パターン欠陥検査方法および装置
【課題】
グレインやモホロジーの誤検出や干渉光強度ムラの影響を低減して、様々なプロセスにおけるターゲット欠陥を安定に検出できるパターン欠陥検出方法及びその装置を提供すること。
【解決手段】
複数波長を出力する照明手段３および４から射出された光を、ビームスプリッタ６で反射しウェハ１に照射する。ウェハ１からの回折光は対物レンズ８で集光され、光変調ユニット７、１１、１３を通して、光検出部１７にてイメージセンサに結像し、信号処理部１８にて欠陥を検出する。ここで、光変調ユニットは複数の光学部品を選択的に用いて対象欠陥に最適化する。
グレインやモホロジーの誤検出や干渉光強度ムラの影響を低減して、様々なプロセスにおけるターゲット欠陥を安定に検出できるパターン欠陥検出方法及びその装置を提供すること。
【解決手段】
複数波長を出力する照明手段３および４から射出された光を、ビームスプリッタ６で反射しウェハ１に照射する。ウェハ１からの回折光は対物レンズ８で集光され、光変調ユニット７、１１、１３を通して、光検出部１７にてイメージセンサに結像し、信号処理部１８にて欠陥を検出する。ここで、光変調ユニットは複数の光学部品を選択的に用いて対象欠陥に最適化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料上の回路パターンの欠陥（ショートや断線など）や異物を検出するパターン欠陥検査・異物検査に係り、特に半導体ウェハや液晶ディスプレイ、ホトマスクなどの回路パターンにおける欠陥・異物を検査するパターン欠陥検査方法及びその装置に関する。以下、欠陥は異物を含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の検査装置は試料を移動させつつ、イメージセンサ等の撮像素子により試料を撮像し、検出した画像信号と一定時間遅らせた画像信号の濃淡を比較することにより不一致部を欠陥として認識するものがある（特許文献１）。
【０００３】
また、試料の欠陥検査に関する他の技術としては、メモリマット部等のパターン密度が高い領域と周辺回路等のパターン密度が低い領域とが同一ダイ内に混在する半導体ウェハなどにおいて高精度に検査する技術がある（特許文献２）。
【０００４】
また、微細な回路パターンを検出する技術としては、光学的に照明光または回折光を制御し、高い分解能で検出する技術がある（特許文献３および４）。
【０００５】
また、ホトマスクの回路パターンを検査する技術としては、光源にエキシマレーザ等のＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：紫外）レーザ光を用い、光路上に挿入した拡散板を回転させて可干渉性を低減させた光をマスクに均一照明し、得られるマスクの画像データから特徴量を計算してホトマスクの良否を判定する技術がある（特許文献５）。
【０００６】
また、ＵＶ〜ＤＵＶ（Ｄｅｅｐ ＵＶ：深紫外）レーザ光を用いた検査技術として、レーザ光を揺動させてレーザの干渉性を低減する技術がある（特許文献６）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−２１２７０８号公報
【特許文献２】特開平 ８−３２０２９４号公報
【特許文献３】特開平 ７−３１８３２６号公報
【特許文献４】特開２０００−１５５０９９号公報
【特許文献５】特開平１０− ７８６６８号公報
【特許文献６】特開２００１−１９４３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年のＬＳＩ製造においては、高集積化のニーズに対応した回路パターンの微細化により、ウェハ上に形成されるパターン幅は２００ｎｍ以下になっており、それに対応して検出すべき欠陥の寸法も微細化している。特に、「Ｎｏｎ Ｖｉｓｕａｌ Ｄｅｆｅｃｔ」と呼ばれるように従来の技術では検出が困難な欠陥も報告されている。
【０００９】
このような中、欠陥検査装置では、検査用対物レンズの高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）化や光学的な超解像技術の開発が進められているが、検査用対物レンズの高ＮＡ化は物理的限界に達しているため、検出に用いる照明光の波長をＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光やＤＵＶ（Ｄｅｅｐ ＵＶ：深紫外）光の領域へ短波長化していくのが本質的なアプローチである。
【００１０】
ＬＳＩデバイスには、主に繰り返しパターンで形成されるメモリ製品や、主に非繰り返しパターンで形成されるロジック製品など、検査対象となるパターンの構造が複雑かつ多様化してきており、ＬＳＩデバイス製造時に管理が必要なターゲット欠陥を確実に見つけ出すことが困難となっている。図２にターゲット欠陥を示す。検出が望まれているターゲット欠陥としては、各プロセスにおける異物、パターン欠陥に加え、ＣＭＰ工程ではボイドやスクラッチである。さらに、ゲート配線やアルミニウム（ＡＬ）等の金属配線部でのショートやブリッジ、配線間を繋ぐコンタクトホールの非導通や非開口がある。
【００１１】
これらターゲット欠陥は、欠陥自身の形状が微小（光学系の解像度以下の大きさ）かつ多様化しているのに加え、欠陥が発生している場所の下地パターンも多様化しているため検出が困難である。ここで、ターゲット欠陥の検出を阻害する要因としては、ＡＬ等の金属配線工程のグレインやモホロジーと呼ばれる微小凹凸がある。また、絶縁膜等の透明膜（ここでは、照明波長に対して透明という意味）が最表面に露出している工程では、透明膜の微小な膜厚差による干渉光強度ムラが光学ノイズとなる。そのため、グレインやモホロジーの誤検出を低減し、干渉光強度ムラの影響を低減しつつ、大きさが光学系の解像度以下のターゲット欠陥を顕在化するという課題がある。
【００１２】
前記干渉強度ムラを低減する方法として、ランプを光源として複数の波長の光を照射する方法もあるが、１つの光源から複数の波長の光を得る場合、ランプの使用時間に応じて波長強度比が変化する。図３はあるランプの出力強度を模式的に表した図である。図３は波長λ１の出力強度５１と別の波長λ２の出力強度５２を示している。時間Ａでは出力強度５１と出力強度５２の強度比は約３であるが、時間Ｂでは強度比が７．５となる。これは、波長毎に減衰割合が違うためである。このように強度比が変わると、測定毎に検出される光学像が変化するため安定した欠陥検出ができないという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決して、グレインやモホロジーの誤検出を低減し、干渉光強度ムラの影響を低減して、様々なプロセスにおけるターゲット欠陥を安定に検出できるパターン欠陥検出方法及びその装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明では、試料上に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン検査装置を、表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、この照明手段で照明された試料のパターンの光学像を形成する結像光学系手段と、この結像光学系手段で結像させた光学像を検出して試料のパターンの画像を検出する検出手段と、この検出手段で検出した画像を処理して試料上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と、
パターンに応じて照明手段の照明波長と照明手段及び／又は結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択する選択手段とを備えて構成し、試料を照明手段から発射した光で照明し、照明された試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、この結像させた光学像を検出して試料のパターンの画像を検出し、この検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出する場合において、試料の表面に形成されたパターンに応じて試料を照明する光の波長と照明段及び／又は結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択して試料のパターンの光学像を結像させるようにした。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明では、パターン欠陥検査装置を、表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、この照明手段により照明された試料からの回折光の像を結像する結像光学系手段と、この照明手段および／または結像光学系手段の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御する光変調手段と、結像光学系手段により結像された試料からの回折光の像を撮像して画像信号を出力する画像検出手段と、この画像検出手段から出力された画像信号を処理して試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えて構成し、表面にパターンが形成された試料を照明手段から発射した光で照明し、この照明された試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、この結像させた光学像を検出して試料のパターンの画像を検出し、この検出した画像を処理して試料上のパターンの欠陥を検出する場合において、照明手段および／または結像光学系の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御するようにした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、グレインやモホロジーの誤検出や干渉光強度ムラの影響を低減して、ウェハ上の多様な欠陥を安定的に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明に係るパターン欠陥検査装置を半導体デバイスの検査に適用した実施例を図１に示す。本発明のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置して移動させる搬送系２、波長の異なる照明手段３および４、ダイクロイックミラー５、ビームスプリッタ（以下ＢＳと記す）部６、光変調Ａユニット７、対物レンズ８、Ａ／Ｆ（オートフォーカス）用ＢＳ９、Ａ／Ｆ検出部１０、光変調Ｂユニット１１、リレーレンズ１２、光変調Ｃユニット１３、瞳観察ユニット１４、結像レンズ部１５、試料面観察ユニット１６、光検出部１７、信号処理回路１８、自動分類（以下ＡＤＣと記す）部１９、入出力部２０、各部のコントローラ２１および図示しないリレーレンズとミラーで構成されている。なお、コントローラ２１から各ユニットへ繋がっている矢印は、制御信号等を通信することを示している。
【００１９】
次に動作を説明する。照明手段３および４から射出された照明光はダイクロイックミラー５で光軸を一致させ、ＢＳ部６に入射させる。ＢＳ部６で反射されたビームは、光変調Ａユニット７を介して対物レンズ８を通り、ウェハ１に照射される。
【００２０】
ウェハ１で反射した光は、対物レンズ８および光変調Ａユニット７を通ってＢＳ部６を通過し、Ａ／Ｆ用ＢＳ９で分岐される。Ａ／Ｆ用ＢＳ９を透過した光は、光変調Ｂユニット１１を通過し、リレーレンズ１２で光変調Ｃユニット１３部に集光する。この光変調Ｃユニット１３は対物レンズ８の瞳と共役位置に設置されている。光変調Ｃユニット１３を通過した光は結像レンズ部１５を通って光検出部１７に設置したイメージセンサへ結像し、画像信号に変換される。該変換された画像信号は、信号処理回路１８にて欠陥検出処理を施され、ウェハ１上の欠陥を検出し、検査結果を入出力部２０へ表示する。画像信号や欠陥検出処理を施された信号はＡＤＣ部１９にも送付されＡＤＣを行う。以上の動作を搬送系２でウェハ１を移動させて行うことによってウェハ１全面を検査する。
【００２１】
なお、この入出力部２０はユーザからの入力情報を受け取るインターフェイス機能を有し、また、コントローラ２１への制御信号を送受信可能である。さらに、Ａ／Ｆ検出部１０は、ウェハ１を対物レンズ８の物体側焦点位置に移動させるための信号を発し、コントローラ２１を介して搬送系２を駆動して実時間でウェハ１の表面を対物レンズ８の物体側焦点位置に合わせる。また、瞳観察ユニット１４は、本ユニットを光軸部に出し入れすることにより、対物レンズ８の瞳部を観察する機能を有し、試料面観察ユニット１６は本ユニットを光軸部に出し入れすることによりウェハ１を観察する機能を有する。
【００２２】
以下、各部分の詳細を述べる。
【００２３】
まず、搬送系２の詳細を述べる。搬送系２はＸ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２、Ｚ軸ステージ２０３、θ軸ステージ２０４、ウェハチャック２０５で構成されている。Ｘ軸ステージ２０１は定速走行が可能であり、Ｙ軸ステージはステップ移動が可能な構成である。Ｘ軸ステージ２０１およびＹ軸ステージ２０２を用いることにより、ウェハ１の全ての場所を対物レンズ８の中心下に移動させることができる。また、Ｚ軸ステージ２０３はウェハチャック２０５を上下させる機能を有し、θ軸ステージ２０４はウェハチャック２０５を回転させ、Ｘ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２の進行方向とウェハ１の回転方向とを合わせる機能を有する。さらに、ウェハチャック２０５は真空等で吸着することによりウェハ１を固定する機能を有する。
【００２４】
照明手段３および４はウェハ１に照射するビームの成形を行う。照明光源としては、レーザ光源やランプ光源を用いる。
【００２５】
レーザ光源は可視光や紫外光（以下ＵＶ光）や深紫外光（以下ＤＵＶ光）、真空紫外光や極紫外光等を用いることが可能であり、レーザの発振形態は連続発振でもパルス発振でも良い。波長は概ね５５０ｎｍ以下が望ましく、例えば５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍ、２４８ｎｍ、２００ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍや１３ｎｍの光源を適用できる。
【００２６】
該レーザ光源としては、固体ＹＡＧレーザ（波長１０２４ｎｍ）を非線形光学結晶等で波長変換し、基本波の第２高調波（ＳＨＧ）や第３高調波（ＴＨＧ）、第４高調波（ＦＨＧ）を発生するものや、エキシマレーザやイオンレーザでも良い。また、２種類の異なる波長を共振させて別の波長を発振させるものでも良い。これは、例えば、波長４８８ｎｍのＡｒレーザ光のＳＨＧ波と波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光とを和周波共振させることにより、波長１９９ｎｍのレーザを出力させる方法である。パルス発振レーザの形態は、発振周波数が数Ｈｚの低周波パルス発振レーザや、数１０ＭＨｚの準連続発振パルスレーザでも良い。さらに、パルス発振の方法はＱ−スイッチ型でもモードロック型でも良い。
【００２７】
それぞれの光源の利点は、短波長の光源を用いると光学系の解像度を向上でき高感度な検査が期待できる。また、ＹＡＧ等の固体レーザは大掛かりな付帯設備が必要ないため装置規模を小さく、また安価にできる。また、高周波のパルス発振レーザを用いれば、高出力の連続発振レーザと同等に扱えるため、透過率や反射率の低い安価な光学部品も用いることが可能となり、安価な装置を実現できる。
【００２８】
ランプ光源は、レーザ光源と同程度の波長域を発光するものを用いることが可能である。ランプ光源としては、Ｘｅランプ、Ｈｇ―Ｘｅランプ、Ｈｇランプ、高圧Ｈｇランプ、超高圧ＨｇランプやＥｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ−Ｇａｓ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ−Ｌａｍｐ（出力波長は、例えば、３５１ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１７２ｎｍ、１５７ｎｍ、１４７ｎｍ、１２６ｎｍ、１２１ｎｍ）等が使用可能であり、所望の波長を出力することができれば良い。ランプの選択方法としては、所望の波長の出力が高いランプを選択すれば良く、ランプのアーク長は短い方が望ましい。これは、ビーム形成方法の選択肢が増やせるためである。
【００２９】
以下、図４乃至７でレーザ光源を用いた照明手段を説明する。
【００３０】
図４は照明手段３の構成を示すもので、レーザ光源３０１、シャッター３０２、光量調整部３０３、ＢＳ３０４、光量測定部３０５、ビーム拡大部３０６、ビーム形成部３０７、干渉性低減部３０８、開口絞り３０９、Ａ／Ｆ用パターン３１０と図示しないリレーレンズとミラーで構成されている。
【００３１】
レーザ光源３０１は上述したものを使用することができ、例えば、２６６ｎｍ（ＹＡＧ―ＦＨＧ）の連続発振レーザである。
【００３２】
シャッター３０２は、レーザ光源３０１から射出されたレーザ光を遮光する機能を有する。例えば、図示していないエアシリンダで駆動して光軸部に金属板を挿入／排出することで実現すれば良い。
【００３３】
光量調整部３０３は、ＢＳ３０４に入射する光量を調整する機能を有するものであれば良く、例えば、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタである。該ＮＤフィルタは、対象波長を吸収する形態でも反射する形態でも良いが、吸収型は熱膨張によって破損する恐れがあるため反射型を用いる方が望ましい。反射型を用いる場合は、反射した光がレーザ光源３０１内部に入射しないようにするためにレーザトラップを付加するのが良い。また、レーザ光源３０１の偏光を利用して、波長板とＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を用いた構成でも良い。これは、入射偏光に対して１／２波長板で偏光方向を回転させ、ＰＢＳに入射する偏光方向を変えることによって、ＰＢＳを透過する光量を調整する方法である。
【００３４】
次に、ＢＳ３０４は、入射光量の一部を光量測定部３０５に分岐する機能を有する。光量測定部３０５側に分岐する光量は、概ね入射光量の１乃至５％程度で良い。
【００３５】
光量測定部３０５は、ＢＳ３０４から分岐された光量を測定し、入出力部２０で設定された出力に準ずる値が得られる様に光量調整部３０３またはレーザ光源３０１の制御する機能を有する。
【００３６】
ビーム拡大部３０６は、レーザ光源３０１から射出されたビームを拡大する機能を有する部分であり、例えば、ビームエキスパンダである。
【００３７】
ビーム形成部３０７はウェハ１上の照明範囲を調整する機能を有する。例えば、矩形の照明を行う場合はシリンドリカルレンズを用いる。
【００３８】
干渉性低減部３０８はレーザ光の干渉性を低減する機能を有する部分であり、例えば拡散板である。干渉性を低減するためには、空間的、時間的にレーザ光の位相や角度を変える必要があるため、該拡散板を回転させることが望ましい。
【００３９】
開口絞り３０９は対物レンズ８の瞳部に集光する光の照度分布を調整する機能を有する。図５（ａ）乃至（ｄ）に例を示す。図５（ａ）乃至（ｄ）は開口絞り３０９に設置するフィルタの光軸断面形状を示している。図５（ａ）乃至（ｄ）は遮光板に開口を設けた構造であり、外接円の中心部が光軸である。図５（ａ）は開口の大きさを対物レンズ８の瞳部の有効径と同じ大きさにした例であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の開口径を小さくした例である。さらに、図５（ｃ）は瞳部の外周の光を通過させるフィルタの例であり、図５（ｄ）は図５（ｃ）の光の一部のみを通過させるフィルタの例である。
【００４０】
これらの開口は、広い範囲の開口を用いた場合、ウェハ１に対して様々な角度から照射することになるため、安定した画像が得られる利点がある。逆に開口を狭めた場合は、ウェハ１上の特定の周波数に対応する画像が得られる利点がある。
【００４１】
図６（ａ）に開口絞り３０９の別の例を示す。図５の例は開口部と遮光部とで２種類の光透過率のフィルタであるが、図６は透過率の種類を増やした例である。図６（ａ）は開口中心部と周辺部とで光の透過率を連続的に変化させた例である。図６（ｂ）に図６（ａ）のＡ−Ａ’部における透過率を示す。本例では、開口の中心部で透過率を低く、周辺部の透過率を高く設定したフィルタである。製作方法は、例えば透過率を変えた誘電膜をガラス基板に蒸着させれば良い。または、ガラス板表面に回折格子をエッチングし、回折効果を用いて透過率を変化させても良い。図５のフィルタに比べ図６のフィルタの利点は、照明光の照度分布に合わせて設計することができるため、例えば、照明光の照度分布がガウス分布していても図６の形状のフィルタを用いることによって、照度分布をフラットにすることができる点である。逆に、図５のフィルタの利点は、安価に製作できることである。
【００４２】
Ａ／Ｆ用パターン３１０は、Ａ／Ｆに用いるパターンを試料面に投影するためのフィルタである。図７に試料面のレイアウトを示す。図７において、５８は対物レンズ８の視野を示しており、５９は検査に有効な照明範囲を示している。これに対し、６０はＡ／Ｆ用のパターンである。このパターン６０は、視野５８の内部に存在し、かつ、照明範囲５９の外側に存在する。Ａ／Ｆ用パターン３１０は、ガラス板にパターン６０の形状で遮光膜を蒸着して製作すれば良い。
【００４３】
なお、以上述べた部品の可動部には、緩衝材等により振動を他の部品に伝えない構造であることが望ましい。
【００４４】
図８でランプ光源を用いた照明手段を説明する。
【００４５】
図８はランプ光源４０１、シャッター４０２、波長選択フィルタ４０３、光量調整部４０４、ＢＳ４０５、光量測定部４０６、ビーム拡大部４０７、ビーム形成部４０８、開口絞り４０９、Ａ／Ｆ用パターン４１０と図示しないリレーレンズとミラーで構成されている。
【００４６】
ランプ光源４０１は、上述したランプ光源を使用することができる。
【００４７】
シャッター４０２、光量調整部４０４、ＢＳ４０５、光量測定部４０６、ビーム拡大部４０７、ビーム形成部４０８、開口絞り４０９、Ａ／Ｆ用パターン４１０は、図４で説明したレーザ光源を用いた照明手段と同等機能を有する。レーザ光源を用いた照明手段において対応するものはそれぞれ、シャッター３０２、光量調整部３０３、ＢＳ３０４、光量測定部３０５、ビーム拡大部３０６、ビーム形成部３０７、開口絞り３０９、Ａ／Ｆ用パターン３１０である。以下では、残りの部分について説明する。
【００４８】
波長選択フィルタ４０３は、ランプ光源４０１から射出された複数の波長の中から特定の波長（±数ｎｍの帯域はある）のみを透過する機能を有するフィルタであり、一般に入手可能なものである。
【００４９】
次にＢＳ部６の構成を説明する。ＢＳ部６は、ＰＢＳ６０１（入射したＳ偏光を９０％以上反射、入射したＰ偏光を９０％以上透過）と無偏光ＢＳ６０２（Ｓ偏光、Ｐ偏光とも５０％程度反射または透過）とパーシャルＰＢＳ６０３（Ｓ偏光の反射率とＰ偏光の透過率の合計が１００％を越えるＢＳ。例えば、Ｓ偏光を４０％程度反射、Ｐ偏光を９０％程度透過）を切り替えて用いる（切り替え機構は図示していない）。これらはウェハ１の表面状態に応じて使い分けるため、検査条件設定時に決めればよい。
【００５０】
次に、光変調Ａユニット７の構成を図９で説明する。光変調Ａユニット７は、図９（ａ）乃至（ｃ）のユニット７０１，７０２，７０３を切り替えて用いる。以下で図９（ａ）乃至（ｃ）を説明する。図９（ａ）はユニット７０１であり、１／２波長板７１１、１／４波長板７１２で構成されている。
動作は、まず、ＢＳ部６で反射された照明光が１／２波長板７１１へ入射する。１／２波長板７１１では照明光の偏光方向を回転する。該回転された照明は１／４波長板７１２を通過することにより楕円偏光となり、対物レンズ８を通してウェハ１に照射される。該照射光は、ウェハ１で反射・回折され、対物レンズ８で集光され、１／４波長板７１２、１／２波長板７１１を通してＢＳ部６に入射する。この時、ウェハ１で反射・回折された光は、０次回折光と高次回折光とで偏光状態（偏光の回転量や位相差）の変化量が違うため、該回折光の偏光方向に対して１／２波長板７１１と１／４波長板７１２を光軸周りに回転させることにより、ＢＳ部６における０次回折光と高次回折光の透過比率を変えることができる。前記高次回折光には、ウェハ１上の回路パターンのエッジ情報が含まれているため、０次回折光の光量に対して、高次回折光の光量を多く検出することによって、回路パターンのコントラストを向上させることが可能となる。
【００５１】
図９（ｂ）はユニット７０２の構成を示している。ユニット７０２は１／４波長板７１２の代わりに、特殊波長板７１３を用いる例である。特殊波長板７１３の構成を図１０（ａ）乃至（ｂ）で説明する。図１０（ａ）はある光学軸６１の１／４波長板と光学軸６１と直交する光学軸６２の方向の１／４波長板を接着した構成である。製造方法は、例えば、前記１／４波長板を石英ガラス等の上に並べて接着すれば良い。図１０（ｂ）は特殊波長板７１３の別の実施例である。本例は、光学軸６１と光学軸６２が直交することに関しては図１０（ａ）と同じであるが、光軸に対する光学軸の向きが違う例である。特殊波長板７１３を用いることによって、前記楕円照明の楕円方向を混在させることが可能となり、直交したパターンのコントラストを向上できる。
【００５２】
図９（ｃ）はユニット７０３の構成を示している。図９（ｃ）は１／２波長板７１４、７１６、複屈折プリズム７１５、７１７、１／４波長板７１８で構成されている。複屈折プリズム７１５、７１７は、プリズムの光学軸の方向に応じて、入射光の進行方向を変化させる機能を有する光学部品であり、例えばノマルスキー型のプリズムである。次に動作を説明する。前記ＰＢＳ６で反射された照明光は、１／２波長板７１４に入射する。この時、複屈折プリズム７１５の光学軸とある角度を成す方向に偏光方向を回転させる。複屈折プリズム７１５を通った光は、複屈折プリズム７１５の光学軸方向の２軸に分離され１／２波長板７１６に入射する。１／２波長板７１６は、複屈折プリズム７１７の光学軸とある角度を成す方向に入射光の偏光方向を回転させ、複屈折プリズム７１７に入射させる。
【００５３】
複屈折プリズム７１７を通った光は、複屈折プリズム７１７の光学軸方向の２軸に分離され、前記複屈折プリズム７１５による分離方向と合わせて合計４光束に分離された直線偏光を発生させることができる。該４光束の直線偏光は、１／４波長板７１８に入射し、楕円偏光で対物レンズ８を通ってウェハ１に照射される。ノマルスキー型のプリズムを１個用いた偏光微分干渉光学系による物理的な現象は、一般的な微分干渉顕微鏡と同様である。
【００５４】
本発明のユニット７０３の特徴は、４個以上の光束に分割することによりウェハ１上の直交パターンへの対応が可能となることである。つまり、通常の２点分離のプリズムでは該２点を結ぶ直線の方向しか微分干渉の効果がない。そこで、本発明では複屈折プリズム７１５で２光束に分岐する方向に対して複屈折プリズム７１７で２光束に分岐する方向がほぼ直角方向になるように設定することにより平面的に微分干渉を発生させることができ、回路パターンの方向に依らないで微分干渉ができるという利点がある。
【００５５】
すなわち、複屈折プリズム７１５、７１７を光軸中心で回転させ、かつ、１／２波長板７１４、７１６を用いて上述した関係になるように偏光方向を回転させることにより、光路の分岐方向を変えることが可能である。このように光路の分岐方向を変えることにより、様々な方向の回路パターンの欠陥を高感度に検査できる。
【００５６】
なお、光変調Ａユニット７では、上記の光学素子を用いない、つまり、ＢＳ部６と対物レンズ８の間の空間に光学素子を挿入しないことも選択できる構成である。
【００５７】
次に対物レンズ８について説明する。対物レンズ８は、光変調Ａユニット７を通過した照明光をウェハ１に照射し、ウェハ１からの反射、回折光を集光する機能を有する。本発明における対物レンズ８の特徴は、対物レンズ８の瞳位置に光変調Ａユニット７を設置できるスペースを有することである。即ち、本発明による対物レンズ８は、上述した光変調Ａユニット７に用いた１／４波長板や特殊波長板を瞳位置に設置することが可能な構成になっている。これを実現するための対物レンズ８の具体的な構成としては、図１１（ａ）に示すように対物レンズ８０１の瞳６３の位置を対物レンズ８０１の筐体から外側に出した構成でも良いし、図１１（ｂ）に示すように対物レンズの試料面側ユニット８０２とＢＳ部６側ユニット８０３に分割し、瞳６３が試料面側ユニット８０２とＢＳ部６側ユニット８０３の間に位置するように構成しても良い。
【００５８】
Ａ／Ｆ用ＢＳ９は、ＢＳ部６を透過した光を、Ａ／Ｆ検出部１０と光変調Ｂユニット１１とに分岐する機能を有している。
【００５９】
Ａ／Ｆ検出部１０は、ウェハ１のＺ位置を対物レンズ８の焦点位置に移動するための移動量を計測するユニットである。
【００６０】
光変調Ｂユニット１１はＡ／Ｆ用ＢＳ９の透過光から特定の光を抽出または、全ての光を透過させる機能を有する。図１において、光学素子１１０１は特定の振動方向の偏光を通過させる素子である。光変調Ｂユニット１１では、光学素子１１０１を光軸部分に挿入することによって特定の光を抽出する。また、光学素子１１０２はガラスであり、光学素子１１０１による光の抽出を行わない場合は、光学素子１１０２を光軸に挿入する。
【００６１】
リレーレンズ１２は光変調Ｃユニット１３の位置に、対物レンズ８の瞳部の共役像を結像する機能を有する。
【００６２】
光変調Ｃユニット１３は、対物レンズ８の瞳共役位置において、光の位相や透過率を変調する機能を有する。図１２および図１３で光変調Ｃユニット１３の詳細を説明する。光変調Ｃユニット１３は対物レンズ８の瞳位置と共役な位置に設置し、ユニット１３０１、１３０２、１３０３を切り替えて用いる。
【００６３】
図１２（ａ）乃至（ｃ）は光変調Ｃユニット１３の例を示している。図１２（ａ）はユニット１３０１であり、空間フィルタＡ１３１１、空間フィルタＢ１３１２で構成されている。空間フィルタＡ１３１１と空間フィルタＢ１３１２の外観を図１３（ａ）に示す。空間フィルタＡ１３１１は石英等の透明基板６４の中央部に誘電体膜６５を蒸着したものである。誘電体膜６５は、誘電体膜６５を蒸着した部分の透過光と蒸着していない部分の透過光とで位相差を持つように設計された膜である。また、空間フィルタＢ１３１２は、空間フィルタＡ１３１１と同様に誘電体膜６５を蒸着したものであるが、空間フィルタＢ１３１２では、誘電体膜６５を蒸着した部分の透過光と蒸着していない部分の透過光とで透過率を変えるように設計された膜である。なお、誘電体膜６５の蒸着範囲は、瞳位置での０次回折光の大きさに相当させれば良く、位相と透過率を同時に変化させた膜を蒸着して用いても良い。また、空間フィルタＡ１３１１と空間フィルタＢ１３１２は必ずしも同時に使用する必要はなく、それぞれ単独で用いても良い。
【００６４】
図１２（ｂ）はユニット１３０２であり、空間フィルタＣ１３１３、空間フィルタＤ１３１４で構成されている。図１３（ｂ）に空間フィルタＣ１３１３と空間フィルタ１３１４の外観を示す。図１３（ｂ）に示した空間フィルタは開口絞り３０９または開口絞り４０９において輪帯型のフィルタとペアで用いる。図１３（ｂ）に示した空間フィルタの特徴は、空間フィルタの誘電体膜６５の蒸着範囲を輪帯形状にしていることである。誘電体膜６５の性能はそれぞれ空間フィルタＡ１３１１および空間フィルタ１３１２と同様である。
【００６５】
図１２（ｃ）はユニット１３０３であり、ガラス板１３１５、１３１６で構成されている。これは、前記ユニット１３０１または１３０２で光変調を行わない場合に用いるものである。
【００６６】
光変調Ｃユニット１３では、図１２（ａ）または（ｂ）のような複数の空間フィルタを用意し、照明光の形状に合わせて切り替える機構（図示せず）を持つ。
【００６７】
本発明の空間フィルタの効果は、ウェハ１の０次回折光の強度を低く、相対的に高次回折光強度を高くできるので、回路パターンのコントラストを高くすることができることである。照明を輪帯状にした場合の利点は、高次回折光を多く検出することができるため、輪帯状にしない場合に比べて、回路パターンのエッジ情報を強調できることである。
【００６８】
瞳観察ユニット１４は、光変調Ｃユニット１３の位置の像を観察する機能を有するものであり、図示しない可動機構を用いて、瞳像を観察する場合に光軸に挿入する。
【００６９】
結像レンズ部１５は、ウェハ１の像を複数の倍率で光検出部１７に結像する機能を有しており、結像レンズ部１５に予め用意されたレンズ１５０１、１５０２、１５０３を切り替えて光軸部に挿入して倍率を変える機構（図示せず）である。
【００７０】
試料面観察ユニット１６は、検出した欠陥の像を観察する機能を有し、図示しない可動機構を用いて、欠陥を観察する場合に光軸に挿入する。
【００７１】
光検出部１７は結像レンズ部１５で集光した光を検出することによって、ウェハ１の像を撮像し、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換する機能を有するものである。光検出部１７は、例えばイメージセンサであり、１次元のＣＣＤセンサやＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセンサでも良く、また、フォトマル（光電子倍増管）を直列に並べたものでも良い。さらに、ＴＶカメラのような２次元ＣＣＤセンサでも良い。ＴＤＩイメージセンサの利点は、検出信号を複数回加算することによって、検出信号のＳ／Ｎを向上できることである。ＴＤＩイメージセンサを用いる場合は、搬送系２の動作と同期してセンサを駆動するのが望ましい。
【００７２】
以上述べた光学部品の内、照明手段３および照明手段４以外で用いる光学部品は、照明手段３および照明手段４から射出される波長で収差補正されていることが望ましい。
【００７３】
図１４で信号処理回路１８の詳細を説明する。信号処理回路１８は、階調変換部１８０１、画像フィルタ１８０２、遅延メモリ１８０３、位置合わせ部１８０４、局所階調変換部１８０５、比較処理部１８０６、ＣＰＵ１８０７、散布図作成部１８０８、記憶手段１８０９で構成されている。
【００７４】
動作は、まず、光検出部１７で得られた検出信号は信号処理回路１８に送られ、階調変換部１８０１で特開平８−３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施される。この階調変換部１８０１は、対数変換や指数変換・多項式変換等により画像を補正するものである。画像フィルタ１８０２は、階調変換部１８０１で階調変換された画像信号から、照明光源特有の画像ノイズを効率良く除去するフィルタである。遅延メモリ１８０３は、参照画像信号を記憶する記憶部であり、画像フィルタ１８０２からの出力画像信号を、繰り返される半導体ウェハを構成する１セル又は複数セルピッチまたは１ダイまたは複数ダイ分記憶して遅延させるものである。ここで、セルはダイ内のパターンの繰返し単位である。なお、画像フィルタ１８０２は遅延メモリ１８０３を通過した後でもよい。
【００７５】
次に、位置合わせ部１８０４は、階調変換部１８０１から出力された画像信号（ウェハ１から得られる検出画像信号）１８２０と、遅延メモリ１８０３から得られる遅延画像信号（基準となる参照画像信号）１８２１との位置ずれ量を正規化相関法等によって検出して画素単位に位置合わせを行う部分である。局所階調変換部１８０５は、特徴量（明るさ、微分値、標準偏差、テクスチャ等）の異なる信号を該特徴量が一致するように双方もしくは一方の画像信号について階調変換する部分である。
【００７６】
また、比較処理部１８０６は局所階調変換部１８０５で階調変換された検出画像信号同士を比較して特徴量の相違に基づいて欠陥を検出する部分である。すなわち、比較処理部１８０６は、遅延メモリ１８０３から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した参照画像信号と検出した検出画像信号を比較する。ウェハ１上における配列データ等の座標を入出力部２０から入力しておくことにより、ＣＰＵ１８０７はウェハ１上における配列データ等の座標に基づいて欠陥検査データを作成して記憶手段１８０９に格納する。該欠陥検査データは必要に応じて入出力部２０やＡＤＣ部１９へ送られる。なお、比較処理部１８０６の詳細は特開昭６１−２１２７０８号公報に示したもの等で良く、例えば、画像の位置合わせ回路や位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を二値化して不一致を検出する回路、二値化された出力から面積や長さ（投影長）、座標などを算出する特徴抽出回路からなる。
【００７７】
散布図作成部１８０８は、入力画像から検出画像の特徴量と参照画像の特徴量との散布図を作成する機能を有し、ＣＰＵ１８０７を介して入出力部２０等に表示するものである。
【００７８】
図１５は信号処理回路１８のシーケンスの一例を示している。まず、入力された検出・参照画像に対し、必要に応じてノイズ除去処理Ｓ１９０１で画像のＳ／Ｎを向上させる。ノイズ除去には各種フィルタが用意され、対象物やノイズの質に応じて選択可能となっている。例えば、着目画素の近傍画素の値に重みをつけて用いる方法やメディアン・フィルタ、また、フーリエ変換を利用し規則的に生じるノイズを除去する方法がある。
【００７９】
次にノイズ除去により劣化した画像の復元処理Ｓ１９０２を行う。例えば、ウィーナ・フィルタによる復元処理である。
【００８０】
次に、比較する検出画像と参照画像間で画質に大きな違いがないかを調べる。評価指標は、コントラスト、明るさのばらつき（標準偏差）、ノイズ成分の周波数などがある。特徴量を演算する処理Ｓ１９０３で画像の評価指標を演算し、演算した特徴量を比較する処理Ｓ１９０４の結果を基に画像の合わせ込み処理Ｓ１９０５を行う。もし、特徴量の合わせ込みができないレベルにあるときは、比較処理部１８０７にて感度を低下させ虚報の発生を押さえるようにする。その後欠陥検出判定Ｓ１９０６を行う。なお、信号処理回路１８での詳細な欠陥算出方法については、例えば特開２００１−１９４３２３号公報等に開示されているような方法がある。
【００８１】
次に入出力部２０について説明する。入出力部２０は、ユーザとのインターフェイス部であり、データや制御信号の入出力部でもある。ここで、ユーザからの入力情報としては、例えば検査対象ウェハのレイアウト情報や名称、また上述した光学系の検査条件等である。また、ユーザへの出力情報としては、例えば、欠陥検査結果や検出した欠陥の画像等である。
【００８２】
ＡＤＣ部１９は本発明の検査装置で検出した信号を分類する機能を有する。ＡＤＣ部１９の動作を説明する。まず、光検出部１７で得られた画像は、信号処理回路１８とＡＤＣ部１９に送信される。信号処理回路１８で欠陥検出判定を行い、欠陥と判定された場合は、欠陥検出Ｆｌａｇと信号処理回路１８で処理した画像をＡＤＣ部１９に送信する。ＡＤＣ部１９では、欠陥検出Ｆｌａｇを受信した場合、前記光検出部１７で得られた画像と前記信号処理回路１８から送信された画像から欠陥部の画像特徴量を算出し、さらに、コントローラ２１から送信された搬送系２の座標データから座標特徴量を算出し分類を行う。該分類された情報は、入出力部２０に送信され、欠陥情報として表示される。
【００８３】
ここで、前記画像特徴量とは、欠陥部の濃淡値総和、濃淡値の変化具合（微分値）、画素数、投影長、重心位置や比較した正常部の濃淡値等である。また、座標特徴量とは、ウェハ１の中心からの距離、ウェハ１のダイ毎の繰り返し回数、ダイ内の位置等である。
【００８４】
さらに、本発明の光学系を用いれば、各種光学条件で画像を取得できるため、欠陥検出時とは異なる光学条件で検出した画像から算出した特徴量を分類に用いることができる。例えば、ＢＳ部６にＰＢＳを設置し、光変調Ａユニット７を円偏光照明に設定し、光変調Ｂユニット１１と光変調Ｃユニットに光学素子を設置しない条件（条件Ａ）にすれば、通常の明視野顕微鏡と同等の画像が取得でき、光変調Ａユニット７に前記複屈折プリズムのユニットを挿入する条件（条件Ｂ）にすればパターン高さ情報が得られる。従って、条件Ａで平面的な大きさを分類し、条件Ｂで高さを分類することによって、異物などの立体的な形状を分類できる。
【００８５】
なお、上記実施例においては、照明手段３としてレーザを用い、照明手段４としてランプ光源を用いた場合を説明したが、照明手段３と４とは互いに波長の異なるレーザを発振するレーザ光源あってもよく、また互いに波長の異なる光を射出するランプ光源であっても良い。更に、上記実施例においては、波長の異なる照明手段３及び４を用いた場合について説明したが、波長帯域の広い白色光または複数の輝線を持つ光を射出するランプ光源又はレーザ光源による照明手段を１つだけ用い、この照明手段から射出された光を波長分離手段で複数の光に分離し、この分離したそれぞれの光の光量を検出して光量調整部３０３又は４０４に相当する光量調整手段を用いてそれぞれの光量を調整するようにしても良い。
【００８６】
次に、上記検査装置を用いた本発明の検査条件設定方法を、図１６乃至１８を用いて説明する。図１６は、本発明の検査装置に用いる条件設定画面の一部の例である。図１６に示した例では、設定画面が、品種名登録部２１０１、工程名登録部２１０２、注目エリアデータ登録部２１０３、プロセスルール登録部２１０４、検査レイヤ情報登録部２１０５で構成されている。以下で詳細を述べる。
【００８７】
品種名登録部２１０１および工程名登録部２１０２は、図１６の画面で登録した内容を後で呼び出す時に用いるキーワードであり、後でわかる名前ならば何でも良い。注目エリアデータ２１０３は、ウェハ１の検査するエリアを指定する。注目エリアデータ２１０３の設定は必ずしも必要ではなく、例えば、検査面積を減らして検査時間を短くしたい場合や、ウェハ１に作られた回路パターン毎に検出感度を変えたい場合、また、ウェハ１の場所毎に検出する欠陥の特徴を変えたい場合に設定すれば良い。
【００８８】
プロセスルール登録部２１０４は検査対象ウェハの回路パターンの製作ルールを記述する。例えば、１８０ｎｍや９０ｎｍ等である。
【００８９】
検査レイヤ情報登録部２１０５は検査対象ウェハの最表面の状態を選択する部分である。本発明では、ユーザが検査することが多いウェハの状態を選択できるようにしている。検査レイヤ情報登録部２１０５で選択された情報は、本発明の検査装置内部に事前に保持している対応表で光学条件を決定する。図１７は該対応表の例である。該対応表は、本発明の検査装置に事前に登録されているのが望ましいが、本発明の装置を用いてユーザが作成してもよいし、本発明の検査装置に接続された外部記憶媒体からダウンロードしても良い。
【００９０】
図１７の対応表は、縦軸が検査レイヤ情報、横軸が本発明の検査装置で変更可能な光学条件を示している。例えば、照明波長は２種類の波長を選択可能であるので、検査レイヤ情報に応じて、照明手段３の波長を選択したり、照明手段４の波長を選択したり、照明手段３および照明手段４を同時照明することを選択できる。また、開口絞りの項目では、開口絞り３０９または４０９の選択肢を記述している。さらに、光変調条件の項目では、光変調Ａユニット７、光変調Ｂユニット１１、光変調Ｃユニット１３の選択肢が記述されている。また、同様にＢＳ部６の選択肢や結像レンズ部１５の選択肢を記述した対応表も作成しておく。どの検査レイヤ情報に対してどの技術を選択するかは、物理的な現象の解析で割り当てても良いし、光学シミュレーションを用いて決めても良く、また、実際にウェハを検査することにより決めても良い。
【００９１】
実際にウェハを検査して条件設定する方法を図１８で説明する。条件設定はまず、照明波長を決定する。方法は、まず照明手段３の波長Ａのみで回路パターンの画像を取得して（Ｓ２３１１）コントラストを算出する（Ｓ２３２１）。次に照明手段４の波長Ｂのみで回路パターンの画像取得し（Ｓ２３１２）、コントラストを算出する（Ｓ２３２２）。最後に照明手段３と照明手段４の波長ＡおよびＢを同時照射し、回路パターンの画像取得し（Ｓ２３１３）、コントラストを算出する（Ｓ２３２３）。以上３種類の条件のコントラストを比較し（Ｓ２３３０）、コントラストが最も高い照明条件を該ウェハの照明条件とする。
【００９２】
次に、本発明の検査装置で設定可能な光変調条件を設定し検査を行う。先ず、光変調条件Ａに設定し（Ｓ２３４１）、検査を行う（Ｓ２３５１）。次に光変調条件Ｂに設定し（Ｓ２３４２）、検査を行う（Ｓ２３５２）。この操作を光変調条件Ｚまで行う。この検査はウェハ全面を検査しても良いが、検査条件設定の時間を短くする場合は、数個のダイに限定しても良い。上記の光変調条件の検査結果をレビューし（Ｓ２３６０）、注目欠陥を最も多く検出している条件を選択すれば良い（Ｓ２３７０）。この時、各検査終了時にレビューしても良いが、全検査結果の和の結果でレビューすれば短時間でレビューが可能となる。以上で条件設定終了である。
【００９３】
以上、条件設定方法について述べたが、上述した内容以外の項目としてウェハの検査場所毎に異なる光学条件を設定しても良い。この場合は、複数回検査を行った後、それぞれの検査結果の和を出力する。
【００９４】
また、照明手段３または４から射出される照明波長がウェハ１にダメージを与える強度がわかっている場合は、ダメージを与えない照明強度を算出してウェハ１に照射する。ダメージを与えるか否かは、検査レイヤ情報から推定すれば良い。もし、照明光量が少なくて欠陥からの信号量が不足する場合は、光検出器１７のゲインを上げて検査に必要な信号を得ればよい。
【００９５】
次に、本発明の検査装置の使用方法を説明する。図１９は半導体デバイス製造ラインと本発明の検査装置を示した図である。図１９は、デバイス製造時の全プロセス３１０１のうち、デバイス製造プロセス３１０２と検査プロセス３１０３、本発明の検査装置３１０４、データベース３１０５から構成されている。デバイス製造においては、製造プロセス３１０１に従ってウェハが加工されていく。デバイス製造時には、加工の出来映えを確認するために、検査プロセス３１０３が付加される。この検査プロセス３１０３で検査されるウェハは製造プロセスによって様々な表面状態である。例えば、レジスト塗布後であったり、絶縁膜塗布後、該絶縁膜のエッチング後、さらに金属膜の塗布、エッチング後である。これらの様々な表面状態において、検査装置は高感度に検査する必要がある。
【００９６】
従来の検査装置では、設定可能な光学条件が限られるため、製造プロセス３１０２によっては検査性能が劣化してしまうが、本発明の検査装置３１０４を用いれば、プロセス状態に応じて光学条件を最適化できるため、一台の検査装置で各検査プロセス３１０３での高感度検査が可能となり、半導体デバイス製造ラインの欠陥発生状況を的確にモニタリングできる。なお、上述したように、検査条件設定に必要な情報は、ユーザが登録しても良いが、デバイス製造時の全プロセス３１０１の情報と接続可能なデータベース３１０５からプロセス情報を入手し、検査条件設定に用いても良い。
【実施例２】
【００９７】
本発明に係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図２０に示す。本発明のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２、波長の違う照明手段３および４、ＢＳ部２２および２３、光変調Ａユニット２４、対物レンズ８、Ａ／Ｆ部２５、光変調Ｂユニット１１、リレーレンズ１２、光変調Ｃユニット１３、瞳観察ユニット１４、結像レンズ部１５、試料面観察ユニット１６、光検出部１７、信号処理回路１８、ＡＤＣ部１９、入出力部２０および図示しないコントローラやリレーレンズとミラーで構成されている。
【００９８】
本実施例は、実施例１で説明した構成に対し、ＢＳ部２２および２３に用いる光学素子の性能と、光変調Ａユニット２４に用いる光学素子の性能、およびＡ／Ｆ部２５の方式が違う例である。
【００９９】
まず、ＢＳ部２２および２３について説明する。実施例１に示したＢＳ部６に用いるＰＢＳは、図２１（ａ）に示すような特性を備えている。図２１はＰＢＳの透過率を波長毎に示した図である。ＡおよびＢは実施例１で用いる波長を示しており、１個のＰＢＳで波長Ａ、Ｂとも同程度の性能（Ｐ偏光とＳ偏光の透過率）が得られる場合である。
【０１００】
一方、実施例２は、図２１（ｂ）および（ｃ）に示す性能のＰＢＳを用いる場合の例である。図２１（ｂ）は、波長Ａに対してはＰ偏光の透過率が高くてＳ偏光の透過率が低く（＝反射率が高い）、波長Ｂに対してはＰ偏光の透過率が高くてＳ偏光の透過率も高いという性能を持っていることを示している。また、図２１（ｃ）は波長Ａに対して、Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光の透過率も高く、波長Ｂに対しては、Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光の透過率が低い性能を持っていることを示している。一般的に、広範囲の波長域で透過率、反射率を所望の値に設計するのは難しいため、図２１（ａ）に説明したＢＳを用いるよりも、図２１（ｂ）および（ｃ）で説明したＢＳを用いる方が安価な装置を作ることができる。
【０１０１】
図２１（ｂ）および（ｃ）の性能を持つＢＳを用いた構成例としては、図２１（ｂ）および（ｃ）における波長Ａを照明手段３から射出される波長とし、波長Ｂを照明手段４から射出される波長とすると、ＢＳ部２２には図２１（ｂ）の性能に準ずるＢＳを用い、ＢＳ部２３には図２１（ｃ）の性能に準ずるＢＳを用いれば、ＢＳ部２２およびＢＳ部２３では、それぞれの波長に対してＰＢＳの性能を満たすことができる。
【０１０２】
次に、光変調Ａユニット７の説明をする。図２２は光変調Ａユニット７の一例を示している。図２２は１／２波長板２４０１、２４０３および１／４波長板２４０２、２４０４で構成されている。
【０１０３】
図２２に用いる波長板の性能を図２３（ａ）および（ｂ）に示す。図２３（ａ）は１／２波長板２４０１の性能を示しており、図２３（ｂ）は１／２波長板２４０３の性能を示している。図２３は１／２波長板の光学軸に対する波長毎の位相差性能をそれぞれ表している。つまり、図２３（ａ）では、波長Ａの光に対して１／２波長板の性能を満たすが、波長Ｂに対しては、ガラス板と同様の性能を示すものである。一方、図２３（ｂ）では、波長Ａに対してガラス板と同様の性能を示すが、波長Ｂに対しては１／２波長板の性能を満たすものである。実施例１の１／２波長板７０１では、波長ＡおよびＢ（照明光源３および４から射出される波長）のどちらの波長に対しても、１／２波長板の性能を満たす波長板を用いているのに対し、本実施例では、それぞれどちらかの波長に対して１／２波長板の性能を満たす波長板を用いる。本実施例のような波長板を用いるのは、上述したＢＳを同様、広帯域の波長における１／２波長板性能を満たすことが難しい場合である。本説明では、１／２波長板について述べたが、１／４波長板に対しても同様である。
【０１０４】
次に、Ａ／Ｆ部２５を説明する。Ａ／Ｆ部２５は、対物レンズ８のＮＡの外側からウェハ１にパターンを投影し、該投影したパターンの反射光をＣＣＤラインセンサ等で撮像してウェハ１の面を対物レンズ８の焦点位置に合わせる機構である。投影するパターン形状およびその位置は、図７を用いて説明した内容で良い。Ａ／Ｆ部２５に用いる光源の波長は、照明手段３および４から射出される波長と異なる波長が望ましい。
【実施例３】
【０１０５】
本発明の係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図２４に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置の基本構成は実施例１と同じである。本実施例では、実施例１の構成に加え、注水系２６と排水系２７とで構成されている。
【０１０６】
次に注水系２６と配水系２７の詳細を述べる。注水系２６は、ウェハ１と対物レンズ８との隙間に媒体６６を供給する機能を有し、配水系２７は前記ウェハ１と対物レンズ８に供給された媒体６６を除去する機能を有する。ここで媒体６６は、空気よりも屈折率が大きく（１＜屈折率、望ましくは照明波長における屈折率がＳｉＯ２等の屈折率と近いもの）、ウェハ１にダメージを与えないものである。これは例えば、半導体工場で定常的に使用されている純水でも良い。
【０１０７】
本実施形態の目的は、ＬＳＩ上の形成された絶縁膜等の透明薄膜による薄膜干渉を低減することによる光学ノイズ低減と、対物レンズの高ＮＡ化による解像度向上による高感度なパターン欠陥検査装置を提供することにある。
【０１０８】
上記の効果が得られる原理を説明する。本来、薄膜干渉は屈折率が変化する界面で発生する。例えば、屈折率が１．５の絶縁膜に光が入射する場合、屈折率が１である空気との界面で薄膜干渉が起こる。本実施例の特徴は、対物レンズとウェハ間の空気を除去し、代わりに屈折率が１．５程度の媒体で充填することにより、屈折率が変化する部分をなくし、薄膜干渉を低減することである。また、対物レンズのＮＡは対物レンズとウェハ間の媒体の屈折率に比例する。従って、上述したように対物レンズとウェハ間の媒体の屈折率を大きくするとＮＡを向上することができ、高解像な検出像が得られるわけである。
【０１０９】
図２４に示した実施例では、純水などの媒体６６を対物レンズ８の下面とウェハ１との間に局所的に供給する構成の例を示したが、ウェハＩ全体を図示していない手段を用いて媒体６６の中に浸漬させ、更に対物レンズ８の下面も媒体６６に浸漬させるように構成しても良い。
【０１１０】
以上述べたように構成すれば、各種のＬＳＩパターンの欠陥を高速、高感度に検査できる。なお、各実施例で述べた内容は別の実施例でも用いることができる。また。上述した実施例では、波長を２種類用いた場合で説明したが、必ずしも２種類である必要はなく、波長が１種類の場合でも光変調ユニットは適用可能である。また、３種類以上の波長でも適用可能である。この場合、光学素子の波長特性（収差や反射率特性等）を補正したものを用いる。
【０１１１】
また、各光変調ユニットは単独で用いても良いし、複合的に用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施例を説明した図
【図２】ＬＳＩの断面構造と欠陥を説明した図
【図３】ランプ光源の使用時間と出力強度の関係を説明した図
【図４】レーザ照明手段の構成を説明した図
【図５】開口絞りのフィルタを説明した図
【図６】開口絞りの別例を説明した図
【図７】Ａ／Ｆ用のパターンを説明した図
【図８】ランプ照明手段の構成を説明した図
【図９】光変調Ａユニットの構成の一例を説明した図
【図１０】特殊波長板の構成を説明した図
【図１１】対物レンズの構成を説明した図
【図１２】光変調Ｂユニットの構成の一例を説明した図
【図１３】空間フィルタの構成を説明した図
【図１４】信号処理回路の構成を説明した図
【図１５】信号処理の流れを説明した図
【図１６】条件設定画面を説明した図
【図１７】検査レイヤと光学条件の関係を説明した図
【図１８】検査条件設定方法のシーケンスを説明した図
【図１９】本発明の検査装置の使用方法を説明した図
【図２０】本発明の第２の実施形態を説明した図
【図２１】ビームスプリッタの性能を説明した図
【図２２】第２の実施形態に用いる光変調ユニットの一例を説明した図
【図２３】光変調ユニットの波長板性能を説明した図
【図２４】本発明の第３の実施形態を説明した図
【符号の説明】
【０１１３】
１…ウェハ、２…搬送系、３、４…照明手段、５…ダイクロイックミラー、６、９、２２、２３…ビームスプリッタ部、７、１１、１３、２４…光変調ユニット、８…対物レンズ、１０…Ａ／Ｆ検出部、１２…リレーレンズ、１４、１６…観察ユニット、１５…結像レンズ部、１７…光検出部、１８…信号処理回路、１９…ＡＤＣ部、２０…入出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料上の回路パターンの欠陥（ショートや断線など）や異物を検出するパターン欠陥検査・異物検査に係り、特に半導体ウェハや液晶ディスプレイ、ホトマスクなどの回路パターンにおける欠陥・異物を検査するパターン欠陥検査方法及びその装置に関する。以下、欠陥は異物を含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の検査装置は試料を移動させつつ、イメージセンサ等の撮像素子により試料を撮像し、検出した画像信号と一定時間遅らせた画像信号の濃淡を比較することにより不一致部を欠陥として認識するものがある（特許文献１）。
【０００３】
また、試料の欠陥検査に関する他の技術としては、メモリマット部等のパターン密度が高い領域と周辺回路等のパターン密度が低い領域とが同一ダイ内に混在する半導体ウェハなどにおいて高精度に検査する技術がある（特許文献２）。
【０００４】
また、微細な回路パターンを検出する技術としては、光学的に照明光または回折光を制御し、高い分解能で検出する技術がある（特許文献３および４）。
【０００５】
また、ホトマスクの回路パターンを検査する技術としては、光源にエキシマレーザ等のＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：紫外）レーザ光を用い、光路上に挿入した拡散板を回転させて可干渉性を低減させた光をマスクに均一照明し、得られるマスクの画像データから特徴量を計算してホトマスクの良否を判定する技術がある（特許文献５）。
【０００６】
また、ＵＶ〜ＤＵＶ（Ｄｅｅｐ ＵＶ：深紫外）レーザ光を用いた検査技術として、レーザ光を揺動させてレーザの干渉性を低減する技術がある（特許文献６）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−２１２７０８号公報
【特許文献２】特開平 ８−３２０２９４号公報
【特許文献３】特開平 ７−３１８３２６号公報
【特許文献４】特開２０００−１５５０９９号公報
【特許文献５】特開平１０− ７８６６８号公報
【特許文献６】特開２００１−１９４３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年のＬＳＩ製造においては、高集積化のニーズに対応した回路パターンの微細化により、ウェハ上に形成されるパターン幅は２００ｎｍ以下になっており、それに対応して検出すべき欠陥の寸法も微細化している。特に、「Ｎｏｎ Ｖｉｓｕａｌ Ｄｅｆｅｃｔ」と呼ばれるように従来の技術では検出が困難な欠陥も報告されている。
【０００９】
このような中、欠陥検査装置では、検査用対物レンズの高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）化や光学的な超解像技術の開発が進められているが、検査用対物レンズの高ＮＡ化は物理的限界に達しているため、検出に用いる照明光の波長をＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光やＤＵＶ（Ｄｅｅｐ ＵＶ：深紫外）光の領域へ短波長化していくのが本質的なアプローチである。
【００１０】
ＬＳＩデバイスには、主に繰り返しパターンで形成されるメモリ製品や、主に非繰り返しパターンで形成されるロジック製品など、検査対象となるパターンの構造が複雑かつ多様化してきており、ＬＳＩデバイス製造時に管理が必要なターゲット欠陥を確実に見つけ出すことが困難となっている。図２にターゲット欠陥を示す。検出が望まれているターゲット欠陥としては、各プロセスにおける異物、パターン欠陥に加え、ＣＭＰ工程ではボイドやスクラッチである。さらに、ゲート配線やアルミニウム（ＡＬ）等の金属配線部でのショートやブリッジ、配線間を繋ぐコンタクトホールの非導通や非開口がある。
【００１１】
これらターゲット欠陥は、欠陥自身の形状が微小（光学系の解像度以下の大きさ）かつ多様化しているのに加え、欠陥が発生している場所の下地パターンも多様化しているため検出が困難である。ここで、ターゲット欠陥の検出を阻害する要因としては、ＡＬ等の金属配線工程のグレインやモホロジーと呼ばれる微小凹凸がある。また、絶縁膜等の透明膜（ここでは、照明波長に対して透明という意味）が最表面に露出している工程では、透明膜の微小な膜厚差による干渉光強度ムラが光学ノイズとなる。そのため、グレインやモホロジーの誤検出を低減し、干渉光強度ムラの影響を低減しつつ、大きさが光学系の解像度以下のターゲット欠陥を顕在化するという課題がある。
【００１２】
前記干渉強度ムラを低減する方法として、ランプを光源として複数の波長の光を照射する方法もあるが、１つの光源から複数の波長の光を得る場合、ランプの使用時間に応じて波長強度比が変化する。図３はあるランプの出力強度を模式的に表した図である。図３は波長λ１の出力強度５１と別の波長λ２の出力強度５２を示している。時間Ａでは出力強度５１と出力強度５２の強度比は約３であるが、時間Ｂでは強度比が７．５となる。これは、波長毎に減衰割合が違うためである。このように強度比が変わると、測定毎に検出される光学像が変化するため安定した欠陥検出ができないという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決して、グレインやモホロジーの誤検出を低減し、干渉光強度ムラの影響を低減して、様々なプロセスにおけるターゲット欠陥を安定に検出できるパターン欠陥検出方法及びその装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明では、試料上に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン検査装置を、表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、この照明手段で照明された試料のパターンの光学像を形成する結像光学系手段と、この結像光学系手段で結像させた光学像を検出して試料のパターンの画像を検出する検出手段と、この検出手段で検出した画像を処理して試料上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と、
パターンに応じて照明手段の照明波長と照明手段及び／又は結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択する選択手段とを備えて構成し、試料を照明手段から発射した光で照明し、照明された試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、この結像させた光学像を検出して試料のパターンの画像を検出し、この検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出する場合において、試料の表面に形成されたパターンに応じて試料を照明する光の波長と照明段及び／又は結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択して試料のパターンの光学像を結像させるようにした。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明では、パターン欠陥検査装置を、表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、この照明手段により照明された試料からの回折光の像を結像する結像光学系手段と、この照明手段および／または結像光学系手段の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御する光変調手段と、結像光学系手段により結像された試料からの回折光の像を撮像して画像信号を出力する画像検出手段と、この画像検出手段から出力された画像信号を処理して試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えて構成し、表面にパターンが形成された試料を照明手段から発射した光で照明し、この照明された試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、この結像させた光学像を検出して試料のパターンの画像を検出し、この検出した画像を処理して試料上のパターンの欠陥を検出する場合において、照明手段および／または結像光学系の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御するようにした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、グレインやモホロジーの誤検出や干渉光強度ムラの影響を低減して、ウェハ上の多様な欠陥を安定的に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明に係るパターン欠陥検査装置を半導体デバイスの検査に適用した実施例を図１に示す。本発明のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置して移動させる搬送系２、波長の異なる照明手段３および４、ダイクロイックミラー５、ビームスプリッタ（以下ＢＳと記す）部６、光変調Ａユニット７、対物レンズ８、Ａ／Ｆ（オートフォーカス）用ＢＳ９、Ａ／Ｆ検出部１０、光変調Ｂユニット１１、リレーレンズ１２、光変調Ｃユニット１３、瞳観察ユニット１４、結像レンズ部１５、試料面観察ユニット１６、光検出部１７、信号処理回路１８、自動分類（以下ＡＤＣと記す）部１９、入出力部２０、各部のコントローラ２１および図示しないリレーレンズとミラーで構成されている。なお、コントローラ２１から各ユニットへ繋がっている矢印は、制御信号等を通信することを示している。
【００１９】
次に動作を説明する。照明手段３および４から射出された照明光はダイクロイックミラー５で光軸を一致させ、ＢＳ部６に入射させる。ＢＳ部６で反射されたビームは、光変調Ａユニット７を介して対物レンズ８を通り、ウェハ１に照射される。
【００２０】
ウェハ１で反射した光は、対物レンズ８および光変調Ａユニット７を通ってＢＳ部６を通過し、Ａ／Ｆ用ＢＳ９で分岐される。Ａ／Ｆ用ＢＳ９を透過した光は、光変調Ｂユニット１１を通過し、リレーレンズ１２で光変調Ｃユニット１３部に集光する。この光変調Ｃユニット１３は対物レンズ８の瞳と共役位置に設置されている。光変調Ｃユニット１３を通過した光は結像レンズ部１５を通って光検出部１７に設置したイメージセンサへ結像し、画像信号に変換される。該変換された画像信号は、信号処理回路１８にて欠陥検出処理を施され、ウェハ１上の欠陥を検出し、検査結果を入出力部２０へ表示する。画像信号や欠陥検出処理を施された信号はＡＤＣ部１９にも送付されＡＤＣを行う。以上の動作を搬送系２でウェハ１を移動させて行うことによってウェハ１全面を検査する。
【００２１】
なお、この入出力部２０はユーザからの入力情報を受け取るインターフェイス機能を有し、また、コントローラ２１への制御信号を送受信可能である。さらに、Ａ／Ｆ検出部１０は、ウェハ１を対物レンズ８の物体側焦点位置に移動させるための信号を発し、コントローラ２１を介して搬送系２を駆動して実時間でウェハ１の表面を対物レンズ８の物体側焦点位置に合わせる。また、瞳観察ユニット１４は、本ユニットを光軸部に出し入れすることにより、対物レンズ８の瞳部を観察する機能を有し、試料面観察ユニット１６は本ユニットを光軸部に出し入れすることによりウェハ１を観察する機能を有する。
【００２２】
以下、各部分の詳細を述べる。
【００２３】
まず、搬送系２の詳細を述べる。搬送系２はＸ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２、Ｚ軸ステージ２０３、θ軸ステージ２０４、ウェハチャック２０５で構成されている。Ｘ軸ステージ２０１は定速走行が可能であり、Ｙ軸ステージはステップ移動が可能な構成である。Ｘ軸ステージ２０１およびＹ軸ステージ２０２を用いることにより、ウェハ１の全ての場所を対物レンズ８の中心下に移動させることができる。また、Ｚ軸ステージ２０３はウェハチャック２０５を上下させる機能を有し、θ軸ステージ２０４はウェハチャック２０５を回転させ、Ｘ軸ステージ２０１、Ｙ軸ステージ２０２の進行方向とウェハ１の回転方向とを合わせる機能を有する。さらに、ウェハチャック２０５は真空等で吸着することによりウェハ１を固定する機能を有する。
【００２４】
照明手段３および４はウェハ１に照射するビームの成形を行う。照明光源としては、レーザ光源やランプ光源を用いる。
【００２５】
レーザ光源は可視光や紫外光（以下ＵＶ光）や深紫外光（以下ＤＵＶ光）、真空紫外光や極紫外光等を用いることが可能であり、レーザの発振形態は連続発振でもパルス発振でも良い。波長は概ね５５０ｎｍ以下が望ましく、例えば５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍ、２４８ｎｍ、２００ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍや１３ｎｍの光源を適用できる。
【００２６】
該レーザ光源としては、固体ＹＡＧレーザ（波長１０２４ｎｍ）を非線形光学結晶等で波長変換し、基本波の第２高調波（ＳＨＧ）や第３高調波（ＴＨＧ）、第４高調波（ＦＨＧ）を発生するものや、エキシマレーザやイオンレーザでも良い。また、２種類の異なる波長を共振させて別の波長を発振させるものでも良い。これは、例えば、波長４８８ｎｍのＡｒレーザ光のＳＨＧ波と波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光とを和周波共振させることにより、波長１９９ｎｍのレーザを出力させる方法である。パルス発振レーザの形態は、発振周波数が数Ｈｚの低周波パルス発振レーザや、数１０ＭＨｚの準連続発振パルスレーザでも良い。さらに、パルス発振の方法はＱ−スイッチ型でもモードロック型でも良い。
【００２７】
それぞれの光源の利点は、短波長の光源を用いると光学系の解像度を向上でき高感度な検査が期待できる。また、ＹＡＧ等の固体レーザは大掛かりな付帯設備が必要ないため装置規模を小さく、また安価にできる。また、高周波のパルス発振レーザを用いれば、高出力の連続発振レーザと同等に扱えるため、透過率や反射率の低い安価な光学部品も用いることが可能となり、安価な装置を実現できる。
【００２８】
ランプ光源は、レーザ光源と同程度の波長域を発光するものを用いることが可能である。ランプ光源としては、Ｘｅランプ、Ｈｇ―Ｘｅランプ、Ｈｇランプ、高圧Ｈｇランプ、超高圧ＨｇランプやＥｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ−Ｇａｓ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ−Ｌａｍｐ（出力波長は、例えば、３５１ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１７２ｎｍ、１５７ｎｍ、１４７ｎｍ、１２６ｎｍ、１２１ｎｍ）等が使用可能であり、所望の波長を出力することができれば良い。ランプの選択方法としては、所望の波長の出力が高いランプを選択すれば良く、ランプのアーク長は短い方が望ましい。これは、ビーム形成方法の選択肢が増やせるためである。
【００２９】
以下、図４乃至７でレーザ光源を用いた照明手段を説明する。
【００３０】
図４は照明手段３の構成を示すもので、レーザ光源３０１、シャッター３０２、光量調整部３０３、ＢＳ３０４、光量測定部３０５、ビーム拡大部３０６、ビーム形成部３０７、干渉性低減部３０８、開口絞り３０９、Ａ／Ｆ用パターン３１０と図示しないリレーレンズとミラーで構成されている。
【００３１】
レーザ光源３０１は上述したものを使用することができ、例えば、２６６ｎｍ（ＹＡＧ―ＦＨＧ）の連続発振レーザである。
【００３２】
シャッター３０２は、レーザ光源３０１から射出されたレーザ光を遮光する機能を有する。例えば、図示していないエアシリンダで駆動して光軸部に金属板を挿入／排出することで実現すれば良い。
【００３３】
光量調整部３０３は、ＢＳ３０４に入射する光量を調整する機能を有するものであれば良く、例えば、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタである。該ＮＤフィルタは、対象波長を吸収する形態でも反射する形態でも良いが、吸収型は熱膨張によって破損する恐れがあるため反射型を用いる方が望ましい。反射型を用いる場合は、反射した光がレーザ光源３０１内部に入射しないようにするためにレーザトラップを付加するのが良い。また、レーザ光源３０１の偏光を利用して、波長板とＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を用いた構成でも良い。これは、入射偏光に対して１／２波長板で偏光方向を回転させ、ＰＢＳに入射する偏光方向を変えることによって、ＰＢＳを透過する光量を調整する方法である。
【００３４】
次に、ＢＳ３０４は、入射光量の一部を光量測定部３０５に分岐する機能を有する。光量測定部３０５側に分岐する光量は、概ね入射光量の１乃至５％程度で良い。
【００３５】
光量測定部３０５は、ＢＳ３０４から分岐された光量を測定し、入出力部２０で設定された出力に準ずる値が得られる様に光量調整部３０３またはレーザ光源３０１の制御する機能を有する。
【００３６】
ビーム拡大部３０６は、レーザ光源３０１から射出されたビームを拡大する機能を有する部分であり、例えば、ビームエキスパンダである。
【００３７】
ビーム形成部３０７はウェハ１上の照明範囲を調整する機能を有する。例えば、矩形の照明を行う場合はシリンドリカルレンズを用いる。
【００３８】
干渉性低減部３０８はレーザ光の干渉性を低減する機能を有する部分であり、例えば拡散板である。干渉性を低減するためには、空間的、時間的にレーザ光の位相や角度を変える必要があるため、該拡散板を回転させることが望ましい。
【００３９】
開口絞り３０９は対物レンズ８の瞳部に集光する光の照度分布を調整する機能を有する。図５（ａ）乃至（ｄ）に例を示す。図５（ａ）乃至（ｄ）は開口絞り３０９に設置するフィルタの光軸断面形状を示している。図５（ａ）乃至（ｄ）は遮光板に開口を設けた構造であり、外接円の中心部が光軸である。図５（ａ）は開口の大きさを対物レンズ８の瞳部の有効径と同じ大きさにした例であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の開口径を小さくした例である。さらに、図５（ｃ）は瞳部の外周の光を通過させるフィルタの例であり、図５（ｄ）は図５（ｃ）の光の一部のみを通過させるフィルタの例である。
【００４０】
これらの開口は、広い範囲の開口を用いた場合、ウェハ１に対して様々な角度から照射することになるため、安定した画像が得られる利点がある。逆に開口を狭めた場合は、ウェハ１上の特定の周波数に対応する画像が得られる利点がある。
【００４１】
図６（ａ）に開口絞り３０９の別の例を示す。図５の例は開口部と遮光部とで２種類の光透過率のフィルタであるが、図６は透過率の種類を増やした例である。図６（ａ）は開口中心部と周辺部とで光の透過率を連続的に変化させた例である。図６（ｂ）に図６（ａ）のＡ−Ａ’部における透過率を示す。本例では、開口の中心部で透過率を低く、周辺部の透過率を高く設定したフィルタである。製作方法は、例えば透過率を変えた誘電膜をガラス基板に蒸着させれば良い。または、ガラス板表面に回折格子をエッチングし、回折効果を用いて透過率を変化させても良い。図５のフィルタに比べ図６のフィルタの利点は、照明光の照度分布に合わせて設計することができるため、例えば、照明光の照度分布がガウス分布していても図６の形状のフィルタを用いることによって、照度分布をフラットにすることができる点である。逆に、図５のフィルタの利点は、安価に製作できることである。
【００４２】
Ａ／Ｆ用パターン３１０は、Ａ／Ｆに用いるパターンを試料面に投影するためのフィルタである。図７に試料面のレイアウトを示す。図７において、５８は対物レンズ８の視野を示しており、５９は検査に有効な照明範囲を示している。これに対し、６０はＡ／Ｆ用のパターンである。このパターン６０は、視野５８の内部に存在し、かつ、照明範囲５９の外側に存在する。Ａ／Ｆ用パターン３１０は、ガラス板にパターン６０の形状で遮光膜を蒸着して製作すれば良い。
【００４３】
なお、以上述べた部品の可動部には、緩衝材等により振動を他の部品に伝えない構造であることが望ましい。
【００４４】
図８でランプ光源を用いた照明手段を説明する。
【００４５】
図８はランプ光源４０１、シャッター４０２、波長選択フィルタ４０３、光量調整部４０４、ＢＳ４０５、光量測定部４０６、ビーム拡大部４０７、ビーム形成部４０８、開口絞り４０９、Ａ／Ｆ用パターン４１０と図示しないリレーレンズとミラーで構成されている。
【００４６】
ランプ光源４０１は、上述したランプ光源を使用することができる。
【００４７】
シャッター４０２、光量調整部４０４、ＢＳ４０５、光量測定部４０６、ビーム拡大部４０７、ビーム形成部４０８、開口絞り４０９、Ａ／Ｆ用パターン４１０は、図４で説明したレーザ光源を用いた照明手段と同等機能を有する。レーザ光源を用いた照明手段において対応するものはそれぞれ、シャッター３０２、光量調整部３０３、ＢＳ３０４、光量測定部３０５、ビーム拡大部３０６、ビーム形成部３０７、開口絞り３０９、Ａ／Ｆ用パターン３１０である。以下では、残りの部分について説明する。
【００４８】
波長選択フィルタ４０３は、ランプ光源４０１から射出された複数の波長の中から特定の波長（±数ｎｍの帯域はある）のみを透過する機能を有するフィルタであり、一般に入手可能なものである。
【００４９】
次にＢＳ部６の構成を説明する。ＢＳ部６は、ＰＢＳ６０１（入射したＳ偏光を９０％以上反射、入射したＰ偏光を９０％以上透過）と無偏光ＢＳ６０２（Ｓ偏光、Ｐ偏光とも５０％程度反射または透過）とパーシャルＰＢＳ６０３（Ｓ偏光の反射率とＰ偏光の透過率の合計が１００％を越えるＢＳ。例えば、Ｓ偏光を４０％程度反射、Ｐ偏光を９０％程度透過）を切り替えて用いる（切り替え機構は図示していない）。これらはウェハ１の表面状態に応じて使い分けるため、検査条件設定時に決めればよい。
【００５０】
次に、光変調Ａユニット７の構成を図９で説明する。光変調Ａユニット７は、図９（ａ）乃至（ｃ）のユニット７０１，７０２，７０３を切り替えて用いる。以下で図９（ａ）乃至（ｃ）を説明する。図９（ａ）はユニット７０１であり、１／２波長板７１１、１／４波長板７１２で構成されている。
動作は、まず、ＢＳ部６で反射された照明光が１／２波長板７１１へ入射する。１／２波長板７１１では照明光の偏光方向を回転する。該回転された照明は１／４波長板７１２を通過することにより楕円偏光となり、対物レンズ８を通してウェハ１に照射される。該照射光は、ウェハ１で反射・回折され、対物レンズ８で集光され、１／４波長板７１２、１／２波長板７１１を通してＢＳ部６に入射する。この時、ウェハ１で反射・回折された光は、０次回折光と高次回折光とで偏光状態（偏光の回転量や位相差）の変化量が違うため、該回折光の偏光方向に対して１／２波長板７１１と１／４波長板７１２を光軸周りに回転させることにより、ＢＳ部６における０次回折光と高次回折光の透過比率を変えることができる。前記高次回折光には、ウェハ１上の回路パターンのエッジ情報が含まれているため、０次回折光の光量に対して、高次回折光の光量を多く検出することによって、回路パターンのコントラストを向上させることが可能となる。
【００５１】
図９（ｂ）はユニット７０２の構成を示している。ユニット７０２は１／４波長板７１２の代わりに、特殊波長板７１３を用いる例である。特殊波長板７１３の構成を図１０（ａ）乃至（ｂ）で説明する。図１０（ａ）はある光学軸６１の１／４波長板と光学軸６１と直交する光学軸６２の方向の１／４波長板を接着した構成である。製造方法は、例えば、前記１／４波長板を石英ガラス等の上に並べて接着すれば良い。図１０（ｂ）は特殊波長板７１３の別の実施例である。本例は、光学軸６１と光学軸６２が直交することに関しては図１０（ａ）と同じであるが、光軸に対する光学軸の向きが違う例である。特殊波長板７１３を用いることによって、前記楕円照明の楕円方向を混在させることが可能となり、直交したパターンのコントラストを向上できる。
【００５２】
図９（ｃ）はユニット７０３の構成を示している。図９（ｃ）は１／２波長板７１４、７１６、複屈折プリズム７１５、７１７、１／４波長板７１８で構成されている。複屈折プリズム７１５、７１７は、プリズムの光学軸の方向に応じて、入射光の進行方向を変化させる機能を有する光学部品であり、例えばノマルスキー型のプリズムである。次に動作を説明する。前記ＰＢＳ６で反射された照明光は、１／２波長板７１４に入射する。この時、複屈折プリズム７１５の光学軸とある角度を成す方向に偏光方向を回転させる。複屈折プリズム７１５を通った光は、複屈折プリズム７１５の光学軸方向の２軸に分離され１／２波長板７１６に入射する。１／２波長板７１６は、複屈折プリズム７１７の光学軸とある角度を成す方向に入射光の偏光方向を回転させ、複屈折プリズム７１７に入射させる。
【００５３】
複屈折プリズム７１７を通った光は、複屈折プリズム７１７の光学軸方向の２軸に分離され、前記複屈折プリズム７１５による分離方向と合わせて合計４光束に分離された直線偏光を発生させることができる。該４光束の直線偏光は、１／４波長板７１８に入射し、楕円偏光で対物レンズ８を通ってウェハ１に照射される。ノマルスキー型のプリズムを１個用いた偏光微分干渉光学系による物理的な現象は、一般的な微分干渉顕微鏡と同様である。
【００５４】
本発明のユニット７０３の特徴は、４個以上の光束に分割することによりウェハ１上の直交パターンへの対応が可能となることである。つまり、通常の２点分離のプリズムでは該２点を結ぶ直線の方向しか微分干渉の効果がない。そこで、本発明では複屈折プリズム７１５で２光束に分岐する方向に対して複屈折プリズム７１７で２光束に分岐する方向がほぼ直角方向になるように設定することにより平面的に微分干渉を発生させることができ、回路パターンの方向に依らないで微分干渉ができるという利点がある。
【００５５】
すなわち、複屈折プリズム７１５、７１７を光軸中心で回転させ、かつ、１／２波長板７１４、７１６を用いて上述した関係になるように偏光方向を回転させることにより、光路の分岐方向を変えることが可能である。このように光路の分岐方向を変えることにより、様々な方向の回路パターンの欠陥を高感度に検査できる。
【００５６】
なお、光変調Ａユニット７では、上記の光学素子を用いない、つまり、ＢＳ部６と対物レンズ８の間の空間に光学素子を挿入しないことも選択できる構成である。
【００５７】
次に対物レンズ８について説明する。対物レンズ８は、光変調Ａユニット７を通過した照明光をウェハ１に照射し、ウェハ１からの反射、回折光を集光する機能を有する。本発明における対物レンズ８の特徴は、対物レンズ８の瞳位置に光変調Ａユニット７を設置できるスペースを有することである。即ち、本発明による対物レンズ８は、上述した光変調Ａユニット７に用いた１／４波長板や特殊波長板を瞳位置に設置することが可能な構成になっている。これを実現するための対物レンズ８の具体的な構成としては、図１１（ａ）に示すように対物レンズ８０１の瞳６３の位置を対物レンズ８０１の筐体から外側に出した構成でも良いし、図１１（ｂ）に示すように対物レンズの試料面側ユニット８０２とＢＳ部６側ユニット８０３に分割し、瞳６３が試料面側ユニット８０２とＢＳ部６側ユニット８０３の間に位置するように構成しても良い。
【００５８】
Ａ／Ｆ用ＢＳ９は、ＢＳ部６を透過した光を、Ａ／Ｆ検出部１０と光変調Ｂユニット１１とに分岐する機能を有している。
【００５９】
Ａ／Ｆ検出部１０は、ウェハ１のＺ位置を対物レンズ８の焦点位置に移動するための移動量を計測するユニットである。
【００６０】
光変調Ｂユニット１１はＡ／Ｆ用ＢＳ９の透過光から特定の光を抽出または、全ての光を透過させる機能を有する。図１において、光学素子１１０１は特定の振動方向の偏光を通過させる素子である。光変調Ｂユニット１１では、光学素子１１０１を光軸部分に挿入することによって特定の光を抽出する。また、光学素子１１０２はガラスであり、光学素子１１０１による光の抽出を行わない場合は、光学素子１１０２を光軸に挿入する。
【００６１】
リレーレンズ１２は光変調Ｃユニット１３の位置に、対物レンズ８の瞳部の共役像を結像する機能を有する。
【００６２】
光変調Ｃユニット１３は、対物レンズ８の瞳共役位置において、光の位相や透過率を変調する機能を有する。図１２および図１３で光変調Ｃユニット１３の詳細を説明する。光変調Ｃユニット１３は対物レンズ８の瞳位置と共役な位置に設置し、ユニット１３０１、１３０２、１３０３を切り替えて用いる。
【００６３】
図１２（ａ）乃至（ｃ）は光変調Ｃユニット１３の例を示している。図１２（ａ）はユニット１３０１であり、空間フィルタＡ１３１１、空間フィルタＢ１３１２で構成されている。空間フィルタＡ１３１１と空間フィルタＢ１３１２の外観を図１３（ａ）に示す。空間フィルタＡ１３１１は石英等の透明基板６４の中央部に誘電体膜６５を蒸着したものである。誘電体膜６５は、誘電体膜６５を蒸着した部分の透過光と蒸着していない部分の透過光とで位相差を持つように設計された膜である。また、空間フィルタＢ１３１２は、空間フィルタＡ１３１１と同様に誘電体膜６５を蒸着したものであるが、空間フィルタＢ１３１２では、誘電体膜６５を蒸着した部分の透過光と蒸着していない部分の透過光とで透過率を変えるように設計された膜である。なお、誘電体膜６５の蒸着範囲は、瞳位置での０次回折光の大きさに相当させれば良く、位相と透過率を同時に変化させた膜を蒸着して用いても良い。また、空間フィルタＡ１３１１と空間フィルタＢ１３１２は必ずしも同時に使用する必要はなく、それぞれ単独で用いても良い。
【００６４】
図１２（ｂ）はユニット１３０２であり、空間フィルタＣ１３１３、空間フィルタＤ１３１４で構成されている。図１３（ｂ）に空間フィルタＣ１３１３と空間フィルタ１３１４の外観を示す。図１３（ｂ）に示した空間フィルタは開口絞り３０９または開口絞り４０９において輪帯型のフィルタとペアで用いる。図１３（ｂ）に示した空間フィルタの特徴は、空間フィルタの誘電体膜６５の蒸着範囲を輪帯形状にしていることである。誘電体膜６５の性能はそれぞれ空間フィルタＡ１３１１および空間フィルタ１３１２と同様である。
【００６５】
図１２（ｃ）はユニット１３０３であり、ガラス板１３１５、１３１６で構成されている。これは、前記ユニット１３０１または１３０２で光変調を行わない場合に用いるものである。
【００６６】
光変調Ｃユニット１３では、図１２（ａ）または（ｂ）のような複数の空間フィルタを用意し、照明光の形状に合わせて切り替える機構（図示せず）を持つ。
【００６７】
本発明の空間フィルタの効果は、ウェハ１の０次回折光の強度を低く、相対的に高次回折光強度を高くできるので、回路パターンのコントラストを高くすることができることである。照明を輪帯状にした場合の利点は、高次回折光を多く検出することができるため、輪帯状にしない場合に比べて、回路パターンのエッジ情報を強調できることである。
【００６８】
瞳観察ユニット１４は、光変調Ｃユニット１３の位置の像を観察する機能を有するものであり、図示しない可動機構を用いて、瞳像を観察する場合に光軸に挿入する。
【００６９】
結像レンズ部１５は、ウェハ１の像を複数の倍率で光検出部１７に結像する機能を有しており、結像レンズ部１５に予め用意されたレンズ１５０１、１５０２、１５０３を切り替えて光軸部に挿入して倍率を変える機構（図示せず）である。
【００７０】
試料面観察ユニット１６は、検出した欠陥の像を観察する機能を有し、図示しない可動機構を用いて、欠陥を観察する場合に光軸に挿入する。
【００７１】
光検出部１７は結像レンズ部１５で集光した光を検出することによって、ウェハ１の像を撮像し、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換する機能を有するものである。光検出部１７は、例えばイメージセンサであり、１次元のＣＣＤセンサやＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセンサでも良く、また、フォトマル（光電子倍増管）を直列に並べたものでも良い。さらに、ＴＶカメラのような２次元ＣＣＤセンサでも良い。ＴＤＩイメージセンサの利点は、検出信号を複数回加算することによって、検出信号のＳ／Ｎを向上できることである。ＴＤＩイメージセンサを用いる場合は、搬送系２の動作と同期してセンサを駆動するのが望ましい。
【００７２】
以上述べた光学部品の内、照明手段３および照明手段４以外で用いる光学部品は、照明手段３および照明手段４から射出される波長で収差補正されていることが望ましい。
【００７３】
図１４で信号処理回路１８の詳細を説明する。信号処理回路１８は、階調変換部１８０１、画像フィルタ１８０２、遅延メモリ１８０３、位置合わせ部１８０４、局所階調変換部１８０５、比較処理部１８０６、ＣＰＵ１８０７、散布図作成部１８０８、記憶手段１８０９で構成されている。
【００７４】
動作は、まず、光検出部１７で得られた検出信号は信号処理回路１８に送られ、階調変換部１８０１で特開平８−３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施される。この階調変換部１８０１は、対数変換や指数変換・多項式変換等により画像を補正するものである。画像フィルタ１８０２は、階調変換部１８０１で階調変換された画像信号から、照明光源特有の画像ノイズを効率良く除去するフィルタである。遅延メモリ１８０３は、参照画像信号を記憶する記憶部であり、画像フィルタ１８０２からの出力画像信号を、繰り返される半導体ウェハを構成する１セル又は複数セルピッチまたは１ダイまたは複数ダイ分記憶して遅延させるものである。ここで、セルはダイ内のパターンの繰返し単位である。なお、画像フィルタ１８０２は遅延メモリ１８０３を通過した後でもよい。
【００７５】
次に、位置合わせ部１８０４は、階調変換部１８０１から出力された画像信号（ウェハ１から得られる検出画像信号）１８２０と、遅延メモリ１８０３から得られる遅延画像信号（基準となる参照画像信号）１８２１との位置ずれ量を正規化相関法等によって検出して画素単位に位置合わせを行う部分である。局所階調変換部１８０５は、特徴量（明るさ、微分値、標準偏差、テクスチャ等）の異なる信号を該特徴量が一致するように双方もしくは一方の画像信号について階調変換する部分である。
【００７６】
また、比較処理部１８０６は局所階調変換部１８０５で階調変換された検出画像信号同士を比較して特徴量の相違に基づいて欠陥を検出する部分である。すなわち、比較処理部１８０６は、遅延メモリ１８０３から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した参照画像信号と検出した検出画像信号を比較する。ウェハ１上における配列データ等の座標を入出力部２０から入力しておくことにより、ＣＰＵ１８０７はウェハ１上における配列データ等の座標に基づいて欠陥検査データを作成して記憶手段１８０９に格納する。該欠陥検査データは必要に応じて入出力部２０やＡＤＣ部１９へ送られる。なお、比較処理部１８０６の詳細は特開昭６１−２１２７０８号公報に示したもの等で良く、例えば、画像の位置合わせ回路や位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を二値化して不一致を検出する回路、二値化された出力から面積や長さ（投影長）、座標などを算出する特徴抽出回路からなる。
【００７７】
散布図作成部１８０８は、入力画像から検出画像の特徴量と参照画像の特徴量との散布図を作成する機能を有し、ＣＰＵ１８０７を介して入出力部２０等に表示するものである。
【００７８】
図１５は信号処理回路１８のシーケンスの一例を示している。まず、入力された検出・参照画像に対し、必要に応じてノイズ除去処理Ｓ１９０１で画像のＳ／Ｎを向上させる。ノイズ除去には各種フィルタが用意され、対象物やノイズの質に応じて選択可能となっている。例えば、着目画素の近傍画素の値に重みをつけて用いる方法やメディアン・フィルタ、また、フーリエ変換を利用し規則的に生じるノイズを除去する方法がある。
【００７９】
次にノイズ除去により劣化した画像の復元処理Ｓ１９０２を行う。例えば、ウィーナ・フィルタによる復元処理である。
【００８０】
次に、比較する検出画像と参照画像間で画質に大きな違いがないかを調べる。評価指標は、コントラスト、明るさのばらつき（標準偏差）、ノイズ成分の周波数などがある。特徴量を演算する処理Ｓ１９０３で画像の評価指標を演算し、演算した特徴量を比較する処理Ｓ１９０４の結果を基に画像の合わせ込み処理Ｓ１９０５を行う。もし、特徴量の合わせ込みができないレベルにあるときは、比較処理部１８０７にて感度を低下させ虚報の発生を押さえるようにする。その後欠陥検出判定Ｓ１９０６を行う。なお、信号処理回路１８での詳細な欠陥算出方法については、例えば特開２００１−１９４３２３号公報等に開示されているような方法がある。
【００８１】
次に入出力部２０について説明する。入出力部２０は、ユーザとのインターフェイス部であり、データや制御信号の入出力部でもある。ここで、ユーザからの入力情報としては、例えば検査対象ウェハのレイアウト情報や名称、また上述した光学系の検査条件等である。また、ユーザへの出力情報としては、例えば、欠陥検査結果や検出した欠陥の画像等である。
【００８２】
ＡＤＣ部１９は本発明の検査装置で検出した信号を分類する機能を有する。ＡＤＣ部１９の動作を説明する。まず、光検出部１７で得られた画像は、信号処理回路１８とＡＤＣ部１９に送信される。信号処理回路１８で欠陥検出判定を行い、欠陥と判定された場合は、欠陥検出Ｆｌａｇと信号処理回路１８で処理した画像をＡＤＣ部１９に送信する。ＡＤＣ部１９では、欠陥検出Ｆｌａｇを受信した場合、前記光検出部１７で得られた画像と前記信号処理回路１８から送信された画像から欠陥部の画像特徴量を算出し、さらに、コントローラ２１から送信された搬送系２の座標データから座標特徴量を算出し分類を行う。該分類された情報は、入出力部２０に送信され、欠陥情報として表示される。
【００８３】
ここで、前記画像特徴量とは、欠陥部の濃淡値総和、濃淡値の変化具合（微分値）、画素数、投影長、重心位置や比較した正常部の濃淡値等である。また、座標特徴量とは、ウェハ１の中心からの距離、ウェハ１のダイ毎の繰り返し回数、ダイ内の位置等である。
【００８４】
さらに、本発明の光学系を用いれば、各種光学条件で画像を取得できるため、欠陥検出時とは異なる光学条件で検出した画像から算出した特徴量を分類に用いることができる。例えば、ＢＳ部６にＰＢＳを設置し、光変調Ａユニット７を円偏光照明に設定し、光変調Ｂユニット１１と光変調Ｃユニットに光学素子を設置しない条件（条件Ａ）にすれば、通常の明視野顕微鏡と同等の画像が取得でき、光変調Ａユニット７に前記複屈折プリズムのユニットを挿入する条件（条件Ｂ）にすればパターン高さ情報が得られる。従って、条件Ａで平面的な大きさを分類し、条件Ｂで高さを分類することによって、異物などの立体的な形状を分類できる。
【００８５】
なお、上記実施例においては、照明手段３としてレーザを用い、照明手段４としてランプ光源を用いた場合を説明したが、照明手段３と４とは互いに波長の異なるレーザを発振するレーザ光源あってもよく、また互いに波長の異なる光を射出するランプ光源であっても良い。更に、上記実施例においては、波長の異なる照明手段３及び４を用いた場合について説明したが、波長帯域の広い白色光または複数の輝線を持つ光を射出するランプ光源又はレーザ光源による照明手段を１つだけ用い、この照明手段から射出された光を波長分離手段で複数の光に分離し、この分離したそれぞれの光の光量を検出して光量調整部３０３又は４０４に相当する光量調整手段を用いてそれぞれの光量を調整するようにしても良い。
【００８６】
次に、上記検査装置を用いた本発明の検査条件設定方法を、図１６乃至１８を用いて説明する。図１６は、本発明の検査装置に用いる条件設定画面の一部の例である。図１６に示した例では、設定画面が、品種名登録部２１０１、工程名登録部２１０２、注目エリアデータ登録部２１０３、プロセスルール登録部２１０４、検査レイヤ情報登録部２１０５で構成されている。以下で詳細を述べる。
【００８７】
品種名登録部２１０１および工程名登録部２１０２は、図１６の画面で登録した内容を後で呼び出す時に用いるキーワードであり、後でわかる名前ならば何でも良い。注目エリアデータ２１０３は、ウェハ１の検査するエリアを指定する。注目エリアデータ２１０３の設定は必ずしも必要ではなく、例えば、検査面積を減らして検査時間を短くしたい場合や、ウェハ１に作られた回路パターン毎に検出感度を変えたい場合、また、ウェハ１の場所毎に検出する欠陥の特徴を変えたい場合に設定すれば良い。
【００８８】
プロセスルール登録部２１０４は検査対象ウェハの回路パターンの製作ルールを記述する。例えば、１８０ｎｍや９０ｎｍ等である。
【００８９】
検査レイヤ情報登録部２１０５は検査対象ウェハの最表面の状態を選択する部分である。本発明では、ユーザが検査することが多いウェハの状態を選択できるようにしている。検査レイヤ情報登録部２１０５で選択された情報は、本発明の検査装置内部に事前に保持している対応表で光学条件を決定する。図１７は該対応表の例である。該対応表は、本発明の検査装置に事前に登録されているのが望ましいが、本発明の装置を用いてユーザが作成してもよいし、本発明の検査装置に接続された外部記憶媒体からダウンロードしても良い。
【００９０】
図１７の対応表は、縦軸が検査レイヤ情報、横軸が本発明の検査装置で変更可能な光学条件を示している。例えば、照明波長は２種類の波長を選択可能であるので、検査レイヤ情報に応じて、照明手段３の波長を選択したり、照明手段４の波長を選択したり、照明手段３および照明手段４を同時照明することを選択できる。また、開口絞りの項目では、開口絞り３０９または４０９の選択肢を記述している。さらに、光変調条件の項目では、光変調Ａユニット７、光変調Ｂユニット１１、光変調Ｃユニット１３の選択肢が記述されている。また、同様にＢＳ部６の選択肢や結像レンズ部１５の選択肢を記述した対応表も作成しておく。どの検査レイヤ情報に対してどの技術を選択するかは、物理的な現象の解析で割り当てても良いし、光学シミュレーションを用いて決めても良く、また、実際にウェハを検査することにより決めても良い。
【００９１】
実際にウェハを検査して条件設定する方法を図１８で説明する。条件設定はまず、照明波長を決定する。方法は、まず照明手段３の波長Ａのみで回路パターンの画像を取得して（Ｓ２３１１）コントラストを算出する（Ｓ２３２１）。次に照明手段４の波長Ｂのみで回路パターンの画像取得し（Ｓ２３１２）、コントラストを算出する（Ｓ２３２２）。最後に照明手段３と照明手段４の波長ＡおよびＢを同時照射し、回路パターンの画像取得し（Ｓ２３１３）、コントラストを算出する（Ｓ２３２３）。以上３種類の条件のコントラストを比較し（Ｓ２３３０）、コントラストが最も高い照明条件を該ウェハの照明条件とする。
【００９２】
次に、本発明の検査装置で設定可能な光変調条件を設定し検査を行う。先ず、光変調条件Ａに設定し（Ｓ２３４１）、検査を行う（Ｓ２３５１）。次に光変調条件Ｂに設定し（Ｓ２３４２）、検査を行う（Ｓ２３５２）。この操作を光変調条件Ｚまで行う。この検査はウェハ全面を検査しても良いが、検査条件設定の時間を短くする場合は、数個のダイに限定しても良い。上記の光変調条件の検査結果をレビューし（Ｓ２３６０）、注目欠陥を最も多く検出している条件を選択すれば良い（Ｓ２３７０）。この時、各検査終了時にレビューしても良いが、全検査結果の和の結果でレビューすれば短時間でレビューが可能となる。以上で条件設定終了である。
【００９３】
以上、条件設定方法について述べたが、上述した内容以外の項目としてウェハの検査場所毎に異なる光学条件を設定しても良い。この場合は、複数回検査を行った後、それぞれの検査結果の和を出力する。
【００９４】
また、照明手段３または４から射出される照明波長がウェハ１にダメージを与える強度がわかっている場合は、ダメージを与えない照明強度を算出してウェハ１に照射する。ダメージを与えるか否かは、検査レイヤ情報から推定すれば良い。もし、照明光量が少なくて欠陥からの信号量が不足する場合は、光検出器１７のゲインを上げて検査に必要な信号を得ればよい。
【００９５】
次に、本発明の検査装置の使用方法を説明する。図１９は半導体デバイス製造ラインと本発明の検査装置を示した図である。図１９は、デバイス製造時の全プロセス３１０１のうち、デバイス製造プロセス３１０２と検査プロセス３１０３、本発明の検査装置３１０４、データベース３１０５から構成されている。デバイス製造においては、製造プロセス３１０１に従ってウェハが加工されていく。デバイス製造時には、加工の出来映えを確認するために、検査プロセス３１０３が付加される。この検査プロセス３１０３で検査されるウェハは製造プロセスによって様々な表面状態である。例えば、レジスト塗布後であったり、絶縁膜塗布後、該絶縁膜のエッチング後、さらに金属膜の塗布、エッチング後である。これらの様々な表面状態において、検査装置は高感度に検査する必要がある。
【００９６】
従来の検査装置では、設定可能な光学条件が限られるため、製造プロセス３１０２によっては検査性能が劣化してしまうが、本発明の検査装置３１０４を用いれば、プロセス状態に応じて光学条件を最適化できるため、一台の検査装置で各検査プロセス３１０３での高感度検査が可能となり、半導体デバイス製造ラインの欠陥発生状況を的確にモニタリングできる。なお、上述したように、検査条件設定に必要な情報は、ユーザが登録しても良いが、デバイス製造時の全プロセス３１０１の情報と接続可能なデータベース３１０５からプロセス情報を入手し、検査条件設定に用いても良い。
【実施例２】
【００９７】
本発明に係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図２０に示す。本発明のパターン欠陥検査装置は、検査対象であるウェハ１を載置および移動させる搬送系２、波長の違う照明手段３および４、ＢＳ部２２および２３、光変調Ａユニット２４、対物レンズ８、Ａ／Ｆ部２５、光変調Ｂユニット１１、リレーレンズ１２、光変調Ｃユニット１３、瞳観察ユニット１４、結像レンズ部１５、試料面観察ユニット１６、光検出部１７、信号処理回路１８、ＡＤＣ部１９、入出力部２０および図示しないコントローラやリレーレンズとミラーで構成されている。
【００９８】
本実施例は、実施例１で説明した構成に対し、ＢＳ部２２および２３に用いる光学素子の性能と、光変調Ａユニット２４に用いる光学素子の性能、およびＡ／Ｆ部２５の方式が違う例である。
【００９９】
まず、ＢＳ部２２および２３について説明する。実施例１に示したＢＳ部６に用いるＰＢＳは、図２１（ａ）に示すような特性を備えている。図２１はＰＢＳの透過率を波長毎に示した図である。ＡおよびＢは実施例１で用いる波長を示しており、１個のＰＢＳで波長Ａ、Ｂとも同程度の性能（Ｐ偏光とＳ偏光の透過率）が得られる場合である。
【０１００】
一方、実施例２は、図２１（ｂ）および（ｃ）に示す性能のＰＢＳを用いる場合の例である。図２１（ｂ）は、波長Ａに対してはＰ偏光の透過率が高くてＳ偏光の透過率が低く（＝反射率が高い）、波長Ｂに対してはＰ偏光の透過率が高くてＳ偏光の透過率も高いという性能を持っていることを示している。また、図２１（ｃ）は波長Ａに対して、Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光の透過率も高く、波長Ｂに対しては、Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光の透過率が低い性能を持っていることを示している。一般的に、広範囲の波長域で透過率、反射率を所望の値に設計するのは難しいため、図２１（ａ）に説明したＢＳを用いるよりも、図２１（ｂ）および（ｃ）で説明したＢＳを用いる方が安価な装置を作ることができる。
【０１０１】
図２１（ｂ）および（ｃ）の性能を持つＢＳを用いた構成例としては、図２１（ｂ）および（ｃ）における波長Ａを照明手段３から射出される波長とし、波長Ｂを照明手段４から射出される波長とすると、ＢＳ部２２には図２１（ｂ）の性能に準ずるＢＳを用い、ＢＳ部２３には図２１（ｃ）の性能に準ずるＢＳを用いれば、ＢＳ部２２およびＢＳ部２３では、それぞれの波長に対してＰＢＳの性能を満たすことができる。
【０１０２】
次に、光変調Ａユニット７の説明をする。図２２は光変調Ａユニット７の一例を示している。図２２は１／２波長板２４０１、２４０３および１／４波長板２４０２、２４０４で構成されている。
【０１０３】
図２２に用いる波長板の性能を図２３（ａ）および（ｂ）に示す。図２３（ａ）は１／２波長板２４０１の性能を示しており、図２３（ｂ）は１／２波長板２４０３の性能を示している。図２３は１／２波長板の光学軸に対する波長毎の位相差性能をそれぞれ表している。つまり、図２３（ａ）では、波長Ａの光に対して１／２波長板の性能を満たすが、波長Ｂに対しては、ガラス板と同様の性能を示すものである。一方、図２３（ｂ）では、波長Ａに対してガラス板と同様の性能を示すが、波長Ｂに対しては１／２波長板の性能を満たすものである。実施例１の１／２波長板７０１では、波長ＡおよびＢ（照明光源３および４から射出される波長）のどちらの波長に対しても、１／２波長板の性能を満たす波長板を用いているのに対し、本実施例では、それぞれどちらかの波長に対して１／２波長板の性能を満たす波長板を用いる。本実施例のような波長板を用いるのは、上述したＢＳを同様、広帯域の波長における１／２波長板性能を満たすことが難しい場合である。本説明では、１／２波長板について述べたが、１／４波長板に対しても同様である。
【０１０４】
次に、Ａ／Ｆ部２５を説明する。Ａ／Ｆ部２５は、対物レンズ８のＮＡの外側からウェハ１にパターンを投影し、該投影したパターンの反射光をＣＣＤラインセンサ等で撮像してウェハ１の面を対物レンズ８の焦点位置に合わせる機構である。投影するパターン形状およびその位置は、図７を用いて説明した内容で良い。Ａ／Ｆ部２５に用いる光源の波長は、照明手段３および４から射出される波長と異なる波長が望ましい。
【実施例３】
【０１０５】
本発明の係るパターン欠陥検査装置の別の実施例を図２４に示す。本実施例のパターン欠陥検査装置の基本構成は実施例１と同じである。本実施例では、実施例１の構成に加え、注水系２６と排水系２７とで構成されている。
【０１０６】
次に注水系２６と配水系２７の詳細を述べる。注水系２６は、ウェハ１と対物レンズ８との隙間に媒体６６を供給する機能を有し、配水系２７は前記ウェハ１と対物レンズ８に供給された媒体６６を除去する機能を有する。ここで媒体６６は、空気よりも屈折率が大きく（１＜屈折率、望ましくは照明波長における屈折率がＳｉＯ２等の屈折率と近いもの）、ウェハ１にダメージを与えないものである。これは例えば、半導体工場で定常的に使用されている純水でも良い。
【０１０７】
本実施形態の目的は、ＬＳＩ上の形成された絶縁膜等の透明薄膜による薄膜干渉を低減することによる光学ノイズ低減と、対物レンズの高ＮＡ化による解像度向上による高感度なパターン欠陥検査装置を提供することにある。
【０１０８】
上記の効果が得られる原理を説明する。本来、薄膜干渉は屈折率が変化する界面で発生する。例えば、屈折率が１．５の絶縁膜に光が入射する場合、屈折率が１である空気との界面で薄膜干渉が起こる。本実施例の特徴は、対物レンズとウェハ間の空気を除去し、代わりに屈折率が１．５程度の媒体で充填することにより、屈折率が変化する部分をなくし、薄膜干渉を低減することである。また、対物レンズのＮＡは対物レンズとウェハ間の媒体の屈折率に比例する。従って、上述したように対物レンズとウェハ間の媒体の屈折率を大きくするとＮＡを向上することができ、高解像な検出像が得られるわけである。
【０１０９】
図２４に示した実施例では、純水などの媒体６６を対物レンズ８の下面とウェハ１との間に局所的に供給する構成の例を示したが、ウェハＩ全体を図示していない手段を用いて媒体６６の中に浸漬させ、更に対物レンズ８の下面も媒体６６に浸漬させるように構成しても良い。
【０１１０】
以上述べたように構成すれば、各種のＬＳＩパターンの欠陥を高速、高感度に検査できる。なお、各実施例で述べた内容は別の実施例でも用いることができる。また。上述した実施例では、波長を２種類用いた場合で説明したが、必ずしも２種類である必要はなく、波長が１種類の場合でも光変調ユニットは適用可能である。また、３種類以上の波長でも適用可能である。この場合、光学素子の波長特性（収差や反射率特性等）を補正したものを用いる。
【０１１１】
また、各光変調ユニットは単独で用いても良いし、複合的に用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施例を説明した図
【図２】ＬＳＩの断面構造と欠陥を説明した図
【図３】ランプ光源の使用時間と出力強度の関係を説明した図
【図４】レーザ照明手段の構成を説明した図
【図５】開口絞りのフィルタを説明した図
【図６】開口絞りの別例を説明した図
【図７】Ａ／Ｆ用のパターンを説明した図
【図８】ランプ照明手段の構成を説明した図
【図９】光変調Ａユニットの構成の一例を説明した図
【図１０】特殊波長板の構成を説明した図
【図１１】対物レンズの構成を説明した図
【図１２】光変調Ｂユニットの構成の一例を説明した図
【図１３】空間フィルタの構成を説明した図
【図１４】信号処理回路の構成を説明した図
【図１５】信号処理の流れを説明した図
【図１６】条件設定画面を説明した図
【図１７】検査レイヤと光学条件の関係を説明した図
【図１８】検査条件設定方法のシーケンスを説明した図
【図１９】本発明の検査装置の使用方法を説明した図
【図２０】本発明の第２の実施形態を説明した図
【図２１】ビームスプリッタの性能を説明した図
【図２２】第２の実施形態に用いる光変調ユニットの一例を説明した図
【図２３】光変調ユニットの波長板性能を説明した図
【図２４】本発明の第３の実施形態を説明した図
【符号の説明】
【０１１３】
１…ウェハ、２…搬送系、３、４…照明手段、５…ダイクロイックミラー、６、９、２２、２３…ビームスプリッタ部、７、１１、１３、２４…光変調ユニット、８…対物レンズ、１０…Ａ／Ｆ検出部、１２…リレーレンズ、１４、１６…観察ユニット、１５…結像レンズ部、１７…光検出部、１８…信号処理回路、１９…ＡＤＣ部、２０…入出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン検査装置であって、
表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、
該照明手段で照明された前記試料のパターンの光学像を形成する結像光学系手段と、
該結像光学系手段で結像させた光学像を検出して前記試料のパターンの画像を検出する検出手段と、
該検出手段で検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と、
前記パターンに応じて前記照明手段の照明波長と前記照明手段及び／又は前記結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択する選択手段と
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、
該照明手段により照明された試料からの回折光の像を結像する結像光学系手段と、
該照明手段および／または該結像光学系手段の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御する光変調手段と、
前記結像光学系手段により結像された試料からの回折光の像を撮像して画像信号を出力する画像検出手段と、
該画像検出手段から出力された画像信号を処理して前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と
を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項３】
前記照明手段は複数の照明光源を備え、該複数の照明光源にランプ光源とレーザ光源とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照明手段は、ランプ光源を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項５】
前記照明手段は、レーザ光源を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項６】
前記照明手段は、波長の異なる複数の照明光源と、該複数の照明光源のそれぞれの強度を測定する強度測定部と、該強度測定部で測定した前記複数の照明光源のそれぞれの強度の比率が一定になるように前記複数の照明光源から発射される光の強度を調整する強度調整部とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項７】
前記光変調手段は、１／２波長板と１／４波長板とを備えていることを特徴とする請求項２記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項８】
前記光変調手段は、微分干渉光学系を備えていることを特徴とする請求項２記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項９】
前記光変調手段は、透過率を制御された誘電体膜を用いたフィルタを備えていることを特徴とする請求項２記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項１０】
表面にパターンが形成された試料を照明手段から発射した光で照明し、
該照明された前記試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、
該結像させた光学像を検出して前記試料のパターンの画像を検出し、
該検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出するパターン検査方法であって、
前記試料の表面に形成されたパターンに応じて前記試料を照明する光の波長と前記照明段及び／又は前記結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択して前記試料のパターンの光学像を結像させることを特徴とするパターン検査方法。
【請求項１１】
表面にパターンが形成された試料を照明手段から発射した光で照明し、
該照明された前記試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、
該結像させた光学像を検出して前記試料のパターンの画像を検出し、
該検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出するパターン検査方法であって、
該照明手段および／または該結像光学系の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
【請求項１２】
前記試料を、ランプとレーザとを用いて照明することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１３】
前記試料を、ランプで照明することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１４】
前記照明を、レーザで照明することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１５】
前記照明を波長の異なる複数の照明光を用いて行い、該複数の照明光のそれぞれの強度を測定し、該測定した前記複数の照明光のそれぞれの強度の比率が一定になるように前記複数の照明光の強度を調整することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１】
試料上に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン検査装置であって、
表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、
該照明手段で照明された前記試料のパターンの光学像を形成する結像光学系手段と、
該結像光学系手段で結像させた光学像を検出して前記試料のパターンの画像を検出する検出手段と、
該検出手段で検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と、
前記パターンに応じて前記照明手段の照明波長と前記照明手段及び／又は前記結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択する選択手段と
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
表面にパターンが形成された試料を照明する照明手段と、
該照明手段により照明された試料からの回折光の像を結像する結像光学系手段と、
該照明手段および／または該結像光学系手段の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御する光変調手段と、
前記結像光学系手段により結像された試料からの回折光の像を撮像して画像信号を出力する画像検出手段と、
該画像検出手段から出力された画像信号を処理して前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と
を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項３】
前記照明手段は複数の照明光源を備え、該複数の照明光源にランプ光源とレーザ光源とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照明手段は、ランプ光源を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項５】
前記照明手段は、レーザ光源を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項６】
前記照明手段は、波長の異なる複数の照明光源と、該複数の照明光源のそれぞれの強度を測定する強度測定部と、該強度測定部で測定した前記複数の照明光源のそれぞれの強度の比率が一定になるように前記複数の照明光源から発射される光の強度を調整する強度調整部とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項７】
前記光変調手段は、１／２波長板と１／４波長板とを備えていることを特徴とする請求項２記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項８】
前記光変調手段は、微分干渉光学系を備えていることを特徴とする請求項２記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項９】
前記光変調手段は、透過率を制御された誘電体膜を用いたフィルタを備えていることを特徴とする請求項２記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項１０】
表面にパターンが形成された試料を照明手段から発射した光で照明し、
該照明された前記試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、
該結像させた光学像を検出して前記試料のパターンの画像を検出し、
該検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出するパターン検査方法であって、
前記試料の表面に形成されたパターンに応じて前記試料を照明する光の波長と前記照明段及び／又は前記結像光学系手段の開口絞りとの組合せを選択して前記試料のパターンの光学像を結像させることを特徴とするパターン検査方法。
【請求項１１】
表面にパターンが形成された試料を照明手段から発射した光で照明し、
該照明された前記試料のパターンの光学像を結像光学系で結像させ、
該結像させた光学像を検出して前記試料のパターンの画像を検出し、
該検出した画像を処理して前記試料上のパターンの欠陥を検出するパターン検査方法であって、
該照明手段および／または該結像光学系の光路中に配置されて光の強度または／および位相を制御することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
【請求項１２】
前記試料を、ランプとレーザとを用いて照明することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１３】
前記試料を、ランプで照明することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１４】
前記照明を、レーザで照明することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１５】
前記照明を波長の異なる複数の照明光を用いて行い、該複数の照明光のそれぞれの強度を測定し、該測定した前記複数の照明光のそれぞれの強度の比率が一定になるように前記複数の照明光の強度を調整することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン欠陥検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００６−２９８８１（Ｐ２００６−２９８８１Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０６６８８（Ｐ２００４−２０６６８８）
【出願日】平成１６年７月１４日（２００４．７．１４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１４日（２００４．７．１４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]