欠陥検査方法及びこれを用いた装置
【課題】
パルスレーザ光源から発射されるパルスレーザのパルス発振周波数よりも高いサンプリングレートで試料にダメージを与えることなく検査することを可能にする。
【解決手段】
パルス光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割し、この分割されたパルス光を試料に照射し、照射により試料から発生した散乱光を集光して検出し、試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて試料上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、１パルス分の光を複数のパルス光に分割することを、分割した各パルス光のピーク値がほぼ一定になるように制御して分割するようにした。
パルスレーザ光源から発射されるパルスレーザのパルス発振周波数よりも高いサンプリングレートで試料にダメージを与えることなく検査することを可能にする。
【解決手段】
パルス光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割し、この分割されたパルス光を試料に照射し、照射により試料から発生した散乱光を集光して検出し、試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて試料上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、１パルス分の光を複数のパルス光に分割することを、分割した各パルス光のピーク値がほぼ一定になるように制御して分割するようにした。
【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試料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及びこれを用いた装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体デバイスの検査装置として、特許文献1（特開２００３−１３０８０８号公報）及び特許文献２（特開２００７−８５９５８号公報）に記載されているような構成のものがある。この特許文献1に記載されている半導体デバイスの検査装置は、光源にＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）域のパルスレーザが用いられている。この領域のパルスレーザ光はパルス繰返し周波数が低いため、そのまま用いたのでは検査速度が低下してしまう。このため、特許文献1にはレーザ光源を発振したパルス光を遅延光路にて複数のパルスに分割する方法が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されている半導体デバイスの検査装置は、パルス発振のＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）レーザを用いているが，パルスの尖頭値を低減させて試料へのダメージを抑えるために、光源から発射されたパルスレーザを分割して試料に照射する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３０８０８号公報
【特許文献２】特開２００７−８５９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
散乱光検出方式による半導体ウェハ上の欠陥検出感度を向上するためには、欠陥からの散乱光を多く検出することが有効である。レイリー散乱領域では一般に散乱光は波長の４乗に反比例する特性があり、短波長化することにより、欠陥からの散乱光強度を高くすることができる。検査用途に適用可能な高出力の短波長光源としては、ＤＵＶ領域の２４８nm（ＫｒＦ）エキシマレーザや１９３nm（ＡｒＦ）エキシマレーザ及び、１５７nm（Ｆ２）レーザなどがある。これらの気体レーザは、高出力の利点はあるが、パルス発振周波数が数ｋＨｚ程度であり、検査向けに行われる散乱光のサンプリング周波数（数ＭＨｚ以上）に対して、３桁以上遅い。このため、照明パルスに対応して散乱光をサンプリングすると、検査時間が遅くなるという問題がある。
【０００６】
このようなパルスレーザ光源を検査装置に用いる方法として、特許文献１および２にはパルスレーザ光源から発射されたレーザを光路の途中で複数のパルスに分割して試料に照射する方法が記載されているが、特許文献１および２ではパルスの尖頭値を低減することを目的としており、パルスレーザ光源から発射されるパルスレーザのパルス発振周波数よりも高いサンプリングレートで試料を検査することについては記載されていない。
【０００７】
また、欠陥散乱光は照明のレーザ光強度に比例するため高感度化のためには、レーザ光強度を高めたい。しかし、ウェハをパルス照明すると、パルス尖頭値に起因したウェハの瞬時温度上昇に伴うウェハのダメージと、連続パルス照明による平均的なウェハ温度上昇によるウェハダメージの問題があるため、レーザ光強度を高める制約条件となっている。これら、瞬時温度上昇と平均温度上昇によるダメージを受ける限界照度以下に照度を確保して検査する必要がある。
【０００８】
さらに、ウェハ上には多種の欠陥があり、ウェハ製造工程や半導体デバイス製造工程では多種の欠陥を安定して検出するニーズが高い。これら欠陥の大きさや形状などによって、欠陥の散乱分布が多様に変化する。このため、欠陥散乱分布が変化しても散乱光を検出可能な光学系の構成にする必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、パルスレーザ光源から発射されるパルスレーザのパルス発振周波数よりも高いサンプリングレートで試料にダメージを与えることなく検査することが可能な半導体デバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明では、パルス光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割し、この分割されたパルス光を試料に照射し、照射により試料から発生した散乱光を集光して検出し、試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて試料上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、１パルス分の光を複数のパルス光に分割することを、分割した各パルス光のピーク値がほぼ一定になるように制御して分割するようにした。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明では、欠陥検出装置を、パルスレーザを発射するパルスレーザ光源と、このパルスレーザ光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割するパルス分割手段と、このパルス分割手段で分割されたパルス光を試料に照射する照射手段と、この照射手段により分割されたパルス光が照射された試料から発生した散乱光を集光して検出する散乱光検出手段と、この散乱光検出手段で試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備え、パルス分割手段には、１パルス分の光を複数のパルス光に分割するためのパルス分割光路部と、このパルス分割光路部から出射するパルス分割されたレーザの各分割されたパルスごとのピーク値がほぼ一定になるように制御するパルスピーク値制御部を備えて構成した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、散乱光のサンプリング周波数よりも低い繰返し周波数のパルス光源を用いた場合においても、実質的なサンプリング周波数を低下させることなく、高速に検査することが可能となる。さらに、複数視野を同じ照明条件で同時照明することにより、高速検査を可能とする。さらに、複数視野を異なる光学条件で同時照明することにより、各種欠陥の高感度検出を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検査装置の全体構成の概略を示すブロック図である。
【図２】パルス分割光路の構成を示すブロック図である。
【図３】パルス分割光路に入射したパルス光の電気光学素子に入射する前の偏光の状態（左側）と電気光学素子を出射した直後の偏光の状態（右側）を示す図である。
【図４】パルス分割光路を１周したパルス光が再び電気光学素子に入射する前の偏光の状態（左側）と電気光学素子を出射した直後の偏光の状態（右側）を示す図である。
【図５】パルス分割光路をｎ周したパルス光が再び電気光学素子に入射する前の偏光の状態（左側）と電気光学素子を出射した直後の偏光の状態（右側）を示す図である。
【図６】１パルス分の光を従来のパルス分割方法で分割したときの光強度変化の概念を説明するグラフである。
【図７】１パルス分の光を本発明の実施例による均一強度パルス分割方法で分割したときの光強度変化の概念を説明するグラフである。
【図８】１パルス分の光を本発明の実施例による均一強度パルス分割方法で分割したときのパルス分割光路からの出力の状態を説明するグラフである。
【図９】照明光の光路を３つに分岐して、ウェハ上の３箇所を同時に照明している状態を示しウェハの平面図である。
【図１０】照明光の光路をミラーを使って３つに分岐してウェハ上の３箇所を同時に照明し、それぞれの照明領域からの前方散乱光と側方散乱光とを４方向に配置した検出光学系で検出する概略の構成を示すウェハと検出光学系の平面図である。
【図１１】照明光の光路をレンズの組み合わせで３つに分岐する光学系の概略を示す平面図である。
【図１２】照明光の光路をミラーとレンズの組み合わせで３つに分岐してウェハ上の３箇所を同時に照明し、それぞれの照明領域からの前方散乱光と側方散乱光及び後方散乱光を４方向に配置した検出光学系で検出する概略の構成を示すウェハと検出光学系の平面図である。
【図１３】照明光の照明強度制御を行った場合のウェハの半径方向の照明光の照射位置とウェハ温度との関係を示すグラフである。
【図１４Ａ】ウェハの半径方向の照明位置とウェハの回転速度との関係を示すグラフである。
【図１４Ｂ】ウェハの半径方向の照明位置とアッテネータの透過率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
本発明による半導体ウェハ欠陥検査装置の構成を図１に示す。
【００１５】
半導体ウェハ欠陥検査装置は、検査対象となる半導体ウェハ1を載置するステージ部１１００、検査対象となる半導体ウェハ1に照明光を照射する照明光学系部１２００、照明光が照射された半導体ウェハ１からの散乱光を検出する散乱光検出光学系部１３００、散乱光を検出した散乱光検出光学系部１３００からの出力信号を処理する信号処理部１４００及び全体を制御する制御部１５００を備えて構成される。
【００１６】
ステージ部１１００は、検査対象となる半導体ウェハ1を保持するチャック２、チャックを搭載する回転ステージ３、高さ方向に移動可能なＺステージ５、平面内でＸ軸方向に移動可能なＸステージ６、平面内でＸ軸方向に対して直角なＹ軸方向に移動可能なＹステージ７を備えている。
【００１７】
照明光学系部１２００は、パルスレーザを発振するレーザ光源１０、アッテネータ１５、パルスレーザのパルスを分割するパルス分割光路２０、偏光素子２５、ミラー３０，３２，３３を備えている。
【００１８】
散乱光検出光学系部１３００は、仰角、方位角の異なる複数の位置に配置された対物レンズ４０，４５，５０，５５、各対物レンズで形成された光学像を検出するセンサ４１、４６，５１，５６を備えている。
【００１９】
信号処理部１４００は、センサ４１、４６，５１，５６の出力をそれぞれＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換器６０，６５，７０，７５、各Ａ/Ｄ変換器で変換された信号を処理する信号処理部８０を備えている。
【００２０】
制御部１５００は、ステージ部１１００の各ステージや照明光学系部１２００のアッテネータ１５、パルス分割光路２０、偏光素子２５、ミラー３０等の可動機構部の動きを制御するメカニカルコントローラ９５と操作部９０を備えている。
【００２１】
上記した構成の各部の動作を説明する。検査対象となる半導体ウェハ1をチャック２に吸着し、このチャック２が回転ステージ３、Ｚステージ５、Ｘステージ７に搭載されている。回転ステージ３はスピンドル等を使用した形態等が考えられ、最高回転速度は１，０００〜１００，０００rpm程度である。この回転運動とＸステージ７による水平方向の直線運動により、ウェハ１を全面検査する。なお、ＸＹＺの直交３軸ステージを用いた走査手段によっても全面検査可能である。
【００２２】
検査用の照明光源としては、レーザやランプがある。レーザ１０の候補としては、固体レーザの波長５３２nm、３５５nm、２６６nmやガスレーザの２４８nm（ＫｒＦ）、１９３nm（ＡｒＦ）、１５７nm（Ｆ２）がある。
【００２３】
レーザ１０を発振したパルスレーザ光１１は、アッテネータ１５、パルス分割光路２０、偏光素子２５を透過して、斜方照明と垂直照明を切り換えるミラー３０に入射する。このミラー３０を反射した光は、ミラー３２で反射してウェハ１に対して斜方より照明する。一方、メカニカルコントローラ９５で駆動されてミラー３０が光路から退避している場合は、ミラー３３で反射してウェハ１に対して垂直に照明する光路に導かれ、ウェハ１を垂直照明する。斜方照明または垂直照明によりウェハ１上の欠陥で散乱した光は、仰角、方位角の異なる複数の位置に配置された対物レンズ４０，４５，５０，５５で捕捉され、それぞれの像面に配置したセンサ４１、４６，５１，５６にて検出される。センサとしては、マルチアノードホトマルや裏面照射型イメージセンサ（ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを含む）などが候補である。ウェハ１上の欠陥からの散乱光を検出したそれぞれのセンサ４１、４６，５１，５６から出力されたアナログ信号は、ＡＤ変換器６０，６５，７０，７５にてデジタル信号に変換され、信号処理部８０にて欠陥候補を判定する。ステージや光学系の電動機構は、メカニカルコントローラ９５にて制御する。この制御部への動作指示やユーザによる検査条件の設定や検査結果の表示などは操作部９０にて行う。
【００２４】
パルス分割光路２０の構成を図２に示す。レーザ光源１０から発振したパルス光１１はパルス分割光路２０のＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１０５に対して、Ｐ偏光で入射して電気光学素子１１０に入射する。この電気光学素子１１０は例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）で形成されて、ニオブ酸リチウム素子の両面に印加された電圧に応じてニオブ酸リチウム素子を透過する光に複屈折を与える特性を有しており、電気光学素子１１０に入射したパルス光の偏光面は９０度近く回転させられて、ＰＢＳ１１５に対してほぼＳ偏光となり、一部が透過して、ほとんどの光はＰＢＳ１１５を反射する。反射した光は全反射ミラー１２５、１３０を反射して、ＰＢＳ１０５に対してＳ偏光で入射し、反射する。２週目で電気光学素子１１０に入射した光は、1周目とは異なる複屈折を与えて偏光面を回転させる。このとき、ＰＢＳ１１５にて一部が透過して、大半が反射するように電気光学素子１１０の印加電圧が制御されている。この電気光学素子１１０の制御について、図３、４、５を用いて説明する。
【００２５】
図３は、レーザからのパルス光が初めて電気光学素子１１０に入射するパルス分割光路２０の一周目の状態である。矢印の左側が電気光学素子１１０に入射するレーザの偏光の状態、矢印の右側が電気光学素子１１０から出射してＰＢＳ１１５に入射するレーザの偏光の状態を示す。Ｐ偏光で入射した光は、９０度近く偏光面が回転するように電気光学素子１１０の印加電圧を制御する。これにより、ＰＢＳを透過する光の振幅をＡとする。図４に二周目の状態を示す。Ｓ偏光で入射した光は、Ｐ偏光の振幅が一周目の透過振幅Ａと同じになるように電圧を制御する。さらに、n週目の状態を図５に示す。周回を繰り返すと、ＰＢＳ１１５から光が抜ける分、電気光学素子１１０に入射する振幅が小さくなる。このため、ＰＢＳ１１５を透過する振幅Ａを一定にするためには、周回を繰り返す度に電気光学素子１１０の変調量を制御する必要がある。この電気光学素子１１０の変調量を制御は、メカニカルコントローラ９５で行われる。
【００２６】
図６に電気光学素子１１０の変調量を固定した場合の光強度の状態を示す。この場合、時間と共に光強度が低下する。これに対して、電気光学素子１１０によるパルス毎の変調制御を行うことにより、図７に示すとおり、強度の均一なパルス分割が可能となる。パルス分割光路２０の光路長（例えば、電気光学素子１１０の入射面からパルス分割光路２０を１周して再び電気光学素子１１０の入射面に達するまでの長さ）を６０ｃｍとすると、電気光学素子１１０によるパルス毎の変調制御は、駆動周波数５００ＭＨｚで制御すればよい。
【００２７】
照明光の強度を高めることにより、欠陥からの散乱光は比例して高くなる。欠陥検出上のノイズ成分がウェハ表面のラフネスである場合は、欠陥検出Ｓ／Ｎは強度の0.5乗に比例する。照明の高強度化はウェハや光学系のダメージとトレードオフの関係であるため、ダメージを回避しつつ高強度化を図る必要がある。
【００２８】
図１３にウェハ１の走査速度に対応して照明の強度を制御する方式を示す。ウェハ１のダメージはレーザ光による平均的な温度上昇限界Ａとパルス照明の尖頭値による瞬時温度上昇限界Ｂがある。瞬時温度上昇Ｂは平均温度上昇Ａよりも高い。光学系の視野がウェハ内周部（ウェハの中心に近い部分）にある場合は、視野位置（レーザ照射箇所）におけるウェハ１の走査は遅く、ウェハ１の温度が上昇しやすい。このため、線速度が低い位置ではアッテネータ１５にて照明強度を低くしてダメージを回避する。線速度が高くなるにつれて照明強度も高くし、線速度一定に制御する半径以上では照明強度は一定となる。
【００２９】
即ち、図１４Ａに示すように、メカニカルコントローラ９５で回転ステージ３を制御して、ウェハ１の中心から半径方向ｒ０の位置までを検査しているときにはウェハ１の回転速度を最大にし、半径方向ｒ０よりも外側の位置を検査しているときにはウェハ１の半径方向の位置に応じてウェハ１の回転速度を低下させるようにする。一方、このとき、図１４Ｂに示すように、メカニカルコントローラ９５でアッテネータ１５を制御して、ウェハ１の中心から半径方向ｒ０の位置までを検査しているときにはアッテネータ１５の光透過率をウェハ１の半径方向の位置に応じてウェハ１の中心に近づくほど透過率が小さくなるように変化させ、半径方向ｒ０よりも外側の位置を検査しているときにはウェハ１の半径方向の位置によらず一定の透過率を維持するようにする。
【００３０】
以上のように、ウェハ半径位置によらず、平均温度上昇Ａの限界１３３０まで照明強度を上げる制御を行う。平均温度上昇１３３０を限界Ａになるように照明強度を上げることにより、パルス分割を行わない場合、またはパルス分割を行ったとしても従来のように分割したパルスの尖頭値が時間と共に変化するような場合には、瞬時温度上昇１３４０が限界Ｂを超える可能性がある。これに対して本実施例では、図２に示したように分割したパルスの尖頭値がほぼ一定となるようにパルス分割を行うことにより、パルス尖頭値を低減きるので瞬時温度上昇を１３５０まで低減することが可能である。
【実施例２】
【００３１】
実施例１においては、パルスビームをパルス分割してウェハ１を照明する構成について説明したが、実施例２においては、このパルス分割したレーザビームを複数の光路に分岐してウェハ１を照明する方式について説明する。
【００３２】
図８に分割後のパルスの状態を示す。分割したパルスの発生時間Ｔ1に対して、レーザを発振したパルスの周期Ｔ2はＴ1の３倍であると仮定する。このような場合においても、等速運動にて検査する例を図９に示す。照明光はウェハ１上の３つの領域１４０、１４５、１５０を照明する。この３つの領域の間隔１５５は、分割したパルスの発生時間Ｔ1に対応する。このため、T１の間に３つの視野を同時照明して散乱光を検出する。そして、次のパルスが照射されるときは、散乱光検出されていない領域の散乱光を検出する仕組みである。
【００３３】
これらの複数視野同時検出の光学系の構成を図１０に示す。図1に示した構成でミラー３２で反射した照明光３５は、ミラー１６０に入射する。ここでミラー１６０は、入射した光のうち２/３を透過し、１/３を反射する特性を持っている。ミラー１６０で反射された照明光は、半導体ウェハ１の側に向かう。上記したような特性を有するミラー１６０を透過した光は、入射光の半分を透過させて残りを反射するハーフミラー１６５に入射する。ハーフミラー１６５で反射された照明光は、半導体ウェハ１の側に向かう。ハーフミラー１６５を透過した光は全反射ミラー１７０で反射して半導体ウェハ１の側に向かう。このような特性を持つミラー群１６０，１６５，１７０で反射(分岐)した照明光は、それぞれ半導体ウェハ１上の領域１４０，１４５および１５０を同じ照明強度で照明する。
【００３４】
ミラー１６０で反射された照明光３６で照明された領域１４０にて散乱した光のうちレンズ４０、４５、５０、５５に入射した光は集光されてセンサ４４、４９、５２、５７により検出される。ミラー１６５で反射された照明光３７で照明された領域１４５にて散乱した光のうちレンズ４０、４５、５０、５５に入射した光は集光されてセンサ４３、４８、５３、５８により検出される。さらに、ミラー１７０で反射された照明光３８で照明された領域１５０にて散乱した光のうちレンズ４０、４５、５０、５５に入射した光は集光されてセンサ４２、４７、５４、５９により検出される。たとえば、レンズ４０に着目すると、検出視野１４０，１４５，１５０が異なる空間であるため、レンズ４０による像も互いに異なる位置に形成される。このため、センサ４２，４３，４４を各視野の像面に配置可能となる、レンズ４５、５０、５５による像面にも同様に各視野の散乱光を個別に検出するセンサ４７，４８，４９，５２，５３，５４，５７，５８，５９が配置される。
[実施例２の変形例]
図１０に示した構成では、３つのミラー１６０，１６５，１７０を用いて照明光の光路を３つに分岐する構成を説明したが、この構成ではミラーの間隔を近接させるには限界がある。したがって、ウェハ１上の照明領域１４０，１４５，１５０は、３つのミラー１６０，１６５，１７０を近接させることができる限界よりも近接させることができない。
【００３５】
この課題を解決する一つの手段として、ミラー３２で反射した照明光３５の光路中に設けた分割照明光学系１７００を用いて、光のビーム幅を拡大することなくウェハ１上に３つの照明領域２１４０，２１４５，２１５０を近接形成する分割照明光学系１６００の構成を図１１に示す。ミラー３２で反射して入射したレーザ光３５はビーム内の強度を均一分布にする強度均一化素子１７４に入射する。均一化素子１７４の例としては、非球面レンズによる手段や回折光学素子を利用すればよい。均一化素子１７４によりビーム内の光強度分布を均一化された光は、レンズアレイ１７５に入射する。このレンズアレイは比較的小さいレンズ１７６が複数配置され、１つのビーム３５からそれぞれの焦点位置に集光する。このレンズアレイ１７５の各レンズ１７６−１〜１７６−３で集光された光はレンズ１８０にてコリメートされ、レンズ１８５にてウェハ１上の空間的に異なる位置２１４０．２１４５、２1５０に集光する。これにより、近接された３つの視野にビームを集光照明することが可能となる。
【実施例３】
【００３６】
実施例２で説明した図１０の構成では前方と側方散乱光しか検出できない構成であるが、欠陥種によっては、後方に強く散乱する欠陥もある。このため、幅広く欠陥を検出するためには、前方、側方、後方に散乱した光を分離して検出する構成が望ましい。図１０に示した構成に対して、照明光の方位を換えることにより前方、側方、後方に散乱した光を検出する構成として、複数照明、複数視野検出の構成を図１２に示す。
【００３７】
図１に示した構成でミラー３２で反射した照明光３５はミラー３００に入射する。ここで、ミラー３００は入射した光のうち２/３を透過し、１／３を反射する特性を持っている。ミラー３００で反射された照明光は、レンズ３１５にて集光されてウェハ１上の領域３１４０を照明する。ミラー３００透過した照明光はハーフミラー３０５にて入射した光量の半分が透過して残りが反射される。ハーフミラー３０５で反射した光は、レンズ３２０にて集光されてウェハ１上の領域３１４５を照明する。ハーフミラー３０５を透過した光は全反射ミラー３１０を反射し、レンズ３２５にて集光されてウェハ１上の領域３１５０を照明する。
【００３８】
このように、ウェハ１上の各領域３１４０、３１４５、３１５０を照明する光の方位が異なる。領域３１４０に着目すると、レンズ３４０は後方散乱、レンズ３４５は側方散乱、レンズ３５０と３５５は前方散乱光を集光してそれぞれ検出器３４２〜３４４、３４７〜３４９、３５２〜３５４、３５７〜３５９で検出する。また、領域３１４５に着目すると、レンズ３４０と３５５は側方散乱、レンズ３４５と３５０は前方散乱光を検出する。さらに、領域３１５０に着目すると、レンズ３４０と３４５は前方散乱、レンズ３５０は側方散乱、レンズ３５５は後方散乱光を検出する。以上の構成により、全方位の散乱光を検出することが可能となり、欠陥の捕捉率向上に有効である。
【００３９】
以上の実施例で示した構成や機能及び画像処理内容については、様々な組合せが考えられるが、それらの組合せについても本発明の範囲内であることは明らかである。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・ウェハ ３・・・θステージ ５・・・Zステージ ７・・・Ｘステージ １０・・・光源 １５・・・アッテネータ ２０・・・パルス遅延光学系
２５・・・偏光変換部 ４０，４５，５０，５５・・・対物レンズ ４１、４６，
５１，５６・・・センサ ８０・・・信号処理部 ９０・・・システム制御部 ９５・・・機構系制御 １０５，１１５・・・ＰＢＳ １１０・・・電気光学素子 １１２５，１３０・・・ミラー １７４・・・ビーム内強度均一化素子
１７５・・・レンズアレイ。
【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試料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及びこれを用いた装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体デバイスの検査装置として、特許文献1（特開２００３−１３０８０８号公報）及び特許文献２（特開２００７−８５９５８号公報）に記載されているような構成のものがある。この特許文献1に記載されている半導体デバイスの検査装置は、光源にＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）域のパルスレーザが用いられている。この領域のパルスレーザ光はパルス繰返し周波数が低いため、そのまま用いたのでは検査速度が低下してしまう。このため、特許文献1にはレーザ光源を発振したパルス光を遅延光路にて複数のパルスに分割する方法が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されている半導体デバイスの検査装置は、パルス発振のＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）レーザを用いているが，パルスの尖頭値を低減させて試料へのダメージを抑えるために、光源から発射されたパルスレーザを分割して試料に照射する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３０８０８号公報
【特許文献２】特開２００７−８５９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
散乱光検出方式による半導体ウェハ上の欠陥検出感度を向上するためには、欠陥からの散乱光を多く検出することが有効である。レイリー散乱領域では一般に散乱光は波長の４乗に反比例する特性があり、短波長化することにより、欠陥からの散乱光強度を高くすることができる。検査用途に適用可能な高出力の短波長光源としては、ＤＵＶ領域の２４８nm（ＫｒＦ）エキシマレーザや１９３nm（ＡｒＦ）エキシマレーザ及び、１５７nm（Ｆ２）レーザなどがある。これらの気体レーザは、高出力の利点はあるが、パルス発振周波数が数ｋＨｚ程度であり、検査向けに行われる散乱光のサンプリング周波数（数ＭＨｚ以上）に対して、３桁以上遅い。このため、照明パルスに対応して散乱光をサンプリングすると、検査時間が遅くなるという問題がある。
【０００６】
このようなパルスレーザ光源を検査装置に用いる方法として、特許文献１および２にはパルスレーザ光源から発射されたレーザを光路の途中で複数のパルスに分割して試料に照射する方法が記載されているが、特許文献１および２ではパルスの尖頭値を低減することを目的としており、パルスレーザ光源から発射されるパルスレーザのパルス発振周波数よりも高いサンプリングレートで試料を検査することについては記載されていない。
【０００７】
また、欠陥散乱光は照明のレーザ光強度に比例するため高感度化のためには、レーザ光強度を高めたい。しかし、ウェハをパルス照明すると、パルス尖頭値に起因したウェハの瞬時温度上昇に伴うウェハのダメージと、連続パルス照明による平均的なウェハ温度上昇によるウェハダメージの問題があるため、レーザ光強度を高める制約条件となっている。これら、瞬時温度上昇と平均温度上昇によるダメージを受ける限界照度以下に照度を確保して検査する必要がある。
【０００８】
さらに、ウェハ上には多種の欠陥があり、ウェハ製造工程や半導体デバイス製造工程では多種の欠陥を安定して検出するニーズが高い。これら欠陥の大きさや形状などによって、欠陥の散乱分布が多様に変化する。このため、欠陥散乱分布が変化しても散乱光を検出可能な光学系の構成にする必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、パルスレーザ光源から発射されるパルスレーザのパルス発振周波数よりも高いサンプリングレートで試料にダメージを与えることなく検査することが可能な半導体デバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明では、パルス光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割し、この分割されたパルス光を試料に照射し、照射により試料から発生した散乱光を集光して検出し、試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて試料上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、１パルス分の光を複数のパルス光に分割することを、分割した各パルス光のピーク値がほぼ一定になるように制御して分割するようにした。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明では、欠陥検出装置を、パルスレーザを発射するパルスレーザ光源と、このパルスレーザ光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割するパルス分割手段と、このパルス分割手段で分割されたパルス光を試料に照射する照射手段と、この照射手段により分割されたパルス光が照射された試料から発生した散乱光を集光して検出する散乱光検出手段と、この散乱光検出手段で試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備え、パルス分割手段には、１パルス分の光を複数のパルス光に分割するためのパルス分割光路部と、このパルス分割光路部から出射するパルス分割されたレーザの各分割されたパルスごとのピーク値がほぼ一定になるように制御するパルスピーク値制御部を備えて構成した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、散乱光のサンプリング周波数よりも低い繰返し周波数のパルス光源を用いた場合においても、実質的なサンプリング周波数を低下させることなく、高速に検査することが可能となる。さらに、複数視野を同じ照明条件で同時照明することにより、高速検査を可能とする。さらに、複数視野を異なる光学条件で同時照明することにより、各種欠陥の高感度検出を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検査装置の全体構成の概略を示すブロック図である。
【図２】パルス分割光路の構成を示すブロック図である。
【図３】パルス分割光路に入射したパルス光の電気光学素子に入射する前の偏光の状態（左側）と電気光学素子を出射した直後の偏光の状態（右側）を示す図である。
【図４】パルス分割光路を１周したパルス光が再び電気光学素子に入射する前の偏光の状態（左側）と電気光学素子を出射した直後の偏光の状態（右側）を示す図である。
【図５】パルス分割光路をｎ周したパルス光が再び電気光学素子に入射する前の偏光の状態（左側）と電気光学素子を出射した直後の偏光の状態（右側）を示す図である。
【図６】１パルス分の光を従来のパルス分割方法で分割したときの光強度変化の概念を説明するグラフである。
【図７】１パルス分の光を本発明の実施例による均一強度パルス分割方法で分割したときの光強度変化の概念を説明するグラフである。
【図８】１パルス分の光を本発明の実施例による均一強度パルス分割方法で分割したときのパルス分割光路からの出力の状態を説明するグラフである。
【図９】照明光の光路を３つに分岐して、ウェハ上の３箇所を同時に照明している状態を示しウェハの平面図である。
【図１０】照明光の光路をミラーを使って３つに分岐してウェハ上の３箇所を同時に照明し、それぞれの照明領域からの前方散乱光と側方散乱光とを４方向に配置した検出光学系で検出する概略の構成を示すウェハと検出光学系の平面図である。
【図１１】照明光の光路をレンズの組み合わせで３つに分岐する光学系の概略を示す平面図である。
【図１２】照明光の光路をミラーとレンズの組み合わせで３つに分岐してウェハ上の３箇所を同時に照明し、それぞれの照明領域からの前方散乱光と側方散乱光及び後方散乱光を４方向に配置した検出光学系で検出する概略の構成を示すウェハと検出光学系の平面図である。
【図１３】照明光の照明強度制御を行った場合のウェハの半径方向の照明光の照射位置とウェハ温度との関係を示すグラフである。
【図１４Ａ】ウェハの半径方向の照明位置とウェハの回転速度との関係を示すグラフである。
【図１４Ｂ】ウェハの半径方向の照明位置とアッテネータの透過率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
本発明による半導体ウェハ欠陥検査装置の構成を図１に示す。
【００１５】
半導体ウェハ欠陥検査装置は、検査対象となる半導体ウェハ1を載置するステージ部１１００、検査対象となる半導体ウェハ1に照明光を照射する照明光学系部１２００、照明光が照射された半導体ウェハ１からの散乱光を検出する散乱光検出光学系部１３００、散乱光を検出した散乱光検出光学系部１３００からの出力信号を処理する信号処理部１４００及び全体を制御する制御部１５００を備えて構成される。
【００１６】
ステージ部１１００は、検査対象となる半導体ウェハ1を保持するチャック２、チャックを搭載する回転ステージ３、高さ方向に移動可能なＺステージ５、平面内でＸ軸方向に移動可能なＸステージ６、平面内でＸ軸方向に対して直角なＹ軸方向に移動可能なＹステージ７を備えている。
【００１７】
照明光学系部１２００は、パルスレーザを発振するレーザ光源１０、アッテネータ１５、パルスレーザのパルスを分割するパルス分割光路２０、偏光素子２５、ミラー３０，３２，３３を備えている。
【００１８】
散乱光検出光学系部１３００は、仰角、方位角の異なる複数の位置に配置された対物レンズ４０，４５，５０，５５、各対物レンズで形成された光学像を検出するセンサ４１、４６，５１，５６を備えている。
【００１９】
信号処理部１４００は、センサ４１、４６，５１，５６の出力をそれぞれＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換器６０，６５，７０，７５、各Ａ/Ｄ変換器で変換された信号を処理する信号処理部８０を備えている。
【００２０】
制御部１５００は、ステージ部１１００の各ステージや照明光学系部１２００のアッテネータ１５、パルス分割光路２０、偏光素子２５、ミラー３０等の可動機構部の動きを制御するメカニカルコントローラ９５と操作部９０を備えている。
【００２１】
上記した構成の各部の動作を説明する。検査対象となる半導体ウェハ1をチャック２に吸着し、このチャック２が回転ステージ３、Ｚステージ５、Ｘステージ７に搭載されている。回転ステージ３はスピンドル等を使用した形態等が考えられ、最高回転速度は１，０００〜１００，０００rpm程度である。この回転運動とＸステージ７による水平方向の直線運動により、ウェハ１を全面検査する。なお、ＸＹＺの直交３軸ステージを用いた走査手段によっても全面検査可能である。
【００２２】
検査用の照明光源としては、レーザやランプがある。レーザ１０の候補としては、固体レーザの波長５３２nm、３５５nm、２６６nmやガスレーザの２４８nm（ＫｒＦ）、１９３nm（ＡｒＦ）、１５７nm（Ｆ２）がある。
【００２３】
レーザ１０を発振したパルスレーザ光１１は、アッテネータ１５、パルス分割光路２０、偏光素子２５を透過して、斜方照明と垂直照明を切り換えるミラー３０に入射する。このミラー３０を反射した光は、ミラー３２で反射してウェハ１に対して斜方より照明する。一方、メカニカルコントローラ９５で駆動されてミラー３０が光路から退避している場合は、ミラー３３で反射してウェハ１に対して垂直に照明する光路に導かれ、ウェハ１を垂直照明する。斜方照明または垂直照明によりウェハ１上の欠陥で散乱した光は、仰角、方位角の異なる複数の位置に配置された対物レンズ４０，４５，５０，５５で捕捉され、それぞれの像面に配置したセンサ４１、４６，５１，５６にて検出される。センサとしては、マルチアノードホトマルや裏面照射型イメージセンサ（ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを含む）などが候補である。ウェハ１上の欠陥からの散乱光を検出したそれぞれのセンサ４１、４６，５１，５６から出力されたアナログ信号は、ＡＤ変換器６０，６５，７０，７５にてデジタル信号に変換され、信号処理部８０にて欠陥候補を判定する。ステージや光学系の電動機構は、メカニカルコントローラ９５にて制御する。この制御部への動作指示やユーザによる検査条件の設定や検査結果の表示などは操作部９０にて行う。
【００２４】
パルス分割光路２０の構成を図２に示す。レーザ光源１０から発振したパルス光１１はパルス分割光路２０のＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１０５に対して、Ｐ偏光で入射して電気光学素子１１０に入射する。この電気光学素子１１０は例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）で形成されて、ニオブ酸リチウム素子の両面に印加された電圧に応じてニオブ酸リチウム素子を透過する光に複屈折を与える特性を有しており、電気光学素子１１０に入射したパルス光の偏光面は９０度近く回転させられて、ＰＢＳ１１５に対してほぼＳ偏光となり、一部が透過して、ほとんどの光はＰＢＳ１１５を反射する。反射した光は全反射ミラー１２５、１３０を反射して、ＰＢＳ１０５に対してＳ偏光で入射し、反射する。２週目で電気光学素子１１０に入射した光は、1周目とは異なる複屈折を与えて偏光面を回転させる。このとき、ＰＢＳ１１５にて一部が透過して、大半が反射するように電気光学素子１１０の印加電圧が制御されている。この電気光学素子１１０の制御について、図３、４、５を用いて説明する。
【００２５】
図３は、レーザからのパルス光が初めて電気光学素子１１０に入射するパルス分割光路２０の一周目の状態である。矢印の左側が電気光学素子１１０に入射するレーザの偏光の状態、矢印の右側が電気光学素子１１０から出射してＰＢＳ１１５に入射するレーザの偏光の状態を示す。Ｐ偏光で入射した光は、９０度近く偏光面が回転するように電気光学素子１１０の印加電圧を制御する。これにより、ＰＢＳを透過する光の振幅をＡとする。図４に二周目の状態を示す。Ｓ偏光で入射した光は、Ｐ偏光の振幅が一周目の透過振幅Ａと同じになるように電圧を制御する。さらに、n週目の状態を図５に示す。周回を繰り返すと、ＰＢＳ１１５から光が抜ける分、電気光学素子１１０に入射する振幅が小さくなる。このため、ＰＢＳ１１５を透過する振幅Ａを一定にするためには、周回を繰り返す度に電気光学素子１１０の変調量を制御する必要がある。この電気光学素子１１０の変調量を制御は、メカニカルコントローラ９５で行われる。
【００２６】
図６に電気光学素子１１０の変調量を固定した場合の光強度の状態を示す。この場合、時間と共に光強度が低下する。これに対して、電気光学素子１１０によるパルス毎の変調制御を行うことにより、図７に示すとおり、強度の均一なパルス分割が可能となる。パルス分割光路２０の光路長（例えば、電気光学素子１１０の入射面からパルス分割光路２０を１周して再び電気光学素子１１０の入射面に達するまでの長さ）を６０ｃｍとすると、電気光学素子１１０によるパルス毎の変調制御は、駆動周波数５００ＭＨｚで制御すればよい。
【００２７】
照明光の強度を高めることにより、欠陥からの散乱光は比例して高くなる。欠陥検出上のノイズ成分がウェハ表面のラフネスである場合は、欠陥検出Ｓ／Ｎは強度の0.5乗に比例する。照明の高強度化はウェハや光学系のダメージとトレードオフの関係であるため、ダメージを回避しつつ高強度化を図る必要がある。
【００２８】
図１３にウェハ１の走査速度に対応して照明の強度を制御する方式を示す。ウェハ１のダメージはレーザ光による平均的な温度上昇限界Ａとパルス照明の尖頭値による瞬時温度上昇限界Ｂがある。瞬時温度上昇Ｂは平均温度上昇Ａよりも高い。光学系の視野がウェハ内周部（ウェハの中心に近い部分）にある場合は、視野位置（レーザ照射箇所）におけるウェハ１の走査は遅く、ウェハ１の温度が上昇しやすい。このため、線速度が低い位置ではアッテネータ１５にて照明強度を低くしてダメージを回避する。線速度が高くなるにつれて照明強度も高くし、線速度一定に制御する半径以上では照明強度は一定となる。
【００２９】
即ち、図１４Ａに示すように、メカニカルコントローラ９５で回転ステージ３を制御して、ウェハ１の中心から半径方向ｒ０の位置までを検査しているときにはウェハ１の回転速度を最大にし、半径方向ｒ０よりも外側の位置を検査しているときにはウェハ１の半径方向の位置に応じてウェハ１の回転速度を低下させるようにする。一方、このとき、図１４Ｂに示すように、メカニカルコントローラ９５でアッテネータ１５を制御して、ウェハ１の中心から半径方向ｒ０の位置までを検査しているときにはアッテネータ１５の光透過率をウェハ１の半径方向の位置に応じてウェハ１の中心に近づくほど透過率が小さくなるように変化させ、半径方向ｒ０よりも外側の位置を検査しているときにはウェハ１の半径方向の位置によらず一定の透過率を維持するようにする。
【００３０】
以上のように、ウェハ半径位置によらず、平均温度上昇Ａの限界１３３０まで照明強度を上げる制御を行う。平均温度上昇１３３０を限界Ａになるように照明強度を上げることにより、パルス分割を行わない場合、またはパルス分割を行ったとしても従来のように分割したパルスの尖頭値が時間と共に変化するような場合には、瞬時温度上昇１３４０が限界Ｂを超える可能性がある。これに対して本実施例では、図２に示したように分割したパルスの尖頭値がほぼ一定となるようにパルス分割を行うことにより、パルス尖頭値を低減きるので瞬時温度上昇を１３５０まで低減することが可能である。
【実施例２】
【００３１】
実施例１においては、パルスビームをパルス分割してウェハ１を照明する構成について説明したが、実施例２においては、このパルス分割したレーザビームを複数の光路に分岐してウェハ１を照明する方式について説明する。
【００３２】
図８に分割後のパルスの状態を示す。分割したパルスの発生時間Ｔ1に対して、レーザを発振したパルスの周期Ｔ2はＴ1の３倍であると仮定する。このような場合においても、等速運動にて検査する例を図９に示す。照明光はウェハ１上の３つの領域１４０、１４５、１５０を照明する。この３つの領域の間隔１５５は、分割したパルスの発生時間Ｔ1に対応する。このため、T１の間に３つの視野を同時照明して散乱光を検出する。そして、次のパルスが照射されるときは、散乱光検出されていない領域の散乱光を検出する仕組みである。
【００３３】
これらの複数視野同時検出の光学系の構成を図１０に示す。図1に示した構成でミラー３２で反射した照明光３５は、ミラー１６０に入射する。ここでミラー１６０は、入射した光のうち２/３を透過し、１/３を反射する特性を持っている。ミラー１６０で反射された照明光は、半導体ウェハ１の側に向かう。上記したような特性を有するミラー１６０を透過した光は、入射光の半分を透過させて残りを反射するハーフミラー１６５に入射する。ハーフミラー１６５で反射された照明光は、半導体ウェハ１の側に向かう。ハーフミラー１６５を透過した光は全反射ミラー１７０で反射して半導体ウェハ１の側に向かう。このような特性を持つミラー群１６０，１６５，１７０で反射(分岐)した照明光は、それぞれ半導体ウェハ１上の領域１４０，１４５および１５０を同じ照明強度で照明する。
【００３４】
ミラー１６０で反射された照明光３６で照明された領域１４０にて散乱した光のうちレンズ４０、４５、５０、５５に入射した光は集光されてセンサ４４、４９、５２、５７により検出される。ミラー１６５で反射された照明光３７で照明された領域１４５にて散乱した光のうちレンズ４０、４５、５０、５５に入射した光は集光されてセンサ４３、４８、５３、５８により検出される。さらに、ミラー１７０で反射された照明光３８で照明された領域１５０にて散乱した光のうちレンズ４０、４５、５０、５５に入射した光は集光されてセンサ４２、４７、５４、５９により検出される。たとえば、レンズ４０に着目すると、検出視野１４０，１４５，１５０が異なる空間であるため、レンズ４０による像も互いに異なる位置に形成される。このため、センサ４２，４３，４４を各視野の像面に配置可能となる、レンズ４５、５０、５５による像面にも同様に各視野の散乱光を個別に検出するセンサ４７，４８，４９，５２，５３，５４，５７，５８，５９が配置される。
[実施例２の変形例]
図１０に示した構成では、３つのミラー１６０，１６５，１７０を用いて照明光の光路を３つに分岐する構成を説明したが、この構成ではミラーの間隔を近接させるには限界がある。したがって、ウェハ１上の照明領域１４０，１４５，１５０は、３つのミラー１６０，１６５，１７０を近接させることができる限界よりも近接させることができない。
【００３５】
この課題を解決する一つの手段として、ミラー３２で反射した照明光３５の光路中に設けた分割照明光学系１７００を用いて、光のビーム幅を拡大することなくウェハ１上に３つの照明領域２１４０，２１４５，２１５０を近接形成する分割照明光学系１６００の構成を図１１に示す。ミラー３２で反射して入射したレーザ光３５はビーム内の強度を均一分布にする強度均一化素子１７４に入射する。均一化素子１７４の例としては、非球面レンズによる手段や回折光学素子を利用すればよい。均一化素子１７４によりビーム内の光強度分布を均一化された光は、レンズアレイ１７５に入射する。このレンズアレイは比較的小さいレンズ１７６が複数配置され、１つのビーム３５からそれぞれの焦点位置に集光する。このレンズアレイ１７５の各レンズ１７６−１〜１７６−３で集光された光はレンズ１８０にてコリメートされ、レンズ１８５にてウェハ１上の空間的に異なる位置２１４０．２１４５、２1５０に集光する。これにより、近接された３つの視野にビームを集光照明することが可能となる。
【実施例３】
【００３６】
実施例２で説明した図１０の構成では前方と側方散乱光しか検出できない構成であるが、欠陥種によっては、後方に強く散乱する欠陥もある。このため、幅広く欠陥を検出するためには、前方、側方、後方に散乱した光を分離して検出する構成が望ましい。図１０に示した構成に対して、照明光の方位を換えることにより前方、側方、後方に散乱した光を検出する構成として、複数照明、複数視野検出の構成を図１２に示す。
【００３７】
図１に示した構成でミラー３２で反射した照明光３５はミラー３００に入射する。ここで、ミラー３００は入射した光のうち２/３を透過し、１／３を反射する特性を持っている。ミラー３００で反射された照明光は、レンズ３１５にて集光されてウェハ１上の領域３１４０を照明する。ミラー３００透過した照明光はハーフミラー３０５にて入射した光量の半分が透過して残りが反射される。ハーフミラー３０５で反射した光は、レンズ３２０にて集光されてウェハ１上の領域３１４５を照明する。ハーフミラー３０５を透過した光は全反射ミラー３１０を反射し、レンズ３２５にて集光されてウェハ１上の領域３１５０を照明する。
【００３８】
このように、ウェハ１上の各領域３１４０、３１４５、３１５０を照明する光の方位が異なる。領域３１４０に着目すると、レンズ３４０は後方散乱、レンズ３４５は側方散乱、レンズ３５０と３５５は前方散乱光を集光してそれぞれ検出器３４２〜３４４、３４７〜３４９、３５２〜３５４、３５７〜３５９で検出する。また、領域３１４５に着目すると、レンズ３４０と３５５は側方散乱、レンズ３４５と３５０は前方散乱光を検出する。さらに、領域３１５０に着目すると、レンズ３４０と３４５は前方散乱、レンズ３５０は側方散乱、レンズ３５５は後方散乱光を検出する。以上の構成により、全方位の散乱光を検出することが可能となり、欠陥の捕捉率向上に有効である。
【００３９】
以上の実施例で示した構成や機能及び画像処理内容については、様々な組合せが考えられるが、それらの組合せについても本発明の範囲内であることは明らかである。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・ウェハ ３・・・θステージ ５・・・Zステージ ７・・・Ｘステージ １０・・・光源 １５・・・アッテネータ ２０・・・パルス遅延光学系
２５・・・偏光変換部 ４０，４５，５０，５５・・・対物レンズ ４１、４６，
５１，５６・・・センサ ８０・・・信号処理部 ９０・・・システム制御部 ９５・・・機構系制御 １０５，１１５・・・ＰＢＳ １１０・・・電気光学素子 １１２５，１３０・・・ミラー １７４・・・ビーム内強度均一化素子
１７５・・・レンズアレイ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割し、
該分割されたパルス光を試料に照射し、
該照射により前記試料から発生した散乱光を集光して検出し、
前記試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
前記１パルス分の光を複数のパルス光に分割することを、該分割した各パルス光のピーク値がほぼ一定になるように制御して分割することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記分割されたパルス光を前記試料に対して高仰角方向と低仰角方向とに光路を切替えて前記試料に照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記分割されたパルス光を複数の光路に分岐し、該複数の光路に分岐した前記パルス分割したパルス光を前記試料に複数の方向から同時に照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して前方に散乱した光と側方に散乱した光とを分離して検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、後方に散乱された光も検出することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記試料を回転させた状態で前記試料上の前記分割されたパルス光の照射領域を前記回転の半径方向に移動させながら前記試料からの散乱光を検出することを、前記照射領域の前記回転の半径方向の位置に応じて前記分割されたパルス光の強度を制御して前記試料上に照射することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
パルスレーザを発射するパルスレーザ光源と、
該パルスレーザ光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割するパルス分割手段と、
該パルス分割手段で分割されたパルス光を試料に照射する照射手段と、
該照射手段により前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生した散乱光を集光して検出する散乱光検出手段と、
該散乱光検出手段で前記試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と
を備えた欠陥検出装置であって、
前記パルス分割手段は、前記１パルス分の光を複数のパルス光に分割するためのパルス分割光路部と、該パルス分割光路部から出射するパルス分割されたレーザの各分割されたパルスごとのピーク値がほぼ一定になるように制御するパルスピーク値制御部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
パルスピーク値制御部を電気光学素子で構成し、該電気光学素子に印加する電圧を該電気光学素子を通過するパルス光ごとに変化させることにより前記パルス部分割光路部から出射するパルス分割されたレーザの各分割されたパルスごとのピーク値がほぼ一定になるように制御することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記パルス分割光路部から出射したパルス光を前記試料に対して高仰角方向から照射する高仰角照射部と、前記試料に対して低仰角方向から照射する低仰角照射部と、前記パルス分割光路部から出射したパルス光の光路を前記高仰角照射部と前記低仰角照射部との間で切替える光路切替部とを更に備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記パルス分割光路部で分割されたパルス光を複数の光路に分岐する光路分岐手段を更に備え、前記照射手段は前記光路分岐手段で複数の光路に分岐した前記パルス分割したパルス光を前記試料に照射する照射部を複数備え、該複数の照射部により前記パルス分割したパルス光を前記複数の方向から同時に照射することを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記散乱光検出手段は、前記照射手段により前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して前方に散乱した光を検出する前方散乱光検出部と、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して側方に散乱した側方散乱光検出部とを備えることを特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記散乱光検出手段は、前記照射手段により前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して後方に散乱された後方散乱光を検出する後方散乱光検出部を更に備えることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記試料を載置して回転させる回転テーブル手段と、前記照射手段により前記パルス分割されたパルス光の前記試料上の照射領域を前記回転テーブル手段による回転の半径方向に移動させる移動手段と、前記試料を前記回転テーブルで回転させた状態で前記移動手段により試料上の前記分割されたパルス光の照射領域を前記回転の半径方向に移動させるときに前記分割されたパルス光の照射領域の前記回転の半径方向の位置に応じて前記分割されたパルス光の強度を制御するパルス光強度制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項７乃至１２の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１】
パルス光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割し、
該分割されたパルス光を試料に照射し、
該照射により前記試料から発生した散乱光を集光して検出し、
前記試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
前記１パルス分の光を複数のパルス光に分割することを、該分割した各パルス光のピーク値がほぼ一定になるように制御して分割することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記分割されたパルス光を前記試料に対して高仰角方向と低仰角方向とに光路を切替えて前記試料に照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記分割されたパルス光を複数の光路に分岐し、該複数の光路に分岐した前記パルス分割したパルス光を前記試料に複数の方向から同時に照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して前方に散乱した光と側方に散乱した光とを分離して検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、後方に散乱された光も検出することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記試料を回転させた状態で前記試料上の前記分割されたパルス光の照射領域を前記回転の半径方向に移動させながら前記試料からの散乱光を検出することを、前記照射領域の前記回転の半径方向の位置に応じて前記分割されたパルス光の強度を制御して前記試料上に照射することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
パルスレーザを発射するパルスレーザ光源と、
該パルスレーザ光源から発射されたパルス光の１パルス分の光を複数のパルスに分割するパルス分割手段と、
該パルス分割手段で分割されたパルス光を試料に照射する照射手段と、
該照射手段により前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生した散乱光を集光して検出する散乱光検出手段と、
該散乱光検出手段で前記試料からの散乱光を集光して検出して得た情報を用いて前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と
を備えた欠陥検出装置であって、
前記パルス分割手段は、前記１パルス分の光を複数のパルス光に分割するためのパルス分割光路部と、該パルス分割光路部から出射するパルス分割されたレーザの各分割されたパルスごとのピーク値がほぼ一定になるように制御するパルスピーク値制御部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
パルスピーク値制御部を電気光学素子で構成し、該電気光学素子に印加する電圧を該電気光学素子を通過するパルス光ごとに変化させることにより前記パルス部分割光路部から出射するパルス分割されたレーザの各分割されたパルスごとのピーク値がほぼ一定になるように制御することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記パルス分割光路部から出射したパルス光を前記試料に対して高仰角方向から照射する高仰角照射部と、前記試料に対して低仰角方向から照射する低仰角照射部と、前記パルス分割光路部から出射したパルス光の光路を前記高仰角照射部と前記低仰角照射部との間で切替える光路切替部とを更に備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記パルス分割光路部で分割されたパルス光を複数の光路に分岐する光路分岐手段を更に備え、前記照射手段は前記光路分岐手段で複数の光路に分岐した前記パルス分割したパルス光を前記試料に照射する照射部を複数備え、該複数の照射部により前記パルス分割したパルス光を前記複数の方向から同時に照射することを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記散乱光検出手段は、前記照射手段により前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して前方に散乱した光を検出する前方散乱光検出部と、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して側方に散乱した側方散乱光検出部とを備えることを特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記散乱光検出手段は、前記照射手段により前記分割されたパルス光が照射された前記試料から発生する散乱光のうち、前記分割したパルス光の前記試料への入射方向に対して後方に散乱された後方散乱光を検出する後方散乱光検出部を更に備えることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記試料を載置して回転させる回転テーブル手段と、前記照射手段により前記パルス分割されたパルス光の前記試料上の照射領域を前記回転テーブル手段による回転の半径方向に移動させる移動手段と、前記試料を前記回転テーブルで回転させた状態で前記移動手段により試料上の前記分割されたパルス光の照射領域を前記回転の半径方向に移動させるときに前記分割されたパルス光の照射領域の前記回転の半径方向の位置に応じて前記分割されたパルス光の強度を制御するパルス光強度制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項７乃至１２の何れかに記載の欠陥検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【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１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−３７２６９（Ｐ２０１２−３７２６９Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５３１５（Ｐ２０１０−１７５３１５）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【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２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【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）】
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