WO2008015973A1

WO2008015973A1 - Appareil de détection de défauts et procédé de détection de défauts

Info

Publication number: WO2008015973A1
Application number: PCT/JP2007/064764
Authority: WO
Inventors: Kazumasa Endo; Daisaku Mochida; Toru Yoshikawa; Hiromasa Shibata; Akitoshi Kawai
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2008-02-07
Also published as: JP5182090B2; KR101427433B1; US20090147247A1; KR20090038429A; US8730465B2; JPWO2008015973A1; CN101490538A; TWI443327B; TW200813422A; CN101490538B

Description

明細書

欠陥検出装置及び欠陥検出方法

技術分野

[0001] 本発明は、欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関するものである。

背景技術

[0002] 半導体ウェハの表面に形成されたパターンの良否を判断する方法として、走査型電子顕微鏡（SEM)による観察により、断面形状を計測する方法が種々提案されている。 SEMによる断面形状の計測は、被検基板上のパターンに照射した電子線をパターンの断面方向に走査し、パターンからの反射電子や二次電子を検出、解析して、走査した部分の断面形状を求める方法で行われる。上記の操作をパターン上の何点かで行い、パターン全体の形状の良否を判断する。

[0003] パターンの良否を判断するその他の方法として、スキヤトロメータによる CD及びォ一バレイのインライン測定技術がある。

[0004] 分光スキヤトロメータは、波長の関数として固定角度にて散乱光の特性を測定し、通常はキセノン、重水素、またはキセノンアーク灯のようなハロゲン系光源のような広帯域光源を使用する。固定角度は、垂直入射か斜め入射でよい。

[0005] 角度分解スキヤトロメータは、入射角の関数として固定波長にて散乱光の特性を測定し、通常は単一波長の光源としてレーザを使用する。

特許文献 1：特開 2005— 188944号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] SEMによる計測方法は、パターン上に電子線を照射して走査する作業を何回も繰り返し行うため、パターンの形状を求めるのに膨大な時間を要してしまう。また観察倍率が高いため、ウェハ上の全てのパターン形状を求めるのは困難であり、何点かをサンプリングしてウェハ全体の良否を判断する。その結果、サンプリングされたパターン以外の部分に欠陥があっても見逃されてしまう。また、レジストパターンでは、電子線を照射すると加速電圧によって電子線がレジストに吸収、チャージされてパターンの目減りが起こる。場合によっては放電が発生してパターンが倒れてしまい、その後の工程で不都合が生じるため、加速電圧や観察倍率を色々と変えながら最適な観察条件をも求める。それ故、さらに計測に時間を要する。

[0007] 角度分解スキヤトロメータ技術の問題は、 1回に 1つの波長しか検出しないことであり、したがって複数の波長があるスペクトルは、その波長を時分割多重化しなければならず、スペクトルの検出および処理に力、かる全取得時間が増加してしまう。分光スキヤトロメータでは、小さレ、格子を入射角の小さレヽ広がりで照明しなければならな!/ヽので、この拡張光源からの大量の光が無駄になる。その結果、検出器上の光のレベルが低くなつて、取得時間が長くなり、スループットにマイナスの影響を及ぼす。短い取得時間を選択すると、測定結果が安定しないことがある。

[0008] 本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、レジストパターン、エッチング後のパターンに関わらず、被検査基板上のパターン形状の良否を短時間で判別することができる表面検査装置および表面検査方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0009] 前記課題を解決するための第 1の手段は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、

前記試料を載置するステージと、

光源と、

前記光源から出射された光を偏光子と対物レンズを通して試料面を落射照明する照明光学系と、

その照射による前記試料の表面からの反射光を前記対物レンズと、

前記偏光子とクロスニコルス条件を満足する検光子を通して前記対物レンズの瞳像を検出する検出光学系と、

得られた前記瞳像を予め記憶しておいた瞳像と比較して前記試料の欠陥を検出する検出部

を有することを特徴とする欠陥検査装置である。

[0010] 前記課題を解決するための第 2の手段は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、前記試料を載置するステージと、

光源と、

前記瞳像の光軸に対して対称な部分同士を比較して、前記試料の欠陥を検出する検出部を

有することを特徴とする欠陥検査装置である。

[0011] 前記課題を解決するための第 3の手段は、前記第 1の手段又は第 2の手段であつて、前記照明光学系は、照度均一化ユニット、任意の波長帯域を選択可能な複数の干渉フィルタ、開口絞りを有し、前記対物レンズに対する照明 σが可変可能なことを特徴とするものである。

[0012] 前記課題を解決するための第 4の手段は、前記第 1の手段から第 3の手段のいずれかであって、前記対物レンズによる偏光主軸の回転量が;!〜 25° であることを特 ί毁とするあのである。

[0013] 前記課題を解決するための第 5の手段は、前記第 1の手段から第 4の手段のいずれかであって、前記偏光子又は前記検光子は回転機構を備え、

前記偏光子と前記検光子とのクロスニコルスの関係に代えて、前記偏光子又は前記検光子をその光軸中心に回転させることにより前記偏光子の透過軸と前記検光子の透過軸とのなす角が 65° 力 89° の範囲内になるように設定されていることを特徴とするあのである。

[0014] 前記課題を解決するための第 6の手段は、前記第 1の手段から第 5の手段のいずれかであって、前記検出部における試料の欠陥検出に際して、前記瞳像のうち、感度の高レ、箇所が採用されて!/、ることを特徴とするものである。

[0015] 前記課題を解決するための第 7の手段は、前記第 1の手段から第 6の手段のいずれかであって、前記照明光学系中に、複数の相異なる種類の開口絞りが、それらのうち一つを選択して使用可能なように設けられていることを特徴とするものである。

[0016] 前記課題を解決する第 8の手段は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検查する方法であって、

光源から出射された光を偏光子と対物レンズを通して試料面を落射照明し、その照射による前記試料の表面からの反射光を前記対物レンズと、前記偏光子とクロスニコルス条件を満足する検光子を通して前記対物レンズの瞳像を得て、前記瞳像を予め記憶しておいた瞳像と比較して前記試料の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法である。

[0017] 前記課題を解決するための第 9の手段は、前記第 8の手段であって、前記パターンの繰り返しの方向を、前記偏光子の方位から 45° ずらして設定することを特徴とするものである。

[0018] 前記課題を解決するための第 10の手段は、前記第 8の手段であって、前記パターンの繰り返しの方向を、前記偏光子の方位から 22.5° 又は 67.5° ずらして設定することを特徴とするものである。

[0019] 前記課題を解決するための第 11の手段は、前記第 8の手段から第 10の手段のいずれかであって、前記瞳像の比較は、前記瞳像の放射方向の輝度分布と、予め記憶しておいた瞳像の放射方向の輝度分布との比較であることを特徴とするものである

〇

[0020] 前記課題を解決するための第 12の手段は、前記第 8の手段から第 11の手段のいずれかであって、前記欠陥の検出は、前記瞳像の輝度分布と、予め記憶しておいた前記瞳像の輝度分布との差分と閾値に基づいて行うことを特徴とするものである。

[0021] 前記課題を解決するための第 13の手段は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する方法であって、

前記光源から出射された光を偏光子と対物レンズを通して試料面を落射照明し、その照射による前記試料の表面からの反射光を前記対物レンズと、前記偏光子とクロスニコルス条件を満足する検光子を通して検出して前記対物レンズの瞳像を得て、当該瞳像の光軸に対する対称位置同士の輝度又は色相の差に基づいて、前記試料の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法である。

[0022] 前記課題を解決するための第 14の手段は、前記第 8の手段から第 13の手段のいずれかであって、前記偏光子と前記検光子とのクロスニコルスの関係に代えて、前記偏光子又は前記検光子をその光軸中心に回転させることにより、前記偏光子の透過軸と前記検光子の透過軸とのなす角が 65° 力、ら 89° の範囲内になるように設定することを特 ί毁とするものである。

[0023] 前記課題を解決するための第 15の手段は、前記第 8の手段から第 14の手段のいずれかであって、前記試料の欠陥検出に際して、前記瞳像のうち、感度の高い箇所を採用することを特徴とするものである。

発明の効果

[0024] 本発明によれば、レジストパターン、エッチング後のパターンに関わらず、被検査基板上のパターン形状の良否を短時間で判別することができる表面検査装置および表面検査方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]本発明の実施の形態の 1例である欠陥検査装置の概要を示す図である。

[図 2]観察する瞳像の分割の例を示す図である。

[図 3]本発明の実施の形態の他の例である欠陥検査装置の概要を示す図である。

[図 4]複数の単位開口絞りを有する開口絞りの例を示す図である。

[図 5]検光子と偏光子の方位と L/Sパターンからなるウェハの位置関係を示した図である。

[図 6]ウェハへの照射光の入射角度と瞳内の場所の関係を説明するための図である

[図 7]L/Sレジストパターンの理想形状の模式図である。

[図 8]L/Sレジストパターンの台形状の模式図である。

[図 9A]L/Sレジストパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に形成する光量分布を示す図である。

[図 9B]L/Sレジストパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に形成する光量分布を示す図である。 [図 9C]L/Sレジストパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に形成する光量分布を示す図である。

[図 10]瞳の各位置での反射光の振偏光軸方向を示す図である。

[図 11A]ウェハへの光の入射角度と正反射光量との関係を示す図である。

[図 11B]ウェハへの光の入射角度と正反射光量との関係を示す図である。

[図 11C]ウェハへの光の入射角度と正反射光量との関係を示す図である。

[図 12]L/Sレジストパターン方位角 α =45° に設定し、波長え = 546nmかつ入射角度 60° において、 L/Sレジストパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に形成する光量を計算により求めた図である。

[図 13]L/Sレジストパターン方位角 α =45° に設定し、波長 λ =436nmかつ入射角度 60° において、 L/Sレジストパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に形成する光量を計算により求めた図である。

[図 14]ウェハパターンの回転角度 αを 22.5とし、ウェハの異なる場所の測定を行つたときの、瞳半径方向の反射光量分布を示す図である。

[図 15]ウェハパターンの回転角度 αを 45° とし、ウェハの異なる場所の測定を行ったときの、瞳半径方向の反射光量分布を示す図である。

[図 16]ウェハパターンの回転角度 αを 67.5° とし、ウェハの異なる場所の測定を行つたときの、瞳半径方向の反射光量分布を示す図である。

[図 17]図 1に示す装置を用い、ベアウェハを観察したときに得られる観察像を示す図である。

符号の説明

[0026] 1···光源、 2···レンズ、 3···照度均一化ユニット、 4···開口絞り、 4a〜4e:単位開口絞り、 5…視野絞り、 6…レンズ、 7…偏光子、 8…ノヽ一フミラー、 9…対物レンズ、 10…ゥェハ、 11···ウェハステージ、 12···検光子、 13···レンズ、 14···ノヽーフプリズム、 15··· レンズ、 16···視野絞り、 17···撮像素子、 18···撮像素子、 19···ハーフミラー、 20···光源

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図 1は、本発明の実施の形態の 1例である欠陥検査装置の概要を示す図である。光源 1 (例えば、白色 LE Dやハロゲンランプなど）力も放出された光は、レンズ 2、及び干渉フィルタを含む照度均一化ユニット 3を介して、開口絞り 4、視野絞り 5を経て、レンズ 6によってコリメ一トされる。開口絞り 4、視野絞り 5は、光軸に対して開口部の形状および開口部の位置が変更可能な構造になっている。これにより、照明領域の大きさと位置が可変とされると共に、照明の開口角が可変とされる。

[0028] コリメートされた光は着脱可能な偏光子 7を経て、ハーフミラー 8により反射されて対物レンズ 9に導かれ、直交 x、 y、 z3軸方向に移動可能であり、かつ z軸の回りに Θ回転可能なウェハステージ 11上に設置されたウェハ 10を同軸落射照明する（この同軸落射照明の光軸を z軸としてレ、る）。

[0029] ウェハ 10に同軸落射照明された光は、ウェハ 10で反射して再び対物レンズ 9にもどり、ハーフミラー 8を透過して、着脱可能な検光子 12、レンズ 13を経て、ハーフプリズム 14に入射する。ハーフプリズム 14で反射した光は撮像素子 18にウェハ 10の像を結像し、ハーフプリズム 14を透過した光は、更に、レンズ 15を経て、光軸（z軸）に対して x、 y軸方向に移動可能な開口形状可変機能を有する視野絞り 16にウェハ 10の像を結像し、撮像素子 17に対物レンズ 9の瞳像を結像させる。

[0030] 図示しない制御装置に、予め撮像素子 17によって撮像された、健全なパターンを有する瞳像を記憶しておき（基準像）、被検査対象である瞳像 (検出像）と比較し、その違レ、を検出することにより欠陥を検出する。

[0031] 欠陥の検出方法としては、例えば、基準像と検出像の画素毎の輝度の差を比較し、ある画素においてその差が所定の閾値を超えたときに欠陥があると判定するようにしてもよい。比較する画素は、全画素でなくてもよぐ後に示すように、光軸を通る所定の線上（放射方向）の画素のみを比較の対象としてもよ!/、。

[0032] さらに、欠陥があると、反射光の対称性が崩れ、瞳像の光軸に対して対称な部分同士の輝度又は色相に差が出てくるので、この差を検出することにより欠陥を検出すること力 Sでさる。

[0033] 又、瞳像の、ウェハへの入射角が 45° である場合に対応する円の内側と外側に分けて、これらの各部分における基準像と検出像の差を検出して、その結果に基づいて欠陥を検出するようにしてもよい。その他、図 2 (a)に示すように、瞳像 21を A、 B、 C、 D、 Dの各部分に分割して、これらの各部分における基準像と検出像の差を検出して、その結果に基づいて欠陥を検出するようにしてもよぐ図 2 (b)に示すように、瞳像 21中の、円で示す 9つの部分における基準像と検出像の差を検出して、その結果に基づいて欠陥を検出するようにしてもよい。なお、図 2以下の図面において、前出の図面に示された構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。

[0034] なお、欠陥検出の手法として瞳像（対物レンズの瞳面の像）の比較を用いているのは、単なるウェハ面の画像では、パターンのピッチが検査装置の分解能以下となり、欠陥があっても光学的に検出できないからである。

[0035] 又、視野絞り 16を開口の位置や形状が可変なものとしているのは、ウェハ 10の所望の位置の所望の大きさの領域の情報を検出可能とするためである。さらに、偏光子 7と検光子 12は、クロスニコルス条件を満足するように設定されているので、後に示すような対物レンズによる偏光主軸の回転による影響がある場合を除いて、ウェハ 10のノターンにより偏光主軸が回転しない限り、観測される光量が 0に近くなる。

[0036] この実施の形態においては、開口絞り 4により、照明 σ (照明の ΝΑ/対物レンズの ΝΑ)が可変とされている。よって、適当な明るさでウェハ 10を照明することができる。

[0037] 図 3は、本発明の実施の形態の他の例である欠陥検査装置の概要を示す図である。図 3に示す欠陥検査装置は、図 1に示す欠陥検査装置とは、ハーフプリズム 14を透過した光が撮像素子 18に到達する点と、ハーフミラー 19、光源 20が設けられており、ハーフプリズム 14で反射した光力ハーフミラー 19で反射されて撮像素子 17に到達する点、視野絞り 16とレンズ 15の位置関係が逆転している点が異なっている。又、開口絞り 4は、後に説明するように、複数の相異なる形状をした開口絞りのうち、一つが選択されて光路中に入れられる点も異なっている。その他の点では、図 1に示す欠陥検査装置と同じであるので、同じ部分の説明を省略し、相異なる部分のみの説明を行う。

[0038] 開口絞り 4は、例えば、図 4に示した単位開口絞り 4a、 4b、 4c、 4d、 4eで構成されており、開口絞り 4を回転することにより、単位開口絞り 4a、 4b、 4c、 4d、 4eを選択して使用することが可能である。 [0039] 単位開口絞り 4aは、図 4に示すとおり 4箇所の開口力、らなり、単位開口絞り 4bは、図 4に示すとおり 8箇所の開口からなり、単位開口絞り 4cは図 4に示すとおり 9箇所の開ロカ、らなり、単位開口絞り 4dは図 4に示すとおり中心部を遮光した開口からなり、単位開口絞り 4eは図 4に示すとおり開口のみからなる。そして、各開口の径は、大きさ可変としてもよい。各開口部に光源 (例えば、白色 LEDやハロゲンランプなど）を配置してもよい。

[0040] ウェハ 10の種類によっては、照明光の入射角を選択し、特別の入射角で入射する照明光のみで照明した方が、欠陥の検出性能が上がることがある。そのため、単位開口絞り 4a、 4b、 4c、 4d、 4eを逐次選択することにより、照明光の入射角を変えて検查を行い、検出性能が最も良い検査結果を採用すればよい。ウェハの種類によって、予め行った検査により、どの単位開口絞りが最適か分かっている場合には、最初から、その単位開口絞りを使用して検査を行うことができる。

[0041] また、ウェハ 10の種類によっては、多くの照明光を照射するとダメージを与えて好ましくないことがある。この場合には、単位開口絞り 4a、 4b、 4c、 4dを選択することで、照明光の光量を減らすことができ、ウェハ 10にダメージを与えないようにすることもできる。

[0042] 又、検査を行う場合に、撮像素子 18で観測されるウェハ 10の像は広い範囲を撮像し、撮像素子 17で観測されるウェハ 10の瞳像は、ウェハ 10の特定の狭い範囲に限定したい場合がある。このような場合には、視野絞り 5の開口を大きくしてウェハ 10の広い範囲を照明し、視野絞り 16の開口を小さくして特定の開口位置とし、特定の範囲に視野を絞るようにすればよい。

[0043] その場合に、ウェハ 10のどの範囲力瞳像となって撮像素子 17により観測されているのかが分からない。これに対応するために、この実施の形態においては光源 20を有している。すなわち、光源 20から放出された照明光は、ハーフミラー 19を透過し、視野絞り 16を通ってハーフミラー 14で反射され、レンズ 13、検光子 12、ハーフミラー 8、対物レンズ 9からなる落射照明光学系を通して、視野絞り 16の像をウェハ 10の表面上に結像する。その像を、撮像装置 18で観測することにより、ウェハ 10のどの範囲力瞳像となって撮像素子 17により観測されているのかが分かる。光源 20からの光力検査の支障となる場合には、例えば、光源 1と光源 20を切り替えて使用すればよい。又は瞳像となって撮像素子 17により観測されている位置を知るときのみ、光源 20 を点灯し、実際の検査時には光源 20を消灯するようにすればよ!/、。

実施例

[0044] 図 5は、検光子と偏光子の方位と L/Sパターンからなるウェハの位置関係を示した図である。図 5において、 X軸方向に検光子の方位を、 Y軸方向に偏光子の方位を設定し、 L/Sパターンの繰り返し方向力 S、 Y軸から X軸方向へ αだけ回転している。

[0045] ここで、ウェハへの照射光の入射角度と瞳内の場所の関係について図 6を使って説明する。ウェハへの入射角度 0° は、図 6の破線で示した矢印のように、瞳上では、瞳中心に位置する。一方、入射角度 64° (NA=0. 9相当）は、実線で示した矢印のように、瞳上では、瞳最周辺に位置する。従って、入射角度は、瞳上では、瞳内の半径方向場所に対応する。すなわち、瞳内で光軸から同一半径にある位置に結像する光は、ウェハに同一角度で入射した光である。

[0046] NA = 0. 9の対物レンズを用いて、 45nmL/Sレジストパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に形成する光量分布をベクトル解析手法から求めた一例を次に説明する。

[0047] 図 7は、ベクトル解析を行うにあたって 45nmL/Sレジストパターンの理想形状の模式図を示しており、レジスト幅 Ll =スペース幅 L2 = 45nm、レジスト厚さ hi = 110η m、 SiO厚さ h2 = 100nmとしている。

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[0048] 図 8は、 45nmL/Sレジストパターンの台形状の模式図であり、例えば、露光装置にお!/、て、ベストフォーカスカ、ら外れて露光されてレジストパターンが台形状の形状変化を起こした場合を想定することができる。この台形状の形状変化を (tl +t2) /L 1 (tl。 t2は、それぞれ、台形の左右の斜辺の幅）で数値化すると、理想状態すなわち矩形であれば形状変化は 0 %となり、三角形であれば形状変化は 100 %となる。

[0049] 図 5に示したウェハパターンの回転角度 αを 45° とし、波長え = 546nmにおいて、 45nmL/Sレジストパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に形成する光量分布を求めたところ、図 9A〜図 9Cに示すような結果が得られた。

[0050] 図 9A〜図 9Cは、横軸に入射角度、縦軸に正反射光量をとり、形状変化が 0%、 4 0%、 80%の L/Sパターンを観察したときの両者の関係を折れ線グラフで示したものであり、図 9Aは、図 10に示した瞳内の O— U断面における反射光量、図 9Bは、図 10に示した瞳内の O— UL断面における反射光量、図 9Cは、図 10に示した瞳内の O— UR断面における反射光量になる。なお、図 9A〜図 9Cに示したグラフの縦軸のスケールは、形状変化 0%のときの、 O— UL断面の正反射光最大値を 1として規格化している。なお、入射角度は、前述のように瞳内では半径に対応するので、図 9A 〜図 9Cのデータは、前記各断面の半径を横軸にとったときの正反射分布に対応するものである。

[0051] なお、図 10は、瞳の各位置での反射光の偏光主軸方向を矢印で示すものである。

偏光軸は、 X軸方向、 Y軸方向（R, L, U, D, O)では、 Y軸方向（偏光子の方位方向）を向いており回転していないが、 X軸、 Y軸に対して 45° 傾いた方向（UR. LR, LL, UUでは、瞳の周辺部で約 4. 5° 回転している。

[0052] 図 9A〜図 9Cから、入射角度が大きくなると反射光量が増えるが、形状変化が大きくなると反射光量が低下することが分かる。よって、正常な L/Sパターンを有するゥェハの反射光量と、被検査体であるウェハの反射光量を比較することにより、形状変化の大きさ、すなわち欠陥の程度が検出可能となる。

[0053] また、図 9から瞳内の場所によって反射光量が異なり、 O— UL断面が最も反射光量が大きいことが分かる。しかも、入射角度 60° では、形状変化にともなう反射光量の変化量は、 O— UL断面で最も大きいことが分かる。よって、偏光子と検光子をクロスニコルスの状態にして、図 7、図 8に示す構造からなる 45nmL/Sパターンの形状変化を瞳内で検出する方法においては、波長え = 546nmでは、 O— UL断面の入射角度 60° 付近の光量変化を計測することで感度が高いパターン欠陥検査が可能になる。

[0054] 図 11A〜図 11Cは、横軸にウェハへの光の入射角度、縦軸に正反射光量比をとり、形状変化が 0%、 40%、 80%の L/Sパターンを観察したときの両者の関係を折れ線グラフで示したものであり、図 11Aは、図 10に示した瞳内の O— U断面における反射光量比、図 11Bは、図 10に示した瞳内の O— UL断面における反射光量比、図 1 1Cは、図 10に示した瞳内の O— UR断面における反射光量比になる。なお、図 11 は、形状変化 0%における正反射光量で規格化している。

[0055] 図 11A〜図 11Cから、形状変化にともなう反射光量比が入射角度と瞳内の場所によって異なること力 S分力、る。 O— UL断面では、入射角度が大きくなると、形状変化にともなう正反射光量比の変化が小さくなるが、 O— UR断面では、入射角度が大きくなると、形状変化にともなう正反射光量比の変化が大きくなることが分かる。

[0056] このため、偏光子と検光子をクロスニコルスの状態にして、図 7、図 8に示す構造からなる 45nmL/Sパターンの形状変化を瞳内で検出する方法においては、波長 λ = 546nmでは、 O— UR断面の入射角度 60° 付近の光量変化比率を計測することで感度が高いパターン欠陥検査が可能になる。

[0057] 従って、パターン構造の情報をもとに、予めベクトル解析により形状変化と入射角度をパラメータとして、瞳内の光量分布を求めて、瞳内で形状変化に対する光量変化が大きい場所、または瞳内で形状変化に対する光量変化比率が大きい場所を優先的に選択し、光量変化または、光量変化比率を検出することで高感度な形状欠陥検查ができる。

[0058] 本実施例では、図 7、図 8に示した模式図を用いて計算した力レジスト幅 L1とスぺース幅 L2の比率を変えて線幅変化に対する瞳内の光量分布を求めて、瞳内で線幅変化に対する光量変化が大きい場所、または瞳内で線幅変化に対する光量変化比率が大きい場所を優先的に選択し、光量変化または、光量変化比率を検出することで高感度な線幅欠陥検査ができる。

[0059] また、レジスト厚さ hiや SiO厚さを変えて膜厚変化に対する瞳内の光量分布を求

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めて、瞳内で膜厚変化に対する光量変化が大きい場所、または瞳内で膜厚変化に対する光量変化比率が大きい場所を優先的に選択し、光量変化または、光量変化比率を検出することで高感度な膜厚欠陥検査ができる。

[0060] 更に、波長 λを変えて計算し、各種欠陥に対して感度が高くなる最適波長 λを選択し、瞳内の場所を選択することで高感度な欠陥検査ができる。

[0061] たとえば、白色 LEDを光源とし、瞳内の光量分布をカラー CCDで撮像することにより RGB分割することでも波長選択可能であり、パターン構造をもとに予め計算により最適な瞳位置を選択し、 RGB比を検出したり、良品パターンの瞳画像と不良品の瞳画像を記憶しておき、瞳像の比較検査により欠陥検査もできる。

[0062] いま、偏光子による直線偏光の透過軸を y軸とし、検光子の透過軸を X軸とした場合、検光子を透過して観察される瞳像の光強度は、図 10の瞳の上下左右の U, R, D, Lにおいては、以下の式で表される。ただし、 Axは、 X方向の振動成分の振幅である

〇

國

I = Ax²

[0063] 一方、図 10における瞳の対角方向 UR, UL, LR、 LLにおいては、対物レンズ 9の偏光主軸が ±4. 5° 回転しているため、この回転量を Θとし、検光子を透過して観察される瞳像の光強度は、以下の式で与えられる。ただし、 Ax、 Ayは、それぞれ、 X 方向、 y方向の振動成分の振幅であり、 δ 、 δ は、それぞれ、 χ方向、 y方向の振動成分の位相である。

[数 2]

2

cos θ · Αχ · &xp(io_x ) + sm 9 - Av expt ιδ )

[0064] 偏光主軸が右回り（時計方向）に回転する場合を +、左回りを一とすると、 UR、 LL においては、偏光主軸が Θ = +4. 5° 回転しており、 UL、 LRにおいては、偏光主軸が θ =—4. 5° 回転しているため、 U、 R、 D、 Lとは異なった光強度になり、更に UR, LLと UL, LRとは異なった光強度になる。このため、パターン形状に応じて瞳内の輝度及び色相の変化が認められ、良品との差分により欠陥検査ができる。

[0065] 以上において、対物レンズ 9の偏光主軸回転量 Θ = ±4. 5° による効果を説明した力この回転量 Θの最適な範囲について検討した結果を図 12、図 13に示す。図 1 2は、波長え = 546nm、 L/Sパターンの周期方向の回転角度を α =45° 、入射角度を 60° に限定し、横軸に偏光主軸の回転角度、縦軸に正反射光量をとり、偏光主軸の回転角度 25° 〜+ 25° の範囲で、形状変化 0%、 40%、 80%の 45nmL/ Sパターンを観察したときの関係を折れ線グラフで示したものである。なお、図 12は、形状変化 0%における正反射光量で規格化している。

[0066] 図 12に矢印で示した UL、 URは、 NA0. 9程度の対物レンズ 9の偏光主軸回転量

±4. 5° に対応しており、形状変化に伴う反射光量比の変化量は URが大きいことを示しているが、偏光主軸回転量が 7. 5° になると、形状変化に伴う反射光量比の変化量が URよりも更に大きいことがわかった。

[0067] 図 13は、波長え =436nm、： L/Sパターンの周期方向の回転角度を α =45° 、入射角度を 60° に限定し、横軸に偏光主軸の回転角度、縦軸に正反射光量をとり、偏光主軸の回転角度 25° 〜+ 25° の範囲で、形状変化 0%、 40%、 80%の 45 nmL/Sパターンを観察したときの関係を折れ線グラフで示したものである。なお、図 13は、形状変化 0%における正反射光量で規格化している。

[0068] 図 13に矢印で示した UL、 URは、 NA0. 9程度の対物レンズ 9の偏光主軸回転量

±4. 5° に対応しており、形状変化に伴う反射光量比の変化量は URが大きいことを示しているが、偏光主軸回転量が 1. 5° になると、形状変化に伴う反射光量比の変化量が URよりも更に大きいことがわかった。

[0069] このため、波長、入射角度及び偏光主軸回転量を選択し、光量変化比率を計測することで感度が高いパターン欠陥検査が可能であり、最適な偏光主軸回転量は 1° から 25° であることがわかった。

[0070] 偏光主軸回転量を可変とするには、対物レンズの各レンズ面に施されている反射防止膜の位相特性がそれぞれ異なる複数の対物レンズを用意し、各対物レンズを切り替えて使用する。また、偏光子と検光子のクロスニコルの関係を崩すことで対応可能であり、偏光子または検光子に光軸中心に回転可能な機構を設け、偏光子又は検光子をその光軸中心に回転させることにより、偏光子の透過軸と検光子の透過軸とのなす角が 65° 力 89° の範囲内になるように設定する（これにより、偏光主軸の回転量を 1° 力も 25° にすることができる）ことが望ましい。

[0071] 瞳内の輝度及び色相の変化を捉える方法としては、光源として、白色 LEDを用い、カラー CCD撮像素子により可能である。また、瞳内の特定の場所において、輝度及び色相の変化が大きいため、瞳内を分割して分光測光することで瞳内の輝度及び色相の変化を測定し、良品と比較することにより欠陥検査ができる。さらに、パターン形状の非対称性を判別するために、光軸を中心として瞳内の対称な場所を選んで輝度及び色相の変化を測定することが有効である。瞳内の分割は、ウェハへの入射角度 45度を基準として、内側の円と外側の円に分割して輝度及び色相の変化を測定することが有効である。

[0072] 以上の実施例においては、ウェハパターンの回転角度 αを 45° として測定を行つた。 α力 0° 又は 90° のとき、ウェハパターンの欠陥があっても、それにより偏光軸の回転が余り現れず、欠陥検出能力が低下する。よって、 αをそれらの中間である、 45 ° とすることにより、ウェハパターンの欠陥による偏光軸の回転が大きくなり、欠陥検出能力が向上すると考えられる。

[0073] αを 22. 5° 、45° 、 67. 5° と 3段階に変化させて、ウェハ内特定の露光範囲内 2 箇所（中央部分と最下外周付近）の測定を行った結果を、図 14〜図 16に示す。図 1 4は、 α = 22. 5° 、図 15は α = 45° 、図 16は、 a = 67. 5° に関するものであり、いずれも図 10の、 UL— LR方向断面での反射光量分布を示すものである。横軸は、瞳内半径方向位置（ウェハへの入射角度）、縦軸は反射光量を示す。ウェハ内特定の露光範囲 2箇所としては、露光装置の投影レンズの露光範囲（矩形領域）の中央部分と最下外周部付近を採用した。

[0074] これらの図によると、 α = 45° では、露光範囲内 2箇所での光量分布の差はあまり見られないのに対し、 a = 22. 5° と 67. 5° では、瞳内の周辺部（ウェハへの入射角度の大きい部分）で大きな差が出ていることが分かる。これらの差は、ウェハの各部分における L/Sパターンの微小な違いによるものと考えられるので、 α = 22. 5° 、 67. 5° とすることにより、 α = 45° では検出できなかった欠陥を検出できる可能性力 fcること力分力ゝる。

[0075] 構造性複屈折を有するパターンからの反射光は、ウェハの厚さ hおよび形状に応じて入射光の振動面に平行な成分 (Y軸方向成分）と垂直な成分 (X軸方向成分）との間で位相差、振幅 Ax、振幅 Ayが変化し、楕円偏光となる。また、ウェハ面へ入射角や波長によっても、入射光の振動面に平行な成分と垂直な成分との間で位相差、振幅 Ax、振幅 Ayが変化する。

[0076] ステージ上にベアウェハをセットし、 NA0. 9程度の対物レンズ 9を用いて、偏光子の透過軸を瞳内の上下方向に設定し、検光子の透過軸を瞳内の左右方向、つまり互いに直交してクロスニコルス条件が成り立つようにすると、撮像素子 17によって観察される瞳像は図 17に示した中心部が暗黒の 4つ葉状となった。

[0077] これは、対物レンズ 9の NAが大きくなるに従って、対物レンズ面への光線の入射角が大きくなり、偏光主軸が回転するために発生する現象である。本実施例では、 NA =0. 9の対物レンズにおいて、瞳の対角方向において最大で約 4. 5度程度（対物レンズを透過してウェハ面で反射して再び対物レンズを透過して戻る往復光路で）の偏光主軸の回転が発生していることにより、この回転量に応じて検光子から漏れ光が透過し、撮像素子 17で観察される瞳像は、対角方向が明るい像になっている。

[0078] 次に、構造性複屈折を有するパターン付ウェハをセットし、視野絞り 5または視野絞り 16の開口形状および位置を適切に設定し、ウェハ面のパターンの周期方向を偏光子の透過軸に対して回転させながら、ウェハ面からの正反射光を瞳上で観察すると、ベアウェハで喑黒部となっていた部分の輝度及び色相の変化が認められた。

[0079] これは、ウェハのパターンからの回折光および正反射光が瞳上で観察されるためであり、特に、視野絞り 5または視野絞り 16の開口形状および位置を、検査しょうとするパターンが形成されている領域内に設定すると、回折光は観察されず、構造性複屈折により、ウェハに照明した直線偏光光が楕円偏光となって反射して来ることで検光子を透過して撮像素子 17の撮像面にできる瞳内に輝度及び色相の変化が現れる。

[0080] 例えば、ウェハのパターン周期の方向を偏光子の透過軸に対して 45° 方向及び 1 35度方向にセットすると、瞳像全体の輝度が高くなつた。

[0081] 更に、ウェハのパターン周期の方向を偏光子の透過軸に対して 22. 5度、 67. 5度にセットすると、前述のように、パターンプロファイル変化に応じた瞳内の輝度分布変化が最も大きレ、ことが分力、つた。

[0082] また、瞳内の輝度分布は、パターンプロファイル変化に応じて、瞳内の場所によつて輝度及び色相の変化が認められた。

Claims

請求の範囲

[1] 表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、

前記試料を載置するステージと、

光源と、

を有することを特徴とする欠陥検査装置。

[2] 表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、

前記試料を載置するステージと、

光源と、

有することを特徴とする欠陥検査装置。

[3] 前記照明光学系は、照度均一化ユニット、任意の波長帯域を選択可能な複数の干渉フィルタ、開口絞りを有し、前記対物レンズに対する照明 σが可変可能なことを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の欠陥検査装置。

[4] 前記対物レンズによる偏光主軸の回転量が;!〜 25° であることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の欠陥検査装置。

[5] 前記偏光子又は前記検光子は回転機構を備え、

前記偏光子と前記検光子とのクロスニコルスの関係に代えて、前記偏光子又は前記検光子をその光軸中心に回転させることにより前記偏光子の透過軸と前記検光子の透過軸とのなす角が 65° 力 89° の範囲内になるように設定されていることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の欠陥検査装置。

[6] 前記検出部における試料の欠陥検出に際して、前記瞳像のうち、感度の高い箇所が採用されていることを特徴とする請求項 1又 2に記載の欠陥検査装置。

[7] 請求項 1又は請求項 2に記載の欠陥検査装置であって、前記照明光学系中に、複数の相異なる種類の開口絞りが、それらのうち一つを選択して使用可能なように設けられて!/、ることを特徴とする欠陥検査装置。

[8] 表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する方法であって、

光源から出射された光を偏光子と対物レンズを通して試料面を落射照明し、その照射による前記試料の表面からの反射光を前記対物レンズと、前記偏光子とクロスニコルス条件を満足する検光子を通して前記対物レンズの瞳像を得て、前記瞳像を予め記憶しておいた瞳像と比較して前記試料の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。

[9] 請求項 8に記載の欠陥検査方法であって、前記パターンの繰り返しの方向を、前記偏光子の方位から 45° ずらして設定することを特徴とする欠陥検査方法。

[10] 請求項 8に記載の欠陥検査方法であって、前記パターンの繰り返しの方向を、前記偏光子の方位から 22.5° 又は 67.5° ずらして設定することを特徴とする欠陥検査方法。

[11] 請求項 8に記載の欠陥検査方法であって、前記瞳像の比較は、前記瞳像の放射方向の輝度分布と、予め記憶しておいた瞳像の放射方向の輝度分布との比較であることを特徴とする欠陥検査方法。

[12] 請求項 8に記載の欠陥検査方法であって、前記欠陥の検出は、前記瞳像の輝度分布と、予め記憶しておいた前記瞳像の輝度分布との差分と閾値に基づいて行うことを特徴とする欠陥検出方法。

[13] 表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する方法であって、前記光源から出射された光を偏光子と対物レンズを通して試料面を落射照明し、その照射による前記試料の表面からの反射光を前記対物レンズと、前記偏光子とクロスニコルス条件を満足する検光子を通して検出して前記対物レンズの瞳像を得て、当該瞳像の光軸に対する対称位置同士を比較して、前記試料の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。

[14] 前記偏光子と前記検光子とのクロスニコルスの関係に代えて、前記偏光子又は前記検光子をその光軸中心に回転させることにより、前記偏光子の透過軸と前記検光子の透過軸とのなす角が 65° 力 89° の範囲内になるように設定することを特徴とする請求項 8又は請求項 13に記載の欠陥検査方法。

[15] 前記試料の欠陥検出に際して、前記瞳像のうち、感度の高い箇所を採用することを特徴とする請求項 8又は請求項 13に記載の欠陥検査方法。