KR101445463B1

KR101445463B1 - 결함 검사 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101445463B1
Application number: KR1020127017744A
Authority: KR
Inventors: 유끼히로 시바따; 도시후미 혼다; 다께또 우에노; 아쯔시 다니구찌
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2014-09-26
Also published as: JP5571969B2; US9255793B2; US20120296576A1; JP2011163965A; WO2011099537A1; KR20120092181A

Abstract

에칭 완료 후의 홈 바닥(floor) 쇼트 결함이나 스크래치를 검출하기 위한 고 앙각 조명에 의한 암시야 결함 검출 방법에 있어서, 렌즈 반사광 등의 미광이 상면에 도달하는 것에 의한 검사 감도를 저해하는 것을 방지하기 위해서, 결함 검사 장치를, 본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상의 다른 영역에 다른 광학 조건에서 동시에 조명광을 조사하는 조사 수단과, 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광을 다른 영역마다 검출하는 검출 수단과, 검출한 반사광의 검출 신호를 처리해서 다른 영역마다 다른 광학 조건 하에서의 결함 후보를 추출하는 결함 후보 추출 수단과, 다른 광학 조건 하에서의 추출한 결함 후보를 통합해서 결함을 추출하는 결함 추출 수단과, 추출한 결함의 특징량을 구하고 그 구한 특징량에 기초하여 상기 결함을 분류하는 결함 분류 수단을 구비해서 구성했다.

Description

결함 검사 방법 및 그 장치{DEFECT INSPECTION METHOD AND DEVICE THEREOF}

본 발명은 반도체 제조 공정이나 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정으로 대표되는 박막 프로세스를 거쳐 시료 상에 형성된 미세 패턴의 결함이나 이물질 등의 결함 검사 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 반도체 검사 장치로서, 일본 특허 출원 공표 제2005-517906호 공보에 기재된 구성이 있다. 이 검사 장치는, 웨이퍼 표면을 사방(斜方)으로부터 레이저 광 조명해서 웨이퍼상에서의 산란광을 검출하는 암시야 검출 광학계를 탑재하고 있다. 이 광학계는 대물 렌즈의 외측으로부터 레이저 광을 조명하는 오프 액시스 조명이 채용되고 있다. 이와 같이 오프 액시스 조명을 행할 경우, 웨이퍼의 법선에 대하여 평행한 광축을 갖는 수직 검출계를 갖고 있으면, 수직 검출계를 배치하는 기계적인 제약에 의해, 조명 앙각을 낮게 하지 않으면 안된다.

한편, 일본 특허 출원 공개 제2000-2664호 공보에서는 웨이퍼에 대하여 수직인 광축을 갖는 대물 렌즈를 통해서 조명하는 TTL(Through The Lens) 조명이 개시되어 있다. 이 TTL 조명에서는, 웨이퍼에 대하여 대략 수직으로 조명하는 것이 가능하다.

일본 특허 출원 공표 제2005-517906호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-2664호 공보

반도체 웨이퍼 상에는 여러가지 패턴이 형성되어 있고, 결함의 종류도 발생 원인에 따라서 다양하다. DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등으로 대표되는 패턴은 주기적인 패턴이 배선되어 있고, 반도체 디바이스의 수율에 영향이 큰 중요 결함으로서 패턴의 쇼트나 스크래치가 있다. 특히, 에칭 완료 후의 패턴의 바닥(홈 바닥)에 발생한 쇼트 결함은 조명 앙각이 낮을 경우나 배선 피치가 좁을 경우 등 홈 바닥에 조명광이 도달하지 않아, 홈 바닥 쇼트 결함으로부터의 산란광이 적어진다. 이로 인해, 결함을 놓칠 가능성이 높다.

또한, 스크래치와 같이 오목해진 결함은 조명 앙각이 낮은 경우에 대하여, 높게 함으로써 산란 단면적이 커진다. 이로 인해, 고 앙각 조명쪽이 스크래치로부터의 산란광량을 크게 할 수 있다. 이로 인해, 에칭 완료 후의 홈 바닥 쇼트 결함이나 스크래치의 검출에는 고 앙각 조명이 유리하다.

그러나, 선행 기술 문헌 1에 기재된 오프 액시스 조명에서는, 조명 앙각을 낮게 하지 않을 수 없는 제약이 있기 때문에, 이들의 결함의 검출에 유리한 고 앙각 조명을 실시할 수 없는 과제가 있다.

또한, 선행 기술 문헌 2에 기재된 TTL 조명에서는 고 앙각 조명이 실현 가능하지만, 공간 필터를 사용한 정반사광의 차광에 의한 암시야 검출에서는, 렌즈 반사광 등의 미광이 상면에 도달하여, 검사 감도를 저해한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하고, 에칭 완료 후의 홈 바닥 쇼트 결함이나 스크래치의 검출에 있어서, 렌즈 반사광 등의 미광이 상면에 도달하는 것에 의한 검사 감도를 저해하는 것을 방지한 고 앙각 조명에 의한 암시야 결함 검출 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상의 다른 영역에 다른 광학 조건에서 동시에 조명광을 조사하고, 다른 광학 조건에서 동시에 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광을 다른 영역마다 검출하고, 다른 영역마다 검출된 반사광의 검출 신호를 처리해서 다른 영역마다 다른 광학 조건 하에서의 결함 후보를 추출하고, 다른 영역마다 다른 광학 조건 하에서 추출된 결함 후보를 통합해서 결함을 추출하고, 추출된 결함의 특징량을 구하고 그 구한 특징량에 기초하여 결함을 분류하는 결함 검사 방법 및 그 장치로 했다.

또한, 상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상에 대물 렌즈를 통해서 제1 조명광을 조사하고, 제1 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 포함하지 않는 반사광을 대물 렌즈를 통해서 검출해서 제1 검출 신호를 얻고, 시료 상을 대물 렌즈의 외측으로부터 제2 조명광을 조사하고, 제2 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 포함하지 않는 반사광을 대물 렌즈를 통해서 검출해서 제2 검출 신호를 얻고, 제1 검출 신호와 제2 검출 신호를 처리해서 시료 상의 결함을 검출하는 결함 검사 방법 및 그 장치로 했다.

또한, 상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상에 조명광을 조사하여, 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광을 다른 검출 조건에서 동시에 검출하고, 반사광을 다른 검출 조건에서 동시에 검출해서 얻은 검출 신호를 다른 검출 조건마다 처리해서 다른 검출 조건마다 결함 후보를 추출하고, 다른 검출 조건마다 추출한 결함 후보를 통합해서 시료 상의 결함을 추출하고, 추출한 결함의 특징량을 구하고 그 구한 특징량에 기초하여 결함을 분류하는 결함 검사 방법 및 그 장치로 했다.

본 발명에 따르면, 고 앙각 조명에 의해 웨이퍼 상에 존재하는 홈 바닥 결함이나 스크래치 등의 다종 다양한 결함으로부터의 산란광을 효율적으로 검출함으로써, 결함을 현재화한 고감도화에 유리한 화상을 얻을 수 있다.

도 1은 오프 액시스 조명에 의한 광학계의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 실시예 1에 있어서의 화상 처리부의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 실시예 2에 있어서의 TTL 조명에 의한 광학계의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 실시예 2에 있어서의 TTL 조명에 의한 수직 조명 광학계의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 실시예 2에 있어서의 화상 처리부의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은 실시예 3에 있어서의 TTL 조명에 의한 사방 조명 광학계에서 정반사광이 대물 렌즈에 입사하지 않도록 한 구성의 개략을 도시하는 블록도이다.
도 7은 실시예 3에 있어서의 TTL 조명에 의한 사방 조명 광학계에서 정반사광이 대물 렌즈에 입사하는 경우의 구성의 개략을 도시하는 블록도이다.
도 8은 실시예 3에 있어서의 TTL 조명에 의한 사방 조명 광학계에서 체크 무늬의 패턴을 조사해서 반사광을 검출하는 경우의 구성의 개략을 도시하는 블록도이다.
도 9는 실시예 4에 있어서의 오프 액시스 조명과 TTL 조명의 동시 조명의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 10은 실시예 5에 있어서의 TTL 조명에 의한 수직 조명 광학계에서 검출 조건이 다른 복수의 화상을 검출하는 구성의 개략을 도시하는 블록도이다.
도 11은 실시예 5에 있어서의 편광 필터의 평면도이다.
도 12는 실시예 5에 있어서의 화상 처리부의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 13은 실시예 5에 있어서의 4종류의 편광 투과축의 방향을 도시하는 편광의 방위도이다.
도 14는 종축에 방위각, 횡축에 타원율로 한 결함의 산포도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태를 도면을 사용해서 설명한다.

실시예 1

본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 결함 검사 장치의 구성을 도 1에 도시한다. 웨이퍼(1)는 스테이지(3) 상에 탑재되어 있고, 웨이퍼(1) 상에 형성된 패턴과 스테이지 주사 방향의 평행화(웨이퍼(1)의 θ얼라인먼트)를 행하고, 웨이퍼 기준 위치와 스테이지(3)의 XY 좌표계와의 좌표 맞춤을 행한다. 스테이지(3)는 XY 평면내와, 여기에 수직한 Z 방향으로 개별로 이동 가능하고, 또한 Z 방향의 축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다. 조명 광학계(4)는 웨이퍼(1)에 대하여 사방으로 배치되어 있고, 웨이퍼(1) 상을 선 형상의 조명광(29, 30)으로 각각 선 형상(線狀) 조명한다.

조명 광학계(4)에 사용되고 있는 광원(5)은 레이저 또는 램프이다. 레이저를 광원(5)으로서 사용할 경우, 발진 파장은 YAG 제2 고조파의 532㎚ 레이저나, 제3 고조파의 355㎚ 또는 제4 고조파의 266㎚ 레이저, 199nm 및 193㎚ 레이저 등의 DUV(Deep Ultraviolet) 광이 후보이다. 또한, 복수 파장을 발진하는 복수 파장 레이저도 후보이다. 램프를 광원(5)으로서 사용하는 경우에는, d선(588nm), e선(546nm), g(436nm), h(405nm), i선(365nm)을 발광하는 수은 램프나 수은 크세논 램프가 후보이다. 도 1에서는 광원(5)으로서 레이저를 이용한 실시예를 설명한다.

레이저 광원(5)을 발진한 레이저 광은 전기적으로 편광을 소정의 방향으로 제어하는 것이 가능한 전기 광학 소자(7)(LiNb03이나 PLZT[(Pb, La)(Zr, Ti)03의 약어] 등)에 입사한다. 전기 광학 소자 대신에 가닛막 등으로 이루어지는 자기 광학 소자를 사용해도 된다. 이 편광 방향을 제어함으로써 PBS(Polarizing Beam Splitter)(8)를 투과하는 광은 소정의 광량으로 감광되어, 비임 스플리터(9)에 입사해서 일부가 반사하고, 나머지는 투과한다.

비임 스플리터(9)에서 반사된 광은, 비임 익스팬더(11)에 의해 비임 직경이 확대된 후, 실린드리컬 렌즈(23)에서 확대된 비임의 일 방향이 수렴되고, 여기에 직각인 방향이 평행한 광속으로서 선 형상으로 정형된다. 이 선 형상으로 정형된 조명광(25)은 미러(24)에서 반사하고, 대물 렌즈(31)를 웨이퍼(1)의 법선 방향에 대하여 경사지게 설치함으로써 빈 웨이퍼(1)의 상방의 공간을 이용해서 웨이퍼(1)의 선 형상 영역(29)을 웨이퍼(1)에의 입사 각도가 45° 내지 90°의 범위에서 고 앙각 조명을 한다.

한편, 비임 스플리터(9)를 투과한 광은 비임 익스팬더(10)에 입사되어 비임 직경이 확대된다. 이 비임 직경이 확대된 광은 미러(12) 및 미러(13)에 의해 광로를 웨이퍼(1)측으로 향하여지고, 각각 회전 가능한 1/2 파장판(15)과 1/4 파장판(17)에서 소정의 편광 상태로 설정된다. 예를 들어 웨이퍼(1)에 대하여, S편광, P편광이나 그 중간적인 각도로 진동하는 직선 편광, 또는 우회전 또는 좌회전의 타원 편광이 있다. 1/2 파장판(15)과 1/4 파장판(17)을 투과한 조명광(22)은 실린드리컬 렌즈(20)에서 선 형상으로 정형되어, 웨이퍼(1) 상의 선 형상 영역(30)(X 방향으로 가늘고 Y 방향으로 긴 세선 조명)을 웨이퍼(1)에의 입사 각도가 2° 내지 45°의 범위에서 저 앙각 조명을 한다.

조명광(22)에 의해 웨이퍼(1)의 선 형상 영역(30)이 저각도 조명되고, 이 조명된 선 형상 영역(30)으로부터 산란된 광 중, 웨이퍼(1)의 법선에 대하여 경사진 대물 렌즈(31)의 NA(Numerical Aperture) 내로 전파된 광은 검출 광학계(50)에 입사해서 결상 렌즈(45)를 통해서 이미지 센서(90b)의 검출면(도시하지 않음) 상에 결상한다.

한편, 조명광(25)에 의해 웨이퍼(1)의 선 형상 영역(29)이 고 앙각 조명되고, 대물 렌즈(31)의 경사가 웨이퍼(1)에 근접하는 측이 되는 웨이퍼(1)의 선 형상 영역(29)에서 산란된 광은 대물 렌즈(31)의 NA보다 저 앙각이 되는 성분을 미러(32)에서 대물 렌즈(31)의 NA 내로 반사시킨다. 이 선 형상 영역(29)으로부터 미러(32)를 통해서 대물 렌즈(31)까지의 거리를 WD(Working Distance)와 일치시킴으로써, 웨이퍼(1)의 선 형상 영역(29)으로부터 산란된 광 중 미러(32)에서 반사되어서 대물 렌즈(31)에 입사된 광은 결상 렌즈(45)를 통해서 이미지 센서(90a)의 검출면(도시하지 않음) 상에 결상한다.

이 구성에 의해, 웨이퍼(1) 상에 있어서 공간적으로 이격된 위치(조명광(25)이 조사된 웨이퍼(1) 상의 선 형상 영역(29) 및 조명광(22)이 조사된 웨이퍼(1) 상의 선 형상 영역(30))의 조명 앙각이 다른(고 앙각 조명과 저 앙각 조명) 2 종류의 암시야상을 동시에 검출하는 것이 가능해진다. 이미지 센서(90a)에서 검출하는 저 앙각 조명의 산란광에 의한 화상과, 이미지 센서(90b)에서 검출하는 고 앙각 조명의 산란광에 의한 화상은 화상 처리부(100)에 입력되고, 설계상 동일 패턴의 화상(예를 들어, 인접 다이의 화상)과 비교 처리되어서 결함이 검출된다.

또한, 이미지 센서(90a)와 이미지 센서(90b)에서 검출된 웨이퍼(1) 상의 동일 좌표의 화상을 위치 정렬하고, 검출 앙각의 차이에 의한 화상의 특징을 이용한 결함 판정이나 결함 분류를 행하는 것도 가능해진다. 이미지 센서(90a)와 이미지 센서(90b)는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서가 있고, 이들 센서에 의한 TDI(Time Delay Integration) 동작 타입도 이용할 수 있다.

2개의 이미지 센서(90a, 90b)로 검출된 화상을 처리해서 결함을 판정하는 화상 처리부(100)에서 실시하는 처리의 흐름을 도 2에 도시한다.

이미지 센서(90a)에서 검출된 화상은 계조 변환부(101a)에서 예를 들어 γ 보정과 같은 밝기의 변환을 행한다. 변환 후의 화상(A)의 한쪽은 위치 정렬부(105a)에 보내지고, 다른 쪽은 메모리(103a)에 보내진다. 위치 정렬부(105a)에서는, 이미 이미지 센서(90a)에서 검출되어서 메모리부(103a)에 저장되어 있는 설계상 동일 패턴(예를 들어, 인접 다이)의 화상(A')을 메모리부(103a)로부터 받고, 화상(A)과 화상(A')의 위치 정렬을 한다.

비교부(107a)에서는 위치 정렬된 2화상(A 및 A')과의 차화상(B)을 임계값(미리 설정된 값, 또는 검출된 화상으로부터 구한 값)과 비교 처리를 행하고, 비교의 결과로서 차화상(B)의 특징량을 산출한다. 이 차화상(B)의 특징량(예를 들어, 농담차의 최대값이나 면적 등)을 사용해서 결함 판정부(115)에서 결함을 판정한다.

이 일련의 처리를 이미지 센서(90b)에서 검출한 화상에 대해서도 마찬가지로 행한다. 즉, 이미지 센서(90b)에서 검출된 화상은 계조 변환부(101b)에서 예를 들어 γ 보정과 같은 밝기의 변환을 행한다. 변환 후의 화상(C)의 한쪽은 위치 정렬부(105b)에 보내지고, 다른 쪽은 메모리(103b)에 보내진다. 위치 정렬부(105b)에서는, 이미 이미지 센서(90b)에서 검출되어서 메모리부(103b)에 저장되어 있는 설계상 동일 형상의 패턴(예를 들어, 인접 다이)의 화상(C')을 메모리부(103b)로부터 받아, 화상(C)과 화상(C')과의 위치 정렬을 한다.

비교부(107b)에서는 위치 정렬된 2화상(C 및 C')과의 차화상(D)을 임계값(미리 설정된 값, 또는 검출한 화상으로부터 구한 값)과 비교 처리를 행하고, 비교의 결과로서 차화상(D)의 특징량을 산출한다. 이 차화상(D)의 특징량(예를 들어, 농담차의 최대값이나 면적 등)을 사용해서 결함 판정부(115)에서 결함을 판정한다.

또한, 각각의 화상에서 비교한 결과는 위치 정렬부(111)에 전달되고, 조명 앙각이 다른 2개의 차화상(B)과 차화상(D)과의 위치 정렬을 행하고, 이들 다른 광학 조건에서의 차화상의 특징량을 차화상 비교부(112)에서 비교하고, 이 특징량을 결함 판정부(115)에 보내서 결함을 판정한다. 이상, 결함 판정부(115)에서는 3종류의 특징량을 사용해서 판정을 행하지만, 어느 하나의 판정 결과에서 결함이라고 판정된 경우에는, 남은 2종류의 특징량의 정보도 함께 분류부(117)로 보내진다. 이 분류부(117)에서, 결함의 종류(예를 들어, 이물질이나 에칭 잔재, 스크래치 등)나, 의사 결함(디바이스에 있어서 치명성이 없는 산화막의 밝기 불균일이나 패턴의 거칠기 및 그레인 등)을 분류하고, 결함의 좌표나 분류 결과 및 특징량 등은 조작부(110)로 보내지고, 검사 장치 사용자가 웨이퍼상의 결함 맵 등의 결함 정보를 표시·결함 정보 데이터를 출력하는 것이 가능하게 된다.

검출된 결함의 좌표나 크기, 밝기, 및 검출 앙각의 차이에 의한 특징 등의 결함 정보는 조작부(110)에 보내지고, 검사 장치 사용자가 웨이퍼상의 결함 맵 등의 결함 정보를 표시·결함 정보 데이터를 출력하는 것이 가능하게 된다.

또한, 조작부(110)는 검사 장치의 동작 지시를 행하는 기능도 구비하고 있고, 기구 제어부(120)에 동작의 지시를 행하고, 기구 제어부(120)로부터 스테이지(3)나 광학 부품의 동작을 컨트롤한다. 검출 광학계에 형성되는 웨이퍼(1)의 푸리에 변환면에 공간 변조기(도시하지 않음)를 배치해도 된다. 공간 변조기로서는, 금속성의 차광 막대의 배치나 복굴절 소자(LiNb03이나 PLZT[(Pb, La)(Zr, Ti)03의 약어] 등)의 전기 광학 효과를 이용한 마이크로 셔터 어레이나 액정 필터 및 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)를 사용한 1차원 및 2차원 어레이 형상의 필터가 실시형태로 되어 있다.

이들의 디바이스에서는, 전기 제어에 의해 고속으로 광의 투과/차광을 스위칭할 수 있기 때문에, 웨이퍼(1) 상의 패턴(2)의 피치나 형상에 따라서 검사중에 적절한 필터링 패턴으로 변경하는 것이 가능해진다. 또한, 웨이퍼(1)의 표층을 대물 렌즈(31)의 초점 위치와 일치시키기 위해서는 웨이퍼 높이를 검출하고, 스테이지(3)의 Z 방향의 위치를 제어함으로써 웨이퍼(1)의 높이를 제어할 필요가 있다.

이 웨이퍼 높이 검출 방식의 예로서, 옵티컬 레버 방식이 있고, 슬릿 광을 웨이퍼(1)에 경사 방향으로부터 조명하는 높이 검출용 조명계와, 웨이퍼(1)에서 반사된 슬릿 광을 검출해서 웨이퍼의 높이를 구하는 높이 검출계를 배치한다(도시하지 않음). 웨이퍼(1)의 높이와 대물 렌즈(31)의 초점 위치의 차를 구하고, 허용 외의 디포커스를 하고 있는 경우에는, 웨이퍼(1)를 초점 위치에 위치 결정하도록 기구 제어부(120)가 스테이지(3)에 지시를 낸다. 이상의 기본 구성에 의해, 스테이지(3)를 XY 평면내에서 1방향으로 정속 주사시키면서 연속적으로 화상을 검출하고, 이 화상을 사용해서 결함을 검출한다.

또한, 본 실시예에서는 웨이퍼(1) 상의 조명 영역(29)을 고 앙각 조명, 조명 영역(30)을 저 앙각 조명의 예로서 설명했지만, 저 앙각과 고 앙각의 조명 영역을 교체해도 좋고, 또는 같은 앙각이여도 좋다. 또한, 조명 영역(29)과 조명 영역(30)에서, 편광이나 조명 방위(웨이퍼(1)를 상방에서 평면적으로 보았을 때에, X축과 이루는 각도의 방향) 또는 조명 파장 등의 조건을 바꾸는 것 같이 구성해도 좋다.

또한, 결함의 사이즈나 종류(쇼트 결함, 스크래치, 이물질 등)에 따라서는 산란 방향에 특성이 있다. 이로 인해, 저 앙각 조명과 고 앙각 조명을 동시 검출함으로써, 여러가지 결함의 산란광을 검출할 가능성이 높아져, 결함의 포착율 향상에도 유리하게 된다.

실시예 2

다음에, 도 1에서 도시한 구성에 있어서, 검출 광학계(50)를 웨이퍼(1)에 대하여 수직 방향에 배치하고, 조명광(25)에 의한 고 앙각 조명을 검출 광학계(50)의 광축과 공통화시키고, 광로를 절환해서 웨이퍼상의 같은 영역을 순차 조명하는 예를 제2 실시예로서 설명한다.

도 3에 대물 렌즈(331)를 통해서 고 앙각 조명하는 TTL(Through The Lens) 방식의 광학계의 구성을 도시한다. 도면부호(5)는 레이저 광원, 도면부호(311)는 비임 익스팬더, 도면부호(312)는 광로 절환 미러, 도면부호(327)는 비임 스플리터, 도면부호(333)는 차광판, 도면부호(331)는 대물 렌즈, 도면부호(375)는 렌즈, 도면부호(380)는 차광부(381)를 구비한 공간 필터, 도면부호(385)는 결상 렌즈이다. 또한, 도면부호(13)는 미러, 도면부호(15)는 회전 가능한 1/2 파장판, 도면부호(17)는 회전 가능한 1/4 파장판, 도면부호(20)는 실린드리컬 렌즈이다.

이와 같은 구성에 있어서, 레이저 광원(5)을 발진한 광은, 비임 익스팬더(311)에 입사해서 비임 직경이 확대된 후, 광로 절환 미러(312)가 작용하지 않고 광이 직진한 상태에서, 검출 광학계의 광축 상에 배치된 비임 스플리터(327)에 입사한다. 비임 스플리터(327)에서 반사된 광은 공초점 검출용의 라인 형상 개구 또는 핀 홀 어레이로 이루어지는 개구 디바이스(333)에 입사된다. 이 개구 디바이스(333)를 투과한 광이 대물 렌즈(331)를 통해서 웨이퍼(1)를 고 앙각 조명한다. 웨이퍼(1)에서 산란된 광 중, 대물 렌즈(331)의 NA 내로 전파하는 광은 대물 렌즈(331)에 포착되어, 개구 디바이스(333)를 다시 투과한다. 또한, 비임 스플리터(327)도 투과한 광이 렌즈(375)에서 웨이퍼(1)의 푸리에 변환상을 공간 필터(380)를 배치한 면에 결상한다. 이 공간 필터(380)는 차광하고자 하는 정반사광(0차광)이나 원하는 주파수 성분을 차광하는 차광부(381)를 구비하고 있고, 이 차광부(381) 이외의 영역을 투과한 광이 결상 렌즈(385)에서 이미지 센서(390)를 배치한 면에 결상한다.

이 공초점 검출 광학계에서는, 조명광이 대물 렌즈(331)의 표면에서 반사해서 미광이 되어도, 개구 디바이스(333)에서 거의 차광되기 때문에, 이미지 센서(390)에서 검출되는 비율이 매우 낮아진다. 이로 인해, 종래의 TTL 조명과 공간 필터에서 정반사광을 차광하는 암시야 검출의 과제였던 미광의 억제가 가능해진다.

또한, 검사 대상물이 이물질 등 볼록 형상의 결함인 경우에는, 고 앙각 조명에서 대물 렌즈(331)의 NA를 크게 하는 것보다도 저 앙각 조명의 쪽이 검사 감도에 유리한 화상을 얻을 수 있는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 광로 절환 미러(312)를 작용시켜서 레이저 광원(5)을 발사한 레이저의 광로를 도 3의 하측으로 절곡해서 미러(13)에 입사시키고, 저 앙각 조명광(22)으로서 1/2 파장판(15) 및 1/4 파장판(17)을 투과시켜서 편광의 상태를 조정하고, 실린드리컬 렌즈(20)에서 레이저의 광축에 수직인 단면내에서 일방향으로 수렴시켜 그것과 직각 방향으로는 평행광으로 되도록 성형된 상태에서 대물 렌즈의 광축 외로부터 웨이퍼(1)를 사방 조명하는 오프 액시스 조명을 행한다. 이 오프 액시스 조명(22)에 의한 웨이퍼(1) 상의 조명 영역을 개구 디바이스(333)의 개구부의 웨이퍼상의 투영상과 거의 일치시킴으로써, 오프 액시스 조명에 있어서도 공초점 검출이 가능해진다. 오프 액시스 조명(22)에 의해 웨이퍼(1)에서 산란한 광은 대물 렌즈(331)에 포착되고, 개구 디바이스(333)의 개구부를 통과한다. 이에 대해, 웨이퍼(1)의 하층부에서 산란된 광은 개구 디바이스(333)에 펴진 광으로 되어, 대부분은 차광된다. 개구 디바이스(333)를 투과한 웨이퍼(1)의 표층 산란광은 비임 스플리터(327)를 투과해서 렌즈(375)에 입사한다. 검광자(377)와 푸리에 변환면에 배치된 공간 필터(380)를 투과한 광은 렌즈(385)를 통해서 이미지 센서(390) 상에 웨이퍼(1)의 산란 상을 형성한다.

또한, 공초점 검출에 의한 다른 효과를 설명한다. 통상, 웨이퍼(1)의 검사 대상층은 최표면의 층이며, 다층 배선이 형성되어 있을 경우의 하층 결함은 일반적으로는 결함 검출하기 좋지 않은 케이스가 많다. 이것은, 결함 검출해도 이것을 리뷰하는 SEM(Scanning Electron Microscope)에서는 하층 결함이 보이지 않는 것에 의해, 결함인 것인가 아닌가를 확인할 수 없기 때문이다. 공초점 검출에서는, 대물 렌즈(331)의 초점을 검출하고자 하는 웨이퍼(1)의 표층에 맞춰 두면, 표층의 결함이나 패턴에서 산란된 광은 개구 디바이스(333)의 개구부를 통과해서 비임 스플리터(327)에 입사하고, 이 입사된 광량의 절반이 비임 스플리터(327)를 투과해서 렌즈(375)를 통과하고, 공간 필터(380)를 투과한 광이 결상 렌즈(385)에 입사해서 이미지 센서(390)의 검출면(도시하지 않음) 상에 웨이퍼(1) 상의 결함의 상을 결상한다. 이에 대해, 웨이퍼(1)의 하층부에서 산란된 광은 개구 디바이스(333)의 위치에서 디포커스한 퍼진 광이 되고, 대부분은 차광된다. 이에 의해, 의사 결함이 되는 하층에서의 산란광이 거의 차광되고, 하층 결함의 검출을 억제하는 효과가 있다.

검사 대상의 웨이퍼 구조나 결함종은 다양하고, 각각의 대상에 따라서 고감도 검사에 유리한 화상을 얻는 광학 조건이 상이하다. 다양한 반도체 제조 라인에서는 제조 공정마다 검사하는 광학 조건이 적정화되어 있다. 이로 인해, 결함에 따라서는, 수직 조명도 포함시킨 고 앙각 조명이 아니고, 저 앙각 조명이 고감도화에 유리한 케이스도 있다.

이와 같이, 다양한 웨이퍼 구조나 결함종에 대응하기 위해서는, 설정가능한 조명 조건을 폭넓게 구비해 둘 필요가 있다. 도 4에서 조명광의 앙각 제어 조명의 구성을 도시한다. 도 4에 도시한 구성은, 기본적으로는 도 4에서 설명한 광학계의 구성과 같지만, 비임 익스팬더(410)와 개구 디바이스(411), 렌즈(414)를 구비한 점에 있어서 상이하다. 레이저 광원(5)으로부터 발사된 광은, 비임 익스팬더(410)에 의해 비임 직경이 확대되어, 개구 디바이스(411)의 개구부를 투과하고, 렌즈(414)에서 대물 렌즈(431)의 동공 위치(432)에 개구 디바이스(411)의 상을 결상한다. 그 사이, 비임 스플리터(427)와, 공초점용 개구 디바이스(433)를 배치하는 구성 및 그 역할은 도 3을 사용해서 설명한 것과 마찬가지다.

대물 렌즈(431)의 동공에 결상된 개구 디바이스(411)의 상 위치에 따라서 웨이퍼(1)를 조명하는 입사각이 결정된다. 예를 들어, 동공의 중심 위치에 개구 디바이스(411)의 상이 형성된 경우에는, 웨이퍼(1)에 대하여 수직 조명이 된다. 한편, 개구 디바이스(411)의 상이 광축에 대하여 어긋나 있는 경우에는, 대물 렌즈의 NA 내에서 웨이퍼(1)를 사방 조명한다. 이로 인해, 개구 디바이스(411)의 개구부를 변경(제어) 가능한 구성으로 함으로써, 웨이퍼(1)를 조명하는 입사각을 제어할 수 있다.

또한, 검사 대상물이 이물질 등 볼록 형상의 결함인 경우에는, 고 앙각 조명에서 대물 렌즈(431)의 NA를 크게 하는 것 보다도 저 앙각 조명쪽이 검사 감도에 유리한 화상을 얻을 수 있는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 광로 절환 미러(412)를 작용시켜서 레이저 광원(5)을 발사한 레이저의 광로를 도 4의 하측으로 절곡해서 미러(13)에 입사시키고, 저 앙각 조명광(22)으로서 1/2 파장판(15) 및 1/4 파장판(17)을 투과시켜서 편광의 상태를 조정하고, 실린드리컬 렌즈(20)에서 레이저의 광축에 수직인 단면내에서 일방향으로 수렴시켜 그것과 직각 방향으로는 평행광이 되도록 성형된 상태의 조명광(22)으로 대물 렌즈(431)의 NA의 외(外)로부터 웨이퍼(1)를 조명하는 오프 액시스 조명을 행한다. 이 오프 액시스 조명(22)에 의한 웨이퍼(1) 상의 조명 영역을, 개구 디바이스(433)의 개구부의 웨이퍼(1) 상의 투영상과 거의 일치시킴으로써, 오프 액시스 조명에 있어서도 공초점 검출이 가능해진다.

오프 액시스 조명(22)에 의해 웨이퍼(1)에서 산란된 광은 대물 렌즈(431)에 포착되어, 개구 디바이스(433)의 개구부를 통과한다. 이에 대해, 웨이퍼(1)의 하층부에서 산란된 광은 개구 디바이스(433)에서 퍼진 광으로 되고, 대부분은 차광된다. 개구 디바이스(433)를 투과한 웨이퍼(1)의 표층 산란광은 비임 스플리터(427)를 투과해서 렌즈(475)에 입사한다. 검광자(477)와 푸리에 변환면에 배치된 공간 필터(480)를 투과한 광은 렌즈(485)를 통해서 이미지 센서(490) 상에 웨이퍼(1)의 산란 상을 형성한다.

다음에, 이미지 센서(390(490))에서 검출한 화상을 처리해서 결함을 판정하는 화상 처리부(300)에서 실시하는 처리의 흐름을 도 5에 도시한다.

고 앙각 조명에 의해 이미지 센서(390(490))에서 검출된 화상(A₀)은, 계조 변환부(501)에서 예를 들어 γ 보정과 같은 밝기의 변환을 행한다. 변환 후의 화상(A)의 한쪽은 위치 정렬부(503)에 보내지고, 다른 쪽은 메모리(502)에 보내진다. 위치 정렬부(503)에서는, 이미 이미지 센서(390(490))에서 검출되어서 메모리부(502)에 저장되어 있는 설계상 동일한 형상의 패턴(예를 들어, 인접 다이)의 화상(A)을 메모리부(502)로부터 받고, 화상(A)과 화상(A')과의 위치 정렬을 한다.

비교부(504)에서는 위치 정렬된 2화상(E, E')과의 차화상(F)을 임계값(미리 설정된 값, 또는 검출한 화상으로부터 구한 값)과 비교 처리를 행하고, 차화상을 작성한다. 비교의 결과로서 차화상(F)의 특징량을 산출한다. 이 차화상(F)의 특징량(예를 들어, 농담차의 최대값이나 면적 등)을 사용해서 결함 판정부(507)에서 결함을 판정한다. 한편, 차화상(F)은 위치 정렬부(505)에 입력된다.

다음에, 저 앙각 조명에 의해 이미지 센서(390(490))에서 검출된 화상(G₀)은 계조 변환부(501)에서 예를 들어 γ 보정과 같은 밝기의 변환을 행한다. 변환 후의 화상(G)의 한쪽은 위치 정렬부(503)에 보내지고, 다른 쪽은 메모리(502)에 보내진다. 위치 정렬부(503)에서는, 이미 이미지 센서(390(490))에서 검출되어서 메모리부(502)에 저장되어 있는 설계상 동일한 형상의 패턴(예를 들어, 인접 다이)의 화상(G')을 메모리부(502)로부터 받고, 화상(G)과 화상(G')과의 위치 정렬을 한다.

비교부(504)에서는 위치 정렬된 2화상(G, G')과의 차화상(H)을 임계값(미리 설정된 값, 또는 검출한 화상으로부터 구한 값)과 비교 처리를 행하고, 비교의 결과로서 차화상(H)의 특징량을 산출한다. 이 차화상(H)의 특징량(예를 들어, 농담차의 최대값이나 면적 등)을 사용해서 결함 판정부(507)에서 결함을 판정한다. 한편, 차화상(H)은 위치 정렬부(505)에 입력된다.

위치 정렬부(505)에 있어서는, 웨이퍼(1) 상의 동일 개소의 화상이며 조명 앙각이 다른 2개의 차화상(F, H)과의 위치 정렬을 행하고, 이들 다른 광학 조건에서의 차화상의 특징량을 차화상 비교부(506)에서 비교하고, 이 특징량을 결함 판정부(507)에 보내서 결함을 판정한다. 이상, 결함 판정부(507)에서는 3종류의 특징량을 사용해서 판정을 행하지만, 어느 하나의 판정 결과에서 결함이라고 판정된 경우에는, 남은 2종류의 특징량의 정보도 함께 분류부(508)에 보내진다. 이 분류부(508)에서, 결함의 종류(예를 들어, 이물질이나 에칭 잔재, 스크래치 등)나, 의사 결함(디바이스에 있어서 치명성이 없는 산화막의 밝기 불균일이나 패턴의 러프니스 및 그레인 등)을 분류하고, 결함의 좌표나 분류 결과 및 특징량 등은 조작부(310)에 보내지고, 검사 장치 사용자가 웨이퍼상의 결함 맵 등의 결함 정보를 표시·결함 정보 데이터를 출력하는 것이 가능하게 된다.

검출한 결함의 좌표나 크기, 밝기 및, 검출 앙각의 차이에 의한 특징 등의 결함 정보는 조작부(310)에 보내지고, 검사 장치 사용자가 웨이퍼상의 결함 맵 등의 결함 정보를 표시·결함 정보 데이터를 출력하는 것이 가능하게 된다.

실시예 3

실시예 2에서는, TTL 조명에 의해 검출되는 웨이퍼로부터의 정반사광을 공간 필터에서 차광하는 구성을 개시했다. 이 구성에서는, 정반사광에 가까운 전방산란 광(저주파 성분)을 검출하게 되지만, 검사 대상 결함에 따라서는 후방 산란(고주파 성분)에 강하게 분포할 경우가 있다. 본 실시예에서는, 이렇게 후방 산란에 강하게 분포하는 광을 TTL 조명에서 포착하는 방식에 관한 것으로서, 그 구성을 도 6에 도시한다.

본 실시예에 있어서도 고 앙각 조명과 저 앙각 조명을 행한다. 저 앙각 조명의 구성 및 검출의 동작은 실시예 1 및 2와 동일하므로, 설명을 생략한다. 도 6에 있어서, 조명광(626)에 의한 고 앙각 조명의 광학계에 있어서는, 레이저 광원(5)으로부터 발사된 레이저 광을 레이저 광축 제어 기구(606)에서 대물 렌즈(631)의 동공(662)에 입사하는 위치와 각도 범위가 제어되고, 웨이퍼(1)의 법선에 대하여 경사지게 설치되어 있는 조명·검출 광학계(600)의 대물 렌즈(631)에 입사된다. 대물 렌즈(631)의 경사측(도면중 우측)의 동공(662)에 레이저 광을 입사시킴으로써, 웨이퍼(1)에 대한 입사각이 커지고, 웨이퍼(1)의 선 형상 조명된 영역(선 형상 조명의 방법은, 실시예 2에서 도 3을 사용해서 설명한 방법과 동일하다.)으로부터 정반사된 광(660)을 대물 렌즈(631)의 NA 외(外)로 전파시킨다. 이에 의해, 대물 렌즈(631)에서 포착되는 광은 후방 산란광이 된다. 검출 광로의 공초점용 개구 디바이스(633) ~ 이미지 센서(690)까지의 구성은 도 3과 동일하다.

이 구성에 있어서, 전방 산란광을 검출하는 방법을 도 7에 도시한다. 기본 구성은 도 6에서 설명한 것과 같은 구성이며, 레이저 광축 제어 기구(6)에서 대물 렌즈(631)의 동공(662)에 도달하는 광을 웨이퍼(1)의 법선에 가까운 쪽으로 제어한다. 이에 의해, 웨이퍼(1)위는 도 6에서 설명한 실시예에 대하여 고 앙각 조명(수직에 가까운 조명)이 되고, 정반사광도 포함시킨 전방 산란광 검출이 된다. 정반사광은 공간 필터(680)에서 차광되고, 공간 필터(680)를 투과한 산란광이 결상 렌즈(685)에 의해 이미지 센서(690) 상에 결상한다.

또한, 공초점 검출의 변형예를 도 8에 도시한다. 광학계의 기본 구성은 도 6에서 설명한 바와 같이 웨이퍼(1)의 법선 방향에 대하여 광축을 기울여서 설치하고 있다. 광원(도시하지 않음)으로부터 발사된 조명광(826)은 공초점 검출용의 체크 무늬의 개구부를 갖는 개구 디바이스(840a)에 입사한다. 이 개구 디바이스(840a)는 개구부(841), 차광부(842)로 되어 있다. 이 개구 디바이스의 상을 결상 렌즈(834)와 대물 렌즈(831)를 통해서 웨이퍼(1)에 투영한다. 조명광(826)이 조명된 웨이퍼(1)에서 산란된 광 중 대물 렌즈(831)에 입사된 산란광은 결상 렌즈(834)를 통해서, 조명계와 검출계의 분기 미러(827)를 투과해서 검출측에 결상된다.

이 결상면에 체크 무늬의 개구 디바이스(840b)를 배치한다. 이 개구 디바이스(840b)의 개구부는 조명계에 배치한 개구부의 상과 공액인 관계로 배치한다. 개구 디바이스(840b)를 투과한 광은 편광 비임 스플리터(844)에서 분기되고, 각각의 광로에 배치한 공간 필터(881c, 881d)에서 각각 특정 주파수의 산란광이 차광된다. 이들의 공간 필터(881c, 881d)를 투과한 광은 공초점 검출용의 개구 디바이스(843c, 843d)에 입사하고, 이 개구 디바이스(843c, 843d)의 개구를 투과한 광만이 이미지 센서(890c, 890d)에 입사한다.

본 실시예에서는 동일 공간의 화상을 2종의 검출 조건(검광 조건과 공간 필터 조건)에서 검출한 예를 나타냈다. 이에 의해, 동일 웨이퍼 상에 복수종의 검출 대상 결함이 있을 경우, 각각의 결함을 현재화하는 검출 조건으로 설정할 수 있고, 검출 감도를 향상할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 검출 조건을 2계통의 예로서 설명했지만, 그 이상의 검출기가 있는 예에 대해서도 용이하게 생각할 수 있다.

실시예 4

본 실시예에서는, 실시예 1에서 설명한 광학계와 실시예 3에서 설명한 광학계를 조합시킨 광학계의 구성에 대해서, 도 9를 사용해서 설명한다. 조명계는 레이저 광원(5)을 사용한 고 앙각용의 TTL 조명(926)과 저 앙각용의 오프 액시스 조명(22)의 2계통을 구비하고 있다. 고 앙각용의 TTL 조명은 웨이퍼(1) 상의 조명 영역(30)을 선 형상 조명하고(웨이퍼(1) 상의 선 형상 영역(30)을 조명하는 방법은, 도 6에서 설명한 방법과 동일함), 오프 액시스 조명(22)은 영역(29)을 선 형상 조명한다(웨이퍼(1) 상의 선 형상 영역(29)을 조명하는 방법은, 실시예 1 및 실시예 2에서 설명한 방법과 동일하므로 설명을 생략한다). 검출계는 웨이퍼의 법선에 대하여 경사진 축으로 되어 있고, 각각의 영역(29, 30)에서 산란된 광 중 대물 렌즈(931)의 측으로 산란된 광을 대물 렌즈(931)에서 포착한다.

여기에서, 검출계가 경사진 방향의 영역(29)에서 산란된 광은 대물 렌즈(931)의 NA보다도 저 앙각측에 산란된 광을 미러(932)에서 대물 렌즈(931)의 NA 내로 전파시킨다. 이 조명 영역(29)으로부터 대물 렌즈(931)까지의 거리와, 조명 영역(30)으로부터 대물 렌즈(931)를 WD와 일치시킴으로써, 대물 렌즈(931)의 상면에 각각의 조명 영역의 산란 상을 평행하게 형성시키는 것이 가능해진다. 이 상면에 각각의 산란 상에 대응한 공초점용의 2개의 선 형상 개구(9331, 9332)를 갖는 개구 디바이스(933)를 배치한다. 이 개구 디바이스(933)의 상을 렌즈(980)와 렌즈(985)에서 확대 투영하고, 각각의 선 형상 개구(9331, 9332)의 상 위치에 이미지 센서(991, 994)를 배치한다.

또한, 본 실시예에서는 조명 영역(30)을 고 앙각 TTL 조명, 조명 영역(29)을 저 앙각 오프 액시스 조명의 예로서 설명했지만, 저 앙각과 고 앙각 조명을 절환할 수도 있다. 또한, 조명 영역(29)과 조명 영역(30)에서, 편광이나 조명 방위 또는, 조명 파장 등의 조건이 다른 실시형태도 고려될 수 있다.

실시예 5

실시예 1의 도 1, 실시예 3의 도 8, 실시예 4의 도 9에 있어서 설명한 검출계에 있어서는, 복수 광로로 분기해서 검출 조건이 다른 복수 화상을 검출하는 실시예를 도시했다. 본 실시예에서는, 검출 광로를 분기하지 않고 복수 조건의 화상을 검출하는 형태에 대해서 설명한다. 도 10에 고 앙각 TTL 조명에 의한 광학계의 구성을 나타냈다. 광학 부품의 구성은 도 3에서 설명한 구성과 동일하지만, 이미지 센서(1091~1094)와 그 직전에 배치하는 광학 필터링 디바이스(1095~1098)가 상이하다(웨이퍼(1) 상을 저 앙각 조명하는 방법 및 구성은 실시예 1 및 실시예 2에서 설명한 것과 동일하므로 설명을 생략한다). 이미지 센서(1091~1094)의 직전에 필터 특성이 다른 광학 필터링 디바이스(1095~1098)를 배치하고, 이미지 센서(1091~1094)에서 필터 특성에 따른 4종류의 화상을 검출하도록 구성했다.

광학 필터링 디바이스(1095~1098)의 예로서, 편광 이용 필터를 도 11에 도시한다. 편광 투과축이 Y 방향과 평행한 광학 필터링 디바이스(1095)와, Y 방향으로부터 45°의 각도를 이루는 디바이스(1096), Y 방향으로부터 90°의 각도를 이루는 디바이스(1097), Y 방향으로부터 135°의 각도를 이루는 디바이스(1098)로 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 웨이퍼(1) 상의 동일 공간에 있어서, 검광 조건이 다른 4종의 화상을 검출하는 것이 가능해지고, 정상인 패턴 산란광과 결함 산란광의 편광 상태의 차이를 특징량으로 한 비교 검사가 가능해진다.

또한, 일반적인 이미지 센서는 실리콘 기판상에 형성되어 있지만, 1매의 기판 상에 4개의 센서를 배열하고, 4화상을 출력하는 형태도 본 발명의 변형예로서 생각할 수 있다. 광학 필터링 디바이스는 미세 패턴을 적층한 포토닉 결정이나 와이어 그리드 및 유전체 다층막 등이 후보이다.

4개의 이미지 센서(1091~1094)에서 검출한 화상을 처리해서 결함을 판정하는 화상 처리부(10100)에 있어서의 흐름을 도 12에 도시한다.

이미지 센서(1091)에서 검출된 화상은 계조 변환부(1201a)에서 예를 들어 γ 보정과 같은 밝기의 변환을 행한다. 변환 후의 화상의 한쪽은 위치 정렬부(1205a)에 보내지고, 다른 쪽은 메모리(1203a)에 보내진다. 위치 정렬부(1205a)에서는 이미 보내진 화상과 설계상 동일한 패턴(예를 들어, 인접 다이)이 올 때까지 메모리부(1203a)에 저장되고, 메모리부(1203a)로부터 보내진 화상과 위치 정렬한다. 비교부(1207a)에서는 위치 정렬된 2화상의 차화상 등의 비교 처리를 행하고, 비교의 결과로서 화상의 특징량을 산출한다. 이 특징량(예를 들어, 농담차의 최대값이나 면적 등)을 사용해서 결함 판정부(1215)에서 결함을 판정한다.

이 일련의 처리를 이미지 센서(1092, 1093, 1094) 각각에 대해서도 마찬가지로 행한다. 또한, 각각의 화상에서 비교한 결과는 위치 정렬부(1210)에 전달되고, 조명 앙각이나 검출 앙각 및 검광 조건이 다른 4화상의 위치 정렬을 행하고, 이들 다른 광학 조건에서의 화상의 특징량을 비교하고, 이 특징량을 결함 판정부(1215)로 보내 결함을 판정한다. 이상, 결함 판정부에서는 5종류의 특징량을 사용해서 판정을 행하지만, 어느 하나의 판정 결과에서 결함이라고 판정된 경우에는 남은 4종류의 특징량도 함께 분류부(1217)에 특징량이 보내진다. 이 분류부(1217)에서, 결함의 종류(예를 들어, 이물질이나 에칭 잔재, 스크래치 등)나, 의사 결함(디바이스에 있어서 치명성이 없는 산화막의 밝기 불균일이나 패턴의 러프니스 및 그레인 등)을 분류하고, 결함의 좌표나 분류 결과 및 특징량 등을 출력한다.

상이한 광학 조건에서 검출한 4화상으로부터 산출하는 특징량의 예를 도 13에 도시한다. 광학계의 구성은 도 10에 도시한 구성이며, 편광 투과축이 Y 방향과 평행, Y 방향으로부터 45°, 90°, 135°의 각도를 이루는 4종의 화상이 검출된다. 이들의 화상으로부터 웨이퍼상의 동일 공간의 화소마다 편광 상태(400)를 구한다. 편광 상태로서는, 타원 편광의 방위(α)와 타원의 장축(a)과 단축(b)의 비로 구하는 타원율(b/a)이 후보이다. 이들의 특징량을 사용하여, 결함 판정하는 방법을 도 14에 도시한다. 횡축에 방위(α), 종축에 타원율(β)로 한 산포도를 도시하고 있고, 설계 패턴이 같은 좌표의 데이터를 플롯한 모식도이다. 정상인 패턴은 방위(α), 타원율(β) 모두에 동일한 영역에 분포한다. 이 분포로부터 벗어난 점(A, B, C)을 결함 후보로서 판정한다.

이상의 실시예에서 설명한 구성이나 기능 및 화상 처리 내용에 대해서는, 여러가지 조합을 생각할 수 있으며, 그들의 조합에 대해서도 본 발명의 범위 내인 것은 명백하다.

<산업상 이용가능성>

본 발명은 반도체 제조 공정이나 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서 박막 프로세스를 거쳐 시료 상에 형성된 미세 패턴의 결함이나 이물질 등의 결함 검사 방법 및 그 장치에 이용할 수 있다.

1 : 웨이퍼
3 : XYZθ 스테이지
4 : 조명계
5 : 레이저
6 : XYZθ 스테이지
7 : 전기 광학 소자
10 : 비임 익스팬더
15 : 회전 기구가 구비된 1/2 파장판
17 : 회전 기구가 구비된 1/4 파장판
22 : 오프 액시스 조명광
26 : TTL 조명광
27 : 비임 스플리터
29 : 조명 영역
30 : 조명 영역
31 : 대물 렌즈
32 : 미러
33 : 공초점용 개구 디바이스
40a : 체크 무늬 개구 디바이스
62 : 동공
80 : 공간 변조 소자
90 : 이미지 센서
100 : 화상 처리부
110 : 조작부
120 : 기구 제어부
130 : 높이 검출부
400 : 편광 상태

Claims

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본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상에 대물 렌즈를 통해서 제1 조명광을 조사하는 제1 조사 수단과,
상기 시료 상을 상기 대물 렌즈의 외측으로부터 제2 조명광을 조사하는 제2 조사 수단과,
상기 제1 조사 수단에 의해 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 포함하지 않는 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해서 검출해서 제1 검출 신호를 얻고, 상기 제2 조사 수단에 의해 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 포함하지 않는 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해서 검출해서 제2 검출 신호를 얻는 반사광 검출 수단과,
상기 반사광 검출 수단에서 검출된 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호를 처리해서 상기 시료 상의 결함을 검출하는 신호 처리 수단
을 구비하고,
상기 제1 조사 수단은, 상기 시료 상의 법선에 대하여 경사지게 설치되어 있는 렌즈를 통해서 상기 제2 조사 수단보다도 고 앙각으로 조명하고,
상기 반사광 검출 수단은, 상기 제1 조사 수단 또는 상기 제2 조사 수단에 의해 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 상기 렌즈의 NA 외(外)로 전파시켜, 상기 렌즈에 포착된 후방 산란광을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
제4항에 있어서, 상기 반사광 검출 수단은, 공초점 검출용의 개구 디바이스를 갖고, 상기 대물 렌즈를 투과한 광 중 상기 개구 디바이스를 투과한 반사광을 검출하여 상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상에 조명광을 조사하는 조명광 조사 수단과,
상기 조명광 조사 수단에 의해 조명광이 조사된 영역으로부터의 반사광을 다른 검출 조건에서 동시에 검출하는 반사광 검출 수단과,
상기 반사광 검출 수단에서 상기 반사광을 다른 검출 조건에서 동시에 검출해서 얻은 검출 신호를 상기 다른 검출 조건마다 처리해서 상기 다른 검출 조건마다 결함 후보를 추출하는 결함 후보 추출 수단과,
상기 결함 후보 추출 수단에서 상기 다른 검출 조건마다 추출한 결함 후보를 통합해서 상기 시료 상의 결함을 추출하는 결함 추출 수단과,
상기 결함 추출 수단에서 추출한 결함의 특징량을 구하고, 그 구한 특징량에 기초하여 상기 결함을 분류하는 결함 분류 수단
을 구비하고,
상기 조명광 조사 수단은, 상기 시료 상의 법선에 대하여 경사지게 설치되어 있는 렌즈를 통해서 상기 시료에 조명광을 조명하고,
상기 검출 수단은, 상기 조사 수단에 의해 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 상기 렌즈의 NA 외로 전파시켜, 상기 렌즈에 포착된 후방 산란광을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
제6항에 있어서, 상기 반사광 검출 수단이 반사광을 검출하는 다른 검출 조건이 상기 반사광의 편광 조건인 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
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본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상에 대물 렌즈를 통해서 제1 조명광을 조사하고,
상기 제1 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 포함하지 않는 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해서 검출해서 제1 검출 신호를 얻고,
상기 시료 상을 상기 대물 렌즈의 외측으로부터 제2 조명광을 조사하고,
상기 제2 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 포함하지 않는 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해서 검출해서 제2 검출 신호를 얻고,
상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호를 처리해서 상기 시료 상의 결함을 검출하는 결함 검사 방법으로서,
상기 제1 조명광을 조사하는 것을, 상기 시료 상의 법선에 대하여 경사지게 설치되어 있는 상기 대물 렌즈를 통해서 상기 제2 조명광보다도 고 앙각으로 조명하고,
상기 제1 검출 신호 및 상기 제2 검출 신호를 얻는 것을, 상기 제1 조명광 또는 상기 제2 조명광이 조사된 상기 시료 상의 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 상기 렌즈의 NA 외로 전파시켜, 상기 렌즈에 포착된 후방 산란광을 검출함으로써 얻는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 제1 조명광 또는 상기 제2 조명광이 조사된 상기 시료 상의 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 상기 렌즈의 NA 외로 전파시켜, 상기 렌즈에 포착된 후방 산란광 중 공초점 검출용의 개구 디바이스를 투과한 후방 산란광을 검출하여 상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
본래 동일한 형상으로 되어야 할 패턴이 반복해서 형성된 시료 상에 조명광을 조사하고,
상기 조명광을 조사한 영역으로부터의 반사광을 다른 검출 조건에서 동시에 검출하고,
상기 반사광을 다른 검출 조건에서 동시에 검출해서 얻은 검출 신호를 상기 다른 검출 조건마다 처리해서 상기 다른 검출 조건마다 결함 후보를 추출하고,
상기 다른 검출 조건마다 추출한 결함 후보를 통합해서 상기 시료 상의 결함을 추출하고,
그 추출한 결함의 특징량을 구하고, 그 구한 특징량에 기초하여 상기 결함을 분류하는 결함 검사 방법으로서,
상기 조명광을 조사하는 것을, 상기 시료 상의 법선에 대하여 경사지게 설치되어 있는 렌즈를 통해서 상기 시료에 조명광을 조명하고,
상기 반사광을 다른 검출 조건에서 동시에 검출하는 것을, 상기 조명광이 조사된 영역으로부터의 반사광 중 정반사광을 상기 렌즈의 NA 외로 전파시켜, 상기 렌즈에 포착된 후방 산란광을 검출함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
제13항에 있어서, 상기 다른 검출 조건이 상기 반사광의 편광 조건인 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.