WO2009118966A1 - 反射屈折型対物レンズを用いた欠陥検査装置 - Google Patents

反射屈折型対物レンズを用いた欠陥検査装置 Download PDF

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岡　恵子
吉武　康裕
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株式会社日立製作所
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    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/46—Systems using spatial filters

Definitions

  • the present invention relates to a defect inspection apparatus for inspecting defects on a wafer surface.
  • a defect inspection apparatus which includes an illumination optical system, a detection optical system, and an image processing system.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-177139 discloses illumination and a detection method in which light from a light source is obliquely illuminated or vertically incident on a sample, and foreign matter adhering to the sample is detected via a refractive reflection type objective lens. Are listed.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which vertical epi-illumination is possible by installing a mirror between the Schwarzschild-type reflective objective lens and the sample surface, but between the Schwarzschild-type reflective objective lens and the sample surface.
  • Patent Document 2 also proposes a configuration in which vertical mirror illumination is possible by installing a mirror between the Schwarzschild-type reflective objective lens and the detector, and further drilling a hole in the Schwarzschild-type reflective objective lens. Since regular reflection light from a defect passing through the Schwarzschild reflection type objective lens is not imaged and becomes a flare component on the detection surface, there is a problem of low SN. Further, the catadioptric objective lens disclosed in Patent Document 3 has a configuration capable of vertical epi-illumination, but specularly reflected light from a defect passing through the center of the catadioptric objective lens is not imaged on the detection surface. Since it becomes a flare component, there was a problem of low SN.
  • a light source a half mirror that reflects illumination light emitted from the light source, a catadioptric objective lens that collects reflected light from a sample by illumination light reflected by the half mirror, and the catadioptric
  • An imaging lens that forms an image of the reflected light that has passed through the mold objective lens, a relay lens that includes a blocking member provided at a position where the regular reflected light from the sample forms an image with the imaging lens, and the blocking member
  • the catadioptric objective lens includes a refractive lens that refracts the first reflected light from the sample, and a part of the first reflected light.
  • the defect inspection apparatus which implement
  • FIG. 1 relates to an inspection optical system for inspecting an inspection object (wafer) 1.
  • the inspection optical system includes an illumination light source 211 for irradiating the wafer 1 with illumination light, a half mirror 205a for folding back the illumination light irradiated by the illumination light source 211 and irradiating the wafer 1, a convex reflection member 207, A catadioptric objective lens that has a concave reflecting surface 206 and a refractive lens group 208 and that enables vertical epi-illumination of illumination light, and that forms an image of reflected light from the wafer 1 that has passed through the catadioptric objective lens.
  • Lens 204 blocking member 213a provided at a position where regular reflection light from wafer 1 included in the reflected light is imaged by imaging lens 204, first relay lens 203 provided with blocking member 213a, and first relay
  • the second relay lens 202 and the second relay lens 202 that transmit the remaining reflected light that is blocked by the regular reflection light by the blocking member 213a provided on the lens are transmitted.
  • a catadioptric lens group is constituted by the convex reflecting member 207, the concave reflecting surface 206, and the refractive lens group 208.
  • a beam splitter may be used instead of the half mirror 205a.
  • FIGS. 5A and 5B show an example of the surface of the wafer 1.
  • the surface of the wafer 1 has a line and space 501 or dot pattern 502 structure.
  • the wiring short portions 503 and 504 are provided at the bottom of the line and space 501 or the bottom of the dot pattern 502 as shown in FIG. Vertical epi-illumination is required to detect defects.
  • FIG. 4 shows an example of the light source 211 for illumination.
  • the illumination light source 211 includes a plurality of laser light sources 211a, 211b, 211c, and 211d having different wavelengths, and dichroic mirrors 212a, 212b, and 212c that reflect or transmit only specific wavelengths. A plurality of different laser beams are irradiated with the combined illumination light 214.
  • the laser light source is not limited to four wavelengths, but may be at least two wavelengths, and a dichroic mirror may be added accordingly.
  • As the illumination light source 211 it is preferable to use a third harmonic SHG of a high-power YAG laser and a wavelength of 355 nm because of branching, but it is not necessarily required to be 355 nm. Further, it is not necessary that the illumination light source 211 is YAGSHHG. That is, the illumination light source 211 may be another light source such as an Ar laser, a nitrogen laser, a He—Cd laser, or an exci
  • FIGS. 6A and 6B An example of the convex reflection member 207 is shown in FIGS. 6A and 6B.
  • the convex reflection member 207a in FIG. 6A has a central hole 237a through which light can be transmitted in the central portion of the reflection surface 227a, and the wafer 1 without reflecting the illumination light from the folding mirror 205a in FIG.
  • the vertical epi-illumination can be realized.
  • FIG. 6B shows a convex reflection member 207 b showing another form of the convex reflection member 207.
  • the convex reflection member 207b may be composed of a convex refractive lens.
  • a reflection film 227b is formed by applying a reflective film to the lens as the convex reflection member 207b.
  • the vertical epi-illumination can be realized by providing the light transmission region 237b in which the reflective film is not applied at the central portion of the convex refractive member 207b.
  • region of a reflecting film is not restricted to the area
  • a reflection film may be provided in the refractive lens group 208 constituting the catadioptric objective lens, so that the convex reflection member 207 can be used also.
  • FIG. 7 shows an example of the first relay lens 203 and the blocking member 213a.
  • FIG. 8A and 8B are explanatory diagrams relating to the optical paths of specularly reflected light and scattered light from the wafer 1 surface.
  • the specularly reflected light in FIG. 8A passes through the imaging lens 204 and is blocked by the blocking member 213 provided in the first relay lens 203, and therefore is not detected by the detector 201a.
  • the scattered light in FIG. 8B passes through the imaging lens 204, forms an image, and then passes through the first relay lens 203. Therefore, the scattered light is not blocked by the blocking member 213 but is detected by the detector 201a. Become.
  • the inspection optical system of FIG. 2 has a structure in which a spatial filter 209 provided with a blocking member 213 b is disposed at a position where regular reflection light from the wafer 1 is imaged by the imaging lens 204. Since the regularly reflected light from the wafer 1 is blocked by the blocking member 213b provided in the spatial filter 209, only the scattered light from the wafer 1 is detected and the flare component is removed by the detector 201b as in the first embodiment. High SN can be realized.
  • FIG. 9 shows an example of a cross-sectional view and a top view of the first relay lens 203, the spatial filter 209, and the blocking member 213b in the inspection optical system of the second embodiment.
  • the top views of the first relay lens 203 and the spatial filter 209 are shifted.
  • FIG. 10A and 10B are explanatory diagrams relating to the optical paths of specularly reflected light and scattered light from the wafer 1 in the second embodiment.
  • the specularly reflected light shown in FIG. 10A passes through the imaging lens 204 and is blocked by the blocking surface 213b provided at the central portion of the spatial filter 209, and therefore is not detected by the detector 201b.
  • the scattered light in FIG. 10B is once imaged by the imaging lens 204, then imaged again without being blocked by the blocking member 213b, and detected by the detector 201b.
  • a spatial filter 209 provided with a cylindrical folding mirror 213c is disposed at a position where the regular reflection light of the wafer 1 is imaged by the imaging lens 204, and is folded back by the folding mirror 213c.
  • the illumination light source 211 is arranged.
  • the folding mirror 213c serves as both a blocking member that blocks the regularly reflected light and a folding member that folds the illumination light and performs vertical epi-illumination.
  • FIG. 11 shows an example of a cross-sectional view and a top view of the first relay lens 203, the spatial filter 209, and the folding mirror 213c as a blocking member in the third embodiment.
  • the top views of the first relay lens 203 and the spatial filter 209 are shifted.
  • a spatial filter 209 provided with a blocking member 213b at a position where regular reflection light from the wafer 1 is imaged by the imaging lens 204, an area through which light cannot be transmitted is formed to irradiate the surface of the wafer 1 Since the regularly reflected light can be blocked, noise detected as a flare component can be reduced and high SN can be realized.
  • the combined use with the folding member makes it possible to reduce the cost of the inspection optical system by reducing the size and reducing the number of processes in the manufacturing stage.
  • FIG. 12A and 12B are explanatory diagrams relating to the optical paths of specularly reflected light and scattered light from the surface of the wafer 1 in Example 3.
  • FIG. The specularly reflected light in FIG. 12A passes through the imaging lens 204 and is blocked by the cylindrical folding mirror 213c provided at the center portion of the spatial filter 209, and therefore is not detected by the detector 201c.
  • the scattered light in FIG. 12B passes through the imaging lens 204 and forms an image, and then is detected by the detector 201c without being blocked by the folding mirror 213c.
  • FIGS. 13A to 13C show optical paths of specularly reflected light according to the respective examples.
  • the specularly reflected light from the wiring short portions 503 and 504 on the surface of the wafer 1 passes through the catadioptric objective lens (a plurality of refractive lenses 208, the reflecting member 207, and the concave reflecting surface 206), and the first relay. It is blocked by a blocking member 213 a provided on the lens 203.
  • the high-SN defect can be detected by the detectors 201b and 201c by being blocked by the blocking member 203b and the folding mirror 203c provided in the spatial filter 209.
  • FIGS. 14A to 14C show optical paths of scattered light according to the respective examples.
  • the scattered light from the wiring short portions 503 and 504 on the upper surface of the wafer 1 is transmitted through a catadioptric objective lens composed of a plurality of refractive lenses 208, concave reflecting surfaces 206, and reflecting members 207.
  • the image is once formed by the imaging lens 204 but is not blocked by the blocking member 213a provided in the first relay lens 203 of FIG. 13A, but is re-imaged and detected by the detector 201a.
  • the light is not blocked by the blocking member 213b and the folding mirror 213c, but is re-imaged and detected by the detectors 201b and 201c.
  • the defect inspection apparatus shown in FIG. 15A includes an illumination optical system including a stage unit 300 including a substrate mounting table 304, xyz stages 301, 302, and 303, and a stage controller 305, an illumination light source 211, and a folding mirror 205.
  • a digital image is obtained using the digital signal obtained by A / D conversion of the output from the optical system 200 and the one-dimensional detectors 201 and 251 and the stage drive signal obtained from the stage controller 305, and the digital image is processed.
  • the inspection optical system 200 has the same configuration as the inspection optical system according to the first embodiment shown in FIG. 1, but scattered light from the wafer 1 is detected by the two detectors 201 and 251 through the half mirror 252.
  • Detectors 201 and 251 acquire different P-wave and S-wave polarizations depending on the shape of the foreign matter. There may be a single detector or three or more detectors, but a more rigorous analysis is possible by acquiring both the P wave and the S wave.
  • the image obtained by the inspection optical system 200 in FIG. 15A is received and photoelectrically converted by the optical image, and the photoelectrically converted signal is sent to the arithmetic processing unit 400.
  • the arithmetic processing unit 400 is an A / D converter 4001 that performs A / D conversion on the detected image signal output from the detector 201, and a data storage that stores the digital image signal that has been A / D converted by the A / D converter 4001.
  • threshold calculation processing unit 4003 for performing threshold calculation processing based on the detected image signal from A / D converted detector 201, detection image signal 4110 obtained from data storage unit 4002 and threshold calculation processing unit 4003 Based on the obtained threshold image signal 4120, a foreign matter detection processing circuit unit 4007 that performs foreign matter detection processing, and a feature amount calculation circuit unit 4008 that calculates feature amounts of defects detected by the foreign matter detection processing circuit unit 4007, feature amount calculation.
  • Information on the feature amount of the detected defect obtained from the circuit 4008 is sent to the integrated processing unit 4010.
  • the signal obtained by the detector 251 is branched after being digitized by the A / D converter 4201, one of which is stored in the data storage unit 4202, and the other is input to the threshold value calculation processing unit 4203. .
  • the detected image signal 4310 output from the data storage unit 4202 and the threshold image signal 4320 output from the threshold value calculation processing unit 4203 are input to the foreign object detection processing circuit unit 4207 and subjected to foreign object detection processing, and an image of the detected defect is detected. Is processed by the feature amount calculation circuit unit 4208 to calculate the feature amount.
  • the feature amount information obtained from the feature amount calculation circuit 4208 is sent to the integration processing unit 4010, and the defect feature amount information obtained from the image detected by the detector 251 output from the feature amount calculation circuit unit 4008 and They are integrated into various types of defects such as large foreign particles, small foreign particles, pattern defects, and scratches on the substrate surface.
  • the arithmetic processing unit 400, the illumination light source 211, and the stage controller 305 are each connected to and controlled by the overall control unit 417.
  • the defect inspection apparatus shown in FIGS. 15A and 15B makes it possible to correct chromatic aberration by a plurality of wavelengths and reduce the light amount fluctuation due to the change in the film thickness of the wafer 1.
  • the vertical reflecting illumination is possible by the concave reflecting surface 206 having the central hole and the convex blocking member 207 having the light transmission region 237 at the central portion, and the wiring short portion can be illuminated with sufficient intensity. As a result, a short defect can be detected. Furthermore, since the specularly reflected light passing through the light transmission region 237 provided at the central portion of the convex blocking member 207 is blocked by the blocking member 213 and flare components can be eliminated, it is possible to detect defects with high SN. . Moreover, since it is not necessary to provide a large space between the wafer 1 and the refractive lens group 208, a high NA can be realized. 15A and 15B, the inspection optical system similar to the inspection optical system of the first embodiment shown in FIG. 1 is shown as the inspection optical system in the defect inspection apparatus shown in FIG. The inspection optical system of Example 3 and other inspection optical systems having the same functions as these may be used.
  • FIG. 16A shows a configuration in which an illumination optical system 100 and a detection optical system 200b are added to the inspection optical system 200a shown in FIG. 15A.
  • two inspection optical systems 200a installed in a direction substantially perpendicular to the surface of the wafer 1 and detection optical systems 200b installed in an inclined direction are installed.
  • a method for detecting defects on the wafer 1 in such a configuration will be described below.
  • the inspection optical system 200a detects scattered light by the same method as the inspection optical system 200 shown in FIG. 15A.
  • one detector 201a and 201b is provided for each of the inspection optical systems 200a and 200b, but a plurality of detectors may be provided and can be arbitrarily determined.
  • a method for detecting scattered light by the illumination optical system 100 and the detection optical system 200b will be described.
  • the laser beam irradiated from the illumination light source 101 of the illumination optical system 100 is irradiated obliquely with respect to the horizontal direction on the wafer 1 through the concave lens 102, the convex lens 103, the grating 104, and the mirror 105.
  • Scattered light from the wafer 1 by irradiation of the illumination optical system 100 is a plurality of refractive lenses 208b constituting the detection optical system 200b installed in an oblique direction with respect to the surface of the wafer 1, and 207b having a light transmission region in the central portion.
  • the image is formed by the detector 201b through the concave reflection surface 206b having the center hole, the imaging lens 204b, and the relay lenses 202b and 203b, and the optical image is received and photoelectrically converted.
  • 16A and 16B has the same structure as the arithmetic processing unit shown in FIGS. 15A and 15B.
  • the arithmetic processing unit 400, the illumination light sources 101 and 211, and the stage controller 305 are respectively connected by an overall control unit 417, and the arithmetic control unit 400, the illumination light sources 101 and 211, and the stage controller 305 are connected by the overall control unit 417. It is controlled.
  • chromatic aberration correction by a plurality of wavelengths can be performed, and the light amount fluctuation due to the film thickness change of the wafer 1 can be reduced.
  • the light transmission region 237 at the center of the folding mirror 205 and the reflecting member 207, vertical epi-illumination is possible, and the wiring short-circuit portion can be illuminated with sufficient intensity. As a result, a short defect can be detected. Further, the specularly reflected light from the wafer 1 is blocked by the blocking member before the detectors 201a and 201b, and flare components can be eliminated, so that a high SN defect can be detected. Further, since scattered light scattered at different elevation angles with respect to the substantially vertical direction of the surface of the wafer 1 can be separated and detected, defect classification performance can be improved by processing and integrating these signals. .
  • Irradiation by oblique incidence makes it easier to catch scattered light from foreign matter on the wiring, and irradiation from perpendicular incidence makes it easier to catch scattered light from foreign matter under the wiring, so it is possible to select an irradiation method according to the characteristics of the defect. it can.
  • the inspection optical system 200 of the defect inspection apparatus of FIGS. 15A and 15B may be structured to be movable around the wafer 1.
  • FIG. 16A shows a diagram of the defect inspection apparatus when the inspection optical system shown in FIG. 15A is moved in the oblique direction with respect to the wafer 1.
  • the performance of defect classification can be improved by changing the arrangement position of the inspection optical system in accordance with the characteristics of the defect to be detected.
  • the folding mirror 213 can serve both for realizing the vertical epi-illumination and blocking the regular reflection light. Therefore, it is possible to reduce the cost by saving space and reducing the manufacturing process of the defect inspection apparatus.

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Abstract

　光源と、前記光源から照射された照明光を反射させるハーフミラーと、前記ハーフミラーにより反射された照明光による試料からの反射光を集光させる反射屈折型対物レンズと、前記反射屈折型対物レンズを透過した前記反射光を結像させる結像レンズと、前記試料からの正反射光が前記結像レンズにより結像する位置に設けられた遮断部材を有するリレーレンズと、前記遮断部材により前記正反射光が遮断された反射光を検出する検出器とにより構成される検査光学系と、前記検出器で検出された信号に基づき前記試料の欠陥を検出する演算処理部とを有する欠陥検査装置。

Description

反射屈折型対物レンズを用いた欠陥検査装置 参照による取り込み
　本出願は、２００８年３月２４日に出願された日本特許出願第２００８－０７４８４７号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。
　本発明は、ウエハ表面の欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。
　半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、半導体素子が微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合には、この異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因となる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成するもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により様々な状態で混入される。これらの異物を検査する装置として欠陥検査装置があり、照明光学系、検出光学系および画像処理系により構成される。
　照明光学系に関し、膜厚変化による光量変動を低減させるための複数波長の使用についてＢｒｏａｄｂａｎｄ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ａ　ｓｔｅｐｐｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　ｌｅｎｓｅｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ　ｖ．３３　Ｎｏ．３４　ｐｐ７９７１－７９７９　（１９９４）に記載されている。また、複数波長を使用し高解像な結像を得るために必要な色収差補正には、屈折型対物レンズよりもシュヴァルツシルド型反射対物レンズ（反射型対物レンズ）が有効であることがＵＳ　６５６００３９Ｂ１公報に記載されている。
　また、照明により半導体基板底の配線ショート部まで照明光を照射することで高感度な欠陥検出を実現する方法について、Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｄｅｆｅｃｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍｅｍｏｒｙ　Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ．＃６１５２（２００６）に記載されている。しかし、シュヴァルツシルド型反射対物レンズはレンズ中心に反射膜あるいは反射面があるため、シュヴァルツシルド型反射対物レンズを用いた垂直落射照明を行うことはできない。そこで、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと試料面の間にミラーを設置し、あるいは、シュヴァルツシルド型反射対物レンズ群と検出器の間にミラーを設置し、光源からの光を試料上に垂直落射照明する方法について、ＵＳ　６９５４２６６Ｂ２公報に開示されている。
　また、特開平１０－１７７１３９号公報には光源からの光を試料上に斜方照明あるいは垂直落射照明し、試料に付着した異物を、屈折反射型対物レンズを介して検出する照明および検出方法に関して記載されている。
　半導体基板等の膜厚変化による光量変動の低減に適する複数波長を使用するためには色収差補正が必要であり、色収差補正を行う場合にはシュヴァルツシルド型反射対物レンズが有効であることが特許文献１に記載されているが、シュヴァルツシルド型反射対物レンズはレンズ中心に反射膜、あるいは反射面があるため、配線ショート部まで照明光を到達させ、欠陥検出に有効な垂直落射照明ができないという課題があった。
　また、特許文献２には、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと試料面の間にミラーを設置することで、垂直落射照明が可能な構成であるが、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと試料面の間にスペースを十分に確保しなければならないため、ＮＡを大きくできないという課題があった。また特許文献２には、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと検出器の間にミラーを設置し、さらにシュヴァルツシルド反射対物レンズに穴をあけることで垂直落射照明が可能な構成も提案されているが、シュヴァルツシルド反射型対物レンズを通過する欠陥からの正反射光は結像されず検出面でフレア成分となるため、低ＳＮという課題があった。
　また、特許文献３に開示されている反射屈折型対物レンズは垂直落射照明が可能な構成であるが、反射屈折型対物レンズ中心を通過する欠陥からの正反射光は結像されず検出面ではフレア成分となるため、低ＳＮという課題があった。
　本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）光源と、前記光源から照射された照明光を反射させるハーフミラーと、前記ハーフミラーにより反射された照明光による試料からの反射光を集光させる反射屈折型対物レンズと、前記反射屈折型対物レンズを透過した前記反射光を結像させる結像レンズと、前記試料からの正反射光が前記結像レンズにより結像する位置に設けられた遮断部材を有するリレーレンズと、前記遮断部材により前記正反射光が遮断された反射光を検出する検出器とにより構成される検査光学系と、前記検出器で検出された信号に基づき前記試料の欠陥を検出する演算処理部とを有する欠陥検査装置である。
（２）（１）記載の欠陥検査装置であって、前記反射屈折型対物レンズは、前記試料からの第一の反射光を屈折させる屈折型レンズと、前記第一の反射光の一部を反射させる第一の反射面と、前記反射面により反射された第二の反射光を反射する領域と前記試料による正反射光を通過させる領域とを有する反射部材とを有することを特徴とする欠陥検査装置である。
　本発明によれば、反射屈折型対物レンズを用いた垂直落射照明により高ＮＡでかつ高ＳＮを実現した欠陥検査装置を提供することができる。
　本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
　本発明による検査光学系の実施例を、図を用いて説明する。
＜実施例１＞
　第一の実施例について図１を用いて説明する。図１は被検査対象物（ウエハ）１を検査する検査光学系に関する。
　検査光学系は、ウエハ１に照明光を照射するための照明用光源２１１、照明用光源２１１により照射された照明光を折り返してウエハ１に照射させるためのハーフミラー２０５ａ、凸型反射部材２０７、凹型反射面２０６および屈折型レンズ群２０８とを有し照明光の垂直落射照明を可能にする反射屈折型対物レンズ、反射屈折型対物レンズを透過したウエハ１からの反射光を結像する結像レンズ２０４、反射光に含まれるウエハ１からの正反射光が結像レンズ２０４により結像される位置に設けられた遮断部材２１３ａと、遮断部材２１３ａを設けた第一リレーレンズ２０３、第一リレーレンズに設けられた遮断部材２１３ａによって正反射光が遮断された残りの反射光を透過させる第二リレーレンズ２０２、第二リレーレンズ２０２を透過した反射光を検出する検出器２０１ａとを有して構成される。ここでは、凸型反射部材２０７と凹型反射面２０６および屈折型レンズ群２０８とにより反射屈折型レンズ群を構成する。
　図１の照明用光源２１１から照射された照明光は、ハーフミラー２０５ａにより折り返されウエハ１表面に垂直落射照射され、反射光が発生する。反射光に含まれる散乱光は、凹型反射面２０６にて反射され凸型反射部材２０７にて再度反射される。また、反射光に含まれる正反射光成分は、凸型反射部材２０７の中央部分に設けられた光の透過領域を通過する。散乱光は結像レンズ２０４により一旦結像した後、リレーレンズ２０３および２０２を透過し、検出器２０１ａで再度結像し検出される。また、正反射光は結像レンズ２０４により結像され、遮断部材２１３ａで遮断される。その結果、散乱光のみが検出器２０１ａにより検出されることになるため、フレア成分が除去されてノイズを低減した検出が可能となり、高ＳＮが実現する。なお、ハーフミラー２０５ａの代わりにビームスプリッタを用いてもよい。
　図５Ａ、５Ｂにウエハ１の表面に関する一例を示す。ウエハ１表面は、ラインアンドスペース５０１あるいはドットパターン５０２構造を有しており、図に示すようにラインアンドスペース５０１の底やドットパターン５０２の底に配線ショート部５０３、５０４を有する場合には、欠陥を検出するために垂直落射照明が必要となる。
　図４に照明用光源２１１の一例を示す。照明用光源２１１は、互いに波長の異なる複数のレーザ光源２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄと、特定の波長のみを反射あるいは透過させるダイクロイックミラー２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃとを有して構成され、互いに波長の異なる複数のレーザ光が合成された照明光２１４で照射される。なお、レーザ光源は４波長に限られず、少なくとも２波長以上あればよく、それに伴いダイクロイックミラーを追加してもよい。なお、照明用光源２１１として、分岐する関係で高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＳＨＧ、波長３５５ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。また、照明用光源２１１としてＹＡＧＳＨＧである必要もない。すなわち、照明用光源２１１として、Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ－Ｃｄレーザ、エキシマレーザ等他の光源であっても良い。
　図６Ａ、６Ｂに凸型反射部材２０７の一例を示す。図６Ａの凸型反射部材２０７ａは、反射面２２７ａの中央部分に光が透過することのできる中心穴２３７ａを有しており、図１の折り返しミラー２０５ａからの照明光を反射させずにウエハ１に照射することができ、垂直落射照明を実現できる。
　また、図６Ｂは凸型反射部材２０７の別の形態を示した凸型反射部材２０７ｂである。凸型反射部材２０７ｂは凸型屈折型レンズにより構成されていてもよく、図６Ｂでは凸型反射部材２０７ｂとしてレンズに反射膜を塗布し反射面２２７ｂを形成している。この場合にも凸型屈折型部材２０７ｂの中央部分に反射膜を塗布しない光の透過領域２３７ｂを設けることにより、垂直落射照明を実現することができる。なお、反射膜の領域は図６Ｂに示す領域に限られず、任意に決定することができる。また、反射膜の設けられた凸型反射部材２０７の代わりに、反射屈折型対物レンズを構成する屈折型レンズ群２０８に反射膜を設けることで、凸型反射部材２０７と兼用してもよい。
　図７に第一リレーレンズ２０３および遮断部材２１３ａの一例を示す。第一リレーレンズ２０３の中心部分に遮断膜を塗布することで光が透過することのできない領域である遮断部材２１３ａを形成する。これによりウエハ１からの正反射光を遮断することができるため、従来はフレア成分として検出されていたノイズを低減することができる。
　図８Ａ、８Ｂに、ウエハ１表面からの正反射光と散乱光の光路に関する説明図を示す。図８Ａの正反射光は、結像レンズ２０４を透過し、第一リレーレンズ２０３に設けられた遮断部材２１３により遮断されるため、検出器２０１ａによっては検出されない。一方で、図８Ｂの散乱光は、結像レンズ２０４を透過し結像した後、第一リレーレンズ２０３を透過するため、遮断部材２１３によっては遮断されず、検出器２０１ａにより検出されることになる。
＜実施例２＞
　第二の実施例について図２を用いて説明する。ここでは、実施例１との相違箇所のみ説明する。図２の検査光学系では、ウエハ１からの正反射光が結像レンズ２０４によって結像される位置に遮断部材２１３ｂの設けられた空間フィルタ２０９を配置した構造である。空間フィルタ２０９に設けられた遮断部材２１３ｂによってウエハ１からの正反射光が遮断されるため、実施例１と同様に、検出器２０１ｂではウエハ１からの散乱光のみが検出され、フレア成分の除去による高ＳＮを実現することができる。
　図９に実施例２の検査光学系における第一リレーレンズ２０３および空間フィルタ２０９、遮断部材２１３ｂの断面図および上面図の一例を示す。ただし、ここでは説明の便宜のため、第一リレーレンズ２０３と空間フィルタ２０９の上面図をずらして記載してある。
　正反射光が結像レンズ２０４により結像する位置に遮断部材２１３ｂを有する空間フィルタ２０９を設けることで、光が透過することのできない領域を形成しウエハ１表面に照射した正反射光を遮断することができるため、フレア成分として検出されるノイズを低減することができる。
　図１０Ａ、１０Ｂに、実施例２におけるウエハ１による正反射光と散乱光の光路に関する説明図を示す。図１０Ａに示した正反射光は結像レンズ２０４を透過し、空間フィルタ２０９の中央部分に設けられた遮断面２１３ｂにより遮断されるため、検出器２０１ｂによっては検出されない。一方で、図１０Ｂの散乱光は、結像レンズ２０４により一旦結像した後、遮断部材２１３ｂにより遮断されることなく再度結像し、検出器２０１ｂにより検出されることになる。
＜実施例３＞
　第三の実施例について図３を用いて説明する。ここでは、実施例１および実施例２との相違箇所のみ説明する。図３の検査光学系では、ウエハ１の正反射光が結像レンズ２０４により結像する位置に円柱状の折り返しミラー２１３ｃを設けた空間フィルタ２０９を配置し、また、この折り返しミラー２１３ｃにより折り返されるように照明用光源２１１を配置した構造である。この折り返しミラー２１３ｃが、正反射光の遮断を行う遮断部材と照明光を折り返して垂直落射照明を行う折り返し部材としての両方の役割を果たす。
　図１１に実施例３における第一リレーレンズ２０３および空間フィルタ２０９、遮断部材としての折り返しミラー２１３ｃの断面図および上面図の一例を示す。なお、説明の便宜のために、第一リレーレンズ２０３と空間フィルタ２０９の上面図をずらして記載してある。
　ウエハ１からの正反射光が結像レンズ２０４によって結像される位置に遮断部材２１３ｂの設けられた空間フィルタ２０９を設けることで、光が透過することのできない領域を形成しウエハ１表面に照射した正反射光を遮断することができるため、フレア成分として検出されるノイズを低減し、高ＳＮを実現することができる。また、折り返し部材との兼用により、検査光学系の小型化、製造段階における工程数の減少による低コスト化を実現できる。
　図１２Ａ、１２Ｂに、実施例３におけるウエハ１表面からの正反射光と散乱光の光路に関する説明図を示す。図１２Ａの正反射光は結像レンズ２０４を透過し、空間フィルタ２０９の中央部分に設けられた円柱状の折り返しミラー２１３ｃにより遮断されるため、検出器２０１ｃによっては検出されない。一方で、図１２Ｂの散乱光は、結像レンズ２０４を透過し結像した後、折り返しミラー２１３ｃにより遮断されることなく検出器２０１ｃにより検出されることになる。
　次に、図１３Ａ－１３Ｃに各実施例による正反射光の光路を示す。図１３Ａでは、ウエハ１表面の配線ショート部５０３、５０４からの正反射光は、反射屈折型対物レンズ（複数の屈折型レンズ２０８、反射部材２０７、凹型反射面２０６）を透過し、第一リレーレンズ２０３に設けられた遮断部材２１３ａにより遮断される。また、図１３Ｂおよび図１３Ｃにおいても同様に、空間フィルタ２０９に設けられた遮断部材２０３ｂ、折り返しミラー２０３ｃにより遮断され、検出器２０１ｂ、２０１ｃで高ＳＮの欠陥検出が可能である。
　次に、図１４Ａ－１４Ｃに各実施例による散乱光の光路を示す。図１４Ａでは、ウエハ１上表面の配線ショート部５０３、５０４からの散乱光は、複数の屈折型レンズ２０８、凹型反射面２０６、反射部材２０７で構成される反射屈折型対物レンズを透過した後、結像レンズ２０４により一旦結像されるが図１３Ａの第一リレーレンズ２０３に設けられた遮断部材２１３ａによっては遮断されず、検出器２０１ａで再結像し検出される。また、図１４Ｂおよび図１４Ｃにおいても同様に、遮断部材２１３ｂ、折り返しミラー２１３ｃによっては遮断されず、検出器２０１ｂ，２０１ｃで再結像し検出される。
　次に、上記実施例で示した検査光学系を用いて基板上に付着又は基板上に発生した異物を検出する欠陥検査装置について、図１５Ａ、１５Ｂを用いて説明する。
　図１５Ａの欠陥検査装置は、基板設置台３０４、ｘｙｚステージ３０１、３０２、３０３およびステージコントローラ３０５を有して構成されるステージ部３００と、照明用光源２１１、折り返しミラー２０５より構成される照明光学系と、検出器２０１および２５１、リレーレンズ２０２、２０３、結像レンズ２０４、ハーフミラー２５２、凹型反射面２０６、遮断部材２０７、複数の屈折型レンズ２０８群により構成される検出光学系を有する検査光学系２００と、１次元検出器２０１、２５１からの出力をＡ／Ｄ変換して得られるデジタル信号とステージコントローラ３０５から得られるステージ駆動信号とを用いてデジタル画像を得、このデジタル画像を処理して基板上の欠陥を検出する演算処理部４００および全体制御部４１７とにより構成される。
　検査光学系２００は、図１に示した実施例１の検査光学系と同様の構成となっているが、ウエハ１からの散乱光がハーフミラー２５２を通して２つの検出器２０１および２５１で検出される点が異なる。検出器２０１および２５１では、異物の形状の違いにより異なるＰ波とＳ波の偏光を取得する。検出器は単数または３つ以上あってもよいが、Ｐ波とＳ波の双方を取得することでより厳密な解析が可能となる。
　図１５Ａの検査光学系２００で取得された結像は光学像が受光されて光電変換され、光電変換された信号は演算処理部４００へと送られる。
　次に、図１５Ｂを用いた演算処理部４００における処理について説明する。演算処理部４００は、検出器２０１から出力される検出画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４００１、Ａ／Ｄ変換器４００１でＡ／Ｄ変換されたデジタル画像信号を記憶するデータ記憶部４００２、Ａ／Ｄ変換された検出器２０１からの検出画像信号に基づいて閾値算出処理をする閾値算出処理部４００３、上記データ記憶部４００２から得られる検出画像信号４１１０と閾値算出処理部４００３から得られる閾値画像信号４１２０とを基に異物検出処理を行う異物検出処理回路部４００７、異物検出処理回路部４００７で検出した欠陥の特徴量を算出する特徴量算出回路部４００８を経て、特徴量算出回路４００８から得られる検出した欠陥の特徴量の情報が統合処理部４０１０に送られる。一方、検出器２５１で得られた信号も同様に、Ａ／Ｄ変換器４２０１でデジタル化された後に分岐して、一方はデータ記憶部４２０２に記憶され、他方は閾値算出処理部４２０３に入力する。データ記憶部４２０２から出力された検出画像信号４３１０と閾値算出処理部４２０３から出力された閾値画像信号４３２０は異物検出処理回路部４２０７に入力されて異物検出処理が施され、検出された欠陥の画像は特徴量算出回路部４２０８で処理されて特徴量が算出される。特徴量算出回路４２０８から得られる特徴量の情報は統合処理部４０１０に送られ、特徴量算出回路部４００８から出力された検出器２５１で検出された画像から得られた欠陥の特徴量の情報と統合されて大異物や小異物、パターン欠陥、基板表面の傷などの各種欠陥に分類される。
　演算処理部４００と照明用光源２１１、ステージコントローラ３０５はそれぞれ全体制御部４１７に接続され制御されている。
　図１５Ａ、１５Ｂに示した欠陥検査装置により、複数波長による色収差補正を可能にし、ウエハ１の膜厚変化による光量変動を低減することができる。また、中心穴を有する凹型反射面２０６および中心部分に光の透過領域２３７を設けた凸型遮断部材２０７により垂直落射照明が可能となり、配線ショート部を十分な強度で照明することができる。この結果、ショート欠陥の検出が可能になる。さらに、凸型遮断部材２０７の中心部分に設けられた光の透過領域２３７を通過する正反射光は、遮断部材２１３にて遮断されフレア成分が排除できるため、高ＳＮの欠陥検出が可能となる。また、ウエハ１と屈折型レンズ群２０８との間に大きなスペースを設ける必要もなくなるので、高ＮＡを実現することもできる。
　なお、図１５Ａ、１５Ｂに示した欠陥検査装置における検査光学系には図１に示した実施例１の検査光学系と同様の検査光学系を図示したが、図２の実施例２または図３の実施例３の検査光学系およびその他これらと同様の機能を有する検査光学系を用いても構わない。
　次に、図１５Ａに示した欠陥検査装置構成の変形例として、図１５Ａに示した検査光学系２００ａに照明光学系１００と検出光学系２００ｂを追加した構成を図１６Ａに示す。図１６Ａでは、ウエハ１表面に対して略垂直方向に設置した検査光学系２００ａと傾斜した方向に設置した検出光学系２００ｂの２つを設置している。
　このような構成においてウエハ１上の欠陥を検出する方法について以下に説明する。
　検査光学系２００ａは図１５Ａに示した検査光学系２００と同様の方法により散乱光を検出する。図１６Ａには検査光学系２００ａおよび２００ｂ各々に検出器２０１ａおよび２０１ｂが１つずつ設けられているが、検出器は複数個設けられていてもよく、任意に決定することができる。次に照明光学系１００および検出光学系２００ｂによる散乱光の検出方法について説明する。照明光学系１００の照明用光源１０１から照射されたレーザビームは、凹レンズ１０２、凸レンズ１０３、グレーティング１０４およびミラー１０５を経てウエハ１に対して水平方向に対して斜めに照射される。照明光学系１００の照射によるウエハ１からの散乱光は、ウエハ１表面に対して斜め方向に設置した検出光学系２００ｂを構成する複数の屈折型レンズ２０８ｂ、中心部分に光の透過領域を有する２０７ｂ、中心穴がある凹型反射面２０６ｂ、結像レンズ２０４ｂ、リレーレンズ２０２ｂ、２０３ｂを通して検出器２０１ｂで結像され、光学像が受光されて光電変換される。検査光学系を複数箇所に構成することにより、ウエハ１に対して異なる仰角方向に散乱した散乱光を別々に検出でき、これらの信号を処理して統合することにより欠陥の分類性能を向上させることができる。図１６Ａ、１６Ｂの演算処理部４００は図１５Ａ、１５Ｂに示した演算処理部と同様の構造である。演算処理部４００と照明用光源１０１および２１１、ステージコントローラ３０５とはそれぞれ全体制御部４１７により接続されており、全体制御部４１７により演算処理部４００と照明用光源１０１および２１１、ステージコントローラ３０５とは制御されている。
　図１６Ａ、１６Ｂの欠陥検査装置によれば、複数波長による色収差補正を可能にし、ウエハ１の膜厚変化による光量変動が低減できる。また、折り返しミラー２０５と反射部材２０７の中心部分に光の透過領域２３７を設けることで、垂直落射照明が可能となり、配線ショート部を十分な強度で照明することができる。この結果、ショート欠陥の検出が可能になる。また、ウエハ１からの正反射光は、検出器２０１ａおよび２０１ｂ手前で遮断部材により遮断されフレア成分が排除できるので、高ＳＮの欠陥検出が可能となる。さらに、ウエハ１の表面の略垂直方向に対して異なる仰角に散乱した散乱光を分離して検出できるので、これらの信号を処理して統合することにより欠陥の分類性能の向上を図ることができる。斜入射による照射によっては配線上の異物の散乱光を捉えやすくなり、垂直入射による照射によっては配線下の異物の散乱光を捉えやすくなるため、欠陥の特性に応じた照射方法を選択することができる。
　また、図１７に図示するように、図１５Ａ、１５Ｂの欠陥検査装置の検査光学系２００を、ウエハ１を中心として移動可能な構造としてもよい。図１５Ａに示した検査光学系をウエハ１に対し斜方方向に移動させた場合の欠陥検査装置の図を図１６Ａに示す。検出したい欠陥の特性等に応じて検査光学系の配置位置を変更することで、欠陥分類の性能を向上させることができる。
　さらに、図１８に図示したリレーレンズ２０３の手前に折り返しミラー２１３を有した空間フィルタ２０９を配置した構成では、折り返しミラー２１３が垂直落射照明の実現と正反射光の遮断とを兼任することができるため、省スペース化や欠陥検査装置の製造工程の低減による低コスト化を図ることができる。
　上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
本発明に係る検査光学系の第一の実施例を示す図である。 本発明に係る検査光学系の第二の実施例を示す図である。 本発明に係る検査光学系の第三の実施例を示す図である。 複数波長照射を行うための照明用光源の説明図である。 ウエハ表面に関する第一の例を示す図である。 第二の例を示す図である。 凸型反射部材の説明図である。 凸型反射部材の変形例である。 第一の実施例における第一リレーレンズと遮断部材を有する空間フィルタを示す図である。 第一の実施例における正反射光の光路図である。 第一の実施例における散乱光の光路図である。 第二の実施例における第一リレーレンズと遮断部材を有する空間フィルタを示す図である。 第二の実施例における正反射光の光路図である。 第二の実施例における散乱光の光路図である。 第三の実施例における第一リレーレンズと遮断部材を有する空間フィルタを示す図である。 第三の実施例における正反射光の光路図である。 第三の実施例における散乱光の光路図である。 第一の実施例における検査光学系の正反射光の光路図である。 第二の実施例における検査光学系の正反射光の光路図である。 第三の実施例における検査光学系の正反射光の光路図である。 第一の実施例における検査光学系の散乱光の光路図である。 第二の実施例における検査光学系の散乱光の光路図である。 第三の実施例における検査光学系の散乱光の光路図である。 本発明に係る欠陥検査装置の実施例である。 本発明に係る欠陥検査装置の実施例である。 本発明に係る欠陥検査装置の変形例である。 本発明に係る欠陥検査装置の変形例である。 本発明に係る欠陥検査装置の変形例である。 本発明に係る欠陥検査装置の変形例である。

Claims (11)

  1. 　光源と、
    　前記光源から試料表面への垂直方向の照射に対する反射光を集光させる反射屈折型対物レンズと、
    　前記反射屈折型対物レンズを透過した前記反射光を結像させる結像レンズと、
    　前記反射光のうち正反射光が前記結像レンズにより結像する位置に設けられた遮断部材と、
    　前記遮断部材により前記正反射光が遮断された反射光を検出する検出器と、
    　前記検出器で検出された信号に基づき前記試料の欠陥を検出する演算処理部と
    を有する欠陥検査装置。
  2. 　請求項１記載の欠陥検査装置であって、
    　前記遮断部材は、前記結像レンズと前記検出器との間に設けられたリレーレンズに設けられていることを特徴とする欠陥検査装置。
  3. 　請求項１記載の欠陥検査装置であって、
    　前記遮断部材は、前記結像レンズと前記検出器との間に設けられた空間フィルタに設けられていることを特徴とする欠陥検査装置。
  4. 　請求項３記載の欠陥検査装置であって、
    　前記遮断部材は、前記空間フィルタに設けられた円柱状の部材であることを特徴とする欠陥検査装置。
  5. 　請求項２記載の欠陥検査装置であって、
    　前記遮断部材は、前記リレーレンズの表面に塗布された反射膜であることを特徴とする欠陥検査装置。
  6. 　請求項３記載の欠陥検査装置であって、
    　前記遮断部材は、前記空間フィルタに塗布された遮断膜であることを特徴とする欠陥検査装置。
  7. 　請求項４記載の欠陥検査装置であって、
    　前記円柱状の部材は、前記光源からの照明光を反射する面を有することを特徴とする欠陥検査装置。
  8. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記反射屈折型対物レンズは、前記反射光を屈折させる屈折型レンズと、前記反射光のうち散乱光を反射させる第一の反射面と、前記第一の反射面により反射された前記散乱光を反射する領域と前記正反射光を通過させる領域とを有する反射部材とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
  9. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記反射屈折型対物レンズは、前記反射光を屈折させる屈折型レンズと、前記反射光のうち散乱光を反射させる第一の反射面とを有し、
    　前記屈折型レンズは、前記第一の反射面により反射された前記散乱光を反射する第二の反射面を有することを特徴とする欠陥検査装置。
  10. 　請求項８に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記光源から照射された照明光を反射して前記試料に照射するハーフミラーを有することを特徴とする陥検査装置。
  11. 　請求項１０記載の欠陥検査装置であって、
    　前記第一の反射面は、前記ハーフミラーと前記試料との間に設けられていることを特徴とする欠陥検査装置。
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