(57)【要約】【課題】検出感度や異物座標検出誤差の機差が小さく、異物等の欠陥の高い位置座標精度が得られるウェハ表面欠陥検査装置およびその方法を提供することである。【解決手段】第１の光源からの射出ビームを回転するウェハの表面上に照明してビームスポットを形成してウェハ表面上の異物等の欠陥による散乱光を複数方向で検出して信号として出力し、第２の光源からの白色光または広帯域の光を用いてウェハ面の上下動を検出してその情報に基づいてウェハ面上のビームスポット位置を補正してウェハ面上下動に伴う座標誤差を抑制するとともに、第1の光源における光の射出方向および射出位置を補正して第1の光源の変動による座標誤差を抑制することで検出する異物等の欠陥の座標精度を向上する。さらに照明ビームスポット径を補正し、検出感度や異物座標検出誤差の機差を抑制する。【選択図】図１２
2007240512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを回転させるステージ手段と、
第１の光源から射出する射出ビームをほぼ垂直方向から前記ステージ手段によって回転されるウェハの表面上に照射して垂直照射ビームスポットを形成し、前記射出ビームを切り換えて垂直方向に対して傾斜した斜方方向から前記ステージ手段によって回転させて走査されるウェハの表面上に照射して斜方照射ビームスポットを形成する照射光学系と、
該照射光学系によって前記ウェハの表面上に前記各ビームスポットを形成する際、該ウェハの表面上に存在する異物等の欠陥から発生する散乱光を集光して受光して信号として出力する検出光学系と、
第２の光源からの白色光または広帯域の光を前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの近傍に照射してその反射光を検出器で受光して前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さを検出する高さ検出光学系と、
該高さ検出光学系で検出される前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さ情報に基づいて前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの位置を補正するビームスポット位置補正手段とを備えることを特徴とするウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記検出光学系において、前記異物等の欠陥から発生する散乱光を、前記各ビームスポットを中心にして複数方向の各々で集光して受光して信号として出力する複数の受光光学系で構成したことを特徴とする請求項１に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記ビームスポット位置補正手段において、前記斜方方向から前記ウェハの表面上に照射する射出ビームを偏向させて前記斜方照射ビームスポットの位置を補正する照射位置補正光学系を有することを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記ビームスポット位置補正手段において、前記高さ検出光学系で検出されるウェハの表面高さ情報に基づいてウェハの表面上でのずれ補正値を算出し、該算出されたずれ補正値で前記斜方照射ビームスポットの位置座標を補正するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項５】
前記ビームスポット位置補正手段において、前記高さ検出光学系によって検出されたウェハの一回転またはそれ以上前の高さ情報に基づくフィードフォワード制御で補正することを特徴とする請求項３に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項６】
前記ビームスポット位置補正手段において、前記高さ検出光学系によって検出されたリアルタイムの高さ情報に基づくフィードバック制御で補正することを特徴とする請求項３に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項７】
さらに、前記照射光学系によって前記ウェハの表面上に形成される垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの位置ずれおよび寸法を検出するビームスポット検出手段と、
前記照射光学系に備えられた前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正する射出ビーム補正光学系と、
該射出ビーム補正光学系の直後でのビーム位置をモニタするビーム検出手段とを有しており、
前記射出ビーム補正光学系は、前記ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも位置ずれの情報と、前記ビーム検出手段で検出された第１の光源からの射出ビームの少なくとも位置ずれの情報とから、前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項８】
前記照射光学系には、前記ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも寸法の情報に基づいて前記射出ビームの拡大倍率を補正して射出するビーム径拡大光学系を有することを特徴とする請求項７に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項９】
前記ビームスポット検出手段において、ウェハの表面上または該ウェハの表面と等価な面上に直接形成されたビームスポット像を観察する観察光学系を有して構成されることを特徴とする請求項７または８に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記検出光学系には、低角度受光光学系と中角度受光光学系とを有することを特徴とする請求項２に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１１】
ウェハを回転させるステージ手段と、
第１の光源から射出する射出ビームを垂直方向に対して傾斜した斜方方向から前記ステージ手段によって回転されるウェハの表面上に照射して斜方照射ビームスポットを形成する照射光学系と、
該照射光学系によって前記ウェハの表面上に前記斜方照射ビームスポットを形成する際、該ウェハの表面上に存在する異物等の欠陥から発生する散乱光を集光して受光して信号として出力する検出光学系と、
第２の光源からの白色光または広帯域の光を前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの近傍に照射してその反射光を検出器で受光して前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さを検出する高さ検出光学系と、
該高さ検出光学系で検出される前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さ情報に基づいて前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの位置を補正するビームスポット位置補正手段とを備えることを特徴とするウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１２】
ウェハを回転させるステージ手段と、
第１の光源から射出する射出ビームをほぼ垂直方向から前記ステージ手段によって回転されるウェハの表面上に照射して垂直照射ビームスポットを形成し、前記射出ビームを切り換えて垂直方向に対して傾斜した斜方方向から前記ステージ手段によって回転させて走査されるウェハの表面上に照射して斜方照射ビームスポットを形成する照射光学系と、
該照射光学系によって前記ウェハの表面上に前記各ビームスポットを形成する際、該ウェハの表面上に存在する異物等の欠陥から発生する散乱光を集光して受光して信号として出力する検出光学系と、
前記照射光学系によって前記ウェハの表面上に形成される垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの位置ずれおよび寸法を検出するビームスポット検出手段と、
前記照射光学系に備えられた前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正する射出ビーム補正光学系と、
該射出ビーム補正光学系の直後でのビーム位置をモニタするビーム検出手段とを有しており、
前記射出ビーム補正光学系は、該ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも位置ずれの情報と、前記ビーム検出手段で検出された第１の光源からの射出ビームの少なくとも位置ずれの情報とから、前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正することを特徴とするウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記照射光学系において、さらに、前記ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも寸法の情報に基づいて前記ウェハの表面上に照射される照射ビームスポット径の少なくとも一方向が縮小または拡大するように補正するスポット径補正光学系を有することを特徴とする請求項１２に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１４】
前記スポット径補正光学系は、ビーム径の拡大倍率を調整するビーム径拡大光学系を有して構成することを特徴とする請求項１３に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記スポット径補正光学系は、倍率可変でビームを整形する倍率可変ビーム整形光学系を有して構成することを特徴とする請求項１３に記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１６】
前記照射光学系において、さらに、前記ウェハの表面上に照射される照射ビームスポットの照度分布を補正するプロファイル補正素子を有することを特徴とする請求項１、７、１１、１２のいずれか一つに記載のウェハ表面欠陥検査装置。
【請求項１７】
ステージ手段を駆動してウェハを回転させる走査ステップと、
第１の光源から射出する射出ビームを照射光学系により、ほぼ垂直方向から前記走査ステップにより回転されるウェハの表面上に照射して垂直照射ビームスポットを形成し、さらに前記射出ビームを照射光学系により切り換えて垂直方向に対して傾斜した斜方方向から前記走査ステップにより回転させて走査されるウェハの表面上に照射して斜方照射ビームスポットを形成する照射ステップと、
該照射ステップで前記ウェハの表面上に前記各ビームスポットを形成する際、該ウェハの表面上に存在する異物等の欠陥から発生する散乱光を検出光学系により集光して受光して信号として出力する検出ステップと、
第２の光源からの白色光または広帯域の光を前記照射ステップでウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの近傍に照射してその反射光を検出器で受光して前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さを検出する高さ検出ステップと、
該高さ検出ステップで検出される前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さ情報に基づいて前記照射ステップでウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの位置を補正するビームスポット位置補正ステップとを有することを特徴とするウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項１８】
前記検出ステップにおいて、前記異物等の欠陥から発生する散乱光を、前記各ビームスポットを中心にして複数方向の各々で受光光学系により集光して受光して信号として出力することを特徴とする請求項１７に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項１９】
前記ビームスポット位置補正ステップにおいて、前記斜方方向から前記ウェハの表面上に照射する射出ビームを偏向させて前記斜方照射ビームスポットの位置を補正することを特徴とする請求項１７または１８に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項２０】
前記ビームスポット位置補正ステップにおいて、前記高さ検出ステップで検出されるウェハの表面高さ情報に基づいてウェハの表面上でのずれ補正値を算出し、該算出されたずれ補正値で前記斜方照射ビームスポットの位置座標を補正することを特徴とする請求項１７または１８に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項２１】
さらに、前記照射ステップによって前記ウェハの表面上に形成される垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの位置ずれおよび寸法を検出するビームスポット検出ステップと、
前記照射ステップにおける前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正する射出ビーム補正ステップと、
該射出ビーム補正ステップの直後でのビーム位置をモニタするビーム検出ステップとを有しており、
前記射出ビーム補正ステップにおいて、前記ビームスポット検出ステップで検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも位置ずれの情報と、前記ビーム検出ステップで検出された第１の光源からの射出ビームの少なくとも位置ずれの情報とから、前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正することを特徴とする請求項１７または１８に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項２２】
前記照射ステップにおいて、前記ビームスポット検出ステップで検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも寸法の情報に基づいて前記ウェハの表面上に照射される照射ビームスポット径の少なくとも一方向が縮小または拡大するように補正するスポット径補正ステップを有することを特徴とする請求項２１に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項２３】
前記スポット径補正ステップは、ビーム径の拡大倍率を調整するビーム径拡大ステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項２４】
前記スポット径補正ステップは、倍率可変でビームを整形する倍率可変ビーム整形ステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【請求項２５】
前記照射ステップにおいて、前記ウェハの表面上に照射される照射ビームスポットの照度分布を補正するプロファイル補正ステップを有することを特徴とする請求項１７または２１に記載のウェハ表面欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パターン無しベアウェハ、若しくは半導体パターン無し膜付ウェハ等の表面、またはディスクの表面の異物等の欠陥を検査するウェハ表面欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パターン無しベアウェハ、および半導体パターン無し膜付ウェハ等の表面上の異物または欠陥の検査に関する従来技術としては、米国特許６，２０１，６０１号明細書（特許文献１）、特開平１１−１５３５４９号公報（特許文献２）、特開平６−２４２０１２号公報（特許文献３）、特開２００１−２５５２７８号公報（特許文献４）及び米国特許６，９２２，２３６号明細書（特許文献５）が知られている。
【０００３】
特許文献１には、レーザを光源として照明光学系によって垂直ビームと傾斜ビームとをウェハ上に照射し、ウェハから生じる散乱光を放物面鏡で集光して検出器で検出することが記載されている。そして、垂直ビームによる散乱光と傾斜ビームによる散乱光とは、二つの異なった波長の光の照射を用いるか、二つのビームによって照射されたスポットの間にオフセットを意図的に付けるか、または垂直照射ビームと傾斜照射ビームとを交互に切り換えるかによって区別される。試料高さの変化によって生じるビーム照射位置誤差は、傾斜照射ビームの正反射光を検出し、該正反射光の検出に応じてミラーを振って照射方向を変えることによって修正される。蝶形状の空間フィルタは、ある方位角の検出を制限するために放物面鏡集光器と共役な位置に設けられる。
【０００４】
また、特許文献２には、光学系を介して、光源からの光を測定対象物の表面に斜め方向から照射するとともに、測定対象物の表面から反射した散乱光を受光し、その間に、測定対象物と光学系を相対的に変位させて、測定対象物の表面上の異物を検査し、異物の座標位置を記録する測定対象物表面の検査方法において、測定対象物表面上の異物の検査時に、測定対象物の高さを測定し、その測定対象物の高さ信号を利用して異物の座標位置を補正することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、ウェハにレーザ光を斜め方向から照射し、該照射した際生じる散乱光を複数方向から受光し、各受光信号を、シミュレーション等により求めた散乱光強度分布によるデータ値との相関をとって、ウェハ表面に付着した微粒子を検出する異物検査装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献４には、被検査物の表面に落射照明する落射照明系と斜方照明する斜方照明系とを有する照明光学系と、被検査物の表面から発生する散乱光の内中角度に向かう散乱光を検出する複数の中角度検出光学系と低角度に向かう散乱光を検出する複数の低角度検出光学系とを有する検出光学系とを備え、落射照明時と斜方照明時との間において浅いスクラッチと異物とから発生する発生する散乱光強度の変化を検出することによって浅いスクラッチと異物とを弁別し、さらに落射照明時における散乱光の指向性を検出することによって線状スクラッチと異物とを弁別する表面検査装置が記載されている。
【０００７】
また、特許文献５には、被検査物の表面に落射照明する落射照明系と斜方照明する斜方照明系とを有する照明光学系と、被検査物の表面から発生する散乱光を検出する複数の方位と角度に配置された内部にフーリエ変換空間フィルタを有する複数の検出光学系を備え、落射照明系と斜方照明系の両方にはスポット径を変えるための倍率変換器を有し、落射照明系にはスポットを楕円形に変換するための、二つのプリズムからなるアナモルフィック光学系を備えた表面検査装置が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許６，２０１，６０１号明細書
【特許文献２】特開平１１−１５３５４９号公報
【特許文献３】特開平６−２４２０１２号公報
【特許文献４】特開２００１−２５５２７８号公報
【特許文献５】米国特許６，９２２，２３６号明細書
【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、上記特許文献１〜５には、ウェハの表面において反りやうねり等の変形があってもウェハ表面の膜厚差や膜質に影響されることなく、ウェハ表面に照射される垂直照射ビームスポット及び斜方照射ビームスポットの位置ずれや寸法を高精度に補正して超微小な異物等の欠陥のウェハ表面上における位置座標等を正確に検出することについて十分考慮されていなかった。また、装置間における検出感度や検出位置座標の機差を抑えることについても十分考慮されていなかった。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、検出感度や検出位置座標の機差が小さく、超微小の異物等の欠陥のウェハ表面上における位置座標等を高精度に求めて垂直照射時と斜方照射時との照合を正確に行って異物等の欠陥の種類（カテゴリ）も正確に識別できるようにしたウェハ表面欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、ウェハを回転させるステージ手段と、第１の光源から射出する射出ビームをほぼ垂直方向から前記ステージ手段によって回転されるウェハの表面上に照射して垂直照射ビームスポットを形成し、前記射出ビームを切り換えて垂直方向に対して傾斜した斜方方向から前記ステージ手段によって回転させて走査されるウェハの表面上に照射して斜方照射ビームスポットを形成する照射光学系と、該照射光学系によって前記ウェハの表面上に前記各ビームスポットを形成する際、該ウェハの表面上に存在する異物等の欠陥から発生する散乱光を集光して受光して信号として出力する検出光学系と、第２の光源からの白色光または広帯域の光を前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの近傍に照射してその反射光を検出器で受光して前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さを検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系で検出される前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さ情報に基づいて前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの位置を補正するビームスポット位置補正手段とを備えることを特徴とするウェハ表面欠陥検査装置及びその方法である。
【００１２】
また、本発明は、前記検出光学系において、前記異物等の欠陥から発生する散乱光を、前記各ビームスポットを中心にして複数方向の各々で集光して受光して信号として出力する複数の受光光学系で構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記ビームスポット位置補正手段において、前記斜方方向から前記ウェハの表面上に照射する射出ビームを偏向させて前記斜方照射ビームスポットの位置を補正する照射位置補正光学系を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記ビームスポット位置補正手段において、前記高さ検出光学系で検出されるウェハの表面高さ情報に基づいてウェハの表面上でのずれ補正値を算出し、該算出されたずれ補正値で前記斜方照射ビームスポットの位置座標を補正するように構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記ビームスポット位置補正手段において、前記高さ検出光学系によって検出されたウェハの一回転またはそれ以上前の高さ情報に基づくフィードフォワード制御で補正することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記ビームスポット位置補正手段において、前記高さ検出光学系によって検出されたリアルタイムの高さ情報に基づくフィードバック制御で補正することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記ウェハ表面欠陥検査装置及びその方法において、さらに、前記照射光学系によって前記ウェハの表面上に形成される垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの位置ずれおよび寸法を検出するビームスポット検出手段と、前記照射光学系に備えられた前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正する射出ビーム補正光学系と、該射出ビーム補正光学系の直後でのビーム位置をモニタするビーム検出手段とを有しており、前記射出ビーム補正光学系は、前記ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも位置ずれの情報と、前記ビーム検出手段で検出された第１の光源からの射出ビームの少なくとも位置ずれの情報とから、前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向（チルト）および射出位置（シフト）を補正することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記照射光学系には、前記ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも寸法の情報に基づいて前記射出ビームの拡大倍率を補正して射出するビーム径拡大光学系（ズーム式ビームエキスパンダ）を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記ビームスポット検出手段において、ウェハの表面上または該ウェハの表面と等価な面上に直接形成されたビームスポット像を観察する観察光学系を有して構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記検出光学系には、低角度受光光学系と中角度受光光学系とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、ウェハを回転させるステージ手段と、第１の光源から射出する射出ビームを垂直方向に対して傾斜した斜方方向から前記ステージ手段によって回転されるウェハの表面上に照射して斜方照射ビームスポットを形成する照射光学系と、該照射光学系によって前記ウェハの表面上に前記斜方照射ビームスポットを形成する際、該ウェハの表面上に存在する異物等の欠陥から発生する散乱光を集光して受光して信号として出力する検出光学系と、第２の光源からの白色光または広帯域の光を前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの近傍に照射してその反射光を検出器で受光して前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さを検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系で検出される前記斜方照射ビームスポットの近傍でのウェハの表面高さ情報に基づいて前記照射光学系でウェハの表面上に形成される斜方照射ビームスポットの位置を補正するビームスポット位置補正手段とを備えることを特徴とするウェハ表面欠陥検査装置及びその方法である。
【００２２】
また、本発明は、ウェハを回転させるステージ手段と、第１の光源から射出する射出ビームをほぼ垂直方向から前記ステージ手段によって回転されるウェハの表面上に照射して垂直照射ビームスポットを形成し、前記射出ビームを切り換えて垂直方向に対して傾斜した斜方方向から前記ステージ手段によって回転させて走査されるウェハの表面上に照射して斜方照射ビームスポットを形成する照射光学系と、該照射光学系によって前記ウェハの表面上に前記各ビームスポットを形成する際、該ウェハの表面上に存在する異物等の欠陥から発生する散乱光を集光して受光して信号として出力する検出光学系と、前記照射光学系によって前記ウェハの表面上に形成される垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの位置ずれおよび寸法を検出するビームスポット検出手段と、前記照射光学系に備えられた前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正する射出ビーム補正光学系と、該射出ビーム補正光学系の直後でのビーム位置をモニタするビーム検出手段とを有しており、前記射出ビーム補正光学系は、該ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも位置ずれの情報と、前記ビーム検出手段で検出された第１の光源からの射出ビームの少なくとも位置ずれの情報とから、前記第１の光源から射出された射出ビームの射出方向および射出位置を補正することを特徴とするウェハ表面欠陥検査装置及びその方法である。
【００２３】
また、本発明は、前記照射光学系において、さらに、前記ビームスポット検出手段で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも寸法の情報に基づいて前記ウェハの表面上に照射される照射ビームスポット径の少なくとも一方向が縮小または拡大するように補正するスポット径補正光学系を有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記スポット径補正光学系は、ビーム径の拡大倍率を調整するビーム径拡大光学系を有して構成することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、前記スポット径補正光学系は、倍率可変でビームを整形する倍率可変ビーム整形光学系を有して構成することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、前記照射光学系において、さらに、前記ウェハの表面上に照射される照射ビームスポットの照度分布を補正するプロファイル補正素子を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、検出感度や異物座標検出精度の機差が小さく、超微小の異物等の欠陥のウェハ表面上における位置座標等を高精度に求めて垂直照射時と斜方照射時との照合を正確に行って異物等の欠陥の種類（カテゴリ）も正確に識別できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明に係るウェハ表面異物検査装置及びその方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
まず、本発明に係るウェハ表面欠陥検査装置の第１の実施の形態について図１乃至図９を用いて説明する。
【００３０】
図１は本発明に係るウェハ表面欠陥検査装置の第１の実施の形態の説明図である。第１の光源１０１としては、半導体ウェハ１０５上に存在する超微小な異物等の欠陥を検出するために、該超微小な異物等の欠陥から強度の強い散乱光が得られるＵＶ（Ultraviolet）光若しくはＤＵＶ（Deep Ultraviolet）光を射出する例えばレーザ光源を用いることが好ましい。より具体的には、アルゴンレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどである。第１の光源１０１から射出した光は、ビームエキスパンダ１０２を経て、例えばエアシリンダや電動シリンダの様な一軸スライダ１２６によって切換えられる切換式ミラー１０３で反射し、ビーム整形光学系２００、垂直照射用集光レンズ１０４を経て半導体ウェハ１０５上にほぼ垂直方向８０から照射され、垂直照射ビームスポットを形成する。半導体パターン無しベアウェハまたは半導体パターン無し膜付ウェハ等の半導体ウェハ１０５は回転ステージ１１８上にセットされる。さらに回転ステージ１１８は、一軸ステージ１１９上に搭載される。これら回転ステージ１１８及び一軸ステージ１１９は、全体制御部１４０からの指令に基づくステージコントローラ１２５によって制御される。一軸スライダ１２６も同様に、全体制御部１４０からの指令に基づくスライダコントローラ１２７によって制御される。検査中のウェハ１０５は回転ステージ１１８によって回転するとともに一軸ステージ１１９によって半径方向に送られ、ビームスポットはウェハ１０５上を螺旋状に走査する。
【００３１】
矢印で示すように、切換式ミラー１０３を退避させた状態では、ビームエキスパンダ１０２からの射出光は、ミラー１０６、ミラー１０７、ビーム整形光学系２０１、斜方照射用集光レンズ１０８を経て半導体ウェハ１０５上に一軸ステージ１１９のほぼ移動方向で斜方方向（水平方向から５度〜２０度程度の範囲）９０から照射され、半導体ウェハ１０５上において上記垂直照射ビームスポットと同じ位置に斜方照射ビームスポットを形成する。ここで、ミラー１０７は反射光の向きを変えて半導体ウェハ１０５上における斜方照射ビームスポットの位置が変えられるよう、アクチュエータ１０９上に搭載されている。但し集光レンズ１０８とミラー１０７との順番は入れ替わっても構わない。
【００３２】
半導体ウェハ１０５上に異物等の欠陥があると、垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットがこれらを横切った際に照射された光が散乱され、この散乱光を光電変換部（例えば高感度を有する光電子倍増管（フォトマル））１１１ａ〜１１１ｄの各々を備えた例えば４つの中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄ及び／又は例えば４つの低角度受光光学系１１５ａ〜１１５ｄによって受光して検出し、電気信号に変換する。なお、図１においては、上記ビームスポットに向けて半導体ウェハの法線から傾きを持った４つの中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄを有する場合を示したが、これに限定されるものではなく、特開２００１−２５５２７８号公報（特許文献４）に記載されているように、また図２に示すように、ビームスポットを中心にして例えば４つの低角度受光光学系１１５ａ〜１１５ｄと例えば４つの中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄとを有して構成してもよい。ここで、斜方照射に対しては、受光光学系１１０ａは正反射光を受光しないようにして異物等の欠陥からの前方散乱光を、受光光学系１１０ｂ及び１１０ｄは側方散乱光を、受光光学系１１０ｃは後方散乱光をそれぞれ受光して検出する。垂直照射に対しては、各受光光学系１１０ａ〜１１０ｄは異物等の欠陥からの各方位に向かった散乱光を受光して検出する。なお、水平方向から３０度〜５５度程度の範囲の中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄと水平方向から５度〜３０度程度の範囲の低角度受光光学系１１５ａ〜１１５ｄとを設けた場合、斜方照射に対しては、中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄは、粒子状大きな異物からは比較的大きな輝度信号が得られる散乱光を受光するのに対して、薄膜状異物やスクラッチ等の欠陥からも比較的大きな輝度信号が得られる散乱光を受光し、低角度受光光学系１１５ａ〜１１５ｄは、粒子状大きな異物からは比較的大きな輝度信号が得られる前方散乱光を受光するのに対して、薄膜状異物やスクラッチ等の欠陥からは比較的小さな前方或いは側方散乱光を受光することになる。
【００３３】
他方、垂直照射に対しては、中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄは、粒子状大きな異物からは比較的大きな輝度信号が得られる低次の回折光である散乱光を受光するのに対して、薄膜状異物やスクラッチ等の欠陥からも比較的大きな輝度信号が得られる低次の回折光である散乱光を受光し、低角度受光光学系１１５ａ〜１１５ｄは、粒子状大きな異物からも、薄膜状異物やスクラッチ等の欠陥からも比較的小さな高次の回折光である散乱光を受光することになる。
【００３４】
以上説明したように、切換式ミラー１０３の進退による垂直照射と斜方照射の組合せと、中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄと低角度受光光学系１１５ａ〜１１５ｄの組合せとにより粒子状異物と薄膜状異物とスクラッチ等の様々な異物や欠陥を識別することが可能となる。
【００３５】
図３は信号処理部１３０の一実施例を示した図である。垂直照射時及び斜方照射時の各々において、中角度受光光学系１１０ａ〜１１０ｄの各々の光電変換部（例えばフォトマル）１１１ａ〜１１１ｄからの出力は、その後信号処理回路１１２ａ、１１２ｂ、１１６ｃ、１１６ｄの各々によって増幅やノイズ除去などの処理を受けて出力される。一軸ステージ１１９の移動方向に散乱した散乱光に応じた信号処理回路１１２ａ及び１１２ｃの出力は例えば加算回路６０１によって加算され、一軸ステージ１１９の移動方向に対して直角方向に散乱した散乱光に応じた信号処理回路１１２ｂ及び１１２ｄの出力は例えば加算回路６０２によって加算される。そして、加算回路６０１の加算出力と加算回路６０２の加算出力とは比較回路６０４において大小比較または比率比較が行なわれ、その比較結果がデジタル信号に変換されてメモリ６２０に記憶される。従って、判定処理部６３０はメモリ６２０に記憶されたその違いから散乱光の指向性を検出して異物等を含む欠陥の種類を判定することが可能となる。垂直照射の場合には散乱光の指向性は顕著に現れないのに対して、斜方照射の場合には異物や欠陥の種類に応じて前方散乱光と側方散乱光との間において大きく異なってくることにより、判定処理部６３０は、垂直照射時に比較回路６０４から得られてメモリ６２０に記憶された比較結果と斜方照射時に比較回路６０４から得られてメモリ６２０に記憶された比較結果とを比較することによって異物や欠陥の種類を識別して判定することが可能となる。
【００３６】
さらに、垂直照射時と斜方照射時の各々において、例えば４方向に散乱した散乱光に応じた全ての信号処理回路１１２ａ〜１１２ｄの出力が加算回路６０３において加算される。そして、比較回路６０５は、加算回路６０３の出力の大小に応じたデジタル信号に変換してメモリ６２０に記憶する。判定処理部６３０は、メモリ６２０に記憶された加算回路６０３の出力（強度）の大小に基づいて異物や欠陥の大きさ判定を行う。
【００３７】
ここで大きさ判定のための出力は、１１２ａ〜１１２ｄの出力すべてを用いなくても構わない。全出力を用いない場合では、より簡単な回路構成で異物や欠陥の検出を行うことができる。一方１１２ａ〜１１２ｄの出力すべてを加算して用いる場合では、出力信号のＳ／Ｎを向上できる。例えば１１２ａ〜１１２ｄの出力それぞれの信号強度ｓとノイズ強度ｎとが互いにすべて同じ場合、三つの出力を加算した信号強度は３ｓになるのに対してノイズ強度は√３ｎとなるから、単独の出力に対してＳ／Ｎは√３倍向上する。一般にノイズはショットノイズなので、１１２ａ〜１１２ｄのノイズは互いに無相関だからである。
【００３８】
また、垂直照射時及び斜方照射時の各々において、低角度受光光学系１１５ａ〜１１５ｄの各々の光電変換部（例えばフォトマル）１１６ａ〜１１６ｄからの出力は、その後信号処理回路１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄの各々によって増幅やノイズ除去などの処理を受けて出力される。一軸ステージ１１９の移動方向に対して約４５度方向に散乱した散乱光に応じた信号処理回路１１７ａ及び１１７ｂの出力は例えば加算回路６０６によって加算され、一軸ステージ１１９の移動方向に対して約４５度方向に散乱した散乱光に応じた信号処理回路１１７ｃ及び１１７ｄの出力は例えば加算回路６０７によって加算される。そして、加算回路６０６の加算出力と加算回路６０７の加算出力とは比較回路６０９において大小比較または比率比較が行なわれ、その比較結果がデジタル信号に変換されてメモリ６２０に記憶される。従って、判定処理部６３０はメモリ６２０に記憶されたその違いから散乱光の指向性を検出して異物や欠陥の種類を判定すること（指向性を有するスクラッチ等の欠陥と指向性を有しない異物等の欠陥とを識別すること）が可能となる。垂直照射の場合には散乱光の指向性は顕著に現れないのに対して、斜方照射の場合には異物や欠陥の種類に応じて前方散乱光と後方散乱光との間において大きく異なってくることにより、判定処理部６３０は、垂直照射時に比較回路６０９から得られてメモリ６２０に記憶された比較結果と斜方照射時に比較回路６０９から得られてメモリ６２０に記憶された比較結果とを比較することによって異物や欠陥の種類を識別して判定することが可能となる。
【００３９】
さらに、垂直照射時と斜方照射時の各々において、例えば４方向に散乱した散乱光に応じた全ての信号処理回路１１７ａ〜１１７ｄの出力が加算回路６０８において加算される。そして、比較回路６１０は、加算回路６０８の出力（強度）の大小に応じたデジタル信号に変換してメモリ６２０に記憶する。判定処理部６３０は、メモリ６２０に記憶された加算回路６０８の出力の大小に基づいて異物や欠陥の大きさ判定を行う。
【００４０】
ここで大きさ判定のための出力は、１１７ａ〜１１７ｄの出力すべてを用いなくても構わない。全出力を用いない場合では、より簡単な回路構成で異物や欠陥検出を行うことができる。一方１１７ａ〜１１７ｄの出力すべてを加算して用いる場合では、出力信号のＳ／Ｎを向上できる。例えば１１７ａ〜１１７ｄの出力それぞれの信号強度ｓとノイズ強度ｎとが互いにすべて同じ場合、三つの出力を加算した信号強度は３ｓになるのに対してノイズ強度は√３ｎとなるから、単独の出力に対してＳ／Ｎは√３倍向上する。一般にノイズはショットノイズなので、１１７ａ〜１１７ｄのノイズは互いに無相関だからである。
【００４１】
以上説明したように、信号処理部１３０において異物や欠陥を検出するために使用する信号処理回路１１２ａ〜１１２ｄ、１１７ａ〜１１７ｄの出力は必要に応じて適宜決定すればよく、この実施例によってなんら制限されるものではない。受光光学系の数や配置方位、配置仰角についても必要に応じて適宜決定すればよく、この実施例によってなんら制限されるものではない。
【００４２】
次に、本発明に係るウェハ面上下動位置（ウェハ面高さ）の情報に基づいてウェハ面上の斜方照射ビームスポット位置を補正する実施例について説明する。本発明においては、垂直照射ビームスポットと斜方照射ビームスポットとを切り替えて照射するため、垂直照射ビームスポットと斜方照射ビームスポットとはウェハ面上において同じ位置座標を示す必要がある。
【００４３】
そこで、まず、ビームスポット照射位置近傍でのウェハ面上下動位置（ウェハ面高さ）を検出する必要がある。しかし、半導体ウェハ１０５としては、半導体パターン無しベアウェハまたは半導体パターン無し膜付ウェハ等が考えられる。このように、例えば酸化膜のような表面に膜付の半導体ウェハ１０５を検査しようとした場合、ウェハ面上下動位置を検出する照明光源として単一波長であるレーザ光源を用いると、膜厚によっては干渉によって反射光がほとんど得られなくなり、正反射光を受光できない場合が生じることになる。この現象は、表面膜の反射率波長依存性により、光源のレーザ波長が膜の反射率の低い波長に一致してしまった場合に起こる現象である。従って、この場合はウェハ面上下動位置（ウェハ面高さ）を検出できないことになる。
【００４４】
そこで、ビームスポット照射位置近傍でのウェハ面上下動位置（ウェハ面高さ）を検出する第２の光源１２０としては、ブロードバンドの光若しくは白色光を射出する光源を用いることにした。即ち、第２の光源１２０として二つ以上の異なる波長を含む光を射出するものを使用した場合の効果について図４のグラフを用いて説明する。図４は特定の入射角における膜付ウェハの反射率と波長との関係を表した模式図である。グラフの横軸は波長を、縦軸は反射率を表している。波長λ１では反射率が小さくてウェハからの反射光を得にくいが、波長λ２では反射率が高いので反射光を得られることがわかる。従って、この例では、光源１２０が波長λ２を含んでいればウェハ１０５表面からの反射光を受光することができ、ウェハ１０５の上下移動量を検出することができる。即ち、実際にはウェハ上の膜の厚さや物質によって反射率の波長依存性はまちまちとなるから、第２の光源１２０としては、白色光のように広範囲の波長の光を含んだもの、または広帯域な波長（ＵＶ光から可視光の範囲の例えば約３５０ｎｍ〜約７００ｎｍ程度）を発光する光源であることが好ましい。含まれる波長範囲が広いので、反射率の高い波長域での反射光を確保することができるからである。白色光源としては、例えば白色レーザ、白色発光ダイオード、キセノンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプなどがある。また、第２の光源１２０の射出光の偏光状態は、検査対象の反射特性に応じて適宜選択すればよい。例えば無偏光または円偏光では、ウェハ上の膜の反射率における偏光方向依存性を受けにくくすることができる。
【００４５】
以上説明したように、第２の光源１２０から射出した光は、レンズ１２１によってウェハ１０５上の前記ビームスポット近傍に集光される。そして、ウェハ１０５によって反射され、レンズ１２２を経て光センサ１２３に集光される。ここで、光源１２０としては、二つ以上の異なる波長を含むものを使用する。光センサ１２３は、例えば二分割フォトダイオードのような、センサ上での集光位置を検出できるものを使用する。この構成により、光てこの原理でウェハ１０５の上下移動量は光センサ１２３上での集光位置情報に変換され、光センサ１２３の出力からウェハ１０５上のビームスポット照射位置近傍での上下移動量（ウェハ面の高さ）を求めることができる。
【００４６】
光センサ１２３からの出力はアクチュエータ１０９のコントローラ１２４に送られる。これに基づくコントローラ１２４からの制御信号によりアクチュエータ１０９を動かすことで、ウェハ１０５の上下移動（ウェハ面の高さ）に応じて、照射位置補正光学系であるミラー１０７の向きを変える。こうして、第１の光源１０１からの射出光は、照射位置補正光学系であるミラー１０７によって偏向され、ウェハ１０５の上下移動に伴う斜方照射ビームスポットのウェハ１０５面内移動を補正するように、斜方照射ビームスポットの位置を垂直照射ビームスポットと同じ位置に微動補正する。その結果、半導体ウェハ１０５上に存在する同じ異物や欠陥から垂直照射ビームスポットによる散乱光と斜方照射ビームスポットによる散乱光とを受光光学系１１０ａ〜１１０ｄ及び１１５ａ〜１１５ｄによって検出できることになる。
【００４７】
次に、斜方照射ビームスポットのウェハ面内移動を補正する効果について説明する。半導体ウェハ１０５の表面に反りやうねり等の変形があると検査中のウェハ面に上下動が発生する。そのため斜方照射ビームスポットがウェハ面内方向に動いてしまい、位置座標誤差を与える。図５にこの様子を説明する。ウェハ５０１ａ上にウェハ面からの仰角θで斜方照明光９０が照射されているとする。例えばウェハ面内うねり等の変形によってウェハ５０１ａの位置がウェハ５０１ｂの位置に変位量ｚで動いたとすると、斜方照射光９０がウェハ面上を照射する位置は、ウェハ面内方向にｚ／tanθ移動してしまう。その結果、この量だけ垂直照射時と斜方照射時との間において異物や欠陥の位置座標に誤差が乗ってしまう。そこで、コントローラ１２４は、ウェハ面の基準高さからのずれ量ｚを光センサ１２３で検出し、斜方照射ビームスポットの位置をｚ／tanθ補正するようにアクチュエータ１０９を駆動して照射位置補正光学系であるミラー１０７の偏向を制御することによって垂直照射ビームスポットと同じ位置にすることが可能となる。
【００４８】
しかしながら、斜方照射時において、斜方照射ビームスポットの位置を上記照射位置補正光学系を用いて補正せずに、全体制御部１４０が光センサ１２３から検出されるウェハ面の基準高さからのずれ量ｚに応じて、回転ステージ１１８及び一軸ステージ１１９から検出されるウェハ１０５上の位置座標値を直接ｚ／tanθで補正することも可能である。このように垂直照射時と斜方照射時とにおいて、ウェハ１０５上において同じ位置座標系で検出された異物や欠陥の情報を照合することが可能となる。ただし、この場合、フィードバック制御またはフィードフォワード制御ができないので、ずれ量ｚと斜方照射角度θを正確に求めることが必要となる。
【００４９】
以上により、全体制御部１４０は、半導体ウェハ１０５を螺旋状に走査しながら、レーザ光を垂直照射ビームスポットで照射したときと、斜方照射ビームスポットで照射したときとで、同じ異物や欠陥から発生する散乱光の情報を半導体ウェハ１０５上の同じ座標系で受光光学系１１０ａ〜１１０ｄ及び１１５ａ〜１１５ｄによって検出できることになる。その結果、垂直照射時と斜方照射時とを照合することが可能となり、超微小な異物や欠陥を高信頼度で検出して検査することが可能となる。
【００５０】
なお、全体制御部１４０は、斜方照射ビームスポットの照射位置を補正するコントローラ１２４、ステージコントローラ１２５、スライダコントローラ１２７及び信号処理部１３０と接続し、ステージコントローラ１２５からは半導体ウェハ１０５を螺旋状に走査する情報を取得すると共に各コントローラ１２４、１２５、１２７へ検査開始情報等が送信され、信号処理部１３０からは検査結果に関する異物や欠陥の特徴量情報（異物や欠陥の属性情報、異物や欠陥の位置情報、及び異物や欠陥の大きさを示す情報など）が得られる。さらに、全体制御部１４０は、半導体ウェハに関する情報等を入力する入力手段１４１と、ＧＵＩ等を表示する表示装置１４２と、検査条件情報や検査結果情報等を記憶する記憶装置１４３とが接続される。
【００５１】
次に、第１の実施の形態における斜方照射ビームスポットの照射位置補正光学系の変形例について図６及び図７を用いて説明する。図６は斜方照射ビームスポットの照射位置補正光学系の第１の変形例を示す説明図である。第１の光源１０１からの射出光は、ミラー１０６を経て斜方照射用集光レンズ１０８に入射する。集光レンズ１０８を射出した光は、ミラー３０１によって反射されてウェハ１０５上に集光される。ここでミラー３０１は、一軸ステージ１１９の移動方向に直線的に動くアクチュエータ３０２上に搭載されている。アクチュエータ３０２は、光センサ１２３で検出されるウェハ１０５上のビームスポット照射位置近傍での上下移動に応じてミラー３０１を直線的に移動させ、集光レンズ１０８からの射出光をウェハ１０５への入射平面内でシフトさせる。この動きによってウェハ１０５上のビームスポット照射位置近傍での基準高さからの上下移動による斜方照射ビームスポットの照射位置のずれを補正して垂直照射ビームスポットの位置に合わせる。ここでミラー３０１の移動方向は、ウェハ１０５への光の入射平面内にあれば、例えば水平方向でも垂直方向でも他の方向でも構わない。
【００５２】
図７は斜方照射ビームスポットの照射位置補正光学系の第２の変形例を示す説明図である。第１の光源１０１からの射出光は、ミラー１０６を経て斜方照射用集光レンズ１０８に入射する。集光レンズ１０８を射出した光は、ミラー４０1によって反射されてウェハ１０５上に集光される。ここで集光レンズ１０８は一軸ステージ１１９の移動方向に直線的に動くアクチュエータ４０２上に搭載されている。アクチュエータ４０２は、光センサ１２３で検出されるウェハ１０５上のビームスポット照射位置近傍での上下移動に応じて集光レンズ１０８を直線的に移動させ、集光レンズ１０８からの射出光をウェハ１０５への入射平面内でシフトさせる。この動きによってウェハ１０５上のビームスポット照射位置近傍での基準高さからの上下移動による斜方照射ビームスポットの照射位置のずれを補正して垂直照射ビームスポットの位置に合わせる。ここで集光レンズ１０８の移動方向はウェハ１０５への光の入射平面内で、かつ集光レンズ１０８の光軸に平行な方向以外であればよい。例えば集光レンズ１０８の光軸に垂直な方向であればよい。また、集光レンズ１０８とミラー４０１との順番は入れ替わっても構わない。
【００５３】
次に、照射位置補正光学系のアクチュエータの制御方法の実施例について図１０及び図１１を用いて説明する。即ち、照射位置補正光学系のアクチュエータ１０９、３０２又は４０２の制御方法としては、ウェハの一回転またはそれ以上前のウェハ上のビームスポット照射位置近傍での上下動情報を用いるフィードフォワード制御方法がある。該フィードフォワード制御方法の信号の流れは、図１０に示すように、コントローラ１２４が、例えばコントローラ１２４内のメモリ（図示せず）またはコントローラ１２４を介して記憶装置１４３に記憶された光センサ１２３から検出される面ぶれ量測定データ（ウェハの一回転またはそれ以上前の上下動情報（データ））１２１０を用いて照射位置補正光学系のアクチュエータ１０９、３０２又は４０２を駆動制御することになる。この方法の場合では、アクチュエータの位相特性に遅れがある場合であっても、予めその量が分かっていれば、その分だけ時間的にずらした制御信号をアクチュエータに印加することにより、遅れなく斜方照射ビームスポットの位置ずれを補正することができる。
【００５４】
また、位相特性の遅れが十分小さいアクチュータであれば、フィードバック制御でリアルタイムのウェハ上下動情報をアクチュエータに印加することにより、斜方照射ビームスポットの位置ずれを補正することができる。該フィードバック制御方法の信号の流れは、図１１に示すように、コントローラ１２４が、光センサ１２３から検出される面ぶれ量測定データ１２２０を用いて照射位置補正光学系のアクチュエータ１０９、３０２又は４０２を駆動制御すると同時に光センサ１２３から検出される面ぶれ量測定データ１２３０を取得し、次からは取得された面ぶれ量測定データ１２３０を用いて照射位置補正光学系のアクチュエータ１０９、３０２又は４０２を駆動制御することになる。この制御方法の場合はリアルタイムの信号なので、より正確なウェハ上下動情報を用いることができる。
【００５５】
以上説明した第１の実施の形態によれば、第２の光源１２０から広帯域の波長成分を含む光または白色光を射出させてウェハ１０５上のビームスポット照射位置近傍を照射し、該近傍からの反射光を利用して基準高さからのウェハの変形に伴う上下動（変位である変形量）を検出することにより、ウェハの表面層の膜質に影響されることなく、ウェハの変形を高精度に検出することが可能となる。その結果高精度に検出されるウェハ面の変形情報から斜方照射ビームスポットをウェハ面内で積極的に移動させてウェハ面の変形に伴う斜方照射ビームスポットの位置ずれを補正することにより、斜方照射ビームスポットの位置を垂直照射ビームスポットの位置に高精度に合わせることが可能となる。従って、半導体ウェハ１０５を螺旋状に走査しながら、レーザ光を垂直照射ビームスポットで照射したときと、斜方照射ビームスポットで照射したときとで、同じ異物や欠陥から発生する散乱光の情報を半導体ウェハ１０５上の同じ座標系で受光光学系１１０ａ〜１１０ｄ及び１１５ａ〜１１５ｄによって検出できることになる。その結果、垂直照射時と斜方照射時とを照合することが可能となり、超微小な異物や欠陥を高信頼度で検出して検査することが可能となる。
【００５６】
また、ビームスポットが半導体ウェハ１０５上を螺旋状に走査する関係で、図８に示すように、一回転前のビームスポットＢと走査中のビームスポットＢとの間では一軸ステージ１１９により一定の送りピッチで送り込まれることになる。一方、異物や欠陥は任意の位置に発生するので、垂直照射によるビームスポットも斜方照射によるビームスポットも、検査範囲で脱落が無いように、一回転前のビームスポットＢと走査中のビームスポットＢとをスポット周辺部において重なりあうように照射する必要がある。そのため、ビームスポットとしては、図９に示すように半導体ウェハの半径方向（一軸ステージ１１９の送り方向）には広げ、該方向とは直角方向には集束させて照射強度を強めることが好ましい。そこで、垂直照射ビームスポットに対しては、ビームエキスパンダ１０２でビーム径を拡大したレーザビームをビーム整形光学系２００によって楕円形となるように変形させることにより、この様な形状のビームスポットを形成する。斜方照射ビームスポットに対しては、斜方照射する関係でウェハ上では送り方向に広がることを考慮してビームエキスパンダ１０２でビーム径を拡大したレーザビームをビーム整形光学系２０１によって楕円形となるように変形させることにより、この様な形状のビームスポットを形成する。ビーム整形光学系２００、２０１のようなビームスポット径の一方向（例えば図９に示すように長軸方向又は短軸方向）のみを縮小または拡大する光学系はアナモルフィック光学系と呼ばれており、具体的な構成としては、プリズム方式やシリンドリカルレンズ方式などがあることは、一般的に知られている。このように垂直照射ビームスポットも斜方照射ビームスポットも、図９に示すように送りピッチ方向には広げた同じ形状のピームスポットを照射することによって、存在する位置に関係なく異物や欠陥に対して検査範囲の脱落が無い確実な検出が可能となる。
【００５７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態について図１２を用いて説明する。第２の実施の形態において、第１の実施の形態との相違点は、ウェハ上に照射されたビームスポット像の位置や形状（照度分布も含む）を観察する観察光学系２０４〜２０７と、第１の光源１０１から射出した射出ビームの光軸に対するチルト（傾き：射出方向）及びシフト（ずれ：射出位置）を補正するビーム補正光学系２０２と、観察光学系２０４〜２０７で観察されたビームスポット像の位置や形状に基づいてビーム補正光学系２０２を制御するコントローラ２０８と、観察光学系２０４〜２０７で観察されたビームスポット像の位置や形状に基づいてズーム式のビームエキスパンダ（ビーム径拡大光学系）２０３を制御するコントローラ２０９とを設けたことにある。なお、図１２においては、スライダコントローラ１２７の記載を省略する。
【００５８】
第１の光源１０１から射出した射出ビームは、光軸に対するチルト（傾き）およびシフト（ずれ）が補正されるビーム補正光学系２０２に入射する。後述する様にビーム補正光学系２０２にはカメラ２１３が内蔵されており、その出力からビームのチルト及びシフトの情報が得られる。該ビーム補正光学系２０２を射出したビームは、拡大倍率が可変なズーム式のビームエキスパンダ２０３に入射する。さらに、ズーム式のビームエキスパンダ２０３からの射出ビームは、切換式ミラー１０３で反射し、ビーム整形光学系２００、ビームスプリッタ２０４、垂直照射用集光レンズ１０４を経てほぼ垂直方向からウェハ１０５上に照射され、垂直照射ビームスポットを形成する。ここで、ウェハ１０５上に形成された垂直照射ビームスポット像は、観察光学系である集光レンズ１０４、ビームスプリッタ２０４、結像レンズ２０５によって構成される結像光学系によってカメラ２０６の撮像面に結像されてカメラ２０６によって撮像されてモニタ２０７内の画像処理部（図示せず）に入力されて記憶される。画像処理部は、観察された垂直照射ビームスポット像を用いて垂直照射用集光レンズ１０４の光軸を基準にしたビームスポットの位置ずれと寸法（径）（図９に示す長軸長さと短軸長さとを含む）とを検出して垂直照射ビームスポット像の位置や形状（照度分布も含む）が観察できることになる。
【００５９】
また、切換式ミラー１０３を退避させた状態では、ズーム式のビームエキスパンダ２０３からの射出ビームは、ミラー１０６、ビーム整形光学系２０１、ミラー１０７、斜方照射用集光レンズ１０８を経て斜方方向からウェハ１０５上に照射され、斜方照射ビームスポットを形成する。ここで斜方照射ビームスポット像は、観察光学系である集光レンズ１０４、ビームスプリッタ２０４、結像レンズ２０５によって構成される結像光学系によってカメラ２０６の撮像面に結像されてカメラ２０６によって撮像されてモニタ２０７内の画像処理部（図示せず）に入力されて記憶される。画像処理部は、垂直照射時と同様に、観察された斜方照射ビームスポット像を用いて垂直照射用集光レンズ１０４の光軸を基準にしたビームスポットの位置ずれと寸法（径）（図９に示す長軸長さと短軸長さとを含む）とを検出して斜方照射ビームスポット像の位置や形状（照度分布も含む）が観察できることになる。
【００６０】
なお、カメラ２０６としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳのような固体受像素子を用いたカメラを用いることができる。
【００６１】
次に、ビーム補正光学系２０２の具体的構成の実施例について図１３を用いて説明する。第１の光源１０１からの光は、図面上Ｚ軸方向に射出する。次にミラー２１０によってＸ軸方向に反射され、ＸＺ平面内を９０度偏向して進む。次にミラー２１１によってＹ軸方向下向きにＸＹ平面内を９０度偏向して進み、ミラー２１２によって再び９０度偏向されて、Ｚ軸方向に射出する。ここでミラー２１０は、Ｙ軸を回転中心としたチルト機能とＸ方向へのシフト機能を有している。ミラー２１１は、Ｚ軸を回転中心としたチルト機能とＸ方向へのシフト機能を有している。ミラー２１２は固定されている。従って、ミラー２１０および２１１にチルトとシフトとを与えることにより、第１の光源１０１の射出ビームに生じたチルトおよびシフトを補正することができる。なお偏向の順番は入れ替えても構わない。ミラー２１２についても以降の光路の取り方に応じて配置を決めればよく、なんら制限するものではない。
【００６２】
また、ミラー２１２の透過光は、カメラ２１３の受光面を直接照射する。従ってカメラ２１３の出力画像から、ビームのチルトおよびシフト情報が得られる。カメラ２１３としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳのような固体受像素子を用いたカメラがある。
【００６３】
ビーム補正光学系２０２は、カメラ（ビーム検出手段）２１３のビーム画像と、観察光学系（ビームスポット検出手段は少なくとも２０４〜２０６で構成される。）２０４〜２０７で観察されるビームスポット像を用いて、ウェハ１０５面上のビームスポットの位置が垂直照射、斜方照射のそれぞれについて予め決められた基準位置に来るように、第１の光源１０１から射出される射出ビームの光軸に対するチルト（傾き）およびシフト（ずれ）を補正する。その際、カメラ２０６で撮影されるビームスポット画像１６１と、カメラ２１３で撮像されるビームモニタ画像１６２とをモニタ２０７上で目視しながら手動または半自動で補正してもよいし、あるいはビーム補正光学系２０２を自動装置とし、モニタ２０７内の画像処理部において観察されたビームスポット像を用いて検出されるビームスポットの位置ずれ等の画像信号出力をビーム補正光学系２０２のコントローラ２０８に送り、これに基づいてビーム補正光学系２０２を制御して補正しても構わない。
【００６４】
ここで、図１６に示すビームスポットモニタ画像１６１と、ビーム画像１６２とは次の様に使い分ければよい。ビームスポットモニタ画像１６１は、集光レンズ１０４または１０８の焦点面である。そのためビームにチルトがある時にスポット位置が動き、シフトでは動かない。そこで、画像１６１上でのスポット位置をチルトで修正することにより、ビームチルトが補正できる。次に、ビーム画像１６２でのビーム位置をシフトで修正することにより、ビームシフトが補正できるのである。
【００６５】
ズーム式のビームエキスパンダ２０３は、観察光学系２０４〜２０７で観察されるビームスポット像を用いて、ウェハ１０５面上のビームスポットの寸法が垂直照射、斜方照射のそれぞれについて予め決められた大きさになるようにビーム拡大倍率を補正する。その際、カメラ２０６で撮影されるビームスポット画像をテレビモニタ２０７上で目視しながら手動または半自動で調整補正してもよいし、あるいはズーム式のビームエキスパンダ２０３を自動装置とし、モニタ２０７内の画像処理部において観察されたビームスポット像を用いて検出されるビームスポットの寸法等の画像信号出力をズーム式のビームエキスパンダ２０３のコントローラ２０９に送り、これに基づいてズーム式のビームエキスパンダ２０３を制御して補正しても構わない。
【００６６】
なお、ビーム補正光学系用コントローラ２０８とビームエキスパンダ用コントローラ２０９とは、一つのコントローラで構成しても良い。また、モニタ２０７として、全体制御部１４０に接続された表示装置１４２を用いても良い。この場合、モニタ２０７内の画像処理部（図示せず）での画像処理を、全体制御部１４０内に設けられたＣＰＵで実行しても良い。
【００６７】
次に、第１の光源の射出ビームのチルトおよびシフトを補正する効果について説明する。第１の光源本体の特性により射出ビームにシフトやチルトが生じて、その結果ウェハ面上でのスポット位置が動いてしまうことがある。例えばレーザ光源では、内部に使われる結晶のシフトの際に生じるビームのシフトやチルト、あるいは温度特性によるビームのシフトやチルトがある。従って、これらの変動によって生じたウェハ上でのビームスポット位置ずれを知らずに検査を続けてしまうと、位置座標に誤差が生じてしまうことになる。そこで、定期的に、観察光学系（ビームスポット検出手段は少なくとも２０４〜２０６で構成される。）２０４〜２０７でビームスポット像を、カメラ（ビーム検出手段）２１３によってビーム像を観察することによって射出ビームのシフトおよびチルトを調べ、許容範囲を超えた場合には補正することにより、ウェハ上での異物や欠陥の検出座標誤差を抑えることが可能となり、その結果異物や欠陥の検出精度を向上させることが可能となる。
【００６８】
次に、ビームスポットの寸法を補正する効果について説明する。検査中は螺旋状にビームスポットを走査するが、その際検査範囲に脱落が生じないように、走査中のビームスポットの一部が一回転前のビームスポットの一部と重なるピッチで半径方向にビームスポットが送られる。この様子を図８に示す。図８から分かるように、異物からの散乱光強度は、異物がビームスポットのどこを通過するかによって変化する。最大値はスポット中心を通過した場合であり、最小値は一回転前のビームスポットと走査中のビームスポットとの交点を異物が通過した場合である。そのためビームスポットの寸法にばらつきがあると、交点での照明光強度が変わるため、交点を通過した異物からの散乱光強度も変わる。例えば図８においてビームスポットＡの場合とビームスポットＢの場合とではそれぞれの交点の高さが異なるため、散乱光強度最小値に違いがあることが分かる。そして、ビームスポット寸法のばらつきの要因として、第１の光源１０１のビーム径ばらつきがある。一方使用する第１の光源１０１のビーム径は検査装置ごとに異なるので、ビームスポット交点での照明光強度も装置ごとに異なることになる。このため光源のビーム径ばらつきは、装置ごとの検出感度機差となって現れてしまう。そこで、観察光学系２０４〜２０７で観察されるビームスポット像を用いて、ズーム式ビームエキスパンダ２０３によってビームスポットの寸法を補正することにより、機差を抑制することが可能となる。
【００６９】
また、ビームスポット像を観察するための試料としては、ウェハ１０５ではなく、例えばセラミックス板のように他の素材でできたもので代替しても構わない。斜方照射によるビームスポット像が見られる程度に光が散乱する表面状態の素材であればよく、カメラ２０６で受光されたビームスポット像の品質を見て素材を適宜選択すればよい。また照射する表面は基準となるウェハ面の高さに合せておけばよい。
【００７０】
次に、観察光学系の他の実施例について図１４を用いて説明する。図１２においては、ビームスプリッタ２０４を介して垂直照射用集光レンズ１０４および結像レンズ２０５によって作られるビームスポット像を直接カメラ２０６の撮像面に形成しているが、図１４に示す構成では垂直照射用集光レンズ１０４および結像レンズ２０５によって作られるビームスポット像を空中像とし、レンズ７０１、レンズ７０２を介してカメラ２０６の撮像面に結像させるものとする。この構成をとることによって、レンズ７０１およびレンズ７０２を適宜選択することにより、必要に応じた像の拡大率を得ることができる。
【００７１】
以上説明したように、本発明に係る第２の実施の形態によれば、斜方照射ビームスポット位置の補正機能、第１の光源から射出されるビームの射出方向（チルト）および射出位置（シフト）を補正する射出ビーム補正機能、並びにビームエキスパンダによるビーム拡大倍率を補正する機能は、例えば図１５に示すようなフローに従って機能する。まず、検査開始にあたり、ウェハ１０５が検査装置のステージ１１８、１１９上にローディングされて、検査スタート指示（Ｓ１５１）されると、ウェハ１０５上に照射されたビームスポット像が観察光学系２０４〜２０７で観察されてモニタ画像１６１として表示される（Ｓ１５２）。同時に、カメラ２１３によって得られたビームモニタ画像１６２が表示される。これらのモニタ画像１６１および１６２は、例えば図１６に示すようにモニタ２０７のＧＵＩ画面１６０を介してオペレータは目視することができるとともに、例えばモニタ２０７内の画像処理部（図示せず）で検出されたスポット位置ずれ（ΔＸ，ΔＹ）やスポットサイズ（スポット径）（φｘ，φｙ）、ビーム位置ずれ（Δｘ，Δｙ）等のデータがＧＵＩ画面１６０上に表示される（Ｓ１５３）と共にコントローラ２０８、２０９に送信される。なお、観察光学系２０４〜２０７で観察された画像を全体制御部１４０に送信するように構成すれば、表示装置１４２のＧＵＩ画面１６０に表示できると共に、スポット位置ずれ（ΔＸ，ΔＹ）やスポットサイズ（スポット径）（φｘ，φｙ）、ビーム位置ずれ（Δｘ，Δｙ）等のデータを全体制御部１４０内のＣＰＵで検出してコントローラ２０８、２０９に送信することも可能である。そして、各コントローラ２０８、２０９は、上記データから補正の要不要を判断し（Ｓ１５４）、補正要と判断された場合には、上記データに基づいてビーム補正光学系２０２を制御してビームの射出方向（チルト）および射出位置（シフト）を補正し、ビームエキスパンダ２０３を制御してビーム拡大倍率を補正して固定される（Ｓ１５５）。その際、補正の要否判断や補正動作はオペレータによるＧＵＩからの入力指示によって行われてもよいし、あるいは予めプログラムされた内容に基づいて、オペレータの指示が介在しない完全な自動制御でもかまわない。また、ウェハ上のビームスポット像をモニタするのではなくて、例えばセラミックス板でできたウェハ面とは別な場所に設けられた他の基準面上に照射ビームを投射し、この像を用いて射出ビーム補正およびビーム拡大倍率補正が行なわれてもかまわない。
【００７２】
続いて、ビームスポットがウェハ上を螺旋状に走査させるために、ウェハを回転始め（Ｓ１５６）、斜方照射による検査であれば、光センサ１２３で検出されるウェハの上下動に追従してビームスポット位置の補正を開始する（Ｓ１５７）とともに欠陥検出動作に移る（Ｓ１５８）。ウェハ全面の検査が終了するとウェハ回転は停止し（Ｓ１５９）、次に照明方向の切換えの要不要を検査対象に応じて判断する（Ｓ１６０）。不要であれば検査は終了し（Ｓ１６１）、必要であれば切換え式ミラー１０３を進退させて照射方向を切換えて検査スターの指示に戻り（Ｓ１５１）新たな照射方向によって再度検査を行う。検査終了後（Ｓ１６１）全体制御部１４０は両方の照射による検査結果をウェハ上の同じ位置座標で照合し、その照合結果である異物等の欠陥の大きさや種類が識別されてその位置座標とともに例えば図１７のように表示装置１４２のＧＵＩ上に表示される（Ｓ１６２）。
【００７３】
なお、以上のフローでは検査開始直前に射出ビーム補正およびビーム拡大倍率補正が行なわれているが、特にこれに限定するものではない。検査中においてもウェハからの散乱光や反射光を利用してリアルタイムに補正を行っても構わない。また、フローにおける各動作の内容や順序もこれに限定するものではなく、必要に応じて動作の入換え・追加・省略をしてもかまわない。
【００７４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る第３の実施の形態について図１８を用いて説明する。第３の実施の形態において、第２の実施の形態との相違点は、倍率可変ビーム整形光学系２２０、２２１と、ビームスポットのプロファイル補正素子９０１とを設けたことである。なお、図１８においても、スライダコントローラ１２７の記載を省略する。
【００７５】
第１の光源１０１から射出した射出ビームは、光軸に対するチルトおよびシフトが補正されるビーム補正光学系２０２に入射する。該ビーム補正光学系２０２を射出したビームは、プロファイル補正素子９０１を透過してズーム式ビームエキスパンダ２０３に入射する。さらにズーム式ビームエキスパンダ２０３からの射出ビームは、切換式ミラー１０３で反射し、倍率可変ビーム整形光学系２２０、ビームスプリッタ２０４、垂直照射用集光レンズ１０４を経てほぼ垂直方向からウェハ１０５上に照射され、垂直照射ビームスポットを形成する。ここでウェハ１０５上に形成された垂直照射ビームスポット像は、観察光学系である集光レンズ１０４、ビームスプリッタ２０４、結像レンズ２０５によって構成される結像光学系によってカメラ２０６の撮像面に結像されてカメラ２０６によって撮像されてモニタ２０７内の画像処理部（図示せず）に入力されて記憶される。画像処理部は観察された垂直照射ビームスポット像を用いて垂直照射用集光レンズ１０４の光軸を基準にしたビームスポットの位置ずれと寸法（径）（図９に示す長軸長さと短軸長さとを含む）とを検出して垂直照射ビームスポット像の位置や形状（照度分布も含む）が観察できることになる。
【００７６】
また、切換式ミラー１０３を退避させた状態では、ズーム式ビームエキスパンダ２０３からの射出ビームは、ミラー１０６、倍率可変ビーム整形光学系２２１、ミラー１０７、斜方照射用集光レンズ１０８を経て斜方方向からウェハ１０５上に照射され、斜方照射ビームスポットを形成する。ここで斜方照射ビームスポット像は、観察光学系である集光レンズ１０４、ビームスプリッタ２０４、結像レンズ２０５によって構成される結像光学系によってカメラ２０６の撮像面に結像されてカメラ２０６によって撮像されてモニタ２０７内の画像処理部（図示せず）に入力されて記憶される。画像処理部は観察された斜方照射ビームスポット像を用いて垂直照射用集光レンズ１０４の光軸を基準にしたビームスポットの位置ずれと寸法（径）（図９に示す長軸長さと短軸長さとを含む）とを検出して斜方照射ビームスポット像の位置や形状（照度分布も含む）が観察できることになる。
【００７７】
ビーム補正光学系２０２の動作は第２の実施の形態で述べたのと同様なので、ここでは説明を省略する。ズーム式ビームエキスパンダ２０３と倍率可変ビーム整形光学系２２０、２２１は、観察光学系２０４〜２０７で観察されるビームスポット像を用いて、ウェハ１０５面上のビームスポットの長径と短径とが垂直照明、斜方照明のそれぞれについて予め決められた大きさになるように、ズーム式ビームエキスパンダ２０３の倍率（縮小または拡大）、倍率可変ビーム整形光学系２２０および２２１の倍率（縮小または拡大）を補正する。その際カメラ２０６で撮影された画像をテレビモニタ２０７上で目視しながら手動または半自動で調整補正してもよいし、あるいはビームエキスパンダ２０３、倍率可変ビーム整形光学系２２０および２２１を自動装置とし、モニタ２０７内の画像処理部において観察されたビームスポット像を用いて検出されるビームスポット寸法の画像信号出力をそれぞれのコントローラ２０９、２２０、２２１に送り、これに基づいてビームエキスパンダ２０３、倍率可変ビーム整形光学系２２０および２２１を制御して倍率（縮小または拡大）を補正しても構わない。
【００７８】
なお、ビーム補正光学系用コントローラ２０８、ビームエキスパンダ用コントローラ２０９、倍率可変ビーム整形光学系用コントローラ２１０および２１１は、一つのコントローラで構成してもよい。またモニタ２０７として、全体制御部１４０に接続された表示装置１４２を用いてもよい。この場合モニタ２０７内の画像処理部（図示せず）での画像処理を全体制御部１４０内に設けられたＣＰＵで実行してもよい。
【００７９】
次に、ビーム整形光学系に倍率可変なものを採用する場合の効果について説明する。ズーム式ビームエキスパンダ２０３に加えてビーム整形光学系２２０，２２１が倍率可変であると、ビームスポット径は直交した二方向について調整可能になる。より具体的にはズーム式ビームエキスパンダ２０３によってビームスポットの短径方向をまず調整し、次に倍率可変ビーム整形光学系２２０、２２１によって長径方向を調整するのである。
【００８０】
まず異物や欠陥からの散乱光強度は、ビームスポット内の照度に比例する。一方照度はビームスポットの面積に反比例するから、ビームスポット径のばらつきによってスポット面積が異なると、同じ散乱光強度を得るためにはビームパワーを調整する必要がある。このときビームスポットの面積が大きい方にばらついた場合、同じ散乱光強度を得るためにより大きなパワーで照射する必要がある。しかしこの場合には、光源の出力に余裕がないとパワーを十分に上げることができず、必要な散乱光強度を得られない可能性がある。そのため検出感度が落ちてしまう。
【００８１】
そこで、同じパワーで同じ散乱光強度を得るためには、ビームスポットの面積を変えればよい。このときズーム式ビームエキスパンダ２０３のみによってビームスポットの短径と長径とを同じ比率で変えることにより、同じ照度を得ることも可能である。但しこの場合には、図８における走査中のビームスポットと一回転前のビームスポットとの交点の高さが同じになるとは限らない。交点の高さに違いがあると、検出感度機差となって表れることは前述のとおりである。一方、短径と長径の二方向について倍率調整（縮小又は拡大）が可能であれば、長径と短径とをそれぞれ一定の値に調整することにより、交点の高さを保ちながら同じ照度に合わせることができる。このように倍率可変なビーム整形光学系２２０、２２１を採用することで二方向のビームスポット径を倍率調整することにより、よりいっそうの機差抑制を行うことができるのである。
【００８２】
なお、本発明においては、ビームスポット検出手段２０４〜２０７で検出された垂直照射ビームスポットまたは斜方照射ビームスポットの少なくとも寸法の情報に基づいてウェハの表面上に照射される照射ビームスポット径の少なくとも一方向（例えば長軸方向又は短軸方向）が縮小または拡大するように補正するスポット径補正光学系（２０３又は２２０又は２２１）を有することを特徴とする。
【００８３】
次に、倍率可変ビーム整形光学系の具体的な第１及び第２の実施例について図１９及び図２０を用いて説明する。図１９は倍率可変ビーム整形光学系の具体的な第１の実施例であるプリズム方式によるものを示し、例えば同じ形の４つのプリズム７１１〜７１４によって構成される。図１９（ａ）において、光源からのビームは、図面上左側からプリズム７１１に入射し、プリズム７１２、７１３を経て、プリズム７１４から射出される。その間各プリズムの屈折作用により、図面上紙面内方向のビーム径は縮小される。倍率の調整は各プリズムを回転させることによって行う。こうすると図１９（ｂ）に示すように各プリズムでの屈折作用による縮小率が変化するため、縮小倍率を変えられるのである。プリズムを回転させると各々のプリズムに入る光の入射角が変化するが、このときに各プリズムへの入射角がプリズム間で同じになるように回転角を選ぶのが好ましい（図では角度φ）。このようにすると、各プリズムで生じる光の偏角を同じにすることができるので２つのプリズム間で相殺され、倍率調整の前後でプリズム７１４からの光の射出方向は変わらないからである。
【００８４】
なお、第１の実施例では４個のプリズムによって構成したが、個数については特に限定するものではない。偏角を相殺するという観点からは偶数個のプリズムによって構成されることが好ましく、さらに４の倍数の個数で構成すれば、実施例のように入射光と射出光とを同じ光軸上に合わせることが可能となり、光学部品配置が行いやすいという利点がある。また異なる形のプリズムを複数組み合わせる構成にしてもかまわない。
【００８５】
図２０は倍率可変ビーム整形光学系の第２の実施例であるシリンドリカルレンズ方式によるものを示し、ここでは例えば３個のシリンドリカルレンズによって構成される。図２０（ａ）において、光源からのビームは、図面上左側から凸シリンドリカルレンズ８０１に入射し、凹シリンドリカルレンズ８０２を経て凹シリンドリカルレンズ８０３から射出される。その間各レンズの屈折作用により、図面上紙面内方向のビーム径は縮小される。これらのレンズは紙面に垂直な面内では曲率を持たないので、紙面に垂直な面内ではビーム径は変わらない。倍率の調整は各シリンドリカルレンズ間隔を変えることによって行う。こうすると図２０（ｂ）に示すようによる縮小率が変化する。
【００８６】
なお、第２の実施例では３個のシリンドリカルレンズによって構成したが、個数については特に限定するものではない。
【００８７】
次に、ズーム式ビームエキスパンダ２０３についての他の実施例について説明する。即ち、ズーム式ビームエキスパンダ２０３は、図１９または図２０と同様な構成によるビーム整形光学系でもよい。この場合には図１９または図２０において右側から光が入射する構成として、まず第１の光源１０１から射出した射出ビームの片方向のみを拡大する。このとき射出ビームを拡大する方向は、ビーム整形光学系２２０および２２１とは直交する方向に取る。次に、これと直交する方向をビーム整形光学系２２０および２２１によって拡大または縮小することにより、ビームスポット径を直交した二方向について調整可能になる。
【００８８】
次に、プロファイル補正素子９０１の効果について説明する。プロファイル補正素子９０１を用いてビームスポットのプロファイルを理想的なガウス分布に補正することで、異物や欠陥の検出座標誤差をさらに低減することができる。異物や欠陥の位置座標検出は、ビームスポットのプロファイルがガウス分布であることを利用して行われるからである。
【００８９】
図９に示したとおり、理想的なビームスポット形状は細長い楕円形である。長手方向はウェハの回転軸を中心とした半径方向（ビームスポットを送る方向）に取り、短手方向は接線方向に取られている。そしてそのプロファイルは、どちらの方向についても理想的にはガウス分布となっている。
【００９０】
次に、ビームスポットが異物や欠陥を横切る様子について考えると、異物からの散乱光はスポットを横切るにつれて時間的に変化し、短手方向の中心部に来たときに極大値になる。その値は異物や欠陥がビームスポット長手方向のどこを通ったかによって変わり、スポットの長手方向中心を横切ったときに最大となる。ここでウェハ回転軸を原点とした極座標（ｒ，θ）で異物座標を表すとすれば、θ座標については散乱光が極大となった時のθの値で決めることができる。しかしｒ座標については決めることはできない。スポット長手方向のどこを異物が通ったかは、これだけでは分からないからである。そこで図８に示したように、一部が重なり合うようにビームスポットを半径方向に送ることで同じ異物からの散乱光を２回検出することにより決定するのである。
【００９１】
まず、ビームスポットの長手方向のプロファイルを、ガウス分布の式に当てはめて決定する。次に、同一異物に関する一回転前の走査時の散乱光強度とリアルタイム走査での散乱光強度との比率を求め、この値と送りピッチ量とをプロファイルを表すガウス分布式に当てはめてｒ座標を求めるのである。従って実際のスポットにおけるプロファイルがガウス分布から外れていると、ｒ座標の計算値は実際とは異なった正しくないものとなってしまう。プロファイル補正素子９０１を利用すればプロファイルをガウス分布に戻すことができるので、この問題を解決することができる。
【００９２】
図２１はプロファイル補正素子９０１の実施例の説明図である。この実施例では、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、濃度に所定の分布を持たせた透過型フィルタの機能を持たせてある。図２１（ｂ）には透過型フィルタのＸ軸断面内の透過率曲線を示す。実際のビームスポットプロファイルにおける理想的なガウス分布からのずれは、元となる光源ビームのプロファイルが理想的なガウス分布からずれていることによって起きる場合が多い。そこで、図２１（ｃ）に示すように、実際の光源ビームのプロファイルにおいて、理想的なガウス分布からのずれを予め調べておき、プロファイル補正素子９０１としては、該プロファイル補正素子９０１を透過した後に正しい理想的なガウス分布になるように濃度分布を決めたものである。図２１（ｂ）では図面上Ｘ軸断面内の透過率を示してあるが、実際にはＹ軸方向のプロファイルを加味して２次元的に決めてある。そして、濃度分布を２次元的に決めたプロファイル補正素子９０１を光路中に配置することによって、プロファイル補正素子９０１からの射出ビームのプロファイル（照度分布）は正しくガウス分布に補正されるのである。
【００９３】
なお、第３の実施の形態では上述したようにプロファイル補正素子９０１として透過型フィルタ方式を用いているが、プロファイル補正が行えれば他の方式でもよく、本実施例に限定されるものではない。またプロファイル補正素子９０１の位置についても照射光学系の構成に応じて適切な場所に配置すればよく、第３の実施の形態に限定されるものではない。
【００９４】
また、プロファイル補正素子９０１を用いずに、モニタ２０７内の画像処理部において観察されたビームスポット像から直接プロファイル（照度分布）を求め、その結果からガウス分布との隔たりを求め、演算上で異物座標を補正することも可能である。
【００９５】
また、第３の実施の形態ではガウス分布を持ったビームスポットのプロファイル補正について説明しているが、プロファイル形状を特に限定するものではない。ガウス分布に限らず他の照度分布形状を持ったビームスポットプロファイルの補正でも構わない。
【００９６】
さらに、以上述べたスポット径の補正やプロファイルの補正は、本発明で説明した照明系を用いたウェハ表面検査装置に限定されるものではなく、他の方式の照明系にも適用できる。例えば音響光学素子やガルバノミラーなどを利用してビームスポットをウェハ上で周期的にスキャンする照明系によるウェハ表面検査装置などである。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、半導体製造におけるウェハ表面異物・欠陥検査方法および装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係るウェハ表面欠陥検査装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る検出光学系の構成を示す平面模式図と正面模式図である。
【図３】図１に示す信号処理部の一実施例である概略構成を示す図である。
【図４】本発明に係る第２の光源として二つ以上の異なる波長を含む光を出射するものを使用する効果の説明図である。
【図５】本発明に係るウェハ面上下動に伴う斜方照射位置ずれの説明図である。
【図６】本発明に係る第１の実施の形態における斜方照射ビームスポットの照射位置補正光学系の第１変形例の説明図である。
【図７】本発明に係る第１の実施の形態における斜方照射ビームスポットの照射位置補正光学系の第２変形例の説明図である。
【図８】本発明に係るビームスポット走査におけるスポット位置関係の説明図である。
【図９】本発明に係るウェハ表面に照射されるビームスポット形状を示す図である。
【図１０】本発明に係る照射位置補正光学系のアクチュエータへのフィードフォワード制御での制御信号の流れの説明図である。
【図１１】本発明に係る照射位置補正光学系のフィードバック制御での制御信号の流れの説明図である。
【図１２】本発明に係るウェハ表面欠陥検査装置の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図１３】図１２に示すビーム補正光学系の具体的一実施例を示す斜視図である。
【図１４】図１２に示す観察光学系の他の実施例を示す図である。
【図１５】図１２に示す第２の実施の形態における動作機能のフローを示す図である。
【図１６】図１２に示す観察光学系で観察されたビームスポットモニタ画像と、検出されたスポットサイズ及びスポット位置ずれが表示されたＧＵＩ表示画面を示す図である。
【図１７】本発明に係る検出異物の位置や種類が表示されたＧＵＩ表示画面例を示す図である。
【図１８】本発明に係るウェハ表面欠陥検査装置の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図１９】図１８に示す倍率可変ビーム整形光学系の具体的な第１の実施例を示す構成図である。
【図２０】図１８に示す倍率可変ビーム整形光学系の具体的な第２の実施例を示す構成図である。
【図２１】本発明に係るプロファイル補正素子の具体的な一実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
８０…垂直照射ビーム、９０…斜方照射ビーム、１０１…第１の光源、１０２…ビーム
エキスパンダ、２０３…ズーム式ビームエキスパンダ（ビーム径拡大光学系）、１０３…
切換式ミラー、１０４…垂直照射用集光レンズ、１０５…ウェハ、５０１ａ、５０１ｂ…
ウェハ面、１０６、１０７、２１０、２１１、２１２、３０１、４０１…ミラー、１０８
…斜方照射用集光レンズ、１０９、３０２、４０２…アクチュエータ、１１０ａ〜１１０
ｄ…中角度受光光学系、１１１ａ〜１１１ｄ…光電変換部、１１２ａ〜１１２ｄ…信号処
理回路、１１５ａ〜１１５ｄ…低角度受光光学系、１１６ａ〜１１６ｄ…光電変換部、１
１７ａ〜１１７ｄ…信号処理回路、１１８…回転ステージ、１１９…一軸ステージ、１２
０…第２の光源、１２１、１２２、７０１、７０２…レンズ、１２３…光センサ、１２４
、２０８、２０９…コントローラ、１２５…ステージコントローラ、１２６…一軸スライ
ダ、１２７…スライダコントローラ、１３０…信号処理部、１４０…全体制御部、１４１
…入力手段、１４２…表示装置、１４３…記憶装置、１６０…ＧＵＩ表示画面、１６１…
ビームスポットモニタ画像、１６２…ビームモニタ画像、１６３…ウェハ外形図、２００，２０１…ビーム整形光学系、２０２…ビーム補正光学系、２０４…ビームスプリッタ、２０５…結像レンズ、２０６…カメラ、２０７…テレビモニタ、２１３…カメラ（ビーム検出手段）、２２０，２２１…倍率可変ビーム整形光学系、６０１、６０２、６０３、６０６、６０７、６０８…加算回路、６０４、６０９…比較回路、６０５、６１０…大小比較回路、６２０…メモリ、６３０…判定処理部。７１１、７１２、７１３、７１４…プリズム、８０１、８０２、８０３…シリンドリカルレンズ、９０１…プロファイル補正素子。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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