(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム光源手段と、
該レーザビーム光源手段から発射したレーザビームで試料を斜め方向から照明する照明光学系手段と、
該照明光学系手段で照明された前記試料からの反射光を集光して検出する検出光学系手段と、
該検出光学系手段で前記試料からの反射光を検出して得た信号を処理して前記試料の欠陥を検出する信号処理手段と
を備えた欠陥検査装置であって、
前記レーザビーム光源手段は紫外のパルスレーザビームを発射し、前記照明光学系手段は前記レーザビーム光源から発射されたパルスレーザビームの各パルスを、尖頭値がほぼ同じ複数のパルスに分割し、該複数のパルスに分割したパルスレーザビームを直線偏光にして前記試料を照明することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
レーザビーム光源手段と、
該レーザビーム光源手段から発射したレーザビームを整形して試料上の線状の領域を照明する照明光学系手段と、
該照明光学系手段で照明された前記試料の線状の領域からの反射光による光学像を形成して該形成した光学像を撮像する検出光学系手段と、
該検出光学系手段で前記試料からの反射光による光学像を撮像して得た画像を処理して前記試料の欠陥を検出する信号処理手段と
を備えた欠陥検査装置であって、
前記レーザビーム光源手段は紫外のパルスレーザビームを発射し、前記照明光学系手段は前記レーザビーム光源から発射されたパルスレーザビームの各パルスを、尖頭値がほぼ同じ複数のパルスに分割し、該複数のパルスに分割したパルスレーザビームを整形して前記試料上の直線状の領域を照明することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
前記照明光学系手段は、前記レーザビーム光源から発射されたパルスレーザビームの各パルスを複数のパルスに分割し、該複数のパルスに分割したパルスレーザビームを複数の直線偏光にし、該複数の直線偏光のパルスレーザビームで前記試料の同じ箇所を照明することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記試料を載置して前記試料を回転させる回転テーブル手段を更に備え、該回転テーブル手段で前記試料を回転させながら該試料を前記複数のパルスに分割したパルスレーザビームで照明することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記試料を載置して少なくとも一方向にテーブル手段を更に備え、該テーブル手段で前記試料を少なくとも一方向に移動させながら該試料を前記複数のパルスに分割したパルスレーザビームで照明することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記検出光学系手段は、前記複数のパルスに分割したパルスレーザビームで照明された前記試料に形成されたパターンからの散乱光を遮光する遮光部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
パルスレーザビーム光源から発射したパルスレーザビームを試料に斜め方向から照射し、
該パルスレーザビームを斜め方向から照射された前記試料からの反射光を検出し、
該試料からの反射光を検出して得た信号を処理して前記試料の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記レーザビーム光源から発射されたパルスレーザビームの各パルスを、尖頭値がほぼ同じ複数のパルスに分割し、該複数のパルスに分割したパルスレーザビームを直線偏光にして前記試料に照射することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項８】
前記複数のパルスに分割したパルスレーザビームを整形して前記試料上の線状の領域に照射し、該パルスレーザビームが照射され線状の領域からの反射光による光学像を検出することを特徴とする請求項７に記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
前記試料を回転させながら該試料に前記複数のパルスに分割したパルスレーザビームを照射することを特徴とする請求項７に記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記パルスレーザビームを斜め方向から照射された前記試料からの反射光のうち前記試料に形成されたパターンからの反射光を遮光手段で遮光し、該遮光手段で遮光されなかった前記試料からの反射光を検出することを特徴とする請求項７に記載の欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体基板等に存在する微小な異物・欠陥を高感度かつ高速に検査する異物欠陥検査装置に関する。
【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，製品の歩留まりを維持・向上するために，半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥や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等の試料では，表面の０．０５μｍ以下の微小な欠陥や異物（以下、欠陥という）の検出が必要である。従来の検査装置では，このような欠陥を検出するために，試料表面上に数十μｍに集光した可視光のレーザビームを照射して，欠陥からの散乱光を集光・検出している。また回路パターン形成後の半導体基板等の試料では，コリメートされたレーザビームで試料表面を照明して試料表面で発生した散乱光を集光し，周期性パターンからの回折光は空間フィルタで遮光して，非周期性パターンおよび欠陥からの散乱光を検出し，非周期性パターンはダイ比較により削除して欠陥を認識している。
【０００３】
可視光よりも波長が短いＵＶ光を光源として用いた検査装置として、特開２００３−１３０８０８号公報（特許文献１）に、ＵＶパルスレーザを光源として用い、パルスに尖頭値を低減して試料を照明する方法及びその装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３０８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年，回路パターンの微細化に伴い，欠陥の検出感度の向上が求められている。このため，照明用レーザとしてＵＶ帯域の波長を持つレーザを用いて高感度化を図っている。０．１μｍ以下の微小粒子で発生する散乱光量は，照明波長の4乗に反比例するため，短波長化により高感度化が可能となる。
【０００６】
ＵＶレーザとしてパルス発振レーザを用いることが多いが，パルス発振レーザは必要な平均出力に対して，尖頭値（最大出力）は非常に大きくなる。例えば，平均出力２[Ｗ]，発光周波数１００ＭＨｚでパルス間隔１０[ｎｓ]，パルス幅１０[ｐｓ]のレーザの場合，尖頭値（最大出力）は２［ｋＷ］にもなり，試料にダメージを与える恐れがある。このために，平均出力を維持したままで尖頭値（最大出力）を低減させることが望ましい。
【０００７】
特許文献１にはＵＶパルスレーザ光源から発射されたレーザビームを複数のパルスに分割して試料に照射することが開示されている。しかし、特許文献１では、分割した各パルスの尖頭値は順次低減されるようになっており、分割した後の各パルスの尖頭値の最大値をできるだけ低減させることについては配慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、ＵＶパルスレーザ光源から発射されたレーザビームを複数のパルスに分割し、分割した後の各パルスの尖頭値の最大値をできるだけ低減させて試料に照射するようにした。
【０００９】
すなわち本発明では、パルス発振のＵＶレーザを用いても試料にダメージを与えずに欠陥を検査できるようにするために、レーザビーム光源手段と、レーザビーム光源手段から発射したレーザビームで試料を斜め方向から照明する照明光学系手段と、照明光学系手段で照明された試料からの散乱光を集光して検出する検出光学系手段と、検出光学系手段で試料からの散乱光を検出して得た信号を処理して試料の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた欠陥検査装置において、レーザビーム光源手段は紫外のパルスレーザビームを発射し、照明光学系手段はレーザビーム光源から発射されたパルスレーザビームの各パルスを複数のパルスに分割し、この複数のパルスに分割したパルスレーザビームを直線偏光にして試料を照明するように構成した。
【００１０】
また、レーザビーム光源手段と、レーザビーム光源手段から発射したレーザビームを整形して試料上の線状の領域を照明する照明光学系手段と、照明光学系手段で照明された前記試料の線状の領域からの反射光による光学像を形成して該形成した光学像を撮像する検出光学系手段と、検出光学系手段で前記試料からの反射光による光学像を撮像して得た画像を処理して前記試料の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた欠陥検査装置において、
レーザビーム光源手段は紫外のパルスレーザビームを発射し、照明光学系手段はレーザビーム光源から発射されたパルスレーザビームの各パルスを複数のパルスに分割し、この複数のパルスに分割したパルスレーザビームを整形して試料上の直線状の領域を照明するようにした。
【００１１】
さらに、パルスレーザビーム光源から発射したパルスレーザビームを試料に斜め方向から照射し、パルスレーザビームを斜め方向から照射された前記試料からの反射光を検出し、試料からの反射光を検出して得た信号を処理して前記試料の欠陥を検出する欠陥検査装置において、レーザビーム光源から発射されたパルスレーザビームの各パルスを複数のパルスに分割し、この複数のパルスに分割したパルスレーザビームを直線偏光にして試料に照射するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば，パルス発振のＵＶレーザを照明光源として用いる場合に、パルスレーザビーム光源から発射されたパルスビームを複数に分割し、この複数に分割した各パルスの尖頭値がほぼ同じ値になるようにすることにより試料に照射するパルスの尖頭値の最大値を低減させることができるため，試料へのダメージを低減させて微小な異物・欠陥を安定した感度で検査できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明を、パターンがまだ形成されていないウェハの表面の欠陥を検出する検査装置に適用した例を示す。
【００１５】
図１に回路パターン形成前の半導体ウェハ上の欠陥を検出する装置の一例を示す。図１は装置の概略構成を表わし，照明光学系１０２，検出光学系１０３ウェハステージ１０１、信号処理部１０４及び制御部１０５を備えて構成されている。該照明光学系１０２はレーザ光源２，アッテネータ３，ビームエキスパンダ４，パルス光分割光学系５，集光レンズ７から構成される。レーザ光源２はＵＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｕｔ）波長帯域（４００ｎｍ以下の波長帯域）のパルス発振レーザであり，レーザ光源２から射出したレーザビーム２０１は，アッテネータ３で必要な光量に調整し，ビームエキスパンダ４でビーム径を拡大し，パルス光分割光学系５で尖頭値を下げてから集光レンズ７でウェハ１上の検出エリアを集光照明する。６ａ，６ｂはミラーで，照明光路を変えるためのものであり，必要に応じて使用する。
【００１６】
該検出光学系１０３は，散乱光検出レンズ８および光電変換素子１０から構成され，検出エリアに存在する異物・欠陥からの散乱光９を散乱光検出レンズ８で光電変換素子１０の受光面上にほぼ集光する。該散乱光に対する光学処理，例えば，ウェハ１と散乱光検出レンズの間又は散乱光検出レンズ８と光電変換素子１０との間に偏光板や空間フィルタを配置して光学特性の変更・調整等を行うことができる。光電変換素子１０は散乱光量に比例した大きさの電気信号を発生し信号処理回路１０４で信号処理することにより異物・欠陥を検出し，その大きさや存在場所を検知する。光電変換素子１０は検出光学系１０３によって集光された該散乱光を受光し光電変換するために用いるものであり，検出光学系１０３を結像光学系で構成した場合には，ＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサやＴＤＩセンサを用い、集光光学系で構成した場合には光電子増倍管を用いる。
【００１７】
該ウェハステージ１０１はウェハ１を保持するチャック（図示せず），ウェハ１を回転させるための回転機構（図示せず）およびウェハ１を半径方向に直進送りさせるための直進送り機構（図示せず）からなる。該ウェハステージ１０１でウェハ１を水平方向に回転走査及び直進移動させることによって，ウェハ１の全領域における異物・欠陥の検出および大きさの測定が可能となる。
【００１８】
該照明光学系１０２のアッテネータ３は１／４波長板と偏光ビームスプリッタ（図示せず）により構成する。レーザ光源２からの射出ビーム（直線偏光）を１／４波長板で楕円偏光にし，ＰＢＳを通過する光量を変更する。１／４波長板を回転することにより偏光の楕円率が変化して光量を調整することができる。ビームエキスパンダ４は、レーザ光源２から発射されたレーザビーム２０１の光軸に垂直な断面の径をレンズ系を用いて拡大するものである。
【００１９】
パルス光分割光学系５は，図２に示すように，１／４波長板２１a,２１b，ＰＢＳ２２ａ，２２ｂとミラー２３ａ，２３ｂの組合せで構成する。ビームエキスパンダ４で拡大されて直線偏光（この例ではＰ偏光）で入射したレーザビーム２０１を１／４波長板２１ａで楕円偏光にし，偏光ビームスプリッタ２２ａでＰ偏光とＳ偏光に分離する。分離された一方のＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２ａと偏光ビームスプリッタ２２ｂを通過する。分離された他方のＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２ａ，ミラー２３ａ，ミラー２３ｂ，偏光ビームスプリッタ２２ｂでそれぞれ反射して偏光ビームスプリッタ２２ａと２２ｂとを通過してきたＰ偏光成分と同一光軸に戻る。このとき，偏光ビームスプリッタ２２ａとミラー２３ａ，偏光ビームスプリッタ２２ｂとミラー２３ｂの間隔をＬ／２［ｍ］とすると，Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間にはＬ［ｍ］の光路差ができる。光速をｃ［ｍ／ｓ］とすると，Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間には
ｔ［ｓ］＝Ｌ［ｍ］／ｃ［ｍ／ｓ］            (数１)
の時間差が生じ，図３に示すように，パルス光を時分割でき，尖頭値を1/2に低減させることができる。
【００２０】
例えば、パルス間隔１０ｎｓ（１０−８秒），パルス幅１０ｐｓ（１０−１１秒）のレーザを用いて、偏光ビームスプリッタ２２ａとミラー２３ａ及び偏光ビームスプリッタ２２ｂとミラー２３ｂの間隔をそれぞれ１５ｃｍ（０．１５ｍ）に設定した場合、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間の時間差は１ｎｓ（１０−９秒）となる。すなわち、ウェハ表面は、１０ｎｓの間に１ｎｓ間隔で２回、尖頭値が半減されたレーザビームがパルス状に照射されることになる。
【００２１】
1/4波長板21aの回転角を調整して，偏光ビームスプリッタ22aの入射ビームのＳ偏光成分とＰ偏光成分の比率を１：１にする（円偏光）と，使用する光学部品（偏光ビームスプリッタ22a，22bとミラー23a，23b）の損失（反射率，透過率）により，偏光ビームスプリッタ22bの出射ビームでのＳ偏光成分とＰ偏光成分のパルス光の尖頭値が異なってしまう。各パルス光の尖頭値の最大値を低くするには、各パルス光の尖頭値をほぼ同じ大きさにする必要がある。図４に示すように，Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２ａ，２２ｂのＰ偏光透過率（Ｔｐ）が影響するだけであるが，Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２ａ，２２ｂのＳ偏光反射率（Ｒｓ）とミラー２３ａ，２３ｂのＳ偏光反射率（Ｒｍ）が影響する。損失比率(Ｐｌ)はＳ偏光成分損失をＬｓ，Ｐ偏光成分損失をＬｐとすると
【００２２】
【数２】
0004564910.tif 000002
【００２３】
となる。したがって，偏光ビームスプリッタ22aの入射ビーム偏光の楕円率を上記損失比率と等しくなるように，１／４波長板２１ａの回転角を調整することにより，偏光ビームスプリッタ２２ｂの出射ビームでのＳ偏光成分とＰ偏光成分のパルス光の尖頭値がをほぼ等しくすることができる。この尖頭値がほぼ等しくなるように分割されたＰ偏光成分とＳ偏光成分のパルス光は１／４波長板２１ｂを透過して円偏光になる。
【００２４】
ところで、図１に示した検査装置において、ウェハ１を照明するレーザビームには通常は直線偏光を用いる。１／４波長板２１ｂで円偏光にしたレーザビーム２０１を，図５に示すように偏光ビームスプリッタ２４を通過させることにより，Ｐ偏光成分のみとすることができる。反射したＳ偏光成分は迷光となりうるので，ビームトラップ２５で遮光する。偏光ビームスプリッタ２４で分離されて偏光ビームスプリッタ２４を通過したＰ偏光成分の尖頭値は偏光ビームスプリッタ２４に入射した円偏光ビームの尖頭値の半分になる。したがって、偏光ビームスプリッタ２４を通過したＰ偏光成分の尖頭値はレーザ光源２から出射したパルスレーザビームの尖頭値と比べて１／４に低減される。
【００２５】
Ｓ偏光のみを用いる場合には，偏光ビームスプリッタ２４の後に１／２波長板（図示せず）を挿入し，偏光方向を９０゜回転させれば良い。または偏光ビームスプリッタ２４を光軸中心に９０゜回転させれば良い（この場合にはビームトラップ２５の挿入位置も変更する）。偏光方向が任意の場合には偏光ビームスプリッタ２２ｂの出射ビームをそのまま用いれば良い。
【００２６】
上記した説明ではパルス光を２分割する方法について説明したが，図６に４分割，図８に８分割する方法について説明する。図６に示した構成は，図２で示した構成を２段にしたものである。２段目の偏光ビームスプリッタ２２ｃとミラー２３ｃとの間隔,及び偏光ビームスプリッタ２２ｄとミラー２３ｄとの間隔を、それぞれ１段目の偏光ビームスプリッタ２２ｃとミラー２３ｃ,及び偏光ビームスプリッタ２２ｄとミラー２３ｄとの間隔の２倍に設定する。１段目の偏光ビームスプリッタ２２ｂからの射出ビームは，Ｐ偏向パルス光と時間遅れをもつＳ偏向パルス光である。このパルス光列を１／４波長板２１ｂにより円偏光にすることにより，１／４波長板２１ｂを透過したパルス光列の１／２の強度がＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ２２ｃ,２２ｄを透過し，１／２の強度がＳ偏光となって偏光ビームスプリッタ２２ｃ,２２ｄおよびミラー２３ｃ,２３ｄで反射して同一光軸に戻る。これにより，図７に示すように，パルス光が４つに分割されて，それぞれの尖頭値が１／４に低減する。厳密には上述のように光学部品の損失があるため，１／４より低減する。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ２２ｄを通過したＰ偏光パルスレーザと反射したＳ偏光パルスレーザとは同一の光軸を通って１／４波長板２１ｃに入射し、それぞれ円偏光となって出射する。この円偏光は図５に示した偏光ビームスプリッタ２４に入射してＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離され、Ｐ偏光成分がウェハ１に照射される。（偏光ビームスプリッタ２４で分割されたＰ偏光成分のパルスビームの尖頭値は１／８になる）
図８はさらに分割数を多くした構成である。図６の構成にさらに図２の構成を追加して３段にする。３段目の偏光ビームスプリッタ２２ｅ,２２ｆとミラー２３ｅ,２３ｆの間隔を１段目の間隔の４倍にする。これにより，２段構成で説明した作用と同一の作用により，さらにパルス光が分割されて，尖頭値が１／８に低減する。さらに段数を増やすことにより，尖頭値を１／１６、１/３２，１/６４・・・  のように低減させることができる。
上述実施例における制約事項は下記の２点である。１点目は，（数３）のように，1段目の光路差（Ｌ）が使用するレーザ光の可干渉距離（Λ）より長いことである。
【００２８】
Ｌ＞Λ＝λ２／Δλ            (数３)
ここで，λは波長，Δλは波長帯域幅である。２点目は，（数４）に示すように，分割したパルス光列が，レーザの発振間隔内に収まることである。
【００２９】
Ｌ（ｎ＋１）＜ｃ・（１／ｆ）          (数４)
ここでＬは１段目の光路差，ｎは段数，ｃは光速，ｆはレーザの発振周波数である。
【００３０】
上記した説明では，最終的に直線偏光とするため，必要でない偏光成分はビームトラップ２５で遮光しているが，図９に示すように，２方向からの照明に用いることも可能である。例えば図５における偏光ビームスプリッタ２４の代わりに図９に示した構成では偏光ビームスプリッタ３０を挿入し，円偏光となっているビームからＰ偏光成分は通過させてミラー５ｃ、５ｄで反射させてウェハ１上に斜め方向から照明する。一方、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ３０で反射させ，１／２波長板３１でＰ偏光に変えてから５ｂで反射させてウェハ１上に斜め他方向から照明する。
【００３１】
照明方向としては，図９に示したように２つのビームともウェハに対して斜め方向からほぼ同じ入射角度で入射させる。また、用途に応じて２つのビームの入射角度が互いに異なるように設定してもよい。このとき、一方のビームをウェハ１に対してほぼ垂直な方向から入射させることもできる。また、図９に示した構成では、レーザ光源２から出射したレーザビーム２０１を最終的に２つのビームに分岐して照明しているが、これを更に３つ又は４つに分岐して照明してもよい。また偏光の組み合わせも１／２波長板３１の使用場所（使用する，しないの選択を含めて）で自由に設定できる。
【００３２】
本実施例によれば、ＵＶパルスレーザビームを尖頭値を低減してウェハに照射することができるために、０．１μｍよりも小さい極微小な欠陥をウェハにダメージを与えずに検出することが可能になった。
【００３３】
次に、パルス光分割光学系５で分割したパルスレーザビームを多方向から照明することにより欠陥の凹凸を弁別する方法について説明する。図１０に示すように，偏光ビームスプリッタ３０でＰ偏光とＳ偏光とに分離し、分離した一方のＳ偏光成分を１／２波長板３１でＰ偏光に変換した後、それぞれのパルスビームのウェハ１への照射をシャッタ３２，３３を開閉して切り替えることにより、ウェハ１を入射角度が異なる２方向から照明する。すなわち、まずシャッタ３３を閉じた状態でシャッタ３２を開いて回転しているウェハ１を照明し，ウェハ１の回転にあわせてレーザビームの照射位置をウェハ１の半径方向に相対的に移動させることにより、試料表面全面を検査する。
【００３４】
検査中に発生する散乱光を集光レンズ７ａで集光し，集光した散乱光８ａを光電変換素子９ａでウェハ１の回転と同期して検出する。検出信号はアナログ処理回路３５ａで必要な増幅，ノイズ処理，アナログーデジタル変換を施し，欠陥が存在した時にはメモリ３６ａにその検出電圧・存在位置（Ｒ-Θ座標系における位置）を記憶する。ついでシャッタ３２を閉じてシャッタ３３のみを開いて，同様に欠陥が存在した時にはメモリ３６ｂにその検出電圧・存在位置を記憶する。２回の検査が終了したらメモリ３６ａ，３６ｂの内容を比較し，同一座標（許容差を含んで）の欠陥の検出電圧を比較して凹凸を判別する。図１０では検出系を２系統用いて説明したが，メモリ３６を別々に持てば，検出光学系は１系統でも良い。
【００３５】
図１１は凹凸を弁別する方法の別の実施例である。図１１に示した構成は、図１０に示した構成から1／２波長板３１を除去したものである。このような構成とすることによりＳ偏光照明，Ｐ偏光照明が同時に行われ、ウェハ１の表面から発生する散乱光を偏光板３８ａ，３８ｂで別々に検出してそれぞれの出力を比較すれば、凹凸を判別することが可能になる。
【００３６】
パルス光分割光学系５の別の実施例を図１２に示す。この実施例では、図１に示した装置の構成において、パルス光分割光学系５を石英ブロック３９（可視光の場合には光学ガラスでも良い）と置き換え、ビームエキスパンダ４で断面が拡大されたパルスビームをこの石英ブロック３９に入射させてレーザ光源２から出射した１パルスのレーザビームを複数のパルスに分割する。この石英ブロック３９のブロック段数はレーザ光源２から出射したレーザビーム２０１の１パルスを分割する分割数と同じにし，各ブロックの長さはＬ'の差を持つ。石英の屈折率をｎとすると，各ブロック間の光路差はＬ'・（ｎ−１）となり，式（３）（４）の制約を受ける。照明用レーザ光はガウス分布３８であるので，通常は中心の強度が強いので，ブロックの厚さを変えて，各ブロックを通過する光量を同じにする。
【００３７】
図８に示した検査装置のパルス光分割光学系５’’において、検査対象に応じてパルス光の分割数を変える実施例を図１３に示す。図１３ではパルス光分割光学系５’’’を３段で構成した場合について説明する。本実施例では、各段の入力又は出力場所でミラーを出し入れすることによりパルス光の分割数を選択できるようにしている。例えば、偏光ビームスプリッタ２２ａの前にミラー３９ａと３９ｂの組を挿入すると、レーザ光源２から出射したレーザビーム２０１の１パルスは分割されずにウェハ１に照射される。また偏光ビームスプリッタ２２ｃの前にミラー４０ａと４０ｂの組を挿入するとレーザ光源２から出射したレーザビーム２０１の１パルスは分割されて、２分割のパルス列が得られる。更にミラー挿入箇所を偏光ビームスプリッタ２２ｅの前，２２ｆの後ろに変えると同様に４分割，８分割のパルス列が得られる。
【００３８】
また図１４に示すようなＧＵＩ画面４３で分割数を選択できるようにしておくことにより，検査する試料に応じた分割数を設定することができる。
【実施例２】
【００３９】
本発明をパターンが形成されたウェハを検査する装置に適用した例を図１５に示す。照明光学系１５２は図１に示した構成とほぼ同じ構成である。すなわち、照明光学系１５２は、レーザ光源２、アッテネータ３、ビームエキスパンダ４、パルス分割光学系５、照明光路を切り替えるミラー６ａ，６ｂ及び集光レンズ１５０１を備えている。パルス分割光学系５は、図６，８又は１３で説明したような構成とすることも可能である。
【００４０】
検出光学系１５３はフーリエ変換レンズ１５０２，空間フィルタ１５０３，逆フーリエ変換レンズ１５０４，光電変換素子１５０５を備えている。光電変換素子１５０５はＣＣＤセンサまたはＴＤＩセンサを用いる。信号処理部１５０６では、光電変換素子１５０５で検出した信号を処理して、欠陥を検出する。
【００４１】
照明光学系１５２により照明されるウェハ１上の照明エリア２００は、検出光学系１５３の検出視野に合わせて一方向に長い形状（以下、線状という）になっている。ここで、この線状の照明エリア２００は、テーブル１５１が連続的に移動するＸ方向に対して直角なＹ方向に長い領域となっている。
【００４２】
線状照明を実現する光学系の１実施例を図１６に示す。図１６に示したシリンドリカルレンズ１５０１は、図１５に示した照明光学系１５２のビームエキスパンダ４で光軸に直角方向の断面の径が拡大され、パルス分割光学系５で１つのパルスを複数のパルスに分割されたレーザビーム２０１を入射させて、一方向に集光してそれに直角な方向には平行光にしてウェハ１上に照射する。このとき、シリンドリカルレンズ１５０１を出射したレーザビームがウェハ１のＸ軸方向に対して角度φを持って照明するように設定することにより、図１６のＸ方向又はＹ方向に沿った線状のパターンが形成されたウェハ１上のこれらのパターンからの回折光がフーリエ変換レンズ１５０２へ入射するのを低減することができる（ウェハ１上パターンの方向はウェハ１のＸ軸方向に対して０度，９０度が多いため）。試料中心線に対して角度φ，仰角αを持ち，かつ試料中心線にそって照明するため，焦点距離が連続的に変化するシリンドリカルレンズ１５０１を用いる。試料１はＸＹＺΘステージにより走査を行い，全面検査する。
【００４３】
図１５で説明した光学系を用いて、パターンが形成されたウェハ１上の欠陥を検出する方法を説明する。
【００４４】
まず、レーザ光源２から出射したパルスレーザビーム２０１はビームエキスパンダ４で光軸に直角方向の断面の径が拡大され、図２に示したパルス分割光学系５、又は図６に示したパルス分割光学系５’、又は図８に示したパルス分割光学系５’’、又は図１３に示したパルス分割光学系５’’’の何れかで１つのパルスが複数のパルスに分割された状態でシリンドリカルレンズ１５０１に入射し、制御部１５０７で制御されてＸ方向に連続的に移動しているテーブル１５１に載置されたウェハ１上のＹ方向に長い線状の領域を照明する。
【００４５】
この照明によりパターンが形成されたウェハ１からは散乱光が発生するが、ウェハ１上に形成されたパターンのうち例えばメモリ部のパターンのように比較的短い周期性ピッチを持つパターンからの回折光によりフーリエ変換レンズ１５０２のフーリエ変換面に回折光パターンが形成される。この回折光パターンは、フーリエ変換レンズ１５０２のフーリエ変換面に設置された空間フィルタ１５０３で遮光される。一方、ウェハ１上に多数形成された各ダイのダイピッチ程度の長周期パターンからの散乱光および欠陥等からのランダムな散乱光は空間フィルタ１５０３で遮光されずに逆フーリエ変換レンズ１５０４で結像され、この結像された光学像を光電変換素子１５０５でテーブル１５１のＸ方向への移動と同期して検出する。すなわち、結像された光学像が光電変換素子１５０５上で１画素ピッチ分移動するごとに光電変換素子１５０５で光学像を撮像する。
【００４６】
光電変換素子１５０５に接続された信号処理部１５０６では、散乱光の光学像をテーブル１５１のＸ方向への移動と同期して光電変換素子１５０５で検出して得た画像を、隣接するダイ又は近傍のダイの同じパターンが形成されている箇所を撮像して記憶しておいた画像と比較することにより（ダイ比較）空間フィルタ１５０３では消去されなかった長周期パターンの情報を除去して、欠陥を検出する。
【００４７】
ここで、ウェハ１上に照射されるパルスレーザビーム２０１は波長が４００ｎｍよりも短いＵＶレーザであるので、可視光を用いた場合に比べて異物検出の分解能が向上し、０．１μｍよりも小さい異物欠陥をウェハ１上に形成されたパターンを区別して検出することが可能になる。さらにこのとき、レーザ光源２から出射したパルスレーザビーム２０１の各パルスがパルス分割光学系５で複数のパルスに細分割されることにより各パルスの尖頭値が低減されるので、ウェハ１にダメージが発生するのを防止することが可能になる。
【００４８】
また、照明光学系１５２及び検出光学系１５３として図９乃至図１１に記載した構成を採用した場合には、偏光の状態又は照明角度、検出角度の異なるそれぞれの照明又は検出に対応した検出信号を比較することにより、検出した欠陥の種類や大きさを弁別することが可能になる。
【００４９】
本実施例で説明したウェハを線状に整形したパルスを細分割したパルスレーザビームで照射してウェハの欠陥を検出することは、第１の実施例で説明したパターンがまだ形成されていないウェハの表面の欠陥を検出する場合にも適用できる。このとき、線状に整形したパルスレーザビームの長手方向がウェハ１の半径方向とほぼ一致するようにウェハ１を照明し、この線状に整形したパルスレーザビームで照明されたウェハ表面の像を結像光学系で結像してＣＣＤセンサでウェハ１の回転と同期させて撮像する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による欠陥検査装置の第１の実施形態の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】パルス光分割光学系の概略構成を示す正面図である。
【図３】上段はレーザ光源から発射されたパルス光の状態、下段はパルス光分割光学系で分割された後のパルス光を示す。
【図４】パルス光分割光学系を通過したパルス光の楕円率を説明するパルス光分割光学系の概略構成を示す正面図である。
【図５】パルス光分割光学系を通過したパルス光の偏光状態を制御する構成を示すパルス光分割光学系の概略構成を示す正面図である。
【図６】パルス分割を４分割にするパルス光分割光学系の概略構成を示す正面図である。
【図７】上段はレーザ光源から発射されたパルス光の状態、下段は図６のパルス光分割光学系で分割された後のパルス光を示す。
【図８】パルス分割の８分割にするパルス光分割光学系の概略構成を示す正面図である。
【図９】多方向照明の一例を示す
【図１０】多方向照明の他の例の照明系と検出系の概略の構成を示すブロック図である。
【図１１】多方向照明の更に他の例の照明系と検出系の概略の構成を示すブロック図である。
【図１２】パルス光分割光学系の変形例の概略構成を示す正面図である。
【図１３】パルス分割数を選択する機能を備えたパルス光分割光学系の概略構成を示す正面図である。
【図１４】尖頭値低減を選択するGUI画面の説明図
【図１５】本発明による欠陥検査装置の第２の実施形態の概略の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明による欠陥検査装置の第２の実施形態における照明光学系の線状斜方照明部とウェハとの斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・ウェハ    １０１・・・ウェハステージ    １０２・・・照明光学系    １０３・・・検出光学系    ２・・・レーザ光源    ３・・・アッテネータ    ４・・・ビームエキスパンダ    ５・・・尖頭値低減光学系    ２１・・・１／４波長板    ２２・・・偏光ビームスプリッタ    ２３・・・ミラー    ２５・・・ビームトラップ    ３９・・・石英ブロック    １０６・・・空間フィルタ    １０７・・・逆フーリエ変換レンズ    １０８・・・光電変換素子
【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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【図１５】
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【図１６】
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