JP2008196872A - 検査装置及び検査方法、パターン基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い検出感度で、高速に欠陥検査をすることができる検査装置提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る欠陥検査装置１０は、光ビームを発生するレーザー光源１１と、レーザー光源１１から出射された光ビームを集光して試料Ｗの表面に光スポットを形成する対物レンズ１３と、試料Ｗで反射した光ビームを２つの光ビームに分岐するプリズム１５と、プリズム１５によって分岐された光ビームをそれぞれ受光し、受光した光の光量に基づく出力信号を出力する受光素子１７ａ、１７ｂと、受光素子１７ａからの出力信号と受光素子１７ｂからの出力信号とが略同時に検出されたときに、実欠陥と判定する実欠陥判定部２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は検査装置及び検査方法、パターン基板の製造方法に関し、特に、光学式走査を用いた検査装置及び検査方法、パターン基板の製造方法に関する。

半導体装置の歩留向上等のために、半導体ウェハやマスクブランクス、フォトマスク等の表面の欠陥を検出する欠陥検査装置が用いられている。この欠陥検査装置では、近年のＬＳＩの微細化に伴い、高精度の検査をより高い空間分解能で行うことが要求されている。

このような微細な欠陥を検出する欠陥検査装置として、共焦点光学系を用いたものが知られている（特許文献１参照）。図８は、従来の共焦点光学系を用いた検査装置を示す図である。図８に示すように、レーザー光源１から発生した光ビームは、ビームスプリッタとして機能するハーフミラー２を経て、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は入射した光ビームを微小スポット状に集束し、ステージ８上に載置された試料７上に投射する。試料７の表面からの反射ビームは、ハーフミラー２で反射され、リレーレンズ５、ピンホール９ａを有する空間フィルタ９を介して光検出器６の受光素子６ａに入射する。

この共焦点光学系において、対物レンズ３の焦点位置に配置された試料表面で反射した光はピンホール９ａを通過することができるが、焦点位置からずれた試料表面からの反射光はピンホール９ａを通過することができず、光検出器６の出力信号強度は低下する。従って、光検出器６からの出力信号の強度から試料表面の欠陥が検出される。また、ハーフミラー２により反射された光ビームの光路上には、遮光板４が設けられている。遮光板４は、試料７表面における光スポットの走査方向と対応する方向の片側半分の光を遮光する。これにより、欠陥の形状に応じて受光素子６ａに入射する光量が変化し、欠陥の形状を判別している。

しかし、これらの欠陥検査装置では以下に示す問題点があった。従来の欠陥検査装置では、検出光の半分を遮蔽しているために、検出光を受光して生成した出力信号の強度をロスしていた。このため、出力信号はショットノイズや熱雑音の影響を受けやすい。通常、半導体ウェハの欠陥検査は、生成した出力信号を正負の限界値（スライスレベル）と比較し、スライスレベルを超えている場合に欠陥として検出する。このため、図９に示すように、実際には欠陥がない部分であっても、ノイズによりスライスレベルを超えてしまうものを欠陥として誤って検出する疑似欠陥が発生していた。また、実際に欠陥が存在する実欠陥に対する検出感度を上げるためにスライスレベルを下げると、疑似欠陥の発生確率が高くなる。このため、実欠陥に対する検出感度を上げにくいという問題があった。さらに、ノイズ等によって欠陥に入射した光の強度が変動し、上下非対称な信号となってしまった場合、判定精度が悪かった。

そこで、発明者らは、試料に集光された光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査する検査装置を提案している（例えば、特許文献２参照）。このような検査装置においては、図１０に示すように、隣接する光スポットａ、ｂで検出された欠陥候補が一定の距離以内に存在するか否かによって、疑似欠陥を排除し、実欠陥のみを検出する。
特開２００３−４５４６号公報 特開２００６−１２５９６７号公報

しかしながら、従来の検査装置においては、試料に集光された光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査するため、高速に検査を行うことができないという問題があった。

また、レーザー光源から出射される光ビームのビームプロファイルは、一般的に中心部にピークをもつ正規分布型を示す。このため、試料に集光される光スポットの中心から離れるにつれて、欠陥の検出感度が低下してしまう。従って、図１１に示すように、光スポットａの中心に位置する欠陥は、隣接する光スポットｂの端部に位置することとなり、光スポットｂによる検出感度が低下してしまう。上記のような問題は、半導体装置製造用のマスクブランクスの欠陥検出など半導体ウェハ以外の表面検査においても同様に生じるものである。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、信号強度のロスが少なく、高い検出感度で、高速に検査することができる検査装置および検査方法、パターン基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る検査装置は、光ビームを発生する光源と、前記光源から出射された光ビームを集光して試料表面に光スポットを形成するレンズと、前記試料の表面で反射又は前記試料を透過した光ビームを異なる複数の光ビームに分岐する光分岐素子と、前記光分岐素子によって分岐された第１の光ビームを受光し、受光した光の光量に基づく第１の出力信号を出力する第１の光検出器と、前記光分岐素子によって分岐された第２の光ビームを受光し、受光した光の光量に基づく第２の出力信号を出力する第２の光検出器と、前記第１の出力信号、前記第２の出力信号に基づいて欠陥候補を検出し、第１の欠陥候補信号、第２の欠陥候補信号をそれぞれ出力する欠陥候補検出部と、前記第１の欠陥候補信号と第２の欠陥候補信号とを一定の時間内に検出したときに、実欠陥と判定する実欠陥判定部とを備えるものである。これにより、高い検出感度で、高速に欠陥検査することができる。

本発明の第２の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記実欠陥判定部は、前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに、実欠陥と判定するものである。これにより、高い精度で欠陥検出を行うことができる。

本発明の第３の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記第１の欠陥候補信号及び前記第２の欠陥候補信号のパルス幅を伸長する回路をさらに備え、前記実欠陥判定部は、パルス幅を伸長された前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに、実欠陥と判定するものである。これにより、より高い検出感度で欠陥検査を行うことができる。

本発明の第４の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記試料と前記光スポットの相対的な位置を走査ラインに沿って走査する走査部をさらに備え、前記走査部は、前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査するものである。これにより、さらに高い精度で欠陥検査を行うことができる。

本発明の第５の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光分岐素子は、前記試料の欠陥がない部分から反射した光ビームの光路上の略半分を示す位置に配置され、当該光分岐素子に入射した光ビームの進行方向が変わることにより光ビームが分岐されるものである。

本発明の第６の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光分岐素子は、前記試料で反射した光ビームの光路上に配置されたプリズムであるものである。

本発明の第７の態様に係る検査装置は、上記の検査装置に置いて、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、差信号を求める回路と、前記差信号とスライスレベルとを比較する第１の比較回路とをさらに備え、前記第１の比較回路の比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類が特定されるものである。これにより、欠陥の種類が凸状欠陥であるか凹状欠陥であるかをより正確に判別することができる。

本発明の第８の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、和信号を求める回路と、前記和信号とスライスレベルとを比較する第２の比較回路とをさらに備え、前記第２の比較回路の比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類が特定されるものである。これにより、欠陥の種類がシミ状欠陥であるか否かを正確に判別することができる。

本発明の第９の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源から出射した光ビームを複数本の光ビームに変換する回折格子をさらに備えるものである。これにより、欠陥検査をより高速に行うことが可能である。

本発明の第１０の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源を複数個有するものである。これにより、欠陥検査をより高速に行うことが可能である。

本発明の第１１の態様に係る検査方法は、光ビームを用いて試料の欠陥を検査する検査方法であって、前記光ビームを集光して試料表面に光スポットを形成し、前記試料に照射するステップと、前記光スポットと前記試料とを相対的に移動させ、前記光スポットで前記試料表面を走査するステップと、前記試料の表面で反射又は前記試料を透過した光ビームを第１の光ビームと第２の光ビームに分岐するステップと、前記第１の光ビームの光量に基づく第１の出力信号から第１の欠陥候補信号を検出するステップと、前記第２の光ビームの光量に基づく第２の出力信号から第２の欠陥候補信号を検出するステップと、前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを一定の時間内に検出したときに、実欠陥と判定するステップとを備える。これにより、高い検出感度で、高速に欠陥検査することができる。

本発明の第１２の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに、実欠陥と判定する。これにより、高い精度で欠陥検査を行うことができる。

本発明の第１３の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記第１の欠陥候補信号及び前記第２の欠陥候補信号のパルス幅を伸長するステップを備え、パルス幅を伸長された前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに実欠陥と判定する。これにより、より高い検出感度で欠陥検査を行うことができる。

本発明の第１４の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査するステップを備える。これにより、より高い精度で欠陥検査を行うことができる。

本発明の第１５の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記試料で反射された光ビームを前記第１の光ビームと前記第２の光ビームに分岐するステップにおいて、前記試料の欠陥がない部分から反射された光ビームを略半分に分岐する。

本発明の第１６の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、差信号を求めるステップと、前記差信号とスライスレベルとを比較し、比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類を特定するステップとを備える。これにより、欠陥の種類が凸状欠陥であるか凹状欠陥であるかをより正確に判別することができる。

本発明の第１７の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、和信号を求めるステップと、前記和信号とスライスレベルとを比較し、比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類を特定するステップとを備える。これにより、欠陥の種類がシミ状欠陥であるか否かを正確に判別することができる。

本発明の第１８の態様に係るパターン基板の製造方法は、上記のいずれかに記載の検査方法により前記試料である基板の欠陥を検出するステップと、検出された欠陥を修正するステップと、前記欠陥が修正された基板にパターンを形成するステップとを備える。これにより、高い検出感度で基板上の欠陥を検出することができ、製造歩留を向上させることができる。

本発明によれば、高い検出感度で、高速に欠陥検査をすることができる検査装置及び検査方法、パターン基板の製造方法を提供できる。

本発明の実施の形態について以下に図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものを実質的に同様の内容を示している。

本発明の実施の形態に係る欠陥検査装置について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る欠陥検査装置１０の構成を示す図である。図２は、本実施の形態に係る欠陥検査装置１０の処理回路２０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る欠陥検査装置１０は、レーザー光源１１、ハーフミラー１２、対物レンズ１３、ステージ１４、プリズム１５、リレーレンズ１６、光検出器１７、空間フィルタ１８、スキャナ１９、処理装置２０を備えている。本実施の形態においては、欠陥検査装置１０は共焦点光学系を有し、試料Ｗ表面の反射光により欠陥Ｄの検査を行う例について説明する。

レーザー光源１１から出射された略平行な光ビームは、ハーフミラー１２に入射する。光ビームの半分はハーフミラー１２を透過して、対物レンズ１３に入射する。対物レンズ１３に入射した光ビームは適当なスポット径に集光され、ステージ１４に載置された試料Ｗに入射する。試料Ｗに入射した光は、その表面で反射する。その反射光は対物レンズ１３を透過して、略平行な光ビームになる。その略平行な光ビームはハーフミラー１２によって、試料Ｗに入射する光ビームと分離される。よって、光ビームの半分は、光検出器１７の方向に反射される。

ハーフミラー１２で反射された光は、リレーレンズ１６を介して光検出器１７に入射される。本実施の形態においては、ハーフミラー１２とリレーレンズ１６の間の光路中にプリズム１５が挿入されている。このプリズム１５によって、光ビームは２本に分岐される。図１に示すように、本実施の形態に係るプリズム１５は、平行四辺形プリズムを２つあわせた形状を有している。プリズム１５は、ハーフミラー１２によって光検出器１７の方に反射された光ビームの光軸に対称となるように配置されている。従って、ハーフミラー１２によって光検出器１７の方に反射された光ビームの略半分がプリズム１５の上半分に入射し、残りの半分がプリズム１５の下半分に入射する。プリズム１５の上半分に入射した光と下半分に入射した光とは、プリズム１５の入射面の角度が異なるため、それぞれ進行方向が変わって出射される。従って、プリズム１５の上半分に入射した光は、空間フィルタ１８に設けられたピンホール１８ａを介して受光素子１７ａに入射する。また、プリズム１５の下半分に入射した光は、空間フィルタに設けられたピンホール１８ｂを介して受光素子１７ｂに入射する。

このように、空間フィルタ１８を設けることにより、コンフォーカル光学系による検出も容易に行うことができる。すなわち、対物レンズ１３の焦点位置に配置された試料Ｗの表面で反射した光は、ピンホール１８ａ、１８ｂを通過することができるが、焦点位置からずれ位置での反射光はピンホール１８ａ、１８ｂを通過することができない。つまり、光検出器１７の前で結像させ、その結像点にピンホールを設けることにより、コンフォーカル光学系による検出を行うことができ、高精度の欠陥検査を行うことができる。なお、受光素子１７ａと受光素子１７ｂはプリズム１５を通過した光が分離される程度の距離及び間隔になるように設置されている。

なお、プリズム１５の形状については、上述の例に限定されるものではない。例えば、ハーフミラー１２によって光検出器１７の方に反射された光ビームの略半分の位置に楔形状のウェッジプリズムを配置してもよい。すなわち、入射面と出射面の角度が異なるウェッジプリズムを光ビームの略半分の位置に設けてもよい。これにより、ウェッジプリズムに入射した光は進行方向が変わって出射される。また、ウェッジプリズムに入射しなかった光は下の進行方向のまま出射される。また、入射光を２つの分岐光に反射するナイフエッジプリズムを用いることも可能である。さらに、ウェッジの入射面と出射面の角度をそれぞれの辺に対して傾けて、出射光を斜めに出射させてもよい。また、ウェッジは光路上の略半分の位置以外に配置してもよい。射出角度の異なる２つのウェッジ、もしくは同等の機能を有する一つのプリズムを、光路上に配置してもよい。この場合でも略同等の効果を得ることができる。また、ウェッジの端部形状は、光路断面において直線状でなくても良い。なお、プリズム１５で分岐する光は２本に限らず４本等としてもよい。

そして、それぞれの受光素子１７ａ、１７ｂで検出された光ビームの強度に基づいて、出力信号が出力され、試料Ｗの表面状態の検査が行われる。本実施の形態では、スキャナ１９により光ビームが試料Ｗ上を走査し、光ビームの走査方向と直交する方向にステージ１４が２次元的に駆動される。これにより、試料Ｗと光スポットの相対的な位置が走査ラインに沿って走査され、試料Ｗの全面が検査される。光ビームのスキャナ１９としては、例えばガルバノミラー、ポリゴンミラー等の振動ミラーを用いることができる。

また、試料Ｗ上に集光された光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査される。これにより、隣接する光スポットにより検出される欠陥を実際に欠陥が存在する実欠陥と判定することにより、より高精度に欠陥の検出が可能となる。なお、光スポットの走査部としては、上述の例に限定されるものではない。例えば、ステージ１４のみを駆動し、ラスタ走査により試料全面を検査することも可能である。また、ステージ１４を回転駆動させ、スパイラル走査により試料全面を検査することもできる。

光検出器１７からの出力信号は、処理装置２０に伝送される。図２に示すように、処理装置２０は、スライスレベル記憶部２１、欠陥候補検出部２２、実欠陥判定部２３、記憶部２４を備えている。スライスレベル記憶部２１では、正のスライスレベルＨ及び負のスライスレベルＬが設定されている。光検出器１７から入力された出力信号は、欠陥候補検出部２２においてスライスレベル記憶部２１に記憶されているスライスレベルと比較され、スライスレベルを超えた部分が欠陥候補として検出される。すなわち、出力信号が負のスライスレベルＬを超えたとき（スライスレベルＬよりも小さいとき）にパルス信号が出力される。また、出力信号が正のスライスレベルＨを超えたとき（スライスレベルＨよりも大きいとき）にパルス信号が出力される。また、検出された欠陥候補は、実欠陥判定部２３において実欠陥か否か判定される。この実欠陥判定部２３の処理については、後に詳述する。この実欠陥の位置は、光ビームの位置及びステージ１４の位置によって、試料Ｗ上のどの位置になるかが決定され、記憶部２４に記憶される。

ここで、プリズム１５を用いた反射光の検出について図３を参照して説明する。図３は、欠陥検出時の検出信号の一例を示す図である。図３において、（Ａ）は受光素子１７ａによる出力信号を示しており、（Ｂ）は受光素子１７ｂによる出力信号を示している。また、（ａ）は受光素子１７ａによる出力信号に基づく欠陥候補信号を示しており、（ｂ）は受光素子１７ｂによる出力信号に基づく欠陥候補信号を示している。欠陥のない正常な箇所を検査しているときは、受光素子１７ａと受光素子１７ｂの光強度は同じになる。このため、受光素子１７ａによる出力信号と受光素子１７ｂによる出力信号は等しくなる。

ここで、凸状の欠陥Ｄを検査する場合について説明する。試料Ｗを載せたステージ１４が図１中矢印で示す方向に移動して凸状欠陥Ｄにレーザー光が照射されると、まずレーザー光は上り坂のスロープに差し掛かる。そして、ステージ１４が移動してレーザー光が凸状欠陥Ｄの頂点を越えた後、下り坂のスロープにレーザー光が照射される。上り坂及び下り坂のスロープにレーザー光が照射されると、レーザー光の反射角度が変わる。すなわち、上り坂のスロープにレーザー光が照射されている場合、レーザー光はプリズム１５の略半分の位置から下側にずれて入射される。すなわち、図３（Ａ）で示されるように、受光素子１７ａから出力される出力信号が小さくなり、スライスレベルＬを超える。一方、図３（Ｂ）で示されるように、受光素子１７ｂから出力される出力信号は大きくなり、スライスレベルＨを超える。

反対に、下り坂のスロープにレーザー光が照射されている場合には、レーザー光はプリズム１５の略半分の位置から上側にずれて入射される。すなわち、図３（Ａ）で示されるように、受光素子１７ａから出力される出力信号が大きくなり、スライスレベルＨを超える。一方、図３（Ｂ）で示されるように、受光素子１７ｂから出力される出力信号は小さくなり、スライスレベルＬを超える。つまり、凸状欠陥Ｄを検査する場合、受光素子１７ａの出力信号が負の値を示した後から正の値へと変化する。また、受光素子１７ｂの出力信号は正の値から負の値へと変化する。これらの受光素子１７ａ及び受光素子１７ｂの信号強度の変化に基づいて、凸状欠陥及び凹状欠陥の検出を行うことができる。

なお、プリズム１５はステージ１４のスキャン方向に対応する方向に挿入することが好ましい。レーザー光の走査において、凹凸状欠陥によって幾何光学的に光路が傾く方向にプリズム１５を挿入することにより、より精度の高い検査を行うことができる。

そして、欠陥候補検出部２２において、出力信号がスライスレベルを超えた部分が欠陥候補３０として検出される。このときノイズ等によってスライスレベルを超えてしまう部分についても欠陥候補３０として検出されてしまう。図３（ａ）において、欠陥候補３０ａが実際に欠陥が存在する実欠陥とし、欠陥候補３０ｂが実際には欠陥が存在しない誤検出欠陥とする。

なお、本実施形態のように上側と下側とにスライスレベルを設けた場合、出力信号から欠陥候補を検出するときに、１つの凸状欠陥Ｄで２箇所においてスライスレベルを超えることとなる。すなわち、１つの凸状欠陥Ｄで２つの欠陥候補３０ａが検出される。この場合、１つの走査ラインにおいて、所定の距離内にスライスレベルを超えた箇所が２つある場合、その箇所をまとめて１つの欠陥候補とすることができる。

そして、実欠陥判定部２３において、欠陥候補信号に基づいて、実欠陥か否かが判定される。具体的には、実欠陥判定部２３において、図３（ａ）、（ｂ）で示される欠陥候補信号のＡＮＤを取った判定信号が算出される（図３（ｃ）ａ∩ｂ）。すなわち、判定信号は、受光素子１７ａ及び受光素子１７ｂから出力された出力信号に基づく欠陥候補信号がいずれも１のときに、１となる。つまり、受光素子１７ａから出力された出力信号と、受光素子１７ｂから出力された出力信号とが略同時に検出された場合、判定信号は１を示す。判定信号が１を示したときに、当該欠陥候補３０ａは実欠陥であると判定される。この実欠陥である欠陥候補３０ａの位置が、ステージ１４の位置及び光スポットの照射位置等から算出され、記憶部２４に記憶される。

一方、欠陥候補３０ｂは、受光素子１７ａからの出力信号に基づいて生成された欠陥候補信号では１が検出されているものの、受光素子１７ｂからの出力信号に基づいて生成された欠陥候補信号では０となっている。このため、ＡＮＤをとると、判定信号ａ∩ｂは０となる。この場合は、当該欠陥候補３０ｂは疑似欠陥であると判定される。

なお、実際には、欠陥候補信号のパルスの時間軸の揺れであるジッタの影響により、受光素子１７ａから出力された出力信号と、受光素子１７ｂから出力された出力信号とが略同時に検出されない場合がある。従って、受光素子１７ａから出力された出力信号と、受光素子１７ｂから出力された出力信号とが略同時に検出された場合に限らず、一定の時間内に、両受光素子１７ａ、１７ｂからの出力信号が検出された時に実欠陥として判定してもよい。これにより、より高感度に実欠陥を検出することができる。実欠陥を判定する時間は、ジッタ等を考慮して、実欠陥を検出し損ねないように決定する。

また、ノイズ等によって欠陥に入射した光の強度が変動し、出力信号が上下非対称な信号となってしまう場合がある。この場合について、図４を参照して説明する。図４は、欠陥検出時の検出信号の他の例を示す図である。図４において、（Ａ）は受光素子１７ａによる出力信号を示しており、（Ｂ）は受光素子１７ｂによる出力信号を示している。また、（ａ）は受光素子１７ａによる出力信号に基づく欠陥候補信号を示しており、（ｂ）は受光素子１７ｂによる出力信号に基づく欠陥候補信号を示している。また、（ａ'）は受光素子１７ａによる出力信号に基づく欠陥候補信号のパルス幅を伸長した信号を示しており、（ｂ'）は受光素子１７ｂによる出力信号に基づく欠陥候補信号のパルス幅を伸長した信号を示している。

図３において説明したように、欠陥のない正常な箇所を検査しているときは、受光素子１７ａと受光素子１７ｂの光強度は同じになる。このため、受光素子１７ａによる出力信号と受光素子１７ｂによる出力信号は等しくなる。また、レーザー光が凸状欠陥Ｄに照射されると、上り坂のスロープにレーザー光が照射されている場合には、図４（Ａ）で示されるように、受光素子１７ａから出力される出力信号が小さくなる。一方、図４（Ｂ）で示されるように、受光素子１７ｂから出力される出力信号は大きくなる。反対に、下り坂のスロープにレーザー光が照射されている場合には、図４（Ａ）で示されるように、受光素子１７ａから出力される出力信号が大きくなる。一方、図４（Ｂ）で示されるように、受光素子１７ｂから出力される出力信号は小さくなる。

しかしながら、図４に示す場合においては、ノイズにより、受光素子１７ａ及び１７ｂのいずれからの出力信号おいても、スライスレベルＬを超えない。このため、両出力信号に基づく欠陥候補信号（図４（ａ）、（ｂ））は、略同時には検出されない。従って、この場合、各欠陥候補信号のパルス幅をストレッチする。従って、図４（ａ）に示す欠陥候補信号のパルス幅を伸長して、（ａ'）とする。また、図４（ｂ）に示す欠陥候補信号のパルス幅を伸長して（ｂ'）とする。

そして、このようにパルス幅が伸長された欠陥候補信号に基づいて、実欠陥判定部２３において実欠陥か否かが判定される。具体的には、実欠陥判定部２３において、図４（ａ'）、（ｂ'）で示される欠陥候補信号のＡＮＤを取った判定信号が算出される（図４（ｃ）ａ'∩ｂ'）。すなわち、判定信号は、受光素子１７ａ及び受光素子１７ｂから出力された出力信号に基づく欠陥候補信号がいずれも１のときに、１となる。つまり、受光素子１７ａから出力された出力信号のパルス幅を伸張した信号と、受光素子１７ｂから出力された出力信号のパルス幅を伸張した信号とが略同時に検出された場合、判定信号は１を示す。判定信号が１を示したときに、当該欠陥候補３０ａは実欠陥であると判定される。このように、欠陥候補信号のパルス幅を伸長することにより、より感度よく実欠陥を検出することができる。

図５〜７に、本実施の形態に用いたレーザー光源１１のビームプロファイルを示す。図５〜図７に示すように、本実施の形態に用いたレーザー光源１１のビームプロファイルは、一般的な中心部にピークをもつ正規分布型を示している。従って、試料Ｗに照射される光スポットの中心から離れるにつれて、欠陥の検出感度が低下する。図５〜図７において、破線Ｂで示されるビームプロファイルを有する光スポットＢは、実線Ａで示される光スポットＡに隣接する走査ラインの光スポットである。従って、光スポットＢが隣接する走査ラインの光スポットＡと重複した領域を照明するように走査される。図５は、ステージ１４の移動スピードを基準として１．０とした場合を示している。また、図６は、ステージ１４の移動スピードを１．６とした場合を示している。さらに、図７は、ステージ１４の移動スピードを２．０とした場合を示している。

図５に示す例の場合、光スポットＢは、当該光スポットＢの中心が隣接する走査ラインの光スポットＡの中心から約１００ｎｍ離れた位置に照射される。すなわち、ビームピッチは約１００ｎｍとなる。試料に集光された光スポットＢが隣接する走査ラインの光スポットＡと重複した領域を照明するように走査する従来の検査装置では、光スポットＡの中心である０．０の位置に存在する欠陥を検出する場合、光スポットＡでは高感度で欠陥の検出を行うことができるが、隣接するスポットＢでは、図５中白丸で示すようにビーム強度が弱く、検出感度が低下してしまっていた。

また、図６に示す例の場合、光スポットＢは、当該光スポットＢの中心が隣接する走査ラインの光スポットＡの中心から約１６０ｎｍ離れた位置に照射される。すなわち、ビームピッチは約１６０ｎｍとなる。図７に示す例の場合、光スポットＢは、当該光スポットＢの中心が隣接する走査ラインの光スポットＡの中心から約２００ｎｍ離れた位置に照射される。すなわち、ビームピッチは約２００ｎｍとなる。図５の例と同様に、従来の検査装置では、光スポットＡの中心である０．０の位置に存在する欠陥を検出する場合、光スポットＡでは高感度で欠陥の検出を行うことができるが、隣接するスポットＢでは、図６、７中白丸で示すようにビーム強度が弱く、検出感度が低下してしまっていた。

また、試料Ｗの検査に係る時間は、図５の場合約９０分であり、図６の場合約５６分であり、図７の場合約４５分であった。このように、ステージスピードを早くすれば、欠陥検査に係る時間を短縮することができるものの、ステージスピードが早くなるにつれて検出感度が低下し、検出精度がさらに低下していた。

しかしながら、本発明においては、光路上に遮光板を設けず、１つの光ビームを２つに分岐して、分岐した両方を用いて欠陥を検出している。このため、信号強度のロスを少なくし、高感度で欠陥の検出を行うことができる。また、１つの光ビームを２つに分岐して、２つの受光素子でそれぞれ略同時に欠陥を検出した場合に実欠陥と判定している。従って、分岐した一方の光ビームと他方の光ビームとは、試料Ｗの表面に集光された１つの光スポットの一部が反射したものである。すなわち、本発明に係る検査装置におけるビームピッチは、従来の重複領域を走査する検査装置におけるビームピッチと比較すると、略半分のピッチとなる。従って、図５、図６、図７中黒丸で示すように、従来よりもビーム強度を強くすることができ、検出感度を向上させることができる。

従って、本発明によれば、隣接する光スポットで重複領域を走査する従来の検査装置と検出感度を同等とした場合には、検査スピードを向上させることができ、検査にかかる時間を短くすることができる。また、従来の検査装置と検査スピードを同等とした場合には、欠陥の検出感度を向上させることができる。

なお、光検出器で検出した信号を用いて欠陥の詳細な情報を調べるに当たっては、特開２００４−１６３１９８号公報に記載の方法を用いることが好ましい。すなわち、受光素子１７ａからの出力信号と受光素子１７ｂからの出力信号の強度の差信号又は和信号に基づいて実欠陥の種類を特定する。受光素子１７ａ、１７ｂの出力信号の差信号は、図３（Ａ）、（Ｂ）の差となる。従って、差信号は、図３（Ａ）の信号ピークがエンハンスされた信号波形となる。このエンハンスされた信号を用いて、試料Ｗ上の欠陥が凸状か凹状かを特定する。上述のとおり、スライスレベルＨとスライスレベルＬが設けられている。このスライスレベルを超える順番がＨ→Ｌの時は凸状の欠陥と判別される。差信号は、図３（Ａ）の信号がエンハンスされているため信号強度のロスが小さく、正確で精度の高い検査を行うことができる。

本発明では、光路上に遮光板を設けていないため、信号強度のロスが少なくなり、高いＳ／Ｎ比で欠陥の検出を行うことができる。このように本発明に係る欠陥検査装置は、高い信号品質で検査を行うことができるため、より正確で精度の良い検査を行うことができる。また、レーザー光源１１のノイズ等の同相ノイズを効果的に除去することが出来る点で効果的である。すなわち、ノイズ等によって欠陥に入射した光の強度が変動して上下非対称な信号になってしまった場合であっても、スライスレベルでの分別を精度よく行うことができる。

なお、凹状欠陥を検出する場合は、（Ａ）と（Ｂ）の信号が入れ替わることになり、差信号が凸状欠陥とは反転した挙動を示す。従って、スライスレベルを超える順番がＬ→Ｈである場合は凹状欠陥を示すことになる。よってスライスレベルを超える順番によって凸状欠陥か凹状欠陥かを判別することができる。これにより、試料に凸状欠陥か凹状欠陥かを精度よく判別することができる

また、試料表面にシミ状欠陥がある場合、反射率が一部分だけ変化している出力信号として検出される。この場合、試料表面の反射率が一部分だけ弱くなっているので、レーザー光のスポット位置は変化せずに光の強度だけが弱くなる。従って、受光素子１７ａ及び受光素子１７ｂの出力信号の強度が共に弱くなる。よって、差信号Ａ−Ｂは、略０のまま一定になっている。従って、差信号では、スライスレベルＨ、Ｌを超えず、欠陥として検出されない。このように、試料表面の反射率が一部分だけ弱くなっている場合には、反対にＡ＋Ｂの信号がエンハンスされたものとなる。従って、この和信号がスライスレベルを超えれば、試料表面の反射率が一部分だけ弱くなっている箇所と判別することができる。

さらに、スライスレベルＨを設定して、このＡ＋Ｂが超えれば、試料表面の反射率が一部分だけ強くなっていると判別することも可能である。これにより、シミ状欠陥を検出することができる。和信号は、それぞれの受光素子１７ａ、１７ｂの出力信号がエンハンスされたものであり、光路上に遮光板を設けていないため信号強度のロスが少なく、正確で精度の高い検査を行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、信号強度のロスが少なくなり、高いＳ／Ｎ比で凸状欠陥、凹状欠陥及びシミ状欠陥の検出を行うことができる。そして、これらの欠陥検出信号とステージの位置を対応させて、試料Ｗのどの位置にどの種類の欠陥があるかを検査する。このように本発明にかかる欠陥検査装置は高い信号品質で検査を行うことができるため、より正確で精度の良い検査を行うことができる。なお、上記の出力信号に、必要であれば、異なる数を加減乗除することが可能である。

なお、レーザー光源１１から出射された光ビームを回折格子によって、ライン状あるいはマトリクス状に配置された複数本の光ビーム（マルチビーム）にして試料Ｗに照射するようにしてもよい。また、複数のレーザー光源１１を設けることも可能である。これにより、試料全面の検査に係る時間を短縮することができる。

マスクやマスクブランクスの検査、あるいは、半導体ウェハの検査処理に本発明の検査装置を用いることによって、基板の欠陥検査を行いパターン基板を製造することにより、半導体デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。典型的な半導体デバイスの製造においては、マスク原板が露光装置にセットされ、光、イオンビームあるいは電子ビームなどを利用して、レジストを形成されたウェハの露光処理がなされる。露光処理がなされた半導体ウェハは現像処理が施され、レジストパターンがウェハ上に形成される。これにより、パターン基板が製造される。このパターンに従って、広く知られた薄膜堆積処理、エッチング処理、酸化処理、イオン注入処理などがなされ、半導体デバイスが形成される。本発明の検査装置あるいは検査方法を用いて検査されたマスク、あるいはマスクブランクスを用いたマスクによって、半導体デバイスの製造における露光処理を実施することができる。又、本発明の検査装置あるいは検査方法を用いて検査されたウェハに広く知られた半導体デバイス製造処理を施し、半導体デバイスを製造することができる。

本実施の形態においては、欠陥検査装置は共焦点光学系を有し、試料表面の反射光により欠陥の検査を行う例について説明したが、試料表面での散乱光あるいは試料を透過する透過光を用いて上述の欠陥検査を行うことも可能である。

なお、マスクブランクス、マスク、半導体デバイス、半導体ウェハの欠陥検査に限らず、これ以外の試料にも利用することが可能である。本発明の光学系は、試料の状態の一つである欠陥の検査装置に限らず、顕微鏡など、一般的な試料の状態を検出する光学式走査装置に適用することができる。また、本発明は上述した実施例だけに限られず、様々な変更が可能である。例えば、図示した光学系に限られず、その他の種々の光学部品、光学素子を用いることによっても同様の効果を得ることができる。

実施の形態に係る欠陥検査装置の構成の例を示す一図である。 実施の形態に係る欠陥検査装置の構成の一部を示す図である。 欠陥検出時の検出信号の一例を示す図である。 欠陥検出時の検出信号の他の例を示す図である。 実施の形態に係る光ビームのビームプロファイルの例を示す図である。 実施の形態に係る光ビームのビームプロファイルの他の例を示す図である。 実施の形態に係る光ビームのビームプロファイルの他の例を示す図である。 従来の欠陥検査装置の構成を示す図である。 従来の欠陥検出時の検出信号の例を示す図である。 従来の欠陥検出時の検出信号の例を示す図である。 従来の欠陥検出時の検出信号の例を示す図である。

符号の説明

１０ 欠陥検査装置
１１ レーザー光源
１２ ハーフミラー
１３ 対物レンズ
１４ ステージ
１５ プリズム
１６ リレーレンズ
１７ 光検出器
１７ａ 受光素子
１７ｂ 受光素子
１８ 空間フィルタ
１９ スキャナ
２０ 処理装置
２１ スライスレベル記憶部
２２ 欠陥候補検出部
２３ 実欠陥判定部
２４ 記憶部
３０ 欠陥候補
３０ａ 実欠陥
３０ｂ 疑似欠陥
Ｗ 試料
Ｄ 凸状欠陥

Claims (18)

1. 光ビームを発生する光源と、
   前記光源から出射された光ビームを集光して試料表面に光スポットを形成するレンズと、
   前記試料の表面で反射又は前記試料を透過した光ビームを異なる複数の光ビームに分岐する光分岐素子と、
   前記光分岐素子によって分岐された第１の光ビームを受光し、受光した光の光量に基づく第１の出力信号を出力する第１の光検出器と、
   前記光分岐素子によって分岐された第２の光ビームを受光し、受光した光の光量に基づく第２の出力信号を出力する第２の光検出器と、
   前記第１の出力信号、前記第２の出力信号に基づいて欠陥候補を検出し、第１の欠陥候補信号、第２の欠陥候補信号をそれぞれ出力する欠陥候補検出部と、
   前記第１の欠陥候補信号と第２の欠陥候補信号とを一定の時間内に検出したときに、実欠陥と判定する実欠陥判定部とを備える検査装置。
2. 前記実欠陥判定部は、前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに、実欠陥と判定する請求項１に記載の検査装置。
3. 前記第１の欠陥候補信号及び前記第２の欠陥候補信号のパルス幅を伸長する回路をさらに備え、
   前記実欠陥判定部は、パルス幅を伸長された前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに、実欠陥と判定する請求項１に記載の検査装置。
4. 前記試料と前記光スポットの相対的な位置を走査ラインに沿って走査する走査部をさらに備え、
   前記走査部は、前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査する請求項１、２又は３に記載の検査装置。
5. 前記光分岐素子は、前記試料の欠陥がない部分から反射した光ビームの光路上の略半分を示す位置に配置され、当該光分岐素子に入射した光ビームの進行方向が変わることにより光ビームが分岐される請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
6. 前記光分岐素子は、前記試料で反射した光ビームの光路上に配置されたプリズムである請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査装置。
7. 前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、差信号を求める回路と、
   前記差信号とスライスレベルとを比較する第１の比較回路とをさらに備え、
   前記第１の比較回路の比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類が特定される請求項１〜６のいずれか１項に記載の検査装置。
8. 前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、和信号を求める回路と、
   前記和信号とスライスレベルとを比較する第２の比較回路とをさらに備え、
   前記第２の比較回路の比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類が特定される請求項１〜７のいずれか１項に記載の検査装置。
9. 前記光源から出射した光ビームを複数本の光ビームに変換する回折格子をさらに備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の検査装置。
10. 前記光源を複数個有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の検査装置。
11. 光ビームを用いて試料の欠陥を検査する検査方法であって、
    前記光ビームを集光して試料表面に光スポットを形成し、前記試料に照射するステップと、
    前記光スポットと前記試料とを相対的に移動させ、前記光スポットで前記試料表面を走査するステップと、
    前記試料の表面で反射又は前記試料を透過した光ビームを第１の光ビームと第２の光ビームに分岐するステップと、
    前記第１の光ビームの光量に基づく第１の出力信号から第１の欠陥候補信号を検出するステップと、
    前記第２の光ビームの光量に基づく第２の出力信号から第２の欠陥候補信号を検出するステップと、
    前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを一定の時間内に検出したときに、実欠陥と判定するステップとを備える検査方法。
12. 前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに、実欠陥と判定する請求項１１に記載の検査方法。
13. 前記第１の欠陥候補信号及び前記第２の欠陥候補信号のパルス幅を伸長するステップを備え、
    パルス幅を伸長された前記第１の欠陥候補信号と前記第２の欠陥候補信号とを略同時に検出したときに実欠陥と判定する請求項１１に記載の検査方法。
14. 前記光スポットが隣接する走査ラインの光スポットと重複した領域を照明するように走査するステップを備える請求項１１、１２又は１３に記載の検査方法。
15. 前記試料で反射された光ビームを前記第１の光ビームと前記第２の光ビームに分岐するステップにおいて、前記試料の欠陥がない部分から反射された光ビームを略半分に分岐する請求項１１〜１４のいずれかに記載の検査方法。
16. 前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、差信号を求めるステップと、
    前記差信号とスライスレベルとを比較し、比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類を特定するステップとを備える請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の検査方法。
17. 前記第１の出力信号と前記第２の出力信号に基づき、和信号を求めるステップと、
    前記和信号とスライスレベルとを比較し、比較結果に基づいて前記試料の欠陥の種類を特定するステップとを備える請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の検査方法。
18. 請求項１１〜１７のいずれかに記載の検査方法により前記試料である基板の欠陥を検出するステップと、
    検出された欠陥を修正するステップと、
    前記欠陥が修正された基板にパターンを形成するステップとを備えるパターン基板の製造方法。

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