(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料における欠陥を検査するための欠陥検査装置であって、
前記試料を移動させるステージと、
前記試料の表面に所定の入射角を有する検査用照明光を前記試料の表面に照射し、前記試料の表面にビームスポットを生成する照明光学系と、
前記試料の表面に対して所定の傾斜角にて傾斜した第１の光軸を有し、前記ビームスポットからの光を検出し、欠陥検査のための第１の像を取得する第１の検出器と、この第１の検出器を移動させるための検出器移動手段と、を有する斜方検出系と、
前記試料の表面の法線に沿った第２の光軸を有し、前記ビームスポットからの光を検出し、欠陥検査のための第２の像を取得する第２の検出器を有する上方検出系と、
処理制御部を有し、前記第１の像及び前記第２の像の少なくとも１つを用いて前記試料の欠陥を検出する信号処理系と、を備え、
前記処理制御部は、環境変動による前記上方検出系の対物レンズの焦点距離の変化に応じて、前記ステージを制御して前記第２の光軸方向に前記試料を移動させて前記上方検出系の焦点距離を調整し、前記試料の高さを前記上方検出系の検出視野に実質的に一致させ、前記試料の移動量に応じて前記検出器移動手段を制御して前記斜方検出系の検出視野が前記上方検出系の検出視野に実質的に一致するように前記第１の検出器の位置を移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記試料の移動前の前記欠陥の座標を（０，０）、前記上方検出系のｘｚ座標系における前記欠陥の座標を（ｘ０，ｚ０）、前記斜方検出系の傾斜ｘｚ座標系における前記欠陥の座標を（ｘｓ１，ｚｓ１）、前記斜方検出系の傾斜角をβとすると、前記処理制御部は、
ｘｓ１＝ｘ０・ｃｏｓβ＋ｚ０・ｓｉｎβ、及び
ｚｓ１＝−ｘ０・ｓｉｎβ＋ｚ０・ｃｏｓβ
で表される演算式によって、前記斜方検出系のｘｚ座標系における欠陥の座標（ｘｓ１，ｚｓ１）を算出し、この欠陥の座標（ｘｓ１，ｚｓ１）に対応する結像位置に前記第１の検出器が配置されるように前記検出器移動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、スリット状の前記ビームスポットを生成することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照明光学系は、前記斜方検出系と対向する方向から検査用照明光を前記試料の表面に照射する第１の照明ビームスポット結像部と、この第１の照明ビームスポット結像部による検査用照明光の方向に対して所定の角度だけずれた方向から検査用照明光を照射する第２の照明ビームスポット結像部と、この第２の照明ビームスポット結像部による検査用照明光の方向に対して所定の角度だけずれた方向から検査用照明光を照射する第３の照明ビームスポット結像部とを有し、前記第１、第２、及び第３の照明ビームスポット結像部の少なくとも１つを用いて前記ビームスポットを生成することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記斜方検出系における前記検出器移動手段は、前記第１の検出器を前記傾斜ｘｚ座標系におけるｘ方向及びｚ方向に移動させる２つの一軸ステージにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
検査対象における欠陥を検査するための欠陥検査装置であって、
前記検査対象を移動させるステージと、
前記検査対象の表面に所定の入射角を有する検査用照明光を前記検査対象の表面に照射し、前記検査対象の表面にビームスポットを生成する照明光学系と、
前記検査対象の表面に対して第１の光軸を有し、前記ビームスポットからの光を検出する第１の検出器と、この第１の検出器を移動させるための検出器移動手段と、を有する第１の検出系と、
前記検査対象の表面に対して第２の光軸を有し、前記ビームスポットからの光を検出する第２の検出器を有する第２の検出系と、
処理制御部を有し、前記第１の検出系と前記第２の検出系の出力を用いて前記検査対象の欠陥を検出する信号処理系と、を備え、
前記処理制御部は、環境変動による前記第２の検出系の対物レンズの焦点距離の変化に応じて、前記ステージを制御して前記第２の光軸方向に前記検査対象を移動させて前記第２の検出系の焦点距離を調整し、前記検査対象の高さを前記第２の検出系の検出視野に実質的に一致させ、前記検査対象の移動量に応じて前記検出器移動手段を制御して前記第１の検出系の検出視野と前記第２の検出系の検出視野とが実質的に一致するように前記第１の検出器の位置を移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
試料の欠陥を検出する欠陥検査装置において、
前記試料に光を照明する照明光学系と、
前記試料からの光を検出して検査の為の第１の像を得る第１の検出光学系と、
前記試料からの光を検出して検査の為の第２の像を得る第２の検出光学系と、
前記第１の像、及び前記第２の像の少なくとも１つを使用して検査を行う処理部を有し、
前記２の検出光学系は前記第１の検出光学系とは異なる位置に配置されており、
さらに、前記第１の検出光学系の視野と前記第２の検出光学系の検出視野とを実質的に一致させる制御部を有し、
前記制御部は、環境変動による前記第１の検出光学系の対物レンズの焦点距離の変化に応じて、前記試料の高さを前記第１の検出系の検出視野に実質的に一致させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の欠陥検査装置において、
前記第１の検出光学系は、前記第１の像を得るための第１のセンサを有し、
前記第２の検出光学系は、前記第２の像を得るための第２のセンサを有し、
前記制御部は、前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とが実質的に一致するように、前記第１のセンサ、及び前記第２のセンサのうち少なくとも１つを移動することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の欠陥検査装置において、
前記制御部は、前記第１の検出光学系の第１の焦点距離、及び前記第２の検出光学系の第２の焦点距離のうち少なくとも１つを変更し、
さらに、前記制御部は、前記第１の焦点距離の変化、及び前記第２の焦点距離の変化のうち少なくとも１つに応じて、前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とが実質的に一致するように、前記第１のセンサ、及び前記第２のセンサのうち少なくとも１つを移動することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の欠陥検査装置において、
前記制御部は、前記試料の表面上で前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とが実質的に一致するよう、前記第１のセンサ、及び前記第２のセンサのうち少なくとも１つを移動することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の欠陥検査装置において、
前記照明光学系は、前記試料上に線状の照明領域を形成することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の欠陥検査装置において、
前記第１の検出光学系は、第１の光軸を有し、
前記制御部は、前記第１のセンサを前記第１の光軸に沿った方向、及び前記第１の光軸と交差する方向のうち少なくとも１つの方向に移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の欠陥検査装置において、
前記第２の検出光学系は、第２の光軸を有し、
前記制御部は、前記第２のセンサを前記第２の光軸に沿った方向、及び前記第２の光軸と交差する方向のうち少なくとも１つの方向に移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１４】
請求項７に記載の欠陥検査装置において
前記制御部は、前記第１の検出光学系の第１の焦点距離、及び前記第２の検出光学系の第２の焦点距離のうち少なくとも１つを変更し、
前記第１の焦点距離の変化、及び前記第２の焦点距離の変化のうち少なくとも１つに応じて前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とを実質的に一致させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１５】
請求項７に記載の欠陥検査装置において
前記制御部は、前記試料の表面上で前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とを実質的に一致させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１６】
請求項７に記載の欠陥検査装置において、
前記第１の検出光学系は、前記第１の像を得るための第１のセンサを有し、
前記制御部は、前記第１のセンサを第１の光軸に沿った方向、及び前記第１の光軸と交差する方向のうち少なくとも１つの方向に移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の欠陥検査装置において、
前記第２の検出光学系は、前記第２の像を得るための第２のセンサを有し、さらに、前記第２の検出光学系は、前記試料に対して第２の光軸を有し、
前記制御部は、前記第２のセンサを前記第２の光軸に沿った方向、及び前記第２の光軸と交差する方向のうち少なくとも１つの方向に移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１８】
請求項７記載の欠陥検査装置において、
前記第１の検出光学系は、第１の対物レンズを有し、
前記第２の検出光学系は、第２の対物レンズを有し、
前記第１の対物レンズと前記第２の対物レンズとは異なる位置に配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１９】
請求項７に記載の欠陥検査装置において、
前記照明光学系は、前記試料上に線状の照明領域を形成することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２０】
請求項１３に記載の欠陥検査装置において、
前記照明光学系は、前記試料に対して複数の方向から光を照明し、前記線状の照明領域を形成することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２１】
請求項７に記載の欠陥検査装置において、
前記試料を搭載する搭載部を有し、前記搭載部は前記試料の高さを変更し、
前記制御部は、前記試料の高さの変化に応じて、前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とを実質的に一致させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２２】
請求項７に記載の欠陥検査装置において、
前記制御部は、倍率に応じて前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とを実質的に一致させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２３】
請求項７に記載の欠陥検査装置において、
前記制御部は、前記照明光学系の照明条件に応じて前記第１の検出光学系の検出視野と前記第２の検出光学系の検出視野とを実質的に一致させることを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象における異物などの欠陥を検査する欠陥検査装置に関し、例えば、半導体ウェハや液晶など、パターン付基板の検査工程に好適である欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶などの製造工程において、基板表面に異物が存在すると、短絡や絶縁不良などの不良の原因となる。異物の発生原因はさまざまであり、装置からの発塵、人体からの発塵、あるいはプロセスガスなど材料からの発塵などが挙げられる。
【０００３】
半導体プロセスの微細化に伴い、不良につながる欠陥サイズも微小となっており、より高精度な欠陥検出が求められている。
【０００４】
また、近年では半導体の集積化により多層ウェハが増加傾向にある。多層ウェハは基板上に酸化膜などの透明薄膜を形成し、その上に回路パターンを形成する工程の繰り返しにより作られる。このためウェハ上の欠陥検査では、透明薄膜表面の異物や欠陥を検出するニーズが高まっている。
【０００５】
このようなニーズに対応するため、特許文献１には、一般的な暗視野検査装置で用いられる、ウェハに垂直な方向に設置した検出系に加え、低仰角の検出系を用いて透明薄膜下地のパターンからの散乱光を低減し、検出感度を向上させる方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２にも同様に、ウェハ散乱光の明るさむらを低減するために、低仰角の検出角度を用いた検出方法が開示されている。
【０００７】
これらの方法では、低仰角検出系と垂直検出系の両方を同時に使用可能であり、複数の欠陥信号を用いて高感度な欠陥の検出を可能としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１０７９６０号公報
【特許文献２】特開２００７−３３４３３号公報
【特許文献３】特許３５６６５８９号公報
【特許文献４】特開平５−２１８１６３号公報
【特許文献５】特開平６−２５８２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、検出視野をあわせる際に上方の検出系に対してウェハ高さおよび照明位置を合わせこむ場合は、残りの検出系の焦点が照明されずに検出感度が低下する恐れがある。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、複数の検出系を用いた場合において、検出器（センサ）の位置を補正し、これらの検出系の焦点位置を一致させ、検出感度の低下を防止する欠陥検査装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、試料に対して互いに異なる光軸を有する複数の検出系を設け、少なくとも１つの検出系は、検出器（センサ）の位置を補正する機構を備えている。そして、ウェハ高さおよび照明位置に対して適正な結像位置を推定し、センサを移動させることによって、検出感度の低下を防止する欠陥検査装置である。補正は倍率、照明条件などに応じて個別に行なってよい。
【００１２】
例えば、複数の検出系のうち１つにおいて、試料と検出器（センサ）との距離を調整した場合、他の検出系における検出器を移動させて結像位置のずれを補正する。
【００１３】
即ち、本発明による欠陥検査装置は、試料を移動させるステージと、試料の表面に所定の入射角を有する検査用照明光を試料の表面に照射し、試料の表面にビームスポットを生成する照明光学系と、試料の表面に対して所定の傾斜角にて傾斜した第１の光軸を有し、ビームスポットからの光を検出する第１の検出器と、この第１の検出器を移動させるための検出器移動手段と、を有する斜方検出系と、試料の表面の法線に沿った第２の光軸を有し、ビームスポットからの光を検出する第２の検出器を有する上方検出系と、処理制御部を有し、斜方検出系と上方検出系の出力を用いて試料の欠陥を検出する信号処理系と、を備える。そして、処理制御部は、ステージを制御して第２の光軸方向に試料を移動させて上方検出系の焦点距離を調整する。また、処理制御部は、このステージ移動による試料の移動量に応じて検出器移動手段を制御して斜方検出系における第１の検出器の位置を移動させる。
【００１４】
ここで、試料の移動前の前記欠陥の座標を（０，０）、上方検出系のｘｚ座標系における欠陥の座標を（ｘ０，ｚ０）、斜方検出系の傾斜ｘｚ座標系における欠陥の座標を（ｘｓ１，ｚｓ１）、斜方検出系の傾斜角をβとすると、処理制御部は、
ｘｓ１＝ｘ０・ｃｏｓβ＋ｚ０・ｓｉｎβ、及び
ｚｓ１＝−ｘ０・ｓｉｎβ＋ｚ０・ｃｏｓβ
で表される演算式によって、斜方検出系のｘｚ座標系における欠陥の座標（ｘｓ１，ｚｓ１）を算出し、この欠陥の座標（ｘｓ１，ｚｓ１）に対応する結像位置に第１の検出器が配置されるように検出器移動手段を制御する。
【００１５】
さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各検査条件による検出系の焦点位置の違いを、受光系の位置を補正することによって好適な受光条件にできるので、検査感度の低下を防止することができ、安定した検査を実現できる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、装置ごとの部品のばらつきや組立て誤差などを補正する効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１９】
（１）欠陥検査装置の構成
図１は、本発明の実施形態による欠陥検査装置の概略構成を示す図である。図１において、欠陥検査装置は、ウェハ等の試料をｘｙｚ方向及びｚ軸周りに移動させるステージ系３００と、試料上に検査用照明光を照射する照明光学系１００と、試料からの反射光を検出する上方検出光学系２００と、試料からの反射光を検出する傾斜検出光学系５００と、演算処理や信号処理等を行う制御系４００と、を備えている。
【００２０】
ステージ系３００は、ｘステージ３０１、ｙステージ３０２、ｚステージ３０３、回転ステージ３０４およびステージコントローラ３０５を有する。
【００２１】
照明光学系１００は、レーザ光源１０１、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームエキスパンダ、光学フィルタ群１０４およびミラー１０５で構成されるビーム整形部、３つのビームスポット結像部１１０、１２０、１３０を有する。ビームスポット結像部１１０は、光学分岐要素（またはミラー）１０６、円錐曲面を持つ照明レンズ１０７、およびミラー１０８、１０９を有する。光学フィルタ群１０４は、ＮＤフィルタおよび波長板を含む。
【００２２】
なお、レーザ光源１０１として、高出力のＹＡＧレーザの第３高調波TＨＧ、波長３５５ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。また、レーザ光源１０１として、ＹＡＧ／TＨＧである必要もない。すなわち、レーザ光源１０１として、Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレーザ等他の光源であっても良い。
【００２３】
上方検出光学系２００は、検出レンズ２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ズームレンズ群２０４、１次元検出器（イメージセンサ）２０５、空間フィルタ制御２０７、及び、ズームレンズ制御２０８を有する。傾斜検出光学系５００は、１次元検出器（イメージセンサ）５０１、対物レンズ５０２、空間フィルタ５０３、及び結像レンズ５０４を有する。１次元検出器２０５はＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）センサであってよい。
【００２４】
制御系４００は、演算処理部（処理制御部）４０１、信号処理部４０２、出力部４０３、及び、入力部４０４を有する。演算処理部４０１はＣＰＵ等を有し、モータ等の駆動、座標、センサを制御する。信号処理部４０２は、Ａ／Ｄ変換部、遅延させることができるデータメモリ、チップ間の信号の差をとる差分処理回路、チップ間の差信号を一時記憶するメモリ、パターン閾値を設定する閾値算出処理部、比較回路等を有する。
【００２５】
出力部４０３は、異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力又は表示する。入力部４０４は、ユーザにより命令及びデータを入力する。
【００２６】
図１の左下に座標系３３０を示すが、平面上にｘｙ軸をとり、垂直上方にｚ軸をとることとする。この場合、上方検出光学系２００の光軸はｚ軸に沿って配置され、傾斜検出光学系５００の光軸はｘｚ平面上に配置されることになる。
【００２７】
（２）照明光学系の構成
図２を参照して、照明光学系１００の３つのビームスポット結像部１１０、１２０、１３０について説明する。図２は、試料（基板）１であるウェハを上から見た図である。第１のビームスポット結像部１１０を経由してｘ軸方向の検査用照明光１１が照射され、第２のビームスポット結像部１２０を経由してｙ軸に対して−４５度傾斜した方向の検査用照明光１２が照射され、第３のビームスポット結像部１３０を経由してｙ軸に対して４５度傾斜した方向の検査用照明光１３が照射される。第１のビームスポット結像部１１０の反対側に、斜方検出系５００が配置されている。
【００２８】
これらの検査用照明光１１、１２及び１３は、基板（試料）１の表面に対して所定の角度αにて傾斜して照射される。特に、検査用照明光１２及び１３の仰角αを小さくすることによって、透明薄膜下面からの散乱光の検出量を低減することができる。
【００２９】
これらの検査用照明光１１、１２及び１３によって、基板（試料）１上に細長いビームスポット３が形成される。ビームスポット３は、ｙ軸方向に沿って延びている。ビームスポット３のｙ軸方向の長さは、上方検出光学系２００の１次元検出器２０５の検出視野２５０より大きい。
【００３０】
ここで、照明光学系１００に、３つのビームスポット結像部１１０、１２０及び１３０を設けた理由について説明する。検査用照明光１２、１３をｘｙ平面上に投影した像がｘ軸となす角をそれぞれφ１、φ２とすると、本例では、φ１＝φ２＝４５度としている。それによって、基板１上の非繰り返しパターンからの０次の回折光が検出系２００の対物レンズ２０１に入射することが回避されるが、その理由については、特許文献３に詳細に記載されており、ここではその説明は省略する。
【００３１】
基板１上の非繰り返しパターンは、主として、平行及び直角に形成された直線状パターンからなる。これらの直線状パターンは、ｘ軸又はｙ軸方向に延びている。基板１上のパターンは、突出して形成されているため、隣接する直線状パターンの間には凹部が形成される。従って、ｘ軸及びｙ軸に対して４５度傾斜した方向から照射した検査用照明光１２、１３は、突出した回路パターンによって遮られ、直線状パターンの間の凹部を照射することができない。
【００３２】
そこで、ｘ軸方向に沿った検査用照明光１１を生成するビームスポット結像部１１０を設けている。このように検査用照明光１１によって、直線状パターンの間の凹部を照射することができるため、そこに存在する異物等の欠陥を検出することができる。直線状パターンの方向により、試料を９０度回転させて検査するか、検査用照明光１１を、ｙ軸方向に沿って照射する。
【００３３】
尚、検査用照明光１１のように、ｘ軸方向に沿って照射し、直線状パターンの間の凹部を照射する場合には、検出器が０次の回折光を検出しないように０次の回折光を遮光する必要がある。そのために、空間フィルタ２０２が設けられる。
【００３４】
図３及び図４を参照して、細長いビームスポット３を形成する方法を説明する。図３には、照明光学系１００のうち、レーザ光源１０１、凹レンズ１０２、凸レンズ１０３、及び照明レンズ１０４のみが示されており、他の構成要素１０５、１０６、１０７、１０８及び１０９は省略されている。本質的な構成を理解し易くするためである。
【００３５】
照明レンズ１０４は、円錐曲面を持つシリンドリカルレンズであり、図３（ａ）に示すように、長手方向に沿って、直線的に焦点距離が変化し、図３（ｂ）に示すように、平面凸レンズの断面を有する。図４に示すように、基板（試料）１に対して傾斜して入射する照明光に対しても、ｙ方向に絞り込み、ｘ方向にコリメートされたスリット状のビームスポット３を生成することができる。基板（試料）１の表面に対する照明光の角度をα１、基板（試料）１上に投射された検査用照明光１１の像がｘ軸となす角をφ１とする。
【００３６】
このような照明レンズ１０４を用いることにより、ｘ方向に平行光を有し、かつφ１＝４５度付近の照明を実現することができる。円錐曲面を有する照明レンズ１０４の製造方法等については、特許文献３に記載されているので、ここではその説明を省略する。
【００３７】
（３）３つのビームスポットを実現するための構成
図５を参照して照明光学系１００の３つのビームスポット結像部１１０、１２０及び１３０の構造の例を説明する。レーザ光源１０１から出射したレーザビームは、ハーフミラー等の第１の分岐光学要素１４１によって２つの光路に分岐する。一方はミラー１４２、１４３を反射し第１のビームスポット結像部１１０を構成する凹レンズ１４４に入射する。こうして、第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１が生成される。他方はハーフミラー等の第２の分岐光学要素１４５によって２つの光路に分岐する。一方は、ミラー１４６を反射し、第２のビームスポット結像部１２０を構成する凹レンズ１４７に入射する。こうして、第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２が生成される。他方は第３のビームスポット結像部１３０を構成する凹レンズ１４８に入射する。こうして、第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３が生成される。
【００３８】
第１の分岐光学要素１４１を退出させるかまたは素通りの光学要素１４１ａに切り換えることによって第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１は生成されない。即ち、第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２と第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３のみが生成される。第１の分岐光学要素１４１を退出させるかまたは素通りの光学要素１４１ａに切り換え、更に、第２の分岐光学要素１４５をミラー１４５ａに切り換えることによって、第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３のみが生成される。第１の分岐光学要素１４１を退出させるかまたは素通りの光学要素１４１ａに切り換え、更に、第２の分岐光学要素１４５を退出させるかまたは素通りの光学要素に切り換えることによって、第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２のみが生成される。
【００３９】
第１の分岐光学要素１４１を配置し、第２の分岐光学要素１４５をミラー１４５ａに切り換ることによって、第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１と第３のビームスポット結像部１３０からの照明光１３のみが生成される。第１の分岐光学要素１４１を配置し、第２の分岐光学要素１４５を退出させるかまたは素通りの光学要素に切り換ることによって、第１のビームスポット結像部１１０からの照明光１１と第２のビームスポット結像部１２０からの照明光１２のみが生成される。
【００４０】
こうして、本実施形態では、３つのビームスポット結像部１１０、１２０及び１３０からの照明光１０、１１及び１２のうち任意の照明光を生成することができる。
【００４１】
（４）上方検出光学系
上方検出光学系２００について説明する。基板（試料）１上に検査用照明光が照射され、スリット状のビームスポット３が生成されると、散乱光を含む反射光が出射される。この出射光は、透明薄膜上面、下面、基板上の回路パターン、異物等の欠陥から出射される。この出射光は、上方検出光学系２００の検出レンズ２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３を経由し、検出器２０５によって受光され、そこで光電変換される。レーザ光源１０１からのビーム光束の照度（パワー）は、ＮＤフィルタ１０４またはレーザパワーを制御することにより変化させることができるため、検出器２０５の出力のダイナミックレンジを変えることができる。
【００４２】
（５）空間フィルタ
次に空間フィルタ２０２について説明する。検査用照明光を試料上の繰り返しパターンに照射すると回折光縞（回折干渉光縞）が生成される。回折光縞が検出器２０５によって受光されると誤差信号が生成され、異物等の欠陥を検出することができない。空間フィルタ２０２は、繰り返しパターンからの回折光によるフーリエ変換像を遮光するために、対物レンズ２０１の空間周波数領域、即ちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する。）に配置される。
【００４３】
通常、頻度が多い繰り返しパターンからの回折光を消去するように空間フィルタ２０２の遮光パターンが設定される。空間フィルタ２０２として、特許文献４及び５に記載されているように、遮光パターンを変更できる構造のものある。また、空間フィルタ２０２として、互いに異なる複数の遮光パターンを用意しておいてもよい。いずれの場合にも、回路パターンに応じて遮光パターンを変更又は切り換えることにより、回折光を遮断することができる。
【００４４】
上述のように、検査用照明光１１をｘ軸方向に沿って照射し、直線状パターンの間の凹部を照射する場合には、空間フィルタ２０２によって０次の回折光を遮光する必要がある。このような空間フィルタ２０２は、０次の回折光ばかりでなく、高次の回折光を遮断するように構成されてよい。
【００４５】
（６）上方検出光学系における検出感度の調整
次に、検出しようとする異物等の欠陥サイズに応じて検出感度を調整する方法について説明する。ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５の基板（試料）１上の画素サイズを小さくすると、スループットは落ちるが、より微小な異物等の欠陥を検出することができる。１次元検出器（イメージセンサ）２０５の画素について基板（試料）１上での像のサイズが可変となるように、３種類の検出光学系２００を用意する。例えば、０．１μｍ以下程度の異物等の欠陥を検出する場合には、基板（試料）１上の画素サイズを小さくする検出光学系２００に切り換える。このような構成を実現する方法として、レンズ群２０４を切り換える。例えば、基板（試料）１から、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５までの光路長が変化しないように、レンズの構成を設計しておくと良い。もちろん、このような設計が難しい場合、レンズの切り換えに併せて、センサまでの距離を変えられるような機構を用いても良い。また、センサ自体の画素サイズを変えたものを切り換えても良い。
【００４６】
（７）斜方検出系
続いて、図６を参照して、斜方検出系５００について説明する。斜方検出系５００の光軸は、試料表面に対して所定の傾斜角βだけ傾斜している。特許文献１に記載されているように、透明薄膜の下面からの散乱光の検出量を低減するためには、斜方検出系５００の光軸を、出射角が約８０°から約９０°までの範囲の出射光を検出するように配置する必要がある。
【００４７】
試料に形成されたスリット状ビームスポットからの光は、対物レンズ５０２、空間フィルタ５０３、及び結像レンズ５０４を経由して、１次元検出器（イメージセンサ）５０１によって検出される。本例では、スリット状ビームスポットの像を検出するため１次元検出器（イメージセンサ）が用いられる。空間フィルタ５０３は、上方検出光学系２００の空間フィルタ２０２と同様に、試料上の繰り返しパターンからの回折光縞（回折干渉光縞）を遮断する。
【００４８】
斜方検出系５００は光軸がウェハ面から仰角βだけ傾いている。つぎに、斜方検出系５００を記述するための座標系を定める。前記の座標系をｙ軸周りに、ｘｚ面内で反時計回りにβだけ回転した座標系を傾斜座標系５３０とし、それぞれｘｓ、ｙｓ、ｚｓとする。なお、ｙｓは紙面に対して垂直な方向なので図示していない。傾斜座標系５３０を図６に示す。傾斜座標系５３０によれば、検出光学系５００の主光軸はｘｓと平行となり、一次元検出器５０１の長手方向はｙｓと平行となる。
【００４９】
一次元検出器５０１は、前記傾斜座標系５３０におけるｘｓ方向に移動する一軸ステージ５４１と、ｚｓ方向に移動する一軸ステージ５４２とによって駆動される。これらのステージ５４１および５４２は、ステージコントローラ５４０によって制御される。
【００５０】
（８）斜方検出系の検出感度補正
ビーム照射位置６００（図２におけるビームスポット３に相当）は、図７に示すように上方検出系２００に具備されたビーム位置検出器２０５によって検出される。これはハーフミラーなどの光学分岐要素２１２（またはミラー）によって、一次元検出器２０５と光学的に同じ結像位置を有するＣＣＤセンサであり、１次元検出器２０５の視野内に適切にビームが当たることを確認するために用いられる。これによって、ウェハへのビームの照明位置の、座標系３３０におけるｘ座標を求めることができる。このセンサはＣＣＤセンサ以外にも、２次元センサ、あるいはビーム位置を求めることが出来るように配置された１次元センサであってよい。
【００５１】
ここで、斜方検出系５００の検出感度低下の原因を説明する。上方検出系２００では温度や気圧の変動により対物レンズの焦点距離が変化する。これにあわせてウェハ高さを変化させて補正している。このように、上方検出系２００の検出視野２５０（ビーム照射位置に重なっている）にウェハ高さおよびビーム照明位置６００を合わせ移動させることで、斜方検出系５００の検出視野５５０と上方検出系２００の視野２５０の間にずれが生じる。ウェハ高さおよびビーム照明位置６００を上方検出系２００の視野２５０にあわせることで、ウェハからの散乱光は、図７に示すように、斜方検出系５００での散乱光の結像位置が一次元検出器５０１の位置からずれてしまい、デフォーカスした像が検出され、検出感度が低下する。すなわち、斜方検出系５００には散乱光が検出されるため、ビームが照射された位置の像が結像される。
【００５２】
このように、検出器を複数用いた欠陥検査装置においては、ひとつの検出系の検査視野に検査対象の位置を合わせると、ほかの検出系での検出感度が低下してしまうという課題がある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、斜方検出系５００の一次元検出器５０１の位置を、検出視野２５０と検出視野５５０が一致するように移動させることにより、ウェハからの散乱光が、一次元検出器５０１に適切に結像するため、検出感度の低下を防ぐことができるようにしている。なお、検出視野２５０と検出視野５５０は完全に一致することが望ましいが、1次元検出器５５０および1次元検出器２５０の画素サイズや、上方検出系２００および斜方検出系５００の焦点深度などに応じて適当な許容値をもつことができる。
【００５４】
以上のことを座標系で考える。図８に示すように、一次元検出器がもともとの位置にいる際の、適切な異物位置を原点（０，０）とする。このとき、前記理由により、ウェハ高さまたは照明位置が変化した際の、座標系３３０における、照明される異物座標を（ｘ０，ｚ０）とする。この異物座標を、座標系５３０上でみた場合の座標を（ｘｓ１，ｚｓ１）とすると、図８に示すような簡単な座標変換によって次式が導かれる。
【００５５】
ｘｓ１＝ｘ０・cosβ＋ｚ０・sinβ    ・・・  （１）
ｚｓ１＝−ｘ０・sinβ＋ｚ０・cosβ  ・・・  （２）
【００５６】
式（１）及び（２）によって求められた、傾斜座標系５３０における異物の座標に対応するように、一軸ステージ５４１および５４２を駆動し、一次元検出器５０１を移動させれば、フォーカスのあった異物の像を検出することができるため、欠陥検出感度の低下を防ぐことができる。
【００５７】
また、補正は光学系の倍率や照明の仰角などの条件ごとに行うことにより、条件ごとに誤差が生じても補正することができるようにしてもよい。
【００５８】
本実施形態の欠陥検査装置によれば、機差の低減を目的とした方法にも適用することができる。すなわち、上方検出系２００と斜方検出系５００の光学特性のばらつきや部品間の誤差によって、検出視野２５０と検出視野５５０がずれたり、あるいは検査条件ごとに位置のばらつきが生じる場合に、上述の検出器の位置を調整することにより、機差を補正することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、上方検出系と斜方検出系の２つの検出系が設けられているが、これに限られるものではなく、斜方検出系を複数設置しても良い。この場合でも、上方検出系の検出視野調整のために基板（ウェハ）１の高さを調整し、ウェハの移動量に応じて全ての斜方検出系における結像位置を補正するようにすればよい。
【００６０】
また、上方検出系に関しても、その光軸が基板（ウェハ）１の法線上になくてもよい。つまり、複数の検出系において、１つの検出系の結像位置を調整した場合、その調整によって他の検出系の結像位置がずれれば、当該１つの検出系の調整量に応じて、当該他の検出系の結像位置を相対的に調整する。相対的な調整量は、上記式（１）及び（２）と同様の思考に基づいて算出されるものである。
【００６１】
（９）検出器の位置補正の具体的実現方法
以下、一次元検出器５０１の位置補正の流れを説明する。図９は、一次元検出器５０１の位置補正処理を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、検出系の倍率、照明系の仰角などの検査条件が決定される。例えば、演算処理部４０１が、入力部４０４から入力された、所望のスループット値やウェハの種類等に応じた検査条件を図示しないメモリから取得するようにする。
【００６２】
次に、ステップＳ２において、演算処理部４０１は、上方光学系２００に合わせたウェハ１の高さを決定する。これは、上方検出系２００の焦点距離の変動に対応させるためである。このとき、ウェハ高さはｚ０として演算処理部４０１によって検出される。
【００６３】
ステップＳ３において、光学分岐要素２１２および検出器２１１は、ウェハ１に照射されるビーム照明位置６００を検出する。そして、演算処理部４０１は、その検出されたビーム照射位置６００に関する情報を取得する。このとき、ビーム照射位置６００はｘ０として演算処理部４０１によって検出される。
【００６４】
ステップＳ４において、演算処理部４０１は、ステップＳ２およびＳ３によって得られたｘ０およびｚ０を用いて、一次元検出器５０１の位置補正を行なう。即ち、演算処理部４０１は、上記式（１）および式（２）を用いて補正すべき位置ｘｓ１およびｚｓ１を算出し、一軸ステージ５４１および５４２によって移動させることにより、一次元検出器５０１の位置を補正する。
【００６５】
以上の処理を実行することにより、検査条件ごとに検出器の位置を適切に補正でき、よって斜方検出系５００の検出感度低下を防止することができる。また、機体ごとにばらつきのある光学系起因の機差を低減する効果も期待される。
【００６６】
なお、斜方検出系の焦点位置に応じて、上方検出系の検出器の位置を調整しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、欠陥検査装置において、一つの検出系の検出視野に他の検出系の検出視野をあわせることによって、欠陥検出感度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態による欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】欠陥検査装置の照明光学系によって生成される３つの検査用照明光を説明するための図である。
【図３】欠陥検査装置の照明光学系の照明レンズを含む光学系を示す図である。
【図４】欠陥検査装置の照明光学系の照明レンズの機能を示す図である。
【図５】欠陥検査装置の照明光学系によって生成される３つのビームスポット結像部の構造の例を説明するための図である。
【図６】欠陥装置における斜方検出系の構造を示す図である。
【図７】欠陥装置における上方検出系と斜方検出系の関係を示す図である。
【図８】欠陥装置における座標系と傾斜座標系の関係を示す図である。
【図９】欠陥装置における斜方検出系の検出器（センサ）の位置を補正するための処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１…基板（試料、ウェハ）、３…スリット状ビーム（照明領域）、１００…照明光学系、１０１…レーザ光源、１０２…凹レンズ、１０３…凸レンズ、１０４…光学フィルタ群、１１０、１２０、１３０…照明ビームスポット結像部、２００…上方検出光学系、２０１…対物レンズ（検出レンズ）、２０２…空間フィルタ、２０３…結像レンズ、２０４…ズームレンズ群、２０５…１次元検出器、２０７…空間フィルタ制御、２０８…ズームレンズ制御、２１１…ビーム位置検出器、２１２…光学分岐要素（ミラーなど）、２５０…検出視野、３００…ステージ系、３０１〜３０４…ステージ、３０５…ステージコントローラ、３３０…座標系、４００…制御系（信号処理系）、４０１…演算処理部（処理制御部）、４０２…信号処理部、４０３…出力部、４０４…入力部、５００…傾斜検出光学系、５０１…１次元検出器、５０２…対物レンズ、５０３…空間フィルタ、５０４…結像レンズ、５３０…傾斜検出座標系、５４０…１軸ステージ制御、５４１〜５４２…１軸ステージ、５５０…検出視野
【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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