JPWO2009072484A1 - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る検査装置１は、ＤＭＤ素子３１の画素（マイクロミラー）を全てＯＮ状態にしてウェハＷからの光を全て２次元撮像素子３３へ導くように設定したときに、２次元撮像素子３３で検出して得られるフーリエ画像の輝度情報に基づいて、ＤＭＤ素子３１の画素のうちウェハＷからの光を検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃへ導く画素を求め、求めたＤＭＤ素子３１の画素をＯＦＦ状態にして、ウェハＷからの光の一部をＯＦＦ状態の画素で反射させ検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃへ導くようになっている。

Description

本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造過程において、被検基板の表面に形成されたパターンを検出する検査装置および検査方法に関する。

従来、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検基板の表面に形成されたパターンから発生する反射光を利用して、基板表面のムラや傷等の欠陥を検査する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特に、近年では半導体プロセスの微細化に伴って、被検基板の欠陥管理にもより高い精度が求められている。

例えば、被検基板のパターン幅の測定をＳＥＭで行った場合、測定精度は高いが、観察倍率が高く何点かをサンプリングして測定を行うため、測定に膨大な時間がかかってしまう。そこで、光源から射出された所定波長の光を偏光子および対物レンズを介して落射照明により被検基板の表面に照射し、当該照明による被検基板からの反射光を、対物レンズおよび、偏光子とクロスニコルの条件を満足する検光子を介して得た画像を用いて評価する方法が提案されている。
特開２０００−１５５０９９号公報

しかしながら、上述のような方法では、被検基板からの反射光は非常に微弱であり、被検基板によっては画像を得るために長い露光時間が必要になってしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高い感度で高速に検査を行うことが可能な検査装置および検査方法を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る検査装置は、被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、複数の光路切替素子を有し、前記複数の光路切替素子のそれぞれの反射方向を一方向と他方向とに切替可能な光路切替部と、前記光路切替素子が前記一方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な２次元イメージセンサと、前記光路切替素子が前記他方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な光センサと、前記光路切替部の作動を制御する制御部と、前記光センサで検出して得られる情報に基づいて、前記被検基板の表面を検査する検査部とを備え、前記制御部は、前記光路切替素子を前記一方向に向けて、前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報に基づいて前記２次元イメージセンサの検出領域のうち前記検査に適する部分を求め、前記求めた前記検査に適する部分に対応する前記光路切替素子を前記他方向に向ける制御を行い、前記検査部は、前記検査に適する部分に対応する前記光路切替素子が前記他方向に向いた状態での前記光センサで検出して得られる情報に基づいて、前記検査を行うようになっている。

なお、上述の検査装置において、前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、前記２次元イメージセンサおよび前記光センサは、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する直線偏光成分を検出することが好ましい。

またこのとき、前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することが好ましい。

また、上述の検査装置において、前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報は、前記２次元イメージセンサで検出して得られたフーリエ画像における輝度情報であることが好ましい。

また、上述の検査装置において、前記光路切替素子から前記光センサへ導かれる光を複数の波長毎に分光する分光プリズムを備え、前記光センサは、前記分光プリズムによって分光された前記複数の波長毎に設けられることが好ましい。

また、上述の検査装置において、前記複数の光路切替素子は、デジタルマイクロミラーデバイスを構成する複数のマイクロミラーであることが好ましい。

また、本発明に係る検査方法は、被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、複数の光路切替素子を有し、前記複数の光路切替素子のそれぞれの反射方向を一方向と他方向とに切替可能な光路切替部と、前記光路切替素子が前記一方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な２次元イメージセンサと、前記光路切替素子が前記他方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な光センサとを備えた検査装置により、前記被検基板の表面を検査する検査方法であって、前記光路切替素子を前記一方向に向け、前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報に基づいて前記２次元イメージセンサの検出領域のうち前記検査に適する部分を求める第１のステップと、前記第１のステップで求めた前記検査に適する部分に対応する前記光路切替素子を前記他方向に向け、前記光センサで検出して得られる情報に基づいて前記検査を行う第２のステップとを有している。

なお、上述の検査方法において、前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、前記２次元イメージセンサおよび前記光センサは、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する直線偏光成分を検出することが好ましい。

またこのとき、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することが好ましい。

また、上述の検査方法において、前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報は、前記２次元イメージセンサで検出して得られたフーリエ画像における輝度情報であることが好ましい。

また、上述の検査方法では、前記第１のステップにおいて、前記被検基板の表面状態の変化に基づく前記検出する光の輝度変化が大きい部分を前記検査に適する部分とすることが好ましい。

また、上述の検査方法では、前記第２のステップにおいて、前記光路切替素子から前記光センサへ導かれる光を複数の波長毎に分光するサブステップを有し、前記サブステップにより前記複数の波長毎に分光された光をそれぞれ、前記光センサで検出することが好ましい。

また、上述の検査方法において、前記複数の光路切替素子は、デジタルマイクロミラーデバイスを構成する複数のマイクロミラーであることが好ましい。

また、第２の本発明に係る検査装置は、被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記被検基板のフーリエ画像を検出可能な２次元イメージセンサと、前記フーリエ画像の一部分の輝度を検出し、他の部分を検出しない選択検出部と、前記選択検出部の作動を制御する制御部と、前記選択検出部で検出して得られる情報に基づいて、前記被検基板の表面を検査する検査部とを備え、前記制御部は、前記２次元イメージセンサで検出して得られた前記フーリエ画像の情報に基づいて、前記選択検出部が検出する前記一部分を選択するようになっている。

本発明によれば、高い感度で高速に検査を行うことが可能になる。

本発明に係る検査装置の概要図である。 ウェハへの照明光の入射角度と瞳内での結像位置との関係を示す説明図である。 ２次元撮像素子とＤＭＤ素子との画素対応テーブルの作成方法を示すフローチャートである。 パターンの変化に対して感度の高い領域の決定方法を示すフローチャートである。 高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法を示すフローチャートである。 フーリエ画像を領域分割した状態の一例を示す図である。 輝度データの抽出状態を示す模式図である。 フーリエ画像におけるＲの階調差の分布状態を示す図である。 フーリエ画像におけるＧの階調差の分布状態を示す図である。 フーリエ画像におけるＢの階調差の分布状態を示す図である。 検査装置の変形例を示す概要図である。 感度の高い領域の決定方法の変形例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｗ ウェハ（被検物）
１ 検査装置
１０ 照明光学系（照明部）
１７ 偏光子
２０ 検出光学系
２１ 検光子
３０ 撮像部
３１ ＤＭＤ素子（光路切替素子）
３３ ２次元撮像素子（２次元イメージセンサ）
３５ 分光プリズム
３６ａ 第１の検出素子（光学センサ）
３６ｂ 第２の検出素子（光学センサ）
３６ｃ 第３の検出素子（光学センサ）
４０ 制御ユニット
４３ ＣＰＵ（制御部等）

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る検査装置を図１に示している。本実施形態の検査装置１は、図１に示すように、ウェハステージ５と、対物レンズ（１００倍）６と、ハーフミラー７と、照明光学系１０と、検出光学系２０と、撮像部３０と、制御ユニット４０とを主体に構成される。

ウェハステージ５には、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態で被検基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）が載置される。このウェハステージ５は、互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸の３方向へ移動可能に構成されている（なお、図１の上下方向をｚ軸方向とする）。これにより、ウェハステージ５は、ウェハＷをｘ，ｙ，ｚ軸方向へ移動可能に支持することができる。また、ウェハステージ５は、ｚ軸を中心に回転できるように構成されている。

照明光学系１０は、図１の左側から右側へ向けて配置順に、光源１１（例えば、白色ＬＥＤやハロゲンランプ等）と、集光レンズ１２と、照度均一化ユニット１３と、開口絞り１４と、視野絞り１５と、コリメータレンズ１６と、着脱可能な偏光子１７（偏光フィルタ）とを有して構成される。

ここで、照明光学系１０の光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５に導かれる。照度均一化ユニット１３は、照明光を散乱し、光量分布を均一化する。また、干渉フィルタを含めることもできる。開口絞り１４および視野絞り１５は、照明光学系１０の光軸に対して開口部の大きさおよび位置が変更可能に構成されている。したがって、照明光学系１０では、開口絞り１４および視野絞り１５の操作によって、照明領域の大きさおよび位置の変更と、照明の開口角の調整とを行うことができる。そして、開口絞り１４および視野絞り１５を通過した光は、コリメータレンズ１６でコリメートされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７に入射する。

ハーフミラー７は、照明光学系１０からの光を下方に反射して対物レンズ６に導く。これにより、対物レンズ６を通過した照明光学系１０からの光でウェハＷが落射照明される。一方、ウェハＷに落射照明された光は、ウェハＷで反射して再び対物レンズ６に戻り、ハーフミラー７を透過して検出光学系２０に入射することができる。

検出光学系２０は、図１の下側から上側に向けて配置順に、着脱可能な検光子２１（偏光フィルタ）と、レンズ２２と、ハーフプリズム２３と、ベルトランレンズ２４と、視野絞り２５とを有して構成される。検光子２１は、照明光学系１０の偏光子１７に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置されている。照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１とはクロスニコルの条件を満たすので、ウェハＷのパターンで偏光主軸が回転しない限り、検出光学系２０で検出される光量は零に近くなる。

ハーフプリズム２３は入射光束を二方向に分岐させる。ハーフプリズム２３を通過する一方の光束は、ベルトランレンズ２４を介して視野絞り２５にウェハＷの像を結像させるとともに、対物レンズ６の瞳面の像を撮像部３０のＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）素子３１に投影させる。撮像部３０の２次元撮像素子３３はＤＭＤ素子３１と共役であるため、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面上の輝度分布が再現されて、２次元撮像素子３３によりフーリエ変換されたウェハＷの画像（フーリエ画像）を撮像することが可能である。なお、視野絞り２５は、検出光学系２０の光軸に対して垂直方向の面内で開口形状を変化させることができる。そのため、視野絞り２５の操作によって、ウェハＷの任意の領域での情報を２次元撮像素子３３が検出できるようになる。なお、ハーフプリズム２３を通過する他方の光束は、フーリエ変換されていない画像を撮像するための第２の撮像部５０に導かれる。

ここで、本実施形態の欠陥検査でフーリエ画像（すなわち、対物レンズ６の瞳面の像）を撮像するのは以下の理由による。欠陥検査においてウェハＷのパターンをそのまま撮像した画像を用いると、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときには、パターンの欠陥を光学的に検出できなくなる。一方、フーリエ画像では、ウェハＷのパターンに欠陥があると反射光の対称性が崩れ、構造性複屈折によりフーリエ画像の光軸に対して直交する部分同士の輝度や色などに変化が生じる。そのため、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでも、フーリエ画像における上記の変化を検出することでパターンの欠陥検出が可能になる。

さらに、図２を参照しつつ、ウェハＷへの照明光の入射角度と瞳面内での結像位置との関係を説明する。図２の破線で示すように、ウェハＷへの照明光の入射角度が０°のときには、瞳上の結像位置は瞳中心となる。一方、図２の実線で示すように、入射角度が６４°（ＮＡ＝０．９相当）のときには、瞳上の結像位置は瞳の外縁部となる。すなわち、ウェハＷへの照明光の入射角度は、瞳上では瞳内の半径方向の位置に対応する。また、瞳内の光軸から同一半径内の位置に結像する光は、ウェハＷに同一角度で入射した光である。

撮像部３０は、図１に示すように、ＤＭＤ（Digital MicromirrorDevice）素子３１と、レンズ３２と、２次元撮像素子３３と、反対側に設けられたレンズ３４と、分光プリズム３５と、３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを有して構成される。ＤＭＤ素子３１は、平面上に並ぶ複数の可動式マイクロミラー（図示せず）を有して構成される。ＤＭＤ素子３１のマイクロミラーは、電気駆動することにより、ＯＮ状態のときには検出光学系２０からの光が２次元撮像素子３１の方へ反射するように傾斜し、ＯＦＦ状態のときには検出光学系２０からの光が検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ（分光プリズム３５）の方へ反射するように傾斜する。

そのため、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３２（アオリ光学系）を通って２次元撮像素子３３の撮像面に導かれる。一方、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３４（アオリ光学系）を通って、分光プリズム３５でＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光に分光された後、それぞれ３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃに導かれる。

２次元撮像素子３３は、ベイヤ配列のカラーフィルタアレイを有するＣＣＤやＣＭＯＳ等であり、前述のフーリエ画像を撮像する。また、３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、フォトダイオードやアンバランシェ素子等であり、分光プリズム３５によって分光されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光をそれぞれ検出する。

制御ユニット４０は、フーリエ画像のデータを記録する記録部４１と、入力インターフェース４２と、各種の演算処理を実行するＣＰＵ４３と、モニタ４４および操作部４５とを有して構成され、検査装置１の統括的な制御を実行する。また、記録部４１、入力インターフェース４２、モニタ４４および操作部４５は、それぞれＣＰＵ４３と電気的に接続されている。ＣＰＵ４３は、プログラムの実行によってフーリエ画像を解析し、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中でパターンの変化に対して感度の高い領域を求める。また、入力インターフェース４２は、記録媒体（図示せず）を接続するコネクタや、外部のコンピュータ（図示せず）と接続するための接続端子を有しており、記録媒体またはコンピュータからデータの読み込みを行う。

以上のように構成される検査装置１を用いてウェハＷを検査する方法について、図３〜図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図３に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３とＤＭＤ素子３１との画素対応テーブルを作成する方法について説明する。画素対応テーブルの作成方法は、まず、ステップＳ１０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸から外す。次に、ステップＳ１０２において、パターンのないウェハＷをウェハステージ５により対物レンズ６の下方（観察位置）に移動させる。

次のステップＳ１０３において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。このとき、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６でコリメートされてハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１にフーリエ像が投影される。

次のステップＳ１０４において、ＤＭＤ素子３１の１画素（マイクロミラー）だけＯＮ状態にし、それ以外の画素（マイクロミラー）はＯＦＦ状態にする。そうすると、ＯＮ状態の画素で反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３２を通って２次元撮像素子３３の撮像面に導かれる。

次のステップＳ１０５において、２次元撮像素子３３で撮像を行って、ＯＮ状態の画素（マイクロミラー）で反射した光を検出し、ＣＰＵ４３がＯＮ状態の画素で反射した光の撮像面上（２次元撮像素子３３）での画素位置を計算して求める。

次のステップＳ１０６において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１０５で求めた２次元撮像素子３３の画素位置と、そのときのＤＭＤ素子３１の画素位置（マイクロミラーの位置）との関係を、記録部４１の画素対応テーブルに登録する。

次のステップＳ１０７において、ＣＰＵ４３は、ＤＭＤ素子３１の全ての画素について測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであれば、画素対応テーブルの作成を終了し、判定がＮｏであればステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８では、ＤＭＤ素子３１のＯＮ状態にする画素（マイクロミラー）を未だ測定が済んでいない画素に変更し、ステップＳ１０５へ戻る。このようなシーケンスにより、２次元撮像素子３３の画素とＤＭＤ素子３１の画素との関係を画素対応テーブルに登録することができる。

次に、図４に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中で、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定する方法について説明する。感度の高い領域の決定方法は、まず、ステップＳ２０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２０２において、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）をＯＮ状態にして、ウェハＷからの光が全て２次元撮像素子３３の方へ反射するようにする。次のステップＳ２０３において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。

次のステップＳ２０４において、繰り返しパターンが形成されたウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショットの一部分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。このとき、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを使用する。

そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６でコリメートされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１にフーリエ像が投影される。このとき、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）がＯＮ状態であるので、ＤＭＤ素子３１で反射した光はレンズ３２を通り、２次元撮像素子３３の撮像面にフーリエ像が投影される。

そこで、次のステップＳ２０５において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。

次のステップＳ２０６において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の必要な全てのパターンについて測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ２０７へ進み、判定がＮｏであればステップＳ２０４へ戻り、未だ測定が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ２０５の撮像を行う。これにより、記録部４１には、同一形状のパターンについて露光条件が異なる複数のフーリエ画像のカラーデータが記録されることになる。

ステップＳ２０７では、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像について、フーリエ画像の各位置ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。輝度データの求め方は、まず、図６に示すように、フーリエ画像（例えば１フレーム目のフーリエ画像ＦＩ₁）を縦横等間隔に正方格子状の複数の分割領域Ｐに分割し、フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、ＲＧＢの輝度値の平均をそれぞれの色別に求める。そして、この工程を各々のフーリエ画像について行う。これにより、１フレーム目からｎフレーム目までのフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nについて、各フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの階調を示す輝度データがそれぞれ生成されることになる。

次のステップＳ２０８において、図７に示すように同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、同じ分割領域におけるフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_n間での階調差を示す階調差データを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成する。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰ_ｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nについて、分割領域Ｐ_ｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ２０７で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、分割領域Ｐ_ｍに対応する輝度データの階調値のうちで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの最大値と最小値とを抽出し、抽出した最大値と最小値との差分値を算出する。そして、これらの工程を全ての分割領域について行う。これにより、フーリエ画像の全ての分割領域について、分割領域Ｐ_ｍにおけるフーリエ画像間での階調差を示す階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成されることになる。

そして、ステップＳ２０９において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２０８で求めた階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、階調の最大値と最小値との差分値が最大となる色と分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。図８〜図１０は、フーリエ画像の各分割領域における階調差の分布状態を色成分ごとに示した図である。図８〜図１０の例において、図１０に示すＢの階調差の左上の領域が最大感度の領域となる。このようにすれば、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。

上述のようにして、未知のパターンの変化を２次元撮像素子３３で撮像した画像より検出することが可能になる。ところが、ウェハＷからの反射光は微弱であり、２次元撮像素子３３の露光時間が長くなってしまいスループットが上がらない場合がある。

そこで、図５に示すフローチャートを用いて、高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法について説明する。このパターンの検出方法は、まず、ステップＳ３０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。

次に、ステップＳ３０２において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷからの反射光を各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くためにＯＮ／ＯＦＦさせるＤＭＤ素子３１の画素（マイクロミラー）を決定する。具体的には、ステップＳ１０１〜Ｓ１０８で求めた２次元撮像素子３３とＤＭＤ素子３１との画素対応テーブルを参照して、ステップＳ２０１〜Ｓ２０９で求めた２次元撮像素子３３上で感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素を求める。

次のステップＳ３０３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３の方へ導くように設定する。

次のステップＳ３０４では、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。次に、ステップＳ３０５において、検査するウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の検査するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。

そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６でコリメートされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１に達する。このとき、ウェハＷのパターン変化に対して感度の高い領域の反射光は、ＤＭＤ素子３１におけるＯＦＦ状態の画素（マイクロミラー）で反射してレンズ３４を通り、分光プリズム３５により、赤色の光は第１の検出素子３６ａ、緑色の光は第２の検出素子３６ｂ、青色の光は第３の検出素子３６ｃへ導かれる。

そして、ステップＳ３０６において、ＣＰＵ４３は、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃによりＤＭＤ素子３１から導かれた感度の高い反射光を検出し、その検出信号から反射光の輝度（光量）を測定して（輝度変化から）ウェハＷ上のパターンの変化（すなわち、パターンの欠陥）を検出する。このとき、前述したように、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃにフォトダイオードやアバランシェ素子等を使用することで、ウェハＷからの反射光に応じた微弱信号を高速に電気信号（検出信号）に変換することができ（例えば、ＣＣＤで１００ｍｓ程度なのに対し、アバランシェ素子で数ｍｓ程度）、ウェハＷ上のパターンの状態（変化）を高速に検出することができる。なお、図８〜図１０の例では、第３の検出素子３６ｃで検出した青色の光を用いることになる。また、ＤＭＤ素子３１の画素（マイクロミラー）は、ＯＮ状態の方が位置精度が高いのにもかかわらず、ＯＦＦ状態のときに各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定しているが、レンズ３４を縮小レンズにすることで、ＯＦＦ状態のときの反射方向にズレが生じても許容範囲内とすることができる。

このように、本実施形態によれば、２次元の輝度情報（位置）を高精度で検出することができる２次元撮像素子３３と、光（輝度情報）を高速で検出することができる各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃと、ＤＭＤ素子３１とを組み合わせて使用することにより、ウェハ製造の各工程毎に最適な条件で、ウェハＷの表面に形成されたパターンを高い感度で高速に検査することができる。

このとき、２次元撮像素子３３および各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃが、ウェハＷからの光のうち直線偏光である照明光と偏光方向が略直交する直線偏光成分を検出するようにすることで、いわゆるクロスニコルの状態となって構造性複屈折を利用した感度の高い検査が可能になる。なお、偏光子１７と検光子２１の偏光方向は、９０°（クロスニコルの状態）に限らず、検査対象のパターンで発生する構造性複屈折による楕円偏光の回転に合わせて微調整してもよい。

またこのとき、落射照明によりウェハＷの表面を照明することで、装置の大きさを小型にすることができる。

また、前述したように、２次元撮像素子３３により得られる２次元の輝度情報は、フーリエ画像における輝度情報であることが好ましく、このようにすれば、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでもパターンの欠陥検出が可能になる。

また、前述したように、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、分光プリズム３５によって分光された複数の波長（すなわち、赤色、緑色、および青色の光）毎に設けられることが好ましく、このようにすれば、波長毎に感度の高い領域を検出してより感度の高い検査が可能になる。

また、ウェハＷからの光の進む方向を切り替える光路切替素子として、複数のマイクロミラーを備えたＤＭＤ素子３１を用いることが好ましく、これにより、ウェハＷからの光の進む方向を画素単位の微小な領域ごとに切り替えることが可能になる。

なお、上述の実施形態において、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３の方へ導くように設定しているが、これに限られるものではない。例えば、図１１に示すように、ＤＭＤ素子３１とレンズ３２との間にハーフプリズム３８を配置し、ＤＭＤ素子３１から２次元撮像素子３３へ向かう光の一部をハーフプリズム３８からレンズ３４および分光プリズム３５を介して各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃへ導くようにしてもよい。この場合、ステップＳ３０３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３および各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導かないように設定する。これにより、ＤＭＤ素子３１の画素をより位置精度の高いＯＮ状態にしてウェハＷからの光を各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くことができる。

また、上述の実施形態において、ウェハＷの欠陥検査を行う検査装置１を例に説明を行ったが、被検物はウェハＷに限られず、例えば液晶ガラス基板であっても構わない。

また、上述の実施形態において、階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定しているが、これに限られるものではない。そこで、図１２に示すフローチャートを用いて、感度の高い領域の決定方法の変形例について説明する。この方法は、上述の実施形態の場合と同様に、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを用いて、各々のパターンのフーリエ画像とパターン毎の線幅のデータとに基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定するものである。なお、上記のパターンに対応する線幅のデータは、例えば、スキャトロメータや走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の線幅測定器で測定したものを利用し、これら線幅のデータ群は予め入力インターフェース４２より入力して記録部４１に記録されているものとする。

まず、前述の実施形態の場合と同様に、ステップＳ２５１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２５２において、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）をＯＮ状態にして、ウェハＷからの光が全て２次元撮像素子３３の方へ反射するようにする。次のステップＳ２５３において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。

次のステップＳ２５４において、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショットの一部分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。次のステップＳ２５５において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。

次のステップＳ２５６において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の全てのパターンについて測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ２５７へ進み、判定がＮｏであればステップＳ２５４へ戻り、未だ測定が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ２５５の撮像を行う。

ステップＳ２５７において、ＣＰＵ４３は、上述の実施形態の場合と同様に、各フーリエ画像について、フーリエ画像の分割領域ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。

さて、次のステップＳ２５８では、同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nの同じ分割領域における階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰ_mとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nに対応するパターンの線幅のデータを記録部４１から読み出す。またこのとき、各々のフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nについて、分割領域Ｐ_mでの各色成分の輝度データ（ステップＳ２５７で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、各々のフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nごとに、パターンの線幅と分割領域Ｐ_mでの輝度データの階調値との対応関係を求める。

続いて、パターンの線幅と分割領域Ｐ_mでの階調値との対応関係に基づいて、最小二乗法により分割領域Ｐ_mでの階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を求める。ここで、各々のフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nに対応するパターンの線幅をｙとし、分割領域Ｐ_mでのＢ（あるいはＲもしくはＧ）の階調値をｘとし、傾きをａとし、ｙ切片をｂとすると、近似式は次の（１）式で表わされる。

ｙ＝ａｘ+ｂ …（１）

なお、係数ａの絶対値は、パターンの線幅の変化に対する階調変化の逆数（すなわち、パターンの変化に対する検出感度の逆数）に相当する。すなわち、上記の係数ａの絶対値が小さくなると、線幅の差が同じでもフーリエ画像の階調変化が大きくなるので、パターンの変化に対する検出感度がより高くなる。そして、これらの工程を全ての分割領域について、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに行う。

次に、ステップＳ２５９において、ＣＰＵ４３は、フーリエ画像上の各分割領域において、ステップＳ２５８で得た近似式とパターンの線幅との相関誤差をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、各々のフーリエ画像ＦＩ₁〜ＦＩ_nに対応するパターンの線幅と、近似式を用いて算出されるパターンの線幅との偏差のデータを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに算出し、算出した偏差のデータから各分割領域の色成分ごとに標準偏差を算出し、その値を相関誤差とする。

そして、ステップＳ２６０において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２５８で求めた係数ａと、ステップＳ２５９で求めた相関誤差とに基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、係数ａの絶対値が小さく、かつ相関誤差が十分に小さい分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。具体的には、例えば、係数ａの絶対値の小ささと、相関誤差の小ささとに応じて各々の分割領域のスコアリングを行い、このスコアリングの結果に基づいて感度の高い分割領域を決定する。このようにしても、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。

Claims (14)

1. 被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
   複数の光路切替素子を有し、前記複数の光路切替素子のそれぞれの反射方向を一方向と他方向とに切替可能な光路切替部と、
   前記光路切替素子が前記一方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な２次元イメージセンサと、
   前記光路切替素子が前記他方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な光センサと、
   前記光路切替部の作動を制御する制御部と、
   前記光センサで検出して得られる情報に基づいて、前記被検基板の表面を検査する検査部とを備え、
   前記制御部は、前記光路切替素子を前記一方向に向けて、前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報に基づいて前記２次元イメージセンサの検出領域のうち前記検査に適する部分を求め、前記求めた前記検査に適する部分に対応する前記光路切替素子を前記他方向に向ける制御を行い、
   前記検査部は、前記検査に適する部分に対応する前記光路切替素子が前記他方向に向いた状態での前記光センサで検出して得られる情報に基づいて、前記検査を行うことを特徴とする検査装置。
2. 前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、
   前記２次元イメージセンサおよび前記光センサは、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する直線偏光成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
4. 前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報は、前記２次元イメージセンサで検出して得られたフーリエ画像における輝度情報であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記光路切替素子から前記光センサへ導かれる光を複数の波長毎に分光する分光プリズムを備え、
   前記光センサは、前記分光プリズムによって分光された前記複数の波長毎に設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の検査装置。
6. 前記複数の光路切替素子は、デジタルマイクロミラーデバイスを構成する複数のマイクロミラーであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の検査装置。
7. 被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
   複数の光路切替素子を有し、前記複数の光路切替素子のそれぞれの反射方向を一方向と他方向とに切替可能な光路切替部と、
   前記光路切替素子が前記一方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な２次元イメージセンサと、
   前記光路切替素子が前記他方向に向いているときに、前記照明光が照射された前記被検基板からの光を検出可能な光センサとを備えた検査装置により、前記被検基板の表面を検査する検査方法であって、
   前記光路切替素子を前記一方向に向け、前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報に基づいて前記２次元イメージセンサの検出領域のうち前記検査に適する部分を求める第１のステップと、
   前記第１のステップで求めた前記検査に適する部分に対応する前記光路切替素子を前記他方向に向け、前記光センサで検出して得られる情報に基づいて前記検査を行う第２のステップとを有することを特徴とする検査装置。
8. 前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、
   前記２次元イメージセンサおよび前記光センサは、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する直線偏光成分を検出することを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
9. 落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することを特徴とする請求項８に記載の検査方法。
10. 前記２次元イメージセンサで検出して得られる情報は、前記２次元イメージセンサで検出して得られたフーリエ画像における輝度情報であることを特徴とする請求項７から請求項９のうちいずれか一項に記載の検査方法。
11. 前記第１のステップにおいて、前記被検基板の表面状態の変化に基づく前記検出する光の輝度変化が大きい部分を前記検査に適する部分とすることを特徴とする請求項７から請求項１０のうちいずれか一項に記載の検査方法。
12. 前記第２のステップにおいて、前記光路切替素子から前記光センサへ導かれる光を複数の波長毎に分光するサブステップを有し、
    前記サブステップにより前記複数の波長毎に分光された光をそれぞれ、前記光センサで検出することを特徴とする請求項７から請求項１１のうちいずれか一項に記載の検査方法。
13. 前記複数の光路切替素子は、デジタルマイクロミラーデバイスを構成する複数のマイクロミラーであることを特徴とする請求項７から請求項１２のうちいずれか一項に記載の検査方法。
14. 被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
    前記照明光が照射された前記被検基板のフーリエ画像を検出可能な２次元イメージセンサと、
    前記フーリエ画像の一部分の輝度を検出し、他の部分を検出しない選択検出部と、
    前記選択検出部の作動を制御する制御部と、
    前記選択検出部で検出して得られる情報に基づいて、前記被検基板の表面を検査する検査部とを備え、
    前記制御部は、前記２次元イメージセンサで検出して得られた前記フーリエ画像の情報に基づいて、前記選択検出部が検出する前記一部分を選択することを特徴とする検査装置。

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