CN101443654A - 表面检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够对于重复图案的多种缺陷确保充分的检测灵敏度的表面检查装置。具有：对形成在被检物体(20)的表面上的重复图案进行照明，对由重复图案的形状变化而产生的正反射光(L2)的强度的变化进行测定的单元(13～15)；用直线偏振光对重复图案进行照明，将重复图案的重复方向与直线偏振光的振动面的方向所成的角度设定为斜角度，对由重复图案的形状变化而产生的正反射光(L2)的偏振光状态的变化进行测定的单元(13～15)；基于正反射光(L2)的强度的变化和偏振光状态的变化，检测重复图案的缺陷的单元(15)。

Description

表面检查装置
技术领域
本发明涉及一种对形成在被检物体的表面上的重复图案进行缺陷检查的表面检查装置。
背景技术
已经公开了一种装置，该装置对形成在被检物体(例如半导体晶片和液晶基板等)的表面上的重复图案照射用于检查的照明光，基于此时从重复图案生成的光来进行重复图案的缺陷检查。该检查装置按照从重复图案生成的光的种类(例如衍射光、散射光和正反射光等)，存在有多种方式。另外，即使是对于用于检查的照明光，也公知有使用非偏振光的装置、使用直线偏振光的装置(例如参照专利文献1)等。这些检查装置都能够在被检物体的表面的较宽的区域(例如全区域等)内一并检测重复图案的缺陷，能够以较高的生产能力进行缺陷检查。
专利文献1：国际公开第2005/040776号小册子
然而，重复图案的缺陷有很多种。例如，作为对被检物体进行曝光时的缺陷，具有代表性的是散焦缺陷和剂量缺陷。现状是，在上述的装置中，很难区分并检测上述各种缺陷，而只能一并检测多个种类的缺陷。但是，通过本申请发明者们的反复研究而得出了这样的结果：缺陷的检测灵敏度很大程度地依赖于缺陷的种类和检测方式的组合，在某特定的检测方式中根据缺陷的种类的不同而不能够得到充分的检测灵敏度。此外还明白了，即使在某检测方式中不能够得到充分的检测灵敏度的缺陷，只要使用其他的检测方式就能够高灵敏度地检测缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对于重复图案的多种缺陷确保充分的检测灵敏度的表面检查装置。
本发明的表面检查装置具有：第1测定单元，用于对形成在被检物体的表面上的重复图案进行照明，基于从该重复图案生成的正反射光的强度，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述强度的变化进行测定；第2测定单元，用直线偏振光对前述重复图案进行照明，将该重复图案的重复方向与前述直线偏振光的振动面在前述表面中的方向所成的角度设定为斜角度，基于从前述重复图案生成的正反射光的偏振光状态，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述偏振光状态的变化进行测定；检测单元，基于前述第1测定单元所测定的前述强度的变化和前述第2测定单元所测定的前述偏振光状态的变化，检测前述重复图案的缺陷。
本发明的其他的表面检查装置具有：照明单元，对形成在被检物体的表面上的重复图案照射照明光，并且具有第1偏光板，能够在该照明光的光路中放入或取出所述第1偏光板；受光单元，基于从前述重复图案生成的正反射光而输出受光信号，并且具有第2偏光板，能够在该正反射光的光路中放入或取出所述第2偏光板，该第2偏光板的透射轴与前述第1偏光板的透射轴相交；第1处理单元，在光路中配置前述第1偏光板和前述第2偏光板中的任一个，从前述受光单元向该第1处理单元输入与前述正反射光的强度有关的前述受光信号，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述强度的变化进行测定；第2处理单元，在光路中配置前述第1偏光板和前述第2偏光板两者，将直线偏振光的振动面在前述表面中的方向与前述重复图案的重复方向所成的角度设定为斜角度，从前述受光单元向该第2处理单元输入与前述正反射光的偏振光状态有关的前述受光信号，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述偏振光状态的变化进行测定，所述直线偏振光作为前述照明光而向前述重复图案进行照射；检测单元，基于前述第1处理单元所测定的前述强度的变化和前述第2处理单元所测定的前述偏振光状态的变化，检测前述重复图案的缺陷。
此外，优选前述第1处理单元将前述第1偏光板和前述第2偏光板之中的透射轴与前述照明光的入射面垂直相交的偏光板配置在光路中。
此外，优选前述检测单元基于前述强度的变化检测前述重复图案的第1种类的缺陷，基于前述偏振光状态的变化检测前述重复图案的第2种类的缺陷，将前述表面中的检测前述第1种类的缺陷和前述第2种类的缺陷中的至少一种的部位作为前述重复图案的最终的缺陷。
此外，优选前述检测单元向前述最终的缺陷信息附加该缺陷的种类信息来进行输出。
此外，优选前述第1种类的缺陷是对前述被检物体进行曝光时的剂量缺陷，前述第2种类的缺陷是对前述被检物体进行曝光时的散焦缺陷。
发明的效果
根据本发明的表面检查装置，能够对于重复图案的多种缺陷确保充分的检测灵敏度。
附图说明
图1是表示表面检查装置10的整体结构的图。
图2是被检物体20的表面的示意图。
图3是说明照明光L1的入射面(3A)和重复图案22的重复方向(X方向)的倾斜状态的图。
图4是说明曝光时的散焦缺陷的图。
图5是说明曝光时的剂量缺陷的图。
图6是说明照明光L1和正反射光L2的偏振光状态的图。
图7是说明照明光L1的振动面的方向(V方向)和重复图案22的重复方向(X方向)的倾斜状态的图。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。
如图1所示，本实施方式的表面检查装置10包括：支撑被检物体20的载物台11，校准系统12，照明系统13，受光系统14，图像处理部15，以及控制部16。
被检物体20例如是半导体晶片、液晶玻璃基板等。如图2所示，在被检物体20的表面(抗蚀剂层)上排列多个芯片区域21，在各芯片区域21中形成有应检查的重复图案22。重复图案22是配线图案等的线条与间隙(line and space)的图案。将重复图案22的线条部分的排列方向(X方向)称为“重复图案22的重复方向”。
本实施方式的表面检查装置10是在半导体电路元件、液晶显示元件的制造工艺中，自动进行在被检物体20的表面形成的重复图案22的缺陷检查的装置。在该表面检查装置10中，通过未图示的搬运系统从暗盒或显影装置中搬出表面(抗蚀剂层)的曝光和显影结束之后的被检物体20，并使其吸附在载物台11上。
载物台11在其上表面承载被检物体20，通过例如真空吸附来固定保持被检物体20。此外，在载物台11上设置有旋转机构1A。载物台11的旋转轴与承载被检物体20的上表面垂直。旋转机构1A按照来自控制部16的指示使载物台11旋转，从而使承载在其上表面的被检物体20旋转。因此，能够使被检物体20的重复图案22的重复方向(图2的X方向)在被检物体20的表面内旋转。
在载物台11旋转时，校准系统12对被检物体20的外缘部进行照明，根据设置在外缘部的外形基准(例如凹口(notch))在旋转方向上的位置，检测被检物体20上的重复图案22的朝向。校准系统12所检测出的检测结果被输入至控制部16，当重复图案22的重复方向(X方向)变为所希望的方向时，载物台11的旋转停止。
重复图案22所希望的方向例如以从照明系统13向重复图案22照射的照明光L1的入射面3A(图3)为基准，由该入射面3A的方向和重复图案22的重复方向(X方向)所成的角度Φ来确定。在本实施方式中，将角度Φ设定为斜角度(0度<Φ<90度)。角度Φ例如是45度。另外，入射面3A是包含照明光L1的照射方向和被检物体20的表面的法线的平面。
照明系统13是对形成在被检物体20的表面的重复图案22(图2、图3)照射用于检查的照明光L1的单元，包括灯箱(lamp house)31、导光纤维33、偏光板34、凹面反射镜35。该照明系统13是相对于被检物体20侧的远心光学系统。
在灯箱31中，虽然省略了图示，但内置有光源、波长选择过滤器、光量调整用的ND过滤器等。光源是卤素灯泡、金属卤化物灯、水银灯等的价格便宜的放电光源。波长选择过滤器用于选择性地透射从光源射出的光中的规定波长的明线光谱。
导光纤维33传送从灯箱31射出的光，并射出发散光束的照明光(非偏振光)。
偏光板34配置在导光纤维33的射出端附近，其透射轴设定为规定的方向。并且，将来自导光纤维33的发散光束的照明光(非偏振光)变换为与透射轴的方向对应的偏振光状态(即直线偏振光)。偏光板34的透射轴的方向与照明光L1射入重复图案22(图3)的入射面3A平行。
凹面反射镜35是以球面的内侧作为反射面的反射镜，配置为前侧焦点与导光纤维33的射出端大致相同，后侧焦点与被检物体20的表面大致相同。因此，通过凹面反射镜35使来自偏光板34的发散光束的照明光(直线偏振光)变为平行光，作为用于检查的照明光L1，向在被检物体20上的重复图案22进行照射。
此外，能够在导光纤维33和凹面反射镜35之间的光路中(即发散光束的照明光的光路中)放入或取出上述的偏光板34，该偏光板34能够从图1中实线所示的光路中的位置退避至虚线的位置。为了实现该结构，偏光板34与驱动马达4A的旋转轴联结。偏光板34能够以驱动马达4A的旋转轴为中心进行旋转。偏光板34的旋转(放入或取出)是由驱动马达4A按照来自控制部16的指示进行的。
在使偏光板34从光路中退避时，来自导光纤维33的发散光束的照明光(非偏振光)直接射入凹面反射镜35。然后，通过凹面反射镜35而变为平行光，作为用于检查的照明光L1，对被检物体20上的重复图案22进行照射。
这样，在上述的照明系统13中，在导光纤维33和凹面反射镜35之间的光路中配置了偏光板34时，能够通过直线偏振光的照明光L1对重复图案22进行照明，此外，在使偏光板34从该光路中退避时，能够通过非偏振光的照明光L1对重复图案22进行照明。
此外，在上述任一种情况下，照明光L1以从斜上方大致一定的角度条件向被检物体20的表面的较宽的区域(例如全区域等)的各点射入。这是在使来自灯箱31的光束发散后，通过凹面反射镜35使其变为平行光来实现的。若对被检物体20的表面的全区域进行照明，则能够在表面的全区域中一并检测重复图案22的缺陷，从而能够以较高的生产能力进行缺陷检查。
若使用上述的直线偏振光或者非偏振光的照明光L1对重复图案22进行照明，则从重复图案22发出正反射光L2。另外，在本实施方式中，由于重复图案22的间距(pitch)与照明光L1的波长相比很小，因此在照射照明光L1时，不会从重复图案22生成衍射光。
本实施方式的表面检查装置10通过直线偏振光或者非偏振光的照明光L1而对被检物体20的表面的重复图案22进行照明，此时将从重复图案22生成的正反射光L2导向受光系统14，基于正反射光L2的强度或者偏振光状态，进行重复图案22的缺陷检查。
受光系统14是基于从重复图案22发出的正反射光L2而输出受光信号的装置，包括凹面反射镜36、偏光板37、聚光透镜38、摄像元件39。受光系统14是相对于被检物体20侧远心的光学系统。
凹面反射镜36是与照明系统13的凹面反射镜35相同的结构，反射从被检物体20的表面的重复图案22生成的正反射光L2，并变换为聚光光束，导向偏光板37。然后，来自凹面反射镜36的光(正反射光L2)在透射偏光板37后，经由聚光透镜38射入摄像元件39。
其中，能够在凹面反射镜36和聚光透镜38之间的光路中(即聚光光束的正反射光L2的光路中)放入或取出偏光板37，该偏光板37能够从图1中实线所示的光路中的位置退避至虚线的位置。为了实现该结构，偏光板37与驱动马达7A的旋转轴联结。偏光板37能够以驱动马达7A的旋转轴为中心进行旋转。偏光板37的旋转(放入或取出)是按照来自控制部16的指示而由驱动马达7A进行的。
在使偏光板37从光路中退避时，来自重复图案22的正反射光L2直接(不经由偏光板37)射入摄像元件39。此外，在光路中配置了偏光板37时，来自重复图案22的正反射光L2经由偏光板37射入摄像元件39。
在光路中配置偏光板37时，其配置在聚光透镜38的附近，其透射轴设定为下述这样的规定的方向。即，偏光板37的透射轴的方向设定为与照明光L1的入射面3A(图3)垂直相交。
而且，与偏光板37的放入或取出的状态无关，在摄像元件39的摄像面上，对应于来自被检物体20的表面的各点(重复图案22)的正反射光L2，形成被检物体20的表面的反射像。
摄像元件39配置在与被检物体20的表面共轭的位置。摄像元件39例如是CCD摄像元件等，对在摄像面上形成的被检物体20的反射像进行光电变换，将图像信号(关于正反射光L2的信息)输出至图像处理部15。
图像处理部15基于从摄像元件39输出的图像信号，取入被检物体20的反射图像。然后，进行检测重复图案22的缺陷的处理。
接着，对本实施方式的表面检查装置10中重复图案22的缺陷检查的顺序进行说明。在此，对重复图案22的缺陷中的对被检物体20进行曝光时的缺陷(即散焦缺陷和剂量缺陷)的检测进行说明。附带说明一下，曝光时的缺陷出现在每个被检物体20的拍摄区域中。
散焦缺陷是指对被检物体20进行曝光时的散焦量(由曝光机进行曝光时的焦距位置的偏移量)在超过容许程度而变大时所产生的缺陷，表现为如图4所示的重复图案22的形状变化(即线条部分的边(edge)E1、E2的倾斜角θ的变化)。在曝光时的焦距为适当值的情况下(图4(a))，重复图案22的边E1、E2是垂直的。此外，曝光时的焦距偏离了适当值的情况下(图4(b)、(c))，边E1、E2变得倾斜(θ≠90度)。但是，不会因为散焦量而使重复图案22的间距P或线条部分的线宽D产生变化。
剂量缺陷，是指对被检物体20进行曝光时的剂量(曝光机曝光时的曝光量)在超过容许程度而变大或变小时所产生的缺陷，表现为如图5所示的重复图案22的形状变化(即线条部分的线宽D的变化)。在曝光时的剂量为适当值的情况下(图5(a))，重复图案22的线宽D与设计值相同。此外，在曝光时的剂量偏离了适当值的情况下(图5(b)、(c))，该线宽D变得与设计值不同。但是，不会因为剂量而使重复图案22的间距P或线条部分的边E1、E2的倾斜角θ产生变化。
针对这样的2种缺陷(散焦缺陷和剂量缺陷)的检测，本申请发明者们经过反复研究得到了这样的结果：若使用下述的两个检测方式，则能够区分并检测散焦缺陷和剂量缺陷。
第1检测方式对于散焦缺陷能够确保充分的检测灵敏度，但对于剂量缺陷不能够得到充分的检测灵敏度。因此，若使用第1检测方式，则能够选择性地检测重复图案22的散焦缺陷。
相反，第2检测方式对于剂量缺陷能够确保充分的检测灵敏度，但对于散焦缺陷不能够得到充分的检测灵敏度。因此，若使用第2检测方式，则能够选择性地检测重复图案22的剂量缺陷。
本实施方式的表面检查装置10能够在光路中放入或取出照明系统13的偏光板34，由于能够在光路中放入或取出受光系统14的偏光板37，从而能够实现第1检测方式和第2检测方式。
在进行重复图案22的缺陷检查时，控制部16控制照明系统13的驱动马达4A和受光系统14的驱动马达7A，发出指示以使2片偏光板34、37连动进行旋转(放入或取出)。即，在偏光板34、37中的一个配置在光路中时，另一个也配置在光路中，在使其中一个从光路中退避时，使另一个也从光路中退避。并且，在使偏光板34、37都是配置或者退避的状态下，进行如下的处理。
首先，使用第1检测方式，为了选择性地检测重复图案22的散焦缺陷，将偏光板34、37都配置在光路中。此时，照明系统13的偏光板34的透射轴的方向，如上所述，与照明光L1的入射面3A(图3)平行。此外，受光系统14的偏光板37的透射轴的方向与照明光L1的入射面3A垂直。即，2片偏光板34、37配置为各自的透射轴互相垂直相交(正交尼科尔棱镜的配置)。
然后，用通过照明系统13的偏光板34而得到的直线偏振光的照明光L1，对重复图案22进行照明，此时从重复图案22生成的正反射光L2经由受光系统14的偏光板37射入摄像元件39。
在此，在本实施方式中，直线偏振光的照明光L1是p偏振光。即，如图6(a)所示，包含照明光L1的行进方向和电(或者磁)矢量的振动方向的平面(照明光L1的振动面)包含在照明光L1的入射面(3A)内。
因此，在将照明光L1的入射面3A(图3)的方向与重复图案22的重复方向(X方向)所成的角度Φ设定为斜角度(0度<Φ<90度)的情况下，如图7所示，将被检物体20的表面上的照明光L1的振动面的方向(V方向)与重复图案22的重复方向(X方向)所成的角度Φ也设定为斜角度(0度<Φ<90度)。角度Φ例如是45度。
换言之，在被检物体20的表面上的振动面的方向(图7的V方向)相对于重复图案22的重复方向(X方向)而倾斜了角度Φ(例如45度)的状态下，即斜着横穿过重复图案22的状态下，直线偏振光的照明光L1射入重复图案22。
这样的照明光L1与重复图案22的角度状态在被检物体20的表面的全区域内是均一的。另外，即使将45度变为135度、225度、315度中的任一个，照明光L1与重复图案22的角度状态是相同的。
然后，若使用上述的照明光L1(直线偏振光)对重复图案22进行照明，则通过因重复图案22的異方性而引起的形状双折射(formbirefringence)，直线偏振光(照明光L1)变为椭圆化，从而从重复图案22生成椭圆偏振光的正反射光L2(图6(b))。
由重复图案22引起的直线偏振光的椭圆化是指，对于射入重复图案22的直线偏振光的振动面(在此，与照明光L1的入射面一致)，产生与该振动面垂直相交的新的偏振光成分L3(图6(c))。
此外，通过本申请发明者们的研究得知：直线偏振光的椭圆化的程度能够通过新的偏振光成分L3(图6(c))的大小来表示，依赖于如图4所示的重复图案22的线条部分的边E1、E2的倾斜角θ的变化(散焦缺陷)而产生较大的变化。另外，还明白了，对如图5所示的线条部分的线宽D的变化(剂量缺陷)的依赖性非常小。
即，明白了在被检物体20的表面的各点(重复图案22)中，即使由于对被检物体20进行曝光时的散焦量、剂量的变化而重复图案22的形状产生变化(图4、图5)，也能够使直线偏振光的椭圆化的程度(图6(c)的偏振光成分L3的大小)产生变化的，只有如图4所示的边E1、E2的倾斜角θ的变化(散焦缺陷)。
另外，明白了作为一种趋势，直线偏振光的椭圆化的程度(图6(c)的偏振光成分L3的大小)在如图4(a)所示的线条部分的边E1、E2为垂直的情况下(曝光时的焦距为适当值的情况下)变为最大，如图4(b)、(c)那样边E1、E2的倾斜角θ越偏离90度(曝光时的焦距偏离适当值)则变得越小。
这样的直线偏振光的椭圆化的结果，从重复图案22生成椭圆偏振光的正反射光L2(图6(b))。另外，关于椭圆化的详细的说明，本申请人已经记载在所申请的国际公开2005/040776号小册子中，因此在此省略其详细的说明。此外，如上所述，由于重复图案22的间距与照明光L1的波长相比很小，不会从重复图案22生成衍射光。
在照射直线偏振光的照明光L1时，从重复图案22生成的椭圆偏振光的正反射光L2(图6(b))包含由上述的直线偏振光的椭圆化而产生的新的偏振光成分L3(图6(c))，该偏振光成分L3的大小表示了正反射光L2的偏振光状态。另外，根据上述的说明可知，正反射光L2的偏振光状态(图6(c)的偏振光成分L3的大小)，依赖于如图4所示的重复图案22的边E1、E2的倾斜角θ的变化(散焦缺陷)而产生较大的变化。
因此，在第1检测方式中，从重复图案22生成的正反射光L2被受光系统14(图1)引导，在透射受光系统14的光路中的偏光板37时，抽出正反射光L2的偏振光成分L3(图6(c))。然后，仅使该偏振光成分L3射入摄像元件39，基于来自摄像元件39的输出，被检物体20的反射图像被取入图像处理部15中。
在被检物体20的反射图像中，显示了与正反射光L2的偏振光成分L3(图6(c))的大小相对应的明暗，即，与正反射光L2的偏振光状态相对应的明暗，所述正反射光L2的偏振光成分L3是从被检物体20的表面的各点(重复图案22)生成的。另外，反射图像的明暗按每个被检物体20的表面的拍摄区域而变化，与偏振光成分L3的大小大致成比例。
另外，根据上述的说明可知，被检物体20的反射图像的明暗，依赖于如图4所示的重复图案22的边E1、E2的倾斜角θ的变化(散焦缺陷)而产生较大的变化。作为一种趋势，边E1、E2越是接近垂直的理想的形状(图4(a))则越亮，越偏离垂直则越暗(参照图4(b)、(c))。
因此，在图像处理部15取入被检物体20的反射图像时，对其亮度信息和例如合格样品的反射图像的亮度信息进行比较。合格样品是指，将曝光时的焦距保持为适当值，在表面全区域形成理想的形状(图4(a))的重复图案22的样品。此外，认为合格样品的反射图像的亮度信息表示最高的亮度值。
图像处理部15以合格样品的反射图像的亮度值为基准，对被检物体20的反射图像的亮度值的变化量(即降低量)进行测定。得到的亮度值的变化量(降低量)表示因重复图案22的边E1、E2的倾斜角θ的变化(图4)而产生的正反射光L2的偏振光状态的变化。
然后，图像处理部15基于被检物体20的反射图像中的亮度值的变化量(即正反射光L2的偏振光状态的变化)，检测重复图案22的散焦缺陷。例如，若亮度值的变化量比预先确定的阈值(容许值)大，则可以判定为“缺陷”，若比阈值小，则可以判定为“正常”。此外，也可以不使用合格样品，而是将被检物体20的反射图像中的亮度值的变化量与规定的阈值进行比较。
这样，在第1检测方式中，通过直线偏振光的照明光L1对重复图案22进行照明，对应于从重复图案22生成的正反射光L2的偏振光状态(图6(c)的偏振光成分L3的大小)，取入被检物体20的反射图像，并基于该反射图像的明暗，对由重复图案22的边E1、E2的倾斜角θ的变化(图4)而产生的正反射光L2的偏振光状态的变化进行测定。
因此，根据第1检测方式，虽然对于重复图案22的剂量缺陷(图5)不能够得到充分的检测灵敏度，但对于散焦缺陷能够确保(图4)充分的检测灵敏度，从而能够选择性地检测该散焦缺陷。另外，若将图7的振动面的方向(V方向)与重复方向(X方向)所成的角度Φ设定为45度，则能够将重复图案22的散焦缺陷的检测灵敏度提高到最高。
接着，使用第2检测方式，为了选择性地检测重复图案22的剂量缺陷(图5)，使偏光板34、37都从光路中退避。此时，重复图案22被非偏振光的照明光L1照明，从重复图案22生成的非偏振光的正反射光L2直接(不经由偏光板37)射入摄像元件39。然后，基于来自摄像元件39的输出，被检物体20的反射图像被取入图像处理部15。
另外，即使是使用非偏振光的照明光L1的情况下，其入射面3A(图3)的方向与重复图案22的重复方向(X方向)所成的角度Φ和第1检测方式的情况相同，设定为斜角度(0度<Φ<90度)即可。即，在从第1检测方式变为第2检测方式时，不需改变重复图案22的朝向。在第2检测方式中，通过将角度Φ设定为斜角度，能够使来自重复图案22的干扰光(例如衍射光等)不被导向受光系统14。其中，在第2检测方式中，也可以将角度Φ设定为0度。
在被取入图像处理部15的被检物体20的反射图像上，表现出了与从被检物体20的表面的各点(重复图案22)生成的正反射光L2(非偏振光)的强度相对应的明暗。另外，反射图像的明暗按每个被检物体20的表面的拍摄区域而变化，与正反射光L2的强度大致成比例。
另外，通过本申请发明者们的研究得知：被检物体20的反射图像的明暗(∝正反射光L2的强度)，依赖于如图5所示的重复图案22的线条部分的线宽D的变化(剂量缺陷)而产生较大的变化。此外，还明白了，对如图4所示的线条部分的边E1、E2的倾斜角θ的变化(散焦缺陷)的依赖性非常小。
即，明白了在被检物体20的表面的各点(重复图案22)中，即使由于对被检物体20进行曝光时的散焦量、剂量的变化而重复图案22的形状产生变化(图4、图5)，也能够使被检物体20的反射图像的明暗(∝正反射光L2的强度)产生变化的，只有如图5所示的线条部分的线宽D的变化(剂量缺陷)。
但是，这仅在重复图案22的线条部分的线宽D(例如55nm)比使用波长(例如436nm)短的情况下有效。在该情况下，通过在重复图案22的线条部分(抗蚀剂)的光的干涉而产生上述的正反射光L2。而且还认为，若由于曝光时的剂量的变化而重复图案22的线条部分的线宽D产生变化，则由于单位面积的线条部分的量(即发生上述的光的干涉的部分的量)产生变化，在线条部分的反射率产生变化，因此正反射光L2的强度产生变化。
因此，在图像处理部15读入被检物体20的反射图像时，对其亮度信息和例如合格样品的反射图像的亮度信息进行比较。合格样品是指，将曝光时的剂量保持为适当值，在表面全区域形成理想的形状(例如图5(a))的重复图案22。
图像处理部15以合格样品的反射图像的亮度值为基准，对被检物体20的反射图像的亮度值的变化量进行测定。得到的亮度值的变化量表示了因重复图案22的线条部分的线宽D的变化(图5)而产生的正反射光L2的强度的变化。
然后，图像处理部15基于被检物体20的反射图像中的亮度值的变化量(即正反射光L2的强度的变化)，检测重复图案22的剂量缺陷。例如，若亮度值的变化量比预先确定的阈值(容许值)大则可以判定为“缺陷”，若比阈值小，则可以判定为“正常”。此外，也可以不使用合格样品，而是将被检物体20的反射图像中的亮度值的变化量与规定的阈值进行比较。
这样，在第2检测方式中，用非偏振光的照明光L1对重复图案22进行照明，对应于从重复图案22生成正反射光L2的强度，取入被检物体20的反射图像，基于该反射图像的明暗，对由重复图案22的线条部分的线宽D的变化(图5)而产生的正反射光L2的强度的变化进行测定。
因此，根据第2检测方式，虽然对于重复图案22的散焦缺陷(图4)不能够得到充分的检测灵敏度，但对于剂量缺陷(图5)能够确保充分的检测灵敏度，从而能够选择性地检测该剂量缺陷。
这样，在基于第1检测方式的散焦缺陷(图4)的检测和基于第2检测方式的剂量缺陷(图5)的检测结束后，在本实施方式的表面检查装置10中，接下来基于这两个结果，进行重复图案22的最终的缺陷检测。
例如，将被检物体20的表面中的检测出散焦缺陷(图4)和剂量缺陷(图5)中的至少一种的部位作为重复图案22的最终的缺陷。即，求出基于第1检测方式的结果和基于第2检测方式的结果的逻辑和，将其作为最终的检测结果。
如上所述，在本实施方式的表面检查装置10中，对由重复图案22的形状变化(图4、图5)而产生的正反射光L2的强度或者偏振光状态的变化进行测定，基于这两者的结果来进行重复图案22的最终的缺陷检测。因此，对于重复图案22的多种缺陷(散焦缺陷和剂量缺陷)，能够确保充分的检测灵敏度。
另外，也能够根据判断是通过两种检测方式中的那一种检测的缺陷，来能够判断缺陷的原因。因此，能够向重复图案22的最终的缺陷的信息中附加缺陷的种类信息再进行输出。最终的缺陷的种类是指，仅通过第1检测方式检测出的缺陷(散焦)，仅通过第2检测方式检测出的缺陷(剂量)，以及，通过第1检测方式和第2检测方式都检测出的缺陷(散焦/剂量)三类。
在本实施方式的表面检查装置10中，由于能够区分并检测重复图案22的多种缺陷，因此将最终的缺陷信息与缺陷的种类信息一起输出，而向曝光装置进行反馈是有效的。通过进行这样的反馈，能够对曝光装置进行实时的修正。
此外，在本实施方式的表面检查装置10中，优选能够将重复图案22的最终的缺陷的信息(被检物体20的表面的位置)显示输出在一个图像上。此时，优选对于每个缺陷的种类使用不同的例如标记的颜色或形状等，从而能够容易进行区分。
(变形例)
另外，在上述实施方式中，在使用第1检测方式检测散焦缺陷时，将2片偏光板34、37设为正交尼科尔棱镜的配置，但本发明不仅限定于此。偏光板34、37的各透射轴也可以设定为垂直相交以外的角度。即，只要偏光板34、37的各透射轴相交，就能够进行第1检测方式进行散焦缺陷的检测。其中，散焦缺陷的检测灵敏度变为最高的情况是将偏光板34、37配置为正交尼科尔棱镜的配置的情况。
此外，在上述实施方式中，在使用第1检测方式检测散焦缺陷时，照明系统13的偏光板34的透射轴配置为与照明光L1的入射面3A平行(即照明光L1设为p偏光)，但本发明不仅限定于此。也可以将照明系统13的偏光板34的透射轴配置为与照明光L1的入射面3A垂直，将照明光L1设为s偏振光。也可以将偏光板34的透射轴设定为斜着横穿过入射面3A。
另外，在上述实施方式中，在使用第1检测方式检测散焦缺陷时，受光系统14的偏光板37的透射轴配置为与照明光L1的入射面3A垂直，但本发明不仅限定于此。受光系统14的偏光板37的透射轴也可以配置为与照明光L1的入射面3A平行。也可以将偏光板37的透射轴设定为斜着横穿过入射面3A。
此外，在上述实施方式中，在使用第2检测方式检测剂量缺陷时，使2片偏光板34、37都从光路中退避，但本发明不仅限定于此。即使在偏光板34、37中的任一个配置在光路中的情况下，也能够基于来自重复图案22的正反射光L2的强度的变化，检测剂量缺陷。
在该情况下，在偏光板34、37中，优选将透射轴与照明光L1的入射面3A垂直相交的偏光板(图1的例中的偏光板37)配置在光路中。通过这样的配置，能够减少来自被检物体20的衬底层的干扰光，能够进一步提高剂量缺陷的检测灵敏度。
另外，在使用第2检测方式检测剂量缺陷时，在将2片偏光板34、37配置在光路中的状态下，偏光板34、37的各透射轴也可以平行配置。在从第1检测方式变为第2检测方式时，只要使偏光板34、37中的至少一个在光轴中心旋转即可。在该情况下，不需要偏光板34、37的插脱机构(驱动马达4A、7A)。
此外，在上述实施方式中，是从第1检测方式变为第2检测方式，但也可以从第2检测方式变为第1检测方式。
此外，在上述实施方式中，使用了CCD等的2维传感器作为摄像元件39，但也可以使用1维传感器。在该情况下，使作为摄像元件的1维传感器和装载了作为被检物体的半导体晶片(或者液晶基板)的载物台相对移动，使1维传感器对半导体晶片(或者液晶基板)的表面的全区域进行扫描，从而取入半导体晶片(或者液晶基板)整面的图像即可。
工业上的可利用性
如以上说明的那样，本发明是能够利用于对半导体晶片、液晶基板等的表面进行检查的表面检查装置的技术。

Claims (6)

1.一种表面检查装置，其特征在于，具有：
第1测定单元，用于对形成在被检物体的表面上的重复图案进行照明，基于从该重复图案生成的正反射光的强度，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述强度的变化进行测定；
第2测定单元，用直线偏振光对前述重复图案进行照明，将该重复图案的重复方向与前述直线偏振光的振动面在前述表面中的方向所成的角度设定为斜角度，基于从前述重复图案生成的正反射光的偏振光状态，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述偏振光状态的变化进行测定；以及
检测单元，基于前述第1测定单元所测定的前述强度的变化和前述第2测定单元所测定的前述偏振光状态的变化，检测前述重复图案的缺陷。
2.一种表面检查装置，其特征在于，具有：
照明单元，对形成在被检物体的表面上的重复图案照射照明光，并且具有第1偏光板，能够在该照明光的光路中放入或取出所述第1偏光板；
受光单元，基于从前述重复图案生成的正反射光而输出受光信号，并且具有第2偏光板，能够在该正反射光的光路中放入或取出所述第2偏光板，该第2偏光板的透射轴与前述第1偏光板的透射轴相交；
第1处理单元，在光路中配置前述第1偏光板和前述第2偏光板中的任一个，从前述受光单元向该第1处理单元输入与前述正反射光的强度有关的前述受光信号，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述强度的变化进行测定；
第2处理单元，在光路中配置前述第1偏光板和前述第2偏光板两者，将直线偏振光的振动面在前述表面中的方向与前述重复图案的重复方向所成的角度设定为斜角度，从前述受光单元向该第2处理单元输入与前述正反射光的偏振光状态有关的前述受光信号，对由前述重复图案的形状变化而产生的前述偏振光状态的变化进行测定，所述直线偏振光作为前述照明光而向前述重复图案进行照射；以及
检测单元，基于前述第1处理单元所测定的前述强度的变化和前述第2处理单元所测定的前述偏振光状态的变化，检测前述重复图案的缺陷。
3.根据权利要求2所述的表面检查装置，其特征在于，
前述第1处理单元将前述第1偏光板和前述第2偏光板之中的透射轴与前述照明光的入射面垂直相交的偏光板配置在光路中。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的表面检查装置，其特征在于，
前述检测单元基于前述强度的变化检测前述重复图案的第1种类的缺陷，基于前述偏振光状态的变化检测前述重复图案的第2种类的缺陷，将前述表面中的检测出前述第1种类的缺陷和前述第2种类的缺陷中的至少一种的部位作为前述重复图案的最终的缺陷。
5.根据权利要求4所述的表面检查装置，其特征在于，
前述检测单元向前述最终的缺陷信息附加该缺陷的种类信息来进行输出。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的表面检查装置，其特征在于，
前述第1种类的缺陷是对前述被检物体进行曝光时的剂量缺陷，
前述第2种类的缺陷是对前述被检物体进行曝光时的散焦缺陷。
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