JPH09503299A - イン−レンズ，オフアキシーズ照明装置を有する検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 検査装置（２）は単色光のビーム（１２）を用い、このビームはフーリエ変換レンズ（１６）を通過して試料ウェハ（４）にその法線（２６）に対して角度（θ）で入射し、回析した光（２３８ａ及び２８ｂ）を発生する。この回折光は広い空間周波数スペクトラムを有し、この空間周波数スペクトラムを選択的に濾波してウェハ（４）の検査領域の種々の大きさの欠陥の暗視野画像パターンを形成する。単色光のほぼ平行なビームは、ウェハの法線に対して０°と予め定めた最大角との間の角度（θ）でウェハに入射する。この検査装置の場合、予め定めた最大角は、フーリエ変換レンズ（１６）の開口数内でビームが光軸から遠く離れる場合に形成される角度とする。欠陥の大きさが予測される場合、単色光ビームがウェハに入射する角度を適切に設定することにより最適な検査を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 イン−レンズ，オフアキシーズ照明装置を有する検査装置技術分野 本発明は、規則的なパターンを有する物体の欠陥を検出する装置および方法に 関し、特に微細な繰返しパターンを有する表面を検出するために用いられるイン −レンズ，オフアキシーズ照明装置を有する検査装置に関するものである。発明の背景 パターンが形成されているウエハの欠陥の検出は半導体産業の分野において重 要な課題である。１個又はそれ以上のフォトリソグラフィパターンの欠陥は動作 不能又は規格不良なデバイスを発生してしまう。種々の処理工程における集積回 路の欠陥の形式及び特性を特定することは重要であり、収率に悪影響を及ぼす前 に欠陥の原因を正す必要がある。 従来、半導体ウエハの表面の欠陥を検出する多くの方法がある。典型的な欠陥 検出方法は、暗視野画像の画像分析である。現在、欠陥を発見できる種々のウエ ハの表面の照明方法がある。一般に、これらの照明方法は、２個のクラスに分類 され、イン−ライン，オンアキシーズ照明方法とオフ−レンズ，オフアキシーズ 照明方法に分類される。 用語「イン−レンズ」及び「オフ−レンズ」は、検査装置で発生した入射光ビ ームが、半導体ウエハの表面に入射する前に検査レンズ（例えば、フーリエ変換 レンズ）をそれぞれ通過し又は通過しないことを意味する。同様に、用語「オン −アキシーズ」及び「オフ−アシーズ」は、照明ビーム、フーリエ変換レンズ、 及び検査中のウエハが全て光軸に沿って位置決めされているか、又は位置決めさ れていないことを意味する。 このような従来技術として、米国再発行特許第３３９５６号、標題「インスペ クション システム フォーアレイ オブ マイクロサーキュツ ダイズ ハビ ング リダンダント サーキュット パターンズ」があり、この光学及び半導体 ウエハの検査に関する教示内容は本願の内容として援用するものとし、この特許 明細書はイン−レンズ、オンアキシーズ照明技術について記載されている。この 装置は、照明ビーム、フーリエ変換レンズ、反転フーリエ変換レンズ、及び半導 体ウエハを用いており、これらの全ては光軸に沿って位置決めされている。 この装置は、遠方の画像面のウエハ上に暗視野画像を形成している。この装置 において、規則性パターンに対応する空間周波数は、２個のレンズ間のフーリエ 変換面に空間フィルタを挿入することにより暗視野画像中で選択的に減衰される 。生じた画像は、パターン中の欠陥のよな集積回路表面上の不規則性を強調する 。 この装置において、照明ビームはフーリエ変換レンズを介してウエハを照明し ている。従って、レンズにより散乱し及び反射した光がバックグランドノイズと して画像に加えられてしまう。この光散乱の問題は、レンズの表面を清浄にする ことにより、レンズにコーティングすることにより、及びレンズ材料を選択する ことにより減少させることができる。 さらに、フーリエ変換レンズによる鏡面反射によりバックグランドノイズが像 に加えられてしまう。このバックグランドノイズは、レンズに反射防止膜を形成 することにより及び光軸に沿って適切な大きさの絞りを配置することにより相当 低減させることができる。これにもかかわらず、鏡面反射によるバックグランド ノイズは検出系に到達して検出装置の感度を低下させてしまう。 この装置はウエハ中の欠陥による空間周波数を収集し、この空間周波数は２本 の直交軸と４個の個別の象現を含むフーリエ変換面の原点を中心にして対称的に 形成される。ウエハの欠陥は、一般的に平面的であると考えることができるので 、これら欠陥と関連する空間周波数はフーリエ変換面の両方の軸に沿って対称的 である。 従って、この装置は冗長な欠陥情報を含む対称的な空間周波数成分を集め、収 集し得る最高の空間周波数を制限する。従って、この検査装置は、より高い周波 数成分を有する比較的小さな欠陥について検出感度が低いものとなってしまう。 オフ−レンズ，オフ−アキシーズ照明スキムの例は、米国特許第５１７７５５ ９号、標題「ダーク フィールド イメージング ディフエクト インスペクシ ョン システム フォー レピティティブ パターン インテグレーテッド サ ーキィッツ」が挙げられ、この光学及び半導体ウエハに関する教示内容は本願の 内容として援用する。 この装置はウエハのある区域の暗視野画像を形成する。この装置において、半 導体ウエハは、ウハの表面に対して８°と予め定めた最大角との間のかすめ角で 入射する光ビームで照明している。ウエハ表面の法線に対して所定の範囲内の角 度で散乱した光はレンズ系で集光され、このレンズ系は、集光された光を空間的 に濾波されて繰返しパターンに対応する空間周波数成分を減衰させている。残り の光は結像されて画像を形成し、この画像はパターン中の欠陥のようなウエハ表 面上の不規則性を強調している。 この装置において、ウエハでの多くの反射光はレンズ系に向かうのではなくレ ンズ系から離れるように反射する。全反射光のうち極めて微小な量だけがウエハ の法線に対して種々の角度で散乱するので、レンズ系はこの散乱光を集めること ができる。従って、十分な量の散乱光を集光するため、レンズ系は通常ウハの表 面に極めて接近して配置される。典型的には、サブミクロンの欠陥を検出する必 要のある用途においては、レンズ系とウエハ表面との距離は、照明ビームを入射 させるのが困難になる程であり、フーリエ変換レンズを利用するレンズ設計に制 約が課せられてしまう（例えば、レンズの大きさ、開口数、及び作動距離）。 この装置は、より高い周波数範囲にある欠陥の空間周波数を収集する。より高 い周波数域の集められた空間周波数は、フーリエ変換面の四象現のうちの１個の 象現内から集められる。従って、この検査装置は、レンズ系の最大集光能力を利 用することについて難点がある。すなわち、この検査装置は、比較的低い周波数 成分を有する比較的大きな欠陥について感度が悪いものとなる。発明の概要 本発明の目的は、ウエハ上に形成される複数のダイ回路パターンを含むマイク ロ回路の製造の際、極めて広い範囲に亘たる種々の大きさの欠陥の存在を決定で きる信頼性の高い検査装置を提供することにある。本発明は、マイクロ回路の製 造に用いられる方法及び装置に関するものであり、本明細書においては多数の冗 長回路パターンを含む型式の半導体ウエハの表面に存在する欠陥を検出するリア ルタイム検査装置を例にして説明する。 本発明の検査装置の好適実施例は、単色光のビームを用い、このビームはフー リェ変換レンズを通過して試料ウェハにその法線に対して角度で入射し、回析し た光を発生する。この回折光は広い空間周波数スペクトラムを有し、この空間周 波数スペクトラムを選択的に濾波してウェハの検査領域の種々の大きさの欠陥の 暗視野画像パターンを形成する。 特に、レーザはプリズム又はミラーのような反射器に向けて単色光ビームを発 生し、この反射器により単色光ビームをフーリエ変換レンズに向けて反射する。 フーリエ変換レンズはレーザと試料ウエハとの間に配置され、ほぼ平行な単色光 ビームを、複数のダイ回路パターンを有する試料ウエハの検査領域に向けて投射 する。単色光のほぼ平行なビームは試料ウエハに、ウエハの法線に対して０°と 予め定めた最大角との間の角度で入射する。フーリエ変換レンズは検査領域で０ °と予め定めた最大角との間の角度で回折した光を集光し、集光した光からフー リエ変換された光を発生する。この予め定めた最大角は一般にフーリエ変換レン ズの開口数により与えられる。 空間フィルタはフーリエ変換された光を集め、ダイ回路パターンに対応するエ ラーのない基準パターンの空間周波数成分に対応する空間周波数成分を減衰させ る。空間フィルタにより阻止されなかった空間周波数成分は２次元光検出器の表 面に入射し、この光検出器により検査領域だけに存在する欠陥に対応する光の存 在を検出する。多くの冗長回路パターンを有するウエハ表面の部分の全ての欠陥 についての検査は、ウエハを２次元並進移動ステージに装着しステージを適切に 移動させ、単色光ビームによって規定される検査領域がウエハ表面を連続的に走 査しウエハ表面の所望の部分を照明することにより行なわれる。時間遅延積分技 術を用いることにより、ステージの連続的な移動が可能になると共に、多くの冗 長回路パターンを有するウエハ表面の部分を細条毎に折れ曲がった態様で走査す ることができる。 本発明の検査装置は、特定の大きさ及び形態の欠陥を検出するために最適化す ることができる。光軸に対する単色光平行ビームがウエハに入射する角度を変え ることにより、本発明の装置は平行な光ビームがウエハ表面に入射する各角度毎 に種々の空間周波数スペクトラムを集める。次に、検査すべきウエハのグループ 毎に欠陥の大きさの範囲が予測される場合、この装置は、ビームの入射角を最適 に設定することにより、欠陥の大きさについて予測された範囲を最良に表わす空 間周波数を集めることができる。図面の簡単な説明 本発明の別の目的及び効果は添付図面に基いて説明する好適実施例の説明によ り明らかにする。 図１Ａは本発明の実施例を含むウエハ欠陥検査装置のブロック線図である。 図１Ｂは図１Ａに示す欠陥検査装置によって半導体ウエハを照明する有用な態 様を示す斜視図である。 図２Ａ〜２Ｃはダイ内の高い冗長性回路パターンを示す図１Ｂの半導体ウエハ の単一ダイの一部を連続的に増大する倍率で示す写真である。 図３Ａは本発明の実施例を含むウエハ検査装置のより詳細なブロック線図であ る。 図３Ｂは半導体ウエハが図３Ａに示す検査装置により照射され移動する有用な 態様を示す斜視図である。 図４は図３Ａのブロック線図を４−４から見た断面図である。 図５は本発明の実施例の動作を説明するのに有用な一例のフーリエ変換図であ る。好適実施例の説明 本発明による検査装置は、暗視野結像と、フーリエ空間フィルタリングと、イ ンレンズオフアキシーズ照明装置の組み合せを用いて、微細構造の繰返パターン を有する半導体ウェハのような対象物の種々の大きさの欠陥を広い範囲に亘って 検出する。フーリエ空間フィルタリングの原理は、１９６９年９月に発行された プロシーディングス オブ ＩＥＥＥ、第７５巻、No.9に記載されている文献「 インスペクション オブ インテグレイテッド サーキュイト フォトマスク ウィズ インテンジティ スペーシャル フィルタズ」L．S．ワトキンス著に記 載されており、この文献は本願の内容として緩用する。 この装置は半導体ウェハ検査装置との関連において説明されており、電荷結合 装置（ＣＣＤ）パネル、半導体デバイスの製造に用いられるフォトリソグラフィ マスク、カラー陰極線管用のシャドウマスクのような繰返パターンを有する他の 対象物を検査するために用いることができると考えられる。さらに、図１及び３ において、入射光及び回折光の光路を光線追跡により図示、これらの光線を実線 で示す。これらの実線は入射光又は回折光の光路を示すが、結像された物体上の 点を示すものではない。 図１Ａは本発明の検査装置２の実施例を示す簡単化した線図である。この実施 例は、多くの冗長な回路パターンを有する周期構造のものにおける直径が約０． １μm又はそれ以上の半導体ウェハの欠陥を検出するように設計されている。図 １Ｂは検査装置２により検査される半導体ウェハ４を示す線図である。半導体ウ ェハ４はＸ軸及びＹ軸の各々に沿う１個又はそれ以上の冗長回路パターンをそれ ぞれ有するほぼ同一のダイ６の規則的なアレイを含む。各ダイ６は一般的に約１ cm四方の矩形である。図２Ａ〜２Ｃは、ダイ６内の繰返し回路パターンを段階的 に拡大して示す写真である。これらの回路パターンは図２Ａ〜２Ｃに示すように 矩形であるが、後述する説明を簡単にするため回路パターン８は約１〜５０μm の正方形であるとする。 図１Ａを参照するに、検査装置２は単色光のビーム１２を発生するレーザ光源 １０を含み、このビーム１２はミラー１４に入射し、このミラーによりフーリエ 変換レンズ１６に入射する。フーリエ変換レンズ１６は半導体ウェハ４の表面か ら約焦点距離だけ離れて位置する。図１Ａにおいて、フーリエ変換レンズは単レ ンズとして図示したが、図３Ａとの関連において説明するように、複数のレンズ 素子で構成することができる。ビーム１２がフーリエ変換レンズ１６を通過する と、単色光のビーム１２は平行光束となる。半導体ウェハ４はフーリエ変換レン ズ１６の前側焦点面１８上に配置され、単色光のほぼ平行なビーム２０が半導体 ウェハ４のパターン形成面を照明する。特に、単色光のほぼ平行なビーム２０は 、図１Ｂに示すように、複数のダイ回路パターンを含む半導体ウェハ４の表面を 楕円形の検査領域２２として照明する。半導体ウェハ４に垂直なラインは、楕円 の検査領域２２の中心２４において半導体ウェハ４と交差しフーリエ変換レンズ １６の光軸上を通り、このラインが光軸２６を規定する。 再び図１Ａを参照するに、ほぼ平行な単色ビーム２０は光軸２６に対して角度 θで半導体ウェハ４に入射する。この角度θは半導体ウェハ４が十分に照明され るように選択し、従ってダイ回路パターンを検査することができ、広範な非規則 性の空間周波数のスペクトラムを検査装置２に入射させることができる。この検 査装置２の場合、これらの要件は角度θをできるだけ大きくすべきことを意味す る。 半導体ウェハ４は光軸に対して０°と予め定めた最大角との間に設定され、こ の半導体ウェハ４の検査領域２２から反射した光２８ａ並びに回折した光２８ｂ 及び２８ｃはフーリエ変換レンズ１６を通過する（光２８ａは零次回折光すなわ ち反射光を示し、光２８ｂ及び２８ｃはダイ回路パターン及び欠陥で回折された 光を示す。）。フーリエ変換レンズ１６を通過した回折光は、フーリエ変換レン ズ１６から焦点距離だけ離れて位置するフーリエ変換面３２に照明された半導体 ウェハ４面のフーリエ変換パターンを３０を形成する。光線３０ａ，３０ｂ及び ３０ｃはフーリエ変換パターンを形成し、このパターンは図４と関連して後述す る予測しうる態様でフーリエ変換面３２に分布する光スポットのアレイを形成す る。 以前に製造されたフィルタ３４はフーリエ変換面３２に光軸２６に対称に配置 する。空間フィルタ３４は、写真プレートのような記録媒体をダイ回路パターン ８により回折した光で露光することにより作ることができる。これはエラーのあ るウェハを用いて行うことができる。この理由は、欠陥からの比較的低い強度の 光により検出された欠陥情報は写真プレートを露光せず、ダイ回路パターンから の比較的高い強度の光により検出されたフーリエ変換情報が写真プレートを露光 するためである。空間フィルタ３４は既知のコンピュータ技術により製造するこ とができる。 空間フィルタ３４は、零次回折光を示す光３０ａ及び検査領域に位置する照明 されたダイ回路パターン８のエラーのないフーリエ変換された光３０ｂの空間周 波数の光の通過を阻止し、ダイ回路パターン８の欠陥から発生した光３０ｃを通 過させる。空間フィルタ３４で阻止されなかった欠陥情報を含む光３６は反転フ ーリエ変換レンズ３８に入射する。尚、この反転フーリエ変換レンズ３８は単レ ンズとして図示したが、数個のレンズ素子（図示せず）で構成することができる 。反転フーリエ変換レンズ３８は、検査領域２２にある照明されたダイの濾波さ れ た光パターンについてフーリエ変換を行う。この反転フーリエ変換レンズ３８は 光軸に対して対称的にフーリエ変換面３２の後側にある距離をもって配置する。 光検出器アレイ４０は結像面４２に光軸２６を中心にして配置され、ダイ回路 パターン８に存在する欠陥の像を形成する光３９ｃを受光する。結像面４２は反 転フーリエ変換レンズの後側焦点面の近傍に配置する。光検出器アレイ４０は検 査領域２２内のウェハのダイに存在する欠陥の像を受光し、これらの像をデジタ ルデータに変換し、このデジタルデータをコンピータ４６に供給する。コンピュ ータ４６は、半導体ウェハ４の表面の検査領域２２のいかなる欠陥をも分別し分 類する。 図３を参照するに、図３は図１で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付 す。本発明の検査装置２’の実施例をより詳細に示す。特に、フーリエ変換レン ズ１６’を構成する個々のレンズ素子及び各レンズに関する技術的データは、単 色光の平行ビーム２０’に対して半導体ウェハ４’を移動させる並進ステージ４ ８と共に説明する。また、平行ビーム２０’についても説明する。 図３Ａを参照するに、検査装置２’は、４８８ｎｍの波長の単色光のビーム１ ２’を発生するレ−ザ１０を含み、このビームの直径は約３ｍｍとする。単色光 のビーム１２’はプリズム５０により偏向され、レンズ５２を通過し、フーリエ 変換レンズ段１６’に入射する。プリズム５０及びレンズ５２の目的は、単色光 のビーム１２’をフーリエ変換面３２に位置する光点として焦点面１８’に生じ させることにある。フーリエ変換レンズ段１６’の焦点面はレンズ５２から焦点 距離だけ離れて位置して、ほぼ平行な単色光ビームをウェハ４’のパターン面に 入射させる（図３Ｂ）。半導体ウェハ４’は２次元移動装置４８の一部を構成す るチャック６６に装着する。ウェハ４’はフーリエ変換レンズ段１６’の前側焦 点面１８’に配置し、ほぼ平行な単色光ビーム２０がウェハ４’のパターン面を 照明する。ほぼ平行な単色光ビーム２０’はウェハ４’の表面の５ｍｍ直径の領 域を検査領域２２’として照明する。 図３Ｂを参照するに、ほぼ平行な単色光ビーム２０’は光軸２６’に対して角 度θで半導体ウェハ４’に入射する。図２に示す実施例において、この角度θは 零に近い小さい角度と予め定めた最大角に近い大きい角度との間に設定すること ができる。図２に示す実施例の場合、最大の予め定めた最大角は、ほぼ平行な単 色光ビーム２０がレンズ段の開口数内にあるが光軸からはるかに離れたときに形 成される角度とする。典型的には、図３に示す実施例の場合、広い空間周波数の スペクトラムを集光するため３ｍｍの直径の場合約２２．５°の角度に設定する ことができる。 特に、再び図３Ａを参照するに、フーリエ変換レンズ段１６’は、以下の３図 の設計条件に適合するように設計する。第１に、フーリエ変換レンズ段１６’は 反転フーリエ変換レンズ３８’と共に十分な解像力の像を結像面４２’に形成し 、フーリエ濾波プロセスにより強調された欠陥を適切なＳ／Ｎ比検出について十 分に小さくなるように形成する。第２に、フーリエ変換レンズ段１６’のフーリ エ変換面３２’に形成されるスポットサイズはそれが分離されるように十分に小 さくし、空間フィルタ３４’は、検出器４０’が欠陥を検出できるように適切な Ｓ／Ｎ比を有する回折光を透過させる。第３に、フーリエ変換レンズ段１６’の 焦点距離は、空間フィルタ３４’のフーリエ変換面３２’に対する整合が実際的 になるように十分なスケールのフーリエ変換を発生させる。 実際に、フーリエ変換レンズ段１６’のレンズ設計は、２個のグループ化から 成る。各グループのレンズは光軸２６’に沿って光軸を中心に位置決めする。平 凸レンズ６２及び両凹レンズ６４から成る第１のレンズ群は過剰なコマ収差を補 正し、レンズ段１６’において小さなレンズ力を発揮する。両凹レンズ５４、平 凸レンズ５６、両凸レンズ５８及び負のメニスカスレンズ６０から成る第２のレ ンズ群は反射光３０ａ’及び回折光３０ｂ’と３０ｃ’をフーリエ変換面３２’ 上に収集させる。第２のレンズ群は反転フーリエ変換レンズ３８’により集光さ れた回折光３６ｃ’を平行にさせると共にフーリエ変換面３２’上のスポットに ついて適切なＳ／Ｎ比が得られるように収差補正を行なう。 表１及び２はフーリエ変換レンズ段１６’のレンズ素子の設計明細及び隣接す るレンズ素子間の間隔を要約する。面Ａ〜Ｍは一般に図３Ａの文字が付された面 に対応し、面「Ａ」は物体側の焦点面１８′に対応し、面「Ｍ」は両凹レンズ５ ４に対応する。各レンズ素子について、これらの面の半径及び開口直径は所定の ものとし、各面の形状は面「Ｄ」及び「Ｋ」が平坦であること以外球面とする。 面についての正の半径は、曲率中心が紙面の上側にあることを示し、負の半径は 曲率中心が紙面の下側に位置することを表わす。直径はmmで規定され、隣接する 面までの光軸方向の距離は図３Ａにおいて下側から上側に向けて測定する。 検査領域２２’からの回折光２８ｂ’及び２８ｃ’はフーリエ変換レンズ段１ ６’を通過する。このフーリエ変換レンズ段１６’は物体面１８’における回折 光２８ｂ’及び２８ｃ’の角度差をフーリエ変換面３２’における空間的な差に 変換する。図４はフーリエ変換面３２’における回折光の空間的な差を図示する 。特に、零次回折光３０ａ’は光トラップ６８に入射し維持される。ダイ回路パ ターンからの１次、２次及び３次の回折光は空間フィルタ３４’に入射し規則的 なスポットのアレイを集合的に規定する。非周期的な欠陥により回折された光８ ２は空間フィルタ３４’のスポットアレイのスポット位置に一致しない位置に入 射する。 図３Ａを再び参照するに、フーリエ変換面３２’に配置された空間フィルタ３ ４’は、照明されたダイパターン回路８のエラーのないフーリエ変換の空間周波 数の光を阻止し、ダイ回路パターンの欠陥から発生した光を通過させる。空間フ ィルタ３４’により阻止されなかった欠陥情報を含む光３６ｃ’は、欠陥情報を 含む光３６ｃ′に対して反転フーリエ変換を行なう反転フーリエ変換レンズ３８ ’に入射する。光検出器アレイ４０’は、検査領域２２’内のダイ回路パターン 中に存在する欠陥の像を形成する光３９ｃ’を受光し、これらの光をデジタル信 号に変換し、このデジタルデータをコンピュータ４６’に供給し、コンピュータ はデータを分析して不規則性を弁別し規定する。 反転フーリエ変換レンズ３８’の倍率は、光検出器アレイ４０’の画素サイズ に対する画像の解像限界にほぼ整合する倍率とする。特に、光検出器アレイ４０ ’は約１３mm×３．２５mmの寸法の光感知面４４を有し、画素サイズは約１３μ mである。従って、フーリエ変換レンズ１６’の物体面１８’における１．０μm の解像度を光検出器アレイ４０’の１３μmの画素サイズに整合させるためには 、１０倍が適当な大きさである。 ウェハ４’のパターン面全体を検査するため、移動ステージ４８は、レーザ１ ０’により照明される検査領域にウェハの各部分を断続的に移動させる。静止し た光検出器４０’の光感知面４４’の面積により、検出される光の範囲を検査領 域２２’に位置決めされたウェハ４’の部分に対応する画像の範囲に対応させる 。移動ステージ４８の移動は細条対細条の折れ曲がった態様で連続し、時間積分 技術を用いてウェハ４’のパターン面の各ダイについての欠陥情報を収集する。 ウェハ４’における欠陥の存在の決定は、ウェハ４’を１．３mm幅の細条状区域 （図示せず）に区割けすると共に移動ステージを折り曲がり走査の態様で移動さ せて、レーザ１０’から３mmの直径のスポットのビームを放出してウェハ４’の 全表面を照明することにより行なう。レーザ１０’から放出された光がウェハ４ ’に到達するとき、３mmのスポット直径は６mmに拡大される。 移動ステージ４８はＸ−Ｙ位置決めテーブルを有し、この位置決めテーブルに よりウェハ４’を検査領域２２’に位置決めして、平行にされた単色光の６mm直 径のビーム２０’により照明する。図３Ｂを参照するに、移動ステージ４８の上 側のＹステージ７０はチャック６６を支持し、ウェハ４’をローラ７２によりＹ 方向に移動させる。下側のＸステージ７４はウェハ４’をローラ７６によりＸ方 向に移動させる。好適な型式のＸ−Ｙ位置決めテーブルは、カルフォルニアのリ ッチモンドに所在のケンシングトン ラボラトリーズ社により製造されたモデル ８５００である。 移動ステージ４８の制御回路（図示せず）はウェハ４’を一定の速度で移動さ せ、レーザ１０’による照明のために各細条区域（図示せず）を位置決めする。 移動ステージ４８は、この位置及び既知のウェハの位置に対応する欠陥像中の欠 陥の位置を示す位置座標情報を発生する。欠陥像の検出は、米国再発行特許第３ ３９５６号に十分に記載されている時間遅延積分技術により行なう。移動ステー ジ４８を空気テーブル（図示せず）で置き換え、ウェハの各部分を検出領域２２ ’に断続的に移動させることは当業者にとって自明である。 図１及び３に示す装置は、広い空間周波数スペクトラムを集光して種々の大き さの欠陥を広い範囲に亘って検出することができる。図５は、種々の検査装置に ついてのフーリエ変換面における集光した空間周波数スペクトラムを示す。米国 再発行特許第３３９５６号に開示されている装置は円８８の内部の空間周波数を 収集する。ウェハの欠陥は平坦であると考えることができるので、欠陥による空 間周波数スペクトラムは図５のｆｘ軸及びｆｙ軸の両方に対称的であると考えら れ、図５の４間の象現Ｉ，II，III及びIVの空間周波数スペクトラムは同一にな る。従って、米国再発行特許第３３９５６号明細書に記載されている装置は、レ ンズ系の最大集光能力を利用する場合に問題がある。この理由は、４個の象現内 の冗長な低空間周波数の情報の存在は、最も高い空間周波数に含まれる欠陥情報 の検出を抑制するからである。米国特許第５１７７５５９号に記載されている装 置は、冗長な情報を含まないが、円９０の内部でより高い周波数域の空間周波数 だけを集光する。しかしながら、この装置はより低い周波数成分の比較的大きな 欠陥の検出には問題がある。 本発明による装置は、冗長性を回避すると共に円９２内の低い空間周波数、中 間れベルの空間周波数及び比較的に高い空間周波数を収集することにより、上記 の既知の装置と関連する問題を解消する。従って、本発明による装置は、欠陥と 関連する相対的に高い空間周波数の極めて小さい欠陥から相対的に低い空間周波 数の大きな欠陥まで広い範囲に亘たる大きさの欠陥を検出することができる。 さらに、本発明による装置は、特定の範囲の大きさの欠陥を検出するのに最適 なものとすることができる。平行な単色光ビーム２０がウェハ４に入射する際の 光軸２６に対する角度θを変化させることにより、本発明の装置は各角度θ毎に 異なる空間周波数スペクトラムを集光する。特に、角度θが大きくなると、より 低い周波数域の空間周波数成分の収集が犠牲になり、より高い周波数域の空間周 波数成分が一層多く集められることになる。従って、検査すべきウェハのグルー プ毎に欠陥の大きさの範囲が予想されれば、本発明の装置は平行な単色光ビーム のウェハへの入射角θを適切に設定することにより最適なものとすることができ 、予想された欠陥の大きさの範囲について最良に再現された空間周波数の情報を 集めることができる。 本発明は上述した実施例だけ限定されず、種々の変更や変形が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年３月８日 【補正内容】 半導体ウェハ４は光軸に対して０°と予め定めた最大角に設定され、この半導 体ウェハ４の検査領域２２から反射した光２８ａ並びに回折した光２８ａ及び２ ８ｂはフーリェ変換レンズ１６を通過する。（光２８ａは零次回折光すなわち反 射光を示し、光２８ｂ及び２８ｃはダイ回路パターン及び欠陥で回折された光を 示す。）フーリェ変換レンズ１６を通過する回折光は、フーリェ変換レンズ１６ から焦点距離だけ離れて位置するフーリェ変換面３２に位置する照明された半導 体ウェハ４面のフーリェ変換パターンを３０を形成する。光線３０ａ，３０ｂ及 び３０ｃはフーリェ変換パターンを形成し、このパターンは図４と関連して後述 する予測しうる態様でフーリェ変換面３２に分布する光スポットのアレイを有す る。 以前に製造されたフィルタ３４はフーリェ変換面３２に光軸２６に対称に配置 する。空間フィルタ３４は、写真プレートのような記録媒体をダイ回路パターン ８により回折した光で露光することにより作るこうとができる。これはエラーの あるウェハを用いて行うことができる。この理由は、欠陥からの比較的低い強度 の光により検出された欠陥情報は写真プレートを露光せず、ダイ回路パターンか らの比較的高い強度の光により検出されたフーリェ変換情報は写真プレートを露 光するためである。空間フィルタ３４は既知のコンピュータ技術により製造する ことができる。 空間フィルタ３４は、零次回折光を示す光３０ａ及び検査領域に位置する照明 されたダイ回路パターン８のエラーのないフーリェ変換された光３０ｂの空間周 波数の光を阻止し、ダイ回路パターン８の欠陥から発生した光３０ｃを通過させ る。空間フィルタ３４で阻止されなかった欠陥を含む光３６は反転フーリェ変換 レンズ３８に入射する。尚、この反転フーリェ変換レンズ３８は単レンズとして 図示したが、数個のレンズ素子（図示せず）で構成することができる。反転フー リェ変換レンズ３８は、検査領域２２にある照明されたダイのフィルタされた光 パターンについてフーリェ変換を行う。この反転フーリェ変換レンズ３８は光軸 に対して対称的にフーリェ変換面３２の後側にある距離をもって配置する。 光検出器アレイ４０は結像面４２に光軸２６を中心にして配置され、ダイ回路 パターン８に存在する欠陥の像を形成する光３９ｃを受光する。結像面４２は反 転フーリェ変換レンズの後側焦点面の近傍に配置する。光検出器アレイ４０は検 査領域２２内のウェハダイに存在する欠陥の像を受光し、これらの像をデジタル データに変換し、このデジタルデータをコンピータ４６に供給する。コンピータ ４６は、半導体ウェハ４の表面の検査領域２２のいかなる欠陥をも分別し分類す る。 図３を参照するに、図３は図１で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付 す。本発明の検査装置２’の実施例をより詳細に示す。特に、フーリェ変換レン ズ１６’を構成する個々のレンズ素子及び各レンズに関する技術的データは、単 色光の平行ビーム２０’に対して半導体ウェハ４’を移動させる並進ステージ４ ８と共にに説明する。また、平行ビーム２０’についても説明する。 図３Ａを参照するに、検査装置２は、４８８ｎｍの波長の単色光のビーム１２ を発生するレーザ１０を含み、このビームの直径は約３ｍｍとする。単色光のビ ーム１２はプリズム５０により偏向され、レンズ５２を通過し、フーリェ変換レ ンズ１６に入射する。プリズム５０及びレンズ５２の目的は、単色光のビーム１ ２をフーリェ変換面３２に位置する光点として焦点面１８に対して生じさせるこ とにある。フーリェ変換レンズ段１６の焦点面はレンズ５２から焦点距離だけ離 れて位置して、ほぼ平行な単色光ビームをウェハ４のパターン面に入射させる（ 図３Ｂ）。半導体ウェハ４は２次元移動装置４８の一部を構成するチャック６６ に装着する。ウェハ４はフーリェ変換レンズ段１６の前側焦点面１８に配置し、 ほぼ平行な単色光ビーム２０がウェハ４のパターン面を照明する。ほぼ平行な単 色光ビーム２０はウェハ４の表面の５ｍｍ直径の領域を検査領域２２として照明 する。 図３Ｂを参照するに、ほぼ平行な単色光ビーム２０は光軸２６に対して角度θ で半導体ウェハ４に入射する。図２に示す実施例において、この角度θは零に近 い小さい角度及び予め定めた最大角に近い大きい角度にすることができる。図２ に示す実施例の場合、最大の予め定めた最大角は、ほぼ平行な単色光ビーム２０ がレンズ段の開口数内にあるが光軸からはるかに離れたときに形成される角度と する。典型的には、図３に示す実施例の場合、広い空間周波数のスペクトラムを 集光するため３ｍｍの直径について約２２．５°の角度θをシステムにとること ができる。 請求の範囲 １．繰り返しパターンを有する表面の欠陥を検出するに当たり、 前記表面をレンズを介して単色光のほぼ平行なビームで表面の法線に対してあ る角度で照明し、この照明光を前記表面により回折させ、前記角度を繰り返しパ ターン中の特定の大きさの欠陥と関連する空間周波数を有する回折光を発生する ように設定する工程と、 前記表面で回折した光を前記表面の法線に対して種々の角度で集光し、繰り 返しパターン中の特定の大きさの欠陥と関連する空間周波数に含まれる空間周波 数の光を前記レンズにより集光する工程と、 前記集光した光を空間的に濾波し、非繰り返しパターンに対応する空間周波 数に対して繰り返しパターンに対応する空間周波数を減衰させる工程と、 空間的に濾波された光を像として結像させる工程とを具え、非繰り返しパタ ーンの像を繰りり返しパターンの像よりも強調する欠陥検査方法。 ２．請求項１に記載の方法において、前記表面を前記単色光のほぼ平行なビーム に対して移動させる工程を具える方法。 ３．請求項１に記載の方法において、前記集光する工程が、前記集光された光か らフーリェ変換光を発生させる工程を含む方法。 ４．請求項１に記載の方法において、前記空間的に濾波する工程が、空間的な濾 波により阻止されなかった空間周波数の光から空間的に濾波された光の反転フー リェ変換を発生させる工程を含む方法。 ５．多数の冗長回路パターンを有するダイを含む試料の欠陥を検出するに当たり 、 複数のダイ回路パターンを有する検査領域を、レンズを介して、単色光のほ ぼ平行なビームで照明し、単色光の入射ビームを試料の法線に対してある角度で 試料に入射させ試料で回折させ、この角度を、ダイ回路中の特定の大きさの欠陥 と関連する空間周波数を有する回折光を発生するように設定する工程と、 前記検査領域で試料の法線に対して種々の角度で回折した光を、繰り返しパ タ−ン中の特定の大きさの欠陥と関連する空間周波数を有するフーリェ変換され た光に変換する工程と、 前記フーリェ変換された光を空間的に濾波し、前記ダイ回路パターンに対応 するエラーのない基準パターンの空間周波数に対応する空間周波数を減衰させる 工程と、 前記空間的に濾波された光を集光して前記検査領域内の複数のダイ回路パタ ーンに対応する欠陥の像を形成する工程とを具える欠陥検査方法。 ６．請求項５に記載の方法において、前記単色光のほぼ平行なビームの位置に対 して試料の位置を変化させて異なるダイ回路パターンを検査領域に位置させ、ダ イ中のダイ回路パターンの異なる全てのパターンの空間周波数を集める工程をさ らに具える方法。 ７．請求項６に記載の方法において、ダイ中のダイ回路パターンの異なる全ての パターンの空間周波数を処理してダイ中の欠陥の位置及び大きさを決定する工程 をさらに具える方法。 ８．さらに照明手段を含み、この照明手段及び前記レンズが単色光のほぼ平行な ビームを放出する請求項５に記載の方法において、さらに、 前記試料に対して、一連の隣接するダイ回路パターンをそれぞれ含む複数の 多隣接する細条を規定する工程と、 前記試料と単色光のほぼ平行なビームとを互いに各細条の長さだけ移動させ て各細条内の全てのダイ回路パターンを照明する工程と、 各細条内のダイ回路パターンに対応する阻止されない空間周波数を処理して 個々の細条の欠陥の位置及び大きさを決定する工程とを具える方法。 ９．請求項５に記載の方法において、前記集光する工程が、さらに空間的に濾波 された光から反転フーリェ変換を発生させる工程を具える方法。 10．多数の冗長なダイ回路パターンを有するダイを含む試料の欠陥を検出する装 置であって、 単色光のほぼ平行なビームを、複数のダイ回路パターンを含む試料の検査領 域に放出し、この光を試料の法線に対してある角度で試料に入射させ試料で回折 させ、特定の大きさの欠陥と関連する空間周波数にに含まれる空間周波数を有す る回折光を発生するように設定されたレーザと、 検査領域で回折された光を集光し、集光された光からフーリェ変換された光 を発生させるレンズであって、前記単色光のほぼ平行なビームが、検査領域に試 料の法線に対してある角度で入射する前に前記レンズを通過するように配置され 、繰り返しパターン中の特定の大きさの欠陥と関連する空間周波数に含まれる空 間周波数を有する回折光を発生させるレンズと、 前記フーリェ変換された光を集光し、前記ダイ回路パターンに対応するエラ ーのない基準パターンの空間周波数に対応する空間周波数を減衰させる空間フィ ルタと、 前記空間フィルタによって阻止されず空間的に濾波された光を集光する光感 知検出器とを具える欠陥検査装置。 11．請求項１０に記載の装置において、前記単色光のほぼ平行なビームの位置に 対して試料の位置を変化させて異なる全てのダイ回路パターンを検査領域に位置 させ、ダイ中のダイ回路パターンの異なる全てのパターンの空間周波数を集光す る手段をさらに具える装置。 12．請求項１０に記載の装置において、ダイ中のダイ回路パターンの異なる全て のパターンの空間周波数を処理してダイ中の欠陥の位置及び大きさを決定する手 段をさらに具える装置。 13．前記試料に対して、一連の隣接するダイ回路パターンをそれぞれ含む複数の 隣接する細条を規定する請求項１０に記載の装置において、 前記試料と単色光のほぼ平行なビームとを互いに各細条の長さだけ移動させ て各細条内の全てのダイ回路パターンに対応する阻止されない空間周波数の光を 集光する手段と、 各細条内のダイ回路パターンに対応する阻止されない空間周波数を処理して 個々の細条の欠陥の位置及び大きさを決定する手段とを具える装置。 14．請求項１０に記載の装置において、前記空間フィルタが、この空間フィルタ によって阻止されず空間的に濾波された光を集光すると共に反転フーリェ変換及 び空間的に濾波された光を発生させる反転フーリェ変換手段を具える装置。 15．請求項１０に記載の装置において、前記光学フィルタが相対的に透明な部分 と非透明な部分とを有し、非透明な部分が前記ダイ回路パターンに対応するエラ ーのない基準の空間周波数に対応する装置。 16．規則的に形成されたパターンを有する表面を照明し、前記表面で回折した光 が、前記表面の繰り返しパターンの特定の大きさの欠陥と関連する特定の空間周 波数を有する単色光のビームを位置決めするに当たり、 前記表面を単色光のビームで照明する工程と、 前記単色光のビームを前記表面の法線に対して種々の角度で入射させる工程 と、 前記表面の法線に対する特定の角度で表面に入射した単色光ビームにより照 明された表面の欠陥の空間周波数スペクトラムを含む回折光を前記各角度で集光 する工程と、 前記単色光のビームを、前記表面の特定の大きさの欠陥と関連する特定の空 間周波数に最も接近した空間周波数を含む回折光を発生させる表面の法線に対す る角度に位置決めする工程とを具えるビーム位置決め方法。 17．請求項１６に記載の方法において、前記回折光を集光する工程が、 前記集光された光からフーリェ変換された光を発生させる工程と、 前記フーリェ変換された光を空間的に濾波して、規則性パターンに対応する 空間周波数を非規則性パターンに対応する空間周波数に対して減衰させる工程と を具える方法。 18．請求項１６に記載の方法において、さらに、 前記表面を単色光のビームで表面の法線に対して前記角度で照明する工程と 、 前記表面からの回折光を集光する工程と、 前記集光された光を空間的に濾波して、規則性パターンに対応する空間周波 数の光を非規則性パターンに対応する空間周波数の光に対して減衰させる工程と 、 前記空間的に濾波された光を像として結像させる工程とを具え、非規則性の パターンの像を規則性のパターンの像に対して強調させる方法。 19．請求項１６に記載の方法において、さら前記表面を単色光のほぼ平行なビー ムに対して移動させる工程を含む方法。 20．請求項１８に記載の方法において、前記集光する工程が、集光された光から フーリェ変換された光を発生させる工程をさらに具える方法。 21．請求項１８に記載の方法において、前記空間的に濾波する工程が反転フーリ ェ変換を発生させる工程を含み、前記空間周波数の空間的に濾波された光が空間 的な濾波により阻止されないように構成した方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．繰り返しパターンを有する表面の欠陥を検出するに当たり、 前記表面をレンズを介して、単色光のほぼ平行なビームで表面の法線に対し て０°と前記レンズの開口数との間の角度で照明する工程と、 前記表面で回折した光を前記表面の法線に対して０°と前記レンズの開口数 との間の角度で集光する工程と、 前記集光した光を空間的に濾波し、非繰り返しパターンに対応する空間周波 数に対して繰り返しパターンに対応する空間周波数を減衰させる工程と、 空間的に濾波された光を像として結像させる工程とを具え、非繰り返しパタ ーンの像を繰り返しパターンの像よりも強調する欠陥検査方法。 ２．請求項１に記載の方法において、前記表面を前記単色光のほぼ平行なビーム に対して移動させる工程を具える方法。 ３．請求項１に記載の方法において、前記集光する工程が、前記集光された光か らフーリエ変換された光を発生させる工程を含む方法。 ４．請求項１に記載の方法において、前記空間的に濾波する工程が、前記空間的 な濾波により阻止されなかった空間周波数の光から空間的に濾波された光の反転 フーリエ変換を発生させる工程を含む方法。 ５．多数の冗長回路パターンを有するダイを含む試料の欠陥を検出するに当たり 、 レンズを介して、単色光のほぼ平行なビームを試料の法線に対して０°と前 記レンズの開口数との間の角度で試料に入射させて試料の複数のダイ回路パター ンを有する検査領域を照明する工程と、 前記検査領域で回折した光を前記試料の法線に対して０°と前記レンズの開 口数との間の角度でフーリエ変換された光に変換する工程と、 前記フーリエ変換された光を空間的に濾波し、前記ダイ回路パターンに対応 するエラーのない基準パターンの空間周波数に対応する空間周波数を減衰させる 工程と、 前記空間的に濾波された光を集光して前記検査領域内の複数のダイ回路パタ ーンに対応する欠陥の像を形成する工程とを具える欠陥検査方法。 ６．請求項５に記載の方法において、前記単色光のほぼ平行なビームの位置に対 して試料の位置を変化させて異なるダイ回路パターンを検査領域に位置させ、ダ イ中のダイ回路パターンの異なる全てのパターンの空間周波数を集める工程をさ らに具える方法。 ７．請求項６に記載の方法において、ダイ中のダイ回路パターンの異なる全ての パターンの空間周波数を処理してダイ中の欠陥の位置及び大きさを決定する工程 をさらに具える方法。 ８．さらに照明手段を含み、この照明手段及び前記レンズが単色光のほぼ平行な ビームを放出する請求項５に記載の方法において、さらに、 前記試料に対して、一連の隣接するダイ回路パターンをそれぞれ含む複数の 隣接する細条を規定する工程と、 前記試料と単色光のほぼ平行なビームとを互いに各細条の長さだけ移動させ て各細条内の全てのダイ回路パターンを照明する工程と、 各細条内のダイ回路パターンに対応する阻止されない空間周波数を処理して 個々の細条の欠陥の位置及び大きさを決定する工程とを具える方法。 ９．請求項５に記載の方法において、前記集光する工程が、さらに空間的に濾波 された光から反転フーリエ変換を発生させる工程を具える方法。 10．多数の冗長なダイ回路パターンを有するダイを含む試料の欠陥を検出する装 置であって、 単色光のほぼ平行なビームを、複数のダイ回路パターンを含む試料の検査領 域に放出するレーザと、 検査領域で回折された光を集光し、集光された光からフーリエ変換された光 を発生させるレンズであって、前記単色光のほぼ平行なビームが、検査領域に試 料の法線に対して０°と前記レンズの開口数との間の角度で入射する前に前記レ ンズを通過するように配置されたレンズと、 前記フーリエ変換された光を集光し、前記ダイ回路パターンに対応するエラ ーのない基準パターンの空間周波数に対応する空間周波数を減衰させる空間フィ ルタと、 前記空間フィルタによって阻止されなかった空間的に濾波された光を集光す る光感知検出器とを具える欠陥検査装置。 11．請求項１０に記載の装置において、前記単色光のほぼ平行なビームの位置に 対して試料の位置を変化させて異なる全てのダイ回路パターンを検査領域に位置 させ、ダイ中のダイ回路パターンの異なる全てのパターンの空間周波数を集める 手段をさらに具える装置。 12．請求項１０に記載の装置において、ダイ中のダイ回路パターンの異なる全て のパターンの空間周波数を処理してダイ中の欠陥の位置及び大きさを決定する手 段をさらに具える装置。 13．前記試料に対して、一連の隣接するダイ回路パターンをそれぞれ含む複数の 隣接する細条を規定する請求項１０に記載の装置において、 前記試料と単色光のほぼ平行なビームとを互いに各細条の長さだけ移動させ て各細条内の全てのダイ回路パターンに対応する阻止されない空間周波数を集め る手段と、 各細条内のダイ回路パターンに対応する阻止されない空間周波数を処理して 個々の細条の欠陥の位置及び大きさを決定する手段とを具える装置。 14．請求項１０に記載の装置において、前記空間フィルタが、この空間フィルタ によって阻止されず空間的に濾波された光を集光すると共に反転フーリエ変換さ れ空間的に濾波された光を発生させる反転フーリエ変換手段を具える装置。 15．請求項１０に記載の装置において、前記光学フィルタが相対的に透明な部分 と非透明な部分とを有し、非透明な部分が前記ダイ回路パターンに対応するエラ ーのない基準の空間周波数に対応する装置。 16．規則的に形成されたパターンを有する表面を照明し、前記表面で回折した光 が、前記表面の特定の大きさの欠陥と関連する特定の空間周波数を有する単色光 のビームを位置決めするに当たり、 前記表面を単色光のビームで照明する工程と、 前記単色光のビームを前記表面の法線に対する種々の角度に変化させる工程 と、 前記表面の法線に対する特定の角度で表面に入射した単色光ビームにより照 明された表面の欠陥の空間周波数スペクトラムを含む回折光を前記各角度で集光 する工程と、 前記表面の特定の大きさの欠陥と関連する特定の空間周波数に最も接近した 空間周波数を含む回折光を発生させる表面の法線に対する角度に位置決めする工 程とを具えるビーム位置決め方法。 17．請求項１６に記載の方法において、前記回折光を集光する工程が、 前記集光された光からフーリエ変換された光を発生させる工程と、 前記フーリエ変換された光を空間的に濾波して、規則性パターンに対応する 空間周波数を非規則性パターンに対応する空間周波数に対して減衰させる工程と を具える方法。 18．請求項１６に記載の方法において、さらに、 前記表面を単色光のビームで表面の法線に対して前記角度で照明する工程と 、 前記表面からの回折光を集光する工程と、 前記集光された光を空間的に濾波して、規則性パターンに対応する空間周波 数を非規則性パターンに対応する空間周波数に対して減衰させる工程と、 前記空間的に濾波された光を像として結像させる工程とを具え、非規則性の パターンの像を規則性のパターンの像に対して強調させる方法。 19．請求項１６に記載の方法において、さら前記表面を単色光のほぼ平行なビー ムに対して移動させる工程を含む方法。 20．請求項１８に記載の方法において、前記集光する工程が、集光された光から フーリエ変換された光を発生させる工程をさらに具える方法。 21．請求項１８に記載の方法において、前記空間的に濾波する工程が反転フーリ エ変換を発生させる工程を含み、前記空間周波数の空間的に濾波された光が空間 的な濾波により阻止されないように構成した方法。