JP4536337B2

JP4536337B2 - 表面検査方法および表面検査装置

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Publication number: JP4536337B2
Application number: JP2003165458A
Authority: JP
Inventors: 一宏宮川; 陽一郎岩; 明彦関根
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: TWI266050B; KR20040110991A; JP2005003447A; US7245366B2; US20040252295A1; TW200506348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検面の欠陥を検査する表面検査方法および表面検査装置に関し、詳細には、被検面に光束を照射して、その散乱光の強度を検出することにより、被検面の欠陥を検査する方法および装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば半導体ウエハ等の被検体の表面（被検面）に異物が付着し、あるいは傷（結晶欠陥を含む）がついている等被検面の欠陥を検査する表面検査装置が知られている。
【０００３】
この表面検査装置は、例えば、レーザ光等所定の光束を出射する光源と、この光源から出射した光束を被検面に対して所定の入射角で入射させる照射光学系と、光束が被検面を走査するように被検体を変位させる走査手段と、入射した光の強度を検出する光強度検出手段と、光束が入射した被検面の部分（照射野）から出射した散乱光を、光強度検出手段に導光する散乱光検出光学系とを備え、光強度検出手段によって検出された散乱光の強度に応じて、欠陥の有無を検査するものである（特許文献１）。
【０００４】
ここで、照射野からの散乱光は、被検面に入射した光束が照射野において正反射する方向以外の方向に散乱した光を意味する。
【０００５】
したがって、散乱光検出光学系は、正反射方向以外の方向にその光軸が設定されており、例えば被検面に対して所定の俯角を以て照射野を向くように光軸が設定されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５６−６７７３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の表面検査装置は、照射野内における欠陥の有無については検出することができるものの、その欠陥が、単一の大きな欠陥であるのか、あるいは、複数の小さな欠陥であるのかを識別することはできない。
【０００８】
すなわち、この表面検査装置は、照射野から発せられた散乱光の強度を照射野全体を単一の単位として検出し、この検出された強度に基づいて欠陥の有無を判定するため、検出された強度によっては、照射野内に複数の小さな欠陥が存在していることによって検出された強度であるのか、あるいは、照射野内に単一の大きな欠陥が存在していることによって検出された強度であるのかを、判定することができず、また、被検面を基準とした欠陥の深さまたは高さに応じても、検出される強度は変動する可能性があり、単一の小さな欠陥によって検出された強度が、大きな欠陥によって検出された強度よりも大きくなることも考えられる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、被検面の照射野内において検出された欠陥が、複数の小さな欠陥であるか、または単一の大きな欠陥であるかを容易に識別することができる表面検査方法および表面検査装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る表面検査装置は、散乱光の強度を、所定の一次元方向について複数のチャンネルに分解して検出することによって、照射野における空間分解能を向上させたものである。
【００３２】
すなわち、本発明の請求項１に係る表面検査装置は、所定の光束を出射する光源と、前記光源から出射した光束を表面検査の対象である被検体の被検面に対して所定の入射角で入射させる照射光学系と、前記光束が前記被検面を走査するように、前記光束および前記被検体のうち少なくとも一方を相対的に変位させる走査手段と、入射した光の強度を検出する光強度検出手段と、前記光束が入射した前記被検面の部分から出射した散乱光を、前記光強度検出手段に導光する散乱光検出光学系とを備えた表面検査装置において、
前記光強度検出手段は、該光強度検出手段の入射面内の少なくとも一次元方向について、前記散乱光を複数のチャンネルに分解して検出するように設定され、
前記散乱光検出光学系は、前記被検面に入射した光束を前記被検面上に投影した方向に対して略直交する方向であって前記被検面に対して所定の俯角をなす方向へ出射した散乱光を、前記光強度検出手段に導光するように配設されているとともに、前記一次元方向についての共役位置と前記直交方向についての共役位置とが、光軸方向において略同一位置となるように構成され、かつ前記共役位置に視野絞りが配設され、
前記光強度検出手段によって複数のチャンネルに分解して検出された前記散乱光（分解散乱光）の光強度を、隣接チャンネル間で順次比較することにより、欠陥が、離散している複数の小さい欠陥であるか、または連続した大きい欠陥であるかを識別する分析手段をさらに備えたこと特徴とする表面検査装置。
【００３３】
ここで、被検体としては、代表的には半導体ウエハや各種基板などであるが、これらに限定されるものではなく、被検面に付着した異物や被検面に形成された傷の有無あるいはこれらの位置を検出することによって表面検査を行う対象となるものであれば如何なるものであってもよい。
【００３４】
また、光源としては、可干渉性の高いレーザ光を光束として出射するレーザ光源（半導体レーザ光源（ＬＤ）、アルゴンイオンレーザ光源等）を適用するのが好ましい。
【００３５】
散乱光検出光学系は、照射野から出射した正反射光以外の散乱光のうち少なくとも一部を集光し得るように、その光軸方向が設定されればよく、例えば、被検面に入射する入射光束を被検面上に投影したときの入射光束の進行方向に対して略直交する方向に散乱した散乱光を集光するように、散乱光検出光学系の光軸を設定することができる。
【００３６】
この際、光束が入射した被検面の部分（照射野）からの散乱光を効率的に集光する上で、散乱光検出光学系の光軸は、被検面に対して所定の俯角を以て照射野を向くように設定することが好ましい。このとき検出される散乱光は、いわゆる側方散乱光である。
【００３７】
光強度検出手段の入射面内における一次元方向は、光束が入射した被検面の部分（照射野）における所定の方向に対応しているため、散乱光を、この一次元方向について複数のチャンネルに分解したとき、これらの分解して得られた各分解散乱光は、照射野を所定の方向について分割した各分割部分からそれぞれ出射した散乱光となる。
【００３８】
したがって、各分解散乱光の光強度を各別に検出することによって、光束が入射した照射野内における位置（所定方向に対応した位置）ごとの散乱光強度を検出することができるため、散乱が生じた位置すなわち表面の欠陥位置の検出分解能を向上させることができる。
【００３９】
また、一次元方向に並んだ複数のチャンネルによる各検出強度を、隣接チャンネル間で順次比較することによって、欠陥が、離散している複数の小さい欠陥であるか、または連続した大きい欠陥であるかを識別することができる。
【００４０】
すなわち、あるチャンネルで所定レベル以上の光強度が検出されているとき、そのチャンネルに隣接するチャンネルにおいても、ある程度同レベルの光強度が検出され、そのような光強度が検出されたチャンネルが多数連続している場合には、チャンネルの配列方向（上記一次元方向）に対応した照射野内での所定方向に延在する大きい欠陥（傷等）であると判定することができ、一方、あるチャンネルで所定レベル以上の光強度が検出されていても、そのチャンネルに隣接するチャンネルにおいて検出された光強度が、所定レベルとは有意な差を呈する光強度である場合や、例え隣接するチャンネルにおいて、ある程度同レベルの光強度が検出されていても、そのような光強度が検出されたチャンネルが高々２〜３チャンネル程度しか連続していない場合には、照射野内での所定方向について連続した欠陥ではなく、小さな欠陥（異物の付着等）であると判定することができる。
【００４１】
この結果、従来は識別し難かった複数の小さな異物の付着（表面に対して突出）と長い傷（表面に対して陥凹）とを、容易に識別することができる。
【００４２】
なお、入射した散乱光を、入射面内の一次元方向について複数のチャンネルに分解して検出するように設定された光強度検出手段としては、例えば、代表的にはマルチアノード光電子増倍管（ＰＭＴ：フォトマルチプライヤ）などを用いることができるが、このようなマルチアノードＰＭＴに限定されるものではなくマルチチャンネル型受光器やシングルチャンネルの受光器を各チャンネルに対応させて複数個並べた構成であってもよい。
【００４３】
また、「少なくとも一次元方向について」とは、入射面内の一次元方向についてのみ複数のチャンネルに分解して検出するものだけでなく、この一次元方向に直交する直交方向（当該入射面内）についても複数のチャンネルに分解して検出するもの、すなわち二次元マトリクス状に分解して検出するものも含む意味である。
【００４４】
なお、光強度検出手段として、二次元マトリクス状に分解して検出するものを適用した場合には、散乱が生じた位置すなわち照射野内での欠陥位置の検出分解能を一層向上させることができるとともに、二次元状に配列された複数のチャンネルによる各検出強度を、上下左右の隣接チャンネル間で順次比較することによって、欠陥が、離散している複数の小さい欠陥であるか、または連続した細長い欠陥であるか、面状に広がる欠陥かを識別することができる。
【００４５】
さらに、連続した細長い欠陥の場合にはその延在方向についても判定することが可能となる。
【００４６】
また、このように互いに直交する方向についての共役位置が、光軸方向において略同一位置に設定されていることにより、散乱光検出光学系に視野絞りを設定する場合に、当該共役位置に設定することによって効率的な視野絞りを設定することができる。
ただし、通常の製品（被検体）品質においては、一次元方向についてのみ散乱光を複数のチャンネルに分解して検出するように設定された光強度検出手段を備えた表面検査装置によって、十分に検査品質を向上させることができるため、表面検査装置の製造コストと検査品質との均衡の観点から、一次元状に分解するものが好ましい。
なお、照射野から出射した散乱光の検出は、入射光束の進行方向を被検面上に投影した方向に対して、例えば略直交する方向であって、被検面に対して所定の俯角を以て照射野を向いた方向から検出する。
このとき検出される散乱光はいわゆる側方散乱光であるが、この側方散乱光は、側方散乱光よりも入射光束の下流側（入射光束の進行方向を被検面上に投影した方向に対して鋭角の角度を形成する方向）で検出される前方散乱光や、側方散乱光よりも入射光束の上流側（入射光束の進行方向を被検面上に投影した方向に対して鈍角の角度を形成する方向）で検出される後方散乱光よりも、散乱光として特徴的に検出することができるからである。
【００４７】
また、本発明の請求項２に係る表面検査装置は、請求項１に係る表面検査装置において、前記散乱光検出光学系は、前記一次元方向についての屈折力が、該一次元方向に直交する直交方向についての屈折力よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００４８】
このように構成された本発明の請求項２に係る表面検査装置によれば、光強度検出手段が、上記一次元方向について散乱光を複数のチャンネルに分解して検出するように設定されている場合に、散乱光検出光学系の上記一次元方向についての屈折力を上記直交方向についての屈折力よりも大きく設定することによって、上記各チャンネルに、隣接するチャンネルに入射すべき散乱光が入射するクロストークを抑制することができ、検出精度を向上させることができる。
【００４９】
また、本発明の請求項３に係る表面検査装置は、請求項２に係る表面検査装置において、前記散乱光検出光学系は、前記一次元方向について屈折力を有し、前記直交方向に屈折力を有しないシリンドリカルレンズを備えていることを特徴とする。
【００５０】
このように構成された本発明の請求項３に係る表面検査装置によれば、散乱光検出光学系が、上記一次元方向について屈折力を有し上記直交方向に屈折力を有しないシリンドリカルレンズを備えることによって、簡単な構成で、一次元方向の屈折力を直交方向の屈折力よりも大きく設定することができる。
【００５３】
また、本発明の請求項４に係る表面検査装置は、請求項１から３のうちいずれか１項に係る表面検査装置において、前記一次元方向は、前記光束が入射した前記被検面の部分である入射光束のスポットの長径方向に対応した方向であることを特徴とする。
【００５４】
このように構成された本発明の請求項４に係る表面検査装置によれば、光強度検出手段における入射面における一次元方向を、被検面における入射光束のスポットの長径方向に対応させることによって、スポットの長径方向についての散乱光の出射位置分解能を向上させることができる。
【００５５】
そして、スポットの長径方向についての分解能を向上させることは、当該スポットの短径方向についての分解能を向上させる場合に比べて、スポット上における検出ピッチを長く設定することができ、この結果、隣接するチャンネル間におけるクロストークを防止し易いものとすることができる。
【００５６】
また、本発明の請求項５に係る表面検査装置は、請求項１から３のうちいずれか１項に係る表面検査装置において、前記一次元方向は、前記光束が入射した前記被検面の部分である入射光束のスポットの短径方向に対して所定の角度方向に対応した方向であることを特徴とする。
【００５７】
ここで、短径方向に対して所定の角度方向とは、短径方向に対して０度以外の角度を形成する方向を意味するものであり、したがって、長径方向および短径方向に対して傾斜した斜め方向や、長径方向も含む。
このように構成された本発明の請求項５に係る表面検査装置によれば、光強度検出手段における入射面における一次元方向を、被検面における入射光束のスポットの短径方向に対して所定の角度方向に対応させることによって、スポットの所定角度方向についての散乱光の出射位置分解能を向上させることができる。
【００５８】
また、本発明の請求項６に係る表面検査装置は、請求項１から５のうちいずれか１項に係る表面検査装置において、前記被検面は略真円であり、前記走査手段は、この略真円の中心を回転中心として前記被検体を回転させる回転手段と、前記被検面に沿った所定方向に該被検体を直線移動させるリニア移動手段とを備え、前記走査による軌跡が螺旋状であることを特徴とする。
【００５９】
このように構成された本発明の請求項６に係る表面検査装置によれば、回転手段およびリニア移動手段という簡単な組合せによって、走査軌跡が滑らかな螺旋状となる走査手段を構成することができる。
【００６０】
そして、滑らかな螺旋状の走査は、例えば同心円状にトラックを走査し、１つのトラックの走査が終了するごとに、半径方向に移動して次のトラックを走査する、という順次トラック走査を行う走査手段よりも、被走査対象の慣性力の影響を受けにくく、表面検査装置の信頼性を向上させることができる。
【００６１】
また、本発明の請求項７に係る表面検査装置は、請求項１から６のうちいずれか１項に係る表面検査装置において、前記光源は、互いに異なる波長の光束を各別に出射する２以上の光源、または前記互いに異なる波長を含むブロードな光束を出射する光源であり、前記被検面の部分から出射した前記２以上の互いに異なる波長の光束に対応した２以上の散乱光を各別に集光および検出するように、該２以上の散乱光に対応した数量の前記散乱光検出光学系および前記光強度検出手段を備えたことを特徴とする。
【００６２】
このように構成された本発明の請求項７に係る表面検査装置によれば、被検面に形成された欠陥が、所定の波長に対して特徴的に散乱光を生じさせる欠陥であることを想定して、被検面に照射する光束を、互いに波長の異なる２以上の光とし、あるいは、当該２以上の波長を含むブロードな単一光とするように設定された表面検査装置においては、上述した散乱光検出光学系および光強度検出手段が、当該２以上の波長の光にそれぞれ対応した数量だけ備えられていることによって、各波長の散乱光を各別に検出することができるため、検出結果に基づいて欠陥の位置や大きさあるいは種別を分析する際の分析精度を向上させることができる。
【００６３】
なお、２以上の散乱光検出光学系は、集光された波長ごとの散乱光の光路の一部が共通するように、これらの光学系の一部を共用化したものとしてもよい。
【００６４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る表面検査方法および表面検査装置の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００６５】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置１００を示す概略構成図、図２（ａ）は、図１に示した表面検査装置１００のうち主として後述する散乱光検出光学系および光強度検出手段についての平面図、同図（ｂ）は、係る散乱光検出光学系および光強度検出手段についての側面図である。
【００６６】
図示の表面検査装置１００は、レーザ光Ｌ０を出射する半導体レーザ光源（以下、ＬＤという。）１０と、ＬＤ１０から出射したレーザ光Ｌ０を略真円板であるウエハ（被検体）２００の被検面２１０に対して所定の俯角α（＝入射角（９０°−α））で入射させる照射光学系２０と、レーザ光Ｌ０が被検面２１０を螺旋状（図２（ａ）参照）に走査するようにウエハ２００を変位させる走査手段３０と、入射した光の強度を検出する光強度検出手段５０と、レーザ光Ｌ０が入射した被検面２１０の部分（以下、照射野という。）２２０から出射した散乱光Ｌ２を、光強度検出手段５０に導光する散乱光検出光学系４０とを備えた構成である。
【００６７】
ここで、光強度検出手段５０は、後に詳述するように、この光強度検出手段５０の入射面内の一次元方向（Ｙ軸方向）について、散乱光Ｌ２を１０個のチャンネル（ｃｈ）に分解して検出するように設定されている。
【００６８】
また、ウエハ２００の被検面２１０内の直交軸をＹＺ軸とし、被検面２１０に直交する軸をＸ軸とすると、被検面２１０は水平軸であるＹ軸回りにわずかに回転した傾斜状態に保持されており、この結果、Ｘ軸は、水平面についての鉛直軸に対して傾斜している（図１および図２（ｂ）参照）。
【００６９】
そして、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ０は、照射光学系２０によって、照射野２２０まで、ＸＹ面内を導光される。したがって、レーザ光Ｌ０を被検面２１０上にＸ軸に沿って投影すると、その投影軌跡はＹ軸に重なる。なお、図２（ａ）に示す平面図においては、水平面についての鉛直軸に沿った投影軌跡となるため、レーザ光Ｌ０の被検面２１０上への投影軌跡は、Ｙ軸に重ならない。
【００７０】
また、照射野２２０で正反射したレーザ光Ｌ０の反射光Ｌ１は仰角α（出射角（９０°−α））で、照射野２２０から出射する。
【００７１】
また、被検面２１０にレーザ光Ｌ０が入射して被検面に形成されたレーザスポットである照射野２２０は、Ｙ軸方向に長径となる略楕円形状を呈する。
【００７２】
走査手段３０は、ウエハ２００を、その中心Ｏを回転中心（Ｘ軸）として回転させる回転ステージ（回転手段）３１と、ウエハ２００を回転ステージ３１ごとＹ軸方向に直線移動させるリニアモータ（リニア移動手段）３２とからなる。
【００７３】
そして、回転ステージ３１によってウエハ２００を回転させつつ、リニアモータ３２によってウエハ２００を直線変位させることにより、レーザ光Ｌ０はウエハ２００上を螺旋状に走査することになる。
【００７４】
散乱光検出光学系４０は、その光軸Ｏ２がＹ軸に対して略直交するとともに、照射野２２０を向き、かつ被検面２１０に対して俯角β（本実施形態においてはβ＝３０°）を為して配設されており、照射野２２０から出射した反射光Ｌ１以外の方向に散乱する散乱光Ｌ２を集光するとともに、集光された散乱光Ｌ２を光強度検出手段５０まで導光する。
【００７５】
ここで、散乱光検出光学系４０は詳しくは図２に示すように、散乱光Ｌ２の進行方向上流側から順に、照射野２２０から出射した散乱光Ｌ２を集光する集光レンズ４１と、入射した散乱光Ｌ２の波面を整える偏光板４２と、散乱光Ｌ２の鉛直方向成分に対してはパワーを有さず、Ｙ軸方向成分に対してのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ４３，４４と、Ｙ軸方向成分に対してはパワーを有さず、鉛直方向成分に対してのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ４５と、散乱光Ｌ２の広がりを後段の光強度検出手段５０の入射面の大きさに絞る視野絞り４６と、ＮＤフィルタ４７とを備えた構成である。
【００７６】
なお、上述した３つのシリンドリカルレンズ４２，４３，４４によるＹ軸方向についてのパワーと鉛直方向についてのパワーとの倍率差によって、Ｙ軸方向についての結像倍率は略７０倍、鉛直方向についての結像倍率は略等倍（１倍）となっており、例えば照射野２２０のＹ軸方向に沿った長径が０．１４ｍｍであるとき、視野絞り４６のＹ軸方向に沿った開口長さは９．８ｍｍ（＝０．１４×７０）に設定されている。
【００７７】
また、視野絞り４６が配置された位置は、散乱光検出光学系４０のＹ軸方向および鉛直方向についての共役位置である。
【００７８】
さらに、本実施形態における集光レンズ４１は、焦点距離ｆ＝２１ｍｍ、開口数ＮＡ＝０．３に設定され、シリンドリカルレンズ４３は焦点距離ｆ＝２１０ｍｍに設定され、シリンドリカルレンズ４４，４５はいずれも焦点距離ｆ＝２１ｍｍに設定されている。
【００７９】
なお、各図においては、光跡やレンズの曲率、レンズ間距離等を模式的に表しているため、上述した各レンズ４１，４３〜４５の焦点距離ｆを正確に表現しているものではない。
【００８０】
また、シリンドリカルレンズ４３，４４は、いわゆるテレセントリック光学系を構成しており、位置Ｐにおいて、照射野２２０から出射した散乱光の像が結像している。
【００８１】
一方、光強度検出手段５０は、入射した散乱光Ｌ２を、Ｙ軸方向に沿って並んだ１０個のチャンネル（ｃｈ）に分解し、この分解して得られた各チャンネルｃｈ１，ｃｈ２，…，ｃｈ１０ごとに光強度を検出するマルチアノードＰＭＴ５１と、各チャンネルｃｈ１，…から出力された光強度を表す信号をそれぞれ各別に増幅する１０個のアンプ５２（ｃｈ１に対応するアンプ５２ａ，ｃｈ２に対応するアンプ５２ｂ，…，ｃｈ１０に対応するアンプ５２ｊ）と、各アンプ５２によって増幅された信号から所定のノイズ成分をそれぞれカットする１０個のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）５３と、各ＢＰＦ５３を通過した信号をデジタル信号にそれぞれ変換する１０個のＡ／Ｄコンバータ５４と、各Ａ／Ｄコンバータ５４によってデジタル化されたデジタル信号をそれぞれ記憶する１０個のメモリ５５と、各メモリ５５に記憶された各チャンネルごとの光強度に係るデジタル信号に基づいて、照射野２２０内における被検面２１０の欠陥の大きさや種別等を判定する分析手段５６とを備えた構成である。
【００８２】
ここで、マルチアノードＰＭＴ５１の１０個のチャンネルｃｈ１，ｃｈ２，…，ｃｈ１０は、散乱光検出光学系４０との関係によって図３に示すように、照射野２２０をＹ軸方向に沿って分割した１０個の領域２２０ａ，２２０ｂ，…，２２０ｊに対応しており、第１の領域２２０ａから出射した散乱光Ｌａ（実線で示す）はｃｈ１に入射し、第２の領域２２０ｂから出射した散乱光Ｌｂはｃｈ２に入射し、以下同様に、第１０の領域２２０ｊから出射した散乱光Ｌｊ（破線で示す）はｃｈ１０に入射するように設定されている。
【００８３】
なお、分析手段５６を備える代わりに、各メモリ５５に記憶された各チャンネルごとの光強度に係るデジタル信号を、例えばチャンネルごとにグラフ表示し、あるいはデジタル数値として表示する表示手段を備えた構成や、各チャンネルごとの光強度に係るデジタル信号を、例えばチャンネルごとにグラフ印刷し、あるいはデジタル数値として印刷するプリンタ若しくはプロッタを備えた構成としてもよい。
【００８４】
また、シリンドリカルレンズ４３，４４がテレセントリック光学系を構成しているため、各領域２２０ａ，２２０ｂ，…，２２０ｊから出射し、シリンドリカルレンズ４３を通過した後の各散乱光Ｌａ，Ｌｂ，…，Ｌｊの主光線は、光軸Ｏ２と平行となっている。
【００８５】
このように分析手段５６に代えて表示手段やプリンタ等を備えた構成の光強度検出手段５０を有する表面検査装置１００においては、照射野２２０内における被検面２１０の欠陥の大きさや種別等の判定は、表示手段に表示された情報あるいは紙等の媒体に印刷された情報に基づいて、その出力された情報を観察した分析者が判定することができる。
【００８６】
もちろん、分析手段５６が、さらに上述した表示手段やプリンタ等を備えた構成としてもよい。
【００８７】
次に、本実施形態に係る表面検査装置１００の作用について説明する。
【００８８】
まず、ＬＤ１０からレーザ光Ｌ０が出射され、この出射されたレーザ光Ｌ０は照射光学系２０によって、ウエハ２００の被検面２１０におけるＹ軸上の中心Ｏ近傍に、Ｙ軸の負方向から俯角αを以て入射する。
【００８９】
このとき、被検面２１０のレーザ光Ｌ０が入射された部分には、Ｙ軸方向に長径を有する楕円形状の照射野２２０が形成され、この照射野２２０に、傷や異物の付着等欠陥が存在しない場合には、入射したレーザ光Ｌ０のうち、照射野２２０で吸収された分を除いた残りの光Ｌ１が、正反射光として、入射角（９０°−α）と同一角度の反射角（９０°−α）を以て、Ｙ軸正方向に出射する。
【００９０】
したがって、原則的に、正反射光Ｌ１が出射する方向以外には、光が出射することはない。
【００９１】
これに対して、照射野２２０に傷が存在する場合には、その傷を形成する微小な凹凸等によってレーザ光Ｌ０が乱反射するため、正反射光Ｌ１の他に、当該乱反射による散乱光が生じる。
【００９２】
これと同様に、照射野２２０に異物が付着している場合には、その異物の凸壁等によってレーザ光Ｌ０が乱反射するため、正反射光Ｌ１の他に、当該乱反射による散乱光が生じる。
【００９３】
そして、これら傷や異物等欠陥の存在によって生じた散乱光の一部（以下、単に散乱光という。）Ｌ２は、Ｙ軸に略直交するとともに、被検面に対して俯角βを以て照射野２２０を向いた光軸Ｏ２を有する散乱光検出光学系４０に入射する。
【００９４】
一方、ＬＤ１０からレーザ光Ｌ０が出射されると、走査手段３０を構成する回転ステージ３１が等角速度で矢印Ｒ方向に回転するとともに、リニアモータ３２が、回転ステージ３１を矢印方向（Ｙ軸正方向）に等速変位させる。
【００９５】
これによって、回転ステージ３１上に設けられたウエハ２００の被検面２１０における照射野２２０は、図２（ａ）に示すように、被検面２１０上を相対的に螺旋状に移動する。したがって、結果的に、レーザ光Ｌ０が被検面２１０を螺旋状に走査することとなる。
【００９６】
なお、回転ステージ３１の回転角速度およびリニアモータ３２の変位速度のうち少なくとも一方を、調整することによって、ウエハ２００の半径方向についての走査軌跡のピッチの広狭を調整することができ、照射野２２０の大きさとともに、走査軌跡のピッチを調整することによって、レーザ光Ｌ０は被検面２１０の全面を走査することができる。
【００９７】
照射野２２０に欠陥が存在し、この欠陥によって生じた散乱光Ｌ２は、散乱光検出光学系４０の集光レンズ４１によって集光され偏光板４２によって波面が整えられ、シリンドリカル４３，４４，４５に入射し、視野絞り４６によって、照射野２２０以外からの光（逆光を含む）の入射が除去され、ＮＤフィルタ４７によって減光されて、マルチアノードＰＭＴ５１に入射する。
【００９８】
なお、本実施形態においては説明の簡略化のため、レーザ光Ｌ０が被検面に入射した部分である照射野２２０の全体について、散乱光の検出対象としているが、照射野２２０のうち、レーザ光Ｌ０の照射強度が比較的小さい周縁領域については、検出散乱光の強度レベルが低いため、散乱光の検出対象から除外してもよく、この場合には、その除外領域（周縁領域）からの散乱光がマルチアノードＰＭＴ５１に入射しないように、視野絞り４６によって遮光すればよい。
【００９９】
ここで、マルチアノードＰＭＴ５１は、その散乱光Ｌ２の入射面が、Ｙ軸方向すなわち照射野２２０の長径方向について、ｃｈ１〜ｃｈ１０という１０個の光強度検出領域に分割されているため、マルチアノードＰＭＴ５１は、照射野２２０から出射した散乱光Ｌ２を、その長径方向（Ｙ軸方向）について空間分解する。
【０１００】
したがって、図３に示すように、マルチアノードＰＭＴ５１のｃｈ１は、照射野２２０から出射した散乱光Ｌ２のうち、照射野２２０の長径方向において最もＹ軸負方向に位置する領域２２０ａから出射した散乱光Ｌａの光強度を検出し、以下同様に、ｃｈ２は、照射野２２０から出射した散乱光Ｌ２のうち、領域２２０ａに隣接する領域２２０ｂから出射した散乱光Ｌｂの光強度を検出し、ｃｈ１０は、照射野２２０から出射した散乱光Ｌ２のうち、最もＹ軸正方向に位置する領域２２０ｊから出射した散乱光Ｌｊの光強度を検出する。
【０１０１】
そして、マルチアノードＰＭＴ５１の各ｃｈ１〜１０によって照射野２２０の領域２２０ａ〜２２０ｊごとに対応してそれぞれ検出された散乱光Ｌａ〜Ｌｊの光強度は、光電変換されて所定の電気信号として出力され、これらの出力信号は、各チャンネルｃｈ１，…に対応して設けられた各アンプ５２にそれぞれ入力されて増幅され、さらに各アンプ５２によって増幅された信号は、それぞれ対応するＢＰＦ５３に入力されて所定のノイズ成分がそれぞれカットされ、Ａ／Ｄコンバータ５４に入力されてデジタル信号化され、対応するメモリ５５に格納される。
【０１０２】
このように各メモリ５５に格納された散乱光Ｌａ，Ｌｂ，…，Ｌｊの各強度Ｖを表すデジタル信号を、分析手段５６によって分析すると、図４（ａ）に示すように、照射野２２０の多数の領域に亘って形成された傷が存在する場合には、各チャンネルに対応するメモリ５５からそれぞれ読み出された散乱光Ｌａ，Ｌｂ，…，Ｌｊの各強度Ｖは、同図（ｄ）に示すように、多数のチャンネル間で連続した正の出力Ｖとして認められる。
【０１０３】
これに対して、同図（ｃ）に示すように、照射野２２０のいくつかの領域に異物が点在している場合には、各チャンネルに対応するメモリ５５からそれぞれ読み出された散乱光Ｌａ，Ｌｂ，…，Ｌｊの強度Ｖは、同図（ｆ）に示すように、複数のチャンネルにおいて正の出力Ｖが認められるものの、その正の出力Ｖが認められるチャンネルは、連続しておらず離間している。
【０１０４】
したがって、あるチャンネルで所定レベル以上の光強度Ｖが検出されているとき、そのチャンネルに隣接するチャンネルにおいても、ある程度同レベルの光強度Ｖが検出され、そのような光強度Ｖが検出されたチャンネルが多数連続している場合（同図（ｄ））には、チャンネルの配列方向（Ｙ軸方向）に対応した照射野２２０内でＹ軸方向に延びる大きい欠陥（傷等）が存在すると分析、判定することができ、一方、あるチャンネルで所定レベル以上の光強度Ｖが検出されていても、そのチャンネルに隣接するチャンネルにおいて検出された光強度Ｖが、所定レベルとは有意な差を呈する光強度Ｖである場合（同図（ｆ））や、例え隣接するチャンネルにおいて、ある程度同レベルの光強度Ｖが検出されていても、そのような光強度Ｖが検出されたチャンネルが高々２〜３チャンネル程度しか連続していない場合（同図（ｅ））には、照射野内での所定方向について連続した欠陥ではなく、同図（ｃ）や同図（ｂ）に示す小さな欠陥（異物の付着等）であると分析、判定することができる。
【０１０５】
この結果、従来は識別し難かった複数の小さな欠陥と単一の大きな欠陥とを容易に識別することができる。
【０１０６】
また、照射野２２０内における欠陥の存在位置を、少なくともチャンネルの配列方向について、正確に検出することが可能となる。
【０１０７】
さらに、欠陥を、形成された傷と付着した異物とに区分した場合、傷は比較的長く形成されることが多く、異物はそのサイズが小さいことが多いため、そのサイズの長短に応じて、傷と異物とを識別することも可能である。
【０１０８】
したがって、図４（ｄ）に示すように、多数のチャンネルに連続して光強度Ｖが検出されたときは、長いサイズの欠陥すなわち傷であると判定することができ、一方、図４（ｅ），（ｆ）に示すように、隣接する２〜３のチャンネルに連続して光強度Ｖが検出されたときや、単一のチャンネルのみで光強度Ｖが検出されたときは、短いサイズの欠陥すなわち異物であると判定することができる。
【０１０９】
なお、Ａ／Ｄコンバータ５４によるサンプリングの周波数を高めることによって、各チャンネルの出力を時分割して検出することもできるため、照射野２２０の矢印Ｒ方向に沿った欠陥の長さ（幅）をある程度検出することもできる。
【０１１０】
このように、照射野２２０のＹ軸方向については空間的に分解し、Ｙ軸に直交するＲ方向については時分割することによって、照射野２２０を２次元マトリクス状に分割して散乱光強度を検出することができ、分解能をさらに向上させ、欠陥の種類の識別性能も一層向上させることができる。
【０１１１】
なお、時分割するのに代えて、散乱光検出光学系４０の鉛直方向についてもＹ軸方向と同様に結像倍率を高めるとともに、マルチノードＰＭＴ５１として、入射した光を２次元マトリクス状に空間分解して検出するマルチアノードＰＭＴを適用してもよい。
【０１１２】
また、３つのシリンドリカルレンズ４２，４３，４４によって、散乱光を空間分解する方向すなわちＹ軸方向についての屈折力を、鉛直方向についての屈折力よりも正方向に大きく設定することにより、マルチアノードＰＭＴ５１による空間分解された個々の散乱光間でのクロストークを、有効に防止または抑制することができる。
【０１１３】
（変形例１）
図５は、図１に示した表面検査装置１００における散乱光検出光学系４０の変形例１を示す図であり、図２に示したテレセントリック光学系を併用した散乱光検出光学系４０に代えて、表面検査装置１００に用いられる散乱光検出光学系４０を示す。
【０１１４】
この散乱光検出光学系４０は、結像面を同一面内とし、視野絞りの挿入を容易にした構成であり、集光レンズ４１′、偏光板４２、シリンドリカルレンズ４３′，４５′、視野絞り４６およびＮＤフィルタ４７から構成されている。
【０１１５】
このように構成された散乱光検出光学系４０を適用した表面検査装置１００によっても、上述した実施形態１に係る表面検査装置１００と同様の作用、効果を奏することができる。
【０１１６】
（変形例２）
図６は、図１に示した表面検査装置１００における散乱光検出光学系４０の変形例２を示す図であり、図２に示したテレセントリック光学系を併用した散乱光検出光学系４０に代えて、表面検査装置１００に用いられる散乱光検出光学系４０を示す。
【０１１７】
この散乱光検出光学系４０は、最も単純な構成の非対称光学系であり、集光レンズ（球面レンズ）４１″、偏光板４２、シリンドリカルレンズ４３″およびＮＤフィルタ４７から構成されている。
【０１１８】
このように構成された散乱光検出光学系４０を適用した表面検査装置１００によっても、上述した実施形態１に係る表面検査装置１００と同様の作用、効果を奏することができる。
【０１１９】
（実施形態２）
図７は、上述した実施形態１において、その波長λが互いに異なる２つのレーザ光Ｌ０，Ｌ０′を、ウエハ２００の被検面２１０の同一部分（照射野）２２０に照射するように、ＬＤ１０および照射光学系２０が設定されているとともに、この照射野２２０から出射した波長λ１の散乱光Ｌ２および波長λ２の散乱光Ｌ２′をそれぞれ集光して、各別に空間分解して検出するように、２つの散乱光検出光学系４０，４０′および２つの光強度検出手段５０，５０′を備えた構成である。
【０１２０】
ここで、２つの散乱光検出光学系４０，４０′は、集光レンズ４１を共用しており、集光レンズ４１と、散乱光検出光学系４０の偏光板４２との間であって、散乱光Ｌ２，Ｌ２′の光路上に、波長λ１の散乱光Ｌ２を透過し、波長λ２の散乱光Ｌ２′を反射させるダイクロイックミラー４８が配設されると共に、ダイクロイックミラー４８による反射光の光路上であって、ダイクロイックミラー４８と散乱光検出光学系４０′の偏光板４２との間に、ダイクロイックミラー４８によって反射された波長λ２の散乱光Ｌ２′を反射させるミラー４９が配設されている。
【０１２１】
なお、散乱光検出光学系４０のうち、偏光板４２よりも散乱光Ｌ２の進行方向下流側の構成および、散乱光検出光学系４０′のうち、偏光板４２よりも散乱光Ｌ２′の進行方向下流側の構成は、実施形態１における散乱光検出光学系４０のうち、偏光板４２よりも散乱光Ｌ２の進行方向下流側の構成と原則的に同一である。
【０１２２】
ただし、散乱光Ｌ２，Ｌ２′の波長λ１，λ２に応じて、適切な結像を得ることができるように、レンズ間距離等が適切に設定されることはいうまでもない。
【０１２３】
このように構成された本実施形態に係る表面検査装置によれば、実施形態１による作用、効果に加えて、被検面２１０に形成された欠陥が、いずれかの波長λ１，λ２に対して特徴的に散乱光Ｌ２，Ｌ２′を生じさせる欠陥である場合、各波長λ１，λ２の散乱光Ｌ２，Ｌ２′を各別に検出することができるため、検出結果に基づいて欠陥の位置や大きさあるいは種別を分析する際の分析精度をさらに向上させることができる。
【０１２４】
なお、２つの散乱光検出光学系４０，４０′は、集光レンズ４１を共用化することによって、散乱光Ｌ２の光路と散乱光Ｌ２′の光路との一部を共通化しているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、全く別個の２つの散乱光検出光学系４０，４０′としてもよい。
【０１２５】
また、被検面２１０上の照射野２２０も、入射するレーザ光Ｌ０，Ｌ０′ごとに異なる位置に形成されるようにしてもよい。
【０１２６】
さらに、レーザ光Ｌ０，Ｌ０′は、別個の２つのＬＤ１０から出射されるものであるが、これらに代えて、２つの波長λ１，λ２を含むブロードな光束を出射する単一の光源を用いることもできる。
【０１２７】
この場合、照射光学系を完全に共用化することができるため、単一の光源および単一の照射光学系によって照射系を構成することができ、表面検査装置の製造コストを低減するとともに、光軸調整の手間も低減することができ、結果的に装置の信頼性を向上させることもできる。
【０１２８】
なお、上述した各実施形態は、リニアモータ３２が、ウエハ２００をＹ軸方向に沿って等速変位させることによって、照射野２２０の長径方向が走査軌跡である螺旋の法線方向に沿ったものとなるが、本発明の表面検査方法および表面検査装置は、この形態に限定されるものではない。
【０１２９】
すなわち、照射野２２０が被検面２１０のＺ軸上に形成されるように照射光学系２０を配置するとともに、リニアモータが、ウエハ２００をＺ軸方向に沿って等速変位させるように構成してもよく、この場合は、照射野２２０の長径方向は、走査軌跡である螺旋の接線方向に沿ったものとなる。
【０１３０】
また、各実施形態において、ウエハ２００の被検面２１０上に形成される走査軌跡は、ウエハ２００の中心Ｏ側から外周縁側に向かう螺旋であるが、被検面２１０上における照射野２２０の初期位置をウエハ２００の外周縁側に設定することにより、走査軌跡を、ウエハ２００の外周縁側から中心Ｏ側に向かう螺旋とすることもでき、このような形態であっても、上述した実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【０１３１】
さらに、走査手段３０による走査軌跡は、上述した各実施形態のように、螺旋状であるものに限定されるものではなく、例えば同心円状となるものであってもよい。すなわち、１つの同心円の走査が終了するごとに、半径方向に移動して次の同心円を走査する、という順次トラック走査による走査軌跡を形成するものとしてもよい。
【０１３２】
もちろん、単なるジグザグ状の走査軌跡を形成するようなものであってもよいことは言うまでもないが、滑らかな螺旋状の走査軌跡を形成することができる上記実施形態における走査手段３０によれば、被走査対象（ウエハ２００）の慣性力の影響を受けにくく、表面検査装置１００の信頼性を向上させることができる。
【０１３３】
また、上記各実施形態においては、楕円形状の照射野２２０からの散乱光を、長径方向について空間分解して光強度を検出するものであるが、本発明の表面検査方法および表面検査方法は、楕円形状の短径方向あるいは短径方向に対して斜め方向（短径方向に対して０度以外の角度を形成する方向）について空間分解して光強度を検出するものとしてもよく、また、照射野を楕円形状ではなく略真円形状としてもよく、この場合、被検面への入射角（あるいは俯角）に応じて、照射光学系による、被検面に直交する方向および被検面に平行な方向についての屈折力をそれぞれ設定すればよい。
【０１４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る表面検査装置によれば、一次元方向に並んだ複数のチャンネルによる各検出強度を、隣接チャンネル間で順次比較することによって、欠陥が、離散している複数の小さい欠陥であるか、または連続した大きい欠陥であるかを識別することができる。
【０１４１】
また、従来は識別し難かった複数の小さな異物の付着（表面に対して突出）と長い傷（表面に対して陥凹）とを、容易に識別することができる。
【０１４２】
また、本発明の請求項２に係る表面検査装置によれば、光強度検出手段が、上記一次元方向について散乱光を複数のチャンネルに分解して検出するように設定されている場合に、散乱光検出光学系の上記一次元方向についての屈折力を上記直交方向についての屈折力よりも大きく設定することによって、上記各チャンネルに、隣接するチャンネルに入射すべき散乱光が入射するクロストークを抑制することができ、検出精度を向上させることができる。
【０１４３】
また、本発明の請求項３に係る表面検査装置によれば、散乱光検出光学系が、上記一次元方向について屈折力を有し上記直交方向に屈折力を有しないシリンドリカルレンズを備えることによって、簡単な構成で、一次元方向の屈折力を直交方向の屈折力よりも大きく設定することができる。
【０１４５】
また、本発明の請求項４係る表面検査装置によれば、光強度検出手段における入射面における一次元方向を、被検面における入射光束のスポットの長径方向に対応させることによって、スポットの長径方向についての散乱光の出射位置分解能を向上させることができる。
【０１４６】
そして、スポットの長径方向についての分解能を向上させることは、当該スポットの短径方向についての分解能を向上させる場合に比べて、スポット上における検出ピッチを長く設定することができ、この結果、隣接するチャンネル間におけるクロストークを防止し易いものとすることができる。
【０１４７】
また、本発明の請求項５に係る表面検査装置によれば、光強度検出手段における入射面における一次元方向を、被検面における入射光束のスポットの短径方向に対して所定の角度方向に対応させることによって、スポットの所定角度方向についての散乱光の出射位置分解能を向上させることができる。
【０１４８】
また、本発明の請求項６に係る表面検査装置によれば、回転手段およびリニア移動手段という簡単な組合せによって、走査軌跡が滑らかな螺旋状となる走査手段を構成することができる。
【０１４９】
そして、滑らかな螺旋状の走査は、例えば同心円状にトラックを走査し、１つのトラックの走査が終了するごとに、半径方向に移動して次のトラックを走査する、という順次トラック走査を行う走査手段よりも、被走査対象の慣性力の影響を受けにくく、表面検査装置の信頼性を向上させることができる。
【０１５０】
また、本発明の請求項７に係る表面検査装置によれば、被検面に形成された欠陥が、所定の波長に対して特徴的に散乱光を生じさせる欠陥であることを想定して、被検面に照射する光束を、互いに波長の異なる２以上の光とし、あるいは、当該２以上の波長を含むブロードな単一光とするように設定された表面検査装置においては、上述した散乱光検出光学系および光強度検出手段が、当該２以上の波長の光にそれぞれ対応した数量だけ備えられていることによって、各波長の散乱光を各別に検出することができるため、検出結果に基づいて欠陥の位置や大きさあるいは種別を分析する際の分析精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る表面検査装置を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は、図１に示した表面検査装置のうち主として散乱光検出光学系および光強度検出手段についての平面図、（ｂ）は、同じく散乱光検出光学系および光強度検出手段についての側面図である。
【図３】照射野の分割領域とマルチアノードＰＭＴが分解するチャンネルとの対応関係を示す図である。
【図４】欠陥の種別または状態（（ａ），（ｂ），（ｃ））と、検出光強度との対応関係を示す図（（ｄ），（ｅ），（ｆ））である。
【図５】散乱光検出光学系についての他の実施形態（変形例１）を表し、（ａ）は図２（ａ）相当の平面図、（ｂ）は同図（ｂ）相当の側面図である。
【図６】散乱光検出光学系についての他の実施形態（変形例２）を表し、（ａ）は図２（ａ）相当の平面図、（ｂ）は同図（ｂ）相当の側面図である。
【図７】被検面に２波長のレーザ光を入射し、各波長ごとの散乱光を検出するようにした実施形態に係る表面検査装置のうち主として散乱光検出光学系および光強度検出手段についての側面図である。
【符号の説明】
１０ＬＤ（光源）
２０照射光学系
３０走査手段
３１回転テーブル
３２リニアモータ
４０散乱光検出光学系
５０光強度検出手段
５１マルチアノードＰＭＴ
１００表面検査装置
２００ウエハ（被検体）
２１０被検面
２２０照射野

Claims

所定の光束を出射する光源と、前記光源から出射した光束を表面検査の対象である被検体の被検面に対して所定の入射角で入射させる照射光学系と、前記光束が前記被検面を走査するように、前記光束および前記被検体のうち少なくとも一方を相対的に変位させる走査手段と、入射した光の強度を検出する光強度検出手段と、前記光束が入射した前記被検面の部分から出射した散乱光を、前記光強度検出手段に導光する散乱光検出光学系とを備えた表面検査装置において、
前記光強度検出手段は、該光強度検出手段の入射面内の少なくとも一次元方向について、前記散乱光を複数のチャンネルに分解して検出するように設定され、
前記散乱光検出光学系は、前記被検面に入射した光束を前記被検面上に投影した方向に対して略直交する方向であって前記被検面に対して所定の俯角をなす方向へ出射した散乱光を、前記光強度検出手段に導光するように配設されているとともに、前記一次元方向についての共役位置と前記直交方向についての共役位置とが、光軸方向において略同一位置となるように構成され、かつ前記共役位置に視野絞りが配設され、
前記光強度検出手段によって複数のチャンネルに分解して検出された前記散乱光の光強度を、隣接チャンネル間で順次比較することにより、欠陥が、離散している複数の小さい欠陥であるか、または連続した大きい欠陥であるかを識別する分析手段をさらに備えたこと特徴とする表面検査装置。
前記散乱光検出光学系は、前記一次元方向についての屈折力が、該一次元方向に直交する直交方向についての屈折力よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
前記散乱光検出光学系は、前記一次元方向について屈折力を有し、前記直交方向に屈折力を有しないシリンドリカルレンズを備えていることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
前記一次元方向は、前記光束が入射した前記被検面の部分である入射光束のスポットの長径方向に対応した方向であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。
前記一次元方向は、前記光束が入射した前記被検面の部分である入射光束のスポットの短径方向に対して所定の角度方向に対応した方向であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。
前記被検面は略真円であり、前記走査手段は、この略真円の中心を回転中心として前記被検体を回転させる回転手段と、前記被検面に沿った所定方向に該被検体を直線移動させるリニア移動手段とを備え、前記走査による軌跡が螺旋状であることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。
前記光源は、互いに異なる波長の光束を各別に出射する２以上の光源、または前記互いに異なる波長を含むブロードな光束を出射する光源であり、
前記被検面の部分から出射した前記２以上の互いに異なる波長の光束に対応した２以上の散乱光を各別に集光および検出するように、該２以上の散乱光に対応した数量の前記散乱光検出光学系および前記光強度検出手段を備えたことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。