JP2005156516A - パターン欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
高出力のパルス光による試料へのダメージを低減しつつ高速・高感度に検査を行う。
【解決手段】
パルスレーザ光源３から射出された光を、擬似連続化光学系４、ビーム形成光学系５、干渉性低減光学系６を通し、変形照明光学系７で偏向されたビームをＰＢＳ８で反射し、ウェハ１に照射する。ウェハ１からの回折光は対物レンズ１０で集光され、光変調ユニット９、１１を通して、視野分割並列検出部１２にて複数のイメージセンサに結像し、信号処理部１３にて欠陥を検出する。ここで、擬似連続化光学系４は、パルス光を時分割することにより、１パルス当たりのエネルギーを低減しつつ、パルス光の総光量は維持できる光学系を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は試料上の回路パターンの欠陥（ショートや断線など）や異物を検出するパターン欠陥検査・異物検査に係り、特に半導体ウェハや液晶ディスプレイ、ホトマスクなどの回路パターンにおける欠陥・異物を検査するパターン欠陥検査方法及びその装置に関する。以下、欠陥は異物を含むものとする。

従来、この種の検査装置は試料を移動させつつ、イメージセンサ等の撮像素子により試料を撮像し、検出した画像信号と一定時間遅らせた画像信号の濃淡を比較することにより不一致部を欠陥として認識するものがある。

また、試料の欠陥検査に関する他の技術としては、メモリマット部等のパターン密度が高い領域と周辺回路等のパターン密度が低い領域とが同一ダイ内に混在する半導体ウェハなどにおいて高精度に検査する技術がある。これは、検出信号の明るさの頻度分布から被検査パターンの高密度領域と低密度領域の明るさ、或いはコントラストが定めた関係となるべく、該検出信号をＡ／Ｄ変換して得られるディジタル画像信号に対して階調変換を施し、該階調変換された画像信号と、階調変換された比較用の画像信号とを位置合わせした状態で比較するものである。

また、ホトマスクの回路パターンを検査する技術としては、光源にエキシマレーザ等のＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：紫外）レーザ光を用い、光路上に挿入した拡散板を回転させて可干渉性を低減させた光をマスクに均一照明し、得られるマスクの画像データから特徴量を計算してホトマスクの良否を判定する技術がある。

特開平 ７−３１８３２６号公報

特開平 ８−３２０２９４号公報 特開平１０− ７８６６８号公報 特開昭６１−２１２７０８号公報 特開２０００−１５５０９９号公報 特開２００１−１９４３２３号公報

近年のＬＳＩ製造においては、ウェハ上に形成された回路パターンは、高集積化のニーズに対応した微細化によりパターン幅が２００ｎｍ以下になっており、それに対応して、検出すべき欠陥の寸法も微細化している。特に、「Ｎｏｎ Ｖｉｓｕａｌ Ｄｅｆｅｃｔ」と呼ばれるように、従来の技術では検出が困難な欠陥も報告されている。このような中、欠陥検査装置では、検査用対物レンズの高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）化や超解像技術の開発が進められているが、検査用対物レンズの高ＮＡ化は物理的限界に達しているため、検出に用いる照明光の波長をＵＶ光やＤＵＶ（Ｄｅｅｐ ＵＶ：深紫外）光の領域へ短波長化していくのが本質的なアプローチである。

波長が短い光源となると、上記ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍ ＵＶ：真空紫外）光等が考えられるが現状ではパルス発振レーザが主である。しかし、パルス発振レーザはピーク出力が高いため、レーザを照射した試料にダメージを与える可能性が高い。そのため、出力を下げて使うことが考えられるが、この場合、試料への照射光量が不足するため反射光を検出するイメージセンサの蓄積時間を長くする必要があり、高速検査と両立できないという課題がある。

また、高速に検査することを考えた場合、細く絞ったレーザビームを試料上で走査する照明方法は適さない。逆にレーザビームを視野一杯に広げて照明を行うと、レーザによるスペックルが発生し、回路パターンのエッジ部分にリンギングと呼ばれるオーバーシュート、アンダーシュートの信号が発生するため、良質の画像を得ることが難しく、レーザによる干渉を低減する必要がある。

また、ＬＳＩデバイスには、主に繰り返しパターンで形成されるメモリ製品や、主に非繰り返しパターンで形成されるロジック製品など、検査対象となるパターンの構造が複雑かつ多様化してきており、ターゲットとなる欠陥を確実に見つけだすことが困難となっている。さらに、Ａｌ（アルミニウム）等の金属配線の工程ではグレインやピット、モホロジーと呼ばれる微小凹凸が発生する。このグレインは検査時に光学ノイズとして検出されるため、グレインを低減しなければならないという課題がある。また、絶縁膜等の透明膜（ここでは、照明波長に対して透明という意味）が最表面に露出している工程では、透明膜の微小な膜厚差による干渉光強度ムラが光学ノイズとなる。そのため、該光学ノイズを低減しなければならないという課題がある。

上記目的を達成するために、本発明では、パターン欠陥検査装置を、パルス発振あるいは連続発振の照明光源と、該照明光源の光量をより平均化する擬似連続化手段と、該擬似連続化手段から射出した照明光のビーム形状を調整するビーム形成手段と、該形状変更手段で調整された照明光の干渉性を抑える干渉性低減手段と、該干渉性低減手段から出射した照明光を偏向する変形照明手段と、該変形照明手段により偏向された照明光を試料に照射する照射手段と、該照射手段により照明された試料からの反射光を結像する結像手段と、照明および検出した回折光を制御する光変調手段と、該結像手段により形成された試料の像を分割して複数のセンサで撮像した画像信号を検出する画像検出手段と、該画像検出手段で検出された検出信号に基づいて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えて構成した。

本発明によれば、照明光によるウェハへのダメージを低減でき、また、レーザ光の干渉性を低減し、さらに配線工程等の絶縁膜部分からの光量ムラを低減しつつグレインの出力を安定化させることが可能である。また、視野範囲を光量ロスなく分割して並列検出が可能となるので、各工程のウェハを高速・高感度で検査することが可能となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明に係るパターン欠陥検査装置の実施例を図１に示す。本発明のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２と照明光源３、擬似連続化光学系４、ビーム形成光学系５、干渉性低減光学系６、変形照明光学系７、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと記す）８、光変調ユニットＡ９、対物レンズ１０、光変調ユニットＢ１１、視野分割並列検出部１２、信号処理回路１３、入出力部１４、自動焦点合わせ部（以下、Ａ／Ｆ部と記す）１５、各部のコントローラ１６、１６'、１６”および図示しないリレーレンズとミラーで構成されている。

次に動作を説明する。照明光源３から射出された照明光は、擬似連続化光学系４に入射し、光量を時間的に平均化または、ほぼ平準化された光にする。擬似連続化光学系４から射出された該照明光はビーム形成光学系５に入射し、ビーム径の調整や照度分布の調整を行う。ビーム形成光学系５から射出した該照明光は干渉性低減光学系６に入射し、時間的・空間的な干渉性を低減し、干渉性低減光学系６から射出した該照明光は変形照明光学系７で対物レンズ１０の瞳位置での照度分布を変化させる。さらに、変形照明光学系７から射出した該照明光は、ＰＢＳ８でＳ偏光成分が対物レンズ１０側に反射され、光変調ユニットＡ９および対物レンズ１０を通ってウェハ１に照射される。

ウェハ１で反射した照明光は、対物レンズ１０および光変調ユニットＡ９を通ってＰＢＳ８に入射する。該入射光はＰＢＳ８でＰ偏光成分が透過し、光変調ユニットＢ１１を通って視野分割並列検出部１２にてイメージセンサ上で結像し、画像信号に変換される。該変換された画像信号は、信号処理回路１３にて欠陥検出処理を施され、ウェハ１上の欠陥が検出され、検査結果が入出力部１４に入力されて画面上に表示される。以上の動作を搬送系２でウェハ１を移動させながら行うことによって、ウェハ１全面を検査する。なお、この入出力部１４は、ユーザからの入力情報を受け取るインターフェイス機能を有し、また、各コントローラ１６、１６'、１６”への制御信号を送受信可能とする。さらに、Ａ／Ｆ部１５は、ウェハ１を対物レンズ１０の物体側焦点位置に移動させるための信号を発
し、コントローラ１６”で搬送系２を制御して実時間でウェハ１を移動させる。

以下、各部分の詳細を説明する。

まず、搬送系２はＸ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２、Ｚ軸ステージ２０３、θ軸ステージ２０４、ウェハチャック２０５で構成されている。Ｘ軸ステージ２０１は定速走行が可能であり、Ｙ軸ステージはステップ移動が可能な構成である。Ｘ軸ステージ２０１およびＹ軸ステージ２０２を用いることにより、ウェハ１の全ての場所を対物レンズ１０の中心下に移動することができる。また、Ｚ軸ステージ２０３はウェハチャック２０５を上下させる機能を有し、θ軸ステージ２０４はウェハチャック２０５を回転させ、Ｘ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２の進行方向とウェハ１の回転方向とを合わせる機能を有する。さらに、ウェハチャック２０５は真空等で吸着することによりウェハ１を固定する機能を有する。

照明光源３は、紫外光（以下ＵＶ光）や深紫外光（以下ＤＵＶ光）、真空紫外光や極紫外光等のレーザ光源であり、レーザの発振形態は連続発振でもパルス発振でも良い。照明光源３の波長は概ね４００ｎｍ以下が望ましく、例えば３５５ｎｍや２６６ｎｍ、１５７ｎｍや１３０ｎｍの光源を適用できる。該レーザ光源としては、固体ＹＡＧレーザ（波長１０２４ｎｍ）を非線形光学結晶等で波長変換し、基本波の第３高調波や第４高調波を発生するものや、波長２４８ｎｍ等のエキシマレーザやイオンレーザでも良く、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ−Ｇａｓ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ−Ｌａｍｐ等の多波長（例えば波長は、３５１ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１７２ｎｍ、１５７ｎｍ、１４７ｎｍ、１２６ｎｍ、１２１ｎｍ等）の光を出力する光源でも良い。また、パルス発振レーザとしては、発振周波数が数Ｈｚの低周波パルスレーザでも良く、モードロック型等の数１０ＭＨｚの準連続発振パルスレーザでも良い。

それぞれの光源の利点は、短波長の光源を用いると光学系の解像度を向上でき高感度な検査が期待できる。また、ＹＡＧ等の固体レーザは大掛かりな付帯設備が必要ないため装置規模を小さく、また安価にできる。また、高周波のパルス発振レーザを用いれば、高出力の連続発振レーザと同等に扱えるため、透過率や反射率の低い安価な光学部品も用いることが可能となり、安価な装置を実現できる。以下では、照明光源３としてパルス発振レーザを用いた場合で説明する。

擬似連続化光学系４の詳細を、図２を用いて説明する。擬似連続化光学系４の目的は、ピーク出力の大きいパルス光を時分割して単位時間当りの総光量は維持しながら最大光量(光量のピーク値)を低減すること、即ち、単位時間にウェハ１を照射する照明光の光量を変えずに強度を低減することである。これにより、ピーク出力の大きいパルス光をウェハ１に照射する場合に比べて、ウェハ１へのダメージを小さくすることができる。

擬似連続化光学系４は、コリメータレンズ４０１、ミラー４０２、４０５、４０６、４１０、１／２波長板４０３、４０７、４０９、ＰＢＳ４０４、４０８で構成されている。照明光源３から射出した照明光は、コリメータレンズ４０１で平行光にされる。該平行光はミラー４０２で反射され、１／２波長板４０３で偏光方向が変えられる。１／２波長板４０３では、ＰＢＳ４０４を透過する方向（Ｐ偏光）に該平行光の偏光方向を回転させる。

ＰＢＳ４０４を透過した光は、ミラー４０５、４０６で反射され、１／２波長板４０７で偏光方向が変えられる。この１／２波長板４０７は、ＰＢＳ４０８での透過・反射光の比率を変えるために用いる。ここで、１／２波長板４０７による偏光方向の回転は、ＰＢＳ４０８を５０％透過する方向に設定するのが望ましい。ＰＢＳ４０８を透過した光（Ｐ偏光）は、１／２波長板４０９を介してミラー４１０で反射され、擬似連続化光学系４から出力される。

一方、ＰＢＳ４０８で反射された光（Ｓ偏光）は、ＰＢＳ４０４に入射してミラー４０５の方向に反射され、再度ミラー４０５、４０６、１／２波長板４０７を介してＰＢＳ４０８に入射する。従って、ＰＢＳ４０８へ再度入射した光の５０％の光が擬似連続化光学系４から出力されることになる。これらの動作を繰り返すことにより、照明光源から発射されて擬似連続化光学系４に入射した図３の（ａ）に示すような入射パルス光は、図３の（ｂ）に示すような、時間的に平均化されて、ピーク出力が小さく擬似的に連続した光となって擬似連続化光学系４から出力される。

次に、図４を用いてビーム形成光学系５の詳細を説明する。ビーム形成光学系５の目的は、照明光の照度分布を平坦化することである。ビーム形成光学系５は、ビームエキスパンダ５０１、レーザ強度分布均一化光学素子５０２で構成されている。ビーム形成光学系５の働きは、入射した光をビームエキスパンダ５０１で拡大し、図５に示すようなレーザ強度分布均一化光学素子５０２で複数のビームスポットを形成し、レーザ強度分布均一化光学素子５０２の焦点位置５０３でビーム形状を平坦化する。なお、ビームエキスパンダ５０１にズーム機構を備えれば、多種類の照明を形成することができるという利点がある。例えば、ズーム機構により倍率を変えることにより照明のσを変えることができる。

ここで、レーザ強度分布均一化光学素子５０２とは、例えば図５に示す外観である。これは、レンズを複数配置することにより該レンズ群の焦点位置に点光源を形成する光学素子であり、フライアレイレンズ等である。

干渉性低減光学系６の詳細を、図６を用いて説明する。干渉性低減光学系６の目的は、レーザの可干渉性を時間的、空間的に低減することである。そのために、干渉性低減光学系６は位相変動板６０１と回転用モータ６０２で構成されている。動作は干渉性低減光学系６へ入力されたビームに対し、回転用モータ６０２で位相変動板６０１を回転させ、位相変動板６０１を透過した光を出力するものである。

位相変動板６０１の外観を図７に示す。図７に示すように、位相変動板６０１は照明波長を透過する基板（例えば、波長２６６ｎｍの照明光源に対しては石英や水晶の板）の厚みを変化させることにより、透過光の位相を変化させるものであり、中心にモータ軸用の穴が開いている。詳細には円周方向の断面形状が連続的に変化した正弦波状のものが望ましい。また、板厚の変動量Ｔは照明波長より大きい値が望ましい。また、正弦波形状の周期は以下の（数１）の条件を満足させると良い。（数１）は、イメージセンサの蓄積時間（ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセンサ等の積算型センサの場合は１段の蓄積時間×蓄積段数）をＳ［ｓ］、正弦波形状の１周期の角度をγ［ｒａｄ］、位相変動板６０１の回転角速度をω［ｒａｄ／ｓ］としている。
Ｓ／（γ／ω）＝ｎ ただし、ｎは１以上の整数 ・・・（数１）
位相変動板６０１の製作方法の一例を、図８を用いて説明する。図８の（ａ）は円形の石英基板６０１'に半円型の溝を加工したものである。この時、加工深さＤは前記板厚の変動量Ｔであり、加工幅Ｗは後述する（数２）で決定する。この半円型の溝を円形板の中心を回転中心として一定角度ずつ回転させた位置に加工すれば図８の（ｂ）の形状となる。本方法で加工する場合、断面が正弦波形状となる場所はある円周部分となる。従って、正弦波形状に設定するための位置（図８（ｂ）のＲ）をあらかじめ決めておく必要がある。
Ｗ＝π＊Ｒ／Ｋ ・・・（数２）
ただし，πは円周率，Ｒは正弦波形状を製作する円周の直径，Ｋは該円周における正弦波形状の数である。

なお、本実施例では位相変動板６０１の製作方法として、機械加工で製作する例を説明したが、製作方法はこれに限らず、エッチングによる加工でも良く、また、ＳｉＯ２等の誘電体膜を堆積させることにより光路長を変えても良く、電子ビームによる直接描画で製作しても良い。それぞれの製造方法の利点は、機械加工によると容易・安価に製作できることがあり、また、エッチングでは１個目はマスク製造のために高価となるが、２個目以降は安価に製作でき、前記機械加工よりも複雑な加工ができることである。さらに、誘電体膜で製作する場合は、なめらかな正弦波形状が製作でき、位相をほぼ連続的に変えることができる。また、直描方式も複雑な加工が可能である。

また、透過光の位相を変化させるために、位相変動板６０３を用いたが、位相変動板の代わりに位相や入射角度を変える拡散板を用いてもよい。拡散板９００の形状を図４５に示す。（ａ）は、正面図であり、（ｂ）は拡散面の詳細図である。（ｃ）は、（ａ）の断面Ｘ−Ｘを示したものである。拡散板９００は、表面から観察すると、粒径が０．１ｍｍ程度の大きさで、多角形の形状あるいは円形である粒状９０１，９０２，９０３をランダムに配置して形成することが望ましい。また、断面も粒径に応じ、凹凸の量もランダムな形状をしていることが望ましい。

干渉性低減光学系６の別の実施例を図９に示す。図９は位相変動板６０３を光軸垂直方向に振動させる方法（振動手段は図示せず）であり、イメージセンサの蓄積時間内に一周期以上の振動を行うものである。図１０に位相変動板６０３の製作方法の一例を示す。本手法の場合、位相変動板６０３を振動させるだけなので四角形状の透明基板に半円型の加工を施せば良く、２次元的な加工、つまり、２次元的な位相変動が容易に実現できる利点がある。図１０の（ａ）は位相変動板６０３の平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ側面図である。

変形照明光学系７の詳細を図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は変形照明光学系７の平面図、図１１（ｂ）は正面図である。変形照明光学系７の目的は、対物レンズ１０の瞳位置における照明光の照度分布を変化させることにより、様々なプロセスウェハに対応可能な照明を行うことである。変形照明光学系７は、固定ミラー７０１、振動ミラー７０２、７０４、リレーレンズ７０３、７０５で構成されている。次に動作を説明する。

変形照明光学系７にＸ軸方向から入射した光は、固定ミラー７０１によりＺ軸方向に反射される。該反射光は、Ｘ軸を中心に振動する振動ミラー７０２によってＹＺ平面内で光が偏向される。該偏向された光はリレーレンズ７０３を通して、Ｚ軸を中心に振動する振動ミラー７０４に入射する。該入射光は、振動ミラー７０４によってＸＹ平面内で光が偏向される。さらに、該偏向された光はリレーレンズ７０５により変形照明光学系７から射出される。ここで、振動ミラー７０２、７０４は、例えばガルバノミラーや半導体共振ミラーを用いれば良い。振動ミラーに必要な振動周波数が低く、概ね数１００Ｈｚ以下で良い場合は、ガルバノミラーを用いることによって安価な装置にできる利点があり、高い振動周波数が必要な場合は半導体共振ミラー等を用いれば良い。

次に、振動ミラー７０２、７０４の振動形状による対物レンズ１０の瞳位置での照度分布の例を、図１２を用いて説明する。図１２の（ａ）は振動ミラー７０２、７０４を双方とも止めた（振動させない）場合である。この場合、瞳位置での照度分布は、（ｂ）に示すように、瞳中央部に広がった形状となる。図１２の（ｃ）は、振動ミラー７０２、７０４を同じタイミングで振動させた場合である。この場合の瞳位置での照度分布は、（ｄ）に示すように、円形の照度分布、つまり輪帯型の照度分布となる。照明形状を別にすることによる利点は、図１２の（ａ）の形状では照明光を効率良く照明できる利点があり、また、図１２（ｂ）の形状では、ウェハ１からの高次回折光を検出できるのでウェハ上パターンの解像度を向上させることができる利点がある。

図１３と図１４とで、光変調ユニットＡ９の詳細を説明する。光変調ユニットＡ９は、例えば、ウェハ１から反射される０次回折光と高次回折光の光量比を調整するものであり、視野分割並列検出部１２で検出される回路パターン信号のコントラストを向上させるユニットである。または、偏光微分干渉により回路パターンのコントラストを向上させるユニットである。

図１３は、０次回折光と高次回折光の光量比を調整するユニットの例である。図１３は１／２波長板９０１、１／４波長板９０２で構成されている。前記変形照明光学系７から射出された照明光はＰＢＳ８に入射し、Ｓ偏光（直線偏光）が反射され、１／２波長板９０１へ入射する。１／２波長板９０１では該Ｓ偏光の方位角を回転させた直線偏光となる。さらに、該直線偏光は１／４波長板９０２を通過することにより楕円偏光となり、対物レンズ１０を通してウェハ１に照射される。該照射光は、ウェハ１で反射・回折され、対物レンズ１０で集光され、１／４波長板９０２、１／２波長板９０１を通してＰＢＳ８に入射する。この時、ウェハ１で反射・回折された光は、０次回折光と高次回折光とで偏光状態の変化量が違うため、該回折光の偏光方向に対して１／２波長板９０１と１／４波長板９０２を光軸周りに回転させることにより、０次回折光と高次回折光のＰＢＳ透過比率を変えることができる。なお、詳細については特開２０００−１５５０９９号公報等に示されたもので実現可能である。

図１４は、偏光微分干渉を発生させるユニットの例である。図１４は１／２波長板９１１、９１３、複屈折プリズム９１２、９１４、１／４波長板９１５で構成されている。ここで、複屈折プリズム９１２、９１４は例えばノマルスキー型のプリズムである。次に動作を説明する。前記変形照明光学系７から射出されＰＢＳ８を通ったＳ偏光照明は、１／２波長板９１１に入射する。この時、複屈折プリズム９１２の光学軸とある角度を成す方向に偏光方向を回転させる。

複屈折プリズム９１２を通った光は、複屈折プリズム９１２の光学軸方向の２軸に分離され１／２波長板９１３に入射する。１／２波長板９１３では、複屈折プリズム９１４の光学軸とある角度を成す方向に偏光方向を回転させ、複屈折プリズム９１４に入射させる。複屈折プリズム９１４を通った光は、複屈折プリズム９１４の光学軸方向の２軸に分離され、前記複屈折プリズム９１２による分離方向と合わせて合計４方向に分離された直線偏光を発生させることができる。該４方向の直線偏光は、１／４波長板９１５に入射し、楕円偏光で対物レンズ１０を通ってウェハ１に照射される。ノマルスキー型のプリズムを１個用いた偏光微分干渉光学系による物理的な現象は、一般的な微分干渉顕微鏡と同様である。

本発明の偏光微分干渉ユニットの特徴は、４個以上の光束に分割することによりウェハ１上の直交パターンへの対応が可能となることである。つまり、通常の２点分離のプリズムでは該２点を結ぶ直線の方向しか微分干渉の効果がない。そこで、本発明では該２点の直線とある角度をなす方向にも光路分岐することにより平面的に微分干渉ができ、回路パターンの方向に依らないで微分干渉ができるという利点がある。

なお、複屈折プリズム９１２、９１４を光軸中心で回転させ、かつ、１／２波長板９１１、９１３で上述した関係になるように偏光方向を回転させることにより、光路の分岐方向を変えることが可能である。このように光路の分岐方向を変えることにより、様々な方向の回路パターンの欠陥を高感度に検査できる。

次に、図１５乃至１７で光変調ユニットＢ１１の詳細を説明する。本光変調ユニットＢ１１は対物レンズ１０の瞳位置と共役な位置に設置する。目的は瞳位置での光学的変調である。図１５の（ａ）は光変調ユニットＢ１１の一例である。光変調ユニットＢ１１は空間フィルタＡ１１０１、空間フィルタＢ１１０２で構成されている。空間フィルタＡ１１０１と空間フィルタＢ１１０２の外観を図１５の（ｂ）に示す。空間フィルタＡ１１０１は、石英等の透明基板１５０１の中央部に誘電体膜１５０２を蒸着したものである。誘電体膜１５０２は、該誘電体膜を蒸着した部分の透過光と蒸着していない部分の透過光とで位相差を持つように設計された膜である。また、空間フィルタＢ１１０２は、空間フィルタＡ１１０１と同様に誘電体膜を蒸着したものであるが、空間フィルタＢ１１０２では、該誘電体膜を蒸着した部分の透過光と蒸着していない部分の透過光とで透過率を変えるように設計された膜である。なお、該誘電体膜の蒸着範囲は、瞳位置での０次回折光の大きさに相当させれば良い。

図１６に、空間フィルタの別の例を示す。これは、ウェハ１に照射する照明光を輪帯型の照明にした場合の例であり、空間フィルタの誘電体膜の蒸着範囲も輪帯形状にしている。光変調ユニットＢ１１は、図１５や１６のような照明光の形状に応じた複数の空間フィルタを用意し、照明光の形状に合わせて切り替える機構を持つ。

該空間フィルタの効果を図１７で説明する。図１７の（ａ）は本発明の空間フィルタを用いない場合の光強度を示している。該空間フィルタを用いない場合、０次回折光の光強度１１１０に対し、高次回折光の光強度１１１１が低いため、０次回折光と高次回折光の干渉光は、０次回折光の影響が大きく、Ｌ＆Ｓ等のパターンコントラストが低くなってしまう。それに対し、本発明の空間フィルタを用いれば、０次回折光の強度を低く、相対的に高次回折光強度を高くできるので、図１７（ｂ）に示すようにパターンのコントラストを高くすることができる。

次に、視野分割並列検出部１２の詳細を、図１８を用いて説明する。視野分割並列検出部１２は結像レンズ１２０１、ハーフミラー１２０２、リレーレンズ１２０３、１２０４、イメージセンサ１２０５、１２０６で構成されている。動作を説明する。まず、上述した光変調ユニットＢ１１を通過した光は、結像レンズ１２０１で結像レンズ１２０１の焦点位置に集光される。該集光された光は、該焦点位置に設置されたハーフミラー１２０２によって光路を２分割され、検出視野の半分の領域はリレーレンズ１２０３を通してイメージセンサ１２０５に結像され、残りの半分の領域はリレーレンズ１２０４を通してイメージセンサ１２０６に結像される。このように構成することにより、検出視野を分割して並列に処理することができ、同じ仕様のイメージセンサを１個用いる場合に比べ、２倍のスピードで処理することができ、高速検査が可能となる。

視野分割並列検出部１２の別の例を、図１９に示す。本例は結像レンズ１２０１、三角プリズム１２０７、リレーレンズ１２０３、１２０４、イメージセンサ１２０５、１２０６で構成されている。本例は上述したハーフミラー１２０２の代わりに三角プリズム１２０７を用いたものである。本例では検出視野の半分の領域は三角プリズム１２０７の反射面１２０８で反射され、リレーレンズ１２０３を通してイメージセンサ１２０５に結像され、残りの半分の領域は反射面１２０９で反射され、リレーレンズ１２０４を通してイメージセンサ１２０６に結像される。

図２０に三角プリズム１２０７の詳細を示す。三角プリズム１２０７は、図２０の（ａ）に示すように三角柱の形状である。ここで、三角形の底辺の長さＰＬは検出視野の結像幅よりも大きい必要がある。また、三角柱の幅ＰＷは結像レンズ１２０１で集光された光が反射面１２０８、１２０９からはみ出さない大きさにする必要がある。また、反射面１２０８、１２０９は全反射ミラーと同等の反射面を有する。さらに、図２０の（ｂ）に示すように、三角プリズム１２０７の頂角の１／２の角度をθとすると、２θの角度の方向にリレーレンズ１２０３、１２０４およびイメージセンサ１２０５、１２０６を設置する必要がある。

視野分割並列検出部１２の更なる別の例を図２１に示す。本方式は、ハーフミラー１２０２や三角プリズム１２０７を用いないでイメージセンサを並列に並べる方法である。イメージセンサは、図２１の（ａ）に示すように、受光面１２１０と周辺回路部１２１１で構成されているため、複数のイメージセンサを並べる場合、イメージセンサの受光面１２１０を近接させて設置することが難しく、直列に並べると、図２１の（ｂ）に示すように、受光面間に受光不可領域（イメージセンサ１２０５、１２０６との接続部分）が発生してしまう。そこで、本方式では、イメージセンサ１２０５と１２０６を側面から見たときに図２１（ｃ）のように見えるように、また、平面から見たときに（ｄ）に示すように見えるように配置して、イメージセンサ１２０５と１２０６の受光面がほぼ連続するように配置する。ただし、搬送ステージは、図２１のＸ方向に一定速度で移動するものとする。

以上、３つの例を説明したが、それぞれの利点は次の通りである。まずハーフミラー１２０２を用いた場合は、ハーフミラーにより光量ロスが発生するが、構成が簡単なため照明光源の出力に余裕がある場合に用いると良い。次に、三角プリズム１２０７を用いた場合は、光量ロスが少ないので出力の小さい照明光源でも実現が可能である。さらに、イメージセンサを並べる方式は、リレーレンズ１２０３、１２０４を必要としないので安価な装置にできるが、広い照明領域が必要となるので、照明光源の出力に余裕がある場合に用いると良い。

本実施例の様に、複数のイメージセンサを用いる場合、イメージセンサ間の感度むらを低減する処理を施すことが望ましい。このことを図２２で説明する。図２２の（ａ）は２個のイメージセンサにおける入出力の特性の一例である。このように、イメージセンサは個体差により、入力光量に対するセンサの出力がイメージセンサによって変わってしまう。このようなイメージセンサを用いた場合、欠陥検出の信号処理において濃淡値のばらつきが生じてしまい、同じしきい値での処理ができなくなる。そこで、本発明では、図２２の（ｂ）に示すように各イメージセンサの出力に対して、補正する回路を設けることを特徴とする。この出力補正回路２２０１、２２０１は、例えば、イメージセンサ１の入出力特性が（数３）で得られ、イメージセンサ２の入出力特性が（数４）で得られる場合、イメージセンサ１は前記特性のまま出力し、イメージセンサ２は出力ｙ２に対して（数５）の補正を行う。
ｙ１＝ａ１×ｘ１＋ｂ１ ・・・（数３）
（ただし、ｘ１：入力、ｙ１：出力、ａ１およびｂ１はパラメータ）
ｙ２＝ａ２×ｘ２＋ｂ２ ・・・（数４）
（ただし、ｘ２：入力、ｙ２：出力、ａ２およびｂ２はパラメータ）
ａ１／ａ２×（ｙ２−ｂ２）＋ｂ１ ・・・（数５）
なお、本例ではイメージセンサ１とイメージセンサ２の関係が線形関係である場合のセンサ２の補正方法について説明したが、センサの入出力関係が高次多項式の場合は、多項式で補正しても良く、また、センサ１とセンサ２の関係が近づくのであれば、センサ１の出力を補正してもよい。

以上述べたイメージセンサは、照明波長に対して感度を有するセンサであれば良く、例えば、１次元のＣＣＤセンサやＴＤＩイメージセンサでも良く、また、フォトマル（光電子倍増管）を直列に並べたものでも良い。さらに、ＴＶカメラのような２次元ＣＣＤセンサでも良い。

次に、信号処理回路１３の詳細を、図２３を用いて説明する。信号処理回路１３は、Ａ／Ｄ変換器１３０１、階調変換部１３０２、画像フィルタ１３０３、遅延メモリ１３０４、位置合わせ部１３０５、局所階調変換部１３０６、比較処理部１３０７、ＣＰＵ１３０８、画像入力部１３０９、散布図作成部１３１０、記憶手段１３１１で構成されている。

動作としては、まず、視野分割並列検出部１２で得られた検出信号が、信号処理回路１３に送られ、Ａ／Ｄ変換器１３０１によりディジタル画像信号に変換されウェハ１の画像信号を出力する。これは例えば１０ビットのＡ／Ｄ変換を行うものである。階調変換部１３０２は、Ａ／Ｄ変換器１３０１から出力された画像信号に対して特開平８−３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施すものである。すなわち、階調変換部１３０２は、対数変換や指数変換・多項式変換等により画像を補正するものであり、出力は８ビット等のディジタル信号で出力するように構成される。画像フィルタ１３０３は、該階調変換された画像信号から、照明光源特有の画像ノイズを効率良く除去するフィルタである。

遅延メモリ１３０４は、参照画像信号を記憶する記憶部であり、画像フィルタ１３０３からの出力画像信号を、繰り返される半導体ウェハを構成する１セル又は複数セルピッチまたは１ダイまたは複数ダイ分記憶して遅延させるものである。ここで、セルはダイ内のパターンの繰返し単位である。なお、画像フィルタ１３０３は遅延メモリ１３０４を通過した後でもよい。

次に、位置合わせ部１３０５は、階調変換部１３０２から出力された画像信号（ウェハ１から得られる検出画像信号）１３２０と、遅延メモリ１３０４から得られる遅延画像信号（基準となる参照画像信号）１３２１との位置ずれ量を正規化相関法によって検出して画素単位に位置合わせを行う部分である。局所階調変換部１３０６は、特徴量（明るさ、微分値、標準偏差、テクスチャ等）の異なる信号を該特徴量が一致するように双方もしくは一方の画像信号について階調変換する部分である。また、比較処理部１３０７は局所階調変換部１３０６で階調変換された検出画像信号同士を比較して特徴量の相違に基づいて欠陥を検出する部分である。すなわち、比較処理部１３０７は、遅延メモリ１３０４から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した参照画像信号と検出した検出画像信号を比較する。

ウェハ１上における配列データ等の座標を入出力部１４から入力しておくことにより、ＣＰＵ１３０８はウェハ１上における配列データ等の座標に基づいて欠陥検査データを作成して記憶手段１３１１に格納する。該欠陥検査データは必要に応じて入出力部１４へ送られる。なお、比較処理部１３０７の詳細は特開昭６１−２１２７０８号公報に示したもの等で良く、例えば、画像の位置合わせ回路や位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を二値化して不一致を検出する回路、二値化された出力から面積や長さ（投影長）、座標などを算出する特徴抽出回路からなる。

また、画像入力部１３０９は、位置合わせ部１３０５にて画素単位で位置合わせされた画像の散布図を作成するために、同期あるいは非同期で入力する部分である。散布図作成部１３１０は、画像入力部１３０９に入力された両画像について検出画像の特徴量と参照画像の特徴量との散布図を作成する機能を有し、入出力部１４等に表示するものである。

図２４は、信号処理１３のシーケンスの一例を示している。まず、入力された検出・参照画像に対し、必要に応じてノイズ除去処理Ｓ２４０１で画像のＳ／Ｎを向上させる。ノイズ除去には各種フィルタが用意され、対象物やノイズの質に応じて選択可能となっている。例えば、着目画素の近傍画素の値に重みをつけて用いる方法である。実際の処理は、着目画素に対してＭ×Ｎの近傍画素の値にフィルタ係数をかけて加算するものである。

図２５は、ノイズ除去フィルタの一例である。図２５ではＭ＝Ｎ＝３とし、各近傍画素値の重みが１／８の場合である。着目画素の値Ｆ（ｘ、ｙ）は（数６）で表される。
Ｆ（ｘ、ｙ）＝Ｂ×１／８＋Ｄ×１／８＋Ｆ×１／８＋Ｈ×１／８＋Ｅ×１／２
・・・（数６）
なお、フィルタのサイズ、係数はルックアップテーブルを用いてフレキシブルに変えることができる。

ノイズ除去フィルタの別の例としてメディアン・フィルタがある。これは設定した近傍画素内の輝度値の中央値をとるものであり、特異点の影響を除去することができる。また、更なる別の例はガウス関数を用いる方法である。これは、入力画像ｆ（ｘ、ｙ）に対して平均０、分散σ²の２次元ガウス関数（数７）を（数８）に従い畳み込み演算を行うことによって画像の平滑化を行うものである。

また、別の例としてフーリエ変換を利用し規則的に生じるノイズを除去することも可能である。

次にノイズ除去により劣化した画像の復元処理Ｓ２４０２を行う。例えば、ウィーナ・フィルタによる復元処理である。これは入力画像ｆ（ｘ、ｙ）と復元後の画像ｆ'（ｘ、ｙ）との平均２乗誤差が最小となるような画像を与えるものである。

更に、比較する検出画像と参照画像間で見え方に大きな違いがないかを調べる。評価指標は、コントラスト、明るさのばらつき（標準偏差）、ノイズ成分の周波数などがある。
画像間で該評価指標に大きな差があれば特徴量を演算する処理Ｓ２４０３、演算した特徴量を比較する処理Ｓ２４０４を行い画像の合わせ込み処理Ｓ２４０５を行う。もし、特徴量の合わせ込みができないレベルにあるときは、比較処理部１３０７にて感度を低下させ虚報の発生を押さえるようにする。その後感度低下の判定処理Ｓ２４０６を行う。なお、信号処理回路１３での詳細な欠陥算出方法については、特開２００１−１９４３２３号公報等に示したもので実現可能である。

次に、入出力部１４について説明する。入出力部１４は、ユーザとのインターフェイス部であり、データや制御信号の入出力部でもある。ここで、ユーザからの入力情報としては、例えば検査対象ウェハのレイアウト情報や名称、また上述した光学系の検査条件等である。また、ユーザへの出力情報としては、例えば、欠陥検査結果や検出した欠陥の画像等である。

本発明に係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を、図２６に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置は、検査対象である表面にパターンが形成されたウェハ１を載置および移動させる搬送系２と照明光源３、擬似連続化光学系４、ビーム形成光学系５、干渉性低減光学系６、変形照明光学系７、ＰＢＳ８、光変調ユニットＡ９、対物レンズ１０、光変調ユニットＢ１１、視野分割並列検出部１２、信号処理回路１３、入出力部１４、Ａ／Ｆ部１５、光路分岐光学系１７、偏光暗視野照明光学系Ａ１８、偏光暗視野照明光学系Ｂ１９および図示しない各部のコントローラ、リレーレンズとミラーで構成されている。

次に、動作を説明する。照明光源３から射出された照明光は、擬似連続化光学系４に入射し、光量を時間的に平均化またはほぼ平準化される。擬似連続化光学系４から射出された該照明光は光路分岐光学系１７に入射し２方向の光路に分岐される。該２方向の光路のうち、光路２６０１に分岐された照明光は実施例１と同様、ビーム形成光学系５に入射し、ビーム径の調整や照度分布の調整を行う。ビーム形成光学系５から射出した該照明光はミラー５１で光路を変更して干渉性低減光学系６に入射し、時間的・空間的な干渉性が低減される。干渉性低減光学系６から射出した該照明光は、変形照明光学系７で対物レンズ１０の瞳位置での照度分布が変化させられる。さらに、変形照明光学系７から射出した該照明光は、ＰＢＳ８でＳ偏光成分が対物レンズ１０側に反射され、光変調ユニットＡ９および対物レンズ１０を介してウェハ１に照射される。以下では本光路にて照射された照明光、つまり対物レンズ１０を通して照射された照明光を明視野照明と呼ぶものとする。

一方、前記光路分岐光学系１７で光路２６０２に分岐された照明光は、干渉性低減光学系６に入射し、時間的・空間的な干渉性が低減されたのち偏光暗視野照明光学系Ａ１８に入射し、光路分岐および偏光制御を施され、偏光暗視野照明光学系Ｂ１９を介してウェハ１に照射される。以下では本光路にて照射された照明光、つまり対物レンズ１０を通さないで照射された照明光を暗視野照明と呼ぶものとする。

以上の明視野照明および暗視野照明でウェハ１に照射された光は、ウェハ１により回折され、対物レンズ１０で集光され、光変調ユニットＡ９を通してＰＢＳ８に入射する。該入射光はＰＢＳ８でＰ偏光成分が透過し、光変調ユニットＢ１１を通して視野分割並列検出部１２にてイメージセンサへ結像し、画像信号に変換される。該変換された画像信号は、信号処理回路１３にて欠陥検出処理を施され、ウェハ１上の欠陥を検出する。搬送系２でウェハ１を移動させることによって、以上の処理をウェハ１の全面で行い、検査結果を入出力部１４へ表示する。なお、この入出力部１４はユーザからの入力情報を受け取るインターフェイス機能を有し、また、各コントローラへの制御信号を送受信可能とする。さらに、Ａ／Ｆ部１５は、ウェハ１を対物レンズ１０の焦点位置に移動させるための信号を発し、コントローラや搬送系２を用いて実時間でウェハ１を移動させる。

光路分岐光学系１７の詳細を、図２７を用いて説明する。光路分岐光学系１７は１／２波長板１７０１、回転モータ１７０２、ＰＢＳ１７０３で構成されている。擬似連続化光学系４から射出された光は直線偏光で光路分岐光学系１７に入射する。光路分岐光学系１７では、まず、１／２波長板１７０１で偏光方向を回転させ、該回転された偏光はＰＢＳ１７０３で光路２６０１と光路２６０２に分岐される。ＰＢＳ１７０３では、該回転された偏光のＳ偏光成分が光路２６０１側に反射され、Ｐ偏光成分が光路２６０２側に透過される。

光路２６０１と光路２６０２とに分岐する光量は、１／２波長板１７０１の回転角度で調整可能である。例えば、１／２波長板１７０１を透過した光がＳ偏光であれば、照明光源３から射出した光は全て明視野照明として照射され、また、１／２波長板１７０１を透過した光がＰ偏光であれば、全て暗視野照明として照射される。さらに、Ｓ偏光とＰ偏光の光量が１：１の割合になる光であれば、明視野照明と暗視野照明とで１：１の強度でウェハ１に照射され、明暗視野照明となる。ここで、１／２波長板１７０１による偏光方向の回転角度の調整は、回転モータ１７０２で調整すれば良い。また、該調整量は検査対象のウェハの表面状況に応じて変えれば良く、ＡＬ等の金属膜が最表面に露出している工程では、暗視野照明成分を多くした方が良い。

偏光暗視野照明光学系Ａ１８の詳細を、図２８を用いて説明する。図２８の（ａ）は、偏光暗視野照明光学系Ａ１８の平面図であり、（ｂ）は正面図である。偏光暗視野照明光学系Ａ１８は、パーシャルミラー１８０１、１８０２、１８０４、１８０５、１８０７、１８０９、１８１０、全反射ミラー１８０３、１８０６、１８０８、１８１１、偏光制御ユニット１８１２、リレーレンズ１８１３で構成されている。

次に動作を説明する。偏光暗視野照明光学系Ａ１８に入射した光は、パーシャルミラー１８０１で２方向へ光路分岐する。パーシャルミラー１８０１を透過した光は、パーシャルミラー１８０４、１８０５、全反射ミラー１８０６の反射率に応じた光量をＺ軸方向へ反射する。一方、パーシャルミラー１８０１で反射された光は、上述した光量分岐と同様に、パーシャルミラー１８０２、全反射ミラー１８０３の透過率や反射率に応じて光路分岐し、さらにパーシャルミラー１８０７、１８０９、１８１０、全反射ミラー１８０８、１８１１の反射率に応じた光量をＺ軸方向へ反射する。該Ｚ軸方向への反射光は、偏光制御ユニット１８１２で偏光状態を制御する。なお偏光制御ユニット１８１２は１／２波長板や１／４波長板で構成されている。さらに、偏光制御ユニット１８１２を透過した光は、リレーレンズ１８１３を通して射出される。

ここで、ミラー１８０４、１８０５、１８０６、１８０７、１８０８、１８０９、１８１０、１８１１は、該Ｚ軸方向への反射光が対物レンズ１０の外側を通るように設置されている。

次に、偏光暗視野照明光学系Ｂ１９の詳細を、図２９を用いて説明する。図２９の（ａ）は偏光暗視野照明光学系Ｂ１９の平面図であり、（ｂ）は正面図である。偏光暗視野照明光学系Ｂ１９は、リレーレンズ１９０１、全反射ミラー１９０２で構成されている。上述した偏光暗視野照明光学系Ａ１８から射出された照明光は、偏光暗視野照明光学系Ａ１８のリレーレンズ１８１３の下流に配置されたリレーレンズ１９０１を通り、さらに全反射ミラー１９０２で対物レンズ１０の焦点位置に向かって反射される。

反射された光の様子を図３０に示す。該反射光は対物レンズ１０のレンズ中心に向かって各方向から入射し、必要とする照明範囲３００１で重なるものである。なお、本例では、全反射ミラー１９０２を用いて照明する方法を説明したが、図３１に示すように放物面ミラー３１０１を用いて集光しても良い。全反射ミラー１９０２方式は安価な光学部品を用いることが可能だが、照明効率が低下するので照明光量に余裕がある場合に用いると良く、放物面ミラー３１０１方式は照明を効率良く照射する場合に用いると良い。また、照射角度ηは対物レンズ１０のＮＡの範囲外から照射する角度が良く、ウェハ面から１度〜２０度が望ましい。

なお、本実施例では８本の暗視野照明を行う例で説明したが、必ずしも８本である必要はなく、１本以上あれば暗視野照明の効果が得られる。また、本例で説明した８本の照明光は、図示していないシャッターで遮光することにより、暗視野照明の照射方向や照射本数を選択できる。さらに、本実施例では１個の光源を光路分岐して暗視野照明する例で説明したが、必ずしも１個の光源を分岐して用いる必要はなく、暗視野照明に別光源を用いても良い。別光源を用いる場合、明視野照明の照明光源を低出力化できるため、照明光源の寿命を長くでき、低ランニングコストの装置が期待できる。また、光路分岐光学系１７が不要となり光学部品を少なくできる利点がある。また、Ａ／Ｆ部１５を設置する代わりに暗視野照明の一部をＡ／Ｆ用の照明として用いても良い。

また、図２６に示した実施例においては、光源として照明光源３を用いた構成について説明したが、図４４に示したように、照明光源３と異なる波長の光を発射する照明光源２５０を更に備えて、ダイクロイックプリズム２５１で照明光源３から発射した光と照明光源２５０から発射した光とを合成する構成にしても良い。図４４に示した構成においては、照明光源２５０とダイクロイックプリズム２５１とを備えている点において、図２６に示した構成と異なっているが、その他の構成においては、図２６に示した構成と同じである。照明光源２５０は、照明光源３よりも波長の長いレーザを発射するレーザ光源である。

すなわち、図４４に示した構成においては、照明光源３から発射されたレーザと照明光源２５０から発射されたレーザとは、ダイクロイックプリズム２５１で合成された後、擬似連続化光学系４に入射して光量を時間的に平均化またはほぼ平準化された状態で光路分岐光学系１７に入射して２方向の光路２６０１と２６０２とに分岐され、光路２６０１に分岐した光によりウェハ１を明視野照明し、光路２６０２に分岐した光によりウェハ１を暗視野照明する。

なお、図４４に示した実施例においては、光源２５０がレーザ光源の場合について説明したが、光源２５０はランプ光源であっても良い。

図４４に示したような、波長の異なる複数の光源を用いることにより、ウェハ上に形成された絶縁膜等の光学的に透明な薄膜による薄膜干渉を低減することができ、さらに光の干渉による検出欠陥の波長依存性を低減することができるので、高感度なパターン欠陥検査を実現できる。

以上説明したような暗視野照明を明視野照明と同時照射することにより、ＡＬ配線等で発生するグレインからの検出光量を安定化させることができ、グレインによる擬似欠陥を低減することができる。

次に、暗視野照明を用いた欠陥分類方法を説明する。図３２を用いて原理を説明する。図３２の（ａ）は欠陥の分離対象を説明する図である。（ａ）はＬＳＩの断面の一部を示しており、照明光源３の照明波長に対して不透明膜な材質３２０１（金属膜等）の上方に、照明波長に対して透明な材質３２０２（絶縁膜等）が堆積され、さらに、透明材質３２０２の膜中に欠陥３２０３が存在し、透明材質３２０２の外側上方に欠陥３２０４が混在している例である。

図３２の（ａ）のような構造物に対して明視野照明を照射すると、（ｂ）に示すように、欠陥３２０３および３２０４の双方からの反射光を検出し、それぞれ欠陥として検出される。一方、暗視野照明を行うと、（ｃ）に示すように、照明光はブリュースター角等の物理的理由により、透明材質３２０２の表面で反射され欠陥３２０３に照明光が届かず、欠陥３２０３からの検出光が得られないの対し、透明材質３２０２の上方の欠陥３２０４には照明光が届くため欠陥３２０４から散乱光が得られる（ただし、正反射光は得られない）。従って、明視野照明による検出欠陥座標と暗視野照明による検出欠陥座標とを比較することにより、透明材質３２０２の膜中にあるのか膜上にあるのかを分類することが可能となる。

図３３にシーケンスを示す。まず、明視野照明で検査（Ｓ３３０１）を行い、検出座標を記憶（Ｓ３３０２）する。次に、暗視野照明で検査（Ｓ３３０３）し、検出座標を記憶（Ｓ３３０４）する。次に、明視野照明での検出座標と暗視野照明での検出座標とを比較し、座標が一致する場合は膜上の欠陥、一致しない場合は膜中の欠陥と判定（Ｓ３３０５）する。なお、暗視野照明でのみ検出した欠陥は、上述した原理により膜上の欠陥であると考えられるので膜上の欠陥として判定すれば良い。

本発明に係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図３４に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２と照明光源３、擬似連続化光学系４、ビーム形成光学系５、干渉性低減光学系６、変形照明光学系７、ＰＢＳ８、光変調ユニットＡ９、対物レンズ１０、光変調ユニットＢ１１、視野分割並列検出部１２、信号処理回路１３、入出力部１４、Ａ／Ｆ部１５、照明光源３と異なる波長の照明光源２０、ダイクロイックプリズム２１および図示しない各部のコントローラ、リレーレンズとミラーで構成されている。

次に、動作を説明する。照明光源３から射出された波長λ１の照明光と照明光源２０から射出されたλ１とは異なる波長λ２の照明光は、ダイクロイックプリズム２１により光路が合成される。該合成された照明は、擬似連続化光学系４に入射し、光量を時間的に平均化またはほぼ平準化される。擬似連続化光学系４から射出された該照明光は実施例１と同様、ビーム形成光学系５に入射し、ビーム径の調整や照度分布の調整を行う。ビーム形成光学系５から射出した該照明光は干渉性低減光学系６に入射し、時間的・空間的な干渉性を低減し、干渉性低減光学系６から射出した該照明光は変形照明光学系７で対物レンズ１０の瞳位置での照度分布を変化させる。さらに、変形照明光学系７から射出した該照明光は、ＰＢＳ８でＳ偏光成分が対物レンズ１０側に反射され、光変調ユニットＡ９および
対物レンズ１０を介してウェハ１に照射される。

ウェハ１に照射された照明光は、ウェハ１により回折され、対物レンズ１０で集光され、光変調ユニットＡ９を通してＰＢＳ８に入射する。該入射光はＰＢＳ８でＰ偏光成分が透過し、光変調ユニットＢ１１を介して視野分割並列検出部１２にてイメージセンサへ結像し、画像信号に変換される。該変換された画像信号は、信号処理回路１３にて欠陥検出処理を施され、ウェハ１上の欠陥を検出する。搬送系２でウェハ１を移動させることによって、以上の処理をウェハ１の全面で行い、検査結果を入出力部１４へ表示する。なお、この入出力部１４はユーザからの入力情報を受け取るインターフェイス機能を有し、また、各コントローラへの制御信号を送受信可能とする。さらに、Ａ／Ｆ部１５は、ウェハ１を対物レンズ１０の焦点位置に移動させるための信号を発し、コントローラや搬送系２を用いて実時間でウェハ１を移動させる。

ここで、本構成で用いるＰＢＳや対物レンズ、結像光学系は波長λ１とλ２で性能が得られるように最適化されており、また、擬似連続化光学系４以降の動作については、実施例１と同様で良い。

本実施形態の目的は、ウェハ上に形成された絶縁膜等の透明薄膜による薄膜干渉を低減し、さらに光の干渉による検出欠陥の波長依存性を低減することにより、高感度なパターン欠陥検査装置を提供することにある。図３５は透明膜の膜厚と該透明膜による反射光の干渉光強度の関係を示したものである。図３５Ａは単一波長（波長λ１）の場合を示している。図３５Ａに示すように、干渉光強度は膜厚に応じて正弦波状に変化し、膜厚ｔが（数９）の時に強度が強くなり、（数１０）の時に強度が弱くなる。なお、（数９）および（数１０）では、照明光の波長をλとしており、ｎは整数である。
ｔ＝λ×ｎ、または、ｔ＝λ×ｎ＋λ／２ ・・・（数９）
ｔ＝λ×ｎ＋λ／４、または、ｔ＝λ×ｎ＋λ×３／４ ・・・（数１０）
（数９）及び（数１０）からわかるように、単一波長では波長λが短くなるにつれ、干渉強度の変化は膜厚の変化に対して敏感になる。

そこで、波長λ１と異なる波長λ２を加えた場合の干渉光強度が図３５の（ｂ）である。波長λ２を単一で照射する場合は、上述したような干渉強度の変化が現れるが、２波長にすることにより干渉強度が平均化され、膜厚変化に対して干渉強度の変化が少ない範囲を作ることができる。ＬＳＩにおける膜厚の製造範囲に対し、この干渉強度の変化が少なくなるような波長を第２の光源として選択することにより、干渉に影響されない検査装置を提供することができる。波長の一例を挙げると、第１の光源の波長が２６６ｎｍの場合、第２の光源の波長は３５５ｎｍにすれば良い。

なお、照明光源のレーザはパルス発振でも連続発振でもかわまない。連続発振レーザの場合は、擬似連続化光学系４は必要ない構成でかまわない。

次に、他の実施例について説明する。図３８に、現在入手可能な短波長の領域が得られるランプの波長特性を示す。横軸に波長、縦軸に放射強度を示す。ランプでは、ＵＶ領域である波長３６５ｎｍが高く、ＤＵＶ領域である２４８ｎｍの放射強度は１/５以下しか得られない。たとえば、ランプを用いて、３６５ｎｍの波長と２４８ｎｍの波長を選択して２波長を選択した場合、図３５で説明したような干渉強度の平均化は、相対強度が異なるため、主に強度の高い３６５ｎｍが選択され、効果が十分発揮できない。さらに、２４８ｎｍにおける強度が低いため短波長化による解像度向上もできないといった問題が生じてしまう。放射強度の比較的高い３１３ｎｍや、２９７ｎｍを用いたとしても平均化の効果は望められるが、短波長化による解像度向上の効果は実現できない。

本実施例では、ＤＵＶ領域でも光量が得られる光源と、ＵＶ領域で光量が得られ、かつ安価な光源で実現する高感度なパターン欠陥検査装置を提供する。

本発明の係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図３９に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２と、波長Ａの照明系４０００と波長Ｂの照明系４００１と検出系４００２で構成される。

次に、波長Ａの照明系４０００について説明する。照明光源は、ＤＵＶ領域で高出力が可能なレーザ４００３とする。このレーザ４００３は、たとえば連続発振で、波長２６６ｎｍのレーザとする。なお、レーザは連続発信でもパルス発信でも良い。パルス発振レーザの場合は、図２から図１０および図１７で示したような方法で照明光を形成すればよい。レーザ４００３からの出射光は、光束を遮断可能なシャッタ４００４、透過する光量を任意に調整可能な光量調整系４００５、レーザ４００３のビームを拡大するビーム拡大系４００６、レーザ光の可干渉性を低減する干渉性低減系６、この干渉低減系は図６から図１０で説明したものと同様である。対物レンズ５０００の瞳５００１上で投影する形状を可変可能な開口絞り系４００７、この開口絞り系４００７は、図１２で説明した形状のフィルタをこの位置に設置し、対物レンズ５０００の瞳５００１上で照度分布を変化させるものである。４００８はビームスプリッタで、開口絞り４００７を透過した光のうち数％程度の光を光量測定系４００９の側に反射する。光量測定系４００９は入射した波長Ａの光の光量を計測する。光量測定系４００９は、図示しない方法により、計測値をフィードバックし、光量調整系４００５を制御する。

次に、波長Ｂの照明系４００１について説明する。照明光源４０１０は、たとえば、高圧水銀ランプなどのＵＶ領域が出力可能なランプとする。光束を遮断可能なシャッタ４０１１、検査で使用するＵＶ領域のみを透過するフィルタを具備した波長選択系４０１２、透過する光量を任意に調整可能な光量調整系４０１３、対物レンズ５０００の瞳５００１上で投影する形状を可変可能な開口絞り系４０１４、この開口絞り系４０１４は、図１２で説明した形状のフィルタをこの位置に設置し、対物レンズ５０００の瞳５００１上で照度分布を変化させるものである。

４０１６はオートフォーカス用の光パターンを形成するためのスリットで、対物レンズ５０００の焦点位置にこのスリット４０１６の像が結像される。４０１５は照明制限系で、ウェハ１への照明光束を制限するものである。

図４０に、スリット４０１６の像がウェハ１上に投影された状態を示す。図４０（ａ）は、光源Ａの照明系４０００と光源Ｂの照明系４００１とを用いた通常の照明の場合にスリット４０１６の像がウェハ１上に投影された状態を示す図である。対物レンズ５０００を介した検出視野４５００内で、領域４５０１は、イメージセンサ１２０５の検出領域である。この検出視野４５００内で検出領域４５０１と重ならない位置に、スリット４０１６の像が投影されるように設定されている。本実施例では斜め４５度に配置した。

一方、本実施例では照明光源を２つ備えているため、光源Ａのみでイメージセンサ１２０５の検出領域４５０１を照明した場合も考慮しなければならない。すなわち、光源Ａのみでイメージセンサ１２０５の検出領域４５０１を照明した場合でも、オートフォーカス用のスリット４０１６の像が、対物レンズ５０００を介した検出視野４５００内のイメージセンサ１２０５の検出領域４５０１と重ならない領域に投影されなければならない。このスリット４０１６は、光源Ａの照明光源４０１０から発射された光で照明される構成となっているので、この照明光源４０１０から発射された光が検出視野４５００内のイメージセンサ１２０５の検出領域４５０１を照明しないように構成しなければならない。

そこで、本実施例では、照明系４０００の光路中でスリット４０１６よりも光源の側に、開口部４５０２を設けた照明制限系４０１５を配置して、開口部４５０２を介して照明光源４０１０から発射された光でスリット４０１６を照明し、図４０（ｂ）に示すように、検出視野４５００内のイメージセンサ１２０５の検出領域４５０１と重ならない領域にこのスリットの像を投影し、イメージセンサ１２０５の検出領域４５０１には照明光源４０１０から発射された光が当たらないようにした。

スリット４０１６を透過した光のうち数％程度の光は、ビームスプリッタ４０１７で反射されて、波長Ｂの光の光量を計測する光量測定系４０１８に入射する。光量測定系４０１８は、図示しない方法により、計測値をフィードバックし、光量調整系４０１３を制御する。

光源Ａの照明系４０００の光源４００３から発射して偏光ビームスプリッタ５００２で反射した光と、光源Ｂの照明系４００１の光源４０１０から発射して偏光ビームスプリッタ５００３で反射した光とは、それぞれ対物レンズ５０００を介してウェハ１に照射される。偏光ビームスプリッタ５００２は、波長Ａでは反射、波長Ｂでは偏光方向にかかわらず透過可能とする。偏光ビームスプリッタ５００３は、波長Ｂの光を反射し、波長Ａの光は偏光方向にかかわらず透過させる特性を備えている。光変調ユニットＡ９は、光の波長Ａ，Ｂを考慮した光学素子を使用する。構成は図１３，１４，１５に示した通りである。対物レンズ５０００は、波長Ａ、波長Ｂでそれぞれの波長で収差補正がされている。

次に検出系４００２について説明する。ウェハ１からの反射光は、対物レンズ５０００、光変調ユニットＡ９を透過したのち偏光ビームスプリッタ５００２、５００３を透過し、光量の数％程度だけ反射するビームスプリッタ５００４により、透過光と反射光の２方向に分岐する。ビームスプリッタ５００４で反射した光束は、自動焦点系５５００に導かれる。自動焦点系５５００は、結像レンズ５５０１を透過し、ハーフビームスプリッタ５５０２によって透過光と反射光との２つの光路に分岐する。ハーフビームスプリッタ５５０２により分岐されたそれぞれの光路にイメージセンサＡ５５０３、イメージセンサＢ５５０４を配置する。波長Ｂの照明系４００１に設置したのスリット４０１５の像は、イメージセンサＡ５５０３の前側で結像し、さらにイメージセンサＢ５０４の後側で結像するように配置する。

次に、このような構成における自動焦点の原理を説明する。イメージセンサＡは、結像位置が前側にあるため、ウェハ１が上側にあるときに出力が最大となる。反対に、イメージセンサＢは、結像位置が後側にあるため、ウェハ１が下側にあるときに出力が最大となる。この出力の差分を取り、出力が０の場合に焦点面と一致するようにイメージセンサＡとイメージセンサＢを設置する。図示しない方法で、この差分をモニタし、出力が常に０となるように搬送系２を制御すれば常に試料面は一定に検出可能である。もちろんこの位置に検査用のイメージセンサ１２０５を合わせておく必要がある。

次に、ビームスプリッタ５００４を透過した光束は、リレーレンズ５００５、５００６によって対物レンズ５０００の瞳５００１の像を形成する。この像が形成された位置、瞳５００１における光量分布、偏光方向を制御可能な瞳フィルタ１１を設置する。瞳フィルタ１１透過後の光束は、図示しない方法によって出し入れ可能なミラー５００７で反射し、結像レンズ５００８によって瞳５００１の形状をカメラ５００９に結像可能である。瞳５００１を観察しない場合は、ミラー５００７は退避し、結像レンズ５０１０によって視野分割並列検出部１２にウェハ１の像が結像可能である。また、図示しない方法によって出し入れ可能なミラー５０１１によって、観察カメラ５０１２でウェハ１が観察可能である。検査時には、このミラー５０１１は退避する。なお、動作部のコントロール、イメージセンサからの出力信号の処理などは、図1での構成と同じものとする。

次に、動作を説明する。照明光源４００３から射出された波長Ａの照明光と照明光源４０１０から射出された波長Ａとは異なる波長Ｂの照明光は、偏光ビームスプリッタ５００２、５００３により光路が合成される。波長Ａの光は、干渉性低減光学系６により、時間的・空間的な干渉性を低減されている。波長Ｂの光はランプのため、干渉性は考慮する必要がない。それぞれの開口絞り系４００６、４０１４を同じ形状に設定し、対物レンズ５０００の瞳５００１上では同じ照度分布に設定する。波長Ａと波長Ｂの光量はそれぞれ、光量測定系４００９、４０１８でモニタし、その光量が一定になるように光量制御系４００５、４０１で調整する。合成された光は、対物レンズ５０００を介してウェハ１に照射される。

ウェハ１に照射された照明光は、光変調ユニットＡ９を通して偏光ビームスプリッタ５００２に入射する。該入射光は偏光ビームスプリッタ５００２でＰ偏光成分が透過し、光変調ユニットＢ１１を介して視野分割並列検出部１２にてイメージセンサへ結像し、画像信号に変換される。該変換された画像信号は、信号処理回路１３にて欠陥検出処理を施され、ウェハ１上の欠陥を検出する。搬送系２でウェハ１を移動させることによって、以上の処理をウェハ１の全面で行い、検査結果を入出力部１４へ表示する。なお、この入出力部１４はユーザからの入力情報を受け取るインターフェイス機能を有し、また、各コントローラへの制御信号を送受信可能とする。さらに、自動焦点系５５００によって、ウェハ１を対物レンズ５０００の焦点位置に移動させるための信号を発し、コントローラや搬送系２を用いて実時間でウェハ１を移動させる。

なお、波長Ａと波長Ｂは合成して照明して、薄膜干渉を低減するが、ウェハ１の材質によっては、薄膜干渉を考慮しなくても良い場合がある。その場合は、波長Ａか波長Ｂかを選択しても良い。波長選択は、波長Ｂを選択する場合は、シャッタ４００４を閉じる、また、波長Ａを選択する場合は、照明制限系４０１４のフィルタを挿入することで波長Ｂの光束が制限され、検出には影響しないため、実現可能である。また、ウェハ１へ照明光を照射したくない場合は、双方のシャッタ４００４、４０１１を閉じればよい。

なお、検出する視野を１つのイメージセンサでカバーできる場合は、視野分割並列検出部１２の代わりに図４６に示したような検出部１２’を用いて、１つのイメージセンサ１２０５’上に直接結像させる構成にしても良い。この場合、イメージセンサ１２０５’として並列出力タイプのものを用いれば、画像処理回路１３でイメージセンサ１２０５’から並列に出力された画像信号を並列に処理することができる。

本実施例では、レーザの波長を２６６ｎｍで説明したが、より短波長である２００ｎｍ以下の波長でもかまわない。また、ランプの波長を３６５ｎｍで説明したが、可視光領域での光を用いてもかまわない。その場合は、その波長に応じた収差補正や、光学特性をあわす必要がある。また、波長Ａをレーザで説明したが、波長２００ｎｍ以下の強度が３５０ｎｍ程度の強度と同等ならばランプを用いてもかまわない。

次に、他の実施例について説明する。本発明の係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図４１に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２と、波長Ａの照明系４０００と波長Ｂの照明系４００１と検出系４００２で構成される。

波長Ａの照明系４０００のビームスプリッタ４００８までは、図３９での構成と同様である。波長Ｂの照明系４００１もビームスプリッタ４０１７までは、図３９の構成と同様である。

波長Ａでの照明系４０００のビームスプリッタ４００８透過後の光は、ダイクロイックミラー４０１９に入射する。ダイクロイックミラー４０１９は、波長Ａを透過し、波長Ｂは全反射するような特性を有する。波長Ｂでの照明系４００１のビームスプリッタ４０１７透過後の光は、ミラー４０２０を反射して、ダイクロイックミラー４０１９で全反射する。波長Ａと波長Ｂが合成された照明光４０２１は偏光ビームスプリッタ５０１３で反射され、対物レンズ５０００に入射する。偏光ビームスプリッタ５０１３は、波長Ａ、Ｂに対して同じ偏光特性を有したものを使用する。検出系４００２は、図３９と同様である。

次に、動作を説明する。照明光源４００３から射出された波長Ａの照明光と照明光源４０１０から射出された波長Ａとは異なる波長Ｂの照明光は、ダイクロイックミラー４０１９で光束は合成される。図３９と同様に、対物レンズ５０００を介してウェハ１に照射される。

ウェハ１に照射された照明光は、図３９を用いて説明した場合と同様に検出され、ウェハ１上の微細な欠陥を検出することが可能である。

次に、本発明の係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図４２に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２と、波長Ａの照明系４０００と波長Ｂの照明系４００１と検出系４００２とを備えている。本実施例は、図３９に示した構成から、照明制限系４０１５とスリット４０１６と自動焦点系５５００とを削除した構成に相当する。本実施例においては、自動焦点系５５００を削除した代りに、図１に示したＡ／Ｆ部１０と同様の構成を採用している。本実施例においても、ウェハ１上の微細な欠陥を検出することが可能である。

次に、本発明に係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図４３に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２と、波長Ａの照明系４０００と波長Ｂの照明系４００１と検出系４００２で構成される。本実施例は、図４１の照明制限系４０１５とスリット４０１６と自動焦点系５５００を削除した構成である。本実施例における自動焦点は、図１で示したＡ／Ｆ部１０と同様の構成とする。本構成においても、ウェハ１上の微細な欠陥を検出することが可能である。

本発明の係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を、図３６に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置したまま、媒体２２１３に浸しながら移動させる液浸搬送系２２と照明光源３、擬似連続化光学系４、ビーム形成光学系５、干渉性低減光学系６、変形照明光学系７、ＰＢＳ８、光変調ユニットＡ９、対物レンズ１０'、光変調ユニットＢ１１、視野分割並列検出部１２、信号処理回路１３、入出力部１４、Ａ／Ｆ部１５’および図示しない各部のコントローラ、リレーレンズとミラーを備えて構成されている。対物レンズ１０'は、媒体２２１３に浸したときに媒体２２１３が内部に漏れ込まないようにシールされた構造となっている点で、図１に示した対物レンズ１０と異なっている。Ａ／Ｆ部１５’も、媒体２２１３に浸したときに媒体２２１３が内部に漏れ込まないようにシールされた構造となっている点で、図１に示したＡ／Ｆ部１５と異なっている。

ここで、液浸搬送系２２はＸ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２、Ｚ軸ステージ２０３、θ軸ステージ２０４、媒体貯蔵部２２１１、液浸用ウェハチャック２２１２で構成されている。Ｘ軸ステージ２０１は定速走行が可能であり、Ｙ軸ステージはステップ移動が可能な構成である。Ｘ軸ステージ２０１およびＹ軸ステージ２０２を用いることにより、ウェハ１の全ての場所を対物レンズ１０'の中心下に移動することができる。また、Ｚ軸ステージ２０３は媒体貯蔵部２２１１および液浸用ウェハチャック２２１２を上下させる機能を有し、θ軸ステージ２０４は媒体貯蔵部２２１１および／または液浸用ウェハチャック２２１２を回転させ、Ｘ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２の進行方向とウェハ１の回転方向とを合わせる機能を有する。

媒体貯蔵部２２１１は、空気とは屈折率が異なる純水等の媒体２２１３を貯蔵する部分であり、Ｘ軸ステージ２０１やＹ軸ステージ２０２が動作中においても媒体を貯蔵し続けるものである。また、媒体を貯蔵する範囲は、ウェハ１と対物レンズ１０'との間を充填できる範囲であれば良く、図示していないが、媒体を注入または排出する機能を有する。ここで媒体２２１３は、空気よりも屈折率が大きく（１＜屈折率、望ましくは照明波長における屈折率がＳｉＯ２等の屈折率と近いもの）、ウェハ１にダメージを与えないものである。これは例えば、半導体工場で定常的に使用されている純水で良い。

また、液浸用ウェハチャック２２１２はウェハ１を固定する機能を有し、かつ、媒体２２１１によって腐食しない材質のものである。ウェハ１の固定方法は、例えば、ウェハ１を媒体２２１３に浸す前に真空でウェハ１を吸着すれば良い。または、図３７に示すように、ウェハ１のエッジ部を保持する方法でも良い。図３７は、ウェハ１保持用の爪３７０１、爪３７０１を保持するための爪保持具３７０２、爪保持具３７０２を回転させるための回転軸３７０３で構成されている。ここで、爪３７０１はウェハ１のエッジ部を上下から掴む機能を有し、爪保持具３７０２は爪３７０１と回転軸３７０３とを接続する機能を有するものである。

次に動作を説明する。照明光源３から射出された照明光は、擬似連続化光学系４に入射し、光量を時間的に平均化またはほぼ平準化される。擬似連続化光学系４から射出された該照明光は実施例１と同様、ビーム形成光学系５に入射し、ビーム径の調整や照度分布の調整を行う。ビーム形成光学系５から射出した該照明光は干渉性低減光学系６に入射し、時間的・空間的な干渉性を低減し、干渉性低減光学系６から射出した該照明光は変形照明光学系７で対物レンズ１０'の瞳位置での照度分布を変化させる。さらに、変形照明光学系７から射出した該照明光は、ＰＢＳ８でＳ偏光成分が対物レンズ１０'側に反射され、光変調ユニットＡ９および対物レンズ１０'を介してウェハ１に照射される。

ウェハ１に照射された照明光は、ウェハ１により回折され、対物レンズ１０'で集光され、光変調ユニットＡ９を通してＰＢＳ８に入射する。該入射光はＰＢＳ８でＰ偏光成分が透過し、光変調ユニットＢ１１を介して視野分割並列検出部１２にてイメージセンサへ結像し、画像信号に変換される。該変換された画像信号は、信号処理回路１３にて欠陥検出処理を施され、ウェハ１上の欠陥を検出する。液浸搬送系２２でウェハ１を移動させることによって、以上の処理をウェハ１の全面で行い、検査結果を入出力部１４へ表示する。なお、この入出力部１４はユーザからの入力情報を受け取るインターフェイス機能を有し、また、各コントローラへの制御信号を送受信可能とする。さらに、Ａ／Ｆ部１５’は、ウェハ１を対物レンズ１０'の焦点位置に移動させるための信号を発し、コントローラや液浸搬送系２２を用いて実時間でウェハ１を移動させる。

本実施例によれば、ＬＳＩ上の形成された絶縁膜等の透明薄膜による薄膜干渉を低減することによる光学ノイズ低減と、対物レンズの高ＮＡ化による解像度向上による高感度なパターン欠陥検査装置を提供することができる。

上記の効果が得られる原理を説明する。本来、薄膜干渉は屈折率が変化する界面で発生する。例えば、屈折率が１．５の絶縁膜に光が入射する場合、屈折率が１である空気との界面で薄膜干渉が起こる。本実施例の特徴は、対物レンズと試料間の空気を除去し、代わりに屈折率が１．５程度の媒体で充填することにより、屈折率が変化する部分をなくし、薄膜干渉を低減することである。また、対物レンズのＮＡは（数１１）で与えられるように、対物レンズと試料間の屈折率で変化する。従って、上述したように対物レンズと試料間の媒体の屈折率を大きくするとＮＡを向上することができ、高解像な検出像が得られるわけである。
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ ・・・（数１１）
（ｎは対物レンズと試料間の屈折率、θは対物レンズの開口角）
なお、本実施例では、対物レンズ１０’及びＡ／Ｆ部１５’以外は図１に示した光学系１〜１２と同じ構成で説明したが、図３４および図３８から図４３で説明したように、複数の波長の光を合成したものを使用しても良い。

以上述べたように構成すれば、各種のＬＳＩパターンの欠陥を高速、高感度に検査できる。なお、各実施例で述べた内容は別の実施例でも用いることができる。

図１は、本発明の実施例１によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、本発明の実施例１における擬似連続化光学系の概略構成を示す平面図である。 図３（ａ）は、パルス信号を示すグラフ、図３（ｂ）は、パルス信号を本発明により擬似連続化した状態を示すグラフである。 図４は、本発明の実施例１におけるビーム形成光学系の概略構成を示す平面図である。 図５は、本発明の実施例１におけるレーザ強度分布均一化光学素子の概略構成を示す斜視図である。 図６は、本発明の実施例１における干渉性低減光学系の概略構成を示す平面図である。 図７は、本発明の実施例１における位相変動板の形状を示す平面図と部分断面図である。 図８は、本発明の実施例１における位相変動板の製作方法の一例を説明する図であって、（ａ）は、円形の石英版に半円形の溝を加工した状態を示す位相変動板の平面図であり、（ｂ）は、円形の石英版に半円形の溝を一定のピッチで加工した状態を示す位相変動板の平面図である。 図９は、本発明の実施例１における干渉性低減光学系の別の例を示す干渉性低減光学系の平面図である。 図１０（ａ）は、本発明の実施例１における位相変動板の平面図、（ｂ）および（ｃ）は、側面図である。 図１１は、本発明の実施例１における変形照明光学系の概略構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１２（ａ）は一対の振動ミラーを静止させた場合に形成される瞳の平面図、（ｂ）は（ａ）の瞳の照度分布図、（ｃ）は一対の振動ミラーを同じタイミングで駆動した場合に形成される瞳の平面図、（ｄ）は（ｃ）の瞳の照度分布図である。 図１３は、本発明の実施例１における光変調ユニットＡを０次回折光と高次回折光の光量比を調整するユニットで構成した場合の概略構成を示す平面図である。 図１４は、本発明の実施例１における光変調ユニットＡを偏光微分干渉を発生させるユニットで構成した場合の概略構成を示す平面図である。 図１５（ａ）は、本発明の実施例１における光変調ユニットＢの概略構成を示す平面図、（ｂ）は光変調ユニットＢの空間フィルタの平面図、（ｃ）はその側面図である。 図１６は、本発明の実施例１における光変調ユニットＢの別な空間フィルタの平面図、（ｂ）はその側面図である。 図１７（ａ）は、空間フィルタを用いない場合の配線パターンからの０次回折光と高次回折光とおよびそれらの干渉光の強度分布を示すグラフ、図１７（ｂ）は、空間フィルタを用いた場合の配線パターンからの０次回折光と高次回折光とおよびそれらの干渉光の強度分布を示すグラフである。 図１８は、本発明の実施例１における視野分割並列検出部の概略構成を示す正面図である。 図１９は、本発明の実施例１における視野分割並列検出部の別の構成を示す正面図である。 図２０（ａ）は、三角プリズムの斜視図、図２０（ｂ）は、三角プリズムの側面図である。 図２１（ａ）は、イメージセンサの平面図、（ｂ）は２つのイメージセンサを直列に並べたときの平面図、（ｃ）は本発明における２つのイメージセンサの配置を示す視野分割並列検出部の正面図、（ｄ）は本発明における２つのイメージセンサの配置を示す平面図である。 図２２（ａ）は、センサの入力と出力との関係を示すグラフ，（ｂ）はイメージセンサの出力を補正する処理の流れを示すフロー図である。 図２３は、本発明の実施例１における信号処理回路の概略構成を示すブロック図である。 図２３は、本発明の実施例１における信号処理回路の信号処理の流れを示すフロー図である。 図２５は、ノイズ除去フィルタの一例を示すための画素の平面図である。 図２６は、本発明の実施例２によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図２７は、本発明の実施例２における光路分岐光学系の概略構成を示す正面図である。 図２８（ａ）は、本発明の実施例２における偏光暗視野照明光学系Ａの概略構成を示す平面図、（ｂ）はその正面図である。 図２９（ａ）は、本発明の実施例２における偏光暗視野照明光学系Ｂの概略構成を示す平面図、（ｂ）はその正面図である。 図３０は、本発明の実施例２における暗視野照明時の対物レンズの視野を示す平面図である。 図３１は、本発明の実施例２における偏光暗視野照明光学系Ｂに放物面ミラーを用いた場合の概略構成を示す正面図である。 図３２は、ウェハの断面図であって、（ａ）は膜中と膜表面とに欠陥が存在している状態を示し、（ｂ）は（ａ）の状態のウェハに明視野照明をした場合、（ｃ）は（ａ）の状態のウェハに暗視野照明をした場合を示す。 図３３は、欠陥分類のシーケンスをしめすフロー図である。 図３４は、本発明の実施例３によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図３５（ａ）は、透明膜に単一波長光を照射した時に発生する干渉光の強度信号と膜厚との関係を示すグラフ、（ｂ）は２波長光を照射したときの干渉光強度と膜厚との関係を示すグラフである。 図３６は、本発明の実施例８によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図３７（ａ）は、本発明の実施例８におけるウェハチャック部の正面図、（ｂ）は平面図である。 図３８は、ランプの波長特性をしめすグラフである。 図３９は、本発明の実施例４によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図４０は、スリットがウェハ上に投影された状態を示す対物レンズの検出視野の平面図であって、（ａ）は光源Ａと光源Ｂとで同時に照明した場合、（ｂ）は光源Ａだけで照明した場合を示す。 図４１は、本発明の実施例５によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図４２は、本発明の実施例６によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図４３は、本発明の実施例７によるパターン欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図４４は、本発明の実施例２によるパターン欠陥検査装置で２つの光源を備えた構成を示す正面図である。 図４５は、本発明に係る拡散板の概略構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 図４６は、本発明によるパターン欠陥検査装置の視野分割検出部に代わる検出部の概略構成を示す正面図である。

符号の説明

１…ウェハ ２…搬送系 ３…照明光源 ４…擬似連続化光学系 ５…ビーム形成光学系 ６…干渉性低減光学系 ７…変形照明光学系 ８…偏光ビームスプリッタ ９…光変調ユニットＡ １０…対物レンズ １１…光変調ユニットＢ １２…視野分割並列検出部 １３…信号処理回路 １４…入出力部 １７…光路分岐光学系 １８…偏光暗視野照明光学系Ａ １９…偏光暗視野照明光学系Ｂ ２０…照明光源 ２１…ダイクロイックプリズム ２２…液浸搬送系 ５０１…ビームエキスパンダ ５０２…レーザ強度分布均一化光学素子 ６０１…位相変動板 ６０３…位相変動板 ９０１…１／２波長板 ９０２…１／４波長板 ９１１、９１３…１／２波長板 ９１２、９１４…複屈折プリズム ９１５…１／４波長板 １１０１…空間フィルタＡ １１０２…空間フィルタＢ １２０１…結像レンズ １２０５、１２０６…イメージセンサ １２０７…三角プリズム １３０１…Ａ／Ｄ変換器 １３０２…階調変換部 １３０３…画像フィルタ １３０４…遅延メモリ１３０５…位置合わせ部 １３０６…局所階調変換部 １３０７…比較処理部 １３０９…画像入力部 １３１０…散布図作成部 １３１１…記憶手段 １３２０、１３２１…画像信号 １７０１…１／２波長板 １８０１、１８０２、１８０４、１８０５、１８０７、１８０９、１８１０…パーシャルミラー １８０３、１８０６、１８０８、１８１１…全反射ミラー １８１２…偏光制御ユニット １９０２…全反射ミラー ２２０１、２２０２…出力補正回路 ３１０１…放物面ミラー ４００３…レーザ光源 ４０１０…ランプ光源 ４０１９…ダイクロイックミラー ５０００…対物レンズ ５００１…対物レンズ瞳 ５００２、５００３…偏光ビームスプリッタ ５５００…自動焦点系。

Claims (26)

1. 照明光をパルス発振する照明光源と、
   該照明光源からパルス発振された照明光の強度を低減すると共に該照明光の光量を時間的に平均化する擬似連続化手段と、
   該擬似連続化手段で光量を調整された前記照明光の干渉性を低減する干渉性低減手段と、
   該干渉性低減手段から干渉性が低減されて射出した前記照明光を表面にパターンが形成された試料に対物レンズを介して照射する照射手段と、
   該照射手段により前記照明光が照射された試料から発生する回折光を結像する結像手段と、
   該結像手段により形成された前記試料の回折光像を撮像して画像信号を出力する画像検出手段と、
   該画像検出手段から出力された前記画像信号を処理して前記試料のパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と
   を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
2. パルス発振レーザを発射する照明光源と、
   該照明光源から発射されたパルス発振レーザの単位時間当りの光量を維持しながらピーク強度を低減する照明光強度平均化手段と、
   該照明光強度平均化手段で光量を維持しながら強度が低減された前記照明光の光路を分岐する光路分岐手段と、
   該光路分岐手段で分岐された一方の照明光を対物レンズを介して表面にパターンが形成された試料に照射する照射手段と、
   前記光路分岐手段で分岐された他方の照明光を前記対物レンズの外側から前記試料の表面に斜方から照射する斜方照射手段と、
   前記照明手段で照明された前記試料の光学像と前記斜方照明手段で照明された前記試料の光学像とを撮像して画像信号を得る撮像手段と、
   該撮像手段で撮像して得た前記照明手段で照明された前記試料の画像と前記斜方照明手段で照明された前記試料の画像とを処理して前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   該欠陥検出手段で検出した欠陥を分類する欠陥検出分類手段と
   を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
3. 前記照明光源から前記照射手段への光路の途中に、前記照明光源から出射した照明光の断面内の光量の分布を調整する光量分布調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
4. 前記照明光源から前記照射手段への光路の途中に、前記照明光源から出射した照明光を偏向する変形照明手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
5. 前記照明光源から前記照射手段への光路の途中に、前記照明光が照射された試料から発生した回折光を制御する光変調手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
6. 該画像検出手段は複数のセンサを有し、前記試料の像を分割して前記複数のセンサで撮像することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
7. 前記照明光源は、紫外光レーザを発射することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
8. 前記対物レンズと前記試料との間に液体材料を充填する液体材料供給手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
9. 前記照明光源は、波長の異なる照明光を発射し、前記擬似連続化手段は該波長の異なる照明光を合成してそれぞれの波長の照明光の強度を低減すると共に該照明光の光量を時間的に平均化することを特徴とする請求項１に記載のパターン欠陥検査装置。
10. 前記照明光源は、波長の異なるパルス発振レーザを発射し、前記照明光強度平均化手段は該波長の異なるパルス発振レーザを合成してそれぞれの波長のパルス発振レーザの単位時間当りの光量を維持しながらピーク強度を低減することを特徴とする請求項２に記載のパターン欠陥検査装置。
11. 照明光源からパルス発振された照明光の強度を低減すると共に該照明光の光量を時間的に平均化し、
    該光量を時間的に平均化された前記照明光の干渉性を低減し、
    該干渉性が低減された前記照明光を表面にパターンが形成された試料に対物レンズを介して照射し、
    該照明光の照射により前記試料から発生する回折光による像を結像させ、
    該結像させた回折光による像を撮像し、
    該回折光による像を撮像して得た画像信号を処理して前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出する
    ことを特徴とするパターン欠陥検査方法。
12. 光源から発射されたパルス発振レーザの単位時間当りの総光量を維持しながらピークの強度を低減し、
    該ピークの強度が低減された前記レーザの光路を分岐し、
    該分岐された一方の光路に進入したレーザを対物レンズを介して表面にパターンが形成された試料に照射し、
    前記分岐された他方光路に進入したレーザを前記対物レンズの外側から前記試料の表面に斜方から照射し、
    前記対物レンズを介して照明された前記試料の光学像と前記対物レンズの外側から照明された前記試料の光学像とをそれぞれ撮像し、
    該撮像して得た前記対物レンズを介して照明された前記試料の画像と前記対物レンズの外側から照明された前記試料の画像とを処理して前記試料表面の欠陥を検出し、
    該検出した欠陥を分類する
    ことを特徴とするパターン欠陥検査方法。
13. 前記試料に照射される照明光又はレーザは、該照明光又はレーザの断面内の光量の分布が調整されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のパターン欠陥検査方法。
14. 前記試料に照射される照明光又はレーザは、前記対物レンズの瞳の位置で光量の分布が調整されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のパターン欠陥検査方法。
15. 前記試料に照射される照明光又はレーザは、前記対物レンズの瞳の位置で輪帯状に光量の分布が調整されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のパターン欠陥検査方法。
16. 前記試料に照射された照明光又はレーザにより前記試料より発生した回折光による像は、０次回折光と１次回折光の光量の割合が調節された状態で形成されていることを特徴とする請求項１５に記載のパターン欠陥検査方法。
17. 前記照明光又はパルス発振レーザは、紫外光レーザであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のパターン欠陥検査方法。
18. 前記対物レンズと前記試料との間に液体材料が充填されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のパターン欠陥検査方法。
19. 第１の波長を有する照明光源と、
    該照明光源から発振された照明光を遮断、透過を制御する手段と、
    該照明光を遮断、透過を制御する手段から透過した照明光の光量を調整する手段と、
    該光量調整手段で光量を調整された前記照明光の干渉性を低減する干渉性低減手段と、
    該光量調整手段で光量を調整された前記照明光の形状を制御する手段と、
    該照明光の形状を制御する手段から射出した前記照明光の光量を検出する手段と、
    第２の波長を有する照明光源と、
    該照明光源の照明光を遮断、透過を制御する手段と、
    該照明光を遮断、透過を制御する手段から透過した照明光の波長を選択する手段と、
    照明光の波長を選択する手段から透過した照明光の光量を調整する手段と、
    該光量調整手段で光量を調整された前記照明光の形状を制御する手段と、
    該照明光の形状を制御する手段から射出した前記照明光の光束を制限する手段と、
    該照明光の光束を制限する手段から射出した前記照明光にスリット像を形成する手段と、
    該スリット像を形成する手段から射出した前記照明光の光量を検出する手段と、
    第１の波長の光束と第２の波長の光束を合成する手段と、
    該光束を合成する手段により合成された照明光を試料に照射する手段と、
    該試料に照射する手段により、試料から発生する回折光を結像する結像手段と、
    該結像手段により形成された前記試料の回折光像を撮像して画像信号を出力する画像検出手段と、
    該画像検出手段から出力された前記画像信号を処理して前記試料のパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と
    を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
20. 前記第１の波長を有する照明光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１９に記載のパターン欠陥検査装置。
21. 前記第２の波長を有する照明光源は、ランプ光源であることを特徴とする請求項１９に記載のパターン欠陥検査装置。
22. 前記第１の波長と第２の波長の照明光源は、紫外光レーザあるいは紫外光を発射するランプであることを特徴とする請求項１９に記載のパターン欠陥検査装置。
23. 試料の形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、
    第１の光源から発射した第１の波長を有する第１の光と第２の光源から発射した前記第１の波長よりも長い第２の波長を有する第２の光とを該第１の光と第２の光との光量を調整した状態で合成し、
    該合成した光を対物レンズを介して試料に照射し、
    該合成した光で照射された前記試料の光学像を検出し、
    該光学像を検出して得た信号を処理することにより前記パターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検出方法。
24. 試料の形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、
    第１の光源から発射した第１の波長を有する第１の光と第２の光源から発射した前記第１の波長よりも長い第２の波長を有する第２の光とを合成し、
    該合成した光を２つの光路に分岐し、
    該分岐した一方の光を対物レンズを介して試料に照射し、
    該試料の前記対物レンズを介して前記一方の光が照射されている箇所に前記分岐した他方の光を前記対物レンズの外側の斜め方向から照射し、
    前記分岐した一方の光と前記分岐した他方の光とが照射された前記試料の光学像を前記対物レンズを介して検出し、
    該光学像を検出して得た信号を処理することにより前記パターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
25. 前記第１の光がレーザであることを特徴とする請求項２３または２４に記載のパターン欠陥検査方法。
26. 前記第１の光が紫外光であることを特徴とする請求項２３または２４に記載のパターン欠陥検査方法。
    

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