JP2007309874A - 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事前に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表面における方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を複数の異なる角度に設定する手段（Ｓ１,Ｓ７）と、斜めの角度に設定された各状態で、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交差する偏光成分の光強度を測定する手段（Ｓ２,Ｓ３）と、各状態で測定された光強度のうち最大値に基づいて、繰り返しパターンの欠陥を検出する手段（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表面における方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を複数の異なる角度に設定する手段（Ｓ１,Ｓ７）と、斜めの角度に設定された各状態で、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交差する偏光成分の光強度を測定する手段（Ｓ２,Ｓ３）と、各状態で測定された光強度のうち最大値に基づいて、繰り返しパターンの欠陥を検出する手段（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事前に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事前に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複数の異なる角度に設定する設定手段と、前記角度に設定された各状態で、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交差する偏光成分の光強度を測定する測定手段と、前記各状態で測定された前記光強度のうち最大値に基づいて、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複数の異なる角度に設定する設定手段と、前記角度に設定された各状態で、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交差する偏光成分に基づいて前記被検基板の画像を取り込む処理手段と、前記各状態で取り込まれた前記画像のうち最も明るい画像の各画素値に基づいて、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事前に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、被検基板２０の向きを検出する。そして、被検基板２０が所望の方向になると、ステージ１１の回転が停止される。
このとき、被検基板２０の表面に形成された繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）は、例えば図３(ａ)〜(ｃ)に示す様々な方向の何れかとなり、何れであるかを常に把握できるとは限らない。これは、被検基板２０の表面の各層（各工程）ごとに繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）が異なる場合があるからである。
このとき、被検基板２０の表面に形成された繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）は、例えば図３(ａ)〜(ｃ)に示す様々な方向の何れかとなり、何れであるかを常に把握できるとは限らない。これは、被検基板２０の表面の各層（各工程）ごとに繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）が異なる場合があるからである。
照明系１３は、被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２（図３(ａ)〜(ｃ)参照）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、被検基板２０を所望の方向に設定し（例えば図３(ａ)の状態）、その後、被検基板２０をステップ的に回転させる。そして、図４(ａ)〜(ｃ)に示す通り、被検基板２０の表面における照明光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、複数の異なる斜めの角度φ,φ＋Δ,φ＋２Δ,…に設定する。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、被検基板２０を所望の方向に設定し（例えば図３(ａ)の状態）、その後、被検基板２０をステップ的に回転させる。そして、図４(ａ)〜(ｃ)に示す通り、被検基板２０の表面における照明光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、複数の異なる斜めの角度φ,φ＋Δ,φ＋２Δ,…に設定する。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４(ａ)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、被検基板２０を所望の方向に設定する（例えば図３(ａ)の状態）。このとき、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）との成す角度は、例えば、図４(ａ)に示すように、角度φ（０度≦φ≦９０度）に設定される。
ステップＳ１では、被検基板２０を所望の方向に設定する（例えば図３(ａ)の状態）。このとき、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）との成す角度は、例えば、図４(ａ)に示すように、角度φ（０度≦φ≦９０度）に設定される。
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）、画像処理部１５は、上記の角度φで取り込んだ反射画像の明るさを検出する。反射画像の明るさとは、例えば、被検基板２０の表面の所定点に対応する１画素の強度（偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4）、または、複数の画素や全画素の強度の平均値である。
そして、今回のステップＳ２,Ｓ３の処理が１回目であれば（ステップＳ４がＮｏ）、ステップＳ５の処理を行わずに、ステップＳ６の処理を行う。ステップＳ６では、ステージ１１の現在の回転角（例えば０度）と反射画像の各画素値と明るさの各データをそれぞれ保存する。
そして、今回のステップＳ２,Ｓ３の処理が１回目であれば（ステップＳ４がＮｏ）、ステップＳ５の処理を行わずに、ステップＳ６の処理を行う。ステップＳ６では、ステージ１１の現在の回転角（例えば０度）と反射画像の各画素値と明るさの各データをそれぞれ保存する。
次に（ステップＳ７）、ステージ１１を予め定めた角度Δ（例えば３０度）だけ回転させ、図４(ｂ)に示す通り、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、上記の角度φとは異なる角度(φ＋Δ)に設定する。角度Δは、欠陥検査に必要とされる精度に応じて適宜選択（入力）すればよい。
このような回転処理（角度Δ）が終わると、ステップＳ２の処理に戻る。そして、角度(φ＋Δ)の状態を保って被検基板２０の反射画像を画像処理部１５に取り込み（ステップＳ３）、その明るさ（例えば平均輝度）を検出する。その後、今回のステップＳ２,Ｓ３の処理は２回目であるため（ステップＳ４がＹｅｓ）、ステップＳ５の処理に進む。
このような回転処理（角度Δ）が終わると、ステップＳ２の処理に戻る。そして、角度(φ＋Δ)の状態を保って被検基板２０の反射画像を画像処理部１５に取り込み（ステップＳ３）、その明るさ（例えば平均輝度）を検出する。その後、今回のステップＳ２,Ｓ３の処理は２回目であるため（ステップＳ４がＹｅｓ）、ステップＳ５の処理に進む。
ステップＳ５では、今回の反射画像の明るさと、前回の反射画像の明るさ（ステップＳ６で保存したデータ）との比較を行う。上記の式(１)から分かるように、反射画像の明るさ（偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4）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）との成す角度に依存し、４５度に近づくほど大きくなる。
このため、ステップＳ５の比較の結果、前回の反射画像の方が暗い（今回の反射画像の方が明るい）場合には、１回目の角度φより２回目の角度(φ＋Δ)の方が４５度に近づいたと考えられるため、ステップＳ６の処理に進む。ステップＳ６では、ステージ１１の現在の回転角（角度Δ）と反射画像と明るさの各データをそれぞれ上書き保存する。
このため、ステップＳ５の比較の結果、前回の反射画像の方が暗い（今回の反射画像の方が明るい）場合には、１回目の角度φより２回目の角度(φ＋Δ)の方が４５度に近づいたと考えられるため、ステップＳ６の処理に進む。ステップＳ６では、ステージ１１の現在の回転角（角度Δ）と反射画像と明るさの各データをそれぞれ上書き保存する。
次に（ステップＳ７）、上記と同様、ステージ１１をさらに予め定めた角度Δだけ回転させ、図４(ｃ)に示す通り、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、上記の角度φや角度(φ＋Δ)とは異なる角度(φ＋２Δ)に設定する。
このようにしてステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返し、ステップＳ５において、前回の反射画像の方が明るい（今回の方が暗い）と判定された場合には、今回の角度(φ＋ｎΔ)より前回の角度(φ＋(ｎ−１)Δ)方が４５度に近かったと考えられるため、今回のデータを保存せずにステップＳ８の処理に進む。
このようにしてステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返し、ステップＳ５において、前回の反射画像の方が明るい（今回の方が暗い）と判定された場合には、今回の角度(φ＋ｎΔ)より前回の角度(φ＋(ｎ−１)Δ)方が４５度に近かったと考えられるため、今回のデータを保存せずにステップＳ８の処理に進む。
この時点で保存されている最新のデータは、前回のデータであり、ステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返す間に、複数の異なる角度φ,(φ＋Δ),(φ＋２Δ),…,(φ＋ｎΔ)で取り込まれた各反射画像のうち、最も明るい反射画像のデータである。つまり、最新のデータは、複数の角度φ,(φ＋Δ),(φ＋２Δ),…,(φ＋ｎΔ)のうち最も４５度に近い角度で取り込まれた反射画像のデータである。
ステップＳ８では、この時点で保存されている最新のデータを読み出し、その反射画像の各画素値（つまり最も明るい反射画像の各画素値）に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。
上記のように、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、複数の異なる角度φ,(φ＋Δ),…,(φ＋ｎΔ)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、各状態で取り込まれた画像のうち最も明るい画像の各画素値から欠陥を検出する。
上記のように、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、複数の異なる角度φ,(φ＋Δ),…,(φ＋ｎΔ)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、各状態で取り込まれた画像のうち最も明るい画像の各画素値から欠陥を検出する。
したがって、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）が事前に分からなくても、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）との成す角度を最適な４５度の近傍に設定することができ、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。
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。
上記した図７のステップＳ２〜Ｓ７の処理の繰り返し回数(ｎ＋１)と、ステージ１１の１回の回転角Δとを用いると、ステージ１１の初期状態からの回転角の累計（スキャン範囲）はｎΔとなる。そして、上記した図７の処理は、回転角の累計ｎΔが９０度を初めて超えるまでに、必ず最適な４５度を通過して、終了となる。例えば、Δ＝３０度の場合、３回以内の処理（Ｓ２〜Ｓ７）の繰り返しで終了する。
また、Δ＝３０度の場合には、繰り返しパターン２２の方向（Ｘ方向）が事前に分からなくても、最適な４５度に対して±１５度の範囲で画像を取り込み、この画像に基づいて欠陥検査を行うことができる。ステージ１１の１回の回転角Δが小さいほど、最適な４５度に近い条件での欠陥検査が可能となる。なお、Δ＝３０度の場合でも、最適な４５度における光強度ＩL4(45度)（式(５)）の約７０％以上の光強度を確保しつつ十分な感度で欠陥検査を行うことができる。
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）の反射画像を複数の異なる角度状態（例えば図４(ａ)〜(ｃ)）の各々で一括して取り込むため、最適な４５度に最も近い角度を見積もる際、反射画像の全体的な明るさ（平均輝度）を指標として用いることができるため、その見積もり精度が向上する。また、被検基板２０の表面の各部の欠陥検査を一括して効率よく高感度に行える。
（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）との成す角度を変化させたが、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を例えば光軸中心で回転させて、照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）を回転させ、同様のスキャンを行ってもよい。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、各透過軸の角度関係（例えばクロスニコルの状態）を一定にを保ちながら同期させて回転させることが好ましい。
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）との成す角度を変化させたが、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を例えば光軸中心で回転させて、照明光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）を回転させ、同様のスキャンを行ってもよい。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、各透過軸の角度関係（例えばクロスニコルの状態）を一定にを保ちながら同期させて回転させることが好ましい。
また、上記した実施形態では、偏光フィルタ３４,３７の各透過軸を直交させてクロスニコルの配置としたが、本発明はこれに限定されない。偏光フィルタ３４,３７の各透過軸を直交以外の角度で交差させても構わない。ただし、欠陥検出の感度が最も高くなるのは、偏光フィルタ３４,３７をクロスニコルの配置にした場合である。
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。この場合、複数の異なる角度φ,(φ＋Δ),…,(φ＋ｎΔ)に設定した各状態で、正反射光Ｌ２の偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4を測定し、得られた各状態での光強度ＩL4のうち最大値に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出すればよい。
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。この場合、複数の異なる角度φ,(φ＋Δ),…,(φ＋ｎΔ)に設定した各状態で、正反射光Ｌ２の偏光成分Ｌ４の光強度ＩL4を測定し、得られた各状態での光強度ＩL4のうち最大値に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出すればよい。
また、上記した実施形態では、ステージ１１および／または偏光フィルタ３４,３７の回転によるスキャンの際、そのステップ角（上記の角度Δ）を一定としたが、本発明はこれに限定されない。ステップ角をスキャンの途中で変化させ、初めは粗いステップ角で広い範囲をスキャンして、最適な４５度を含む狭い範囲に追い込んだ後、この狭い範囲を細かいステップ角でスキャンしてもよい。
さらに、上記した実施形態では、被検基板２０の表面の全体に同一方向の繰り返しパターン２２が形成されている前提で説明したが、本発明はこれに限定されない。被検基板２０の表面に様々な繰り返し方向Ｘ1〜Ｘ3（例えば図８）が存在する場合にも、本発明を適用できる。この場合、各々の繰り返しパターンごとに個別に処理を行って最適な４５度での欠陥検査を行ってもよいし、同じ繰り返し方向の繰り返しパターンごとに領域を分割して各領域ごとに処理を行って最適な４５度での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 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 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複数の異なる角度に設定する設定手段と、
前記角度に設定された各状態で、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交差する偏光成分の光強度を測定する測定手段と、
前記各状態で測定された前記光強度のうち最大値に基づいて、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。 - 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複数の異なる角度に設定する設定手段と、
前記角度に設定された各状態で、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交差する偏光成分に基づいて前記被検基板の画像を取り込む処理手段と、
前記各状態で取り込まれた前記画像のうち最も明るい画像の各画素値に基づいて、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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