(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主走査が回転移動で副走査が並進移動により移動し、被検査物体を載置する被検査物体移動ステージと、
光源から発せられる光束を複数に分割する照明光束分割光学系と、
第１の測定ユニット、及び第２の測定ユニットとを有し、
前記第１の測定ユニットは、
前記照明光束分割光学系で複数に分割された照明光束の一つを、前記被検査物体表面上の所定の位置に照射して第１の照明スポットを形成する第１の照明光学系と、
前記第１の照明スポットから散乱、あるいは回折、あるいは反射された光を集光する第１の集光光学系と、
前記第１の集光光学系で集光した散乱光、あるいは回折光、あるいは反射光を検出して電気信号に変換する第１の光検出手段と、を有し、
前記第２の測定ユニットは、
前記照明光束分割光学系で複数に分割された照明光束の一つを、前記被検査物体表面上の所定の位置に照射して第２の照明スポットを形成する第２の照明光学系と、
前記第２の照明スポットから散乱、あるいは回折、あるいは反射された光を集光する第２の集光光学系と、
前記第２の集光光学系で集光した散乱光、あるいは回折光、あるいは反射光を検出して電気信号に変換する第２の光検出手段と、を有し、
前記複数の第１、及び第２の照明スポットは、前記被検査物体移動ステージの概略前記副走査方向に沿って照明し、
さらに、
前記第１の照明スポットの平均照度と前記第１の照明スポットの線速度の１／２乗との第１の関係が一定となり、
前記第２の照明スポットの平均照度と前記第２の照明スポットの線速度の１／２乗との第２の関係が一定となるように、
前記光束の光量、前記第１の照明スポットの照度、及び前記第２の照明スポットの照度を変化させるステップを備えたことを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の表面検査方法において、
前記第１の照明スポットの照度の変化に対応して、
前記第１の測定ユニットの測定結果の補正を行う第１の処理ステップを有することを特徴とする表面検査方法。
【請求項３】
請求項２記載の表面検査方法において、
前記第１の処理ステップの補正結果に基づいて異物、または欠陥の大きさを算出する第２の処理ステップを有することを特徴とする表面検査方法。
【請求項４】
請求項１記載の表面検査方法において、
前記第２の照明スポットの照度の変化に対応して、
前記第２の測定ユニットの測定結果の補正を行う第３の処理ステップを有することを特徴とする表面検査方法。
【請求項５】
請求項４記載の表面検査方法において、
前記第３の処理ステップの補正結果に基づいて異物、または欠陥の大きさを算出する第４の処理ステップを有することを特徴とする表面検査方法。
【請求項６】
請求項１記載の表面検査方法において、
前記第１の照明スポットは、前記副走査の走査中に前記被検査物体表面上を外周部に向けて移動し、
前記第２の照明スポットは、前記副走査の走査中に前記被検査物体表面上を内周部に向けて移動することを特徴とする表面検査方法。
【請求項７】
請求項１記載の表面検査方法において、
前記第１の測定ユニット、及び前記第２の測定ユニットのうち少なくとも１つは、
前記第１の照明スポット、及び前記第２の照明スポットのうち少なくとも１つから散乱、あるいは回折、あるいは反射された光を２以上の複数の方位方向別に集光する集光光学系と、
前記複数の方位方向別に集光された散乱光、あるいは回折光、あるいは反射光を個別に検出して電気信号に変換する複数の光検出器、または複数の受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段とを備えたことを特徴とする表面検査方法。
【請求項８】
請求項１に記載の表面検査方法において、
前記第１の照明スポット、及び前記第２の照明スポットについては、
前記被検査物体移動ステージの主走査回転と副走査移動に伴って前記第１の照明スポット、及び前記第２の照明スポットが被検査物体表面上で描く軌跡により埋め尽くされる検査領域が概略重複するよう前記第１の測定ユニット、及び第２の測定ユニットを配置すると共に、
前記重複した検査領域の検査結果は、前記第１の測定ユニット、及び第２の測定ユニットの検査結果を統合して得るように構成したことを特徴とする表面検査方法。
【請求項９】
請求項１記載の表面検査方法において、
前記第１の測定ユニットは、
照明スポットから散乱された光のうち主として前方散乱光と後方散乱光を個別に集光する集光光学系と、
前記集光された前方散乱光と後方散乱光を個別に検出して電気信号に変換する２つの光検出器、または２つの受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段とを有し、
前記第２の測定ユニットは、照明スポットから散乱された光のうち主として左側方散乱光と右側方散乱光を個別に集光する集光光学系と、
前記集光された左側方散乱光と右側方散乱光を個別に検出して電気信号に変換する２つの光検出器、または２つの受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備えたことを特徴とする表面検査方法。
【請求項１０】
主走査が回転移動で副走査が並進移動により移動し、被検査物体を載置する被検査物体移動ステージと、
光源から発せられる光束を複数に分割する照明光束分割光学系と、
第１の測定ユニット、及び第２の測定ユニットとを有し、
前記第１の測定ユニットは、
前記照明光束分割光学系で複数に分割された照明光束の一つを前記被検査物体表面上の所定の位置に、照射して第１の照明スポットを形成する第１の照明光学系と、
前記第１の照明スポットから散乱、あるいは回折、あるいは反射された光を集光する第１の集光光学系と、
前記第１の集光光学系で集光した散乱光、あるいは回折光、あるいは反射光を検出して電気信号に変換する第１の光検出手段と、を有し、
前記第２の測定ユニットは、
前記照明光束分割光学系で複数に分割された照明光束の一つを前記被検査物体表面上の所定の位置に、照射して第２の照明スポットを形成する第２の照明光学系と、
前記第２の照明スポットから散乱、あるいは回折、あるいは反射された光を集光する第２の集光光学系と、
前記第２の集光光学系で集光した散乱光、あるいは回折光、あるいは反射光を検出して電気信号に変換する第２の光検出手段と、を有し、
前記複数の第１、及び第２の照明スポットは、前記被検査物体移動ステージの概略前記副走査方向に沿って照明され、
さらに、
前記第１の照明スポットの平均照度と前記第１の照明スポットの線速度の１／２乗との第１の関係が一定となり、
前記第２の照明スポットの平均照度と前記第２の照明スポットの線速度の１／２乗との第２の関係が一定となるように、
前記光束の光量、前記第１の照明スポットの照度、及び前記第２の照明スポットの照度を変える制御部を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の表面検査装置において、
前記第１の照明スポットの照度の変化に対応して、
前記第１の測定ユニットの測定結果の補正を行う第１の処理部を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の表面検査装置において、
前記第１の処理部の補正結果に基づいて異物、または欠陥の大きさを算出する第２の処理部を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の表面検査装置において、
前記第２の照明スポットの照度の変化に対応して、
前記第２の測定ユニットの測定結果の補正を行う第３の処理部を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の表面検査装置において、
前記第３の処理部の補正結果に基づいて異物、または欠陥の大きさを算出する第４の処理部を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１５】
請求項１０記載の表面検査装置において、
前記第１の照明スポットは、前記副走査の走査中に前記被検査物体表面上を外周部に向けて移動し、
前記第２の照明スポットは、前記副走査の走査中に前記被検査物体表面上を内周部に向けて移動することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１６】
請求項１０記載の表面検査装置において、
前記制御部は、偏光ビームスプリッタやウォーラストン・プリズム等の偏光分離素子と１／２波長板を組合せ、前記偏光分離素子の偏光方位に対して前記１／２波長板の遅相軸の方向を回転させて変えることにより、前記偏光分離素子で分離される２光束の強度比を変化させる機構を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１７】
請求項１０記載の表面検査装置において、
前記第１の集光光学系は、または第２の集光光学系は、集光光学素子に凹面鏡を用いたものであることを特徴とする表面検査装置。
【請求項１８】
請求項１０に記載の表面検査装置において、
前記第１の測定ユニット、及び前記第２の測定ユニットのうち少なくとも１つは、
前記第１の照明スポット、及び前記第２の照明スポットのうち少なくとも１つから散乱、あるいは回折、あるいは反射された光を２以上の複数の方位方向別に集光する集光光学系と、
前記複数の方位方向別に集光された散乱光、あるいは回折光、あるいは反射光を個別に検出して電気信号に変換する複数の光検出器、または複数の受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項１９】
請求項１０に記載の表面検査装置において、
前記第１の照明スポット、及び前記第２の照明スポットについては、
前記被検査物体移動ステージの主走査回転と副走査移動に伴って前記第１の照明スポット、及び前記第２の照明スポットが被検査物体表面上で描く軌跡により埋め尽くされる検査領域が概略重複するよう前記第１の測定ユニット、及び第２の測定ユニットを配置すると共に、
前記重複した検査領域の検査結果は、前記第１の測定ユニット、及び第２の測定ユニットの検査結果を統合して得るように構成したことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２０】
請求項１０記載の表面検査装置において、
前記第１の測定ユニットは、
照明スポットから散乱された光のうち主として前方散乱光と後方散乱光を個別に集光する集光光学系と、
前記集光された前方散乱光と後方散乱光を個別に検出して電気信号に変換する２つの光検出器、または２つの受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備え、
前記第２の測定ユニットは、
照明スポットから散乱された光のうち主として左側方散乱光と右側方散乱光を個別に集光する集光光学系と、
前記集光された左側方散乱光と右側方散乱光を個別に検出して電気信号に変換する２つの光検出器、または２つの受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２１】
請求項１８記載の表面検査装置において、
前記第１の測定ユニット、及び前記第２の測定ユニットのうち少なくとも１つは、
照明スポットから散乱された光のうち概略前方散乱光と概略後方散乱光と概略左側方散乱光と概略右側方散乱光を個別に集光する集光光学系と、
前記集光された概略前方散乱光と概略後方散乱光と概略左側方散乱光と概略右側方散乱光を個別に検出して電気信号に変換する４つの光検出器、または４つの受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜基板や半導体基板やフォトマスク等に微小な異物・欠陥が存在するときにそれを検出する技術に関する。特に、微小な異物・欠陥の検出感度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製造装置の発塵状況を監視するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に付着した異物の検査が行われている。例えば、回路パターン形成前の半導体基板では、その表面において数１０ｎｍ以下までもの微小な異物や欠陥の検出が必要である。従来、半導体基板等の被検査物体表面上の微小な欠陥を検出する技術としては、例えば、特許文献１（米国特許第５,７９８,８２９号明細書）に記載されているように、集光したレーザ光束を半導体基板表面に固定照射して（このとき照射されたレーザ光束が半導体基板表面上に形成する、照明された領域を照明スポットと呼ぶ）、半導体基板上に異物が付着している場合に発生する該異物からの散乱光を検出し、半導体基板の回転と並進送りで半導体基板全面の異物や欠陥を検査するものがある。散乱光の検出には楕円ミラーを用い、半導体基板上の検出位置を楕円の第１焦点位置とし、受光素子の受光面を第２焦点位置に配置することにより、異物で発生した散乱光を広い立体角で集光し、微小異物の検出もできるようにしている。この従来技術で、半導体基板を照明するためのレーザ光束は複数としては、１つの入射角に対応するものはただ１つであり、そのレーザ光束によって半導体基板表面に形成される照明スポットもただ１つである。
また、別の従来技術として、例えば、特許文献２（特開２００１−２５５５７８号公報）に記載されているように、半導体基板表面に関して複数の仰角と複数の方位角を組合せた位置に集光レンズと光検出器を配置し、前記各集光レンズで集光された散乱光を光検出器で検出することにより、微小異物からの散乱光の三次元放射分布特性に合わせて有利な方向での検出を可能にしたものもある。この従来技術においても、半導体基板を照明するためのレーザ光束は斜方照明と垂直上方照明の２本が備わっているが、１つの入射角に対応するレーザ光束はただ１つであり、そのレーザ光束によって半導体基板表面に形成される照明スポットもただ１つである。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５,７９８,８２９号明細書
【特許文献２】（特開２００１−２５５５７８号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体基板（半導体ウェハ）や薄膜基板やフォトマスク等では、高密度化に伴い、検出する必要のある異物や欠陥のサイズが急速に小さくなってきている。平坦で平滑な表面を有する被検査物体表面上の異物を検出する際の異物からの散乱光を光検出器で検出したときに得られる散乱信号量Ｓは、異物の粒径がレーリー散乱に従う程度に小さい場合、一般に次式右辺の値に比例する。
【０００５】
Ｓ  ∝  照明光の照度  ×  異物の粒径の６乗  ×  照明波長の−４乗  ×  散乱光検出光学系の集光効率  ×  散乱光が持続する時間  ×  光検出器の量子効率  ×  光検出器のゲイン
また、この検出の際の雑音の大きさＮは、一般にほぼ次式右辺の値に比例する。
【０００６】
Ｎ  ∝  （  照明光の照度  ×  照明スポットの面積  ×  被検査物体表面の散乱能  ）の平方根
このため、従来、異物や欠陥の検出感度を上げる方向に働く要因として、
（１）照明スポット内の照明光の照度を大きくし、強い散乱光が得られるようにする。
（２）照明光の波長を短くし、強い散乱光が得られるようにする。
（３）集光光学系の開口数を大きくし、効率良く散乱光が集光できるようにする。
（４）量子効率やＳ／Ｎ比など光検出器の性能を向上させる。
（５）照明スポットの面積を小さくして背景散乱光を減らす。
（６）非検査物体移動ステージの主走査速度を遅くして異物や欠陥が照明スポット内を通過する時間を長くする。
（７）照明スポットの主走査方向の径を大きくして異物や欠陥が照明スポット内を通過する時間を長くすることが良く知られている。
【０００７】
しかしながら、現状では下記の理由により、これらを採用しても感度向上を図ることは容易ではない。
（１）照明スポットの照度を大きくすると、照明光のエネルギーを吸収して被検査物体表面の温度が上昇し、熱により被検査物体がダメージを受ける危険性が高くなる。そのため、照明スポットの照度の増大には上限が存在し、その範囲内でしか照度の増大は行うことができない。
（２）異物や欠陥を検出するのに好適な出力等を有する光源として入手可能な光源の波長には限りがあり、短波長化には限界がある。
（３）異物や欠陥から発せられる散乱光の集光効率は１００％以上にはならない。従来技術でも一般に５０％程度あり、今後２倍以上にすることは既に不可能である。
（４）従来、微弱な散乱光検出に好適な光検出器として用いられている光電子増倍管の量子効率やＳ／Ｎ比は、既にほぼ理論限界に近く、今後の大きな改善はのぞめない。
（５）照明スポットの面積を小さくすることは有効であるが、同時に、被検査物体全面を検査するのに要する時間が長くなる課題がある。
（６）主走査速度を遅くすることは、（５）と同様に、被検査物体全面を検査するのに要する時間が長くなる課題がある。
（７）照明スポットの主走査方向の径を大きくするだけでは、同時に照明スポットの面積が増大することによる背景散乱光の増大と相殺して効果は無く、照明スポットの面積が増大しないように、照明スポットの主走査方向と直交方向の径を減らすと、（５）と同じで、被検査物体全面を検査するのに要する時間が長くなる課題がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題点は、かかる状況に鑑み、熱による被検査物体へのダメージを許容範囲内に抑えた上で、被検査物体全面を検査するのに要する時間を犠牲にすることなしに異物や欠陥の検出感度を向上させること、または逆に、異物や欠陥の検出感度を犠牲にすることなしに被検査物体全面を検査するのに要する時間を向上させることである。本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここで対象とする表面検査装置は、主走査が回転移動で副走査が並進移動の組合せにより、被検査物体をその内周部と外周部とで異なる線速度により移動・走査する被検査物体移動ステージと、照明用光源と、照明用光源からの光を被検査物体表面上の所定の位置に照射して照明スポットを形成する照明手段と、前記照明スポットから散乱・回折・反射された光を検出する散乱・回折・反射光検出手段を備え、その検出結果によって被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出するものとする。
前記課題点を解決するために、本発明では、
（１）照明光束を被検査物体表面上の所定の位置に照射して照明スポットを形成する照明光学系と、前記照明スポットから散乱・回折・反射された光を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光した散乱・回折・反射光を検出して電気信号に変換するする光検出手段とを含んで成る測定ユニットを複数備え、
（２）前記複数の測定ユニットを前記被検査物体移動ステージの概略副走査方向に沿って配置するよう構成し、より詳細には、これら複数の測定ユニットは、
（３）前記複数の測定ユニットによって照射される複数の照明スポットのうち少なくとも１つの照明スポットは前記副走査の走査中に前記被検査物体表面上を内周部に向けて移動し、別の少なくとも１つの照明スポットは外周部に向けて移動するよう構成するものである。更に、これら複数の測定ユニットでは、
（４）前記複数の測定ユニットが異なる照度で被検査物体表面を照明できるようにし、より詳細には、
（５）前記複数の測定ユニットの各照明スポットの照度を前記副走査の走査中に変化させられるようにするものである。より具体的には、外周部の検査時には内周部の検査時よりも照明スポットの照度を増加させるものである。これは前記のように、異物や欠陥からの散乱・回折・反射光は照明スポットの照度に比例するので、前記照度を大きくすることにより前記「正味の信号量」における「発生する光の持続時間」の減少分を補うようにしたものである。一方で、照射するレーザ光により発生する熱エネルギーによって被検査物体の温度、特にその表面近傍の温度が上昇する効果は、照射レーザ光の照度を一定とすると、静止せず移動している被検査物体にレーザ光が照射される場合には、レーザプロセス技術ハンドブック  ｐｐ．２２４−２３０に記載されているように、被検査物体の移動線速度の増大と共に上昇温度は小さくなる。これは、逆に上昇を許容する温度が一定であるとすると、移動線速度が大きい場合ほど、大きなレーザ照度が許されるということである。
【００１０】
そこで本発明では、
（６）前記複数の測定ユニットの各照明スポットの照度を、被検査物体表面上での前記各照明スポットの半径位置に対応して、被検査物体表面上で内周部に向かうにつれて低く、または外周部に向かうにつれて高く変化させるようにするものである。
【００１１】
そして本発明は、前記複数の測定ユニットのうち少なくとも２つ以上の複数の測定ユニットについて、
（７）前記被検査物体移動ステージの主走査回転と副走査移動に伴って照明スポットが被検査物体表面上で描く軌跡により埋め尽くされる検査領域が概略重複するよう前記測定ユニット配置すると共に、前記重複した検査領域の検査結果は、各々の測定ユニットの検査結果を統合して得ることにより、前記課題点を解決する。
また、本発明では、前記複数の測定ユニットのうち少なくとも１つ以上の測定ユニットは、
（８）照明スポットから散乱・回折・反射された光を２以上の複数の方位方向別に集光する集光光学系と、前記複数の方位方向別に集光された散乱・回折・反射光を個別に検出して電気信号に変換するする複数の光検出器、または複数の受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備えるようにする技術も含み、特に、前記検査領域が概略重複する測定ユニットに関しては、
（９）前記検査領域が概略重複する測定ユニットの組のうち一方の測定ユニットは、照明スポットから散乱された光のうち主として前方散乱光と後方散乱光を個別に集光する集光光学系と、前記集光された前方散乱光と後方散乱光を個別に検出して電気信号に変換するする２つの光検出器、または２つの受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備え、他方の測定ユニットは、照明スポットから散乱された光のうち主として左側方散乱光と右側方散乱光を個別に集光する集光光学系と、前記集光された左側方散乱光と右側方散乱光を個別に検出して電気信号に変換するする２つの光検出器、または２つの受光画素を有する１個の光検出器から成る光検出手段を備える技術も含む。
更に、本発明による表面検査装置の構成では、前記照明光源から出た光を前記複数の測定ユニットに分割して与えるために、
（１０）前記照明用光源から発せられる光束を複数に分割する照明光束分割光学系
を備える。より具体的には、この照明光束分割光学系が前記被検査物体表面を照明する照度を変化させる手段を、
（１１）偏光ビームスプリッタやウォーラストン・プリズム等の偏光分離素子と１／２波長板を組合せ、前記偏光素子の偏光方位に対して前記１／２波長板の遅相軸の方向を回転させて変えることにより、前記偏光分離素子で分離される２光束の強度比を変化させる機構とする技術を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検査Ｓ／Ｎの向上あるいは検査スループットの向上と、半導体ウェーハの内周部と外周部のおける異物・欠陥の検出感度差の改善、そして搭載している照明用レーザ光源の出力を有効に使うこと、を同時に満足させることが可能になる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳述する。
＜実施例１＞
本発明の異物・欠陥検出方法を用いた異物・欠陥検査装置の第一の実施例を図１に示す。被検査物体である半導体ウェーハ１００はチャック１０１に真空吸着されており、このチャック１０１は、回転ステージ１０３と並進ステージ１０４から成る被検査物体移動ステージ１０２、Ｚステージ１０５上に搭載されている。半導体ウェーハ１００の上方には、照明用光源１１と光量調節機構４０と照明光束分割光学系４１、および第１の測定ユニット１１０と第２の測定ユニット１１１が配置されている。照明用光源１１にはレーザ光源を用いる。光源１１から出たレーザビームは光量調節機構４０で光量を調節されてから照明光束分割光学系４１に入射し、所定の強度比率を成す２本の照明光束２１・２２に分割された後、前記２基の測定ユニット１１０・１１１に導かれる。本実施例では前記照明光束分割光学系４１として図２に示すような、偏光ビームスプリッタ１４と１／２波長板１５を組合せた光学系を用いており、前記偏光ビームスプリッタ１４の偏光方位に対して前記１／２波長板の遅相軸の方向を回転させて変えることにより、各照明光束２１・２２の強度比を変化させることができる。また、各照明光束２１・２２は等しい偏光状態を有している。ここで偏光ビームスプリッタ１４の代わりに、ウォーラストン・プリズム等の偏光分離素子を用いることも可能である。各測定ユニット１１０・１１１は、図３に示すように、照明光束を半導体ウェーハ１００表面上の所定の位置に照射して照明スポット３を形成する照明光学系４２と、前記照明スポット３から散乱・回折・反射された光を集光する集光光学系４３と、前記集光光学系で集光した散乱・回折・反射光を検出して電気信号に変換するする光検出器７から成る。各測定ユニット１１０・１１１に導かれた照明光束２１・２２は照射レンズ１８に入射し、被検査物体である半導体ウェーハ１００の表面に、概略、結晶Ｓｉに対するブリュースター角で斜入射するように構成されている。前述のように照明光束２１・２２は等しい偏光状態を有しており、２基の測定ユニット１１０・１１１の各照明スポット３は等しい偏光状態（例えば共にＰ偏光、など）で照明される。集光用凹面鏡群５・６は、レーリー散乱に従うような微小な異物に対して効率良くその散乱光を捕捉できるよう、低い仰角で散乱光を集光できる構成にしてあり、被検査物体表面への斜入射照明光に関して、集光用凹面鏡群５は主として前方散乱光を、集光用凹面鏡群６は主として後方散乱光を捕捉するよう構成されている。集光用凹面鏡群５・６の詳細を図４に示す。集光用凹面鏡群５・６は、各々回転放物面鏡の一部分を切り出した構造の凹面鏡を２枚組合わせて構成されており、それら２枚の凹面鏡の光軸が半導体ウェーハ１００表面の法線に対して傾斜して取り付けられている。異物１が照明スポット３を通過すると、異物１で発生した散乱光のうち、前方散乱光成分は主として集光用凹面鏡群５に捕捉され、一方の光検出器７で光散乱光信号に変換される。また、後方散乱光成分は主として集光用凹面鏡群６に捕捉され、他方の光検出器７で光散乱光信号に変換される。本実施例では光検出器７として光電子増倍管を用いているが、異物からの散乱光を高感度に検出できる光検出器であれば他の検出原理の光検出器であっても良い。第１の測定ユニット１１０と第２の測定ユニット１１１は、各々が有する測定スポットが、回転ステージ１０３の回転中心を通り、並進ステージ１０４の移動方向に平行な直線上に並んで位置するよう配置されている。また、２基の測定ユニットの間隔は、各々が有する測定スポットの間隔が、半導体ウェーハ１００が検査時に並進ステージ１０４によって副走査される最外周に相当する最大検査半径に等しくなるよう設置されている。すなわち、第１の測定ユニット１１０の測定スポット（以下、「第１の照明スポット」と称する）が半導体ウェーハ１００の中心に位置しているとき、第２の測定ユニット１１１の測定スポット（以下、「第２の照明スポット」と称する）は最大検査半径位置の円周上にある。最大検査半径は、照明スポットが半導体ウェーハ１００の外周エッジに掛かった時に、非常に強い反射、回折、または散乱光が生じて光検出器７にダメージを生じないよう、半導体ウェーハ１００の半径よりもわずかに小さく設定してある。２基の測定ユニットの測定スポットの間隔は、本実施例のように最大検査半径に等しくなるよう設置する代わりに、概略半導体ウェーハ１００の半径に合わせて設置し、一方の測定スポットが半導体ウェーハ１００の外周エッジに掛かる可能性がある場合にその照明スポットの照度を減光あるいは遮光するよう制御しても良い。この構成により、並進ステージ１０４の副走査に伴い、第１の測定スポットは半導体ウェーハ１００表面上を半導体ウェーハ１００の中心から外周に向けて移動し、第２の測定スポットは反対に半導体ウェーハ１００の外周から中心に向けて移動する。これら２基の測定ユニット１１０・１１１の有する合計４個の光検出器７の各出力信号に、第１の測定ユニット１１０の２つの光検知器７の和出力信号と、第２の測定ユニット１１１の２つの光検知器７の和出力信号を加えた合計６個の出力信号は各々個別に信号処理される。すなわち、各出力信号は個別に６個の増幅器２６で増幅された後、同じく６個のＡ／Ｄ変換器３０で予め定められたサンプリング間隔ΔＴ毎にサンプリングされ、デジタルデータに変換される。前記デジタルデータは異物・欠陥判定機構１０８で、予め定められた検出しきい値と比較され、前記デジタルデータが前記しきい値以上であれば、異物・欠陥判定機構１０８はこのデジタルデータが異物・欠陥よるものだと判定して、異物・欠陥判定情報を発生する。異物・欠陥座標検出機構１３０は、異物・欠陥判定情報が発生すると、検出された異物・欠陥の座標位置を算出する。この際、第１の測定ユニット１１０に由来するデジタルデータで異物・欠陥が検出された場合には、第１の測定スポットの位置に対応する座標位置が、また、第２の測定ユニット１１１に由来するデジタルデータで異物・欠陥が検出された場合には、第２の測定スポットの位置に対応する座標位置が算出される。検出された異物・欠陥の座標位置が求まると、続いて粒径算出機構１２０は前記異物・欠陥に対応するデジタルデータから、検出された異物・欠陥の大きさを算出する。ただし、前記照明光束分割光学系４１の設定を変えて前記各照明スポット３の照度を変化させた場合には、その変化に���応して（比例して）同一の異物でも散乱光強度が変化してしまうため、前記大きさの算出は、前記デジタルデータの値を前記各照明スポット３の照度変化に応じて補正した後に行う。また、検出された異物・欠陥に対して、主として前方散乱を検出する光検出器からの出力信号と主として後方散乱を検出する光検出器からの出力信号の比を元に異物・欠陥の種別判定も行う。更に本実施例で前記並進ステージ１０４を前記最大検査半径に相当するストロークだけ副走査させると、２基の測定ユニットの各測定スポットは、共に半導体ウェーハ１００の中心から最大検査半径に相当する外周までの概略全領域を走査することができ、半導体ウェーハ１００表面上のこの領域内の各点は必ず両方の測定スポットにより走査される。このことから本実施例では、半導体ウェーハ１００表面上の同一の座標位置に対応する、第１の測定ユニット１１０に由来するデジタルデータと第２の測定ユニット１１１に由来するデジタルデータを統合して異物・欠陥の検出を行う機能を備える。この処理により検出Ｓ/Ｎ比が向上することは言うまでもない。具体的には、前記同一座標に対応する両測定ユニットからのデジタルデータを加算して用いることにより、単一の測定ユニットからのデジタルデータのみを用いる場合に比べて、平均すると√２倍だけ検出Ｓ／Ｎ比の改善が見込める。また、本実施例で前記並進ステージ１０４を前記最大検査半径の１／２に相当するストロークだけ副走査させると、第１の測定スポットは半導体ウェーハ１００の中心から最大検査半径の１／２に相当する円周までの概略全領域の１／２の面積を、第２の測定スポットは半導体ウェーハ１００の最大検査半径に相当する外周から最大検査半径の１／２に相当する円周までの概略全領域の１／２の面積を走査することができ、半導体ウェーハ１００表面上のこの領域内の各点は必ずどちらかの測定スポットにより走査される。このことから本実施例では別の機能として、第１の測定ユニット１１０によって検出した異物・欠陥検出結果と第２の測定ユニット１１１によって検出した異物・欠陥検出結果とをマージする機能を備える。この機能を用いれば、前記並進ステージ１０４を前記最大検査半径の１／２に相当するストロークだけ副走査させるだけで、半導体ウェーハ１００表面上の概略全領域を検査することができ、半導体ウェーハ１００の交換時間等の段取り時間を除けば、検査スループットを約２倍改善することが可能となる。
【００１４】
本実施例では、半導体ウェーハ１００の内周から外周までの概略全領域で、前記回転ステージ１０３を概略角速度一定で、かつ前記並進ステージ１０４を概略線速度一定で駆動させる。その結果、半導体ウェーハ１００の表面に対する照明スポット３の相対移動線速度は、内周部に比べて外周部で大きくなる。そのため、前記半導体ウェーハ１００上にある異物が前記照明スポット３の短軸ｄ２の距離を横切る時間は、前記異物が前記半導体ウェーハ１００の外周部にあるときは、内周部にあるときに比べて短く、そのため前記光検出器７から前記増幅器２６を経て得られる散乱光信号の時間変化波形は、一般的に図５に示すように、外周部すなわち前記異物が副走査方向の半径が大きい場所にあるほど、信号ピークの半値幅が小さくなる。１つの異物や欠陥が前記照明スポット３を１回横切ったときに発生する散乱光信号の有効全信号量は、実質的にこの信号ピーク波形の面積に比例すると考えて良い。一方、これら異物・欠陥の検出時の雑音成分としては、前記半導体ウェーハ１００表面上の照明された前記照明スポット３領域から発生する背景散乱光に由来するショットノイズが一般的に支配的であり、前記背景散乱光の光量は前記線速度には依らず一定である。そこで、前記照明スポット３の大きさおよび照度が一定で、前記被検査物体移動ステージを主走査回転速度一定かつ副走査速度一定で駆動した場合には、同一異物が半導体ウェーハ１００上の内周部にあるときと外周部にあるときとでは、外周部にあるときの方が有効全信号量が小さくなり、ひいては信号検出のＳ／Ｎ比が低下するであろうことは容易に予測可能である。もちろん、前記被検査物体移動ステージの外周部における線速度を落とすことで前記有効全信号量の低下を防ぐことは可能であるが、その場合には、同時に検査スループットの低下を招いてしまうことも容易に予測可能である。
【００１５】
また、前記半導体ウェーハ１００の内周部と外周部での違いを別の視点から見てみると、前記照明スポット３の大きさおよび照度が一定の場合、前記半導体ウェーハ１００上のある一点が前記照明スポット３の短軸ｄ２の距離を横切る時間も、その位置が外周部にあるほど線速度が大きくなるので、より短くなる。前記半導体ウェーハ１００上の一点から見た場合、その上を同一照度で同一の大きさの照明スポットがより短時間に通り過ぎて行くのであるから、その通過時間内に照射ビームにより与えられる全熱量もより小さくなるであろうこと、そしてその結果として前記の点の周辺に発生する温度上昇もより小さくなるであろうことは、当然の帰結として容易に予測される。実際、前述のレーザプロセス技術ハンドブックには、熱源が移動する場合の計算結果として、特定の点に置ける温度上昇は熱源の移動速度の１／２乗に逆比例することが示されている。このことを逆に、前記半導体ウェーハ１００の表面上の温度上昇を一定に抑える、という課題として考えてみると、次式のように、外周部ほど大きな光入力、すなわち前記照明スポットの大きさが一定の時には照度を大きくできることが分かる。
【００１６】
上昇温度  ∝  照明スポットの平均照度／（熱源移動の線速度の１／２乗）・・・式１
∴  上昇温度＝一定  の条件下では、
照明スポットの平均照度／（熱源移動の線速度の１／２乗）＝一定・・・式２
一方、異物／欠陥からの散乱光強度は前記異物や欠陥が照明される照度に比例することが知られているので、このように線速度が大きいほど照度を大きくできることは、前述の線速度が大きいほど前記有効全信号量が低下してしまう効果を、完全ではなくても補償することが可能になる。本実施例では、２基の測定ユニット１１０、１１１により同時に検査が進行するので、前述の照度制御は両方の照明スポットに対して行う。本実施例では前述のように、並進ステージ１０４の副走査に伴い、第１の測定スポットは半導体ウェーハ１００表面上を半導体ウェーハ１００の中心から外周に向けて移動し、第２の測定スポットは反対に半導体ウェーハ１００の外周から中心に向けて移動するので、第１の測定スポットの照度は検査の進行に連れて増大方向に、第２の測定スポットの照度は検査の進行に連れて減少方向に制御することになる。式２を前提として両照明スポットに対して行うべき照度制御の状態を図６に示す。図６中に示した「第１の測定スポットの照度＋第２の測定スポットの照度」の変化の様子から分かるように、並進ステージ１０４の移動に対する両スポットの照度の合計の変化は小さく、ほぼ平坦となる。このため、式２の関係を保って光量調節機構４０での減光量と照明光束分割光学系４１での２基の測定ユニットへの光量配分比率を変化させて両測定スポットの照度を制御すると、元になる照明用レーザ光源１１の出力を常にほぼ有効に使うことが可能になるというメリットも得られる。具体的にはまず、式２における［照明スポットの平均照度／（熱源移動の線速度の１／２乗）］の許容値Ｐmaxを前記半導体ウェーハ１００の特性に基づいて予め定めておく。そして実際の角速度一定の条件下での検査時に、照度制御部５０は各々の測定スポットについて、角速度の値と副走査座標値（すなわち半径）から線速度の値を求め、Ｐmaxと前記線速度値から決まる許容照度値を算出する。次に照度制御部５０は、算出した各照度値を各測定ユニットに配分すべき照明光量に換算する。そして、両測定ユニットへの配分光量の合算値に合わせて前記光量調節機構４０を制御し、各測定ユニットへの配分光量の比率に合わせて照明光束分割光学系４１を制御する。この結果、外周部の方が内周部に比べて、前記照明スポット３内の照度を大きくすることができ、線速度の違いによって生じる感度低下を、完全ではなくても補償することができる。また、照明用レーザ光源として最大出力が、両測定ユニットへの配分光量の合算値の走査半径上における最大値に見合うものを選んでやることにより、前記光量調節機構４０で廃棄する光量を最小とすることができ、照明用レーザ光源の出力を有効に使うことができる。
このように本実施例では、測定ユニットを２個備えてこれら２個の測定スポットから得られる検査結果を統合すると共に、各々の測定スポットの光量配分を上記のように制御することにより、従来技術の異物・欠陥検査装置に比べて、検査Ｓ／Ｎの向上あるいは検査スループットの向上と、半導体ウェーハの内周部と外周部のおける異物・欠陥の検出感度差の改善、そして搭載している照明用レーザ光源の出力を有効に使うこと、が可能になる。
＜実施例２＞
前記第一の実施例では、半導体ウェーハ１００表面を同時進行で検査する測定ユニットの数を２個としたが、測定ユニットの外形寸法を小型化することにより更に個数を増やして設置することも可能である。測定ユニットの数を４個とした場合の構成を第二の実施例として図７に示す。本実施例における、第１〜第４の４個の測定スポットの移動方向および移動範囲を表１に示す。また、前記式２を前提としてこれら４個の照明スポットに対して行うべき照度制御の状態を図８に示す。図８中に示した、並進ステージ１０４の移動に対する「４個の照度合計」の変化の様子は第一の実施例と同様に小さく、ほぼ平坦となる。この設定で前記並進ステージ１０４を前記最大検査半径の１／２に相当するストロークだけ副走査させると、第２の測定スポットと第３の測定スポットは共に半導体ウェーハ１００の中心から最大検査半径の１／２に相当する円周までの概略全領域の１／２の面積を、第１の測定スポットと第４の測定スポットは共に半導体ウェーハ１００の最大検査半径に相当する外周から最大検査半径の１／２に相当する円周までの概略全領域の１／２の面積を走査することができ、半導体ウェーハ１００表面上の全検査領域内の各点は必ず２個の測定スポットにより走査される。このことから本実施例では、半導体ウェーハ１００表面上の同一の座標位置に対応する２個の各測定ユニットからのデジタルデータを加算して用いることにより、単一の測定ユニットからのデジタルデータのみを用いる場合に比べて、平均すると√２倍だけ検出Ｓ／Ｎ比の改善が見込める。また、４個の測定ユニットによって検出した異物・欠陥検出結果をマージする機能を備えることにより、前記並進ステージ１０４を前記最大検査半径の１／２に相当するストロークだけ副走査させるだけで、半導体ウェーハ１００表面上の概略全領域を検査することができ、半導体ウェーハ１００の交換時間等の段取り時間を除けば、検査スループットを約２倍改善することが可能となる。また、本実施例では前述のように「半導体ウェーハ１００表面上の全検査領域内の各点は必ず２個の測定スポットにより走査される」ので、この２個の測定スポットに対応する２個の測定ユニットにおいて、散乱光の検出の仕方を変えることも可能である。具体的には、一方の測定ユニット（例えば第２と第４の測定ユニット）は主として前方散乱光を捕捉する集光用凹面鏡群と主として後方散乱光を捕捉する集光用凹面鏡群を備えて構成し、他方の測定ユニット（例えば第１と第３の測定ユニット）は主として左側方散乱光を捕捉する集光用凹面鏡群と主として右側方散乱光を捕捉する集光用凹面鏡群を備えて構成する。これにより、半導体ウェーハ１００表面上の全検査領域内の全ての点において、「前方散乱光強度：後方散乱光強度の比」および「左側方散乱光強度：右側方散乱光強度の比」に関する情報が得られる。これにより、異物・欠陥の種別判定の精度が向上することは言うまでもない。その他の構成や制御、効果は第一の実施例と同様であるので、詳細の説明は省略する。
＜実施例３＞
前記第一の実施例、および第二の実施例では、１枚の半導体ウェーハを複数の測定ユニットで同時に検査する構成を示したが、表面検査装置が２枚の半導体ウェーハを同時進行で検査できるようにし、２個の測定ユニットを備えて各々の半導体ウェーハを１個の各測定ユニットが検査するよう構成することも可能である。この構成を第三の実施例として図９に示す。２枚の半導体ウェーハを同時進行で検査するためには、各１枚の半導体ウェーハ毎に並進ステージ１０４と回転ステージ１０３とＺステージ１０５の組合わせを備えるか、または共通の１基の並進ステージ１０４上に２基＜回転ステージ１０３とＺステージ１０５の組合わせ＞を搭載したものを備えれば良い。図９では後者の並進ステージを共通とする場合の構成を示している。本実施例で前記並進ステージ１０４を前記最大検査半径に相当するストロークだけ副走査させると、２基の測定ユニットの各測定スポットは、各半導体ウェーハ１００の中心から最大検査半径に相当する外周までの概略全領域を走査することができ、２枚の半導体ウェーハ１００表面上の全検査領域内の点は必ず１個の測定スポットにより走査される。このように前記並進ステージ１０４を前記最大検査半径に相当するストロークだけ１回副走査させるだけで、２枚の半導体ウェーハ１００表面上の概略全領域を検査することができ、各半導体ウェーハ１００の交換時間等の段取り時間を除けば、検査スループットを約２倍改善することが可能となる。また、２基の測定ユニットへの照明光量の配分制御に関しては第一の実施例と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による表面検査装置の第一の実施例の構成を示す図。
【図２】照明光束分割光学系の構成を示す図。
【図３】測定ユニットの構成を示す図。
【図４】集光用凹面鏡群の構成を示す図。
【図５】内周部と外周部での信号波形の違いを示す図。
【図６】第一の実施例の測定スポットの照度制御を説明する図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明による表面検査装置の第二の実施例の構成を示す図。
【図８】第二の実施例の測定スポットの照度制御を説明する図。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明による表面検査装置の第三の実施例の構成を示す図。
【符号の説明】
【００１８】
１…異物、
２…異物の移動軌跡、
３…照明スポット、
５,６…集光用凹面鏡群、
７…光検出器、
１１…照明用レーザ光源、
１４…偏光ビームスプリッタ
１５…１／２波長板、
１６…折返しミラー、
１８…照射レンズ、
２１,２２…照明光束
２６…増幅器、
３０…Ａ／Ｄ変換器、
４０…光量調節機構、
４１…照明光束分割光学系、
４２…照明光学系
４３…集光光学系、
５０…照度制御部、
１００…半導体ウェーハ、
１０１…チャック、
１０２…被検査物体移動ステージ、
１０３…回転ステージ、
１０４…並進ステージ、
１０５…Ｚステージ、
１０６…検査座標検出機構、
１０８…異物・欠陥判定機構、
１１０…第１の測定ユニット、
１１１…第２の測定ユニット、
１２０…粒径算出機構
１３０…異物・欠陥座標検出機構、
１４０…異物・欠陥分類機構、
１６１…集光用放物面鏡、
１６２…集光用放物面鏡１６１の焦点、
１６３…結像用放物面鏡、
１６４…結像用放物面鏡１６３の焦点、
１６５…共通の光軸、
１６６…平行光束、
１６７…半導体ウェーハ１００表面の法線、
１６８…放物面鏡光軸の傾斜角。
【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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