JP4550488B2

JP4550488B2 - 検出光学装置及び欠陥検査装置

Info

Publication number: JP4550488B2
Application number: JP2004164153A
Authority: JP
Inventors: 浩幸河上; 繁松井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: JP2005345221A

Description

本発明は、試料からの反射光・散乱光を同一の対物レンズで補足して試料像を結像させる検出光学系に係わり、またそれを用いた微細パターン欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。

試料の微細パターンの欠陥を検出するために、対物レンズを用いて試料に細いビーム光をスキャンしながら照射し、試料からの反射光・散乱光を同一の対物レンズで補足して試料像を結像させる検出光学系が用いられている。

試料面上の微小物体を、対物レンズを通して検出する方法には、対物レンズ外から照明光を試料に照射し試料からの反射光・回折光・散乱光を対物レンズで捕捉する方法がある。また、対物レンズを通して照明光を試料に照射し、試料からの反射光・回折光・散乱光を同一の対物レンズで捕捉して試料像を結像させる方法がある。

前者は特許文献１に記載のように、試料上の散乱光の内、前方散乱と後方散乱とを異なる効率で捕捉することができるが、照明光は特定の入射方向及び入射角で構成されており、これを任意に変化せることが難しく、使用が限定される。

これに対し、後者は特許文献２に記載のように、試料からの反射光・回折光・散乱光を同一の対物レンズで捕捉して試料像を結像しているので、照明光の入射方向及び入射角は任意に変化せることができる。

特開平8−304296号公報

特開2002−90311公報

照明光を試料に照射して微小な欠陥を検出する場合、微小欠陥からの反射光は一般に背景となる試料表面からの反射光に比べて非常に弱い為、できる限り検出したい微小な物体以外からの反射・回折・散乱光などを除去してやる必要がある。

散乱光は一般に、対象物体の大きさが照明光の波長と同程度の場合はミー散乱の様に強い前方散乱を示し、対象物体の大きさが照明光の波長と比べ小さい場合はレイリー散乱の様に前方散乱と後方散乱が同程度の散乱となる。したがって、波長と同程度の物体の散乱光を捕らえたい場合は前方散乱を、波長より小さい物体の散乱光を捕らえたい場合は後方散乱を効率的に捕捉する必要がある。

しかし、上記の従来技術では、対物レンズを用いて試料に照射光を照射し、試料からの反射光・散乱光を同一の対物レンズで捕捉して試料像を結像させる場合に、照明光は対物レンズの光軸に対して回転対称となる様に構成される。この為、試料上の散乱光に対し前方散乱と後方散乱とを均等にしか捕捉する事ができず、微小な物体を効率よく検出できない問題点があった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、試料上の散乱光に対し前方散乱と後方散乱を異なる効率で捕捉でき、微小な物体を効率よく検出できる検出光学装置、及びそれを用いた欠陥検査装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成する為に、対物レンズを用いて試料に細いビームの照明光をスキャンしながら照射し、試料からの反射光・散乱光を同一の対物レンズで補足して試料像を結像させる検出光学装置において、試料面上の法線に対して、任意の入射方向と入射光領域をもった前記照明光を試料に入射させる入射系と、試料からの反射光（含む、回折光、散乱光）を画素センサーに導く反射系を有し、前記反射系に反射光の通過光領域を前記入射方向に対し相対的に保持する偏心手段を設けたことを特徴とする。

また、前記入射糸と前記反射系に共通に偏光ビーム分離器を設け、前記試料からの正反射光の方向と、前記照明光の方向に戻る入射方向に分離し、前記試料からの反射光が前記正反射光の方向と前記入射方向のうち、いずれか一方の検出効率を前記偏心手段によって向上させることを特徴とする。

また、通過光領域が開口絞りの開口、空間フィルターの透明領域、又は反射ミラーの反射領域になる機能を設けることにより、入射方向に対して正反射光の方向に進行する及び照明光の入射方向に戻るいずれか一方の反射光・回折光・散乱光を選択的に捕捉することができる。

本発明は、ウエハ等の試料に描かれたパターンについて、前記検出光学装置をもちいてパターンを走査し、その欠陥を検出する欠陥検査装置である

本発明によれば、試料からの反射光・散乱光を同一の対物レンズで捕捉して試料像を結像させる場合、試料からの反射光に対する通過光領域が照明光の任意の入射方向と入射光領域に対応して保持できるので、試料からの反射光を効率よく検出できる。

また、欠陥検査装置において、欠陥検出しきい値を下げて検出感度を上げた状態でも、グレインによる散乱光を低減することにより擬似欠陥検出率を低下する事ができる。

図1は本発明の光学式欠陥検査装置における一実施例である。細いビーム照射光をスキャンしながら試料に照射し、その入射方向に対し、開口絞りの通過光領域を相対的な位置に保持する欠陥検査装置の構成図である。

光源(ＤＵＶレーザ、又はランプ光源を絞った光)１から放射された光束(φ２mm以下)は照度を調整するＮＤファイルター２を通過しビームエキスパンダー３にて一旦拡大し、ホモジナイザー４を通過させて対物レンズ10上に多数の点光源をつくる。

照明光学系には、垂直走査用ガルバノミラー５、水平走査用ガルバノミラー６を配置し、照明光の２次元走査を行う。これにより照明方向を任意に変更することができる。ガルバノミラー６を通過後に、拡散板７を設置し、その板を回転させる。照明光の２次元走査と拡散板７の回転を、画素センサー(ＴＤＩセンサー、ラインセンサー、ＣＣＤカメラ)20の蓄積周期と同期して実行することにより、照明光の時間的、空間的な可干渉性を低減する。照明光は、ＰＢＳ(偏光ビーム分離器)８、波長板(λ／４＋λ／２)９、対物レンズを通過して、任意の入射方向と入射光領域をもって試料面上に照射される。試料41は水平、垂直、回転方向に動作するステージ43上に試料チャック42を介して設置される。ステージの高さは自動集点系40からの信号により上下し、試料面上のピントを合わせる。

試料面上にて反射、散乱された光は、対物レンズ10、波長板９を通過して、ＰＢＳ８にて照明光と分離される。分離された光のうち正反射方向に進行する光はミラー11にて方向を変え、開口絞り30を通り、ミラー12にて再度方向を変え、結像レンズ21にて撮像用の画素センサー20に結像する。結像レンズ21は倍率が異なる結像レンズ22，23に変更できる移動機構上に設置されている。

開口絞り30の通過光領域31は、照明光の入射方向に対し相対的に保持される。すなわち開口絞り30の通過光領域31は、通過光領域31を含む遮光領域中心より偏心した位置に配置されているので、開口絞り30をモータ36により回転させるだけで通過光領域31を入射光領域に対応する位置に向けることができる。これにより、捕捉したい方向の反射光・回折光・散乱光を効率的に選択的に、捕捉することができる。

図２は、入射方向に対し、入射照明光の方向に戻る方向の反射光を選択する場合の実施例で、開口絞りの通過光領域は通過光領域を含む遮光領域中心より偏心した位置に配置し回転させることにより相対的な位置を保持している。符号は図１と同じである。

図２の場合は、入射方向に対し照明光方向に戻る方向の反射光を通過させる為、開口絞り30の通過領域を前記反射光が通過する位置に移動する。入射方向が変わった場合、開口絞り30の通過光領域31を入射方向に応じて回転させることにより相対的な位置を保持している。

本実施例によれば、試料からの反射光・散乱光を同一の対物レンズで捕捉して試料像を結像させる場合、照明光をガルバノミラーにより任意の入射方向に可変でき、かつ開口絞りの通過領域が照明光の入射方向に保持できる。従って、波長より小さい欠陥像からの後方散乱を効率よく検出でき、欠陥の検出感度を向上させることができる。

図３は本発明の他の実施例で、透明領域が中心より偏心した位置に配置された空間フィルターを有する欠陥検査装置の構成図である。開口絞り30の代わりに、ガラス，石英のような透明材質に不透明領域をコーティングした空間フィルター32を使用したものである。

空間フィルター32も、開口絞り30と同様に、透明領域33が中心より偏心した位置に配置されており、空間フィルター32を回転するだけで、入射方向に対して透明領域33を相対的に保つ。これにより、捕捉したい方向の反射光・回折光・散乱光を常に捕捉する事ができる。

図４は本発明の更に他の実施例で、反射領域が中心より偏心した位置に配置された反射ミラーを有する欠陥検査装置の構成図である。開口絞り30、空間フィルター32の代わりに、反射領域35が回転中心から偏心した位置に配置された反射ミラー34を使用したものである。反射ミラー34も開口絞り30、空間フィルター32と同様に、反射ミラー34を回転するだけで、入射方向に対して反射領域35を相対的に保つことにより、捕捉したい方向の反射光・回折光・散乱光を常に捕捉することができる。

本発明の一実施例で、検出光学系を使用する欠陥検査装置の構成図。上記実施例で入射方向が異なる場合を示す欠陥検査装置の構成図。本発明の他の実施例で、検出光学系を使用する欠陥検査装置の構成図。本発明の更に他の実施例で、検出光学系を使用する欠陥検査装置の構成図。

符号の説明

１…光源(ランプ，DUVレーザ)、２…ＮＤファイルター、３…ビームエキスパンダー、４…ホモジナイザー、５…垂直走査用ガルバノミラー、６…水平走査用ガルバノミラー、７…拡散板、８…ＰＢＳ(偏光ビーム分離器)、９…波長板(λ／４＋λ／２)、１０…対物レンズ、１１…ミラー、１２…ミラー、２０…画素センサー(TDIセンサー，ラインセンサー，CCDカメラ)、２１…結像レンズ、２２…結像レンズ、２３…結像レンズ、３０…開口絞り、３１…通過光領域、３２…空間フィルター、３３…透明領域、３４…反射ミラー、３５…反射領域、３６…モータ、４０…自動集点系、４１…試料、４２…試料チャック、４３…ステージ。

Claims

対物レンズを用いて試料に細いビームの照明光をスキャンしながら照射し、試料からの反射光を同一の対物レンズで捕捉して試料像を結像させる検出光学装置において、
試料面上の法線に対して、任意の入射方向と入射光領域をもった前記照明光を試料に入射させる入射系と、試料からの回折光及び散乱光を含む反射光を画素センサーに導く検出系を有し、前記検出系に反射光の通過光領域を前記入射光領域に対し相対的に保持する回転自在な開口絞りを有する偏心手段を設け、試料上の反射光における前方散乱と後方散乱を異なる効率で捕捉することを特徴とする検出光学装置。
請求項１において、前記検出系の反射光の通過光領域位置を入射光領域に対し、正反射光の方向と、前記照明光の方向に戻る方向に相対的に変えることにより、前記試料からの反射光が前記正反射光の方向と前記入射方向のうち、いずれか一方の検出効率を前記偏心手段によって向上させることを特徴とする検出光学装置。
請求項１または２において、前記通過光領域は開口絞りの開口、空間フィルターの透明領域または反射ミラーの反射領域であることを特徴とする検出光学装置。
ウエハ等の試料に描かれたパターンについて、光学装置を用いてパターンを走査してその欠陥を検出する欠陥検査装置において、
前記光学装置は請求項１乃至３のいずれかに記載の検出光学装置を用いることを特徴とする欠陥検査装置。