検査装置及び検査方法
【課題】パターンのムラと、欠陥等の検査を１台の検査装置により実現すること。
【解決手段】本発明の一態様にかかる検査装置１０は、試料３０上に形成されたパターンを検査する検査装置であって、試料３０に照明光を照射する光源１１と、試料３０のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置され、試料３０からの回折光又は散乱光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１３と、ＤＭＤ１３と共役な位置に配置され、ＤＭＤ１３で反射された光を受光する光検出器１７とを備える。
【解決手段】本発明の一態様にかかる検査装置１０は、試料３０上に形成されたパターンを検査する検査装置であって、試料３０に照明光を照射する光源１１と、試料３０のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置され、試料３０からの回折光又は散乱光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１３と、ＤＭＤ１３と共役な位置に配置され、ＤＭＤ１３で反射された光を受光する光検出器１７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程で利用されるウエハ、マスク等のパターンを検査するための検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程で利用されるフォトマスクや半導体ウエハ等においては、基板上に所定のパターンが繰返し形成されている。従来から、これらのマスク等（以下、「試料」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（例えば１次回折光）を利用して、パターンのムラや異物、欠陥等を検査する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。試料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、その明暗により欠陥箇所を特定できる。
【０００３】
また、特許文献３には、試料に形成されたパターンに合わせて照明方法を変更するため、対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した検査装置が開示されている。特許文献３に記載の検査装置では、試料と共役な位置に撮像装置が配置されており、対物レンズにより投影された試料の像を撮像装置にて撮像することによりパターンの欠陥の検査を行っている。
【特許文献１】特開平１０−２３２１２２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４１６５７号公報
【特許文献３】特開２００６−２３２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、欠陥あるいは異物検査の場合は、パターンからの回折光の角度以外の特定の角度範囲に散乱された光を検出していた。一方、パターン線幅のムラを検査する場合には、パターンからの回折光のうち、特定の次数の回折光の強度変化をモニタすることにより、パターン線幅のムラを検出していた。このため、パターンの欠陥と線幅のムラの検査とを１台の検査装置により実現することはできなかった。
【０００５】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、パターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査とを１台の検査装置により実現することができる検査装置及び検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る検査装置は、試料上に形成されたパターンを検査する検査装置であって、前記試料に照明光を照射する光源と、前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置され、前記試料からの回折光又は散乱光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、前記ＤＭＤと共役な位置に配置され、前記ＤＭＤで反射された光を受光する光検出器とを備えるものである。これにより、１台の装置でパターンのムラ検査と、欠陥等の検査とを実現することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、当該複数の回折光の次数に応じて、受光する画素が異なっていることを特徴とするものである。これにより、ムラ等に起因する回折光強度の変化が大きい次数の回折光を決定することができる。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とするものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とするものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１０】
本発明の第５の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数が設定されていることを特徴とするものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第６の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数が設定された複数のフィルタマトリクスを備えるものである。これにより、必要に応じてフィルタマトリクスを変更することができる。
【００１２】
本発明の第７の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器に入射する回折光の次数を変更できるように、前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する角度を変更することができるものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第８の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素は、オフ状態であることを特徴とするものである。これにより、試料の欠陥等の検査を精度よく行うことができる。
【００１４】
本発命の第９の態様に係る検査方法は、試料上に形成されたパターンを検査する検査方法であって、前記試料に照明光を照射し、前記試料からの回折光又は散乱光を、前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）で反射し、前記ＤＭＤで反射された光を、前記ＤＭＤと共役な位置に配置された光検出器で受光する。これにより、パターンのムラの検査と、欠陥等の検査とを実現できる。
【００１５】
本発明の第１０の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、当該複数の回折光の次数に応じて、異なる画素で受光するする。これにより、検査感度を高めることができる。
【００１６】
本発明の第１１の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とすることを特徴とする。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の第１２の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とする。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１８】
本発明の第１３の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数を設定する。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１９】
本発明の第１４の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数を用いて前記回折光の強度変化を強調する。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００２０】
本発明の第１５の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する位置を変更し、前記光検出器に入射する回折光の次数を変更する。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００２１】
本発明の第１６の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素をオフ状態とする。これにより、試料の欠陥等の検査を精度よく行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、パターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査とを１台の検査装置により実現することができる検査装置及び検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施例の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る検査装置について、図１を参照して説明する。図１は、検査装置１０の基本構成を示した図である。本実施の形態に係る検査装置１０は、基板上に繰り返しパターンが形成された試料の欠陥あるいは異物の検査及びパターンの線幅のムラの検査を行うものである。なお、パターンのムラとは、欠陥検査等のミクロ検査では良品と判定されても、パターンの僅かな寸法ズレが発生し、目視によるマクロ検査で不良品として判断されるものである。
【００２５】
以下の説明では、ウエハ上に繰り返しパターンが形成された試料３０を検査する検査装置を例として説明する。また、繰り返しパターンは、一方向に長く平行なラインとスペース（凹部と凸部）が一定間隔で配列されたＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンとする。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フォトマスクや液晶表示パネルなどのパターン検査にも適用可能である。
【００２６】
図１に示すように、検査装置１０は、光源１１、レンズ１２、１４、１６、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１３、ミラー１５、光検出器１７、処理装置２０を備えている。ムラの検査を行う場合には、本実施の形態に係る検査装置１０は、試料３０上に形成された繰り返しパターンにコヒーレント光を照射し、レンズによって得られるフーリエ変換面における回折光パターン（フーリエパターン）の解析を行うことにより、パターンのムラの検査を行う。一方、欠陥、異物等の検査を行う場合は、試料３０のパターンによる回折光を検出しないようにして、欠陥等からの散乱光を検出することにより行われる。
【００２７】
なお、ここでは図示していないが、試料３０は、Ｘ−Ｙステージ上に吸着固定されている。Ｘ−Ｙステージをモーター等により駆動させることにより、光源１１から出射される光ビームにより、試料３０上をスキャンすることができる。
【００２８】
光源１１は、試料３０にコヒーレント光である照明光Ｌ０１を出射する。光源１１としては、コヒーレントな光を出射するレーザー等を用いることができる。例えば、波長４０５ｎｍのレーザー光を、試料３０に対してほぼ垂直に落射照明する。本実施の形態では、照明光Ｌ０１のビーム径としては、例えば、０．２〜０．３ｍｍとする。照明光Ｌ０１の光ビーム内に、試料３０のパターンが１０個程度入ることとなる。なお、本発明においては、試料３０に略平行光を照射しているため、フォーカス位置に関係なく精度よくムラ等の検査を行うことができる。
【００２９】
試料３０上の繰り返しパターンのピッチをｄ、照明光の入射角とθｉ、回折光の次数がｍの場合の回折角をθｍ、入射光の波長をλとすると、以下の式が成り立つことが一般的に知られている。
ｄ（ｓｉｎθｍ±ｓｉｎθｉ）＝ｍλ（ｍ＝０、±１、・・・）
ここで、０次回折光（直接光）は、微細な欠陥情報が相対的に少ない。このため、０次回折光よりも絶対値の大きな次数の回折光を検出する必要がある。従って、図１に示すように、ここでは、４次〜６次の回折光がレンズ１２に入射するようにする。試料３０の繰り返しパターンからの回折光Ｌ０２は互いに干渉しあい、レンズ１２を通過することにより、フーリエ変換面に繰り返し周期に依存した回折光パターン（フーリエパターン）が形成される。
【００３０】
なお、上記の式から分かるように、繰り返しパターンのピッチｄにより、回折次数ｍと回折角度θｍは変動する。また、図１の例では、４次〜６次の回折光がレンズ１２に入射するようにしているが、より低い次数（１次〜３次）のほうがより感度よく検査できる場合、あるいは、高い次数のほうがより感度よく検査できる場合がある。このため、図２に示すように、ＤＭＤ１３、光検出器１７等の受光系は、試料３０の検査領域Ｏを中心として回転可能に設けられている。すなわち、ＤＭＤ１３、光検出器１７等を含む受光系は、試料３０に対する角度を変更可能に設けられている。これにより、受光する回折光の次数を選択することができ、より感度よく試料３０の検査を行うことが可能である。なお、図２においては、受光系と光源１１とが干渉しないように、例えば、光源１１から出射される照明光Ｌ０１をミラー等で曲げて、試料３０に照射するようにしてもよい。
【００３１】
試料３０のパターンに対する光学的なフーリエ変換面には、ＤＭＤ１３が配置されている。すなわち、ＤＭＤ１３は、受光系の瞳位置に配置されている。従って、試料３０の繰り返しパターンによる回折光パターンが、ＤＭＤ１３上に形成される。ＤＭＤ１３は、多数の微小鏡面（マイクロミラー）を平面に配列した構成を有している。ＤＭＤ１３としては、例えば、テキサス・インスツルメンツ社製のものを用いることができる。各マイクロミラーは、それぞれ画素に対応する。ＤＭＤ１３は、画素ごとに各マイクロミラーのオン／オフを高速に制御できる反射ミラーとして用いられる。ＤＭＤ１３の各マイクロミラーを、その反射光がレンズ１４に入射する向きに制御した状態がオン状態、レンズ１４に入射しない向きに制御した状態がオフ状態である。従って、マイクロミラーがオンのときには、試料３０からの回折光はレンズ１４に入射する方向に反射される。一方、マイクロミラーがオフのときには、試料３０からの回折光はレンズ１４に入射しない方向へ反射される。
【００３２】
ＤＭＤ１３によってレンズ１４側に反射された回折光Ｌ０３は、レンズ１４に入射し、ミラー１５に集光される。ミラー１５によって反射された光Ｌ０４は、レンズ１６を通過して光検出器１７に入射する。光検出器１７は、ＤＭＤ１３で反射された光を受光し、電気的な信号に変換する。光検出器１７は、ＤＭＤ１３と共役な位置に配置されている。すなわち、ＤＭＤ１３と光検出器１７とは、いずれも受光系の瞳位置に配置されている。光検出器１７としては、例えば、１次元のＮＭＯＳラインセンサを用いることが好適である。
【００３３】
上述したように本実施の形態においては、試料３０に形成されたパターンは、ライン・アンド・スペースパターンである。このため、試料３０のパターンによる複数の次数の回折光は、それぞれ特定の方向に進む。光検出器１７の画素は、試料３０のパターンからの複数の次数の回折光が出ている方向に配列される。また、ＤＭＤ１３の画素と光検出器１７の画素とがそれぞれ対応するように配置される。すなわち、ある次数の回折光は、ＤＭＤ１３の特定の画素で反射され、光検出器１７の特定の画素で検出される。光検出器１７によって検出された複数の次数の回折光の強度変化を測定することにより、ムラ検査を行う。例えば、基準となるリファレンスのパターンからの回折光強度と、測定した試料３０のパターンからの回折光強度との差に基づいて、パターン線幅のムラを検査する。このように、ラインセンサを回折光が出ている方向に配列することにより受光画素が少なくて済むため、検査速度を早くすることができる。なお、光検出器１７として、２次元ＣＣＤ素子を用いたエリアセンサなどを使用することも可能である。
【００３４】
一方、欠陥あるいは異物検査を行う場合には、試料３０のパターンからの回折光が投影される位置のＤＭＤ１３の画素をオフ状態とする。これにより、光検出器１７には、試料３０のパターンによる回折光は入射しない。このため、パターン以外の欠陥あるいは異物等がある場合には、当該欠陥等による散乱光がオン状態となっているＤＭＤ１３の画素でレンズ１４の方向へ反射される。従って、欠陥等による散乱光が、光検出器１７で検出され、欠陥等の検査が行われる。
【００３５】
処理装置２０に、光検出器１７で受光された光に対応する信号が供給される。図３に、処理装置２０の構成を模式的に示す。図３に示すように、処理装置２０は、スキャン制御部２１、ＤＭＤ制御部２２、欠陥判定部２３、フィルタマトリクス選択部２４、演算部２５、ムラ判定部２６を備えている。スキャン制御部２１は、試料３０が載置されるステージと、光源１１から照射される光の相対位置を制御する。ＤＭＤ制御部２２は、ＤＭＤ１３の各画素のオン／オフを切替える。欠陥判定部２３は、欠陥あるいは異物等を検査する場合に、光検出器１７により受光された光信号に基づいて、欠陥の有無を判定する。
【００３６】
フィルタマトリクス選択部２４には、各次数の回折光に対する重み付けのための複数のフィルタマトリクスが設定されている。フィルタマトリクス選択部２４では、光検出器１７からの光信号に基づいて、最適なフィルタマトリクスが選択される。例えば、ムラの検出を行う場合に、線幅に対して強度変化の大きい次数の回折光に対し重み付けを行うため、係数が大きいフィルタマトリクスが選択される。また、光検出器１７に入射する回折光の１つが強すぎて飽和してしまうような場合には、当該回折光に対応する光検出器１７の画素からの信号に対応する係数が０のものを選択することができる。これにより、受光レンジを拡大することができ、より高感度にムラの検出を行うことができる。演算部２５は、フィルタマトリクス選択部２４において選択されたフィルタマトリクスを用いて、演算処理を行う。ムラ判定部２６は、演算部２５において重み付けされた信号に基づいて、試料３０のムラの判定を行う。
【００３７】
ここで、上述の検査装置１０を用いた試料３０の検査方法について説明する。上述したように、本実施の形態に係る検査装置１０は、試料３０に形成されたパターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査を１台の装置で実現するものである。まず、試料３０のパターンのムラを検査する方法について説明する。本発明に係るムラ検出方式は、フーリエパターンの特徴抽出である。
【００３８】
まず、最初にフィルタマトリクスの設定を行う。フィルタマトリクスは、複数設定することが可能である。フィルタマトリクスの設定方法について、（１）ＣＤ（critical dimension）を振ったサンプルウエハがある場合、（２）ＣＤを振ったサンプルウエハがない場合に分けて説明する。
（１）ＣＤを振ったサンプルウエハがある場合
初めに、ショット間でわずかにドーズ（露光量）を変化させて露光したサンプルウエハを準備する。ウエハ上にポジ型のレジストが形成されているとすると、ドーズを変化させることにより、現像した後のパターン線幅が変わる。
【００３９】
そして、サンプルウエハの全面をスキャンし、回折光強度のデータを取り込む。このとき、ＤＭＤ１３の全画素はオン状態とする。そして、パターン線幅が異なるダイを指定して、パターンを比較する。これらの回折光強度の差を取ると、特定の次数の回折光で差が大きくなる。従って、この次数の回折光の強度変化を監視することにより、感度よくムラ検査を行うことができる。この次数の回折光が入射する光検出器１７の画素からのデータに対し重み付けを行うためのフィルタマトリクスを設定する。すなわち、パターン線幅のエラーの特徴を強調するフィルタマトリクスを自動的に決定する。
【００４０】
パターン線幅が変化すると、ある次数の回折光強度が大きく強くなる場合、あるいは、弱くなる場合がある。従って、このように変化の大きい回折光に対して、その変化を強調するように、正又は負の係数をかける。例えば、４次の回折光強度がパターン線幅を変えても変化しないような場合には、当該４次の回折光に対する係数を０にする。また、５次の回折光強度がパターン線幅を変えると大きく変化する場合には、当該５次の回折光にそれに相当する大きな係数をかける。これにより、受光レンジを拡大することができ、検査感度を向上させることができる。
【００４１】
（２）ＣＤを振ったサンプルウエハがない場合
回折光の各次数からの回折光の強度マップを作成する。すなわち、光検出器１７の各画素で受光される試料３０からの回折光の強度分布を求める。さらに、各回折光の強度マップ間の和、差などを補助的に利用して、異常領域と正常領域をマニュアルで検出する。つまり、回折光強度が試料３０の他の観察領域と比較して変化していない領域を正常領域とし、変化している領域を異常領域と判定する。そして、上述のように、異常領域の特徴を強調するようなフィルタマトリクスを自動的に設定する。
【００４２】
上述のようにフィルタマトリクスを決定した後に、実際の試料３０のムラ検査を行う。具体的には、まず試料３０及びリファレンスウエハの全面をスキャンし、それぞれの回折光パターンを取り込む。そして、試料３０の回折光強度と、リファレンスウエハの回折光強度との差を求める。その後、処理装置２０のフィルタマトリクス選択部２４で選択されたフィルタマトリクスを用いて演算処理を行い、検出すべき特徴を強調する。そして、ムラ判定部２６において、リファレンスからの回折光強度の差が大きい部分、特異点等を異常個所と判断する。このように、本発明では、リファレンスウエハと試料３０の回折光強度を比較するため、従来のＤｉｅ ｔｏ Ｄｉｅや、Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅの検査法と比較すると、アライメント誤差の影響が少ない。
【００４３】
なお、実際の半導体ウエハの場合、周辺回路部と検査対象領域である繰り返しパターン領域がある。従って、半導体ウエハの全面をスキャンした後、フィルタ処理を行う前に、プロジェクションあるいはヒストグラム等を利用して、周辺回路部と検査対象領域とを分離することができる。また、リファレンスウエハの回折光パターンを取り込む際に、特定の次数の回折光強度が強すぎて、対応する光検出器１７の画素の飽和してしまう場合がある。この場合には、対応するＤＭＤ１３の画素をオフ状態とし、フィルタマトリクスの係数を０とすることができる。この場合には、試料３０の検査を行う際にも当該ＤＭＤ１３の画素をオフ状態としたまま、試料３０のムラ検査を開始する。また、リファレンスの回折光パターンを測定する際に光検出器１７の感度を変更して飽和しない状態とし、この状態で試料３０の回折光パターンを測定するようにしてもよい。
【００４４】
また、光検出器１７に複数の次数の回折光を入射させ、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光を決定し、当該次数の回折光以外の次数の回折光が入射するＤＭＤ１３の画素をオフ状態としてもよい。
【００４５】
このように、本発明によれば、ムラに起因する回折光強度の変化が大きく、感度の高い次数の回折光を用いてムラの検査を行う。このため、非常に敏感なムラ検査を行うことができる。また、フィルタマトリクスにより、特定の次数の回折光強度に大きな値の係数をかけることができるため、より感度を向上させることができる。さらに、回折光強度が強く、光検出器１７の出力が飽和してしまう画素に対応するＤＭＤ１３の画素をオフ状態にすることができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することが可能である。なお、オフ状態としたＤＭＤ１３の画素に対応する光検出器１７の画素からの出力に対するフィルタマトリクスの係数を０にしてもよい。
【００４６】
次に、検査装置１０を用いた欠陥、異物等の検査方法について説明する。本発明に係る欠陥検査の方式は、暗視野散乱光検出方式である。まず、欠陥等のないウエハを光源１１から略垂直に照明する。そして、このウエハのパターンで回折され、ＤＭＤ１３で反射された光を光検出器１７で受光する。このとき、ウエハの繰り返しパターンからの回折光が入射するＤＭＤ１３の画素をオフ状態とする。すなわち、ウエハの繰り返しパターンからの強い回折光が入射する部分の光検出器１７の画素を、オフ状態となっているＤＭＤの画素によりマスクする。つまり、ＤＭＤ１３を制御して、試料３０のパターンからの回折光が入射する画素を遮断する空間フィルタとして機能させる。具体的には、試料３０のパターンからの回折光が入射する画素を、その反射光がレンズ１４に入射しない向きに制御し、それ以外の画素をその反射光がレンズ１４に入射する向きに制御する。従って、欠陥等のないウエハの正常なパターンからの回折光は、光検出器１７で検出されない。
【００４７】
そして、正常なパターンからの回折光が入射するＤＭＤ１３の画素をオフ状態としたまま、試料３０に同様に光源１１から略垂直に照明する。試料３０の全面をスキャンし、ＤＭＤ１３のオフ状態の画素でマスクされていない光検出器１７の画素で受光した光の強度の総和のマップを得る。パターン欠陥あるいは異物が試料３０上にある場合、欠陥等から散乱された光は、パターンからの回折光とずれた角度で散乱される。このため、欠陥等からの散乱光が、光検出器１７で受光されることとなる。従って、信号強度が大きい部分をパターン欠陥又は異物と判定する。なお、上述したように、半導体ウエハの全面をスキャンした後に、プロジェクションあるいはヒストグラム等を利用して、周辺回路部と検査対象領域とを分離することができる。
【００４８】
このように、本発明によれば、１台の検査装置で、パターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査とを実現することができる。また、受光系の瞳位置に配置したＤＭＤ１３のオン／オフを制御することにより、ダイナミックレンジを拡大させることができ、検査精度を向上させることができる。本発明は、繰り返しパターンを有する半導体ウエハや半導体メモリ用フォトマスク、液晶表示パネルなどを検査する外観検査装置に利用可能である。
【００４９】
なお、上述の説明では、パターン線幅のムラを検出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、あらかじめ形成したパターンにより回折光強度の変化を調べておき、強度変化の大きい次数の回折光に対応する係数が大きいフィルタマトリクスを選択することにより、基板上に形成したレジストの膜厚や、プロファイルの変化等ムラの種別を判定することも可能である。
【００５０】
また、上述の実施の形態では、試料３０のパターンに対するフーリエ変換面にＤＭＤ１３を配置したが、これに限定されるものではない。例えば、反射光の方向を容易にコントロールすることができる液晶光スイッチ等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態に係る検査装置１０の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る検査装置１０の受光系を移動させたときの状態を示す図である。
【図３】実施の形態に係る処理装置２０の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 検査装置
１１ 光源
１２、１４、１６ レンズ
１３ ＤＭＤ
１５ ミラー
１７ 光検出器
２０ 処理装置
２１ スキャン制御部
２２ ＤＭＤ制御部
２３ 欠陥判定部
２４ フィルタマトリクス選択部
２５ 演算部
２６ ムラ判定部
３０ 試料
Ｌ０１ 照明光
Ｌ０２、Ｌ０３、Ｌ０４ 回折光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程で利用されるウエハ、マスク等のパターンを検査するための検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程で利用されるフォトマスクや半導体ウエハ等においては、基板上に所定のパターンが繰返し形成されている。従来から、これらのマスク等（以下、「試料」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（例えば１次回折光）を利用して、パターンのムラや異物、欠陥等を検査する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。試料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、その明暗により欠陥箇所を特定できる。
【０００３】
また、特許文献３には、試料に形成されたパターンに合わせて照明方法を変更するため、対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した検査装置が開示されている。特許文献３に記載の検査装置では、試料と共役な位置に撮像装置が配置されており、対物レンズにより投影された試料の像を撮像装置にて撮像することによりパターンの欠陥の検査を行っている。
【特許文献１】特開平１０−２３２１２２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４１６５７号公報
【特許文献３】特開２００６−２３２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、欠陥あるいは異物検査の場合は、パターンからの回折光の角度以外の特定の角度範囲に散乱された光を検出していた。一方、パターン線幅のムラを検査する場合には、パターンからの回折光のうち、特定の次数の回折光の強度変化をモニタすることにより、パターン線幅のムラを検出していた。このため、パターンの欠陥と線幅のムラの検査とを１台の検査装置により実現することはできなかった。
【０００５】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、パターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査とを１台の検査装置により実現することができる検査装置及び検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る検査装置は、試料上に形成されたパターンを検査する検査装置であって、前記試料に照明光を照射する光源と、前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置され、前記試料からの回折光又は散乱光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、前記ＤＭＤと共役な位置に配置され、前記ＤＭＤで反射された光を受光する光検出器とを備えるものである。これにより、１台の装置でパターンのムラ検査と、欠陥等の検査とを実現することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、当該複数の回折光の次数に応じて、受光する画素が異なっていることを特徴とするものである。これにより、ムラ等に起因する回折光強度の変化が大きい次数の回折光を決定することができる。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とするものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とするものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１０】
本発明の第５の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数が設定されていることを特徴とするものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第６の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数が設定された複数のフィルタマトリクスを備えるものである。これにより、必要に応じてフィルタマトリクスを変更することができる。
【００１２】
本発明の第７の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出器に入射する回折光の次数を変更できるように、前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する角度を変更することができるものである。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第８の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素は、オフ状態であることを特徴とするものである。これにより、試料の欠陥等の検査を精度よく行うことができる。
【００１４】
本発命の第９の態様に係る検査方法は、試料上に形成されたパターンを検査する検査方法であって、前記試料に照明光を照射し、前記試料からの回折光又は散乱光を、前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）で反射し、前記ＤＭＤで反射された光を、前記ＤＭＤと共役な位置に配置された光検出器で受光する。これにより、パターンのムラの検査と、欠陥等の検査とを実現できる。
【００１５】
本発明の第１０の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、当該複数の回折光の次数に応じて、異なる画素で受光するする。これにより、検査感度を高めることができる。
【００１６】
本発明の第１１の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とすることを特徴とする。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の第１２の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とする。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１８】
本発明の第１３の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数を設定する。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００１９】
本発明の第１４の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数を用いて前記回折光の強度変化を強調する。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００２０】
本発明の第１５の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する位置を変更し、前記光検出器に入射する回折光の次数を変更する。これにより、検査感度を向上させることができる。
【００２１】
本発明の第１６の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素をオフ状態とする。これにより、試料の欠陥等の検査を精度よく行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、パターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査とを１台の検査装置により実現することができる検査装置及び検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施例の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る検査装置について、図１を参照して説明する。図１は、検査装置１０の基本構成を示した図である。本実施の形態に係る検査装置１０は、基板上に繰り返しパターンが形成された試料の欠陥あるいは異物の検査及びパターンの線幅のムラの検査を行うものである。なお、パターンのムラとは、欠陥検査等のミクロ検査では良品と判定されても、パターンの僅かな寸法ズレが発生し、目視によるマクロ検査で不良品として判断されるものである。
【００２５】
以下の説明では、ウエハ上に繰り返しパターンが形成された試料３０を検査する検査装置を例として説明する。また、繰り返しパターンは、一方向に長く平行なラインとスペース（凹部と凸部）が一定間隔で配列されたＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンとする。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フォトマスクや液晶表示パネルなどのパターン検査にも適用可能である。
【００２６】
図１に示すように、検査装置１０は、光源１１、レンズ１２、１４、１６、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１３、ミラー１５、光検出器１７、処理装置２０を備えている。ムラの検査を行う場合には、本実施の形態に係る検査装置１０は、試料３０上に形成された繰り返しパターンにコヒーレント光を照射し、レンズによって得られるフーリエ変換面における回折光パターン（フーリエパターン）の解析を行うことにより、パターンのムラの検査を行う。一方、欠陥、異物等の検査を行う場合は、試料３０のパターンによる回折光を検出しないようにして、欠陥等からの散乱光を検出することにより行われる。
【００２７】
なお、ここでは図示していないが、試料３０は、Ｘ−Ｙステージ上に吸着固定されている。Ｘ−Ｙステージをモーター等により駆動させることにより、光源１１から出射される光ビームにより、試料３０上をスキャンすることができる。
【００２８】
光源１１は、試料３０にコヒーレント光である照明光Ｌ０１を出射する。光源１１としては、コヒーレントな光を出射するレーザー等を用いることができる。例えば、波長４０５ｎｍのレーザー光を、試料３０に対してほぼ垂直に落射照明する。本実施の形態では、照明光Ｌ０１のビーム径としては、例えば、０．２〜０．３ｍｍとする。照明光Ｌ０１の光ビーム内に、試料３０のパターンが１０個程度入ることとなる。なお、本発明においては、試料３０に略平行光を照射しているため、フォーカス位置に関係なく精度よくムラ等の検査を行うことができる。
【００２９】
試料３０上の繰り返しパターンのピッチをｄ、照明光の入射角とθｉ、回折光の次数がｍの場合の回折角をθｍ、入射光の波長をλとすると、以下の式が成り立つことが一般的に知られている。
ｄ（ｓｉｎθｍ±ｓｉｎθｉ）＝ｍλ（ｍ＝０、±１、・・・）
ここで、０次回折光（直接光）は、微細な欠陥情報が相対的に少ない。このため、０次回折光よりも絶対値の大きな次数の回折光を検出する必要がある。従って、図１に示すように、ここでは、４次〜６次の回折光がレンズ１２に入射するようにする。試料３０の繰り返しパターンからの回折光Ｌ０２は互いに干渉しあい、レンズ１２を通過することにより、フーリエ変換面に繰り返し周期に依存した回折光パターン（フーリエパターン）が形成される。
【００３０】
なお、上記の式から分かるように、繰り返しパターンのピッチｄにより、回折次数ｍと回折角度θｍは変動する。また、図１の例では、４次〜６次の回折光がレンズ１２に入射するようにしているが、より低い次数（１次〜３次）のほうがより感度よく検査できる場合、あるいは、高い次数のほうがより感度よく検査できる場合がある。このため、図２に示すように、ＤＭＤ１３、光検出器１７等の受光系は、試料３０の検査領域Ｏを中心として回転可能に設けられている。すなわち、ＤＭＤ１３、光検出器１７等を含む受光系は、試料３０に対する角度を変更可能に設けられている。これにより、受光する回折光の次数を選択することができ、より感度よく試料３０の検査を行うことが可能である。なお、図２においては、受光系と光源１１とが干渉しないように、例えば、光源１１から出射される照明光Ｌ０１をミラー等で曲げて、試料３０に照射するようにしてもよい。
【００３１】
試料３０のパターンに対する光学的なフーリエ変換面には、ＤＭＤ１３が配置されている。すなわち、ＤＭＤ１３は、受光系の瞳位置に配置されている。従って、試料３０の繰り返しパターンによる回折光パターンが、ＤＭＤ１３上に形成される。ＤＭＤ１３は、多数の微小鏡面（マイクロミラー）を平面に配列した構成を有している。ＤＭＤ１３としては、例えば、テキサス・インスツルメンツ社製のものを用いることができる。各マイクロミラーは、それぞれ画素に対応する。ＤＭＤ１３は、画素ごとに各マイクロミラーのオン／オフを高速に制御できる反射ミラーとして用いられる。ＤＭＤ１３の各マイクロミラーを、その反射光がレンズ１４に入射する向きに制御した状態がオン状態、レンズ１４に入射しない向きに制御した状態がオフ状態である。従って、マイクロミラーがオンのときには、試料３０からの回折光はレンズ１４に入射する方向に反射される。一方、マイクロミラーがオフのときには、試料３０からの回折光はレンズ１４に入射しない方向へ反射される。
【００３２】
ＤＭＤ１３によってレンズ１４側に反射された回折光Ｌ０３は、レンズ１４に入射し、ミラー１５に集光される。ミラー１５によって反射された光Ｌ０４は、レンズ１６を通過して光検出器１７に入射する。光検出器１７は、ＤＭＤ１３で反射された光を受光し、電気的な信号に変換する。光検出器１７は、ＤＭＤ１３と共役な位置に配置されている。すなわち、ＤＭＤ１３と光検出器１７とは、いずれも受光系の瞳位置に配置されている。光検出器１７としては、例えば、１次元のＮＭＯＳラインセンサを用いることが好適である。
【００３３】
上述したように本実施の形態においては、試料３０に形成されたパターンは、ライン・アンド・スペースパターンである。このため、試料３０のパターンによる複数の次数の回折光は、それぞれ特定の方向に進む。光検出器１７の画素は、試料３０のパターンからの複数の次数の回折光が出ている方向に配列される。また、ＤＭＤ１３の画素と光検出器１７の画素とがそれぞれ対応するように配置される。すなわち、ある次数の回折光は、ＤＭＤ１３の特定の画素で反射され、光検出器１７の特定の画素で検出される。光検出器１７によって検出された複数の次数の回折光の強度変化を測定することにより、ムラ検査を行う。例えば、基準となるリファレンスのパターンからの回折光強度と、測定した試料３０のパターンからの回折光強度との差に基づいて、パターン線幅のムラを検査する。このように、ラインセンサを回折光が出ている方向に配列することにより受光画素が少なくて済むため、検査速度を早くすることができる。なお、光検出器１７として、２次元ＣＣＤ素子を用いたエリアセンサなどを使用することも可能である。
【００３４】
一方、欠陥あるいは異物検査を行う場合には、試料３０のパターンからの回折光が投影される位置のＤＭＤ１３の画素をオフ状態とする。これにより、光検出器１７には、試料３０のパターンによる回折光は入射しない。このため、パターン以外の欠陥あるいは異物等がある場合には、当該欠陥等による散乱光がオン状態となっているＤＭＤ１３の画素でレンズ１４の方向へ反射される。従って、欠陥等による散乱光が、光検出器１７で検出され、欠陥等の検査が行われる。
【００３５】
処理装置２０に、光検出器１７で受光された光に対応する信号が供給される。図３に、処理装置２０の構成を模式的に示す。図３に示すように、処理装置２０は、スキャン制御部２１、ＤＭＤ制御部２２、欠陥判定部２３、フィルタマトリクス選択部２４、演算部２５、ムラ判定部２６を備えている。スキャン制御部２１は、試料３０が載置されるステージと、光源１１から照射される光の相対位置を制御する。ＤＭＤ制御部２２は、ＤＭＤ１３の各画素のオン／オフを切替える。欠陥判定部２３は、欠陥あるいは異物等を検査する場合に、光検出器１７により受光された光信号に基づいて、欠陥の有無を判定する。
【００３６】
フィルタマトリクス選択部２４には、各次数の回折光に対する重み付けのための複数のフィルタマトリクスが設定されている。フィルタマトリクス選択部２４では、光検出器１７からの光信号に基づいて、最適なフィルタマトリクスが選択される。例えば、ムラの検出を行う場合に、線幅に対して強度変化の大きい次数の回折光に対し重み付けを行うため、係数が大きいフィルタマトリクスが選択される。また、光検出器１７に入射する回折光の１つが強すぎて飽和してしまうような場合には、当該回折光に対応する光検出器１７の画素からの信号に対応する係数が０のものを選択することができる。これにより、受光レンジを拡大することができ、より高感度にムラの検出を行うことができる。演算部２５は、フィルタマトリクス選択部２４において選択されたフィルタマトリクスを用いて、演算処理を行う。ムラ判定部２６は、演算部２５において重み付けされた信号に基づいて、試料３０のムラの判定を行う。
【００３７】
ここで、上述の検査装置１０を用いた試料３０の検査方法について説明する。上述したように、本実施の形態に係る検査装置１０は、試料３０に形成されたパターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査を１台の装置で実現するものである。まず、試料３０のパターンのムラを検査する方法について説明する。本発明に係るムラ検出方式は、フーリエパターンの特徴抽出である。
【００３８】
まず、最初にフィルタマトリクスの設定を行う。フィルタマトリクスは、複数設定することが可能である。フィルタマトリクスの設定方法について、（１）ＣＤ（critical dimension）を振ったサンプルウエハがある場合、（２）ＣＤを振ったサンプルウエハがない場合に分けて説明する。
（１）ＣＤを振ったサンプルウエハがある場合
初めに、ショット間でわずかにドーズ（露光量）を変化させて露光したサンプルウエハを準備する。ウエハ上にポジ型のレジストが形成されているとすると、ドーズを変化させることにより、現像した後のパターン線幅が変わる。
【００３９】
そして、サンプルウエハの全面をスキャンし、回折光強度のデータを取り込む。このとき、ＤＭＤ１３の全画素はオン状態とする。そして、パターン線幅が異なるダイを指定して、パターンを比較する。これらの回折光強度の差を取ると、特定の次数の回折光で差が大きくなる。従って、この次数の回折光の強度変化を監視することにより、感度よくムラ検査を行うことができる。この次数の回折光が入射する光検出器１７の画素からのデータに対し重み付けを行うためのフィルタマトリクスを設定する。すなわち、パターン線幅のエラーの特徴を強調するフィルタマトリクスを自動的に決定する。
【００４０】
パターン線幅が変化すると、ある次数の回折光強度が大きく強くなる場合、あるいは、弱くなる場合がある。従って、このように変化の大きい回折光に対して、その変化を強調するように、正又は負の係数をかける。例えば、４次の回折光強度がパターン線幅を変えても変化しないような場合には、当該４次の回折光に対する係数を０にする。また、５次の回折光強度がパターン線幅を変えると大きく変化する場合には、当該５次の回折光にそれに相当する大きな係数をかける。これにより、受光レンジを拡大することができ、検査感度を向上させることができる。
【００４１】
（２）ＣＤを振ったサンプルウエハがない場合
回折光の各次数からの回折光の強度マップを作成する。すなわち、光検出器１７の各画素で受光される試料３０からの回折光の強度分布を求める。さらに、各回折光の強度マップ間の和、差などを補助的に利用して、異常領域と正常領域をマニュアルで検出する。つまり、回折光強度が試料３０の他の観察領域と比較して変化していない領域を正常領域とし、変化している領域を異常領域と判定する。そして、上述のように、異常領域の特徴を強調するようなフィルタマトリクスを自動的に設定する。
【００４２】
上述のようにフィルタマトリクスを決定した後に、実際の試料３０のムラ検査を行う。具体的には、まず試料３０及びリファレンスウエハの全面をスキャンし、それぞれの回折光パターンを取り込む。そして、試料３０の回折光強度と、リファレンスウエハの回折光強度との差を求める。その後、処理装置２０のフィルタマトリクス選択部２４で選択されたフィルタマトリクスを用いて演算処理を行い、検出すべき特徴を強調する。そして、ムラ判定部２６において、リファレンスからの回折光強度の差が大きい部分、特異点等を異常個所と判断する。このように、本発明では、リファレンスウエハと試料３０の回折光強度を比較するため、従来のＤｉｅ ｔｏ Ｄｉｅや、Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅの検査法と比較すると、アライメント誤差の影響が少ない。
【００４３】
なお、実際の半導体ウエハの場合、周辺回路部と検査対象領域である繰り返しパターン領域がある。従って、半導体ウエハの全面をスキャンした後、フィルタ処理を行う前に、プロジェクションあるいはヒストグラム等を利用して、周辺回路部と検査対象領域とを分離することができる。また、リファレンスウエハの回折光パターンを取り込む際に、特定の次数の回折光強度が強すぎて、対応する光検出器１７の画素の飽和してしまう場合がある。この場合には、対応するＤＭＤ１３の画素をオフ状態とし、フィルタマトリクスの係数を０とすることができる。この場合には、試料３０の検査を行う際にも当該ＤＭＤ１３の画素をオフ状態としたまま、試料３０のムラ検査を開始する。また、リファレンスの回折光パターンを測定する際に光検出器１７の感度を変更して飽和しない状態とし、この状態で試料３０の回折光パターンを測定するようにしてもよい。
【００４４】
また、光検出器１７に複数の次数の回折光を入射させ、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光を決定し、当該次数の回折光以外の次数の回折光が入射するＤＭＤ１３の画素をオフ状態としてもよい。
【００４５】
このように、本発明によれば、ムラに起因する回折光強度の変化が大きく、感度の高い次数の回折光を用いてムラの検査を行う。このため、非常に敏感なムラ検査を行うことができる。また、フィルタマトリクスにより、特定の次数の回折光強度に大きな値の係数をかけることができるため、より感度を向上させることができる。さらに、回折光強度が強く、光検出器１７の出力が飽和してしまう画素に対応するＤＭＤ１３の画素をオフ状態にすることができる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することが可能である。なお、オフ状態としたＤＭＤ１３の画素に対応する光検出器１７の画素からの出力に対するフィルタマトリクスの係数を０にしてもよい。
【００４６】
次に、検査装置１０を用いた欠陥、異物等の検査方法について説明する。本発明に係る欠陥検査の方式は、暗視野散乱光検出方式である。まず、欠陥等のないウエハを光源１１から略垂直に照明する。そして、このウエハのパターンで回折され、ＤＭＤ１３で反射された光を光検出器１７で受光する。このとき、ウエハの繰り返しパターンからの回折光が入射するＤＭＤ１３の画素をオフ状態とする。すなわち、ウエハの繰り返しパターンからの強い回折光が入射する部分の光検出器１７の画素を、オフ状態となっているＤＭＤの画素によりマスクする。つまり、ＤＭＤ１３を制御して、試料３０のパターンからの回折光が入射する画素を遮断する空間フィルタとして機能させる。具体的には、試料３０のパターンからの回折光が入射する画素を、その反射光がレンズ１４に入射しない向きに制御し、それ以外の画素をその反射光がレンズ１４に入射する向きに制御する。従って、欠陥等のないウエハの正常なパターンからの回折光は、光検出器１７で検出されない。
【００４７】
そして、正常なパターンからの回折光が入射するＤＭＤ１３の画素をオフ状態としたまま、試料３０に同様に光源１１から略垂直に照明する。試料３０の全面をスキャンし、ＤＭＤ１３のオフ状態の画素でマスクされていない光検出器１７の画素で受光した光の強度の総和のマップを得る。パターン欠陥あるいは異物が試料３０上にある場合、欠陥等から散乱された光は、パターンからの回折光とずれた角度で散乱される。このため、欠陥等からの散乱光が、光検出器１７で受光されることとなる。従って、信号強度が大きい部分をパターン欠陥又は異物と判定する。なお、上述したように、半導体ウエハの全面をスキャンした後に、プロジェクションあるいはヒストグラム等を利用して、周辺回路部と検査対象領域とを分離することができる。
【００４８】
このように、本発明によれば、１台の検査装置で、パターンのムラの検査と、欠陥あるいは異物等の検査とを実現することができる。また、受光系の瞳位置に配置したＤＭＤ１３のオン／オフを制御することにより、ダイナミックレンジを拡大させることができ、検査精度を向上させることができる。本発明は、繰り返しパターンを有する半導体ウエハや半導体メモリ用フォトマスク、液晶表示パネルなどを検査する外観検査装置に利用可能である。
【００４９】
なお、上述の説明では、パターン線幅のムラを検出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、あらかじめ形成したパターンにより回折光強度の変化を調べておき、強度変化の大きい次数の回折光に対応する係数が大きいフィルタマトリクスを選択することにより、基板上に形成したレジストの膜厚や、プロファイルの変化等ムラの種別を判定することも可能である。
【００５０】
また、上述の実施の形態では、試料３０のパターンに対するフーリエ変換面にＤＭＤ１３を配置したが、これに限定されるものではない。例えば、反射光の方向を容易にコントロールすることができる液晶光スイッチ等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態に係る検査装置１０の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る検査装置１０の受光系を移動させたときの状態を示す図である。
【図３】実施の形態に係る処理装置２０の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 検査装置
１１ 光源
１２、１４、１６ レンズ
１３ ＤＭＤ
１５ ミラー
１７ 光検出器
２０ 処理装置
２１ スキャン制御部
２２ ＤＭＤ制御部
２３ 欠陥判定部
２４ フィルタマトリクス選択部
２５ 演算部
２６ ムラ判定部
３０ 試料
Ｌ０１ 照明光
Ｌ０２、Ｌ０３、Ｌ０４ 回折光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に形成されたパターンを検査する検査装置であって、
前記試料に照明光を照射する光源と、
前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置され、前記試料からの回折光又は散乱光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、
前記ＤＭＤと共役な位置に配置され、前記ＤＭＤで反射された光を受光する光検出器と、
を備える検査装置。
【請求項２】
前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、
当該複数の回折光の次数に応じて、受光する画素が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、
前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、
前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とする請求項２又は３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数が設定されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数が設定された複数のフィルタマトリクスを備える請求項５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記光検出器に入射する回折光の次数を変更できるように、前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する角度を変更することができる請求項１〜６に記載の検査装置。
【請求項８】
前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、
前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素は、オフ状態であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項９】
試料上に形成されたパターンを検査する検査方法であって、
前記試料に照明光を照射し、
前記試料からの回折光又は散乱光を、前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）で反射し、
前記ＤＭＤで反射された光を、前記ＤＭＤと共役な位置に配置された光検出器で受光する検査方法。
【請求項１０】
前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、
当該複数の回折光の次数に応じて、異なる画素で受光する請求項９に記載の検査方法。
【請求項１１】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とすることを特徴とする請求項１０に記載の検査方法。
【請求項１２】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とする請求項１０又は１１に記載の検査方法。
【請求項１３】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数を設定する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１４】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数を用いて前記回折光の強度変化を強調する請求項１３に記載の検査方法。
【請求項１５】
前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する位置を変更し、前記光検出器に入射する回折光の次数を変更する請求項９〜１５に記載の検査方法。
【請求項１６】
前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素をオフ状態とすることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１】
試料上に形成されたパターンを検査する検査装置であって、
前記試料に照明光を照射する光源と、
前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置され、前記試料からの回折光又は散乱光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、
前記ＤＭＤと共役な位置に配置され、前記ＤＭＤで反射された光を受光する光検出器と、
を備える検査装置。
【請求項２】
前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、
当該複数の回折光の次数に応じて、受光する画素が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、
前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、
前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素は、オフ状態であることを特徴とする請求項２又は３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数が設定されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数が設定された複数のフィルタマトリクスを備える請求項５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記光検出器に入射する回折光の次数を変更できるように、前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する角度を変更することができる請求項１〜６に記載の検査装置。
【請求項８】
前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、
前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素は、オフ状態であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項９】
試料上に形成されたパターンを検査する検査方法であって、
前記試料に照明光を照射し、
前記試料からの回折光又は散乱光を、前記試料のパターンに対する光学的なフーリエ変換面に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）で反射し、
前記ＤＭＤで反射された光を、前記ＤＭＤと共役な位置に配置された光検出器で受光する検査方法。
【請求項１０】
前記光検出器は、複数の次数の回折光を受光し、
当該複数の回折光の次数に応じて、異なる画素で受光する請求項９に記載の検査方法。
【請求項１１】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、強度が大きい次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とすることを特徴とする請求項１０に記載の検査方法。
【請求項１２】
前記試料のパターンのムラを検査する場合には、前記複数の次数の回折光のうち、ムラに起因した強度変化が大きい次数の回折光以外の次数の回折光が入射する前記ＤＭＤの画素をオフ状態とする請求項１０又は１１に記載の検査方法。
【請求項１３】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光には、前記試料のパターンのムラの特徴を強調するように、次数に応じて異なる重み付け係数を設定する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１４】
前記光検出器で受光される前記複数の次数の回折光のそれぞれに、異なる重み付け係数を用いて前記回折光の強度変化を強調する請求項１３に記載の検査方法。
【請求項１５】
前記ＤＭＤ及び前記光検出器を含む受光系の前記試料に対する位置を変更し、前記光検出器に入射する回折光の次数を変更する請求項９〜１５に記載の検査方法。
【請求項１６】
前試料のパターンの欠陥を検査する場合には、前記ＤＭＤの前記試料のパターンからの回折光が照射されている画素をオフ状態とすることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１０９２６３（Ｐ２００９−１０９２６３Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８００５１（Ｐ２００７−２８００５１）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００１１５９０２）レーザーテック株式会社 (184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００１１５９０２）レーザーテック株式会社 (184)
【Ｆターム（参考）】
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