JP4394631B2 - Defect inspection method and apparatus - Google Patents

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本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程、プリント基板製造工程等、基板上に回路パターンを形成して対象物を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。   The present invention is a defect that inspects defects such as foreign matter generated in a manufacturing process in which a circuit pattern is formed on a substrate to manufacture an object, such as a semiconductor manufacturing process, a liquid crystal display element manufacturing process, and a printed circuit board manufacturing process. The present invention relates to an inspection apparatus and method.

例えば、半導体製造工程では、半導体基板(ウエハ)上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が、微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合にこの異物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。同様に液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。   For example, in the semiconductor manufacturing process, if foreign matter is present on the semiconductor substrate (wafer), it may cause a failure such as a wiring insulation failure or a short circuit. Further, the semiconductor element is miniaturized and fine foreign matter exists in the semiconductor substrate. In addition, the foreign matter may cause defective insulation of the capacitor and destruction of the gate oxide film. These foreign substances are various due to various causes such as those generated from the moving part of the transfer device, those generated from the human body, those generated by reaction in the processing apparatus by the process gas, those mixed in chemicals and materials, etc. It is mixed in the state of. Similarly, in the liquid crystal display element manufacturing process, if foreign matters are mixed on the pattern or some kind of defect occurs, the liquid crystal display element cannot be used as a display element. The situation is the same in the manufacturing process of the printed circuit board, and the inclusion of foreign matter causes a short circuit of the pattern and a defective connection.

このように異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平1−250847号公報(従来技術1)、特開平6−258239号公報(従来技術2)、特開平6−324003号公報(従来技術3)、特開平8−210989号公報(従来技術4)、および特開平8−271437号公報(従来技術5)が知られている。
従来技術1には、基板の表面の所望特性を記憶する記憶手段と、検査しようとしている基板の表面のある領域をほぼ均一に照明する照明手段と、この照明手段で照明された基板の領域を結像するTDIセンサ手段と、記憶手段およびセンサ手段に応答して基板の結像領域を基板の記憶された所望特性と比較する比較手段とを包含し、基板の表面特性を検査する検査装置が記載されている。
As described above, conventional techniques relating to a defect inspection apparatus and method for foreign matters and the like are disclosed in JP-A-1-250847 (Prior Art 1), JP-A-6-258239 (Prior Art 2), and JP-A-6-324003. JP-A-8-210989 (conventional technique 4) and JP-A-8-271437 (conventional technique 5) are known.
Prior art 1 includes a storage means for storing desired characteristics of the surface of the substrate, an illumination means for illuminating a certain area of the surface of the substrate to be inspected substantially uniformly, and an area of the substrate illuminated by the illumination means. An inspection apparatus for inspecting the surface characteristics of a substrate, comprising: TDI sensor means for imaging; and comparison means for comparing the imaging area of the substrate with the stored desired characteristics of the substrate in response to the storage means and the sensor means. Are listed.

また、従来技術2には、ピッチの異なる繰り返しパターンを有する基板を搬送する搬送手段と、基板に対して平面波の光を直線状にして照射する照明系と、空間フィルタと、空間フィルタを通して得られ、結像光学系で結像された光像を検出する検出器と、検出器で検出された信号の内、空間フィルタを通して得られる基板上のピッチの大きな繰り返しパターンに基いて発生する信号同志を比較して消去する消去手段と、消去手段から得られる信号に基いて基板上の微小な異物等の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えた欠陥検出装置が記載されている。
また、従来技術3には、照明手段、検出光学系、空間フィルタユニット、検出器、オペアンプ、およびA/D変換器より構成される検出ヘッドと、ピッチ検出手段と、オペレータ処理系と、異物データメモリと、大異物データメモリと、パターンメモリと、ソフト処理系と、パラメータ伝達手段と、異物メモリと、座標データ作成手段と、マイクロコンピュータとより構成される異物検査装置が記載されている。
Further, the conventional technique 2 is obtained through a transport means for transporting a substrate having a repetitive pattern with different pitches, an illumination system for irradiating a plane wave light in a straight line on the substrate, a spatial filter, and a spatial filter. , A detector for detecting a light image formed by the imaging optical system, and signals generated based on a repetitive pattern with a large pitch on the substrate obtained through a spatial filter among signals detected by the detector. There is described a defect detection apparatus comprising an erasing means for comparing and erasing and a defect detecting means for detecting a defect such as a minute foreign substance on a substrate based on a signal obtained from the erasing means.
Prior art 3 includes a detection head composed of an illumination means, a detection optical system, a spatial filter unit, a detector, an operational amplifier, and an A / D converter, a pitch detection means, an operator processing system, and foreign matter data. There is described a foreign matter inspection apparatus including a memory, a large foreign matter data memory, a pattern memory, a software processing system, parameter transmission means, foreign matter memory, coordinate data creation means, and a microcomputer.

また、従来技術4には、基板上に形成された薄膜から発生する反射光の強度を平滑化または平均化するように、半導体レーザ発振器から出射されたレーザ光を、互いに非干渉な複数の光束にして、異なる入射角T1〜Tnで実効的に同時に、光を透過する薄膜が形成された基板上に集光照射し、該照明光によって基板上に存在する0.3〜0.8μm或いはそれ以下の微小異物等の微小欠陥から生じる散乱光を集光レンズで集光してTDIセンサ等の検出器で検出する微小欠陥検出装置が記載されている。
また、従来技術5には、光源から照射された光の強度分布に対して複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板により直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にして直線状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正して集光光学系により繰り返しチップが形成された試料上に斜め方向から前記直線状に集光して照射する照明光学系と、該照明光学系で照射された試料上からの散乱反射光をリニアイメージセンサで受光して信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のリニアイメージから変換された信号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の異物として検査するチップ間比較手段とを備えた異物検査装置が記載されている。
Further, in the prior art 4, laser light emitted from a semiconductor laser oscillator is converted into a plurality of non-interfering light beams so as to smooth or average the intensity of reflected light generated from a thin film formed on a substrate. Then, the light is condensed and irradiated onto a substrate on which a light transmitting thin film is formed at the same time at different incident angles T1 to Tn, and 0.3 to 0.8 [mu] m existing on the substrate by the illumination light or the same. The following describes a micro defect detection apparatus that collects scattered light generated from micro defects such as micro foreign matters with a condenser lens and detects the light with a detector such as a TDI sensor.
Further, in the prior art 5, a linear longitudinal direction is obtained by making the phase distribution substantially the same in the linear width direction by a shading correction plate in which a plurality of curved transmission portions are formed with respect to the intensity distribution of the light emitted from the light source. The illumination optical system for correcting the illumination intensity so that the illumination intensity is substantially uniform and repeatedly collecting and irradiating the sample on the sample on which the chip is repeatedly formed by the condensing optical system from the oblique direction, and the illumination optical system The detection optical system that receives the scattered reflected light from the sample irradiated by (1) with a linear image sensor and converts it into a signal, and the chip that repeats the signal converted from the linear image of the detection optical system are compared between the chips and due to mismatch A foreign matter inspection apparatus including an interchip comparing means for inspecting as a foreign matter on a sample is described.

特開平1−250847号公報JP-A-1-250847 特開平6−258239号公報JP-A-6-258239 特開平6−324003号公報JP-A-6-324003 特開平8−210989号公報JP-A-8-210989 特開平8−271437号公報JP-A-8-271437

しかしながら、上記従来技術では、繰り返しパターンや非繰り返しパターンが混在する基板上の0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速で検出することは容易にできなかった。すなわち、上記従来技術では、検出光学系において光軸から離れるに従ってMTFが低下するのに伴って基板上の検出領域の周辺部において照明の照度不足が生じ、高感度検査と高速検査を両立することができなかった。   However, in the above prior art, it is not possible to easily detect defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less on a substrate in which repeated patterns and non-repeated patterns are mixed with high sensitivity and high speed. . That is, in the above prior art, as the MTF decreases as the distance from the optical axis in the detection optical system decreases, the illumination illuminance is insufficient at the periphery of the detection area on the substrate, and both high-sensitivity inspection and high-speed inspection are achieved. I could not.

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってMTFが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
The object of the present invention is to effectively use the light amount of a Gaussian beam emitted from a normal inexpensive light source in order to solve the above-mentioned problems, and to detect defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less with high sensitivity. It is another object of the present invention to provide a defect inspection apparatus and method capable of performing inspection at high speed.
Another object of the present invention is to effectively use the light quantity of a Gaussian beam emitted from a normal inexpensive light source, and in addition, in the detection optical system, the MTF decreases as the distance from the optical axis decreases. A defect inspection apparatus and method capable of solving a shortage of illuminance at the periphery of a detection region on a substrate and inspecting defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less with high sensitivity and high speed. It is to provide.

また、本発明の他の目的は、被検査対象基板から得られるDUVレーザ光に基づく光像をTDIイメージセンサで受光できるようにして0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ランプ光源から発生する光を光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってMTFが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査できるようにした欠陥検査装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to inspect defects such as extremely small foreign objects of about 0.1 μm or less so that an optical image based on DUV laser light obtained from a substrate to be inspected can be received by a TDI image sensor. It is an object of the present invention to provide a defect inspection apparatus and method that can be used.
Another object of the present invention is to effectively use the amount of light generated from a lamp light source, and in the detection optical system, as the MTF decreases with increasing distance from the optical axis, An object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus that eliminates shortage of illuminance in the peripheral area and can inspect defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less with high sensitivity and at high speed.

上記目的を達成するために、本発明は、照明範囲内の照明照度分布のうち照度が最小になる領域の照度が最大になるような照明を実現し、信号のS/Nを最大にすることにより、検出感度の向上およびスループットの向上を実現することを特徴とする。
即ち、本発明は、検出領域の最外周(周辺部)で最大の照度(中央の照度に対して約60%程度の照度)が得られるように整形されたガウスビーム光束を被検査対象基板上の検出領域に対して照明することにより、検出器内の周辺部における感度(S/N)を向上させ、高感度で、且つ高速で、上記検出領域に存在する微小異物等の欠陥を検査できるようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention realizes illumination that maximizes the illuminance in a region where the illuminance is minimum in the illumination illuminance distribution within the illumination range, and maximizes the signal S / N. Thus, improvement in detection sensitivity and improvement in throughput are realized.
That is, according to the present invention, a Gaussian beam light beam shaped so as to obtain the maximum illuminance (illuminance of about 60% with respect to the illuminance at the center) on the outermost periphery (peripheral portion) of the detection region is applied to the inspection target substrate. By illuminating the detection area, it is possible to improve the sensitivity (S / N) at the peripheral part in the detector and to inspect defects such as minute foreign matter existing in the detection area with high sensitivity and high speed. It is characterized by doing so.

また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたガウスビーム光束で照明し、該整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が0.46〜0.73程度(更に好ましくは0.54〜0.67程度)になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明し、該整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
Further, the present invention is based on a Gaussian distribution in which the length from the optical axis of the detection region to the peripheral portion is substantially standard deviation by the illumination optical system with respect to the detection region on the inspection target substrate on which the circuit pattern is formed. Illuminated with a Gaussian beam light beam shaped to have an illuminance distribution, and a light image obtained from the detection region on the inspection target substrate illuminated with the shaped Gaussian beam light beam is applied to the detection region by a detection optical system. An image formed on the light receiving surface of a detector having a corresponding light receiving surface to detect an image signal corresponding to the detection region from the detector, and a foreign object existing in the detection region based on the detected image signal This is a defect inspection method characterized by inspecting defects.
Further, according to the present invention, the ratio of the illuminance at the periphery of the detection region to the illuminance at the center of the detection region is 0.46 by the illumination optical system with respect to the detection region on the inspection target substrate on which the circuit pattern is formed. Shaped by adapting the diameter or long axis length to the length between the peripheral parts around the optical axis of the detection region so that it is about 0.73 (more preferably about 0.54 to 0.67). A detector having a light-receiving surface corresponding to the detection region by a detection optical system for illuminating with the shaped Gaussian beam and detecting a light image obtained from the detection region on the inspection target substrate illuminated with the shaped Gaussian beam An image signal corresponding to the detection area is detected from the detector, and a defect such as a foreign substance existing in the detection area is inspected based on the detected image signal. Defect inspection method .

また、本発明は、前記欠陥検査方法において、整形されたガウスビーム光束がスリット状であって、前記被検査対象基板を該スリット状のガウスビーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させることを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査方法において、検出器がTDIイメージセンサであることを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査方法において、整形されたガウスビーム光束を、前記被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明することを特徴とする。
Further, the present invention provides the defect inspection method, wherein the shaped Gaussian beam is in a slit shape, and the substrate to be inspected is relative to the direction intersecting the longitudinal direction of the slit-shaped Gaussian beam. It is made to move to.
In the defect inspection method, the present invention is characterized in that the detector is a TDI image sensor.
The present invention is also characterized in that, in the defect inspection method, the shaped Gaussian beam is illuminated from an oblique direction with respect to an illumination area on the substrate to be inspected.

また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が0.46〜0.73程度(更に好ましくは0.54〜0.67程度)の範囲内になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照明し、該整形されたビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系によりDUVビーム光束で照明し、該DUVビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、DUV光に感度を有するTDIイメージセンサの前記受光面に結像させて該TDIイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
Further, according to the present invention, the ratio of the illuminance at the periphery of the detection region to the illuminance at the center of the detection region is 0.46 by the illumination optical system with respect to the detection region on the inspection target substrate on which the circuit pattern is formed. The diameter or major axis length is adapted to the length between the peripheral parts around the optical axis of the detection area so that it falls within the range of about ~ 0.73 (more preferably about 0.54 to 0.67). And detecting a light image obtained from a detection region on the inspection target substrate illuminated with the shaped beam beam by a detection optical system having a light receiving surface corresponding to the detection region. Forming an image on the light receiving surface of the detector, detecting an image signal corresponding to the detection area from the detector, and inspecting a defect such as a foreign substance existing in the detection area based on the detected image signal. This is a feature defect inspection method.
Further, the present invention illuminates a detection region on a substrate to be inspected on which a circuit pattern is formed with a DUV beam light beam by an illumination optical system, and detects on the substrate to be inspected illuminated with the DUV beam light beam. A light image obtained from the region is imaged on the light receiving surface of a TDI image sensor having a light receiving surface corresponding to the detection region by a detection optical system and sensitive to DUV light, and the TDI image sensor is applied to the detection region. A defect inspection method characterized by detecting a corresponding image signal and inspecting a defect such as a foreign substance existing in the detection region based on the detected image signal.

また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたDUVビームのガウスビーム光束で照明し、該整形されたDUVビームのガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、DUV光に感度を有するTDIイメージセンサの前記受光面に結像させて該TDIイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出し、該検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたガウスビーム光束で照明する照明光学系(照明光源も含む)と、該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
Further, the present invention is based on a Gaussian distribution in which the length from the optical axis of the detection region to the peripheral portion is substantially standard deviation by the illumination optical system with respect to the detection region on the inspection target substrate on which the circuit pattern is formed. Illuminating with a Gaussian beam of a DUV beam shaped so as to have an illuminance distribution, and detecting optical images obtained from a detection area on the inspection target substrate illuminated with the Gaussian beam of the shaped DUV beam A system having a light receiving surface corresponding to the detection region and forming an image on the light receiving surface of a TDI image sensor sensitive to DUV light to detect an image signal corresponding to the detection region from the TDI image sensor; A defect inspection method characterized by inspecting a defect such as a foreign substance existing in the detection area based on a detected image signal.
The present invention also provides an illuminance distribution comprising a Gaussian distribution having a standard deviation of the length from the optical axis of the detection area to the peripheral portion of the detection area on the substrate to be inspected on which the circuit pattern is formed. An illumination optical system (including an illumination light source) that illuminates with a Gaussian beam light beam shaped to have a light image obtained from a detection region on the inspection target substrate that is illuminated with the Gaussian beam light beam by the illumination optical system. A detection optical system that forms an image on the light receiving surface of a detector having a light receiving surface corresponding to the detection region and detects an image signal corresponding to the detection region from the detector, and is detected from the detector of the detection optical system. And a signal processing system for determining the presence or absence of a defect such as a foreign substance existing in the detection region based on the image signal.

また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が0.46〜0.73程度になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたガウスビーム光束で照明する照明光学系(照明光源も含む)と、該照明光学系によりガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、照明光学系は、ガウスビーム光束をスリット状に形成する光学要素を有し、更に、前記被検査対象基板を前記スリット状のガウスビーム光束の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、検出光学系における検出器をTDIイメージセンサで構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記欠陥検査装置において、照明光学系は、ガウスビーム光束を、前記被検査対象基板上の照明領域に対して斜め方向から照明するように構成したことを特徴とする。
In the present invention, the ratio of the illuminance at the periphery of the detection area to the illuminance at the center of the detection area is 0.46 to 0.73 with respect to the detection area on the substrate to be inspected on which the circuit pattern is formed. Illumination optical system (including an illumination light source) that illuminates with a Gaussian beam light beam that is shaped by adapting the diameter or major axis length to the length between the peripheral parts centering on the optical axis of the detection region And an optical image obtained from a detection area on the substrate to be inspected illuminated with a Gaussian beam by the illumination optical system, formed on a light receiving surface of a detector having a light receiving surface corresponding to the detection area by the detection optical system A detection optical system for detecting an image signal corresponding to the detection area from the detector, and the presence or absence of a defect such as a foreign substance existing in the detection area based on the image signal detected from the detector of the detection optical system. Signal processing system A defect inspection apparatus comprising the.
In the defect inspection apparatus according to the present invention, the illumination optical system includes an optical element that forms a Gaussian beam light beam in a slit shape, and further, the substrate to be inspected is arranged in a longitudinal direction of the slit Gaussian beam light beam. It is characterized by comprising a moving means for moving relatively in the direction intersecting with.
According to the present invention, in the defect inspection apparatus, the detector in the detection optical system is configured by a TDI image sensor.
Further, the present invention is characterized in that, in the defect inspection apparatus, the illumination optical system is configured to illuminate a Gaussian beam light beam from an oblique direction with respect to an illumination area on the substrate to be inspected.

また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の中心部の照度に対する検出領域の周辺部の照度の比が0.46〜0.73程度の範囲内になるように前記検出領域の光軸を中心とする周辺部間の長さに径もしくは長軸長さを適合させて整形されたビーム光束で照明する照明光学系(照明光源も含む)と、該照明光学系により整形されたガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系によりDUVビーム光束で照明する照明光学系と、該照明光学系によりDUVビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、DUV光に感度を有するTDIイメージセンサ(例えば基板を薄くして裏面側から入射させるように構成する。)の前記受光面に結像させて該TDIイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
Further, according to the present invention, the ratio of the illuminance at the periphery of the detection region to the illuminance at the center of the detection region is 0.46 by the illumination optical system with respect to the detection region on the inspection target substrate on which the circuit pattern is formed. Illumination optical system for illuminating with a beam beam shaped by adapting the diameter or major axis length to the length between the peripheral parts centering on the optical axis of the detection region so as to be in a range of about 0.73 (Including an illumination light source), and a light receiving surface corresponding to the detection region is detected by a detection optical system for a light image obtained from a detection region on the inspection target substrate illuminated with a Gaussian beam light beam shaped by the illumination optical system. A detection optical system that forms an image on the light receiving surface of the detector and detects an image signal corresponding to the detection region from the detector, and the detection based on the image signal detected from the detector of the detection optical system Such as foreign objects present in the area A defect inspection apparatus characterized by comprising a determining signal processing system the presence or absence of Recessed.
The present invention also provides an illumination optical system that illuminates a detection region on a substrate to be inspected on which a circuit pattern is formed with a DUV beam light beam by an illumination optical system, and a DUV beam light beam that is illuminated by the illumination optical system. A TDI image sensor having a light receiving surface corresponding to the detection region by a detection optical system and having sensitivity to DUV light (for example, thinning the substrate from the back side) And a detection optical system that detects an image signal corresponding to the detection area from the TDI image sensor and an image detected from a detector of the detection optical system. A defect inspection apparatus comprising: a signal processing system that determines whether a defect such as a foreign substance existing in the detection region is present based on a signal.

また、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、照明光学系により前記検出領域の光軸から周辺部までの長さをほぼ標準偏差とするガウス分布からなる照度分布を有するように整形されたDUVビームのガウスビーム光束で照明する照明光学系と、該照明光学系によりDUVビームのガウスビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有し、DUV光に感度を有するTDIイメージセンサの前記受光面に結像させて該TDIイメージセンサから前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また、本発明は、ランプ光源と、該ランプ光源から発生する光の配向特性を利用して検出領域の周辺部における照度を中心部の照度に比べて高めてビーム光束を出射するロットレンズとを有し、回路パターンが形成された被検査対象基板上における検出領域に対して、前記ロットレンズから出射されるビーム光束で照明する照明光学系と、該照明光学系によりビーム光束で照明された被検査対象基板上の検出領域から得られる光像を検出光学系により前記検出領域に対応する受光面を有する検出器の該受光面に結像させて該検出器から前記検出領域に対応する画像信号を検出する検出光学系と、該検出光学系の検出器から検出される画像信号に基いて前記検出領域に存在する異物等の欠陥の存否を判定する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
Further, the present invention is based on a Gaussian distribution in which the length from the optical axis of the detection region to the peripheral portion is substantially standard deviation by the illumination optical system with respect to the detection region on the inspection target substrate on which the circuit pattern is formed. And an illumination optical system that illuminates with a Gaussian beam of a DUV beam shaped so as to have an illuminance distribution, and a detection area on a substrate to be inspected that is illuminated with the Gaussian beam of a DUV beam by the illumination optical system. An optical signal is formed on the light receiving surface of a TDI image sensor having a light receiving surface corresponding to the detection region by a detection optical system and sensitive to DUV light, and an image signal corresponding to the detection region from the TDI image sensor. And a signal for determining the presence / absence of a defect such as a foreign substance existing in the detection region based on an image signal detected from a detector of the detection optical system A defect inspection apparatus is characterized in that a science.
The present invention also provides a lamp light source and a lot lens that emits a light beam by increasing the illuminance at the periphery of the detection region compared to the illuminance at the center using the alignment characteristics of the light generated from the lamp light source. And an illumination optical system that illuminates a detection region on a substrate to be inspected on which a circuit pattern is formed with a beam beam emitted from the lot lens, and an object that is illuminated with the beam beam by the illumination optical system. An optical image obtained from the detection area on the inspection target substrate is formed on the light receiving surface of a detector having a light receiving surface corresponding to the detection area by a detection optical system, and an image signal corresponding to the detection area is output from the detector. And a signal processing system for determining the presence or absence of a defect such as a foreign substance existing in the detection region based on an image signal detected from a detector of the detection optical system. That is a defect inspection apparatus.

以上説明したように、前記構成によれば、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる。
また、前記構成によれば、通常の安価な光源から出射されるガウスビーム光束の光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってMTF(Modulation Transfer Function)が低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる。
As described above, according to the above configuration, the amount of the Gaussian beam emitted from a normal inexpensive light source is effectively used, and a minute foreign matter of about 0.1 to 0.5 μm is about 0.1 μm or less. It is possible to inspect defects such as extremely small foreign matter with high sensitivity and at high speed.
Further, according to the above configuration, the amount of Gaussian beam emitted from a normal inexpensive light source is effectively used, and the MTF (Modulation Transfer Function) decreases with increasing distance from the optical axis in the detection optical system. The lack of illuminance at the periphery of the detection area on the substrate to be inspected is resolved, and the fine foreign matter of 0.1 to 0.5 μm is highly sensitive to defects such as extremely fine foreign matters of 0.1 μm or less. And can be inspected at high speed.

また、前記構成によれば、被検査対象基板から得られるエキシマレーザ光等のUVD(遠紫外)レーザ光に基づく光像をTDIイメージセンサで受光できるようにして0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査することができる。
また、前記構成によれば、ランプ光源から発生する光を光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってMTFが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、検出領域に存在する0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる。なお、検出領域は、被検査対象基板上を移動されることになる。
Further, according to the above configuration, a light image based on UVD (far ultraviolet) laser light such as excimer laser light obtained from the substrate to be inspected can be received by the TDI image sensor and is about 0.1 to 0.5 μm. The minute foreign matter can be inspected for defects such as a very small foreign matter of about 0.1 μm or less from the solid.
Further, according to the above configuration, the peripheral portion of the detection region on the substrate to be inspected as the MTF decreases as the distance from the optical axis in the detection optical system effectively uses the amount of light generated from the lamp light source. Insufficient illuminance deficiency can be eliminated, and defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less existing in the detection region can be inspected with high sensitivity and at high speed. The detection area is moved on the substrate to be inspected.

本発明によれば、TDIイメージセンサ等の検出器で検出する検出領域の周辺部における照度を増大させて照明の効率向上を図ることによって安価な光源を用いて、LSIウエハ等の被検査対象基板上の0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な異物や欠陥をも高感度で、且つ高スループットで検出することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、検出光学系における光軸から離れるに従ってMTFが低下するのに適合させてTDIイメージセンサ等の検出器で検出する検出領域の周辺部における照度を増大させて照明の効率向上を図ることによって安価な光源を用いて、LSIウエハ等の被検査対象基板上の0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な異物や欠陥をも高感度で、且つ高スループットで検出することができる効果を奏する。
According to the present invention, a substrate to be inspected, such as an LSI wafer, using an inexpensive light source by increasing the illuminance at the periphery of a detection region detected by a detector such as a TDI image sensor to improve the efficiency of illumination. The above fine foreign matter of about 0.1 to 0.5 μm has the effect of being able to detect even extremely fine foreign matters and defects of about 0.1 μm or less from the solid with high sensitivity and high throughput.
In addition, according to the present invention, the illumination efficiency is increased by increasing the illuminance at the periphery of the detection region detected by a detector such as a TDI image sensor so that the MTF decreases as the distance from the optical axis in the detection optical system increases. By using an inexpensive light source by improving, a fine foreign matter of about 0.1 to 0.5 μm on a substrate to be inspected such as an LSI wafer has a very small foreign matter or defect of about 0.1 μm or less. There is an effect that detection can be performed with high sensitivity and high throughput.

また、本発明によれば、被検査対象基板から得られるエキシマレーザ光等のUVD(遠紫外)レーザ光に基づく光像をTDIイメージセンサで受光できるようにして0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも検査することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、ランプ光源から発生する光を光量を有効利用し、しかも検出光学系において光軸から離れるに従ってMTFが低下するのに伴って被検査対象基板上の検出領域の周辺部における照度不足を解消し、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で検査することができる効果を奏する。
In addition, according to the present invention, an optical image based on UVD (far ultraviolet) laser light such as excimer laser light obtained from the substrate to be inspected can be received by the TDI image sensor and is about 0.1 to 0.5 μm. The minute foreign matter has an effect of being able to inspect even a defect such as a very small foreign matter of about 0.1 μm or less from the solid.
In addition, according to the present invention, the peripheral portion of the detection region on the substrate to be inspected is used as the MTF decreases as the distance from the optical axis in the detection optical system effectively uses the amount of light generated from the lamp light source. Insufficient illuminance is eliminated, and defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less can be inspected with high sensitivity and at high speed.

本発明に係る欠陥検査装置およびその方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
半導体素子は益々極微細化が進む一方で、歩留まりも一層向上させることが要求されている。従って、このような半導体素子を製造するための半導体ウエハ等の半導体基板には、0.3〜0.2μm以下の極微細化された回路パターンが形成されている関係で、半導体基板上に存在する異物等の欠陥が0.1μm程度以下の極微小な分子もしくは原子レベルに近いものが存在しても半導体素子として動作不良の原因となる状況である。
このような状況にあるため、本発明に係る欠陥検査装置およびその方法は、0.3〜0.2μm程度以下の極微細化された回路パターンが存在する半導体ウエハ等の半導体基板上に存在する極微小の異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速で検査できることが要求されてきている。
Embodiments of a defect inspection apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
While semiconductor devices are increasingly miniaturized, it is required to further improve the yield. Accordingly, a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer for manufacturing such a semiconductor element is present on the semiconductor substrate because a very fine circuit pattern of 0.3 to 0.2 μm or less is formed. Even if there are defects such as foreign matter that are extremely small molecules of about 0.1 μm or less or those close to the atomic level, this causes a malfunction of the semiconductor device.
Because of this situation, the defect inspection apparatus and method according to the present invention exist on a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer on which an extremely miniaturized circuit pattern of about 0.3 to 0.2 μm or less exists. It has been demanded that defects such as extremely small foreign matter can be inspected with high sensitivity and at high speed.

まず、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第1の実施例について説明する。
図1には、本発明に係る異物等の欠陥検査装置の第1の実施例の概略構成を示した図である。図2は、その照明光学系の一実施例を示した図である。
即ち、異物等の欠陥検査装置は、半導体ウエハ(半導体基板)等のように極微細化された回路パターンが形成された被検査対象基板1を載置するステージ201と、半導体レーザ、アルゴンレーザ、YAG−SHGレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、またはキセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、またはハロゲンランプ等のフィラメント光源等から構成される照明光源101と、該照明光源101から出射された高輝度の光を、斜め方向から、図3に示すように照度としてほぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光束(照明領域2)107で被検査対象基板1上に照明する照明光学系102と、対物レンズを含む結像レンズ系等で構成され、検出領域3から反射、回折、あるいは散乱した光を結像させる検出光学系301と、TDI(Time Delay Integration)イメージセンサ、CCDイメージセンサ等から構成され、検出領域3に対応する受光面を有する検出器302と、該検出器302から検出される同じ回路パターンの画像信号同志を比較をして不一致により異物等の欠陥を検出する信号処理系401とによって構成される。なお、この欠陥検査装置には、被検査対象基板1の表面を検出器302の受光面に結像させるように自動焦点制御系を備えている。また、検出光学系301としては、特開平6−258239号公報や特開平6−324003号公報に記載されているように、フーリエ変換レンズ、被検査対象基板上に形成されたピッチの小さな繰り返しパターンからの回折光を遮光する空間フィルターユニット、およびフーリエ変換レンズで構成してもよい。
First, a first embodiment of a defect inspection apparatus for foreign matter or the like according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a defect inspection apparatus for foreign matter or the like according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an example of the illumination optical system.
That is, a defect inspection apparatus for foreign matters includes a stage 201 on which a substrate pattern 1 to be inspected on which an extremely fine circuit pattern is formed, such as a semiconductor wafer (semiconductor substrate), a semiconductor laser, an argon laser, An illumination light source 101 composed of a laser light source such as a YAG-SHG laser or an excimer laser, a discharge tube such as a xenon lamp or a mercury lamp, or a filament light source such as a halogen lamp, and the high luminance emitted from the illumination light source 101 The illumination optical system 102 that illuminates the target substrate 1 with a slit-shaped Gaussian beam (illumination region 2) 107 having a substantially Gaussian distribution as shown in FIG. A detection optical system 301 that includes an imaging lens system including a lens and forms an image of light reflected, diffracted, or scattered from the detection region 3; Comparing the detector 302 having a light receiving surface corresponding to the detection area 3 and the image signals of the same circuit pattern detected from the detector 302, which are composed of a TDI (Time Delay Integration) image sensor, a CCD image sensor, and the like. The signal processing system 401 detects a defect such as a foreign substance due to a mismatch. This defect inspection apparatus includes an automatic focus control system so that the surface of the inspection target substrate 1 is imaged on the light receiving surface of the detector 302. Further, as the detection optical system 301, as described in JP-A-6-258239 and JP-A-6-324003, a repetitive pattern having a small pitch formed on a Fourier transform lens and a substrate to be inspected. A spatial filter unit that shields diffracted light from the light and a Fourier transform lens may be used.

照明光源101、および照明光学系102の具体的構成は、図2に示すように、照明光源101から出射された例えばレーザビーム106のビーム径を拡大させる凹レンズまたは凸レンズ103と、凹または凸レンズ103で拡大されたビームをほぼ平行な光束に変換するコリメートレンズ104と、該コリメートレンズ104で変換されたほぼ平行な光束についてy軸方向に集束して被検査対象基板1上に図3に示すように照度としてほぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光束(照明領域2)107で照射するシリンドリカルレンズ(y軸方向に集束機能を有する光学系)105とで構成される。なお、凹レンズまたは凸レンズ103とコリメートレンズ104とによってビーム径を拡大するビームエキスパンダを構成する。この照明光学系102として、特開平6−258239号公報や特開平6−324003号公報に記載されているように、コリメータレンズ、凹レンズ、およびレシーバレンズからなるビームエキスパンダと、該ビームエキスパンダで変換されたほぼ平行な光束についてy軸方向に集束して被検査対象基板1上に図3に示すように照度としてほぼガウス分布をもつスリット状のガウスビーム光束(照明領域2)107で照射するシリンドリカルレンズ(y軸方向に集束機能を有する光学系)105と、該シリンドリカルレンズ105で得られるスリット状ガウスビーム光束107を反射させて被検査対象基板1に対して斜め方向から照射するミラーとで構成することができる。   As shown in FIG. 2, a specific configuration of the illumination light source 101 and the illumination optical system 102 includes, for example, a concave lens or convex lens 103 that expands the beam diameter of the laser beam 106 emitted from the illumination light source 101, and a concave or convex lens 103. As shown in FIG. 3, the collimating lens 104 that converts the expanded beam into a substantially parallel light beam, and the substantially parallel light beam converted by the collimating lens 104 are converged in the y-axis direction on the substrate 1 to be inspected. A cylindrical lens (an optical system having a focusing function in the y-axis direction) 105 that irradiates with a slit-shaped Gaussian beam (illumination region 2) 107 having a substantially Gaussian distribution as illuminance. The concave or convex lens 103 and the collimating lens 104 constitute a beam expander that expands the beam diameter. As the illumination optical system 102, as described in JP-A-6-258239 and JP-A-6-324003, a beam expander including a collimator lens, a concave lens, and a receiver lens, and the beam expander The converted substantially parallel light beam is focused in the y-axis direction and irradiated on the substrate 1 to be inspected with a slit-shaped Gaussian beam light beam (illumination region 2) 107 having a substantially Gaussian distribution as shown in FIG. A cylindrical lens (an optical system having a focusing function in the y-axis direction) 105 and a mirror that reflects the slit-shaped Gaussian beam 107 obtained by the cylindrical lens 105 and irradiates the inspection target substrate 1 from an oblique direction. Can be configured.

ところで、この構成により、凹または凸レンズ103とコリメートレンズ104との間の距離bまたは凹レンズとレシーバレンズとの間の距離を可変して設定することにより、照度としてほぼガウス分布をもったx方向の照明幅を可変して設定することができる。即ち、ビームエキスパンダーを調整することにより、照度としてほぼガウス分布をもった照明領域(スリット状の光束107)2のx方向の長さLxを可変して設定することができる。また、シリンドリカルレンズ105と被検査対象基板1との間の距離を変えることによって集束された照明領域(スリット状のガウスビーム光束107)2のy方向の幅Lyを可変して設定することができる。   By the way, with this configuration, the distance b between the concave or convex lens 103 and the collimating lens 104 or the distance between the concave lens and the receiver lens is variably set, so that the illuminance in the x direction has a substantially Gaussian distribution. The illumination width can be set variably. That is, by adjusting the beam expander, it is possible to variably set the length Lx in the x direction of the illumination area (slit-shaped light beam 107) 2 having a substantially Gaussian distribution as illuminance. Further, by changing the distance between the cylindrical lens 105 and the substrate 1 to be inspected, the width Ly in the y direction of the focused illumination region (slit-shaped Gaussian beam 107) can be variably set. .

図3に示す検出領域3は、被検査対象基板1上におけるTDIイメージセンサやCCDイメージセンサによる検出領域を示す。例えば、TDIイメージセンサの場合、各画素サイズが例えば27μm×27μmで、時間遅延積分(TDI)方向に例えば64行、TDIモードで動作するMUX方向に例えば4096列の64×4096CCD撮像センサで構成される。即ち、TDIイメージセンサ302aは、図4に示すように、ラインセンサがn(例えば64)段形成されたものである。センサから出力される情報量であるラインレートは、ラインセンサと同等であるが、ラインレートrt毎に、蓄積された電荷がライン1、2、・・・と順々に転送されていき、被検査対象基板1をy軸方向に移動させるステージ201の送り速度を、ラインレートと同期させることにより、例えば微小異物5からの散乱光あるいは回折光に基づく光像6はラインnに到るまでの長時間にわたって蓄積されることになり、極微小な異物等の欠陥に対しても高感度で検出することが可能となる。このイメージセンサでは、基本的には微小異物等の欠陥の像がライン1からラインnに到達するまでの散乱光あるいは回折光強度の総和を検出することになるが、ライン各々に到達する被検査対象基板の同一点からの散乱光あるいは回折光は、時間的に全くインコヒーレントとなる。   A detection area 3 shown in FIG. 3 indicates a detection area by a TDI image sensor or a CCD image sensor on the inspection target substrate 1. For example, in the case of a TDI image sensor, each pixel size is, for example, 27 μm × 27 μm, and is configured by, for example, 64 rows in the time delay integration (TDI) direction, for example, 64 rows and 64 × 4096 CCD image sensors in the MUX direction that operates in the TDI mode. The That is, the TDI image sensor 302a has n (for example, 64) stages of line sensors as shown in FIG. The line rate, which is the amount of information output from the sensor, is the same as that of the line sensor, but for each line rate rt, the accumulated charges are sequentially transferred to the lines 1, 2,. By synchronizing the feed rate of the stage 201 that moves the inspection target substrate 1 in the y-axis direction with the line rate, for example, the optical image 6 based on the scattered light or diffracted light from the minute foreign material 5 reaches the line n. Accumulation over a long period of time makes it possible to detect with high sensitivity even defects such as extremely small foreign matter. This image sensor basically detects the sum of scattered light or diffracted light intensity until an image of a defect such as a minute foreign substance reaches line 1 to line n. Scattered light or diffracted light from the same point on the target substrate is completely incoherent in time.

以上説明したように、照明光源101より出射されたビームを照明光学系(照射光学系)102でスリット状のガウスビーム光束107に変換し、この変換されたスリット状の光束107で、ステージ201上の被検査対象基板1の表面に照明領域2が形成されるように例えば斜め方向から照射する。TDIイメージセンサ等から構成された検出器302aは、ステージ201をy軸方向に移動させることによって被検査対象基板1をy軸方向に移動させながら、該送り速度と同期したラインレートrtで各画素に蓄積された電荷を順次転送していくことにより、検出光学系301で結像される被検査対象基板1上における検出領域3の光像を撮像しながら検出領域3の幅Hで走査して各画素(素子)毎に検出し、この検出される信号を信号処理系401で処理することにより上記検出領域3に存在する微小異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速に検査をすることができる。
このように、TDIイメージセンサ302aを用いることによって、微小異物等の欠陥から生じる散乱光あるいは回折光の照度の総和(光量=照度×時間)をとることができ、感度を向上させることができる。また、一度にスリット状のビーム光束107を照射領域2に照射し、TDIイメージセンサ302aのラインレートrtと同期させて被検査対象基板1をy軸方向に移動させながら、TDIイメージセンサで検出領域3について受光することによって、広い幅Hを有する検出領域3に存在する微小異物等の欠陥を、高速に検査をすることができる。
As described above, the beam emitted from the illumination light source 101 is converted into a slit-shaped Gaussian beam 107 by the illumination optical system (irradiation optical system) 102, and the converted slit-shaped beam 107 is used on the stage 201. For example, irradiation is performed from an oblique direction so that the illumination region 2 is formed on the surface of the substrate 1 to be inspected. The detector 302a constituted by a TDI image sensor or the like moves each stage 201 in the y-axis direction by moving the stage 201 in the y-axis direction, and moves each pixel at a line rate rt synchronized with the feed speed. By sequentially transferring the charges accumulated in the detection optical system 301, scanning is performed with the width H of the detection region 3 while capturing a light image of the detection region 3 on the inspection target substrate 1 imaged by the detection optical system 301. By detecting each pixel (element) and processing the detected signal by the signal processing system 401, a defect such as a minute foreign substance existing in the detection region 3 is inspected with high sensitivity and high speed. Can do.
In this manner, by using the TDI image sensor 302a, the total illuminance of scattered light or diffracted light (light quantity = illuminance × time) generated from defects such as minute foreign matters can be obtained, and the sensitivity can be improved. Further, the TDI image sensor irradiates the irradiation region 2 with the slit-shaped light beam 107 at a time and moves the substrate 1 to be inspected in the y-axis direction in synchronization with the line rate rt of the TDI image sensor 302a. By receiving light with respect to 3, it is possible to inspect for defects such as minute foreign matter existing in the detection region 3 having a wide width H at high speed.

次に、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速に検査するための本発明に係る実施の形態について説明する。即ち、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で検出しようとすると、TDIイメージセンサ302aの各画素において受光する極微小な異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くする必要があると共に、被検査対象基板1上での各画素サイズを1μm×1μm程度以下にする必要がある。
このように被検査対象基板1上での各画素サイズを1μm×1μm程度以下にするためには、TDIイメージセンサの各画素サイズが例えば27μm×27μmの場合、対物レンズ等の検出光学系301の結像倍率Mを約27倍程度以上にすればよく、実現することは可能となる。なお、TDIイメージセンサ302aとして26×4096CCD撮像センサで構成したものと使用すると、検出領域3はW=26μm程度以下、H=4096μm程度以下となる。
Next, a description will be given of an embodiment according to the present invention for inspecting defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less with high sensitivity and at high speed. That is, if a defect such as a very small foreign substance of about 0.1 μm or less is to be detected with high sensitivity, the intensity of scattered light or diffracted light from the defect such as a very small foreign object received at each pixel of the TDI image sensor 302a. And the size of each pixel on the substrate 1 to be inspected must be about 1 μm × 1 μm or less.
Thus, in order to make each pixel size on the substrate 1 to be inspected about 1 μm × 1 μm or less, when each pixel size of the TDI image sensor is 27 μm × 27 μm, for example, the detection optical system 301 such as an objective lens The imaging magnification M may be about 27 times or more, and can be realized. If the TDI image sensor 302a is configured with a 26 × 4096 CCD image sensor, the detection area 3 has W = 26 μm or less and H = 4096 μm or less.

また、被検査対象基板1の表面から得られる散乱光あるいは回折光による光像をTDIイメージセンサ302aの受光面に結像させる検出光学系301は、対物レンズ等で構成される関係で、レンズ収差に基いてレンズの中心部(光軸303)に比べて周辺に行くに従ってMTF(Modulation Transfer Function)(正弦波パターンの像のコントラストの変化を空間周波数の関数として表わしたもの)が低下する特性を有する。そのため、図4(a)に示すTDIイメージセンサ302aの受光面における光軸303から最も離れてMTFが最も低下する端部(周辺)の画素302ae、即ち、図3に示す検出領域3の光軸303から最も離れてMTFが最も低下する端部(周辺)に位置する極微小な異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くする必要がある。   In addition, the detection optical system 301 that forms an optical image of scattered light or diffracted light obtained from the surface of the substrate 1 to be inspected on the light receiving surface of the TDI image sensor 302a is constituted by an objective lens or the like, and thus lens aberration. And MTF (Modulation Transfer Function) (change in contrast of sinusoidal pattern image as a function of spatial frequency) decreases toward the periphery of the lens as compared to the center of the lens (optical axis 303). Have. Therefore, the pixel 302ae at the end (periphery) where the MTF is most distant from the optical axis 303 on the light receiving surface of the TDI image sensor 302a shown in FIG. 4A, that is, the optical axis of the detection region 3 shown in FIG. It is necessary to increase the intensity of scattered light or diffracted light from a defect such as a very small foreign substance located at the end (periphery) at the farthest distance from 303 and where the MTF decreases most.

ところで、照明光源101および照明光学系102により被検査対象基板1の表面に照射領域2で照射されるスリット状のガウスビーム光束107の照度は、図3に示すように、通常ガウス分布を有する関係で、検出領域3外の照明は無駄となるが照明領域2を検出領域3よりも広げて照明する必要がある。   Incidentally, the illuminance of the slit-shaped Gaussian beam 107 irradiated on the surface of the substrate 1 to be inspected by the illumination light source 101 and the illumination optical system 102 in the irradiation region 2 has a normal Gaussian distribution as shown in FIG. Thus, illumination outside the detection area 3 is wasted, but it is necessary to illuminate the illumination area 2 wider than the detection area 3.

そこで、このような状態から、本発明は、照明光源101から出射される照度を増大させずに、照明光源101から出射される光量を有効に活用し、検出領域3の光軸303から最も離れてMTFが最も低下する端部(周辺)に位置する照度を最も増大させて、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で検出することにある。即ち、必要最小限の照度を出射する安価な照明光源(半導体レーザ、アルゴンレーザ、YAG−SHGレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ等のフィラメント光源等からなる。)101を用いて、照明光学系102によって検出領域3の光軸303から最も離れてMTFが最も低下する端部(周辺)に位置する照度を最も増大させて、効率の高い照明を実現することにある。
即ち、本発明は、具体的には、照明光源101および照明光学系102によりガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束107で被検査対象基板1の照射領域2に照射する際、検出領域3の周辺部での照度が最大になるように照明光学系102を調整(制御)して照明の幅を決定する。ここで、スリット状のビーム光束107の照度がガウス分布の場合、図3に示すように次に示す(数1)式になるので、照明領域の最外周で照度が最大になるのは、次に示す(数2)式のときとなる。
Therefore, from such a state, the present invention effectively uses the light amount emitted from the illumination light source 101 without increasing the illuminance emitted from the illumination light source 101, and is farthest from the optical axis 303 of the detection region 3. In other words, the illuminance located at the end (periphery) where the MTF is most decreased is increased to detect defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less with high sensitivity. That is, an inexpensive illumination light source that emits the minimum necessary illuminance (laser light source such as semiconductor laser, argon laser, YAG-SHG laser, and excimer laser, discharge tube such as xenon lamp and mercury lamp, filament light source such as halogen lamp, etc. 101), the illumination optical system 102 increases the illuminance located farthest from the optical axis 303 of the detection region 3 and at the end (periphery) where the MTF is the lowest by the illumination optical system 102, thereby providing highly efficient illumination. It is to be realized.
Specifically, the present invention specifically detects the detection region 3 when the illumination light source 101 and the illumination optical system 102 irradiate the irradiation region 2 of the substrate 1 to be inspected with the slit beam 107 having a Gaussian illuminance. The illumination optical system 102 is adjusted (controlled) so as to maximize the illuminance at the peripheral part of the illumination. Here, when the illuminance of the slit beam 107 is a Gaussian distribution, the following (Equation 1) is used as shown in FIG. 3, and the illuminance is maximized at the outermost periphery of the illumination area. (Equation 2) shown below.

Figure 0004394631
Figure 0004394631

Figure 0004394631
この場合、TDIイメージセンサ302aの受光面が対応する検出領域3のx軸方向の最外周(端部)での照度f(x)は、中心部f(0)の約60.7%で最大となる。即ち、(数2)式において、x=σ(σ=1で、x=1)のとき、最大値f(x)=0.607f(0)となる。なお、上記(数1)式において、x=0.8σ〜1.2σ(σ=1で、x=0.8〜1.2(ガウスビーム光束107について照明光学系102による±20%程度の整形誤差を許容する。))のとき、f(x)=0.49f(0)〜0.73f(0)となる。また、上記(数1)式において、0.8x〜1.2x=σ(σ=0.8〜1.2(ガウスビーム光束107について照明光学系102による±20%程度の整形誤差を許容する。)で、x=1)のとき、f(x)=0.46f(0)〜0.71f(0)となる。従って、照明光学系102によるガウスビーム光束107のx=σ(σ=1で、x=1)にする整形誤差として±20%程度許容すると、検出領域3において中心部(光軸303)の照度f(0)に対する周辺部(外周部)の照度f(x)の比は、0.46〜0.73(f(x)=0.46f(0)〜0.73f(0))となる。なお、照明光学系102によるガウスビーム光束107のx=σ(σ=1で、x=1)にする整形誤差として±10%程度許容すると、検出領域3において中心部(光軸303)の照度f(0)に対する周辺部(外周部)の照度f(x)の比は、0.54〜0.67(f(x)=0.54f(0)〜0.67f(0))となる。
いずれにしても、検出領域3において中心部(光軸303)の照度f(0)に対する周辺部(外周部)の照度f(x)の比が、0.46〜0.73になるようにガウスビーム光束107を照明光学系102によって整形することによって、照明光源101から出射されるビームを有効に活用して検出領域3の周辺部における照度を最大に近づけることが可能となる。
Figure 0004394631
In this case, the illuminance f (x 0 ) at the outermost periphery (end) in the x-axis direction of the detection region 3 corresponding to the light receiving surface of the TDI image sensor 302a is about 60.7% of the central portion f (0). Maximum. That is, in the formula (2), when x 0 = σ (σ = 1, x 0 = 1), the maximum value f (x 0 ) = 0.607f (0). In the above equation (1), x 0 = 0.8σ to 1.2σ (σ = 1, x 0 = 0.8 to 1.2 (± 20% by the illumination optical system 102 for the Gaussian beam 107). When a degree of shaping error is allowed))), f (x 0 ) = 0.49f (0) to 0.73f (0). Further, in the above formula (1), 0.8x 0 to 1.2x 0 = σ (σ = 0.8 to 1.2 (the shaping error of about ± 20% by the illumination optical system 102 for the Gaussian beam 107). If x 0 = 1), f (x 0 ) = 0.46 f (0) to 0.71f (0). Accordingly, if a shaping error of about ± 20% is allowed as a shaping error to make x 0 = σ (σ = 1, x 0 = 1) of the Gaussian beam 107 by the illumination optical system 102, the center portion (optical axis 303) in the detection region 3 is allowed. The ratio of the illuminance f (x 0 ) of the peripheral part (outer peripheral part) to the illuminance f ( 0 ) of 0.46 to 0.73 (f (x 0 ) = 0.46f (0) to 0.73f (0) )). In addition, if about ± 10% is allowed as a shaping error to make x 0 = σ (σ = 1, x 0 = 1) of the Gaussian beam 107 by the illumination optical system 102, the center portion (optical axis 303) in the detection region 3 is allowed. The ratio of the illuminance f (x 0 ) of the peripheral part (outer peripheral part) to the illuminance f ( 0 ) of 0.54 to 0.67 (f (x 0 ) = 0.54f (0) to 0.67f (0 )).
In any case, the ratio of the illuminance f (x 0 ) of the peripheral part (outer peripheral part) to the illuminance f ( 0 ) of the central part (optical axis 303) in the detection region 3 is 0.46 to 0.73. In addition, by shaping the Gaussian beam 107 with the illumination optical system 102, it is possible to effectively utilize the beam emitted from the illumination light source 101 and bring the illuminance at the periphery of the detection region 3 close to the maximum.

図5に示すグラフには、照明光源101から出射される照度の総和である光量を変えずに、x軸方向の照明の幅、即ち標準偏差σを変えたときの検出領域3のx軸方向の外周部(x=1)での照度(単位面積当たりの光量)f(x=1)の変化を示した。
また、図6に示すグラフには、照明光源101から出射される照度の総和である光量を変えずに、照明の幅、即ち標準偏差σをσ=0.5、σ=1、σ=2と変えたときの検出領域3のx軸方向の座標xにおける照度(単位面積当たりの光量)f(x)の変化を示した。
In the graph shown in FIG. 5, the x-axis direction of the detection region 3 when changing the illumination width in the x-axis direction, that is, the standard deviation σ, without changing the amount of light that is the sum of the illuminances emitted from the illumination light source 101. The change in the illuminance (light quantity per unit area) f (x 0 = 1) at the outer peripheral portion (x 0 = 1) of FIG.
In the graph shown in FIG. 6, the illumination width, that is, the standard deviation σ is set to σ = 0.5, σ = 1, σ = 2 without changing the amount of light that is the sum of the illuminances emitted from the illumination light source 101. The change of the illuminance (light quantity per unit area) f (x 0 ) at the coordinate x 0 in the x-axis direction of the detection region 3 when changed to is shown.

これら図5および図6からも明らかなように、検出領域3のx軸方向の外周部(x=1)における照度をほぼ最大にするためには、照明光学系102によるガウス分布に基づくx軸方向の照明の幅をほぼσ=1(標準偏差σ=x)になるように照明すればよいことになる。即ち、図3に示すように、検出領域3の光軸である中心からx軸方向の外周部までの長さをxとしたとき、照明光学系102によりほぼ標準偏差σ=x(検出領域3の光軸である中心からx軸方向の外周部までの長さ)となるガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束107に整形して被検査対象基板1に対して照明領域2(Lx、Lyは照度fがf(0)の0.2以上の領域を示す。)として照明すればよいことになる。
なお、実際は、検出器302として、TDIイメージセンサや2次元リニアイメージセンサを用いる場合、光軸303から最も離れてMTFが最も低下する画素は、検出領域3の角部(TDIイメージセンサの場合図4に示す角部に位置する画素302acが対応する。)に位置するものとなるため、上記xとして、√((H/2)+(W/2))にすることが望まれる。Wを無視することができれば、x=(H/2)となる。HおよびWは、被検査対象基板上における検出領域3のx軸方向の幅(長さ)およびy軸方向の幅を示す。TDIイメージセンサや2次元リニアイメージセンサにおける受光領域(撮像領域)におけるx軸方向の幅は(H×M)、y軸方向の幅は(W×M)で示されることになる。なお、Mは、結像光学系301による結像倍率を示す。
As apparent from FIGS. 5 and 6, in order to maximize the illuminance at the outer peripheral portion (x 0 = 1) in the x-axis direction of the detection region 3, x based on the Gaussian distribution by the illumination optical system 102 is used. It suffices to illuminate so that the axial illumination width is approximately σ = 1 (standard deviation σ = x 0 ). That is, as shown in FIG. 3, when the length from the optical axis center of the detection region 3 to the outer peripheral portion in the x-axis direction is x 0 , the illumination optical system 102 causes the standard deviation σ = x 0 (detection). The illumination region 2 (with respect to the substrate 1 to be inspected) is shaped into a slit-shaped light beam 107 having a Gaussian distribution of illuminance, which is the length from the center that is the optical axis of the region 3 to the outer periphery in the x-axis direction). Lx and Ly indicate areas where the illuminance f is 0.2 or more where f (0).)
Actually, when a TDI image sensor or a two-dimensional linear image sensor is used as the detector 302, the pixel farthest away from the optical axis 303 and having the lowest MTF is the corner of the detection region 3 (in the case of a TDI image sensor). since the pixel 302ac is located in the corner portion shown in 4 is to be located in the corresponding.), as the x 0, it is desirable to √ ((H / 2) 2 + (W / 2) 2) . If W can be ignored, x 0 = (H / 2). H and W indicate the width (length) in the x-axis direction and the width in the y-axis direction of the detection region 3 on the substrate to be inspected. The width in the x-axis direction of the light receiving area (imaging area) in the TDI image sensor or the two-dimensional linear image sensor is indicated by (H × M), and the width in the y-axis direction is indicated by (W × M). Note that M represents an imaging magnification by the imaging optical system 301.

以上説明したように、検出領域3のx軸方向の外周部(TDIイメージセンサや2次元リニアイメージセンサを用いる場合、光軸303から最も離れた画素)をx(=√((H/2)+(W/2))または(H/2))としたとき、照明光学系102によりほぼσ=xとなるガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束107に整形して被検査対象基板1に対して照明領域2(Lx、Lyは照度fがf(0)の0.2以上の領域を示す。)として照明することによって、パワーの大きな特殊な照明光源を用いることなく、安価な通常の照明光源(半導体レーザ、アルゴンレーザ、YAG−SHGレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ等のフィラメント光源等からなる。)101を用いて、効率の良い照明を実現でき、その結果、検出光学系301によってMTFが最も低下する検出器302の周辺部における画素によって受光する微小な異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くすることができ、0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥をも、高感度で、且つ高速で(高スループットで)検出することができる。なお、検出領域3の特にx軸方向の中央部と周辺部との間において照度が(f(x)=0.46f(0)〜0.73f(0))の関係のように異なっていても、信号処理系401において、被検査対象物1をy軸方向に移動させてTDIイメージセンサ等の検出器302から検出される検出領域におけるx軸方向の同じ画素列から得られる画像信号同志が比較されることになるので、中央部と周辺部との間における照度の相違の影響はほとんどないことになる。そして、信号処理系401において、被検査対象物1をy軸方向に移動させてTDIイメージセンサ等の検出器302から検出される画像信号を元に、同じ回路パターンで繰り返されるチップ毎あるいはセル毎同志の差画像信号を抽出し、この抽出された差画像信号を所望の判定基準で判定することによって、異物等の欠陥を検出して検査することができる。
ここで、重要なことは、検出領域3の周辺部での照度(光量)をほぼ最大にすることであって、そのための手段は、上記実施例では、照明光学系102で照明の幅を変えているが、他の手段、たとえば、照明光学系102によって照明の2次光源の形状を変える、あるいは、2次光源を形成するフーリエ変換の位置での大きさを変える等の手段であっても良い。
As described above, the outer peripheral portion of the detection region 3 in the x-axis direction (when using a TDI image sensor or a two-dimensional linear image sensor, the pixel farthest from the optical axis 303) is represented by x 0 (= √ ((H / 2 ) 2 + (W / 2) 2 ) or (H / 2)), the illumination optical system 102 shapes the light beam 107 into a slit-like light beam 107 having a Gaussian illuminance of approximately σ = x 0. By illuminating the inspection target substrate 1 as an illumination area 2 (Lx and Ly are areas where the illuminance f is 0.2 or more with f (0)), a special illumination light source with high power is not used. Inexpensive ordinary illumination light sources (semiconductor lasers, argon lasers, YAG-SHG lasers, excimer lasers and other laser light sources, xenon lamps, mercury lamps and other discharge tubes, halogen lamps and other filament light sources, etc. 101) can be used to realize efficient illumination, and as a result, scattered light from defects such as minute foreign matters received by pixels in the periphery of the detector 302 where the MTF is most lowered by the detection optical system 301. Alternatively, the intensity of the diffracted light can be increased, and a minute foreign matter of about 0.1 to 0.5 μm can detect defects such as a very small foreign matter of about 0.1 μm or less from a solid with high sensitivity and high speed (high Can be detected). It should be noted that the illuminance differs in the relationship of (f (x 0 ) = 0.46f (0) to 0.73f (0)), particularly between the central portion and the peripheral portion of the detection region 3 in the x-axis direction. However, in the signal processing system 401, image signals obtained from the same pixel column in the x-axis direction in the detection region detected by the detector 302 such as a TDI image sensor by moving the inspection object 1 in the y-axis direction. Therefore, there is almost no influence of the difference in illuminance between the central part and the peripheral part. Then, in the signal processing system 401, each chip or cell is repeated with the same circuit pattern based on the image signal detected from the detector 302 such as a TDI image sensor by moving the inspection object 1 in the y-axis direction. By extracting the difference image signal of each other and determining the extracted difference image signal with a desired determination criterion, it is possible to detect and inspect a defect such as a foreign object.
Here, what is important is that the illuminance (light quantity) at the periphery of the detection region 3 is substantially maximized. The means for that purpose is to change the illumination width in the illumination optical system 102 in the above embodiment. However, other means, such as changing the shape of the secondary light source of illumination by the illumination optical system 102 or changing the size at the position of the Fourier transform forming the secondary light source, may be used. good.

以上説明した実施例は、被検査対象基板1の表面に付着した異物等の欠陥検査の場合について説明したが、被検査対象基板1上の回路パターンの欠陥検査についても適用することができる。通常、回路パターンの欠陥検査の場合、検出光学系301を構成する対物レンズの上に配置された偏光ビームスプリッタを透過または反射させてλ/4板によりP偏光またはS偏光から円偏光に変換して対物レンズを介して円偏光のスリット状のビーム光束107を被検査対象物1の照明領域2に落射照明し、被検査対象物1の検出領域3から反射、回折、あるいは散乱した円偏光の光を対物レンズを通してλ/4板によってS偏光またはP偏光に変換して上記偏光ビームスプリッタを反射または透過させて対なるフーリエ変換レンズでTDIイメージセンサ等で構成される検出器302上に結像させるように構成する。そして、信号処理系401において、被検査対象物1をy軸方向に移動させてTDIイメージセンサ等の検出器302から検出される画像信号を元に、同じ回路パターンで繰り返されるチップ毎あるいはセル毎同志の差画像信号を抽出し、この抽出された差画像信号を所望の判定基準で判定することによって回路パターンに存在する欠陥を検出して検査することができる。この回路パターンの欠陥検査においても、検出領域3のx軸方向の外周部(TDIイメージセンサや2次元リニアイメージセンサを用いる場合、光軸303から最も離れた画素)をx(=√((H/2)+(W/2))または(H/2))としたとき、照明光学系102によりほぼσ=xとなるガウス分布の照度を有するスリット状のビーム光束107に整形して被検査対象基板1に対して照明領域2として落射照明することによって、パワーの大きな特殊な照明光源を用いることなく、安価な通常の照明光源(半導体レーザ、アルゴンレーザ、YAG−SHGレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光源、キセノンランプ、水銀ランプ等の放電管、ハロゲンランプ等のフィラメント光源等からなる。)101を用いて、効率の良い照明を実現でき、その結果、検出光学系301によってMTFが最も低下する検出器302の周辺部における画素によって受光する回路パターンの欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くすることができ、0.1〜0.5μm程度の微小異物は固より0.1μm程度以下の極微小な欠陥をも、高感度で、且つ高速で(高スループットで)検出することができる。 Although the embodiment described above has been described for the case of defect inspection of foreign matter or the like adhering to the surface of the substrate 1 to be inspected, it can also be applied to the defect inspection of circuit patterns on the substrate 1 to be inspected. Normally, in the case of a circuit pattern defect inspection, the light is transmitted or reflected by a polarizing beam splitter disposed on an objective lens constituting the detection optical system 301 and converted from P-polarized light or S-polarized light to circularly polarized light by a λ / 4 plate. Then, the circularly polarized slit-shaped light beam 107 is incident on the illumination area 2 of the inspection object 1 through the objective lens and reflected, diffracted or scattered from the detection area 3 of the inspection object 1. Light is converted into S-polarized light or P-polarized light by a λ / 4 plate through an objective lens, and reflected or transmitted by the polarizing beam splitter, and imaged on a detector 302 composed of a TDI image sensor or the like by a paired Fourier transform lens. To be configured. Then, in the signal processing system 401, each chip or cell is repeated with the same circuit pattern based on the image signal detected from the detector 302 such as a TDI image sensor by moving the inspection object 1 in the y-axis direction. It is possible to detect and inspect a defect present in the circuit pattern by extracting a difference image signal of each other and determining the extracted difference image signal based on a desired determination criterion. Also in the defect inspection of this circuit pattern, the outer periphery of the detection region 3 in the x-axis direction (when using a TDI image sensor or a two-dimensional linear image sensor, the pixel farthest from the optical axis 303) is represented by x 0 (= √ (( H / 2) 2 + (W / 2) 2 ) or (H / 2)), the illumination optical system 102 shapes the light beam 107 into a slit-like beam having an illuminance with a Gaussian distribution of approximately σ = x 0. Then, by subjecting the substrate 1 to be inspected to the incident illumination 2 as an illumination area 2, an inexpensive ordinary illumination light source (semiconductor laser, argon laser, YAG-SHG laser, (Equipped with laser light source such as excimer laser, discharge tube such as xenon lamp and mercury lamp, filament light source such as halogen lamp, etc.) As a result, the scattered light or the diffracted light intensity from the defect of the circuit pattern received by the pixel in the peripheral portion of the detector 302 where the MTF is most lowered by the detection optical system 301 can be increased. A minute foreign matter of about 1 to 0.5 μm can detect a very small defect of about 0.1 μm or less from a solid with high sensitivity and high speed (with high throughput).

次に、本発明に係る欠陥検査装置の第2の実施例について説明する。
図5には、本発明に係る欠陥検査装置の第2の実施例の概略構成を示した図である。この第2の実施例は、照明光学系を落射照明で構成する。そして、照明光源701にはDUV(遠紫外線)レーザ(例えばエキシマレーザKrF=248nm、エキシマレーザArF=193nm)を用いる。このようにDUV(遠紫外線)レーザは、波長が短いため、高分解能を有し、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥からの散乱光もしくは回折光に基づく光像が得られることになる。そこで、照明光学系702は、DUVレーザ等の照明光源701と、照明光の偏光を設定するための偏光制御光学系703と、対物レンズ711の瞳717上にレーザ光を走査する瞳走査照明光学系704と、ハーフミラー(1)705とによって構成する。検出光学系710の基本構成は、対物レンズ711と、結像レンズ712と、拡大光学系713と、イメージセンサの前に検出光の偏光を設定するための偏光検出光学系714と、DUV量子効率が10%程度以上のイメージセンサ715とで構成される。更に、検出光路の途中に、ハーフミラー(2)721を設置し、試料1の表面を対物レンズ711の焦点に合せるための自動焦点系722を配置する。更に、ハーフミラー(3)731を設置し、対物レンズ711の瞳位置をレンズ(1)732及び瞳観察光学系733により観察可能に構成する。更に、ハーフミラー(4)741を設置し、試料上のパターンをレンズ(2)742及びアライメント光学系743により観察してアライメントできるように構成する。
Next, a second embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention. In the second embodiment, the illumination optical system is configured by epi-illumination. The illumination light source 701 uses a DUV (far ultraviolet) laser (eg, excimer laser KrF = 248 nm, excimer laser ArF = 193 nm). As described above, since the DUV (far ultraviolet) laser has a short wavelength, it has a high resolution and can obtain an optical image based on scattered light or diffracted light from defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less. become. Therefore, the illumination optical system 702 includes an illumination light source 701 such as a DUV laser, a polarization control optical system 703 for setting the polarization of illumination light, and pupil scanning illumination optics that scans laser light on the pupil 717 of the objective lens 711. The system 704 and the half mirror (1) 705 are configured. The basic configuration of the detection optical system 710 includes an objective lens 711, an imaging lens 712, an enlargement optical system 713, a polarization detection optical system 714 for setting the polarization of detection light before the image sensor, and a DUV quantum efficiency. Is configured with an image sensor 715 of about 10% or more. Further, a half mirror (2) 721 is installed in the middle of the detection optical path, and an autofocus system 722 for aligning the surface of the sample 1 with the focus of the objective lens 711 is disposed. Further, a half mirror (3) 731 is provided so that the pupil position of the objective lens 711 can be observed by the lens (1) 732 and the pupil observation optical system 733. Further, a half mirror (4) 741 is installed so that the pattern on the sample can be observed and aligned by the lens (2) 742 and the alignment optical system 743.

従って、照明光源701から出射されたDUVレーザビームは、偏光制御光学系703によって直線偏光光に変換され、瞳走査照明光学系704によって対物レンズ711の瞳717上を2次元に走査して照射されることになる。試料1からの反射光は、対物レンズ711の瞳717を通してハーフミラー(1)705を透過し、試料の光像を結像レンズ712及び拡大光学系713により、イメージセンサ715上に結像させる。なお、偏光検出光学系714によって試料1上に照明された直線偏光成分を遮光することによって、イメージセンサ715は、試料1の表面から得られる散乱光あるいは回折光成分による結像された光像を受光することになる。   Accordingly, the DUV laser beam emitted from the illumination light source 701 is converted into linearly polarized light by the polarization control optical system 703, and irradiated onto the pupil 717 of the objective lens 711 in two dimensions by the pupil scanning illumination optical system 704. Will be. The reflected light from the sample 1 is transmitted through the half mirror (1) 705 through the pupil 717 of the objective lens 711, and the optical image of the sample is imaged on the image sensor 715 by the imaging lens 712 and the magnifying optical system 713. It should be noted that by blocking the linearly polarized light component illuminated on the sample 1 by the polarization detection optical system 714, the image sensor 715 generates a light image formed by the scattered light or diffracted light component obtained from the surface of the sample 1. It will receive light.

ところで、本発明の第2の実施例においては、照明光源701としてDUVレーザ光源を使用するため、イメージセンサ715としてDUVに対して感度のあるものを用いる必要がある。しかし、イメージセンサ715として、図8(a)に示す表面照射型TDIイメージセンサを用いると、入射光がカバーガラス805を透過し、金属膜802の間のゲート801にある酸化膜(SiO)803を通過してSi基板804に形成されたCCDに入るため、短波長の入射光が減衰し400nm以下の波長に対して感度がほとんどなく、そのままではDUV光の検出はできない。そこで、表面照射型イメージセンサでDUVの感度を得るためには、ゲート801における酸化膜803を薄くして短波長の減衰を少なくする方法がある。他の方法としては、カバーガラス805に有機薄膜コーティングを施し、DUV光が入射されるとそれに応じて可視光を発光するようにすることで、可視光にしか感度のないイメージセンサでDUV光を検出する方法がある。 By the way, in the second embodiment of the present invention, since a DUV laser light source is used as the illumination light source 701, it is necessary to use an image sensor 715 that is sensitive to DUV. However, when the surface irradiation type TDI image sensor shown in FIG. 8A is used as the image sensor 715, incident light is transmitted through the cover glass 805, and an oxide film (SiO 2 ) in the gate 801 between the metal films 802. Since it passes through 803 and enters the CCD formed on the Si substrate 804, short-wavelength incident light attenuates and has almost no sensitivity to wavelengths of 400 nm or less, and DUV light cannot be detected as it is. Therefore, in order to obtain DUV sensitivity with a front-illuminated image sensor, there is a method in which the oxide film 803 in the gate 801 is thinned to reduce the short wavelength attenuation. As another method, an organic thin film coating is applied to the cover glass 805 so that when DUV light is incident, visible light is emitted accordingly, so that DUV light can be emitted by an image sensor that is sensitive only to visible light. There is a way to detect.

これに対し、イメージセンサ715として、図8(b)に示す如く、Si基板804の厚さを薄くし、この薄くした裏側から光を入射するように構成した裏面照射型TDIイメージセンサを用いて、ゲート構造のない裏側から光を入射することによって、DVD量子効率を10%程度以上にして量子効率が高くダイナミックレンジが大きくとれ、400nm以下の波長にも感度を有するようにすることができる。また、イメージセンサ715を、上記の如く、TDI(TimeDelay Integration)にすることで、感度を大きくすることができる。   On the other hand, as the image sensor 715, as shown in FIG. 8B, a back-illuminated TDI image sensor configured such that the thickness of the Si substrate 804 is thinned and light is incident from the thinned back side is used. By making light incident from the back side without the gate structure, the DVD quantum efficiency can be increased to about 10% or more, the quantum efficiency can be increased, the dynamic range can be increased, and the sensitivity can be obtained even at a wavelength of 400 nm or less. Further, the sensitivity can be increased by making the image sensor 715 TDI (Time Delay Integration) as described above.

次に、信号処理系401について図9を用いて具体的に説明する。即ち、信号処理系401は、TDIイメージセンサ等から構成されるイメージセンサ302、715から被検査対象基板1のy軸方向の移動に同期して得られる列画素ごとに蓄積された濃淡値で示される画像信号をAD変換するAD変換回路402と、該AD変換回路から出力されるデジタル画像信号を、y軸方向に繰り返される回路パターンの例えば1ピッチ分(複数ピッチ分でもよい。)に相当するずれ量だけ遅延させる遅延メモリ403と、上記AD変換回路402から得られるデジタル検出画像信号408と遅延メモリ403から得られる例えば1ピッチ分遅延させたデジタル参照画像信号409とを比較して例えば差画像信号を抽出し、この抽出された差画像信号を所定の閾値で2値化して異物や回路パターンの欠陥等の欠陥候補を示す2値化画像信号を形成する比較回路404と、該比較回路404から得られる異物等の欠陥候補を示す2値化画像信号等を元に該欠陥候補毎の面積や位置座標や最大長さ(例えばx軸方向およびy軸方向への投影長さ(最大長さ))やモーメント等の特徴量を抽出する欠陥候補の特徴量抽出回路405と、該欠陥候補の特徴量抽出回路405で抽出される欠陥候補の特徴量が所定の判定基準を越えたとき欠陥として判定する欠陥判定回路406とで構成される。なお、特徴量としては、更に欠陥候補として特定された点でAD変換回路402から得られるデジタル検出画像信号に基づく濃淡値を付加させて、3次元的な特徴量を抽出してもよい。特に、0.1μm程度以下の極微小の異物等の欠陥を検出するためには、被検査対象基板1の表面の微妙な凹凸に基づくノイズ成分を除外して誤検出を防止する必要がある。そのために、差画像信号として所定の閾値を越えるものを一旦異物等の欠陥候補として抽出し、この抽出された欠陥候補毎の特徴量から真に異物等の欠陥なのか、表面の微妙な凹凸によるものかを弁別することによって真の極微小の異物等の欠陥を見つける必要がある。   Next, the signal processing system 401 will be specifically described with reference to FIG. In other words, the signal processing system 401 indicates the grayscale values accumulated for each column pixel obtained in synchronization with the movement of the inspected substrate 1 in the y-axis direction from the image sensors 302 and 715 constituted by TDI image sensors and the like. An AD conversion circuit 402 that AD converts an image signal to be converted, and a digital image signal output from the AD conversion circuit corresponds to, for example, one pitch of circuit patterns repeated in the y-axis direction (may be a plurality of pitches). The delay memory 403 that delays by the amount of deviation, the digital detection image signal 408 obtained from the AD conversion circuit 402 and the digital reference image signal 409 delayed from the delay memory 403, for example by one pitch, are compared, for example, a difference image A signal is extracted, and the extracted difference image signal is binarized with a predetermined threshold value to detect a defect candidate such as a foreign object or a circuit pattern defect. A comparison circuit 404 that forms a binary image signal to be shown, and a binarized image signal that shows a defect candidate such as a foreign substance obtained from the comparison circuit 404, the area, position coordinates, and maximum length for each defect candidate For example, a defect candidate feature quantity extraction circuit 405 that extracts feature quantities such as a projection length (maximum length) in the x-axis direction and the y-axis direction and a moment, and the defect candidate feature quantity extraction circuit 405 extract the feature quantities. A defect determination circuit 406 that determines a defect when a feature amount of a defect candidate to be exceeded exceeds a predetermined determination criterion. As the feature amount, a three-dimensional feature amount may be extracted by adding a gray value based on the digital detection image signal obtained from the AD conversion circuit 402 at a point specified as a defect candidate. In particular, in order to detect a defect such as a very small foreign matter of about 0.1 μm or less, it is necessary to prevent a false detection by excluding a noise component based on delicate unevenness on the surface of the substrate 1 to be inspected. For this purpose, a difference image signal that exceeds a predetermined threshold is once extracted as a defect candidate such as a foreign substance, and whether the defect is a defect such as a foreign substance from the feature amount of each extracted defect candidate is due to subtle unevenness on the surface. It is necessary to find a defect such as a true minute foreign object by discriminating the object.

即ち、被検査対象基板1には、繰り返し回路パターンが形成されているので、比較回路404において、AD変換回路402から得られる回路パターンのデジタル検出画像信号408と遅延メモリ403から得られる例えば1ピッチ分遅延させた隣の回路パターンのデジタル参照画像信号409とを比較して例えば差画像信号(2枚の画像信号の画素値の差信号)を求め、この求められた差画像信号を欠陥候補抽出用の閾値で2値化画像信号に変換して異物等の欠陥候補点を抽出する。2値化閾値の設定例としては、あらかじめ設定された閾値、または被検査画像の明るさ等から求めた閾値を用いて差画像信号全体を2値化する。別の閾値設定例としては、差画像信号の各座標毎、または明るさ毎に閾値を算出し、差画像信号の各点において別の閾値を持って2値化する方式が考えられる。いずれにしても、上記差画像信号に対する閾値は、極微小な異物等の欠陥を検出できるように低く設定せざるを得ず、被検査対象基板1の表面の微妙な凹凸に基づく虚報も検出されてしまうことになる。   That is, since the circuit pattern to be inspected is repeatedly formed on the substrate 1 to be inspected, in the comparison circuit 404, the digital detection image signal 408 of the circuit pattern obtained from the AD conversion circuit 402 and, for example, one pitch obtained from the delay memory 403 For example, a difference image signal (difference signal of pixel values of two image signals) is obtained by comparing with the digital reference image signal 409 of the adjacent circuit pattern delayed by the minute amount, and the obtained difference image signal is extracted as a defect candidate. A defect candidate point such as a foreign object is extracted by converting it into a binary image signal with a threshold for use. As an example of setting the binarization threshold, the entire difference image signal is binarized using a preset threshold or a threshold obtained from the brightness of the image to be inspected. As another example of threshold setting, a method may be considered in which a threshold is calculated for each coordinate or brightness of the difference image signal and binarized with a different threshold at each point of the difference image signal. In any case, the threshold for the difference image signal must be set low so that defects such as extremely small foreign matter can be detected, and false information based on subtle irregularities on the surface of the substrate 1 to be inspected is also detected. It will end up.

そこで、欠陥候補の特徴量抽出回路405において、2値化画像信号で与えられる欠陥候補信号には虚報が含まれている関係で、検出された欠陥候補点における2値化画像信号および/またはAD変換回路402から得られるデジタル検出画像信号を元に欠陥候補点毎の面積や位置座標や最大長さ(x軸方向およびy軸方向への投影長さ)やモーメントや濃淡値等の特徴量を抽出する。そして欠陥判定回路406において、この抽出された特徴量から欠陥候補点が欠陥か虚報かを判断して真の欠陥を見つける。
以上説明したように、信号処理系401において、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥を虚報から弁別して検査することができる。
Therefore, in the defect candidate feature quantity extraction circuit 405, the defect candidate signal given by the binarized image signal contains a false report, and thus the binarized image signal and / or AD at the detected defect candidate point. Based on the digital detection image signal obtained from the conversion circuit 402, the feature amount such as the area, position coordinate, maximum length (projection length in the x-axis direction and y-axis direction), moment, gray value, etc. for each defect candidate point is obtained. Extract. Then, the defect determination circuit 406 determines whether the defect candidate point is a defect or a false report from the extracted feature amount, and finds a true defect.
As described above, in the signal processing system 401, defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less can be discriminated from the false alarms and inspected.

次に、本発明に係る欠陥検査装置に用いられる照明光学系について上記実施例と異なる実施例について図10および図11を用いて説明する。本照明光学系の実施例は、ハロゲンランプ等のフィラメント光源502と該光源502から発生した光を集光させる楕円鏡503とからなる照明光源501と、該照明光源501から集光して出射される光をほぼ平行な光に変換するコリメータレンズ504と、該コリメータレンズ504で変換されたほぼ平行な光を透過させることによって射出端505aにスポットビームからなる2次光源を形成するロットレンズ(ガラス棒)505と、2次光源である射出端505aから出射されたッスポットビームを対物レンズ507の瞳507aに集光させる対なるフーリエ変換レンズ506と、対物レンズ507とによって構成される。なお、ロットレンズ505の射出端505aと被検査対象基板1の表面とは、光学的に共役な関係で構成される。ところで、図11に示すようにランプ502のもつ配向特性を利用してランプ502の発光強度の高い光線を図12に示すように照明領域2'の周辺部である検出領域3'の周辺に到達させることができ、検出領域(検出視野)3'の周辺での光量向上を図ることができる。この場合、フライアイレンズを用いたものより、ランプ光源502から発生した光量を減らすことなく有効に活用して高照度化することができる。また、この照明光学系の場合、対物レンズ507における光軸から離れるに従ってMTFが低下するのに対応させた図12に示す照度分布(周辺の照度を高めた疑似輪帯照明)で検出領域3'を照明することができることになる。   Next, an embodiment different from the above-described embodiment of the illumination optical system used in the defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment of the illumination optical system, an illumination light source 501 including a filament light source 502 such as a halogen lamp and an elliptical mirror 503 that condenses light generated from the light source 502 and the illumination light source 501 are condensed and emitted. A collimator lens 504 that converts the light to be substantially parallel light, and a lot lens (glass) that forms a secondary light source consisting of a spot beam at the exit end 505a by transmitting the substantially parallel light converted by the collimator lens 504 504), a pair of Fourier transform lenses 506 for condensing the spotted beam emitted from the exit end 505a, which is a secondary light source, on the pupil 507a of the objective lens 507, and the objective lens 507. The exit end 505a of the lot lens 505 and the surface of the substrate 1 to be inspected are configured in an optically conjugate relationship. By the way, using the orientation characteristic of the lamp 502 as shown in FIG. 11, a light beam with high emission intensity of the lamp 502 reaches the periphery of the detection region 3 ′, which is the peripheral portion of the illumination region 2 ′, as shown in FIG. The amount of light around the detection region (detection visual field) 3 ′ can be improved. In this case, it is possible to increase the illuminance by effectively utilizing the light amount generated from the lamp light source 502 rather than using the fly-eye lens. Further, in the case of this illumination optical system, the detection region 3 ′ has an illuminance distribution (pseudo annular illumination with increased ambient illuminance) shown in FIG. 12 corresponding to a decrease in MTF as the distance from the optical axis in the objective lens 507 increases. Can be illuminated.

なお、フーリエ変換レンズ506内若しくはフーリエ変換レンズの前後の何方かにシリンドリカルレンズ105を配置させることによって、欠陥検査装置の第1の実施例で説明したスリット状の光束107を得ることができ、さらに検出領域3の周辺部の照度を強めることができ、その結果、検出光学系301によってMTFが最も低下する検出器302の周辺部における画素によって受光する異物等の欠陥からの散乱光あるいは回折光強度を強くすることができ、0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥を、高感度で、且つ高速で検出することができる。   The slit-shaped light beam 107 described in the first embodiment of the defect inspection apparatus can be obtained by disposing the cylindrical lens 105 in the Fourier transform lens 506 or somewhere before or after the Fourier transform lens. The illuminance at the periphery of the detection region 3 can be increased, and as a result, the intensity of scattered light or diffracted light from a defect such as a foreign substance received by a pixel at the periphery of the detector 302 where the MTF decreases most by the detection optical system 301 It is possible to detect defects such as extremely small foreign matters of about 0.1 μm or less with high sensitivity and at high speed.

本発明に係る欠陥検査装置の第1の実施例の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the 1st Example of the defect inspection apparatus which concerns on this invention. 図1に示す欠陥検査装置の第1の実施例に用いられている照明光学系の一実施例の構成を具体的に示す図である。It is a figure which shows concretely the structure of one Example of the illumination optical system used for the 1st Example of the defect inspection apparatus shown in FIG. 照明光学系によってスリット状のガウスビーム光束を整形して照明効率向上を図る基本思想を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic idea which shapes a slit-shaped Gaussian beam light beam with an illumination optical system, and improves illumination efficiency. 検出器としてTDIイメージセンサを用いた場合における被検査対象基板上の検出領域の光像を受光して撮像する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to receive and image the optical image of the detection area | region on a to-be-inspected board | substrate at the time of using a TDI image sensor as a detector. ガウスビーム光束において標準偏差σ(照明の幅に対応する)を変えたとき、検出領域の周辺部(x=1)における照度f(x)の変化を示す図である。When varying the standard deviation σ a (corresponding to the width of the illumination) in the Gaussian beam flux is a diagram illustrating a change in the illuminance f (x 0) in the peripheral portion of the detection area (x 0 = 1). 標準偏差σを0.5、1、2にしたときのガウスビーム光束を照射した際、検出領域の光軸からの長さ(x)に対する照度f(x)の変化を示す図である。When irradiated with Gaussian beam flux when the standard deviation σ to 0.5, 1, 2, is a graph showing changes in intensity f (x 0) to the length of the optical axis (x 0) of the detection area . 本発明に係る欠陥検査装置の第2の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd Example of the defect inspection apparatus which concerns on this invention. DUV光を受光できるようにしたTDIイメージセンサの実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the Example of the TDI image sensor which enabled it to receive DUV light. 0.1μm程度以下の極微小な異物等の欠陥を虚報と弁別して検査できるようにした信号処理系の一実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Example of the signal processing system which enabled it to discriminate | determine defects, such as a very small foreign material of about 0.1 micrometer or less, from a false report. 図1に示す欠陥検査装置の第1の実施例に用いられている照明光学系の他の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the other Example of the illumination optical system used for the 1st Example of the defect inspection apparatus shown in FIG. 図10に示す照明光学系により、ランプ光源から発生する光量を有効活用し、該ランプ光源から発生する光の配向性を利用して検出領域の周辺部における照度を増大させたことを説明するための図である。In order to explain that the illumination optical system shown in FIG. 10 effectively uses the amount of light generated from the lamp light source and increases the illuminance at the periphery of the detection region using the orientation of the light generated from the lamp light source. FIG. 図10および図11に示す照明光学系によって得られる検出領域に対する照度分布を示す図である。It is a figure which shows the illumination intensity distribution with respect to the detection area | region obtained by the illumination optical system shown in FIG. 10 and FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…被検査対象基板、2、2'…照明領域、3、3'…検出領域、5…微小異物、101…照明光源、102…照明光学系、103…凹または凸レンズ、104…コリメータレンズ、105…シリンドリカルレンズ、106…レーザビーム、107…スリット状のガウスビーム光束、201…ステージ、301…検出光学系、302…検出器、302a…TDIイメージセンサ、302ae…周辺部画素(外周部画素)、302ac…角部画素、303…光軸、401…信号処理系、402…AD変換回路、403…遅延メモリ、404…比較回路、405…欠陥候補の特徴量抽出回路、406…欠陥判定回路、501…照明光源、502…ランプ光源、503…楕円鏡、504…コリメータレンズ、505…ロッドレンズ(ガラス棒)、506…フーリエ変換レンズ、507…対物レンズ、701…DUVレーザ光源、702…照明光学系、703…偏光制御光学系、704…瞳走査照明光学系、705…ハーフミラー(1)、711…対物レンズ、712…結像レンズ、713…拡大光学系、714…偏光検出光学系、715…TDIイメージセンサ、722…自動焦点系、733…瞳観察光学系、743…アライメント光学系。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate to be inspected, 2, 2 '... Illumination area 3, 3' ... Detection area, 5 ... Fine foreign material, 101 ... Illumination light source, 102 ... Illumination optical system, 103 ... Concave or convex lens, 104 ... Collimator lens, DESCRIPTION OF SYMBOLS 105 ... Cylindrical lens, 106 ... Laser beam, 107 ... Slit-shaped Gaussian beam, 201 ... Stage, 301 ... Detection optical system, 302 ... Detector, 302a ... TDI image sensor, 302ae ... Peripheral pixel (outer peripheral pixel) , 302ac ... corner pixels, 303 ... optical axis, 401 ... signal processing system, 402 ... AD converter circuit, 403 ... delay memory, 404 ... comparison circuit, 405 ... feature quantity extraction circuit for defect candidates, 406 ... defect determination circuit, 501 ... illumination light source, 502 ... lamp light source, 503 ... elliptical mirror, 504 ... collimator lens, 505 ... rod lens (glass rod), 50 ... Fourier transform lens, 507 ... objective lens, 701 ... DUV laser light source, 702 ... illumination optical system, 703 ... polarization control optical system, 704 ... pupil scanning illumination optical system, 705 ... half mirror (1), 711 ... objective lens, 712 ... Imaging lens, 713 ... Magnification optical system, 714 ... Polarization detection optical system, 715 ... TDI image sensor, 722 ... Automatic focus system, 733 ... Pupil observation optical system, 743 ... Alignment optical system.

Claims (10)

レーザ光源から発射したレーザビームをビーム整形手段により一方向に長いスリット状に整形し、該ビーム整形手段により整形したスリット状のレーザビームを試料上のスリット状の照明領域に対して斜め方向から照射し、該照射による前記試料上のスリット状の照明領域のうち試料上の検出領域からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させ、該結像させた前記試料上の検出領域からの反射散乱光の像をリニアイメージセンサで撮像し、該撮像して得た検出画像を、前記試料上の検出領域に対応する参照領域から前記リニアイメージセンサで撮像して得られる参照画像と比較して欠陥を検出する方法であって、
前記スリット状レーザビームは該スリット状の長手方向の強度分布が前記試料上の検出領域の長手方向の両端部間の長さ(H)の半分(x )をほぼ標準偏差(σ)とするガウス分布を有し、該スリット状のレーザビームを前記試料上のスリット状の照明領域に対して前記斜め方向から照射する際前記リニアイメージセンサで撮像される前記試料上の検出領域の長手方向の両端部(x における照明強度f(x 中央部の照明強度f(0)に対して0.46〜0.73の範囲内で前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布が整形して設定されることを特徴とする欠陥検査方法。
Shaped into a long slit shape in one direction by the beam shaping means of the laser beam emitted from the laser light source, irradiating the slit-shaped laser beam shaped by the beam shaping means from an oblique direction with respect to the slit-shaped illumination area on the specimen Then, the reflected scattered light from the detection area on the sample in the slit-shaped illumination area on the sample due to the irradiation is imaged through an objective lens, and reflected from the imaged detection area on the sample. An image of scattered light is captured by a linear image sensor, and a detection image obtained by capturing the image is compared with a reference image obtained by capturing from the reference region corresponding to the detection region on the sample by the linear image sensor. A method for detecting defects,
Substantially standard deviation longitudinal length between the two ends of the (H) half (x 0) of the laser beam of the slit shaped intensity distribution of the slit-shaped longitudinal detection areas on the sample and (sigma) to have a Gaussian distribution, the longitudinal direction of the detection area on the specimen to be imaged and the slit-shaped laser beam in the linear image sensor when irradiating from the oblique direction with respect to the slit-like illumination area on the specimen both end portions (x 0) illumination intensity f (x 0) is the longitudinal direction of the illumination of the slit-shaped laser beam in the range of 0.46 to 0.73 with respect to the illumination intensity f (0) of the central portion of the defect inspection method characterized by distribution is set to shape.
レーザ光源から発射したレーザビームを一方向に長いスリット状に整形し、該整形したスリット状のレーザビームを試料上のスリット状の照明領域に対して斜め方向から照射し、該照射による前記試料上のスリット状の照明領域のうち試料上の検出領域からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させ、該結像させた前記試料上の検出領域からの反射散乱光の像をリニアイメージセンサで撮像し、該撮像して得た検出画像を、前記試料上の検出領域に対応する参照領域から前記リニアイメージセンサで撮像して得られる参照画像と比較して欠陥を検出する方法であって、
前記スリット状レーザビームは該スリット状の長手方向の強度分布が前記試料上の検出領域の長手方向の両端部間の長さ(H)の半分(x )をほぼ標準偏差(σ)とするガウス分布を有し、スリット状のレーザビームを前記試料上のスリット状の照明領域に対して前記斜め方向から照射する際該試料上のスリット状の照明領域の長手方向の長さ(Lx)が可変であり前記リニアイメージセンサで撮像される前記試料上の検出領域の長手方向の両端部(x )における照明強度f(x )が中央部の照明強度f(0)に対して0.46〜0.73の範囲内で前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布が整形して設定されることを特徴とする欠陥検査方法。
A laser beam emitted from a laser light source is shaped into a slit shape that is long in one direction, and the shaped slit-shaped laser beam is irradiated from an oblique direction to a slit-shaped illumination area on the sample, linear image sensor an image of the reflected scattered light of the reflected scattered light is imaged through the objective lens, the detection region on the specimen obtained by said imaging from the detection area on the specimen of the illumination region of slit-like in imaging, the detection image obtained by imaging, a method of detecting defects as compared to a reference image obtained by imaging by the linear image sensor from a reference area corresponding to the detection area on the specimen ,
Substantially standard deviation longitudinal length between the two ends of the (H) half (x 0) of the laser beam of the slit shaped intensity distribution of the slit-shaped longitudinal detection areas on the sample and (sigma) to have a Gaussian distribution, the longitudinal length of the slit-shaped illumination area on Sai該sample irradiated with the slit-shaped laser beam from the oblique direction with respect to the slit-shaped illumination area on the specimen (Lx ) Is variable, and the illumination intensity f (x 0 ) at both ends (x 0 ) in the longitudinal direction of the detection region on the sample imaged by the linear image sensor is larger than the illumination intensity f ( 0 ) at the center. A defect inspection method characterized in that the illuminance distribution in the longitudinal direction of the slit-shaped laser beam is shaped and set within a range of 0.46 to 0.73 .
レーザ光源から発射したレーザビームを一方向に長いスリット状に整形し、該整形したスリット状のレーザビームを試料上のスリット状の照明領域に対して斜め方向から照射し、該照射による前記試料上のスリット状の照明領域のうち試料上の検出領域からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させ、該結像させた反射散乱光の像をリニアイメージセンサで撮像し、該撮像して得た検出画像を、前記試料上の検出領域に対応する参照領域から前記リニアイメージセンサで撮像して得られる参照画像と比較して欠陥を検出する方法であって、
前記スリット状レーザビームは該スリット状の長手方向の強度分布が前記試料上の検出領域の長手方向の両端部間の長さ(H)の半分(x )をほぼ標準偏差(σ)とするガウス分布を有し、該スリット状のレーザビームを前記試料上のスリット状の照明領域に対して前記斜め方向から照射する際前記リニアイメージセンサで撮像される前記試料上の検出領域の長手方向の両端部(x )における照明強度f(x )が中央部の照明強度f(0)に対して0.46〜0.73の範囲内で前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布が整形して設定され、前記リニアイメージセンサで前記試料上の検出領域を撮像して得た前記検出画像を、該試料上の検出領域に対応する参照領域から前記リニアイメージセンサで撮像して得られる前記参照画像と比較することにより前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布の影響を受けることなく欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
A laser beam emitted from a laser light source is shaped into a slit shape that is long in one direction, and the shaped slit-shaped laser beam is irradiated from an oblique direction to a slit-shaped illumination area on the sample, The reflected and scattered light from the detection area on the sample in the slit-shaped illumination area is imaged through the objective lens, and the image of the reflected and scattered light is imaged with a linear image sensor. the detected image obtained, a method of detecting defects as compared to a reference image obtained by imaging by the linear image sensor from a reference area corresponding to the detection area on the specimen,
Substantially standard deviation longitudinal length between the two ends of the (H) half (x 0) of the laser beam of the slit shaped intensity distribution of the slit-shaped longitudinal detection areas on the sample and (sigma) A longitudinal direction of the detection region on the sample imaged by the linear image sensor when the slit-shaped laser beam is irradiated from the oblique direction to the slit-shaped illumination region on the sample. both end portions (x 0) illumination intensity f (x 0) is the longitudinal direction of the illumination of the slit-shaped laser beam in the range of 0.46 to 0.73 with respect to the illumination intensity f (0) of the central portion of the distribution is set to shape, the said detected image obtained by imaging the detection area on the sample by the linear image sensor, and imaging from the reference area corresponding to the detection region on the sample by the linear image sensor Obtained Defect inspection method characterized by detecting defects without being affected by the illuminance distribution in the longitudinal direction of the slit-shaped laser beam by comparing with the reference image.
前記レーザ光源から発射されるレーザビームがDUVレーザビームであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載の欠陥検査方法。 Defect inspection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser beam emitted from the laser light source is a DUV laser beam. 前記試料上に照射されるスリット状のレーザビームは、偏光が制御されたスリット状のレーザビームであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載の欠陥検査方法。 Slit-shaped laser beam irradiated onto the specimen, a defect inspection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the polarized light is controlled slit-shaped laser beam. レーザビームを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザビームを一方向に長いスリット状のレーザビーム整形するビーム整形手段と、該ビーム整形手段により整形されたスリット状のレーザビームを試料上のスリット状の照明領域に対して斜め方向から照射する照射手段と、該照射手段により前記スリット状のレーザビームが照射された前記試料上のスリット状の照明領域のうち試料上の検出領域からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させる結像手段と、該結像手段で結像させた前記試料上の検出領域からの反射散乱光の像をリニアイメージセンサで撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た検出画像を、前記試料上の検出領域に対応する参照領域から前記撮像手段で撮像して得られる参照画像と比較して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、
前記ビーム整形手段は、前記レーザ光源から発射されたレーザビームを長手方向の強度分布が前記試料上の検出領域の長手方向の両端部間の長さ(H)の半分(x )をほぼ標準偏差(σ)とするガウス分布を有する前記一方向に長いスリット状のレーザビームに整形し、かつ、該整形したスリット状のレーザビームを前記試料上のスリット状の照明領域に照射する際前記撮像手段のリニアイメージセンサにより撮像される前記試料上の検出領域の長手方向の両端部(x )における照明強度f(x )が中央部の照明強度f(0)に対して0.46〜0.73の範囲内で前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布が整形して設定されることを特徴とする欠陥検査装置。
A laser light source for emitting a laser beam, a beam shaping means for shaping the laser beam emitted from the laser light source into a long slit-shaped laser beam in one direction, a slit-shaped laser beam shaped by the beam shaping means Irradiation means for irradiating the slit-shaped illumination area on the sample from an oblique direction, and a detection area on the sample among the slit-shaped illumination areas on the sample irradiated with the slit-shaped laser beam by the irradiation means Imaging means for forming an image of reflected and scattered light from the image through an objective lens, and imaging means for taking an image of the reflected and scattered light from the detection region on the sample imaged by the imaging means with a linear image sensor When the detection image imaged by the imaging means, a reference area corresponding to the detection area on the sample as compared to a reference image obtained by imaging by the imaging means The defect inspection apparatus and an image processing means for detecting Recessed,
The beam shaping means is configured such that the intensity distribution in the longitudinal direction of the laser beam emitted from the laser light source is approximately half (x 0 ) of the length (H) between both ends in the longitudinal direction of the detection region on the sample. deviation (sigma) that is shaped into a long slit-shaped laser beam in the one direction with a Gaussian distribution, and the imaging time of irradiating a slit-shaped laser beam said shaped into slit-like illumination area on the specimen The illumination intensity f (x 0 ) at both ends (x 0 ) in the longitudinal direction of the detection region on the sample imaged by the linear image sensor of the means is 0.46 to the illumination intensity f (0) at the center. A defect inspection apparatus characterized in that the illuminance distribution in the longitudinal direction of the slit-shaped laser beam is shaped and set within a range of 0.73 .
レーザビームを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザビームを一方向に長いスリット状のレーザビームに整形するビーム整形手段と、該ビーム整形手段により整形されたスリット状のレーザビームを試料上のスリット状の照明領域に対して斜め方向から照射する照射手段と、該照射手段により前記スリット状のレーザビームが照射された前記試料上のスリット状の照明領域のうち試料上の検出領域からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させる結像手段と、該結像手段で結像させた前記試料上の検出領域からの反射散乱光の像をリニアイメージセンサで撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た検出画像を、前記試料上の検出領域に対応する参照領域から前記撮像手段で撮像して得られる参照画像と比較して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、
前記ビーム整形手段は、前記レーザ光源から発射されたレーザビームを長手方向の強度分布が前記試料上の検出領域の長手方向の両端部間の長さ(H)の半分(x )をほぼ標準偏差(σ)とするガウス分布を有する前記一方向に長いスリット状のレーザビームに整形し、更に、該整形された前記スリット状のレーザビームを前記試料に対して前記斜め方向から照射する際前記試料上のスリット状の照明領域の長手方向の長さ(Lx)が可変であり前記リニアイメージセンサで撮像される前記試料上の検出領域の長手方向の両端部(x )における照明強度f(x )が中央部の照明強度f(0)に対して0.46〜0.73の範囲内で前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布が整形して設定される照明幅設定手段を含むことを特徴とする欠陥検査装置。
A laser light source for emitting a laser beam, a beam shaping means for shaping the laser beam emitted from the laser light source into a long slit-shaped laser beam in one direction, a slit-shaped laser beam shaped by the beam shaping means Irradiation means for irradiating the slit-shaped illumination area on the sample from an oblique direction, and a detection area on the sample among the slit-shaped illumination areas on the sample irradiated with the slit-shaped laser beam by the irradiation means Imaging means for forming an image of reflected and scattered light from the image through an objective lens, and imaging means for taking an image of the reflected and scattered light from the detection region on the sample imaged by the imaging means with a linear image sensor When the detection image imaged by the imaging means, a reference area corresponding to the detection area on the sample as compared to a reference image obtained by imaging by the imaging means The defect inspection apparatus and an image processing means for detecting Recessed,
The beam shaping means is configured such that the intensity distribution in the longitudinal direction of the laser beam emitted from the laser light source is approximately half (x 0 ) of the length (H) between both ends in the longitudinal direction of the detection region on the sample. When the laser beam is shaped into a slit-shaped laser beam having a Gaussian distribution with a deviation (σ) and long in one direction, and the slit-shaped laser beam thus shaped is irradiated to the sample from the oblique direction. The length (Lx) in the longitudinal direction of the slit-shaped illumination area on the sample is variable, and the illumination intensity f (at the longitudinal ends (x 0 ) of the detection area on the sample imaged by the linear image sensor. x 0 ) is an illumination width setting means in which the illuminance distribution in the longitudinal direction of the slit-shaped laser beam is shaped and set within the range of 0.46 to 0.73 with respect to the illumination intensity f (0) at the center. this, including the Defect inspection apparatus according to claim.
レーザビームを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザビームを一方向に長いスリット状のレーザビーム整形するビーム整形手段と、該ビーム整形手段により整形されたスリット状のレーザビームを試料上のスリット状の照明領域に対して斜め方向から照射する照射手段と、該照射手段により前記スリット状のレーザビームが照射された前記試料上のスリット状の照明領域のうち試料上の検出領域からの反射散乱光を対物レンズを介して結像させる結像手段と、該結像手段で結像させた前記試料上の検出領域からの反射散乱光の像をリニアイメージセンサで撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た検出画像を、前記試料上の検出領域に対応する参照領域から前記撮像手段で撮像して得られる参照画像と比較して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた欠陥検査装置であって、
前記ビーム整形手段は、前記レーザ光源から発射されたレーザビームを長手方向の強度分布が前記試料上の検出領域の長手方向の両端部間の長さ(H)の半分(x )をほぼ標準偏差(σ)とするガウス分布を有する前記一方向に長いスリット状のレーザビームに整形し、かつ、該整形したスリット状のレーザビームを前記試料上のスリット状の照明領域に対して斜め方向から照射する際前記撮像手段のリニアイメージセンサにより撮像される前記試料上の検出領域の長手方向の両端部(x )における照明強度f(x )が中央部の照明強度f(0)に対して0.46〜0.73の範囲内で前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布が整形して設定され、
前記画像処理手段は、前記ビーム整形手段により前記長手方向の照度分布が整形して設定された前記スリット状のレーザビームで照射された前記試料上の検出領域を前記撮像手段のリニアイメージセンサで撮像して得た前記検出画像を該試料上の検出領域に対応する参照領域から前記撮像手段で撮像して得られる前記参照画像と比較することにより前記スリット状のレーザビームの長手方向の照度分布の影響を受けることなく欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
A laser light source for emitting a laser beam, a beam shaping means for shaping the emitted laser beam to the laser beam slit in one direction has a length from the laser light source, the beam shaping means by the shaped slit-shaped laser beam Irradiating means for irradiating the slit-shaped illumination area on the sample from an oblique direction, and detection on the sample among the slit-shaped illumination areas on the sample irradiated with the slit-shaped laser beam by the irradiation means Imaging means for forming an image of reflected and scattered light from a region through an objective lens, and imaging of reflected and scattered light from a detection region on the sample imaged by the imaging means by a linear image sensor and means, the detection image imaged by the imaging means, as compared to a reference image obtained by imaging by the imaging means from the reference area corresponding to the detection area on the specimen The defect inspection apparatus and an image processing means for detecting Recessed,
The beam shaping means is configured such that the intensity distribution in the longitudinal direction of the laser beam emitted from the laser light source is approximately half (x 0 ) of the length (H) between both ends in the longitudinal direction of the detection region on the sample. The laser beam is shaped into a slit-like laser beam having a Gaussian distribution with a deviation (σ) and long in one direction, and the shaped slit-like laser beam is obliquely formed with respect to the slit-like illumination area on the sample. When illuminating, the illumination intensity f (x 0 ) at both ends (x 0 ) in the longitudinal direction of the detection region on the sample imaged by the linear image sensor of the imaging means is compared to the illumination intensity f (0) at the center. The illuminance distribution in the longitudinal direction of the slit-shaped laser beam is shaped and set within a range of 0.46 to 0.73,
The image processing means images the detection area on the sample irradiated with the slit-shaped laser beam set by shaping the illuminance distribution in the longitudinal direction by the beam shaping means with a linear image sensor of the imaging means. By comparing the detected image obtained in this way with the reference image obtained by imaging with the imaging means from a reference area corresponding to the detection area on the sample , the longitudinal illuminance distribution of the slit-shaped laser beam can be obtained . A defect inspection apparatus characterized by detecting defects without being affected.
前記レーザ光源は、DUVレーザビームを発射することを特徴とする請求項6乃至8の何れか一つに記載の欠陥検査装置。 The laser light source, the defect inspection apparatus according to any one of claims 6 to 8, characterized in that fire the DUV laser beam. 前記レーザ光源から発射されたレーザビームの偏光の状態を制御する偏光制御手段を更に備えることを特徴とする請求項6乃至8の何れか一つに記載の欠陥検査装置。 Defect inspection apparatus according to any one of claims 6 to 8, further comprising a polarization control means for controlling the state of polarization of the laser beam emitted from the laser light source.
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