(57)【要約】【課題】簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。【解決手段】基板１１を照明する光学系１３と、基板の回折像を形成する結像光学系１４と、結像光学系の光軸Ｏ３上でかつ該結像光学系の瞳位置（２７）よりも基板側に配置され、光軸Ｏ３に垂直な１つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材２５，２６と、回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段２８と、画像信号に基づいて光学部材の回転状態（光軸Ｏ３に対する回転角）を微調整する微調整手段１６〜１９と、光学部材の回転状態の微調整後に撮像手段から出力される画像信号に基づいて、基板の欠陥を検出する検出手段１８とを備える。【選択図】      図１
2004184322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を照明する照明光学系と、
前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な１つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、
前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、
前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整手段と、
前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出手段とを備えた
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記微調整手段は、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整する
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置において、
前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側には、２つの前記光学部材が配置され、
前記２つの光学部材のうち一方は、前記結像光学系の光軸と前記照明光学系の光軸とを含む入射面に垂直な１つの軸を中心として回転可能であり、
前記２つの光学部材のうち他方は、前記結像光学系の光軸に垂直でかつ前記入射面に平行な１つの軸を中心として回転可能である
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、該結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な１つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段とを用いた欠陥検査方法であって、
前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整工程と、
前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出工程とを備えた
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の欠陥検査方法において、
前記微調整工程では、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整する
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において基板表面の欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウエハや液晶基板（総じて「基板」という）の表面に形成された繰り返しパターンから発生する回折光（例えば１次回折光）を利用して、基板表面のむらや傷などの欠陥を自動的に検査する装置が提案されている。表面の欠陥箇所と正常箇所では回折効率が異なるため、繰り返しパターンからの回折光に基づく画像には明るさの相違が現れ、その明暗により欠陥箇所を特定できる。
【０００３】
また、図６（ａ）に示すように、検査対象の基板５１は、検査ステージ５２上に載置され、照明系５３からの平行な照明光Ｌ１１によって照明される。このとき、照明光Ｌ１１は、図６（ｂ）に示すように、基板５１上の繰り返しパターン５１ａの直線方向（Ｘ方向）に対して９０°方向から照射される。そして、照明光Ｌ１１が照射された基板５１からは、繰り返しパターン５１ａの箇所が欠陥か正常かに応じた回折効率で、回折光Ｌ１２が発生する。
【０００４】
回折光Ｌ１２を受光する受光系５４が固定されている場合、検査ステージ５２をＸ方向に沿った軸５２ａのまわりにチルトさせることで、基板５１からの回折光Ｌ１２（例えば１次回折光）を受光系５４に導くことができる。なお、検査ステージ５２のチルトは、周知の回折条件式を用いて繰り返しパターン５１ａのピッチの設計値から求めた角度など、予めレシピに登録された角度にしたがって行われる。
【０００５】
そして、検査ステージ５２のチルトによって受光系５４に導かれた回折光Ｌ１２は撮像素子５５に入射し、基板５１の回折像に基づく画像信号が撮像素子５５から画像処理部５６に出力される。基板５１の回折画像には、パターン異常（欠陥）に起因する明暗が現れているため、画像処理部５６では、回折画像の明暗に基づいて基板５１の欠陥箇所の特定を行う。
【０００６】
ところで、基板５１の繰り返しパターン５１ａの直線方向と照明光Ｌ１１による照明方向との成す角度が９０°からずれていたり、基板５１のチルト角が最適な角度（繰り返しパターン５１ａの実際のピッチに応じた角度）からずれていたりすると、回折光Ｌ１２の進行方向と受光系５４の光軸方向とが一致せず、角度ずれを生じてしまう。つまり、回折光Ｌ１２は、受光系５４の光軸から外れた方向に進行する。
【０００７】
この場合、回折光Ｌ１２の少なくとも一部は、受光系５４の瞳（図６（ａ）のレンズ５４ａの有効径）から外れてしまい、撮像素子５５に入射する回折光Ｌ１２の光量が減少する。そして、回折光Ｌ１２に基づく画像のコントラストが全体的または部分的に低下し、信頼性の高い欠陥検査を行うことが困難となる。
そこで近年、欠陥検査の前に、基板５１を載置している検査ステージ５２の角度条件を微調整し、撮像素子５５に入射する回折光Ｌ１２の光量を最大とすることにより、欠陥検査の信頼性を高める技術が提案された（例えば特許文献１）。検査ステージ５２の角度条件には、検査ステージ５２の法線を中心とする回転方向の条件と、検査ステージ５２のチルト方向の条件とが含まれている。なお、撮像素子５５に入射する回折光Ｌ１２が最大光量のとき、回折光Ｌ１２の進行方向と受光系５４の光軸方向とは一致していると考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１０８６３７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術のように、検査ステージ５２の角度条件（回転方向およびチルト方向）を微調整可能な装置では、検査ステージ５２の駆動機構が非常に複雑化し、かつ大型化することが問題となっていた。検査ステージ５２をチルト方向に駆動する機構とは別に、検査ステージ５２を回転方向に駆動する機構も必要になるからである。
【００１０】
本発明の目的は、簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の欠陥検査装置は、基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な１つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整手段と、前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記微調整手段は、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整するものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置において、前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側には、２つの前記光学部材が配置され、前記２つの光学部材のうち一方は、前記結像光学系の光軸と前記照明光学系の光軸とを含む入射面に垂直な１つの軸を中心として回転可能であり、前記２つの光学部材のうち他方は、前記結像光学系の光軸に垂直でかつ前記入射面に平行な１つの軸を中心として回転可能である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、該結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な１つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段とを用いた欠陥検査方法であって、前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整工程と、前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出工程とを備えたものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の欠陥検査方法において、前記微調整工程では、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の実施形態は、請求項１〜請求項５に対応する。
本実施形態の欠陥検査装置１０は、図１に示すように、基板１１を保持する検査ステージ１２と、検査ステージ１２上の基板１１に照明光Ｌ１を照射する照明系１３と、照明光Ｌ１が照射された基板１１の繰り返しパターンから発生する回折光Ｌ２を受光する受光系１４と、検査ステージ１２のチルト機構１５と、受光系１４の回転機構１６，１７と、画像処理装置１８と、制御装置１９とで構成されている。
【００１７】
本実施形態の欠陥検査装置１０は、半導体回路素子などの製造工程において、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を自動的に行うための装置である。繰り返しパターンとは、周期的に繰り返される線配列形状の回路パターンのことである。基板１１は、半導体ウエハや液晶ディスプレイパネルなどである。
【００１８】
欠陥検査装置１０の検査ステージ１２は、チルト機構１５により、基板１１の表面に平行な軸１２ａを中心として所定の角度範囲内でチルト可能である。チルト機構１５による検査ステージ１２のチルトは、制御装置１９からの制御信号に基づいて行われる。なお、検査ステージ１２では、不図示の搬送装置によって搬送されてきた基板１１を上面に載置し、真空吸着によって固定保持する。
【００１９】
ここで、検査ステージ１２の軸１２ａに平行な方向を「Ｘ方向」とする。また、検査ステージ１２（基板１１）が水平に保たれた状態での法線（基準法線）に平行な方向を「Ｚ方向」とする。さらに、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向を「Ｙ方向」とする。
欠陥検査装置１０の照明系１３は、ランプハウス２１とライトガイド２２と凹面反射鏡２３とで構成された偏心光学系である。照明系１３は、請求項の「照明光学系」に対応する。
【００２０】
ランプハウス２１には、ハロゲンランプやメタルハライドランプなどの光源、および波長選択フィルタが内蔵されている（いずれも不図示）。このため、ランプハウス２２の後段には、一部の波長域λの照明光のみが射出される。
【００２１】
ライトガイド２２は、ランプハウス２１からの光を伝送して、端面２２ａから凹面反射鏡２３に向けて射出する。ライトガイド２２の端面２２ａは、凹面反射鏡２３の前側焦点位置に配置されている。この端面２２ａが照明系１３の瞳に相当する。
凹面反射鏡２３は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、検査ステージ１２の斜め上方に配置されている。つまり、凹面反射鏡２３の中心と検査ステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ１）は、基準法線（Ｚ方向）に対して所定の角度（θｉ）だけ傾けられている。
【００２２】
また、凹面反射鏡２３は、光軸Ｏ１が検査ステージ１２の軸１２ａ（Ｘ方向）に対して直交するように配置されている。以下の説明では、検査ステージ１２の軸１２ａに垂直で、光軸Ｏ１と基準法線（Ｚ方向）とを含む面について、「入射面ＹＺ」と言う。入射面ＹＺには、後述する受光系１４の光軸Ｏ２，Ｏ３も含まれる。
さらに、凹面反射鏡２３は、後側焦点位置が基板１１と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置１０の照明系１３は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系となっている。
【００２３】
このように構成された照明系１３において、ランプハウス２１からライトガイド２２を介して射出された光（波長λ）は、凹面反射鏡２３を介してほぼ平行な照明光Ｌ１となり、検査ステージ１２上の基板１１の表面に全体的に照射される。照明系１３の基板１１側がテレセントリック系であるため、照明光Ｌ１の入射角θｉは、基板１１の全面にわたって一様となる。
【００２４】
そして、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンから、様々な方向に回折光が発生する。図１に示した回折光Ｌ２は、受光系１４の光軸Ｏ２の方向に発生した一部の回折光（例えば１次回折光）である。回折光Ｌ２の強度は、基板１１の欠陥箇所と正常箇所とで異なる。照明系１３の基板１１側がテレセントリック系であるため、回折光Ｌ２の強度も、繰り返しパターンの状態（欠陥箇所／正常箇所や欠陥の種類）ごとに一様となる。
【００２５】
欠陥検査装置１０の受光系１４は、凹面反射鏡２４と平行平面板２５，２６と受光レンズ２７と撮像素子２８とで構成された偏心光学系である。凹面反射鏡２４と受光レンズ２７は、請求項の「結像光学系」に対応する。平行平面板２５，２６は「光学部材」に対応する。撮像素子２８は「撮像手段」に対応する。
凹面反射鏡２４は、上記の凹面反射鏡２３と同様の反射鏡であり、検査ステージ１２の上方に配置される。つまり、凹面反射鏡２４の中心と検査ステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ２）がＺ方向に平行となるように配置されている。光軸Ｏ２は、入射面ＹＺ内に含まれ、検査ステージ１２の軸１２ａに垂直である。
【００２６】
また、凹面反射鏡２４は、その前側焦点位置が基板１１と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置１０の受光系１４は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系となっている。
さらに、凹面反射鏡２４と受光レンズ２７とは、各々の中心を通る軸（光軸Ｏ３）が入射面ＹＺ内に含まれるように配置されている。光軸Ｏ３も、検査ステージ１２の軸１２ａに垂直である。
【００２７】
また、受光レンズ２７は、凹面反射鏡２４の後側焦点位置と略一致するように、受光系１４の瞳位置（照明系１３のライトガイド２２の端面２２ａに対して共役な位置）の近傍に配置されている。受光レンズ２７の絞り（不図示）が、受光系１４の瞳に相当する。
２枚の平行平面板２５，２６は、受光系１４の光軸Ｏ３上で、かつ受光系１４の瞳位置（受光レンズ２７の位置）よりも基板１１側に配置され、各々の回転機構１６，１７により、光軸Ｏ３に垂直な１つの軸２５ａ，２６ａを中心として所定の角度範囲内で回転可能である。回転機構１６，１７による平行平面板２５，２６の回転は、制御装置１９からの制御信号に基づいて行われる。
【００２８】
さらに、平行平面板２５の軸２５ａは、光軸Ｏ３に垂直なだけでなく、照明系１３の光軸Ｏ１にも垂直であり、換言すれば、入射面ＹＺに垂直、または、検査ステージ１２の軸１２ａ（Ｘ方向）に平行である。この平行平面板２５の回転状態（光軸Ｏ３に対する回転角）は、基板１１のチルト方向の角度ずれに起因する光量低下（後述する）を補正するために微調整される。
【００２９】
また、平行平面板２６の軸２６ａは、光軸Ｏ３に垂直なだけでなく、検査ステージ１２の軸１２ａ（Ｘ方向）にも垂直であり、換言すれば、入射面ＹＺに平行である。この平行平面板２６の回転状態（光軸Ｏ３に対する回転角）は、基板１１の回転方向（法線を中心とする回転方向）の角度ずれに起因する光量低下（後述する）を補正するために微調整される。
【００３０】
撮像素子２８は、複数の画素が２次元配列されたＣＣＤイメージセンサであり、その撮像面を受光レンズ２７の後側焦点位置に略一致させた状態で配置されている。このため、欠陥検査装置１０の受光系１４は、撮像素子２８側に対してもテレセントリックな光学系となっている。なお、撮像素子２８の撮像面は、基板１１の表面に共役である。
【００３１】
上記の受光系１４において、基板１１からの回折光Ｌ２は、凹面反射鏡２４と平行平面板２５，２６を介した後、受光レンズ２７の絞り（受光系１４の瞳）に到達する。このときの回折光Ｌ２のスポットと受光レンズ２７の絞りとの位置関係は、（１）基板１１のチルト方向の角度ずれ、（２）基板１１の法線まわりの回転方向の角度ずれ、（３）平行平面板２５の回転状態、（４）平行平面板２６の回転状態などに応じたものとなる。
【００３２】
詳細は後述するが、平行平面板２５，２６の回転状態を個別に微調整することにより、受光レンズ２７の絞り（受光系１４の瞳）に対して回折光Ｌ２のスポットを変位させることができ、受光レンズ２７の絞りを通過して撮像素子２８に向かう回折光Ｌ２の光量を変化させることができる。
そして、受光レンズ２７の絞りを通過した回折光Ｌ２は、凹面反射鏡２４と受光レンズ２７の作用により集光され、撮像素子２８の撮像面に到達する。この撮像面には、基板１１の回折像が形成される。撮像素子２８は、撮像面に形成された回折像を撮像して、画像信号を画像処理装置１８に出力する。
【００３３】
なお、受光系１４の基板１１側がテレセントリック系であるため、回折光Ｌ２の進行方向は、基板１１の全面にわたって一様となり、撮像素子２８に入射する回折光Ｌ２の光量も、基板１１の繰り返しパターンの状態（欠陥／正常箇所や欠陥の種類）ごとに一様となる。したがって、撮像素子２８からの画像信号の強弱には、基板１１の繰り返しパターンの状態のみが反映されることになる。
【００３４】
画像処理装置１５は、欠陥検査時、撮像素子２８からの画像信号に基づいて基板１１の回折画像を取り込み、この回折画像と予め記憶している良品基板の回折画像との比較（パターンマッチング）や、予め学習させておいた良品基板の特徴と異なる部分が基板１１の回折画像の中に存在するか否かなどの画像処理を行うことで、基板１１の欠陥を検出する。画像処理装置１５は、請求項の「検出手段」に対応する。
【００３５】
例えば、繰り返しパターンを投影露光した際のデフォーカスによるムラなどの欠陥がある場合は、その部分の明暗差または特徴の相違などの情報に基づいて、基板１１の欠陥部分を検出する。なお、照明系１３および受光系１４が基板１１側に対してテレセントリックな光学系となっているため、基板１１内のＸＹ位置が異なっていても、同じ欠陥が存在していれば明暗状態も同じになる。
【００３６】
さらに、画像処理装置１８は、上記の欠陥検出に先立ち、撮像素子２８からの画像信号に基づいて、撮像素子２８に入射する回折光Ｌ２の光量を計測する。回折光Ｌ２の光量の計測は、例えば、画像信号の平均輝度の算出により行っても良いし、画像信号の輝度値の合計の算出により行っても良い。そして、この計測結果は“光量データ”として制御装置１９に出力される。
【００３７】
制御装置１９は、画像処理装置１８による欠陥検出に先立ち、画像処理装置１８からの光量データに基づいて回転機構１６，１７を個別に制御し、平行平面板２５，２６の回転状態を微調整する（詳細は後述する）。なお、回転機構１６，１７と画像処理装置１８と制御装置１９は、請求項の「微調整手段」に対応する。
また、制御装置１９は、平行平面板２５，２６の回転状態の微調整に先立ち、次に説明するレシピに基づいてチルト機構１５を制御し、検査ステージ１２をチルトさせる。レシピは、製造工程の異なる複数種類の基板１１（例えば繰り返しパターンのピッチが互いに異なる基板）の欠陥検査を各々最適に行うために必要な各種の設定条件であり、制御装置１９内のメモリに予め記憶されている。
【００３８】
ここで、検査ステージ１２のチルト角θｔに関するレシピについて説明する。一般に、チルト角θｔは、周知の回折条件式（次式（１））を用い、検査対象となる基板１１に形成された繰り返しパターンのピッチの設計値から計算で求められ、この計算結果がレシピに登録されている。
ｓｉｎ（θｄ−θｔ）  −  ｓｉｎ（θｉ＋θｔ）＝  ｍλ／ｐ    ……（１）
式（１）は、検査ステージ１２のチルト角θｔと、繰り返しパターンのピッチｐと、照明光Ｌ１の波長λおよび入射角θｉと、回折光Ｌ２の回折角θｄおよび回折次数ｍとの関係を表した式である。チルト角θｔ，入射角θｉ，回折角θｄの基準は、図２に示すように、基板１１が水平に保たれた状態での法線（基準法線）である。
【００３９】
入射角θｉの符号は、入射側に見込む角度方向がプラス、反射側に見込む角度方向がマイナスである。入射角θｉの範囲は、０°＜θｉ＜９０°である。回折角θｄおよびチルト角θｔの符号は、入射側に見込む角度方向がマイナス、反射側に見込む角度方向がプラスである。回折次数ｍは、ｍ＝０の０次回折光（正反射光）を基準として、入射側に見込む角度方向がマイナス、反射側に見込む角度方向がプラスである。
【００４０】
また、上記の式（１）を用いて繰り返しパターンのピッチの設計値から求めたチルト角θｔの他、製造工程の異なる複数種類の良品基板（繰り返しパターンのピッチが互いに異なる良品基板）により予め測定したチルト角θｔをレシピに登録してもよい。これは、製造誤差に起因して、繰り返しパターンの実際のピッチが設計値とは異なる場合に有効である。
【００４１】
次に、上記のように構成された欠陥検査装置１０の動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。初期状態のとき、受光系１４の平行平面板２５，２６は、光軸Ｏ３に垂直な向き（非回転状態）で固定されている。
検査対象となる基板１１の種類に関する情報が外部（不図示の入力装置）から入力されると、制御装置１９は、図３のフローチャートの手順にしたがって制御を開始する。まず初めに、制御装置１９は、検査ステージ１２上に基板１１が載置されるまで待機する（Ｓ１）。
【００４２】
ここで、検査対象の基板１１は、検査ステージ１２に載置される前、外部のプリアライメントステージ（不図示）でのプリアライメントにより、基板１１上の繰り返しパターンの直線方向が欠陥検査装置１０のＸ方向（検査ステージ１２の軸１２ａ）に平行となるように、法線まわりの回転角が調整される。そして、プリアライメントが終了すると、基板１１は、調整された回転角を維持しつつ検査ステージ１２に載せ換えられる。
【００４３】
しかし、プリアライメントステージから検査ステージ１２への載せ換えの際、機械誤差により、基板１１が法線まわりに微少量回転してしまうことがある。基板１１が法線まわりに微少量回転すると、繰り返しパターンの直線方向は検査ステージ１２の軸１２ａ（Ｘ方向）から斜めにずれてしまう。
さらに、上記のプリアライメントは、繰り返しパターンの直線方向が基板１１の外形基準（オリエンテーションフラットやノッチなど）で決まる基板座標系と平行または垂直であることを前提に、外形基準を使って行われる。
【００４４】
しかし、実際には、外形基準で決まる基板座標系と露光によるショット座標系（繰り返しパターンの直線方向）とは、基板１１の法線まわりに僅かに角度ずれを生じている。これは、露光装置におけるファースト露光の際のプリアライメント誤差に相当する。
【００４５】
このように、基板１１の法線まわりに関して、基板１１自体が載せ換えの際に回転角ずれを起こしたり、基板１１のショット座標系が外形基準に対して回転角ずれを起こしている場合は、繰り返しパターンの直線方向が検査ステージ１２の軸１２ａ（Ｘ方向）から斜めにずれることになる。そして、繰り返しパターンの直線方向と照明光Ｌ１の照明方向（照明系１３の光軸Ｏ１の方向）との成す角度も、９０°からずれる。
【００４６】
この場合、基板１１の繰り返しパターンから発生する回折光Ｌ２の進行方向は、図４（ａ）に実線で示すように、検査ステージ１２の軸１２ａと受光系１４の光軸Ｏ２とが成す面（紙面に平行な面）（入射面ＹＺに垂直で光軸Ｏ２を含む面）内で、受光系１４の光軸Ｏ２から斜めにずれる（回折角ずれ）。なお図４（ａ）では、簡単のため、凹面反射鏡２４を凸レンズで図示し、一方の平行平面板２５を省略した。
【００４７】
また、繰り返しパターンからの回折光Ｌ２は受光系１４の光軸Ｏ２から外れた斜めの方向に進行し、非回転状態の平行平面板２６をそのまま通過するため、受光レンズ２７に到達したときの回折光Ｌ２のスポット位置は、少なくとも一部が、受光レンズ２７の絞り（有効径）からＡｘ方向に外れてしまう。Ａｘ方向はステージ１２の軸１２ａに平行である。
【００４８】
そして、受光レンズ２７の絞りを通過した後で撮像素子２８に入射する回折光Ｌ２の光量は、回折光Ｌ２のスポットが受光レンズ２７の絞りからＡｘ方向に外れた分だけ減少する。また、撮像素子２８によって取り込まれる回折画像は、全体的または部分的にコントラストが低下する。このままの状態では信頼性の高い欠陥検査を行うことが困難なため、本実施形態の欠陥検査装置１０では、後述のステップＳ４（図３）において、図４の平行平面板２６の回転状態を微調整する。
【００４９】
上記のように、ステップＳ１で検査対象の基板１１が検査ステージ１２上に載置されると、制御装置１９は、この基板１１の種類に応じたレシピをメモリから読み込み（Ｓ２）、読み込んだレシピの内容に基づいて基板１１を検査ステージ１２と共にチルトさせる（Ｓ３）。
検査ステージ１２（基板１１）のチルトは、基板１１から発生する所望の回折次数ｍの回折光Ｌ２を受光系１４に導くために行われるが、機械誤差により、設定したチルト角θｔから微少量ずれることがある。
【００５０】
また、基板１１の繰り返しパターンの実際のピッチは、製造誤差のため設計値とは異なることが多く、同一工程でも製造ロットごとに異なることもある。このため、レシピの内容に基づいて検査ステージ１２を正確にチルトさせることができたとしても、基板１１のチルト角θｔが最適な角度（繰り返しパターンの実際のピッチに応じた）からずれていることもある。
【００５１】
このように、基板１１が軸１２ａを中心とした回転角ずれ（チルト角ずれ）を起こしている場合、基板１１の繰り返しパターンから発生する回折光Ｌ２の進行方向は、図５（ａ）に実線で示すように、入射面ＹＺ（紙面に平行な面）内で、受光系１４の光軸Ｏ２から斜めにずれる（回折角ずれ）。なお図５（ａ）でも、簡単のため、凹面反射鏡２４を凸レンズで図示し、一方の平行平面板２６を省略した。
【００５２】
また、繰り返しパターンからの回折光Ｌ２は受光系１４の光軸Ｏ２から外れた斜めの方向に進行し、非回転状態の平行平面板２５をそのまま通過するため、受光レンズ２７に到達したときの回折光Ｌ２のスポット位置は、少なくとも一部が、受光レンズ２７の絞り（有効径）からＡｙ方向に外れてしまう。Ａｙ方向はステージ１２の軸１２ａに垂直である。
【００５３】
そして、受光レンズ２７の絞りを通過した後で撮像素子２８に入射する回折光Ｌ２の光量は、回折光Ｌ２のスポットが受光レンズ２７の絞りからＡｙ方向に外れた分だけ減少する。また、撮像素子２８によって取り込まれる回折画像は、全体的または部分的にコントラストが低下する。このままの状態では信頼性の高い欠陥検査を行うことが困難なため、本実施形態の欠陥検査装置１０では、後述のステップＳ５（図３）において、図５の平行平面板２５の回転状態を微調整する。
【００５４】
次のステップＳ４において、制御装置１９は、画像処理装置１８からの光量データ（撮像素子２８に入射する回折光Ｌ２の光量に関するデータ）に基づいて、平行平面板２６の回転状態を微調整する。平行平面板２６は、基板１１の回転角ずれ（図４（ａ）参照）を補正するための光学部材である。平行平面板２６の微調整は、次の手順（Ａ１）→（Ａ２）にしたがって行われる。
【００５５】
（Ａ１）    平行平面板２６を所定の角度範囲内で所定の角度増分おきにステップ的に回転させながら（図４（ａ）参照）、回転させるごとに光量データを取り込む。平行平面板２６を回転させると、受光レンズ２７の絞りに対して回折光Ｌ２のスポットがＡｘ方向に変位するため、光量データも変化していく。
なお、平行平面板２６を回転させる角度範囲は、基板１１の回転角ずれ（載せ換え時の機械誤差とショット座標系の露光誤差とを含む回転角ずれ）を予め見積もっておき、それらに対応できるような充分な範囲とすることが好ましい。
【００５６】
（Ａ２）    上記（Ａ１）で取り込んだ多数の光量データのうち最大値を選択し、さらに光量データが最大値となる回転角θ２６を求め、その回転角θ２６に平行平面板２６を設定する。このとき、回折光Ｌ２のスポット位置は、図４（ｂ）に示すように、Ａｘ方向に関して受光レンズ２７の絞りと重なることになる。
次に、制御装置１９は、ステップＳ５において、画像処理装置１８からの光量データに基づいて、平行平面板２５の回転状態を微調整する。平行平面板２５は、基板１１のチルト角ずれ（図５（ａ）参照）を補正するための光学部材である。平行平面板２５の微調整は、次の手順（Ｂ１）→（Ｂ２）にしたがって行われる。
【００５７】
（Ｂ１）    平行平面板２５を所定の角度範囲内で所定の角度増分おきにステップ的に回転させながら（図５（ａ）参照）、回転させるごとに光量データを取り込む。平行平面板２５を回転させると、受光レンズ２７の絞りに対して回折光Ｌ２のスポットがＡｙ方向に変位するため、光量データも変化していく。
なお、平行平面板２５を回転させる角度範囲は、基板１１のチルト角ずれ（レシピに応じた設定時の機械誤差と繰り返しパターンのピッチの露光誤差とを含むチルト角ずれ）を予め見積もっておき、それらに対応できるような充分な範囲とすることが好ましい。
【００５８】
（Ｂ２）    上記（Ｂ１）で取り込んだ多数の光量データのうち最大値を選択し、さらに光量データが最大値となる回転角θ２５を求め、その回転角θ２５に平行平面板２５を設定する。このとき、回折光Ｌ２のスポット位置は、図５（ｂ）に示すように、Ａｙ方向に関して受光レンズ２７の絞りと重なることになる。
すなわち、ステップＳ４，Ｓ５の処理（平行平面板２５，２６の回転状態の微調整処理）の結果、回折光Ｌ２のスポット位置は、Ａｘ方向およびＡｙ方向に関して受光レンズ２７の絞りと重なることになる。このとき、受光レンズ２７の絞りを通過して撮像素子２８に入射する回折光Ｌ２の光量は最大である。
【００５９】
したがって、検査ステージ１２上の基板１１に回転角ずれ（載せ換え時の機械誤差とショット座標系の露光誤差とを含む回転角ずれ）やチルト角ずれ（レシピに応じた設定時の機械誤差と繰り返しパターンのピッチの露光誤差とを含むチルト角ずれ）が存在する場合でも、平行平面板２５，２６の回転状態の微調整することで、良好な検査ポジションを決定することができる。
【００６０】
このように、平行平面板２５，２６の回転状態の微調整により最終的な検査ポジションが確定すると、制御装置１９は、次のステップＳ６において画像処理装置１８を制御し、基板１１の欠陥検査を実行させる。
このとき撮像素子２８から画像処理装置１８には、充分な光量（最大光量）の回折光Ｌ２によるコントラストの良好な回折画像が取り込まれる。したがって、画像処理装置１８では、既に説明した画像処理によって信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。
【００６１】
上記した欠陥検査装置１０によれば、最終的な検査ポジションの探索処理を平行平面板２５，２６の回転状態の微調整（図３のＳ４，Ｓ５）により行うため、従来装置の検査ステージ５２（図６）のように複雑で大型な駆動機構を用いる必要がなくなり、簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。
さらに、平行平面板２５，２６を微少回転させながら光量データを取り込み、光量データが最大値となる回転角θ２６，θ２５を最終的な検査ポジションとして確定するので、欠陥検査の信頼性を確実に高めることができる。このため、光量低下による良品の誤検出を少なくすることができる。つまり、良品／不良品の仕分けを精度良く行うことができる。
【００６２】
また、半導体デバイス（半導体素子，液晶表示素子，薄膜磁気ヘッドなど）を製造する際に、不良となる半導体デバイスを精度良く分別することができるため、良好な半導体デバイスを効率良く製造することができる。
ちなみに、半導体デバイスの製造工程には、露光装置を用いたパターン形成工程と、検査装置を用いた欠陥検査工程とが含まれる。パターン形成工程は、マスク（レチクル）に形成された所定のパターン（回路パターンなど）を基板（感光性基板）に転写（露光）する工程である。そして欠陥検査工程では、基板に転写されたパターンの欠陥検査が行われる。
【００６３】
さらに、欠陥検査装置１０における最終的な検査ポジションの情報（ステージ１２のチルト角θｔ，平行平面板２５の回転角θ２５，照明光Ｌ１の波長λなどの条件）に基づいて、基板１１の繰り返しパターンの実際のピッチを求めることができる。この実際のピッチをモニタし、製造ロットや製造ラインによる差などを統計的に把握することで、製造工程の管理に役立てることができる。
【００６４】
また、欠陥検査装置１０における最終的な検査ポジションの情報（平行平面板２６の回転角θ２６などの条件）に基づいて、基板１１の繰り返しパターンの直線方向の外形基準に対する回転角ずれ量を求めることもできる。この回転角ずれ量をモニタすることで、上記と同様、製造工程の管理に役立てることができる。
【００６５】
（変形例）
上記した実施形態では、基板１１の回転角ずれ（図４（ａ）参照）を補正するための平行平面板２６と、チルト角ずれ（図５（ａ）参照）を補正するための平行平面板２５とを個別に１回ずつ微調整して（順序はどちらが先でも構わない）、光量データが最大値となる回転角θ２５，θ２６をそれぞれ決定したが、本発明はこれに限定されない。
【００６６】
例えば、平行平面板２６の微調整と平行平面板２５の微調整とを交互に何回か繰り返しながら光量データを取り込むことにより、３次元的な光量分布を作成し、この光量分布の中から光量データが最大値となる回転角θ２５，θ２６を決定してもよい。この方法は、受光レンズ２７の絞り位置における回折光Ｌ２のスポット内で光量分布が不均一な場合や偏心している場合に有効である。
【００６７】
また、上記した実施形態では、受光系１４の光軸Ｏ３に垂直な１つの軸２５ａ，２６ａを中心に回転可能な２枚の平行平面板２５，２６を設けたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、２枚の平行平面板２５，２６のうち何れか一方のみを設けてもよい。この場合には、基板１１の回転角ずれまたはチルト角ずれの何れか一方を補正することができる。また、平行平面板に代えてプリズムを用いても良いし、透過型の光学部材に限らず反射型の光学部材（反射鏡）を用いても良い。さらに、平行平面板やプリズムなどの光学部材を、受光系１４の光軸Ｏ３に垂直な２つの軸を中心に回転可能としても良い。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の欠陥検査装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】照明光と回折光と基板との角度関係を説明する図である。
【図３】欠陥検査装置１０における動作順を示すフローチャートである。
【図４】基板１１の回転角ずれに起因する回折角ずれを説明する図である。
【図５】基板１１のチルト角ずれに起因する回折角ずれを説明する図である。
【図６】従来装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  欠陥検査装置
１１  基板
１２  検査ステージ
１３  照明系
１４  受光系
１５  チルト機構
１６，１７  回転機構
１８  画像処理装置
１９  制御装置
２１  ランプハウス
２２  ライトガイド
２３，２４  凹面反射鏡
２５，２６  平行平面板
２７  受光レンズ
２８  撮像素子
【図１】
2004184322.tif 000003
【図２】
2004184322.tif 000004
【図３】
2004184322.tif 000005
【図４】
2004184322.tif 000006
【図５】
2004184322.tif 000007
【図６】
2004184322.tif 000008