欠陥検査方法および欠陥検査装置
【課題】ウェハ上に存在する多種多様なパターン上においても欠陥を高感度且つ高捕捉率で検出する欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】欠陥検査装置において、照明光学系をレーザ５によるコヒーレント照明とＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄによるインコヒーレント照明の２系統とし、検出系ではそれぞれの照明光に対応した光路に分岐し、それぞれの検出光路に空間変調素子５５ａ、５５ｂを配置し、それぞれ空間変調素子５５ａ、５５ｂにて感度を阻害する散乱光を遮光し、空間変調素子５５ａ、５５ｂを透過した散乱光をそれぞれの光路に配置したイメージセンサ９０ａ、９０ｂにて検出し、これら、２つのイメージセンサ９０ａ、９０ｂにて検出した画像を比較処理して、欠陥候補を判定する。
【解決手段】欠陥検査装置において、照明光学系をレーザ５によるコヒーレント照明とＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄによるインコヒーレント照明の２系統とし、検出系ではそれぞれの照明光に対応した光路に分岐し、それぞれの検出光路に空間変調素子５５ａ、５５ｂを配置し、それぞれ空間変調素子５５ａ、５５ｂにて感度を阻害する散乱光を遮光し、空間変調素子５５ａ、５５ｂを透過した散乱光をそれぞれの光路に配置したイメージセンサ９０ａ、９０ｂにて検出し、これら、２つのイメージセンサ９０ａ、９０ｂにて検出した画像を比較処理して、欠陥候補を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経てウェハ上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの欠陥検査方法および欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体検査装置として、国際公開第ＷＯ２００３／０６９２６３号パンフレット（特許文献１）がある。この検査装置は、ウェハ表面を斜方よりレーザ光照明してウェハ上での散乱光を検出する暗視野検出光学系を搭載している。この光学系には周期的なパターンからの回折光を対物レンズの後側焦点位置(射出瞳位置)に配置した空間フィルタにより遮光している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００３／０６９２６３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハ上には様々なパターンが形成されており、欠陥の種類も発生原因に応じて多様である。ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等に代表されるパターンは、周期的なパターンが配線されており、周期パターンからの回折光を空間フィルタにて遮光可能である。
【０００５】
しかし、ウェハ上には論理演算部（ロジック部）のように、非周期的なパターンも存在する。この非周期パターン部の散乱光は、対物レンズのフーリエ変換面にて周期パターンとは異なる領域に散乱する。
【０００６】
さらに、論理演算部のロジックパターンからの散乱光は、メモリ部のように点状に分布するのではなく、広がりが大きいためパターンからの散乱光を全て遮光することはできない。このため、メモリとロジックを混載した半導体を高感度に検査する場合、以下のような問題があった。
（１）メモリ部とロジック部で異なる空間フィルタを設定する必要がある
（２）ロジック部ではパターンからの散乱光を完全には遮光することが不可能なため、パターン像の明るさ変動が検査感度を阻害する要因となる。このため、ロジックパターン像を安定検出する必要がある。
（３）メモリ部に対してロジック部では、パターンが明るく検出されるため、照明光を一定として画像を検出すると、メモリ部に対してロジック部の明るさが光検出器の飽和レベルに達してしまい、ロジック部が実質非検査になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ウェハ上に存在する多種多様なパターン上においても欠陥を高感度且つ高捕捉率で検出する欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１０】
すなわち、代表的なものの概要は、レーザを光源として試料の法線に対して斜方よりコヒーレント照明する第１の照明手段と、第１の照明手段とは異なる波長のインコヒーレント光を照明する第２の照明手段と、試料からの散乱光を捕捉する検出系と、検出系において第１の照明手段と第２の照明手段に対応した波長に分岐された検出光路の少なくとも一方に配置され、試料からの散乱光の一部を遮光する空間フィルタを備え、空間フィルタを透過した散乱光に基づいて、欠陥候補を判定する。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１２】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、ウェハ上に存在する多種多様な正常パターンからの散乱光や回折光を適切に遮光して検査対象欠陥からの散乱光を効率的に検出することにより、欠陥を顕在化した高感度化に有利な画像を得ることができる。
【００１３】
また、微小欠陥の散乱光確保のために照明光強度を高くした場合においても、散乱光量の多い正常パターン画像の明るさ飽和を低減することが可能であり、欠陥の捕捉率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における散乱光を説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における回転ストロボ照明を説明するための説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における空間変調素子の遮光パターンを説明するための説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置のインコヒーレント照明光学系の構成を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置のＭＥＭＳミラーアレイの構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る欠陥検査装置の画像処理部の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜図４により、本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成および動作について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す構成図、図２は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における散乱光を説明するための説明図、図３は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における回転ストロボ照明を説明するための説明図、図４は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における空間変調素子の遮光パターンを説明するための説明図である。
【００１７】
図１において、欠陥検査装置は、ウェハ１が搭載されるＸＹＺθステージ９、レーザ５、電気光学素子７、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１０、ビームエキスパンダ１１、ミラー１２、１３、１／２波長板１５、１／４波長板１７、およびシリンドリカルレンズ２０からなる照明光学系、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、およびレンズ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからなるインコヒーレント照明光学系、対物レンズ４０、レンズ４２、４５、ダイクロイックミラー５０、空間フィルタである空間変調素子５５ａ、５５ｂ、結像レンズ８０ａ、８０ｂ、およびイメージセンサ９０ａ、９０ｂからなる検出光学系、画像処理部１００、操作部１１０、機構制御部１２０から構成されている。
【００１８】
ウェハ１はＸＹＺθステージ９上に搭載されており、ウェハ１上に形成されたパターンとステージ走査方向のθアライメントを行う。ウェハ１の暗視野画像はＸ方向にＸＹＺθステージ９を定速走査しながら連続的に散乱光の画像を検出する。
【００１９】
照明光学系はウェハ１に対して斜方に配置しており、ウェハ１を線状照明３０する。照明光学系に用いられている光源はレーザ５であり、発振波長λ１はＹＡＧ第２高調波の５３２ｎｍレーザや、第３高調波３５５ｎｍ或いは第４高調波２６６ｎｍレーザ、１９９ｎｍレーザなどＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光から可視光が候補である。
【００２０】
また、複数波長を発振する複数波長レーザやランプが候補である。ランプはｄ線（５８８ｎｍ）、ｅ線（５４６ｎｍ）、ｇ（４３６ｎｍ）、ｈ（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）を発光する水銀ランプや水銀キセノンランプが候補である。
【００２１】
レーザ５を発振したレーザ光２２は電気的に偏光を所定の方向に制御する電気光学素子７（ＬｉＮｂＯ３やＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３の略］など）に入射する。電気光学素子７の代わりにガーネット膜などからなる磁気光学素子を用いてもよい。
【００２２】
この偏光方向を制御することによりＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１０を透過する光は所定の光量に減光され、ビームエキスパンダ１１に入射してビーム径を拡大する。
【００２３】
ミラー１２、１３にてビームをウェハ１側に反射させ、それぞれ回転可能な１／２波長板１５と１／４波長板１７にて所定の偏光状態に設定する。
【００２４】
例えば、ウェハ１に対して、Ｓ偏光、Ｐ偏光やその中間的な角度で振動する直線偏光或いは、右または左回りの楕円（円）偏光がある。レーザ光２２によるウェハ１上での照明範囲は、Ｘ方向に細くＹ方向に長い細線照明となるように、シリンドリカルレンズ２０を配置する。
【００２５】
もう一方の照明系として、インコヒーレント照明光学系を配置している。このインコヒーレント光（λ２）は、レーザ５のコヒーレント光（λ１）とは異なる波長の光源を有している。本実施の形態の例では、４つのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを備えている。それぞれのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄはＺ軸からウェハ１を平面的にみたときに、Ｘ、Ｙ方向に対してほぼ４５度の角度をなした方位に配置されている。
【００２６】
これらのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから発光する光は特定の波長幅を有したインコヒーレント光であり、複数個配置することにより、空間的なコヒーレンスをさらに低下させる効果がある。
【００２７】
４方位のＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから発光した光は、それぞれの光路に配置したレンズ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄにてウェハ１上に線状に照明する。
【００２８】
ウェハ１上のパターンや欠陥で散乱した光の内、対物レンズ４０のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）内に伝播した光は対物レンズ４０に捕捉され、検出光学系に導かれる。
【００２９】
検出光学系にはレンズ４２、４５および、ダイクロイックミラー５０が配置されている。ダイクロイックミラー５０にてコヒーレント光（λ１）とインコヒーレント光（λ２）に分岐されたそれぞれの光路に対物レンズ４０の瞳（フーリエ変換面）と共役な像を形成する。それぞれ瞳像位置に空間変調素子５５ａ、５５ｂを配置して特定の散乱光や回折光を遮光する。
【００３０】
空間変調素子５５ａ、５５ｂを透過した光は、結像レンズ８０ａ、８０ｂにてそれぞれのイメージセンサ９０ａ、９０ｂ上に散乱像を形成する。イメージセンサ９０ａ、９０ｂにて検出した画像は、画像処理部１００に入力され、設計上同一パターンの画像（例えば、隣接ダイの画像）と比較処理して欠陥を検出する。
【００３１】
検出した欠陥の座標や大きさおよび明るさなどの欠陥情報は操作部１１０に送られ、欠陥検査装置のユーザがウェハ１上の欠陥マップなどの欠陥情報を表示・欠陥情報データを出力することが可能となる。
【００３２】
また、操作部１１０は欠陥検査装置の動作指示を行う機能も備えており、機構制御部１２０に動作の指示を行い、機構制御部１２０からＸＹＺθステージ９や光学部品の動作をコントロールする。
【００３３】
この検出光学系の用いる空間変調素子５５ａ、５５ｂとして、複屈折素子（ＬｉＮｂＯ３やＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３の略］など）の電気光学効果を利用したマイクロシャッタアレイや液晶フィルタおよびＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いた１次元および２次元アレイ状のフィルタなどがある。
【００３４】
これらのデバイスでは、電気制御により高速に光の透過／遮光をスイッチングできるため、ウェハ１上のパターン３のピッチや形状に応じて検査中に適切なフィルタリングパターンに変更することが可能となる。
【００３５】
また、ウェハ１の表層を対物レンズ４０の焦点位置と一致させるためにはウェハ高さを検出して、ＸＹＺθステージ９にてウェハ１の高さを制御する必要がある。このウェハ高さ検出方式として、例えば、光てこ方式があり、スリット光をウェハ１に照明する高さ検出用照明系とウェハ１を反射したスリット光を検出してスリット像の位置よりウェハの高さを求めるウェハ高さ検出部などを配置するようにすればよい。
【００３６】
ウェハ１の高さと対物レンズ４０の焦点位置の差を求め、許容外のデフォーカスをしている場合は、ウェハ１を焦点位置に位置決めするように機構制御部１２０がＸＹＺθステージ９に指示を出す。
【００３７】
以上の構成により、ウェハ１上の欠陥を検出するが、ＬＳＩ上の論理演算部は、一般に非周期的なパターンが形成されている。この非周期的なパターンは一般に直交した配線から形成されており、ウェハ１上に形成されているダイの並びと平行（或いは直角）方向に形成されている。
【００３８】
図１に示す例では、ダイが整列して並んでいる方向に、ＸＹＺθステージ９の走査方向Ｘとしているため、主なロジックパターンの配線は、Ｘ、Ｙ方向である。
【００３９】
図２（ａ）にウェハ１の断面構造を示す。ウェハ１の表面にはＸ方向に長手のロジックパターン３ａとＹ方向に長手のロジックパターン３ｂが形成されている。これらのパターンからの散乱光を模式的に示すために、ウェハ１上に半球を仮定する。
【００４０】
ウェハ１を照明したときに、これらのパターンからの散乱光が半球に到達すると考える、この半球に到達した光の強度を半球の上からウェハ１側にみた平面図を図２（ｂ）に示す。この図では、最外周の円に位置する光は、ウェハと水平な方向に伝播する光である。
【００４１】
また、対物レンズ４０のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に対応する位置が円３９となる。このため、円３９よりも内側に散乱する光が対物レンズ４０に捕捉される。照明光が図２（ｂ）の３４の位置ある場合、ウェハ１を正反射した正反射光３７は、光軸を中心とした点対象な位置に到達する。
【００４２】
この場合、Ｘ、Ｙ方位のパターン３ａ、３ｂからの散乱光は、図２（ｂ）において、正反射光３７を交点としたＹ、Ｘの方向に分布する。これを図２（ｂ）の３２、３３にて模式的に示している。
【００４３】
これらの散乱光は、欠陥検査する上で感度を阻害するノイズ成分が多く含まれているため、これらのロジックパターン散乱光を、例えば、図２（ｂ）の３６に示す範囲において遮光することにより、検査感度を向上することが可能となる。
【００４４】
これらのパターン散乱光を遮光する空間変調素子としては、２次元状に遮光と透過を制御された素子が配列されたシャッタアレイのようなデバイスが有効である。しかし、空間変調素子にて遮光するということは、対物レンズ４０の開口を制限することになる。このため、Ｘ、Ｙ軸に対して４５度の方位より同時に照明した場合、対物レンズ４０の開口がより小さくなり、対物レンズ４０が有する解像力を阻害する要因となる。
【００４５】
この対策として、図３に示すように、４５度方位の４方位からの照明を時間的に分割して、対物レンズ４０の解像力低下を抑制した照明を用いている。
【００４６】
４方位からの照明は、それぞれ時間差を有したストロボ照明としている。照明位置は、それぞれのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ共に、ウェハ１上の同じ位置を照明する。時間的な発光タイミングは、時間ＡのときにＬＥＤ６ａを点灯させ、他のＬＥＤ６ｂ、６ｃ、６ｄは消灯或いはウェハ１に光が届かないように遮光する。次の時間Ｂでは矢印３５の方向に点灯するＬＥＤが変わる。この時間Ｂのケースでは、ＬＥＤ６ｂのみが点灯することになる。このように点灯するＬＥＤを順次偏光することにより、照明方位を順次移動させたストロボ照明が可能となる。
【００４７】
図３にて示した回転ストロボ照明とそれぞれの方位からの照明に対応したロジックパターン散乱光を遮光する空間変調素子の形状を図４に示す。図４は、図３の時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの照明方位に対応した遮光パターンを示している。
【００４８】
図４（ａ）は図３の時間Ａに対応した遮光パターンであり、図の表現は図２（ｂ）と同様である。
【００４９】
照明光３４Ａの場合、正反射光が３７Ａに到達する。Ｘ方向に長手のパターンからの散乱光は、３２Ａの領域に分布する。また、Ｙ方向パターンからの光は３３Ａに分布する。
【００５０】
２次元状に透過と遮光を制御可能な空間変調素子を配置して、パターン散乱光が強く分布する領域３２Ａ、３３Ａを３６Ａで示すパターンで遮光する。
【００５１】
図４（ｂ）に示す、次の時間Ｂでは、正反射光が３７Ｂに到達する。このとき、遮光パターンを３６Ｂに設定する。
【００５２】
同様に、図４（ｃ）に示す時間Ｃ、図４（ｄ）に示す時間Ｄについても空間変調素子の遮光パターンをそれぞれ、３６Ｃ、３６Ｄの通り設定する。これにより、同時照明では、図４の３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄを重ねあわせた遮光部となるため、開口部が狭くなるが、以上の動作によりそれぞれの時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは、検査ノイズの多い領域だけを遮光することが可能となり不必要な遮蔽による対物レンズ４０の解像度低下を抑制することが可能となる。
【００５３】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１においては、インコヒーレント照明光学系は光源としてＬＥＤを用いたが、他の光源を用いたものである。
【００５４】
図５により、本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置のインコヒーレント照明光学系の構成について説明する。図５は本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置のインコヒーレント照明光学系の構成を示す構成図であり、他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５５】
図５（ａ）は、２つのレーザを用いた構成の一例である。波長の異なる２つのレーザ２００ａ（波長λ２ａ）と２００ｂ（波長λ２ｂ）を光源とし、ダイクロイックミラー２０２にて共通照明光路に導く。
【００５６】
共通光路にて、それぞれのレーザ光（λ２ａ）、（λ２ｂ）の揃った位相を時間的に拡散させるため、モータ２０５に取り付けられた回転拡散板２０３に入射させる。この回転拡散板２０３では、拡散板の微小な凹凸（粒）により、時間的に位相が乱れる。これらの光をレンズ２０７にて集光し、この集光位置にファイバ２０９の入射端２０４を配置する。ファイバ出射端側にレンズ２１０を配置して、ウェハ１上を照明する。
【００５７】
また、図５（ｂ）は光源としてランプを用いた構成の一例である。ランプ２０６は、ｄ線（５８８ｎｍ）、ｅ線（５４６ｎｍ）、ｇ（４３６ｎｍ）、ｈ（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）を発光する水銀ランプや水銀キセノンランプが候補であり、ランプ２０６からの光はインコヒーレント光であるため、発光した光をそのままレンズ２０７にて集光してファイバ２０９の入射端２０４に入射させる。ファイバ２０９の射出側にレンズ２１０を設け、ウェハ１を照明する。
【００５８】
この図５（ａ）、（ｂ）に示す構成では、図１に示す４方位のうち、１方位の例を模式的に示したが、実際には４系統ではなく１系統でもよく、さらに４５度方位ではなくてもよい。
【００５９】
この一例として、ＬＥＤや図５に示す照明系統を全方位に配置しても問題ない。このインコヒーレント照明による効果は、空間変調素子５５ｂにて遮光しきれなかったパターン散乱光による像を安定して検出することが狙いである。
【００６０】
この安定検出とは、コヒーレント照明によるパターンエッジ像のリップル、ウェハ１上の酸化膜の厚さむらによるパターン像の明るさ変動および、半導体回路の動作上は致命製のないパターンの微小な形状差などによる明るさの違いなどによる欠陥ではない正常パターンの明るさ変動（検査上のノイズ成分）を抑制し、検査感度を向上することが可能となる。
【００６１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において、照明光学系のレーザ光の干渉性を低減した照明方法としたものである。
【００６２】
図６〜図８により、本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成について説明する。図６および図７は本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成を示す構成図、図８は本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置のＭＥＭＳミラーアレイの構造を示す図であり、他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６３】
まず、図６に示す照明方法の例では、レーザ２００ｃからの光をパーシャルミラー２２０で第一段目の分岐を行う。このパーシャルミラー２２０は、分岐比が１（透過）：３（反射）となるようにされている。
【００６４】
透過した光はミラー２２１にてウェハ１を照明２３１する。反射した光はパーシャルミラー２２２にて第２段目の分岐が行われ、分岐比は１（反射）：２（透過）に設定されている。このパーシャルミラー２２２にて反射された光は、ウェハ１を照明２３２する。
【００６５】
パーシャルミラー２２２を透過した光は、ミラー２２３、２２４を透過してパーシャルミラー２２５にて第３段目の分岐を行う。パーシャルミラー２２５を反射した光はウェハ１を照明２３３する。
【００６６】
さらに、パーシャルミラー２２５を透過した光はミラー２２６を反射し、ウェハ１を照明２３４する。これら４光路に分岐した照明２３１、２３２、２３３、２３４は、おのおのの光路差がレーザ２００ｃを発振する光の可干渉距離以上となるように配置される。これにより、各方向から照明した光の干渉が抑制されるため、正常パターンからの散乱光の安定検出に効果がある。
【００６７】
また、図６に示す例では、レーザ光を用いて可干渉距離以上の光路差を利用したパターン安定検出方法であるが、これ以外に、レーザ光の位相を時間的に乱す方式を使用した照明方法を図７に示す。
【００６８】
図７に示す照明方法の例では、レーザ２００ｄを発振したレーザ光は、レンズ２３５、２３６にてビーム径が拡大され、ＭＥＭＳミラー２５０に入射する。このＭＥＭＳミラー２５０の表面は、個別に駆動可能なミラーが２次元状に配置されている。このミラーアレイは個々のミラーが独立して駆動可能であり、レーザ光の位相を時間的に乱して波面が時間的に２５３、２５２、２５１と変化するようにする。
【００６９】
これら時間的に波面を乱した光は、レンズ２５４にてウェハ１を照明する。これにより、パターンからの散乱光を安定検出する。散乱光検出系は、対物レンズ４０、結像レンズ４５にてイメージセンサ９０ａ上に散乱像を結像する。
【００７０】
ＭＥＭＳミラー２５０の断面構造を図８に示す。ＭＥＭＳミラー２５０は、Ｓｉ基板２６０上に複数のマイクロミラー２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…が２次元上に配列されており、位相を乱さないケースでは、図８（ａ）に示すように、マイクロミラー２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…の表面が一定の高さで固定される。
【００７１】
これに対して、時間的に位相を乱す場合は、個々のマイクロミラー２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…を、例えば図８（ｂ）に示すように、ランダムに上下移動させる。これにより、反射した光は時間的に波面の乱れが変化する。この波面を乱す周期は少なくてもイメージセンサの蓄積時間より高速に行うことにより、安定したパターン像を検出することが可能となる。
【００７２】
なお、本実施の形態の照明光学系を、実施の形態１における照明光学系のインコヒーレント照明光学系として用いるようにしてもよい。
【００７３】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１において、イメージセンサを照明光学系とインコヒーレント照明光学系共に、２個ずつ使用して位置合せ処理を行うものである。
【００７４】
図９により、本発明の実施の形態４に係る欠陥検査装置の画像処理部の処理について説明する。図９は本発明の実施の形態４に係る欠陥検査装置の画像処理部の構成を示す構成図である。
【００７５】
図９において、イメージセンサは、照明光学系用のイメージセンサ９０ａ（１）、９０ａ（２）、インコヒーレント照明光学系用のイメージセンサ９０ｂ（１）、９０ｂ（２）が設けられている。
【００７６】
また、イメージセンサ９０ａ（１）、９０ａ（２）、９０ｂ（１）、９０ｂ（２）の出力信号は、画像処理部１００に入力される。
【００７７】
イメージセンサ９０ａ（１）にて検出された画像は、階調変換部３０１ａにて例えばγ補正のような明るさの変換を行う。変換後の画像の一方は位置合せ部３０５ａに送られ、他方はメモリ３０３ａに送られる。位置合せ部３０５ａでは既に送られた画像と設計上同じパターン（例えば、隣接ダイ）となるまでメモリ３０３ａに格納されてメモリ３０３ａから送られた画像と位置合せする。
【００７８】
比較部３０７ａでは位置合せされた２画像の差画像などの比較処理を行い、比較の結果として画像の特徴量を算出する。この特徴量（例えば、濃淡差の最大値や面積など）を用いて欠陥判定部３１５にて欠陥を判定する。
【００７９】
この一連の処理をイメージセンサ９０ａ（２）、９０ｂ（１）、９０ｂ（２）のそれぞれについても同様に行う。
【００８０】
さらに、それぞれの画像で比較した結果は位置合せ部３１０に送られ、偏光、波長の異なる４画像の位置合せを行い、これら異なる光学条件での画像の特徴量を比較して、この特徴量を欠陥判定部３１５に送って欠陥を判定する。
【００８１】
以上、欠陥判定部３１５では５種類の特徴量を用いて判定を行う訳であるが、何れかの判定結果にて欠陥だと判定された場合は、残る４種類の特徴量も併せて分類部３１７に特徴量が送られる。
【００８２】
この分類部３１７にて、欠陥の種類（例えば、異物やエッチング残り、スクラッチなど）や、擬似欠陥（デバイスにとって致命性のない酸化膜の明るさむらやパターンのラフネスおよび、グレインなど）を分類し、欠陥の座標や分類結果および特徴量などを出力する。
【００８３】
このように欠陥を検出することにより、より正確な欠陥の検出を行うことができる。
【００８４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、ウェハ上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの検出を行う装置やシステムに広く適用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１…ウェハ、３ａ、３ｂ…パターン、４…欠陥、５…レーザ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…ＬＥＤ、７…電気光学素子、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…レンズ、９…ＸＹＺθステージ、１０…ＰＢＳ、１１…ビームエキスパンダ、１２、１３…ミラー、１５…１／２波長板、１７…１／４波長板、２０…シリンドリカルレンズ、２２…レーザ光、３０…照明領域、４０…対物レンズ、４２、４５…レンズ、４３…回転機構付き１／２波長板、４４…回転機構付き１／４波長板、５０…ダイクロイックミラー５０、５５ａ、５５ｂ…空間変調素子、８０ａ、８０ｂ…結像レンズ、９０ａ、９０ｂ…イメージセンサ、１００…画像処理部、１１０…操作部、１２０…機構制御部、１３０…高さ検出部、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ…レーザ、２０２…ダイクロイックミラー、２０３…回転拡散板、２０４…入射端、２０５…モータ、２０６…ランプ、２０７…レンズ、２０９…ファイバ、２１０…レンズ、２２０、２２２、２２５…パーシャルミラー、２２１，２２３，２２４，２２６…ミラー、２３５、２３６…レンズ、２５０…ＭＥＭＳミラー、２５４…レンズ、２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…マイクロミラー、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ…階調変換部、３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ…メモリ、３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ…位置合せ部、３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ、３０７ｄ…比較部、３１０…位置合せ部、３１２…比較部、３１５…欠陥判定部、３１７…分類部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経てウェハ上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの欠陥検査方法および欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体検査装置として、国際公開第ＷＯ２００３／０６９２６３号パンフレット（特許文献１）がある。この検査装置は、ウェハ表面を斜方よりレーザ光照明してウェハ上での散乱光を検出する暗視野検出光学系を搭載している。この光学系には周期的なパターンからの回折光を対物レンズの後側焦点位置(射出瞳位置)に配置した空間フィルタにより遮光している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００３／０６９２６３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハ上には様々なパターンが形成されており、欠陥の種類も発生原因に応じて多様である。ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等に代表されるパターンは、周期的なパターンが配線されており、周期パターンからの回折光を空間フィルタにて遮光可能である。
【０００５】
しかし、ウェハ上には論理演算部（ロジック部）のように、非周期的なパターンも存在する。この非周期パターン部の散乱光は、対物レンズのフーリエ変換面にて周期パターンとは異なる領域に散乱する。
【０００６】
さらに、論理演算部のロジックパターンからの散乱光は、メモリ部のように点状に分布するのではなく、広がりが大きいためパターンからの散乱光を全て遮光することはできない。このため、メモリとロジックを混載した半導体を高感度に検査する場合、以下のような問題があった。
（１）メモリ部とロジック部で異なる空間フィルタを設定する必要がある
（２）ロジック部ではパターンからの散乱光を完全には遮光することが不可能なため、パターン像の明るさ変動が検査感度を阻害する要因となる。このため、ロジックパターン像を安定検出する必要がある。
（３）メモリ部に対してロジック部では、パターンが明るく検出されるため、照明光を一定として画像を検出すると、メモリ部に対してロジック部の明るさが光検出器の飽和レベルに達してしまい、ロジック部が実質非検査になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ウェハ上に存在する多種多様なパターン上においても欠陥を高感度且つ高捕捉率で検出する欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１０】
すなわち、代表的なものの概要は、レーザを光源として試料の法線に対して斜方よりコヒーレント照明する第１の照明手段と、第１の照明手段とは異なる波長のインコヒーレント光を照明する第２の照明手段と、試料からの散乱光を捕捉する検出系と、検出系において第１の照明手段と第２の照明手段に対応した波長に分岐された検出光路の少なくとも一方に配置され、試料からの散乱光の一部を遮光する空間フィルタを備え、空間フィルタを透過した散乱光に基づいて、欠陥候補を判定する。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１２】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、ウェハ上に存在する多種多様な正常パターンからの散乱光や回折光を適切に遮光して検査対象欠陥からの散乱光を効率的に検出することにより、欠陥を顕在化した高感度化に有利な画像を得ることができる。
【００１３】
また、微小欠陥の散乱光確保のために照明光強度を高くした場合においても、散乱光量の多い正常パターン画像の明るさ飽和を低減することが可能であり、欠陥の捕捉率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における散乱光を説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における回転ストロボ照明を説明するための説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における空間変調素子の遮光パターンを説明するための説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置のインコヒーレント照明光学系の構成を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置のＭＥＭＳミラーアレイの構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る欠陥検査装置の画像処理部の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜図４により、本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成および動作について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す構成図、図２は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における散乱光を説明するための説明図、図３は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における回転ストロボ照明を説明するための説明図、図４は本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置における空間変調素子の遮光パターンを説明するための説明図である。
【００１７】
図１において、欠陥検査装置は、ウェハ１が搭載されるＸＹＺθステージ９、レーザ５、電気光学素子７、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１０、ビームエキスパンダ１１、ミラー１２、１３、１／２波長板１５、１／４波長板１７、およびシリンドリカルレンズ２０からなる照明光学系、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、およびレンズ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからなるインコヒーレント照明光学系、対物レンズ４０、レンズ４２、４５、ダイクロイックミラー５０、空間フィルタである空間変調素子５５ａ、５５ｂ、結像レンズ８０ａ、８０ｂ、およびイメージセンサ９０ａ、９０ｂからなる検出光学系、画像処理部１００、操作部１１０、機構制御部１２０から構成されている。
【００１８】
ウェハ１はＸＹＺθステージ９上に搭載されており、ウェハ１上に形成されたパターンとステージ走査方向のθアライメントを行う。ウェハ１の暗視野画像はＸ方向にＸＹＺθステージ９を定速走査しながら連続的に散乱光の画像を検出する。
【００１９】
照明光学系はウェハ１に対して斜方に配置しており、ウェハ１を線状照明３０する。照明光学系に用いられている光源はレーザ５であり、発振波長λ１はＹＡＧ第２高調波の５３２ｎｍレーザや、第３高調波３５５ｎｍ或いは第４高調波２６６ｎｍレーザ、１９９ｎｍレーザなどＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光から可視光が候補である。
【００２０】
また、複数波長を発振する複数波長レーザやランプが候補である。ランプはｄ線（５８８ｎｍ）、ｅ線（５４６ｎｍ）、ｇ（４３６ｎｍ）、ｈ（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）を発光する水銀ランプや水銀キセノンランプが候補である。
【００２１】
レーザ５を発振したレーザ光２２は電気的に偏光を所定の方向に制御する電気光学素子７（ＬｉＮｂＯ３やＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３の略］など）に入射する。電気光学素子７の代わりにガーネット膜などからなる磁気光学素子を用いてもよい。
【００２２】
この偏光方向を制御することによりＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１０を透過する光は所定の光量に減光され、ビームエキスパンダ１１に入射してビーム径を拡大する。
【００２３】
ミラー１２、１３にてビームをウェハ１側に反射させ、それぞれ回転可能な１／２波長板１５と１／４波長板１７にて所定の偏光状態に設定する。
【００２４】
例えば、ウェハ１に対して、Ｓ偏光、Ｐ偏光やその中間的な角度で振動する直線偏光或いは、右または左回りの楕円（円）偏光がある。レーザ光２２によるウェハ１上での照明範囲は、Ｘ方向に細くＹ方向に長い細線照明となるように、シリンドリカルレンズ２０を配置する。
【００２５】
もう一方の照明系として、インコヒーレント照明光学系を配置している。このインコヒーレント光（λ２）は、レーザ５のコヒーレント光（λ１）とは異なる波長の光源を有している。本実施の形態の例では、４つのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを備えている。それぞれのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄはＺ軸からウェハ１を平面的にみたときに、Ｘ、Ｙ方向に対してほぼ４５度の角度をなした方位に配置されている。
【００２６】
これらのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから発光する光は特定の波長幅を有したインコヒーレント光であり、複数個配置することにより、空間的なコヒーレンスをさらに低下させる効果がある。
【００２７】
４方位のＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから発光した光は、それぞれの光路に配置したレンズ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄにてウェハ１上に線状に照明する。
【００２８】
ウェハ１上のパターンや欠陥で散乱した光の内、対物レンズ４０のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）内に伝播した光は対物レンズ４０に捕捉され、検出光学系に導かれる。
【００２９】
検出光学系にはレンズ４２、４５および、ダイクロイックミラー５０が配置されている。ダイクロイックミラー５０にてコヒーレント光（λ１）とインコヒーレント光（λ２）に分岐されたそれぞれの光路に対物レンズ４０の瞳（フーリエ変換面）と共役な像を形成する。それぞれ瞳像位置に空間変調素子５５ａ、５５ｂを配置して特定の散乱光や回折光を遮光する。
【００３０】
空間変調素子５５ａ、５５ｂを透過した光は、結像レンズ８０ａ、８０ｂにてそれぞれのイメージセンサ９０ａ、９０ｂ上に散乱像を形成する。イメージセンサ９０ａ、９０ｂにて検出した画像は、画像処理部１００に入力され、設計上同一パターンの画像（例えば、隣接ダイの画像）と比較処理して欠陥を検出する。
【００３１】
検出した欠陥の座標や大きさおよび明るさなどの欠陥情報は操作部１１０に送られ、欠陥検査装置のユーザがウェハ１上の欠陥マップなどの欠陥情報を表示・欠陥情報データを出力することが可能となる。
【００３２】
また、操作部１１０は欠陥検査装置の動作指示を行う機能も備えており、機構制御部１２０に動作の指示を行い、機構制御部１２０からＸＹＺθステージ９や光学部品の動作をコントロールする。
【００３３】
この検出光学系の用いる空間変調素子５５ａ、５５ｂとして、複屈折素子（ＬｉＮｂＯ３やＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３の略］など）の電気光学効果を利用したマイクロシャッタアレイや液晶フィルタおよびＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いた１次元および２次元アレイ状のフィルタなどがある。
【００３４】
これらのデバイスでは、電気制御により高速に光の透過／遮光をスイッチングできるため、ウェハ１上のパターン３のピッチや形状に応じて検査中に適切なフィルタリングパターンに変更することが可能となる。
【００３５】
また、ウェハ１の表層を対物レンズ４０の焦点位置と一致させるためにはウェハ高さを検出して、ＸＹＺθステージ９にてウェハ１の高さを制御する必要がある。このウェハ高さ検出方式として、例えば、光てこ方式があり、スリット光をウェハ１に照明する高さ検出用照明系とウェハ１を反射したスリット光を検出してスリット像の位置よりウェハの高さを求めるウェハ高さ検出部などを配置するようにすればよい。
【００３６】
ウェハ１の高さと対物レンズ４０の焦点位置の差を求め、許容外のデフォーカスをしている場合は、ウェハ１を焦点位置に位置決めするように機構制御部１２０がＸＹＺθステージ９に指示を出す。
【００３７】
以上の構成により、ウェハ１上の欠陥を検出するが、ＬＳＩ上の論理演算部は、一般に非周期的なパターンが形成されている。この非周期的なパターンは一般に直交した配線から形成されており、ウェハ１上に形成されているダイの並びと平行（或いは直角）方向に形成されている。
【００３８】
図１に示す例では、ダイが整列して並んでいる方向に、ＸＹＺθステージ９の走査方向Ｘとしているため、主なロジックパターンの配線は、Ｘ、Ｙ方向である。
【００３９】
図２（ａ）にウェハ１の断面構造を示す。ウェハ１の表面にはＸ方向に長手のロジックパターン３ａとＹ方向に長手のロジックパターン３ｂが形成されている。これらのパターンからの散乱光を模式的に示すために、ウェハ１上に半球を仮定する。
【００４０】
ウェハ１を照明したときに、これらのパターンからの散乱光が半球に到達すると考える、この半球に到達した光の強度を半球の上からウェハ１側にみた平面図を図２（ｂ）に示す。この図では、最外周の円に位置する光は、ウェハと水平な方向に伝播する光である。
【００４１】
また、対物レンズ４０のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に対応する位置が円３９となる。このため、円３９よりも内側に散乱する光が対物レンズ４０に捕捉される。照明光が図２（ｂ）の３４の位置ある場合、ウェハ１を正反射した正反射光３７は、光軸を中心とした点対象な位置に到達する。
【００４２】
この場合、Ｘ、Ｙ方位のパターン３ａ、３ｂからの散乱光は、図２（ｂ）において、正反射光３７を交点としたＹ、Ｘの方向に分布する。これを図２（ｂ）の３２、３３にて模式的に示している。
【００４３】
これらの散乱光は、欠陥検査する上で感度を阻害するノイズ成分が多く含まれているため、これらのロジックパターン散乱光を、例えば、図２（ｂ）の３６に示す範囲において遮光することにより、検査感度を向上することが可能となる。
【００４４】
これらのパターン散乱光を遮光する空間変調素子としては、２次元状に遮光と透過を制御された素子が配列されたシャッタアレイのようなデバイスが有効である。しかし、空間変調素子にて遮光するということは、対物レンズ４０の開口を制限することになる。このため、Ｘ、Ｙ軸に対して４５度の方位より同時に照明した場合、対物レンズ４０の開口がより小さくなり、対物レンズ４０が有する解像力を阻害する要因となる。
【００４５】
この対策として、図３に示すように、４５度方位の４方位からの照明を時間的に分割して、対物レンズ４０の解像力低下を抑制した照明を用いている。
【００４６】
４方位からの照明は、それぞれ時間差を有したストロボ照明としている。照明位置は、それぞれのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ共に、ウェハ１上の同じ位置を照明する。時間的な発光タイミングは、時間ＡのときにＬＥＤ６ａを点灯させ、他のＬＥＤ６ｂ、６ｃ、６ｄは消灯或いはウェハ１に光が届かないように遮光する。次の時間Ｂでは矢印３５の方向に点灯するＬＥＤが変わる。この時間Ｂのケースでは、ＬＥＤ６ｂのみが点灯することになる。このように点灯するＬＥＤを順次偏光することにより、照明方位を順次移動させたストロボ照明が可能となる。
【００４７】
図３にて示した回転ストロボ照明とそれぞれの方位からの照明に対応したロジックパターン散乱光を遮光する空間変調素子の形状を図４に示す。図４は、図３の時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの照明方位に対応した遮光パターンを示している。
【００４８】
図４（ａ）は図３の時間Ａに対応した遮光パターンであり、図の表現は図２（ｂ）と同様である。
【００４９】
照明光３４Ａの場合、正反射光が３７Ａに到達する。Ｘ方向に長手のパターンからの散乱光は、３２Ａの領域に分布する。また、Ｙ方向パターンからの光は３３Ａに分布する。
【００５０】
２次元状に透過と遮光を制御可能な空間変調素子を配置して、パターン散乱光が強く分布する領域３２Ａ、３３Ａを３６Ａで示すパターンで遮光する。
【００５１】
図４（ｂ）に示す、次の時間Ｂでは、正反射光が３７Ｂに到達する。このとき、遮光パターンを３６Ｂに設定する。
【００５２】
同様に、図４（ｃ）に示す時間Ｃ、図４（ｄ）に示す時間Ｄについても空間変調素子の遮光パターンをそれぞれ、３６Ｃ、３６Ｄの通り設定する。これにより、同時照明では、図４の３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄを重ねあわせた遮光部となるため、開口部が狭くなるが、以上の動作によりそれぞれの時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは、検査ノイズの多い領域だけを遮光することが可能となり不必要な遮蔽による対物レンズ４０の解像度低下を抑制することが可能となる。
【００５３】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１においては、インコヒーレント照明光学系は光源としてＬＥＤを用いたが、他の光源を用いたものである。
【００５４】
図５により、本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置のインコヒーレント照明光学系の構成について説明する。図５は本発明の実施の形態２に係る欠陥検査装置のインコヒーレント照明光学系の構成を示す構成図であり、他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５５】
図５（ａ）は、２つのレーザを用いた構成の一例である。波長の異なる２つのレーザ２００ａ（波長λ２ａ）と２００ｂ（波長λ２ｂ）を光源とし、ダイクロイックミラー２０２にて共通照明光路に導く。
【００５６】
共通光路にて、それぞれのレーザ光（λ２ａ）、（λ２ｂ）の揃った位相を時間的に拡散させるため、モータ２０５に取り付けられた回転拡散板２０３に入射させる。この回転拡散板２０３では、拡散板の微小な凹凸（粒）により、時間的に位相が乱れる。これらの光をレンズ２０７にて集光し、この集光位置にファイバ２０９の入射端２０４を配置する。ファイバ出射端側にレンズ２１０を配置して、ウェハ１上を照明する。
【００５７】
また、図５（ｂ）は光源としてランプを用いた構成の一例である。ランプ２０６は、ｄ線（５８８ｎｍ）、ｅ線（５４６ｎｍ）、ｇ（４３６ｎｍ）、ｈ（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）を発光する水銀ランプや水銀キセノンランプが候補であり、ランプ２０６からの光はインコヒーレント光であるため、発光した光をそのままレンズ２０７にて集光してファイバ２０９の入射端２０４に入射させる。ファイバ２０９の射出側にレンズ２１０を設け、ウェハ１を照明する。
【００５８】
この図５（ａ）、（ｂ）に示す構成では、図１に示す４方位のうち、１方位の例を模式的に示したが、実際には４系統ではなく１系統でもよく、さらに４５度方位ではなくてもよい。
【００５９】
この一例として、ＬＥＤや図５に示す照明系統を全方位に配置しても問題ない。このインコヒーレント照明による効果は、空間変調素子５５ｂにて遮光しきれなかったパターン散乱光による像を安定して検出することが狙いである。
【００６０】
この安定検出とは、コヒーレント照明によるパターンエッジ像のリップル、ウェハ１上の酸化膜の厚さむらによるパターン像の明るさ変動および、半導体回路の動作上は致命製のないパターンの微小な形状差などによる明るさの違いなどによる欠陥ではない正常パターンの明るさ変動（検査上のノイズ成分）を抑制し、検査感度を向上することが可能となる。
【００６１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において、照明光学系のレーザ光の干渉性を低減した照明方法としたものである。
【００６２】
図６〜図８により、本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成について説明する。図６および図７は本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置の照明光学系の構成を示す構成図、図８は本発明の実施の形態３に係る欠陥検査装置のＭＥＭＳミラーアレイの構造を示す図であり、他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６３】
まず、図６に示す照明方法の例では、レーザ２００ｃからの光をパーシャルミラー２２０で第一段目の分岐を行う。このパーシャルミラー２２０は、分岐比が１（透過）：３（反射）となるようにされている。
【００６４】
透過した光はミラー２２１にてウェハ１を照明２３１する。反射した光はパーシャルミラー２２２にて第２段目の分岐が行われ、分岐比は１（反射）：２（透過）に設定されている。このパーシャルミラー２２２にて反射された光は、ウェハ１を照明２３２する。
【００６５】
パーシャルミラー２２２を透過した光は、ミラー２２３、２２４を透過してパーシャルミラー２２５にて第３段目の分岐を行う。パーシャルミラー２２５を反射した光はウェハ１を照明２３３する。
【００６６】
さらに、パーシャルミラー２２５を透過した光はミラー２２６を反射し、ウェハ１を照明２３４する。これら４光路に分岐した照明２３１、２３２、２３３、２３４は、おのおのの光路差がレーザ２００ｃを発振する光の可干渉距離以上となるように配置される。これにより、各方向から照明した光の干渉が抑制されるため、正常パターンからの散乱光の安定検出に効果がある。
【００６７】
また、図６に示す例では、レーザ光を用いて可干渉距離以上の光路差を利用したパターン安定検出方法であるが、これ以外に、レーザ光の位相を時間的に乱す方式を使用した照明方法を図７に示す。
【００６８】
図７に示す照明方法の例では、レーザ２００ｄを発振したレーザ光は、レンズ２３５、２３６にてビーム径が拡大され、ＭＥＭＳミラー２５０に入射する。このＭＥＭＳミラー２５０の表面は、個別に駆動可能なミラーが２次元状に配置されている。このミラーアレイは個々のミラーが独立して駆動可能であり、レーザ光の位相を時間的に乱して波面が時間的に２５３、２５２、２５１と変化するようにする。
【００６９】
これら時間的に波面を乱した光は、レンズ２５４にてウェハ１を照明する。これにより、パターンからの散乱光を安定検出する。散乱光検出系は、対物レンズ４０、結像レンズ４５にてイメージセンサ９０ａ上に散乱像を結像する。
【００７０】
ＭＥＭＳミラー２５０の断面構造を図８に示す。ＭＥＭＳミラー２５０は、Ｓｉ基板２６０上に複数のマイクロミラー２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…が２次元上に配列されており、位相を乱さないケースでは、図８（ａ）に示すように、マイクロミラー２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…の表面が一定の高さで固定される。
【００７１】
これに対して、時間的に位相を乱す場合は、個々のマイクロミラー２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…を、例えば図８（ｂ）に示すように、ランダムに上下移動させる。これにより、反射した光は時間的に波面の乱れが変化する。この波面を乱す周期は少なくてもイメージセンサの蓄積時間より高速に行うことにより、安定したパターン像を検出することが可能となる。
【００７２】
なお、本実施の形態の照明光学系を、実施の形態１における照明光学系のインコヒーレント照明光学系として用いるようにしてもよい。
【００７３】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１において、イメージセンサを照明光学系とインコヒーレント照明光学系共に、２個ずつ使用して位置合せ処理を行うものである。
【００７４】
図９により、本発明の実施の形態４に係る欠陥検査装置の画像処理部の処理について説明する。図９は本発明の実施の形態４に係る欠陥検査装置の画像処理部の構成を示す構成図である。
【００７５】
図９において、イメージセンサは、照明光学系用のイメージセンサ９０ａ（１）、９０ａ（２）、インコヒーレント照明光学系用のイメージセンサ９０ｂ（１）、９０ｂ（２）が設けられている。
【００７６】
また、イメージセンサ９０ａ（１）、９０ａ（２）、９０ｂ（１）、９０ｂ（２）の出力信号は、画像処理部１００に入力される。
【００７７】
イメージセンサ９０ａ（１）にて検出された画像は、階調変換部３０１ａにて例えばγ補正のような明るさの変換を行う。変換後の画像の一方は位置合せ部３０５ａに送られ、他方はメモリ３０３ａに送られる。位置合せ部３０５ａでは既に送られた画像と設計上同じパターン（例えば、隣接ダイ）となるまでメモリ３０３ａに格納されてメモリ３０３ａから送られた画像と位置合せする。
【００７８】
比較部３０７ａでは位置合せされた２画像の差画像などの比較処理を行い、比較の結果として画像の特徴量を算出する。この特徴量（例えば、濃淡差の最大値や面積など）を用いて欠陥判定部３１５にて欠陥を判定する。
【００７９】
この一連の処理をイメージセンサ９０ａ（２）、９０ｂ（１）、９０ｂ（２）のそれぞれについても同様に行う。
【００８０】
さらに、それぞれの画像で比較した結果は位置合せ部３１０に送られ、偏光、波長の異なる４画像の位置合せを行い、これら異なる光学条件での画像の特徴量を比較して、この特徴量を欠陥判定部３１５に送って欠陥を判定する。
【００８１】
以上、欠陥判定部３１５では５種類の特徴量を用いて判定を行う訳であるが、何れかの判定結果にて欠陥だと判定された場合は、残る４種類の特徴量も併せて分類部３１７に特徴量が送られる。
【００８２】
この分類部３１７にて、欠陥の種類（例えば、異物やエッチング残り、スクラッチなど）や、擬似欠陥（デバイスにとって致命性のない酸化膜の明るさむらやパターンのラフネスおよび、グレインなど）を分類し、欠陥の座標や分類結果および特徴量などを出力する。
【００８３】
このように欠陥を検出することにより、より正確な欠陥の検出を行うことができる。
【００８４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、ウェハ上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの検出を行う装置やシステムに広く適用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１…ウェハ、３ａ、３ｂ…パターン、４…欠陥、５…レーザ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…ＬＥＤ、７…電気光学素子、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…レンズ、９…ＸＹＺθステージ、１０…ＰＢＳ、１１…ビームエキスパンダ、１２、１３…ミラー、１５…１／２波長板、１７…１／４波長板、２０…シリンドリカルレンズ、２２…レーザ光、３０…照明領域、４０…対物レンズ、４２、４５…レンズ、４３…回転機構付き１／２波長板、４４…回転機構付き１／４波長板、５０…ダイクロイックミラー５０、５５ａ、５５ｂ…空間変調素子、８０ａ、８０ｂ…結像レンズ、９０ａ、９０ｂ…イメージセンサ、１００…画像処理部、１１０…操作部、１２０…機構制御部、１３０…高さ検出部、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ…レーザ、２０２…ダイクロイックミラー、２０３…回転拡散板、２０４…入射端、２０５…モータ、２０６…ランプ、２０７…レンズ、２０９…ファイバ、２１０…レンズ、２２０、２２２、２２５…パーシャルミラー、２２１，２２３，２２４，２２６…ミラー、２３５、２３６…レンズ、２５０…ＭＥＭＳミラー、２５４…レンズ、２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…マイクロミラー、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ…階調変換部、３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ…メモリ、３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ…位置合せ部、３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ、３０７ｄ…比較部、３１０…位置合せ部、３１２…比較部、３１５…欠陥判定部、３１７…分類部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
ステージにより、前記試料を水平な面内にて走査し、
コヒーレント光とインコヒーレント光の２系統の照明により、前記試料の法線に対して斜方より照明し、
前記試料にて散乱した光が捕捉されて、前記２系統の照明に対応する光のそれぞれが分岐された２系統の検出光路のそれぞれに配置された空間フィルタにより、前記試料からの散乱光の一部を遮光し、
前記２系統の検出光路に配置されたイメージセンサにより、前記２系統の検出光路のそれぞれに配置された前記空間フィルタを透過した散乱光を結像させ、
画像処理部により、前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査方法において、
前記コヒーレント光の波長とインコヒーレント光の波長が異なることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
ステージにより、前記試料を水平な面内にて走査し、
複数の照明により、複数の方位より前記試料を時間的に分割して照明し、
検出手段により、前記試料からの散乱光を捕捉し、前記時間的分割照明に対応して異なる空間フィルタリングを行い、
イメージセンサにより、前記検出手段にて前記空間フィルタリングされた散乱光を結像させ、
画像処理部により、前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
ステージにより、前記試料を水平な面内にて走査し、
コヒーレント光の照明により、前記試料の法線に対して斜方より線状に照明し、
時間的波面変調素子により、前記コヒーレント光の光束内の波面を時間的に変動させ、
検出手段により、前記試料からの散乱光を捕捉し、
イメージセンサにより、前記検出手段にて捕捉された散乱光を結像させ、
画像処理部により、前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
請求項４記載の欠陥検査方法において、
前記時間的波面変調素子は、液晶或いは電気光学素子或いは磁気光学素子或いはＭＥＭＳを用いたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項６】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記試料を水平な面内にて走査するステージと、
レーザを光源として前記試料の法線に対して斜方よりコヒーレント照明する第１の照明手段と、
前記第１の照明手段とは異なる波長のインコヒーレント光を照明する第２の照明手段と、
前記試料からの散乱光を捕捉する検出系と、
前記検出系において前記第１の照明手段と第２の照明手段に対応した波長に分岐した検出光路の少なくとも一方に配置され、前記試料からの散乱光の一部を遮光する空間フィルタと、
前記それぞれの検出光路に配置され、前記試料の散乱像を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項６記載の欠陥検査装置において、
前記第２の照明手段は、レーザを光源として光を時間的位相変調してから前記試料を照明するものであり、時間的位相変調手段として２次元状にマイクロミラーを配置したＭＥＭＳデバイスであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項６記載の欠陥検査装置において、
前記第２の照明手段は、前記試料の主な配線方向に対して４５度傾いた複数の方位から照明し、時間的に照明方位を変更し、
前記空間フィルタの遮光パターンは、前記時間的に変更された照明方位と同期して変更されることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の欠陥検査装置において、
前記空間フィルタが、２次元状にシャッタを複数配置したＭＥＭＳシャッタアレイであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
ステージにより、前記試料を水平な面内にて走査し、
コヒーレント光とインコヒーレント光の２系統の照明により、前記試料の法線に対して斜方より照明し、
前記試料にて散乱した光が捕捉されて、前記２系統の照明に対応する光のそれぞれが分岐された２系統の検出光路のそれぞれに配置された空間フィルタにより、前記試料からの散乱光の一部を遮光し、
前記２系統の検出光路に配置されたイメージセンサにより、前記２系統の検出光路のそれぞれに配置された前記空間フィルタを透過した散乱光を結像させ、
画像処理部により、前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査方法において、
前記コヒーレント光の波長とインコヒーレント光の波長が異なることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
ステージにより、前記試料を水平な面内にて走査し、
複数の照明により、複数の方位より前記試料を時間的に分割して照明し、
検出手段により、前記試料からの散乱光を捕捉し、前記時間的分割照明に対応して異なる空間フィルタリングを行い、
イメージセンサにより、前記検出手段にて前記空間フィルタリングされた散乱光を結像させ、
画像処理部により、前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
ステージにより、前記試料を水平な面内にて走査し、
コヒーレント光の照明により、前記試料の法線に対して斜方より線状に照明し、
時間的波面変調素子により、前記コヒーレント光の光束内の波面を時間的に変動させ、
検出手段により、前記試料からの散乱光を捕捉し、
イメージセンサにより、前記検出手段にて捕捉された散乱光を結像させ、
画像処理部により、前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
請求項４記載の欠陥検査方法において、
前記時間的波面変調素子は、液晶或いは電気光学素子或いは磁気光学素子或いはＭＥＭＳを用いたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項６】
回路パターンが形成された試料の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記試料を水平な面内にて走査するステージと、
レーザを光源として前記試料の法線に対して斜方よりコヒーレント照明する第１の照明手段と、
前記第１の照明手段とは異なる波長のインコヒーレント光を照明する第２の照明手段と、
前記試料からの散乱光を捕捉する検出系と、
前記検出系において前記第１の照明手段と第２の照明手段に対応した波長に分岐した検出光路の少なくとも一方に配置され、前記試料からの散乱光の一部を遮光する空間フィルタと、
前記それぞれの検出光路に配置され、前記試料の散乱像を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサにて検出された散乱画像を比較処理し、欠陥候補を判定する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項６記載の欠陥検査装置において、
前記第２の照明手段は、レーザを光源として光を時間的位相変調してから前記試料を照明するものであり、時間的位相変調手段として２次元状にマイクロミラーを配置したＭＥＭＳデバイスであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項６記載の欠陥検査装置において、
前記第２の照明手段は、前記試料の主な配線方向に対して４５度傾いた複数の方位から照明し、時間的に照明方位を変更し、
前記空間フィルタの遮光パターンは、前記時間的に変更された照明方位と同期して変更されることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の欠陥検査装置において、
前記空間フィルタが、２次元状にシャッタを複数配置したＭＥＭＳシャッタアレイであることを特徴とする欠陥検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２５６１４８（Ｐ２０１０−２５６１４８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０５９１３（Ｐ２００９−１０５９１３）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【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２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【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 ]