TWI443327B - Defect detection device and defect detection method - Google Patents

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TWI443327B
TWI443327B TW096128167A TW96128167A TWI443327B TW I443327 B TWI443327 B TW I443327B TW 096128167 A TW096128167 A TW 096128167A TW 96128167 A TW96128167 A TW 96128167A TW I443327 B TWI443327 B TW I443327B
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Description

缺陷檢測裝置及缺陷檢測方法
本發明係關於缺陷檢測裝置及缺陷檢測方法。
作為用以判斷形成於半導體晶圓表面之圖案的好壞之方法，已提案有各種藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)之觀察，以測量截面形狀之方法。藉由SEM來測量截面形狀，係以將照射於被檢查基板上之圖案之電子線掃描於圖案之截面方向，檢測並解析來自圖案之反射電子線及二次電子線，以求出經掃描之部分的截面形狀之方法來進行。在圖案上之幾個點進行上述操作，來判斷圖案整體形狀之好壞。
作為用以判斷圖案好壞之其他方法，有依散射儀(scatterometer)所進行之CD及層疊(overlay)之線上測量技術。
分光散射儀，係以固定角度測定散射光之特性作為波長之函數，一般係使用氙、重氫、或氙弧燈之鹵系光源之寬頻域光源。固定角度係垂直入射或斜入射皆可。
角度分解射散儀，係以固定波長測定散射光之特性作為入射角之函數，一般係使用雷射作為單一波長之光源。
(專利文獻1)日本特開2005－188944號公報
藉由SEM之測量方法，由於反覆進行多次於圖案上照射電子線來進行掃描作業，因此為了求出圖案之形狀而需花費龐大的時間。又由於觀察倍率高，要求出晶圓上所有圖案形狀較困難，而取樣幾個點來判斷晶圓整體之好壞。結果，即使在被取樣之圖案以外之部分有缺陷，亦會錯過而漏掉。此外，光阻圖案中，當照射電子線時，因加速電壓使得電子線被光阻所吸收且帶電而引起圖案之實質減少。視情況會產生放電而使圖案倒塌，在其後之製程產生不良，因此改變各種加速電壓及觀察倍率並求出最佳的觀察條件。因此，須花更多時間於測量上。
角度分解射散儀技術之問題係一次僅檢測一個波長，因而具有複數個波長之頻譜，必須將該波長分時多工化，且花費在頻譜之檢測及處理之全取得時間將會增加。分光射散儀，由於必須以入射角較小的擴散來照明小的晶格，因此來自該擴散光源之大量的光變成浪費。結果，檢測器上之光的強度變低，取得時間增長，對產能造成不良的影響。若選擇較短的取得時間，則測定結果會不穩定。
本發明有鑑於上述之情事，其課題在於提供一種表面檢查裝置及表面檢查方法，不會受到光阻圖案、蝕刻後之圖案的影響，能於短時間判別被檢查基板上之圖案形狀的好壞。
用以解決前述課題之第1手段係一種缺陷檢查裝置，用以檢查表面形成有圖案之試樣的缺陷，其特徵在於，具有：載台，用以裝載該試樣；光源；照明光學系統，使自該光源射出之光通過偏光件與物鏡而落射照明試樣面；檢測光學系統，使因該照射而來自該試樣表面之反射光，通過該物鏡、及滿足與該偏光件之正交尼科耳(Nichols)條件之檢光件，以檢測該物鏡之瞳像；以及檢測部，將所獲得之該瞳像與預先儲存之瞳像相比較，以檢測該試樣之缺陷。
用以解決前述課題之第2手段係一種缺陷檢查裝置，用以檢查表面形成有圖案之試樣的缺陷，其特徵在於，具有：載台，用以裝載該試樣；光源；照明光學系統，使自該光源射出之光通過偏光件與物鏡而落射照明試樣面；檢測光學系統，使因該照射而來自該試樣表面之反射光，通過該物鏡、及滿足與該偏光件之正交尼科耳條件之檢光件，以檢測該物鏡之瞳像；以及檢測部，比較該瞳像之相對於光軸成對稱之部分彼此，以檢測該試樣之缺陷。
用以解決前述課題之第3手段係前述第1手段或第2手段，其中該照明光學系統，具備照度均一化單元、可選擇任意波長帶域之複數個干涉濾光器、及開口光闌，且照明σ相對於該物鏡為可變。
用以解決前述課題之第4手段係前述第1手段至第3手段中任一者，其中，該物鏡之偏光主軸之旋轉量為1~25°。
用以解決前述課題之第5手段係前述第1手段至第4手段中任一者，其中，該偏光件或該檢光件具備旋轉機構；取代該偏光件與該檢光件之正交尼科耳關係，藉由使該偏光件或該檢光件旋轉於其光軸中心，以將該偏光件之透過軸與該檢光件之透過軸所形成之角設定為65°~89°之範圍內。
用以解決前述課題之第6手段係前述第1手段至第5手段中任一者，其中，於該檢測部之試樣缺陷檢測時，採用該瞳像之中感度較高之部位。
用以解決前述課題之第7手段係前述第1手段至第6手段中任一者，其中，於該照明光學系統中，複數個不同種類的開口光闌係設為可選擇其等中之一來使用。
用以解決前述課題之第8手段係一種缺陷檢查方法，用以檢查表面形成有圖案之試樣的缺陷，其特徵在於：使自光源射出之光通過偏光件與物鏡而落射照明試樣面；使因該照射而來自該試樣表面之反射光，通過該物鏡、及滿足與該偏光件之正交尼科耳條件之檢光件，以獲得該物鏡之瞳像；將該瞳像與預先儲存之瞳像相比較，以檢測該試樣之缺陷。
用以解決前述課題之第9手段係前述第8手段，其中，將該圖案之反覆方向設定為自該偏光件之方位錯開45°。
用以解決前述課題之第10手段係前述第8手段，其中，將該圖案之反覆方向設定為自該偏光件之方位錯開22.5°或67.5°。
用以解決前述課題之第11手段係前述第8手段至第10手段中任一者，其中，該瞳像之比較，係指該瞳像之放射方向的輝度分布與預先儲存之瞳像之放射方向的輝度分布之比較。
用以解決前述課題之第12手段係前述第8手段至第11手段中任一者，其中，該缺陷之檢測，係依據該瞳像之輝度分布與預先儲存之該瞳像的輝度分布之差分與閾值來進行。
用以解決前述課題之第13手段係一種缺陷檢查方法，用以檢查表面形成有圖案之試樣的缺陷，其特徵在於：自該光源射出之光通過偏光件與物鏡而落射照明試樣面；使因該照射而來自該試樣表面之反射光，通過該物鏡、及滿足與該偏光件之正交尼科耳條件之檢光件而予以檢測，以獲得該物鏡之瞳像；比較該瞳像之相對於光軸成對稱位置彼此，以檢測該試樣之缺陷。
用以解決前述課題之第14手段係前述第8手段至第13手段中任一者，其取代該偏光件與該檢光件之正交尼科耳關係，藉由使該偏光件或該檢光件旋轉於其光軸中心，以將該偏光件之透過軸與該檢光件之透過軸所形成之角設定為65°~89°之範圍內。
用以解決前述課題之第15手段係前述第8手段至第14手段中任一者，於該試樣之缺陷檢測時，採用該瞳像中感度較高的部位。
依本發明，能提供一種表面檢查裝置及表面檢查方法，不會受到光阻圖案、蝕刻後之圖案的影響，能於短時間判別被檢查基板上之圖案形狀的好壞。
以下，使用圖式說明本發明之實施形態之例。圖1係表示本發明之實施形態之一例之缺陷檢查裝置的概要圖。由光源1(例如白色LED或鹵素燈等)所放出之光，係透過透鏡2、及包含干涉濾光片之照度均一化單元3，經由開口光闌4、視野光闌5，然後藉由透鏡6加以準直(collimate)。開口光闌4、視野光闌5係相對於光軸成開口部之形狀及位置為可變更之構造。藉此，照明區域之大小與位置成為可變，且照明之開口角為可變。
經準直後之光經由可拆裝之偏光件7，被半反射鏡8反射而導引至物鏡9，同軸落射照明於可移動於正交x、y、z三軸方向、且可繞z軸θ旋轉之晶圓載台11上所設置之晶圓10(此同軸落射照明之光軸設為z軸)。
同軸落射照明於晶圓10之光，在晶圓10反射後再度返回物鏡9，透過半反射鏡8，經由可拆裝之檢光件12、透鏡13，而射入半稜鏡14。在半稜鏡14反射之光於攝影元件18成像出晶圓10之像，而透過半稜鏡14之光則進一步經由透鏡15，將晶圓10之像成像在具有相對光軸(z軸)可移動於x、y軸方向之開口形狀可變功能之視野光闌16，並使物鏡9之瞳像成像在攝影元件17。
在未圖示之控制裝置，預先儲存以攝影元件17攝影之具有健全的圖案之瞳像(基準像)，並與作為被檢查對象之瞳像(檢測像)比較，藉由檢測其差異以檢測缺陷。
作為缺陷之檢測方法，例如亦可比較基準像與檢測像之每一像素的輝度之差，且在某一像素中其差超過既定的閾值時，即判斷為有缺陷。所比較之像素不一定為全像素亦可，如後述般，僅將通過光軸之既定線上(放射方向)之像素作為比較之對象亦可。
再者，當有缺陷時，反射光之對稱性潰散，且瞳像之相對於光軸成對稱的部分彼此之輝度或色相會產生差，因此藉由檢測該差能檢測缺陷。
此外，分為瞳像之對應於對晶圓之入射角為45°時之圓的內側與外側，檢測在其等各部分之基準像與檢測像之差，依據其結果以檢測缺陷亦可。除此之外，如圖2(a)所示，將瞳像21分割為A、B、C、D之各部分，檢測在其等各部分之基準像與檢測像之差，依據其結果以檢測缺陷亦可，如圖2(b)所示，檢測在瞳像21中以圓所示之9個部分之基準像與檢測像之差，依據其結果以檢測缺陷亦可。此外，圖2以下之圖式中，在前面出現之圖式所示之構成元件，賦予相同符號而省略其說明。
此外，作為缺陷檢測之方法而使用瞳像(物鏡之瞳面的像)之比較的理由在於，由於僅在晶圓面之影像中，圖案之間距為檢查裝置之解析度以下，即使有缺陷亦無法以光學性檢測。
此外，將視野光闌16設為開口之位置及形狀為可變之理由在於，由於可檢測晶圓10之期望位置之期望大小之區域的資訊。再者，由於偏光件7與檢光件12係設定為滿足正交尼科耳條件，因此除了如後述之物鏡造成之因偏光主軸之旋轉而產生影響外，只要不因晶圓10之圖案而偏光主軸旋轉，所觀測之光量即趨近於0。
於本實施形態中，藉由開口光闌4，照明σ(照明之NA/物鏡之NA)成為可變。因此，能以適當的亮度來照明晶圓10。
圖3係表示本發明之實施形態之另一例之缺陷檢查裝置的概要圖。圖3所示之缺陷檢查裝置與圖1所示之缺陷檢查裝置之相異點在於：在透過半稜鏡14之光到達攝影元件18之點；設有半反射鏡19及光源20，以半稜鏡14反射之光在半反射鏡19反射而到達攝影元件17之點；及視野光闌16與透鏡15之位置關係反轉之點不同。此外，開口光闌4係如後述，在複數個呈不同形狀之開口光闌之中，選擇一個而進入光路中之點亦不同。其他之點，係與圖1所示之缺陷檢查裝置相同，因此省略相同部分之說明，僅說明不同部分。
開口光闌4係例如以圖4所示之單位開口光闌4a、4b、4c、4d、4e所構成，藉由旋轉開口光闌4，可選擇單位開口光闌4a、4b、4c、4d、4e來使用。
單位開口光闌4a，係如圖4所示由4個部位之開口構成，單位開口光闌4b，係如圖4所示由8個部位之開口構成，單位開口光闌4c，係如圖4所示由9個部位之開口構成，單位開口光闌4d，係如圖4所示由將中心部遮光之開口構成，單位開口光闌4e，係如圖4所示僅由開口構成。又，各開口之直徑大小為可變亦可。在各開口部配置光源(例如白色LED或鹵素燈等)亦可。
依照晶圓10之種類，選擇照明光之入射角，而僅以特別的入射角射入之照明光照明，缺陷之檢測性能較提高。因此，藉由依序選擇開口光闌4a、4b、4c、4d、4e，改變照明光之入射角來進行檢查，且採用檢測性能最佳的檢查結果即可。依照晶圓之種類，在藉由預先進行之檢查而知道哪個單位開口光闌最佳時，能自最初即使用該單位開口光闌來進行檢查。
此外，依照晶圓10之種類，若照射多量的照明光時，會造成損傷而有不佳之情形。此時，藉由選擇單位開口光闌4a、4b、4c、4d，而可減少照明光的光量，亦能避免對晶圓10造成損傷。
又，在進行檢查時，有以攝影元件18觀測之晶圓10的像係攝影較廣範圍，而以攝影元件17觀測之晶圓10的瞳像，則限定為晶圓10之特定狹小範圍之情況。在如上述之情況時，只要加大視野光闌5之開口來照明晶圓10之較廣範圍，縮小、視野光闌16之開口來設特定之開口位置，將視野集中於特定之範圍即可。
此時，並不知道晶圓10之哪個範圍成為瞳像而藉由攝影元件17加以觀測。因應此種情況，本實施形態具備光源20。亦即，自光源20所放出之照明光，係透過半反射鏡19，通過視野光闌16而在半反射鏡14反射，且通過由透鏡13、檢光件12、半反射鏡8及物鏡9構成之落射照明光學系統，而使視野光闌16之像成像於晶圓10之表面上。藉由以攝影元件18觀測該像，即可知晶圓10之哪個範圍成為瞳像而藉由攝影元件17加以觀測。來自光源20之光成為檢查之障礙時，例如只要更換光源1與光源20來使用即可。此外，只要僅在知道成為瞳像而藉由攝影元件17加以觀測之位置時點亮光源20，而在實際檢查時將光源20熄滅即可。
(實施例)
圖5係表示檢光件與偏光件之方位與L/S圖案所構成之晶圓的位置關係圖。於圖5，於X軸方向設定檢光件之方位，於Y軸方向設定偏光件之方位，L/S圖案之反覆方向係從Y軸往X軸方向僅以α旋轉。
此處，使用圖6說明照射光對晶圓之入射角度與瞳內之位置之關係。對晶圓之入射角度0°係如圖6以虛線表示之箭頭所示，在瞳上係位在瞳中心。另一方面，入射角度64°(相當於NA＝0.9)係如以實線表示之箭頭所示，在瞳上係位於瞳最邊緣。因而，入射角度係在瞳上，對應於瞳內之半徑方向位置。亦即，在瞳內成像在距光軸同一半徑之位置之光，係以同一角度射入晶圓之光。
接著說明由向量解析方法求出，使用NA＝0.9之物鏡，來自45nmL/S光阻圖案之正反射光，透過檢光件形成在瞳內之光量分布之一例。
圖7係表示於進行向量解析時，45nmL/S光阻圖案之理想形狀的示意圖，為光阻寬度L1＝間隔寬度L2＝45nm、光阻厚度h1＝110nm、SiO2 厚度h2＝100nm。
圖8係45nmL/S光阻圖案之梯形狀的示意圖，例如於曝光裝置中，能假設偏離最佳聚焦曝光而引起光阻圖案產生梯形狀之形狀變化之情況。將該梯形狀之形狀變化以(t1＋t2)/L1(t1、t2係分別為梯形之左右的斜邊之寬度)數值化時，若為理想形狀即若為矩形，形狀變化為0%，若為三角形則形狀變化為100%。
將圖5所示之晶圓圖案之旋轉角度α設為45°，波長λ＝546nm，求出來自45nmL/S光阻圖案之正反射光透過檢光件而形成於瞳內之光量分布時，獲得圖9A~圖9C所示之結果。
圖9A~圖9C係以曲線圖表示將橫軸設為射入角度，縱軸設為正反射光量，觀察形狀變化為0%、40%、80%之L/S圖案時之兩者的關係，圖9A係在圖10所示之瞳內之O－U截面的反射光量、圖9B係在圖10所示之瞳內之O－UL截面的反射光量、圖9C係在圖10所示之瞳內之O－UR截面的反射光量。此外，圖9A~圖9C所示之圖表的縱軸之刻度，係將形狀變化0%時之O－UL截面之正反射光最大值標準化為1。此外，入射角度係如前述所示在瞳內係對應於半徑，因此圖9A~圖9C之數據，係對應以前述各截面之半徑為橫軸時之正反射分布。
此外，圖10係以箭頭表示在瞳各位置之反射光的偏光主軸方向。偏光軸在X軸方向、Y軸方向(R,L,U,D,O)雖係朝Y軸方向(偏光件之方位方向)未旋轉，但在相對X軸、Y軸傾斜45°之方向(UR,LR,LL,UL)，則在瞳之周邊部旋轉約4.5°。
由圖9A~圖9C可知，入射角度變大時反射光量增加，但形狀變化變大時反射光量則降低。因而，藉由比較具正常L/S圖案之晶圓的反射光量、與作為被檢查體之晶圓的反射光量，即可檢測形狀變化之大小，亦即缺陷之程度。
此外，由圖9可知，反射光量會因瞳內之位置而不同，O－UL截面反射光量最大。並且，可知在入射角度60°，反射光量隨形狀變化之變化量，係在O－UL截面為最大。因而，於使偏光件與檢光件呈正交尼科耳之狀態，在瞳內檢測由圖7、圖8所示之構造構成之45nmL/S圖案之形狀變化之方法中，在波長λ＝546nm時，藉由測量O－UL截面之入射角度60°附近之光量變化，可進行感度較高的圖案缺陷檢查。
圖11A~圖11C係以曲線圖表示將橫軸設為光對晶圓之入射角度、縱軸設為正反射光量比，觀察形狀變化為0%、40%、80%之L/S圖案時之兩者的關係，圖11A係在圖10所示之瞳內的O－U截面之反射光量比、圖11B係在圖10所示之瞳內的O－UL截面之反射光量比、圖11C係在圖10所示之瞳內的O－UR截面之反射光量比。此外，圖11係以在形狀變化0%之正反射光量標準化。
由圖11A~圖11C可知，隨形狀變化之反射光量比係依照入射角度與瞳內之位置而不同。於O－UL截面，入射角度變大時，隨形狀變化之正反射光量比之變化變小，但於O－UR截面，入射角度變大時，隨形狀變化之正反射光量比之變化變大。
因此，於使偏光件與檢光件呈正交尼科耳之狀態，在瞳內檢測由圖7、圖8所示之構造構成之45nmL/S圖案之形狀變化之方法中，在波長λ＝546nm時，藉由測量O－UR截面之入射角度60°附近之光量變化比例，可進行感度較高的圖案缺陷檢查。
因而，以圖案構造之資訊為依據，預先藉由向量解析將形狀變化與入射角度作為參數，求出瞳內之光量分布，優先選擇在瞳內光量變化相對於形狀變化較大之位置，或在瞳內光量變化相對於形狀變化比例較大之位置，藉由檢測光量變化或光量變化比例，可進行高感度的形狀缺陷檢查。
本實施例中，雖使用圖7、圖8之示意圖來計算，但改變光阻寬度L1與間隔寬度L2之比例來求出瞳內相對線寬變化之光量分布，優先選擇在瞳內光量變化相對於線寬變化較大之位置，或在瞳內光量變化相對於線寬變化比例較大之位置，藉由檢測光量變化或光量變化比例，可進行高感度的線寬缺陷檢查。
此外，改變光阻厚度h1或SiO2 厚度以求出瞳內相對於膜厚變化之光量分布，優先選擇在瞳內光量變化相對於膜厚變化較大之位置，或在瞳內光量變化相對於膜厚變化比例較大之位置，藉由檢測光量變化或光量變化比例，可進行高感度的膜厚缺陷檢查。
再者，改變波長λ來計算，相對於各種缺陷選擇感度變高之最佳波長λ，選擇瞳內之位置，藉此可進行高感度的缺陷檢查。
例如，藉由將白色LED作為光源，且以彩色CCD攝影瞳內之光量分布，即使進行RGB分割亦可選擇波長，藉由以圖案構造為依據預先計算，選擇最佳的瞳位置，檢測RGB比，或先儲存良品圖案之瞳影像與不良品之瞳影像，藉由瞳像之比較檢查亦可進行缺陷檢查。
以下，將偏光件之直線偏光之透過軸設為y軸，將檢光件之透過軸設為x軸時，透過檢光件所觀察之瞳像之光強度，係於圖10之瞳之上下左右之U、R、D、L中，用以下之數學式表示。但，Ax係x方向之振動成分之振幅。(數學式1)I＝Ax2
另一方面，在圖10之瞳之對角方向UR、UL、LR、LL中，物鏡9之偏光主軸旋轉±4.5°，因此將其旋轉量設為θ，透過檢光件所觀察之瞳像之光強度，係用以下之數學式獲得。但，Ax、Ay係分別為x方向、y方向之振動成分之振幅，δx 、δy 係分別為x方向、y方向之振動成分之相位。(數學式2)Iθ ＝| cosθ．Ax．exp(iδx )＋sinθ．Ay．exp(iδy )|2
當將偏光主軸繞右(順時針方向)旋轉時設為＋、將繞左旋轉設為－，於UR、LL中，偏光主軸旋轉θ＝＋4.5°，於UL、LR中，偏光主軸旋轉θ＝－4.5°，因此成為與U、R、D、L為不同之光強度，進一步成為與UR、LL與UL、LR為不同之光強度。因此，根據圖案形狀來辨認瞳內之輝度及色相之變化，藉由與良品之差分而可進行缺陷檢查。
於以上所述，雖說明了物鏡9之偏光主軸旋轉量θ＝±4.5°之效果，將對該旋轉量θ之最佳範圍檢討之結果表示於圖12、圖13。圖12係以曲線圖表示波長λ＝546nm、將L/S圖案之週期方向之旋轉角度限定為α＝45°、將入射角度限定為60°，橫軸設為偏光主軸之旋轉角度、縱軸設為正反射光量，且在偏光主軸之旋轉角度－25°~＋25°之範圍，觀察形狀變化0%、40%、80%之45nmL/S圖案時之關係。此外，圖12係以形狀變化0%之正反射光量標準化。
於圖12以箭頭表示之UL、UR，係表示對應NA0.9程度之物鏡9之偏光主軸旋轉量±4.5°，伴隨形狀變化之反射光量比之變化量係UR較大，但可知當偏光主軸旋轉量成為－7.5°時，伴隨形狀變化之反射光量比之變化量係比UR更大。
圖13係以曲線圖表示波長λ＝436nm、將L/S圖案之週期方向之旋轉角度限定為α＝45°、將入射角度限定為60°，橫軸設為偏光主軸之旋轉角度、縱軸設為正反射光量，在偏光主軸之旋轉角度－25°~＋25°之範圍，觀察形狀變化0%、40%、80%之45nmL/S圖案時之關係。此外，圖13係以形狀變化0%之正反射光量標準化。
於圖13以箭頭表示之UL、UR，係表示對應NA0.9程度之物鏡9之偏光主軸旋轉量±4.5°，反射光量比伴隨形狀變化之變化量係UR較大，但可知當偏光主軸旋轉量成為－1.5°時，反射光量比伴隨形狀變化之變化量係比UR更大。
因此，可知藉由選擇波長、入射角度及偏光主軸旋轉量，測量光量變化比例，可進行感度較高的圖案缺陷檢查，且最佳的偏光主軸旋轉量為1°~25°。
使偏光主軸旋轉量設為可變之理由在於，準備施於物鏡之各透鏡面的反射防止膜之相位特性分別不同之複數個物鏡，切換各物鏡來使用。此外，藉由打破偏光件與檢光件之正交尼科耳之關係而可對應，在偏光件或檢光件設置可旋轉於光軸中心之機構，藉由使偏光件或檢光件旋轉於該光軸中心，偏光件之透過軸與檢光件之透過軸所形成之角度較佳設定為65°~89°之範圍內(藉此，能將偏光主軸之旋轉量設為1°~25°)。
作為補捉瞳內之輝度及色相變化之方法，係使用白色LED作為光源，藉由彩色CCD攝影元件而可實現。此外，於瞳內之特定位置，由於輝度及色相的變化較大，因此於瞳內分割以進行分光測光，測定瞳內之輝度及色相之變化，並藉由與良品比較而可進行缺陷檢查。再者，為判別圖案形狀之非對稱性，以光軸為中心選擇瞳內之對稱的位置，來測定輝度及色相之變化為有效。瞳內之分割係以對晶圓之入射角度45度為基準，分割為內側之圓與外側之圓，來測定輝度及色相之變化為有效。
於以上之實施例中，以晶圓圖案之旋轉角度α為45°來進行測定。α為0°或90°時，即使晶圓圖案有缺陷，偏光軸之旋轉藉此仍較不會出現，且缺陷檢測能力降低。因此，藉由將α設為該等之中間之45°，晶圓圖案之缺陷所造成之偏光軸之旋轉變大，缺陷檢測能力提升。
使α以22.5°、45°、67.5°三階段變化，將進行晶圓內特定之曝光範圍內兩部位(中央部位與最下外周附近)之測定之結果，表示於圖14~圖16。圖14係α＝22.5°、圖15係α＝45°、圖16係α＝67.5°，且皆表示在圖10之UL－LR方向截面之反射光量分布者。橫軸係表示瞳內半徑方向位置(對晶圓之入射角度)、縱軸係表示反射光量。作為晶圓內特定之曝光範圍兩部位，係採用曝光裝置之投影透鏡之曝光範圍(矩形區域)之中央部分與最下外周部附近。
根據該等圖可知，在α＝45°，光量分布相對於在曝光範圍內兩部位之差係不太明顯，在α＝22.5°與α＝67.5°，在瞳內之周邊部(對晶圓之入射角度之較大部分)呈現最大的差。該等之差係由於在晶圓之各部分之L/S圖案之微小不同所造成者，因此藉由設為α＝22.5°、67.5°，可知有可能檢測在α＝45°時未能檢測之缺陷。
來自具有構造性複折射之圖案之反射光，係根據晶圓之厚度h及形狀，在與入射光之振動面平行的成分(Y軸方向成分)與垂直的成分(X軸方向成分)之間，相位差、振幅Ax、振幅Ay會變化，成為橢圓偏光。此外，因對晶圓面之入射角及波長，在與入射光之振動面平行的成分與垂直的成分之間，相位差、振幅Ax、振幅Ay亦會變化。將裸晶裝載於載台上，使用NA0.9程度之物鏡9，將偏光件之透過軸設定於瞳內之上下方向，亦即彼此正交以成立正交尼科耳條件時，藉由攝影元件17所觀察之瞳像係成為圖17所示之中心部為暗黑之4片葉狀。
此係隨著物鏡9之NA變大，光線對物鏡面之入射角變大，因偏光主軸旋轉所產生之現象。本實施例中，於NA＝0.9之物鏡中，於瞳之對角方向產生最大為約4.5程度(透過物鏡在晶圓面反射而再度透過物鏡返回之往返光路)之偏光主軸之旋轉，根據其旋轉量而自檢光件洩漏且光透過，以攝影元件17所觀察之瞳像係成為對角方向明亮之像。
接著，裝載具有構造性複折射之附有圖案之晶圓，且適當設定視野光闌5或視野光闌16之開口形狀及位置，邊使晶圓面之圖案之週期方向相對於偏光件之透過軸旋轉，邊在瞳上觀察來自晶圓面之正反射光，則可確認出在裸晶成為暗黑部之部分的輝度及色相之變化。
此係由於在瞳上觀察來自晶圓之圖案之繞射光及正反射光，尤其當將視野光闌5或視野光闌16之開口形狀及位置，設定在形成有欲檢查之圖案之區域內時，繞射光係未被觀察，且藉由構造性複折射，照明於晶圓之直線偏光之光成為橢圓偏光反射而來，藉此透過檢光件形成於攝影元件17之攝影面之瞳內呈現輝度及色相之變化。
例如，將晶圓之圖案週期之方向相對於偏光件之透過軸設定為45°方向及135°方向時，瞳像整體之輝度變高。
再者，將晶圓之圖案週期之方向相對於偏光件之透過軸設定為22.5°、67.5°時，如前述般，可知根據圖案輪廓變化之瞳內輝度分布變化最大。
此外，瞳內之輝度分布係根據圖案輪廓變化，依據瞳內之位置來確認出輝度及色相之變化。
1、20．．．光源
2、6、13、15．．．透鏡
3．．．照度均一化單元
4．．．開口光闌
4a~4e．．．單位開口光闌
5、16．．．視野光闌
7．．．偏光件
8、19．．．半反射鏡
9．．．物鏡
10．．．晶圓
11．．．晶圓載台
12．．．檢光件
14．．．半稜鏡
17、18．．．攝影元件
圖1係表示本發明之實施形態之一例之缺陷檢查裝置的概要圖。
圖2(a)、(b)係表示所觀察之瞳像的分割之例圖。
圖3係表示本發明之實施形態之另一例之缺陷檢查裝置的概要圖。
圖4係表示具有複數個單位開口光闌之開口光闌之例圖。
圖5係表示檢光件與偏光件之方位與L/S圖案所構成之晶圓的位置關係圖。
圖6係用以說明照射光對晶圓之入射角度與瞳內部位之關係圖。
圖7係L/S光阻圖案之理想形狀的示意圖。
圖8係L/S光阻圖案之梯形狀的示意圖。
圖9A係表示來自L/S光阻圖案之正反射光透過檢光件而形成於瞳內之光量分布的圖。
圖9B係表示來自L/S光阻圖案之正反射光透過檢光件而形成於瞳內之光量分布的圖。
圖9C係表示來自L/S光阻圖案之正反射光透過檢光件而形成於瞳內之光量分布的圖。
圖10係表示反射光在瞳之各位置之振偏光軸方向。
圖11A係表示光對晶圓之入射角度與正反射光量之關係圖。
圖11B係表示光對晶圓之入射角度與正反射光量之關係圖。
圖11C係表示光對晶圓之入射角度與正反射光量之關係圖。
圖12係於設定為L/S光阻圖案方位角α＝45°、波長λ＝546nm且入射角度60°時，藉由計算來求出來自L/S光阻圖案之正反射光透過檢光件而形成於瞳內之光量。
圖13係於設定為L/S光阻圖案方位角α＝45°、波長λ＝436nm且入射角度60°時，藉由計算來求出來自L/S光阻圖案之正反射光透過檢光件而形成於瞳內之光量。
圖14係表示將晶圓圖案之旋轉角度α設為22.5，進行晶圓之不同部位測定時，瞳半徑方向之反射光量分布圖。
圖15係表示將晶圓圖案之旋轉角度α設為45°，進行晶圓之不同部位測定時，瞳半徑方向之反射光量分布圖。
圖16係表示將晶圓圖案之旋轉角度α設為67.5°，進行晶圓之不同部位測定時，瞳半徑方向之反射光量分布圖。
圖17係表示使用圖1所示之裝置，觀察裸晶時所獲得之觀察像。
1．．．光源
2．．．透鏡
3．．．照度均一化單元
4．．．開口光闌
5．．．視野光闌
6．．．透鏡
7．．．偏光件
8．．．半反射鏡
9．．．物鏡
10．．．晶圓
11．．．晶圓載台
12．．．檢光件
13．．．透鏡
14．．．半稜鏡
15．．．透鏡
16．．．視野光闌
17．．．攝影元件
18．．．攝影元件

Claims (18)

  1. 一種缺陷檢查裝置，係用以檢查表面形成有反覆圖案之試樣的缺陷，其特徵在於，具有：載台，用以裝載該試樣；照明光學系統，使直線偏光之光通過物鏡而落射照明於該試樣的表面；檢測光學系統，使因該照射而來自該試樣的表面之反射光，通過該物鏡、及以滿足與該直線偏光之光之振動方向之正交尼科耳條件之方式配置有透過軸之檢光件，以檢測該物鏡之瞳面的像；以及檢測部，將所檢測之該物鏡之瞳面的像與物鏡之瞳面的基準像相比較，以檢測該試樣之缺陷。
  2. 如申請專利範圍第1項之缺陷檢查裝置，其中，該檢測部根據以從該試樣的表面反射之光所形成之物鏡之該瞳面的像的光量和該基準像的光量之差，以檢測該試樣之缺陷。
  3. 如申請專利範圍第1項之缺陷檢查裝置，其中，該基準像，係將在表面形成有良品之反覆圖案之良品試樣之該表面以偏光之光落射照明，從該表面反射之光通過物鏡及檢測件後所檢測之物鏡之瞳面的像。
  4. 一種缺陷檢查裝置，係用以檢查表面形成有反覆圖案之試樣的缺陷，其特徵在於，具有：載台，用以裝載該試樣；照明光學系統，使直線偏光之光通過物鏡而落射照明 於該試樣的表面；檢測光學系統，使因該照射而來自該試樣的表面之反射光，通過該物鏡、及以滿足與該直線偏光之光之振動方向之正交尼科耳條件之方式配置有透過軸之檢光件，以檢測該物鏡之瞳面的像；以及檢測部，比較該瞳面的像之相對光軸成彼此對稱之部分，以檢測該試樣之缺陷。
  5. 如申請專利範圍第4項之缺陷檢查裝置，其中，該檢測部，比較該瞳面的像之相對光軸成彼此對稱之部分的光量，以檢測該試樣之缺陷。
  6. 一種缺陷檢查裝置，係用以檢查表面形成有反覆圖案之試樣的缺陷，其特徵在於，具有：載台，用以裝載該試樣；照明光學系統，使直線偏光之光通過物鏡而落射照明於該試樣的表面；檢測光學系統，使因該照射而來自該試樣的表面之反射光，通過該物鏡與檢光件，以檢測該物鏡之瞳面的像；以及檢測部，將所檢測之以從該試樣的表面反射之光所形成之該物鏡之瞳面的像與物鏡之瞳面的基準像相比較，以檢測該試樣之缺陷；且具有旋轉機構，使該直線偏光之光之振動方向及該檢光件之至少一者旋轉，將該直線偏光之光之振動方向與該檢光件之透過軸所形成之角設定為65°~89°之範圍內。
  7. 如申請專利範圍第6項之缺陷檢查裝置，其中，該物鏡之偏光主軸之旋轉量為1~25°。
  8. 如申請專利範圍第6項之缺陷檢查裝置，其中，該基準像，係將在表面形成有良品之反覆圖案之良品試樣之該表面以直線偏光之光落射照明，從該表面反射之光通過物鏡及檢測件後所檢測之物鏡之瞳面的像。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之缺陷檢查裝置，其中，該照明光學系統，具有光源、及用以從該光源射出之光中取出該直線偏光之光之偏光件。
  10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之缺陷檢查裝置，其中，於該樣之缺陷檢測時，採用該瞳面的像之中感度較高之部位。
  11. 一種缺陷檢查方法，係用以檢查表面形成有反覆圖案之試樣的缺陷，其特徵在於：使直線偏光之光通過物鏡而落射照明於該試樣的表面；使因該照射而來自該試樣的表面之反射光，通過該物鏡、及以滿足與該直線偏光之光之振動方向之正交尼科耳條件之方式配置有透過軸之檢光件，以取得該物鏡之瞳面的像；將所取得之該物鏡之瞳面的像、與在表面形成有良品之反覆圖案之良品試樣以直線偏光之光落射照明後從該表面反射之光通過該物鏡及該檢測件後所取得之該物鏡之瞳面的像相比較，以檢測該試樣之缺陷。
  12. 如申請專利範圍第11項之缺陷檢查方法，其中，係將該圖案之反覆方向設定為自該直線偏光之光之振動方位錯開45°。
  13. 如申請專利範圍第11項之缺陷檢查方法，其中，係將該圖案之反覆方向設定為自該直線偏光之光之振動方位錯開22.5°或67.5°。
  14. 如申請專利範圍第11至13項中任一項之缺陷檢查方法，其中，該瞳面的像之比較，係指以從該試樣的表面反射之光所形成之該物鏡之瞳面的像之放射方向的光量分布、和以從該良品試樣的表面反射之光所形成之該物鏡之瞳面的像之放射方向的光量分布之差。
  15. 如申請專利範圍第11至13項中任一項之缺陷檢查方法，其中，該缺陷之檢測，係依據以從該試樣的表面反射之光所形成之該物鏡之瞳面的像的光量分布和以從該良品試樣的表面反射之光所形成之該物鏡之瞳面的像的光量分布之差分、及既定之閾值來進行。
  16. 一種缺陷檢查方法，係用以檢查表面形成有反覆圖案之試樣的缺陷，其特徵在於：使直線偏光之光通過物鏡而落射照明於該試樣面的表面；使因該照射而來自該試樣的表面之反射光，通過該物鏡、及以滿足與該直線偏光之光之振動方向之正交尼科耳條件之方式配置有透過軸之檢光件，以獲得該物鏡之瞳面的像； 根據該瞳面的像之相對於光軸彼此成對稱位置之光量或色相之差，以檢測該試樣之缺陷。
  17. 一種缺陷檢查方法，係用以檢查表面形成有反覆圖案之試樣的缺陷，使直線偏光之光通過物鏡而落射照明於該試樣的表面，使因該照射而來自該試樣的表面之反射光，通過該物鏡與檢光件，以取得該物鏡之瞳面的像，將所取得之該物鏡之瞳面的像、與在表面形成有良品之反覆圖案之良品試樣以直線偏光之光落射照明後從該表面反射之光通過該物鏡及該檢測件後所取得之該物鏡之瞳面的像相比較，以檢測該試樣之缺陷；其特徵在於：以旋轉機構使該直線偏光之光之振動方向及該檢光件之至少一者旋轉，將該直線偏光之光之振動方向與該檢光件之透過軸所形成之角設定為65°~89°之範圍內。
  18. 如申請專利範圍第17項之缺陷檢查方法，其中，該物鏡之偏光主軸之旋轉量為1~25°。
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