JP2004101403A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ低費用で明視野照明と暗視野照明との両方を実現する。
【解決手段】光源と、光源からの光の第一の偏光を反射させつつ第二の偏光を通過させる偏光ミラーと、偏光ミラーにより反射された第一の偏光を標本上に収束させる対物レンズと、偏光ミラーと標本との間に配置されたλ／２波長板含有部材とを具備し、λ／２波長板含有部材はλ／２波長板部分を部分的に含んでおり、偏光ミラーにより反射された低次の第一の偏光が波長板部分を通過することにより形成された第二の偏光の反射光のうちの低次の回折光を波長板部分に通過させて第一の偏光とした後に偏光ミラーにより反射すると共に、偏光ミラーにより反射された高次の第一の偏光が波長板部分を通過することなしに反射した反射光のうちの低次の回折光を波長板部分に通過させることなしに波長板含有部材に通過させて偏光ミラーにより反射するようにした外観検査装置が提供される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外観検査装置、特に半導体製造に使用されるウェハーの外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数の工程を経て製造される半導体製造においては、ウェハー上に形成されるパターンが特定の工程において検査される。通常は明視野式外観検査装置によって明視野照明下で検査が行われているが、近年のウェハー上パターンの微細化により暗視野照明下で検査するのが必要な場合が急速に増している。このため、通常の明視野式外観検査装置において暗視野照明状態を形成するために暗視野照明専用光路を設置することが想定されており、また明視野照明から暗視野照明に切替可能な外観検査装置も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２０００−１９２６１６号公報（第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、明視野式外観検査装置に暗視野照明専用光路を設置する場合には、この暗視野照明専用光路を明視野式外観検査装置の対物レンズの外縁周りに設置する必要があるので、装置全体が大型化かつ複雑化すると共に製造費用も増す。また、このような場合には暗視野照明用の光源が別途必要となりうるので装置全体がさらに大型化する可能性がある。さらに明視野式外観検査装置において暗視野照明を行う際には絶対光量が不足しうるので、十分な検査ができない可能性もある。
【０００５】
また、前述した特許文献１においては明視野照明と暗視野照明との両方に使用可能な検査装置が開示されているが、特許文献１における検査装置においては、明視野照明の光源と暗視野照明の光源とを共用しているので切替手段が必要となり、これにより検査装置の構造が複雑化および大型化すると共に製造費用も増大することとなる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、大型化および複雑化することなしに簡易かつ低費用で明視野照明と暗視野照明との両方を実現可能な外観検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために請求項１に記載の発明によれば、光源と、該光源からの光の第一の偏光を反射させつつ第二の偏光を通過させる偏光ミラーと、該偏光ミラーにより反射された第一の偏光を標本上に収束させる対物レンズと、前記偏光ミラーと前記標本との間に配置されたλ／２波長板含有部材とを具備し、前記λ／２波長板含有部材はλ／２波長板部分を部分的に含んでおり、さらに、前記標本により反射した反射光が前記偏光ミラーを通過した位置に配置された検出部とを具備し、前記偏光ミラーにより反射された前記第一の偏光のうちの低次の回折光が前記λ／２波長板含有部材の前記λ／２波長板部分を通過することにより形成された前記第二の偏光の反射光のうちの低次の回折光を前記λ／２波長板部分に通過させて前記第一の偏光とした後に前記偏光ミラーにより反射すると共に、前記偏光ミラーにより反射された前記第一の偏光のうちの高次の回折光が前記λ／２波長板含有部材の前記λ／２波長板部分を通過することなしに反射した反射光のうちの低次の回折光を前記λ／２波長板部分に通過させることなしに前記λ／２波長板含有部材に通過させて前記偏光ミラーにより反射するようにした外観検査装置が提供される。
【０００８】
すなわち請求項１に記載の発明によって、入射時または反射時のどちらか一方においてのみλ／２波長板含有部材のλ／２波長板部分を通過する第一の偏光が第二の偏光となって偏光ミラーを通過して検出部により検出される。いずれの場合にも、標本上における反射光のうちの低次の回折光は偏光ミラーにより反射されるので検出部により検出されず、高次の回折光のみが検出される。これにより暗視野照明（ダークフィールド）状態を形成することができる。従って、請求項１に記載の発明においてはλ／２波長板含有部材を単に対物レンズと偏光ミラーとの間に配置することにより、暗視野照明状態を極めて容易に形成することができる。またλ／２波長板含有部材を単に取り外すことにより明視野照明状態に容易に戻すことができるので、大型化および複雑化することなしに簡易かつ低費用で明視野照明と暗視野照明との両方を実現可能な外観検査装置を提供することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、前記λ／２波長板含有部材が中心に開口部が形成された環状のλ／２波長板である。
すなわち請求項２に記載の発明によって、λ／２波長板含有部材を容易に形成することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、さらに、前記光源からの入射光の共役点に配置される輪帯フィルタを具備し、該輪帯フィルタは中心付近に位置する光遮断部分と該光遮断部分の周りに位置する環状の光透過部分とを備えている。
すなわち請求項３に記載の発明によって、光軸周りを通過する光が遮断されることにより入射光が標本に対して斜めに入射するので、入射光の光路に反射光のうちの高次の回折光が進入し、さらに完全な暗視野照明状態を形成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、前記輪帯フィルタの寸法が可変である。
すなわち請求項４に記載の発明によって、輪帯フィルタの寸法を調節することにより、最適な照明状態を形成することができる。また輪帯フィルタの寸法を調節するために、異なる寸法の複数の輪帯フィルタが設けられた円板を外観検査装置に設けるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）は本発明に基づく外観検査装置の略図である。図１（ａ）に示されるように、本発明に基づく落射照明明視野式の外観検査装置１０は、他の一般的な外観検査装置と同様な光源２０（図示しない）と、光源２０からの光を収束させるレンズ４１と、光を偏光させるための偏光ミラー３０（偏光ビームスプリッタ）と、偏光ミラーにより反射された光をウェハー５０上に収束させる対物レンズ４５とを概ね含んでいる。検査されるべきウェハー５０は外観検査装置１０のステージ３５上に設置されており、ウェハー５０の状態が偏光ミラー３０の上方に配置されたカメラ部７０、例えばＴＤＩカメラにより観測される。さらに、図１（ａ）に示されるように、偏光ミラー３０とウェハー５０との間において外観検査装置１０は光軸に対して垂直に配置されたλ／２波長板含有部材６０を含んでいる。
【００１３】
図１（ｂ）はλ／２波長板含有部材の正面図である。円板状λ／２波長板含有部材６０はλ／２波長板から構成されるλ／２波長板部分６１と、中心に形成された光透過部分６２とを含んでいる。λ／２波長板部分６１は偏光状態を回転させる役目を果たすが、光透過部分６２偏光状態を回転させない。すなわち光透過部分６２は光の偏光状態を回転させることなしに単に光を透過させるのみである。従って、光透過部分６２は単なる開口部６２であってもよく、この場合にはλ／２波長板含有部材６０を容易に形成することができる。
【００１４】
図２（ａ）から図２（ｃ）および図３（ａ）から図３（ｂ）は本発明の観検査装置の動作を説明するための部分拡大図である。図２（ａ）から図２（ｃ）および図３（ａ）から図３（ｂ）を参照しつつ本発明の外観検査装置１０の動作を説明する。
図２（ａ）に示されるように光源２０（図示しない）からの光がレンズ４１により収束される偏光ミラー３０に進入する。偏光ミラー３０によって第一の偏光、例えば縦偏光の光が反射され、同時に第二の偏光、例えば横偏光の透過光８１が偏光ミラー３０を通過して直進する。図２（ａ）においては偏光ミラー３０による縦偏光の反射光のうちの低次の回折光８２を示している。図２（ａ）に示されるように、縦偏光の反射光のうちの低次の回折光８２はλ／２波長板含有部材６０のλ／２波長板部分６１を通過し、これにより低次の回折光８２が横偏光の透過光８３になる。横偏光の透過光８３は対物レンズ４５によってウェハー５０上に収束される。次いで横偏光の透過光８３はウェハー５０上で反射する。この反射光は低次の回折光８４、例えば０次、１次の回折光（図２（ｂ）を参照されたい）と、高次の回折光８７、例えば２次以上の回折光（図２（ｃ）を参照されたい）とを含んでいる。
【００１５】
図２（ｂ）を参照することにより、ウェハー５０により反射した反射光のうちの低次の回折光８４を説明する。低次の回折光８４の反射角は入射角に等しいかまたはほぼ等しい。従って、図２（ｂ）に示されるように、この低次の回折光８４は対物レンズ４５を通過した後にλ／２波長板含有部材６０のλ／２波長板部分６１を再び通過する。これにより低次の回折光８４は横偏光から再び縦偏光になる。この縦偏光の低次の回折光８５は偏光ミラー３０に向かって進入するが、前述した縦偏光の回折光８２と同様に、この縦偏光の低次の回折光８５は偏光ミラー３０により反射される。従って、低次の光である反射光８６はカメラ部７０には進入しない。
【００１６】
次いで、図２（ｃ）を参照することにより、ウェハー５０により反射した反射光のうちの高次の回折光８７を説明する。光路内における高次の回折光８７の反射角は入射角よりも小さいので、対物レンズ４５を通過した高次の回折光８７はλ／２波長板含有部材６０のλ／２波長板部分６１を通過することなしに、光透過部分６２を通過する。従って、横偏光である高次の回折光８７の偏光状態は変化しない。それゆえ、高次の回折光８７は偏光ミラー３０をそのまま通過する。次いで高次の回折光８７のみがカメラ部７０（図２（ｃ）には示さない）により検出される。
【００１７】
また、図３（ａ）に示されるように偏光ミラー３０により縦偏光の光９１が反射される。図３（ａ）に示されるように、縦偏光の反射光の高次の回折光９１はλ／２波長板含有部材６０のλ／２波長板部分６１を通過することなしに、光透過部分６２を通過する。従って、縦偏光の回折光９１の偏光状態は変化しない。次いで高次の回折光９１は対物レンズ４５によってウェハー５０上に収束される。
【００１８】
次いで図３（ｂ）に示されるように、ウェハー５０への入射角とほぼ等しい反射角で反射される反射光のうちの低次の回折光９２は、対物レンズ４５を通過した後にλ／２波長板含有部材６０の光透過部分６２を再び通過する。従って、この場合にも低次の回折光９２の偏光状態は変化しないので、低次の回折光９２は縦偏光のままである。それゆえ、この低次の回折光９２は偏光ミラー３０により反射されるので、カメラ部７０により検出されない。
【００１９】
図３（ｃ）に示されるように、ウェハー５０において反射した反射光のうちの一部の高次の回折光９４は対物レンズ４５を通過した後に、λ／２波長板含有部材６０のλ／２波長板部分６１を通過する。これにより縦偏光の高次の回折光９４は横偏光の高次の回折光９５になる。従って、横偏光の高次の回折光９５のみが偏光ミラー３０をそのまま通過して、カメラ部７０（図３（ｃ）には示さない）により検出される。
【００２０】
本発明においては、ウェハー５０における反射光のうちの低次の回折光８４（図２（ｂ））および低次の回折光９２（図３（ｂ））は偏光ミラー３０により反射されるのでカメラ部７０により検出されず、高次の回折光８７（図２（ｃ））および高次の回折光９５（図３（ｃ））のみが検出される。すなわち、入射時または反射時のどちらか一方においてのみλ／２波長板含有部材６０のλ／２波長板部分６１を通過した高次の回折光のみがカメラ部により検出される。これにより暗視野照明（ダークフィールド）状態を形成することができる。従って、本発明においてはλ／２波長板含有部材６０を対物レンズ４５と偏光ミラー３０との間に単に配置することにより、暗視野照明状態を極めて容易に形成することができる。またこのλ／２波長板含有部材６０を単に取り外すことにより明視野照明状態に容易に戻すことができるので、大型化および複雑化することなしに簡易かつ低費用で明視野照明と暗視野照明との両方を実現可能な外観検査装置を提供することができる。
【００２１】
また、図１（ａ）に示されるように、入射側の共役点３１に輪帯フィルタ６５を配置してもよい。詳細には図示しない輪帯フィルタ６５は円板状の部材であって、中心付近に位置する光遮断部分とこの光遮断部分周りに位置する環状の光透過部分とから構成されている。このような光遮断部分が存在しているために、輪帯フィルタ６５を通過する光の断面は環状となる。これにより光軸付近を通過する光を遮断することができるので、さらに完全な暗視野照明状態を形成することができる。
【００２２】
また、輪帯フィルタ６５の光遮断部分および光透過部分の寸法は可変であるのが好ましく、これにより最適な照明状態を形成することができる。このような場合には、外形が等しくて光遮断部分および光透過部分の寸法の異なる複数の輪帯フィルタ６５が周方向に配置された大型円板（図示しない）を採用することができる。この大型円板を共役点３１に隣接して回転可能に配置し、次いで大型円板を回転させることにより最適な寸法の輪帯フィルタ６５を選択することができる。
【００２３】
添付図面においてはλ／２波長板含有部材６０は対物レンズ４５の上方に配置されているが、λ／２波長板含有部材６０が対物レンズ４５の下方にあってもよく、この場合にも前述した効果が得られるのは明らかである。また、中心付近にλ／２波長板部分６１を備えていてこのλ／２波長板部分の周りに光透過部分６２を備えたλ／２波長板部材を採用することも本発明の範囲に含まれる。
【００２４】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、大型化および複雑化することなしに簡易かつ低費用で明視野照明と暗視野照明との両方を実現できるという共通の効果を奏しうる。
【００２５】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、λ／２波長板含有部材を容易に形成することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、さらに完全な暗視野照明状態を形成することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、輪帯フィルタの寸法を調節することにより、最適な照明状態を形成することができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に基づく外観検査装置の略図である。
（ｂ）λ／２波長板含有部材の正面図である。
【図２】（ａ）本発明の観検査装置の動作を説明するための部分拡大図である。
（ｂ）本発明の観検査装置の動作を説明するための部分拡大図である。
（ｃ）本発明の観検査装置の動作を説明するための部分拡大図である。
【図３】（ａ）本発明の観検査装置の動作を説明するための部分拡大図である。
（ｂ）本発明の観検査装置の動作を説明するための部分拡大図である。
（ｃ）本発明の観検査装置の動作を説明するための部分拡大図である。
【符号の説明】
１０…外観検査装置
２０…光源
３０…偏光ミラー
３１…共役点
３５…ステージ
４１…レンズ
４５…対物レンズ
５０…ウェハー
６０…λ／２波長板含有部材
６１…λ／２波長板部分
６２…光透過部分
６５…輪帯フィルタ
７０…カメラ部

Claims (4)

1. 光源と、
   該光源からの光の第一の偏光を反射させつつ第二の偏光を通過させる偏光ミラーと、
   該偏光ミラーにより反射された第一の偏光を標本上に収束させる対物レンズと、
   前記偏光ミラーと前記標本との間に配置されたλ／２波長板含有部材とを具備し、前記λ／２波長板含有部材はλ／２波長板部分を部分的に含んでおり、
   さらに、
   前記標本により反射した反射光が前記偏光ミラーを通過した位置に配置された検出部とを具備し、
   前記偏光ミラーにより反射された前記第一の偏光のうちの低次の回折光が前記λ／２波長板含有部材の前記λ／２波長板部分を通過することにより形成された前記第二の偏光の反射光のうちの低次の回折光を前記λ／２波長板部分に通過させて前記第一の偏光とした後に前記偏光ミラーにより反射すると共に、
   前記偏光ミラーにより反射された前記第一の偏光のうちの高次の回折光が前記λ／２波長板含有部材の前記λ／２波長板部分を通過することなしに反射した反射光のうちの低次の回折光を前記λ／２波長板部分に通過させることなしに前記λ／２波長板含有部材に通過させて前記偏光ミラーにより反射するようにした外観検査装置。
2. 前記λ／２波長板含有部材が中心に開口部が形成された環状のλ／２波長板である請求項１に記載の外観検査装置。
3. さらに、前記光源からの入射光の共役点に配置される輪帯フィルタを具備し、該輪帯フィルタは中心付近に位置する光遮断部分と該光遮断部分の周りに位置する環状の光透過部分とを備えている請求項１または２に記載の外観検査装置。
4. 前記輪帯フィルタの寸法が可変である請求項３に記載の外観検査装置。

Images