JP2021117185A

JP2021117185A - 検査装置

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Publication number: JP2021117185A
Application number: JP2020012529A
Authority: JP
Inventors: 研志石渡; Kenji Ishiwatari
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-01-29
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Abstract

【課題】照明光における波長のばらつきを補正し、波長のばらつきを低減させた照明光で照明した場合の出力を得ることができる検査装置を提供する。【解決手段】本発明に係る検査装置１は、ライン状に並んだ複数の光源を有し、複数の光源から生成された光を含む照明光で、基板と基板上に形成された均一な膜厚の膜とを含む基準試料７０、及び、検査試料８０を照明する照明装置１０と、ライン状に並んだ複数の画素を有し、照明光が、基準試料７０及び検査試料８０で反射した反射光を受光し、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の出力値を出力するラインセンサ４０と、照明光または反射光の波長をシフトさせる波長シフト手段３０と、検査試料８０における波長をシフトさせる前及び後の出力値を、基準試料７０における波長をシフトさせる前及び後の出力値を用いて補正し、補正した出力値から検査試料８０を検査する処理部５０と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、検査装置に関するものであり、例えば、半導体ウェハのマクロ検査及び分光撮像検査における検査装置に関する。

単色光ＬＥＤを一方向にライン状に複数個並べたライン型照明装置を備える検査装置が知られている。ライン型照明装置では、用いる複数個の単色光ＬＥＤを、その単色光ＬＥＤが生成する光の波長によって選別し、ライン型照明装置の照明光の波長を均一化している。

特開２０１３−１６１９０９号公報特表２０１４−５１３３９９号公報特表２００１−５１８２０８号公報特開２０１５−１２７６５３号公報特開２０１５−１０２４４２号公報

ライン型照明装置を用いたマクロ検査装置では、照明光の波長の僅かな差（１ｎｍ以下）が検出誤差を生じさせ、検査の課題となっている。ライン型照明装置に用いる単色光ＬＥＤを、生成される光の波長によって選別しても、±１ｎｍ以下の範囲の選別は、単色光ＬＥＤの生産数が限られているため、現実的には行えない。

ライン型照明装置の複数の単色光ＬＥＤが生成する光の波長のバラツキにより、検査試料を照明する照明光は、波長のバラツキを有している。そして、検査試料であるパターン構造もしくは薄膜構造が設けられたウェハは、僅かな波長の違いにより反射率が異なる。このため、照明光で検査試料を照明した場合に、波長のばらつきの影響を受けた画像が出力される。

図１（ａ）は、検査試料を照明する照明光を例示したグラフであり、横軸は、検査試料の試料面の位置を示し、縦軸は、照明光の波長を示し、（ｂ）は、照明光が検査試料で反射した反射光を受光したラインセンサの出力を例示したグラフであり、横軸は、ラインセンサの画素番号を示し、縦軸は、ラインセンサの出力値を示す。

図１（ａ）に示すように、検査試料を照明する照明光は、照明装置における複数の光源が生成する光の波長のばらつきにより、検査試料の試料面において、波長のばらつきを示している。検査試料は、照明光の僅かな波長の違いにより反射率が異なるため、図１（ｂ）に示すように、ラインセンサにおける複数の画素の出力値は、照明光の波長のばらつきの影響を受けた出力となる。なお、図１（ｂ）に示すような出力のばらつきは、シェーディング補正等の明るさの補正で除去することは意味をなさない。その理由は、例えば、1種類の薄膜構造が設けられたウェハを用いて、明るさ補正を行ったとしても、出力ばらつきの原因が波長のバラツキであるため、異なる薄膜構造を持ったウェハでは、再び出力ばらつきが発生するためである。

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、照明光における波長のばらつきを補正し、波長のばらつきを低減させた照明光で照明した場合の検査試料を検査することができる検査装置を提供することである。

本発明に係る検査装置は、ライン状に並んだ複数の光源を有し、前記複数の光源から生成された光を含む照明光で、基板と前記基板上に形成された均一な膜厚の膜とを含む基準試料、及び、検査試料を照明する照明装置と、ライン状に並んだ複数の画素を有し、前記照明光が、前記基準試料及び前記検査試料で反射した反射光を受光し、各画素が受光した前記反射光の反射率に基づいて、前記各画素の出力値を出力するラインセンサと、前記照明光または前記反射光の波長をシフトさせる波長シフト手段と、前記検査試料における前記波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の前記出力値を、前記基準試料における前記波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の前記出力値を用いて補正し、補正した出力値から前記検査試料を検査する処理部と、を備える。

本発明によれば、照明光における波長のばらつきを補正し、波長のばらつきを低減させた照明光で照明した場合の検査試料を検査することができる検査装置を提供することができる。

（ａ）は、検査試料を照明する照明光を例示したグラフであり、横軸は、検査試料の試料面の位置を示し、縦軸は、照明光の波長を示し、（ｂ）は、照明光が検査試料で反射した反射光を受光したラインセンサの出力を例示したグラフであり、横軸は、ラインセンサの画素番号を示し、縦軸は、ラインセンサの出力値を示す。実施形態１に係る検査装置を例示した図である。（ａ）は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の基準試料を照明する照明光を例示したグラフであり、横軸は、試料面の位置を示し、縦軸は、照明光の波長を示し、（ｂ）は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の照明光が基準試料で反射した反射光を受光したラインセンサの出力を例示したグラフであり、横軸は、ラインセンサの画素番号を示し、縦軸は、ラインセンサの出力値を示す。実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の検査試料を照明する照明光、並びに、導出された均一な照明光を例示したグラフであり、横軸は、試料面の位置を示し、縦軸は、照明光の波長を示し、（ｂ）は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の照明光が基準試料で反射した反射光を受光したラインセンサの出力、並びに、均一な照明光が基準試料で反射した反射光を受光した場合のラインセンサの出力を例示したグラフであり、横軸は、ラインセンサの画素番号を示し、縦軸は、ラインセンサの出力値を示す。実施形態１に係る検査装置において、照明光の波長が変化した場合の基準試料に形成された膜の膜厚と、反射光の輝度差を例示した図である。実施形態１に係る検査装置において、波長シフトに対するラインセンサの出力の変化を例示した図であり、横軸は、波長のシフトを示し、縦軸は、反射光の反射率を示し、（ａ）は、基準試料が５２ｎｍの均一な膜厚の窒化シリコンを含む場合であり、（ｂ）は、基準試料が６０ｎｍの均一な膜厚の窒化シリコンを含む場合である。実施形態１に係る検査方法を例示したフローチャート図である。（ａ）は、実施形態１の検査方法を例示した概念図であり、（ｂ）は、実施形態２の検査方法を例示した概念図である。（ａ）〜（ｃ）は、シリコンウェハ上に窒化シリコンの薄膜が形成されたウェハにおいて、窒化シリコンの膜厚を変化させたときの反射率を薄膜干渉の原理に基づいて計算したグラフであり、横軸は、窒化シリコンの膜厚を示し、縦軸は反射率を示す。（ａ）〜（ｃ）は、シリコンウェハ上に窒化シリコンの薄膜が形成されたウェハにおいて、窒化シリコンの膜厚を変化させたときの反射率を薄膜干渉の原理に基づいて計算したグラフであり、横軸は、窒化シリコンの膜厚を示し、縦軸は反射率を示す。実施形態２に係る検査装置を例示した図である。実施形態２に係る検査装置において、ラインセンサを例示した図である。実施形態２に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

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

（実施形態１）
実施形態１に係る照明装置を説明する。図２は、実施形態１に係る検査装置を例示した図である。図２に示すように、検査装置１は、照明装置１０、結像レンズ２０、波長シフト手段３０、ラインセンサ４０、処理部５０、メモリ６０を備えている。検査装置１は、照明装置１０から生成された照明光で検査試料８０を照明し、検査試料８０を検査する。

ここで、検査装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標軸系を導入する。照明光の光軸、及び、照明光が検査試料８０で反射した反射光の光軸を含む面をＹＺ面とする。ＹＺ面に直交する方向をＸ軸方向とする。

照明装置１０は、複数の光源を有している。複数の光源は、例えば、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）である。複数の光源は、ライン状に並んでいる。例えば、複数の光源は、Ｘ軸方向にライン状に並んでいる。照明装置１０は、複数の光源から生成された光を含む照明光で、基準試料７０及び検査試料８０を照明する。

検査試料８０は、検査の対象となる試料である。検査試料８０は、例えば、ウェハである。なお、検査試料８０は、パターンが形成されたウェハでもよいし、パターンが形成されないウェハでもよい。また、プリント基板等のウェハ以外の試料でもよい。

基準試料７０は、検査試料８０を検査する際の基準となる試料である。基準試料７０は、例えば、基板と基板上に形成された均一な膜厚の膜とを含んでいる。基準試料７０の基板は、例えば、シリコンであり、基板上に形成された均一な膜厚の膜は、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化シリコン膜（ＳｉＯ）である。なお、基板は、シリコンに限らず、他の材料を含むものでもよいし、均一な膜厚の膜は、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜に限らず、他の材料を含むものでもよい。また、均一な膜厚とは、照明光が照明される部分において、測定限界の範囲で均一な膜厚を意味する。

結像レンズ２０は、照明光が基準試料７０または検査試料８０で反射した反射光をラインセンサ４０上に結像する。

波長シフト手段３０は、照明光または反射光の波長をシフトさせる。波長シフト手段３０は、例えば、照明光の光路上のバンドパスフィルタ３１に取り付けられた支持部である。支持部は、照明光の光軸に対するバンドパスフィルタ３１の傾きを変える。これにより、照明光の波長をシフトさせる。

波長シフト手段３０は、光源の温度調整器でもよい。温度調整器は、例えば、複数の光源を加熱または冷却するペルチェ素子でもよいし、複数の光源の周囲に加熱流体または冷却流体を流すチラーでもよい。温度調整器は、光源の温度を調整する。これにより、照明光の波長をシフトさせる。また、波長シフト手段３０は、複数の光源に流れる電流値を変化させる電流調整器でもよい。電流調整器は光源に流れる電流値を調整することにより、照明光の波長をシフトさせる。なお、波長シフト手段３０が電流調整器の場合には、照明光の光量も変わるので、露光時間の調整等も合わせて行ってもよい。

図３（ａ）は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の基準試料を照明する照明光を例示したグラフであり、横軸は、基準試料の試料面の位置を示し、縦軸は、照明光の波長を示す。

図３（ａ）に示すように、基準試料７０を照明する照明光は、波長をシフトさせる前及び波長をシフトさせた後の両方とも、照明装置１０における複数の光源が生成する光の波長のばらつきにより、基準試料７０の試料面において、波長のばらつきを示している。波長シフト手段３０は、照明光の波長を、例えば、短波長側にシフトさせる。

ラインセンサ４０は、複数の画素を有している。複数の画素は、ライン状に並んでいる。例えば、複数の画素は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。ラインセンサ４０は、照明光が、基準試料７０及び検査試料８０で反射した反射光を受光する。ラインセンサ４０は、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の出力値を出力する。

例えば、波長シフト手段３０が照明光の波長をシフトさせた場合には、ラインセンサ４０は、照明光の波長をシフトさせる前及び照明光の波長をシフトさせた後の照明光が、基準試料７０及び検査試料８０で反射した反射光を受光する。また、波長シフト手段３０が反射光の波長をシフトさせた場合には、ラインセンサ４０は、照明光が基準試料７０及び検査試料８０で反射した反射光であって、波長がシフトする前及び波長がシフトした後の反射光を受光する。

図３（ｂ）は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の照明光が基準試料で反射した反射光を受光したラインセンサの出力を例示したグラフであり、横軸は、ラインセンサの画素番号を示し、縦軸は、ラインセンサの出力値を示す。

図３（ｂ）に示すように、ラインセンサ４０における複数の画素の出力値は、照明光の波長をシフトさせる前及び波長をシフトさせた後の両方とも、照明光の波長のばらつきの影響を受けた出力となる。

具体的には、ラインセンサ４０は、波長をシフトさせる前の照明光が基準試料７０で反射した反射光を受光した場合に、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第１出力値を出力する。また、ラインセンサ４０は、波長をシフトさせた後の照明光が基準試料７０で反射した反射光を受光した場合に、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第２出力値を出力する。

また、ラインセンサ４０は、波長をシフトさせる前の照明光が検査試料８０で反射した反射光を受光した場合に、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第３出力値を出力する。さらに、ラインセンサ４０は、波長をシフトさせた後の照明光が検査試料８０で反射した反射光を受光した場合に、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第４出力値を出力する。

処理部５０は、検査試料８０における波長をシフトさせる前及び波長をシフトさせた後の出力値を、基準試料７０における波長をシフトさせる前及び波長をシフトさせた後の出力値を用いて補正する。そして、処理部５０は、補正した出力値から検査試料８０を検査する。以下で、処理部５０の補正処理を説明する。

図４（ａ）は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の検査試料を照明する照明光、並びに、導出された均一な照明光を例示したグラフであり、横軸は、検査試料の試料面の位置を示し、縦軸は、照明光の波長を示し、（ｂ）は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフト手段により照明光の波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の照明光が基準試料で反射した反射光を受光したラインセンサの出力、並びに、均一な照明光が基準試料で反射した反射光を受光した場合のラインセンサの出力を例示したグラフであり、横軸は、ラインセンサの画素番号を示し、縦軸は、ラインセンサの出力値を示す。

図４（ｂ）に示すように、処理部５０は、所定の出力値Ｒｅを設定する。所定の出力値Ｒｅは、例えば、均一な波長の照明光が均一な膜厚の膜を有する基準試料７０で反射した場合を仮定した反射光の反射率の値であり、一定値である。均一な膜厚の膜が形成された基準試料７０では、照明光の波長が均一であれば、ラインセンサ４０の出力値も均一な一定値になると考えられる。よって、図４（ｂ）に示すように、所定の出力値Ｒｅを一定値とする。

処理部５０は、各画素における所定の出力値Ｒｅと第１出力値との差として、第１差（ａ１、ａ２、・・・）を算出する。また、処理部５０は、所定の出力値Ｒｅと第２出力値との差として、第２差（ｂ１、ｂ２、・・・）を算出する。そして、処理部５０は、第１差に対する第２差の比（ａ１：ｂ１、ａ２：ｂ２、・・・）を算出する。このように、処理部５０は、均一な膜厚の膜が形成された基準試料７０における均一な出力値を、図４（ｂ）に示すような所定の出力値Ｒｅとして設定し、比（ａ１：ｂ１、ａ２：ｂ２、・・・）を画素毎の補正データとして、メモリ６０に記憶させる。

そして、図４（ａ）に示すように、処理部５０は、実際に測定を行いたい検査試料８０に対して、波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の照明光による２回の撮像により、第３出力値及び第４出力値を得る。ここで、後述するように、波長の変化によるラインセンサ４０の出力の変化は、微小な波長変動範囲において、リニアである。よって、処理部５０は、検査試料８０における第３出力値及び第４出力値を、第1差に対する第２差の比を用いて補正することにより、均一な波長の照明光で検査試料８０を照明した場合の各画素の補正した出力値を導出することができる。例えば、４０５．０［ｎｍ］の波長の均一な照明光で検査試料８０を照明した場合の補正した出力値を導出することができる。

このように、処理部５０は、基準試料７０及び検査試料８０について、波長をシフトさせる前及び後の２つの出力値による２枚の画像を取得し、ソフトウェア的な補正処理により、照明光の波長のばらつきを低減し、均一な波長の照明光で照明した場合の画像を得ることができる。これにより、処理部５０は、補正した出力値を含む画像から検査試料８０を検査することができる。

メモリ６０は、ラインセンサ４０における複数の画素の各出力値を記憶する。具体的には、メモリ６０は、ラインセンサ４０における各画素が出力した第１出力値、第２出力値、第３出力値、第４出力値を記憶する。また、メモリ６０は、各画素における所定の出力値Ｒｅと第１出力値との第１差及び所定の出力値Ｒｅと第２出力値との第２差を記憶する。さらに、メモリ６０は、第１差に対する第２差の比を記憶する。処理部５０が第１差、第２差、比を算出する際には、メモリ６０に記憶された第１出力値、第２出力値、第３出力値、第４出力値、第１差及び第２差を用いてもよい。

次に、波長の変化に対するラインセンサ４０の出力の変化は、微小な波長変動範囲において、リニアであることを説明する。図５は、実施形態１に係る検査装置において、照明光の波長が変化した場合について、基準試料に形成された膜の膜厚と、反射光の輝度差を例示した図である。図５に示すように、所定の膜厚においては、照明光の波長の変化（４０３ｎｍ〜４０７ｎｍ）に対して、反射光の輝度差は等間隔である。このことは、ラインセンサ４０の出力の変化が、微小な波長変動範囲において、リニアであることを示す。

図６は、実施形態１に係る検査装置において、波長シフトに対するラインセンサの出力の変化を例示した図であり、横軸は、波長のシフトを示し、縦軸は、反射光の反射率を示し、（ａ）は、基準試料が５２ｎｍの均一な膜厚の窒化シリコンを含む場合であり、（ｂ）は、基準試料が６０ｎｍの均一な膜厚の窒化シリコンを含む場合である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、波長シフトに対するラインセンサ４０の出力の変化は、微小な波長変動範囲において、リニアである。

次に、実施形態１に係る検査装置を用いた検査方法を説明する。図７は、実施形態１に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

図７のステップＳ１１に示すように、まず、波長をシフトさせる前の照明光で基準試料７０を照明する。具体的には、ライン状に並んだ複数の光源から生成された光を含む照明光であって、波長をシフトさせる前の照明光で、基準試料７０を照明する。基準試料７０は、基板と基板上に形成された均一な膜厚の膜とを含む。例えば、基準試料７０として、均一な膜厚のノンパターンウェハを使用する。図３（ａ）に示すように、波長シフト手段により、波長をシフトさせる前の照明光で基準試料７０を照明する。

次に、ステップＳ１２に示すように、基準試料７０で反射した反射光を受光し、第１出力値を出力する。具体的には、ライン状に並んだ複数の画素を含むラインセンサ４０で、波長をシフトさせる前の照明光が基準試料７０で反射した反射光を受光する。そして、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第１出力値を出力する。すなわち、図３（ｂ）に示すように、波長をシフトさせる前の１回目の撮像により、第１出力値を得る。

次に、ステップＳ１３に示すように、照明光の波長をシフトさせる。具体的には、第1出力値を出力した後で、波長シフト手段３０により、照明光の波長をシフトさせる。例えば、図３（ａ）に示すように、照明光の波長を短波長側にシフトさせる。

次に、ステップＳ１４に示すように、波長をシフトさせた後の照明光で基準試料７０を照明する。

次に、ステップＳ１５に示すように、基準試料７０で反射した反射光を受光し、第２出力値を出力する。具体的には、波長をシフトさせた後の照明光が基準試料７０で反射した反射光をラインセンサ４０で受光する。そして、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第２出力値を出力する。すなわち、図３（ｂ）に示すように、波長をシフトさせた後の２回目の撮像により、第２出力値を得る。

次に、ステップＳ１６に示すように、第１差に対する第２差の比を算出する。具体的には、処理部５０は、各画素における所定の出力値Ｒｅと第１出力値との差として、第１差を算出する。それとともに、所定の出力値Ｒｅと第２出力値との差として、第２差を算出する。所定の出力値Ｒｅは、例えば、均一な波長の照明光が均一な膜厚の膜を有する基準試料７０で反射した反射光の反射率の値であり、一定値である。例えば、図４（ｂ）に示すように、各画素における所定の出力値Ｒｅと第１出力値との差として、第１差（ａ１、ａ２、・・・）を算出する。それとともに、所定の出力値Ｒｅと第２出力値との差として、第２差（ｂ１、ｂ２、・・・）を算出する。そして、処理部５０は、第１差に対する第２差の比（ａ１／ｂ１、ａ２／ｂ２、・・・）を算出する。

次に、ステップＳ１７に示すように、波長をシフトさせる前の照明光で検査試料８０を照明する。検査試料８０についても、基準試料７０と同様に、図３（ａ）に示すように、波長シフト手段により、波長をシフトさせる前の照明光で検査試料８０を照明する。

次に、ステップＳ１８に示すように、検査試料８０で反射した反射光を受光し、第３出力値を出力する。具体的には、波長をシフトさせる前の照明光が検査試料８０で反射した反射光をラインセンサ４０で受光する。そして、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第３出力値を出力する。すなわち、図３（ｂ）の基準試料７０の場合と同様に、波長をシフトさせる前の検査試料８０の１回目の撮像により、第３出力値を得る。

次に、ステップＳ１９に示すように、照明光の波長をシフトさせる。具体的には、第３出力値を出力した後で、波長シフト手段３０により、照明光の波長をシフトさせる。例えば、図３（ａ）に示すように、照明光の波長を短波長側にシフトさせる。

次に、ステップＳ２０に示すように、波長をシフトさせた後の照明光で検査試料８０を照明する。

次に、ステップＳ２１に示すように、検査試料８０で反射した反射光を受光し、第４出力値を出力する。具体的には、波長をシフトさせた後の照明光が検査試料８０で反射した反射光をラインセンサ４０で受光する。そして、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第４出力値を出力する。すなわち、図３（ｂ）の基準試料７０の場合と同様に、波長をシフトさせた後の検査試料８０の２回目の撮像により、第４出力値を得る。

次に、ステップＳ２２に示すように、検査試料８０の第３出力値及び第４出力値を、基準試料７０の第１出力値及び第２出力値を用いて補正する。具体的には、処理部５０は、第３出力値及び第４出力値を、第１差に対する第２差の比を用いて補正する。これにより、均一な波長の照明光で検査試料８０を照明した場合の各画素の補正した出力値を算出する。例えば、図４（ａ）に示すように、第３出力値及び第４出力値を、第１差に対する第２差の比を用いて補正する。そうすると、検査試料８０に対して、均一な波長の照明光で照明した場合の各画素の出力値が算出される。

次に、ステップＳ２３に示すように、補正した出力値から検査試料８０を検査する。このようにして、検査装置１を用いて、検査試料８０を検査する。

次に、本実施形態の効果を説明する。検査装置１は、照明光の波長をシフトさせる波長シフト手段３０を備えている。これにより、波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の照明光を用いて基準試料７０を照明した場合に、反射光による第１出力値及び第２出力値を出力することができる。よって、照明光における波長のばらつきの影響を補正する際の基準となる照明光を求めることができる。したがって、これを用いれば波長のばらつきを精度よく補正することができる。

また、処理部５０は、各画素における所定の出力値Ｒｅと第１出力値との第１差、及び、所定の出力値Ｒｅと第２出力値との第２差を算出し、第１差に対する第２差の比を算出する。よって、第３出力値及び第４出力値を、基準試料７０から求めた第１差に対する第２差の比を用いて補正することができる。これにより、均一な波長の照明光で検査試料８０を照明した場合の各画素の補正した出力値を導出することができる。

本実施形態の検査装置１は、このようにして補正した出力値から検査試料８０を検査する。よって、照明光における波長のばらつきを補正し、波長のばらつきを低減させた照明光で照明した場合の出力を得ることができ、検査精度を向上させることができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る検査装置を説明する。まず、実施形態１と実施形態２との違いを説明する。図８（ａ）は、実施形態１の検査方法を例示した概念図であり、（ｂ）は、実施形態２の検査方法を例示した概念図である。図８（ａ）に示すように、実施形態１では、波長をシフトさせる前及び波長をシフトさせた後の照明光で基準試料及び検査試料を照明する。

一方、図８（ｂ）に示すように、実施形態２では、照明光の光軸をシフトさせる前及び光軸をシフトさせた後の照明光で基準試料及び検査試料を照明する。光軸をシフトさせた照明光で照明した反射光を得るために、本実施形態の検査装置では、ラインセンサにおける複数の画素が２列のライン状に並んでいる。つまり、２列のライン状の画素列に間隔を設けることにより、光軸角度すなわち反射角度を変えている。反射角度を変えると、薄膜構造等を有するウェハの反射率が変化する。この反射率の変化の傾向は、実施形態1の波長をシフトした時の傾向と同等である。よって、この傾向を利用して、照明光の波長ばらつきを補正するというのが実施形態２の概要である。

図８（ａ）及び（ｂ）において、反射率変化の傾向が同じである理由は、薄膜構造を有するウェハを例にすると、以下のように説明できる。図８（ａ）に示すように、照明光の波長がシフトした場合には、波長のシフト量に応じて薄膜の上下面で反射した光の干渉、すなわち光の位相差が変化するため、試料の反射率が変化する。一方、図８（ｂ）に示すように、照明光の反射角度が変化した場合も同様に、反射角度の差に応じて、薄膜の上下面で反射した光の位相差が変化するため、試料の反射率が変化する。以上から、図８（ａ）及び（ｂ）において、入力量は、それぞれ波長、反射角度（光軸角度）と異なるが、共に光の位相差の変化によるものであり同一の現象である。このことは、次に示す図によっても確かめられる。

図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０（ａ）〜（ｃ）は、シリコンウェハ上に窒化シリコンの薄膜が形成されたウェハにおいて、窒化シリコンの膜厚を変化させたときの反射率を薄膜干渉の原理に基づいて計算したグラフであり、横軸は、窒化シリコンの膜厚を示し、縦軸は反射率を示す。図９（ａ）〜（ｃ）は、照明光の波長の変化量がそれぞれ、０．１、０．５、１．０［ｎｍ］であり、図１０（ａ）〜（ｃ）は、照明光の反射角度の変化量がそれぞれ、０．１、０．５、１．０［°］である。また、カメラの出力差分も示している。図９及び図１０に示すように、照明光の波長がシフトした場合と、照明光の反射角度が変化した場合とでは、膜厚に対する反射率は同様の変化を示す。このように、照明光の波長の変化及び反射角度の変化は、反射率変化の傾向に関して同等であるため、実施形態２では、反射角度（光軸）の変化量を利用して、波長の変化量すなわち照明光の波長を補正する。

図１１は、実施形態２に係る検査装置を例示した図である。図１２は、実施形態２に係る検査装置において、ラインセンサを例示した図である。

図１１及び図１２に示すように、本実施形態の検査装置２は、照明装置１０、結像レンズ２０、波長シフト手段３０、ラインセンサ４１、処理部５０、メモリ６０を備えている。検査装置２において、ラインセンサ４１及び波長シフト手段３０が実施形態１の検査装置１と異なっている。

ラインセンサ４１は、複数の画素を有している。ラインセンサ４１は、２列のライン状に並んだ複数の画素を含んでいる。２列のライン状に並んだ複数の画素うち、１列のライン状の画素を、第１ライン状画素４１ａと呼び、もう１列のライン状の画素を、第２ライン状画素４１ｂと呼ぶ。第２ライン状画素４１ｂは、第１ライン状画素４１ａに平行にライン状に並んでいる。よって、ラインセンサ４１は、第１ライン状画素４１ａと、第１ライン状画素４１ａに平行にライン状に並んだ複数の画素を含む第２ライン状画素４１ｂをさらに有している。例えば、第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂにおいて、複数の画素はＸ軸方向にライン状に並んでいる。

本実施形態の波長シフト手段３０は、第１ライン状画素４１ａと第２ライン状画素４１ｂとの間の間隔Ｄである。すなわち、検査装置２は、第１ライン状画素４１ａと第２ライン状画素４１ｂとの間に間隔Ｄを設けることにより、反射角度を変えた光を受光することができる。これにより、反射率を変化させる。このことは、結果的に、実施形態１の波長のシフトと同等の機能を有している。

基準試料７０を照明光で照明した場合には、ラインセンサ４１における第１ライン状画素４１ａは、照明光が基準試料７０で反射した反射光であって、反射角度を変える前の反射光を受光し、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第１出力値を出力する。

それと同時に、第２ライン状画素４１ｂは、照明光が基準試料７０で反射した反射光であって、反射角度を変えた後の反射光を受光し、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第２出力値を出力する。

例えば、検査装置２の光学系の配置と照明光の波長にもよるが、図９、図１０で示す通り、薄膜が形成されたウェハの反射率の変化において、反射光の光軸の反射角度１［°］の変化は、反射光の波長が１［ｎｍ］程度シフトした場合と同様の効果を有する。また、幾何学的な配置の例として、レンズ２０からラインセンサ４１の画素までの距離を３００［ｍｍ］、第１ライン状画素４１ａと第２ライン状画素４１ｂとの間の間隔Ｄを５［ｍｍ］とすると、その場合には、第１ライン状画素４１ａが受光する反射光の基準試料７０の試料面における反射角と、第２ライン状画素４１ｂが受光する反射光の基準試料７０の試料面における反射角の差は約１［°］となる。これにより、第１ライン状画素４１ａが受光する反射光の反射率は、第２ライン状画素４１ｂが受光する反射光の波長よりも１［ｎｍ］程度シフトした場合と同様の反射率を有する。これにより、基準試料７０の試料面において、反射角αで反射した反射光の波長は、反射角α＋１［°］で反射した反射光の波長に対して１［ｎｍ］程度シフトするのと同様の効果がある。この特性を用いて、反射角度を変える前及び反射角度を変えた後の反射光として、基準試料７０については、第１出力値及び第２出力値を出力する。このような手法を用いることにより、１回のスキャンで、反射角度を変える前及び反射角度を変えた後の出力を得ることができる。

なお、上記した第１ライン状画素４１ａと第２ライン状画素４１ｂとの間の間隔Ｄ、レンズ２０からラインセンサ４１の画素までの距離、反射光の反射角α、波長のシフト量は例示であって、上記の値に限らず、光学系の配置等にもよる。

検査試料８０の場合も、基準試料７０の場合と同様である。すなわち、検査試料８０を照明光で照明した場合には、第１ライン状画素４１aは、照明光が検査試料８０で反射した反射光であって、反射角度を変える前の反射光を受光し、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第３出力値を出力する。

それと同時に、第２ライン状画素４１ｂは、照明光が検査試料８０で反射した反射光であって、反射角度を変えた後の反射光を受光し、各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第４出力値を出力する。

このように、本実施形態では、波長シフト手段は、第１ライン状画素４１aと第２ライン状画素４１ｂとの間の間隔Ｄであるので、実施形態１のように、支持部の角度、光源の温度、光源の電流値等を切り替える必要がない。よって、反射角度を変える前及び反射角度を変えた後の出力値を、基準試料７０及び検査試料８０のいずれの場合でも同時に取得することができる。

なお、シャインプルーフの原理に従い、カメラの取り付け角度βを、光軸角度αに対して適切に設定することで、第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂの両方にフォーカスを合わせることができる。ただし、その場合には、第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂの水平方向の倍率に違いが生じるため、ハードウェハ回路またはソフトウェハで補正する。

図１２に示すように、第１ライン状画素４１ａにおける各画素を配置するピッチＰと、第２ライン状画素４１ｂにおける各画素を配置するピッチＰを同じピッチとする。例えば、各ピッチＰを１０［ｎｍ］のピッチとする。そして、第１ライン状画素４１ａにおける各画素を、第２ライン状画素４１ｂにおける各画素に対して、Ｘ軸方向にハーフピッチ（Ｐ／２）ずらして配置させる。すなわち、第１ライン状画素４１ａの各画素の配置は、第２ライン状画素４１ｂの各画素の配置に対して、ハーフピッチずれている。このように配置することにより、ラインセンサ４１の分解能を向上させることができる。例えば、第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂがそれぞれ８Ｋ画素の場合には、第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂを合わせて、１６Ｋ画素のセンサとすることができる。なお、複数の光源の列を、３列以上に増やしてもよい。そして、各列の配置のずれをＰ／２よりも小さくすることによって、さらに分解能を向上させてもよい。

次に、本実施形態の検査装置を用いた検査方法を説明する。図１３は、実施形態２に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

図１３のステップＳ３１に示すように、まず、照明光で基準試料７０を照明する。具体的には、ライン状に並んだ複数の光源から生成された光を含む照明光で、基準試料７０を照明する。基準試料７０は、基板と基板上に形成された均一な膜厚の膜とを含む。

次に、ステップＳ３２に示すように、基準試料７０で反射した反射光であって、反射角度を変える前の反射光を受光し、第１出力値を出力する。具体的には、ラインセンサ４１における第１ライン状画素４１ａで、照明光が基準試料７０で反射した反射光を受光する。第１ライン状画素４１ａが受光した反射光は、反射角度を変える前の反射光である。そして、第１ライン状画素４１ａの各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第１出力値を出力する。

また、基準試料７０で反射した反射光であって、反射角度を変えた後の反射光を受光し、第２出力値を出力する。具体的には、ラインセンサ４１における第２ライン状画素４１ｂで、照明光が基準試料７０で反射した反射光を受光する。第２ライン状画素４１ｂが受光した反射光は、反射角度を変えた後の反射光である。そして、第２ライン状画素４１ｂの各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第２出力値を出力する。

次に、ステップＳ３３に示すように、処理部５０は、所定の出力値Ｒｅと第１出力値との差として、第１差を算出する。また、所定の出力値Ｒｅと第２出力値との差として、第２差を算出する。所定の出力値Ｒｅは、実施形態１と同様に、均一な波長の照明光が均一な膜厚の膜を有する基準試料７０で反射した反射光の反射率の値であり、一定値である。そして、処理部５０は、第１差に対する第２差の比を算出する。

次に、ステップＳ３４に示すように、照明光で検査試料８０を照明する。

次に、ステップＳ３５に示すように、検査試料８０で反射した反射光であって、反射角度を変える前の反射光を受光し、第３出力値を出力する。具体的には、ラインセンサ４１における第１ライン状画素４１ａで、照明光が検査試料８０で反射した反射光を受光する。第１ライン状画素４１ａが受光した反射光は、反射角度を変える前の反射光である。そして、第１ライン状画素４１ａの各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第３出力値を出力する。

また、検査試料８０で反射した反射光であって、反射角度を変えた後の反射光を受光し、第４出力値を出力する。具体的には、ラインセンサ４１における第２ライン状画素４１ｂで、照明光が検査試料８０で反射した反射光を受光する。第２ライン状画素４１ｂが受光した反射光は、反射角度を変えた後の反射光である。そして、第２ライン状画素４１ｂの各画素が受光した反射光の反射率に基づいて、各画素の第４出力値を出力する。

次に、ステップＳ３６に示すように、検査試料８０の第３出力値及び第４出力値を、基準試料７０の第１出力値及び第２出力値を用いて補正する。具体的には、処理部５０は、第３出力値及び第４出力値を、第１差に対する第２差の比を用いて補正する。これにより、均一な波長の照明光で検査試料８０を照明した場合の各画素の補正した出力値を導出する。

次に、ステップＳ３７に示すように、補正した出力値から検査試料８０を検査する。このようにして、検査装置２を用いて、検査試料８０を検査する。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の検査装置２では、間隔Ｄを空けて配置した第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂにより、反射角度を変えることができる。よって、基準試料７０及び検査試料８０のそれぞれにおいて、１回のスキャンで、反射角度を変える前及び反射角度を変えた後の出力を得ることができる。これにより、出力値を得る時間及び処理を短縮化することができる。

第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂの各画素の配置をずらすことにより、分解能を向上させることができる。例えば、第１ライン状画素４１ａ及び第２ライン状画素４１ｂの各画素の配置をハーフピッチずらすことにより、分解能を２倍にすることができる。分解能を向上させることにより、検査精度を向上させることができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。

１、２検査装置
１０照明装置
２０結像レンズ
３０波長シフト手段
３１バンドパスフィルタ
４０、４１ラインセンサ
４１ａ第１ライン状画素
４１ｂ第２ライン状画素
５０処理部
６０メモリ
７０基準試料
８０検査試料
Ｒｅ所定の出力値

Claims

ライン状に並んだ複数の光源を有し、前記複数の光源から生成された光を含む照明光で、基板と前記基板上に形成された均一な膜厚の膜とを含む基準試料、及び、検査試料を照明する照明装置と、
ライン状に並んだ複数の画素を有し、前記照明光が、前記基準試料及び前記検査試料で反射した反射光を受光し、各画素が受光した前記反射光の反射率に基づいて、前記各画素の出力値を出力するラインセンサと、
前記照明光または前記反射光の波長をシフトさせる波長シフト手段と、
前記検査試料における前記波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の前記出力値を、前記基準試料における前記波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の前記出力値を用いて補正し、補正した出力値から前記検査試料を検査する処理部と、
を備えた検査装置。
前記波長シフト手段は、前記照明光の光路上のバンドパスフィルタに取り付けられた支持部、前記光源の温度を調整する温度調整器、及び、前記光源に流れる電流値を変化させる電流調整器のうちの少なくともいずれかを含む、
請求項１に記載の検査装置。
前記ラインセンサは、
前記波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の前記照明光が前記基準試料で反射した前記反射光を受光した場合に、前記各画素が受光した前記反射光の反射率に基づいて、前記各画素の第１出力値及び第２出力値を出力し、
前記波長をシフトさせる前及びシフトさせた後の前記照明光が前記検査試料で反射した前記反射光を受光した場合に、前記各画素が受光した前記反射光の反射率に基づいて、前記各画素の第３出力値及び第４出力値を出力する、
請求項１または２に記載の検査装置。
前記複数の画素は、第１ライン状画素であり、
前記ラインセンサは、前記第１ライン状画素に平行にライン状に並んだ複数の画素を含む第２ライン状画素をさらに有し、
前記波長シフト手段は、前記照明光の反射角度を変える前の前記反射光を受光する前記第１ライン状画素と、前記照明光の反射角度を変えた後の前記反射光を受光する前記第２ライン状画素と、の間の間隔であり、
前記第１ライン状画素は、前記照明光が前記基準試料及び前記検査試料で反射した前記反射角度を変える前の前記反射光を受光した場合に、前記各画素が受光した前記反射光の反射率に基づいて、前記各画素の第１出力値及び第３出力値を出力し、
前記第２ライン状画素は、前記照明光が前記基準試料及び前記検査試料で反射した前記反射角度を変えた後の前記反射光を受光した場合に、前記各画素が受光した前記反射光の反射率に基づいて、前記各画素の第２出力値及び第４出力値を出力する、
請求項１に記載の検査装置。
前記第１ライン状画素の前記各画素の配置は、前記第２ライン状画素の前記各画素の配置に対して、ハーフピッチずれている、
請求項４に記載の検査装置。
前記処理部は、
前記各画素における所定の出力値と前記第１出力値との第１差、に対する、前記所定の出力値と前記第２出力値との第２差、の比を算出するとともに、
前記第３出力値及び前記第４出力値を、前記比を用いて補正することにより、均一な波長の前記照明光で前記検査試料を照明した場合の前記各画素の前記補正した出力値を導出する、
請求項３または４に記載の検査装置。
前記第１出力値、前記第２出力値、前記第３出力値、前記第４出力値、及び、前記比を記憶するメモリをさらに備えた、
請求項６に記載の検査装置。