(57)【要約】【課題】  半導体デバイス等の基板上に回路パターンを形成するデバイス製造工程において、製造工程中に発生する微小な異物やパターン欠陥を、高速で高精度に検査できる装置および方法を提供すること。【解決手段】  欠陥を検査する装置を、照明光源と、照明光源から出射された照明光束の光路を切替えて被検査対象基板の表面に対して互いに異なる複数の方向から照射する複数の照射部を有する照明光学系手段と、照明された被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと集光された反射散乱光による光学像を所望の結像倍率で結像させることの可能な可変倍率結像光学系と可変倍率結像光学系で結像された光学像を検出して画像信号に変換する光検出器とを有する可変倍率検出光学系手段と、光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、変換されたデジタル画像信号を処理して欠陥を検出する画像信号処理手段とを備えて構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源から出射された照明光束を一方向に連続的に移動する被検査対象基板の表面に斜め方向から照射し、該照射されて前記被検査対象基板から発生した反射散乱光による光学像をセンサで検出し、該センサで検出して得た画像信号を処理して欠陥を検出する被検査対象基板上の欠陥を検査する方法であって、前記照明光源から出射された照明光束の光路を検査対象とする異物欠陥の種類に応じて切替えて前記被検査対象基板の表面に異なる方向から照射し、該照射による前記被検査対象基板からの反射散乱光による光学像を前記被検査対象基板上の前記照明光束が照射された領域に形成されたパターンの密度に応じて拡大倍率を変えて前記センサで検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記検査対象とする異物欠陥の種類に応じて切替えて被検査対象基板の表面に照射される照明光束は何れも一方向に長い形状に成形されており、それぞれの照射領域はほぼ同じであることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記センサは、前記被検査対象基板からの反射散乱光のうち該被検査対象基板上に微小なピッチで繰返して形成された繰返しパターン部からの回折光による回折パターンを空間フィルタで遮光して検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
照明光源から出射された照明光束を表面に光学的に透明な膜が形成された被検査対象基板に斜め方向から照射し、該照射されて前記被検査対象基板から該被検査対象基板の表面に対して垂直な方向に発生した反射散乱光による光学像を空間フィルタを介して第１のセンサで検出して第１の画像信号を得、該第１の画像信号を処理して前記被検査対象基板上の欠陥を前記被検査対象基板上に形成されたパターンと区別して検出し、前記照射されて前記被検査対象基板から該被検査対象基板の表面に対して斜め方向に発生した反射散乱光による光学像を第２のセンサで検出して第２の画像信号を得、該第２の画像信号を処理して前記被検査対象基板の表面に形成された光学的に透明な膜の上に存在する欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
前記照明光源から出射された照明光束を表面に光学的に透明な膜が形成された被検査対象基板に斜め方向から照射することを、検査対象とする前記被検査対象基板上の欠陥の種類に応じて前記照明の方向及び前記被検査対象基板の表面に対する照明の角度を切替えて照明することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記第２のセンサは、前記照明光源から出射された照明光束により斜め方向から照射されて前記被検査対象基板の表面に対して斜め方向で前記照射の方向とほぼ直角な方向に発生した反射散乱光による光学像を検出することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記空間フィルタで前記被検査対象基板上に微小なピッチで繰返して形成された繰返しパターン部からの回折光による回折パターンを遮光し、前記空間フィルタで遮光されなかった前記被検査対象基板からの回折光を前記第１のセンサで検出することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
前記照明光源から出射された照明光束の光路を切替えることにより、前記被検査対象基板上の一方向に長いほぼ同じ領域を異なる方向から斜めに照明することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
被検査対象基板上の欠陥を検査する装置であって、
照明光源と、
該照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して互いに異なる複数の方向から照射する複数の照射部と前記照明光束を前記複数の照射部間で切替える光路切替え部とを有する照明光学系手段と、
該照明光学手段で照明された前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光による光学像を所望の結像倍率で結像させることの可能な可変倍率結像光学系と該可変倍率結像光学系で結像された光学像を検出して画像信号に変換する光検出器とを有する可変倍率検出光学系手段と、
該可変倍率検出光学系手段の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
該Ａ／Ｄ変換手段で変換されたデジタル画像信号を処理して欠陥を検出する画像信号処理手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記照明光学系手段の複数の照射部は、前記光路切替え部で切替えられた照明光束を、前記被検査対象基板に対して平面内で互いに異なる複数の方向からそれぞれ前記被検査対象基板に照射することを特徴とする請求項９記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記照明光学系手段の複数の照射部は、前記被検査対象基板上の同じ箇所にほぼ直線状に成形した光を照射することを特徴とする請求項９記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
パターン前記可変倍率検出光学系手段は、被検査対象基板上に微小なピッチで繰返して形成された繰返しパターン部からの回折光による回折パターンを遮光する空間フィルタを備えていることを特徴とする請求項９記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記被検査対象基板を載置して平面内で移動可能なテーブル手段を更に備え、該可変倍率検出光学系手段の光検出器はＴＤＩイメージセンサであって、該ＴＤＩイメージセンサは前記テーブル手段の移動と同期して前記光学像を検出して画像信号を出力することを特徴とする請求項９記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
被検査対象基板上の欠陥を検査する装置であって、
照明光源と、
該照明光源から出射された照明光束を表面に光学的に透明な膜が形成された被検査対象基板の表面に対して互いに異なる複数の方向から照射する複数の照射部と前記照明光束を前記複数の照射部間で切替える光路切替え部とを有する照明光学系手段と、
該照明光学手段で照明された前記表面に光学的に透明な膜が形成された被検査対象基板からの反射散乱光のうち前記被検査対象基板の表面の法線方向に散乱した光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光による光学像を受光して画像信号に変換する光検出器とを有する垂直方向検出光学系手段と、
該照明光学手段で照明された前記表面に光学的に透明な膜が形成された被検査対象基板からの反射散乱光のうち前記被検査対象基板の表面に対して傾斜した方向に散乱した光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光による光学像を受光して画像信号に変換する光検出器とを有する斜方検出光学系手段と、
前記垂直方向検出光学系手段の光検出器から得られる画像信号と前記斜方検出光学系手段の光検出器から得られる画像信号とを処理して前記被処理基板の表面に形成された光学的に透明な膜の上に存在する欠陥を該光学的に透明な膜の中又は下に存在する欠陥と区別して検出する画像信号処理手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記垂直方向検出光学系手段は、被検査対象基板上に微小なピッチで繰返して形成された繰返しパターン部からの回折光による回折パターンを遮光する空間フィルタを備えていることを特徴とする請求項１４記載の欠陥検査装置。
【請求項１６】
被検査対象基板上の欠陥を検査する装置であって、
照明光源と、
該照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して互いに異なる複数の方向から照射する複数の照射部と前記照明光束を前記複数の照射部間で切替える光路切替え部とを有する照明光学系手段と、
該照明光学手段で照明された前記被検査対象基板からの反射散乱光の像を検出する検出検出光学系手段と、
該検出光学系手段で検出して得た画像信号を処理して前記被検査対象基板上の欠陥を検出する画像信号処理手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置であって、
前記照明光学系手段の複数の照射部は、前記被検査対象基板上の同じ箇所にほぼ直線状に成形した光を照射することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１７】
前記検出手段は、前記被検査対象基板の表面の法線方向に散乱した光による像を検出する垂直方向検出光学系部と、前記被検査対象基板の表面に対して傾斜した方向に散乱した光による像を検出する斜方検出光学系部とを備えていることを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査装置。
【請求項１８】
前記垂直方向検出光学系部は、前記被検査対象基板上に微小なピッチで繰返して形成された繰返しパターン部からの回折光による回折パターンを遮光する空間フィルタを備えていることを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査装置。
【請求項１９】
前記照明光学系手段の複数の照射部は、前記被検査対象基板の表面に対して互いに異なる複数の入射角度で照射することを特徴とする請求項９、１４又は１６の何れか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、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板、半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥を検出し、前記検出された異物または欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物または欠陥の発生状況を検査する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因となる。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特許文献１に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特許文献２に開示されているように、半導体基板上にレーザ光を照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。
また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウェハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特許文献３において知られている。この従来技術３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。
【０００５】
また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、例えば、特許文献４及び５などに記載されている。特に、特許文献５には、検出光学系を切り換えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、例えば特許文献６に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献４】特開平８−２７１４３７号公報
【特許文献５】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献６】特開２００１−６０６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜５に開示されている技術では、繰り返しパターンや非繰り返しパターンが混在する基板上の微細な異物または欠陥を、高感度で、かつ高速に検出することについては考慮されていなかった。すなわち、上記特許文献１〜５に開示されている技術では、例えば、メモリセル部等の繰り返しパターン部分以外でも、この繰り返しパターン部分と同等の検出感度（最小検出異物寸法）を得ることについて考慮されていなかった。
【０００８】
また、上記特許文献１〜５に開示されている技術では、パターン密度が高い領域における０．１μｍレベルの微小異物または欠陥の検出感度を上げることについて配慮されていない。また、上記特許文献１〜５に開示されている技術では、配線間を短絡する異物または欠陥の検出感度や薄膜状の異物の検出感度を向上させることについて、配慮されていなかった。また、上記特許文献６に開示されている技術では、異物または欠陥の計測精度を向上させることについて配慮されていなかった。また、上記特許文献６に開示されている技術では、透明薄膜が形成されたウェハ表面上の異物の検出感度を向上させることについて配慮されていなかった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、上記課題を解決すべく、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物または欠陥を高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、パターン密度が高い領域においても、高感度に異物または欠陥を検査できるようにした欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第３の目的は、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高感度に検査できるようにした欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、欠陥検査装置を、照明光源と、該照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して互いに異なる複数の方向から照射する複数の照射部と前記照明光束を前記複数の照射部間で切替える光路切替え部とを有する照明光学系手段と、該照明光学手段で照明された前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光による光学像を所望の結像倍率で結像させることの可能な可変倍率結像光学系と該可変倍率結像光学系で結像された光学像を検出して画像信号に変換する光検出器とを有する可変倍率検出光学系手段と、該可変倍率検出光学系手段の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で変換されたデジタル画像信号を処理して欠陥を検出する画像信号処理手段とを備えて構成した。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明では、照明光源から出射された照明光束を一方向に連続的に移動する被検査対象基板の表面に斜め方向から照射し、該照射されて前記被検査対象基板から発生した反射散乱光による光学像をセンサで検出し、該センサで検出して得た画像信号を処理して欠陥を検出する被検査対象基板上の欠陥を検査する方法において、前記照明光源から出射された照明光束の光路を検査対象とする異物欠陥の種類に応じて切替えて前記被検査対象基板の表面に異なる方向から照射し、該照射による前記被検査対象基板からの反射散乱光による光学像を前記被検査対象基板上の前記照明光束が照射された領域に形成されたパターンの密度に応じて拡大倍率を変えて前記センサで検出するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＬＳＩパターン等の基板上の回路パターンからの回折光を低減でき、表面に酸化膜などの透明膜が形成され、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物または欠陥や、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高速で、しかも高精度に検査をすることができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
本発明に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物、パターン欠陥、マイクロスクラッチ等の様々な欠陥を高感度で、かつ高速で検査し、特にウェハ表面に形成された薄膜表面の欠陥を薄膜中の欠陥と分離して検出できるようにするものである。そのためには、本発明に係る欠陥検査装置として、図1に示す如く、照明光学系１０によって照明するスリット状ビーム２０１の照射角度α及び照射方向φを被検査対象に応じて可変可能にすると共に、被検査対象表面と検出器２６の受光面を結像関係となるよう検出光学系２０を配置し、また検出光学系２０の倍率を可変して検出画素サイズを検出欠陥の大きさに合わせて設定して検査することにある。
【００１７】
更に、本発明に係る欠陥検査装置は、例えば、異なる照射角度の照明光によって欠陥から得られる散乱光の違いを特徴量とし欠陥の種類を分ける機能も有する。
【００１８】
まず、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ上に形成された透明膜上の小／大異物やマイクロスクラッチおよび、透明膜中の異物やパターン欠陥等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハに限らず、薄膜基板やフォトマスク、ＴＦＴ、ＰＤＰ等にも適用可能である。
【００１９】
ところで、本発明に係る欠陥検査装置は、図１に示すように、様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置、移動させるＸＹＺステージ３１、３２、３３、３４とコントローラ３５から構成される搬送系３０と、レーザ光源１１から射出された光を、ビーム拡大光学系１６である大きさに拡大後、レンズ、ミラー等を介して、複数の斜め方向から被検査対象基板１上に照明する照明光学系１０と、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ２３、光学フィルタ群４２０、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６から構成され、照明光学系１０で照明された領域からの反射回折光（あるいは散乱光）を検出する倍率可変検出光学系２０と、光検出器２６で検出された画像信号に基づいて異物を検出する信号処理系４０と、照明光源６３によりウェハ１の表面を照明し、レンズ６１と撮像手段６４を備え、検査で検出された異物の有無、形状を確認するための観察光学系６０と、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０、搬送系３０および信号処理系４０の全体を制御する全体制御部５０によって構成される。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む）、表示手段５２、記憶部５３が設けられている。
【００２０】
なお、この異物検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６の受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えている。
【００２１】
本検査装置では複数の方向から被検査対象基板１表面に照明可能な構成になっている。照明光学系１０としては、特許文献５に記載されているように、図２（ａ）に示す如く、レーザ光源１１から射出された光Ｌ０を、例えば図示しない凹レンズおよび凸レンズ等から構成されるビーム拡大光学系１６、レンズ１４、ミラー１５等で構成される。本発明の検査装置では、図２（ｂ）に示す如く、スリット状ビーム２０１を平面的に複数の方向（図２（ｂ）においては４方向２２０、２３０、２４０、２５０）、及び複数の照明角度にて、試料設置台３４上に設置されたウェハ（被検査対象基板）１に照射するように構成されている。
ここで、照明光をスリット状ビーム２０１にするのは、照明により発生する異物や欠陥からの散乱光を、一列に配置した受光素子で一括して検出することにより、異物検査の高速化を図るためである。すなわち、Ｘステージ３１の走査方向およびＹステージ３２の走査方向に向けてチップ２０２を配列したウェハ１上に照明されるスリット状ビーム２０１は、Ｘ方向に集光し、Ｙ方向に平行光となるように光学系が構成され、Ｘステージ３１の走査方向Ｘに直角、Ｙステージ３２の走査方向Ｙに平行、また光検出器２６の画素の配列方向２０３とも平行になるよう光軸が調整されているものである。これは画像信号のチップ間比較を行う際に、チップ間の位置合わせが容易に行える効果を奏する。このスリット状ビーム２０１は、光路中に例えば円筒レンズを設けることにより形成することができる。
ここで、方向２２０及び２３０からの照明では、ウェハのＹ軸方向に角度φ回転し、かつＺ軸方向に角度α傾斜した方向からレーザ光を照射してウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する必要がある。このため、図３（ａ）に示す、長手方向の曲率半径が連続的に変化するような円錐曲面レンズ１４を光路中に配し、Ｙステージの走査方向に対してスリット状ビーム２０１が平行になるようにしている。また、方向２４０及び２５０からの照明では、ステージの走査方向と同方向からの照明になるため、図３（ｂ）に示す円筒レンズによりスリット状ビーム２０１を形成することができる。
【００２２】
また、全体制御部５０からの指令に基づいて、ミラー１５とミラー２０２を機構的に切り換えることにより、照明角αを例えば被検査対象基板１上で検査対象とする異物の種類によって変えられる構成になっている。いかなる照明角の場合でもスリット状ビーム２０１は光検出器２６の画素の配列方向２０３をカバーする照明領域を有し、またいずれの方向からの照明であっても、スリット状ビーム２０１がウェハ１上で一致するよう構成されるものである。
これにより、Ｙ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２０１をＹ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから発する回折光が空間フィルタ２２によって遮光されることになる。
【００２３】
なお、円錐曲面レンズ１４の製造方法については、特許文献５に記載されているので、説明を省略する。
【００２４】
ところで、スリット状ビーム２０１を複数の照明角度でウェハ１上に形成するのは、ウェハ１表面に発生している種々のタイプの異物検出に対応するためである。すなわち、被検査対象基板１上のパターン欠陥や高さの低い異物検出を対象として検出する構成になっている。照明角度αは、高角度になると回路パターンからの反射回折光量が増加し、Ｓ/Ｎ比が低下するので経験的に求められた最適値が適用される。一例として、ウェハ表面の高さの低い異物を検出したい場合は、照明角度αは小さい角度が良く、例えばαが１度乃至は５度程度になるように設定する。また、配線工程での配線間の異物やパターン欠陥を検出したい場合は、照明角度αを大きくすると良いが、パターンと異物のＳ/Ｎ比の関係から、おおむね４５度乃至は５５度程度に設定すると良い。また、検査対象の工程と、検出したい異物の種類に対応関係がある場合は、検査レシピの中にどちらの照明角度に設定するか予め決めても良い。また、前述のウェハ表面の異物やパターン欠陥を偏りなく検出するためには、照明角度を前述した角度の中間値を設定しても良い。
【００２５】
更に、照明方向φに関しては、例えば配線工程の場合、ウェハ上に形成された配線パターンと照明の方向を合わせることにより、配線間の異物を検出し易くなる。また、ウェハの回路パターンが配線パターンではなく、コンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないため、チップに対し４５度付近の方向から照明するのが望ましい。なお、照明角度の変更は図２（ａ）に示すように、角度の異なる２個のミラーを切り換えるかあるいは、１個のミラーの角度を図示しない回転手段によって変えても良い。
【００２６】
次に、照明方向を変更する方法について説明する。図２（ｂ）に示す分岐光学要素２１８はミラー、プリズム等で構成され、位置をＹ方向に移動させることによって、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌ０を透過または反射して３方向へ導く。分岐光学要素２１８を透過したレーザ光Ｌ１は、ハーフプリズム２２１で透過光と反射光に分岐され、例えば透過した光は、ミラー２３１，ビーム径補正光学系２３２、ミラー２３３、円錐曲面レンズ２３４を介して再びミラー２３５で反射されて、方向２３０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する。
【００２７】
一方、ハーフプリズム２２１での反射光についても同機能を有する光学素子により方向２２０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する。なお、ビーム径補正光学系２２２及び２３２は、ウェハ１に照射されるスリット状ビーム２０１が同じ大きさに成るように円錐曲面レンズ１４に入射するレーザ光のビーム径を調節するものである。また、ハーフプリズム２３５の代りにミラー２６０を設置すれば、方向２２０あるいは方向２３０からのみ照明することができる。また、ハーフプリズム２３５の後方に波長板２２６、２３６を挿入することによって照射するレーザ光の偏光方向をそろえることも可能である。
【００２８】
ところで、分岐光学要素２１８で反射されたレーザ光Ｌ２は、ビーム径補正光学系２４１を通過後、ミラー２４２及び２４３で反射し、円筒レンズ２４４を通過し再びミラー２４５で反射されて方向２４０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する。一方、レーザ光Ｌ３についても同機能を有する光学素子により方向２５０よりウェハ１上にスリット状ビーム２０１を形成する。
【００２９】
照明方向２４０及び２５０に関しては、例えば配線工程において、ウェハ上に形成された配線パターンがＸＹ方向に平行となって多く形成されている場合に、照明の方向を合わせることが可能であり、配線間の異物を検出し易くなるという効果を奏する。
【００３０】
なお、レーザ光源１１として、ここではＹＡＧ第２高調波の波長５３２ｎｍの高出力レーザを用いているが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、紫外、遠紫外あるいは真空紫外光レーザでも良く、またＡｒレーザや窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ、半導体レーザ等の光源であっても良い。一般的にレーザ波長を短波長化することにより、検出像の解像度が向上するため、高感度な検査が可能となる。例えば、波長を０．３４μｍ程度にした場合には対物レンズ２１のＮＡを０．４程度、波長０．１７μｍの場合は対物レンズ２１のＮＡを０．２程度にするのが対物レンズ２１への回折光の入射が多く、検出感度を向上させることができる。また、半導体レーザ等の使用に関しては、装置の小形化、低コスト化が実現できる。
【００３１】
次に、図４（ａ）に示す検出光学系２０について説明する。検出光学系２０は、照明光学系１０で照明されてウェハ等の被検査対象基板１から反射回折された光を、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３、濃度フィルタ、偏光板などから成る光学フィルタ群２５を介して、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６で検出するように構成されている。
【００３２】
空間フィルタ２２は、ウェハ１上の繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光して異物からの散乱光を通過する機能を有し、対物レンズ２１の空間周波数領域、すなわちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する）に配置されている。瞳観察光学系７０は、検出光学系２０の光路中に設置されて検査中はＸ方向に退避可能な構成を有するミラー９０と、投影レンズ９１、ＴＶカメラ９２からなり、例えば図５（ａ）に示すフーリエ変換の結像位置における繰り返しパターンからの反射回折光像５０１を撮像する。
【００３３】
ここで、空間フィルタ２２は、図５（ｂ）に示すように、複数の矩形状の遮光部５０３が可変な間隔ｐで配列された構成を有してフーリエ変換の結像位置に設けられており、ＴＶカメラ９２で撮像したフーリエ変換の結像位置における繰り返しパターンからの反射回折光像５０１に応じて図示しない機構で遮光部５０３の間隔ｐを変化させることが可能に構成されている。これにより、同図（ｃ）に示すように、瞳観察光学系７０で観察したときに、フーリエ変換の結像位置においてパターンからの反射回折光像による輝点のない像５０４になるように調整することができる。これらは、ＴＶカメラ９２からの信号を信号処理系４０で処理して全体制御部５０の指令に基づいて実施される。なお、上記遮光板５０３によらず、例えば、液晶基板を用いて、ＴＶカメラ９２からの信号に基づいて反射回折光像５０１に応じた遮光パターンを形成しても良い。更に、遮光パターンを複数用意しておいて、ＴＶカメラ９２からの信号に基づいて、最適なパターンを選択して用いるようにしても良い。
【００３４】
本検査装置では、異物検査を、高感度を維持しながら高速に行う機能と低速で行う機能を有している。つまり、回路パターンが高い密度で製造されている被検査対象物または検査領域は、検出光学系の倍率を高くすることにより、検査速度は遅くなるが高分解能の画像信号が得られるので、高感度な検査を行うことができる。また、回路パターンが低い密度で製造されている被検査対象物または検査領域は、倍率を下げることにより、高感度を維持した状態で高速検査を実現できるものである。これにより、検出すべき異物の大きさと、検出画素の大きさを最適化でき、異物以外からのノイズを排除し、異物からの散乱光のみを効率よく検出できるという効果を奏する。
【００３５】
次に、検出光学系の倍率を可変する動作について図４（ｂ）を用いて説明する。検出光学系の倍率の変更は全体制御部５０からの指令に基づいて行われる。結像レンズ２３は、可動レンズ４０１、４０２、固定レンズ４０３、移動機構４０４で構成され、倍率変更時は対物レンズ２１および、空間フィルタ２２の位置をＺ方向に変化させることなく、検出器上に結像されるウェハ表面の倍率を可変できる特徴を奏している。すなわち、倍率変更時にも被検査対象基板１と光検出器２６との相対位置を変える必要がなく、倍率変更時の駆動機構４０４を簡単な構成でもって倍率を変えることができ、さらに、フーリエ変換面の大きさも変わらないので、空間フィルタ２２を変更しなくても良い利点を有する。
【００３６】
検出光学系２０の倍率Ｍは、対物レンズ２１の焦点距離４０５をｆ１、結像レンズ２３の焦点距離４０６をｆ２とすると（１）式により算出できる。
Ｍ＝ｆ１／ｆ２                                            （１）
従って、倍率可変検出光学系２０を倍率Ｍにするためには、ｆ１は固定値であるから、
ｆ２が（ｆ１／Ｍ）になる位置に動かすことになる。つまり、本検査装置では、ウェハ１を設置する位置の上方に配置されている検出光学系２０の倍率を簡単な構成で可変できるようになっている。
【００３７】
次に、移動機構４０４の詳細を図４（ｂ）で説明する。図４（ｂ）は可動レンズ４０１及び４０２を特定の場所に移動して位置決めする構成を示している。可動レンズ４０１はレンズ保持部４１０に保持され、レンズ保持部４１０はモータ４１１によるボールネジ４１２の回転により、また、可動レンズ４０２はレンズ保持部４２０に保持され、レンズ保持部４２０はモータ４２１によるボールネジ４２２の回転により、Ｚ方向の所定の位置にそれぞれ独立して移動する。  
すなわち、可動レンズ４０１または４０２を保持しているレンズ保持部４１０または４２０の先端に位置決めセンサの可動部４１５または４２５を、可動レンズ４１０または４２０の停止位置に位置決めセンサの検出部４１６または４２６を設け、モータ４１１または４２１を駆動してレンズ保持部をＺ方向に移動させ、あらかじめ所望の倍率の位置に設けられた各位置決めセンサ４１６または４２６が位置決めセンサ可動部４１５または４２５を検出して位置決めする。なお、位置決めセンサ４４０はＺ方向上限のリミットセンサ、位置決めセンサ４３０はＺ方向下限のリミットセンサである。ここで、位置決めセンサとしては、光学的、磁気的センサ等が考えられる。
【００３８】
これらの動作は、全体制御部５０からの指令に基づいて行われるが、ステージ上に載置される被検査対象基板１のパターン密度に応じて倍率を設定することになる。例えば、回路パターンが高密度の場合は高い倍率を選択して高感度の検査モードとし、回路パターンが低密度の場合や高速検査の必要がある場合は低い倍率を選択するものである。
【００３９】
また、倍率の変更が頻繁でない場合の倍率可変手段として、可動レンズ部分をユニット化し、ユニット交換することも考えられる。この場合、調整、メンテナンスが容易に行えるメリットを奏する。
【００４０】
ところで、前述したようにレーザの照明角度は、被検査対象に発生している異物のタイプによって決定され、全体制御部５０からの指令に基づいて、ステージ上に載置される被検査対象基板１に応じて照明光学系１０の照明角度および照明方向を変えることになっている。
【００４１】
一方、異物検査においては、半導体の高集積化により近年増加傾向の多層ウェハも検査する必要がある。ウェハ表面には多層化の工程で透明な膜(例えば酸化膜)が形成され、その上にパターンが形成される工程の繰り返しにより多層ウェハが作られる。酸化膜の形成されたウェハ上の異物検査において、酸化膜表面の異物のみを検出するニーズが高まっている。基本的には照明角αを小さくすることでパターン回折光などの下地からの反射光の影響を抑えることが可能であるが、照明角αを小さくすることにより、異物から発せられる散乱光のうち照明光の正反射側、すなわち前方散乱光が大きくなり、上方に設けられた検出光学系への散乱光入射が小さくなって異物が安定して検出されなくなる問題がある。
【００４２】
そこで本発明では、図６に示すように、ビーム径が拡大されたレーザ光Ｌ３をミラー６１０，集光レンズ６２０を介してウェハ表面に対して照明角γでもってウェハ１上に照射してスリット状ビーム６０１を形成し、照明方向２５０に対してほぼ直角に交叉する方向２６０で水平角度φ、検出角度θなる方向に、結像レンズ６３０，検出器６４０からなる検出光学系を配置し、ウェハ表面に形成された薄膜上に照射されたスリット状ビーム６０１によって発せられる薄膜表面に存在する異物からの側方散乱光を検出するようにしている。検出器６４０の受光面は、結像レンズ６３０を介してスリット状ビーム６０１と結像関係となる位置に配置され、結像レンズ６３０は検出器の受光面がスリット状ビーム６０１の全照明範囲を臨むように結像倍率が設定されている。検出系を結像関係にすることにより検出対象以外からの迷光の影響を防止することができ、また、センサを構成する複数の画素から並列に信号を出力して並列処理を行うことが可能になるため、検査の高速化が図れるというメリットがある。検査中は、ウェハ表面がＺ方向で一定の位置となるように図示しない自動焦点制御系により検出器の受光面がスリット状ビーム６０１の全照明範囲をとらえるように制御される。ここで検出器としてはＴＤＩセンサや１次元又は２次元のイメージセンサ等が用いられる。また、光路中に空間フィルタを設置してパターンからの反射回折光を遮光することも可能である。
【００４３】
照明方向としては、方向２２０あるいは方向２３０から照明しても良い。ただし、方向２６０に結像レンズ６３０，検出器６４０からなる検出光学系を配置した場合は、方向２２０から照明を行う構成とし、方向２３０からの照明ではＹ軸を対称軸として結像レンズ６３０，検出器６４０と反対側の位置に結像レンズ６３０，検出器６４０からなる検出光学系を配置することになるが、方向２３０に配置の照明系と干渉しない位置に配置する必要がある。また、方向２３０からの照明により、Ｙ軸を挟んで結像レンズ６３０，検出器６４０と反対側の位置で検出する場合は、方向２３０からの照明光が検出器６４０に到達しないように検出角θを設定することが望ましい。これにより、パターン回折光等の下地からの反射光の影響を抑えてウェハ上の異物のみを精度良く検出することが可能になる。
【００４４】
また、図７（ａ）に示すように、例えばレーザ光Ｌ３を偏向手段７３０によりＹ方向に高速走査して照明し、異物からの散乱光を光ファイバ等による分配手段７５０で導いてフォトマル等の光電変換素子７６０ａ〜７６０ｄで検出しても良い。この場合、図７（ｂ）に示すように複数のスポット走査群をウェハ上に形成することで検査の高速化が図れる。また、各走査スポット７０１ａ〜７０１ｄから発生する異物散乱光の検出は、図８（ａ）の如く分配手段７５０で導かれる光情報を一定の配列間隔でピックアップしてフォトマルで検出する構成により検出の偏りを低減できる。
【００４５】
また、複数の走査スポットは図８（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌ３を、分岐手段７１０で複数に分割し、各スポットを偏向手段７２０でウェハ上Ｙ方向に走査する。この場合、各偏光器７２５ａ〜７２５ｄはそれぞれ異なる周波数で各照明光に変調をかける。各フォトマル７６０ａ〜７６０ｄは各スポット走査による散乱光を受光するが、各フォトマルから出力される電気信号を図示しない検波回路を用いて特定のスポット走査により発する異物からの散乱光を検出する。また、複数のレーザスポットを走査する代わりに、図９に示すように、レーザ照明系と検出系とをユニット化した複数の検出ヘッドを、チップ２０２の配列方向に、好ましくはチップのピッチに合わせて設置しても検査を高速化することができる。
【００４６】
ところで、検出光学系２０に配しているＮＤフィルタ２４は、光検出器２６で検出される光量を調整するためのものであり、高輝度の反射光が光検出器２６に受光されると、光検出器２６は飽和状態となり、安定した異物検出ができない。このＮＤフィルタ２４は、照明光学系部１０で照射光量を調整できる場合は、必ずしも必要ではないが、ＮＤフィルタ２４を用いることにより、検出光量の調整幅を大きくすることができ、様々な被検査対象に最適になるように光量を調整できる。例えば、１Ｗから１００Ｗまで出力を調整できるレーザ光源１１を、１００％透過フィルタ、１％透過フィルタのＮＤフィルタと組み合わせて用いることにより、１０ｍＷから１００Ｗまでの光量調整ができ、幅広い範囲での光量の調整が可能になる。
【００４７】
次に、光学フィルタ２５は、例えば偏光素子である。偏光素子は、照明光学系部１０で偏光照明した際、回路パターンのエッジから生じる反射回折光による偏光成分を遮光し、異物から生じる反射回折光による偏光成分の一部分を透過するもので、本発明においては必ずしも必要としない。
【００４８】
次に、光検出器２６は、結像レンズ２３によって集光された反射回折光を受光し、光電変換するためのイメージセンサであり、例えば、ＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサやＴＤＩセンサやアンチブルーミングＴＤＩセンサやフォトマルである。
【００４９】
ここで、光検出器２６の選択方法しては、安価な検査装置にする場合にはＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサが良く、高感度に微弱な光を検出する場合は、例えば、０．１μｍ程度以下の極微小な異物を検出する場合は、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）機能を持ったセンサやフォトマルが良い。
【００５０】
ウェハ上の検査対象領域によってもパターンからの反射回折光の強度には差が生じる。すなわち、繰り返しパターンの形成されたメモリセル部とその周辺では、周辺部の方がウェハ表面の異物以外からの反射回折光強度が強くなっている。
【００５１】
このため、光検出器２６で受光する光のダイナミックレンジが大きい場合（センサが飽和するような光が入射する場合）は、アンチブルーミング機能を付随したセンサが良いが、図１０（ａ）に示すように、検出光学系の光路に透過、反射率の異なるビームスプリッタを配し、それぞれの光路に検出器を設置しても良い。この場合、一方のセンサ１０２６が飽和するような強い光が入射した場合でも、他方のセンサ１０２７では光量が減衰された光を検出するため、異物を検出することができる。また、ＴＤＩセンサを用いる場合では図１０（ｂ）に示すように、例えば１００段の受光素子列のうち、信号を取り出す段数の異なる受光部を形成した素子を用いることも考えられる。例えば、１段の受光素子列の信号を取り出す部分と、残りの９９段の信号取り出す部分に分けた構成にすることにより、強い光が入射した場合でも、９９段の信号取り出す部分ではブルーミングを発生しても、１段の受光素子列の信号を取り出す部分ではブルーミングを起こすことを防止でき、それぞれの出力信号を信号処理系４０で処理するようにすればよい。
【００５２】
また、フォトマルを用いる場合、図１１に示すように、フォトマルを一次元方向に配列したセンサを用いても良い。この場合、高感度な一次元センサとして用いることができ、高感度な検査が可能となる。この時の構成としては、図１１（ａ）に示すように、フォトマル５００１の結像レンズ２３側にマイクロレンズ５００２を取り付け、結像レンズ２３で集光される反射回折光を検出する構成にすれば良い。ここで、マイクロレンズ５００２は、フォトマル面と同等の範囲の光をフォトマル５００１に集光する機能を持つ。また、図１１（ｂ）のように、マイクロレンズ５００２の下流に設置した治具５００３を介して光ファイバ５００４を取りつけ、さらに光ファイバ５００４の出力端にフォトマル５００１を取り付ける構成にしても良い。この場合、光ファイバの直径はフォトマルの直径よりも小さいため、図１１（ａ）よりもセンサピッチを小さくできるため、分解能の高いセンサにすることができる。
【００５３】
次に、搬送系３０について説明する。ステージ３１、３２は試料設置台３４をＸＹ平面で移動させるためのステージであり、照明光学系１０の照明エリアに被検査対象基板１全面を移動可能なストロークを有する。また、ステージ３３はＺステージであり、検出光学系２０の光軸方向（Ｚ方向）に試料設置台３４を移動させることができる機能を持つ。また、試料設置台３４は、ウェハ１を真空吸着などの手段により保持するとともに、被検査対象基板１を平面方向に回転させる機能を持つ。また、ステージコントローラ３５はステージ３１、３２、３３、試料設置台３４を制御する機能を持つ。
【００５４】
次に、ウェハ１表面からの反射回折光を受光し、光電変換する光検出器２６からの出力信号を処理するための信号処理系４０の内容について図１２を用いて説明する。信号処理系４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部１３０２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３、上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号４１０と閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））４２０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３１０、該特徴量算出回路１３１０から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を分類する各種欠陥に分類する統合処理部１３０９、および結果表示部１３１１から構成される。異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、および検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎを備えて構成される。
【００５５】
特に、本発明においては、異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、特徴量算出回路１３１０、および統合処理部１３０９を特徴とする。
【００５６】
次に動作を説明する。まず光検出器２６で得られた信号をＡ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化する。この検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０をデータ記憶部１３０２に保存すると共に、閾値算出処理部１３０３に送る。閾値算出処理部１３０３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４２０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路１３０５、１３０６で処理された信号を基に、異物検出処理回路１３０７で異物を検出する。検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号
を基に、特徴量算出回路１３０９で特徴量（例えば、高角度照明により得られた散乱光量、低角度照明により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部１３０９で統合し、結果表示部１３１１に検査結果を表示する。
【００５７】
以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部１３０２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。
【００５８】
次に、信号の画素マージ回路部１３０５、１３０６について図１０を用いて説明する。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０と、および閾値算出処理部１３０３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる差分閾値画像信号４２０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。ここで、画素マージ回路部１３０５ａ、１３０６ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｂ、１３０６ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｃ、１３０６ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部１３０５ｎ、１３０６ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号４１０、４２０をそのまま出力する。
【００５９】
閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６
ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００６０】
ここで、画素をマージする効果を説明する。本発明の異物検査装置では、必ずしも微小異物だけではなく、数μｍの範囲に広がった大きな薄膜状の異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないために、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。そこで、１画素平均の検出画像信号レベルをＳとし、平均のばらつきをσ／ｎとすると、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、検出画像信号レベルはｎ2×Ｓとなり、ばらつき（Ｎ）はｎ×σとなる。従って、ＳＮ比はｎ×Ｓ／σとなる。他方、薄膜状異物について１画素単位で検出しようとすると、検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるため、ＳＮ比は、Ｓ／σとなる。従って、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、ＳＮ比をｎ倍向上させることができる。
【００６１】
１画素単位程度の微小異物については、１画素単位で検出される検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるので、ＳＮ比はＳ／σとなる。仮に、１画素単位程度の微小異物についてｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすると、検出画像信号レベルはＳ／ｎ2となり、ばらつきはｎ×σとなるため、ＳＮ比はＳ／ｎ３／σとなる。従って、１画素単位程度の微小異物については、画素単位の信号そのままの方が、ＳＮ比として向上が図れる。
【００６２】
なお、本実施例では、マージの範囲を正方形（ｎ×ｎ画素）にした例で説明したが、マージの範囲を長方形（ｎ×ｍ画素）にしても良い。この場合、方向性のある異物の検出や、光検出器２６での検出画素が長方形であるが、信号処理は正方形画素で処理したい場合に有効である。
【００６３】
また、本実施例で説明したマージオペレータの機能は、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する実施例で説明したが、ｎ×ｎ画素の最大値や最小値、または中央値を出力しても良い。中央値を用いた場合は、安定した信号が得られる。さらに、出力値としてｎ×ｎ画素の平均値に特定の値を乗算または除算した値としても良い。
【００６４】
次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部１４１１から得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。
【００６５】
ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。
【００６６】
次に、統合処理部１３０９およびその検査結果表示部１３１１について説明する。統合処理部１３０９では、画素マージ回路１３０５、１３０６で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路１３１０で算出した特徴量と異物検出結果を統合し、結果表示部１３１１に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。
【００６７】
まず、特徴量算出回路１３１０について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路１３１０は、前記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明及び低角度照明によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウェハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。
【００６８】
〔顕微鏡を付けた実施の形態〕
本発明に係る欠陥検査装置に関する実施形態は図１４に示すように、検査によって検出された異物は、観察光学系６０によって確認可能な構成になっている。この観察光学系６０は、ステージ３１、３２を動かすことにより、観察光学系６０の顕微鏡視野の位置に、ウェハ１上の検出した異物（虚報も含む）を移動させ、この画像を観察するものである。
【００６９】
観察光学系６０を備えている利点は、ＳＥＭなどのレビュー装置にウェハを移動させなくても、検出した異物を即座に観察できることである。検査装置での検出物を即座に観察することによって、すばやく異物の発生原因を特定することができる。
【００７０】
また、観察光学系６０のＴＶカメラ６４の画像は、パソコンと共用のカラーモニタ上に検出した異物の画像が映し出され、検出異物の座標を中心として、部分的にレーザ照射とステージ走査による検査ができ、異物の散乱光像と異物位置をマーキングしてモニタ上に写す機能も有している。これにより、実際異物を検出したか否かの確認も可能である。なお、ステージ走査による部分画像は、異物の検出されたダイの隣接ダイの検査画像も取得できるのでその場での比較確認も可能である。
【００７１】
なお、観察用光学系６０としては、光源には可視光（例えば白色光）でも良いし、紫外光を光源とした顕微鏡でも良い。特に、０．１μｍレベルの微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す照明光学系の配置を説明するための図である。
【図３】照明光学系に用いられている円錐曲面レンズの機能を説明するための図である。
【図４】図１に示す検出光学系の倍率可変部分の可変動作説明図である。
【図５】図１に示す瞳観察光学系の機能を説明するための図である。
【図６】本発明に関わる第一の検出光学系の実施例を示す構成図である。
【図７】検出光学系の別の実施例を説明する図である。
【図８】図７に示す検出光学系の照明と検出部の説明図である。
【図９】検査装置の別の実施例を説明する図である。
【図１０】光検出器の別の実施例を説明する図である。
【図１１】光検出器の別の実施例を説明する図である。
【図１２】図１に示す信号処理系を示す構成図である。
【図１３】閾値算出処理部を説明する図である。
【図１４】観察光学系を付けた実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…ウェハ（被検査対象基板）    １０…照明光学系    １１…レーザ光源            
１４、２３４…円錐曲面レンズ    １５…ミラー    ２０…検出光学系        ２１…対物レンズ    ２２…空間フィルタ    ２３…結像レンズ    ２４…ＮＤフィルタ        ２５…光学フィルタ    ２６…光検出器    ３０…搬送系        ３１…Ｘステージ    ３２…Ｙステージ    ３３…Ｚステージ    ３４…試料設置台    ３５…ステージコントローラ    ４０…信号処理系    ５０…全体制御部    ６０…観察光学系    ７０…瞳観察光学系    ２０１、６０１…スリット状ビーム    ２０２…チップ    ２１８…分岐光学要素    ２２２、２３２、２４１、２５２…ビーム径補正光学系    ４２０…光学フィルタ群    ５０３…遮光板    ６２０…集光レンズ    ６３０…結像レンズ    ６４０…検出器      ７０１…照明位置    ７０２…ミラー    ７２０…偏向手段    ７１０…分岐手段    ７５０…分配手段    ７６０…光電変換素子    ９０１…検出ヘッド        １０３０、１０２６…検出器    １２０１、１２０２…可動レンズ    １２０３…固定レンズ    １２０４…移動機構    １３０１…Ａ／Ｄ変換器    １３０２…データ記憶部
１３０３…閾値算出処理部    １３０５、１３０６…画素マージ回路    １３０７…異物検出処理回路    １３０８…検査領域処理部      １３０９…統合処理部    １３１０…特徴量算出回路（特徴量算出部）          １３１１…結果表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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