JP2006317314A

JP2006317314A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2006317314A
Application number: JP2005141023A
Authority: JP
Inventors: Takeo Omori; 健雄大森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】基板に照射するＰ偏光とＳ偏光との切り替えを、液晶偏光フィルタを用いて電気的に行うことにより、発塵の可能性を抑え、短時間で効率良く、被検査体の表面上の欠陥を検査することができる欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】本発明は、被検査体であるウエハ（基板）等の欠陥を検査する装置であり、ウエハ（被検査体）２を照明する照明光学系１と、ウエハ２からの回折光または正反射光Ｌ２を受光する受光光学系４とを有する欠陥検査装置であって、照明光学系１又は受光光学系４のどちらか一方に液晶偏光フィルタ７を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶基板など、被検査体の表面上の欠陥を検査する装置に関する。

従来、半導体ウエハや液晶基板（以下、総じて「基板」と称する）の表面に形成された繰り返しパターン（回路パターン）から発生する回折光を利用して、基板表面のむらや傷などの欠陥を自動的に検査する欠陥検査装置が提案されている。この装置では、表面の欠陥箇所と正常箇所では回折効率が異なり、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るため、この明暗を利用して欠陥箇所を特定できるように構成されている。このような欠陥検査装置として、基板の構成材料や検査内容等に応じてＰ偏光あるいはＳ偏光を切り替えて、基板を照射するように構成されたものが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００３−２６２５９５号公報

特許文献１の欠陥検査装置では、基板に照射するＰ偏光とＳ偏光との切り替えが、１枚の偏光板を９０度回転させたり、あるいは、Ｐ偏光用とＳ偏光用の偏光板をそれぞれ用意して挿脱させたりする等、機械的に行われている。その結果、Ｐ偏光用とＳ偏光の切り替えにある程度の時間を要するため、装置のスループット向上の妨げになるという問題があった。また、近年、基板の表面に形成される回路の集積度が高くなっており、たとえ微粒子（例えば０.１μｍ程度の塵）であっても基板の品質に与える影響は大きい。しかしながら、特許文献１に記載の検査装置のように、Ｐ偏光とＳ偏光の切り替えを機械的に行う場合には、発塵を避けることができないため、検査時に基板に塵が付着して品質低下を招くおそれがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板に照射するＰ偏光とＳ偏光との切り替えを、液晶偏光フィルタを用いて電気的に行うことにより、発塵の可能性を抑え、短時間で効率良く、被検査体の表面上の欠陥を検査することができる欠陥検査装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の欠陥検査装置は、被検査体である基板の欠陥を検査する装置であり、前記基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光または正反射光を受光する受光光学系とを有する欠陥検査装置であって、前記照明光学系又は前記受光光学系のどちらか一方に液晶偏光フィルタを備えて構成される。

以上説明したように、本発明によれば、基板に照射するＰ偏光とＳ偏光との切り替えを、液晶偏光フィルタを用いて電気的に行うことにより、発塵の可能性を抑え、短時間で効率良く、被検査体の表面上の欠陥を検査することができる欠陥検査装置を提供することができる。

以下、本発明に係る第１〜第３の実施形態について図を用いて説明する。

第１実施形態に係る欠陥検査装置は、図１に示すように、ランプハウスＬＳと、照明光学系１と、基板であるウエハ２を載置するステージ３と、受光光学系４と、撮像素子５と、画像処理装置６と、液晶偏光フィルタ７とを備えて構成される。

ランプハウスＬＳは、不図示のハロゲンランプやメタルハライドランプなどの光源と、波長選択フィルタとが内蔵されており、一部の波長の光のみが照明光Ｌ１として利用される。

照明光学系１は、ランプハウスＬＳから射出された照明光Ｌ１をほぼ平行な光に変換するレンズ１１を備える。

ステージ３は、不図示の回転機構により、紙面と垂直な軸ＡＸ１を中心に回転可能であるとともに、載置するウエハ２の中心を通り該ウエハ２に垂直な軸（つまり、紙面と平行な軸）ＡＸ２を中心に回転可能である。なお、本実施例では、受光光学系４でウエハ２からの回折光Ｌ２を受光する構成となっているため、照明光学系Ｌ１の光軸と、ウエハ２上に形成されたラインアンドスペースパターンのラインの刻線方向とが９０度をなすように、回転機構により、ステージ３が軸ＡＸ２を中心にして回転される。

なお、ステージ３はこの構成に限定されるものではなく、例えば、回転機構によりステージ３を回転させる角度を適宜調整することで、ウエハ２からの回折光または正反射光を受光光学系４で受光して、撮像素子５でウエハ２の画像を撮像することも可能である。また、ステージ３を回転機構により回転させるかわりに、ランプハウスＬＳから照明光学系１までの全体、あるいは受光光学系４から撮像素子５までの全体を、軸ＡＸ１を中心に回転させてもよいし、これらを組み合わせてそれぞれを適宜回転させてもよい。

受光光学系４は、ウエハ２からの回折光または正反射光Ｌ２を集光して、ウエハ２の像を撮像素子５上に結像させるレンズ４１，４２を備える。

画像処理装置６は、撮像素子５で取り込んだ画像の画像処理を行う。露光装置のデフォーカスや形成されたパターンの膜厚ムラ等の異常がウエハ２にあると、正常部分と欠陥部分の回折効率の違いから、得られた画像に明るさの差が生じる。これを画像処理して、ウエハ２の欠陥として検出する。なお、画像処理装置６はこの構成に限定されるものではなく、例えば、正常なパターンの像を画像処理装置６に記憶しておき、これと測定されたパターンとの差分をとることにより、異常を検出するようにしてもよい。

液晶偏光フィルタ７は、図２に示すように、偏光板７１と、液晶素子７２とを備える。なお、図２では、実線の矢印で入射光の進行方向を示し、点線の矢印で光の偏光方向を示している。

偏光板７１は、入射光から所定の偏光方向の光を取り出す。液晶素子７２は、光の進行方向に沿って９０度に捩れた液晶分子の配列（不図示）を持っており、図２（Ａ）に示すように、電圧を印加しないオフ状態では（偏光板７１を経た）入射光の偏光方向（偏波面）を９０度回転させる。また、図２（Ｂ）に示すように、所定の電圧を印加したオン状態では、（偏光板７１を経た）入射光の偏波面を回転させることなくそのまま通過させる。

この構成により、液晶偏光フィルタ７は、従来のように機械的に偏光板を挿脱するのではなく、液晶素子７２への印加電圧のオン・オフによって、入射光の偏波面を０度及び９０度の角度で回転させることができる。なお、回転に要する時間は、おおよそ数十ミリ秒と非常に短い時間で切り替えを実行することができる。

以上のような構成である、第１実施形態に係る欠陥検査装置では、まず、ランプハウスＬＳから射出された照明光Ｌ１が、液晶偏光フィルタ７を介して直線偏光にされた後に、レンズ１１を有する照明光学系１を介してほぼ平行な光に変換され、ステージ３上に載置されたウエハ２を照明する。照明光Ｌ１によって照明されたウエハ２（基板）からは回折光Ｌ２が生じる。回折光Ｌ２の回折角は、照明光Ｌ１の波長と、ウエハ２に形成された繰り返しパターンのピッチとによって変化する。このような回折光Ｌ２の回折角に応じてステージ３は図示しない回転機構によって軸ＡＸ１及び軸ＡＸ２を中心に適宜回転され、回折光Ｌ２はレンズ４１及びレンズ４２を有する受光光学系４に導かれた後に、撮像素子５に集光される。そして、撮像素子５では回折光Ｌ２によるウエハ２の像を撮像して、画像処理装置６に送信する。画像処理装置６では、撮像素子５から送られたウエハ２の表面の画像と、予め記憶されている良品ウエハの画像（検査基準画像）とのパターンマッチング等が行われ、ウエハ２の欠陥の有無が検出される。

なお、液晶偏光フィルタ７を、本実施形態のように照明光学系１ではなく、受光光学系４に挿入し、受光する回折光からＰ偏光あるいはＳ偏光の成分を取り出しても、液晶フィルタ７を照明光学系１に挿入したときと同様の効果を得ることができる。

次に、第２の実施形態に係る欠陥検査装置について、図３を用いて説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図３に示す第２の実施形態の欠陥検査装置は、図１に示す第１の実施形態に係る欠陥検査装置の受光光学系４の中に、液晶偏光フィルタ８を追加したものである。液晶偏光フィルタ８の構成は、上記の液晶偏光フィルタ７と同様である。受光光学系４の中に液晶偏光フィルタ８を配置することで、ウエハ２からの回折光または正反射光Ｌ２のうち、Ｐ偏光あるいはＳ偏光の直線偏光を取り出すことができる。

その結果、第２実施形態に係る欠陥検査装置では、液晶偏光フィルタ７，８に印加する電圧のオン・オフを適宜組み合わせ、これら液晶偏光フィルタ７，８の偏光方向を直交させた所謂クロスニコルの状態（つまり、照明光Ｌ１からＳ偏光を、回折光Ｌ２からＰ偏光を取り出した状態。あるいは、照明光Ｌ１からＰ偏光を、回折光Ｌ２からＳ偏光を取り出した状態）でウエハ２の画像を撮ることができる。これは、ウエハ２上に形成されたホールパターンの検査に有効である。また、液晶偏光フィルタ７，８では、Ｐ偏光あるいはＳ偏光への切り替えは電気的に行われるため、発塵の心配がなく、また短時間での実施が可能である。

さらに、ウエハ２上のラインアンドスペースパターンにおけるラインの刻線方向に対して４５度に照明光をウエハ２に照射し、且つ、回折光または正反射光Ｌ２を受光光学系４で受光するように、ステージ３を軸ＡＸ１，軸ＡＸ２を中心にして不図示の回転機構により適宜回転させることにより、ウエハ２上に形成された繰り返しパターンの構造複屈折性の変化を利用して、照明波長よりかなり短い線幅の繰り返しパターンの検査も可能となる。

続いて、第３の実施形態に係る欠陥検査装置について、図４を用いて説明する。なお、以下の説明において、上記第１及び第２の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図４に示すように第３の実施形態では、図３に示す第２の実施形態に係る欠陥検査装置の照明光学系１中のレンズ１１を凹面鏡１３に、受光光学系４中のレンズ４１を凹面鏡４３に置き換えたものである。このように凹面鏡１３，４３を用いた反射光学系を備えることにより、第３の実施形態に係る欠陥検査装置では小型化を図っている。また、第３の実施形態では、凹面鏡１３の回転中心軸Ｚ１と照明光学系１の光軸Ｙ１を外し、且つ、凹面鏡４３の回転中心軸Ｚ２と受光光学系４の光軸Ｙ２を外した、いわゆる軸外し光学系となっている。

以上のような構成である、第３実施形態に係る欠陥検査装置では、まず、ランプハウスＬＳから射出された照明光Ｌ１は、液晶偏光フィルタ７を経て、凹面鏡１３の焦点位置に導光されて反射し、ステージ３上に載置されたウエハ２を照明する。照明光Ｌ１によって照明されたウエハ２からは回折光Ｌ２が生じる。回折光Ｌ２の回折角は、照明光Ｌ１の波長と、ウエハ２に形成された繰り返しパターンのピッチとによって変化する。このような回折光Ｌ２の回折角に応じて、ステージ３が図示しない回転機構によって軸ＡＸ１及び軸ＡＸ２をそれぞれ中心に適宜回転され、回折光Ｌ２は、凹面鏡４３の焦点位置に導光されて反射し、液晶偏光フィルタ８を経て、レンズ４２を有する受光光学系４に導かれた後に、撮像素子５に集光される。撮像素子５は回折光Ｌ２によるウエハ２の像を撮像して、画像処理装置６へ送信する。画像処理装置６は、所定の画像処理を行い、ウエハ２の欠陥の有無を検出する。

なお、第３の実施形態に係る欠陥検査装置では、クロスニコルの状態でウエハ２を撮像すると、消光比（各偏光成分に対する透過率の比）がウエハ２の全面で不揃いになる。このため、第３の実施形態では、偏光補償板９，１０を光路中に所定の角度を有して斜めに挿入することにより、消光比の改善を図っている。なお、偏光補償板９，１０は、高屈折率ガラス（屈折率１．９程度）の平行平面板であり、表面にはガラスと同程度の屈折率の保護膜がコートされており、ヤケを防止している。

第３の実施形態に係る欠陥検査装置では、上記の第２の実施形態（図３参照）と同様に、液晶偏光フィルタ７，８に印加する電圧のオン・オフを適宜組み合わせることにより、ホールパターンの検査に有効なクロスニコルの状態（具体的には、照明光Ｌ１からＳ偏光を、回折光Ｌ２からＰ偏光を取り出した状態、若しくは照明光Ｌ１からＰ偏光を、回折光Ｌ２からＳ偏光を取り出した状態）で、ウエハ２の画像を撮ることができる。これは、ウエハ２上に形成されたホールパターンの検査に有効である。また、上記したが、液晶偏光フィルタ７，８では、Ｐ偏光あるいはＳ偏光への切り替えは電気的に行われるため、短時間での実施が可能であるとともに、発塵の心配もない。

さらに、ウエハ２上のラインアンドスペースパターンにおけるラインの直線方向に対して４５度に光を照明し、且つ、回折光または正反射光Ｌ２を受光するように、ステージ３を軸ＡＸ１，軸ＡＸ２を中心にして不図示の回転機構により適宜回転させることで、ウエハ２上に形成された繰り返しパターンの構造複屈折性の変化を利用して、照明波長よりかなり短い線幅の繰り返しパターンの検査も可能であることも、第２の実施の形態と同様である。

以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。

本発明の第１の実施形態に係る欠陥検査装置の概要を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置の概要を示す図である。液晶偏光フィルタの構成を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る欠陥検査装置の概要を示す図である。

符号の説明

１照明光学系２ウエハ
３ステージ４受光光学系
５撮像素子６画像処理装置
７，８液晶偏光フィルタ
７１偏光板７２液晶素子
４１，４２レンズ
Ｌ１照明光Ｌ２回折光

Claims

被検査体である基板の欠陥を検査する装置であり、前記基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光または正反射光を受光する受光光学系とを有する欠陥検査装置であって、前記照明光学系又は前記受光光学系のどちらか一方に液晶偏光フィルタを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
前記照明光学系に備えられた前記液晶偏光フィルタは、前記基板を照明する光を、Ｐ偏光あるいはＳ偏光に切り替え可能なことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
前記受光光学系に備えられた前記液晶偏光フィルタは、前記受光光学系で受光する前記回折光または前記正反射光を、Ｐ偏光あるいはＳ偏光に切り替え可能なことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
被検査体である基板の欠陥を検査する装置であり、前記基板を照明する照明光学系と、前記基板からの回折光または正反射光を受光する受光光学系とを有する欠陥検査装置であって、前記照明光学系及び前記受光光学系に液晶偏光フィルタを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
前記照明光学系に備えられた前記液晶偏光フィルタは、前記基板を照明する光をＰ偏光あるいはＳ偏光に切り替え可能であり、
前記受光光学系に備えられた前記液晶偏光フィルタは、前記受光光学系で受光する前記回折光または前記正反射光を、Ｐ偏光あるいはＳ偏光に切り替え可能なことを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査装置。