欠陥検査装置
【課題】欠陥検査装置では検出倍率を上げて微細欠陥検出感度を向上させるため、焦点深
度が浅くなり、環境変動によって結像位置がずれ、欠陥検出感度が不安定になる課題があ
る。
【解決手段】被検査基板を搭載して所定方向に走査するＸＹステージと、被検査基板上の
欠陥を斜めから照明し、その欠陥を上方に配した検出光学系で検出する方式で、この結像
状態を最良の状態に保つために、温度及び気圧の変化に対して、結像位置変化を補正する
機構を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
度が浅くなり、環境変動によって結像位置がずれ、欠陥検出感度が不安定になる課題があ
る。
【解決手段】被検査基板を搭載して所定方向に走査するＸＹステージと、被検査基板上の
欠陥を斜めから照明し、その欠陥を上方に配した検出光学系で検出する方式で、この結像
状態を最良の状態に保つために、温度及び気圧の変化に対して、結像位置変化を補正する
機構を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程，液晶表示素子製造工程，プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程における異物等の欠陥の発生状況を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良の原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、微細な異物が存在すると、より微細な異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料の混入していたものなど種々の状態で混入される。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程でも、パターン上に異物が付着したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の付着はパターンの短絡，不良接続の原因になる。
【０００４】
従来この種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特許文献１に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特許文献２に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次元Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものがある。
【０００５】
また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特許文献３において知られている。この特許文献３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、異物等の欠陥検査装置及びその方法に関する従来技術としては、特許文献４，特許文献５，特許文献６，特許文献７，特許文献８，特許文献９が知られている。特に特許文献９には、検出光学系を切替えて検出画素サイズを変えることが記載されている。異物サイズ測定用としては、特許文献１０，特許文献１１が開示されている。特許文献１２では、薄膜上の欠陥検出技術として、レーザ光を絞り込み、ステージ移動方向とは直角方向に細長いビームを形成し、照明方向とは直角の方向より検出を行っている。特許文献１３では、同様な方向から検出する方式を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献４】特開平１−２５０８４７号公報
【特許文献５】特開平６−２５８２３９号公報
【特許文献６】特開平６−３２４００３号公報
【特許文献７】特開平８−２１０９８９号公報
【特許文献８】特開平８−２７１４３７号公報
【特許文献９】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献１０】特開２００１−６０６０７号公報
【特許文献１１】特開２００１−２６４２６４号公報
【特許文献１２】特開２００４−１７７２８４号公報
【特許文献１３】特表２００１−５１２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２〜４では、環境の変化、温度気圧変化に対して欠陥検出感度が変動し、このため検出感度の管理値から外れ校正が必要となる場合がある。以下の理由で校正頻度が高くなる傾向があるため、顧客に納入した装置稼働率が低下しないように改善することが課題となっている。
【０００８】
近年の微細化した半導体プロセス内の微細欠陥を検出する目的で検出レンズの倍率を拡大しているため焦点深度が浅くなっており、気圧、温度の変化によって検出レンズの相対屈折率の変化，鏡筒の熱膨張、およびオートフォーカス光学系の光軸ずれが発生するため、欠陥の結像位置が変化し、検出感度が不安定になる。またクリーンルームは装置間の距離が狭く、壁との距離も狭い場合があり、装置の熱排気が停滞など局所的に装置内温度を上昇させる要因がある。また一方でクリーンルーム内の温度が安定している場合でもクリーンルーム内の気圧はコントロールされていないため、低気圧，高気圧の通過時に感度が不安定になる。装置を専用のサーマルチャンバー内に設置する場合があるが、装置価格を高くすることになるし、フットプリントが大きくなってしまう。安定して検出するためには環境変化による結像位置の変化を補正しながら検査するという課題があった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、上記課題を解決するために、温度気圧の変化が感度を低下させるメカニズムを対策できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、顧客先に納入した装置で実際に感度を安定化させるためのしくみを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、温度気圧の変化が感度を低下させるメカニズムを検討し、その改善を考案した。すなわち検討の結果、温度気圧変化が検出レンズの欠陥結像位置を変えることが分かり、改善方法は検査レンズの温度，検査レンズ近傍の気圧の変化を測定し、その変化量から結像位置またはセンサ高さ固定の場合は被検査基板高さの補正量を求め、検査時に補正することである。本欠陥検査装置は使用目的から、結像位置または被検査基板の高さの補正による倍率の変化および波面収差の影響が無視できるレベルにあるため本方式が有効となる。
【００１２】
［気圧変化による感度低下のメカニズム］
気圧が下降したときの感度低下のメカニズムは以下である。すなわち、気圧が下降すると空気の密度が小さくなる（比例関係）、このためレンズの相対屈折率が大きくなり、レンズの焦点距離が短くなる。その結果結像位置が低くなり、デフォーカスになり感度が低下することになる。気圧が上昇した場合は下降の場合の逆のメカニズムで、結像位置が高くなり、デフォーカスになって感度が低下することになる。図４は気圧が変化したときの結像位置ずれΔＺを説明した図である。図はセンサを固定する場合を示しており、被検査基板上の欠陥をセンサにデフォーカスにならずに結像させるには、ΔＺだけ被検査基板の高さを変更する必要がある。図３はセンサを固定した場合で装置内の気圧が変化したときの欠陥像がデフォーカスにならない被検査基板の高さをプロットしたものである。その気圧と被検査基板高さの関係は空気の屈折率が気圧の１次関数のため被検査基板高さずれはリニアに変化している。
【００１３】
［温度変化による感度低下のメカニズム］
温度が下降したときの感度低下のメカニズムは以下である。すなわち、温度が下降すると空気の密度が大きくなる（比例関係）、このためレンズの相対屈折率が小さくなり、レンズの焦点距離が長くなる。その結果結像位置が高くなり、デフォーカスになり感度が低下することになる。温度が上昇した場合は下降の場合の逆のメカニズムで、結像位置が低くなり、欠陥像がデフォーカスになるため感度が低下することになる。その他温度変化は検査レンズ鏡筒の伸び、オートフォーカスの光軸変化に影響し、その結果結像位置は複雑に変化する。たとえば温度が下降した場合レンズ鏡筒の長さが熱膨張で短くなり、その結果物体面位置を高くしないとデフォーカスになり感度が低下する。
【００１４】
またオートフォーカス光学系が検査レンズの中を通過しない機構の場合は光学ベースひずみの影響をうける。温度変化によって光学ベースが熱膨張、または収縮のため光学ベースのたわみ量が変化し、そのためオートフォーカスの光路が変化し、デフォーカスになり感度低下となる。
【００１５】
［温度気圧と結像位置補正量の相関データ］
基準環境、たとえば２３℃，１０００ｈＰａで調整された基準点に対する、結像位置補正量は装置調整時に積極的に調整環境温度を変化させたときの、または環境が変化したときの気圧、温度を測定してデータテーブルを作成する。
【００１６】
気圧は適用範囲を実用上±１５ｈｐａの範囲に限定可能なため、ほぼ光線追跡でもとめたシミュレーションデータと一致する。このためデータはシミュレーションデータの採用が可能である。
【００１７】
［補正方法］
検査開始時に気圧，温度を測定し、結像位置またはセンサ位置を補正する。顧客は意識することなく欠陥検査装置が最適条件で検査する。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば欠陥検出感度が安定し、従来焦点深度が浅すぎて高感度化できなかったスペックにたいしても、倍率やＮＡを上げることによってより高感度の検出が可能になる。
【００１９】
本発明では環境変化に対して有効であるほか、検査レンズ，レンズ近傍の環境変化を測定しているため、装置内の局所的発熱、たとえば検査ＸＹステージの駆動系，光源，センサ，コントローラ等の影響も対策できる。
【００２０】
検査時にリアルタイムで結像位置補正量を求め補正ができるので、スループットを低下させない。
【００２１】
本発明を適用すれば、温度変動対策として恒温チャンバを必要としないため装置の大きさ，コスト，環境負荷を低減できる。また最先端の半導体クリーンルームでの使用を前提に設計されてるため、気圧変動は±１０ｈＰａ、温度変動は高々±２℃を想定すればよく、必要精度に対するコストパフォーマンスが他の方法にたいし優位である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】欠陥検査装置のシステム構成図。
【図２】本発明に係るシステムの構成図。
【図３】気圧とピントが合う被検査基板の高さの関係を示すグラフ。
【図４】気圧変化するときの被検査基板の高さが変位することを説明する図。
【図５】温度，気圧と被検査基板高さの補正量の関係図。
【図６】被検査基板上のセンサ投影面に３方向からの照明でスポットを形成することを説明する図。
【図７】被検査基板内のチップ拡大図。
【図８】被検査基板内のチップ拡大図。
【図９】レーザ照明の光学系。
【図１０】レーザスポットの形成。
【図１１】照明光学系。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る実施の形態を図を用いて説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る異物等の欠陥を検査する被検査対象物１について図７および図８を用いて説明する。なお、詳細は特許３５６６５８９号にて記載されているので、説明を省略する。
【００２５】
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、図７に示すように、メモリＬＳＩからなるチップ１ａａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ａがある。そして、メモリＬＳＩからなるチップ１ａａには、主としてメモリセル領域１ａｂと、デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域１ａｃと、その他の領域１ａｄとが形成されている。メモリセル領域１ａｂは、メモリセルパターンを２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。しかしながら、周辺回路領域１ａｃは、パターンを２次元的に規則的に配列されていない非繰り返しパターンで形成されている。
【００２６】
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、図８に示すように、マイコン等のＬＳＩからなるチップ１ｂａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ｂがある。そして、マイコン等のＬＳＩからなるチップ１ｂａは、主としてレジスタ群領域１ｂｂと、メモリ部領域１ｂｃと、ＣＰＵコア部領域１ｂｄと、入出力部領域１ｂｅとで形成されている。なお、図８は、メモリ部領域１ｂｃと、ＣＰＵコア部領域１ｂｄと、入出力部領域１ｂｅとの配列を概念的に示したものである。レジスタ群領域１ｂｂおよびメモリ部領域１ｂｃは、２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。ＣＰＵコア部領域１ｂｄおよび入出力部領域１ｂｅは、パターンを非繰り返しで形成している。このように、異物等の欠陥を検査する被検査対象物１は、半導体ウエハを対象としても、チップは規則的に配列されているが、チップ内においては、最小線幅が領域毎に異なり、しかもパターンが繰り返し、非繰り返しでなど、様々な形態が考えられる。
【００２７】
本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、このような被検査対象物１において、チップ内の非繰り返しパターン領域上の直線群からなるパターン（線状パターン）からの０次回折光を、対物レンズの入射瞳に入射させないようにすると共に非繰り返しパターン領域上に存在する異物等の欠陥によって生じる散乱光を受光することによって異物等の欠陥から信号を検出できるようにし、その欠陥の位置座標を算出できるようにした。
【００２８】
次に本発明に係る欠陥検査装置の第１の形態について図１，図２を用いて説明する。 異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態は、ＸＹｚステージ３０１，３０２，３０３，シータ（θ）ステージ３０４およびステージコントローラ３０５から構成されるステージ部３００と、レーザ光源１０１，凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームエキスパンダ、光学フィルタ群１０４およびミラー１０５で構成されるビーム整形部、素通しのガラス板と切換可能な光学分岐要素（またはミラー）１０６，円筒曲面を持つ照明レンズ１０７、およびミラー１０８，１０９より構成される３式のビームスポット結像部から構成される照明光学系１００と、検出レンズ２０１，空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３，ズームレンズ群２０４，ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５から構成される検出光学系，Ａ／Ｄ変換部，遅延させることができるデータメモリ，チップ間の信号の差をとる差分処理回路，チップ間の差信号を一時記憶するメモリ，パターン閾値を設定する閾値算出処理部，比較回路より構成される信号処理系４０２，異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力する出力手段，モータ等の駆動，座標，センサを制御する演算処理系４０１，表示系４０３および入力系４０４より構成される制御系４００とにより構成される。
【００２９】
さらに図２に示すように、検出レンズに対して、オフアクシスの投受光結像系光路とポジションセンサを有するオートフォーカス系５０１，信号処理回路５０２，Ｚ軸駆動系３０３および３０５，センサＺ方向駆動系２０６，気圧測定器５０４，温度計測定器５０３から本発明にかかわるユニットが構成されている。
【００３０】
なお、詳細は特許３５６６５８９号にて記載されているので、説明を省略する。３つの照明光学系１００は、レーザ光源１０１から射出された光を、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームエキスパンダ，円筒曲面を持つ照明レンズ１０７を通して、図６に示すようにスリット状のビーム３を平面的に３方向１０，１１，１２から非検査対象基板（ウエハ）１に対して上記スリット状のビーム３の長手方向がチップの配列方向に向くように照明する構成となっている。なお、照明光として、スリット状のビーム３にするのは、異物等の欠陥の検査を高速化を実現したためである。即ち、図６に示すように、Ｘステージ３０１の走査方向のＸ方向およびＹステージ３０２の走査方向のＹ方向に向けてチップ２を配列したウエハ１上に照明されるビーム３は、Ｙステージ３０２の走査方向Ｙに狭く、その垂直方向Ｘ（Ｘステージ３０１の走査方向）に広いスリットビームで照明する。そして、このスリット状のビーム３は、Ｙ方向には、光源の像が結像するように、Ｘ方向には、平行光になるように照明される訳である。なお、３方向１０，１１，１２からのスリット状のビーム３の照明は、ビームスプリッタまたはミラー１０６を同等厚さの素通しガラス板に切換ることにより個別、また２方向１０，１２からは同時に選択的に照明できる。
スリット状のビーム３の長手方向を、ウエハ（被検査基板）１に対してチップの配列方向に向け、且つＹステージ３０２の走査方向Ｙに対して直角にすることにより、画像信号のチップ間比較を簡素化することができると共に欠陥位置座標の算出も容易に行うことができ、その結果異物等の欠陥検査の高速化を実現できるようにした。
【００３１】
図９，図１０に円錐形状および円筒曲面を持つ照明レンズ１０４を示す。なお、詳細は特許３５６６５８９号にて記載されているので、説明を省略する円錐形状照明レンズ１０４は、シリンドリカルレンズの長手方向の位置で、焦点距離が異なり、直線的にこの焦点距離を変えたレンズである。この構成により、図９に示すように斜めから照明（α１，φ１の傾きを両立）しても、Ｙ方向に絞り込み、Ｘ方向にコリメートされたスリット状のビーム３で照明することができる。即ち、この照明レンズ１０４により、図９（ａ）に示すようなＸ方向に平行光を有し、かつφ１＝４５度付近の照明を実現することができる。特に図１１（ａ）に示すように、スリット状のビーム３をＸ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから回折光パターンが得られ、空間フィルタ２０２によって遮光することができることになる。
【００３２】
次に、円筒曲面を持つ照明レンズ１０４は図１０に示すスリット状ビーム３を形成することができる。
【００３３】
図１１は、図１の３つのビームスポット結像部を有する照明光学系１００を示す平面図である。レーザ光源１０１から出射したレーザビームをハーフミラー等の分岐光学要素１１で２つの光路に分岐し、一方はミラー１１１，１１２で反射させてミラー１１３で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１１の方向からの照明ビームを得ることができ、他方はハーフミラー等の分岐光学要素１１４へと進行する。該分岐光学要素１１４で分岐された一方は、ミラー１１５で反射させてミラー１１７で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１０の方向からの照明ビームを得ることができ、他方はミラー１１６で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１０の方向からの照明ビームを得ることができる。ところで、１１の方向からのみ照明する場合には、分岐光学要素１１０からミラー要素１１８に切り換えることによって実現することができる。また、１０および１２の方向からのみ照明する場合には、光路から分岐光学要素１１０を退出させるかまたは素通りの光学要素に切り換えることによって実現することができる。また、１０および１２方向からの照明の内、例えば１２方向からのみ照明する場合には、分岐光学要素１１４からミラー要素１１９に切り換えることによって実現することができる。
【００３４】
なお、レーザ光源１０１として、分岐する関係で高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＴＨＧ，波長３５５ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。また、レーザ光源１０１として、ＹＡＧＴＨＧである必要もない。すなわち、レーザ光源１０１として、Ａｒレーザ，窒素レーザ，Ｈｅ−Ｃｄレーザ，エキシマレーザ等他の光源であっても良い。
【００３５】
検出光学系２００は、ウエハ１から射出した光を、検出レンズ（対物レンズ）２０１，繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３，ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５で検出するように構成される。空間フィルタ２０２は、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光すべく、対物レンズ２０１の空間周波数領域、即ちフーリエ変換（射出瞳に相当する。）の結像位置に置かれている。ここで、図７に示すウエハ１上の照明エリア３が、リレーレンズを構成する対物レンズ２０１，結像２０３により、検出器２０５上に結像される。４は、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５の受光エリアを示すものである。
【００３６】
前述したように様々な形態の回路パターンが形成されたウエハ（基板）１に対してスリット状のビーム３が照明されると、この反射回折光（あるいは散乱光）が、ウエハの表面、回路パターン、異物等の欠陥から射出することになる。この射出した光は、検出レンズ２０１，空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３を通して、検出器２０５で受光されて光電変換される。しかし、レーザ光源１０１等の照明光学系から照射されるビーム光束の照度（パワー）はＮＤフィルタ１０４またはレーザパワー制御して変えることにより、ダイナミックレンジを変えることができる。
【００３７】
また、被検査基板（ウエハ）１に対して、配線等の間の凹部に入り込んだ異物あるいは欠陥、エッチ残り等を検査する必要がある。しかしながら、被検査基板１上には非繰り返しパターンが存在し、該非繰り返しパターンからの０次の回折光が対物レンズ２０１に入射しないようにするために、上記に説明したように、Ｙ軸に対してほぼ４５度の角度の方向１０，１２からＸ方向に長手方向を有するスリット状のビーム３を基板１上に照明したのでは、凸部である配線等が邪魔をして凹部を十分に照明することが難しくなる。
【００３８】
そこで、配線パターンが多くの場合、直角，平行方向に形成されていることから、Ｙ軸に平行な方向１１から基板１に対してスリット状のビーム３を照明することによって、配線等の間の凹部を十分照明することが可能となる。特に、メモリＬＳＩの配線パターンは数mmの長さの直線パターンで有ることが多く、この方向１１からの照明により検査可能になることが多い。また、パターンにより、９０度方向の場合は、ウエハを９０度回転させて検査するか、照明方向をＸ方向にすることにより検査可能となる。
【００３９】
次に空間フィルタ２０２について説明する。チップ２内には、メモリＬＳＩ１ａａにおけるメモリセル領域１ａｂや、マイコン等のＬＳＩ１ｂａにおけるレジスタ群領域１ｂｂおよびメモリ部領域１ｂｃのように、繰り返しパターンが存在することになり、この繰り返しパターンからの回折光縞（回折干渉光縞）を空間フィルタ２０２によって遮光することが要求される。要するに、チップ２内には、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとパターンなしとが混在することになり、しかも夫々線幅も異なることになるので、通常は、頻度の多い例えば繰り返しパターンからの回折光を消去するように空間フィルタ２０２の遮光パターンが設定されることになる。また、空間フィルタ２０２として、特開平５−２１８１６３号公報および特開平６−２５８２３９号公報に記載されているように、遮光パターンを変更できるものを用いれば、チップ２内の回路パターンに応じて変更させればよい。また、空間フィルタ２０２として、遮光パターンが異なるものを用意しておいて、チップ２内の回路パターンに応じて切り換えてもよい。しかしながら、方向１１からスリット状のビーム３を照明した場合、０次回折光を空間フィルタ２０２によって遮光して消去する必要が生じることになる。この際、当然高次の回折光を空間フィルタ２０２によって遮光して消去することも可能である。以上、被検査基板１上のチップ２内に存在する繰返しおよび非繰り返しパターンの場合における回折光の消去方法について説明した。
【００４０】
次に、検出しようとする異物等の欠陥サイズに応じた検出感度調整について説明する。即ち、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５の被検査対象物１上での検出画素サイズを小さくすると、スループットは落ちるものの、検出感度の向上が見込める。そこで、０.１μｍ 程度以下の異物等の欠陥を検出する際、画素サイズを小さくする検出光学系２００に切り替えて用いると良い。具体的には、ＴＤＩセンサ等の画素についてウエハ１上での像のサイズが可変となるような３種類の検出光学系２００を持つと良い。この構成の実現方法として、レンズ群２０４を切り替える。この際、ウエハ１から、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５までの光路長を変えずに済むように、レンズの構成を設計しておくと良い。もちろん、このような設計が難しい場合、レンズの切り替えに併せて、センサまでの距離を変えられるような機構を用いても良い。また、センサ自体の画素サイズを変えたものを切り替えても良い。
【００４１】
以下に本発明の詳細な実施形態を図２にて説明する。本発明では環境が変化したときに発生する結像位置ずれを補正するためのデータを図２に示す温度測定器５０３、及び気圧測定器５０４で測定する。データは、通信ケーブル経由で制御ＣＰＵ部４０１に読み込まれる。ＣＰＵは図５の温度気圧変位を被検査基板高さ補正量に換算するテーブルを用いて補正値を算出する。その結果はオートフォーカス系の信号処理回路５０２に合焦点位置に対してオフセットの発生を指示する。そのオフセット量に対する偏差をなくするように５０２はＺステージを駆動させて被検査基板の高さを修正する。その結果図４に示すように、センサ高さを固定した場合に、被検査基板の高さを変えて被検査基板上の欠陥がセンサにデフォーカスにならないように結像させることができる。被検査基板の高さを補正した場合は別途照明系のスポット３の位置がずれるため、自動的にセンタにスポット位置を補正する機能が必要となる。
【００４２】
上記とは逆に結像位置ずれをセンサの高さを変更して補正することが可能である。この場合前述の照明系のスポット３の位置を自動的にセンタに補正する機能が不要となる。
【００４３】
温度気圧の測定箇所は装置内、装置外でも可能であるが、前述した環境による結像位置ずれのメカニズムから検査レンズ、特に対物レンズ２０１の相対屈折率変化が結像位置ずれに大きく影響することから本発明では気圧はレンズ近傍、温度は対物レンズ表面を計測することを特徴としている。
【符号の説明】
【００４４】
１…被検査基板（ウエハ）２…チップ、３…スリット状ビーム(照明領域)、４…ＴＤＩセンサ等のイメージセンサの検出領域、１００…照明光学系、１０１…レーザ光源、１０２…凹レンズ、１０３…凸レンズ、１０４…ＮＤフィルタおよび波長板、１１０…０度照明ビームスポット結像部、１２０…４５度照明ビームスポット結像部（１１方向）、１３０…４５度照明ビームスポット結像部（１２方向）、２００…上方検出光学系、２０１…対物レンズ（検出レンズ）、２０２…空間フィルタ、２０３…結像レンズ、２０４…ズームレンズ群、２０５…ＴＤＩセンサ等の１次元検出器、２０６…センサＺ駆動機構、２０７…空間フィルタ制御、２０８…ズームレンズ制御、３００…ステージ系、３０１〜３０４…ＸＹＺΘステージ、３０５…ステージ制御、４００…演算処理回路（信号処理系）、４０１…制御ＣＰＵ部、４０２…信号処理部、４０３…表示部、４０４…入力部、５００…斜方検出系、５０１…オートフォーカスユニット、５０２…信号処理回路、５０３…温度計測定器、５０４…気圧測定器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程，液晶表示素子製造工程，プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程における異物等の欠陥の発生状況を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良の原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、微細な異物が存在すると、より微細な異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料の混入していたものなど種々の状態で混入される。
【０００３】
同様に液晶表示素子の製造工程でも、パターン上に異物が付着したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の付着はパターンの短絡，不良接続の原因になる。
【０００４】
従来この種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特許文献１に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特許文献２に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次元Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものがある。
【０００５】
また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特許文献３において知られている。この特許文献３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、異物等の欠陥検査装置及びその方法に関する従来技術としては、特許文献４，特許文献５，特許文献６，特許文献７，特許文献８，特許文献９が知られている。特に特許文献９には、検出光学系を切替えて検出画素サイズを変えることが記載されている。異物サイズ測定用としては、特許文献１０，特許文献１１が開示されている。特許文献１２では、薄膜上の欠陥検出技術として、レーザ光を絞り込み、ステージ移動方向とは直角方向に細長いビームを形成し、照明方向とは直角の方向より検出を行っている。特許文献１３では、同様な方向から検出する方式を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献４】特開平１−２５０８４７号公報
【特許文献５】特開平６−２５８２３９号公報
【特許文献６】特開平６−３２４００３号公報
【特許文献７】特開平８−２１０９８９号公報
【特許文献８】特開平８−２７１４３７号公報
【特許文献９】特開２０００−１０５２０３号公報
【特許文献１０】特開２００１−６０６０７号公報
【特許文献１１】特開２００１−２６４２６４号公報
【特許文献１２】特開２００４−１７７２８４号公報
【特許文献１３】特表２００１−５１２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２〜４では、環境の変化、温度気圧変化に対して欠陥検出感度が変動し、このため検出感度の管理値から外れ校正が必要となる場合がある。以下の理由で校正頻度が高くなる傾向があるため、顧客に納入した装置稼働率が低下しないように改善することが課題となっている。
【０００８】
近年の微細化した半導体プロセス内の微細欠陥を検出する目的で検出レンズの倍率を拡大しているため焦点深度が浅くなっており、気圧、温度の変化によって検出レンズの相対屈折率の変化，鏡筒の熱膨張、およびオートフォーカス光学系の光軸ずれが発生するため、欠陥の結像位置が変化し、検出感度が不安定になる。またクリーンルームは装置間の距離が狭く、壁との距離も狭い場合があり、装置の熱排気が停滞など局所的に装置内温度を上昇させる要因がある。また一方でクリーンルーム内の温度が安定している場合でもクリーンルーム内の気圧はコントロールされていないため、低気圧，高気圧の通過時に感度が不安定になる。装置を専用のサーマルチャンバー内に設置する場合があるが、装置価格を高くすることになるし、フットプリントが大きくなってしまう。安定して検出するためには環境変化による結像位置の変化を補正しながら検査するという課題があった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、上記課題を解決するために、温度気圧の変化が感度を低下させるメカニズムを対策できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、顧客先に納入した装置で実際に感度を安定化させるためのしくみを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、温度気圧の変化が感度を低下させるメカニズムを検討し、その改善を考案した。すなわち検討の結果、温度気圧変化が検出レンズの欠陥結像位置を変えることが分かり、改善方法は検査レンズの温度，検査レンズ近傍の気圧の変化を測定し、その変化量から結像位置またはセンサ高さ固定の場合は被検査基板高さの補正量を求め、検査時に補正することである。本欠陥検査装置は使用目的から、結像位置または被検査基板の高さの補正による倍率の変化および波面収差の影響が無視できるレベルにあるため本方式が有効となる。
【００１２】
［気圧変化による感度低下のメカニズム］
気圧が下降したときの感度低下のメカニズムは以下である。すなわち、気圧が下降すると空気の密度が小さくなる（比例関係）、このためレンズの相対屈折率が大きくなり、レンズの焦点距離が短くなる。その結果結像位置が低くなり、デフォーカスになり感度が低下することになる。気圧が上昇した場合は下降の場合の逆のメカニズムで、結像位置が高くなり、デフォーカスになって感度が低下することになる。図４は気圧が変化したときの結像位置ずれΔＺを説明した図である。図はセンサを固定する場合を示しており、被検査基板上の欠陥をセンサにデフォーカスにならずに結像させるには、ΔＺだけ被検査基板の高さを変更する必要がある。図３はセンサを固定した場合で装置内の気圧が変化したときの欠陥像がデフォーカスにならない被検査基板の高さをプロットしたものである。その気圧と被検査基板高さの関係は空気の屈折率が気圧の１次関数のため被検査基板高さずれはリニアに変化している。
【００１３】
［温度変化による感度低下のメカニズム］
温度が下降したときの感度低下のメカニズムは以下である。すなわち、温度が下降すると空気の密度が大きくなる（比例関係）、このためレンズの相対屈折率が小さくなり、レンズの焦点距離が長くなる。その結果結像位置が高くなり、デフォーカスになり感度が低下することになる。温度が上昇した場合は下降の場合の逆のメカニズムで、結像位置が低くなり、欠陥像がデフォーカスになるため感度が低下することになる。その他温度変化は検査レンズ鏡筒の伸び、オートフォーカスの光軸変化に影響し、その結果結像位置は複雑に変化する。たとえば温度が下降した場合レンズ鏡筒の長さが熱膨張で短くなり、その結果物体面位置を高くしないとデフォーカスになり感度が低下する。
【００１４】
またオートフォーカス光学系が検査レンズの中を通過しない機構の場合は光学ベースひずみの影響をうける。温度変化によって光学ベースが熱膨張、または収縮のため光学ベースのたわみ量が変化し、そのためオートフォーカスの光路が変化し、デフォーカスになり感度低下となる。
【００１５】
［温度気圧と結像位置補正量の相関データ］
基準環境、たとえば２３℃，１０００ｈＰａで調整された基準点に対する、結像位置補正量は装置調整時に積極的に調整環境温度を変化させたときの、または環境が変化したときの気圧、温度を測定してデータテーブルを作成する。
【００１６】
気圧は適用範囲を実用上±１５ｈｐａの範囲に限定可能なため、ほぼ光線追跡でもとめたシミュレーションデータと一致する。このためデータはシミュレーションデータの採用が可能である。
【００１７】
［補正方法］
検査開始時に気圧，温度を測定し、結像位置またはセンサ位置を補正する。顧客は意識することなく欠陥検査装置が最適条件で検査する。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば欠陥検出感度が安定し、従来焦点深度が浅すぎて高感度化できなかったスペックにたいしても、倍率やＮＡを上げることによってより高感度の検出が可能になる。
【００１９】
本発明では環境変化に対して有効であるほか、検査レンズ，レンズ近傍の環境変化を測定しているため、装置内の局所的発熱、たとえば検査ＸＹステージの駆動系，光源，センサ，コントローラ等の影響も対策できる。
【００２０】
検査時にリアルタイムで結像位置補正量を求め補正ができるので、スループットを低下させない。
【００２１】
本発明を適用すれば、温度変動対策として恒温チャンバを必要としないため装置の大きさ，コスト，環境負荷を低減できる。また最先端の半導体クリーンルームでの使用を前提に設計されてるため、気圧変動は±１０ｈＰａ、温度変動は高々±２℃を想定すればよく、必要精度に対するコストパフォーマンスが他の方法にたいし優位である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】欠陥検査装置のシステム構成図。
【図２】本発明に係るシステムの構成図。
【図３】気圧とピントが合う被検査基板の高さの関係を示すグラフ。
【図４】気圧変化するときの被検査基板の高さが変位することを説明する図。
【図５】温度，気圧と被検査基板高さの補正量の関係図。
【図６】被検査基板上のセンサ投影面に３方向からの照明でスポットを形成することを説明する図。
【図７】被検査基板内のチップ拡大図。
【図８】被検査基板内のチップ拡大図。
【図９】レーザ照明の光学系。
【図１０】レーザスポットの形成。
【図１１】照明光学系。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る実施の形態を図を用いて説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る異物等の欠陥を検査する被検査対象物１について図７および図８を用いて説明する。なお、詳細は特許３５６６５８９号にて記載されているので、説明を省略する。
【００２５】
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、図７に示すように、メモリＬＳＩからなるチップ１ａａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ａがある。そして、メモリＬＳＩからなるチップ１ａａには、主としてメモリセル領域１ａｂと、デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域１ａｃと、その他の領域１ａｄとが形成されている。メモリセル領域１ａｂは、メモリセルパターンを２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。しかしながら、周辺回路領域１ａｃは、パターンを２次元的に規則的に配列されていない非繰り返しパターンで形成されている。
【００２６】
異物等の欠陥を検査する被検査対象物１としては、図８に示すように、マイコン等のＬＳＩからなるチップ１ｂａを所定の間隔で２次元に配列した半導体ウエハ１ｂがある。そして、マイコン等のＬＳＩからなるチップ１ｂａは、主としてレジスタ群領域１ｂｂと、メモリ部領域１ｂｃと、ＣＰＵコア部領域１ｂｄと、入出力部領域１ｂｅとで形成されている。なお、図８は、メモリ部領域１ｂｃと、ＣＰＵコア部領域１ｂｄと、入出力部領域１ｂｅとの配列を概念的に示したものである。レジスタ群領域１ｂｂおよびメモリ部領域１ｂｃは、２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成している。ＣＰＵコア部領域１ｂｄおよび入出力部領域１ｂｅは、パターンを非繰り返しで形成している。このように、異物等の欠陥を検査する被検査対象物１は、半導体ウエハを対象としても、チップは規則的に配列されているが、チップ内においては、最小線幅が領域毎に異なり、しかもパターンが繰り返し、非繰り返しでなど、様々な形態が考えられる。
【００２７】
本発明に係る異物等の欠陥検査装置および方法は、このような被検査対象物１において、チップ内の非繰り返しパターン領域上の直線群からなるパターン（線状パターン）からの０次回折光を、対物レンズの入射瞳に入射させないようにすると共に非繰り返しパターン領域上に存在する異物等の欠陥によって生じる散乱光を受光することによって異物等の欠陥から信号を検出できるようにし、その欠陥の位置座標を算出できるようにした。
【００２８】
次に本発明に係る欠陥検査装置の第１の形態について図１，図２を用いて説明する。 異物等の欠陥検査装置の第１の実施の形態は、ＸＹｚステージ３０１，３０２，３０３，シータ（θ）ステージ３０４およびステージコントローラ３０５から構成されるステージ部３００と、レーザ光源１０１，凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームエキスパンダ、光学フィルタ群１０４およびミラー１０５で構成されるビーム整形部、素通しのガラス板と切換可能な光学分岐要素（またはミラー）１０６，円筒曲面を持つ照明レンズ１０７、およびミラー１０８，１０９より構成される３式のビームスポット結像部から構成される照明光学系１００と、検出レンズ２０１，空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３，ズームレンズ群２０４，ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５から構成される検出光学系，Ａ／Ｄ変換部，遅延させることができるデータメモリ，チップ間の信号の差をとる差分処理回路，チップ間の差信号を一時記憶するメモリ，パターン閾値を設定する閾値算出処理部，比較回路より構成される信号処理系４０２，異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力する出力手段，モータ等の駆動，座標，センサを制御する演算処理系４０１，表示系４０３および入力系４０４より構成される制御系４００とにより構成される。
【００２９】
さらに図２に示すように、検出レンズに対して、オフアクシスの投受光結像系光路とポジションセンサを有するオートフォーカス系５０１，信号処理回路５０２，Ｚ軸駆動系３０３および３０５，センサＺ方向駆動系２０６，気圧測定器５０４，温度計測定器５０３から本発明にかかわるユニットが構成されている。
【００３０】
なお、詳細は特許３５６６５８９号にて記載されているので、説明を省略する。３つの照明光学系１００は、レーザ光源１０１から射出された光を、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームエキスパンダ，円筒曲面を持つ照明レンズ１０７を通して、図６に示すようにスリット状のビーム３を平面的に３方向１０，１１，１２から非検査対象基板（ウエハ）１に対して上記スリット状のビーム３の長手方向がチップの配列方向に向くように照明する構成となっている。なお、照明光として、スリット状のビーム３にするのは、異物等の欠陥の検査を高速化を実現したためである。即ち、図６に示すように、Ｘステージ３０１の走査方向のＸ方向およびＹステージ３０２の走査方向のＹ方向に向けてチップ２を配列したウエハ１上に照明されるビーム３は、Ｙステージ３０２の走査方向Ｙに狭く、その垂直方向Ｘ（Ｘステージ３０１の走査方向）に広いスリットビームで照明する。そして、このスリット状のビーム３は、Ｙ方向には、光源の像が結像するように、Ｘ方向には、平行光になるように照明される訳である。なお、３方向１０，１１，１２からのスリット状のビーム３の照明は、ビームスプリッタまたはミラー１０６を同等厚さの素通しガラス板に切換ることにより個別、また２方向１０，１２からは同時に選択的に照明できる。
スリット状のビーム３の長手方向を、ウエハ（被検査基板）１に対してチップの配列方向に向け、且つＹステージ３０２の走査方向Ｙに対して直角にすることにより、画像信号のチップ間比較を簡素化することができると共に欠陥位置座標の算出も容易に行うことができ、その結果異物等の欠陥検査の高速化を実現できるようにした。
【００３１】
図９，図１０に円錐形状および円筒曲面を持つ照明レンズ１０４を示す。なお、詳細は特許３５６６５８９号にて記載されているので、説明を省略する円錐形状照明レンズ１０４は、シリンドリカルレンズの長手方向の位置で、焦点距離が異なり、直線的にこの焦点距離を変えたレンズである。この構成により、図９に示すように斜めから照明（α１，φ１の傾きを両立）しても、Ｙ方向に絞り込み、Ｘ方向にコリメートされたスリット状のビーム３で照明することができる。即ち、この照明レンズ１０４により、図９（ａ）に示すようなＸ方向に平行光を有し、かつφ１＝４５度付近の照明を実現することができる。特に図１１（ａ）に示すように、スリット状のビーム３をＸ方向に平行光にすることによって、主要な直線群がＸ方向およびＹ方向を向いた回路パターンから回折光パターンが得られ、空間フィルタ２０２によって遮光することができることになる。
【００３２】
次に、円筒曲面を持つ照明レンズ１０４は図１０に示すスリット状ビーム３を形成することができる。
【００３３】
図１１は、図１の３つのビームスポット結像部を有する照明光学系１００を示す平面図である。レーザ光源１０１から出射したレーザビームをハーフミラー等の分岐光学要素１１で２つの光路に分岐し、一方はミラー１１１，１１２で反射させてミラー１１３で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１１の方向からの照明ビームを得ることができ、他方はハーフミラー等の分岐光学要素１１４へと進行する。該分岐光学要素１１４で分岐された一方は、ミラー１１５で反射させてミラー１１７で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１０の方向からの照明ビームを得ることができ、他方はミラー１１６で下方に向けて凹レンズ１０２に入射させることによって１０の方向からの照明ビームを得ることができる。ところで、１１の方向からのみ照明する場合には、分岐光学要素１１０からミラー要素１１８に切り換えることによって実現することができる。また、１０および１２の方向からのみ照明する場合には、光路から分岐光学要素１１０を退出させるかまたは素通りの光学要素に切り換えることによって実現することができる。また、１０および１２方向からの照明の内、例えば１２方向からのみ照明する場合には、分岐光学要素１１４からミラー要素１１９に切り換えることによって実現することができる。
【００３４】
なお、レーザ光源１０１として、分岐する関係で高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＴＨＧ，波長３５５ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。また、レーザ光源１０１として、ＹＡＧＴＨＧである必要もない。すなわち、レーザ光源１０１として、Ａｒレーザ，窒素レーザ，Ｈｅ−Ｃｄレーザ，エキシマレーザ等他の光源であっても良い。
【００３５】
検出光学系２００は、ウエハ１から射出した光を、検出レンズ（対物レンズ）２０１，繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３，ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５で検出するように構成される。空間フィルタ２０２は、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光すべく、対物レンズ２０１の空間周波数領域、即ちフーリエ変換（射出瞳に相当する。）の結像位置に置かれている。ここで、図７に示すウエハ１上の照明エリア３が、リレーレンズを構成する対物レンズ２０１，結像２０３により、検出器２０５上に結像される。４は、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５の受光エリアを示すものである。
【００３６】
前述したように様々な形態の回路パターンが形成されたウエハ（基板）１に対してスリット状のビーム３が照明されると、この反射回折光（あるいは散乱光）が、ウエハの表面、回路パターン、異物等の欠陥から射出することになる。この射出した光は、検出レンズ２０１，空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３を通して、検出器２０５で受光されて光電変換される。しかし、レーザ光源１０１等の照明光学系から照射されるビーム光束の照度（パワー）はＮＤフィルタ１０４またはレーザパワー制御して変えることにより、ダイナミックレンジを変えることができる。
【００３７】
また、被検査基板（ウエハ）１に対して、配線等の間の凹部に入り込んだ異物あるいは欠陥、エッチ残り等を検査する必要がある。しかしながら、被検査基板１上には非繰り返しパターンが存在し、該非繰り返しパターンからの０次の回折光が対物レンズ２０１に入射しないようにするために、上記に説明したように、Ｙ軸に対してほぼ４５度の角度の方向１０，１２からＸ方向に長手方向を有するスリット状のビーム３を基板１上に照明したのでは、凸部である配線等が邪魔をして凹部を十分に照明することが難しくなる。
【００３８】
そこで、配線パターンが多くの場合、直角，平行方向に形成されていることから、Ｙ軸に平行な方向１１から基板１に対してスリット状のビーム３を照明することによって、配線等の間の凹部を十分照明することが可能となる。特に、メモリＬＳＩの配線パターンは数mmの長さの直線パターンで有ることが多く、この方向１１からの照明により検査可能になることが多い。また、パターンにより、９０度方向の場合は、ウエハを９０度回転させて検査するか、照明方向をＸ方向にすることにより検査可能となる。
【００３９】
次に空間フィルタ２０２について説明する。チップ２内には、メモリＬＳＩ１ａａにおけるメモリセル領域１ａｂや、マイコン等のＬＳＩ１ｂａにおけるレジスタ群領域１ｂｂおよびメモリ部領域１ｂｃのように、繰り返しパターンが存在することになり、この繰り返しパターンからの回折光縞（回折干渉光縞）を空間フィルタ２０２によって遮光することが要求される。要するに、チップ２内には、繰り返しパターンと非繰り返しパターンとパターンなしとが混在することになり、しかも夫々線幅も異なることになるので、通常は、頻度の多い例えば繰り返しパターンからの回折光を消去するように空間フィルタ２０２の遮光パターンが設定されることになる。また、空間フィルタ２０２として、特開平５−２１８１６３号公報および特開平６−２５８２３９号公報に記載されているように、遮光パターンを変更できるものを用いれば、チップ２内の回路パターンに応じて変更させればよい。また、空間フィルタ２０２として、遮光パターンが異なるものを用意しておいて、チップ２内の回路パターンに応じて切り換えてもよい。しかしながら、方向１１からスリット状のビーム３を照明した場合、０次回折光を空間フィルタ２０２によって遮光して消去する必要が生じることになる。この際、当然高次の回折光を空間フィルタ２０２によって遮光して消去することも可能である。以上、被検査基板１上のチップ２内に存在する繰返しおよび非繰り返しパターンの場合における回折光の消去方法について説明した。
【００４０】
次に、検出しようとする異物等の欠陥サイズに応じた検出感度調整について説明する。即ち、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５の被検査対象物１上での検出画素サイズを小さくすると、スループットは落ちるものの、検出感度の向上が見込める。そこで、０.１μｍ 程度以下の異物等の欠陥を検出する際、画素サイズを小さくする検出光学系２００に切り替えて用いると良い。具体的には、ＴＤＩセンサ等の画素についてウエハ１上での像のサイズが可変となるような３種類の検出光学系２００を持つと良い。この構成の実現方法として、レンズ群２０４を切り替える。この際、ウエハ１から、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器２０５までの光路長を変えずに済むように、レンズの構成を設計しておくと良い。もちろん、このような設計が難しい場合、レンズの切り替えに併せて、センサまでの距離を変えられるような機構を用いても良い。また、センサ自体の画素サイズを変えたものを切り替えても良い。
【００４１】
以下に本発明の詳細な実施形態を図２にて説明する。本発明では環境が変化したときに発生する結像位置ずれを補正するためのデータを図２に示す温度測定器５０３、及び気圧測定器５０４で測定する。データは、通信ケーブル経由で制御ＣＰＵ部４０１に読み込まれる。ＣＰＵは図５の温度気圧変位を被検査基板高さ補正量に換算するテーブルを用いて補正値を算出する。その結果はオートフォーカス系の信号処理回路５０２に合焦点位置に対してオフセットの発生を指示する。そのオフセット量に対する偏差をなくするように５０２はＺステージを駆動させて被検査基板の高さを修正する。その結果図４に示すように、センサ高さを固定した場合に、被検査基板の高さを変えて被検査基板上の欠陥がセンサにデフォーカスにならないように結像させることができる。被検査基板の高さを補正した場合は別途照明系のスポット３の位置がずれるため、自動的にセンタにスポット位置を補正する機能が必要となる。
【００４２】
上記とは逆に結像位置ずれをセンサの高さを変更して補正することが可能である。この場合前述の照明系のスポット３の位置を自動的にセンタに補正する機能が不要となる。
【００４３】
温度気圧の測定箇所は装置内、装置外でも可能であるが、前述した環境による結像位置ずれのメカニズムから検査レンズ、特に対物レンズ２０１の相対屈折率変化が結像位置ずれに大きく影響することから本発明では気圧はレンズ近傍、温度は対物レンズ表面を計測することを特徴としている。
【符号の説明】
【００４４】
１…被検査基板（ウエハ）２…チップ、３…スリット状ビーム(照明領域)、４…ＴＤＩセンサ等のイメージセンサの検出領域、１００…照明光学系、１０１…レーザ光源、１０２…凹レンズ、１０３…凸レンズ、１０４…ＮＤフィルタおよび波長板、１１０…０度照明ビームスポット結像部、１２０…４５度照明ビームスポット結像部（１１方向）、１３０…４５度照明ビームスポット結像部（１２方向）、２００…上方検出光学系、２０１…対物レンズ（検出レンズ）、２０２…空間フィルタ、２０３…結像レンズ、２０４…ズームレンズ群、２０５…ＴＤＩセンサ等の１次元検出器、２０６…センサＺ駆動機構、２０７…空間フィルタ制御、２０８…ズームレンズ制御、３００…ステージ系、３０１〜３０４…ＸＹＺΘステージ、３０５…ステージ制御、４００…演算処理回路（信号処理系）、４０１…制御ＣＰＵ部、４０２…信号処理部、４０３…表示部、４０４…入力部、５００…斜方検出系、５０１…オートフォーカスユニット、５０２…信号処理回路、５０３…温度計測定器、５０４…気圧測定器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記被検査物に対して斜方から光を照明する照明部と、
前記被検査物の上方で前記被検査物からの散乱光を集光し、センサへ結像する検出部と、
前記センサの検出結果を使用して前記被検査物の欠陥を検出する処理部と、
温度及び気圧の少なくとも１つの変化に応じて前記センサの高さを変えるセンサ高さ変更部と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記センサ高さ変更部は、前記温度及び前記気圧の少なくとも１つの変化に応じて、前記センサの高さを変えることで結像位置変化を補正することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記照明部とは異なるオートフォーカス用の照明光を発生する第２の照明部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記温度及び前記気圧の少なくとも１つを得るための測定部を装置内に設置していることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の欠陥検査装置において、
前記測定部は、前記検出部の検査レンズ近傍に配置されていることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記温度、及び前記気圧の少なくとも１つと補正量との相関をデータとして記憶する記憶部を有し、
前記センサ高さ変更部は、前記記憶部に記憶されたデータに基づき、前記センサの高さを変えることで結像位置変化を補正することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１】
前記被検査物に対して斜方から光を照明する照明部と、
前記被検査物の上方で前記被検査物からの散乱光を集光し、センサへ結像する検出部と、
前記センサの検出結果を使用して前記被検査物の欠陥を検出する処理部と、
温度及び気圧の少なくとも１つの変化に応じて前記センサの高さを変えるセンサ高さ変更部と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記センサ高さ変更部は、前記温度及び前記気圧の少なくとも１つの変化に応じて、前記センサの高さを変えることで結像位置変化を補正することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記照明部とは異なるオートフォーカス用の照明光を発生する第２の照明部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記温度及び前記気圧の少なくとも１つを得るための測定部を装置内に設置していることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の欠陥検査装置において、
前記測定部は、前記検出部の検査レンズ近傍に配置されていることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記温度、及び前記気圧の少なくとも１つと補正量との相関をデータとして記憶する記憶部を有し、
前記センサ高さ変更部は、前記記憶部に記憶されたデータに基づき、前記センサの高さを変えることで結像位置変化を補正す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１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３７０７（Ｐ２０１２−１３７０７Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７９７８（Ｐ２０１１−１６７９７８）
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【分割の表示】特願２００６−６８４７９（Ｐ２００６−６８４７９）の分割
【原出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【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１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【分割の表示】特願２００６−６８４７９（Ｐ２００６−６８４７９）の分割
【原出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【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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