JP2014174052A - 欠陥検査方法及びこれを用いた装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被検査表面と照明光の焦点及び、複数検出光学系の焦点をそれぞれの焦点深度内にて安定して一致させることを可能にし、複数検出光学系のそれぞれで高解像度な画像を安定検出することを可能にする。
【解決手段】試料を検査する欠陥検査装置を、検査対象の試料とパターンチップとを載置して移動可能なテーブル部と、試料の表面又はパターンチップの表面に線状に成形された照明光を照射する照明光照射部と、検出光学系をテーブル部の上方の複数の個所に配置して試料から発生した散乱光による像を検出する検出光学系部と、検出信号を処理して欠陥を検出する信号処理部とを備えて構成し、パターンチップには、照明光照射部により線状に成形された照明光が照射されたときに検出光学系部の複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズの位置に応じた散乱光を発生させるための複数の繰返しパターンが周期的に形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイ製造工程に代表される薄膜プロセスを経て試料上に形成された微細パターンの欠陥や異物などを光学的に検査する装置などに適用する欠陥検査方法及びこれを用いた装置に関するものである。
本技術分野の背景技術として、特開２０１２−２１９９４号公報(特許文献１)には、試料に線状に成形した照明光を照射して、試料から発生した散乱光を３方向に配置した検出器で同時に検出し、それぞれの検出器から出力された信号を処理して試料上の欠陥を検出する技術が開示されている。また、特開平５−１３７０４７号公報（特許文献２）には、光学系の焦点位置を容易に検知することを目的として特定のパターン又は特定の物体の画像を用いた焦点検出方法及び焦点検出装置に関して記載されている。また、特開２００６−４７３０８号公報（特許文献３）には、照明された位置からの反射光や散乱光を複数検出系にて同時に検出する光学システムが記載されている。
特開２０１２−２１９９４号公報 特開平５−１３７０４７号公報 特開２００６−４７３０８号公報
欠陥検出感度は欠陥からの反射光や散乱光を検出する検出光学系の解像度が高いと向上するため、検出光学系の波面収差を極力抑制して回折限界付近の解像度が得られるように光学設計がなされている。このように、高度な設計がなされた光学系を用いて長期に亘り安定した性能を維持するためには、検出光学系の焦点位置に検査対象物を高精度に位置決めする必要がある。
これを実現する課題として、
周辺温度や気圧によって空気の屈折率が変化する影響を受けて、検出光学系の焦点位置が変動する
同様に、オフアクシス方式の焦点検出系においても、周辺温度や気圧の影響を受けるため、焦点検出値に誤差が生じる
検出光学系とオフアクシス焦点検出系を固定する部材や位置の違いによる熱膨張起因の焦点誤差が生じる
検出光学系が複数ある場合は、それぞれの検出系において上記１）の焦点位置変化がおこるため、各検出光学系の物点を合わせることが困難である
以上の課題は、光学系周辺の温度と気圧変動が主な原因であるため、これを極力抑制する構造設計や温度安定化のために温調設計がなされているが、光学系と同じチャンバ内にあるモータや電気回路などの発熱及び、天候による気圧変動の影響を受け、無視できるレベルには管理できない。
これに対して、特許文献１には、上記した１）乃至４）に示したような課題に対して配慮することについて、記載されていない。
一方、特許文献２には、検出光学系にて検出された画像の中から、物体のフォーカス検知するために登録したテンプレートパターンと類似したパターンを検索・選択して、物体の高さをステップ移動しながら選択したパターンとテンプレートパターンの相関値から合焦位置を判定する手法が記載されている。しかし、検査対象となる半導体ウェハの例では、品種（メモリ製品、ロジック製品）や配線ノードの世代に応じて、パターンが異なり、多層構造の層数や層毎の配線材料及び、パターン幅等が異なる。このため、テンプレートパターンと類似したパターンがなく合焦位置の判定ができなくなってしまったり、もしくはテンプレートパターンと類似したパターンを探すために広範囲を検索する必要が生じて合焦位置判定が終了するまでに長時間必要となるといった課題がある。即ち、特許文献２にも、上記したような１）乃至４）に示したような課題を解決して欠陥検査を行うことについては、配慮されていない。
さらに、特許文献３には、ウェハ表面をスポット照明し、反射光や散乱光を複数の検出系を用いて検出する構成が記載されている。この構成において、解像度が高く安定した画像を検出するためには、ウェハ表面に焦点のあったスポット光を照明し、このスポットに焦点の合った検出光学系で反射光や散乱光を検出する必要がある。しかし、前述の課題１）〜４）で述べた通り、光学系の周辺温度の変動によって、照明系の焦点面とウェハのズレや各検出系の焦点位置変動が生じる。照明系の焦点面とウェハ面のズレは、ウェハ面におけるスポット照明のサイズが大きくなり、空間的な分解能が低下する。これにより、欠陥検出感度が低下する。さらに、照明されたウェハ上のスポットと各検出系の焦点ズレにより、照明された領域からの反射光や散乱光が各検出系の像面において広がるため、反射光や散乱光が各受光素子の受光領域外に到達し、検出されなくなる問題もある。この対策として受光領域を広げることが考えられるが、素子の暗電流と共にショットノイズが大きくなる弊害があるため、安易に受光領域を広げることができない。即ち、特許文献３にも、上記したような課題１）〜４）に示したような課題を解決して欠陥検査を行うことについては、配慮されていない。
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、高度な設計がなされた光学系を用いて長期に亘り安定した性能を維持することが可能な欠陥検査方法及びこれを用いた装置を提供するものである。即ち、本発明では、被検査表面と照明光の焦点及び、複数検出光学系の焦点をそれぞれの焦点深度内にて安定して一致させることを可能にし、複数検出光学系のそれぞれで高解像度な画像を安定検出することを可能にして高感度安定検査を実現できる欠陥検査方法及びこれを用いた装置を提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明では、試料を検査する欠陥検査装置を、検査対象の試料とパターンチップとを載置して移動可能なテーブル部と、このテーブル部に載置された試料の表面又はパターンチップの表面に線状に成形された照明光を照射する照明光照射部と、対物レンズとイメージセンサとを備えた検出光学系をテーブル部の上方の複数の個所に配置して照明光照射部により線状に成形された照明光が照射された試料から発生した散乱光のうち複数の個所に配置した複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像をそれぞれのイメージセンサ上に結像させて検出する検出光学系部と、この検出光学系部の複数の検出光学系において検出した信号を処理して試料表面の欠陥を検出する信号処理部とを備えて構成し、パターンチップには、照明光照射部により線状に成形された照明光が照射されたときに検出光学系部の複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズの位置に応じた散乱光を発生させるための複数の繰返しパターンが周期的に形成されていることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本発明では、試料を検査する欠陥検査方法において、テーブルに搭載された複数の繰り返しパターンが周期的に形成されたパターンチップに線状に成形された照明光を照射し、線状に成形された照明光が照射されたパターンチップから発生した散乱光のうち対物レンズとイメージセンサとを備えてテーブルの上方の複数の個所に配置した複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサで検出し、それぞれのイメージセンサで検出した散乱光像の検出信号を用いてパターンチップに照射された線状に成形された照明光に対するそれぞれのイメージセンサの位置を調整し、テーブルに載置された検査対象の試料に線状に成形された照明光を照射して試料から発生した散乱光のうち複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサで検出してそれぞれのイメージセンサで検出した信号を処理することにより試料上の欠陥を検出するようにした。
本発明により、被検査表面と照明光の焦点及び、複数検出光学系の焦点をそれぞれの焦点深度内にて安定して一致させることが可能となる。これにより、複数検出光学系のそれぞれで高解像度な画像を安定検出することが可能となり、高感度安定検査を実現することが可能である。
本発明に実施例１に係る検査装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る検査の手順を示したフロー図である。 図１Ｂの処理フローにおけるＳ１０４の詳細な処理の流れを示すフロー図である。 本発明の実施例１に係る検査装置の検出光学系の焦点変動を説明する、検出光学系の正面図である。 （ａ）はウェハ上の半球面への照明光の入射位置とウェハからの正反射光の出社位置を示す半球面の斜視図、（ｂ）は対物レンズ６０の開口２０４に回折光を入射させるラインアンドスペースパターンを示す半球面の平面図、（ｃ）は対物レンズ４０の開口２１０に回折光を入射させるラインアンドスペースパターンを示す半球面の平面図、（ｄ）は対物レンズ５０の開口２５０に回折光を入射させるラインアンドスペースパターンを示す半球面の平面図、（e）は垂直照明した場合に対物レンズ５０と６０の開口２０４と２５０とに回折光を入射させるラインアンドスペースパターンを示す半球面の平面図である。 本発明の実施例１に係るパターンチップの平面図と側面図及びパターン部分の拡大図である。 本発明の実施例１に係るウェハと光学部品のアライメントを行うための処理の流れを説明するフロー図である。 本発明の実施例１に係る照明アライメントの手法を説明する図で、（ａ）はラインアンドスペースパターンが形成されたウェハ１に線状に成形した照明光を照射したときにウェハ１から発生して対物レンズ４０に入射した散乱光により形成されたパターンの像、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 本発明の実施例１に係るセンサアライメントの手法を説明する図で、（ａ）はウェハから発生した散乱光の像がイメージセンサ上で画素の中心からずれた場所に形成された状態を示すイメージセンサの平面図である。 センサ位置良否判定手法の例を示す図で、（ａ）は、ラインアンドスペースパターンが形成されたウェハ１に線状に成形した照明光を照射したときにウェハ１から発生して対物レンズ４０に入射した散乱光により形成されたパターンの像をイメージセンサ４５で検出したときのイメージセンサ４５の対物レンズ４０の光軸に直角なＸ方向の位置と検出波形の関係を示すグラフ、（ｂ）はラインアンドスペースパターンが形成されたウェハ１に線状に成形した照明光を照射したときにウェハ１から発生して対物レンズ４０に入射した散乱光により形成されたパターンの像をイメージセンサ４５で検出したときのイメージセンサ４５の対物レンズ４０の光軸方向の位置と検出波形の関係を示すグラフである。 本発明の実施例２におけるＡＦ系をＴＴＬ方式にしたときの検出光学系と焦点検出系の概略の構成を示す正面から見たブロック図である。 （ａ）は、本発明の実施例３におけるセンサアライメントの高精度化を実施するための構成を示すイメージセンサの平面図と正面図、（ｂ）は実施例３の比較例で、スリット板を採用しない場合にラインアンドスペースパターンが形成されたウェハ１に線状に成形した照明光を照射したときにウェハ１から発生して対物レンズ４０に入射した散乱光により形成されたパターンの像をイメージセンサ４５の対物レンズ４０の光軸に直角なＸ方向の位置と検出波形の関係を示すグラフ、（ｃ）は実施例３の構成でスリット板を採用しない場合にラインアンドスペースパターンが形成されたウェハ１に線状に成形した照明光を照射したときにウェハ１から発生して対物レンズ４０に入射した散乱光により形成されたパターンの像をイメージセンサ４５の対物レンズ４０の光軸に直角なＸ方向の位置と検出波形の関係を示すグラフである。 本発明の実施例４に係る検査装置の全体構成を示すブロック図である。
本発明においては、複数の検出光学系を備えた欠陥検査装置において、温度・気圧の変化による検出レンズの焦点面の変動や、温度変化によるオフアクシス焦点経緯出系のオフセット変動などにより複数の検出光学系で検出するそれぞれの画像がデフォーカスして欠陥検出感度が低下してしまうという現象に対処するために、検出レンズの焦点面とオートフォーカスのオフセット値とを求め、共役な像面に各検出光学系のセンサをアライメントするようにした。
また、像面に各センサをアライメントする精度を向上させ、かつ、アライメントのための時間を短縮できるようにするために、ウェハを照明する照明光とウェハ面とを固定した状態で複数の検出光学系のそれぞれの開口部に同程度の光量が入射するように形成したパターンチップをウェハをチャックするチャック部の横に設けるようにした。
以下、図面を用いて実施例を説明する。
本実施例では、光学的に半導体ウェハの欠陥を検出する装置の例を説明する。
図１Ａに、本実施例に係る欠陥検査装置１０００の概略の構成を示す。本実施例に係る欠陥検査装置１０００は、ステージ部１００と、照明光学系２００、検出光学系部３００、画像処理部７５、オペレーションシステム８０、機構系制御部８５を備えて構成される。
ステージ部１００は、検査対象のウェハ1を載置してＺ方向に移動可能なＺステージ１０５、Ｚステージを搭載してＺ軸周りに回転可能なθステージ１１０、θステージを搭載してＸ軸方向に移動可能なＸステージ１１５、Ｘステージを搭載してＹ軸方向に移動可能なＹステージ１２０を備えている。Ｚステージ１０５には、ウェハ１を保持するためのウェハチャック１０１が装着されている。
照明光学系部２００は、斜方照明系２０１と垂直照明系２０２とを備えている。
斜方照明系２０１は、レーザ光源５、シャッタ７、アッテネータ８、ビームエクスパンダ９、平面ミラー１０及び１３、１/２波長板１６，１/４波長板２０、平面ミラー２５、円筒型集光レンズ３０を備え、レーザ光源５から発射したレーザビームの径をビームエクスパンダ９で拡大し、１/２波長板１６と１/４波長板２０を透過させて偏光の状態を調整し、円筒型集光レンズ３０で一方向に長い形状に成形してＺステージ１０５上でウェハチャック１０１で保持されているウェハ１に斜方から照明する。
一方、垂直照明系２０２は、レーザ光源５から１/４波長板までの構成を斜方照明系２０１と共有しており、更に、１/４波長板２０と平面ミラー２５との間に出し入れ可能に配置された平面ミラー２４、平面ミラー２４で反射されたレーザビームを反射する平面ミラー２６、平面ミラー２６で反射されたレーザビームを一方向に長い形状に成形する円筒集光レンズ２７、円筒集光レンズ２７で一方向に長い形状に成形したレーザビームを反射してウェハ１に垂直な方向から照射する反射ミラー２８を備えて構成されている。
平面ミラー２４は、１/４波長板２０から平面ミラー２５へ向かうレーザビームの光路中に出し入れ可能でレーザビームを上方に反射し、平面ミラー２６は、平面ミラー２４で光路を上方に折り曲げられたレーザビームをウェハ１の上面に対して平行な方向に反射する。円筒集光レンズ２７は、平面ミラー２６で反射されたレーザビームを一方向に長い形状に成形し、反射ミラー２８は、検出光学系部３００の対物レンズ４０の光軸上に配置されて円筒集光レンズ２７で一方向に長い形状に成形されたレーザビームを反射して対物レンズ４０の光軸に沿ってウェハ１の表面に垂直方向から、ウェハ１上で斜方照明系２０１により線上照明光３５を照射する位置と同じ位置に照射する。
検出光学系部３００は、対物レンズ４０，５０，６０と、それぞれの対物レンズで集光されたウェハ１の表面からの散乱光の像を結像する結像レンズ系４１，５１，６１、それぞれの結像レンズで結像された光学像を検出するイメージセンサ４５，５５，６５、それぞれのイメージセンサを対応する対物レンズの光軸方向に沿って駆動する光軸方向駆動機構４７，５７，６７、それぞれのイメージセンサを対応する対物レンズの光軸に対して直角な方向に駆動する光軸直角方向駆動機構４９，５９，６９を備え、一方向に長い形状に成形されたレーザが照射されたウェハ１からの散乱光を対物レンズ４０，５０，６０で集光して結像レンズ系４１，５１，６１で形成したそれぞれの像をイメージセンサ４５，５５，６５で検出するように構成されている。
また、欠陥検査装置１０００は、Ｚステージ１０５に載置されたウェハ１の表面の高さを検出するためのオートフォーカス用高さ検出部（ＡＦ系）１３０として、光照射部１３１と受光部１３５とを備えている。
上記した構成により、ウェハチャック１０１で保持された検査対象のウェハ1に対して、レーザ光源５から発射されて、円筒型集光レンズ３０で一方向に長い形状に成形されたレーザを斜方より細線照明光３５としてウェハ１に照射する。ウェハ１に照射される細線照明光３５は長手方向がＹ方向であり、ウェハ１を等速に走査するＸ方向には収束されて細くなるように成形されている。このＸ方向の線幅は、０.５〜２.０um程度に絞られている。
照明光学系部２００は、図Ａ１に示すように、レーザ光源５から円筒型集光レンズ３０までで構成されている。レーザ光源５から発射するレーザの候補は、ＵＶ(Ultraviolet)領域の３５５nmやＤＵＶ(Deep UV)域の２６６nm及び２１３nm，１９９nm，１９３nmなどがある。さらに，これらのうちの複数の波長を含むレーザにて照明することも考えられる。
レーザ光源５から発振されたレーザビームは、シャッタ７にて透過と遮光を制御され、アッテネータ８に入射して透過光量を調整される。ウェハ１上に所望の形状に成形した細線照明光３５を照射するために、ビームエクスパンダ９にてビーム径が整形され、平面ミラー１０、１３にて光路が折り曲げられる。この平面ミラー１０，１３はそれぞれに、レーザビームが入射する方向(矢印１１および１４の方向)に移動させる機構１０’及び１３’と反射光を入射面内で角度調整（矢印１２および１５の方向）するチルト機構１０”、１３”が設けられており、レーザ光源５から出射したレーザビームの位置と角度を補正する機能を有している。さらに、照明光の偏光を制御するために１／２波長板１６と１／４波長板２０はそれぞれ独立して矢印１７及び２２の方向に回転させる回転機構１６’、２０’とが取り付けられている。ウェハ１における偏光の例としてはＳ偏光・Ｐ偏光やウェハ１に形成されたパターンピッチ方向に振動する直線偏光（ＳとＰ偏光の途中偏光）であったり、任意の楕円偏光が考えられる。
平面ミラー２５は、１/４波長板２０を透過したレーザビームをウェハ１の側に反射させ、円筒型集光レンズ３０にてウェハ１上に細線照明３５を形成する。ウェハ１上の細線照明光３５が照射される領域は、平面ミラー２５と円筒型集光レンズ３０を一体として平面ミラー２５のレーザビーム入射方向(矢印２７の方向)にシフトするＸ方向シフト機構２５’にて照明位置のＸ方向の位置調整が可能である。さらに、ウェハ１上に照射する細線照明光３５のフォーカスを調整するために、円筒型集光レンズ３０を細線照明光３５の光軸方向(矢印３２の方向)にシフトさせるフォーカス調整機構３０’も備えている。
ウェハ１の細線照明光３５が照射された領域から発生した散乱光のうち３つの対物レンズ４０，５０，６０の方向に散乱した光は、それぞれ３つの対物レンズ４０，５０，６０にて捕捉され、結像レンズ系４１，５１，６１によりイメージセンサ４５，５５，６５上にそれぞれ光学像が形成されて、それぞれの光学像がイメージセンサ４５，５５，６５により検出される。イメージセンサとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）がライン上に配列されたラインセンサやＴＤＩ(Time Delay Integration)型センサ及び、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semicon-ductor)型イメージセンサがある。これらのイメージセンサは、ウェハ１上の細線照明光３５が照射される領域とイメージセンサ４５，５５，６５の受光面がそれぞれ共役な関係となるように、少なくても２軸の位置調整機構（光軸方向駆動機構４７，５７，６７と光軸直角方向駆動機構４９，５９，６９）が備えられている。
イメージセンサ４５の例では、光軸方向に移動する光軸方向駆動機構４７にて、フォーカスの合った像面にイメージセンサ４５の受光面を位置決めする。さらに、ウェハ１上の細線照明光３５が照射された領域から散乱した光のうちレンズ４０に入射した光は、結像レンズ系４１により像面に線状に結像する。この線状に結像した光学像の幅方向の中心とイメージセンサ４５の受光部の幅方向の中心が一致するように、イメージセンサ４５を幅方向に移動させる機構である光軸直角方向駆動機構４９にてイメージセンサ４５を幅方向に位置決めする。同様に、イメージセンサ５５は、光軸方向に移動させる光軸方向駆動機構５７とイメージセンサ５５の幅方向に移動させる光軸直角方向駆動機構５９及び、イメージセンサ６５の場合は、光軸方向に移動させる光軸方向駆動機構６７とイメージセンサ６５の幅方向に移動させる光軸直角方向駆動機構６９にてそれぞれのイメージセンサを位置決めする。
それぞれのイメージセンサ４５，５５，６５にて同時検出した３つの画像データは、画像処理部７５に送られる。画像処理部７５では、隣接ダイ画像や基準画像などと位置合せを行い、差画像算出やそれぞれの画像の特徴量算出を行う。これらの差画像データや特徴量を予め設定したしきい値と比較することにより、欠陥を判定する。これらのデータは、オペレーションシステム８０に送られ、ＧＵＩ（Graphical User Interface）(図示せず)を通して、検出した欠陥のマップや座標及び大きさなどの特徴量を表示可能としている。
この、オペレーションシステム８０は、上位システムと繋がっており、たとえば上位システムを介して、検査の指示や過去の検査データの検索・表示及び、検査レシピのセットアップなど指示できる構成である。たとえば、オペレーションシステム８０に検査の指示をした場合は、機構系制御部８５を介して、検査シーケンスの順に各駆動部が動作する。
検査シーケンスの動作ステップとしては、図１Ｂに示したように、
検査レシピにて登録された光学条件になるように、光学部品を設定する（Ｓ１０１）。
チャック横に常設されたパターンチップ１５０を対物レンズ４０，５０，６０の共通物点に移動する（Ｓ１０２）。
パターンチップ１５０に細線照明光３５を照射し、パターンチップ１５０の表面の高さを合わせる（Ｓ１０３）。
細線照明光３５が照射された領域からの回折光を対物レンズ４０，５０，６０にて捕捉し、細線照明光３５が照射された領域の幅中心と各イメージセンサ４５，５５，６５の幅（画素の並びと直交する方向の１画素の幅：ウェハスキャン方向に対応する１画素の幅）の中心が一致するようにイメージセンサの移動機構４７，４９，５７，５９，６７，６９にて位置決めする（Ｓ１０４）。
検査対象のウェハ１をローディングし、チャック１３０にウェハ１を吸着する（Ｓ１０５）。
Ｘステージ１１５、Ｙステージ１２０、θステージ１１０にてウェハ１のＸ，Ｙ，θ（回転）をアライメントする（Ｓ１０６）。
検査開始位置にウェハ１を位置決めし、Ｘ方向に等速移動しながらイメージセンサ４５，５５，６５にて連続的に画像を取得する（Ｓ１０７）。このとき、ウェハ１表面の高さを投光器１３１と受光器１３５で構成されるオフアクシスＡＦ（Auto Focus）系１３０第６頁のにて測定し、焦点位置との高さズレが許容範囲を超えた場合は、Ｚステージ１０５にて高さ合せを行う。
視野が検査対象領域の端まで到達した場合、Ｙステージ１２０をステップ移動して、再びＸステージ１１５を等速走査させながら画像を取得し、検査対象領域の画像が全て検出されるまでこの動作を繰り返し行う（Ｓ１０８）。
以上のような構成で検査する場合、[発明が解決しようとする課題]の欄に示した通り、各対物レンズ４０、５０、６０を含む結像レンズ系４１，５１，６１のそれぞれの焦点位置が変動する。これを放置すると、イメージセンサ４５，５５，６５でデフォーカスした画像を検出してしまうため、検査感度が低下してしまう。さらには、同型の複数の装置を用いて検査をする場合に、装置間の検査感度が異なる機差が発生する可能性が有る。このため、Ｓ１０４において、各対物レンズ４０、５０、６０を含む結像レンズ系４１，５１，６１の焦点位置等の補正を高精度に行う必要がある。
この補正を行う手法を図２に示す。なお、図２においては、説明を簡単にするために、結像レンズ４１，５１，６１の表示を省略してあり、対物レンズ４０，５０，６０でウェハ１からの散乱光による像を形成するとして説明する。一例として、対物レンズ４０，５０，６０の焦点位置がパターンチップ表面１５１にて一致していたとする。このときの周辺光線(点線で表示)を４３，５３，６３とする。これら周辺光線が像面で交差する点が像点であり、この像点の中心にイメージセンサ４５，５５，６５の中心を配置している。
しかし、温度・気圧等の変動により、対物レンズ４０の焦点位置（物点）が下方のパターンチップ表面１５１’の位置に変化したとする。このときの周辺光線(実践で表示)は４３’、５３’、６３’のように変化する。この場合、イメージセンサ４５，５５，６５の位置では、像点に対してデフォーカスしてしまう。
このため、図１Ｃに示すように、Ｓ１０４のステップにおいては、以下の詳細ステップでイメージセンサを像点に位置合せする。
パターンチップ１５０の表面の高さをステップ移動させ、像面の設計位置に固定配置した像面観察カメラ１７１の画像を検出して検出されたパターン像のコントラストや明るさを算出し、対物レンズ４０の焦点面とパターンチップ１５０の表面の高さが一致する高さを検知する（Ｓ１０４１）。
この位置にパターンチップ１５０の表面を位置決めして、ＡＦ系１３０の受光部１３５から出力される検出値を記憶し、このときのＡＦ検出値を焦点面の基準とする（Ｓ１０４２）。
パターンチップ１５０の表面を焦点面に位置決めした状態でウェハ１に細線照明光３５を照射して照明幅が最も絞れるように（細線照明光３５の焦点位置がパターンチップ１５０の表面に合うように）、像面観察カメラ１７１の画像を検出しながら照明フォーカス調整を行う（Ｓ１０４３）。
次に、各対物レンズ４０，５０，６０の物点と各結像レンズ４１，５１，６１（図１参照、図２では表示を省略）の像点を結んだ周辺光線４３’，５３’，６３’の像面の位置４５’，５５’，６５’ にイメージセンサ４０，５０，６０を位置合せする（Ｓ１０４４）。
このときの位置合せは、図１にて説明した光軸方向Ｚ，Ｚ’，Ｚ’’の移動機構である光軸方向駆動機構４７，５７，６７とセンサ幅方向Ｘ，Ｘ’，Ｘ’’の移動機構である光軸直角方向駆動機構４９，５９，６９にて行う。
以上の動作を行う課題として、イメージセンサ４５，５５，６５の適正な位置４５’，５５’，６５’を早く正確に検知するためには、
パターンチップ１５０からの回折光や反射光を同時に検出する必要がある。
細線照明光の幅方向について、照明照度分布に対応した検出像の照度分布になることが、好ましい。これは、梨地のような拡散面に細線照明光を照射すると、照明光が照射された位置の凹凸状態によって、反射・散乱される強度が変化するため、ウェハ１上に照射される照明光の幅方向の中心や幅を算出する誤差が大きくなる問題を回避するために必要である。
この２点を満足する手法として、照明方位・仰角に応じてそれぞれの検出系の開口に回折光が入射するように、ラインアンドスペースパターンの方向を変えた複数のパターン群を用いることが考えられる。
図３に照明と検出系の開口及び、それぞれの開口に回折光を入射させるためのラインアンドスペースパターンの方向を示す。図３の（ａ）にウェハ１面の上半球１７３を示す。図３（ａ）に示した状態は、斜方照明系２０１により、照明光が半球１７３の点１７０を通ってウェハ１に照射され、ウェハ１からの正反射光が半球の点１７５に到達している状態を示す例である。斜方照明系２０１の照明光とＹ軸がなす方位を１８０，仰角を１８５とする。この半球を真上から見た図(半球１７３の平面図)を図３の（ｂ）〜（ｅ）に示す。外周部１７８がＮＡ１に対応する。
図３の（ｂ）は図２の対物レンズ６０の開口２０４に回折光を入射させるラインアンドスペースパターン２０５の方向である。斜方照明系２０１により半球１７３上の点１７０を通ってウェハ１に照射された照明光によるウェハ１からの正反射光は、半球１７３上の点１７５に達する。半球１７３上の点１７５は、半球１７３の中心１７９に対して点１７０と点対称の位置になる。この半球１７３の平面図上で正反射光の到達位置１７５と対物レンズ６０の開口２０４の中心を結んだ線１９０と直交する方向にラインアンドスペースパターン２０５を形成すれば、対物レンズ６０の開口２０４にウェハ１からの回折光が入射する。なお、このラインアンドスペースパターン２０５のピッチは、半球１７３上で正反射光が到達する点１７５と開口２０４間のなす角度（立体的になす角）より、開口２０４に入射するピッチを算出すればよい。
同様に、図３の（ｃ）にウェハ１の法線の方向に検出系を配置（図２の対物レンズ４０に相当）した場合の対物レンズ４０の開口２１０の例を示す。半球１７３上の点１７０を通ってウェハ１に照射された照明光によりウェハ１から発生した正反射光が半球１７３上に到達した点１７５と対物レンズ４０の開口２１０の中心を結んだ線２２０に直交する方向にラインアンドスペースパターン２３０を形成する。さらに、図３の（ｄ）に図２における対物レンズ５０の開口２５０にウェハ１からの回折光を入射させるラインアンドスペースパターン２４５の例を示す。正反射光１７５と開口の中心を結んだ線２４０に直交する方向にラインアンドスペースパターン２４５を形成する。
さらに、図３の（ｅ）には、垂直照明系２０２により照明光をウェハ１に対して垂直な方向から照明する場合の例を示す。垂直照明系２０２の場合、照明光と正反射光を表す点は１７１となる。この垂直照明では、正反射光１７１と開口中心を結ぶ直線は、Ｘ軸と平行となり、これに直交した方向に形成するラインアンドスペースパターンはＹ軸と平行になる。この場合、ラインアンドスペースパターンのエッジ部が照明幅方向のガウス分布のどの位置に配置されるかによって、イメージセンサにて検出される強度が変化し、照明幅方向の中心や幅を算出する誤差が大きくなる。これを回避するため、本実施例においては、開口２０４、２５０の中心からずらした開口内の位置と正反射光１７１を結んだ直線２５５に直交する方向２６０にパターンを形成するようにした。
これら、複数の照明条件（斜方照明／落射（垂直）照明）における検出光学系部３００の複数の検出系に配置したイメージセンサ４０，５０，６０の位置合せを行うためのパターンチップの例を図４に示す。パターンチップ１５０は、ガラス基板の表面２７０（図４の（ｂ）参照）にパターンが形成されており、領域２７５(図４参照)に形成されたブロックＡを単位としたＮ周期のパターンが形成されている。ブロックＡには、図４の拡大図に示すように、斜方照明用の３パターンと落射照明用の１パターンが形成されている。
斜方照明用のパターンは、図３（ｂ）に示した開口２０４用のラインアンドスペースパターン２０５、開口２１０用のラインアンドスペースパターン２３０、開口２５０用のラインアンドスペースパターン２４５が形成されている。また、垂直照明系２０２による垂直照明時の開口２０４と２５０兼用のラインアンドスペースパターン２６０が形成されている。これらラインアンドスペースパターンのパターン長手方向の向き（パターンの傾き角度）が、検出光学系の対物レンズの配置（パターンチップ１５０上の線状照明光３５が照射される位置に対する方位角及び仰角）に応じて互いに異なる４方向のパターンが形成されたブロックＡの幅は、数um〜数百um程度である。パターン材は、ＣｒやＡＬなどの金属膜や、SiO2をエッチングしたパターンなどが考えられる。
このパターンチップ１５０を図１に示したように、Ｚステージ１０５の上でチャック１０１の横に設置する。例えば、照明条件を斜方照明系２０１による照明から垂直照明系２０２による落射照明に変更した検査を行う場合などは、垂直照明の光学条件に部品を設定（平面ミラー２４を１/４波長板２０と平面ミラー２５との間のレーザビームの光路中に挿入して、１/４波長板２０を透過したレーザビームの光路を平面ミラー２６の方向に折り曲げる）後、パターンチップ１５０を用いてウェハ１と垂直照明系２０２による照明光の焦点・水平方向の位置及び、検出光学系３００の複数のイメージセンサ４５，５５，６５のそれぞれの光軸方向の位置（フォーカス）・像面内の位置を合わせることが可能となる。
これにより、検査対象ウェハをミニエンバイロメントシステムでローディング、θステージ１１０を制御して行うプリθアライメント動作と並行して、ウェハ１に照射する垂直照明系２０２による照明光の位置と検出光学系３００の各イメージセンサ４５，５５，６５の位置合せが可能となり、検査装置のスループット向上に効果がある。
このウェハ１に照射する垂直照明系２０２による照明光の位置と検出光学系３００の各イメージセンサ４５，５５，６５の位置合せを行うタイミングは、照明条件や検出条件が前回検査条件から変更された時、装置の機構部を原点復帰させた時、また装置内の温度や気圧が所定値以上に変動した場合、さらには一定の時間を定めて定期的に行う等が考えられる。このウェハ１に照射する垂直照明系２０２による照明光の位置と検出光学系３００の各イメージセンサ４５，５５，６５の位置合せの流れを図５に示す。
まず、オペレーションシステム８０の図示していないＧＵＩ画面上で、ウェハ１を検査するときの照明条件、検出条件、ウェハＡＦ値及び、画像処理にて欠陥判定するしきい値情報などを登録した検査レシピを指定し、検査開始を指示する。検査を開始するに当たっては、先ず、前回の検査条件をチェックし、次に、前回アライメント動作を行ってからの経過時間をチェックし、今回行う検査がロット検査であるか否かをチェックする。
その後のステップは、以下の通り。
■位置合せ前の準備動作
1) ウェハ・照明・センサアライメント開始（Ｓ５０１）
2) 照明条件設定（Ｓ５０２）
3) 検出条件設定（Ｓ５０３）
4) 検出系の視野にパターンチップ移動（Ｓ５０４）
5) ＡＦＯＮ（Ｓ５０５）
■ウェハ高さ合せ
6) 検出(2)の観察カメラを視野中心へ（Ｓ５０６）
7) パターンチップ高さをステップ移動（Ｓ５０７）
8) 観察カメラの検出像のコントラスト算出（Ｓ５０８）
9) 所定の合焦コントラスト判定範囲と算出したコントラストを比較して合焦判定（Ｓ５０９）
・合焦外判定の場合は、7)へ
・合焦内判定の場合は、10)へ
10) パターンチップ表面が合焦内の状態でＡＦ値を読取り、更新（Ｓ５１０）
11) パターンチップ高さ合せ完（Ｓ５１１）
■照明合せ
12) 駆動系を全て同じ照明条件の前回設定値に移動（Ｓ５１２）
13) 細線照明フォーカス軸をステップ移動（Ｓ５１３）
14) 像面観察カメラの検出にて照明フォーカス許容内外判定（Ｓ５１４）
・フォーカス許容外判定の場合は、15) フォーカス側にステップ移動（Ｓ５１５）
・フォーカス許容内判定の場合は、フォーカス合せ完
16) ステップ14)にてフォーカス内判定した画像より照明中心のX方向ズレ算出（Ｓ５１６）
17) Ｘ方向を目標位置に移動（Ｓ５１７）
18) 画像検出を行い、Ｘ方向の許容内外判定（Ｓ５１８）
・Ｘ位置許容外判定の場合は、17)へ
・Ｘ位置許容内判定の場合は、19)照明合せ完（Ｓ５１９）
■リニアセンサ合せ（3検出系のそれぞれについて同様に行う）
20) Ｘ方向にステップ移動（Ｓ５２０）
21) 照明中心とセンサ中心のズレ許容内外判定（Ｓ５２１）
・中心ズレ許容外判定の場合は、
22)照明中心とセンサ中心が一致する方向判定（Ｓ５２２）
23)中心が一致する方向にセンサＸステップ移動（Ｓ５２３）
21)へ
・中心ズレ許容外判定の場合は、24)へ
24) リニアセンサフォーカスＺ方向にステップ移動（Ｓ５２４）
25) フォーカス許容内外判定（Ｓ５２５）
・フォーカス許容外判定の場合は、
26)フォーカス方向判定（Ｓ５２６）
27)フォーカス側にステップ移動（Ｓ５２７）
25)へ
・フォーカス許容外判定の場合は、
28)リニアセンサ合せ完（Ｓ５２８）
なお、斜方照明と垂直照明を同時照明する場合は、照明合せステップ（Ｓ５１２）〜（Ｓ５１９）をそれぞれ実施すれば良い。
以上のウェハ・照明・検出系イメージセンサの位置合せステップの中で、許容内外判定の例を図６から図８に示す。
細線照明のＸ方向位置判定手法を図６に示す。（ａ）はパターンチップ１５０を対物レンズ４０の光軸と交わる位置に移動させた状態で、パターンチップ１５０に斜方からの細線照明光３５を照射し、パターンチップ１５０上の細線照明光３５が照射された領域から発生した反射・散乱光のうち対物レンズ４０に入射した成分より形成されたパターン像を、図２に示すように対物レンズ４０の光軸上でイメージセンサ４５の手前に設置した反射鏡１８０で反射させて像面観察カメラ１７１にて検出した画像の一例である。このパターン像を撮像している間は、オートフォーカス用高さ検出部（ＡＦ系）１３０でパターンチップ１５０の表面の高さが検出されて、機構系制御部８５によりＺステージ１０５が制御されてパターンチップ１５０の表面の高さが一定に維持されている。
対物レンズ４０の配置からすると、斜方から細線照明光３５を照射した場合、図４の拡大図に示したパターンチップ１５０に形成されているブロックＡの内、パターンｂの領域に形成されたラインアンドスペースパターン２３のエッジ部から発生した回折光が対物レンズ４０の開口２１０に入射して形成されたエッジ像３００（図６（ａ）の白抜きの点）がラインアンドスペースパターン２３のパターン周期に対応して複数個明るく検出される。パターンチップ１５０上の他のパターン領域ａ，ｃ，ｄに形成されたラインアンドスペースパターン２０５，２４５，２６０から発生した回折光のうち対物レンズ４０の開口２１０に入射した光からは回折像が形成されないので、暗い画像となる。
このパターンｂの領域に形成されたラインアンドスペースパターン２３により発生したエッジ像３００部分の拡大像を図６（ｂ）に示す。周期的に検出されるエッジ像３００をＹ方向に積分した波形３１０を図６（ｃ）に示す。この波形３１０は、パターンチップ１５０のパターンｂの領域に形成されたラインアンドスペースパターン２３に照射された細線照明光３５の光強度分布と同じ分布であり、理想的にはガウス分布となっている。この波形３１０の中心を演算する。演算手法は、ガウスフィッティングや、明るさ最大値の５０％と波形３１０と交差する２点の中心値及び、明るさ最大値などの例がある。
このように、像面観察カメラ１７１で検出されたエッジ像３００の波形３１０の中心を求め、予め設定しておいた細線照明光３５のＸ方向目標位置３３０との差を算出し、この差分が予め設定した許容範囲に入るように、Ｘ方向シフト機構２５’にて細線照明光３５のウェハ１上の照射領域をＸ方向に移動させる。
次に、細線照明光３５のフォーカス位置がパターンチップ１５０の表面と一致する位置とは、検出波形３１０の幅（例えば、半値全幅や1/e2の幅）が最小になる位置や、波形３１０の最大輝度が極大になる位置であり、これらを評価値とする。細線照明光３５のフォーカス位置調整は、許容範囲を設けて細線照明光３５のフォーカス合せ機構３０’にてステップ移動、画像検出、評価値算出、許容内外判定を繰り返し、許容範囲に入るように追込む。
図７に、各検出系に配置されたイメージセンサ４５、５５、６５の合せ手法を示す。いずれのイメージセンサも同様の合せ動作を行うため、ここでの説明はイメージセンサ４５の合せを代表例とする。図７（ａ）にイメージセンサ４５の受光部３６５の概略図を示す。イメージセンサ４５は、画素３６５’がＹ方向に１列に複数並んでおり、Ｘ方向の画素幅の中心が３６０である。細線照明光３５が照射されたパターンチップ１５０から発生した散乱光により形成された像をイメージセンサ４５で検出した検出像は３５’となり、パターンチップ１５０のパターンｂの領域に形成されたラインアンドスペースパターン２３０からの散乱光によるエッジ像３００が明るく検出される。このイメージセンサ４５上に投影されたエッジ像３００のＸ方向の中心位置３５０とイメージセンサ幅方向の中心位置３６０を一致させるのがＸ方向合せである。ズレ量ΔＸがあると、パターン像３００がイメージセンサ４５の受光部３６５からはみだして、検出されるイメージセンサ４５の波形３０１は明るさが低い状態になる。
一方、図７（ｂ）に示すように、エッジ像３００のＸ方向の中心位置３５０とイメージセンサ幅方向の中心位置３６０が一致した状態では、波形３０２の明るさが最大となる。この状態にイメージセンサ４５のＸ方向を光軸直角方向駆動機構４９にて合わせることが目的である。
このイメージセンサ４５のＸ方向の位置と検出波形の明るさの関係を図８（ａ）に示す。図８（ａ）で、縦軸の「明るさＳ」とは、エッジ像３００の最大値や、この最大値を複数のエッジ像３００にて求めた平均値などが例である。イメージセンサ４５の画素幅（図７（ａ）及び（ｂ）参照）の中心とエッジ像３００の中心が一致している状態では、明るさＳが最大となり、エッジ像３００のＸ方向の位置がイメージセンサ４５の長方形画素３６５’の幅方向（図７（ａ）及び（ｂ）の画素幅）の中に入り込んでいる間は、明るさが高い状態である。このため、光軸直角方向駆動機構４９をステップ移動させながら、イメージセンサ４５の各画素３６５’の出力から明るさＳを算出する。この最大値Ｓmaxに対して、しきい値Ｋ１を掛けたＳthをしきい値として、このしきい値Ｓthと交差する明るさＳのセンサ位置Ｘ３７０、３７５を算出する。この２点間の中心３６０をイメージセンサ４５の画素幅の中心とエッジ像３００の中心（＝パターンチップ１５０上で細線照明光３５により照明される領域の中心）とが一致した位置として、イメージセンサ４５の光軸直角方向駆動機構４９にて位置決めする。
さらに、パターンチップ１５０の表面にエッジ像３００をフォーカスさせるために、図８（ｂ）に示すように、光軸方向移動機構４７でイメージセンサ４５を光軸方向にステップ送りして、各位置におけるイメージセンサ４５で検出した明るさＳを求める。光軸方向駆動機構４７によるイメージセンサ４５の光軸方向（結像レンズ４１の光軸方向：Ｚ方向）の移動量を横軸にとり、縦軸はイメージセンサ４５の出力である明るさＳとする。光軸方向駆動機構４７によりイメージセンサ４５をステップ移動させながらイメージセンサ４５で検出した明るさＳ：３８１，３８２，３８３を算出する。明るさの極大を含んだ複数点（本例では３点）にて２次近似を行って２次曲線３８５を求め、この極大となる位置をイメージセンサ４５の光軸方向駆動機構４７の目標位置として位置決めする。
本実施例によれば、ウェハ・照明・検出系イメージセンサの位置合せを精度よく実施することが可能になり、欠陥検査の結果に対する高い信頼性を維持することが可能になった。
第２の実施例として、ウェハ１表面と対物レンズのフォーカス位置のズレを検出するＡＦ系を、実施例１で説明したオフアクシス方式のＡＦ系に替えて、ＴＴＬ(Through The Lens)方式にした構成例を図９を用いて説明する。図９に示した構成のうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。また、図１で説明した実施例１における検査装置の構成では検出光学系に３つの検出系を採用した構成で説明したが、図９に示した本実施例における検査装置の構成では２つの検出系の構成にて説明を省略する。ただし、本実施例における検出光学系は図１で説明した実施例１における検出光学系と同様３つの検出系或いは、それ以上の数を備えて構成しても良い。
本実施例におけるＴＴＬ方式のＡＦ系４００は、ＡＦ用の光を発射する光源４０１、光源４０１から発射されたＡＦ用の光を一方向に収束させて線状に成形する円筒面レンズ４３０、円筒面レンズ４３０を出射した照明光をスリット光に成形するスリット４５０、スリット４５０を通過した照明光を反射するハーフミラー４５５、ハーフミラー４５５で反射された照明光を対物レンズ４０の光軸上で対物レンズ４０の側に反射するように設置された照明光の波長領域の光だけを反射して検査用のレーザを透過するダイクロイックミラー４６５、ダイクロイックミラー４６５で反射されて対物レンズ４０を透過して検査対象のウェハ１の表面に照射され、ウェハ１の表面で反射されて再び対物レンズ４０を透過してダイクロイックミラー４６５で反射されてハーフミラー４５５を透過したウェハ１の表面からの反射光を検出するＡＦ用センサ４６８を備えて構成される。
パターンチップ１５０は像面観察カメラ１７１にてパターン像のフォーカスが合う位置に設定される。この位置の高さをＡＦ検出系４００で検知する。ＡＦ用光源４０１は、検査用のレーザ光源５から発射されるレーザとは異なる波長の光を発する光源である。ＡＦ光４２０は、ＡＦ系光軸４１０に沿って導かれ、円筒面レンズ４３０を介してスリット４５０を照明する。このとき対物レンズ４０の光軸とＡＦ系光軸４１０はシフト４４０しており、スリット４５０及び検査対象のウェハ１上においてＡＦ光が斜入射になるように設計されている。スリット４５０は、Ｘ方向に狭く、Ｙ方向に長い開口を有している。スリット４５０を透過したＡＦ光４６０は、ハーフミラー４５５で反射し、ダイクロイックミラー４６５でも反射して、対物レンズ４０を通してウェハ１に入射し、ウェハ１から反射される。反射したＡＦ光は、再び対物レンズ４０を介して、ダイクロイックミラー４６５で反射し、ハーフミラー４５５を透過してＡＦ用センサ４６８に到達する。ＡＦ用センサ４６８の候補としては、1次元ＣＣＤセンサやＰＳＤ(Position Sensitive Detector)及び、分割型フォトダイオードがある。
ウェハ１の高さが変動すると、ウェハ１に対して斜入射するＡＦ光はウェハ１の表面への入射位置が変動し、この入射位置が変動したウェハ１の表面からの反射光は、ＡＦ用センサ４６８の位置において、スリットの幅方向にシフトする。このＡＦ光のシフト量を検知し、幾何学的に求められるＡＦ光のシフト量とデフォーカス量との関係からデフォーカス量を求めて、この求めたデフォーカス量に基づいて機構系制御部８５でＺステージ１０５を制御してフォーカス合せを行う。
また、温度・気圧変動に応じて対物レンズ５０の焦点位置が４９８の位置にズレた場合、細線照明光３５が照射される位置を４９５に補正する必要がある。この補正は、センサ位置をずれる前の６５から６５’に位置合せする必要があり、この補正を’光軸方向駆動機構６７と光軸直角方向駆動機構６９を用いて行う。
本実施例では、実施例１にて説明したイメージセンサ４５、５５、６５の光軸直角方向合せをより高精度に実施する例を図１０（ａ）に示す。ここでは、イメージセンサ４５を代表として説明するが、イメージセンサ５５，６５も同様の動作を行う。本実施例における欠陥検査装置全体の基本構成は図１と同じであり、ここではイメージセンサ４５、５５、６５の周辺構成について説明する。
実施例１では、細線照明光３５をラインアンドスペースパターンが形成されたウェハ１に照射した時のこの照明光の像幅に対して、イメージセンサ４５の幅の方が広いため、図１０（ｂ）のようにイメージセンサ４５を光軸と直角な方向（Ｘ方向）へ移動させても検出される明るさが高い状態でセンサ出力が変化しない領域４９０が起こる。この場合、細線照明光３５が照射された環は１上の領域からの回折光のうち対物レンズ４０に入射した散乱光による像がイメージセンサ４５の受光部から外れる位置までイメージセンサ４５を駆動し、この光量が低下する位置より、細線照明光３５で照明される領域の中心とイメージセンサ４５の幅中心を一致させていた。
本実施例においては、図１０（ｃ）に示す通り、この領域４９０をなくして、センサのＸ移動に対する明るさ変化量を大きくすることにより、中心合せを高精度化するようにした。本実施例におけるイメージセンサ４５の構成を図１０（ａ）に示す。イメージセンサ４５の光軸直角方向（Ｘ方向）位置調整時にのみスリット板４７５のスリット４８０をイメージセンサ４５の直前に配置する。このスリット板４７５のスリット４８０の幅はイメージセンサ４５上に投影される細線照明３５の像よりも細くなっており、このスリット４８０の中心とイメージセンサ４５の受光部の幅中心を一致させる。実施例１において図５を用いて説明したイメージセンサ合せ動作を行うことにより、図１０（ｃ）のように、センサのＸ移動に対する明るさ変化量を大きくすることが可能である。
本実施例によれば、検出した欠陥の位置情報をより高い精度で抽出することが可能になった。
実施例４における欠陥検査装置１１００の構成を図１１に示す。本実施例における欠陥検査装置１１００は、実施例１において図１を用いて説明した構成と基本的には同じである。実施例１と異なるのは、実施例１において１/４波長板２０と平面ミラー２５との間に出し入れ可能に配置された垂直照明系２０３に光路を変換するための平面ミラー２４を、本実施例ではハーフミラー２４’で構成し、このハーフミラー２４’を１/４波長板２０と平面ミラー２５との間に固定して設置した点において相違する。
このような構成とすることで、本実施例においては、斜方照明系２０１と垂直照明系２０３とを同時に作動させて、ウェハ１を照明する。本実施例においては、図１１に示した構成において、ウェハ１上の斜方照明系２０１による細線照明光３５の照射領域と垂直照明系２０３による細線照明光３６の照明領域とを対物レンズ４０の視野内で空間的に離して同時照明する。斜方照明系２０１による細線照明光３５の照射領域から発生した散乱光は、対物レンズ４０で捕捉され、イメージセンサ４５にて検出される。
対物レンズ４０を通して垂直照明した垂直照明系２０３による細線照明光３６の照明領域から発生した散乱光は、対物レンズ５０，６０を介してイメージセンサ５５、６５にて検出される。これにより、斜方照明により強い散乱光が発生する欠陥種と、垂直照明により強い散乱光が発生する欠陥種を同時に検出することが可能になる。その結果、従来は異なる照明条件で２回に分けて行っていた検査を１回の検査で同時に検出することが可能になり、検査時間を短縮することが可能になった。
この場合においても、斜方照明光３５のパターンチップ１５０上の照射位置とイメージセンサ４５の位置合せ及び、垂直照明光３６のパターンチップ１５０上の照射位置とイメージセンサ５５、６５の位置合せの方法は実施例１で説明したものと同様である。また、イメージセンサ４５，５５、６５にて、斜方照明と垂直照明いずれの散乱光を検出するかは、どのような組み合わせも可能である。
本実施例によれば、斜方照明による欠陥検出と垂直照明による欠陥検出とを同時に実行することができるので、照明の方向を切替えて斜方照明による欠陥検出と垂直照明による欠陥検出とを順次実行する方式に比べて検査のスループットを向上させることができる。
以上の実施例で示した構成や機能については、様々な組合せが考えられる。これらの組合せについても本発明の範囲内であることは明らかである。
１・・・ウェハ ５・・・レーザ ７・・・シャッタ ９・・・ビームエクスパンダ １０・・・平面ミラー １６・・・１／２波長板 ２０・・・１／４波長板 ２５・・・平面ミラー ３０・・・円筒型集光レンズ ４０，５０，６０・・・対物レンズ ４１，５１，６１・・・結像光学系 ４５，５５，６５・・・イメージセンサ ４７，５７，６７・・・イメージセンサの光軸方向駆動機構 ４９，５９，６９・・・イメージセンサの光軸直角方向駆動機構 ７５・・・画像処理部 ８０
・・・オペレーションシステム ８５・・・機構系制御部 １００・・・ステージ部
１３０・・・オートフォーカス用高さ検出部 １５０・・・パターンチップ １７１
・・・像面観察カメラ ２００・・・照明光学系部 ２０１・・・斜方照明系 ２０２，２０３・・・垂直照明系 ３００・・・検出光学系部 ４００・・・ＡＦ検出系 １０００，１１００・・・欠陥検査装置。

Claims (12)

  1. 検査対象の試料とパターンチップとを載置して移動可能なテーブル部と、
    該テーブル部に載置された前記試料の表面又は前記パターンチップの表面に線状に成形された照明光を照射する照明光照射部と、
    対物レンズとイメージセンサとを備えた検出光学系を前記テーブル部の上方の複数の個所に配置して前記照明光照射部により前記線状に成形された照明光が照射された前記試料から発生した散乱光のうち前記複数の個所に配置した複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像をそれぞれのイメージセンサ上に結像させて検出する検出光学系部と、
    該検出光学系部の複数の検出光学系において検出した信号を処理して前記試料表面の欠陥を検出する信号処理部と
    を備えて試料を検査する欠陥検査装置であって、
    前記パターンチップには、前記照明光照射部により前記線状に成形された照明光が照射されたときに前記検出光学系部の複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズの位置に応じた散乱光を発生させるための複数の繰返しパターンが周期的に形成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 請求項１に記載の欠陥検査装置であって、前記検出光学系部の複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサは、前記照明光学系部から線状に成形された照明光を前記パターンチップに照射したときに前記パターンチップから発生する散乱光を結像させて形成した像に対して位置を調整する位置調整手段を備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
  3. 請求項１又は２に記載の欠陥検査装置であって、前記照明光照射部は、前記テーブル部に載置された前記試料の表面又は前記パターンチップに線状に成形された照明光を斜め方向から照射する斜方照明部と、前記試料の表面又は前記パターンチップに線状に成形された照明光を垂直方向から照射する垂直照明部とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
  4. 請求項３に記載の欠陥検査装置であって、前記斜方照明部と前記垂直照明部とは、それぞれ線状に成形した照明光を前記試料の表面又は前記パターンチップの異なる位置に照射することを特徴とする欠陥検査装置。
  5. 請求項１又は２に記載の欠陥検査装置であって、前記検出光学系部は、前記複数の検出光学系として、前記照明光照射部により線状に成形された照明光が照射された前記試料の表面又は前記パターンチップから発生した散乱光のうち前記試料の表面又は前記パターンチップに対して垂直方向に散乱した光を集光して検出する第１の検出光学系と、前記試料の表面又は前記パターンチップに対して斜方に散乱した光を検出する第２の検出光学系とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
  6. 請求項１又は２に記載の欠陥検査装置であって、前記検出光学系部は、前記複数の検出光学系として、前記照明光照射部により線状に成形された照明光が照射された前記試料の表面又は前記パターンチップから発生した散乱光のうち前記試料の表面又は前記パターンチップに対して垂直方向に散乱した光を集光して検出する第１の検出光学系と、前記試料の表面又は前記パターンチップに対して第１の斜方に散乱した光を検出する第２の検出光学系と、前記試料の表面又は前記パターンチップに対して第２の斜方に散乱した光を検出する第３の検出光学系とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
  7. テーブルに搭載された複数の繰り返しパターンが周期的に形成されたパターンチップに線状に成形された照明光を照射し、
    前記線状に成形された照明光が照射された前記パターンチップから発生した散乱光のうち前記対物レンズとイメージセンサとを備えて前記テーブルの上方の複数の個所に配置した複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を前記複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサで検出し、
    該それぞれのイメージセンサで検出した散乱光像の検出信号を用いて前記パターンチップに照射された線状に成形された照明光に対する前記それぞれのイメージセンサの位置を調整し、
    前記テーブルに載置された検査対象の試料に前記線状に成形された照明光を照射して該試料から発生した散乱光のうち前記複数の検出光学系の前記それぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を前記複数の検出光学系の前記それぞれのイメージセンサで検出して該それぞれのイメージセンサで検出した信号を処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
  8. 請求項７に記載の欠陥検査方法であって、前記複数の検出光学系の前記それぞれのイメージセンサの位置を調整する工程において、前記それぞれのイメージセンサは、前記線状に成形された照明光を前記パターンチップに照射したときに前記パターンチップから発生して前記複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像に対して少なくとも２軸方向の位置を調整することを特徴とする欠陥検査方法。
  9. 請求項７又は８に記載の欠陥検査方法であって、前記テーブルに搭載された前記パターンチップに線状に成形された照明光を照射することと、前記テーブルに載置された検査対象の試料に前記線状に成形された照明光を照射することとが、前記テーブル部に載置された前記パターンチップ又は前記試料の表面に線状に成形された照明光を斜め方向から照射することと、前記パターンチップ又は前記試料の表面に線状に成形された照明光を垂直方向から照射することとにより行うことを特徴とする欠陥検査方法。
  10. 請求項９に記載の欠陥検査方法であって、前記斜め方向から照射する前記線状に成形された照明光と前記垂直方向から照射する前記線状に成形された照明光とは、それぞれ前記前記パターンチップ又は試料の表面の異なる位置に照射することを特徴とする欠陥検査方法。
  11. 請求項７又は８に記載の欠陥検査方法であって、前記線状に成形された照明光が照射された前記パターンチップから発生した散乱光のうち前記複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を前記複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサで検出することと、前記線状に成形された照明光が照射された前記試料から発生した散乱光のうち前記複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を前記複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサで検出することとが、前記試料の表面又は前記パターンチップの表面に対して垂直方向に配置した第１のイメージセンサで検出することと、前記試料の表面又は前記パターンチップの表面に対して斜方に配置した第２のイメージセンサで検出することとを含むことを特徴とする欠陥検査方法。
  12. 請求項７又は８に記載の欠陥検査方法であって、前記線状に成形された照明光が照射された前記パターンチップから発生した散乱光のうち前記複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を前記複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサで検出することと、前記線状に成形された照明光が照射された前記試料から発生した散乱光のうち前記複数の検出光学系のそれぞれの対物レンズに入射した散乱光による像を前記複数の検出光学系のそれぞれのイメージセンサで検出することとが、前記試料の表面又は前記パターンチップの表面に対して垂直方向に配置した第１のイメージセンサで検出することと、前記試料の表面又は前記パターンチップの表面に対して第１の斜方に配置した第２のイメージセンサで検出すること、前記試料の表面又は前記パターンチップの表面に対して第２の斜方に配置した第３のイメージセンサで検出することとを含むことを特徴とする欠陥検査方法。
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