JP5216752B2 - 欠陥検出方法及び欠陥検出装置並びにこれを備えた欠陥観察装置 - Google Patents
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Description
(1)被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、を有する欠陥検出装置であって、前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥検出装置である。
(2)被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、を有する欠陥検出装置と、前記欠陥検出装置によって得られた前記被検査物表面の欠陥又は異物の位置情報に基づいて位置合わせを行い、前記欠陥又は異物を観察する電子顕微鏡と、を備えた欠陥観察装置であって、前記欠陥検出装置の前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥観察装置である。
(3)被検査物の表面を照明する照明光により前記被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第1のセンサで取得し、前記第1のセンサが取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査方法であって、前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、前記検出系に入力された光を第2のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリングステップと、前記照明光モニタリングステップと前記検出系モニタリングステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法である。
または、基板上の多様な欠陥を高速、高感度に検出することが可能となる。
図2は、暗視野照明ユニット101の詳細を示す。暗視野照明ユニット101は、例えば可視光レーザや紫外光レーザや真空紫外光レーザを出射する照明光源501、照明光の強度を調整する光学フィルタ502、照明光の偏光方向を調整する波長板503、照明光を試料1に絞るレンズ群507で構成されている。レンズ群507は、平凹レンズ504、アクロマートレンズ505、シリンドリカルレンズ506で構成されている。レンズ焦点距離の選択とレンズ間隔の調整により、試料1表面における照明領域を光学顕微鏡14の視野全域から回折限界まで制御可能な機構であり、シリンドリカルレンズにより斜方照明であるが円形の照射領域が実現可能である。
初めに、分布偏光素子114a乃至114dの透過偏光軸方向9001を決定する上で必要となる散乱光シミュレーションと用語を図9を用いて説明する。散乱光シミュレーションは、試料1に斜め上方より照明光であるレーザを照明し、試料1上に置かれた微小異物または微小欠陥より散乱された光を結像光学系の試料1に最も近い光学素子の試料1に最も近い表面での、散乱光の強度分布と偏光分布を計算するというものである。散乱光の偏光は、入射面と平行な偏光をP偏光とし、P偏光と垂直方向の偏光をS偏光とする。また、以降、強度分布または偏光分布を求めた面の中で、照明光入射700の側半分を入射側、残り半分を射出側と呼ぶ。
より簡単に、基板表面の微小凹凸よりの散乱光が強い領域を遮光する分布をもつ空間フィルタとする方法、または基板表面の微小凹凸よりの散乱光が強い領域を遮光する分布をもつ空間フィルタと直線偏光子を組み合わせる方法もある。
図10(a)乃至(f)に散乱光シミュレーションによって算出された、被検査ウェハ1の表面の微小凹凸及び微小粒子であるpolystyrene latex(以降、PSLと記述)よりの散乱光偏光分布の一例を示す。
まず、試料1のアライメントを行う(6001)。これは光学顕微鏡14による明視野観察によって前述した方法によって行う。次に、予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を用いて試料1上の観察したい欠陥が光学顕微鏡14の視野に入るようにステージ3を移動させる(6002)。次に高さ制御機構106にて対物レンズ105を移動させて焦点合わせを行う(6003)。
次に、本発明にかかる欠陥検査装置の第2の実施形態について図18を用いて説明する。本第2の実施形態において第1の実施形態と相違する点は、ハーフミラー108および明視野照明109を配置しない点である。そのため、図18に示す簡便な構成となる利点がある。図18に示した構成において、図1の構成と同じ番号を付したものは図1を用いて説明したものと同様な機能を有する。
本発明にかかる欠陥検査装置の第3の実施形態について図19を用いて説明する。本第3の実施形態において第1の実施形態と相違する点は、顕微鏡14のZセンサ7、ハーフミラー108、明視野照明109を配置しない点である。そのため、図19に示す簡便な構成となり、また、対物レンズ105をより開口数の大きな対物レンズを設置する空間が確保される利点がある。図19に示した構成において、図1の構成と同じ番号を付したものは図1を用いて説明したものと同様な機能を有する。
本発明にかかる欠陥検査装置の第4の実施形態について図20を用いて説明する。本第4の実施形態において第1の実施形態と相違する点は、顕微鏡14のZセンサ7を配置しない点である。そのため、図20に示す簡便な構成となり、また、対物レンズ105をより開口数の大きな対物レンズを設置する空間が確保される利点がある。図20に示した構成において、図1の構成と同じ番号を付したものは図1を用いて説明したものと同様な機能を有する。
ここで、以下に説明する各種分布フィルタ2222を構成する、位相シフタ391の配置、波長板331・332の遅相軸と進相軸の傾き、偏光方向制御装置665による旋光方向、空間フィルタにおける遮光部及び偏光子の透過偏光軸方向は、先に図9を用いて説明した散乱光シミュレーション若しくは実測によって求められる散乱光強度分布を基にして決定する。
散乱光シミュレーションの結果、図21(b)のラジアル偏光分布775に示されるように微小異物の散乱光がラジアル偏光に近いので、光軸に対して対称な方向では振動方向が対向し、重ね合わせによって強度低下が起こっている。その強度低下を抑制する目的で、ラジアル偏光に対して位相シフタの適用を行った。
図21で示したように、異物からの散乱光と基板表面からの散乱光は偏光方向が異なる。この偏光の違いを利用し、散乱光シミュレーションもしくは実測値を用いて基板表面からの散乱光を抑制しかつ異物からの散乱光低下が少なくなるように透過偏光軸方向を領域ごとに適宜選択した分布偏光子を瞳面112上もしくは瞳面112付近に適用することで、異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比を大きくすることができ、高S/Nの欠陥検出が可能となる。
図26は、瞳面112付近に波長板を適用した場合の偏光の変化を説明する図である。波長板によって電場のベクトルを制御することにより、基板散乱光を抑制し、検出したい異物散乱光を強めあうことによって、基板散乱光強度に対する異物の散乱光強度の比を大きくすることができる。
キラリティを持つ液晶の場合、図28(b)に例示するように基板に接している液晶分子531aは、532のように垂直方向に液晶分子が旋回して並んでいる。回転の方向は、液晶のキラリティによって決まる。この液晶535aに光を透過させると、液晶分子のならび532に従って光の偏光方向が旋回し、偏光状態を変えることができる。
点1601aにおける任意の時間の電場ベクトル342cを偏光方向制御装置665bを用いて電場ベクトル342eにする。点1601では、配向膜662a、662bの間のラビング方向の角度差はπ/4である。そのため、電場ベクトル342cはπ/4偏光方向が変わり、X偏光の直線偏光342eが得られる。
図32は、図25の1/2波長板331、1/4波長板332の代わりに磁気光学効果を利用した透明磁性体を用いた偏光方向制御装置を配置した例を示す。本例では、透明基板667・669に挟まれた透明磁性体668の磁化方向を制御することにより、ファラデー回転を用いて偏光方向を制御する。
ここでは、ラジアル偏光、アジマス偏光、X偏光、Y偏光のそれぞれにおいて異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、任意の比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比が任意の閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせを検討した。また、X偏光かつY偏光の両方において異物散乱光量と基板表面散乱光量の比が任意の閾値より大きい場合は偏光子と遮光板は無しとした。
ここで、X偏光に対してπ/2傾いた透過偏光軸を持つ偏光子887a、887cとX偏光に対してπ/2傾いた透過偏光軸を持つ偏光子887b、887dは放射状(ラジアル方向)に透過偏光軸を持つ偏光子を使用する方が試料表面からの散乱光量に対する欠陥からの散乱光量の比がよりよくなる。
(第5の実施形態)
本発明にかかる第5の実施形態の欠陥観察装置について図36を用いて説明する。図36では、電子顕微鏡5等を省略し、欠陥検出装置のみ記載する。被検査物557の表面又は欠陥を検査する検査装置は、レーザ551とエキスパンダ552とアッテネータ553と偏光制御素子554とミラー555A・555Bとレンズ556とを適宜用いて構成される照明光学系と、Zステージ558及びXYステージ559とを有するステージと、被検査物高さ計測部560と、対物レンズ561と空間フィルタ562と結像レンズ563とセンサ564とを適宜用いて構成される検出光学系と、信号処理部565と、モニタ567とを適宜用いて構成される。さらに、ハーフミラー569とセンサ570を用いて構成され、検出光学系の状態を計測する検出系モニタリング部571、また、図示しないが、照明光学系の状態を計測する照明系モニタリング部と、後述する各稼動部を制御する制御部800と、を適宜用いて構成される。
まず、レーザ551からの照明光568により、被検査物の法線方向に対して角度を有す方向から被検査物557の表面を照明し、被検査物557上に所望のビームを形成する。このビームにより被検査物557上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光は、被検査物の上方で対物レンズ561により集光される。被検査物557が繰り返しパターンを有する場合には、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズの射出瞳に規則的な間隔で集光するため、瞳面112上に置かれた空間フィルタ562により遮光される。一方、繰り返しパターン以外からの散乱光、回折光は空間フィルタ562を通過し、結像レンズ563へと導かれ、センサ564上に結像される。
まず、照明系モニタリング部が照明系の状態をモニタリングする(ステップS10)。また、検出系モニタリング部571が検出系の状態を計測する(ステップS11)。ステップS10及びステップS11で得られた計測結果は比較部802に送られる。これらの計測結果を、比較部802はデータベース805内の理想値と比較し、更に理想値と計測結果との「ずれ」から検出感度を予測する(ステップS12)。そして予測した検出感度が任意に設定した閾値に対して大きいか小さいかの大小判定を行う(ステップS13)。
Claims (28)
- 被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、
前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、
を有する欠陥検出装置であって、
前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、波長板、空間フィルタ、偏光子のいずれか若しくはこれらの組み合わせによって構成されるものであることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光の偏光方向と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御する分布を有する波長板であることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高くなるように偏光方向を揃える波長板と直線偏光子との組み合わせよりなることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高くなるように偏光方向を揃える波長板と分布偏光子との組み合わせよりなることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、1/2波長板、1/4波長板、1/2波長板と1/4波長板の組み合わせ、液晶、磁気光学変調子、フォトニック結晶、1/4波長板と液晶の組み合わせ、1/4波長板と磁気光学変調子の組み合わせ、のいずれかで構成される波長板であることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、直線偏光素子と磁気光学変調子の組み合わせ、直線偏光素子と波長板の組み合わせ、偏光素子と磁気光学変調子の組み合わせ、偏光素子と波長板の組み合わせ、のいずれかによって構成される散乱光遮光部を有する空間フィルタであることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高い偏光を選択的に透過させる偏光透過軸を有する偏光子であることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える位相シフタであることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタの少なくとも一つは、前記検出光学系の瞳面又はその近傍、若しくは、前記対物レンズと前記被検査物との間に配置されることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタの少なくとも一つは、交換可能な機構を有することを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記対物レンズは、前記分布フィルタの少なくとも一つが埋め込んであることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記検出光学系の瞳面に液晶または磁気光学変調子を挿入し、偏光透過軸方向分布を変更可能な制御機構を有することを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記被検査物が鏡面である場合はP偏光された光を前記被検査物に対して10°程度の仰角で入射させることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1乃至14のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記照明光学系に用いるレーザは、可視光レーザ、紫外光レーザ、真空紫外光レーザのいずれかを用いることを特徴とする欠陥検出装置。 - 請求項1乃至15のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
さらに、前記対物レンズの焦点合わせに必要となる高さ情報を得るための光学式高さセンサを有することを特徴とする欠陥検出装置。 - 被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、を有する欠陥検出装置と、
前記欠陥検出装置によって得られた前記被検査物表面の欠陥又は異物の位置情報に基づいて位置合わせを行い、前記欠陥又は異物を観察する電子顕微鏡と、
を備えた欠陥観察装置であって、
前記欠陥検出装置の前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥観察装置。 - 請求項17記載の欠陥観察装置であって、
前記分布フィルタは、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸からの散乱光を除去し、前記散乱光のうち前記被検査物表面の異物または欠陥からの散乱光を選択的に透過させる構成の分布偏光素子または空間フィルタまたは偏光素子であること特徴とする欠陥観察装置。 - 請求項17記載の欠陥観察装置であって、
前記分布フィルタは、波長板、波長板と偏光素子の組み合わせ、波長板と偏光素子と空間フィルタとの組み合わせ、のいずれかであることを特徴とする欠陥観察装置。 - 請求項17記載の欠陥観察装置であって、
前記分布フィルタは、分布波長板、分布波長板と偏光素子の組み合わせ、分布波長板と偏光素子と空間フィルタの組み合わせ、のいずれかであることを特徴とする欠陥観察装置。 - 被検査物の表面を照明する照明光により前記被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第1のセンサで取得し、前記第1のセンサが取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査方法であって、前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、前記検出系に入力された光を第2のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリングステップと、前記照明光モニタリングステップと前記検出系モニタリングステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
- 請求項21に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光モニタリングステップは正反射光を利用して前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。 - 請求項21に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光モニタリングステップは前記被検査物の検査面となるステージ上で前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。 - 請求項21に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光はレーザを光源とした照明系によって生成され、前記照明光モニタリングステップにて前記照明光生成過程の光線の計測結果から検査面上での前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を推定することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。 - 請求項21に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記検出系モニタリングステップは前記被検査物の検査面となるステージ上に置かれた特性が既知の反射型光学素子にスポット光を斜方照明し得られた前記散乱光を前記第2のセンサにより検出することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。 - 請求項21に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記検出系モニタリングステップは前記被検査物の検査面となるステージ上に置かれた点光源と特性が既知の透過型光学素子を用いることで得られる所定の光を前記第2のセンサにより検出することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。 - 請求項21に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光モニタリングステップ及び前記検出系モニタリングステップの検出結果の経時変化を記録し、統計処理により装置の異常を判断する装置異常確認ステップを更に含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。 - 請求項21に記載の暗視野欠陥検査方法において、
更に、前記照明光モニタリングステップ及び前記検出系モニタリングステップの検出結果と前記理想値を同時に表示する検出結果出力ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
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