JP2004061371A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の波長を短くしなくても、さらに微細なピッチの繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の欠陥検査を行える簡易な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】繰り返しパターンが形成された被検物体１１に照明光を照射する照明手段１３と、照明光の光路上または繰り返しパターンから発生する回折光の光路上に配置され、複数の異なるピーク波長を選択する選択手段２２と、複数のピーク波長を持つ回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２を集光して、被検物体の像を形成する集光手段２４，２５，１７と、集光手段により形成される像に基づいて、被検物体の欠陥を検出する検出手段１６，２６とを備える。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において基板表面の欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウエハや液晶基板（総じて「基板」という）の表面に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の表面のむらや傷などの欠陥を自動的に検査する装置が提案されている。表面の欠陥箇所と正常箇所では回折効率が異なるため、繰り返しパターンからの回折光に基づく画像には明るさの相違が現れ、画像の明暗により欠陥箇所を特定できる。
【０００３】
また、従来の欠陥検査装置では、回折の条件として良く知られた次の式（１）にしたがって装置条件が設定され、この状態で、基板上の繰り返しパターンからの回折光に基づく画像が取り込まれる。式（１）は、基板に対する照明光の波長λおよび入射角θｉと、基板から発生する回折光の回折角θｄおよび回折次数ｍ（＝０，±１，…）と、基板上の繰り返しパターンのピッチｐとの関係を表した式である。
【０００４】
ｓｉｎθｄ　−　ｓｉｎθｉ　＝　ｍλ／ｐ　　……（１）
なお、入射角θｉは、図９に示すように、基板の法線から入射側をプラス方向とし、回折角θｄは、基板の法線から反射側をプラス方向としている。また、回折次数ｍは、０次回折光の発生方向（図に点線で示す方向）から入射側をマイナス方向としている。０次回折光は正反射光に相当する。このため、０次回折光の回折角θｄ_０は、入射角θｉに等しい。
【０００５】
式（１）にしたがう装置条件の設定とは、通常、繰り返しパターンのピッチｐと回折次数ｍと照明光の波長λに応じて他のパラメータ（θｄ，θｉ）を決定した後、入射角θｉにしたがって照明系と基板との角度条件を調整すると共に、回折角θｄにしたがって受光系と基板との角度条件を調整することを意味している。
このため、基板上の繰り返しパターンのピッチｐが変わった場合には、照明系と受光系と基板との角度条件（θｄ，θｉ）を式（１）にしたがって調整することにより、基板上の繰り返しパターンからの回折光（例えば１次回折光）を受光系に導くことができ、回折光を利用した基板の欠陥検査を行うことができる。
【０００６】
ところで、上記の式（１）から分かるように、左辺の大きさに相当する｜ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ｜には上限があり、その上限値は「２」である。このため、検査可能な繰り返しパターンのピッチｐには下限があり、その下限値は「ｍλ／２」となる。ピッチｐが下限値より小さくなると、繰り返しパターンから回折光が発生せず、欠陥検査を行うことはできない。
【０００７】
このように、繰り返しパターンからの回折光を利用した基板の欠陥検査は、原理的に、ｐ≧ｍλ／２　を満足する範囲内であれば実行することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、繰り返しパターンのピッチｐが下限値（ｍλ／２）の近傍である場合に、回折光（例えば１次回折光）による基板の欠陥検査を実行しようとすると、装置の照明系と受光系とを非常に近づけて配置しなければならず、実現するのは困難であった。すなわち、機械的な配置の制約から、回折光による欠陥検査を実現可能なピッチｐの範囲は、上記の原理的な下限値（ｍλ／２）より大きくならざるを得ない。
【０００９】
なお、ピッチｐの微細化に対応するためには、照明光の波長λを短くすることも考えられるが、光源の種類が限定され、高価で大がかりな光源となってしまうため、好ましくない。
本発明の目的は、照明光の波長を短くしなくても、さらに微細なピッチの繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の欠陥検査を行える簡易な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の欠陥検査装置は、繰り返しパターンが形成された被検物体に照明光を照射する照明手段と、前記照明光の光路上または前記繰り返しパターンから発生する回折光の光路上に配置され、複数の異なるピーク波長を選択する選択手段と、前記複数のピーク波長を持つ前記回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光を集光して、前記被検物体の像を形成する集光手段と、前記集光手段により形成される前記像に基づいて、前記被検物体の欠陥を検出する検出手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記選択手段により選択される前記複数のピーク波長が、互いに整数倍以外の関係にあるものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置において、前記集光手段は、前記複数のピーク波長を持つ回折光のうち任意の一部を集光可能な光学系、および、該光学系の光軸方向と前記一部の回折光の発生方向とに関わる装置条件を設定する設定部を有し、前記設定部は、前記０次回折方向と前記１次回折方向との間に発生する回折光のうち、強度が極大になる回折光の発生方向と、前記光学系の光軸方向とが一致するように、前記装置条件を設定するものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、繰り返しパターンが形成された被検物体に照明光を照射する照明工程と、前記照明光の光路上または前記繰り返しパターンから発生する回折光の光路上において、複数の異なるピーク波長を選択する選択工程と、前記複数のピーク波長を持つ前記回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光を集光して、前記被検物体の像を形成する集光工程と、前記集光工程で形成される前記像に基づいて、前記被検物体の欠陥を検出する検出工程とを備えたものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の欠陥検査方法において、前記選択工程で選択される前記複数のピーク波長が、互いに整数倍以外の関係にあるものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の欠陥検査方法において、前記集光工程は、前記複数のピーク波長を持つ回折光のうち任意の一部を集光可能な光学系の光軸方向と前記一部の回折光の発生方向とに関わる装置条件を設定する設定工程を有し、前記設定工程では、前記０次回折方向と前記１次回折方向との間に発生する回折光のうち、強度が極大になる回折光の発生方向と、前記光学系の光軸方向とが一致するように、前記装置条件を設定するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、請求項１〜請求項６に対応する。
本実施形態の欠陥検査装置１０は、図１（ａ）に示すように、被検物体である基板１１を保持するステージ１２と、ステージ１２上の基板１１に照明光Ｌ１を照射する照明系１３と、照明光Ｌ１が照射された基板１１の繰り返しパターンから発生する回折光Ｌ２（後で詳細に説明する）を受光する受光系１４と、表示装置１５と、画像処理装置１６と、制御装置１７とで構成されている。
【００１６】
本実施形態の欠陥検査装置１０は、半導体回路素子などの製造工程において、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を自動的に行うための装置である。繰り返しパターンとは、周期的に繰り返される線配列形状の回路パターンのことである。基板１１は、半導体ウエハや液晶ディスプレイパネルなどである。
【００１７】
欠陥検査装置１０のステージ１２には、不図示のチルト機構が設けられている。このため、ステージ１２は、基板１１の表面に平行な軸Ａｘのまわりに所定の角度範囲内でチルト可能である。なお、ステージ１２は、不図示の搬送装置によって搬送されてきた基板１１を上面に載置し、真空吸着によって固定保持する。
ここで、ステージ１２（基板１１）の軸Ａｘに平行な方向を「Ｘ方向」とする。また、ステージ１２（基板１１）が水平に保たれた状態での法線（基準法線）に平行な方向を「Ｚ方向」とする。さらに、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向を「Ｙ方向」とする。
【００１８】
照明系１３は、光源２１と、波長選択部２２と、レンズ２３とで構成されている。この照明系１３は、請求項の「照明手段」に対応する。また、波長選択部２２は、レンズ３１，３２と、ハーフミラー３３，３４と、反射鏡３５，３６と、フィルタ３７，３８とで構成されている。この波長選択部２２は、請求項の「選択手段」に対応する。
【００１９】
光源２１は、安価で小型なランプ（例えば、メタルハライドランプや水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプなど）であり、レンズ２３の前側焦点面に共役な面と一致するように配置されている。
波長選択部２２は、光源２１から射出される照明光の光路上に配置され、その照明光の波長域のうち、２つの異なるピーク波長λ１，λ２（図１（ｂ）参照）を選択する。そして、２つのピーク波長λ１，λ２を持つ照明光Ｌ０をレンズ２３側に向けて射出する。図１（ｂ）の横軸は波長を表し、縦軸は照明光Ｌ０の光強度を表している。
【００２０】
波長選択部２２において、具体的には、光源２１からの照明光をレンズ３１でコリメートし、ハーフミラー３３で２つの方向（Ａ１），（Ａ２）に分割し、反射鏡３５，３６で方向変換して、フィルタ３７，３８の各々でピーク波長λ１，λ２（図１（ｂ））を選択し、ハーフミラー３４で合成した後、最後にレンズ３２で集光する。集光点は、レンズ２３の前側焦点面に一致している。
【００２１】
ここで、フィルタ３７，３８は、例えば干渉フィルタやダイクロイックミラー、バンドパスフィルタなどの光学素子であり、反射鏡３５，３６とハーフミラー３４との間に交換可能に配置されている。フィルタ３７，３８の各々は、１つの透過帯域（ピーク波長λ１，λ２）を有している。このため、波長選択部２２から後段のレンズ２３には、２つのピーク波長λ１，λ２を持つ照明光Ｌ０が射出される。
【００２２】
本実施形態の欠陥検査装置１０では、２つのピーク波長λ１，λ２の相違が、ごく僅かであるとする。つまり、ピーク波長λ１，λ２が、ほぼ同じであるとする。また、照明光Ｌ０のうちピーク波長λ１を含む波長域とピーク波長λ２を含む波長域とが、ほぼ完全に独立しているとする。
次に、上記した波長選択部２２の後段において、レンズ２３は、ステージ１２の斜め上方に配置されている。つまり、レンズ２３の中心とステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ１）は、基準法線（Ｚ方向）に対して所定の角度だけ傾けられ、固定されている。
【００２３】
また、レンズ２３は、光軸Ｏ１がステージ１２の軸Ａｘ（Ｘ方向）に対して直交すると共に、後側焦点面が基板１１と略一致するように配置されている。欠陥検査装置１０の照明系１３は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系である。
上記構成の照明系１３において、光源２１から射出された光は、波長選択部２２を介して２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を持つ照明光Ｌ０となり、レンズ２３を介してほぼ平行な光（照明光Ｌ１）となり、ステージ１２上の基板１１の表面に全体的に照射される。なお、照明光Ｌ１の波長域は、照明光Ｌ０の波長域（ピーク波長λ１，λ２）と同じである。
【００２４】
このようにして照明光Ｌ１が照射されると、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンから、様々な方向に回折光が発生する。図１（ａ）に示した回折光Ｌ２は、基板１１上の繰り返しパターンから様々な方向に発生する回折光のうち、受光系１４の光軸Ｏ２の方向に発生する一部の回折光である。
繰り返しパターンから発生する回折光（回折光Ｌ２も含む）の波長域は、照明光Ｌ１の波長域（ピーク波長λ１，λ２）と同じである。つまり、照明光Ｌ１の照射によって繰り返しパターンから発生する回折光は、２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を持つ。なお、回折光の強度分布（後述するＩ（θ）　）は、回折光の波長域（ピーク波長λ１，λ２）ごとに僅かに異なっている。
【００２５】
詳細は後述するが、波長域（ピーク波長λ１，λ２）ごとに強度分布の異なる回折光を繰り返しパターンから発生させる理由は、繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなった場合でも、基板１１の欠陥検査を行えるようにするためである。
ここで、ピーク波長λ１の照明光のみを基板１１に照射する場合を想定し、基板１１の繰り返しパターンから様々な方向に発生する回折光（ピーク波長λ１）の強度分布Ｉ（θ）　について説明する。この強度分布Ｉ（θ）は、次の式（２）で表すことができる。
【００２６】
Ｉ（θ）　＝　Ｉ_０（ｓｉｎＮα／ｓｉｎα）^２（ｓｉｎβ／β）^２　　……（２）
角度θは、回折光の発生方向に対応する。角度θの基準（θ＝０）は、０次回折光の発生方向（図９に点線で示す方向）である。角度θのプラス方向は、基準（θ＝０）から反射側とする。
なお、式（２）の角度θと図９の回折角θｄの関係は、照明光Ｌ１の入射角θｉを用いると、θ＝θｄ−θｉ　のように表すことができる。以下の説明では、回折光の発生方向として、角度θを用いる場合と、回折角θｄを用いる場合とがあり得る。何れの場合でも基準が異なるだけであり、回折光の発生方向を意味する。
【００２７】
また、式（２）において、Ｉ_０は０次回折光の強度に対応する。Ｎは、繰り返しパターンを構成する線パターンの数に対応する。α，βは、照明光Ｌ１のピーク波長と、角度θと、繰り返しパターンのピッチｐおよび線幅に関連した関数である。
この強度分布Ｉ（θ）の特徴を説明するために、上記の式（２）を図示すると、例えば図２に示すような形状になる。なお、図２では特徴を分かり易く示すため、パラメータＮとして実際より少ない値を用いた。実際のＮは、数１００個〜数１０００個である。
【００２８】
図２から分かるように、強度分布Ｉ（θ）には、特定の角度θ＝０，θ_Ａ，θ_Ｂ…のところに主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…が各々存在している。このうち、角度θ＝０の主極大Ｐ_０は０次回折光に相当する。また、この主極大Ｐ_０の両隣に位置する角度θ＝θ_Ａ，θ_Ｂの主極大Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂは共に１次回折光に相当する。つまり、強度分布Ｉ（θ）の主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…は、各々、上述した式（１）の回折次数ｍ＝０，±１，±２…の回折光に相当する。
【００２９】
なお、本明細書では、０次回折光の発生方向に相当する主極大Ｐ_０の角度θ＝０を「０次回折方向」という。同様に、１次回折光の発生方向に相当する主極大Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂの角度θ＝θ_Ａ，θ_Ｂを「１次回折方向」という。
１次回折方向（例えば角度θ＝θ_Ａ）は、繰り返しパターンのピッチｐが小さくなるほど、０次回折方向（角度θ＝０）から離れ、照明光Ｌ１の入射方向（図９，式（１）の角度θｉ）に接近する傾向にある。そして、繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなると、１次回折方向（図２，角度θ_Ａ）は照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致してしまう。
【００３０】
この場合、欠陥検査装置１０において、照明系１３と受光系１４とを非常に近づけて配置できれば、１次回折光を受光系１４に導くことができ、１次回折光を利用した欠陥検査が可能となる。しかし、このような配置は現実的ではない。したがって、繰り返しパターンのピッチｐが原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなった場合、１次回折光を利用して欠陥検査を行うことはできない。
【００３１】
ところで、図２の強度分布Ｉ（θ）には、主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…どうしの間に、強度の小さい副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…が存在している。ここでは、各々の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…が５つの副極大からなる例を示したが、上記式（２）のパラメータＮの値を大きくすると、各々の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…を構成する副極大の数は増加する。
【００３２】
このような副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…の存在から分かるように、ある１つのピーク波長λ１の照明光のみを基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから発生する回折光（ピーク波長λ１）は、０次回折光や１次回折光など（上記式（１）の回折次数ｍ＝０，±１，±２…の回折光）だけでなく、隣り合うｍ次回折光どうしの間（例えば０次回折光と１次回折光との間）にも存在する。
【００３３】
ただし、副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…の強度は、主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…の強度よりも小さく、上記式（２）のパラメータＮの値を大きくすると、さらに小さくなってしまう。このため、ピーク波長λ１の照明光のみを用いたときに発生する回折光（ピーク波長λ１）のうち、副極大群（Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…の何れか１つ）の回折光を後述の受光系１４に導いても、良好な欠陥検査を行うことは難しい。
【００３４】
そこで、本実施形態の欠陥検査装置１０では、既に説明したように、僅かに異なる２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を持つ照明光Ｌ１を基板１１に照射して、波長域（ピーク波長λ１，λ２）ごとに強度分布の異なる回折光を繰り返しパターンから発生させることで、基板１１の欠陥検査を行う。
また、照明光Ｌ１の一方の波長域（ピーク波長λ１）によって繰り返しパターンから発生する回折光（ピーク波長λ１）と、照明光Ｌ１の他方の波長域（ピーク波長λ２）によって繰り返しパターンから発生する回折光（ピーク波長λ２）と、を混在させた状態で受光系１４に導き、基板１１の欠陥検査を行う。
【００３５】
さらに、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する一部の回折光を利用し、この一部の回折光を図１の回折光Ｌ２として受光系１４の光軸Ｏ２の方向に導くことにより、基板１１の欠陥検査を行う。
その結果、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなった場合でも、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００３６】
さて、照明光Ｌ１の波長域（ピーク波長λ１，λ２）が僅かに異なる場合、回折光（λ１またはλ２）の強度分布Ｉ（θ）を表す上記式（２）において、パラメータα，βの値が変わるため、図２に示す強度分布Ｉ（θ）の形状も、角度θの方向に僅かに変化する。
例えば、ピーク波長λ１，λ２の大小関係が「λ１＜λ２」の場合、ピーク波長λ１の回折光の方がピーク波長λ２の回折光よりも、０次回折方向（図２の角度θ＝０）と１次回折方向（例えば角度θ＝θ_Ａ）との間隔が狭くなる。
【００３７】
そして、強度分布Ｉ（θ）が僅かに異なる回折光（λ１），（λ２）を混在させる場合、混在後の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）は、僅かに異なる図２の強度分布Ｉ（θ）の重ね合わせとなり、例えば図３に示す形状となる。
すなわち、強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）には、図２の強度分布Ｉ（θ）と同様の主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…が存在する他、主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…どうしの間に、１つずつ、明確な副極大Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…が現れることになる。この明確な副極大Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…は、図２の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…を角度方向に僅かにずらして重ね合わせたときに生じるうねり（ビート）の波形である。
【００３８】
本実施形態の欠陥検査装置１０では、繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなり、１次回折方向（角度θ_Ａ）が照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致するような場合でも、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）を利用することで、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００３９】
次に、基板１１の繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）を受光する受光系１４について説明する。
受光系１４は、図１に示すように、集光レンズ２４，２５と、ＣＣＤ撮像素子２６とで構成されている。集光レンズ２４，２５は、請求項の「集光手段」の「光学系」に対応する。
【００４０】
集光レンズ２４は、ステージ１２の斜め上方に配置されている。つまり、集光レンズ２４の中心とステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ２）は、基準法線（Ｚ方向）に対して所定の角度だけ傾けられ、固定されている。
また、集光レンズ２４は、光軸Ｏ２がステージ１２の軸Ａｘ（Ｘ方向）に対して直交すると共に、前側焦点面が基板１１と略一致するように配置されている。欠陥検査装置１０の受光系１４は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系である。
【００４１】
集光レンズ２５は、集光レンズ２４の後側焦点面と一致するように、受光系１４の瞳近傍に配置されている。ＣＣＤ撮像素子２６は、複数の画素が２次元的に配列されたイメージセンサであり、その撮像面が集光レンズ２５の後側焦点面と一致するように配置されている。
【００４２】
上記の受光系１４において、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンから混在状態で発生した回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）は、集光レンズ２４，２５を介して集光され、ＣＣＤ撮像素子２６の撮像面上に到達する。
ＣＣＤ撮像素子２６の撮像面上には、回折光Ｌ２による基板１１の像が形成される。ＣＣＤ撮像素子２６は、撮像面に形成された基板１１の像を撮像して、画像信号を表示装置１５と画像処理装置１６に出力する。
【００４３】
表示装置１５は、ＣＲＴモニタや液晶ディスプレイなどであり、ＣＣＤ撮像素子２６からの画像信号に基づいて、基板１１の表面の傷やゴミなどの欠陥の画像を表示する。
画像処理装置１６は、ＣＣＤ撮像素子２６からの画像信号に基づいて基板１１の画像を取り込み、この画像と予め記憶させておいた良品基板の画像とを比較することでパターンマッチングを行ったり、予め学習させておいた良品基板の特徴と異なる部分が存在するか否かの画像処理を行う。例えば、デフォーカスによるムラなどの欠陥がある場合には、その部分の明暗差または特徴の相違などの情報に基づいて、欠陥部分を認識して出力する。
【００４４】
画像処理装置１６における画像処理の結果、検出された欠陥の情報は、表示装置１５に出力されて表示される。上記したＣＣＤ撮像素子２６と画像処理装置１６とは、請求項の「検出手段」に対応する。
なお、欠陥検査装置１０の照明系１３と受光系１４とは、共に、基板１１側がテレセントリックに構成されている。このため、基板１１の表面全体において、照明光Ｌ１の入射角θｉを一様にでき、かつ、回折光Ｌ２の回折角θｄ（発生方向，角度θ）も一様にできる。このため、基板１１上の位置に拘わらず、同じ欠陥であれば、回折光Ｌ２の強度が同じになり、欠陥の検出や特定を精度良く行うことができる。
【００４５】
次に、欠陥検査装置１０の制御装置１７について説明する。制御装置１７は、基板１１に形成された繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）を受光系１４に導くために、装置条件の設定を行う。制御装置１７は、請求項の「集光手段」の「設定部」に対応する。
【００４６】
ここで、装置条件とは、受光系１４の光軸Ｏ２の方向と回折光Ｌ２の発生方向（回折角θｄ）（角度θ_ＭＤ）とに関わる角度条件である。本実施形態では、概略、装置条件の設定を次の手順で行う。つまり、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせることで、照明光Ｌ１の入射角θｉを変更し、これにより回折光Ｌ２の発生方向（回折角θｄ）（角度θ_ＭＤ）を変更し、最終的に回折光Ｌ２の発生方向を受光系１４の光軸Ｏ２の方向に一致させる。
【００４７】
制御装置１７による装置条件（チルト角条件）の設定について、図４のフローチャートを用いて説明する。ここでは、検査対象の基板１１に形成されている繰り返しパターンのピッチｐを既知とする。
制御装置１７は、ステップＳ１〜Ｓ４で装置条件の探索範囲を決定し、ステップＳ５〜Ｓ７で装置条件の探索処理を実行し、この探索処理の結果に基づいて装置条件を設定する（ステップＳ８）。そして最後のステップＳ９において、基板１１の検査を行う。
【００４８】
なお、装置条件の探索とは、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせる毎に、基板１１の画像の明るさ情報（図３の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）に関わる情報）を画像処理装置１６から取り込み、基板１１の画像の明るさが極大（図３の副極大Ｐ_ＭＤ）になる条件（角度θ_ＭＤ）を探索する処理である。
制御装置１７は、まずステップＳ１において、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐと、照明光Ｌ１の波長域のうち最も短いピーク波長λ１とを用い、上述した回折の条件の式（１）に基づいて、１次回折光の発生方向（回折角θｄ）（角度θ_Ａ）が受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_１，θｄ_１）を求める。この角度条件（θｉ_１，θｄ_１）は、繰り返しパターンから発生する回折光のうち、最も短波の回折光（ピーク波長λ１）に関わる条件である。
【００４９】
そして次に、最も短波に関わる角度条件（θｉ_１，θｄ_１）が、欠陥検査装置１０において設定可能か否かを判定する（ステップＳ２）。この判定の結果、設定可能であれば、１次回折光の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）を探索の終点とする（ステップＳ３）。逆に、設定不可能であれば、欠陥検査装置１０において設定可能な限界の角度条件（θｉ_Ｌ，θｄ_Ｌ）を探索の終点とする（ステップＳ４）。
【００５０】
次いで、制御装置１７は、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせて、０次回折光の発生方向（回折角θｄ）（θ＝０）が受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_０，θｄ_０）に設定する（ステップＳ５）。そして、装置条件の探索処理を開始する（ステップＳ６）。
この装置条件の探索処理（ステップＳ７）は、０次回折光の角度条件（θｉ_０，θｄ_０）から、ステップＳ３またはＳ４で設定された終点の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）または（θｉ_Ｌ，θｄ_Ｌ）に向けて、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせながら行われる。
【００５１】
制御装置１７は、ステージ１２をチルトさせる毎に、基板１１の画像の明るさ情報（図３の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）に関わる情報）を画像処理装置１６から取り込み、基板１１の画像の明るさが極大（図３の副極大Ｐ_ＭＤ）になったか否かを判定する。画像の明るさとは、例えば平均輝度や最大輝度である。
ステップＳ７の探索処理において、基板１１の画像の明るさが極大になる角度条件（ステージ１２のチルト角）が存在した場合、制御装置１７は、次のステップＳ８に進んで、画像の明るさが極大になる角度条件にステージ１２を設定する。ここで設定された条件は、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（図３の副極大Ｐ_ＭＤ）の発生方向（角度θ_ＭＤ）が、受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_Ｂ，θｄ_Ｂ）である。
【００５２】
制御装置１７は、ステップＳ８における装置条件の設定後、画像処理装置１６に指令を出し、基板１１の欠陥検出を実行させる。なお、ステップＳ７の処理で、画像の明るさが極大になる角度条件を見つけることができなかった場合には、その後のステップＳ８，Ｓ９の処理を省略する。
なお、図４のステップＳ８で設定した装置条件（チルト角条件）は、制御装置１７内のメモリに記憶させておくことが好ましい。これにより、同一種類の繰り返しパターンが形成された別の基板を検査対象とする際、メモリ内の装置条件を読み出すだけで、簡単に、回折光Ｌ２の発生方向（角度θ_ＭＤ）が受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_Ｂ，θｄ_Ｂ）に設定できる。
【００５３】
上記したように、本実施形態の欠陥検査装置１０によれば、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐが原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなり、１次回折方向（角度θ_Ａ）が照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致するような場合、つまり、１次回折光を利用した欠陥検査が実質不可能な場合でも、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ）を利用することで、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００５４】
つまり、本実施形態の欠陥検査装置１０によれば、従来装置では機械的な配置（照明系や受光系の配置）の制約から欠陥検査を実行できなかった微細なピッチの繰り返しパターンでも、良好に欠陥検査を行うことができる。また、ピッチの微細化に対応するために照明光Ｌ１の波長λを短くする必要がないため、欠陥検査装置１０を簡易に構成できる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、照明光Ｌ１，回折光Ｌ２の２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）がほぼ完全に独立しているので、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）において、主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢどうしの間に、明確な副極大Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥを得ることができる。
【００５６】
このため、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２の強度が極大（例えば副極大Ｐ_ＭＤ）となる条件で検査を実施することができる。その結果、受光系１４に回折光Ｌ２を効率良く取り込むことができ、欠陥検査の精度が向上する。
さらに、本実施形態によれば、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐが比較的大きく、１次回折光の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）が欠陥検査装置１０において設定可能な場合でも、上記と同様に、繰り返しパターンから混在状態で０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ）を利用することで、高品質な画像（潰れていない画像）を取り込むことができ、基板１１の欠陥検査を精度よく行うことができる。
【００５７】
（変形例）
なお、上記した実施形態では、照明光Ｌ１の２つのピーク波長λ１，λ２（図１（ｂ）参照）がほぼ同じである例を説明したが、本発明はこれに限定されない。２つのピーク波長λ１，λ２の相違が比較的大きくても、同様の効果を得ることができる。この場合、回折光の強度分布Ｉ（θ）の形状は、図５（ａ）に示すピーク波長λ１に対応する形状と、図５（ｂ）に示すピーク波長λ２に対応する形状と（λ１＜λ２）で、角度θの方向に大きく変化している。
【００５８】
そして、図５（ａ），（ｂ）のように強度分布Ｉ（θ）が大きく異なる回折光（λ１），（λ２）を混在させた場合、混在後の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）は、図５（ａ），（ｂ）の強度分布Ｉ（θ）の重ね合わせとなり、例えば図６に示す形状となる。
すなわち、図６の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）には、図５（ａ）の強度分布Ｉ（θ）と同様の主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…が存在する他、主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…どうしの間に、副極大群Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…が現れることになる。この副極大群Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…は、図５（ａ），（ｂ）の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…を重ね合わせたときに生じるうねり（ビート）の波形であり、各々、主に２つの副極大からなる。
【００５９】
この例では、基板１１の欠陥検査時に、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図６の角度θ_ＭＤ）を利用すればよい。その結果、繰り返しパターンのピッチｐが原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなり、最も短波の１次回折方向（角度θ_Ａ１）が照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致するような場合でも、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００６０】
ただし、照明光Ｌ１の２つのピーク波長λ１，λ２は、互いに整数倍以外の関係にすることが好ましい。これにより、欠陥検査装置１０の光学系の分解能に拘わらず、図４のステップＳ５〜Ｓ７の探索処理において、基板１１の画像の明るさが副極大になる条件（例えば図６の角度θ_ＭＤ）を見つけることができる。その結果、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２の強度が副極大となる条件で検査を実施することができ、欠陥検査の精度が向上する。
【００６１】
また、上記した実施形態では、照明系１３のレンズ２３と受光系１４の集光レンズ２４を屈折光学系で構成したが、図７に示すように、レンズ２３，集光レンズ２４を反射光学素子４３，４４（例えば球面反射鏡）に置き換えることもできる。これにより、欠陥検査装置の小型化を図ることができる。
さらに、波長選択部２２のフィルタ３７，３８は、反射鏡３５，３６とハーフミラー３３の間に配置してもよい。ハーフミラー３３，３４は、ダイクロイックミラーに置き換えてもよい。
【００６２】
また、上記した実施形態では、波長選択部２２の中に、１つの透過帯域を有するフィルタ３７，３８を配置したが、２枚のフィルタ３７，３８に代えて、２つの透過帯域を有する１枚のフィルタを配置してもよい。この場合、ハーフミラー３３，３４と反射鏡３５，３６を省略できる。さらにレンズ３１，３２も省略し、光源２１をレンズ２３の前側焦点面に配置して、光源２１とレンズ２３との間に１枚のフィルタを配置することもできる。
【００６３】
さらに、１枚のフィルタを配置する場合、透過帯域は１つでも構わない。この場合、例えば水銀ランプのように輝線スペクトルが主体的な光源を用い、隣り合う２つの輝線スペクトル（例えば３１３ｎｍと３６５ｎｍ）を含むように１つの透過帯域を設定することが好ましい。これにより、２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）が独立した照明光Ｌ１を基板１１に照射することができる。
【００６４】
また、上記した実施形態では、照明光Ｌ１の２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）をほぼ完全に独立させる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。照明光Ｌ１の２つの波長域は、低強度の裾部分であれば多少は連続しても構わない。この場合、裾部分とピーク波長λ１，λ２との相対的な強度比は、ある程度確保するのが好ましい。
【００６５】
これは、光源２１として例えば図８に示す波長特性（複数の輝線スペクトルと低強度の連続スペクトルとからなる波長特性）のメタルハライドランプを用い、波長選択部２２の中に、２つの輝線スペクトルＫ１，Ｋ２を含むような１つの透過帯域Δλを有する１枚のフィルタを設けた場合に対応する。
さらに、上記した実施形態では、２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を有する照明光Ｌ１によって基板１１の欠陥検査を行ったが、照明光Ｌ１の波長域（ピーク波長）の数は、３つ以上でもよい。
【００６６】
また、上記した実施形態では、波長選択部２２を照明系１３に組み込む例で説明したが、本発明はこれに限定されない。同様の波長選択部を受光系１４に組み込んでも構わない。つまり、照明光の光路上ではなく回折光の光路上に波長選択部を配置してもよい。
さらに、上記した実施形態では、装置条件の探索処理（図４）においてステージ１２をチルトさせたが、本発明はこれに限定されない。ステージ１２をチルトさせる代わりに、照明系１３または受光系１４を軸Ａｘのまわりに回転させてもよい。ステージ１２と照明系１３と受光系１４を独立に回転させてもよい。
【００６７】
また、装置条件の探索処理（図４）において、探索の始点を０次回折光の角度条件（θｉ_０，θｄ_０）とし、終点を１次回折光の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）または限界の角度条件（θｉ_Ｌ，θｄ_Ｌ）としたが、始点と終点の角度条件は逆でもよい。
さらに、上記した実施形態では、基板１１の画像の明るさ情報（図３，図６の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）に関わる情報）を画像処理装置１６から取り込み、基板１１の画像の明るさが極大になる条件（角度θ_ＭＤ）を検査条件として探索する例を説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、表示装置１５に映し出された基板１１の画像をオペレータが観察し、画像のパターン領域が明るくなったところを検査条件として決定してもよい。
【００６８】
また、基板１１の画像の明るさが極大になる条件（角度θ_ＭＤ）から外れた条件を検査条件として決定してもよい。さらに、照明系１３，受光系１４の基板１１側をテレセントリックに構成したが、テレセットリックでない構成にも本発明を適用できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、照明光の波長を短くしなくても、さらに微細なピッチの繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の欠陥検査装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】ある１つのピーク波長の照明光を基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図３】僅かに異なる２つのピーク波長を持つ照明光を基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図４】欠陥検査装置１０における装置条件の設定手順を示すフローチャートである。
【図５】ある１つのピーク波長の照明光を基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図６】図５のように２つのピーク波長が大きく異なる場合に、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図７】変形例の欠陥検査装置の全体構成を示す図である。
【図８】メタルハライドランプの波長特性を示す図である。
【図９】基板への入射光と回折光の角度θｉ，θｄを説明する図である。
【符号の説明】
１０　欠陥検査装置
１１　基板
１２　ステージ
１３　照明系
１４　受光系
１５　表示装置
１６　画像処理装置
１７　制御装置
２１　光源
２２　波長選択部
２３，３１，３２　レンズ
２４，２５　集光レンズ
２６　ＣＣＤ撮像素子
３３，３４　ハーフミラー
３５，３６　反射鏡
３７，３８　フィルタ
４３，４４　反射光学素子

Claims (6)

1. 繰り返しパターンが形成された被検物体に照明光を照射する照明手段と、
   前記照明光の光路上または前記繰り返しパターンから発生する回折光の光路上に配置され、複数の異なるピーク波長を選択する選択手段と、
   前記複数のピーク波長を持つ前記回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光を集光して、前記被検物体の像を形成する集光手段と、
   前記集光手段により形成される前記像に基づいて、前記被検物体の欠陥を検出する検出手段とを備えた
   ことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１に記載の欠陥検査装置において、
   前記選択手段により選択される前記複数のピーク波長は、互いに整数倍以外の関係にある
   ことを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置において、
   前記集光手段は、前記複数のピーク波長を持つ回折光のうち任意の一部を集光可能な光学系、および、該光学系の光軸方向と前記一部の回折光の発生方向とに関わる装置条件を設定する設定部を有し、
   前記設定部は、前記０次回折方向と前記１次回折方向との間に発生する回折光のうち、強度が極大になる回折光の発生方向と、前記光学系の光軸方向とが一致するように、前記装置条件を設定する
   ことを特徴とする欠陥検査装置。
4. 繰り返しパターンが形成された被検物体に照明光を照射する照明工程と、
   前記照明光の光路上または前記繰り返しパターンから発生する回折光の光路上において、複数の異なるピーク波長を選択する選択工程と、
   前記複数のピーク波長を持つ前記回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光を集光して、前記被検物体の像を形成する集光工程と、
   前記集光工程で形成される前記像に基づいて、前記被検物体の欠陥を検出する検出工程とを備えた
   ことを特徴とする欠陥検査方法。
5. 請求項４に記載の欠陥検査方法において、
   前記選択工程で選択される前記複数のピーク波長は、互いに整数倍以外の関係にある
   ことを特徴とする欠陥検査方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の欠陥検査方法において、
   前記集光工程は、前記複数のピーク波長を持つ回折光のうち任意の一部を集光可能な光学系の光軸方向と前記一部の回折光の発生方向とに関わる装置条件を設定する設定工程を有し、
   前記設定工程では、前記０次回折方向と前記１次回折方向との間に発生する回折光のうち、強度が極大になる回折光の発生方向と、前記光学系の光軸方向とが一致するように、前記装置条件を設定する
   ことを特徴とする欠陥検査方法。

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