JP2003130808A

JP2003130808A - 欠陥検査方法及びその装置

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Publication number: JP2003130808A
Application number: JP2001330113A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Shibata; 行広芝田; Shunji Maeda; 俊二前田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-08
Also published as: US7299147B2; US7161671B2; US20040257560A1; US6762831B2; US20030081201A1; US20070109534A1; IL152526A0; IL152526A

Abstract

(57)【要約】【課題】照明の光源にレーザを用いることによって発生
する時間的・空間的コヒーレンスの問題、を解決して、
光量の大きいレーザを用いて高速に高感度でパターンの
欠陥を検査することを可能にする。【解決手段】上記した課題を解決するために、ＤＵＶか
らＶＵＶ領域の複数の波長のレーザ光を照明する構成と
した。これにより、レーザ光の時間的・空間的コヒーレ
ンスも低減させた。また、ＶＵＶ光とＤＵＶ光とを照明
した場合に発生する、色収差を補正するために、それぞ
れの波長の光を同軸照明とし、補正しきれない色収差
は、検出光路を波長に対応した２系統に分岐し、それぞ
れの波長の像面にイメージセンサを配置して検出するよ
うにした。これにより、解像度が高く、欠陥検査上のノ
イズも低減した画像を検出することを可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程や
フラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄
膜プロセスを経て基板上に形成されたパターンの欠陥や
異物欠陥などの検査や観察に用いる光学系とこの光学系
を用いた欠陥検査方法及びその装置、並びに検査情報の
効率的な活用方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄膜プロセスを経て基板上に形成された
微細なパターンの欠陥を検出するためには、フォーカス
及びコントラストが高精度に調整された高品位の画像を
得る必要がある。

【０００３】従来欠陥検査の分野においてこのような高
品位の画像を得るための技術として、特開２０００−３
２３５４２号公報に開示されている対象物の画像検出方
法に関するものがある。この従来技術は、光源にブロー
ドバンドの白色光源を用いて、白色光の各波長帯域ごと
にＺ方向の異なる場所に焦点を持たせ、対象物に段差が
ある場合に、対象物の表層と底面にピントが合うように
２系統のイメージセンサを配置して像を検出するもので
ある。この２系統のイメージセンサは、対物レンズの縦
色収差に応じて、物体面にピントの合う位置は光軸方向
に異なっている。従って、対物レンズの縦色収差を利用
して、物体の異なる面をそれぞれのイメージセンサで画
像を検出するものである。尚、検出光路において、２系
統のイメージセンサ用に光路を分岐してから、それぞれ
のイメージセンサに到達するまでの光路には、それぞれ
の縦色収差に対応した光が透過するようにバンドパスフ
ィルタが配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ウェ
ハ上の異なる面の画像を２系統のイメージセンサを用い
て検出し、それぞれのイメージセンサにピントのあった
画像を採用するものである。従って、２系統のイメージ
センサで検出した画像から、新たな画像を生成するもの
ではなく、ウェハ上の定められた領域について、２系統
のイメージセンサで検出した画像のどちらかを選択し
て、欠陥検査に使うものである。しかし、半導体に代表
される薄膜製造プロセスにおいては、ＣＭＰ(Chemical
Mechanical Polishing)処理によりウェハ表面は平坦化
処理が施されており、上記のような２つのイメージセン
サでウェハ上の異なる高さの画像を検出する必要はな
い。また、仮にウェハ上に段差があったとしても、ロジ
ック製品では、構造が複雑であるため、２系統のイメー
ジセンサで検出した画像の使い分けができない。

【０００５】微細なパターンの欠陥を高精度に検出する
には、照明光の波長を短波長化しなければならず、一般
に、短波長の光源で検査に必要な十分な光量を確保する
ためには、レーザ光源を用いなければならない。しか
し、照明にレーザ光源を用いる場合、光の干渉の問題、
即ち時間的・空間的コヒーレンスの問題や試料表面に形
成された薄膜によって生ずる干渉ノイズの問題、背景パ
ターンとの明るさのコントラストの問題、パルス照明光
の照度変動の問題等が発生する。

【０００６】本発明の目的は、上記したような照明の光
源にレーザを用いることによって発生する時間的・空間
的コヒーレンスの問題、を解決して、光量の大きいレー
ザを用いて高速に高感度でパターンの欠陥を検査するこ
とを可能にすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、照明光の短波長化を図って光学系
の基本解像度を向上させる構成とした。対象波長は、Ｄ
ＵＶ(Deep Ultra Violet)からＶＵＶ(Vacuum Ultra Vio
let)光を対象としている。これらの波長域における光源
としては、VUV領域としてＦ2レーザ（波長１５７ｎｍ）
がある。欠陥検査用光学系として、これらのレーザ光を
照明に用いるためには、２つの技術課題がある。１つ
は、物体表面上に形成された光学的に透明な層間絶縁膜
の膜厚むらに伴う検出画像の明るさむらの低減とコヒー
レンシの低減である。絶縁膜の膜厚むらに伴う明るさむ
らは、複数の波長の光を照明する構成とすることにより
低減した。また、この複数の波長の照明により、時間的
コヒーレンスも低減することができる。

【０００８】しかし、ＤＵＶからＶＵＶ領域の光は、透
過率の高い硝材が限定されるため、例えばＶＵＶ光とＤ
ＵＶ光を同軸照明した場合、色収差補正は不可能であ
る。そこで、それぞれの波長の光を同軸照明し、補正し
きれない色収差は、検出光路を波長に対応した２系統に
分岐し、それぞれの波長の像面にイメージセンサを配置
して検出する。これにより、目的とする物体面（同一
面）について、２つの波長域でピントの合った２画像を
検出する。この２つの画像を電気的に合成（２つの画像
を用いて新たな画像を生成）することにより、解像度が
高く、欠陥検査上のノイズも低減した画像を検出するこ
とが可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明では、ＤＵＶ〜ＶＵＶ領域
の光を照明光として用い、基本解像度を向上するように
した。本発明者らは、照明に偏光を用いることにより、
より微細な欠陥でもより高い解像度（高コントラスト）
の画像が得られるということを見出した。しかし、照明
にレーザ光源を用いると、光学部品の表面で反射して検
出器に入る、いわゆる迷光の影響を受けて、検出感度が
低下してしまう。本発明では、この迷光による検出感度
低下の影響を回避するために、照明光学系に光路長の異
なる複数の光路を設け、それぞれの光路を経て試料上に
到達した照明光による画像を検出するようにした。

【００１０】また、試料表面の光学的に透明な膜の膜厚
の影響を低減するために、複数の波長の照明光を同軸方
向から照明する方式を実現するために、レンズ系で補正
しきれない色収差は、検出光路上で波長ごとに光路を分
岐して、それぞれの波長ごとの像を検出する構成とし
た。これら波長ごとに検出した画像を合成して１つの画
像として画像処理を行い、欠陥を検出する。また、欠陥
検出上有利な画像が検出できるように、ウェハ上で正反
射した０次光の振幅を抑制し、高次回折光の振幅とバラ
ンスが調整できるようにする。さらに、薄膜干渉の影響
を低減する照明方式として、ブリュースター角照明また
は全反射角照明を採用した。

【００１１】本発明の実施形態の一例を、図１に示す。
異なる波長のレーザ光源２及び３から出射したレーザ光
を、ダイクロイックミラー８で同軸化して１本のレーザ
光４とする。このレーザ光４は偏光ビームスプリッター
(Polarizing Beam Splitter:以下PBSと記す)７に入射し
て、このＰＢＳ７を透過するＰ偏光成分とＰＢＳ７で反
射して光軸を直角方向に曲げて出射するＳ偏光成分とに
分離される。光軸を直角方向に曲げて出射したＳ偏光成
分は、光路差光学系１０に入射する。光路差光学系１０
に入射したＳ偏光成分の光は光路差を受けて、再びＰＢ
Ｓ７ｃで先にＰＢＳ７で分岐した光と同軸化される。こ
れらの光は空間コヒーレンス低減部１５を透過した後、
位相差量の異なる波長板５０，５１、対物レンズ２０を
透過してウェハ１を照明する。

【００１２】ウェハ１上のパターンで反射・回折・散乱
した光のうち、対物レンズ２０のＮＡ(Numerical Apert
ure)内に伝搬した光は、再び対物レンズ２０に捕捉さ
れ、像面に光学像を結像する。尚、像検出光路において
は、照明系に配置したダイクロイックミラー５と同様の
分岐特性を持つダイクロイックミラー２５を配置してお
り、それぞれの波長で形成された光学像をそれぞれのイ
メージセンサ３０，３５で検出する。これは、レーザ光
の波長に応じてレンズの硝材が限られ、色収差を補正す
ることができなくなるため、レーザ光源２及び３のそれ
ぞれの波長に応じた結像位置にイメージセンサを配置す
るものである。

【００１３】本発明では、従来のＵＶ光（紫外光：波長
（λ）＝３６５ｎｍ）を照明光源として用いた検査装置
では検出が困難であった２０〜３０ｎｍ程度の極微小な
欠陥を検出できるようにするために、より波長の短いＤ
ＵＶ光（遠紫外光：λ＝３００〜１８０ｎｍ程度）やＶ
ＵＶ光（真空紫外光：λ＝１８０〜１００ｎｍ程度、Ｆ
２レーザの場合は、λ＝１５７ｎｍ）を照明光源として
用いるようにした。また、照明光源としてレーザを用い
た場合、レーザが有する高いコヒーレンスに起因する光
の干渉の問題が発生する。本発明では、この問題を解決
するために、２波長照明を採用して、時間的コヒーレン
スを低減するようにした。

【００１４】２系統のイメージセンサ３０，３５で検出
した画像信号は、それぞれのＡ／Ｄ変換回路５２，５３
でデジタル濃淡画像化される。これらのデジタル濃淡画
像は、レーザ光の照度変動モニタ３３で検知した照度変
動を正規化するため、照度変動補正回路６０に入力さ
れ、照明光量の変動を正規化する。それぞれ照度補正さ
れたデジタル濃淡画像は、複数の画像を１つの画像に合
成するため、画像合成回路８０に入力される。画像合成
回路８０は、例えば２画像を電気的に足し合わせて、合
成画像を作成する。この合成された画像は、画像処理部
８５に入力され、画像の欠陥を抽出する計算を行う。
尚、２系統のイメージセンサのうち、どちらか１つのイ
メージセンサで検出した画像を用いて検査することが可
能なように、画像合成回路８０で画像合成しないモード
も可能な構成になっている。

【００１５】画像処理部８５で抽出した欠陥情報（欠陥
の座標やサイズ及び分類結果など）は、欠陥表示が可能
な表示用画面を備えたオペレーティングコンピュータ９
５に転送される。また、検査情報管理システム２９６に
も同様の情報が格納される。ウェハ１を搭載しているθ
ステージ１１０，Ｚステージ１１５，Ｘステージ１２
０，Ｙステージ１２５は、機構制御部（ＭＣ）９０でコ
ントロールされている。また、オペレーティングコンピ
ュータ９５は、検査装置をオペレーティングするもので
あり、機構部の動作を行う場合は、機構制御部９０に指
示を出す。また、検査条件の設定など作業者とのインタ
ーフェースもオペレーティングコンピュータ９５で行
う。

【００１６】また、本発明では、ＶＵＶ領域の光源を搭
載する。このため、光路中での光の減衰を最小限にする
ため、レーザ光源２及び３を出射したレーザ光がイメー
ジセンサ３０及び３５に達するまでの光の経路を含む領
域３８を窒素でパージする。なお、対物レンズ２０とウ
ェハ１の間(Working Distance)は大気環境とする。これ
により、ウェハ１は大気環境での取り扱いが可能であ
り、装置コストの低減及びウェハ搬送性を向上すること
が可能となる。

【００１７】また、本実施例では、レーザ光源を用いて
説明したが、レーザ光源をランプ光源に変更することな
ども容易に考えられる。また、２００ｎｍ以下の波長の
照明光を用いることにより、解像度が向上し、大きさが
３０〜２０ｎｍ程度の極微細な欠陥を検出することが可
能となる。

【００１８】光路差光光学系１０について、図１及び図
２を用いて説明する。異なる波長のレーザ光源２及び３
から出射してダイクロイックミラー８で同軸化したレー
ザ光４はＰＢＳ７で透過光（Ｐ偏光）と反射光（Ｓ偏
光）とに分岐される。ＰＢＳ７で反射したＳ偏光成分は
光路差光学系１０に導かれる。このＳ偏光は、１／２波
長板８を通過することにより、ＰＢＳ７ａ、７ｂ及び全
反射ミラー１０１と１０２とで形成される周回光路のＰ
ＢＳ７ａに対してＰ偏光になるように位相差が与えられ
て、ＰＢＳ７ａを透過する。

【００１９】透過した光は全反射ミラー１０１と１０２
とで反射されて、１／２波長板１１を通過することによ
り、周回光路の出口側のＰＢＳ７ｂに対してＰ偏光成分
とＳ偏光成分とが同等になるように位相差が与えられ
る。このため、周回光路の出口側のＰＢＳ７ｂに入射し
た光は、Ｓ偏光成分がＰＢＳ７ａの側に反射されて再び
周回光路に入る。これに対して、Ｐ偏光成分はＰＢＳ７
ｂを透過して１／２波長板１２に入射し、ＰＢＳ７ｃに
対してＳ偏光になるように位相差が与えられたのち、Ｐ
ＢＳ７ｃに入射する。このＰＢＳ７で反射されて周回行
路を経由した後にＰＢＳ７ｃに入射したＳ偏光は、ＰＢ
Ｓ７を透過してＰＢＳ７ｃに入射したＰ偏光と同軸化さ
れ、物体１を照明する照明光となる。

【００２０】なお、周回光路においては、２周目以降も
ＰＢＳ７ｂにおいて、反射と透過の分岐が繰り返され、
反射したＳ偏光は、さらに周回を繰り返す。さらに、Ｐ
ＢＳ７で反射されて周回光路を経由してＰＢＳ７ｃに入
射するＳ偏光の光路長とＰＢＳ７を透過して直接ＰＢＳ
７ｃに入射するＰ偏光の光路長との差は、以下に示すレ
ーザ光４の可干渉距離以上の距離を持っており、ＰＢＳ
７ｃで同軸化された光の時間的コヒーレンスが低減され
る。尚、（数１）に可干渉距離Ｌを求める数式を示す。

【００２１】

【数１】

【００２２】可干渉距離Ｌは、照明光の中心波長λcの
２乗に比例し、照明光の波長幅に反比例する。例えば、
照明光源として真空紫外光（ＶＵＶ光）を発生するＦ２
レーザ（λ＝１５７ｎｍ）を用いた場合の可干渉距離Ｌ
は数十ｍｍである。

【００２３】ここで、ＰＢＳ７でＰ偏光とＳ偏光とを分
岐する分岐比を計算する一例を、図３に示す。ＰＢＳ７
に入射したレーザ光４のＰ偏光成分はＰＢＳ７を透過
し、Ｓ偏光成分は反射する。このため、入射したレーザ
光４がＰ偏光の振動方向に対して角度θに振動面を有す
る直線偏光であった場合は、（数２）により、透過する
光量が求まる。

【００２４】

【数２】

【００２５】他の方式による光路差光学系１０'の一例
を、図４に示す。図４の場合、ＰＢＳ４７にレーザ光４
が入射してＳ偏光成分が反射されＰ偏光成分が透過する
ところまでは、図１及び図２で説明した構成と同じであ
る。図４の構成において、ＰＢＳ４７で反射されたレー
ザ光４のＳ偏光成分は、第１の光路差光学系１７の側に
出射する。この第１の光路差光学系１７は、２枚の全反
射ミラー１０３と１０４とで構成されている。このよう
な構成において、第１の光路差光学系１７に入ったＳ偏
光光は、２枚の全反射ミラー１０３と１０４とで反射さ
れてＰＢＳ４７ａに入射し、ＰＢＳ４７を透過したＰ偏
光と再び同軸化される。ここで、第１の光路差光学系１
７の光路長は、ＰＢＳ４７を透過して直接ＰＢＳ４７ａ
に入射するＰ偏光の光路長と、可干渉距離以上の差があ
る。

【００２６】ＰＢＳ４７ａで合成された光は、１／４波
長板４８を通過することにより円偏光になり、ＰＢＳ４
７ｂに入射して再びＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離さ
れ、Ｓ偏光成分は第２の光路差光学系１８に入射する。
この第２の光路差光学系１８に入射したＳ偏光は、２枚
の全反射ミラー１０５と１０６とにより反射されて、Ｐ
ＢＳ４７ｃに入射してＰＢＳ４７ｂを透過したＰ偏光成
分と再び合成される。この第２の光路差光学系１８の光
路長は、第１の光路差光学系１７の光路長よりも、レー
ザ光４の可干渉距離に相当する距離以上長い。

【００２７】ここで、第２の光路差光学系１８に入射す
るＳ偏光は、ＰＢＳ４７ａで合成されたＰ偏光成分とＳ
偏光成分とが１／４波長板４８を透過することにより円
偏光に変換された光から分岐されたものなので、その振
幅は、第１の光路差光学系１７を通過した光（Ｓ偏光成
分）と通過しなかった光（Ｐ偏光成分）のそれぞれの振
幅の半分になる。

【００２８】ここで、第１の光路差光学系１７を通過す
るＳ偏光の光路長と第１の光路差光学系１７を通過せず
にＰＢＳ４７からＰＢＳ４７ａに直接到達するＰ偏光の
光路長との差をＬ１，第２の光路差光学系１８を通過す
るＳ偏光の光路長と第２の光路差光学系１８を通過せず
にＰＢＳ４７ｂからＰＢＳ４７ｃに直接到達するＰ偏光
の光路長との差をＬ２とする。この場合、第１の光路差
光学系１７と第２の光路差光学系１８により、互いの光
路長の差がそれぞれ可干渉距離よりも大きい４系統の光
線が形成される。これは、(1)２系統の光路差を通過し
ていない（光路差０）光線(2)第１の光路差光学系のみ
を通過した光線（光路差Ｌ１）(3)第２の光路差光学系
のみを通過した光線（光路差Ｌ２）(4)第１及び第２の
光路差光学系を通過した光線（光路差Ｌ１＋ｌ２）であ
る。この４系統の光線のそれぞれの振幅は、原理上同等
である。しかし、実際上は振幅に多少の差が生じること
がある。この場合、１／４波長板の設定状態によって、
このバランスを調整することが可能である。

【００２９】このように大きな光路長差を持つ４系統の
光を照明光として用いることにより、イメージセンサ３
０及び３５上における迷光（光学部品などで不要な反射
をして、ウェハに届かずに直接イメージセンサに到達す
る光など）による干渉の影響を低減することができる。
これによりノイズのレベルが低減できて、欠陥検査の閾
値のレベルを低く押さえることが可能になり、高感度な
欠陥検査を実現することができる。

【００３０】さらに、図１及び図２では１／２波長板を
用いた場合について、また、図４では１／４波長板を用
いた場合について説明したが、波長板の設定の仕方によ
っては、どちらの波長板を用いても同様の効果を得るこ
とができる。従って、図２及び図４に示した構成は、ほ
んの一例であり、様々なアプリケーションが可能であ
る。

【００３１】次に、図５を用いてレーザ光の空間的コヒ
ーレンス低減部１５の詳細を説明する。光路差光学系１
０又は１０'を通ったレーザ光４は、ビームエキスパン
ダ１５１に入射してビーム径が拡大された後、第１の拡
散板１５０に入射し、レーザ光の指向性が拡散される。

【００３２】次に、この拡散光は、第１のレンズ系１５
２を透過した後、ロッドレンズで構成されるフライアイ
レンズ１５５に入射する。フライアイレンズ１５５の射
出端においては、第１の拡散板１５０の拡散度に応じ
て、点光源群が形成され、これが２次光源となる。この
２次光源を射出した光は、第２の拡散板１６０に入射す
る。この第２の拡散板１６０は回転可能な構成となって
おり、モータ１６５によって回転駆動される。モータ１
６５により第２の拡散板１６０を回転させると、第２の
拡散板１６０に入射した光の位相が時間的に乱されるた
めに、コヒーレンスが低減される。この第２の拡散板１
６０を透過した光は、第２のレンズ系１５３により、対
物レンズ２０の射出瞳２１の位置に２次光源像を結像す
る。これにより、物体面において、照度分布の均一なケ
ーラー照明となる。なお、先に示した光路差光学系と第
１及び第２の拡散板さらにはフライアイレンズ１５５を
組合わせることにより、レーザ光の時間的・空間的なコ
ヒーレンスを低減することができる。

【００３３】ここで、第２の拡散板１６０の構成の一例
を、図６に示す。拡散板はドーナッツ上に配置されてい
る。これをモータ１６５で回転させることにより、照明
光の位相を時間的に乱すことが可能となる。この拡散板
の回転周期は、画像を取り込む周期と同期を取ることが
望ましい。例えば、画像取込周期をＴ１とした場合、拡
散板１６０の回転周期は、Ｔ１／ｎとする。ここで、ｎ
は自然数とする。

【００３４】図７に、電気的絶縁膜がウェハ１の表面に
膜付けされたモデルの膜厚と反射率の関係を示す。絶縁
膜として、Ｓｉｏ2をモデルとしている。尚、照明光は
波長１９３ｎｍの単色であり、入射光は０〜５０°の照
明とブリュースター角（５７．５°）付近となる５０〜
６０°の２種類について計算した。また、絶縁膜とＳｉ
ｏ2の屈折率は波長１９３ｎｍのものである。

【００３５】０〜５０°照明（ランダム偏光）では、膜
厚の増加に伴って、反射率が振動する。これは、薄膜干
渉によるものであり、膜厚が変わると絶縁膜の表面で反
射した光と、薄膜に入射して空気中に出てきた光の光路
差が変わるために、膜厚の変動により反射率が振動す
る。この振動は反射率３％〜２８％の幅で振れており、
２５％の振動幅がある。この反射率変動は、像面に形成
される光学像の明るさを示している。このため、ウェハ
１上に形成されたパターンを比較検査する場合、比較す
る２つの領域で絶縁膜の膜厚が異なると明るさの差が大
きくなる。この絶縁膜の膜厚変動が、デバイスにとって
致命性がない場合は、この明るさむらは、欠陥検出上ノ
イズとなる。

【００３６】逆に、膜厚変動がデバイスにとって致命性
がある場合は、これを検出する必要があるため、膜厚に
対する反射率の変動が大きい方が検出しやすい。しか
し、半導体製造工程の例では、この膜厚変動はデバイス
に致命性がないため、絶縁膜の膜厚に応じて反射率の変
動幅が大きいと、検査感度の観点からはノイズとなる。
この反射率変動幅を低減する方式として、本発明では、
ブリュースター角照明を採用した。ブリュースター角照
明とは、Ｐ偏光の光を特定の角度で照明すると、絶縁膜
と空気の界面で反射がおこらず、全て透過するものであ
る。このため、薄膜干渉の原因となる振幅分割がおこら
ず、膜厚変動に伴う反射率変動がなくなる。図７にＰ偏
光で入射角５０〜６０°で照明した場合の計算結果も示
している。

【００３７】このブリュースター角付近の照明では、反
射率の変動が０．５％〜３％程度に低減できる。従っ
て、ブリュースター角付近の入射角でＰ偏光照明するこ
とにより、絶縁膜の膜厚変動に伴う明るさむらを低減す
ることが可能である。これにより、検査上のノイズが低
減されるため、欠陥検出感度が向上する。次に、ブリュ
ースター角で照明するための一例について、図５を用い
て説明する。照明光の入射角は、対物レンズ２０の瞳２
１の位置に形成される２次光源像の形状で決定される。

【００３８】ブリュースター角となる入射角５７°付近
で照明するためには、瞳２１位置において輪帯状の２次
光源像を結像させる必要がある。このため、フライアイ
レンズ１５５の射出端付近に輪帯状の開口絞り１５６を
配置することにより、ブリュースター角付近の入射角で
照明することができる。尚、この開口絞りは、フライア
イレンズ１５５の射出端以外に、対物レンズ２０の射出
瞳２１と共役な位置がある場合は、この共役位置付近に
配置することも考えられる。また、光軸に対して５７°
付近で反射，回折，散乱した光のみをイメージセンサに
到達させることにより、薄膜干渉による反射率むらを低
減させることも可能である。これは、対物レンズ２０の
瞳２１位置あるいは、これと共役な像側(イメージセン
サ側)の位置に空間フィルタ（図示せず）を配置し、ウ
ェハ１上で反射，回折，散乱した光のうち、光軸に対し
て５７°付近で反射，回折，散乱した光のみをイメージ
センサに到達させるものである（ブリュースター角検
出）。このブリュースター角検出の場合は、照明光の入
射角をブリュースター角に限定する必要はない。

【００３９】以上、ブリュースター角照明とブリュース
ター角検出方式について説明したが、これらを併用する
ことも容易に考えられる。また、開口絞り１５６及び空
間フィルタは、ウェハ１の絶縁膜の有無等により、異な
る形状のものを設置できるようにすることが考えられ
る。

【００４０】次に、Ｐ偏光照明するための方策につい
て、放射状ポラライザを用いた例を、図８を用いて説明
する。

【００４１】光源から出たレーザ光は、直線偏光である
が第１及び第２の拡散板等で偏光は乱される。このた
め、ウェハ１をＰ偏光照明するためには、対物レンズの
射出瞳面２１において偏光は光軸を中心として放射状に
振動させる必要がある。この方策として、対物レンズ２
０の瞳位置２１と共役な位置に照明光の振動方向につい
て、光軸を中心に放射方向のみを透過させるフィルタ
（放射状ポラライザ）１３０を設けることにより、ウェ
ハ１上において、Ｐ偏光照明をすることが可能となる。
尚、このフィルタ１３０は、対物レンズ２０の瞳位置２
１或いはその共役位置以外の照明光路、あるいは検出光
路に置いても効果がある。また、第１及び第２の拡散板
を照明系に配置しない場合や、拡散板透過後も振動方向
に偏りがある場合は、上記フィルタ１３０を配置して
も、均等な偏光照明をすることができない。このため、
振動方向の偏りを無くす手法を図９に示す。尚、この例
では拡散板を図示していない。

【００４２】レーザ光源２から出射した直線偏光４は、
ビームエキスパンダー１９０により、ビーム径が拡大さ
れる。これらの光は、回転する１／２波長板５８に入射
し、この１／２波長板５８の回転周波数の４倍の速度で
偏光が回転して出射する。尚、回転１／２波長板５８
は、モータ１８５で駆動されて回転する。

【００４３】１／２波長板５８を透過した光は、さら
に、１／２波長板５８ａ，５８ｂ，５８ｃを透過する。
このとき、それぞれの１／２波長板５８ａ，５８ｂ，５
８ｃを透過する度に、振動面の回転速度は４倍になる。
尚、この例では１／２波長板５８ａ，５８ｂ，５８ｃを
固定しているが、１／２波長板５８と同様に、回転させ
る構成にしても良い。これらの１／２波長板５８，５８
ａ，５８ｂ，５８ｃを透過した光は、回転偏光照明光と
なってビームスプリッタ１９で反射されて対物レンズ２
０に入射し、ウェハ１上に照明される。なお、回転偏光
照明光によりウェハ１をＰ偏光照明するためには、図８
に示した放射状ポラライザ１３０を、図９に示すよう
に、空間的コヒーレンス低減部１５とビームスプリッタ
１９との間に配置する。尚、放射状ポラライザ１３０を
検出光路に配置する構成として、ビームスプリッタ１９
とイメージセンサ３０との間に配置する構成も考えられ
る。

【００４４】また、薄膜干渉を発生させない照明方式と
して、照明光を基板の表面で全反射させる全反射角照明
方式がある。照明光を基板の表面で全反射させるための
全反射角θcを算出する式を（数３）に示す。

【００４５】

【数３】

【００４６】ここで、ｎ１は空気中の屈折率，ｎ２は絶
縁膜の屈折率を示す。

【００４７】全反射角照明を実現するためには、入射角
を９０°に設定する必要がある。これを実現するのは構
造上困難である。このため、絶縁膜表面で反射率を高め
るためには、入射角を極力大きくし（９０°に近づ
け）、Ｓ偏光で照明する必要がある。Ｓ偏光照明を実現
するためには、対物レンズ２０の瞳２１面上において、
照明光の振動方向を光軸中心とした円周方向にする必要
がある。これを実現するには、照明光路上に、図１０に
示す特性を有したポラライザ１３１を配置すればよい。
また、図８及び図１０に示したポラライザ１３０及び１
３１を照明光路に配置する説明をしたが、検出系に同様
の特性を有したアナライザ（図示せず）を配置しても、
同等の効果を得ることができる。この例では、対物レン
ズ２０を通して照明するＴＴＬ(Through The Lens)方式
について説明したが、対物レンズの外側から照明する暗
視野照明方式も考えられる。この方式は、オフアクシス
照明と呼ばれている。

【００４８】図１１に、照明光の偏光と正反射光（０次
光）の偏光及び高次回折光の偏光を示す。瞳面２１にお
いて、照明光の偏光２０１が円周方向の振動をしている
とする。この光がウェハ１上のパターンを照明する。な
お、ウェハ上の半球２２は、対物レンズ２０による屈折
の様子を模式的に示している。ウェハ上で正反射した０
次光は、瞳位置２１において光軸対称な位置に伝搬す
る。このときの偏光は照明光と同じ円周方向に振動面を
有する。これに対して、高次回折光は、ウェハ１に形成
されたパターンの方向に応じて、回折する方向が異な
る。このため、照明光に対して、高次回折光の伝搬する
方向が異なるため、高次回折光の瞳面２１における振動
方向２１０は、照明光の振動方向２０１及び０次光の振
動方向２０５に対して、異なる振動面となる。なお、ウ
ェハ１に対する偏光は、照明光，０次光，高次回折光共
に同じであり、保存されている。これを模式的に示した
図を、図１２に示す。

【００４９】図１２において、対物レンズ２０の瞳面２
１における照明光の振動方向を２０１に示す。ウェハ１
上のパターンによって生じる＋１次光の分布を２２０に
示す。また、―１次光の分布を２２１に示す。ここで、
瞳面２１で２０１の振動方向を有する照明光によるウェ
ハ１からの反射光のうち、再び対物レンズ２０に捕捉さ
れた０次光は２０５の位置に到達する。これに対して、
＋１次回折光は２１０に到達する、このとき、瞳面にお
ける振動方向は０次光と高次回折光では異なる（ウェハ
に対する振動方向は同じである）。このため、偏光照明
をした場合は、＋１次回折光を多く透過する偏光フィル
タを検出光路に配置することにより０次光を抑制し、＋
１次回折光を含む高次回折光を効率的に透過させる事が
可能である。この高次回折光は、０次光よりもパターン
情報を多く含んでいるため、高次回折光を効率的に検出
することにより、光学像のコントラストを高めることが
可能となる。あるいは、所望のコントラストに調節する
ことが可能となる。

【００５０】これを実現する一例を図１３に示す。レー
ザ光源２を出射した直線偏光はＰＢＳ１９でＳ偏光が反
射されて、ウェハ１の側へ向かう照明光となる。この照
明光は、１／２波長板５０で楕円の方位角が，また、１
／４波長板５１で楕円率が調整されて、所望の楕円率と
楕円の方位角を有する楕円偏光となる。この照明光が対
物レンズ２０を介してウェハ１に照明される。ウェハ１
上で反射・回折・散乱した光は再び対物レンズ２０に捕
捉され、１／２波長板５０，１／４波長板５１を透過
し、ＰＢＳ１９に入射する。このＰＢＳ１９に入射した
光のうち、０次光がＰＢＳ１９を透過する割合は、１／
４波長板５１で調整される照明の楕円率でほぼ決定され
る。すなわち、１／４波長板を調整して照明の楕円率を
扁平にする（楕円率を０に近づける）と、イメージセン
サ３０および３５の側に透過する０次光の割合は低減す
る。

【００５１】これに対して、高次回折光（±１次回折光
他）は、パターンの方向性に応じてイメージセンサ３０
および３５の側に到達する割合が異なる。従って、１／
２波長板５０と１／４波長板５１とを調整して楕円率と
楕円の方位角とを適当に設定することにより、イメージ
センサ３０および３５とに到達する０次光と高次回折光
の振幅を調整する事が可能となり、イメージセンサ３０
および３５上に形成される光学像のコントラストを調整
することが可能となる。これにより、欠陥検出に有利な
光学像を形成することが可能となり、検査感度の向上が
実現できる。

【００５２】この光学系を用いて検出した画像の一例
を、図１４に示す。図１４の（ａ）は、通常の顕微鏡で
ウェハ１の画像を検出したものであり、図１４の（ｂ）
は図１３に示す本発明の光学系を用いて検出した画像で
ある。（ａ）では、横方向に配線されているラインとス
ペースが分離できておらず、配線の形状不良が検査でき
ない。これに対して、本発明による画像（ｂ）では、ラ
インとスペースが高コントラストに分離されており、ラ
インアンドスペースの検査を高感度に行うことが可能で
あることがわかる。

【００５３】また、縦方向に形成されたラインアンドス
ペースを検出したときの対物レンズ２０の後側焦点位置
（瞳位置：フーリエ変換面）の画像を図１５に示す。図
１５の（ａ）には通常照明の瞳像示し、図１５の（ｂ）
には本発明の光学系を用いたときの瞳像を示す。（ａ）
では、瞳全体に分布している０次光と左右の周辺に分布
している±１次回折光の光強度（明るさ）が同等程度で
あるのに対し、（ｂ）に示したように、本発明による光
学系を用いた場合では、±１次回折光を強調して検出で
きている。これにより、本発明の方が、より微細なパタ
ーン形状が光学像に復元されることがわかる。したがっ
て、本発明によれば、通常の光学系を用いた場合に比べ
て、より微細なパターン欠陥を検出することが可能とな
る。

【００５４】次に、本発明の光学系を用いて、光学像の
パターンコントラストを調整する方法を図１６に示す。
横軸にウェハ１上を正反射した０次光がＰＢＳ１９で透
過する割合を示す。縦軸に像面におけるパターンコント
ラストを示す。０次光透過率を変換させることにより、
像面における０次光と高次回折光の割合を調節すること
が可能となり、パターンコントラストが変化する。

【００５５】一般に、光学像のコントラストを向上させ
るためには、０次光と高次回折光の振幅を同等程度にす
ると良い。なお、このコントラストとは、パターン部の
明るさとその背景であるスペース部の明るさの違いであ
るため、このコントラストは背景とパターン部の反射率
によって左右される。また、０次光と高次回折光の割合
は、パターンの周波数や材質及び照明光の偏光の方位角
や対物レンズのＮＡ(Numerical Aperture)等によって左
右される。しかし、０次光と高次回折光の振幅を制御す
ることにより、パターンコントラストを所望の状態に調
整できる。なお、コントラストを調整するためには、楕
円偏光の方位角と楕円率を調整する必要があり、１／２
波長板５０と１／４波長板５１とを回転可能な構成（電
動回転）とする必要がある。

【００５６】次に、本発明を用いた場合の検査感度向上
の効果を、図１７に示す。例えば、検査対象となるウェ
ハ１上に図１７（ａ）に示すようなパターンが形成され
ていたとする。尚、図１７（ａ）のパターンは、ウェハ
１上に形成された１つのダイ２８０を模式的に示してい
る。このパターンの中には、パターンピッチの粗い領域
２８２とパターンピッチの密な領域２８６及びパターン
ピッチが中間の領域２８４がある。ここで、通常の光学
系でこれらの画像を検出した例を図１７（ｂ）に示す。
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示すラインＡ−Ａの光
強度分布を示しており、パターンピッチの粗い領域（パ
ターン周波数の低い領域）では、十分なコントラストが
得られる。しかし、パターンピッチが密になる（パター
ン周波数が高くなる）と、パターンコントラストは低減
する。

【００５７】欠陥検査上、パターンピッチの密な方が欠
陥による致命性が高くなるため、検査上はパターンピッ
チの密な領域を高コントラストに検出したいが、通常の
光学系ではこれは不可能である。これに対して、本発明
による光学系を用いた場合には、０次光と高次回折光の
振幅の割合を調整することが可能となり、図１７（ｃ）
に示すようにパターンピッチの粗い領域のパターンコン
トラストを維持したまま、パターンピッチの密な領域の
パターンコントラストを高めることが可能となる。これ
により、致命性の高い密パターン部を検査するときでも
高コントラストな光学像を得ることができるので、検査
感度を高感度に維持した状態で検査することが可能にな
る。

【００５８】また、本発明ではパターンピッチの粗い領
域を検査する場合には、１／２波長板５０と１／４波長
板５１とを調整してコントラストを通常照明と同等とす
る事により、検査感度を損うことなく画像を検出するこ
とができる。

【００５９】次に、レーザ光の照度むらを補正する手法
を図１８に示す。例えば、レーザ光源がパルス発振の場
合は、各パルスに強度ばらつきがあると、ウェハ１上に
おいて時間的に照度むらが発生する。この照度むらは、
パルス発振周波数が大きくなると顕著になる傾向があ
る。したがって、高速な検査を行うためには、この照度
むらの問題が無視できなくなる。

【００６０】パルス周波数が一定であると仮定すると、
検査速度を高速化すると画像の１画素を撮像ために照明
されるパルスが少なくなる。このため、照明の各パルス
に強度変動があると、検出された画像の明るさが異な
る。これは、一見、パターンの反射率の違いと見分けが
つかず、検査上ノイズとなる。この照度むらを補正する
為には、照明の照度をモニタリングする必要がある。

【００６１】図１８に示す構成は、ウェハ１をＸ方向に
定速走査させながら、１次元イメージセンサで画像を検
出する構成である。例えば、レーザ光源から出射したレ
ーザ光のうち、ウェハ１の照明光とならない光を光量計
５５に入射させる。この光量モニタ５５で検出した光量
を画像照度補正回路に入力する。この画像照度補正回路
にはイメージセンサ３０で検出した画像をＡ／Ｄ変換し
たデジタル画像も入力される。画像が検出されたときの
照度をＩｒｅｆ（ｔ），画像の明るさをＩ（ｔ，ｙ）と
すると、図１８の６０に示す式で各画素の光量を補正す
る（Ｉｃａｌ）。尚、ｋは係数である。これにより、照
明光の照度変動を正規化することが可能である。

【００６２】図１９には、照度補正機能を搭載した構成
を示す。レーザ光がパルス照明の場合は、１画素を検出
する蓄積時間の間に１パルス以上の照明が必要である。
従って、イメージセンサ３０の画像取込とパルス照明の
同期を取ることが望ましい。しかし、１次元イメージセ
ンサ３０で画像を検出する場合は、ウェハ１を走査する
ステージとの同期も取る必要がある。これを実現する１
例として、ステージの移動量をリニアスケールなどの測
長器（図示せず）で検出して得た信号２４１（Ｘ方向）
および２４２（Ｙ方向）を用い、予め設定した画像サン
プリング周期に応じて、同期パルス発信器２４０から同
期信号２４３をパルス制御部２５０に入力する。パルス
制御部２５０からは、同期信号２４３に応じて同期パル
ス信号２４４がレーザ光パルス発振ドライバー２３０に
出力され、この同期パルス信号２４４を受けてレーザ光
光源２からレーザ光をパルス発振する。

【００６３】また、パルス制御部２５０からは、イメー
ジセンサ３０のドライバ３１にも同期パルス信号２４５
が入力されて、レーザ光光源２からレーザ光が発振され
るタイミングとイメージセンサ３０で画像を取り込むタ
イミングとの同期が取れるように制御される。図１９で
は記載を省略したが、レーザ光源４及びイメージセンサ
３５についても同様な制御が行われる。

【００６４】さらに、パルス制御部２５０からは照度補
正部６０へも同期パルス信号２４６が出力され、照度補
正部６０では、レーザ光光源２からレーザ光が発振され
るタイミングおよびイメージセンサ３０で画像を取り込
むタイミングに合わせて照度モニタ５５から出力される
レーザ光の照度の検出信号を取り込み、イメージセンサ
３０で取込んだ画像に対して照度むらの補正を行う。

【００６５】以上の構成により、照明の光源にレーザを
用いることによって発生する時間的・空間的コヒーレン
スの問題、試料表面に形成された薄膜によって生ずる干
渉ノイズの問題、背景パターンとの明るさのコントラス
トの問題、パルス照明光の照度変動の問題等を解決する
ことが可能になり、光源として真空紫外光（ＶＵＶ光）
であるＦ２レーザ（波長：１５７ｎｍ）を採用すること
により、５０ｎｍ程度以上の大きさの欠陥はもちろんの
こと、２０〜３０ｎｍ程度の極微細なパターン欠陥を、
高感度で高速に検出することが可能になった。尚、パル
ス発振レーザー光源を用いて高速に画像を検出するため
には、パルス発振を高周波する必要がある。これは、画
像を検出するためには、イメージセンサ３０の蓄積時間
の範囲内に、少なくても１パルス以上の照明が必要であ
ることによる。

【００６６】しかし、ウェハ１に照明される光のエネル
ギーが高いと、ウェハ１に形成されたパターンにダメー
ジを与える。このため、１画素の画像を得るためには、
複数のパルスで照明する必要がある。このパルス数は、
材質によるが３０パルス以上必要である。従って、高速
画像検出（例えば、５０Ｇｐｐｓ[Giga pixel per seco
nd]）を行うためには、パルス発振の高周波化が必要で
ある。理想的には、連続発振が良いが、パルス発振の場
合は５０ＫＨｚ以上の周波数が必要である。

【００６７】また、画像取込速度を維持したままイメー
ジセンサ３０の蓄積時間を長くできるＴＤＩ(Time Dela
y Integration)イメージセンサの併用も必要である。
尚、ＴＤＩイメージセンサとは、ウェハ１の光学像が走
査する速度に同期して、像の走査方向に配列されたＣＣ
Ｄ素子の電荷を転送しながら蓄積させる方式である。先
に示した画像検出速度５０Ｇｐｐｓを実現するには、電
荷を遅延積分するステージ数が２０００以上必要にな
る。これにより、高速画像検出が可能となり、検査装置
の高スループット化が実現できる。

【００６８】以上に説明したような、本発明による光学
系を採用した図１に示す検査装置を用いてパターン欠陥
を検査する場合のフローチャートを図２０に示す。レー
ザ光源２及び４から出射したレーザ光４を光路差光学系
１０に導入して複数の波長(λ1，λ2)のコヒーレンスを
低減し、再度直線偏光にする。この直線偏光を波長板を
用いて楕円偏光にし、対物レンズを介して試料１を照明
する。このとき、照明光の照度をモニタリングする。照
明により試料１で反射，回折し対物レンズで集光された
光は、先の波長板を透過する。このとき、正反射光であ
る０次光はほぼ直線偏光に変換される。これらの光は、
特定の偏光成分が検出光路に導かれる。

【００６９】検出光路においては、ダイクロイックミラ
ーで光路を波長分岐し、それぞれの波長に対応する像面
に結像する。これらの光学像をそれぞれイメージセンサ
で検出して光電変換し、ビデオ信号で濃淡情報を出力す
る。このビデオ信号をデジタル信号に変換する。次に、
照明光の照度をモニタリングした信号を用いて、照度む
らに起因した画像の明るさむらを補正する。

【００７０】次に、波長分離して検出した複数のデジタ
ル画像を合成する。この合成した画像は位置合わせ処理
部に入力される。また、合成画像は遅延メモリにも取り
込まれ、比較するピッチに対応した時間遅延させてから
位置合わせ部に入力される。例えば、ダイ比較を行う場
合は、合成して処理部に入力された画像と遅延メモリに
取込まれた隣接ダイの画像との位置合わせをおこなう。
次に、この位置合せが終わった画像同士を比較検査し
て、差異の特徴量を算出して欠陥を抽出し、抽出した欠
陥の情報を出力する。この出力する欠陥の情報には、欠
陥の画像が含まれる場合もある。

【００７１】以上、検査装置及び検査結果の管理，活用
方法について実施例を示してきたが、ここに示した例は
ほんの一例であり、これらの実施例を組み合わせた実施
例も本発明の範囲内であることは言うまでもない。例え
ば、レーザ光源をランプ光源に変更することなども容易
に考えられる。

【００７２】つぎに、以上の検査装置を有効に活用し、
製造ラインを効率的に運営するシステムを図２１に示
す。ます、ウェハ１が製造ラインに投入され、製造装置
群２９２により処理される。特定の処理が施された途中
の工程で、本発明などの検査装置３００で検査が実施さ
れる。この検査装置３００により、それまでの工程で製
造されたパターンの異常を検知する。多層膜の場合はこ
れらの工程が繰り返される。以上の生産工程を流れたウ
ェハが最終的に完成され、後工程（ダイ切断やリード線
形成やパッケージ等）を経て製品となる。各検査装置で
検知したプロセスの異常は、必要に応じて解析装置で異
常の原因や対策内容を解析する。

【００７３】本発明では、逐次検出される検査結果やそ
の対策内容を生産情報管理システム２９６に蓄積し、異
常の早期発見及び予測を行い、不良品を極力低減するシ
ステムを構築するものである。このシステムを図２２に
示す。検査装置で検出した欠陥情報は、欠陥情報データ
ベース２９７と欠陥情報照合システム２９８に入力され
る。また、欠陥情報照合システム２９８は、歩留まり・
製造装置情報管理システム２９９と情報の照合が可能で
ある。

【００７４】図２１に示した生産情報管理システム２９
６とは、欠陥情報データベース２９７と欠陥情報照合シ
ステム２９８及び歩留まり・製造装置情報管理システム
２９９で構成されている。欠陥情報データベース２９７
は、製造ラインの立ち上げ時から検出された欠陥情報を
蓄積する。データとしては、検査結果であるＡＤＣ(Aut
o Defect classification)結果と検査時にリアルタイム
で検出した欠陥部の画像及び欠陥部の座標と画像処理で
算出した欠陥特徴量を格納する。

【００７５】また、これらの欠陥に対して、欠陥発生原
因と対策結果及び欠陥致命性についても情報を格納して
いく。また、欠陥情報照合システム２９８では、検査に
より得られた検査結果（ＡＤＣ結果，欠陥部の画像，欠
陥部の座標，欠陥特徴量）を基に、これまでに得れれて
いる欠陥情報データベースの各種情報と照合・検索を行
い、欠陥の致命性などを判断する。これにより、致命性
が高い欠陥であると判断された場合は、過去の欠陥デー
タとの相関をとる。過去の欠陥データとの相関がある場
合は、欠陥情報データベース２９７に保存されている対
策情報を参照して、対策内容を提案する。

【００７６】また、過去の発生したことのない欠陥であ
った場合は、解析装置で欠陥の原因や欠陥発生装置を解
析し、対策を実施する。また、これらの欠陥情報は、歩
留まりの推移や製造装置のメンテナンス状況などと統計
的に相関を求めていくことにより、欠陥と歩留まりの因
果関係や欠陥と装置状況の因果関係を明らかにできる可
能性がある。これにより、歩留まりの予測や装置のメン
テナンス状況を把握し、歩留まり低下が予測された場合
は、早急に対策を講じることが可能となる。また、これ
らの欠陥発生状況や対策状況は、逐一欠陥情報データベ
ース２９７や歩留まり・製造装置情報管理システム２９
９にデータを蓄積していくことにより、データの信頼性
や予測の信頼性を向上する。

【００７７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、照明の光源にレーザを用いることによって発生する
時間的・空間的コヒーレンスの問題、試料表面に形成さ
れた薄膜によって生ずる干渉ノイズの問題、背景パター
ンとの明るさのコントラストの問題、パルス照明光の照
度変動の問題等を解決することができるので、光量の大
きいレーザを用いて高速に高感度でパターンの欠陥を検
査することができるようになった。特に、光源として真
空紫外光（ＶＵＶ光）であるＦ２レーザ（波長：１５７
ｎｍ）を採用することにより、２０〜３０ｎｍ程度の極
微細なパターン欠陥を、高速に検出することができるよ
うになった

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２】偏光を用いた光路差光学系の基本構成を示す正
面図である。

【図３】ＰＢＳを透過する光の振幅を算出する説明する
ＰＢＳの斜視図である。

【図４】光路差光学系の他の一実施例を示す正面図であ
る。

【図５】コヒーレンスを低減する照明光学系の概略構成
を示すブロック図である。

【図６】（ａ）回転拡散板の側面図、（ｂ）回転拡散版
の正面図である。

【図７】ＳｉＯ_２の膜厚と反射率の関係を示すグラフで
ある。

【図８】放射ポラライザの正面図である。

【図９】照明光の振動方向の偏りを是正する光学系の概
略構成を示すブロック図である。

【図１０】ポラライザの正面図である。

【図１１】ウェハ表面と対物レンズの瞳面における０次
光と高次回折光の偏光の状態を示す模式図である。

【図１２】対物レンズの瞳面における０次光と高次回折
光の偏光の状態を示す模式図である。

【図１３】０次光と高次回折光の振幅制御を行う光学系
の概略構成を示すブロック図である。

【図１４】（ａ）従来の光学系で観察した配線パターン
の画像、（ｂ）本発明による光学系で観察した配線パタ
ーンの画像である。

【図１５】（ａ）従来の光学系でラインアンドスペース
パターンを観察したときに対物レンズの後側焦点位置の
画像、（ｂ）本発明による光学系でラインアンドスペー
スパターンを観察したときに対物レンズの後側焦点位置
の画像である。

【図１６】０次光の透過率とパターンコントラストの関
係を示すグラフである。

【図１７】（ａ）ウェハ上に形成されたダイの平面図、
（ｂ）ダイを従来の光学系で観察したときに得られるダ
イの画像のＡ−Ａライン上に相当する部分の信号、
（ｃ）ダイを本発明による光学系で観察したときに得ら
れるダイの画像のＡ−Ａライン上に相当する部分の信号
である。

【図１８】照明の照度変動補正部の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図１９】照度変動機能を搭載した観察光学系の概略構
成を示すブロック図である。

【図２０】本発明によるパターン欠陥検査の信号の処理
の流れを示すフローチャートである。

【図２１】本発明による欠陥検査装置を用いた生産情報
管理システムの概略の構成を示す斜視図である。

【図２２】本発明による欠陥検査装置から生産情報管理
システムに出力する検査結果の情報の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…ウェハ，２…レーザ光源，４…照明光，１０…光路
差光学系，２０…対物レンズ，２１…対物レンズの瞳、
３０…イメージセンサ，５０…Ａ／Ｄ変換器，６０…照
度補正回路，８０…画像合成回路，８５…画像処理部，
９０…機構経コントローラ，９５…オペレーションコン
トローラ，１５５…フライアイレンズ，１６０…回転拡
散板，１８０…照明光の振動方向，２８０…ダイエリ
ア，２９６…生産情報管理システム，３００…検査装置

フロントページの続きＦターム(参考） 2G051 AA51 AA90 AB01 AB02 AB20 BA05 BA08 BA10 BA11 BB09 BB20 CA04 CB01 CC12 EC02 ED04 ED08 4M106 AA01 BA06 CA39 CA41 DB08 DB09 DB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成された試料に偏光光を照射
し、該照射による前記試料からの反射光のうち正反射光
の光量を低減した光学像を形成し、該形成した光学像を
検出し、該検出して得た信号を用いて前記試料に形成さ
れたパターンの欠陥を検出することを特徴とする欠陥検
査方法。
【請求項２】前記試料に波長の異なる複数の偏光光を照
射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】前記試料に照射する偏光光が、光路長の異
なる複数の光路を経由した偏光光を合成したものである
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項４】パターンが形成された試料にレーザ光を照
射し、該照射された試料表面の光学像を検出して画像信
号を得、前記試料に照射するレーザの光量を検出し、該
レーザの光量を検出して得た信号を用いて前記画像信号
を補正し、該補正した画像信号を用いて前記試料に形成
されたパターンの欠陥を検出することを特徴とする欠陥
検査方法。
【請求項５】前記レーザ光が、パルス発振レーザ光であ
ることを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】前記試料は一軸方向に連続的に移動するテ
ーブル上に載置されており、前記パルス発振レーザ光の
発振のタイミングと、前記光学像を検出して画像信号を
得るタイミングと、前記画像信号を補正するタイミング
とが、前記テーブルの移動と同期していることを特徴と
する請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項７】前記試料に異なる複数の波長のレーザ光を
照射し、該異なる波長のレーザ光ごとの光学像を別々に
検出することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方
法。
【請求項８】試料に形成されたパターンの欠陥を検査す
る方法であって、前記試料に波長の異なる複数のレーザ
光を対物レンズを介して照射し、該照射による前記試料
からの反射光を該照射した複数の波長のレーザ光ごとに
分離して該複数の波長ごとの光学像を形成し、該形成し
た複数の波長ごとの光学像を検出し、該検出した複数の
波長ごとの光学像の検出信号を合成し、該合成した信号
を用いて前記パターンの欠陥を検出することを特徴とす
る欠陥検査方法。
【請求項９】前記複数のレーザ光を偏光分離し、該分離
した偏光光を前記試料に照射することを特徴とする請求
項８記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】前記複数のレーザ光がそれぞれパルスレ
ーザ光であり、該パルスレーザの発振と前記光学像の検
出とが同期していることを特徴とする請求項８記載の欠
陥検査方法。
【請求項１１】試料に形成されたパターンの欠陥を検査
する方法であって、前記試料に波長が３００ｎｍよりも
短いパルス発振レーザ光から偏光分離した偏光光を照射
し、該照射による前記試料からの反射光のうち正反射光
の光量を制御して光学像を形成し、該形成した光学像を
光電変換素子で検出し、該検出した光学像の検出信号を
処理することにより前記パターンの２００〜２０ｎｍの
大きさの欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方
法。
【請求項１２】前記パルス発振レーザ光の波長が１５７
ｎｍであることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査
方法。
【請求項１３】前記パルス発振レーザ光が、真空紫外レ
ーザ光源から発射されたレーザ光であることを特徴とす
る請求項１１記載の欠陥検査方法。
【請求項１４】試料に形成されたパターンの欠陥を検査
する方法であって、前記試料に光路長長の異なる楕円偏
光のレーザ光を対物レンズを介して照射し、該照射によ
る前記試料からの反射光の０次光と高次回折光との振幅
を調整し、該０次光と高次回折光との振幅を調整した反
射光の光学像を検出し、該検出した光学像の検出信号を
処理して前記パターンの欠陥を検出することを特徴とす
る欠陥検査方法。
【請求項１５】前記反射光の０次光と高次回折光との振
幅を調整することを、反射光の光路中に設置した１／２
波長板と１／４波長板とを用いて行うことを特徴とする
請求項１４記載の欠陥検査方法。
【請求項１６】平面内で移動可能なテーブル手段と、波
長の異なる２つのレーザ光を発射するレーザ光源手段
と、該テーブル手段に載置したパターンが形成された試
料に前記レーザ光源手段から発射された波長の異なる２
つのレーザ光を照射する照明光学系手段と、該照明光学
系手段の照射による前記試料からの反射光のうち正反射
光の光量を低減した光学像を前記２つのレーザ光に対応
させて形成する結像光学系手段と、該結像光学系手段で
形成した前記２つのレーザ光に対応したそれぞれの光学
象を検出する光電検出器を備えた検出手段と、該検出手
段で前記２つのレーザ光に対応したそれぞれの光学象を
検出して得た画像信号を合成する画像信号合成手段と、
該画像信号合成手段で合成して得た合成画像信号を用い
て前記試料に形成したパターンの欠陥を検出する欠陥検
出手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１７】前記照明光学系手段は、前記波長の異な
る２つのレーザ光のそれぞれのコヒーレンスを低減する
コヒーレンス低減部を有することを特徴とする請求項１
６記載の欠陥検査装置。
【請求項１８】前記照明光学系手段は、前記波長の異な
る２つのレーザ光のそれぞれのＰ偏光光成分とＳ偏光光
成分とを異なる光路を経由させることを特徴とする請求
項１６記載の欠陥検査装置。
【請求項１９】前記照明光学系手段は、前記波長の異な
る２つのレーザ光の振動方向を調節するポラライザを更
に有することを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査装
置。
【請求項２０】平面内で移動可能なテーブル手段と、パ
ルス発振レーザ光を発射するレーザ光源手段と、該テー
ブル手段に載置したパターンが形成された試料に前記レ
ーザ光源手段から発射されたパルス発振レーザ光を照射
する照明光学系手段と、前記試料に照射するパルス発振
レーザ光の光量を検出する照度検出手段と、前記照明光
学系手段の照射による前記試料からの反射光のうち正反
射光の光量を低減した光学像を形成する結像光学系手段
と、該結像光学系手段で形成した光学象を検出する光電
検出器を備えた検出手段と、該検出手段で前記光学象を
検出して得た画像信号を前記光量検出手段で検出した前
記試料に照射するパルス発振レーザ光の光量の情報を用
いて補正する照度変動補正手段と、該照度変動補正手段
で補正した画像信号を用いて前記試料に形成したパター
ンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴
とする欠陥検査装置。
【請求項２１】前記照明光学系手段は、前記レーザ光の
コヒーレンスを低減するコヒーレンス低減部を有するこ
とを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２２】前記照明光学系手段は、前記レーザ光の
Ｐ偏光光成分とＳ偏光光成分とを異なる光路を経由させ
ることを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２３】前記照明光学系手段は、前記レーザ光の
振動方向を調節するポラライザを更に有することを特徴
とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２４】前記レーザ光源手段は波長が１５７ｎｍ
のパルス発振レーザ光を発射し、前記欠陥検出手段は前
記パターンの２００〜２０ｎｍの大きさの欠陥を検出す
ることを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２５】前記結像光学系手段は、前記試料からの
反射光の０次光と高次回折光との振幅を調整する１／２
波長板と１／４波長板とを前記反射光の光路中に設けた
ことを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。