JP2010190722A - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥散乱光の偏光特性に依存されずに欠陥像を顕在化する空間フィルタリング技術と正常パターンの明るさ飽和を抑制して欠陥捕捉率を向上する欠陥検査方法とその欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】検出光路を偏光分岐して少なくても一つ以上の光路にてアレイ状の空間フィルタを配置し、正常パターンからの回折光や散乱光をフィルタリングすることを特徴とする。また、正常パターンの散乱光量に応じて照明光量或いは／及び検出効率を画像検出中に制御することにより明るさの飽和を抑制した画像を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検査方法及び欠陥検査装置に係り、例えば、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの欠陥検査方法及びこれを用いた欠陥検査装置に関するものである。

従来の半導体検査装置として、例えば、国際公開特許ＷＯ２００３／０８３５６０号にその装置が開示されている。この検査装置は、ウェハ表面を斜方より照明してウェハ上での散乱光を検出する暗視野検出光学系を搭載している。この光学系には周期的なパターンからの回折光を対物レンズの後側焦点位置(射出瞳位置)に配置した空間フィルタにより遮光している。この空間フィルタとして、紫外線に適合した液晶フィルタを用いた構成が示されている。

国際公開特許 ＷＯ２００３／０８３５６０号公報

半導体ウェハ上には様々なパターンが形成されており、欠陥の種類も発生原因に応じて多様である。空間フィルタとして液晶フィルタを用いた場合、散乱光を直線偏光にフィルタリングして液晶の配列を電気的に制御して旋光させる必要がある。この旋光量に応じて像面側に配置した偏光板を透過する光の透過率を制御することが可能となる。しかし、パターンや欠陥の形状・構造・材質などに応じて散乱光の偏光状態が変化する。このため、液晶の物体側（ウェハ側）にて直線偏光にフィルタリングすると、フィルタ透過軸と直交する方向に欠陥散乱光が偏光している場合は欠陥の散乱光が遮光されて、欠陥検出できなくなる。

また、ＴＤＩ(Time Delay Integration)イメージセンサによる画像検出を行う場合、ステージ走査方向にパターンの周期性やピッチの異なる境界部があると空間フィルタの遮光パターンを高速に切り替えたとしても境界部では適切な遮光パターンに設定することができない。

また、散乱光はパターンや欠陥の大きさや方向及び周期性に応じて大きく変化する。特に微細な欠陥を検出する場合は、照明光強度を高く設定する必要があるが、正常なパターン部ではイメージセンサのダイナミックレンジ以上の光量が検出されてしまい、画像が飽和して実質非検査となってしまう課題がある。

本発明の目的は、ウェハ上に存在する多種多様な検査対象欠陥を高感度且つ高捕捉率で検出する検査方法及びこれを用いた欠陥検査装置を提供することにある。

本発明は、試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出装置において、光を放出する光源部と、試料表面から引いた法線に対して所定の角度で該光を試料に照射する照明部とを含む照明光学系と、試料上に該光が照射されている照明領域から放出される散乱光、あるいは回折光を捕捉する光捕捉手段と、光捕捉手段に捕捉された光を受光し、該光を第１の方向と第１の方向に直交する第２の方向とに偏光分岐する手段と、偏光分岐された光の少なくても１つ以上の光路において、該分岐された光の一部を遮光する遮光手段と、を有する欠陥検査装置、に関する。

また、本発明は、試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出装置において、光を放出する光源部と、試料表面から引いた法線に対して所定の角度で該光を試料に照射する照明部とを含む照明光学系と、試料上に該光が照射されている照明領域から放出される散乱光、あるいは回折光を捕捉する対物レンズと、対物レンズにて形成される結像面に、画素毎に光量を変調可能な素子を有するイメージセンサを配置して画像を検出する手段と、結像面より得られた画像の特徴量を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部と、を有する欠陥検査装置、に関する。

また、本発明は、試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出装置において、試料に光を照射して試料の位置と試料からの散乱光量を予め測定する測定部と、測定により得られた値より試料の位置ごとの照明光量を算出する算出部を有し、位置ごとの照明光量に応じて強度変調した光を試料表面から引いた法線に対して斜方より線状に照明する照明部と、試料上に該光が照射されている照明領域から放出される散乱光、あるいは回折光を捕捉する対物レンズと、対物レンズにて形成される結像面にイメージセンサを配置して画像を検出する手段と、結像面より得られた画像の特徴量を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部と、を有する欠陥検査装置、に関する。

また、本発明は、試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、試料を水平な面内にて走査しながら、試料の法線に対して斜方より線状な照明光にて照明し、照明光により照明された試料上の照明領域からの散乱光や回折光を対物レンズにて捕捉し、捕捉された光を偏光分岐手段にて複数光路に分岐し、複数分岐された少なくても１つ以上の光路にアレイ状の空間変調素子を配置して捕捉された光の一部を遮光し、空間変調素子にて遮光されなかった光を分岐したそれぞれの光路の結像面に結像し、結像面のそれぞれにイメージセンサを配置して複数の画像をほぼ同時に検出し、検出した複数画像より得られた特徴量を比較処理して欠陥候補を判定する欠陥検査方法、に関する。

また、本発明は、試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、試料の位置と散乱光量を予め測定する機能を有し、測定された前記試料の位置と散乱光量に基づいて強度変調した光を前記試料の法線に対して斜方より線状に照明し、照明された領域からの散乱光や回折光を対物レンズにて捕捉して結像面に結像し、結像面に配置したイメージセンサにて画像を検出し、画像より得られた特徴量を比較処理して欠陥候補を判定する欠陥検査方法、に関する。

さらに、本発明は、試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、試料をステージ上に載置し、試料に光を照射し、ステージを漸次移動させながら試料の位置と、試料からの散乱光量を予め測定するプレスキャンを試料に対して行い、測定結果による試料の位置と散乱光量に基づいて、試料に照射する照明光量を決定し、照明光量を用いることにより試料に照射した照射領域から放出される散乱光、あるいは回折光の検出光量を調節する欠陥検査方法、に関する。

本発明によれば、ウェハ上に存在する多種多様な正常パターンからの散乱光や回折光を適切に遮光して検査対象欠陥からの散乱光を効率的に検出することにより、欠陥を顕在化した高感度化に有利な画像を得ることができる。
また、微小欠陥の散乱光確保のために照明光強度を高くした場合においても、散乱光量の多い正常パターン画像の明るさ飽和を低減することが可能であり、欠陥の捕捉率を向上することが可能となる。

実施例１で示す欠陥装置の光学系の構成図。 共焦点検出系の構成図。 照明強度変調照明の説明図。 透過型空間フィルタの構成図。 透過型空間フィルタの構成図。 光学系の構成図。 反射型空間フィルタの構成図。 検出偏光制御型イメージセンサ構成図。 検出透過率制御による検査条件だしの流れ図。 検出透過率設定値の概念図。

以下に、図面を用いて実施例を詳細に説明する。

本発明による半導体ウェハ欠陥検査装置の構成を図１に示す。ウェハ１はステージ６上に搭載されており、ウェハ１上に形成されたパターンとステージ走査方向のθアライメントを行う。ウェハ１の暗視野画像はＸ方向にステージ６を定速走査しながら連続的に散乱光の画像を検出する。照明光学系はウェハ１に対して斜方に配置しており、ウェハ１を線状照明３０する。照明光学系５’に用いられている光源はレーザ５であり、発振波長はYAG第２高調波の532nmレーザや、第３高調波355nm或いは第４高調波266nmレーザ、199nmレーザなどDUV(Deep Ultraviolet)光から可視光が候補である。

また、複数波長を発振する複数波長レーザやランプが候補である。ランプはd線(588nm)、e線(546nm)、g(436nm)、h(405nm)、i線(365nm)を発光する水銀ランプや水銀キセノンランプが候補である。レーザ５を発振したレーザ光２２は電気的に偏光を所定の方向に制御する電気光学素子７(LiNbO₃やPLZT［(Pb、La)(Zr、Ti)O₃の略］など)に入射する。電気光学素子の代わりにガーネット膜などからなる磁気光学素子を用いてもよい。この偏光方向を制御することによりＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）５０を透過する光は所定の光量に減光され、ビームエキスパンダ１０に入射してビーム径を拡大する。ミラー１２、１３にてビームをウェハ１側に反射させ、それぞれ回転可能な１／２波長板１５と１／４波長板１７にて所定の偏光状態に設定する。

例えばウェハ１に対して、S偏光、P偏光やその中間的な角度で振動する直線偏光或いは、右または左回りの楕円（円）偏光がある。照明光２２によるウェハ１上での照明範囲は、X方向に細くY方向に長い細線照明となるように、シリンドリカルレンズ２０を配置する。ウェハ上のパターンや欠陥で散乱した光の内、対物レンズ４０のNA(Numerical Aperture)内に伝播した光は対物レンズ４０に捕捉され、検出光学系に導かれる。検出光学系にはレンズ４２、４５及び、偏光ビームスプリッタ５０が配置されている。偏光ビームスプリッタ５０にて直交する振動方向に分岐された光路それぞれに対物レンズ４０の瞳（フーリエ変換面）と共役な像を形成する。それぞれ瞳像位置に空間変調素子５５ａ、５５ｂを配置して特定の散乱光や回折光を遮光する。空間変調素子５５ａ、５５ｂを透過した光は、結像レンズ８０ａ、８０ｂにてそれぞれのイメージセンサ９０ａ、９０ｂ上に散乱像を形成する。イメージセンサ８０ａ、８０ｂにて検出した画像は、画像処理部１００に入力され、設計上同一パターンの画像（例えば、隣接ダイの画像）と比較処理して欠陥を検出する。検出した欠陥の座標や大きさ及び明るさなどの欠陥情報は操作部１１０に送られ、検査装置ユーザがウェハ上の欠陥マップなどの欠陥情報を表示・欠陥情報データを出力することが可能となる。

また、操作部１１０は検査装置の動作指示を行う機能も備えており、機構制御部１２０に動作の指示を行い、機構制御部１２０からステージ６や光学部品の動作をコントロールする。この光学系の用いる空間変調器５５ａ、５５ｂとして、複屈折素子(LiNbO₃やPLZT［(Pb、La)(Zr、Ti)O₃の略］など)の電気光学効果を利用したマイクロシャッタアレイや液晶フィルタ及びMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いた１次元及び２次元アレイ状のフィルタが実施形態としてある。これらのデバイスでは、電気制御により高速に光の透過/遮光をスイッチングできるため、ウェハ１上のパターンのピッチや形状に応じて検査中に適切なフィルタリングパターンに変更することが可能となる。また、ウェハ１の表層を対物レンズ４０の焦点位置と一致させるためにはウェハ高さを検出して、Ｚステージ６にてウェハ１の高さを制御する必要がある。このウェハ高さ検出方式として、光てこ方式があり、スリット光をウェハ１に照明する高さ検出用照明系１３１とウェハ１を反射したスリット光を検出してスリット像の位置よりウェハの高さを求めるウェハ高さ検出部１３０が配置されている。ウェハ１の高さと対物レンズ４０の焦点位置の差を求め、許容外のデフォーカスをしている場合は、ウェハ１を焦点位置に位置決めするように機構制御部１２０がＺステージ６に指示を出す。

以上の構成により、ウェハ１上の欠陥を検出するが、ウェハ１は配線層を積層した多層配線構造になっている。検査では、主に表層の欠陥検出が目的であり、下層のパターンや欠陥は検出したくないケースがある。この下層欠陥の検出を抑制する暗視野共焦点検出系の光路を図２に示す。照明光２２はX方向に幅Ｗにてウェハ１上を細線照明する。この照明領域にパターンや欠陥などの散乱体がある場合、散乱光を対物レンズ４０にて捕捉して、レンズ４２、４５にてウェハ１のフーリエ変換像を形成し、この位置に空間変調器５５を配置する。空間変調器５５にて空間フィルタリングされた光は、結像レンズ８０にてイメージセンサ９０上の散乱像を形成する。このイメージセンサ９０は１次元に配列されたＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラである。これらの１画素の幅は、ほぼウェハ１上の照明幅Ｗと検出光学系４１の横倍率Ｍの積で求まる寸法に一致させる。

これにより、Ｘ方向には共焦点光学系となり、ウェハ１上に積層された膜の下層にあるパターン８からの散乱光検出を抑制することが可能となる。また、ウェハ１に形成されているパターンは、方向や周期性及びそのピッチなど様々である。検査装置の高感度化を図るためには、正常パターンからの散乱光や回折光を抑制あるいは遮光して、欠陥からの散乱光のみを検出することが有効である。このため、画像検出しているパターンに応じた空間フィルタの遮光パターンを変更することが有効である。

しかし、ＴＤＩ(Time Delay Integration)センサのように、２次元状に受光画素が配列されたセンサを用いる場合は、ステージ走査方向Ｘにパターンの周期性やピッチの異なる境界部で適切な遮光パターンに設定することができない。これに対して、図２の構成ではウェハ走査方向Ｘの検出画素が１画素しかしないため、空間変調器の遮光パターンを高速に切換えることにより、パターンの境界部でも適切な空間フィルタリングを行うことが可能である。

図３（ａ）に図１で示した電気光学素子７による照明光量の高速切換えの概念を示す。ウェハ上には設計上同じパターンがダイ２ごとに繰り返し形成されている。ダイ２内にはパターンの方向や周期性及び、周期性がある場合はこのピッチなどが異なるパターン領域３ａ、３ｂ、３ｃが形成されている。これらのパターン領域では、検出されるパターン散乱光量が変化する。このため、画像が飽和しないように照明する場合、ダイ２内の散乱光量が多い領域にて飽和しない照明光量に設定する必要がある。この場合、検出散乱光量の少ない微小欠陥を検出しようとした場合、照明光量が少ないために検出困難となる。例えば、照明光量一定にて検出される散乱光量が図３（ｂ）のようになるとする。

この図では、検出散乱光量の多いパターン領域３ｂの検出光量がセンサ飽和光量１６０未満となるように照明光量を設定している。図３（ｃ）のように、検出される散乱光量が高い領域は照明光量を低く設定し、検出散乱光量が低い領域では照明光量を高く設定する制御する。これにより、図３（ｄ）のようにセンサ飽和光量１６０に対して、センサ検出光量１６５を同等レベルで検出することが可能となり、図３（ｂ）の領域３ａや領域３ｃに対して照明光量を増やすことが可能となり、これらの領域での欠陥検出感度を向上することが可能となる。

図１に示した空間変調器５５ａ、５５ｂの機能を図４（ＸＺ断面図）に示す。透過型の空間変調器５５は透過、減光、遮光を制御する１エレメント５６がＸＹ方向に２次元状に配置されている。入射光１８０は１エレメント毎に透過、減光、遮光が制御可能であり、空間変調素子５５の透過光は指示された特定のエレメントからの光だけが透過する。この空間変調素子の１エレメントの構造を図５に３種類示す。図５（ａ）は液晶を用いた空間変調器である。液晶フィルタ入射光１８０は、図１のＰＢＳ５０にて直線偏光となっている。TFT(Thin Film Transistors)基板１９５にて、透明電極２１５の印加電圧を制御して２つの配向膜２００、２１０の間に封入されている液晶２０５の配列を変更する。この液晶２０５の配列に応じて、偏光板２２０を透過するフィルタ透過光の透過率１８５を制御可能とする。図５（ｂ）に電気光学効果を利用した１エレメントの構造を示す。入射光１８０はLiNbO₃或いはPLZTなどの電気光学効果を有した複屈折材２３０に入射する。エレメントごとに形成された電極の印加電圧に応じて入射した直線偏光の振動方向を制御し、偏光板２５０の透過率を変えることが可能となる。

図５（ｃ）にMEMSを用いた１エレメントの構造を示す。１エレメントには遮蔽部２６０と静電気力発生部２６５が形成されている。遮蔽部２６０と静電気力発生部２６５に所定の電圧を印加することにより、静電容量の作用によって遮蔽部２６０が静電気力発生部２６５側に倒れるメカニズムである。これにより、遮蔽部２６０、静電気力発生部２６５への印加電圧を制御することにより、遮蔽部の開閉状態が切換って入射光の透過/遮蔽をエレメント単位で制御することが可能となる。

以上のように、照明光量の調整を照明系に配置した電気光学素子７とＰＢＳの組合せにて実施し、空間フィルタリングの遮光パターンの高速切換えを液晶や電気光学素子或いはMEMSなどによる空間変調器で行う。このとき、X方向に配列されたパターンごとに適切な遮光パターンを適用するために、ウェハ上の照明光を細線照明し、X方向に共焦点検出系となうようにイメージセンサの受光部を配置する。これにより、ウェハ１の下層にあるパターンや欠陥からの散乱光も抑制可能となり、下層パターンや欠陥の検出低減にも効果がある。

実施例１では透過型の空間変調素子について示したが、本実施例では反射型空間変調素子を用いた実施例をします。図６に２次元アレイ状のDMD(Digital Micro-mirror Device)を利用した反射型空間変調器を用いた光学系の構成を示す。ウェハ１上のパターン３や欠陥４にて散乱した光を対物レンズ４０にて捕捉する。回転機構のついた１／２波長板４３と回転機構のついた１／４波長板４４を透過して、レンズ４２、４５を介してＰＢＳ５１に入射する。ＰＢＳ５１を透過した直線偏光（Ｐ偏光成分）は、１／４波長板６８ａを透過して円偏光となる。フーリエ変換面の共役位置に配置した反射型の空間変調器７０ａに入射する。空間変調器７０ａは個々のミラー面が電気的な制御により傾斜するものであり、ウェハ上のパターンからの回折光を遮光したい場合はミラーが傾斜して光路から回折光を外して遮光する。検出したい光はミラーを傾斜させずに、ミラーに対して垂直に光が入射するようにミラー面が設定されており、反射光は入射した光路と同じ光路を逆方向に伝播する。再度１／４波長板６８ａを透過した光は偏光ビームスプリッタ１５に対して、Ｓ偏光となって反射する。反射した光は結像レンズ８０ａにてイメージセンサ９０ａ上に散乱像を結像する。

一方、ＰＢＳ５１を反射する直線偏光（Ｓ偏光成分）は、１／２波長板５２にて第２のＰＢＳ５３に対してＰ偏光となって、第２のＰＢＳ５３を透過する。透過光は１／４波長板６８ｂにて円偏光となり、空間変調器７０ｂにて検出したくない光のみを光路外に反射させて遮光し、それ以外の検出光は再度１／４波長板６８ｂにてＰＢＳ５３に対してＳ偏光となってＰＢＳ５３を反射する。反射した光は結像レンズ８０ｂにてイメージセンサ９０ｂ上に散乱像を結像する。

図７に反射型空間変調素子７０の構造を示す。図７（ａ）に反射型空間変調素子７０のＸＺ断面図を示す。反射型空間変調素子７０はＸＹ面内の２次元状に反射型空間変調素子のエレメントが複数形成されている。これらの構造として、図７（ｂ）〜（ｅ）にて４種類の構造を示す（２エレメントを図示）。（ｂ）は図６にて説明したMEMSを利用した構造である。空間変調器２７０は基板２７２上にミラー２７５が形成されている。個々のミラー面が電気的な制御により傾斜可能であり、検出したい光２８０ａはミラー２７５が垂直入射となるように配置され反射光２８５ａは入射した光路と同じ光路を逆方向に伝播する。

一方、遮光したくない光２８０ｂはミラーが傾斜して光路から光２８５ｂを外して遮光する。（ｃ）に液晶を用いた反射型空間変調素子の構造を示す。入射光２８ａは液晶２９５に入射して反射面と電極を兼ねた膜に垂直入射して正反射する。検出したい光は液晶２９５の往復による旋光が９０度（入射光の電場ベクトルの振動方向と直交する方向）となるように電気的に制御する。一方、遮光したい光は、液晶２９５の往復による旋光が0度（入射光の電場ベクトルの振動方向と平行な方向）となるように電気的に制御する。（ｄ）に磁気光学素子を用いた構造を示す。入射光２８０ａは透明ガラス基板に形成したガーネットのような磁性膜３３０に入射する。検出したい光は磁性膜の反射で受けるファラデー回転量が９０度（入射光の電場ベクトルの振動方向と直交する方向）となるように配線Ａ、Ｂ1に電流を流す。一方、遮光したくない光は、磁性膜の反射で受けるファラデー回転量が0度（入射光の電場ベクトルの振動方向と平行な方向）となるように配線Ａ、Ｂ2に電流を流す。（ｅ）に電気光学素子を用いた構造を示す。入射光２８０aはLiNbO₃或いはPLZTなどの電気光学効果を有した複屈折材３６０に入射する。この複屈折材３６０を透過した光は基板３７０に形成された反射膜３６１にて反射して複屈折材３６０を往復する。検出したい光２８０ａは複屈折材３６０の往復による電場ベクトルが９０度回転（入射光の電場ベクトルの振動方向と直交する方向）となるように電極Ｃに電圧を印加する。一方、遮光したい光は、複屈折材３６０の往復による電場ベクトルが回転０度（入射光の電場ベクトルの振動方向と平行な方向）となるように電極Ｄに電圧を印加する。

これまでの実施例１、２では、散乱光の偏光に応じた２種類の画像を同時に検出する構成について説明したが、図５や図７に示したエレメントをイメージセンサの直前に配置して検出される画素ごとに異なる偏光の画像を検出するシステムを図８（ａ）にて説明する。なお、ここでの説明は、検出光路にＰＢＳを用いず、空間変調器もMEMSのように偏光を利用していない空間変調器［例として図５（ｃ）］を利用するものである。イメージセンサ９５には受光素子９６と光変調器３８０がアレイ状に形成されている。アレイはＸＹ断面にてＹ方向に１次元あるいは、ＸＹ方向に２次元状に配置されていても良い。

この１エレメントを図８（ｂ）に示す。入射光はLiNbO₃或いはPLZTなどの電気光学効果を有した複屈折材４１０に入射する。この複屈折材４１０を透過した光はワイヤグリッドやフォトニック結晶などで形成された偏光板３９０に入射する。偏光板３９０の透過軸は特定の方向であるが、検出したい電場ベクトルと偏光板３９０の透過軸が一致するように電極４００の印加電圧を画素毎に制御する。また、液晶を用いた構成の１エレメントを図８（ｃ）に示す。入射光は、透明電極４２０、配向膜４３０、液晶を４４０、配向膜４５０ＴＦＴ基板４６０、偏光板３９０を透過して偏光板３９０の透過軸と一致する成分だけが受光素子９６ａに入射して検出される。この構成により、透明電極の印加電圧を制御することにより検出したい偏光と偏光板３９０の透過軸を一致させることが可能となる。以上の構成により、画素毎に検出したい散乱光の偏光方向を選択可能となる。

なお、この例では１画素あたり任意の１条件の偏光を検出する実施例である。パターンや欠陥は、複雑な散乱光の偏光特性を有しているため、複数の偏光条件の画像を同時検出することにより、欠陥の捕捉率向上になることがある。これを実現するためには、イメージセンサの１画素を２×２画素に細分化し、２×２の細分画素それぞれに４５度ずつ透過軸の異なる偏光板を配置する。この２×２の細分画素を１画素として考え、１画素ごとに偏光状態を把握し、この偏光状態を特徴量としたダイ比較処理を行うことも考えられる。

これにより、従来は検出光量（明るさ）のダイ比較処理であったが、明るさ差では十分なS/Nが得られない微小欠陥についてより高いS/Nを得ることが可能である。特に、微小な欠陥やパターンにて散乱光の偏光特性があることについては、一般的なワイヤグリッド偏光子の透過光の偏光特性からいっても明白である。

ウェハ上のパターンによっては検出される散乱光が大きいため、イメージセンサによる検出画像の飽和を抑制するためには照明光量を低く設定せざるを得ないケースがある。このため、微小欠陥の検出感度が低下する課題がある。この対応策として、図１や図６の光学系の構成にて、図８に示したイメージセンサを活用する手法が考えられる。実施例３では、画素毎に偏光状態の異なる画像を検出する手法を述べたが、ここでは画素毎に検出される光量を調整する手法を述べる。図１や図６ではＰＢＳを用いているためイメージセンサに到達する光は直線偏光になっている。

図８に示すイメージセンサには入射面に複屈折素子や液晶が配置されており、これらに印加する電圧を画素毎に制御することにより入射する直線偏光を任意の方向に回転させることが可能となる。このため、検出される散乱光量が多い場合には受光面の直前に配置した偏光板３９０の透過軸に対して直交する方向に回転させ、逆に検出される散乱光量が少ない場合には偏光板３９０の透過軸と直線偏光が揃うように制御する。これにより、検出したい欠陥が検出可能な照明光強度にてウェハを照明し、画像が飽和しそうな領域は検出光量を抑制することが可能となる。

この画素単位での検出光量制御を行う手法を用いた検査方法について、図９の検査フローにて説明する。まず、検査対象となるウェハを検査する光学条件や画像処理条件を決めるための条件だし（プレスキャン）が必要である。検査対象ウェハを検査装置内にローディングして、該ウェハに光を照射し、反射光を測定部を用いて測定し、ステージ走査方向とウェハパターンのθアライメントやＸＹ座標の原点だしを行う。この次に、照明光の仰角や偏光などの条件だしを行い、ダイの検出画像を取得する。ダイ内座標X、Yとそれぞれの位置での検出光量を対応付けて、照明光量算出部にて計算する。この座標ごとの検出光量から、座標ごとに検出光の透過率の適正値を計算する。次にテスト検査を行い、算出した座標ごとの透過率を実際に適用して、画像の明るさレベルと感度を確認する。座標ごとの透過率が適切でない場合は、透過率の設定を再度行い画像の明るさレベルと感度が適切になるまで繰返す。

図１０にダイ内座標ごとの検出光透過率を模式的に示す。メモリマット部は空間変調器により回折光を遮光するため、比較的暗い画像となる。このような領域では検出光透過率を高く設定する。これに対して、周期性のないロジック配線領域では検出される光量が多いため検出光透過率を低く設定する。これにより、メモリマット部とロジック配線領域の画像明るさレベルを同等程度にすることが可能となる。
以上の実施例で示した構成や機能及び画像処理内容については、様々な組合せが考えられるが、それらの組合せについても本発明の範囲内であることは明らかである。

１…ウェハ、２…ダイ、３…パターン、４…欠陥、５…レーザ、６…XYZθステージ、７…電気光学素子、１０…ビームエキスパンダ、２２…照明光、３０…照明領域、４０…対物レンズ、４３…回転機構付き１／２波長板、４４…回転機構付き１／４波長板、５０…ビームスプリッタ、５５…空間変調素子、７０…反射型空間変調器、８０…結像レンズ、９０…イメージセンサ、１００…画像処理部、１１０…操作部、１２０…機構制御部、１３０…高さ検出部、２０５…液晶、２３０…電気光学素子、２６５…ＭＥＭＳ。

Claims (19)

1. 試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出装置において、
   光を放出する光源部と、前記試料表面から引いた法線に対して所定の角度で該光を前記試料に照射する照明部とを含む照明光学系と、
   前記試料上に該光が照射されている照明領域から放出される散乱光、あるいは回折光を捕捉する光捕捉手段と、
   前記光捕捉手段に捕捉された光を受光し、該光を第１の方向と前記第１の方向に直交する第２の方向とに偏光分岐する手段と、
   前記偏光分岐された光の少なくても１つ以上の光路において、該分岐された光の一部を遮光する遮光手段と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１において、
   前記偏光分岐された光をそれぞれの像面にイメージセンサを配置して画像を検出する手段と、
   前記それぞれの像面より得られた画像の特徴量を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部と、をさらに有することを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項２において、
   前記照明領域の移動は、前記試料を水平面内で走査する走査部により行うことを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項１において、
   前記遮光手段は、液晶、或いは電気光学素子、或いは磁気光学素子、或いはＭＥＭＳを用いた空間変調素子であることを特徴とする欠陥検査装置。
5. 請求項４において、
   前記遮光手段は、前記偏光分岐された光が透過する構造を有する空間変調素子がアレイ状に配置されてなることを特徴とする欠陥検査装置。
6. 請求項４において、
   前記遮光手段は、前記偏光分岐された光が反射される構造を有する空間変調素子がアレイ状に配置されてなることを特徴とする欠陥検査装置。
7. 試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出装置において、
   光を放出する光源部と、前記試料表面から引いた法線に対して所定の角度で該光を前記試料に照射する照明部とを含む照明光学系と、
   前記試料上に該光が照射されている照明領域から放出される散乱光、あるいは回折光を捕捉する対物レンズと、
   前記対物レンズにて形成される結像面に、画素毎に光量を変調可能な素子を有するイメージセンサを配置して画像を検出する手段と、
   前記結像面より得られた画像の特徴量を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
8. 請求項７において、
   前記光量を変調可能な素子は、画素毎に透過率が変調可能な素子であることを特徴とする欠陥検査装置。
9. 請求項７において、
   前記光量を変調可能な素子は、透過軸が変調可能な検光子であることを特徴とする欠陥検査装置。
10. 請求項８または９において、
    前記イメージセンサは、その受光面にワイヤグリッドあるいはフォトニック結晶からなる偏光子を設けていることを特徴とする欠陥検査装置。
11. 試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出装置において、
    前記試料に光を照射して前記試料の位置と前記試料からの散乱光量を予め測定する測定部と、
    前記測定により得られた値より前記試料の位置ごとの照明光量を算出する算出部を有し、
    前記位置ごとの照明光量に応じて強度変調した光を前記試料表面から引いた法線に対して斜方より線状に照明する照明部と、
    前記試料上に該光が照射されている照明領域から放出される散乱光、あるいは回折光を捕捉する対物レンズと、
    前記対物レンズにて形成される結像面にイメージセンサを配置して画像を検出する手段と、
    前記結像面より得られた画像の特徴量を比較処理して欠陥候補を判定する画像処理部と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
12. 請求項１１において、
    前記照明部の強度変調手段は、電気光学素子と偏光ビームスプリッタを組み合わせた構成であることを特徴とする欠陥検査装置。
13. 試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、
    前記試料を水平な面内にて走査しながら、前記試料の法線に対して斜方より線状な照明光にて照明し、
    前記照明光により照明された前記試料上の照明領域からの散乱光や回折光を対物レンズにて捕捉し、
    前記捕捉された光を偏光分岐手段にて複数光路に分岐し、
    前記複数分岐された少なくても１つ以上の光路にアレイ状の空間変調素子を配置して前記捕捉された光の一部を遮光し、
    前記空間変調素子にて遮光されなかった光を前記分岐したそれぞれの光路の結像面に結像し、
    前記結像面のそれぞれにイメージセンサを配置して複数の画像をほぼ同時に検出し、
    前記検出した複数画像より得られた特徴量を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
14. 試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、
    前記試料を水平な面内にて走査しながら、前記試料の法線に対して斜方より線状な照明光にて照明し、
    前記照明光により照明された前記試料上の照明領域からの散乱光や回折光を対物レンズにて捕捉して結像面に結像し、
    前記結像面に画素毎に光量を変調可能な素子を有するイメージセンサを配置して画像を検出し、
    前記画像より得られた特徴量を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
15. 請求項１４において、
    前記光量を変調可能な素子は、画素毎に透過率が変調可能な素子であることを特徴とする欠陥検査方法。
16. 請求項１４において、
    前記光量を変調可能な素子は、透過軸が変調可能な検光子であることを特徴とする欠陥検査方法。
17. 試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、
    前記試料の位置と散乱光量を予め測定する機能を有し、
    測定された前記試料の位置と散乱光量に基づいて強度変調した光を前記試料の法線に対して斜方より線状に照明し、
    前記照明された領域からの散乱光や回折光を対物レンズにて捕捉して結像面に結像し、
    前記結像面に配置したイメージセンサにて画像を検出し、
    前記画像より得られた特徴量を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。
18. 試料表面上にパターンが形成された該試料の表面上の欠陥を検出する欠陥検出方法において、
    前記試料をステージ上に載置し、
    前記試料に光を照射し、前記ステージを漸次移動させながら前記試料の位置と、前記試料からの散乱光量を予め測定するプレスキャンを前記試料に対して行い、
    前記測定結果による試料の位置と散乱光量に基づいて、前記試料に照射する照明光量を決定し、前記照明光量を用いることにより前記試料に照射した照射領域から放出される散乱光、あるいは回折光の検出光量を調節することを特徴とする欠陥検査方法。
19. 請求項１８において、
    照明された前記試料上の照明領域からの散乱光や回折光を対物レンズにて捕捉して結像面に結像し、
    前記結像面に配置したイメージセンサにて画像を検出し、
    前記結像面より得られた画像の特徴量を比較処理して欠陥候補を判定することを特徴とする欠陥検査方法。

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