観察装置、検査装置および検査方法
【課題】 ウェハを検査する際の下地の影響を低減させた検査装置を提供する。
【解決手段】 検査装置１は、複数種の波長を有する照明光でウェハを照明する照明部３０と、照明光により照明されたウェハを撮影する撮影部４０と、複数種の波長毎に所定の重み付けを行って撮影部４０により撮影されたウェハの検査用撮影像を生成するとともに、生成した検査用撮影像に基づいてウェハにおける欠陥の有無を判定する画像処理部２７とを備えて構成される。
【解決手段】 検査装置１は、複数種の波長を有する照明光でウェハを照明する照明部３０と、照明光により照明されたウェハを撮影する撮影部４０と、複数種の波長毎に所定の重み付けを行って撮影部４０により撮影されたウェハの検査用撮影像を生成するとともに、生成した検査用撮影像に基づいてウェハにおける欠陥の有無を判定する画像処理部２７とを備えて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等に代表される被検基板の表面を観察するための観察装置、並びに、被検基板の表面を検査するための検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ（以下、ウェハと称する）の表面に形成されたパターンの異常や、レジスト（感光樹脂膜）上の傷および異物等を観察もしくは検査する装置として、様々な装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このようなウェハの検査は、破壊検査と非破壊検査とに大別される。破壊検査にはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による検査等があり、非破壊検査には、目視による検査や、ウェハ表面を照明して得られる反射光を撮影して解析する検査等がある。
【０００３】
また、ウェハの検査は各工程で行うことが好ましいが、欠陥がある場合に再生が可能なパターンの露光および現像工程が終わった段階で行う検査が特に重要である。なお、半導体製造工程では、レジストが塗布されたウェハの表面に所定の回路パターンが露光されると、現像、エッチング、スパッタリング、ドーピング、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）等の多くの工程を経て、再度レジスト塗布の後に別の回路パターンが露光され、その後同様の工程を経て複数の層が積み重ねられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３５２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この段階で最上層の回路パターンを照明しその反射光を撮影して検査すると、照明光が最上層の回路パターンより下層の部分で干渉を起こし、下層部分の形状が均一でない場合には干渉の程度も均一とはならないため、反射光に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまうことがあった。そして、輝度の不均一な干渉光は、反射光によるウェハの像に濃淡となって現れるため、傷や異物の影響による濃淡と輝度の不均一な干渉光による濃淡とが区別できず、ウェハ検査の精度を低下させていた。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、被検基板を検査（観察）する際の下地の影響を低減させた観察装置、並びに検査装置および検査方法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】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る観察装置は、複数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、照明光により照明された被検基板を撮影する撮影部と、複数種の波長毎に重み付けを行って撮影部により撮影された被検基板の観察用撮影像を生成する撮影像生成部とを備えて構成される。
【０００８】
なお、上述の観察装置において、撮影部は、複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、被検基板からの光を複数種の波長毎に分離して複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、撮影像生成部は、複数の撮像素子により複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、観察用撮影像を生成するように構成されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る検査装置は、複数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、照明光により照明された被検基板を撮影する撮影部と、複数種の波長毎に重み付けを行った被検基板の検査用撮影像を生成する撮影像生成部と、撮影像生成部により生成された検査用撮影像に基づいて被検基板における欠陥の有無を判定する判定部とを備えて構成される。
【００１０】
なお、上述の検査装置において、照明部により被検基板を照明する照明光は平行光であり、撮影部は、被検基板からの正反射光による被検基板の像を撮影することが好ましい。
【００１１】
また、上述の検査装置において、被検基板の表面には所定の繰り返しパターンが形成されており、照明光のうち第１の偏光状態の光を被検基板に送る第１の偏光素子と、被検基板の表面における第１の偏光状態が繰り返しパターンの繰り返し方向に対して斜めになるように被検基板を保持する保持部と、被検基板からの反射光のうち第１の偏光状態の光と直交する第２の偏光状態の光を撮影部に送る第２の偏光素子とを備え、撮影部は、第２の偏光状態の光による被検基板の像を撮影するような構成であってもよい。
【００１２】
さらに、上述の検査装置において、照明部は、複数種の波長に対応して複数設けられるとともに複数種の波長のうち互いに異なるいずれかの波長を有する照明光をそれぞれ発する複数の照明器と、複数の照明器から発せられた照明光を合成して被検基板に導く集光光学系とを有して構成されることが好ましい。
【００１３】
また、上述の検査装置において、複数種の波長は、３種類以上の波長で設定され、重み付けの割合は、所定の基準基板を照明部により照明して撮影部で撮影し、撮影像生成部により生成される基準基板の検査用撮影像において、基準基板の像が実際の基準基板の像とほぼ同一となるような割合に設定されることが好ましい。
【００１４】
さらに、上述の検査装置において、撮影部は、複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、被検基板からの光を複数種の波長毎に分離して複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、撮影像生成部は、複数の撮像素子により複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、検査用撮影像を生成するように構成されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る検査方法は、複数種の波長の照明光で被検基板を照明し、照明光により照明された被検基板を撮影し、複数種の波長毎に重み付けを行って、撮影した被検基板の検査用撮影像を生成し、生成した検査用撮影像に基づいて被検基板における欠陥の有無を判定することを特徴とする。
【００１６】
なお、上述の検査方法において、被検基板を撮影する際、被検基板からの光を複数種の波長毎に分離して撮影し、複数種の波長毎に撮影した撮影像に対し重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、検査用撮影像を生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被検基板を検査（観察）する際の下地の影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】照明部の構成を示す図である。
【図３】撮影部の構成を示す図である。
【図４】ウェハの撮影像の一例を示す図である。
【図５】ウェハの一例を示す断面図である。
【図６】ウェハにおける加工膜の膜厚に対する干渉光の輝度の特性を例示する図である。
【図７】第２実施形態に係る検査装置の全体構成を示す図である。
【図８】ウェハ表面の外観図である。
【図９】繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。
【図１０】直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図１１】直線偏光と楕円偏光の振動方向を説明する図である。
【図１２】直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図１３】直線偏光の振動面の方向が繰り返し方向に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに分かれる様子を説明する図である。
【図１４】偏光成分の大きさと繰り返しパターンのライン部の線幅との関係を説明する図である。
【図１５】検査装置の変形例を示す図である。
【図１６】第１および第２実施形態の検査装置によるウェハ表面の検査方法を示すフローチャートである。
【図１７】第１実施形態の検査装置においてｅ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。
【図１８】第１実施形態の検査装置においてｇ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。
【図１９】第１実施形態の検査装置においてｈ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。
【図２０】第１実施形態の検査装置において図１７の像と図１９の像を合成した像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。第１実施形態の検査装置１ａは、図１に示すように、被検基板であるウェハ１０を支持するステージ２０と、主に３種類の波長を有する照明光でウェハ１０を照明する照明部３０と、当該照明光により照明されたウェハ１０を撮影する撮影部４０と、照明光学系２３および観察光学系２４と、画像処理部２７および画像表示装置２８とを主体に構成される。この検査装置１ａは、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ１０の表面の検査を自動的に行う装置である。ウェハ１０は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ２０に吸着保持される。
【００２０】
ステージ２０は、ステージ２０（ウェハ１０）の中心を通る法線（図１において上下方向に延びる軸）を回転軸としてウェハ１０を回転可能に保持する。また、ステージ２０は、上記回転軸および照明光の進む方向に対して垂直な方向（図１において奥手前方向）に延びる軸を中心に、ウェハ１０を傾ける（チルトさせる）ことが可能であり、照明光の入射角を調整できるようになっている。
【００２１】
照明部３０は、図２に示すように、上述した３種類の波長に対応して設けられた３つの照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、各照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃから発せられた照明光を合成してウェハ１０に導く集光光学系３５とを備えて構成される。第１照明器３１ａは、詳細な図示を省略するが、キセノンランプや水銀ランプ等の光源や、光源からの光のうち所望の波長成分（輝線スペクトル）を抽出する干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）等から構成され、上述した３種類の波長の一つである第１の波長を有する照明光を発するようになっている。
【００２２】
第２照明器３１ｂは、第１照明器３１ａと同様の構成であるが、３種類の波長の一つである第２の波長を有する照明光を発するようになっている。第３照明器３１ｃも、第１照明器３１ａと同様の構成であるが、３種類の波長の一つである第３の波長を有する照明光を発するようになっている。これからわかるように、３つの照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、３種類の波長のうち互いに異なるいずれかの波長を有する照明光をそれぞれ発するようになっている。なお実際には、３つの照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃはそれぞれ、第１〜第３の波長±１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の波長幅を有する照明光を発する。
【００２３】
集光光学系３５は、３つの集光レンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、３つのミラー３６，３７，３８とを有して構成される。第１集光レンズ３２ａは、第１照明器３１ａから発せられた第１の波長を有する照明光を集光して第１のミラー３６に導く。第２集光レンズ３２ｂは、第２照明器３１ｂから発せられた第２の波長を有する照明光を集光して第２のミラー３７に導く。第３集光レンズ３２ｃは、第３照明器３１ｃから発せられた第３の波長を有する照明光を集光して第３のミラー３８に導く。
【００２４】
第３のミラー３８は、通常の反射ミラーである。第３のミラー３８では、第３集光レンズ３２ｃからの第３の波長を有する照明光が反射して第２のミラー３７に向かうようになっている。第２のミラー３７は、いわゆるダイクロイックミラーである。第２のミラー３７では、第２集光レンズ３２ｂからの第２の波長を有する照明光が反射して第１のミラー３６に向かい、また、第３のミラー３８からの第３の波長を有する照明光が透過して第１のミラー３６に向かうようになっている。
【００２５】
第１のミラー３６も、いわゆるダイクロイックミラーである。第１のミラー３６では、第１集光レンズ３２ａからの第１の波長を有する照明光が透過してウェハ１０の表面に向かい、また、第２のミラー３７からの第２および第３の波長を有する照明光が反射してウェハ１０の表面に向かうようになっている。このように、第１のミラー３６および第２のミラー３７において第１〜第３の波長を有する照明光が合成されウェハ１０に導かれる。なお、図２（図１５も同様）においては、説明のため第１〜第３の波長を有する照明光の光軸を分けて記載しているが、実際には、合成され照明光の光軸は一致することになる。
【００２６】
なお、第１集光レンズ３２ａと第１のミラー３６との間には、第１のシャッター３３ａが光路上へ挿抜可能に設けられており、第１照明器３１ａによる照明のオン・オフを切り替えることができるようになっている。また、第２集光レンズ３２ｂと第２のミラー３７との間には、第２のシャッター３３ｂが光路上へ挿抜可能に設けられており、第２照明器３１ｂによる照明のオン・オフを切り替えることができるようになっている。また、第３集光レンズ３２ｃと第３のミラー３８との間には、第３のシャッター３３ｃが光路上へ挿抜可能に設けられており、第３照明器３１ｃによる照明のオン・オフを切り替えることができるようになっている。
【００２７】
図１に示すように、照明光学系２３は、照明部３０からの照明光を平行光にしてウェハ１０の表面に導くいわゆるテレセントリックな光学系になっている。また、照明部３０と照明光学系２３との間には、照明側偏光フィルタ２２が光路上へ挿抜可能に設けられているが、第１実施形態では照明側偏光フィルタ２２が光路上から抜去された構成となっている（照明側偏光フィルタ２２の詳細については後述する）。
【００２８】
観察光学系２４は、ウェハ１０の表面で反射した光を撮影部４０に向けて集光する光学系である。また、観察光学系２４と撮影部４０との間には、受光側偏光フィルタ２５が光路上へ挿抜可能に設けられているが、第１実施形態では受光側偏光フィルタ２５が光路上から抜去された構成となっている（受光側偏光フィルタ２５の詳細については後述する）。このように、第１実施形態では、照明側偏光フィルタ２２および受光側偏光フィルタ２５がそれぞれ光路上から抜去された構成となっており、照明部３０によりウェハ１０を照明する照明光が平行光となり、撮影部４０がウェハ１０からの正反射光による（ウェハ１０の）像を撮影することになる。
【００２９】
撮影部４０は、図３に示すように、３種類の波長に対応して設けられた３つの撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、ウェハ１０からの反射光を３種類の波長毎に分離して３つの撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにそれぞれ導く撮像光学系４５とを備えて構成される。第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の増幅型固体撮像素子であり、素子上に結像されたウェハ１０の像を光電変換して、画像信号を画像処理部２７に出力する。
【００３０】
撮像光学系４５は、３つのミラー４６，４７，４８を有して構成される。第４のミラー４６は、いわゆるダイクロイックミラーである。第４のミラー４６では、ウェハ１０からの第１の波長を有する反射光が透過して第１撮像素子４１ａに向かい、第２および第３の波長を有する照明光が反射して第５のミラー４７に向かうようになっている。第５のミラー４７も、いわゆるダイクロイックミラーである。第５のミラー４７では、第４のミラー４６からの第２の波長を有する反射光が反射して第２撮像素子４１ｂに向かい、また、第４のミラー４６からの第３の波長を有する反射光が透過して第６のミラー４８に向かうようになっている。
【００３１】
第６のミラー４８は、通常の反射ミラーである。第６のミラー４８では、第５のミラー４７からの第３の波長を有する反射光が反射して第３撮像素子４１ｃに向かうようになっている。このように、第４のミラー４６および第５のミラー４７においてウェハ１０からの反射光が第１〜第３の波長を有する反射光に分離され第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにそれぞれ導かれる。
【００３２】
画像処理部２７は、撮影部４０の第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃから出力される画像信号に基づいて、３種類の波長毎に撮影された（ウェハ１０の）撮影像を取り込むとともに、取り込んだ撮影像に対し所定の画像処理を行ってウェハ１０の検査用撮影像を生成する。なお、画像処理部２７には、比較のため、基準基板となる良品ウェハ（不図示）の撮影像（反射画像）も予め記憶されている。
【００３３】
そして画像処理部２７は、被検基板であるウェハ１０の検査用撮影像を生成すると、その輝度情報を良品ウェハの撮影像の輝度情報と比較する。このとき、検査用撮影像における暗い箇所の輝度値の低下量（光量変化）に基づいて、ウェハ１０表面の欠陥を検出する。たとえば、輝度値の低下量が予め定められた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判定すればよい。そして、画像処理部２７による輝度情報の比較結果およびそのときのウェハ１０の検査用撮影像が画像表示装置２８で出力表示される。
【００３４】
なお、画像処理部２７においては、上述のように、良品ウェハの撮影像を予め記憶しておく構成の他、ウェハ１０のショット領域の配列データと輝度値の閾値を予め記憶しておく構成でもよい。この場合、ショット領域の配列データに基づいて、ウェハ１０の検査用撮影像における各ショット領域の位置が分かるので、各ショット領域の輝度値を求める。そして、その輝度値と記憶されている閾値とを比較することにより、パターンの欠陥を検出する。閾値より輝度値が小さいショット領域を「欠陥」と判定すればよい。
【００３５】
第１実施形態の検査装置１ａによるウェハ１０表面の検査方法について、図１６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１０１において、検査対象のパラメータを設定する。パラメータには、ウェハ１０のショットサイズ、チップサイズ、下地構造情報、波長毎の補正ゲイン（重み付け）、ショット配列や、チップ領域１１内の構造データ等がある。なお、ウェハ１０の表面には、例えば図８に示すように、複数のチップ領域１１が配列されている。
【００３６】
次に、ステップＳ１０２において、検査対象となるウェハ１０をステージ２０に搬送する。このとき、搬送されたウェハ１０がステージ２０に吸着保持される。
【００３７】
次に、ステップＳ１０３において、照明部３０により、３種類の波長（第１〜第３の波長）を有する照明光でウェハ１０を照明する。このとき、照明部３０では、第１〜第３照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃからそれぞれ第１〜第３の波長を有する照明光が発せられ、集光光学系３５により第１〜第３の波長を有する照明光が合成されてウェハ１０に導かれる。これにより、複数種（３種類）の波長を有する照明光を比較的容易に作り出すことが可能になる。このように照明部３０から発せられた照明光は、照明光学系２３で平行光となってウェハ１０の表面に照射され、ウェハ１０の表面で反射した正反射光が観察光学系２４により撮影部４０に向けて集光される。
【００３８】
次に、ステップＳ１０４において、上述の照明光により照明されたウェハ１０を撮影部４０により撮影し記録する。このとき、ウェハ１０からの正反射光が撮像光学系４５により３種類の波長（第１〜第３の波長）毎に分離されて第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃに導かれ、素子上に結像された（ウェハ１０の）像が各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃでそれぞれ光電変換されて、画像信号が画像処理部２７に出力される。
【００３９】
第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより３種類の波長毎に撮影されると、画像処理部２７は、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０において、第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより撮影された撮影像に対し所定の重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、ウェハ１０の検査用撮影像を生成する。具体的には、３種類の波長毎の重み付けに対応したゲインを、各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃで撮影された撮影像（輝度）にそれぞれ掛けて合成する。これにより、画像処理だけで所定の重み付けを行うことができるため、装置構成を簡便にすることができる。
【００４０】
なお、重み付けの割合は、基準基板となる良品ウェハ（不図示）を照明部３０により照明して撮影部４０で撮影し、画像処理部２７により生成される良品ウェハの検査用撮影像において、良品ウェハの像が実際の良品ウェハの像とほぼ同一となるような割合に設定されることが好ましい。これにより、ウェハ１０を検査する際の下地の影響をより確実に低減させることができ、ウェハ検査の精度をより向上させることができる。
【００４１】
ステップＳ１０５〜Ｓ１１０について述べると、まず、ステップＳ１０５では、チップ領域１１内の構造データに応じて、チップ領域１１をさらに複数のエリアに分割する。
【００４２】
次に、ステップＳ１０６では、３種類の波長毎に各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃで撮影された撮影像でのウェハ１０表面の輝度分布を算出する。このとき、ステップＳ１０５で分割したエリア毎に輝度分布を算出する。
【００４３】
次に、ステップＳ１０７では、ステップＳ１０５で分割した複数のエリアうち一つのエリアにおける撮影像（画像）を３種類の波長毎に選択する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０８では、選択したエリアの輝度分布が均一となるように、ステップＳ１０７で３種類の波長毎に選択したエリアの輝度に対し、３種類の波長毎の重み付けに対応したゲインを掛けて（もしくは、オフセットを行って）、各波長毎のエリアの撮影像を合成する。
【００４５】
次に、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０５で分割した全てのエリアを選択するまで、ステップＳ１０７〜Ｓ１０８を繰り返す。
【００４６】
次に、ステップＳ１１０では、輝度分布が均一となるように生成された各エリアの撮影像を繋ぎ合わせて合成し、一つの検査用撮影像を生成する。
【００４７】
そして、上述のようにウェハ１０の検査用撮影像を生成すると、画像処理部２７は、ステップＳ１１１において、その輝度情報を良品ウェハの撮影像の輝度情報と比較等することでウェハ１０表面の欠陥を検出し、ウェハ１０における欠陥の有無を判定する。
【００４８】
ところで、図４（ａ）に示すように、ｅ線の波長（５４６ｎｍ）を有する照明光を用いて異物１９が付着したウェハ１０を照明した場合、全体的に暗い濃淡にムラのある撮影像５０ａとなる。また、図４（ｂ）に示すように、ｇ線の波長（４３６ｎｍ）を有する照明光を用いて同じウェハ１０を照明した場合、全体的に暗く異物１９の存在を確認し難い撮影像５０ｂとなる。なお、図４において、撮影像における濃淡（輝度）の分布をグラフおよびハッチングで表している。
【００４９】
ウェハ１０の表面に平行光（照明光）が照射されると、図５に示すように、ウェハ１０の表面が平坦である場合には反射光が正反射光となる。一方、ウェハ１０の表面に異物１９が付着している場合には反射光が散乱光となり、反射光によるウェハ１０の撮影像において異物１９の影響による濃淡が現れ、異物１９を検出することが可能になる。また、ウェハ１０の表面に傷１８が生じている場合も同様である。
【００５０】
しかしながら、最上層のレジスト層１６を照明しその反射光を撮影して検査すると、照明光が最上層のレジスト層１６より下層に位置する加工膜１５の部分で干渉を起こし、加工膜１５の形状が均一でない場合には干渉の程度も均一とはならないため、反射光に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまう。そして、輝度の不均一な干渉光は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、反射光によるウェハ１０の撮影像に濃淡となって現れるため、傷１８や異物１９の影響による濃淡と輝度の不均一な干渉光による濃淡とが区別できず、ウェハ検査の精度を低下させてしまう。
【００５１】
これに対し、図４（ｃ）に示すように、ｅ線およびｇ線の２つの波長を有する照明光を用いて同じウェハ１０を照明した場合、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラが少ない撮影像５５が得られる。これは、加工膜の膜厚に対する干渉光の輝度の特性がｅ線およびｇ線でほぼ対称であるため、ｅ線およびｇ線の２つの波長を有する照明光を用いてウェハ１０を照明すると、干渉光の輝度の特性が互いに相殺されてしまうからである。なお、加工膜の膜厚に対する干渉光の輝度の特性を、図６に例示する。このようにして得られる撮影像を検査用撮影像５５として用いれば、精度の高いウェハ１０の検査が可能になる。
【００５２】
これにより、第１実施形態の検査装置１ａおよび検査方法によれば、複数種の波長毎に所定の重み付けを行ってウェハ１０の検査用撮影像を生成し、生成した検査用撮影像に基づいてウェハ１０における欠陥の有無を判定するため、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラを減少させて、ウェハ１０を検査する際の下地の影響を低減させることが可能になり、ウェハ検査の精度を向上させることができる。
【００５３】
また、前述したように、２種類の波長を用いて検査用撮影像を作成し、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラを減少させることが可能であるが、３種類以上の波長を用いることで、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラをより確実に減少させることが可能になって、ウェハ１０を検査する際の下地の影響をより確実に低減させることができ、ウェハ検査の精度をより向上させることができる。
【００５４】
ここで、図１７から図１９に本実施形態で実際に得られた画像を示す。図１７は本実施形態でｅ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。図から判るように同心円上のムラが発生している。次に、図１８は本実施形態でｇ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。やはり同心円状のムラが発生している。次に、図１９は本実施形態でｈ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。図１９でもムラは発生しているが、中央付近は暗くなっており図１７に示したｅ線でウェハを照明して得られた像のムラとは明暗の関係が逆転していることが判る。
【００５５】
次に、図１７の像と図１９の像を、ムラが打ち消されるように重み付けを行い、合成した像が図２０である。図２０から明らかなように、全体にムラの少ない像が得られ、ムラによる影響を低減させて精度の高い検査が可能となる。
【００５６】
続いて、検査装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態の検査装置１ｂは、図７に示すように、第１実施形態の検査装置１ａと同様の構成であるが、照明部３０と照明光学系２３との間の光路上に照明側偏光フィルタ２２が挿入されるとともに、観察光学系２４と撮影部４０との間の光路上に受光側偏光フィルタ２５が挿入される点で、第１実施形態の検査装置１ａと構成が異なる。
【００５７】
なお、ウェハ１０の表面には、図８に示すように、複数のチップ領域１１がＸＹ方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン１２が形成されている。繰り返しパターン１２は、図９に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定のピッチＰで配列されたレジストパターン（例えば、配線パターン）である。隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。なお、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。
【００５８】
ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅ＤAの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光フォーカスが適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅ＤAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅ＤBとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。
【００５９】
第２実施形態の検査装置１ｂは、上記のような繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の欠陥検査を行う形態である。説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１：１とする。体積比の変化は、露光フォーカスの適正値からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。
【００６０】
また、本実施形態においては、繰り返しパターン１２に対する照明光（後述）の波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さいものとする。このため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン１２の欠陥検査を回折光により行うことはできない。本実施形態における欠陥検査の原理は、以降、装置の構成（図７）とともに順に説明する。
【００６１】
ところで、ステージ２０は、ステージ２０の法線Ａ１を回転軸としてウェハ１０を回転可能に保持しており、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図８および図９におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面内で回転させることが可能である。第２実施形態におけるステージ２０は、所定の回転位置で停止し、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図８および図９におけるＸ方向）を、後述の照明光の入射面（照明光の進行方向）に対して、４５度だけ斜めになるように保持する。
【００６２】
照明側偏光フィルタ２２は、照明部３０からの照明光を透過させて３種類の波長（第１〜第３の波長）を有する第１の直線偏光Ｌ１に変換し、照明光学系２３を介してウェハ１０の表面に照射するようになっている。この直線偏光Ｌ１が、本実施形態における照明光である。
【００６３】
第１の直線偏光Ｌ１の進行方向（ウェハ１０表面上の任意の点に到達する直線偏光Ｌ１の主光線の方向）は、照明部３０からの光軸Ｏ１に略平行である。光軸Ｏ１は、ステージ２０の中心を通り、ステージ２０の法線Ａ１に対して所定の角度αだけ傾けられている。ちなみに、第１の直線偏光Ｌ１の進行方向を含み、ステージ２０の法線Ａ１に平行な平面が、直線偏光Ｌ１の入射面である。図１０の入射面Ａ２は、ウェハ１０の中心における入射面である。
【００６４】
また、本実施形態では、第１の直線偏光Ｌ１がｐ偏光である。つまり、図１１（ａ）に示すように、直線偏光Ｌ１の進行方向と電気（または磁気）ベクトルの振動方向とを含む平面（直線偏光Ｌ１の振動面）が、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれる。直線偏光Ｌ１の振動面は、照明側偏光フィルタ２２の透過軸により規定される。なお、ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌ１の入射角度は、平行光のため互いに同じであり、光軸Ｏ１と法線Ａ１とのなす角度αに相当する。
【００６５】
また、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌ１がｐ偏光であるため、図１０に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度も、４５度に設定される。
【００６６】
言い換えると、第１の直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図１２におけるＶの方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度傾いた状態で、繰り返しパターン１２を斜めに横切るようにして繰り返しパターン１２に入射する。
【００６７】
このような第１の直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は、ウェハ１０の表面全体において均一である。なお、４５度を１３５度，２２５度，３１５度のいずれかに言い換えても、第１の直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は同じである。また、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン１２の欠陥検査の感度を最も高くするためである。
【００６８】
そして、第１の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン１２を照明すると、繰り返しパターン１２から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する（図７および図１１（ｂ）を参照）。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度α（直線偏光Ｌ１の入射角度αに等しい角度）だけ傾いた方向である。なお、上述の通り、繰り返しパターン１２のピッチＰが照明波長と比較して長いため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはない。
【００６９】
ここで、第１の直線偏光Ｌ１が繰り返しパターン１２での反射により楕円化し、繰り返しパターン１２から楕円偏光Ｌ２が発生する理由について簡単に説明する。第１の直線偏光Ｌ１は、繰り返しパターン１２に入射すると、振動面の方向（図１２のＶ方向）が、図１３に示す２つの偏光成分ＶX，ＶYに分かれる。一方の偏光成分ＶXは、繰り返し方向（Ｘ方向）に平行な成分である。他方の偏光成分ＶYは、繰り返し方向（Ｘ方向）に垂直な成分である。そして、２つの偏光成分ＶX，ＶYは、それぞれ独立に、異なる振幅変化と位相変化とを受ける。振幅変化と位相変化が異なるのは、繰り返しパターン１２の異方性に起因して複素反射率（すなわち複素数の振幅反射率）が異なるからであり、構造性複屈折（form birefringence）と呼ばれる。その結果、２つの偏光成分ＶX，ＶYの反射光は互いに振幅と位相が異なり、これらの合成による反射光は楕円偏光Ｌ２となる（図１１（ｂ）を参照）。
【００７０】
また、繰り返しパターン１２の異方性に起因する楕円化の程度は、図１１（ｂ）で示す楕円偏光Ｌ２のうち、図１１（ａ）で示す直線偏光Ｌ１の振動面に垂直な偏光成分Ｌ３（図１１（ｃ）を参照）と考えることができる。そして、この偏光成分Ｌ３の大きさは、繰り返しパターン１２の材質および形状と、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度に依存する。このため、Ｖ方向とＸ方向とのなす角度を一定の値（本実施形態では４５度）に保つ場合、繰り返しパターン１２の材質が一定であっても、繰り返しパターン１２の形状が変化すると、楕円化の程度（偏光成分Ｌ３の大きさ）が変化することになる。
【００７１】
繰り返しパターン１２の形状と偏光成分Ｌ３の大きさとの関係について説明する。図９に示すように、繰り返しパターン１２は、ライン部２Ａとスペース部２ＢとをＸ方向に沿って交互に配列した凹凸形状を有し、適正な露光フォーカスで設計値通りに形成されると、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBが等しく、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１となる。このような理想的な形状の場合、偏光成分Ｌ３の大きさは最も大きくなる。これに対し、露光フォーカスが適正値から外れると、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。このとき、偏光成分Ｌ３の大きさは理想的な場合と比較して小さくなる。偏光成分Ｌ３の大きさの変化を図示すると、図１４のようになる。図１４の横軸は、ライン部２Ａの線幅ＤAである。
【００７２】
このように、第１の直線偏光Ｌ１を用いて、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度だけ傾いた状態で、繰り返しパターン１２を照明すると、正反射方向に反射して生じた楕円偏光Ｌ２は、その楕円化の程度（図１１（ｃ）における偏光成分Ｌ３の大きさ）が、繰り返しパターン１２の形状（ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比）に応じたものとなる。楕円偏光Ｌ２の進行方向は、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度αだけ傾いている。
【００７３】
なお、観察光学系２４の光軸Ｏ２は、ステージ２０の中心を通り、かつ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度αだけ傾くように設定される。したがって、繰り返しパターン１２からの反射光である楕円偏光Ｌ２は、この光軸Ｏ２に沿って進むことになる。
【００７４】
受光側偏光フィルタ２５は、ウェハ１０表面からの正反射光を透過させて第２の直線偏光Ｌ４に変換する。受光側偏光フィルタ２５の透過軸の方位は、上述した照明側偏光フィルタ２２の透過軸に対して垂直になるように設定される。すなわち、第２の直線偏光Ｌ４の進行方向と垂直な面内における第２の直線偏光Ｌ４の振動方向が、第１の直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における第１の直線偏光Ｌ１の振動方向に対して垂直になるように設定される。
【００７５】
したがって、楕円偏光Ｌ２が受光側偏光フィルタ２５を透過すると、楕円偏光Ｌ２の図１１（ｃ）における偏光成分Ｌ３に相当する直線偏光Ｌ４のみが抽出されて、撮影部４０に導かれる。その結果、撮影部４０における第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの素子上には、撮像光学系４５により３種類の波長毎に分離された第２の直線偏光Ｌ４によるウェハ１０の反射像がそれぞれ形成される。なお、ウェハ１０の反射像の明暗は、直線偏光Ｌ４の光強度に略比例し、繰り返しパターン１２の形状に応じて変化する。また、ウェハ１０の反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン１２が理想的な形状の場合である。
【００７６】
第２実施形態の検査装置１ｂによるウェハ１０表面の検査方法について、図１６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１０１において、第１実施形態の場合と同様に、検査対象のパラメータを設定する。次に、ステップＳ１０２において、第１実施形態の場合と同様に、検査対象となるウェハ１０をステージ２０に搬送する。
【００７７】
次に、ステップＳ１０３において、照明部３０により、３種類の波長（第１〜第３の波長）を有する照明光でウェハ１０を照明する。このとき、照明部３０から発せられた照明光は、照明側偏光フィルタ２２で第１の直線偏光Ｌ１に変換されるとともに、照明光学系２３で平行光となってウェハ１０の表面に照射される。また、ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、観察光学系２４で集光され、受光側偏光フィルタ２５で楕円偏光Ｌ２が第２の直線偏光Ｌ４に変換されて撮影部４０に導かれる。
【００７８】
次に、ステップＳ１０４において、第１の直線偏光Ｌ１により照明されたウェハ１０を撮影部４０により撮影し記録する。このとき、第２の直線偏光Ｌ４が撮像光学系４５により３種類の波長（第１〜第３の波長）毎に分離されて第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃに導かれ、素子上に結像された第２の直線偏光Ｌ４によるウェハ１０の反射像が各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃでそれぞれ光電変換されて、画像信号が画像処理部２７に出力される。
【００７９】
第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより３種類の波長毎に撮影されると、画像処理部２７は、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０において、第１実施形態の場合と同様に、第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより撮影された撮影像に対し所定の重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、ウェハ１０の検査用撮影像を生成する。そして、画像処理部２７は、ウェハ１０の検査用撮影像を生成すると、ステップＳ１１１において、その輝度情報を良品ウェハの撮影像の輝度情報と比較等することで、繰り返しパターン１２の欠陥（ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化）を検出し、繰り返しパターン１２における欠陥の有無を判定する。
【００８０】
第１の直線偏光Ｌ１を用いて、繰り返しパターンが形成された最上層のレジスト層を照明すると、照明光が最上層のレジスト層より下層に位置する加工膜の部分で干渉を起こし、反射光に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまうのは、第１実施形態の場合と同様である。ただし、受光側偏光フィルタ２５が設けられているため、構造性複屈折が生じない（繰り返しパターン１２が形成されない）部分の正反射光は撮影部４０で検出されない。一方、繰り返しパターン１２からの反射光である楕円偏光Ｌ２は、干渉により、図１１（ｂ）における二点鎖線のように輝度（振幅）が変化するため、加工膜の形状が均一でない場合には、結果的に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまう。そのため、第１実施形態の場合と同様にして検査用撮影像を生成すれば、精度の高いウェハ１０の検査が可能になる。
【００８１】
この結果、第２実施形態の検査装置１ｂおよび検査方法によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、直線偏光を用いて繰り返しパターン１２の欠陥を検出するため、照明波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さくても、確実に欠陥検査を行うことが可能である。
【００８２】
なお、第２実施形態の検査装置１ｂでは、照明波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さい場合に限らず、繰り返しパターン１２のピッチＰが照明波長と同程度でも、照明波長より大きい場合でも、同様に繰り返しパターン１２の欠陥検査を行うことができる。すなわち、繰り返しパターン１２のピッチＰに拘わらず、確実に欠陥検査を行うことができる。繰り返しパターン１２による直線偏光Ｌ１の楕円化は、繰り返しパターン１２のライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比に依存して起こるものであり、繰り返しパターン１２のピッチＰに依存しないからである。
【００８３】
また、上述の各実施形態において、第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより３種類の波長毎に撮影された撮影像に対し所定の重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、ウェハ１０の検査用撮影像を生成しているが、これに限られるものではない。例えば、図１５に示すように、３つの集光レンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと３つのミラー３６，３７，３８との間にそれぞれＮＤフィルタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを設け、各ＮＤフィルタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃにより第１〜第３の波長を有する照明光の輝度をそれぞれ調節することにより、所定の重み付けを行うようにしてもよい。なおこのとき、撮影部４０において、撮像素子が一つで済み、撮像光学系４５が不要となる。
【００８４】
また、上述の各実施形態において、画像処理部２７がウェハ１０表面（もしくは繰り返しパターン１２）における欠陥の有無を判定せずに、所定の重み付けを行って生成した撮影像を観察用撮影像として画像表示装置２８で表示し、目視によりウェハ１０表面（もしくは繰り返しパターン１２）の欠陥を検出するようにしてもよい。このように観察装置として使用する場合においても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、上述の実施形態において、３種類の波長を有する照明光を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、２種類でも４種類でもよく、複数種の波長を用いるようにすればよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０ ウェハ（被検基板）
１２ 繰り返しパターン
２０ ステージ（保持部）
２７ 画像処理部（撮影像生成部および判定部）
３０ 照明部
３５ 集光光学系
４０ 撮影部
４５ 撮像光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等に代表される被検基板の表面を観察するための観察装置、並びに、被検基板の表面を検査するための検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ（以下、ウェハと称する）の表面に形成されたパターンの異常や、レジスト（感光樹脂膜）上の傷および異物等を観察もしくは検査する装置として、様々な装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このようなウェハの検査は、破壊検査と非破壊検査とに大別される。破壊検査にはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による検査等があり、非破壊検査には、目視による検査や、ウェハ表面を照明して得られる反射光を撮影して解析する検査等がある。
【０００３】
また、ウェハの検査は各工程で行うことが好ましいが、欠陥がある場合に再生が可能なパターンの露光および現像工程が終わった段階で行う検査が特に重要である。なお、半導体製造工程では、レジストが塗布されたウェハの表面に所定の回路パターンが露光されると、現像、エッチング、スパッタリング、ドーピング、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）等の多くの工程を経て、再度レジスト塗布の後に別の回路パターンが露光され、その後同様の工程を経て複数の層が積み重ねられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３５２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この段階で最上層の回路パターンを照明しその反射光を撮影して検査すると、照明光が最上層の回路パターンより下層の部分で干渉を起こし、下層部分の形状が均一でない場合には干渉の程度も均一とはならないため、反射光に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまうことがあった。そして、輝度の不均一な干渉光は、反射光によるウェハの像に濃淡となって現れるため、傷や異物の影響による濃淡と輝度の不均一な干渉光による濃淡とが区別できず、ウェハ検査の精度を低下させていた。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、被検基板を検査（観察）する際の下地の影響を低減させた観察装置、並びに検査装置および検査方法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】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る観察装置は、複数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、照明光により照明された被検基板を撮影する撮影部と、複数種の波長毎に重み付けを行って撮影部により撮影された被検基板の観察用撮影像を生成する撮影像生成部とを備えて構成される。
【０００８】
なお、上述の観察装置において、撮影部は、複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、被検基板からの光を複数種の波長毎に分離して複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、撮影像生成部は、複数の撮像素子により複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、観察用撮影像を生成するように構成されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る検査装置は、複数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、照明光により照明された被検基板を撮影する撮影部と、複数種の波長毎に重み付けを行った被検基板の検査用撮影像を生成する撮影像生成部と、撮影像生成部により生成された検査用撮影像に基づいて被検基板における欠陥の有無を判定する判定部とを備えて構成される。
【００１０】
なお、上述の検査装置において、照明部により被検基板を照明する照明光は平行光であり、撮影部は、被検基板からの正反射光による被検基板の像を撮影することが好ましい。
【００１１】
また、上述の検査装置において、被検基板の表面には所定の繰り返しパターンが形成されており、照明光のうち第１の偏光状態の光を被検基板に送る第１の偏光素子と、被検基板の表面における第１の偏光状態が繰り返しパターンの繰り返し方向に対して斜めになるように被検基板を保持する保持部と、被検基板からの反射光のうち第１の偏光状態の光と直交する第２の偏光状態の光を撮影部に送る第２の偏光素子とを備え、撮影部は、第２の偏光状態の光による被検基板の像を撮影するような構成であってもよい。
【００１２】
さらに、上述の検査装置において、照明部は、複数種の波長に対応して複数設けられるとともに複数種の波長のうち互いに異なるいずれかの波長を有する照明光をそれぞれ発する複数の照明器と、複数の照明器から発せられた照明光を合成して被検基板に導く集光光学系とを有して構成されることが好ましい。
【００１３】
また、上述の検査装置において、複数種の波長は、３種類以上の波長で設定され、重み付けの割合は、所定の基準基板を照明部により照明して撮影部で撮影し、撮影像生成部により生成される基準基板の検査用撮影像において、基準基板の像が実際の基準基板の像とほぼ同一となるような割合に設定されることが好ましい。
【００１４】
さらに、上述の検査装置において、撮影部は、複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、被検基板からの光を複数種の波長毎に分離して複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、撮影像生成部は、複数の撮像素子により複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、検査用撮影像を生成するように構成されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る検査方法は、複数種の波長の照明光で被検基板を照明し、照明光により照明された被検基板を撮影し、複数種の波長毎に重み付けを行って、撮影した被検基板の検査用撮影像を生成し、生成した検査用撮影像に基づいて被検基板における欠陥の有無を判定することを特徴とする。
【００１６】
なお、上述の検査方法において、被検基板を撮影する際、被検基板からの光を複数種の波長毎に分離して撮影し、複数種の波長毎に撮影した撮影像に対し重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、検査用撮影像を生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被検基板を検査（観察）する際の下地の影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】照明部の構成を示す図である。
【図３】撮影部の構成を示す図である。
【図４】ウェハの撮影像の一例を示す図である。
【図５】ウェハの一例を示す断面図である。
【図６】ウェハにおける加工膜の膜厚に対する干渉光の輝度の特性を例示する図である。
【図７】第２実施形態に係る検査装置の全体構成を示す図である。
【図８】ウェハ表面の外観図である。
【図９】繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。
【図１０】直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図１１】直線偏光と楕円偏光の振動方向を説明する図である。
【図１２】直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図１３】直線偏光の振動面の方向が繰り返し方向に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに分かれる様子を説明する図である。
【図１４】偏光成分の大きさと繰り返しパターンのライン部の線幅との関係を説明する図である。
【図１５】検査装置の変形例を示す図である。
【図１６】第１および第２実施形態の検査装置によるウェハ表面の検査方法を示すフローチャートである。
【図１７】第１実施形態の検査装置においてｅ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。
【図１８】第１実施形態の検査装置においてｇ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。
【図１９】第１実施形態の検査装置においてｈ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。
【図２０】第１実施形態の検査装置において図１７の像と図１９の像を合成した像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。第１実施形態の検査装置１ａは、図１に示すように、被検基板であるウェハ１０を支持するステージ２０と、主に３種類の波長を有する照明光でウェハ１０を照明する照明部３０と、当該照明光により照明されたウェハ１０を撮影する撮影部４０と、照明光学系２３および観察光学系２４と、画像処理部２７および画像表示装置２８とを主体に構成される。この検査装置１ａは、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ１０の表面の検査を自動的に行う装置である。ウェハ１０は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ２０に吸着保持される。
【００２０】
ステージ２０は、ステージ２０（ウェハ１０）の中心を通る法線（図１において上下方向に延びる軸）を回転軸としてウェハ１０を回転可能に保持する。また、ステージ２０は、上記回転軸および照明光の進む方向に対して垂直な方向（図１において奥手前方向）に延びる軸を中心に、ウェハ１０を傾ける（チルトさせる）ことが可能であり、照明光の入射角を調整できるようになっている。
【００２１】
照明部３０は、図２に示すように、上述した３種類の波長に対応して設けられた３つの照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、各照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃから発せられた照明光を合成してウェハ１０に導く集光光学系３５とを備えて構成される。第１照明器３１ａは、詳細な図示を省略するが、キセノンランプや水銀ランプ等の光源や、光源からの光のうち所望の波長成分（輝線スペクトル）を抽出する干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）等から構成され、上述した３種類の波長の一つである第１の波長を有する照明光を発するようになっている。
【００２２】
第２照明器３１ｂは、第１照明器３１ａと同様の構成であるが、３種類の波長の一つである第２の波長を有する照明光を発するようになっている。第３照明器３１ｃも、第１照明器３１ａと同様の構成であるが、３種類の波長の一つである第３の波長を有する照明光を発するようになっている。これからわかるように、３つの照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、３種類の波長のうち互いに異なるいずれかの波長を有する照明光をそれぞれ発するようになっている。なお実際には、３つの照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃはそれぞれ、第１〜第３の波長±１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の波長幅を有する照明光を発する。
【００２３】
集光光学系３５は、３つの集光レンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、３つのミラー３６，３７，３８とを有して構成される。第１集光レンズ３２ａは、第１照明器３１ａから発せられた第１の波長を有する照明光を集光して第１のミラー３６に導く。第２集光レンズ３２ｂは、第２照明器３１ｂから発せられた第２の波長を有する照明光を集光して第２のミラー３７に導く。第３集光レンズ３２ｃは、第３照明器３１ｃから発せられた第３の波長を有する照明光を集光して第３のミラー３８に導く。
【００２４】
第３のミラー３８は、通常の反射ミラーである。第３のミラー３８では、第３集光レンズ３２ｃからの第３の波長を有する照明光が反射して第２のミラー３７に向かうようになっている。第２のミラー３７は、いわゆるダイクロイックミラーである。第２のミラー３７では、第２集光レンズ３２ｂからの第２の波長を有する照明光が反射して第１のミラー３６に向かい、また、第３のミラー３８からの第３の波長を有する照明光が透過して第１のミラー３６に向かうようになっている。
【００２５】
第１のミラー３６も、いわゆるダイクロイックミラーである。第１のミラー３６では、第１集光レンズ３２ａからの第１の波長を有する照明光が透過してウェハ１０の表面に向かい、また、第２のミラー３７からの第２および第３の波長を有する照明光が反射してウェハ１０の表面に向かうようになっている。このように、第１のミラー３６および第２のミラー３７において第１〜第３の波長を有する照明光が合成されウェハ１０に導かれる。なお、図２（図１５も同様）においては、説明のため第１〜第３の波長を有する照明光の光軸を分けて記載しているが、実際には、合成され照明光の光軸は一致することになる。
【００２６】
なお、第１集光レンズ３２ａと第１のミラー３６との間には、第１のシャッター３３ａが光路上へ挿抜可能に設けられており、第１照明器３１ａによる照明のオン・オフを切り替えることができるようになっている。また、第２集光レンズ３２ｂと第２のミラー３７との間には、第２のシャッター３３ｂが光路上へ挿抜可能に設けられており、第２照明器３１ｂによる照明のオン・オフを切り替えることができるようになっている。また、第３集光レンズ３２ｃと第３のミラー３８との間には、第３のシャッター３３ｃが光路上へ挿抜可能に設けられており、第３照明器３１ｃによる照明のオン・オフを切り替えることができるようになっている。
【００２７】
図１に示すように、照明光学系２３は、照明部３０からの照明光を平行光にしてウェハ１０の表面に導くいわゆるテレセントリックな光学系になっている。また、照明部３０と照明光学系２３との間には、照明側偏光フィルタ２２が光路上へ挿抜可能に設けられているが、第１実施形態では照明側偏光フィルタ２２が光路上から抜去された構成となっている（照明側偏光フィルタ２２の詳細については後述する）。
【００２８】
観察光学系２４は、ウェハ１０の表面で反射した光を撮影部４０に向けて集光する光学系である。また、観察光学系２４と撮影部４０との間には、受光側偏光フィルタ２５が光路上へ挿抜可能に設けられているが、第１実施形態では受光側偏光フィルタ２５が光路上から抜去された構成となっている（受光側偏光フィルタ２５の詳細については後述する）。このように、第１実施形態では、照明側偏光フィルタ２２および受光側偏光フィルタ２５がそれぞれ光路上から抜去された構成となっており、照明部３０によりウェハ１０を照明する照明光が平行光となり、撮影部４０がウェハ１０からの正反射光による（ウェハ１０の）像を撮影することになる。
【００２９】
撮影部４０は、図３に示すように、３種類の波長に対応して設けられた３つの撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、ウェハ１０からの反射光を３種類の波長毎に分離して３つの撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにそれぞれ導く撮像光学系４５とを備えて構成される。第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の増幅型固体撮像素子であり、素子上に結像されたウェハ１０の像を光電変換して、画像信号を画像処理部２７に出力する。
【００３０】
撮像光学系４５は、３つのミラー４６，４７，４８を有して構成される。第４のミラー４６は、いわゆるダイクロイックミラーである。第４のミラー４６では、ウェハ１０からの第１の波長を有する反射光が透過して第１撮像素子４１ａに向かい、第２および第３の波長を有する照明光が反射して第５のミラー４７に向かうようになっている。第５のミラー４７も、いわゆるダイクロイックミラーである。第５のミラー４７では、第４のミラー４６からの第２の波長を有する反射光が反射して第２撮像素子４１ｂに向かい、また、第４のミラー４６からの第３の波長を有する反射光が透過して第６のミラー４８に向かうようになっている。
【００３１】
第６のミラー４８は、通常の反射ミラーである。第６のミラー４８では、第５のミラー４７からの第３の波長を有する反射光が反射して第３撮像素子４１ｃに向かうようになっている。このように、第４のミラー４６および第５のミラー４７においてウェハ１０からの反射光が第１〜第３の波長を有する反射光に分離され第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにそれぞれ導かれる。
【００３２】
画像処理部２７は、撮影部４０の第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃから出力される画像信号に基づいて、３種類の波長毎に撮影された（ウェハ１０の）撮影像を取り込むとともに、取り込んだ撮影像に対し所定の画像処理を行ってウェハ１０の検査用撮影像を生成する。なお、画像処理部２７には、比較のため、基準基板となる良品ウェハ（不図示）の撮影像（反射画像）も予め記憶されている。
【００３３】
そして画像処理部２７は、被検基板であるウェハ１０の検査用撮影像を生成すると、その輝度情報を良品ウェハの撮影像の輝度情報と比較する。このとき、検査用撮影像における暗い箇所の輝度値の低下量（光量変化）に基づいて、ウェハ１０表面の欠陥を検出する。たとえば、輝度値の低下量が予め定められた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判定すればよい。そして、画像処理部２７による輝度情報の比較結果およびそのときのウェハ１０の検査用撮影像が画像表示装置２８で出力表示される。
【００３４】
なお、画像処理部２７においては、上述のように、良品ウェハの撮影像を予め記憶しておく構成の他、ウェハ１０のショット領域の配列データと輝度値の閾値を予め記憶しておく構成でもよい。この場合、ショット領域の配列データに基づいて、ウェハ１０の検査用撮影像における各ショット領域の位置が分かるので、各ショット領域の輝度値を求める。そして、その輝度値と記憶されている閾値とを比較することにより、パターンの欠陥を検出する。閾値より輝度値が小さいショット領域を「欠陥」と判定すればよい。
【００３５】
第１実施形態の検査装置１ａによるウェハ１０表面の検査方法について、図１６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１０１において、検査対象のパラメータを設定する。パラメータには、ウェハ１０のショットサイズ、チップサイズ、下地構造情報、波長毎の補正ゲイン（重み付け）、ショット配列や、チップ領域１１内の構造データ等がある。なお、ウェハ１０の表面には、例えば図８に示すように、複数のチップ領域１１が配列されている。
【００３６】
次に、ステップＳ１０２において、検査対象となるウェハ１０をステージ２０に搬送する。このとき、搬送されたウェハ１０がステージ２０に吸着保持される。
【００３７】
次に、ステップＳ１０３において、照明部３０により、３種類の波長（第１〜第３の波長）を有する照明光でウェハ１０を照明する。このとき、照明部３０では、第１〜第３照明器３１ａ，３１ｂ，３１ｃからそれぞれ第１〜第３の波長を有する照明光が発せられ、集光光学系３５により第１〜第３の波長を有する照明光が合成されてウェハ１０に導かれる。これにより、複数種（３種類）の波長を有する照明光を比較的容易に作り出すことが可能になる。このように照明部３０から発せられた照明光は、照明光学系２３で平行光となってウェハ１０の表面に照射され、ウェハ１０の表面で反射した正反射光が観察光学系２４により撮影部４０に向けて集光される。
【００３８】
次に、ステップＳ１０４において、上述の照明光により照明されたウェハ１０を撮影部４０により撮影し記録する。このとき、ウェハ１０からの正反射光が撮像光学系４５により３種類の波長（第１〜第３の波長）毎に分離されて第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃに導かれ、素子上に結像された（ウェハ１０の）像が各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃでそれぞれ光電変換されて、画像信号が画像処理部２７に出力される。
【００３９】
第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより３種類の波長毎に撮影されると、画像処理部２７は、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０において、第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより撮影された撮影像に対し所定の重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、ウェハ１０の検査用撮影像を生成する。具体的には、３種類の波長毎の重み付けに対応したゲインを、各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃで撮影された撮影像（輝度）にそれぞれ掛けて合成する。これにより、画像処理だけで所定の重み付けを行うことができるため、装置構成を簡便にすることができる。
【００４０】
なお、重み付けの割合は、基準基板となる良品ウェハ（不図示）を照明部３０により照明して撮影部４０で撮影し、画像処理部２７により生成される良品ウェハの検査用撮影像において、良品ウェハの像が実際の良品ウェハの像とほぼ同一となるような割合に設定されることが好ましい。これにより、ウェハ１０を検査する際の下地の影響をより確実に低減させることができ、ウェハ検査の精度をより向上させることができる。
【００４１】
ステップＳ１０５〜Ｓ１１０について述べると、まず、ステップＳ１０５では、チップ領域１１内の構造データに応じて、チップ領域１１をさらに複数のエリアに分割する。
【００４２】
次に、ステップＳ１０６では、３種類の波長毎に各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃで撮影された撮影像でのウェハ１０表面の輝度分布を算出する。このとき、ステップＳ１０５で分割したエリア毎に輝度分布を算出する。
【００４３】
次に、ステップＳ１０７では、ステップＳ１０５で分割した複数のエリアうち一つのエリアにおける撮影像（画像）を３種類の波長毎に選択する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０８では、選択したエリアの輝度分布が均一となるように、ステップＳ１０７で３種類の波長毎に選択したエリアの輝度に対し、３種類の波長毎の重み付けに対応したゲインを掛けて（もしくは、オフセットを行って）、各波長毎のエリアの撮影像を合成する。
【００４５】
次に、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０５で分割した全てのエリアを選択するまで、ステップＳ１０７〜Ｓ１０８を繰り返す。
【００４６】
次に、ステップＳ１１０では、輝度分布が均一となるように生成された各エリアの撮影像を繋ぎ合わせて合成し、一つの検査用撮影像を生成する。
【００４７】
そして、上述のようにウェハ１０の検査用撮影像を生成すると、画像処理部２７は、ステップＳ１１１において、その輝度情報を良品ウェハの撮影像の輝度情報と比較等することでウェハ１０表面の欠陥を検出し、ウェハ１０における欠陥の有無を判定する。
【００４８】
ところで、図４（ａ）に示すように、ｅ線の波長（５４６ｎｍ）を有する照明光を用いて異物１９が付着したウェハ１０を照明した場合、全体的に暗い濃淡にムラのある撮影像５０ａとなる。また、図４（ｂ）に示すように、ｇ線の波長（４３６ｎｍ）を有する照明光を用いて同じウェハ１０を照明した場合、全体的に暗く異物１９の存在を確認し難い撮影像５０ｂとなる。なお、図４において、撮影像における濃淡（輝度）の分布をグラフおよびハッチングで表している。
【００４９】
ウェハ１０の表面に平行光（照明光）が照射されると、図５に示すように、ウェハ１０の表面が平坦である場合には反射光が正反射光となる。一方、ウェハ１０の表面に異物１９が付着している場合には反射光が散乱光となり、反射光によるウェハ１０の撮影像において異物１９の影響による濃淡が現れ、異物１９を検出することが可能になる。また、ウェハ１０の表面に傷１８が生じている場合も同様である。
【００５０】
しかしながら、最上層のレジスト層１６を照明しその反射光を撮影して検査すると、照明光が最上層のレジスト層１６より下層に位置する加工膜１５の部分で干渉を起こし、加工膜１５の形状が均一でない場合には干渉の程度も均一とはならないため、反射光に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまう。そして、輝度の不均一な干渉光は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、反射光によるウェハ１０の撮影像に濃淡となって現れるため、傷１８や異物１９の影響による濃淡と輝度の不均一な干渉光による濃淡とが区別できず、ウェハ検査の精度を低下させてしまう。
【００５１】
これに対し、図４（ｃ）に示すように、ｅ線およびｇ線の２つの波長を有する照明光を用いて同じウェハ１０を照明した場合、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラが少ない撮影像５５が得られる。これは、加工膜の膜厚に対する干渉光の輝度の特性がｅ線およびｇ線でほぼ対称であるため、ｅ線およびｇ線の２つの波長を有する照明光を用いてウェハ１０を照明すると、干渉光の輝度の特性が互いに相殺されてしまうからである。なお、加工膜の膜厚に対する干渉光の輝度の特性を、図６に例示する。このようにして得られる撮影像を検査用撮影像５５として用いれば、精度の高いウェハ１０の検査が可能になる。
【００５２】
これにより、第１実施形態の検査装置１ａおよび検査方法によれば、複数種の波長毎に所定の重み付けを行ってウェハ１０の検査用撮影像を生成し、生成した検査用撮影像に基づいてウェハ１０における欠陥の有無を判定するため、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラを減少させて、ウェハ１０を検査する際の下地の影響を低減させることが可能になり、ウェハ検査の精度を向上させることができる。
【００５３】
また、前述したように、２種類の波長を用いて検査用撮影像を作成し、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラを減少させることが可能であるが、３種類以上の波長を用いることで、輝度の不均一な干渉光による濃淡のムラをより確実に減少させることが可能になって、ウェハ１０を検査する際の下地の影響をより確実に低減させることができ、ウェハ検査の精度をより向上させることができる。
【００５４】
ここで、図１７から図１９に本実施形態で実際に得られた画像を示す。図１７は本実施形態でｅ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。図から判るように同心円上のムラが発生している。次に、図１８は本実施形態でｇ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。やはり同心円状のムラが発生している。次に、図１９は本実施形態でｈ線の光線でウェハを照明して撮影した像である。図１９でもムラは発生しているが、中央付近は暗くなっており図１７に示したｅ線でウェハを照明して得られた像のムラとは明暗の関係が逆転していることが判る。
【００５５】
次に、図１７の像と図１９の像を、ムラが打ち消されるように重み付けを行い、合成した像が図２０である。図２０から明らかなように、全体にムラの少ない像が得られ、ムラによる影響を低減させて精度の高い検査が可能となる。
【００５６】
続いて、検査装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態の検査装置１ｂは、図７に示すように、第１実施形態の検査装置１ａと同様の構成であるが、照明部３０と照明光学系２３との間の光路上に照明側偏光フィルタ２２が挿入されるとともに、観察光学系２４と撮影部４０との間の光路上に受光側偏光フィルタ２５が挿入される点で、第１実施形態の検査装置１ａと構成が異なる。
【００５７】
なお、ウェハ１０の表面には、図８に示すように、複数のチップ領域１１がＸＹ方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン１２が形成されている。繰り返しパターン１２は、図９に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定のピッチＰで配列されたレジストパターン（例えば、配線パターン）である。隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。なお、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。
【００５８】
ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅ＤAの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光フォーカスが適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅ＤAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅ＤBとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。
【００５９】
第２実施形態の検査装置１ｂは、上記のような繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の欠陥検査を行う形態である。説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１：１とする。体積比の変化は、露光フォーカスの適正値からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。
【００６０】
また、本実施形態においては、繰り返しパターン１２に対する照明光（後述）の波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さいものとする。このため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン１２の欠陥検査を回折光により行うことはできない。本実施形態における欠陥検査の原理は、以降、装置の構成（図７）とともに順に説明する。
【００６１】
ところで、ステージ２０は、ステージ２０の法線Ａ１を回転軸としてウェハ１０を回転可能に保持しており、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図８および図９におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面内で回転させることが可能である。第２実施形態におけるステージ２０は、所定の回転位置で停止し、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図８および図９におけるＸ方向）を、後述の照明光の入射面（照明光の進行方向）に対して、４５度だけ斜めになるように保持する。
【００６２】
照明側偏光フィルタ２２は、照明部３０からの照明光を透過させて３種類の波長（第１〜第３の波長）を有する第１の直線偏光Ｌ１に変換し、照明光学系２３を介してウェハ１０の表面に照射するようになっている。この直線偏光Ｌ１が、本実施形態における照明光である。
【００６３】
第１の直線偏光Ｌ１の進行方向（ウェハ１０表面上の任意の点に到達する直線偏光Ｌ１の主光線の方向）は、照明部３０からの光軸Ｏ１に略平行である。光軸Ｏ１は、ステージ２０の中心を通り、ステージ２０の法線Ａ１に対して所定の角度αだけ傾けられている。ちなみに、第１の直線偏光Ｌ１の進行方向を含み、ステージ２０の法線Ａ１に平行な平面が、直線偏光Ｌ１の入射面である。図１０の入射面Ａ２は、ウェハ１０の中心における入射面である。
【００６４】
また、本実施形態では、第１の直線偏光Ｌ１がｐ偏光である。つまり、図１１（ａ）に示すように、直線偏光Ｌ１の進行方向と電気（または磁気）ベクトルの振動方向とを含む平面（直線偏光Ｌ１の振動面）が、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれる。直線偏光Ｌ１の振動面は、照明側偏光フィルタ２２の透過軸により規定される。なお、ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌ１の入射角度は、平行光のため互いに同じであり、光軸Ｏ１と法線Ａ１とのなす角度αに相当する。
【００６５】
また、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌ１がｐ偏光であるため、図１０に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度も、４５度に設定される。
【００６６】
言い換えると、第１の直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図１２におけるＶの方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度傾いた状態で、繰り返しパターン１２を斜めに横切るようにして繰り返しパターン１２に入射する。
【００６７】
このような第１の直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は、ウェハ１０の表面全体において均一である。なお、４５度を１３５度，２２５度，３１５度のいずれかに言い換えても、第１の直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は同じである。また、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン１２の欠陥検査の感度を最も高くするためである。
【００６８】
そして、第１の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン１２を照明すると、繰り返しパターン１２から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する（図７および図１１（ｂ）を参照）。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度α（直線偏光Ｌ１の入射角度αに等しい角度）だけ傾いた方向である。なお、上述の通り、繰り返しパターン１２のピッチＰが照明波長と比較して長いため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはない。
【００６９】
ここで、第１の直線偏光Ｌ１が繰り返しパターン１２での反射により楕円化し、繰り返しパターン１２から楕円偏光Ｌ２が発生する理由について簡単に説明する。第１の直線偏光Ｌ１は、繰り返しパターン１２に入射すると、振動面の方向（図１２のＶ方向）が、図１３に示す２つの偏光成分ＶX，ＶYに分かれる。一方の偏光成分ＶXは、繰り返し方向（Ｘ方向）に平行な成分である。他方の偏光成分ＶYは、繰り返し方向（Ｘ方向）に垂直な成分である。そして、２つの偏光成分ＶX，ＶYは、それぞれ独立に、異なる振幅変化と位相変化とを受ける。振幅変化と位相変化が異なるのは、繰り返しパターン１２の異方性に起因して複素反射率（すなわち複素数の振幅反射率）が異なるからであり、構造性複屈折（form birefringence）と呼ばれる。その結果、２つの偏光成分ＶX，ＶYの反射光は互いに振幅と位相が異なり、これらの合成による反射光は楕円偏光Ｌ２となる（図１１（ｂ）を参照）。
【００７０】
また、繰り返しパターン１２の異方性に起因する楕円化の程度は、図１１（ｂ）で示す楕円偏光Ｌ２のうち、図１１（ａ）で示す直線偏光Ｌ１の振動面に垂直な偏光成分Ｌ３（図１１（ｃ）を参照）と考えることができる。そして、この偏光成分Ｌ３の大きさは、繰り返しパターン１２の材質および形状と、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度に依存する。このため、Ｖ方向とＸ方向とのなす角度を一定の値（本実施形態では４５度）に保つ場合、繰り返しパターン１２の材質が一定であっても、繰り返しパターン１２の形状が変化すると、楕円化の程度（偏光成分Ｌ３の大きさ）が変化することになる。
【００７１】
繰り返しパターン１２の形状と偏光成分Ｌ３の大きさとの関係について説明する。図９に示すように、繰り返しパターン１２は、ライン部２Ａとスペース部２ＢとをＸ方向に沿って交互に配列した凹凸形状を有し、適正な露光フォーカスで設計値通りに形成されると、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBが等しく、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１となる。このような理想的な形状の場合、偏光成分Ｌ３の大きさは最も大きくなる。これに対し、露光フォーカスが適正値から外れると、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。このとき、偏光成分Ｌ３の大きさは理想的な場合と比較して小さくなる。偏光成分Ｌ３の大きさの変化を図示すると、図１４のようになる。図１４の横軸は、ライン部２Ａの線幅ＤAである。
【００７２】
このように、第１の直線偏光Ｌ１を用いて、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度だけ傾いた状態で、繰り返しパターン１２を照明すると、正反射方向に反射して生じた楕円偏光Ｌ２は、その楕円化の程度（図１１（ｃ）における偏光成分Ｌ３の大きさ）が、繰り返しパターン１２の形状（ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比）に応じたものとなる。楕円偏光Ｌ２の進行方向は、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度αだけ傾いている。
【００７３】
なお、観察光学系２４の光軸Ｏ２は、ステージ２０の中心を通り、かつ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度αだけ傾くように設定される。したがって、繰り返しパターン１２からの反射光である楕円偏光Ｌ２は、この光軸Ｏ２に沿って進むことになる。
【００７４】
受光側偏光フィルタ２５は、ウェハ１０表面からの正反射光を透過させて第２の直線偏光Ｌ４に変換する。受光側偏光フィルタ２５の透過軸の方位は、上述した照明側偏光フィルタ２２の透過軸に対して垂直になるように設定される。すなわち、第２の直線偏光Ｌ４の進行方向と垂直な面内における第２の直線偏光Ｌ４の振動方向が、第１の直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における第１の直線偏光Ｌ１の振動方向に対して垂直になるように設定される。
【００７５】
したがって、楕円偏光Ｌ２が受光側偏光フィルタ２５を透過すると、楕円偏光Ｌ２の図１１（ｃ）における偏光成分Ｌ３に相当する直線偏光Ｌ４のみが抽出されて、撮影部４０に導かれる。その結果、撮影部４０における第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの素子上には、撮像光学系４５により３種類の波長毎に分離された第２の直線偏光Ｌ４によるウェハ１０の反射像がそれぞれ形成される。なお、ウェハ１０の反射像の明暗は、直線偏光Ｌ４の光強度に略比例し、繰り返しパターン１２の形状に応じて変化する。また、ウェハ１０の反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン１２が理想的な形状の場合である。
【００７６】
第２実施形態の検査装置１ｂによるウェハ１０表面の検査方法について、図１６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１０１において、第１実施形態の場合と同様に、検査対象のパラメータを設定する。次に、ステップＳ１０２において、第１実施形態の場合と同様に、検査対象となるウェハ１０をステージ２０に搬送する。
【００７７】
次に、ステップＳ１０３において、照明部３０により、３種類の波長（第１〜第３の波長）を有する照明光でウェハ１０を照明する。このとき、照明部３０から発せられた照明光は、照明側偏光フィルタ２２で第１の直線偏光Ｌ１に変換されるとともに、照明光学系２３で平行光となってウェハ１０の表面に照射される。また、ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、観察光学系２４で集光され、受光側偏光フィルタ２５で楕円偏光Ｌ２が第２の直線偏光Ｌ４に変換されて撮影部４０に導かれる。
【００７８】
次に、ステップＳ１０４において、第１の直線偏光Ｌ１により照明されたウェハ１０を撮影部４０により撮影し記録する。このとき、第２の直線偏光Ｌ４が撮像光学系４５により３種類の波長（第１〜第３の波長）毎に分離されて第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃに導かれ、素子上に結像された第２の直線偏光Ｌ４によるウェハ１０の反射像が各撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃでそれぞれ光電変換されて、画像信号が画像処理部２７に出力される。
【００７９】
第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより３種類の波長毎に撮影されると、画像処理部２７は、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０において、第１実施形態の場合と同様に、第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより撮影された撮影像に対し所定の重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、ウェハ１０の検査用撮影像を生成する。そして、画像処理部２７は、ウェハ１０の検査用撮影像を生成すると、ステップＳ１１１において、その輝度情報を良品ウェハの撮影像の輝度情報と比較等することで、繰り返しパターン１２の欠陥（ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化）を検出し、繰り返しパターン１２における欠陥の有無を判定する。
【００８０】
第１の直線偏光Ｌ１を用いて、繰り返しパターンが形成された最上層のレジスト層を照明すると、照明光が最上層のレジスト層より下層に位置する加工膜の部分で干渉を起こし、反射光に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまうのは、第１実施形態の場合と同様である。ただし、受光側偏光フィルタ２５が設けられているため、構造性複屈折が生じない（繰り返しパターン１２が形成されない）部分の正反射光は撮影部４０で検出されない。一方、繰り返しパターン１２からの反射光である楕円偏光Ｌ２は、干渉により、図１１（ｂ）における二点鎖線のように輝度（振幅）が変化するため、加工膜の形状が均一でない場合には、結果的に輝度の不均一な干渉光が含まれてしまう。そのため、第１実施形態の場合と同様にして検査用撮影像を生成すれば、精度の高いウェハ１０の検査が可能になる。
【００８１】
この結果、第２実施形態の検査装置１ｂおよび検査方法によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、直線偏光を用いて繰り返しパターン１２の欠陥を検出するため、照明波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さくても、確実に欠陥検査を行うことが可能である。
【００８２】
なお、第２実施形態の検査装置１ｂでは、照明波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さい場合に限らず、繰り返しパターン１２のピッチＰが照明波長と同程度でも、照明波長より大きい場合でも、同様に繰り返しパターン１２の欠陥検査を行うことができる。すなわち、繰り返しパターン１２のピッチＰに拘わらず、確実に欠陥検査を行うことができる。繰り返しパターン１２による直線偏光Ｌ１の楕円化は、繰り返しパターン１２のライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比に依存して起こるものであり、繰り返しパターン１２のピッチＰに依存しないからである。
【００８３】
また、上述の各実施形態において、第１〜第３撮像素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより３種類の波長毎に撮影された撮影像に対し所定の重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、ウェハ１０の検査用撮影像を生成しているが、これに限られるものではない。例えば、図１５に示すように、３つの集光レンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと３つのミラー３６，３７，３８との間にそれぞれＮＤフィルタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを設け、各ＮＤフィルタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃにより第１〜第３の波長を有する照明光の輝度をそれぞれ調節することにより、所定の重み付けを行うようにしてもよい。なおこのとき、撮影部４０において、撮像素子が一つで済み、撮像光学系４５が不要となる。
【００８４】
また、上述の各実施形態において、画像処理部２７がウェハ１０表面（もしくは繰り返しパターン１２）における欠陥の有無を判定せずに、所定の重み付けを行って生成した撮影像を観察用撮影像として画像表示装置２８で表示し、目視によりウェハ１０表面（もしくは繰り返しパターン１２）の欠陥を検出するようにしてもよい。このように観察装置として使用する場合においても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、上述の実施形態において、３種類の波長を有する照明光を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、２種類でも４種類でもよく、複数種の波長を用いるようにすればよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０ ウェハ（被検基板）
１２ 繰り返しパターン
２０ ステージ（保持部）
２７ 画像処理部（撮影像生成部および判定部）
３０ 照明部
３５ 集光光学系
４０ 撮影部
４５ 撮像光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、
前記照明光により照明された前記被検基板を撮影する撮影部と、
前記複数種の波長毎に重み付けを行って前記撮影部により撮影された前記被検基板の観察用撮影像を生成する撮影像生成部とを備えて構成されることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記撮影部は、前記複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、前記被検基板からの光を前記複数種の波長毎に分離して前記複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、
前記撮影像生成部は、前記複数の撮像素子により前記複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し前記重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、前記観察用撮影像を生成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、
前記照明光により照明された前記被検基板を撮影する撮影部と、
前記複数種の波長毎に重み付けを行った前記被検基板の検査用撮影像を生成する撮影像生成部と、
前記撮影像生成部により生成された前記検査用撮影像に基づいて前記被検基板における欠陥の有無を判定する判定部とを備えて構成されることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
前記照明部により前記被検基板を照明する照明光は平行光であり、
前記撮影部は、前記被検基板からの正反射光による前記被検基板の像を撮影することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記被検基板の表面には所定の繰り返しパターンが形成されており、
前記照明光のうち第１の偏光状態の光を前記被検基板に送る第１の偏光素子と、
前記被検基板の表面における前記第１の偏光状態が前記繰り返しパターンの繰り返し方向に対して斜めになるように前記被検基板を保持する保持部と、
前記被検基板からの反射光のうち前記第１の偏光状態の光と直交する第２の偏光状態の光を前記撮影部に送る第２の偏光素子とを備え、
前記撮影部は、前記第２の偏光状態の光による前記被検基板の像を撮影することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項６】
前記照明部は、前記複数種の波長に対応して複数設けられるとともに前記複数種の波長のうち互いに異なるいずれかの波長を有する照明光をそれぞれ発する複数の照明器と、前記複数の照明器から発せられた照明光を合成して前記被検基板に導く集光光学系とを有して構成されることを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項７】
前記複数種の波長は、３種類以上の波長で設定され、
前記重み付けの割合は、所定の基準基板を前記照明部により照明して前記撮影部で撮影し、前記撮影像生成部により生成される前記基準基板の前記検査用撮影像において、前記基準基板の像が実際の前記基準基板の像とほぼ同一となるような割合に設定されることを特徴とする請求項３から請求項６のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項８】
前記撮影部は、前記複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、前記被検基板からの光を前記複数種の波長毎に分離して前記複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、
前記撮影像生成部は、前記複数の撮像素子により前記複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し前記重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、前記検査用撮影像を生成するように構成されることを特徴とする請求項３から請求項７のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項９】
複数種の波長の照明光で被検基板を照明し、
前記照明光により照明された前記被検基板を撮影し、
前記複数種の波長毎に重み付けを行って、撮影した前記被検基板の検査用撮影像を生成し、
生成した前記検査用撮影像に基づいて前記被検基板における欠陥の有無を判定することを特徴とする検査方法。
【請求項１０】
前記被検基板を撮影する際、前記被検基板からの光を前記複数種の波長毎に分離して撮影し、
前記複数種の波長毎に撮影した撮影像に対し前記重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、前記検査用撮影像を生成することを特徴とする請求項９に記載の検査方法。
【請求項１】
複数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、
前記照明光により照明された前記被検基板を撮影する撮影部と、
前記複数種の波長毎に重み付けを行って前記撮影部により撮影された前記被検基板の観察用撮影像を生成する撮影像生成部とを備えて構成されることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記撮影部は、前記複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、前記被検基板からの光を前記複数種の波長毎に分離して前記複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、
前記撮影像生成部は、前記複数の撮像素子により前記複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し前記重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、前記観察用撮影像を生成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
数種の波長の照明光で被検基板を照明する照明部と、
前記照明光により照明された前記被検基板を撮影する撮影部と、
前記複数種の波長毎に重み付けを行った前記被検基板の検査用撮影像を生成する撮影像生成部と、
前記撮影像生成部により生成された前記検査用撮影像に基づいて前記被検基板における欠陥の有無を判定する判定部とを備えて構成されることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
前記照明部により前記被検基板を照明する照明光は平行光であり、
前記撮影部は、前記被検基板からの正反射光による前記被検基板の像を撮影することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記被検基板の表面には所定の繰り返しパターンが形成されており、
前記照明光のうち第１の偏光状態の光を前記被検基板に送る第１の偏光素子と、
前記被検基板の表面における前記第１の偏光状態が前記繰り返しパターンの繰り返し方向に対して斜めになるように前記被検基板を保持する保持部と、
前記被検基板からの反射光のうち前記第１の偏光状態の光と直交する第２の偏光状態の光を前記撮影部に送る第２の偏光素子とを備え、
前記撮影部は、前記第２の偏光状態の光による前記被検基板の像を撮影することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項６】
前記照明部は、前記複数種の波長に対応して複数設けられるとともに前記複数種の波長のうち互いに異なるいずれかの波長を有する照明光をそれぞれ発する複数の照明器と、前記複数の照明器から発せられた照明光を合成して前記被検基板に導く集光光学系とを有して構成されることを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項７】
前記複数種の波長は、３種類以上の波長で設定され、
前記重み付けの割合は、所定の基準基板を前記照明部により照明して前記撮影部で撮影し、前記撮影像生成部により生成される前記基準基板の前記検査用撮影像において、前記基準基板の像が実際の前記基準基板の像とほぼ同一となるような割合に設定されることを特徴とする請求項３から請求項６のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項８】
前記撮影部は、前記複数種の波長に対応して複数設けられた撮像素子と、前記被検基板からの光を前記複数種の波長毎に分離して前記複数の撮像素子にそれぞれ導く撮像光学系とを有し、
前記撮影像生成部は、前記複数の撮像素子により前記複数種の波長毎に撮影された撮影像に対し前記重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、前記検査用撮影像を生成するように構成されることを特徴とする請求項３から請求項７のうちいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項９】
複数種の波長の照明光で被検基板を照明し、
前記照明光により照明された前記被検基板を撮影し、
前記複数種の波長毎に重み付けを行って、撮影した前記被検基板の検査用撮影像を生成し、
生成した前記検査用撮影像に基づいて前記被検基板における欠陥の有無を判定することを特徴とする検査方法。
【請求項１０】
前記被検基板を撮影する際、前記被検基板からの光を前記複数種の波長毎に分離して撮影し、
前記複数種の波長毎に撮影した撮影像に対し前記重み付けを行ってそれぞれ合成することにより、前記検査用撮影像を生成することを特徴とする請求項９に記載の検査方法。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−８３６７２（Ｐ２０１３−８３６７２Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−１３９４１（Ｐ２０１３−１３９４１）
【出願日】平成２５年１月２９日（２０１３．１．２９）
【分割の表示】特願２００９−５０１２７４（Ｐ２００９−５０１２７４）の分割
【原出願日】平成２０年２月２７日（２００８．２．２７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月２９日（２０１３．１．２９）
【分割の表示】特願２００９−５０１２７４（Ｐ２００９−５０１２７４）の分割
【原出願日】平成２０年２月２７日（２００８．２．２７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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