JP4600476B2 - 微細構造物の欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents
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Description
ところで、近年、LSI、MEMS等の微細構造化、これに伴うレチクルパターンやフォトマスクパターンの微細化が進むにつれて、これら微細構造物の検査対象面のパターン形状をより鮮明に解像できる、分解能の高い欠陥検査装置の必要性が高まっている。
短波長化には、高出力で安定した光源と、高精度で短波長に対しても劣化が少なく、観察視野を均一に照明する結像光学系が必要である。しかしながら、観察視野内を均一な光量で照明するのは光学的に容易ではない、という問題がある。また、観察視野内を同時に照射するため、輝度が非常に低くなり、このため、高いS/N比を得るためには、受光素子(CCD等多素子型イメージセンサ)の露光時間を相当量長くしなければならない、という問題もある。それゆえ、現時点で技術的に利用可能な短波長(波長200nm程度)を用いて、精度の高い結像光学系を実現するのは、技術的難度が高く、それゆえ、実現できても、大変高価なものとなる。
高NA化についても同様で、近年注目されている液浸レンズ等で高NA化を実現しようとしても、技術的難度が高く、したがって、大変高価なものとなる。このような欠陥検査装置の高騰化は、ひいては、レチクルやフォトマスク、LSI、及びMEMS等の微細構造物の単価を上げる要因の一つとなるので、好ましくない。
特許文献1に記載のパーティクル測定装置では、P偏光するレーザ光とS偏光するレーザ光とからなる2種類のレーザ光を、ステージに置かれたウエハ上の同一領域に垂直に同時照射する構成となっている。ウエハ上で反射された光は偏光ビームスプリッタにより、P偏光成分とS偏光成分とに分離される。分離されたP偏光成分はP偏光成分の受光部で電気信号に変換され、また、分離されたS偏光成分はS偏光成分の受光部で電気信号に変換される。そして、これらの信号出力が、コンピュータに送られて、計算処理されて、パーティクルの有無が検出される。2種類のレーザ光は、ウエハを載せたステージの移動と協働して、所定の走査幅でウエハ上を走査する。この動作を繰り返すことで、ウエハ全面をレーザ光が走査できる。このようにして、ウエハ全面のパーティクル測定を行うことができる。
加えて、各粒径に対する散乱光強度が偏光特性に応じて異なることに着目して、P偏光とS偏光との2種類のレーザ光を用いて測定を行うので、各粒径に対して最も感度の高いパーティクル測定を行うことができる。
また、P偏光とS偏光とを微細構造物の検査対象面に設定された同一の検査領域に同時照射する特許文献1の構成では、微細化が進む中、微細構造物の形状やパターン如何によっては、P偏光の反射光とS偏光の反射光とを確実に分離検出することができない事態が発生することも予想され、このような場合には、高解像度の反射画像を得ることができない、という不具合が懸念される。
また、異なる偏光特性のビーム走査は同時に行われるため、スループットの低下を伴うことなく、光学分解能の向化を達成できる。
加えて、この発明の欠陥検査装置は、従来のビームスキャン型装置の大掛りな改造ではなく、比較的簡単な改造にて達成できる。
上記は、直線偏光の方向と直交する方向の分解能が向上することを意味しており、検査パターンによって最適な偏光特性が存在することを示している。
図1は、この発明の第1の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図、図2(a)は、同欠陥検査装置の光学系を構成する分離ミラーの動作を説明するための概略拡大図、図3は、各種の検査対象物を示す断面図、図4は、同欠陥検査装置によるP偏光とS偏光とによる非同時の重複走査動作を概念的に示す斜視図、図5は、同重複走査動作の説明に供される図、また、図6は、この実施形態による画像処理の手順方法の説明に供される図である。
参照画像記憶部15は、設計データとしての参照画像REFを蓄積する。画像処理システム14は、光電変換器12、13から供給されるP反射画像検出信号PRとS反射画像検出信号SRとに基づいて、2種類の2次元反射画像(P反射画像とS反射画像)を実画像として生成採取し、生成採取された実画像と設計データとしての参照画像とを重ね合わせる画像処理を行い、得られた差分画像に基づいて、検査対象物9aの欠陥の有無を検査する。検査データ記憶部16は、検査対象物9aに対する欠陥有無の検査結果DRを保存する。
光源1から出力された光ビームL1は、偏向走査手段2によって、所望のビーム径に変換され、さらに、高速に偏向されて光ビームL2として光路を進む。高速偏向を受けている光ビームL2は、偏向走査手段2に入射して、P偏光ビームP1とS偏光ビームS1とに分岐される。分岐されたS偏光ビームS1は、ミラー4、5で反射して、第2の偏光ビームスプリッタ6に到達し、第2の偏光ビームスプリッタ6にて、P偏光ビームP1と合成される。このとき、P偏光ビームP1とS偏光ビームS1とは、互いに、走査方向に走査幅相当のずれ量で平行移動した状態(図1、図5及び図6)で合成される。合成されたP偏光ビームP1とS偏光ビームS1は、対物レンズ8によって集光されて、φ0.3−0.4μmの微小なP偏光の集光スポットPxと、S偏光の集光スポットSxとして、検査対象面9b上を照射する。
ここで、P偏光の集光スポットPxは、S偏光の集光スポットSxよりも、図6中の上方に、概略走査幅相当(W−ΔW)の距離だけ、離隔分離されて形成されるため、初回のP偏光ビーム走査Ay・Axが行われる走査範囲1−1の領域(同図(a))のように、P偏光の集光スポットPxのみによる走査範囲が存在する。同様に、S偏光の集光スポットSxは、P偏光の集光スポットPxよりも、図6中の下方に、走査幅相当の距離だけ、離隔分離されて形成されるため、最終回のS偏光ビーム走査By・Brが行われる走査範囲2−6の領域(同図(b))のように、S偏光の集光スポットSxのみによる走査範囲が存在する。
初回のP偏光ビーム走査Ay・Axと初回のS偏光ビーム走査By・Bxとは、それぞれの走査範囲(2次元の検査領域)1−1、2−1において同時に行われ、P偏光反射画像とS偏光反射画像とが同時に採取されるが、これらは、同一の走査範囲を写した反射画像ではない。すなわち、上記したように、走査範囲1−1の領域(同図(a))では、S偏光の集光スポットSxによる走査は実施されないので、走査範囲2−1を写したP偏光反射画像のみを画像処理システム14(図1)にバッファリングしておく。
この第2の実施形態による欠陥検査装置が、上記した第1の実施形態のそれと、著しく異なるところは、検査対象物の反射画像に代えて、透過画像を取得して検査領域の欠陥の有無を検査する走査型透過顕微鏡方式を採用した点である。走査型透過顕微鏡方式を具現するために、この第2の実施形態では、反射光学系を構成する図1のハーフミラー7及び分離ミラー11を、図7に示すように、透過光学系対応に配置換えされている。なお、図7において、図1の構成部分と同一の各部には、同一の符号付してその説明を省略し、また、図1の構成部分と対応する各部には、添え字を付して対応関係を明確にしてその説明を省略する。
この第3の実施形態による欠陥検査装置は、同図に示すように、上記した第1及び第2の実施形態を合体させて、検査対象物の反射画像と透過画像との両方を取得できるようにした点である。なお、図8において、図1又は図7の構成部分と同一の各部には、同一の符号付してその説明を省略し、また、図1又は図7の構成部分と対応する各部には、添え字を付して対応関係を明確にしてその説明を省略する。
この第4の実施形態では、P偏光ビームP1とS偏光ビームS1とを重ね、重ねた2種類の偏光ビームで微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査するようにした点で、P偏光ビームP1とS偏光ビームS1とを、互いに、走査方向に概略走査幅相当のずれ量で平行移動した状態で重複走査する第1乃至第3の実施形態と、著しく相違している。
とくに、相対的に幅が狭く、奥行きがあるようなパターンに対しては、P偏光ビームP1とS偏光ビームS1とを独立に走査して、空間的に分離できるコンフォーカル光学系を用いる第1の実施形態の方が好ましい。
2 偏向走査手段(走査手段)
3 第1の偏光ビームスプリッタ(光ビーム分岐手段)
L1、L2 光ビーム
9 XYステージ
9a、91、92、93 検査対象物(微細構造物)
9b 検査対象面
10 走査制御回路(走査制御手段)
11 分離ミラー(コンフォーカル光学系)
11c 偏光ビームスプリッタ(偏光分離光学系)
12、13 光電変換器(検出信号生成手段)
14 画像処理システム(画像処理手段)
P1 P偏光ビーム(偏光ビーム)
S1 S偏光ビーム(偏光ビーム)
C1 円偏光ビーム(偏光ビーム)
P2、S2 反射光
P3、S3 透過光
PR,PS,SR,PR 検出信号
REF 設計データとしての参照画像
P1、S1 第1の直線偏光
S1、P1 第2の直線偏光
Rx、Lx 傾斜P偏光ビーム、傾斜S偏光ビーム(第3の直線偏光)
Lx、Rx 傾斜S偏光ビーム、傾斜P偏光ビーム(第4の直線偏光)
Claims (24)
- 微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法であって、
光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるN本(Nは2以上の自然数)の偏光ビームに分岐し、
前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記各偏光ビームで順次走査させることで、全体としてN回重複走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すN枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の2種又は全種からなるM×N枚(Mは2又は3)の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、
前記N本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する2本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビームを形成し、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査させることを特徴とする微細構造物の欠陥検査方法。 - 微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法であって、
光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるN本(Nは2以上の自然数)の偏光ビームに分岐すると共に、これらの偏光ビームを互いに走査幅分の間隔で離隔する態様で、前記微細構造物の検査対象面に照射させ、
前記検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記各偏光ビームで順次走査させることで、全体としてN回重複走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すN枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の2種又は全種からなるM×N枚(Mは2又は3)の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、
前記N本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する2本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビームを形成し、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査させることを特徴とする微細構造物の欠陥検査方法。 - 微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法であって、
光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるN本(Nは2以上の自然数)の偏光ビームに分岐し、
前記N本の偏光ビームを重ね、重ねた前記N本の偏光ビームで前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すN枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の2種又は全種からなるM×N枚(Mは2又は3)の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、
前記N本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する2本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビーム成分を形成し、形成された前記楕円ビーム成分の重ね合わせからなる前記N本の偏光ビームで前記検査領域を走査させることを特徴とする微細構造物の欠陥検査方法。 - 前記微細構造物が、高精度パターンが形成されたレチクル又はフォトマスク、又は前記レチクル又は前記フォトマスクを用いて作成された微小電気機械部品又は電子デバイスからなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 前記N本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離するコンフォーカル光学系を用いて分離し、前記反射画像、前記透過画像、又は前記散乱画像、又は前記複数種の画像を採取することを特徴とする請求項1又は2記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 前記N本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離する偏光分離光学系を用いて分離し、前記反射画像、前記透過画像、又は前記散乱画像、又は前記複数種の画像を採取することを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 実画像として採取した前記N枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又は前記M×N枚の複数種の画像と、設計データとしての参照画像とを重ね合わせる画像処理を行い、得られた差分画像に基づいて、前記微細構造物の欠陥の有無を検査することを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 前記N本の偏光ビームは、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第1の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第2の直線偏光との2本の光ビームからなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 前記N本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第1の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第2の直線偏光とを含む、3本の光ビームからなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 前記N本の偏光ビームは、ビーム走査方向に対して共に45度傾いて互いに直交する偏光面を有する第3及び第4の直線偏光の2本の光ビームからなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 前記N本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に対して共に45度傾いて互いに直交する偏光面を有する第3及び第4の直線偏光とを含む、3本の光ビームからなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 前記N本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第1の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第2の直線偏光、ビーム走査方向に対して共に45度傾いて互いに直交する偏光面を有する第3及び第4の直線偏光とを含む、5本の光ビームからなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の微細構造物の欠陥検査方法。
- 微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置であって、
前記微細構造物を載置して移動を行うXYステージと、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを互いに特性の異なるN本(Nは2以上の自然数)の偏光ビームに分岐する光ビーム分岐手段と、
前記微細構造物の検査対象面上に設定された検査領域を前記各偏光ビームで走査する走査手段と、
前記走査手段と前記XYステージとの駆動を制御して、前記検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記走査手段に前記各偏光ビームで順次走査させ、全体としてN回重複走査させる走査制御手段と、
前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の2つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、
該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すN枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の2種又は全種からなるM×N枚(Mは2又は3)の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、
前記N本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する2本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビームが形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査することを特徴とする微細構造物の欠陥検査装置。 - 微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置であって、
前記微細構造物を載置して移動を行うXYステージと、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを互いに特性の異なるN本(Nは2以上の自然数)の偏光ビームに分岐すると共に、これらN本の偏光ビームを互いに走査幅分の間隔で離隔する態様で、前記微細構造物の検査対象面上に設定された検査領域に照射させる光ビーム分岐手段と、
前記検査対象面上の前記検査領域を前記各偏光ビームで走査する走査手段と、
前記走査手段と前記XYステージとの駆動を制御して、前記検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記走査手段に前記各偏光ビームで順次走査させ、全体としてN回重複走査させる走査制御手段と、
前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の2つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、
該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すN枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の2種又は全種からなるM×N枚(Mは2又は3)の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、
前記N本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する2本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビームが形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査することを特徴とする微細構造物の欠陥検査装置。 - 微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置であって、
前記微細構造物を載置して移動を行うXYステージと、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを互いに特性の異なるN本(Nは2以上の自然数)の偏光ビームに分岐する光ビーム分岐手段と、
前記N本の偏光ビームを重ね、重ねた前記N本の偏光ビームで前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査する走査手段と、
前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の2つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、
該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すN枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の2種又は全種からなるM×N枚(Mは2又は3)の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、
前記N本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する2本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビーム成分が形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビーム成分の重ね合わせからなる前記N本の偏光ビームで前記検査領域を走査することを特徴とする微細構造物の欠陥検査装置。 - 前記微細構造物が、高精度パターンが形成されたレチクル又はフォトマスク、又は前記レチクル又は前記フォトマスクを用いて作成された微小電気機械部品又は電子デバイスからなることを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記N本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離して前記検出信号生成手段に受光させるコンフォーカル光学系が付加されてなることを特徴とする請求項13又は14記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記N本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離して前記検出信号生成手段に受光させる偏光分離光学系が付加されてなることを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記画像処理手段では、実画像として得られた前記N枚の反射画像、N枚の透過画像、又はN枚の散乱画像、又は前記M×N枚の複数種の画像と、設計データとしての参照画像とを重ね合わせる画像処理を行い、得られた差分画像に基づいて、前記微細構造物の欠陥の有無を検査することを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記N本の偏光ビームは、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第1の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第2の直線偏光との2本の光ビームからなることを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記N本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第1の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第2の直線偏光とを含む、3本の光ビームからなることを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記N本の偏光ビームは、ビーム走査方向に対して共に45度傾いて互いに直交する偏光面を有する第3及び第4の直線偏光の2本の光ビームからなることを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記N本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に対して共に45度傾いて互いに直交する偏光面を有する第3及び第4の直線偏光とを含む、3本の光ビームからなることを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
- 前記N本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第1の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第2の直線偏光、ビーム走査方向に対して共に45度傾いて互いに直交する偏光面を有する第3及び第4の直線偏光とを含む、5本の光ビームからなることを特徴とする請求項13、14又は15記載の微細構造物の欠陥検査装置。
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