JP2007212479A - 欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体製造や磁気ヘッド製造において、被加工対象物（例えば、半導体基板上の絶縁膜）に対してＣＭＰなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する異物とを弁別して検査することができるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【解決手段】 本発明は、研磨または研削された絶縁膜の表面に発生したスクラッチや異物に対してほぼ同じ光束で落射照明と斜方照明とを行い、該落射照明時と斜方照明時との間において浅いスクラッチと異物とから発生する散乱光強度の比率等の相関関係に基いて浅いスクラッチと異物とを弁別しすることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造や磁気ヘッド製造をする際に用いられる研磨または研削加工技術による平坦化加工工程において生じるスクラッチや粒子状の異物等の欠陥を弁別して検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。

回路パターンが形成された半導体ウエハ上に付着した異物を回路パターンと弁別して検査する従来技術としては、特開平３−１０２２４８号公報（特許文献１）および特開平３−１０２２４９号公報（特許文献２）が知られている。即ち、特許文献１および２には、斜方照明により半導体基板上の異物を強調させて第１の光電変換素子で検出し、かつ落射照明により上記半導体基板上の背景である回路パターンのエッジを強調して第２の光電変換素子で検出し、上記第１の光電変換素子から得られる異物検出信号を上記第２の光電変換素子から得られる検出信号で除算等をすることにより、異物検出信号を強調して上記異物を検出することが記載されている。

また、シリコンウエハの表面に付着した異物と該表面に存在する結晶欠陥とを分離して検査する従来技術としては、特開平９−３０４２８９号公報（特許文献３）が知られている。即ち、この特許文献３には、シリコンウエハの表面を基準とした仰角が３０°以下の角度をなす低角度受光系と、これよりも大きな仰角の高角度受光系とを有し、レーザ光を上記シリコンウエハの表面に対してほぼ垂直に照射することによって得られる散乱光を上記低角度受光系と上記高角度受光系とが受光し、上記高角度受光系でのみ受光されるものを結晶欠陥とし、上記低角度受光系および上記高角度受光系で受光されるものを付着異物として弁別して検査することが記載されている。

また、半導体ウエハの表面に存在する異物や傷を、回路パターンを作成する際障害とならない微小な点状の凹部を誤認すること無く区別して検査する従来技術としては、特開平１１−１４２１２７号公報（特許文献４）が知られている。即ち、特許文献４には、２つの異なる波長の照明光の各々を互いに異なる低入射角度と高入射角度とで、半導体ウエハの表面上の同一点に対して集光して照射し、該集光点からの散乱光を２波長別々に受光して光電変換し、各々の信号の強度差、即ち、点状の凹部からは低入射角度の照明光による散乱光強度が弱められることを利用して、半導体ウエハの表面に存在する異物や傷と点状の凹部とを区別して検査することが記載されている。

特開平３−１０２２４８号公報 特開平３−１０２２４９号公報 特開平９−３０４２８９号公報 特開平１１−１４２１２７号公報

ところで、半導体製造や磁気ヘッド製造をする際に被加工対象物（例えば絶縁膜）に対して用いられる平坦化加工技術としては、代表的なものとしてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）がある。このＣＭＰは、研磨パッド上にシリカ等の遊離砥粒を散布し、被加工対象物の表面を研磨加工する平坦化技術である。また、平坦化加工技術としては、研磨パッドにダイヤ等の固定砥粒を埋め込み同様に研削加工を行う研削加工技術が用いられる場合もある。これらの研磨または研削加工技術においては、研磨または研削後被加工対象物（例えば半導体基板（ウエハ）上の絶縁膜）の表面には研磨または研削傷である様々な形状を有するスクラッチを生じることがある。このように半導体製造や磁気ヘッド製造において、被加工対象物の表面に様々な形状を有するスクラッチを生じると、その上に形成する配線においてエッチングが不充分となり短絡などの不良原因になる。そこで、研磨または研削後のウエハ研磨面または研削面を観察して様々な形状を有するスクラッチの発生状況を監視し、多発する場合にはスクラッチの形状に対応させた研磨または研削条件の見直しを行わなければならない。また、同時に、異物も発生するとその上に形成する配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となる。異物が多発する場合には、装置洗浄を行う等のスクラッチとは異なる対策が必要となる。つまり、被加工対象物（例えば半導体基板上の絶縁膜）に対する研磨または研削工程においては、異物と様々な形状を有するスクラッチとを分けて監視して、それぞれに対して適切な対策を施すことが必要となる。

しかしながら、上記特許文献１〜４のいずれにも、被加工対象物（例えば、半導体基板上の絶縁膜）に対して研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する粒子状の異物とを弁別して検査することについては、考慮されていない。

また、様々な形状を有するスクラッチの寸法は、幅Ｗが０．２μｍ〜０．４μｍ程度で、深さＤが数ｎｍ程度から非常に深いものでも１００ｎｍ程度と非常に微小であるため、従来は、電子顕微鏡を用いて作業者が目視でレビューを行って様々な形状を有するスクラッチや異物を判別し、多大なレビュー時間を要していた。そのため、スクラッチ、或いは粒子状の異物への対策に遅れを生じ、多量のウエハを悪いコンディションのまま研磨し続けることなり、収益に多大な損害を与えていた。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、半導体製造や磁気ヘッド製造において、被加工対象物（例えば、半導体基板上の絶縁膜）に対してＣＭＰなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチ等と付着する粒子状の異物とを弁別して検査することができるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、被加工対象物（例えば、半導体基板上の絶縁膜）に対してＣＭＰなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチ等と付着する粒子状の異物とを弁別して検査することを全数検査、若しくは十分な頻度の抜き取り検査をできるようにして、上記欠陥が生じない半導体基板を高信頼度で、且つ効率的に製造できるようにした半導体基板の製造方法を提供することにある。

また、本発明のさらに他の目的は、高さおよび深さの小さな薄膜状異物やスクラッチ等の凹状欠陥と、高さのある粒子状の異物の凸状欠陥を弁別して検査することができるようにして，上記欠陥が生じない半導体基板を高信頼度で、且つ効率的に製造できるようにした半導体基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、被検査物を載置するステージと、該ステージ上に載置された被検査物の表面上の個所に該表面に対して法線方向若しくはその近傍方向からＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で落射照明する落射照明系と前記被検査物の表面上の個所にＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で斜方照明する斜方照明系とを有する照明光学系と、該照明光学系の落射照明系によって落射照明された個所から発生する第１の反射光の内前記被検査物の表面に対して高角度に向かう第１の高角度散乱光および前記照明光学系の斜方照明系によって斜方照明された個所から発生する第２の反射光の内前記高角度に向かう第２の高角度散乱光を集光して結像する高角度結像光学系と該高角度結像光学系で結像された第１および第２の高角度散乱光を受光して第１および第２の輝度信号（Ｓ（ｉ），Ｔ（ｉ））に変換する光電変換手段とを有する検出光学系と、該検出光学系の光電変換手段で変換された第１の輝度信号Ｓ（ｉ）と第２の輝度信号Ｔ（ｉ）との間の相関関係に基いて前記被検査物上の欠陥ｉを凹状欠陥（スクラッチや薄膜状異物）、と凸状欠陥（粒子状の異物）とに弁別する比較判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置およびその方法である。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における照明光学系の落射照明系において、前記高角度集光光学系から迷光を発生させないように落射照明光が集光レンズに当てないで被検査対象物の表面に照射するように構成することを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における検出光学系は、さらに、前記個所から射出された第１の反射光のフーリエ変換面に該第１の反射光による特定の光像を遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部において、前記相関関係として比率（Ｔ（ｉ）／Ｓ（ｉ），Ｓ（ｉ）／Ｔ（ｉ））であることを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号Ｓ（ｉ）および第２の輝度信号Ｔ（ｉ）から算出される欠陥のサイズに応じたデータに基いて凹状欠陥をスクラッチと薄膜状異物（本発明においては薄膜状異物も厚さが非常に薄いことから凹状欠陥と定義する。）とに弁別するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号Ｓ（ｉ）および第２の輝度信号Ｔ（ｉ）から算出される欠陥のサイズに応じたデータに基いて凸状欠陥である粒子状異物を大小に弁別するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部において、弁別された凸状欠陥について、回路パターン領域内に発生したものか、回路パターン領域外に発生したものかを認識できるように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部には、弁別された欠陥の情報を表示する表示手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部には、欠陥を弁別するための第１の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部には、欠陥を弁別するための第２の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における比較判定部には、前記検出光学系の光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の輝度信号との関係を、横軸および縦軸を対数値で表される相関図上にプロットして表示する表示手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査装置における照明光学系において、被検査物の表面上における落射照明系で落射照明する個所と斜方照明系で斜方照明する個所とを検出光学系の視野内で異ならしめて構成したことを特徴とする。

また、本発明は、被検査物を載置するステージと、該ステージ上に載置された被検査物の表面上の個所に該表面に対して法線方向若しくはその近傍方向からＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で落射照明する落射照明系と前記被検査物の表面上の個所にＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる前記照明光と異なる波長の照明光を所望の光束で斜方照明する斜方照明系とを有する照明光学系と、該照明光学系の落射照明系によって落射照明された個所から発生する第１の反射光の内前記被検査物の表面に対して高角度に向かう第１の高角度散乱光および前記照明光学系の斜方照明系によって斜方照明された個所から発生する第２の反射光の内前記高角度に向かう第２の高角度散乱光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光とを波長分離す
る波長分離光学系と該波長分離光学系で分離された第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光との各々を結像する結像光学系と該結像光学系で結像された第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光との各々を受光して第１の輝度信号と第２の輝度信号の各々に変換する第１および第２の光電変換手段とを有する検出光学系と、該検出光学系の第１の光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の光電変換手段で変換された第２の輝度信号との間の関係に基いて前記被検査物上の欠陥を弁別する比較判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置およびその方法である。

また、本発明は、研磨または研削された膜の表面に発生した浅いスクラッチや異物に対して、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光をほぼ同じ光束で落射照明および斜方照明を行い、該落射照明および斜方照明による浅いスクラッチと異物とから発生する散乱光を検出器で受光してそれぞれの散乱光の強度に応じた輝度信号に変換し、これら変換された輝度信号の相関関係に基いて浅いスクラッチと異物とを弁別することを特徴とする欠陥検査方法である。

また、本発明は、研磨または洗浄またはスパッタリングされた膜の表面に発生した平坦な薄膜状異物や異物に対して、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光をほぼ同じ光束で落射照明および斜方照明を行い、該落射照明および斜方照明による薄膜状異物と異物とから発生する散乱光を検出器で受光してそれぞれの散乱光の強度に応じた輝度信号に変換し、これら変換された輝度信号の相関関係に基いて薄膜状異物と異物とに弁別することを特徴とする欠陥検査方法である。

本発明によれば、半導体製造や磁気ヘッド製造において、絶縁膜等の被加工対象物に対してＣＭＰなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様々な形状を有するスクラッチ等と付着する粒子状異物とを弁別して検査をすることができる効果を奏する。

また、本発明によれば、スクラッチの形状を詳細に分類しできるため、不具合要因の特定を早急に行うことができる効果を奏する。

また、本発明によれば、平坦化研磨工程において全数、若しくは高頻度の抜き取り検査が可能であるため、速やかに研磨装置の不具合を発見することができ、その結果、適切な対策を取ることが可能となるため研磨工程における歩留まりを飛躍的に向上させることが可能となる効果を奏する。

本発明に係る半導体製造工程や磁気ヘッド製造工程等において用いられている平坦化加工工程の安定稼働を目的とした欠陥検査装置およびその方法の実施の形態について図面を用いて説明する。

まず、本発明に係る欠陥検査装置およびその方法の第１の実施の形態について説明する。本発明は、図１に示すように、半導体の製造工程の途中で製品の抜き取りまたは全数検査をする欠陥検査装置１００に関するものである。半導体の製造ラインは、工程管理用のコンピュータ１０１により例えばネットワーク１０３を介して、または個々の製造装置（図示せず）毎に、製造条件が管理されている。工程の途中では、異物検査装置、光学式外観検査装置、ＳＥＭ式検査装置，または人手によって半導体を検査している。検査により異常が見つかった場合は光学式レビュー装置、ＳＥＭ式レビュー装置などでレビューし、場合によってはＥＤＸ（エネグギー分散形Ｘ線分析法：energy dispersive Ｘ-ray spectroscopy）などで更に詳細な分析をして，異常の原因を突き止める。その後、異常を引き起こしていた製造条件や，製造装置の対策をすることで歩留りの向上を図っている。また、上記欠陥検査装置１００によって検出された異物や欠陥の座標、寸法などのデータ、さらには弁別された欠陥の種類毎やカテゴリなどのデータは、歩留り管理システム１０２によりオンラインで管理されている。

本発明に係わる欠陥検査装置１００は、図２に示すように、Ｓｉウエハ２１上にＳｉＯ₂膜等の層間絶縁膜（被加工対象物）２２を形成し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を施した際、ウエハ１０上に生じた深さが浅いスクラッチ２３ａと異物２４とを弁別することにある。ところで、ＳｉＯ₂膜等の層間絶縁膜２２の下は、必ずしもＳｉ基板等の半導体基板２１があるわけではなく、配線層が存在する場合もある。ＣＭＰ工程では、このＳｉＯ₂膜２２の表面を平坦化するために研磨を行う。そのため、研磨傷であるスクラッチ２３ａは、図２（ｂ）に示すようにＳｉＯ₂膜２２の表面に生じる。ここで、ＳｉＯ₂膜２２の膜厚をｔ、スクラッチ２３ａの幅をＷ、深さをＤとする。スクラッチ２３ａの概略寸法はＷが０．２μｍ〜０．４μｍ程度である。また、深さＤは数ｎｍ程度から非常に深い物でも１００ｎｍ程度である。この様に、ＣＭＰで生じるスクラッチ２３ａは幅に対して深さが非常に浅いことが特徴である。図２（ａ）に異物２４の寸法パラメータを示す。ここでは、異物２４を直径Φの粒状の物としてモデル化している。実際の異物２４はこの様に綺麗な球状ではないが、スクラッチ２３ａは幅Ｗ（０．２μｍ〜０．４μｍ程度）に対して深さＤが数ｎｍ〜数＋ｎｍ程度と非常に浅いが、異物（粒子状の異物）２４はスクラッチ２３ａほどに幅と高さに極端に大きな差がないことを示している。本発明は、このスクラッチ２３ａの特有の寸法比率に着目している。

次に、上記第１の実施の形態を実現するためのスクラッチ等の表面検査装置の第１の実施例について図１〜図９を用いて説明する。即ち、表面検査装置の第１の実施例は、図１に示すように、位置座標が測定されてＸＹ方向に走行制御され、被検査物であるウエハ１０が載置されるステージ１５と、例えば波長４８８ｎｍ（青の波長）のＡｒレーザや窒素レーザやＨｅ−Ｃｄレーザやエキシマレーザ等の光源（レーザ光源に限定されるものではない。）からなり、異なる波長の光を出力する複数の光源２ａ、２ｂ、および反射ミラー４ａ、４ｂ、４ｃにより構成される照明光学系１と、集光レンズ６、波長別に分離するビームスプリッタ７およびフォトマル、ＣＣＤカメラ、ＣＣＤセンサ、ＴＤＩセンサ等から構成される光電変換器８ａ、８ｂにより構成される検出光学系５と、光電変換機８ａ、８ｂの各々から出力されるアナログ輝度信号をデジタル輝度信号に変換するＡ／Ｄ変換部１６ａ、１６ｂ、該Ａ／Ｄ変換部１６ａ、１６ｂの各々から得られるデジタル輝度信号を一時記憶する記憶部１７ａ、１７ｂおよび比較演算部１８により構成される演算処理部９と、上記ステージ１５から測定される位置座標を基に上記ステージ１５を走行制御するステージコントローラ１４と、該ステージコントローラ１４を制御し、さらに演算処理部９を制御し、演算処理部９から得られる検査結果を受ける全体制御部３０とから構成される。光源２ａ、２ｂとしては、ＣＭＰされた絶縁膜２２上に生じた微小な異物２４やスクラッチ２３を弁別して検出するために、エキシマレーザ光源のようにできるだけ波長が短い方が好ましい。即ち、光源２ａとしては、例えば４８８ｎｍ、または３６５ｎｍのレーザ光を出すレーザ光源、光源２ｂとしては、ＹＡＧレーザの２倍波（５３２ｎｍ）若しくは４倍波（２６６ｎｍ）のＤＵＶレーザ光、またはＫｒＦエキシマレーザ光を出すレーザ光源で構成することができる。そして、光源２ａから射出されたＵＶ光若しくはＤＵＶ光は、上記集光レンズ６の表面に直接照射されることなく、反射ミラー４ａ、反射ミラー４ｃを介してウエハ面（ＣＭＰが施された絶縁膜の面）を法線方向、或いはその近傍から照射する。これを落射照明１２と称する。あるいは、光源２ｂから射出されたＵＶ光若しくはＤＵＶ光は、反射ミラー４ｂを介してウエハ面（ＣＭＰが施された絶縁膜の面）を斜め方向から照射する。これを、斜方照明１１と称する。本第１の実施例においては、それぞれに別々の独立した２個の光源２ａ、２ｂと複数の反射ミラー４ａ〜４ｃを用いて落射照明と斜方照明を実現しているが、一つの光源２ｂと、該光源２ｂから出射されるＵＶ光若しくはＤＵＶ光をミラー４ｂとミラー４ｃへと光路を切り替える光路切替機構（図示せず）を使用してもかまわない。また、反射ミラーの数、光路切替機構の有無は問わない。

また、照明光学系１において、落射照明系で落射照明光１２を落射照明するウエハ面上における個所と斜方照明系で斜方照明光１１を斜方照明するウエハ面上における個所とを検出光学系５の視野内で異ならしめて構成することにより、落射照明光１２と斜方照明光１１の波長を同じにすることができる。但し、この場合、光電変換器８ａと光電変換器８ｂとの受光面を、ウエハ面上における照射個所の違いに対応するように設置する必要がある。

このように、照明光学系１としては、集光レンズ６の表面を直接照射させることなく、ウエハ１０上の絶縁膜２２に対してＣＭＰが施されたＣＭＰ面に対して法線方向或いは、それに近い方向、及び、ウエハ水平面に近い斜め方向（約３０°以下の角度）からの２系統の照明（落射照明、および斜方照明）１１、１２が実現されていれば良い。落射照明１１の場合、図１に示すように、できるだけ垂直方向に近い擬似落射照明であってもよい。

次に、検出手順について説明する。検出は１枚のウエハ１０について、照明方向を切り替えて２回行う。具体的には、まず、光源２ａから射出されるＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる落射照明光１２を、集光レンズ６の表面に対して直接照射することなく、ウエハ１０上の絶縁膜２２のＣＭＰ面に対して照射する。すると、集光レンズ６の表面の微細な面粗さやその表面に付着した極微細な異物等から反射してくる迷光を発生させることなく、絶縁膜２２から発生した正反射光成分が除かれた状態で、絶縁膜２２上にＣＭＰによって発生した極浅い微細なスクラッチ２３ａおよび異物２４から射出した散乱光（低次の回折光成分）のみが、集光レンズ６により集光されてビームスプリッタ７を通して例えばＣＣＤ、ＴＤＩセンサ等から構成される光電変換器８ａの受光面で受光される。そして、光電変換器８ａの出力は、Ａ／Ｄ変換部１６ａでＡ／Ｄ変換されて欠陥ｉ毎の輝度値Ｓ（ｉ）を得た後、一旦、記憶部１７ａに書き込まれる。

同時に、光源２ｂから出射され、光源２ａとは異なる波長のＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる斜方照明光１１を、ウエハ面上の落射照明光１２と同じ座標位置に照射する。なお、全体制御部３０はステージ１５の移動を制御することにより、光路切替機構（図示せず）を用いて照射方向を切り替えて斜方照明光１１を、ウエハ面上の落射照明光１２と同じ位置座標系で照射してもよい。

すると、絶縁膜２２から発生した正反射光成分が除かれた状態で、絶縁膜２２上にＣＭＰによって発生した極浅い微細なスクラッチ２３ａおよび異物（粒子状の異物）２４から射出した散乱光（低次の回折光成分）のみが、集光レンズ６により集光されてビームスプリッタ７を通して例えば光電変換器７ｂで受光される。そして、光電変換器７ｂの出力は、Ａ／Ｄ変換部１６ｂでＡ／Ｄ変換されて欠陥ｉ毎の輝度値Ｔ（ｉ）を得た後、一旦、記憶部１７ｂに書き込まれる。

次に、比較演算部１８は、記憶部１７ａに記憶される落射照明１２による欠陥ｉ毎の検出輝度値Ｓ（ｉ）と、記憶部１７ｂに記憶される斜方照明１１による欠陥ｉ毎の検出輝度値Ｔ（ｉ）との比率Ｒ（ｉ）を算出する。比較演算部１８は、該算出された輝度比率Ｒ（ｉ）が予め設定した閾値（判定基準値：図５に示す弁別線２０）よりも大きければ異物２４、小さければ極浅い微細なスクラッチ２３ａと判別し、全体制御部９へ出力する。このように、ＣＭＰによって発生するスクラッチ２３ａは、極浅く微細であるため、集光レンズ６の表面に落射照明光１２が照射された場合に集光レンズ６の表面から発生する微弱な迷光も例えば光電変換器７ａで受光すると、スクラッチ２３ａからの散乱光と弁別することが難しくなる。そこで、落射照明光１２を集光レンズ６の表面に照射させないように構
成した。

本第１の実施例においては、落射照明光１２による検出と斜方照明光１１による検出とを同時に行っているが、落射照明光１２による検出を先に、斜方照明１１による検出を後に行っても、斜方照明光１１による検出を先に、落射照明光１２による検出を後に行ってもかまわない。また、本第１の実施例においては、２度目の検出である斜方照明１１による検出輝度値Ｔ（ｉ）をＡ／Ｄ変換後一旦記憶部１７に書き込み、２度目の検出輝度値Ｔ（ｉ）を記憶することなく、検出と同時に既に記憶済みの１度目の落射照明１２による検出輝度値Ｓ（ｉ）を、比較演算部１８において参照して輝度比較演算を行っても本発明を実現することは可能である。

次に、本発明に係る上記実施の形態を実現するための弁別原理について図３および図４を用いて詳細に説明する。本発明では、１個の欠陥を２つの異なる角度（例えば落射照明１２と斜方照明１１）から光束ｄで照射することにより弁別を行う。まず、落射照明光１２として、集光レンズ６の表面に直接照射することなく、ウエハ面の法線方向或いは、その近傍から光束ｄで照射する。次に、斜方照明光１１として、ウエハ面に対して水平方向に近い角度から光束ｄで照射する。この、落射照明１２と斜方照明１１はどちらが先に行われても関係ない。弁別は、この光束ｄの２方向照明それぞれにおいて得られる欠陥２３ａ、２４から発せられた散乱光の強度を比較することにより行う。欠陥２３ａ、２４からの散乱光強度は、欠陥２３ａ、２４が受光した光源光量に応じて放出される。図３に示すように、欠陥２３ａ、２４が受光する光源光量は、光源入射方向への欠陥寸法の投影面積にほぼ比例すると考えて良い。

凹状欠陥であるスクラッチ２３ａの場合、この投影面積は落射照明時には幅Ｗにほぼ比例し、また約３０°以下の浅い角度で照射される斜方照明時にはＤ'にほぼ比例することになる。ところが、スクラッチ２３ａの深さＤは、幅Ｗに比べて非常に浅いことから、この斜方照明投影長Ｄ'は落射照明投影長Ｗ'に比べて非常に短くなる。そのため、スクラッチ２３ａが受光する光源光量は斜方照明１１の方が落射照明１２に比べて弱くなり、その結果、スクラッチ２３ａから射出される散乱光の光量は、斜方照明１１の方が弱くなる。それに比べて、凸状欠陥である異物（粒子状異物）２４の場合、斜方照明１１と落射照明１２の投影長Φはほぼ同等であることから、異物２４から射出される散乱光の光量は、落射照明と斜方照明を比べても大きくは変わらない。そこで、図４に示すように、この落射照明１２と斜方照明１１のそれぞれによる散乱光の検出輝度値Ｓ（ｉ）、Ｔ（ｉ）を比較して、斜方照明１１の方が落射照明１２よりも小さければスクラッチ２３ａ、同等あるいは斜方照明の方が大きい物を異物（粒子状異物）２４と判別することが可能となる。

さらに、薄膜状異物２３ｂも厚さが非常に薄いため、スクラッチ２３ａと同様に、斜方照明１１による散乱光の検出輝度値Ｔ（ｉ）が落射照明１２による散乱光の検出輝度値Ｓ（ｉ）よりも小さく検出され、凹状欠陥とみなすことができる。

この弁別結果の一例のグラフを図５に示す。これは、横軸に落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）、縦軸に斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）をとったグラフである。この場合、図中の弁別線２０から下の領域がスクラッチ２３ａの領域、上の領域が異物２４の領域となる。しかしながら、図５から明らかなように、実際には、このように、単純に、落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）と斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）とを比較して比率を取ったとしても、弁別線（判定しきい値）２０を引く（設定する）ことができず、異物２４とスクラッチ２３ａと弁別することが難しい。そこで、本発明に係る落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）と斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）とを用いて、具体的に、異物（粒子状異物）２４とスクラッチ２３ａとを弁別する手法の実施例については、後述する。

ところで、ＣＭＰによってスクラッチ２３ａが生じる絶縁膜（例えば、ＳｉＯ₂膜）２２は、光に対して透明なため、光干渉も含めて下層からの正反射光が生じるが、特に、落射照明１２の場合には、図１に示すように、例えば反射ミラー４ｃを集光レンズ６の視野外に設置することによって、絶縁膜２２の表面およびその下層からの正反射光（光干渉光も含む）を集光レンズ（対物レンズ）６の視野外に行くようにして例えば光電変換器８ａで検出しないようにする工夫が必要となる。

勿論、斜方照明１１の場合は、図１に示すように、反射ミラー４ｂによって非常に浅い角度で照射されるため、絶縁膜２２の表面およびその下層からの正反射光（光干渉光も含む）が集光レンズ６の視野外に行くことになり、光電変換器８ｂで検出されないことになる。

また、光源２として、ブロードバンドの光若しくは白色光を出射するものを用いれば、絶縁膜２２の表面からの正反射光と下層からの正反射光との間の光干渉の問題は生じない。しかしながら、絶縁膜２２上の微細な（特に深さＤが浅い）スクラッチ２３ａおよび異物２４から強度の強い散乱光を得るためには、照明光としてＵＶ光、若しくはＤＵＶ光を用いるのが好ましい。

次に、反射ミラー４ｃの設置方法の実施例について図６を用いて説明する。これは、暗視野検出系の迷光を防止して、高感度に欠陥を検出するための手法である。スクラッチ２３ａの検査には、先に述べた原理から分かるようにウエハ１０の面に対して法線に近い方向からの照明が必要となる。

しかし、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光を落射照明する場合に、落射照明光を、集光レンズ６を透過してウエハ１０を照明した場合、いわゆる迷光を生じてしまい、その結果検出画像にノイズが生じてしまうことになる。具体的には、集光レンズ６の表面の微細な研磨跡や集光レンズ６上に付着したゴミ等から生じる散乱光が迷光となってしまうからである。このため、欠陥２３ａ、２４からの微小な散乱光を光電変換器８ａで受光して観察する場合、この迷光が致命的となる。即ち、極微小なスクラッチ２３ａからの散乱光は、迷光によるノイズに埋もれて検出することができなくなってしまう。

そこで、本発明においては、図６に示すように、強度の強い入射光が集光レンズ６の表面に照射されず、しかも、ウエハ１０（層間絶縁膜２２の表面（ＣＭＰ面）およびその下層の配線層などの表面並びにスクラッチ２３ａの表面および異物２４の表面）からの正反射光成分（干渉光成分も含む）である０次回折光が集光レンズ６の瞳、即ちＮＡ内に入射しないように反射ミラー４ｃを設けることが必要となる。

図６（ａ）には、小形の反射ミラー４ｃ１をウエハ１０と集光レンズ６の間の、ほぼウエハ１０の法線上に配置し、落射照明光１２ａを集光レンズ６の表面に照射されないように横方向から小形の反射ミラー４ｃ１に対して入射させて反射させ、しかもウエハ１０からの正反射光成分（干渉光成分も含む）を反射ミラー４ｃ１で反射させて集光レンズ６の瞳内に入射させずにスクラッチ２３ａや異物２４からの散乱光（１次以上の回折光成分）の内、斜線で示す領域（平面的には輪帯状）の散乱光（低次の回折光成分）を集光レンズ６の瞳内に入射させる手法を示す。なお、この小形の反射ミラー４ｃ１としては、外形がほぼ楕円形状となる。これを、垂直照明による散乱光検出と称する。しかしながら、この手法は、集光レンズ６の中心部分がレンズとしての役目が失われるため、あまり好ましくはない。

また、図６（ｂ）には、反射ミラー４ｃ２をウエハ１０と集光レンズ６の間で、かつ、集光レンズ６のＮＡから外側に配置し、落射照明光１２ｂを集光レンズ６の表面に照射されないように横方向から反射ミラー４ｃ２に対して入射させて射させ、しかもウエハ１０からの正反射光成分を集光レンズ６の瞳外にしてスクラッチ２３ａや異物２４からの散乱光の内、斜線で示す領域の散乱光を集光レンズ６の瞳内に入射させる手法を示す。なお、反射ミラー４ｃ２を周方向に広げると、反射ミラー４ｃ２によって照明される照明光は輪帯照明となる。この場合、例えば、反射ミラー４ｃ２を周方向に１２０度間隔で３つ設け、これら３つの反射ミラー２ｃ２のそれぞれの間から３つの照明光１２ｂの各々を入射させるようにすれば、３方向から輪帯照明を施すことも可能となる。ところが、図６（ｂ）に示すように、反射ミラー４ｃ２を一部分にすると、輪帯照明における一部分の照明となる。これを、疑似垂直照明による散乱光検出と称する。この手法は、集光レンズ６の視野（瞳）全部が使用されるため、非常に有効である。しかし、斜方照明光１１の光束も、落射照明光１２ｂの光束に本数の点も含めて合わせる必要がある。

また、図６（ｃ）には、小形の反射ミラー若しくはハーフミラー４ｃ３を集光レンズ６の上の光軸近傍に配置し、開口５０を中央に穿設した集光レンズ６を配置し、小形の反射ミラー若しくはハーフミラー４ｃ３で反射した垂直照明光１２ａを、集光レンズ６の表面に照射させないで、上記開口５０を通過させてウエハ１０上の絶縁膜ＣＭＰ面に照射し、しかもウエハ１０からの正反射光成分をフーリエ変換面に設けられた空間フィルタ（遮光素子）５１で遮光し、スクラッチ２３ａや異物２４からの散乱光の内集光レンズ６を通して得られる散乱光を光電変換器８ａで受光する手法を示す。

また、図６（ｄ）には、図６（ｃ）と同様に、落射照明光１２ａを、ハーフミラー５２の中央部分を透過し、集光レンズ６の開口５０を通してウエハ１０のＣＭＰ面に垂直照明し、ウエハ１０からの正反射光をフーリエ変換面に設けられた空間フィルタ（遮光素子）５３で遮光し、スクラッチ２３ａや異物２４からの散乱光の内集光レンズ６を通して得られる散乱光をハーフミラー５２の周辺部分で反射させて光電変換器８ａで受光する手法を示す。なお、ハーフミラー５２の周辺部分は、反射ミラーで構成してもよい。

以上説明したように、図６（ｃ）（ｄ）では、図６（ａ）と同様に、集光レンズ６の中央に開口５０を形成することによって、集光レンズ６の表面から迷光を発生することなく、垂直照明および垂直方向からの散乱光検出が可能となる。そのため、水平面内でスクラッチ２３ａの向きがどのように形成されたとしても、非常に浅いスクラッチ２３ａのエッジから生じる散乱光を比較的一様に光電変換器８ａで受光することができ、一様な検出輝度値Ｓ（ｉ）を得ることができる。さらに、線状のパターンである大スクラッチ（図示せず）に対して直角方向の指向性の強い回折光を得るためにも、垂直照明が疑似垂直照明よりも好ましい。しかし、図６（ｃ）（ｄ）の実施例は、集光レンズ６の中央部分に開口５０を形成する関係で、集光レンズ６の機能が低下するため、あまり好ましくはない。

ところで、図６（ａ）の垂直照明による散乱光検出の場合、入射光はレンズ６の下を通過しており、明らかに集光レンズ６の表面に照射されず、迷光が生じることはない。また、ウエハ１０からの正反射光は、反射ミラー４ｃ１で反射するため、やはり集光レンズ６の瞳には入らない。さらに、図６（ｃ）および図６（ｄ）に示す垂直照明も同様となる。また、図６（ｂ）の疑似垂直照明による散乱光検出の場合も、明らかに入射光は集光レンズ６を透過しない。また、反射ミラー４ｃ２を集光レンズ６のＮＡの外に配置しているため、ウエハ１０からの正反射光成分は集光レンズ６の瞳には入らない。つまり、何れの方法も光線強度が強く、迷光を生じやすい入射光は集光レンズ６の表面に照射されず、ウエハからの正反射光は集光レンズ６に入射しないように、落射照明を実現している。このため、迷光が生じにくく、層間絶縁膜２２に対してＣＭＰが施されたＣＭＰ面に発生したスクラッチ２３ａおよび異物２４からＳ／Ｎ比の高い検出画像を得ることが可能となる。なお、層間絶縁膜２２は光に対して透明であるため、落射照明をした際、その下層から正反射した光が戻ってくるが、次に説明するように、集光レンズ（対物レンズ）６のＮＡ内に入射されないので、スクラッチ２３ａおよび異物２４からの散乱光検出に影響を及ぼすことなく、スクラッチ２３ａおよび異物２４を光電変換器８ａから得られる信号によって検出することが可能となる。

更に、図６に示す落射照明１２ａ、１２ｂは、迷光の解決による理由だけでなく、特にスクラッチ２３ａからの散乱光強度分布の強い成分を受光しやすくなることから、斜方照明１１だけと比べて高い検出感度を得られる。これは、スクラッチ２３ａからの散乱光強度の内、低次回折光成分が比較的強いためである。即ち、ウエハ面の法線近傍から照明すれば、低次の回折光成分がウエハ１０から反射されて集光レンズ６で集光されやすくなるためである。しかし、例えば絶縁層の下地や絶縁層の表面からの正反射光（０次回折光）は完全に遮光若しくは集光レンズ６の瞳に入射させないようにすることが必要となる。

この結果、斜方照明１１のみによる場合と比べてスクラッチ２３ａについて感度の高い検出が可能となる。この様に、垂直照明１２ａ、或いは疑似垂直照明１２ｂのみを用いることにより、高感度なスクラッチ２３ａの検査を実現することが可能となる。

ところで、集光レンズ６のＮＡ内に反射ミラー４ｃ１を配置しても、レンズ６等による結像特性に影響を与えないように、反射ミラー４ｃ１の形状をほぼ楕円形状に形成すれば、図６（ａ）に斜線で示す領域（平面的には輪帯領域）の散乱光を集光レンズ６で集光して結像させることができることになる。しかし、もし、集光レンズ６のＮＡ内に反射ミラー４ｃ１が存在することが結像特性に悪影響を及ぼすような場合、垂直照明時には反射ミラー４ｃ１をＮＡ外に退避させる機構が必要となる。半導体検査の場合、欠陥検査装置から発生するゴミを極力無くす必要がある。この観点から見れば、可動機構をウエハ上方に設けるのは好ましくない。しかしこの様な場合でも、疑似垂直照明１２ｂを用いれば良い。疑似垂直照明１２ｂの場合、反射ミラー４ｃ２はＮＡの外に有るため決して結像特性に悪影響を及ぼすことは無く、別途退避機構を設ける必要が無い。

また、本発明に係るスクラッチ等の表面検査装置を、斜方照明のみによる異物検査装置として使用する場合には、垂直照明が不要となるため、図６（ａ）に示す反射ミラー４ｃ１を退避させて集光レンズ６のＮＡの全てを利用して異物から発生する散乱光を有効に集光して光電変換器８ｂで受光させることも可能である。しかし、反射ミラー４ｃ１を退避させなくして、ゴミの発生をなくするためには、表面検査装置の垂直照明としてスクラッチの検出精度が多少低下する疑似垂直照明１２ｂを用いれば良い。また、垂直照明として、図６（ｃ）および（ｄ）に示す手法を用いる場合には、斜方照明のみによる異物検査装置として使用する場合にも垂直照明を停止させることによって適用することが可能となる。さらに、斜方照明のみによる異物検査装置として使用する場合において、周期的な配線パターンが形成されたメモリセル上の異物を検出しようとすると周期的な配線パターンからの回折光に基づく回折パターンを遮光する必要があるため、上記空間フィルタ５１、５３を直線状の空間フィルタに交換すればよい。

次に、比較演算部１８などにおいて、記憶部１７ａ、１７ｂに記憶された落射照明１２による欠陥ｉ毎の輝度信号Ｓ（ｉ）および斜方照明１１による欠陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）を基に、欠陥のサイズを推定する方法について、図７を用いて説明する。図７（ａ）、（ｂ）には、異物２４、スクラッチ２３ａおよび薄膜状異物２３ｂ毎から検出される輝度信号Ｓ（ｉ）、Ｔ（ｉ）の波形３０１、３０２を示す。図７（ｂ）に示す輝度信号波形３０２は、検出器(光電変換器)８ａ、８ｂのダイナミックレンジにより、図７（ｃ）に示す如く、３０３のレベルでさちることになる。そこで、プロット点３０４に基いて補間し、補間された信号波形を２次元に積分することによって、その体積を求める。図７（ａ）に示す輝度
信号については、さちっていないので、そのまま、この輝度信号波形を２次元に積分することによって、体積を求める。これら求められた体積値（２次元積分値）と欠陥のサイズとは相関関係があることによって、この補正係数を掛けることによって、欠陥のサイズに応じた推測データを得ることができる。

図８には、本発明に係る検査装置の例えば比較演算部１８などで異物２９０１についての推測データとして推測された異物サイズ（μｍ）と、実際にＳＥＭで測長されたサイズ（μｍ）との関係を示す。この図８に示すように、ウエハ１０に対する複数のプロセス処理（例えばＣＭＰ）工程によって、２９０２、２９０３で示すように異なる相関関係を有する。そこで、上記補正係数は、ウエハの表面状態に応じて変わることになる。従って、予め、ＳＥＭ測長に基いて、プロセス工程（ウエハの表面状態）に応じた補正係数を求めておく必要がある。

また、図９（ａ）には、フロントエンド・プロセス・ウエハ(初期工程であるトランジスタ形成工程におけるウエハ)における欠陥３１０１について、輝度信号波形から推測した異物サイズ（μｍ）とＳＥＭ測長されたサイズ（μｍ）との間に３１０２で相関係数Ｒ²＝０．７９４５で相関関係があることが示される。このように、トランジスタ形成工程においては、０．１μｍ〜０．４μｍの極微小欠陥がトランジスタの性能に影響を及ぼすことから、このような極微小欠陥においても、相関関係があることがわかる。なお、相関係数Ｒは、次に示す（数１）式で表される。

Ｒ＝（ＮΣｘ_iｙ_i−(Σｘ_i)(Σｙ_i)）／（√（ＮΣｘ_i ²−(Σｘ_i)²）（ＮΣｙ
_i ²−(Σｙ_i)²）） （数１）
ただし、ｘ，ｙは変量を示す。

また、図９（ｂ）には、バックエンド・プロセス・ウエハ(後期工程である配線形成工程におけるウエハ)における欠陥３１０１について、輝度信号波形から推測した異物サイズ（μｍ）とＳＥＭ測長されたサイズ（μｍ）との間に３１０２で相関係数Ｒ²＝０．７１４７で相関関係があることが示される。このように、配線形成工程においては、０．３μｍ以上の５μｍ程度まで、さらにそれ以上の微小異物が配線に影響を及ぼすことから、このような微小異物においても、相関関係があることがわかる。なお、配線工程においては、０．３μｍ以下の微小異物は、重要度が低下するため、消去されている。

次に、本発明に係る検査装置で検査する欠陥について図１０を用いて説明する。ＣＭＰされた表面の欠陥としては、通常の異物（０．１μｍ〜５μｍ程度）に基づく凸状欠陥２４と、スクラッチ（幅Ｗが０．２μｍ〜０．４μｍ程度、深さＤが数ｎｍ〜数＋ｎｍ程度）に基づく凹状欠陥２３ａおよび薄膜状異物（径が約０．５μｍ〜２μｍ程度、厚さが数ｎｍ〜数＋ｎｍ程度）が付着した平坦状欠陥２３ｂが存在することになる。

さらに、輝度信号からのサイズ（μｍ）と、ＳＥＭ測長に基づくサイズ（μｍ）との相関図（相関係数Ｒ²＝０．３８４７）から、これら凸状欠陥２４と、凹状欠陥２３ａおよび平坦状欠陥２３ｂとは、異なった相関を有することが判明した。

さらに、スクラッチ等の凹状欠陥２３ａと薄膜状異物等の平坦状欠陥２３ｂとを落射照明および／または斜方照明によって検出される輝度信号Ｓ（ｉ）、Ｔ（ｉ）から推測される欠陥のサイズに基いて弁別することが可能であることを見出した。

さらに、これら異物等の凸状欠陥２４、およびスクラッチ等の凹状欠陥２３ａが発生した領域が、回路パターン領域内であるか、回路パターン領域外であるかに弁別することによって、異物等の凸状欠陥２４、およびスクラッチ等の凹状欠陥２３ａの回路パターンに対する致命性を弁別することが可能となる。

そこで、比較演算部１８などにおいて演算処理する、これらの弁別方法について、図１１を用いて説明する。まず、ステップＳ１１１において、光電変換器８ａから検出される落射照明１２による欠陥ｉ毎の輝度信号Ｓ（ｉ）を、Ａ／Ｄ変換器１６ａでＡ／Ｄ変換後、記憶部１７ａに記憶する。同時に、またはその後、ステップＳ１１２において、光電変換器８ｂから検出される斜方照明１１による欠陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）を、Ａ／Ｄ変換器１６ｂでＡ／Ｄ変換後、記憶部１７ｂに記憶する。そして、ステップＳ１１３において、比較演算部１８は、記憶部１７ａ、１７ｂの各々に記憶された落射照明により検出した欠陥ｉ毎の輝度信号Ｓ（ｉ）と斜方照明により検出した欠陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）との比率Ｒ（ｉ）で、図１２において示される凹凸度（ｂ／ａ）を、次に示す（数２）式により求める。

なお、図１２は、横軸、および縦軸ともに対数で示されているため、対数表となっている。この図１２において、左下から右上に向かった矢印１２１の方向が欠陥のサイズが対応し、上記矢印１２１に直角な矢印１２２が欠陥の凹凸度（ｂ／ａ）で示される。欠陥の凹凸度（ｂ／ａ）は、図１３に示される横方向の寸法ａに対する縦方向の寸法ｂの比率で示されることになる。ただし、輝度信号の比率（Ｔ（ｉ）／Ｓ（ｉ））に基づく欠陥の凹凸度の弁別、および輝度信号（Ｓ（ｉ），Ｔ（ｉ））の積分値に、凹凸度および工程に応じた補正係数を掛けたものに基づく欠陥のサイズの弁別は、それぞれ輝度信号の対数をとることは、必ずしも必要としない。

Ｒ（ｉ）＝Ｔ（ｉ）／Ｓ（ｉ）＝ｂ／ａ （数２）
ここで、ｉは、複数個の欠陥を評価するために、欠陥毎につけた認識番号である。なお、光束ｄのサイズや光電変換器７の画素サイズにより１個の欠陥が複数の欠陥として検出される場合があるため、近接して検出される欠陥を示す信号に対して膨張処理（連結処理）によって一つの欠陥を示す信号に変換する必要がある。そのため、欠陥毎につける認識番号ｉは、連結処理された一つの欠陥を示す信号に対して付与されることになる。

さらに、ステップＳ１１４において、比較演算部１８は、上記求められた輝度比率Ｒ（ｉ）が予め設定した閾値（判定基準値：図５に示す弁別線２０）よりも大きければ粒子状異物等の凸状欠陥２４、小さければスクラッチおよび薄膜状異物等の凹状欠陥２３と判別する。本実施例においては、斜方照明時の検出輝度Ｔ（ｉ）を落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）で除算しているが、その逆に、落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）を斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）で除算してもかまわない。この場合は、比率Ｒ（ｉ）が予め設定した閾値（判定基準値：図５に示す弁別線２０）よりも大きければスクラッチおよび薄膜状異物などの凹状欠陥２３であり、小さければ異物等の凸状欠陥２４と弁別することができる。

次に、全体制御部３０は、ステップＳ１１５において、ステップＳ１１３で得られる凹凸度（ｂ／ａ）および工程管理用コンピュータ１０１から得られるウエハ１０の工程情報を基に、欠陥のサイズに応じたデータを推定するための補正係数を算出する。

次に、ステップＳ１１６において、比較演算部１８や全体制御部３０などで、記憶部１７ａ、１７ｂの各々に記憶された落射照明により検出した欠陥ｉ毎の輝度信号Ｓ（ｉ）、および斜方照明により検出した欠陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）を基に、それぞれの輝度信号波形について２次元的に積分して体積値を求め、これらに、全体制御部３０において算出された、上記ウエハの表面状態（工程管理用コンピュータ１０１から工程の情報として取得することができる。）および凹凸度（ｂ／ａ）に適合する補正係数を掛けることによって、欠陥についてサイズの推測値（サイズに応じた推測データ）（μｍ）を算出する。

次に、ステップＳ１１７において、比較演算部１８や全体制御部３０などで、ステップＳ１１５において推測された欠陥のサイズに応じたデータに基いて、図１２に示すように、凹状欠陥２３をスクラッチ２３ａと薄膜状異物２３ｂとに弁別することができる。なお、図１２に示すように、落射照明による輝度信号Ｓ（ｉ）の波形を２次元に積分して体積値を求め、この求められた体積値に上記補正係数を掛けたもの（サイズに応じた推測データ）で、スクラッチ２３ａと薄膜状異物２３ｂとに弁別することも可能である。

以上により、凹状欠陥であるスクラッチ２３ａと薄膜状異物２３ｂとを弁別す
ることが可能となる。

次に、全体制御部３０において、ステップＳ１１４で弁別された凸状欠陥として通常の粒子状異物２４を弁別することが可能である。さらに、弁別された粒子状異物について大小に弁別する必要がある場合には、ステップＳ１１８において、ステップＳ１１６から得られる異物のサイズ推測値（サイズに応じた推測データ）を用いることによって、図１２に示す関係から大小に弁別することが可能となる。

さらに、ステップＳ１１９において、比較演算部１８や全体制御部３０などで、図１４に示されるように、サイズが小さい粒子状異物２４およびスクラッチ２３ａについては、ＣＡＤシステム(図示せず)からネットワーク１０３を介して得られるウエハ１０上の回路パターンの配列情報、または検出器８ａ、８ｂが検出する回路パターンの画像信号に基いて得られる回路パターンの配列情報に基いて、粒子状異物２４やスクラッチ２３ａが回路パターン上に発生したのか、回路パターン外に発生したのかを弁別することによって、回路パターンに対する異物２４やスクラッチ２３ａの致命性を判定することが可能となる。即ち、欠陥のサイズが小さい異物２４が回路パターン上に発生した場合をカテゴリ１と分類し、粒子状異物２４が回路パターン外に発生した場合をカテゴリ２と分類し、欠陥のサイズが小さいスクラッチ２３ａが回路パターン上に発生した場合をカテゴリ３と分類し、スクラッチ２３ａが回路パターン外に発生した場合をカテゴリ４と分類し、欠陥のサイズが大きい例えば薄膜状異物が発生した場合をカテゴリ５と分類することができる。このように、全体制御部３０は、工程別に、少なくともロット単位で、カテゴリを分類することができるので、欠陥の致命性を評価できるのはもとより、欠陥の発生原因の究明にも役立たせることが可能となる。なお、回路パターンの配列情報を、検出器８ａ、８ｂが検出する回路パターンの画像信号に基いて得る場合には、欠陥についての輝度信号Ｓ（ｉ）、Ｔ（ｉ）については、検出器８ａ、８ｂが検出する画像信号を例えば繰り返されるチップ比較若しくはダイ比較することによって、繰り返される回路パターンの画像信号を消去して抽出することができることになる。

次に、全体制御部３０が、表示装置３３に表示する、粒子状異物（○で示す）やスクラッチなど（△で示す）についての落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）と斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）との相関図を図１５および図１６に示す。図１６に示すように、両方の輝度値Ｓ（ｉ），Ｔ（ｉ）ともに、対数をとることによって、図１５に示す通常の目盛で表示したのと比べると、異物２４とスクラッチ２３ａなどとを容易に見分けることができるとともに、両方を弁別するしきい値（弁別線２０）の設定を画面上で行うことが容易となる。なお、図１６に示すように、横軸および縦軸ともに対数をとった場合、粒子状異物２４を示す相関線１６１と、スクラッチ２３ａ等を示す相関線１６２とは、平行線となる。

次に、全体制御部３０が、表示装置３３の画面に表示する欠陥マップについて、図１７を用いて説明する。図１７（ａ）には、図１１に示すステップＳ１１４において弁別された検査結果である、所定のＣＭＰ工程におけるウエハ上の異物マップを表示装置３３の画面に表示した状態を示す。同様に、図１７（ｂ）には、図１１に示すステップＳ１１７で弁別された検査結果である、所定のＣＭＰ工程におけるウエハ上のスクラッチマップを表示装置３３の画面に表示した状態を示す。同様に、図１７（ｃ）には、図１１に示すステップＳ１１７で弁別された検査結果である、所定のＣＭＰ工程におけるウエハ上の薄膜状異物マップを表示装置３３の画面に表示した状態を示す。これら異物マップ、スクラッチマップ、薄膜状異物マップの各々から、ウエハ上での粒子状異物、スクラッチ、薄膜状異
物の各々の発生分布を知ることができる。

本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係るＣＭＰ等によって絶縁膜上に発生するスクラッチと異物の形状パラメータを示す図である。 本発明に係るスクラッチと異物に光束ｄを照射したときの入射光投影長を説明するための図である。 本発明に係るスクラッチと粒子状異物との弁別原理を示す図である。 本発明に係るスクラッチと粒子状異物との弁別結果の一実施例を示す図である。 本発明に係る垂直照射、および疑似垂直照明の実施例を示す図である。 本発明に係る検出光学系で検出される輝度信号波形を示す図である。 本発明に係るウエハのＣＭＰ面上に発生した異物を、欠陥検査装置で推測した異物サイズ（μｍ）とＳＥＭで測長したＳＥＭ測長サイズ（μｍ）との相関関係で示す相関図である。 本発明ハ）およびバックエンド・プロセス・ウエハ（後期工に係るフロントエンド・プロセス・ウエハ（初期工程ウエ程ウエハ）における輝度信号からのサイズ（μｍ）を横軸、ＳＥＭ測長サイズ（μｍ）を縦軸にした場合の異物発生状態をプロットした相関図である。 本発明に係るウエハのＣＭＰ上に発生した凸状欠陥（粒子状異物）と凹状欠陥（スクラッチ、薄膜状異物）を、欠陥検査装置で検出された輝度信号からのサイズ（μｍ）とＳＥＭで測長したＳＥＭ測長サイズ（μｍ）との相関関係で示す相関図である。 本発明に係るスクラッチ、薄膜状異物、および粒子状異物（通常の異物）の弁別処理フローの一実施例を示す図である。 本発明に係る基本思想を示す落射照明による輝度信号Ｓ（ｉ）と斜方照明による輝度信号Ｔ（ｉ）との関係に基づく凹凸度（ｂ／ａ）およびサイズに基づいてスクラッチ、薄膜状異物、および粒子状異物（通常の異物）が弁別されることを説明するための相関図である。 凹凸度の説明図である。 本発明に係る欠陥の致命性について判別できるようにカテゴリ１〜５に分類した検査結果を得るための説明図である。 本発明に係る落射照明による輝度信号Ｓ（ｉ）と斜方照明による輝度信号Ｔ（ｉ）との関係に基づく粒子状異物およびスクラッチの分布を示す図である。 本発明に係る落射照明による輝度信号Ｓ（ｉ）の対数値と斜方照明による輝度信号Ｔ（ｉ）の対数値との関係に基づく粒子状異物およびスクラッチの分布を示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置で弁別された各々の欠陥の分布を示すウエハマップを示す図である。

符号の説明

１…照明光学系、２ａ、２ｂ…光源、４ｂ、４ｃ、４ｃ１〜４ｃ３…反射ミラー、５…検出光学系，６…集光レンズ（結像光学系も含む）、７…ビームスプリッタ、８ａ、８ｂ…光電変換器（ＣＣＤ、ＴＤＩセンサ）、９…演算処理部、１０…被検査物（ウエハ）、１１…斜方照明光、１２…落射照明光、１２ａ…垂直照明光、１２ｂ…疑似垂直照明光、１４…ステージコントローラ、１５…ステージ、１６ａ、１６ｂ…Ａ／Ｄ変換部、１７ａ、１７ｂ…記憶部、１８…比較演算部（比較判定部）、２１…基板、２２…絶縁膜（ＳｉＯ₂膜）、２３ａ…スクラッチ、２３ｂ…薄膜状異物、２４…異物（粒子状異物）、２０…弁別線（閾値）、３０…全体制御部、３１…記憶装置、３２…入力手段、３３…表示装置、１００…欠陥検査装置、１０１…工程管理用コンピュータ、１０２…歩留まり管理システム、１０３…ネットワーク。

Claims (25)

1. 被検査物を載置するステージと、
   該ステージ上に載置された被検査物の表面上の個所に該表面に対して法線方向若しくはその近傍方向からＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で落射照明する落射照明系と前記被検査物の表面上の個所にＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で斜方照明する斜方照明系とを有する照明光学系と、
   該照明光学系の落射照明系によって落射照明された個所から発生する第１の反射光の内前記被検査物の表面に対して高角度に向かう第１の高角度散乱光および前記照明光学系の斜方照明系によって斜方照明された個所から発生する第２の反射光の内前記高角度に向かう第２の高角度散乱光を集光して結像する高角度結像光学系と該高角度結像光学系で結像された第１および第２の高角度散乱光を受光して第１および第２の輝度信号に変換する光電変換手段とを有する検出光学系と、
   該検出光学系の光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の輝度信号との間の相関関係に基いて前記被検査物上の欠陥を凹状欠陥と凸状欠陥とに弁別する比較判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記照明光学系の落射照明系において、前記高角度集光光学系から迷光を発生させないように構成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 前記検出光学系は、さらに、前記個所から射出された第１の反射光のフーリエ変換面に該第１の反射光による特定の光像を遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査装置。
4. 前記比較判定部において、前記相関関係として比率であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
5. 前記比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠陥のサイズに応じたデータに基いて凹状欠陥をスクラッチと薄膜状異物とに弁別するように構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
6. 前記比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠陥のサイズに応じたデータに基いて凸状欠陥である異物を大小に弁別するように構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
7. 前記比較判定部において、弁別された凸状欠陥について、回路パターン領域内に発生したものか、回路パターン領域外に発生したものかを認識できるように構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
8. 前記比較判定部には、弁別された欠陥の情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
9. 前記比較判定部には、欠陥を弁別するための第１の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
10. 前記比較判定部には、欠陥を弁別するための第２の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
11. 前記比較判定部には、前記検出光学系の光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の輝度信号との関係を、横軸および縦軸を対数値で表される相関図上にプロットして表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
12. 前記照明光学系において、被検査物の表面上における落射照明系で落射照明する個所と斜方照明系で斜方照明する個所とを検出光学系の視野内で異ならしめて構成したことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
13. 被検査物を載置するステージと、
    該ステージ上に載置された被検査物の表面上の個所に該表面に対して法線方向若しくはその近傍方向からＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で落射照明する落射照明系と前記被検査物の表面上の個所にＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる前記照明光と異なる波長の照明光を所望の光束で斜方照明する斜方照明系とを有する照明光学系と、
    該照明光学系の落射照明系によって落射照明された個所から発生する第１の反射光の内前記被検査物の表面に対して高角度に向かう第１の高角度散乱光および前記照明光学系の斜方照明系によって斜方照明された個所から発生する第２の反射光の内前記高角度に向かう第２の高角度散乱光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光とを波長分離する波長分離光学系と該波長分離光学系で分離された第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光との各々を結像する結像光学系と該結像光学系で結像された第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光との各々を受光して第１の輝度信号と第２の輝度信号の各々に変換する第１および第２の光電変換手段とを有する検出光学系と、
    該検出光学系の第１の光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の光電変換手段で変換された第２の輝度信号との間の関係に基いて前記被検査物上の欠陥を弁別する比較判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
14. 前記照明光学系の落射照明系において、前記高角度集光光学系から迷光を発生させないように構成することを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査装置。
15. 前記検出光学系は、さらに、前記個所から射出された第１の反射光のフーリエ変換面に該第１の反射光による特定の光像を遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする請求項１３または１４記載の欠陥検査装置。
16. 前記比較判定部において、前記相関関係として比率であることを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
17. 前記比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠陥のサイズに応じたデータに基いて凹状欠陥をスクラッチと薄膜状異物とに弁別するように構成したことを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
18. 前記比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠陥のサイズに応じたデータに基いて凸状欠陥である粒子状の異物を大小に弁別するように構成したことを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
19. 前記比較判定部において、弁別された凸状欠陥について、回路パターン領域内に発生したものか、回路パターン領域外に発生したものかを認識できるように構成したことを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
20. 前記比較判定部には、弁別された欠陥の情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１３乃至１９の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
21. 前記比較判定部には、欠陥を弁別するための第１の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１３乃至１９の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
22. 前記比較判定部には、欠陥を弁別するための第２の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１３乃至１９の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
23. 前記比較判定部には、前記検出光学系の光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の輝度信号との関係を、横軸および縦軸を対数値で表される相関図上にプロットして表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１３乃至１９の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
24. 研磨または研削された膜の表面に発生した浅いスクラッチや異物に対して、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光をほぼ同じ光束で落射照明および斜方照明を行い、該落射照明および斜方照明による浅いスクラッチと異物とから発生する散乱光を検出器で受光してそれぞれの散乱光の強度に応じた輝度信号に変換し、これら変換された輝度信号の相関関係に基いて浅いスクラッチと粒子状の異物とを弁別することを特徴とする欠陥検査方法。
25. 研磨または洗浄またはスパッタリングされた膜の表面に発生した平坦な薄膜状異物や異物に対して、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光をほぼ同じ光束で落射照明および斜方照明を行い、該落射照明および斜方照明による薄膜状異物と異物とから発生する散乱光を検出器で受光してそれぞれの散乱光の強度に応じた輝度信号に変換し、これら変換された輝度信号の相関関係に基いて薄膜状異物と粒子状の異物とに弁別することを特徴とする欠陥検査方法。

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