検査装置
【課題】高い感度で高速に検査を行うことが可能な検査装置を提供する。
【解決手段】検査装置１は、ウェハＷの表面に照明光を照射する照明部１０と、照明光が照射されたウェハＷの表面からの光を検出する２次元撮像素子３３と、２次元撮像素子３３により検出された光情報を読み出して、当該光情報に基づきウェハＷの表面を検査するとともに、２次元撮像素子３３における検査に適する部分を求めるＣＰＵ４３とを備え、２次元撮像素子３３は、光情報を画素単位で部分的に読み出すことが可能なＣＭＯＳイメージセンサであり、ＣＰＵ４３は、２次元撮像素子３３における検査に適する部分の光情報のみを読み出して検査するようになっている。
【解決手段】検査装置１は、ウェハＷの表面に照明光を照射する照明部１０と、照明光が照射されたウェハＷの表面からの光を検出する２次元撮像素子３３と、２次元撮像素子３３により検出された光情報を読み出して、当該光情報に基づきウェハＷの表面を検査するとともに、２次元撮像素子３３における検査に適する部分を求めるＣＰＵ４３とを備え、２次元撮像素子３３は、光情報を画素単位で部分的に読み出すことが可能なＣＭＯＳイメージセンサであり、ＣＰＵ４３は、２次元撮像素子３３における検査に適する部分の光情報のみを読み出して検査するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造過程において、被検基板の表面に形成されたパターンを検出する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検基板の表面に形成されたパターンから発生する反射光を利用して、基板表面のムラや傷等の欠陥を検査する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特に、近年では半導体プロセスの微細化に伴って、被検基板の欠陥管理にもより高い精度が求められている。
【０００３】
例えば、被検基板のパターン幅の測定をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で行った場合、測定精度は高いが、観察倍率が高く何点かをサンプリングして測定を行うため、測定に膨大な時間がかかってしまう。そこで、光源から射出された所定波長の光を偏光子および対物レンズを介して落射照明により被検基板の表面に照射し、当該照明による被検基板からの反射光を、対物レンズ、偏光子とクロスニコルの条件を満足する検光子、および視野絞り等を介して得られるフーリエ画像をＣＣＤカメラで検出し、フーリエ画像内で感度の高い所を選択することにより、高感度でパターン幅の変化を検出する検査装置が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１５５０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような方法では、画像を得るために長いデータ転送時間が必要になってしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高い感度で高速に検査を行うことが可能な検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的達成のため、本発明に係る検査装置は、被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記被検基板の表面を観察するための光学系と、前記光学系の瞳面または瞳面と共役な面における光を検出するイメージセンサと、前記イメージセンサにより検出された光情報を読み出して、前記光情報に基づき前記被検基板の表面を検査する検査部と、前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分を求める設定部とを備え、前記イメージセンサにおいては、前記光情報を画素単位で部分的に読み出すことが可能であり、前記検査部は、前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分の光情報を読み出して前記検査するようになっている。
【０００７】
なお、上述の発明において、前記イメージセンサがＣＭＯＳイメージセンサであることが好ましい。
【０００８】
また、上述の発明において、前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、前記光学系は、前記照明光が照射された前記被検基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を受光することが好ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い感度で高速に検査を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る検査装置を図１に示している。本実施形態の検査装置１は、図１に示すように、ウェハステージ５と、対物レンズ６と、ハーフミラー７と、照明光学系１０と、検出光学系２０と、制御ユニット４０とを主体に構成される。
【００１２】
ウェハステージ５には、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態で被検基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）が載置される。このウェハステージ５は、互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸の３方向へ移動可能に構成されている（なお、図１の上下方向をｚ軸方向とする）。これにより、ウェハステージ５は、ウェハＷをｘ，ｙ，ｚ軸方向へ移動可能に支持することができる。また、ウェハステージ５は、ｚ軸を中心に回転できるように構成されている。
【００１３】
照明光学系１０は、図１の左側から右側へ向けて配置順に、光源１１（例えば、白色ＬＥＤやハロゲンランプ等）と、集光レンズ１２と、照度均一化ユニット１３と、開口絞り１４と、視野絞り１５と、コリメータレンズ１６と、着脱可能な偏光子１７（偏光フィルタ）とを有して構成される。
【００１４】
ここで、照明光学系１０の光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５に導かれる。照度均一化ユニット１３は、照明光を散乱し、光量分布を均一化する。また、干渉フィルタを含めることもできる。開口絞り１４および視野絞り１５は、照明光学系１０の光軸に対して開口部の大きさおよび位置が変更可能に構成されている。したがって、照明光学系１０では、開口絞り１４および視野絞り１５を操作することによって、照明領域の大きさおよび位置の変更と、照明の開口角の調整とを行うことができる。そして、開口絞り１４および視野絞り１５を通過した光は、コリメータレンズ１６によって平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７に入射する。
【００１５】
ハーフミラー７は、照明光学系１０からの光を下方に反射して対物レンズ６に導く。これにより、対物レンズ６を通過した照明光学系１０からの光でウェハＷが落射照明される。一方、ウェハＷに落射照明された光は、ウェハＷで反射して再び対物レンズ６に戻り、ハーフミラー７を透過して検出光学系２０に入射することができる。
【００１６】
検出光学系２０は、図１の下側から上側に向けて配置順に、着脱可能な検光子２１（偏光フィルタ）と、レンズ２２と、ハーフプリズム２３と、ベルトランレンズ２４と、視野絞り２５と、２次元撮像素子３３とを有して構成される。検光子２１は、照明光学系１０の偏光子１７に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置されている。照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１とはクロスニコルの条件を満たすので、ウェハＷのパターンで偏光主軸が回転しない限り、検出光学系２０で受光される光量は零に近くなる。
【００１７】
ハーフプリズム２３は入射光束を二方向に分岐させる。ハーフプリズム２３を通過する一方の光束は、ベルトランレンズ２４を介して視野絞り２５にウェハＷの表面の像を結像させるとともに、対物レンズ６の瞳面の像を２次元撮像素子３３に投影させるので、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面上の輝度分布が再現されて、２次元撮像素子３３によりフーリエ変換されたウェハＷの画像（フーリエ画像）を撮像することが可能である。なお、ベルトランレンズ（Bertrand lens）は、一般に、対物レンズの後部焦点面の像を接眼レンズの焦点面に結ばせる収束レンズをいうが、顕微鏡等の光学系は一般に像側がテレセントリックな状態であり、対物レンズの後部焦点面が瞳面となるため、本実施形態において、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面の像を結像させるレンズ２４をベルトランレンズ２４と称することにする。
【００１８】
また、視野絞り２５は、検出光学系２０の光軸に対して垂直方向の面内で開口形状を変化させることができる。そのため、視野絞り２５の操作によって、ウェハＷの任意の領域での情報を２次元撮像素子３３が検出できるようになる。また、ハーフプリズム２３を通過する他方の光束は、フーリエ変換されていない通常のウェハＷの画像を撮像するための第２の２次元撮像素子５０に導かれる。
【００１９】
ここで、本実施形態の欠陥検査でフーリエ画像（すなわち、対物レンズ６の瞳面の像）を撮像するのは以下の理由による。欠陥検査においてウェハＷのパターンをそのまま撮像した画像を用いると、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときには、パターンの欠陥を光学的に検出できなくなる。一方、フーリエ画像では、ウェハＷのパターンに欠陥があると反射光の対称性が崩れ、構造性複屈折によりフーリエ画像の光軸に対して直交する部分同士の輝度や色などに変化が生じる。そのため、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでも、フーリエ画像における上記の変化を検出することでパターンの欠陥検出が可能になる。
【００２０】
さらに、図２を参照しつつ、ウェハＷへの照明光の入射角度と瞳面内での結像位置との関係を説明する。図２の破線で示すように、ウェハＷへの照明光の入射角度が０°のときには、瞳上の結像位置は瞳中心となる。一方、図２の実線で示すように、入射角度が６４°（ＮＡ＝０．９相当）のときには、瞳上の結像位置は瞳の外縁部となる。すなわち、ウェハＷへの照明光の入射角度は、瞳上では瞳内の半径方向の位置に対応する。また、瞳内の光軸から同一半径内の位置に結像する光は、ウェハＷに同一角度で入射した光である。
【００２１】
２次元撮像素子３３は、ベイヤ配列のカラーフィルタアレイを有するＣＭＯＳイメージセンサであり、前述のフーリエ画像を撮像し、さらに、読み出しエリアを画素単位で自由に設定できるので、必要な画素データ（光情報）のみを高速に読み出すことができる。なお、このような部分読み出しを可能にする回路が２次元撮像素子３３に（オンチップで）配設されている。
【００２２】
制御ユニット４０は、フーリエ画像のデータを記録する記録部４１と、入力インターフェース４２と、各種の演算処理を実行するＣＰＵ４３と、モニタ４４および操作部４５とを有して構成され、検査装置１の統括的な制御を実行する。また、記録部４１、入力インターフェース４２、モニタ４４および操作部４５は、それぞれＣＰＵ４３と電気的に接続されている。ＣＰＵ４３は、プログラムの実行によってフーリエ画像を解析し、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中でパターンの変化に対して感度の高い領域を求めたり、前記フーリエ画像の中でウェハＷのパターンの変化に対して感度の高い領域のみを読み込んだりする。また、入力インターフェース４２は、記録媒体（図示せず）を接続するコネクタや、外部のコンピュータ（図示せず）と接続するための接続端子を有しており、記録媒体またはコンピュータからデータの読み込みを行う。
【００２３】
以上のように構成される検査装置１を用いてウェハＷを検査する方法について、図３〜図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図３に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中で、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定する方法について説明する。感度の高い領域の決定方法は、まず、ステップＳ１０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次のステップＳ１０２において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
【００２４】
次のステップＳ１０３において、繰り返しパターンが形成されたウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。このとき、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを使用する。なお、ウェハＷはウェハステージ５上でアライメント（位置合わせ）されており、ウェハステージ５の位置制御により任意の位置の観察が可能となっている。
【００２５】
そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、２次元撮像素子３３の撮像面にフーリエ像が投影される。
【００２６】
そこで、次のステップＳ１０４において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
【００２７】
次のステップＳ１０５において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の必要な全てのパターンについて撮像が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ１０６へ進み、判定がＮｏであればステップＳ１０３へ戻り、未だ撮像が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ１０４の撮像を行う。これにより、記録部４１には、同一形状のパターンについて露光条件が異なる複数のフーリエ画像のカラーデータが記録されることになる。
【００２８】
ステップＳ１０６では、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像について、フーリエ画像の各位置ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。輝度データの求め方は、まず、図５に示すように、フーリエ画像（例えば１フレーム目のフーリエ画像ＦＩ1）を縦横等間隔に正方格子状の複数の分割領域Ｐに分割し、フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、ＲＧＢの輝度値の平均をそれぞれの色別に求める。そして、この工程を各々のフーリエ画像について行う。これにより、１フレーム目からｎフレーム目までのフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、各フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの階調を示す輝度データがそれぞれ生成されることになる。
【００２９】
次のステップＳ１０７において、図６に示すように同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、同じ分割領域におけるフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩn間での階調差を示す階調差データを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成する。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ１０６で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、分割領域Ｐｍに対応する輝度データの階調値のうちで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの最大値と最小値とを抽出し、抽出した最大値と最小値との差分値を算出する。そして、これらの工程を全ての分割領域について行う。これにより、フーリエ画像の全ての分割領域について、分割領域Ｐｍにおけるフーリエ画像間での階調差を示す階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成されることになる。
【００３０】
そして、ステップＳ１０８において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１０７で求めた階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、階調の最大値と最小値との差分値が最大となる色と分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。図７〜図９は、フーリエ画像の各分割領域における階調差の分布状態を色成分ごとに示した図である。図７〜図９の例において、図９に示すＢの階調差の左上の領域が最大感度の領域となる。このようにすれば、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
【００３１】
上述のようにして、未知のパターンの変化を２次元撮像素子３３で撮像した画像より検出することが可能になる。ところが、２次元撮像素子３３にＣＣＤイメージセンサを使用すると、データの読み出しには全画素を読み出さなければならないため、読み出し時間が長くなってしまいスループットが上がらない。
【００３２】
そこで、図４に示すフローチャートを用いて、高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法について説明する。このパターンの検出方法は、まず、ステップＳ２０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２０２において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０８で求めた最大感度の領域のみを読み出すように２次元撮像素子３３の読み出しエリア（画素）を設定する。
【００３３】
次のステップＳ２０３では、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。次に、ステップＳ２０４において、検査するウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の検査するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。
【００３４】
そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、２次元撮像素子３３の撮像面にフーリエ像が投影される。
【００３５】
そして、次のステップＳ２０５において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２０２で設定した２次元撮像素子３３の読み出しエリア（画素）より、フーリエ画像のうち、ウェハＷのパターン変化に対して感度の高い領域の画素データのみを読み出し、読み出した画素データから反射光の輝度（光量）を測定して（輝度変化から）ウェハＷ上のパターンの変化（すなわち、パターンの欠陥）を検出する。例えば、２次元撮像素子３３の画像サイズが８００×６００画素で、読み出しエリアのサイズが１０×１０画素の場合、読み出す画素の割合は０．０２％なので、非常に早く読み出すことができる。
【００３６】
このように、本実施形態の検査装置１によれば、ＣＰＵ４３は、２次元撮像素子３３における、ウェハＷのパターン変化に対して感度の高い読み出しエリアの画素データ（光情報）のみを読み出すため、データを読み出す画素数を最小限にとどめてデータ転送時間を短縮できることから、ウェハＷの表面に形成されたパターンを高い感度で高速に検査することが可能になる。なおこのとき、２次元撮像素子３３としてＣＭＯＳイメージセンサを使用することが好ましく、このようにすれば、ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、このような部分読み出しを容易に行うことができるため、比較的容易に上記効果を得ることができる。
【００３７】
また、前述したように、２次元撮像素子３３を用いて、検出光学系２０（対物レンズ６）における瞳面の輝度（フーリエ画像）を検出するようにすることが好ましく、このようにすれば、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでも、フーリエ画像におけるパターンの変化を検出することでパターンの欠陥検出が可能になる。
【００３８】
またこのとき、検出光学系２０は、ウェハＷからの光のうち直線偏光である照明光と偏光方向が略直交する偏光成分を受光することが好ましく、このようにすれば、いわゆるクロスニコルの状態となって構造性複屈折を利用した感度の高い検査が可能になる。なお、偏光子１７と検光子２１の偏光方向は、９０°（クロスニコルの状態）に限らず、検査対象のパターンで発生する構造性複屈折による楕円偏光の回転に合わせて微調整してもよい。
【００３９】
またこのとき、落射照明によりウェハＷの表面を照明することが好ましく、このようにすれば、装置の大きさを小型にすることができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態において、ウェハＷの欠陥検査を行う検査装置１を例に説明を行ったが、被検基板はウェハＷに限られず、例えば液晶ガラス基板であっても構わない。
【００４１】
また、上述の実施形態において、階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定しているが、これに限られるものではない。そこで、図１０に示すフローチャートを用いて、感度の高い領域の決定方法の変形例について説明する。この方法は、上述の実施形態の場合と同様に、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを用いて、各々のパターンのフーリエ画像とパターン毎の線幅のデータとに基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定するものである。なお、上記のパターンに対応する線幅のデータは、例えば、スキャトロメータや走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の線幅測定器で測定したものを利用し、これら線幅のデータ群は予め入力インターフェース４２より入力して記録部４１に記録されているものとする。
【００４２】
まず、前述の実施形態の場合と同様に、ステップＳ１５１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次のステップＳ１５２において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
【００４３】
次のステップＳ１５３において、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。次のステップＳ１５４において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
【００４４】
次のステップＳ１５５において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の全てのパターンについて撮像が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ１５６へ進み、判定がＮｏであればステップＳ１５３へ戻り、未だ撮像が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ１５４の撮像を行う。
【００４５】
ステップＳ１５６において、ＣＰＵ４３は、上述の実施形態の場合と同様に、各フーリエ画像について、フーリエ画像の分割領域ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。
【００４６】
さて、次のステップＳ１５７では、同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnの同じ分割領域における階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅のデータを記録部４１から読み出す。またこのとき、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ１５６で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnごとに、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの輝度データの階調値との対応関係を求める。
【００４７】
続いて、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの階調値との対応関係に基づいて、最小二乗法により分割領域Ｐｍでの階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を求める。ここで、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅をｙとし、分割領域ＰｍでのＢ（あるいはＲもしくはＧ）の階調値をｘとし、傾きをａとし、ｙ切片をｂとすると、近似式は次の（１）式で表わされる。
【００４８】
ｙ＝ａｘ+ｂ …（１）
【００４９】
なお、係数ａの絶対値は、パターンの線幅の変化に対する階調変化の逆数（すなわち、パターンの変化に対する検出感度の逆数）に相当する。すなわち、上記の係数ａの絶対値が小さくなると、線幅の差が同じでもフーリエ画像の階調変化が大きくなるので、パターンの変化に対する検出感度がより高くなる。そして、これらの工程を全ての分割領域について、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに行う。
【００５０】
次に、ステップＳ１５８において、ＣＰＵ４３は、フーリエ画像上の各分割領域において、ステップＳ１５７で得た近似式とパターンの線幅との相関誤差をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅と、近似式を用いて算出されるパターンの線幅との偏差のデータを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに算出し、算出した偏差のデータから各分割領域の色成分ごとに標準偏差を算出し、その値を相関誤差とする。
【００５１】
そして、ステップＳ１５９において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１５７で求めた係数ａと、ステップＳ１５８で求めた相関誤差とに基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、係数ａの絶対値が小さく、かつ相関誤差が十分に小さい分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。具体的には、例えば、係数ａの絶対値の小ささと、相関誤差の小ささとに応じて各々の分割領域のスコアリングを行い、このスコアリングの結果に基づいて感度の高い分割領域を決定する。このようにしても、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る検査装置の概要図である。
【図２】ウェハへの照明光の入射角度と瞳内での結像位置との関係を示す説明図である。
【図３】パターンの変化に対して感度の高い領域の決定方法を示すフローチャートである。
【図４】高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法を示すフローチャートである。
【図５】フーリエ画像を領域分割した状態の一例を示す図である。
【図６】輝度データの抽出状態を示す模式図である。
【図７】フーリエ画像におけるＲの階調差の分布状態を示す図である。
【図８】フーリエ画像におけるＧの階調差の分布状態を示す図である。
【図９】フーリエ画像におけるＢの階調差の分布状態を示す図である。
【図１０】感度の高い領域の決定方法の変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
Ｗ ウェハ（被検基板）
１ 検査装置 ６ 対物レンズ
１０ 照明光学系（照明部） １７ 偏光子
２０ 検出光学系（光学系） ２１ 検光子
３３ ２次元撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）
４０ 制御ユニット ４３ ＣＰＵ（検査部および設定部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造過程において、被検基板の表面に形成されたパターンを検出する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検基板の表面に形成されたパターンから発生する反射光を利用して、基板表面のムラや傷等の欠陥を検査する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特に、近年では半導体プロセスの微細化に伴って、被検基板の欠陥管理にもより高い精度が求められている。
【０００３】
例えば、被検基板のパターン幅の測定をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で行った場合、測定精度は高いが、観察倍率が高く何点かをサンプリングして測定を行うため、測定に膨大な時間がかかってしまう。そこで、光源から射出された所定波長の光を偏光子および対物レンズを介して落射照明により被検基板の表面に照射し、当該照明による被検基板からの反射光を、対物レンズ、偏光子とクロスニコルの条件を満足する検光子、および視野絞り等を介して得られるフーリエ画像をＣＣＤカメラで検出し、フーリエ画像内で感度の高い所を選択することにより、高感度でパターン幅の変化を検出する検査装置が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１５５０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような方法では、画像を得るために長いデータ転送時間が必要になってしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高い感度で高速に検査を行うことが可能な検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的達成のため、本発明に係る検査装置は、被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記被検基板の表面を観察するための光学系と、前記光学系の瞳面または瞳面と共役な面における光を検出するイメージセンサと、前記イメージセンサにより検出された光情報を読み出して、前記光情報に基づき前記被検基板の表面を検査する検査部と、前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分を求める設定部とを備え、前記イメージセンサにおいては、前記光情報を画素単位で部分的に読み出すことが可能であり、前記検査部は、前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分の光情報を読み出して前記検査するようになっている。
【０００７】
なお、上述の発明において、前記イメージセンサがＣＭＯＳイメージセンサであることが好ましい。
【０００８】
また、上述の発明において、前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、前記光学系は、前記照明光が照射された前記被検基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を受光することが好ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い感度で高速に検査を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る検査装置を図１に示している。本実施形態の検査装置１は、図１に示すように、ウェハステージ５と、対物レンズ６と、ハーフミラー７と、照明光学系１０と、検出光学系２０と、制御ユニット４０とを主体に構成される。
【００１２】
ウェハステージ５には、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態で被検基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）が載置される。このウェハステージ５は、互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸の３方向へ移動可能に構成されている（なお、図１の上下方向をｚ軸方向とする）。これにより、ウェハステージ５は、ウェハＷをｘ，ｙ，ｚ軸方向へ移動可能に支持することができる。また、ウェハステージ５は、ｚ軸を中心に回転できるように構成されている。
【００１３】
照明光学系１０は、図１の左側から右側へ向けて配置順に、光源１１（例えば、白色ＬＥＤやハロゲンランプ等）と、集光レンズ１２と、照度均一化ユニット１３と、開口絞り１４と、視野絞り１５と、コリメータレンズ１６と、着脱可能な偏光子１７（偏光フィルタ）とを有して構成される。
【００１４】
ここで、照明光学系１０の光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５に導かれる。照度均一化ユニット１３は、照明光を散乱し、光量分布を均一化する。また、干渉フィルタを含めることもできる。開口絞り１４および視野絞り１５は、照明光学系１０の光軸に対して開口部の大きさおよび位置が変更可能に構成されている。したがって、照明光学系１０では、開口絞り１４および視野絞り１５を操作することによって、照明領域の大きさおよび位置の変更と、照明の開口角の調整とを行うことができる。そして、開口絞り１４および視野絞り１５を通過した光は、コリメータレンズ１６によって平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７に入射する。
【００１５】
ハーフミラー７は、照明光学系１０からの光を下方に反射して対物レンズ６に導く。これにより、対物レンズ６を通過した照明光学系１０からの光でウェハＷが落射照明される。一方、ウェハＷに落射照明された光は、ウェハＷで反射して再び対物レンズ６に戻り、ハーフミラー７を透過して検出光学系２０に入射することができる。
【００１６】
検出光学系２０は、図１の下側から上側に向けて配置順に、着脱可能な検光子２１（偏光フィルタ）と、レンズ２２と、ハーフプリズム２３と、ベルトランレンズ２４と、視野絞り２５と、２次元撮像素子３３とを有して構成される。検光子２１は、照明光学系１０の偏光子１７に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置されている。照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１とはクロスニコルの条件を満たすので、ウェハＷのパターンで偏光主軸が回転しない限り、検出光学系２０で受光される光量は零に近くなる。
【００１７】
ハーフプリズム２３は入射光束を二方向に分岐させる。ハーフプリズム２３を通過する一方の光束は、ベルトランレンズ２４を介して視野絞り２５にウェハＷの表面の像を結像させるとともに、対物レンズ６の瞳面の像を２次元撮像素子３３に投影させるので、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面上の輝度分布が再現されて、２次元撮像素子３３によりフーリエ変換されたウェハＷの画像（フーリエ画像）を撮像することが可能である。なお、ベルトランレンズ（Bertrand lens）は、一般に、対物レンズの後部焦点面の像を接眼レンズの焦点面に結ばせる収束レンズをいうが、顕微鏡等の光学系は一般に像側がテレセントリックな状態であり、対物レンズの後部焦点面が瞳面となるため、本実施形態において、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面の像を結像させるレンズ２４をベルトランレンズ２４と称することにする。
【００１８】
また、視野絞り２５は、検出光学系２０の光軸に対して垂直方向の面内で開口形状を変化させることができる。そのため、視野絞り２５の操作によって、ウェハＷの任意の領域での情報を２次元撮像素子３３が検出できるようになる。また、ハーフプリズム２３を通過する他方の光束は、フーリエ変換されていない通常のウェハＷの画像を撮像するための第２の２次元撮像素子５０に導かれる。
【００１９】
ここで、本実施形態の欠陥検査でフーリエ画像（すなわち、対物レンズ６の瞳面の像）を撮像するのは以下の理由による。欠陥検査においてウェハＷのパターンをそのまま撮像した画像を用いると、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときには、パターンの欠陥を光学的に検出できなくなる。一方、フーリエ画像では、ウェハＷのパターンに欠陥があると反射光の対称性が崩れ、構造性複屈折によりフーリエ画像の光軸に対して直交する部分同士の輝度や色などに変化が生じる。そのため、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでも、フーリエ画像における上記の変化を検出することでパターンの欠陥検出が可能になる。
【００２０】
さらに、図２を参照しつつ、ウェハＷへの照明光の入射角度と瞳面内での結像位置との関係を説明する。図２の破線で示すように、ウェハＷへの照明光の入射角度が０°のときには、瞳上の結像位置は瞳中心となる。一方、図２の実線で示すように、入射角度が６４°（ＮＡ＝０．９相当）のときには、瞳上の結像位置は瞳の外縁部となる。すなわち、ウェハＷへの照明光の入射角度は、瞳上では瞳内の半径方向の位置に対応する。また、瞳内の光軸から同一半径内の位置に結像する光は、ウェハＷに同一角度で入射した光である。
【００２１】
２次元撮像素子３３は、ベイヤ配列のカラーフィルタアレイを有するＣＭＯＳイメージセンサであり、前述のフーリエ画像を撮像し、さらに、読み出しエリアを画素単位で自由に設定できるので、必要な画素データ（光情報）のみを高速に読み出すことができる。なお、このような部分読み出しを可能にする回路が２次元撮像素子３３に（オンチップで）配設されている。
【００２２】
制御ユニット４０は、フーリエ画像のデータを記録する記録部４１と、入力インターフェース４２と、各種の演算処理を実行するＣＰＵ４３と、モニタ４４および操作部４５とを有して構成され、検査装置１の統括的な制御を実行する。また、記録部４１、入力インターフェース４２、モニタ４４および操作部４５は、それぞれＣＰＵ４３と電気的に接続されている。ＣＰＵ４３は、プログラムの実行によってフーリエ画像を解析し、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中でパターンの変化に対して感度の高い領域を求めたり、前記フーリエ画像の中でウェハＷのパターンの変化に対して感度の高い領域のみを読み込んだりする。また、入力インターフェース４２は、記録媒体（図示せず）を接続するコネクタや、外部のコンピュータ（図示せず）と接続するための接続端子を有しており、記録媒体またはコンピュータからデータの読み込みを行う。
【００２３】
以上のように構成される検査装置１を用いてウェハＷを検査する方法について、図３〜図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図３に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中で、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定する方法について説明する。感度の高い領域の決定方法は、まず、ステップＳ１０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次のステップＳ１０２において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
【００２４】
次のステップＳ１０３において、繰り返しパターンが形成されたウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。このとき、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを使用する。なお、ウェハＷはウェハステージ５上でアライメント（位置合わせ）されており、ウェハステージ５の位置制御により任意の位置の観察が可能となっている。
【００２５】
そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、２次元撮像素子３３の撮像面にフーリエ像が投影される。
【００２６】
そこで、次のステップＳ１０４において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
【００２７】
次のステップＳ１０５において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の必要な全てのパターンについて撮像が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ１０６へ進み、判定がＮｏであればステップＳ１０３へ戻り、未だ撮像が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ１０４の撮像を行う。これにより、記録部４１には、同一形状のパターンについて露光条件が異なる複数のフーリエ画像のカラーデータが記録されることになる。
【００２８】
ステップＳ１０６では、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像について、フーリエ画像の各位置ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。輝度データの求め方は、まず、図５に示すように、フーリエ画像（例えば１フレーム目のフーリエ画像ＦＩ1）を縦横等間隔に正方格子状の複数の分割領域Ｐに分割し、フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、ＲＧＢの輝度値の平均をそれぞれの色別に求める。そして、この工程を各々のフーリエ画像について行う。これにより、１フレーム目からｎフレーム目までのフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、各フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの階調を示す輝度データがそれぞれ生成されることになる。
【００２９】
次のステップＳ１０７において、図６に示すように同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、同じ分割領域におけるフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩn間での階調差を示す階調差データを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成する。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ１０６で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、分割領域Ｐｍに対応する輝度データの階調値のうちで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの最大値と最小値とを抽出し、抽出した最大値と最小値との差分値を算出する。そして、これらの工程を全ての分割領域について行う。これにより、フーリエ画像の全ての分割領域について、分割領域Ｐｍにおけるフーリエ画像間での階調差を示す階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成されることになる。
【００３０】
そして、ステップＳ１０８において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１０７で求めた階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、階調の最大値と最小値との差分値が最大となる色と分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。図７〜図９は、フーリエ画像の各分割領域における階調差の分布状態を色成分ごとに示した図である。図７〜図９の例において、図９に示すＢの階調差の左上の領域が最大感度の領域となる。このようにすれば、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
【００３１】
上述のようにして、未知のパターンの変化を２次元撮像素子３３で撮像した画像より検出することが可能になる。ところが、２次元撮像素子３３にＣＣＤイメージセンサを使用すると、データの読み出しには全画素を読み出さなければならないため、読み出し時間が長くなってしまいスループットが上がらない。
【００３２】
そこで、図４に示すフローチャートを用いて、高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法について説明する。このパターンの検出方法は、まず、ステップＳ２０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２０２において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０８で求めた最大感度の領域のみを読み出すように２次元撮像素子３３の読み出しエリア（画素）を設定する。
【００３３】
次のステップＳ２０３では、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。次に、ステップＳ２０４において、検査するウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の検査するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。
【００３４】
そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、２次元撮像素子３３の撮像面にフーリエ像が投影される。
【００３５】
そして、次のステップＳ２０５において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２０２で設定した２次元撮像素子３３の読み出しエリア（画素）より、フーリエ画像のうち、ウェハＷのパターン変化に対して感度の高い領域の画素データのみを読み出し、読み出した画素データから反射光の輝度（光量）を測定して（輝度変化から）ウェハＷ上のパターンの変化（すなわち、パターンの欠陥）を検出する。例えば、２次元撮像素子３３の画像サイズが８００×６００画素で、読み出しエリアのサイズが１０×１０画素の場合、読み出す画素の割合は０．０２％なので、非常に早く読み出すことができる。
【００３６】
このように、本実施形態の検査装置１によれば、ＣＰＵ４３は、２次元撮像素子３３における、ウェハＷのパターン変化に対して感度の高い読み出しエリアの画素データ（光情報）のみを読み出すため、データを読み出す画素数を最小限にとどめてデータ転送時間を短縮できることから、ウェハＷの表面に形成されたパターンを高い感度で高速に検査することが可能になる。なおこのとき、２次元撮像素子３３としてＣＭＯＳイメージセンサを使用することが好ましく、このようにすれば、ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、このような部分読み出しを容易に行うことができるため、比較的容易に上記効果を得ることができる。
【００３７】
また、前述したように、２次元撮像素子３３を用いて、検出光学系２０（対物レンズ６）における瞳面の輝度（フーリエ画像）を検出するようにすることが好ましく、このようにすれば、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでも、フーリエ画像におけるパターンの変化を検出することでパターンの欠陥検出が可能になる。
【００３８】
またこのとき、検出光学系２０は、ウェハＷからの光のうち直線偏光である照明光と偏光方向が略直交する偏光成分を受光することが好ましく、このようにすれば、いわゆるクロスニコルの状態となって構造性複屈折を利用した感度の高い検査が可能になる。なお、偏光子１７と検光子２１の偏光方向は、９０°（クロスニコルの状態）に限らず、検査対象のパターンで発生する構造性複屈折による楕円偏光の回転に合わせて微調整してもよい。
【００３９】
またこのとき、落射照明によりウェハＷの表面を照明することが好ましく、このようにすれば、装置の大きさを小型にすることができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態において、ウェハＷの欠陥検査を行う検査装置１を例に説明を行ったが、被検基板はウェハＷに限られず、例えば液晶ガラス基板であっても構わない。
【００４１】
また、上述の実施形態において、階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定しているが、これに限られるものではない。そこで、図１０に示すフローチャートを用いて、感度の高い領域の決定方法の変形例について説明する。この方法は、上述の実施形態の場合と同様に、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを用いて、各々のパターンのフーリエ画像とパターン毎の線幅のデータとに基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定するものである。なお、上記のパターンに対応する線幅のデータは、例えば、スキャトロメータや走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の線幅測定器で測定したものを利用し、これら線幅のデータ群は予め入力インターフェース４２より入力して記録部４１に記録されているものとする。
【００４２】
まず、前述の実施形態の場合と同様に、ステップＳ１５１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次のステップＳ１５２において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
【００４３】
次のステップＳ１５３において、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。次のステップＳ１５４において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
【００４４】
次のステップＳ１５５において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の全てのパターンについて撮像が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ１５６へ進み、判定がＮｏであればステップＳ１５３へ戻り、未だ撮像が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ１５４の撮像を行う。
【００４５】
ステップＳ１５６において、ＣＰＵ４３は、上述の実施形態の場合と同様に、各フーリエ画像について、フーリエ画像の分割領域ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。
【００４６】
さて、次のステップＳ１５７では、同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnの同じ分割領域における階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅のデータを記録部４１から読み出す。またこのとき、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ１５６で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnごとに、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの輝度データの階調値との対応関係を求める。
【００４７】
続いて、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの階調値との対応関係に基づいて、最小二乗法により分割領域Ｐｍでの階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を求める。ここで、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅をｙとし、分割領域ＰｍでのＢ（あるいはＲもしくはＧ）の階調値をｘとし、傾きをａとし、ｙ切片をｂとすると、近似式は次の（１）式で表わされる。
【００４８】
ｙ＝ａｘ+ｂ …（１）
【００４９】
なお、係数ａの絶対値は、パターンの線幅の変化に対する階調変化の逆数（すなわち、パターンの変化に対する検出感度の逆数）に相当する。すなわち、上記の係数ａの絶対値が小さくなると、線幅の差が同じでもフーリエ画像の階調変化が大きくなるので、パターンの変化に対する検出感度がより高くなる。そして、これらの工程を全ての分割領域について、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに行う。
【００５０】
次に、ステップＳ１５８において、ＣＰＵ４３は、フーリエ画像上の各分割領域において、ステップＳ１５７で得た近似式とパターンの線幅との相関誤差をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅と、近似式を用いて算出されるパターンの線幅との偏差のデータを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに算出し、算出した偏差のデータから各分割領域の色成分ごとに標準偏差を算出し、その値を相関誤差とする。
【００５１】
そして、ステップＳ１５９において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１５７で求めた係数ａと、ステップＳ１５８で求めた相関誤差とに基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、係数ａの絶対値が小さく、かつ相関誤差が十分に小さい分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。具体的には、例えば、係数ａの絶対値の小ささと、相関誤差の小ささとに応じて各々の分割領域のスコアリングを行い、このスコアリングの結果に基づいて感度の高い分割領域を決定する。このようにしても、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る検査装置の概要図である。
【図２】ウェハへの照明光の入射角度と瞳内での結像位置との関係を示す説明図である。
【図３】パターンの変化に対して感度の高い領域の決定方法を示すフローチャートである。
【図４】高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法を示すフローチャートである。
【図５】フーリエ画像を領域分割した状態の一例を示す図である。
【図６】輝度データの抽出状態を示す模式図である。
【図７】フーリエ画像におけるＲの階調差の分布状態を示す図である。
【図８】フーリエ画像におけるＧの階調差の分布状態を示す図である。
【図９】フーリエ画像におけるＢの階調差の分布状態を示す図である。
【図１０】感度の高い領域の決定方法の変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
Ｗ ウェハ（被検基板）
１ 検査装置 ６ 対物レンズ
１０ 照明光学系（照明部） １７ 偏光子
２０ 検出光学系（光学系） ２１ 検光子
３３ ２次元撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）
４０ 制御ユニット ４３ ＣＰＵ（検査部および設定部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
前記照明光が照射された前記被検基板の表面を観察するための光学系と、
前記光学系の瞳面または瞳面と共役な面における光を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサにより検出された光情報を読み出して、前記光情報に基づき前記被検基板の表面を検査する検査部と、
前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分を求める設定部とを備え、
前記イメージセンサにおいては、前記光情報を画素単位で部分的に読み出すことが可能であり、
前記検査部は、前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分の光情報を読み出して前記検査することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記イメージセンサがＣＭＯＳイメージセンサであ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】
前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、
前記光学系は、前記照明光が照射された前記被検基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を受光することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項１】
被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
前記照明光が照射された前記被検基板の表面を観察するための光学系と、
前記光学系の瞳面または瞳面と共役な面における光を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサにより検出された光情報を読み出して、前記光情報に基づき前記被検基板の表面を検査する検査部と、
前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分を求める設定部とを備え、
前記イメージセンサにおいては、前記光情報を画素単位で部分的に読み出すことが可能であり、
前記検査部は、前記イメージセンサにおける前記検査に適する部分の光情報を読み出して前記検査することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記イメージセンサがＣＭＯＳイメージセンサであ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】
前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、
前記光学系は、前記照明光が照射された前記被検基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を受光することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２６５０２６（Ｐ２００９−２６５０２６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１７５３０（Ｐ２００８−１１７５３０）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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