JP2007303903A - 表面検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 繰り返しパターンの方向が分からなくても高感度な欠陥検査を行う。
【解決手段】 被検基板の表面に形成された繰り返しパターンを直線偏光により照明する手段と、直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの方向との成す角度を任意の角度φに設定して、繰り返しパターンから発生した正反射光のうち直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する手段（Ｓ１,Ｓ２）と、上記の成す角度を、角度φとは異なる φ＋４５度 , φ−４５度 , φ＋１３５度 , φ−１３５度 の何れかの角度に設定して、繰り返しパターンから発生した正反射光のうち直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する手段（Ｓ３,Ｓ４）と、測定された各々の光強度を加算して、加算後の光強度に基づいて、繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段（Ｓ５,Ｓ６）とを備える。
【選択図】 図７
【解決手段】 被検基板の表面に形成された繰り返しパターンを直線偏光により照明する手段と、直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの方向との成す角度を任意の角度φに設定して、繰り返しパターンから発生した正反射光のうち直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する手段（Ｓ１,Ｓ２）と、上記の成す角度を、角度φとは異なる φ＋４５度 , φ−４５度 , φ＋１３５度 , φ−１３５度 の何れかの角度に設定して、繰り返しパターンから発生した正反射光のうち直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する手段（Ｓ３,Ｓ４）と、測定された各々の光強度を加算して、加算後の光強度に基づいて、繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段（Ｓ５,Ｓ６）とを備える。
【選択図】 図７
Description
本発明は、被検基板の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を行う表面検査装置に関する。
被検基板（例えば半導体ウエハや液晶基板など）の表面に形成された繰り返しパターンに検査用の照明光を照射し、このとき繰り返しパターンから発生する光に基づいて、繰り返しパターンの欠陥検査を行う装置が知られている。
また、検査用の照明光として直線偏光を用い、繰り返しパターンから発生する光のうち、繰り返しパターンでの偏光状態の変化に関わる成分を受光して、欠陥検査を行う装置も提案されている（例えば特許文献１を参照）。この装置では、高感度な欠陥検査を行うために、照明光の直線偏光の向きを繰り返しパターンの繰り返し方向に対して４５度の方向に設定している。
国際公開２００５／０４０７７６号パンフレット
また、検査用の照明光として直線偏光を用い、繰り返しパターンから発生する光のうち、繰り返しパターンでの偏光状態の変化に関わる成分を受光して、欠陥検査を行う装置も提案されている（例えば特許文献１を参照）。この装置では、高感度な欠陥検査を行うために、照明光の直線偏光の向きを繰り返しパターンの繰り返し方向に対して４５度の方向に設定している。
しかし、上記の装置では、検査対象となる繰り返しパターンの方向が事前に分からなければ、照明光の直線偏光の向きを４５度の方向に設定することができず、高感度な欠陥検査を行うことができなかった。
本発明の目的は、繰り返しパターンの方向が分からなくても高感度な欠陥検査を行える表面検査装置を提供することにある。
本発明の目的は、繰り返しパターンの方向が分からなくても高感度な欠陥検査を行える表面検査装置を提供することにある。
本発明の表面検査装置は、被検基板の表面に形成された繰り返しパターンを直線偏光により照明する照明手段と、前記直線偏光の振動面の前記表面における方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を任意の角度φに設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する第１測定手段と、前記成す角度を、前記角度φとは異なる φ＋４５度 , φ−４５度 , φ＋１３５度 , φ−１３５度 の何れかの角度に設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する第２測定手段と、前記第１測定手段および前記第２測定手段によって測定された各々の光強度を加算して、加算後の光強度に基づいて、前記繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段とを備えたものである。
本発明の他の表面検査装置は、被検基板の表面に形成された繰り返しパターンを直線偏光により照明する照明手段と、前記直線偏光の振動面の前記表面における方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を任意の角度φに設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分に基づいて、前記被検基板の画像を取り込む第１処理手段と、前記成す角度を、前記角度φとは異なる φ＋４５度 , φ−４５度 , φ＋１３５度 , φ−１３５度 の何れかの角度に設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分に基づいて、前記被検基板の画像を取り込む第２処理手段と、前記第１処理手段および前記第２処理手段によって取り込まれた各々の画像の画素値を前記被検基板の同じ位置に対応する画素どうしで加算して、加算後の画素値に基づいて、前記繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段とを備えたものである。
本発明の表面検査装置によれば、繰り返しパターンの方向が分からなくても高感度な欠陥検査を行うことができる。
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の表面検査装置１０は、図１に示す通り、被検基板２０を支持するステージ１１と、アライメント系１２と、照明系１３と、受光系１４と、画像処理部１５とで構成される。本実施形態の表面検査装置１０は、一括撮像型の装置である。
被検基板２０は、例えば半導体ウエハや液晶ガラス基板などである。被検基板２０の表面（レジスト層）の各点には、図２に示す通り、検査すべき繰り返しパターン２２が形成されている。繰り返しパターン２２は、配線パターンなどである。繰り返しパターン２２のライン部の配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン２２の繰り返し方向」という。
本実施形態の表面検査装置１０は、図１に示す通り、被検基板２０を支持するステージ１１と、アライメント系１２と、照明系１３と、受光系１４と、画像処理部１５とで構成される。本実施形態の表面検査装置１０は、一括撮像型の装置である。
被検基板２０は、例えば半導体ウエハや液晶ガラス基板などである。被検基板２０の表面（レジスト層）の各点には、図２に示す通り、検査すべき繰り返しパターン２２が形成されている。繰り返しパターン２２は、配線パターンなどである。繰り返しパターン２２のライン部の配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン２２の繰り返し方向」という。
本実施形態の表面検査装置１０は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において、被検基板２０の表面に形成された繰り返しパターン２２の欠陥検査を自動で行う装置である。繰り返しパターン２２の欠陥とは、被検基板２０に対する露光時のデフォーカス欠陥やレジストの膜厚ムラや傷などの形状変化である。被検基板２０は、表面（レジスト層）への露光・現像後、不図示の搬送系によってカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ１１に吸着される。
ステージ１１は、被検基板２０を上面に載置して例えば真空吸着により固定保持する。また、ステージ１１には不図示の回転機構が設けられ、その回転軸は被検基板２０を載置する上面に垂直である。回転機構によってステージ１１を回転させ、その上面に載置された被検基板２０を回転させることで、上記の繰り返しパターン２２の繰り返し方向（図２のＸ方向）を、被検基板２０の表面内で回転させることができる。
このような回転の最中に、アライメント系１２は、被検基板２０の外縁部を照明し、外縁部に設けられた不図示の外形基準（例えばノッチ）の回転方向の位置に基づいて、繰り返しパターン２２の向きを検出する。そして、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）が欠陥検査に適した所望の方向（例えば図３,図４参照）になると、ステージ１１の回転が停止される。
照明系１３は、被検基板２０の表面に形成された繰り返しパターン２２（図２〜図４）に対して検査用の照明光Ｌ１を照射する手段であって、光源３１と、波長選択フィルタ３２と、ライトガイドファイバ３３と、偏光フィルタ３４と、凹面反射鏡３５とで構成されている（偏心光学系）。この照明系１３は、被検基板２０側に対してテレセントリックな光学系である。
光源３１は、ハロゲンランプやメタルハライドランプや水銀ランプなどの安価な放電光源である。例えば、光源３１が水銀ランプの場合、光源３１から出射される光の波長域は、２４０ｎｍ〜６００ｎｍ程度であり、紫外域から可視域までの領域を含む。波長選択フィルタ３２は、光源３１から出射される光のうち所定波長の輝線スペクトル（狭帯域のスペクトル）を選択的に透過する。
ライトガイドファイバ３３は、波長選択フィルタ３２から出射される光を伝送し、発散光束の照明光Ｌ０（非偏光）を射出する。発散光束の照明光Ｌ０の広がり角度は、ライトガイドファイバ３３の開口数に応じた角度である。
偏光フィルタ３４は、ライトガイドファイバ３３の射出端近傍に配置され、その透過軸が所定の方位に設定される。そして、ライトガイドファイバ３３からの発散光束の照明光Ｌ０（非偏光）を、透過軸の方位に応じた偏光状態（つまり直線偏光）に変換する。このため、偏光フィルタ３４から凹面反射鏡３５には、発散光束の照明光Ｌ０（直線偏光）が導かれる。
偏光フィルタ３４は、ライトガイドファイバ３３の射出端近傍に配置され、その透過軸が所定の方位に設定される。そして、ライトガイドファイバ３３からの発散光束の照明光Ｌ０（非偏光）を、透過軸の方位に応じた偏光状態（つまり直線偏光）に変換する。このため、偏光フィルタ３４から凹面反射鏡３５には、発散光束の照明光Ｌ０（直線偏光）が導かれる。
凹面反射鏡３５は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、前側焦点がライトガイドファイバ３３の射出端と略一致、後側焦点が被検基板２０の表面と略一致するように配置される。このため、偏光フィルタ３４からの発散光束の照明光Ｌ０（直線偏光）は、凹面反射鏡３５によってコリメートされ、平行光束の検査用の照明光Ｌ１として被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２に照射される（いわゆるテレセントリック照明）。
このとき、被検基板２０の表面の比較的広い領域（例えば全域など）の各点に対して、斜め上方から略一定の角度条件で、検査用の照明光Ｌ１を入射させることができる。被検基板２０の表面の全域を照明すれば、表面の全域で一括して繰り返しパターン２２の欠陥を検出可能となり、高スループットでの欠陥検査が可能となる。
繰り返しパターン２２の欠陥検査の際には、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）を所望の方向に設定することで、被検基板２０の表面における照明光Ｌ１の振動面の方向（図３,図４のＶ方向）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との成す角度を、所望の角度（例えば斜めの角度φまたはφ＋４５度）に設定することができる。このような照明光Ｌ１と繰り返しパターン２２との角度関係は、被検基板２０の表面の全域において略均一である。
繰り返しパターン２２の欠陥検査の際には、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）を所望の方向に設定することで、被検基板２０の表面における照明光Ｌ１の振動面の方向（図３,図４のＶ方向）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との成す角度を、所望の角度（例えば斜めの角度φまたはφ＋４５度）に設定することができる。このような照明光Ｌ１と繰り返しパターン２２との角度関係は、被検基板２０の表面の全域において略均一である。
そして、上記の照明光Ｌ１（直線偏光）を用いて繰り返しパターン２２を照明すると、繰り返しパターン２２の異方性に起因する構造性複屈折（form birefringence）によって直線偏光（照明光Ｌ１）の偏光状態が変化し、繰り返しパターン２２から各点での入射面に沿って、楕円偏光の正反射光Ｌ２（図１）が発生する。
繰り返しパターン２２の構造性複屈折による直線偏光の楕円化の詳細は、本出願人が既に出願した国際公開２００５／０４０７７６号パンフレットに記載されているので、ここでは詳しい説明を省略する。
繰り返しパターン２２の構造性複屈折による直線偏光の楕円化の詳細は、本出願人が既に出願した国際公開２００５／０４０７７６号パンフレットに記載されているので、ここでは詳しい説明を省略する。
なお、本実施形態では、繰り返しパターン２２のピッチ（例えば１１０ｎｍ）が照明光Ｌ１の波長（２４０ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長域）と比較して十分小さいため、照明光Ｌ１が照射されたときに、繰り返しパターン２２から回折光が発生することはない。
本実施形態の表面検査装置１０は、直線偏光の照明光Ｌ１（図３,図４）によって被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２を照明し、このとき繰り返しパターン２２から発生する楕円偏光の正反射光Ｌ２を受光系１４に導き、その偏光状態（つまり楕円化の程度）に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥検査を行うものである。
本実施形態の表面検査装置１０は、直線偏光の照明光Ｌ１（図３,図４）によって被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２を照明し、このとき繰り返しパターン２２から発生する楕円偏光の正反射光Ｌ２を受光系１４に導き、その偏光状態（つまり楕円化の程度）に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥検査を行うものである。
受光系１４（図１）は、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２に基づいて受光信号を出力する手段であって、凹面反射鏡３６と、偏光フィルタ３７と、集光レンズ３８と、撮像素子３９とで構成される（偏心光学系）。受光系１４も、照明系１３と同様、被検基板２０側に対してテレセントリックな光学系である。
凹面反射鏡３６は、照明系１３の凹面反射鏡３５と同様の構成であり、被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２を反射して集光光束（正反射光Ｌ３）に変換し、偏光フィルタ３７の方に導く。そして、凹面反射鏡３６からの光(Ｌ３)の一部(Ｌ４)は、偏光フィルタ３７を透過した後、集光レンズ３８を介して、撮像素子３９の撮像面に入射する。
凹面反射鏡３６は、照明系１３の凹面反射鏡３５と同様の構成であり、被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２を反射して集光光束（正反射光Ｌ３）に変換し、偏光フィルタ３７の方に導く。そして、凹面反射鏡３６からの光(Ｌ３)の一部(Ｌ４)は、偏光フィルタ３７を透過した後、集光レンズ３８を介して、撮像素子３９の撮像面に入射する。
偏光フィルタ３７は、集光レンズ３８の近傍に配置され、その透過軸が所定の方位に設定される。偏光フィルタ３７の透過軸の方位は、照明系１３の偏光フィルタ３４に対し、それぞれの透過軸が互いに直交するように配置される（クロスニコルの配置）。
このため、凹面反射鏡３６からの光(Ｌ３)は、偏光フィルタ３７を透過する際に、その透過軸の方位に応じた偏光成分Ｌ４（すなわち直線偏光の照明光Ｌ１の振動面に垂直な偏光成分）のみが抽出される。この偏光成分Ｌ４は、繰り返しパターン２２から発生した楕円偏光の正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり楕円化の程度）に応じた大きさを有する。
このため、凹面反射鏡３６からの光(Ｌ３)は、偏光フィルタ３７を透過する際に、その透過軸の方位に応じた偏光成分Ｌ４（すなわち直線偏光の照明光Ｌ１の振動面に垂直な偏光成分）のみが抽出される。この偏光成分Ｌ４は、繰り返しパターン２２から発生した楕円偏光の正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり楕円化の程度）に応じた大きさを有する。
なお、被検基板２０の表面のうち繰り返しパターン２２のない部分では、偏光成分Ｌ４の大きさがほぼ０になる（暗視野）。これに対し、繰り返しパターン２２の部分では、構造性複屈折によって直線偏光(Ｌ１)が楕円偏光(Ｌ２)となり、偏光成分Ｌ４が有限の値を持つため、暗視野の中にパターン像が浮かび上がって見えることになる。
偏光フィルタ３７からの偏光成分Ｌ４は、集光レンズ３８を介して撮像素子３９の撮像面に入射する。このとき、撮像素子３９の撮像面には、上記の偏光成分Ｌ４によって、被検基板２０の表面の反射像が形成される。撮像素子３９は、凹面反射鏡３６と集光レンズ３８とを介して、被検基板２０の表面と共役な位置に配置される。撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、撮像面に形成された被検基板２０の表面の反射像を光電変換し、各画素ごとの受光信号を画像処理部１５に出力する。
偏光フィルタ３７からの偏光成分Ｌ４は、集光レンズ３８を介して撮像素子３９の撮像面に入射する。このとき、撮像素子３９の撮像面には、上記の偏光成分Ｌ４によって、被検基板２０の表面の反射像が形成される。撮像素子３９は、凹面反射鏡３６と集光レンズ３８とを介して、被検基板２０の表面と共役な位置に配置される。撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、撮像面に形成された被検基板２０の表面の反射像を光電変換し、各画素ごとの受光信号を画像処理部１５に出力する。
画像処理部１５は、撮像素子３９から出力される受光信号に基づいて、被検基板２０の反射画像を取り込む。この反射画像には、被検基板２０の表面の各点（繰り返しパターン２２）から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり偏光成分Ｌ４の大きさ）に応じた明暗が現れる。
画像処理部１５は、被検基板２０の反射画像を取り込むと、その輝度情報と例えば良品サンプルの反射画像の輝度情報とを比較する。良品サンプルとは、理想的な形状で欠陥のない繰り返しパターン２２を表面全域に形成したものである。
画像処理部１５は、被検基板２０の反射画像を取り込むと、その輝度情報と例えば良品サンプルの反射画像の輝度情報とを比較する。良品サンプルとは、理想的な形状で欠陥のない繰り返しパターン２２を表面全域に形成したものである。
画像処理部１５は、良品サンプルの反射画像の輝度値を基準とし、被検基板２０の反射画像の輝度値の変化量を測定する。得られた輝度値の変化量は、繰り返しパターン２２の形状変化（露光時のデフォーカス欠陥やレジストの膜厚ムラなど）による正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり偏光成分Ｌ４の大きさ）の変化を表している。
そして、画像処理部１５は、被検基板２０の反射画像における輝度値の変化量に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。例えば、輝度値の変化量が予め定めた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判定すればよい。また、良品サンプルを使わずに、被検基板２０の反射画像の中での輝度値の変化量を所定の閾値と比較してもよい。
そして、画像処理部１５は、被検基板２０の反射画像における輝度値の変化量に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。例えば、輝度値の変化量が予め定めた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判定すればよい。また、良品サンプルを使わずに、被検基板２０の反射画像の中での輝度値の変化量を所定の閾値と比較してもよい。
このように、直線偏光の照明光Ｌ１によって繰り返しパターン２２を照明し、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり偏光成分Ｌ４の大きさ）に応じて被検基板２０の反射画像を取り込み、この反射画像の明暗に基づいて繰り返しパターン２２の欠陥を検出する場合、高感度な欠陥検査を行うためには、照明光Ｌ１の振動面の方向（例えば図３のＶ方向）と繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との成す角度を４５度に設定すればよいと言われている（図５の状態）。
ここで、例えば図３に示すように、照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との成す角度を、斜めの角度φとした場合（０度＜φ＜９０度）、偏光成分Ｌ４の大きさ（光強度ＩL4）は、次の式(１)によって表される。
ＩL4 ＝ (ＥL4)2 ＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2・sin2(２φ) …(１)
式(１)において、ＥL4は偏光成分Ｌ４の振幅、Ｅは照明光Ｌ１の振幅、γXは繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）の振幅反射率、γYは繰り返し方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）の振幅反射率である。
ＩL4 ＝ (ＥL4)2 ＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2・sin2(２φ) …(１)
式(１)において、ＥL4は偏光成分Ｌ４の振幅、Ｅは照明光Ｌ１の振幅、γXは繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）の振幅反射率、γYは繰り返し方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）の振幅反射率である。
式(１)を導出するために、正反射光Ｌ２を繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）に平行な成分と垂直な成分とに分けて考えると、平行な成分の振幅ＥX'と垂直な成分の振幅ＥY'は（図６(ａ)）、各々、次の式(２),(３)によって表される。
ＥX' ＝ γX・Ｅcosφ …(２)
ＥY' ＝ γY・Ｅsinφ …(３)
そして、正反射光Ｌ２の各成分の振幅ＥX',ＥY'を受光系１４の偏光フィルタ３７の透過軸の方位に投影し（図６(ｂ)）、これらを次の式(４)にしたがって加算すると、偏光成分Ｌ４の振幅ＥL4が得られる。さらに、この振幅ＥL4を二乗すれば、式(１)の偏光成分Ｌ４の大きさ（光強度ＩL4）を求めることができる。
ＥX' ＝ γX・Ｅcosφ …(２)
ＥY' ＝ γY・Ｅsinφ …(３)
そして、正反射光Ｌ２の各成分の振幅ＥX',ＥY'を受光系１４の偏光フィルタ３７の透過軸の方位に投影し（図６(ｂ)）、これらを次の式(４)にしたがって加算すると、偏光成分Ｌ４の振幅ＥL4が得られる。さらに、この振幅ＥL4を二乗すれば、式(１)の偏光成分Ｌ４の大きさ（光強度ＩL4）を求めることができる。
ＥL4 ＝ ＥX'sinφ−ＥY'cosφ ＝ Ｅ/２・(γX−γY)・sin(２φ) …(４)
式(１)において、被検基板２０の繰り返しパターン２２では、一般に、構造性複屈折のために、振幅反射率γX,γYが異なった値となり、この差（γX−γY）が繰り返しパターン２２のライン＆スペースに固有の値となる。
振幅反射率の差（γX−γY）を最も効率よく検出するには、式(１)から、２φ＝９０度（すなわちφ＝４５度）であればよいことが分かる（図５の状態）。角度φを４５度に設定すれば、最も構造性複屈折の影響を受けやすく、偏光成分Ｌ４が最大となる。このとき、偏光成分Ｌ４の大きさ（光強度ＩL4(45度)）は、式(５)のように表される。
式(１)において、被検基板２０の繰り返しパターン２２では、一般に、構造性複屈折のために、振幅反射率γX,γYが異なった値となり、この差（γX−γY）が繰り返しパターン２２のライン＆スペースに固有の値となる。
振幅反射率の差（γX−γY）を最も効率よく検出するには、式(１)から、２φ＝９０度（すなわちφ＝４５度）であればよいことが分かる（図５の状態）。角度φを４５度に設定すれば、最も構造性複屈折の影響を受けやすく、偏光成分Ｌ４が最大となる。このとき、偏光成分Ｌ４の大きさ（光強度ＩL4(45度)）は、式(５)のように表される。
ＩL4(45度)＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2 …(５)
検査対象となる繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）が事前に分かっていれば、この繰り返し方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定することができ（図５の状態）、高感度な欠陥検査を行うことができる。しかし、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）は常に把握できるとは限らず、事前に分からない可能性も十分に考えられる。
検査対象となる繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）が事前に分かっていれば、この繰り返し方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定することができ（図５の状態）、高感度な欠陥検査を行うことができる。しかし、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）は常に把握できるとは限らず、事前に分からない可能性も十分に考えられる。
そこで、本実施形態の表面検査装置１０では、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）が分からなくても高感度な欠陥検査を行うために、図７のフローチャートの手順にしたがって欠陥検査の処理を行う。
ステップＳ１では、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）を所望の方向に設定して、この方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を、例えば図３に示す斜めの角度φ（０度＜φ＜９０度）に設定する。ただし、角度φを斜めにする必要はなく、０度や９０度に設定しても同様の効果が得られる。つまり、ステップＳ１では、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を任意の角度φに設定すればよい。
ステップＳ１では、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）を所望の方向に設定して、この方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を、例えば図３に示す斜めの角度φ（０度＜φ＜９０度）に設定する。ただし、角度φを斜めにする必要はなく、０度や９０度に設定しても同様の効果が得られる。つまり、ステップＳ１では、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を任意の角度φに設定すればよい。
このとき、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２のうち、撮像素子３９の撮像面に入射する偏光成分Ｌ４は、その振幅ＥL4（図６）が上記の式(４)によって表され、光強度ＩL4が上記の式(１)によって表される。
次に（ステップＳ２）、ステップＳ１で設定した角度φの状態を保ち、被検基板２０の反射画像を画像処理部１５に取り込む。このとき取り込んだ反射画像の各画素値は、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり式(１)によって表される偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4）に比例している。
次に（ステップＳ２）、ステップＳ１で設定した角度φの状態を保ち、被検基板２０の反射画像を画像処理部１５に取り込む。このとき取り込んだ反射画像の各画素値は、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり式(１)によって表される偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4）に比例している。
次に（ステップＳ３）、ステージ１１を回転させて、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を、上記の角度φとは異なるφ＋４５度の角度（図４）に設定する。
このとき、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２のうち、撮像素子３９の撮像面に入射する偏光成分Ｌ４は、その振幅ＥL4（図８(ｂ)）および光強度ＩL4が、次の式(６),(７)によって表される。図８(ａ)には正反射光Ｌ２の振幅ＥX',ＥY'を示した。
このとき、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２のうち、撮像素子３９の撮像面に入射する偏光成分Ｌ４は、その振幅ＥL4（図８(ｂ)）および光強度ＩL4が、次の式(６),(７)によって表される。図８(ａ)には正反射光Ｌ２の振幅ＥX',ＥY'を示した。
ＥL4(φ+45度) ＝ Ｅ/２・(γX−γY)・sin[２(φ＋４５度)]
＝ Ｅ/２・(γX−γY)・cos(２φ) …(６)
ＩL4(φ+45度) ＝ (ＥL4(φ+45度))2 ＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2・cos2(２φ) …(７)
次に（ステップＳ４）、ステップＳ３で設定した角度φ＋４５度の状態を保ち、被検基板２０の反射画像を画像処理部１５に取り込む。このとき取り込んだ反射画像の各画素値は、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり式(７)によって表される偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4(φ+45度)）に比例している。
＝ Ｅ/２・(γX−γY)・cos(２φ) …(６)
ＩL4(φ+45度) ＝ (ＥL4(φ+45度))2 ＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2・cos2(２φ) …(７)
次に（ステップＳ４）、ステップＳ３で設定した角度φ＋４５度の状態を保ち、被検基板２０の反射画像を画像処理部１５に取り込む。このとき取り込んだ反射画像の各画素値は、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり式(７)によって表される偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4(φ+45度)）に比例している。
そして次に（ステップＳ５）、画像処理部１５では、上記のステップＳ２,Ｓ４にて取り込んだ各々の反射画像を用いて次のような画像処理を行う。つまり、２枚の反射画像の各画素値（式(１),(７)の光強度ＩL4,ＩL4(φ+45度)）を、被検基板２０の同じ位置（繰り返しパターン２２）に対応する画素どうしで加算する（式(８)を参照）。
Ｉadd ＝ ＩL4 ＋ ＩL4(φ+45度)… (８)
式(８)の右辺各項に式(１),(７)を代入して計算すると分かるように（式(９)を参照）、加算後の画素値（光強度Ｉadd）は、上記の式(５)に示す光強度ＩL4(45度)、つまり、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定にしたとき（図５）の光強度に等しい。
Ｉadd ＝ ＩL4 ＋ ＩL4(φ+45度)… (８)
式(８)の右辺各項に式(１),(７)を代入して計算すると分かるように（式(９)を参照）、加算後の画素値（光強度Ｉadd）は、上記の式(５)に示す光強度ＩL4(45度)、つまり、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定にしたとき（図５）の光強度に等しい。
Ｉadd ＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2・sin2(２φ) ＋ Ｅ2/４・(γX−γY)2・cos2(２φ)
＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2 …(９)
２枚の反射画像の画素値を対応点どうしで加算し終えると、画像処理部１５では、次のステップＳ６の処理に進み、加算後の画素値（光強度Ｉadd）に基づいて繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。
＝ Ｅ2/４・(γX−γY)2 …(９)
２枚の反射画像の画素値を対応点どうしで加算し終えると、画像処理部１５では、次のステップＳ６の処理に進み、加算後の画素値（光強度Ｉadd）に基づいて繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。
上記の通り、加算後の画素値（光強度Ｉadd）は、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定にしたとき（図５）に、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり式(５)によって表される偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4(45度)）に比例している。
したがって、加算後の画素値（光強度Ｉadd）と例えば良品サンプルの画素値とを比較し、繰り返しパターン２２の欠陥を検出することで、仮想的に、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定した図５の場合と同等の高感度な欠陥検査を行うことができる。
したがって、加算後の画素値（光強度Ｉadd）と例えば良品サンプルの画素値とを比較し、繰り返しパターン２２の欠陥を検出することで、仮想的に、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定した図５の場合と同等の高感度な欠陥検査を行うことができる。
つまり、本実施形態では、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を、任意の角度φと角度φ＋４５度との各々に設定し、その各状態で被検基板２０の反射画像を取り込み（偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4,ＩL4(φ+45度)を測定し）、２枚の反射画像の画素値を対応点どうしで加算し、加算後の画素値（光強度Ｉadd＝ＩL4(45度)）に基づいて欠陥を検出する。
このため、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を４５度に設定しなくても、４５度に設定したと同等の高感度な欠陥検査を行うことができる。したがって、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）が分からなくても、高感度な欠陥検査を行うことができる。
繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）は、被検基板２０の表面の各層（各工程）ごとに異なる場合があり、常に把握できるとは限らない。しかし、このような場合であっても、本実施形態の表面検査装置１０を用いれば、全ての層（全工程）の繰り返しパターン２２の欠陥検査を高感度に行うことができる。
繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）は、被検基板２０の表面の各層（各工程）ごとに異なる場合があり、常に把握できるとは限らない。しかし、このような場合であっても、本実施形態の表面検査装置１０を用いれば、全ての層（全工程）の繰り返しパターン２２の欠陥検査を高感度に行うことができる。
検査対象のパターンとしては、図２〜図５などに示す通り、直線状の複数のライン部をその短手方向に配列した構成（繰り返しパターン２２）に限らず、例えば図９に示すように屈曲部を有する複数のライン部からなる構成（繰り返しパターン２３）も考えられる。繰り返しパターン２３は、例えばＡＳＩＣやＬＯＣＯＳなどのパターンであり、２通りの繰り返し方向Ｘ1,Ｘ2を有する。
このような繰り返しパターン２３を検査対象とする場合にも、上記と同様に、繰り返しパターン２３の方向（Ｘ1,Ｘ2方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を、任意の角度φ1,φ2（図９(ａ)）と角度φ1＋４５度,φ2＋４５度（図９(ｂ)）との各々に設定して、その各状態で被検基板２０の反射画像を取り込み（偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4,ＩL4(φ+45度)を測定し）、２枚の反射画像の画素値を対応点どうしで加算し、加算後の画素値（光強度Ｉadd＝ＩL4(45度)）に基づいて繰り返しパターン２３の欠陥を検出すればよい。この場合でも、繰り返しパターン２３の全体の高感度な欠陥検査を行える。
さらに、本実施形態では、被検基板２０の表面の比較的広い領域（例えば全域など）の反射画像を２つの角度状態（例えば図３,図４）の各々で一括して取り込むため、被検基板２０の表面（各層）に様々な繰り返し方向Ｘ3〜Ｘ7（例えば図１０）が存在する場合でも、一括して高感度な欠陥検査を行える。
（変形例）
上記した実施形態では、ステージ１１の回転によって繰り返しパターンの方向（Ｘ方向など）を回転させ、その繰り返し方向（Ｘ方向など）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を設定したが、本発明はこれに限定されない。ステージ１１を回転させる代わりに、照明系１３と受光系１４の偏光フィルタ３４,３７を回転させて、照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）を回転させ、同様の角度設定を行ってもよい。また、ステージ１１の回転と偏光フィルタ３４,３７の回転とを組み合わせてもよい。偏光フィルタ３４,３７を回転させる場合には、それぞれ、クロスニコルの状態を保ちながら同期させて回転させることが必要になる。
（変形例）
上記した実施形態では、ステージ１１の回転によって繰り返しパターンの方向（Ｘ方向など）を回転させ、その繰り返し方向（Ｘ方向など）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を設定したが、本発明はこれに限定されない。ステージ１１を回転させる代わりに、照明系１３と受光系１４の偏光フィルタ３４,３７を回転させて、照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）を回転させ、同様の角度設定を行ってもよい。また、ステージ１１の回転と偏光フィルタ３４,３７の回転とを組み合わせてもよい。偏光フィルタ３４,３７を回転させる場合には、それぞれ、クロスニコルの状態を保ちながら同期させて回転させることが必要になる。
また、上記した実施形態では、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）と照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）との成す角度を任意の角度φに設定した後、この角度とは異なるφ＋４５度の角度に設定したが、本発明はこれに限定されない。角度φ＋４５度に設定する代わりに、φ−４５度,φ＋１３５度,φ−１３５度の何れかの角度に設定しても、同様の効果を得ることができる。
さらに、上記した実施形態では、被検基板２０の反射画像を取り込んで欠陥検査を行う例で説明したが、本発明はこれに限定されない。被検基板２０の反射画像を取り込まずに、被検基板２０の表面の各部から発生した正反射光Ｌ２の偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4,ＩL4(φ+45度)を測定して、被検基板２０の各部ごとに欠陥検査を行ってもよい。
１０ 表面検査装置 ; １１ ステージ ; １２ アライメント系 ; １３ 照明系 ;
１４ 受光系 ; １５ 画像処理部 ; ２０ 被検基板 ; ２２,２３ 繰り返しパターン ;
３１ 光源 ; ３２ 波長選択フィルタ ; ３３ ライトガイドファイバ ;
３４,３７ 偏光フィルタ ; ３５,３６ 凹面反射鏡 ; ３８ 集光レンズ ; ３９ 撮像素子
１４ 受光系 ; １５ 画像処理部 ; ２０ 被検基板 ; ２２,２３ 繰り返しパターン ;
３１ 光源 ; ３２ 波長選択フィルタ ; ３３ ライトガイドファイバ ;
３４,３７ 偏光フィルタ ; ３５,３６ 凹面反射鏡 ; ３８ 集光レンズ ; ３９ 撮像素子
Claims (2)
- 被検基板の表面に形成された繰り返しパターンを直線偏光により照明する照明手段と、
前記直線偏光の振動面の前記表面における方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を任意の角度φに設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する第１測定手段と、
前記成す角度を、前記角度φとは異なる φ＋４５度 , φ−４５度 , φ＋１３５度 , φ−１３５度 の何れかの角度に設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分の光強度を測定する第２測定手段と、
前記第１測定手段および前記第２測定手段によって測定された各々の光強度を加算して、加算後の光強度に基づいて、前記繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段とを備えた
ことを特徴とする表面検査装置。 - 被検基板の表面に形成された繰り返しパターンを直線偏光により照明する照明手段と、
前記直線偏光の振動面の前記表面における方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を任意の角度φに設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分に基づいて、前記被検基板の画像を取り込む第１処理手段と、
前記成す角度を、前記角度φとは異なる φ＋４５度 , φ−４５度 , φ＋１３５度 , φ−１３５度 の何れかの角度に設定して、前記繰り返しパターンから発生した正反射光のうち前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分に基づいて、前記被検基板の画像を取り込む第２処理手段と、
前記第１処理手段および前記第２処理手段によって取り込まれた各々の画像の画素値を前記被検基板の同じ位置に対応する画素どうしで加算して、加算後の画素値に基づいて、前記繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段とを備えた
ことを特徴とする表面検査装置。
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