JP2004184322A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

欠陥検査装置および欠陥検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】基板11を照明する光学系13と、基板の回折像を形成する結像光学系14と、結像光学系の光軸O3上でかつ該結像光学系の瞳位置(27)よりも基板側に配置され、光軸O3に垂直な1つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材25,26と、回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段28と、画像信号に基づいて光学部材の回転状態(光軸O3に対する回転角)を微調整する微調整手段16〜19と、光学部材の回転状態の微調整後に撮像手段から出力される画像信号に基づいて、基板の欠陥を検出する検出手段18とを備える。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において基板表面の欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体ウエハや液晶基板(総じて「基板」という)の表面に形成された繰り返しパターンから発生する回折光(例えば1次回折光)を利用して、基板表面のむらや傷などの欠陥を自動的に検査する装置が提案されている。表面の欠陥箇所と正常箇所では回折効率が異なるため、繰り返しパターンからの回折光に基づく画像には明るさの相違が現れ、その明暗により欠陥箇所を特定できる。
【0003】
また、図6(a)に示すように、検査対象の基板51は、検査ステージ52上に載置され、照明系53からの平行な照明光L11によって照明される。このとき、照明光L11は、図6(b)に示すように、基板51上の繰り返しパターン51aの直線方向(X方向)に対して90°方向から照射される。そして、照明光L11が照射された基板51からは、繰り返しパターン51aの箇所が欠陥か正常かに応じた回折効率で、回折光L12が発生する。
【0004】
回折光L12を受光する受光系54が固定されている場合、検査ステージ52をX方向に沿った軸52aのまわりにチルトさせることで、基板51からの回折光L12(例えば1次回折光)を受光系54に導くことができる。なお、検査ステージ52のチルトは、周知の回折条件式を用いて繰り返しパターン51aのピッチの設計値から求めた角度など、予めレシピに登録された角度にしたがって行われる。
【0005】
そして、検査ステージ52のチルトによって受光系54に導かれた回折光L12は撮像素子55に入射し、基板51の回折像に基づく画像信号が撮像素子55から画像処理部56に出力される。基板51の回折画像には、パターン異常(欠陥)に起因する明暗が現れているため、画像処理部56では、回折画像の明暗に基づいて基板51の欠陥箇所の特定を行う。
【0006】
ところで、基板51の繰り返しパターン51aの直線方向と照明光L11による照明方向との成す角度が90°からずれていたり、基板51のチルト角が最適な角度(繰り返しパターン51aの実際のピッチに応じた角度)からずれていたりすると、回折光L12の進行方向と受光系54の光軸方向とが一致せず、角度ずれを生じてしまう。つまり、回折光L12は、受光系54の光軸から外れた方向に進行する。
【0007】
この場合、回折光L12の少なくとも一部は、受光系54の瞳(図6(a)のレンズ54aの有効径)から外れてしまい、撮像素子55に入射する回折光L12の光量が減少する。そして、回折光L12に基づく画像のコントラストが全体的または部分的に低下し、信頼性の高い欠陥検査を行うことが困難となる。
そこで近年、欠陥検査の前に、基板51を載置している検査ステージ52の角度条件を微調整し、撮像素子55に入射する回折光L12の光量を最大とすることにより、欠陥検査の信頼性を高める技術が提案された(例えば特許文献1)。検査ステージ52の角度条件には、検査ステージ52の法線を中心とする回転方向の条件と、検査ステージ52のチルト方向の条件とが含まれている。なお、撮像素子55に入射する回折光L12が最大光量のとき、回折光L12の進行方向と受光系54の光軸方向とは一致していると考えられる。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−108637号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術のように、検査ステージ52の角度条件(回転方向およびチルト方向)を微調整可能な装置では、検査ステージ52の駆動機構が非常に複雑化し、かつ大型化することが問題となっていた。検査ステージ52をチルト方向に駆動する機構とは別に、検査ステージ52を回転方向に駆動する機構も必要になるからである。
【0010】
本発明の目的は、簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の欠陥検査装置は、基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な1つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整手段と、前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出手段とを備えたものである。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の欠陥検査装置において、前記微調整手段は、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整するものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の欠陥検査装置において、前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側には、2つの前記光学部材が配置され、前記2つの光学部材のうち一方は、前記結像光学系の光軸と前記照明光学系の光軸とを含む入射面に垂直な1つの軸を中心として回転可能であり、前記2つの光学部材のうち他方は、前記結像光学系の光軸に垂直でかつ前記入射面に平行な1つの軸を中心として回転可能である。
【0013】
請求項4に記載の発明は、基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、該結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な1つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段とを用いた欠陥検査方法であって、前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整工程と、前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出工程とを備えたものである。
【0014】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の欠陥検査方法において、前記微調整工程では、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整するものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0016】
本発明の実施形態は、請求項1〜請求項5に対応する。
本実施形態の欠陥検査装置10は、図1に示すように、基板11を保持する検査ステージ12と、検査ステージ12上の基板11に照明光L1を照射する照明系13と、照明光L1が照射された基板11の繰り返しパターンから発生する回折光L2を受光する受光系14と、検査ステージ12のチルト機構15と、受光系14の回転機構16,17と、画像処理装置18と、制御装置19とで構成されている。
【0017】
本実施形態の欠陥検査装置10は、半導体回路素子などの製造工程において、基板11の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を自動的に行うための装置である。繰り返しパターンとは、周期的に繰り返される線配列形状の回路パターンのことである。基板11は、半導体ウエハや液晶ディスプレイパネルなどである。
【0018】
欠陥検査装置10の検査ステージ12は、チルト機構15により、基板11の表面に平行な軸12aを中心として所定の角度範囲内でチルト可能である。チルト機構15による検査ステージ12のチルトは、制御装置19からの制御信号に基づいて行われる。なお、検査ステージ12では、不図示の搬送装置によって搬送されてきた基板11を上面に載置し、真空吸着によって固定保持する。
【0019】
ここで、検査ステージ12の軸12aに平行な方向を「X方向」とする。また、検査ステージ12(基板11)が水平に保たれた状態での法線(基準法線)に平行な方向を「Z方向」とする。さらに、X方向およびZ方向に垂直な方向を「Y方向」とする。
欠陥検査装置10の照明系13は、ランプハウス21とライトガイド22と凹面反射鏡23とで構成された偏心光学系である。照明系13は、請求項の「照明光学系」に対応する。
【0020】
ランプハウス21には、ハロゲンランプやメタルハライドランプなどの光源、および波長選択フィルタが内蔵されている(いずれも不図示)。このため、ランプハウス22の後段には、一部の波長域λの照明光のみが射出される。
【0021】
ライトガイド22は、ランプハウス21からの光を伝送して、端面22aから凹面反射鏡23に向けて射出する。ライトガイド22の端面22aは、凹面反射鏡23の前側焦点位置に配置されている。この端面22aが照明系13の瞳に相当する。
凹面反射鏡23は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、検査ステージ12の斜め上方に配置されている。つまり、凹面反射鏡23の中心と検査ステージ12の中心とを通る軸(光軸O1)は、基準法線(Z方向)に対して所定の角度(θi)だけ傾けられている。
【0022】
また、凹面反射鏡23は、光軸O1が検査ステージ12の軸12a(X方向)に対して直交するように配置されている。以下の説明では、検査ステージ12の軸12aに垂直で、光軸O1と基準法線(Z方向)とを含む面について、「入射面YZ」と言う。入射面YZには、後述する受光系14の光軸O2,O3も含まれる。
さらに、凹面反射鏡23は、後側焦点位置が基板11と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置10の照明系13は、基板11側に対してテレセントリックな光学系となっている。
【0023】
このように構成された照明系13において、ランプハウス21からライトガイド22を介して射出された光(波長λ)は、凹面反射鏡23を介してほぼ平行な照明光L1となり、検査ステージ12上の基板11の表面に全体的に照射される。照明系13の基板11側がテレセントリック系であるため、照明光L1の入射角θiは、基板11の全面にわたって一様となる。
【0024】
そして、基板11の表面に形成された繰り返しパターンから、様々な方向に回折光が発生する。図1に示した回折光L2は、受光系14の光軸O2の方向に発生した一部の回折光(例えば1次回折光)である。回折光L2の強度は、基板11の欠陥箇所と正常箇所とで異なる。照明系13の基板11側がテレセントリック系であるため、回折光L2の強度も、繰り返しパターンの状態(欠陥箇所/正常箇所や欠陥の種類)ごとに一様となる。
【0025】
欠陥検査装置10の受光系14は、凹面反射鏡24と平行平面板25,26と受光レンズ27と撮像素子28とで構成された偏心光学系である。凹面反射鏡24と受光レンズ27は、請求項の「結像光学系」に対応する。平行平面板25,26は「光学部材」に対応する。撮像素子28は「撮像手段」に対応する。
凹面反射鏡24は、上記の凹面反射鏡23と同様の反射鏡であり、検査ステージ12の上方に配置される。つまり、凹面反射鏡24の中心と検査ステージ12の中心とを通る軸(光軸O2)がZ方向に平行となるように配置されている。光軸O2は、入射面YZ内に含まれ、検査ステージ12の軸12aに垂直である。
【0026】
また、凹面反射鏡24は、その前側焦点位置が基板11と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置10の受光系14は、基板11側に対してテレセントリックな光学系となっている。
さらに、凹面反射鏡24と受光レンズ27とは、各々の中心を通る軸(光軸O3)が入射面YZ内に含まれるように配置されている。光軸O3も、検査ステージ12の軸12aに垂直である。
【0027】
また、受光レンズ27は、凹面反射鏡24の後側焦点位置と略一致するように、受光系14の瞳位置(照明系13のライトガイド22の端面22aに対して共役な位置)の近傍に配置されている。受光レンズ27の絞り(不図示)が、受光系14の瞳に相当する。
2枚の平行平面板25,26は、受光系14の光軸O3上で、かつ受光系14の瞳位置(受光レンズ27の位置)よりも基板11側に配置され、各々の回転機構16,17により、光軸O3に垂直な1つの軸25a,26aを中心として所定の角度範囲内で回転可能である。回転機構16,17による平行平面板25,26の回転は、制御装置19からの制御信号に基づいて行われる。
【0028】
さらに、平行平面板25の軸25aは、光軸O3に垂直なだけでなく、照明系13の光軸O1にも垂直であり、換言すれば、入射面YZに垂直、または、検査ステージ12の軸12a(X方向)に平行である。この平行平面板25の回転状態(光軸O3に対する回転角)は、基板11のチルト方向の角度ずれに起因する光量低下(後述する)を補正するために微調整される。
【0029】
また、平行平面板26の軸26aは、光軸O3に垂直なだけでなく、検査ステージ12の軸12a(X方向)にも垂直であり、換言すれば、入射面YZに平行である。この平行平面板26の回転状態(光軸O3に対する回転角)は、基板11の回転方向(法線を中心とする回転方向)の角度ずれに起因する光量低下(後述する)を補正するために微調整される。
【0030】
撮像素子28は、複数の画素が2次元配列されたCCDイメージセンサであり、その撮像面を受光レンズ27の後側焦点位置に略一致させた状態で配置されている。このため、欠陥検査装置10の受光系14は、撮像素子28側に対してもテレセントリックな光学系となっている。なお、撮像素子28の撮像面は、基板11の表面に共役である。
【0031】
上記の受光系14において、基板11からの回折光L2は、凹面反射鏡24と平行平面板25,26を介した後、受光レンズ27の絞り(受光系14の瞳)に到達する。このときの回折光L2のスポットと受光レンズ27の絞りとの位置関係は、(1)基板11のチルト方向の角度ずれ、(2)基板11の法線まわりの回転方向の角度ずれ、(3)平行平面板25の回転状態、(4)平行平面板26の回転状態などに応じたものとなる。
【0032】
詳細は後述するが、平行平面板25,26の回転状態を個別に微調整することにより、受光レンズ27の絞り(受光系14の瞳)に対して回折光L2のスポットを変位させることができ、受光レンズ27の絞りを通過して撮像素子28に向かう回折光L2の光量を変化させることができる。
そして、受光レンズ27の絞りを通過した回折光L2は、凹面反射鏡24と受光レンズ27の作用により集光され、撮像素子28の撮像面に到達する。この撮像面には、基板11の回折像が形成される。撮像素子28は、撮像面に形成された回折像を撮像して、画像信号を画像処理装置18に出力する。
【0033】
なお、受光系14の基板11側がテレセントリック系であるため、回折光L2の進行方向は、基板11の全面にわたって一様となり、撮像素子28に入射する回折光L2の光量も、基板11の繰り返しパターンの状態(欠陥/正常箇所や欠陥の種類)ごとに一様となる。したがって、撮像素子28からの画像信号の強弱には、基板11の繰り返しパターンの状態のみが反映されることになる。
【0034】
画像処理装置15は、欠陥検査時、撮像素子28からの画像信号に基づいて基板11の回折画像を取り込み、この回折画像と予め記憶している良品基板の回折画像との比較(パターンマッチング)や、予め学習させておいた良品基板の特徴と異なる部分が基板11の回折画像の中に存在するか否かなどの画像処理を行うことで、基板11の欠陥を検出する。画像処理装置15は、請求項の「検出手段」に対応する。
【0035】
例えば、繰り返しパターンを投影露光した際のデフォーカスによるムラなどの欠陥がある場合は、その部分の明暗差または特徴の相違などの情報に基づいて、基板11の欠陥部分を検出する。なお、照明系13および受光系14が基板11側に対してテレセントリックな光学系となっているため、基板11内のXY位置が異なっていても、同じ欠陥が存在していれば明暗状態も同じになる。
【0036】
さらに、画像処理装置18は、上記の欠陥検出に先立ち、撮像素子28からの画像信号に基づいて、撮像素子28に入射する回折光L2の光量を計測する。回折光L2の光量の計測は、例えば、画像信号の平均輝度の算出により行っても良いし、画像信号の輝度値の合計の算出により行っても良い。そして、この計測結果は“光量データ”として制御装置19に出力される。
【0037】
制御装置19は、画像処理装置18による欠陥検出に先立ち、画像処理装置18からの光量データに基づいて回転機構16,17を個別に制御し、平行平面板25,26の回転状態を微調整する(詳細は後述する)。なお、回転機構16,17と画像処理装置18と制御装置19は、請求項の「微調整手段」に対応する。
また、制御装置19は、平行平面板25,26の回転状態の微調整に先立ち、次に説明するレシピに基づいてチルト機構15を制御し、検査ステージ12をチルトさせる。レシピは、製造工程の異なる複数種類の基板11(例えば繰り返しパターンのピッチが互いに異なる基板)の欠陥検査を各々最適に行うために必要な各種の設定条件であり、制御装置19内のメモリに予め記憶されている。
【0038】
ここで、検査ステージ12のチルト角θtに関するレシピについて説明する。一般に、チルト角θtは、周知の回折条件式(次式(1))を用い、検査対象となる基板11に形成された繰り返しパターンのピッチの設計値から計算で求められ、この計算結果がレシピに登録されている。
sin(θd−θt) − sin(θi+θt)= mλ/p ……(1)
式(1)は、検査ステージ12のチルト角θtと、繰り返しパターンのピッチpと、照明光L1の波長λおよび入射角θiと、回折光L2の回折角θdおよび回折次数mとの関係を表した式である。チルト角θt,入射角θi,回折角θdの基準は、図2に示すように、基板11が水平に保たれた状態での法線(基準法線)である。
【0039】
入射角θiの符号は、入射側に見込む角度方向がプラス、反射側に見込む角度方向がマイナスである。入射角θiの範囲は、0°<θi<90°である。回折角θdおよびチルト角θtの符号は、入射側に見込む角度方向がマイナス、反射側に見込む角度方向がプラスである。回折次数mは、m=0の0次回折光(正反射光)を基準として、入射側に見込む角度方向がマイナス、反射側に見込む角度方向がプラスである。
【0040】
また、上記の式(1)を用いて繰り返しパターンのピッチの設計値から求めたチルト角θtの他、製造工程の異なる複数種類の良品基板(繰り返しパターンのピッチが互いに異なる良品基板)により予め測定したチルト角θtをレシピに登録してもよい。これは、製造誤差に起因して、繰り返しパターンの実際のピッチが設計値とは異なる場合に有効である。
【0041】
次に、上記のように構成された欠陥検査装置10の動作について、図3のフローチャートを用いて説明する。初期状態のとき、受光系14の平行平面板25,26は、光軸O3に垂直な向き(非回転状態)で固定されている。
検査対象となる基板11の種類に関する情報が外部(不図示の入力装置)から入力されると、制御装置19は、図3のフローチャートの手順にしたがって制御を開始する。まず初めに、制御装置19は、検査ステージ12上に基板11が載置されるまで待機する(S1)。
【0042】
ここで、検査対象の基板11は、検査ステージ12に載置される前、外部のプリアライメントステージ(不図示)でのプリアライメントにより、基板11上の繰り返しパターンの直線方向が欠陥検査装置10のX方向(検査ステージ12の軸12a)に平行となるように、法線まわりの回転角が調整される。そして、プリアライメントが終了すると、基板11は、調整された回転角を維持しつつ検査ステージ12に載せ換えられる。
【0043】
しかし、プリアライメントステージから検査ステージ12への載せ換えの際、機械誤差により、基板11が法線まわりに微少量回転してしまうことがある。基板11が法線まわりに微少量回転すると、繰り返しパターンの直線方向は検査ステージ12の軸12a(X方向)から斜めにずれてしまう。
さらに、上記のプリアライメントは、繰り返しパターンの直線方向が基板11の外形基準(オリエンテーションフラットやノッチなど)で決まる基板座標系と平行または垂直であることを前提に、外形基準を使って行われる。
【0044】
しかし、実際には、外形基準で決まる基板座標系と露光によるショット座標系(繰り返しパターンの直線方向)とは、基板11の法線まわりに僅かに角度ずれを生じている。これは、露光装置におけるファースト露光の際のプリアライメント誤差に相当する。
【0045】
このように、基板11の法線まわりに関して、基板11自体が載せ換えの際に回転角ずれを起こしたり、基板11のショット座標系が外形基準に対して回転角ずれを起こしている場合は、繰り返しパターンの直線方向が検査ステージ12の軸12a(X方向)から斜めにずれることになる。そして、繰り返しパターンの直線方向と照明光L1の照明方向(照明系13の光軸O1の方向)との成す角度も、90°からずれる。
【0046】
この場合、基板11の繰り返しパターンから発生する回折光L2の進行方向は、図4(a)に実線で示すように、検査ステージ12の軸12aと受光系14の光軸O2とが成す面(紙面に平行な面)(入射面YZに垂直で光軸O2を含む面)内で、受光系14の光軸O2から斜めにずれる(回折角ずれ)。なお図4(a)では、簡単のため、凹面反射鏡24を凸レンズで図示し、一方の平行平面板25を省略した。
【0047】
また、繰り返しパターンからの回折光L2は受光系14の光軸O2から外れた斜めの方向に進行し、非回転状態の平行平面板26をそのまま通過するため、受光レンズ27に到達したときの回折光L2のスポット位置は、少なくとも一部が、受光レンズ27の絞り(有効径)からAx方向に外れてしまう。Ax方向はステージ12の軸12aに平行である。
【0048】
そして、受光レンズ27の絞りを通過した後で撮像素子28に入射する回折光L2の光量は、回折光L2のスポットが受光レンズ27の絞りからAx方向に外れた分だけ減少する。また、撮像素子28によって取り込まれる回折画像は、全体的または部分的にコントラストが低下する。このままの状態では信頼性の高い欠陥検査を行うことが困難なため、本実施形態の欠陥検査装置10では、後述のステップS4(図3)において、図4の平行平面板26の回転状態を微調整する。
【0049】
上記のように、ステップS1で検査対象の基板11が検査ステージ12上に載置されると、制御装置19は、この基板11の種類に応じたレシピをメモリから読み込み(S2)、読み込んだレシピの内容に基づいて基板11を検査ステージ12と共にチルトさせる(S3)。
検査ステージ12(基板11)のチルトは、基板11から発生する所望の回折次数mの回折光L2を受光系14に導くために行われるが、機械誤差により、設定したチルト角θtから微少量ずれることがある。
【0050】
また、基板11の繰り返しパターンの実際のピッチは、製造誤差のため設計値とは異なることが多く、同一工程でも製造ロットごとに異なることもある。このため、レシピの内容に基づいて検査ステージ12を正確にチルトさせることができたとしても、基板11のチルト角θtが最適な角度(繰り返しパターンの実際のピッチに応じた)からずれていることもある。
【0051】
このように、基板11が軸12aを中心とした回転角ずれ(チルト角ずれ)を起こしている場合、基板11の繰り返しパターンから発生する回折光L2の進行方向は、図5(a)に実線で示すように、入射面YZ(紙面に平行な面)内で、受光系14の光軸O2から斜めにずれる(回折角ずれ)。なお図5(a)でも、簡単のため、凹面反射鏡24を凸レンズで図示し、一方の平行平面板26を省略した。
【0052】
また、繰り返しパターンからの回折光L2は受光系14の光軸O2から外れた斜めの方向に進行し、非回転状態の平行平面板25をそのまま通過するため、受光レンズ27に到達したときの回折光L2のスポット位置は、少なくとも一部が、受光レンズ27の絞り(有効径)からAy方向に外れてしまう。Ay方向はステージ12の軸12aに垂直である。
【0053】
そして、受光レンズ27の絞りを通過した後で撮像素子28に入射する回折光L2の光量は、回折光L2のスポットが受光レンズ27の絞りからAy方向に外れた分だけ減少する。また、撮像素子28によって取り込まれる回折画像は、全体的または部分的にコントラストが低下する。このままの状態では信頼性の高い欠陥検査を行うことが困難なため、本実施形態の欠陥検査装置10では、後述のステップS5(図3)において、図5の平行平面板25の回転状態を微調整する。
【0054】
次のステップS4において、制御装置19は、画像処理装置18からの光量データ(撮像素子28に入射する回折光L2の光量に関するデータ)に基づいて、平行平面板26の回転状態を微調整する。平行平面板26は、基板11の回転角ずれ(図4(a)参照)を補正するための光学部材である。平行平面板26の微調整は、次の手順(A1)→(A2)にしたがって行われる。
【0055】
(A1) 平行平面板26を所定の角度範囲内で所定の角度増分おきにステップ的に回転させながら(図4(a)参照)、回転させるごとに光量データを取り込む。平行平面板26を回転させると、受光レンズ27の絞りに対して回折光L2のスポットがAx方向に変位するため、光量データも変化していく。
なお、平行平面板26を回転させる角度範囲は、基板11の回転角ずれ(載せ換え時の機械誤差とショット座標系の露光誤差とを含む回転角ずれ)を予め見積もっておき、それらに対応できるような充分な範囲とすることが好ましい。
【0056】
(A2) 上記(A1)で取り込んだ多数の光量データのうち最大値を選択し、さらに光量データが最大値となる回転角θ26を求め、その回転角θ26に平行平面板26を設定する。このとき、回折光L2のスポット位置は、図4(b)に示すように、Ax方向に関して受光レンズ27の絞りと重なることになる。
次に、制御装置19は、ステップS5において、画像処理装置18からの光量データに基づいて、平行平面板25の回転状態を微調整する。平行平面板25は、基板11のチルト角ずれ(図5(a)参照)を補正するための光学部材である。平行平面板25の微調整は、次の手順(B1)→(B2)にしたがって行われる。
【0057】
(B1) 平行平面板25を所定の角度範囲内で所定の角度増分おきにステップ的に回転させながら(図5(a)参照)、回転させるごとに光量データを取り込む。平行平面板25を回転させると、受光レンズ27の絞りに対して回折光L2のスポットがAy方向に変位するため、光量データも変化していく。
なお、平行平面板25を回転させる角度範囲は、基板11のチルト角ずれ(レシピに応じた設定時の機械誤差と繰り返しパターンのピッチの露光誤差とを含むチルト角ずれ)を予め見積もっておき、それらに対応できるような充分な範囲とすることが好ましい。
【0058】
(B2) 上記(B1)で取り込んだ多数の光量データのうち最大値を選択し、さらに光量データが最大値となる回転角θ25を求め、その回転角θ25に平行平面板25を設定する。このとき、回折光L2のスポット位置は、図5(b)に示すように、Ay方向に関して受光レンズ27の絞りと重なることになる。
すなわち、ステップS4,S5の処理(平行平面板25,26の回転状態の微調整処理)の結果、回折光L2のスポット位置は、Ax方向およびAy方向に関して受光レンズ27の絞りと重なることになる。このとき、受光レンズ27の絞りを通過して撮像素子28に入射する回折光L2の光量は最大である。
【0059】
したがって、検査ステージ12上の基板11に回転角ずれ(載せ換え時の機械誤差とショット座標系の露光誤差とを含む回転角ずれ)やチルト角ずれ(レシピに応じた設定時の機械誤差と繰り返しパターンのピッチの露光誤差とを含むチルト角ずれ)が存在する場合でも、平行平面板25,26の回転状態の微調整することで、良好な検査ポジションを決定することができる。
【0060】
このように、平行平面板25,26の回転状態の微調整により最終的な検査ポジションが確定すると、制御装置19は、次のステップS6において画像処理装置18を制御し、基板11の欠陥検査を実行させる。
このとき撮像素子28から画像処理装置18には、充分な光量(最大光量)の回折光L2によるコントラストの良好な回折画像が取り込まれる。したがって、画像処理装置18では、既に説明した画像処理によって信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。
【0061】
上記した欠陥検査装置10によれば、最終的な検査ポジションの探索処理を平行平面板25,26の回転状態の微調整(図3のS4,S5)により行うため、従来装置の検査ステージ52(図6)のように複雑で大型な駆動機構を用いる必要がなくなり、簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。
さらに、平行平面板25,26を微少回転させながら光量データを取り込み、光量データが最大値となる回転角θ26,θ25を最終的な検査ポジションとして確定するので、欠陥検査の信頼性を確実に高めることができる。このため、光量低下による良品の誤検出を少なくすることができる。つまり、良品/不良品の仕分けを精度良く行うことができる。
【0062】
また、半導体デバイス(半導体素子,液晶表示素子,薄膜磁気ヘッドなど)を製造する際に、不良となる半導体デバイスを精度良く分別することができるため、良好な半導体デバイスを効率良く製造することができる。
ちなみに、半導体デバイスの製造工程には、露光装置を用いたパターン形成工程と、検査装置を用いた欠陥検査工程とが含まれる。パターン形成工程は、マスク(レチクル)に形成された所定のパターン(回路パターンなど)を基板(感光性基板)に転写(露光)する工程である。そして欠陥検査工程では、基板に転写されたパターンの欠陥検査が行われる。
【0063】
さらに、欠陥検査装置10における最終的な検査ポジションの情報(ステージ12のチルト角θt,平行平面板25の回転角θ25,照明光L1の波長λなどの条件)に基づいて、基板11の繰り返しパターンの実際のピッチを求めることができる。この実際のピッチをモニタし、製造ロットや製造ラインによる差などを統計的に把握することで、製造工程の管理に役立てることができる。
【0064】
また、欠陥検査装置10における最終的な検査ポジションの情報(平行平面板26の回転角θ26などの条件)に基づいて、基板11の繰り返しパターンの直線方向の外形基準に対する回転角ずれ量を求めることもできる。この回転角ずれ量をモニタすることで、上記と同様、製造工程の管理に役立てることができる。
【0065】
(変形例)
上記した実施形態では、基板11の回転角ずれ(図4(a)参照)を補正するための平行平面板26と、チルト角ずれ(図5(a)参照)を補正するための平行平面板25とを個別に1回ずつ微調整して(順序はどちらが先でも構わない)、光量データが最大値となる回転角θ25,θ26をそれぞれ決定したが、本発明はこれに限定されない。
【0066】
例えば、平行平面板26の微調整と平行平面板25の微調整とを交互に何回か繰り返しながら光量データを取り込むことにより、3次元的な光量分布を作成し、この光量分布の中から光量データが最大値となる回転角θ25,θ26を決定してもよい。この方法は、受光レンズ27の絞り位置における回折光L2のスポット内で光量分布が不均一な場合や偏心している場合に有効である。
【0067】
また、上記した実施形態では、受光系14の光軸O3に垂直な1つの軸25a,26aを中心に回転可能な2枚の平行平面板25,26を設けたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、2枚の平行平面板25,26のうち何れか一方のみを設けてもよい。この場合には、基板11の回転角ずれまたはチルト角ずれの何れか一方を補正することができる。また、平行平面板に代えてプリズムを用いても良いし、透過型の光学部材に限らず反射型の光学部材(反射鏡)を用いても良い。さらに、平行平面板やプリズムなどの光学部材を、受光系14の光軸O3に垂直な2つの軸を中心に回転可能としても良い。
【0068】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成で信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の欠陥検査装置10の全体構成を示す図である。
【図2】照明光と回折光と基板との角度関係を説明する図である。
【図3】欠陥検査装置10における動作順を示すフローチャートである。
【図4】基板11の回転角ずれに起因する回折角ずれを説明する図である。
【図5】基板11のチルト角ずれに起因する回折角ずれを説明する図である。
【図6】従来装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
10 欠陥検査装置
11 基板
12 検査ステージ
13 照明系
14 受光系
15 チルト機構
16,17 回転機構
18 画像処理装置
19 制御装置
21 ランプハウス
22 ライトガイド
23,24 凹面反射鏡
25,26 平行平面板
27 受光レンズ
28 撮像素子

Claims (5)

  1. 基板を照明する照明光学系と、
    前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、
    前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な1つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、
    前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、
    前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整手段と、
    前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出手段とを備えた
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 請求項1に記載の欠陥検査装置において、
    前記微調整手段は、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整する
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の欠陥検査装置において、
    前記結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側には、2つの前記光学部材が配置され、
    前記2つの光学部材のうち一方は、前記結像光学系の光軸と前記照明光学系の光軸とを含む入射面に垂直な1つの軸を中心として回転可能であり、
    前記2つの光学部材のうち他方は、前記結像光学系の光軸に垂直でかつ前記入射面に平行な1つの軸を中心として回転可能である
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  4. 基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光を集光して前記基板の回折像を形成する結像光学系と、該結像光学系の光軸上でかつ該結像光学系の瞳位置よりも前記基板側に配置され、前記光軸に垂直な1つ以上の軸を中心として回転可能な光学部材と、前記回折像を撮像して画像信号を出力する撮像手段とを用いた欠陥検査方法であって、
    前記画像信号に基づいて前記光学部材の前記光軸に対する回転角を微調整する微調整工程と、
    前記光学部材の前記回転角の微調整後に前記撮像手段から出力される前記画像信号に基づいて、前記基板の欠陥を検出する検出工程とを備えた
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
  5. 請求項4に記載の欠陥検査方法において、
    前記微調整工程では、前記撮像手段に入射する前記回折光の光量を前記画像信号に基づいて計測し、該光量が最大となるように前記光学部材の前記回転角を微調整する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
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