(57)【要約】【課題】検出感度の高い欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供する。【解決手段】欠陥検査装置において、試料を水平な面内にて走査するステージ２８２と、試料の表面の法線に対して斜方より照明し、かつステージ２８２の走査方向と直交する方向に対して傾いた方位より試料上に線状に照明する照明光学系５と、走査方向と同じ方位に配置され、かつ走査方向と平行なパターンからの正反射光を空間的に検出しない仰角に設置され、線状に照明された領域からの散乱光を検出する前方散乱光検出光学系２０と、前方散乱光検出光学系２０にて形成した像を検出するイメージセンサ２１０と、イメージセンサ２１０にて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部２３０とを備えた。【選択図】図１
2009053132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
走査部で前記試料を水平な面内にて走査し、照明光学部で前記試料の表面の法線に対して斜方より照明し、その照明光は前記走査方向と直交する方向に対して傾いた方位より前記試料上に線状に照明し、検出光学部で前記線状に照明された領域からの散乱光を検出し、前記検出光学部は前記走査方向と同じ方位に配置され、かつ前記走査方向と平行なパターンからの正反射光を空間的に検出しない開口をしており、前記検出光学部にて形成した像をイメージセンサにて検出し、画像処理部で前記イメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査方法において、
前記照明光学部による前記照明光は、前記走査方向と直交する方向に対して１０°〜４５°ずれた位置から照明されることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の欠陥検査方法において、
前記試料の法線と前記線状の照明の長手方向を含む面に対して直交する方向に配置された複数の検出光学部で前記散乱光を検出し、前記複数の検出光学部にて形成した像を複数のイメージセンサにて検出し、前記画像処理部で前記複数のイメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
走査部で前記試料を水平な面内にて走査し、照明光学部で前記試料の表面の法線に対して斜方より線状に照明し、ＮＡ０．７以上の検出光学部で前記線状に照明された領域からの散乱光を検出し、前記検出光学部にて散乱した光を偏光分離にて少なくても２系統以上の光路に分岐し、前記２系統に分岐した光路の少なくても１系統のフーリエ変換面にてさらに２系統以上の光路に分岐し、それぞれの光路にて形成した像をそれぞれの光路に配置した複数のイメージセンサにて検出し、画像処理部で前記複数のイメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の欠陥検査方法において、
前記画像処理部で前記複数のイメージセンサにより検出された散乱方向の異なる画像を比較して、欠陥の特徴量を求め、前記欠陥の特徴量により欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項６】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記試料を水平な面内にて走査する走査部と、
前記試料の表面の法線に対して斜方より照明し、かつ前記走査部の走査方向と直交する方向に対して傾いた方位より前記試料上に線状に照明する照明光学部と、
前記走査方向と同じ方位に配置され、かつ前記走査方向と平行なパターンからの正反射光を空間的に検出しない仰角に設置され、前記線状に照明された領域からの散乱光を検出する検出光学部と、
前記検出光学部にて形成した像を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項６記載の欠陥検査装置において、
前記照明光学部による照明光は、前記走査方向と直交する方向に対して１０°〜４５°ずれた位置から照明されることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項６または７記載の欠陥検査装置において、
前記試料の法線と前記線状の照明の長手方向を含む面に対して直交する方向に配置された複数の検出光学部と、
前記複数の検出光学部にて形成した像を検出する複数のイメージセンサとを備え、
前記画像処理部は、前記複数のイメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記試料を水平な面内にて走査する走査部と、
前記試料の表面の法線に対して斜方より照明し、かつ前記走査部の走査方向と直交する方向に対して傾いた方位より前記試料上に線状に照明する照明光学部と、
前記線状に照明された領域からの散乱光を検出するＮＡ０．７以上の検出光学部と、
前記検出光学部にて散乱した光を偏光分離にて少なくても２系統以上の光路に分岐する第１の分岐手段と、
前記第１の分岐手段で分岐した光路の少なくても１系統のフーリエ変換面にてさらに２系統以上の光路に分岐する第２の分岐手段と、
前記第１の分岐手段および第２の分岐手段で分岐されたそれぞれの光路にて形成した像を検出する複数のイメージセンサと、
前記複数のイメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
請求項８または９記載の欠陥検査装置において、
前記画像処理部は、前記複数のイメージセンサにより検出された散乱方向の異なる画像を比較して、欠陥の特徴量を求め、前記欠陥の特徴量により欠陥候補を判定す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、半導体製造工程やフラットパネルディスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの欠陥検査方法および欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体検査装置として、国際公開第９９／０６８２３号パンフレット（特許文献１）に記載のものがある。この検査装置では、レーザ光をウェハの法線に対して斜方より線状に照明する。この線状の長手方向は照明光の入射面と一致しており、このウェハ上の照明領域から散乱した光を検出光学系にて捕捉し、散乱像をイメージセンサにて検出する。このとき、イメージセンサの中心部は線状に照明するビームの入射面に実質的に垂直な平面にある。このため、イメージセンサで検出する散乱光は側方散乱光となる。これら検出した画像は、設計上同一パターンが形成されている隣接ダイの画像と比較処理して、欠陥を判定するものである。
【特許文献１】国際公開第９９／０６８２３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
検査対象となるウェハ上には様々なパターンが形成されており、欠陥の種類も発生原因に応じて多様である。欠陥からの散乱光は、欠陥のサイズ、材料、方向性、凹凸の状態や照明光の波長、偏光、方位、仰角に応じて分布が変化する。
【０００４】
このため、背景技術に示した側方散乱光検出では、例えば前方散乱に強い強度分布を持つ欠陥サイズや欠陥種の散乱光を捕捉する光量が不足して見逃す可能性が高くなる。このため、欠陥に応じた様々な散乱光分布を考慮して、検出する散乱光の方向を選択可能であることが重要である。
【０００５】
また、欠陥検出においては正常なパターンからの正反射光は検出不要な成分である。しかし、正常パターンからの正反射光は、パターンと照明光の相対的な方向性に応じて変化するため、検出系にて捕捉される可能性がある。正常パターンからの散乱光が捕捉された場合、パターンより微細な欠陥からの散乱光は正常パターンの散乱光よりも小さくなるため、欠陥散乱光が正常パターンの散乱光に埋もれて、欠陥として判定できなくなる課題もある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、検出感度の高い欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００９】
本発明による欠陥検査方法は、回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、走査部で試料を水平な面内にて走査し、照明光学部で試料の表面の法線に対して斜方より照明し、その照明光は走査方向と直交する方向に対して傾いた方位より試料上に線状に照明し、検出光学部で線状に照明された領域からの散乱光を検出し、検出光学部は走査方向と同じ方位に配置され、かつ走査方向と平行なパターンからの正反射光を空間的に検出しない開口をしており、検出光学部にて形成した像をイメージセンサにて検出し、画像処理部でイメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定するものである。
【００１０】
また、本発明による欠陥検査方法は、回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、走査部で試料を水平な面内にて走査し、照明光学部で試料の表面の法線に対して斜方より線状に照明し、ＮＡ０．７以上の検出光学部で線状に照明された領域からの散乱光を検出し、検出光学部にて散乱した光を偏光分離にて少なくても２系統以上の光路に分岐し、２系統に分岐した光路の少なくても１系統のフーリエ変換面にてさらに２系統以上の光路に分岐し、それぞれの光路にて形成した像をそれぞれの光路に配置した複数のイメージセンサにて検出し、画像処理部で複数のイメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定するものである。
【００１１】
また、本発明による欠陥検査装置は、回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、試料を水平な面内にて走査する走査部と、試料の表面の法線に対して斜方より照明し、かつ走査部の走査方向と直交する方向に対して傾いた方位より試料上に線状に照明する照明光学部と、走査方向と同じ方位に配置され、かつ走査方向と平行なパターンからの正反射光を空間的に検出しない仰角に設置され、線状に照明された領域からの散乱光を検出する検出光学部と、検出光学部にて形成した像を検出するイメージセンサと、イメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたものである。
【００１２】
また、本発明による欠陥検査装置は、回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、試料を水平な面内にて走査する走査部と、試料の表面の法線に対して斜方より照明し、かつ走査部の走査方向と直交する方向に対して傾いた方位より試料上に線状に照明する照明光学部と、線状に照明された領域からの散乱光を検出するＮＡ０．７以上の検出光学部と、検出光学部にて散乱した光を偏光分離にて少なくても２系統以上の光路に分岐する第１の分岐手段と、第１の分岐手段で分岐した光路の少なくても１系統のフーリエ変換面にてさらに２系統以上の光路に分割する第２の分岐手段と、第１の分岐手段および第２の分岐手段で分岐されたそれぞれの光路にて形成した像を検出する複数のイメージセンサと、複数のイメージセンサにて検出した画像を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１４】
本発明によれば、ウェハ上の検出対象欠陥の散乱光分布に応じて、散乱光分布の強い領域を検出光学部の散乱光捕捉領域と一致させることが可能となり欠陥検出感度を高感度にすることが可能である。また、正常なパターンからの正反射光を検出しない方位に照明光を配置することにより、欠陥検出上のノイズを抑制し、検査Ｓ／Ｎを向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１により、本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す構成図である。
【００１７】
図１において、欠陥検査装置は、照明光学系５、上方散乱光検出光学系１０、前方散乱光検出光学系２０，イメージセンサ２００，２１０、画像処理部２３０、ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）照明系２５０、ＡＦ検出系２６０、光検出器２７０、機構制御部２８０、操作部２９０から構成されている。
【００１８】
また、ステージ２８２上に検査対象のウェハ１は設置され、ウェハ１に対して斜方に配置された照明光学系５より照明光の光軸３に沿ってウェハを斜方より照明する。ウェハの欠陥やパターンで散乱した光を上方散乱光検出光学系１０にて捕捉する。
【００１９】
この上方散乱光検出光学系１０とは異なる方位の散乱光を検出するために前方散乱光検出光学系２０が配置されている。この上方散乱光検出光学系１０および前方散乱光検出光学系２０の光軸は、ウェハ１を走査する方向Ｘとウェハ面の法線ＺがなすＸＺ平面内にある。
【００２０】
それぞれの散乱光検出光学系の結像面にはイメージセンサ２００，２１０が配置されている（なお、図１では２つの散乱光検出光学系の例を示しているが、３系統以上の散乱光検出光学系を配置するシステムも容易に考えられる構成であり、この場合の全ての散乱光検出光学系の光軸は、ほぼＸＺ平面内にある）。
【００２１】
これらのイメージセンサ２００，２１０で検出した画像は、画像処理部２３０に送られる。この画像処理部２３０では、隣接する画像の位置合わせを行い、画像の比較処理にて欠陥を検出する。
【００２２】
この欠陥の座標やサイズおよび欠陥の画像特徴量などの欠陥情報が操作部２９０に送られる。操作部２９０は、人が検査装置をオペレーションする部分であり、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介して、検査レシピの作成、作成したレシピによる検査の指示、および検査結果のマップ表示や検出した欠陥の特徴量表示などが行われる。
【００２３】
例えば、操作部２９０から検査を指示した場合、機構制御部２８０より走査部であるステージ２８２に検査の開始位置に移動するように命令が出される。このステージ２８２の移動量はステージ２８２から機構制御部２８０に送られ、指示した移動量に対して許容範囲内に位置決めされたかどうかを判断し、許容範囲外の場合はフィードバック制御して許容範囲内に位置決めする。
【００２４】
次に、イメージセンサ２００，２１０が１次元イメージセンサ（ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）タイプも含む）の場合は、ステージ２８２をＸ方向に等速度運動させながら、ウェハ１の表面の画像を取得する。ＴＤＩイメージセンサの場合、ステージ２８２の速度むらが生じると、検出画像がボケるためステージ２８２の速度情報を機構制御部２８０に送り、イメージセンサ２００，２１０の垂直転送のタイミングに同期させる。
【００２５】
また、ウェハ１の表面の反りやステージ移動時のＺ方向の偏差により、光学系の焦点位置に対してウェハ１の表面の位置がずれることがある。このため、例えばＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）照明系２５０から、スリット像をウェハの表面に投影し、反射したスリット像をＡＦ検出系２６０にて結像し、光検出器２７０で検出する。検出したスリット像の情報は、機構制御部に送られてウェハ１の高さ情報を算出する。
【００２６】
この検出されたスリット像の位置を算出することにより、ウェハ１の高さを検知することが可能である。この方式は、一般的に光てこ方式と呼ばれるＡＦ方式である。このＡＦ方式以外にも、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）による光てこ方式や縞パターン投影方式などが知られている。
【００２７】
このＡＦ方式で検出したウェハ１の高さ情報と上方散乱光検出光学系１０の焦点位置の差が許容範囲以上の場合は、機構制御部２８０よりステージ２８２のＺ軸アクチュエータがこの差が許容範囲におさまるように駆動の指示が出されて、イメージセンサ２００，２１０にて検出する画像のデフォーカスを防止する。
【００２８】
イメージセンサ２００，２１０は、ウェハ１上の同じ位置の画像を検出する。例えば、ウェハ１がメモリとロジック回路を形成した混載ウェハ（システムＬＳＩなど）の場合は、メモリ部からの光は上方散乱光検出光学系１０に配置された空間フィルタにて遮光する。このため、検出される画像はランダムな欠陥からの散乱光のみが検出される。
【００２９】
これに対して、不規則なロジックパターンからの光は、メモリ部のような空間フィルタでは遮光できないため、イメージセンサに到達する光量が多い。この検出光量の違いを補正して、メモリ部・ロジック部共にイメージセンサ２００，２１０の適切なダイナミックレンジでそれぞれの領域の画像を検出する。この手段として、パターンの周期性に着目して領域を分割し、分割した領域毎にイメージセンサ２００，２１０にて画像を検出する。
【００３０】
なお、ここでは周期性を２つの領域に分割した例について説明するが、領域を３，４，５など多く分割して、それぞれの像を対応する数のイメージセンサで検出する内容についても本実施の形態の範囲内であることは明らかである。
【００３１】
次に、図２および図３により、本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の斜方照明光の方位について説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の斜方照明光の方位について説明するための説明図、図３は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光の方位と検出光学系にて散乱光を検出する方位の関係を説明するための説明図である。
【００３２】
図２においては、ウェハ１を連続的に走査しながら画像を取得する方向をＸとし、ウェハ面内でＸと直交する方向をＹ、ＸＹ平面（ウェハ面内）と直交する方向をＺと定義する。
【００３３】
照明光の光軸３とウェハ上の照明位置におけるウェハ面の法線で定義される入射面は、ステージ走査方向Ｘと直交するＹＺ平面に対してほぼ１０度以上の角度をなしている。これに対して、ウェハ１を照明する線状照明４の長手方向はほぼＹ方向と平行である。これにより、Ｚ軸に対してＸ方向に傾斜した角度で散乱光を捕捉する散乱光検出光学系を配置することにより、前方散乱光を捕捉可能となる。
【００３４】
この照明光の光軸３の方位と検出光学系にて散乱光を検出する方位の関係を図３に示す。
【００３５】
図３（ａ）にウェハ１を断面から見たＸＺ平面図と、これを上から見たＸＹ平面図を示す。
【００３６】
ＸＺ平面図のウェハ表面に欠陥２があり、この欠陥部を照明すると半球状に散乱光の分布５０’が生じる。この半球をＸＹ平面に投射した分布をＸＹ平面図に示す。照明光は３０の位置にあり、ウェハ１上の平坦部で正反射した光は半球の頂点を対称軸として位置３５になる。ウェハ１上に正常なパターンがＸおよびＹ方向に不規則にあると仮定する。この場合、Ｘパターンからの正反射光は主に平坦部の正反射光３５を含むＹ方向の線４０に集まる。また、Ｙパターンからの正反射光は主に平坦部の正反射光３５を含むＸ方向の線４５に集まる。
【００３７】
これに対して、パターンとは異なる形状の欠陥散乱光分布５０はパターンの散乱光分布４０，４５とは異なる分布を示す。
【００３８】
なお、欠陥散乱光分布５０は前方散乱光強度が強い例である。また、暗視野像は散乱光検出光学系の開口５５と重なる（捕捉される）散乱光により形成される。図３（ａ）の例では暗視野検出光学系の開口５５と欠陥散乱光分布５０の重なる領域が狭い例である。
【００３９】
これに対して、図３（ｂ）では、図２に示した照明方位とした場合の例である。照明方位はＹ軸に対して約１０度傾かせることにより、これに対応して欠陥散乱光分布５１も回転する。
【００４０】
これにより、散乱光検出光学系の開口部５５と欠陥散乱光分布５１の重なる領域が広くなり、捕捉できる欠陥からの散乱光が多くなる。これに対して、パターンからの散乱光も照明方位を約１０度傾かせたことにより、パターン散乱光４１，４６の分布もシフトするが、散乱光検出光学系の開口部５５には重ならない構成とする。
【００４１】
これにより、散乱光検出光学系にて捕捉する欠陥の散乱光を増やして、正常パターンからの散乱光を抑制することが可能であり、検査Ｓ／Ｎを向上することが可能となる。
【００４２】
次に、図４および図５により、本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成について説明する。図４は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光学系の照明方位を説明するための説明図、図５は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光学系構成を示す構成図である。
【００４３】
図４において、光源から放出された光は所望の形状７に整形され、ウェハ１に近接して配置したシリンドリカルレンズ６０に入射する。このシリンドリカルレンズ６０は、線状照明４の長手方向Ｙとほぼ平行に配置されており、またレンズの平面部（曲面側の裏面）はＸＹ平面とほぼ平行である。さらに、ウェハに対する照明光の入射面はＹＺ平面に対して約１０度傾く角度となるように照明光の入射方位を設定する。
【００４４】
図５において、照明光学系５の光源１１としては、レーザやランプ（水銀，水銀キセノン，キセノンランプなど）が考えられる。照明波長を短くすることにより散乱光量が多くなるため、ＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光やＤＵＶ（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光が考えられる。レーザ光としては、３５５ｎｍ，２６６ｎｍ，２４８ｎｍ，１９９ｎｍ，１９３ｎｍが候補であり、レーザ光源による多波長照明を行う場合は、レーザ光源を複数配置する必要がある。
【００４５】
本実施の形態では光源１１としてレーザ（以下レーザ１１という）を用いた例とする。
【００４６】
レーザ１１にて発光した光は、ビーム整形レンズ系１２にて、ビームの形状（大きさ、扁平率）を任意の形状に変える。レーザ光は直線偏光であるが、ウェハ１に対して偏光をＳ偏光やＰ偏光に選択可能とするため、回転可能な１／２波長板１３を配置する。なお、楕円偏光も選択可能とするためには、１／２波長板１３と同様に、回転可能な１／４波長板も配置する必要がある（１／４波長板は図示せず）。１／２波長板１３を透過した光はシリンドリカルレンズ６０に入射し、ウェハ１上のＹ方向と平行に線状に照明する。
【００４７】
次に、図６により、本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光と散乱光検出光学系の位置関係について説明する。図６は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光と散乱光検出光学系の位置関係を説明するための説明図である。
【００４８】
照明光の光軸３の入射面に対して、ステージ走査方向Ｘと直交するＹ方向のなす角は好ましくは１０度から４５度である。照明光の光軸３にてウェハ１を線状に照明する長手方向はほぼＹ方向であり、前方散乱光検出光学系２０の散乱光検出方向はＸ方向である。このため、照明光の光軸３に対して、散乱光検出光学系２０にて捕捉する散乱光は前方散乱光となり、この方向に散乱した光を検出可能となる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２は、欠陥種によっては散乱分布が様々であるため、各種欠陥の捕捉率を向上するためには、概ね前方散乱光、ウェハ上方散乱光（主に、側方散乱光）、後方散乱光をそれぞれ独立して検出するようにしたものである。
【００５０】
図７および図８により、本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の構成について説明する。図７は本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の散乱光検出光学系を説明するための説明図、図８は本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の散乱光検出光学系の構成を示す構成図である。
【００５１】
本実施の形態の欠陥検査装置の基本構成は実施の形態１と同様である。
【００５２】
本実施の形態では、ウェハ１の上方散乱光は上方散乱光検出光学系１０にて検出し、前方散乱光は前方散乱光検出光学系２０にて検出し、後方散乱光は後方散乱光検出光学系３０にて検出する分担とする。各散乱光検出光学系１０，２０，３０の光軸は、それぞれＸＺ平面内にありウェハ１の法線と上方散乱光検出光学系１０の光軸が一致している。これに対して、前方散乱光検出光学系２０は＋Ｘ方向に傾斜し、後方散乱光検出光学系３０は−Ｘ方向に傾斜している。
【００５３】
この具体例を図８に示す。各散乱光検出光学系１０，２０，３０はそれぞれ同様の構成をしている。代表して上方散乱光検出光学系１０にて構成要素を説明する。
【００５４】
ウェハ１上で散乱した光を対物レンズ１００で捕捉する。捕捉した光は結像レンズ１１５にて暗視野像を結像する。この位置に線状開口の視野絞り１６０を配置し、ウェハ１を線状照明した線幅方向と視野絞り１６０の開口が共焦点となるように、照明幅と開口幅を設定する。
【００５５】
この視野絞り１６０を透過した光はフーリエ変換レンズ１６２にてフーリエ変換像を形成する。この位置に空間フィルタを配置して、周期的なパターンからの回折光を遮光する。このとき、ウェハ１上には様々なピッチのパターンが形成されるため、これに対応して空間フィルタ１７０のピッチは変更可能な構成となっている。
【００５６】
また、周期的なパターンがない場合は、空間フィルタ１７０を光路から外す機構１７２により、光路外に退避可能となっている。
【００５７】
さらに、検出光の偏光フィルタリング機能として、回転機構１８５付きの１／２波長板１７５とポラライザ１８０を配置する。この偏光フィルタリング機能は、検査対象欠陥によっては使わない場合もあるため、この１／２波長板１７５とポラライザ１８０は退避機構１８５（図中、回転機構と同じ）が設けられている。
【００５８】
さらに、結像レンズ１９０にて空間／偏光フィルタリング後の暗視野像を結像し、この結像面にイメージセンサ２００を配置する。
【００５９】
また、光学倍率を変更する場合は、焦点距離の異なる結像レンズ１９２を結像レンズ切換え機構１９５にて切換える構成となっている。以上、上方散乱光検出光学系１０を用いて構成を説明したが、前方散乱光検出光学系２０，後方散乱光検出光学系３０についても同様の構成である。
【００６０】
本実施の形態では、後方散乱光を検出することで、各種欠陥の捕捉率を向上することが可能である。
【００６１】
次に、図９および図１０により、本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の画像処理部内での欠陥判定処理について説明する。図９および図１０は本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の画像処理部内での欠陥判定処理を説明するためのブロック図である。
【００６２】
図９は、図７および図８で示した３系統の検出系のイメージセンサ２００，２１０，２３０で取得した画像より欠陥を判定処理する流れを示し、図１０は図９での判定の加えて、画像処理の途中過程における画像の特徴量を用いて、欠陥を判定、分類する処理の流れを示している。
【００６３】
まず、図９に示すように、イメージセンサ２００とイメージセンサ２１０およびイメージセンサ２２０にて検出した画像の明るさの分解能は１０２４階調あり、これを画像処理するときの２５６階調に変換するときに階調変換を行う。この階調変換を行うときの明るさ変換特性は線形，非線形が選択可能である。
【００６４】
以降は、イメージセンサ２００で検出した画像の処理の流れについて説明する。階調変換を行い明るさ情報が２５６階調に変換された画像は、画像は位置合わせ部と遅延メモリの両方に送られる。遅延メモリに送られた画像は、設計上同一パターンが形成されているダイのピッチに相当する時間を遅らせて位置合わせ部に送られる。このため、リアルタイムで検出した画像と隣接ダイの２画像が位置合わせ部に送られ、この２画像の位置合わせを行う。
【００６５】
次に、位置合わせした画像より差画像を算出する。差画像は２系統のしきい値処理が行われる。第１のしきい値処理は、差画像の絶対値に対して一定の値で処理が行われ、このしきい値以上の領域の画像特徴量（明るさ、サイズ情報など）が欠陥判定部に送られる。
【００６６】
また、第２のしきい値処理部に流れた差画像は、複数の差画像から明るさのばらつきなどを求め、このばらつきを基にしたしきい値（分散しきい値）を生成して差画像と比較する。このしきい値は、浮動しきい値となる。この浮動しきい値以上となった領域の画像特徴量についても、第１のしきい値処理と同様に、欠陥判定部に送られる。
【００６７】
これら２系統から送られた画像特徴量を用いて、総合的に欠陥が判定される。このとき、特定のパターンなどでは明るさむらが大きく、正常部を誤判定して欠陥としてしまうケースがある。この誤判定は、特定のパターンで生じやすいことを利用して、欠陥判定部にウェハの座標情報を入力して、誤判定が起こしやすい領域については、例えしきい値以上であっても、欠陥として判定しないあるいは、誤判定である可能性が高いことが分かるようにフラグを立て次の特徴量演算部に送られる。
【００６８】
この特徴量演算部では、検出した画像を用いて比較部に送られてきた画像特徴量よりもさらに細かく特徴量を算出する。
【００６９】
同様に、イメージセンサ２１０、２２０についても画像処理が行われ、欠陥部の画像特徴量が算出される。
【００７０】
以上算出したイメージセンサ２００、イメージセンサ２１０、イメージセンサ２２０の画像特徴量より、欠陥の分類が行われる。この分類結果・座標情報・画像の特徴量などが操作部２９０に出力される。オペレータがこの出力された情報を目視確認することが可能であり、これらの情報はＬＳＩ製造工程の工程管理が行われている上位システムに送られる。
【００７１】
また、画像処理の途中過程における画像の特徴量を用いて、欠陥を判定、分類する処理は、図１０に示すように、基本的な処理の流れは図９と同様であり、違いは２系統以上の画像を用いた異方向散乱像画像比較部４９５である。
【００７２】
図１０では前方散乱光検出用のイメージセンサ２１０と後方散乱光検出用のイメージセンサ２２０で得られた画像の比較を示すが、上方散乱光検出用のイメージセンサ２００を用いた３種の画像比較あるいは、イメージセンサ２００，２１０の２系統の画像比較としてもよい。
【００７３】
イメージセンサ２１０とイメージセンサ２２０で検出した画像をそれぞれの隣接ダイと差画像を算出し、この２系統の差画像を異方向散乱像画像比較部４９５に送る。これら２系統の差画像を比較して、固定しきい値（符号付きでも可）や分散しきい値と比較する。
【００７４】
これにウェハ上の座標情報（ダイ内座標やウェハ全体の座標）を入力して、欠陥判定基準を超えた領域を欠陥として判定する。次に、これらの情報より欠陥の特徴量（例えば、前方と後方散乱画像の明るさ比など）を求め、欠陥分類の特徴量データとする。
【００７５】
（実施の形態３）
実施の形態３は、高ＮＡ対物レンズにより前方散乱光、ウェハ上方散乱光（主に、側方散乱光）、後方散乱光を検出するようにしたものである。
【００７６】
図１１により、本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の構成について説明する。図１１は本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の散乱光検出光学系の構成を示す構成図である。
【００７７】
図１１において、照明光はＹ方向に対して１０から４５度傾斜しており、これに対して、ＮＡ０．７以上（概ね、ＮＡ０．７５からＮＡ０．９５）の対物レンズ３００を上方に配置する。捕捉された散乱光は対物レンズ３００にて形成されたフーリエ変換にフーリエ変換像を形成する。この位置に任意の遮光ピッチに設定可能な空間フィルタ３１０を配置する。次に、回転可能な１／２波長板３２０を配置して像側に配置した第１の分岐手段である偏光ビームスプリッタ３３０にて反射／透過する散乱光の成分を選択可能とする。
【００７８】
反射したＳ偏光成分の散乱光は上方検出光路４８０に導かれ、結像レンズ３５０にて暗視野像をイメージセンサ３６０の表面に結像する。偏光ビームスプリッタ３３０を透過したＰ偏光成分はレンズ３７０，３８０にて再度フーリエ変換像を形成する。
【００７９】
この位置にミラー面の頂点がナイフエッジ状の第２の分岐手段である分割ミラー３９０を用いて光路をＸ方向に２分岐する。このとき、分割ミラー３９０の頂点は、ほぼ対物レンズ３００の光軸と一致するように配置することにより、瞳面を均等に２分割して光学像を形成することが可能となる。
【００８０】
但し、必ずしも均等に配置する必要はなく、例えば散乱光量の小さい後方散乱側の反射面積が多くなるように配置してもよい。また、分割ミラー３９０のナイフエッジ部による散乱による迷光や、空間周波数成分を遮光したい場合などは、この位置に空間フィルタ４７０を配置する。
【００８１】
分割ミラー３９０にて２光路に反射された光路のうち、前方散乱光を検出する前方散乱光検出光路４４０には、結像レンズ４００が配置されて暗視野像をイメージセンサ４１０上に結像する。
【００８２】
また、分割ミラー３９０で反射された他方の後方散乱光検出光路についても、結像レンズ４２０が配置されて暗視野像をイメージセンサ４３０上に結像する。
【００８３】
なお、上方検出光路４８０と前方散乱光検出光路４４０，後方散乱光検出光路４５０とは開口（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が異なるため、検出光量に違いが生じる。このため、検出光量の多い上方検出光路４８０に光量調整用のＮＤフィルタ３４０を配置する。
【００８４】
このＮＤフィルタ３４０は、透過率が複数あるＮＤフィルタを準備しており、検査対象となるウェハや欠陥に応じて選択可能となっている（図示せず）。
【００８５】
また、図１１では分割ミラー３９０の分割方向をＸ方向として説明したが、Ｙ方向でも可能であり、極端な例ではＸ方向とＹ方向の中間となる４５度やそれ以外の角度でもよい。
【００８６】
また、本実施の形態の画像処理部内での欠陥判定処理は実施の形態２と同様であり、実施の形態２の図７および図８に示すイメージセンサと、本実施の形態の図１１に示すのイメージセンサの対応は、イメージセンサ２００がイメージセンサ３６０，イメージセンサ２１０がイメージセンサ４１０，イメージセンサ２２０がイメージセンサ４３０である。
【００８７】
以上のように、本実施の形態では、１つの高ＮＡ対物レンズのみで、欠陥を検出することが可能である。
【００８８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８９】
例えば、実施の形態１〜３で示した構成や機能および画像処理内容については、様々な組合せが考えられるが、それらの組合せについても本発明の範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、半導体製造工程やフラットパネルディスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの欠陥検査を行う装置やシステムに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の斜方照明光の方位について説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光の方位と検出光学系にて散乱光を検出する方位の関係を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光学系の照明方位を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光学系構成を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の照明光と散乱光検出光学系の位置関係を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の散乱光検出光学系を説明するための説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の散乱光検出光学系の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の画像処理部内での欠陥判定処理を説明するためのブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置の画像処理部内での欠陥判定処理を説明するためのブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の散乱光検出光学系の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…ウェハ、３…照明光の光軸、４…線状照明、５…照明光学系、１０…上方散乱光検出光学系、１１…光源、１２…ビーム整形レンズ系、１３…１／２波長板、２０…前方散乱光検出光学系、３０…後方散乱光検出光学系、６０…シリンドリカルレンズ、１００…対物レンズ、１１５…結像レンズ、１６２…フーリエ変換レンズ、１７５…１／２波長板、１８０…ポラライザ（偏光子）、１８５…回転機構（退避機構）、１９０，１９２…結像レンズ、１９５…結像レンズ切換え機構、２００，２１０，２２０，３６０，４１０，４３０…イメージセンサ、２３０…画像処理部、２５０…ＡＦ照明系、２６０…ＡＦ検出系、２７０…光検出器、２８０…機構制御部、２８２…ステージ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向）、２９０…操作部、３００…対物レンズ、３１０…空間フィルタ、３２０…１／２波長板、３３０…偏光ビームスプリッタ、３４０…ＮＤフィルタ、３５０…結像レンズ、３７０…レンズ、３９０…分割ミラー、４００…結像レンズ、４２０…結像レンズ、４４０…前方散乱光検出光路、４５０…後方散乱光検出光路、４７０…空間フィルタ、４８０…上方検出光路、４９５…異方向散乱像画像比較部。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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