(57)【要約】【課題】どんな種類の欠陥や異物がウエーハ表面上に存在し、各欠陥や異物がどのようにウエーハ表面上に分布しているかを効果的に検出及び識別することのできるウエーハの評価方法及び装置を提供する。【解決手段】検査対象ウエーハである試料の表面をコンフォーカル光学系による光学的走査装置によって検査し、該検査によって検出された該試料表面上の欠陥や異物をその種類別に識別し、該識別された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって該試料に対応するウエーハ画面上に出力表示するようにした。【選択図】  図１
2004193529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象ウエーハである試料の表面をコンフォーカル光学系による光学的走査装置によって検査し、該検査によって検出された該試料表面上の欠陥や異物をその種類別に識別し、該識別された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって該試料に対応するウエーハ画面上に出力表示するようにしたことを特徴とするウエーハの評価方法。
【請求項２】
コンフォーカル光学系による光学的走査装置で検出された前記試料表面上の欠陥や異物を、その形状と明暗から、その種類別を識別することを特徴とする請求項１記載のウエーハの評価方法。
【請求項３】
前記検査対象ウエーハがシリコンウエーハであることを特徴とする請求項１又は２記載のウエーハの評価方法。
【請求項４】
前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置がコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のウエーハの評価方法。
【請求項５】
検査対象ウエーハである試料の表面を検査するコンフォーカル光学系による光学的走査装置と、該光学的走査装置で得られた該試料表面の画像データを解析し該試料表面上に存在する欠陥や異物の種類別を識別する識別装置と、該識別された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって該試料に対応するウエーハ画面上に出力表示する出力装置を有することを特徴とするウエーハの評価装置。
【請求項６】
前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置がコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡であることを特徴とする請求項５記載のウエーハの評価装置。
【請求項７】
前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置が、
前記試料を支持する試料ステージと、
光ビームを発生する光源と、
前記光ビームを集束して該試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、
該試料表面からの反射光を受光する光検出器と、
前記光源と対物レンズとの間の光路中に配置され、光源から該試料に向かう光ビームと該試料から光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
該試料と光スポットとを相対的に移動させる手段とを具え、
該試料表面を光スポットにより走査し、該試料表面からの反射光により該試料の表面領域の情報を検出する光学式走査装置であって、
該ビームスプリッタと該光検出器との間の光路中に遮光板を配置し、この遮光板により、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する構成を有することを特徴とする請求項５記載のウエーハの評価装置。
【請求項８】
前記光スポットと前記試料とを相対的に移動させる手段を、光スポットに対して前記試料ステージを移動させる手段としたことを特徴とする請求項７記載のウエーハの評価装置。
【請求項９】
前記光スポットと前記試料とを相対的に移動させる手段を、前記ビームスプリッタと前記試料ステージとの間の光路巾に配置したビーム偏向装置としたことを特徴とする請求項７記載のウエーハの評価装置。
【請求項１０】
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に、該光源から発生した光ビームをライン状に配列されたｍ本（ｍは２以上の自然数）のサブビームの１次元ビームアレイに変換する１次元回折格子を配置し、該試料上に形成したｍ個の光スポットにより該試料表面を走査することを特徴とする請求項７記載のウエーハの評価装置。
【請求項１１】
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に、ｍ及びｎを２以上の自然数とした場合に、該光源から発生した放射ビームをｍ行ｎ列のマトリックス状に配列されたサブビームの２次元ビームアレイに変換する２次元回折格子を配置し、ｍ×ｎ個の２次元光スポットアレイにより該試料表面を走査し、前記遮光板を前記ビームスプリッタと前記光検出器との間の光学系の瞳の位置に配置したことを特徴とする請求項７記載のウエーハの評価装置。
【請求項１２】
前記試料と前記２次元光スポットアレイとを相対的に移動させる手段として、前記試料ステージを回転させる回転駆動装置及び前記試料ステージをその回転軸線と直交する軸線に沿って移動させる並進駆動装置を用い、２次元光スポットアレイにより試料をスパイラルスキャンすることを特徴とする請求項１１記載のウエーハの評価装置。
【請求項１３】
前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置が、
前記試料を支持する試料ステージと、
放射ビームを発生する光源と、
ｍ及びｎを２以上の自然数とした場合に、前記放射ビームをｍ行ｎ列のマトリックス状に配列された光ビームのビームアレイに変換する２次元回折格子と、
該ビームアレイを第１の走査方向に偏向するビーム偏向装置と、
該ビームアレイの光ビームをスポット状に集束して試料上にｍ×ｎ個の光スポットのアレイを形成する対物レンズと、
該光源と該対物レンズとの間の光路中に配置され、該光源から該試料に向かう光ビームと該試料から光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
ｍ’及びｎ’を２以上の自然数とした場合にｍ’行ｎ’列のマトリックス状に配列した受光素子を有し、各受光素子が該試料上に形成された光スポットからの反射光をそれぞれ受光する光検出器と、
該ビームスプリッタと該検出器との間の光路中の瞳位置に配置され、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する遮光板とを具え、
該試料表面からの反射ビームを該ビーム偏向装置を介して光検出器の受光素子に入射させ、
該試料上に形成される光スポットアレイを、これら光スポットを前記第１の方向と直交する方向に投影した場合互いに隣接する光スポット間の間隔が等間隔となるように形成する構成を有することを特徴とする請求項５記載のウエーハの評価装置。
【請求項１４】
前記試料上に形成されるｍ行ｎ列の光スポットアレイの行方向の軸線と前記第１の方向と直交する方向の軸線とのなす角度をθとし、光スポットアレイの行方向のスポット間隔をｐ１とし、列方向のスポット間隔をｐ２とした場合に、下記式（１）
【数１】
2004193529.tif 000004
を満たすように角度θを設定することを特徴とする請求項１３記載のウエーハの評価装置。
【請求項１５】
前記光スポットアレイの行方向及び列方向の光スポット間の間隔ｐ１及びｐ２を、ｐ１＝ｐ２となるように設定し、下記式（２）
【数２】
2004193529.tif 000005
を満たすように該光スポットアレイを形成することを特徴とする請求項１３記載のウエーハの評価装置。
【請求項１６】
検査対象ウエーハである試料の表面をコンフォーカル光学系による光学的走査装置を用いて検査し該光学的走査装置で得られた該試料表面の画像データを解析し該試料表面上に存在する欠陥や異物を検出する欠陥検出装置と、該欠陥検出装置で得られた試料表面上に存在する欠陥や異物の種類別を識別する識別装置と、該検出された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって該試料に対応するウエーハ画面上に出力表示する出力装置を有することを特徴とするウエーハの評価装置。
【請求項１７】
前記欠陥検出装置が、
前記検査対象ウエーハである試料を支持する試料ステージと、
光ビームを発生する光源と、
該光ビームを集束して試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、
該試料と該光スポットとを相対的に移動させる手段と、
該試料表面からの反射光を受光する光検出器と、
該光源と該対物レンズとの間の光路中に配置され、該光源から該試料に向かう光ビームと該試料から該光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
該光検出器からの出力信号から該試料表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出回路とを具える欠陥検出装置であって、
該ビームスプリッタと該光検出器との間の光路中に配置され、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する遮光板を有し、
該欠陥検出回路が、該光検出器からの出力信号が凹状のピークと凸状のピークとが時間的に連続して交互に発生したことを検出した場合、凸状又は凹状の欠陥が存在すると判定するように構成されていることを特徴とする請求項１６記載のウエーハの評価装置。
【請求項１８】
前記光源とビームスプリッタとの間の光路中に、該光源から発生した光ビームをライン状に配列されたｍ本（ｍは２以上の自然数）のサブビームの１次元ビームアレイに変換する１次元回折格子を配置し、試料上に形成したｍ個の光スポットにより試料表面を走査することを特徴とする請求項１７記載のウエーハの評価装置。
【請求項１９】
前記光源とビームスプリッタとの間の光路中に、ｍ及びｎを２以上の自然数とした場合に、光源から発生した放射ビームをｍ行ｎ列のマトリックス状に配列されたサブビームの２次元ビームアレイに変換する２次元回折格子を配置し、ｍ×ｎ個の光スポットの光スポットアレイにより試料表面を走査することを特徴とする請求項１８記載のウエーハの評価装置。
【請求項２０】
検査対象ウエーハである試料を支持する試料ステージと、光ビームを発生する光源と、前記光ビームを集束して該試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、該試料表面からの反射光を受光する光検出器と、前記光源と対物レンズとの間の光路中に配置され、光源から該試料に向かう光ビームと該試料から光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタとを有し、該試料表面を光スポットにより走査し、該ビームスプリッタと該光検出器との間の光路中に遮光板を配置し、この遮光板により、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光することにより、ウエーハ表面の評価を行う装置であって、欠陥のあるウエーハ上の特定位置の表面情報を２次元画像情報に変換し観察画像として出力し、該観察画像を介して特定欠陥を観察できるように構成したことを特徴とするウエーハの評価装置。
【請求項２１】
前記観察画像に表示された欠陥の種類に応じて該観察画像のコントラストを補正して欠陥を強調するようにしたことを特徴とする請求項２０記載のウエーハの評価装置。
【請求項２２】
前記画像情報を画像処理することにより、欠陥の特徴を抽出して形状、輝度分布から欠陥の種類を自動分類できるようにしたことを特徴とする請求項２０又は２１記載のウエーハの評価装置。
【請求項２３】
前記自動分類した欠陥について、その位置と種類を表示するようにしたことを特徴とする請求項２２記載のウエーハの評価装置。
【請求項２４】
前記検査対象ウエーハがシリコンウエーハであることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項記載のウエーハの評価装置。
【請求項２５】
前記検査対象ウエーハとなる試料について、特定の欠陥を指定することにより、当該欠陥の画像を出力表示することができるようにしたことを特徴とする請求項２０〜２４のいずれか１項記載のウエーハの評価装置。
【請求項２６】
前記自動分類した欠陥について、その分類した欠陥を画像表示し、操作者により欠陥の種類を確認し、誤分類された欠陥については、操作者の判断により正当な分類に割り当てることができるようにしたことを特徴とする請求項２２〜２５のいずれか１項記載のウエーハの評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエーハ、例えばシリコンウエーハ等の半導体ウエーハ上に存在する欠陥や異物を自動的に検出及び識別するウエーハの評価方法及び装置に関する。
【０００２】
【関連技術】
一般にシリコンウエーハ等の半導体ウエーハの製造方法は、チョクラルスキー（ＣＺ）法等を使用して単結晶インゴットを育成する単結晶製造工程と、この単結晶インゴットをスライスし少なくとも一主面が鏡面状に加工されるウエーハ加工工程からなる。更にウエーハ加工工程は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウエーハを得るスライス工程と、該スライス工程によって得られたウエーハの割れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り工程と、このウエーハを平坦化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウエーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、そのウエーハ表面を鏡面化する研磨（ポリッシング）工程と、研磨されたウエーハを洗浄して、これに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程を有している。上記工程は、主な工程を示したもので、他に熱処理工程等の工程が加わったり、工程順が入れ換えられたり、多段で行われたりする。このように製造されたシリコンウエーハは、最終的に品質検査が行われ、その後ウエーハを収納する容器に入れられ包装後、この製造された鏡面研磨ウエーハ（以下、ＰＷということがある）を用いてデバイスを形成するためデバイス製造会社（デバイス工程）に送られる。またデバイスを形成する前に鏡面研磨ウエーハに付加価値をつけるために、さらに鏡面研磨ウエーハ上にエピタキシャル層を形成するエピ工程を含む場合もある。このような工程を経て得られたウエーハはエピタキシャルウエーハ（以下、エピウエーハ又はＥＰＷということがある）と呼ばれている。この他にも鏡面研磨ウエーハを酸化膜を介して貼り合わせＳＯＩウエーハ等を製造することがある。
【０００３】
このような製造工程の中で、デバイスの微細化に伴い、達成すべきデバイス特性がますます厳しくなり、シリコンウエーハに対しても更なる結晶品質の完全性と表面の清浄化が要求されている。
【０００４】
従って、シリコンウエーハの品質を精密に評価し、シリコンウエーハの作製及びデバイス作製プロセスの改善を図っていく必要がある。つまり、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハの製造においては、ウエーハに存在する欠陥やウエーハ上に付着する異物が歩留り低下の要因となり、これらウエーハに付着した欠陥や異物を検査して、欠陥や異物の発生量を管理したり、ウエーハに存在する欠陥や付着した異物を分析して欠陥や異物の発生源（発生工程）を解析したりすることがある。
【０００５】
シリコンウエーハ等の半導体ウエーハに検出される欠陥や異物としては、上記単結晶製造工程で導入される結晶起因の欠陥と、ウエーハ加工工程で導入される加工起因の欠陥、または不純物（パーティクルや重金属等）などの異物によるものに大別される。
【０００６】
従来、このようなシリコンウエーハ表面の検査には、パーティクルカウンタと呼ばれる光散乱を原理とした検査装置が主に使われていた。
【０００７】
この装置は散乱強度を検出しウエーハ上のパーティクルを検出するものであるがパーティクル等の他にも一定の大きさ以上であれば種々の欠陥を検出してしまい、これらの区別が困難なことから、この方法で検出される欠陥や異物を一緒にカウントし、ＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）という名称で欠陥の発生量を管理している。
【０００８】
これまでにデバイス工程で問題となる欠陥としては、ウエーハの表層近くに現れるＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）が知られている。これらは、結晶を引き上げる際に導入されてしまう結晶起因の欠陥である。このような欠陥を評価する方法としては、各欠陥を評価する前に、シリコンウエーハ自体に前処理を行い、特定の欠陥について感度を向上させ（欠陥を顕在化させ）、その後目視や電子顕微鏡などで欠陥を直接観察している。例えば、上記ＣＯＰの検査では、ＣＯＰは０．１μｍ以下の欠陥であるが、アンモニア、過酸化水素水の溶液（ＳＣ１溶液ともいわれる）で処理することによって顕在化しウエーハ表面にピットとして現れ、これを検出している。
【０００９】
また、パーティクルカウンタにより検出したウエーハ上の輝点の位置を特定し、他の測定装置により前記輝点と同一点を測定するなどし、欠陥の識別等が行われていた。
【００１０】
シリコンウエーハ表面の評価方法としては、パーティクルカウンタの他にも近年コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡が用いられてきている。コンフォーカル光学系とは、サンプル上にレーザー光を集束させて微小スポットで照射し、その反射光を受光器の全面に配置したピンホールに再び集束させ、ピンホールを通過した光量を検出するものである。この方法では従来のパーティクルカウンタに比べ、高感度にウエーハ表面の欠陥や異物が評価されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡でも、その装置で検出された欠陥をいままで一緒にカウントしその総量や分布を観察していた。
【００１２】
コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡では高感度で評価できることから、特に様々な形態の欠陥や異物を検出してしまう。これらの欠陥や異物の総数をカウントしてウエーハの品質を管理しても有効ではあるものの、評価結果を製造工程にフィードバックしたりするには問題がある。
【００１３】
せめて結晶起因の欠陥と、ウエーハ加工工程で導入される加工起因の欠陥、または不純物（パーティクルや重金属等）などの異物を区別する必要がある。
【００１４】
つまり、従来は欠陥や異物は数や面内の分布はある程度確認できるものの、その欠陥の種類や欠陥毎の位置情報（分布）等については明確に把握されていなかった。
【００１５】
ウエーハを評価するにあたって重要な点は、どんな種類の欠陥や異物がウエーハ上に存在し、各欠陥や異物がどのように分布しているかを明らかにすることである。
【００１６】
特にコンフォーカル光学系による光学的走査装置（例えば、レーザー顕微鏡）を用いると検出しやすい特徴的な欠陥がウエーハ上に存在していることがわかった。このような欠陥を効果的に検出及び識別し、この欠陥が存在しないように製造工程を改善（フィードバック）したりする必要がある。
【００１７】
上記したようなウエーハ上の欠陥や異物の種類及びそれらの分布が判明すると、欠陥や異物のウエーハ付着状況が一目瞭然に判るので、欠陥や異物の発生原因を解明することがより容易になる。
【００１８】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、どんな種類の欠陥や異物がウエーハ表面上に存在し、各欠陥や異物がどのようにウエーハ表面上に分布しているかを効果的に検出及び識別することのできるウエーハの評価方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
コンフォーカル光学系による光学的走査装置（例えば、レーザー顕微鏡）を用い、シリコンウエーハ表面に観察される欠陥を鋭意調査したところ、欠陥の発生要因により特徴的な形状が観察されることが明らかになった。従って特徴的な形状を画像処理することによって、欠陥の種類や欠陥毎の位置情報（分布）を正確に把握できることが可能であることが明らかになった。
【００２０】
そこで本発明のウエーハの評価方法は、検査対象ウエーハである試料の表面をコンフォーカル光学系による光学的走査装置によって検査し、該検査によって検出された該試料表面上の欠陥や異物をその種類別に識別し、該識別された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって該試料に対応するウエーハ画面上に出力表示するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
特にコンフォーカル光学系による光学的走査装置で検出された前記試料（ウエーハ）表面上の欠陥や異物を、その形状と明暗から、その種類別を識別するのが好適である。
【００２２】
特に、前記検査対象とされるウエーハとしてはシリコンウエーハを用いるのが効果的である。また、前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置としてはコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いるのが好ましい。
【００２３】
従来のパーティクルカウンタ（レーザー散乱方式による異物検査装置）などでは、異物や欠陥を区別することが困難であった。つまり欠陥を正確に識別するにはパーティクルカウンタで測定した欠陥部分を別な分析装置で測定し直すなどの手法がとられていた。しかしコンフォーカル光学系による光学的走査装置（例えば、レーザー顕微鏡）を用いることによって欠陥や異物の実態を同じ装置のまま直接観察することができ、これによって特定の欠陥や異物の分布を知ることができるようになり、例えば欠陥や異物毎の分布から、欠陥の発生起因やパーティクルの原因となった工程や装置等が判明することができる。
【００２４】
このような評価方法を行う評価装置として、本発明のウエーハの評価装置の第１の態様は、検査対象ウエーハである試料の表面を検査するコンフォーカル光学系による光学的走査装置と、該光学的走査装置で得られた該試料表面の画像データを解析し該試料表面上に存在する欠陥や異物の種類別を識別する識別装置と、該識別された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって該試料に対応するウエーハ画面上に出力表示する出力装置を有する。前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置としてはコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いることができる。
【００２５】
特に前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置が、前記試料を支持する試料ステージと、光ビームを発生する光源と、前記光ビームを集束して該試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、該試料表面からの反射光を受光する光検出器と、前記光源と対物レンズとの間の光路中に配置され、光源から該試料に向かう光ビームと該試料から光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタと、該試料と光スポットとを相対的に移動させる手段とを具え、該試料表面を光スポットにより走査し、該試料表面からの反射光により該試料の表面領域の情報を検出する光学式走査装置であって、該ビームスプリッタと該光検出器との間の光路中に遮光板を配置し、この遮光板により、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する構成を有するのが好ましい。
【００２６】
前記光スポットと前記試料とを相対的に移動させる手段を、光スポットに対して前記試料ステージを移動させる手段とするのが好適である。
【００２７】
前記光スポットと前記試料とを相対的に移動させる手段を、前記ビームスプリッタと前記試料ステージとの間の光路巾に配置したビーム偏向装置とするのが好ましい。
【００２８】
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に、該光源から発生した光ビームをライン状に配列されたｍ本（ｍは２以上の自然数）のサブビームの１次元ビームアレイに変換する１次元回折格子を配置し、該試料上に形成したｍ個の光スポットにより該試料表面を走査することができる。
【００２９】
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に、ｍ及びｎを２以上の自然数とした場合に、該光源から発生した放射ビームをｍ行ｎ列のマトリックス状に配列されたサブビームの２次元ビームアレイに変換する２次元回折格子を配置し、ｍ×ｎ個の２次元光スポットアレイにより該試料表面を走査し、前記遮光板を前記ビームスプリッタと前記光検出器との間の光学系の瞳の位置に配置するのが好ましい。
【００３０】
前記試料と前記２次元光スポットアレイとを相対的に移動させる手段として、前記試料ステージを回転させる回転駆動装置及び前記試料ステージをその回転軸線と直交する軸線に沿って移動させる並進駆動装置を用い、２次元光スポットアレイにより試料をスパイラルスキャンするのが好適である。
【００３１】
又、前記コンフォーカル光学系による光学的走査装置としては、別の光学系でもよく、前記試料を支持する試料ステージと、放射ビームを発生する光源と、ｍ及びｎを２以上の自然数とした場合に、前記放射ビームをｍ行ｎ列のマトリックス状に配列された光ビームのビームアレイに変換する２次元回折格子と、該ビームアレイを第１の走査方向に偏向するビーム偏向装置と、該ビームアレイの光ビームをスポット状に集束して試料上にｍ×ｎ個の光スポットのアレイを形成する対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間の光路中に配置され、該光源から該試料に向かう光ビームと該試料から光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタと、ｍ’及びｎ’を２以上の自然数とした場合にｍ’行ｎ’列のマトリックス状に配列した受光素子を有し、各受光素子が該試料上に形成された光スポットからの反射光をそれぞれ受光する光検出器と、該ビームスプリッタと該検出器との間の光路中の瞳位置に配置され、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する遮光板とを具え、該試料表面からの反射ビームを該ビーム偏向装置を介して光検出器の受光素子に入射させ、該試料上に形成される光スポットアレイを、これら光スポットを前記第１の方向と直交する方向に投影した場合互いに隣接する光スポット間の間隔が等間隔となるように形成する構成を採用することもできる。
【００３２】
前記試料上に形成されるｍ行ｎ列の光スポットアレイの行方向の軸線と前記第１の方向と直交する方向の軸線とのなす角度をθとし、光スポットアレイの行方向のスポット間隔をｐ１とし、列方向のスポット間隔をｐ２とした場合に、下記式（１）
【００３３】
【数３】
ｔａｎθ＝（１／ｎ）×（ｐ１／ｐ２）・・・・（１）
【００３４】
を満たすように角度θを設定する。
【００３５】
前記光スポットアレイの行方向及び列方向の光スポット間の間隔ｐ１及びｐ２を、ｐ１＝ｐ２となるように設定し、下記式（２）
【００３６】
【数４】
ｔａｎθ＝１／ｎ・・・・（２）
【００３７】
を満たすように該光スポットアレイを形成する。
【００３８】
本発明のウエーハの評価装置の第２の態様は、検査対象ウエーハである試料の表面をコンフォーカル光学系による光学的走査装置を用いて検査し該光学的走査装置で得られた該試料表面の画像データを解析し該試料表面上に存在する欠陥や異物を検出する欠陥検出装置と、該欠陥検出装置で得られた試料表面上に存在する欠陥や異物の種類別を識別する識別装置と、該検出された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって該試料に対応するウエーハ画面上に出力表示する出力装置を有することを特徴とする。
【００３９】
前記欠陥検出装置としては、前記検査対象ウエーハである試料を支持する試料ステージと、光ビームを発生する光源と、該光ビームを集束して試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、該試料と該光スポットとを相対的に移動させる手段と、該試料表面からの反射光を受光する光検出器と、該光源と該対物レンズとの間の光路中に配置され、該光源から該試料に向かう光ビームと該試料から該光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタと、該光検出器からの出力信号から該試料表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出回路とを具える欠陥検出装置であって、該ビームスプリッタと該光検出器との間の光路中に配置され、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する遮光板を有し、該欠陥検出回路が、該光検出器からの出力信号が凹状のピークと凸状のピークとが時間的に連続して交互に発生したことを検出した場合、凸状又は凹状の欠陥が存在すると判定するように構成されているのが好ましい。
【００４０】
前記光源とビームスプリッタとの間の光路中に、該光源から発生した光ビームをライン状に配列されたｍ本（ｍは２以上の自然数）のサブビームの１次元ビームアレイに変換する１次元回折格子を配置し、試料上に形成したｍ個の光スポットにより試料表面を走査することができる。
【００４１】
前記光源とビームスプリッタとの間の光路中に、ｍ及びｎを２以上の自然数とした場合に、光源から発生した放射ビームをｍ行ｎ列のマトリックス状に配列されたサブビームの２次元ビームアレイに変換する２次元回折格子を配置し、ｍ×ｎ個の光スポットの光スポットアレイにより試料表面を走査することができる。
【００４２】
本発明のウエーハの評価装置の第３の態様は、検査対象ウエーハである試料を支持する試料ステージと、光ビームを発生する光源と、前記光ビームを集束して該試料表面に光スポットを形成する対物レンズと、該試料表面からの反射光を受光する光検出器と、前記光源と対物レンズとの間の光路中に配置され、光源から該試料に向かう光ビームと該試料から光検出器に向かう反射ビームとを分離するビームスプリッタとを有し、該試料表面を光スポットにより走査し、該ビームスプリッタと該光検出器との間の光路中に遮光板を配置し、この遮光板により、該試料表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光することにより、ウエーハ表面の評価を行う装置であって、欠陥のあるウエーハ上の特定位置の表面情報を２次元画像情報に変換し観察画像として出力し、該観察画像を介して特定欠陥を観察できるように構成したことを特徴とする。
【００４３】
前記観察画像に表示された欠陥の種類に応じて該観察画像のコントラストを補正して欠陥を強調するように構成するのが好ましい。
【００４４】
前記画像情報を画像処理することにより、欠陥の特徴を抽出して形状、輝度分布から欠陥の種類を自動分類できるようにすることもできる。
【００４５】
前記自動分類した欠陥について、その位置と種類を表示するのが好適である。前記検査対象ウエーハとしてはシリコンウエーハが代表的なものとして例示できる。前記検査対象ウエーハとなる試料について、特定の欠陥を指定することにより、当該欠陥の画像を出力表示することができるようにすることも可能である。
【００４６】
前記自動分類した欠陥について、その分類した欠陥を画像表示し、操作者により欠陥の種類を確認し、誤分類された欠陥については、操作者の判断により正当な分類に割り当てることができるようにすればさらに好適である。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面と共に説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００４８】
図１は本発明のウエーハの評価装置の一つの実施の形態を示す模式的説明図である。図２はコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡の基本構造を示す概略説明図である。図３は図２のＡ部分の拡大断面説明図である。図４はコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いたウエーハの検査手順の１例を示すフローチャートである。
【００４９】
図１において、３０は本発明のウエーハの評価装置で、試料、図示例では検査対象ウエーハＷの表面を検査するコンフォーカル光学系による光学的走査装置、図示例ではレーザー顕微鏡１０、該レーザー顕微鏡１０に接続されかつ該レーザー顕微鏡１０によって検出されたウエーハ表面上の欠陥や異物をその種類別に識別する識別装置４０と、該識別された欠陥や異物の位置を各欠陥や異物の種類別を示す記号によって検査対象ウエーハに対応するウエーハ画面Ｗ１上に出力表示する出力装置５０とを有している。上記識別装置４０と出力装置５０との作用はコンピュータによって行わせることができる。
【００５０】
図２において、１０はコンフォーカル光学系による光学的走査装置、図示例ではレーザー顕微鏡で、顕微鏡本体１２に対応してアルゴンレーザー等のレーザー光源１４が設けられている。
【００５１】
該顕微鏡本体１２はレーザー光源１４、ビームスプリッタ１６、試料、図示例では検査対象であるウエーハＷの表面にレーザービームＢを収束させる対物レンズ１８、ウエーハＷの表面から反射したレーザービームＢをピンホール部材２０のピンホール２０ａに収束する集光レンズ２２及び該ピンホール２０ａを通過したレーザービームＢを受光する光検出器２４から構成されている。またビームスプリッタ１６と集光レンズ２２の間にはビーム半分を遮光する遮光板２６が設けられている。
【００５２】
このような構成により、その動作原理を以下に説明する。対物レンズ１８によってレーザービームＢはウエーハＷの表面上に収束し、例えば０．５μｍ程度のスポットでウエーハ表面を照射する。
【００５３】
ウエーハＷの表面から反射されたレーザービームＢは光学系を戻り、集光レンズ２２によって収束されてピンホール部材２０のピンホール２０ａを通って光検出器２４に入射する。
【００５４】
ウエーハＷの表面に欠陥がある場合には、その欠陥部分からの反射光の波面は乱れており、光検出器２４においてレーザービームＢのスポットが拡がってしまい光検出信号が低下する。
【００５５】
不図示の欠陥検出回路は、光検出器２４における信号の差を検出することにより、設定された値以上の信号強度差が発生する部分を欠陥部とし、その大きさと座標を記録する。
【００５６】
検査は等速スピードで移動しながら行われ、それぞれのビームスポットはウエーハＷの全体を緻密にスキャンする。
【００５７】
続いて、上記したコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡１０を用いた試料、例えばウエーハＷの検査手順を図４に示したフローチャートを用いて説明する。
【００５８】
ウエーハカセットにウエーハを載せ、ローダー部にセットする（ステップ２００）。
【００５９】
オペレータコンソール部で検査するウエーハの順番や検査感度等のレシピを作成する（ステップ２０１）。
【００６０】
自動的にアラインメントを行い連続的にウエーハの検査を実行する（ステップ２０２）。
【００６１】
ウエーハの検査実行中は検査済みの領域の検査結果の欠陥マップ及びヒストグラムが表示され、検査結果ファイルが自動的に作成される（ステップ２０３）。これにより０．０６μｍ以上の欠陥や異物が観察される。なお、ここで「欠陥マップ」等と「欠陥」だけで表現しているが、この欠陥マップにはもちろん異物も含まれている。以下、コンフォーカル光学系のレーザー顕微鏡を用い得られた検出物（欠陥や異物等）を便宜上、異物も含め単に「欠陥」と表現することもある。
【００６２】
ウエーハの検査終了後に欠陥マップ画面から指定した任意の欠陥部分の画像を観察することができる（ステップ２０４）。この画像を観察すると特徴的な形状や画像パターンが観察され、それぞれの欠陥を識別することができる。
【００６３】
例えば、このコンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡に鏡面研磨ウエーハの表面を観察すると図９〜図２１に示すような欠陥や異物が観察される。これらの欠陥や異物を画像処理することによってそれぞれを識別する。
【００６４】
画像処理では、得られた濃淡画像（カメラからの入力画像）のコントラストを調整し欠陥を識別しやすいように調整する。実際の手順は、得られた画像の最も明るい色と暗い色の差が最大になるように、色調を補整する。
【００６５】
次に、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡で得られる個々の欠陥について、その特徴を説明する。図１０〜図１５は主に鏡面研磨ウエーハに見られる欠陥の形態、図１８〜図２１はエピタキシャルウエーハに見られる欠陥の形態、図９、図１６及び図１７は鏡面研磨ウエーハ及びエピタキシャルウエーハのどちらでも観察される欠陥の形態をそれぞれ示している。この画像は７，５７６倍で観察したものである。特に観察する倍率は限定するものではないが、８０００倍程度で観察すれば、形状や画像パターンが認識しやすく欠陥を識別しやすい。
【００６６】
コンフォーカル光学系による光学的走査装置、例えばレーザー顕微鏡１０による測定の特徴としてコンフォーカル光学系に上記のような遮光板２６を設け、結像系を隠した場合、遮光板２６の設置位置にもよるが、図２及び図３に示されるごとく、ウエーハＷの表面に凸状の欠陥Ｆが存在すると、その欠陥Ｆの右上がり斜面Ｆ１からの反射光Ｂ１は光検出器２４に到着する為明るく観察され、欠陥Ｆの右下がり斜面Ｆ２からの反射光Ｂ２は遮光板２６を通過できない為暗く観察される。従って凸状の欠陥Ｆは左側が明るく、右側が暗い状態の画像パターンになる。逆に凹状の欠陥は左側が暗く、右側が明るい状態の画像パターンになる。また、光に対して透明な異物も、左側が暗く、右側が明るい状態の画像パターンになる。この画像パターンと、欠陥や異物の形状等を主に判断基準とし欠陥や異物を識別する。
【００６７】
図９のように観察される欠陥は、凹んだ形状の点状の欠陥あるいは光に対して透明な微小異物である。ここでは「微小欠陥又は微小ＬＰＤ」という。この微小欠陥には、従来から知られているＣＯＰ等の結晶起因の欠陥がある。この欠陥は比較的小さな（０．５μｍ以下）欠陥である。この欠陥を観察すると得られる画像データは、左側が暗く右側が明るい欠陥となる。従ってこの画像パターンと形状、欠陥サイズ（分布の仕方）を判定基準とすることで容易に識別される欠陥である。
【００６８】
また、図１０に示すような凸形状の点状の欠陥も観察される。以下この欠陥を「突起」という。この突起は、主に加工起因の欠陥である。この欠陥から得られた画像データは、微小欠陥（微小ＬＰＤ）とは逆で左側が明るく右側が暗い画像パターンとなる。この画像パターンと形状、欠陥サイズ（分布の仕方）を判定基準とすることで容易に識別される欠陥である。
【００６９】
また、図１１に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「線状突起」という。この欠陥は、特に本方法により今回新たに確認された欠陥で、特徴としてはＣＯＰ等の結晶欠陥と異なり、高さが数ｎｍで長さが概ね０．５μｍ以上の線状をした欠陥である。この線状突起は、主に加工起因の欠陥と考えられている。この欠陥から得られた画像データは、突起と同じ左側が明るく右側が暗い画像パターンでかつ微小欠陥が直線状にならんだものであり、画像パターン、形状（直線状）、その長さを判定基準とすると識別される欠陥である。特にこのような形態の欠陥は他の検査方法では観察されておらず、本方法で得られる有用な情報のひとつである。なおこの線状突起をオージエ分析したところ、Ｎｉが検出された。このような欠陥は通常のパーティクルカウンタ測定でも測定可能であるがＣＯＰとの分離が困難で、ＡＦＭ等を併用して観察しないと検出が困難である。またこのような欠陥が存在するウエーハにエピ成長させた場合、エピウエーハのＬＰＤレベルの悪化が生じている。更にはデバイス工程での歩留まりの低下も予想され、このような形態の欠陥を正確に把握し、更にはこのような欠陥を低減する必要がある。
【００７０】
図１２に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「ピットクラスター」という。このピットクラスターは、主に重金属等の汚染が原因で生じる加工起因の欠陥と考えられている。ＡＦＭ等の方法で評価すると凹みで観察される。この欠陥は突起状でなく、個々の微小欠陥は左側が暗く右が明るいもので、その微小欠陥が集合体をなしており、さらに線状でないものである。
【００７１】
図１３に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「線状ピット」という。この線状ピットは、主に加工起因の欠陥と考えられている。この欠陥は突起状でなく、個々の微小欠陥は左側が暗く右が明るいもので、その微小欠陥が線状をなしている。
【００７２】
図１４に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「キズ」という。このキズは、主に加工工程やハンドリング時に生じる欠陥と考えられている。この得られた画像データを連続して左が暗く右が明るい領域があるものを判定基準とすることで容易に識別される欠陥である。
【００７３】
図１５に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「ラップスクラッチ」という。このラップスクラッチは、主にラッピング工程で生じた歪をアルカリエッチングすることで顕在化される欠陥で研磨代が少なかった場合などに生じる欠陥と考えられている。この欠陥が存在すると暗い四角い画像データとして識別される。はっきりした欠陥でありコントラストの調整はほとんど不要である。
【００７４】
図１６に示すような異物も観察される。以下この異物を「シミ」という。このシミは、主に加工工程、特に洗浄・乾燥後に付着するものと考えられている。この異物は、形状が円形に近い暗欠陥であり、画像のコントラストの調整を行わなくてもはっきりとした欠陥として識別される欠陥である。
【００７５】
また、本方法では欠陥の他に図１７に示すような異物も観察される。以下この異物を「パーティクル」という。このパーティクルは、主に加工工程で付着するものと考えられている。この異物は、形状がラップスクラッチやシミではない暗欠陥であり、画像のコントラストの調整を行わなくてもはっきりとした欠陥として識別される欠陥である。
【００７６】
また、鏡面研磨ウエーハの表面にエピタキシャル層を形成したエピウエーハの表面を観察すると、図１８に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「ＳＦ（Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）」という。この得られた画像データを正方形、長方形、または、それらの矩形に内包される２点および３点の微小欠陥集合を判定基準とすることで容易に識別される欠陥である。
【００７７】
その他にも図１９に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「転位ループ」という。この得られた画像データを左側が明るく右側が暗い画像パターンである程度のサイズがあることを判定基準とすることで容易に識別される欠陥である。
【００７８】
その他にも図２０に示すような欠陥も観察される。以下この欠陥を「マウンド」という。このマウンドは、主に異物が原因で生じる欠陥と考えられている。この得られた画像データを画像のコントラストの調整を行わなくてもはっきりとした欠陥で、正方形、長方形を一部含む欠陥のように判定すると識別される欠陥である。
【００７９】
その他にも図２１に示すような欠陥の発生原因が不明である欠陥も観察される。以下この欠陥を「ＥＰ（エピタキシャル）欠陥」という。
【００８０】
以上のような判定基準をもとに欠陥や異物の種類を識別する識別手段として画像処理することで欠陥や異物を識別し、欠陥や異物毎に決まった記号でマップを表すことができる。なお、欠陥や異物毎に用いる記号は、特に限定するものではなく、今回用いた▼や□等の記号の他にも、単純に１、２、３やＡ、Ｂ、Ｃ等の英数字で表現しても良い。また表示の大きさ等も限定するものではなく、欠陥の分布が認識しやすい大きさに設定し出力装置のウエーハ画面上（欠陥マップ上）にプロットする。
【００８１】
識別手段の解析のアルゴリズムは特に限定するものではないが、例えば、以下のような手順で解析すればよい。
【００８２】
まず、得られた欠陥や異物の画像データの「形状」を初めに識別する。これは主に点状か、円状か、四角形か、直線状かを判断する。
【００８３】
次に画像パターン（左右の明暗）を確認する。得られた欠陥又は異物の画像が左が暗く右が明るいのか、左が明るく右が暗い（凸）のかを判断する。これにより凹凸を推測する。また中にはこのような画像パターンが識別できないものもある。
【００８４】
次に得られた欠陥の分布を観察する。これは主に微小欠陥が存在する場合、単体で存在するのか集合体で存在するのか、また集合体で存在する場合、線状に存在するのか円状に存在するのかなどを識別する。
【００８５】
このような判別を行うと上記に示したような欠陥や異物がそれぞれ識別できる。
【００８６】
また、ＰＷ（鏡面研磨ウエーハ）とＥＰＷ（エピタキシャルウエーハ）で同じような形態で検出される異なった欠陥が存在する。つまりラップスクラッチとマウンドは欠陥としては同じような形態である。これらの欠陥に対しては、検査対象ウエーハがＰＷの場合とＥＰＷの場合とでは別のモードで検査すればよい。
【００８７】
なお、必要に応じ、特定の欠陥（例えば微小欠陥）のパターンのみをマップとして表示することなどの応用も可能である。
【００８８】
以下に、本発明のウエーハの評価装置に用いられる光学的走査装置及び欠陥検出装置について図２２〜図３０を用いてさらに詳細に説明する。図２２はコンフォーカル光学系の原理を説明するための線図である。図２３は本発明において用いられる光学式走査装置の原理を説明するための線図である。図２３において、図２２で用いた部材と同一の部材には同一符号を付して説明する。
【００８９】
検査対象であるウエーハである試料Ｗの表面には凸状の欠陥が存在し、図２３（ａ）は上方に向けて高くなる傾斜面を光スポットが走査する状態を示し、図２３（ｂ）は徐々に低くなる傾斜面を走査する状態を示す。図２３（ａ）及び（ｂ）において、光スポットは矢印方向に沿って試料表面を走査するものとし、実線は対物レンズの焦点面に位置する平坦な試料表面からの仮想した反射光を示し、破線は欠陥の傾斜面からの反射光を示す。図示した光学的走査装置において本発明では、ビームスプリッタ１０２と光検出器１０６との間の光路中に遮光板１０７を配置し、この遮光板１０７により試料Ｗから光検出器１０６に向かう光路の光スポットが試料表面を走査する走査方向の前側又は後側の片側の光路を遮光する（図２３においては、光路の前側を遮光している）。
【００９０】
光スポットが徐々に高くなる凸状の傾斜面を走査する場合、図２３（ａ）に示すように、試料表面で反射した反射ビームは、反射の法則により、試料表面が対物レンズの焦点面に位置する平垣な基準面を走査する場合に比べて走査方向の後側に変位する。一方、光スポットが徐々に低くなる凹状の傾斜面を走査する場合、図２３（ｂ）に示すように、試料表面で反射した反射ビームは、反射の法則により基準面を走査する場合に比べて走査方向の前側に変位する。従って、本発明に基づき、遮光板１０７が光路の走査方向の前側半分を遮光する場合、凸状の傾斜面を走査する場合、基準面を走査する場合に比べて遮光板１０７により遮光される反射ビームの光量が減少し、一層多くの反射光が光検出器１０６に入射することになる。一方、光スポットが徐々に低くなる凹状の傾斜面を走査する場合、基準面を走査する場合に比べて遮光板１０７により遮光される反射ビームの光量が増加し、一層少量の反射光が光検出器１０６に入射することになる。
【００９１】
図２４は、光スポットが試料表面に凸状欠陥が存在する部分を走査した際の光検出器の出力信号と凹状欠陥が存在する部分を走査した際の光検出器の出力信号を示す。曲線（ａ）は凸状欠陥を走査した際の出力信号強度を示し、曲線（ｂ）は凹状欠陥を走査した際の出力信号強度を示し、曲線（ｃ）は遮光板１０７が存在しない場合に光スポットが凸状欠陥又は凹状欠陥を走査した際の出カ信号強度を示す。光スポットが試料表面の凸状欠陥が存在する部分を走査すると、初めに凸状のピークが発生し時間的に連続して凹状のピークが発生する。一方、光スポットが凹状の欠陥が存在する部分を走査すると、初めに凹状のピークが発生し時間的に連続して凸状のピークが発生する。尚、遮光板を用いない場合、曲線（ｃ）に示すように、単に緩やかに変化する凹状のピークが発生するだけである。従って、光検出器の出力信号から欠陥の形状を判定することができ、凸状のピークと凹状のピークとが交互に発生する場合凸状欠陥が存在するものと判定することができ、凹状のピークと凸状のピークとが交互に発生する場合凹状欠陥が存在するものと判定することができる。尚、遮光板の配置位置を逆にした場合、すなわち光路の走査方向の後側に配置した場合、凸状のピークと凹状のピークとの発生順序が反対になるだけであり、凸状欠陥が存在する場合初めに凹状のピークが発生し、その後凸状のピークが発生する。
【００９２】
図２５は本発明において用いられる光学式走査装置の一例の構成を示す線図である。レーザー光源１１０から発生したレーザービームは１次元回折格子１１１に入射する。回折格子１１１は、入射したレーザービームをｎ本のサブビームに変換する。これらサブビームは紙面内で整列しているものとする。回折格子１１１から出射したｎ本のサブビームは第１及び第２のリレーレンズ１１２及び１１３を通過し、ビームスプリッタ１１４を経て対物レンズ１１５に入射する。対物レンズは入射したｎ本の光ビームを微小スポット状に集束して検査すべき試料上にｎ個の光スポットを形成する。試料Ｗを支持する試料ステージ１１７はｘｙ駆動機構を有するｘｙステージとする。試料ステージ１１７が紙面と直交する方向に移動することにより、試料表面はｎ個の光スポットにより走査されることになる。
【００９３】
試料Ｗ上に形成された光スポットからの反射ビームは、再び対物レンズ１１５を経てビームスプリンタ１１４で反射し、リレーレンズ１１８を経て光検出器１１９に入射する。光検出器１１９は、ライン状に配列された複数の受光素子を有するリニアイメージセンサとする、そして、試料上の各光スポットからの反射ビームは対応する受光素子にそれぞれ入射する。リニアイメージセンサの各受光素子は、遮光部材により互いに分離され、遮光部材又はその枠が受光素子に入射する光を規制するピンホールとしての機能を果たす。従って、リニアイメージセンサ自体がピンホールを有する空間フィルタを有している。本例では、リレーレンズ１１８と光検出器１１９との間の光路中に遮光板１２０を配置する。尚、図面の都合上、遮光板１２０は、光路の走査方向と直交する方向の片側半分を遮光するように表示したが、実際は走査方向（紙面と直交する方向）の前側又は後側の片側半分を遮光するものとする。
【００９４】
図２６は本発明において用いられる欠陥検出装置の一例の構成を示す線図である。レーザー光源１３０から発生したレーザービームを回折格子１３１に入射させ、第１の方向に整列した複数本の光ビームに変換する。尚、図面を明瞭にするため、回折光は紙面内に回折されているものとする。これら光ビームは第１及び第２のリレーレンズ１３２及び１３３を経て偏光ビームスプリッタ１３４に入射し、この偏光ビームスプリッタ１３４を透過してカルバノミラー１３５に入射する。ガルバノミラー１３５は、入射した光ビームを第１の方向と直交する第２の方向（紙面と直交する走査方向）に所定の周波数で周期的に偏向する。ガルバノミラーで反射した複数の光ビームは第３及び第４のリレーレンズ１３６及び１３７並びに１／４波長板１３８を経て対物レンズ１３９に入射する。この対物レンズは入射した複数の光ビームを微小スポット状に集束して欠陥検査すべき試料Ｗに投射する。従って、試料Ｗ上には複数の微小な光スポットが第１の方向と対応する方向に沿ってライン状に形成される。これら光スポットは、光スポット列の方向と直交する第２の方向に偏向されるので、試料Ｗは複数の光ビームにより走査され、従って試料Ｗは複数の光ビームにより２次元的に走査される。
【００９５】
試料Ｗはｘｙ駆動機構を有するステージ１４１上に配置する。ステージ１４１は所定の速度でガルバノミラーの偏向方向と直交する方向（第１の方向）に移動する。従って、試料は複数の光スポットにより２次元的に走査されることになる。試料上の各光スポットからの反射光は対物レンズ１３９により集光され、１／４波長板１３８、リレーレンズ１３７及び１３６を経てガルバノミラー１３５に入射する。そして、ガルバノミラーによりデスキャンされ、偏光ビームスプリッタ１３４に入射する。入射した反射ビームは１／４波長板１３８を２回透過しているので、その偏光面は９０°回転している。この結果、試料からの反射ビームは偏光ビームスプリッタの偏光面で反射し、光源からの照明ビームから分離される。偏光ビームスプリッタを出射した反射ビームはリレーレンズ１４２を経てリニアイメージセンサ１４３に入射する。リニアイメージセンサ１４３は、試料上の光スポットと対応する方向に沿ってライン状に配置した複数の受光素子を有する。
【００９６】
試料とリニアイメージセンサとの間の光学系は結像光学系を構成し、偏光ビームスプリッタ１３４と光検出器１４３との間の光路中に遮光板１４４を配置する。図面上、遮光板１４４はガルバノミラーの走査方向と直交する方向の光路を遮光するように図示したが、実際には第２の方向であるガルバノミラーの走査方向の光路の片側半分の光路を遮光するように配置する。尚、リニアイメージセンサの各受光素子を分離する遮光部材又は枠は受光素子に入射する光ビームを規制するピンホールを有する空間フィルタとして機能する。
【００９７】
試料Ｗ上の各光スポットからの反射ビームはガルバノミラー１３５によりデスキャンされているので、試料上の各光スポットからの反射ビームはリニアイメージセンサ１４３の対応する各受光素子にそれぞれ入射し、静止した状態に維持される。光検出器の各受光素子からの出力信号は増幅器１４５により増幅して欠陥検出回路１４６に供給する。
【００９８】
図２７は欠陥検出回路の一例の構成を示す回路図である。本例では、光検出器１４３の各受光素子からの出力信号を負の限界値と比較する第１の比較器１５０と正の限界値と比較する第２の比較器１５１とを具え、これら第１及び第２の比較器の出力をオア回路１５３に接続する。前述したように、受光素子から正のピークと負のピークとが交互に発生した場合凸状の欠陥と判定し、負のピークと正のピークとが交互に発生した場合凸状の欠陥と判定する。尚、負のピークだけが発生した場合、急峻な傾斜面の欠陥と判定する。また、正のピークだけが発生した場合、反射率の高い物質が局部的に付着した欠陥と判定することができる。従って、この欠陥検出装置を利用することにより、欠陥の存在だけでなく、欠陥の形状や性状も判別することができ、検査後の処理プロセスを的確に決定することができる。
【００９９】
尚、光検出器の各受光素子に蓄積された電荷を所定の続出周波数で読み出すことにより、映像信号を発生させることができるので、図２６の光学系を顕微鏡として用いることもできる。
【０１００】
図２８は本発明において用いられる光学式走査装置の変形例を示す線図である。光源１６１から放出された放射ビームは全反射ミラー１６２により反射し、回折格子１６３に入射する。この回折格子は、入射した放射ビームをｍ行ｎ列（ｍ及びｎは２以上の自然数）のマトリックス状に配列された２次元ビームアレイに変換する。これらｍ×ｎ本の光ビームは行及び列方向に等間隔で離間する光ビームから成る２次元ビームアレイを形成する。ｍ×ｎ本の光ビームはフーリェ変換レンズ１６４を経て偏光ビームスプリッタ１６５に入射する。ビームアレイは偏光ビームスプリッタ１６５を透過してガルバノミラー１６６に入射する。このガルバノミラー１６６は、ｍ×ｎ本の光ビームを第１の方向（主走査方向）に所定の周波数で偏向する。ガルバノミラーで反射した光ビームは、リレーレンズ１６７及び１／４波長板１６８を経て対物レンズ１６９に入射する。対物レンズ１６９は、ｍ行ｎ列の光ビームアレイを微小スポット状に集束して試料Ｗ上にｍ行ｎ列の光スポットアレイを形成する。
【０１０１】
図２９は試料Ｗ上に形成される光スポットアレイとガルバノミラーのビーム偏向方向（第１の方向）、すなわち主走査方向との関係を示す線図である。図２９において、白丸は光スポットを示し、黒丸は光スポットの主走査方向直交する方向の軸線Ｌに対する投影を示す。図面を明瞭にするため、４行４列の光スポットアレイを示す。各行方向の光スポット間の間隔をｐ１とし、列方向の光スポットの間隔をｐ２とする。ｍ行ｎ列の光スポットアレイにより、試料表面を隙間なく且つ光スポットが重なることなく走査するには、主走査方向と直交する方向の軸線に対する光スポットの投影が等間隔になるように光スポットを形成する必要がある。以下、この条件について説明する。光スポットアレイの行方向の軸線Ｌｃと主走査方向軸線Ｌとのなす角度をθとする。行方向の光スポット間の間隔ｐ１の軸線Ｌに対する投影長はｐ１×ｃｏｓθとなる。この投影長内に列方向のｎ個の光スポットの投影が存在する必要がある。この条件は、ｐ１×ｃｏｓθ＝ｐ２×ｓｉｎθで表すことができる。従って、下記式（１）、
【０１０２】
【数５】
ｔａｎθ＝（１／ｎ）×（ｐ１／ｐ２）・・・・（１）
【０１０３】
を満たす場合、ｍ行ｎ列の光スポットアレイの各光スポットの主走査方向と直交する方向に対する投影が等間隔で形成される。尚、行及び列方向の光スポット間の間隔が等しい（ｐ１＝ｐ２）場合、下記式（２）を満たすように光スポットアレイを形成する。
【０１０４】
【数６】
ｔａｎθ＝１／ｎ・・・・（２）
【０１０５】
光ビームアレイはガルバノミラーにより主走査方向に走査されるため、試料表面はｍ行ｎ列のマトリックス状に配置された光スポットアレイにより走査されることになる。試料Ｗを支持するステージ１７１はｘｙステージとし、第１の方向である主走査方向と直交する方向に所定の速度で移動する。このように構成することにより、試料表面はｍ×ｎ個の光スポットにより２次元的に走査される。
【０１０６】
試料表面で反射した光スポットからの反射光は、再び対物レンズ１６９、１／４波長板１６８及びリレーレンズ１６７を経てガルバノミラー１６６に入射しデスキャンされ、ビームスプリッタ１６５に入射する。この反射ビームは１／４波長板を２回通過しているので偏光面が９０°回転し、ビームスプリッタの偏光面で反射する。ビームスプリッタで反射した反射ビームは、リレーレンズ１７２、全反射ミラー１７２、並びにリレーレンズ１７３及び１７４を経て光検出器１７５に入射する。
【０１０７】
図３０は光検出器の一例の構成を示す線図で有る。光検出器１７５は行及び列方向に等間隔で形成された２次元マトリックス状の受光素子アレイを１７６（ｉ，ｊ）有し、各受光素子は試料上に形成された各光スポットからの正反射光をそれぞれ受光する。各受光素子はフォトダイオードで構成され、遮光部材１７７により互いに分離する。各受光素子の光入射領域は、試料表面に形成される光スポットの正反射光だけが入射するように遮光部材１７６により規制する。従って、本例の光学系は共焦点光学系を構成し、一層高い分解能を得ることができる。
【０１０８】
ビームスプリッタ１６５と光検出器１７５との間の結像光学系の瞳位置に遮光板１８０を配置する。この遮光板は、試料上における主走査方向と対応する方向の片側の光路を遮光する。このように、瞳位置に１つの遮光板を配置することにより、ｍ×ｎ個の反射ビームの片側を遮光することができる。
【０１０９】
本発明は上述した実施の形態だけに限定されず種々の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施の形態では、半導体ウエーハやフォトマスクブランクス等の試料表面に存在する欠陥を検出する装置を例に説明したが、本発明において用いられる光学式走査装置は、レーザー顕微鏡のように光ビームにより試料表面を走査して試料画像を撮像する撮像装置にも適用することができ、試料から光検出器に向かう結像光学系の光路中に遮光板を配置することにより解像度の一層高い撮像装置を実現することができる。例えば、図２６に示す装置の光検出器から所定の読出局波数で各受光素子の電荷を読み出すことにより容易に映像信号を形成することができる。
【０１１０】
また、欠陥検出回路として種々の欠陥検出回路を用いることができ、例えば、隣接する受光素子の出力信号を比較し、その比較結果から欠陥の発生を検出することも可能である。
【０１１１】
さらに、上述した実施の形態では、試料表面をラスタ走査する例について説明したが、試料と光ビームアレイとを相対的に移動させる手段として、試料を支持する試料ステージに連結され、ステージを回転させる回転駆動装置及び回転軸線と直交する方向に並進移動させる並進駆動装置とを具えるステージ駆動装置を用いることができる。この場合、試料ステージを回転及び並進移動させることにより、試料はｍ×ｎ値の光スポットアレイによりスパイラルスキャンされるので、試料を一層高速で走査できると共に高い分解能で試料表面を走査することができる。
【０１１２】
次に、欠陥や異物の種類別を識別する識別装置部についてその一例を説明する。まず、画像のコントラスト補正について説明する。撮影された原画像において、最低輝度値がａ、最大輝度値がｂであるとき、変換後の最低輝度値がａ’、最大輝度値がｂ’となるように各画素毎の輝度値ｚに対して、以下のように変換を行い、下記式（３）で示されるコントラスト補正された輝度値ｚ’を得る。
【０１１３】
【数７】
2004193529.tif 000003
【０１１４】
通常は、ａ’≦ａ＜ｂ≦ｂ’であり、８ビット濃淡画像の場合は、ａ’＝０、ｂ’＝２５５となる。
【０１１５】
以下に、欠陥種別の自動分類について図３１を用いて説明する。図３１は欠陥種別の自動分類手順の１例を示すフローチャートで、微小ＬＤＰ、突起、線状突起、キズ、スタッキングフォールトについての分類手順を示す。なお、図３１において、他の欠陥種別に対する判別処理や条件に当てはまらない場合の処理などは省略してある。
【０１１６】
まず、平滑化による雑音除去処理を行う（ステップ３００）。次いで、エッジ抽出による欠陥候補領域の抽出を行う（ステップ３０２）。続いて、欠陥候補領域の個数、大きさ、分布による判別処理の振り分けを行う（ステップ３０４）。この振り分けステップにおいて、欠陥候補領域は、▲１▼小さい候補領域が一つの場合、▲２▼大きい候補領域が一つの場合、▲３▼やや大きめの候補領域が二つの場合、の三つに振り分けられる。
【０１１７】
▲１▼小さい候補領域が一つの場合には、欠陥候補領域における明領域及び暗領域の抽出を行う（ステップ３０６）。次に、明領域及び暗領域の大きさ及び位置関係による欠陥種別の判定を行う（ステップ３０８）。この判定において、明領域が右，暗領域が左にある場合には微小欠陥と判断し、また、明領域が左，暗領域が右にある場合には突起と判断する。
【０１１８】
▲２▼大きい候補領域が一つの場合には、欠陥候補領域における明領域及び暗領域の中点の列を直線近似して近似誤差により欠陥種別を判定する（ステップ３１０）。この判定において、近似誤差が少なく、明領域が左，暗領域が右にある場合には線状突起と判断し、また、近似誤差が少なく、明領域が右，暗領域が左にある場合にはキズと判断する。
【０１１９】
▲３▼やや大きめの候補領域が二つの場合には、２個の欠陥候補領域の形状と位置関係による欠陥種別の判定を行う（ステップ３１２）。この判定において、２個の縦長の長方形が並行に対をなしている場合にスタッキングフォールトと判断する。例えば、このような処理手順がプログラミングされた識別装置により、欠陥や異物の種類を選別し、出力装置によりウエーハ上の欠陥の位置や種類別を表示するようにしてある。
【０１２０】
【実施例】
以下に本発明を実施例をあげてさらに具体的に説明する。これらの実施例は例示的に示されるもので、限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【０１２１】
（実施例１）ＰＷウエーハの評価
直径３００ｍｍのシリコンウエーハについて図１に示したような本発明のウエーハの評価装置を用い、０．０６μｍ以上の欠陥を評価した。この装置は図２に示すような光学系の装置である。
【０１２２】
その結果を図５に示す。これにより、今回評価したシリコンウエーハでは、表示欠陥数は２７９個で、６種類の欠陥や異物が観察された。特にこのウエーハは微小欠陥（結晶欠陥であるＣＯＰ等）がウエーハの中心付近に多く分布していることがわかる。これにより結晶の製造条件を見直すことなど、製造現場へのフィードバックができる。
【０１２３】
（比較例１）
実施例１と同じウエーハをレーザー散乱方式の異物検査装置を用い、０．０６５μｍ以上の欠陥を評価した。
【０１２４】
図７に示すように検出される欠陥の数も少なく。また欠陥の形態（種類）等の区別はできなかった。
【０１２５】
（実施例２）ＥＰＷウエーハの評価
直径３００ｍｍのシリコンウエーハ上にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハについて、実施例１と同様の本発明装置を用い測定した。
【０１２６】
その結果、図６に示すように今回評価したウエーハ表面には、表示欠陥数は２５個で、ＳＦ、マウンド等が観察された。
【０１２７】
（比較例２）
実施例２と同じエピタキシャルウエーハをレーザー散乱方式の異物検査装置を用い、０．１２μｍ以上の欠陥を評価した。
【０１２８】
図８に示すように検出される欠陥の数も少なく。また欠陥の形態（種類）等の区別はできなかった。
【０１２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術範囲に包含される。
【０１３０】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、ウエーハ上の欠陥や異物の分布状況と各欠陥や異物の成分が一目で判る上、欠陥や異物の分布状況から問題となる工程や装置等が推定できるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエーハの評価装置の一つの実施の形態を示す模式的説明図である。
【図２】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡の基本構造を示す概略説明図である。
【図３】図２のＡ部分の拡大断面説明図である。
【図４】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いたウエーハの検査手順の１例を示すフローチャートである。
【図５】実施例１において観察された欠陥を種類別に示す画像である。
【図６】実施例２において観察された欠陥を種類別に示す画像である。
【図７】比較例１において観察された欠陥を示す画像である。
【図８】比較例２において観察された欠陥を示す画像である。
【図９】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第１の例を示す写真である。
【図１０】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第２の例を示す写真である。
【図１１】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第３の例を示す写真である。
【図１２】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第４の例を示す写真である。
【図１３】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第５の例を示す写真である。
【図１４】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第６の例を示す写真である。
【図１５】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第７の例を示す写真である。
【図１６】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第８の例を示す写真である。
【図１７】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第９の例を示す写真である。
【図１８】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第１０の例を示す写真である。
【図１９】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第１１の例を示す写真である。
【図２０】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第１２の例を示す写真である。
【図２１】コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡によりウエーハ表面に観察される欠陥の第１３の例を示す写真である。
【図２２】コンフォーカル光学系の原理を説明するための線図である。
【図２３】本発明において用いられる光学式走査装置の原理を説明するための線図である。
【図２４】光スポットが欠陥部分を走査する際の反射ビームの光路を示す図である。
【図２５】本発明において用いられる光学式走査装置の一例の構成を示す線図である。
【図２６】本発明において用いられる欠陥検出装置の一例の構成を示す線図である。
【図２７】欠陥検出回路の一例の構成を示す図である。
【図２８】本発明において用いられる光学式走査装置の変形例を示す線図である。
【図２９】試料上に形成される光スポットアレイと主走査方向との関係を示すである。
【図３０】光検出器の一例を示す平面図である。
【図３１】欠陥種別の自動分類手順の１例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０：コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡、１２：顕微鏡本体、１４：レーザー光源、１６，１０２：ビームスプリッタ、１８，１０３：対物レンズ、２０ａ：  ピンホール、２０：ピンホール部材、２２：集光レンズ、２４，１０６：光検出器、２６：遮光板、３０：本発明のウエーハの評価装置、４０：識別装置、５０：出力装置、Ｂ：レーザービーム、Ｆ：欠陥、Ｗ：ウエーハ（試料）、Ｗ１：ウエーハ画面、１０１：光源、１０５：空間フィルタ。
【図１】
2004193529.tif 000006
【図２】
2004193529.tif 000007
【図３】
2004193529.tif 000008
【図４】
2004193529.tif 000009
【図５】
2004193529.tif 000010
【図６】
2004193529.tif 000011
【図７】
2004193529.tif 000012
【図８】
2004193529.tif 000013
【図９】
2004193529.tif 000014
【図１０】
2004193529.tif 000015
【図１１】
2004193529.tif 000016
【図１２】
2004193529.tif 000017
【図１３】
2004193529.tif 000018
【図１４】
2004193529.tif 000019
【図１５】
2004193529.tif 000020
【図１６】
2004193529.tif 000021
【図１７】
2004193529.tif 000022
【図１８】
2004193529.tif 000023
【図１９】
2004193529.tif 000024
【図２０】
2004193529.tif 000025
【図２１】
2004193529.tif 000026
【図２２】
2004193529.tif 000027
【図２３】
2004193529.tif 000028
【図２４】
2004193529.tif 000029
【図２５】
2004193529.tif 000030
【図２６】
2004193529.tif 000031
【図２７】
2004193529.tif 000032
【図２８】
2004193529.tif 000033
【図２９】
2004193529.tif 000034
【図３０】
2004193529.tif 000035
【図３１】
2004193529.tif 000036