JP2003329610A - パターン欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents
パターン欠陥検査方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】照明光の入射角および試料表面に形成された薄
膜の膜厚変化により、イメージセンサの検出光量が場所
により変化し検出画像に明るさむらの生じない照明光学
系、検出光学系を備えたパターン欠陥検出装置を提供す
る。 【解決手段】試料に照明光を照射するレーザ光源３と、
該レーザの可干渉性を低減する可干渉低減光学系と、レ
ーザ光を対物レンズ１１の瞳位置に集光させる集光手段
と、基板上に形成された回路パターンからの反射光を、
基板の上方位置より検出する手段を有し、試料１に照射
される照明光を、集光手段により前記対物レンズの瞳上
に集光されるレーザ光の照射形態に合わせて、被検査対
象基板上に照射する照明強度を部分的に調節するように
したことで、試料表面の膜厚差による反射光強度の変動
を小さくでき、検出画像の明るさむらが押さえられ微小
欠陥の検出が可能になった。
膜の膜厚変化により、イメージセンサの検出光量が場所
により変化し検出画像に明るさむらの生じない照明光学
系、検出光学系を備えたパターン欠陥検出装置を提供す
る。 【解決手段】試料に照明光を照射するレーザ光源３と、
該レーザの可干渉性を低減する可干渉低減光学系と、レ
ーザ光を対物レンズ１１の瞳位置に集光させる集光手段
と、基板上に形成された回路パターンからの反射光を、
基板の上方位置より検出する手段を有し、試料１に照射
される照明光を、集光手段により前記対物レンズの瞳上
に集光されるレーザ光の照射形態に合わせて、被検査対
象基板上に照射する照明強度を部分的に調節するように
したことで、試料表面の膜厚差による反射光強度の変動
を小さくでき、検出画像の明るさむらが押さえられ微小
欠陥の検出が可能になった。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造やフラットパネルディスプレィの製造に代表される微
細パターン欠陥及び異物等の検査や観察に用いられるレ
ーザ光を照明光として用いる欠陥検査装置およびその方
法に関するものである。
造やフラットパネルディスプレィの製造に代表される微
細パターン欠陥及び異物等の検査や観察に用いられるレ
ーザ光を照明光として用いる欠陥検査装置およびその方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体の高集積化に伴い、回路
パターンは益々微細化の傾向にある。この中で、半導体
素子をホトリソ工程で製造する際に用いられるマスクや
レチクル、これらに形成された回路パターンが露光によ
って転写されるウェハ上のパターン欠陥は、益々高解像
度での検出が要求されている。解像度を高める手法とし
て、検出する照明光の波長を可視光から紫外光へ短波長
化することが掲げられる。従来は、光源として例えば水
銀ランプや、キセノンランプ等が用いられ、ランプの持
つ種々の輝線の中から必要とする波長のみを光学的に選
択して使っていた。
パターンは益々微細化の傾向にある。この中で、半導体
素子をホトリソ工程で製造する際に用いられるマスクや
レチクル、これらに形成された回路パターンが露光によ
って転写されるウェハ上のパターン欠陥は、益々高解像
度での検出が要求されている。解像度を高める手法とし
て、検出する照明光の波長を可視光から紫外光へ短波長
化することが掲げられる。従来は、光源として例えば水
銀ランプや、キセノンランプ等が用いられ、ランプの持
つ種々の輝線の中から必要とする波長のみを光学的に選
択して使っていた。
【０００３】しかしながら、パターン検査装置では高解
像に加えて高速化も要求されるため、高輝度照明が必要
である。ランプによる照明では、紫外領域での輝線はわ
ずかであり、高速化のための十分な光量を得るためには
光源が大形化し、照明効率が低下する。また、広帯域化
により高輝度照明を得たとしても、今度はパターン検出
に用いる光学系の色収差補正が困難であるなどの課題が
ある。
像に加えて高速化も要求されるため、高輝度照明が必要
である。ランプによる照明では、紫外領域での輝線はわ
ずかであり、高速化のための十分な光量を得るためには
光源が大形化し、照明効率が低下する。また、広帯域化
により高輝度照明を得たとしても、今度はパターン検出
に用いる光学系の色収差補正が困難であるなどの課題が
ある。
【０００４】そこで、半導体製造においてパターン検査
装置と同様な高解像度が要求される露光装置において
は、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源を搭載
した露光装置が主流となってきている。さらに、より波
長の短い波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ光源を用いた露
光装置も開発されている。
装置と同様な高解像度が要求される露光装置において
は、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源を搭載
した露光装置が主流となってきている。さらに、より波
長の短い波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ光源を用いた露
光装置も開発されている。
【０００５】しかしながら、これらのレーザ光源は、装
置が大形であるばかりでなく、有害であるフッ素ガス等
を使用しているため、所定の安全対策が必要である等の
課題がある。
置が大形であるばかりでなく、有害であるフッ素ガス等
を使用しているため、所定の安全対策が必要である等の
課題がある。
【０００６】最近、他の紫外レーザ光源として、固体レ
ーザであるＹＡＧレーザ光を非線形光学結晶により波長
変換し、ＹＡＧレーザ光の第３高調波（波長３５５ｎ
ｍ）、あるいは第４高調波（波長２６６ｎｍ）を得るこ
とができる、取り扱いの簡単な小型化を実現したレーザ
光源も開発されてきた。検査装置においては、このよう
な小型で取り扱いの容易な紫外光を発生するレーザ装置
を用いることが有利である。
ーザであるＹＡＧレーザ光を非線形光学結晶により波長
変換し、ＹＡＧレーザ光の第３高調波（波長３５５ｎ
ｍ）、あるいは第４高調波（波長２６６ｎｍ）を得るこ
とができる、取り扱いの簡単な小型化を実現したレーザ
光源も開発されてきた。検査装置においては、このよう
な小型で取り扱いの容易な紫外光を発生するレーザ装置
を用いることが有利である。
【０００７】レーザ光は、可干渉性の良さから、試料に
照明を行う際、光束に強弱を生じさせ、試料上で干渉縞
を生じさせることになる。レーザを用いたパターン検査
装置としては、特開平１１−２７１２１３に記載してい
るように、光源であるレーザ光をフライアイレンズに照
射して、複数の光源を作成しこれを検査試料に照明して
照明光を均一化する。この試料上からの光の強度を蓄積
型のＣＣＤラインセンサで検出するものである。
照明を行う際、光束に強弱を生じさせ、試料上で干渉縞
を生じさせることになる。レーザを用いたパターン検査
装置としては、特開平１１−２７１２１３に記載してい
るように、光源であるレーザ光をフライアイレンズに照
射して、複数の光源を作成しこれを検査試料に照明して
照明光を均一化する。この試料上からの光の強度を蓄積
型のＣＣＤラインセンサで検出するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記したレーザを用い
た従来のパターン検査装置では、以下のような問題があ
った。
た従来のパターン検査装置では、以下のような問題があ
った。
【０００９】レーザ光源からの照射光をフライアイレン
ズによって多点光源とし、コンデンサレンズによって検
査試料全面に照明しているが、このフライアイレンズと
コンデンサレンズの焦点位置によって、おのずと検査す
る試料に対する照明光の照射角度は一定となる。試料表
面には、半導体プロセスによって何層もの回路パターン
が形成されている。パターン形成は、下層パターンの上
に随時、上層のパターンが形成され、パターンの間には
薄膜が形成されている。パターン検査は主に上層のパタ
ーンについて検査されるが、照明光で試料表面を照明す
ると、薄膜表面からの反射光と、薄膜内部からの反射光
が混在する。薄膜内部からの反射光は薄膜の厚さによっ
て反射光の強度が変化する。
ズによって多点光源とし、コンデンサレンズによって検
査試料全面に照明しているが、このフライアイレンズと
コンデンサレンズの焦点位置によって、おのずと検査す
る試料に対する照明光の照射角度は一定となる。試料表
面には、半導体プロセスによって何層もの回路パターン
が形成されている。パターン形成は、下層パターンの上
に随時、上層のパターンが形成され、パターンの間には
薄膜が形成されている。パターン検査は主に上層のパタ
ーンについて検査されるが、照明光で試料表面を照明す
ると、薄膜表面からの反射光と、薄膜内部からの反射光
が混在する。薄膜内部からの反射光は薄膜の厚さによっ
て反射光の強度が変化する。
【００１０】試料１の表面に絶縁膜などの薄膜が形成さ
れている状態での反射強度について説明する。図１１に
干渉のモデルを示す。入射する照明光３７の波長をλ、
垂線との角度をθ、空気層３４の屈折率をn0とし、薄膜
３５の厚さをt1、屈折率をn1、基板３６の屈折率をn2と
する。薄膜３５表面での反射光３８の反射強度をr01、
薄膜３５を透過し、基板３６で反射した反射光３９の反
射強度をr12とし、この合成された反射光をＲと定義す
る。これらは、フレネルの式として理論的にモデル化が
可能であり、数式１から数式４に示すように表される。
れている状態での反射強度について説明する。図１１に
干渉のモデルを示す。入射する照明光３７の波長をλ、
垂線との角度をθ、空気層３４の屈折率をn0とし、薄膜
３５の厚さをt1、屈折率をn1、基板３６の屈折率をn2と
する。薄膜３５表面での反射光３８の反射強度をr01、
薄膜３５を透過し、基板３６で反射した反射光３９の反
射強度をr12とし、この合成された反射光をＲと定義す
る。これらは、フレネルの式として理論的にモデル化が
可能であり、数式１から数式４に示すように表される。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【数２】
【００１３】
【数３】
【００１４】
【数４】
【００１５】その結果の一例を図１２に示す。横軸に薄
膜３５の膜厚t1を、縦軸に合成された反射強度Ｒを示す
と薄膜の膜厚変化による反射強度の変化は波形４０のよ
うな軌跡を辿る。
膜３５の膜厚t1を、縦軸に合成された反射強度Ｒを示す
と薄膜の膜厚変化による反射強度の変化は波形４０のよ
うな軌跡を辿る。
【００１６】しかし、照明にレーザ光を用いる場合、レ
ーザ光は点光源であるため、照明シグマ（σ）を確保す
るため、例えば対物レンズに走査して入射させる必要が
ある。走査して入射させることは、基板に対する入射角
度が変化して基板に照射されるレーザ光の照度が変化す
るため、入射角度が大きい場合と小さい場合では、薄膜
３５の膜厚の応じて図８に示すような反射強度分布にな
り、この状態で試料１の検査を行うと、薄膜３５の膜厚
の分布による反射強度変化が明るさ変化となってしま
い、検出感度が低下することになる。
ーザ光は点光源であるため、照明シグマ（σ）を確保す
るため、例えば対物レンズに走査して入射させる必要が
ある。走査して入射させることは、基板に対する入射角
度が変化して基板に照射されるレーザ光の照度が変化す
るため、入射角度が大きい場合と小さい場合では、薄膜
３５の膜厚の応じて図８に示すような反射強度分布にな
り、この状態で試料１の検査を行うと、薄膜３５の膜厚
の分布による反射強度変化が明るさ変化となってしま
い、検出感度が低下することになる。
【００１７】本発明の目的は、上記問題を解消し、紫外
レーザ光を光源として用いるパターン欠陥検査方法及び
その装置において、微細パターンを高解像度でしかも安
定して検査することを実現するとともに、高信頼性のパ
ターン欠陥検査装置を提供することにある。
レーザ光を光源として用いるパターン欠陥検査方法及び
その装置において、微細パターンを高解像度でしかも安
定して検査することを実現するとともに、高信頼性のパ
ターン欠陥検査装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のようなパターン欠陥検出方
法およびその装置が提供される。
に、本発明によれば、以下のようなパターン欠陥検出方
法およびその装置が提供される。
【００１９】すなわち、紫外光で半導体回路パターンを
照明し、該回路パターンの欠陥を検出するパターン欠陥
検査装置であって、レーザ光源と、該レーザ光源から射
出されたレーザ光の光路中にあって、該レーザの可干渉
性を低減するコヒーレンス低減手段と、該コヒーレンス
低減手段を通過したレーザ光を対物レンズの瞳位置に集
光させる集光手段とを備え、該集光手段により前記対物
レンズの瞳上に集光されたレーザ光を、瞳内で任意の走
査幅でもって前記コヒーレンス低減手段で走査し、前記
基板に対する照明角度に応じて前記レーザ光の走査速度
を可変することにより前記基板上からの反射光強度を均
一にする手段、あるいは、前記基板表面からの反射光強
度が均一になるように前記基板に対する照明角度に応じ
て異なる透過率を有する濃度調節手段を備えて、パター
ンからの反射光を、基板の上方位置より検出する手段に
より、前記基板を一定速度で移動しつつ、前記検出手段
で回路パターンからの反射光を連続的に検出する構成に
した。
照明し、該回路パターンの欠陥を検出するパターン欠陥
検査装置であって、レーザ光源と、該レーザ光源から射
出されたレーザ光の光路中にあって、該レーザの可干渉
性を低減するコヒーレンス低減手段と、該コヒーレンス
低減手段を通過したレーザ光を対物レンズの瞳位置に集
光させる集光手段とを備え、該集光手段により前記対物
レンズの瞳上に集光されたレーザ光を、瞳内で任意の走
査幅でもって前記コヒーレンス低減手段で走査し、前記
基板に対する照明角度に応じて前記レーザ光の走査速度
を可変することにより前記基板上からの反射光強度を均
一にする手段、あるいは、前記基板表面からの反射光強
度が均一になるように前記基板に対する照明角度に応じ
て異なる透過率を有する濃度調節手段を備えて、パター
ンからの反射光を、基板の上方位置より検出する手段に
より、前記基板を一定速度で移動しつつ、前記検出手段
で回路パターンからの反射光を連続的に検出する構成に
した。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下本発明に係わるパターン欠陥
検査装置の実施形態について図１〜図１３を用いて説明
する。
検査装置の実施形態について図１〜図１３を用いて説明
する。
【００２１】図１は、本発明によるパターン欠陥検査装
置の第１の実施形態の構成図を示す。ステージ２の上
に、試料１である被検査パターンが形成された半導体ウ
ェハ（被検査対象物）が載置される。ステージ２は、Ｚ
方向および回転方向に移動可能なＺステージ５２、Ｙス
テージ５１及びＸステージ５０および各ステージの位置
を測定する図示していない位置測定器を備え、中央処理
装置１９に接続されているステージ制御回路１００によ
り制御されて、それぞれ任意の位置に移動可能である。
置の第１の実施形態の構成図を示す。ステージ２の上
に、試料１である被検査パターンが形成された半導体ウ
ェハ（被検査対象物）が載置される。ステージ２は、Ｚ
方向および回転方向に移動可能なＺステージ５２、Ｙス
テージ５１及びＸステージ５０および各ステージの位置
を測定する図示していない位置測定器を備え、中央処理
装置１９に接続されているステージ制御回路１００によ
り制御されて、それぞれ任意の位置に移動可能である。
【００２２】３は、遠紫外領域で高輝度の照明を行うた
めに、遠紫外レーザ光を出射する紫外レーザ光源（紫外
レーザ発生装置）で、この紫外レーザ光源３から発せら
れたレーザ照明光Ｌ１は、ミラー４で反射されて濃度調
整装置２１０、ビームエキスパンダ５、マルチスポット
成形器６５、レンズ６６、コヒーレンス低減光学系６、
レンズ７、偏光ビームスプリッタ９、及び偏光素子群１
０を介して対物レンズ１１に入射し、被検査パターンが
形成された試料１上に照射される。ビームエキスパンダ
５は、紫外レーザ光をある大きさに拡大するものであ
り、拡大されたレーザ照明光Ｌ１は、レンズ７によって
対物レンズ１１の瞳１１ａ付近に集光された後、試料１
上に照射される。
めに、遠紫外レーザ光を出射する紫外レーザ光源（紫外
レーザ発生装置）で、この紫外レーザ光源３から発せら
れたレーザ照明光Ｌ１は、ミラー４で反射されて濃度調
整装置２１０、ビームエキスパンダ５、マルチスポット
成形器６５、レンズ６６、コヒーレンス低減光学系６、
レンズ７、偏光ビームスプリッタ９、及び偏光素子群１
０を介して対物レンズ１１に入射し、被検査パターンが
形成された試料１上に照射される。ビームエキスパンダ
５は、紫外レーザ光をある大きさに拡大するものであ
り、拡大されたレーザ照明光Ｌ１は、レンズ７によって
対物レンズ１１の瞳１１ａ付近に集光された後、試料１
上に照射される。
【００２３】濃度調整装置２１０は、イメージセンサ１
３に到達する試料１からの反射光がイメージセンサ１３
の飽和感度以上にならないように、レーザ照明光Ｌ１の
照度を調節するものであり、モータ２００で回転させて
透過濃度を連続的に又は段階的に変化させるものであ
る。また、図１で、光路中に配したミラー２１４は、レ
ーザ照明光Ｌ１の一部を検査に支障のない範囲で分岐し
て、光電素子２１５でレーザ光源３の状態を監視するも
のであり、図示していない検出信号は、中央処理装置１
９に送られモニタされる。２００はレーザ光源３の位置
決め手段であって、レーザ光源３に異常が検知された場
合、レーザ光源３は正常なものと交換されるが、交換時
に、位置決め手段２００を用いることにより、正常なレ
ーザ光原３を取り付け時の位置出しを容易に行うことが
できる。
３に到達する試料１からの反射光がイメージセンサ１３
の飽和感度以上にならないように、レーザ照明光Ｌ１の
照度を調節するものであり、モータ２００で回転させて
透過濃度を連続的に又は段階的に変化させるものであ
る。また、図１で、光路中に配したミラー２１４は、レ
ーザ照明光Ｌ１の一部を検査に支障のない範囲で分岐し
て、光電素子２１５でレーザ光源３の状態を監視するも
のであり、図示していない検出信号は、中央処理装置１
９に送られモニタされる。２００はレーザ光源３の位置
決め手段であって、レーザ光源３に異常が検知された場
合、レーザ光源３は正常なものと交換されるが、交換時
に、位置決め手段２００を用いることにより、正常なレ
ーザ光原３を取り付け時の位置出しを容易に行うことが
できる。
【００２４】試料１上に照射されたレーザ照明光Ｌ１に
よる試料１からの反射光は、試料１の垂直上方より対物
レンズ１１、偏光素子群１０、偏光ビームスプリッタ
９、結像レンズ１２を介してイメージセンサ１３で検出
される。偏光ビームスプリッタ９は、レーザ光の偏光方
向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過す
る作用を有し、ここではレーザ照明光Ｌ１が全反射する
ように配置されている。また、偏光素子群１０は、レー
ザ照明光Ｌ１及び試料１からの反射光の条件を変える機
能を有し、１／２波長板１０ａ、１／４波長板１０ｂか
ら構成され、上方に配したミラー２８、レンズ２９、Ｔ
Ｖカメラ３０によって、パターン反射光の対物レンズ１
１の瞳位置での瞳像の明るさを基に、図示していない駆
動機構により回転制御される。イメージセンサ１３は、
例えば紫外光を検出できる蓄積形のセンサ（時間遅延積
分型イメージセンサ：以下、ＴＤＩセンサという）で形
成され、被検査対象物である試料１上に形成された被検
査パターンからの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡
画像信号１３ａを出力する。
よる試料１からの反射光は、試料１の垂直上方より対物
レンズ１１、偏光素子群１０、偏光ビームスプリッタ
９、結像レンズ１２を介してイメージセンサ１３で検出
される。偏光ビームスプリッタ９は、レーザ光の偏光方
向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過す
る作用を有し、ここではレーザ照明光Ｌ１が全反射する
ように配置されている。また、偏光素子群１０は、レー
ザ照明光Ｌ１及び試料１からの反射光の条件を変える機
能を有し、１／２波長板１０ａ、１／４波長板１０ｂか
ら構成され、上方に配したミラー２８、レンズ２９、Ｔ
Ｖカメラ３０によって、パターン反射光の対物レンズ１
１の瞳位置での瞳像の明るさを基に、図示していない駆
動機構により回転制御される。イメージセンサ１３は、
例えば紫外光を検出できる蓄積形のセンサ（時間遅延積
分型イメージセンサ：以下、ＴＤＩセンサという）で形
成され、被検査対象物である試料１上に形成された被検
査パターンからの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡
画像信号１３ａを出力する。
【００２５】ここで、ＴＤＩセンサ１３は、図２に示す
ように、１次元型のイメージセンサが多段に接続された
構成をしており、中央処理装置１９からの制御信号によ
り、連続的に移動するＹステージの移動と同期して試料
１を最初の段の１次元イメージセンサ１３１で撮像す
る。この撮像して得た信号を第２段目の１次元イメージ
センサ１３２に転送する。次に、Ｙステージが移動する
ことにより、先ほど最初の段の１次元イメージセンサ１
３１で撮像された試料１上の領域の像が次の段の１次元
イメージセンサ１３２の位置に移動したときに、この領
域の像をこの次の段の１次元イメージセンサ１３２で撮
像して、その検出信号を最初の段の１次元イメージセン
サ１３１で撮像して転送されてきた信号に加算する。こ
れを多数の段の１次元イメージセンサ１３ｎに渡って順
次繰り返すことにより、各段の１次元イメージセンサか
らの検出信号が蓄積されて出力される。
ように、１次元型のイメージセンサが多段に接続された
構成をしており、中央処理装置１９からの制御信号によ
り、連続的に移動するＹステージの移動と同期して試料
１を最初の段の１次元イメージセンサ１３１で撮像す
る。この撮像して得た信号を第２段目の１次元イメージ
センサ１３２に転送する。次に、Ｙステージが移動する
ことにより、先ほど最初の段の１次元イメージセンサ１
３１で撮像された試料１上の領域の像が次の段の１次元
イメージセンサ１３２の位置に移動したときに、この領
域の像をこの次の段の１次元イメージセンサ１３２で撮
像して、その検出信号を最初の段の１次元イメージセン
サ１３１で撮像して転送されてきた信号に加算する。こ
れを多数の段の１次元イメージセンサ１３ｎに渡って順
次繰り返すことにより、各段の１次元イメージセンサか
らの検出信号が蓄積されて出力される。
【００２６】上記した構成により、中央処理装置１９か
らステージ制御回路１００に指令を出し、Ｙステージ５
１を走査して試料１を等速度で移動させつつ、図示して
いない焦点検出系によって試料１のＺ方向の変位を検出
し、試料１表面が常に対物レンズ１１の合焦点位置とな
るようにＺステージ５２を制御して、イメージセンサ
（ＴＤＩセンサ）１３により被検査対象物１上に形成さ
れた被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を、
図示していないＹステージ５１の位置検出器からのＹス
テージ５１の位置情報に基づいて、連続的に移動するＹ
ステージ５１の移動に同期して検出する。そして、イメ
ージセンサ１３から得られる濃淡画像信号１３ａは、信
号処理回路２３に入力されて試料１の欠陥検査が行われ
る。
らステージ制御回路１００に指令を出し、Ｙステージ５
１を走査して試料１を等速度で移動させつつ、図示して
いない焦点検出系によって試料１のＺ方向の変位を検出
し、試料１表面が常に対物レンズ１１の合焦点位置とな
るようにＺステージ５２を制御して、イメージセンサ
（ＴＤＩセンサ）１３により被検査対象物１上に形成さ
れた被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を、
図示していないＹステージ５１の位置検出器からのＹス
テージ５１の位置情報に基づいて、連続的に移動するＹ
ステージ５１の移動に同期して検出する。そして、イメ
ージセンサ１３から得られる濃淡画像信号１３ａは、信
号処理回路２３に入力されて試料１の欠陥検査が行われ
る。
【００２７】信号処理回路２３はＡ／Ｄ変換器１４、階
調変換器１５、遅延メモリ１６、比較器１７、及び中央
処理装置１９等から構成される。なお、Ａ／Ｄ変換器１
４は、イメージセンサ１３から得られる濃淡画像信号１
３ａをディジタルに変換する。なお、ステージに設けら
れた校正板４００は、上記焦点検出系の合焦点位置を設
定するものであり、オフセット調整により試料１表面の
任意のＺ位置に,自動焦点位置を決めることができる。
ここで、Ａ／Ｄ変換器１４は、信号処理回路２３にでは
なく、イメージセンサ（ＴＤＩセンサ）１３の直後に配
置して、検出光学系１５０の中に入れてもよい。この場
合、検出光学系１５０から信号処理回路２３へは、ディ
ジタル画像信号が転送される。
調変換器１５、遅延メモリ１６、比較器１７、及び中央
処理装置１９等から構成される。なお、Ａ／Ｄ変換器１
４は、イメージセンサ１３から得られる濃淡画像信号１
３ａをディジタルに変換する。なお、ステージに設けら
れた校正板４００は、上記焦点検出系の合焦点位置を設
定するものであり、オフセット調整により試料１表面の
任意のＺ位置に,自動焦点位置を決めることができる。
ここで、Ａ／Ｄ変換器１４は、信号処理回路２３にでは
なく、イメージセンサ（ＴＤＩセンサ）１３の直後に配
置して、検出光学系１５０の中に入れてもよい。この場
合、検出光学系１５０から信号処理回路２３へは、ディ
ジタル画像信号が転送される。
【００２８】階調変換器１５は、例えば８ビットの階調
変換器で構成され、Ａ／Ｄ変換器１４から出力されるデ
ィジタル画像信号に対して特開平８−３２０２９４号公
報に記載されたような階調変換を施すものである。階調
変換器１５は対数、指数、多項式変換等を施し、プロセ
スで半導体ウェハ等の被検査対象物１上に形成された薄
膜と、レーザ光が干渉して生じた画像の明るさむらを補
正するものである。遅延メモリ１６は、階調変換器１５
からの出力画像信号をイメージセンサ１３の走査幅でも
って、半導体ウェハ等の試料１上を構成する１セル又は
１チップ又は１ショット分記憶して遅延させるものであ
る。
変換器で構成され、Ａ／Ｄ変換器１４から出力されるデ
ィジタル画像信号に対して特開平８−３２０２９４号公
報に記載されたような階調変換を施すものである。階調
変換器１５は対数、指数、多項式変換等を施し、プロセ
スで半導体ウェハ等の被検査対象物１上に形成された薄
膜と、レーザ光が干渉して生じた画像の明るさむらを補
正するものである。遅延メモリ１６は、階調変換器１５
からの出力画像信号をイメージセンサ１３の走査幅でも
って、半導体ウェハ等の試料１上を構成する１セル又は
１チップ又は１ショット分記憶して遅延させるものであ
る。
【００２９】比較器１７は、階調変換器１５から出力さ
れる画像信号と、遅延メモリ１６から得られる画像信号
とを比較し、不一致部を欠陥として検出するものであ
る。即ち、比較器１７は、遅延メモリ１６から出力され
るセルピッチ等に相当する量だけ遅延した画像と、検出
した画像とを比較するものである。中央処理装置１９
は、キーボード、記録媒体、ネットワーク等から構成さ
れた入力手段１８を用いて設計情報から得られる半導体
ウェハ等の被検査対象物１上における配列データ等の座
標を入力しておくことにより、この入力された半導体ウ
ェハ１上における配列データ等の座標に基づいて、比較
器１７による比較検査結果を基に、欠陥検査データを作
成して記憶装置２０に格納する。この欠陥検査データ
は、必要に応じてディスプレイ等の表示手段２１に表示
することもでき、また出力手段２２に出力して、例えば
他のレビュー装置等で欠陥箇所の観察も可能である。
れる画像信号と、遅延メモリ１６から得られる画像信号
とを比較し、不一致部を欠陥として検出するものであ
る。即ち、比較器１７は、遅延メモリ１６から出力され
るセルピッチ等に相当する量だけ遅延した画像と、検出
した画像とを比較するものである。中央処理装置１９
は、キーボード、記録媒体、ネットワーク等から構成さ
れた入力手段１８を用いて設計情報から得られる半導体
ウェハ等の被検査対象物１上における配列データ等の座
標を入力しておくことにより、この入力された半導体ウ
ェハ１上における配列データ等の座標に基づいて、比較
器１７による比較検査結果を基に、欠陥検査データを作
成して記憶装置２０に格納する。この欠陥検査データ
は、必要に応じてディスプレイ等の表示手段２１に表示
することもでき、また出力手段２２に出力して、例えば
他のレビュー装置等で欠陥箇所の観察も可能である。
【００３０】なお、比較器１７の詳細は、例えば、特開
昭６１−２１２７０８号公報に開示されているようなも
のでよく、例えば、図３に示すように、階調変換機１５
から出力された比較画像Ｉiと遅延メモリ１６から出力
された参照画像Ｉrとの位置を合わせる位置合せ回路１
７１や、位置合せされた比較画像Ｉiと参照画像Ｉrとの
差画像Ｉdを検出する差画像検出回路１７２、この差画
像検出回路１７２で検出された差画像Ｉdをあるしきい
値を用いて２値化する不一致検出回路１７３、この不一
致検出回路１７３で２値化された出力より面積や長さ、
座標等を抽出する特徴抽出回路１７４から構成されてい
る。
昭６１−２１２７０８号公報に開示されているようなも
のでよく、例えば、図３に示すように、階調変換機１５
から出力された比較画像Ｉiと遅延メモリ１６から出力
された参照画像Ｉrとの位置を合わせる位置合せ回路１
７１や、位置合せされた比較画像Ｉiと参照画像Ｉrとの
差画像Ｉdを検出する差画像検出回路１７２、この差画
像検出回路１７２で検出された差画像Ｉdをあるしきい
値を用いて２値化する不一致検出回路１７３、この不一
致検出回路１７３で２値化された出力より面積や長さ、
座標等を抽出する特徴抽出回路１７４から構成されてい
る。
【００３１】パターン欠陥検査において、高解像を得る
ためには波長の短波長化が必要であり、かつ検査速度の
向上には高輝度な照明が必要である。従来の照明光源と
して、水銀キセノン等の放電ランプが多く用いられ、ラ
ンプの持つ発光スペクトル（輝線）のうち、可視域を広
範囲に使うことにより、照明の高輝度化を図っていた。
これに対し、ランプからの紫外、深紫外領域での輝線
は、可視光に比べて、数パーセント程度であり、必要輝
度を確保するためには大形の光源が必要であると共に、
光源からの発熱の影響が光学系に及ばないようにするた
めに光学系を遠ざける必要があるが、スペース的にも限
界が生じてしまう。このような観点から、本発明では、
短波長を容易に確保できる紫外レーザ光または遠紫外
（深紫外）レーザ光（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅ
ｔ Rａｙｓ：以下、ＤＵＶ光と記す）を光源として用い
る。本発明で言う紫外レーザ光とは、波長が１００ｎｍ
〜４００ｎｍ程度のレーザ光を示し、ＤＵＶレーザ光と
は、波長が１００ｎｍ〜３１４ｎｍ程度のレーザ光を示
す。
ためには波長の短波長化が必要であり、かつ検査速度の
向上には高輝度な照明が必要である。従来の照明光源と
して、水銀キセノン等の放電ランプが多く用いられ、ラ
ンプの持つ発光スペクトル（輝線）のうち、可視域を広
範囲に使うことにより、照明の高輝度化を図っていた。
これに対し、ランプからの紫外、深紫外領域での輝線
は、可視光に比べて、数パーセント程度であり、必要輝
度を確保するためには大形の光源が必要であると共に、
光源からの発熱の影響が光学系に及ばないようにするた
めに光学系を遠ざける必要があるが、スペース的にも限
界が生じてしまう。このような観点から、本発明では、
短波長を容易に確保できる紫外レーザ光または遠紫外
（深紫外）レーザ光（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅ
ｔ Rａｙｓ：以下、ＤＵＶ光と記す）を光源として用い
る。本発明で言う紫外レーザ光とは、波長が１００ｎｍ
〜４００ｎｍ程度のレーザ光を示し、ＤＵＶレーザ光と
は、波長が１００ｎｍ〜３１４ｎｍ程度のレーザ光を示
す。
【００３２】一般的にレーザには、可干渉性（コヒーレ
ンスを有する）があり、被検査対象物１上の回路パター
ンをレーザ照明した場合、スペックルノイズ（干渉縞）
が発生してパターンの欠陥検出の障害となってしまう。
このため、本発明では、空間的にレーザ照明光のコヒー
レンスを低減するようにしたコヒーレンス低減光学系６
を用いて、スペックルノイズを低減するようにしてい
る。
ンスを有する）があり、被検査対象物１上の回路パター
ンをレーザ照明した場合、スペックルノイズ（干渉縞）
が発生してパターンの欠陥検出の障害となってしまう。
このため、本発明では、空間的にレーザ照明光のコヒー
レンスを低減するようにしたコヒーレンス低減光学系６
を用いて、スペックルノイズを低減するようにしてい
る。
【００３３】図４はコヒーレンス低減光学系６について
の一実施例を示す斜視図である。本発明では、光路中に
設けた２枚の走査ミラー４１，４４により、レーザ照明
光Ｌ１を対物レンズ１１の瞳上で二次元走査することに
よりコヒーレンスの低減を図っている。このコヒーレン
ス低減光学系６に入射するレーザ照明光Ｌ１は、ビーム
エキスパンダ５である大きさに拡大された後、マルチス
ポット成形器６５に入射して、このマルチスポット成形
器６５の焦点位置に複数のレーザスポット（マルチスポ
ット像）を形成するように構成されている。
の一実施例を示す斜視図である。本発明では、光路中に
設けた２枚の走査ミラー４１，４４により、レーザ照明
光Ｌ１を対物レンズ１１の瞳上で二次元走査することに
よりコヒーレンスの低減を図っている。このコヒーレン
ス低減光学系６に入射するレーザ照明光Ｌ１は、ビーム
エキスパンダ５である大きさに拡大された後、マルチス
ポット成形器６５に入射して、このマルチスポット成形
器６５の焦点位置に複数のレーザスポット（マルチスポ
ット像）を形成するように構成されている。
【００３４】マルチスポット成形器６５の一例として
は、図５（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズア
レイ７１を直交させて配置させるか、あるいは同図
（ｂ）に示すように、ロッドレンズ７２を２次元的に配
置したものを用いることが考えられる。
は、図５（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズア
レイ７１を直交させて配置させるか、あるいは同図
（ｂ）に示すように、ロッドレンズ７２を２次元的に配
置したものを用いることが考えられる。
【００３５】マルチスポット成形器６５から出射したレ
ーザ照明光Ｌ１は、レンズ６６及びコヒーレンス低減光
学系６内の６２、６３、およびレンズ７、偏光ビームス
プリッタ９を介して対物レンズ１１の瞳１１ａ（図７参
照）に集光する。マルチスポット成形器６５の焦点位置
は、対物レンズ１１の瞳１１ａと共役であり、また、走
査ミラー４１、４４の反射面と試料１の表面が共役とな
っている。走査ミラー４１、４４は、それぞれ往復回転
するモータ６１、６４に取り付けられ、図示しない駆動
信号（例えば正弦波、三角波信号等）を中央処理装置１
９で発生させてモータ６１、６４に入力することによ
り、回転振動し、結果的に対物レンズ瞳１１ａ上でレー
ザスポットを二次元的に走査する。モータ６１、６４の
駆動信号は、ステージの位置制御を行うための位置検出
器(図示せず)のエンコーダパルス等を用いて、例えば正
弦波、三角波などの信号波形を作成し、イメージセンサ
１３の蓄積時間に同期して信号波形を１周期づつ変化さ
せる。また、レーザスポットの走査幅は、信号波形の振
幅を変えることにより変化させる。
ーザ照明光Ｌ１は、レンズ６６及びコヒーレンス低減光
学系６内の６２、６３、およびレンズ７、偏光ビームス
プリッタ９を介して対物レンズ１１の瞳１１ａ（図７参
照）に集光する。マルチスポット成形器６５の焦点位置
は、対物レンズ１１の瞳１１ａと共役であり、また、走
査ミラー４１、４４の反射面と試料１の表面が共役とな
っている。走査ミラー４１、４４は、それぞれ往復回転
するモータ６１、６４に取り付けられ、図示しない駆動
信号（例えば正弦波、三角波信号等）を中央処理装置１
９で発生させてモータ６１、６４に入力することによ
り、回転振動し、結果的に対物レンズ瞳１１ａ上でレー
ザスポットを二次元的に走査する。モータ６１、６４の
駆動信号は、ステージの位置制御を行うための位置検出
器(図示せず)のエンコーダパルス等を用いて、例えば正
弦波、三角波などの信号波形を作成し、イメージセンサ
１３の蓄積時間に同期して信号波形を１周期づつ変化さ
せる。また、レーザスポットの走査幅は、信号波形の振
幅を変えることにより変化させる。
【００３６】本発明では、対物レンズ瞳１１ａ上でのレ
ーザ走査の軌道を、照明光路中に配したミラー２４で光
路を分岐し、対物レンズの瞳１１ａと共役位置に配した
スクリーン２５上に投影して観察できるようにしてい
る。スクリーン２５は、例えば紫外光照射によって蛍光
を発する性質を持ち、不可視の紫外レーザ光を可視化す
るものである。図６はスクリーン２５上に形成されたレ
ーザの走査軌道をレンズ２６とＴＶカメラ２７により検
出した場合の一例である。
ーザ走査の軌道を、照明光路中に配したミラー２４で光
路を分岐し、対物レンズの瞳１１ａと共役位置に配した
スクリーン２５上に投影して観察できるようにしてい
る。スクリーン２５は、例えば紫外光照射によって蛍光
を発する性質を持ち、不可視の紫外レーザ光を可視化す
るものである。図６はスクリーン２５上に形成されたレ
ーザの走査軌道をレンズ２６とＴＶカメラ２７により検
出した場合の一例である。
【００３７】イメージセンサ１３に検出される画像の良
否は照明条件に左右される。本発明では、走査ミラー４
１、４４の走査幅を制御することにより、対物レンズ１
１の瞳１１ａ上での照明σを可変にし、対物レンズ１１
の瞳１１ａ上でのレーザ走査周期がイメージセンサ１３
の蓄積時間と同期して行われるように、モータ６１、６
４に入力される駆動信号を制御している。ここで照明σ
とは、対物レンズ瞳に対するマルチスポット照明の占め
る割合を指しており、σ＝１は対物レンズの瞳全体をあ
る一定時間内にマルチスポットが走査して塗りつぶすこ
とである。対物レンズの瞳上に形成されるマルチスポッ
ト像の倍率は、レンズ６６とレンズ７の焦点距離の関係
より決定することができる。すなわち、同じ照明σを得
る場合、同じ数のスポットを用いるならば、小さいマル
チスポット像よりも、大きいマルチスポット像を用いて
走査した方が、少ない走査回数にすることが可能であ
る。
否は照明条件に左右される。本発明では、走査ミラー４
１、４４の走査幅を制御することにより、対物レンズ１
１の瞳１１ａ上での照明σを可変にし、対物レンズ１１
の瞳１１ａ上でのレーザ走査周期がイメージセンサ１３
の蓄積時間と同期して行われるように、モータ６１、６
４に入力される駆動信号を制御している。ここで照明σ
とは、対物レンズ瞳に対するマルチスポット照明の占め
る割合を指しており、σ＝１は対物レンズの瞳全体をあ
る一定時間内にマルチスポットが走査して塗りつぶすこ
とである。対物レンズの瞳上に形成されるマルチスポッ
ト像の倍率は、レンズ６６とレンズ７の焦点距離の関係
より決定することができる。すなわち、同じ照明σを得
る場合、同じ数のスポットを用いるならば、小さいマル
チスポット像よりも、大きいマルチスポット像を用いて
走査した方が、少ない走査回数にすることが可能であ
る。
【００３８】ところで、パターン検査の速度を向上する
ためには、試料１上でイメージセンサ１３が走査する幅
を大きくすることが必要であるが、同時に照明幅も大き
くする必要がある。本光学系では、図７（ａ）に示すよ
うに、対物レンズ１１の瞳１１ａに入射するレーザ光の
ＮＡ(開口数)を大きくし、集光するレーザスポット径を
小さくする程、試料上で大きな照明幅を得ることができ
るが、このようにすると図６（ａ）に示すようなレーザ
スポットの間隔１１３ａ、１１３ｂが広くなってしま
う。このような構成で対物レンズ１１の瞳をマルチスポ
ット走査により塗りつぶすためには、例えば、瞳上での
レーザ走査を円形走査とするならば、図６（ｂ）の如
く、１走査（１回転走査）毎に走査幅をマルチスポット
像の形状（レーザスポット径）に合わせて小さく（円の
半径を小さく）して螺旋軌道９０を辿らせるようにす
る。この場合、レーザ照明光Ｌ１は、試料１上で試料表
面に立てた法線とレーザ照明光Ｌ１の入射方向との為す
角度、即ち、入射角θを変化させながら、試料１表面の
同位置に照射されることになるから、照明の入射角θが
大きい程、瞳上での円形走査距離が長く、また、入射角
θが小さい程、円形走査距離が短くなるため、試料１の
表面の単位面積当りに照射される照明光の照射時間がレ
ーザ照明光Ｌ１の入射角θにより異なる。このため、試
料１の表面の薄膜３５の膜厚の変化に対する入射角θの
違いによる反射強度分布は、結果的に、図８に示すよう
になる。このため、試料表面のパターン上に形成された
薄膜の膜厚変化が、画像の明るさむらとなり、遅延メモ
リ１６から出力される参照画像と比較画像とを比較検査
した際に、回路パターンの正常部を欠陥として誤検出す
る恐れがある。
ためには、試料１上でイメージセンサ１３が走査する幅
を大きくすることが必要であるが、同時に照明幅も大き
くする必要がある。本光学系では、図７（ａ）に示すよ
うに、対物レンズ１１の瞳１１ａに入射するレーザ光の
ＮＡ(開口数)を大きくし、集光するレーザスポット径を
小さくする程、試料上で大きな照明幅を得ることができ
るが、このようにすると図６（ａ）に示すようなレーザ
スポットの間隔１１３ａ、１１３ｂが広くなってしま
う。このような構成で対物レンズ１１の瞳をマルチスポ
ット走査により塗りつぶすためには、例えば、瞳上での
レーザ走査を円形走査とするならば、図６（ｂ）の如
く、１走査（１回転走査）毎に走査幅をマルチスポット
像の形状（レーザスポット径）に合わせて小さく（円の
半径を小さく）して螺旋軌道９０を辿らせるようにす
る。この場合、レーザ照明光Ｌ１は、試料１上で試料表
面に立てた法線とレーザ照明光Ｌ１の入射方向との為す
角度、即ち、入射角θを変化させながら、試料１表面の
同位置に照射されることになるから、照明の入射角θが
大きい程、瞳上での円形走査距離が長く、また、入射角
θが小さい程、円形走査距離が短くなるため、試料１の
表面の単位面積当りに照射される照明光の照射時間がレ
ーザ照明光Ｌ１の入射角θにより異なる。このため、試
料１の表面の薄膜３５の膜厚の変化に対する入射角θの
違いによる反射強度分布は、結果的に、図８に示すよう
になる。このため、試料表面のパターン上に形成された
薄膜の膜厚変化が、画像の明るさむらとなり、遅延メモ
リ１６から出力される参照画像と比較画像とを比較検査
した際に、回路パターンの正常部を欠陥として誤検出す
る恐れがある。
【００３９】このため本発明では、第１の実施例とし
て、図９に示すように、レーザの入射角θによって透過
率が変化する濃度フィルタ８を光路中に配して反射強度
を均一にして検出するようにした。濃度フィルタ８は、
例えば図１０に示すようにコヒーレンス低減光学系６の
レンズ８１とレンズ８２との間で、例えば回転走査する
走査ミラー４１、４４の後でもって対物レンズ１１の瞳
１１ａと共役な位置に配置する。なお、濃度フィルタ８
透過率の割合は、実験的に求めることができる。
て、図９に示すように、レーザの入射角θによって透過
率が変化する濃度フィルタ８を光路中に配して反射強度
を均一にして検出するようにした。濃度フィルタ８は、
例えば図１０に示すようにコヒーレンス低減光学系６の
レンズ８１とレンズ８２との間で、例えば回転走査する
走査ミラー４１、４４の後でもって対物レンズ１１の瞳
１１ａと共役な位置に配置する。なお、濃度フィルタ８
透過率の割合は、実験的に求めることができる。
【００４０】また、このほかの第２の実施例として、対
物レンズ１１の瞳１１ａ上でのレーザ照明光Ｌ１の走査
軌道に合わせて、レーザ照明光Ｌ１の照度を可変して対
物レンズに入射させることも考えられる。すなわち、レ
ーザ照明光Ｌ１の走査軌道をスクリーン２５、レンズ２
６、ＴＶカメラ２７で検出し、レーザ照明光Ｌ１を走査
するモータ６１、６４に入力される駆動信号との位置関
係を予め測定しておき、駆動信号を一定間隔でサンプリ
ングしながら、レーザ照明光L1の照度を図１に示す濃度
可変手段８８にて高速に制御するものである。濃度可変
手段８８としては、例えばＡ／Ｏ変調器などの光学素子
を用いればよい。
物レンズ１１の瞳１１ａ上でのレーザ照明光Ｌ１の走査
軌道に合わせて、レーザ照明光Ｌ１の照度を可変して対
物レンズに入射させることも考えられる。すなわち、レ
ーザ照明光Ｌ１の走査軌道をスクリーン２５、レンズ２
６、ＴＶカメラ２７で検出し、レーザ照明光Ｌ１を走査
するモータ６１、６４に入力される駆動信号との位置関
係を予め測定しておき、駆動信号を一定間隔でサンプリ
ングしながら、レーザ照明光L1の照度を図１に示す濃度
可変手段８８にて高速に制御するものである。濃度可変
手段８８としては、例えばＡ／Ｏ変調器などの光学素子
を用いればよい。
【００４１】このように、本発明では、レーザ照明光Ｌ
１の２次元走査の周期とイメージセンサ（ＴＤＩセン
サ）１３の撮像の周期を同期させ、かつ、照明の入射角
θを各周期ごとに順次変化させるので、試料１の表面の
光学的に透明な膜の膜厚分布の影響が低減された画像を
検出することが可能になる。
１の２次元走査の周期とイメージセンサ（ＴＤＩセン
サ）１３の撮像の周期を同期させ、かつ、照明の入射角
θを各周期ごとに順次変化させるので、試料１の表面の
光学的に透明な膜の膜厚分布の影響が低減された画像を
検出することが可能になる。
【００４２】すなわち、本発明では、試料１のある個所
の像が、ＴＤＩセンサ１３の第１段目の１次元型のイメ
ージセンサ１３１（図３参照）で撮像されるときに、試
料１を照明するレーザ照明光Ｌ１は、対物レンズ１１の
入射瞳１１ａ上で２次元的に走査されて試料１へ入射角
θ１で入射し、次に試料１が移動することにより試料１
上の同じ個所がＴＤＩセンサ１３の第２段目の１次元型
のイメージセンサ１３ ２で撮像されるときには、試料１
を照明するレーザ照明光Ｌ１は、対物レンズ１１の入射
瞳１１ａ上で２次元的に走査されて試料１へ入射角θ２
で入射する。そして、第２段目の１次元型のイメージセ
ンサ１３２からは、第１段目の１次元型イメージセンサ
１３１で検出した試料１のある個所の像の検出信号と第
２段目の１次元型イメージセンサ１３２で検出した試料
１のある個所の像の検出信号とが加算された信号が第３
段目の１次元型イメージセンサ１３３に転送され、第３
段目の１次元型イメージセンサ１３３からは、この加算
された信号に、第３段目の１次元型イメージセンサ１３
３で撮像された入射角θ３で入射したレーザ照明光Ｌ１
で照明された試料１の同じ個所の像の検出信号が更に加
算されて、次の第４段目の１次元型のイメージセンサ１
３４に転送される。
の像が、ＴＤＩセンサ１３の第１段目の１次元型のイメ
ージセンサ１３１（図３参照）で撮像されるときに、試
料１を照明するレーザ照明光Ｌ１は、対物レンズ１１の
入射瞳１１ａ上で２次元的に走査されて試料１へ入射角
θ１で入射し、次に試料１が移動することにより試料１
上の同じ個所がＴＤＩセンサ１３の第２段目の１次元型
のイメージセンサ１３ ２で撮像されるときには、試料１
を照明するレーザ照明光Ｌ１は、対物レンズ１１の入射
瞳１１ａ上で２次元的に走査されて試料１へ入射角θ２
で入射する。そして、第２段目の１次元型のイメージセ
ンサ１３２からは、第１段目の１次元型イメージセンサ
１３１で検出した試料１のある個所の像の検出信号と第
２段目の１次元型イメージセンサ１３２で検出した試料
１のある個所の像の検出信号とが加算された信号が第３
段目の１次元型イメージセンサ１３３に転送され、第３
段目の１次元型イメージセンサ１３３からは、この加算
された信号に、第３段目の１次元型イメージセンサ１３
３で撮像された入射角θ３で入射したレーザ照明光Ｌ１
で照明された試料１の同じ個所の像の検出信号が更に加
算されて、次の第４段目の１次元型のイメージセンサ１
３４に転送される。
【００４３】このように、ＴＤＩセンサ１３の各段の１
次元型イメージセンサは、それぞれ試料１への入射角θ
が異なるレーザ照明光Ｌ１で照明された試料１の同じ個
所の像を検出し、それらの検出信号を足し合わせた信号
が出力される。すなわち、ＴＤＩセンサ１３からは、試
料１上の同一の場所におけるレーザ照明光Ｌ１の入射角
θが異なる複数の画像が足し合わされて平均化された画
像信号が出力されることになる。これにより、試料１の
表面の光学的に透明な膜の膜厚分布の影響を低減するこ
とができ、高い感度を維持しながら欠陥を検出すること
が可能になる。
次元型イメージセンサは、それぞれ試料１への入射角θ
が異なるレーザ照明光Ｌ１で照明された試料１の同じ個
所の像を検出し、それらの検出信号を足し合わせた信号
が出力される。すなわち、ＴＤＩセンサ１３からは、試
料１上の同一の場所におけるレーザ照明光Ｌ１の入射角
θが異なる複数の画像が足し合わされて平均化された画
像信号が出力されることになる。これにより、試料１の
表面の光学的に透明な膜の膜厚分布の影響を低減するこ
とができ、高い感度を維持しながら欠陥を検出すること
が可能になる。
【００４４】次に、コヒーレンス低減光学系６の他の実
施例を、図１３を用いて説明する。この実施例において
は、図４に示した走査ミラー４１、４４の後に円形状の
拡散板（回転する光学素子）５０を設けてモータ５１で
高速に回転させるものである。すなわち、レンズ８２
（およびレンズ７）の焦点位置付近に表面が適度な粗さ
に加工された拡散板５０を配置しモータ５１によって対
物レンズ１１の瞳１１ａ上にある程度広がりをもって集
光される紫外レーザスポットを走査するようにして空間
的コヒーレンスを低減させ、可干渉性を低減するもので
ある。また、マルチスポット成形器６５の焦点位置に図
５（ｃ）に示すような、マルチスポット像に対応する位
置に設けた透過部１１２と、マルチスポット像が投影さ
れない部分を遮光する遮光部１１１からなるマスク１１
０を設ければ、対物レンズ１１の瞳１１ａ上でより成形
されたスポット光像を得ることができる。これにより、
可干渉性の高いレーザ照明光Ｌ１を用いても、干渉の影
響を低減して高感度に欠陥を検出することができるよう
になる。
施例を、図１３を用いて説明する。この実施例において
は、図４に示した走査ミラー４１、４４の後に円形状の
拡散板（回転する光学素子）５０を設けてモータ５１で
高速に回転させるものである。すなわち、レンズ８２
（およびレンズ７）の焦点位置付近に表面が適度な粗さ
に加工された拡散板５０を配置しモータ５１によって対
物レンズ１１の瞳１１ａ上にある程度広がりをもって集
光される紫外レーザスポットを走査するようにして空間
的コヒーレンスを低減させ、可干渉性を低減するもので
ある。また、マルチスポット成形器６５の焦点位置に図
５（ｃ）に示すような、マルチスポット像に対応する位
置に設けた透過部１１２と、マルチスポット像が投影さ
れない部分を遮光する遮光部１１１からなるマスク１１
０を設ければ、対物レンズ１１の瞳１１ａ上でより成形
されたスポット光像を得ることができる。これにより、
可干渉性の高いレーザ照明光Ｌ１を用いても、干渉の影
響を低減して高感度に欠陥を検出することができるよう
になる。
【００４５】以上の構成を備えた本発明による検査装置
を用いて、半導体ウェハ上に形成された回路パターンの
欠陥を検査する方法の概略について説明する。
を用いて、半導体ウェハ上に形成された回路パターンの
欠陥を検査する方法の概略について説明する。
【００４６】まず、ステージ２のＺステージ５２上に試
料１であるウェハを設置してウェハの位置を合わせる。
次に、ウェハ１を載置したステージ２は、図示しないス
テージ位置センサからの信号を受けてステージの位置を
制御するステージ制御回路１００でＹステージ５１が駆
動制御されて、Ｙ軸方向に一定の速度で移動する。
料１であるウェハを設置してウェハの位置を合わせる。
次に、ウェハ１を載置したステージ２は、図示しないス
テージ位置センサからの信号を受けてステージの位置を
制御するステージ制御回路１００でＹステージ５１が駆
動制御されて、Ｙ軸方向に一定の速度で移動する。
【００４７】一方、紫外レーザ光源３から遠紫外レーザ
を発射してビームエキスパンダ５でビーム径を拡大した
後、マルチスポット成形器６５で複数のスポット形状に
整形する。
を発射してビームエキスパンダ５でビーム径を拡大した
後、マルチスポット成形器６５で複数のスポット形状に
整形する。
【００４８】この複数のスポット形状に成形されたレー
ザはコヒーレンス低減光学系６に入射し、走査ミラー４
１と４４とで互いに直交する２軸方向に走査された状態
で出射される。コヒーレンス低減光学系６から出射した
レーザは、偏向ビームスプリッタ９で光路を変更した
後、偏向素子群１０を通過して偏光の状態を調整され、
対物レンズ１１に入射してウェハ１の表面に集光照射さ
れる。
ザはコヒーレンス低減光学系６に入射し、走査ミラー４
１と４４とで互いに直交する２軸方向に走査された状態
で出射される。コヒーレンス低減光学系６から出射した
レーザは、偏向ビームスプリッタ９で光路を変更した
後、偏向素子群１０を通過して偏光の状態を調整され、
対物レンズ１１に入射してウェハ１の表面に集光照射さ
れる。
【００４９】ここで、コヒーレンス低減光学系６の走査
ミラー４１と４４とで互いに直交する２軸方向に走査さ
れたレーザは、対物レンズ１１の瞳面１１ａ上で円形に
走査されると共に、円形の１走査ごとに、ウェハ１への
入射角がウェハ１の表面の法線方向に対して順次変化し
ながらＹ軸方向に一定の速度で移動しているウェハ１を
照明する。
ミラー４１と４４とで互いに直交する２軸方向に走査さ
れたレーザは、対物レンズ１１の瞳面１１ａ上で円形に
走査されると共に、円形の１走査ごとに、ウェハ１への
入射角がウェハ１の表面の法線方向に対して順次変化し
ながらＹ軸方向に一定の速度で移動しているウェハ１を
照明する。
【００５０】レーザで照明されたウェハ１からの反射光
は、対物レンズ１１で集光されて偏光素子群１０を通過
してイメージセンサ１３に達し、イメージセンサ１３上
にウェハ１の像が結像される。
は、対物レンズ１１で集光されて偏光素子群１０を通過
してイメージセンサ１３に達し、イメージセンサ１３上
にウェハ１の像が結像される。
【００５１】ここで、前記したように、イメージセンサ
１３は、時間遅延積分型のイメージセンサで、１次元イ
メージセンサを多段に接続した構造をしており、各段の
１次元イメージセンサで検出した信号を順次後段の１次
元イメージセンサに転送して信号を加算する構成となっ
ており、この転送のタイミングは、ステージ位置センサ
で検出したＹステージ５１の移動に同期させる。
１３は、時間遅延積分型のイメージセンサで、１次元イ
メージセンサを多段に接続した構造をしており、各段の
１次元イメージセンサで検出した信号を順次後段の１次
元イメージセンサに転送して信号を加算する構成となっ
ており、この転送のタイミングは、ステージ位置センサ
で検出したＹステージ５１の移動に同期させる。
【００５２】イメージセンサ１３でウェハ１の像を撮像
して得た濃淡画像信号１３ａは、Ａ／Ｄ変換器１４でデ
ジタル信号に変換され、階調変換器１５で、プロセスで
半導体ウェハ等の被検査対象物１上に形成された薄膜
と、レーザ光が干渉して生じた画像の明るさむらを補正
する。階調変換器１５で処理された信号は分岐されて、
一方は遅延メモリ１６に記憶され、他方は、比較器１７
に入力される。
して得た濃淡画像信号１３ａは、Ａ／Ｄ変換器１４でデ
ジタル信号に変換され、階調変換器１５で、プロセスで
半導体ウェハ等の被検査対象物１上に形成された薄膜
と、レーザ光が干渉して生じた画像の明るさむらを補正
する。階調変換器１５で処理された信号は分岐されて、
一方は遅延メモリ１６に記憶され、他方は、比較器１７
に入力される。
【００５３】比較器１７では、階調変換器１５から出力
された信号である比較画像Ｉiと遅延メモリ１６に記憶
された一つ前（隣接チップまたは隣接パターン）に検出
した信号である参照画像Ｉrとが位置合せ回路１７１に
入力され。位置合せ回路１７１では、比較画像Ｉiと参
照画像Ｉrとの位置ずれ量が求められ、このずれが補正
される。
された信号である比較画像Ｉiと遅延メモリ１６に記憶
された一つ前（隣接チップまたは隣接パターン）に検出
した信号である参照画像Ｉrとが位置合せ回路１７１に
入力され。位置合せ回路１７１では、比較画像Ｉiと参
照画像Ｉrとの位置ずれ量が求められ、このずれが補正
される。
【００５４】位置合せ回路１７１からは、互いの位置ず
れが補正された比較画像Ｉiと参照画像Ｉrとが出力さ
れ、差画像検出回路１７２に入力されて、両画像間の差
画像Ｉdが求められる。この求められた差画像Ｉdは、不
一致検出回路１７３に送られて予め設定されたしきい値
と比較され、このしきい値よりも大きい部分が欠陥とし
て検出され、この欠陥情報は、次の特徴抽出回路１７４
に送られる。
れが補正された比較画像Ｉiと参照画像Ｉrとが出力さ
れ、差画像検出回路１７２に入力されて、両画像間の差
画像Ｉdが求められる。この求められた差画像Ｉdは、不
一致検出回路１７３に送られて予め設定されたしきい値
と比較され、このしきい値よりも大きい部分が欠陥とし
て検出され、この欠陥情報は、次の特徴抽出回路１７４
に送られる。
【００５５】特徴抽出回路１７４では、不一致検出回路
１７３で検出された欠陥の面積や長さ、座標などの情報
を抽出し、中央処理装置１９へ出力する。欠陥の情報を
受けた中央処理装置１９は、この欠陥情報を記憶手段２
０に記憶すると共に、欠陥情報として表示手段２１の画
面上に表示する。ここで、図１及び図３には記載してい
ないが、階調変換器１５から出力されて位置合せ回路１
７１で位置ずれが補正された比較画像Ｉiも中央処理装
置１９に入力されて記憶手段２０に記憶されると共に、
必要に応じて表示手段２１の画面上に欠陥を含む画像と
して表示される。また、記憶手段２０に記憶された欠陥
に関する情報は、出力手段２２から通信回線を介して他
の装置、例えば欠陥を詳細に観察するレビュー装置に送
信される。
１７３で検出された欠陥の面積や長さ、座標などの情報
を抽出し、中央処理装置１９へ出力する。欠陥の情報を
受けた中央処理装置１９は、この欠陥情報を記憶手段２
０に記憶すると共に、欠陥情報として表示手段２１の画
面上に表示する。ここで、図１及び図３には記載してい
ないが、階調変換器１５から出力されて位置合せ回路１
７１で位置ずれが補正された比較画像Ｉiも中央処理装
置１９に入力されて記憶手段２０に記憶されると共に、
必要に応じて表示手段２１の画面上に欠陥を含む画像と
して表示される。また、記憶手段２０に記憶された欠陥
に関する情報は、出力手段２２から通信回線を介して他
の装置、例えば欠陥を詳細に観察するレビュー装置に送
信される。
【００５６】
【発明の効果】本発明によれば、試料に照射される照明
光量を、レーザ光の照射角によって変化させることによ
り、試料からの反射光強度を照射角に係わらず平均化で
きる。これにより試料表面の膜厚差による反射光強度の
変動を小さくでき、検出画像の明るさむらが押さえられ
微小欠陥の検出が可能である。試料の場所によって生じ
るチップ間での薄膜の膜厚むらによる検査時の光量変動
を打ち消すことができるので、高感度な検査を実現する
ことができる効果を奏する。
光量を、レーザ光の照射角によって変化させることによ
り、試料からの反射光強度を照射角に係わらず平均化で
きる。これにより試料表面の膜厚差による反射光強度の
変動を小さくでき、検出画像の明るさむらが押さえられ
微小欠陥の検出が可能である。試料の場所によって生じ
るチップ間での薄膜の膜厚むらによる検査時の光量変動
を打ち消すことができるので、高感度な検査を実現する
ことができる効果を奏する。
【００５７】また、本発明によれば、検査によって突発
的な強度変化を検出した場合、工程管理にも適用できる
効果を奏する。
的な強度変化を検出した場合、工程管理にも適用できる
効果を奏する。
【００５８】
【図１】本発明に係わる欠陥検査装置の第１の実施形態
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】（ａ）は、ＴＤＩイメージセンサの概略構成を
示す正面図、（ｂ）は、その側面図である。
示す正面図、（ｂ）は、その側面図である。
【図３】図１に示す比較器１７の概略の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】図１に示す本発明によるコヒーレンス低減光学
系の概略構成を示す斜視図である。
系の概略構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１に示すマルチ
スポット形成手段の概略の構成を示す斜視図である。
スポット形成手段の概略の構成を示す斜視図である。
【図６】図４に示す本発明によるコヒーレンス低減光学
系での瞳上でのレーザ走査状態を説明する図である。
系での瞳上でのレーザ走査状態を説明する図である。
【図７】本発明による対物レンズへのレーザ走査状態を
説明する図である。
説明する図である。
【図８】照明光の入射角による薄膜干渉を説明する模式
図である。
図である。
【図９】本発明による照明光の透過率を制御する濃度調
節手段の概略構成を示す説明図である。
節手段の概略構成を示す説明図である。
【図１０】本発明による照明光の透過率を制御する光学
系の概略構成を説明する斜視図である。
系の概略構成を説明する斜視図である。
【図１１】照明光の入射角による薄膜干渉を説明する模
式図である。
式図である。
【図１２】照射角度の違いによる干渉強度を説明する曲
線図である。
線図である。
【図１３】本発明によるコヒーレンス低減光学系の他の
一実施例を示す斜視図である。
一実施例を示す斜視図である。
１…試料、２…ステージ、３…レーザ光源、４…ミラ
ー、５…ビームエキスパンダ、６…コヒーレンス低減光
学系、７…レンズ、８…濃度フィルタ、９…偏光ビーム
スプリッタ、１０…偏光素子群、１１…対物レンズ、１
１ａ…瞳、１２…結像レンズ、１３…イメージセンサ、
１４…A/D変換器、１５…階調変換器、１６…遅延メモ
リ、１７…比較器、１９…中央処理装置(CPU)、１８…
入力手段、２０…記憶装置、２１…表示手段、２２…出
力手段、２３…画像処理回路、２５…スクリーン、２６
…レンズ、２７…ＴＶカメラ、２９…レンズ、３０…Ｔ
Ｖカメラ、４０…波形、４１、４４…走査ミラー、５０
…拡散板、５１…モータ、６１、６４…モータ、６５…
マルチスポット成形器、７１…シリンドリカルレンズア
レイ、７２…ロッドレンズ、８８…濃度調節手段、９０
…螺旋軌道、１００…ステージ制御回路、２００…位置
決め手段、４００…校正板
ー、５…ビームエキスパンダ、６…コヒーレンス低減光
学系、７…レンズ、８…濃度フィルタ、９…偏光ビーム
スプリッタ、１０…偏光素子群、１１…対物レンズ、１
１ａ…瞳、１２…結像レンズ、１３…イメージセンサ、
１４…A/D変換器、１５…階調変換器、１６…遅延メモ
リ、１７…比較器、１９…中央処理装置(CPU)、１８…
入力手段、２０…記憶装置、２１…表示手段、２２…出
力手段、２３…画像処理回路、２５…スクリーン、２６
…レンズ、２７…ＴＶカメラ、２９…レンズ、３０…Ｔ
Ｖカメラ、４０…波形、４１、４４…走査ミラー、５０
…拡散板、５１…モータ、６１、６４…モータ、６５…
マルチスポット成形器、７１…シリンドリカルレンズア
レイ、７２…ロッドレンズ、８８…濃度調節手段、９０
…螺旋軌道、１００…ステージ制御回路、２００…位置
決め手段、４００…校正板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中田 俊彦
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株
式会社日立製作所生産技術研究所内
(72)発明者 前田 俊二
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株
式会社日立製作所生産技術研究所内
Ｆターム(参考） 2F065 AA49 BB02 CC19 EE00 FF61
FF67 GG04 GG21 HH04 HH14
JJ02 JJ09 JJ25 LL00 LL05
LL08 LL09 LL12 LL13 LL25
LL30 LL33 LL35 LL36 LL37
LL62 MM03 MM26 PP12 QQ03
QQ11 QQ14 QQ21 QQ23 QQ25
QQ27 QQ28 QQ42 RR05 RR06
2G051 AA51 AA73 AB01 AB02 BA05
BA10 BA11 BC05 CA03 CA04
CB01 DA07 EA04 EA08 EA12
EA14 EB01 EB02 EC02 EC03
FA10
4M106 AA01 BA05 CA39 CA41 DB08
DB13 DJ04 DJ11
Claims (11)
- 【請求項１】レーザ光源から発射したレーザを対物レン
ズを介して試料の表面に照射し、該レーザを照射された
試料表面の欠陥を検出する方法であって、前記レーザを
前記対物レンズの瞳面上で２次元的に走査し、該２次元
的に走査したレーザを前記試料の表面に該表面の法線方
向に対する入射角度を変化させながら照射し、前記レー
ザを入射角度を変化させながら照射した前記試料を撮像
して得た画像を処理することにより前記試料表面の欠陥
を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法。 - 【請求項２】前記試料を少なくとも１方向に移動可能な
テーブル上に保持し、前記レーザを入射角度を変化させ
ながら照射した前記試料を、前記テーブルの移動と同期
させて時間遅延型積分センサで撮像することを特徴とす
る請求項１記載のパターン欠陥検査方法。 - 【請求項３】レーザ光源から発射したレーザを対物レン
ズの瞳面上で走査し、該対物レンズの瞳面上で走査した
レーザを少なくとも１軸方向に連続的に移動しているテ
ーブルに保持された試料の表面に該表面への入射角度を
変化させながら照射し、前記１軸方向に連続的に移動し
ているテーブルに保持されてレーザが照射された前記試
料を時間遅延型積分センサで撮像し、該撮像して得た画
像を処理することにより前記試料表面の欠陥を検出する
ことを特徴とするパターン欠陥検査方法。 - 【請求項４】連続的に移動しているテーブルに保持され
た試料の表面にレーザ光源から発射したレーザを該表面
の法線方向に対する入射角度を変化させながら照射し、
該レーザ前記表面の法線方向に対するを入射角度を変化
させながら照射した前記試料を前記テーブルの連続的な
移動に同期して撮像し、該撮像して得た画像を処理する
ことにより前記試料表面の欠陥を検出することを特徴と
するパターン欠陥検査方法。 - 【請求項５】前記試料の表面に照射されるレーザは、多
数の点光源で構成されていることを特徴とする請求項１
または３または４の何れかに記載のパターン欠陥検査方
法。 - 【請求項６】前記レーザは、紫外レーザ又は遠紫外レー
ザであることを特徴とする請求項１または３または４の
何れかに記載のパターン欠陥検査方法。 - 【請求項７】前記試料の表面に照射されるレーザの照度
を、該表面の法線方向に対する入射角度に応じて変化さ
せることを特徴とする請求項１または３または４の何れ
かに記載のパターン欠陥検査方法。 - 【請求項８】レーザ光源と、試料を載置して少なくとも
平面内で移動可能なテーブル手段と、前記レーザ光源か
ら発射したレーザを前記テーブル手段に載置した試料に
集光して照射する対物レンズ手段と、前記レーザを前記
対物レンズの瞳面上で２次元的に走査するとともに該２
次元的に走査したレーザを前記試料の表面に該表面の法
線方向に対する入射角度を変化させながら照射する走査
手段と、前記試料を撮像する撮像手段と、該撮像手段で
撮像して得た前記走査手段で前記レーザを入射角度を変
化させながら照射した前記試料の画像を処理して前記試
料の欠陥を検出する欠陥検出手段とを供えたことを特徴
とするパターン欠陥検査装置。 - 【請求項９】前記レーザ光源は、紫外レーザ又は遠紫外
レーザを発射することを特徴とする請求項８記載のパタ
ーン欠陥検査装置。 - 【請求項１０】前記レーザ源から発射したレーザを、多
数のスポット状に成形する成形手段を更に備えたことを
特徴とする請求項８記載のパターン欠陥検査装置。 - 【請求項１１】前記試料の表面に照射されるレーザの照
度を、該表面の法線方向に対する入射角度に応じて変化
させる照度調整手段を更に備えたことを特徴とする請求
項８記載のパターン欠陥検査装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002134839A JP3729154B2 (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | パターン欠陥検査方法及びその装置 |
| US10/223,422 US7218389B2 (en) | 2002-05-10 | 2002-08-20 | Method and apparatus for inspecting pattern defects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002134839A JP3729154B2 (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | パターン欠陥検査方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003329610A true JP2003329610A (ja) | 2003-11-19 |
| JP3729154B2 JP3729154B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=29397473
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002134839A Expired - Fee Related JP3729154B2 (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | パターン欠陥検査方法及びその装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7218389B2 (ja) |
| JP (1) | JP3729154B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2010021214A1 (ja) * | 2008-08-20 | 2010-02-25 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | パターン欠陥検査装置および方法 |
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| CN1954204B (zh) * | 2004-05-14 | 2011-03-30 | 光子动力学公司 | 使用按需自动光学检查子系统的改进的tft液晶显示器面板检查方法 |
| JP2011069769A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査装置およびその方法 |
| JP2021076385A (ja) * | 2019-11-05 | 2021-05-20 | 株式会社ミツトヨ | 測定装置、及び光量制御方法 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7525659B2 (en) * | 2003-01-15 | 2009-04-28 | Negevtech Ltd. | System for detection of water defects |
| JP2005158780A (ja) | 2003-11-20 | 2005-06-16 | Hitachi Ltd | パターン欠陥検査方法及びその装置 |
| US7081956B1 (en) * | 2003-12-04 | 2006-07-25 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method and device for determining reflection lens pupil transmission distribution and illumination intensity distribution in reflective imaging system |
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