JP2010107465A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のパターン形成面の下地層の影響を低減した回路パターン形状の良否を判別することができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】繰り返しパターンが形成された基板１０の欠陥を検査する欠陥検査装置２０は、対物レンズ９を含み、対物レンズ９を介して基板１０に形成された繰り返しパターンに光源１からの光を照射する照明光学系２１と、繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、対物レンズ９の瞳面の像を検出する検出光学系２２と、得られた瞳像から基板１０の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出部２３と、を有し、検出部２３は、第１の波長の光による瞳像を第１の波長とは異なる第２の波長の光による瞳像の輝度値を用いて補正し、補正された輝度値から基板１０の繰り返しパターンの欠陥を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

従来から、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程では、半導体ウェハや液晶基板（以下「試料」という）の表面のレジスト層に形成された回路パターンの欠陥の検査が行われている。例えば、試料の表面に光を照射して得られる回折光の反射強度を利用する欠陥検査方法が知られている。この方法は、試料表面の回路パターンの形状変化により得られる回折光の反射強度が異なるため、その反射強度の変化を読み取り欠陥検査を行う方法である（例えば、特許文献１参照）。
ＷＯ ２００５／０６４３２２

しかしながら、このような試料は、回路パターンの形成されたレジスト層である表面層と、下地層から構成されているため、試料表面に照射された光が、下地層を透過し、その透過した光が反射して、試料の表面層に到達し、表面層からの反射光若しくは回折光と下地層からの反射光若しくは回折光とが干渉を起し、表面層からの光の強度が変化してしまい、欠陥の有無を正確に判定することができないという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、試料の下地層の影響を排除して容易に欠陥検査を行うことができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、対物レンズを含み、対物レンズを介して基板に形成された繰り返しパターンに光源からの光を照射する照明光学系と、繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、得られた瞳像から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出部と、を有し、検出部は、第１の波長の光を含む照明光による瞳像の輝度値を、第１の波長とは異なる第２の波長の光を含む照明光による瞳像の輝度値を用いて補正して、補正された輝度値から基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成されてなることを特徴とする。

このような欠陥検査装置において、検出部は、第１の波長の光を含む照明光による瞳像のうち、第１の回折次数の像の輝度値を、第２の波長の光を含む照明光による、第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の像の輝度値を用いて補正して、補正された輝度値から基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成されることが好ましい。

このとき、第１の回折次数をｍ１とし、第１の波長における第１の回折次数の像の輝度値をＥ１（ｍ１）とし、第２の波長における第２の回折次数をｍ２とし、第２の波長における第２の回折次数の像の輝度値をＥ２（ｍ２）とし、比例係数をαとし、定数をＮとし、開口部の第１の回折次数の像の補正後の輝度値をＥ１′（ｍ１）としたとき、次式
Ｅ１′（ｍ１）＝α×Ｅ１（ｍ１）×［Ｅ１（ｍ１）／Ｅ２（ｍ２）］^N
により補正後の輝度値を決定するように構成されることが好ましい。

さらに、補正後の輝度値は、次式
Ｅ１′（１２）＝α×Ｅ１（１２）×［Ｅ１（１２）／Ｅ２（６）］^1/3
により決定されることが好ましい。

また、本発明に係る欠陥検査方法は、繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、対物レンズを含む照明光学系を介して基板に形成された繰り返しパターンに、第１の波長の光を含む照明光と第２の波長の光を含む照明光を順次照射する照明工程と、検出光学系を介して照明光ごとに、繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、対物レンズの瞳面の像を順次検出する検出工程と、得られた第１の波長の光を含む照明光による瞳像の輝度値を、第１の波長とは異なる第２の波長の光を含む照明光による瞳像の輝度値を用いて補正して、補正された輝度値から基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する判定工程と、を有する。

また、この欠陥検査方法において、判定工程は、第１の波長の光を含む照明光による瞳像のうち、第１の回折次数の像の輝度値を、第２の波長の光を含む照明光による、第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の像の輝度値を用いて補正して、補正された輝度値から基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成されることが好ましい。

このとき、第１の回折次数をｍ１とし、第１の波長における第１の回折次数の像の輝度値をＥ１（ｍ１）とし、第２の波長における第２の回折次数をｍ２とし、第２の波長における第２の回折次数の像の輝度値をＥ２（ｍ２）とし、比例係数をαとし、定数をＮとし、第１の回折次数の像の補正後の輝度値をＥ１′（ｍ１）としたとき、次式
Ｅ１′（ｍ１）＝α×Ｅ１（ｍ１）×［Ｅ１（ｍ１）／Ｅ２（ｍ２）］^N
により補正後の輝度値を決定することが好ましい。

さらに、補正後の輝度値は、次式
Ｅ１′（１２）＝α×Ｅ１（１２）×［Ｅ１（１２）／Ｅ２（６）］^1/3
により決定される事が好ましい。

本発明に係る欠陥検査装置及び欠陥検査方法によれば、被検査基板（試料）の下地層による影響を排除して、この被検査基板上に形成された回路パターン形状の良否判定を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の一例である欠陥検査装置２０の概要を示す図であり、光軸を通る面内での断面模式図として表している。

欠陥検査装置２０は、光源１と、ステージ１１上に載置された基板であるウェハ１０に光源１から放射された照明光を、対物レンズ９を介して照射する照明光学系２１と、ウェハ１０で反射された光を集光する検出光学系２２と、この検出光学系２２で集光された像のうち、対物レンズ９の瞳像を検出する第１撮像素子１７と、ウェハ１０の像を検出する第２撮像素子１８と、第１撮像素子１７で撮像された瞳像からウェハ１０の欠陥を検出する検出部２３と、を有して構成される。この欠陥検査装置２０は、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ１０の表面に形成された検査パターンの検査を自動で行う装置である。ウェハ１０は、最上層のレジスト膜への露光、現像後、図示しない搬送系により、図示しないウェハ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。

照明光学系２１は、光源１側から順に、コンデンサーレンズ２、干渉フィルタを含む照度均一化ユニット３、開口絞り４、第１視野絞り５、リレーレンズ６、偏光子７、ハーフミラー８、及び、対物レンズ９を有し、光軸上にこの順で並んで配置されている。ここで、この照明光学系２１において、光源１から放射された照明光は、ハーフミラー８で反射された後、対物レンズ９を介してウェハ１０に導かれるように構成されている。また、この照明光学系２１の光軸は、検出光学系２２の光軸と略一致するように配置され、ウェハ１０を同軸落射照明するように構成されている。ここで、ステージ１１は、この同軸落射照明の光軸をｚ軸として、ｚ軸に垂直な面内においてこのｚ軸を通りそれぞれ直交する軸をｘ軸，ｙ軸とすると、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動可能で、かつ、ｚ軸の回りに回転可能に構成されている。また、光源１は、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）などであり、特に、白色ＬＥＤは、水銀ランプ、メタルハライドランプと比較して、安価であり、発熱も少なく、長寿命であるため、扱いやすい光源あり、好ましい。

一方、検出光学系２２は、ハーフミラー８及び対物レンズ９を照明光学系２１と共用し、ウェハ１０側から順に、対物レンズ９、ハーフミラー８、検光子１２、第１結像レンズ１３、ハーフプリズム１４、第２結像レンズ１５、及び、第２視野絞り１６を有し、光軸上にこの順で並んで配置されている。ここで、ウェハ１０で反射された光は、ハーフミラー８を透過し、さらに検光子１２を透過して第１及び第２撮像素子１７，１８に導かれるように構成されている。また、第１撮像素子１７は第１結像レンズ１３で集光され、ハーフプリズム１４を透過した光をさらに第２結像レンズ１５で集光して検出する位置に配置されており、第２撮像素子１８は第１結像レンズ１３で集光され、ハーフプリズム１４で反射された光を検出する位置に配置されている。この検出光学系２２において、第１撮像素子１７は、対物レンズ９の瞳面の像を検出する位置、すなわち、対物レンズ９の瞳面と共役な位置に配置されており、また、第２撮像素子１８は、ウェハ１０の像を検出する位置、すなわち、ウェハ１０の表面と共役な位置に配置されている。また、第２視野絞り１６は、ウェハ１０の表面と共役な位置に配置されている。そして、第１撮像素子１７側に配置された着脱可能な照明部（不図示）によって、第２視野絞り１６を照明することで、ウェハ１０から反射してくる第２視野絞り１６の像を、第２撮像素子１８で撮像することで、第１撮像素子１７で検出するウェハ１０上の領域を、第２撮像素子１８の撮像位置に換算する。この第１及び第２撮像素子１７，１８で検出された対物レンズ９の瞳面の像およびウェハ１０の像は、それぞれ検出部２３を介して、モニター１９で観察できる。従って、第２撮像素子１８により検出した像をモニター１９を介して観察すると、ウェハ１０上のどの位置に照明光が照射されているかを確認することができる。

なお、照明光学系２１に配置された偏光子７及び検出光学系２２に配置された検光子１２はそれぞれ、この欠陥検査装置２０に着脱可能に構成されており、観察対象（ウェハ１０）の状態に応じて光軸上に挿抜することができる。

また、開口絞り４、及び第１視野絞り５の開口部については、それぞれ、その大きさ（特に、光軸とこの開口部とを結ぶ直線方向の径の大きさ）及び光軸に直交する面内での位置を変化させることができる構造となっている。そのため、開口絞り４の開口部の位置を変化させると、ウェハ１０に照射される照明光の入射角が変化し、また、第１視野絞り５の開口部の大きさ及び位置を変化させると、ウェハ１０の表面に照射される照明領域の大きさ（照明の範囲）と位置を変化させることができる。また、開口絞り４の開口部の大きさを変化させると、瞳面における回折像の大きさを変化させることができる。

このような構成の欠陥検査装置２０において、光源１から放射された照明光は、コンデンサーレンズ２で集光され、照度均一化ユニット３で照度が均一化された後、開口絞り４に照射される。そして、開口絞り４の開口部を通過した照明光は、第１視野絞り５を通過してリレーレンズ６でコリメートされ、偏光子７で直線偏光状態の光に変換された後、ハーフミラー８で反射されて対物レンズ９に導かれる。ここで、開口絞り４及び対物レンズ９の瞳面は、第１リレーレンズ６を挟んで、それぞれこの第１リレーレンズ６の焦点距離の略２倍の位置に配置されている。そのため、開口絞り４の開口部の像が対物レンズ９の瞳面上若しくはその近傍に結像され、さらに、対物レンズ９で集光されてウェハ１０に照射される。すなわち、開口絞り４と対物レンズ９の瞳面とは共役関係となっている。

そして、対物レンズ９によりウェハ１０に照射された照明光は、このウェハ１０の表面で反射して再度対物レンズ９で集光される。このとき、ウェハ１０で反射された開口絞り４の開口部の像は、対物レンズ９の瞳面（若しくはその近傍）に結像するが、ウェハ１０に形成された繰り返しパターン（以降の方法により検査される検査パターン）による回折光も発生して同様に瞳面に結像する。そのため、例えば、開口絞り４に、図２（ａ）に示すような円形形状の開口部４ａが、この開口絞り４の外周部近傍に形成されている場合、図３（ａ）に示すように、対物レンズ９の瞳面（図３（ａ）はこの瞳面の像ＰＩを示す）において、開口部４ａの回折像４０が、回折次数に応じてこの次数の順で並んで結像される。なお、この回折像４０が並ぶ方向は、光軸及び開口絞り４で偏斜された照明光の中心線を含む面と，瞳面とが交差する線上である。そして、回折次数が０次の回折像（反射像）は、対物レンズ９の瞳面上において、開口絞り４の開口部４ａに対応する位置（及び範囲）に結像され、１次，２次・・ｎ次の回折像は、上述のように並んで結像される（図３（ａ））。このとき、０次（反射光による像）〜ｎ次のそれぞれの回折像が重ならないようにするために開口絞り４の開口部４ａの径の大きさを調整する。例えば、上述のように、開口絞り４に円形の開口部４ａが形成されている場合、この開口部４ａの開口径（寸法）Ｒａの大きさを変化させ、瞳面に形成された回折像が互いに重ならないように調整する。

なお、開口絞り４に形成する開口部の形状は円形に限定されることはなく、例えば、図２（ｂ）に示す開口部４ａ′のように矩形形状にしても良い。この場合も上述の円形形状の開口部４ａと同様に、図３（ｂ）に示すように回折次数に応じた回折像４０′が、この次数の順で対物レンズ９の瞳面（瞳像ＰＩ）上に並んで結像される。またこのとき、開口部４ａ′の光軸とこの開口部４ａ′とを結ぶ直線方向に延びる辺の長さＳｂを調整することにより、瞳面上に並んで結像された回折像４０′が重ならないように調整することができる。

また、このような矩形形状の開口部４ａ′を有する場合、上記寸法Ｓｂで示す辺と直交する方向に延びる辺の寸法Ｌｂは、寸法Ｓｂより、大きく設定されるのが好ましい。これは、このような形状の開口部４ａ′の像の輝度は、中心から照明光がウェハ１０面に入射する方向と直交する方向に徐々に広がって低くなっていくので、回折像の中心部で得られる輝度の高い範囲を確保するためである。なお、以降では、円形の開口部４ａを有する開口絞り４を用いた場合について説明する。

また、ウェハ１０の表面において、照明光を照射する位置は、ステージ１１をｘｙ軸方向に移動させて調整し、照明光を照射する角度は、上述のように開口絞り４及び第１視野絞り５の開口部の位置及び大きさを調整し（例えば、図２に示すように、光軸からの位置Ｄａ，Ｄｂを調整し、径Ｒａ，Ｓｂを調整する）、検査対象であるウェハ１０に形成された繰り返し（検査）パターンの周期方向に対して照射する方向（繰り返しパターンに対する照明光の方位角）はステージ１１を回転させて調整する。また、対物レンズ９の焦点上にウェハ１０の表面を移動させるときは、ステージ１１をｚ軸方向に移動させて調整する。さらに、照明光の波長域は、照度均一化ユニット３の干渉フィルタにより調整する。

欠陥検査装置２０を以上のような構成とすると、対物レンズ９の瞳面（若しくはその近傍）に形成される瞳像ＰＩを第１撮像素子１７で撮像することにより、ウェハ１０の表面で反射して対物レンズ９の瞳面に結像する開口絞り４の開口部４ａの複数次数の回折像を検出することができ、検出部２３は、複数次数の回折像を用いて、検査対象であるウェハ１０に形成された繰り返しパターン（検査パターン）の良否を判定することができる。すなわち、第１撮像素子１７により撮像された良品パターンからなるウェハによる瞳像を基準像として検出部２３に接続された記憶部２４に記憶しておき、検出部２３によりこの基準像を読み出し、検査対象であるウェハ１０による瞳像を検出像として検出し、検出像と基準像とを比較してその違いを検出することにより、検査対象のウェハ１０の欠陥を検出する。なお、この検出部２３による欠陥の検査方法としては、例えば、基準像と検出像との画素毎の階調値（瞳像における輝度値は、複数段の階調（デジタル量）として検出されるため、以降の説明では「階調値」と呼ぶ）の差を比較し、ある画素においてその差が所定の閾値を超えたときに欠陥があると判定するようにしても良い。このように、ウェハ１０による対物レンズ９の瞳面の像の輝度値（階調値）を求め、予め計測され記憶された良品試料による対物レンズ９の瞳面の像の輝度値（階調値）と比較することにより欠陥検査が行われるので、より短時間で計測が可能となる。

ここで、ウェハ１０の表面にはレジスト層が形成され、このレジスト層に図４（ａ）に示すような複数のショット領域１００ａが配列されており、このショット領域１００ａの中には検査すべき繰り返しパターン１００ｂ（図４（ｂ）参照）が形成されている。なお、この繰り返しパターン１００ｂは、図４（ｂ）ではホールパターンである場合を示しているが、ラインアンドスペースパターン（Ｌ＆Ｓパターン）であってもよい。ウェハ１０のパターン１００ｂは、一定の工程を経て形成されており、断面図によると、図５で示すような繰り返しパターンとして表面層１０ａに形成されている。また、このウェハ１０は、表面層（レジスト層）１０ａ以外にその下に設けられた下地の層１０ｂを有して構成されている。そして、このウェハ１０の表面層（レジスト層）１０ａに照射された光は、下地の層１０ｂを透過し、透過した光が、例えば、この下地の層１０ｂの下方にある別の層１０ｃとの境界で反射若しくは回折してウェハ１０の表面層１０ａに到達する。このとき、ウェハ１０の下地の層１０ｂに膜厚ムラ（下地の層１０ｂの厚み方向Ｄに設計値に対して一定のバラツキ）があると、この膜厚ムラを反映した干渉（表面層１０ａで反射若しくは回折した光と、下地の層１０ｂを透過して反射若しくは回折した光との干渉）が生じ、ウェハ１０の表面から出射する光（瞳面上の複数の回折次数に応じた回折像）の強度が変化する。この膜厚ムラのある下地の層１０ｂからの反射光若しくは回折光の影響は無視できず、本来、下地の層１０ｂを透過せず表面層１０ａで反射若しくは回折した光と、膜厚が設計値どおりの下地の層１０ｂを透過して反射若しくは回折した光との干渉による瞳面上も複数の回折次数に応じた回折像の強度とは異なってしまう。なお、下地の層１０ｂを経ずに表面層１０ａで反射若しくは回折した光と下地の層１０ｂを透過した後、表面層１０ａで反射若しくは回折した光との間で干渉が生じるが、回折次数ごとに、複数の照明領域（ウエハ１０全面に相当）の回折像を繋ぎ合わせた合成画像を生成してみると、下地の層１０ｂに膜厚ムラがあると、干渉縞が現れる。

このように、繰り返しパターン（パターン１００ｂ）の形状変化（欠陥）に伴う反射光若しくは回折光の強度に変化があったにもかかわらず、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因して干渉状態に変化が生じてしまう。そうすると、繰り返しパターンが不良品であるにも関わらず、瞳面上の複数の回折次数に応じた回折像の輝度値から良品と判断してしまい、欠陥の検出漏れ（見落とし）の原因となってしまう。そこで、本実施の形態の欠陥検査装置２０では、検出部２３において、第１撮像素子１７で撮像した瞳面の画像からウェハ１０の欠陥検査を行う際に、ウェハ１０の下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を除去して、欠陥検査を行うようになっている。以下、下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を除去する方法について説明する。

（第1の実施形態）
第1の実施形態に係る欠陥検査装置２０では、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因して、下地の層１０ｂを経ずに表面層１０ａで反射若しくは回折した光と、下地の層１０ｂを経た後、表面層１０ａで反射若しくは回折した光との干渉の状態が波長毎に異なることを利用する。つまり、ある波長の光において発生する干渉による光の強度の強弱が逆になる波長の光を選択し、この異なる波長毎に得られる干渉による光の強度を合成して、光の強度の強弱を打ち消し合うようにする。これにより、最終的に、ウェハ１０の表面からの反射光若しくは回折光による瞳像の干渉による強度変化を低減することができ、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因する干渉の影響を軽減することができる。そして、このように下地の膜厚ムラの影響を軽減させた瞳像と記憶部２４に予め記憶されている良品試料の像とを比較して、ある閾値以内にあるものを良品とすることにより、ウェハ１０のパターン１００ｂの欠陥検査を行うことができる。従って、この第１の実施形態の欠陥検査２０によれば、下地の層１０ｂの膜厚ムラ等が有る場合でも、確実にウェハ１０の欠陥検査を行うことができるようになっている。なお、異なる波長の光を含む照明光を照射して、ウェハ１０による瞳像を検出するように構成しても良いし、波長毎に瞳像を検出し、画像処理でこれらの画像を合成しても良い。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の欠陥検査装置２０における欠陥検査方法について、ウェハ１０の表面の検査パターンがホールパターンで有る場合を例にして説明する。上述のように図５は、ウェハ１０のホールパターンの断面図であり、このウェハ１０は、所定の径Ｒのホールが所定のピッチＰで繰り返されており、その繰り返しがパターンとして最上層の表面層（レジスト層）１０ａに形成されている。そして、パターンが形成された表面層１０ａの下には、下地の層１０ｂが形成され、更に、その下に別の層１０ｃが形成さている。また、下地の層１０ｂの膜厚Ｄは、設計値に対して、一定のバラツキ（膜厚ムラ）を生じている。

このウェハ１０の表面上におけるある視野内に入射角θｉ（本実施の形態では、５５度付近）で照射された光（入射光ＩＬ）は、ホールの繰り返しパターンにより反射若しくは回折し、所定の角度（回折角θｒ）で出射（回折光ＤＲ）する。この時、同時に、正反射光や他の次数の回折光ＤＬもホールパターン上から出射する。ここで、入射角θｉ及び回折角θｒの間には、次式（１）の関係がある。なお、この式（１）において、ｍは回折次数、λは波長、Ｐはピッチである。

ｓｉｎθｉ−ｓｉｎθｒ ＝ ｍλ／Ｐ （１）

下地の層１０ｂの膜厚Ｄのバラツキに起因して生ずる、下地の層１０ｂを経ず表面層１０ａで、反射若しくは回折した光と、下地の層１０ｂを透過した後、表面層１０ａで反射若しくは回折した光との干渉による光の強度は、回折角θｒに依存している。そして、式（１）から分かる通り、回折角θｒが変わると、回折次数ｍも変化する。つまり、図５に示すように、照射された光（入射光ＩＬ）は、ウェハ１０の表面上で反射される光ＤＬ１以外に、下地の層１０ｂを透過する光ＴＬも存在する。この下地の層１０ｂを透過した光ＴＬは、下地の層１０ｂと別の層１０ｃとの境界で反射され反射光ＣＬとして、表面側に戻る。このとき、下地の層１０ｂには、膜厚Ｄに一定のバラツキがあるので、このバラツキに依存して、ウェハ１０の表面から反射もしくは回折される光との干渉状態が異なってしまう。また、このときの干渉による光の強度は、回折光の回折角θｒ、つまり、回折次数ｍにより異なっている。これは、図５における光線ＤＬ１と光線ＤＬ２のパスの差が長さＬと表示した部分のパスに依存しているためである。そして、このパスの長さＬは、回折角θｒ、つまり、回折次数ｍに依存しているので、回折次数ｍにより、干渉による光の強度が変化する。このように、干渉による光の強度の強弱が、回折次数ｍにより変化するため、回折次数ｍを選択することにより、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因する干渉の影響を小さくすることができる。つまり、回折次数ｍを選択し、瞳像における選択した回折次数ｍに対応する開口部の像の輝度値を使用してこの瞳像から得られる輝度値を補正することにより、干渉の影響が低減された瞳像の輝度値を得ることができる。

さらに、具体例を挙げて、上述の輝度値の補正について説明する。異なる波長域の光を使用してウェハ１０の検査パターン（パターン１００ｂ）面に照射すると、上述したように、それぞれの波長領域毎に、検査パターン面（パターン１００ｂ）からの反射若しくは回折による光が対物レンズ９の瞳面に結像する。この時、回折次数に応じた開口部の像が、この次数の順で瞳面上に並んで結像される。そして、これらの結像位置は波長域毎に異なっており、異なる波長領域の光線で得られた回折光による像は、上述したように、干渉の状態も異なっている。また、干渉の状態は、回折次数によっても異なっている。このため、これらの回折像の中から、干渉の影響を最も低減する波長と回折次数の組み合わせを選択して、瞳像における輝度値を補正することにより、干渉の影響を低減する補正を行うことができる。ここで、この欠陥検査装置２０において、照度均一化ユニット３は、光源１から放射されウェハ１０に照射される照明光の波長を選択する波長選択部である干渉フィルタを含む構成である。このため、光源１からの光をウェハ１０に照射する際に、波長選択部である照度均一化ユニット３により、異なる２以上の波長域が選択されて、それぞれの波長域の光を使用して、像を得ることができる。

このとき、第１の回折次数をｍ１とし、第１の波長における開口部の第１の回折次数の像の輝度値をＥ１（ｍ１）とし、第２の回折次数をｍ２とし、第２の波長における開口部の第２の回折次数の像の輝度値をＥ２（ｍ２）とし、比例係数をαとし、定数をＮとしたとき、次式（２）により、第１の波長における開口部の第１の回折次数の像の補正された輝度値Ｅ１′（ｍ１）を決定する。

Ｅ１′（ｍ１）＝α×Ｅ１（ｍ１）×［Ｅ１（ｍ１）／Ｅ２（ｍ２）］^N （２）

このような補正を行い、得られた結果を基準（良品試料）の輝度値と比較する。その際、比較する基準の輝度値は、上述の式（２）の輝度値Ｅ１′（ｍ１）の回折次数ｍ１と同じ回折次数の像から得られる輝度値を用いることが好ましい。さらに基準像の輝度値も上述の式（２）により補正されていることが好ましい。または、良品試料のその回折次数における回折像の輝度値から、範囲を設定し、補正後の輝度値がその範囲内であるか否かによって、判別されるようにしてもよい。

さらに、具体的には、式（２）における異なる波長とは、第１の波長をｅ線（５４６ｎｍ）領域とし、第２の波長をＣ線（６５６ｎｍ）領域とした組み合わせである。また、それぞれの波長において、好ましい回折次数の回折像は、ｅ線領域に対する回折像の次数、すなわち第１の回折次数は１２次であり、Ｃ線領域に対する回折像の次数、すなわち第２の回折次数は６次である。それぞれの回折像を使用して、式（３）に従って、検出部２３で輝度値の補正を行う。これにより、ウェハ１０の下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因する干渉の影響が最も低減され、下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を取り除くことができる。なお、比例係数αは適当な値とし、定数Ｎは１／３が好ましい。

Ｅ１′（１２）＝α×Ｅ１（１２）×［Ｅ１（１２）／Ｅ２（６）］^1/3 （３）

このようにして得られた補正後の輝度値を用いて、ウェハ１０の欠陥検査を行う。ここで、異なる２以上の波長領域、及び、回折次数の組み合わせ、若しくは比例係数α及び定数Ｎは、ウェハの製造工程や構成によって異なるので、適宜最適な条件を選定することが好ましい。一例として、式（３）による補正を挙げたが、例えば、単純な一次式による合成により干渉の影響を除去するようにしてもよく、また、３つ以上の異なる波長域の組み合わせによるものであってもよい。

以上のような構成を有する欠陥検査装置２０によれば、開口絞り４の開口部の像を対物レンズ９の瞳面に結像させる照明光学系２１と、光源１からの光がウェハ１０表面で反射若しくは回折して対物レンズ９の瞳面若しくはその近傍のに結像する像を再度結像させる検出光学系２２と、その結像した瞳面の像を撮像する第１撮像素子１７と、第１撮像素子１７で撮像した瞳面の像からウェハ１０の欠陥の検出する検出部２３を備えており、検出部２３は、ウェハ１０の下地層の膜厚ムラに起因するノイズ（干渉の影響）を低減する処理を行うような構成となっているので、ウェハ１０表面の回路パターン形状の良否が下地層に膜厚ムラがあっても容易に判別することができる。

以上の欠陥検査装置２０においては、照度均一化ユニット３は、光源１から放射されウェハ１０に照射される照明光の波長を選択する干渉フィルタを含んで構成されている場合を示しているが、この干渉フィルタを含まないものとして構成してもよい。その場合は、光源１からの光は、複数の波長域を含んだ照明光となるので、この照明光を使用する場合は、ウェハ１０に照射して得られた反射若しくは回折した光による瞳像を受光する際に、例えば、第１撮像素子１７と第２視野絞り１６との間に光路分割素子やカラーフィルターなどを設定しておき、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長域毎に分けて受光されるようにしておく。そして、受光された波長域毎の瞳像の所定の回折次数における開口部４ａの像の輝度値を用いて、上述の式（２）若しくは式（３）により、補正後の輝度値を求めることができ、その補正後の輝度値により、同様に、ウェハ１０の欠陥検査が行うことができる。これにより、補正後の輝度値は、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因する干渉の影響を低減した値であるので、検査パターンが正常な範囲（良品範囲）内であるにも関わらず、その膜厚ムラに起因する干渉により、欠陥品としてしまうことを防止することができる。

または、この複数の波長域を含んだ照明光を利用する場合において、上述のように第１撮像素子１７と第２視野絞り１６の間に光路分割素子やカラーフィルターなどを設定せずに、第１撮像素子１７で撮像した瞳像を検出部２３において波長毎の画像として分離するデータ処理を行うことより、同様の輝度値の補正を行うことができる。このような構成とすれば、第１撮像素子１７での撮像は、１つのウェハ１０に対し、一度で済むので、検査時間を短縮することができ、また、欠陥検査装置２０自体も、簡易なものとすることができる。

本発明の実施の形態の欠陥検査装置の概要を示す図である。 開口絞りに使用される変形開口絞りの一例であり、（ａ）は略円形の開口絞りであり、（ｂ）は略矩形の開口絞りを示す模式図である。 変形開口絞りによる回折像の一例であり、（ａ）は図２（ａ）の変形開口絞りを使用した場合の回折像であり、（ｂ）は図２（ｂ）の変形開口絞りを使用した場合の回折像を示す模式図である。 欠陥検査の対象であるウェハ１０の一例であり（ａ）はウェハ１０のショット領域を示し、（ｂ）はショット領域の検査パターンを示す模式図である。 欠陥検査の対象であるウェハ１０の概略断面図と入射光Ｌと回折光ＤＬ等を示す模式図である。

符号の説明

１ 光源 ４ 開口絞り ４ａ 開口部
９ 対物レンズ １７ 第１撮像素子
２１ 照明光学系 ２２ 検出光学系 ２３ 検出部

Claims (8)

1. 繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   対物レンズを含み、前記対物レンズを介して前記基板に形成された繰り返しパターンに光源からの光を照射する照明光学系と、
   前記繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、前記対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、
   得られた前記瞳像から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出部と、
   を有し、
   前記検出部は、第１の波長の光を含む照明光による前記瞳像の輝度値を、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を含む照明光による前記瞳像の輝度値を用いて補正して、補正された前記輝度値から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成されてなることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記検出部は、前記第１の波長の光を含む前記照明光による前記瞳像のうち、第１の回折次数の像の輝度値を、前記第２の波長の光を含む前記照明光による、前記第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の像の輝度値を用いて補正して、補正された前記輝度値から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成された請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記第１の回折次数をｍ１とし、前記第１の波長における前記第１の回折次数の像の前記輝度値をＥ１（ｍ１）とし、前記第２の波長における前記第２の回折次数をｍ２とし、前記第２の波長における前記第２の回折次数の像の前記輝度値をＥ２（ｍ２）とし、比例係数をαとし、定数をＮとし、前記開口部の前記第１の回折次数の像の補正後の輝度値をＥ１′（ｍ１）としたとき、次式
   Ｅ１′（ｍ１）＝α×Ｅ１（ｍ１）×［Ｅ１（ｍ１）／Ｅ２（ｍ２）］^N
   により前記補正後の輝度値を決定するようにした請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記補正後の輝度値は、次式
   Ｅ１′（１２）＝α×Ｅ１（１２）×［Ｅ１（１２）／Ｅ２（６）］^1/3
   により決定される請求項３に記載の欠陥検査装置。
5. 繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
   対物レンズを含む照明光学系を介して前記基板に形成された繰り返しパターンに、第１の波長の光を含む照明光と第２の波長の光を含む照明光を順次照射する照明工程と、
   検出光学系を介して前記照明光ごとに、前記繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、前記対物レンズの瞳面の像を順次検出する検出工程と、
   得られた第１の波長の光を含む前記照明光による前記瞳像の輝度値を、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を含む前記照明光による前記瞳像の輝度値を用いて補正して、補正された前記輝度値から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する判定工程と、
   を有する欠陥検出方法。
6. 前記判定工程は、前記第１の波長の光を含む前記照明光による前記瞳像のうち、第１の回折次数の像の輝度値を、前記第２の波長の光を含む前記照明光による、前記第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の像の輝度値を用いて補正して、補正された前記輝度値から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成された請求項５に記載の欠陥検査方法。
7. 前記第１の回折次数をｍ１とし、前記第１の波長における前記第１の回折次数の像の前記輝度値をＥ１（ｍ１）とし、前記第２の波長における前記第２の回折次数をｍ２とし、前記第２の波長における前記第２の回折次数の像の前記輝度値をＥ２（ｍ２）とし、比例係数をαとし、定数をＮとし、前記第１の回折次数の像の補正後の輝度値をＥ１′（ｍ１）としたとき、次式
   Ｅ１′（ｍ１）＝α×Ｅ１（ｍ１）×［Ｅ１（ｍ１）／Ｅ２（ｍ２）］^N
   により前記補正後の輝度値を決定するようにした請求項６に記載の欠陥検査方法。
8. 前記補正後の輝度値は、次式
   Ｅ１′（１２）＝α×Ｅ１（１２）×［Ｅ１（１２）／Ｅ２（６）］^1/3
   により決定される請求項７に記載の欠陥検査方法。

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