JP2006023221A - 外観検査装置及び投影方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 照明方法、照明形状及び試料の投影像の空間フィルタを、外観検査中に動的に変更することが可能な外観検査装置及びその試料の投影像の投影方法を提供する。
【解決手段】 外観検査装置の照明光学系12、13及び撮像光学系21、22を、対物レンズ3の瞳位置8との共役点にミラーアレイデバイス15、25を配置した反射光学系として構成し、ミラーアレイデバイス15、25を試料2上の対物レンズ3の視野位置に応じて制御する。
【選択図】 図3
【解決手段】 外観検査装置の照明光学系12、13及び撮像光学系21、22を、対物レンズ3の瞳位置8との共役点にミラーアレイデバイス15、25を配置した反射光学系として構成し、ミラーアレイデバイス15、25を試料2上の対物レンズ3の視野位置に応じて制御する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、ウエハ等の試料上に形成されたパターンの画像を捕らえ、画像信号を処理して欠陥部分を検出する外観検査装置に関し、特にその照明光学系及び撮像光学系の構成に関する。
半導体ウエハ、半導体メモリ用フォトマスク、液晶表示パネルなどにおいては、所定のパターンが繰返し形成される。そこで、このパターンの光学像を捕らえ、隣接するパターン同士を比較することによりパターンの欠陥を検出することが行われている。比較の結果、2つのパターン間に差異がなければ欠陥のないパターンであり、差異があればいずれか一方のパターンに欠陥が存在すると判定する。また、以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用外観検査装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスクや液晶表示パネルなどの欠陥を検査する外観検査装置にも適用可能である。
図1は、半導体ウエハ用外観検査装置の概略構成を示す図である。半導体ウエハ用外観検査装置は、図1に示すように、半導体ウエハ2を保持するステージ1と、半導体ウエハ2の表面の光学像を投影する対物レンズ3と、投影された半導体ウエハ2の表面の光学像を電気的な画像信号に変換する撮像装置(イメージセンサ)4と、対物レンズ3により投影された半導体ウエハ2の像をさらにイメージセンサ4上に投影するレンズ21、22と、イメージセンサ4から出力されたアナログ画像信号を処理して多値のデジタル画像データに変換する画像信号処理回路5と、デジタル画像データを処理してパターンの同一部分を比較し、欠陥を検出するデジタル画像データ処理回路6と、データ処理のために画像データを記憶する画像データメモリとを有する。また、半導体ウエハ2の表面を照明する照明光学系は、光源11と、照明用レンズ12、13と、対物レンズ3の投影光路中に設けられた半透鏡(ビームスプリッタ)15とを有する。
撮像装置4としては、2次元CCD素子を使用したTVカメラなどを使用することも可能であるが、高精細の画像信号を得るためには1次元CCD等のラインセンサを使用して、ステージ1を半導体ウエハ2に対して相対移動させ(走査して)、ステージ1を駆動する駆動パルス信号に同期して、画像信号処理回路5がラインセンサ4の信号を取り込んで画像を取得することが多い。
ここで、半導体ウエハ用外観検査装置の照明光学系について説明する。半導体ウエハ用外観検査装置では金属顕微鏡の照明光学系が使用される。金属顕微鏡の照明光学系としては、図2(A)に示すような明視野照明系と、図2(B)に示すような暗視野照明系とが知られている。明視野照明系は、光源41からの照明光をレンズ42、明るさ絞り43、レンズ44、視野絞り45及びレンズ46を通して導き、投影経路中に設けられた半透鏡47により対物レンズ3に向かって反射し、対物レンズ3を通って試料(ウエハ)2の表面を照明する。レンズ42は光源41の像を明るさ絞り43の位置に投影し、レンズ45,46はその像を参照番号48で示した位置に投影する。この位置は対物レンズ3の瞳位置であり、ウエハ2の表面では光量むらのない一様な照明になる。明視野照明系では、対物レンズの光軸を含む垂直方向からウエハ2の表面を照明し、その正反射光の像を捕らえる。
一方、暗視野照明系は、図2(B)に示すように、光源51からの照明光を中心部を遮断して円環状の光束とし、更にレンズ52でほぼ平行な光束とする。この円環状の平行光束を穴あき鏡53に入射して対物レンズ3の光軸に平行な光束とする。穴あき鏡53は、対物レンズ3の光軸周辺部を透過するが、その外側の外周部分は反射する円環状(正確には楕円環状)の反射鏡である。穴あき鏡53で反射された円環状の照明光は、リング状コンデンサレンズ54に入射し、ウエハ2の対物レンズ3の光軸付近の部分を照明する。
暗視野照明系では、ウエハ2の表面で正反射された照明光を捕らえないので、撮像画像における、ウエハ2上に存在する欠陥(短絡)部分から生じる回折光の相対信号強度を強める利点があり、近年のウエハ上パターンの微細化により暗視野照明下で検査することが必要な場合が急速に増加している。
暗視野照明系では、ウエハ2の表面で正反射された照明光を捕らえないので、撮像画像における、ウエハ2上に存在する欠陥(短絡)部分から生じる回折光の相対信号強度を強める利点があり、近年のウエハ上パターンの微細化により暗視野照明下で検査することが必要な場合が急速に増加している。
このように明視野照明系と暗視野照明系とにはそれぞれの特徴があり、明視野照明系と暗視野照明系との双方を備え切り替えが可能な外観検査装置も考案されている。例えば、下記特許文献1には、対物レンズの光軸を含む範囲の照明光を与える明視野照明系と、対物レンズの投影経路を除く部分に設けられた反射鏡により対物レンズの光軸周辺を除く範囲の照明光を与える暗視野照明系とを備える外観検査装置が開示されている。
また、下記特許文献2には、明視野照明系の照明光学系に設けた対物レンズの瞳面8との共役点14と、撮像光学系に設けた対物レンズの瞳面8との共役点23と、にそれぞれ相補となる輪帯フィルタを設けて明視野照明と暗視野照明との双方を実現する外観検査装置が開示されている。同様に特許文献3には、明視野照明系の照明光学系に設けた対物レンズの瞳面8との共役点14に設けられた輪帯フィルタと、ビームスプリッタ15である偏向ミラーと、対物レンズ3と偏向ミラーとの間に設けられた半波長板含有部材とを備え、試料からの低次の回折光を遮断して暗視野照明系と同様の効果を実現する外観検査装置が開示されている。
次に、外観検査装置の投影光学系(撮像光学系)について説明する。外観検査装置には、対物レンズ3によって投影された試料2の像を、イメージセンサ4上に所望の倍率で投影するための撮像光学系であるレンズ21及び22が設けられている。ここで、対物レンズ3の瞳面8には観察対象である試料2の像の周波数成分強度分布像が生じるため、この瞳面8や、撮像光学系における瞳面8との共役点23に空間フィルタ(空間周波数フィルタ)を設けることにより、例えば観察像がメモリセル領域のような周期性を有するパターン部分である場合に、パターンの周波数成分をマスクしてそれ以外の部分、すなわち欠陥(短絡)部分から生じる回折光の相対信号強度を強めることが可能である。
例えば、特許文献4には、対物レンズ3のフーリエ面にプログラマブル空間フィルタを設ける外観検査装置が開示されている。
例えば、特許文献4には、対物レンズ3のフーリエ面にプログラマブル空間フィルタを設ける外観検査装置が開示されている。
半導体ウエハ上のダイには様々な形状のパターンが形成されているため、外観検査における照明方法は検査中の部分に形成されたパターンに合わせて変更することが望ましい。
例えば、パターンが一定の方向性を有する場合には、全周照明ではなくパターンの方向性に応じて照明を与えることが望ましい。特に平行線パターンが形成されている領域では平行線の方向に沿った方位角の照明光を照射することで、線間に生じた欠陥からの回折光を検出しやすくなる。
しかしながら、従来の外観検査装置では、上記特許文献1〜3に示すように全周照明を提供するため、検査中の試料部分のパターンに合わせて照明方法や照明の形状を変更することができなかった。また、これらの照明形状を検査中に動的に変更することができなかった。
例えば、パターンが一定の方向性を有する場合には、全周照明ではなくパターンの方向性に応じて照明を与えることが望ましい。特に平行線パターンが形成されている領域では平行線の方向に沿った方位角の照明光を照射することで、線間に生じた欠陥からの回折光を検出しやすくなる。
しかしながら、従来の外観検査装置では、上記特許文献1〜3に示すように全周照明を提供するため、検査中の試料部分のパターンに合わせて照明方法や照明の形状を変更することができなかった。また、これらの照明形状を検査中に動的に変更することができなかった。
また、観察領域が、例えばメモリセル領域部のような周期パターン領域にあるときには、上述のように対物レンズの瞳面8の共役点14及び23に空間フィルタを設けて欠陥からの回折光による相対信号強度を強める暗視野観察を行うことが好適であるが、観察領域がロジック回路領域やその他の周辺回路領域(ペリフェラル領域)に移ったときには明視野観察を行った方が好ましい。
したがって、観察中のパターン領域に応じて、照明方法と、瞳面8やその共役点23のフィルタ形状と、を動的に変更することが好適であるが、従来の外観検査装置では、照明方法と試料の投影像の空間フィルタとを観察中に動的に変更することができなかった。
したがって、観察中のパターン領域に応じて、照明方法と、瞳面8やその共役点23のフィルタ形状と、を動的に変更することが好適であるが、従来の外観検査装置では、照明方法と試料の投影像の空間フィルタとを観察中に動的に変更することができなかった。
そこで、本発明では、照明方法、照明形状及び試料の投影像の空間フィルタを、外観検査中に動的に変更することが可能な外観検査装置及びその試料の投影像の投影方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、外観検査装置の照明光学系及び撮像光学系を、対物レンズ3の瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系として構成し、このミラーアレイデバイスを試料2上の対物レンズの視野位置に応じて制御することとする。
すなわち本発明の第1形態に係る外観検査装置では、光源と、対物レンズと、光源から生じた照明光を対物レンズを介して試料に照射する照明光学系と、対物レンズにより投影された試料の像をさらに撮像装置上に投影する撮像光学系とを備え、照明光学系は、対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系をなすこととする。
前記撮像光学系もまた、前記対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系をなすこととしてよく、外観検査装置は、照明光学系及び撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスを試料上の対物レンズの視野位置に応じて制御するミラー制御手段を備えることとしてよい。
また、本発明の第2形態に係る外観検査装置における投影方法では、前記の照明光学系を、前記対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系により構成して、前記光源からの照明光を、前記ミラーアレイデバイスによりフィルタリングすることを特徴とする。
さらに、撮像光学系を対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系により構成して、対物レンズによる試料の投影像を、ミラーアレイデバイスによりフィルタリングすることとしてよく、照明光学系及び撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスを、試料上の対物レンズの視野位置に応じて制御することとしてよい。
本発明により、照明光学系を、対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系とすることにより、対物レンズの瞳位置に結像される照明光の形状を、外観検査中に動的にかつ自由に変更することが可能となる。これにより外観検査の際に対物レンズの視野範囲にある試料部分のパターンに応じた照明方法や照明形状の照明光を提供し、欠陥検出感度を向上することが可能となる。
さらに、本発明により、撮像光学系を対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系とすることにより、照明の形状と試料の投影像の空間フィルタ(空間周波数フィルタ)とを観察中に動的に変更することが可能となる。
例えば観察領域がメモリセル領域部のような周期パターン領域にあるときには、照明光学系に設けられたミラーアレイデバイスにより対物レンズに入射する照明光を対物レンズの光軸周辺を含まないドーナツ状に作り、かつ撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスにより対物レンズの瞳面8との共役点23に周波数成分信号を遮蔽する空間フィルタを作ることで暗視野観察を実現し、一方、観察領域がロジック回路領域やその他の周辺回路領域(ペリフェラル領域)に移ったときには、照明光学系及び/又は撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスが単なる平面ミラーとなるよう制御して明視野照明を与えることが可能である。これにより、観察領域が周期パターン領域にある場合には撮像信号におけるパターン自身の信号強度を低減して欠陥部分からの回折光による相対信号強度を強める暗視野観察を行う一方で、観察領域がロジック回路等に移ったときに明視野観察に動的に切り替えることが可能となる。
例えば観察領域がメモリセル領域部のような周期パターン領域にあるときには、照明光学系に設けられたミラーアレイデバイスにより対物レンズに入射する照明光を対物レンズの光軸周辺を含まないドーナツ状に作り、かつ撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスにより対物レンズの瞳面8との共役点23に周波数成分信号を遮蔽する空間フィルタを作ることで暗視野観察を実現し、一方、観察領域がロジック回路領域やその他の周辺回路領域(ペリフェラル領域)に移ったときには、照明光学系及び/又は撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスが単なる平面ミラーとなるよう制御して明視野照明を与えることが可能である。これにより、観察領域が周期パターン領域にある場合には撮像信号におけるパターン自身の信号強度を低減して欠陥部分からの回折光による相対信号強度を強める暗視野観察を行う一方で、観察領域がロジック回路等に移ったときに明視野観察に動的に切り替えることが可能となる。
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図3は、本発明の実施例に係る半導体ウエハ用外観検査装置の光学系部分を示す図である。図1に示した他の部分はここでは省略している。また、以下の説明では半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用外観検査装置を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスクや、液晶表示パネルなどの半導体装置を検査する外観検査装置にも広く適用可能である。
図3に示すように、本実施例の半導体ウエハ用欠陥検査装置は、半導体ウエハ2を保持するステージ1と半導体ウエハ2の表面の光学像を撮影する対物レンズ3と、投影された半導体ウエハ2の表面の光学像を電気的な画像信号に変換するイメージセンサ4と、対物レンズ3の投影光路中に設けられた半透鏡(ビームスプリッタ)15と、光源11と、照明光学系と、撮像光学系とを有する。
イメージセンサ4にはTDI等の1次元ラインセンサを使用することが好適である。そしてステージ1を半導体ウエハ2に対して相対移動させ(走査して)、ステージ1を駆動するステージ制御部66からの駆動パルス信号に同期して、画像信号処理回路5がラインセンサ4の信号を取り込んで画像を取得する。2次元CCD素子を使用したTVカメラなどを使用することも可能である。
照明光学系は、光源11から生じた照明光を対物レンズ3を介して半導体ウエハ2に照射するためのもので、光源から生じた光を集光する照明用レンズ12、13と、照明用レンズ12及び13との間に生じる対物レンズ3の瞳面8の位置(瞳位置)との共役点に設けられ、レンズ12を通過して結像した照明光を反射してレンズ13へ入射させるミラーアレイデバイス16とから成る反射光学系により構成される。
撮像光学系は、対物レンズ3により投影された半導体ウエハ3の像をさらにイメージセンサ上に投影するのもので、対物レンズ3からの投影像をさらにイメージセンサ上に投影する投影用レンズ21、21と、レンズ21及び22との間に生じる対物レンズ3の瞳面8の位置と共役点に設けられ、レンズ21を通過して結像した投影像を反射してレンズ22へ入射させるミラーアレイデバイス26とから成る反射光学系により構成される。
ミラーアレイデバイス16及び26の表面には非常に微細な微少ミラー17、27が多数敷き詰められており、これら多数の微少ミラー17、27単位でその反射面の角度を制御されることが可能である。このようなミラーアレイデバイス16及び26には、テキサス・インスツルメンツ社のディジタルマイクロミラーデバイス(DMD:Digital Micromirror Device)(商標)を使用することが可能である。
そして、対物レンズ3の瞳面8には、これとの共役点に設けられたミラーアレイデバイス16上に結像する照明光の像と同じ形状の像が生じる。したがって、ミラーアレイデバイス16に含まれる微少ミラー17のうち、瞳面8に結像する照明光の像の発光部分に対応する微少ミラー17のみを、その反射光がレンズ13に入射する向きに制御し、他の微少ミラー17をその反射光がレンズ13に入射しない向きに制御することにより、瞳面8に結像する照明光の像の発光部分の形状を自由に変更することが可能となる。
同様に撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイス26上には、対物レンズ3の瞳面8に結像した半導体ウエハ2の投影像と同じ形状の像が生じる。したがって、ミラーアレイデバイス26に含まれる微少ミラー27のうち、イメージセンサ4に取り込みたい投影像の部分に対応する微少ミラー27のみを、その反射光がレンズ22に入射する向きに制御し、他の微少ミラー27をその反射光がレンズ22に入射しない向きに制御することにより、対物レンズ3の瞳面8との共役点に、半導体ウエハ2の投影像をフィルタリングする空間フィルタを形成することが可能となる。
図4(A)に、光源11により暗視野照明を与える際の、照明光学系のミラーアレイデバイス16による各微少ミラー17の制御方法を示し、図4(B)に、撮像光学系のミラーアレイデバイス26による各微少ミラー27の制御方法を示す。図4(A)で梨子地領域で示されるミラー17”は、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御された微少ミラーを示し、それ以外の白抜きで示されるミラー17’はその反射光がレンズ13に入射する向きに制御された微少ミラーを示す。同様に、図4(B)で梨子地領域で示されるミラー27”は、その反射光がレンズ22に入射しない向きに制御された微少ミラーを示し、それ以外の白抜きで示されるミラー27’はその反射光がレンズ22に入射する向きに制御された微少ミラーを示す。また、図示するとおり図4(A)及び図4(B)のパターンは相補関係となっている。
図4(A)に示すように制御されたミラーアレイデバイス16によって反射した照明光は、対物レンズ3の瞳面8に、対物レンズ3の光軸周辺を除いたドーナツ状の照明像として結像する。したがってその照明光は対物レンズ3の周辺から斜めに半導体ウエハ2に照射する照明光となる。
そして、対物レンズ3の周辺から斜めに照明された半導体ウエハ2からは、照明光と同角度で反射する直接反射光と、照明光と異なる角度で反射する回折光が生じる。これらの直接反射光と回折光とはともに対物レンズ3に入射するが、対物レンズ3の瞳面8上では、直接反射光は対物レンズ3の光軸周辺を除く周辺部分のみに集光される一方で、回折光は、対物レンズ3の光軸付近にも集光される。
したがって、図4(B)に示すように制御されたミラーアレイデバイス26によって、対物レンズ3の光軸周辺を除く周辺部分の投影光を遮断し、光軸付近の投影光のみを通過させる空間フィルタを作出することにより、半導体ウエハ2から生じた回折光のみをイメージセンサ4上に投影することが可能となり、暗視野照明系を実現することが可能となる。
したがって、図4(B)に示すように制御されたミラーアレイデバイス26によって、対物レンズ3の光軸周辺を除く周辺部分の投影光を遮断し、光軸付近の投影光のみを通過させる空間フィルタを作出することにより、半導体ウエハ2から生じた回折光のみをイメージセンサ4上に投影することが可能となり、暗視野照明系を実現することが可能となる。
また、照明光学系のミラーアレイデバイス16の全ての微少ミラー17の全てをその反射光がレンズ13に入射する向きに制御して、ミラーアレイデバイス16が単なる平面ミラーとなるよう構成し、かつ撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイス27の全てをその反射光がレンズ22に入射する向きに制御し、ミラーアレイデバイス26が単なる平面ミラーとなるよう構成することにより明視野照明系を実現することが可能となる。なお、このとき、照明光学系のミラーアレイデバイス16の微少ミラー17のうち、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17’と入射しない向きに制御される微少ミラー17”との割合を変えることにより、明視野照明の明度を調整することも可能である。
反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17’と入射しない向きに制御される微少ミラー17”との割合を変える一例としては、例えば、図4(A)に示すように、ミラーアレイデバイス16の反射面の中心部分の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御することにより、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17を、ミラーアレイデバイス16の反射面の周辺部分のみに限ってその割合を減らすことによって実現してよい。
反対に、ミラーアレイデバイス16の反射面の周辺部分の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御することにより、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17を、ミラーアレイデバイス16の反射面の中心部分のみに限ってその割合を減らしてもよい。
または、ミラーアレイデバイス16上に配置される全微少ミラー17のうち、所定の間隔毎を隔てて(すなわち所定個数の微少ミラー17をとばして)等間隔に微少ミラー17を選択し、この選択された複数の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御することにより、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17の割合を減らすこととしてもよい。
このようにして、本実施例の半導体ウエハ用欠陥検査装置は、明視野照明系と暗視野照明系との切り替えを可能とする。
反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17’と入射しない向きに制御される微少ミラー17”との割合を変える一例としては、例えば、図4(A)に示すように、ミラーアレイデバイス16の反射面の中心部分の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御することにより、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17を、ミラーアレイデバイス16の反射面の周辺部分のみに限ってその割合を減らすことによって実現してよい。
反対に、ミラーアレイデバイス16の反射面の周辺部分の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御することにより、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17を、ミラーアレイデバイス16の反射面の中心部分のみに限ってその割合を減らしてもよい。
または、ミラーアレイデバイス16上に配置される全微少ミラー17のうち、所定の間隔毎を隔てて(すなわち所定個数の微少ミラー17をとばして)等間隔に微少ミラー17を選択し、この選択された複数の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御することにより、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17の割合を減らすこととしてもよい。
このようにして、本実施例の半導体ウエハ用欠陥検査装置は、明視野照明系と暗視野照明系との切り替えを可能とする。
上述のように、ミラーアレイデバイス16の微少ミラー17の反射面は微少ミラー17単位に制御可能である。また、かつ高速に(ミリ秒オーダーで)制御可能であるため、外観検査において対物レンズ3で半導体ウエハ2表面を走査する際に、その視野に順次現れる被検査パターンの形状に応じて、照明光の形状を動的に変更することが可能である。
例えば、図5(A)に示すように、半導体ウエハ2の上には回路パターンが形成された複数のダイ91が形成され、さらに図5(B)に示すようにダイ91には、様々な方向性を有するパターン領域が形成されており、いま、対物レンズ3の視野を領域72内において走査する際に、照明光の方位角を変更する場合を考える。
このとき、対物レンズ3の視野が、図6(A)に示す領域73のような方位角(0°)のパターン領域内にあるときには、例えば、ミラーアレイデバイス16の微少ミラー17の反射面を図6(B)に示すように制御し、照明光の方位角がパターンの方位角と同様になるようにし、図6(C)に示す領域74のような方位角(90°)のパターン領域内にあるときには、例えば、ミラーアレイデバイス16の微少ミラー17の反射面を図6(D)に示すように変更し、照明光の方位角がパターンの方位角と同様になるようにする。これにより、領域72内のパターンに対して照明光が常にその方向に沿って照明するようにミラーアレイデバイス16が制御され、パターン線のエッジからの散乱光の発生を抑え、線間に存在する欠陥部分からの散乱光の検出感度を高めることも可能である。このとき、撮像光学系のミラーアレイデバイス26は、その微少ミラー27が図4(B)を用いて説明したように制御され、暗視野照明系を実現していることとしてよい。
なお、図6(B)及び図6(D)において、梨子地領域で示されるミラー17”は、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御された微少ミラーを示し、それ以外の白抜きで示されるミラー17’はその反射光がレンズ13に入射する向きに制御された微少ミラーを示す。
なお、図6(B)及び図6(D)において、梨子地領域で示されるミラー17”は、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御された微少ミラーを示し、それ以外の白抜きで示されるミラー17’はその反射光がレンズ13に入射する向きに制御された微少ミラーを示す。
このように、対物レンズ3の視野内にある試料2表面の各領域のパターンに応じて、照明光及び空間フィルタの形状を変更するために、本実施例の外観検査装置は、コンピュータ等により実現可能な計算機61と、半導体ウエハ2上の各位置に形成されたパターンの種類を示すパターンデータを入力する入出力部63と、入出力部63から入力されたパターンデータを記憶する記憶部64と、ステージ制御部66から出力されるステージ1の位置情報に基づいて、ステージ1に載置される半導体ウエハ2上の各位置に形成されたパターンの種類を記憶部64に記憶されるパターンデータから読み出し、この読み出されたパターンの種類に応じてミラーアレイデバイス16及び26上の各微少ミラー17、27を個別に制御するミラー制御部65を備えることとしてよい。
ステージ1上に載置される半導体ウエハ2の位置は既知であるため、ミラー制御部65はステージ制御部66から出力されるステージ1の位置情報に基づいて、対物レンズ3の視野が、ステージ1に載置される半導体ウエハ2上のいずれの位置にあるかを検知することが可能である。そしてミラー制御部65は、検知した半導体ウエハ2上に位置に形成されたパターンの種類を、記憶部64に記憶されるパターンデータから読み出し、この読み出されたパターン種類に応じてミラーアレイデバイス16、26上の各微少ミラー17、27を制御する。
パターンデータに含まれている半導体ウエハ2上に位置に形成されたパターン種類情報は、上述のようにその領域のパターンの方向性に関する情報としてよい。
または、単にその領域がメモリセル領域、ロジック回路領域及びペリフェラル領域のいずれであるかを識別する情報としてもよい。このとき例えば、対物レンズ3の視野がメモリセル領域にあるときには、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16を図4(A)に示すように制御する一方で、ミラーアレイデバイス26以下に述べる空間フィルタを形成するように制御して暗視野照明を実現する一方で、対物レンズ3の視野がロジック回路領域又はペリフェラル領域にあるときには、ミラーアレイデバイス16、26を単なる平面ミラーを構成するように制御して明視野照明を実現してよい。
または、単にその領域がメモリセル領域、ロジック回路領域及びペリフェラル領域のいずれであるかを識別する情報としてもよい。このとき例えば、対物レンズ3の視野がメモリセル領域にあるときには、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16を図4(A)に示すように制御する一方で、ミラーアレイデバイス26以下に述べる空間フィルタを形成するように制御して暗視野照明を実現する一方で、対物レンズ3の視野がロジック回路領域又はペリフェラル領域にあるときには、ミラーアレイデバイス16、26を単なる平面ミラーを構成するように制御して明視野照明を実現してよい。
上述のように、ミラー制御部65はミラーアレイデバイス16を制御することにより、対物レンズ3の瞳面8に生じる照明光像の形状を、外観検査の対物レンズ3走査中に動的かつ自由に変更することができるとともに、ミラーアレイデバイス26を制御することにより、対物レンズ3の瞳面8に投影される試料の投影像の任意の部分を遮断、透過する空間フィルタの形状を、外観検査の対物レンズ3走査中に動的かつ自由に変更することができる。
したがって、試料上のある領域を対物レンズ3で観察するときには、そのパターンに応じた照明光及び空間フィルタを実現するとともに、対物レンズ3の走査に伴い対物レンズ3の視野が他の領域に入った場合には、瞬時かつ動的に照明光及び空間フィルタを変更して、新たな領域のパターンに応じた照明光及び空間フィルタを実現することが可能である。この方法の一例を図7(A)、図7(B)及び図8(A)〜(F)を参照して説明する。
したがって、試料上のある領域を対物レンズ3で観察するときには、そのパターンに応じた照明光及び空間フィルタを実現するとともに、対物レンズ3の走査に伴い対物レンズ3の視野が他の領域に入った場合には、瞬時かつ動的に照明光及び空間フィルタを変更して、新たな領域のパターンに応じた照明光及び空間フィルタを実現することが可能である。この方法の一例を図7(A)、図7(B)及び図8(A)〜(F)を参照して説明する。
いま、図7(A)に示すように、半導体ウエハ2の上に形成されたダイ71には、図7(B)に示される様々なパターン領域75〜78が形成されており、いま、対物レンズ3の視野を領域72内において走査する場合を考える。ここに、領域75は、例えばメモリセル領域のように図のx方向に周期性を有する繰り返しパターンであり、領域76は、図のy方向に周期性を有する繰り返しパターンであり、領域77は、図のx及びy方向に周期性を有する繰り返しパターンであり、領域78は周期性を有しないロジック回路領域である。また、これらパターン領域75〜78の周辺には周期性を有しないペリフェラル領域79が介在している。
図8(A)〜(C)は、それぞれ対物レンズ3の視野内に捉えられたパターン領域75〜77を示す図であり、図8(D)〜(F)は、それぞれのパターン領域75〜77に対物レンズ3の視野があるときに、瞳面8に生じる各パターンのフーリエ変換像を示す図である。上述の通り、対物レンズ3の瞳面8には対物レンズ3の視野に捉えられたパターン像の周波数成分強度分布像が作出される。例えば、図8(D)〜(F)に示される周波数成分強度分布像には、図8(A)〜(C)のパターンが有する空間周波数に対応してこれらのパターンのフーリエ変換像として、図8(D)〜(F)で光点で示されるスポット80が現れる。
したがって、この瞳面8との共役点に設けられたミラーアレイデバイス26を制御して、ミラーアレイデバイス26の反射面に投影される投影像のうち、スポット80を含む各領域81〜83の部分を遮断する空間フィルタとして機能させることにより(具体的には、各領域81〜83内に配置されるミラー27を、その反射光がレンズ22に入射しない向きに制御し、それ以外のミラー17をその反射光がレンズ22に入射する向きに制御する)、パターン75〜77の周波数成分をマスクしてそれ以外の部分、すなわち欠陥(短絡)部分から生じる回折光の相対信号強度を強めることができる。
このようにミラーアレイデバイス26を空間フィルタとして使用するために、上記パターンデータに含まれるパターン情報には、試料である半導体ウエハ2上に形成された各パターン領域の空間周波数や繰り返し方向などの周期性に関する情報を含めておくこととしてよい。そして、ミラー制御部65は、外観検査において対物レンズ3で半導体ウエハ2表面を走査する際に、ミラー制御部65はステージ制御部66から出力されるステージ1の位置情報に基づいて、対物レンズ3の視野が、ステージ1に載置される半導体ウエハ2上のいずれの位置にあるかを検知する。そしてミラー制御部65は、検知した半導体ウエハ2上に位置に形成された周期パターンの周期性情報を、記憶部64に記憶されるパターンデータから読み出し、読み出された周期性情報に応じてミラーアレイデバイス26を制御して、対物レンズ3の視野内に捉えられたパターンの周期性に応じた空間フィルタとして機能させることとしてよい。
以下、図7(B)に示される領域72内を、対物レンズ3の視野でx方向に走査する際に行われる、ミラー制御部65によるミラーアレイデバイス16、26の制御を説明する。
対物レンズ3の視野が、メモリセル領域75に至るまでのペリフェラル領域79にあるとき、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16の全ての微少ミラー17の全てをその反射光がレンズ13に入射する向きに制御して、ミラーアレイデバイス16が単なる平面ミラーとなるよう構成し、かつ撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイス27の全てをその反射光がレンズ22に入射する向きに制御し、ミラーアレイデバイス26が単なる平面ミラーとなるよう構成するよう制御して明視野照明系を与える。
対物レンズ3の視野が、メモリセル領域75に至るまでのペリフェラル領域79にあるとき、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16の全ての微少ミラー17の全てをその反射光がレンズ13に入射する向きに制御して、ミラーアレイデバイス16が単なる平面ミラーとなるよう構成し、かつ撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイス27の全てをその反射光がレンズ22に入射する向きに制御し、ミラーアレイデバイス26が単なる平面ミラーとなるよう構成するよう制御して明視野照明系を与える。
このときミラーアレイデバイス16は、後述するメモリセル領域75〜77における暗視野観察画像との明度差を低減するために、照明光学系のミラーアレイデバイス16の微少ミラー17のうち、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17’と入射しない向きに制御される微少ミラー17”との割合を変えて、照明の明度を下げることとしてもよい。
例えば、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16を図4(A)に示すように制御して、微少ミラー17’の割合を減らしてドーナツ状の照明を与え照明の明度を下げてよく、これとは反対に、ミラーアレイデバイス16の反射面の中央付近の微少ミラー17’のみが、その反射光がレンズ13に入射する向きに制御することにより微少ミラー17’の割合を減らして、照明の明度を下げることとしてよい。
または、ミラーアレイデバイス16上の全微少ミラー17のうち、所定の間隔毎を隔てて(すなわち所定個数の微少ミラー17をとばして)等間隔に微少ミラー17を選択し、この選択された複数の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御して、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17’の割合を減らして、照明の明度を下げることとしてよい。
例えば、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16を図4(A)に示すように制御して、微少ミラー17’の割合を減らしてドーナツ状の照明を与え照明の明度を下げてよく、これとは反対に、ミラーアレイデバイス16の反射面の中央付近の微少ミラー17’のみが、その反射光がレンズ13に入射する向きに制御することにより微少ミラー17’の割合を減らして、照明の明度を下げることとしてよい。
または、ミラーアレイデバイス16上の全微少ミラー17のうち、所定の間隔毎を隔てて(すなわち所定個数の微少ミラー17をとばして)等間隔に微少ミラー17を選択し、この選択された複数の微少ミラー17を、その反射光がレンズ13に入射しない向きに制御して、反射光がレンズ13に入射する向きに制御される微少ミラー17’の割合を減らして、照明の明度を下げることとしてよい。
そして、対物レンズ3の視野がx方向に進行しメモリセル領域75に至ったとき、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16の微少ミラー17の角度を瞬時に切り替え図4(A)に示すように制御して、これと同時にミラーアレイデバイス26の微少ミラー17の角度を瞬時に切り替え、図8(D)に示す領域81を遮断する空間フィルタを形成して暗視野照明を与える。
再び、対物レンズ3の視野がペリフェラル領域79に至ると、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16及び26を制御して上述と同様に明視野照明を与え、対物レンズ3の視野がメモリセル領域75及び76に至ったとき、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16の微少ミラー17の角度を切り替え上述と切り替え図4(A)に示すように制御し、ミラーアレイデバイス26の各微少ミラー27の角度を切り替えて、それぞれ図8(E)およびに示す領域82及び83を遮断する空間フィルタを形成して暗視野照明を与える。
その後、対物レンズ3の視野がペリフェラル領域79に至り、さらにロジック回路領域78に移動したとき、ロジック回路領域78のパターンはペリフェラル領域79と同様に周期性を有しないため、ミラー制御部65は、ミラーアレイデバイス16及び26の状態を、対物レンズ3の視野がペリフェラル領域79にあるときのまま維持し、上述と同様に明視野照明を与える。
以上のようにミラー制御部65がミラーアレイデバイス16及び26を制御することにより、対物レンズ3の走査に伴い変化する対物レンズ3の視野内のパターンに応じて、瞬時かつ動的に照明光及び空間フィルタを変更することが可能となる。
以上のようにミラー制御部65がミラーアレイデバイス16及び26を制御することにより、対物レンズ3の走査に伴い変化する対物レンズ3の視野内のパターンに応じて、瞬時かつ動的に照明光及び空間フィルタを変更することが可能となる。
本発明は、半導体ウエハ、半導体メモリ用フォトマスクや、液晶表示パネルなどの半導体装置を検査する外観検査装置に利用可能である。
1 ステージ
2 ウエハ
3 対物レンズ
4 イメージセンサ
8 対物レンズの瞳面
11 光源
12、13 照明光学系
15 ビームスプリッタ
16、26 ミラーアレイデバイス
17、27 ミラー
21、22 撮像光学系
2 ウエハ
3 対物レンズ
4 イメージセンサ
8 対物レンズの瞳面
11 光源
12、13 照明光学系
15 ビームスプリッタ
16、26 ミラーアレイデバイス
17、27 ミラー
21、22 撮像光学系
Claims (8)
- 光源と、
対物レンズと、
前記光源から生じた照明光を前記対物レンズを介して試料に照射する照明光学系と、
前記対物レンズにより投影された前記試料の像をさらに撮像装置上に投影する撮像光学系とを備え、
前記照明光学系は、前記対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系をなすことを特徴とする外観検査装置。 - 前記試料上の前記対物レンズの視野位置に応じて前記ミラーアレイデバイスを制御するミラー制御手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の外観検査装置。
- 前記の照明光学系に配置されたミラーアレイデバイスを第1ミラーアレイデバイスとし、
前記撮像光学系は、前記対物レンズの瞳位置との共役点に第2ミラーアレイデバイスを配置した反射光学系をなすことを特徴とする請求項1又は2に記載の外観検査装置。 - 前記ミラー制御手段は、前記試料上の前記対物レンズの視野位置に応じて前記第2ミラーアレイデバイスを制御することを特徴とする請求項3に記載の外観検査装置。
- 光源と、対物レンズと、前記光源から生じた照明光を前記対物レンズを介して試料に照射する照明光学系と、前記対物レンズにより投影された前記試料の像をさらに撮像装置上に投影する撮像光学系とを備える外観検査装置における前記撮像装置への投影方法において、
前記照明光学系を、前記対物レンズの瞳位置との共役点にミラーアレイデバイスを配置した反射光学系により構成して、前記光源からの照明光を、前記ミラーアレイデバイスによりフィルタリングすることを特徴とする投影方法。 - 前記ミラーアレイデバイスを、前記試料上の前記対物レンズの視野位置に応じて制御することを特徴とする請求項5に記載の投影方法。
- 前記の照明光学系に配置されたミラーアレイデバイスを第1ミラーアレイデバイスとし、
前記撮像光学系を、前記対物レンズの瞳位置との共役点に第2ミラーアレイデバイスを配置した反射光学系により構成して、前記対物レンズによる前記試料の投影像を、前記第2ミラーアレイデバイスによりフィルタリングすることを特徴とする請求項5又は6に記載の投影方法。 - 前記第2ミラーアレイデバイスを、前記試料上の前記対物レンズの視野位置に応じて制御することを特徴とする請求項7に記載の投影方法。
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