KR101203027B1 - 결함검사장치, 결함검사방법 및 홀 패턴 검사방법 - Google Patents

결함검사장치, 결함검사방법 및 홀 패턴 검사방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 최상층의 패턴 검사를 높은 S/N비로 실행할 수 있는 결함검사장치를 제공한다.
(해결수단) 조명광 (L1) 에 의해 조명된, 기판인 웨이퍼 (2) 로부터는, 회절광 (L2) 이 발생되어 렌즈 (41), 렌즈 (42) 로 구성된 수광광학계 (4) 에 도입되어 집광되고, 회절광 (L2) 에 의한 웨이퍼 (2) 의 이미지를 본 발명의 촬상수단으로서의 촬상소자 (5) 상에 결상한다. 화상처리장치 (6) 는, 촬상소자 (5) 로 받아들인 화상을 화상처리하여 결함을 검출한다. 편광판 (7) 은, 조명광 (L1) 이 S편광으로 웨이퍼 (2) 를 조명하도록 조정되어 있다. S 편광의 표면반사율이 높은 만큼 하지에 도달하는 광량이 적어진다. 따라서 S 편광으로 조명함으로써, 표층으로부터 반사되는 광량을, 하지에서 반사되는 광량보다 많게 할 수 있어, 표층의 결함을 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.

Description

결함검사장치, 결함검사방법 및 홀 패턴 검사방법 {DEFECT INSPECTION APPARATUS, DEFECT INSPECTION METHOD, AND HOLE PATTERN INSPECTION METHOD}
본 발명은 예를 들어 반도체소자 등의 제조과정에 있어서, 기판 표면의 불균일, 흠집 등의 결함을 검출하는 결함검사장치, 결함검사방법, 또한 콘택트 홀 등의 홀 패턴의 검사방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 액정기판의 제조에 있어서는, 각종 다른 회로 패턴을 형성하고, 이것을 여러 층 적층해 가는 작업을 반복하여 실행하고 있다. 각 회로 패턴을 형성하는 공정의 개요는, 기판 표면에 레지스트를 도포하고, 노광장치에 의해 레티클이나 마스크 상의 회로 패턴을 레지스트 상에 전사하고, 현상에 의해 레지스트에 의한 회로 패턴을 형성한 후, 에칭 등으로 소자의 각 부를 형성한다. 레지스트에 의한 패턴이 형성된 후에, 패턴에 이상이 없는지의 여부가 검사된다.
도 7 은 이와 같은 목적을 위해 사용되고 있는 종래의 검사장치의 개요를 나타내는 도면이다. 스테이지 (3) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 (2) 에 조명광 (L1) 을 조사하고, 반도체 웨이퍼 (2) 상에 형성된 반복 패턴 (도시생략) 으로부터 발생되는 회절광 (L2) 에 의한 기판의 화상을 촬상소자 (5) 로 받아들인다. 그리고 화상처리장치 (6) 에 의해 화상처리를 하고, 정상적인 기판의 화상과 비교하는 등에 의해 기판 표면의 결함을 검출하는 것이다. 반복 패턴의 피치에 따라, 회절광이 반도체 웨이퍼 (2) 로부터 출사되는 방향이 다르므로, 이것에 맞춰 스테이지 (3) 가 적절히 틸트된다.
여기서 검사해야 하는 대상이 되는 것은, 반도체 웨이퍼 (2) 의 최상층 (최표층) 에 형성된 레지스트 패턴인데, 기판을 조명한 광의 일부는 최상층의 레지스트층을 통과하여 하지(下地)에 형성된 패턴을 조명한다. 따라서 기판 전체로부터 발생되는 회절광은 최상층의 레지스트 패턴뿐만 아니라, 하지 패턴의 영향도 받고 있다. 따라서, 하지 패턴의 영향이 큰 경우에는 이것이 노이즈로 되어, 본래 검사해야 하는 최상층의 패턴 정보가 상대적으로 적어지고, S/N비가 나빠진다는 문제점이 있다. 특히, 다른 층의 회로 패턴끼리를 결합하는 콘택트 홀 등의 홀 패턴은 미세하고, 패턴 밀도가 작으므로, 그 신호 강도가 미약하기 때문에 하지의 영향을 받기 쉬워, 종래에는 충분히 결함을 검출할 수 없었다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 최상층의 패턴 검사를, 높은 S/N비로 실행할 수 있는 결함검사장치, 결함검사방법, 또한 홀 패턴의 검사방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 제1 수단은, 피검사체인 기판의 결함을 검사하는 장치로, 상기 기판을 조명하는 조명광학계와, 상기 기판으로부터의 회절광을 수광하는 수광광학계를 갖는 결함검사장치로서, 상기 조명광학계 또는 상기 수광광학계 중 어느 일방에 편광소자를 구비한 것을 특징으로 하는 결함검사장치 (청구항 1) 이다.
기판 표면에 패턴이 형성되어 있지 않은 경우는, 조명광 중의 P 편광과 S 편광을 비교한 경우, S편광이 기판 표면에서의 반사율이 높다. 따라서 가능한 한 S 편광 성분을 많이 포함하는 광을 사용하여 검사하는 것이, 기판 표면에서 반사되는 광의 광량이 기판내로 들어가 하층 계면에서 반사되는 광의 광량보다도 많아지고, 그 많아진 정도 만큼 S/N비를 올릴 수 있다. 기판 패턴에 패턴이 형성되어 있는 경우는, 모양이 달라지는 경우도 있으나, 어느 것으로 해도 기판 표면에서의 반사율이 높아지는 편광상태가 있다.
본 수단에 있어서는, 조명광학계 또는 상기 수광광학계 중 어느 일방에 편광소자를 구비하고 있으므로, 이 편광소자를 조정함으로써, 기판 표면에 입사되는 조명광이나 반사되는 회절광 중에 차지하는 반사율이 높은 편광성분을 많게 할 수 있고, 그 정도 만큼 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제2 수단은, 피검사체인 기판의 결함을 검사하는 장치로, 상기 기판을 조명하는 조명광학계와, 상기 기판으로부터의 회절광을 수광하는 수광광학계를 갖는 결함검사장치로서, 상기 조명광학계에 제1 편광소자를 구비하고, 상기 수광광학계에 제2 편광소자를 구비한 것을 특징으로 하는 결함검사장치 (청구항 2) 이다.
본 수단에서는, 조명광학계에 제1 편광소자를 구비하고, 수광광학계에 제2 편광소자를 구비하므로, 예를 들어 제1 편광소자와 제2 편광소자 사이에, 크로스니콜의 조건이 성립되도록 함으로써, 조명광 중, 기판 표면에서 반사되어 편광상태가 바뀐 회절광만이 수광되도록 할 수 있다. 따라서 백그라운드가 되는 광의 광량을 작게 하고, 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.
또 기판이 2층 이상의 층으로 형성되는 경우, 기판 표면에서 반사되는 광과 기판 중의 계면에서 반사되는 광에 의해 편광상태가 다른 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 2개의 편광판을 조정함으로써, 기판 중의 계면에서 반사되는 광에 대해 크로스니콜의 조건이 성립되도록 하면, 기판 중의 계면에서 반사되는 광이 수광되는 양을 작게 할 수 있어, 표면에서 반사되는 회절광을 양호한 S/N비로 검출할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제3 수단은, 상기 제2 수단에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 편광소자 사이, 또는 상기 기판과 상기 제2 편광소자 사이에 1/4 파장판을 구비한 것을 특징으로 하는 것 (청구항 3) 이다.
본 수단에 있어서는, 기판과 상기 제1 편광소자 사이, 또는 기판과 상기 제2 편광소자 사이에 1/4 파장판을 구비하고 있으므로, 조사광 또는 회절광을 특정 방향을 향한 직선편광으로 변환할 수 있다. 따라서 이 1/4 파장판을 조정함으로써, 조사광 또는 회절광을 직선편광으로 하고, 직선편광으로 된 광에 대해 크로스니콜의 조건이 성립되도록 함으로써, 상기 제2 수단의 효과를 더욱 높일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제4 수단은, 상기 제1 수단 내지 제3 수단 중 어느 하나에 있어서, 상기 수광광학계로 수광된 상기 회절광에 의한 상기 기판의 이미지를 촬상하는 촬상수단과, 상기 촬상수단으로부터의 출력에 기초하여 화상을 처리하여 상기 기판의 결함을 검출하는 화상처리장치를 갖는 것을 특징으로 하는 것 (청구항 4) 이다.
본 수단에 있어서는, 수광광학계로 수광된 상기 회절광에 의한 상기 기판의 이미지를 촬상하는 촬상수단과, 촬상수단으로부터의 출력에 기초하여 화상을 처리하여 기판의 결함을 검출하는 화상처리장치를 가지므로 자동적으로 검사할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제5 수단은, 피검사체인 기판의 표면결함을 검사하는 방법으로, 상기 기판을 직선편광의 조명광으로 조명하고, 상기 기판으로부터의 회절광에 의한 상기 기판의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 기판의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법 (청구항 5) 이다.
본 수단에 있어서는, 기판을 직선편광의 조명광으로 조명하고 있으므로, 기판의 표면반사율이 양호한 직선편광을 선택하여 사용하면, 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제6 수단은, 피검사체인 기판의 표면결함을 검사하는 방법으로, 상기 기판을 조명광으로 조명하고, 상기 기판으로부터의 회절광에 포함되는 임의의 직선편광에 의한 상기 기판의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 기판의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법 (청구항 6) 이다.
본 수단에 있어서는, 기판으로부터의 회절광에 포함되는 임의의 직선편광에 의한 기판의 이미지를 촬상하고 있으므로, 양호한 반사율의 직선편광을 선택하여 사용하면, 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제7 수단은, 상기 제5 수단 또는 제6 수단에 있어서, 상기 직선편광의 조명광 및 상기 회절광의 직선편광이 S 편광인 것을 특징으로 하는 것 (청구항 7) 이다.
S 편광은 표면에서의 반사율이 높으므로, 직선편광의 조명광 및 회절광의 직선편광을 S 편광으로 함으로써, 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제8 수단은, 피검사체인 기판의 표면결함을 검사하는 방법으로, 상기 기판을 직선편광의 조명광으로 조명하고, 상기 기판으로부터의 회절광에 포함되는 임의의 직선편광에 의한 상기 기판의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 기판의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법 (청구항 8) 이다.
본 수단에 있어서는 기판을 직선편광의 조명광으로 조명하고, 기판으로부터의 회절광에 포함되는 임의의 직선편광에 의한 기판의 이미지를 촬상하고 있다. 따라서 예를 들어 조명광 중, 기판표면에서 반사되어 편광상태가 달라진 회절광만을 직선편광으로서 촬상에 사용하도록 할 수 있다. 따라서 백그라운드가 되는 광의 광량을 작게 하여 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.
또 다른 예로서, 기판이 2층 이상의 층으로 형성되는 경우, 기판 표면에서 반사되는 광과 기판 중의 계면에서 반사되는 광에 의해 편광상태가 다른 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 기판 표면에서 반사되는 광을 직선편광으로 변환하고, 이 직선편광만을 촬상에 사용하도록 하면, 표면에서 반사되는 회절광을 양호한 S/N비로 검출할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제9 수단은, 피검사체인 기판의 표면결함을 검사하는 방법으로, 상기 기판을 직선편광의 조명광으로 조명하고, 상기 기판으로부터의 회절광에 포함되는 임의의 직선편광을 제거한 나머지 광을 이용하여 상기 기판의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 기판의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법 (청구항 9) 이다.
본 수단에 있어서는, 기판을 직선편광의 조명광으로 조명하고, 기판으로부터의 회절광에 포함되는 임의의 직선편광을 제거한 나머지 광을 이용하여 이미지를 촬상하고 있다. 따라서 예를 들어 조명광 중, 기판 중의 계면에서 반사되었을 때 편광상태가 변하지 않은 회절광을 직선편광으로 하여 제거하고, 나머지 광을 촬상에 사용하도록 할 수 있다. 따라서 백그라운드가 되는 광의 광량을 작게 하여 양호한 S/N비 상태로 검사할 수 있다. 회절광을 직선편광으로 하여 제거하는 방법의 예로서는, 이 광에 대해 크로스니콜의 조건이 성립되도록 편광판을 배치하는 방법이 있다.
또 다른 예로서, 기판이 2층 이상의 층으로 형성되는 경우, 기판표면에서 반사되는 광과 기판 중의 계면에서 반사되는 광에 의해 편광상태가 다른 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 예를 들어 기판 중의 계면에서 반사되는 광을 직선편광으로 변환하고, 이 직선편광에 대해 크로스니콜의 조건이 성립되도록 하면, 기판 중의 계면에서 반사되는 광이 수광되는 양을 작게 할 수 있어, 표면에서 반사되는 회절광을 양호한 S/N비로 검출할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제10 수단은, 상기 제5 수단 내지 제9 수단 중 어느 하나를 이용하여 기판의 표면에 형성된 홀 패턴의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 홀 패턴의 검사방법 (청구항 10) 이다.
일반적으로 콘택트 홀 등의 홀 패턴은, 크기가 미세하여 종래의 검사방법으로는 확실한 검사가 불가능하였다. 본 수단에 의하면, 백그라운드 노이즈를 저감시킬 수 있으므로, 홀 패턴의 검사를 양호한 S/N비로 실행할 수 있다. 특히 상기 제9 수단을 사용하면, 홀 패턴의 검사를, 그 아래에 존재하는 배선 패턴과 구별하여 검사할 수 있게 되어, 매우 정확하게 검사를 실행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 최상층의 패턴의 검사를, 높은 S/N비로 실행할 수 있는 결함검사장치, 결함검사방법, 또한 홀 패턴의 검사방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태의 제1 예인 결함검사장치의 개요를 나타내는 도면.
도 2 는 기판표면과 하지로부터의 P 편광과 S 편광의 반사 상태를 나타내는 도면.
도 3 은 본 발명의 제2 실시형태인 결함검사장치의 개요를 나타내는 도면.
도 4 는 홀 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 5 는 홀 패턴을, 본 발명에 의한 결함검사장치와, 종래의 결함검사장치에 의해, 각각 촬상한 예를, 모식적으로 나타내는 도면.
도 6 은 본 발명의 제3 실시형태인 결함검사장치의 개요를 나타내는 도면.
도 7 은 종래의 검사장치의 개요를 나타내는 도면.
(도면의 주요 부호에 대한 설명)
1 : 조명광학계 2 : 웨이퍼
3 : 스테이지 4 : 수광광학계
5 : 촬상소자 6 : 화상처리장치
7, 8 : 편광판 9 : 1/4 파장판
21 : 배선 패턴 22 : 콘택트 홀
23 : 레지스트 25 : 절연층
41, 42 : 렌즈 L1 : 조명광
L2 : 회절광
이하 본 발명의 실시형태의 예를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1 은 본 발명의 실시형태의 제1 예인 결함검사장치 개요를 나타내는 도면이다. 램프하우스 (LS) 로부터 사출된 조명광 (L1) 은, 조명광학계 (1) 를 구성하는 렌즈 (11) 에 의해 대략 평행한 광으로 변환되어, 스테이지 (3) 상에 탑재된 웨이퍼 (2) 를 조명한다. 램프 하우스 (LS) 의 내부에는 도시하지 않은 할로겐램프나 메탈할라이드램프 등의 광원과, 파장선택필터가 내장되어 있어, 일부 파장의 광만이 조명광 (L1) 으로서 이용된다.
램프하우스 (LS) 의 사출부 부근에는 편광판 (7) 이 배치되어 있어, 램프하우스 (LS) 로부터 사출된 조명광 (L1) 을 직선편광으로 한다. 편광판 (7) 은 조명광학계 (1) 의 광축을 회전중심으로 하여 회전가능하고, 웨이퍼 (2) 를 조명하는 직선편광의 편광방향을 임의로 변경할 수 있다. 또 도시하지 않은 기구에 의해 삽입 이탈이 가능하다. 스테이지 (3) 에는 도시하지 않은 틸트 기구가 설치되어 있어, 지면(紙面)과 수직인 축 (AX) 을 중심으로 스테이지 (3) 를 틸트한다.
조명광 (L1) 에 의해 조명된, 기판인 웨이퍼 (2) 로부터는 회절광 (L2) 이 발생된다. 반복 패턴의 피치와 조명광 (L1) 의 파장에 의해, 회절광 (L2) 의 회절각은 변화된다. 회절각에 따라 스테이지 (3) 가 적절히 틸트되어, 발생된 회절광 (L2) 은 렌즈 (41), 렌즈 (42) 로 구성된 수광광학계 (4) 에 도입되어 집광되고, 회절광 (L2) 에 의한 웨이퍼 (2) 의 이미지를 본 발명의 촬상수단으로서의 촬상소자 (5) 상에 결상한다. 스테이지 (3) 를 틸트시키는 대신에, 램프하우스 (LS) 부터 조명광학계 (1) 까지의 전체, 혹은 수광광학계 (4) 부터 촬상소자 (5) 까지의 전체를, 축 (AX) 을 중심으로 회전시켜도 되고, 이들을 조합하여 각각을 적절하게 틸트시켜도 된다.
화상처리장치 (6) 는 촬상소자 (5) 로 받아들인 화상을 화상처리한다. 노광장치의 디포커스나 형성된 패턴의 막두께 편차 등의 이상이 있으면, 정상부분과 결함부분의 회절효율의 차이로부터, 얻어진 화상에 밝기의 차가 발생된다. 이것을 화상처리에서 결함으로서 검출한다. 또 정상 패턴의 이미지를 화상처리장치 (6) 에 기억해 두고, 이것과 측정된 패턴의 차분을 취함으로써, 이상을 검출하도록 해도 된다.
회절광 (L2) 은 웨이퍼 (2) 표면의 레지스트 패턴 (상층 패턴) 에 의해 회절된 것과, 표면의 레지스트 패턴을 통해 하지 패턴 (하층 패턴) 에 도달하고, 그곳에서 회절된 것의 합성이 된다.
여기에서 편광판 (7) 은, 조명광 (L1) 이 S편광으로 웨이퍼 (2) 를 조명하도록 광축 둘레로 회전 조정되어 있다. 여기에서의 S 편광이란, 진동면이 지면에 수직인 직선편광이다. 일반적으로 공기로부터 박막에 광이 도달했을 때의 박막표면에서의 광의 반사율은, 박막의 굴절율과 입사각도에 의존하여 P 편광과 S 편광으로 다르다. 0°〈입사각〈90°의 범위에서는 S 편광이 표면반사율이 높다.
복수의 패턴 층이 존재하는 웨이퍼를 생각한 경우, S편광이 표면반사율이 높은 만큼, 하지에 도달하는 광량이 적어진다. 따라서 회절광의 광량도 그 영향을 받아, 상층의 레지스트 패턴에서 회절된 광량과, 하지 패턴에서 회절된 광량을 비교한 경우, S 편광이 상층의 레지스트 패턴에서 회절되는 광량이 많아진다.
이 태양을 도 2 를 사용하여 설명한다. 도 2 는 비편광, S 편광, P 편광이, 각각 표층과 하지로 이루어지는 면에 입사되어 반사되는 모습을 나타내고 있다. 비편광의 경우에 표층에서 반사되는 광량을 a, 표층과 하지의 계면에서 반사되는 광량을 b, S 편광의 경우에 표층에서 반사되는 광량을 aS, 표층과 하지의 계면에서 반사되는 광량을 bS, P 편광의 경우에 표층에서 반사되는 광량을 aP, 표층과하지의 계면에서 반사되는 광량을 bp 로 하면,
aP〈a〈aS
bP〈b〈bS
로 된다. 따라서 S 편광을 사용함으로써, 표층표면에서 반사되는 광량을 상대적으로 크게 할 수 있어, 하지의 영향을 받지 않고 표면을 검사할 수 있다.
또한 편광판 (7) 은 조명광학계가 아니라 수광광학계에 삽입하여, 수광하는 회절광으로부터 S 편광의 성분을 취출해도, 조명광학계에 편광판을 삽입했을 때와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 3 은 본 발명의 제2 실시형태인 결함검사장치의 개요를 나타내는 도면이다. 이하의 도면에서 앞에서 나온 도면에 나타나는 구성개요와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙혀 그 설명을 생략한다. 제2 실시형태는 도 1 에 나타내는 제1 실시형태의 수광광학계 (4) 내에 편광판 (8) 을 추가한 것이다. 편광판 (8) 은 수광광학계 (4) 의 광축을 중심으로 하여 회전가능하고, 웨이퍼 (2) 로부터의 회절광 (L2) 중, 임의의 편광방향의 직선편광을 취출할 수 있다. 또 도시하지 않은 기구에 의해 삽입 이탈이 가능하다.
발명자들이 확인한 사실에 의하면, 이 제2 실시형태인 결함검사장치에 있어서, 조명광 (L1) 을 직선편광 (상기 서술한 바와 같이 기판표면에서의 반사율이 높은 편광상태로 하는 것이 바람직함) 으로 하여 웨이퍼 (2) 를 조명하고, 웨이퍼 (2) 로부터의 회절광 (L2) 중, 조명광 (L1) 과 직교하는 방향으로 진동하는 직선편광을 취출하도록, 각각의 편광판 (7, 8) 을 조정한 상태, 소위 크로스니콜 상태에서 검사하는 것이 홀 패턴의 검사에 특히 유효하다.
통상 크로스니콜 상태에서는 화상은 암시야로 되지만, 홀 패턴이 형성된 영역을 화상으로서 촬상할 수 있었다. 이것은 다음과 같이 설명할 수 있다. 직선편광을 입사하면 시료 표면에서 반사회절할 때에 편광상태가 변화되어 타원편광으로 된다 (입사직선편광의 진동방향과 직교하는 방향으로 진동하는 성분이 나타남). 따라서 크로스니콜 상태로 함으로써 편광상태가 시료 입사전후에서 변화된 성분만을 취출할 수 있다.
여기에서 상층의 홀 패턴에서 회절할 때에 발생되는 편광상태의 변화량은 하지 패턴에서 회절할 때에 발생되는 변화량에 비하여 훨씬 크다. 따라서 상층 패턴에서 회절하는 광량보다 하지 패턴에서 회절하는 광량이 많은 경우에도, 편광상태의 변화에 주목하여 상층 패턴의 정보를 효율적으로 검출할 수 있다.
홀 패턴의 예를 도 4 에 나타낸다. 도 4(a) 는 배선패턴 (21) 을 하층으로 하여 그 위에 형성된 콘택트 홀 (22) 의 모습을 나타내는 도면이고, 도 4(b) 는 절연층 (25) 을 하층으로 하고 그 위에 형성된 콘택트 홀 (22) 의 모습을 나타낸 도면이다. 양방 모두 상층이 평면도, 하측이 A-A 단면도이다. 단, 알기 쉽게 하기 위해 도 4(a) 에서의 평면도에서는 레지스트 (23) 를 투명한 것으로 표시하고 있다.
도 4(a) 에 있어서, 기판 (24) 상에 배선 패턴 (21) 이 형성되고, 그 위에 콘택트 홀 (22) 이 소정의 홀 패턴으로 형성되어 있다. 배선 패턴 (21) 이 형성되어 있지 않은 부분은 레지스트 (23) 로 덮이고, 배선 패턴 상도 콘택트 홀 (22) 이 형성되어 있지 않은 부분은 레지스트 (23) 로 덮여 있다.
도 4(b) 에 있어서, 기판 (24) 상에 배선 패턴 (21) 이 형성되고, 배선 패턴 (21) 이 형성되어 있지 않은 부분, 및 배선 패턴 (21) 의 상부는 절연층 (25) 으로 덮여 있다. 그리고 절연층 (25) 을 관통하여, 소정 패턴으로 콘택트 홀 (22) 이 형성되어 있다.
결함이 없는 반복 패턴 상에, 베스트 포커스, 베스트 노광량에서의 촬상조건을 중심으로 하여, 포커스량, 노광량을 변화시키면서 노광하여 홀 패턴을 웨이퍼 상에 형성하였다. 즉, 베스트 포커스, 베스트 노광량에서의 노광상태에서는 완전한 홀 패턴이 형성되어 있으나, 이 포커스 상태, 노광량에서 멀어짐에 따라 홀 패턴에 결함이 발생한다.
이와 같이 하여 제작한 웨이퍼 상의 각종 홀 패턴을 도 7 에 나타내는 종래의 검사장치를 사용하여 촬상하였다.
도 5(b) 에 촬상한 화상의 모식도를 나타낸다. 여기에서는 1장의 웨이퍼 상에, 노광조건이 다른 9개의 홀 패턴이 형성되어 있고, 그 각각의 촬상의 밝기를 나타내고 있다. 도면에서는 중심의 홀 패턴이 베스트 포커스, 베스트 노광량으로 노광한 것으로, 우측의 패턴은 포커스가 광축방향 플러스로 어긋난 것, 좌측의 패턴은 포커스가 광축방향 마이너스로 어긋난 것을 나타낸다. 또 하측의 패턴은 노광량이 플러스측으로 어긋난 것, 상측의 패턴은 노광량이 마이너스측으로 어긋난 것을 나타내고 있다.
도면에 나타낸 바와 같이 이 상태에서는 하지의 반복 패턴으로부터의 회절광의 영향으로, 홀 패턴의 변화가 쇼트영역마다의 밝기의 차이로서 나타나지 않았다. 따라서, 어느 홀 패턴의 밝기도 동일하게 촬상되어 있다.
동일한 웨이퍼를 도 3 에 나타낸 바와 같은 검사장치를 사용하여 홀 패턴의하지로부터의 회절광에 대해 크로스니콜 조건이 성립되는 상태에서 측정하였다. 도 5(a) 는 촬상한 화상의 모식도이다. 하지의 반복 패턴으로부터의 회절광이 제거되어 있어, 노광장치의 포커스량이나 노광량의 변화가, 도면과 같이 각 홀 패턴 영역마다의 밝기의 차이로서 나타났다.
포커스량이나 노광량의 변화에 따라 홀 직경은 변화되지만, 이것이 회절 효율의 차이로 되어 화상 밝기의 차로 된 것이다. 밝기의 차이는 화상처리로 충분히 인식할 수 있는 것으로, 노광장치의 디포커스나 노광량의 문제점에 의한 홀 패턴의 불량을 판별할 수 있게 된다.
도 6 은 본 발명의 제3 실시형태인 결함검사장치의 개요를 나타내는 도면이다. 이 실시형태는, 제2 실시형태의 수광광학계 (4) 에서의 편광판 (8) 과 웨이퍼 (3) 사이에, 1/4 파장판 (9) 을 배치한 것만이 제2 실시형태와 다르다. 1/4 파장판 (9) 은 수광광학계 (4) 의 광축을 회전중심으로 하여 회전가능하다. 또 도시하지 않은 기구에 의해 삽입 이탈이 가능하다. 1/4 파장판은, 널리 알려진 바와 같이, 회전방향에 따라, 입사된 광의 편광상태를 직선편광이나 타원편광, 원편광으로 변환하는 기능을 갖는다.
상기 서술한 바와 같이 회절광 (L2) 은 상층의 패턴에서 회절된 회절광과 하지 패턴에서 회절된 회절광의 합성으로, 편광상태는 각각 다르다. 따라서 1/4 파장판 (9) 을, 하지로부터의 회절광이 직선편광이 되도록 회전조정하고, 그리고 편광판 (8) 을, 변환된 직선편광의 진동방향과 직교하는 방향으로 진동하는 광을 취출하도록, 즉, 크로스니콜 상태로 되도록 회전조정한다. 이에 의해 하지로부터의 회절광이 제거된다. 여기에서 상층으로부터의 회절광은 1/4 파장판 (9) 을 통과한 후에는 편광상태가 변화되지만 직선편광이 아니므로, 편광판 (8) 을 통과할 수 있다. 이렇게 하여 회절광 (L2) 이 편광판 (8) 을 통과한 후에는, 하지로부터의 회절광이 제거되고, 상층으로부터의 회절광만으로 되어 있으므로, 하지의 영향을 받지 않고, 양호한 S/N비 상태에서 검사할 수 있다.
또한 1/4 파장판은 수광광학계 (4) 가 아니라, 조명광학계 (1) 의 편광판 (7) 과 웨이퍼 (2) 사이에 삽입되어 적절히 회전함으로써, 웨이퍼 (2) 로 회절된 회절광 중, 하지로부터의 회절광을 직선편광으로 할 수도 있다. 따라서 수광광학계에 1/4 판을 삽입했을 때와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 반복 패턴이 복수층 형성된 기판의 최상층에 형성된 반복 패턴에 평행한 조명광을 조사하는 조명광학계와,
    회절광의 회절각에 따라 상기 기판으로부터의 평행한 회절광을 수광하는 수광광학계와,
    상기 회절광에 의한 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하는 촬상 수단과,
    상기 촬상 수단으로부터의 출력에 기초하여 화상을 처리하여 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 결함을 검출하는 화상 처리 장치를 갖는 결함검사장치로서,
    상기 조명광학계 및 상기 수광광학계 중 어느 일방에 편광소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상 수단은, 소정의 방향에 편광된 회절광에 의한 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광소자에 의해 소정 방향의 편광이 된 회절광에 의해 상기 촬상된 이미지가 만들어지는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에 대하여 S 편광으로 조사하거나, 또는 상기 회절광 중에서 S 편광성분을 취출하도록, 상기 편광소자를 배치하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
  5. 반복 패턴이 복수층 형성된 기판의 최상층에 형성된 반복 패턴에 평행한 조명광을 조사하는 조명광학계와,
    회절광의 회절각에 따라 상기 기판으로부터의 평행한 회절광을 수광하는 수광광학계와,
    상기 회절광에 의한 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하는 촬상 수단과,
    상기 촬상 수단으로부터의 출력에 기초하여 화상을 처리하여 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 결함을 검출하는 화상 처리 장치를 갖는 결함검사장치로서,
    상기 조명광학계에 제1 편광소자를 구비하고, 상기 수광광학계에 상기 제1 편광소자에 대하여 크로스니콜 조건이 성립하도록 제2 편광소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
  6. 반복 패턴이 복수층 형성된 기판의 최상층에 형성된 반복 패턴에 평행한 조명광을 조사하는 조명광학계와,
    회절광의 회절각에 따라 상기 기판으로부터의 평행한 회절광을 수광하는 수광광학계와,
    상기 회절광에 의한 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하는 촬상 수단과,
    상기 촬상 수단으로부터의 출력에 기초하여 화상을 처리하여 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 결함을 검출하는 화상 처리 장치를 갖는 결함검사장치로서,
    하지(下地)로부터의 회절광을 직선 편광으로 하여, 상기 직선 편광의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 광을 취출함으로써, 하지로부터의 회절광을 제거하고, 상기 최상층으로부터의 회절광만을 검출할 수 있도록, 상기 조명광학계에 회전가능한 제1 편광소자를 구비하고, 상기 수광광학계에 회전가능한 제2 편광소자를 구비하고, 상기 기판과 상기 제1 편광소자 사이, 또는 상기 기판과 상기 제2 편광소자 사이에 회전가능한 1/4 파장판을 구비하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
  7. 반복 패턴이 복수층 형성된 기판의 최상층에 형성된 반복 패턴에 직선편광성분으로 이루어지는 평행한 조명광을 조사하고, 회절광의 회절각에 따라, 상기 기판으로부터의 평행한 회절광을 수광하고, 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    회절광의 회절각에 따라, 상기 기판으로부터의 소정의 방향에 편광된 평행한 회절광에 의한 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법.
  9. 반복 패턴이 복수층 형성된 기판의 최상층에 형성된 반복 패턴에 비편광의 평행한 조명광을 조사하고, 회절광의 회절각에 따라, 상기 기판으로부터의 평행한 회절광의 소정의 방향의 직선편광 성분을 취출하여, 상기 직선편광 성분에 의한 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법.
  10. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 직선편광의 조명광 및 상기 직선편광 성분이 S 편광인 것을 특징으로 하는 결함검사방법.
  11. 반복 패턴이 복수층 형성된 기판의 최상층에 형성된 반복 패턴에 직선편광의 평행한 조명광을 조사하고, 회절광의 회절각에 따라, 상기 기판으로부터의 평행한 회절광을 수광하고, 크로스 니콜 조건하에서 상기 기판으로부터의 회절광의 상기 직선편광과 직교하는 직선편광 성분을 취출하여, 상기 직선편광 성분에 의한 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법.
  12. 반복 패턴이 복수층 형성된 기판의 최상층에 형성된 반복 패턴에 소정의 편광의 평행한 조명광을 조사하고, 회절광의 회절각에 따라, 상기 기판으로부터의 평행한 회절광을 수광하고, 상기 기판으로부터의 회절광 중에서, 상기 최상층 이외로부터의 회절광을 직선편광으로 변환하고, 상기 직선편광을 제거하여 나머지 편광성분에 의한 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 이미지를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 상기 최상층에 형성된 반복 패턴의 결함을 검출하여, 상기 최상층으로부터의 회절광을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법.
  13. 제 7 항, 제 9 항, 제 11 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 결함검사방법을 이용하여, 기판의 표면에 형성된 홀 패턴의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 홀 패턴의 검사방법.
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