JP2014016374A - Defect inspection device and defect inspection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイス製造におけるウェハなどの、パターンが形成された試料の欠陥検査装置及び欠陥検査方法に係り、特に光学式欠陥検査装置における光学系に関する。 The present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method for a sample formed with a pattern such as a wafer in semiconductor device manufacturing, and more particularly to an optical system in an optical defect inspection apparatus.
半導体デバイスの製造プロセスでは、スパッタ法や化学気相成長法による成膜，化学機械研磨法による平坦化，リソグラフィとエッチングによるパターニングを多数繰り返す。半導体デバイスの歩留まりを確保するために、製造プロセスの途中でウェハを抜き取り、欠陥検査を行う。欠陥とは、ウェハ表面の異物，膨れ，ボイド，スクラッチ，パターン欠陥（ショート，オープン，ホールの開口不良など）である。欠陥検査の目的は、第１に製造装置の状態を管理すること、第２に不良が発生した工程とその原因を特定することにある。半導体デバイスの微細化に伴い、欠陥検査装置に対して、高い検出感度が要求されている。 In a semiconductor device manufacturing process, film formation by sputtering or chemical vapor deposition, planarization by chemical mechanical polishing, and patterning by lithography and etching are repeated many times. In order to ensure the yield of semiconductor devices, the wafer is extracted during the manufacturing process and defect inspection is performed. Defects are foreign matter, blisters, voids, scratches, and pattern defects (short, open, hole opening failure, etc.) on the wafer surface. The purpose of the defect inspection is to first manage the state of the manufacturing apparatus, and secondly to identify the process in which the defect has occurred and its cause. With the miniaturization of semiconductor devices, high detection sensitivity is required for defect inspection apparatuses.
ウェハには同一のパターンを有する数百のデバイス（チップと呼ぶ）が作製される。また、デバイスのメモリ部などでは、繰り返しパターンを有する多数のセルが形成される。欠陥検査装置では、隣接するチップ間または隣接するセル間で画像を比較する方法が使用されている。 Hundreds of devices (called chips) having the same pattern are fabricated on the wafer. In addition, a large number of cells having a repetitive pattern are formed in the memory portion of the device. In the defect inspection apparatus, a method of comparing images between adjacent chips or adjacent cells is used.
ウェハに光を照射して暗視野画像を比較する暗視野欠陥検査装置は、他方式の欠陥検査装置に比べてスループットが高いので、インライン検査で多く使用されている。 Dark field defect inspection apparatuses that irradiate a wafer with light and compare dark field images have a higher throughput than other types of defect inspection apparatuses, and are therefore often used in inline inspection.
暗視野欠陥検査装置に関して、特開２００５−１５６５３７号公報（特許文献１）が示されている。ウェハに複数の方向から照明光を照射し、ウェハからの散乱光を方向ごとに検出する。照明方向ごとに、照明光の入射角は異なり、照明光の波長は同一または異なる。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-156537 (Patent Document 1) is shown regarding a dark field defect inspection apparatus. The wafer is irradiated with illumination light from a plurality of directions, and scattered light from the wafer is detected for each direction. The incident angle of illumination light is different for each illumination direction, and the wavelength of illumination light is the same or different.
また、暗視野欠陥検査装置に関して、特開２００７−２２５４３２号公報（特許文献２）が示されている。ウェハに複数の方向から照明光を照射し、ウェハからの散乱光を方向ごとに検出する。照明方向ごとに、照明光の偏光は異なる。 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-225432 (Patent Document 2) is shown regarding a dark field defect inspection apparatus. The wafer is irradiated with illumination light from a plurality of directions, and scattered light from the wafer is detected for each direction. The polarization of the illumination light differs depending on the illumination direction.
半導体デバイスの微細化に伴い、光学式欠陥検査装置に対して、検出感度の向上が要求されている。特に、ゲートやビットラインなどのパターニング後検査では、非常に微小なショートやオープンを検出する必要があり、信号強度の確保が課題となっている。 With the miniaturization of semiconductor devices, the optical defect inspection apparatus is required to improve detection sensitivity. In particular, in post-patterning inspection of gates and bit lines, it is necessary to detect very small shorts and opens, and ensuring signal strength is an issue.
特許文献１の技術は、複数の方向ごとの画像を統合処理することにより、パターンエッジからのスペックルノイズの軽減を図っている。しかし、信号強度については考慮されていない。 The technique of Patent Document 1 attempts to reduce speckle noise from a pattern edge by performing an integration process on images in a plurality of directions. However, the signal strength is not considered.
特許文献２の技術は、偏光が互いに異なる照明光により、酸化膜の厚さ変動に対して信号強度の安定化を図っている。しかし、対象とする欠陥は異物であり、パターン欠陥については考慮されていない。 In the technique of Patent Document 2, the signal intensity is stabilized against fluctuations in the thickness of the oxide film by using illumination lights having different polarizations. However, the target defect is a foreign substance, and the pattern defect is not considered.
本発明の目的は、特にパターン欠陥に対して、高感度かつ高スループットの欠陥検査装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus with high sensitivity and high throughput, particularly for pattern defects.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、パターンの方向と、照明光の試料への射影の方向と照明光の偏光に着目したことにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized by focusing on the direction of the pattern, the direction of projection of the illumination light onto the sample, and the polarization of the illumination light.
また、本発明は、パターンが形成された試料に、複数の方向から照明光を照射し、該試料の像を光学系を介して画像センサに結像し、欠陥の有無を判定する欠陥検査装置において、少なくとも２つの照明方向の該試料への射影は該試料の主要なパターンの方向に対して垂直または平行であり、該第１の方向の照明光の偏光と該第２の方向の照明光の偏光は互いに異なることを特徴とする。 The present invention also provides a defect inspection apparatus that irradiates a sample on which a pattern is formed with illumination light from a plurality of directions, forms an image of the sample on an image sensor via an optical system, and determines the presence or absence of a defect. The projection of the at least two illumination directions onto the sample is perpendicular or parallel to the direction of the main pattern of the sample, the polarization of the illumination light in the first direction and the illumination light in the second direction The polarizations are different from each other.
また、本発明は、該第１の方向の射影と該第２の方向の射影は互いに垂直であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the projection in the first direction and the projection in the second direction are perpendicular to each other.
また、本発明は、該第１の方向の射影と該第２の方向の射影は互いに平行であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the projection in the first direction and the projection in the second direction are parallel to each other.
また、本発明は、該第１の方向の照明光の偏光はｓ偏光であり、該第２の方向の照明光の偏光はｐ偏光であることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the illumination light in the first direction is s-polarized light and the illumination light in the second direction is p-polarized light.
また、本発明は、該光学系は暗視野型であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the optical system is a dark field type.
また、本発明は、該光学系は明視野型であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the optical system is a bright field type.
また、本発明は、該第１の方向の照明光と該第２の方向の照明光は空間的にインコヒーレントであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the illumination light in the first direction and the illumination light in the second direction are spatially incoherent.
また、本発明は、該第１の方向の照明光と該第２の方向の照明光は空間的にコヒーレントであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the illumination light in the first direction and the illumination light in the second direction are spatially coherent.
さらに、本発明は、パターンが形成された試料に、複数の方向から照明光を照射し、該試料の像を光学系を介して画像センサに結像し、欠陥の有無を判定する欠陥検査装置において、少なくとも２つの照明方向の該試料への射影は該試料の主要なパターンの方向に対して垂直または平行であり、該第１の方向の照明光の波長と該第２の方向の照明光の波長は互いに異なり、該第１の方向の照明光の偏光と該第２の方向の照明光の偏光は互いに異なることを特徴とする。 Furthermore, the present invention provides a defect inspection apparatus that irradiates a sample on which a pattern is formed with illumination light from a plurality of directions, forms an image of the sample on an image sensor via an optical system, and determines the presence or absence of a defect. The projection of the at least two illumination directions onto the sample is perpendicular or parallel to the direction of the main pattern of the sample, the wavelength of the illumination light in the first direction and the illumination light in the second direction Are different from each other, and the polarization of the illumination light in the first direction and the polarization of the illumination light in the second direction are different from each other.
また、本発明は、該第１の方向の射影と該第２の方向の射影は互いに垂直であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the projection in the first direction and the projection in the second direction are perpendicular to each other.
また、本発明は、該第１の方向の射影と該第２の方向の射影は互いに平行であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the projection in the first direction and the projection in the second direction are parallel to each other.
また、本発明は、該第１の方向の照明光の偏光はｓ偏光であり、該第２の方向の照明光の偏光はｐ偏光であることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the illumination light in the first direction is s-polarized light and the illumination light in the second direction is p-polarized light.
また、本発明は、該光学系は暗視野型であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the optical system is a dark field type.
また、本発明は、該光学系は明視野型であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the optical system is a bright field type.
また、本発明は、該第１の方向の照明光と該第２の照明光は空間的にインコヒーレントであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the illumination light in the first direction and the second illumination light are spatially incoherent.
また、本発明は、該第１の方向の照明光と該第２の照明光は空間的にコヒーレントであることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the illumination light in the first direction and the second illumination light are spatially coherent.
本発明によれば、ショートやオープン等の検出に好適な照明方法により、高感度かつ高スループットの欠陥検査が可能となる。 According to the present invention, a high-sensitivity and high-throughput defect inspection can be performed by an illumination method suitable for detecting a short circuit or an open circuit.
本発明の一実施形態として、半導体ウェハを対象とする暗視野欠陥検査装置について説明する。 As an embodiment of the present invention, a dark field defect inspection apparatus for a semiconductor wafer will be described.
検査装置の概略構成を図１に示す。検査装置は、ウェハ１を搭載するステージ２，光源３，分岐素子４，第１の偏光素子５１，第２の偏光素子５２，第１の照明光学系６１，第２の照明光学系６２，検出光学系７，検出器８，画像処理部９，全体制御部１０、及び入出力操作部１１とから構成される。 A schematic configuration of the inspection apparatus is shown in FIG. The inspection apparatus includes a stage 2 on which the wafer 1 is mounted, a light source 3, a branch element 4, a first polarizing element 51, a second polarizing element 52, a first illumination optical system 61, a second illumination optical system 62, and a detection. The optical system 7, the detector 8, the image processing unit 9, the overall control unit 10, and the input / output operation unit 11 are configured.
ウェハ１を欠陥検査装置に装填する際、オペレータはパターンレイアウトや注目欠陥種などの情報を入出力操作部１１に入力する。全体制御部１０はこの情報を用いて、後述のように好適な照明方法を選定する。 When loading the wafer 1 into the defect inspection apparatus, the operator inputs information such as the pattern layout and the target defect type to the input / output operation unit 11. The overall control unit 10 uses this information to select a suitable illumination method as will be described later.
光源３から発した光は、分岐素子４により２つの光路に分かれる。それぞれの光は偏光素子５１，５２により、互いに直交する２つの直線偏光となり、照明光学系６１と６２を介して、ウェハ１を照射する。第１の照明光と第２の照明光とは、光路長に差を設けてあるので、空間的にインコヒーレントである。第１の照明光の方向と第２の照明光の方向は、ウェハ面への射影が互いに垂直となるように設定されている。ここで、射影とは、照明光の方向ベクトルのウェハ面内の成分を意味する。前記の射影はウェハの主要なパターンに対して、垂直または平行である。また、ウェハに対して、第１の照明光はｓ偏光、第２の照明光はｐ偏光である。ウェハで散乱された光は、検出光学系７により捕集される。ウェハからの正反射光は検出光学系の開口外に出射するので、暗視野像が検出器８に結像する。検査画像は、Ａ／Ｄ変換器（図示しない）によりデジタル信号に変換され、画像処理部９に記録される。画像処理部には、検査チップと隣接し、同一パターンを有するチップで取得した参照画像が記録されている。検査画像と参照画像に対して、位置合わせなどの処理を行った後、両者の差画像を出力する。この差画像の輝度を予め設定した閾値と比較し、欠陥の有無を判定する。欠陥の判定結果は、全体制御部に送信され、所定の検査終了後に、入出力操作部に表示される。 The light emitted from the light source 3 is split into two optical paths by the branch element 4. Each light becomes two linearly polarized light orthogonal to each other by the polarizing elements 51 and 52, and irradiates the wafer 1 through the illumination optical systems 61 and 62. Since the first illumination light and the second illumination light have a difference in optical path length, they are spatially incoherent. The direction of the first illumination light and the direction of the second illumination light are set so that projections on the wafer surface are perpendicular to each other. Here, the projection means a component in the wafer surface of the direction vector of illumination light. Said projection is perpendicular or parallel to the main pattern of the wafer. For the wafer, the first illumination light is s-polarized light and the second illumination light is p-polarized light. The light scattered by the wafer is collected by the detection optical system 7. Since the specularly reflected light from the wafer is emitted out of the aperture of the detection optical system, a dark field image is formed on the detector 8. The inspection image is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown) and recorded in the image processing unit 9. In the image processing unit, a reference image acquired by a chip adjacent to the inspection chip and having the same pattern is recorded. After processing such as alignment is performed on the inspection image and the reference image, a difference image between the two is output. The brightness of the difference image is compared with a preset threshold value to determine the presence or absence of a defect. The determination result of the defect is transmitted to the overall control unit, and is displayed on the input / output operation unit after the predetermined inspection is completed.
図２は、前記実施例におけるパターンと照明光との関係を示す。ウェハにはラインアンドスペースパターンが形成されており、２方向から照明光を照射する。第１の方向のウェハへの射影は、パターンピッチ方向に対して垂直である。第２の方向のウェハへの射影は、パターンピッチ方向に対して平行である。このように、第１の方向の射影と第２の方向の射影は、互いに垂直である。また、偏光については、第１の方向の照明光はｓ偏光、第２の方向の照明光はｐ偏光としている。 FIG. 2 shows the relationship between the pattern and the illumination light in the embodiment. A line and space pattern is formed on the wafer, and illumination light is irradiated from two directions. The projection onto the wafer in the first direction is perpendicular to the pattern pitch direction. The projection onto the wafer in the second direction is parallel to the pattern pitch direction. Thus, the projection in the first direction and the projection in the second direction are perpendicular to each other. As for the polarization, the illumination light in the first direction is s-polarization, and the illumination light in the second direction is p-polarization.
本発明では、パターンと注目欠陥に応じて、照明光の方向と偏光を設定する。以下、詳細を説明する。 In the present invention, the direction and polarization of illumination light are set according to the pattern and the defect of interest. Details will be described below.
パターン欠陥検査では、致命欠陥であるショートの検出が特に重要である。図３は、ラインアンドスペースパターンのショートについて、照明光の方位角と信号強度との関係を示す。ここでは、方位角は、照明方向のウェハへの射影とパターンピッチ方向とのなす角で定義した。信号強度は、偏光と方位角に依存することが分かる。ショートの信号強度が最大となるのは、ｓ偏光では方位角９０度、ｐ偏光では方位角０度である。いずれの場合も、照明光の電場ベクトルのウェハへの射影は、パターンピッチ方向と一致している。一方、ｓ偏光で方位角０度、ｐ偏光で方位角９０度の場合、ショートの信号強度は０である。 In pattern defect inspection, it is particularly important to detect a short circuit that is a fatal defect. FIG. 3 shows the relationship between the azimuth angle of the illumination light and the signal intensity for a short of the line and space pattern. Here, the azimuth angle is defined as the angle formed by the projection of the illumination direction onto the wafer and the pattern pitch direction. It can be seen that the signal intensity depends on polarization and azimuth. The signal strength of the short circuit is maximized at an azimuth angle of 90 degrees for s-polarized light and an azimuth angle of 0 degrees for p-polarized light. In either case, the projection of the electric field vector of the illumination light onto the wafer coincides with the pattern pitch direction. On the other hand, when the s-polarized light has an azimuth angle of 0 degrees and the p-polarized light has an azimuth angle of 90 degrees, the signal strength of the short circuit is zero.
ところで、１方向から照明光をウェハに照射すると、ウェハ表面のグレインやラインエッジの粗さによるスペックルが生じ易く、欠陥検出を阻害することが多い。このようなノイズを低減するには、複数の方向から照明光を照射し、空間的コヒーレンスを下げるのが有効である。 By the way, when illumination light is irradiated on the wafer from one direction, speckles due to grain on the wafer surface and roughness of the line edge are likely to occur, and defect detection is often hindered. In order to reduce such noise, it is effective to irradiate illumination light from a plurality of directions to reduce spatial coherence.
以上を考慮し、２方向から照明光をウェハに照射し、パターンショートを検出するのに好適な照明方法を、図４に示す。パターンピッチ方向に垂直な方向からｓ偏光の照明光を照射し、パターンピッチ方向に平行な方向からｐ偏光の照明光を照射する。このような２方向照明により、ノイズを低減しつつ、ショートの信号強度を確保することができる。 In consideration of the above, FIG. 4 shows an illumination method suitable for irradiating the wafer with illumination light from two directions and detecting a pattern short. The s-polarized illumination light is irradiated from a direction perpendicular to the pattern pitch direction, and the p-polarized illumination light is irradiated from a direction parallel to the pattern pitch direction. With such two-way illumination, it is possible to ensure a short signal strength while reducing noise.
また、４方向から照明光をウェハに照射し、パターンショートを検出するのに好適な照明方法を、図５に示す。パターンピッチ方向に垂直な２方向からｓ偏光の照明光を照射し、パターンピッチ方向に平行な２方向からｐ偏光の照明光を照射する。４方向照明は前記の２方向照明に比べて、照明光学系が複雑になるが、ノイズをさらに低減することができる。 FIG. 5 shows an illumination method suitable for irradiating the wafer with illumination light from four directions and detecting pattern shorts. The s-polarized illumination light is irradiated from two directions perpendicular to the pattern pitch direction, and the p-polarized illumination light is irradiated from two directions parallel to the pattern pitch direction. Four-way illumination is more complicated in illumination optical system than the above-mentioned two-way illumination, but noise can be further reduced.
また、パターン欠陥検査では、致命欠陥であるオープンの検出も重要である。図６は、ラインアンドスペースパターンのオープンに対して、照明光の方位角と信号強度との関係を示す。オープンの信号強度が最大となるのは、ｐ偏光で方位角９０度である。しかし、この条件では図３に示したように、ショートの信号強度は０になってしまう。 In pattern defect inspection, it is also important to detect open defects that are fatal defects. FIG. 6 shows the relationship between the azimuth angle of the illumination light and the signal intensity with respect to the opening of the line and space pattern. The maximum signal strength of open is p-polarized light with an azimuth angle of 90 degrees. However, under this condition, as shown in FIG. 3, the signal strength of the short circuit becomes zero.
そこで、ショートとオープンが存在するウェハにおいて、両方を検出するのに好適な照明方法を図７に示す。パターンピッチ方向に垂直な２方向から、照明光をウェハに照射する。第１の照明光はｓ偏光、第２の照明光はｐ偏光とする。このような２方向照明により、第１の照明光でショートを検出でき、第２の照明光でオープンを検出できる。 Therefore, FIG. 7 shows an illumination method suitable for detecting both short and open wafers. The illumination light is irradiated onto the wafer from two directions perpendicular to the pattern pitch direction. The first illumination light is s-polarized light, and the second illumination light is p-polarized light. With such two-way illumination, a short can be detected with the first illumination light, and an open can be detected with the second illumination light.
また、ショートとオープンの両方を検出するのに好適な、他の照明方法を図８に示す。パターンピッチ方向に平行な２方向から、照明光をウェハに照射する。第１の照明光はｓ偏光、第２の照明光はｐ偏光とする。このような２方向照明により、第１の照明光でオープンを検出でき、第２の照明光でショートを検出できる。 FIG. 8 shows another illumination method suitable for detecting both short and open. Illumination light is irradiated on the wafer from two directions parallel to the pattern pitch direction. The first illumination light is s-polarized light, and the second illumination light is p-polarized light. With such two-way illumination, an open can be detected with the first illumination light, and a short can be detected with the second illumination light.
以上に述べた照明条件について、ユーザによる設定の流れを図９に示す。まず、入出力操作部にて、検査装置上のパターンの主要な方向を入力する。次に、注目欠陥種を入力する。上記の入力情報に基づき、全体制御部は推奨照明条件を選定し、操作画面に表示する。ユーザはこの照明条件を確認し、検査レシピに設定登録する。図１０は、パターン方向がＹ方向、注目欠陥種がショート、照明光方向が２方向の場合の、操作画面を示す。 The flow of setting by the user for the illumination conditions described above is shown in FIG. First, the main direction of the pattern on the inspection apparatus is input at the input / output operation unit. Next, the target defect type is input. Based on the input information, the overall control unit selects recommended illumination conditions and displays them on the operation screen. The user confirms this illumination condition and registers and registers it in the inspection recipe. FIG. 10 shows an operation screen when the pattern direction is the Y direction, the target defect type is short, and the illumination light direction is two directions.
次に、酸化膜上のパターン欠陥の検査について、説明する。酸化膜は透明なので薄膜干渉が生じ、酸化膜厚によって信号強度が著しく変動する。膜厚むらが大きいウェハでは、薄膜干渉効果を低減するために、波長の異なる光で照明する方法が有効である。 Next, inspection of pattern defects on the oxide film will be described. Since the oxide film is transparent, thin film interference occurs, and the signal intensity varies significantly depending on the oxide film thickness. For wafers with large film thickness unevenness, a method of illuminating with light having different wavelengths is effective in order to reduce the thin film interference effect.
酸化膜上のパターン欠陥検査に好適な本発明の第２の実施形態を、図１１を用いて説明する。光源３１は遠紫外光を発光し、光源３２は紫外光を発光する。遠紫外光は第１の偏光素子５１と第１の照明光学系６１を介して、直線偏光にてウェハを照射する。紫外光は第２の偏光素子５２と第２の照明光学系６２を介して、直線偏光にてウェハを照射する。ここで、遠紫外光の方向と紫外光の方向は、ウェハ面への射影が互いに垂直となるように設定されている。前記の射影はウェハの主要なパターンに対して、垂直または平行である。また、遠紫外光の偏光と紫外光の偏光は異なり、一方はｓ偏光で他方はｐ偏光である。ウェハで散乱された遠紫外光と紫外光は検出光学系７により捕集され、暗視野像が検出器８に結像する。 A second embodiment of the present invention suitable for pattern defect inspection on an oxide film will be described with reference to FIG. The light source 31 emits far ultraviolet light, and the light source 32 emits ultraviolet light. The far ultraviolet light irradiates the wafer with linearly polarized light via the first polarizing element 51 and the first illumination optical system 61. The ultraviolet light irradiates the wafer with linearly polarized light via the second polarizing element 52 and the second illumination optical system 62. Here, the direction of the far ultraviolet light and the direction of the ultraviolet light are set so that projections on the wafer surface are perpendicular to each other. Said projection is perpendicular or parallel to the main pattern of the wafer. Further, the polarization of far-ultraviolet light and the polarization of ultraviolet light are different, one being s-polarized light and the other being p-polarized light. The far ultraviolet light and the ultraviolet light scattered by the wafer are collected by the detection optical system 7, and a dark field image is formed on the detector 8.
パターンショートを検出するのに好適な照明方法を、図１２に示す。パターンピッチ方向に垂直な方向から、ｓ偏光の遠紫外光を照射する。パターンピッチ方向に平行な方向から、ｐ偏光の紫外光を照射する。 FIG. 12 shows an illumination method suitable for detecting a pattern short. Irradiate s-polarized far ultraviolet light from a direction perpendicular to the pattern pitch direction. Irradiate p-polarized ultraviolet light from a direction parallel to the pattern pitch direction.
図１３は、酸化膜厚とショートの信号強度との関係を示す。遠紫外光の信号強度と紫外光の信号強度は、それぞれ膜厚に対して著しく変動することが分かる。一方、遠紫外光の信号強度と紫外光の信号強度の和は、膜厚に対する変動が小さい。このように、波長と偏光がそれぞれ異なる２方向照明により、膜厚むらがあるウェハでも信号強度を確保することができる。 FIG. 13 shows the relationship between the oxide film thickness and the short-circuit signal intensity. It can be seen that the signal intensity of far ultraviolet light and the signal intensity of ultraviolet light vary significantly with respect to the film thickness. On the other hand, the sum of the signal intensity of far ultraviolet light and the signal intensity of ultraviolet light has a small variation with respect to the film thickness. Thus, signal intensity can be ensured even for wafers with uneven film thickness by two-way illumination with different wavelengths and polarized light.
以上の実施形態では、照明光は空間的にインコヒーレントであるが、光路長を同じにして、コヒーレントにすることもできる。コヒーレント照明では、ノイズは増加するが、干渉効果により信号強度がさらに増加する場合がある。そのため、ノイズは十分小さいけれども、信号強度が不足している場合に、有効である。 In the above embodiment, the illumination light is spatially incoherent, but it can be made coherent with the same optical path length. In coherent illumination, noise increases, but signal strength may further increase due to interference effects. Therefore, it is effective when the noise is sufficiently small but the signal strength is insufficient.
また、以上の実施形態では、照明方向のウェハ面への射影はパターンの主要な方向に対して垂直または平行であるが、角度が多少ずれても、ほぼ同じ効果が得られる。 In the above embodiment, the projection of the illumination direction onto the wafer surface is perpendicular or parallel to the main direction of the pattern, but substantially the same effect can be obtained even if the angle is slightly deviated.
また、以上の実施形態では、照明光の偏光はｓ偏光とｐ偏光であるが、偏光が多少ずれても、ほぼ同じ効果が得られる。 In the above embodiment, the polarization of the illumination light is s-polarized light and p-polarized light, but substantially the same effect can be obtained even if the polarization is slightly deviated.
また、以上の実施形態では、ウェハ上の照明領域をスリット状にすることもできる。ウェハを短手方向に走査して、高スループットの欠陥検査が可能となる。 Further, in the above embodiment, the illumination area on the wafer can be formed into a slit shape. By scanning the wafer in the short direction, high-throughput defect inspection becomes possible.
また、以上の実施形態では、複数の検出系を設けることもできる。多くの場合、欠陥の散乱光分布は酸化膜厚によって変化する。そこで、上方検出系と斜方検出系の併用により、膜厚むらに対して、検出感度を安定化する効果が得られる。 In the above embodiment, a plurality of detection systems can be provided. In many cases, the scattered light distribution of defects varies depending on the oxide film thickness. Thus, the combined use of the upper detection system and the oblique detection system can provide an effect of stabilizing the detection sensitivity against the film thickness unevenness.
また、以上の実施形態では、半導体ウェハの暗視野欠陥検査装置について説明したが、本発明は明視野欠陥検査装置にも適用可能である。 In the above embodiment, the semiconductor wafer dark field defect inspection apparatus has been described. However, the present invention is also applicable to a bright field defect inspection apparatus.
また、本発明は、半導体リソグラフィ工程のマスクなどの微細パターンが形成された試料の検査にも適用できる。 The present invention can also be applied to inspection of a sample on which a fine pattern such as a mask in a semiconductor lithography process is formed.
１ ウェハ
２ ステージ
３ 光源
４ 分岐素子
７ 検出光学系
８ 検出器
９ 画像処理部
１０ 全体制御部
１１ 入出力操作部
５１ 第１の偏光素子
５２ 第２の偏光素子
６１ 第１の照明光学系
６２ 第２の照明光学系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer 2 Stage 3 Light source 4 Branching element 7 Detection optical system 8 Detector 9 Image processing part 10 Overall control part 11 Input / output operation part 51 1st polarizing element 52 2nd polarizing element 61 1st illumination optical system 62 1st 2 illumination optics
Claims (12)
該試料の像を画像センサに結像させる検出光学系と、
欠陥の有無を判定する処理部と、を有し、
該第１の照明光の第１の射影は該パターンのピッチ方向に対して実質的に垂直であり、該第２の照明光の第２の射影は該パターンのピッチ方向に対して実質的に平行であり、
該第１の照明光の偏光はｓ偏光であり、該第２の照明光の偏光はｐ偏光であり、
該第１の照明光の方位角は９０度であり、該第２の照明光の方位角は０度であることを特徴とする欠陥検査装置。 An illumination optical system for irradiating the sample on which the pattern is formed with the first illumination light and the second illumination light from a plurality of directions;
A detection optical system for forming an image of the sample on an image sensor;
A processing unit for determining the presence or absence of defects,
The first projection of the first illumination light is substantially perpendicular to the pitch direction of the pattern, and the second projection of the second illumination light is substantially perpendicular to the pitch direction of the pattern. Parallel,
The polarization of the first illumination light is s-polarization, the polarization of the second illumination light is p-polarization,
An azimuth angle of the first illumination light is 90 degrees, and an azimuth angle of the second illumination light is 0 degrees.
前記第１の照明光の波長と前記第２の照明光の波長とは異なることを特徴とする欠陥検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1,
The defect inspection apparatus, wherein the wavelength of the first illumination light is different from the wavelength of the second illumination light.
該光学系は暗視野型であることを特徴とする欠陥検査装置。 The defect inspection apparatus according to claim 1,
The defect inspection apparatus, wherein the optical system is a dark field type.
該光学系は明視野型であることを特徴とする欠陥検査装置。 The defect inspection apparatus according to claim 1,
A defect inspection apparatus, wherein the optical system is a bright field type.
該第１の照明光と該第２の照明光は空間的にインコヒーレントであることを特徴とする欠陥検査装置。 The defect inspection apparatus according to claim 1,
The defect inspection apparatus, wherein the first illumination light and the second illumination light are spatially incoherent.
該パターンの方向、及び注目欠陥を入力するための入力部を有し、
該処理部は、該入力部の入力結果に応じて照明条件を出力することを特徴とする欠陥検査装置。 The defect inspection apparatus according to claim 1,
An input unit for inputting the direction of the pattern and the defect of interest;
The processing unit outputs a lighting condition according to an input result of the input unit.
第２の照明光の第２の射影を前記パターンのピッチ方向に対して実質的に平行とし、
該第１の照明光の偏光はｓ偏光であり、該第２の照明光の偏光はｐ偏光であり、
該第１の照明光の方位角は９０度であり、該第２の照明光の方位角は０度であること特徴とする欠陥検査方法。 The first projection of the first illumination light is substantially perpendicular to the pitch direction of the pattern on the sample;
The second projection of the second illumination light is substantially parallel to the pitch direction of the pattern;
The polarization of the first illumination light is s-polarization, the polarization of the second illumination light is p-polarization,
A defect inspection method, wherein the azimuth angle of the first illumination light is 90 degrees and the azimuth angle of the second illumination light is 0 degrees.
前記第１の照明光の波長と前記第２の照明光の波長とは異なることを特徴とする欠陥検査方法。 The defect inspection method according to claim 7,
A defect inspection method, wherein a wavelength of the first illumination light is different from a wavelength of the second illumination light.
該欠陥検査方法は暗視野方式である欠陥検査方法。 The defect inspection method according to claim 7,
The defect inspection method is a defect inspection method which is a dark field method.
該欠陥検査方法は明視野方式である欠陥検査方法。 The defect inspection method according to claim 7,
The defect inspection method is a bright inspection method.
該第１の照明光と該第２の照明光は空間的にインコヒーレントであることを特徴とする欠陥検査方法。 The defect inspection method according to claim 7,
The defect inspection method, wherein the first illumination light and the second illumination light are spatially incoherent.
該パターンの方向、及び注目欠陥を入力するための入力し、
該入力部の入力結果に応じて照明条件を出力することを特徴とする欠陥検査方法。 The defect inspection method according to claim 7,
Input to input the direction of the pattern and the defect of interest,
A defect inspection method, wherein an illumination condition is output in accordance with an input result of the input unit.
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