欠陥検査方法
【課題】
最上層のパターン、特にホールパターンの検査を、高いＳ／Ｎ比で行うことができる欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】
照明光Ｌ１によって照明されたウエハ２からは回折光Ｌ２が生じ、受光光学系４に導かれて集光され、回折光Ｌ２によるウエハ２の像を本発明の撮像手段としての撮像素子５上に結像する。画像処理装置６は、撮像素子５で取り込んだ画像の画像処理を行って、欠陥を検出する。偏光板７は、照明光Ｌ１がＳ偏光でウエハ２を照明するし、かつその振動面とウエハ２のとの交線がウエハ２に形成された配線パターンと平行、又は直交するようにされ、偏光板８はウエハ２からの回折光のうちＰ偏光の直線偏光を取り出すように調整されている。こうすることでホールパターンの検査を、その下に存在する配線パターンと区別して検査することが可能になり、表層の欠陥をＳ／Ｎ比の良い状態で検査することができる。
最上層のパターン、特にホールパターンの検査を、高いＳ／Ｎ比で行うことができる欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】
照明光Ｌ１によって照明されたウエハ２からは回折光Ｌ２が生じ、受光光学系４に導かれて集光され、回折光Ｌ２によるウエハ２の像を本発明の撮像手段としての撮像素子５上に結像する。画像処理装置６は、撮像素子５で取り込んだ画像の画像処理を行って、欠陥を検出する。偏光板７は、照明光Ｌ１がＳ偏光でウエハ２を照明するし、かつその振動面とウエハ２のとの交線がウエハ２に形成された配線パターンと平行、又は直交するようにされ、偏光板８はウエハ２からの回折光のうちＰ偏光の直線偏光を取り出すように調整されている。こうすることでホールパターンの検査を、その下に存在する配線パターンと区別して検査することが可能になり、表層の欠陥をＳ／Ｎ比の良い状態で検査することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子等の製造過程において、基板表面のムラ、傷、等の欠陥を検出する欠陥検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶基板の製造においては、種々の異なる回路パターンを形成し、それを何層にも積み重ねていく作業を繰り返し行っている。各回路パターンを形成する工程の概要は、基板表面にレジストを塗布し、露光装置によりレチクルやマスク上の回路パターンをレジスト上に焼き付け、現像によってレジストによる回路パターンを形成後、エッチング等で素子の各部を形成する。レジストによるパターンが形成された後に、パターンに異常が無いかどうか検査される。
【０００３】
図７は、このような目的のために使用されている従来の検査装置の概要を示す図である。ステージ３上に載置された半導体ウエハ２に照明光Ｌ１を照射し、半導体ウエハ２上に形成された繰り返しパターン（不図示）から発生する回折光Ｌ２による基板の画像を撮像素子５に取り込む。そして、画像処理装置６によって画像処理を行い、正常な基板の画像と比較する等により、基板表面の欠陥を検出するものである。繰り返しパターンのピッチによって、回折光が半導体ウエハ２から出射する方向が異なるので、これに合わせて、ステージ３が適宜チルトされる。このような装置の例として開示されているものに、特開平１１−５１８７４号公報がある。
【０００４】
【特許文献１】 特開平１１−５１８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、検査すべき対象となるのは、半導体ウエハ２の最上層（最表層）に形成されたレジストパターンであるが、基板を照明した光の一部は最上層のレジスト層を通過して、下地に形成されたパターンを照明する。従って、基板全体から発生する回折光は最上層のレジストパターンだけでなく、下地のパターンの影響も受けている。そのため、下地のパターンの影響が大きい場合にはそれがノイズとなり、本来検査すべき最上層のパターン情報が相対的に少なくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなるという問題点がある。特に、異なる層の回路パターン同士を結合するコンタクトホール等のホールパターンは、微細で、パターン密度が小さいので、その信号強度が微弱であるため下地の影響を受けやすく、従来は、十分に欠陥を検出できなかった。
【０００６】
又、最上層のパターンとその下のパターンの間に、検査に使用する光を吸収するような反射防止膜が設けられている場合には、このような問題は無くなるが、最上層に形成されたパターンの立体的な情報がとりにくいという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、最上層のパターンの検査を、高いＳ／Ｎ比で行うことができる欠陥検査方法、さらにはホールパターンの検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための第１の手段は、被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明し、前記基板からの回折光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項１）である。
【０００９】
本手段においては、基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明しているので、基板表面のパターンの表面において反射されず、基板パターンの内部に入ってそこで基板層間の界面で反射される光が多くなる。従って、基板表面のパターンの３次元的な構造全体の変化を捉え、効率良く検査を行うことができる。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板を照明光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項２）である。
【００１１】
本手段においては、基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光による基板の像を撮像しているので、前記第１の手段と同様、基板表面のパターンの３次元的な構造全体の変化を捉え、効率良く検査を行うことができる。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のいずれかを使用して基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検出することを特徴とするホールパターンの検査方法（請求項３）である。
【００１３】
一般にコンタクトホール等のホールパターンは、大きさが微細であり、従来の検査方法では確実な検査が不可能であった。本手段によれば、バックグラウンドノイズを低減させることができるので、ホールパターンの検査をＳ／Ｎ良く行うことができる。
【００１４】
前記課題を解決するための第４の手段は、被検査体である基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＳ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＳ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項４）である。
【００１５】
本明細書及び特許請求の範囲において、直線偏光の振動面というのは、直線偏光の電界ベクトルと光の進行方向ベクトルを含む平面のことをいう。
【００１６】
本手段においては、基板をＳ偏光の直線偏光の照明光で照明し、しかも、その振動面と基板との交線が基板に形成された配線パターンに平行又は垂直なようにしている。そして、基板からの回折光に含まれるＳ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて基板の像を撮像している。
【００１７】
このようにすると、配線パターンに対してはエッジ部分に入射する偏光の振動方向が垂直或いは平行であり、振動成分がパターンと垂直の方向あるいは平行の方向にしかないので、パターンからの影響によって振動方向には変化を生じず、偏光の無機自体は変化しない。
【００１８】
よって、検出される光には、配線パターンの正常部からの反射光が少なくなり、異常部からの反射光が多くなって、欠陥検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
回折光からＳ偏光の直線偏光を除去する方法としては、照明光と回折光の間にクロスニコルの条件が成立するように偏光板を配置する方法がある。
【００２０】
前記課題を解決するための第５の手段は、被検査体である基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＰ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項５）である。
【００２１】
本手段においては、基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明しているところが前記第４の手段と異なるだけであり、その原理は前記第４の手段と同じである。よって、前記第４の手段と同じように、検出される光には、配線パターンの形状からの影響を抑え、ホールパターンの形状のみに関する信号が抽出されて、欠陥検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、説明したように、本発明によれば、最上層のパターンの検査を、高いＳ／Ｎ比で行うことができる欠陥検査装置、欠陥検査方法、さらにはホールパターンの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の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例である欠陥検査装置概要を示す図である。ランプハウスＬＳから射出された照明光Ｌ１は、照明光学系１を構成するレンズ１１によりほぼ平行な光に変換され、ステージ３上に載置されたウエハ２を照明する。ランプハウスＬＳの内部には不図示のハロゲンランプやメタルハライドランプなどの光源と、波長選択フィルタが内蔵されており、一部の波長の光のみが照明光Ｌ１として利用される。
【００２４】
ランプハウスＬＳの射出部付近には偏光板７が配置されていて、ランプハウスＬＳから射出された照明光Ｌ１を直線偏光にする。偏光板７は照明光学系１の光軸を回転中心にして回転可能で、ウエハ２を照明する直線偏光の偏光方向を任意に変えられる。又、不図示の機構により、挿脱可能である。ステージ３には、不図示のチルト機構が設けられていて、紙面と垂直な軸ＡＸを中心に、ステージ３をチルトする。
【００２５】
照明光Ｌ１によって照明された、基板であるウエハ２からは、回折光Ｌ２が生じる。繰り返しパターンのピッチと、照明光Ｌ１の波長により、回折光Ｌ２の回折角は変化する。回折角に応じてステージ３が適宜チルトされ、生じた回折光Ｌ２は、レンズ４１、レンズ４２で構成された受光光学系４に導かれて集光され、回折光Ｌ２によるウエハ２の像を本発明の撮像手段としての撮像素子５上に結像する。ステージ３をチルトさせるかわりに、ランプハウスＬＳから照明光学系１までの全体、あるいは受光光学系４から撮像素子５までの全体を、軸ＡＸを中心に回転させてもよいし、これらを組み合わせてそれぞれを適宜チルトさせてもよい。
【００２６】
画像処理装置６は、撮像素子５で取り込んだ画像の画像処理を行う。露光装置のデフォーカスや形成されたパターンの膜厚ムラ等の異常があると、正常部分と欠陥部分の回折効率の違いから、得られた画像に明るさの差が生じる。これを画像処理で欠陥として検出する。又、正常なパターンの像を画像処理装置６に記憶しておき、これと測定されたパターンとの差分をとることにより、異常を検出するようにしてもよい。
【００２７】
回折光Ｌ２は、ウエハ２表面のレジストパターン（上層パターン）によって回折したものと、表面のレジストパターンを通って下地のパターン（下層パターン）に到達し、そこで回折したものの合成となる。
【００２８】
ここで偏光板７は、照明光Ｌ１がＳ偏光でウエハ２を照明し、かつＳ偏向の振動面とウエハ２面との光線が、ウエハ２に形成された配線パターンと平行又は直角になるように光軸まわりに回転調整されている。一般に、空気から薄膜に光が到達したときの薄膜表面での光の反射率は、薄膜の屈折率と入射角度に依存してＰ偏光とＳ偏光で異なる。０°＜入射角＜９０°の範囲では、Ｓ偏光の方が表面反射率が高い。
【００２９】
複数のパターン層が存在するウエハで考えた場合、Ｓ偏光の方が表面反射率が高い分、下地に到達する光量が少なくなる。従って、回折光の光量もその影響を受け、上層のレジストパターンで回折した光量と、下地のパターンで回折した光量を比較した場合、Ｓ偏光の方が上層のレジストパターンで回折する光量が多くなる。
【００３０】
この様子を図２を用いて説明する。図２は、非偏光、Ｓ偏光、Ｐ偏光が、それぞれ表層と下地からなる面に入射して反射される様子を示している。非偏光の場合に表層で反射される光量をａ、表層と下地の界面で反射される光量をｂ、Ｓ偏光の場合に表層で反射される光量をａＳ、表層と下地の界面で反射される光量をｂＳ、Ｐ偏光の場合に表層で反射される光量をａＰ、表層と下地の界面で反射される光量をｂＰとすると、
ａＰ＜ａ＜ａＳ
ｂＰ＞ｂ＞ｂＳ
となる。よって、Ｓ偏光を用いることにより、表層表面で反射される光量を相対的に大きくすることができ、下地の影響を受けないで表面の検査を行うことができる。
【００３１】
なお、偏光板７は照明光学系でなく受光光学系に挿入し、受光する回折光からＳ偏光の成分を取り出しても、照明光学系に偏光板を挿入した時と同様の効果を得られる。
【００３２】
一方、表層の直下に反射防止膜があり、下地からの反射光（回折光）が殆どない場合や、表層の直下が全面パターンのない金属膜で覆われている場合などはＳ偏光よりもＰ偏光を入射させるのが望ましく、偏光板７は、照明光Ｌ１がＰ偏光でウエハ２を照明するように光軸まわりに回転調整される。ここでのＰ偏光とは、振動面が紙面に平行な直線偏光である。Ｐ偏光はＳ偏光より表面での反射率が低いが、下地のパターンの影響を殆ど受けないのでＰ偏光を入射しても問題ない。むしろ、Ｐ偏光は表層の内部に入射する光量がＳ偏光よりも多い分、表層のパターンの３次元的な構造全体の変化を捉えやすい利点がある。
【００３３】
特に、ホールパターンの断面形状の検査は、従来から、基板を割断して走査型電子顕微鏡によって断面の形状を観察する破壊検査法が唯一の手段であった。ホールパターンは、ラインアンドスペースパターンと違ってパターン密度が小さいため、複数のホールパターンのうち、基板の割断面と一致するわずかなホールパターンの断面に基づいて検査を行うことになる。また、ウエハの結晶軸とホールパターンの形成方向によっては、複数のホールパターンの断面のいずれもが割断面と一致しない場合もある。このように、ホールパターンの断面形状の観察は基板の割断に検査者の技量を要し、困難な作業であった。本発明によれば、ホールパターンの検査をＰ偏光光で行ってホールパターンの３次元的な構造全体の変化を捉えるので、非破壊でかつ、容易にホールパターンの３次元的な検査を行うことができる。
なお、偏光板７は照明光学系でなく受光光学系に挿入し、受光する回折光からＰ偏光の成分を取り出しても、照明光学系に偏光板を挿入した時と同様の効果を得られる。
【００３４】
図３は、本発明の第２の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。以下の図において、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。第２の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態の受光光学系４中に、偏光板８を追加したものである。偏光板８は受光光学系４の光軸を回転中心にして回転可能で、ウエハ２からの回折光Ｌ２のうち、任意の偏光方向の直線偏光を取り出すことが可能である。又、不図示の機構により、挿脱可能である。
【００３５】
発明者等が確認した事実によると、この第２の実施の形態である欠陥検査装置において、照明光Ｌ１を直線偏光（前述のように基板表面での反射率が高い偏光状態にすることが好ましい）にしてウエハ２を照明し、ウエハ２からの回折光Ｌ２のうち、照明光Ｌ１と直交する方向に振動する直線偏光を取り出すように、それぞれの偏光板７、８を調整した状態、いわゆるクロスニコルの状態で検査を行うことが、ホールパターンの検査に特に有効である。
【００３６】
通常、クロスニコルの状態では画像は暗視野になるが、ホールパターンが形成された領域を画像として撮像することができた。これは次のように説明できる。直線偏光を入射すると試料表面で反射回折する際に偏光状態が変化し楕円偏光になる（入射直線偏光の振動方向と直交する方向に振動する成分が現れる）。したがってクロスニコルの状態にすることで、偏光状態が試料入射前後で変化した成分のみを取り出すことができる。
【００３７】
詳しく述べれば、通常、配線パターンに入射した偏光は、配線パターンの直線方向（エッジ部分）と平行な方向と、配線パターンの直線方向と直交する方向（繰り返し方向）の二つの成分に分解して考えると、平行な成分と直交する成分とで、ピッチやデューティ比などの配線パターンの形状に起因する反射率や位相のずれ量の影響がそれぞれ異なるので、配線パターンを反射した後の偏光、即ち反射後の、配線パターンに平行な成分と直交する成分を合成した偏光は、入射した偏光に対して形状が変化する。これに対し、ホールパターンとは異なる層の配線パターンに対してエッジ部分に入射する偏光の振動面とウエハ面との交線が垂直あるいは平行になるように基板と照明光学系との相対位置を調整すると、パターンで回折した光の偏光の振動方向は殆ど変化しない。この場合、配線パターンに対して、エッジ部分に入射する偏光の振動方向が垂直あるいは平行であるので、振動成分がパターンと垂直の方向あるいは平行の方向にしかなく、パターンからの影響によって振動方向には変化を生じず、偏光の向き自体は変化しない。これに対し、ホールパターンは円形のパターンであるため、入射する直線偏光の振動方向とエッジ部分の方向との関係がホールパターンのエッジの場所によりまちまちである（エッジの方向に対して振動面が垂直でも平行でもない角度で傾斜して入射する）。そのため、ホールパターンで回折した光のうち、ホールパターンの部分からの信号成分は低減しないような状態で取り出すことができ、ホールパターンの下に存在する配線パターンとの分離が可能となる。
【００３８】
これは、以下のように説明することが出来る。直線偏光を、直交する２つの直線偏光の和として表したときにｘ方向とｙ方向の成分は、配線パターンに対して同じ４５０の角度で入射する。ゆえにｘ方向の成分とｙ方向の成分とが配線パターン形状から受ける影響が等価であり、パターンを経ることによる反射率や位相のずれ量が、ｘ方向成分とｙ方向成分とで等しいので、ｘ成分とｙ成分とがパターン形状によって反射率や位相に影響を受けたとしても、偏光の向き自体は変化しない。一方、ホールパターンは円形のパターンゆえにエッジ部分に入射する偏光の振動方向とエッジの方向との相対関係はエッジの場所によりまちまちであり（垂直でも平行でもない角度を有して入射する）、垂直あるいは平行以外の角度でエッジ部分に入射した偏光はｘ方向成分とｙ方向成分とが、異なる角度でパターンに入射する。ゆえにパターン形状から受ける影響がそれぞれ異なり、ｘ成分とｙ成分とで位相のずれや反射率のずれを生じるため、ホールパターンを経た直線偏光は楕円偏光となる。そのため、ホールパターンで回折した光のうち、入射光の偏光の振動方向に対して垂直な振動方向の偏光成分を取り出すように、すなわちクロスニコルの状態でウエハを観察すると、配線パターンからの信号成分が除去され、ホールパターンの部分でのｘ成分とｙ成分とがパターン形状からうける寄与の違いによる偏光方向のずれ分のみを取り出すことができホールパターンの下に存在する配線パターンや下地以外の配線パターンをホールパターンとの分離が可能となる。
【００３９】
クロスニコルの組み合わせとしては、照明光としてＳ偏光を入射し、ウエハからの回折光のうちＰ偏光の直線偏光成分を取り出す場合と、照明光としてＰ偏光を入射し、ウエハからの回折光のうちＳ偏光成分を取り出す場合がある。下地からの影響を出来るだけ少なくしたい場合は前者が、ホールパターンの３次元的な構造全体の変化を効率良く捉えたい場合は後者が適しており、それぞれの場合に応じて偏光板７、８が適宜調整される。
【００４０】
この場合にも、下地の影響を小さくできるので、ホールパターンの検査をＰ偏光で行ってホールパターンの３次元的な構造全体の変化を捉えることによって、非破壊でかつ、容易にホールパターンの３次元的な検査を行うことができる。
【００４１】
ホールパターンの例を図４に示す。（ａ）は配線パターン２１を下層としてその上に形成されたコンタクトホール２２の様子を示す図であり、（ｂ）は絶縁層２５を下層としてその上に形成されたコンタクトホール２２の様子を示す図である。両方とも上側が平面図、下側がＡ−Ａ断面図である。ただし、分かりやすくするために（ａ）における平面図においてはレジスト２３を透明なものとして表している。
【００４２】
（ａ）において、基板２４の上に配線パターン２１が形成され、その上にコンタクトホール２２が所定のホールパターンで形成されている。配線パターン２１が形成されていない部分はレジスト２３で覆われ、配線パターンの上も、コンタクトホール２２が形成されていない部分はレジスト２３で覆われている。
【００４３】
（ｂ）において、基板２４の上に配線パターン２１が形成され、配線パターン２１が形成されていない部分、及び配線パターン２１の上部は絶縁層２５で覆われている。そして、絶縁層２５を貫通して、所定のパターンでコンタクトホール２２が形成されている。
【００４４】
（ａ）の構成においては、ホールパターン２２の直下に配線パターン２１が形成されている。配線パターン２１のパターン密度は、ホールパターン２２のパターン密度と比較して大きい。また、配線パターン２１は一般に光反射率の高い銅やアルミ等の金属により形成されているのに対して、レジスト層２３は光を透過するポリヒドロキシスチレン等の有機化合物で形成されている。従って、レジスト層２３に形成されたホールパターン２２からの回折光の強度は、レジスト層２３を透過して配線パターン２１で回折された回折光の強度に比較して小さくなり、ホールパターン２２で回折された回折光の信号は配線パターン２１で回折された回折光に埋もれてしまう。
【００４５】
このような理由からホールパターン２２からの回折光の信号を検出することは不可能であった。
【００４６】
また、（ｂ）においては、基板２４の上に配線パターン２１が形成され、その上に絶縁層２５が形成されている。そして、絶縁層２５の上にレジスト層２３が形成され、レジスト層２３に所定のパターン配置でコンタクトホールパターン２２が形成されている。絶縁層２５には、一般に透明なＳｉＯ２が使用されるため、レジスト層２３を透過した光は絶縁層２５では吸収されずにその下に形成された配線パターンに到達する。従って、レジスト層２３と絶縁層２５とを透過した光が配線層２１に到達して配線層２１からの回折光が発生する。
【００４７】
この場合にも、（ａ）と同様に、レジスト層２３に形成されたホールパターン２２で回折された回折光の強度は、レジスト層２３を透過して配線パターン２１で回折された回折光の強度に比較して小さく、ホールパターン２２で回折された回折光の信号は配線パターン２１で回折された回折光の信号に埋もれてしまう。従って、絶縁層２５を介在して配線パターン２１が形成されている場合であっても、ホールパターン２２からの回折光の信号を検出することは不可能であった。
【００４８】
発明者は、（ａ）のような構成を有する基板、すなわち、アルミ（Ａｌ）からなる欠陥のない繰り返しパターンを有する配線パターンのすぐ上にレジスト層を成膜したウエハを準備し、ベストフォーカス、ベスト露光量の露光条件を中心として、フォーカス量、露光量を変化させながらホールパターンの露光を行った。
【００４９】
現像後のレジストパターンは、ベストフォーカス、ベスト露光量の露光条件で露光したパターンは、設計値通どおりの径で、断面が矩形なポールパターンが形成されているが、このフォーカスおよび露光条件から遠ざかるに従って、ホールパターンの径は設計値からずれを生じるとともに、パターン断面の矩形性も低下する。
【００５０】
このようにして製作したウエハ上の種々のホールパターンを図７に示す従来の検査装置を用いて撮像した。
【００５１】
図５（ｂ）に、撮像した画像の模式図を示す。ここでは、１枚のウエハ上に、露光条件の異なる９個のホールパターンが形成されており、その各々の撮像の明るさを示している。図では、中心のホールパターンがベストフォーカス、ベスト露光量で露光したものであり、右側のパターンはフォーカスが光軸方向プラスにずれたもの、左側のパターンはフォーカスが光軸方向マイナスにずれたものを示している。又、下側のパターンは露光量がプラス側にずれたもの、上側のパターンは露光量ががマイナスにずれたものを示している。
【００５２】
図に示すように、この状態では下地の繰り返しパターンからの回折光の影響で、ホールパターンの変化がショット領域毎の明るさの違いとして捉えられなかった。従って、どのホールパターンの明るさも同じに撮像されている。
【００５３】
同じウエハを、図３に示すような検査装置を用いて、ホールパターンの下地からの回折光に対してクロスニコル条件が成り立つような状態で測定した。図５（ａ）は撮像した画像の模式図である。下地の繰り返しパターンからの回折光が除去されていて、露光装置のフォーカス量や露光量の変化が、図のように各ホールパターン領域毎の明るさの違いとして捉えられた。
【００５４】
フォーカス量や露光量の変化に応じてホール直径は変化するが、これが回折効率の違いとなり、画像の明るさの差になったものである。明るさの違いは画像処理で十分認識出来るものであり、露光装置のデフォーカスや露光量の不具合によるホールパターンの不良を判別することが可能となる。
【００５５】
図６は、本発明の第３の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。この実施の形態は、第２の実施形態の受光光学系４における偏光板８とウエハ２との間に、１／４波長板９を配置したことのみが第２の実施の形態と異なっている。１／４波長板９は受光光学系４の光軸を回転中心にして回転可能である。又、不図示の機構により挿脱可能である。１／４波長板は、周知のように、回転方向に応じて、入射した光の偏光状態を直線偏光や楕円偏光、円偏光に変換する機能を有する。
【００５６】
前述のとおり、回折光Ｌ２は上層のパターンで回折した回折光と下地のパターンで回折した回折光の合成で、偏光状態はそれぞれ異なっている。そこで、１／４波長板９を、下地からの回折光が直線偏光になるように回転調整し、更に偏光板８を、変換された直線偏光の振動方向と直交する方向に振動する光を取り出すよう、つまりクロスニコルの状態になるように回転調整する。これにより下地からの回折光が除去される。ここで、上層からの回折光は１／４波長板９を通過後は偏光状態が変化するが直線偏光ではないので、偏光板８を通過することができる。こうして、回折光Ｌ２が偏光板８を通過したあとは、下地からの回折光が除去され、上層からの回折光のみとなっているので、下地の影響を受けずに、Ｓ／Ｎの良い状態で検査を行うことができる。
【００５７】
なお、１／４波長板は受光光学系４ではなく、照明光学系１の偏光板７とウエハ２との間に挿入して適宜回転する事で、ウエハ２で回折した回折光のうち、下地からの回折光を直線偏光にすることもできる。従って、受光光学系に１／４板を挿入した時と同様の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】 本発明の実施の形態の第１の例である欠陥検査装置概要を示す図である。
【図２】 基板表面と下地からのＰ偏光とＳ偏光の反射の状態を示す図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。
【図４】 ホールパターンの例を示す図である。
【図５】 ホールパターンを、本発明による欠陥検査装置と、従来の欠陥検査層により、それぞれ撮像した例を、模式的に示す図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。
【図７】 従来の検査装置の概要を示す図である。
【００５９】
である。
【符号の説明】
【００６０】
１…照明光学系、２…ウエハ、３…ステージ、４…受光光学系、５…撮像素子、６…画像処理装置、７、８…偏光板、９…１／４波長板、２１…配線パターン、２２…コンタクトホール、２３…レジスト、２５…絶縁層、４１、４２…レンズ、Ｌ１…照明光、Ｌ２…回折光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子等の製造過程において、基板表面のムラ、傷、等の欠陥を検出する欠陥検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶基板の製造においては、種々の異なる回路パターンを形成し、それを何層にも積み重ねていく作業を繰り返し行っている。各回路パターンを形成する工程の概要は、基板表面にレジストを塗布し、露光装置によりレチクルやマスク上の回路パターンをレジスト上に焼き付け、現像によってレジストによる回路パターンを形成後、エッチング等で素子の各部を形成する。レジストによるパターンが形成された後に、パターンに異常が無いかどうか検査される。
【０００３】
図７は、このような目的のために使用されている従来の検査装置の概要を示す図である。ステージ３上に載置された半導体ウエハ２に照明光Ｌ１を照射し、半導体ウエハ２上に形成された繰り返しパターン（不図示）から発生する回折光Ｌ２による基板の画像を撮像素子５に取り込む。そして、画像処理装置６によって画像処理を行い、正常な基板の画像と比較する等により、基板表面の欠陥を検出するものである。繰り返しパターンのピッチによって、回折光が半導体ウエハ２から出射する方向が異なるので、これに合わせて、ステージ３が適宜チルトされる。このような装置の例として開示されているものに、特開平１１−５１８７４号公報がある。
【０００４】
【特許文献１】 特開平１１−５１８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、検査すべき対象となるのは、半導体ウエハ２の最上層（最表層）に形成されたレジストパターンであるが、基板を照明した光の一部は最上層のレジスト層を通過して、下地に形成されたパターンを照明する。従って、基板全体から発生する回折光は最上層のレジストパターンだけでなく、下地のパターンの影響も受けている。そのため、下地のパターンの影響が大きい場合にはそれがノイズとなり、本来検査すべき最上層のパターン情報が相対的に少なくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなるという問題点がある。特に、異なる層の回路パターン同士を結合するコンタクトホール等のホールパターンは、微細で、パターン密度が小さいので、その信号強度が微弱であるため下地の影響を受けやすく、従来は、十分に欠陥を検出できなかった。
【０００６】
又、最上層のパターンとその下のパターンの間に、検査に使用する光を吸収するような反射防止膜が設けられている場合には、このような問題は無くなるが、最上層に形成されたパターンの立体的な情報がとりにくいという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、最上層のパターンの検査を、高いＳ／Ｎ比で行うことができる欠陥検査方法、さらにはホールパターンの検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための第１の手段は、被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明し、前記基板からの回折光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項１）である。
【０００９】
本手段においては、基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明しているので、基板表面のパターンの表面において反射されず、基板パターンの内部に入ってそこで基板層間の界面で反射される光が多くなる。従って、基板表面のパターンの３次元的な構造全体の変化を捉え、効率良く検査を行うことができる。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板を照明光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項２）である。
【００１１】
本手段においては、基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光による基板の像を撮像しているので、前記第１の手段と同様、基板表面のパターンの３次元的な構造全体の変化を捉え、効率良く検査を行うことができる。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のいずれかを使用して基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検出することを特徴とするホールパターンの検査方法（請求項３）である。
【００１３】
一般にコンタクトホール等のホールパターンは、大きさが微細であり、従来の検査方法では確実な検査が不可能であった。本手段によれば、バックグラウンドノイズを低減させることができるので、ホールパターンの検査をＳ／Ｎ良く行うことができる。
【００１４】
前記課題を解決するための第４の手段は、被検査体である基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＳ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＳ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項４）である。
【００１５】
本明細書及び特許請求の範囲において、直線偏光の振動面というのは、直線偏光の電界ベクトルと光の進行方向ベクトルを含む平面のことをいう。
【００１６】
本手段においては、基板をＳ偏光の直線偏光の照明光で照明し、しかも、その振動面と基板との交線が基板に形成された配線パターンに平行又は垂直なようにしている。そして、基板からの回折光に含まれるＳ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて基板の像を撮像している。
【００１７】
このようにすると、配線パターンに対してはエッジ部分に入射する偏光の振動方向が垂直或いは平行であり、振動成分がパターンと垂直の方向あるいは平行の方向にしかないので、パターンからの影響によって振動方向には変化を生じず、偏光の無機自体は変化しない。
【００１８】
よって、検出される光には、配線パターンの正常部からの反射光が少なくなり、異常部からの反射光が多くなって、欠陥検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
回折光からＳ偏光の直線偏光を除去する方法としては、照明光と回折光の間にクロスニコルの条件が成立するように偏光板を配置する方法がある。
【００２０】
前記課題を解決するための第５の手段は、被検査体である基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＰ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法（請求項５）である。
【００２１】
本手段においては、基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明しているところが前記第４の手段と異なるだけであり、その原理は前記第４の手段と同じである。よって、前記第４の手段と同じように、検出される光には、配線パターンの形状からの影響を抑え、ホールパターンの形状のみに関する信号が抽出されて、欠陥検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、説明したように、本発明によれば、最上層のパターンの検査を、高いＳ／Ｎ比で行うことができる欠陥検査装置、欠陥検査方法、さらにはホールパターンの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の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例である欠陥検査装置概要を示す図である。ランプハウスＬＳから射出された照明光Ｌ１は、照明光学系１を構成するレンズ１１によりほぼ平行な光に変換され、ステージ３上に載置されたウエハ２を照明する。ランプハウスＬＳの内部には不図示のハロゲンランプやメタルハライドランプなどの光源と、波長選択フィルタが内蔵されており、一部の波長の光のみが照明光Ｌ１として利用される。
【００２４】
ランプハウスＬＳの射出部付近には偏光板７が配置されていて、ランプハウスＬＳから射出された照明光Ｌ１を直線偏光にする。偏光板７は照明光学系１の光軸を回転中心にして回転可能で、ウエハ２を照明する直線偏光の偏光方向を任意に変えられる。又、不図示の機構により、挿脱可能である。ステージ３には、不図示のチルト機構が設けられていて、紙面と垂直な軸ＡＸを中心に、ステージ３をチルトする。
【００２５】
照明光Ｌ１によって照明された、基板であるウエハ２からは、回折光Ｌ２が生じる。繰り返しパターンのピッチと、照明光Ｌ１の波長により、回折光Ｌ２の回折角は変化する。回折角に応じてステージ３が適宜チルトされ、生じた回折光Ｌ２は、レンズ４１、レンズ４２で構成された受光光学系４に導かれて集光され、回折光Ｌ２によるウエハ２の像を本発明の撮像手段としての撮像素子５上に結像する。ステージ３をチルトさせるかわりに、ランプハウスＬＳから照明光学系１までの全体、あるいは受光光学系４から撮像素子５までの全体を、軸ＡＸを中心に回転させてもよいし、これらを組み合わせてそれぞれを適宜チルトさせてもよい。
【００２６】
画像処理装置６は、撮像素子５で取り込んだ画像の画像処理を行う。露光装置のデフォーカスや形成されたパターンの膜厚ムラ等の異常があると、正常部分と欠陥部分の回折効率の違いから、得られた画像に明るさの差が生じる。これを画像処理で欠陥として検出する。又、正常なパターンの像を画像処理装置６に記憶しておき、これと測定されたパターンとの差分をとることにより、異常を検出するようにしてもよい。
【００２７】
回折光Ｌ２は、ウエハ２表面のレジストパターン（上層パターン）によって回折したものと、表面のレジストパターンを通って下地のパターン（下層パターン）に到達し、そこで回折したものの合成となる。
【００２８】
ここで偏光板７は、照明光Ｌ１がＳ偏光でウエハ２を照明し、かつＳ偏向の振動面とウエハ２面との光線が、ウエハ２に形成された配線パターンと平行又は直角になるように光軸まわりに回転調整されている。一般に、空気から薄膜に光が到達したときの薄膜表面での光の反射率は、薄膜の屈折率と入射角度に依存してＰ偏光とＳ偏光で異なる。０°＜入射角＜９０°の範囲では、Ｓ偏光の方が表面反射率が高い。
【００２９】
複数のパターン層が存在するウエハで考えた場合、Ｓ偏光の方が表面反射率が高い分、下地に到達する光量が少なくなる。従って、回折光の光量もその影響を受け、上層のレジストパターンで回折した光量と、下地のパターンで回折した光量を比較した場合、Ｓ偏光の方が上層のレジストパターンで回折する光量が多くなる。
【００３０】
この様子を図２を用いて説明する。図２は、非偏光、Ｓ偏光、Ｐ偏光が、それぞれ表層と下地からなる面に入射して反射される様子を示している。非偏光の場合に表層で反射される光量をａ、表層と下地の界面で反射される光量をｂ、Ｓ偏光の場合に表層で反射される光量をａＳ、表層と下地の界面で反射される光量をｂＳ、Ｐ偏光の場合に表層で反射される光量をａＰ、表層と下地の界面で反射される光量をｂＰとすると、
ａＰ＜ａ＜ａＳ
ｂＰ＞ｂ＞ｂＳ
となる。よって、Ｓ偏光を用いることにより、表層表面で反射される光量を相対的に大きくすることができ、下地の影響を受けないで表面の検査を行うことができる。
【００３１】
なお、偏光板７は照明光学系でなく受光光学系に挿入し、受光する回折光からＳ偏光の成分を取り出しても、照明光学系に偏光板を挿入した時と同様の効果を得られる。
【００３２】
一方、表層の直下に反射防止膜があり、下地からの反射光（回折光）が殆どない場合や、表層の直下が全面パターンのない金属膜で覆われている場合などはＳ偏光よりもＰ偏光を入射させるのが望ましく、偏光板７は、照明光Ｌ１がＰ偏光でウエハ２を照明するように光軸まわりに回転調整される。ここでのＰ偏光とは、振動面が紙面に平行な直線偏光である。Ｐ偏光はＳ偏光より表面での反射率が低いが、下地のパターンの影響を殆ど受けないのでＰ偏光を入射しても問題ない。むしろ、Ｐ偏光は表層の内部に入射する光量がＳ偏光よりも多い分、表層のパターンの３次元的な構造全体の変化を捉えやすい利点がある。
【００３３】
特に、ホールパターンの断面形状の検査は、従来から、基板を割断して走査型電子顕微鏡によって断面の形状を観察する破壊検査法が唯一の手段であった。ホールパターンは、ラインアンドスペースパターンと違ってパターン密度が小さいため、複数のホールパターンのうち、基板の割断面と一致するわずかなホールパターンの断面に基づいて検査を行うことになる。また、ウエハの結晶軸とホールパターンの形成方向によっては、複数のホールパターンの断面のいずれもが割断面と一致しない場合もある。このように、ホールパターンの断面形状の観察は基板の割断に検査者の技量を要し、困難な作業であった。本発明によれば、ホールパターンの検査をＰ偏光光で行ってホールパターンの３次元的な構造全体の変化を捉えるので、非破壊でかつ、容易にホールパターンの３次元的な検査を行うことができる。
なお、偏光板７は照明光学系でなく受光光学系に挿入し、受光する回折光からＰ偏光の成分を取り出しても、照明光学系に偏光板を挿入した時と同様の効果を得られる。
【００３４】
図３は、本発明の第２の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。以下の図において、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。第２の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態の受光光学系４中に、偏光板８を追加したものである。偏光板８は受光光学系４の光軸を回転中心にして回転可能で、ウエハ２からの回折光Ｌ２のうち、任意の偏光方向の直線偏光を取り出すことが可能である。又、不図示の機構により、挿脱可能である。
【００３５】
発明者等が確認した事実によると、この第２の実施の形態である欠陥検査装置において、照明光Ｌ１を直線偏光（前述のように基板表面での反射率が高い偏光状態にすることが好ましい）にしてウエハ２を照明し、ウエハ２からの回折光Ｌ２のうち、照明光Ｌ１と直交する方向に振動する直線偏光を取り出すように、それぞれの偏光板７、８を調整した状態、いわゆるクロスニコルの状態で検査を行うことが、ホールパターンの検査に特に有効である。
【００３６】
通常、クロスニコルの状態では画像は暗視野になるが、ホールパターンが形成された領域を画像として撮像することができた。これは次のように説明できる。直線偏光を入射すると試料表面で反射回折する際に偏光状態が変化し楕円偏光になる（入射直線偏光の振動方向と直交する方向に振動する成分が現れる）。したがってクロスニコルの状態にすることで、偏光状態が試料入射前後で変化した成分のみを取り出すことができる。
【００３７】
詳しく述べれば、通常、配線パターンに入射した偏光は、配線パターンの直線方向（エッジ部分）と平行な方向と、配線パターンの直線方向と直交する方向（繰り返し方向）の二つの成分に分解して考えると、平行な成分と直交する成分とで、ピッチやデューティ比などの配線パターンの形状に起因する反射率や位相のずれ量の影響がそれぞれ異なるので、配線パターンを反射した後の偏光、即ち反射後の、配線パターンに平行な成分と直交する成分を合成した偏光は、入射した偏光に対して形状が変化する。これに対し、ホールパターンとは異なる層の配線パターンに対してエッジ部分に入射する偏光の振動面とウエハ面との交線が垂直あるいは平行になるように基板と照明光学系との相対位置を調整すると、パターンで回折した光の偏光の振動方向は殆ど変化しない。この場合、配線パターンに対して、エッジ部分に入射する偏光の振動方向が垂直あるいは平行であるので、振動成分がパターンと垂直の方向あるいは平行の方向にしかなく、パターンからの影響によって振動方向には変化を生じず、偏光の向き自体は変化しない。これに対し、ホールパターンは円形のパターンであるため、入射する直線偏光の振動方向とエッジ部分の方向との関係がホールパターンのエッジの場所によりまちまちである（エッジの方向に対して振動面が垂直でも平行でもない角度で傾斜して入射する）。そのため、ホールパターンで回折した光のうち、ホールパターンの部分からの信号成分は低減しないような状態で取り出すことができ、ホールパターンの下に存在する配線パターンとの分離が可能となる。
【００３８】
これは、以下のように説明することが出来る。直線偏光を、直交する２つの直線偏光の和として表したときにｘ方向とｙ方向の成分は、配線パターンに対して同じ４５０の角度で入射する。ゆえにｘ方向の成分とｙ方向の成分とが配線パターン形状から受ける影響が等価であり、パターンを経ることによる反射率や位相のずれ量が、ｘ方向成分とｙ方向成分とで等しいので、ｘ成分とｙ成分とがパターン形状によって反射率や位相に影響を受けたとしても、偏光の向き自体は変化しない。一方、ホールパターンは円形のパターンゆえにエッジ部分に入射する偏光の振動方向とエッジの方向との相対関係はエッジの場所によりまちまちであり（垂直でも平行でもない角度を有して入射する）、垂直あるいは平行以外の角度でエッジ部分に入射した偏光はｘ方向成分とｙ方向成分とが、異なる角度でパターンに入射する。ゆえにパターン形状から受ける影響がそれぞれ異なり、ｘ成分とｙ成分とで位相のずれや反射率のずれを生じるため、ホールパターンを経た直線偏光は楕円偏光となる。そのため、ホールパターンで回折した光のうち、入射光の偏光の振動方向に対して垂直な振動方向の偏光成分を取り出すように、すなわちクロスニコルの状態でウエハを観察すると、配線パターンからの信号成分が除去され、ホールパターンの部分でのｘ成分とｙ成分とがパターン形状からうける寄与の違いによる偏光方向のずれ分のみを取り出すことができホールパターンの下に存在する配線パターンや下地以外の配線パターンをホールパターンとの分離が可能となる。
【００３９】
クロスニコルの組み合わせとしては、照明光としてＳ偏光を入射し、ウエハからの回折光のうちＰ偏光の直線偏光成分を取り出す場合と、照明光としてＰ偏光を入射し、ウエハからの回折光のうちＳ偏光成分を取り出す場合がある。下地からの影響を出来るだけ少なくしたい場合は前者が、ホールパターンの３次元的な構造全体の変化を効率良く捉えたい場合は後者が適しており、それぞれの場合に応じて偏光板７、８が適宜調整される。
【００４０】
この場合にも、下地の影響を小さくできるので、ホールパターンの検査をＰ偏光で行ってホールパターンの３次元的な構造全体の変化を捉えることによって、非破壊でかつ、容易にホールパターンの３次元的な検査を行うことができる。
【００４１】
ホールパターンの例を図４に示す。（ａ）は配線パターン２１を下層としてその上に形成されたコンタクトホール２２の様子を示す図であり、（ｂ）は絶縁層２５を下層としてその上に形成されたコンタクトホール２２の様子を示す図である。両方とも上側が平面図、下側がＡ−Ａ断面図である。ただし、分かりやすくするために（ａ）における平面図においてはレジスト２３を透明なものとして表している。
【００４２】
（ａ）において、基板２４の上に配線パターン２１が形成され、その上にコンタクトホール２２が所定のホールパターンで形成されている。配線パターン２１が形成されていない部分はレジスト２３で覆われ、配線パターンの上も、コンタクトホール２２が形成されていない部分はレジスト２３で覆われている。
【００４３】
（ｂ）において、基板２４の上に配線パターン２１が形成され、配線パターン２１が形成されていない部分、及び配線パターン２１の上部は絶縁層２５で覆われている。そして、絶縁層２５を貫通して、所定のパターンでコンタクトホール２２が形成されている。
【００４４】
（ａ）の構成においては、ホールパターン２２の直下に配線パターン２１が形成されている。配線パターン２１のパターン密度は、ホールパターン２２のパターン密度と比較して大きい。また、配線パターン２１は一般に光反射率の高い銅やアルミ等の金属により形成されているのに対して、レジスト層２３は光を透過するポリヒドロキシスチレン等の有機化合物で形成されている。従って、レジスト層２３に形成されたホールパターン２２からの回折光の強度は、レジスト層２３を透過して配線パターン２１で回折された回折光の強度に比較して小さくなり、ホールパターン２２で回折された回折光の信号は配線パターン２１で回折された回折光に埋もれてしまう。
【００４５】
このような理由からホールパターン２２からの回折光の信号を検出することは不可能であった。
【００４６】
また、（ｂ）においては、基板２４の上に配線パターン２１が形成され、その上に絶縁層２５が形成されている。そして、絶縁層２５の上にレジスト層２３が形成され、レジスト層２３に所定のパターン配置でコンタクトホールパターン２２が形成されている。絶縁層２５には、一般に透明なＳｉＯ２が使用されるため、レジスト層２３を透過した光は絶縁層２５では吸収されずにその下に形成された配線パターンに到達する。従って、レジスト層２３と絶縁層２５とを透過した光が配線層２１に到達して配線層２１からの回折光が発生する。
【００４７】
この場合にも、（ａ）と同様に、レジスト層２３に形成されたホールパターン２２で回折された回折光の強度は、レジスト層２３を透過して配線パターン２１で回折された回折光の強度に比較して小さく、ホールパターン２２で回折された回折光の信号は配線パターン２１で回折された回折光の信号に埋もれてしまう。従って、絶縁層２５を介在して配線パターン２１が形成されている場合であっても、ホールパターン２２からの回折光の信号を検出することは不可能であった。
【００４８】
発明者は、（ａ）のような構成を有する基板、すなわち、アルミ（Ａｌ）からなる欠陥のない繰り返しパターンを有する配線パターンのすぐ上にレジスト層を成膜したウエハを準備し、ベストフォーカス、ベスト露光量の露光条件を中心として、フォーカス量、露光量を変化させながらホールパターンの露光を行った。
【００４９】
現像後のレジストパターンは、ベストフォーカス、ベスト露光量の露光条件で露光したパターンは、設計値通どおりの径で、断面が矩形なポールパターンが形成されているが、このフォーカスおよび露光条件から遠ざかるに従って、ホールパターンの径は設計値からずれを生じるとともに、パターン断面の矩形性も低下する。
【００５０】
このようにして製作したウエハ上の種々のホールパターンを図７に示す従来の検査装置を用いて撮像した。
【００５１】
図５（ｂ）に、撮像した画像の模式図を示す。ここでは、１枚のウエハ上に、露光条件の異なる９個のホールパターンが形成されており、その各々の撮像の明るさを示している。図では、中心のホールパターンがベストフォーカス、ベスト露光量で露光したものであり、右側のパターンはフォーカスが光軸方向プラスにずれたもの、左側のパターンはフォーカスが光軸方向マイナスにずれたものを示している。又、下側のパターンは露光量がプラス側にずれたもの、上側のパターンは露光量ががマイナスにずれたものを示している。
【００５２】
図に示すように、この状態では下地の繰り返しパターンからの回折光の影響で、ホールパターンの変化がショット領域毎の明るさの違いとして捉えられなかった。従って、どのホールパターンの明るさも同じに撮像されている。
【００５３】
同じウエハを、図３に示すような検査装置を用いて、ホールパターンの下地からの回折光に対してクロスニコル条件が成り立つような状態で測定した。図５（ａ）は撮像した画像の模式図である。下地の繰り返しパターンからの回折光が除去されていて、露光装置のフォーカス量や露光量の変化が、図のように各ホールパターン領域毎の明るさの違いとして捉えられた。
【００５４】
フォーカス量や露光量の変化に応じてホール直径は変化するが、これが回折効率の違いとなり、画像の明るさの差になったものである。明るさの違いは画像処理で十分認識出来るものであり、露光装置のデフォーカスや露光量の不具合によるホールパターンの不良を判別することが可能となる。
【００５５】
図６は、本発明の第３の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。この実施の形態は、第２の実施形態の受光光学系４における偏光板８とウエハ２との間に、１／４波長板９を配置したことのみが第２の実施の形態と異なっている。１／４波長板９は受光光学系４の光軸を回転中心にして回転可能である。又、不図示の機構により挿脱可能である。１／４波長板は、周知のように、回転方向に応じて、入射した光の偏光状態を直線偏光や楕円偏光、円偏光に変換する機能を有する。
【００５６】
前述のとおり、回折光Ｌ２は上層のパターンで回折した回折光と下地のパターンで回折した回折光の合成で、偏光状態はそれぞれ異なっている。そこで、１／４波長板９を、下地からの回折光が直線偏光になるように回転調整し、更に偏光板８を、変換された直線偏光の振動方向と直交する方向に振動する光を取り出すよう、つまりクロスニコルの状態になるように回転調整する。これにより下地からの回折光が除去される。ここで、上層からの回折光は１／４波長板９を通過後は偏光状態が変化するが直線偏光ではないので、偏光板８を通過することができる。こうして、回折光Ｌ２が偏光板８を通過したあとは、下地からの回折光が除去され、上層からの回折光のみとなっているので、下地の影響を受けずに、Ｓ／Ｎの良い状態で検査を行うことができる。
【００５７】
なお、１／４波長板は受光光学系４ではなく、照明光学系１の偏光板７とウエハ２との間に挿入して適宜回転する事で、ウエハ２で回折した回折光のうち、下地からの回折光を直線偏光にすることもできる。従って、受光光学系に１／４板を挿入した時と同様の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】 本発明の実施の形態の第１の例である欠陥検査装置概要を示す図である。
【図２】 基板表面と下地からのＰ偏光とＳ偏光の反射の状態を示す図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。
【図４】 ホールパターンの例を示す図である。
【図５】 ホールパターンを、本発明による欠陥検査装置と、従来の欠陥検査層により、それぞれ撮像した例を、模式的に示す図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態である欠陥検査装置の概要を示す図である。
【図７】 従来の検査装置の概要を示す図である。
【００５９】
である。
【符号の説明】
【００６０】
１…照明光学系、２…ウエハ、３…ステージ、４…受光光学系、５…撮像素子、６…画像処理装置、７、８…偏光板、９…１／４波長板、２１…配線パターン、２２…コンタクトホール、２３…レジスト、２５…絶縁層、４１、４２…レンズ、Ｌ１…照明光、Ｌ２…回折光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明し、前記基板からの回折光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板を照明光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の欠陥検査方法を使用して、基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検出することを特徴とするホールパターンの検査方法。
【請求項４】
被検査体である基板の表面に形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＳ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＳ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
被検査体である基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＰ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１】
被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板をＰ偏光の直線偏光の照明光で照明し、前記基板からの回折光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
被検査体である基板の表面欠陥を検査する方法であって、前記基板を照明光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光による前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の欠陥検査方法を使用して、基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検出することを特徴とするホールパターンの検査方法。
【請求項４】
被検査体である基板の表面に形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＳ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＳ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
被検査体である基板の表面に形成されたホールパターンの欠陥を検査する方法であって、前記基板を、振動面と前記基板との交線が前記ホールパターンとは異なる層に形成された配線パターンに平行又は垂直なＰ偏光の直線偏光で照明し、前記基板からの回折光に含まれるＰ偏光の直線偏光を除去した残りの光を用いて前記基板の像を撮像し、撮像した画像を処理して前記基板の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１０５９５１（Ｐ２００６−１０５９５１Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２２９０５（Ｐ２００４−３２２９０５）
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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