JP2006023221A - 外観検査装置及び投影方法 - Google Patents

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

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。

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。

特開２００３−１４９１６９号公報 特開２００４−１０１４０６号公報 特開２００４−１０１４０３号公報 米国特許第６，６８６，６０２号明細書

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来の半導体ウエハ用欠陥検査装置の概略構成図である。 （Ａ）は明視野照明系の概略構成図であり、（Ｂ）は暗視野照明系の概略構成図である。 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。 （Ａ）は、暗視野照明時における、照明光学系に設けられたミラーアレイデバイスによる各ミラーの制御方法を説明する図であり、（Ｂ）は、暗視野照明時における、撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスによる各ミラーの制御方法を説明する図である。 （Ａ）は試料である半導体ウエハの上面図であり、（Ｂ）はその拡大図である。 （Ａ）及び（Ｃ）は、それぞれ半導体ウエハ上の各領域に形成された各種パターンを示す図であり、（Ｂ）及び（Ｄ）は、（Ａ）及び（Ｃ）のパターンに応じて制御される照明光学系に設けられたミラーアレイデバイスの様子を示す図である。 （Ａ）は試料である半導体ウエハの上面図であり、（Ｂ）はその拡大図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ半導体ウエハ上の各領域に形成された各種パターンを示す図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、撮像光学系に設けられたミラーアレイデバイスが、（Ａ）〜（Ｃ）のパターンに応じて対物レンズの瞳面に生成されるそれらのフーリエ変換像の例である。

符号の説明

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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