JP5576526B2 - 表面検査装置およびその方法 - Google Patents

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異物等の欠陥を弁別して検査する表面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ェ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（従来技術１）および特開平３−１０２２４９号公報（従来技術２）が知られている。即ち、従来技術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（従来技術３）が知られている。即ち、この従来技術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、半導体ウェ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（従来技術４）が知られている。即ち、従来技術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、半導体ウェ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、半導体ウェ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（ウェハ）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ェ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、上記従来技術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、或いは異物への対策に遅れを生じ、多量のウェ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表面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と付着する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、被加工対象物おけるウェハのエッジ近傍の欠陥を検査する表面検査装置およびその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、欠陥検査装置を、試料表面の検査領域に対して
照明光を照射する照明系と、前記照明系により照明され該試料表面の検査領域から散乱す
る散乱光を検出する検出系と、前記検出系により検出された該散乱光に基づく信号を処理
する処理系とを備え、前記照明系は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明光学系と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明光学系とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明光学系とを備え、前記検出系では、前記第一の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光および前記第二の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光が検出可能であり、前記処理系は、前記検出系により検出された前記散乱光の信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記一の欠陥と判定された前記一の欠陥を示す座標、または前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数、に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うように構成した。

また、上記目的を達成するために、本発明は、欠陥検査方法において、試料表面の検査領域に対して照明光を照射する照明工程と、前記照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する散乱光を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された該散乱光に基づく信号を処理する処理工程とを備え、前記照明工程は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明工程と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明工程とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明工程とを備え、前記検出工程は、前記第一の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光を検出する第一の検出工程と、前記第二の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光を検出する第二の検出工程とを行い、前記処理工程は、前記検出工程により検出された検出信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記一の欠陥と判定された当該一の欠陥の大きさまたは前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うようにした。

以上説明したように、前記構成によれば、絶縁膜等の表面をＣＭＰ加工を施した際発生する非常に浅い小スクラッチと異物とを弁別することができ、さらに線状の大スクラッチと異物とを弁別し、さらに小スクラッチをタイや痕、ディンプル痕、面荒れ等を弁別することができ、容易に発生原因を究明することが可能となる。

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と付着する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。

本発明に係る表面検査装置の第１の実施例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。 本発明に係るスクラッチと異物との弁別処理フローの一実施例を示す図である。 本発明に係る垂直照射、および疑似垂直照明の実施例を示す図である。 従来の落射照明手法の説明図である。 図１に示す第１の実施例における２方向受光の変形例を示す概略構成図である。 本発明に係る表面検査装置の多方向受光の第２の実施例を示す概略構成図である。 図１０に示す多方向検出光学系の配置を示す平面図および正面図である。 図１０に示す多方向検出光学系を用いて第２の実施例を説明するための図である。 本発明に係る線状大スクラッチに対して照明したときの回折光の分布を示す図である。 本発明に係る線状大スクラッチからの回折光受光による弁別原理を説明するための図である。 本発明に係る大スクラッチと非線状欠陥との弁別処理フローの一実施例を示す図である。 本発明に係る弁別アルゴリズムの全体フローの一実施例を示す図である。 本発明に係る大スクラッチと異物との弁別処理フローの一実施例を示す図である。 本発明に係るスクラッチ形状毎の回折光分布を説明するための図である。 本発明に係るスクラッチ形状分類処理フローの一実施例を示す図である。 本発明に係るスクラッチ形状分類結果の一実施例を示す図である。 本発明に係る表示装置に表示される弁別結果レイアウトの一実施例を示す図である。 本発明に係るタイヤ痕輝度分布ヒストグラムの一実施例を示す図である。 本発明に係る表計算用データ項目の一実施例を示す図である。 本発明に係る表面検査装置の第３の実施例を示す概略構成図である。 図２４に示すフーリエ変換面における回折光分布の一実施例を示す図である。 図２４に示すフーリエ変換面における回折光分布評価フローの一実施例を示す図である。 本発明に係る表面検査装置の実施例を配線パターン付ウェハへ適用した場合の実施例を示す斜視図である。 本発明に係る表面検査装置の第４の実施例を示す概略構成図である。 図２８に示す位相遅れフィルタの一実施例を示す図である。 図２８に示す位相進みフィルタの一実施例を示す図である。 本発明に係るスクラッチと異物とにより生じる位相差の説明図である。 本発明に係るスクラッチ部分により生じる位相差及び輝度生成原理の説明図である。 本発明に係る異物部分により生じる位相差及び輝度生成原理の説明図である。 図２８に示す位相差方式によるスクラッチと異物との弁別説明図である。 ウェハエッジ部を拡大して示す斜視図である。 落射照明したときのウェハエッジ部からの散乱光分布を示す斜視図である。 落射照明したときのウェハエッジ部と欠陥からの散乱光分布を示す平面図である。 ウェハエッジ部と欠陥とを弁別処理するための一実施例の説明図である。 ウェハエッジ部と欠陥とを弁別処理するための他の実施例の説明図である。 図３９に用いる空間フィルタの一実施例を示す図である。

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表面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、本発明に係る表面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。即ち、この第１の実施の形態では、図２に示すように、Ｓｉウェハ２１上にＳｉＯ₂膜（被加工対象物）２２を形成し、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を施した際、ウェハ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２２の下は、必ずしもＳｉ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（ａ）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２３の幅をＷ、深さをＤとする。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（ｂ）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。

ところで、スクラッチ２３には、多様な形状が存在する。特に、ＣＭＰにおいては、化学的な機構と機械的な機構が混在して研磨が行われる。微小な切削機構による機械的研磨の不具合により生じるスクラッチ２３ａは、いわゆる引っ掻き傷の様に微小な線状の形状をしている。また、稀ではあるが、砥粒以外の異物が研磨中に混入すると、幅に対して非常に深い線状の大スクラッチ２３ｂを生じる。しかし、エッチング的な研磨機構である化学的要因の不具合により生じてしまうスクラッチ２３ａｂは、ディンプル状のすり鉢のような形状をしている。このように、研磨の不具合要因に応じてスクラッチ２３の形状は異なる。逆に言えば、スクラッチ２３の形状を詳細に分類することにより、不具合要因を絞り込みやすくなる。特に、異物混入による大スクラッチ２３ｂが多発した場合、更なる巨大スクラッチ２３ｃが発生した場合には、即時に研磨工程を停止させて対策を行わなければならない。

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るステージ１５上に載置される被検査物であるウェハ１０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。）からなる光源２、光路切替機構３、および反射ミラー４ａ、４ｂ、４ｃにより構成される照明光学系１ａと、集光レンズ６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７により構成される検出光学系５と、光
電変換機７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
１６、該Ａ／Ｄ変換部１６から得られるデジタル輝度信号を一時記憶する記憶部１７およ
び比較演算部１８により構成される演算処理部８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、上記光路切替機構３を制御し、さらに演算処理部８を制御し
、演算処理部８から得られる検査結果を受ける全体制御部９とから構成される。光源２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ようが方が好ましい
。そして、光源２から射出された光は、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を介してウェハ面（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
路切替機構３により、反射ミラー４ａを退避させることにより、反射ミラー４ｂを介して
ウェハ面（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１
１と称する。本第１の実施例においては、１個の光源２と複数の反射ミラー４ａ〜４ｃ及
び光路切替機構３を用いて落射照明と斜方照明を実現しているが、それぞれに別々の独立
した２個の光源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。このように、照明光学系１ａ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、ウェハ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、ウェ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１１、１２が実現されていれば良い。

次に、検出手順について述べる。検出は１枚のウェハについて、照明方向を切り替えて
２回行う。具体的には、まず、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、ウェハ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ＣＣＤ、ＴＤＩセンサ等か
ら構成される光電変換器７の受光面に集光される。そして、光電変換器７の出力をＡ／Ｄ
変換部１６でＡ／Ｄ変換して欠陥ｉ毎の輝度値Ｓ（ｉ）を得た後、一旦、記憶部１７に書
き込む。次に、全体制御部９は、ステージ１５を制御することにより、ウェハ面上の同じ
座標位置を、光路切替機構２を用いて照射方向を切り替えて斜方照明１１により照射する
。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ＣＭ
Ｐ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により上記光電変換器７に集光される。そして
、光電変換器７の出力をＡ／Ｄ変換部１６でＡ／Ｄ変換して欠陥ｉ毎の輝度値Ｔ（ｉ）を
得た後、一旦、記憶部１７に書き込む。次に、既に記憶部１７に記憶している落射照明１
２による欠陥ｉ毎の検出輝度値Ｓ（ｉ）と、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）を比較演算部１８により算出する。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光電変換器７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
を後に行っているが、斜方照明１１による検出を先に、落射照明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に書き込んでいるが、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１
２として、集光レンズ６の表面に直接照射することなく、ウェ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、ウェ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２３
ａ、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。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により、また斜方照明時にはＤ’に比例する。スクラッチ深さ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１
１の方が弱くなる。それに比べて、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２４と判別することが可能となる。

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）２
２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、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６の視野外に行くようにして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の場合も、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６の視野外に行くようにして検出しないようにする工夫が必要と
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。

図５に弁別結果の一例をグラフで示す。これは、横軸に落射照明時の検出輝度値、縦軸
に斜方照明時の検出輝度値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。

次に、以上説明した弁別手法を用いて演算処理するフローの一実施例について図６を用
いて説明する。まず、ステップＳ６１において、光電変換器７は、落射照明１２による欠
陥ｉ毎の輝度信号Ｓ（ｉ）を検出してＡ／Ｄ変換後記憶部１７に記憶する。次に、ステッ
プＳ６２において、光電変換器７は、斜方照明１１による欠陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）を
検出してＡ／Ｄ変換後記憶部１７に記憶する。そして、ステップＳ６３において、比較演
算部１８は、記憶部１７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）を次に示す（
数１）式により求める。

Ｒ（ｉ）＝Ｔ（ｉ）／Ｓ（ｉ） （数１）
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Ｓ６４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）よりも大きければ異物２４
、小さければスクラッチ２３ａと判別し、全体制御部９へ出力する。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２３ａであり、小さければ異物２４となる。

次に、反射ミラー４ｃの設置方法の実施例について図７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２
３ａの検査には、先に述べた原理から分かるようにウェハ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、図８に示すような落射照明手法（レンズ６の上に反
射ミラー４ｃ’を置く。）では、入射光が集光レンズ６を透過してウェハ１０を照明する
ため、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７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７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、ウェハ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を設けることを考案した。図７（ａ）には、反射ミラー４ｃ１をウェハ１０とレン
ズ６の間の、ほぼウェハ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反射ミラー４ｃ１に対して入射させて反射させ、しかも
ウェハ１０からの正反射光成分を反射ミラー４ｃ１で反射させてレンズ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）をレンズ６の瞳内に入射さ
せる手法を示す。なお、この反射ミラー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。

また、図７（ｂ）には、反射ミラー４ｃ２をウェハ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４ｃ１に対して入射させて反射させ、しかもウェハ１
０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。ところが、図７（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
。また、図７（ｃ）には、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、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
てウェハ１０上の絶縁膜ＣＭＰ面に照射し、しかもウェハ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７で受光する手法を示す。

また、図７（ｄ）には、図７（ｃ）と同様に、落射照明光１２ａをハーフミラー５２を
透過し、集光レンズ６の開口５０て通してウェハ１０のＣＭＰ面に垂直照明し、ウェハ１
０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で反射させて光電変換器７で受光する手法を示す。以上説明したように、図７（ｃ）
（ｄ）では、図７（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７で受光することができ、一様な検出輝度値を得ることができる。さらに、図
１３（ｂ）に示すように、線状のパターンである大スクラッチ２３ｂ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。

ところで、図７（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
、ウェハ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７（ｃ）および図７（ｄ）に示す垂直照明も同様となる。
また、図７（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、ウェハ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、ウェ
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、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７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７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、ウェハ面の法線近傍から照明す
れば、低次の回折光成分がウェハ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。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７（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、可動機構をウェハ上方に
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７（ａ）に示す反射ミラー４ｃ
１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７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７（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。

また、本第１の実施例においては１個の検出光学系５を用いているが、図９に示すよう
に複数個の検出光学系５ａ、５ｂを用いても良い。特に、欠陥２３ａ、２４から生じる散
乱光の強度が最も強く検出できる方向に、照射方向毎に検出光学系５ａ、５ｂを配置する
と高い感度での検出が可能となる。例えば、図９に示すように落射照明時の検出光学系５
ａとしては、散乱光強度の強いウェハ法線方向にレンズ６ａ、および光電変換器７ａを設
ける。このレンズ６ａの配置は、先に述べた垂直照明１２ａでも、疑似落射照明１２ｂの
何れでも適用可能である。また、斜方照明時の検出光学系５ｂとしては、散乱光強度の強
い斜方入射光の正反射方向へ集光レンズ６ｂ、および光電変換器７ｂを設ける。しかし、
このレンズ６ｂ、および光電変換器７ｂからなる検出光学系５ｂに関しても、ウェハ１０
からの正反射光成分は集光させなくする必要がある。そのため、正反射光射出方向５５に
検出光学系５ｂを設けるのは避け、正反射光成分が集光レンズ６ｂのＮＡから外れる場所
に設置するのが好ましい。本実施例の場合、２つの検出光学系５ａ、５ｂを持つため、２
つのＡ／Ｄ変換部１６ａ、１６ｂおよび輝度記憶部１７ａ、１７ｂを設けた。しかし、１
つの記憶部１７、例えば１個のＲＡＭの中でアドレスを変えて別々に記憶しても同様の処
理は勿論可能である。

次に、本発明に係るスクラッチ等の表面検査装置の第２の実施例について図１０〜図１
２を用いて説明する。本第２の実施例において、第１の実施例と相違する構成は、検出光
学系５にある。即ち、第２の実施例における検出光学系５は、高角度検出光学系５ａ、中
角度検出光学系５ｃ、および低角度検出光学系５ｂを設けることにある。なお、第１の実
施例では、被検査物であるウェハ１０を例えば真空吸着により固定されて設置する基板設
置台５１をステージ１５上に設ける構成について省略されている。また、この第２の実施
例においては、ステージ１５を、直進ステージ１５ａと回転ステージ１５ｂとから構成し
ている。即ち、ステージ１５としては、ウェハ１０上の任意の座標に照明できるように、
ウェハ１０を搬送することができれば良い。更に、演算処理部８において、Ａ／Ｄ変換部
１６および記憶部１７も上記検出光学系５ａ〜５ｃに対応して構成する。照明光学系１ａ
については、第１の実施例とほぼ同様に構成する。即ち、垂直照明１２については、反射
ミラー４ａで反射した照明光を反射ミラー４ｄで反射させ、ハーフミラー５２を透過し、
図７（ｄ）に示すように、集光レンズ６ａに形成された開口５０を通過して光束ｄでウェ
ハ１０上のＣＭＰ面に照明される。そして、ウェハ１０から発生した正反射光は空間フィ
ルタ５３で遮光され、スクラッチ２３ａのエッジや異物２４から発生する低次の回折光が
高角度検出光学系５ａの集光レンズ６ａによって集光されて光電変換器７ａによって受光
され、さらに高次の回折光が中角度検出光学系５ｃで検出される。勿論、垂直照明１２と
しては、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す構成でもよい。斜方照明１１については、反射ミ
ラー４ｂで反射して光束ｄでウェハ１０上のＣＭＰ面に照明される。そして、ウェハ１０
から発生した正反射光を検出することなく、特に異物２４から発生する回折光が検出光学
系５ａ〜５ｃによって検出されることになる。

次に、第２の実施例の検出光学系について、図１１を用いて具体的に説明する。即ち、
集光レンズ６ａ〜６ｉおよび光電変換器７ａ〜７ｉから構成される、高角度検出光学系５
ａを１個、中角度検出光学系５ｃを４個、および低角度検出光学系５ｂを４個配置して構
成する。本実施例においては、光電変換器７ａ〜７ｉとしてフォトマルを用いている。こ
のフォトマルを図１１に示すように９個用いて、これらをドーム状に配置している。この
それぞれのフォトマル７ａ〜７ｉに、集光レンズ６ａ〜６ｉを具備させている。本実施例
においては集光レンズ６ａ〜６ｉとフォトマル７ａ〜７ｉを検出光学系に用いているが、
例えばＣＣＤカメラ、或いは、ＴＤＩセンサ等に結像させても良い。また、光電変換器７
ａ〜７ｉの個数を９個に限定するわけでもない。光電変換器７ａ〜７ｉの出力はＡ／Ｄ変
換部１６ａ〜１６ｉを介して記憶部１７ａ〜１７ｉに書き込まれる。同時に、ステージコ
ントローラ１４から得られるウェハ１０の座標データも記憶部１７ａ〜１７ｉに書き込む
。そして、座標データと輝度データが比較演算部１８に送信される。ウェハ全面を検査す
る場合には、この様に座標データと輝度データを記憶部１７ａ〜１７ｉに対にして書き込
む必要がある。しかし、特定の座標に固定して検査する場合、座標データは必ずしも必要
ではない。また、同一の記憶部１７ａ〜１７ｉに座標データと輝度データが対に記憶され
る必要はなく、別々の記憶部であっても良い。また、座標そのものでなくても良く、例え
ば検出した欠陥に認識番号を付け、それを記憶しておいてもかまわない。あくまでも、同
一欠陥に対する斜方照明の検出輝度データと落射照明の検出輝度データの対応が取れれば
良い。本実施例においては、座標データを用いて落射照明１２と斜方照明１１の２式のデ
ータの内、同じ座標若しくは、近傍の座標に存在するデータを同一欠陥の輝度データであ
ると認識させることにより、落射照明１２と斜方照明１１の輝度値Ｓ（ｉ）、Ｔ（ｉ）の
比較を行っている。

図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、落射照明１２の入射方向（ウェハ面に対する
法線方向から角度Ａｖを有する。好ましいのは、該角度が０である。）に１個の検出光学
系５ａを設けた。これを、高角度検出光学系５ａと称する。高角度検出光学系５ａからウ
ェハ面に近い方へ順次、中角度検出光学系５ｃ、低角度検出光学系５ｂと称して４個づつ
設けた。本実施例においては、合計９個の検出光学系を用いたが、本発明を実現するため
の手段として個数を限定するものでは無い。

また、本実施例においては、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように落射照明１２による時
の受光手段として９個全ての検出光学系５ａ〜５ｃを用いた。そして、落射照明１２によ
る時の受光輝度としてこの９個の光電変換器７ａ〜７ｉの受光輝度の和を用いた。しかし
、落射照明１２による時の受光輝度として、９個全てを用いる必要はなく、高角度検出光
学系５ａのみ、或いは中角度検出光学系５ｃのみ、或いは、高角度検出光学系５ａと中角
度検出光学系５ｃの受光光量の和を用いても良い。特に、落射照明１２によるスクラッチ
２３ａや異物２４から生じる低次回折光の検出としては、高角度検出光学系５ａに代わっ
て中角度検出光学系５ｃのみで行ってもよい。このとき、中角度検出光学系５ｃのＮＡに
は、正反射光（０次回折光）が入射されないので、単純に中角度検出光学系５ｃの光量の
和をとればよい。このように、様々な組み合わせが考えられるが、本実施例では最も欠陥
の検出感度が高くなるように、いわゆる高ＮＡ（Numerical Aperture）化するために全て
の検出光学系５ａ〜５ｃの受光光量の和を用いた。しかし、スクラッチ２３aおよび異物
２４からの回折光の多くは、高角度検出光学系５ａ、および中角度検出光学系５ｃによっ
て検出されるので、両者の受光光量の和を用いるのが良い。

また、ウェハ面から角度Ｖｏをなす斜方照明１１による時の受光手段としては、図１２
（ｃ）、（ｄ）に示すように斜方照明入射時のウェハからの正反射方向に近い側の低角度
受光器６ｂ、７ｂ；６ｃ、７ｃの２個を用いた。そして、斜方照明１１による時の受光輝
度としてはこの２個の受光輝度の和を用いた。これも、この低角度２個に限定するもので
は無い。本実施例においては、高感度化を目指すために図９において述べたように正反射
光を受光することなく、散乱光分布強度の強い方向の検出光学系（集光レンズ６ｂ、およ
び光電変換器７ｂ）５ｂを選択したに過ぎない。弁別を行うという観点からは、２方向照
明を用いてそれぞれの散乱光強度を検出することが大切であり、受光手段５ｂの方向はさ
ほど問題ではない。検出光学系（集光レンズ６、および光電変換器７）５の方向は、微細
な異物２４をスクラッチ２３ａと弁別して何処まで検出しなくてはならないかに応じて決
定すれば良い。また、検出光学系５として高角度検出光学系５ａにした場合、落射照明光
によって表面から迷光が発生しないようにする必要がある。

以上説明した、２方向照明による異物２４とスクラッチ２３ａの弁別方式の実施例は、
スクラッチ２３ａの深さが浅いという形状の特徴に着目したものである。

しかしながら、上記に説明したように、ＣＭＰの場合、外部からＣＭＰ装置内に大きな
異物が混入することにより、稀ではあるが非常に深い傷を生じることがある。このように
、研磨中に大きな異物が混入し、微粒子である研磨砥粒ではなく、大きな異物によりスク
ラッチが生じる場合には、幅Ｗに対して深さＤが深いスクラッチ２３ｂが生じることにな
る。このように深さが深いスクラッチ２３ｂの場合には、前記弁別方法のみでは本来スク
ラッチ２３であるはずのものを異物２４として誤認識してしまうことになる。その結果、
見落としてはならない非常に大きなスクラッチを認識できないことになってしまう。

そこで、次に、深いスクラッチ２３ｂも、異物２４と弁別して認識する第２の実施の形
態について説明する。即ち、第１の実施の形態では、異物２４も深さの深い大スクラッチ
２３ｂも、比率Ｒ（ｉ）＝Ｔ（ｉ）／Ｓ（ｉ）が大きくなるため、図６に示す弁別処理フ
ローのステップＳ６４において、深さの深い大スクラッチ２３ｂも異物２４と同様に検出
されることになる。そこで、第２の実施の形態においては、更に、大スクラッチ２３ｂと
異物２４とを正確に弁別することにある。なお、Ｓ（ｉ）は、落射照明１２による検査１
回目の連結処理後の欠陥ｉ毎のデータにおける輝度データを示す。Ｔ（ｉ）は、斜方照明
１１による検査２回目の連結処理後の欠陥毎のデータの内、同じ座標値ｉを示す輝度デー
タを示す。

即ち、幅Ｗに対して深さＤが深いスクラッチ２３ｂは同時に長さも長いことに着目して
いる。これは、ＣＭＰにおける研磨は、回転しながら行われるためであり、打痕のように
局所的に深く掘れることはありえないためである。本発明に係る第２の実施の形態では、
この必然性に着目しており、図６のステップＳ６４で異物２４と認識したものの中から、
線状に長いものを大スクラッチ２３ｂとして更に分類する。これは、図１３に示す原理に
基づく。線状のパターンである大スクラッチ２３ｂに、例えば図１３（ｂ）に示すように
、光束１２を法線方向から照射した場合、回折光は線状パターン２３ｂの直角方向に非常
に指向性の強い分布を示す。なお、図１３（ａ）は、線状のパターンである大スクラッチ
２３ｂに対して光束１１を法線方向から傾きを持たせて照射した場合を示し、これは異物
検査装置において用いられている斜方照明による規則正しく繰り返し並んでいる配線パタ
ーンから生じる直線状の回折光パターンを除去する空間フィルタ手法の原理を示す。本発
明においては、図１３（ｂ）に示すように垂直照明１２による大スクラッチ２３ｂからの
回折光の強い指向性を認識することにより、欠陥が異物２４ではなく、線状のパターンで
ある大スクラッチ２３ｂであることを識別する。

まず、大スクラッチ２３ｂと異物２４との弁別原理について図１４、および図１５を用
いて説明する。まず、例えば、落射照明１２をウェハ１０に対して施し、演算処理部８は
、ステップＳ６５において、複数個（８つ）の低角度および中角度検出光学系５ｂ、５ｃ
（光電変換器７ｂ〜７ｉ）の中から輝度の最も高い検出光学系Ａを選択する。次に、演算
処理部８は、ステップＳ６６において、Ａ検出光学系と直交する検出光学系Ｂの輝度値Ｓ
ｂ（ｉ）を参照し、そして、ステップＳ６７において、検出光学系Ａの輝度値Ｓａ（ｉ）
と検出光学系Ｂの輝度値Ｓｂ（ｉ）とを比較して輝度比率（Ｓａ（ｉ）／Ｓｂ（ｉ））を
算出する。次に、演算処理部８は、ステップＳ６８において、算出された輝度比率（Ｓａ
（ｉ）／Ｓｂ（ｉ））を予め設定した設定値（閾値）と比較して大きいものを線状欠陥で
ある大スクラッチ２３ｂ、小さなものを非線状欠陥である異物２４若しくは小スクラッチ
２３ａに分類する。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、演算処理部８において、大スクラッ
チ２３ｂを、異物２４若しくは小スクラッチ２３ａと弁別することができるので、第１の
実施の形態と組み合わせることによって、小スクラッチ２３ａ、異物２４、大スクラッチ
２３ｂを弁別できることになる。次に、深いスクラッチ２３ｂも、異物２４と弁別して認
識する第３の実施の形態について説明する。即ち、本第３の実施の形態においては、図１
６に示すように、更に、例えばウェハに横断するような長大な巨大スクラッチ２３ｃを抽
出する方式も組み合わせている。目視で見ても分かるほどの長大なスクラッチ２３ｃは、
演算処理部８において、簡単に連結処理後の長さを評価するだけで抽出することができる
。しかし、この巨大スクラッチ２３ｃを抽出する処理は無くても本発明の機能は損なわな
い。

まず、演算処理部８における本アルゴリズムでは、まず入射方向を変えた２回（１回目
：落射照明１２、２回目：斜方照明１１）の検査データの各々について、ステップＳ７０
ａ、Ｓ７０ｂの各々において連結処理を施し、ステップＳ７１ａ、Ｓ７１ｂにおいて巨大
スクラッチ座標データ１、２を取得する。この連結処理とは、座標の近いデータを１つの
欠陥として認識する膨張処理である。例えば、３×３画素において、周辺に欠陥を示す信
号が検出されたならば、中心の画素に欠陥を示す信号を付与する膨張処理を複数回繰り返
すことにより僅か離れていた欠陥が連結されることになる。これは、１個の欠陥をスポッ
トサイズ、画素サイズ等の要因により複数個の欠陥として抽出することが有るためである
。次に、演算処理部８は、ステップＳ７２において、これら連結処理後の欠陥を示す座標
データ１、２を参照すること（例えば欠陥を示す信号の論理和を取ること）により長い欠
陥を巨大スクラッチ２３ｃとして抽出する（巨大スクラッチデータを作成する）。また、
演算処理部８は、ステップＳ７２において、これら連結処理により連結された欠陥を示す
座標データ１、２の個数（例えば画素数）を参照することにより、面積の大きな欠陥を巨
大スクラッチ２３ｃとして抽出する（巨大スクラッチデータを作成する）。

次に、演算処理部８は、ステップＳ７３ａ、Ｓ７３ｂの各々において、検査１回目のデ
ータ、検査２回目のデータの各々から、巨大スクラッチと認識されたデータを除去し、ス
テップＳ６１、Ｓ６２の各々において検査１、２回目の連結処理後のデータを取得し、記
憶部１７に記憶する。次に、比較演算部１８は、これら取得されて記憶部１７に記憶され
た検査１、２回目の連結処理後のデータを用いて、ステップＳ６４において、図６に示す
２方向照明によるスクラッチ２３ａと異物２４若しくは大スクラッチ２３ｂとの弁別処理
を行う。

次に、演算処理部８は、ステップＳ６５〜Ｓ６８において、図１５に示すように、異物
２４若しくは大スクラッチ２３ｂに弁別されたデータから大スクラッチ２３ｂについて弁
別処理を行う。この弁別処理に関して、更に具体的に図１７を用いて詳細に説明する。即
ち、この弁別処理は、低角度検出光学系５ｂと中角度検出光学系５ｃのフォトマル７ｂ〜
７ｉ、合計８個を用いている。この場合、低角度と中角度ではウェハ１０に対する立体角
が異なるため、低角度と中角度の感度差を生じる。また、フォトマル７ｂ〜７ｉは製品個
々の感度特性に差を生じやすい。このため、８個のフォトマル間の感度バランスを調整し
なくてはならない。そこで、ステップＳ７４において、予め、個々のフォトマル７ｂ〜７
ｉへの印加電圧を変えて感度調整を行う。また、非常に微妙な感度バランス調整を行う場
合、個々のフォトマル７ｂ〜７ｉに対してゲインを設けて、検出した輝度をソフト的に、
あるいはハード的に強度補正を行うのも効果的である。ただ、このゲインによる強度補正
は絶対必要なものではない。次に、フォトマル間の感度バランスの補正を行った後のデー
タを用いて、演算処理部８は、ステップＳ７５において、対向するフォトマル間から得ら
れる輝度の和を取る。その結果、８個のフォトマル７ｂ〜７ｉのデータは４個になる。そ
して、演算処理部８は、ステップＳ６５において、図１５のステップＳ６５と同様に、そ
の４つの輝度和のデータの中から最も大きなデータ（ΣＳａ（ｉ））を選択する。そして
、演算処理部８は、ステップＳ６６〜Ｓ６７において、図１５のステップＳ６６、Ｓ６７
と同様に、それと直交する位置の輝度和のデータＳｂ（ｉ）を参照して直交輝度比率（Σ
Ｓａ（ｉ）／ΣＳｂ（ｉ））を算出する。さらに、演算処理部８は、ステップＳ６８にお
いて、この直交輝度比率（ΣＳａ（ｉ）／ΣＳｂ（ｉ））が設定閾値５０よりも大きけれ
ば大スクラッチ２３ｂ、小さければ異物２４に分類した。以上述べた手法により、異物と
誤認識する可能性のある大スクラッチ２３ｂを異物２４とは別に分類することが可能とな
った。

次に、２方向照明によりスクラッチと弁別した欠陥２３ａを更に詳しく形状分類する第
４の実施の形態について図１８から図２０を用いて具体的に説明する。ＣＭＰは、化学的
機械的研磨と呼ばれるように、単に機械的な作用による研磨だけでなく、エッチング的な
化学的な作用による研磨も同時に行われる。通常、酸化膜研磨工程では機械的な作用が支
配的な研磨条件であり、主なスクラッチ２３ａは、図１８中タイヤ痕と記載している様な
一個が三日月状の微細な線状のスクラッチであり、これが連続した傷２３ａａの場合が多
い。その逆に、この化学的な研磨作用が大きく働く場合には、図１８中ディンプル痕と記
載しているような平面断面形状が円形であるすり鉢上の傷２３ａｂを生じることがある。
また、研磨パッドが使い古されてきて、研磨パッドが硬化してくると、図１８中面荒れと
記載しているようなランダムな方向に生じた微細スクラッチ群２３ａｃを生じることがあ
る。この様に、研磨条件の不具合要因に応じて生じるスクラッチ形状が異なる。逆に言え
ば、スクラッチの形状を詳細に分類して認識することにより、改善すべきプロセス条件の
絞り込みが容易になり、不具合対策期間を大幅に短縮することが可能となる。そこで、前
記の２方向照明による異物とスクラッチの弁別方式において、スクラッチ２３ａと弁別さ
れたデータに関して更に詳しく形状分類を行う。これは、図１８に示すように、水平方向
と垂直方向の散乱光強度分布を詳細に調べて、スクラッチの形状分類を行う手法である。
図１８に示すように、タイヤ痕２３ａａは大スクラッチ弁別において述べたように、線状
痕であるため水平方向に強い指向性を持った回折光を生じる。しかし、ディンプル痕２３
ａｂと面荒れ２３ａｃに関しては水平方向散乱光強度分布には指向性が認められにくい。
そこで、垂直方向の散乱光強度分布を用いてディンプル痕２３ａｂと面荒れ２３ａｃを分
類する。これは、ディンプル痕２３ａｂは垂直方向に指向性が認められるが、面荒れには
認められないためである。そこで、図１９に示すように、演算処理部８において、水平方
向、あるいは垂直方向の回折光の分布を評価することにより詳細な形状の分類を順次行う
。本実施例においては、水平、垂直の双方の散乱光強度分布を用いているが、分類する形
状に応じて、どちらか一方でも良い。即ち、ステップＳ６１、Ｓ６２において、第１回目
の検査は、落射照明１２による上方検出（高角度検出光学系５ａ、中角度検出光学系５ｃ
、低角度検出光学系５ｂ）によって行われ、第２回目の検査は、斜方照明１１による前方
低角度検出光学系５ｂ（６ｂ、７ｂ；６ｃ、７ｃ）または高角度検出光学系５ａおよび／
または中角度検出光学系５ｃによって行われる。

次に、本実施例においては、ステップＳ６３、Ｓ６４においてスクラッチ２３ａと分類
されたデータから、演算処理部８は、ステップＳ７６において、図１７に示す同じ手法を
用いて、まず、落射照明１２による水平方向の散乱光強度分布（Ｓｈａ（ｉ）／Ｓｈｂ（
ｉ））を評価して、指向性の強いものをタイヤ痕２３ａａと分類する。そして、演算処理
部８は、残りのデータに関して、ステップＳ７７において、垂直方向の指向性を評価して
、ディンプル痕２３ａｂと面荒れ２３ａｃとに分類する。本実施例においては、水平方向
の指向性は図１７に示すフローと同様に行った。垂直方向の指向性評価は様々な方法が考
えられるが、例えば高角度検出光学系５ａの光電変換器７ａで検出される検出輝度Ｓｈ（
ｉ）と、低角度検出光学系５ｂおよび中角度検出光学系５ｃの光電変換器７ａ〜７ｉで検
出される検出輝度の和ΣＳｌ（ｉ）との比率（Ｓｈ（ｉ）／ΣＳｌ（ｉ））を取れば良い
。図２０に弁別結果の一例を示す。図２０（ａ）は、落射照明１２による水平方向の輝度
比率（Ｓｈａ（ｉ）／Ｓｈｂ（ｉ））を評価してタイヤ痕２３ａａとディンプル痕２３ａ
ｂ、若しくは面荒れ２３ａｃとに分類した結果であり、図２０（ｂ）は、落射照明１２に
よる垂直方向の輝度比率（Ｓｈ（ｉ）／ΣＳｌ（ｉ））を評価して面荒れ２３ａｃとディ
ンプル痕２３ａｂを分類した結果である。この図２０（ｂ）において、ディンプル痕２３
ａｂは直径が大きくなるほど垂直方向への回折光の指向性が強くなる。これは、一般に知
られているエアリーディスクの原理とも一致する知見である。この輝度比率からディンプ
ル痕の直径を推定することも可能である。以上説明した第４の実施の形態により、ＣＭＰ
で平坦に加工された絶縁膜上に存在する異物２４や様々な形状を有するスクラッチ欠陥２
３を弁別して検査することが可能となり、その結果が演算処理部８から出力されて全体制
御部９に接続された記憶装置３１に格納されることになる。

次に、本発明に係る前述したスクラッチ等の表面検査において、検出欠陥の分類が正確
に行われているか否かを事前に評価する第５の実施の形態について図１、および図２１〜
図２３を用いて説明する。ところで、図１に示すように、スクラッチ等の表面検査装置は
、記憶装置３１、キーボードやマウスや記憶媒体などから構成された入力手段３２、デイ
スプレイ等から構成された表示装置３３、および例えばＳＥＭ装置等に接続されたネット
ワーク３４を接続する全体制御部９が備えられている。当然、記憶装置３１には、演算処
理部８において弁別処理された検査結果が格納されていることになる。

さらに、本発明に係るスクラッチ等の表面検査では、感度の確認も同様に必要ではある
が、検査結果である検出欠陥の分類が正確に行われているか否かをレビューにより事前に
評価しなければならない。このため、単に検出輝度情報だけでなく、弁別処理結果も踏ま
えてデータをサンプリングしなくてはならない。具体的には、数多く検出された欠陥の中
から、弁別線位置（閾値）２０、５０に近い分類結果が怪しそうな欠陥のみをＳＥＭ装置
（図示せず）でレビューすると言った、レビュー対象を選択して効率的に評価することが
重要となる。即ち、次に説明するように、表示装置３３の画面４０上に表示された弁別線
（閾値）２０、５０に近い分類結果が怪しい欠陥を指定することによって、その欠陥の位
置座標を取得することができる。そして、このウェハ１０をＳＥＭ装置に搭載し、取得さ
れた位置座標を基に上記欠陥についてＳＥＭ観察することによって、異物２４なのか、各
種のスクラッチ２３なのかをレビュー評価することが可能となる。そして、このＳＥＭ装
置によるレビュー評価結果を、例えばネットワーク３４を介して全体制御部９に入力して
記憶装置３１に格納すれば、上記弁別線（閾値）２０、５０の妥当性をレビューすること
が可能となる。

そこで、表示装置３３に表示する画面４０を、図２１に示すように、スクラッチ弁別輝
度分布グラフ４１、大スクラッチ弁別輝度分布グラフ４２、そして、欠陥マップ上対応座
標検索４３、及び、弁別結果の表示ウィンドウ４４から構成した。スクラッチ弁別輝度分
布グラフ４１は、落射照明による受光輝度Ｓ（ｉ）と斜方照明による受光輝度Ｔ（ｉ）と
の関係を示し、閾値（弁別線）２０によって微細スクラッチ２３ａと異物２４／大スクラ
ッチ２３ｂとが弁別される状態を示すことになる。大スクラッチ弁別輝度分布グラフ４２
は、最大輝度（ΣＳａ（ｉ））と直交輝度比率（ΣＳａ（ｉ）／ΣＳｂ（ｉ））との関係
を示し、閾値（弁別線）５０によって異物２４と大スクラッチ２３ｂとが弁別される状態
を示すことになる。欠陥マップ上対応座標検索４３は、ウェハ１０上に生じているスクラ
ッチ２３や異物２４の発生状況（欠陥マップ）を示すものである。弁別結果の表示ウィン
ドウ４４は、サイズ（小、中、大）に応じた異物２４の個数、およびスクラッチ（タイヤ
痕２３ａａ、ディンプル痕２３ａｂ、面荒れ２３ａｃ、大スクラッチ２３ｂ、巨大スクラ
ッチ２３ｃ）２３の個数を示すものである。なお、この弁別結果の表示ウィンドウ４４と
しては、ヒストグラフ表示も可能である。

なお、４種類の表示内容を別々のウィンドウ内に表示したが、１個のウィンドウ内に複
数個のグラフを表示してもかまわない。また、この４種類が全て同時に表示されていなく
てもかまわない。また、図示していないが、スクラッチの内容を水平方向及び垂直方向の
輝度比率を用いて解析を行った結果である輝度比率画面もプルダウンメニューにより選択
して表示することができる。また、欠陥マップ上対応座標検索４３において、欠陥マップ
上の欠陥をカーソル３２等で指定すると、欠陥座標、弁別結果、各光電変換器７ａ〜７ｉ
の受光輝度を１個、若しくは複数個の項目で表示することが可能である。また、スクラッ
チ弁別輝度分布グラフ４１、及び、大スクラッチ弁別輝度分布グラフ４２の片方、若しく
は双方のグラフ上において、カーソル３２等で指定された欠陥に該当するデータを明滅、
或いは、色を変える、或いは表示マークの大きさを変える等により、対応するデータを作
業者が容易に判別しやすいように表示することが可能となる。これは、同様にスクラッチ
弁別輝度分布グラフ４１、或いは、大スクラッチ弁別輝度分布グラフ４２上にて、カーソ
ル等の入力手段３２によりデータ点を選択すると、対応するデータを欠陥マップ上で、表
示マークを明滅させる、或いは色を変える、或いは、表示マークの大きさを変える等によ
り他のデータと区別してモニタ３３上で判別できるようにした。また、グラフ４１、４２
上で指定したデータの欠陥座標、弁別結果、各光電変換器７ａ〜７ｉの受光輝度の情報を
、１個、若しくは複数個の項目について表示する。この様に、任意の欠陥データをグラフ
４１、４２上、若しくは欠陥マップ４３上において選択し、その検査情報をモニタ３３上
に表示することにより、弁別処理の妥当性の検討を短期間に終了させることが可能となる
。

このように全体制御部９は、記憶装置３１に格納された検査結果（異物２４やスクラッ
チ２３の座標データ、異物２４や各種スクラッチ２３の弁別結果、および落射照明および
斜方照明によって各光電変換器７ａ〜７ｉから得られる受光輝度のデータ）を表示装置３
３の画面上に表示することが可能となり、事前に、検出欠陥の分類が正確に行われている
か否かをレビューすることが可能となる。特に、グラフ表示４１、４２において、弁別す
るための弁別線（閾値）２０、５０の妥当性についてレビューすることが可能となる。

また、図２１に弁別結果４４で示すように光電変換器７ａ〜７ｉによる受光輝度の大き
さに応じて異物２４、スクラッチ２３の各分類における欠陥の大きさを推定して幾つかの
カテゴリーに分類して表示することも検査結果を有効利用するのに効果的である。異物２
４、スクラッチ２３ともに、半導体の配線間隔等、設計値に対して十分小さな（サイズが
小である）欠陥は、製品機能に致命的なダメージを与えることは少ない。その逆に、非常
に大きな（サイズが大である）欠陥が数多く発生した場合には即時に生産を中止しなくて
はならない。つまり、検出した欠陥の大きさに応じても対応策が異なる。そこで、弁別結
果４４で示すように、致命的な欠陥ではない極微小欠陥をサイズが小、致命に至りやすい
欠陥をサイズが中、必ず致命に至ると想定される大きな欠陥をサイズが大と３つのカテゴ
リーに分類した。この、カテゴリー数は３つである必要はなく、用途に応じて１、若しく
は複数個のカテゴリを設ければ良い。また、異物２４、スクラッチ２３の分類全てについ
て一律に３つのカテゴリーを設定したが、異物、或いは、各スクラッチの分類毎に異なる
数のカテゴリーを設けても良い。また、各カテゴリー毎に小計を求めた。また、異物２４
、スクラッチ２３毎に合計を求めた。また、異物２４とスクラッチ２３の合計を足し合わ
せた欠陥合計を表示させても良い。

以上説明したように、全体制御部９が、弁別結果４４として、異物２４および各種スク
ラッチ２３についてカテゴリー毎の小計、或いは合計を出力することができるように構成
したことにより、実際、製造現場において用いる場合において、これらのカテゴリー毎の
小計、或いは合計数を管理することが可能となり、その結果、スクラッチ２３、異物２４
の発生具合を効率的にモニタリングすることが可能となり、適切な対応策を取ることがで
きることになる。

更に、全体制御部９は、詳細に欠陥サイズの分布を見るために、度数分布表示機能を備
えている。これは、図２２に示すように横軸を落射照明時の受光輝度、縦軸に度数を取っ
たものである。本図においては、タイヤ痕２３ａａと分類された欠陥データについてのみ
度数分布表示を行っている。これは、異物２４、スクラッチ２３の各分類毎、或いはスク
ラッチと認識されたものの全て、或いは、異物２４とスクラッチ２３を合わせた全欠陥に
ついて表示を行う等、組み合わせは様々考えられる。図示していないが、プルダウンメニ
ュー等で容易に組み合わせを選択できるようにしている。また、横軸に各光電変換手段７
ａ〜７ｉ毎の輝度、或いは、任意の組み合わせについて光電変換手段７ａ〜７ｉの受光輝
度和を算出しても良い。また、斜方照明時のデータに関して同様の処理を行っても良い。
この度数分布表示機能を用いることにより、欠陥分布を詳細に分析できるのと同時に、散
乱光の分布を詳細に解析することも容易になる。

また、これらの検査データを解析するのには、この様に専用の解析ツールも有効である
が、自分で手軽に多様な処理を実行できる市販の表計算ソフトを用いることも評価期間短
縮に効果的である。そこで、検査データを選択した一部、或いは全てのデータについて、
図２３に示すような項目について表計算ソフトで読み込み可能なフォーマットでハードデ
ィスク、或いはフロッピー（登録商標）ディスク等の記憶装置３１にセーブすることにし
た。本実施例においては欠陥に付けた認識番号、弁別結果、落射照明時の各フォトマル７
ａ〜７ｉの受光輝度、及び、斜方照明時の各フォトマル７ａ〜７ｉの受光輝度に関して記
憶装置３１に書き込んでいる。これら全てが必ずしも必要ではない。また、欠陥の座標デ
ータ等をセーブするのも有意義な場合がある。このデータを市販の表計算ソフトで読み込
むことにより、全体制御部９は、手軽に検出欠陥のデータを解析することが可能であり、
短期間に弁別能力を向上させることができる。以上は、回折光の３次元的な強度分布を評
価するために複数の光電変換手段７ａ〜７ｉを用いた方法について説明した。

次に、２次元的な回折光の分布を、簡易的に得るスクラッチ等の表面検査装置の第３の
実施例について図２４〜図２６を用いて説明する。本実施例は、図１または図９に示す実
施例における高角度検出光学系５ａに、レンズ１０８、１０６及びＣＣＤカメラ１０４、
１０７、ビームスプリッタ１０５から構成される検出光学系を追加したものである。従っ
て、本実施例においても、落射照明系と斜方照明系とが存在することになり、異物２４と
小スクラッチ２３ａとは輝度比率に基いて弁別されることになる。さらに、追加されたＣ
ＣＤカメラ１０４、１０７としては、ＴＤＩセンサ等２次元に光電変換する手段であれば
良い。また、本実施例においては、２台のＣＣＤカメラ１０４、１０７を用いているが１
台のＣＣＤカメラを結像面とフーリエ変換面の２カ所に移動させて構成しても良い。１方
のＣＣＤカメラ１０４は、カメラ結像面が、レンズ１０８の結像面に一致するように設置
する。他方のＣＣＤカメラ１０７は、カメラ結像面が、レンズ１０６のフーリエ変換面に
一致するように設置する。まず、演算処理部８の演算部１８ａにおいて、ＣＣＤカメラ１
０４から得られ、Ａ／Ｄ変換部１６ａでＡ／Ｄ変換されて記憶部１７ａに記憶された結像
画像データを用いて例えば所望の閾値で２値化信号に変換して欠陥を示す信号を抽出する
ことによって欠陥２３、２４の位置を探索し、この探索された結果を出力して記憶装置３
１に欠陥の位置座標として記憶する。全体制御部９は、この探索された欠陥の位置座標を
基にステージコントローラ１４からの制御指令によりステージ１５を駆動制御して欠陥２
３、２４をＣＣＤカメラ１０７の視野中心に位置付けする。

次に、演算処理部８の演算部１８ｂは、ＣＣＤカメラ１０７から得られ、Ａ／Ｄ変換部
１６ａでＡ／Ｄ変換されて記憶部１７ａに記憶された画像データを用いて以下の評価を行
う。例えば、図２５中（ａ）の様に水平方向に大スクラッチ２３ｂのような線状欠陥が存
在している場合、フーリエ変換面上では図２５（ｂ）中垂直方向に回折光は分布する。こ
れを、図２６に示すアルゴリズムで評価することにより水平方向の回折光分布を評価する
ことが可能となる。まず、演算部１８ｂにおいて、図２５（ａ）に示すように、０次回折
光を受光する点の周辺に、図中円で示したこの場合８つの輝度評価領域を設定する。本実
施例においては、この輝度評価領域は円であるが、円である必要性は全くない。四角でも
、多角形でも良い。また、本実施例では８つの輝度評価領域を設定しているが、散乱光強
度分布を評価する精度に応じて、８個より多くても、少なくても問題ない。数、形状を規
定するものでは無い。そして、演算部１８ｂは、設定されたそれぞれの輝度評価領域内で
、各画素の受光輝度の和Ｓ（ｉ）を求める。この、８つの輝度和を用いて図１５又は図１
７と同様に水平方向の回折光指向性の評価を図２６に示す処理フローＳ６５、Ｓ６６、Ｓ
６７により行うことができる。本実施例においては、ウェハ１０の法線に近い方向から光
源２の光を照射しているが、斜め方向から照射する場合にも用いることができる。また、
本実施例ではウェハ１０の法線方向の回折光を受光しているが、斜め方向の回折光を受光
しても良い。また、本実施例ではウェハ１０からの正反射光を受光しないようにレンズ１
０８のＮＡから外れた位置に反射ミラー４ｃを配置した疑似垂直照明を用いているが、垂
直照明でもかまわない。

以上述べた手法は、配線パターンの無いウェハ１０を主に扱う場合であった。配線パタ
ーンが有るウェハ１０に本手法を適用する場合には、図２７に示すように空間フィルタ２
０８を設ける。但し、配線パターンによっては必ずしも空間フィルタを必要としない場合
もある。本実施例においては、特開平６−２５８２３９号公報に記載されているように、
例えば直線状の空間フィルタを用いて周期的な配線パターンからの回折光に基づく回折パ
ターンを除去する必要がある場合について述べる。本実施例の構成を、図２７を用いて説
明する。本実施例は、被検査物であるウェハ１０と、光源２、及び光路切替機構３、反射
ミラー４ａ”、４ｂ、４ａ’、４ａ、４ｃ’より構成した照明部、レンズ６、空間フィル
タ２０８、光電変換手段７よりなる検出部より構成した。本実施例においては、１個の光
源２の光線を光路切替機構３と反射ミラー４ａ”、４ｂ、４ａ’、４ａにより落射照明１
２と斜方照明１１に切り替えているが、光源の個数、反射ミラーの数は規定しない。２個
の光源を用いても、より多くの、或いは少ない反射ミラーを用いても良い。弁別原理、弁
別処理方法は前記手法と同様に行うことができる。また、落射照明１２は図７に示す垂直
照明、疑似垂直照明の何れでも良い。以上述べた手法では、スクラッチ２３の形状の特異
性に着目して、そこから生じる散乱光の分布及びその強度を演算処理部８において解析す
ることにより、スクラッチ２３と異物２４とを弁別した。また、更に、スクラッチ２３の
詳細な形状分類を行った。

次に、本発明に係る第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４の実施例について図２８〜図３４を用いて説明する。即ち、第４の実施例では、凸で
ある異物２４と凹であるスクラッチ２３に着目して、凹凸の弁別処理を行う手法である。
誤解を避けるために再度述べておくが、今まで述べた異物２４とスクラッチ２３の弁別手
法は、凹凸の認識を行っている訳ではなく、あくまでもスクラッチ２３と異物２４の幅Ｗ
と深さＤ或いは、高さのアスペクト比の違いに着目した手法である。

本第４の実施例は、光源３００およびウェハ１０の垂直方向から照明するためのハーフ
ミラー３０２から構成される照明光学系１ｂと、フーリエ変換面に設置した位相遅れフィ
ルタ３０５、位相進みフィルタ３０６、それぞれを透過した光を分岐するためのビームス
プリッタ３０４、および光電変換手段３０７、３１０から構成される検出光学系と、各光
電変換手段３０７、３１０から得られる検出輝度の差を取る差信号処理部３０８、および
その結果から凹凸を認識する弁別処理部３０９から構成した演算処理部８とを備えて構成
される。本第４の実施例においては、光電変換手段としてフォトマルＡ３１０、フォトマ
ルＢ３０７を用いた。まず、図２９および図３０を用いて、位相遅れフィルタ３０５と位
相進みフィルタ３０６について説明する。位相遅れフィルタ３０５は、周辺部に対して、
０次回折光が透過する近傍の光の位相に遅れを生じさせる。具体的には、厚さｔのオプテ
ィカルフラットな板に０次回折光が透過する近傍のみ、厚さをｔ＋ｄと厚めにする。板の
屈折率をｎとすると、周辺部の光路長Ｌと０次回折光近傍の光路長Ｌ’は、大気の屈折率
ｎ_０を考慮して以下に示す（数２）式および（数３）式により求めることができる。

Ｌ＝ｎ×ｔ＋ｎ_０×ｄ （数２）
Ｌ’＝ｎ×（ｔ＋ｄ） （数３）
つまり、周辺部と０次回折光近傍を透過する光には次の（数４）式で示される光路長差
ΔＬ１を生じる。

ΔＬ１＝Ｌ’−Ｌ＝（ｎ−ｎ_０）×ｄ （数４）
大気の屈折率を１とすると、板にガラス材を用いた場合には屈折率がおよそ１．５であ
ることから、具体的には次の（数５）式で示される光路長差ΔＬを生じる。

ΔＬ１＝（１．５−１）×ｄ＝０．５×ｄ （数５）
また、位相進みフィルタ３０６は、図３０に示すように、０次回折光透過近傍をｔ−ｄ
と薄目にしておく。そうすると、上記と同様の考え方により、次の（数６）式で示すよう
に、光路長差ΔＬ２を生じる。

ΔＬ２＝（ｎ₀−ｎ）×ｄ （数６）
上記具体例の場合、この光路長差ΔＬ２は次に示す（数７）式のようになる。

ΔＬ２＝−０．５×ｄ （数７）
波長λの光源の場合、これは周辺透過光に対して０次回折光近傍の透過光は、次の（数
８）式および（数９）式で示すように、位相遅れθ１（ｒａｄ．）、及び位相進みθ２（
ｒａｄ．）を生じることになる。

θ１＝ΔＬ１／λ×２π＝（ｎ−ｎ_０）×ｄ／λ×２π （数８）
θ２＝ΔＬ２／λ×２π＝（ｎ_０−ｎ）×ｄ／λ×２π （数９）
上記具体例において、波長λ＝４８８ｎｍの光源を用いた場合、位相ずれは具体的には
次の（数１０）式および（数１１）式で示される数値となる。

θ１＝０．５×ｄ／４８８×２π （数１０）
θ２＝−０．５×ｄ／４８８×２π （数１１）
そこで、位相遅れθ１と位相進みθ２との間において、θ１＝π／２、θ２＝−π／２
の位相ずれを生じさせるためには、ｄを次に（数１２）式および（数１３）式で示される
値にすれば良い。

θ１＝π／２＝０．５×ｄ／４８８×２π
ゆえに、ｄ＝２４４ｎｍ （数１２）
θ２＝−π／２＝−０．５×ｄ／４８８×２π
ゆえに、ｄ＝２４４ｎｍ （数１３）
この様に設計した位相フィルタ３０５、３０６を用いれば、以下に述べる異物２４とス
クラッチ２３との弁別原理を実現することが可能となる。

即ち、異物２４とスクラッチ２３との弁別原理について、図３１を用いて説明する。ウ
ェハ１０に照射されたレーザは位相の揃った平面波である。また、欠陥のないウェハ表面
から正反射される光はやはり位相の揃った平面波である。この正反射光を基準反射光と称
する。凸部である異物２４からの反射してくる光は、基準反射光に比べて光路長が短くな
る。そのため、基準反射光に対して凸部からの反射光の位相は進んでいる。逆に凹部であ
るスクラッチ２３からの反射光は、へこみ分だけ光路長が基準光に比べて長くなり、位相
は遅れる。つまり、凹凸を含む面にレーザ光束１２を照射すると、凹凸部分から反射され
るレーザの位相は、平面部から反射されるレーザの位相よりも、凹部分は遅れを生じ、凸
部分は進みを生じる。そこで、本発明においては、フーリエ変換面に２種類の位相フィル
タ３０５、３０６を挿入し、この凹凸に起因した位相の進みと遅れを差信号処理部３０８
で検出し、この検出した位相の進みと遅れを基に弁別処理部３０９で凹凸の弁別を行うこ
とにより、異物２４であるかスクラッチ２３であるかを弁別することができ、それらを位
置座標と共に全体制御部９に接続された記憶装置３１に記憶させることができる。

さらに、図３２〜図３４を用いて詳細に説明する。まず、演算処理部８の差信号処理部
３０８および弁別処理部３０９において、凹部であるスクラッチ２３を検出する差信号強
度について図３２を用いて詳細に説明する。この位相ベクトル図は、位相変化を受けない
基準反射光の位相を基準として、時計回りが位相遅れ、反時計回りが位相進みを示してい
る。フォトマルＡ３１０は位相進みフィルタ３０６を透過した光を受光している。フォト
マルＢ３０７は位相遅れフィルタ３０５を透過した光を受光している。ウェハ表面からの
正反射光成分はフーリエ変換面においては点状に集光され、位相フィルタの中心に形成し
た位相変更領域を通過する。このため、位相進みフィルタ３０６を透過した基準光の位相
は、位相ベクトル図上反時計回りに９０度進まされたベクトル３２１となる。また、スク
ラッチ２３から生じた散乱光はフーリエ変換面においてはほぼ平行光となり、位相フィル
タ３０６、３０５の周辺領域を透過する。このため、基準透過光に対して相対的に位相の
遅れているスクラッチ２３からの散乱光は、図３２の位相ベクトル図の左側に示すように
時計回りに位相がずれたベクトルになる。結像面においては、これらの位相が進んだ基準
反射光３２１と、位相の遅れた散乱光２３１が干渉することにより結像する。この位相ベ
クトル図上では、位相フィルタ３０６により９０°位相が進められた基準光ベクトル３２
１と、凹部により位相遅れを生じている散乱光ベクトル２３１の和、図中フォトマルＡ検
出光ベクトル３１０ａがその干渉により生じた結像ベクトルを表している。つまり、結像
の輝度はこのフォトマルＡ検出光ベクトル３１０ａの長さとなる。

同様に、位相遅れフィルタ３０５を透過した結像の輝度は、位相フィルタ３０５により
９０°位相が遅らされた基準光ベクトル３２２と、凹部により位相遅れを生じている散乱
光ベクトル２３１の和で示される位相ベクトル右側のフォトマルＢ検出光ベクトル３０７
ａのようになる。この２つのベクトル３１０ａ、３０７ａの大きさを比較するとフォトマ
ルＢ検出光ベクトル３０７ａの方が大きくなる。つまり、フォトマルＢ３０７で検出され
る、散乱光の位相ずれと同方向に基準光の位相をずらした場合の方が、合成ベクトルの大
きさは大きくなる。従って、演算処理部８の差信号処理部３０８において、フォトマルＡ
検出輝度３１０ａからフォトマルＢ検出輝度３０７ａを引いた差信号が負となることによ
り、弁別処理部３０９において凹部であるスクラッチ２３を弁別することができる。

ところで、図３４には、光電変換手段３１０、３０７に２次元の光電変換手段、例えば
ＣＣＤカメラを用いた場合の暗視野画像の一例を示す。それぞれの輝度分布は、画像デー
タ上ａ−ａ’、或いはｂ−ｂ’断面における輝度プロファィルを示している。そして、図
３４左半分がスクラッチ２３の場合である。位相進みフィルタ３０６を透過させた暗視野
画像は、位相遅れフィルタ３０５を透過させた暗視野画像よりも暗くなる。この様に、２
次元光電変換手段を用いた場合には、演算処理部８の差信号処理部３０８において、検出
輝度プロファィルにおける最大値の差を取ればよい。

次に、演算処理部８の差信号処理部３０８および弁別処理部３０９において、凸部であ
る異物２４を検出する差信号強度について図３３を用いて詳細に説明する。凸部である異
物２４においては、散乱光２４１は基準光に対して位相が進む。このため、結像面での強
度は、位相進みフィルタ３０６を介したフォトマルＡ３１０の受光強度３１０ｂの方が、
位相遅れフィルタ３０５を介したフォトマルＢ３０７の受光強度３０７ｂよりも強度が強
くなる。そのため、差信号処理部３０８において得られる差信号は正となり、弁別処理部
３０９において凸部である異物２４として弁別することができる。そして、図３４右半分
に示すように、異物２４の場合には位相進みフィルタ３０６を透過した暗視野画像の方が
明るくなる。この様に、２次元光電変換手段を用いた場合には、演算処理部８の差信号処
理部３０８において、検出輝度プロファィルにおける最大値の差を取ればよい。

以上説明したように、スクラッチ２３および異物２４からなる欠陥の凹凸形状に応じて
、差信号処理部３０８から得られる輝度信号の差信号が正負逆となる。従って、弁別処理
部３０９において、この正負を判定することでスクラッチ２３と異物２４との弁別を行う
ことが可能となる。また、弁別処理部３０９において差信号強度を深さ、或いは高さ情報
に変換することも容易に可能である。ところで、以上説明した第１〜第４の実施の形態で
は、欠陥の種類としてスクラッチ２３が含まれる場合についてのみ説明してきた。第１〜
第４の実施の形態の前半部においては、事前にスクラッチ２３と分類したものについての
み、或いは異物２４と分類したものについてのみ回折光の指向性を用いた形状分類を行っ
た。しかし勿論、演算処理部８は、異物２４のみの欠陥、スクラッチ２３のみの欠陥に対
して、この指向性を用いて分類する機能を用いて、欠陥の形状分類を行うことも容易に実
現可能である。また、第１〜第４の実施の形態の後半に述べた位相差による凹凸弁別方式
と、前半に述べた回折光分布評価方式とを組み合わせて用いることも可能である。以上説
明した発明によれば、ＡＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｆｅｃｔ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａ
ｔｉｏｎ）、或いは、オンザフライＡＤＣを実現することが可能となる。

次に、ウェハエッジ近傍の欠陥検査の実施の形態について図３５〜図４０を用いて説明
する。まず、本実施の形態を、図１０及び図１１に示す集光検出光学系に適用した場合に
ついて説明する。即ち、図３５には、スクラッチ２３や異物２４等の欠陥４０２がウェハ
エッジ部４０３近傍に付着した場合を示している。この場合、レーザ等の照明光１１、１
２を、スクラッチ２３や異物２４等の欠陥４０２に照射すると光束ｄ内にエッジ４０３も
含んでしまうことになる。さらに、ウェハエッジ４０３からの散乱光は、図３６に示すよ
うにエッジ法線方向の鉛直面上に分布する。このため、図３７に示すように、ウェハ上方
から見ると、ウエハ１０のエッジ４０３からの散乱光４０４はエッジ法線方向に指向性が
強く分布する。また、欠陥４０２からの散乱光４０５は、顕著な指向性を示さない。そこ
で、図３８に示すようにエッジ接線方向に位置する検出光学系、図３８中Ｂ検出光学系、
Ｂ‘検出光学系の１個若しくは２個を用いればエッジ４０３からの散乱光４０４に比べて
欠陥４０２からの散乱光４０５を強い強度で検出ことが可能となる。また、検出光学系と
しては、Ｃ検出光学系、Ｃ’検出光学系、Ｄ検出光学系、Ｄ‘検出光学系の１若しくは複
数個用いても良い。また、演算処理部８内の比較演算部１８において、Ａ検出光学系、Ａ
’検出光学系と上記検出光学系との間の検出輝度比を算出することにより散乱光の指向性
の強弱を判定して、エッジ４０３のみか、欠陥４０２を含むかを判定しても良い。

次に、本実施の形態を、図２４に示す結像検出光学系に適用する場合について図３９を
用いて説明する。フーリエ変換面に図４０に示す空間フィルタ４０７をウェハエッジ法線
方向に空間フィルタ遮光部４０８を設置した場合である。図３６に示すように、ウェハエ
ッジ部４０３からの散乱光は、ウェハエッジ部４０３から法線方向に強い指向性を持って
分布する。このため、空間フィルタ４０７を挿入することによりエッジ部４０３からの散
乱光を遮光することになり、欠陥４０２からの散乱光を光電変換手段１０７で受光するこ
とが可能となる。本実施の形態では、ステージ１５としてＲθステージ（水平面内回転ス
テージ）を備えた場合を示している。この場合、検出光学系とレーザ光などの照明光によ
り照射されたウェハエッジの方向は、オリフラも含めて相対的に常に一定している。その
ため、集光光学系においては使用する検出光学系５ｂ、５ｃの位置を、また、結像光学系
においては空間フィルタ４０７により遮光する方向を変更せず一定で良い。

また、ステージ１５としてＸＹステージのみにより構成した場合には、ウェハのエッジ
方向に合わせて使用する検出光学系５ｂ、５ｃを変える、或いは空間フィルタ４０７を観
点させる等の工夫が必要となる。以上説明したように、上記実施例によれば、ウェハエッ
ジ近傍の異物も高感度に検出できるため、エッジ周辺部に異物を付着させやすい工程の不
具合を即時に発見することにより、高歩留まりを達成することが可能となる。

１ａ、１ｂ…照明光学系、２…光源、３…光路切替機構、４ａ〜４ｄ、４ｃ‘…反射ミ
ラー、５…検出光学系、５ａ…高角度検出光学系、５ｂ…低角度検出光学系、５ｃ…中角
度検出光学系、６、６ａ〜６ｉ…集光レンズ、７、７ａ〜７ｉ…光電変換器（フォトマル
）、８…演算処理部、９…全体制御部、１０…被検査物（ウェハ）、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、１６、１６ａ〜１６ｉ…Ａ／Ｄ変換部、１７、１７ａ〜１７
ｉ…記憶部、１８…比較演算部（比較判定部）、２１…基板、２２…絶縁膜（ＳｉＯ₂膜
）、２３…スクラッチ、２３ａ…小スクラッチ、２３ａａ…タイヤ痕、２３ａｂ…ディン
プル痕、２３ａｃ…面荒れ、２３ｂ…大スクラッチ、２３ｃ…巨大スクラッチ、２４…異
物、２０、５０…弁別線（閾値）、３１…記憶装置、３２…入力手段、３３…表示装置、
３４…ネットワーク、４０…画面、４１…スクラッチ弁別輝度分布グラフ、４２…大スク
ラッチ弁別輝度分布グラフ、４３…欠陥マップ上対応座標検索、４４…弁別結果の表示ウ
インドウ（ヒストグラフ表示）、５１…基板設置台、１０４…ＣＣＤカメラ、１０５…ビ
ームスプリッタ、１０６…レンズ、１０７…ＣＣＤカメラ、１０８（６）…レンズ、２０
８…空間フィルタ、３００…光源、３０２…ハーフミラー、３０３…レンズ、３０４…ビ
ームスプリッタ、３０５…位相遅れフィルタ、３０６…位相進みフィルタ、３０７…フォ
トマルＢ、３０８…差信号処理部、３０９…弁別処理部、３１０…フォトマルＡ。

Claims (4)

1. 試料表面の検査領域に対して照明光を照射する照明系と、
   前記照明系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する散乱光を検出する検出系と、
   前記検出系により検出された該散乱光に基づく信号を処理する処理系とを備え、
   前記照明系は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明光学系と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明光学系とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明光学系とを備え、
   前記検出系は、前記第一の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光および前記第二の照明光学系により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光が検出可能であり、
   前記処理系は、前記検出系により検出された前記散乱光の信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記一の欠陥と判定された前記一の欠陥を示す座標、または前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数、に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   前記処理系では、前記連結処理を複数回行うことを特徴とする欠陥検査装置。
3. 試料表面の検査領域に対して照明光を照射する照明工程と、
   前記照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する散乱光を検出する検出工程と、
   前記検出工程により検出された該散乱光に基づく信号を処理する処理工程とを備え、
   前記照明工程は、試料表面の検査領域に対して該試料表面の上方から照明光を照明する第一の照明工程と、該試料表面の検査領域に対して前記第一の照明工程とは異なる仰角方向から照明光を照明する第二の照明工程とを備え、
   前記検出工程は、前記第一の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第一の散乱光を検出する第一の検出工程と、前記第二の照明工程により照明され該試料表面の検査領域から散乱する第二の散乱光を検出する第二の検出工程とを行い、
   前記処理工程は、前記検出工程により検出された検出信号に基づき欠陥候補と判定された複数の欠陥候補のうち、座標間の距離が所定の値以下の欠陥候補を一の欠陥であると判定する連結処理と、前記第一の散乱光の検出信号と前記第二の散乱光の検出信号との比率により、浅いスクラッチ欠陥を弁別する第一の弁別処理と、前記一の欠陥と判定された当該一の欠陥の大きさまたは前記一の欠陥と判定された複数の欠陥候補の座標の個数に基づき、深いスクラッチ欠陥を弁別する第二の弁別処理とを行うことを特徴とする欠陥検査方法。
4. 請求項３記載の欠陥検査方法であって、
   前記処理工程では、前記連結処理を複数回行うことを特徴とする欠陥検査方法。

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