JP5303217B2 - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関し、特に、半導体製造工程，液晶表示素子製造工程，プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程における異物等の欠陥の発生状況を検査することに好適な技術に関する。

半導体製造工程では、被検査基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡等の不良の原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、微細な異物が存在すると、より微細異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜等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、薬品や材料の混入していたもの等種々の状態で混入される。

同様に液晶表示素子の製造工程でも、液晶表示素子基板上に形成されたパターン上に異物が付着及び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、異物の付着はパターンの短絡，不良接続の原因になる。

従来この種の被検査基板上の異物を検出する技術の１つとして、特許文献１に記載されているように、被検査基板上にレーザを照射して被検査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被検査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するものが開示されている。また、特許文献２に開示されているように、被検査基板上にレーザを照射して被検査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次元Ｘ線分析（ＸＭＲ）等の分析技術で分析するものがある。

また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエ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、ウエ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次回折光を検出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、特許文献３において知られている。この特許文献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及びその方法に関する従来技術としては、特許文献４には、検出光学系を切換えて検出画素サイズを変えることが記載されている。異物サイズ測定用としては、特許文献５，特許文献６が開示されている。特許文献７では、薄膜上の欠陥検出技術として、レーザ光を絞り込み、ステージ移動方向とは直角方向に細長いビームスポットを形成し、照明方位とは直角の方向より検出を行っている。

特開昭６２−８９３３６号公報 特開昭６３−１３５８４８号公報 特開平１−１１７０２４号公報 特開２０００−１０５２０３号公報 特開２００１−６０６０７号公報 特開２００１−２６４２６４号公報 特開２００４−１７７２８４号公報

微細化する欠陥を検出するためには欠陥から散乱した光を検出光学系が取り込む範囲を拡大することで欠陥の信号強度を高めることができる。そのためには上方に配置した検出光学系の高ＮＡ（Numerical Aperture：開口数）化が有効であるが、レンズ径を拡大しない場合はレンズ先端と被検査基板間の距離を小さくする必要があるため、検出光学系光軸外からの斜方照明の角度をあげることができず、欠陥に照射するパワーが低下し、結果として検出信号を高めることができない。一方レンズ径を拡大すればレンズ先端と被検査基板間の距離を長くできるがＮＡ比が大きい場合はレンズ径／焦点距離の比も大きくなるため光学系サイズの拡大が著しくし、レンズの製作及び装置に搭載が困難となる新たな課題が発生する。

垂直光軸の検出光学系の取り込み範囲外に反射する欠陥から散乱した光を取り込むためには、検出光学系の光軸を傾ける機構を検出光学系に付加し斜めに倒して検出する方式、又は斜方検出系を増設する方式がある。しかし上方検出レンズ又は増設斜方検出系の光軸は一定の仰角以下になると被検査基板面に接触するため、低仰角で検出することができない。より低仰角にして接触を回避するためには検出光学系のＮＡを縮小して検出系レンズの鏡筒径を小さくすればある範囲は可能となるが、入射可能な光量が低下するため信号強度が低下する。さらに前記の方式では上方光学系を傾斜させる機構、又は斜方検出用のイメージセンサとレンズと空間フィルタユニットと検出領域観察光学系が必要なため、光学系サイズの拡大する、部品が高価格になる、調整するための工数が増加する等の課題が生じる。

本発明の一つの目的は、微細な欠陥から散乱した光の取込範囲を拡大し信号強度を高める欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。

本発明の一つの特徴は、被検査基板を照明し、照明領域から得た光を結像し、結像した像を信号強度に変換し、被検査基板を光によって検査する方法であって、被検査基板と像の間において、光学素子を介して光が伝達されることを特徴とする検査方法である。

また、本発明の他の特徴は、被検査基板を搭載して光学系に対し相対移動するステージと、被検査基板上の検査領域を照明する照明系と、被検査基板からの光を入射させイメージセンサに被検査基板上の検査領域からの光を結像する検出光学系と、検出光学系によって結像された像を信号に変換するイメージセンサと、前記イメージセンサの信号から欠陥を検出する信号処理系と、前記検出光学系と被検査基板の間に配置した光学素子で構成され、被検査基板上からの光を、前記光学素子を介して伝達することを特徴とする
検査装置である。

また、本発明の更に他の特徴は、検出レンズと被検査基板間に平面反射鏡を配置し、照明領域から得た光を平面反射鏡で反射し、イメージセンサに結像させることによって斜方検査を実現するものである。

本発明によれば、高ＮＡかつ低仰角の斜方検査が容易に実現でき、検出可能な欠陥種の拡大、検出数の増加が期待できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図において、同等の機能部分には同じ符号を付して説明する。

本発明に係る欠陥検査装置の実施形態について図１を用いて説明する。

図示した欠陥検査装置は、被検査基板１を搭載するステージ部３００，被検査基板１上にスリット状にスリット状照明領域であるビームスポット３を照射する照明光学系１００，イメージセンサの検出領域４からの散乱光を検出する検出光学系２００、及び各種演算処理を実行する制御系４００を備えている。

ステージ部３００は、被検査基板１内の検査領域をＸＹ方向に走査し光学系に対し相対移動ができるＸステージ３０１及びＹステージ３０２，被検査基板１の表面にピントを合わせることができるＺステージ３０３，シータ（θ）ステージ３０４、並びにステージコントローラ３０５から構成される。

照明光学系１００は、レーザ光源，ビームエキスパンダ，光学フィルタ群及びミラー，ガラス板と切換可能な光学分岐要素（又はミラー），ビームスポット結像部から構成される。照明光学系１００のレーザ光源としては、高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＴＨＧ、波長３５５ｎｍを用いるのが良いが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。すなわち、レーザ光源Ａｒレーザ，窒素レーザ，Ｈｅ−Ｃｄレーザ，エキシマレーザ等他の光源であっても良い。

検出光学系２００は、上方検査用のものであり、検出レンズ２０１，空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３，ズームレンズ群２０４，１次元イメージセンサ（イメージセンサ）２０５，イメージセンサの検出領域を観察できる観察光学系（カメラ）２０６，偏光ビームスプリッター２０９，２センサ同時検査をするための分岐検出光学系２１０から構成される。１次元イメージセンサ２０５はＣＣＤ又はＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）センサであっても良い。ＣＣＤの場合、一般に画素サイズが１０μｍ程度であるため線状検出と考えて良く、走査方向にピントが合ってない画像を取り込むことによる感度低下がない。一方ＴＤＩでは走査方向に一定画素分の画像の積算があるため照明幅を小さくする又はＴＤＩセンサを傾ける等の対策によってピントが合ってない画像を取り込む量を低減することが望ましい。図１の左下に座標系を示す。平面上にＸＹ軸をとり、垂直上方にＺ軸をとる。検出光学系２００の光軸はＺ軸に沿って配置されている。

制御系４００は、信号処理部４０２，制御ＣＰＵ部４０１，表示部４０３及び入力部４０４より構成される。信号処理部４０２は、Ａ／Ｄ変換部，遅延させることができるデータメモリ，チップ間の信号の差をとる差分処理回路，チップ間の差信号を一時記憶するメモリ，パターン閾値を設定する閾値算出処理部，比較回路より構成される。制御ＣＰＵ部４０１は、異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力する出力手段、モータ等の駆動，座標，センサを制御する。

図２を参照して、本発明による欠陥検査装置の検査の対象である試料について説明する。図２（ａ）に示す被検査基板１ａは、所定の間隔で２次元に配列したメモリＬＳＩチップ１ａａを有する。メモリＬＳＩチップ１ａａは、主として、メモリセル領域１ａｂ，デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域１ａｃ、及び、その他の領域１ａｄを有する。メモリセル領域１ａｂは、２次元に規則的に配列した、即ち、繰り返しのメモリセルパターンを有する。周辺回路領域１ａｃは、２次元的に規則的に配列されていない、即ち不規則に配列された非繰り返しパターンを有する。

図２（ｂ）に示す被検査基板１ｂは、所定の間隔で２次元に配列したマイコン等のＬＳＩチップ１ｂａを有する。マイコン等のＬＳＩチップ１ｂａは、主として、レジスタ群領域１ｂｂ，メモリ部領域１ｂｃ，ＣＰＵコア部領域１ｂｄ、及び入出力部領域１ｂｅを有する。なお、図２（ｂ）は、メモリ部領域１ｂｃとＣＰＵコア部領域１ｂｄと入出力部領域１ｂｅの配列を概念的に示したものである。レジスタ群領域１ｂｂ及びメモリ部領域１ｂｃは、２次元に規則的に配列した、即ち、繰り返しのパターンを有する。ＣＰＵコア部領域１ｂｄ及び入出力部領域１ｂｅは、非繰り返しパターンを有する。このように、本発明による欠陥検査装置の被検査対象物は、一般に図２に示した被検査基板（ウエハ）１のように規則的に配列されたチップを有するが、チップ内においては最小線幅が領域毎に異なり、しかも繰り返しパターン及び非繰り返しパターンを含み、その形態は多種多様である。

図３を参照して、照明光学系１００の第１のビームスポット結像部１１０，第２のビームスポット結像部１２０，第３のビームスポット結像部１３０までの３つのビームスポット結像部について説明する。図３は、被検査基板１を上から見た図である。

第１のビームスポット結像部１１０を経由してＸ軸方向の検査用照明光１１が照射され、第２のビームスポット結像部１２０を経由してＹ軸に対して−４５度傾斜した方向の検査用照明光１２が照射され、第３のビームスポット結像部１３０を経由してＹ軸に対して４５度傾斜した方向の検査用照明光１３が照射される。

これらの検査用照明光１１，１２，１３は、被検査基板１上の表面に対して所定の仰角αにて傾斜して照射される。特に、検査用照明光１２，１３の仰角αを小さくすることによって、透明薄膜下面からの散乱光の検出量を低減することができる。これらの検査用照明光１１，１２，１３によって、被検査基板１上に細長いビームスポット３が形成される。ビームスポット３は、Ｙ軸方向に沿って延びている。ビームスポット３のＹ軸方向の長さは、検出光学系２００の１次元イメージセンサ２０５のイメージセンサの検出領域４より大きい。

照明光学系１００に、３つのビームスポット結像部１１０，１２０，１３０を設けた理由について説明する。検査用照明光１２，１３をＸＹ平面上に投影した像がＸ軸となす角をそれぞれφ１，φ２とすると、本例では、φ１＝φ２＝４５度である。この場合、被検査基板１上の非繰り返しパターンの主たる方向はＸ軸又はＹ軸の直線状パターンであるため、パターンに対して４５度方向から入射される。このため、回折光はＸ軸又はＹ軸方向の成分として検出レンズ２０１の入射瞳に入ることになるが、照明仰角αが低角度の場合は正反射光も低角度αとなりＸ軸又はＹ軸成分の回折光も同様に検出レンズ２０１の入射瞳の領域から離れるので検出光学系２００に入射することが回避できるもので、例えば、特許３５６６５８９号（特に段落［００３３］から［００３６］参照）に詳細に記載されており、ここではその説明は省略する。

被検査基板１上の非繰り返しパターンは、主として、平行及び直角に形成された直線状パターンからなる。これらの直線状パターンは、Ｘ軸又はＹ軸方向に延びている。被検査基板１上のパターンは突出して形成されているため、隣接する直線状パターンの間には凹部が形成される。従って、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度傾斜した方向から照射した検査用照明光１２，１３は突出した回路パターンによって遮られ、直線状パターンの間の凹部を照射することができない。

そこで、Ｘ軸方向に沿った検査用照明光１１を生成する第１のビームスポット結像部１１０を設けた。こうして検査用照明光１１によって、直線状パターンの間の凹部を照射することができるため、そこに存在する異物等の欠陥を検出することができる。直線状パターンの方向によっては、試料を９０度回転させて検査するか、検査用照明光１１をＹ軸方向に沿って照射すると良い。

尚、検査用照明光１１のように、Ｘ軸方向に沿って直線状パターンの間の凹部を照射する場合には、イメージセンサが０次の回折光を検出しないように０次の回折光を遮光する必要がある。そのために、空間フィルタ２０２が設けられる。

図４及び図５を参照して、細長いビームスポット３を形成する方法を説明する。図４及び図５では、照明光学系１００のうち、レーザ光源１０１，凹レンズ１０２，凸レンズ１０３、及び、照明レンズ１０４のみを示し、他の構成要素は省略している。

照明レンズ１０４は、円錐曲面を持つシリンドリカルレンズであり、図４（ａ）に示すように、長手方向（図４（ａ）中の上下方向）に沿って直線的に焦点距離が変化し、図４（ｂ）に示すように、平面凸レンズの断面を有する。図５に示すように、被検査基板１に対して傾斜して入射する照明光に対しても、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のビームスポット３を生成することができる。被検査基板１の表面に対する照明光の角度（仰角）をα１、被検査基板１上に投射された検査用照明光１１の像がＸ軸となす角をφ１とする。

このような照明レンズ１０４を用いることにより、Ｘ方向に平行光を有し、かつφ１＝４５度付近の照明を実現することができる。円錐曲面を有する照明レンズ１０４の製造方法等については、例えば、特許３５６６５８９号（特に段落［００２７］から［００２８］参照）に詳細に記載されており、公知の方法で製造可能である。

（第１実施形態）
図６を用いて、本発明に係る斜方検査の第１実施形態を説明する。本実施形態の目的は被検査基板１上の欠陥を光によって検出するため、上方検出光学系で斜方検査をすることを特徴とする方式の実現である。

検出レンズ２０１と被検査基板１の間に平面反射鏡５０１を配置する。この平面反射鏡５０１は被検査基板１上のイメージセンサの検出領域４から得た斜方の散乱光を反射する。平面反射鏡５０１で反射した散乱光は、検出光学系によりイメージセンサ２０５に結像される。そのためには、平面反射鏡の反射面をイメージセンサの画素方向（長手方向）に平行で検出レンズ光軸に対して傾けて配置する。イメージセンサの検出領域４は検出レンズの光軸に一致させる必要はなく、イメージセンサ２０５の画素方向と垂直な方向すなわちＸ軸方向にずらして設定し斜方検査することができる。

光路の“けられ”をなくすためには平面反射鏡５０１のＹ方向の形状は検出レンズ２０１のＮＡに対応する光路径より十分大きい必要がある。斜方検出の検出仰角βが決まれば、反射面の長さは、上方検出と斜方検出の切換時に検出レンズ２０１と被検査基板１に対して接触しない距離、例えば０.２から１mm程度の隙間を確保した上で最大の寸法にすることが望ましい。この場合、平面反射鏡５０１の下面及び上面を水平にすれば反射面積を最大に確保できる。平面反射鏡５０１のＸ方向の位置は入射光のＮＡを最大にできる位置にすることが望ましい。

イメージセンサの検出領域４からの光をイメージセンサ２０５に結像させるとき、イメージセンサの検出領域４に検出レンズ２０１のピントを一致させる必要がある。そのためには、本実施形態の場合、上方検査用の検出領域６に対してＺステージ３０３を検出レンズ２０１のピント高さまで上昇させ、斜方検査用のイメージセンサの検出領域４にオートフォーカス機構でピントを一致させることが望ましい。オートフォーカス機構の光軸が検出レンズ内を通過する場合は斜方検査時に変更を必要としないが、検出系レンズ内を通過しないオフアクシス方式のオートフォーカスを採用している場合は、ステージＺの移動量ΔＺに合わせてオートフォーカス機構をＺ軸方向に＋ΔＺ移動させる必要がある。被検査基板１のＸＹＺ座標を事前に記憶させて表面高さの分布を求め、それを検査時に再現させる方法も可能である。また、イメージセンサの検出領域４からの光をイメージセンサ２０５に結像させるとき、ビームスポット３の分布の中心と角度をイメージセンサの検出領域４に一致させることが望ましい。

平面反射鏡５０１は切換機構５０２で光路中に出し入れできる機構になっている。本実施形態では、上方検査時のイメージセンサの検出領域６からの光を検出光学系２００でイメージセンサ２０５に結像させ検査する場合（上方検査する場合）は、平面反射鏡５０１を光路の外に退避させる。イメージセンサの検出領域４を検出光学系２００でイメージセンサ２０５に結像させ検査する場合（斜方検査する場合）は平面反射鏡５０１を図６に示した位置に戻す。

これによって、光路中に平面反射鏡５０１を入れた斜方検査の検出光学系、又は平面反射鏡５０１が光路中にない状態の上方検査の検出光学系を作ることができ、斜方検査と上方検査を選択することができる。２回の検査で上方検査と斜方検査の検査結果が得られ、座標が同じ欠陥に対し、上方検査と斜方検査とで得られた信号強度と欠陥面積から欠陥のサイズの算出、欠陥の分類を高精度化することができる。

平面反射鏡５０１に入射する光の仰角は検出しようとする欠陥の散乱光分布によって変更可能な機構とすることが望ましい。異なる検出仰角で斜方検査し、信号強度と座標を各々信号処理系のメモリに記憶させ、検出仰角の異なる斜方検査で得た信号強度を比較して欠陥の抽出、分類をより高精度化することができる。図６ではβ１とβ２の２種類の仰角の散乱光をそれぞれ検出レンズ２０１に入射させる２つの平面反射鏡５０１を切換機構５０２で白抜き矢印の方向へ移動させることにより、検出する散乱光の仰角を切換える構成となっており、平面反射鏡５０１の反射面の角度を変えることによって検出仰角の異なる散乱光について斜方検査が可能となる。検出仰角βは上方の検出レンズ２０１のＮＡに対して残りのＮＡをβ１とβ２で分割できるようにすることが望ましい。これによって欠陥の散乱光をＸ軸方向に対してはＮＡ０.９以上で検出可能となり、散乱光分布が方向性のある欠陥の信号強度を上げることができ感度を向上できる。このように、本実施形態によれば、微細な欠陥から散乱した光の取込範囲を拡大し信号強度を高めることができる。この効果は、以降の各実施形態でも同様に得られる。

検査像の倍率を変更するには、イメージセンサの検出領域６を上方検査する時にズームレンズ群２０４の位置を変更するのと同様に、イメージセンサの検出領域４を斜方検査する時もズームレンズ群２０４の位置を変更して検査可能である。これによって被検査基板１の検出画素サイズを変更できるため、画素サイズを小さくした場合はＳ／Ｎ（＝欠陥の信号強度／パターンの信号強度）を向上させることができ、画素サイズを大きくした場合はスループットを短縮できる。

上方検査時はイメージセンサの検出領域６のフーリエ変換像を空間フィルタ２０２でフィルタリングすることが可能であるのと同様に、斜方検査時も画素方向のフーリエ像がパターンピッチに依存するためイメージセンサの検出領域４のフーリエ変換像を空間フィルタ２０２でフィルタリングする。

上方検査時のイメージセンサの検出領域６を観察光学系２０６で観察可能であるのと同様に、イメージセンサの検出領域４を検出光学系の観察光学系２０６で観察可能である。
このことによって斜方検査用観察機能の増設が不要となる。

（第２実施形態）
図７を用いて、本発明に係る斜方検査の第２実施形態を説明する。本実施形態の目的は検出光学系を使った上方検査時のステージ高さと斜方検査時のステージ高さを同一高さ又はその近傍に合わせることによってオートフォーカス系のピント高さを引き込み範囲内で追従させ、第１実施形態のようにステージ高さを変更することなく上方検査と斜方検査をする方式の実現である。そのためには光路長補正素子５０３を平面反射鏡（本例の場合、光路長補正素子５０３の反射面５０６）と検出光学系２００との間に配置することによって、被検査基板１上の検査領域から検出レンズ２０１への光路長を延長することが望ましい。光路長は光路長補正素子５０３内を通過する光路長の１／（１−屈折率）だけ延長できる。光路長補正素子５０３をプリズムにすることによって後述する第３実施形態に比べ補正量を大きくとることができることが特徴である。光路長補正素子５０３の１面（反射面５０６）には、入射光を高い反射率で反射するための誘電多層膜コーティングが形成されている。

図７ではβ１とβ２の２種類の仰角の散乱光をそれぞれ検出レンズ２０１に入射させる反射面５０６の角度が異なる２つの光路長補正素子５０３を切換機構５０２で白抜き矢印の方向へ移動させることにより、検出する散乱光の仰角を切換えることができる構成となっている。また、前述した第１実施形態では、上方検査から斜方検査に移行する際にＺステージ３０３を上昇させて検出光学系のピントを合わせたが、光路長補正素子５０３を配置することによって、イメージセンサの斜方検査用のイメージセンサの検出領域４からの散乱光の検出時と同じステージ高さで上方検査が可能となり、ステージ高さの補正量及び粗動機構が不要となる。

光路長補正素子５０３は結像収差補正機能を有することが望ましい。光路長補正素子５０３の出射面に収差を補正するカーブを形成し、結像性能を劣化させないことが可能である。このことによって高ＮＡ検出光学系の周辺部分を通過する光の収差を補正できるため、イメージセンサに受光する像の強度分布を低減でき、感度むらを低減できる。

（第３実施形態）
図８を用いて、本発明に係る斜方検査の第３実施形態を説明する。本実施形態の目的は検出光学系を使った上方検査時のステージ高さと斜方検査時のステージ高さを同一高さに合わせることによってオートフォーカス系のピント高さを引き込み範囲内で追従させ、ステージ高さを変更することなく上方検査と斜方検査を可能にする方式の実現である。そのためには光路長補正素子５０４又は５０５を平面反射鏡５０１と検出光学系２００との間に配置することによって、光路長を延長することが望ましい。光路長は補正素子内を通過する光路長の１／（１−屈折率）だけ延長できる。図８ではβ１とβ２の２種類の仰角の散乱光をそれぞれ検出レンズ２０１に入射させる角度の異なる２つの平面反射鏡５０１を切換機構５０２で白抜き矢印の方向へ移動させることにより、検出仰角を切換えることができる構成となっている。光路長補正素子５０４，５０５は、これら２つの平面反射鏡５０１の上方にそれぞれ設けられている。また、光路長補正素子５０４，５０５はその出射面を非球面とし、結像性能を劣化させないことが必要である。このことによって高ＮＡ検出光学系の周辺部分を通過する光の収差を補正できるため、イメージセンサ２０５に受光する像の強度分布を低減でき、感度むらを低減できる。本実施形態では第２実施形態に比べ光路長補正素子の形状がレンズ形状となっているので非球面加工が容易であるが光路長が短いため補正量が小さく、斜方検出系の仰角βを低くすると補正量が不足する。そのため、低角度の仰角βでは第２実施形態のプリズム型を使用することが望ましい。

（第４実施形態）
図９を用いて、本発明に係る斜方検査の第４実施形態を説明する。本実施形態の目的は、１回の検査で１つ又は複数のイメージセンサで同じ検出領域（本例では検出領域６）からの光を検査可能にする方式の実現である。つまり、イメージセンサの検出領域６からの光を上方検査に用いるイメージセンサ２０５及び斜方検査用に追加したイメージセンサ２０７で検出できるようにするもので、そのためには平面反射鏡５０１の位置を検出光学系２００の光軸からずらし、平面反射鏡５０１で反射した光を検出レンズ２０１の周辺部に入射させる方式とすることが望ましい。平面反射鏡５０１で反射した光の光路中に光路分岐用平面反射鏡２０８を配置し、イメージセンサの検出領域６から斜方に散乱した光を光路分起用平面反射鏡２０８で反射させ斜方検出用のイメージセンサ２０７に結像させる。このとき、斜方検査の光路が上方検査の光路（破線）と異なるため、光路分岐用平面反射鏡２０８が上方検査領域外（上方検査の光路外）にあれば上方検査と斜方検査の同時検査が可能となる。このとき第２実施形態又は第３実施形態のように光路長補正素子を斜方検出光学系に追加することもできる。

同時検査の効果は検査時間の短縮である。検出仰角が異なる２種類の信号を同時取り込み可能で、演算しながら検査できるため、ハードのメモリ容量を節約でき、ソフト処理の時間短縮と負荷軽減ができる。本実施形態は検査用照明光１２と検査用照明光１３とを波長や偏光の異なるものにすることによって、１回の検査において２つのイメージセンサ２０５及び２０７で異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度が異なるため、２つのイメージセンサ２０５，２０７の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報をより高精度に抽出可することができる。

（第５実施形態）
図１０を用いて、本発明に係る斜方検査の第５実施形態を説明する。本実施形態の目的は、イメージセンサの検出領域６からの光をイメージセンサ２０５で検出する上方検査とイメージセンサの検出領域４からの光をイメージセンサ２０７で検出する斜方検査を同時に検査できるようにする方式の実現である。そのためには平面反射鏡５０１の位置を検出光学系２００の光軸からずらし、平面反射鏡５０１で反射した光を検出レンズ２０１の周辺部に入射させる方式とすることが望ましい。このとき第２実施形態又は第３実施形態のように光路長補正素子を斜方検出光学系に追加することもできる。第４実施形態との違いは、上方検査用のイメージセンサの検出領域６からずらした位置に斜方検査用のイメージセンサの検出領域４を配することである。斜方検査用センサであるイメージセンサ２０７にイメージセンサの検出領域４を結像させるためには光路分岐用平面反射鏡２０８を平面反射鏡５０１で反射した光の光路中に配して分岐させる。このとき上方検査の光路は破線の光路であるため、光路分起用平面反射鏡２０８が上方検査領域外（上方検査の光路外）にあれば上方検査と斜方検査の同時検査が可能となる。

上記構成の効果は検査時間の短縮である。検出の仰角が異なる２種類の信号を同時取り込み可能で、演算しながら検査できるため、ハードのメモリ容量を節約でき、ソフト処理の時間短縮と負荷軽減ができる。第４実施形態との効果の違いは、斜方検査用の検出領域４を上方検査用の検出領域６とずらして平面反射鏡５０１で反射した光の検出レンズ２０１への入射位置を第４実施形態に比べて検出光学系２００の光軸に近付けることで検出光学系２００の視野を縮小できるため、レンズ周辺部を通過した結像性能の低下を低減できる。また、照明条件として照明の方向と仰角と偏光と波長を選択でき、複数のイメージセンサに結像させで検査できる。また本実施形態でも、前述した第４実施形態のように検査用照明光１２と１３とを方向や仰角や波長や偏光の異なるものにすることによって、１回の検査において２つのイメージセンサ２０５及び２０７で異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度が異なるため、２つのイメージセンサ２０５，２０７の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報をより高精度に抽出することができる。

（第６実施形態）
図１１を用いて、本発明に係る斜方検査の第６実施形態を説明する。本実施形態の目的は照明条件として偏光を選択した場合にイメージセンサの検出領域４を２センサで同時に検出することを特徴とする方式の実現である。そのためにはＰ偏光とＳ偏光の２種類の偏光でイメージセンサの検出領域４を照射し、偏光ビームスプリッター２０９で光路を分岐しＳ偏光とＰ偏光を別々のイメージセンサ２０５，２０７で検出可能とすることが望ましい。検出レンズ２０１の光軸からオフセットしＹ軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域４に対しビームスポット３を形成する。本実施形態では検査用照明光１２がＳ偏光、検査用照明光１３がＰ偏光になっている。イメージセンサの検出領域４から得られた光はミラー切換機構５０２で選択された検出仰角がβ１又はβ２になる様に傾けたミラーである平面反射鏡５０１の反射面５０６で反射され検出レンズ２０１に入射される。検出レンズ２０１のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ２０２によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ２０３及びズームレンズ群２０４によって所定の倍率でイメージセンサ２０５に結像する。観察光学系２０６によってイメージセンサの検出領域４又は空間フィルタ２０２の面が観察できる。本実施形態では偏光ビームスプリッター２０９を検出光学系２００とイメージセンサ間に挿入することによって光路を分岐させて２個のイメージセンサ２０７及び２０５結像させている。

上記構成によれば、偏光方向によって欠陥から散乱される光の信号強度が異なるため、同一欠陥から得た光を偏光ビームスプリッター２０９で分岐させ２つのイメージセンサ２０５又は２０７に異なる偏光成分の光を結像させることができ、信号強度比から欠陥分類が可能となる。偏光ビームスプリッター２０９を波長分離ができる素子に変更すれば、検査用照明光１２及び１３を波長の異なるものにすることによって１回の検査で同時に２種類の信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、２つのイメージセンサ２０５，２０７の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報をより高精度に抽出することができる。

（第７実施形態）
図１２を用いて、本発明に係る斜方検査の第７実施形態を説明する。本実施形態の目的は同時に２仰角の照明角度で検出することを特徴とする方式の実現である。そのためには検出レンズ２０１と被検査基板１との間に角度β１及びβ２の異なる２個の平面反射鏡５０１をそれぞれイメージセンサの検出領域４又は５から検出レンズ２０１への光路中に同時に配することが望ましい。本実施形態では検出レンズ２０１の光軸からオフセットしＹ軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域４に対し検査用照明光１２によるビームスポット３を形成する。イメージセンサの検出領域４から得られた光は検出仰角がβ１になる様に傾けた平面反射鏡５０１の反射面５０６で反射され検出レンズ２０１に入射される。平面反射鏡５０１で反射され検出レンズ２０１のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ２０２によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ２０３及びズームレンズ群２０４によって所定の倍率でイメージセンサ２０５に結像する。観察光学系２０６によってイメージセンサの検出領域４又は空間フィルタ２０２の面の観察ができる。一方、検出レンズ２０１の光軸からオフセットしＹ軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域５に対し検査用照明光１３によるビームスポット３を形成する。イメージセンサの検出領域５から得られた光は検出仰角がβ２になる様に傾けたミラーである平面反射鏡５０１の反射面５０６で反射され検出レンズ２０１に入射される。光路分岐用平面反射鏡２０８を検出光学系２００とイメージセンサ間に挿入することによってイメージセンサの検出領域５からの光の光路を分岐させてイメージセンサ２０７に結像させている。

上記構成によれば、イメージセンサの検出領域４及び５から異なる角度で得た光は検出光学系２００の異なる位置を通過するため、２つのイメージセンサ２０５及び２０７に結像させることが可能となり、欠陥から得られる光を１回の検査で同時に２種類の仰角で斜方検査することができるため、上方検査と本実施形態の斜方検査を合わせる事によって例えばＮＡ０.９以上の高ＮＡ検出が可能となり、欠陥から散乱した光の殆どを取り込むことができ、欠陥の検出種及び検出数を増加させることが可能となる。また、前述した第４実施形態のように検査用照明光１２及び１３を波長や偏光の異なるものにすることによって１回の検査で２つのイメージセンサ２０５及び２０７から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、２つのイメージセンサ２０５，２０７の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。

（第８実施形態）
図１３を用いて、本発明に係る斜方検査の第８実施形態を説明する。本実施形態の目的はイメージセンサの画素方向（長手方向）に垂直な方向（本例ではＸ軸方向）に検出領域をずらし斜方検査ができる機構を２式対向して設置し、１回の検査で同時に２種類の斜方検査を可能とすることを実現することである。つまり対向し角度の異なる（又は角度が同じでも良い）２つの平面反射鏡５０１を検出レンズ２０１と被検査基板１との間に配し、それぞれのイメージセンサ検出領域４，５に各検査用照明光１２，１３を照射することが望ましい。これら２つの平面反射鏡５０１でそれぞれ折り曲げられた検査用照明光１２，１３による散乱光の光路は検出光学系２００内で別の光路となるため、それぞれイメージセンサ２０５及び２０７に結像させることが可能である。検出レンズ２０１の光軸からオフセットしＹ軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域４に対し検査用照明光１３によるビームスポット３を形成する。イメージセンサの検出領域４から得られた光は検出仰角がβ１になる様に傾けたミラーである平面反射鏡５０１の反射面５０６で反射され検出レンズ２０１に入射される。一方、検出レンズ２０１の光軸からオフセットしＹ軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域５に対し検査用照明光１２によるビームスポット３を形成する。イメージセンサの検出領域５から得られた光は検出仰角がβ２になる様に傾けたミラーである平面反射鏡５０１の反射面５０６で反射され検出レンズ２０１に入射される。検出光学系２００を通過した各平面反射鏡５０１からの光はそれぞれ検出光学系２００とイメージセンサ間に挿入された別の光路分岐用平面反射鏡２０８によって光路を分岐させ、それぞれ異なるイメージセンサ２０７に結像される。

また平面反射鏡５０１を切換機構５０２（図６参照）等により抜き差しすることによってイメージセンサ２０５に結像させる上方検査が可能となる。検出レンズ２０１のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ２０２によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ２０３及びズームレンズ群２０４によって所定の倍率でイメージセンサ２０５に結像する。観察光学系２０６によって検出領域又は空間フィルタ２０２の面を観察することができる。

本例においても、前述した第４実施形態のように検査用照明光１２と１３を波長や偏光の異なるものにすることによって１回の検査で同時に２つのイメージセンサ２０７から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、２つのイメージセンサ２０７の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。

（第９実施形態）
図１４を用いて、本発明に係る斜方検査の第９実施形態を説明する。本実施形態の目的は、斜方検査ができる機構を２式対向配置し、これら２式の斜方検査用イメージセンサを使う２種の斜方検査と上方検査用イメージセンサを使う上方検査の３つの検査を１回の検査で実行可能とする方式を実現することである。

そのためには対向し角度の異なる（又は同じでも良い）２つの平面反射鏡５０１を検出レンズ２０１と被検査基板１との間に配し、イメージセンサ検出領域６に検査用照明光１２及び１３を照射することで、検出レンズ２０１の光軸上のＹ軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域６に対してビームスポット３を形成することが望ましい。これら２つの平面反射鏡５０１で折り曲げられた検査用照明光１２，１３による散乱光の光路は検出光学系２００の別の光路となるため、検査用照明光１２，１３による散乱光はそれぞれ対応の斜方検査用イメージセンサ２０７及び上方検査用のイメージセンサ２０５に結像させることが可能である。このことによって３つの検査光路を実現できるため、同時に２つの斜方検査と上方検査が可能となる。

１つ目の光路では、イメージセンサの検出領域６から得られた光が、検出仰角がβ１になる様に傾けたミラーである平面反射鏡５０１の反射面５０６で反射され検出レンズ２０１に入射される。検出レンズ２０１のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ２０２によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ２０３及びズームレンズ群２０４によって所定の倍率でイメージセンサ２０５に結像される。観察光学系２０６によってイメージセンサの検出領域６又は空間フィルタ２０２面を観察することができる。２つ目の光路では、イメージセンサの検出領域６から得られた光が、検出仰角がβ２になる様に傾けたミラーである平面反射鏡５０１の反射面５０６で反射され検出レンズ２０１に入射される。３つ目の光路では、イメージセンサの検出領域６からの光を直接検出レンズ２０１に入射させる。検出光学系２００を通過した１つ目の光路及び２つ目の光路は、検出光学系２００とイメージセンサ間に挿入した別の光路分岐用平面反射鏡２０８によってそれぞれ異なるイメージセンサ２０７に結像される。また３つ目の光路は、検出光学系２００を介して直接イメージセンサ２０５に結像される。また、レンズタイプの光路長補正素子５０４，５０５をそれぞれ検出レンズ２０１と各平面反射鏡５０１間に設置することによって３つの検査光路の物点面のピントを合わせることができ、Ｙ方向の倍率合わせも可能となる。一方前述した第４実施形態のように検査用照明光１２と検査用照明光１３を波長や偏光の異なるものにすることによって１回の検査でイメージセンサ２０５及び２個のイメージセンサ２０７から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、３センサの信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。

（第１０実施形態）
図１５を用いて、本発明に係る斜方検査の第１０実施形態を説明する。本実施形態は第９実施形態に対し、プリズムタイプの平面反射鏡で斜方検査した場合の例である。すなわち、検出レンズ２０１の光軸上のＹ軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域６に対し検査用照明光１２，１３を照明してビームスポット３を形成する。１つ目の光路では、検査用照明光１３で照射されイメージセンサの検出領域６から得られた光が、検出仰角がβ１になる様に傾けたプリズムタイプの光路長補正素子５０３の反射面で反射され検出レンズ２０１に入射される。２つ目の光路では、検査用照明光１２で照射されイメージセンサの検出領域６から得られた光が、検出仰角がβ２になる様に傾けたプリズムタイプの対向の光路長補正素子５０３の反射面で反射され検出レンズ２０１に入射される。３つ目の光路では、イメージセンサ検出領域６からの光を直接検出レンズ２０１に入射させる。
光路長補正素子５０３を検出レンズ２０１と被検査基板１の間に設置することによって３つの検査光路の物点面のピントを合わせることができ、Ｙ軸方向の倍率合わせも可能となる。検出光学系２００を通過した１つ目及び２つ目の光路は、検出光学系２００とイメージセンサ間に挿入して異なる光路分岐用平面反射鏡２０８によって、それぞれ対応のイメージセンサ２０７に結像される。また３つ目の光路は、検出光学系２００を介して直接イメージセンサ２０５に結像される。検出レンズ２０１のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ２０２によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ２０３及びズームレンズ群２０４によって所定の倍率でイメージセンサ２０５に結像する。また、観察光学系２０６によってイメージセンサの検出領域６又は空間フィルタ２０２の面を観察することができる。

上記の構成によれば、第４実施形態のように検査用照明光１２，１３を波長や偏光の異なるものにすることによって１回の検査で同時にイメージセンサ２０５及び２個のイメージセンサ２０７から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、３つのイメージセンサ２０５，２０７の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。

ここで、以上の各実施形態に係る欠陥検査装置により検出しようとしている被検査基板１上に形成されたパターンと欠陥について図１６を用いて詳しく説明する。

被検査基板１上に形成されるパターンの方向は主に直交したＸ，Ｙ方向である。図１６では、Ｙ方向に長手で形成された直線上のＹ方向パターン５５３とＸ方向に長手で形成されたＸ方向パターン５５１を示している。一般に、パターンは露光・現像・エッチングプロセスを経て形成されるが、例えば露光時のフォーカスズレによるプロセス条件の変動等が原因となって発生するショート欠陥は、配線間の最短距離となる場合がある。例えばＹ方向パターン５５３のショート欠陥をＸ方向に隣り合う配線間に介在するＹ方向パターン内欠陥５５４、Ｘ方向パターン５５１のショート欠陥をＹ方向に隣り合う配線間に介在するＸ方向パターン内欠陥５５２として示す。こうしたＸ方向パターン内欠陥５５２，Ｙ方向パターン内欠陥５５４を検査すべくＸＺ平面を入射面とした斜方照明を行った場合、この斜方照明は、Ｙ方向パターン５５３に対しては直交照明、Ｘ方向パターン５５１に対しては平行照明となる。この場合、照明光５４９と平行なＸ方向パターン５５１に形成されたＸ方向パターン内欠陥５５２は散乱断面積を確保することができるが、照明と直交するＹ方向パターン５５３に形成されたＹ方向パターン内欠陥５５４は、Ｙ方向パターン５５３の陰となり欠陥５５４に当たる照明光量が少なくなる。このため、Ｙ方向パターン内欠陥５５４からの散乱光量が小さくなり、Ｙ方向パターン内欠陥５５４の検出が困難となる。これに対して、入射面をＹＺ平面に対して傾かせた場合、照明方位から見てＹ方向パターン内欠陥５５４がＹ方向パターン５５３の陰となる割合が低くなり、Ｙ方向パターン内欠陥５５４に当たる照明光量が増加する。これにより、Ｙ方向パターン内欠陥５５４からの散乱光量が多くなるため、Ｙ方向パターン内欠陥５５４が検出し易くなる。ＹＺ平面に対して入射面を傾斜させた場合、照明光５４９によってＸ方向パターン５５１からはＸ方向パターンからの散乱光分布５５６、Ｘ方向パターン内欠陥５５２又はＹ方向パターン内５５４からは欠陥からの散乱光分布５７０、Ｙ方向パターン５５３からはＹ方向パターンからの散乱光分布５５７が発生する。

このように、照明方位をＸ軸及びＹ軸に対して傾かせることにより配線間のショート欠陥等を検出し易くすることができるが、照明仰角によっても、例えば異物のような凸欠陥やスクラッチのような凹欠陥等、検出し易い欠陥形状が変化する。したがって、被検査基板のパターン形状や検査目的の欠陥形状に応じて検査Ｓ／Ｎが最大となる条件が選択できるように、照明方位のみならず照明仰角（又は検出仰角）も調整可能な構成とすることが望ましい。

図１７は検出光学系２００にて散乱光を検出する方位と照明方位との関係を示している。照明光５４９のビームスポットの中央部を中心（原点）とする半球を被検査基板１上に仮想した場合、図１７では、その仮想半球５５０の平面図（ＸＹ平面）、Ｙ軸方向から見た側面図（ＸＺ平面）、照明光５４９の照明方位と直交する方向から見た側面図を示している。欠陥及びパターンからの散乱光であるＸ方向パターンからの散乱光分布５５６，Ｙ方向パターンからの散乱光分布５５７，欠陥からの散乱光分布５７０（図１６参照）は半球状に広がり、それぞれ図１７に示したように仮想半球５５０上の領域５５６Ａ，５５７Ａ，５７０Ａに入射する。図中の符号５６９は上方検出系の開口を仮想半球５５０上に投影したものである。照明光５４９の照明方位（入射面）はＹＺ平面に対して角度γだけ傾斜しており、被検査基板１上の水平な平坦部からの正反射光は、図１７に示したように仮想半球５５０の頂点から原点に下ろした線（Ｚ軸）を対称軸とする領域５５５Ａに入射する。Ｘ方向パターンからの散乱光分布５５６，Ｙ方向パターンからの散乱光分布５５７が入射する領域５５６Ａ，５５７Ａは、検査用照射光５４９の角度γや仰角αに応じてシフトする。

被検査基板１上に正常なパターンがＸ軸方向及びＹ軸方向に混在する場合を仮定すると図１７においてＸ方向に長手なパターンからの散乱光５５６は平坦部の正反射光の入射する領域５５５Ａを含む領域５５６Ａに主に集まる。この領域５５６ＡはＹ軸方向に延びる。また、Ｙ方向パターン５５３からの散乱光５５７は平坦部の正反射光５５５Ａを含む領域５５７Ａに集まる。この領域５５７ＡはＸ軸方向に延びる。これに対して、パターンとは異なる形状の欠陥からの散乱光５７０はパターンからの散乱光５５６，５５７とは異なる領域５７０Ａに入射する。この領域５７０Ａは、領域５５５Ａの他、照明光５４９の角度γによって領域５５６Ａ，５５７Ａの一部又は全部に重複する。図１７では、欠陥からの散乱光５７０の前方散乱光強度が強い場合を例示的に図示している。

本欠陥検査装置では、欠陥からの散乱光５７０のみを検出すべく、領域５７０Ａのうち、正常なパターンからの散乱光５５６，５５７が入射し得る領域５５６Ａ，５５７Ａと重複しない領域に入射する散乱光５７０をできるだけ多く補足できるように検出光学系２００や平面反射鏡５０１を配置する。例えば図１７に示したように、仮想半球５５０上に投影した開口５５８が領域５５６Ａ，５５７Ａにはかからず領域５７０Ａにのみ重複するように検出光学系を配置する。検査用照明光５４９の角度γや検出光学系の開口５５８のとり方に応じて領域５７０Ａのみに対する開口５５８の重複面積が変わるので、領域５７０Ａのみに対する開口５５８の重複面積ができるだけ大きくなるように角度γや開口５５８の配置及び大きさを設定することが望ましい。

検出光学系光軸の仰角方向（ＸＺ平面）のＮＡ（開口数）は、パターンからの散乱光５５６，５５７の入射が避けられる範囲に制限される。従って捕捉する散乱光量を拡大するには検出光学系光軸を基準とする方位角方向に開口５５８を拡大することが欠陥からの散乱光５７０のみを効率的に補足する上で有効である。

従来、低仰角の検出光学系のＮＡを拡大することは構成上困難であった。本発明の各実施形態では、検出光学系光軸の開口５５８を仰角方向に制限することにより、検出光学系光軸の方位角方向には検出レンズのＮＡと同等、すなわち全開口（例えばＮＡ０.６、ＮＡ０.８等）まで拡大することができる。先に説明した各実施形態のように平面反射鏡で光軸を折り曲げる構成の場合、開口５５８を検出レンズ２０１のＮＡまでイメージセンサの画素方向に拡大することができる。これにより、検出光学系にて捕捉する欠陥からの散乱光を増やしつつ正常パターンからの散乱光の補足を抑制することが可能であり、検査Ｓ／Ｎを向上させることが可能となる。

なお、検出光学系のＮＡの検出光学系光軸の仰角方向にとった値と水平方向にとった値とが異なるように開口を設定することは、必ずしもミラーを用いる方式に限られず、別途検出レンズを設ける構成であっても良い。次の第１１実施形態でそのような構成例を示す。

（第１１実施形態）
図２０は本発明に係る斜方検査の第１１実施形態の概念図である。すなわち、本実施形態では、上記の検出光学系２００に加えて斜方検査用の低仰角検出光学系５７３を配置している。低仰角検出光学系５７３の構成は検出光学系２００と概ね同様である。但し、低仰角検出光学系５７３の検出レンズ（対物レンズ）５７２は、下部が被検査基板１、上部が検出光学系２００によって空間的に制限されるため、図中のＡ矢視のように検出レンズ５７２の上下をカットして光軸の仰角方向に開口を制限した形状になっている。このように構成することもできる。

（第１２実施形態）
図１８は本発明に係る斜方検査の第１２実施形態の概念図である。本実施形態は、斜方検査用の検出光学系に対する照明光学系の最適なレイアウトを示すものである。本実施形態では照射した照明光を反射して折り曲げる照明用ミラー５６３が照明光学系に備えられており、図１８の平面図に示したように、上方から見た場合、照明光学系から照射された照明光５４９は照明用ミラー５６３で折り曲げられ、Ｙ軸に対して角度γだけ傾斜した方位から被検査基板１にビームスポット３を形成する。例えば第１実施形態のように、検出光学系２００はＸ軸上に平面反射鏡５０１、検出レンズ２０１を配置して欠陥からの散乱光を補足する。側面（Ｙ軸方向）から見た場合、照明光５４９は照明用ミラー５６３で折り曲げられ、検出光学系２００の検出仰角βと約９０°の角度をなす照明仰角αで被検査基板１に照明する。

この構成によれば、照明光束の光軸及びビームスポット３の長手軸（Ｙ軸）を含む面と検出光学系２００に入射する散乱光の光束の光軸がなす角がほぼ９０°となるように照明用ミラー５６３を配することで、被検査基板１の高さが変動してもピントずれが生じない。すなわち、照明光束の光軸及びビームスポット３の長手軸を含む面は検出光学系２００の焦点面５６０であり、照明用ミラー５６３により反射された照明光５４９の光軸が焦点面５６０上にあるため、被検査基板１の高さが変わった場合、被検査基板１上の照明光５４９によるビームスポット３の位置は焦点面５６０に沿って移動する。このようにビームスポット３は常に焦点面５６０上にあるため、検出光学系２００がビームスポット３に合焦していれば、被検査基板１の高さに関係なく検出光学系２００のピントが照明光５４９によるビームスポット３に合った状態が保たれる。

その他の仰角の照明、例えばＹＺ平面からの照明５７１は、そのビームスポットがＹＺ平面と被検査基板１との交線上に形成され、被検査基板１の上下に伴ってＹＺ平面上に沿って移動するため、照明光５７１のビームスポットは検出光学系２００の焦点深度５６４から外れる可能性がある。例えば、被検査基板１が高さ５６８まで下がると、照明光５７１のビームスポットが焦点深度５６４から外れ、照明光５７１による散乱光に対してピントずれ量５６５が生じる。図１７の例では被検査基板１が高さ５６７よりも下がると照明光５７１によるビームスポットが焦点深度５６４から外れる。

第１２実施形態における照明方位γの適正範囲を図１９で説明する。

前述の側面図で照明光束の光軸及びビームスポット３の長手軸を含む面と検出光学系光軸がなす角を約９０°なので、照明方位γは照明光束の光軸及びビームスポット３の長手軸を含む面の仰角αと検出光学系低仰角βから、
sinγ＝tanα・tanβ・・・（式１）
により換算することができる。

図１９に示したプロファイル５６１は検出仰角βに対する斜方検出光学系に捕捉される散乱光量分布である。この散乱光量分布は、上記（式１）により検出仰角βを照明方位γに換算して表示したものである。一方、プロファイル５６２は、照明方位γに対する斜方検出光学系に捕捉されるパターンからの散乱光量の分布である。また検出仰角βは実装上の制約から、照明方位γに換算すると概ねγ＞１０°程度の範囲で設定する必要があり、さらにパターン散乱光の影響を受けないようにするためには、図１９のプロファイル５６１，５６２を基に概ねγ＜２５°の範囲に制限される。したがって、本実施形態では照明方位γを１０〜２５°の中心値である１７.５°付近に決定することが好ましい。

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明はその技術思想の範囲内で更なる変形が可能である。

（第１３実施形態）
図２１は本発明に係る斜方検査の第１３実施形態の概念図である。本実施形態の目的は、異なる検出仰角で同時に複数の検査をする方法の実現である。本実施形態の同時検査は１回の検査で検出仰角の異なる光路を用いて複数の検査で検出可能な欠陥を取得でき結果を同じ座標系で処理し検出仰角違いによる輝度分布の特徴から欠陥を分類がすることが効果となる。

図２１では検出光学系２００の光軸を被検査基板１に対して傾けることによって、反射鏡５０１を用いた検査光路と反射鏡５０１を用いない検査光路で検出光学系２００と被検査基板１間の光路長に差を生じない実施形態を示す。すなわち被検査基板１と検出光学系２００の前側主点位置間の上方検査光路長ＡＢＣ＝斜方検査光路長ＡＣ′となっている。このため反射鏡５０１を用いた検査と反射鏡５０１を用いない検査で被検査基板のピント位置が同じ高さになるため１回の検査で同時に複数の異なる検査結果を取得する同時検査が可能となる。

検出仰角β１が９０°すなわち上方検出となる条件はＡＢＢ′Ａ′Ａが作る２つの三角形が合同の場合である。上方検査の光路は被検査基板１に対しβ１＝９０°の方向から反射鏡５０１に入射し反射光は検出光学系２００光軸と平行に検出レンズ２０１に入射して検出光学系２００の出射光は光路分岐用平面反射鏡２０８で反射されてイメージセンサ２０７に結像する。斜方検査の光路は被検査基板１に対しβ１の仰角で検出レンズ２０１に入射して検出光学系２００を出射した光路はイメージセンサ２０５に結像する。検出仰角β１，β３は空間的制約内で変更可能でアクチュエータで検出光学系の光軸および反射鏡角度を可動させ検査条件のレシピーでβ１，β３を設定することによって、検出仰角に依存する欠陥を選択検査する。

上方と斜方検査でＹ方向の倍率が同じになるのでＹ方向の座標関係は共通となる。Ｘ方向の座標はイメージセンサの検出領域４と６がオフセットしているため、オフセット分の補正が必要となる。検査用照明光１２はイメージセンサの検出領域４に対して照明している。照明に必要な条件は照度、照度分布の均一性及び照明幅である。検出領域４及び６はイメージセンサがライン状のためビーム幅が細いほど検出領域の照度をあげることができる。斜方検査では検出仰角がＺＸ平面内でβ３のため焦点はＹ軸方向にライン状となる。このため照明効率を上げるためには照明幅をＸ方向に細くする必要がある。イメージセンサがＸ方向に蓄積型の場合は照明幅が広いとぼけ像を検出するため、検出画像の解像度を低下させることになる。

検査用照明光１２，１３は第４実施形態のように検査用照明光１２と検査用照明光１３とで波長や偏光方向や仰角や方向の照明条件を異なるものにすることによって、１回の検査において２つのイメージセンサ２０５及び２０７で異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度が異なるため、２つのイメージセンサ２０５，２０７の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を抽出する。

（第１４実施形態）
図２２を用いて、本発明に係る斜方検査の第１４実施形態を説明する。本実施形態の目的は平面反射鏡を使った斜方検査の方式を用いてベベル検査をすることを特徴とする方式の実現である。本方式の効果はミラーの傾きを任意に設定することでベベル面に対する検出仰角を容易に変更して検査できる。被検査基板ベベル部６００は被検査基板１のエッジ部の斜面部分を示し、検査によってベベル部の欠陥、すなわち皮膜状態，異物，傷を発見し、皮膜はがれや異物による汚染が他工程へ流出しないようにする。

本実施例では前述図１のＸステージ３０１及びＹステージ３０２がベベル部を検出領域４に移動させ、シータ（θ）ステージ３０４が被検査基板１を回転させて検出領域４をベベル部全体に走査し、検査用照明光１２及び１３によってビームスポット３をベベル部に形成し、ベベル部６００とイメージセンサ検出領域４の共通部分から発生した反射光を検出光学系で取り込みイメージセンサ２０５に結像させ、得られた信号は図１で前述した信号処理部４０２にて、Ａ／Ｄ変換し閾値算出処理により所望の欠陥を検出する。

本発明による欠陥検査装置の構造の例を示す図である。 検査対象の試料であるＬＳＩが配列された被検査基板を示す図である。 本発明による欠陥検査装置の照明光学系によって生成される３つの検査用照明光を説明するための図である。 本発明による欠陥検査装置の照明光学系の照明レンズを含む光学系を示す図である。 本発明による欠陥検査装置の照明光学系の照明レンズの機能を示す図である。 本発明に係る第１実施形態を説明するための図である。 本発明に係る第２実施形態の概念図である。 本発明に係る第３実施形態の概念図である。 本発明に係る第４実施形態の概念図である。 本発明に係る第５実施形態の概念図である。 本発明に係る第６実施形態の概念図である。 本発明に係る第７実施形態の概念図である。 本発明に係る第８実施形態の概念図である。 本発明に係る第９実施形態の概念図である。 本発明に係る第１０実施形態の概念図である。 パターン及び欠陥と散乱光の散乱方向を表したモデル図である。 検出光学系にて散乱光を検出する方位と照明方位との関係を示した図である。 本発明に係る斜方検査の第１２実施形態の概念図である。 第１２実施形態における照明方位γの適正範囲の説明図である。 本発明に係る斜方検査の第１１実施形態の概念図である。 本発明に係る斜方検査の第１３実施形態の概念図である。 本発明に係る斜方検査の第１４実施形態の概念図である。

符号の説明

１ 被検査基板（ウエハ）
１ａ，１ｂ 被検査基板
１ａａ メモリＬＳＩチップ
１ａｂ メモリセル領域
１ａｃ 周辺回路領域
１ａｄ その他の領域
１ｂａ マイコン等のＬＳＩ
１ｂｂ レジスタ群領域
１ｂｃ メモリ部領域
１ｂｄ ＣＰＵコア部領域
１ｂｅ 入出力部領域
３ ビームスポット（照明領域）
４，５，６ イメージセンサの検出領域
１１〜１３ 検査用照明光
１００ 照明光学系
１０１ レーザ光源
１０２ 凹レンズ
１０３ 凸レンズ
１０４ 照明レンズ
１１０ 第１のビームスポット結像部
１２０ 第２のビームスポット結像部
１３０ 第３のビームスポット結像部
２００，５４８ 検出光学系
２０１ 検出レンズ（対物レンズ）
２０２ 空間フィルタ
２０３ 結像レンズ
２０４ ズームレンズ群
２０５，２０７ イメージセンサ
２０６ 観察光学系
２０８ 光路分岐用平面反射鏡
２０９ 偏光ビームスプリッター
２１０ 分岐検出光学系
３００ ステージ部
３０１〜３０４ ＸＹＺθステージ
３０５ ステージコントローラ
４００ 制御系
４０１ 制御ＣＰＵ部
４０２ 信号処理部
４０３ 表示部
４０４ 入力部
５０１ 平面反射鏡
５０２ 切換機構
５０３，５０４，５０５ 光路長補正素子
５０６ 反射面
５４９ 照明光
５５０ 仮想半球
５５１ Ｘ方向パターン
５５２ Ｘ方向パターン内欠陥
５５３ Ｙ方向パターン
５５４ Ｙ方向パターン内欠陥
５５５ 正反射光が５５０と交わる点
５５６ Ｘ方向パターンからの散乱光分布
５５７ Ｙ方向パターンからの散乱光分布
５５８ 高ＮＡ検出系の開口
５６０ 検出系の焦点面
５６１ 検出光学系に捕捉される欠陥例の散乱光量分布（検出光学系低仰角βをφに換算）
５６２ 検出光学系に捕捉されるパターン散乱光量分布
５６３ 照明用ミラー
５６４ 検出光学系の焦点深度
５６５ ピントずれ量
５６６ 照明方位（φ３）
５６７ 焦点深度限界の被検査基板の高さ
５６８ 焦点深度限界を超えた場合の被検査基板の高さ
５６９ 上方検出系の開口
５７０ 欠陥からの散乱光分布
５７１ その他の仰角の照明
５７２ ２方向で開口数が異なるレンズ
５７３ 低仰角検出光学系
６００ 被検査基板ベベル部

Claims (15)

1. 被検査基板を搭載して光学系に対し相対移動可能なステージと、
   被検査基板上の検査領域を照明する照明系と、
   被検査基板の検査領域からの光を検出する検出光学系と、
   前記検出光学系によって結像された像を信号に変換するイメージセンサと、
   前記イメージセンサの信号を処理し欠陥を検出する信号処理系と、
   前記検出光学系と被検査基板の間に配置され、被検査基板上からの光を前記検出光学系に伝達する反射鏡とを備え、
   前記反射鏡は切換機構で前記被検査基板から前記検出光学系までの光路中に出し入れできる機構になっており、
   前記検出光学系は、前記光路中に前記反射鏡を入れた状態で斜方検査用の検出光学系又は前記反射鏡が光路中にない状態で上方検査の検出光学系をつくり、前記斜方検査と前記上方検査が選択でき、
   前記反射鏡と前記検出レンズとの間に光路長補正素子を配置し、
   前記光路長補正素子により被検査基板上の検査領域から前記検出レンズへの光路長を延長して斜方検査時の前記ステージの高さが上方検査時と同じ又はその近傍で検査可能であることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１の欠陥検査装置において、
   前記反射鏡の反射面を前記イメージセンサの画素方向に対し平行で前記検出レンズの光軸に対し傾けて配置したことを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項１の欠陥検査装置において、
   反射面の角度が異なる複数の前記反射鏡を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項１の欠陥検査装置において、
   前記検出光学系から出た前記反射鏡からの光を分岐させる光路分岐用反射鏡と、
   前記光路分岐用反射鏡で分岐させられた光を信号に変換する斜方検査用のイメージセンサと、をさらに備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
5. 請求項４の欠陥検査装置において、
   前記光路分岐用反射鏡が上方検査の光路外に配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
6. 請求項４の欠陥検査装置において、
   検出領域を前記検出光学系の光軸に対して前記イメージセンサの画素方向に垂直な方向にずらして設定することを特徴とする欠陥検査装置。
7. 請求項６の欠陥検査装置において、
   照明条件として照明の方向と仰角と偏光と波長が選択可能であることを特徴とする欠陥検査装置。
8. 請求項７の欠陥検査装置において、
   照明条件として偏光を選択した場合は前記検出光学系と前記イメージセンサとの間にビームスプリッターを配し、
   前記検出光学系を通過した光を前記ビームスプリッターで異なる偏光成分に分離させ、
   それぞれ異なるイメージセンサに結像させること特徴とする欠陥検査装置。
9. 請求項６の欠陥検査装置において、
   前記イメージセンサの画素方向に垂直な方向に検出領域をずらした反射鏡を２つ対向して設置したことを特徴とする欠陥検査装置。
10. 請求項９の欠陥検査装置において、
    前記２つの反射鏡からの光をそれぞれ異なる斜方検査用のイメージセンサに結像させると同時に、被検査基板から直接前記検出光学系に入射した光を上方検査用のイメージセンサに結像させることを特徴とする欠陥検査装置。
11. 請求項１の欠陥検査装置において、
    照明光束の光軸及びビームスポットの長手軸を含む面とビームスポットから前記光学素子に入射する光の光軸がなす角を約９０°に設定したことを特徴とする欠陥検査装置。
12. 請求項１１の欠陥検査装置において、
    前記検出光学系に捕捉される散乱光量分布と前記検出光学系に捕捉されるパターン散乱光量分布から照明方位を設定したことを特徴とする欠陥検査装置。
13. 請求項１の欠陥検査装置において、
    前記検出光学系の光軸を基準とする方位角方向の開口数を前記検出光学系の開口数と同等に設定したことを特徴とする欠陥検査装置。
14. 請求項１において異なる検出領域に対し波長，偏光方向，仰角，方向の照明条件を個別に設定することを特徴とする欠陥検査装置。
15. 請求項１の欠陥検査装置において、
    被検査基板のベベル部を検査することを特徴とする欠陥検査装置。

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