JP2008046011A

JP2008046011A - 表面検査装置

Info

Publication number: JP2008046011A
Application number: JP2006222319A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Sato; 立美佐藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】省スペースな部材を用い、検査条件の変化に対応してノイズ光を低減できる表面検査装置を提供する。
【解決手段】被検物１１を照明する照明部１３と、この照明部によって照明された被検物を観察する観察部１４とを備える。また、照明部から観察部へ至る光路には絞り２４,２８が配置される。さらに、この絞りは、複数に分割された遮光部材の相対位置を変えることにより開口部の形状が可変である。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検物の表面検査を行う表面検査装置に関する。

半導体ウエハなどの被検物の表面を照明し、このとき表面から発生する回折光などの光を受光して、被検物の表面検査を行う装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。この装置では、ノイズ光を低減するため、照明系に視野絞りを配置して、被検物の表面の必要な領域以外を照明しないようにしている。さらに、検査条件の変化に対応するため、視野絞りをチルトさせることも提案されている。
特開２００５−１７２６０２号公報

しかし、視野絞りをチルト可能とするためには、視野絞りと前後の光学部品との干渉を回避できるように十分なスペースを確保しなければならず、チルト可能な視野絞りを装置に組み込むことは難しい。したがって、実際の装置では、検査条件の変化に対応することが難しく、検査条件が変化したときにノイズ光を低減できないこともある。
本発明の目的は、省スペースな部材を用い、検査条件の変化に対応してノイズ光を低減でき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、被検物を照明する照明部と、前記照明部によって照明された前記被検物を観察する観察部とを備え、前記照明部から前記観察部へ至る光路には絞りが配置され、前記絞りは、複数に分割された遮光部材の相対位置を変えることにより開口部の形状が可変である。
また、上記の表面検査装置において、前記絞りは、前記照明部から前記被検物に至る照明光路に配置されており、前記照明部から見たときの前記被検物の外形に応じて、前記絞りの開口部の形状を調整する調整部をさらに備えたものである。

また、上記の表面検査装置において、前記絞りは、前記被検物から前記観察部に至る観察光路に配置されており、前記観察部から見たときの前記被検物の外形に応じて、前記絞りの開口部の形状を調整する調整部をさらに備えたものである。
また、上記の表面検査装置において、所定軸を中心として前記被検物をチルト可能に支持するステージを備え、前記調整部は、前記ステージの前記所定軸と平行な方向に関する前記絞りの開口部の大きさを略一定に保ちながら、該開口部の形状を調整するものである。

また、上記の表面検査装置において、前記照明部は、前記被検物の表面を全面一括で照明し、前記観察部は、前記表面を全面一括で撮像するものである。

本発明によれば、省スペースな部材を用い、検査条件の変化に対応してノイズ光を低減できる。

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１１を支持するステージ１２と、照明系１３と、受光系１４と、画像処理部１５と、制御部１６とで構成される。被検基板１１は、半導体ウエハや液晶基板などである。被検基板１１の表面（例えばレジスト層）の各点には、繰り返しパターンが形成されている。

表面検査装置１０では、半導体回路素子や液晶表示素子などの製造工程において、被検基板１１の表面検査を自動で行い、繰り返しパターンの欠陥（露光時のデフォーカス欠陥や傷など）を検出する。被検基板１１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１２に吸着される。
ステージ１２は、被検基板１１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、不図示のチルト機構により、被検基板１１の表面と平行な軸Ａｘ（紙面とは垂直な軸）を中心として所定の角度範囲内でチルト(傾斜)可能である。つまり、ステージ１２は、被検基板１１をチルト(傾斜)可能に支持している。以下、軸Ａｘをチルト軸Ａｘという。

ステージ１２による被検基板１１のチルト調整は、検査条件を設定するときに、制御部１６からの制御信号に基づいて行われる。制御部１６は、例えば、検査レシピに予め登録された情報（被検基板１１の表面に形成された繰り返しパターンのピッチや照明波長などの情報）に基づいてステージ１２を制御し、被検基板１１をチルトさせる。
照明系１３は、被検基板１１の表面を照明する手段であって、ランプハウス２１と、ライトガイドファイバ２２と、レンズ２３と、照明絞り２４と、レンズ２５と、凹面反射鏡２６とで構成される（偏心光学系）。この照明系１３は、被検基板１１側に対してテレセントリックな光学系である。

ランプハウス２１は、その内部に水銀ランプなどの光源と楕円鏡と波長選択フィルタとが収納され、例えば紫外域の光をライトガイドファイバ２２に導く。ライトガイドファイバ２２は、ランプハウス２１からの光を伝送した後、光出射面２Ａからレンズ２３に向けて光Ｌ０を出射する。光出射面２Ａは照明系１３の瞳面に相当する。
光出射面２Ａからの光Ｌ０は、レンズ２３を介して平行光に変換された後、照明絞り２４に入射する。照明絞り２４は、開口部４Ａを有し、被検基板１１の表面と略共役に配置されている。そして、照明絞り２４の開口部４Ａを通過した光が、レンズ２５を介した後、凹面反射鏡２６に導かれる。

凹面反射鏡２６は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、前側焦点が照明系１３の瞳面と略共役、後側焦点が被検基板１１の表面と略一致する。また、凹面反射鏡２６は、ステージ１２の斜め上方に配置され、その光軸Ｏ１がステージ１２のチルト軸Ａｘに直交する。
このため、レンズ２５から凹面反射鏡２６に入射した光は、凹面反射鏡２６の集光作用によって平行光に変換され、検査用の照明光Ｌ１として、斜め上方から略一定の角度条件で被検基板１１の表面に照射される（いわゆるテレセントリック照明）。

被検基板１１の表面において照明光Ｌ１が照射される領域（以下「照明領域」）は、照明絞り２４の開口部４Ａに応じた寸法形状となる。
本実施形態では、被検基板１１の表面の全域を検査領域４１（図２）とするため、この検査領域４１をカバーできるように、照明絞り２４の開口部４Ａの寸法形状を調整して、照明光Ｌ１による照明領域４２を検査領域４１と略同じ寸法形状に設定している。ただし、照明絞り４２を検査領域４１と厳密に一致させることは難しいため、照明領域４２が検査領域４１より僅かに大きくても構わない。

開口部４Ａの寸法形状を調整可能とするため、照明絞り２４は、図３に示す通り、２枚に分割された遮光部材５１,５２を有し、これらの遮光部材５１,５２の各々に略半円状の円弧部と互いに略平行な辺部からなる凹部が設けられる。また、遮光部材５１,５２の各々は、駆動部５３,５４を介して制御部１６に接続され、制御部１６からの制御信号に応じて相対位置を調整可能である。そして、遮光部材５１,５２の相対位置に応じて開口部４Ａの形状が可変である。

このように、本実施形態の表面検査装置１０では、照明系１３の光路に照明絞り２４を配置し、その開口部４Ａに応じて照明領域４２を検査領域４１と略同じ寸法形状に設定するようにした。このため、被検基板１１の表面の必要な領域（検査領域４１）以外を照明しないようにすることができ、検査領域４１の周囲からのノイズ光を低減できる。
さらに、本実施形態の表面検査装置１０では、照明絞り２４の遮光部材５１,５２の相対位置を変えることにより開口部４Ａの形状を可変とした（図３）ので、遮光部材５１,５２を移動させて相対位置を調整するだけで、照明領域４２の形状を調整することができる。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、遮光部材５１,５２の移動方向（図３の矢印方向）をステージ１２のチルト軸Ａｘと垂直にする。このため、開口部４Ａの形状を調整する際に、チルト軸Ａｘと平行な方向に関する開口部４Ａの大きさを一定に保ちながら、チルト軸Ａｘと垂直な方向の大きさφを変化させることができる。
したがって、検査条件を設定する際の被検基板１１のチルト調整（図４(ａ)）により、照明系１３から見たときの被検基板１１の表面（検査領域４１）の形状が図４(ｂ)〜(ｄ)のように変化しても、照明絞り２４の開口部４Ａの形状（図３）に応じて、照明領域４２を見た目の検査領域４１と略同じ寸法形状に設定することができる。

本実施形態では、照明光Ｌ１を被検基板１１の斜め上方から照射するため、照明系１３から見たときの検査領域４１の形状は、楕円形状となる（図４(ｂ)〜(ｄ)）。そして、被検基板１１をチルト調整すると（図４(ａ)）、そのチルト角に応じて楕円形状の短軸方向の長さが変化する。楕円形状の長軸方向の長さは変化しない。
このため、ステージ１２（被検基板１１）のチルト角に応じて照明絞り２４（図３）の開口部４Ａの形状を調整することで、照明領域４２を見た目の検査領域４１と略同じ寸法形状に設定することができる。なお、図４(ａ)〜(ｄ)では、チルト角の異なる状態を区別するため、被検基板１１に対して１１[１],１１[２],１１[３]の符号を付した。

したがって、被検基板１１をチルト調整した場合であっても、被検基板１１の表面の必要な領域（検査領域４１）以外を照明しないようにすることができ、検査領域４１の周囲からのノイズ光を低減できる。
そして、被検基板１１の表面の必要な領域（検査領域４１）のみを照明光Ｌ１によって照明することができる。このときの照明領域４２と検査領域４１を凹面反射鏡２６から見たときの各形状は、既に説明した図２のように略円形状である。本実施形態では、被検基板１１の表面の全域が検査領域４１であり、この検査領域４１と略同じ寸法形状に照明領域４２が調整される。

照明光Ｌ１が照射されると（照明領域４２）、被検基板１１の表面の検査領域４１からは、そこに形成された繰り返しパターンに応じて、様々な次数（例えば０次,１次,２次など）の回折光が発生する。回折光の発生方向は、繰り返しパターンのピッチに依存する。回折光の強度は、繰り返しパターンの欠陥箇所と正常箇所とで異なる。
本実施形態の表面検査装置１０は、被検基板１１の表面の検査領域４１から発生した様々な次数の回折光のうち、１次の回折光Ｌ２（図１）を受光系１４に導き、被検基板１１の表面検査を行うものである。

受光系１４は、被検基板１１の表面（検査領域４１）から発生した回折光Ｌ２を受光する手段であって、凹面反射鏡２７と、受光絞り２８と、結像レンズ２９と、撮像素子３０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１１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２７は、照明系１３の凹面反射鏡２６と同様の反射鏡であり、その光軸Ｏ２がステージ１２のチルト軸Ａｘに直交する。また、光軸Ｏ２は、被検基板１１の表面から発生した回折光Ｌ２の進行方向と略平行である。さらに、凹面反射鏡２７の前側焦点は被検基板１１の表面と略一致し、後側焦点は受光系１４の瞳面と略共役である。

受光絞り２８は、照明絞り２４と同様の構成であり、開口部８Ａを有し、受光系１４の瞳面の近傍に配置されている。また、受光絞り２８でも、２枚の分割された遮光部材（図３の遮光部材５１,５２と同様）の相対位置に応じて開口部８Ａの形状が可変である。さらに、チルト軸Ａｘと平行な方向に関する開口部８Ａの大きさを一定に保ち、チルト軸Ａｘと垂直な方向の大きさを変化させ得る。

また、受光系１４でも、検査条件を設定する際に被検基板１１をチルト調整させると、受光系１４から見たときの被検基板１１の表面（検査領域４１）の形状が変化する。このため、受光絞り２８の開口部８Ａの形状についても、ステージ１２（被検基板１１）のチルト角に応じて、その調整が行われる。
このため、被検基板１１の表面の検査領域４１から発生した回折光Ｌ２は、凹面反射鏡２７に入射して集光光に変換された後、受光絞り２８に入射する。そして、受光絞り２８の開口部８Ａを通過した光が、結像レンズ２９を介して撮像素子３０の撮像面に導かれる。このとき、撮像素子３０の撮像面には、受光絞り２８の開口部８Ａを通過した光によって、被検基板１１の表面の回折像が形成される。

本実施形態の表面検査装置１０では、受光系１４の光路に受光絞り２８を配置したので、被検基板１１の表面の検査領域４１から発生した１次の回折光Ｌ２だけでなく、その他の次数（０次,２次など）の不要な回折光が、凹面反射鏡２７を介して受光絞り２８に入射しても、その不要な回折光を遮断することができる。このため、不要な回折光に起因するノイズ光を低減できる。

そして、被検基板１１の表面の必要な領域（検査領域４１）から発生した１次の回折光Ｌ２のみを受光絞り２８の開口部８Ａから選択的に通過させて、撮像素子３０の撮像面に導くことができる。このため、撮像面に形成される回折像は、１次の回折光Ｌ２による像となる。
撮像素子３０は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、被検基板１１の表面と略共役に配置される。撮像素子３０では、その撮像面に形成された被検基板１１の表面の回折像を光電変換し、各画素ごとの受光信号を画像処理部１５に出力する。各画素ごとの受光信号は、被検基板１１の表面の各点（繰り返しパターン）から発生した回折光Ｌ２の強度に応じたレベルとなる。

画像処理部１５は、撮像素子３０から出力される受光信号に基づいて、被検基板１１の表面の検査領域４１の画像を取り込む。そして、この画像の輝度情報（明暗差）に基づいて、繰り返しパターンの欠陥を検出する。この検出処理は、予め記憶させた良品サンプルの画像（検査基準画像）とのパターンマッチングや、予め学習させた検査基準画像の特徴との相違点の有無を調べることにより行われる。

上記のように、本実施形態の表面検査装置１０では、照明系１３によって被検基板１１の表面（検査領域４１）を全面一括で照明し、その表面から発生した回折光Ｌ２を受光系１４に導いて全面一括で撮像する。つまり、本実施形態の表面検査装置１０は、被検基板１１の表面の全域を対象とした一括撮像型の装置である。このため、被検基板１１の表面の全域で一括して繰り返しパターンの欠陥を検出可能となり、被検基板１１の表面検査を高スループットで行える。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、ステージ１２にチルト機構を設けるので、被検基板１１の表面に対する照明光Ｌ１の入射角度と被検基板１１の表面から発生する回折光の出射角度とを、表面検査の内容に応じて最適に設定できる。ステージ１２（被検基板１１）をチルト調整して検査条件の設定を変化させることで、ピッチの異なる繰り返しパターンからの回折光Ｌ２を受光系１４に導き、その欠陥を検出することができる。

さらに、本実施形態の表面検査装置１０では、照明系１３の光路に照明絞り２４を配置し、開口部４Ａの形状を可変としたので、上記した被検基板１１のチルト調整時に、検査領域４１の周囲からのノイズ光を低減できる。また、受光系１４の光路に受光絞り２８を配置し、開口部８Ａの形状を可変としたので、同様のチルト調整時に、検査領域４１からの不要な回折光に起因するノイズ光を低減できる。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、照明絞り２４の遮光部材５１,５２（図３）の相対位置に応じて開口部４Ａの形状を変化させると共に、受光絞り２８についても同様の遮光部材の相対位置に応じて開口部８Ａの形状を変化させるため、省スペース化（特に光軸方向の省スペース化）を実現でき、装置への組み込みを容易に行える。
このため、本実施形態の表面検査装置１０では、省スペースな部材(２４,２８)を用い、検査条件の変化に対応してノイズ光を低減できる。したがって、検査条件が変化しても、高いＳ/Ｎ比を保ちながら良好に表面検査を行うことができる。

さらに、本実施形態の表面検査装置１０では、照明絞り２４と受光絞り２８の開口部４Ａ,８Ａの形状を調整する際に、ステージ１２のチルト軸Ａｘと平行な方向に関する大きさを略一定に保つため、照明絞り２４と受光絞り２８の調整機構（遮光部材など）をより簡素化でき、装置への組み込みがさらに容易になる。
また、本実施形態の表面検査装置１０では、検査条件を変化させても、照明絞り２４と受光絞り２８の光学的配置（被検基板１１の表面に対する共役関係など）が変化しないため、従来装置のように絞りをチルトさせる場合と比較して、より確実にノイズ光を除去することできる。

（変形例）
なお、上記した実施形態では、照明絞り２４と受光絞り２８の各遮光部材に略半円状の凹部が設けられる例で説明したが、本発明はこれに限定されない。遮光部材の凹部の形状は半円状に限らず、他の形状（例えば楕円形状の半分に相当する形状など）であっても構わない。

さらに、上記した実施形態では、照明絞り２４と受光絞り２８の遮光部材を２分割したが、本発明はこれに限定されない。遮光部材の分割数は３個以上でも構わない。複数に分割された遮光部材の相対位置に応じて開口部の形状を可変とする構成であれば、本発明を適用できる。
また、上記した実施形態では、照明系１３と受光系１４との双方の光路に可変絞り(２４,３２)を配置したが、本発明はこれに限定されない。照明系１３と受光系１４との少なくとも一方の光路に可変絞りを配置する場合に、本発明を適用できる。

ただし、照明系１３と受光系１４の各光路における光パワーを比較すると、照明系１３の方が強いため、照明絞り２４によるノイズ低減効果の方が、受光絞り２８によるノイズ低減効果より大きいと考えられる。したがって、照明系１３と受光系１４との何れか一方に可変絞りを配置する場合には、照明系１３の方に可変絞りを配置し、受光系１４の絞りを固定絞りにしても構わない。また、受光系１４の固定絞りを省略してもよい。

さらに、上記した実施形態では、被検基板１１の表面に形成された繰り返しパターンからの回折光Ｌ２を利用して表面検査を行ったが、本発明はこれに限定されない。回折光以外の光、例えば繰り返しパターンからの正反射光や、パターンエッジによる散乱光、パターン側面からの反射光などに基づいて、被検基板１１の表面検査を行う場合にも、本発明を適用できる。受光系１４に導かれる戻り光の種類（回折光や正反射光や散乱光のうち何れか）は、ステージ１２のチルト調整によって選択できる。

また、上記した実施形態では、検査条件を設定するときにステージ１２をチルト調整したが、本発明はこれに限定されない。ステージ１２をチルト調整せずに、同様のチルト軸を中心として、照明系１３と受光系１４とを回転（傾斜）させてもよい。また、照明波長を変えてもよい。
さらに、上記した実施形態では、被検基板１１の表面の全面一括検査を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。被検基板１１の表面の一部の領域に限定して照明・受光を行い、表面検査を行ってもよい。ただし、表面検査のスループットを考えれば、被検基板１１の表面の比較的広い領域を対象とすることが好ましい。

表面検査装置１０の全体構成を示す概略図である。照明領域４２と検査領域４１を正面から見た図である。照明絞り２４の構成を示す概略図である。照明系１３から見たときの照明領域４２と検査領域４１を説明する図である。

符号の説明

１０表面検査装置 ; １２ステージ ; １３照明系 ;
１４受光系 ; １５画像処理部 ; １６制御部 ; １１被検基板 ;
２４照明絞り ; ４Ａ開口部 ; ２８受光絞り ; ８Ａ開口部
５１,５２遮光部材

Claims

被検物を照明する照明部と、
前記照明部によって照明された前記被検物を観察する観察部とを備え、
前記照明部から前記観察部へ至る光路には絞りが配置され、
前記絞りは、複数に分割された遮光部材の相対位置を変えることにより開口部の形状が可変である
ことを特徴とする表面検査装置。
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記絞りは、前記照明部から前記被検物に至る照明光路に配置されており、
前記照明部から見たときの前記被検物の外形に応じて、前記絞りの開口部の形状を調整する調整部をさらに備えた
ことを特徴とする表面検査装置。
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記絞りは、前記被検物から前記観察部に至る観察光路に配置されており、
前記観察部から見たときの前記被検物の外形に応じて、前記絞りの開口部の形状を調整する調整部をさらに備えた
ことを特徴とする表面検査装置。
請求項２または請求項３に記載の表面検査装置において、
所定軸を中心として前記被検物をチルト可能に支持するステージを備え、
前記調整部は、前記ステージの前記所定軸と平行な方向に関する前記絞りの開口部の大きさを略一定に保ちながら、該開口部の形状を調整する
ことを特徴とする表面検査装置。
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の表面検査装置において、
前記照明部は、前記被検物の表面を全面一括で照明し、
前記観察部は、前記表面を全面一括で撮像する
ことを特徴とする表面検査装置。