(57)【要約】【課題】表面モフォロジーとサイズが数１０μｍ程度の大きな欠陥とを１回の検査で個別に同時並行して検出できる検査装置を実現する。【解決手段】本発明による検査装置は、微分干渉光学系（１６）が搭載された検査装置をベースとする。試料表面が反射した２本のサブビームは微分干渉光学系により合成され合成ビームとなる。合成ビームは、偏光ビームスプリッタ（２６）に入射し、偏光方向が互いに直交する２本の偏光ビームに変換され、各偏光ビームは第１及び第２の光検出手段（２８，３０）に入射する。第１及び第２の光検出手段からの出力信号は微分干渉信号であり、これらの出力信号を加算した加算信号は明視野輝度信号となる。従って、微分干渉信号に基づく欠陥検出と明視野輝度信号に基づく欠陥検出とが個別に同時並行して実行される。【選択図】図１
2013217703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に、半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させる微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、偏光方向が互いに直交する第１及び第２の光ビームを出射させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから出射した第１の光ビームを受光する第１の光検出手段及び第２の光ビームを受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号と第２の光検出手段からの出力信号とを加算する加算手段と、加算手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第１又は第２の光検出手段からの出力信号のうちのいずれか一方の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段とを有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、前記微分干渉光学系はノマルスキープリズムにより構成され、ノマルスキープリズムのリターデーション量は、ｍを零又は正の整数とした場合に（２ｍ＋１）π／２又はその近傍に設定され、明視野検査モードで欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検査装置において、前記加算手段は、前記半導体基板で反射した反射サブビーム間の位相差情報を含まない明視野輝度信号を出力し、前記第１又は第２の光検出手段は前記半導体基板で反射した反射サブビーム間の位相差情報を含む微分干渉信号を出力し、前記明視野輝度信号に基づく欠陥検査と微分干渉信号に基づく欠陥検査とが同時並行して行われることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に、半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させる微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、偏光方向が互いに直交する第１及び第２の光ビームを出射させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから出射した第１の光ビームを受光する第１の光検出手段及び第２の光ビームを受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第２の光検出手段からの出力信号からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段とを有し、
前記微分干渉光学系のリターデーション量は、ｍを零又は正の整数とした場合に（２ｍ＋１）π又はその近傍に設定されて欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の検査装置において、前記第１の光検出手段に入射する第１の光ビームは前記反射サブビーム間の位相差情報を含む微分干渉光により構成され、前記第２の光検出手段に入射する第２の光ビームは前記反射サブビーム間の位相差情報をほとんど含まない明視野光により構成され、前記第１の光検出手段から前記反射サブビーム間の位相差情報を含む微分干渉信号が出力され、前記第２の光検出手段から明視野輝度信号が出力されることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の検査装置において、前記第１の光検出手段及び第１の欠陥検出手段を含む検査系はバックグランドの輝度レベルがほぼ零となる暗視野検査モードで欠陥検出が行われ、前記第２の光検出手段及び第２の欠陥検出手段を含む検査系は明視野検査モードで欠陥検出が行われ、暗視野査モードと明視野検査モードの２つの検査モードの欠陥検査が同時並行して行われることを特徴とする検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の検査装置において、前記第２の光検出手段は、光積分効果を有するTDIセンサにより構成されることを特徴とする検査装置。
【請求項８】
エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させ、ｍを零を含む正の整数とした場合に、リターデーション量が（２ｍ＋１）π／２と（２ｍ＋１）πとの間で切り換え可能に構成されている微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、偏光方向が互いに直交する第１及び第２の光ビームを出射させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから出射した第１の光ビームを受光する第１の光検出手段及び第２の光ビームを受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
当該検査装置は、ｍを零又は正の整数とした場合に、前記微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）π／２又はその近傍に設定されて欠陥検出が行われる第１の検査モードと、リターデーション量が（２ｍ＋１）π又はその近傍に設定されて欠陥検出が行われる第２の検査モードとの間で切り換え可能に構成され、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第２の光検出手段からの出力信号からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段と、第１の光検出手段からの出力信号と第２の光検出手段からの出力信号とを加算する加算手段と、加算手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第３の欠陥検出手段とを有し、第１検査モードにおいて第３の欠陥検出手段と第１又は第２の欠陥検出手段を用いて欠陥検査が行われ、第２の検査モードにおいては第１の欠陥検出手段と第２の欠陥検出手段を用いて欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の検査装置において、前記第１の検査モードにおいて、前記加算手段は、前記半導体基板で反射した反射サブビーム間の位相差情報を含まない明視野輝度信号を出力し、前記第１又は第２の光検出手段は前記半導体基板で反射した反射サブビーム間の位相差情報を含む微分干渉信号を出力し、第１の検査モードにおいて前記明視野輝度信号に基づく欠陥検査と微分干渉信号に基づく欠陥検査とが同時並行して行われることを特徴とする検査装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の検査装置において、前記第２の検査モードにおいて、前記第１の光検出手段に入射する第１の光ビームは微分干渉光により構成され、前記第２の光検出手段に入射する第２の光ビームは明視野光により構成されることを特徴とする検査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の検査装置において、前記第１の光検出手段及び第１の欠陥検出手段を含む検査系はバックグランドの輝度レベルがほぼ零となる暗視野検査モードで欠陥検出が行われ、前記第２の光検出手段及び第２の欠陥検出手段を含む検査系は明視野検査モードで欠陥検出が行われ、暗視野検査モードと明視野検査モードの２つの検査モードの欠陥検査が同時並行して行われることを特徴とする検査装置。
【請求項１２】
前記光源装置は、照明ビームの光量を調整ないし切り換える手段を含み、前記第１の検査モードにおいては第１の照明光量で欠陥検査が行われ、第２の検査モードにおいては第１の照明光量よりも大きい第２の照明光量で欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項１３】
請求項３、５又は９に記載の検査装置において、前記微分干渉信号に基づく欠陥検査により半導体基板の表面モフォロジーを含む表面高さ方向の変位が数ｎｍ〜数１０ｎｍの微細な欠陥が検出され、前記明視野輝度信号に基づく欠陥検査によりサイズが主として数μｍ〜数１０μｍの大きな欠陥が検出されることを特徴とする検査装置。
【請求項１４】
エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に、半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させる微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、第１の光路を伝搬する第１の光ビームと第２の光路を伝搬する第２の光ビームに分割するハーフミラーと、
前記第１の光路中に配置した検光子と、
前記第１の光路を伝搬し、前記検光子を通過した微分干渉光を受光する第１の光検出手段、及び、前記第２の光路を伝搬する明視野光を受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第２の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段とを有することを特徴とする検査装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の検査装置において、当該検査装置は、微分干渉光に基づく欠陥検出と明視野光に基づく欠陥検出とが同時並行して行われることを特徴とする検査装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の検査装置において、前記微分干渉光学系はリターデーション量が可変なノマルスキープリズムにより構成されることを特徴とする検査装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の検査装置において、前記ノマルスキープリズムのリターデーション量は（２ｍ＋１）π／２又はその近傍に設定されて欠陥検出が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の検査装置において、前記ノマルスキープリズムのリターデーション量は（２ｍ＋１）π又はその近傍に設定され、暗視野モードの欠陥検査と明視野モードの欠陥検査とが同時並行して行われることを特徴とする検査装置。
【請求項１９】
請求項１から１８までのいずれか１項に記載の検査装置において、前記半導体基板は、第１の半導体材料から成る基板と、当該基板上に形成され、第１の半導体材料とは異なる第２の半導体材料のエピタキシャル層とを含むヘテロエピタキシャル半導体基板とされることを特徴とする検査装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の検査装置において、前記ヘテロエピタキシャル半導体基板は、シリコン又は炭化珪素の基板上にＧａＮのエピタキシャル層が形成されていることを特徴とする検査装置。
【請求項２１】
請求項１から２０までのいずれか１項に記載の検査装置において、前記光源装置は、ランプ光源と、ランプ光源から出射した光ビームをライン状の光ビームに変換する手段と、ライン状の光ビームから特定の偏光方向の直線偏光した照明ビームを発生する偏光子とを含み、前記照明ビームは第１の方向に延在し、前記走査装置は第１の方向と直交する第２の方向に走査を行うことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の検査に当たり、表面高さの変位量が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の表面モフォロジーと深さが数μｍ〜数１０μｍ程度の比較的大きな欠陥とを個別に同時並行して検出できる検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に異種の半導体材料のエピタキシャル層が形成されているヘテロエピタキシャル半導体基板の開発が行われており、例えばシリコン基板や炭化珪素基板上にＧａＮ層が形成されたヘテロエピタキシャル基板が既知である。このヘテロエピタキシャル基板は、例えばパワー半導体デバイスの製造に有益であり、その製造方法の開発が進行している。ヘテロエピタキシャル基板は、基板上に異種の半導体材料層をエピタキシャル成長させるため、基板材料と半導体層の材料との格子定数が相違し、エピタキシャル層の表面に高さ方向の変位量が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の凹凸（表面モフォロジー）が形成される。この表面モフォロジーは、デバイスの製造の歩留りと関連するため、デバイスの製造工程において管理する必要がある。
【０００３】
基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する表面モフォロジー以外のものとして、Ｖピットや六角バンプ等の結晶欠陥や、異物付着による欠陥が存在する。例えばＶピットは、ＧａＮ層に特有の結晶欠陥であり、サイズが数μｍ〜数１０μｍでアスペクト比が１対１のキラー欠陥である。また、異物付着による欠陥やダウンフォールもサイズが数μｍ〜数１０μｍ程度であり比較的大きな欠陥である。ヘテロエピタキシャル基板について欠陥検査を行う検査装置では、表面の高さ変位量が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の微細な欠陥と数μｍ〜数１０μｍ程度のサイズ及びアスペクト比の大きな欠陥の両方を検出する必要がある。
【０００４】
微細な欠陥を検出できる検査装置として、微分干渉光学系が搭載された検査装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。微分干渉光学系を有する検査装置では、試料表面の高さないし深さの変化を検査光の位相差として検出するため、エピタキシャル層表面の数ｎｍ程度の微細な高さ変化又は深さ変化を輝度変化として検出することができる。従って、ヘテロエピタキシャル基板の欠陥検査装置として、微分干渉光学系が搭載された検査装置が有用である。
【０００５】
さらに、微細な欠陥を検出する検査装置として、微分干渉光学系と共焦点光学系とが組み合わされた検査装置も既知である（例えば、特許文献２参照）。この既知の検査装置では、レーザ光源から出射したレーザビームを回折格子によりマルチビームに変換し、マルチビームを微分干渉光学系を介して試料表面に投射している。試料表面で反射したマルチビームは、微分干渉光学系により合成され、試料表面の高さに対応した位相差を含む合成ビームが光検出器に入射している。微分干渉光学系が搭載された共焦点走査装置は、微分干渉光学系の特性に加えて、共焦点走査装置の特性が付加されるので、フレアー光による影響が軽減され、一層高い解像度で欠陥を検出することが可能である。
【特許文献１】特開２００２−２８７３２７号公報
【特許文献２】特開２００１−２７６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微分干渉光学系が搭載された検査装置では、数ｎｍの表面高さ変化を輝度変化として検出できるため、エピタキシャル層の表面に形成された表面モフォロジーを検出するのに有益である。しかしながら、微分干渉光学系を有する検査装置において、リターデーション量をπ／２に設定して検査を行った場合、サイズの大きなＶピットや異物欠陥に起因する輝度変化と表面モフォロジーの輝度変化とが同程度であることが多いため、Ｖピットや異物欠陥を表面モフォロジーから区別して検出することが困難であった。このため、表面モフォロジーについて検査する場合微分干渉光学系を光路中に配置して検査が行われ、サイズの大きなＶピットや異物欠陥等の検査を主目的とする場合、微分干渉光学系を光路から取り外して検査が行われている。しかしながら、１つの試料について２回検査を行うのでは、欠陥検査のスループットが低下する問題が生じてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、表面モフォロジーや数ｎｍ程度の微細な欠陥とサイズが数１０μｍ程度の大きな欠陥とを１回の検査で個別に同時並行して検出できる検査装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による検査装置は、エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に、半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させる微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、偏光方向が互いに直交する第１及び第２の光ビームを出射させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから出射した第１の光ビームを受光する第１の光検出手段及び第２の光ビームを受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号と第２の光検出手段からの出力信号とを加算する加算手段と、加算手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第１又は第２の光検出手段からの出力信号のうちのいずれか一方の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、微分干渉光学系から出射した合成ビームを偏光ビームスプリッタを用いて偏光方向が直交する２つ偏光ビームに分離し、分離された２つの光ビームを光検出手段により個別に検出するので、光検出手段から微分干渉信号が出力されると共に２つの光検出手段からの出力信号を加算することによりサブビーム間の位相差成分を含まない明視野輝度信号が得られる。この結果、微分干渉信号を用いることにより表面モフォロジーや数ｎｍ程度の高さ方向変位に基づく欠陥を検出することができると共に、明視野輝度信号を用いことによりサイズの大きな欠陥を検出することができる。すなわち、明視野輝度信号は、微分干渉光学系において発生するサブビーム間の位相差情報を含まないため、明視野輝度信号中に含まれる輝度変化はＶピット等の比較的大きな欠陥に起因する輝度変化だけであり、この結果サイズの大きな欠陥だけが検出される。
【００１０】
本発明による別の検査装置は、エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に、半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させる微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、偏光方向が互いに直交する第１及び第２の光ビームを出射させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから出射した第１の光ビームを受光する第１の光検出手段及び第２の光ビームを受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第２の光検出手段からの出力信号からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段とを有し、
前記微分干渉光学系のリターデーション量は、ｍを零又は正の整数とした場合に（２ｍ＋１）π又はその近傍に設定されて欠陥検査が行われることを特徴とする。
【００１１】
ノマルスキープリズムのリターデーション量を（２ｍ＋１）π又その近傍に設定した場合、ノマルスキープリズムから出射する合成ビームは、楕円偏光となって偏光ビームスプリッタに入射する。よって、偏光ビームスプリッタから微分干渉光と微分干渉光を僅かに含む明視野光とが出射する。従って、２つの光検出手段を用いて微分干渉光と明視野光とを個別に検出すれば、試料表面の数ｎｍ程度の高さ方向変位に起因する輝度成分をほとんど含まない明視野輝度信号を出力することができる。この結果、表面モフォロジーや数ｎｍ程度の微小な欠陥と数μｍ〜数１０μｍ程度のサイズの大きな欠陥とを個別に同時並行して検出することが可能になる。この場合、微分干渉光はバックグランドの輝度レベルがほぼ零となる暗視野検査モードで検出されるので、光学的なノイズや電気的なノイズの影響を受けない欠陥検出が可能になる。すなわち、明視野検査モードと暗視野検査モードとが個別に同時並行して実行される利点が達成される。
【００１２】
本発明による別の検査装置は、エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させ、ｍを零を含む正の整数とした場合に、リターデーション量が（２ｍ＋１）π／２と（２ｍ＋１）πとの間で切り換え可能に構成されている微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、偏光方向が互いに直交する第１及び第２の光ビームを出射させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから出射した第１の光ビームを受光する第１の光検出手段及び第２の光ビームを受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
当該検査装置は、前記微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）π／２又はその近傍に設定されて欠陥検出が行われる第１の検査モードと、リターデーション量が（２ｍ＋１）π又はその近傍に設定されて欠陥検出が行われる第２の検査モードとの間で切り換え可能に構成され、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第２の光検出手段からの出力信号からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段と、第１の光検出手段からの出力信号と第２の光検出手段からの出力信号とを加算する加算手段と、加算手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第３の欠陥検出手段とを有し、第１検査モードにおいて第３の欠陥検出手段と第１又は第２の欠陥検出手段を用いて欠陥検査が行われ、第２の検査モードにおいては第１の欠陥検出手段と第２の欠陥検出手段を用いて欠陥検査が行われることを特徴とする。
【００１３】
微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）πに設定された場合、バックグラウンドの輝度レベルが零となる暗視野モードで欠陥検出が行われるため、光学的ノイズや電気的ノイズの影響を受けにくい欠陥検査が行われ、微細な欠陥を高い検出感度で検出できる利点が達成される。これに対して、微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）π／２に設定された場合、光検出手段から出力される微分干渉信号を基準の輝度レベルと比較するだけで、凸状欠陥か凹状欠陥かを判別することが可能である。従って、微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）π／２と（２ｍ＋１）πとの間で切り換え可能に構成されれば、リターデーション量を切り換えるだけで、検査目的や検査の対象物に応じて最適な欠陥検査を行うことが可能になる。この場合、第１及び第２の検査モードの両方において、微分干渉信号と共に明視野輝度信号が形成される。
【００１４】
本発明による別の検査装置は、エピタキシャル層が形成されている半導体基板を検査する検査装置であって、
直線偏光した照明ビームを発生する光源装置と、
検査すべき半導体基板を支持するステージと、
前記照明ビームと半導体基板とを相対移動させる走査装置と、
前記照明ビームを受光し、入射した照明ビームを第１及び第２のサブビームに変換すると共に、半導体基板の表面で反射した反射サブビーム同士を合成して合成ビームを出射させる微分干渉光学系と、
前記微分干渉光学系から出射した第１及び第２のサブビームをステージ上に配置された半導体基板に向けて投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した合成ビームを受光し、第１の光路を伝搬する第１の光ビームと第２の光路を伝搬する第２の光ビームに分割するハーフミラーと、
前記第１の光路中に配置した検光子と、
前記第１の光路を伝搬し、前記検光子から出射した微分干渉光を受光する第１の光検出手段、及び、前記第２の光路を伝搬する明視野光を受光する第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を受け取り、試料表面に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、第１の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第１の欠陥検出手段と、前記第２の光検出手段からの出力信号を用いて欠陥を検出する第２の欠陥検出手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
微分干渉光学系から出射した合成ビームは、検光子を通過していないため、サブビーム間の位相差情報が輝度情報として出現していない明視野光である。従って、合成ビームをハーフミラーにより分割し、一方の光路を伝搬する光ビームを光検出手段により受光すれば、明視野輝度信号が出力され、他方の光路を伝搬する光ビームを検光子を介して光検出手段により受光することにより微分干渉信号が出力される。この結果、微分干渉光に基づく欠陥検出と明視野光に基づく欠陥検出とが同時並行して行われる。また、当該検査装置において、微分干渉光学系のリターデーション量を（２ｍ＋１）π又はその近傍に設定すれば、暗視野モードの欠陥検査と明視野モードの欠陥検査とが同時並行して行われる利点が達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による検査装置では、試料表面を１回走査するだけで、微分干渉光に基づく欠陥検出と明視野光に基づく欠陥検出とが個別に同時並行して実行されるので、表面モフォロジーや表面高さ方向の変位が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の欠陥と数μｍ〜数１０μｍの比較的大きな欠陥とを個別に検出することが可能になる。また、微分干渉光学系として、リターデーション量が（２ｍ＋１）π／２と（２ｍ＋１）πとの間で切り換え可能なノマルスキープリズムを用いれば、検査モードを切り換えるだけで、光学的及び電気ノイズの影響を受けにくい暗視野モードにおける微細な欠陥について欠陥検出と、凹凸欠陥の判別が可能な欠陥検査との間で切り換えことができ、検査目的や検査の対象物に応じて最適な欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による検査装置の一例を示す図である。
【図２】リターデーション量と欠陥信号強度との関係を示すグラフである。
【図３】信号処理装置における欠陥検出のアルゴリズムの一例を示す図である。
【図４】本発明による検査装置の変形例を示す図ある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明による検査装置の一例を示す線図である。本例では、検査すべき半導体基板として基板上に基板材料とは異なる半導体材料のエピタキシャル層が形成されたヘテロエピタキシャル基板を用いる。勿論、本発明は、エピタキシャル層が形成されていないシリコン基板や炭化珪素基板、マスク基板、マスクブランクス等の各種基板について欠陥検査を行うことも可能である。検査装置として、微分干渉光学系を有する共焦点走査装置を用い、共焦点走査装置により半導体基板の全面を走査して微分干渉画像を撮像すると共に明視野輝度画像を取得する。得られた微分干渉画像及び明視野輝度画像について種々の画像処理を行って欠陥及びその座標（アドレス）を検出する。
【００１９】
本例による検査装置は２つの検査モードを有し、第１の検査モードにおいては微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）π／２又はその近傍に設定されて検査が行われ、第２の検査モードにおいては微分干渉光学系のリターデーション量は（２ｍ＋１）π又はその近傍に設定されて検査が行われる。尚、ｍは零を含む正の整数とする。第１の検査モードでは、微分干渉画像の輝度変化から凸状欠陥であるか凹状欠陥であるか判別できる利点があり、第２の検査モードでは、例えば数ｎｍ程度の微細な欠陥を高い検出感度（暗視野検査モード）で検出できる利点がある。従って、検査目的や検査の対象となる試料に応じて検査モードを切り換えることができる。
【００２０】
図１を参照するに、照明光源１として、キセノンランプを用いる。尚、水銀ランプ等の他の光源を用いることができる。照明光源１から出射した照明ビームは、複数の光ファイバが積層された光ファイババンドル２に入射し、光ファイバを伝搬し、ＮＤフィルタ３に入射する。ＮＤフィルタ３は、回転角度に応じて出射する照明光の光量を制御する光減衰器として作用し、検査モード（微分干渉光学系のリターデーション量）に応じて第１又は第２の照明強度の照明ビームを選択的に出射させる。ここで、微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）π／２の第１の検査モードに設定された場合、ＮＤフィルタ３は、第１の照明強度の照明ビームを出射させ、微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）πの第２の検査モードに設定された場合第１の照明強度よりも高い照明強度である第２の照明強度の照明ビームを出射させる。一例として、第１の照明強度を１とした場合、第２の照明強度は第１の照明光量の数１０倍に設定する。ＮＤフィルタ３はモータ４に連結され、モータ４は信号処理装置５により制御する。従って、信号処理装置５の制御のもとで、ＮＤフィルタ３から第１又は第２の照明強度の照明ビームが出射する。ＮＤフィルタ３から出射した照明ビームは波長選択フィルタ６に入射する。波長選択フィルタ６は、入射した照明ビームから例えば緑の波長光（ｅ線：波長５４６ｎｍ）の照明ビームを出射させる。
【００２１】
波長選択フィルタフィルタ６から出射した照明ビームは、集束性レンズ７により平行ビームに変換されてスリット手段８に入射する。スリット手段８は、集束性レンズ７の瞳位置に配置され、第１の方向（紙面と直交する方向）に延在する細長いスリット状の開口部を有する。ここで、第１の方向をＸ方向と称する。スリット手段８の開口部の幅は、例えば１０〜２０μｍに設定する。従って、スリット手段８から第１の方向に延在する細長いライン状の照明ビームが出射する。スリット手段８から出射したライン状の照明ビームは、偏光子９に入射し、特定の偏光方向に単一の振動面を持つ直線偏光した光に変換される。このライン状の偏光ビームは、ビームスプリッタとして機能するハーフミラー１０で反射し、リレーレンズ１１を経て走査装置として機能する振動ミラー１２に入射する。
【００２２】
振動ミラー１２には、駆動回路１３が接続され、駆動回路１３は信号処理装置５から供給される制御信号に基づき振動ミラーを駆動する。振動ミラー１２は、入射するライン状の光ビームを第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ方向）に周期的に偏向する。信号処理装置５は、振動ミラーの角度情報に基づいて、光ビームのＹ方向の位置情報を検出する。振動ミラーの走査速度は、検査モードに応じて、第１の走査速度と第１の走査速度よりも低速な第２の走査速度との間で切り換えることができる。尚、振動ミラーは、基板を支持するステージを照明ビームに対して相対移動させて基板表面を照明ビームにより２次元走査する場合、必要ではない。
【００２３】
振動ミラー１２から出射したライン状の光ビームは、リレーレンズ１４及び１５を経て微分干渉光学系に入射する。本例では、微分干渉光学系として、リターデーション量が（２ｍ＋１）×π／２と（２ｍ＋１）×πとの間で切り換え可能なノマルスキープリズム１６を用いる。ノマルスキープリズム１６に入射したライン状の照明ビームは、２本のサブビームに変換される。ノマルスキープリズム１６は、ｍを零又は正の整数とした場合に、リターデーション量が（２ｍ＋１）×π／２又はその近傍に設定され、グレイレベルで欠陥検出が行われる第１の検査モードと、リターデーション量が（２ｍ＋１）×π又はその近傍に設定され、バックグランドがほぼ零の輝度レベルで欠陥検出が行われる第２の検査モードとの間で選択的に切り換えられる。第１の検査モードでは、光検出手段から出力信号に基づいて検出された欠陥が凸状欠陥であるか凹状欠陥である判別できるため、検出された欠陥を分類上で有益である。これに対して、第２の検査モードでは、光検出手段から出力される出力信号のバックグランドの輝度レベルがほぼ零となる状態で検査が行われるため、ショットノイズ等の光学的なノイズ及び電気的なノイズによる影響を受けず、微細な欠陥を高い検出感度で検出する際に有益である。尚、第２のリターデーションモードにおける２本のサブビーム間の位相差は、例えば、１７５°〜１８５°の範囲に設定される。
【００２４】
第１の検査モードと第２の検査モードとの間でリターデーション量が切り換えられるように構成するため、ノマルスキープリズム１６はアクチュエータ１７に連結する。アクチュエータ１７には、モータ１８及び駆動回路１９が接続される。アクチュエータ１７は、モータ１８を介して信号処理装置５からの制御信号により制御され、アクチュエータの駆動によりノマルスキープリズム１６の光路中への挿入量が制御され、第１の検査モードと第２の検査モードとの切り換えが行われる。
【００２５】
ノマルスキープリズム１６から出射した２本のサブビームは対物レンズ２０に入射し、集束性のライン状光ビームとして検査されるべき半導体基板２１上に投射される。従って、半導体基板２１の表面は、第１の方向（Ｘ方向）に延在するライン状の２本のサブビームにより、第２の方向（Ｙ方向）に走査される。
【００２６】
対物レンズ２０にはモータ２２及びモータ駆動回路２３が接続され、モータを駆動することにより光軸方向に沿って変位することが可能である。また、対物レンズ２０には位置センサ２４が連結され、対物レンズの光軸方向の位置が検出され、その位置情報は信号処理装置５に供給される。従って、対物レンズ２０を光軸方向にそって移動させながら共焦点画像を撮像することにより、基板表面の３次元画像を撮像することができる。
【００２７】
欠陥検査される半導体基板２１は、ステージ２５上載置する。ステージ２５は、Ｘ方向及びＸ方向と直交するＹ方向に移動可能なＸＹステージにより構成されると共に、対物レンズの光軸と直交する面内で回転可能なステージとする。ステージのＸ方向及びＹ方向の位置情報は、位置センサ（図示せず）により検出され、ステージの位置情報が信号処理装置５に供給される。また、ステージ２５の回転角もセンサ（図示せず）により検出され、信号処理装置５に供給される。基板２１の全面を走査して欠陥を検出する場合、振動ミラー１２を静止状態に維持し、ステージ２５をＹ方向及びＸ方向にジッグザッグ状に移動させて基板２１の全面を走査することができる。或いは、ステージ２５を第１の方向に連続的に移動させ、振動ミラー１２による第２の方向の走査と組み合わすことにより、基板の全面について欠陥検査を行うこともできる。さらに、振動ミラーによる走査とステージ移動とを組み合わせたステップアンドリピートにより基板全面を走査するが可能である。尚、ステージ移動により基板の表面を走査する場合、ステージの移動方向とステップバンチングの延在方向とが平行になるように設定することが望ましい。また、検出された欠陥のアドレスを用いてレビューする場合、欠陥の座標情報に基づいてステージをＸ及びＹ方向に移動させて欠陥を視野内に位置させ、振動ミラーを第２の方向にスキャンすることにより欠陥及びその付近の共焦点微分干渉画像を撮像することができる。
【００２８】
基板２１の表面で反射した２本の反射サブビームは、対物レンズ２０により集光され、ノマルスキープリズム１６に入射する。２本の反射サブビームは、ノマルスキープリズムにより合成され、基板表面の高さ変化を位相差情報として含む合成ビームが形成される。例えば、基板２１面に表面高さが数ｎｍ程度変化する表面モフォロジーや凹状又は凸状の欠陥が存在する場合、基板表面に入射した２本のサブビームのうち１本のサブが欠陥上を走査し、他方のサブビームは正常な表面部分を走査するので、２本のサブビーム間には欠陥の高さに応じた位相差が導入される。また、エピタキシャル層表面にステップバンチングが形成されている場合、高さが１ｎｍ程度のステップバンチングを線状の高輝度画像又は低輝度画像として検出することが可能である。この結果、ノマルスキープリズム１６から出射する合成ビームは、結晶欠陥に起因して基板の表面に出現した数ｎｍ程度の凹凸変化やステップバンチングによる段差を位相差情報として含むことになる。
【００２９】
検査装置が第１の検査モードに設定された場合、すなわちノマルスキープリズム１６のリターデーション量が（２ｍ＋１）π／２に設定された場合、ノマルスキープリズム１６から円偏光した合成ビームが出射する。また、第２の検査モードに設定された場合、すなわちノマルスキープリズムのリターデーション量が（２ｍ＋）πに設定された場合、ノマルスキープリズムから楕円偏光した合成ビームが出射する。
【００３０】
ノマルスキープリズム１６から出射した合成ビームは、元の光路を反対方向に伝搬し、リレーレンズ１５及び１４を経て振動ミラー１２に入射し、振動ミラーによりデスキャンされる。振動ミラー１２から出射した合成ビームは、レンズ１１を透過し、ハーフミラー１０を透過し、偏光ビームスプリッタ２６に入射する。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ２６は、入射した合成ビームを偏光方向が互いに直交する第１及び第２の偏光ビームに分離する。例えば、第１の偏光ビームは偏光ビームスプリッタから透過ビームとして出射し、第２の偏光ビームは反射ビームとして出射する。
【００３２】
第１の検査モードに設定された場合、入射する合成ビームはほぼ円偏光したビームであるため、偏光ビームスプリッタ２６から出射する第１及び第２の偏光ビームは、半導体基板２１の表面高さ方向の位相差情報（２本のサブビーム間の位相差情報）を含む微分干渉光である。
【００３３】
第２の検査モードに設定された場合、入射する合成ビームは楕円偏光したビームであり、その長軸は偏光子９の偏光方向と対応する。従って、透過ビームとして出射する第１の偏光ビームは半導体基板の表面高さ方向の位相差情報を含む微分干渉光である。この場合、リターデーション量は（２ｍ＋１）πに設定されているので、第１の偏光ビームによりバックグランドの輝度レベルが零の微分干渉画像が形成される。一方、反射ビームとして出射する第２の偏光ビームも微分干渉光を含むが、第２の偏光ビームは、微分干渉による寄与が極めて僅かであり、ほとんど微分干渉していない光である。よって、第２の偏光ビームにより通常の顕微鏡観察における明視野画像とほぼ同様な明視野輝度画像が形成される。また、第２の検査モードにおいて、半導体基板の正常な部位を走査した際、第１の偏光ビームの輝度はほぼ零であり、第２の偏光ビームは明視野画像の輝度にほぼ等しい輝度の光となる。また、半導体基板表面の欠陥上を走査した際、第１の偏光ビームは欠陥の高さ方向の変位量に対応した輝度成分を含む輝度の光ビームとなり、第２の偏光ビームは第１の偏光ビームの輝度成分だけ減少した輝度の光ビームとなる。
【００３４】
偏光ビームスプリッタ２６を透過した第１の偏光ビームは結像レンズ２７を介して第１の光検出手段２８に入射する。また、偏光ビームスプリッタで反射した第２の偏光ビームは結像レンズ２９を介して第２の光検出手段３０に入射する。本例では、第１及び第２の光検出手段２８及び３０は、入射するライン状の偏光ビームの延在方向にそって複数の受光素子が配列されたリニアイメージセンサで構成する。第１及び第２の光検出手段は光積分機能を有するTDIセンサで構成することもできる。この場合、第２の検査モードでは、第１の光検出手段に入射する偏光ビームの輝度は低いため、TDIセンサを用いる場合極めて有利である。尚、リニアイメージセンサのライン状に配列された受光素子列は、枠により各受光素子の入射開口が制限されているから、各受光素子の前面にピンホールが配置されているものとほぼ同等である。従って、基板表面からの反射光をリニアイメージセンサにより受光することにより、微分干渉光学系を有する共焦点光学系が構成される。
【００３５】
第１及び第２の光検出手段（リニアイメージセンサ）２８及び３０の各受光素子に蓄積された電荷は、信号処理装置５から供給される読出制御信号により順次読み出され、基板表面の１次元画像信号として出力される。従って、第１の検査モードにおいて、第１及び第２の光検出手段からの出力信号により微分干渉画像が形成される。また、第２の検査モードにおいて、第１の光検出手段２８からの出力信号により暗視野の微分干渉画像が形成され、第２の光検出手段３０からの出力信号により明視野画像が形成される。
【００３６】
第１及び第２の光検出手段２８及び３０から出力される画像信号は、カメラリンクを介して信号処理装置５に供給される。信号処理装置５は、画像処理ボードを有し、受け取った１次元画像信号、振動ミラーの位置情報、及びステージの位置情報等を用いて基板表面の２次元画像を生成する。また、生成された２次元画像についてフィルタリング処理、２値化処理及び閾値比較処理を含む種々の画像処理を行って欠陥を検出すると共にその座標を取得する。
【００３７】
第１の検査モードでは、第１及び第２の光検出手段からの出力信号は、微分干渉信号であるから、半導体基板表面の数ｎｍ〜数１０ｎｍの微細な凹凸欠陥が輝度変化として検出される。さらに、突起欠陥や凹状欠陥に関して、微分干渉画像上において、上向きの斜面及び下向きの斜面は低輝度画像又は高輝度画像として検出されるので、撮像された微分干渉画像に表示された明暗の輝度変化に基づいて凹状欠陥であるか又は凸状欠陥であるかも判別することが可能である。従って、撮像された明暗の微分干渉画像に基づいて、ピット欠陥であるか又はバンプ欠陥であるかも容易に判別することができる。これに対して、第１の光検出手段からの出力信号と第２の光検出手段からの出力信号との加算値は、２本のサブビーム間の位相差情報を含まない明視野画像となる。従って、２つの光検出手段の出力信号の加算値を用いることにより、半導体基板表面の数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の微細な凹凸は輝度変化として出現せず、数μｍ〜数１０μｍ程度の比較的サイズの大きな欠陥による輝度変化を含む明視野画像情報が出力される。従って、第１の光検出手段から出力される微分干渉信号を用いることにより、表面モフォロジー、六角バンプ、ウェハの加工欠陥を核として成長したスクラッチ、基板材料とエピタキシャル層材料との線膨張係数の差異や熱応力の差異により発生したクラックやスリップ等を含む微細な欠陥が検出される。一方、２つの光検出手段からの出力信号の加算値を用いることにより、Ｖピット、エピタキシャル成長中に材料ガスの凝集による成長したダウンフォール、及び異物欠陥等の数μｍ〜数１０μｍ程度の大きな欠陥が検出される。この結果、半導体基板表面における高さの変化が数ｎｍ〜数１０ｎｍの微細な欠陥と、高さ変化が数μｍ〜数１０μｍの大きな欠陥とを個別に同時並行して検出することが可能になる。
【００３８】
第２の検査モードでは、第１の光検出手段からの出力信号は微分干渉信号であるから、半導体基板表面の表面モフォロジー等の数ｎｍ〜数１０ｎｍの微細な凹凸欠陥が暗視野検査モードにおける輝度変化として検出される。一方、第２の光検出手段からの出力信号は、明視野画像情報を主体的に含む明視野画像信号であり、半導体基板表面の高さ変位に起因する位相差情報をほとんど含まないため、Ｖピットや異物欠陥等の数μｍ〜数１０μｍ程度の大きな欠陥に起因する輝度変化が検出される。この結果、第１の検査モードと同様に、微細な欠陥と大きな欠陥とを個別に同時並行して検出することができる。
【００３９】
次に、微分干渉光学系（ノマルスキープリズム）のリターデーション量（２本のサブビーム間に形成される位相差）と偏光ビームスプリッタから出射する微分干渉光の輝度値について説明する。図２は、微分干渉光学系のリターデーション量と微分干渉光を受光した光検出手段から出力される画像信号の輝度値との関係を示すグラフである。横軸はリターデーション量を示し、縦軸は輝度値を示す。リターデーション量が零の場合、すなわち、微分干渉光学系から出射する２本のサブビーム間の位相差が零の場合、光検出手段から出力される微分干渉光は最大輝度値を示す。リターデーション量が増加するにしたがって微分干渉光の輝度値は低下し、リターデーション量がπの場合輝度値は零となる。
【００４０】
第１の検査モードでは、ノマルスキープリズムのリターデーション量はπ／２に設定される。従って、リターデーション量がπ／２に設定された場合の輝度値を基準輝度レベルに設定すれば、第１又は第２の光検出手段からの出力される微分干渉信号の輝度値が基準輝度レベルよりも低い場合及び基準輝度レベルを超える場合、欠陥であると判定することができる。この場合、欠陥の凹凸に応じて輝度レベルは高くなり又は低くなるため、基準輝度レベルよりも検出された輝度値が高いか又は低いかに応じて凸状欠陥であるか又は凹状欠陥であるかが判別される。
【００４１】
第２の検査モードでは、ノマルスキープリズムのリターデーション量はπに設定される。この場合、微分干渉光を受光する光検出手段からの出力信号の輝度レベルはほぼ零となり、暗視野検査モードでの欠陥検出が行われる。従って、照明ビームが試料の正常な部位を走査する場合、微分干渉光を受光する光検出手段からの出力信号はほぼ零となる。一方、照明ビームが欠陥上を走査すると、欠陥の高さ方向の変位量に対応した位相差が加算された状態となるため、微分干渉光を受光する光検出手段からの出力信号の輝度値は零から変位量に対応した輝度値となる。従って、零の輝度値を基準レベルとし、零を超える輝度値が検出された場合、欠陥上を走査したものと判定される。この場合、暗視野検査モードで欠陥検出が行われ、光学系のノイズや電気的なノイズの影響がほとんどない状態で欠陥検出が行われるため、表面高さの変位量が数ｎｍ程度の微細欠陥を高い検出感度で検出することが可能になる。
【００４２】
図３は信号処理装置における欠陥検出のアルゴリズムを示す図である。初めに、第１の検査モードに設定された場合の欠陥検出について説明する。第１の光検出手段（リニアイメージセンサ）２８から出力される信号は微分干渉信号であり、第１の２次元画像形成手段４０に供給され、微分干渉画像が形成される。また、第２の光検出手段３０から出力される信号も微分干渉信号であり、第２の２次元画像形成手段４１に供給されて微分干渉画像が形成される。第１及び第２の光検出手段からの出力信号は加算手段４２に供給され、加算出力が形成される。加算手段４２から出力される信号は、微分干渉光学系から出射する合成ビームの明視野画像信号に対応し、半導体基板表面の位相差情報を含んでいない明視野画像信号に対応する。加算手段４２から出力される信号は２次元画像形成手段４３に供給され、明視野画像が形成される。
【００４３】
第１の２次元画像形成手段４０は、半導体基板表面の２次元微分干渉画像を形成する。形成された微分干渉画像信号は、凹凸強調手段４４に供給され凹凸について画像強調処理が行われ、その出力信号は表面モフォロジー検出手段４５に供給される。表面モフォロジー検出手段４５は、例えば凹凸強調された画像信号を単位面積当たりのグレイスケール値に変換し、グレイスケール値をもって半導体基板の平均表面粗さ（表面モフォロジー）を示す指標として利用することができる。シリコン基板上にＧａＮの半導体層が形成されたヘテロエピタキシャル基板の場合、エピタキシャル層の表面の高さ方向が数ｎｍで横方向のサイズ１０〜１００μｍ程度の表面モフォロジーが形成されるので、微分干渉画像の単位面積当たりのグレイスケール値は半導体基板表面の平均表面粗さに対応するので、表面モフォロジーの大きさを示す指標として利用することができ、半導体基板の品質管理上極めて有益を情報を得ることができる。
【００４４】
第１の２次元画像形成手段４０からの出力信号は欠陥強調手段４６にも供給される。欠陥強調手段４６では、例えば微分干渉画像についてエッジ強調処理等の欠陥強調処理を行い、その結果を第１の欠陥検出手段４７に出力する。第１の欠陥検出手段４７は、２値化処理及び閾値比較処理等を行って欠陥を検出する。検出された欠陥画像は凹凸判定手段４８に供給され、検出された欠陥が凸状の欠陥であるか凹状の欠陥であるかの判別が行われる。また、検出された欠陥画像はサイズ判定手段４９にも供給され、欠陥のサイズが検出される。検出された凹凸情報及びサイズ情報は分類手段５０に供給され、欠陥分類が行われる。尚、欠陥が検出された場合、ステージ位置情報及び振動ミラーの回転位置情報を用いて欠陥のアドレスが特定される。検出された欠陥は、そのアドレス情報及び分類情報と共に欠陥メモリ（図示せず）に記憶される。
【００４５】
第２の光検出手段３０からの出力信号は２次元画像形成手段４１に供給され、２次元画像が形成される。形成された２次元画像信号は欠陥強調手段５１に供給され、エッジ強調処理等の欠陥強調処理が行われ、第２の欠陥検出手段５２に供給される。第２の欠陥検出手段５２において、前述した２値化処理及び閾値比較処理等が行われ、欠陥が検出される。検出された欠陥像はサイズ判定手段に供給され、その結果と共に欠陥分類手段５０に供給される。欠陥分類手段では、欠陥のサイズ情報等を用いて検出された欠陥を分類する。尚、第１の検査モードでは、第２の光検出手段からの出力信号を用いる欠陥検出は行われない。
【００４６】
加算手段４２からの出力信号は２次元画像形成手段４３に供給され、明視野輝度信号に基づいて明視野２次元画像が形成される。形成された明視野画像信号は欠陥強調手段５４に供給され、欠陥強調処理が行われ、その結果が第３の欠陥検出手段５５に供給される。第３の欠陥検出手段５５は、２値化処理及び閾値比較処理等を行って欠陥を検出する。検出された欠陥像はサイズ判定手段５６に供給され、検出された欠陥のサイズが判定され、欠陥分類手段５０に供給され、欠陥分類手段５０では、検出された欠陥の識別情報と共に分類結果情報及びアドレス情報が付加され、欠陥メモリに送られる。
【００４７】
第１の検査モードでは、第１の光検出手段２８から出力される微分干渉信号に基づく欠陥検出と加算手段４２から出力される明視野輝度信号に基づく欠陥検出とが同時並行して実行される。従って、半導体基板表面の高さ方向変位が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の表面モフォロジー及び微細な欠陥の検出と、明視野輝度信号に基づく数μｍ〜数１０μｍ程度のサイズの大きな欠陥について欠陥検出とが同時並行して実行される。この場合、明視野輝度信号は、半導体基板表面の数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の高さ方向の変位情報を含まないため、微細な欠陥とサイズの大きな欠陥とが個別に同時並行して検出される。
【００４８】
次に、微分干渉光学系のリターデーション量が（２ｍ＋１）πに設定されて欠陥検査が  行われる第２の検査モードのアルゴリズムについて説明する。第２の検査モードでは、第１の光検出手段２８には微分干渉光が入射し、第２の光検出手段３０には明視野輝度信号を主体的に含み表面高さ方向の変位情報をほとんど含まない輝度信号が入射する。第１の光検出手段２８からの出力信号を用いて２次元画像形成手段において暗視野モードで検出された微分干渉信号を用いて微分干渉画像を形成し、形成された微分干渉画像から第１の検査モードと同様に表面モフォロジー情報が検出されると共に微細な欠陥が検出される。尚、第２の検査モードでは、暗視野モードで欠陥検出が行われ、欠陥画像から凹凸情報が検出されないため、凹凸判定手段４８の出力信号は利用しない。
【００４９】
第２の光検出手段３０から出力される明視野輝度信号から、２次元画像形成手段４１において２次元明視野画像を形成する。形成された２次元明視野画像信号は、欠陥強調手段５１を経て第２の欠陥検出手段５２に供給され、明視野画像信号を用いて欠陥検出が行われる。検出された欠陥画像はサイズ判定手段５３に供給され、検出された欠陥の識別情報と共に欠陥のサイズ情報が欠陥分類手段５０に供給される。欠陥分類手段では、欠陥の識別情報と共に分類情報及びアドレス情報が付加されて欠陥メモリに記憶される。
【００５０】
第２の検査モードでは、暗視野モードにより微分干渉信号が形成され、明視野モードにより明視野輝度信号が形成される。暗視野モードでは、半導体基板表面の数ｎｍ〜数１０ｎｍの高さ変位が輝度情報として検出される。これに対して、明視野モードでは半導体基板表面の高さ方向の変位情報を含まない明視野輝度画像が形成されるので、Ｖピットや異物欠陥のようにサイズの大きな欠陥に起因する輝度変化が検出される。この結果、表面の高さ方向変位が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の表面モフォロジー及び微細な欠陥が検出されると共に、サイズが数μｍ〜数１０μｍ程度の大きな欠陥とが個別に同時並行して検出される。
【００５１】
次に、本発明による検査装置の変形例について説明する。図４は本発明による検査装置の変形例を示す図である。本例では、偏光ビームスプリッタに代えて、ハーフミラー６０と検光子６１との組合せを用い、微分干渉信号を用いる欠陥検査と明視野輝度信号を用いる欠陥検査とを同時並行して実行する。尚、図４において図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。図４を参照するに、ハーフミラー１０から第１の光検出手段２８に至る光路中にハーフミラー６０と検光子６１を配置する。ノマルスキープリズム１６から出射した合成ビームは、ハーフミラー１０を透過し、ハーフミラー６０に入射する。
【００５２】
ハーフミラー６０は、入射した合成ビームを第１の光路６２及び第２の光路６３上をそれぞれ伝搬する２本の光ビームに分割する。ハーフミラー６０を透過した合成ビームは、第１の光路６２上を伝搬し、検光子６１を透過し、半導体基板２１の表面高さ方向の位相差情報（２本のサブビーム間の位相差情報）を含む微分干渉光となり、結像レンズ２７を経て第１の光検出手段２８に入射する。従って、第１の光検出手段２８から微分干渉信号が出力されるので、この微分干渉信号を用いることにより、数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の半導体基板表面の高さ方向変位に起因する輝度情報が出力される。
【００５３】
ハーフミラー６０で反射した合成ビームは、結像レンズ２９を経て第２の光検出手段３０に入射する。第２の光検出手段に入射する光ビームは、検光子を通過していないため、半導体基板表面の高さ方向の位相差情報を含まない明視野光である。従って、第２の光検出手段から、数ｎｍ程度の表面高さ方向の変位に起因する輝度情報を含まず、数１０μｍ程度のサイズの大きな欠陥に起因する輝度変化を含む出力信号が出力される。従って、第２の光検出手段からの出力信号を用いることにより、サイズの比較的大きな欠陥を検出することができる。
【００５４】
尚、本例においては、微分干渉光学系のリターデーション量は（２ｍ＋１）π／２又は（２ｍ＋１）πのいずれに設定して欠陥検査を行うことができる。例えば（２ｍ＋１）π／２に設定した場合、第１の光検出手段からの出力信号を用いて検出された欠陥の凹凸を判別することができる。一方、（２ｍ＋１）πに設定された場合バックグランドの輝度レベルがほぼ零となる暗視野検査モードで欠陥検出が行われ、表面高さ方向の変位が数ｎｍ程度の微細な欠陥や表面モフォロジーを高い検出感度で検出することが可能である。
【００５５】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、微分干渉光学系としてノマルスキープリズムを用いたが、ロッションプリズムやウオルストンプリズム等の他の微分干渉光学系を用いることも可能である。
【００５６】
上述した実施例では、照明光源としてキセノンランプを用いたが、水銀ランプ等を用いることも可能である。さらに、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）と高速偏向手段との組合せを用いることも可能である。  
【符号の説明】
【００５７】
１  照明光源
２  光ファイバ
３  ＮＤフィルタ
４，１８，２２  モータ
５  信号処理装置
６  フィルタ
７  集束性レンズ
８  スリット手段
９  偏光子
１０  ハーフミラー
１１  リレーレンズ
１２  振動ミラー
１３，１９，２３  駆動回路
１４，１５  リレーレンズ  
１６  ノマルスキープリズム
１７  アクチュエータ
２０  対物レンズ
２１  SiC基板
２４  位置センサ
２５  ステージ  
２６  偏光ビームスプリッタ
２７，２９  結像レンズ
２８，３０  光検出手段
【図１】
2013217703.tif 000003
【図２】
2013217703.tif 000004
【図３】
2013217703.tif 000005
【図４】
2013217703.tif 000006