JP2009068892A - Inspection device - Google Patents

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Kazuharu Minato
和春 湊
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inspection device capable of grasping decline of inspection accuracy by monitoring the deterioration of a polarization element. <P>SOLUTION: This device is equipped with a detection part (imaging element 35) for detecting the light generated from an inspection object (semiconductor wafer 10) by the light irradiated from a light source; polarization elements 23, 33 arranged in an optical path (an illumination optical system 20; a light-receiving optical system 30) from the light source to the detection part; and a monitor part 50 for monitoring a deterioration degree of the polarization elements 23, 33, based on comparison with a reference polarization element used as a reference for the polarization elements 23, 33. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は例えば半導体ウェ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を検査する検査装置に関する。   The present invention relates to an inspection apparatus for inspecting a repetitive pattern formed on the surface of, for example, a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate.

半導体ウェハや液晶基板の表面に形成された繰り返しパターンを検査する装置として、例えば、検査用の照明光をウェハや基板の表面に照射する一方、ウェハや基板の表面の繰り返しパターンから発生する光を受光して繰り返しパターン中の欠陥を検査する装置が知られている。   As an apparatus for inspecting a repetitive pattern formed on the surface of a semiconductor wafer or liquid crystal substrate, for example, illumination light for inspection is irradiated on the surface of the wafer or substrate, while light generated from the repetitive pattern on the surface of the wafer or substrate is emitted. An apparatus for receiving light and inspecting a defect in a repeated pattern is known.

上記検査装置のうち、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かかわる成分を受光して欠陥を検査する検査装置が提案されている(特許文献1参照)。この検査装置は、照明光を短波長化せずに繰り返しパターンの微細化に対応することができるもので、光源からウェハや基板の表面を経て受光部に至る光路中に偏光素子を配置して構成されている。
WO2005/040776号公報
Among the above inspection apparatuses, an inspection apparatus that uses linearly polarized light as the illumination light for inspection and receives a component related to a change in the polarization state in the repetitive pattern among the light generated from the repetitive pattern and inspects the defect is proposed. (See Patent Document 1). This inspection device can cope with repetitive pattern miniaturization without shortening the wavelength of illumination light. A polarizing element is arranged in the optical path from the light source to the light receiving part through the surface of the wafer or substrate. It is configured.
WO2005 / 040776

上述した、光路中に偏光素子を配置する装置では、偏光素子の劣化については余り問題とされていなかった。   In the above-described apparatus in which the polarizing element is arranged in the optical path, the deterioration of the polarizing element has not been considered as a problem.

しかし、偏光素子が劣化すると消光比が低下する。すなわち、本来、透過して欲しくない振動方向の光が僅かに透過する(漏れ光が生じる)。強度の小さい検出出力しか得られない繰り返しパターンを検査する場合には、この漏れ光がノイズとして検査感度に悪影響を与え、精度の高い検査が行えない課題が生じる。   However, when the polarizing element deteriorates, the extinction ratio decreases. That is, light in the vibration direction that is not originally desired to be transmitted is slightly transmitted (leakage light is generated). In the case of inspecting a repetitive pattern in which only a detection output having a low intensity is obtained, this leakage light adversely affects the inspection sensitivity as noise, resulting in a problem that inspection with high accuracy cannot be performed.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、偏光素子の劣化を監視して検査精度の低下を把握することが出来る検査装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an inspection apparatus capable of monitoring deterioration of a polarizing element and grasping a decrease in inspection accuracy.

上記目的を達成する本発明の請求項1に記載の検査装置は、光源から照射された光によって被検査物から生じる光を検出する検出部と、前記光源から前記検出部に至る光路中に配置された偏光素子と、前記偏光素子の基準となる基準偏光素子との比較に基づいて前記偏光素子の劣化度を監視するモニター部と、を備えたことを特徴とする。   The inspection apparatus according to claim 1 of the present invention that achieves the above object is arranged in a detection unit that detects light generated from an object to be inspected by light irradiated from a light source, and an optical path from the light source to the detection unit. And a monitoring unit that monitors the degree of deterioration of the polarizing element based on a comparison between the polarizing element and a reference polarizing element that serves as a reference for the polarizing element.

本発明の請求項2に記載の検査装置は、前記偏光素子が、前記光源から前記被検査物に至る光路中に配置される第1の偏光素子と、前記被検査物から前記検出部に至る光路中に配置される第2の偏光素子を備え、前記第1偏光素子が前記光源の光から直線偏光を抽出し、前記第2偏光素子が前記被検査物から生じる光から前記直線偏光の振動面と交差する偏光成分を抽出することを特徴とする。   In the inspection apparatus according to claim 2 of the present invention, the polarizing element extends from the light source to the inspection object, the first polarizing element is disposed, and the inspection object reaches the detection unit. A second polarizing element disposed in the optical path, wherein the first polarizing element extracts linearly polarized light from the light of the light source, and the second polarizing element vibrates the linearly polarized light from light generated from the inspection object. A polarization component that intersects the surface is extracted.

本発明の請求項3に記載の検査装置は、前記モニター部でのモニター結果を表示する表示部をさらに備えてなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an inspection apparatus further comprising a display unit that displays a monitor result of the monitor unit.

本発明の請求項4に記載の検査装置は、モニター用偏光素子と、前記モニター用偏光素子を前記偏光素子の光路中に入れ替える入れ替え部とをさらに備えることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the inspection apparatus further includes a monitoring polarizing element and a replacement unit that replaces the monitoring polarizing element in an optical path of the polarizing element.

本発明の請求項5に記載の検査装置は、前記モニター部が、前記偏光素子の劣化度についての閾値を記憶し、該閾値に基づいて前記偏光素子の良否を判定することを特徴とする。   The inspection apparatus according to claim 5 of the present invention is characterized in that the monitor unit stores a threshold value regarding the degree of deterioration of the polarizing element, and determines pass / fail of the polarizing element based on the threshold value.

本発明の請求項6に記載の検査装置は、前記モニター部が、前記被検査物毎に前記閾値を記憶することを特徴とする。   The inspection apparatus according to claim 6 of the present invention is characterized in that the monitor unit stores the threshold value for each inspection object.

本発明の請求項7に記載の検査装置は、前記モニター部が、前記偏光素子の透過率を測定し、該透過率から前記偏光素子の良否を判定することを特徴とする。   The inspection apparatus according to claim 7 of the present invention is characterized in that the monitor unit measures the transmittance of the polarizing element and determines the quality of the polarizing element from the transmittance.

本発明によれば、偏光素子の劣化を監視して検査精度の低下を把握することが出来る。   According to the present invention, it is possible to monitor the deterioration of the polarizing element and grasp the decrease in inspection accuracy.

以下本発明の検査装置の一実施形態について図1乃至図6を参照して説明する。   An embodiment of an inspection apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1は本発明の検査装置の一実施形態を示す概略図である。本実施形態の検査装置は、図1に示すPER(Pattern Edge Roughness)光学系を装備し、半導体回路素子の製造工程において、半導体ウェハ10の表面の検査を自動的に行う装置である。   FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the inspection apparatus of the present invention. The inspection apparatus of this embodiment is an apparatus that is equipped with a PER (Pattern Edge Roughness) optical system shown in FIG. 1 and that automatically inspects the surface of the semiconductor wafer 10 in the manufacturing process of the semiconductor circuit element.

本実施形態の検査装置には、被検査物としての半導体ウェハ10が載置される検査ステージ11と、半導体ウェハ10に光(直線偏光)を照射する照明光学系20と、照明光学系20の検査光の照射によって半導体ウェハ10の表面で生じた構造性複屈折による偏光成分(直線偏光の振動面と交差(直交)する偏光成分)を受光する受光光学系30と、受光光学系30の出力を処理する、画像処理装置40と、モニター部50と、モニター部50でのモニター結果を表示する表示部60と、アライメント系70が装備されている。   The inspection apparatus according to the present embodiment includes an inspection stage 11 on which a semiconductor wafer 10 as an inspection object is placed, an illumination optical system 20 that irradiates light (linearly polarized light) to the semiconductor wafer 10, and an illumination optical system 20. A light receiving optical system 30 that receives a polarized light component (a polarized light component that intersects (orthogonal) linearly polarized light) caused by structural birefringence generated on the surface of the semiconductor wafer 10 by irradiation of the inspection light, and an output of the light receiving optical system 30 Are equipped with an image processing device 40, a monitor unit 50, a display unit 60 for displaying the monitoring result on the monitor unit 50, and an alignment system 70.

半導体ウェハ10は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、検査ステージ11に吸着される。   After exposure / development of the uppermost resist film, the semiconductor wafer 10 is conveyed from a wafer cassette (not shown) or a developing device by a conveyance system (not shown) and is attracted to the inspection stage 11.

照明光学系20は、光源21と、出射レンズ22と、第1の偏光素子23と、偏光補償板24と、照明側凹面鏡25とを備えている。   The illumination optical system 20 includes a light source 21, an exit lens 22, a first polarizing element 23, a polarization compensation plate 24, and an illumination-side concave mirror 25.

光源21としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、水銀ランプなどが使用される。光源21からの光は、不図示の波長選択フィルタ、光量調整用のNDフィルタ等を通り、一部の波長の光のみが照明光として抽出され、出射レンズ22に入射する。出射レンズ22から射出された照明光は球面形状の凹面反射鏡25によりほぼ平行な光に変換され、ステージ11上に載置された半導体ウェハ10を照明する。   As the light source 21, a halogen lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, or the like is used. The light from the light source 21 passes through a wavelength selection filter (not shown), an ND filter for light amount adjustment, etc., and only a part of the wavelength of light is extracted as illumination light and enters the exit lens 22. Illumination light emitted from the exit lens 22 is converted into substantially parallel light by a spherical concave reflecting mirror 25 to illuminate the semiconductor wafer 10 placed on the stage 11.

偏光素子23と偏光補償板24は、出射レンズ22と凹面反射鏡25との間の光路に配置されている。出射レンズ22から射出された照明光は、偏光素子23によって直線偏光L1になる。この直線偏光L1は、偏光補償板24を経て凹面反射鏡25によってコリメートされ、直線偏光L1のコリメート光が半導体ウェハ10を照明する。   The polarization element 23 and the polarization compensation plate 24 are disposed in the optical path between the exit lens 22 and the concave reflecting mirror 25. The illumination light emitted from the exit lens 22 is converted into linearly polarized light L1 by the polarizing element 23. The linearly polarized light L1 is collimated by the concave reflecting mirror 25 via the polarization compensator 24, and the collimated light of the linearly polarized light L1 illuminates the semiconductor wafer 10.

スループットを向上させるためには、半導体ウェハ10のウェハ面全面の画像を一括で採取することが極めて有利であるので、本実施形態では、上述のように、光源21からの光束を拡大して、凹面反射鏡25によってコリメートし、半導体ウェハ10の全面を照明できる構成となっている。   In order to improve the throughput, it is extremely advantageous to collect images of the entire wafer surface of the semiconductor wafer 10 at one time. Therefore, in this embodiment, as described above, the light flux from the light source 21 is expanded, The concave mirror 25 is collimated to illuminate the entire surface of the semiconductor wafer 10.

半導体ウェハ10に入射した直線偏光L1は半導体ウェハ10の表面で反射されて、受光光学系30に入射する。受光光学系30は、撮像側凹面鏡31と、偏光補償板32と、第2の偏光素子33と、対物レンズ34とを備えている。偏光補償板32と偏光素子33は、撮像側凹面鏡31と対物レンズ34との間の光路に配置されている。   The linearly polarized light L 1 incident on the semiconductor wafer 10 is reflected by the surface of the semiconductor wafer 10 and enters the light receiving optical system 30. The light receiving optical system 30 includes an imaging side concave mirror 31, a polarization compensation plate 32, a second polarizing element 33, and an objective lens 34. The polarization compensator 32 and the polarizing element 33 are disposed in the optical path between the imaging side concave mirror 31 and the objective lens 34.

第1の偏光素子23と第2の偏光素子33は、互いにクロスニコルの関係に配置されている。撮像側凹面鏡31で反射した集光光束は、偏光補償板24と偏光素子23とクロスニコルの関係に配置された偏光補償板32と偏光素子33とを経て、対物レンズ34と不図示の結像レンズにより半導体ウェハ10の表面と共役な位置に配置された撮像素子35の撮像面上に結像され、半導体ウェハ10表面の像を形成する。   The first polarizing element 23 and the second polarizing element 33 are arranged in a crossed Nicols relationship. The condensed light beam reflected by the imaging side concave mirror 31 passes through the polarization compensation plate 32 and the polarization element 33 arranged in a crossed Nicol relationship with the polarization compensation plate 24 and the polarization element 23, and then forms an image (not shown) with the objective lens 34. The lens forms an image on the imaging surface of the imaging element 35 disposed at a position conjugate with the surface of the semiconductor wafer 10 to form an image of the surface of the semiconductor wafer 10.

半導体ウェハ10の表面には、図2に示すように、複数のチップ領域10aがXY方向に配列され、各チップ領域10aの中に繰り返しパターン10bが形成されている。繰り返しパターン10bのライン部の配列方向(X方向)を「繰り返しパターン10bの繰り返し方向」という。   As shown in FIG. 2, a plurality of chip regions 10a are arranged in the XY direction on the surface of the semiconductor wafer 10, and a repeated pattern 10b is formed in each chip region 10a. The arrangement direction (X direction) of the line portion of the repetitive pattern 10b is referred to as “repetitive direction of the repetitive pattern 10b”.

本実施形態では、繰り返しパターン10bに対する照明光の波長と比較して繰り返しパターン10bのピッチが十分小さいとする。本実施形態における欠陥検査の原理は、本出願人がすでに出願した特願2003−366255号に記載されているので、ここではその原理に関しての説明は省略する。   In the present embodiment, it is assumed that the pitch of the repeating pattern 10b is sufficiently small compared to the wavelength of illumination light for the repeating pattern 10b. The principle of defect inspection in the present embodiment is described in Japanese Patent Application No. 2003-366255 filed by the applicant of the present application. Therefore, the description of the principle is omitted here.

検査ステージ11の表面には、上述の繰り返しパターン10bが形成された半導体ウェハ10が載置され、真空吸着等により固定保持される。検査ステージ11は不図示のステージ回転機構によってステージ面に直交する所定の回転軸周りに回転可能に構成されている。このステージ回転機構により、半導体ウェハ10を照明する光束L1の直線偏光の振動面に対する半導体ウェハ10表面の形成された繰り返しパターンの長手方向(Y方向)とのなす角度を任意の角度に設定することができる。   On the surface of the inspection stage 11, the semiconductor wafer 10 on which the above-described repetitive pattern 10b is formed is placed and fixedly held by vacuum suction or the like. The inspection stage 11 is configured to be rotatable around a predetermined rotation axis orthogonal to the stage surface by a stage rotation mechanism (not shown). By this stage rotation mechanism, the angle formed by the longitudinal direction (Y direction) of the repeated pattern formed on the surface of the semiconductor wafer 10 with respect to the linearly polarized vibrating surface of the light beam L1 that illuminates the semiconductor wafer 10 is set to an arbitrary angle. Can do.

照明側凹面鏡25と撮像側凹面鏡31との間には、検査ステージ11に載置された半導体ウェハ10の表面に形成された繰り返しパターン10bの向きを検知するためのアライメント系70が配設され、予め設定された光束L1の直線偏光の振動面と繰り返しパターン10bの長手方向Yとのなす角度を検知して、ステージ回転機構により照明光学系20及び受光光学系30に対する繰り返しパターン10bの長手方向Yの向きを調整することができる。   Between the illumination-side concave mirror 25 and the imaging-side concave mirror 31, an alignment system 70 for detecting the orientation of the repetitive pattern 10b formed on the surface of the semiconductor wafer 10 placed on the inspection stage 11 is disposed. A longitudinal angle Y of the repetitive pattern 10b with respect to the illumination optical system 20 and the light receiving optical system 30 is detected by a stage rotation mechanism by detecting a preset angle of the linearly polarized vibrating surface of the light beam L1 and the longitudinal direction Y of the repetitive pattern 10b. Can be adjusted.

アライメント系70は、検査ステージ11が回転しているときに、半導体ウェハ10の外縁部を照明し、外縁部に設けられた外形基準(例えばノッチ)の回転方向の位置を検出し、所定位置で検査ステージ11を停止させる。その結果、半導体ウェハ10の繰り返しパターン10bの繰り返し方向(図2のX方向)を、後述の照明光の入射面3A(図3参照)に対して、45度の角度に傾けて設定することができる。   The alignment system 70 illuminates the outer edge of the semiconductor wafer 10 when the inspection stage 11 is rotating, detects the position in the rotation direction of an external reference (for example, a notch) provided on the outer edge, and at a predetermined position. The inspection stage 11 is stopped. As a result, the repetitive direction (X direction in FIG. 2) of the repetitive pattern 10b of the semiconductor wafer 10 can be set to be inclined at an angle of 45 degrees with respect to an illumination light incident surface 3A (see FIG. 3) described later. it can.

本実施形態では、直線偏光の光束L1がP偏光である。図4(a)に示すように、直線偏光L1の進行方向とベクトルの振動方向とを含む平面(直線偏光L1の振動面)が、直線偏光L1の入射面(3A)内に含まれる。直線偏光L1の振動面は、照明側凹面鏡25の前段に配置された偏光素子23の透過軸により規定される。   In the present embodiment, the linearly polarized light beam L1 is P-polarized light. As shown in FIG. 4A, a plane including the traveling direction of the linearly polarized light L1 and the vibration direction of the vector (vibrating surface of the linearly polarized light L1) is included in the incident surface (3A) of the linearly polarized light L1. The vibration plane of the linearly polarized light L <b> 1 is defined by the transmission axis of the polarizing element 23 disposed in front of the illumination side concave mirror 25.

半導体ウェハ10に入射する直線偏光L1がP偏光(図4(a))であるため、図5に示すように、半導体ウェハ10の繰り返しパターン10bの繰り返し方向(X方向)が直線偏光L1の入射面(3A)に対して45度の角度に設定された場合、半導体ウェハ10の表面における直線偏光L1の振動面の方向(図5のV方向)と、繰り返しパターン10bの繰り返し方向(X方向)との成す角度も45度に設定される。   Since the linearly polarized light L1 incident on the semiconductor wafer 10 is P-polarized light (FIG. 4A), the repetitive direction (X direction) of the repetitive pattern 10b of the semiconductor wafer 10 is incident on the linearly polarized light L1 as shown in FIG. When the angle is set to 45 degrees with respect to the surface (3A), the direction of the vibrating surface of the linearly polarized light L1 on the surface of the semiconductor wafer 10 (the V direction in FIG. 5) and the repeating direction of the repeating pattern 10b (the X direction) Is also set to 45 degrees.

換言すると、直線偏光L1は、半導体ウェハ10の表面における振動面の方向(図5のV方向)が繰り返しパターン10bの繰り返し方向(X方向)に対して45度に傾いた状態で、繰り返しパターン10bを斜めに横切るような状態で、繰り返しパターン10bに入射する。   In other words, the linearly polarized light L1 has a repeating pattern 10b in a state where the direction of the vibration surface (V direction in FIG. 5) on the surface of the semiconductor wafer 10 is inclined by 45 degrees with respect to the repeating direction (X direction) of the repeating pattern 10b. Is repeatedly incident on the pattern 10b.

このような直線偏光L1と繰り返しパターン10bとの角度状態は、半導体ウェハ10 の表面全体において均一である。なお、45度を135度,225度,315度の何れかに入れ替えても、直線偏光L1と繰り返しパターン10bとの角度状態は同じである。図5の振動面の方向(V方向)と繰り返し方向(X方向)との成す角度を45度に設定するのは、繰り返しパターン10bの欠陥検査の感度を最も高くするためである。   Such an angle state between the linearly polarized light L1 and the repeated pattern 10b is uniform over the entire surface of the semiconductor wafer 10 1. Even if 45 degrees is replaced with any one of 135 degrees, 225 degrees, and 315 degrees, the angle state between the linearly polarized light L1 and the repeated pattern 10b is the same. The reason why the angle formed by the direction of the vibration surface (V direction) and the repeat direction (X direction) in FIG. 5 is set to 45 degrees is to maximize the sensitivity of the defect inspection of the repeat pattern 10b.

上記の直線偏光L1を用いて繰り返しパターン10bを照明すると、繰り返しパターン10bから正反射方向に楕円偏光L2が発生する(図1,図4(b))。この場合、楕円偏光L2の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、検査ステージ11の法線1A(図3)に対して直線偏光L1の入射角度等しい角度だけ傾いた方向である。なお、上記の通り、繰り返しパターン10bのピッチが照明波長と比較して十分小さいため、繰り返しパターン10bから回折光が発生することはない。   When the repeating pattern 10b is illuminated using the linearly polarized light L1, the elliptically polarized light L2 is generated in the regular reflection direction from the repeating pattern 10b (FIGS. 1 and 4B). In this case, the traveling direction of the elliptically polarized light L2 coincides with the regular reflection direction. The regular reflection direction is a direction inclined by an angle equal to the incident angle of the linearly polarized light L1 with respect to the normal line 1A (FIG. 3) of the inspection stage 11. As described above, since the pitch of the repeated pattern 10b is sufficiently smaller than the illumination wavelength, no diffracted light is generated from the repeated pattern 10b.

撮像側凹面鏡31は、上述した照明光学系20の照明側凹面鏡25と同様の反射鏡であり、楕円偏光L2を反射して対物レンズ34の方に導き、対物レンズ34、結像レンズと協働して撮像素子35の撮像面に集光する。   The imaging-side concave mirror 31 is a reflecting mirror similar to the illumination-side concave mirror 25 of the illumination optical system 20 described above, reflects the elliptically polarized light L2 and guides it toward the objective lens 34, and cooperates with the objective lens 34 and the imaging lens. Then, the light is condensed on the image pickup surface of the image pickup device 35.

対物レンズ34と撮像側凹面鏡31との間には、偏光素子33が配置されている。偏光素子33の透過軸の方位は、上述した照明光学系20の偏光素子23の透過軸に対して直交するように設定されている(クロスニコル(直交ニコル)の状態)。したがって、偏光素子33により、楕円偏光L2の図4(c)の偏光成分L3に相当する偏光成分のみを抽出して撮像素子35に導くことができる。その結果、撮像素子35の撮像面には、図4(c)の偏光成分L3に相当する偏光成分による半導体ウェハ10の反射像が形成される。   A polarizing element 33 is disposed between the objective lens 34 and the imaging side concave mirror 31. The direction of the transmission axis of the polarizing element 33 is set so as to be orthogonal to the transmission axis of the polarizing element 23 of the illumination optical system 20 described above (in a crossed Nicols state). Therefore, only the polarization component corresponding to the polarization component L3 in FIG. 4C of the elliptically polarized light L2 can be extracted and guided to the imaging device 35 by the polarization element 33. As a result, a reflection image of the semiconductor wafer 10 is formed on the imaging surface of the imaging element 35 with a polarization component corresponding to the polarization component L3 in FIG.

撮像素子35は、例えばCCD撮像素子などであり、撮像面に形成された半導体ウェハ10の反射像を光電変換して画像信号を画像処理装置40に出力する。半導体ウェハ10の反射像の明暗は、偏光成分の光強度(図4(c)の偏光成分L3の大きさ)に略比例し、半導体ウェハ10の反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン10bが理想的な形状の場合である。なお、半導体ウェハ10の反射像の明暗はショット領域10aごとに現れる。   The image pickup device 35 is, for example, a CCD image pickup device or the like, and photoelectrically converts a reflected image of the semiconductor wafer 10 formed on the image pickup surface and outputs an image signal to the image processing device 40. The brightness of the reflected image of the semiconductor wafer 10 is substantially proportional to the light intensity of the polarized component (the magnitude of the polarized component L3 in FIG. 4C), and the reflected image of the semiconductor wafer 10 is brightest because of the repeated pattern 10b. Is the ideal shape. Note that the brightness and darkness of the reflected image of the semiconductor wafer 10 appears for each shot region 10a.

画像処理装置40は、撮像素子35から出力される画像信号に基づいて、半導体ウェハ10の反射画像を取り込む。画像処理装置40には、比較のため、良品ウェハの反射画像が予めストアされている。良品ウェハとは、繰り返しパターン10bが理想的な形状で表面全体に形成されたものである。良品ウェハの反射画像の輝度情報は、最も高い輝度値を示すと考えられる。   The image processing device 40 captures a reflected image of the semiconductor wafer 10 based on the image signal output from the image sensor 35. In the image processing apparatus 40, a reflected image of a non-defective wafer is stored in advance for comparison. A non-defective wafer is one in which the repetitive pattern 10b is formed on the entire surface in an ideal shape. It is considered that the luminance information of the reflected image of the non-defective wafer shows the highest luminance value.

したがって、画像処理装置40は、被検査物である半導体ウェハ10の反射画像を取り込むと、その輝度情報を良品ウェハの反射画像の輝度情報と比較する。そして、半導体ウェハ10の反射画像の暗い箇所の輝度値の低下量に基づいて、繰り返しパターン10bの欠陥を検出する。例えば、輝度値の低下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」と判断すればよい。   Therefore, when the image processing apparatus 40 captures the reflection image of the semiconductor wafer 10 that is the inspection object, the image processing apparatus 40 compares the luminance information with the luminance information of the reflection image of the non-defective wafer. Then, the defect of the repeated pattern 10b is detected based on the amount of decrease in the luminance value in the dark part of the reflected image of the semiconductor wafer 10. For example, if the amount of decrease in luminance value is larger than a predetermined threshold (allowable value), it is determined as “defect”, and if it is smaller than the threshold, it is determined as “normal”.

なお、照明光学系20の光路中に配置された偏光補償板24と受光光学系30に配置された偏光補償板32は、出射レンズ22、照明側凹面鏡25、撮像側凹面鏡31に起因して発生する偏光面の乱れを解消するものである。   The polarization compensation plate 24 disposed in the optical path of the illumination optical system 20 and the polarization compensation plate 32 disposed in the light receiving optical system 30 are generated due to the exit lens 22, the illumination-side concave mirror 25, and the imaging-side concave mirror 31. This eliminates disturbance of the polarization plane.

上記したように、本実施形態の検査装置では、直線偏光L1を用い、図5の振動面の方向(V方向)が繰り返しパターン10bの繰り返し方向(X方向)に対して傾いた状態で、繰り返しパターン10bを照明すると共に、正反射方向に発生した楕円偏光L2のうち、図4(c)の偏光成分L3の大きさに基づいて、繰り返しパターン10bの欠陥を検出するため、照明波長と比較して繰り返しパターン10bのピッチが十分小さくても、確実に欠陥検査を行うことができる。換言すると、照明光である直線偏光L1を短波長化しなくても確実に繰り返しピッチの微細化に対応できる。   As described above, in the inspection apparatus of the present embodiment, the linearly polarized light L1 is used, and the vibration surface direction (V direction) in FIG. 5 is repeatedly inclined with respect to the repetition direction (X direction) of the repeated pattern 10b. In order to illuminate the pattern 10b and to detect defects in the repeated pattern 10b based on the magnitude of the polarization component L3 in FIG. 4C among the elliptically polarized light L2 generated in the regular reflection direction, it is compared with the illumination wavelength. Even if the pitch of the repeated pattern 10b is sufficiently small, the defect inspection can be surely performed. In other words, the linearly polarized light L1, which is the illumination light, can be reliably repetitively miniaturized without shortening the wavelength.

照明光学系20の光路中に配置された偏光素子23と受光光学系30の光路中に配置された偏光素子33は、長期間の使用などによってこれら光路中を通る光で劣化することがある。偏光素子23,33が劣化すると、消光比が低下する。すなわち、本来、透過して欲しくない振動方向の光が透過してしまう(漏れ光が生じる)。この漏れ光はノイズとして検査感度に悪影響を与えるおそれがある。   The polarizing element 23 disposed in the optical path of the illumination optical system 20 and the polarizing element 33 disposed in the optical path of the light receiving optical system 30 may be deteriorated by light passing through these optical paths due to long-term use or the like. When the polarizing elements 23 and 33 deteriorate, the extinction ratio decreases. That is, light in a vibration direction that is not originally desired to be transmitted is transmitted (leakage light is generated). This leaked light may adversely affect the inspection sensitivity as noise.

そこで、本実施形態の検査装置では、モニター部50によって偏光素子23,33の劣化度を監視している。例えば偏光素子23が劣化すると、クロスニコル状態に配置された偏光素子33を通過した光が漏れ光として撮像素子35によって受光される。受光された漏れ光を含む光は、光電変換されて画像信号として画像処理装置40に入力する。画像処理装置40では、この入力した画像信号から半導体ウェハ10の反射画像を取得するが、この反射画像の画像輝度は漏れ光が多いと大きくなる。   Therefore, in the inspection apparatus of this embodiment, the monitor unit 50 monitors the degree of deterioration of the polarizing elements 23 and 33. For example, when the polarizing element 23 deteriorates, the light that has passed through the polarizing element 33 arranged in the crossed Nicol state is received by the imaging element 35 as leakage light. The received light including leakage light is photoelectrically converted and input to the image processing apparatus 40 as an image signal. The image processing apparatus 40 acquires a reflected image of the semiconductor wafer 10 from the input image signal. The image brightness of the reflected image increases when there is a large amount of leakage light.

モニター部50は、画像処理装置40から反射画像中の輝度情報を取得し、この輝度情報を監視することによって偏光素子23,33の劣化度を監視する。撮像素子35で受光した半導体ウェハ10の反射像の明暗(図4(c)の偏光成分L3の大きさ)は上述したように繰り返しパターン10bによって異なる。図4(c)の偏光成分L3の大きな光を発生させる繰り返しパターン10bを有する半導体ウェハ10を検査する場合、漏れ光によるノイズ成分は無視しても検査可能である。この場合、モニター部50は、検査可能の監視結果を表示部60に送り、表示部60はこれを表示する。しかし、偏光成分L3の小さな光を発生させる繰り返しパターン10bを有する半導体ウェハ10を検査する場合、漏れ光によるノイズ成分を無視することが出来ない。この場合、モニター部50は、検査不能の監視結果を表示部60に送り、表示部60はこれを表示する。   The monitor unit 50 acquires luminance information in the reflected image from the image processing device 40, and monitors the luminance information to monitor the degree of deterioration of the polarizing elements 23 and 33. As described above, the brightness of the reflected image of the semiconductor wafer 10 received by the image sensor 35 (the magnitude of the polarization component L3 in FIG. 4C) differs depending on the repetitive pattern 10b. When inspecting the semiconductor wafer 10 having the repetitive pattern 10b that generates light having a large polarization component L3 in FIG. 4C, the noise component due to leakage light can be inspected even if ignored. In this case, the monitor unit 50 sends a monitoring result that can be inspected to the display unit 60, and the display unit 60 displays this. However, when inspecting the semiconductor wafer 10 having the repeated pattern 10b that generates light with a small polarization component L3, a noise component due to leakage light cannot be ignored. In this case, the monitor unit 50 sends an uninspectable monitoring result to the display unit 60, and the display unit 60 displays the result.

図6はモニター部50での検査可能、検査不可能の判断手順を示すフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for determining whether or not inspection is possible on the monitor unit 50.

ステップS1で照明光学系20中の偏光素子23をモニター用偏光素子である劣化のない基準偏光板80に入れ替えて被検査物である半導体ウェハ10の反射画像を取得し、モニター部50で画像輝度を計測する。基準偏光板80は、偏光素子23の劣化度を判定するときにのみ使用するものであって検査時には通常使用しないが、偏光素子23の代わりに使用することが出来る。偏光素子23と基準偏光板80は入れ替え部81によって照明光学系20の光路中に進入し、また光路から退出する。   In step S 1, the polarizing element 23 in the illumination optical system 20 is replaced with a non-degraded reference polarizing plate 80 that is a monitoring polarizing element, and a reflected image of the semiconductor wafer 10 that is the object to be inspected is acquired. Measure. The reference polarizing plate 80 is used only when determining the degree of deterioration of the polarizing element 23 and is not normally used at the time of inspection, but can be used instead of the polarizing element 23. The polarizing element 23 and the reference polarizing plate 80 enter the optical path of the illumination optical system 20 by the switching unit 81 and exit from the optical path.

ステップS2では画像輝度の計測データを取得して、この計測データから輝度値Aを求める。   In step S2, image luminance measurement data is acquired, and a luminance value A is obtained from the measurement data.

ステップS3では許容S/N比から半導体ウェハ10の許容ノイズ値Bを算出する。この許容ノイズ値Bの大きさは、半導体ウェハ10の繰り返しパターン10bの種類によって異なる。図4(c)の偏光成分L3の大きな光を発生させる繰り返しパターン10bの場合では、許容ノイズ値Bは大きく、また図4(c)の偏光成分L3の小さな光しか発生させない繰り返しパターン10bの場合では許容ノイズ値Bは小さい。   In step S3, the allowable noise value B of the semiconductor wafer 10 is calculated from the allowable S / N ratio. The magnitude of the allowable noise value B varies depending on the type of the repeated pattern 10b of the semiconductor wafer 10. In the case of the repetitive pattern 10b that generates light having a large polarization component L3 in FIG. 4C, the allowable noise value B is large, and in the case of the repetitive pattern 10b that generates only light having a small polarization component L3 in FIG. Then, the allowable noise value B is small.

ステップS4では、偏光素子23を照明光学系20の光路中に戻し、また半導体ウェハ10を基準基板と入れ替え、偏光素子23によって生成された直線偏光L1で基準基板を照明し、その反射画像を取得する。この基準基板は例えば回路が焼き付けられていない(繰り返しパターンを有さない)半導体ウェハや液晶ガラス基板である。取得した反射画像はクロスニコス画像であり、本来画像は暗いものである。しかし、漏れ光があるとこの画像は明るく変化する。   In step S4, the polarizing element 23 is returned into the optical path of the illumination optical system 20, the semiconductor wafer 10 is replaced with the reference substrate, the reference substrate is illuminated with the linearly polarized light L1 generated by the polarizing element 23, and the reflected image is acquired. To do. The reference substrate is, for example, a semiconductor wafer or a liquid crystal glass substrate on which a circuit is not baked (without a repeated pattern). The acquired reflected image is a crossed Nicos image, and the image is originally dark. However, this image changes brightly when there is light leakage.

ステップS5では、基準基板の反射画像から面内平均輝度値を取得する。この面内平均輝度値は検査装置固有のノイズ輝度値Cを示すものである。   In step S5, the in-plane average luminance value is acquired from the reflection image of the reference substrate. This in-plane average luminance value indicates a noise luminance value C unique to the inspection apparatus.

ステップS6では、ノイズ輝度値Cと許容ノイズ値Bを比較する。検査装置固有のノイズ輝度値Cが許容ノイズ値Bよりも大きい場合、偏光素子23の劣化が進行し、漏れ光が発生していると判断してステップS7に移行し、表示部60は検査不能であること(偏光板交換の判断を促すこと)を表示する。検査装置固有のノイズ輝度値Cが許容ノイズ値Bよりも小さい場合、偏光素子23の劣化が進行しておらず、漏れ光も殆どないと判断してステップS8に移行し、表示部60は検査可能であることを表示する。   In step S6, the noise luminance value C and the allowable noise value B are compared. When the noise luminance value C unique to the inspection apparatus is larger than the allowable noise value B, it is determined that the polarization element 23 has deteriorated and leakage light has occurred, and the process proceeds to step S7. Is displayed (prompt judgment of replacement of polarizing plate). If the noise luminance value C unique to the inspection apparatus is smaller than the allowable noise value B, it is determined that the polarization element 23 has not deteriorated and there is little leakage light, and the process proceeds to step S8. Show that it is possible.

表示部60で検査可能の表示があったとき、検査装置は半導体ウェハ10の表面検査を開始し、上述のように、被検査物である半導体ウェハ10の反射画像を取り込み、その輝度情報を良品ウェハの反射画像の輝度情報と比較し、半導体ウェハ10の反射画像の暗い箇所の輝度値の低下量に基づいて、繰り返しパターン10bの欠陥を検出する。   When there is a display indicating that inspection is possible on the display unit 60, the inspection apparatus starts the surface inspection of the semiconductor wafer 10, captures the reflected image of the semiconductor wafer 10 that is the object to be inspected, and obtains the luminance information as a non-defective product. Compared with the luminance information of the reflected image of the wafer, the defect of the repeated pattern 10b is detected based on the amount of decrease in the luminance value of the dark portion of the reflected image of the semiconductor wafer 10.

本発明の検査装置は上記実施形態に示したものに限定されるものではない。例えば、モニター部50に、予め偏光素子23,33の劣化度についての閾値をストアしておいてもよい。この閾値は半導体ウェハ10に形成される繰り返しパターン10bごとに設定される。繰り返しパターン10bによって発生する図4(c)の偏光成分L3の大きさが異なるからである。このようにしておけば検査の効率化を図ることができる。   The inspection apparatus of the present invention is not limited to the one shown in the above embodiment. For example, a threshold value for the degree of deterioration of the polarizing elements 23 and 33 may be stored in the monitor unit 50 in advance. This threshold value is set for each repeated pattern 10b formed on the semiconductor wafer 10. This is because the magnitude of the polarization component L3 in FIG. 4C generated by the repeated pattern 10b is different. In this way, inspection efficiency can be improved.

また、本実施形態では基準基板の反射像から得たノイズ輝度Cと許容ノイズ輝度Bとの比較により偏光素子23の劣化を判定したが、基準基板に対して基準偏光板80を用いて受光した平均輝度と偏光素子23を用いて受光した平均輝度とを比較して劣化判断してもよい。   Further, in this embodiment, the deterioration of the polarizing element 23 is determined by comparing the noise luminance C obtained from the reflected image of the reference substrate and the allowable noise luminance B, but the reference substrate is received by using the reference polarizing plate 80. The deterioration may be determined by comparing the average luminance with the average luminance received using the polarizing element 23.

また、偏光素子23,33の劣化度を画像輝度の測定ではなく、偏光の透過率を測定することによって求めてもよい。本来ならば透過しない偏光が偏光素子23,33を透過するとき、この透過する光は偏光素子23,33の漏れ光としてとらえることが出来るからである。   Further, the degree of deterioration of the polarizing elements 23 and 33 may be obtained by measuring the transmittance of polarized light instead of measuring the image luminance. This is because, when polarized light that is not transmitted through the polarizing elements 23 and 33 is transmitted through the polarizing elements 23 and 33, the transmitted light can be regarded as leakage light of the polarizing elements 23 and 33.

また、上記実施形態では偏光素子23の劣化度を監視する場合を示しているが、これは偏光素子23が偏光素子33に比して光の照射量が多く、劣化し易いく、偏光素子23の劣化度を監視することによって偏光素子33の劣化度を推測することが可能となるから等の理由による。ただ、偏光素子33を偏光素子23とは別個に監視するようにしてもよいことは勿論である。   Moreover, although the case where the deterioration degree of the polarizing element 23 is monitored is shown in the above embodiment, this is because the polarizing element 23 has a larger amount of light irradiation than the polarizing element 33 and is not easily deteriorated. This is because, for example, the degree of deterioration of the polarizing element 33 can be estimated by monitoring the degree of deterioration. However, it goes without saying that the polarizing element 33 may be monitored separately from the polarizing element 23.

本発明の検査装置の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the test | inspection apparatus of this invention. 図1の検査装置で検査される半導体ウェハの表面の外観図である。It is an external view of the surface of the semiconductor wafer inspected with the inspection apparatus of FIG. 直線偏光L1の入射面(3A)と繰り返しパターンの繰り返し方向(X方向)との傾き状態を説明する図である。It is a figure explaining the inclination state of the entrance plane (3A) of linearly polarized light L1, and the repeating direction (X direction) of a repeating pattern. 直線偏光L1と楕円偏光L2の振動方向を説明する図である。It is a figure explaining the vibration direction of linearly polarized light L1 and elliptically polarized light L2. 直線偏光L1の振動面の方向(V方向)と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。It is a figure explaining the inclination state of the direction (V direction) of the vibration surface of the linearly polarized light L1, and the repeating direction of a repeating pattern. モニター部での判断手順のフローチャートである。It is a flowchart of the judgment procedure in a monitor part.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体ウェハ
11 検査ステージ
20 照明光学系
21 光源
22 出射レンズ
23 偏光素子
25 照明側凹面鏡
30 受光光学系
31 撮像側凹面鏡
33 偏光素子
34 対物レンズ
35 撮像素子
40 画像処理装置
50 モニター部
60 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor wafer 11 Inspection stage 20 Illumination optical system 21 Light source 22 Output lens 23 Polarization element 25 Illumination side concave mirror 30 Light reception optical system 31 Imaging side concave mirror 33 Polarization element 34 Objective lens 35 Imaging element 40 Image processing apparatus 50 Monitor part 60 Display part

Claims (7)

光源から照射された光によって被検査物から生じる光を検出する検出部と、
前記光源から前記検出部に至る光路中に配置された偏光素子と、
前記偏光素子の基準となる基準偏光素子との比較に基づいて前記偏光素子の劣化度を監視するモニター部と、
を備えたことを特徴とする検査装置。
A detection unit for detecting light generated from the object to be inspected by light emitted from the light source;
A polarizing element disposed in an optical path from the light source to the detection unit;
A monitor unit that monitors the degree of deterioration of the polarizing element based on a comparison with a reference polarizing element that serves as a reference for the polarizing element;
An inspection apparatus comprising:
請求項1に記載の検査装置において、
前記偏光素子は、前記光源から前記被検査物に至る光路中に配置される第1の偏光素子と、前記被検査物から前記検出部に至る光路中に配置される第2の偏光素子を備え、
前記第1偏光素子は前記光源の光から直線偏光を抽出し、
前記第2偏光素子は前記被検査物から生じる光から前記直線偏光の振動面と交差する偏光成分を抽出することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 1,
The polarizing element includes a first polarizing element disposed in an optical path from the light source to the inspection object, and a second polarizing element disposed in an optical path from the inspection object to the detection unit. ,
The first polarizing element extracts linearly polarized light from the light of the light source;
2. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the second polarizing element extracts a polarization component intersecting with the vibration plane of the linearly polarized light from light generated from the inspection object.
請求項1又は2に記載の検査装置において、
前記モニター部でのモニター結果を表示する表示部をさらに備えてなることを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 1 or 2,
An inspection apparatus further comprising a display unit for displaying a monitoring result in the monitor unit.
請求項1乃至3の何れか一項に記載の検査装置において、
モニター用偏光素子と、
前記モニター用偏光素子を前記偏光素子の光路中に入れ替える入れ替え部と、
をさらに備えることを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A polarizing element for monitoring;
A replacement unit for replacing the polarizing element for monitoring in the optical path of the polarizing element;
An inspection apparatus further comprising:
請求項1乃至4の何れか一項に記載の検査装置において、
前記モニター部は、前記偏光素子の劣化度についての閾値を記憶し、該閾値に基づいて前記偏光素子の良否を判定することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The said monitoring part memorize | stores the threshold value about the deterioration degree of the said polarizing element, and determines the quality of the said polarizing element based on this threshold value.
請求項5に記載の検査装置において、
前記モニター部は、前記被検査物毎に前記閾値を記憶することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 5, wherein
The said monitoring part memorize | stores the said threshold value for every said to-be-inspected object, The inspection apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1乃至6の何れか一項に記載の検査装置において、
前記モニター部は、前記偏光素子の透過率を測定し、該透過率から前記偏光素子の良否を判定することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The monitor unit measures the transmittance of the polarizing element, and determines the quality of the polarizing element from the transmittance.
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