JP2005083800A - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
パターンの微細化に対応した高感度欠陥検査方法とその装置を提供する。
【解決手段】
対物レンズ３０と試料１の間を液で満たして、実効ＮＡ（Numerical Aperture）を大きくすることにより、検出光学系の解像度を向上する。さらに、試料表面に透明な層間絶縁膜が形成されている場合、対物レンズと試料の間を透明膜に近い屈折率の液体で浸すことにより、液と絶縁膜界面での振幅分割を抑制し、薄膜干渉による光学像の明るさむらを低減する。これらの技術により、欠陥検査感度を向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造工程やフラットパネルディ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微小パターンの欠陥や異物欠陥などの欠陥の検査や観察に用いる欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関するものである。

半導体の高集積化やフラットパネルディスプレイの高精細化に伴い、フォトリソグラフィ工程で形成されるパターンは微細化が進展している。製造工程においては、歩留まり向上を図るためパターン形成後にパターンの欠陥検査等を行っている。欠陥検査では光学系等によりパターンを画像として検出し、隣接するダイ（あるいはセル）の画像を比較して欠陥を抽出する。

ところで、従来の欠陥検査用光学系において、解像度向上技術として、短波長化及び偏光を利用した超解像検出技術として、特開２０００−１５５０９９（特許文献１）が知られている。

特開２０００−１５５０９９号公報

上記偏光を利用した超解像検出技術では、特定の偏光を乾燥系対物レンズを介して試料に落射照明し、反射・回折した光を同じ対物レンズで捕捉して、試料の像をイメージセンサで検出するものである。反射・回折した光のうち、特定の偏光成分のみを用いて試料の像を検出することにより、試料の光学像を高コントラストに検出できる特徴を有していた。

しかしながら、パターン寸法がサブ１００ｎｍの超微細の世代になると、上記高解像度化された欠陥検査用光学系だけでは解像度が不足し、パターン像を忠実に検出することが難しくなってきている。そのため、欠陥検査用光学系として、更に高ＮＡ（Numerical Aperture）化を図って解像度を向上させる要求が生じてきている。

さらに、被検査対象物として、半導体ウェハに代表される薄膜プロセスを経た試料では、層間絶縁膜としてＳｉＯ_２などの透明膜が形成されている。この透明膜は、ウェハ内で膜厚むらがある。この膜厚むらは、デバイスにとって致命性がないため検査上検出すべきではないが、乾燥系レンズでは透明膜での薄膜干渉の影響により、検出した像に明るさむらとなって現れる。例えば、隣接ダイの比較検査を行う場合、隣接ダイで透明膜の膜厚むらがあると検出画像の明るさに違いが生じるため欠陥として誤検出してしまう。この誤検出を防止するため、検査しきい値を大きくすると、検査全体の検査感度が低下してしまう課題がある。

また、欠陥検査の対象となる被検査対象物としては、製造工程および品種に応じてパターンの材料や段差が相違して多種多様となる。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、実効ＮＡを大きくして解像度を向上させ、サブ１００ｎｍ程度以下の欠陥の検査や観察を光学的に可能にした欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、隣接ダイ等の比較検査を行う場合、透明膜の膜厚むらの影響をなくして高感度検査を可能にした欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、対物レンズと前記試料の間を液で満たして、実効ＮＡ（Numerical Aperture）を大きくすることにより、検出光学系の解像度を向上することにある。
また、本発明は、対物レンズと試料の間を透明膜に近い屈折率の液体で浸すことにより、試料表面に透明な層間絶縁膜が形成されている場合においても液と絶縁膜界面での振幅分割が抑制され、薄膜干渉による明るさむらを低減することにある。
また、本発明は、前記対物レンズを通したＴＴＬ（Through The Lens）方式で焦点検出することにより、液表面の形状不均一性による焦点検出誤差を防止した高精度な焦点検出結果を得ることが可能となる。
また、本発明は、対物レンズとウェハ間のみを局所液浸することにより、コンパクトな装置構成にすることが可能となる。

また、本発明は、試料と検出光学系の先端部との間を液浸にした状態で、前記試料の光学像を前記検出光学系で形成する光学像形成ステップと、該光学像形成ステップで形成された試料の光学像をイメージセンサで画像信号として取得する信号取得ステップと、該信号取得ステップで取得された画像信号を基に前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査工程を有することを特徴とする欠陥検査方法及びその装置である。

また、本発明は、前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記試料と前記検出光学系との間に液体を連続的に供給し、前記液体の供給量以下の液体を連続的に排出する液体供給・排出ステップを含むことを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記液浸を前記試料上における局所液浸であることを特徴とする。
また、本発明は、前記局所液浸を、前記試料を移動する方向に液体を流すことによって実現することを特徴とする。また、本発明は、前記局所液浸を、前記試料が前記検出光学系の視野を通過する前に液体を供給し、前記視野を通過後液体を排出することによって実現することを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記液浸を前記試料全面液浸であることを特徴とする。

また、本発明は、前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記試料への照明は、落射照明方式或いはオフアクシス照明方式或いは落射照明方式とオフアクシス照明方式の混載方式のいずれかであることを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記検出光学系を介して前記試料を照明し、前記試料からの反射光を用いて前記検出光学系の焦点と前記試料の位置関係とを示す焦点検出情報を得る焦点検出ステップを含むことを特徴とする。

また、本発明は、試料と検出光学系の先端部との間を液浸にした状態で、前記試料を楕円偏光照明することによって得られる反射・回折した光を前記検出光学系により偏光検出して前記試料の光学像を形成する光学像形成ステップと、該光学像形成ステップで形成された試料の光学像をイメージセンサで画像信号として取得する信号取得ステップと、該信号取得ステップで取得された画像信号を基に前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査工程を有することを特徴とする欠陥検査方法である。

また、本発明は、更に、前記欠陥検査工程の前に、試料を液浸させて試料界面の泡抜き処理を行う検査準備工程を有することを特徴とする。
また、本発明は、更に、前記欠陥検査工程の後に、試料を乾燥させる後工程を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査工程において、さらに、前記検出光学系の液浸エリアに対して表面活性化処理を行うステップを有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、対物レンズと試料間を液浸することにより、（１）解像度向上が可能（液の屈折率ｎに比例して解像度が向上）（２）薄膜干渉による隣接ダイあるいは隣接セルの画像の明るさむらを抑制することが可能となるため検査しきい値を低減することが可能となり、それぞれ検査感度の向上に効果がある。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

まず、全面液浸による検査の実施の形態について図１〜図１０、図２６、図３１、図３２を用いて説明する。

本発明を半導体ウェハの光学式外観検査装置に適用した一実施の形態を図１に示す。図２６には検査シーケンスおよびその手段を示す。８２は、光学式外観検査装置におけるウェハ搬送ロボット８５を含めた外側の筐体を示す。検査対象となるウェハは、カセット８０に格納されており、ウェハ搬送ロボット８５などの搬送系により検査準備室９０に搬送され（Ｓ２６２）、ウェハのノッチ（あるいはオリエンテーションフラット）検出部９５に搭載される。このノッチ検出部９５でウェハの方位をプリアライメントする（Ｓ２６３）。そして、検査準備室９０において、事前液浸（Ｓ２６４）、ウェハ界面の泡抜き（Ｓ２６５）および事前液浸液抜き（ウェハ表面の液切りはしない）（Ｓ２６６）を行う。ウェハ界面の泡抜きの方法としては、ウェハ液中スピンの方法、ウェハ液中超音波振動の方法および減圧処理の方法が考えられる。そしてこのウェハを検査ステーション３に搬入する（Ｓ２６７）。この検査ステーション３では、ウェハ１がチャック２で固定されており、ウェハ１は液槽７に満たされた液体５の中に全面液浸されている（Ｓ２６９）。なお、液槽７に満たされる液体には、液体の屈折率変動を抑えるために熱電冷却手段などによる温度調整、液体に含まれるマイクロバブルの除去のための減圧手段による泡抜き、及びウェハの酸化防止のための酸素濃度調整手段による酸素濃度制御が行われる（Ｓ２６８）。そして、この液槽７は、液体供給・排出機構１０とパイプ１５により配管されており、ウェハ１のローディング後に液体５の供給（Ｓ２６９）、アンローディング前に液体５の排出（Ｓ２７１）を実施する。このチャック２及び液槽７は、Ｚ方向ステージ２００、θ方向ステージ２０５、Ｘ方向ステージ２１０、Ｙ方向ステージ２１５に搭載されている。これらのステージとウェハ１の像を形成する光学系２０は、石定盤２２０に搭載されている。

次に、ウェハ走査および画像検出が行われて欠陥の検査が行われることになる（Ｓ２７０）。即ち、光学系２０の光源２２で発した照明光２４は、ビームスプリッタ４０で反射する。反射した照明光は、対物レンズ３０及び液体５を介してウェハ１を落射照明する。ウェハ１上を反射・回折した光は、再び液体５及び対物レンズ３０を介してビームスプリッタ４０に到達する。このビームスプリッタ４０を透過した光は、焦点検出光路４５と像検出光路４６を分岐するビームスプリッタ４１に入射し、ビームスプリッタ４１を透過した光がイメージセンサ４４上にウェハ１の像を形成する。また、ビームスプリッタ４１を反射した光は、ウェハ１と対物レンズ３０の焦点のズレ量を検出する光であり、焦点検出用センサ４３に入射する。焦点検出方式の一例として、照明光路に配置したストライプパターン４７をウェハ１上に投影し、ウェハ１で反射したストライプパターン４７の像を焦点検出用センサ４３で検出する。このストライプパターン４７の像は、イメージセンサ４４で検出する視野と分離していることが望ましい。この検出像のコントラストをメカニカルコントローラ部５８で算出し、デフォーカスが生じている場合はＺステージ２００を駆動してフォーカシングする。これにより、イメージセンサ４４上に形成される光学像のフォーカスを合わせる。尚、液浸法による焦点検出方式は、対物レンズ３０を通すＴＴＬ方式で焦点検出することにより、液体５の表面の形状不均一性（例えば液体５の表面に発生する波による形状不均一性）や温度による焦点位置変動の影響を受けない高精度な焦点検出精度を得ることが可能となる。尚、焦点検出に用いる光は、イメージセンサ４４に結像する波長域と同等あるいは対物レンズ３０で色収差補正された光が望ましい。

また、イメージセンサ４４で検出された画像は、Ａ／Ｄ変換回路５０にてデジタル画像に変換され、画像処理部５４に転送される。この画像処理部５４で、隣接するダイ（あるいはセル）の画像を比較し、欠陥を抽出する。イメージセンサ４４が、リニアイメージセンサタイプ（ＴＤＩセンサ（Time Delay Integrationタイプ）を含む）の場合は、ウェハ１を定速走査させながら、画像を検出する。このステージ類の制御やウェハ搬送ロボット８５及び液体５の供給・排出機構１０等の制御はメカニカルコントローラ５８で行われる。このメカニカルコントローラ５８は、装置全体を制御するオペレーティングコントローラ６０の指令により、機構系を制御する。また、画像処理部５４で検出した欠陥は、データサーバ６２に欠陥情報を格納される。格納される欠陥情報としては、欠陥座標，欠陥サイズ，欠陥分類情報などがある。この欠陥情報は、オペレーティングコントローラ６０で表示・検索が可能である。

次に、欠陥検査が終了すると、液槽７から検査用液浸液抜きが行われ（Ｓ２７１）、ウェハがアンローデイングされる（Ｓ２７２）。そして、検査待ち時に、対物レンズ３０のウェハ対向面にＵＶ光を照射するなどして、対物レンズ３０の液浸エリアについて表面活性化（光触媒効果による親水性の持続処理）を行う（Ｓ２７３）。なお、対物レンズ３０の液浸エリアは親水性処理が施されるものとする。

更に、検査準備室９０等において、アンローデングされたウェハ１に対して減圧ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）ベーパー、ウェハスピンまたは気体噴射等により乾燥が実行される（Ｓ２７４）。そして、ウェハ搬送ロボット８５などの搬送系により、図９に示す検査準備室９０等の開閉機構１３６によって開口されたゲート１３７から搬出され（Ｓ２７５）、カセット８０に収納されて検査の全てが終了することになる。

次に、全面液浸、部分液浸に関係なく、液浸検査による１）解像度向上効果、２）薄膜干渉の抑制効果について説明する。

１）解像度向上効果
光学系の解像度Ｒを求める一般式として、（１）式が知られている。

Ｒ＝λ／（２ＮＡ） （１）
ここで、λは照明波長，ＮＡは対物レンズの開口数を示す。

ＮＡとは対物レンズとウェハ間の屈折率ｎであり、（２）式で求まる。

ＮＡ＝ｎｓｉｎθ （２）
ここで、θはウェハ上の１点で回折・散乱した光のうち、対物レンズ１で捕捉できる角度範囲を示す。

通常の乾燥系対物レンズの場合は、対物レンズとウェハ間は空気であり、屈折率は１となる。これに対して、対物レンズとウェハ間を屈折率が１よりも大きい液体で満たすことにより、実効ＮＡが大きくなる。

例えば、対物レンズ３０とウェハ１間を純水で満たした場合は、水の屈折率が１．３５程度（波長３６５ｎｍの時）となるため、乾燥系対物レンズに対してＮＡが１．３５倍程度となり、解像度もこれに対応して１．３５倍程度向上する。尚、液浸対物レンズ３０による高ＮＡ化の上限は、対物レンズ３０と液体５が接触する境界の全反射角が関係する。対物レンズ３０の先端部の硝材が石英であった場合、波長３６５ｎｍの屈折率ｎ１は１．４８程度となる。これに対して、液体５として純水を用いた場合、屈折率ｎは１．３５（波長３６５ｎｍの時）となる。ここでは、対物レンズ３０の先端部の石英の表面形状が、対向するウェハ１と平行であるとする。光源２２側から対物レンズ３０に光が入射した場合、先端部の石英を全反射する入射角は、石英の屈折率ｎ１と液体５（ここでは、純水）の屈折率ｎで求まる臨界角θｃ（次の（３）式）で定義される。

θｃ≧ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎ） （３）
この臨界角θｃは、入射角６６°となる。この臨界角では、液体５側に透過する光がなくなる。実用的には、対物レンズ３０の先端部の石英から液体５側に透過する光が９０％以上（ランダム偏光の時）必要であり、この入射角（石英側から液体側への入射角）は５６°程度となる。この５６°はウェハ1上において、６５°の入射角となる。このため、液体５でのＮＡの絶対値は０．９１に対応する（液体５中のＮＡ）。このＮＡ絶対値が０．９１は、乾燥系対物レンズの場合に換算するとＮＡ絶対値が１．２３である。従って、実用的には、乾燥系に換算時のＮＡ絶対値１．２３が上限値となる（波長３６５ｎｍの時）。但し、波長が相違しても、ＮＡ絶対値の上限が多少変動する程度である。このように、本発明の場合、液浸によりＮＡの絶対値を０．８程度〜１．２３程度の範囲内にすることが可能となる。

以上説明した液浸対物レンズ３０による高ＮＡ化効果により、乾燥系対物レンズでは解像しない微細な欠陥を、液浸系対物レンズでは高コントラストな像として解像することが可能となり、欠陥検出感度を向上することが可能となる。

２）薄膜干渉抑制効果
図２を用いて薄膜干渉抑制効果を示す。（ａ）に乾燥系対物レンズを用いた場合の実施例を示す。対物レンズ３０を介してウェハ１を照明する。ウェハ１は、下地層シリコン１ａの上に絶縁膜１ｂ（例えば、ＳｉＯ_２）が膜付けされている。絶縁膜１ｂは、光学的には透明であり、照明光２４は絶縁膜１ｂの表層で反射した光４６ａと絶縁膜１ｂを透過する光に振幅分割される。絶縁膜１ｂを透過した光は、さらに下地層１ａで反射して空気と絶縁膜の界面を透過する光４６ｂと界面を反射する光に分割される。空気と絶縁膜１ａの界面を反射した光は、多重反射を繰返して空気中に抜けてくる光４６ｃ…が生じる。対物レンズにより形成される光学像は、空気中に抜けてきた光４６ａ，４６ｂ，４６ｃ…の干渉強度で決定する。これが薄膜干渉である。この薄膜干渉強度は、絶縁膜１ａの膜厚ｄの関数であるため、膜厚ｄが異なると光学像の明るさも異なってくる。この膜厚むらは、デバイスにとって致命性はないため、欠陥として検出するべきものではない。しかし、ダイ比較方式による欠陥検査を行う場合、隣接するダイ間で絶縁膜１ａの膜厚むらがあると、画像の明るさが異なってしまうため、欠陥として誤検出してしまう可能性が大きくなる。この誤検出を防ぐためには、欠陥検査しきい値を大きくする必要があるが、しきい値を大きくすると検査感度が低下してしまうという課題が発生する。

そこで、薄膜干渉を抑制し、検査感度を向上する手法が望まれていた。この手法を（ｂ）に示す。対物レンズ３０とウェハ１間を絶縁膜１ａに近い屈折率の液体で満たす（前記１）の液浸と同じ方式）。この場合、照明光２４は、液体５を介して絶縁膜１ａを照明するが、液体５と絶縁膜１ａの屈折率が同じである場合は、液体５と絶縁膜１ａの界面で振幅分割が起こらず、全て絶縁膜１ａに入射する。絶縁膜１ａを透過した光は下地層１ｂで反射し、対物レンズ３０に捕捉される。このため、絶縁膜１ａの表層で振幅分割が起こらないため、薄膜干渉も生じない。これにより、絶縁膜１ａの膜厚むらに起因した画像の明るさむらを抑制することが可能となり、膜厚むらに起因した欠陥の誤検出を抑制することが可能となる。これにより、検査しきい値を低く設定することが可能となり、高感度検査を実現することが可能となる。

尚、絶縁膜１ａがＳｉＯ_２の場合は、屈折率１．４８［波長３６５ｎｍの時］であり、絶縁膜１ａによる薄膜干渉を抑制する液体５としては、絶縁膜１ａと同等の屈折率を有する液体（純水、アルコール系液体またはこれらの混合液）が好ましい。但し、例えば屈折率１．３５の純水［波長３６５ｎｍの時］を液体５として用いた場合でも、乾燥系対物レンズを用いた場合に対して絶縁膜１ａの表層界面での屈折率差が小さくなるため、薄膜干渉を抑制する効果は十分ある。従って、空気よりも屈折率の大きい液体５（屈折率１以上の液体５）による液浸技術は、本発明の範囲内である。

以上、液浸による欠陥検査の効果を説明したが、液体５の選択方法としては、以下の３点を考慮する必要がある。
１）解像度向上上の観点では屈折率が高い液体（例えば屈折率が１．６程度の油系液体）が好ましい
２）薄膜干渉向上の観点では絶縁膜１ａと同等の屈折率の液体（例えば屈折率が１．３〜１．５程度の純水、アルコール系液体またはこれらの混合液）が好ましい
３）ウェハ１に浸すため、液がデバイスの特性に影響を与えない液体（純水、アルコール系液体またはこれらの混合液など）が好ましい
（破壊検査の場合は、この限りではない）
液浸に用いる液体としては、純水やイソプロピルアルコール等のアルコール系液体及びフッ素系液体さらには油系液体並びにこれらの混合液などが考えられる。しかしながら、上記１）、２）、３）の３点を考慮すると、純水、アルコール系液体またはこれらの混合液が好ましいことになる。さらに、クリーンルーム内で供給しやすい点からすると、純水に微量のアルコール系液体を加えた混合液が適する。

また、本液浸検査に用いる照明光は、可視域から真空紫外域の何れでも効果がある。光源としては、水銀ランプやキセノンランプなどの放電管やレーザー光源などがある。また、照明波長幅についても、単一波長あるいは広帯域波長（マルチスペクトルを含む）であっても良い。

次に、レンズ表面への気泡の付着防止および液体の流れをスムーズにして泡の巻き込み等を抑制する実施例について図３〜図５を用いて説明する。

図３に液浸部分の図を示す。対物レンズ３０の先端部とウェハ１は液槽７に供給された液５に浸されている。液槽７と液供給・排出機構１０はパイプ１５で配管されている。ウェハ１をチャック２にローディングする前は、液槽７は空である。ウェハ１をチャック２にローディング後、液槽７に液５を供給し、対物レンズ３０とウェハ１を液で満たす。ローディング後、ウェハ１上の位置決めマークをイメージセンサ４４などで撮像してその位置を画像処理部５４で検出してメカニカルコントローラ５８を介してステージを位置決めしてアライメントを行い、検査を開始する。ウェハ全面を検査するためには、ウェハ１を水平方向に走査させる必要がある。この走査するときに液体５の表面に波が生じ、対物レンズ３０とウェハ１の間に泡が入り込む可能性がある。この泡が光学像として形成された場合、ウェハ１の欠陥ではないため、欠陥の誤検出となる。これを防止するため、対物レンズ３０の先端部に整流板３４を配置する。対物レンズ３０の鏡筒の外径を４０ｍｍφ程度にした場合、整流板３４の外径は６０〜８０ｍｍφ程度となる。この整流板３４により、ウェハ１と対物レンズ３０間の液体５の流れをスムーズにし、泡の巻き込み等も抑制する。

また、対物レンズ３０の先端部３２ａは、表面改質しておくと良いケースがある。この目的は、レンズ表面への気泡の付着防止や液体５のスムーズな流れである。このため、レンズ表面やレンズ先端部３２ａのレンズホルダ部を予め表面改質しておく。例えば、レンズ先端部３２ａを予め酸化チタン膜をコーティングし、親水性処理を施しておく。この処理は、時間と共に特性が変化するため、液槽７の周辺にＵＶ（Ultraviolet）光源３７を配置しておき、発光したＵＶ光を光ファイバ３６でＵＶ光照射部３５に導く。ウェハ１がチャック２からアンローディングされている時に、図４で示すとおり、対物レンズの先端部３２ａにＵＶ光３８を照射し、光触媒効果により親水性を持続させるようにする。

また、対物レンズ３０の先端部３２ａに汚れなどが付着すると光学像の像質が低下する。この汚れ洗浄方法について、図５を用いて説明する。ウェハ１をアンローディングしている間は、対物レンズ１の先端部３２ａを、洗浄効果のある液体９（５）を供給した対物レンズ洗浄槽３３に浸しておく。同時に、対物レンズ３０の先端部３２ａをＵＶ光照射部３５で透明窓３１を通してＵＶ光照射することにより、親水性も改善する。この洗浄液９としては、アルコール系液体や純水及びフッ素系液体などが考えられる。また、洗浄液９を検査時に液浸する液体５と同じ液を用いることにより、液体供給排出機構や配管を共有化することが可能となり、装置の省スペース・低コスト化に有利である。尚、洗浄槽３３の洗浄液９（５）は供給排出機構１１により、液体の供給と排出を行う。

次に、液浸検査を行う前の準備処理の実施例について、図６を用いて説明する。ところで、欠陥検査の場合、図３１に示すように、パターンの材質や構造に関する液浸方式において課題を有することになる。図３１は、検査ウェハ1上に形成されたパターン１ｂを液体５で浸した例を示す。ウェハ１の表面に液体５を液浸して検査しようとしたとき、パターン１ｂの段差部に水が満たされず、気泡６００が付着する可能性がある。このように気泡６００が付着していると、対物レンズ３０で拡大投影した光学像に気泡６００の像が形成されることになる。しかしながら、この気泡６００の像は、パターン１ｂの形状不良ではないため、パターン１ｂの欠陥として検出すべきではない。従って、液浸して検査する前の準備過程として気泡６００を除く処理が必要となる。

また、欠陥検査では、図３２に示すように、埋め込み前のコンタクトホール（スルーホール）を検査対象となる機会が多い。コンタクトホール１ｄが導通材を埋め込み前である場合、コンタクトホール１ｄは中空である。この表面に液体５を浸した場合、特定のコンタクトホール径以下の場合は、液体５がコンタクトホール１ｄに入り込まない。従って、液浸して検査するときには、コンタクトホール１ｄの形状や径が均一に形成されている場合は、コンタクトホールの表面層において液体５も同様な形状であることが望ましい。しかしながら、液浸して検査するとき、形状５ｄのように異なる形状になってしまった場合には、５ｄに示すコンタクトホール部が不均一な光学像として検出するため、虚報欠陥となる可能性がある。従って、液浸して検査する前の準備過程として、コンタクトホール１ｄの表面層において液体５の界面形状も同様な形状にしておく処理が必要となる。

そこで、液浸して検査する前の準備過程として、検査準備室９０に搬送されたウェハ１をノッチ検出用回転機構１３０に搭載し、この回転機構１３０を矢印１２５で示すように回転し、ノッチ検出器１１５でノッチを検出する。このあと、ノッチを所定の方位に粗位置合わせし、ウェハ１を検査ステーション３に搬入されてチャック２に搭載して液体５で浸して実際の検査が行われることになる。

このように液浸して検査する前の準備過程において、気泡６００を除く処理とコンタクトホール１ｄの表面層において液体５の界面形状も同様な形状にしておく処理とが必要となる。

図７には、全面液浸による検査ステーション３と検査準備室９０とを備えた光学式外観検査装置の概略構成を示す。

図７に示すとおり、検査準備室９０でノッチを所定の方位に粗位置合わせした後、事前液浸機構１２０により液５ａを供給することによってウェハ１上に浸す。単純に浸しただけでは、ウェハ１の表面に気泡が付着したままである恐れがあるため、事前に、回転機構１３０でウェハ１を回転させること（ウェハ液中スピン）によって気泡が除去されると共に、コンタクトホール１ｄが形成されている場合コンタクトホール１ｄの表面層において液体５の界面形状も均一な形状となる。尚、事前液浸機構１２０により供給する液５ａは、全体になじませたいので、親水性の高いものでよく、検査時の液５と同一である必要はない（同一であっても良い）。また、液５ａと検査時の液５が異なる場合、それぞれの蒸気が化学反応を起こすような場合は、準備室９０と検査ステーション３を間仕切り１１０で開閉する機構１１２を設けておくと化学反応を防止できる。

また、他の気泡除去等の処理手段を図８に示す。ノッチを所定の方位に位置合わせ後、事前液浸機構１２０により液５ａを供給してウェハ１上に浸す。次に振動発生装置１４０で駆動される超音波振動源１４１により液体を振動させ（ウェハ液中超音波振動）、ウェハ１に付着した気泡を除去すると共に、コンタクトホール１ｄが形成されている場合コンタクトホール１ｄの表面層において液体５の界面形状も均一な形状となる。

即ち、事前準備処理として、図２６に示すように、Ｖノッチ合せによるプリアライメント（Ｓ２６３）、事前液浸（Ｓ２６４）、ウェハ界面の泡抜き（Ｓ２６５）および事前液浸液抜き（ウェハ表面の液切りはしない）（Ｓ２６６）を行う。ウェハ界面の泡抜きの方法としては、上述したように、ウェハ液中スピンの方法、ウェハ液中超音波振動の方法または減圧処理の方法を実行することになる。なお、検査準備室の圧力を減圧する減圧処理でも、ウェハ１に付着した気泡を除去すること（ウェハ界面の泡抜き）は可能である。

次に、液浸検査を実施した後のウェハ乾燥の実施例について、図９を用いて説明する。即ち、検査を終えたウェハ１は、準備室９０に搬入されてウェハ１に付着した水分を乾燥させてカセット８０に戻される（Ｓ２７４、Ｓ２７５）。準備室９０におけるウェハ１の水分乾燥機能として、回転機構１３０によるスピン乾燥を行う。このとき、飛ばされた水分が霧となって乾燥後のウェハ１に再付着する恐れがある。この再付着を防止するため、送風機構１３１により気体を送り、吸気機構１３２により気体を排気する。これにより、霧をスムーズに検査準備室９０から排出でき、ウェハ１への再付着を防ぐ。また、図１０にエアナイフによる乾燥手段を示す。検査後、検査準備室９０に搬送されたウェハ１は気体噴射器１５０でウェハ１の表面に気体を噴射し、ウェハ１表面の液体を吹き飛ばす。吹き飛ばされた液滴は吸気機構１５５に吸い込まれる構成である。これにより、吹き飛ばされた霧状の液滴も検査準備室９０から排出することが可能となり、ウェハ１への再付着を防ぐことが可能となる。

尚、図９及び図１０で送風・噴射する気体は、空気や窒素及びイソプロピルアルコールの蒸気などが考えられる。特に、イソプロピルアルコールの蒸気を用いた場合は、乾燥の効果が高くなることが期待できる。

また、ウェハ乾燥の方法としては、減圧ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）のベーパー処理が考えられる。

次に、局所液浸による検査の実施の形態について図１１〜図２０を用いて説明する。

液浸手法としては、図１で示したウェハ１の全面液浸手法と対物レンズ３０とウェハ１の間のみを液浸する局所液浸手法がある。図１１に局所液浸手法を示す。基本構成は、図１と同じである。異なる点は、検査ステーション３の内部のみである。例えば、イメージセンサ４４がリニアイメージセンサタイプであった場合、ウェハ１を定速移動させながら画像を取得する。液体５は、液体供給排出機構１０から特定の圧力（流量）で液体供給制御部１８１に送り込まれる。液体供給制御部１８１で流量や温度などを制御された液体は、ウェハ１が対物レンズ３０を通過する手前の配管１７０をたどってウェハ１上に供給される。ウェハ１に供給された液体５は、ウェハ１の移動（ここでは、図面上、左から右に移動）方向に沿って対物レンズ３０の下を流れ、対物レンズ３０を通過した後、配管１７５ａをたどって液体排出制御部１７９に導かれて排出される。液体排出制御部１７９に排出された液体は、液体供給排出機構１０に流れ出る。これにより、ウェハ１が移動中であっても、ウェハ１と対物レンズ３０の間は常に水で満たすことが可能となる。また、ウェハ１の移動方向が反対（ここでは、図面上、右から左に移動）方向になった場合は、配管１７０ａで液体をウェハ１上に供給し、対物レンズの下を流れ、配管１７５で吸い取られる。従って、ウェハ１を移動させながら画像を取得する場合、対物レンズ３０に対して手前で液体を供給し、対物レンズを通過後に液体を排出する機構とする。尚、液体の供給制御部１８１及び排出制御部１７９は、それぞれ特定の圧力で液体供給排出機構１０に配管されている。この液体の供給及び排出方式について、図１２を用いて説明する。液体供給制御部１８１からの液体５は、２つの配管１７０と１７０ａに分岐されている。ウェハ１が矢印２１１の方向に定速移動しているとした場合、配管１７０の弁１７１が開放され、配管１７０ａの弁１７１ａが閉まっている。このため、ウェハ１への液体の供給は、配管１７０のみで行う。配管１７０を通してウェハ１上に供給された液体５は、対物レンズ３０とウェハ１の間を通過後、弁１７６ａが開放されている配管１７５ａを通じて液体排出制御部１７９に導かれる。このとき、配管１７５側の弁１７６は閉まっている。また、ウェハ１が矢印２１１と逆方向に移動している場合は、供給側の弁１７１ａが開放され弁１７１が閉まり、排出側の弁１７６が開放され弁１７６ａが閉まる。この弁の開閉制御を行うことにより、ウェハ１の移動方向が反転しても、対物レンズ３０とウェハ１の間を常に満たすことが可能となる。尚、液体供給制御部１８１は、液体供給量を調整するレギュレータ１８２と液体の酸素濃度調整器１８３及び液体の温度制御器１８４で構成されている。また、液体排出制御部１７９は、液体排出量を調整するレギュレータ１７７が搭載されている。酸素濃度調整器（減圧による泡抜きの機能も含まれる。）１８３は、１）液体５によるウェハ１の酸化を防止するため、２）供給する液体に含まれるマイクロバブルを除去するため等に必要であることが望ましい。また、液中の酸素濃度調整手段１８３としては、ヘンリーの法則を利用した方式などが考えられる。また、液体５は温度が変わると屈折率も変化する。対物レンズ３０は液体の屈折率を特定の値として光学設計しているため、屈折率変動があると収差が大きくなる。このため、液体５の屈折率変動を抑えるために温度制御器１８４が必要となる。この温度制御手段１８４としては、ペルチェ効果（熱電冷却）を利用した方式などが考えられる。これら酸素濃度調整機能１８３と液体温度制御機能１８４は、図１で示したウェハ全面液浸方式においても備えておくことが望ましい。

特に、局所液浸法によるウェハ端の検査を行う場合には、ウェハの厚み分の段差が生じるため、ウェハ端からチャック２の表面に液体５が流れ出てしまう。このため、対物レンズ３０とウェハ１の間を液体５で満たせなくなる。そこで、ウェハ１の外周部にウェハ１の厚みと同等となる段差４を近接して設けることが必要となる。これにより、ウェハ１の外周部を検査する場合においても、ウェハ１の外周部と段差部４の間の間隙は少量であるため、対物レンズ３０とウェハ１の間を液体５で満たすことが可能となる（図１１に記載）。また、ウェハローディング後から検査する前までに、ウェハ１の外周部と段差部４の間隙を液体５で満たしておくことにより、対物レンズ３０とウェハ１の間を液体５で満たすことが可能となる。

対物レンズ３０について、ウェハ１と対向する面の外観を図１３に示す。ガラス３１は照明する光やパターンで反射・回折した光が透過するウィンドである。液体供給排出口１８５は、ウィンド３１を中心として対称に配置されている。また、幅Ｙｄ，深さＺｄで形成された溝は、供給した液を満たしたい領域である。ウェハ１に最も近接するのは面１８８ａであり、この面１８８ａとウェハ１の間隔がＷＤ（Working Distance）となる。液はできる限りウェハ１上には残したくないため、溝以外（例えば、ウェハ１の進行方向と直交する水平面内の方向）に液が溢れ出るのを低減したい。このため、液で満たしたい溝の部分３２ｂは親水性、溝以外の面１８８ａは撥水性の表面処理を行うことによりウェハ１上への液残り低減効果が期待できる。また、ＷＤ量の調整によっても液残りの低減を期待できる。望ましいＷＤ量としては、０．７ｍｍ程度以下（より良くは０．３ｍｍ程度以下となる。）である。また、次の（４）式に供給する液と排出する液の関係式を示す。液で満たすＺ寸法をＺｄ＋ＷＤ，液で満たすＹ寸法をＹｄ，ステージ走査速度をＶｓｔ，液供給量をＶｉｎ，液排出量をＶｏｕｔとした場合、液供給量Ｖｉｎは液排出量Ｖｏｕｔ以上の量とすべきである。この関係式を（４）式に示す。

Ｖｉｎ≧Ｖｏｕｔ＝（Ｚｄ＋ＷＤ）×Ｙｄ×Ｖｓｔ （４）
液体供給排出口１８５の形状の一例を図１４に示す。（ａ）ではウィンド３１を中心として対称的にそれぞれ１つの液体供給排出口１８５が形成されている。これに対して、（ｂ）では液体供給排出口１８５がそれぞれ複数の穴で構成されている。これにより、溝の中心部と周辺部で水の供給及び排出量を比較的均等にすることが可能となる。

局所液浸方式として、液の供給排出口を対物レンズ３０の鏡筒と分離した実施例を図１５に示す。ウェハ１が矢印２１１の方向に走査する場合、液体供給制御部１８１の弁１７１が開放され、鏡筒から分離した位置１９１からウェハ１に対して液体５が連続して供給される。供給された液体５は表面張力によりウェハ1上に付着し、ウェハ１の移動に伴って対物レンズ３０の溝の領域を満たすことになる。その後、対物レンズ３０を通過した液体５は、液体排出制御部１７６ａの弁が開放されることによって、鏡筒から分離した位置１９０から吸い上げられて液体５を排出する。ウェハ１の走査方向が逆転した場合の液体供給制御部１８１及び液体排出制御部１７９に配置されている弁１７１、１７１ａ、１７６、１７６ａの開閉状態は、図１２と同様である。また、図１６に対物レンズ３０のウェハ対向面の形状を示す。面１８８ａがウェハ１に最も近接する面であり、面３２ｂが液を満たしたい溝の部分である。ウィンド３１付近では、溝の幅を狭くして液が満たされ易くし、空気層ができにくくする。

次に、図１２で示した局所液浸方式の変形例を図１７を用いて説明する。液体供給制御部１８１及び液体排出制御部１７９の動作及び弁１７１，１７１ａ，１７６，１７６ａの開閉状態は、図１２と同様である。液体５を満たす溝３２ｂには、全周囲に壁１８８ｂが形成されている。図１８には対物レンズ３０のウェハ対向面の形状を示す。液体を満たす溝３２ｂには、ステージ進行方向にも面１８８ｂの段差が設けられている。この溝の形状の一実施例を図１９に示す。（ａ）ではウィンド３１を中心として対称的にそれぞれ１つの液体供給排出口１８５が形成されている。これに対して、（ｂ）では液体供給排出口１８５がそれぞれ複数の穴で構成されている。（ｃ）ではウェハの２次元的な動きに対応させるため、ウェハ１に最も近接する段差面１８８ｂをリング状に形成する。このリングの内側に液体供給口１８５ａが形成されており、液５を供給する。この内径部で液を供給すると、段差面１８８ｂから液が溢れ出る。この溢れ出た液体を段差面１８８ｂの外側に配置した複数の排出口１８５ｂで排出する。これにより、ウェハ１が面内で様々な方向に移動した場合でも段差面１８８ｂの内側で液体を満たし、外側で排出することが可能な形状となる。これは、検出した欠陥の観察を行うとき等にも有効である。即ち、欠陥の観察を行う場合、欠陥と欠陥との間を最短距離で移動したいため、欠陥の位置によって様々な方向に移動させる必要があるからである。

以上説明した局所液浸による検査の場合でも、全面液浸による検査の実施の形態で説明したように、ウェハに対する準備処理および検査後のウェハに対する乾燥処理は準備しておくことが望ましい。図２０には、局所液浸による検査ステーション３と検査準備室９０とを備えた光学式外観検査装置の概略構成を示す。

次に、光学式外観検査装置において、対物レンズの倍率を変更する実施例について図２１を用いて説明する。即ち、検査装置では、対物レンズの倍率を変更ケースがある。例えば、高感度検査が必要なウェハでは高倍率検査，比較的低感度検査で問題ないウェハでは低倍率高スループット検査が効率的である。このため、要求される検査感度に応じて検査倍率を変更するケースがある。倍率を大幅に変更する場合は、対物レンズの交換が有効である。この複数の対物レンズを搭載する方法を図２１に示す。レボルバ３５５に複数の対物レンズ３０，３０ａが配置されている。これらの対物レンズは、少なくても１本は液浸用対物レンズである。レボルバ３５５は、モータ３６５に取り付けられた歯車３６０の回転によって、水平方向に回転３５０する。これによって、対物レンズを交換する。但し、対物レンズ３０の先端に液体の供給排出口がある場合は、レボルバ３５５の回転時に液体供給排出機構と対物レンズの液配管を一時的に切り離し、レボルバ停止後に配管を接続する必要がある。このため、レボルバを利用する場合は、図１５に示した対物レンズ３０と液体供給・排出口を分離した構成が構成上シンプルである。また、液浸系対物レンズと乾燥系対物レンズを混載するケースも考えられる。この場合の実施例を図２２に示す。液浸系対物レンズ３０と乾燥系対物レンズ３０ｂが１本ずつ搭載されているケースでは、対物レンズをそれぞれベース３５６に固定する。液浸系対物レンズ３０で検査する場合は、照明光２４を三角ミラー３７０によりミラー３８０の方に反射させ、液浸系対物レンズ３０側に導く。また、乾燥系対物レンズ３０ｂを用いて検査する場合は、三角ミラー３７０を三角ミラースライド機構３７５を移動させて、照明光をミラー３８１側に反射させる。これにより、乾燥系対物レンズ３０ｂ側に照明光を導き、乾燥系対物レンズ３０ｂによる光学像を形成することが可能となる。これにより、三角ミラー３７０から対物レンズ３０，３０ｂまでの光路以外の光学系（照明系や検出系）は共通な光路となり、比較的シンプルな構成で液浸系と乾燥系の切換えが可能となる。液浸系対物レンズ３０を乾燥系にも使える構成を図２３に示す。（ａ）は液浸用に収差補正された対物レンズ３０である。液浸による検査の場合は、対物レンズ３０とウェハ１の間を液体で満たして検査する。この液浸系対物レンズ３０を乾燥系で使う場合は、対物レンズ３０とウェハ１の間を空気などの気体にする。この場合、液体と空気では屈折率が異なるため、収差が増大する。このため、光学像の解像度は極端に悪くなる。これを補正するための平行平板ガラス３９０と平行平板ガラススライド機構３９１を備えておく。（ｂ）に示す通り、乾燥した状態で液浸系対物レンズ３０を使う場合は、平行平板ガラス３９０を平行平板ガラススライド機構３９１で対物レンズ３０とウェハ１の間に配置する。これにより、液浸系対物レンズ３０を乾燥した状態で使用しても、収差を補正することが可能となる。これにより、液浸系対物レンズ３０の２通りの使用が実現できる。尚、平行平板ガラス３９０は、ウェハ１とは接触しないギャップを設けて配置される。

次に、液浸法による暗視野照明方式の実施例について図２４及び図２５を用いて説明する。図２４は、全面液浸法を用いた暗視野照明方式の実施例を示す図である。暗視野照明方式として、ウェハ１を斜方照明（オフアクシス照明）４００し、ウェハ１の異物やパターンで散乱・回折した光を対物レンズ３０で捕捉し、暗視野像を形成する。照明光は液体表面の波による入射角の変動を抑えるため、液体５の中に浸した光学ウィンド４０５を通して照明する必要がある。また、対物レンズ３０からイメージセンサ４４までの構成は、図１と同じである。また、対物レンズ３０の射出瞳位置或いは射出瞳と共役な位置に空間フィルタを配置し、特定の周波数帯をカットすることにより、周期的なパターンからの回折光をカットすることが可能となる。これにより、異物からの散乱光のみを検出することが可能となり、異物や凹凸欠陥の検査に有利となる。尚、図２４では斜方照明系を１系統しか記載していないが、複数系統の斜方照明系を搭載し、複数方向からの照明を行うことも可能である。

図２５は、局所液浸法を用いた暗視野照明方式の実施例を示す図である。図２５に示すように、対物レンズ３０の外側に斜方照明光路４１０を設け、プリズム４１５に暗視野照明光を入射させる。このプリズム４１５の反射面４１７で対物レンズ３０の視野を斜方照明する。ウェハ１の異物やパターンで散乱・回折した光を対物レンズ３０で捕捉し、暗視野像を形成する。尚、図２５では斜方照明系４１０、４１５を対物レンズ３０を挟み込む２系統を記載しているが、暗視野照明系をさらに増やすことも容易に考えられる。極端な例では、リング状のプリズムを用いることにより、対物レンズ３０の光軸を中心とした全方位の暗視野照明を行うことが可能となる。

以上、液浸法による暗視野照明方式の構成を説明したが、乾燥系の暗視野照明に比べて有利な点は、１）解像度の向上、２）薄膜干渉の抑制による散乱光検出強度の安定化がある。これにより、暗視野照明方式においても、高感度検査が可能となる。

また、図２４及び図２５で示した暗視野照明方式と、図１や図１１で示した明視野照明方式の混載する構成も考えられる。混載した場合は、明暗視野複合照明や明視野単独照明及び暗視野単独照明が可能となり、様々な欠陥への欠陥検出対応力が強化できる。

これまでに説明した実施例についての、検査フローの一実施例を図２６に示す。まず、カセット８０内に検査着工待ちのウェハが格納されている。搬送系８５でウェハを検査準備室９０に搬送する（Ｓ２６２）。搬送されたウェハ１は、ウェハのＶノッチ（或いはオリエンテーションフラット）を検出し、ウェハのθ方向の粗位置合わせを行う（Ｓ２６３）。次に、事前液浸を行い（Ｓ２６４）、ウェハと液の界面の泡抜きを行う（Ｓ２６５）。泡抜きの手法としては、１）ウェハの液中スピン、２）ウェハ液中超音波振動、３）減圧処理、などがある。泡抜き処理を終えたあとは、事前液浸の液抜きを行う（Ｓ２６６）。このとき、乾燥処理は行わないため、ウェハパターンの微小な段差に入り込んだ液は、付着したままとなる。次にウェハを検査ステーション３にローディングする（Ｓ２６７）。検査ステーションのチャックに配置されたウェハは、検査用の液浸を行う（Ｓ２６９）。この液浸方法としては、上述したように、１）ウェハ全面液浸、２）局所液浸、がある。尚、液浸用の供給液は、温調（手段の例：ペルチェ効果による熱電冷却など），泡抜き（手段の例：減圧処理など），酸素濃度制御（手段の例：低酸素濃度雰囲気処理など）等の処理を行っている（Ｓ２６８）。これらの液体で液浸した後にウェハ走査と画像検出を行い、画像処理部で画像比較による欠陥検査を行う（Ｓ２７０）。検査終了後は、検査用液浸の液抜きを行い（Ｓ２７１）、ウェハを検査準備室９０にアンローディングする（Ｓ２７２）。アンローディングされたウェハは、ウェハの乾燥を行う（Ｓ２７４）。乾燥処理としては、１）減圧ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）ベーパー処理、２）ウェハスピン、３）気体噴射、などが考えられる。乾燥したウェハは、搬送系によりカセットに格納される（Ｓ２７５）。以上が検査シーケンスである。尚、非検査中は、対物レンズの液浸エリアを活性化させるため（Ｓ２７３）、ウェハ対向面にＵＶを照射させることも考えられる。以上、簡単な検査シーケンスを説明したが、シーケンス順の変更や不要な処理を省くことは容易に推測できることであり、本発明に含まれる内容である。

次に、半導体ウェハパターンの形成プロセスの実施例について図２７を用いて説明する。図２７（ａ）に半導体ウェハパターンの形成プロセスを示す。まず、ウェハ１にパターンの材料を成膜し、レジストを塗布する。次にパターンを露光し、現像及びエッチングする。次にレジストを除去して洗浄し、欠陥検査を行う。これらのパターンの上にパターンを積層する場合は、また成膜処理されるというループになる。このうち、洗浄と欠陥検査処理のフローを図２７（ｂ）に示す。洗浄工程では、薬液洗浄され純水洗浄する。この薬液洗浄と純水洗浄は、洗浄対象物に応じて複数回行われることがある。この後、乾燥処理が施され、欠陥検査工程に進む。検査工程では、光学式外観検査装置を用いてウェハを液浸して欠陥検査する。この後、ウェハを乾燥させる。ここで、洗浄から欠陥検査の間に２回の乾燥処理が施される。これを１回にするショートカットプロセスを図２７（ｃ）に示す。例えば、洗浄と欠陥検査は、１つの装置で実施される。この場合、薬液洗浄，水洗浄の後に液浸処理を行い、欠陥検査の後に乾燥処理を行う。この場合、乾燥処理は、検査後の１回のみであり、製造プロセスの簡素化に有効である。この簡易プロセスを実現する形態を図２８に示す。レジスト除去が終了してカセット８０に格納されているウェハは、搬送系８５で洗浄室３２５に搬入される。洗浄室では、洗浄対象に応じた複数の液槽３３０ａ，ｂ，ｃ（水洗槽も含む）があり、洗浄と水洗が行われる。尚、洗浄液はタンク３３５ａより供給される。最後の水洗の後、ウェハは光学系が配置されている検査ステーションに搬入され、ノッチ検出部でθ方向の粗位置合わせが行われる。次に、ウェハチャック２にウェハを搭載し、液浸法による欠陥検査を行う。検査終了後はウェハを洗浄室に搬入し、必要に応じてウェハを水洗する。次に、このウェハは乾燥室３００に搬入され、例えば減圧・過熱ＩＰＡベーパー処理が行われる。加熱プレート３２０で乾燥チャンバ３０５内を所定の温度に調節し、ＩＰＡ３１５の蒸気をチャンバ３０５内に送り込み、真空ポンプ３１０で減圧する。これにより、ウェハパターンに付着した水分を乾燥させることが可能である。この乾燥処理後に、ウェハをカセット８０に格納する。

次に、液浸法を用いた外観検査用光学系の構成例を図２９を用いて、光学系の解像度向上手段を以下に説明する。
（１）対物レンズ３０とウェハ１の間隔を液体５で浸して、解像度を向上する。
（２）落射照明・明視野検出方式において、ケーラー照明方式を適用している場合、光源２２の像を開口絞り４２５に結像する。この開口絞り４２５の像を対物レンズ３０の瞳に結像させる。この開口絞り４２５の開口部を輪帯状（リング状）にすることにより、ウェハ１の一点を照明する光は、垂直照明成分がない斜方照明となる。この照明により、空間周波数の高周波側ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が向上する。
（３）更に、ビームスプリッタ４０ａを偏光ビームスプリッタタイプとすることにより、ビームスプリッタ４０ａを反射した光は、直線偏光となる。この直線偏光が波長板４３０を透過して楕円偏光となって、ウェハ１を落射照明する。照明した偏光光は、ウェハ１のパターンで反射・回折・散乱するときに偏光状態に変調を受ける。これらの光が再び波長板４３０を透過し、偏光ビームスプリッタ４０ａに入射する。この偏光ビームスプリッタ４０ａを透過したＰ偏光がウェハ１の光学像を形成し、イメージセンサ４４で検出される。このように、偏光ビームスプリッタ４０ａは検光子の役目を果たすことになる。従って、ウェハ１のパターンで反射・回折・散乱するときの偏光状態に応じて照明光の偏光状態を調整しておき、偏光ビームスプリッタ４０ａを透過する正反射光・高次回折光・散乱光で形成される光学像が欠陥検出上有利な像となるように調整する。欠陥検出上有利な像とは、欠陥部のコントラストを向上できる像を指す。
（４）上記（２）で説明した輪帯状の開口絞り４２５を用いてウェハ１を照明した場合、対物レンズ３０の瞳位置では、０次光（正反射光）と高次回折光が分離している。このため、この瞳位置に０次光と高次回折光（１次以上）のそれぞれについて透過率や相対的な位相差を調整する空間フィルタ４２０を配置することにより、ウェハ１のパターンを強調して検出することが可能である。これは、位相差顕微鏡の原理による。尚、対物レンズ３０の瞳位置は、対物レンズ３０の内部に形成されることが多く、空間フィルタを配置するスペースがない。このため、対物レンズ３０の瞳と共役な位置を設け、この共役位置に空間フィルタ４２０を配置する。これにより、光学像の高解像度化や欠陥検出に有利な像を形成することが可能となる。

以上、（１）に液浸法、（２）〜（４）に解像度向上技術を記載した。これらの組合せにより、さらに光学系の高解像度化を実現することが可能となり、高感度検査に有効となる。

次に、図１、図１１で示した画像処理部５４の具体的実施例について説明する。イメージセンサ４４（ここでは、リニアイメージセンサとする）で検出されたウェハ１の画像は、Ａ／Ｄ変換器５０でデジタル画像として画像処理部５４に入力される。入力された画像は、位置ずれ検出部５１０と遅延メモリ５００に分岐される。遅延メモリ５００は、ダイ比較の場合は隣接したダイに対応した時間（あるいは、セル比較の場合は隣接したセルに対応した時間）分を遅延させた画像を、位置ずれ検出部５１０に入力する。このため、位置ずれ検出部５１０に入力される画像は、ウェハ１に形成された設計上同一パターンである隣接ダイ（あるいは、セル）の画像である。この２画像の位置ずれ量を位置ずれ検出部５１０で検出した後、このずれを位置合わせ部５２０で位置合わせする。この位置合わせ部５２０における位置合わせは、サブ画素単位で実施する。この位置合わせした画像の差画像を差画像演算部５３０で実施する。この差画像の特徴量に基づいて、欠陥判定部５４０で欠陥候補５５０を判定する。この欠陥判定部５４０にて欠陥として判定する特徴量としては、濃淡差，濃淡差しきい値以上となるサイズ，検出画像の明るさ，画像のコントラスト，欠陥座標情報などがある。この欠陥判定部５４０で検出された欠陥候補５５０は、欠陥の座標情報を欠陥分類部５７０に入力される。位置合わせ部５２０から分岐された隣接ダイの画像は、画像メモリ５６０に一時格納されており、欠陥分類部５７０に入力された欠陥候補の座標に対応した画像を読み出すことが可能である。欠陥分類部５７０では、読み出した隣接ダイの画像を用いて、欠陥の分類を行う。この分類結果と欠陥候補５５０の情報をデータサーバ６２に格納する。尚、欠陥分類部５７０は、異物やパターン欠陥及び欠陥によるデバイスへの致命性などが判断される。従って、データサーバ６２に格納される情報は、欠陥候補５５０の座標情報や大きさ及び分類結果が格納され、さまざまな欠陥情報を有機的に欠陥観察工程へ送られる。

以上、液浸法による欠陥検査手段及び液浸検査シーケンスなどを説明したが、それぞれの実施例の組合せや複合及び検査シーケンス順の変更や省略などは容易に考案できるものであり、それらの内容は本発明に含まれるものである。

本発明に係る全面液浸による光学式外観検査装置の一実施例を示す構成図である。 本発明に係る液浸による薄膜干渉抑制効果の説明図である。 本発明に係る全面液浸の説明図である。 本発明に係る対物レンズ先端の表面処理持続法を実現するための構成図である。 本発明に係る対物レンズ先端の洗浄・表面処理持続法を実現するための構成図である。 本発明に係るウェハの検査前準備処理をする検査準備室と全面液浸による検査ステーションとを示す構成図である。 本発明に係るウェハの検査前事前液浸処理をする検査準備室と全面液浸による検査ステーションとの組合せの説明図である。 本発明に係るウェハの検査前事前液浸処理の説明図である。 本発明に係るウェハの検査後乾燥処理の第1の実施例を示す説明図である。 本発明に係るウェハの検査後乾燥処理の第２の実施例を示す説明図である。 本発明に係る局所液浸による光学式外観検査装置の一実施例を示す構成図である。 本発明に係る局所液浸法による対物レンズの鏡筒に組み込まれて構成された液体の供給・排出機構の第１の実施例の説明図である。 図１２に示す局所液浸用対物レンズの先端形状の一実施例を示す斜視図である。 図１２に示す局所液浸用対物レンズの先端形状の一実施例を示す平面図である。 本発明に係る局所液浸法による対物レンズの鏡筒から分離して構成された液体の供給・排出機構の説明図である。 図１５に示す局所液浸用対物レンズの先端形状の一実施例を示す平面図である。 本発明に係る局所液浸法による対物レンズの鏡筒に組み込まれて構成された液体の供給・排出機構の第２の実施例の説明図である。 図１７に示す局所液浸用対物レンズの先端形状の一実施例を示す斜視図である。 図１７に示す局所液浸用対物レンズの先端形状の一実施例を示す平面図である。 本発明に係るウェハの検査前事前液浸処理をする検査準備室と局所液浸による検査ステーションとの組合せの説明図である。 本発明に係る結像倍率の異なる液浸系対物レンズを複数搭載する一実施例を示す図である。 本発明に係る液浸系対物レンズと乾燥系対物レンズを複数搭載する一実施例を示す図である。 本発明に係る単独の対物レンズによる液浸系と乾燥系の切換え方式の一実施例を示す図である。 本発明に係る全面液浸法を用いた暗視野検出方式の一実施例を示す図である。 本発明に係る局所液浸法を用いた暗視野検出方式の一実施例を示す図である。 本発明に係る液浸検査のシーケンス説明図である。 本発明に係る液浸検査による半導体製造プロセスの説明図である。 本発明に係る液浸検査機能とウェハ洗浄機能を有した装置の一実施例を示す図である。 本発明に係る液浸技術を活用した光学系の説明図である。 本発明に係る液浸による光学式外観検査装置における画像処理部の機能構成図である。 本発明に係る検査ウェハ上に形成されたパターンを液体で浸した例を示す図である。 本発明に係る埋め込み前のコンタクトホール（スルーホール）を検査対象とした場合においてこの表面に液体５を浸した場合を示す図である。

符号の説明

１…ウェハ（被検査対象物：試料）、２…チャック、３…検査ステーション、４…段差部、５…液体、７…液槽、１０…液体供給排出機構、２２…光源、２４…照明光、３０…対物レンズ、３１…ウィンド、３２ａ…対物レンズの先端部分、３２ｂ…溝、３４…整流板、３５…ＵＶ照射部、３７…ＵＶ光源、４０…ビームスプリッタ、４３…焦点検出用センサ、４４…イメージセンサ、４６…検出光、５０…ＡＤ変換器、５４…画像処理部、５８…メカニカルコントローラ部、６０…オペレーティングコントローラ、６２…データサーバ、９０…準備室、１１５…ノッチ検出器、１２０…事前液浸機構、１３０…回転機構、１３１…送風機構、１３２…吸気機構、１４１…超音波振動源、１７０…液体供給用配管、１７５…液体排出用配管、１７１…液体供給用弁、１７６…液体排出用弁、１７９…液体排出制御部、１８１…液体供給制御部、１８５…液体供給排出口、１８８ａ…面、１８８ｂ…壁（段差）、３００…乾燥室、３１０…ポンプ、３１５…イソプロピルアルコール、３２０…加熱プレート、３２５…洗浄室、３３０…洗浄液槽、３３５…タンク、３７０…三角ミラー、３９０…平行平板ガラス、３９１…ガラススライド機構、４００…オフアクシス照明光、４０５…光学ウィンド、４１５…プリズム。

Claims (21)

1. 試料と検出光学系の先端部との間を液浸にした状態で、前記試料の光学像を前記検出光学系で形成する光学像形成ステップと、該光学像形成ステップで形成された試料の光学像をイメージセンサで画像信号として取得する信号取得ステップと、該信号取得ステップで取得された画像信号を基に前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査工程を有することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記試料と前記検出光学系との間に液体を連続的に供給し、前記液体の供給量以下の液体を連続的に排出する液体供給・排出ステップを含むことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
3. 前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記液浸を前記試料上における局所液浸であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
4. 前記局所液浸を、前記試料が前記検出光学系の視野を通過する前に液体を供給し、前記視野を通過後に液体を排出することによって実現することを特徴とする請求項３記載の欠陥検査方法。
5. 前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記液浸を前記試料全面液浸であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
6. 前記欠陥検査工程における光学像形成ステップにおいて、前記試料への照明は、落射照明方式或いはオフアクシス照明方式或いは落射照明方式とオフアクシス照明方式の混載方式のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の欠陥検査方法。
7. 試料と検出光学系の先端部との間を液浸にした状態で、前記試料の光学像を前記検出光学系で形成する光学像形成ステップと、該光学像形成ステップで形成された試料の光学像をイメージセンサで画像信号として取得する信号取得ステップと、該信号取得ステップで取得された画像信号を基に前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査工程を有し、
   前記光学像形成ステップにおいて、前記検出光学系を介して前記試料を照明し、前記試料からの反射光を用いて前記検出光学系の焦点と前記試料の位置関係とを示す焦点検出情報を得る焦点検出ステップを含むことを特徴とする欠陥検査方法。
8. 試料と検出光学系の先端部との間を液浸にした状態で、前記試料を楕円偏光照明することによって得られる反射・回折した光を前記検出光学系により偏光検出して前記試料の光学像を形成する光学像形成ステップと、該光学像形成ステップで形成された試料の光学像をイメージセンサで画像信号として取得する信号取得ステップと、該信号取得ステップで取得された画像信号を基に前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査工程を有することを特徴とする欠陥検査方法。
9. 更に、前記欠陥検査工程の前に、試料を液浸させて試料界面の泡抜き処理を行う検査準備工程を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一つに記載の欠陥検査方法。
10. 更に、前記欠陥検査工程の後に、試料を乾燥させる後工程を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一つに記載の欠陥検査方法。
11. 前記欠陥検査工程において、さらに、前記検出光学系の液浸エリアに対して表面活性化処理を行うステップを有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一つに記載の欠陥検査方法。
12. 試料と検出光学系の先端部との間を液浸状態にする液浸手段と、該液浸手段による液浸状態で、前記試料の光学像を形成する前記検出光学系と、前記検出光学系で形成された試料の光学像を画像信号として取得するイメージセンサと、該イメージセンサで取得された画像信号を基に前記試料上の欠陥を検出する画像処理部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
13. 前記液浸手段として、前記試料と前記検出光学系の先端部の間に液体が満たされるように連続的に液体を供給し、該供給した液体の量以下の液体を連続的に排出する機構を備えて構成したことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
14. 前記液浸手段として、前記試料と前記検出光学系の先端部との間において局所液浸状態になるように液体を供給して液体を排出する機構を備えて構成したことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
15. 前記液浸手段として、前記試料を液体に浸して全面液浸状態にする液浸槽を備えて構成したことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
16. 前記液浸手段として、前記液体が純水あるいはアルコール系液体あるいはフッ素系液体あるいはこれらのいずれかを混合した液体であることを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
17. 更に、前記検出光学系の対物レンズを介して前記試料を照明して反射して前記対物レンズで捕捉した光を用いて焦点検出する焦点検出手段を備えたことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
18. 前記試料の非検査時に前記検出光学系の先端部に紫外線を照射し、表面状態を活性化する手段を備えたことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
19. さらに、前記試料を事前に液浸させて液中スピンあるいは超音波振動させる機能を有する検査準備手段を備えたことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
20. 前記検出光学系の対物レンズを介さずに前記試料を照明するオフアクシス照明系を備えたことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。
21. 前記試料を乾燥させる手段を備えたことを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査装置。

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