JP4622933B2 - 表面検査方法及び表面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶基板などの表面を検査する表面検査方法及び表面検査装置に関する。

半導体ウエハや液晶基板などの表面検査装置の１つに、基板表面を照明し、そこに設けられた繰り返しパターン（配線パターンなどのライン・アンド・スペースパターン）で生じた回折光によって基板の画像を形成し、その画像から自動的に基板上の欠陥を検出するものが実用化されている（特許文献１等を参照）。
また、これを応用した装置として、照明光を予め偏光させておき、繰り返しパターンで生じた正反射光の特定の偏光成分によって基板の画像を形成するものも提案されている（特許文献２等を参照）。この装置では、正反射光の偏光状態が繰り返しパターンの構造性複屈折により変化し、その変化量が繰り返しパターンの形状に依存するという現象を利用している。このような装置は、繰り返しパターンのピッチと比較して照明光の波長が長くても検査が可能という利点がある。
特開平１０−２３２１２２号公報 国際公開第２００５／０４０７７６Ａ１号パンフレット

しかしながら、欠陥の検出精度や検出感度は、照明光の波長や検査対象の種類に左右され、必ずしも良好な検査が行われないことがわかった。
そこで本発明は、確実に良好な検査を行うことのできる表面検査方法、及びそれに好適な表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明の表面検査方法は、被検基板上に露光により設けられたパターンを偏光した照明光で照明すると共に、そこで生じた正反射光の偏光状態を示す反射信号を取得し、その反射信号に基づき前記被検基板の検査を行う表面検査方法であって、前記被検基板の検査に先立ち、露光条件の異なる複数の前記パターンが形成されたテスト基板を前記被検基板の代わりにセットし、前記照明光の波長を切り替えながら、前記テスト基板の前記反射信号を繰り返し取得することにより、前記複数のパターン間における前記反射信号のばらつきを示すデータを波長毎に求め、そのデータに基づき前記被検基板の検査用の波長を決定することを特徴とする。
なお、前記複数の前記パターンには、フォーカス状態の好ましい露光条件で設けられたジャストフォーカスパターンと、フォーカス状態のずれた露光条件で設けられたデフォーカスパターンとが含まれ、前記データには、前記ジャストフォーカスパターンと前記デフォーカスパターンとの間における前記反射信号の差が反映されてもよい。
また、前記複数の前記パターンには、フォーカス状態の好ましい露光条件で設けられたジャストフォーカスパターンと、フォーカス状態がプラス側にずれた露光条件で設けられた第１デフォーカスパターンと、フォーカス状態がマイナス側にずれた露光条件で設けられた第２デフォーカスパターンとが含まれ、前記データには、前記ジャストフォーカスパターンと前記第１デフォーカスパターンとの間における前記反射信号の差と、前記ジャストフォーカスパターンと前記第２デフォーカスパターンとの間における前記反射信号の差とが反映されてもよい。
前記複数のパターンには、フォーカス状態の異なる複数の前記デフォーカスパターンが含まれ、前記データには、前記複数のパターンの前記反射信号の全体へ重畳した周期的なノイズの程度が反映されてもよい。

本発明の表面検査装置は、被検基板上に露光により設けられたパターンを偏光した照明光で照明すると共に、そこで生じた正反射光の偏光状態を示す反射信号を生成する測定光学系と、前記測定光学系から前記被検基板の前記反射信号を取得し、その反射信号に基づき前記被検基板の検査を行う制御部とを備え、前記測定光学系は、前記照明光の波長を切り替えることが可能であり、前記制御部は、前記被検基板の検査に先立ち、露光条件の異なる複数の前記パターンの形成されたテスト基板が前記被検基板の代わりにセットされた状態で、前記照明光の波長を切り替えながら、前記テスト基板の前記反射信号を繰り返し取得することにより、前記複数のパターン間における前記反射信号のばらつきを示すデータを波長毎に求め、そのデータに基づき前記被検基板の検査用の波長を決定することを特徴とする。

また、本発明の表面検査装置は、被検基板上に露光により設けられたパターンを偏光した照明光で照明すると共に、そこで生じた正反射光の偏光状態を示す反射信号を生成する測定光学系と、前記測定光学系から前記被検基板の前記反射信号を取得し、その反射信号に基づき前記被検基板の検査を行う制御部とを備え、前記測定光学系は、前記照明光の波長を切り替えることが可能であり、前記制御部は、前記被検基板の検査に先立ち、露光条件の異なる複数の前記パターンの形成されたテスト基板が前記被検基板の代わりにセットされた状態で、前記照明光の波長を切り替えながら、前記テスト基板の前記反射信号を繰り返し取得することにより、前記複数のパターン間における前記反射信号のばらつきを示すデータを波長毎に求め、そのデータを波長毎に検査者へ呈示し、前記被検基板の検査用の波長を示すデータの入力を受け、前記検査用の波長を決定することを特徴とする。
また、前記制御部は、前記決定された検査用の波長の情報を記憶してもよい。

本発明によれば、確実に良好な検査を行うことのできる表面検査方法、及びそれに好適な表面検査装置が実現する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、表面検査装置及びそれを用いた表面検査方法の実施形態である。
先ず、表面検査装置の構成を説明する。
図１に示すように、表面検査装置１０には、被検ウエハ２０を支持するステージ１１、アライメント系１２、照明系１３、受光系１４、制御演算装置１５、画像表示装置１６、入力器１７などが備えられる。

被検ウエハ２０は、その最上層が露光及び現像済みのレジスト膜となった半導体ウエハであり、表面にパターン（後述）が形成されている。被検ウエハ２０は、半導体ウエハ不図示のウエハカセットまたは現像装置から不図示の搬送系により運ばれ、ステージ１１上に固定保持される。その被検ウエハ２０は、ステージ１１により、上面中心における法線１Ａを回転軸として回転可能である。その回転中の被検ウエハ２０の回転位置は、その外縁に設けられたノッチやオリフラ等の形状からアライメント系１２によって検出される。このアライメント系１２とステージ１１とにより、被検ウエハ２０の回転位置は、表面検査に適した位置（後述）に設定される。

照明系１３には、光源３１と、波長選択部３２と、ライトガイドファイバ３３と、偏光フィルタ３４と、凹面反射鏡３５とを順に配置した偏心光学系である。光源３１は、水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電光源であり、波長選択部３２は、その光源３１からライトガイドファイバ３３へと向かう光の波長を切り替える機構である。
波長選択部３２には、光源３１からの光を平行光束に変換するコリメータレンズ２５と、その平行光束に対し透過波長域の異なる複数の波長選択フィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択的に挿入するターレット１２ｂと、ターレット１２ｂを通過した平行光束をライトガイドファイバ３３の入射端へ集光する集光レンズ２６と、ターレット１２ｂを回転させるモータ２３ｃとを備える。そのモータ２３ｃが駆動されると、ライトガイドファイバ３３の入射端へ入射する光の波長が切り替わる。なお、光源３１の輝線スペクトルと波長選択フィルタフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の透過波長域については、後述する。

ライトガイドファイバ３３の入射端へ入射した光は、そのライトガイドファイバ３３の内部を伝播し、その射出端から射出する。その光は、射出端の近傍に配置された偏光フィルタ３４によって直線偏光に変換された後、凹面反射鏡３５を介して被検ウエハ２０の略全面を斜め方向から照明する。この凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１は、ステージ１１の中心を通り、ステージ１１の法線１Ａに対して所定の角度θだけ傾いている。

この凹面反射鏡３５は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、その前側焦点がライトガイドファイバ３３の射出端と略一致し、その後側焦点が被検ウエハ２０の表面と略一致する。この凹面反射鏡３５により、被検ウエハ２０の全面は、テレセントリックな直線偏光Ｌ１で照明される。被検ウエハ２０上の各点へ向かう各直線偏光Ｌ１の主光線（進行方向）は、凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１に対し略平行である。上述した偏光フィルタ３４の透過軸の方位は、これらの直線偏光Ｌ１の偏光方向が被検ウエハ２０の表面に対しｐ偏光となるように予め設定されている。

受光系１４は、凹面反射鏡３６と、偏光フィルタ３８と、結像レンズ３７と、撮像素子３９とを順に配置した偏心光学系である。凹面反射鏡３６は、照明系１３の凹面反射鏡３５と同様の反射鏡であり、その入射光軸Ｏ２は、法線１Ａ及び凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１と同一平面上にあり、かつ、入射光軸Ｏ２が法線１Ａと成す角度は、射出光軸Ｏ１が法線１Ａと成す角度と同じくθである。したがって、被検ウエハ２０からの正反射光Ｌ２は、凹面反射鏡３６の入射光軸Ｏ２に沿って進行する。凹面反射鏡３６は、その正反射光Ｌ２を反射して偏光フィルタ３８の方に導き、結像レンズ３７と協働して撮像素子３９の撮像面上に被検ウエハ２０の反射像を形成する。

ここで、偏光フィルタ３８の透過軸の方位は、照明系１３内の偏光フィルタ３４の透過軸に対して直交するように設定されている（クロスニコル(直交ニコル)の状態）。したがって、偏光フィルタ３８を通過した直線偏光Ｌ４は、正反射光Ｌ２のうち、直線偏光Ｌ１の偏光方位と直交する偏光成分に相当する。この直線偏光Ｌ４の強度が、上述した反射像の強度を決定する。

この反射像は、撮像素子３９によって撮像される。撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、その反射像を光電変換して電気信号を生成し、その電気信号を回路や計算機等からなる制御演算装置１５へと送出する。制御演算装置１５は、その電気信号に基づき被検ウエハ２０の反射画像を認識すると、その反射画像上の各領域の輝度に基づき、被検ウエハ２０上のパターンの欠陥の程度をショット領域（後述）毎に判断する。なお、制御演算装置１５は、このような演算機能の他、表面検査装置１０の各部を制御する制御機能も有している。

次に、表面検査に適した被検ウエハ２０の回転位置を説明する。
被検ウエハ２０の表面には、図２に示すように、複数のショット領域２１がＸＹ方向に配列され、各ショット領域２１の中に、共通のパターンが形成されている。図２では、各ショット領域２１の中に１種類の繰り返しパターン２２のみが形成された例を示した。繰り返しパターン２２は、複数のライン部がその短手方向(Ｘ方向)に沿って一定のピッチで配列されたレジストパターン（例えば配線パターン）である。本明細書では、そのピッチ方向(図２ではＸ方向)を、「繰り返し方向」という。

表面検査に適した回転位置は、その繰り返し方向（図２ではＸ方向）と、被検ウエハ２０を照明する直線偏光Ｌ１の入射面３Ａとが、被検ウエハ２０の表面上で０度以外の所定角度（望ましくは４５度）を成すような回転位置である。入射面３Ａは、直線偏光Ｌ１の進行方向（主光線）を含み、法線１Ａに平行な平面である（図２に示す入射面３Ａは、被検ウエハ２０の中央へ入射する直線偏光Ｌ１の入射面）。因みに、直線偏光Ｌ１はｐ偏光なので、直線偏光Ｌ１の入射面３Ａは、直線偏光Ｌ１の振動面と一致する。

この直線偏光Ｌ１は、繰り返しパターン２２へ入射すると、繰り返しパターン２２の構造性複屈折（form birefringence）の影響を受ける。このとき、繰り返しパターン２２で発生する正反射光Ｌ２は、直線偏光ではなく楕円偏光となる。したがって、受光系１４の偏光フィルタ３８を通過した後の直線偏光Ｌ４の強度、すなわち反射像の強度は、その楕円化の程度を表す。

仮に、繰り返しパターン２２にデフォーカス欠陥（露光時のデフォーカス量の過不足による形状エラー）が生じていなかったときには、反射像の強度（反射像強度）は最高となり、デフォーカス欠陥が生じていたときには、そのデフォーカス欠陥の程度（デフォーカス欠陥量）に応じて反射像強度は低くなる。このようなデフォーカス量と反射像強度との関係は、理想的には、図３に太い実線で示すような椀型のカーブを描く。以下、デフォーカス量と反射像強度との関係を示すカーブを「感度カーブ」という。

したがって、表面検査装置１０の制御演算装置１５は、反射画像に写っている各ショット領域の像（ショット領域像）の輝度値（領域内の平均輝度値）を参照し、その輝度値が閾値より低いショット領域を「欠陥有り」、輝度値が閾値より高いショット領域を「欠陥無し」、という判断を行えばよい。特に、図２に示したように、入射面３Ａと繰り返し方向とが４５度の角度を成すときには、感度カーブ（図３）の傾きが最も急峻となり、表面検査の感度は、最高となる。

但し、このように感度カーブが良好となるのは、繰り返しパターン２２の設計形状に対し、直線偏光Ｌ１の波長（照明波長）が最適に設定された場合に限られる。例えば、照明波長が短かすぎると、繰り返しパターン２２で余分な回折光が発生するので、図３中に細かい点線で示すように、感度カーブに周期的なノイズが重畳する（カーブが波打つ）。一方、照明波長が長すぎると、構造性複屈折による楕円化の程度が小さくなるので、図３中に粗い点線で示すように、感度カーブの傾きが緩やかになってしまう。

また、繰り返しパターン２２の設計形状は、ショット領域２１を切り出してできるチップ（製品）の種類や、表面検査までに経た工程によって異なる。また、製品の種類が同じであっても、その製品が複数種類の繰り返しパターンを含むときには（ロジック回路など）、ショット領域内の位置によっても異なる。このため、照明波長は、表面検査の対象となる繰り返しパターン毎に設定される必要がある。そこで、表面検査装置１０では、表面検査に先立ち、検査波長の設定（条件出し）が行われる。その際、表面検査装置１０の波長選択部３２が有効利用される。

次に、波長選択部３２を詳細に説明する。
ここでは、波長選択部３２の光源３１として水銀ランプが使用された場合を説明する。その場合、光源３１の輝線スペクトルは、図４に示すとおり、波長λ₁＝２４８ｎｍ、波長λ₂＝３１３ｎｍ、波長λ₃＝３６５ｎｍ、波長λ₄＝４０５ｎｍ、波長λ₅＝４３６ｎｍ、波長λ₆＝５４６ｎｍの各波長成分を持つ。

それに合わせて、波長選択フィルタＦ１の透過波長域は、波長λ₁に設定され、波長選択フィルタＦ２の透過波長域は、波長λ₂に設定され、波長選択フィルタＦ３の透過波長域は、波長λ₃に設定され、波長選択フィルタＦ４の透過波長域は、波長λ₄に設定され、波長選択フィルタＦ５の透過波長域は、波長λ₅に設定され、波長選択フィルタＦ６の透過波長域は、波長λ₆に設定されている。

したがって、波長選択部３２のモータ２３ｃが制御演算装置１５によって駆動されると、表面検査装置１０の照明波長は、６種類の波長λ₁，λ₂，λ₃，λ₄，λ₅，λ₆の間で切り替わる。
なお、波長選択部３２のターレット１２ｂの回転位置は、不図示のアブソリュートロータリーエンコーダなどによって検出され、その検出信号は制御演算装置１５へと与えられる。したがって、制御演算装置１５は、その検出信号から設定中の照明波長を認識することができる。

次に、検査波長の設定（条件出し）方法を説明する。
ここでは、デフォーカス欠陥に関する表面検査を想定し、その表面検査に最適な照明波長を検査波長として設定する場合を説明する。また、簡単のため、図２に示すとおり、被検ウエハ２０の各ショット領域２１の中には１種類の繰り返しパターン２２のみが形成されているものとする。

先ず、検査者は、図５に示すようなテストウエハ２０_Tを用意する。テストウエハ２０_Tは、被検ウエハ２０と同じ工程を経た半導体ウエハであり、その表面には、被検ウエハ２０と同様、複数のショット領域２１_Tが二次元的に配列されている。各ショット領域２１_Tには、被検ウエハ２０の繰り返しパターン２２と同じテストパターン２２_Tが形成されている。但し、テストウエハ２０_Tの各ショット領域２１_Tは、互いに異なる露光条件（ここでは、デフォーカス量とドーズ量との組み合わせとする。）で形成されたものである。

図５に示す例では、左右方向に並ぶショット領域の間では、左から順にデフォーカス量が１段階ずつ異なり、その中で中央に位置するショット領域は、デフォーカス量がゼロである。また、図５に示す例では、上下方向に並ぶショット領域の間では、下から順にドーズ量（露光時の露光量）が１段階ずつ異なり、その中で中央に位置するショット領域は、ドーズ量が最適（つまりドーズ欠陥量がゼロ）である。したがって、上下方向中央において横方向に並ぶショット領域２１_T-2，２１_T-1，２１_T0，２１_T+1，２１_T+2（ショット領域群Ｇ）は、何れもドーズ欠陥量がゼロであり、かつデフォーカス量が１段階ずつ互いに異なる。

ここでは、ショット領域２１_T-2，２１_T-1，２１_T0，２１_T+1，２１_T+2のデフォーカス量を、それぞれ−２，−１，±０，＋１，＋２とする。但し、この数値は、デフォーカス量の絶対値を表すものではなく、デフォーカス量の段階を表す。「−２」は、露光時に生じ得るデフォーカス量のマイナス側の最大値であり、「＋２」は、露光時に生じ得るデフォーカス量のプラス側の最大値である。

本実施形態では、デフォーカス欠陥に関する表面検査を想定しているので、このショット領域群Ｇ（ショット領域２１_T-2，２１_T-1，２１_T0，２１_T+1，２１_T+2）を利用することになる（それ以外のショット領域は、別の検査で利用される。）。仮に、このテストウエハ２０_Tの反射画像を表面検査装置１０で取得すると、その反射画像中では、ショット領域２１_T-2，２１_T-1，２１_T0，２１_T+1，２１_T+2の反射画像の輝度が段階的となり、上述した感度カーブ（図３）の大凡の形状を推測することが可能である。

なお、以上のテストウエハ２０_Tの各ショット領域２１_Tの座標、デフォーカス量、ドーズ量などのテストウエハ情報は、予め既知となっている。因みに、デフォーカス量を既知とするには、顕微鏡を用いた測定などが有効である。
検査者は、以上のテストウエハ２０Ｔを、被検ウエハ２０と同様に表面検査装置１０（図１）へセットすると共に、そのテストウエハ２０_Tに関するテストウエハ情報を、入力器１７を介して制御演算装置１５へ入力する。なお、このテストウエハ情報には、本実施形態で利用しないショット領域に関する情報については含まれていなくても構わない。

さらに、検査者は、入力器１７を介して表面検査装置１０の制御演算装置１５に対し条件出し開始の指示を与える。その指示に従い、制御演算装置１５は、以下のとおり動作する。
図６は、検査波長の設定に関する制御演算装置１５の動作フローチャートである。図６に示すとおり、制御演算装置１５は、先ず、表面検査装置１０の照明波長をλ₁に設定し（ステップＳ１）、その状態で表面検査装置１０を駆動し、テストウエハ２０_Tの反射画像を取得する（ステップＳ２）。続いて、制御演算装置１５は、表面検査装置１０の照明波長をλ₂に切り替え（ステップＳ４）、同様にテストウエハ２０_Tの反射画像を取得する（ステップＳ２）。さらに、制御演算装置１５は、照明波長をλ₃，λ₄，λ₅，λ₆に設定した各状態でも、テストウエハ２０_Tの反射画像を取得する（ステップＳ４→Ｓ２→Ｓ３のループ）。そして、全波長による反射画像の取得が完了すると（ステップＳ３ｙｅｓ）、制御演算装置１５は検査波長を決定し（ステップＳ５）、決定した検査波長を検査レシピへ登録する（ステップＳ６）。このうち、ステップＳ１〜Ｓ４の処理がテスト測定である。

次に、検査波長の決定（Ｓ５）、検査波長の登録（Ｓ６）を詳しく説明する。
検査波長の決定（Ｓ５）：
図７は、テスト測定により取得された反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₆の概念図である。反射画像Ｉ_iは、波長λ_iの下で取得した反射画像である。反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₆には、上述したショット領域２１_Tの像（ショット領域像）２１_T’が写っている。また、符号Ｇ’で示すのは、上述したショット領域群Ｇの像（ショット領域群像）である。本ステップＳ５では、このような反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₆の各々から個別に評価値Ｅ₁，Ｅ₂，…，Ｅ₆を算出する。評価値Ｅ_iは、反射画像Ｉ_iに関する評価値であって、波長λ_iの下で得られる感度カーブの評価値である。

評価値Ｅ₁の算出では、制御演算装置１５は、先ず、図８に示すとおり、反射画像Ｉ₁上のショット領域群像Ｇ’のうち、デフォーカス量ゼロに対応するショット領域像２１_T0’の輝度値ａ₀と、デフォーカス量最大（±２）に対応する２つのショット領域像２１_T-2’，２１_T+2’の輝度値ａ_-2，ａ₊₂とを参照する。輝度値ａ_jは、ショット領域像２１_Tjの平均輝度値である。

次に、制御演算装置１５は、参照した輝度値ａ_-2，ａ₀，ａ₊₂に基づき、例えば、以下の式（１）により評価値Ｅ₁を算出する。
Ｅ₁＝（ａ₀−ａ_-2）＋（ａ₀−ａ₊₂） …（１）
式（１）の右辺の第一項（ａ₀−ａ_-2）は、波長λ₁の下で得られる感度カーブ（図３）のマイナス側の傾き量を簡易的に表しており、第二項（ａ₀−ａ₊₂）は、波長λ₁の下で得られる感度カーブ（図３）のプラス側の傾き量を簡易的に表している。よって、仮に、波長λ₁の下で得られる感度カーブ（図３）の傾きが急峻ならば、第一項（ａ₀−ａ_-2）及び第２項（ａ₀−ａ₊₂）は、共に大きな値を採る。一方、波長λ₁の下で得られる感度カーブ（図３）の傾きが緩やかならば、第一項（ａ₀−ａ_-2）及び第２項（ａ₀−ａ₊₂）は、共に小さな値を採る。したがって、この評価値Ｅ₁が大きければ、波長λ₁によって良好な感度カーブが得られるものと判断して差し支え無い。

以上の算出方法により、他の波長λ₂，λ₃，λ₄，…，λ₆の評価値Ｅ₂，Ｅ₃，Ｅ₄，…，Ｅ₆についても同様に算出される。そして、御演算装置１５は、算出された評価値Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，Ｅ₄，…，Ｅ₆の中で最も値の大きいものを選出し、それに対応する波長を検査波長に決定する。よって、検査波長は、最も良好な感度カーブが得られるような波長に決定される。

検査波長の登録（Ｓ６）
制御演算装置１５は、その検査波長の情報を被検ウエハ２０の検査レシピへ登録する。検査レシピは、制御演算装置１５の記憶部等に格納されており、例えば、図９に示すように、被検ウエハ２０のウエハＩＤの項目や、被検ウエハ２０の品種の項目や、被検ウエハ２０が有する繰り返しパターン２２の方向性の項目や、被検ウエハ２０の表面検査に適した照明光量（検査光量）の項目などを有し、本実施形態では、これらの項目に加えて、点線で囲ったとおり、検査波長の項目が設けられる。検査波長の登録が完了した時点で、制御演算装置１５は、登録後の検査レシピのイメージを画像表示装置１６へ表示する。例えば、決定された検査波長がλ₄であった場合、表示画面上では、「４０５ｎｍ」などの数値イメージが表示される。これによって、検査波長の決定（条件出し）が完了する。

その後、検査者が、テストウエハ２０_Tの代わりに被検ウエハ２０を表面検査装置１０へセットし、検査開始の指示を入力器１７を介して制御演算装置１５へ入力すると、制御演算装置１５は、上述した検査レシピの内容に従って被検ウエハ２０の表面検査を行う。例えば、検査レシピに登録された検査波長がλ₄（４０５ｎｍ）であった場合、制御演算装置１５は、表面検査装置１０の照明波長をλ₄（４０５ｎｍ）に設定した上で、被検ウエハ２０の表面検査を行う。

以上、本実施形態の制御演算装置１５は、予め用意されたテストウエハ２０_Tの反射画像を、照明波長を波長λ₁，λ₂，λ₃，…，λ₆の間で切り替えながら繰り返し取得するテスト測定を行い（図６ステップＳ１〜Ｓ４）、そのテスト測定で取得された複数の反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃，…，Ｉ₆から、感度カーブの良否を示す評価値Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，…，Ｅ₆を抽出すると、それらに基づき良好な感度カーブをもたらす最適な波長を検査波長に決定する（図６ステップＳ５）。したがって、本実施形態によれば、被検ウエハ２０の表面検査を、繰り返しパターン２２の設計形状に依らず、確実かつ高感度に行うことができる。

また、本実施形態の制御演算装置１５は、決定した検査波長をウエハＩＤと共に検査レシピ（図９）へ登録するので、検査者は、多数のウエハの検査情報を容易に管理することができる。
また、本実施形態の制御演算装置１５は、評価値Ｅ_iの算出に、ドーズ欠陥量がゼロであり、かつデフォーカス量の異なる複数のショット領域像２１_T-2’，２１_T0’２１_T+2’（図８）を利用したので、デフォーカス欠陥の検査に適した検査波長を、確実に設定することができる。

また、本実施形態の制御演算装置１５は、評価値Ｅ_iの算出に用いるショット領域像を、３つのショット領域像２１_T-2’，２１_T0’，２１_T+2’のみに制限したので、算出に関わる演算量を抑えることができる。したがって、検査波長の設定は、高速に行われる。
なお、本実施形態の制御演算装置１５は、評価値Ｅ_iの算出に用いるショット領域像を、３つのショット領域像２１_T-2’，２１_T0’，２１_T+2’のみに制限したが、２つのショット領域像（２１_T-2’，２１_T0’，又は、２１_T+2’，２１_T0’）のみに制限してもよい。このように、利用するショット領域像の数をさらに制限すれば、演算量をさらに抑えることができる。因みに、その場合、式（１）の代わりに以下の式（２）又は式（３）が用いられる。

Ｅ₁＝ａ₀−ａ_-2 …（２）
Ｅ₁＝ａ₀−ａ₊₂ …（３）
また、本実施形態の表面検査装置１０では、水銀ランプの輝線スペクトルに合わせて６種類の波長選択フィルタＦ１，Ｆ２，…，Ｆ６が使用されたが、その数は６種類に限定されることは無い。検査波長の設定を詳細に行う場合には、波長選択フィルタの数は多いことが望ましく、検査波長の設定を高速に行う場合には、波長選択フィルタの数は少ないことが望ましい。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、光源３１に水銀ランプが適用されたが、メタルハライドランプやハロゲンランプなど他の放電光源が適用されてもよい。波長選択フィルタＦ１，Ｆ２，…，Ｆ６の各透過波長域は、適用された放射光源の種類に応じて適切に設定される。
また、本実施形態の表面検査装置１０では、複数の波長選択フィルタの切り替えを、ターレット１２ｂ（回転機構）により行ったが、他の機構（スライド機構など）により行ってもよい。さらに、波長の切り替えは、波長選択フィルタの切り替え以外の方法で行っても構わない。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、繰り返しパターン２２から発生する正反射光Ｌ２の楕円偏光の状態は、厳密に言えば、その進行方向を軸として僅かに回転している。このため、その回転角度を考慮して、受光系１４の偏光フィルタ３８の透過軸の方位を微調整することが好ましい。
また、本実施形態の表面検査装置１０では、直線偏光Ｌ１をｐ偏光としたが、本発明はこれに限定されない。ｐ偏光ではなくｓ偏光にしても良い。因みに、ｐ偏光は、繰り返しパターン２２のエッジ形状に関わる欠陥情報を取得するのに有利であり、ｓ偏光は、被検ウエハ２０の表面の欠陥情報を効率よく捉えて、ＳＮ比を向上させるのに有利である。

さらに、ｐ偏光やｓ偏光に限らず、振動面が入射面に対して任意の傾きを持つような直線偏光を利用しても構わない。この場合、繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)を直線偏光Ｌ１の入射面に対して４５度以外の角度に設定し、被検ウエハ２０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度を、４５度に設定することが好ましい。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、被検ウエハ２０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向と繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度（傾き角度）を４５度に設定したが、本発明はこれに限定されない。傾き角度を４５度±１５度に設定すると約７０％の輝度低下となり、４５度±２０度の場合には約５５％の輝度低下となる。つまり、傾き角度が３０度〜６０度の範囲であれば、４５度に設定したときの７０％以上の輝度値を確保できるため、上記と同様の表面検査を十分に行うことができる。また、感度カーブの傾き量（例えば５０％など）は、傾き角度によらず一定と考えられる。したがって、感度カーブの傾き量は、傾き角度が４５度から外れるほど小さくなると考えられる。しかし、傾き角度が３０度〜６０度の範囲であれば、十分検査を行うことができる。実際の運用では、傾き角度を３５度〜５５度の範囲とすることがさらに好ましい。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、凹面反射鏡３５，３６を用い、被検ウエハ２０を斜め方向から照明すると共に、その被検ウエハ２０から斜め方向へ射出する正反射光を受光したが、それらと同等の機能を持つ屈折レンズを用い、被検ウエハ２０を正面から照明し（すなわち、θ＝０度）、その被検ウエハ２０から正面へ射出する正反射光を受光してもよい。その場合、照明系と受光系の多くの部分を共通化し、照明光と正反射光との分離に偏光ビームスプリッタを用いればよい。この偏光ビームスプリッタが、照明系の偏光フィルタの働きと、受光系の偏光フィルタの働きとを兼ねる。

また、本実施形態の表面検査では、被検ウエハ２０を被検基板としたが、本発明はこれに限定されない。液晶表示素子の製造工程において、液晶基板（被検基板）の欠陥検査を行う場合にも本発明を適用できる。さらに、表面検査装置１０に専用の制御演算装置１５を用いる代わりに、汎用のコンピュータを用いてもよい。また、制御演算装置１５の動作の一部を、検査者が手動で行ってもよい。

また、本実施形態の表面検査装置１０では、撮像素子３９としてＣＣＤなどの２次元センサを用いたが、１次元センサを用いても良い。この場合、撮像素子である１次元センサと被検基板である被検ウエハ(または液晶基板)を載せたステージとを相対移動させ、１次元センサが被検ウエハ(または液晶基板)の表面全体を走査するようにして、被検ウエハ(または液晶基板)全面の画像を取り込むようにすればよい。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は、表面検査装置の実施形態である。ここでは、第１実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、制御演算装置１５による評価値Ｅ₁，Ｅ₂，…，Ｅ₆の算出方法にある。なお、ここでは、テストウエハ１０_Tのショット領域Ｇに１１種類のショット領域２１_Tが配列された場合を説明する。

図１０は、テスト測定により取得された反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₆の概念図である。図１０において、符号Ｇ’が、ショット領域群Ｇの像（ショット領域群像）である。ショット領域群像Ｇ’には、１１種類のショット領域像２１_T-5’，…，２１_T0’，…，２１_T+5’が配列されている。ショット領域像２１_T-5’，…，２１_T0’，…，２１_T+5’は、何れもドーズ欠陥量がゼロであり、かつデフォーカス量が１段階ずつ異なる１１個のショット領域の像である。ここでは、ショット領域像２１_T-5’，…，２１_T0’，…，２１_T+5’のデフォーカス量を、それぞれ−５，−４，−３，−２，−１，±０，＋１，＋２，＋３，＋４，＋５とする。但し、この数値は、デフォーカス量の絶対値を表すものではなく、デフォーカス量の段階を表す。「−５」は、露光時に生じ得るデフォーカス量のマイナス側の最大値であり、「＋５」は、露光時に生じ得るデフォーカス量のプラス側の最大値である。

さて、波長λ₁の評価値Ｅ₁の算出では、制御演算装置１５は、先ず、図１０に示すとおり、ショット領域像２１_T-5’，…，２１_T0’，…，２１_T+5’の各々の輝度値ａ_-5，…，ａ₀，…，ａ₊₅を参照する。輝度値ａ_jは、ショット領域像２１_Tj’の平均輝度値である。
参照した輝度値ａ_-5，…，ａ₀，…，ａ₊₅に基づき、制御演算装置１５は、例えば、以下の式（４）により評価値Ｅ₁を算出する。

Ｅ₁＝（ａ₀−ａ_-1）＋（ａ_-1−ａ_-2）＋…＋（ａ_-4−ａ_-5）
＋（ａ₀−ａ₊₁）＋（ａ₊₁−ａ₊₂）＋…＋（ａ₊₄−ａ₊₅） …（４）
式（４）の右辺前半の各項は、波長λ₁の下で得られる感度カーブ（図３）のマイナス側の各位置の傾き量を表しており、後半の各項は、波長λ₁の下で得られる感度カーブ（図３）のプラス側の各位置の傾き量を表している。

よって、仮に、波長λ₁の下で得られる感度カーブ（図３）の傾きが急峻ならば、前半の各項及び後半の各項は、それぞれ大きな値を採るはずである。一方、その感度カーブ（図３）の傾きが緩やかならば、前半の各項及び後半の各項は、それぞれ小さな値を採るはずである。また、その感度カーブ（図３）に周期的なノイズが重畳したならば、幾つかの項がマイナスの値を採る。したがって、この評価値Ｅ₁が大きければ、波長λ₁によって良好な感度カーブが得られるものと判断できる。

以上の算出方法により、制御演算装置１５は、他の波長λ₂，λ₃，λ₄，…，λ₆の評価値Ｅ₂，Ｅ₃，Ｅ₄，…，Ｅ₆についても同様に算出する。本実施形態では、検査波長の決定に、これらの評価値が用いられる。
以上、本実施形態の評価値Ｅ_iには、感度カーブ（図３）の大凡の傾き量ではなく、感度カーブ（図３）の各位置の傾き量が反映されるので、第１実施形態よりもさらに確実に感度カーブの良否を評価することができる。したがって、本実施形態によれば、検査波長の決定精度がさらに高まる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態は、表面検査装置の実施形態である。ここでは、第１実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、テスト測定終了後の制御演算装置１５の動作にあり、検査波長の決定を検査者に行わせる点にある。なお、ここでは、第２実施形態と同じテストウエハが用いられた場合を説明する。

図１１は、本実施形態の検査波長の設定に関する制御演算装置１５の動作フローチャートである。図１１に示すとおり、テスト測定終了後、制御演算装置１５は、テスト測定で取得した各反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₆から各波長λ₁，λ₂，…，λ₆の感度カーブＣ₁，Ｃ₂，…，Ｃ₆を抽出し、それらの感度カーブＣ₁，Ｃ₂，…，Ｃ₆を画像表示装置１６へ表示する（ステップＳ５Ａ）。さらに、制御演算装置１５は、その画像表示装置１６上で、検査者に対し波長λ₁，…，λ₆の中の１つを選択させる（ステップＳ５Ｂｙｅｓ）。そして、検査者によって選択された波長が、検査波長として第１実施形態と同様に検査レシピへ登録される（ステップＳ６）。

以下、ステップＳ５Ａ以降の処理を詳しく説明する。
図１２は、反射画像Ｉ₁から感度カーブＣ₁を抽出する処理（ステップＳ５Ａ）を説明する図である。本ステップでは、制御演算装置１５は、図１２（Ａ）に示す反射画像Ｉ₁のうち、ショット領域像２１_T-5’，…，２１_T0’，…，２１_T+5’の各々の輝度値ａ_-5，…，ａ₀，…，ａ₊₅を参照する。輝度値ａ_jは、ショット領域像２１_Tj’の平均輝度値である。そして、制御演算装置１５は、図１２（Ｂ）に示すとおり、それら輝度値ａ_-5，…，ａ₀，…，ａ₊₅をデフォーカス量との関係で表す曲線（折れ線）のイメージを作成し、それを波長λ₁の感度カーブＣ₁のイメージとする。図１２（Ｂ）の横軸はデフォーカス量を示し、縦軸は輝度値を示す。

また、このイメージを作成したのと同様に、制御演算装置１５は、反射画像Ｉ₂，…，Ｉ₆に基づき波長λ₂，…，λ₆の感度カーブＣ₂，…，Ｃ₆のイメージを作成する。
その後、制御演算装置１５は、作成した感度カーブＣ₁，…，Ｃ₆のイメージを、図１３に示すとおり、画像表示装置１６へ並べて表示する。このとき、画像表示装置１６上には、感度カーブＣ₁，…，Ｃ₆のイメージと共に、「波長選択画面」などの文字イメージ６１や、カーソル６２なども配置されている。これらのイメージにより、検査者は、画像表示装置１６上で何れかの感度カーブを選択するよう促される。

ここで、図１３に示すとおり、感度カーブは、波長により様々である。図１３において、比較的長い波長λ₄，λ₅，λ₆の感度カーブＣ₄，Ｃ₅，Ｃ₆は、傾きが緩やか過ぎる。また、比較的短い波長λ₁，λ₂の感度カーブＣ₁，Ｃ₂は、波打っている。そして、両者の中間の波長λ₃の感度カーブＣ₃は、傾きが急峻で形状も良好である。
したがって、検査者は、この画像表示装置１６上で、全波長の感度カーブの中から最も良好な感度カーブ（図１３では感度カーブＣ₃）を即座に見出すことができる。操作者が入力器１７を操作し、画像表示装置１６上で感度カーブＣ₃を選択すると、制御演算装置１５は、表示画面を不図示の確認画面へ切り替え、それに対応する波長λ₃（ここでは、３６５ｎｍ）を登録するか否かを検査者に確認させた上で、その波長λ₃（３６５ｎｍ）を検査波長として第１実施形態と同様に検査レシピへ登録する。

以上、本実施形態では、検査波長の決定を検査者が行うが、その際に各波長λ₁，…，λ₆の感度カーブＣ₁，…，Ｃ₆のイメージが画像表示装置１６へ表示されるので、検査者は、簡単かつ即座にその決定を行うことができる。
［その他］
なお、第１実施形態及び第２実施形態の制御演算装置１５は、評価値Ｅ_iの算出式として式（１），（２），（３），（４）の何れかを用いたが、感度カーブ（図３）の良否を示す評価値が得られるのであれば、他の算出式を用いてもよい。また、例えば、制御演算装置１５は、複数のショット領域像の輝度値を関数近似することにより感度カーブを算出し、その感度カーブの傾きの変化の仕方によって評価を行ってもよい。

また、上述した実施形態では、ショット領域２１の中に１種類の繰り返しパターンのみが形成された場合を説明したが、例えば、図１４に示すように、ショット領域２１の互いに異なる部分領域Ａ，Ｂに、互いに異なる種類のパターンが形成されている場合などには、部分領域Ａに最適な検査波長と部分領域Ｂに最適な検査波長とが異なる可能性があるので、上述した検査波長の設定は、部分領域Ａ，Ｂのそれぞれについて行われることになる。その場合、制御演算装置１５は、上述した実施形態においてショット領域毎に行った各処理を、部分領域毎に行うことになる。但し、上述したテスト測定については、部分領域毎に行う必要は無く、ウエハ毎に行えばよい。

なお、ショット領域２１内の部分領域Ａ，Ｂの分布情報は、他の情報と共に検査者によって予め制御演算装置１５へ入力される。因みに、この場合に作成される検査レシピは、例えば、図１５に示すとおりである。図１５において点線で囲った部分が検査波長に関する項目であり、部分領域毎に検査波長が登録されているのがわかる。

第１実施形態の表面検査装置１０の全体構成を示す図である。 直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との傾き状態を説明する図である。 デフォーカス量と反射像強度との関係を示す図（感度カーブ）である。 光源３１の輝線スペクトルの一例を示す図である。 テストウエハ２０_Tを説明する図である。 第１実施形態の検査波長の設定に関する制御演算装置１５の動作フローチャートである。 テスト測定により取得された反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₆の概念図である。 評価値Ｅ₁の算出方法を説明する図である。 検査レシピの一例を示す図である。 第２実施形態のテスト測定により取得された反射画像Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₆の概念図である。 第３実施形態の検査波長の設定に関する制御演算装置１５の動作フローチャートである。 反射画像Ｉ₁から波長λ₁の感度カーブＣ₁を抽出する処理（ステップＳ５Ａ）を説明する図である。 波長選択画面を示す図である。 ショット領域２１の中の互いに異なる部分領域Ａ，Ｂを説明する図である。 検査レシピの別の例を示す図である。

符号の説明

１０：表面検査装置，１１：ステージ，１２：アライメント系，１３：照明系，１４：受光系，１５：制御演算装置，２０：被検ウエハ，２１：ショット領域，２２：繰り返しパターン，３１：光源，Ｆ１〜Ｆ６：波長選択フィルタ，３３：ライトガイドファイバ，３４，３８：偏光フィルタ，３５，３６：凹面反射鏡，３７：結像レンズ，３９：撮像素子

Claims (7)

1. 被検基板上に露光により設けられたパターンを偏光した照明光で照明すると共に、そこで生じた正反射光の偏光状態を示す反射信号を取得し、その反射信号に基づき前記被検基板の検査を行う表面検査方法であって、
   前記被検基板の検査に先立ち、
   露光条件の異なる複数の前記パターンが形成されたテスト基板を前記被検基板の代わりにセットし、前記照明光の波長を切り替えながら、前記テスト基板の前記反射信号を繰り返し取得することにより、前記複数のパターン間における前記反射信号のばらつきを示すデータを波長毎に求め、そのデータに基づき前記被検基板の検査用の波長を決定する
   ことを特徴とする表面検査方法。
2. 前記複数のパターンには、フォーカス状態の好ましい露光条件で設けられたジャストフォーカスパターンと、フォーカス状態のずれた露光条件で設けられたデフォーカスパターンとが含まれ、
   前記データには、前記ジャストフォーカスパターンと前記デフォーカスパターンとの間における前記反射信号の差が反映される
   ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査方法。
3. 前記複数のパターンには、フォーカス状態の好ましい露光条件で設けられたジャストフォーカスパターンと、フォーカス状態がプラス側にずれた露光条件で設けられた第１デフォーカスパターンと、フォーカス状態がマイナス側にずれた露光条件で設けられた第２デフォーカスパターンとが含まれ、
   前記データには、前記ジャストフォーカスパターンと前記第１デフォーカスパターンとの間における前記反射信号の差と、前記ジャストフォーカスパターンと前記第２デフォーカスパターンとの間における前記反射信号の差とが反映される
   ことを特徴とする請求項２に記載の表面検査方法。
4. 前記複数のパターンには、フォーカス状態の異なる複数の前記デフォーカスパターンが含まれ、
   前記データには、前記複数のパターンの前記反射信号の全体へ重畳した周期的なノイズの程度が反映される
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の表面検査方法。
5. 被検基板上に露光により設けられたパターンを偏光した照明光で照明すると共に、そこで生じた正反射光の偏光状態を示す反射信号を生成する測定光学系と、
   前記測定光学系から前記被検基板の前記反射信号を取得し、その反射信号に基づき前記被検基板の検査を行う制御部とを備え、
   前記測定光学系は、
   前記照明光の波長を切り替えることが可能であり、
   前記制御部は、
   前記被検基板の検査に先立ち、
   露光条件の異なる複数の前記パターンの形成されたテスト基板が前記被検基板の代わりにセットされた状態で、前記照明光の波長を切り替えながら、前記テスト基板の前記反射信号を繰り返し取得することにより、前記複数のパターン間における前記反射信号のばらつきを示すデータを波長毎に求め、そのデータに基づき前記被検基板の検査用の波長を決定する
   ことを特徴とする表面検査装置。
6. 被検基板上に露光により設けられたパターンを偏光した照明光で照明すると共に、そこで生じた正反射光の偏光状態を示す反射信号を生成する測定光学系と、
   前記測定光学系から前記被検基板の前記反射信号を取得し、その反射信号に基づき前記被検基板の検査を行う制御部とを備え、
   前記測定光学系は、
   前記照明光の波長を切り替えることが可能であり、
   前記制御部は、
   前記被検基板の検査に先立ち、
   露光条件の異なる複数の前記パターンの形成されたテスト基板が前記被検基板の代わりにセットされた状態で、前記照明光の波長を切り替えながら、前記テスト基板の前記反射信号を繰り返し取得することにより、前記複数のパターン間における前記反射信号のばらつきを示すデータを波長毎に求め、そのデータを波長毎に検査者へ呈示し、前記被検基板の検査用の波長を示すデータの入力を受け、前記検査用の波長を決定する
   ことを特徴とする表面検査装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の表面検査装置において、
   前記制御部は、
   前記決定された検査用の波長の情報を記憶する
   ことを特徴とする表面検査装置。

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