JP4662194B2 - Inspection device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、検査装置に関し、特に半導体を検査・測定するのに有効な検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の検査装置としては、レーザ光源と、周期的なパターンを有する試料面を照明する照明光学系と、試料面の像を形成する観察光学系と、観察光学系によって形成された試料面の像を撮像するCCDカメラ等を備え、半導体のように不透明な試料を検査するとき、反射照明又は落射照明と呼ばれる照明を行う照明光学系を構成して、試料の上方から試料を照明し、照明光の偏光方向をパターンの周期方向と一致させてコントラストの高い試料像を得る技術が知られている(特開平11−352408号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の検査装置では、複数方向のパターンを有する試料を検査するとき、照明光の偏光方向がパターンの周期方向と一致した一方向のパターンだけを高いコントラストで表示させることができるだけで、試料の全体像を高いコントラストで表示させることはできなかった。
【0004】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は複数方向に形成されたパターンを有する場合であっても、コントラストの高い試料面の全体像を得ることができる検査装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、複数の方向に周期的なパターンを有する試料面を照明する照明光学系と、前記照明光の偏光方向を前記パターンの周期方向と同一方向にすることが可能な偏光手段と、前記試料面の像を形成する観察光学系とを備える検査装置において、前記パターンの周期方向と同一の偏光方向である照明光が前記試料面に照射された際に前記試料面からの反射光に基づく画像データを前記複数の方向に対して複数取得する撮像手段と、前記撮像手段によって取得された前記複数方向の周期パターンの画像データのうち、各方向のコントラストの高い画像データだけを加え合わせ、何れの周期方向のパターンに対してもコントラストが高いパターン像を合成する加算手段とを備えていることを特徴とする。
【0007】
請求項記載の発明は、請求項に記載の検査装置において、前記偏光手段は前記照明光学系の光軸上に回転可能に配置されたポラライザであることを特徴とする。
【0008】
請求項記載の発明は、請求項1又は2に記載の検査装置において、前記偏光手段による照明光の偏光方向を変える駆動手段を有することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0010】
図1はこの発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成図である。
【0011】
検査装置は、光源11と、リレーレンズ12と、リレーレンズ13と、開口絞り14と、リレーレンズ15と、視野絞り16と、ポラライザ(偏光手段)17と、リレーレンズ18と、ハーフミラー19と、対物レンズ20と、結像レンズ21と、CCDカメラ(撮像手段)22と、駆動部(駆動手段)23と、制御部24とディスプレイ25とを備える。
【0012】
リレーレンズ12と、リレーレンズ13と、開口絞り14と、リレーレンズ15と、視野絞り16と、ポラライザ17と、リレーレンズ18と、ハーフミラー19と、対物レンズ20とで照明光学系が構成される。
【0013】
この照明光学系は試料面5aに対してケーラー照明を達成できるように構成されている。なお、試料5はステージ6に載置されている。
【0014】
対物レンズ20と、ハーフミラー19と、結像レンズ21と、CCDカメラ22とで観察光学系が構成される。
【0015】
光源11としては非偏光の光を発するハロゲンランプやキセノンランプが用いられる。
【0016】
開口絞り14は光の強さを調節し、照明光学系の照明条件を変更する。
【0017】
視野絞り16は照明範囲の大きさや形状を決める。
【0018】
ポラライザ17は照明光学系の光軸L1上で回転させることによって照明光の偏光方向を変える。ポラライザ17としては例えば特定の振動方向をもつ直線偏光のみを通す偏光フィルタが使われる。
【0019】
ハーフミラー19は光源11からの光を反射させるとともに、試料面5aで反射された光を透過させる。この試料面5aには0.1〜0.2μm程度の微細な凹凸からなる周期的なパターンが形成されている。
【0020】
結像レンズ21は試料面5aからの反射光を集光しCCDカメラ22の撮像面22aに試料面5aの像を結像させる。
【0021】
CCDカメラ22は照明光の複数の偏光方向における画像データを取得し、この画像データをメモリ24Aに記憶する。
【0022】
駆動部23はモータ(図示せず)を備え、このモータによってポラライザ17を照明光学系の光軸L1上で回転させる。ポラライザ17は例えば歯車やベルトを介してモータの回転軸に連結されている。
【0023】
制御部24はスイッチ26が押されたとき、予め決められた制御フローにしたがって駆動部23を駆動し、ポラライザ17を所定角度(例えば45°)づつ動かす。
【0024】
ポラライザ17の回転速度としては、90°回転させるのに0.数秒が好ましい。
【0025】
制御部24は信号処理部(加算手段)24Bを有する。この信号処理部24BでCCDカメラ22で取得された画像データのうち、コントラストが高いパターンの像の画像データだけを加え合わせる処理(画素間演算)を行う。
【0026】
光源11からの光はリレーレンズ12、リレーレンズ13、開口絞り14、リレーレンズ15、視野絞り16、ポラライザ17、リレーレンズ18を通り、ハーフミラー19に入射する。
【0027】
ハーフミラー19によって反射された光は、対物レンズ20を通して試料面5aをケーラー照明する。そのため、試料面5aの所定領域が全体にむらなく照明される。このとき、ポラライザ17は直線偏光だけを通す。
【0028】
試料面5aからの反射光は光路(観察光学系)を逆行し、対物レンズ20、ハーフミラー19及び結像レンズ21を通ってCCDカメラ22の撮像面22aに結像する。
【0029】
CCDカメラ22で取得された試料面5aの画像データはメモリ24Aに記憶される。
【0030】
スイッチ26が押されたとき、制御部24は駆動部23を駆動し、ポラライザ17を回転させる。
【0031】
そのため、メモリ24Aにはポラライザ17の回転位置に応じた複数の試料面5aの画像データが記憶される。
【0032】
ポラライザ17の回転によって照明光の偏光方向が試料面5aのパターンの周期方向と同一方向になったとき、パターンの像のコントラストが高くなり、メモリ24Aにはコントラストの高いパターンの像の画像データが記憶される。
【0033】
一方、照明光の偏光方向が試料面5aのパターンの周期方向と直交する方向になったとき、パターンの像のコントラストが低くなり、メモリ24Aにはコントラストの低いパターンの像の画像データが記憶される。
【0034】
信号処理部24Bではメモリ24Aに記憶された画像データのうち、コントラストが高いパターンの像の画像データを加え合わせ、ディスプレイ25に試料面5aの像として表示させる。
【0035】
例えば、X、Y方向で直交するパターンを有する試料面5aの場合、X方向のコントラストが高いパターンの像の画像データとY方向のコントラストが高いパターンの像の画像データとを加え合わせれば、最終的にX、Y方向にコントラストが高いパターン像が合成されて表示される。ここで、X方向とは例えば図と平行な方向であり、Y方向とは例えば図と直交する方向である。
【0036】
そのため、ディスプレイ25には、コントラストの低いパターンの像の画像データが取り除かれた、どの方向に対してもコントラストの高い試料面5aの像が表示される。
【0037】
この実施形態によれば、試料面5aに形成されたパターンの周期が解像力の限界に近い場合であっても、安価かつ簡単な構成でコントラストの高い試料面5aの像を得ることができ、回路パターンの検査やパターン幅等の測定を正確に行うことができる。
【0038】
また、上記実施形態ではポラライザ17を回転させたが、ポラライザ17を回転させる代わりにステージ6に回転機構を設けて、ステージ6を回転させるようにしてもよい。
【0039】
更に、上記実施形態ではポラライザ17をモータを備えた駆動部23で回転させて照明光の偏光方向を変えたが、モータを用いず、ポラライザ17を手動で回転させてもよい。
【0040】
また、上記実施形態では光源11としてハロゲンランプやキセノンランプを用いたが、直線偏光のレーザ光(極紫外域又は可視域)を出射するレーザ光源を用いてもよい。レーザ光源を用いることによってパワーの大きな照明光を得ることができる。
【0041】
更に、レーザ光源を用い、試料及びレーザ光源の一方を回転させることによってポラライザを用いることなく照明光の偏光方向を変えるようにしてもよい。
【0042】
また、λ/2波長板を用いることによって照明光の偏光方向を変えるようにしてもよい。
【0043】
更に、斜光照明(試料面に対して照明光を斜め上方から入射させる照明方法である。この場合、開口絞りの開口部は瞳の中心位置からずれた位置に設けられる)の場合には、ポラライザ17の代わりに、開口絞り14の位置に配置された遮光板等を回転させることで実施形態と同様の効果を奏することができる。これにより、回路パターンの長手方向からの照明が可能になる。
【0044】
また、開口絞りとしてはスリット状の開口部を備えるものを用いてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の検査装置によれば、複数方向に形成されたパターンを有する場合であっても、コントラストの高い試料面の全体像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成図である。
【符号の説明】
5 試料
17 ポラライザ(偏光手段)
22 CCDカメラ(撮像手段)
23 駆動部(駆動手段)
24B 信号処理部(加算手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inspection apparatus, and more particularly to an inspection apparatus effective for inspecting and measuring a semiconductor.
[0002]
[Prior art]
Conventional inspection apparatuses include a laser light source, an illumination optical system that illuminates a sample surface having a periodic pattern, an observation optical system that forms an image of the sample surface, and an image of the sample surface formed by the observation optical system When an opaque sample such as a semiconductor is inspected, an illumination optical system that performs illumination called reflection illumination or epi-illumination is configured to illuminate the sample from above the sample and illuminate light. There is known a technique for obtaining a sample image with high contrast by matching the polarization direction of the pattern with the periodic direction of the pattern (see JP-A-11-352408).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the conventional inspection apparatus, when inspecting a sample having a pattern in multiple directions, it is only possible to display only one direction pattern in which the polarization direction of the illumination light coincides with the periodic direction of the pattern with high contrast. It was not possible to display the whole image of the image with high contrast.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an inspection apparatus capable of obtaining an overall image of a high-contrast sample surface even when a pattern is formed in a plurality of directions. It is to be.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, an invention according to claim 1 is directed to an illumination optical system that illuminates a sample surface having a periodic pattern in a plurality of directions, and a polarization direction of the illumination light in the same direction as a periodic direction of the pattern In an inspection apparatus comprising a polarizing means that can be made and an observation optical system that forms an image of the sample surface, the sample surface is irradiated with illumination light having the same polarization direction as the periodic direction of the pattern the imaging means acquires a plurality to the plurality of directions of image data based on the reflected light from the sample surface, of the image data of said plurality of directions of the periodic pattern obtained by the imaging means when, in each direction An adding means for adding only high-contrast image data and synthesizing a pattern image having a high contrast with respect to a pattern in any periodic direction is provided.
[0007]
According to a second aspect of the invention, in the inspection apparatus according to claim 1, wherein said polarizing means is a rotatably arranged polarizer on the optical axis of the illumination optical system.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to the first or second aspect of the present invention, the inspection apparatus includes a driving unit that changes a polarization direction of illumination light by the polarizing unit.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0011]
The inspection apparatus includes a light source 11, a relay lens 12, a relay lens 13, an aperture stop 14, a relay lens 15, a field stop 16, a polarizer (polarization means) 17, a relay lens 18, and a half mirror 19. , An objective lens 20, an imaging lens 21, a CCD camera (imaging unit) 22, a drive unit (drive unit) 23, a control unit 24, and a display 25.
[0012]
The illumination optical system is configured by the relay lens 12, the relay lens 13, the aperture stop 14, the relay lens 15, the field stop 16, the polarizer 17, the relay lens 18, the half mirror 19, and the objective lens 20. The
[0013]
This illumination optical system is configured to achieve Koehler illumination on the sample surface 5a. The sample 5 is placed on the stage 6.
[0014]
The objective lens 20, the half mirror 19, the imaging lens 21, and the CCD camera 22 constitute an observation optical system.
[0015]
As the light source 11, a halogen lamp or a xenon lamp that emits non-polarized light is used.
[0016]
The aperture stop 14 adjusts the intensity of light and changes the illumination conditions of the illumination optical system.
[0017]
The field stop 16 determines the size and shape of the illumination range.
[0018]
The polarizer 17 changes the polarization direction of the illumination light by rotating on the optical axis L1 of the illumination optical system. As the polarizer 17, for example, a polarizing filter that passes only linearly polarized light having a specific vibration direction is used.
[0019]
The half mirror 19 reflects the light from the light source 11 and transmits the light reflected by the sample surface 5a. A periodic pattern made of fine irregularities of about 0.1 to 0.2 μm is formed on the sample surface 5a.
[0020]
The imaging lens 21 condenses the reflected light from the sample surface 5 a and forms an image of the sample surface 5 a on the imaging surface 22 a of the CCD camera 22.
[0021]
The CCD camera 22 acquires image data in a plurality of polarization directions of illumination light, and stores this image data in the memory 24A.
[0022]
The drive unit 23 includes a motor (not shown), and rotates the polarizer 17 on the optical axis L1 of the illumination optical system. The polarizer 17 is connected to the rotating shaft of the motor via a gear or a belt, for example.
[0023]
When the switch 26 is pressed, the control unit 24 drives the drive unit 23 according to a predetermined control flow to move the polarizer 17 by a predetermined angle (for example, 45 °).
[0024]
The rotation speed of the polarizer 17 is 0. A few seconds are preferred.
[0025]
The control unit 24 includes a signal processing unit (adding unit) 24B. Among the image data acquired by the CCD camera 22 in the signal processing unit 24B, a process of adding only image data of an image having a high contrast (inter-pixel calculation) is performed.
[0026]
Light from the light source 11 passes through the relay lens 12, the relay lens 13, the aperture stop 14, the relay lens 15, the field stop 16, the polarizer 17, and the relay lens 18 and enters the half mirror 19.
[0027]
The light reflected by the half mirror 19 illuminates the sample surface 5a through the objective lens 20 with Koehler illumination. Therefore, the predetermined area of the sample surface 5a is illuminated uniformly. At this time, the polarizer 17 passes only linearly polarized light.
[0028]
The reflected light from the sample surface 5a travels back along the optical path (observation optical system) and forms an image on the imaging surface 22a of the CCD camera 22 through the objective lens 20, the half mirror 19 and the imaging lens 21.
[0029]
The image data of the sample surface 5a acquired by the CCD camera 22 is stored in the memory 24A.
[0030]
When the switch 26 is pressed, the control unit 24 drives the drive unit 23 to rotate the polarizer 17.
[0031]
Therefore, the memory 24A stores image data of a plurality of sample surfaces 5a corresponding to the rotation position of the polarizer 17.
[0032]
When the polarization direction of the illumination light becomes the same as the periodic direction of the pattern on the sample surface 5a by the rotation of the polarizer 17, the contrast of the pattern image becomes high, and the image data of the pattern image with a high contrast is stored in the memory 24A. Remembered.
[0033]
On the other hand, when the polarization direction of the illumination light is orthogonal to the periodic direction of the pattern on the sample surface 5a, the contrast of the pattern image is low, and the image data of the low contrast pattern image is stored in the memory 24A. The
[0034]
In the signal processing unit 24B, image data of a pattern with a high contrast among the image data stored in the memory 24A is added and displayed on the display 25 as an image of the sample surface 5a.
[0035]
For example, in the case of the sample surface 5a having a pattern orthogonal in the X and Y directions, the image data of a pattern with a high contrast in the X direction and the image data of a pattern with a high contrast in the Y direction are added together to obtain the final result. Therefore, a pattern image having high contrast in the X and Y directions is synthesized and displayed. Here, the X direction is, for example, a direction parallel to the drawing, and the Y direction is, for example, a direction orthogonal to the drawing.
[0036]
Therefore, the image of the sample surface 5a having a high contrast in any direction is displayed on the display 25 from which the image data of the low-contrast pattern image has been removed.
[0037]
According to this embodiment, even when the period of the pattern formed on the sample surface 5a is close to the resolution limit, an image of the sample surface 5a having a high contrast can be obtained with an inexpensive and simple configuration. Pattern inspection and pattern width can be measured accurately.
[0038]
In the above embodiment, the polarizer 17 is rotated. However, instead of rotating the polarizer 17, a rotation mechanism may be provided in the stage 6 to rotate the stage 6.
[0039]
Furthermore, in the said embodiment, although the polarizer 17 was rotated with the drive part 23 provided with the motor and the polarization direction of illumination light was changed, you may rotate the polarizer 17 manually, without using a motor.
[0040]
In the above embodiment, a halogen lamp or a xenon lamp is used as the light source 11, but a laser light source that emits linearly polarized laser light (extreme ultraviolet region or visible region) may be used. By using a laser light source, high power illumination light can be obtained.
[0041]
Furthermore, a polarization direction of illumination light may be changed without using a polarizer by rotating one of the sample and the laser light source using a laser light source.
[0042]
Further, the polarization direction of the illumination light may be changed by using a λ / 2 wavelength plate.
[0043]
Furthermore, in the case of oblique illumination (an illumination method in which illumination light is incident on the sample surface obliquely from above. In this case, the opening of the aperture stop is provided at a position shifted from the center position of the pupil). The same effect as that of the embodiment can be obtained by rotating a light shielding plate or the like disposed at the position of the aperture stop 14 instead of 17. This enables illumination from the longitudinal direction of the circuit pattern.
[0044]
An aperture stop having a slit-like opening may be used.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the inspection apparatus of the present invention, it is possible to obtain a whole image of a sample surface with high contrast even when a pattern is formed in a plurality of directions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
5 Sample 17 Polarizer (polarization means)
22 CCD camera (imaging means)
23 Drive unit (drive means)
24B Signal processing unit (adding means)

Claims (3)

複数の方向に周期的なパターンを有する試料面を照明する照明光学系と、
前記照明光の偏光方向を前記パターンの周期方向と同一方向にすることが可能な偏光手段と、
前記試料面の像を形成する観察光学系と
を備える検査装置において、
前記パターンの周期方向と同一の偏光方向である照明光が前記試料面に照射された際に前記試料面からの反射光に基づく画像データを前記複数の方向に対して複数取得する撮像手段と、
前記撮像手段によって取得された前記複数方向の周期パターンの画像データのうち、各方向のコントラストの高い画像データだけを加え合わせ、何れの周期方向のパターンに対してもコントラストが高いパターン像を合成する加算手段と
を備えていることを特徴とする検査装置。
An illumination optical system for illuminating a sample surface having a periodic pattern in a plurality of directions;
Polarization means capable of making the polarization direction of the illumination light the same direction as the periodic direction of the pattern;
In an inspection apparatus comprising an observation optical system for forming an image of the sample surface,
Imaging means for multiple acquired for the plurality of directions the image data based on the reflected light from the sample surface when the illumination light is periodic direction the same polarization direction of the pattern is irradiated to the sample surface,
Of the image data of the periodic patterns in the plurality of directions acquired by the imaging means, only image data having a high contrast in each direction is added to synthesize a pattern image having a high contrast for any pattern in any periodic direction. An inspection apparatus comprising: addition means.
前記偏光手段は前記照明光学系の光軸上に回転可能に配置されたポラライザであることを特徴とする請求項に記載の検査装置。The inspection apparatus according to claim 1 , wherein the polarization unit is a polarizer rotatably disposed on the optical axis of the illumination optical system. 前記偏光手段による照明光の偏光方向を変える駆動手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の検査装置。Inspection apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a driving means for changing the polarization direction of the illumination light by the polarizing means.
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