(57)【要約】【課題】混載ウェハ（システムＬＳＩなど）などに対して欠陥を高感度に検出し、しかも欠陥種を幅広く検出して、欠陥捕捉率を向上させた欠陥検査装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、色収差のない反射対物レンズを採用することにより、多波長照明（複数の波長帯域を有する照射光による照明）による明るさ変動を抑制すると共に波長選択検出によって欠陥を顕在化して感度向上を図り、しかも試料上の同一空間像を異なる複数種の光学像で取得できるように構成した欠陥検査装置である。【選択図】  図２
2008145399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、
該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光をイメージセンサの受光面に結像させる結像光学系とを有する暗視野検出光学系と、
該暗視野検出光学系のイメージセンサから得られる画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、
該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光について波長分離して少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する波長分離光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記波長分離光学系により選択された波長帯域を有する第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系を有し、前記第２の検出光路には前記波長分離光学系により選択された波長帯域を有する第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系を有する暗視野検出光学系と、
該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、
該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光について波長分離して少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する波長分離光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記波長分離光学系により選択された波長帯域を有する第１の散乱光の内前記試料の表面に形成された周期性を有する回路パターンから発生する回折像を遮光する第１の空間フィルタと該第１の空間フィルタを透過した第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記波長分離光学系により選択された波長帯域を有する第２の散乱光の内前記試料の表面に形成された非周期性を有する回路パターン部から生じる散乱光の強度分布が高い領域を遮光する第２の空間フィルタと該第２の空間フィルタを透過した第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系を有する暗視野検出光学系と、
該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
前記暗視野検出光学系において、前記第１の検出光路にはさらに第１の偏光フィルタを有し、前記第２の検出光路にはさらに第２の偏光フィルタを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記暗視野検出光学系において、前記第１の検出光路又は前記第２の検出光路にはさらに減光するＮＤフィルタを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記画像処理部において、前記試料の表面に形成された回路パターンの少なくとも周期性に応じて前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号の何れか一方を選択して前記欠陥若しくは欠陥候補を判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記暗視野検出光学系における第１のイメージセンサ及び第２のイメージセンサの受光面を長方形状で形成し、
前記暗視野照明光学系における前記照射光は前記受光面の視野である長方形状に対応させた細帯状ビームであることを特徴とする請求項２又は３に記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
前記暗視野検出光学系において、さらに、前記試料の表面を前記暗視野検出光学系の焦点位置に合せる焦点合わせ機構を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、
該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記分岐光学系により分岐した散乱光から第１の波長帯域を選択する第１の波長選択フィルタと該第１の波長選択フィルタで選択された第１の波長帯域を有する第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記分岐光学系により分岐した散乱光から第２の波長帯域を選択する第２の波長選択フィルタと該第２の波長選択フィルタで選択された第２の波長帯域を有する第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系とを有する暗視野検出光学系と、
該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、
該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記分岐光学系により分岐された散乱光から第１の波長帯域を選択する第１の波長選択フィルタと該第１の波長選択フィルタで選択された第１の波長帯域を有する第１の散乱光の内前記試料の表面に形成された周期性を有する回路パターンから発生する回折像を遮光する第１の空間フィルタと該第１の空間フィルタを透過した第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記分岐光学系により分岐された散乱光から第２の波長帯域を選択する第２の波長選択フィルタと該第２の波長選択フィルタで選択された第２の波長帯域を有する第２の散乱光の内前記試料の表面に形成された非周期性を有する回路パターン部から生じる散乱光の強度分布が高い領域を遮光する第２の空間フィルタと該第２の空間フィルタを透過した第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系とを有する暗視野検出光学系と、
該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記暗視野検出光学系において、前記第１の検出光路にはさらに第１の偏光フィルタを有し、前記第２の検出光路にはさらに第２の偏光フィルタを有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記暗視野検出光学系において、前記第１の検出光路又は前記第２の検出光路にはさらに減光するＮＤフィルタを有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記画像処理部において、前記試料の表面に形成された回路パターンの少なくとも周期性に応じて前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号の何れか一方を選択して前記欠陥若しくは欠陥候補を判定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、
該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記試料の表面に形成された周期性を有する回路パターンからの回折光を遮光する第１の空間フィルタと該第１の空間フィルタを透過した第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記試料の表面に形成された非周期性を有する回路パターン部から生じる散乱光の強度分布が高い領域を遮光する第２の空間フィルタと該第２の空間フィルタを透過した第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系とを有し、前記第１の検出光路又は前記第２の検出光路にはさらに減光するＮＤフィルタを有する暗視野検出光学系と、
該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記暗視野検出光学系において、前記第１の検出光路にはさらに第１の偏光素子を有し、前記第２の検出光路にはさらに第２の偏光素子を有することを特徴とする請求項１４に記載の欠陥検査装置。
【請求項１６】
前記暗視野検出光学系における第１のイメージセンサ及び第２のイメージセンサの受光面を長方形状で形成し、
前記暗視野照明光学系における前記照射光は前記受光面の視野である長方形状に対応させた細帯状ビームであることを特徴とする請求項１４に記載の欠陥検査装置。
【請求項１７】
前記画像処理部において、前記試料の表面に形成された回路パターンの少なくとも周期性に応じて前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号の何れか一方を選択して前記欠陥若しくは欠陥候補を判定することを特徴とする請求項１４に記載の欠陥検査装置。
【請求項１８】
前記反射対物レンズのＮＡは、０．６以上であることを特徴とする請求項１乃至１７の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１９】
複数の波長帯域を有する照射光を矩形状に整形して試料の表面に対して斜め方向から照射する暗視野照明光学系と、
該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路と前記第２の検出光路との間において互いに得られる散乱光の特性が異なるように空間フィルタと偏光素子との何れか一方または両方の設定状態を異ならしめて前記第１の検出光路には第１の空間フィルタ及び第１の偏光素子を配置し、前記第２の検出光路には第２の空間フィルタ及び第２の偏光素子を配置し、さらに前記第１及び第２の検出光路の内少なくとも一方にＮＤフィルタを備え、さらに前記第１の検出光路には前記第１の空間フィルタ及び第１の偏光素子を透過して得られる第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系を備え、前記第２の検出光路には前記第２の空間フィルタ及び第２の偏光素子を透過して得られる第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系を備えて構成される暗視野検出光学系と、
該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２０】
前記暗視野検出光学系における第１のイメージセンサ及び第２のイメージセンサの受光面を長方形状で形成し、
前記暗視野照明光学系において、前記照射光を前記受光面の視野である長方形状に対応させた細帯状ビームに整形する非球面のレンズまたは非球面のミラーを有することを特徴とする請求項１９に記載の欠陥検査装置。
【請求項２１】
前記暗視野検出光学系において、少なくとも前記第１の検出光路又は前記第２の検出光路に前記試料上の視野１から１０μｍの範囲の散乱光を通す視野絞りを配置し、該視野絞りよりも像面側に前記第１の空間フィルタ又は前記第２の空間フィルタを配置し、さらに該第１の空間フィルタ又は該第２の空間フィルタの像面側にフーリエ変換面を形成し、該形成されたフーリエ変換面の位置に第３のイメージセンサを配置したことを特徴とする請求項１９に記載の欠陥検査装置。
【請求項２２】
前記第１の偏光素子及び前記第２の偏光素子の各々は、１／４波長板と偏光子を備えて構成することを特徴とする請求項１９に記載の欠陥検査装置。
【請求項２３】
前記第２の空間フィルタは、非周期的な複数の開口を備えたタイプで形成し、該複数の開口の一部に複屈折材料を配置したことを特徴とする請求項１９に記載の欠陥検査装置。
【請求項２４】
前記画像処理部において、前記第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号を明るさに応じた第１の階調画像信号に変換する第１の階調変換部と、前記第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号を明るさに応じた第２の階調画像信号に変換する第２の階調変換部とを有することを特徴とする請求項１９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細パターンの欠陥や異物などの欠陥検査装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体検査装置として、国際公開特許ＷＯ２００３/０６９２６３号がある。この検査装置では、レーザ光をウェハに対して斜方より照明し、ウェハ表面にて散乱した光をウェハ上方に配置した対物レンズを用いて捕捉する。捕捉した散乱光は、散乱した角度に応じて複数の検出器にて検出する。これらの検出画像を隣接ダイの画像と比較処理し、欠陥を検出するものである。
【０００３】
また、従来の欠陥検査装置としては、特開２０００−１０５２０３号公報（特許文献２）が知られている。特許文献２には、繰り返しパターンが形成されているレジスタ群領域及びメモリ部領域と、非繰り返しパターンが形成されているＣＰＵコア部領域及び入出力部領域とを有するＬＳＩチップが配列された検査対象物（半導体ウェハ）に対して、暗視野照明光学系により水平面内の異なる方向から互いに異なる波長でスリット状ビームとして斜方照明し、暗視野検出光学系により酸化膜等の絶縁膜上の異物を検出することが記載されている。さらに、引用文献２には、対物レンズと、繰り返し遮光パターンで形成された空間フィルタと、ＮＤフィルタと、偏光素子と、該空間フィルタ、ＮＤフィルタ及び偏光素子を透過した被検査対象物からの反射光束を分岐し、該分岐される一つの反射光束の強度を他の一つの反射光束の強度の概ね１／１００にする分岐光学系（ビームスプリッタ）と、該分岐光学系で分岐された各反射光束を受光する複数のイメージセンサ（検出器）とを有する暗視野検出光学系を設置することが記載されている。さらに、引用文献２には、ＮＤフィルタは、ビームスプリッタの後に配置すると、２つの検出器に入る光の強度を独立に制御できることも記載されている。
【０００４】
【特許文献１】国際公開特許ＷＯ２００３/０６９２６３号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、引用文献１及び２の何れにも、欠陥検査対象として、周期的な回路パターンが形成されたメモリ部と不規則な回路パターン（非周期的な回路パターン）が形成されたロジック回路部とを形成した混載ウェハ（システムＬＳＩなど）などに対して欠陥を高感度に検出し、しかも欠陥種を幅広く検出して、欠陥捕捉率を向上する点について十分考慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決し、混載ウェハ（システムＬＳＩなど）などに対して欠陥を高感度に検出し、しかも欠陥種を幅広く検出して、欠陥捕捉率を向上させた欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、色収差のない反射対物レンズを採用することにより、多波長照明（複数の波長帯域を有する照射光による照明）による明るさ変動を抑制すると共に波長選択検出によって欠陥を顕在化して感度向上を図り、しかも試料上の同一空間像を異なる複数種の光学像で取得できるように構成したことにある。
【０００８】
即ち、本発明は、複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光をイメージセンサの受光面に結像させる結像光学系とを有する暗視野検出光学系と、該暗視野検出光学系のイメージセンサから得られる画像信号に基いて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【０００９】
また、本発明は、複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光について波長選択して少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する波長選択光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記波長選択光学系により選択された波長帯域を有する第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系を有し、前記第２の検出光路には前記波長選択光学系により選択された波長帯域を有する第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系を有する暗視野検出光学系と、該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１０】
また、本発明は、複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光について波長選択して少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する波長選択光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記波長選択光学系により選択された波長帯域を有する第１の散乱光の内前記試料の表面に形成された周期性を有する回路パターンから発生する回折像を遮光する第１の空間フィルタと該第１の空間フィルタを透過した第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記波長選択光学系により選択された波長帯域を有する第２の散乱光の内前記試料の表面に形成された非周期性を有する回路パターン部から生じる散乱光の強度分布が高い領域を遮光する第２の空間フィルタと該第２の空間フィルタを透過した第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系を有する暗視野検出光学系と、該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１１】
また、本発明は、前記暗視野検出光学系において、前記第１の検出光路にはさらに第１の偏光フィルタを有し、前記第２の検出光路にはさらに第２の偏光フィルタを有することを特徴とする。また、本発明は、前記暗視野検出光学系において、前記第１の検出光路又は前記第２の検出光路にはさらに減光するＮＤフィルタを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記画像処理部において、前記試料の表面に形成された回路パターンの少なくとも周期性に応じて前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号の何れか一方を選択して前記欠陥若しくは欠陥候補を判定することを特徴とする。また、本発明は、前記暗視野検出光学系における第１のイメージセンサ及び第２のイメージセンサの受光面を長方形状で形成し、前記暗視野照明光学系における前記照射光は前記受光面の視野である長方形状に対応させた細帯状ビームであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記分岐光学系により分岐した散乱光から第１の波長帯域を選択する第１の波長選択フィルタと該第１の波長選択フィルタで選択された第１の波長帯域を有する第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記分岐光学系により分岐した散乱光から第２の波長帯域を選択する第２の波長選択フィルタと該第２の波長選択フィルタで選択された第２の波長帯域を有する第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系とを有する暗視野検出光学系と、該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１４】
また、本発明は、複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記分岐光学系により分岐された散乱光から第１の波長帯域を選択する第１の波長選択フィルタと該第１の波長選択フィルタで選択された第１の波長帯域を有する第１の散乱光の内前記試料の表面に形成された周期性を有する回路パターンから発生する回折像を遮光する第１の空間フィルタと該第１の空間フィルタを透過した第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記分岐光学系により分岐された散乱光から第２の波長帯域を選択する第２の波長選択フィルタと該第２の波長選択フィルタで選択された第２の波長帯域を有する第２の散乱光の内前記試料の表面に形成された非周期性を有する回路パターン部から生じる散乱光の強度分布が高い領域を遮光する第２の空間フィルタと該第２の空間フィルタを透過した第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系とを有する暗視野検出光学系と、該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１５】
また、本発明は、複数の波長帯域を有する照射光を試料の表面に対して暗視野照明する暗視野照明光学系と、該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路には前記試料の表面に形成された周期性を有する回路パターンからの回折光を遮光する第１の空間フィルタと該第１の空間フィルタを透過した第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系とを有し、前記第２の検出光路には前記試料の表面に形成された非周期性を有する回路パターン部から生じる散乱光の強度分布が高い領域を遮光する第２の空間フィルタと該第２の空間フィルタを透過した第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系とを有し、前記第１の検出光路又は前記第２の検出光路にはさらに減光するＮＤフィルタを有する暗視野検出光学系と、該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１６】
また、本発明は、複数の波長帯域を有する照射光を矩形状に整形して試料の表面に対して斜め方向から照射する暗視野照明光学系と、該暗視野照明光学系により複数の波長帯域を有する照射光で暗視野照明された試料の表面からの散乱光を集光する反射対物レンズと該反射対物レンズで集光した散乱光を少なくとも第１の検出光路と第２の検出光路とに分岐する分岐光学系とを備え、前記第１の検出光路と前記第２の検出光路との間において互いに得られる散乱光の特性が異なるように空間フィルタと偏光素子との何れか一方または両方の設定状態を異ならしめて前記第１の検出光路には第１の空間フィルタ及び第１の偏光素子を配置し、前記第２の検出光路には第２の空間フィルタ及び第２の偏光素子を配置し、さらに前記第１及び第２の検出光路の内少なくとも一方にＮＤフィルタを備え、さらに前記第１の検出光路には前記第１の空間フィルタ及び第１の偏光素子を透過して得られる第１の散乱光を第１のイメージセンサの受光面に結像させる第１の結像光学系を備え、前記第２の検出光路には前記第２の空間フィルタ及び第２の偏光素子を透過して得られる第２の散乱光を第２のイメージセンサの受光面に結像させる第２の結像光学系を備えて構成される暗視野検出光学系と、該暗視野検出光学系の第１のイメージセンサから得られる第１の画像信号又は／及び第２のイメージセンサから得られる第２の画像信号に基づいて前記試料の表面に存在する欠陥若しくは欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、周期的な回路パターンが形成されたメモリ部と不規則な回路パターン（非周期的な回路パターン）が形成されたロジック回路部とを形成した混載ウェハ（システムＬＳＩなど）などに対して欠陥を高感度に検出し、しかも欠陥種を幅広く検出して、欠陥捕捉率を向上することが可能となる。
【００１８】
また、本発明は、前記反射対物レンズのＮＡ（Numerical Aperture）が、０．６以上で、１．０未満であることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る薄膜プロセスを経て基板上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの欠陥検査方法及び欠陥検査装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
［第1の実施の形態］
本発明に係る光学式欠陥検査装置の概略構成を図１に示す。暗視野照明光学系１０より複数の波長（発光スペクトル）若しくは複数の波長帯域からなる照明光を、反射対物レンズの外を通してウェハ（試料）１の法線方向から傾斜させた斜方から暗視野照明する。そして、ウェハ（試料）１上の欠陥やパターンで散乱した光を色収差が生じない反射対物レンズ２２を有する暗視野検出光学系２０にて捕捉（集光）する。この暗視野検出光学系２０には、検出光路を分岐するビームスプリッタ（例えば波長分離するダイクロイックミラーまたは偏光分離する偏光ビームスプリッタまたはハーフミラー等で単純に分岐するビームスプリッタ）２４が配置され、該分岐された第１の検出光路（メモリ部に対応する）２１ａにはウェハ１の表面に形成されたメモリ部などの周期パターン部から生じる回折像（回折パターン）を遮光する第１の空間フィルタ５０を備え、前記分岐された第２の検出光路（ロジック回路部に対応する）２１ｂには減光するＮＤ（Neutral Density）フィルタ９０を備え、さらにウェハ１の表面に形成されたロジック回路部のように周期的ではなく特定の開口形状９５ａ、９５ｂを有した第２の空間フィルタ９５ａ、９５ｂを切り替え可能に備え、さらに前記第１及び第２の検出光路２１ａ、２１ｂにはそれぞれ偏光素子（偏光フィルタ）３０、３５；８０、８５を備え、前記第１及び第２の検出光路２１ａ、２１ｂの結像面には第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０を配置して構成される。これら第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０の各々で検出した検出画像信号は、画像処理部２３０に送られる。この画像処理部２３０では、図７及び図８に示すように、送られてきた各々の検出画像信号において、例えば隣接する画像信号（参照画像信号）との位置合わせを行い、該位置合わせされた画像信号同士の比較処理にて欠陥又は欠陥候補を検出する。即ち、第１のイメージセンサ２００から得られる検出画像信号を基にメモリ部に発生した欠陥又は欠陥候補が検出され、第２のイメージセンサ２１０から得られる検出画像信号を基にロジック回路部に発生した欠陥又は欠陥候補が検出されることになる。
【００２１】
さらに画像処理部２３０において検出された各々の領域に発生した欠陥又は欠陥候補の座標やサイズ及び欠陥又は欠陥候補の画像特徴量などの欠陥情報が操作部２９０に送られる。操作部２９０は、人が検査装置をオペレーションする部分であり、ＧＵＩ（Graphical user interface）を介して、検査レシピの作成、作成したレシピによる検査の指示、及び検査結果のマップ表示や検出した欠陥の特徴量表示などが行われる。例えば、操作部２９０から検査を指示した場合、機構制御部２８０よりステージ２８２に検査の開始位置に移動するように命令が出される。このステージ２８２の移動量はステージ２８２から機構制御部２８０に送られ、指示した移動量に対して許容範囲内に位置決めされたかどうかを判断し、許容範囲外の場合はフィードバック制御して許容範囲内に位置決めする。次に、第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０が１次元イメージセンサ（ＴＤＩ（Time Delay Integration）タイプも含む）の場合は、ステージ２８２を等速度運動させながら、ウェハ１の表面の画像を取得する。ＴＤＩイメージセンサの場合、ステージ２８２の速度むらが生じると、検出画像がボケるためステージ２８２の速度情報を機構制御部２８０に送り、ＴＤＩイメージセンサ２００、２１０の垂直転送のタイミングに同期させる。また、ウェハ１の表面の反りやステージ移動時のＺ方向の偏差により、光学系の焦点位置に対してウェハ１の表面の位置がずれることがある。このため、例えばＡＦ（Auto Focus）照明系２５０から、スリット像をウェハ１の表面に投影し、反射したスリット像をＡＦ検出系２６０にて結像させて光検出器２７０で検出する。検出したスリット像の情報は、機構制御部２８０に送られてウェハ１の高さ情報を算出する。この検出されたスリット像の位置を算出することにより、ウェハ１の高さを検知することが可能である。この方式は、一般的に光てこ方式と呼ばれるＡＦ方式である。このＡＦ方式以外にも、ＴＴＬ（Through The Lens）による光てこ方式や縞パターン投影方式などが知られている。このＡＦ方式で検出したウェハ１の高さ情報と暗視野検出光学系２０の焦点位置の差が許容範囲以上の場合は、機構制御部２８０よりステージ系２８２のＺ軸アクチュエータに対してこの差が許容範囲におさまるように駆動の指示が出されて、第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０にて検出する画像のデフォーカスを防止する。
【００２２】
そして、図２に示すように、暗視野検出光学系２０において、ビームスプリッタ２４で分岐した第１及び第２の検出光路２１ａ、２１ｂの各々に配置された第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０の各々は、ウェハ１上の同じ位置の画像を検出する。例えば、ウェハ１が周期性を有するセルパターンが配列されたメモリ部と不規則なロジックパターンが形成されたロジック回路部とを形成したダイを配列して形成された混載ウェハ（システムＬＳＩなど）の場合は、周期性を有する回路パターンが形成されたメモリ部からの回折光パターン（回折像）は暗視野検出光学系２０において分岐された第１の検出光路２１ａに配置された、特許文献２の図１９に示すように、遮光部を繰り返して構成される第１の空間フィルタ５０にて遮光する。このため、第１のイメージセンサ２００で検出される画像はランダムな欠陥からの散乱光のみが検出される。これに対して、不規則なロジックパターンが形成されたロジック回路部からの散乱光は、第１の検出光路２１ａに設けられた上記第１の空間フィルタ５０では遮光できないため、第１のイメージセンサ２００に到達する光量が多くなる。そこで、この検出光量の違いを、分岐した第２の検出光路２１ｂに配置された減光するＮＤ（Neutral Density）フィルタ９０により補正して、メモリ部及びロジック回路部共に第１のイメージセンサ２００及び第２のイメージセンサ２１０との間の適切なダイナミックレンジでそれぞれの領域の画像信号を検出するように構成した。このように適切なダイナミックレンジでそれぞれの領域の画像を検出する手段として、回路パターンの周期性の違いに着目してウェハ１上に配列されたダイ内の領域を分割し、分割した領域毎に第１のイメージセンサ２００及び第２のイメージセンサ２１０の各々にて画像信号を検出する。例えば、メモリ部とロジック回路部とのように回路パターンの周期性の違いに基づいてウェハ１に配列されたダイ内を２つの領域に分割し、各々の領域の画像信号を、分岐した第１の検出光路２１ａに配置した第１のイメージセンサ２００と第２の検出光路２１ｂに配置した第２のイメージセンサ２１０とで検出するように構成した。以上、第２の検出光路２１ｂに非周期的開口空間フィルタ９５とＮＤフィルタ９０を設置する場合について説明したが、非周期的開口空間フィルタ９５に設定する開口が著しく小さくなると透過する検出光量が減少するので、この場合にはＮＤフィルタ９０を第１の検出光路２１ａに設置しても良い。なお、ここでは、周期性の違いに基づいて２つの領域に分割した実施例について説明したが、領域を３、４、５など多く分割して、それぞれの像を対応する数のイメージセンサで検出する内容についても本発明の範囲内であることは明らかである。このように、多数の領域に分割するには検出光路を多数に分岐し、各々の検出光路にイメージセンサを配置すればよい。また、分岐の仕方として、ダイクロイックミラー（波長分離光学系）を用いて波長分離して分岐する方法と、偏光ビームスプリッタを用いて偏光分離して分岐する方法と、ハーフミラーのように単純に分岐するビームスプリッタなどが考えられる。
【００２３】
次に、暗視野照明光学系１０および暗視野検出光学系２０の詳細について図２を用いて説明する。暗視野照明光学系１０としては、光軸をウェハ１に対して斜方に配置したオフアクシス照明方式と、反射対物レンズ２２を通してウェハ１を照明するＴＴＬ方式がある。本発明ではいずれの方式にも適用可能である。本実施の形態では、オフアクシス方式について説明する。暗視野照明光学系１０の光軸は、ウェハ１の表面の法線に対して斜めに傾けられている（ウェハ1の表面に対しては仰角αで形成される）。この光源１１としては、複数の波長（発光スペクトル）若しくは複数の波長帯域からなる照明光を出射する多波長光源であるレーザ光源やランプ光源（水銀、水銀キセノン、キセノンランプなど）が考えられる。レーザ光源の場合には、ＹＡＧの第２高調波の５３２ｎｍ、第３高調波の３５５ｎｍ、第４高調波の２６６ｎｍ、ＫｒＦ２４８ｎｍ、ＡｒＦ１９３ｎｍ、さらには１９９ｎｍの波長の固体レーザが候補であり、図３に示すように、これら複数のレーザ光源１２ａ、１２ｂを設けて同時に出射させてダイクロイックミラー１３を用いて合成して複数の波長若しくは波長帯域を含む多波長の照明光にすることが可能である。ランプ光源の場合、水銀ランプや水銀キセノンランプにおいては発光スペクトルとして５７８ｎｍ、５４７ｎｍ、４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍを含む多波長の照明光となり、キセノンランプにおいては広帯域の可視光に上記発光スペクトルが重畳された多波長の照明光となる。なお、照明波長は、短くすることにより微細な欠陥からの散乱光量が多くなるため、約４５０〜約６５０ｎｍの可視光帯域内の橙色−青色帯域（さらに、例えば、約４５０〜約５５０ｎｍの波長帯域と約５５０〜約６５０ｎｍの波長帯域に分けても良い。）、約４４０ｎｍ以下の紫色帯域−ＵＶ（Ultraviolet）光やＤＵＶ（Deep Ultraviolet）光等が考えられる。本実施の形態では光源１１としてレーザ光源を用いた場合について説明する。レーザ光源１１から出射された多波長を有するレーザ光は、整形光学系である非球面のレンズまたは非球面のミラー（例えばシリンドリカルレンズ）１５にて、入射角の方向に屈折され、これと直交する面内では平行光のまま整形された細帯形状である線状ビーム（スリット状ビーム）１６としてウェハ１上に暗視野照射される。整形光学系で整形された線状ビーム１６は図４に示す平面的にＸ方向に交差する方向に長手方向を有する。これにより、ウェハ上を第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０の視野（長方形状）に対応させて線状（細帯状）に照射することが可能となると共に、照明強度の高い多波長照明光を上記長方形状（細帯状）の視野に対応させて線状ビーム（スリット状ビーム）として効率的に照射することが可能となる。このため、より低出力の安価な複数のレーザ光源１２ａ、１２ｂを用いて多波長線状ビームとして必要強度を満足することが可能であり、装置コストの抑制に有利である。また、多波長で照明することによって酸化膜等の透明膜が形成されたウェハ１上において透明膜の微妙な膜厚変動に応じて生じる回路パターンや欠陥からの検出光量の変動（明るさ変動）を抑制することが可能となる。
【００２４】
そして、図３及び図４に示すように、少なくとも多波長を有する線状ビーム１６が傾斜した方向からウェハ１上の欠陥４や回路パターン３に暗視野照射され、ウェハ１上で散乱・回折した光のうち上方に配置された例えばＮＡが０．６以上で、１．０未満である反射対物レンズ２２のＮＡ内に伝播する光は色収差が生じない反射対物レンズ２２によって捕捉（集光）される。なお、暗視野検出光学系２０を構成する反射対物レンズ２２の光軸２５をウェハ１の法線に対して傾けて設置してもよい。例えばＮＡが０．６以上で、１．０未満である反射対物レンズ２２で捕捉された光は、ビームスプリッタ（例えば波長分離するダイクロイックミラー（波長分離光学系）２４ａまたは偏光分離する偏光ビームスプリッタ２４ｂ（図示せず）または単純に分岐するビームスプリッタで構成される。）２４で２系統の光路に分岐される。ビームスプリッタ（分岐光学系）２４としてダイクロイックミラー（波長分離光学系）２４ａを用いた場合には、検査対象（欠陥材料）に適する波長に分離して分岐される。なお、ビームスプリッタ２４で２系統の光路に分岐した後、それぞれの光路に波長選択フィルタを設けることによって、ダイクロイックミラー（波長分離光学系）と同等の機能を実現することが可能となる。
【００２５】
ところで、検査対象がゲートの場合は、約４００〜約４５０ｎｍの波長帯域だと欠陥が明るく見える。また、Ａｌ配線の場合は表面にＴｉＮを積層されている場合があり、このＴｉＮは波長４５０〜５００ｎｍにかけて反射率が高くなる特性をもっている。このため、パターンの反射率と背景（下地）の反射率との関係に応じて、検出欠陥を高コントラストに検出できる波長が、４５０ｎｍ以下であったり、５００ｎｍ以上であったり変化する。また、検査対象がメタル配線等でＣｕの場合は、約５５０〜約７００ｎｍの波長帯域だと欠陥が明るく見えることになる。また、検査対象が素子分離部の場合、Ｓｉ及びＳｉＯ２によって形成されているため、波長の依存性はない。このように、半導体に使われる材料の分光光学定数を考慮して、光学定数（ｎ，ｋ）が変化する波長よりも短い側と長い側の両方を照明可能にしておくことが、様々な工程・構造のウェハを幅広く高感度検査するのに有効である。即ち、ＵＶ光、可視光の青色帯域、可視光の緑色帯域、可視光の赤色帯域という４帯域に分けられると、半導体に使用される材料の分光定数、分光反射率の変化点の短波長側及び長波長側をほぼカバーすることが可能であり、有効である。
【００２６】
即ち、暗視野照明光学系１０から得られる可視光の波長帯域を例えば約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍに狭くし、暗視野検出光学系２０内に設置された反射対物レンズ２２で集光された散乱・回折光を波長分離光学系（ダイクロイックミラー）２４ａにより２つの波長帯域（例えば、約５５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの黄−緑色帯域を反射し、約４５０ｎｍ〜約５５０ｎｍの青−紫色帯域を透過する）に分離し、各々の波長帯域に対応させて第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０及び第１及び第２の空間フィルタ５０、９５を設けた点にある。
【００２７】
即ち、例えば、波長分離光学系２４ａを透過して分岐された第１の検出光路２１ａには、ウェハ像のフーリエ変換面に第１の空間フィルタ５０が配置される。第１の空間フィルタ５０は、ウェハ１に形成されたメモリ部のようなパターンの周期性に応じて、フーリエ変換面に形成される周期的な回折像（回折パターン）を遮光する周期的遮光タイプと、パターンに周期性がない場合には図５（ａ）に模式的に示すようにロジック回路部などの非周期的なパターン部から生じる散乱光の強度分布が高い領域３ｓ、３ｒを遮光し、低い領域の散乱光を通す周期的ではなく特定の開口形状を有した非周期的開口タイプの２タイプが考えられる。周期的遮光空間フィルタは、回折像のピッチが変わってもこれを遮光できるように遮光部のピッチが変更可能な構成になっている。また、非周期的開口空間フィルタは図５（ｂ）（ｃ）又は図６（ａ）（ｂ）に示すように異なる複数の開口形状を形成した複数の空間フィルタが準備されている。この２タイプの空間フィルタは、空間フィルタ切替え機構４３０にて切り替え可能である。
【００２８】
この空間フィルタ５０を透過した光は、１／４波長板３０を透過して特定の偏光状態に変更可能な機能を有しており、これを偏光子（ポラライザ）３５にてフィルタリングする。この１／４波長板３０及び偏光子３５は回転及び出し入れが可能な機構４００に搭載されている。該偏光素子の切替え機構４００は波長板３０と偏光子３５とを機構制御部２８０からの制御指令に基いて独立に回転制御可能に構成される。これらの偏光素子３０、３５を透過した光は、結像レンズ５５にて第１のイメージセンサ２００上に暗視野像を結像する。
【００２９】
また、暗視野像を第１のイメージセンサ２００上に拡大投影する倍率を変更するために、焦点距離が異なる結像レンズ５７が準備されており、この倍率変更時には結像レンズ切替え機構４４０により、選んだ倍率に対応した焦点距離の結像レンズを光路に配置する。また、ウェハ１が静止した状態でウェハ１の２次元画像を検出できるように、２次元イメージセンサ６５ａが配置されている。このイメージセンサ６５ａは、主に検査するときの検査レシピを作成する時などに利用されるものであり、必要ない場合には、機構制御部２８０からの制御指令に基いて出し入れ機構４２０ａを作動させてビームスプリッタ６０ａを第１の検出光路２１ａから退避させる。
【００３０】
ところで、周期的な回路パターンが形成されたメモリ部と不規則な回路パターン（非周期的な回路パターン）が形成されたロジック回路部とを形成した混載ウェハ（システムＬＳＩなど）などにおいて、システムＬＳＩの品種に応じて回路パターン形状・ピッチ・配線方向が変化するため、繰り返される遮光部で形成される周期的遮光空間フィルタ５０で遮光する位置も変化させる必要がある。また、欠陥の形状や材料及び暗視野照明条件に応じて散乱光の分布が変化するため、複数の開口部を有して形成される非周期的開口空間フィルタ５０にて欠陥からの光を通す開口部の位置を変化させる必要がある。このように最適な空間フィルタリングを行うためには、回路パターン３や欠陥４に応じて、空間フィルタ５０の形状を最適化する必要がある。同様に、より欠陥４からの散乱光のみを第１のイメージセンサ２００に透過させるための偏光フィルタリングの効果もモニタリングする必要がある。このため、第１の検出光路２１ａにおいては、空間フィルタ５０、偏光素子３０、３５の後に、回路パターン３や欠陥４からの回折像をモニタリングするため、モニタリング時にはビームスプリッタ４０ａを出し入れ機構４１０ａにより第１の検出光路２１ａに配置して検出光を分割し、該分割した光を結像レンズ２７ａにより空間フィルタ面と共役な関係に結像し、該結像した共役像を２次元イメージセンサ２５ａで検出する。このイメージセンサ２５ａの像及びウェハ共役面のイメージセンサ２００で検出した暗視野像にてフィルタリングの効果を把握し、適切なフィルタとなるようにフィルタリング条件を決定する。ところで、ビームスプリッタの切替え機構４１０ａは、機構制御部２８０からの制御指令に基づいてビームスプリッタ４０ａを出し入れできるように構成される。
【００３１】
なお、特に欠陥４からの散乱光を検出す場合には、ウェハ上の視野１μｍ乃至１０μｍの視野絞り２６にて欠陥周辺のみの光が透過するように絞りを設けて構成する。なお、第１の検出光路２１ａには、視野絞り２６を図示省略している。また、２８はコリメータレンズである。これにより、２次元カメラ２５ａにて検出した光は、主に欠陥部からの散乱光のみとなり、フィルタリングの効果が明確になる。
【００３２】
他方、例えば、波長分離フィルタ２４ａで反射して分岐された第２の検出光路２１ｂにも第１の検出光路２１ａと同様の第２の空間フィルタ（周期的遮光タイプと非周期的開口タイプの２つのタイプが考えられる。）９５、第２の１／４波長板８０、第２の偏光子８５、第２の焦点距離の異なる結像レンズ１００、１１０及び第２のイメージセンサ２１０を設置する。また、第１の検出光路２１ａと第２の検出光路２１ｂとは、フィルタリングの状態が異なるため、イメージセンサ２００、２１０に到達する光量に差が生じる。イメージセンサ２００、２１０の感度やセンサ出力のアナログ信号をデジタルに変換する場合のゲインなどが同じ場合は、この光量差を同等程度に補正することにより、イメージセンサ２００、２１０のダイナミックレンジを有効に利用することが可能である。これを行うため、検出光量の多い光路（本実施の形態では、周期的遮光タイプではなく、非周期的開口形状タイプの第２の空間フィルタ９５を設ける第２の検出光路２１ｂ）にＮＤ（Neutral Density）フィルタ９０を配置して、光量を同等程度にすることが可能である。なお、空間フィルタ切替え機構４７０、偏光素子回転・出し入れか機構４５０、結像レンズ切替え機構４８０は、第１の検出光路２１ａに配置されたものと同様の機能である。また、検出光量を同等程度に調整するＮＤフィルタ切替え機構４６０も搭載している。該偏光素子の切替え機構４５０は波長板８０と偏光子８５とを機構制御部２８０からの制御指令に基いて独立に回転制御可能に構成される。また、７１はレンズ、７２はコリメータレンズを示す。また、ウェハ１が静止した状態でウェハ１の２次元画像を検出できるように、２次元イメージセンサ６５ｂが配置されている。このイメージセンサ６５ｂは、主に検査するときの検査レシピを作成する時などに利用されるものであり、必要ない場合には、機構制御部２８０からの制御指令に基いて出し入れ機構４２０ｂを作動させてビームスプリッタ６０ｂを第２の検出光路２１ｂから退避させる。
【００３３】
更に、第２の検出光路２１ｂにおいても、最適な空間フィルタリングを行うためには、回路パターン３の種類や欠陥４の種類に応じて、空間フィルタ９５の形状を最適化する必要がある。同様に、より欠陥４からの散乱光のみをイメージセンサ２１０に透過させるための偏光フィルタリングの効果もモニタリングする必要がある。このため、第２の検出光路２１ｂにおいては、空間フィルタ９５及び偏光素子８０、８５の後に、回路パターンからの回折像をモニタリングするため、モニタリング時にはビームスプリッタ４０ｂを出し入れ機構４１０ｂにより検出光路２１ｂに配置して検出光を分割し、該分割した光を結像レンズ２７ｂにより空間フィルタ面と共役な関係に結像し、該結像された共役像を２次元イメージセンサ２５ｂで検出する。なお、ビームスプリッタの切替え機構４１０ｂは、機構制御部２８０からの制御指令に基づいてビームスプリッタ４０ｂを出し入れできるように構成される。
【００３４】
そして、このイメージセンサ２５ｂの像及びウェハ共役面のイメージセンサ２１０で検出した暗視野像にてフィルタリングの効果を把握し、適切なフィルタとなるようにフィルタリング条件を決定する。なお、特に欠陥４からの散乱光を検出する場合には、欠陥周辺のみの光が透過するようにレンズ７１の焦点位置にウェハ上の視野１μｍ乃至１０μｍの視野絞り２６を設けることにより、２次元カメラ２５ｂにて検出した光は、主に欠陥部からの散乱光のみとなり、フィルタリングの効果が明確になる。
【００３５】
なお、本実施例では、検出光路を２分岐した実施例について説明したが、これよりも多い検出系についても、本発明の範囲内であることは明らかである。
【００３６】
また、２光路に分岐した検出光路の使い分けとして、（１）ウェハ１に形成されたパターン３の周期性、（２）検出欠陥種などが考えられる。例えばメモリ部のような周期性のあるパターン部と、ロジック回路部のような周期性のない領域に区別して、メモリ部は第１の検出光路２１ａにて取得した画像を用いて欠陥若しくは欠陥候補を判定し、ロジック回路部は第２の検出光路２１ｂにて取得した画像にて欠陥若しくは欠陥候補を判定する。メモリ部は回折像が周期的であるため、等間隔ピッチの線状遮光部を有した空間フィルタ５０を第１の検出光路２１ａに設定する。これに対して、ロジック回路部のような周期性のない領域に対しては、周期的ではない開口を有した空間フィルタ９５を第２の検出光路２１ｂに設定する。これにより、パターン領域ごとに最適化した空間フィルタリングを行うことにより、欠陥検出に有利な画像を検出する。
【００３７】
さらに、欠陥種（スクラッチ等）に応じて検出光路を区別する手法も考えられる。これは、それぞれの検出光路で異なる偏光フィルタリングを行うものである。欠陥４のコントラストは、欠陥４の方向・形状・位置（積層膜の上或いは、積層膜の中などの違いも含む）及び周辺のパターン３との位置関係などに応じて変化するため、第１の検出光路２１ａと第２の検出光路２１ｂとの間において異なる偏光フィルタリングを行い、何れかの検出光路にて欠陥４のコントラストを高め、ウェハ１上に存在する欠陥４の捕捉率を反射対物レンズ２２を通して高めようとするものである。以上、パターン３の周期性と欠陥種に応じた２系統の検出光路のフィルタリング設定方法について述べたが、これらを複合した設定方法も考えられる。
【００３８】
なお、暗視野検出光学系２０内において検出光路を分岐するビームスプリッタ２４として、偏光ビームスプリッタ２４ｂ（図示せず）を用いる場合には、暗視野照明光学系１０内には、ダイクロイックミラー１３とシリンドリカルレンズ１５との間に偏光方向を変える１／２波長板（図示せず）と円偏光又は楕円偏光に変換する１／４波長板（図示せず）とを備え、多波長で、Ｓ偏光、Ｐ偏光又は楕円偏光（楕円率１の円偏光も含む）の線状ビームをウェハ１の法線方向から傾斜した方向からウェハ１の表面に照射することが必要となる。その結果、ウェハ１から得られる散乱・回折光を反射対物レンズ２２で集光し、該集光された散乱・回折光を上記偏光ビームスプリッタ（図示せず）で例えばＳ偏光とＰ偏光とに分離して第１の検出光路２１ａと第２の検出光路２１ｂとに分岐することが可能となる。
【００３９】
また、欠陥若しくは欠陥候補を判定する場合には、２系統のイメージセンサ２００、２１０で検出した同一空間の２つの画像を用いて欠陥若しくは欠陥候補４を判定する手法も考えられる。さらに、欠陥若しくは欠陥候補の判定のみではなく、同一空間の２つの画像を用いることにより、欠陥４の情報がより多く得られるため、欠陥４の種類の分類（デバイスの致命性に応じた分類，表層や膜中の分類，欠陥サイズの分類）などにも活用することが考えられる。これらについても本発明の範囲内である。
【００４０】
次に、２系統の検出光路２１ａ、２１ｂを回路パターン３の周期性に応じて区別する手法について説明する。ウェハ１上に配列されているダイ内においてメモリ部として区分される周期的な配線（メモリセル）の領域７及びロジック回路部として区分される非周期的な配線の領域８に形成されている回路パターン３の平面図を図４（ａ）に示す。このモデルは層間絶縁膜として形成されているＳｉＯ２など酸化膜上に回路パターン３が形成されているモデルである。回路パターン３は例えば周期的な配線（メモリセル）の領域７と非周期的な配線の領域８に区分されている。また、欠陥４は酸化膜上に存在する場合を示す。非周期的な回路パターン領域８におけるＡ−Ａ’部の断面図を図４（ｂ）に示す。ウェハ１上にトランジスタ（図示せず）が形成され、この上に酸化膜２が形成され、この上に金属配線（例えば、タングステンや銅、アルミニウムなど）のパターン３が形成される。該パターン３は、主に直交するように配線されており、Ｘ又はＹ方向に平行である。
【００４１】
次に、区分された周期的な回路パターン領域７に対する画像検出について説明する。即ち、メモリ部のように周期的な回路パターン領域７については主に図２に示した第１の検出光路２１ａにて画像信号を検出する。この第１の検出光路２１ａに設定される第１の空間フィルタ５０の遮光部は、回路パターンの回折像を遮光するように等間隔に遮光部が並んだ周期的遮光タイプの線状空間フィルタである。
【００４２】
次に、区分された非周期的な回路パターン領域８に対する画像検出について説明する。即ち、ウェハ１に対して斜方より照明した（暗視野照明した）場合において、ロジック回路部のように非周期的な回路パターン領域８における回路パターン３と欠陥４にて散乱する光の分布を図５に示す。
【００４３】
図５（ａ）は、暗視野検出光学系２０のフーリエ変換面の平面図と非周期的な回路パターン領域８における欠陥４及び回路パターン３の散乱光分布の模式図を示す。円３１０が実際の反射対物レンズ２２のＮＡであり、この実施例では０．８を示している。これらの円の中心が、ウェハ１面の法線と平行に伝播する光が到達する位置である。このとき、照明光１６は反射対物レンズ２２の外側である点５から平面的にＸ方向に交差する方向に長手方向を有する細帯状に斜方照明され、ウェハ１上で正反射した０次光はＮＡの中心に対して点対称な点６に到達する。そして、図５（ａ）には、非周期的な回路パターン領域８における回路パターン３からの散乱光や回折光において、Ｙ方向に平行な回路パターン３からの散乱光や回折光は３ｒで示すように比較的Ｙ方向に平行な入射面に多く集まり（これ以外の領域にもパターンからの散乱光は伝播するが、ここでの説明は無視する）、回路パターン３のコーナー部やＸ方向に平行な回路パターン３からの散乱光や回折光は、比較的０次回折光（正反射光)６の周辺３ｓにおいて光量が高くなり、欠陥４からの散乱光の分布４ｓは前方散乱の周辺ＮＡ部に多く集まるモデルを示す。欠陥検出に有利な欠陥像のコントラストの高い暗視野検出像を得るためには、非周期的な領域の正常な回路パターン３からの散乱光や回折光を遮光して欠陥４からの散乱光のみを検出することが理想である。このため、図５（ａ）のような散乱分布である場合は、第２の空間フィルタ９５として、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、非周期的な回路パターン領域における正常な回路パターン３からの散乱光が少なく、欠陥の散乱光が多い領域に開口９６を有した空間フィルタを設定することが有効である。図５（ｂ）に示す実施例は、回路パターン３からの散乱光が強い領域を遮光部９５ａで遮光し、それ以外の領域を開口部９６で形成する。また、図５（ｃ）に示す実施例は、回路パターン３からの散乱光が少なく、欠陥の散乱光が多い領域に絞って開口部９６を形成し、他の領域を遮光部９５ｂで形成する。非周期的な領域の正常な回路パターン３の形状・方向・寸法・材料、並びに欠陥の種類・位置・サイズなどに応じてこれらの分布は変化するため、第２の空間フィルタ９５は複数を準備しておき、検査対象のウェハ１の構造並びに回路パターン３及び検出したい欠陥４に応じて準備した空間フィルタの中から、検査に有利な空間フィルタの開口形状を選択することが望ましい。
【００４４】
次に、第２の空間フィルタ９５の変形例について図６を用いて説明する。ウェハ１の暗視野照明光を偏光照明（例としてＳ偏光照明、Ｐ偏光照明、及び右回りあるいは左回りの円偏光照明、あるいは可干渉距離以上の光路差を持たせたＰ偏光とＳ偏光の混合照明などがある）を行った場合、回路パターン３や欠陥４の散乱光にも偏光特性が見られる。この偏光特性は、散乱方向に応じて異なる特性を示すことがあり、これを利用して回路パターン３の散乱光を偏光フィルタリングし、欠陥４からの散乱光を相対的に多く検出することが可能である。このため、図６（ａ）に示す空間フィルタ９５ｄは、一方の開口９６ａに偏光の振動面を回転する１／２波長膜や１／４波長の位相差が生じる膜などの複屈折材９７を配置し、他方の開口９６ｂに位相差膜を形成しないものである。このような空間フィルタ９５ａを透過した後に、偏光子８５にて特定の偏光のみを透過させて暗視野像を形成することにより、欠陥のコントラストをより強調させることが可能となる。
【００４５】
また、図６（ｂ）に示す空間フィルタ９５ｅは、複屈折材ではなく、開口９６ｃを通る光と開口９６ｄを通る光の位相差を利用してパターンからの強度を低減する方法も考えられる。この空間フィルタ９５ｅは、上記複屈折材の変わりに、一方の開口９６ｃに位相差πを与える材料９８を配置するものである。
【００４６】
以上、非周期的開口空間フィルタ９５では２開口の実施例について説明したが、２開口よりも多い開口を有する場合は、それぞれの開口を通過する回路パターン３と欠陥４の偏光特性の違いや、位相の状態を考慮して複屈折材や位相差膜（複屈折特性は無視できるほど小さい）を配置することが有効である。また、これらを組合せすることも可能である。
【００４７】
次に、異なる複数の空間フィルタ９５ａ〜９５ｅを切り替える切替え機構４７０について図７を用いて説明する。切替え機構４７０は、複数の空間フィルタ９５ａ〜９５ｅ（図７には、９５ａ〜９５ｃについて示す。）を配列させたステージ４５０を機構制御部２８０からの制御指令に基いて例えば直線運動又は回転運動５５０させることに選択可能に構成される。即ち、切替え機構４７０は検査対象ウェハ１に応じて最適な例えば開口形状を有する非周期的開口空間フィルタを選択して設定可能に構成される。空間フィルタの切替え機構４３０も、空間フィルタの切替え機構４７０と同様に機構制御部２８０からの制御指令に基いて検査対象ウェハ１に応じて最適な例えば遮光部の間隔を有する周期的遮光空間フィルタを選択して設定可能に構成される。
【００４８】
なお、前述したように、第１の空間フィルタ５０として、非周期的開口タイプの空間フィルタを設定することは可能である。
【００４９】
以上説明したように、本発明に係る第１の実施の形態によれば、暗視野照明による暗視野検出において、対物レンズとして反射対物レンズ２２を採用したことにより、色収差が生じることがなく、しかも多波長照明による明るさ変動を抑制すると共に波長選択による欠陥を顕在化した画像信号を例えば第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０の各々から取得でき、さらに前記暗視野検出光学系において波長分離によるメモリ部及びロジック回路部での検出光量の最適化を図ることが可能となる。
【００５０】
次に、画像処理部２３０ａが、分岐した２系統についての検出光路２１ａ及び２１ｂの各々におけるイメージセンサ２００及び２１０で取得した互いに異なる種類の画像に基いて欠陥を判定処理することについて図８を用いて説明する。ここでの説明は、図２にて説明した第１の検出光路２１ａ及び第２の検出光路２１ｂでそれぞれの画像を検出し、画像処理部２３０ａにおいてそれぞれ欠陥判定する場合の処理の流れについて説明する。第１のイメージセンサ２００と第２のイメージセンサ２１０とで検出した画像の明るさの分解能は１０２４階調であるため、各イメージセンサ２００、２１０で検出された画像信号を各階調変換部２３１ａ、２３１ｂにおいて画像処理するときの２５６階調に階調変換を行う。この階調変換を行うときの明るさ変換特性は線形、非線形が選択可能である。
【００５１】
以降は第１のイメージセンサ２００で検出した検出画像信号ｆ１及び第２のイメージセンサ２１０で検出した検出画像信号ｆ２の処理の流れについて説明する。即ち、階調変換が行われて明るさ情報が２５６階調に変換された検出画像信号ｆ１、ｆ２は、画像位置合わせ部２３３ａ、２３３ｂと遅延メモリ２３２ａ、２３２ｂの両方に送られる。遅延メモリ２３２ａ、２３２ｂに送られた検出画像信号は、設計上同一パターンが形成されている例えばダイのピッチに相当する時間を遅らせて参照画像信号ｇ１、ｇ２を作成して画像位置合わせ部２３３ａ、２３３ｂに送られる。このため、リアルタイムで検出した検出画像信号ｆ１、ｆ２と例えば隣接ダイの参照画像信号ｇ１、ｇ２とが画像位置合わせ部２３３ａ、２３３ｂに送られ、画像位置合わせ部２３３ａ、２３３ｂにおいてこの２つの画像信号同士についての位置合わせを行い、該位置合わせされた画像信号同士の差画像を差画像算出部２３４ａ、２３４ｂにおいて算出する。次に、該算出された差画像は２系統のしきい値処理が行われる。第１の比較部２３５ａ、２３５ｂは、差画像算出部２３４ａ、２３４ｂから得られる差画像の絶対値に対して設定された一定のしきい値２３６ａ、２３６ｂで第１のしきい値判定処理が行われ、このしきい値以上の欠陥候補の領域の画像特徴量（明るさ、サイズ情報など）が欠陥判定部２４０ａ、２４０ｂに送られる。また、第２のしきい値処理部（積分部）２３９ａ、２３９ｂは、差画像算出部２３４ａ、２３４ｂから得られた例えばメモリ領域内、ロジック回路領域内における複数の差画像からメモリ領域内の明るさのばらつきなどを求め、このばらつきを基にして第２のしきい値２３８ａ、２３８ｂを生成する。第２の比較部２３７ａ、２３７ｂは差画像算出部２３４ａ、２３４ｂから得られる差画像の絶対値に対して上記生成された第２のしきい値２３８ａ、２３８ｂで第２のしきい値判定処理が行われる。この第２のしきい値は、浮動しきい値となる。この浮動しきい値以上となった欠陥候補の領域の画像特徴量についても、第１のしきい値処理と同様に、欠陥判定部２４０ａ、２４０ｂに送られる。欠陥判定部２４０ａ、２４０ｂは、これら２系統から送られた画像特徴量を用いて、総合的に例えばメモリ部領域内及びロジック回路部領域内の各々において欠陥が判定される。このとき、特定のパターンなどでは明るさむらが大きく、正常部を誤判定して欠陥としてしまうケースがある。この誤判定は、特定のパターンで生じやすいことを利用して、欠陥判定部２４０ａ、２４０ｂにウェハの座標情報２４１ａ、２４１ｂを入力して、誤判定が起こしやすい領域については、例え上記第１及び第２のしきい値以上であっても、欠陥として判定しない又は誤判定である可能性が高いことが分かるようにフラグを立て次の欠陥特徴量演算部２４２ａ、２４２ｂに送られる。この欠陥特徴量演算部２４２ａ、２４２ｂでは、検出した画像を用いて比較部２３５ａ、２３７ａ；２３５ｂ、２３７ｂに送られてきた画像特徴量よりもさらに細かく欠陥部の特徴量を算出する。
【００５２】
以上説明したように、第１及び第２のイメージセンサ２００、２１０の各々で検出された検出画像信号ｆ１、ｆ２に対して画像処理が行われ、例えばメモリ部領域内の欠陥部の画像特徴量と例えばロジック回路部領域内の欠陥部の画像特徴量が算出されて欠陥分類部２４３に入力される。
【００５３】
欠陥分類部２４３は、第１のイメージセンサ２００で検出された検出画像信号を基に欠陥特徴量演算部２４２ａから得られる例えばメモリ部内の欠陥部の画像特徴量及び第２のイメージセンサ２１０で検出された検出画像信号を基に欠陥特徴量演算部２４２ｂから得られる例えばロジック回路部内の欠陥部の画像特徴量を基づいて各々の欠陥部について分類が行われる。そして、欠陥分類部２４３で得られた各欠陥部の分類結果・座標情報・画像の特徴量などが操作部２９０に設けられた表示装置等に出力される。オペレータがこの出力された情報を目視確認することが可能であり、これらの情報はＬＳＩ製造工程の工程管理が行われている上位システム（図示せず）に送られる。
【００５４】
次に、画像処理の規模を小さくした実施例について図９を用いて説明する。図２にて説明した第１の検出光路２１ａにてメモリ部の画像を取得し、第２の検出光路２１ｂにてロジック回路部の画像を検出した場合の処理の流れについて説明する。第１のイメージセンサ２００と第２のイメージセンサ２１０は、メモリ／ロジックの領域に係わらず、画像を検出する。例えば検出した画像の明るさの分解能は１０２４階調あり、これを画像処理するときの２５６階調に変換するために階調変換を行う。この階調変換を行うときの明るさ変換特性は線形、非線形が選択可能である。階調変換部２３１ａ、２３１ｂの各々は、それぞれの画像信号について階調変換を行い、画像選択部２４４に送られる。画像選択部２４４には、ステージ２８２の座標情報２４５が入力されて流れてきた画像が周期性パターン部であるメモリ部か、非周期性パターン部であるロジック回路部かが判断可能になっている。この情報より、メモリ部の画像が流れてきた場合は第１のイメージセンサ２００の検出画像信号を選択し、ロジック回路部の画像が流れてきた場合は第２のイメージセンサ２１０の検出画像信号を選択する。それぞれ選択された検出画像信号ｆ１、ｆ２は画像位置合わせ部２３３と遅延メモリ２３２の両方に送られる。遅延メモリ２３２に送られた画像は、設計上同一パターンが形成されているダイのピッチに相当する時間を遅らせて画像位置合わせ部２３３に送られる。このため、リアルタイムで検出した検出画像信号ｆ１、ｆ２と例えば隣接ダイの参照画像信号ｇ１、ｇ２との２つの画像信号が画像位置合わせ部２３４に送られ、画像位置合わせ部２３４はこれらの２つの画像信号同士ついての位置合わせを行い、差画像算出部２３４は該位置合わせした画像信号同士の差画像を算出する。該算出された差画像は第１の比較部２３５及び第２の比較部２３７において２系統のしきい値処理が行われる。第１の比較部２３５は差画像算出部２３４から得られる例えばメモリ部内、ロジック回路内の各々における差画像の絶対値に対して一定のしきい値で第１のしきい値処理が行われ、このしきい値以上の領域の画像特徴量（明るさ、サイズ情報など）が欠陥判定部２４０に送られる。また、第２のしきい値処理部（積分部）２３９は、差画像算出部２３４から得られる例えばメモリ部内、ロジック回路内の各々における差画像から明るさのばらつきなどを求め、該求められた各々の明るさのばらつきなどを基に第２のしきい値２３８を生成する。第２の比較部２３７は、差画像算出部２３４から得られる例えばメモリ部内、ロジック回路内の各々における差画像と生成された各々の第２のしきい値２３８と比較する。この第２のしきい値２３８は、浮動しきい値となる。この浮動しきい値以上となった領域の画像特徴量についても、第１のしきい値処理と同様に、欠陥判定部２４０に送られる。これら２系統から送られた画像特徴量を用いて、総合的に例えばメモリ部領域内、ロジック回路領域内の各々において欠陥が判定される。このとき、特定のパターンなどでは明るさむらが大きく、正常部を誤判定して欠陥としてしまうケースがある。この誤判定は、特定のパターン３で生じやすいことを利用して、欠陥判定部２４０にウェハ１の座標情報２４１を入力して、誤判定が起こしやすい領域については、例え上記第１及び第２のしきい値以上であっても、欠陥として判定しない又は誤判定である可能性が高いことが分かるようにフラグを立て、次の欠陥特徴量演算部２４２に送られる。この欠陥特徴量演算部２４２では、検出した画像を用いて比較部２３５、２３７に送られてきた画像特徴量よりもさらに細かく欠陥部の特徴量を算出する。そして欠陥分類部２４３はこの特徴量を用いて欠陥の分類を行い、この分類結果・座標情報・画像の特徴量などが操作部２９０の表示装置等に出力される。
【００５５】
次に、暗視野検出光学系２０の光学条件である空間フィルタ５０、９５の遮光形状及び偏光素子３０、３５、８０、８５の設定条件は、ウェハ１の構造やパターン３の形状及び検出したい欠陥４の種類などに応じて適切な条件を選択して例えば操作部２９０において検査レシピを作成する必要がある。この検査レシピを作成するときの機能について図１０を用いて説明する。暗視野検出光学系２０には、図２に示すとおり、検査するときの光学条件の選択に必要なフーリエ変換像を観察するイメージセンサ２５ａ、２５ｂとステージ２８２を静止した状態でウェハ１上の２次元画像を検出する２次元イメージセンサ（２次元カメラ）６５ａ、６５ｂが配置されている。レシピ作成時には、フーリエ変換面観察イメージセンサ２５ａ、２５ｂとイメージセンサ６５ａ、６５ｂとの夫々に光が分配されるようにビームスプリッタ４０ａ、４０ｂ及び６０ａ、６０ｂが各検出光路２１ａ、２１ｂに配置される。２次元イメージセンサ（２次元カメラ）６５ａ、６５ｂを配置する理由は、イメージセンサ２００、２１０では２次元画像を取得する場合、ウェハ１を走査する必要がありこの時間を短縮することが狙いである。また、フーリエ変換面の画像とウェハ１の画像をリアルタイムで同時に観察できることにより、レシピ作成者が光学条件を選択しやすくする狙いがある。なお、ビームスプリッタ６０及び２次元イメージセンサ（２次元カメラ）６５は各検出光路に設ける必要はない。
【００５６】
フーリエ変換面観察イメージセンサ２５ａ、２５ｂの画像は画像加算部（積分部）２４６を通り、必要に応じて画像を加算してフィルタ選択部２４７に画像が送られる。このフィルタ選択部２４７にて遮光するフーリエ変換面の位置を選択し、このデータが操作部２９０に送られ、選択した領域が遮光されるように空間フィルタ５０、９５を選択する。また、２次元カメラ６５ａ、６５ｂの画像は、パターン像判定部２４８に送られ、検出した暗視野像より、パターン像の明るさや面積などを算出し、この結果を操作部２９０に送るシステムになっている。
【００５７】
次に、このシステムを用いて、空間フィルタ５０、９５の遮光部を選択する手順について図１１を用いて説明する。最初に、照明エリアと条件設定対象である回路パターンが一致するようにウェハ１を位置決めし、図２に示すウェハ上の視野１μｍ乃至１０μｍの視野絞り２６の開口形状をイメージセンサ２５ｂの撮像領域に対応させる（Ｓ１２１）。その他、照明の光学条件（照明光の波長帯域の選択、照明光量、線状ビーム１６の仰角α、照明方位、照明光の偏光、および照明光のＮＡ等）なども設定する（Ｓ１２１）。そして、イメージセンサ（ＴＶカメラ）２５ａ、２５ｂによりフーリエ変換像を取得する（Ｓ１２２）。次に、周期性判定部（パターン像判定部）２４７において、空間フィルタ条件設定エリアが、周期的パターン部かどうかを判定する（Ｓ１２３）。周期的パターン部であって、フーリエ変換像の明るさが不足している場合には、暗視野照明光学系１０で照射する照明光量（例えばレーザ出力）を増加させるか、画像加算部（積分部）２４５において複数の画像を加算して画像の明るさを適度にする。この画像をフィルタ選択部２４６に送り、回折像の領域を算出してこれを遮光する等ピッチの線状空間フィルタの条件を求める（算出する）（Ｓ１２４）。求めた情報を操作部２９０に送り、機構制御部２８０を介して第１の空間フィルタ５０を設定する（Ｓ１２５）。この設定した結果の良否を判定するため、ＴＶカメラ２５ａにて周期的な回路パターンの回折像が遮光されていることを確認する（Ｓ１２６）。また、ＴＶカメラ６５ａにてウェハ像を取得して、周期的な回路パターンの明るさが抑制されていることを確認する（Ｓ１２６）。周期的な回路パターンの回折像の漏れ光を算出し（Ｓ１２７）、ステップＳ１２８において漏れ光が許容値でない（回折像が十分に遮光されていない）場合は、ステップＳ１２４に戻り再度線状遮光空間フィルタ５０の条件を求め、周期的遮光空間フィルタ５０の設定を変更する。即ち、ステップＳ１２８において周期的な回路パターンの回折像の遮光が許容値に入るまでこの動作を繰り返す。
【００５８】
次に、ステップＳ１２３において周期性判定部（パターン像判定部）２４７で非周期性回路パターンであると判定された場合の非周期的開口空間フィルタ等の設定手順について説明する。基本的には周期性回路パターンと同様の手順で非周期的開口空間フィルタ等を設定する。異なる点は、非周期性パターン部は、ウェハ上の位置に応じてパターンの方向や配列が異なる点である。このため、非周期性パターン部の全体的な回折像を取得して、第２の空間フィルタ９５の開口部９６の形状を決定することが望ましい。これを行うため、回路パターンの方向や配列の異なる位置にウェハをステップ移動させ（Ｓ１３０）、フーリエ変換像を第２の検出光路２１ｂに設けたビームスプリッタ４０ｂ、結像レンズ２７ｂ及びＴＶカメラ２５ｂによりを取得し（Ｓ１３１）、取得した画像を画像加算部（積分部）２４６で加算する（Ｓ１２９）。これを予め指定しておいた画像取得領域の画像取得が終了するまで繰り返す。この加算した画像の明るさは殆ど回路パターンからの散乱光である。この画像より明るい領域を選択し（空間フィルタの遮光部を算出し）（Ｓ１３２）、これを遮光するように準備した非周期的開口空間フィルタの中から適切な遮光形状をした非周期的開口空間フィルタを選択（設定）する（Ｓ１３３）。この選択された結果の良否を判定するため、ＴＶカメラ２５ｂにて図５（ａ）に示す非周期的な散乱光像３ｒ、３ｓが遮光されていることを確認する（Ｓ１３４）。また、ＴＶカメラ６５ｂにてウェハ像を取得して、非周期的な散乱光像が抑制されていることを確認する（Ｓ１３４）。非周期的な散乱光像の漏れ光を算出し（Ｓ１３５）、ステップＳ１３６において漏れ光が許容値でない（回折像が遮光されていない）場合は、ステップＳ１３２に戻り再度開口空間フィルタ９５の条件を求め、非周期的開口空間フィルタ９５の選択（設定）を変更する。即ち、ステップＳ１３６において非周期性回路パターンの散乱光像の遮光が許容値に入るまでこの動作を繰り返す。以上により空間フィルタ５０、９５の設定が終了することになる（Ｓ１３７）。
【００５９】
次に、デバイスにとって致命性の高い特定の欠陥を検出するために、各種光学条件を最適化するための手法について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２にはウェハ１の平面図を示す。欠陥４は、非周期パターン領域にある検出したい欠陥を示している。空間フィルタの最適化を行うためには、欠陥の散乱光分布を把握する必要がある。照明光は広い範囲に照明されているため、欠陥４のみの散乱光分布を検出するためには。図２に示す暗視野検出光学系２０に配置した視野絞り２６にて欠陥部近傍のみに開口形状を設定する必要がある。この開口のサイズは欠陥の大きさや周辺パターンとの位置関係に応じて変化する。この視野絞り絞り２６の開口の大きさは、ＬＳＩパターンでは、一辺の寸法がウェハ上にて１μｍ〜１０μｍ程度が適切な大きさである（円形開口の場合は、外径に対応する）。この暗視野検出光学系２０の視野絞り２６により、フーリエ変換像観察カメラ２５ｂで検出される散乱光分布は、主に欠陥からの散乱光分布となり、この散乱光の輝度が高いところに非周期的開口空間フィルタ９５の開口を設定することにより、欠陥からの散乱光を検出し、正常な非周期的なパターンからの散乱光を抑制することが可能となる。
【００６０】
次に、検出したい欠陥の光学条件を最適化する手順について図１３を用いて説明する。操作部２９０のＧＵＩにおいて、最初に試行する光学条件を選択する（Ｓ１４１）。次に、操作部２９０のＧＵＩにおいて、図１２に示す画面を基に暗視野検出光学系２０の視野絞り２６の開口形状を欠陥近傍に設定する（Ｓ１４２）。次に、操作部２９０のＧＵＩにおいて、固定の光学条件（照明光の波長帯域、照明光量、結像レンズ５５、５７；１００、１１０の結像倍率等）を設定する（Ｓ１４３）。次に、試行したい光学条件を設定する（Ｓ１４４）。
【００６１】
試行条件の候補としては、例えば、暗視野照明光学系１０における照明光（細帯状ビーム）１６の仰角α（ウェハ表面から照明光１６の光軸のなす角）、照明方位例えばウェハのノッチ方位を基準としてこれとなす角度または装置のＸステージ２８２の走行方向を基準としてこれとなす角度、照明光の偏光、および照明光のＮＡ。
暗視野検出光学系２０における１／４波長板３０、８０と偏光子３５、８５の回転角度、及び空間フィルタ９５の開口形状と複屈折材（上記条件が決定してから選択）などがある。
【００６２】
これらの条件を振りながら下記のループにて最適化を実施する。
【００６３】
カメラ２５ｂ、６５ｂにて欠陥部の暗視野像とフーリエ変換像とを取得し（Ｓ１４５）、隣接するダイにウェハを移動する（Ｓ１４６）。このダイでもカメラ２５ｂ、６５ｂにて正常部の暗視野像とフーリエ変換像とを取得する（Ｓ１４７）。そして画像処理部２３０において、これら、隣接ダイの暗視野像及びフーリエ変換像の差画像を算出する（Ｓ１４８）。操作部２９０において、試行条件が終了したか判定し、終了していない場合はこれらを繰り返す（Ｓ１４９）。次に画像処理部２３０は、試行した条件のフーリエ変換像の差画像より、欠陥部と正常部の散乱光分布を比較して、分布の異なる領域を算出する（Ｓ１５０）。このときに、フーリエ変換像の差画像なども活用して、欠陥部と正常部の散乱光分布の違う領域を判定する。なお、散乱光分布の違いとは、正常部に対して欠陥部の散乱光が比較的強い領域であったり、正常部には散乱光が出ていない領域に欠陥部の散乱光がある領域などである。これにより、欠陥からの散乱光をより多く、効率的に検出可能な光学条件を把握し、これを選択する（Ｓ１５１）。この選択条件は、１条件ではなく複数あっても良い。以上より、画像処理部２３０は、散乱光をより多く検出する光学条件と、散乱光が生じるフーリエ変換面上の位置が把握できる。次に、画像処理部２３０は、欠陥からの散乱光が生じるフーリエ変換面上の位置が開口になっている非周期的開口タイプの空間フィルタ９５を選択し（Ｓ１５２）、その情報を操作部２９０に提供する。以上により、操作部２９０からの制御指令に基づく機構制御部２８０の制御に基いて非周期的開口タイプの空間フィルタ等の光学条件の絞り込みが終了する。絞り込んだ条件が複数ある場合には、絞り込んだ条件にてテスト検査を行い、この結果より欠陥の検出と正常パターンの分別性能が高い条件を選択して、光学条件の設定が終了する（Ｓ１５３）。
【００６４】
以上説明した構成や機能及び条件出し内容については、様々な組合せが考えられるが、それらの組合せについても本発明の範囲内であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る欠陥検査装置における暗視野照明光学系及び暗視野検出光学系を有する光学系の一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る多波長照明（複数の波長帯域を有する照射光による照明）による暗視野照明光学系の概略構成を示す図である。
【図４】本発明に係る検査対象である混載ウェハの表面とＡ−Ａ’断面とを示す図である。
【図５】本発明に係る非周期的開口タイプの空間フィルタについての実施例の説明図で、（ａ）は非周期性回路パターンから得られる散乱光の強度分布を示す図であり、（ｂ）は非周期的開口タイプの空間フィルタの第１の実施例を示す図であり、（ｃ）は非周期的開口タイプの空間フィルタの第２の実施例を示す図である。
【図６】本発明に係る非周期的開口タイプの空間フィルタの他の実施例を示す図で、（ａ）は何れかの開口部に複屈折材を形成した実施例を示す図であり、（ｂ）は位相差πを与える材料を配置した実施例を示す図である。
【図７】本発明に係る空間フィルタを切替える機構の一実施例を示す図である。
【図８】本発明に係る画像処理部の第１の実施例について示すブロック図である。
【図９】本発明に係る画像処理部の第２の実施例について示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る画像処理部での検査レシピ作成機能の一実施例を示す図である。
【図１１】本発明に係る空間フィルタの遮光部を選択する手順の一実施例であるフローを示す図である。
【図１２】本発明に係る視野絞り設定の説明図である。
【図１３】本発明に係る光学条件出し手順の一実施例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…ウェハ（試料）、３…回路パターン、４…欠陥、１０…暗視野照明光学系、１１…光源、１２ａ、１２ｂ…レーザ光源、１３…ダイクロイックミラー、１５…整形光学系（非球面レンズ又は非球面ミラー）、１６…線状ビーム、２０…暗視野検出光学系、２１ａ…第１の検出光路、２１ｂ…第２の検出光路、２２…反射対物レンズ、２３、７１…レンズ、２４…ビームスプリッタ（分岐光学系）、２４ａ…ダイクロイックミラー（波長分離光学系）、２４ｂ…偏光ビームスプリッタ、２５ａ、２５ｂ…２次元イメージセンサ、２６…視野絞り、２７ａ、２７ｂ…結像レンズ、２８、７２…コリメータレンズ、３０、８０…１／４波長板、３５、８５…偏光子（ポラライザ）、４０ａ、４０ｂ、６０ａ、６０ｂ…ビームスプリッタ、５０…第１の空間フィルタ、６５ａ、６５ｂ…イメージセンサ、９５…第２の空間フィルタ、９５ａ〜９５ｅ…空間フィルタ、５５、５７、１００、１１０…結像レンズ、９６ａ〜９６ｃ…開口、９７…複屈折材、９８…位相差を与える材料、２００…第１のイメージセンサ、２１０…第２のイメージセンサ、２３０、２３０ａ、２３０ｂ…画像処理部、２５０…ＡＦ照明系、２６０…ＡＦ検出系，２７０…光検出器、２８０…機構制御部、２８２…ステージ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ（回転））、２９０…操作部、４１０ａ、４１０ｂ、４２０ａ、４２０ｂ…出し入れ機構、４３０、４７０…空間フィルタ切替え機構、４４０、４８０…結像レンズ切替え機構。
【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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