JP2506725B2 - パタ−ン欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体集積回路等の物品の反射型パター
ンの欠陥を、レーザ光回折パターン空間周波数フィルタ
リング方式を用いて検出するパターン欠陥検査装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

第５図は例えば特開昭54−105967号公報，特開昭56−
33621号公報，特開昭59−154343号公報等に示された従
来のパターン欠陥検査装置を示す構成図であり、図にお
いて、１は可干渉光源、２はコリメータ、３はコリメー
タ２を出射した平行光、４は被検査物の被検パターン、
５は被検パターン４からの透過光を集光し、検出器６上
に結像させる光学レンズ、７は正常な被検パターンの回
折光を除去する空間フィルタ、８は検出器６からの信号
を処理し、欠陥を検出する処理検出装置である。

次に動作について説明する。可干渉光源１から出射さ
れ、コリメータ２により拡大された可干渉光３は、透過
型の被検パターン４に照射される。被検パターン４の開
口を透過した光はレンズ５により検出器６の位置に結像
される。この時、レンズ５の後焦点面に正常な被検パタ
ーンの回折光を遮断する空間フィルタを配置しているた
め、検出器６では、被検パターンの正常な部分が除去さ
れた欠陥部のみの像が検出される。そしてこの検出器６
の検出信号を処理装置８で処理することによりパターン
の欠陥検出を行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のパターン欠陥検査装置は以上のように構成され
ているので、被検パターンは例えばICマスクのような透
過型のものに限られるという欠点があった。

また、可干渉光の入射方向を変更して、半導体集積回
路パターンのような反射型の被検パターンに適用する場
合には、反射方向の微妙な傾きなどにより、反射光の光
路が透過型パターンにおける透過光の光路のように一定
せず、反射回折光パターンと空間フィルタとのマッチン
グが悪く、正常なパターンの反射回折光の除去が不完全
となり欠陥検出のSNが低下するという問題点があった。

ところで、特開昭51−20865号公報や特開昭59−934号
公報には、パターニングされた半導体集積回路チップ上
の諸欠陥を光学的に検出する欠陥検査装置において、反
射光の回折光成分を空間フィルタによって遮光し、欠陥
による回折光のみを検出するようにしたものが示されて
いるが、これらの公報記載のものは、集束され光ビーム
で試料を走査し、その時生じる反射回折光パターンを、
正常な反射回折光パターンと比較してパターン欠陥部を
検出するようにしたものであるため、反射回折光パター
ンはフーリエ変換パターンではなく、空間周波数フィル
タを適用できるものではない。

以下詳述すると、物品から発した光により常に回折光
パターンは発生するが、このパターンは照明光が平面波
（平行光）であるか、点光源からの光（球面波）や集束
光であるかによって大きくその形を変える。平行光によ
って照明された物品からの回折光は、これを結像するレ
ンズの後焦点面において、またはレンズを用いない場合
には無限遠において、その強度分布はフーリエ変換パタ
ーンとなる。このフーリエ変換パターンは、試料のパタ
ーンを空間周波数に展開したパターンであり、物品の照
明光が平行光でない場合は、近似的なフーリエ変換パタ
ーンとなり、厳密なフーリエ変換パターンを得ることは
できないと言える。

また、平行光で照明された物品からの回折光は、凸レ
ンズを用いることで、有限の距離で厳密なフーリエ変換
パターンの強度分布に変換され、この意味で後焦点面に
おける回折パターンは他の回折パターンとは格別の意味
を持っている。

このような物品からの回折光のフーリエ変換パターン
は、物品の被検パターンが繰り返しパターンである場
合、点群像を形成し、欠陥からのそれは広く分布するた
め、欠陥からの情報の損失を最小にして繰り返しパター
ンと欠陥を分離することができるが、フーリエ変換面以
外での回折光パターンは、点群像とはならず広がりを持
った像となり、繰り返しパターンと欠陥の確かな分離が
できない。また集束光または点光源からの光で物品を照
明した場合も、物品からの回折パターンは大きく広がる
ため、フーリエ変換パターンのように欠陥と正常な繰り
返しパターンとを空間的に分離しやすいものとはならな
い。

さらに、集束光で物品を照明すると、その照射領域は
当然狭く、集束光の照明位置毎に回折パターンの分布
は、物品の被検パターンの形状に応じて大きく変化する
が、平行光で物品を照明する場合は、その照射領域は一
般に広く、物品の被検パターンが繰り返しパターンを持
つ場合、数十個以上のピッチが１度に照射され、この場
合、後焦点面にできる回折パターンは、物品と照射光と
を相対的に移動しても変化しないフーリエ変換パターン
となる。

また、繰り返しパターンのフーリエ変換パターンは、
空間周波数に応じた点群像となるため、繰り返しパター
ンを除去するための空間周波数フィルタも点群像であ
り、遮光する部分は少ない。写真乾板でフィルタを作成
した場合、点の直径は0.1〜0.5mmであり、ずれの裕度は
±20μｍ程度しかない。これは、焦点距離90mmのレンズ
の場合±30秒程度の煽り角ずれとなる。これに対して擬
似的なフーリエ変換パターンは広く広がるため、±20μ
ｍ程度のずれは問題とならない。

また、空間周波数フィルタリング法においては、透過
回折光よりも反射回折光の方が、フーリエ変換パターン
と、フィルタとの位置合わせにおいて煽り角調整が特に
重要である。つまり空間フィルタリング方式において透
過回折光パターンでは０次光は煽り角変化に対して変化
せず、回折光の回折角は面が傾いたことによる入射方向
からみたパターンピッチの変化に応じて変化する。この
量は煽り角θの（１−cos θ）に比例するため、煽り角
が小さい時はフィルタとのずれは問題ないが、反射回折
光パターンでは、物品の表面が傾くと光の反射方向が煽
り角の２倍だけずれるため、０次光、回折光ともども煽
り角のsin θに比例して変化することとなり、煽り角が
小さい時でもフィルタとのずれは問題となる。

特に半導体ウエハのように熱処理工程を経たものは、
歪みのためその表面が大きくうねっているため、このよ
うな物品の被検パターンについてSN比の高い欠陥検査を
行うことは極めて困難であった。

この発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、反射回折光パターンとして、正常な繰り返しパ
ターンとパターン欠陥部分とを空間的に分離しやすく、
しかも物品の位置情報として、物品の回転移動に基づく
位置情報のみを含むフーリエ変換パターンを得ることが
でき、これにより光路が一定しにくい反射光を用いる反
射型パターンの欠陥検査においても上記空間周波数フィ
ルタにより正常なパターンの反射回折光を十分除去で
き、SN比の高い欠陥検査を行なうことができるパターン
欠陥検査装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るパターン欠陥検査装置は、基板上に規
則的に配列された反射型の被検パターンを有する物品の
パターン欠陥を、レーザ光回折パターン空間周波数フィ
ルタリング方式を用いて検出する装置であって、その載
置面を煽り角調整及び回転角調整するための煽り角及び
回転角調整機構を有し、該載置面上に上記物品を載置す
る載置台と、レーザ光を発生するレーザ光源を有し、上
記載置面上の物品に平行光束のレーザ光を照射する光照
射手段と、上記物品の被検パターンからの反射光を結像
する結像レンズと、該結像レンズの後焦点面での該被検
パターンからの反射回折光のパターン位置を検出するパ
ターン位置検出手段と、上記結像レンズの後焦点位置に
配置され正常な被検パターンの反射回折光を除去する空
間周波数フィルタと、上記空間周波数フィルタを透過し
た反射光の像を検出してパターン欠陥検出を行なうパタ
ーン欠陥検出手段と、上記パターン位置検出出力に基づ
いて上記空間周波数フィルタの位置と反射回折光パター
ン位置とがマッチングするよう上記載置面の煽り角及び
回転角調整を行なう手段とを備えるようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、反射型の被検パターンを有する
物品のパターン欠陥を、被検パターンからの反射回折光
に基づいて空間周波数フィルタ方式により検出する装置
において、上記被検パターンからの反射回折光を、上記
物品に平行光を照射して発生するようにし、しかも該反
射回折光を結像する結像レンズの後焦点面，つまり反射
回折光のフーリエ変換面において検出した該反射回折光
のパターン位置に基づいて、上記物品を載置する載置面
の煽り角及び回転角の調整を行うようにしたから、反射
回折光パターンが、正常な繰り返しパターンと欠陥部分
とを空間的に分離しやすい、かつ物品の位置情報として
その回転角及び煽り角に基づく位置情報のみを含むフー
リエ変換パターンとなる。

つまり、物品の被検パターンが繰り返しパターンであ
る場合、平行光を照射した物品の被検パターンからの反
射回折光はフーリエ変換面で点像群となるのに対し、物
品のパターン欠陥部からの反射回折光は、上記フーリエ
変換面で点像とはならず広い範囲にわたる像となるた
め、上記フーリエ変換面に配置した空間周波数フィルタ
により、パターン欠陥部に対する情報の損失を最小にし
て繰り返しパターンとパターン欠陥部との情報を分離す
ることができる。

また、平行光はその照射領域が広く、物品の複数の繰
り返しパターンを一括して照射することとなるため、物
品に平行光を照射して発生した反射回折光は、そのフー
リエ変換面では、物品の平行移動，つまり水平方向及び
垂直方向における移動に対しては、そのパターン位置及
び形状が不変であるのに対し、物品の回転移動、煽り角
の変動の変動に対しては、反射回折光パターンが回転、
及び位置変動することとなり、このため、反射回折光の
フーリエ変換パターンからは、試料の平行移動による位
置変動が拘わらず、その回転角及び煽り角情報のみを検
出することができ、特に、物品の煽り角変動をその垂直
方向の移動と分離して検出することができ、これにより
反射回折光のパターン位置に基づく物品の煽り角及び回
転角の調整を精度よく行うことができる。

この結果、反射型の被検パターンの欠陥検査について
も、SN比の高い欠陥検出を行うことが可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、１はHe−Neレーザ光源、２はレーザ光を
拡大するコリメータ、３は拡大された平行光線である。
11,12はハーフミラー、４は載置台20の載置面上に載せ
られた被検半導体ウェハ（物品）、20は半導体ウェハ４
を載置するための載置台で、そのウェハ載置面の煽り角
を縦方向，横方向で調整するための第1,第２の煽り角調
整機構16,17及び上記半導体ウェハ４をその載置面を回
転させて回転角調整するための回転角調整機構18を有す
るものである。５は被検ウェハ４の表面パターンからの
反射光を集光し、該パターンを結像する結像レンズ、６
は結像レンズ５による被検ウェハ４のパターンの結像位
置に配置された欠陥検出用ITVカメラ、７は結像レンズ
５の後焦点位置に配置され被検ウェハ４の正常パターン
の反射回折光を除去する空間周波数フィルタで、例えば
第２図に示すように全面に半導体ウェハ４の正常な表面
パターンの反射回折光を遮断する反射回折光遮断パター
ンが形成されている。８はITVカメラ６からの出力信号
を処理して欠陥位置を検出する処理装置であり、上記IT
Vカメラ６とともにパターン欠陥検出手段を構成してい
る。13はレンズ５の後焦点位置での反射回折光パターン
の位置を検出するITVカメラ（パターン位置検出手
段）、14は該ITVカメラ13の検出出力を受け被検ウェハ
４からの反射回折光のパターンと上記フィルタ７の反射
回折光遮断パターンとの位置ずれ量を算出し、第1,第２
の煽り角調整機構16,17及び回転角調整機構18に補正指
令を発する制御装置、15は被検ウェハ４のパターン欠陥
を表示する表示装置である。

次に動作について説明する。

He−Neレーザ１から発した光は、コリメータ２により
拡大されて平行光となってハーフミラー11へ入射し、該
ハーフミラー11により反射され、半導体ウェハ４に照射
される。ウェハ４からの反射光はハーフミラー11透過
し、レンズ５で集光された後、ハーフミラー12により２
つに分けられ、一方は空間フィルタ７に至り、他方は反
射回折光パターン位置検出用ITVカメラ13に入光する。
ここで空間フィルタ７とITVカメラ13とはともにレンズ
５の後焦点位置に配置されているので、空間フィルタ７
上の反射回折光パターンは、ITVカメラ13で検出される
反射回折光パターンと等しい。

ここで上記フィルタ７は、正常なパターンのサンプル
ウェハを載置台20上に位置決めして置き、フィルタ７の
位置つまり結像レンズ５の後焦点位置に写真乾板を置
き、レーザ光１を照射して正常パターンの反射光により
写真乾板を露光し、これをネガに現像し、その後露光次
に写真乾板が置かれた位置に正確に位置決め固定された
ものである。このフィルタ７はその全面に例えば第２図
に示すように正常なパターンの反射回折光を遮断する遮
断パターンが形成されており、これにより該反射回折光
のパターン中の光強度の強い部分では光を遮断し、その
他の部分では光を透過させるようになっている。このた
め、被検ウェハ４のパターンの反射回折光パターンと、
空間フィルタ７の遮断パターンとの位置合せがなされた
状態において、フィルタ７に至った被検ウェハ４のパタ
ーンの反射回折光のうち、正常パターンの成分はフィル
タ７で遮断され、欠陥パターンの成分のみが透過する。

そして、フィルタ７を透過した欠陥部分の光は、結像
位置に置かれた欠陥検出用ITVカメラ６に受光され、こ
のITVカメラ６によって検出された欠陥信号が処理装置
８に入り、ここで欠陥の位置検出と判定とが行なわれ
る。

次に、被検ウェハパターンの反射回折光パターン位置
を空間フィルタ７の位置とマッチングさせる動作につい
て説明する。

反射型の被検パターンの場合、透過型の被検パターン
の場合と異なり、例えば第３図に示すように被検ウェハ
４表面の煽り角φのずれによる反射方向の違いにより、
反射回折光パターン位置ｄが空間フィルタ７の遮断パタ
ーン位置ｃと異なるため、この位置ｄを遮断パターン位
置ｃに合わせる操作が必要となる。

そこで被検ウェハ４のパターンの反射回折光パターン
位置の空間フィルタ７へのマッチングは次のように行な
う。まず、正常パターンサンプルでの空間フィルタ７の
作成時において、写真乾板を露光した時に、反射回折光
パターン位置検出用ITVカメラ13から、正常パターンの
反射回折光パターン（第４図（ｂ））を制御装置14に取
込み、その記憶部に記憶する。次に検査時において、該
制御装置14は被検ウェハパターンからの反射回折光パタ
ーン（第４図（ａ））をITVカメラ13から取込み、この
パターンと記憶した正常パターンサンプルの反射回折光
パターンとの縦方向，横方向の位置ずれ距離ΔX,ΔＹ及
び位置ずれ角Δθを算出し、これらの値に基づいて被検
ウェハパターンの反射回折光パターン（第４図（ａ））
が第４図（ｂ）に示すパターンの位置に来るよう上記縦
方向，横方向煽り角調整機構16,17及び回転角調整機構1
8によりその位置を補正する。

このように本実施例では、被検半導体ウエハ４の表面
パターンからの反射回折光を、上記ウエハ４に平行光束
のレーザ光を照射して発生するようにし、しかも該反射
回折光を結像する結像レンズ５の後焦点面，つまり反射
回折光のフーリエ変換面において検出した該反射回折光
のパターン位置に基づいて、上記被検半導体ウエハ４を
載置する載置面の煽り角及び回転角の調整を行うように
したので、反射回折光パターンが、被検半導体ウエハ４
表面の正常な繰り返しパターンと欠陥部分とを空間的に
分離しやすく、しかも被検半導体ウエハ４の位置情報と
してその回転角及び煽り角に基づく位置情報のみを含む
フーリエ変換パターンとなる。

つまり、被検半導体ウエハ４の表面パターンは繰り返
しパターンであり、平行光を照射した被検半導体ウエハ
４の表面パターンからの反射回折光は、フーリエ変換
面，つまり結像レンズ５の後焦点面で点像群となるのに
対し、パターン欠陥部からの反射回折光は、上記フーリ
エ変換面で点像とはならず広い範囲にわたる像となるた
め、上記フーリエ変換面に配置した空間周波数フィルタ
７により、パターン欠陥部に対する情報の損失を最小に
して繰り返しパターンとパターン欠陥部との情報を分離
することができる。

また、平行光はその照射領域が広く、被検半導体ウエ
ハ４の複数の繰り返しパターンを一括して照射すること
となるため、上記平行光を照射して発生した反射回折光
は、そのフーリエ変換面では、被検半導体ウエハ４の平
行移動，つまり水平方向及び垂直方向における移動に対
しては、そのパターン位置及び形状が不変であるのに対
し、被検半導体ウエハ４の回転移動、煽り角の変動の変
動に対しては、反射回折光パターンが回転、及び位置変
動することとなり、このため反射回折光のフーリエ変換
パターンからは、被検半導体ウエハ４の平行移動による
位置変動に拘わらず、その回転角及び煽り角に基づく位
置情報のみを検出することができ、特に、物品の煽り角
変動をその垂直方向の移動と分離して検出することがで
き、これにより反射回折光のパターン位置に基づく被検
半導体ウエハ４の煽り角及び回転角の調整を精度よく行
うことができる。

この結果、反射型の被検パターンの欠陥検査について
も、空間周波数フィルタ７を用いてSN比の高い欠陥検出
を行うことができる。

なお、上記実施例では、半導体集積回路パターンの場
合について説明したが、本発明は半導体に限らず、表面
が鏡面をもつ微細なパターンを有する物品のパターン欠
陥検査にも同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係るパターン欠陥検査装置
によれば、基板上に規則的に配列された反射型の被検パ
ターンを有する物品のパターン欠陥を、レーザ光回折パ
ターン空間周波数フィルタリング方式を用いて検出する
装置であって、その載置面を煽り角調整及び回転角調整
するための煽り角及び回転角調整機構を有し、該載置面
上に上記物品を載置する載置台と、レーザ光を発生する
レーザ光源を有し、上記載置面上の物品に平行光束のレ
ーザ光を照射する光照射手段と、上記物品の被検パター
ンからの反射光を結像する結像レンズと、該結像レンズ
の後焦点面での該被検パターンからの反射回折光のパタ
ーン位置を検出するパターン位置検出手段と、上記結像
レンズの後焦点位置に配置され正常な被検パターンの反
射回折光を除去する空間周波数フィルタと、上記空間周
波数フィルタを透過した反射光の像を検出してパターン
欠陥検出を行なうパターン欠陥検出手段と、上記パター
ン位置検出出力に基づいて上記空間周波数フィルタの位
置と反射回折光パターン位置とがマッチングするよう上
記載置面の煽り角及び回転角度調整を行なう手段とを備
えるようにしたので、上記反射回折光パターンが、正常
な繰り返しパターンとパターン欠陥部分とを空間的に分
離しやすく、しかも物品の位置情報としてその回転移動
に基づく情報のみを含むフーリエ変換パターンとなり、
この結果、光路が一定しにくい反射光を用いる反射型パ
ターンの欠陥検査においても上記空間周波数フィルタに
より正常なパターンの反射回折光を十分除去でき、SN比
の高い欠陥検査を行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるパターン欠陥検査装
置を示す構成図、第２図は空間フィルタの一例を示す
図、第３図は反射方向の違いによる回折光パターン位置
のずれを説明するための図、第４図は反射回折光パター
ン位置の補正動作を説明するための図、第５図は従来の
パターン欠陥検査装置を示す構成図である。 図において、１はレーザ、４は半導体ウェハ（物品）、
５は結像レンズ、６は欠陥検出用ITVカメラ、７は空間
フィルタ、８は信号処理装置、13はITVカメラ（パター
ン位置検出手段）、14は制御装置、16,17は第1,第２の
煽り角調整機構、18は回転角調整機構である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に規則的に配列された反射型の被検
   パターンを有する物品のパターン欠陥を、レーザ光回折
   パターン空間周波数フィルタリング方式を用いて検出す
   る装置であって、 その載置面を煽り角調整及び回転角調整するための煽り
   角及び回転角調整機構を有し、該載置面上に上記物品を
   載置する載置台と、 レーザ光を発生するレーザ光源を有し、上記載置面上の
   物品に平行光束のレーザ光を照射する光照射手段と、 上記物品の被検パターンからの反射光を結像する結像レ
   ンズと、 該結像レンズの後焦点面での該被検パターンからの反射
   回折光のパターン位置を検出するパターン位置検出手段
   と、 上記結像レンズの後焦点位置に配置され正常な被検パタ
   ーンの反射回折光を除去する空間周波数フィルタと、 上記空間周波数フィルタを透過した反射光の像を検出し
   てパターン欠陥検出を行なうパターン欠陥検出手段と、 上記パターン位置検出出力に基づいて上記空間周波数フ
   ィルタの位置と反射回折光パターン位置とがマッチング
   するよう上記載置面の煽り角及び回転角調整を行なう手
   段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
2. 【請求項２】上記煽り角調整機構は縦方向及び横方向の
   煽り角をそれぞれ調整するための第1,第２の煽り角調整
   機構からなるものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のパターン欠陥検査装置。
3. 【請求項３】上記空間周波数フィルタは、上記結像レン
   ズの後焦点位置にて正常な反射型パターンの反射回折光
   により露光した写真乾板をネガとして現像したものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載のパターン欠陥検査装置。
4. 【請求項４】上記物品は半導体ウェハであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
   記載のパターン欠陥検査装置。