照明スポット３および４に対応する散乱光信号を分離して検出することができ、これら各々の散乱光信号は、散乱光強度も含まれる雑音の大きさも、図１（ａ）の構成の場合と同等であることが分かる。この結果より、本構成によれば、２つの照明スポットの副走査方向の幅が図１（ｂ）の場合の２倍となるので、検出感度は図１（ａ）と同等で、検査速度を２倍に改善できることが分かる。図９の構成では照明スポットの数を２個として説明したが、照明スポットの個数を２個ではなくＮ個に一般化した場合にも、検査速度がＮ倍に改善されることは、容易に導くことができる。
【００２８】
このように、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ光源を備え、前記パルスレーザ光源から発せられる１本の光束を複数の光束に分割した後に、各光束毎に異なる遅延時間を与え、被検査物体表面上で、前記被検査物体移動ステージの副走査方向と概略同一の方向に、互いに重ならずかつ隙間のないように、概略一列に配置された、複数の位置に照射して複数の照明スポットを形成し、前記複数の照明スポットから発生した散乱・回折・反射光が概略同時に入射するようにした光検出器で散乱・回折・反射光を検出し、前記照明手段内部または外部に設けた、前記互いに異なる遅延時間を与えられた複数の光束の各々の発光開始タイミングを示す発光開始タイミング信号生成手段からの発光開始タイミング信号に基づいて、前記光検出器からの出力信号を制御することによって前記複数の照明スポットの各々からの散乱・回折・反射光による散乱・回折・反射光信号を分離して検出するよう構成することにより、検出感度を犠牲にすることなしに、被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させることができる。
【００２９】
先に述べた従来技術の例で、複数の仰角と複数の方位角を組合せた複数の方向から散乱・回折・反射光を検出する技術について述べたが、上で説明した本発明の技術は、この複数の仰角と複数の方位角を組合せた複数の方向の各方向における検出方法に適用することが可能である。もちろん、被検査物体表面への照明光の入射方向は、斜方照明であっても、垂直上方照明であっても、差し支えない。
【００３０】
上記では、複数の照明スポットを前記被検査物体移動ステージの副走査方向と概略同一の方向に、互いに重ならずかつ隙間のないように、概略一列に配置したが、照明スポットの外縁部では照度が低下するために外縁部まで使いたくない場合や、１個の異物を２回の主走査で重複して検出して検出精度を向上させたい場合などでは、図１０（ａ）に示すように、複数の照明スポットを所定の割合で互いに重なるようにすることが好適となる。しかしながら、このように照明スポットが重なり合った領域では、両方の照明スポットの照明光のエネルギーを受けるため、温度上昇が大きくなり、被検査物体の受ける熱ダメージが大きくなるという恐れがある。そこで、複数の照明スポットを図１０（ｂ）のように主走査方向に所定の間隔ずつずらして配置することにより、照明スポットの重なりを解消でき、熱ダメージの影響を避けられると共に、各照明スポットが主走査に従って描く軌跡は、互いに所定の割合で重なり合うことから、先に述べた元の目的を達成することが可能である。この配置は、表現を変えれば、前記被検査物体移動ステージの主走査方向との成す角度が平行と直交の間にあるような所定の方向に概略一列で並ぶように配置する、ということと同じである。複数の図９の構成の一部を変更して、図１０（ｂ）の照明スポット配置にした構成を図１１に示す。照明スポットの重なりを利用する効果以外でこの構成により得られる効果は、図９の場合と同じであるので繰返して説明することは省略する。
【００３１】
さらに、図２の照明スポット配置と、図１１の照明スポット配置を組合せることも可能である。すなわち、Ｍ，Ｎを整数として積Ｍ×Ｎ個の複数の照明スポットをＭ個ずつＮ組のグループに分け、前記Ｎ組の各グループ内のＭ個の照明スポットを被検査物体表面上で前記被検査物体移動ステージの主走査方向と概略同一の方向に概略一列で並べると共に、Ｎ組の前記Ｍ個ずつの照明スポットのグループを、前記被検査物体移動ステージの主走査方向との成す角度が平行と直交の間にあるような所定の方向に概略一列で並ぶように配置することである。Ｍ＝２，Ｎ＝２とした場合の、この構成例を図１２に示す。ただし、発光開始タイミング生成手段を構成する、ビームスプリッタとフォトダイオードについては記載を省略したが、図１２中の４本の照射ビームの各々の光路中の、各照明スポットから逆にたどった光路の距離が互いに等しくなる位置に配置してある。
【００３２】
容易に分かることであるが、この構成によれば、図２の構成による効果と、図１１の構成による効果の両方が得られる。すなわち、異物や欠陥の検出感度と被検査物体全面を検査するのに要する時間の両方を同時に向上させることが可能となる。
【００３３】
図１２では副走査方向の照明スポットの配列の仕方に、図１１の構成の配列方法を取り入れたが、代わりに、図９の構成の配列方法のように副走査方向に隙間なく並べるようにすることも可能である。
【００３４】
本発明の異物・欠陥検出方法を用いた異物・欠陥検査装置の一実施例を図１３に示す。被検査物体である半導体ウェーハ１００はチャック１０１に真空吸着されており、このチャック１０１は、回転ステージ１０３と並進ステージ１０４から成る被検査物体移動ステージ１０２，Ｚステージ１０５上に搭載されている。半導体ウェーハ１００の上方に配置されている照明・検出光学系１１０は、図１１に示す光学系である。すなわち、照明光の光源１１には、時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザを用いる。パルス発振の時間間隔は、異物１が主走査により照明スポット内を通過する時間内に複数回の発光が含まれるような時間間隔とする。光源１１から出た光は、ビームスプリッタ１２で２本のビーム２１，２２に分けられる。ビーム２１とビーム２２は最終的に共に照射レンズ１８に入射し、各々照明スポット３，４を形成するが、その間でビーム２２はビーム２１に比べて、その遅延時間が、ちょうどパルス発振間隔の１／２の時間に相当する分だけ長い光路長を通過するように光路が構成されている。ビーム２１，２２の光路には、各々のレーザ光の発光開始タイミングを信号として取り出すための発光開始タイミング信号生成手段として、ビーム２１，２２の一部を取り出すためのビームスプリッタ１４，１５とその一部取り出した光の時間変化波形を電気信号に変換するフォトダイオード１６，１７が設けてある。もちろん、２つの照明スポット３，４の間の発光時刻差を正しく検出するために、２つのフォトダイオード１６，１７は、照明スポット側からビーム２１，２２の光路を逆にたどった時に等距離となる位置に配置してある。各照明光は被検査物体である半導体ウェーハ１００の表面に、概略、結晶Ｓｉに対するブリュースター角で斜入射するように構成されている。また、集光レンズ５は、レーリー散乱に従うような微小な異物に対して効率良くその散乱光を捕捉できるよう、低い仰角で散乱光を集光できる構成にしてある。この構成において、異物１は第１の照明スポット３を通過後、第２の照明スポット４を通過し、光検出器７からは光散乱光信号が２回得られる。光検出器７の出力信号は図７に示す構成の回路で処理される。すなわち、光検出器７の出力信号は前置増幅器２５で増幅された後、２個の積分器２９に分配される。波形整形器２８で前記フォトダイオード１６，１７からの発光開始タイミング信号に所定の遅延時間とパルス持続時間を与えて作る積分制御信号によって各積分器の積分動作をＯｎ／Ｏｆｆすることにより、各照明スポットに対応した散乱光信号が分離される。分離された各散乱光信号は、その後、さらに増幅器２６で増幅される。このように、図７の回路を用いることにより、１つの光検出器７の出力信号から、複数の照明スポットに対応する散乱光信号を分離して検出でき、かつ分離された個々の散乱光信号は、対応していない側の照明スポットの背景光の影響を受けることがない。このため、図１３に示す本発明の一実施例の異物・欠陥検査装置では、検出感度を犠牲にすることなしに、被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させることができる。
【００３５】
図１３の構成では照明スポットの数を２個としたが、照明スポットの個数を２以上のＮ個とすることも可能であり、その場合には、検査速度がＮ倍に改善される。
【００３６】
上で説明した本発明の一実施例では、散乱光の検出方向を一つとしたが、上記で説明した検出系を、複数の仰角と複数の方位角を組合せた複数の方向の各方向に配置して複数の方位からの散乱光検出するよう構成することもできる。もちろん、被検査物体表面への照明光の入射方向は、斜方照明であっても、垂直上方照明であっても、差し支えない。
【００３７】
また、上記一実施例では、複数照明スポットの配置方法を、図１１に示す配置としたが、代わりに、図２，図９、または図１２に示す配置を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】照明スポットの複数化と光検出器の複数化の効果を説明する図。
【図２】本発明の技術のうち、被検査物体全面を検査するのに要する時間を犠牲にすることなしに、異物や欠陥の検出感度を向上させる技術を説明する図。
【図３】複数の照明スポットの発光タイミングを示す図。
【図４】各照明スポットからの散乱光の発光タイミングを示す図。
【図５】複数のゲート回路を用いて信号を分離する回路。
【図６】発光開始タイミング信号から生成されるゲート信号を説明する図。
【図７】複数の積分器を用いて信号を分離する回路。
【図８】別の発光タイミング信号生成手段を説明する図。
【図９】本発明の技術のうち、異物や欠陥の検出感度を犠牲にすることなしに、被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させる第１の技術を説明する図。
【図１０】複数の照明スポットの配置方法を説明する図。
【図１１】本発明の技術のうち、異物や欠陥の検出感度を犠牲にすることなしに、被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させる第２の技術を説明する図。
【図１２】本発明の技術のうち、異物や欠陥の検出感度と被検査物体全面を検査するのに要する時間の両方を同時に向上させる技術を説明する図。
【図１３】本発明による異物・欠陥検査装置の一実施例の構成を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１…異物、２…異物の移動軌跡、３，４…照明スポット、５，６…集光レンズ、７，８…光検出器、１１…光源、１２…ビームスプリッタ、１３…折り返しミラー、１４，１５…ビームスプリッタ、１６，１７…フォトダイオード、１８…照射レンズ、２１…第１の照射ビーム、２２…第２の照射ビーム、２５…前置増幅器、２６…増幅器、２７…ゲート回路、２８…波形整形器、２９…積分器、１００…半導体ウェーハ、１０１…チャック、１０２…被検査物体移動ステージ、１０３…回転ステージ、１０４…並進ステージ、105…Ｚステージ、１１０…照明・検出光学系。
【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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【図１３】
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