JP2004093252A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体デバイス等の基板上に回路パターンを形成するデバイス製造工程において、製造工程中に発生する微小な異物やパターン欠陥を、高速で高精度に検査できる装置および方法を提供すること。
【解決手段】被検査対象物に応じて、被検査対象物に照射する照明の角度を最適化し、前記被検査対象物からの反射散乱光を検出する検出光学系の倍率を最適化した光学系から得られた信号に対し、複数の検出画素サイズで異物または欠陥を検出し、特徴量に基いて異物または欠陥をカテゴリに分類する。
【選択図】 図１
【解決手段】被検査対象物に応じて、被検査対象物に照射する照明の角度を最適化し、前記被検査対象物からの反射散乱光を検出する検出光学系の倍率を最適化した光学系から得られた信号に対し、複数の検出画素サイズで異物または欠陥を検出し、特徴量に基いて異物または欠陥をカテゴリに分類する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板、半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥を検出し、前記検出された異物または欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物または欠陥の発生状況を検査する装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因となる。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（従来技術１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（従来技術２）に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。
また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウェハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（従来技術３）において知られている。この従来技術３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平１−２５０８４７号公報（従来技術４）、特開平６−２５８２３９号公報（従来技術５）、特開平６−３２４００３号公報（従来技術６）、特開平８−２１０９８９号公報（従来技術７）、特開平８−２７１４３７号公報（従来技術８）、特開２０００−１０５２０３号公報（従来技術９）が知られている。特に、従来技術９には、検出光学系を切り替えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、特開２００１−６０６０７（従来技術１０）、特開２００１−２６４２６４（従来技術１１）が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術１〜９では、繰り返しパターンや非繰り返しパターンが混在する基板上の微細な異物または欠陥を、高感度で、かつ高速に検出することは容易にできなかった。すなわち、上記従来技術１〜９では、例えば、メモリのセル部等の繰り返し部分以外の部分では、検出感度（最小検出異物寸法）が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜９では、パターン密度が高い領域における０．１μｍレベルの微小異物または欠陥の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜９では、配線間を短絡する異物または欠陥の検出感度や薄膜状の異物の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１０〜１１では、異物または欠陥の計測精度が低いという課題があった。
【０００６】
本発明の第１の目的は、上記課題を解決すべく、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物または欠陥を高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、パターン密度が高い領域においても、高感度に異物または欠陥を検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第３の目的は、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高感度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第４の目的は、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥を分類して表示できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第５の目的は、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥のサイズを測定できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して互いに異なる傾斜角度で切り替えて照射できるように構成した照明光学系と、前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光を互いに異なった結像倍率で結像させることのできる可変倍率結像光学系と該可変倍率結像光学系で結像された反射散乱光を受光して画像信号に変換する光検出器とを有する可変倍率検出光学系と、該可変倍率検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて、欠陥を検出する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１２】
また、本発明は、前記欠陥検査装置の可変倍率検出光学系において、前記可変倍率結像光学系は、被検査対象基板と光検出器との相対距離を一定にして結像倍率を可変に構成することを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査装置の可変倍率検出光学系において、前記可変倍率結像光学系は、フーリエ変換像の大きさを一定にして結像倍率を可変に構成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記欠陥検査装置の信号処理系において、前記デジタル画像信号を近傍画素でマージし、該マージされた画像信号を基づいて、欠陥を検出することを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査装置の信号処理系において、前記検出された欠陥をカテゴリ別に分類する分類手段を備えることを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査装置の信号処理系において、前記検出された欠陥のサイズを測定するサイズ測定手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して高傾斜角度と低傾斜角度とで切り替えて照射できるように構成した照明光学系と、前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光を結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された反射散乱光を受光して信号に変換する光検出器とを有する検出光学系と、前記照明光学系で高傾斜角度で照明した際および前記照明光学系で低傾斜角度で照明した際前記検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部と該Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出する欠陥検出処理部と前記欠陥検出処理部から検出される欠陥についての特徴量を算出する特徴量算出部と前記高傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥と低傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥とが同一視される欠陥についての特徴量を前記特徴量算出部から取得し、該取得された欠陥の特徴量に基いて欠陥のカテゴリを分類する統合処理部とを有する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１５】
また、本発明は、前記欠陥検査装置の統合処理部において、前記欠陥についての特徴量が、検出光量と平面的な面積とで構成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して第１の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第１の画像信号に変換し、該変換された第１の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第１のデジタル画像信号に変換し、該変換された第１のデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての特徴量を前記第１のデジタル画像信号に基いて算出する第１の工程と、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により前記被検査対象基板の表面に対して前記第１の傾斜角度と異なる第２の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第２の画像信号に変換し、該変換された第２の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第２のデジタル画像信号に変換し、該変換された第２のデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての特徴量を前記第２のデジタル画像信号に基いて算出する第２の工程と、前記第１の工程で検出される欠陥と前記第２の工程で検出される欠陥とが同一視される欠陥についての第１の工程で算出された特徴量と前記第２の工程で算出された特徴量とに基いて欠陥のカテゴリを分類する分類工程とを有することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１７】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して所望の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して画像信号に変換し、該変換された画像信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についてのデジタル画像信号について複数種類のマージ処理を施し、該施された複数のマージ処理の結果に基いて欠陥を分類することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１８】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して所望の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して画像信号に変換し、該変換された画像信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての前記デジタル画像信号から算出される検出光量に基いて欠陥を分類することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１９】
以上説明したように、前記構成によれば、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、微小な異物または欠陥を高速で、しかも高精度に検査できる。また、前記構成によれば、パターン密度が高い領域においても、高感度に異物または欠陥を検査できる。また、前記構成によれば、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高感度に検査できる。また、前記構成によれば、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥のサイズを測定できる。また、前記構成によれば、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥を分類して表示できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
本発明に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の様々な欠陥を、更に微細なものと大きなものとを高感度で、かつ高速で検査できるようにするものである。そのためには、本発明に係る欠陥検査装置として、図１に示す如く、照明光学系１０によって照明するスリット状ビーム２０１の照射角度αを被検査対象に応じて変えることができるようにすると共に、検出画素サイズを検出欠陥の大きさに合わせるように検出光学系２０の倍率を可変にすることにある。
【００２２】
更に、本発明に係る欠陥検査装置は、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量と高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量と欠陥の広がりを示す検出画素数との関係から様々な欠陥を分類することができるようにしたものである。
【００２３】
次に、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハに限らず、薄膜基板やフォトマスク、ＴＦＴ、ＰＤＰ等にも適用可能である。
【００２４】
ところで、本発明に係る欠陥検査装置は、図１に示すように、様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置、移動させるｘｙｚステージ３１、３２、３３、３４とコントローラ３５から構成される搬送系３０と、レーザ光源１１から射出された光を、凹レンズ１２と凸レンズ１３と円錐球面レンズ１４、ミラー１５を介して、斜め方向から被検査対象基板１上に照明する照明光学系１０と、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ２３、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ（波長帯域によらず光量を調整する）２４、偏光板等の光学フィルタ２５、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６から構成され、照明光学系１０で照明された領域からの反射回折光（あるいは散乱光）を検出する倍率可変検出光学系２０と、光検出器２６で検出された画像信号に基いて異物を検出する信号処理系４０と、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０、搬送系３０および信号処理系４０の全体を制御する全体制御部５０とによって構成される。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む）、表示手段５２、記憶部５３が設けられている。
【００２５】
なお、この異物検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６の受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えている。
【００２６】
〔照明光学系１０〕
照明光学系１０としては、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、レーザ光源１１から射出された光を、凹レンズ１２および凸レンズ１３より構成されるビーム拡大光学系、円錐曲面レンズ１４、ミラー１５を介して、図２に示す如く、スリット状ビーム２０１を平面的に１つ以上の方向（図２においては３方向８２０、８２１、８２２）から、試料設置台３４上に設置されたウェハ（被検査対象基板）１に照射するように構成される。このとき、スリット状ビーム２０１の長手方向がチップの配列方向に向くように照明するよう構成される。なお、照明光として、スリット状ビーム２０１にするのは、異物の検査を高速に行うためである。すなわち、図２に示すように、ｘステージ３１の走査方向およびｙステージ３２の走査方向に向けてチップ２０２を配列したウェハ１上に照明されるスリット状ビーム２０１は、ｙステージ３２の走査方向ｙに狭く、その垂直方向ｘ（ｘステージ３１の走査方向）に広いスリット状のビームで照明する。そして、このスリット状ビーム２０１は、ｙ方向に光源の像が結像するように、ｘ方向に平行光になるように照明される。
【００２７】
ところで、スリット状ビーム２０１の長手方向をウェハ１に対してチップの配列方向に向けたのは、光検出器２６の画素方向２０３とｙステージ３２の走行方向とを平行に保つことにより、画像信号のチップ間比較を容易に行うと共に、異物の位置座標の算出も容易に行うことができ、その結果、異物の検査を高速に行うためである。
【００２８】
特に、方向８２１または８２２からのスリット状ビーム２０１の照明を、ウェハ１に対してチップ２０２の配列方向に向け、かつｙステージ３２の走査方向ｙに対して直角になるように形成するためには、円錐曲面レンズ１４が必要となる。この円錐曲面レンズ１４は、シリンドリカルレンズの長手方向の位置で焦点距離が異なり、直線的に焦点距離を変えたレンズである。この構成により、図３に示すように斜めから照明（角度α，方向φの傾きを両立）しても、ｙ方向に絞り込み、ｘ方向にコリメートされたスリット状ビーム２０１で照明することができる。
これにより、ｘ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２０１をｘ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がｘ方向およびｙ方向を向いた回路パターンからの回折光パターンが得られ、空間フィルタ２２によって遮光することができることになる。
【００２９】
ところで、円錐曲面レンズ１４の製造方法については、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているので、説明を省略する。
【００３０】
次に、全体制御部５０からの指令に基づいて、ステージ上に載置される被検査対象基板１に応じて照明光学系１０の照明角度αおよび照明方向φを変える実施例について説明する。即ち、照明角度αに関して言えば、被検査対象に発生している異物のタイプによって照明角度αを決めれば良い。例えば、ウェハ表面の異物を主に検出したい場合は、ウェハ面に平行な角度に近い角度が良く、ウェハ表面に対し１度乃至は５度程度上方、つまり、αが１度乃至は５度程度になるように照明するのが良い。照明角度αをウェハ面に平行な角度にすることにより、ウェハ最表面の異物のＳＮ比が向上する。また、パターン欠陥を主に検出したい場合や高さの低い異物を検出したい場合は、高い角度から照明するのが望ましい。ただし、角度を高くすると下地の回路パターンからの反射回折光量が多くなりＳＮ比が低下するので、照明角度αとしては、４５度乃至は５５度程度にするのが良い。また、前述のウェハ表面の異物やパターン欠陥を満遍なく検出するためには、前述した角度の中間の角度が良く、照明角度αを２０度程度に設定するのが良い。さらに、検査対象の工程と検出したい異物の種類に対応関係がある場合、例えば、配線工程で主に検出したい異物、欠陥が高さの低い異物であることが分かっている場合は、「配線工程では高い角度から照明する」と決めても良い。
【００３１】
更に、照明方向φに関して言えば、ウェハがＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅの場合、例えば、配線工程でエッチングされた後の場合は、回路パターンの配線方向に平行な方向からの照明を選択するのが望ましい。つまり、照明光の平行方向と配線パターンの方向を合わせることにより、配線間の異物を検出しやすくなる。また、ウェハの回路パターンが配線パターンではなく、コンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないため、チップに対し４５度付近の方向から照明するのが望ましい。
【００３２】
なお、レーザ光源１１としては、異物を高感度に検査でき、また、メンテナンスコストが安いことを考慮すると、高出力のＹＡＧレーザの第２高調波ＳＨＧ、波長５３２ｎｍを用いるのが良いが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、紫外光レーザや遠紫外光レーザや真空紫外光レーザ、Ａｒレーザや窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ、半導体レーザ等の光源であっても良い。各レーザを用いた場合の利点としては、レーザ波長を短くすれば検出像の解像度が上がるため、高感度な検査が可能となる。なお、波長を０．３４μｍ程度にした場合には対物レンズ２１のＮＡを０．４程度、波長を０．１７μｍ程度にした場合には対物レンズ２１のＮＡを０．２程度にするのが回折光を多く対物レンズ２１に入射させて検出感度を向上させることができる。また、半導体レーザ等の安価で高出力のレーザを用いると、装置を安価に製作することができる。
【００３３】
更に、照明光学系１０について具体的に説明する。まず、照明角度αを変える方法としては、ミラー１５の角度を変えることにより実現することができる。図１は、ミラー１５により照明位置７０１にレーザ照明を照射している。照明角度αを変更する場合、ミラー１５とは角度の違うミラー７０２をミラー１５と入れ替え、さらに、照明位置７０１にレーザ光を照射するためにミラー７０２をｚ方向に動かせば良い。この時、凸レンズ１３から照明位置７０１までの距離が変わるため、凸レンズ１３を焦点距離の違う凸レンズに変える必要がある。なお、本実施例では、角度の違うミラーを用いる例を説明したが、ミラーを回転させる構成でも良い。
【００３４】
次に、照明方向φを変更する方法について説明する。図２は１つのレーザ光源１１を用いて３つの照明光学系１０を構成した場合の平面図である。レーザ光源１１から出射したレーザビームをハーフミラー等の分岐光学要素８０１で２つの光路に分岐し、一方はミラー８０２で反射させて、ミラー８０４で下方に向けて凹レンズ１２に入射させることによって照明方向８２０からの照明ビームを得ることができ、他方はハーフミラー等の分岐光学要素８０５へと進行する。分岐光学要素８０５で分岐された一方は、ミラー８０６で反射させてミラー８０７で下方に向けて凹レンズ１２に入射させることによって照明方向８２１からの照明ビームを得ることができ、他方はミラー８０８で下方に向けて凹レンズ１２に入射させることによって照明方向８２２からの照明ビームを得ることができる。ここで、照明方向８２０からのみ照明する場合には、分岐光学要素８０１からミラー要素８０９に切り換えることによって実現することができる。また、照明方向８２１および照明方向８２２の２方向から照明する場合には、光路から分岐光学要素８０１を退出させるか、または素通りの光学要素に切り換えることによって実現することができる。また、照明方向８２１および照明方向８２２からの照明のうち、例えば照明方向８２２からのみ照明する場合は、分岐光学要素８０５からミラー要素８１０に切り換えることによって実現することができ、また、照明方向８２１からのみ照明する場合は、分岐光学要素８０５を光路から退出させれば良い。
【００３５】
〔検出光学系２０〕
倍率可変検出光学系２０について説明する。倍率可変検出光学２０は、ウェハ等の被検査対象基板１から反射回折された光を、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３、ＮＤフィルタ２４、光学フィルタ２５を通して、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６で検出するように構成される。
【００３６】
空間フィルタ２２は、ウェハ１上の繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光するものであり、対物レンズ２１の空間周波数領域、すなわちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する）に置かれる。なお、空間フィルタ２２としては、フーリエ変換像を撮像して白黒逆転させて遮光部を広げた画像を透明なシートにプリントアウトして製作することが可能となる。
【００３７】
次に、全体制御部５０からの指令に基づいて、倍率可変検出光学系２０で倍率を変える方法ついて説明する。まず、倍率の変更を結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３で行う方法について説明する。図１及び図４において、結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３は、可動レンズ１２０１、１２０２、固定レンズ１２０３、移動機構１２０４で構成される。
【００３８】
図４（ａ）は低倍率時の可動レンズ１２０１、１２０２の概略位置を示しており、図１および図４（ｂ）は高倍率時の可動レンズ１２０１、１２０２の概略位置を示している。この倍率可変検出光学系２０の特徴は、倍率変更時に対物レンズ２１の位置を変えないため、空間フィルタ２２の位置は変化しないことと、固定レンズ１２０３の位置を変えないため、結像のために光検出器２６の位置を変えなくて良いことである。つまり、倍率を変えても被検査対象基板１と光検出器２６との相対位置を変える必要がないため、倍率変更時の駆動機構は、移動機構１２０４だけで良く、簡単な構成で倍率を変えることができ、さらに、フーリエ変換面の大きさも変わらないので、空間フィルタ２２を変更しなくて良いという利点がある。
【００３９】
また、倍率可変検出光学系２０の倍率を変える利点は、検査対象に合わせて高速高感度な検査ができることである。つまり、回路パターンが高い密度で製造されている被検査対象物または領域は、倍率を高くすることにより高い分解能の画像信号が得られるので、高感度に検査を行うことができる。また、回路パターンが低い密度で製造されている被検査対象物または領域は、倍率を下げることにより、高感度のまま高速に検査できる。
【００４０】
倍率変更時の動作としては、移動機構１２０４を用いて、可動レンズ１２０１、１２０２をｚ方向に動かす方法を用いる。この時、倍率可変検出光学系２０の倍率Ｍは、対物レンズ２１の焦点距離１２０５をｆ１、結像レンズ２３の焦点距離１２０６をｆ２とすると（１）式で算出できる。
【００４１】
Ｍ＝ｆ１／ｆ２ （１）
従って、倍率可変検出光学系２０を倍率Ｍにするためには、ｆ１は固定値であるから、ｆ２が（ｆ１／Ｍ）になる位置に動かせば良い。
【００４２】
次に、移動機構１２０４の詳細を図５で説明する。図５は可動レンズ１２０１を移動させる機構の実施例を示している。図５（ａ）は可動レンズ１２０１を任意の場所に移動させる実施例であり、図５（ｂ）は可動レンズ１２０１を特定の場所に位置決めする実施例である。また、図５（ａ）は可動レンズ１２０１のレンズ保持部４１０１、ボールネジ４１０２、モータ４１０３で構成されている。
【００４３】
動作としては、まず、全体制御部５０は、ステージ上に載置される被検査対象基板１に応じて検査に用いる倍率を決定する。ここで、倍率の決定方針としては、前述したように回路パターンが高い密度で存在するウェハを高感度に検査する場合は高い倍率を選択し、回路パターンが低い密度で存在するウェハを検査する場合や、高速に検査する場合は低い倍率を選択すれば良い。次に、倍率が決まると可動レンズ１２０１の設定位置が決まるので、モータ４１０３を用いてボールネジ４１０２を回転させ、レンズ保持部１４０１と可動レンズ１２０１を移動させる。この時、精度良く位置決めするためには、モータ４１０３のバックラッシュを考慮して、一方向に移動させると良い。
【００４４】
また、設定する倍率が数種類に固定されている場合には、可動レンズ１２０１を特定の場所に位置決めすれば良いので、図５（ｂ）の構成を用いても良い。図５（ｂ）は図５（ａ）の構成に位置決めセンサ４１０４、４１０５、４１０６、４１０７を追加した構成である。位置決めセンサ４１０５はｚ方向上方のリミットセンサ、位置決めセンサ４１０７はｚ方向下方のリミットセンサである。また、位置決めセンサ４１０６を可動レンズ１２０１の設定位置に取りつけてある。
【００４５】
動作としては、図５（ａ）と同様にモータ４１０３でボールネジ４１０２を回転させ、可動レンズ１２０１を動かし、位置決めセンサ４１０４と位置決めセンサ４１０６が対応する場所でモータ４１０３を止めれば良い。ここで、位置決めセンサとしては、光センサでも良いし、磁気を用いたセンサでも良い。また、ここで説明した機構は可動レンズ１２０２にも適用可能である。
【００４６】
また、倍率可変検出光学系２０の別の実施例は、図６（ａ）に示すように、レンズユニット３３０１をレンズユニット３３０５や３３０６と交換することにより、倍率可変検出光学系２０の倍率を変えるものである。レンズユニット３３０５、３３０６は、レンズユニット３３０１と同じ外形で、リレーレンズ３３０２、３３０３の位置を変えることにより、レンズユニット３３０１と違う倍率で構成される。つまり、倍率可変検出光学系２０の倍率を変える場合、まずレンズユニット３３０１を取り外し、代わりにレンズユニット３３０５またはレンズユニット３３０６を設置する。本実施例を用いた場合の利点は、それぞれのレンズユニットで調整ができ、さらに、１つのレンズユニットで１種類の倍率に関して調整を行えば良いので、レンズユニットの調整工数が低減できることである。ただし、複数のレンズユニットを設置する必要があるので、設置空間に余裕のある場合に用いると良い。
【００４７】
また、倍率可変検出光学系２０の更なる別の実施例は、図６（ｂ）に示すように、レンズユニット４４０１の対物レンズの倍率を変えることによって、倍率可変検出光学系２０の倍率を変えるものである。ここで、対物レンズ４４０３は、対物レンズ２１の倍率とは違う倍率のレンズである。また、結像レンズ４４０４は対物レンズ４４０３に対応して設計されたレンズである。ところで、倍率可変検出光学系２０の倍率を変える場合は、まずレンズユニット４４０１を取り外し、代わりにレンズユニット４４０２を設置すれば良い。本実施例を用いた場合の利点は、対物レンズの検出Ｎ．Ａ．を変えることになるので、倍率を高くすると解像度も向上し、高感度な検査が可能となることである。
【００４８】
次に、ＮＤフィルタ２４は、光検出器２６で検出される光量を調整するためのものである。このＮＤフィルタ２４は、照明光学系部１０で照射光量を調整できる場合は、必ずしも必要ではないが、ＮＤフィルタ２４を用いることにより、検出光量の調整幅を大きくすることができ、様々な被検査対象に最適になるように光量を調整できる。例えば、レーザ光源１１で１Ｗから１００Ｗまで出力を調整でき、また、ＮＤフィルタとして、１００％透過フィルタ、１％透過フィルタを用意しておけば、１０ｍＷから１００Ｗまでの光量調整ができ、幅広い光量調整ができる。
【００４９】
次に、光学フィルタ２５は、例えば偏光素子である。偏光素子は、照明光学系部１０で偏光照明した際、回路パターンのエッジから生じる反射回折光による偏光成分を遮光し、異物から生じる反射回折光による偏光成分の一部分を透過するもので、本発明においては必ずしも必要としない。
【００５０】
次に、光検出器２６は、結像レンズ２５によって集光された反射回折光を受光し、光電変換するためのイメージセンサであり、例えば、ＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサやＴＤＩセンサやアンチブルーミングＴＤＩセンサやフォトマルである。
【００５１】
ここで、光検出器２６の選択方法しては、安価な検査装置にする場合にはＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサが良く、高感度に微弱な光を検出する場合は、例えば、０．１μｍ程度以下の極微小な異物を検出する場合は、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）機能を持ったセンサやフォトマルが良い。また、光検出器２６で受光する光のダイナミックレンジが大きい場合、つまり、センサが飽和するような光が入射する場合は、アンチブルーミング機能を付随したセンサが良い。
【００５２】
また、フォトマルを用いる場合、図７に示すように、フォトマルを一次元方向にならべたセンサを用いても良い。この場合、高感度な一次元センサとして用いることができるので、高感度な検査が可能となる。この時の構成としては、図７（ａ）に示すように、フォトマル５００１の結像レンズ２３側にマイクロレンズ５００２を取り付け、結像レンズ２３で集光される反射回折光を検出する構成にすれば良い。ここで、マイクロレンズ５００２は、フォトマル面と同等の範囲の光をフォトマル５００１に集光する機能を持つ。また、図７（ｂ）のように、マイクロレンズ５００２の下流に設置した治具５００３を介して光ファイバ５００４を取りつけ、さらに光ファイバ５００４の出力端にフォトマル５００１を取り付ける構成にしても良い。この場合、光ファイバの直径はフォトマルの直径よりも小さいため、図７（ａ）よりもセンサピッチを小さくできるため、分解能の高いセンサにすることができる。
【００５３】
次に、搬送系３０について説明する。ステージ３１、３２は試料設置台３４をｘｙ平面に移動させるためのステージであり、照明光学系１０の照明エリアに被検査対象基板１全面を移動させることができる機能を持つ。また、ステージ３３はｚステージであり、倍率可変検出光学系２０の光軸方向（ｚ方向）に試料設置台３４を移動させることができる機能を持つ。また、試料設置台３４は、ウェハ１を保持するとともに、被検査対象基板１を平面方向に回転させる機能を持つ。また、ステージコントローラ３５はステージ３１、３２、３３、試料設置台３４を制御する機能を持つ。
【００５４】
〔信号処理系４０〕
次に、信号処理系４０の内容について図８を用いて説明する。信号処理系４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部１３０２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３、上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号４１０と閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））４２０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３１０、該特徴量算出回路１３１０から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を分類する各種欠陥に分類する統合処理部１３０９、および結果表示部１３１１から構成される。異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、および検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎを備えて構成される。
【００５５】
特に、本発明においては、異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、特徴量算出回路１３１０、および統合処理部１３０９を特徴とする。
【００５６】
次に動作を説明する。まず光検出器２６で得られた信号をＡ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化する。この検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０をデータ記憶部１３０２に保存すると共に、閾値算出処理部１３０３に送る。閾値算出処理部１３０３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４２０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路１３０５、１３０６で処理された信号を基に、異物検出処理回路１３０７で異物を検出する。検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路１３０９で特徴量（例えば、高角度照明により得られた散乱光量、低角度照明により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部１３０９で統合し、結果表示部１３１１に検査結果を表示する。
【００５７】
以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部１３０２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。次に、閾値算出処理部１３０３について図９を用いて説明する。
【００５８】
図９は、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されている閾値算出処理部１３０３の一実施例を示した図である。閾値算出処理部１３０３は、参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る遅延回路部１４０１、検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）と参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）との差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）を算出する差分回路部１４０２、最大最小値除去部１４０３、差分信号の二乗値を算出する二乗値算出部１４０４、該二乗値の和を算出する二乗値の和の算出部１４０５、差分信号の和を算出する信号の和の算出部１４０６、入力信号数のカウント部１４０７、標準偏差を算出する標準偏差算出部１４０８、平均値を算出する平均値算出部１４０９、カウント部１４０７でカウントした入力信号数を基に係数（ｎ）を算出する係数算出部１４１０、閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４２０を算出する閾値算出部１４１１、データ記憶部１４１２で構成されている。
【００５９】
次に動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器１３０１で得られた検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）は、遅延回路部（遅延メモリ部）１４０１と差分回路部１４０２に入力され、差分回路部１４０２で差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）にする。（ｉ，ｊ）は、チップ比較の場合、チップ内の画素座標とする。ここで、遅延回路部１４０１は、ウェハ等の被検査対象基板上の回路パターンの繰返しピッチ分だけ信号を遅延させて参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る回路である。例えば、半導体ウェハでは、ウェハ上に同じ構造を持つチップが同一プロセスで複数個製造されている。従って、本発明の異物検査装置でウェハを検査すると、チップ毎に回路パターンが繰り返されるため、チップ毎に同様の回路パターン信号が得られる。この場合、遅延回路部１４０１はウェハ上の１チップ分の信号を遅延させる回路であれば良い。ただし、必ずしも１チップ分である必要はなく、検査対象に応じて、複数チップ単位で繰返しが存在するウェハに対しては、複数チップ分を遅延させれば良いし、ＤＲＡＭ製品等でチップ内に繰返しパターンが存在する場合は、その繰返し分だけ遅延させるようにしても良い。これらの信号遅延量は、ＣＰＵ等の命令により変更できるようにしておく。
【００６０】
次に、差分回路部１４０２で処理された差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）は、データ記憶部１４１２に格納され、最大最小値除去部１４０３を介して、差分信号ΔＳの二乗値（ΔＳ２）を算出する二乗値算出部１４０４、二乗値算出部１４０４から得られる差分信号の二乗値の和（ΣΔＳ２）を算出する二乗値の和の算出部１４０５、差分信号ΔＳの和（ΣΔＳ）を算出する和の算出部１４０６、入力信号数ｎのカウント部１４０７でそれぞれの値を算出する。ここで、最大最小値除去部１４０３は、複数個の入力データから最大値と最小値を求め、入力データ群から最大値と最小値を除く機能を持つ。また、二乗値とは入力データを二乗した値（ΔＳ２）で有り、また、信号和とは入力データの和（ΣΔＳ）を算出した値である。
【００６１】
以上の処理で算出した値を用いて、標準偏差値算出部１４０８で入力データの標準偏差値（σ（ΔＳ）＝√（ΣΔＳ２／ｎ−ΣΔＳ／ｎ））を算出し、平均値算出部１４０９で入力データの平均値（μ（ΔＳ）＝ΣΔＳ／ｎ）を算出する。さらに、係数算出部１４１０では、入力データ数ｎに対応した閾値を設定するための係数（倍率）ｋを算出する。
【００６２】
以上説明した値を用いて閾値算出部１４１１で閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４２０を算出する。閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））は、平均値算出部１４０９の算出値をμ（ΔＳ）、標準偏差値算出部１４０８の算出値をσ（ΔＳ）、係数算出部１４１０の算出値又は設定値をｋ、検証用の係数をｍ（ｍは１より小さいものとする。）とすると、次の（２）式を用いて算出される。
Ｔｈ（Ｈ）＝μ＋ｋ×σ 若しくは Ｔｈ（Ｌ）＝μ−ｋ×σ または
Ｔｈ（Ｈｍ）＝ｍ×（μ＋ｋ×σ） 若しくは Ｔｈ（Ｌｍ）＝ｍ×（μ−ｋ×σ） （２）
このように、閾値算出部１４１１で算出された閾値画像｛検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））、検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））｝をデータ記憶部１４１２に記憶させ、データ記憶部１４１２から閾値画像データとして出力してもよい。また、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから設定された領域毎に閾値画像データを変更してもよい。要するに、データ記憶部１４１２には、閾値マップを作成して記憶することが可能である。また、ある領域において検出感度を低くするには、その領域における閾値を高めれば良い。
【００６３】
次に、信号の画素マージ回路部１３０５、１３０６について図１０を用いて説明する。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０と、および閾値算出処理部１３０３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる差分閾値画像信号４２０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。ここで、画素マージ回路部１３０５ａ、１３０６ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｂ、１３０６ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｃ、１３０６ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部１３０５ｎ、１３０６ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号４１０、４２０をそのまま出力する。
【００６４】
閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００６５】
ここで、画素をマージする効果を説明する。本発明の異物検査装置では、必ずしも微小異物だけではなく、数μｍの範囲に広がった大きな薄膜状の異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないために、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。そこで、１画素平均の検出画像信号レベルをＳとし、平均のばらつきをσ／ｎとすると、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、検出画像信号レベルはｎ２×Ｓとなり、ばらつき（Ｎ）はｎ×σとなる。従って、ＳＮ比はｎ×Ｓ／σとなる。他方、薄膜状異物について１画素単位で検出しようとすると、検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるため、ＳＮ比は、Ｓ／σとなる。従って、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、ＳＮ比をｎ倍向上させることができる。
【００６６】
１画素単位程度の微小異物については、１画素単位で検出される検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるので、ＳＮ比はＳ／σとなる。仮に、１画素単位程度の微小異物についてｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすると、検出画像信号レベルはＳ／ｎ２となり、ばらつきはｎ×σとなるため、ＳＮ比はＳ／ｎ３／σとなる。従って、１画素単位程度の微小異物については、画素単位の信号そのままの方が、ＳＮ比として向上が図れる。
【００６７】
なお、本実施例では、マージの範囲を正方形（ｎ×ｎ画素）にした例で説明したが、マージの範囲を長方形（ｎ×ｍ画素）にしても良い。この場合、方向性のある異物の検出や、光検出器２６での検出画素が長方形であるが、信号処理は正方形画素で処理したい場合に有効である。
【００６８】
また、本実施例で説明したマージオペレータの機能は、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する実施例で説明したが、ｎ×ｎ画素の最大値や最小値、または中央値を出力しても良い。中央値を用いた場合は、安定した信号が得られる。さらに、出力値としてｎ×ｎ画素の平均値に特定の値を乗算または除算した値としても良い。
【００６９】
次に、図１１は異物検出処理回路１３０６の一実施例を示した図である。図１１においては、１×１画素をマージする画素マージ回路部１３０５ａおよび画素マージ回路部１３０６ａ並びにｎ×ｎ画素をマージする画素マージ回路部１３０５ｎおよび画素マージ回路部１３０６ｎについて示す。
【００７０】
そして、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎは、各マージオペレータに対応させて、マージ処理差分信号４７１ａ〜４７１ｎとマージ処理閾値信号４４１ａ〜４４１ｎとの大小を比較する比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎと、異物の検出場所を特定する検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎとで構成される。比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎには、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎから得られる画素マージされた検出画像信号について、図９に示すのと同様に、繰り返される例えばチップ分遅延させる遅延メモリ４５１ａ〜４５１ｎと、上記画素マージされた検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎと上記遅延メモリ４５１ａ〜４５１ｎによって遅延された画素マージされた参照画像信号との差分信号を形成する差分処理回路４６１ａ〜４６１ｎとが設けられている。従って、比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎは、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎの画素マージ回路Ｍ１〜Ｍ４から得られるマージ処理閾値画像Ｔｈ（Ｈ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｈｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌ）（ｉ，ｊ）とを比較する回路であり、例えば、マージ処理差分検出信号４７１ａ〜４７１ｎがマージ処理閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）よりも大きければ異物として判定する機能を持つ。本実施例では、閾値を４種類用意し、マージオペレータ毎に、マージ処理閾値画像１６０３、１６０４、１６０５、１６０６に対し、比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎで異物の判定処理を行う。
【００７１】
次に、検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎについて、図１２及び図１３を用いて説明する。検出場所判定処理は、信号処理によって検出された異物または欠陥が存在するチップの特定を行う処理である。本処理の考え方は、異物または欠陥を検出するための検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））と、該検出閾値よりも値の小さい閾値である検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））で検出した結果を用いて、異物または欠陥が検出されたチップを特定する。
【００７２】
処理の方法を説明する。図１２（ａ）はチップ１７０１、１７０２、１７０３のうち、中央のチップ１７０２に異物１７０４が存在する場合の信号を示している。信号１７０６は異物１７０４からの信号を示しており、凸形又は凹形の信号となる。これに対し、信号１７０５と信号１７０７は異物が存在しない部分、つまり、正常パターンからの信号である。
【００７３】
図１２（ｂ）は、チップ単位で差分処理した信号を示している。差分信号１７０８、１７０９はチップ１７０１、１７０２、１７０３で得られた信号の差分信号を表している。差分信号１７０８はチップ１７０２の信号１７０６「Ｂ」とチップ１７０１の信号１７０５「Ａ」との差分信号（Ｂ−Ａ）であり、差分信号１７０９はチップ１７０３の信号１７０７「Ｃ」とチップ１７０２の信号１７０６「Ｂ」との差分信号（Ｃ−Ｂ）である。さらに、検出閾値Ｔｈ（Ｈ）、検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）は凸形の差分信号を検出するための閾値であり、検出閾値Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ）は凹形の差分信号を検出するための閾値である。
【００７４】
図１２（ｂ）において、差分信号１７０８（Ｂ−Ａ）が正の場合、その値が閾値Ｔｈ（Ｈ）またはＴｈ（Ｈｍ）よりも大きい場合に異物または欠陥として検出し、また、差分信号１７０９（Ｃ−Ｂ）が負の場合、その値が閾値Ｔｈ（Ｌ）またはＴｈ（Ｌｍ）よりも小さい場合（差分値、閾値共に負の値のために符号付の値が小さい場合である。絶対値としては閾値よりも差分値の方が大きい）に異物または欠陥として検出するものとする。異物１７０４がチップ１７０２に存在する場合、差分信号１７０８（Ｂ−Ａ），１７０９（Ｃ−Ｂ）の両方または、どちらか一方の信号を異物として検出するので、差分信号１７０８、１７０９のどちらを検出してもチップ１７０２に信号Ｂとして異物があると判定しなければいけない。
【００７５】
そこで、異物または欠陥信号１７０６が凸形（信号量が正常部よりも大きい）の場合、図１２（ｃ）に示す真理値表から次に示す（３）式が成り立つため、（３）式が「真」の場合には、チップ１７０２に信号Ｂとして異物または欠陥が存在すると考えれば良い。なお、図１２（ｃ）および（３）式において、チップ１７０１の信号を「Ａ」、チップ１７０２の信号を「Ｂ」、チップ１７０３の信号を「Ｃ」としている。
【００７６】
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））｝ （３）
また、異物または欠陥信号１７０６が凹形（信号量が正常部よりも小さい）の場合には、図１２（ｂ）に示す信号波形と反転して信号１７０８が負信号となり、信号１７０９は正信号となる。従って、次に示す（４）式が「真」の場合には、チップ１７０２に信号Ｂとして異物または欠陥が存在すると考えれば良い。
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ））｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｌ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｈ））｝ （４）
次に、異物が存在するチップの隣にチップが存在しない場合、つまり、ウェハの最外周チップで異物を検出した場合の検出場所判定処理について説明する。即ち、検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎは、全体制御部（図示せず）から得られる最外周チップへいったときの制御信号を基に上記隣接チップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ｂ）｝から、次に説明する飛び越えた隣のチップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ａ）｝に切り替える。ここで、隣のチップとは、チップ比較する方向のチップであり、チップ比較時の差分処理を行う方向により、図１３と図１４とを用いて説明する。
【００７７】
まず、図１３（ａ）はチップ１９０１、１９０２、１９０３のうち、チップ１９０１に異物１９０４が存在する場合の信号を示している。信号１９０５は異物１９０４からの信号を示しており、凸形の信号となる。これに対し、信号１９０６と信号１９０７は異物が存在しない部分、つまり、正常パターンからの信号である。また、図１３（ｂ）に示す差分信号１９０８、１９０９はチップ１９０１、１９０２、１９０３で得られた信号の差分信号を表している。差分信号１９０８は、信号１９０６「Ｂ」と信号１９０５「Ａ」との差分信号（Ｂ−Ａ）である。また、差分信号１９０９は、信号１９０７「Ｃ」と信号１９０５「Ａ」との差分信号（Ｃ−Ａ）である。
【００７８】
この場合、異物１９０４がチップ１９０１に存在するのは図１３（ｃ）で示す表の場合である。従って、（５）式が「真」の場合には、チップ１９０１に信号Ａとして異物１９０４が存在すると考えれば良い。なお、図１３（ｃ）および（５）式において、チップ１９０１の信号を「Ａ」、チップ１９０２の信号を「Ｂ」、チップ１９０３の信号を「Ｃ」としている。
【００７９】
｛（（Ｂ−Ａ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））ＡＮＤ（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））｝ＡＮＤ｛（（Ｂ−Ａ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））ＯＲ（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））｝ （５）
同様に、図１３（ａ）においてチップ１９０１に凹形の欠陥（信号量が正常部よりも小さい異物または欠陥）が存在する場合は、（６）式を適用すれば良い。
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）｝ （６）
さらに、図１４（ａ）はチップ２００１、２００２、２００３のうち、チップ２００３に異物２００４が存在し、かつ、チップ２００３の右側のチップがない場合を示している。信号２００７は異物２００４からの信号を示しており、凸形の信号である。これに対し、信号２００５と信号２００６は異物が存在しない部分、つまり、正常パターンからの信号である。また、図１４（ｂ）に示す差分信号２００８、２００９はチップ２００１、２００２、２００３で得られた信号の差分信号を表している。差分信号２００８は、信号２００７と信号２００５との差分信号（Ｃ−Ａ）であり、差分信号２００９は信号２００７と信号２００６との差分信号（Ｃ−Ｂ）である。
【００８０】
この場合、異物２００４がチップ２００３に存在するのは図１４（ｃ）で示す表の場合である。従って、（７）式が「真」の場合には、チップ２００３に信号Ｃとして異物２００４が存在すると考えれば良い。なお、図１４（ｃ）および（７）式において、チップ２００１の信号を「Ａ」、チップ２００２の信号を「Ｂ」、チップ２００３の信号を「Ｃ」としている。
【００８１】
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｃ−Ｂ）の差分信号）｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｃ−Ｂ）の差分信号）｝ （７）
同様に、図１４（ａ）においてチップ２００３に凹形の欠陥（信号量が正常部よりも小さい異物または欠陥）が存在する場合は、（８）式を適用すれば良い。
｛（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））ＡＮＤ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））｝ＡＮＤ｛（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））ＯＲ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））｝ （８）
以上説明したように、検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎは、各種マージオペレータに対応させて異物又は欠陥の存在するチップを特定してその位置座標（ｉ，ｊ）を算出できることになる。
【００８２】
次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部１４１１から得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。
【００８３】
ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。
【００８４】
閾値を変える領域について図１５で説明する。図１５（ａ）はウェハ１の中心２１０１から等距離の領域２１０２、２１０３、２１０４、２１０５毎に閾値設定を変える場合を示している。これは、ウェハ１の中心２１０１から等距離の領域でのプロセス状態が近い場合に用いる。例えば、酸化膜のような粘性のある膜をウェハ１に塗布する場合、中心２１０１を回転中心としてウェハ１を回転させて膜を広げていく。この時、ウェハ１の回転中心から等距離の場所に塗布される膜厚はほぼ同じになるので、膜厚の変化による異物の誤検出を低減するためには、中心２１０１からの距離に連動させた閾値が有効となる。
【００８５】
また、図１５（ｂ）はウェハ１に製造されているチップ２１０６毎に閾値設定を変える場合を示している。これは、半導体デバイス製造時に、テスト用チップを作りこんだウェハや、チップ単位で検出感度を変えたいときに有効である。例えば、ウェハ１にテスト用チップを作りこむ場合、そのチップは製品にはならないため検査の必要性は低いが、テスト用チップは回路パターンが製品チップと違うために、チップ比較時には正常な回路パターンが誤検出され、結果的に異物が大量発生した場合との区別がつかなくなる。そこで、テスト用チップの検出感度を低くしたり、検査からテスト用チップを除く場合にチップ単位で閾値設定を変える。
【００８６】
さらに、図１５（ｃ）はチップ内の特定領域２１０７で閾値設定を変える場合を示している。これは、チップ内に検査不要な領域が存在する場合、例えば、ダイシングエリア等のように歩留りにあまり関与しない領域で検出した異物情報を除く場合や、チップ内の領域毎に検出感度を変えて、上述したような重要異物を抽出したい場合に用いると良い。
領域の設定方法の一実施例を図１６に示す。図１６は、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎにおけるウェハ中心から一定距離の領域の閾値を設定する画面を示す図である。図１６（ａ）は検査対象ウェハのレイアウト２２０１と領域設定ボタン２２０２、感度設定ボタン２２０３から構成されている。
【００８７】
まず、閾値を設定する領域を選択するために、領域設定ボタン２２０２が押されると図１６（ｂ）のような別画面を出す。この画面には、ウェハ中心からの設定距離を入力するための入力場所２２０４を設けておき、ウェハ中心からの半径等を入力する。例えば、ウェハ半径の１／２の値を入力した例を図１６（ｃ）に示す。図１６（ｃ）は、入力場所２２０４に設定された設定領域２２０５を明示した例である。ここで、明示の方法は、ウェハのレイアウト２２０１と設定領域２２０５の区別ができれば良く、設定領域２２０５の模様や色を変えて表示すれば良い。
【００８８】
次に、設定領域２２０５の感度を設定するために、感度設定ボタン２２０３が押されると図１６（ｄ）のような別画面を出す。この画面には、感度選択ボタン２２０６、２２０７、２２０８を用意しておく。ここで、感度選択ボタン２２０６は高感度に検査するモードを選択する場合のボタンであり、感度選択ボタン２２０７は中感度の検査を、感度選択ボタン２２０８は低感度で検査を行う場合のボタンである。なお、図１６（ｄ）は、高感度に検査するモードが選択されている例を示している。設定領域２２０５の感度を変えるためには、感度選択ボタン２２０６、２２０７、２２０８の何れかを選択すれば良い。
【００８９】
以上の手順で設定された内容は、検査領域処理部１３０８または全体制御部５０において、検査条件ファイルとして保存される。全体制御部５０の場合、検査条件ファイルを記憶部５３に保存してもよい。そして、検査条件ファイルとして保存された設定領域毎の感度は、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部１４１１にフィードバックされてデータ記憶部１４１２に閾値マップとして記憶される。その結果、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎにおいて、検査時には、設定領域２２０５は図１６（ｄ）で設定された検出感度で検査を行い、それ以外の領域は、通常感度で検査を行う。ここで、感度変更方法としては、信号処理系４０に設定する閾値を変えれば良い。例えば、高感度検査モードでは通常設定される閾値を設定し、中感度検査モードでは高感度検査モード時に設定した閾値の２倍の値を中間度検査モードの閾値として設定し、低感度検査モードでは高感度検査モード時に設定した閾値の４倍の値を低感度検査モードの閾値として設定すれば良い。
なお、以上述べた方法では、各設定を別画面で行う実施例で説明したが、必ずしも別画面である必要は無く、同一画面で設定できるようにしても良い。
【００９０】
次に、統合処理部１３０９およびその検査結果表示部１３１１について説明する。統合処理部１３０９では、画素マージ回路１３０５、１３０６で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路１３１０で算出した特徴量と異物検出結果を統合し、結果表示部１３１１に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。
【００９１】
まず、特徴量算出回路１３１０について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路１３１０は、前記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明及び低角度照明によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウェハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。
【００９２】
以上述べた信号処理を経て異物を検出した後、検査結果表示部１３１１での実施例について説明する。図１７はウェハ上の異物の位置情報を示す検査マップ２３０１と検査情報２３０２で構成されており、検査情報２３０２は、検査日とウェハの品種名、工程名、ウェハＩＤと検出個数を表示した実施例である。これにより、ウェハ上での異物の発生状況が一目でわかる。
【００９３】
なお、検出結果を出力する手段としては、ＣＲＴ等のディスプレイに表示しても良いし、ハードコピーとして印刷しても良い。また、検査結果を保存する方法としては、ハードディスク、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体、ＬＳＩメモリ、ＬＳＩメモリカード等に記録すれば良い。
【００９４】
次に、統合処理部１３０９でのＤＦＣの実施例について説明する。
即ち、統合処理部１３０９は、各種画素マージされた異物検出信号が入力されているので、図１８に示すように、異物を、「大異物」、「微小異物」、「高さの低い異物」として分類することが可能となる。図１８は、分類基準と分類結果の関係を示した表である。図１８は１×１画素でマージ処理された検出結果と５×５画素でマージ処理された検出結果を用いた例である。即ち、異物検出処理回路１３０７ａ、１３０７ｃからは、信号処理回路により１×１画素での検査結果と５×５画素での検査結果が得られる。これらの結果を用いて、図１８に従って分類を行う。つまり、ある異物が１×１画素でも５×５画素でも検出した場合は「大異物」として分類する。また、１×１画素では検出したが、５×５画素では検出しなかった場合は「微小異物」、さらに１×１画素では検出しなかったが、５×５画素では検出した場合は「高さの低い異物」として分類する。
【００９５】
図１９は、上記分類結果を含んだ検査結果の表示の実施例を示す。上記検査結果の表示は、検出場所判定処理部１６０２ａ、１６０２ｃから得られる異物の位置情報２５０１、統合処理部１３０９から得られる分類結果のカテゴリ情報２５０２およびカテゴリ毎の異物数２５０３で構成される。本実施例は、異物の位置情報２５０１で異物の位置を示すと共に、表示記号により分類カテゴリも併せて表示した例である。また、各記号の分類カテゴリの内容は、分類結果カテゴリ情報２５０２に示している。また、カテゴリ毎の異物数２５０３は各カテゴリに分類された個数を表している。このようにカテゴリ毎に表示を変えることによって、各異物の分布が一目でわかるという利点がある。
【００９６】
次に、本発明に係る異物のサイズ測定方法の実施例について説明する。本方法は、異物サイズと光検出器２６で検出される光量には比例関係があることを利用した方法である。つまり、特に異物が小さい場合、Ｍｉｅの散乱理論に従い、検出光量Ｄは異物サイズＧの６乗に比例するという関係がある。従って、特徴量算出回路１３１０は、検出光量Ｄ、異物サイズＧ、および比例係数εを基に、次に示す（９）式で異物サイズを測定し、統合処理部１３０９に提供することができる。
【００９７】
Ｇ＝ε×Ｄ（１／６） （９）
なお、比例係数εは、予め、サイズが既知の異物からの検出光量から求めておいて入力しておけば良い。
【００９８】
次に、検出光量Ｄの算出方法の一実施例を図２０を用いて説明する。図２０（ａ）は、異物検出処理回路１３０７で検出される微小異物についてのデータ記憶部１３０２から得られる微小異物のデジタル画像信号（光検出器２６の信号をＡ／Ｄ変換した画像信号）を基に作成した微小異物部の画像である。微小異物部２６０１が微小異物の信号を示している。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の微小異物部２６０１とその近傍画素のＡ／Ｄ変換値（画素毎の濃淡値）を示している。本例は、８ｂｉｔでＡ／Ｄ変換した例であり、異物信号部２６０２が微小異物からの検出信号を示している。ここで、異物信号部２６０２の中央部の「２５５」はアナログ信号が飽和していることを示しており、異物信号部２６０２以外の「０」の部分は微小異物以外からの信号を示している。微小異物の検出光量Ｄの算出方法としては、図２０（ｂ）に示す異物信号部２６０２の各画素値の和を計算する。例えば、図２０（ｂ）の例では、微小異物２６０１の検出光量Ｄは、各画素値の和である「８０５」となる。
【００９９】
次に、検出光量Ｄの算出方法の他の実施例について説明する。本実施例の考え方は、図２０（ｂ）における異物信号部２６０２の飽和部をガウス分布近似で補正し、検出光量の算出精度を向上することにある。補正方法について、図２１を用いて説明する。図２１はガウス分布を３次元的に表現した図である。図２１は、ｙ＝ｙ０で信号が飽和した場合を示しており、以下で説明する方法は、図２１におけるｙ＝ｙ０より下の部分、つまり、Ｖ３の部分の検出光量が得られた場合に、ガウス分布全体の検出光量を算出する方法である。まず、図２１のガウス分布全体の体積をＶ１、ｙ＝ｙ０より上の部分の体積をＶ２、ｙ＝ｙ０より下の部分の体積をＶ３とする。また、図２１のガウス分布のｘ軸で断面形状が次の（１０）式で得られるものとする。
ｙ＝ｅｘｐ（−ｘ２／２／σ２） （１０）
この時、Ｖ１はｙ軸周りに積分することにより、次の（１１）式で表される。
Ｖ１＝２×π×σ２ （１１）
さらに、Ｖ２は、次の（１２）式で表される。
Ｖ２＝２×π×σ２（ｙ０×ｌｏｇ（ｙ０）＋１−ｙ０） （１２）
なお、上記の式における「ｌｏｇ」は自然対数を計算することを示している。
ここで、体積比Ｖ１／Ｖ３をＣＣと書きなおすと、ＣＣは次の（１３）式で計算できるので、上記（１１）式および（１２）式から、次の（１４）式で算出される。
ＣＣ＝Ｖ１／（Ｖ１−Ｖ２） （１３）
ＣＣ＝１／（ｙ０×（１−ｌｏｇ（ｙ０））） （１４）
ここで、飽和部の信号幅をＳＷとすると、次の（１５）式であるので、ＣＣは次の（１６）式で表すことができる。
ｙ０＝ｅｘｐ（−ＳＷ２／２／σ２） （１５）
ＣＣ＝ｅｘｐ（ＳＷ２／２／σ２）／（１＋ＳＷ２／２／σ２） （１６）
従って、図２０（ｂ）に示すように得られた検出光量がＶ３であった場合、ガウス分布全体の体積Ｖ１は、次の（１７）式で算出でき、Ｖ１を補正後の検出光量Ｄとするれば良い。なお、飽和部の信号幅ＳＷを算出する必要がある。
Ｖ１＝Ｖ３×ｅｘｐ（ＳＷ２／２／σ２）／（１＋ＳＷ２／２／σ２）（１７）
以上、検出光量Ｄの算出方法について説明したが、倍率可変検出光学系２０の視野が広い場合、視野内のレンズ歪みにより誤差が生じる場合がある。この場合は、視野内のレンズ歪みに応じた補正を加えても良い。
【０１００】
図２２は、上記測定された微小異物サイズを含んだ検査結果の表示の実施例を示す。上記検査結果の表示は、検出場所判定処理部１６０２から得られる異物の位置情報２７０１と、統合処理部１３０９から得られる異物サイズのヒストグラム２７０２から構成される。本実施例では、異物の位置情報２７０１には異物位置と共に、表示記号の大きさを変えて異物の大まかなサイズを示した例である。また、ヒストグラム２７０２では、検出した異物の大きさを棒グラフで表した例である。このようにヒストグラム表示することにより、ウェハ上に発生した異物のサイズ分布を即座に知ることができるという利点がある。
【０１０１】
なお、本実施例では、検出光量として異物信号部２６０２の信号和の値を用いたが、必ずしも信号和である必要はなく、異物信号部２６０２の最大値でも良い。利点としては、最大値を用いた場合は電気回路規模を小さくできることであり、信号和を用いた場合は信号のサンプリング誤差を低減でき、安定した結果が得られることである。
なお、図１５〜図１７、図１９、図２２に示す画面は、全体制御部５０に設けられた表示手段５２に表示させてもよい。
【０１０２】
次に、統合処理部１３０９で行う異物又は欠陥の分類の他の実施例を図２３及び図２４を用いて説明する。図２３は、統合処理部１３０９が検査を２回行った結果を基に異物を分類するシーケンスを示している。
【０１０３】
まず、第１の検査条件にてウェハ１を検査する（Ｓ２２１）。第１の検査で、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２２）。次に、第１の検査条件とは違う第２の検査条件にてウェハ１を検査し（Ｓ２２３）、第２の検査で、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２４）。この時、第２の検査条件としては、たとえば、第１の検査条件がウェハ表面に近い角度から照明光を照射した場合（低角度照明の場合）は、第２の検査条件としては、ウェハ面の法線に近い角度から照明光を照射する条件（高角度照明条件）を選択すると良い。
【０１０４】
次に、前記得られた第１の検査結果の座標データと、前記得られた第２の検査結果の座標データを比較し（Ｓ２２５）、座標が近い異物を同一物と見なし、それぞれの特徴量から分類を行う（Ｓ２２６）。ここで、座標データが近いことを判断する方法の一実施例としては、第１の検査結果から得られる座標データをｘ１およびｙ１、第２の検査結果から得られる座標データをｘ２およびｙ２、比較半径をｒとすると、次の（１８）式に当てはまるデータを同一物と判断すれば良い。
（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２＜ｒ２ （１８）
ここでｒは０または、装置に付随する誤差分を考慮した値にすれば良い。測定方法としては、例えば、数点の異物の座標データで（１８）式の左辺の値を計算し、その平均値と標準偏差値から、（１９）式で算出した値をｒに設定すれば良い。
ｒ２＝平均値＋３×標準偏差 （１９）
さらに、同一物と見なした異物情報から異物を分類する方法を図２４を用いて説明する。図２４は横軸に前記第１の検査（低角度照明）で得られた特徴量である散乱光量（Ｄｌ）を設定し、縦軸には前記第２の検査（高角度照明）で得られた特徴量である散乱光量（Ｄｈ）を設定したグラフである。図２４において、点３５０１は前記同一物と見なした異物の各特徴量に応じてプロットした点である。本実施例では、１点が１個の異物を示している。また、分類線３５０２は検査において検出した異物を分類するための分類曲線である。図２４は分類線３５０２によって、２つの領域、つまり、領域３５０３と領域３５０４に分割した例である。分類方法としては、図２４において、前記検出された異物が領域３５０３にプロットされる場合は「大異物」として分類し、領域３５０４にプロットされる場合は、「小異物」として分類する。
【０１０５】
ここで、分類線３５０２は、事前に決めておく必要がある。事前に決める方法としては、予め大異物か小異物か分かっている検出物を図２４のグラフに数点プロットして、前記検出物を正しく分けられるように分類線３５０２を設定すれば良い。または、異物から得られる特徴量をシミュレーションで計算し、その結果から分類線３５０２を設定しても良い。
なお、本実施例では、２回検査を行う例を説明したが、特徴量の種類（例えば検出画素数：欠陥の面積Ｑに相当する）を増やした方が分類性能の向上が図れる場合は、３回以上検査を行って異物の特徴量（検出画素数）を取得しても良い。
【０１０６】
次に、検査結果統合処理部１３０９で行う異物又は欠陥の分類の更に他の実施例を図２５を用いて説明する。図２５は１回検査を行い、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いて分類する実施例のシーケンスを示している。
【０１０７】
まず、第１の光学条件でウェハ１に対して検査を行い（Ｓ２４１）、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量も保存しておく（Ｓ２４２）。次に、本発明の異物検査装置の光学条件を変える。これは、例えば、照明光学系の照射角度や照明方向である。また、検出光学系の倍率を変えても良く、光学フィルタを変えても良い。以上のような変更を加えた条件を第２の光学条件とする。
【０１０８】
光学条件を第２の光学条件に変更した後、前記保存しておいた異物の座標の位置に搬送系３０でウェハ１を動かし、第２の光学条件で、光検出器２６で検出してＡ／Ｄ変換して得られる検出画像信号を基に特徴量算出回路１３１０において異物の特徴量を算出する（Ｓ２４３）。さらに、第３の光学条件で特徴量を算出する場合も同様に行う（Ｓ２４４）。この時、第１の光学条件、第２の光学条件、第３の光学条件はそれぞれ違う条件であることが望ましい。
【０１０９】
分類方法の考え方を図２６で説明する。図２６は３種類の特徴量を３軸に設定した特徴量空間である。３軸の内容としては、例えば、特徴量１が第１の光学条件（例えば高角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｈ））であり、特徴量２が第２の光学条件（例えば低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｌ））、また、特徴量３が第３の光学条件（例えば第１の光学条件である高角度照明および第２の光学条件である低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば検出画素数：欠陥の平面的な面積Ｑ）である。この特徴量空間において、（分類カテゴリ数−１）個の分類境界を設定する。図２６は、３種類の特徴量から３種類の分類を行う例であるので、分類境界は２個以上あれば良い。
【０１１０】
特に、３種類の特徴量として、高角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｈ）、低角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｌ）、上記高角度照明時における欠陥の検出画素数および上記低角度照明時における欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも、３つのカテゴリ（異物欠陥、キズ欠陥、回路パターン欠陥）に分類することが可能となる。しかも、特徴量として、欠陥の検出画素数（欠陥の平面的な面積Ｑ）をとっているので、図２４に示すように、異物欠陥のカテゴリを大異物と小異物とに分類することも可能となる。
【０１１１】
また、３つの特徴量として、高結像倍率における欠陥からの散乱光量、低結像倍率における欠陥からの散乱光量、欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも大異物欠陥のカテゴリと小異物欠陥のカテゴリとに容易に分類することが可能となる。
【０１１２】
さて、図２６は、分類境界４５０１、４５０２を設定した例である。分類方法としては、まず、上述の３つの特徴量を図２６の特徴量空間にプロットする（図２５に示すＳ２４５）。そして、分類境界４５０１，４５０２によって分けられた領域に属する異物を、それぞれカテゴリ（例えば異物欠陥）ａ、カテゴリ（例えばキズ欠陥）ｂ、カテゴリ（例えば回路パターン欠陥）ｃとして分類する（図２５に示すＳ２４６）。図２６では、３０個程度の欠陥を、カテゴリａ、カテゴリｂ、カテゴリｃに分類し、それぞれのカテゴリに分類された欠陥の表示記号を変えた例である。つまり、カテゴリａに分類されたもの（例えば異物欠陥）は「○」、カテゴリｂに分類されたもの（例えばキズ欠陥）は「▲」、カテゴリｃに分類されたもの（例えば回路パターン欠陥）は「×」で表示している。
【０１１３】
次に、分類境界の設定方法について図２７で説明する。図２７は３種類の特徴量をそれぞれ１軸に設定した２次元特徴量空間である。特徴量空間４６０１は特徴量１と特徴量２の関係から分類するためのグラフであり、特徴量空間４６０２、４６０３はそれぞれ、特徴量１と特徴量３、特徴量２と特徴量３の関係から分類するためのグラフである。
【０１１４】
分類境界の設定方法としては、まず、分類カテゴリが既知である異物の特徴量を特徴量空間４６０１，４６０２，４６０３にプロットする。ここで、特徴量空間にプロットするときは、カテゴリ毎に表示記号等を変えて、カテゴリの違いを表現する。例えば、図２７では、カテゴリａは「○」、カテゴリｂは「▲」、カテゴリｃは「×」で表示した例である。
【０１１５】
次に、各特徴量空間４６０１、４６０２、４６０３において、カテゴリを分けることができる部分に分類境界４６０４、４６０５，４６０６を設定する。ここで、複数のカテゴリが重なっている場合は、分類境界を設定する必要はない。例えば、特徴量空間４６０１において、カテゴリａは他のカテゴリｂ，ｃから離れた位置に分布しているため、カテゴリａと他のカテゴリｂ，ｃとを分類するために分類境界４６０４を設定するが、カテゴリｂとカテゴリｃとは分布が重なっているので、必ずしも分類境界を設定する必要はない。異物の分類時には、この特徴量空間４６０１を用いて、カテゴリａか他のカテゴリかを分類する。同様に、特徴量空間４６０２，４６０３においても分類境界４６０５，４６０６を設定し、異物の分類時に前記分類境界を用いる。
【０１１６】
以上、分類境界の設定方法について説明した。本例では、分類境界として、２個の領域に分ける場合で説明したが、３個以上のカテゴリの分布が明確に分かれている場合は、複数の領域に分けるために分類境界を複数個設定しても良い。また、分類境界は直線で設定しても良いし、曲線で設定しても良い。また、分類領域の設定は、ユーザが手動で設定しても良いし、自動で算出して設定しても良い。手動で設定する場合は、ユーザが任意に決めることができる利点があり、自動で設定する場合は、人による設定誤差が低減できる。ここで、自動で設定する方法としては、例えば、１個の特徴量空間において、各カテゴリ分布の重心を算出し、重心間を結んだ直線の垂直二等分線を分類境界にすれば良い。また、各特徴量空間に各カテゴリの分離率を一緒に表示しても良い。
【０１１７】
分離率を表示した例を図２８に示す。図２８において、表示４７０１が分離率の表示である。ここで、分離率とは、例えば、分離境界によって分離された領域内に同一カテゴリの異物がどの程度含まれているかを表示すれば良い。分離率を表示することの利点は、ユーザが分離性能を容易に把握できることである。
なお、本実施例では、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いた場合について説明したが、必ずしも３種類に限定する必要はなく、複数種類の光学条件で特徴量を算出する場合や１種類の光学条件で複数の特徴量を取得できる場合に用いることができる。
【０１１８】
次に、全体制御部５０が例えば表示手段５２に表示する信号処理系４０から得られる検査結果の表示に関する別の実施例について説明する。
図２９は、検出した異物または欠陥の位置情報３８０１と、異物または欠陥の検出個数３８０２、検出した異物または欠陥サイズのヒストグラム３８０３で構成されている。なお、本実施例では欠陥としてキズを検出した場合を示している。
【０１１９】
詳細には、位置情報３８０１はウェハ上での異物またはキズの位置を示している。なお、本実施例では異物を○で、キズを▲で表示した例を示している。また、検出個数３８０２は異物またはキズの検出個数である。さらに、グラフ３８０３は異物またはキズの検出個数とサイズのヒストグラムである。本発明の欠陥検査装置での検出物をこのように表示することにより、異物または欠陥の分布が一目でわかる。
【０１２０】
図３０は、検出物（異物又は欠陥）の検出位置を示した検査マップ３９０１、検出物のサイズのヒストグラム３９０２、異物のレビュー像３９０３で構成されている。本実施例では、検査マップ３９０１とヒストグラム３９０２については、検出した検出物の全数または一部を表示した例である。また、レビュー像３９０３は検出物のサイズ毎にサンプリングし、その検出物のレビュー像を表示する例であり、本実施例では０．１μｍ以上１μｍ未満の異物のレビュー像を６個、１μｍ以上の異物のレビュー像を６個表示した場合を示している。
【０１２１】
ここで、レビュー像３９０３は検出器２６が検出する異物からの反射回折光で得られる像でも良いし、後述する白色光源を用いた光学顕微鏡または白色光源を用いたレビュー装置による像でも良い。レーザ光による像を表示する場合、画像を検査中に記憶装置５３、１３０２等に残しておけば、検査直後に表示ができ、検出物の確認を迅速に行うことができる利点がある。また、光学顕微鏡による像を表示する場合は、前記サンプリングされた検出物の座標を基に、検査後に観察画像を取れば良く、レーザ光による像に比べて鮮明な像が得られる。特に、１μｍ未満の異物または欠陥を観察する場合は、光源に紫外線を用いた、解像度の高い顕微鏡が望ましい。
【０１２２】
また、前記レビュー像３９０３で表示した検出物の位置を検査マップ３９０１上に併せて表示しても良く、レビュー像３９０３には検出物の検出番号を併せて表示しても良い。また、本形態では、表示するレビュー像が６個ずつの場合で説明したが、６個に限定する必要は無く、検出した異物または欠陥を全数表示しても良いし、検出個数に対し、一定割合の個数分だけ表示しても良い。
【０１２３】
図３１は、検出物を異物とキズとに分類して表示し、分類の正解率も併せて表示した例である。図３１は、分類された各カテゴリの検出個数４００１、検出物の検出位置を示した検査マップ４００２、検出物の確認画面４００３で構成されており、検出物の確認画面４００３は、さらに、本発明の欠陥検査装置で異物に分類された検出物の確認画面部４００４とキズに分類された検出物の確認画面部４００５、分類正解率表示部４００６から構成されている。確認画面部４００４と４００５は、さらに、検出物の観察画面４００７と分類正解判定部４００８から構成されている。
【０１２４】
本実施例では検出物を２つのカテゴリに分類した例であり、検査マップ４００２において、記号「１」を異物、記号「２」をキズとして表示している。
【０１２５】
次に、分類正解率の算出方法を説明する。まず、本発明の欠陥検査装置で検査した後、観察画面部４００４、４００５にそれぞれ検出物４００７が表示される。この時、観察画面部４００４と４００５のどちらに表示するかは、本発明の欠陥検査装置で分類した結果に基づいて表示する。次に、本発明の欠陥検査装置のユーザは、それぞれの観察画面４００７に付随している分類正解判定部４００８にユーザが判断したカテゴリを入力する。本例では、入力方法として、ユーザが判断したカテゴリのチェックボックスにチェックする場合を示しており、異物の確認画面部４００４では、５／６が異物（カテゴリ「１」）としてチェックされ、１／６がキズ（カテゴリ「２」）としてチェックされている例である。また、キズの確認画面部４００５では、全てキズ（カテゴリ「２」）として判断されている例である。
【０１２６】
以上のチェックが為されたあと、分類正解率表示部４００６に正解率が表示される。この値は、例えば、本発明の欠陥検査装置での分類結果とユーザの分類結果とが一致した率を表示する。この後、本発明の欠陥検査装置での分類結果とユーザの分類結果とが一致しなかった検出物については、該検出物の特徴量を用いて、分類精度を向上させるために、分類条件を更新しても良い。
【０１２７】
〔全体制御部５０〕
次に、全体制御部５０などにおいて実行される検査条件（検査レシピ）設定等について図３２〜図３４を用いて説明する。図３２は、検査条件（検査レシピ）を設定するためのフローを示す図である。まず、全体制御部５０において検査実行前に行われる検査条件（検査レシピ）の設定は、被検査対象に合わせるチップレイアウト設定（Ｓ２１１）と、被検査対象の回転合わせ（Ｓ２１２）と、検査領域設定（Ｓ２１３）と、光学条件設定（Ｓ２１４）と、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）と、検出光量設定（Ｓ２１６）と、信号処理条件設定（Ｓ２１７）とで構成される。なお、Ｓ２１８は、実際の検査の実行である。
【０１２８】
次に、全体制御部５０が実行する各設定について説明する。まず、チップレイアウト設定（Ｓ２１１）は、全体制御部５０において、ＣＡＤ情報等により、信号処理系４０などに対してチップサイズやウェハ上のチップの有無を設定することである。このチップサイズは、比較処理を行う距離であるため設定が必要である。次に、回転合わせ設定（Ｓ２１２）は、全体制御部５０が搬送系３０に対して制御する、ステージに載置されたウェハ１上のチップの並び方向と光検出器２６の画素方向とを平行にする、つまり、回転ずれをほぼ「０」にするためにウェハ１を回転させるための設定である。この回転合わせを行うことにより、ウェハ１上の繰返しパターンが一軸方向に並ぶため、チップ比較信号処理を容易に行うことができる。次に、検査領域設定（Ｓ２１３）は、全体制御部５０が信号処理系２０に対して制御する、ウェハ上の検査を行う場所の設定や、検査領域における検出感度の設定を行うことである。この検査領域設定（Ｓ２１３）を行うことにより、ウェハ上の各領域を最適な感度で検査することができる。設定方法は図１５の説明で述べた通りである。
【０１２９】
次に、光学条件設定（Ｓ２１４）は、全体制御部５０が照明光学系１０や倍率可変検出光学系２０に対して制御する、ウェハに照射する照明光の方向や角度を選択したり、倍率可変検出光学系２０の倍率を選択することである。選択方法としては、例えば、図３３に示すような光学条件設定ウィンドウで設定すれば良い。該光学条件設定画面は、照明光学系の照明方向条件３００１と照明光学系の照明角度条件３００２と検出光学系条件３００３で構成されている。図３３では、照明方向条件３００１として２種類、照明角度条件３００２として３種類、さらに、検出光学系条件３００３は２種類の選択を行えるようにした例である。本異物検査装置のユーザは、条件３００１、３００２、３００３の内容を見て、適切な条件を選択すればよい。例えば、被検査対象１が金属膜デポジション工程のウェハで、表面の異物を高感度に検査したいならば、照明方向条件３００１の条件の「デポ工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「高感度検査」を選択すれば良く、これらの選択を行った例が図３３である。
【０１３０】
次に、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）は、全体制御部５０が検出光学系２０等に対して制御する、図１に示す空間フィルタ２２や偏光素子等の光学フィルタ２５を設定することである。この空間フィルタ２２は、ウェハに製作された繰返しパターンからの反射回折光を遮光するためのフィルタであるので、繰返しパターンが存在するウェハに対しては設定した方が良いが、繰返しパターンが無いウェハに対しては設定する必要はない。また、偏光素子２５は配線パターンのエッジが直角に近い状況でエッチングされている場合に用いると効果的である。
【０１３１】
次に、検出光量設定（Ｓ２１６）は、全体制御部５０が照明光学系１０又は倍率可変検出光学系２０に対して制御する、光検出器２６に入射する光量を調整する工程である。ウェハに製作された回路パターンからの反射散乱光は、そのパターン形状により散乱される成分が変わる。具体的には、ウェハ表面が平らな場合は、散乱光はあまり発生せず、ほとんどが正反射光となる。それに対し、ウェハ表面の凸凹が大きい場合は、散乱光が多く発生する。従って、回路パターンからの反射散乱光はウェハ表面の状態、つまり、デバイス製造工程によって変わるわけである。しかしながら、光検出器２６のダイナミックレンジが存在するため、このダイナミックレンジに合わせた光量を入射するように調整するのが望ましい。例えば、ウェハの回路パターンからの反射散乱光量が光検出器２６のダイナミックレンジの１／１０程度になるように調整するのが望ましい。ここで、光検出器２６へ入射する光量の調整方法としては、レーザ光源１１の出力光量を調整しても良いし、ＮＤフィルタ２４で調整しても良い。
【０１３２】
次に、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は、全体制御部５０が信号処理系４０に対して制御する、異物の検出条件の設定を行うことである。
以上の設定が終了した後、検査工程（Ｓ２１８）で検査を行えば、ユーザが所望の条件で検査を行うことができる。
ただし、本実施例で説明した内容を設定する方法としては、例えば、被検査対象の設計情報から人手で入力しても良いし、本発明の異物検査装置に付属の入力アシスト機能を用いて入力しても良く、また、上位システムからネットワークを介して情報を取得しても良い。
【０１３３】
さらに、上述した設定のうち、検査領域設定（Ｓ２１３）、光学条件設定（Ｓ２１４）、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）、検出光量設定（Ｓ２１６）、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は必ずしも被検査対象によっては変更する必要はなく、被検査対象に依らず一定値でも良い。一定値にした場合、検査条件を設定する時間を短縮することができるが、高感度にするためには、各条件をチューニングするのが望ましい。また、検査領域設定（Ｓ２１３）は必ずしも光学条件設定（Ｓ２１４）の前に行う必要はなく、検査工程（Ｓ２１８）の前までに設定すれば良い。
【０１３４】
以上説明した内容を設定する画面の例を図３４に示す。図３４は、条件設定シーケンス４３０１、各設定内容の詳細条件４３０２、設定内容表示変更ボタン４３０３、ヘルプボタン４３０４で構成されている。
次に詳細について説明する。まず、条件設定シーケンス４３０１は、本発明の異物検査装置における検査条件の設定の流れを示している。ユーザは条件設定シーケンス４３０１の「チップレイアウト設定」から順に条件を設定すれば良い。
【０１３５】
条件設定シーケンス４３０１の特徴は、条件設定の流れを矢印４３０５で示すことにより、ユーザが設定順序を間違えることなく、最短の順序で設定できるようにしていることである。また、別の特徴として、必ず設定すべき項目と必ずしも設定する必要の無い項目、つまり、既定値で良い項目に分けていることである。表示を分けることにより、最小限の設定項目が分かり、ユーザがすぐ検査結果が必要な場合は、設定必須項目のみ設定して検査すれば良く、また、検出感度をチューニングしたい場合は、設定必須ではない項目について条件を設定すれば良いため、ユーザの要望に応じて条件設定の度合いを変えることができる。例えば、ボタン４３０６は枠を３重で示すことにより、必ず設定すべき項目であることを示し、また、ボタン４３０７は枠を１重で示すことにより、設定の必要性が低い項目であることを示した実施例である。さらに、別の特徴として、ユーザが現在どの項目を設定しているかを明示することである。例えば、ボタン４３０８はボタンに影をつけることによって、ボタン４３０６、４３０７と区別している。このように、現在の場所を明示することによって、残りの設定項目数が一目で分かる利点がある。
なお、本実施例では図３２で説明したシーケンスに、オプション条件設定４３０９を追加した例である。このオプション条件設定４３０９の内容は、例えば、異物のサイズ測定機能の条件設定や異物や欠陥の分類条件の設定である。
【０１３６】
次に、詳細条件４３０２は各条件項目の詳細を設定する画面である。項目の入力または選択方法としては、入力ボックス４３１０のようにキーボードで入力する場所を設けても良いし、入力アイコン４３１１のようにアイコンで入力項目を選択する方式にしても良い。なお、入力アイコン４３１１は３種類の入力項目に対し、それぞれアイコンで示し、該当アイコンを押すと別ウィンドウが出てきて、詳細の条件設定を行う例である。さらに、入力チェックボックス４３１２のように、必要な項目を選択する方法でも良い。
【０１３７】
また、設定内容表示変更ボタン４３０３は表示項目の変更またはカスタマイズを行うボタンである。例えば、ユーザがいつも設定したい項目や、設定内容数を増やしたい項目があった時に、この設定内容表示変更ボタン４３０３を使って変更できるようにする事により、ユーザは使いやすい画面することができ、検査条件をすばやく設定することができる。さらに、ヘルプボタン４３０４はユーザが設定方法や設定内容がわからなくなった場合に、ユーザを助ける情報を出力するボタンである。手法としては、各設定項目の内容を音声案内したり、操作方法をＭＰＥＧ等の動画で見せても良い。また、ネットワークや電話回線を通じて、オンラインで本発明の異物検査装置を製造したメーカの設計者と話ができるようにしても良い。
【０１３８】
〔顕微鏡を付けた実施の形態〕
本発明に係る欠陥検査装置に関する別の実施の形態を図３５を用いて説明する。本実施の形態において、図１に示す構成と相違する点は、観察用顕微鏡６０を並設した点にある。この観察用顕微鏡６０は、ステージ３１、３２を動かすことにより、観察用顕微鏡６０の検出光学系の位置に、ウェハ１上の検出した異物（虚報も含む）を移動させ、この画像を観察するものである。
【０１３９】
観察用顕微鏡６０を並設したことの利点は、レビュー装置にウェハを移動させなくても、検出した異物を即座に観察できることである。検査装置での検出物を即座に観察することによって、すばやく異物の発生原因を特定することができる。観察用顕微鏡５０としては、光源が可視光（例えば白色光）の顕微鏡でも良いし、紫外光を光源とした顕微鏡でも良い。特に、０．１μｍレベルの微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある
〔本発明の欠陥検査装置をシステムに接続した場合の実施の形態〕
本発明に係る欠陥検査装置を半導体デバイス製造ラインにつないだシステムについて図３６を用いて説明する。本システムは、半導体デバイス製造プロセス３１０１と検査プロセス３１０２、異物検査装置群３１０３、データベース３１０４、プロセス状態を管理するための測定装置群３１０５で構成されている。ここで、検査装置群３１０３は、例えば、本発明に係る欠陥検査装置である。また、測定装置群３１０５は、例えば、電気テストによりチップの良／不良を判定する装置や成分分析を行う装置やデバイスに塗布された膜の膜厚を測定する装置、デバイス上に形成された配線の幅を計測する装置や回路パターン間の導電性を測定する装置や異物や欠陥の観察装置である。さらに、データベース３１０４には、検査装置群３１０３での検査結果や測定装置群３１０４での測定結果やデバイス製造プロセスの情報、過去の不良事例等が保存されている。
【０１４０】
次に、動作を説明する。まず、半導体デバイスは、デバイス製造プロセス３１０１に沿って、各製造プロセスを経て製造されていく。デバイス製造プロセス３１０１の途中に設定した検査プロセス３１０２にて異物又は欠陥の検査を行い、検査結果が異常であった場合は、検査結果をデータベース３１０４の情報と突き合わせ、異常の対策方法をデバイス製造プロセス３１０１にフィードバックする。ここで用いる検査結果とは、本発明の欠陥検査装置の検査結果で表示した内容や、本欠陥検査装置で得られるデータである。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＳＩパターン等の基板上の回路パターンからの回折光を低減でき、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物または欠陥や、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高速で、しかも高精度に検査をすることができる効果を奏する。
【０１４２】
また、本発明によれば、検出した異物または欠陥の分類やサイズを測定することができる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す照明光学系を示す平面図である。
【図３】照明光学系に用いられている円錐曲面レンズの機能を説明するための図である。
【図４】図１に示す倍率可変光学系の可変動作説明図である。
【図５】倍率可変光学系においてレンズを移動させる機構を示す概略図である。
【図６】倍率可変光学系の他の実施例を示す構成図である。
【図７】光検出器の別の実施例を説明する図である。
【図８】図１に示す信号処理系を示す構成図である。
【図９】閾値算出処理部を示す構成図である。
【図１０】画素マージ回路を示す構成図である。
【図１１】異物検出処理部を示す構成図である。
【図１２】検出場所特定処理の説明図である。
【図１３】検出場所特定処理の説明図である。
【図１４】検出場所特定処理の説明図である。
【図１５】検査領域の設定種類を説明するための図である。
【図１６】検査領域の設定方法を説明するための図である。
【図１７】検査結果の表示例を示す図である。
【図１８】異物または欠陥の分類方法を説明するための図である。
【図１９】異物または欠陥の分類した場合の検査結果の表示例を示す図である。
【図２０】異物または欠陥のサイズ測定方法を説明するための図である。
【図２１】異物または欠陥からの散乱光量を算出する方法に関する別の実施例を説明するための図である。
【図２２】異物または欠陥のサイズを測定した場合の検査結果の表示例を示す図である。
【図２３】異物または欠陥の分類に関する別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図２４】異物または欠陥の分類に用いる分類グラフを示す図である。
【図２５】異物または欠陥の分類に関する更なる別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図２６】異物または欠陥の複数種類の特徴量から分類する方法を説明するための図である。
【図２７】分類の境界を設定する方法を説明するための図である。
【図２８】分類率を表示する場合の表示例を示す図である。
【図２９】異物または欠陥の分類結果とサイズ測定結果を併記した表示の例を示す図である。
【図３０】異物または欠陥のサイズ測定結果と異物または欠陥の観察画像を併記した表示の例を示す図である。
【図３１】検査結果に異物または欠陥の分類正解率を併記した表示の例を示す図である。
【図３２】本発明に係る欠陥検査装置において検査条件設定シーケンスを示す図である。
【図３３】光学条件設定画面を説明するための図である。
【図３４】異物または欠陥の分類に関する別の実施例の分類グラフを説明するための図である。
【図３５】観察用顕微鏡を付けた実施の形態の概略構成図である。
【図３６】本発明に係る欠陥検査装置を製造ラインに接続したシステムの実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１…ウェハ（被検査対象基板）、１０…照明光学系、１１…レーザ光源、１２…凹レンズ、１３…凸レンズ、１４…円錐曲面レンズ、１５…ミラー、２０…倍率可変検出光学系、２１…対物レンズ、２２…空間フィルタ、２３…結像レンズ、２４…ＮＤフィルタ、２５…光学フィルタ、２６…光検出器、３０…搬送系、３１…ｘステージ、３２…ｙステージ、３３…ｚステージ、３４…試料設置台、３５…ステージコントローラ、４０…信号処理系、５０…全体制御部、６０…観察用顕微鏡、２０１…スリット状ビーム、２０２…チップ、２０３…画素方向、７０１…照明位置、７０２…ミラー、８０１…分岐光学要素、８０２、８０４…ミラー、８０５…分岐光学要素、８０６、８０７、８０８…ミラー、８０９、８１０…ミラー要素、１２０１、１２０２…可動レンズ、１２０３…固定レンズ、１２０４…移動機構、１３０１…Ａ／Ｄ変換器、１３０２…データ記憶部、１３０３…閾値算出処理部、１３０５、１３０６…画素マージ回路、１３０７…異物検出処理回路、１３０８…検査領域処理部、１３０９…統合処理部、１３１０…特徴量算出回路（特徴量算出部）、１３１１…結果表示部、１４０１…遅延回路部、１４０２…差分回路部、１４０８…標準偏差算出値部、１４０９…平均値算出部、１４１０…係数算出部、１４１１…閾値算出部、１４１２…データ記憶部、１６０１…比較回路、１６０２…検出場所判定処理部、１７０８、１７０９…差分信号、１９０８、１９０９…差分信号、２００８、２００９…差分信号、２２０２…領域設定ボタン、２２０３…感度設定ボタン、２２０５…設定領域、２５０２…分類結果のカテゴリ情報、２５０３…カテゴリ毎の異物数。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップや液晶製品を製造する際の薄膜基板、半導体基板やフォトマスク等に存在する異物や回路パターンに生じる欠陥を検出し、前記検出された異物または欠陥を分析して対策を施すデバイス製造工程における異物または欠陥の発生状況を検査する装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因となる。
【０００４】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（従来技術１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（従来技術２）に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものが知られている。
また、上記異物を検査する技術として、ウェハにコヒーレント光を照射してウェハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウェハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（従来技術３）において知られている。この従来技術３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平１−２５０８４７号公報（従来技術４）、特開平６−２５８２３９号公報（従来技術５）、特開平６−３２４００３号公報（従来技術６）、特開平８−２１０９８９号公報（従来技術７）、特開平８−２７１４３７号公報（従来技術８）、特開２０００−１０５２０３号公報（従来技術９）が知られている。特に、従来技術９には、検出光学系を切り替えて検出画素サイズを変えることが記載されている。また、異物のサイズ測定技術としては、特開２００１−６０６０７（従来技術１０）、特開２００１−２６４２６４（従来技術１１）が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術１〜９では、繰り返しパターンや非繰り返しパターンが混在する基板上の微細な異物または欠陥を、高感度で、かつ高速に検出することは容易にできなかった。すなわち、上記従来技術１〜９では、例えば、メモリのセル部等の繰り返し部分以外の部分では、検出感度（最小検出異物寸法）が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜９では、パターン密度が高い領域における０．１μｍレベルの微小異物または欠陥の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１〜９では、配線間を短絡する異物または欠陥の検出感度や薄膜状の異物の検出感度が低いという課題があった。また、上記従来技術１０〜１１では、異物または欠陥の計測精度が低いという課題があった。
【０００６】
本発明の第１の目的は、上記課題を解決すべく、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物または欠陥を高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、パターン密度が高い領域においても、高感度に異物または欠陥を検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第３の目的は、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高感度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第４の目的は、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥を分類して表示できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第５の目的は、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥のサイズを測定できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して互いに異なる傾斜角度で切り替えて照射できるように構成した照明光学系と、前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光を互いに異なった結像倍率で結像させることのできる可変倍率結像光学系と該可変倍率結像光学系で結像された反射散乱光を受光して画像信号に変換する光検出器とを有する可変倍率検出光学系と、該可変倍率検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて、欠陥を検出する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１２】
また、本発明は、前記欠陥検査装置の可変倍率検出光学系において、前記可変倍率結像光学系は、被検査対象基板と光検出器との相対距離を一定にして結像倍率を可変に構成することを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査装置の可変倍率検出光学系において、前記可変倍率結像光学系は、フーリエ変換像の大きさを一定にして結像倍率を可変に構成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記欠陥検査装置の信号処理系において、前記デジタル画像信号を近傍画素でマージし、該マージされた画像信号を基づいて、欠陥を検出することを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査装置の信号処理系において、前記検出された欠陥をカテゴリ別に分類する分類手段を備えることを特徴とする。また、本発明は、前記欠陥検査装置の信号処理系において、前記検出された欠陥のサイズを測定するサイズ測定手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して高傾斜角度と低傾斜角度とで切り替えて照射できるように構成した照明光学系と、前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光を結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された反射散乱光を受光して信号に変換する光検出器とを有する検出光学系と、前記照明光学系で高傾斜角度で照明した際および前記照明光学系で低傾斜角度で照明した際前記検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部と該Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出する欠陥検出処理部と前記欠陥検出処理部から検出される欠陥についての特徴量を算出する特徴量算出部と前記高傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥と低傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥とが同一視される欠陥についての特徴量を前記特徴量算出部から取得し、該取得された欠陥の特徴量に基いて欠陥のカテゴリを分類する統合処理部とを有する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００１５】
また、本発明は、前記欠陥検査装置の統合処理部において、前記欠陥についての特徴量が、検出光量と平面的な面積とで構成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して第１の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第１の画像信号に変換し、該変換された第１の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第１のデジタル画像信号に変換し、該変換された第１のデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての特徴量を前記第１のデジタル画像信号に基いて算出する第１の工程と、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により前記被検査対象基板の表面に対して前記第１の傾斜角度と異なる第２の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第２の画像信号に変換し、該変換された第２の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第２のデジタル画像信号に変換し、該変換された第２のデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての特徴量を前記第２のデジタル画像信号に基いて算出する第２の工程と、前記第１の工程で検出される欠陥と前記第２の工程で検出される欠陥とが同一視される欠陥についての第１の工程で算出された特徴量と前記第２の工程で算出された特徴量とに基いて欠陥のカテゴリを分類する分類工程とを有することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１７】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して所望の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して画像信号に変換し、該変換された画像信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についてのデジタル画像信号について複数種類のマージ処理を施し、該施された複数のマージ処理の結果に基いて欠陥を分類することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１８】
また、本発明は、照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して所望の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して画像信号に変換し、該変換された画像信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての前記デジタル画像信号から算出される検出光量に基いて欠陥を分類することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１９】
以上説明したように、前記構成によれば、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、微小な異物または欠陥を高速で、しかも高精度に検査できる。また、前記構成によれば、パターン密度が高い領域においても、高感度に異物または欠陥を検査できる。また、前記構成によれば、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高感度に検査できる。また、前記構成によれば、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥のサイズを測定できる。また、前記構成によれば、被検査対象基板上に存在する異物または欠陥を分類して表示できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
本発明に係る欠陥検査装置は、様々な品種や様々な製造工程におけるウェハ等の被検査基板上における異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の様々な欠陥を、更に微細なものと大きなものとを高感度で、かつ高速で検査できるようにするものである。そのためには、本発明に係る欠陥検査装置として、図１に示す如く、照明光学系１０によって照明するスリット状ビーム２０１の照射角度αを被検査対象に応じて変えることができるようにすると共に、検出画素サイズを検出欠陥の大きさに合わせるように検出光学系２０の倍率を可変にすることにある。
【００２２】
更に、本発明に係る欠陥検査装置は、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量と高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量と欠陥の広がりを示す検出画素数との関係から様々な欠陥を分類することができるようにしたものである。
【００２３】
次に、本発明に係る欠陥検査装置の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を検査する場合について説明するが、半導体ウェハに限らず、薄膜基板やフォトマスク、ＴＦＴ、ＰＤＰ等にも適用可能である。
【００２４】
ところで、本発明に係る欠陥検査装置は、図１に示すように、様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板１を載置、移動させるｘｙｚステージ３１、３２、３３、３４とコントローラ３５から構成される搬送系３０と、レーザ光源１１から射出された光を、凹レンズ１２と凸レンズ１３と円錐球面レンズ１４、ミラー１５を介して、斜め方向から被検査対象基板１上に照明する照明光学系１０と、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ２３、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ（波長帯域によらず光量を調整する）２４、偏光板等の光学フィルタ２５、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６から構成され、照明光学系１０で照明された領域からの反射回折光（あるいは散乱光）を検出する倍率可変検出光学系２０と、光検出器２６で検出された画像信号に基いて異物を検出する信号処理系４０と、検査条件などを設定し、上記照明光学系１０、倍率可変検出光学系２０、搬送系３０および信号処理系４０の全体を制御する全体制御部５０とによって構成される。全体制御部５０には、入出力手段５１（キーボードやネットワークも含む）、表示手段５２、記憶部５３が設けられている。
【００２５】
なお、この異物検査装置には、ウェハ１の表面の像を光検出器２６の受光面に結像させるように自動焦点制御系（図示せず）を備えている。
【００２６】
〔照明光学系１０〕
照明光学系１０としては、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているように、レーザ光源１１から射出された光を、凹レンズ１２および凸レンズ１３より構成されるビーム拡大光学系、円錐曲面レンズ１４、ミラー１５を介して、図２に示す如く、スリット状ビーム２０１を平面的に１つ以上の方向（図２においては３方向８２０、８２１、８２２）から、試料設置台３４上に設置されたウェハ（被検査対象基板）１に照射するように構成される。このとき、スリット状ビーム２０１の長手方向がチップの配列方向に向くように照明するよう構成される。なお、照明光として、スリット状ビーム２０１にするのは、異物の検査を高速に行うためである。すなわち、図２に示すように、ｘステージ３１の走査方向およびｙステージ３２の走査方向に向けてチップ２０２を配列したウェハ１上に照明されるスリット状ビーム２０１は、ｙステージ３２の走査方向ｙに狭く、その垂直方向ｘ（ｘステージ３１の走査方向）に広いスリット状のビームで照明する。そして、このスリット状ビーム２０１は、ｙ方向に光源の像が結像するように、ｘ方向に平行光になるように照明される。
【００２７】
ところで、スリット状ビーム２０１の長手方向をウェハ１に対してチップの配列方向に向けたのは、光検出器２６の画素方向２０３とｙステージ３２の走行方向とを平行に保つことにより、画像信号のチップ間比較を容易に行うと共に、異物の位置座標の算出も容易に行うことができ、その結果、異物の検査を高速に行うためである。
【００２８】
特に、方向８２１または８２２からのスリット状ビーム２０１の照明を、ウェハ１に対してチップ２０２の配列方向に向け、かつｙステージ３２の走査方向ｙに対して直角になるように形成するためには、円錐曲面レンズ１４が必要となる。この円錐曲面レンズ１４は、シリンドリカルレンズの長手方向の位置で焦点距離が異なり、直線的に焦点距離を変えたレンズである。この構成により、図３に示すように斜めから照明（角度α，方向φの傾きを両立）しても、ｙ方向に絞り込み、ｘ方向にコリメートされたスリット状ビーム２０１で照明することができる。
これにより、ｘ方向に平行光を有し、かつφ＝４５度付近の照明を実現することができる。特に、スリット状ビーム２０１をｘ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がｘ方向およびｙ方向を向いた回路パターンからの回折光パターンが得られ、空間フィルタ２２によって遮光することができることになる。
【００２９】
ところで、円錐曲面レンズ１４の製造方法については、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されているので、説明を省略する。
【００３０】
次に、全体制御部５０からの指令に基づいて、ステージ上に載置される被検査対象基板１に応じて照明光学系１０の照明角度αおよび照明方向φを変える実施例について説明する。即ち、照明角度αに関して言えば、被検査対象に発生している異物のタイプによって照明角度αを決めれば良い。例えば、ウェハ表面の異物を主に検出したい場合は、ウェハ面に平行な角度に近い角度が良く、ウェハ表面に対し１度乃至は５度程度上方、つまり、αが１度乃至は５度程度になるように照明するのが良い。照明角度αをウェハ面に平行な角度にすることにより、ウェハ最表面の異物のＳＮ比が向上する。また、パターン欠陥を主に検出したい場合や高さの低い異物を検出したい場合は、高い角度から照明するのが望ましい。ただし、角度を高くすると下地の回路パターンからの反射回折光量が多くなりＳＮ比が低下するので、照明角度αとしては、４５度乃至は５５度程度にするのが良い。また、前述のウェハ表面の異物やパターン欠陥を満遍なく検出するためには、前述した角度の中間の角度が良く、照明角度αを２０度程度に設定するのが良い。さらに、検査対象の工程と検出したい異物の種類に対応関係がある場合、例えば、配線工程で主に検出したい異物、欠陥が高さの低い異物であることが分かっている場合は、「配線工程では高い角度から照明する」と決めても良い。
【００３１】
更に、照明方向φに関して言えば、ウェハがＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅの場合、例えば、配線工程でエッチングされた後の場合は、回路パターンの配線方向に平行な方向からの照明を選択するのが望ましい。つまり、照明光の平行方向と配線パターンの方向を合わせることにより、配線間の異物を検出しやすくなる。また、ウェハの回路パターンが配線パターンではなく、コンタクトホールやキャパシタ等の場合は、特定の方向性がないため、チップに対し４５度付近の方向から照明するのが望ましい。
【００３２】
なお、レーザ光源１１としては、異物を高感度に検査でき、また、メンテナンスコストが安いことを考慮すると、高出力のＹＡＧレーザの第２高調波ＳＨＧ、波長５３２ｎｍを用いるのが良いが、必ずしも５３２ｎｍである必要はなく、紫外光レーザや遠紫外光レーザや真空紫外光レーザ、Ａｒレーザや窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ、半導体レーザ等の光源であっても良い。各レーザを用いた場合の利点としては、レーザ波長を短くすれば検出像の解像度が上がるため、高感度な検査が可能となる。なお、波長を０．３４μｍ程度にした場合には対物レンズ２１のＮＡを０．４程度、波長を０．１７μｍ程度にした場合には対物レンズ２１のＮＡを０．２程度にするのが回折光を多く対物レンズ２１に入射させて検出感度を向上させることができる。また、半導体レーザ等の安価で高出力のレーザを用いると、装置を安価に製作することができる。
【００３３】
更に、照明光学系１０について具体的に説明する。まず、照明角度αを変える方法としては、ミラー１５の角度を変えることにより実現することができる。図１は、ミラー１５により照明位置７０１にレーザ照明を照射している。照明角度αを変更する場合、ミラー１５とは角度の違うミラー７０２をミラー１５と入れ替え、さらに、照明位置７０１にレーザ光を照射するためにミラー７０２をｚ方向に動かせば良い。この時、凸レンズ１３から照明位置７０１までの距離が変わるため、凸レンズ１３を焦点距離の違う凸レンズに変える必要がある。なお、本実施例では、角度の違うミラーを用いる例を説明したが、ミラーを回転させる構成でも良い。
【００３４】
次に、照明方向φを変更する方法について説明する。図２は１つのレーザ光源１１を用いて３つの照明光学系１０を構成した場合の平面図である。レーザ光源１１から出射したレーザビームをハーフミラー等の分岐光学要素８０１で２つの光路に分岐し、一方はミラー８０２で反射させて、ミラー８０４で下方に向けて凹レンズ１２に入射させることによって照明方向８２０からの照明ビームを得ることができ、他方はハーフミラー等の分岐光学要素８０５へと進行する。分岐光学要素８０５で分岐された一方は、ミラー８０６で反射させてミラー８０７で下方に向けて凹レンズ１２に入射させることによって照明方向８２１からの照明ビームを得ることができ、他方はミラー８０８で下方に向けて凹レンズ１２に入射させることによって照明方向８２２からの照明ビームを得ることができる。ここで、照明方向８２０からのみ照明する場合には、分岐光学要素８０１からミラー要素８０９に切り換えることによって実現することができる。また、照明方向８２１および照明方向８２２の２方向から照明する場合には、光路から分岐光学要素８０１を退出させるか、または素通りの光学要素に切り換えることによって実現することができる。また、照明方向８２１および照明方向８２２からの照明のうち、例えば照明方向８２２からのみ照明する場合は、分岐光学要素８０５からミラー要素８１０に切り換えることによって実現することができ、また、照明方向８２１からのみ照明する場合は、分岐光学要素８０５を光路から退出させれば良い。
【００３５】
〔検出光学系２０〕
倍率可変検出光学系２０について説明する。倍率可変検出光学２０は、ウェハ等の被検査対象基板１から反射回折された光を、対物レンズ２１、空間フィルタ２２、結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３、ＮＤフィルタ２４、光学フィルタ２５を通して、ＴＤＩイメージセンサ等の光検出器２６で検出するように構成される。
【００３６】
空間フィルタ２２は、ウェハ１上の繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光するものであり、対物レンズ２１の空間周波数領域、すなわちフーリエ変換の結像位置（射出瞳に相当する）に置かれる。なお、空間フィルタ２２としては、フーリエ変換像を撮像して白黒逆転させて遮光部を広げた画像を透明なシートにプリントアウトして製作することが可能となる。
【００３７】
次に、全体制御部５０からの指令に基づいて、倍率可変検出光学系２０で倍率を変える方法ついて説明する。まず、倍率の変更を結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３で行う方法について説明する。図１及び図４において、結像レンズ（可変倍率結像光学系）２３は、可動レンズ１２０１、１２０２、固定レンズ１２０３、移動機構１２０４で構成される。
【００３８】
図４（ａ）は低倍率時の可動レンズ１２０１、１２０２の概略位置を示しており、図１および図４（ｂ）は高倍率時の可動レンズ１２０１、１２０２の概略位置を示している。この倍率可変検出光学系２０の特徴は、倍率変更時に対物レンズ２１の位置を変えないため、空間フィルタ２２の位置は変化しないことと、固定レンズ１２０３の位置を変えないため、結像のために光検出器２６の位置を変えなくて良いことである。つまり、倍率を変えても被検査対象基板１と光検出器２６との相対位置を変える必要がないため、倍率変更時の駆動機構は、移動機構１２０４だけで良く、簡単な構成で倍率を変えることができ、さらに、フーリエ変換面の大きさも変わらないので、空間フィルタ２２を変更しなくて良いという利点がある。
【００３９】
また、倍率可変検出光学系２０の倍率を変える利点は、検査対象に合わせて高速高感度な検査ができることである。つまり、回路パターンが高い密度で製造されている被検査対象物または領域は、倍率を高くすることにより高い分解能の画像信号が得られるので、高感度に検査を行うことができる。また、回路パターンが低い密度で製造されている被検査対象物または領域は、倍率を下げることにより、高感度のまま高速に検査できる。
【００４０】
倍率変更時の動作としては、移動機構１２０４を用いて、可動レンズ１２０１、１２０２をｚ方向に動かす方法を用いる。この時、倍率可変検出光学系２０の倍率Ｍは、対物レンズ２１の焦点距離１２０５をｆ１、結像レンズ２３の焦点距離１２０６をｆ２とすると（１）式で算出できる。
【００４１】
Ｍ＝ｆ１／ｆ２ （１）
従って、倍率可変検出光学系２０を倍率Ｍにするためには、ｆ１は固定値であるから、ｆ２が（ｆ１／Ｍ）になる位置に動かせば良い。
【００４２】
次に、移動機構１２０４の詳細を図５で説明する。図５は可動レンズ１２０１を移動させる機構の実施例を示している。図５（ａ）は可動レンズ１２０１を任意の場所に移動させる実施例であり、図５（ｂ）は可動レンズ１２０１を特定の場所に位置決めする実施例である。また、図５（ａ）は可動レンズ１２０１のレンズ保持部４１０１、ボールネジ４１０２、モータ４１０３で構成されている。
【００４３】
動作としては、まず、全体制御部５０は、ステージ上に載置される被検査対象基板１に応じて検査に用いる倍率を決定する。ここで、倍率の決定方針としては、前述したように回路パターンが高い密度で存在するウェハを高感度に検査する場合は高い倍率を選択し、回路パターンが低い密度で存在するウェハを検査する場合や、高速に検査する場合は低い倍率を選択すれば良い。次に、倍率が決まると可動レンズ１２０１の設定位置が決まるので、モータ４１０３を用いてボールネジ４１０２を回転させ、レンズ保持部１４０１と可動レンズ１２０１を移動させる。この時、精度良く位置決めするためには、モータ４１０３のバックラッシュを考慮して、一方向に移動させると良い。
【００４４】
また、設定する倍率が数種類に固定されている場合には、可動レンズ１２０１を特定の場所に位置決めすれば良いので、図５（ｂ）の構成を用いても良い。図５（ｂ）は図５（ａ）の構成に位置決めセンサ４１０４、４１０５、４１０６、４１０７を追加した構成である。位置決めセンサ４１０５はｚ方向上方のリミットセンサ、位置決めセンサ４１０７はｚ方向下方のリミットセンサである。また、位置決めセンサ４１０６を可動レンズ１２０１の設定位置に取りつけてある。
【００４５】
動作としては、図５（ａ）と同様にモータ４１０３でボールネジ４１０２を回転させ、可動レンズ１２０１を動かし、位置決めセンサ４１０４と位置決めセンサ４１０６が対応する場所でモータ４１０３を止めれば良い。ここで、位置決めセンサとしては、光センサでも良いし、磁気を用いたセンサでも良い。また、ここで説明した機構は可動レンズ１２０２にも適用可能である。
【００４６】
また、倍率可変検出光学系２０の別の実施例は、図６（ａ）に示すように、レンズユニット３３０１をレンズユニット３３０５や３３０６と交換することにより、倍率可変検出光学系２０の倍率を変えるものである。レンズユニット３３０５、３３０６は、レンズユニット３３０１と同じ外形で、リレーレンズ３３０２、３３０３の位置を変えることにより、レンズユニット３３０１と違う倍率で構成される。つまり、倍率可変検出光学系２０の倍率を変える場合、まずレンズユニット３３０１を取り外し、代わりにレンズユニット３３０５またはレンズユニット３３０６を設置する。本実施例を用いた場合の利点は、それぞれのレンズユニットで調整ができ、さらに、１つのレンズユニットで１種類の倍率に関して調整を行えば良いので、レンズユニットの調整工数が低減できることである。ただし、複数のレンズユニットを設置する必要があるので、設置空間に余裕のある場合に用いると良い。
【００４７】
また、倍率可変検出光学系２０の更なる別の実施例は、図６（ｂ）に示すように、レンズユニット４４０１の対物レンズの倍率を変えることによって、倍率可変検出光学系２０の倍率を変えるものである。ここで、対物レンズ４４０３は、対物レンズ２１の倍率とは違う倍率のレンズである。また、結像レンズ４４０４は対物レンズ４４０３に対応して設計されたレンズである。ところで、倍率可変検出光学系２０の倍率を変える場合は、まずレンズユニット４４０１を取り外し、代わりにレンズユニット４４０２を設置すれば良い。本実施例を用いた場合の利点は、対物レンズの検出Ｎ．Ａ．を変えることになるので、倍率を高くすると解像度も向上し、高感度な検査が可能となることである。
【００４８】
次に、ＮＤフィルタ２４は、光検出器２６で検出される光量を調整するためのものである。このＮＤフィルタ２４は、照明光学系部１０で照射光量を調整できる場合は、必ずしも必要ではないが、ＮＤフィルタ２４を用いることにより、検出光量の調整幅を大きくすることができ、様々な被検査対象に最適になるように光量を調整できる。例えば、レーザ光源１１で１Ｗから１００Ｗまで出力を調整でき、また、ＮＤフィルタとして、１００％透過フィルタ、１％透過フィルタを用意しておけば、１０ｍＷから１００Ｗまでの光量調整ができ、幅広い光量調整ができる。
【００４９】
次に、光学フィルタ２５は、例えば偏光素子である。偏光素子は、照明光学系部１０で偏光照明した際、回路パターンのエッジから生じる反射回折光による偏光成分を遮光し、異物から生じる反射回折光による偏光成分の一部分を透過するもので、本発明においては必ずしも必要としない。
【００５０】
次に、光検出器２６は、結像レンズ２５によって集光された反射回折光を受光し、光電変換するためのイメージセンサであり、例えば、ＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサやＴＤＩセンサやアンチブルーミングＴＤＩセンサやフォトマルである。
【００５１】
ここで、光検出器２６の選択方法しては、安価な検査装置にする場合にはＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサが良く、高感度に微弱な光を検出する場合は、例えば、０．１μｍ程度以下の極微小な異物を検出する場合は、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）機能を持ったセンサやフォトマルが良い。また、光検出器２６で受光する光のダイナミックレンジが大きい場合、つまり、センサが飽和するような光が入射する場合は、アンチブルーミング機能を付随したセンサが良い。
【００５２】
また、フォトマルを用いる場合、図７に示すように、フォトマルを一次元方向にならべたセンサを用いても良い。この場合、高感度な一次元センサとして用いることができるので、高感度な検査が可能となる。この時の構成としては、図７（ａ）に示すように、フォトマル５００１の結像レンズ２３側にマイクロレンズ５００２を取り付け、結像レンズ２３で集光される反射回折光を検出する構成にすれば良い。ここで、マイクロレンズ５００２は、フォトマル面と同等の範囲の光をフォトマル５００１に集光する機能を持つ。また、図７（ｂ）のように、マイクロレンズ５００２の下流に設置した治具５００３を介して光ファイバ５００４を取りつけ、さらに光ファイバ５００４の出力端にフォトマル５００１を取り付ける構成にしても良い。この場合、光ファイバの直径はフォトマルの直径よりも小さいため、図７（ａ）よりもセンサピッチを小さくできるため、分解能の高いセンサにすることができる。
【００５３】
次に、搬送系３０について説明する。ステージ３１、３２は試料設置台３４をｘｙ平面に移動させるためのステージであり、照明光学系１０の照明エリアに被検査対象基板１全面を移動させることができる機能を持つ。また、ステージ３３はｚステージであり、倍率可変検出光学系２０の光軸方向（ｚ方向）に試料設置台３４を移動させることができる機能を持つ。また、試料設置台３４は、ウェハ１を保持するとともに、被検査対象基板１を平面方向に回転させる機能を持つ。また、ステージコントローラ３５はステージ３１、３２、３３、試料設置台３４を制御する機能を持つ。
【００５４】
〔信号処理系４０〕
次に、信号処理系４０の内容について図８を用いて説明する。信号処理系４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０１、Ａ／Ｄ変換された検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）を記憶するデータ記憶部１３０２、上記検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部１３０３、上記データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号４１０と閾値算出処理部１３０３から得られる閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））４２０とを基に画素マージ毎に異物検出処理を行う異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、例えば、低角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、高角度照明によって欠陥から検出して得られた散乱光量、及び欠陥の広がりを示す検出画素数等の特徴量を算出する特徴量算出回路１３１０、該特徴量算出回路１３１０から得られる各マージ毎の特徴量を基に、半導体ウェハ上の小／大異物やパターン欠陥やマイクロスクラッチ等の欠陥を分類する各種欠陥に分類する統合処理部１３０９、および結果表示部１３１１から構成される。異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの各々は、例えば１×１、３×３、５×５、…ｎ×ｎのマージオペレータの各々に対応させて、画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、および検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎを備えて構成される。
【００５５】
特に、本発明においては、異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎ、特徴量算出回路１３１０、および統合処理部１３０９を特徴とする。
【００５６】
次に動作を説明する。まず光検出器２６で得られた信号をＡ／Ｄ変換器１３０１でデジタル化する。この検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０をデータ記憶部１３０２に保存すると共に、閾値算出処理部１３０３に送る。閾値算出処理部１３０３で異物検出のための閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４２０を算出し、各種マージオペレータ毎に、画素マージ回路１３０５、１３０６で処理された信号を基に、異物検出処理回路１３０７で異物を検出する。検出された異物信号や閾値画像を検査領域処理部１３０８により、検出場所による処理を施す。同時に、各種マージオペレータ毎に設けられた異物検出処理部１３０４ａ〜１３０４ｎの、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎ、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎ、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから得られた信号を基に、特徴量算出回路１３０９で特徴量（例えば、高角度照明により得られた散乱光量、低角度照明により得られた散乱光量、欠陥の検出画素数等）を算出し、前記異物信号と前記特徴量を統合処理部１３０９で統合し、結果表示部１３１１に検査結果を表示する。
【００５７】
以下に詳細を述べる。まず、Ａ／Ｄ変換器１３０１は光検出器２６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する回路であるが、変換ビット数は８ビットから１２ビット程度が望ましい。これは、ビット数が少ないと信号処理の分解能が低くなるため、微小な光を検出するのが難しくなる一方、ビット数が多いとＡ／Ｄ変換器が高価となり、装置価格が高くなるというデメリットがあるからである。次に、データ記憶部１３０２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶しておくための回路である。次に、閾値算出処理部１３０３について図９を用いて説明する。
【００５８】
図９は、特開２０００−１０５２０３号公報に記載されている閾値算出処理部１３０３の一実施例を示した図である。閾値算出処理部１３０３は、参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る遅延回路部１４０１、検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）と参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）との差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）を算出する差分回路部１４０２、最大最小値除去部１４０３、差分信号の二乗値を算出する二乗値算出部１４０４、該二乗値の和を算出する二乗値の和の算出部１４０５、差分信号の和を算出する信号の和の算出部１４０６、入力信号数のカウント部１４０７、標準偏差を算出する標準偏差算出部１４０８、平均値を算出する平均値算出部１４０９、カウント部１４０７でカウントした入力信号数を基に係数（ｎ）を算出する係数算出部１４１０、閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４２０を算出する閾値算出部１４１１、データ記憶部１４１２で構成されている。
【００５９】
次に動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器１３０１で得られた検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）は、遅延回路部（遅延メモリ部）１４０１と差分回路部１４０２に入力され、差分回路部１４０２で差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）にする。（ｉ，ｊ）は、チップ比較の場合、チップ内の画素座標とする。ここで、遅延回路部１４０１は、ウェハ等の被検査対象基板上の回路パターンの繰返しピッチ分だけ信号を遅延させて参照画像信号ｇ（ｉ，ｊ）を作る回路である。例えば、半導体ウェハでは、ウェハ上に同じ構造を持つチップが同一プロセスで複数個製造されている。従って、本発明の異物検査装置でウェハを検査すると、チップ毎に回路パターンが繰り返されるため、チップ毎に同様の回路パターン信号が得られる。この場合、遅延回路部１４０１はウェハ上の１チップ分の信号を遅延させる回路であれば良い。ただし、必ずしも１チップ分である必要はなく、検査対象に応じて、複数チップ単位で繰返しが存在するウェハに対しては、複数チップ分を遅延させれば良いし、ＤＲＡＭ製品等でチップ内に繰返しパターンが存在する場合は、その繰返し分だけ遅延させるようにしても良い。これらの信号遅延量は、ＣＰＵ等の命令により変更できるようにしておく。
【００６０】
次に、差分回路部１４０２で処理された差分信号ΔＳ（ｉ，ｊ）は、データ記憶部１４１２に格納され、最大最小値除去部１４０３を介して、差分信号ΔＳの二乗値（ΔＳ２）を算出する二乗値算出部１４０４、二乗値算出部１４０４から得られる差分信号の二乗値の和（ΣΔＳ２）を算出する二乗値の和の算出部１４０５、差分信号ΔＳの和（ΣΔＳ）を算出する和の算出部１４０６、入力信号数ｎのカウント部１４０７でそれぞれの値を算出する。ここで、最大最小値除去部１４０３は、複数個の入力データから最大値と最小値を求め、入力データ群から最大値と最小値を除く機能を持つ。また、二乗値とは入力データを二乗した値（ΔＳ２）で有り、また、信号和とは入力データの和（ΣΔＳ）を算出した値である。
【００６１】
以上の処理で算出した値を用いて、標準偏差値算出部１４０８で入力データの標準偏差値（σ（ΔＳ）＝√（ΣΔＳ２／ｎ−ΣΔＳ／ｎ））を算出し、平均値算出部１４０９で入力データの平均値（μ（ΔＳ）＝ΣΔＳ／ｎ）を算出する。さらに、係数算出部１４１０では、入力データ数ｎに対応した閾値を設定するための係数（倍率）ｋを算出する。
【００６２】
以上説明した値を用いて閾値算出部１４１１で閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））の画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）４２０を算出する。閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））は、平均値算出部１４０９の算出値をμ（ΔＳ）、標準偏差値算出部１４０８の算出値をσ（ΔＳ）、係数算出部１４１０の算出値又は設定値をｋ、検証用の係数をｍ（ｍは１より小さいものとする。）とすると、次の（２）式を用いて算出される。
Ｔｈ（Ｈ）＝μ＋ｋ×σ 若しくは Ｔｈ（Ｌ）＝μ−ｋ×σ または
Ｔｈ（Ｈｍ）＝ｍ×（μ＋ｋ×σ） 若しくは Ｔｈ（Ｌｍ）＝ｍ×（μ−ｋ×σ） （２）
このように、閾値算出部１４１１で算出された閾値画像｛検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））、検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））｝をデータ記憶部１４１２に記憶させ、データ記憶部１４１２から閾値画像データとして出力してもよい。また、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎから設定された領域毎に閾値画像データを変更してもよい。要するに、データ記憶部１４１２には、閾値マップを作成して記憶することが可能である。また、ある領域において検出感度を低くするには、その領域における閾値を高めれば良い。
【００６３】
次に、信号の画素マージ回路部１３０５、１３０６について図１０を用いて説明する。画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎ、１３０６ａ〜１３０６ｎは、各々異なるマージオペレータ１５０４で構成される。マージオペレータ１５０４は、データ記憶部１３０２から得られる検出画像信号ｆ（ｉ，ｊ）４１０と、および閾値算出処理部１３０３から得られる検出閾値画像Ｔｈ（Ｈ）、検出閾値画像Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値画像Ｔｈ（Ｈｍ）、および検証閾値画像Ｔｈ（Ｌｍ）からなる差分閾値画像信号４２０との各々をｎ×ｎ画素の範囲で結合する機能であり、例えば、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する回路である。ここで、画素マージ回路部１３０５ａ、１３０６ａは例えば１×１画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｂ、１３０６ｂは例えば３×３画素をマージするマージオペレータで構成され、画素マージ回路部１３０５ｃ、１３０６ｃは例えば５×５画素をマージするマージオペレータで構成され、…画素マージ回路部１３０５ｎ、１３０６ｎは例えばｎ×ｎ画素をマージするマージオペレータで構成される。１×１画素をマージするマージオペレータは、入力信号４１０、４２０をそのまま出力する。
【００６４】
閾値画像信号については、上記の如く、４つの画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））からなるため、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎにおいて４つのマージオペレータＯｐが必要となる。従って、各画素マージ回路部１３０５ａ〜１３０５ｎからは、検出画像信号が各種マージオペレータ１５０４でマージ処理してマージ処理検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎとして出力されることになる。他方、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎからは、４つの閾値画像信号（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ），Ｔｈ（Ｌ））が各種マージオペレータＯｐ１〜Ｏｐｎでマージ処理してマージ処理閾値画像信号４４１ａ（４４１ａ１〜４４１ａ４）〜４４１ｎ（４４１ｎ１〜４４１ｎ４）として出力されることになる。なお、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎ内のマージオペレータは同じものである。
【００６５】
ここで、画素をマージする効果を説明する。本発明の異物検査装置では、必ずしも微小異物だけではなく、数μｍの範囲に広がった大きな薄膜状の異物も見逃すことなく検出する必要がある。しかし、薄膜状異物からの検出画像信号は、必ずしも大きくならないために、１画素単位の検出画像信号ではＳＮ比が低く、見逃しが生じることがある。そこで、１画素平均の検出画像信号レベルをＳとし、平均のばらつきをσ／ｎとすると、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、検出画像信号レベルはｎ２×Ｓとなり、ばらつき（Ｎ）はｎ×σとなる。従って、ＳＮ比はｎ×Ｓ／σとなる。他方、薄膜状異物について１画素単位で検出しようとすると、検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるため、ＳＮ比は、Ｓ／σとなる。従って、薄膜状異物の大きさに相当するｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすることによって、ＳＮ比をｎ倍向上させることができる。
【００６６】
１画素単位程度の微小異物については、１画素単位で検出される検出画像信号レベルはＳとなり、ばらつきはσとなるので、ＳＮ比はＳ／σとなる。仮に、１画素単位程度の微小異物についてｎ×ｎ画素の単位で切出して畳み込み演算をすると、検出画像信号レベルはＳ／ｎ２となり、ばらつきはｎ×σとなるため、ＳＮ比はＳ／ｎ３／σとなる。従って、１画素単位程度の微小異物については、画素単位の信号そのままの方が、ＳＮ比として向上が図れる。
【００６７】
なお、本実施例では、マージの範囲を正方形（ｎ×ｎ画素）にした例で説明したが、マージの範囲を長方形（ｎ×ｍ画素）にしても良い。この場合、方向性のある異物の検出や、光検出器２６での検出画素が長方形であるが、信号処理は正方形画素で処理したい場合に有効である。
【００６８】
また、本実施例で説明したマージオペレータの機能は、ｎ×ｎ画素の平均値を出力する実施例で説明したが、ｎ×ｎ画素の最大値や最小値、または中央値を出力しても良い。中央値を用いた場合は、安定した信号が得られる。さらに、出力値としてｎ×ｎ画素の平均値に特定の値を乗算または除算した値としても良い。
【００６９】
次に、図１１は異物検出処理回路１３０６の一実施例を示した図である。図１１においては、１×１画素をマージする画素マージ回路部１３０５ａおよび画素マージ回路部１３０６ａ並びにｎ×ｎ画素をマージする画素マージ回路部１３０５ｎおよび画素マージ回路部１３０６ｎについて示す。
【００７０】
そして、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎは、各マージオペレータに対応させて、マージ処理差分信号４７１ａ〜４７１ｎとマージ処理閾値信号４４１ａ〜４４１ｎとの大小を比較する比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎと、異物の検出場所を特定する検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎとで構成される。比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎには、画素マージ回路１３０５ａ〜１３０５ｎから得られる画素マージされた検出画像信号について、図９に示すのと同様に、繰り返される例えばチップ分遅延させる遅延メモリ４５１ａ〜４５１ｎと、上記画素マージされた検出画像信号４３１ａ〜４３１ｎと上記遅延メモリ４５１ａ〜４５１ｎによって遅延された画素マージされた参照画像信号との差分信号を形成する差分処理回路４６１ａ〜４６１ｎとが設けられている。従って、比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎは、各画素マージ回路部１３０６ａ〜１３０６ｎの画素マージ回路Ｍ１〜Ｍ４から得られるマージ処理閾値画像Ｔｈ（Ｈ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｈｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌｍ）（ｉ，ｊ）、Ｔｈ（Ｌ）（ｉ，ｊ）とを比較する回路であり、例えば、マージ処理差分検出信号４７１ａ〜４７１ｎがマージ処理閾値画像Ｔｈ（ｉ，ｊ）よりも大きければ異物として判定する機能を持つ。本実施例では、閾値を４種類用意し、マージオペレータ毎に、マージ処理閾値画像１６０３、１６０４、１６０５、１６０６に対し、比較回路１６０１ａ〜１６０１ｎで異物の判定処理を行う。
【００７１】
次に、検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎについて、図１２及び図１３を用いて説明する。検出場所判定処理は、信号処理によって検出された異物または欠陥が存在するチップの特定を行う処理である。本処理の考え方は、異物または欠陥を検出するための検出閾値（Ｔｈ（Ｈ），Ｔｈ（Ｌ））と、該検出閾値よりも値の小さい閾値である検証閾値（Ｔｈ（Ｈｍ），Ｔｈ（Ｌｍ））で検出した結果を用いて、異物または欠陥が検出されたチップを特定する。
【００７２】
処理の方法を説明する。図１２（ａ）はチップ１７０１、１７０２、１７０３のうち、中央のチップ１７０２に異物１７０４が存在する場合の信号を示している。信号１７０６は異物１７０４からの信号を示しており、凸形又は凹形の信号となる。これに対し、信号１７０５と信号１７０７は異物が存在しない部分、つまり、正常パターンからの信号である。
【００７３】
図１２（ｂ）は、チップ単位で差分処理した信号を示している。差分信号１７０８、１７０９はチップ１７０１、１７０２、１７０３で得られた信号の差分信号を表している。差分信号１７０８はチップ１７０２の信号１７０６「Ｂ」とチップ１７０１の信号１７０５「Ａ」との差分信号（Ｂ−Ａ）であり、差分信号１７０９はチップ１７０３の信号１７０７「Ｃ」とチップ１７０２の信号１７０６「Ｂ」との差分信号（Ｃ−Ｂ）である。さらに、検出閾値Ｔｈ（Ｈ）、検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）は凸形の差分信号を検出するための閾値であり、検出閾値Ｔｈ（Ｌ）、検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ）は凹形の差分信号を検出するための閾値である。
【００７４】
図１２（ｂ）において、差分信号１７０８（Ｂ−Ａ）が正の場合、その値が閾値Ｔｈ（Ｈ）またはＴｈ（Ｈｍ）よりも大きい場合に異物または欠陥として検出し、また、差分信号１７０９（Ｃ−Ｂ）が負の場合、その値が閾値Ｔｈ（Ｌ）またはＴｈ（Ｌｍ）よりも小さい場合（差分値、閾値共に負の値のために符号付の値が小さい場合である。絶対値としては閾値よりも差分値の方が大きい）に異物または欠陥として検出するものとする。異物１７０４がチップ１７０２に存在する場合、差分信号１７０８（Ｂ−Ａ），１７０９（Ｃ−Ｂ）の両方または、どちらか一方の信号を異物として検出するので、差分信号１７０８、１７０９のどちらを検出してもチップ１７０２に信号Ｂとして異物があると判定しなければいけない。
【００７５】
そこで、異物または欠陥信号１７０６が凸形（信号量が正常部よりも大きい）の場合、図１２（ｃ）に示す真理値表から次に示す（３）式が成り立つため、（３）式が「真」の場合には、チップ１７０２に信号Ｂとして異物または欠陥が存在すると考えれば良い。なお、図１２（ｃ）および（３）式において、チップ１７０１の信号を「Ａ」、チップ１７０２の信号を「Ｂ」、チップ１７０３の信号を「Ｃ」としている。
【００７６】
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））｝ （３）
また、異物または欠陥信号１７０６が凹形（信号量が正常部よりも小さい）の場合には、図１２（ｂ）に示す信号波形と反転して信号１７０８が負信号となり、信号１７０９は正信号となる。従って、次に示す（４）式が「真」の場合には、チップ１７０２に信号Ｂとして異物または欠陥が存在すると考えれば良い。
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ））｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｌ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｈ））｝ （４）
次に、異物が存在するチップの隣にチップが存在しない場合、つまり、ウェハの最外周チップで異物を検出した場合の検出場所判定処理について説明する。即ち、検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎは、全体制御部（図示せず）から得られる最外周チップへいったときの制御信号を基に上記隣接チップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ｂ）｝から、次に説明する飛び越えた隣のチップ同士の比較処理｛（Ｂ−Ａ），（Ｃ−Ａ）｝に切り替える。ここで、隣のチップとは、チップ比較する方向のチップであり、チップ比較時の差分処理を行う方向により、図１３と図１４とを用いて説明する。
【００７７】
まず、図１３（ａ）はチップ１９０１、１９０２、１９０３のうち、チップ１９０１に異物１９０４が存在する場合の信号を示している。信号１９０５は異物１９０４からの信号を示しており、凸形の信号となる。これに対し、信号１９０６と信号１９０７は異物が存在しない部分、つまり、正常パターンからの信号である。また、図１３（ｂ）に示す差分信号１９０８、１９０９はチップ１９０１、１９０２、１９０３で得られた信号の差分信号を表している。差分信号１９０８は、信号１９０６「Ｂ」と信号１９０５「Ａ」との差分信号（Ｂ−Ａ）である。また、差分信号１９０９は、信号１９０７「Ｃ」と信号１９０５「Ａ」との差分信号（Ｃ−Ａ）である。
【００７８】
この場合、異物１９０４がチップ１９０１に存在するのは図１３（ｃ）で示す表の場合である。従って、（５）式が「真」の場合には、チップ１９０１に信号Ａとして異物１９０４が存在すると考えれば良い。なお、図１３（ｃ）および（５）式において、チップ１９０１の信号を「Ａ」、チップ１９０２の信号を「Ｂ」、チップ１９０３の信号を「Ｃ」としている。
【００７９】
｛（（Ｂ−Ａ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））ＡＮＤ（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））｝ＡＮＤ｛（（Ｂ−Ａ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））ＯＲ（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））｝ （５）
同様に、図１３（ａ）においてチップ１９０１に凹形の欠陥（信号量が正常部よりも小さい異物または欠陥）が存在する場合は、（６）式を適用すれば良い。
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｂ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）｝ （６）
さらに、図１４（ａ）はチップ２００１、２００２、２００３のうち、チップ２００３に異物２００４が存在し、かつ、チップ２００３の右側のチップがない場合を示している。信号２００７は異物２００４からの信号を示しており、凸形の信号である。これに対し、信号２００５と信号２００６は異物が存在しない部分、つまり、正常パターンからの信号である。また、図１４（ｂ）に示す差分信号２００８、２００９はチップ２００１、２００２、２００３で得られた信号の差分信号を表している。差分信号２００８は、信号２００７と信号２００５との差分信号（Ｃ−Ａ）であり、差分信号２００９は信号２００７と信号２００６との差分信号（Ｃ−Ｂ）である。
【００８０】
この場合、異物２００４がチップ２００３に存在するのは図１４（ｃ）で示す表の場合である。従って、（７）式が「真」の場合には、チップ２００３に信号Ｃとして異物２００４が存在すると考えれば良い。なお、図１４（ｃ）および（７）式において、チップ２００１の信号を「Ａ」、チップ２００２の信号を「Ｂ」、チップ２００３の信号を「Ｃ」としている。
【００８１】
｛（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）ＡＮＤ（検証閾値Ｔｈ（Ｈｍ）＜（Ｃ−Ｂ）の差分信号）｝ＡＮＤ｛（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｃ−Ａ）の差分信号）ＯＲ（検出閾値Ｔｈ（Ｈ）＜（Ｃ−Ｂ）の差分信号）｝ （７）
同様に、図１４（ａ）においてチップ２００３に凹形の欠陥（信号量が正常部よりも小さい異物または欠陥）が存在する場合は、（８）式を適用すれば良い。
｛（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））ＡＮＤ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検証閾値Ｔｈ（Ｌｍ））｝ＡＮＤ｛（（Ｃ−Ａ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））ＯＲ（（Ｃ−Ｂ）の差分信号＜検出閾値Ｔｈ（Ｌ））｝ （８）
以上説明したように、検出場所判定処理部１６０２ａ〜１６０２ｎは、各種マージオペレータに対応させて異物又は欠陥の存在するチップを特定してその位置座標（ｉ，ｊ）を算出できることになる。
【００８２】
次に、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎについて説明する。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎからチップを特定して得られる異物又は欠陥検出信号に対して、検査する必要がない領域（チップ内の領域も含む）のデータを除去する場合や、検出感度を領域（チップ内の領域も含む）毎に変える場合、また、逆に検査したい領域を選択する場合に用いる。検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、例えば、被検査対象基板１上の領域のうち、検出感度が低くても良い場合には、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部１４１１から得られる該当領域の閾値を高く設定しても良いし、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎから出力される異物のデータから異物の座標を基にして検査したい領域の異物のデータのみを残す方法でも良い。
【００８３】
ここで、検出感度が低くても良い領域というのは、例えば、被検査対象基板１において回路パターンの密度が低い領域である。検出感度を低くする利点は、検出個数を効率良く減らすことである。つまり、高感度な検査装置では、数万個の異物を検出する場合がある。この時、本当に重要なのは回路パターンが存在する領域の異物であり、この重要な異物を対策することがデバイス製造の歩留り向上への近道である。しかしながら、被検査対象基板１上の全領域を同一感度で検査した場合、重要な異物と重要でない異物が混じるために、重要な異物を容易に抽出することができない。そこで、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎは、チップ内のＣＡＤ情報または閾値マップ情報に基いて、回路パターンが存在しないような、歩留りにあまり影響しない領域の検出感度を低くすることにより、効率良く重要異物を抽出することができる。ただし、異物の抽出方法は、検出感度を変更する方法だけでなく、後述する異物の分類により、重要異物を抽出しても良いし、異物サイズを基に重要異物を抽出しても良い。
【００８４】
閾値を変える領域について図１５で説明する。図１５（ａ）はウェハ１の中心２１０１から等距離の領域２１０２、２１０３、２１０４、２１０５毎に閾値設定を変える場合を示している。これは、ウェハ１の中心２１０１から等距離の領域でのプロセス状態が近い場合に用いる。例えば、酸化膜のような粘性のある膜をウェハ１に塗布する場合、中心２１０１を回転中心としてウェハ１を回転させて膜を広げていく。この時、ウェハ１の回転中心から等距離の場所に塗布される膜厚はほぼ同じになるので、膜厚の変化による異物の誤検出を低減するためには、中心２１０１からの距離に連動させた閾値が有効となる。
【００８５】
また、図１５（ｂ）はウェハ１に製造されているチップ２１０６毎に閾値設定を変える場合を示している。これは、半導体デバイス製造時に、テスト用チップを作りこんだウェハや、チップ単位で検出感度を変えたいときに有効である。例えば、ウェハ１にテスト用チップを作りこむ場合、そのチップは製品にはならないため検査の必要性は低いが、テスト用チップは回路パターンが製品チップと違うために、チップ比較時には正常な回路パターンが誤検出され、結果的に異物が大量発生した場合との区別がつかなくなる。そこで、テスト用チップの検出感度を低くしたり、検査からテスト用チップを除く場合にチップ単位で閾値設定を変える。
【００８６】
さらに、図１５（ｃ）はチップ内の特定領域２１０７で閾値設定を変える場合を示している。これは、チップ内に検査不要な領域が存在する場合、例えば、ダイシングエリア等のように歩留りにあまり関与しない領域で検出した異物情報を除く場合や、チップ内の領域毎に検出感度を変えて、上述したような重要異物を抽出したい場合に用いると良い。
領域の設定方法の一実施例を図１６に示す。図１６は、検査領域処理部１３０８ａ〜１３０８ｎにおけるウェハ中心から一定距離の領域の閾値を設定する画面を示す図である。図１６（ａ）は検査対象ウェハのレイアウト２２０１と領域設定ボタン２２０２、感度設定ボタン２２０３から構成されている。
【００８７】
まず、閾値を設定する領域を選択するために、領域設定ボタン２２０２が押されると図１６（ｂ）のような別画面を出す。この画面には、ウェハ中心からの設定距離を入力するための入力場所２２０４を設けておき、ウェハ中心からの半径等を入力する。例えば、ウェハ半径の１／２の値を入力した例を図１６（ｃ）に示す。図１６（ｃ）は、入力場所２２０４に設定された設定領域２２０５を明示した例である。ここで、明示の方法は、ウェハのレイアウト２２０１と設定領域２２０５の区別ができれば良く、設定領域２２０５の模様や色を変えて表示すれば良い。
【００８８】
次に、設定領域２２０５の感度を設定するために、感度設定ボタン２２０３が押されると図１６（ｄ）のような別画面を出す。この画面には、感度選択ボタン２２０６、２２０７、２２０８を用意しておく。ここで、感度選択ボタン２２０６は高感度に検査するモードを選択する場合のボタンであり、感度選択ボタン２２０７は中感度の検査を、感度選択ボタン２２０８は低感度で検査を行う場合のボタンである。なお、図１６（ｄ）は、高感度に検査するモードが選択されている例を示している。設定領域２２０５の感度を変えるためには、感度選択ボタン２２０６、２２０７、２２０８の何れかを選択すれば良い。
【００８９】
以上の手順で設定された内容は、検査領域処理部１３０８または全体制御部５０において、検査条件ファイルとして保存される。全体制御部５０の場合、検査条件ファイルを記憶部５３に保存してもよい。そして、検査条件ファイルとして保存された設定領域毎の感度は、閾値算出処理部１３０３の閾値算出部１４１１にフィードバックされてデータ記憶部１４１２に閾値マップとして記憶される。その結果、異物検出処理回路１３０７ａ〜１３０７ｎにおいて、検査時には、設定領域２２０５は図１６（ｄ）で設定された検出感度で検査を行い、それ以外の領域は、通常感度で検査を行う。ここで、感度変更方法としては、信号処理系４０に設定する閾値を変えれば良い。例えば、高感度検査モードでは通常設定される閾値を設定し、中感度検査モードでは高感度検査モード時に設定した閾値の２倍の値を中間度検査モードの閾値として設定し、低感度検査モードでは高感度検査モード時に設定した閾値の４倍の値を低感度検査モードの閾値として設定すれば良い。
なお、以上述べた方法では、各設定を別画面で行う実施例で説明したが、必ずしも別画面である必要は無く、同一画面で設定できるようにしても良い。
【００９０】
次に、統合処理部１３０９およびその検査結果表示部１３１１について説明する。統合処理部１３０９では、画素マージ回路１３０５、１３０６で並列処理された異物検出結果を統合したり、特徴量算出回路１３１０で算出した特徴量と異物検出結果を統合し、結果表示部１３１１に結果を送る機能を有する。この検査結果統合処理は、処理内容を変更し易くするためにＰＣ等で行うのが望ましい。
【００９１】
まず、特徴量算出回路１３１０について説明する。この特徴量とは、検出された異物や欠陥の特徴を表す値であり、特徴量算出回路１３１０は、前記特徴量を算出する処理回路である。特徴量としては、例えば、高角度照明及び低角度照明によって得られた異物又は欠陥からの反射回折光量（散乱光量）（Ｄｈ，Ｄｌ）、検出画素数、異物検出領域の形状や慣性主軸の方向、ウェハ上の異物の検出場所、下地の回路パターン種類、異物検出時の閾値等がある。
【００９２】
以上述べた信号処理を経て異物を検出した後、検査結果表示部１３１１での実施例について説明する。図１７はウェハ上の異物の位置情報を示す検査マップ２３０１と検査情報２３０２で構成されており、検査情報２３０２は、検査日とウェハの品種名、工程名、ウェハＩＤと検出個数を表示した実施例である。これにより、ウェハ上での異物の発生状況が一目でわかる。
【００９３】
なお、検出結果を出力する手段としては、ＣＲＴ等のディスプレイに表示しても良いし、ハードコピーとして印刷しても良い。また、検査結果を保存する方法としては、ハードディスク、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体、ＬＳＩメモリ、ＬＳＩメモリカード等に記録すれば良い。
【００９４】
次に、統合処理部１３０９でのＤＦＣの実施例について説明する。
即ち、統合処理部１３０９は、各種画素マージされた異物検出信号が入力されているので、図１８に示すように、異物を、「大異物」、「微小異物」、「高さの低い異物」として分類することが可能となる。図１８は、分類基準と分類結果の関係を示した表である。図１８は１×１画素でマージ処理された検出結果と５×５画素でマージ処理された検出結果を用いた例である。即ち、異物検出処理回路１３０７ａ、１３０７ｃからは、信号処理回路により１×１画素での検査結果と５×５画素での検査結果が得られる。これらの結果を用いて、図１８に従って分類を行う。つまり、ある異物が１×１画素でも５×５画素でも検出した場合は「大異物」として分類する。また、１×１画素では検出したが、５×５画素では検出しなかった場合は「微小異物」、さらに１×１画素では検出しなかったが、５×５画素では検出した場合は「高さの低い異物」として分類する。
【００９５】
図１９は、上記分類結果を含んだ検査結果の表示の実施例を示す。上記検査結果の表示は、検出場所判定処理部１６０２ａ、１６０２ｃから得られる異物の位置情報２５０１、統合処理部１３０９から得られる分類結果のカテゴリ情報２５０２およびカテゴリ毎の異物数２５０３で構成される。本実施例は、異物の位置情報２５０１で異物の位置を示すと共に、表示記号により分類カテゴリも併せて表示した例である。また、各記号の分類カテゴリの内容は、分類結果カテゴリ情報２５０２に示している。また、カテゴリ毎の異物数２５０３は各カテゴリに分類された個数を表している。このようにカテゴリ毎に表示を変えることによって、各異物の分布が一目でわかるという利点がある。
【００９６】
次に、本発明に係る異物のサイズ測定方法の実施例について説明する。本方法は、異物サイズと光検出器２６で検出される光量には比例関係があることを利用した方法である。つまり、特に異物が小さい場合、Ｍｉｅの散乱理論に従い、検出光量Ｄは異物サイズＧの６乗に比例するという関係がある。従って、特徴量算出回路１３１０は、検出光量Ｄ、異物サイズＧ、および比例係数εを基に、次に示す（９）式で異物サイズを測定し、統合処理部１３０９に提供することができる。
【００９７】
Ｇ＝ε×Ｄ（１／６） （９）
なお、比例係数εは、予め、サイズが既知の異物からの検出光量から求めておいて入力しておけば良い。
【００９８】
次に、検出光量Ｄの算出方法の一実施例を図２０を用いて説明する。図２０（ａ）は、異物検出処理回路１３０７で検出される微小異物についてのデータ記憶部１３０２から得られる微小異物のデジタル画像信号（光検出器２６の信号をＡ／Ｄ変換した画像信号）を基に作成した微小異物部の画像である。微小異物部２６０１が微小異物の信号を示している。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の微小異物部２６０１とその近傍画素のＡ／Ｄ変換値（画素毎の濃淡値）を示している。本例は、８ｂｉｔでＡ／Ｄ変換した例であり、異物信号部２６０２が微小異物からの検出信号を示している。ここで、異物信号部２６０２の中央部の「２５５」はアナログ信号が飽和していることを示しており、異物信号部２６０２以外の「０」の部分は微小異物以外からの信号を示している。微小異物の検出光量Ｄの算出方法としては、図２０（ｂ）に示す異物信号部２６０２の各画素値の和を計算する。例えば、図２０（ｂ）の例では、微小異物２６０１の検出光量Ｄは、各画素値の和である「８０５」となる。
【００９９】
次に、検出光量Ｄの算出方法の他の実施例について説明する。本実施例の考え方は、図２０（ｂ）における異物信号部２６０２の飽和部をガウス分布近似で補正し、検出光量の算出精度を向上することにある。補正方法について、図２１を用いて説明する。図２１はガウス分布を３次元的に表現した図である。図２１は、ｙ＝ｙ０で信号が飽和した場合を示しており、以下で説明する方法は、図２１におけるｙ＝ｙ０より下の部分、つまり、Ｖ３の部分の検出光量が得られた場合に、ガウス分布全体の検出光量を算出する方法である。まず、図２１のガウス分布全体の体積をＶ１、ｙ＝ｙ０より上の部分の体積をＶ２、ｙ＝ｙ０より下の部分の体積をＶ３とする。また、図２１のガウス分布のｘ軸で断面形状が次の（１０）式で得られるものとする。
ｙ＝ｅｘｐ（−ｘ２／２／σ２） （１０）
この時、Ｖ１はｙ軸周りに積分することにより、次の（１１）式で表される。
Ｖ１＝２×π×σ２ （１１）
さらに、Ｖ２は、次の（１２）式で表される。
Ｖ２＝２×π×σ２（ｙ０×ｌｏｇ（ｙ０）＋１−ｙ０） （１２）
なお、上記の式における「ｌｏｇ」は自然対数を計算することを示している。
ここで、体積比Ｖ１／Ｖ３をＣＣと書きなおすと、ＣＣは次の（１３）式で計算できるので、上記（１１）式および（１２）式から、次の（１４）式で算出される。
ＣＣ＝Ｖ１／（Ｖ１−Ｖ２） （１３）
ＣＣ＝１／（ｙ０×（１−ｌｏｇ（ｙ０））） （１４）
ここで、飽和部の信号幅をＳＷとすると、次の（１５）式であるので、ＣＣは次の（１６）式で表すことができる。
ｙ０＝ｅｘｐ（−ＳＷ２／２／σ２） （１５）
ＣＣ＝ｅｘｐ（ＳＷ２／２／σ２）／（１＋ＳＷ２／２／σ２） （１６）
従って、図２０（ｂ）に示すように得られた検出光量がＶ３であった場合、ガウス分布全体の体積Ｖ１は、次の（１７）式で算出でき、Ｖ１を補正後の検出光量Ｄとするれば良い。なお、飽和部の信号幅ＳＷを算出する必要がある。
Ｖ１＝Ｖ３×ｅｘｐ（ＳＷ２／２／σ２）／（１＋ＳＷ２／２／σ２）（１７）
以上、検出光量Ｄの算出方法について説明したが、倍率可変検出光学系２０の視野が広い場合、視野内のレンズ歪みにより誤差が生じる場合がある。この場合は、視野内のレンズ歪みに応じた補正を加えても良い。
【０１００】
図２２は、上記測定された微小異物サイズを含んだ検査結果の表示の実施例を示す。上記検査結果の表示は、検出場所判定処理部１６０２から得られる異物の位置情報２７０１と、統合処理部１３０９から得られる異物サイズのヒストグラム２７０２から構成される。本実施例では、異物の位置情報２７０１には異物位置と共に、表示記号の大きさを変えて異物の大まかなサイズを示した例である。また、ヒストグラム２７０２では、検出した異物の大きさを棒グラフで表した例である。このようにヒストグラム表示することにより、ウェハ上に発生した異物のサイズ分布を即座に知ることができるという利点がある。
【０１０１】
なお、本実施例では、検出光量として異物信号部２６０２の信号和の値を用いたが、必ずしも信号和である必要はなく、異物信号部２６０２の最大値でも良い。利点としては、最大値を用いた場合は電気回路規模を小さくできることであり、信号和を用いた場合は信号のサンプリング誤差を低減でき、安定した結果が得られることである。
なお、図１５〜図１７、図１９、図２２に示す画面は、全体制御部５０に設けられた表示手段５２に表示させてもよい。
【０１０２】
次に、統合処理部１３０９で行う異物又は欠陥の分類の他の実施例を図２３及び図２４を用いて説明する。図２３は、統合処理部１３０９が検査を２回行った結果を基に異物を分類するシーケンスを示している。
【０１０３】
まず、第１の検査条件にてウェハ１を検査する（Ｓ２２１）。第１の検査で、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２２）。次に、第１の検査条件とは違う第２の検査条件にてウェハ１を検査し（Ｓ２２３）、第２の検査で、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量を記憶装置（図示せず）に保存する（Ｓ２２４）。この時、第２の検査条件としては、たとえば、第１の検査条件がウェハ表面に近い角度から照明光を照射した場合（低角度照明の場合）は、第２の検査条件としては、ウェハ面の法線に近い角度から照明光を照射する条件（高角度照明条件）を選択すると良い。
【０１０４】
次に、前記得られた第１の検査結果の座標データと、前記得られた第２の検査結果の座標データを比較し（Ｓ２２５）、座標が近い異物を同一物と見なし、それぞれの特徴量から分類を行う（Ｓ２２６）。ここで、座標データが近いことを判断する方法の一実施例としては、第１の検査結果から得られる座標データをｘ１およびｙ１、第２の検査結果から得られる座標データをｘ２およびｙ２、比較半径をｒとすると、次の（１８）式に当てはまるデータを同一物と判断すれば良い。
（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２＜ｒ２ （１８）
ここでｒは０または、装置に付随する誤差分を考慮した値にすれば良い。測定方法としては、例えば、数点の異物の座標データで（１８）式の左辺の値を計算し、その平均値と標準偏差値から、（１９）式で算出した値をｒに設定すれば良い。
ｒ２＝平均値＋３×標準偏差 （１９）
さらに、同一物と見なした異物情報から異物を分類する方法を図２４を用いて説明する。図２４は横軸に前記第１の検査（低角度照明）で得られた特徴量である散乱光量（Ｄｌ）を設定し、縦軸には前記第２の検査（高角度照明）で得られた特徴量である散乱光量（Ｄｈ）を設定したグラフである。図２４において、点３５０１は前記同一物と見なした異物の各特徴量に応じてプロットした点である。本実施例では、１点が１個の異物を示している。また、分類線３５０２は検査において検出した異物を分類するための分類曲線である。図２４は分類線３５０２によって、２つの領域、つまり、領域３５０３と領域３５０４に分割した例である。分類方法としては、図２４において、前記検出された異物が領域３５０３にプロットされる場合は「大異物」として分類し、領域３５０４にプロットされる場合は、「小異物」として分類する。
【０１０５】
ここで、分類線３５０２は、事前に決めておく必要がある。事前に決める方法としては、予め大異物か小異物か分かっている検出物を図２４のグラフに数点プロットして、前記検出物を正しく分けられるように分類線３５０２を設定すれば良い。または、異物から得られる特徴量をシミュレーションで計算し、その結果から分類線３５０２を設定しても良い。
なお、本実施例では、２回検査を行う例を説明したが、特徴量の種類（例えば検出画素数：欠陥の面積Ｑに相当する）を増やした方が分類性能の向上が図れる場合は、３回以上検査を行って異物の特徴量（検出画素数）を取得しても良い。
【０１０６】
次に、検査結果統合処理部１３０９で行う異物又は欠陥の分類の更に他の実施例を図２５を用いて説明する。図２５は１回検査を行い、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いて分類する実施例のシーケンスを示している。
【０１０７】
まず、第１の光学条件でウェハ１に対して検査を行い（Ｓ２４１）、異物検出処理回路１３０７から得られた異物の座標データと、特徴量算出回路１３１０から得られた各異物の特徴量も保存しておく（Ｓ２４２）。次に、本発明の異物検査装置の光学条件を変える。これは、例えば、照明光学系の照射角度や照明方向である。また、検出光学系の倍率を変えても良く、光学フィルタを変えても良い。以上のような変更を加えた条件を第２の光学条件とする。
【０１０８】
光学条件を第２の光学条件に変更した後、前記保存しておいた異物の座標の位置に搬送系３０でウェハ１を動かし、第２の光学条件で、光検出器２６で検出してＡ／Ｄ変換して得られる検出画像信号を基に特徴量算出回路１３１０において異物の特徴量を算出する（Ｓ２４３）。さらに、第３の光学条件で特徴量を算出する場合も同様に行う（Ｓ２４４）。この時、第１の光学条件、第２の光学条件、第３の光学条件はそれぞれ違う条件であることが望ましい。
【０１０９】
分類方法の考え方を図２６で説明する。図２６は３種類の特徴量を３軸に設定した特徴量空間である。３軸の内容としては、例えば、特徴量１が第１の光学条件（例えば高角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｈ））であり、特徴量２が第２の光学条件（例えば低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば散乱光量（Ｄｌ））、また、特徴量３が第３の光学条件（例えば第１の光学条件である高角度照明および第２の光学条件である低角度照明）で取得した欠陥からの特徴量（例えば検出画素数：欠陥の平面的な面積Ｑ）である。この特徴量空間において、（分類カテゴリ数−１）個の分類境界を設定する。図２６は、３種類の特徴量から３種類の分類を行う例であるので、分類境界は２個以上あれば良い。
【０１１０】
特に、３種類の特徴量として、高角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｈ）、低角度照明による欠陥からの散乱光量（検出光量）（Ｄｌ）、上記高角度照明時における欠陥の検出画素数および上記低角度照明時における欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも、３つのカテゴリ（異物欠陥、キズ欠陥、回路パターン欠陥）に分類することが可能となる。しかも、特徴量として、欠陥の検出画素数（欠陥の平面的な面積Ｑ）をとっているので、図２４に示すように、異物欠陥のカテゴリを大異物と小異物とに分類することも可能となる。
【０１１１】
また、３つの特徴量として、高結像倍率における欠陥からの散乱光量、低結像倍率における欠陥からの散乱光量、欠陥の検出画素数とすることによって、少なくとも大異物欠陥のカテゴリと小異物欠陥のカテゴリとに容易に分類することが可能となる。
【０１１２】
さて、図２６は、分類境界４５０１、４５０２を設定した例である。分類方法としては、まず、上述の３つの特徴量を図２６の特徴量空間にプロットする（図２５に示すＳ２４５）。そして、分類境界４５０１，４５０２によって分けられた領域に属する異物を、それぞれカテゴリ（例えば異物欠陥）ａ、カテゴリ（例えばキズ欠陥）ｂ、カテゴリ（例えば回路パターン欠陥）ｃとして分類する（図２５に示すＳ２４６）。図２６では、３０個程度の欠陥を、カテゴリａ、カテゴリｂ、カテゴリｃに分類し、それぞれのカテゴリに分類された欠陥の表示記号を変えた例である。つまり、カテゴリａに分類されたもの（例えば異物欠陥）は「○」、カテゴリｂに分類されたもの（例えばキズ欠陥）は「▲」、カテゴリｃに分類されたもの（例えば回路パターン欠陥）は「×」で表示している。
【０１１３】
次に、分類境界の設定方法について図２７で説明する。図２７は３種類の特徴量をそれぞれ１軸に設定した２次元特徴量空間である。特徴量空間４６０１は特徴量１と特徴量２の関係から分類するためのグラフであり、特徴量空間４６０２、４６０３はそれぞれ、特徴量１と特徴量３、特徴量２と特徴量３の関係から分類するためのグラフである。
【０１１４】
分類境界の設定方法としては、まず、分類カテゴリが既知である異物の特徴量を特徴量空間４６０１，４６０２，４６０３にプロットする。ここで、特徴量空間にプロットするときは、カテゴリ毎に表示記号等を変えて、カテゴリの違いを表現する。例えば、図２７では、カテゴリａは「○」、カテゴリｂは「▲」、カテゴリｃは「×」で表示した例である。
【０１１５】
次に、各特徴量空間４６０１、４６０２、４６０３において、カテゴリを分けることができる部分に分類境界４６０４、４６０５，４６０６を設定する。ここで、複数のカテゴリが重なっている場合は、分類境界を設定する必要はない。例えば、特徴量空間４６０１において、カテゴリａは他のカテゴリｂ，ｃから離れた位置に分布しているため、カテゴリａと他のカテゴリｂ，ｃとを分類するために分類境界４６０４を設定するが、カテゴリｂとカテゴリｃとは分布が重なっているので、必ずしも分類境界を設定する必要はない。異物の分類時には、この特徴量空間４６０１を用いて、カテゴリａか他のカテゴリかを分類する。同様に、特徴量空間４６０２，４６０３においても分類境界４６０５，４６０６を設定し、異物の分類時に前記分類境界を用いる。
【０１１６】
以上、分類境界の設定方法について説明した。本例では、分類境界として、２個の領域に分ける場合で説明したが、３個以上のカテゴリの分布が明確に分かれている場合は、複数の領域に分けるために分類境界を複数個設定しても良い。また、分類境界は直線で設定しても良いし、曲線で設定しても良い。また、分類領域の設定は、ユーザが手動で設定しても良いし、自動で算出して設定しても良い。手動で設定する場合は、ユーザが任意に決めることができる利点があり、自動で設定する場合は、人による設定誤差が低減できる。ここで、自動で設定する方法としては、例えば、１個の特徴量空間において、各カテゴリ分布の重心を算出し、重心間を結んだ直線の垂直二等分線を分類境界にすれば良い。また、各特徴量空間に各カテゴリの分離率を一緒に表示しても良い。
【０１１７】
分離率を表示した例を図２８に示す。図２８において、表示４７０１が分離率の表示である。ここで、分離率とは、例えば、分離境界によって分離された領域内に同一カテゴリの異物がどの程度含まれているかを表示すれば良い。分離率を表示することの利点は、ユーザが分離性能を容易に把握できることである。
なお、本実施例では、３種類の光学条件で算出した特徴量を用いた場合について説明したが、必ずしも３種類に限定する必要はなく、複数種類の光学条件で特徴量を算出する場合や１種類の光学条件で複数の特徴量を取得できる場合に用いることができる。
【０１１８】
次に、全体制御部５０が例えば表示手段５２に表示する信号処理系４０から得られる検査結果の表示に関する別の実施例について説明する。
図２９は、検出した異物または欠陥の位置情報３８０１と、異物または欠陥の検出個数３８０２、検出した異物または欠陥サイズのヒストグラム３８０３で構成されている。なお、本実施例では欠陥としてキズを検出した場合を示している。
【０１１９】
詳細には、位置情報３８０１はウェハ上での異物またはキズの位置を示している。なお、本実施例では異物を○で、キズを▲で表示した例を示している。また、検出個数３８０２は異物またはキズの検出個数である。さらに、グラフ３８０３は異物またはキズの検出個数とサイズのヒストグラムである。本発明の欠陥検査装置での検出物をこのように表示することにより、異物または欠陥の分布が一目でわかる。
【０１２０】
図３０は、検出物（異物又は欠陥）の検出位置を示した検査マップ３９０１、検出物のサイズのヒストグラム３９０２、異物のレビュー像３９０３で構成されている。本実施例では、検査マップ３９０１とヒストグラム３９０２については、検出した検出物の全数または一部を表示した例である。また、レビュー像３９０３は検出物のサイズ毎にサンプリングし、その検出物のレビュー像を表示する例であり、本実施例では０．１μｍ以上１μｍ未満の異物のレビュー像を６個、１μｍ以上の異物のレビュー像を６個表示した場合を示している。
【０１２１】
ここで、レビュー像３９０３は検出器２６が検出する異物からの反射回折光で得られる像でも良いし、後述する白色光源を用いた光学顕微鏡または白色光源を用いたレビュー装置による像でも良い。レーザ光による像を表示する場合、画像を検査中に記憶装置５３、１３０２等に残しておけば、検査直後に表示ができ、検出物の確認を迅速に行うことができる利点がある。また、光学顕微鏡による像を表示する場合は、前記サンプリングされた検出物の座標を基に、検査後に観察画像を取れば良く、レーザ光による像に比べて鮮明な像が得られる。特に、１μｍ未満の異物または欠陥を観察する場合は、光源に紫外線を用いた、解像度の高い顕微鏡が望ましい。
【０１２２】
また、前記レビュー像３９０３で表示した検出物の位置を検査マップ３９０１上に併せて表示しても良く、レビュー像３９０３には検出物の検出番号を併せて表示しても良い。また、本形態では、表示するレビュー像が６個ずつの場合で説明したが、６個に限定する必要は無く、検出した異物または欠陥を全数表示しても良いし、検出個数に対し、一定割合の個数分だけ表示しても良い。
【０１２３】
図３１は、検出物を異物とキズとに分類して表示し、分類の正解率も併せて表示した例である。図３１は、分類された各カテゴリの検出個数４００１、検出物の検出位置を示した検査マップ４００２、検出物の確認画面４００３で構成されており、検出物の確認画面４００３は、さらに、本発明の欠陥検査装置で異物に分類された検出物の確認画面部４００４とキズに分類された検出物の確認画面部４００５、分類正解率表示部４００６から構成されている。確認画面部４００４と４００５は、さらに、検出物の観察画面４００７と分類正解判定部４００８から構成されている。
【０１２４】
本実施例では検出物を２つのカテゴリに分類した例であり、検査マップ４００２において、記号「１」を異物、記号「２」をキズとして表示している。
【０１２５】
次に、分類正解率の算出方法を説明する。まず、本発明の欠陥検査装置で検査した後、観察画面部４００４、４００５にそれぞれ検出物４００７が表示される。この時、観察画面部４００４と４００５のどちらに表示するかは、本発明の欠陥検査装置で分類した結果に基づいて表示する。次に、本発明の欠陥検査装置のユーザは、それぞれの観察画面４００７に付随している分類正解判定部４００８にユーザが判断したカテゴリを入力する。本例では、入力方法として、ユーザが判断したカテゴリのチェックボックスにチェックする場合を示しており、異物の確認画面部４００４では、５／６が異物（カテゴリ「１」）としてチェックされ、１／６がキズ（カテゴリ「２」）としてチェックされている例である。また、キズの確認画面部４００５では、全てキズ（カテゴリ「２」）として判断されている例である。
【０１２６】
以上のチェックが為されたあと、分類正解率表示部４００６に正解率が表示される。この値は、例えば、本発明の欠陥検査装置での分類結果とユーザの分類結果とが一致した率を表示する。この後、本発明の欠陥検査装置での分類結果とユーザの分類結果とが一致しなかった検出物については、該検出物の特徴量を用いて、分類精度を向上させるために、分類条件を更新しても良い。
【０１２７】
〔全体制御部５０〕
次に、全体制御部５０などにおいて実行される検査条件（検査レシピ）設定等について図３２〜図３４を用いて説明する。図３２は、検査条件（検査レシピ）を設定するためのフローを示す図である。まず、全体制御部５０において検査実行前に行われる検査条件（検査レシピ）の設定は、被検査対象に合わせるチップレイアウト設定（Ｓ２１１）と、被検査対象の回転合わせ（Ｓ２１２）と、検査領域設定（Ｓ２１３）と、光学条件設定（Ｓ２１４）と、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）と、検出光量設定（Ｓ２１６）と、信号処理条件設定（Ｓ２１７）とで構成される。なお、Ｓ２１８は、実際の検査の実行である。
【０１２８】
次に、全体制御部５０が実行する各設定について説明する。まず、チップレイアウト設定（Ｓ２１１）は、全体制御部５０において、ＣＡＤ情報等により、信号処理系４０などに対してチップサイズやウェハ上のチップの有無を設定することである。このチップサイズは、比較処理を行う距離であるため設定が必要である。次に、回転合わせ設定（Ｓ２１２）は、全体制御部５０が搬送系３０に対して制御する、ステージに載置されたウェハ１上のチップの並び方向と光検出器２６の画素方向とを平行にする、つまり、回転ずれをほぼ「０」にするためにウェハ１を回転させるための設定である。この回転合わせを行うことにより、ウェハ１上の繰返しパターンが一軸方向に並ぶため、チップ比較信号処理を容易に行うことができる。次に、検査領域設定（Ｓ２１３）は、全体制御部５０が信号処理系２０に対して制御する、ウェハ上の検査を行う場所の設定や、検査領域における検出感度の設定を行うことである。この検査領域設定（Ｓ２１３）を行うことにより、ウェハ上の各領域を最適な感度で検査することができる。設定方法は図１５の説明で述べた通りである。
【０１２９】
次に、光学条件設定（Ｓ２１４）は、全体制御部５０が照明光学系１０や倍率可変検出光学系２０に対して制御する、ウェハに照射する照明光の方向や角度を選択したり、倍率可変検出光学系２０の倍率を選択することである。選択方法としては、例えば、図３３に示すような光学条件設定ウィンドウで設定すれば良い。該光学条件設定画面は、照明光学系の照明方向条件３００１と照明光学系の照明角度条件３００２と検出光学系条件３００３で構成されている。図３３では、照明方向条件３００１として２種類、照明角度条件３００２として３種類、さらに、検出光学系条件３００３は２種類の選択を行えるようにした例である。本異物検査装置のユーザは、条件３００１、３００２、３００３の内容を見て、適切な条件を選択すればよい。例えば、被検査対象１が金属膜デポジション工程のウェハで、表面の異物を高感度に検査したいならば、照明方向条件３００１の条件の「デポ工程」を選択し、さらに、照明角度条件３００２の条件の「表面異物」を選択し、検出光学系条件３００３の条件を「高感度検査」を選択すれば良く、これらの選択を行った例が図３３である。
【０１３０】
次に、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）は、全体制御部５０が検出光学系２０等に対して制御する、図１に示す空間フィルタ２２や偏光素子等の光学フィルタ２５を設定することである。この空間フィルタ２２は、ウェハに製作された繰返しパターンからの反射回折光を遮光するためのフィルタであるので、繰返しパターンが存在するウェハに対しては設定した方が良いが、繰返しパターンが無いウェハに対しては設定する必要はない。また、偏光素子２５は配線パターンのエッジが直角に近い状況でエッチングされている場合に用いると効果的である。
【０１３１】
次に、検出光量設定（Ｓ２１６）は、全体制御部５０が照明光学系１０又は倍率可変検出光学系２０に対して制御する、光検出器２６に入射する光量を調整する工程である。ウェハに製作された回路パターンからの反射散乱光は、そのパターン形状により散乱される成分が変わる。具体的には、ウェハ表面が平らな場合は、散乱光はあまり発生せず、ほとんどが正反射光となる。それに対し、ウェハ表面の凸凹が大きい場合は、散乱光が多く発生する。従って、回路パターンからの反射散乱光はウェハ表面の状態、つまり、デバイス製造工程によって変わるわけである。しかしながら、光検出器２６のダイナミックレンジが存在するため、このダイナミックレンジに合わせた光量を入射するように調整するのが望ましい。例えば、ウェハの回路パターンからの反射散乱光量が光検出器２６のダイナミックレンジの１／１０程度になるように調整するのが望ましい。ここで、光検出器２６へ入射する光量の調整方法としては、レーザ光源１１の出力光量を調整しても良いし、ＮＤフィルタ２４で調整しても良い。
【０１３２】
次に、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は、全体制御部５０が信号処理系４０に対して制御する、異物の検出条件の設定を行うことである。
以上の設定が終了した後、検査工程（Ｓ２１８）で検査を行えば、ユーザが所望の条件で検査を行うことができる。
ただし、本実施例で説明した内容を設定する方法としては、例えば、被検査対象の設計情報から人手で入力しても良いし、本発明の異物検査装置に付属の入力アシスト機能を用いて入力しても良く、また、上位システムからネットワークを介して情報を取得しても良い。
【０１３３】
さらに、上述した設定のうち、検査領域設定（Ｓ２１３）、光学条件設定（Ｓ２１４）、光学フィルタ設定（Ｓ２１５）、検出光量設定（Ｓ２１６）、信号処理条件設定（Ｓ２１７）は必ずしも被検査対象によっては変更する必要はなく、被検査対象に依らず一定値でも良い。一定値にした場合、検査条件を設定する時間を短縮することができるが、高感度にするためには、各条件をチューニングするのが望ましい。また、検査領域設定（Ｓ２１３）は必ずしも光学条件設定（Ｓ２１４）の前に行う必要はなく、検査工程（Ｓ２１８）の前までに設定すれば良い。
【０１３４】
以上説明した内容を設定する画面の例を図３４に示す。図３４は、条件設定シーケンス４３０１、各設定内容の詳細条件４３０２、設定内容表示変更ボタン４３０３、ヘルプボタン４３０４で構成されている。
次に詳細について説明する。まず、条件設定シーケンス４３０１は、本発明の異物検査装置における検査条件の設定の流れを示している。ユーザは条件設定シーケンス４３０１の「チップレイアウト設定」から順に条件を設定すれば良い。
【０１３５】
条件設定シーケンス４３０１の特徴は、条件設定の流れを矢印４３０５で示すことにより、ユーザが設定順序を間違えることなく、最短の順序で設定できるようにしていることである。また、別の特徴として、必ず設定すべき項目と必ずしも設定する必要の無い項目、つまり、既定値で良い項目に分けていることである。表示を分けることにより、最小限の設定項目が分かり、ユーザがすぐ検査結果が必要な場合は、設定必須項目のみ設定して検査すれば良く、また、検出感度をチューニングしたい場合は、設定必須ではない項目について条件を設定すれば良いため、ユーザの要望に応じて条件設定の度合いを変えることができる。例えば、ボタン４３０６は枠を３重で示すことにより、必ず設定すべき項目であることを示し、また、ボタン４３０７は枠を１重で示すことにより、設定の必要性が低い項目であることを示した実施例である。さらに、別の特徴として、ユーザが現在どの項目を設定しているかを明示することである。例えば、ボタン４３０８はボタンに影をつけることによって、ボタン４３０６、４３０７と区別している。このように、現在の場所を明示することによって、残りの設定項目数が一目で分かる利点がある。
なお、本実施例では図３２で説明したシーケンスに、オプション条件設定４３０９を追加した例である。このオプション条件設定４３０９の内容は、例えば、異物のサイズ測定機能の条件設定や異物や欠陥の分類条件の設定である。
【０１３６】
次に、詳細条件４３０２は各条件項目の詳細を設定する画面である。項目の入力または選択方法としては、入力ボックス４３１０のようにキーボードで入力する場所を設けても良いし、入力アイコン４３１１のようにアイコンで入力項目を選択する方式にしても良い。なお、入力アイコン４３１１は３種類の入力項目に対し、それぞれアイコンで示し、該当アイコンを押すと別ウィンドウが出てきて、詳細の条件設定を行う例である。さらに、入力チェックボックス４３１２のように、必要な項目を選択する方法でも良い。
【０１３７】
また、設定内容表示変更ボタン４３０３は表示項目の変更またはカスタマイズを行うボタンである。例えば、ユーザがいつも設定したい項目や、設定内容数を増やしたい項目があった時に、この設定内容表示変更ボタン４３０３を使って変更できるようにする事により、ユーザは使いやすい画面することができ、検査条件をすばやく設定することができる。さらに、ヘルプボタン４３０４はユーザが設定方法や設定内容がわからなくなった場合に、ユーザを助ける情報を出力するボタンである。手法としては、各設定項目の内容を音声案内したり、操作方法をＭＰＥＧ等の動画で見せても良い。また、ネットワークや電話回線を通じて、オンラインで本発明の異物検査装置を製造したメーカの設計者と話ができるようにしても良い。
【０１３８】
〔顕微鏡を付けた実施の形態〕
本発明に係る欠陥検査装置に関する別の実施の形態を図３５を用いて説明する。本実施の形態において、図１に示す構成と相違する点は、観察用顕微鏡６０を並設した点にある。この観察用顕微鏡６０は、ステージ３１、３２を動かすことにより、観察用顕微鏡６０の検出光学系の位置に、ウェハ１上の検出した異物（虚報も含む）を移動させ、この画像を観察するものである。
【０１３９】
観察用顕微鏡６０を並設したことの利点は、レビュー装置にウェハを移動させなくても、検出した異物を即座に観察できることである。検査装置での検出物を即座に観察することによって、すばやく異物の発生原因を特定することができる。観察用顕微鏡５０としては、光源が可視光（例えば白色光）の顕微鏡でも良いし、紫外光を光源とした顕微鏡でも良い。特に、０．１μｍレベルの微小な異物を観察するためには、高解像度の顕微鏡、例えば、紫外光を用いた顕微鏡が望ましい。また、可視光の顕微鏡を用いると異物の色情報が得られ、異物の認識を容易に行えるという利点がある
〔本発明の欠陥検査装置をシステムに接続した場合の実施の形態〕
本発明に係る欠陥検査装置を半導体デバイス製造ラインにつないだシステムについて図３６を用いて説明する。本システムは、半導体デバイス製造プロセス３１０１と検査プロセス３１０２、異物検査装置群３１０３、データベース３１０４、プロセス状態を管理するための測定装置群３１０５で構成されている。ここで、検査装置群３１０３は、例えば、本発明に係る欠陥検査装置である。また、測定装置群３１０５は、例えば、電気テストによりチップの良／不良を判定する装置や成分分析を行う装置やデバイスに塗布された膜の膜厚を測定する装置、デバイス上に形成された配線の幅を計測する装置や回路パターン間の導電性を測定する装置や異物や欠陥の観察装置である。さらに、データベース３１０４には、検査装置群３１０３での検査結果や測定装置群３１０４での測定結果やデバイス製造プロセスの情報、過去の不良事例等が保存されている。
【０１４０】
次に、動作を説明する。まず、半導体デバイスは、デバイス製造プロセス３１０１に沿って、各製造プロセスを経て製造されていく。デバイス製造プロセス３１０１の途中に設定した検査プロセス３１０２にて異物又は欠陥の検査を行い、検査結果が異常であった場合は、検査結果をデータベース３１０４の情報と突き合わせ、異常の対策方法をデバイス製造プロセス３１０１にフィードバックする。ここで用いる検査結果とは、本発明の欠陥検査装置の検査結果で表示した内容や、本欠陥検査装置で得られるデータである。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＳＩパターン等の基板上の回路パターンからの回折光を低減でき、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとが混在する被検査対象基板に対して、０．１μｍレベルの微小な異物または欠陥や、配線間を短絡する異物または欠陥や薄膜状の異物を高速で、しかも高精度に検査をすることができる効果を奏する。
【０１４２】
また、本発明によれば、検出した異物または欠陥の分類やサイズを測定することができる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す照明光学系を示す平面図である。
【図３】照明光学系に用いられている円錐曲面レンズの機能を説明するための図である。
【図４】図１に示す倍率可変光学系の可変動作説明図である。
【図５】倍率可変光学系においてレンズを移動させる機構を示す概略図である。
【図６】倍率可変光学系の他の実施例を示す構成図である。
【図７】光検出器の別の実施例を説明する図である。
【図８】図１に示す信号処理系を示す構成図である。
【図９】閾値算出処理部を示す構成図である。
【図１０】画素マージ回路を示す構成図である。
【図１１】異物検出処理部を示す構成図である。
【図１２】検出場所特定処理の説明図である。
【図１３】検出場所特定処理の説明図である。
【図１４】検出場所特定処理の説明図である。
【図１５】検査領域の設定種類を説明するための図である。
【図１６】検査領域の設定方法を説明するための図である。
【図１７】検査結果の表示例を示す図である。
【図１８】異物または欠陥の分類方法を説明するための図である。
【図１９】異物または欠陥の分類した場合の検査結果の表示例を示す図である。
【図２０】異物または欠陥のサイズ測定方法を説明するための図である。
【図２１】異物または欠陥からの散乱光量を算出する方法に関する別の実施例を説明するための図である。
【図２２】異物または欠陥のサイズを測定した場合の検査結果の表示例を示す図である。
【図２３】異物または欠陥の分類に関する別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図２４】異物または欠陥の分類に用いる分類グラフを示す図である。
【図２５】異物または欠陥の分類に関する更なる別の実施例のシーケンスを示す図である。
【図２６】異物または欠陥の複数種類の特徴量から分類する方法を説明するための図である。
【図２７】分類の境界を設定する方法を説明するための図である。
【図２８】分類率を表示する場合の表示例を示す図である。
【図２９】異物または欠陥の分類結果とサイズ測定結果を併記した表示の例を示す図である。
【図３０】異物または欠陥のサイズ測定結果と異物または欠陥の観察画像を併記した表示の例を示す図である。
【図３１】検査結果に異物または欠陥の分類正解率を併記した表示の例を示す図である。
【図３２】本発明に係る欠陥検査装置において検査条件設定シーケンスを示す図である。
【図３３】光学条件設定画面を説明するための図である。
【図３４】異物または欠陥の分類に関する別の実施例の分類グラフを説明するための図である。
【図３５】観察用顕微鏡を付けた実施の形態の概略構成図である。
【図３６】本発明に係る欠陥検査装置を製造ラインに接続したシステムの実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１…ウェハ（被検査対象基板）、１０…照明光学系、１１…レーザ光源、１２…凹レンズ、１３…凸レンズ、１４…円錐曲面レンズ、１５…ミラー、２０…倍率可変検出光学系、２１…対物レンズ、２２…空間フィルタ、２３…結像レンズ、２４…ＮＤフィルタ、２５…光学フィルタ、２６…光検出器、３０…搬送系、３１…ｘステージ、３２…ｙステージ、３３…ｚステージ、３４…試料設置台、３５…ステージコントローラ、４０…信号処理系、５０…全体制御部、６０…観察用顕微鏡、２０１…スリット状ビーム、２０２…チップ、２０３…画素方向、７０１…照明位置、７０２…ミラー、８０１…分岐光学要素、８０２、８０４…ミラー、８０５…分岐光学要素、８０６、８０７、８０８…ミラー、８０９、８１０…ミラー要素、１２０１、１２０２…可動レンズ、１２０３…固定レンズ、１２０４…移動機構、１３０１…Ａ／Ｄ変換器、１３０２…データ記憶部、１３０３…閾値算出処理部、１３０５、１３０６…画素マージ回路、１３０７…異物検出処理回路、１３０８…検査領域処理部、１３０９…統合処理部、１３１０…特徴量算出回路（特徴量算出部）、１３１１…結果表示部、１４０１…遅延回路部、１４０２…差分回路部、１４０８…標準偏差算出値部、１４０９…平均値算出部、１４１０…係数算出部、１４１１…閾値算出部、１４１２…データ記憶部、１６０１…比較回路、１６０２…検出場所判定処理部、１７０８、１７０９…差分信号、１９０８、１９０９…差分信号、２００８、２００９…差分信号、２２０２…領域設定ボタン、２２０３…感度設定ボタン、２２０５…設定領域、２５０２…分類結果のカテゴリ情報、２５０３…カテゴリ毎の異物数。
Claims (21)
- 照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して互いに異なる傾斜角度で切り替えて照射できるように構成した照明光学系と、
前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光を互いに異なった結像倍率で結像させることのできる可変倍率結像光学系と該可変倍率結像光学系で結像された反射散乱光を受光して画像信号に変換する光検出器とを有する可変倍率検出光学系と、
該可変倍率検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて、欠陥を検出する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記照明光学系において、前記被検査対象基板に対して平面的に互いに異なる方向から照射できるように構成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
- 前記照明光学系において、前記照明光束が、前記被検査対象基板上の照明状態として、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームにして、長手方向が走査ステージの走行方向に対してほぼ直角になることを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査装置。
- 前記照明光学系において、前記照明光源がレーザ光源であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
- 前記可変倍率検出光学系において、被検査対象基板上に存在する回路パターンの少なくとも繰り返しを遮光する空間フィルタを有することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
- 前記可変倍率検出光学系において、前記可変倍率結像光学系は、被検査対象基板と光検出器との相対距離を一定にして結像倍率を可変に構成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
- 前記可変倍率検出光学系において、前記可変倍率結像光学系は、フーリエ変換像の大きさを一定にして結像倍率を可変に構成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
- 前記可変倍率検出光学系において、前記光検出器をＴＤＩイメージセンサで構成することを特徴とする請求項１乃至７記載の欠陥検査装置。
- 前記信号処理系において、前記デジタル画像信号を近傍画素でマージし、該マージされた画像信号を基づいて、欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
- 前記信号処理系において、前記検出された欠陥をカテゴリ別に分類する分類手段を備えることを特徴とする請求項１または９記載の欠陥検査装置。
- 前記分類手段において、前記検出された欠陥の２種類以上の特徴量を用いることを特徴とする請求項１０記載の欠陥検査装置。
- 前記信号処理系において、前記検出された欠陥のサイズを測定するサイズ測定手段を備えることを特徴とする請求項１または９記載の欠陥検査装置。
- 前記サイズ測定手段において、前記検出された欠陥について算出される検出光量に基いて欠陥のサイズを測定するように構成したことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
- 前記サイズ測定手段において、前記算出される検出光量にガウス分布補正を加えることを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査装置。
- 請求項１記載の欠陥検査装置において、更に前記被検査対象物上の光学像を観察する光学顕微鏡を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
- 照明光源から出射された照明光束を被検査対象基板の表面に対して高傾斜角度と低傾斜角度とで切り替えて照射できるように構成した照明光学系と、
前記被検査対象基板からの反射散乱光を集光する対物レンズと該対物レンズで集光された反射散乱光を結像させる結像光学系と該結像光学系で結像された反射散乱光を受光して信号に変換する光検出器とを有する検出光学系と、
前記照明光学系で高傾斜角度で照明した際および前記照明光学系で低傾斜角度で照明した際前記検出光学系の光検出器から得られる画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部と該Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出する欠陥検出処理部と前記欠陥検出処理部から検出される欠陥についての特徴量を算出する特徴量算出部と前記高傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥と低傾斜角度で照明した際前記欠陥検出処理部から検出される欠陥とが同一視される欠陥についての特徴量を前記特徴量算出部から取得し、該取得された欠陥の特徴量に基いて欠陥のカテゴリを分類する統合処理部とを有する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記統合処理部において、前記欠陥についての特徴量が、検出光量と平面的な面積とで構成することを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査装置。
- 照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して第１の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第１の画像信号に変換し、該変換された第１の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第１のデジタル画像信号に変換し、該変換された第１のデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての特徴量を前記第１のデジタル画像信号に基いて算出する第１の工程と、
照明光源から出射された照明光束を照明光学系により前記被検査対象基板の表面に対して前記第１の傾斜角度と異なる第２の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して第２の画像信号に変換し、該変換された第２の画像信号をＡ／Ｄ変換器により第２のデジタル画像信号に変換し、該変換された第２のデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての特徴量を前記第２のデジタル画像信号に基いて算出する第２の工程と、
前記第１の工程で検出される欠陥と前記第２の工程で検出される欠陥とが同一視される欠陥についての第１の工程で算出された特徴量と前記第２の工程で算出された特徴量とに基いて欠陥のカテゴリを分類する分類工程とを有することを特徴とする欠陥検査方法。 - 照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して所望の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して画像信号に変換し、該変換された画像信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についてのデジタル画像信号について複数種類のマージ処理を施し、該施された複数のマージ処理の結果に基いて欠陥を分類することを特徴とする欠陥検査方法。
- 照明光源から出射された照明光束を照明光学系により被検査対象基板の表面に対して所望の傾斜角度で照射し、該照射された被検査対象基板からの反射散乱光を対物レンズで集光して結像光学系で結像させ、該結像された反射散乱光を光検出器で受光して画像信号に変換し、該変換された画像信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタル画像信号に基づいて欠陥を検出し、該検出された欠陥についての前記デジタル画像信号から算出される検出光量に基いて欠陥を分類することを特徴とする欠陥検査方法。
- 請求項２０または２１記載の欠陥検査方法において、前記被検査対象基板の表面に形成された回路パターンの密度に応じて、前記結像光学系の結像倍率を変えることを特徴とする欠陥検査方法。
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