TWI445947B - A surface inspection apparatus, a polarizing illumination apparatus, and a light receiving apparatus - Google Patents

A surface inspection apparatus, a polarizing illumination apparatus, and a light receiving apparatus Download PDF

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Description

表面檢查裝置、偏光照明裝置、及受光裝置
本發明為關於在半導體元件等之製造過程中，用來檢測基板表面之不均、傷痕等缺陷之表面檢查方法及裝置。
在半導體電路零件之製程中，作為晶圓表面所形成之重複圖案缺陷之檢查裝置，在先前技術中，眾知有利用繞射之系統。在利用繞射之裝置中，依圖案之間距必須調整載台之傾角。此外，為因應更為微細之圖案，必須使照明光之波長更短。
[專利文獻1]日本特開平10－232122號公報
然而，為因應重複間距之微細化(亦即配線圖案等之等間距線之微細化)，而進行照明光之短波長化時，光源種類將受到限制，而成為高價之光源。此外，構成照明系統與受光系統之光學元件之材料也受限於高價之物，並不理想。
本發明之目的在提供一種即使將照明光短波長化，亦可以確實因應重複間距微細化之表面檢查裝置以及表面檢查方法。
為解決上述問題，本發明之表面檢查裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出用來照明被檢查基板之直線偏光的發散光束；光學構件，係將該直線偏光之發射光束以該光束之主光線具有固定入射角的方式加以射入，並導引至該被檢查基板；受光機構，係接收來自該被檢查基板之光束中、偏光方向與該直線偏光直交之直線偏光；以及至少1個之偏光修正構件，係配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中，用來消除因該光學構件所產生之偏光面的失序；根據該受光機構所接收之光來進行該被檢查基板表面之檢查。
請求項2之表面檢查裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出用來照明被檢查基板之直線偏光的發散光束；光學構件，係配置在射入來自該被檢查基板之光束的位置，將來自該被檢查基板之光束作為該光束之主光線具有既定射出角的會聚光束加以射出；受光機構，係接收來自該光學構件之會聚光束中、與該固定直線偏光直交之直線偏光；以及至少1個之偏光修正構件，係配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中，用來消除因該光學構件所產生之偏光面的失序；根據該受光機構所接收之光來進行該被檢查基板表面之檢查。
請求項3之表面檢查裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出用來照明被檢查基板之直線偏光的發散光束；第1光學構件，係使該直線偏光之發散光束以既定入射角度射入，並導引至該被檢查基板；第2光學構件，係射入來自該被檢查基板之光束，並將該會聚光束以既定射出角度射出使其成像於既定面；抽出機構，係從來自該第2光學構件之會聚光束中，抽出與該直線偏光直交之直線偏光；受光機構，係接收經過該第2光學構件與該抽出機構所形成之該被檢查基板的影像；以及至少1個之偏光修正機構，係配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中，用來消除因該第1及第2光學構件所產生之該光束之偏光面的失序。
請求項4之發明，係請求項1至3項之任一項之表面檢查裝置中，該光學構件對射入之光束賦予會聚作用。
請求項5之發明，係請求項1至3項之任一項之表面檢查裝置中，該偏光修正構件係往該光學構件對該非平行光束之主光線之傾斜方向相反的方向傾斜，配置在非平行光束中。
請求項6之發明，係請求項1至3項之任一項之表面檢查裝置中，其進一步具有將該偏光修正構件保持成至少能修正傾斜方向與傾斜角度之至少一方的保持機構。
請求項7之發明，係請求項1至3項之任一項之表面檢查裝置中，該偏光補正構件，係相對該光學構件之面傾斜配置之玻璃平行平板。
請求項8之發明，係請求項1至3項之任一項之表面檢查裝置中，該偏光補正構件，係相對該光學構件與該光軸垂直之面傾斜配置，以彼此之晶軸直交之方式貼合之二片雙折射晶體的平行平板。
請求項9之發明，係請求項1至3項之任一項之表面檢查裝置中，該偏光補正構件，係相對該光學構件與該光軸垂直之面傾斜配置，且以彼此之晶軸直交、且形成平行平板之方式貼合之二片楔形雙折射晶體。
請求項10之偏光照明裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出偏光之發散光束；光學構件，係使該光源機構所生成之直線偏光之光束以既定入射角度射入，並導引至該被檢查基板；以及偏光修正構件，係配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中，用來消除因該光學構件所產生之該光束偏光面之失序。
請求項11之受光裝置，其特徵在於，具有：光學構件，係射入來自該被檢查基板之具有既定偏光成分之光束，並將該會聚光束以既定射出角度射出；受光機構，係接收來自該光學構件之光束中的直線偏光；以及偏光修正構件，係配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中，用來消除因該光學構件所產生之該光束偏光面之失序。
請求項12之發明，係請求項1之表面檢查裝置中，係在配置於該光源機構與該受光機構之間的偏光修正構件，設定應力應變。
請求項13之發明，係請求項2之表面檢查裝置中，係在配置於該光源機構與該受光機構之間的偏光修正構件，設定應力應變。
請求項14之發明，係請求項12或請求項13之表面檢查裝置中，設定於該偏光修正構件中之應力應變，可固定為任意值。
根據本發明，即使將照明光短波長化，亦可以確實因應重複間距之微細化。
以下，使用圖式詳細說明本發明之使用偏光之表面檢查裝置之原理。
本發明之表面檢查裝置30，如圖1所示，係由支撐被檢查基板之半導體晶圓20之載台11、對準系統12、照明系統13、受光系統14，以及影像處理裝置15所構成。表面檢查裝置30，係在半導體電路元件之製程中，自動進行半導體晶圓20表面檢查之裝置。半導體晶圓20，在對最上層光阻膜之曝光、顯影後，由未圖示之搬送系統，由未圖示之晶圓匣或顯影裝置搬出，而將其吸附於載台11。
於半導體晶圓20表面，如圖2所示，於XY方向排列有複數個晶片區域21，在各晶片區域21中形成有重複圖案22。重複圖案22，如圖3所示，係複數個線部2A沿其短邊方向(X方向)、以一定間距P所配列之光阻圖案(例如為配線圖案)。相鄰線部2A之間，為空間部2B。線部2A之配列方向(X方向)稱為「重複圖案22之重複方向」。
此處，設重複圖案22之線部2A之線寬DA 之設計值為間距P之1/2。當如設計值般形成重複圖案22時，線部2A之線寬DA 與空間部2B之線寬DB 相等，線部2A與空間部2B之體積比大致為1：1。相對於此，當形成線部22時之曝光焦點偏離適當值時，雖然間距P不會改變，但是線部2A之線寬DA 會不同於設計值、亦會與空間部2B之線寬DB 不同，使得線部2A與空間部2B之體積比會偏離大致1：1。
本發明之表面檢查裝置30，係利用如上述重複圖案22中之線部2A與空間部2B體積比之變化，來進行重複圖案22之缺陷檢查。為簡化說明，將理想之體積比(設計值)設為1：1。體積比之變化，起因於曝光焦點偏離適當值，而在半導體晶圓20之每一照射區域出現。此外，體積比亦可以說成是截面形狀之面積比。
又，與照明光(後述)相對重複圖案22之波長相較，重複圖案22之間距P非常的小。因此，不會從重複圖案22產生繞射光，而無法藉繞射光來進行重複圖案22之缺陷檢查。本發明之缺陷檢查原理，與表面檢查裝置30之構成(圖1)一起依序說明如下。
表面檢查裝置30之載台11，係將半導體晶圓20載置於上面，例如以真空吸附來固定保持。此外，載台11，能以上面中心之法線1A為軸進行旋轉。藉由此旋轉機構，可以使半導體晶圓20之重複圖案22之重複方向(圖2、圖3之X方向)，在半導體晶圓20之表面內旋轉。又，載台11，其上面為水平，沒有傾角機構。因此，可以將半導體晶圓20經常保持在水平狀態。
對準系統12，係在載台11進行旋轉時，照亮半導體晶圓20之外緣部分，檢測出設在外緣部之外形基準(如切口)之旋轉方向之位置，在既定位置停止載台11。其結果，可以將半導體晶圓20之重複圖案22之重複方向(圖2、圖3之X方向)，設定成相對後述照明光之入射面3A(參考圖4)傾斜45度之角度。
照明系統13，係由光源31、波長選擇濾波器32、導光光纖33、偏光板34、凹面反射鏡35等所構成之偏心光學系統，以直線偏光L1來照明載台11上之半導體晶圓20之重複圖案。此直線偏光L1，係對重複圖案22之照明光。直線偏光L1，照射於半導體晶圓20之表面全部。
直線偏光L1之行進方向(到達半導體晶圓20之表面上任意點之直線偏光L1之主光線之方向)，與凹面反射鏡35之光軸O1大致平行。光軸O1，通過載台11之中心，相對載台11之法線1A傾斜既定角度θ。亦即，包含直線偏光L1之行進方向、與載台11之法線1A平行的平面，係直線偏光L1之入射面。圖4之入射面3A，係在半導體晶圓20中心之入射面。
此外，本說明中，直線偏光L1為p偏光。也就是說，如圖5(a)所示，包含直線偏光L1之行進方向與電氣向量之振動方向之平面(直線偏光L1之振動面)，係包含於直線偏光L1之入射面(3A)內。直線偏光L1之振動面，係由配置在凹面反射鏡35前段之偏光板34之透射軸來加以規定。
此外，照明系統13之光源31，係金屬鹵素燈或水銀燈等之便宜的放電光源。波長選擇濾波器32，係選擇性的使來自光源31之光中、具既定波長之亮線頻譜透射。導光光纖33，傳送來自波長選擇濾波器32之光。偏光板34，係配置在導光光纖33之射出端附近，其透射軸設定於既定方位，根據透射軸使來自導光光纖33之光成為直線偏光。凹面反射鏡35，係將球面內側作為反射面之反射鏡，配置成前側焦點與導光光纖33之射出端大致一致、且後側焦點與半導體晶圓20之表面大致一致，將來自偏光板34之光導引至半導體晶圓20表面。照明系統13，係半導體晶圓20側遠心的光學系統。
上述照明系統13中，來自光源31之光，經過波長選擇濾波器32、導光光纖33、偏光鏡34與凹面反射鏡35，成為p偏光之直線偏光L1(圖5(a))，射入半導體晶圓20之表面全體。直線偏光L1在半導體晶圓20各點之入射角，彼此相同，相當於光軸O1與法線1A所夾之角度θ。
由於射入半導體晶圓20之直線偏光L1為p偏光(圖5(a))，因此如圖4所示，當半導體晶圓20之重複圖案之重複方向(X方向)相對於直線偏光L1之入射面(3A)被設定為45度之角度時，半導體晶圓20表面上直線偏光L1之振動面方向(圖6之V方向)與重複圖案22之重複方向(X方向)所夾角度亦係設定為45度。
換言之，直線偏光L1，係在半導體晶圓20表面上振動面方向(圖6之V方向)相對於重複圖案22之重複方向傾斜45度之狀態下，以斜向橫切過重複圖案22之狀態，射入重複圖案22。
此直線偏光L1與重複圖案22間之角度狀態，在半導體晶圓20之表面全體均為一致。又，即使將45度換成135度、225度、315度之任一角度，直線偏光L1與重複圖案22間之角度狀態均相同。此外，將圖6之振動面方向(V方向)與重複方向(X方向)所夾角度設為45度之原因，係為了將重複圖案22之缺陷檢查靈敏度設為最高。
又，使用該直線偏光L1照射重複圖案22時，會從重複圖案22於正反射方向產生橢圓偏光L2(圖1、圖5(b))。此時，橢圓偏光L2之行進方向與正反射方向一致。所謂的正反射方向，指的是：包含在直線偏光L1之入射面(3A)內，相對載台11之法線1A傾斜角度θ(與直線偏光L1之入射角度θ相等之角度)之方向。此外，如前所述，由於重複圖案22之間距P遠小於照明波長，因此，不會從重複圖案22產生繞射光。
接著，簡單說明直線偏光L1因重複圖案22而橢圓化，從重複圖案22產生橢圓偏光L2之理由。當直線偏光L1射入重複圖案22時，其振動面之方向(圖6之V方向)會分為圖7所示之兩個偏光成分VX ,VY 。一偏光成分VX 為係與重複方向(X方向)平行之成分。另一偏光成分VY 則係與重複方向(X方向)垂直之成分。兩個偏光成分VX ,VY ，分別獨立地接受不同之振幅變化與相位變化。振幅變化與相位變化之所以不同，係由於起因於重複圖案22之異方性所導致之複反射率(亦即複數之振幅反射率)不同之故，稱為構造性雙折射(form birefringence)。其結果，兩個偏光成分VX ,VY 之反射光彼此之振幅與相位不同，其等合成之反射光成為橢圓偏光L2(圖5(b))。
又，因重複圖案22之異方性所引起之橢圓化程度，可以考慮係在圖5(b)之橢圓偏光L2之中，與圖5(a)之直線偏光L1之振動面(與入射面(3A)一致)垂直之偏光成分L3(圖5(c))。此偏光成分L3之大小，係依存於重複圖案22之材質及形狀，以及與圖6之振動面方向(V方向)與重複方向(X方向)所夾角度。因此，將V方向與X方向所夾之角度保持為一定值(例如45度)時，即使重複圖案22之材質固定，當重複圖案22之形狀改變時，橢圓化程度(偏光成分L3之大小)亦會改變。
接著，說明重複圖案22之形狀與偏光成分L3大小之關係。如圖3所示，重複圖案22具有將線部2A與空間部2B沿X方向交互排列之凹凸形狀，當以適當之曝光焦點依設計值形成時，線部2A之線寬DA 與空間部2B之線寬DB 相等，線部2A與空間部2B之體積比約為1：1。在此理想形狀時，偏光成分L3之大小為最大。相對於此，當曝光焦點偏離適當值時，線部2A之線寬DA 與空間部2B之線寬DB 變成不同，線部2A與空間部2B之體積比亦偏離約1：1。此時，偏光成分L3之大小小於理想值。若將偏光成分L3之大小變化圖示，則形成如圖8般。圖8之橫軸為線部2A之線寬DA 。
如此，使用直線偏光L1，以圖6之振動方向(V方向)相對重複圖案22之重複方向(X方向)傾斜45度之狀態照照重複圖案22時，則在正反射方向產生之橢圓偏光L2(圖1、圖5(b))之橢圓化程度(圖5(c)之偏光成分L3之大小)，即會成為對應重複圖案22之形狀(線部2A與空間部2B之體積比)(圖8)。橢圓偏光L2之行進方向，包含在直線偏光L1之入射面(3A)內，相對載台11之法線1A傾斜角度θ(相等於直線偏光L1之入射角度θ)。
接著，說明受光系統14。受光系統14，如圖1所示，係由：凹面反射鏡36、成像透鏡37、偏光板38、攝影元件39所構成之偏心光學系統。
凹面反射鏡36，係與上述照明系統13之凹面反射鏡35相同之反射鏡，其光軸O2通過載台11之中心，且相對載台11之法線1A傾斜角度θ。因此，來自重複圖案22之橢圓偏光L2，係沿著凹面反射鏡36之光軸O2行進。凹面反射鏡36，反射橢圓偏光L2將其導至成像鏡頭37，與成像鏡頭37連動而聚光於攝影元件39之攝影面。
惟，成像鏡頭37與凹面反射鏡36之間，配置有偏光板38。偏光板38之透射軸方位，係設定成與該照明系統13之偏光板34之透射軸正交(正交尼科耳(正交Nicol)之狀態)。因此，可藉由偏光板38，僅抽出與橢圓偏光L2之圖5(c)之偏光成分L3相當的偏光成分L4(圖1)，將其導至攝影元件39。其結果，在攝影元件39之攝影面上，形成以由偏光成分L4產生之半導體晶圓20之反射像。
攝影元件39，例如係CCD攝影元件等，對形成於攝影面上之半導體晶圓20的反射像進行光電轉換，然後將影像訊號輸出至影像處理裝置。半導體晶圓20之反射像之明暗，約略與偏光成分L4之光強度(圖5(c)之偏光成分L3之大小)成正比，並隨著重複圖案22之形狀(線部2A與空間部2B之體積比)變化(參照圖8)。半導體晶圓20之反射像最亮時，係重複圖案22為理想形狀(體積比1：1)之情況。又，半導體晶圓20反射像之明暗，會出現於各個照射區域。
影像處理裝置15，根據攝影元件39所輸出之影像訊號，擷取半導體晶圓20之反射影像。此外，影像處理裝置15，為了比較，預先記憶有良品晶圓之反射影像。所謂的良品晶圓，指的是重複圖案22以理想形狀(體積比1：1)形成在表面全體之物。良品晶圓之反射影像之亮度資訊，可視為是顯示最高亮度值。
因此，影像處理裝置15，擷取被檢測基板之半導體晶圓20之反射影像後，將其亮度資訊與良品晶圓之反射影像之亮度資訊加以比較。並根據半導體晶圓20之反射影像暗處之亮度值降低量(圖8之降低量△)，來檢測重複圖案22之缺陷(線部2A與空間部2B體積比之變化)。例如，當亮度值之降低量大於預先設定之闕值(容許值)時及判斷為「缺陷」，小於闕值時即判斷為「正常」即可。
又，影像處理裝置15中，如前所述，除可預先記憶良品晶圓之反射影像外，亦可預先記憶晶圓照射區域之配列資料與亮度值之闕值。
此時，由於可根據照射區域配列資料，了解所擷取之晶圓反射影像中各照射區域之位置，因此可以求得各照射區域之亮度值。並藉由比較該亮度值與所記憶之闕值，來檢測圖案之缺陷。將亮度值小於闕值之照射區域判斷為缺陷即可。
如上述般，根據表面檢查裝置30，由於係使用直線偏光L1，以圖6之振動面之方向(V方向)相對重複圖案22之重複方向(X方向)為傾斜之狀態下，照明重複圖案22，且在正反射方向產生之橢圓偏光L2中，根據偏光成分L4之光強度(圖5(c)之偏光成分L3之大小)，來檢測出重複圖案22之缺陷，因此即使重複圖案22之間距P遠小於照明波長，亦可以確實地進行缺陷檢查。也就是說，即使不將直線偏光L1(照明光)短波長化，亦能確實因應重複圖案之微細化。
再者，表面檢查裝置30，藉由將圖6之振動面方向(V方向)與重複方向(X方向)所夾角度設定為45度，能大幅擷取半導體晶圓20反射影像亮度值之降低量(圖8之降低量△)，以高靈敏度進行重複圖案22之缺陷檢查。
又，表面檢查裝置30，不僅限於重複圖案22之間距P遠小於照明波長之情形，即使重複圖案22之間距P與照明波長相同程度、或是大於照明波長，亦能同樣地進行重複圖案22之缺陷檢查。也就是說，不管重複圖案22之間距P，皆能確實進行重複圖案22之缺陷檢查。其理由在於，因重複圖案22所產生之直線偏光L1之橢圓化，係依存於重複圖案22之線部2A與空間部2B之體積比而產生，並不依存於重複圖案22之間距P。
又，表面檢查裝置30，若重複圖案22之線部2A與空間部2B之體積比相同的話，反射影像亮度值之降低量(圖8之降低量△)會相同。因此，無論重複圖案22之間距P為何，只要體積比之變化量相同，即能以相同靈敏度來進行檢測。例如，如圖9(a)、(b)所示之重複圖案22，間距P不同、但線部2A與空間部2B之體積比相同時，能以相同靈敏度進行缺陷檢查。又，由圖9(a)、(b)之比較可知，間距P越小、越可確實檢測出細微之形狀(線部2A之線寬DA 偏離設計值之偏移量δ)變化。
此外，表面檢查裝置30，即使重複圖案22之間距P不同，亦能在將半導體晶圓20保持於水平之狀態(不進行先前技術般之載台傾角調整)下進行檢查，因此可以確實縮短至實際開始缺陷檢查(亦即擷取半導體晶圓20之反射影像)之準備時間，而能提昇作業效率。
再者，表面檢查裝置30中，由於載台11不具備傾斜機構，因此裝置構成簡單。又，由於係使用便宜之放電光源來作為照明系統13之光源31，因此表面檢查裝置30之全體構成既便宜又簡單。
此外，表面檢查裝置30，即使是在半導體晶圓20之表面形成複數種類之重複圖案，且間距P及重複方向(X方向)亦不同之重複圖案混在一起時，亦可一次擷取半導體晶圓20表面全體之反射影像，僅須檢查各位置之亮度值降低量，而簡單地進行所有重複圖案之缺陷檢查。又，重複方向不同之重複圖案，如圖10所示，係0度方向之重複圖案25與90度方向之重複圖案26。此等重複圖案25,26，重複方向(X方向)彼此相差90度。然而，各重複方向(X方向)與直線偏光L1之振動面方向(V方向)所夾角度皆為45度。
此外，表面檢查裝置30，由於係將直線偏光L1相對半導體晶圓20之表面傾斜射入(參考圖1)，因此亦可以得到關於重複圖案22之線部2A邊緣形狀非對稱性(例如邊緣形狀潰散之方向性)的缺陷資訊。因此，使用載台11將半導體晶圓20之重複圖案22之重複方向(X方向)旋轉180度，於其前後之狀態擷取半導體晶圓20之反射圖案，來檢查相同位置之亮度差。
圖11中，顯示邊緣形狀為非對稱之重複圖案22與直線偏光L1之入射方向之關係。例如，圖11(a)為旋轉180度前之狀態，由線部2A之邊緣E1 、E2 之中潰散之邊緣(E1 )側射入照明光。圖11(b)為旋轉180度後之狀態，由兩個邊緣E1 、E2 之中沒有潰散之邊緣(E2 )側射入照明光。在各狀態下擷取之反射影像之亮度值，反映了在入射方向之邊緣E1 、E2 之邊緣形狀，此例中，圖11(a)之反射影像之亮度值最大。因此，藉由檢查旋轉180度前後之反射影像之亮度差，即可以了解線部2A邊緣形狀之非對稱性。亦可以將旋轉180度前後之反射影像加以合成來進行缺陷檢查。
此外，當相對半導體晶圓20表面傾斜射入直線偏光L1時(參考圖1，入射角度θ)，從重複圖案22所產生之橢圓偏光L2(圖5(b))，嚴謹來說，係以其行進方向為軸些微的進行旋轉。因此，最好是考慮其旋轉角度，來進行受光系統14之偏光板38之透射軸方位的微調整。微調後之狀態下，兩個偏光板34,38之透射軸之方位雖不是正確之90度，但是此角度仍在”垂直(或正交)”之範圍，可稱為是正交尼科耳之狀態。藉由微調偏光板38透射軸之方位，可以提昇檢查精密度。微調之方法，例如可以沒有重複圖案之表面反射直線偏光L1並擷取影像，旋轉偏光板38透射軸之方位使得影像之亮度值變得最小。
以上說明中，雖係以直線偏光L1為p偏光之例作了說明，但是本發明並不限定於此。亦可不是p偏光，而使用s偏光。所謂的s偏光，指的是振動面與入射面垂直之直線偏光。因此，如圖4所示，當半導體晶圓20之重複圖案22之重複方向(X方向)相對於直線偏光L1之s偏光之入射面(3A)設定為45度時，則半導體晶圓20表面之s偏光之振動面方向與重複圖案22之重複方向(X方向)所夾的角度，亦被設定為45度。
此外，p偏光，在取得與重複圖案22之線部2A之邊緣形狀相關的缺陷資訊上較為有利。S偏光則可有效地取得半導體晶圓20表面之缺陷資訊，對提昇SN比較為有利。
此外，不限於p偏光或是s偏光，亦可以是振動面相對入射面為任意傾斜角度之直線偏光。此時，最好是將重複圖案22之重複方向(X方向)設定成相對直線偏光L1之入射面45度以外之角度，將半導體晶圓20表面上之直線偏光L1之振動面方向與重複圖案22之重複方向(X方向)所夾之角度設為45度。
【實施例1】
圖12係顯示本發明第1實施例之照明光學系統13。
在燈罩LS內部，內裝有：未圖示之鹵素燈及金屬鹵素燈、水銀燈等之光源31，波長選擇濾波器32，以及未圖示之光量調整用ND濾波器等，僅抽出部分波長之光作為照明光L1，射入導光光纖33中。照明光學系統13，係由導光光纖33、偏光板34、偏光補償板9與凹面反射鏡35所構成。由導光光纖33射出之發散光束之照明光L1，經過球面形狀之凹面反射鏡35被轉換成大致平行之光，照射於載台11上所裝載之晶圓20。在導光光纖33射出部附近配置有偏光板34，將導光光纖33所射出之照明光L1轉換成直線偏光。藉偏光板34而成為直線偏光之光，經過後述偏光補償板9以凹面反射鏡加以準直化，直線偏光之準直光即照射於晶圓20。為提昇產能，一次擷取晶圓面全面之影像是極為有利的，因此，本實施形態中，如上述般，係放大來自光源之光束，以凹面反射鏡35加以準直化，而成為能照明晶圓全面之構成。
在本實施例中，於照明光學系統中，在偏光板34與凹面反射鏡35之間，配置有偏光補償板9。首先，說明沒有偏光補償板時，射入凹面反射鏡12而反射之光束的偏光狀態。
圖12中，根據導光光纖33之孔徑數所發散之照明光L1，如上述般，在偏光板34被轉換成既定之直線偏光，發散光束之主光線AX1對凹面反射鏡35之光軸O35射入偏移部分的所謂離軸光學系統。
此處為了說明，關於凹面反射鏡35，係將包含射入凹面反射鏡之直線偏光L1之主光線AX1、與主光線所射入之凹面反射鏡之部位之垂線之平面，定義為射入凹面反射鏡之直線偏光L1之基準入射面A4。此外，將該基準入射面中、與該主光面與平行且與該凹面反射鏡垂直之軸，定義為此凹面反射鏡之光軸O35。
如前所述，射入凹面反射鏡35之光束，為發散光束。因此，根據菲涅耳(Frenel)之反射式，會在偏光之p成分與s成分之間產生透射率之差，其結果，產生偏光面之旋轉。
以下，說明偏光面旋轉之動作。考慮對基準入射面A4有平行振動面(p偏光)之直線偏光之發散光束射入凹面反射鏡35之狀況。圖13中顯示此狀況。圖12中，來自光源之光，雖僅射入凹面反射鏡35之有效直徑內，圖13中，係以該光軸O35為中心，將凹面反射鏡顯示為包含凹面反射鏡35之有效直徑之圓(虛線)，並將入射光束之直徑放大到可以照明圓之全部。此時，凹面反射鏡35之面中，與上述基準入射面A4交錯之部位，以及包含光軸O35、與對上述基準入射面A4垂直之面交錯之部位，雖不會產生偏光面之旋轉，但是在凹面反射鏡35之其他部位，則會產生旋轉。如圖13所示，在凹面反射鏡35之面內中，隔著基準入射面成線對稱偏光之振動面會旋轉。此外，偏光振動面之旋轉，在凹面反射鏡35中，隔著包含光軸O35、與對基準入射面垂直之面，亦會產生線對稱。此偏光之旋轉量，在越離開凹面反射鏡之光軸O35的部位越大。此係由於，越離開凹面反射鏡之光軸，亦即越離開垂直入射的部位入射光線之入射角越大之故。
此處，如圖12所示，當從偏離凹面反射鏡34之光軸O35的位置射入發散光束(圖13之實線包圍之區域35係對應凹面反射鏡35之光束入射區域)時，即具有：射入凹面反射鏡35之光束中最左側之光入射角度最小、最右側之光入射角度最大的傾斜(入射角度為入射光與凹面反射鏡面之法線之角度)。
如前所述，由於對凹面反射鏡之光入射角度在面內是不同的(有傾斜)，因此在面內偏光面之旋轉產生些微之差，例如，在後段以正交尼科耳配置偏光板般時，會產生消光比之不均。
於凹面反射鏡射入方位角αi之直線偏光時，反射光之偏光的方位角αr，係以下式(1)表示：tan αr ＝rs /rp ．exp(i ．(△s －△p ))tan αi ＝rs /rp ．exp(i ．△)tan αi ………(1)rp、rs分別係在與光行進方向垂直之面內、彼此在直角方向振動之兩個成分(以下，記載為p成分、s成分)的各振動反射率，△p、△s係分別起因於p成分、s成分之反射的相位差，由反射面之雙折射率與入射色度所決定之值(參考Born & Wolf之光學原理III金屬光學之章節等)。凹面反射鏡之反射面為鋁等金屬，(1)式之相位差△、振幅反射率rp、rs會隨著入射角度而變化。
本實施例中，偏光板34到晶圓20間之光學構件，僅有具鋁反射面之凹面反射鏡35，在此凹面反射鏡反射之光束之偏光面旋轉僅有相當小的數度(若偏光面之旋轉角度為3°，則相當於照明光波長λ之1/60之相位變化)。
此外，如前所述，由於發散光束L1係射入偏離凹面反射鏡35之光軸的部位，因此射入凹面反射鏡35之直線偏光之光束中，會隔著入射面A4產生對稱之旋轉。此旋轉量離開凹面反射鏡35之光軸O35則越大。因此，旋轉量於向光軸O35之方向具有傾斜。
為了消除由於此有傾斜分布之微小偏光面之旋轉，所造成之照明光面內之偏光面的旋轉不均，本實施例中，係在偏光板34與凹面反射鏡35之間配置偏光補償板9。偏光補償板9為玻璃之平行平板，相對照明光L1之光軸AX1為傾斜配置。以下，說明偏光補償板9之作用。
從導光光纖11射出、經偏光板34成為直線偏極光之光束L1射入偏光補償板9。此處，由於光束L1為發散光束，且偏光補償板9係相對光軸AX1傾斜配置，因此，射入偏光補償板9之光束之入射角度之大小，在光束截面方向具有傾斜。
以方位角α’I射入偏光補償板之光束透射光之偏光的方位角，以式(2)表示。
tan αi ＝ts /tp ．exp(i ．(△s －△p ))．tan α'i ＝ts /tp ．exp(i ．△)．tan α'i ………(2)此處，ts、tp係s成分、p成分在各透射面之振幅透射率，△p、△s分別係s成分、p成分之成分透射時的相位差。ts、tp、△p、△s係玻璃之折射率與入射角之函數。
理想之相位板中，相位差△與偏光面之旋轉量δ為△＝2δ之關係，在此實施例中，亦可視為大致滿足此關係。因此，透射過偏光補償板9之照明光L1，其p成分與s成分之相位差△會根據入射光之入射角度而產生變化，使偏光面旋轉。圖13(b)中顯示因偏光補償板9產生偏光之旋轉的狀態。
在照明晶圓20之時照明光L1之偏光面，係在偏光補償板9產生之偏光面之旋轉與在凹面反射鏡35產生之偏光面旋轉量的合計值。因此，所謂將偏光補償板9相對照明光學系統之光軸AX1傾斜、在凹面反射鏡35所產生之偏光面旋轉量之傾斜，係指：藉由配置成能產生具有相反傾斜之偏光面的旋轉，而使偏光面旋轉量之值(亦即，在照明光束全面之方位角α)一致。
圖12中，如前所述，射入凹面反射鏡35之直線偏光之光束，具有隔著入射面A4對稱、且離凹面反射鏡35之光軸O35越遠旋轉量越大之旋轉量(亦即，以凹面反射鏡之光軸O35為中心具有傾斜)。為了相對此傾斜，賦予相反方向之傾斜，藉由將偏光補償板配置在相對光束與凹面反射鏡傾斜方向相反之傾斜方向，可使在凹面反射鏡35反射之光束在截面方向之偏光面旋轉量之分布大致一致。
此處，如圖16所示，最好是在偏光補償板9配置可以任意設定傾斜角度與傾斜方向之位置調整裝置40。以此方式構成，即能調整因裝置所產生之些微的不均。此外，例如，可根據在以光源31及波長選擇濾波器來變化照明波長時，所產生在凹面反射鏡35之偏光面旋轉之旋轉量與分布之變化，來調整傾斜角度及傾斜方向之任一個或是兩個，來調整相位補償量。又，例如亦可進行配合裝置調整狀態等之裝置狀況的微調整。實際上，藉由位置調整裝置，已能進行在照明波長λ之數十分之一之相位差變化區域中的調整(含微調整)。
如以上所述，照明光學系統13中，由於藉由偏光補償板9之配置，能修正因凹面反射鏡12所造成之光束在截面方向之偏光面旋轉量的傾斜，因此可以對晶圓面全面照射偏光面旋轉方向一致的照明光。
如以上之說明，由於係在軸外使用凹面反射鏡35來使發散光束成為平行光束，因此，在凹面反射鏡35之各點相對法線之入射角不同(在圖15中之凹面反射鏡35左右之值具有傾斜)，於偏光面之旋轉產生傾斜。此等偏光面之旋轉角非常微小。為使此旋轉角之分布一致，偏光補償板9亦同樣地須要具有極為微小傾斜的相位差。如上述般，當光束以某種角度射入玻璃面時，以p偏光、s偏光所產生之相位差會產生差異。利用此點，實施例1中，係藉由將玻璃之平行平面對非平行光束傾斜配置來產生所須之相位差傾斜，據以均勻的補償在使用軸外凹面反射鏡之光學系統中偏光振動面旋轉分布之些微的失序。此外，由於此平行平面之傾斜角度與傾斜方向可以調整，而能以波長λ之數十分之一到百分之一的等級來調整相位差之傾斜量，因此可視各照明裝置之狀態進行微細的調整。
此外，本實施例中，由於係使用玻璃平行平板，因此亦具有不容易受如普通相位板般之加工誤差(通常產生10%左右)影響的優點。
【實施例2】
實施例2中，根據圖14，說明本發明之表面檢查裝置之受光光學系統。本發明之受光光學系統14，係由：射入來自晶圓20之光並加以聚光之凹面鏡36、後述偏光補償板10、偏光板38、透鏡37、以及攝影元件39所構成。
晶圓20，係以實施例1所說明之藉由具有偏光補償板9之偏光照明光學系統，以偏光面旋轉量在照明光之截面方向一致的直線偏光光束L1來加以照明。晶圓，如在原理說明中所說明般，重複圖案之排列方向，係相對照明光之直線偏光振動面有45°之角度。從晶圓20所產生之正反射光L2，會因晶圓面所形成之重複圖案之狀態(例如圖案之形狀與間距、邊緣形狀等)所產生之構造雙折射性而使得偏光狀態改變。
來自晶圓20之正反射光L2，被導引至由凹面反射鏡36、透鏡37所構成之受光光學系統14並被聚光，在攝影元件39之攝影面上形成因正反射光L2所形成之晶圓20之像。攝影元件39，例如係2維CCD攝影機。
在凹面反射鏡36與透鏡37之間配置有偏光板38，其配置成使與照明光L1之直線偏光正交之直線偏光透射。偏光板38與凹面反射鏡36之間配置有偏光補償板10。
實施例1中，係將發散光束射入凹面反射鏡35之光束截面方向之偏光面旋轉量的傾斜，使用偏光補償板9來修正成偏光面之旋轉量一致。以和此相同之原理，在受光光學系統14中，係將在凹面反射鏡36反射射出之會聚光束截面方向之偏光面旋轉量的傾斜，以偏光補償板10修正成偏光面之旋轉量一致。
圖14中，關於凹面反射鏡36，包含由凹面反射鏡36射出之直線偏光L2之主光線AX2、與凹面反射鏡之光軸O36平行之平面，以從凹面反射鏡36射出之直線偏光L2之入射面作為基準入射面A5。另一方面，在晶圓20反射之平行光束L2，由於係射入凹面反射鏡36中偏離光軸O36之部位而受到會聚作用，因此受光光學系統14係所謂之軸外光學系統。
此處，為了說明，與第1實施例同樣的，關於凹面反射鏡36，將包含由凹面反射鏡射出之直線偏光L2之主光線AX2、以及主光線AX2射出之凹面反射鏡之部分之垂線的平面，定義為由凹面反射鏡36射出之直線偏光L2之基準入射面A5。此外，該基準入射面中，將與該主光線平行且與該凹面反射鏡垂直之軸，定義為此凹面反射鏡之光軸O36。
從凹面反射鏡36射出之會聚光束之偏光面旋轉，準用實施例1中根據圖13所進行之說明。於凹面反射鏡36，在凹面反射鏡36之面內中，偏光振動面會隔著該基準入射面A5以線對稱旋轉。此旋轉量在越離開凹面反射鏡之光軸O36處越大。此係由於從凹面反射鏡36射出之會聚光束L2，係從偏離凹面反射鏡36之光軸O36的位置射出，因此具有圖15中，從凹面反射鏡36射出之光束之最右側之光其入射角度最小、最左側之光其射出角度最大般之傾斜(入射角度為入射光與凹面反射鏡面之法線所夾角度)。由於光相對凹面反射鏡之射出角度在面內不同(有傾斜)，因此在面內偏光面之旋轉產生些微之差，例如在正交尼科耳配置時，會產生消光比之不均。
偏光補償板10，與第1實施例之偏光補償板9同樣的，為玻璃之平行平面板，對正反射光L2之主光線AX2傾斜配置。由於正反射光L2係會聚光，因此對與光軸AX2傾斜配置之偏光補償板10之入射角度大小，在光束截面方向具有傾斜。
因此，偏光補償板10與偏光補償板9同樣的，會產生具有依入射角度之傾斜之p成分與s成分的相位差。若對在凹面反射鏡41產生之p成分與s成分之相位差分布的傾斜，以p成分與s成分之相位差有相反之傾斜分布的方式來決定偏光補償板之角度的話，則大致能使偏光面之旋轉一致。
如圖16所示，最好是在偏光補償板10中亦設置位置調整裝置41，而能自由設定在受光光學系統14中之傾斜角與傾斜方向。藉由此構成，即能進行例如配合裝置之調整狀態等裝置狀況的微調整。又，藉由此構成，在照明波長λ之數十分之一之相位差變化區域中，可進行包含微調整之修正等，亦與照明光學系統1之情形相同。此外，與照明光學系統13之情形同樣的，亦能因應在改變照明光波長時等所產生之偏光面旋轉分布之變化。
如上述般，在受光光學系統14中，亦能藉由偏光補償板10之配置，來修正因凹面反射鏡36所產生之光束在截面方向之偏光面旋轉量之傾斜，因此能在不改變來自晶圓之正反射光L2之偏光面分布的情形下，將其導入攝影元件39。因此，可以提供檢測精度高之裝置。
實施例中，晶圓20與偏光板38間之光學元件，僅有包含鋁反射面之凹面反射鏡36。因凹面反射鏡36所引起之偏光面旋轉，非常小僅有數度左右(偏光面旋轉角3度大致相等於照明光波長λ之1/60之相位變化)。
如以上說明，本實施例中，由於係以軸外方式使用凹面反射鏡36來使平行光束成為會聚光束，因此，在凹面反射鏡36之各點相對法線之入射角不同(圖15中之凹面反射鏡36左右之值有傾斜)，於偏光面之旋轉產生傾斜。此等偏光面之旋轉角度極為微小。為了使此旋轉角之分布一致，偏光補償板10亦同樣地須具有具微小傾斜的相位差。如實施例1之說明，當光束以一角度射入玻璃面時，因p偏光、s偏光所產生之相位差會產生差值。利用此點，在實施例2中，亦係藉由將玻璃之平行平面對非平行光束傾斜配置來產生所須之相位差傾斜。又，由於平行平面之傾斜角度及傾斜方向可以調整，而能以波長λ之數十分之一到百分之一之等極來調整相位差之傾斜量，因此可以根據各受光裝置之狀態進行微細之調整。此外，亦有不易受如一般相位板般之加工誤差(通常產生10%左右)之影響的優點。
【實施例3】
實施例3中，係說明具備實施例1所說明之照明光學系統、與實施例2所說明之受光光學系統的表面檢查裝置。
照明光學系統13之構成與實施例1之構成相同。在導光光纖33之射出部附近配置有偏光板34，使從導光光纖33射出之照明光L1成為直線偏光。因偏光板34而成為直線偏光之光，經過後述偏光補償板9被凹面反射鏡35準直化，直線偏光之準直光照明晶圓20。為提昇產能，一次擷取晶圓面全面之影像是極為有利的，因此，在本實施形態中，如上述般，係放大來自光源之光束，藉由凹面反射鏡35加以準直化，而能照明晶圓全面。
射入晶圓20之直線偏光之準直光L1，在晶圓表面反射而射入受光光學系統14。受光光學系統14之構成與實施例2相同。在晶圓2反射之光束L2，射入凹面反射鏡36而受到會聚作用，會聚光束經過後述偏光補償板10、以及與該偏光板34成正交尼科耳關係配置之偏光板38，藉成像透鏡37，在配置於與該晶圓20表面共軛位置之攝影元件39的攝影面上，形成該晶圓20表面之像。
在晶圓20表面，如圖2所示，於XY方向排列複數個晶片區域，在各晶片區域21中形成重複圖案22。重複圖案22，如圖3所示，係複數個線部2A與空間部2B沿其短邊方向(X方向)以一定間距P排列形成之光阻圖案(例如為配線圖案)。
載台11，裝載表面形成有上述圖案之晶圓20，以真空吸附等方式加以固定支撐。此外，載台11，可以藉由載台旋轉機構16，繞與載台面正交之既定旋轉軸周圍旋轉。藉由此載台旋轉機構16，可以任意設定晶圓20表面所形成之重複圖案長邊方向對照明晶圓20之光束L1之直線偏光振動面所夾之角度。
此外，圖15之表面檢查裝置中，在凹面反射鏡35與凹面反射鏡36之間，配置有對準系統12，用來檢測載置於載台11上之晶圓20表面上所形成圖案之方向，而能藉檢測預先設定之光束L1之直線偏光振動面與重複圖案22長邊方向Y所夾角度，以載台旋轉機構16來調整重複圖案長邊方向Y對照明光學系統13及受光光學系統16之方向。本實施例之缺陷檢查原理，與在表面檢查裝置之原理說明中所敘述者相同。
藉由實施例1所說明之照明光學系統與實施例2所說明之受光光學系統來構成表面檢查裝置30，對2片凹面反射鏡35,36所引起之偏光面的旋轉，配置偏光補償板9,10來如上述般適當地賦予相位變化，即能使偏光面之旋轉角一致，因此可以構成因2片正交尼科耳配置之偏光板34,38所產生之消光比抑制得較小的表面檢查裝置。
圖15之表面檢查裝置，如前所述，經由可以將消光比抑制得較小之照明光學系統與受光光學系統所得之晶圓20之影像，以配置在與晶圓20表面共軛位置之攝影元件39加以拍攝，轉換成數位影像。此處所得之影像，根據形成於晶圓表面之重複圖案之形狀與間距、側面形狀等，在每個圖案領域具有不同之亮度值。數位影像被送至影像處理裝置15，進行以攝影元件39所取得影像之影像處理，然後抽出每個圖案區域之亮度值。在曝光裝置之散焦及曝光量等有異常之部位，與正常進行曝光之部位比較，由於會在偏光面之旋轉量產生差異，因此所得影像上會產生亮度差。影像處理裝置15，根據所抽出之亮度值來檢測出此亮度差，進行缺陷檢查。
此外，若須使用照明光學系統13以偏光之方位角完全一致之直線偏光光束來照明晶圓的話，例如可藉由在偏光板後側設置既定之相位板，對偏光補償板9賦予與因凹面反射鏡35所產生之偏光面旋轉有相反旋轉之相位差即可。
如此，本實施形態之表面檢查裝置，對晶圓之照明側之凹面反射鏡、較晶圓靠近受光側之凹面反射鏡所引起之各偏光面旋轉，可分別藉由偏光補償板9,10來使面內之偏光面旋轉一致。承上所述，由於可以消除照明光學系統及受光光學系統所引起之消光比的不均，因此，可於光束截面之全面提昇消光比、減少雜訊，因此能以高檢測精度來檢測因構造雙折射所造成之些微的偏光狀態變化。
此處，如圖16所示，於偏光補償板9及偏光補償板10，最好是能設置可分別任意設定傾斜角度與傾斜方向的位置調整裝置40,41。藉此構成，可調整up 1裝置所引起之些微的不均現象。此外，例如在旋轉偏光板34,38時，或是因為光源31及波長選擇濾波器使照明波長變化時，所產生在凹面反射鏡35之偏光面旋轉之旋轉量與分布之變化，根據此變化，藉調整傾斜角度及傾斜方向之任一方或雙方，即能調整相位補償量。又，例如亦可進行配合裝置調整狀態等之裝置狀況的微調整。實際上，藉由位置調整裝置，已能進行在照明波長λ之數十分之一之相位差變化區域中的調整(含微調整)。
【實施形態4】
在如凹面反射鏡及透鏡等具功率之光學系統之情形中，由於光學系統之面具有曲率，因此發散光(會聚光)對光學面之入射角度(射出角度)，嚴格來說，在光束截面方向並沒有直線地變化。因此，經過光學系統之光束之偏光面旋轉量，嚴格來說，在光束截面方向並沒有直線地變化。
如上述實施例1~3般，在光學系統之曲率比較緩和之狀況下，僅須將平行平板之偏光補償板9,10傾斜配置，即能充分進行偏光之修正，但是在光學系統之曲率非常大時，或是必須進行更嚴密之修正時，則最好是能將實施例1~3中之偏光補償板9,10以本實施例之方式來加以構成。
圖6係顯示本實施例之偏光補償板9’,10’。偏光補償板9’,10’，例如係玻璃的平行平板，由支撐構件40a,40b將兩端固定。支撐構件40a,40b，能分別以軸41a,41b為中心旋動，可藉由使支撐構件40a,40b之一方或兩方旋動，來對偏光補償板9’,10’施加應力。偏光補償板9’,10’會因應力之施加而形狀扭曲。例如，偏光補償板9在未施加應力之狀態下，其入射面(與射出面相同)係對照明光L1之光軸AX1(AX2)垂直(或是對應曲率半徑大之光學系統之面傾斜配置。此時，可進一步組合如圖16之支撐構件40(41))。然而，當施加應力使表面形狀扭曲時，入射面(射出面)之至少一部分即會成為對光軸AX1(AX2)傾斜之狀態(傾斜配置之狀態時，初期狀態面之至少一部分會成為傾斜量不同之狀態)。
從導光光纖11射出，經偏光板34成為直線偏光之光束L1射入偏光補償板9’。此處，光束L1為發散光束，且因為偏光補償板9’存在對光軸AX1傾斜之入射面，因此射入偏光補償板9’之光束之入射角度大小，在光束截面方向具有傾斜。因此，透射過偏光補償板9’之照明光L1，會根據入射光之入射角度，p成分與s成分之相位差變化，偏光面進行旋轉。
在照明晶圓20時照明光L1之偏光面，係在偏光補償板9’所產生之偏光面旋轉與在凹面反射鏡35所產生之偏光面旋轉量的合計值。因此，若使偏光補償板9’變形而對照明光學系統之光軸AX1產生傾斜，來產生與在凹面反射鏡35所產生之偏光面旋轉量之傾斜相反的傾斜之偏光面旋轉的話，即能使偏光面旋轉量之值一致。由於對設於受光光學系統14之偏光補償板10’而言亦相同，因此，藉由使兩個偏光補償板分別變形，即能使偏光面旋轉量之值更平均的一致。
固定偏光補償板9’,10’之支撐構件40a,40b，可在使其旋動之狀態下，固定於該狀態。因此，可以在任意之旋轉位置(也就是說，施加任意應力之狀態)固定。
接著，說明用以使偏光面旋轉量之值成為一致狀態的調整方式。
首先，在偏光補償板9’,10’未施加應力之狀態下，將裸載晶圓(表面未施加任何處理之晶圓)裝載於載台11上。此裸晶圓，由於其表面未形成任何圖案，因此即使直線偏光L1照射於裸晶圓上亦不會產生橢圓偏光成分。因此，理論上而言，係偏光方向與直線偏光L1相同之光束射入偏光板38，無透射偏光板之偏光成分，並無光線射入攝影元件39。然而，如前所述，因凹面反射鏡35,36而使偏光面旋轉，在攝影元件39射入偏光面所旋轉部分之偏光成分，使該部分看起來較亮。圖7顯示所攝影之裸晶圓像，有黑色的帶狀區域51a、以及看起來較區域51a亮之區域51b,51c。區域51b,51c係偏光面旋轉之部分。如以上所述，產生亮度之不均(消光比之不均)。
在此狀態下，藉由使偏光補償板9’,10’之支撐構件40a,40b旋動，對偏光補償板9’,10’施加應力使其變形。並一邊觀察以攝影元件39所拍攝之裸晶圓像、一邊尋找會使圖7之亮度不均現象消失之支撐構件40a,40b的旋動位置。然後，將支撐構件40a,40b固定在亮度不均消失之位置。
在此狀態下，將形成有圖案之晶圓裝載在載台11上進行檢查。
本實施形態中，偏光補償板9’,10’雖係使用玻璃平行平板，但只要是能藉應力之施加使其變形，而能修正亮度不均現象的話，則其他形狀之材料亦可。
【變形例】
本實施例中，雖係說明了利用構造雙折射來進行缺陷檢查之表面檢查裝置，但作為變形例之本發明之技術，亦可適用於利用偏光之接觸窗圖案(Hole pattern)的檢查方法。此時，不只使用正反射光亦使用繞射光。使用繞射光進行檢查時，圖15中，係在載台11上設置未圖示之傾斜機構。藉由此傾斜機構，例如，在與紙面垂直之旋轉軸AX11之周圍，使載台11傾斜進行角度調整而能以受光光學系統擷取從晶圓20上之重複圖案所產生任意次數之繞射光。另一方面，在根據構造雙折射進行缺陷檢查時，主要是使用正反射光束。
又，上述實施例中，係在照明光學系統與受光光學系統之兩方插入偏光補償板，來消除照明光學系統偏光面之旋轉不均、與受光光學系統偏光面之旋轉不均的兩者，但亦可在照明光學系統或受光光學系統之任一方配置偏光補償板，來同時修正在凹面反射鏡35、凹面反射鏡36所產生之相位偏移。由於會因軸外之方向與角度而產生無法修正之情形，因此，若能實施例般，分別插入照明系統、受光系統來獨立的進行修正的話，即能更確實地使偏光面旋轉角一致而提昇消光比。雖然獨立修正是較佳的，但只要配合凹面反射鏡之配置位置、及所要求之規格來加以選擇即可。關於凹面反射鏡之配置，在實施例1及實施例2中，如圖13所示，係在以入射面A4(A5)、以及與該反射面垂直之面中包含凹面反射鏡光軸O35之面所規定之反射面中，使用直徑方向與入射面重疊之面，來反射光束，但例如，亦能以與該入射面垂直之面且含凹面反射鏡光軸之面皆不含之區域來加以反射。此時，偏光旋轉角度雖大於含入射面之面，但與實施例1以及實施例2同樣地，藉配置傾斜之偏光補償板來消除所產生之振動面旋轉量之傾斜，即能修正為在光束截面方向之振動面旋轉之分布均勻。
此外，偏光補償板9、偏光補償板10雖為玻璃平行平面板，但由於係傾斜插入發散、及會聚系統中，因此會因傾斜而產生像差(像散)。欲減少像差，最好是能傾斜角變小、或將厚度變薄。欲將傾斜角變小，只要提高平行平面板之折射率即可。一般低折射率之光學玻璃，例如BK7其折射率為1.5，若係燧石(flint)系玻璃的話折射率有接近2.0者，只要使用該等玻璃即可。或者，亦可使用在低折射率玻璃之表面上蒸鍍(coat)高屈折射率物質之薄膜者。此時之相位變化，係蒸鍍物質與空氣介面之折射率差所產生之相位變化、與蒸鍍物質與玻璃介面之折射率差所產生之相位變化的合計值。蒸鍍物質與玻璃介面之折射率差小於蒸鍍物質與空氣介面之折射率差，因此，實際上係由蒸鍍物質與空氣介面之折射率差所產生之相位變化來決定。因此，可以得到與使用高折射率玻璃平行平面板相同之效果。又，有時會因玻璃與蒸鍍物質之厚度組合而形成反射增加膜，而使透射率變低。若因此產生不良情形的話，則在高折射率之玻璃上蒸鍍高折射率之物質即可。若玻璃與蒸鍍物質之折射率相同的話，則其效果與只有玻璃時相同。高折射率之玻璃易產生傷痕，藉由蒸鍍薄膜亦可以防止傷痕。
此外，若偏光補償板9,10為透明之物質，則不使用玻璃而使用塑膠類亦可。平行平板之材質只要配合所要求之規格來選擇即可。
此外，偏光補償板9,10可不是玻璃平行平面板，而係使用有雙折射率之結晶、例如使用水晶等之2片平行平面板，如圖19般以結晶軸方向彼此正交之方式加以貼合者。可藉由結晶之厚度、以及一般光線與異常光線之折射率差所產生之相位差，來消除於凹面反射鏡產生之偏光面的旋轉。假設2片結晶之厚度為t1,t2、結晶之一般光線與異常光線之折射率差為△n、則相位差φ係以下式計算。
Φ＝2π/λ．(t 1－t 2)△n 又，由於偏光補償板9,10係配置在光瞳空間，因此與光束之光軸所夾角度相當於晶圓上之位置。在光瞳空間之光束徑相當於晶圓上之數值孔徑(NA)。如圖20所示，光束徑大時，雖以上述玻璃平行平面板、及將結晶貼合之物較佳，但如圖22般光束徑小時，亦可以使用巴比內(Babinet)補償板。巴比內補償板係將2片具有雙折射性之結晶、例如水晶等之楔形稜鏡，如圖21般以結晶軸方向彼此正交之方式加以貼合之平行平面板。所產生相位差雖與上述式相同，但會因楔形之角度，在通過補償板之位置使t1－t2值變化。因此，可就各角度賦予不同之相位差，因此可與上述同樣的，抵消凹面反射鏡所產生之偏光面的旋轉。
然而，如圖20所示，當光束直徑大時，即使是相同角度之光線(在晶圓上在相同位置照明或反射、繞射之光線。以實線、虛線、一點鏈線顯示)，亦會因通過相位板位置之不同而使所產生之相位差會變化，因此無法平均地改善消光比。
因此，只要根據光束直徑大小適當選擇補償板即可。當使用雙折射性之結晶時，在入射角度大時使用上會較困難，但是當裝置之發散角等比較小時是可以使用的。配合裝置條件來加以選擇即可。
本發明之所有實施形態中，雖係就照明光學系統及受光光學系統使用凹面反射鏡之形態作了說明，但是不限定於凹面反射鏡，在發散光或是會聚光射入傾斜配置之反射鏡、折射光學系統、折反射光學系統時，亦會發生光束截面方向偏光面之旋轉量之傾斜。在此種情形下，當然亦可使用本發明之構成，來使偏光面旋轉量在光束截面方向一致。
9,10．．．偏光補償板
30．．．表面檢查裝置
11．．．載台
12．．．定位系統
13．．．照明系統
14．．．受光系統
15．．．影像處理裝置
16．．．載台旋轉機構
20．．．半導體晶圓
21．．．晶片區域
22,25,26．．．重複圖案
31．．．光源
32．．．波長選擇濾波器
33．．．導光光纖
34,38．．．偏光板
35,36．．．凹面反射鏡
37．．．成像透鏡
39．．．攝影元件
L1．．．照明光
L2．．．反射光
圖1，係顯示表面檢查裝置30之全體構成的圖。
圖2，係半導體晶圓20之表面的外觀圖。
圖3，係說明重複圖案22之凹凸構造的立體圖。
圖4，係說明直線偏光L1之入射面(3A)、與重複圖案22之重複方向(X方向)之傾斜狀態的圖。
圖5(a)~(c)，係說明直線偏光L1與橢圓偏光L2之振動方向的圖。
圖6，係說明直線偏光L1之振動面方向(V方向)、與重複圖案22之重複方向(X方向)之傾斜狀態的圖。
圖7，係說明在重複方向(X方向)分成平行偏光成分VX 與垂直偏光成分VY 之狀態的圖。
圖8，係說明偏光成分L3之大小與重複圖案22之線部2A之線寬DA 之關係的圖。
圖9(a)、(b)，係顯示間距P不同、且線部2A與空間部2B之體積比相同之重複圖案22之例的圖。
圖10，係說明重複方向不同之重複圖案25、26的圖。
圖11(a)、(b)，係顯示邊緣形狀為非對稱之重複圖案22與直線偏光L1之入射方向之關係的圖。
圖12，係顯示第1實施例之表面檢查裝置之全體構成的圖。
圖13(a)，係顯示在凹面反射鏡35中偏光之旋轉狀態的圖；圖13(b)，係顯示在偏光補償板9中偏光之旋轉狀態的圖。
圖14，係顯示第2實施例之表面檢查裝置之全體構成的圖。
圖15，係顯示第3實施例之表面檢查裝置之全體構成的圖。
圖16，係顯示第3實施例之表面檢查裝置之變形例的圖。
圖17，係顯示第4實施例之偏光補償板9’、10’的圖。
圖18，係顯示所拍攝攝影裸晶圓之影像，顯示消光不均的圖。
圖19，係為偏光補償板之說明圖。
圖20，係通過偏光補償板之光束的示意圖。
圖21，係偏光補償板的說明圖。
圖22，係通過偏光補償板之光束的示意圖。
9,10．．．偏光補償板
11．．．載台
12．．．對準系統
13．．．照明系統
14．．．受光系統
15．．．影像處理裝置
16．．．載台旋轉機構
20．．．半導體晶圓
31．．．光源
32．．．波長選擇濾波器
33．．．導光光纖
34,38．．．偏光板
35,36．．．凹面反射鏡
37．．．成像透鏡
39．．．攝影元件
AX1,AX2．．．光軸
L1．．．照明光
L2．．．反射光
O35．．．光軸
O36．．．光軸

Claims (21)

  1. 一種表面檢查裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出用來照明被檢查基板之直線偏光的發散光束；照明用光學構件，係以將該直線偏光之發散光束以既定入射角使該光束之主光線入射並將已入射之光束導引至該被檢查基板之方式配置；受光機構，係以接收來自該被檢查基板之光束中、偏光方向與該直線偏光正交之直線偏光之方式配置；以及至少1個之偏光修正構件，係以消除與該發散光束之主光線對該照明用光學構件之入射角對應而產生之偏光面的失序之方式配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中；根據該受光機構所接收之光來進行該被檢查基板表面之檢查。
  2. 如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件係往該照明用光學構件或該受光用光學構件對發散光束或會聚光束之主光線之傾斜方向相反的方向傾斜，並配置在發散光束或會聚光束中。
  3. 如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其進一步具有將該偏光修正構件保持成至少能修正傾斜方向與傾斜角度之至少一方的保持機構。
  4. 如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件，係相對該照明用光學構件或該受光用光學 構件之面傾斜配置之透明體平行平板。
  5. 如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件，係相對該照明用光學構件或該受光用光學構件與該光軸垂直之面傾斜配置，以彼此之結晶軸正交之方式貼合之二片雙折射晶體的平行平板。
  6. 如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件，係相對該照明用光學構件或該受光用光學構件與該光軸垂直之面傾斜配置，且以彼此之結晶軸正交、且形成平行平板之方式貼合之二片楔形雙折射晶體。
  7. 如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其中，係在配置於該光源機構與該受光機構之間的偏光修正構件，設定應力應變。
  8. 如申請專利範圍第7項之表面檢查裝置，其中，設定於該偏光修正構件中之應力應變，可固定為任意值。
  9. 一種表面檢查裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出用來照明被檢查基板之直線偏光的光束；受光用光學構件，係配置在來自該被檢查基板之光束的射入位置，以將來自該被檢查基板之光束以該光束之主光線具有既定射出角的會聚光束方式加以射出之方式配置；受光機構，係以接收來自該受光用光學構件之會聚光束中、與該既定直線偏光正交之直線偏光之方式配置；以及 至少1個之偏光修正構件，係以消除與該會聚光束之主光線在該受光用光學構件之射出角對應而產生之偏光面的失序之方式配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中；根據該受光機構所接收之光來進行該被檢查基板表面之檢查。
  10. 如申請專利範圍第9項之表面檢查裝置，其中，該受光用光學構件對射入之光束賦予會聚作用。
  11. 如申請專利範圍第9項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件係往該照明用光學構件或該受光用光學構件對發散光束或會聚光束之主光線之傾斜方向相反的方向傾斜，並配置在發散光束或會聚光束中。
  12. 如申請專利範圍第9項之表面檢查裝置，其進一步具有將該偏光修正構件保持成至少能修正傾斜方向與傾斜角度之至少一方的保持機構。
  13. 如申請專利範圍第9項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件，係相對該照明用光學構件或該受光用光學構件之面傾斜配置之透明體平行平板。
  14. 如申請專利範圍第9項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件，係相對該照明用光學構件或該受光用光學構件與該光軸垂直之面傾斜配置，以彼此之結晶軸正交之方式貼合之二片雙折射晶體的平行平板。
  15. 如申請專利範圍第9項之表面檢查裝置，其中，該偏光修正構件，係相對該照明用光學構件或該受光用光 學構件與該光軸垂直之面傾斜配置，且以彼此之結晶軸正交、且形成平行平板之方式貼合之二片楔形雙折射晶體。
  16. 如申請專利範圍第9項之表面檢查裝置，其中，係在配置於該光源機構與該受光機構之間的偏光修正構件，設定應力應變。
  17. 如申請專利範圍第16項之表面檢查裝置，其中，設定於該偏光修正構件中之應力應變，可固定為任意值。
  18. 一種表面檢查裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出用來照明被檢查基板之直線偏光的發散光束；照明用光學構件，係以將該直線偏光之發散光束以既定入射角度使該光束之主光線射入並將已入射之光束導引至該被檢查基板之方式配置；受光用光學構件，係配置在來自該被檢查基板之光束射入之位置，並以將其會聚光束之主光線作為具有既定射出角的會聚光束加以射出之方式配置；抽出機構，係從來自該受光用光學構件之會聚光束中，抽出與該直線偏光正交之直線偏光；受光機構，係以接收經過該受光用光學構件與該抽出機構所形成之該被檢查基板的影像之方式配置；以及至少1個之偏光修正機構，係以消除與該發散光束之主光線對該照明用光學構件之入射角及該會聚光束之主光線在該受光用光學構件之射出角對應而產生之偏光面的失序之方式配置在該光源機構與該受光機構之間的光路中。
  19. 如申請專利範圍第18項之表面檢查裝置，其進一步具有將該偏光修正構件保持成至少能修正傾斜方向與傾斜角度之至少一方的保持機構。
  20. 一種偏光照明裝置，其特徵在於，具有：光源機構，係射出直線偏光之發散光束；照明用光學構件，係以使該光源機構所生成之直線偏光之光束之主光線以既定入射角度射入並導引至被檢查基板之方式配置；以及偏光修正構件，係以消除與該發散光束之主光線對該照明用光學構件之入射角對應而產生之偏光面之失序之方式配置在該光源機構與該被檢查基板之間的光路中。
  21. 一種受光裝置，其特徵在於，具有：受光用光學構件，係射入來自被檢查基板之具有既定偏光成分之光束，並以既定射出角度使該會聚光束之主光線射出；以及偏光修正構件，係以消除與該會聚光束之主光線在該受光用光學構件之射出角對應而產生之偏光面之失序之方式配置在該被檢查基板與該受光用受光機構之間的光路中。
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