KR20240161192A - 검사 장치 - Google Patents

Abstract

투명막 및 불투명 물질로 표면이 형성된 시료를 검사하는 검사 장치이며, 광원이 출사하는 조명광을 시료에 조사하고 상기 시료에서 반사되는 제1 반사광을 집광하는 제1 광학 유닛과, 상기 조명광을 반사 미러에 조명하고 상기 반사 미러에서 반사되는 제2 반사광을 집광하는 제2 광학 유닛과, 상기 제1 반사광 및 상기 제2 반사광을 간섭시켜 간섭광을 얻는 간섭 광학 유닛과, 상기 간섭광의 반사광 강도를 검출하는 복수의 간섭광 센서와, 상기 간섭광 센서의 검출 광량을 처리하는 신호 처리 장치를 구비하고, 상기 신호 처리 장치는, 상기 간섭광 센서의 검출 광량과 상기 투명막 및 상기 불투명 물질의 굴절률에 기초하여, 상기 시료의 임의의 좌표가 상기 투명막 및 상기 불투명 물질 중 어느 것인지를 동정하고, 상기 좌표에 있어서의 상기 시료의 표면 높이 또는 막 두께를 연산에 의해 계측한다.

Description

검사 장치

본 발명은, 검사 장치에 관한 것이다.

반도체 기판이나 박막 기판 등의 제조 라인에 있어서, 제품의 수율을 향상시키기 위해 반도체 기판이나 박막 기판 등의 표면이 검사된다. 반도체 기판이나 박막 기판의 표면에는, 나노미터 오더의 평활함이 요구된다. 검사광이 기판 표면을 투과하는 경우, 패턴이 형성되어 있지 않은 기판에 대해서는, 미분 간섭 계측 등에 의해 기판 표면의 단차를 고속으로 계측하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 미분 간섭 계측은, 기판 표면에 투명막이 형성되어 있는 경우, 위상차가 막 상에서 발생하고 있는지 막 중에서 발생하고 있는지를 파악할 수 없다. 이와 같이 표면에 투명막이 있는 기판에 적합한 검사 장치로서, 작동 거리를 변화시키면서 파장이 다른 복수의 광을 시료 표면에 조사하고, 작동 거리의 변화의 전후의 반사광을 계측하여 투명막의 막 두께와 표면 높이를 계측하는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 등 참조).

일본 특허 공개 제2014-6242호 공보

반도체 기판에서는, 전형적으로는 직경 300㎜의 웨이퍼가 사용되고, 이 웨이퍼의 전체면을 1분 정도로 검사할 것이 요구된다. 그러나, 작동 거리를 변화시키면서 계측하는 특허문헌 1의 기술에서는, 동일 좌표에 대하여 광학계와 시료의 거리를 변화시켜 재계측할 필요가 있어, 시료를 고속으로 검사하는 것은 곤란하다.

또한, 반도체 기판에서는, 예를 들어 구리 배선을 사용한 회로 패턴이 투명막 중에 존재하는 경우가 많다. 구리의 굴절률은 파장에 따라 다르고, 굴절률을 n, 감쇠 계수를 k로 하면, 청색광의 파장(470㎚)에서는 (n, k)=(1.15, 2.47), 적색광의 파장(600㎚)에서는 (n, k)=(0.35, 3)으로 차가 크다. 이 경우, 투명막 중의 패턴으로부터의 반사광의 강도의 비율은, 청색광과 적색광에서 크게 변화된다. 그러나, 투명막의 재질로서 일반적인 이산화실리콘은, 청색광이어도 적색광이어도, (n, k)≒(1.46, 0)이다.

그것에 반해, 특허문헌 1의 기술에서는, 단락 0048에 기재된 바와 같이, 표면의 투명막의 반사광 표면 휘도의 교류 성분과, 관측하는 시료로부터의 반사광 표면 휘도의 교류 성분을 파장에 의존하지 않는 고정값으로서 취급하고 있다. 막 중에 구리 배선이 존재하지 않는 경우, 계측되는 반사광은 막 아래로부터의 실리콘으로부터의 반사광이라고 일반적으로 생각된다. 실리콘은, 청색광에서 (n, k)=(4.4, 0.13), 적색광에서 (n, k)=(3.95, 0.025)이며, 구리와 비교하면 굴절률의 변화는 작다. 그러나, 해상도의 향상을 위해, 예를 들어 405㎚ 정도까지 검사광을 단파장화하는 것을 검토하면, 실리콘의 굴절률은 (n, k)=(5.42, 0.31)로 크게 변화된다. 따라서, 대상이 실리콘이라도, 반사 강도의 교류 성분의 비율을 일정한 것으로서 취급하는 것은 곤란해진다. 반도체 기판의 검사에서는, 막 아래로부터의 반사광은 주로 구리나 실리콘에서 반사되는 광인바, 검사 단계에서는 막 아래의 구조가 불분명한 경우도 많아, 이 점에서도 특허문헌 1의 기술을 실제의 전자 제품 기판의 검사에 범용적으로 적용하는 것은 곤란하였다.

나아가, 투명막을 구성하는 이산화실리콘은, 투과율이 높아 표면에서 발생하는 반사광의 광량이 약하기 때문에, 투명막의 막 두께나 표면 높이의 변화에 수반되는 광량 변화가 적아, 고정밀도로 표면 높이를 계측하는 것이 어렵다.

게다가, 반도체 기판의 검사에서는, 투명막의 막 두께나 표면 높이의 검사뿐만 아니라, 이물 등도 검사할 필요가 있지만, 특허문헌 1의 기술에서는, 이물 등을 검사하는 것은 어렵다.

본 발명의 목적은, 반도체 기판이나 박막 기판 등의 제조 라인에 있어서, 기판 표면의 투명막의 막 두께 또는 표면 높이를 고정밀도로 고속으로 계측할 수 있는 검사 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 광이 투과하는 투명막 및 불투명 물질로 표면이 형성된 시료를 검사하는 검사 장치이며, 광원과, 상기 광원이 출사하는 조명광을 시료에 조사하여, 상기 시료에서 반사되는 제1 반사광을 집광하는 제1 광학 유닛과, 상기 조명광을 반사 미러에 조명하여, 상기 반사 미러에서 반사되는 제2 반사광을 집광하는 제2 광학 유닛과, 상기 제1 반사광 및 상기 제2 반사광을 간섭시켜 간섭광을 얻는 간섭 광학 유닛과, 상기 간섭광의 소정의 편광 성분의 반사광 강도를 검출하는 복수의 간섭광 센서와, 상기 간섭광 센서의 검출 광량을 처리하는 신호 처리 장치를 구비하고, 상기 신호 처리 장치는, 상기 간섭광 센서의 검출 광량과 상기 투명막 및 상기 불투명 물질의 굴절률에 기초하여, 상기 시료의 임의의 좌표가 상기 투명막 및 상기 불투명 물질 중 어느 것인지를 동정하고, 상기 좌표에 있어서의 상기 시료의 표면 높이 또는 막 두께를 연산에 의해 계측하는 검사 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 반도체 기판이나 박막 기판 등의 제조 라인에 있어서, 기판 표면의 투명막의 막 두께 또는 표면 높이를 고정밀도로 고속으로 계측할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 검사 장치의 일 구성예를 도시하는 모식도.
도 2는 전형적인 검사 대상인 반도체 웨이퍼의 모식도.
도 3은 도 1의 검사 장치에 구비된 광원의 조명광에 의한 빔 스폿을 도시하는 도면.
도 4는 도 1의 검사 장치에 구비된 광 주사 유닛의 모식도.
도 5는 도 1의 검사 장치에 구비된 간섭광 센서의 수광면의 모식도.
도 6은 도 1의 검사 장치에 구비된 공간 필터 유닛의 모식도.
도 7은 시료에 형성되는 패턴의 일례를 도시하는 모식도.
도 8은 도 7 중의 단면선 VIII에 의한 시료의 화살 표시 단면도.
도 9는 파장 405㎚의 조명광이 패턴의 표면에 입사한 경우에 각 센서에서 검출되는 광량과 패턴의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 측정에서 얻어진 도 9의 광량을 기초로 산출한 패턴의 표면 높이의 추정값과 실제값의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 파장 660㎚의 조명광이 패턴의 표면에 입사한 경우에 각 센서에서 검출되는 광량과 패턴의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프.
도 12는 측정에서 얻어진 도 11의 광량을 기초로 산출한 패턴의 표면 높이의 추정값과 실제값의 관계를 나타내는 그래프.
도 13은 파장 405㎚의 조명광이 일정 막 두께의 투명막의 표면에 입사한 경우에 각 센서에서 검출되는 광량과 투명막의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 측정에서 얻어진 도 13의 광량을 기초로 산출한 투명막의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프.
도 15는 측정에서 얻어진 도 13의 광량을 기초로 산출한 투명막의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프.
도 16은 파장 660㎚의 조명광이 일정 막 두께의 투명막 표면에 입사한 경우에 각 센서에서 검출되는 광량과 투명막의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프.
도 17은 측정에서 얻어진 도 16의 광량을 기초로 산출한 투명막의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프.
도 18은 측정에서 얻어진 도 16의 광량을 기초로 산출한 투명막의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프.
도 19는 조명광이 막 두께가 변화되는 투명막의 표면에 입사한 경우에 각 센서에서 검출되는 광량과 투명막의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프.
도 20은 측정에서 얻어진 도 19의 광량을 기초로 산출한 투명막의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프.
도 21은 측정에서 얻어진 도 19의 광량을 기초로 산출한 투명막의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프.
도 22는 투명막의 막 두께를 변화시킨 경우에 각 센서에서 얻어지는 모든 검출 광량의 프로파일을 나타내는 그래프.
도 23은 측정에서 얻어진 도 22의 광량을 기초로 산출한 투명막의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프.
도 24는 측정에서 얻어진 도 22의 광량을 기초로 산출한 투명막의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프.
도 25는 도 1의 검사 장치에 구비된 신호 처리 장치에 있어서 간섭 데이터 처리에 의해 시료의 임의의 계측 부위의 표면 높이 및 막 두께를 산출하는 수순의 일례를 나타내는 흐름도.
도 26은 도 1의 검사 장치에 구비된 신호 처리 장치에 있어서 간섭 데이터 처리에 의해 시료의 임의의 계측 부위의 표면 높이 및 막 두께를 산출하는 수순의 다른 예를 나타내는 흐름도.
도 27은 도 1의 검사 장치에 구비된 신호 처리 장치에 의한 시료의 결함 검사에 관한 기능 블록의 일례를 도시하는 블록도.
도 28은 출력 화면의 일례를 도시하는 도면.
도 29는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 검사 장치의 일 구성예를 도시하는 모식도.
도 30은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 검사 장치에 구비된 간섭광 센서의 개략도.
도 31은 도 30에 도시한 센서에 구비된 수광 소자 어레이의 모식도.
도 32는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 검사 장치의 일 구성예를 도시하는 모식도.
도 33은 이산화실리콘의 반사 특성을 도시하는 도면.
도 34는 도 32에 도시한 검사 장치에 구비된 스테이지에 의한 주사 궤도를 도시하는 도면.
도 35는 도 32에 도시한 검사 장치에 구비된 스테이지에 의한 주사 궤도의 다른 예를 도시하는 도면.
도 36은 도 32에 도시한 검사 장치에 구비된 암시야 광학 유닛의 천공 미러의 개략도.

이하에 도면을 사용하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

(개요)

이하의 실시 형태에서 본 발명의 적용 대상으로서 설명하는 검사 장치는, 예를 들어 반도체 등의 제조 공정의 과정에서 시료(예를 들어 반도체 실리콘 웨이퍼)의 표면의 검사에 사용된다. 각 실시 형태에 관한 검사 장치는, 시료의 표면 높이나 투명막의 막 두께(투명막의 경계면의 높이를 포함함)의 계측, 이물 등의 미소 결함의 검출, 결함의 수·위치·치수·종류에 관한 데이터의 취득을 고속으로 실행하는 데 적합하다.

시료의 전형례인 반도체 실리콘 웨이퍼는, 실리콘제의 기판의 표면에 투명막이나 미세 구조물인 패턴이 형성된 구성을 하고 있다. 투명막의 재질은, 예를 들어 이산화실리콘이며, 본 발명의 검사 장치에서 사용하는 조명광을 투과시키는 성질을 갖는다(조명광에 대하여 투명이다). 패턴은, 예를 들어 구리제이며, 본 발명의 검사 장치에서 사용하는 조명광을 반사하는 성질을 갖는다(조명광에 대하여 불투명이다). 패턴은, 투명막의 내부에 배치되는 경우도 있고, 투명막의 표면에 노출되는 경우도 있다. 이와 같이, 반도체 실리콘 웨이퍼의 표면은, 투명막이나 불투명 물질(패턴)로 형성되어 있다. 기판의 재질인 실리콘도 불투명 물질이며, 조명광을 반사한다.

본 발명의 검사 장치는, 이러한 조명광이 투과하는 투명막 및 조명광을 반사하는 불투명 물질로 표면이 형성된 시료를 검사하여, 시료의 표면 높이 또는 투명막의 막 두께의 계측 등을 실시한다. 검사 장치의 필수 구성 요소는, 광원과, 제1 광학 유닛과, 제2 광학 유닛과, 간섭 광학 유닛과, 복수의 간섭광 센서와, 신호 처리 장치이다.

광원은, 조명광을 출사하는 유닛이며, 후술하는 각 실시 형태에서는 광원(30)(도 1, 도 29 및 도 32)이 이것에 해당한다.

제1 광학 유닛은, 광원이 출사하는 조명광을 시료에 조사하여, 시료에서 반사되는 제1 반사광을 집광하는 유닛이며, 후술하는 각 실시 형태에서는 적어도 대물 렌즈(43)(도 1, 도 29 및 도 32)가 이것에 해당한다. 시료에 대한 조명 형태에는, 시료의 표면에 수직으로 조명광을 입사시키는 낙사 조명과, 시료의 표면에 비스듬히 조명광을 입사시키는 사방 조명이 있고, 도 1, 도 29 및 도 32 중 어느 예에 있어서도 낙사 조명이 가능하다. 도 29의 예에 있어서는, 조명광의 광로를 전환하여 S 편광의 조명광을 시료에 사방 조명하는 것도 가능하다.

제2 광학 유닛은, 조명광을 반사 미러에 조명하여, 반사 미러에서 반사되는 제2 반사광을 집광하는 광학 유닛이다. 제2 광학 유닛 및 반사 미러에는, 후술하는 각 실시 형태에서는 적어도 대물 렌즈(44) 및 반사 미러(45)(도 1, 도 29 및 도 32)가 각각 해당한다.

간섭 광학 유닛은, 제1 반사광 및 제2 반사광을 간섭시켜 간섭광을 얻는 광학 유닛이며, 후술하는 각 실시 형태에서는 적어도 편광 빔 스플리터(41)(도 1, 도 29 및 도 32)가 이것에 해당한다.

복수의 간섭광 센서는, 간섭광의 소정의 편광 성분의 반사광 강도를 검출하는 센서이며, 후술하는 각 실시 형태에서는 적어도 간섭광 센서(55A-55D)(도 1 및 도 32)나 간섭광 센서(56A-56D)(도 29)가 이들에 해당한다. 간섭광 센서는, 조명광의 반사광을 편광 성분마다에서 또한 파장이 다른 광마다 검출한다. 각 실시 형태에서는, 4개의 간섭광 센서(55A-55D 또는 56A-56D)에 의해, 각각 45° 씩 편광 방향이 어긋난 광을 검출한다.

반사광의 특정 편광 성분을 추출하는 수단으로서는, 편광 필터나 편광 빔 스플리터를 사용할 수 있다. 후술하는 각 실시 형태에서는, 하프 빔 스플리터(51), 편광 빔 스플리터(52)(도 1, 도 29 및 도 32)를 사용하여 편광 성분에 따라서 반사광을 분광하고, 분리한 반사광을 각각 간섭광 센서에서 검출하는 구성을 설명한다. 또한, 파장마다 반사광을 검출하는 구성으로서는, 파장이 다른 복수의 조명광을 동시에 출사하여 그것들의 반사광을 검출하는 구성이나, 반사광을 파장에 따라서 분광하는 구성을 채용할 수 있다. 제1 실시 형태(도 1) 및 제3 실시 형태(도 32)에서는, 조명광으로서 파장이 다른 복수의 단색광을 출사하는 광원을 채용하고, 간섭광 센서에 각각 복수 구비된 수광면에서 파장마다의 반사광을 개별로 검출하는 구성을 설명한다. 또한, 제2 실시 형태(도 29)에서는, 각 간섭광 센서에 있어서, 각각 프리즘으로 반사광을 파장마다 분광하여 개별로 수광면에서 검출하는 구성을 설명한다.

신호 처리 장치는, 간섭광 센서의 검출 광량을 처리하는 컴퓨터이며, 후술하는 각 실시 형태에서는 신호 처리 장치(7)(도 1, 도 29 및 도 32)가 이것에 해당한다. 신호 처리 장치는, 단일의 컴퓨터로 구성할 수도 있고, 기능을 분담하는 복수의 컴퓨터로 구성할 수도 있다. 이 신호 처리 장치는, 간섭광 센서의 검출 광량과 투명막 및 불투명 물질의 굴절률에 기초하여, 시료의 임의의 좌표(편의상, 좌표 C로 기재함)가 투명막 및 불투명 물질 중 어느 것인지를 동정하고, 좌표 C에 있어서의 시료의 표면 높이 또는 막 두께를 연산에 의해 계측한다.

검사 대상인 시료의 표면을 형성하는 재질은 종류가 한정되어 있고, 좌표 C를 구성하는 재질은 몇 가지의 후보에 한정된다. 예를 들어, 좌표 C가 패턴이 노출된 위치이면, 조명광은 패턴의 표면에서 반사되어 제1 광학 유닛으로 되돌아간다. 이 경우, 재질은 예를 들어 구리이다. 좌표 C가 패턴이 존재하지 않는 위치이면, 조명광은 투명막에 입사하고, 막 아래의 기판에서 반사되어 제1 광학 유닛으로 되돌아간다. 이 경우, 재질은, 예를 들어 이산화실리콘 및 실리콘이다. 또한, 좌표 C가 막 중의 패턴이 존재하는 위치이면, 조명광은 투명막에 입사하고, 막 중의 패턴에서 반사되어 제1 광학 유닛으로 되돌아간다. 이 경우, 재질은, 예를 들어 이산화실리콘 및 구리이다. 검출 광량으로부터 시료의 표면 높이를 산출하는 경우, 좌표 C의 시료 표면이 불투명 물질이면, 동일 조건 하에서 표면 높이가 일의적으로 산출되지만, 좌표 C의 시료 표면이 투명막이면, 동일 조건 하에서도 복수의 표면 높이가 산출될 수 있다(후술).

따라서, 본 발명의 검사 장치에 있어서, 신호 처리 장치는, 임의의 좌표 C에 대하여, 파장마다 검출 광량에 기초하여 시료의 표면 높이 또는 투명막의 막 두께의 추정값을 1개 또는 복수 산출하고, 파장마다의 1개 또는 복수의 추정값을 대조한다. 신호 처리 장치는, 이 대조에 의해, 파장마다 산출한 1개 또는 복수의 추정값 중 1개를, 좌표 C에 있어서의 시료의 표면 높이 또는 막 두께의 계측값으로 선택하여 출력한다. 예를 들어, 신호 처리 장치는, 투명막의 후보 재질(이산화실리콘 등) 및 불투명 물질의 후보 재질(구리, 실리콘 등)의 굴절률을 적어도 1개씩 기억하고 있다. 신호 처리 장치는, 좌표 C에 입사한 조명광이 투명막을 통하지 않고 불투명 물질에서 직접 반사되는 경우, 및 투명막을 통해 불투명 물질에서 반사되는 경우로 경우 구분하여, 좌표 C의 1개 또는 2개의 후보 재질을 가정한다. 그리고, 가정한 후보 재질의 굴절률과 각 간섭광 센서에서 얻어지는 파장마다의 검출 광량을 기초로, 시료의 표면 높이 또는 막 두께의 추정값이 파장마다 1개 또는 2개 산출된다. 이들 파장마다 산출된 추정값이 대조 처리되고, 파장마다 1개 또는 2개 산출한 추정값으로부터 1개가 선택되어 시료의 표면 높이 또는 막 두께의 계측값으로서 결정되어 출력된다. 또한, 신호 처리 장치는, 이렇게 하여 계측값을 결정하는 것에 수반하여, 계측값으로 채용한 추정값에 관한 후보 재질을 좌표 C의 재질로서 동정할 수 있다.

신호 처리 장치에 의한 상기 대조 처리로서는, 파장마다 얻어지는 검출 광량을 활용한 교차 검증을 채용할 수 있다. 예를 들어, 파장마다 검출 광량을 기초로 산출되는 추정값이, 동일한 후보 재질에 대하여 다른 파장에서도 동일하게 산출되기 위해 검출되어야 할 다른 파장의 광량을 산출하고, 다른 파장의 광량의 산출값을 검출 광량과 비교한다. 이 경우, 다른 파장에 대하여 얻어진 산출값과의 괴리가 가장 작은 추정값을 계측값으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 좌표 C에 있어서 막 중에 패턴이 존재한다라는 가정 조건 하에서, 파장 λ1의 조명광의 검출 광량 I1을 기초로 표면 높이 h가 산출된 경우, 동일 가정 조건 하에서 파장 λ2의 조명광에서도 표면 높이 h가 산출되기 위해 검출되어야 할 λ2의 광량을 산출한다. λ2의 광량의 산출값과 λ1의 검출 광량의 차가 최소 혹은 0(또는 동일성 판정용으로 미리 설정한 허용값 이하)인 경우, 그 추정값은 좌표 C의 계측값으로 간주할 수 있다. 동시에, 그 추정값에 관한 가정 조건의 후보 재질은 좌표 C의 현실의 재질로서 동정될 수 있다. 이 구체예는 도 25를 사용하여 후술한다.

또한, 신호 처리 장치에 의한 상기 대조 처리는 상기 예에 한정되지는 않는다. 다른 예로서는, 동일한 후보 재질에 대하여 다른 파장에 기초하여 산출된 추정값끼리를 비교하여, 모든 파장의 추정값이 일치 또는 차분이 상기 허용값 이하인 후보 재질을 좌표 C의 재질로서 동정하고, 당해 재질에 관한 추정값을 계측값으로 결정하는 방법을 채용할 수 있다. 이 구체예는 도 26을 사용하여 후술한다.

또한, 신호 처리 장치는, 표면 높이의 계측값을 기초로 시료의 결함 검사를 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 신호 처리 장치는, 시료의 표면 높이를 소정 영역마다 계측하고, 계측 결과가 소정 범위에 들어가 있는지 여부를 판정하고, 계측 결과가 소정 범위를 벗어난 영역을 결함으로서 출력한다. 이 구체예는 도 27을 사용하여 후술한다.

또한, 각 실시 형태의 검사 장치에서는, 광로 분기 유닛, 공간 필터와, 암시야광 센서를 구비하고, 시료의 표면 높이의 계측에 사용하는 간섭광으로부터 암시야광(시료로부터의 산란광)을 추출하여, 시료의 표면의 이물 등의 결함 검사를 동시에 실행 가능하다. 구체적으로는, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛에서 집광하는 반사광으로부터 광로 분기 유닛에서 암시야광이 분리된다. 광로 분기 유닛에서 분리된 암시야광은 공간 필터에 의해 회절광이 제거되고, 공간 필터를 투과한 암시야광이 암시야광 센서에서 검출된다. 신호 처리 장치는, 암시야광 센서의 출력을 기초로 시료의 결함을 검출한다. 후술하는 각 실시 형태에서는 천공 미러(60), 공간 필터 유닛(61), 암시야광 센서(63)(도 1, 도 29, 도 32 및 도 36)가, 각각 광로 분기 유닛, 공간 필터, 암시야광 센서에 해당한다.

이상에 개요를 설명한 검사 장치에 대하여, 몇 가지의 구체적인 실시 형태를 이하에 설명한다.

(제1 실시 형태)

1. 검사 장치

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 검사 장치(100)의 일 구성예를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 검사 장치(100)는, 시료(1)를 검사 대상으로 하고, 이 시료(1)의 표면의 높이를 계측하고, 동시에 시료(1)의 표면의 미소한 이물이나 함몰 등의 결함을 검사하는 검사 장치이다. 시료(1)의 표면에 투명막이 있는 경우에는, 투명막의 막 두께나 경계면 높이를 계측할 수도 있다. 시료(1)로서는, 패턴이 형성된 평탄한 표면을 갖는 원판상의 반도체 실리콘 웨이퍼가 대표예로서 상정된다.

검사 장치(100)는, 스테이지(2), 조명 광학 유닛(3), 조명·검출 광학 유닛(4), 간섭 광학 유닛(5), 암시야 광학 유닛(6), 신호 처리 장치(7), 제어 장치(81), 유저 인터페이스(82), 모니터(83), 기억 장치(84)를 포함하고 있다. 기억 장치(84)는, 신호 처리 장치가 처리하는 검출 신호를 처리할 때 적용하는 처리 파라미터나, 신호 처리 장치가 처리한 결과를 기억한다.

2. 스테이지(2)

스테이지(2)는, 시료대(2a)와 시료 구동 스테이지(2b)를 포함하여 구성되어 있다. 시료대(2a)는, 시료(1)를 지지하는 대이다. 시료 구동 스테이지(2b)는, 시료대(2a)를 구동하여 시료(1)와 조명·검출 광학 유닛(4)의 상대 위치를 변화시키는 장치이며, 상세하게 도시하지는 않지만, XY 스테이지, Z 스테이지를 포함하여 구성되어 있다. XY 스테이지에 Z 스테이지를 통해 시료대(2a)가 지지된다. Z 스테이지는, 시료(1)의 표면의 높이 조정의 기능을 행한다. XY 스테이지는, 시료(1)의 원하는 검사 영역이 조명·검출 광학 유닛(4)의 시야에 들어가도록 제어 장치(81)의 제어 신호에 의해 구동된다. 1개의 검사 영역에 대하여 간섭 광학 유닛(5), 암시야 광학 유닛(6)에 의한 검출이 완료되면, 제어 장치(81)는, 다음 검사 영역이 조명·검출 광학 유닛(4)의 시야에 들어가도록 하여 시료 구동 스테이지(2b)를 제어한다. 시료 구동 스테이지(2b)는, 스텝 앤드 리피트 동작을 행한다. 즉, 시료 구동 스테이지(2b)는, 조명·검출 광학 유닛(4)에 의해 조명광이 조사되는 조명 위치에 시료(1)의 원하는 검사 포인트를 이동시켜 일단 정지하고, 검사 포인트의 화상 데이터의 완료 후, 조명 위치에 다음의 검사 포인트를 이동시킨다고 하는 동작을 반복한다.

도 2는 전형적인 검사 대상인 반도체 웨이퍼의 모식도이다. 반도체 웨이퍼인 시료(1)의 표면에는, 매트릭스상으로 복수의 칩이 형성되어 있다. 도 2에서는, 시료(1)의 검사 중에 시료 구동 스테이지(2b)의 동작에 의해 조명·검출 광학 유닛(4)의 시야(1ijk)에 대하여 시료(1)가 이동하는 과정에서, 시료(1)의 표면에 형성된 복수의 칩 중 칩(1ij)에 시야(1ijk)가 위치하는 상황을 나타내고 있다. 본 실시 형태의 검사 장치(100)에 있어서는, 시료(1)의 표면의 임의의 검사 영역을 조명·검출 광학 유닛(4)의 시야(1ijk)에 넣어 화상 데이터를 취득하고, 그 검사 영역의 화상 데이터를 취득하면 시료(1)를 이동시켜 다음의 검사 영역의 화상 데이터를 취득한다. 이와 같이 스텝 앤드 리피트 방식으로 시료(1)가 주사된다.

3. 조명 광학 유닛(3)

도 1에 도시한 조명 광학 유닛(3)은, 광학 소자군을 포함하여 구성되며, 시료대(2a)에 적재한 시료(1)에 원하는 조명광을 조사한다. 조명 광학 유닛(3)은, 광원(30), 조명 정형 유닛(31), 하프 빔 스플리터(32), 광 주사 유닛(33), 릴레이 렌즈(34a, 34b), 릴레이 렌즈(35a, 35b)를 포함하고 있다.

3-1. 광원(30)

광원(30)은, 조명광으로서 레이저 빔을 출사하는 유닛이며, 본 실시 형태에서는 복수의 단색광을 출사하는 멀티 라인 레이저 광원을 채용하고 있다. 본 실시 형태에 있어서의 광원(30)은, 청색(파장 405㎚), 녹색(532㎚), 적색(660㎚)의 가간섭 거리가 긴 광을, 파장이 짧은 순으로 배열하여 동시에 출사한다. 도 3은 광원(30)이 출사하는 조명광에 의한 빔 스폿을 도시하는 도면이다. 광원(30)의 각 조명광에 의한 빔 스폿(40r, 40g, 40b)의 형상은, 예를 들어 짧은 직경이 수10 내지 수100 마이크로미터, 긴 직경이 수㎜ 내지 수십㎜ 정도의 가우스 프로파일이다. 빔 스폿(40r)은 적색광(파장 660㎚), 빔 스폿(40g)은 녹색광(파장 532n), 빔 스폿(40b)은 청색광(파장 405㎚)이며, 조명·검출 광학 유닛(4)의 시야(1ijk)에 있어서 짧은 직경 방향으로 나란히 서로 접근하여 형성된다.

3-2. 조명 정형 유닛(31)

조명 정형 유닛(31)은, 아나모픽 프리즘(31a, 31b)을 포함하여 구성된다. 광원(30)의 3색의 조명광이, 아나모픽 프리즘(31a, 31b)에 의해 각각 특정의 방향으로 확대된다. 조명 정형 유닛(31)에서 정형되는 광속은, 광축에 직교하는 단면의 짧은 직경과 긴 직경의 애스펙트비가 큰 타원 형상(도 3)이 된다.

3-3. 하프 빔 스플리터(32)

하프 빔 스플리터(32)는, 조명 정형 유닛(31)에서 정형된 광을 광 주사 유닛(33)으로 유도하고, 또한 조명·검출 광학 유닛에서 집광되어 광 주사 유닛(33)을 통해 유도되는 광을 릴레이 렌즈(35a, 35b)로 유도한다.

3-4. 광 주사 유닛(33)

도 4는 광 주사 유닛(33)의 모식도이다. 광 주사 유닛(33)은, 전형적으로는 MEMS 광 스캐너이며, 여기에서는 정전 방식의 것을 예시한다. 광 주사 유닛(33)은, 반사면(33a)과 구동 전극(33b, 33c)을 구비하고 있다. 반사면(33a)은, 회전축(33d)으로 지지되어 있으며 회전축(33d)을 중심으로 틸트한다. 구동 전극(33b, 33c)에 전압을 인가함으로써, 회전축(33d)을 중심으로 반사면(33a)의 각도가 변화되고, 하프 빔 스플리터(32)로부터 유도되는 광의 반사 방향을 변화시켜 주사한다. 또한, 본 실시 형태에서는 반사면(33a)에 정전 방식형의 MEMS 미러를 사용하지만, 정전 방식 대신에 전자 방식을 채용하거나, MEMS 미러 대신에 갈바노 미러를 채용하거나 할 수도 있다.

3-5. 릴레이 렌즈(34a, 34b)

릴레이 렌즈(34a, 34b)는, 광 주사 유닛(33)의 반사면(33a)으로부터 유도되는 광을 조명·검출 광학 유닛(4)에 릴레이하고, 그 광의 상을 조명·검출 광학 유닛(4)의 대물 렌즈(43, 44)(후술)의 퓨필면에 형성한다. 즉, 반사면(33a)이 대물 렌즈(43, 44)의 퓨필면과 공액인 위치가 되도록, 릴레이 렌즈(34a, 34b)는 조정되어 있다. 이에 의해, 반사면(33a)의 각도를 변화시켜 빔 스폿(40r, 40g, 40b)으로 시야(1ijk)내를 주사할 수 있다. 또한, 조명·검출 광학 유닛(4)에서 집광된 광은, 릴레이 렌즈(34a, 34b)에서 릴레이되어 광 주사 유닛(33)의 반사면(33a)으로 되돌아간다.

3-6. 릴레이 렌즈(35a, 35b)

릴레이 렌즈(35a, 35b)는, 조명·검출 광학 유닛(4)에서 집광되어 광 주사 유닛(33) 및 하프 빔 스플리터(32)를 통해 유도되는 광을, 간섭 광학 유닛(5) 및 암시야 광학 유닛(6)에 릴레이한다.

4. 조명·검출 광학 유닛(4)

조명·검출 광학 유닛(4)은, 1/4 파장판(42), 편광 빔 스플리터(41), 대물 렌즈(43, 44), 반사 미러(45)를 구비하고 있다.

릴레이 렌즈(34a, 34b)를 통해 조명 광학 유닛(3)으로부터 유도된 광은, 진상축 또는 지상축이 45°회전한 1/4 파장판(42)에서 직선 편광으로부터 원편광으로 변환된다. 이 원편광으로 변환된 광은, 편광 빔 스플리터(41)에 의해 편광 방향의 차이에 따라서 2개로 분리되고, 분리된 광은 각각 대물 렌즈(43, 44)에 입사한다.

대물 렌즈(43)에 입사한 광은, 시료(1)의 표면에 빔 스폿(빔 스폿(40r, 40g, 40b))을 형성한다. 빔 스폿에서 발생한 반사광은, 대물 렌즈(43)에서 집광되어 편광 빔 스플리터(41)로 되돌아간다.

한편, 대물 렌즈(44)에 입사한 광은, 반사 미러(45)의 표면에 동일하게 빔 스폿을 형성한다. 이 빔 스폿에서 발생한 반사광은, 대물 렌즈(44)에서 집광되어 편광 빔 스플리터(41)로 되돌아간다.

시료(1) 및 반사 미러(45)에서 반사되어 편광 빔 스플리터(41)로 되돌아간 반사광은, 1/4 파장판(42)에서 편광 방향이 변환되어, 릴레이 렌즈(34a, 34b)를 통해 광 주사 유닛(33)으로 되돌아간다. 광 주사 유닛(33)으로 되돌아간 광은, 상기 반사면(33a)에서 반사되어, 릴레이 렌즈(34a, 34b)를 통해 간섭 광학 유닛(5) 및 암시야 광학 유닛(6)에 릴레이된다.

5. 간섭 광학 유닛(5)

간섭 광학 유닛(5)은, 조명·검출 광학 유닛(4)에서 집광된 광을 간섭 계측하는 유닛이다. 간섭 광학 유닛(5)은, 결상 렌즈(50), 하프 빔 스플리터(51), 편광 빔 스플리터(52), 1/4 파장판(53), 편광 빔 스플리터(54), 간섭광 센서(55A, 55B, 55C, 55D)를 구비하고 있다.

시료(1) 및 반사 미러(45)에서 반사되어 릴레이 렌즈(35a, 35b)를 통해 전송된 광은, 결상 렌즈(50)를 통해 하프 빔 스플리터(51)에 입사하여 2개로 분리된다.

하프 빔 스플리터(51)에서 분리된 한쪽의 광은, 편광 빔 스플리터(52)로 유도되어 편광 방향에 따라서 다시 2개로 분리된다. 편광 빔 스플리터(52)에서 분리된 2개의 광은, 시료(1) 및 반사 미러(45)에 형성된 빔 스폿의 간섭상을 간섭광 센서(55A, 55B)의 수광면에 각각 형성한다.

하프 빔 스플리터(51)에서 분리된 다른 한쪽의 광은, 진상축 또는 지상축이 45°회전한 1/4 파장판(53)에서 편광 방향을 변화시켜, 편광 빔 스플리터(54)로 유도되어 편광 방향에 따라서 다시 2개로 분리된다. 편광 빔 스플리터(54)에서 분리된 2개의 광은, 시료(1) 및 반사 미러(45)에 형성된 빔 스폿의 간섭상을 간섭광 센서(55C, 55D)의 수광면에 각각 형성한다.

도 5는 간섭광 센서(55A-55D)의 수광면의 모식도이다. 간섭광 센서(55A-55D)에는, 각각 3개의 수광면(55r, 55g, 55b)이 구비되어 있다. 수광면(55r, 55g, 55b)에는, 각각 빔 스폿(40r, 40g, 40b)으로부터의 반사광이 입사하여, 빔 스폿(40r, 40g, 40b)의 상이 연결된다. 빔 스폿(40r, 40g, 40b)은, 반사면(33a)의 각도 변화에 의해 시료(1) 또는 반사 미러(45)의 표면을 주사하지만, 상기와 같이 반사광은 동일한 반사면(33a)에서 반사되어 간섭 광학 유닛(5)으로 유도된다. 그 때문에, 빔 스폿(40r, 40g, 40b)이 주사되어도, 빔 스폿(40r, 40g, 40b)의 상은 항상 대응하는 수광면(55r, 55g, 55b)에 형성된다.

수광면(55r, 55g, 55b)은, 개별의 TDI 센서로서 동작하여, 각각 반사면(33a)에 의한 빔 스폿 주사와 자기의 출력을 동기시킨다. 수광면(55r, 55g, 55b)은 각각, 일차원 배열의 라인 센서(수광 소자군)가 도 5 중의 S1 방향으로 n라인분 배열된 구성을 하고 있다. 시료(1)에 형성되는 빔 스폿(40r, 40g, 40b)이 시료면 상에 있어서 간섭광 센서(55A-55D)의 1화소 사이즈 상당의 거리를 이동할 때마다, 간섭광 센서(55A-55D)는 각 수광면(55r, 55g, 55b)의 1라인분의 신호를 순차적으로 출력한다. 예를 들어 수광면(55r)의 i열째의 라인 센서가 특정 시각 t에 수광하는 광량을 SR(i, t), 1라인 출력하는 간격을 ΔT로 한다. 빔 스폿(40r)이 도 5에 있어서 S1 방향으로 이동하는 경우, 간섭광 센서(55A-55D)가 특정 시각 t에 출력하는 신호 SRO(t)는 다음 식으로 연산된다.

[식 1]

6. 암시야 광학 유닛(6)

암시야 광학 유닛(6)은, 암시야 검출을 행하는 유닛이며, 천공 미러(60), 공간 필터 유닛(61), 결상 렌즈(62), 암시야광 센서(63)를 구비하고 있다.

천공 미러(60)는, 릴레이 렌즈(34a, 34b, 35a, 35b)에 관해, 대물 렌즈(43, 44)의 퓨필과 공액이다. 천공 미러(60)는, 릴레이 렌즈(34a, 34b)의 광축에는 간섭하지 않고, 광축으로부터 소정 거리 이상 벗어난 광을 반사한다. 평활한 반사 미러(45)로부터의 반사광은 균일하게 광축을 따라서 진행하기 때문에, 전부가 천공 미러(60)를 투과하여 간섭 광학 유닛(5)으로 유도된다. 한편, 대물 렌즈(43)에서 집광된 광에는, 시료(1)로부터의 직접 반사광 외에, 이물에서 발생한 산란광이 포함된다. 광축을 따라서 진행하는 직접 반사광은, 반사 미러(45)로부터의 반사광과 함께 천공 미러(60)를 투과하여 간섭 광학 유닛(5)으로 유도된다. 한편, 광축으로부터 벗어나서 진행하는 산란광은, 천공 미러(60)에서 반사되어 공간 필터 유닛(61)으로 유도된다. 공간 필터 유닛(61)으로 유도되는 광은, 모두 시료(1)에서 발생한 산란광이다. 공간 필터 유닛(61)은, 천공 미러(60)에 접근하고 있으며, 천공 미러(60)와 동일하게 대물 렌즈(43, 44)의 퓨필과 공액인 위치에 배치된다. 공간 필터 유닛(61)을 통과한 광은, 결상 렌즈(62)에 의해 암시야광 센서(63)의 수광면에 결상한다. 암시야광 센서(63)에서는, 예를 들어 가장 파장이 짧은 광(405㎚)에 의한 시료(1)의 표면의 이물의 상이 검출된다.

6-1. 공간 필터 유닛(61)

도 6은 공간 필터 유닛(61)의 모식도이다. 공간 필터 유닛(61)은, 모터로 병진 구동되는 로드(61a-61j)를 구비하고 있다. 로드(61a-61e)는 도면 중의 세로 방향으로 연장되며 가로 방향으로 평행하게 배열되어 있고, 로드(61f-61j)는 도면 중의 가로 방향으로 연장되며 세로 방향으로 평행하게 배열되어 있다. 로드(61a-61e)와 로드(61f-61j)가 겹쳐, 로드(61a-61j)는 망상으로 구성되어 있다. 공간 필터 유닛(61)은, 이렇게 하여 망상으로 구성한 로드(61a-61j)에 의해, 시료(1)의 표면에 주기적으로 형성된 패턴으로부터의 회절광을 제거하고, 메시를 통해 이물로부터의 산란광을 투과시킨다. 로드(61a-61e)는 가로 방향으로, 로드(61f-61j)는 세로 방향으로 각각 평행 이동 가능하고, 로드(61a-61e), 로드(61f-61j)의 간격을 각각 변화시킴으로써, 메시의 크기가 조정 가능하다. 공간 필터 유닛(61)에는, 필요한 경우에, 암시야광 센서(63)에서 검출해야 할 파장(405㎚)의 광만을 투과시키는 대역 통과 필터가 조합된다.

도 7은 시료(1)에 형성되는 패턴의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 7은 조명·검출 광학 유닛(4)의 시야(1ijk)를 나타내고 있다. 시료(1)의 표면에는, 도 7에 예시한 콘택트 패턴(10aa-10ad, 10ba-10bd, 10ca…) 등, 규칙적인 패턴이 형성되어 있고, 이들 패턴으로부터의 회절광이 이물의 암시야 검출의 감도를 악화시킨다. 콘택트 패턴은 도통을 취하기 위한 구리제 패턴이며, 지그재그 격자상으로 배치되는 경우가 많다. 도 7의 예에서는, 각각 X 방향으로 일렬로 배열된 콘택트 패턴(10aa-10ad, 10ba-10bd, 10ca…)이 Y 방향으로 일정 피치로 배열되고, Y 방향으로 인접하는 열끼리에서 X축 방향으로 1/2 피치씩 콘택트 패턴의 배치가 어긋나 있다. 이와 같이 패턴이 형성된 시료(1)에 있어서, 패턴이 형성되어 있지 않은 부분은, 일반적으로 이물 검사에 사용하는 조명광에 관해 광학적으로 투명한 이산화실리콘의 투명막(11)으로 덮여 있다. 암시야 광학 유닛(6)의 검출 대상은, 패턴이 형성되어 있지 않은 부분의 투명막(11)에 존재하는 이물(12)이다.

도 6에 도시한 공간 필터 유닛(61)의 로드(61a-61f)에 의해 패턴으로부터의 회절광을 차단함으로써, 패턴으로부터의 회절광에 의한 이물 검사 감도의 악화가 억제된다. 회절광의 광로는 조명광의 파장에 따라 변화된다. 대역 통과 필터를 조합함으로써, 로드(61a-61f)의 차광 대상이 공간 필터 유닛(61)을 투과시키는 파장의 회절광만으로 좁혀지므로, 로드(61a-61f)의 위치 조정이 용이해진다. 또한, 도시하지 않지만, 공간 필터 유닛(61)을 투과하는 광을 모니터하는 카메라, 공간 필터 유닛(61)을 투과하는 광의 광로를 카메라를 향하여 전환하는 가동식 미러를 설치함으로써, 로드(61a-61f)의 조정을 더욱 용이화할 수 있다.

7. 신호 처리 장치(7)

신호 처리 장치(7)는, 예를 들어 컴퓨터이며, 암시야 데이터 처리(71), 간섭 데이터 처리(72), 처리 결과 통합(73)의 기능을 실행한다.

7-1. 암시야 데이터 처리(71)

신호 처리 장치(7)는, 암시야광 센서(63)로부터의 화상 데이터를 입력하여 메모리에 축차적으로 기억한다. 암시야 데이터 처리(71)에서는, 시료(1)에 있어서의 동일 설계 부분끼리의 화상이 비교되고, 데이터의 차분이 큰(예를 들어 역치를 초과하는) 좌표 영역이 결함으로서 판정된다. 이 암시야 데이터 처리(71)의 처리 내용으로서는, 예를 들어 미국 특허 제7889911호 명세서에 기재되어 있는 다이 비교, 셀 비교, 및 이들을 병용한 다이·셀 혼합 비교를 적용할 수 있다. 셀 비교는, 동일 패턴이 반복하여 형성되는 메모리 셀에 대하여, 셀 피치만큼 어긋나게 한 위치끼리(즉 동일 설계의 위치끼리)의 화상을 비교하여 결함을 검출하는 방법으로서 알려져 있다. 도 7에 예시한 콘택트 패턴도 동일 패턴이 반복하여 형성되는 점은 메모리 셀과 동일하여, 셀 비교 등의 결함 검출의 알고리즘은, 콘택트 패턴이 형성된 시료(1)의 결함 검사에도 문제없이 적용할 수 있다.

7-2. 간섭 데이터 처리(72)

간섭 데이터 처리(72)는, 시료(1)의 표면 높이를 연산하는 처리이다. 시료(1)의 표면에는, 구리제의 콘택트 패턴의 부분과 이산화실리콘 투명막의 부분이 있지만, 간섭 데이터 처리(72)에서는 콘택트 패턴 및 이산화실리콘 투명막의 양쪽의 부분에 대하여 표면 높이가 연산된다.

도 8은 도 7 중의 단면선 VIII에 의한 시료(1)의 화살 표시 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 시료(1)는, 실리콘제의 실리콘 기판(14) 상에 이산화실리콘의 투명막(11)이 형성된 구성을 하고 있고, 표면에 형성된 콘택트 패턴(10aa-10ad)이 투명막(11)에 매립되어 있이다. 도 8의 예에서는, 콘택트 패턴(10aa-10ad)보다도 심부(실리콘 기판(14)의 부근)에 구리제의 내부 패턴(13)이 존재한다.

도 7 및 도 8에 예시한 시료(1)의 검사에 있어서, 대물 렌즈(43)로부터 시료(1)에 입사하는 조명광은, 콘택트 패턴(10aa-10ad) 또는 투명막(11)에 입사한다. 콘택트 패턴(10aa-10ad)에 입사하는 조명광은, 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면에서 반사되어 대물 렌즈(43)에서 집광된다. 투명막(11)에 입사하는 조명광은, 투명막(11)을 투과하여 투명막(11) 중의 내부 패턴(13) 또는 막 아래의 실리콘 기판(14)까지 도달하고, 그 반사광이 대물 렌즈(43)에서 집광된다.

(1) 패턴의 표면 높이

먼저, 콘택트 패턴(10aa-10ad)에 입사하는 광에 대하여 생각한다. 이 콘택트 패턴(10aa-10ad)은 구리이며, 투명막(11)의 표면에 노출되어 있다. 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면에서 발생하는 위상차를 Δh, 시료 표면에 있어서의 진폭 반사율을 R, 반사 미러(45)에서 발생하는 위상차를 Δh2로 한다. 간단화를 위해 반사 미러(45)의 반사율은 1, 1/4 파장판(42)에 입사하는 조명광은 P 편광인 것으로 한다. 이 경우, 간섭광 센서(55A, 55B, 55C, 55D)에서 검출되는 파장 λ의 각 광의 광량, I1(λ), I2(λ), I3(λ), I4(λ)에 대하여, 다음의 2개의 관계식이 성립한다.

[식 2]

[식 3]

상기 2식으로부터 이하의 관계식이 얻어진다.

[식 4]

도 9는 파장 405㎚의 조명광이 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면에 입사한 경우에 간섭광 센서(55A, 55B, 55C, 55D)에서 검출되는 광량과 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9의 X축은 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이, Y축은 광량을 나타내고 있다. 광량(801)이 간섭광 센서(55A)에 의한 검출 광량 I1(λ), 광량(802)이 간섭광 센서(55B)에 의한 검출 광량 I2(λ), 광량(803)이 간섭광 센서(55C)에 의한 검출 광량 I3(λ), 광량(804)이 간섭광 센서(55D)에 의한 검출 광량 I4(λ)이다.

도 10은 측정에서 얻어진 도 9의 광량을 기초로 [수 4]의 관계식으로 산출한 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이의 추정값과 실제값의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10의 X축은 도 9의 X축과 동일하고, 측정에 사용한 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 높이를 나타낸다. 도 10의 Y축은 [수 4]로 산출한 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이를 나타내고 있다. 표면 높이의 추정값(901)이 도 10과 같이 구해진다. 검사 장치(100)에서는, 조명측 및 검출측의 양쪽에서 위상이 어긋나기 때문에, 조명광의 파장 405㎚의 1/2가 검출 레인지이다. 추정값(901)에는 값이 파장 405㎚의 1/2 주기로 이산적으로 크게 변화되는 개소가 있다. 그러나, 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면이 매끄럽다라는 가설이 성립하면, 주기성이 있는 추정값(901)에 대하여, 이산적으로 값이 변화되는 개소를 단차분만큼 오프셋 보정하여 그래프가 선형으로 연결되는 것으로 간주할 수 있다. 도 10과 같이 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이는, 측정 광량으로부터 정확하게 구할 수 있다.

도 11은 파장 660㎚의 조명광이 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면에 입사한 경우에 간섭광 센서(55A, 55B, 55C, 55D)에서 검출되는 광량과 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 11의 측정 조건은, 조명광의 파장이 660㎚인 점을 제외하고 도 9의 측정과 동일 조건이다. 광량(1001-1004)이 각각, 간섭광 센서(55A-55D)에서 얻어지는 광량이다. 도 12는 측정에서 얻어진 도 11의 광량을 기초로 [수 4]의 관계식으로 산출한 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이의 추정값과 실제값의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12의 추정값(1006)과 도 10의 추정값(901)을 비교하면, 조명광의 파장의 차이로부터 값이 이산적으로 변화되는 위치가 다른 것, 콘택트 패턴(10aa-10ad)의 표면 높이가 측정 광량으로부터 정확하게 구해져 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 하여 파장이 다른 복수의 조명광에 의한 측정 광량을 사용함으로써, 다이내믹 레인지를 크게 향상시킬 수 있다.

(2) 일정 막 두께의 투명막의 표면 높이

다음으로, 투명막(11)에 입사하는 광에 대하여 생각한다. 투명막(11)의 표면 높이를 구하기 위해서는, 투명막(11)의 굴절률을 미리 알고 있을 필요가 있다. 파장 λ의 조명광에 대하여 투명막(11)의 굴절률을 n1(λ)로 하면, 투명막(11)의 막 중 또는 막 아래의 반사물까지의 거리(막 두께 D)(λ)는 다음 식으로 연산된다.

[수 5]

ρ01(λ)을 공기와 투명막의 경계의 반사율, ρ12(λ)를 투명막과 투명막 중의 반사물의 경계의 반사율로 한다. 계측되는 광량 I1(λ)-I4(λ)에 기초하여, 반사광량 α(λ)는 [수 2]-[수 4]로부터 이하와 같이 구해진다.

[수 6]

[수 7]

또한, σ는 1 또는 -1, m_D는 정수의 값, mh는 정수인 것으로 하면, 투명막(11)의 표면 높이는 이하와 같이 구해진다.

[수 8]

[수 9]

[수 10]

도 13은 파장 405㎚의 조명광이 일정 막 두께의 투명막(11)의 표면에 입사한 경우에 간섭광 센서(55A, 55B, 55C, 55D)에서 검출되는 광량과 투명막(11)의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 13의 X축은 투명막(11)의 표면 높이, Y축은 광량을 나타내고 있다. 광량(1101)이 간섭광 센서(55A)에 의한 검출 광량 I1(λ), 광량(1102)이 간섭광 센서(55B)에 의한 검출 광량 I2(λ), 광량(1103)이 간섭광 센서(55C)에 의한 검출 광량 I3(λ), 광량(1104)이 간섭광 센서(55D)에 의한 검출 광량 I4(λ)이다.

도 14는 측정에서 얻어진 도 13의 광량을 기초로 [수 5]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 검출 광량에 기초하여 2가지의 추정값(1201, 1202)이 얻어지는 것을 알 수 있다. 도 15는 측정에서 얻어진 도 13의 광량을 기초로 [수 8]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 2가지의 추정값(1301, 1302)이 얻어지는 것을 알 수 있다.

도 16은 파장 660㎚의 조명광이 일정 막 두께의 투명막(11)의 표면에 입사한 경우에 간섭광 센서(55A, 55B, 55C, 55D)에서 검출되는 광량과 투명막(11)의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프이다. 광량(1401-1404)이 각각 I1(λ)-I4(λ)이다.

도 17은 측정에서 얻어진 도 16의 광량을 기초로 [수 5]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프이다. 검출 광량에 기초하여 2가지의 추정값(1501, 1502)이 얻어진다. 도 18은 측정에서 얻어진 도 16의 광량을 기초로 [수 8]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프이다. 도 18의 추정값(1601, 1602)과 도 15의 추정값(1301, 1302)을 비교하면, 다른 파장에 대하여 2개씩 얻어지는 해에 공통해가 있고, 구체적으로는 추정값(1301, 1601)이 일치하는 것을 알 수 있다. 따라서, 투명막(11)의 표면 높이에 대해서는, 복수의 파장에 대하여 2개씩 얻어지는 해의 공통해를 선택함으로써, 정확한 값이 구해지는 것을 알 수 있다.

(3) 막 두께가 변화되는 투명막의 표면 높이

도 19는 조명광이 막 두께가 변화되는 투명막(11)의 표면에 입사한 경우에 간섭광 센서(55A, 55B, 55C, 55D)에서 검출되는 광량과 투명막(11)의 표면 높이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 19의 X축은 투명막(11)의 막 두께, Y축은 광량을 나타내고 있다. 이 예에서는 투명막(11)의 표면 높이는 일정한 것으로 한다. 광량(1701)이 간섭광 센서(55A)에 의한 검출 광량 I1(λ), 광량(1702)이 간섭광 센서(55B)에 의한 검출 광량 I2(λ), 광량(1703)이 간섭광 센서(55C)에 의한 검출 광량 I3(λ), 광량(1704)이 간섭광 센서(55D)에 의한 검출 광량 I4(λ)이다. 도 9, 도 11, 도 13, 도 16에서는 검출 광량이 높이 변화에 대하여 삼각 함수상의 휘도 변화였던 것에 대해, 도 19에서는 막 두께의 변화에 대하여 복잡한 명도 변화로 되어 있다.

도 20은 측정에서 얻어진 도 19의 광량을 기초로 [수 5]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프이다. 검출 광량에 기초하여 2가지의 추정값(1801, 1802)이 얻어진다. 도 21은 측정에서 얻어진 도 19의 광량을 기초로 [수 8]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프이다. 검출 광량에 기초하여 2가지의 추정값(1901, 1902)이 얻어진다. 검사 장치(100)에서는, 간섭광 센서(55A-55D)에 있어서 파장이 다른 3개의 조명광에 대하여 각각 동시에 검출 광량이 얻어진다. 즉, 간섭광 센서(55A-55D)에 있어서, 각각 파장 405㎚에 대한 데이터가 얻어지는 것과 동시에 파장 532㎚, 파장 660㎚에 대한 데이터도 얻어진다.

도 22는 투명막(11)의 막 두께를 변화시킨 경우에 각 간섭광 센서(55A-55D)에서 얻어지는 모든 검출 광량의 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 23은 측정에서 얻어진 도 22의 광량을 기초로 [수 5]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 막 두께의 추정값을 나타내는 그래프이다. 도 24는 측정에서 얻어진 도 22의 광량을 기초로 [수 8]의 관계식으로 산출한 투명막(11)의 표면 높이의 추정값을 나타내는 그래프이다. 막 두께도 표면 높이도 다른 파장마다 추정값이 2개씩 산출되지만, X축의 임의의 값에 대하여 표면 높이의 추정값은 도 24에 도시한 바와 같이 4개가 된다. 이것은 다른 파장에서 일부 추정값이 일치하고 있는 것을 나타내고 있다. 이와 같이 하여, 복수의 파장에 의해 산출한 표면 높이의 비교에 의한 투표를 행함으로써, 복수 산출되는 표면 높이, 혹은 투명막 두께를 산출하는 것이 가능해진다.

투명막(11)의 표면 높이 및 막 두께를 얻기 위해서는, 굴절률, 요컨대 투명막(11)의 재질이 사전에 파악되어 있을 필요가 있다. 또한, 상기 설명에서는, ρ01, ρ12와 같은 경계의 반사율을 사용하고 있지만, 이들은 굴절률로부터 산출할 수 있다. 이 경우도 마찬가지로 투표를 행함으로써, 재질을 동정할 수 있다. 계측 시료에 있어서의 계측 중인 부위의 재질은 명확하게는 파악할 수 없지만, 반도체 웨이퍼 등의 제조 공정에 있어서의 평가에 있어서, 시료(1)는, 이산화실리콘, 구리, 실리콘과 같은 몇 가지의 재질로 형성되어 있는 것이 전제가 된다. 예를 들어, 투명막(11)의 재질은 이산화실리콘에 한정되며, 시료(1)의 표면 재질로서는 이산화실리콘 및 구리의 2개가 선택지가 된다. 투명막(11)에 입사한 광이 반사되는 재질로서는, 구리 및 실리콘의 2개가 선택지가 된다. 이들 선택지를 상정하고, 검출 광량에 기초하는 시료(1)의 표면 높이, 및/또는 투명막(11)의 막 두께를 선택지마다의 굴절률로 산출하고, 재질의 선택 설정마다 산출되는 추정값을 비교한다. 선택지가 실제의 재료에 일치하는 검사 부위에 있어서는, 도 24에 도시한 바와 같이 복수의 파장에서 추정값이 일부 공통되기 때문에, 그 동일성의 투표 결과를 기초로 재질을 특정할 수 있다.

(4) 연산 수순

도 25는 간섭 데이터 처리(72)에 의해 시료(1)의 임의의 계측 부위의 표면 높이 및 막 두께를 산출하는 수순을 설명하는 흐름도이다.

먼저, Step1은 측정에 사용하는 광의 파장에 대한 루프이며, 신호 처리 장치(7)는, 임의의 계측 좌표 P1에 대하여, 광의 파장을 순차적으로 전환하여 Step2-5의 수순을 반복한다. 본 실시 형태에서는 광의 파장은 405㎚, 532㎚, 660㎚의 3종류이기 때문에, Step1의 반복수는 3이다.

Step2에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, Step1에서 설정되어 있는 파장의 조건 하에서, 당해 계측 좌표 P1의 표면이 이산화실리콘(투명막(11))이 아닌, 즉 동일(콘택트 패턴)하다고 가정한 경우의 표면 높이를 산출한다. 산출 방법은 전술한 바와 같다.

Step3은, 당해 계측 좌표 P1이 투명막(11)인 것으로 하여 투명막(11)의 선택지에 대한 루프이다. 반도체 기판 등의 경우, 검사 장치(100)에 의한 계측 단계에서 상정되는 투명막(11)의 재질은 이산화실리콘에 한정되는 경우가 많고, 본 실시 형태에 있어서 Step3에서 설정되는 투명막(11)의 재질의 선택지는 이산화실리콘에 한정된다. 따라서, Step2의 반복수는 1이다.

Step4는, 당해 계측 좌표 P1이 투명막(11)인 것으로 하여 조명광이 반사되는 막 중 또는 막 아래의 재질의 선택지에 대한 루프이다. 당해 계측 좌표 P1의 막 중의 재질은 사전에는 알 수 없기 때문에, 선택지로서는 구리나 실리콘과 같은 복수가 상정된다.

Step5에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, Step1에서 설정되어 있는 파장, Step3에서 설정되어 있는 투명막(11)의 굴절률, Step4에서 설정되어 있는 재질의 굴절률에 기초하여, [수 5]-[수 10]의 식을 사용하여 막 두께 및 표면 높이를 산출한다. 여기서, 예를 들어 투명막의 표면 높이는, 전술한 바와 같이 일정하지 않은 mh나 1 또는 -1이 되는 σ의 존재에 의해 복수의 추정값이 후보로서 산출된다.

Step1, Step3, Step4의 선택지의 모든 조합분의 막 두께 및 표면 높이의 추정값을 산출하면, 신호 처리 장치(7)는 Step6으로 수순을 이행한다. Step6은 Step1-Step5에서 산출한 막 두께나 표면 높이의 추정값(후보)에 대한 루프, Step7은 측정에 사용한 광의 파장에 대한 루프이다. Step8에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, Step6, Step7의 설정에 기초하여, 반사광 강도를 산출한다. 반사광 강도는, 반사 미러(45)로부터의 반사광, 투명막(11)의 표면으로부터의 반사광, 막 중의 불투명 물질로부터의 반사광, 및 투명막(11)의 표면과 불투명 물질의 표면의 다중 반사광으로 결정된다. 본 실시 형태에서는 특히, 신호 처리 장치(7)는, Step8에 있어서 Step6에서 설정된 추정값을 기초로 당해 추정값에 관한 파장 λa와는 다른 파장 λb에 대하여 반사광 강도를 산출한다. 그리고, 신호 처리 장치(7)는, 계속되는 Step9에 있어서, Step8에서 산출한 반사광 강도를 파장 λb에서 얻어진 검출 광량과 비교한다. 구체예를 들면, 예를 들어 파장 405㎚의 광에 의한 검출 광량을 기초로 산출된 막 두께 및 표면 높이의 추정값을 사용하여, 예를 들어 파장 660㎚의 광에서 얻어져야 할 반사광 강도를 산출하는 교차 검증을 실행한다. 막 두께 및 막 표면 높이의 추정값이 실제의 값과 동일하면, Step9에 있어서 반사광 강도의 추정값과 검출 광량이 일치한다.

신호 처리 장치(7)는, Step6에서 설정한 막 두께 및 표면 높이의 추정값에 관해 모든 파장에 대하여 Step9의 처리를 실행하면, Step10에 있어서, 모든 파장에 대하여 통합된 평가값을 산출한다. Step10의 알고리즘으로서는, 예를 들어 Step9에서 산출된 반사광 강도(산출값)와 검출 광량의 차분을 비교하고, 파장마다 최대의 차분을 평가값으로서 산출하는 예를 채용할 수 있다. 평가값으로서는, 이것 이외에도, 평균값이나 중앙값 등의 통계 방법으로 알려진 값을 적절히 채용할 수 있다. Step11의 알고리즘으로서는, Step10에서 산출된 평가값의 최솟값을 선택하고, 이 최소의 평가값에 관한 막 두께 및 표면 높이의 추정값을, 좌표 P1의 막 두께·표면 높이의 계측값으로 결정하는 예를 채용할 수 있다.

Step6의 루프를 종료하여 추정값마다 Step10의 평가값을 산출하면, 신호 처리 장치(7)는, Step11로 이행하여 평가값이 최량이 되는 막 두께·표면 높이의 추정값을 추출하고, 이것을 당해 좌표 P1의 막 두께·표면 높이의 계측값으로 결정한다.

또한, 도 25의 예에서는 반사광 강도를 산출하여 교차 검증을 하는 방식에 대하여 설명하였지만, Step5에서 산출되는 표면 높이나 막 두께의 추정값을 다른 파장끼리에서 비교하여 일치성을 평가하고, 가장 많이 산출되는 추정값을 계측값으로 결정하는 알고리즘을 채용할 수도 있다. 도 26은 그 알고리즘을 채용한 표면 높이 및 막 두께의 산출 수순의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.

도 26에 있어서, Step1-Step5는 도 25의 Step1-Step5와 동일한 처리이다. Step1, Step3, Step4의 선택지의 모든 조합분의 막 두께 및 표면 높이의 추정값을 산출하면, 신호 처리 장치(7)는 Step20으로 수순을 이행한다. Step20은, 특정 파장 λ1을 사용하여 산출된 표면 높이 및 막 두께의 추정값(후보)에 대한 루프이다. 예를 들어 특정 파장을 405㎚로 하는 경우, 파장 405㎚의 광을 사용한 검출 광량에 기초하여, 시료 표면에 투명막(11)이 형성되어 있다고 가정하여 산출된 추정값에 대해서는, 투명막(11) 및 막 내의 반사 물질의 재질이 조건으로서 설정된다. 이 조건의 설정을 파장 405㎚의 광을 사용한 검출 광량을 기초로 산출된 표면 높이 및 막 두께의 페어수만큼 반복한다.

Step21은, 특정 파장 λ1 이외에 사용한 광의 파장 λ2에 대한 루프이다. 예를 들어 Step20에서 특정 파장 λ1=404㎚로 설정되는 것으로 하고, 본 실시 형태의 경우에는 Step21에서는 파장 λ2로서 532㎚, 660㎚가 순차적으로 설정된다.

Step22에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, Step20에서 설정된 재질에 관해 파장 λ2에 대하여 산출된 표면 높이 및 막 두께의 추정값 중, 특정 파장 λ1의 광에 대하여 산출된 표면 높이 및 막 두께의 추정값과 가장 가까운 것을 선택한다. 일례로서, 전술한 도 14, 도 15, 도 17, 도 18의 예에 해당된다. 이 경우, 파장 λ2(660㎚)에 관한 막 두께 및 표면 높이의 추정값(1501, 1502, 1601, 1602) 중, 추정값(1501, 1601)이 동일한 재질 가정 하에서 특정 파장 λ1(405㎚)에 관한 막 두께 및 표면 높이의 추정값(1201, 1301)에 가장 가깝다. 도 14, 도 15, 도 17, 도 18의 재질 가정 하에서는, Step22에 있어서 추정값(1501, 1601)이 파장 λ2에 대한 막 두께 및 표면 높이의 계측값 후보로서 선택된다. 이와 같은 계측값 후보의 선택을, 모든 파장(본 예에서는 532㎚, 660㎚)에 대하여 실행한다(Step23, 루프 (g)).

Step23에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, Step20에서 설정한 재질에 대하여 파장 λ2마다 Step22에서 얻어진 계측값 후보로부터, Step22에서 계측값 후보와 비교한 특정 파장 λ1에 관한 추정값과의 괴리가 최대가 되는 값을, 당해 재질에 대한 평가값으로 한다. 재질의 가정이 올바르면, 파장 λ2에 상관없이 계측값 후보는 특정 파장 λ1에 대한 추정값에 일치한다. 재질의 가정이 잘못되어 있는 경우, 파장 λ2마다 선택한 계측값 후보 중 적어도 1개가 특정 파장 λ1에 관한 추정값으로부터 괴리된다.

Step20에서 설정한 재질마다 Step23의 평가값을 결정하면, 신호 처리 장치(7)는 Step24로 수순을 이행한다. Step24에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, 재질마다 Step23에서 결정한 평가값으로부터 최량값을 선택하고, 이 최량값에 관한 재질 가정을 적정 가정으로 판정하고, 적정 가정에 관한 계측값 후보를 당해 좌표 P1에 있어서의 막 두께 및 표면 높이의 계측값으로 결정한다.

(5) 결함 판정

도 27은 신호 처리 장치(7)에 의한 시료(1)의 결함 검사에 관한 기능 블록의 일례를 도시하는 블록도이다.

검사 장치(100)에 있어서, 신호 처리 장치(7)에는, 다른 4개의 편광과 다른 3개의 파장의 곱으로, 동일 영역에 대하여 12개의 화상 데이터가 입력된다. 신호 처리 장치(7)는, 처리(7201)에 있어서 간섭 데이터로부터 시료 표면의 높이 및 막 두께의 계측값을 산출한다. 처리(7201)로서, 구체적으로는 도 25 또는 도 26에서 설명한 알고리즘을 채용할 수 있다.

계속되는 처리(7202)에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, 시료(1)의 높이 변동에 따라서 시료 표면의 높이 및 막 두께의 계측값을 보정한다. 계측값은 나노미터 오더이기 때문에, 시료(1)의 보유 지지 상태 등으로 시료 표면의 높이의 계측값이 변화된다. 따라서, 시료(1)의 계측 좌표 근방의 대표적인 높이의 값과 표면 높이의 계측값의 차분을 산출하고, 산출한 차분을 보정값으로 하여 계측값을 보정한다. 대표적인 높이의 값으로서는, 예를 들어 계측 좌표를 포함하는 시료(1)의 소정 영역의 높이의 평균값이나 중앙값, 저주파 투과 필터로 필터링한 높이의 값을 사용할 수 있다. 신호 처리 장치(7)는, 처리(7203)에 있어서 보정 후의 시료(1)의 표면 높이의 데이터를 메모리에 저장한다. 이 데이터에는, 시료(1)의 좌표마다의 표면 재질(이산화실리콘, 구리 등)의 데이터도 포함시킬 수 있다.

다음으로, 처리(7204)에 있어서, 신호 처리 장치(7)는, 시료(1)의 표면의 이상 판정을 행한다. 이상 판정의 방법으로서는, 처리(7203)에서 메모리에 저장된 보정 후의 표면 높이의 계측값이 적정한 높이 범위(설정값)에 수렴되어 있는지 여부로 이상을 판정할 수 있다. 또한, 설정값과의 비교에 한하지 않고, 동일 칩에 있어서의 동일 설계의 부위끼리에서 보정 후의 표면 높이를 비교하고, 그 차분이 적정 범위에 들어가 있는지 여부로 이상을 판정하는 방법도 적용할 수 있다. 다른 시료(1)의 동일 위치끼리 보정 후의 표면 높이를 비교하거나, 또는 동일한 시료(1)에 있어서의 다른 칩의 대응 위치끼리에서 보정 후의 표면 높이를 비교하고, 그 차분이 적정 범위에 들어가 있는지 여부로 이상을 판정하는 방법도 적용할 수 있다. 이들 방법을 조합한 방식도 적용 가능하다.

또한, 신호 처리 장치(7)는, 얻어진 데이터를 기초로, 처리(7205)에 있어서 판정된 영역의 특징량을 추출한다. 여기서 추출하는 특징량으로서는, 예를 들어 처리(7204)에서 이상으로 판정된 영역의 표면의 러프니스, 높이의 변동(평균 높이, 최대 높이, 최소 높이 등)을 들 수 있다. 러프니스는, 암시야광 센서(63)에서 측정되는 이물 신호 이외의 산란광 신호로부터 얻을 수 있다. 또한, 콘택트 패턴(표면 재질이 구리로 추정되는 부위)과 투명막(11)(표면 재질이 이산화실리콘으로 추정되는 부위)의 단차에 대하여, 예를 들어 평균값이나 최댓값을 산출할 수도 있다. 단차에 대해서는, 정부, 즉 콘택트 패턴과 투명막 중 어느 쪽이 높은지의 데이터도 얻을 수 있다.

7-3. 처리 결과 통합(73)

신호 처리 장치(7)는, 처리 결과 통합(73)의 처리에 있어서, 간섭 데이터 처리(72) 및 암시야 데이터 처리(71)에서 얻어진 데이터에 기초하여, 예를 들어 표면 높이가 적정 범위를 벗어나 있는 좌표, 이물(12)이 검출된 좌표를 출력한다. 또한, 신호 처리 장치(7)는, 시료의 표면 높이나 막 두께의 계측값을 기억 장치(84)에 저장하고, 유저의 UI(82)의 조작에 따라서, 예를 들어 조작에 의해 지정된 영역의 시료 표면 높이의 맵을 모니터(83)에 표시할 수 있다.

도 28은 출력 화면의 일례를 도시하는 도면이다. 도 28은 시료(1)가 반도체 웨이퍼인 경우를 예시하고 있다. 시료(1)의 맵(8301)에는, 검출된 결함(8302)이 표시되어 있다. 또한, 도 28의 화면에는, 맵(8301)에 있어서 유저에게 지정된 지정 영역(8303)의 표면 높이 맵(8304)이, 높이에 따라서 표시색이나 농담이 다른 표시 형식으로 확대 표시되어 있다. 표면 높이 맵(8304)에 있어서 종횡으로 연장되는 단면선(8306, 8307)을 조작하여 원하는 위치로 이동시킴으로써, 표면 높이 맵(8304)에 있어서의 원하는 부위의 시료(1)의 단면 파형(8308, 8309)이 표시된다. 또한, 표면 높이 맵(8304)에 있어서 프레임(8305)을 조작하여 원하는 위치로 이동시킴으로써, 프레임(8305)으로 지정한 영역의 특징량의 데이터(8310), 예를 들어 프레임(8305)의 영역 내의 최대 높이, 최소 높이, 높이의 분산과 같은 데이터가 표시된다.

8. 효과

(1) 본 실시 형태에 따르면, 상기와 같이 간섭광을 사용함으로써, 광학적으로 투명한 막 중에 존재하는 구리 배선 등으로부터의 반사에 영향을 받지 않고, 반사율이 낮은 투명막(11)의 표면 높이나 두께를 한 번의 주사에 의해 고스루풋으로 계측할 수 있다. 이와 같이, 반도체 기판이나 박막 기판 등의 제조 라인에 있어서, 기판 표면의 투명막의 막 두께 및 표면 높이를 고정밀도로 고속으로 계측할 수 있다.

(2) 또한, 투명막(11)에 대해서는, 도 17이나 도 18 등에서 설명한 대로, 간섭광의 검출 광량을 기초로 표면 높이나 막 두께를 일의로 산출할 수 없다. 그것에 반해, 본 실시 형태에서는, 간섭광 센서(55A-55D)에 의해 파장이 다른 간섭광을 동시에 검출하고, 파장마다 산출한 표면 높이 등의 추정값을 대조함으로써, 복수 있는 추정값으로부터 고신뢰성의 계측값을 산출해 낼 수 있다. 또한, 대조되는 추정값은, 빔 스폿의 후보 재질의 경우 구분에 의해 산출되기 때문에, 계측값의 결정에 수반하여 빔 스폿의 후보 재질도 동정된다.

(3) 또한, 계측된 시료(1)의 부위마다의 표면 높이나 막 두께의 데이터로부터, 막 두께 이상 등의 결함을 판정할 수도 있다.

(4) 간섭광으로부터 암시야광을 분광하여 추출함으로써, 시료(1)의 표면의 이물 등의 결함 검사도 동시에 고정밀도로 실시할 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 29는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 검사 장치의 일 구성예를 도시하는 모식도이다. 도 29에 있어서 제1 실시 형태의 검사 장치(100)와 동일하거나 또는 대응하는 요소에 대해서는, 도 1과 동일한 부호를 붙이고 적절히 설명을 생략한다.

9. 조명 광학 유닛(3)

본 실시 형태에서는, 3색의 단색광을 개별로 출사하는 멀티 라인 레이저 광원이 아니라, 백색광을 출사하는 레이저 광원을 광원(30)으로 사용하고 있다. 제1 실시 형태의 검사 장치(100)에서는, 편평한 가우스 빔을 광 주사 유닛(33)에서 조작하는 구성을 채용하였지만, 제2 실시 형태의 검사 장치(100)에서는, 등방적인 가우스 빔을 조명하는 구성을 채용하고 있다. 이 때문에, 아나모픽 프리즘를 사용하는 조명 정형 유닛(31)(도 1)은 빔 익스팬더(37)로 치환되어 있다. 이것에 수반하여 광 주사 유닛(33)(도 1)은 불필요해져, 본 실시 형태에서는 생략되어 있다.

10. 빔 익스팬더(37)

빔 익스팬더(37)는, 입사하는 조명광의 광속 직경을 확대하는 유닛이며, 복수의 렌즈(37a, 37b)를 갖는다. 도 29에서는, 렌즈(37a)로서 오목 렌즈, 렌즈(37b)로서 볼록 렌즈를 사용한 갈릴레오형의 빔 익스팬더(37)를 예시하고 있다. 빔 익스팬더(37)에는, 렌즈(37a, 37b)의 간격 조정 기구(줌 기구)가 구비되어 있고, 렌즈(37a, 37b)의 간격을 조정함으로써 광속 직경의 확대율이 변화된다. 빔 익스팬더(37)에 의한 광속 직경의 확대율은, 예를 들어 5배 내지 10배 정도이고, 이 경우, 레이저 광원(30)으로부터 출사된 조명광의 빔 직경이 1㎜인 것으로 하면, 조명광의 빔계가 5㎜ 내지 10㎜ 정도로 확대된다. 빔 익스팬더(37)에 입사하는 조명광이 평행 광속이 아닌 경우, 렌즈(37a, 37b)의 간격 조정에 의해 광속 직경과 아울러 콜리메이트(광속의 준평행광화)도 가능하다. 단, 광속의 콜리메이트에 대해서는, 빔 익스팬더(37)의 상류에 빔 익스팬더(37)와는 별개로 콜리메이트 렌즈를 설치하는 구성으로 해도 된다. 빔 익스팬더(37)를 경유한 조명광은, 조명 렌즈(38)를 통해 조명·검출 광학 유닛(4)으로 유도된다.

11. 조명·검출 광학 유닛(4)

조명 렌즈(38) 및 1/4 파장판(42)을 통해 편광 빔 스플리터(41)에 입사한 조명광은, 편광 빔 스플리터(41)에 의해 2개의 직교한 편광의 광으로 분리된다. 분리된 광 중 한쪽은 진상축 또는 지상축이 45°회전한 1/4 파장판(46)에서 원편광이 되어, 대물 렌즈(43)를 통해 시료(1)에 조사된다. 시료(1)로부터의 반사광은, 다시 1/4 파장판(46)에 입사하여, 편광 빔 스플리터(41)로부터 입사되는 조명광과 편광이 90° 어긋나게 되고, 편광 빔 스플리터(41)를 투과하여, 릴레이 렌즈(48a, 48b)를 통해 간섭 광학 유닛(5) 및 암시야 광학 유닛(6)으로 유도된다. 편광 빔 스플리터(41)에서 분리된 다른 한쪽의 광은 진상축 또는 지상축이 45°회전한 1/4 파장판(47)에서 원편광이 되어, 대물 렌즈(44)를 통해 반사 미러(45)에 조사된다. 반사 미러(45)로부터의 반사광은, 다시 1/4 파장판(47)에 입사하여, 편광 빔 스플리터(41)로부터 입사되는 조명광과 편광이 90° 어긋나게 된다. 편광이 90° 어긋나게 된 반사광은, 그 후 편광 빔 스플리터(41)에서 반사되어, 릴레이 렌즈(48a, 48b)를 통해 간섭 광학 유닛(5) 및 암시야 광학 유닛(6)으로 유도된다. 이렇게 하여 시료(1) 및 반사 미러(45)로부터의 각 반사광의 간섭광이, 릴레이 렌즈(48a, 48b)를 통해 간섭 광학 유닛(5) 및 암시야 광학 유닛(6)으로 유도된다.

12. 간섭 광학 유닛(5)

간섭 광학 유닛(5)에 대해서는, TDI 센서인 간섭광 센서(55A-55D)가 2D센서인 간섭광 센서(56A-56D)로 변경되어 있는 점에서, 도 1의 검사 장치(100)와 다르다. 도 30은 간섭광 센서(56A-56D)의 개략도, 도 31은 간섭광 센서(56A-56D)에 구비된 수광 소자 어레이의 모식도이다. 도 30에 도시한 바와 같이, 간섭광 센서(56A-56D)는 3판식의 카메라이며, 파장 660㎚, 532㎚, 405㎚의 광을 검출하는 3개의 수광 소자 어레이(56r, 56g, 56b)를 각각 구비하고 있다. 간섭광 센서(56A-56D)에 입사한 간섭광은, 3개의 프리즘으로 각각 파장 660㎚, 532㎚, 405㎚의 광으로 분광되어, 수광 소자 어레이(56r, 56g, 56b)에 입사한다. 수광 소자 어레이(56r, 56g, 56b)는, 도 31에 도시한 대로 2차원으로 배열된 다수의 수광 소자를 구비하고 있다.

그 밖의 구성에 대하여, 본 실시 형태는 제2 실시 형태와 마찬가지이다. 제1 실시 형태에서는 멀티 라인 레이저 광원을 사용하여 파장이 다른 복수의 조명광을 사용하였지만, 본 실시 형태와 같이 통상의 조명광을 사용하여, 간섭광을 수광 소자 어레이(56r, 56g, 56b)로 유도하는 과정에서 파장에 따라서 분광하는 구성으로 해도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(제3 실시 형태)

제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 검사 장치(100)에서는, 스테이지(2)가 스텝 앤드 리피트 동작을 반복하는 주사 방식을 채용하였다. 그것에 반해, 본 실시 형태에서는, 스테이지(2)는 일정 스피드로 연속적으로 동작하여, 정지하지 않고 시료(1)의 전체면을 주사한다. 또한, 본 실시 형태의 검사 장치(100)는, 시료(1)에 대한 조명광의 입사각을 조정하는 유닛을 구비한다.

13. 조명 광학 유닛(3)

도 32는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 검사 장치의 일 구성예를 도시하는 모식도이다. 도 32에 있어서 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 검사 장치(100)와 동일한 또는 대응하는 요소에 대해서는, 도 1 또는 도 29와 동일 부호를 붙이고 적절히 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 검사 장치(100)에는, 미러(39a, 39b)를 갖는 조명 입사 각도 조정 유닛(39)이 구비되어 있다. 조명 입사 각도 조정 유닛(39)은, 조명 정형 유닛(31)에서 편평하게 정형된 조명광에 의한 조명 각도를 변화시킨다. 조명 각도는, 제어 장치(81)로부터의 지령에 따라서 구동되는 구동 장치(도시하지 않음)에 의해 미러(39b)가 구동되어 이동함으로써 조정된다. 미러(39b)를 구동함으로써, 시료(1)에 대하여 사방으로부터 조명하는 사방 조명과, 제1 및 제2 실시 형태와 동일하게 시료(1)에 대하여 수직으로 조명하는 낙사 조명으로 전환 가능하다. 미러(39b)는, 대물 렌즈(43, 44)의 퓨필면과 공액인 위치에 배치된다. 미러(39b)에서 반사된 조명광은 릴레이 렌즈(34a, 34b)를 통해 1/4 파장판(42)에 입사한다. 1/4 파장판(42)을 투과한 광은 편광 빔 스플리터(41)에 의해 편광 방향에 따라서 분리된다.

편광 빔 스플리터(41)에서 분리되어 대물 렌즈(43)를 향하는 광은, S 편광 조명으로 사방으로부터 시료(1)에 조사되어 빔 스폿을 형성한다. 시료(1)로부터의 반사광은, 대물 렌즈(43)에서 집광되어 진상축 또는 지상축이 45° 회전한 1/2 파장판(46-2)에 입사한다. 1/2 파장판(46-2)에서 편광 방향이 90° 회전한 반사광은, 편광 빔 스플리터(41)를 투과하여, 릴레이 렌즈(48a, 48b)를 통해 간섭 광학 유닛(5) 및 암시야 광학 유닛(6)으로 유도된다.

한편, 편광 빔 스플리터(41)에서 분리되어 대물 렌즈(44)를 향하는 광은, 진상축 또는 지상축이 45° 회전한 1/2 파장판(47-2)에 입사하여, 편광 방향이 90° 회전한 S 편광이 되어 반사 미러(45)에 빔 스폿을 형성한다. 반사 미러(45)로부터의 반사광은, 대물 렌즈(44)에서 집광되어 편광 빔 스플리터(41)에서 반사되어, 시료(1)로부터의 반사광과의 간섭광으로서 릴레이 렌즈(48a, 48b)를 통해 간섭 광학 유닛(5) 및 암시야 광학 유닛(6)으로 유도된다.

상기와 같이, 1/2 파장판(46-2, 47-2)은, 양쪽 모두 대물 렌즈(43, 44)의 퓨필 유효경의 절반 정도만을 커버하고 있어, 대물 렌즈(43, 44)에 대하여 입사 또는 출사되는 광 중 어느 것만을 통과시키도록 구성되어 있다.

도 33은 이산화실리콘의 반사 특성을 도시하는 도면이며, 투명막의 표면에 있어서의 입사각 및 반사율의 대응의 편광에 의한 차이를 나타내고 있다. X축이 입사각, Y축이 반사율을 나타내고 있다. 시료(1)의 표면 높이를 안정적으로 계측하기 위해서는, 가능한 한 투명막의 표면에 있어서의 반사율을 높이는 것이 유효하다. 특성(2701)은 S 편광의 반사율 특성, 특성(2702)은 P 편광의 반사율 특성을 나타낸다. 입사각을 크게 하면, P 편광에 대하여 S 편광의 반사율이 높아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 시료(1)에 빔 스폿을 형성할 때, 본 실시 형태와 같이 S 편광으로 사방으로부터 조명광을 입사시킴으로써, 투명막의 표면 높이를 안정적으로 산출할 수 있다.

14. 스테이지(2)

도 34는 본 실시 형태에 관한 검사 장치에 구비된 스테이지(2)에 의한 주사 궤도를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태의 검사 장치(100)에 구비된 스테이지(2)에는, XY 스테이지에 더하여 θ 회전 스테이지(도시하지 않음)가 탑재되어 있다. 회전 속도는, 간섭광 센서(55A-55D)에 채용되는 TDI 센서의 수광 소자의 데이터 전송 속도와 동기하도록 설정된다. XY 스테이지에 의한 병진 동작과 θ 회전 스테이지에 의한 회전 동작의 조합에 의해 빔 스폿에 대하여 시료(1)가 회전하면서 이동하여, 도 34에 도시한 바와 같이, 시료(1)의 중심으로부터 외연까지 나선상의 궤적을 그려 빔 스폿이 이동하여 시료(1)의 전체 표면이 주사된다. 빔 스폿은, 시료(1)가 s1 방향으로 1회전하는 동안에 빔 스폿의 s2 방향의 길이 이하의 거리만큼 s2 방향으로 이동한다.

또한, 도 35는 본 실시 형태에 있어서의 시료(1)의 주사 궤도의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 35의 예는, XY 스테이지만을 구동한 주사 궤도를 나타내고 있다. 본 예에 있어서, 빔 스폿은 나선 궤도가 아니라 직선 궤도를 겹쳐서 시료(1)의 표면을 주사한다. 구체적으로는, X 스테이지를 s1 방향으로 정속으로 병진 구동하고, Y 스테이지를 소정 거리(예를 들어 빔 스폿 BS의 s2 방향의 길이 이하의 거리)만큼 s2 방향으로 구동한 후, 다시 X 스테이지를 s1 방향으로 되꺾어 병진 구동한다. 이에 의해 빔 스폿이 s1 방향으로의 직선 주사와 s2 방향으로의 이동을 반복하여 시료(1)의 전체 표면을 주사한다. 이 주사 방식에 비해, 도 34에 도시한 나선 주사 방식은 왕복 동작을 수반하지 않으므로 단시간에 시료(1)의 검사가 완료된다.

15. 암시야 광학 유닛

도 36은 본 실시 형태에 관한 검사 장치에 구비된 암시야 광학 유닛(6)의 천공 미러(60)의 개략도를 도시한다. 도 36에서는, S2 방향으로 간격을 두고 배치한 2개의 바 미러를 구비한 구성의 천공 미러(60)를 예시하고 있다.

도 36에 도시한 빔 스폿(40r, 40g, 40b)은 시료(1)에 형성되는 것을 설명의 편의상 가상적으로 나타낸 것이며, 실제로 도 36에 도시한 바와 같이 천공 미러(60)에 형성되는 것은 아니다. 빔 스폿(40r, 40g, 40b)은 S2 방향으로 길고, S2에 직교하는 방향으로 짧기 때문에, 대물 렌즈(43, 44)의 퓨필 공액면에 배치되는 천공 미러(60)에 있어서는 S2 방향으로 짧고, S2에 직교하는 방향으로 긴 광속이 된다. 따라서, 시료(1) 및 반사 미러(45)로부터의 간섭광은, S2와 직교하는 방향으로 연장되는 2개의 바 미러의 간격을 통과하고, 광속으로부터 어긋난 광로를 진행하는 시료(1)로부터의 암시야광(산란광)이 바 미러에서 반사된다. 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는 특별히 설명하고 있지 않지만, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 검사 장치(100)에 있어서도 도 36에 도시한 것과 마찬가지의 구성의 천공 미러(60)를 채용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 사방 조명 시에는 S2 방향으로 경사져 시료(1)에 조명광이 입사하도록 구성함으로써, 천공 미러(60)의 2개의 바 미러의 간격을 크게 설정할 수 있게 된다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 검사 장치(100)에서는, 미러(39b)를 구동함으로써 사방 조명과 낙사 조명이 전환되어, 조명광의 광로가 오프셋된다. 이것에 수반하여 간섭광의 광로도 오프셋되기 때문에, 천공 미러(60)는, 도 32에 화살표로 나타낸 바와 같이 미러(39b)에 동기하여 이동하도록 구성되어 있다.

그 밖의 구성에 대하여, 본 실시 형태는 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태와 마찬가지이다. 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 사방 조명이 가능하게 됨으로써, 전술한 바와 같이 투명막(11)의 표면 높이의 계측 정밀도의 향상을 기대할 수 있고, 또한 암시야광에 의한 결함의 검사 정밀도도 향상된다.

(변형예)

본 발명은 이상의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기한 실시 형태는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.

상기 각 구성, 기능, 처리, 처리 수단 등은, 그것들의 일부 또는 전부를, 예를 들어 집적 회로 등의 하드웨어로 실현해도 된다. 상기 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하여 실행함으로써, 소프트웨어로 실현해도 된다. 각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 각종 기억 매체에 저장할 수 있다. 각종 기억 매체로서는, 예를 들어 메모리, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치, 또는 플래시 메모리 카드, DVD(Digital Versatile Disk) 등을 들 수 있다.

각 실시 형태에 있어서, 신호의 입출력선은, 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모두를 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는, 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1: 시료
7: 신호 처리 장치
30: 광원
43: 대물 렌즈(제1 광학 유닛)
44: 대물 렌즈(제2 광학 유닛)
41: 편광 빔 스플리터(간섭 광학 유닛)
45: 반사 미러
55A-55D: 간섭광 센서
55b, 55g, 55r: 수광면
56A-56D: 간섭광 센서
56b, 56g, 56r: 수광면
60: 천공 미러(광로 분기 유닛)
61: 공간 필터
63: 암시야광 센서
100: 검사 장치

Claims (12)

1. 광이 투과하는 투명막 및 불투명 물질로 표면이 형성된 시료를 검사하는 검사 장치이며,
   광원과,
   상기 광원이 출사하는 조명광을 시료에 조사하여, 상기 시료에서 반사되는 제1 반사광을 집광하는 제1 광학 유닛과,
   상기 조명광을 반사 미러에 조명하여, 상기 반사 미러에서 반사되는 제2 반사광을 집광하는 제2 광학 유닛과,
   상기 제1 반사광 및 상기 제2 반사광을 간섭시켜 간섭광을 얻는 간섭 광학 유닛과,
   상기 간섭광의 소정의 편광 성분의 반사광 강도를 검출하는 복수의 간섭광 센서와,
   상기 간섭광 센서의 검출 광량을 처리하는 신호 처리 장치를 구비하고,
   상기 신호 처리 장치는, 상기 간섭광 센서의 검출 광량과 상기 투명막 및 상기 불투명 물질의 굴절률에 기초하여, 상기 시료의 임의의 좌표가 상기 투명막 및 상기 불투명 물질 중 어느 것인지를 동정하고, 상기 좌표에 있어서의 상기 시료의 표면 높이 또는 막 두께를 연산에 의해 계측하는 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 간섭광 센서는, 상기 조명광의 반사광을 파장이 다른 광마다 검출하고,
   상기 신호 처리 장치는,
   상기 파장마다, 검출 광량에 기초하여 상기 표면 높이 또는 상기 막 두께의 추정값을 1개 또는 복수 산출하고,
   상기 파장마다의 1개 또는 복수의 상기 추정값을 대조하고, 상기 파장마다 산출한 1개 또는 복수의 상기 추정값으로부터 1개를 상기 표면 높이 또는 상기 막 두께의 계측값으로 선택하여 출력하는 검사 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 간섭광 센서는, 상기 조명광의 반사광을 파장이 다른 광마다 검출하고,
   상기 신호 처리 장치는,
   상기 투명막 및 상기 불투명 물질의 후보 재질의 굴절률을 적어도 1개씩 기억하고 있고,
   상기 좌표에 입사한 상기 조명광이 상기 불투명 물질에서 직접 반사되는 경우, 및 상기 투명막을 통해 상기 불투명 물질에서 반사되는 경우로 경우 구분하여, 상기 좌표의 1개 또는 2개의 후보 재질을 가정하고,
   가정한 후보 재질의 굴절률과 상기 간섭광 센서에서 개별로 얻어지는 상기 파장마다의 검출 광량을 기초로, 상기 표면 높이 또는 상기 막 두께의 추정값을 상기 파장마다 1개 또는 2개 산출하고,
   상기 파장마다 산출한 상기 추정값을 대조하고, 상기 파장마다 1개 또는 2개 산출한 추정값으로부터 1개를 선택하여 상기 표면 높이 또는 상기 막 두께의 계측값으로 결정하여 출력하는 검사 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 신호 처리 장치는, 상기 계측값으로 결정한 추정값에 관한 후보 재질을 상기 좌표의 재질로서 동정하는 검사 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 신호 처리 장치는,
   상기 파장마다 산출한 상기 추정값을 대조하여 상기 계측값을 결정하는 처리로서,
   상기 파장마다 검출 광량을 기초로 산출되는 상기 추정값이, 동일한 후보 재질에 대하여 다른 파장에서도 동일하게 산출되기 위해 검출되어야 할 상기 다른 파장의 광량을 산출하고,
   상기 다른 파장의 광량의 산출값을 상기 검출 광량과 비교하고,
   상기 산출값과의 괴리가 가장 작은 추정값을 상기 계측값으로 결정하는 검사 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 신호 처리 장치는,
   상기 파장마다 산출한 상기 추정값을 대조하여 상기 계측값을 결정하는 처리로서,
   동일한 후보 재질에 대하여 다른 파장에 기초하여 산출된 상기 추정값끼리를 비교하고,
   모든 파장의 상기 추정값이 일치 또는 차분이 허용값 이하인 후보 재질을 상기 좌표의 재질로서 동정하고, 당해 재질에 관한 상기 추정값을 상기 계측값으로 결정하는 검사 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 광원은, 상기 조명광으로서 파장이 다른 복수의 단색광을 출사하고,
   상기 간섭광 센서는, 상기 조명광의 파장마다의 반사광을 개별로 검출하는 복수의 수광면을 구비하고 있는 검사 장치.
8. 제3항에 있어서,
   상기 간섭광 센서는, 파장마다 분광한 반사광을 개별로 검출하는 복수의 수광면을 구비하고 있는 검사 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 신호 처리 장치는,
   상기 시료의 표면 높이를 소정 영역마다 계측하고,
   계측 결과가 소정 범위에 들어가 있는지 여부를 판정하고,
   상기 계측 결과가 소정 범위를 벗어난 영역을 결함으로서 출력하는 검사 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 간섭광 센서가 4개 구비되어 있고, 4개의 간섭광 센서에서 각각 45° 씩 편광 방향이 어긋난 광을 검출하는 검사 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 유닛은, 상기 시료의 표면에 사방으로부터 S 편광으로 상기 조명광을 조명하는 검사 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 유닛 및 상기 제2 광학 유닛에서 집광하는 반사광으로부터 암시야광을 분리하는 광로 분기 유닛과,
    상기 광로 분기 유닛에서 분리된 상기 암시야광으로부터 회절광을 제거하는 공간 필터와,
    상기 공간 필터를 투과한 상기 암시야광을 검출하는 암시야광 센서를 구비하고,
    상기 신호 처리 장치는, 상기 암시야광 센서의 출력을 기초로 상기 시료의 결함을 검출하는 검사 장치.