表面検査装置
【課題】光の波長が３５０ｎｍ以下であってもクロスニコル光学系を構成できる表面検査装置を提供する。
【解決手段】所定パターンが形成されたウェハ２０に偏光照明光を照射して照明するための光源１０と、偏光照明光の照明を受けてウェハ２０から反射されて出射される回折光または正反射光を受光し、偏光照明光の偏光方向と略直交する偏光成分のみを通過させる検光子３と、検光子３を通過した光を受光し受光した光から特定波長帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタ３０と、バンドパスフィルタ３０を透過した光からウェハ２０の像の信号強度分布を検出し、信号強度分布によりパターンの形状誤差を検出する信号処理ユニット８とを備えた表面検査装置において、検光子３及びバンドパスフィルタ３０は、被検査基板から反射されて出射される回折光または正反射光の光路に対して挿脱可能に設けられている。
【解決手段】所定パターンが形成されたウェハ２０に偏光照明光を照射して照明するための光源１０と、偏光照明光の照明を受けてウェハ２０から反射されて出射される回折光または正反射光を受光し、偏光照明光の偏光方向と略直交する偏光成分のみを通過させる検光子３と、検光子３を通過した光を受光し受光した光から特定波長帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタ３０と、バンドパスフィルタ３０を透過した光からウェハ２０の像の信号強度分布を検出し、信号強度分布によりパターンの形状誤差を検出する信号処理ユニット８とを備えた表面検査装置において、検光子３及びバンドパスフィルタ３０は、被検査基板から反射されて出射される回折光または正反射光の光路に対して挿脱可能に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において、半導体ウェハや液晶基板等（以下、総じて「被検査基板」と称する）の表面に形成された繰り返しパターン（ライン・アンド・スペース等）の異常検査を行う表面検査装置がある。この種の表面検査装置としては被検査基板からの回折光を受光するため、照明または受光光学系の光軸のなす角が可変であるように構成された装置（例えば、特許文献１を参照）、また、被検査基板を傾動させて回折光を受光しパターンの欠陥を検出する装置（例えば、特許文献２を参照）が周知となっている。
【０００３】
そして、表面検査方法としては、パターンの構造性複屈折による偏光状態の変化をクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいて検出することにより欠陥を検出する方法（クロスニコル検査とも称する）が周知となっている（例えば、特許文献３を参照）。なお、クロスニコル検査を行うときに用いられる偏光子及び検光子としては、高分子材料により構成された２色性を有するシート型偏光子（例えば、非特許文献１を参照）が用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６９２６８５号公報
【特許文献２】特許第３８９３６７１号公報
【特許文献３】特開２００６−３４３１０２号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０４／１１３９７４号パンフレット
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】応用工学II 鶴田匡夫著 培風館
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したシート型偏光子を用いて特許文献３に示されるような方法により表面検査を行う場合には、非特許文献１に示すように、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光を用いるときに光の透過率が極端に低下し、パターンの構造性複屈折による偏光状態の変化であるクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいて欠陥を検出する方法を用いることができなくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、光の波長が３５０ｎｍ以下であってもクロスニコル光学系を構成できる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するため、第１の発明に係る表面検査装置は、所定のパターンが形成された被検査基板に偏光を照射する照明光学系と、偏光を照射された被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ正反射光が紫外光を含むとき、正反射光のうち紫外光については偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子と、検光子より下流側に検光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタとを有することを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明に係る表面検査装置は、所定のパターンが形成された被検査基板に偏光子を介して偏光を照射する照明光学系と、偏光を照射された被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ正反射光が紫外光を含む場合に、正反射光のうち紫外光については偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子を有し、偏光子より上流側及び検光子より下流側の少なくとも一方に、検光子又は偏光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る表面検査装置によれば、波長３５０ｎｍ以下の光を通過させる短波長用検光子とバンドパスフィルタが設けられることにより、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光源を用いてクロスニコル光学系を構成して表面検査を行うことが可能となり、表面検査の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図２】光源の概略構成図である。
【図３】複数の露光ショットをウェハ上方向から見た拡大図である。
【図４】ウェハ上に並ぶライン・アンド・スペースを示した図である。
【図５】パターンに直線偏光が入射する様子を示した図である。
【図６】パターンから楕円偏光が射出する様子を示した図である。
【図７】上記表面検査装置の概略構成において、偏光子、検光子、及びバンドパスフィルタを外し、回折検査を行う状態を示した図である。
【図８】短波長用、長波長用、及び回折検査用に切り替え可能な検光手段の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置１の概略構成を図１に示す。表面検査装置１は、偏光を用いて半導体ウェハや液晶基板等の表面の異常（欠陥）の有無をクロスニコル系にて検査を行う装置である。表面検査装置１は、光源１０と、偏光子２と、凹面鏡である、第１ミラー４及び第２ミラー５と、検光子３と、レンズ６と、２次元撮像素子７と、検出された画像信号等の信号処理を行う信号処理ユニット８と、信号処理ユニット８による処理結果を表示するモニター９と、後に詳述するバンドパスフィルタ３０とにより構成される。光源１０は発散光束を照射し、当該発散光束は、偏光子２により直線偏光となる。偏光子２を通過した偏光光束は凹面鏡である第１ミラー４で反射され、略平行な光束となり半導体ウェハ２０（以下、ウェハ２０と称する）を照明するようになっている。
【００１３】
第１ミラー４は、前側焦点が光源１０の射出端と略一致するとともに、後側焦点がウェハ２０の表面に略一致するように配設され、偏光子２からの直線偏光を反射させ平行光束にしてウェハ２０の表面に導く。すなわち、光源１０からの光は、偏光子２を介し直線偏光となって、第１ミラー４によりウェハ２０の表面全体に入射する。なお、ウェハ２０の各点における直線偏光の入射角度は、平行光束のため同じになっている。また、ウェハ２０は、図示省略する傾動機構により、回転軸Ｒｗを中心に傾動可能に構成されている。
【００１４】
第１ミラー４からウェハ２０に平行光束が照射され、この照射によりウェハ２０から正反射光が第２ミラー５に照射される。そして、第２ミラー５により当該正反射光は収束光となり、この収束光は検光子３を通過するようになっている。検光子３は、偏光子２による偏光成分とは直交した偏光成分、つまりポアンカレ球上で互いに対蹠点に位置する成分の偏光のみを通過させるように構成されている。検光子３を通過した光はレンズ６により略平行な光束となる。また、ウェハ２０と２次元撮像素子７は、第２ミラー５とレンズ６が協働することにより、共役に結ばれた状態になっている。
【００１５】
検光子３は、図示省略する回転駆動装置を用いて受光系の光軸を中心に透過軸の方位を回転可能に構成されており、検光子３の透過軸の方位は、上述した偏光子２の透過軸に対してほぼ９０度をなすように設定される（クロスニコル状態とも称される）。従って、第２ミラー５で反射した光が検光子３を通過すると、ウェハ２０表面からの正反射光のうち、照明光である直線偏光の偏光方向に対して略直交する偏光成分の光がレンズ６を通過して２次元撮像素子７の撮像面で受光される。その結果、２次元撮像素子７の撮像面には、上述の偏光成分によるウェハ２０の反射像が形成される。
【００１６】
２次元撮像素子７は、図示省略するＣＣＤ撮像素子を有するＣＣＤカメラであり、撮像面で受光されたウェハ２０からの反射光を光電変換して、画像信号を信号処理ユニット８に出力する。信号処理ユニット８は、２次元撮像素子７から入力されたウェハ２０の画像信号に基づいてウェハ２０の画像を所定ビットのデジタル画像に変換し、ウェハ２０の反対画像（デジタル画像）を生成することが可能となっている。そして生成されたウェハ２０の反対画像は、モニター９に出力表示されるようになっている。このようにして、モニター９を介してウェハ２０の表面を観察することが可能になるが、後述するウェハ２０上の繰り返しパターンは、２次元撮像素子７の画素よりも微細となっているためこの繰り返しパターンの形状まで表示することはできず、画像の明暗のみ表示できるようになっている。
【００１７】
光源１０は、図２に示すように、光を発生させる水銀ランプ１１と、楕円鏡１２と、コリメータレンズ１３と、波長選択フィルタ１４と、光の透過率が変更可能な減光フィルタ１５と、集光レンズ１６と、ランダムファイバー１７とにより構成される。水銀ランプ１１は、２４８ｎｍ付近の波長の光を発することのできるＤＥＥＰ−ＵＶランプであり、水銀だけでなくキセノンが混合されているタイプのものである。この水銀ランプ１１から発せられた光は楕円鏡１２で集光された後、コリメータレンズ１３によりコリメートされ、後述する波長選択フィルタ１４、減光フィルタ１５及び集光レンズ１６を通過した後、ランダムファイバー１７に入射され、ランダムファイバー１７に入射した光は射出端１７ａより発散され、この発散光が射出されるようになっている。このランダムファイバー１７の射出端１７ａが図１における光源１０の射出端に相当する。
【００１８】
波長選択フィルタ１４は、水銀ランプ１１の波長を選択できる切り替え式になっており、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、波長λ＝３１３ｎｍ、及び波長λ＝２４８ｎｍのフィルタを選択できるようになっている。波長選択フィルタ１４により上述した波長λの光のみが選択的に透過するようになっている。
【００１９】
ところで、構造性複屈折は波長が短い程偏光状態の変化が大きいことから、なるべく波長が短い光を使用することが望ましいが、波長が短い場合、ランプのスペクトル分布や光学素子の透過率等の影響により光量が低下されるなど好ましくない要素もあることから、波長選択フィルタ１４は、パターンの状況等により波長を切り替えることが可能な状態になっている。また、減光フィルタ１５も状況に応じて透過率を切り替えられるようになっている。
【００２０】
以上のように構成される表面検査装置１において、ウェハ２０の表面を検査する検査方法について説明する。まず、ウェハ２０は最上層へのレジスト膜への露光、現像後、搬送系（不図示）により、ウェハカセット（不図示）または現像装置から運ばれ、ウェハホルダ（不図示）に吸着保持される。検査対象となるウェハ２０の表面は、図３に示すように、複数の露光ショット２２が形成されており、各露光ショット２２にはレジストが塗布、露光、現像され、図４に示すように、所定の繰り返しパターン（ライン・アンド・スペースパターン）２３が形成される。繰り返しパターン２３は、複数のライン部２３ａが所定の方向に沿って一定のピッチで配列されたレジストパターンである。隣り合うライン部２３ａ同士の間はスペース部２３ｂであり、ライン部２３ａとスペース部２３ｂによりライン・アンド・スペースパターンが構成されている。このようなパターンとなっている露光ショット２２に対して、図５または図６に示すように、直線偏光をその振動方向がパターンの繰り返し方向に対して０度、９０度以外の角度をなすように照射すると、パターンが有する構造性複屈折の効果により反射光は楕円偏光３２に変化する。一般には４５度の時に偏光の変化量が最大となる。
【００２１】
また、このときのパターンにおけるラインとスペースの比、テーパー度、エッジラフネス等の周期構造の形状に異常または欠陥が生じている場合は、構造性複屈折に変化が生じるため、ゼロ次光（正反射光）の偏光状態が変化する。偏光状態が変化すると検光子３を透過する光の光量が変化するので、ウェハ２０上のパターンの中に正常なパターンと異常なパターンの両方が存在する場合には、モニター９上で明るさが異なったように見えることになる。
【００２２】
上述したような正常なパターンと異常なパターンの両方が存在する場合について、この状態を予めＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等により測定し正常であることが確認されているパターンの明るさを記憶しておけば、明るさが異なるパターンが存在していた場合にどちらが正常なパターンであるかに関する識別が可能となり、パターンの異常を検出することができる。
【００２３】
ところで、上述したような偏光子２及び検光子３においては、通常は高分子材料により構成され偏光方向により屈折率が異なる２色性を有するシート型偏光子が用いられることが多い。しかし、シート型偏光子は、使用する光の波長が概ね３５０ｎｍより長い場合は問題無く使用できるが、３５０ｎｍ以下になると光の透過率がゼロに近くなるという問題がある。このため、波長が３５０ｎｍ以下の光を用いた場合、シート型偏光子ではパターンによる構造性複屈折の効果が得られず、実用的なクロスニコル系を構成することができなくなる。そこで、紫外光等３５０ｎｍ以下の短い波長の光を用いる際には、当該光の透過率を低下させない偏光子を用いる必要がある。その一例として、本実施形態における偏光子２及び検光子３は、特許文献４に示すようなフォトニック結晶により構成された偏光子を用いている。
【００２４】
ところが、フォトニック結晶により構成された偏光子は、シート型偏光子と異なり、予め決められた波長帯域の光に対してのみ偏光子として作用し、上記帯域以外の波長の光に対してはそのまま光を通過させ偏光子として機能しない（消光比が非常に低い）。よって、波長選択フィルタ１４を通過した照明光に意図しない波長(検査に使用する波長以外の波長)の光がわずかでも含まれていると、上記意図しない波長の光がパターンの画像にバイアス成分として含まれるようになり、このバイアス成分が検査精度を劣化させる原因となる。すなわち、上記意図しない波長の光により、画像は明るく、そしてＳ／Ｎ比が低いものになり正確な検査ができなくなるという問題がある。
【００２５】
上記問題を解消するため、本実施形態ではバンドパスフィルタ３０が、検光子３の下流側（検光子３とレンズ６の間）に、表面検査装置１に対して挿脱自在に設けられている。このバンドパスフィルタ３０を用いて上記意図しない波長の光を排除することにより、上述した問題を解消することができる。なお、バンドパスフィルタ３０は、必ずしも本実施形態のように検光子３の下流側に設けなければならないわけではなく、偏光子２の上流側に挿脱自在に設けてもよい。しかし、偏光子２の下流側等クロスニコル系の内部には配置しない方がよい。なぜなら、バンドパスフィルタ３０自身に光学的歪が存在した場合に、当該バンドパスフィルタ３０により偏光が乱される可能性があるからである。
【００２６】
ところで、本実施形態における表面検査装置１においては、パターンの周期構造による回折光を受光するように、ウェハ２０を、回転軸Ｒｗを中心に光の波長と回折次数により決定される傾動角だけ傾動させて回折検査を行うことも可能となっている。回折検査の場合は、照射光に上述したような意図しない波長の成分が含まれていたとしても、回折によりこれらの波長の光が受光されることはない。また、上記のように、バンドパスフィルタ３０が挿入されると照明光量が低下し、かえって不都合である。従って、回折検査を行う際には、図７に示すように、バンドパスフィルタ３０が偏光子２又は検光子３とともに除外されるようになっている。
【００２７】
バンドパスフィルタ３０は、検光子３と別々に設けてもよいが、機器の簡素化のため検光子３と一体に金物に組み込み、表面検査装置１から一体に挿脱可能にすることが好ましい。以下で、検光子３とバンドパスフィルタ３０を一体の金物に組み込み表面検査装置１に対して挿脱可能に構成された検光手段１００について説明する。
【００２８】
検光手段１００は、図８に示すように円盤状に構成され、当該円の中心を通り円に直交する軸を中心に回転可能なレボルバー式であり、ウェハ２０及び第２ミラー５からの正反射光または回折光を受光する検光手段の切り替えを行うことが可能になっている。検光手段１００は、検光子３及びバンドバスフィルタ３０により構成され、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光を用いるときに使用する短波長用検光子１０１と、シート型偏光子により構成され、３５０ｎｍより長い波長の光を用いるときに使用する長波長用検光子１０２と、回折検査をするときに使用する中空の回折検査用光路１０３とで構成されている。短波長用検光子１０１は、図８に示す第２ミラー５により反射された光Ｘが進行する方向に対して、上流側に検光子３が、下流側にバンドパスフィルタ３０が並んで設けられている。回折検査用光路１０３は、検光子が不要な回折検査を行うときに用いられるため、単なる空洞になっている。
【００２９】
上述したレボルバー式の検光手段１００は、表面検査装置１に取り付けた状態で回転させることが可能になっており、検光手段１００に装着されている短波長用検光手段１０１、長波長用検光手段１０２、回折検査用光路１０３を切り替えて、光Ｘを通過させる検光手段を自在に選択することができるようになっている。すなわち、波長が３５０ｎｍ以下の光でクロスニコル検査する場合、３５０ｎｍより長い波長の光でクロスニコル検査する場合、そして回折検査する場合それぞれにおいて、最適な検光手段を選択することができる。
【００３０】
以上、本実施形態における表面検査装置１においては、図１に示すように、波長が３５０ｎｍ以下の光を用いてクロスニコル検査を行う場合にのみ、バンドパスフィルタ３０が光路中に挿入されるように構成されているため、意図しない波長の光を極力排除することが可能になり検査精度が向上するとともに、３５０ｎｍより長い波長の光でクロスニコル検査する時または回折検査時にはバンドパスフィルタ３０を光路から離脱させることにより照明光量の低下を防止することもできる。
【００３１】
また、偏光子手段も前述したように円盤状に構成され、当該円の中心を通り円に直交する軸を中心に回転可能なレボルバー式であり、光源１０から出射された光を受光する偏光子の切り替えを行うことが可能になっている。偏光手段は、偏光子２から構成され、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光を用いるときに使用する短波長用偏光子、シート型偏光子により構成され、３５０ｎｍより長い波長の光を用いるときに使用する長波長用偏光子と、回折検査をするときに使用する中空の回折検査用光路とで構成されている。
なお、バンドパスフィルタを検光子３の下流側に配置することに代えて偏光子２の上流側に配置する場合、偏光手段はバンドパスフィルタと偏光子２とから構成される。
【００３２】
また、本実施形態では、直線偏光を用いた例について説明したが、これに限られることなく、円偏光または楕円偏光を用いてもよい。ただし、円偏光を用いる場合は円偏光子と円検光子、楕円偏光を用いる場合は楕円偏光子と楕円検光子を用いて、照明光と直交する成分の偏光を受光できるようにする必要がある。円偏光子、円検光子、楕円偏光子、楕円検光子は、直線偏光子と波長板との組み合わせにより構成される。なお、フォトニック結晶を用いる場合は、上述した偏光子や検光子を、直線偏光子と波長板とを組み合わせて設けるのではなく、１枚の基板として構成することが可能になる。
【００３３】
そして、上述した実施形態においては、非偏光を発する光源１０から偏光子２を用いて偏光を作り出している例について説明したが、これに限られることなく、偏光レーザー等、偏光を発する光源を用いる場合は、偏光子２を省略することができる。
【００３４】
なお、上述した実施形態では、検光手段としてレボルバー式の検光手段１００について説明したが、この構成に限られることなく、例えば、左右に移動させて短波長用検光手段、長波長用検光手段、回折検査用光路のいずれかを選択可能なスライド式の検光手段を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１ 表面検査装置 ２ 偏光子
３ 検光子 ８ 信号処理ユニット（形状誤差検出手段）
１０ 光源 ２０ ウェハ（被検査基板）
３０ バンドパスフィルタ １０１ 短波長用検光子
１０２ 長波長用検光子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において、半導体ウェハや液晶基板等（以下、総じて「被検査基板」と称する）の表面に形成された繰り返しパターン（ライン・アンド・スペース等）の異常検査を行う表面検査装置がある。この種の表面検査装置としては被検査基板からの回折光を受光するため、照明または受光光学系の光軸のなす角が可変であるように構成された装置（例えば、特許文献１を参照）、また、被検査基板を傾動させて回折光を受光しパターンの欠陥を検出する装置（例えば、特許文献２を参照）が周知となっている。
【０００３】
そして、表面検査方法としては、パターンの構造性複屈折による偏光状態の変化をクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいて検出することにより欠陥を検出する方法（クロスニコル検査とも称する）が周知となっている（例えば、特許文献３を参照）。なお、クロスニコル検査を行うときに用いられる偏光子及び検光子としては、高分子材料により構成された２色性を有するシート型偏光子（例えば、非特許文献１を参照）が用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６９２６８５号公報
【特許文献２】特許第３８９３６７１号公報
【特許文献３】特開２００６−３４３１０２号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０４／１１３９７４号パンフレット
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】応用工学II 鶴田匡夫著 培風館
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したシート型偏光子を用いて特許文献３に示されるような方法により表面検査を行う場合には、非特許文献１に示すように、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光を用いるときに光の透過率が極端に低下し、パターンの構造性複屈折による偏光状態の変化であるクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいて欠陥を検出する方法を用いることができなくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、光の波長が３５０ｎｍ以下であってもクロスニコル光学系を構成できる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するため、第１の発明に係る表面検査装置は、所定のパターンが形成された被検査基板に偏光を照射する照明光学系と、偏光を照射された被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ正反射光が紫外光を含むとき、正反射光のうち紫外光については偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子と、検光子より下流側に検光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタとを有することを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明に係る表面検査装置は、所定のパターンが形成された被検査基板に偏光子を介して偏光を照射する照明光学系と、偏光を照射された被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ正反射光が紫外光を含む場合に、正反射光のうち紫外光については偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子を有し、偏光子より上流側及び検光子より下流側の少なくとも一方に、検光子又は偏光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る表面検査装置によれば、波長３５０ｎｍ以下の光を通過させる短波長用検光子とバンドパスフィルタが設けられることにより、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光源を用いてクロスニコル光学系を構成して表面検査を行うことが可能となり、表面検査の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図２】光源の概略構成図である。
【図３】複数の露光ショットをウェハ上方向から見た拡大図である。
【図４】ウェハ上に並ぶライン・アンド・スペースを示した図である。
【図５】パターンに直線偏光が入射する様子を示した図である。
【図６】パターンから楕円偏光が射出する様子を示した図である。
【図７】上記表面検査装置の概略構成において、偏光子、検光子、及びバンドパスフィルタを外し、回折検査を行う状態を示した図である。
【図８】短波長用、長波長用、及び回折検査用に切り替え可能な検光手段の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置１の概略構成を図１に示す。表面検査装置１は、偏光を用いて半導体ウェハや液晶基板等の表面の異常（欠陥）の有無をクロスニコル系にて検査を行う装置である。表面検査装置１は、光源１０と、偏光子２と、凹面鏡である、第１ミラー４及び第２ミラー５と、検光子３と、レンズ６と、２次元撮像素子７と、検出された画像信号等の信号処理を行う信号処理ユニット８と、信号処理ユニット８による処理結果を表示するモニター９と、後に詳述するバンドパスフィルタ３０とにより構成される。光源１０は発散光束を照射し、当該発散光束は、偏光子２により直線偏光となる。偏光子２を通過した偏光光束は凹面鏡である第１ミラー４で反射され、略平行な光束となり半導体ウェハ２０（以下、ウェハ２０と称する）を照明するようになっている。
【００１３】
第１ミラー４は、前側焦点が光源１０の射出端と略一致するとともに、後側焦点がウェハ２０の表面に略一致するように配設され、偏光子２からの直線偏光を反射させ平行光束にしてウェハ２０の表面に導く。すなわち、光源１０からの光は、偏光子２を介し直線偏光となって、第１ミラー４によりウェハ２０の表面全体に入射する。なお、ウェハ２０の各点における直線偏光の入射角度は、平行光束のため同じになっている。また、ウェハ２０は、図示省略する傾動機構により、回転軸Ｒｗを中心に傾動可能に構成されている。
【００１４】
第１ミラー４からウェハ２０に平行光束が照射され、この照射によりウェハ２０から正反射光が第２ミラー５に照射される。そして、第２ミラー５により当該正反射光は収束光となり、この収束光は検光子３を通過するようになっている。検光子３は、偏光子２による偏光成分とは直交した偏光成分、つまりポアンカレ球上で互いに対蹠点に位置する成分の偏光のみを通過させるように構成されている。検光子３を通過した光はレンズ６により略平行な光束となる。また、ウェハ２０と２次元撮像素子７は、第２ミラー５とレンズ６が協働することにより、共役に結ばれた状態になっている。
【００１５】
検光子３は、図示省略する回転駆動装置を用いて受光系の光軸を中心に透過軸の方位を回転可能に構成されており、検光子３の透過軸の方位は、上述した偏光子２の透過軸に対してほぼ９０度をなすように設定される（クロスニコル状態とも称される）。従って、第２ミラー５で反射した光が検光子３を通過すると、ウェハ２０表面からの正反射光のうち、照明光である直線偏光の偏光方向に対して略直交する偏光成分の光がレンズ６を通過して２次元撮像素子７の撮像面で受光される。その結果、２次元撮像素子７の撮像面には、上述の偏光成分によるウェハ２０の反射像が形成される。
【００１６】
２次元撮像素子７は、図示省略するＣＣＤ撮像素子を有するＣＣＤカメラであり、撮像面で受光されたウェハ２０からの反射光を光電変換して、画像信号を信号処理ユニット８に出力する。信号処理ユニット８は、２次元撮像素子７から入力されたウェハ２０の画像信号に基づいてウェハ２０の画像を所定ビットのデジタル画像に変換し、ウェハ２０の反対画像（デジタル画像）を生成することが可能となっている。そして生成されたウェハ２０の反対画像は、モニター９に出力表示されるようになっている。このようにして、モニター９を介してウェハ２０の表面を観察することが可能になるが、後述するウェハ２０上の繰り返しパターンは、２次元撮像素子７の画素よりも微細となっているためこの繰り返しパターンの形状まで表示することはできず、画像の明暗のみ表示できるようになっている。
【００１７】
光源１０は、図２に示すように、光を発生させる水銀ランプ１１と、楕円鏡１２と、コリメータレンズ１３と、波長選択フィルタ１４と、光の透過率が変更可能な減光フィルタ１５と、集光レンズ１６と、ランダムファイバー１７とにより構成される。水銀ランプ１１は、２４８ｎｍ付近の波長の光を発することのできるＤＥＥＰ−ＵＶランプであり、水銀だけでなくキセノンが混合されているタイプのものである。この水銀ランプ１１から発せられた光は楕円鏡１２で集光された後、コリメータレンズ１３によりコリメートされ、後述する波長選択フィルタ１４、減光フィルタ１５及び集光レンズ１６を通過した後、ランダムファイバー１７に入射され、ランダムファイバー１７に入射した光は射出端１７ａより発散され、この発散光が射出されるようになっている。このランダムファイバー１７の射出端１７ａが図１における光源１０の射出端に相当する。
【００１８】
波長選択フィルタ１４は、水銀ランプ１１の波長を選択できる切り替え式になっており、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、波長λ＝３１３ｎｍ、及び波長λ＝２４８ｎｍのフィルタを選択できるようになっている。波長選択フィルタ１４により上述した波長λの光のみが選択的に透過するようになっている。
【００１９】
ところで、構造性複屈折は波長が短い程偏光状態の変化が大きいことから、なるべく波長が短い光を使用することが望ましいが、波長が短い場合、ランプのスペクトル分布や光学素子の透過率等の影響により光量が低下されるなど好ましくない要素もあることから、波長選択フィルタ１４は、パターンの状況等により波長を切り替えることが可能な状態になっている。また、減光フィルタ１５も状況に応じて透過率を切り替えられるようになっている。
【００２０】
以上のように構成される表面検査装置１において、ウェハ２０の表面を検査する検査方法について説明する。まず、ウェハ２０は最上層へのレジスト膜への露光、現像後、搬送系（不図示）により、ウェハカセット（不図示）または現像装置から運ばれ、ウェハホルダ（不図示）に吸着保持される。検査対象となるウェハ２０の表面は、図３に示すように、複数の露光ショット２２が形成されており、各露光ショット２２にはレジストが塗布、露光、現像され、図４に示すように、所定の繰り返しパターン（ライン・アンド・スペースパターン）２３が形成される。繰り返しパターン２３は、複数のライン部２３ａが所定の方向に沿って一定のピッチで配列されたレジストパターンである。隣り合うライン部２３ａ同士の間はスペース部２３ｂであり、ライン部２３ａとスペース部２３ｂによりライン・アンド・スペースパターンが構成されている。このようなパターンとなっている露光ショット２２に対して、図５または図６に示すように、直線偏光をその振動方向がパターンの繰り返し方向に対して０度、９０度以外の角度をなすように照射すると、パターンが有する構造性複屈折の効果により反射光は楕円偏光３２に変化する。一般には４５度の時に偏光の変化量が最大となる。
【００２１】
また、このときのパターンにおけるラインとスペースの比、テーパー度、エッジラフネス等の周期構造の形状に異常または欠陥が生じている場合は、構造性複屈折に変化が生じるため、ゼロ次光（正反射光）の偏光状態が変化する。偏光状態が変化すると検光子３を透過する光の光量が変化するので、ウェハ２０上のパターンの中に正常なパターンと異常なパターンの両方が存在する場合には、モニター９上で明るさが異なったように見えることになる。
【００２２】
上述したような正常なパターンと異常なパターンの両方が存在する場合について、この状態を予めＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等により測定し正常であることが確認されているパターンの明るさを記憶しておけば、明るさが異なるパターンが存在していた場合にどちらが正常なパターンであるかに関する識別が可能となり、パターンの異常を検出することができる。
【００２３】
ところで、上述したような偏光子２及び検光子３においては、通常は高分子材料により構成され偏光方向により屈折率が異なる２色性を有するシート型偏光子が用いられることが多い。しかし、シート型偏光子は、使用する光の波長が概ね３５０ｎｍより長い場合は問題無く使用できるが、３５０ｎｍ以下になると光の透過率がゼロに近くなるという問題がある。このため、波長が３５０ｎｍ以下の光を用いた場合、シート型偏光子ではパターンによる構造性複屈折の効果が得られず、実用的なクロスニコル系を構成することができなくなる。そこで、紫外光等３５０ｎｍ以下の短い波長の光を用いる際には、当該光の透過率を低下させない偏光子を用いる必要がある。その一例として、本実施形態における偏光子２及び検光子３は、特許文献４に示すようなフォトニック結晶により構成された偏光子を用いている。
【００２４】
ところが、フォトニック結晶により構成された偏光子は、シート型偏光子と異なり、予め決められた波長帯域の光に対してのみ偏光子として作用し、上記帯域以外の波長の光に対してはそのまま光を通過させ偏光子として機能しない（消光比が非常に低い）。よって、波長選択フィルタ１４を通過した照明光に意図しない波長(検査に使用する波長以外の波長)の光がわずかでも含まれていると、上記意図しない波長の光がパターンの画像にバイアス成分として含まれるようになり、このバイアス成分が検査精度を劣化させる原因となる。すなわち、上記意図しない波長の光により、画像は明るく、そしてＳ／Ｎ比が低いものになり正確な検査ができなくなるという問題がある。
【００２５】
上記問題を解消するため、本実施形態ではバンドパスフィルタ３０が、検光子３の下流側（検光子３とレンズ６の間）に、表面検査装置１に対して挿脱自在に設けられている。このバンドパスフィルタ３０を用いて上記意図しない波長の光を排除することにより、上述した問題を解消することができる。なお、バンドパスフィルタ３０は、必ずしも本実施形態のように検光子３の下流側に設けなければならないわけではなく、偏光子２の上流側に挿脱自在に設けてもよい。しかし、偏光子２の下流側等クロスニコル系の内部には配置しない方がよい。なぜなら、バンドパスフィルタ３０自身に光学的歪が存在した場合に、当該バンドパスフィルタ３０により偏光が乱される可能性があるからである。
【００２６】
ところで、本実施形態における表面検査装置１においては、パターンの周期構造による回折光を受光するように、ウェハ２０を、回転軸Ｒｗを中心に光の波長と回折次数により決定される傾動角だけ傾動させて回折検査を行うことも可能となっている。回折検査の場合は、照射光に上述したような意図しない波長の成分が含まれていたとしても、回折によりこれらの波長の光が受光されることはない。また、上記のように、バンドパスフィルタ３０が挿入されると照明光量が低下し、かえって不都合である。従って、回折検査を行う際には、図７に示すように、バンドパスフィルタ３０が偏光子２又は検光子３とともに除外されるようになっている。
【００２７】
バンドパスフィルタ３０は、検光子３と別々に設けてもよいが、機器の簡素化のため検光子３と一体に金物に組み込み、表面検査装置１から一体に挿脱可能にすることが好ましい。以下で、検光子３とバンドパスフィルタ３０を一体の金物に組み込み表面検査装置１に対して挿脱可能に構成された検光手段１００について説明する。
【００２８】
検光手段１００は、図８に示すように円盤状に構成され、当該円の中心を通り円に直交する軸を中心に回転可能なレボルバー式であり、ウェハ２０及び第２ミラー５からの正反射光または回折光を受光する検光手段の切り替えを行うことが可能になっている。検光手段１００は、検光子３及びバンドバスフィルタ３０により構成され、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光を用いるときに使用する短波長用検光子１０１と、シート型偏光子により構成され、３５０ｎｍより長い波長の光を用いるときに使用する長波長用検光子１０２と、回折検査をするときに使用する中空の回折検査用光路１０３とで構成されている。短波長用検光子１０１は、図８に示す第２ミラー５により反射された光Ｘが進行する方向に対して、上流側に検光子３が、下流側にバンドパスフィルタ３０が並んで設けられている。回折検査用光路１０３は、検光子が不要な回折検査を行うときに用いられるため、単なる空洞になっている。
【００２９】
上述したレボルバー式の検光手段１００は、表面検査装置１に取り付けた状態で回転させることが可能になっており、検光手段１００に装着されている短波長用検光手段１０１、長波長用検光手段１０２、回折検査用光路１０３を切り替えて、光Ｘを通過させる検光手段を自在に選択することができるようになっている。すなわち、波長が３５０ｎｍ以下の光でクロスニコル検査する場合、３５０ｎｍより長い波長の光でクロスニコル検査する場合、そして回折検査する場合それぞれにおいて、最適な検光手段を選択することができる。
【００３０】
以上、本実施形態における表面検査装置１においては、図１に示すように、波長が３５０ｎｍ以下の光を用いてクロスニコル検査を行う場合にのみ、バンドパスフィルタ３０が光路中に挿入されるように構成されているため、意図しない波長の光を極力排除することが可能になり検査精度が向上するとともに、３５０ｎｍより長い波長の光でクロスニコル検査する時または回折検査時にはバンドパスフィルタ３０を光路から離脱させることにより照明光量の低下を防止することもできる。
【００３１】
また、偏光子手段も前述したように円盤状に構成され、当該円の中心を通り円に直交する軸を中心に回転可能なレボルバー式であり、光源１０から出射された光を受光する偏光子の切り替えを行うことが可能になっている。偏光手段は、偏光子２から構成され、紫外光など波長が３５０ｎｍ以下の光を用いるときに使用する短波長用偏光子、シート型偏光子により構成され、３５０ｎｍより長い波長の光を用いるときに使用する長波長用偏光子と、回折検査をするときに使用する中空の回折検査用光路とで構成されている。
なお、バンドパスフィルタを検光子３の下流側に配置することに代えて偏光子２の上流側に配置する場合、偏光手段はバンドパスフィルタと偏光子２とから構成される。
【００３２】
また、本実施形態では、直線偏光を用いた例について説明したが、これに限られることなく、円偏光または楕円偏光を用いてもよい。ただし、円偏光を用いる場合は円偏光子と円検光子、楕円偏光を用いる場合は楕円偏光子と楕円検光子を用いて、照明光と直交する成分の偏光を受光できるようにする必要がある。円偏光子、円検光子、楕円偏光子、楕円検光子は、直線偏光子と波長板との組み合わせにより構成される。なお、フォトニック結晶を用いる場合は、上述した偏光子や検光子を、直線偏光子と波長板とを組み合わせて設けるのではなく、１枚の基板として構成することが可能になる。
【００３３】
そして、上述した実施形態においては、非偏光を発する光源１０から偏光子２を用いて偏光を作り出している例について説明したが、これに限られることなく、偏光レーザー等、偏光を発する光源を用いる場合は、偏光子２を省略することができる。
【００３４】
なお、上述した実施形態では、検光手段としてレボルバー式の検光手段１００について説明したが、この構成に限られることなく、例えば、左右に移動させて短波長用検光手段、長波長用検光手段、回折検査用光路のいずれかを選択可能なスライド式の検光手段を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１ 表面検査装置 ２ 偏光子
３ 検光子 ８ 信号処理ユニット（形状誤差検出手段）
１０ 光源 ２０ ウェハ（被検査基板）
３０ バンドパスフィルタ １０１ 短波長用検光子
１０２ 長波長用検光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンが形成された被検査基板に偏光を照射する照明光学系と、
前記偏光を照射された前記被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、
前記受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ前記正反射光が紫外光を含むとき、前記正反射光のうち紫外光については前記偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子と、前記検光子より下流側に前記検光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタとを有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
所定のパターンが形成された被検査基板に偏光子を介して偏光を照射する照明光学系と、
前記偏光を照射された前記被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、
前記受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ前記正反射光が紫外光を含む場合に、前記正反射光のうち紫外光については前記偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子を有し、
前記偏光子より上流側及び前記検光子より下流側の少なくとも一方に、前記検光子又は前記偏光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタが設けられることを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
前記紫外光は、３５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
【請求項１】
所定のパターンが形成された被検査基板に偏光を照射する照明光学系と、
前記偏光を照射された前記被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、
前記受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ前記正反射光が紫外光を含むとき、前記正反射光のうち紫外光については前記偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子と、前記検光子より下流側に前記検光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタとを有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
所定のパターンが形成された被検査基板に偏光子を介して偏光を照射する照明光学系と、
前記偏光を照射された前記被検査基板からの正反射光を受光する受光光学系とを備え、
前記受光光学系は、その系の光軸上に挿脱可能に配置され、かつ前記正反射光が紫外光を含む場合に、前記正反射光のうち紫外光については前記偏光の偏光方向と所定の角度をなす偏光成分のみを透過させる検光子を有し、
前記偏光子より上流側及び前記検光子より下流側の少なくとも一方に、前記検光子又は前記偏光子の挿脱に連動して挿脱可能に配置されたバンドパスフィルタが設けられることを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
前記紫外光は、３５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２１７０７１（Ｐ２０１０−２１７０７１Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６５７４４（Ｐ２００９−６５７４４）
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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