JP6273162B2 - 欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程、プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象物を製作していく製造工程で発生する欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程において、欠陥の発生状況を検査する欠陥検査方法及びその装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００８−３９８８２号公報（特許文献１）がある。この公報には、試料に入射した光ビームにより発生した光、又は前記試料で反射した反射光が入射し、入射位置に応じた位相差を与える偏光制御素子が記載されている。

特開第２００８−３９８８２号公報

基板の光学式欠陥検査において、アスペクト比が高く、かつ間隔の狭い（間隔が照明光の波長以下の）ラインアンドスペース（以下、Ｌ＆Ｓ）パターンの一部が局所的につながったブリッジ欠陥（ショート欠陥とも呼ばれる）の検出は困難であった。

上記のブリッジ欠陥は、高アスペクト比、狭ピッチＬ＆Ｓパターンのラインの間に挟まれた位置に存在するため、例えば、照明光をブリッジ欠陥の位置まで到達させることが困難である場合がある。また例えば、ブリッジ欠陥の形状に異方性があるため、欠陥位置に到達した照明光の偏光方向と欠陥の方向性との相対的な関係により、欠陥から高効率に散乱光を発生させることが困難である場合がある。また例えば、欠陥から発生した散乱光が欠陥周囲のＬ＆Ｓパターンに反射、吸収されるため、欠陥散乱光の検出が困難である場合がある。また例えば、照明光によりＬ＆Ｓパターンやそのパターンのラフネス、周期性の乱れなどから発生する回折光や散乱光がノイズとなり、欠陥散乱光が検出できない場合がある。

そこで、本発明では、上記ブリッジ欠陥から検出に十分な強度の散乱光を発生させることができる欠陥検査装置を提供する。例えば、照明光をブリッジ欠陥の位置まで到達させることができる欠陥検査装置を提供する。また例えば、異方性形状のブリッジ欠陥から高効率に散乱光を発生させることができる欠陥検査装置を提供する。また例えば、欠陥から発生した散乱光が欠陥周囲のＬ＆Ｓパターンを透過し、欠陥散乱光の検出が可能な欠陥検査装置を提供する。また例えば、照明光によりＬ＆Ｓパターンやそのパターンのラフネス、周期性の乱れなどから発生する回折光や散乱光を抑制し、欠陥散乱光を検出できる欠陥検査方法及びその装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明では、欠陥検査装置を、レーザ光を発射する光源と
、この光源より発射されたレーザを試料に対物レンズを介して垂直な方向から照明する垂直照明ユニットと、光源より発射されたレーザを試料に斜め方向から照明する斜方照明ユニットとを備えて構成し、垂直照明ユニットは、光源より発射されたレーザを直線偏光に変換する偏光変換部を有し、この偏光変換部を透過したレーザを試料のラインパターンの長手方向に直交する方向に偏光させた状態で試料に形成したラインパターンに照射するように構成した。

また、上記課題を解決するために、本発明では、光源より発射されたレーザを試料に対物レンズを介して垂直な方向から照明、または、光源より発射されたレーザを試料に斜め方向から照明し、垂直な方向から照明することを、光源より発射されたレーザを直線偏光に変換し、この直線偏光に変換したレーザをラインパターンの長手方向に直交する方向に偏光させた状態で試料に形成したラインパターンに照射することを特徴とする。

本発明によれば、アスペクト比が高く、かつ間隔の狭い（照明波長以下の）Ｌ＆Ｓパターンの一部がつながったブリッジ欠陥を高感度で検査できる欠陥検査装置を提供することができる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例に係る欠陥検査装置の構成の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における垂直照明部の構成を示す平面図（a）と正面図（ｂ）である。 本発明の実施例における複数の検出光学系と検査対象基板との位置関係を示す検出光学系のブロック図である。 本発明の実施例における斜方照明部、垂直照明部との位置関係を示す各照明部のブロック図である。 本発明の実施例における斜方照明部の構成を示す斜方照明部のブロック図である。 本発明の実施例における斜方照明の入射方向と複数の検出部の検出方向との関係を示す検査対象基板の斜視図である。 検査対象基板上に形成されたＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥の一例を模式的に示した検査対象基板の平面図である。 検査対象基板上に形成されたＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥に垂直照明を行った状態を示す検査対象基板のD-D断面の正面図である。 検査対象基板上に形成されたＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥の一例を模式的に示した検査対象基板の平面図である。 検査対象基板上に形成されたＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥に斜方照明を行った状態を示す検査対象基板のD-D断面の正面図である。 検査対象基板上に形成されたＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥の一例を模式的に示した検査対象基板の平面図である。 検査対象基板上に形成されたＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥に垂直照明を行った状態における偏光方向を示す検査対象基板のE-E断面の正面図である。 検査対象基板上に形成されたＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥に垂直照明を行った状態における偏光方向を示す検査対象基板の図５BのX方向０の位置における断面の側面図である。 本発明の実施例における垂直照明光学系の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における垂直照明光学系の変形例の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における垂直照明光学系の別の変形例の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例におけるＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥からの散乱光の偏光方向の分布を示す模式図である。 本発明の実施例における上方検出部の偏光変換素子の構成を示す偏光変換素子の平面図である。 本発明の実施例における上方検出部の偏光変換素子に入射する検査対象基板からの散乱光の偏光分布の状態を示す図である。 本発明の実施例における上方検出部の偏光変換素子を透過した検査対象基板からの散乱光の偏光分布の状態を示す図である。 本発明の実施例における斜方検出部の偏光変換素子の構成を示す偏光変換素子の平面図である。 本発明の実施例における斜方検出部の偏光変換素子に入射する検査対象基板からの散乱光の偏光分布の状態を示す図である。 本発明の実施例における上方検出部の偏光変換素子を透過した検査対象基板からの散乱光の偏光分布の状態を示す図である。 本発明の実施例における検査レシピを決定するための処理の流れを示すフロー図である。

本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程、プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象物を製作する製造工程で発生する欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程において、欠陥の発生状況を検査する欠陥検査装置に関するものである。

欠陥検査装置に、一方向に長い線状に光を集光し、集光する開口角範囲の全域にわたって集光光学素子通過後の偏光方向が基板上のＬ＆Ｓパターンの長手方向に垂直な面内にあり、集光位置における偏光方向が基板に垂直な成分を有する照明を与える照明光学系と、照明によって発生する散乱光の、検出視野を中心とする天球における緯度方向の偏光成分を検出する検出光学系とを採用することにより、アスペクト比が高く、かつ間隔の狭い（照明波長以下の）Ｌ＆Ｓパターンの一部がつながったブリッジ欠陥を高感度で検査できるようにした。

以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
図１Ａは本実施例の欠陥検査装置の構成の例である。本実施例による欠陥検査装置は、光源部１０１、垂直照明部１１１、斜方照明部１１２、垂直照明ミラー１２１、対物レンズ１０２、検出光学フィルタ部１０３、結像レンズ１０５、検出部１０６、処理部２０、全体制御部３０１、表示部３０２、演算部３０３、記憶部３０４、ステージ駆動部１５１、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ１５２（以下、ステージ１５２）を有する。

本実施例による欠陥検査装置の動作の概略を説明する。光源部１０１、垂直照明部１１１、垂直照明ミラー１２１、対物レンズ１０２により、検査対象基板２に対して垂直方向から照明光が照射される。垂直方向からの照明と共にあるいは個別に、光源部１０１、斜方照明部１１２、により、検査対象基板２に対して斜方から照明光が照射される。検査対象基板２から発した反射光、回折光、散乱光は対物レンズ１０２で集光された後、検出光学フィルタ部１０３、結像レンズ１０５を介して、検出部１０６にて画像信号に変換される。

得られた画像信号に基づき、処理部２０において欠陥が判定される。処理部２０は画像メモリ２１、画像比較部２２、欠陥抽出部２３を備えている。処理部２０において、検査対象基板２からの散乱光を検出した検出部１０６からの出力信号は、画像メモリ２１に入力して記憶されると同時に画像比較部２２に入力される。

画像比較部２２においては、検出部１０６から入力された画像データと、画像メモリに記憶されていた本来同じ画像データが得られるべき個所からの散乱光を検出して得られた画像データとを比較して差分を算出する。欠陥抽出部２３においては、算出された画像データ間の差分値を予め設定しておいた閾値と比較し、閾値よりも大きな差分値を持つ画像データを欠陥候補として抽出する。

欠陥抽出部２３で抽出した欠陥候補の情報は全体制御部３０１を介し、記憶部３０４に記憶され、表示部３０２に表示される。検査対象基板２は、ステージ駆動部１５１によって駆動されるステージ１５２によって走査され、全面が検査される。

光源部１０１は、レーザ光源１０１１、アッテネータ１０１２、ＮＤフィルタ１０１３、波長板１０１４、ビームエキスパンダ１０１５を有する。光源部１０１において、レーザ光源１０１１から発射され、アッテネータ１０１２、ＮＤフィルタ１０１３、波長板１０１４、ビームエキスパンダ１０１５を順次通過して光量、偏光状態、ビーム径、形状が調整、制御された照明光を出射する。この光源部１０１から出射された照明光の光路に対してミラー１１３を出し入れすることにより光路が切替えられ、照明光は垂直照明部１１１、または斜方照明部１１２に導かれる。レーザ光源１０１１は、短波長、高出力、高輝度、高安定のものが適しており、例えばＹＡＧレーザの第三、第四、あるいは第五高調波を利用したものが用いられる。

図１Ａには対物レンズ１０２、検出光学フィルタ部１０３、結像レンズ１０５、検出器１０６によって構成される検出部１１０を一つのみ図示したが、検出部は互いの対物レンズが機械的に干渉しない位置に複数設置してもよい。複数の検出部を有する場合、処理部２０では複数の検出部にて検出された信号を処理して欠陥が判定される。

図１Ａに示した例のように、単一の検出部１１０を有する場合、検出部の開口数（ＮＡ： Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を大きくとることができるため、高い空間分解能および高い検出効率を実現することができ、微小な欠陥の検査に有効である。複数の検出部を有する場合、欠陥やパターンによって散乱光の方向性が異なる場合に、それぞれの欠陥やパターンに対して有利な方向の散乱光を検出することができ、欠陥信号の捕捉率の向上、および誤検出の低減に有効である。

図２Ａは、検出部を複数備えた場合の、複数の検出部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ各々の対物レンズ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの位置関係の例を示す図、図２Ｂは、垂直照明部１１１と斜方照明部１１２との位置関係を示す図である。検査対象基板２を含む面をＸＹ面とし、検査対象基板２の法線方向をＺ方向とする。ステージの主走査方向をＸ方向とし、副走査方向をＹ方向とする。

３つの検出部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの各々の対物レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、光軸をＸＺ面内に持つ。垂直検出部１１０ａの対物レンズ１０２ａはＺ方向に配置され、Ｚ方向に出射する光を検出する。斜方検出部１１０ｂ，１１０ｃのそれぞれの対物レンズ１０２ｂ、１０２ｃは、垂直検出部１１０ａの対物レンズ１０２ａの両側に配置され、Ｚ方向から傾斜した方向に出射する光を検出する。

対物レンズ１０２ａを備えた垂直検出部１１０ａ、対物レンズ１０２ｂを備えた斜方検出部１１０ｂ、対物レンズ１０２ｃを備えた斜方検出部１１０ｃは、何れも、図２Cに示したように、図１Ａで説明した検出部１１０と同様に、検出光学フィルタ部１０３ｂ、１０３ｃ、結像レンズ１０５ｂ、１０５ｃ、検出器１０６ｂ、１０６ｃを備えて構成されている。但し、斜方検出部１１０ｂ及び斜方検出部１１０ｃは、何れも、図１Ａに示したミラー１２１を備えていない点において、垂直検出部１１０ａの構成と異なる。斜方検出部１１０ｂと斜方検出部１１０ｃとは同じ構造であるので、図２Cには、その一方だけを表示した。

図１Ａに示した構成において、光源部１０１から発射された照明光は、ミラー１１３を図示していない上下駆動機構で光軸に対して出し入れすることにより、垂直照明部１１１あるいは斜方照明部１１２に導かれる。ミラー１１３の代わりにビームスプリッタにより光路を分岐することで垂直照明部１１１と斜方照明部１１２双方に照明光を導くことも可能である。

図１Ａに示した構成において、図示していない上下駆動機構でミラー１１３を光源部１０１から発射された照明光の光軸から外れた位置に待機させることにより、光源部１０１から発射された照明光は垂直照明部１１１に入射する。垂直照明部１１１を通った照明光は、対物レンズ１０２ａの瞳位置あるいはその近傍に配置された垂直照明ミラー１２１により向きを変えられ、対物レンズ１０２ａを介して検査対象基板２に導かれる。ミラー１２１のY方向の位置を変えることで上方からの照明の試料に対する入射角を対物レンズ１０２のＮＡの範囲内で変えることができる。

図１Ｂには、図１Ａに示した対物レンズ１０２と垂直照射ミラー１２１及び検査対象基板２との関係を示す。図１Ｂの（a）は対物レンズ１０２と垂直照射ミラー１２１の平面図、（ｂ）は正面図である。図１Ｂに示した構成において、垂直照射ミラー１２１のY方向の位置をP1の位置、即ち対物レンズの光軸(中心軸)と重なる位置に設置した場合、垂直照明部１１１を透過した照明光はP1の位置にある垂直照射ミラー１２１で反射して対物レンズ１０２を透過して入射光２１１P1としてほぼ垂直な方向から検査対象基板２に照射される。

一方、垂直照射ミラー１２１のY方向の位置をP２の位置、即ち対物レンズ１０２の視野内で光軸(中心軸)からずれた位置に設置した場合、垂直照明部１１１を透過した照明光はP２の位置にある垂直照射ミラー１２１で反射して対物レンズ１０２を透過して入射光２１１P２として中心軸からずれた斜め方向から検査対象基板２に照射される。

このように垂直照射ミラー１２１の位置を対物レンズ１０２の視野内で図示していない駆動手段で移動させることにより、検査対象基板２に照射される照明光の入射角を変えることができる。その結果、検査対象、検出したい欠陥の種類に応じて垂直照射ミラー１２１の位置を最適な位置に設定することにより、検出したい欠陥の検出率を高めることができる。これにより、非対称な欠陥の検出率(捕捉率)を上げることができる。

図１Ａに示した構成において、図示していない上下駆動機構でミラー１１３を光源部１０１から発射された照明光の光軸上に設置することにより、光源部１０１から発射された照明光はミラー１１３で反射されてミラー１１４の側に出射し、ミラー１１４で反射されて斜方照明部１１２に入射する。斜方照明部１１２を通った照明光は、対物レンズ１０２ａの外側を通り、ＹＺ面内を通ってＺ軸方向に対して傾斜した方向から検査対象基板２に導かれる。

照明光は、以上の垂直照明部１１１を経由した光学系、または斜方照明部１１２を経由した光学系により、検査対象基板２の表面上にて、後述する光学系によりＹ方向に長くＸ方向に短い線状のビーム形状に集光される。複数の検出部の対物レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの視野の中心は、照明光の集光位置に合せ込まれている。

図３に斜方照明の入射方向と複数の検出部の検出方向との関係を示す。斜方照明の照明光３５１(斜方照明部１１２を透過した光)の検査対象基板２の表面への入射角をθｉ、検査対象基板２の法線から傾斜した方向から検出する斜方検出部（図２Ａの対物レンズ１０２ｂまたは１０２ｃの何れかを備えた斜方検出部）の検出角をθｄとする。２つの斜方検出部はＹＺ平面を基準として互いに対称な方向（±θｄ）に配置される。

図４Ａ及び図４Ｂは、高アスペクト比狭ピッチＬ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥に対して垂直照明した場合の例を示す図である。図４Ｂは，図４ＡのＤ−Ｄ断面矢視図である。ここでは、ラインパターン２０１の長手方向がＹ方向となっている例を示すが、検査対象物２の設置方向を変えることで、長手方向をＸ方向に設置することも可能である。アスペクト比の高いラインパターン２０１の間にブリッジ欠陥２０２が存在する。ブリッジ欠陥２０２の高さは、図４Ｂに示すように、一般にラインパターン２０１の高さと同等かそれ以下である。

Ｌ＆Ｓパターンの長手方向に直交する方向（図４のＸ方向）に関しては、ラインパターン２０１は波長以下の長さの断続的なパターンの繰返しとみなせるため、その方向の電場振動に対して自由電子あるいは分極の振動が追従せず、絶縁体に近い光学応答を示す。よって、ラインパターン２０１の材質の光吸収率が高い場合でも、Ｌ＆Ｓパターンの長手方向に直交する偏光方向の光は透過しやすい。

逆に、Ｌ＆Ｓパターンの長手方向に平行な偏光成分は、ラインパターン２０１との相互作用が大きく、ラインパターン２０１にて強い反射、散乱が起き、Ｌ＆Ｓパターンの内部２０３には到達しづらい。従って、波長より短いピッチのＬ＆Ｓパターンの内部２０３に照明を透過させ、ブリッジ欠陥２０２に照明光を到達させるには、Ｌ＆Ｓパターンの長手方向に直交する方向（図４Ａ及び図４ＢではＸ方向）の偏光の照明が有効である。なお、本明細書において偏光方向とは、光の電場、磁場の振動のうち、電場の振動方向を指す。

垂直照明で上記を満たすのは、図４Ｂに記載したような、入射方向２１１がＺ方向、偏光方向２１２がＸ方向の条件である。

また、ブリッジ２０２は形状に異方性があり、Ｘ、Ｙ方向に比べてＺ方向の長さが長いため、欠陥から強い散乱光を発生させるには、照明光によって欠陥位置にＺ方向の偏光（電場振動）２１６を形成することが有効である。

一方、斜方照明で上記した条件を満たすのは、図４Ｃに示すように、ラインパターン２０１を図４Ａの場合と比べて９０°回転させた状態で、図４Ｄに示すように入射方向２１３がYＺ面に平行な方向、偏光方向２１４がYＺ面内方向（ｐ偏光）の条件である。

図５Ａ乃至図５Ｃは、Ｌ＆Ｓパターンに対する垂直照明２１１の偏光方向を示す模式図である。図５Ｂは図５ＡのＥ−Ｅ断面矢視図、図５Ｃは図５Ｂの側面図である。垂直照明２１１の偏光方向をＸ方向の直線偏光にすることで、Ｌ＆Ｓパターンの内部に透過し、欠陥２０２に到達する。照明は垂直照明集光部２２１(図１の垂直照明部１１１から対物レンズ１０２ａまでの構成に相当)にてＸ方向に集光され、検査対象基板２上にてＸ方向に短くＹ方向に長い(図５Ｃ参照)線状照明となる。

一般的な直線偏光照明では、照明集光開口範囲内のＸ＞０の領域とＸ＜０の領域とで、垂直照明集光部２２１通過後の照明偏光の振幅のＺ成分の符号が反転するため、集光位置において偏光のＺ成分が相殺され、Ｘ方向の電場振幅が形成される。一方、本実施例では、垂直照明集光部２２１通過前の光束において、照明集光開口範囲内のＸ＜０の領域の電場振動方向２２３とＸ＞０の領域の電場振動方向２２４とが共にＸ方向で互いに逆向きとなる偏光状態、すなわちＸ＜０とＸ＞０の領域がいずれもＸ方向の直線偏光で位相が互いに１８０度ずれた状態、を形成する。

これにより、垂直照明集光部２２１通過後に、照明集光開口範囲Ａｐ内のＸ＜０での振動方向２２５とＸ＞０での振動方向２２６とでＺ成分の符号が一致しＸ成分の符号が反転する。この結果、集光位置においてＸ方向が相殺され、Ｚ方向の電場振幅２２７が形成される。以上の構成により、照明の偏光がＬ＆Ｓパターンの長手方向に直交するため、欠陥２０２の位置(欠陥位置)に照明光を効率良く到達させることができる。さらに、欠陥位置にＺ方向の偏光２２７が形成されるため、欠陥から強い散乱光を得ることができる。

図６は、垂直照明部１１１と対物レンズ１０２とを組み合わせた垂直照明集光部２２１の構成の例である。光源部１０１から出射した直線偏光の照明光は垂直照明部１１１に入射して二分割波長板２３１により、互いに対向した向き（＋Ｘ方向２２３と−Ｘ方向２２４、但し、ここでＸ方向及びＹ方向は、検査対象基板２上でのＸ方向及びＹ方向に対応する）の直線偏光に変換される。その後、照明光はシリンドリカルレンズ２４１と集光レンズ２４２(図１の対物レンズ１０２に相当)により検査対象基板２の表面にてＹ方向に長い線状のスポット２４３に集光される。

二分割波長板２３１は、照明光軸中心をＸ＝０とした場合、Ｘが正の領域と、Ｘが負の領域とで、進相軸が互いに直交する１／２波長板の作用を持つ。図６の実施例は、Ｙ軸に対して＋４５度傾いた方向を進相軸２３２とした１／２波長板２３１１と−４５度傾いた方向を進相軸２３３とした１／２波長板２３１２とを組み合わせた構成であり、これにＹ方向の直線偏光を入射することで、偏光が±９０度回転し、対向した向きの直線偏光２２３、２２４が得られる。シリンドリカルレンズ２４１と集光レンズ２４２との組合せにより照明光が線状に集光される。垂直検出１０２ａの対物レンズが集光レンズ２４２を兼ねる。この構成により、照明光は一次元に集光することで線状の照明スポット２４３を形成し、かつ検出光学系(例えば図１の１１０)は二次元の結像を行うことで二次元の像を得ることが可能となる。

二分割波長板２３１として、透明基板上に透過する光の波長よりも短いピッチのサブ波長の異方性パターンを形成して領域ごとに所定の複屈折性を持たせたフォトニック結晶素子、あるいは異方性結晶からなる１／２波長板２枚を方位を９０度ずらしてつなぎあわせた素子が用いられる。前者は一枚の透明基板上にパターンを形成するため透過光の波面精度が保たれる、およびリソグラフィによる微細加工のため複数領域間の継ぎ目のギャップの影響が無視できる、といった利点がある。

一方、前者がサブ波長微細パターンによる散乱の影響で透過率が下がるのに対し、後者は適切な反射防止コーティングにより高い透過率が実現できる利点がある。また、後者は透過光の波面精度を維持するために二枚の基板をつなぎ合わせた状態で互いの基板面が波長オーダーの精度で平行になっている必要がある。これは、面精度が保証された一枚の基板を基準面として用意し、これに二枚の波長板を押し当てる構成にすることで実現される。なお、透過光の波面精度を保つことは、二分割波長板２３１の透過光を細い線状のスポット集光するために必要な要件である。少なくともλ／４以下、望ましくはλ／１０以下の透過波面精度が必要である。

図７は、垂直照明部１１１の構成の変形例である。微小異物の高感度検出に有効な短波長（紫外、深紫外）の波長域では、位相差が高精度に調整された波長板を作ることが長波長域と比較して難しいという課題がある。波長板が与える位相差が設計値からずれると、得られる偏光の方向が設計値からずれたものとなる。二分割波長板２３１の各領域で与えられる位相差が設計値の１／２波長（１８０度）からずれた場合、二分割波長板２３１透過後の偏光方向が±Ｘ方向からずれる。

図７のように二分割波長板２３１とシリンドリカルレンズ２４１との間にＹ方向の偏光成分を透過させずＸ方向の直線偏光成分を透過する偏光板２５１を設置することで、Ｙ方向の偏光成分をカットし、所望の±Ｘ方向の偏光を得ることができる。二分割波長板２３１として、研磨により位相差を調整した一枚の波長板を二つに切断して向きを９０度変えてつなぎ合わせたものを用いる。これにより、二分割した各領域の位相差の設計値からのずれ量が等しいことが保証される。その結果、各領域の偏光成分の方向のＸ方向からのずれ量が等しくなり、偏光子２５１透過後の＋Ｘ方向と−Ｘ方向の偏光成分の強度バランスを等しくすることができる。

また、仮に偏光子２５１通過後に＋Ｘ方向と−Ｘ方向の偏光成分の強度に差がある場合には、二分割波長板２３１を照明光軸回りに回転するか、あるいは二分割波長板に入射する照明光の直線偏光の方位を照明光学部１１１が有する波長板を用いて回転させることで、偏光子２５１通過後の偏光の向きを保ったまま強度のバランスが同じになるように合わせこむことができる。

図８は、垂直照明部１１１の構成の別の変形例である。図７の構成における二分割波長板２３１の代わりに二分割偏光板２５２を設置する。図８では二分割偏光板２５２および割偏光２５１の面に描かれた縞が偏光板の透過軸を示す。Ｙ方向の直線偏光の照明光が二分割偏光板２５２を通過すると、Ｘ＞０の領域はー４５度、Ｘ＜０の領域は＋４５度の直線偏光になる。さらに偏光板２５１を通過することで、−Ｘ方向、＋Ｘ方向の直線偏光になる。

二分割偏光板２５２はフォトニック結晶あるいは二枚の偏光板をつなぎ合わせたもので構成される。図６、７の構成と比較して得られる照明強度が１／４倍になるが、波長板の位相差誤差による出力偏光の±Ｘ方向からのずれ、あるいは＋Ｘ方向と−Ｘ方向の偏光成分の強度のずれの問題が無いという利点がある。

斜方照明部１１２により、Ｙ−Ｚ平面内でＺ軸に対して傾けて検査対象基板２に入射させる斜方照明は、Ｌ＆Ｓパターンの長手方向がＸ方向になるよう検査対象基板２を設置し、照明の偏光をｐ偏光とすることで、Ｌ＆Ｓパターン内部の欠陥の検査に有効な、Ｌ＆Ｓの長手方向に直交する偏光の照明となる。斜方照明部１１２の構成は、図６乃至８で説明した垂直照明部１１１の構成と同じであるので、説明を省略する。

図９は、Ｌ＆Ｓパターンのブリッジ欠陥からの散乱光の天球面における偏光方向の分布の例である。図１、図２Ｂ，図４Ｂで説明した斜方照明部１１２による照明により、Ｚ方向に長いブリッジ欠陥２０２にＺ方向の偏光成分２１４(図４Ｂ参照)を持つ照明光を照射し、ブリッジ欠陥２０２から強い散乱光を発生させる。図９のようにブリッジ欠陥２０２を中心とする半球上の位置に対応させて散乱光の出射方向を表示した場合、Ｚ方向の偏光成分２１４の電場振動により発生する散乱光の偏光方向は半球の経線に平行な方向となる。

図９には垂直検出部１１０ａの開口６０１(図５ＢのＡｐに相当)内の散乱光の偏光方向６０３と、斜方検出部１１０ｂ又は１１０ｃの開口６０２内の偏光方向６０４を示す。垂直検出部１１０aおよび斜方検出部１１０ｂ又は１１０ｃが備える検出光学フィルタ部において、図９に示す欠陥散乱光の偏光成分を透過する偏光フィルタを用いることで、欠陥以外からの散乱光を高い遮光率にて遮光し、欠陥散乱光を高い透過率で透過させ、欠陥を高感度に検出することができる。

上方検出部１１０aの検出光学フィルタ部１０３では、欠陥散乱光の偏光が検出開口６０１上で放射状に分布するため、放射状の偏光分布を透過する偏光フィルタが有効である。このような偏光フィルタの例として、フォトニック結晶を用いて放射状の偏光分布を透過するように設計したセグメント化偏光板がある。上記偏光フィルタの別の例として、軸対称偏光変換素子と直線偏光子の組合せにより、放射状の偏光分布を直線偏光に変換してその直線偏光のみを透過させることも可能である。

図１０Ａは軸対称偏光変換素子１０３１の例である。軸対称偏光変換素子１０３１は、面内の方位ごとに進相軸の方向が異なる１／２波長板で構成される。図１０Ａの矢印６０５が進相軸の方向を示す。所定の方位から角度αの領域の進相軸方向がα／２または−α／２となるように構成される。

図１０Ｂに示すような放射状の偏光分布１０４１の入射光に対し、このような軸対称偏光変換素子１０３１を中心を上方検出部１１０aの光軸の中心と合せて作用させることで、入射した欠陥散乱光の放射状偏光分布１０４１が図１０Ｃに示すように直線偏光１０４２（図１０Ａの進相軸方位の場合、縦方向の直線偏光）に変換されて軸対称偏光変換素子１０３１から出射される。この軸対称偏光変換素子１０３１から出射した直線偏光１０４２に変換された欠陥散乱光を、直線偏光子１０３２に入射させることで、直線偏光子１０３２からは欠陥の散乱光の偏光だけを選択的に透過させて検出部１０６で検出することができる。

これにより、高感度な欠陥検出が可能になる。軸対称偏光変換素子１０３１は、二分割波長板２３１と同様にフォトニック結晶素子、あるいは異方性結晶からなる１／２波長板６０６をつなぎ合わせた素子により実現される。情報検出部１１０aの結像性能を確保するため、軸対称偏光変換素子１０３１は透過波面精度が少なくともλ／４以上、好ましくはλ／１０以上のものが用いられる。

斜方検出部１１０ｂ及び１１０ｃの検出光学フィルタ部１０３ｂ、１０３ｃでは、欠陥散乱光の偏光６０４が検出開口６０２上で経度方向に傾きが徐々に変化する分布となるため、その偏光分布を透過する偏光フィルタが有効である。図１１は斜方検出部１１０ｂ及び１１０ｃの検出光学フィルタ部１０３ｂ及び１０３ｃに用いられる偏光変換素子１５０１の例である。偏光変換素子１５０１は、図１０Aに示した軸対称偏光変換素子１０３１と同様に１／２波長板６１１の組合せで構成され、波長板方位の面内分布が異なっているものである。斜方検出部１１０ｂ及び１１０ｃ用の偏光変換素子１５０１は、面内の方位ごとに進相軸の方向６１２が異なる１／２波長板６１１で構成される。図１１Ａの矢印６１２が進相軸の方向を示す。

検査対象基板２からの欠陥散乱光は、図９の開口６０２内において経線６０４の方向の偏光分布、即ち図１１Ｂに矢印で示すような偏光分布を持って偏光変換素子１５０１に入射する。偏光変換素子１５０１は、この入射光の偏光分布を偏光変換素子１５０１からの出射光において図１１Cに示すように一方向に揃えるような、１／２波長板６１１の方位分布となるように構成されている。

図１２は、検査レシピを設定し、この検査レシピに基づいて欠陥検査を行う欠陥検査方法の中で検査レシピを設定する方法を示すフローチャートの例である。ここで、検査レシピとは、検査を行う検査条件（照明条件、検出条件、欠陥判定処理条件）、あるいは複数の検査条件の組合せを指す。複数の検査条件を組み合わせた検査を行う場合は、各検査条件での検査を順次実施し、各々で得られる検査結果を統合して最終的な検査結果を得る。

検査レシピを設定するには、検査レシピ設定を開始し（S１２０１）、検査対象基板のロード方向を設定する（S１２０２）。ロード方向とは検査対象基板をステージ１５２に設置する際の検査対象物の設置方位である。次に照明条件（垂直照明あるいは斜方照明）を選択する（S１２０３）。斜方照明を選択した場合は、次に空間フィルタ設定（S１２０４）として、空間フィルタの設置位置、空間フィルタを構成する遮光パターンの設置本数の設定を行い、照明偏光設定（S１２０５）に移る。一方、照明条件選択（S１２０３）で垂直照明を選択した場合は、垂直照明の入射角（図１Ｂにおける垂直照明ミラー１２１のY方向の位置）を設定（S１２０６）した後、空間フィルタ空間フィルタの設置位置、空間フィルタを構成する遮光パターンの設置本数の設定（S１２０７）を行い、照明偏光設定（S１２０５）に移る。

S１２０５で照明偏光を設定したあとは、各検出部の検光条件を設定する。検光条件設定（S１２０８）は、各検出部が備える偏光子による検光方向の条件に対応する。次に照明パワーを設定（S１２０９）した後、欠陥判定処理条件設定（S１２１０）を行う。以上により一つの検査条件が定まる。

ここで、検査対象基板の試し検査を行い（S１２１１）、検査結果が表示部３０２に表示される（S１２１２）。検査結果は、欠陥検出個数、予め検査対象欠陥として設定した欠陥の集合に含まれる各欠陥の検出可否、捕捉率、虚報数、虚報率、過去に設定された検査レシピと比較して新たに設定した検査条件によって新規に検出された欠陥の個数、などを含む。これらの情報に基づいてユーザが検査条件の有効性を判断し（S１２１３）、有効であると判断されれば、検査レシピに検査条件を追加する（S１２１４）。次に、以上の手順で更新された検査レシピによって、検査対象とする欠陥の検出個数、検出捕捉率が目標に到達したかどうかを判定し（S１２１５）、検出捕捉率が目標に到達した場合（Yesの場合）には検査レシピを決定し（S１２１６）、検査レシピ設定が終了する。

検査条件の有効性を判断ステップ（S１２１３）で検査条件が有効ではないと判断したときには（Noの場合）、検査レシピに検査条件を追加せずに検出捕捉率が目標に到達したかどうかを判定するステップ（S１２１５）に進む。検査レシピに検査条件を追加せずに検出捕捉率が目標に到達したかどうかを判定するステップ（S１２１５）に進む。検出捕捉率が目標に到達したかどうかを判定するステップ（S１２１５）おいて、検出捕捉率が目標に到達していないと判定した場合には、S１２０２へ戻って、新たな検査条件の設定を再度実施する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

２・・・検査対象基板 ２０・・・処理部 １０１・・・光源部 １０２・・・対物レンズ １０３・・・検出光学フィルタ部 １０５・・・結像レンズ １０６・・・検出器 １１０・・・検出部 １１１・・・垂直照明部 １１２・・・斜方照明部 １１３・・・ミラー １１４・・・ミラー １２１・・・垂直照明ミラー １２２・・・空間フィルタ １２３・・・正反射光フィルタ １５１・・・ステージ駆動部 １５２・・・Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ ２０１・・・Ｌ＆Ｓパターン ２０２・・・ブリッジ欠陥 ３０１・・・全体制御部 ３０２・・・表示部 ３０３・・・演算部 ３０４…記憶部。

Claims (8)

1. レーザ光を発射する光源と、
   該光源より発射されたレーザを試料に対物レンズを介して垂直な方向から照明する垂直照明ユニットと、
   前記光源より発射されたレーザを試料に斜め方向から照明する斜方照明ユニットと、
   を備えた欠陥検査装置であって、
   前記垂直照明ユニットは、前記光源より発射されたレーザを直線偏光に変換する偏光変換部を有し、該偏光変換部を透過した前記レーザを前記試料のラインパターンの長手方向に直交する方向に偏光させた状態で前記試料に形成したラインパターンに照射し、
   前記垂直照明ユニット及び前記斜方照明ユニットは、前記光源より発射されたレーザを偏光方向が反対の二つの偏光に分離する偏光分離部と、該偏光分離部で分離させた偏光方向が反対の二つの偏光を直線状に集光させるレンズ部とを備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記垂直照明ユニットは、前記光源より発射されたレーザを一方向に長い線状に集光して前記試料に前記集光したレーザの長手方向を前記試料に形成されたラインパターンの長手方向に合わせ、前記一方向に長い線状に集光したレーザを前記ラインパターンの長手方向に直交する方向に偏光させた状態で前記試料に形成したラインパターンに照射することを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記斜方照明ユニットは、前記光源より発射されたレーザを一方向に長い線状に集光して偏光の状態をp偏光にして前記試料に照射することを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記垂直照明ユニット又は前記斜方照明ユニットによりレーザが照射された前記試料から反射散乱された光のうち検出光学系ユニットの対物レンズの外側の斜め方向に反射散乱された光を集光して検出する斜方検出光学系ユニットを備えることを特徴とする欠陥検査装置。
5. 光源より発射されたレーザを試料に対物レンズを介して垂直な方向から照明、または、前記光源より発射されたレーザを前記試料に斜め方向から照明し、
   前記垂直な方向から照明することを、前記光源より発射されたレーザを直線偏光に変換し、該直線偏光に変換した前記レーザを前記試料のラインパターンの長手方向に直交する方向に偏光させた状態で前記試料に形成したラインパターンに照射し、
   前記垂直な方向から照明すること及び前記斜め方向から照明することを、前記光源より発射されたレーザを偏光方向が反対の二つの偏光に分離し、該分離させた偏光方向が反対の二つの偏光をレンズで直線状に集光させることにより照明することを特徴とする欠陥検査方法。
6. 請求項５記載の欠陥検査方法であって、前記垂直な方向から照明することを、前記光源より発射されたレーザを一方向に長い線状に集光して前記試料に前記集光したレーザの長手方向を前記試料に形成されたラインパターンの長手方向に合わせ、前記一方向に長い線状に集光したレーザを前記ラインパターンの長手方向に直交する方向に偏光させた状態で前記試料に形成したラインパターンに照射することを特徴とする欠陥検査方法。
7. 請求項５記載の欠陥検査方法であって、前記斜め方向から照明することを、前記光源より発射されたレーザを一方向に長い線状に集光して偏光の状態をp偏光にして前記試料に照射することを特徴とする欠陥検査方法。
8. 請求項５記載の欠陥検査方法であって、前記垂直な方向からの照明又は前記斜め方向からの照明によりレーザが照射された前記試料から反射散乱された光のうち前記対物レンズの外側の斜め方向に反射散乱された光を集光して検出することを特徴とする欠陥検査方法。

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