(57)【要約】【課題】実害になる異物又は欠陥を非欠陥である配線の表面ラフネスなどとから分離して検出可能とするために、被検査対象を底面とする半球状のほぼ全領域にわたり発生する光を、異なる複数の偏光成分に分離して検出することで得られた信号を用いて、欠陥または異物を検査する方法及びその装置を提供することにある。【解決手段】本発明では、配線等の回路パターンを有する基板試料上（ウェハ）に付着した異物を検出するための異物検査装置として、前記基板試料を載置してＸ、Ｙ、Ｚ、およびθの各方向へ任意に移動可能なステージ部と、前記回路パターンを一方向、もしくは多方向から照射する照明系と、照明された検査領域から発生する反射・回折、散乱光を、前記ウェハを底面とした半球状のほぼ全領域にわたり検出することにより、ＮＡ（開口数）が０．７から１．０の範囲で検出できるようにした。【選択図】図１
2008096430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象物を載置して平面内で移動させるステージと、光源と、該光源から発射された光を前記ステージに載置された被検査対象物に照射して照明する照明光学系手段と、該照明光学系手段で光を照射された前記被検査対象物からの反射・散乱・回折光を集光する集光部を前記被検査対象物に対して半球面状に複数配置して構成した検出光学系手段と、該検出光学系手段の各集光部に対応して配置されて該集光部で集光されたそれぞれの集光光をそれぞれ複数の偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光分離手段でそれぞれ複数の偏光成分に分離された光をそれぞれ検出して光電変換する検出手段と、該検出手段で検出されて光電変換されたそれぞれの電気信号を処理する信号処理手段と、該信号処理手段で処理された信号から欠陥を検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で欠陥と判定された信号に対して欠陥の位置、種類および大きさを判定する欠陥分類手段と、該欠陥分類手段で得られた欠陥情報を外部に出力する欠陥情報出力手段と、前記欠陥分類手段で得られた欠陥情報を保存する記憶手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
被検査対象物を載置して平面内で移動させるステージと、光源と、該光源から発射された光を前記ステージに載置された被検査対象物に照射して照明する照明光学系手段と、該照明光学系手段で光を照射された前記被検査対象物からの反射・散乱・回折光を集光する集光部を前記被検査対象物に対して半球面状に複数配置して構成した検出光学系手段と、該検出光学系手段の各集光部に対応して配置されて該集光部で集光されたそれぞれの集光光をそれぞれ複数の偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光分離手段でそれぞれ複数の偏光成分に分離された光をそれぞれ検出して光電変換する検出手段と、該検出手段で検出されて光電変換されたそれぞれの電気信号を処理する信号処理手段と、該信号処理手段で処理された信号からパターンの周期性を検出し該検出したパターンの周期性に応じて使用する検出器の出力を選択し該選択した出力の中から欠陥信号に関連する信号を抽出し加算して得られた信号から欠陥を検出する欠陥判定手段と、該欠陥検出手段で欠陥と判定された信号に対して欠陥の位置、種類および大きさを判定する欠陥分類手段と、該欠陥分類手段で得られた欠陥情報を外部に出力する欠陥情報出力手段と、前記欠陥分類手段で得られた欠陥情報を保存する記憶手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
前記光源としてレーザ光源を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
上記光源から発生した光を、被検査対象物に対し斜めの方向から照明することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
上記光源から発射した光を、被検査対象物に対し複数の方向から前記被検査対象物の同じ領域を同時に照明することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
上記同時に照明する光の偏光は、同一であることを特徴とする請求項５に記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
上記同時に照明する光の偏光は、異なる偏光あることを特徴とする請求項５に記載の欠陥検査装置
【請求項８】
上記検出光学系手段は開口数が０．７から１．０の範囲で、上記被検査対象物からの反射・散乱・回折光を集光することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
上記検出光学系手段は、前記被検査対象物を底面とする半球面に複数の集光レンズを配置した構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
上記被検査対象を底面とする半球面に配置される複数の集光レンズはフライアイレンズのような単レンズを縦・横に配列したレンズアレイであることを特徴とする請求項９記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
上記検出光学系で集光された光は特定の偏光成分のみを抽出した後に、光検出器に入射されることを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
光源から発射された光をステージに載置された被検査対象物に照射し、該照射により前記被検査対象物から発生した反射・散乱・回折光を前記被検査対象物に対して半球面状に複数配置された集光光学系でそれぞれ集光し、該複数配置されたレンズでそれぞれ集光された複数の集光光をそれぞれ複数の偏光成分に分離し、該複数の偏光成分に分離したそれぞれの集光光を検出して光電変換し、該光電変換して得られたそれぞれの信号を処理して欠陥を検出し、該検出した欠陥の位置、種類および大きさを判定し、該判定して得られた前
記欠陥に関する情報を出力することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１３】
光源から発射された光をステージに載置された被検査対象物に照射し、該照射により前記被検査対象物から発生した反射・散乱・回折光を前記被検査対象物に対して半球面状に複数配置された集光光学系でそれぞれ集光し、該複数配置されたレンズでそれぞれ集光された複数の集光光をそれぞれ複数の偏光成分に分離し、該複数の偏光成分に分離したそれぞれの集光光を検出して光電変換し、該光電変換されたそれぞれの電気信号を処理してパターンの周期性を検出し該検出したパターンの周期性に応じて使用する検出器の出力を選択し該選択した出力の中から欠陥信号に関連する信号を抽出し加算して得られた信号から欠陥を検出し、該検出した前記欠陥に関する情報を出力することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１４】
上記光源からレーザを発射し、該レーザを前記被検査対象物に対し斜めの方向から照明することを特徴とする請求項１２または１３に記載の欠陥検査方法。
【請求項１５】
上記光源からレーザを発射し、該レーザを前記被検査対象物に対し複数の方向から前記被検査対象物の同じ領域を同時に照明することを特徴とする請求項１２または１３に記載の欠陥検査装置。
【請求項１６】
上記同時に照明するレーザの偏光は、同一であることを特徴とする請求項１５に記載の欠陥検査方法。
【請求項１７】
上記同時に照明するレーザの偏光は、異なる偏光あることを特徴とする請求項１５に記載の欠陥検査方法
【請求項１８】
上記集光光学系は開口数が０．７から１．０の範囲で、上記被検査対象物からの反射・散乱・回折光を集光することを特徴とする請求項１２または１３に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、ＬＳＩや液晶基板を製造する際に生じる異物または欠陥の検査方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハなどに付着した異物または発生した欠陥を検査する従来技術としては、複数の光学系と複数の検出器で検出された信号を用いるものがあり、特表２００６−５０１４７０号公報（特許文献１）、特表２００５−５３９２２５号公報（特許文献２）、特表２００２−５１９６９４号公報（特許文献３）、特開平６−９４６３３号公報（特許文献４）、特開平６−２４２０１２号広報（特許文献５）、特開平５−３３２９４６号広報（特許文献６）、およびＭｕｌｔｉｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（非特許文献１）が知られている。
【０００３】
特許文献１は、本発明の背景技術に半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、半導体ウェハのようなサンプルの表面を暗視野検査するためのシステムであって、パルスレーザビームをベースとする強力な光放射源でサンプル表面のあるエリアを照射し、複数の検出器アレイが、暗視収集モードにおいて表面の上記同じエリアから散乱された放射を受け取って、その各像を形成するように構成されるものであると説明されている。ここで、上記各検出器アレイは、表面から異なる角度範囲へ散乱された各々の放射を収集するように構成されており、異なる検出器アレイからの像を合成することにより、上記システムは、暗フィールド散乱パターンを、表面上の複数のポイントに対する散乱角度の関数として同時に決定することができると説明されている。
【０００４】
散乱された放射の収集は、異なる角度範囲における散乱光を各アレイに向けるような、開口数（ＮＡ）の高い単一の対物レンズアッセンブリを使用してもよいと説明されている。さらに、空間フィルタ技術に関しても言及されている。すなわち、検出される散乱光のある領域を阻止することにより、散乱光の収集角度を制限することができ、これにより、パターン化されたウェハにおける繰り返し特徴部からのバックグランド回折光を排除するのに特に有用であると説明されている。この空間的フィルタは、ウェハ表面上の特徴部の既知の回折パターンに基づいた強力な回折光を阻止し、この技術分野において広く知られたように、欠陥に対する上記システムの感度を向上させると説明されている。
【０００５】
さらに、検光技術に関しても言及されている。すなわち、受光されるべき散乱光の偏光の方向を選択するために、回転可能な偏光器が検出光学の経路に設けられており、この偏光器は、例えば、被検査表面の粗面及び／又は高反射面構造によるバックグランド散乱を遮光することにより検出感度を改善する上で有用であると説明されている。
特許文献２は、本発明の背景技術に含まれる半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、２つのリング開口を備えたフレームを有するコンパクトな表面検査光学ヘッドであって、検査される表面に対して垂直な方向の近傍を取り囲んだ第１の組の開口は、化学的機械的研摩によって引き起こされるマイクロスクラッチの検出に有用な散乱光を集めるために使用され、さらに、これらの開口の位置は、パターンからの散乱光や回折光を避けるように選択されている場合には、パターン化された表面上の異常検出に役立つと説明されている。
【０００６】
また、検査される表面に対して低い仰角を取り囲んだ第２の組の開口は、パターン化された表面上の異常検出のために検査される表面によって散乱される照射線を集め、パターン回折や散乱によって飽和される検出器からの信号出力が捨てられるように検出器を方位角に対して幾つかの領域に分け、飽和されていない検出器の出力のみが異常検出のために使用されると説明されている。さらには、二重暗視野の位置に一対の大きな開口があり、パターン化されていない表面上の異常検出のために用いることができ、２つの大きな開口を通過する散乱光、対物レンズやファイバ束によって集めることができると説明されている。
【０００７】
この技術によれば、メモリアレイやロジックを有するパターン化された半導体ウェハなどの表面と、ベアウェハなどのパターン化されていない表面とを含む、異なった種類の表面上で異常を検出すると共に、半導体ウェハの化学的機械的研摩から生じる異常を検出するために使用することができるとされている。
【０００８】
特許文献３は、本発明の背景技術に含まれる半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、パターン化された半導体ウェハ表面上の欠陥、特に粒子の存在に起因した欠陥の検出をするための半導体ウェハの表面を検査する方法及び装置であって、ウェハ上の個別のピクセルを検査し、走査ビーム光にそれが応答する態様により定義される各ピクセルの識別特性を収集し、そしてピクセルの識別特性が、欠陥が無い、欠陥がある、もしくは欠陥の疑いの有る識別特性であるかを決定することにより半導体ウェハ上の欠陥を検出する方法および装置であると説明されている。
【０００９】
従来装置の例は、異なるダイを直接比較することに基づいた装置であって、１）高度の機械的精度を必要とする時、それは相対的に高価であり、２）低いスループットを有し、３）大きな占有面積を有し、４）専門の操作者を必要とし、５）インライン検査に適しておらず（すなわち、その装置は製造ラインから前もって取除かれたウェハに対して動作する）、従って工程管理及び監視には不適当であり、６）従来装置は非等方性装置であり、すなわち、検査される物体を大変正確に位置合わせすることを必要とする等の欠点を有するのに対し、特許文献３に示される技術ではこれらの欠点を解決できると説明されている。
【００１０】
特許文献４は、本発明の背景技術に含まれる半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、半導体ウェハを斜方から照明し、前記照明領域から発生した光を、前記半導体ウェハの上方に配置されたフーリエ変換レンズで集光した後に、フーリエ変換面に配置された２次元光電変換素子アレイで受光することで、フーリエスペクトルを測定し、前記測定結果に基づき、回折光の間隔が最も大きい方向に上受光領域を配置することでウェハ上の欠陥を検出する方法が記載されている。
【００１１】
特許文献５は、微粒子による微弱な散乱反射光をも、背景光やセンサのショットノイズ等の影響を受けることなく、好適に検出することができる異物検査装置を説明している。すなわち、検査対象を全面走査可能に載置固定する載置手段と、前記検査対象を照射する投光手段と、前記被検査対象からの散乱反射光を受光しかつ受光強度に応じた受光信号を出力する複数の受光手段と、前記各受光信号を加算して閾値と比較する閾値処理手段と、前記受光信号のそれぞれを予め記憶された参照信号と比較する相関演算手段とを備えた装置であって、前記投光手段は偏光成分を有する光を照射し、かつ各受光手段は前記検査光と略同一の偏光成分及び異なる偏光成分の両方の光を検出できるようにしたことが特徴であると述べられており、センサのショットノイズなどノイズ信号は各受光手段において時間的にランダムに発生する一方、付着微粒子やウェハの荒れ等の検査対象上の欠陥を照射した際には、散乱反射光が発生し、各方向に配設された夫々の受光手段はこれを同時に検出するため、各受光手段の出力を同期的に加算すれば、付着微粒子等による信号は重合わされて大きなピークを示す一方、ランダムに発生するセンサのショットノイズは小さなピークのまま現れるため、加算された信号を、所定の閾値と大小比較することにより、検査対象上の欠陥とノイズによる信号とを明確に区別することができると述べられている。また、微粒子を特定の偏光成分の光で照射した場合、その散乱反射光は、粒子径に拘らず、入射光と同一の偏光成分，異なる偏光成分各々の散乱パターンは夫々特定の形状をなすものである。したがって、入射光と同一または異なる偏光成分の光を別個に受光する各受光手段の出力信号の大小関係を調べることによって、付着微粒子のみをより明確に区別することができると述べられている。さらに、各受光信号を、シミュレーション等により求めた散乱光強度分布によるデータ値と相関をとって、ウェハ表面に付着した微粒子を検出する方法が記載されている。
【００１２】
特許文献６は、被検査体の表面状態を判別する表面判別手段を備えた表面検査装置について説明されている。すなわち、被検査体に対し所定方向からレーザ光を照射する照射光学系と、被検査体に対して所定角度方向に配置され被検査体に付着した微粒子により生じる散乱光を集光し、かつこの散乱光強度に応じた第１電気信号に変換する第１光電変換手段と、被検査体の上方に配置され被検査体又は微粒子のいずれか一方又は両方により生じる散乱光を集光し、かつこの散乱光強度に応じた第２電気信号に変換する第２光電変換手段と、これら第１及び第２光電変換手段からの第１及び第２電気信号に基づいて被検査体の表面状態を判別する表面判別手段とを備えた装置であり、第１光電変換手段は光ファイバー束を被検査体に付着した微粒子により生じる散乱光分布における光強度の高い方向（αの角度をほぼ２５°、ファイバの集光角を±９°）に配置し、これら光ファイバー束に光電変換器を接続したものであり、第２光電変換手段は複数の光ファイバーを束ねてその光入射端面を少なくとも４分の１半球状に形成（通常は第１の光ファイバー束を除いた全球面）し、これら光ファイバーに光電変換器を接続したものであり、表面判別手段は、第２電気信号レベルとスレシホールドレベルとを比較し、第２電気信号レベルが高ければ第１電気信号に基づいて微粒子の大きさ等のデータを収集するものであると説明されている。
【００１３】
このような手段を備えたことにより、被検査体に対し照射光学系から所定方向にレーザ光が照射されると、被検査体の付着微粒子により生じる散乱光強度の高い方向に配置された第１光電変換手段により、その散乱光が集光されてその強度に応じた第１電気信号に変換される。又、この集光された散乱光以外の散乱光、つまり被検査体又は微粒子のいずれか一方又は両方により生じる散乱光が被検査体の上方に配置された第２光電変換手段により集光されてその強度に応じた第２電気信号に変換される。そして、これら第１及び第２電気信号に基づいて表面判別手段により被検査体の表面状態が判別されると説明されている。
【００１４】
非特許文献１は、半導体ウェハをレーザ光で照明し、前記ウェハを底面とする天球上に配置された２８個の集光レンズで半導体ウェハからの光を集光し、特定の偏光成分のみを抽出した後に、前記２８個の集光レンズに対応した２８個のセンサで電気信号に変換して、得られた電気信号を選択的に利用することで、前記半導体ウェハの表面ラフネスと欠陥を弁別する方法が記載されている。
【００１５】
【特許文献１】特表２００６−５０１４７号公報
【特許文献２】特表２００５−５３９２２５号公報
【特許文献３】特表２００２−５１９６９４号公報
【特許文献４】特開平６−９４６３３号公報
【特許文献５】特開平６−２４２０１２号公報
【特許文献６】特開平５−３３２９４６号公報
【非特許文献１】Ｍｕｌｔｉｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ（１９９９年のＳＰＩＥ予稿集３７８４における３０４頁から３１３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来技術の装置および方法は、半導体ウェハの上空の全方位に発生した光の一部のみを受光した後に、それらの光を電気信号に変換するため、受光されなかった領域の情報は失われてしまう。そのため、非受光領域の情報を利用したい場合には、装置構成を変更するか、受光系を可動機構とし、前記移動可能な受光系の配置を変えた後に、再度検査を実行する必要があり、装置構成の複雑化や、検査時間の増加という欠点を有する。
【００１７】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ＬＳＩや液晶基板の製造において、被加工対象物形成される様々なパターン上に生じる欠陥または異物を、正常な回路パターンと弁別して検査する際に、前記被加工対象物を底面とした半球状のほぼ全領域にて検出した光を用いて欠陥の弁別が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ことにある。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、複数の偏光成分を個別にかつ同時に検出し、欠陥とノイズの偏光の違いを利用して欠陥を顕在化することを可能とした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】
【００１９】
本発明は、装置および方法の両方について、装置構成の変更を必要とせずに、被検査対象を底面とした半球状の領域に発生したほぼすべての光を、複数の偏光成別に電気信号に変換した後に、これらの電気信号を用いて欠陥を顕在化する技術に基づいている。なお、本発明は、パターン化された半導体ウェハについてなされるが、本発明の目的は、半導体ウェハ上の欠陥を検査することであり、パターン化されていない半導体ウェハに対しても、適用できるものである。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、配線等の回路パターンを有する基板試料上（ウェハ）上の欠陥を検出するための欠陥検査装置として、前記基板試料を載置してＸ、Ｙ、Ｚ、およびθの各方向へ任意に移動可能なステージ部と、前記回路パターンを一方向、もしくは多方向から照射する照明系と、照明された検査領域から発生する反射・回折、散乱光を、前記ウェハを底面とした半球状のほぼ全領域にわたり検出する、すなわち、ＮＡ（開口数）が０．７〜１．０の範囲で検出する、複数の光学系からなる集光光学系と、前記集光された光を複数の偏光成分に分割する偏光分離光学系と、前記複数に分離された偏光成分を受光して電気信号に変換するする複数の光検出器と、得られた電気信号を保存する記憶装置と、上記得られた電気信号を処理してノイズと検出したい欠陥を弁別して、欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査方法および装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ほぼＮＡ１．０の領域で検出された複数の偏光成分の情報を、一旦全て電気信号に変換し保存した後に、前記保存された情報を用いて、非欠陥であるエッジラフネスや表面ラフネスにより発生するノイズ光と、異物および欠陥により発生する光を弁別できるため、異物や欠陥の検出感度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施例を、以下に図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
先ず、図４９および図５０を用いて、従来技術について説明する。図４９は、被検査物である半導体ウェハＷは、ウェハチャック４０３ａで保持され、θステージ４０３ｂでθ方向の位置を調整し、Ｚステージ４０３ｃで半導体ウェハＷの高さ方向の位置を調整するし、Ｙステージ４０３ｄ、Ｘステージ４０３ｅで上記半導体ウェハWを平面上で走査する。上記ステージは、ステージコントローラ４０５での制御される。半導体ウェハＷは、レーザ光源４０１から発振されたレーザ光るで照明される。上記レーザはレーザコントローラ４０４で駆動される。半導体ウェハＷ上の欠陥やパターンからの散乱光は、対物レンズ９００で集光される。対物レンズの後焦点位置（フーリエ変換面）では、周期的パターンからの回折光が結像する。そこで、空間フィルタ９０１により該パターン回折光を遮光することができる。その後、結像レンズ９０４により、上記欠陥やパターンからの散乱光をセンサ９０４上に結像する。センサ９０４では、光を電気信号に変換する。Ｙステージ４０３ｄおよびＸステージ４０３ｅにより、半導体ウェハＷを走査し、半導体ウェハ全面に渡る散乱画像を取得する。比較回路９０６では、遅延回路９０５で遅延された検査画像と、隣接チップの同一領域の検出結果を参照画像として、欠陥乃至は異物を判定するものである。例えば、隣接チップの同一領域での検出画像の差画像を算出した後に２値化し、しきい値回路９０７でしきい値を決定し、欠陥判定回路９０８で２値化しきい値以上の信号を異物と判定するものである。欠陥と判定された信号については、検出画像に基づき分類回路９０９で欠陥を複数の種類に分類する。欠陥判定回路９０８の欠陥判定結果と分類回路９０９の分類結果は、コンピュータ７００に送られ、欠陥座標とともに記録される。コンピュータ７００に記録された結果は、記憶装置７０１に記憶されたり、出力装置７０２で外部のコンピュータや、プリンタ、外部記憶装置に出力されたり、表示装置７０３でディスプレイ上に表示されたりする。また、欠陥レビュー装置６００により欠陥を観察することができる。すなわち、ウェハＷ上の欠陥の位置情報に基づいて、コンピュータ７００でステージコントローラ４０５を制御してウェハＷ上の観察したい欠陥が対物レンズ６０３の光軸上に位置させる。この状態で、光源６０１(レーザ光源又はランプ光源)から発射された光はハーフミラー６０２に入射し、その一部がハーフミラー６０２で反射されて対物レンズを介してウェハＷを照明する。この照明されたウェハＷからの反射光は対物レンズを透過してハーフミラー６０２に入射し、その一部は結像レンズ６０４に入り撮像センサ６０５上に光学像を結像する。この結像した光学像を撮像センサ６０５で検出し、電気信号に変換してコンピュータ７００に入力し画像処理を行って対物レンズ６０３の視野の画像を得て、表示装置７０３の表示画面上に表示する。上記従来技術を簡単に表現したものが図５０である。すなわち、照明光学系１０００で半導体ウェハＷを照明し、発生した散乱・回折光１００２を検出光学系１００３ａで検出し、光学的なフィルタリング１００７を施した後に、さらなる検出光学系１００３で光電変換機（センサ）１００４で電気信号に変換した後��、処理回路１００６で欠陥判定などを行うものである。この方法では、では光学的に光を検出する時点で、上記被検査対象を底面とする半球上の領域のうちの一部の光しか検出していないため、検出していない領域の光が必要となった場合には、装置構成を変更するなどの作業が必要であった。
【００２４】
次に、本発明の第１の実施例を図１から図２３を用いて説明する。以下では、半導体ウェハ上の欠陥検査を例にとって説明する。
先ず、図１に半導体ウェハ上の欠陥を検出する装置の一例を示す。図１はレーザ光を発振するレーザ光源４０１、上記レーザを駆動するためのレーザコントローラ４０４、被検査物（半導体ウェハ）Ｗ、欠陥からの散乱光を集光するための複数の集光レンズ３００、上記集光レンズで検出された散乱光を4つの偏光成分に分割するための４分割偏光板３０１、該4つに分割された偏光成分を各々個別に受光するための４分割光検出器３０２、信号処理部８０００、コンピュータ７０００、記憶装置７００１、出力装置７００２、表示装置７００３、ウェハチャック４０３ａ、θステージ４０３ｂ、Ｚステージ４０３ｃ、被検査物Wを平面上で走査するためのＹステージ４０３ｄ、Ｘステージ４０３ｅ、および、ステージコントローラ４０５、および、レビュー用顕微鏡６００から構成されている。
【００２５】
次に動作を説明する。まず、レーザ光源４０１から発振された偏光したレーザ光をミラー４０２ａで二つに分岐し、一方は、アッテネータ３０４ｂで光量を調整した後に、ミラー４０２ｂおよびシリンドリカルレンズ４００ａを介して、ウェハＷの法線方向にほぼ平行な方向からウェハＷに上記偏光したレーザ光を照射する。ミラー４０２ａで分岐された他方のレーザ光は、アッテネータ３０４ａで光量調整された後に、ミラー４０２ｃおよびレンズ４００ｂを介して、ウェハＷの水平方向対しある仰角を持った方向からウェハＷに上記偏光したレーザ光を照射する。該照射光により発生した反射、回折、散乱光は、前記ウェハＷを底面とした半球上に設置された複数の集光レンズ３００で集光される。該集光された光は、前記複数の集光レンズ３００に対応した４分割偏光板３０１を通過して４つの偏光成分に分離された後に、前記４分割偏光板３０１の４つの偏光成分を各々４分割光検出器３０２で受光する。  
４分割光検出器３０２で光電変換された信号は、信号処理部８０００に送られＡ／Ｄ変換などの処理をされた後に、コンピュータ７０００に送られ、欠陥判定、欠陥分類、欠陥サイズ算出等の処理がなされる。このとき、ウェハＷはウェハチャック４０３ａ上に固定されている。ウェハチャック４０３ａは、θステージ４０３ｂとＺステージ４０３ｃにより、回転方向と高さ方向の調節ができるようになっている。さらに、Ｚステージ４０３ｃは、Ｙステージ４０３ｄとＸステージ４０３ｅに搭載されており、該Ｘステージ４０３ｄおよびＹステージ４０３ｅを水平方向に移動させながら、ウェハＷからの散乱光を検出することで、検出結果を二次元画像として得ることができる。得られた結果は、記憶装置７００１に記憶されたり、出力装置７００２で外部しに出力されたり、表示装置７００３で表示されたりすることができる。
【００２６】
ここで、レーザ光源４０１としては、例えば、Ａｒレーザなどの気体レーザや、半導体レーザや、ＹＡＧレーザなどの固体レーザや、面発光レーザなどの光源が利用可能である。波長としては、近赤外領域から、可視光、さらには、ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶ領域を用いる。レーザ光源４０１の選択手法としては、欠陥の検出感度を向上させる場合は、照明光源として波長が短い光源を使うほうが良いため、ＹＡＧレーザやＡｒレーザ、ＵＶレーザが適している。また、小形で安価な装置にする場合は、半導体レーザが適している。発振形態としては、連続発振するレーザであっても良いし、パルス発振するレーザであっても良い。このように、レーザ光源４０１は目的に応じて最適な光源を選択すればよい。
【００２７】
上記構成で、ウェハＷ上の欠陥を検出する手順を図２に示す。まず、照明光学系でウェハＷを照明し(１０００)、Ｘステージ４０３ｄおよびＹステージ４０３ｅを水平方向に移動させながら、ウェハＷを移動させる(１００１)。この照明されながら移動するウェハＷのパターンや欠陥からは反射・散乱・回折光が発生し（１００２）、これを半球上に設置された複数の集光レンズ３００を備えた検出光学系で集光し(１００３)、４分割偏光板３０１を通過させて４つの偏光成分に分離し、４分割偏光板３０１の４つの偏光成分を各々４分割光検出器３０２で受光して光電変換する（１００４）。この光電変換して得た電気信号にたいして光学的なフィルタリングを行い（１００５）、信号処理を行って欠陥を検出する（１００６）。
【００２８】
この検出した欠陥について、その一部をレビュー用顕微鏡６００で詳細に観察する。    レビュー用顕微鏡６００は、一般の顕微鏡として知られているものであり、ウェハWを照明するための光源６０１，照明光路と検出光路を分岐するためのハーフミラー６０２、欠陥からの散乱光を集光するための対物レンズ６０３、上記対物レンズで集光された散乱光を撮像センサ６０５上に結像するための結像レンズ６０４及び撮像センサ６０５を備えて構成されている。
【００２９】
つぎに、欠陥レビューの動作について説明する。図２に示した処理フローで検出されたウェハＷ上の欠陥の位置情報に基づいて、コンピュータ７０００でステージコントローラ４０５を制御してウェハＷ上の観察したい欠陥が対物レンズ６０３の光軸上に位置させる。この状態で、光源６０１(レーザ光源又はランプ光源)から発射された光はハーフミラー６０２に入射し、その一部がハーフミラー６０２で反射されて対物レンズを介してウェハＷを照明する。この照明されたウェハＷからの反射光は対物レンズを透過してハーフミラー６０２に入射し、その一部は結像レンズ６０４に入り撮像センサ６０５上に光学像を結像する。この結像した光学像を撮像センサ６０５で検出し、電気信号に変換してコンピュータ７０００に入力し画像処理を行って対物レンズ６０３の視野の画像を得て、表示装置７００３の表示画面上に表示する。
【００３０】
次に照明について、図３から図１２を用いて説明する。図３では、シリンドリカルレンズ４００ａを用いてウェハWに対し垂直な方向から（ウェハWの法線方向に平行な方向から）ウェハＷ上に光を照射するように構成されたものである。図５に示すように、シリンドリカルレンズ４００ａの焦点距離ｆの位置でウェハＷを照明するように調整されている。シリンドリカルレンズ４００ａに入射するビーム１０１の直径をＷｘとすると、同じく図５に示すように、ウェハW上の線状の領域ｓ１（ｘ方向にはＷｘ、ｙ方向にはＷｙ）を照明することできる。
または、図４に示すように、任意の方位角φ１および任意の仰角θ１で決定される、任意の方向から照明することも可能である。図４は、球面レンズ４００ｂを用いてウェハＷ上に光を照射するように構成されたものである。図６に示すように、球面レンズ４００ｂの焦点距離ｆの位置でウェハＷを照明するように調整されている。図６では、ビーム１０１は−ｘの方向から仰角θ１でウェハＷ上を照明する。球面レンズ４００ｂに入射するビーム１０１の直径をＷとすると、ウェハＷ上には、ｘ方向にはＷｙ/ｓｉｎθ１、ｙ方向にはＷｙの線状領域ｓ１を照明することできる。
ウェハＷ上を小さなスポットサイズで照明したい場合には、図７に示すように、ウェハＷ上でスポットサイズが伸張しないように球面レンズ４００ｂを用いた落斜照明が適している。すなわち、図８に示すように、球面レンズ４００ａの焦点距離ｆの位置でウェハＷを照明するように調整されており、ウェハＷ上には直径Ｗ’の円形領域ｓ２を照明することができる。
【００３１】
ここで、図６に示した通り、斜方からの照明の場合には、球面レンズ４００ｂで集光されるスポット形状が円形であったとしても、ウェハＷ上では伸張してだ円になる。そこで、落射照明と斜方照明を同時に行う場合には、上記二つの照明により発生する反射・散乱・回折光が同じ領域から発生するようにする為に、図５に示すようにシリンドリカルレンズ４００ａとしてシリンドリカルレンズを用いて、落射照明光のスポットサイズが予めだ円になるように設計するのが望ましい。本実施例では、光を集光した後にウェハＷを照明したが、照明光は平行光でも良い。ウェハＷ上での単位面積当たりの光量を多くしたい場合は、レーザ光源４０１の出力を多くするか、照明エリアを狭くすれば良い。
【００３２】
ところで、レーザ光源４０１でウェハＷを照明するためには、ウェハＷを底面とする半
球の全領域にわたり敷き詰められたフライアイレンズ３００の一部の領域に、照明光を通すための空間が必要となるが、例えば、図２２に示すように、集光レンズ３００の一部の領域３００１に空間を設ければよい。一方、図１２に示すように、球面レンズ４００ｂとフライアイレンズ３００を通してウェハＷ上に照明光を集光するようにしても良い。
【００３３】
次に、ウェハＷの照明領域から発生した光を検出する方法を、図９を用いて説明する。本発明の目的の１つは、ウェハＷを底面とする半球状のほぼ全域において光を検出することであるから、たとえば半球状にフライアイレンズ３００を敷き詰める方法が適してい
る。フライアイレンズ３００の１つのレンズで集光された散乱光２００は、図９に示すように４分割偏光板３０１を用いて４つの偏光成分（互いに４５°または９０°傾きが異なる４つの方向。図４８の３０１a  または３０１ｂを参照）に分割される。このような構成とした場合、詳細には、異なる４つの方向に散乱する光を各々異なる偏光成分で検出していることと等価であるが、上記フライアイレンズ３００の１つのレンズで検出される立体角は小さいため、本発明の目的からすれば、おおよそ同じ方向に散乱する光を４つの偏光成分に分離して検出していることと等価と考えてよい。上記４つに分割された偏光成分は、４分割光検出器３０２（図４８の３０２a  または３０２ｂを参照）を用いて、異なる電気信号に変換される。
【００３４】
ここで、上記フライアイレンズ３００の各々のレンズに対応する視野について図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は同じ仰角に配置された異なる方位角に対応するレンズの視野を示しており、１５０〜１５３に示すように、各々のレンズの視野の形状はが同じでも、ウェハＷ上での視野の方向が異なる。図１０（ｂ）は同じ方位角に配置された異なる仰角に対応するレンズの視野を示しており、各々のレンズの視野の方向は同じでも、１５２、１５２ｂ〜１５２ｄに示すように、ウェハＷ上での視野サイズが異なる。よって、ウェハＷ上の同じ領域からの光を収集する為には、図１１に示すように各方位、仰角に対応するフライアイレンズ３００の全ての視野に共通した領域の中に、照明領域ｓ２、ｓ３が配置されるように設計すればよい（ｓ２落射照明の場合、ｓ３は斜方照明の場合に対応する。）。これは、すなわち、照明光のスポットサイズにより検出の空間分解能が決定されることを意味する。図示はしないが、検出光学系中にウェハＷの表面を共役な点が設けられるように、検出光学系を設計し、該共役点に配置された絞りによりフライアイレンズ３００の各々の視野領域が一致するようにしても良い。
【００３５】
ここで、図１および図９に示す構成の他に、図１３および図１４に示す構成でも、同様の作用を実現することができる。すなわち、図１３に示すように、ウェハＷを底面とする半球の全領域にわたり、光ファイバ３０３を敷き詰め、ウェハＷの照明領域から発生した光を受光する。その後、例えば、図１４に示すように、１２本の隣接するファイバ３０３ａを１組とし、該１２本のファイバを出射側で３０３ｂのように配列し直し、更に、任意の３本を１束とした４束のファイバ３０４ａから３０４ｄに分割する。そして、各ファイバ束３０４ａから３０４ｄ出射光を、各々４つのレンズ３０５を用いて、４つの光検出器３０７に集光する。このとき、上記受光用の光ファイバとして、偏波面保存ファイバを用いれば、上記ウェハＷの照明領域から発生した光の偏光情報を失うことなく光を、該光検出器３０７に導くことができるので、上記該光検出器３０７の手前に偏光板３０６を配置すれば、上記図９を用いた構成を説明した場合と同様に、おおよそ同じ立体角領域の光を４つの偏光成分に分離して検出することが可能となる。ここで、複数の偏光成分に分離する必要が無い用途に関しては、偏波面を保存しないファイバ、例えば、通常のシングルモードファイバや多モードファイバを用いることも可能である。
【００３６】
また、図１５に示すように、レンズを用いずに、各ファイバ束３０４ａから３０４ｄを直接該光検出器３０７に接続しても良い。この際、上記該光検出器３０７の手前に偏光板３０６を配置すれば、上記図９を用いた構成を説明した場合と同様に、おおよそ同じ立体角領域の光を４つの偏光成分に分離して検出することが可能となる。
【００３７】
さらに、図１６に示すように、ファイバ３０３ｃの各々のファイバからの光を、ラインセンサ３０８（２次元センサでも可）の各画素で受光してもよい。このとき各画素に偏光子３１０‘を付けておけば、上記図９を用いた構成を説明した場合と同様に、おおよそ同じ立体角領域の光を４つの偏光成分に分離して検出することが可能となる。
【００３８】
図１９は半球状の領域５００で得られた信号を平面（円）７０４に投影した様子を示している。該平面７０４は一般に瞳と呼ばれるもので、画像処理などの信号処理をする場合には、極座標よりもＸ−Ｙの２次元画像の方が扱いやすい場合が多いので、本実施例では、得られた信号を瞳画像に変換して扱うものとする。尚、この分布はウェハＷの照明領域から発生する光のファーフィードパターンに相当し、ウェハＷの照明領域におけるニアフィールドパターンをフーリエ変換したものであるともいえる。
【００３９】
図２０に４分割光検出器３０２からの電気信号を処理する方法について説明する。前記４分割光検出器３０２の４つの素子からの電気信号は、信号処理部８０００に送られる。信号処理部８０００では、アンプ７０１によりアナログ電気信号を増幅した後に、Ａ／Ｄ変換器７０２によりディジタル信号、例えば、８ビットのグレースケール信号に変換する。Ａ／Ｄ変換された信号は、異なる４分割光検出器３０２からの同じ偏光成分の信号毎に集められ、各々偏光成分ごとの瞳画像７０４ａから７０４ｄが生成される。ウェハＷは例えば図１７に示すようにシグザグに走査される。図１８は、ウェハＷ上に形成された隣接する二つのチップ１８０１ａ及び１８０１ｂを模式的に示したものであるが、このチップ上を照明領域ｓ３がウェハＷ上を順次照明していく。
【００４０】
ウェハＷが図１８に示したようなパターン付ウェハの場合、図２１に示すような処理が施される。すなわち、画像処理部８００１には、上記瞳画像７０４ａから７０４ｄのいずれかの画像が入力され、遅延回路７０５で遅延された検査画像と、隣接チップの同一領域の検出結果を参照画像として、比較回路７０６で比較し、欠陥乃至は異物を判定するものである。例えば、隣接チップの同一領域での検出画像の差画像を算出した後に２値化し、しきい値回路７０７でしきい値を決定し、欠陥判定回路７０８で２値化しきい値以上の信号を異物と判定するものである。欠陥と判定された信号については、検出画像に基づき分類回路７０９で欠陥を複数の種類に分類する。欠陥判定回路７０８の欠陥判定結果と分類回路７０９の分類結果は、欠陥データベース７１０に送られ、欠陥座標とともに記録される。これらの処理を、各偏光での瞳画像について実施する。欠陥データベース７１０に記録された結果は、記憶装置７００１に記憶されたり、出力装置７００２で外部のコンピュータや、プリンタ、外部記憶装置に出力されたり、表示装置７００３でディスプレイ上に表示されたりする。
【００４１】
このように、本発明によれば、照明光学系で被検査対象を照明し、該被検査対象の上記照明領域から発生する反射・散乱・回折光を、上記被検査対象を底面とする半球状の全ての領域において、複数の偏光成分に分割して検出することができる。即ち、検出光学系のNAをほぼ１に近い状態に設定することが可能になる。ただし、検出光学系の実装上の制約から、検出光学系のNAを１にすることはできないが、上記したような構成で検出光学系を組み込むことにより、NAを０．７よりも大きく設定することが可能になる。
【００４２】
本発明によれば、図１に示すように、被検査対象を底面とした半球状のほぼ全ての領域の光を異なる偏光成分ごとに一旦全て検出し、電気信号に変換した後にこの変換した電気信号の情報をディジタル化して記憶し、この記憶したディジタル信号の中から使用する信号を選択できるため、必要な情報を失うことなく利用できる。これにより、ノイズと欠陥の弁別が容易になり、被検査対象上に発生した欠陥の検出感度が向上する。更に、検出の偏光成分を複数に分けて該得られた複数の偏光情報を全て用いて欠陥判定を行う為、情報量が増加し、より高感度に欠陥とノイズを識別することが可能となる。  
次に、図４０から図４３を用いて、本発明の別の効果について説明する。図４０はウェハＷ上にある凹み欠陥（例えば、スクラッチ）と凸欠陥（例えば、異物）に対し、異なる仰角で光を照明した際の散乱断面積を示している。すなわち、図４０（ａ）は凹み欠陥に対して低仰角方向（ウェハＷの表面の法線方向に対して大きな角度を為す方向）から照明した場合、図４０（ｂ）は凹み欠陥に対して高仰角方向（ウェハＷの表面の法線方向に対して小さな角度を為す方向）から照明した場合、図４０（ｃ）は凸欠陥に対して低仰角方向（ウェハＷの表面の法線方向に対して大きな角度を為す方向）から照明した場合、図４０（ｄ）は凸欠陥に対して低仰角方向（ウェハＷの表面の法線方向に対して小さな角度を為す方向）から照明した場合を示す。
【００４３】
スクラッチに、スクラッチの大きさよりも広いビーム径ｄの光を照明した場合、照明仰角が小さくなると、散乱断面積（正味の照明面積）がｗ×Ｄ2からｗ×Ｄ１と小さくなる。一方、異物の場合、照明仰角によらず散乱断面積π×（φ／２）２はほぼ一定となる。このため、図４１に示すように、スクラッチの場合、低角度照明の場合の散乱強度は、高角度照明の場合よりも小さくなるのに対し、異物の場合には、低角度照明の場合でも高角度照明の場合でもほぼ同じになる。従って、図４２に示すように、同じ方位核φ１から、異なる仰角θ１およびθ２で各々同じ波長のビーム１０１Ｃおよび１０１Ｂを照明し、得られた信号について、図４３に示すように両者の比をとれば、欠陥を、通常の異物、スクラッチ、または、薄膜上異物などに分類することが可能となる。
【００４４】
次に、図４４に示すように、Ｐ偏光とＳ偏光では照明角度が同じ場合でも、透過率が異なる。すなわち、図４５に示すように、透明膜の上部および内部に欠陥が存在する場合、Ｓ偏光では透明膜の上部に欠陥がある場合に比べ、透明膜の内部に欠陥がある場合には散乱強度が弱くなるのに比べ、Ｐ偏光の場合には、両者の散乱強度に大きな違いが生じない。すなわち、図４６に示すように、Ｓ偏光照明時の散乱強度と、Ｐ偏光照明時の散乱強度の比をとることで、膜中欠陥（下層欠陥）と膜上欠陥（表層欠陥）を弁別することができる。
【００４５】
二つの偏光成分を照明する方法としては、二回に分けて照明する方法もあるが、該方法は検査時間が増大すると言う欠点を有する。そこで、例えば、図４７に示すように、波長が異なるｓ偏光ビーム１０４とｐ偏光ビーム１０３を偏光ビームスプリッタ３０９を用いて一つのビーム１０１ｄに結合した後に照明し（照明方位はφ１、照明仰角はθ１）、図４８に示すように、集光レンズ３００で集光した後に、偏光ビームスプリッタ３０９を用いて偏光分離し、分離後の各々の波長の散乱光を４分割偏光板３０１ａおよび３０１ｂを用いて４つの偏光成分に分割した後に、各々４分割光検出器３０２ａおよび３０２ｂ電気信号に変換すれば、１回の検査で異なる偏光の照明による信号を検出することが出来る。全体のシステムについては、偏光分離した分、信号処理回路が増えるが、基本的な構成、作用は、図１、図２０、および図２１で既に説明したものと同じであるので説明を省略する。
【００４６】
次に、本発明の第二の実施例を、図２４から３９を用いて説明する。これは、検査中の非検査対象の走査をＸ−Ｙ走査ではなく、θステージ４０３ｂとｘステージ４０３ｅを用いてｒ−θ走査にするものである。それ以外の構成および機能については、第一の実施例の場合とおなじであるので説明を省略する。
【００４７】
照明は、図２５および図２６に示すように、レンズ４００ｂ、４００ａ等を用いてウェハＷ上に光を照射するように構成されたものであり、シリンドリカルレンズ４００ａおよび４００ｂの焦点位置でウェハＷを照明するように調整されている。尚、照明は、上記第１の実施例の図４に示したのと同様に、任意の方位角φ１および任意の仰角θ１で決定される、任意の方向から照明することが可能である。また、照射光の形状は円形状の照明や直線状の照明で照射すれば良く、小さなスポットサイズで照明したい場合には、ウェハＷ上でスポットサイズが伸張しないように落斜照明が適している。その他の照明および検出に関する説明に関しては、本発明の第一の実施例と同様であるので説明を省略すし、本発明の第一の実施例との相違点について説明する。
【００４８】
図２７（ａ）は検査中のウェハＷと照明領域ｓ３のある時刻の様子を示しており、図２７（ｂ）はウェハＷ上の一部を拡大したものである。更に、図２８は複数の時刻にあけるウェハＷ上の照明領域ｓ３の位置を示している。ここで、実際にはウェハが回転している訳だが、ウェハＷと照明領域ｓ３の相対的な移動を図示しやすいように、ウェハ上を照明領域が移動しているものとして図示している。回転走査の場合、ウェハＷに与える照明エネルギーを一定にするために、周速一定にすることが望ましいが、周速を一定した場合でも、図２８に示すように、回転走査の場合、ウェハＷの異なるチップの同じ領域は、必ずしも同じ方向から照明されるとは限らない。これはすなわち、図２９および図３０に示すように、ウェハＷの異なるチップの同じ領域を照明したとしても、照明の方向が異なれば、パターンからの発生する回折光の分布が異なることを意味する。従って、本発明の第一の実施例で用いた、ダイ対ダイ比較や、チップ比較の適用が複雑になる。
【００４９】
そこで、本第二の実施例では、得られた信号を以下のように処理する。例えば、図３０（ｃ）と図３１（ｃ）に示すように、パターンピッチがｐ１とｐ２と異なる２種類のパターンに同じ方位、同じ仰角から照明光が照射されたとする。この場合、発生する回折光のピッチは図３０（ｂ）および図３１（ｂ）に示すように各々異なる。これに従い、得られる瞳分布も図３０（ａ）および図３１（ａ）に示すように異なるものとなる。また、図２９に示すようにパターンピッチが図３０と同じｐ１であっても、照明が当たる方位が異なる場合（図２９ではφ１＝９０度であり、図３０ではφ１≠９０）の場合にも、得られる瞳分布図２９（ａ）は、図３０（ａ）や図３１（ａ）とは異なる。しかしながら、瞳分布の回折バターンのピッチは、パターンピッチや、照明方位、仰角、照明波長、照明のＮＡによって一意に求まる。
【００５０】
更に別の例として、図３２（ｂ）に示すように、異なるパターンピッチｐ１およびｐ２を同時に照明した場合には、図３２（ｂ）であらわされるように、瞳分布は、図３０（ｃ）と図３１（ｃ）を足し合わせたものなる。
一方で、図３３（ｃ）に示すように、規則性のないランダムパターンを照明した場合には、図３３（ｂ）に示すようにパターンから発生する回折光もランダムになり、従って、瞳分布も図３３（ａ）に示すようにランダムになる。ここで、本発明の第一の実施例にて説明したように、瞳分布は、パターンのニアフィールドパターンをフーリエ変換したものに等しい。すなわち、図３４に示すように、瞳分布を逆フーリエ変換すれば、元のニアフィールドパターンが得られる。例えば、図３４に示すように、元々のパターンが周期的であれば、瞳分布を逆フーリエ変換して得られる画像から、元のパターンを認識することが可能となる。
【００５１】
更には、空間フィルタリング（すなわち、周波数フィルタリング）技術を導入し、瞳分布の周期性から、元のパターンの周期性を認識し、元のパターンに対応した封緘周波数を遮光するように空間フィルタリング、パターン信号を除去することが可能となり、欠陥検出感度が向上する。具体的には、図３５に示すように、全センサの出力から瞳分布内の周期性を解析し、周期性が認められる、すなわち元々のパターンが周期パターンであれば、瞳内の周期信号に対応したセンサ出力を使用しないようにすればよい。一方、周期性が認められない場合には、例えば飽和したセンサは使用しないようにする。
【００５２】
各センサの出力を処理する方法を、図３８を用いて再度説明する。４分割光検出器３０２からの電気信号は、信号処理部７０００に送られる。信号処理部７０００では、アンプ７０１によりアナログ電気信号を増幅した後に、Ａ／Ｄ変換器７０２によりディジタル信号、例えば、８ビットのグレースケール信号に変換する。Ａ／Ｄ変換された信号は、変更画像生成回路７０３により、異なる４分割光検出器３０２からの同じ偏光成分の信号毎に集められ、各々偏光成分ごとに瞳画像７０４ａから７０４ｄが生成される。上記瞳画像７０４ａから７０４ｄは、次に信号選択回路７００４に送られる。信号選択回路７００４では、周期性判定回路７１１によりに瞳内の分布の周期性を解析し、信号選択回路７１２で使用する信号を選択すると、上記瞳画像７０４ａから７０４ｄに対し信号選択された瞳画像７０４Ａから７０４Ｄが得られる。該信号選択された瞳画像７０４Ａから７０４Ｄは、パターン情報が除去された瞳画像となる。
【００５３】
次に、欠陥を判定する方法について説明する。図３６（ａ）は、１つの信号選択された瞳画像の全信号を加算した結果の時間変化を示している。パターンに周期性がある場合には、使用するセンサには殆ど光が入射していないため、信号レベルは低い。一方、パターンがランダムな場合には、全体的に信号レベルが増加する。このとき、図３６（ｂ）に示すように、欠陥信号が存在した場合、ランダムパターンエリアの信号レベルに合わせてしきい値を設定すると、周期パターンエリアの欠陥が検出できなくなる。一方、図３６（ｃ）に示すように、周期パターンエリアの信号レベルに合わせてしきい値を設定すると、ランダムパターンエリアで虚報が発生する。そこで、本実施例では、以下のようにしてしきい値を定める。
【００５４】
図３７の（ａ）は周期パターンの場合を示しており、点線は欠陥が無い場合のセンサ出力の頻度分布を示している。殆どのセンサには光が入射しないので、低いレベルに信号が集中している。欠陥がある場合には、実線で示すように大きな出力に信号が集中し、この分布は、多くの場合ガウス分布となる。そこで、予め使用する信号レベルの最低値をしきい値として定めておき、しきい値以上のレベルの信号のみを加算するようにする。
【００５５】
図３７（ｂ）はランダムパターンの場合を示している。点線は欠陥が無い場合のセンサ出力の頻度分布を示している。殆どのセンサには光が入射しているため、高いレベルに信号が集中している。欠陥がある場合には、実線で示すように全体的に、高いレベルの方にシフトすると考えられる。この場合の分布も、多くの場合ガウス分布となる。そこで、ガウス分布の平均値ｕと分散σを求め、別途設定する係数ｋを用いて、ｕ＋ｋ×σを計算する。欠陥がある場合と無い場合の信号の差異は、ｕ＋ｋ×σ以上の信号に現れるので、これをしきい値とし、しきい値以上のレベルの信号のみを加算するようにする。
【００５６】
周期パターンとランダムパターンが混在する場合には、ランダムパターンとして取り扱えばよい。もしくは、図３７（ｃ）に示すように、ランダムパターンに特有の分布の中に、規則パターン特有の分布が見られる場合には、規則パターン特有の分布に対して平均値ｕ１および分散σ１を求め、ｕ１−ｋ×σ１からｕ１＋ｋ×σ１の範囲の信号を加算し、更に、ランダムパターン特有の分布に対して平均値ｕ２および分散σ２を求め、ｕ２＋ｋ×σ２以上の範囲の信号を加算する。このようにした場合、図３７（ｄ）に示すように、欠陥が無い場合には加算した出力値は小さく、欠陥がある場合のみ信号レベルが増加するので、あたかも、しきい値を自動的に可変しているように設定することができ、欠陥を安定に検出できる。
【００５７】
具体的な回路構成を図３９に示す。信号選択された瞳画像は画像処理部８００１に送られしきい値回路７１３により適宜しきい値が決定される。次に信号加算回７１４により信号加算され、欠陥判定回路７０８ｂにより得られたしきい値と比較され欠陥が判定される。欠陥と判定されたものについて、分類回路７０９でいくつかの種類に分類したり、欠陥のサイズを算出したりする。分類は、しきい値処理される前の信号を持いて行う。図３９では、しきい値処理される前の信号を使うように図示されているが、しきい値判定後の信号を使用しても良い。欠陥判定回路７０８ｂの欠陥判定結果と分類回路７０９の分類結果は、欠陥データベース７１０に送られ、欠陥座標とともに記録される。これらの処理を、各偏光での瞳画像について実施する。欠陥データベース７１０に記録された結果は、記憶装置７００１に記憶されたり、出力装置７００２で外部のコンピュータや、プリンタ、外部記憶装置に出力されたり、表示装置７００３でディスプレイ上に表示されたりする。
【００５８】
このように、本発明によれば、照明光学系で被検査対象を照明し、該被検査対象の上記照明領域から発生する反射・散乱・回折光を、上記被検査対象を底面とする半球状の全ての領域において、複数の偏光成分に分割して検出することができる。
【００５９】
図４９に示すように、従来技術では光学的に光を検出する時点で、上記被検査対象を底面とする半球上の領域のうちの一部の光しか検出していないため、検出していない領域の光が必要となった場合には、装置構成を変更するなどの作業が必要であった。すなわち、図５０に示すように、光電変換される前に、光学系的フィルタリング作用が働くため、そこで一部の情報が失われていた。
【００６０】
本発明によれば、図２４に示すように、非検査対象を底面とした半球状のほぼ全ての領域の光を、異なる偏光成分ごとに一旦全て検出し、電気信号に変換した後に、使用する信号を選択できるため、必要な情報を失うことなく利用できる。これにより、ノイズと欠陥の弁別が容易になり、被検査対象上に発生した欠陥の検出感度が向上する。ダイ対ダイ比較や、チップ比較の必要が無く、検査中にパターンを認識して、最適な空間フィルタリングが適用され、更には得られた信号から自動的にしきい値を決定することが出来るので、検出感度が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施例を示す装置構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例の概略を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の第１の実施例における、落斜照明の方向を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例における、斜方照明の方向を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例における、落斜照明光学系を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例における、斜方照明光学系を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例における、落斜照明光学系の別の例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例における、落斜照明光学系の別の例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例における、光の集光及び集光レンズの配置を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施例における、検出視野を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例における、検出視野と照明領域の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例における、照明光学系の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施例における、光の集光及びファイバアレイの配置を示す図である
【図１４】本発明の第１の実施例における、ファイバアレイの受光面と、ファイバの配列の変更と、複数のファイバ束への分割と、ファイバ出斜光の光検出器への集光光学系と、偏光選択した後の光選出器での受光を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施例における、ファイバアレイの受光面と、ファイバの配列の変更と、複数のファイバ束への分割と、偏光選択した後の光選出器での受光を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施例における、ファイバアレイの受光面と、ファイバアレイの配列の変更と、偏光選択した後の光選出器での受光を示す図である
【図１７】本発明の第１の実施例における、ウェハ走査の様子を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施例における、ウェハ上の照明領域を示す図である。
【図１９】本発明の第１の実施例における、天球と瞳の関係を示す図である。
【図２０】本発明の第１の実施例における、偏光分離された瞳画像を取得するための回路構成を示す図である。
【図２１】本発明の第１の実施例における、偏光分離された瞳画像を用いて、欠陥の座標、種類、サイズを判定する処理のフロー図である。
【図２２】フライアイレンズの一部に開けた穴を通してウェハを照明する構成を示すウェハとフライアイレンズとの斜視図である。
【図２３】本発明の第１の実施例における、ウェハ走査の変形例とウェハ上の照明領域を示す図である
【図２４】本発明の第２の実施例を示す装置構成図である。
【図２５】本発明の第２の実施例における、ウェハの走査と斜方照明を示す図である。
【図２６】本発明の第２の実施例における、ウェハの走査と落斜照明を示す図である。
【図２７】本発明の第２の実施例における、ウェハ走査とウェハ上の照明領域を示す図である。
【図２８】本発明の第２の実施例における、ウェハ走査とウェハ上の照明領域の関係を示す図である。
【図２９】本発明の第２の実施例における、周期パターンへの照明と、周期パターンから発生する回折光の様子と、回折光の瞳分布を示す図である。
【図３０】本発明の第２の実施例における、周期パターンへのパターンと直角な方向からの照明と、周期パターンから発生する回折光の様子と、回折光の瞳分布を示す別の図である。
【図３１】本発明の第２の実施例における、周期パターンへのパターンと直角でない方向からの照明と、周期パターンから発生する回折光の様子と、回折光の瞳分布を示す図である。
【図３２】本発明の第２の実施例における、更に別の周期パターンへのパターンと直角でない方向からの照明と、周期パターンから発生する回折光の様子と、回折光の瞳分布を示す図である
【図３３】本発明の第２の実施例における、ランダムパターンへの照明と、ランダムパターンから発生する回折光の様子と、回折光の瞳分布を示す図である。
【図３４】本発明の第２の実施例における、パターンと、ファーフィールドパターン（瞳分布）と、空間フィルタリング（周波数フィルタリング）のよるパターン除去と、パターン認識を示す図である。
【図３５】本発明の第２の実施例における、瞳分布の周期性認識に基づいた、使用するセンサ出力の選択の様子を示す図である。
【図３６】本発明の第２の実施例における、選択されたセンサ出力の加算結果の時間変化を示す図である。
【図３７】本発明の第２の実施例における、使用するセンサを決める方法について説明した図である。
【図３８】本発明の第２の実施例における、偏光分離された瞳画像を取得し、瞳画像の周期性を認識した後に、使用するセンサ出力を決定し、センサ選択された瞳画像を取得するための回路構成を示す図である。
【図３９】本発明の第２の実施例における、センサ選択された瞳画像からしきい値を求め、欠陥の座標、種類、サイズを判定する処理のフロー図である。
【図４０】本発明の第１の実施例における、照明角度の違いにより、スクラッチと異物への正味の照射断面積が異なる様子を示す斜視図である。
【図４１】本発明の第１の実施例における、照明角度の違いにより、スクラッチと異物からの散乱光の強度が異なる様子を示す斜視図である。
【図４２】本発明の第１の実施例における、異なる仰角で被検査対象表面へ光を照明する方法を示す図である。
【図４３】本発明の第１の実施例における、異なる照明仰角からの照明により得られた信号の比をとることで、欠陥種類の分類ができる様子を示す図である。
【図４４】Ｓ偏光照明とＰ偏光照明で反射率と透過率が異なる様子を示す図である。
【図４５】本発明の第１の実施例における、異なる偏光で照明した際に、透明膜上の欠陥と透明膜中の欠陥から発生する光の強度が異なる様子を示す斜視図である。
【図４６】本発明の第１の実施例における、異なる偏光の照明により得られた信号の比をとることで、透明膜上欠陥と透明膜中欠陥の分類ができる様子を示す図である。
【図４７】本発明の第１の実施例における、異なる波長の光を被検査対象表面へ光を照明する方法を示す図である。
【図４８】本発明の第１の実施例における、異なる波長で照明されることで発生した、異なる波長の散乱光を、波長ごとに分離し、更に、偏光選択した後に光選出器で受光する様子を示す図である。
【図４９】従来の欠陥検査装置の構成を示す図である。
【図５０】従来の欠陥検査装置の概略を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００６２】
４０１・・・レーザ光源    ４０４・・・レーザコントローラ    ４０３ａ・・・ウェハ
チャック  ４０３ｂ・・・θステージ    ４０３ｃ・・・Ｚステージ    ４０３ｄ・・・
Ｙステージ          ４０３ｅ・・・Ｘステー    ４０５・・・ステージコントローラ  
３００・・・集光レンズ      ３０１・・・４分割偏光板    ３０２・・・４分割光検
出器    ３０４ａ、３０４ｂ・・・アッテネータ    ６００・・・レビュー用顕微鏡    
６０１・・・ランプハウス    ６０２・・・ハーフミラー    ６０５・・・センサ    ８
００・・・信号処理回路    ７００・・・コンピュータ          ７０１・・・記憶装置
７０２・・・外部出力装置    ７０３・・・ディスプレイ    １００・・・落射照明
光    ５００・・・天球    ３００・・・集光レンズアレイ    ３０１、３０１ａ、３０
１ｂ・・・４分割偏光板    ３０２、３０２ａ、３０２ｂ・・・４分割センサ    ３００
ａ・・・集光レンズ    ３０３・・・光ファイバアレイ    ３０３ｂ、３０３ｃ・・・配
置を変更した光ファイバアレイ    ３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ・・・分割
された光ファイバ束    ３０５・・・結像レンズ    ３０６、９０３・・・偏光板    ３
０７・・・光検出器    ３０８・・・光検出器アレイ    ３０９・・・ダイクロイックミ
ラー    ９００・・・対物レンズ    ９０１・・・空間フィルタ    ９０２・・・結像レ
ンズ    ７０１・・・アンプ    ７０２・・・Ａ／Ｄ変換器７０３・・・画像生成部    
７０５、９０５・・・遅延メモリ    ７０６、９０６・・・比較回路    ７０７，９０７
・・・しきい値算出回路    ７０８、９０８、７０８ｂ・・・欠陥判定部      ７０９、
９０９・・・欠陥分類部、７１０・・・欠陥データ処理部    ７０００・・・信号処理部
、７００１・・・記憶装置    ７００２・・・出力装    ７００３・・・表示装置    ８
０００、８００１・・・画像処理部    ７００・・・コンピュータ    ７１１・・・周期
性判定回路、７１２・・・信号選択回路    ７１３・・・しきい値設定回路    ７１４・
・・信号加算回路、
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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