WO2016189650A1 - 検査装置 - Google Patents

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WO2016189650A1
WO2016189650A1 PCT/JP2015/065064 JP2015065064W WO2016189650A1 WO 2016189650 A1 WO2016189650 A1 WO 2016189650A1 JP 2015065064 W JP2015065064 W JP 2015065064W WO 2016189650 A1 WO2016189650 A1 WO 2016189650A1
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light
inspection apparatus
sample
unit
polarization state
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PCT/JP2015/065064
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好央 樹本
玲 浜松
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • G01N2021/8848—Polarisation of light

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus for detecting a defect in a sample.
  • defects on the surface of semiconductor wafers are detected using a defect inspection equipment.
  • a defect inspection equipment With the miniaturization of semiconductor processes, it is required to manage even relatively small defects (size of several tens of nm or more) on a semiconductor wafer. This is because even a small defect may adversely affect the semiconductor process.
  • An example of the defect inspection apparatus is a dark field optical microscope.
  • the dark-field optical microscope detects defects by irradiating light onto a semiconductor wafer and detecting scattered light from the defects.
  • a dark field optical microscope can detect a defect having a size of 1/10 or less of the wavelength of light to be irradiated.
  • Factors that determine whether a defect can be detected include the wavelength of the illumination light, the polarization state of the illumination light, the power of the illumination light, the spot size of the illumination light, the scanning method of the illumination light, and the illumination light There are various irradiation angles. Some of the above factors have different optimum states depending on the type of semiconductor wafer and the shape of the defect. In semiconductor manufacturing factories, optimal inspection conditions are determined for each type of semiconductor wafer, and inspection is often performed under one condition.
  • Patent Document 1 describes an inspection method that illuminates a sample while alternately switching two illumination lights having different polarization conditions, detects scattered light from the sample for each illumination light, and determines the presence or absence of a defect. .
  • one inspection condition optimized for each type of semiconductor wafer is used for one inspection.
  • the optimal inspection condition for a certain defect type may be different from the inspection condition used for the inspection, and the defect may be overlooked.
  • Patent Document 1 described above, light with two different polarization conditions is alternately switched by an optical switch while irradiating the sample, and scattered light is detected by different detectors provided according to each polarization condition.
  • this method requires switching of the polarization condition by an optical switch, the throughput is greatly reduced as compared with a normal inspection.
  • an object of the present invention is to improve throughput when inspecting using a plurality of inspection parameters such as polarization, power, and illumination angle.
  • the present invention adopts the configuration described in the claims. That is, the present invention employs a configuration in which the light generated by the light source unit is adjusted to a desired polarization state using the electro-optic element unit and irradiated on the sample.
  • the present invention relates to an illumination optical unit that irradiates light on an arbitrary region of a sample, a control unit that gives an instruction to the illumination optical unit, and at least one detection unit that detects light from the sample.
  • the illumination optical unit includes a light source unit that generates light, and an electro-optical element unit that receives the light generated by the light source unit, and the electro-optical element unit receives the light from the control unit.
  • the inspection apparatus adjusts the light generated by the light source unit to a desired polarization state based on an instruction and irradiates the sample.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration around an electro-optical element. The flowchart explaining the process sequence at the time of a test
  • the “optical inspection apparatus” refers to an apparatus that detects defects by irradiating the sample with light in order to detect defects on the sample.
  • a pattern may or may not be formed on the sample.
  • sample refers to an object to be inspected by the optical inspection apparatus. In particular, it often refers to a semiconductor wafer.
  • defects refers to a change in an undesirable shape such as a foreign object or a dent present on the surface of the sample.
  • illumination light refers to light irradiated on a sample after beam formation, among light generated by a light source of an optical inspection apparatus.
  • illumination condition refers to all parameters indicating the state of illumination light irradiated on the sample.
  • the polarization state, the angle of the illumination light with respect to the sample, and the power of the illumination light are often different.
  • spot refers to a region of a sample illuminated by illumination light.
  • the “beam shape” refers to a shape formed by connecting positions having an intensity of 1 / e ⁇ 2 of the maximum intensity within a spot of illumination light.
  • feed pitch refers to the amount of translational movement in the radial direction of the sample that is performed each time the stage makes a round of the sample.
  • track refers to the locus of a spot that can be inspected by the optical inspection apparatus while the stage makes a round of the sample.
  • integration refers to performing at least one of the four arithmetic operations or a combination thereof on a plurality of obtained signals. In particular, it often means taking a weighted average for a plurality of signals.
  • adjustment of polarization state includes not only switching of orthogonal polarization components but also changing the ratio of orthogonal polarization components.
  • the variable ratio includes switching between a plurality of polarization states having different ratios of orthogonal polarization components. Further, the variable ratio includes continuous switching of the ratio of orthogonal polarization components.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an optical inspection apparatus 1 described in this embodiment.
  • the optical inspection apparatus 1 inspects a defect of the sample while switching the polarization condition in a time division manner.
  • the optical inspection apparatus 1 includes an illumination optical system for irradiating a sample 100 with spot-shaped illumination light, a detection optical system that detects light from the sample 100 and converts it into an electrical signal, an illumination optical system, and detection optics.
  • a control unit that controls the operation of the optical components of the system and a stage 101 for holding the sample 100 are provided.
  • the illumination optical system includes a light source 103 and a beam forming unit 102.
  • the illumination optical system may include a filter that can limit the wavelength of illumination light.
  • the filter may be a notch filter or a band pass filter.
  • the light source 103 may include, for example, a laser, laser diode, helium neon laser, argon laser, solid state laser, excimer laser, DPSS (Diode ⁇ Pumped Solid State) laser, LED, xenon arc lamp, gas discharge lamp, and incandescent lamp.
  • the light generated from the light source 103 may be near monochromatic light or broadband light.
  • the optical inspection apparatus 1 often uses near monochromatic light as a light source.
  • the light source 103 may be a continuous wave or a pulse wave. In the following, a pulse wave is often assumed.
  • the beam forming unit 102 includes a beam expander, an anamorphic prism, an objective lens, and an electro-optic element 110. Further, the beam forming unit 102 may include an optical element such as a mirror, a polarizing plate, a wave plate, an optical attenuator, or an elliptical mirror.
  • the electro-optical element 110 is, for example, a Pockels cell. The electro-optical element 110 is disposed on the optical path either before or after the beam forming unit 102 or in the middle of the beam forming unit 102.
  • the illumination light from the light source 103 is branched in two directions by the half mirror 111.
  • One of the branched illumination lights is incident on the beam forming unit 102, and the other of the branched illumination lights is incident on the detector 112.
  • the detector 112 converts the incident light into an electrical signal corresponding to the intensity of the incident light, and outputs it to the PC 105 as a detection signal.
  • the PC 105 measures the repetition frequency of the illumination light from the input detection signal, and performs signal processing, control, etc. in synchronization with this.
  • the half mirror 111 is used for detecting the illumination light, but a configuration in which the half mirror 111 is not used is also possible.
  • an arbitrary optical element may be disposed in place of the half mirror 111 and the transmitted light or scattered light may be directly detected by the detector 112.
  • the half mirror 111 is disposed on the optical path at any position before or after the illumination optical system or in the middle thereof.
  • the half mirror 111 may be, for example, a parallel plane substrate, a wedge substrate, or a reflection type neutral density filter.
  • the detection optical system for detecting light from the sample 100 includes a condenser 109 that collects scattered light from the defect, a detector 108, an amplifier 107 for sensor output (detection signal), and an A / D converter 106.
  • the detection optical system can include one or more filters that can limit the wavelength of light.
  • the filter may be a notch filter or a band pass filter.
  • the control unit includes a processor of the PC 105 and a driver 104 that drives the electro-optical element 110.
  • the control unit also serves as a data processing unit, and the processing unit includes a processor, a signal generation unit, a signal conversion unit, a signal storage unit, a signal reception unit, and the like.
  • the function of the control unit can be realized in either hardware or software form. In the case of a hardware form, the function of the control unit is realized by integrating a plurality of arithmetic units that execute processing on a wiring board, or in a semiconductor chip or package.
  • the control unit functions as a central processing unit (CPU) mounted on a device constituting the system or a general-purpose CPU mounted on a general-purpose computer connected to the system. Realized through a program that It is also possible to upgrade an existing apparatus with a recording medium in which this program is recorded.
  • the light generated from the light source 103 is adjusted to a desired light shape and polarization state by the beam forming unit 102 and the electro-optical element 110 and then irradiated onto the sample 100.
  • the polarization state of the light generated from the light source 103 may be a complete polarization state or a random polarization state. In the case of the optical inspection apparatus 1, the polarization state of light generated from the light source 103 is often a linear polarization state.
  • the beam forming unit 102 can direct the light generated from the light source 103 toward the sample 100 as an inspection beam suitable for desired illumination conditions (for example, polarization state and shape). For example, if a beam expander is used, the diameter of light can be expanded. If an anamorphic prism is used, the diameter of light can be expanded only in a specific direction. Further, the sample 100 can be irradiated with the light collected by the objective lens.
  • desired illumination conditions for example, polarization state and shape.
  • desired illumination conditions for example, if a beam expander is used, the diameter of light can be expanded. If an anamorphic prism is used, the diameter of light can be expanded only in a specific direction. Further, the sample 100 can be irradiated with the light collected by the objective lens.
  • the electro-optic element 110 changes the polarization state of the light incident on the electro-optic element 110 according to the voltage applied from the driver 104.
  • the electro-optic element 110 can respond to the voltage applied from the driver 104 in a time of about 10 ⁇ 9 seconds.
  • the polarization state of incident light may be a complete polarization state or a random polarization state.
  • the electro-optic element 110 is in the polarization state of the incident light, such as elliptically polarized light, circularly polarized light, or linearly polarized light that is rotated 90 degrees from the incident linearly polarized light. Can be changed.
  • the driver 104 can apply a desired voltage to the electro-optical element 110.
  • the magnitude, positive / negative, and timing of the voltage applied by the driver 104 to the electro-optic element 110 are controlled by a control signal supplied from the PC 105.
  • the voltage applied to the electro-optic element 110 By changing the voltage applied to the electro-optic element 110, the polarization state of the light illuminated on the sample 100 can be controlled.
  • the operation of the stage 101 is controlled by the PC 105.
  • the stage 101 translates the sample 100 while rotating at high speed while the sample 100 is held on the mounting surface. Thereby, the spot formed by the illumination optical system scans the sample 100 in a spiral shape.
  • the condenser 109 is composed of a lens, collects light scattered or reflected from the sample 100, and converges it on the detection surface of the detector 108.
  • the detection optical system may be composed of one lens or a plurality of (two or more) lenses. Part or all of the detection optical system may be an optical component that totally reflects light or partially reflects light.
  • the optical component may include, for example, a mirror, an elliptical mirror, and a half mirror.
  • the detector 108 converts the light collected by the condenser 109 into an electric signal corresponding to the intensity and outputs it as a detection signal.
  • the amplifier 107 receives the detection signal from the detector 108 and amplifies the signal with a preset amplification factor.
  • the A / D converter 106 converts the amplified signal into a digital signal so as to match the data format in the PC 105.
  • the PC 105 processes the data received from the A / D converter 106 and outputs the position and size of the defect on the sample 100.
  • FIG. 2 shows a configuration example of an optical system employed for switching the polarization state of illumination light during inspection.
  • FIG. 2 shows an illumination optical system around the electro-optical element 110 arranged in the beam forming unit 102. Switching of the polarization state is executed based on a control signal from the PC 105. Specifically, the voltage applied from the driver 104 to the electro-optical element 110 is switched at an appropriate timing and time interval (for example, FIGS. 7, 9, and 10) according to the control signal.
  • the optical inspection apparatus 1 often uses the S polarization state and the P polarization state.
  • the light that has passed through the electro-optical element 110 is directed toward the sample 100 by the mirror 202 or the like, condensed to a desired illumination shape by the objective lens 201, and irradiated onto the sample 100.
  • the polarization direction of light in the front stage of the electro-optical element 110 and the crystal axis direction of the electro-optical element 110 are those in the subsequent stage of the electro-optical element 110 when the voltage applied by the driver 104 is changed. It is assumed that it is determined so that two types of linear polarization states orthogonal to each other can be created.
  • FIG. 3 shows a processing operation when inspection is performed while switching the illumination light that illuminates the sample 100 between the S-polarized state and the P-polarized state.
  • Step 301 In the apparatus adjustment stage, the PC 105 sets the value of the voltage V high corresponding to the P polarization state of the driver 104, the value of the voltage V low corresponding to the S polarization state, and the time interval T for switching the voltage. These values are instructed by the operator to the PC 105 through a GUI displayed on a display unit (not shown), for example. However, these values may be stored in the apparatus in advance.
  • Steps 302-304 After placing the sample 100 on the stage 101, the PC 105 starts inspection and acquires data. At the time of inspection, illumination light whose polarization state is switched in a time division manner is scanned by scanning the entire surface of the sample 100. In the present embodiment, the switching of the polarization state is controlled by the PC 105 so that both the spot in the P polarization state and the spot in the S polarization state irradiate the entire surface of the inspection region. Data is acquired by detecting scattered light from the defect with the detector 108 and digitally converting the detection result.
  • Steps 305 to 307 The PC 105 executes predetermined data processing based on the acquired data and detects the presence / absence of a defect. Further, the PC 105 calculates the size and coordinates of the defect on the sample 100 and outputs the inspection result. A known technique is used for data processing.
  • the value of the voltage applied from the driver 104 to the electro-optical element 110 is determined so that the polarization state of the illumination light is switched between the P-polarization state and the S-polarization state. There is a need.
  • the time for switching the voltage is set according to the inspection method.
  • the switching time interval T may be synchronized with a fixed value or the repetition frequency of the light source 103 or the operation of the stage 101.
  • the polarization state may be switched at the timing of every 1 pulse, 2 pulses, 3 pulses, or the like of the illumination light output from the light source 103.
  • the polarization state may be switched at a timing such as every time the stage 101 makes one rotation, half a rotation, or a half rotation.
  • the data acquired in the S polarization state and the data acquired in the P polarization state may be integrated to output one data processing result. In this case, since it is possible to detect both a defect that can be detected only by S-polarized light and a defect that can be detected only by P-polarized light, it is possible to reduce oversight of the defect.
  • the data acquired in the S-polarization state and the data acquired in the P-polarization state may be separated, and data processing may be executed on each of them to output two data processing results independently.
  • the data processing method for each of the two data may be the same or different.
  • the sensitivity can be improved by optimizing the contents of the data processing in accordance with the two polarization states. In this case, it is possible to reduce oversight of defects that can only be detected by either S-polarized light or P-polarized light, and in some cases, it is possible to estimate the type of defect by comparing the two results.
  • FIG. 4 shows a scanning method of the sample 100 when the inspection is performed while switching between the S polarization state and the P polarization state for each pulse of the illumination light.
  • the stage 101 rotates while holding the sample 100 on its placement surface.
  • the stage 101 translates in the radial direction of the sample 100 by a certain feed pitch every time the sample 100 makes one round.
  • the direction of translation may be from the outer periphery to the inner periphery of the sample 100 or from the inner periphery to the outer periphery.
  • the translation direction of the stage 101 is the R direction
  • the rotation direction of the stage is the ⁇ direction.
  • the position through which the center of the illumination spot passes in the Nth track inspection is indicated by an arrow 401.
  • the sample surface can be inspected under both conditions of S-polarized light and P-polarized light during one inspection.
  • the oval shape in the figure represents the inspection region of the sample 100 by the S-polarized spot 404 and the inspection region of the sample 100 by the illumination spot 405 with P-polarized light, respectively.
  • each of the illumination spots of S-polarized light and P-polarized light must scan the entire surface of the sample 100 at least once.
  • the distance 402 between the spots must be set to be less than half the size 403 of the pulse in the scanning direction.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the S-polarized spot 406 and the P-polarized illumination spot 407.
  • the S-polarized spot 406 and the P-polarized illumination spot 407 are shown without being overlapped for easy viewing.
  • the S-polarized spot 406 and the P-polarized illumination spot 407 often overlap.
  • FIG. 6 shows an example of the GUI screen 601 operated by the operator for controlling the electro-optic element 110.
  • the voltage value here is the voltage value applied by the driver 104 to irradiate the sample 100 with S-polarized illumination light, and the driver 104 applied to irradiate the sample 100 with P-polarized illumination light.
  • the voltage value to be By the way, when the relationship between the polarization direction and the voltage is held in the optical inspection apparatus 1 (PC 105), only the polarization state such as S-polarized light or P-polarized light may be designated through the input fields 602 and 603. Good.
  • the switching timing is designated.
  • the switching time is specified.
  • the switching criterion such as “per track” or “per illumination pulse” can be designated through the input field 604. You may do it.
  • the correspondence here may be a fixed value, a repetition frequency of illumination light, or a rotation of the stage.
  • the values specified through the input fields 602, 603, and 604 may be given to the illumination optical system.
  • FIG. 7 shows the relationship between the illumination light (here, laser) output timing from the light source 103 and the driver voltage switching timing.
  • the laser oscillates in pulses and outputs at regular time intervals.
  • the voltage V high corresponding to the P polarization and the voltage V low corresponding to the S polarization during a period in which the light source 103 does not output the laser.
  • the laser pulse interval is determined so that the spots formed by the output laser satisfy the conditions of FIG.
  • the entire surface of the sample 100 is illuminated by each of a plurality of illumination lights having different polarization states during one inspection, so that throughput is improved. There is no need to drop it.
  • the polarized light to be switched is S polarized light and P polarized light.
  • other polarized light for example, circular
  • Polarized light, elliptically polarized light can also be a switching target.
  • two polarization conditions of S-polarization and P-polarization have been described.
  • three or more polarization conditions may be switched. At this time, it is necessary to take a sufficient portion where the spots corresponding to each polarization condition overlap each other so that the spots of all the polarization conditions can inspect the entire surface of the sample 100 once or more.
  • the distance 403 between spots must be set to 1 / M or less of the size 404 in the scanning direction of the pulse.
  • a hardware change such as addition of an optical element is not necessary.
  • Example 2 In the above-described embodiment, the case where the inspection is performed by switching between the S-polarization state and the P-polarization state for each pulse of the illumination light has been described. explain.
  • FIG. 8 shows a polarization state switching method in this embodiment.
  • the stage 101 rotates with the sample 100 held on its placement surface.
  • the stage 101 translates in the radial direction of the sample 100 by a certain feed pitch every time the sample 100 makes one round.
  • the direction of translation may be from the outer periphery to the inner periphery of the sample 100 or from the inner periphery to the outer periphery.
  • the translation direction of the stage 101 is the R direction
  • the rotation direction of the stage is the ⁇ direction.
  • the polarization state of the illumination light is switched at the timing when the stage 101 performs translational movement. For this reason, the polarization state of the illumination light of the Nth track is different from the polarization state of the illumination light of the (N + 1) th track.
  • the spot 806 on the Nth track and the (N + 2) th track is scanned with illumination light in the S polarization state, and the spot 807 on the N ⁇ 1th track and the N + 1th track is scanned with illumination light in the P polarization state.
  • An arrow 801 in the figure represents the locus of the center position of the spot 807 for inspecting the N-1th track.
  • the arrow 802 indicates the Nth track
  • the arrow 803 indicates the N + 1th track
  • the arrow 804 indicates the N + 2th track
  • the arrow 805 indicates the locus of the center position of the spot to be inspected.
  • each of the illumination spots of S-polarized light and P-polarized light must scan the entire surface of the sample 100 at least once.
  • the stage feed pitch needs to be less than half of the size of the spot in the R direction.
  • the entire surface of the sample 100 is illuminated with illumination lights having different polarization states during one inspection, so that it is not necessary to reduce the throughput.
  • three or more polarization conditions may be switched during one inspection. At this time, it is necessary to take a sufficient portion where the spots corresponding to each polarization condition overlap each other so that the spots of all the polarization conditions can inspect the entire surface of the sample 100 once or more.
  • the stage feed pitch must be set to 1 / M or less of the size of the spot in the R direction.
  • Example 3 a more preferable relationship between laser output timing and driver voltage switching timing will be described.
  • FIG. 7 used in the description of the first embodiment, it is assumed that the driver voltage waveform changes ideally.
  • the output voltage of the driver 104 becomes dull as shown in FIG. That is, due to the response speed of the driver 104, the waveform becomes dull when switching between V high and V low. Therefore, in this embodiment, the voltage switching timing by the PC 105 is set so that the switching between V high and V low is completed during the laser output.
  • FIG. 10 shows a case where the laser output timing and the driver voltage switching timing deviate from appropriate timing.
  • the driver voltage switching timing by the PC 105 is adjusted to be an appropriate timing with respect to the laser output timing. If it is difficult to switch the polarization of the illumination light only by adjusting the timing of the driver voltage, the laser repetition frequency and the polarization state switching time interval T must be set appropriately.
  • Example 4 In the first embodiment, the polarization state of the illumination light is switched between the S-polarization state and the P-polarization state. In this embodiment, a case where the irradiation angle of the illumination light with respect to the sample 100 is switched will be described.
  • FIG. 11 shows the configuration of the optical system employed in this embodiment. In this embodiment, switching of the illumination angle of the illumination light is realized through the control of the electro-optical element 110. In FIG. 11, parts corresponding to those in FIG.
  • a polarizing beam splitter (PBS: Polarizing Beam Splitter) 1101 is disposed at the rear stage of the electro-optical element 110, and the mirror 202 and the objective lens 201 are disposed for each of the two illumination lights after branching.
  • the polarization beam splitter 1101 is an optical element that separates a component that oscillates in a certain direction and a component that oscillates in a direction orthogonal to the component of incident light. Specifically, the polarization beam splitter 1101 separates light into two paths by reflecting light of another polarization component while passing light of a certain polarization component.
  • the PC 105 in this embodiment also switches and controls the polarization direction of the irradiation light output from the electro-optical element 110 by switching the voltage applied to the electro-optical element 110. That is, the polarization state of the light incident on the polarization beam splitter 1101 is switched. When the polarization direction of the light is switched, the traveling direction of the light output from the polarization beam splitter 1101 is switched in synchronization with this.
  • the light switched to the two directions is redirected to the sample 100 by the mirror 202 or the like and irradiated onto the sample 100 through the objective lens 201 to form a desired spot shape.
  • the irradiation angle of the illumination light with respect to the sample 100 can be arbitrarily set by the arrangement of the mirror 202, the objective lens 201, and the like. However, in semiconductor inspection, the irradiation angle is often set to 0 degree or around 80 degrees.
  • an incident angle of 0 degree with respect to the surface of the sample 100 is referred to as “perpendicular”, and the vicinity of 80 degrees is referred to as “oblique”.
  • the voltage values of the driver 104 corresponding to “vertical” and “diagonal” may be set in the V high input field 602 and the V low input field 603 on the GUI illustrated in FIG. .
  • the PC 105 integrates the data acquired for the light incident on the sample 100 and the data acquired for the light incident obliquely, executes data processing (step 305), and obtains the inspection result. Output (step 307) may be performed.
  • the optical inspection apparatus 1 By using the optical inspection apparatus 1 according to the present embodiment, it is possible to detect both defects that can be detected only with incident light in the “vertical” direction and defects that can be detected only with incident light in the “oblique” direction. Oversight can be reduced. Of course, switching between the “vertical” direction and the “oblique” direction is performed in a time-sharing manner.
  • the incident direction switching timing is the same as the laser output timing and driver voltage switching timing in the above-described embodiment.
  • data processing step 305 may be executed, and two independent inspection results may be output (step 307).
  • the processing (step 304) for the two data may be the same or different. Sensitivity can be improved by optimizing the contents of data processing according to the illumination angle. In this case, it is possible to reduce the oversight of defects that can be detected only by incident light in the “oblique” direction or incident light in the “vertical” direction, and in some cases, the defect type is estimated by comparing the two results. It may be possible.
  • Example 5 In the present embodiment, a case will be described in which the illumination light power is switched to time division during one inspection, not the polarization or irradiation angle of the illumination light.
  • the optical inspection apparatus 1 estimates the size of the defect from the scattered light amount. By the way, since strong scattered light is generated from a sufficiently large defect, the output of the detector 108 may be saturated. If the output of the detector 108 saturates, the amount of scattered light cannot be accurately estimated because the exact amount of scattered light is unknown.
  • the low-power inspection that hardly causes saturation of the output of the detector 108 and the normal power inspection are performed in a time-sharing manner, so that the dynamic of the detector 108 is not greatly reduced.
  • the range is expanded, and it is possible to estimate the size of a defect larger than the conventional one.
  • FIG. 12 shows a configuration example of the optical system employed in this embodiment.
  • the power of illumination light incident on the sample 100 is switched through the control of the electro-optic element 110.
  • the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG.
  • the PC 105 also adjusts the voltage applied to the electro-optical element 110 to adjust the ratio of the two polarization components included in the irradiation light output from the electro-optical element 110.
  • the traveling direction of the light after branching is two.
  • a damper 1201 is disposed on one side in the traveling direction.
  • the light incident on the damper 1201 is not used for inspection.
  • the arrangement of the damper 1201 can reduce generation of undesirable light.
  • the other light branched by the polarization beam splitter 1101 illuminates the sample 100 through the mirror 202 and the objective lens 201.
  • FIG. 13 shows the relationship between the polarization state generated by the control of the electro-optical element 110 and the amount of light transmitted through the polarization beam splitter 1101. Since the vibration direction of the light transmitted through the polarizing beam splitter 1101 differs depending on the arrangement of the polarizing beam splitter 1101 with respect to the incident light, FIG. 13 is an example.
  • the arrows in FIG. 13 indicate the vibration direction of light.
  • the length of the arrow represents the amount of light that passes through.
  • the polarization beam splitter 1101 is linearly polarized, and the transmittance (power) is modulated. This phenomenon does not depend on the arrangement of the polarization beam splitter 1101.
  • the output of the detector 108 does not saturate at the same power as that in the normal inspection, the output obtained by the inspection using the power equivalent to that in the normal inspection is adopted.
  • the PC 105 is equivalent to the normal test based on the output of the detector 108 at the low power. Estimate the amount of scattered light in inspection at power.
  • a P-polarization state that provides 100% transmittance is used as a polarization state that provides normal inspection power, and a circle that provides 50% transmittance as a polarization state that provides low power.
  • Use polarized light are merely examples, and switching between other transmittances may be performed, switching between three or more types of transmittances may be performed, or continuous transmittance may be switched.
  • the PC 105 may be provided with a function of controlling the amount of adjustment of the polarization state by the electro-optic element 110 (further reducing the power) depending on whether the output of the detector 108 is saturated.
  • three or more power conditions may be switched during one inspection.
  • the dynamic range of the detector 108 may be further expanded as compared with the case where the two power conditions are switched. Further, even when the power condition to be inspected is increased, a hardware change such as addition of an optical element is not necessary.
  • the number of sets of the detector 108 and the condenser 109 is not limited to one, and a plurality of sets may be used.
  • a plurality of sets of detectors 108 and concentrators 109 are installed, it is possible to estimate the spatial distribution of the generated scattered light.
  • data processing (step 305) and defect detection (step 306) may be executed individually on the output of each detector 108, and a plurality of inspection results may be output (step 307). Since the spatial distribution of scattered light differs depending on the defect shape and defect type, the defect type and defect shape may be estimated by comparing these.
  • the defect type can be estimated.
  • the outputs of the plurality of detectors 108 may be integrated, and data processing (step 305), defect detection (step 306), and inspection result output (step 307) may be executed on the integrated data.
  • data processing step 305
  • defect detection step 306
  • inspection result output step 307
  • the dynamic range of the detector 108 may be expanded. Since the scattered light from the defect has a spatial distribution, all of the outputs of the plurality of detectors 108 are often not saturated at the same time. When some of the outputs of the plurality of detectors 108 are saturated, the output of the saturated detector 108 is not used, and only the output of the detector 108 that is not saturated is used, so that the amount of scattered light is accurately estimated. can do. At this time, the dynamic range of the detector 108 can be expanded as compared with the case where only one set of the detector 108 and the condenser 109 is used, and the size of the larger defect can be estimated.
  • the size of the defect that can be estimated can be further expanded.
  • the number of components of the apparatus is reduced as compared with the case where there are a plurality of sets, and the apparatus can be manufactured at a lower cost.
  • Optical inspection device 100 ... sample, 101 ... Stage, 102 ... Beam forming section, 103 ... light source, 104 ... Driver, 105 ... PC, 106: A / D converter, 107 ... Amplifier, 108 ... detector, 109 ... Concentrator, 110: electro-optic element, 111 ... Half mirror, 112 ... detector, 201 ... objective lens, 202 ... mirror, 601 ... GUI screen, 602, 603, 604 ... input fields, 1101 ... Polarizing beam splitter, 1201 ... Damper.

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Abstract

試料の任意の領域に光を照射する照明光学部と、前記照明光学部に指示を与える制御部と、前記試料からの光を検出する少なくとも１つの検出部とを備える検査装置であって、前記照明光学部は、光を生成する光源部と、前記光源部で生成された光を入射する電気光学素子部とを含み、前記電気光学素子部は、前記制御部からの指示に基づいて、前記光源部で生成された光を所望の偏光状態に調整し、前記試料に照射する検査装置を提案する。

Description

検査装置
　本発明は、試料の欠陥を検出する検査装置に関する。
　半導体製造装置の歩留まり向上のため、欠陥検査装置を用いた、半導体ウェハ表面の欠陥検出が行われている。半導体プロセスの微細化に伴い、半導体ウェハ上の比較的小さな欠陥（数10nm以上の大きさ）まで管理することが求められている。小さな欠陥でも、半導体プロセスに悪影響を与えることがあるためである。
　欠陥検査装置の一例として、暗視野式光学顕微鏡がある。暗視野式光学顕微鏡は、半導体ウェハ上に光を照射し、欠陥からの散乱光を検出することで、欠陥を検出する。暗視野式光学顕微鏡では、照射する光の波長の1/10以下の大きさの欠陥を検出することができる。
　ある欠陥を検出することができるか否かを決定する要因には、照明光の波長、照明光の偏光状態、照明光のパワー、照明光のスポットの大きさ、照明光の走査方法、照明光の照射角度などがある。上記要因の幾つかは、半導体ウェハの種類や欠陥の形状に応じて最適状態が異なる。半導体製造工場では、半導体ウェハの種類毎に最適な検査条件を決定し、１つの条件下で検査を行うことが多い。
　特許文献１には、偏光条件が異なる２つの照明光を交互に切り替えながら試料に照明し、試料からの散乱光を照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査方法が記載されている。
特開２００７－２２５４３２号公報
　通常、一回の検査には、半導体ウェハの種類毎に最適化された、ある一つの検査条件が使用される。しかし、半導体ウェハ上には、多種多様な欠陥が存在する。このため、ある欠陥種に最適な検査条件が、検査に使用した検査条件と異なることがあり、欠陥が見逃されることがある。
　そこで、前述した特許文献１では、２つの異なる偏光条件の光を光スイッチにより交互に切り替えながら試料に照射し、各偏光条件に応じて設ける異なる検出器により散乱光を検出している。ところが、この方法は、光スイッチによる偏光条件の切り替えを必要とするため、通常の検査に比べてスループットが大きく低下する。
　そこで、本発明は、偏光、パワー、照明角度といった複数の検査パラメータを用いて検査する場合におけるスループットの向上を目的とする。
　本発明は、上記目的を達成するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。すなわち、本発明は、光源部で生成された光を、電気光学素子部を用いて所望の偏光状態に調整して試料に照射する構成を採用する。
　より具体的には、本発明は、試料の任意の領域に光を照射する照明光学部と、前記照明光学部に指示を与える制御部と、前記試料からの光を検出する少なくとも１つの検出部とを備え、前記照明光学部は、光を生成する光源部と、前記光源部で生成された光を入射するする電気光学素子部とを含み、前記電気光学素子部は、前記制御部からの指示に基づいて、前記光源部で生成された光を所望の偏光状態に調整し、前記試料に照射する、検査装置である。
　本発明により、一回の検査で、複数の条件に対応する検査結果を取得する場合におけるスループットを向上することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
実施例に係る検査装置の構成例を示す図。 電気光学素子周辺の構成を説明する図。 検査時の処理手順を説明するフローチャート。 パルス毎に偏光状態を切り替える走査方法を概念的に説明する図。 パルス毎に偏光状態を切り替える走査方法の具体例を説明する拡大図。 ドライバーの設定に使用するGUI画面の一例を示す図。 レーザーの出力タイミングとドライバー電圧の切り替えタイミングの関係を説明する図。 トラック毎に偏光状態を切り替える走査方法を概念的に説明する図。 ドライバー電圧の切り替え時に波形の鈍りがある場合におけるレーザーの出力タイミングとドライバー電圧の切り替えタイミングの関係を説明する図。 レーザーの出力タイミングとドライバー電圧の切り替えタイミングとが適切なタイミングからずれた場合を説明する図。 照明方向を切り替えることができる検査方法に対応する電気光学素子周辺の構成を説明する図。 照明パワーを切り替えることができる検査方法に対応する電気光学素子周辺の構成を説明する図。 電気光学素子による偏光状態の調整とパワー（透過率）の対応関係を説明する図表。
　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
（１）用語の定義
　本明細書において、「光学式検査装置」とは、試料上の欠陥を検出するために試料に光を照射することで欠陥を検出する装置を指す。試料上にはパターンが形成されていてもいなくてもよい。
　本明細書において、「試料」とは、上記光学式検査装置により検査される対象を指す。特に半導体ウェハを指していることが多い。
　本明細書において、「欠陥」とは、上記試料の表面上に存在する異物やへこみなどの好ましくない形状の異変を指す。
　本明細書において、「照明光」とは、光学式検査装置の光源で生成された光のうち、ビーム形成された後に試料に照射される光を指す。
　本明細書において、「照明条件」とは、上記試料に照射される照明光の状態を表すパラメータ全てを指す。特に、偏光状態、試料に対する照明光の角度、照明光のパワーを差すことが多い。
　本明細書において、「スポット」とは、照明光によって照明される試料の領域を指す。
　本明細書において、「ビーム形状」とは、照明光のスポット内において最大強度の1/e^2の強度である位置をつないでいくことにより形成される形状を指す。
　本明細書において、「送りピッチ」とは、ステージが試料を一周させるたびに行う試料の径方向の並進運動の移動量を指す。
　本明細書において、「トラック」とは、ステージが試料を一周させる間に光学式検査装置が検査出来るスポットの軌跡を指す。
　本明細書において、「統合」とは、得られた複数の信号に対して、四則演算のうち少なくとも一つ又はそれらの組み合わせを行うことを指す。特に複数の信号に対して重み付け平均をとることを意味していることが多い。
　本明細書において、「偏光状態の調整」とは、直交する偏光成分の切り替えだけでなく、直交する偏光成分の割合を可変することを含む。割合の可変には、直交する偏光成分の割合が異なる複数の偏光状態間の切り替えも含まれる。また、割合の可変には、直交する偏光成分の割合の連続的な切り替えも含まれる。
（２）実施例１
（２－１）装置構成
　図１に、本実施例で説明する光学式検査装置１の概略構成を示す。本実施例の場合、光学式検査装置１は、偏光条件を時分割で切り替えながら試料の欠陥を検査する。光学式検査装置１は、試料１００にスポット状の照明光を照射するための照明光学系と、試料１００からの光を検出して電気信号に変換する検出光学系と、照明光学系及び検出光学系の光学部品の動作を制御する制御部と、試料１００を保持するためのステージ１０１とを有している。
　照明光学系は、光源１０３とビーム形成部１０２を含んでいる。また、照明光学系は、照明光の波長を制限できるフィルターを含んでもよい。フィルターは、ノッチフィルター、バンドパスフィルターであってもよい。
　光源１０３は、例えばレーザー、レーザーダイオード、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンレーザー、固体レーザー、エキシマレーザー、ＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State）レーザー、ＬＥＤ、キセノンアーク灯、ガス放電灯、白熱灯を含んでもよい。光源１０３から生成される光は、近単色光又は広帯域光であってもよい。一般に、光学式検査装置１は、近単色光を光源として用いることが多い。光源１０３は、連続波又はパルス波であってもよい。以下では、パルス波を想定していることが多い。
　ビーム形成部１０２は、ビームエキスパンダー、アナモルフィックプリズム、対物レンズ、電気光学素子１１０を含んでいる。更に、ビーム形成部１０２は、ミラー、偏光板、波長板、光減衰器、楕円ミラーの光学素子を含んでもよい。電気光学素子１１０は、例えばポッケルスセルである。電気光学素子１１０は、光学経路上のビーム形成部１０２の前後又はビーム形成部１０２の途中のいずれかの位置に配置される。
　光源１０３からの照明光は、本実施例の場合、ハーフミラー１１１によって２方向に分岐される。分岐後の照明光の一方はビーム形成部１０２に入射され、分岐後の照明光の他方は検出器１１２に入射される。検出器１１２は、入射した光を、そのの強度に応じた電気信号に変換し、検出信号としてＰＣ１０５に出力する。ＰＣ１０５は、入力される検出信号から照明光の繰り返し周波数を測定し、これに同期した信号処理、制御などを行う。
　本実施例では、照明光の検出にハーフミラー１１１を使用しているが、ハーフミラー１１１を用いない構成も可能である。例えばハーフミラー１１１に代えて任意の光学素子を配置し、その透過光又は散乱光を検出器１１２で直接検出してもよい。ハーフミラー１１１は、光学経路上、照明光学系の前後又はその途中のいずれかの位置に配置する。ハーフミラー１１１は、例えば平行平面基板、ウェッジ基板、反射式の減光フィルターであってもよい。
　試料１００からの光を検出する検出光学系は、欠陥からの散乱光を集める集光器１０９、検出器１０８、センサ出力（検出信号）の増幅器１０７、Ａ／Ｄコンバータ１０６を含んでいる。検出光学系にも、照明光学系と同様に、光の波長を制限することが可能な１つ又は複数のフィルターを含むことができる。フィルターは、ノッチフィルター、バンドパスフィルターであってもよい。
　制御部は、ＰＣ１０５のプロセッサ、電気光学素子１１０を駆動するドライバー１０４を含む。制御部は、データの処理部としての役割も有し、処理部には、プロセッサ、信号発生部、信号変換部、信号記憶部、信号受信部などが含まれる。制御部の機能は、ハードウェア、ソフトウェアいずれの形態でも実現できる。ハードウェアの形態による場合、制御部の機能は、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、又は、半導体チップ若しくはパッケージ内に集積することにより実現される。ソフトウェアの形態による場合、制御部の機能は、システムを構成する装置に搭載された中央演算処理装置（ＣＰＵ）又はシステムに接続された汎用コンピュータに搭載された汎用ＣＰＵにより、所望の演算処理を実行するプログラムを通じて実現される。このプログラムが記録された記録媒体により、既存の装置をアップグレードすることも可能である。
　光源１０３から生成された光は、ビーム形成部１０２と電気光学素子１１０によって所望の光の形状および偏光状態に調整された後、試料１００に照射される。光源１０３から生成される光の偏光状態は、完全偏光状態でもランダム偏光状態でもよい。光学式検査装置１の場合、光源１０３から生成される光の偏光状態は、直線偏光状態であることが多い。
　ビーム形成部１０２は、光源１０３から発生した光を、所望の照明条件（例えば偏光状態および形状）に適合した検査ビームとして試料１００に向けることができる。例えばビームエキスパンダーを用いれば、光の径を拡大することができる。また、アナモルフィックプリズムを用いれば、光の径を特定の方向にのみに拡大することができる。また、対物レンズにより光を集光し、試料１００に照射することができる。
　電気光学素子１１０は、ドライバー１０４から印加される電圧に応じ、電気光学素子１１０に入射した光の偏光状態を変化させる。電気光学素子１１０は、ドライバー１０４から印加される電圧に対して10-9秒程度の時間で応答することができる。入射する光の偏光状態は、完全偏光状態でもランダム偏光状態でもよい。電気光学素子１１０に直線偏光状態の光が入射した場合、電気光学素子１１０は、楕円偏光、円偏光、入射した直線偏光から90度回転した直線偏光の偏光状態などに、入射した光の偏光状態を変化させることができる。
　ドライバー１０４は、電気光学素子１１０に対して所望の電圧を印加することができる。ＰＣ１０５から与えられる制御信号により、ドライバー１０４が電気光学素子１１０に印加する電圧の大きさ、正負、タイミングが制御される。電気光学素子１１０に印加する電圧を変化させることにより、試料１００に照明される光の偏光状態を制御できる。
　ステージ１０１の動作は、ＰＣ１０５により制御される。ステージ１０１は、試料１００を載置面に保持した状態で高速で回転しながら試料１００を並進移動させる。これによって、照明光学系によって形成されるスポットが、試料１００上を螺旋状に走査する。
　集光器１０９は、レンズから構成されており、試料１００から散乱又は反射される光を集光し、検出器１０８の検出面に収束させる。検出光学系は１枚のレンズ又は複数枚の（２枚以上）のレンズから構成されていてよい。検出光学系の一部又は全部は、光を全反射又は一部を反射する光学部品であってもよい。光学部品は、例えばミラー、楕円ミラー、ハーフミラーを含んでもよい。
　検出器１０８は、集光器１０９によって集光された光を、その強度に応じた電気信号に変換し、検出信号として出力する。増幅器１０７は、検出器１０８からの検出信号を受信し、予め設定された増幅率で信号を増幅する。Ａ／Ｄコンバータ１０６は、ＰＣ１０５内でのデータ形式に合うように、増幅された信号をデジタル信号に変換する。ＰＣ１０５は、Ａ／Ｄコンバータ１０６から受け取ったデータを処理し、試料１００上の欠陥の位置と大きさを出力する。
（２－２）ビーム形成部１０２の構成例
　図２に、照明光の偏光状態を検査中に切り替えるために採用する光学系の構成例を示す。図２は、ビーム形成部１０２内に配置した電気光学素子１１０の周辺の照明光学系を表している。偏光状態の切り替えは、ＰＣ１０５からの制御信号に基づいて実行される。具体的には、前記制御信号により、ドライバー１０４から電気光学素子１１０に印加する電圧を適切なタイミングと時間間隔（例えば図７、９、１０）で切り替える。前述したように、光学式検査装置１では、Ｓ偏光状態とＰ偏光状態を用いることが多い。
　電気光学素子１１０を通った光は、ミラー２０２などにより試料１００の方向に向けられ、対物レンズ２０１によって所望の照明形状に集光されて試料１００に照射される。以下では、特に明記しない限り、電気光学素子１１０の前段における光の偏光方向と電気光学素子１１０の結晶軸方向は、ドライバー１０４が印加する電圧を変化させた場合に、電気光学素子１１０の後段において互いに直交する２種類の直線偏光状態を作れるように定められているものとする。
（２－３）偏光の切り替えを伴う検査動作
　図３に、試料１００を照明する照明光をＳ偏光状態とＰ偏光状態に切り替えながら検査する場合の処理動作を示す。
　（ステップ３０１）
　装置調整段階において、ＰＣ１０５は、ドライバー１０４のＰ偏光状態に対応する電圧Vhighの値と、Ｓ偏光状態に対応する電圧Vlowの値と、電圧を切り替える時間間隔Tを設定する。これらの値は、例えば不図示の表示部に表示されるＧＵＩを通じて作業者よりＰＣ１０５に指示される。もっとも、これらの値は、事前に装置内に格納されていてもよい。
　（ステップ３０２～３０４）
　ＰＣ１０５は、試料１００をステージ１０１に載置した後、検査を開始し、データを取得する。検査時には、時分割で偏光状態が切り替えられる照明光を、試料１００の全面を走査することで行う。本実施例の場合、Ｐ偏光状態のスポットとＳ偏光状態のスポットのいずれもが検査領域の全面を照射するように偏光状態の切り替えがＰＣ１０５により制御される。データの取得は、欠陥からの散乱光を検出器１０８で検出し、その検出結果をデジタル変換することにより行う。
　（ステップ３０５～３０７）
　ＰＣ１０５は、取得したデータに基づいて所定のデータ処理を実行し、欠陥の有無を検出する。また、ＰＣ１０５は、試料１００上での欠陥の大きさとその座標を算出し、検査結果を出力する。データ処理には、既知の技術を使用する。
（２－４）検査時に求められる動作条件
　ドライバー１０４から電気光学素子１１０に印加される電圧の値は、照明光の偏光状態が、Ｐ偏光状態とＳ偏光状態との間で切り替わるように定められる必要がある。電圧を切り替える時間は、検査方法に応じて設定する。切り替えの時間間隔Tは、固定値又は光源１０３の繰り返し周波数又はステージ１０１の動作に同期させてもよい。
　例えば、光源１０３から出力される照明光の１パルス毎、２パルス毎、３パルス毎などのタイミングで、偏光状態を切り替えてもよい。また、ステージ１０１が１回転するたび、半回転するたび、１／２回転するたび等のタイミングで、偏光状態を切り替えてもよい。データ処理時には、Ｓ偏光状態で取得したデータとＰ偏光状態で取得したデータとを統合し、１つのデータ処理結果を出力してもよい。この場合、Ｓ偏光でしか検出できない欠陥とＰ偏光でしか検出できない欠陥の両方を検出することができるので、欠陥の見逃しを低減することができる。
　また、Ｓ偏光状態で取得したデータとＰ偏光状態で取得したデータとを分離した上で、それぞれに対してデータ処理を実行し、２つのデータ処理結果を独立に出力してもよい。このとき、２つのデータのそれぞれに対するデータ処理の方法は同じであっても、異なっていてもよい。２つの偏光状態に合わせてデータ処理の内容を最適化することにより、感度を向上させることができる。この場合、Ｓ偏光とＰ偏光のいずれかでしか検出できない欠陥の見逃しを低減し、ある場合においては、２つの結果を比較することにより欠陥の種類を推定することが可能な場合がある。
　図４に、照明光のパルス毎にＳ偏光状態とＰ偏光状態を切り替えながら検査を行う場合の試料１００の走査方法を示した。ステージ１０１は、その載置面上に試料１００を保持した状態のまま回転する。ステージ１０１は、試料１００を一周させる度、ある送りピッチの分だけ試料１００の径方向に並進運動する。並進の方向は、試料１００の外周から内周の方向でも、内周から外周の方向でも良い。ステージ１０１の並進方向をＲ方向とし、ステージの回転方向をθ方向とする。
　図４では、Ｎトラック目の検査において照明スポットの中心が通る位置を矢印４０１で示している。照明光のパルス毎に偏光を切り替えることにより、１回の検査中に、Ｓ偏光とＰ偏光の両方の条件で試料表面を検査することができる。図中の楕円形は、Ｓ偏光のスポット４０４による試料１００の検査領域とＰ偏光での照明スポット４０５による試料１００の検査領域をそれぞれ表している。このとき、検査を１回のスキャン動作で完了させるためには、Ｓ偏光とＰ偏光のそれぞれの照明スポットが、試料１００の全面をそれぞれ少なくとも１回以上スキャンしなければならない。そのためには、スポット間の距離４０２は、パルスの走査方向の大きさ４０３の半分以下に設定しなければならない。
　図５に、Ｓ偏光のスポット４０６とＰ偏光での照明スポット４０７の拡大図を示す。図４では、見易さのためにＳ偏光のスポット４０６とＰ偏光の照明スポット４０７を重ねずに示した。実際には、図５に示すように、Ｓ偏光のスポット４０６とＰ偏光での照明スポット４０７は重なる部分が多い。
（２－５）ＧＵＩ設定画面
　図６に、電気光学素子１１０の制御のために、作業者が操作するＧＵＩ画面６０１の一例を示す。入力欄６０２、６０３には、ドライバー１０４が印加する電圧の値が指定される。ここでの電圧の値は、試料１００上にＳ偏光の照明光を照射させるためにドライバー１０４が印加する電圧の値と、試料１００上にＰ偏光の照明光を照射させるためにドライバー１０４が印加する電圧の値である。ところで、光学式検査装置１（ＰＣ１０５）に偏光方向と電圧の関係が保持されている場合には、入力欄６０２と６０３を通じて、Ｓ偏光やＰ偏光などの偏光状態のみを指定するようにしてもよい。
　入力欄６０４には、切り替えのタイミングが指定される。例えば切り替える時間が指定される。光学式検査装置１（ＰＣ１０５）に、切り替える時間と切り替え基準の対応関係が保存されている場合には、入力欄６０４を通じて、「トラック毎」、「照明のパルス毎」などの切り替え基準を指定できるようにしてもよい。ここでの対応関係は、固定値又は照明光の繰り返し周波数又はステージの回転でもよい。なお、入力欄６０２、６０３、６０４を通じて指定された値は、照明光学系に与えても良い。
（２－６）レーザーの出力タイミングとドライバー電圧の切り替えタイミングの関係
　図７に、光源１０３からの照明光（ここでは、レーザー）の出力タイミングと、ドライバー電圧の切り替えタイミングの関係を示す。レーザーは、パルス発振しており、一定の時間間隔毎に出力している。パルス毎に偏光を切り替えるためには、Ｐ偏光に対応する電圧VhighとＳ偏光に対応する電圧Vlowとを、光源１０３がレーザーを出力していない期間に切り替える必要がある。なお、レーザーのパルス間隔は、出力されたレーザーにより形成されるスポットが図５の条件を満たすように定められる。
（２－７）まとめ
　本実施例に係る光学式検査装置１では、一回の検査中に、試料１００の全面が、偏光状態が互いに異なる複数の照明光のそれぞれにより照明されるため、スループットを落とさずに済む。
　なお、前述の説明では、切り替え対象とする偏光がＳ偏光とＰ偏光である場合について説明したが、ドライバー１０４が電気光学素子１１０に印加する電圧を調整することにより、これら以外の偏光（例えば円偏光、楕円偏光）も切り替え対象とすることができる。また、前述の説明では、Ｓ偏光とＰ偏光との２つの偏光条件を切り替える場合について説明したが、３つ以上の偏光条件を切り替えてもよい。このとき、全ての偏光条件のスポットが試料１００の全面を一度以上検査できるように、各偏光条件に対応するスポットが互いに重なる部分を十分に取る必要がある。Ｍ個の偏光条件を切り替える場合には、スポット間の距離４０３は、パルスの走査方向の大きさ４０４のＭ分の１以下に設定しなければならない。ただし、検査する偏光条件を増やす場合でも、光学素子の追加などのハード的な変更は不要である。
（３）実施例２
　前述の実施例では、照明光のパルス毎にＳ偏光状態とＰ偏光状態を切り替えて検査する場合について説明したが、ここでは、トラック毎にＳ偏光状態とＰ偏光状態を切り替えて検査する場合について説明する。図８に、本実施例における偏光状態の切り替え方法を示す。
　本実施例の場合も、ステージ１０１は、その載置面に試料１００を保持した状態のまま回転する。ステージ１０１は、試料１００を一周させる度、ある送りピッチの分だけ試料１００の径方向に並進運動する。並進の方向は、試料１００の外周から内周の方向でも、内周から外周の方向でも良い。ここでも、ステージ１０１の並進方向をR方向とし、ステージの回転方向をθ方向とする。
　本実施例では、図８に示すように、ステージ１０１が並進運動を行うタイミングで、照明光の偏光状態を切り替えている。このため、Ｎトラック目の照明光の偏光状態と、Ｎ＋１トラック目の照明光の偏光状態とは互いに異なる偏光状態になる。図８の場合、Ｎトラック目とＮ＋２トラック目のスポット８０６はＳ偏光状態の照明光で走査され、Ｎ－１トラック目とＮ＋１トラック目のスポット８０７はＰ偏光状態の照明光で走査される。図中の矢印８０１はＮ－１トラック目を検査するスポット８０７の中心位置の軌跡を現している。同様に矢印８０２はＮトラック目、矢印８０３はＮ＋１トラック目、矢印８０４はＮ＋２トラック目、矢印８０５はＮ＋３トラック目を検査するスポットの中心位置の軌跡を示している。
　検査を１回のスキャン動作で完了させるには、Ｓ偏光とＰ偏光それぞれの照明スポットが、試料１００の全面をそれぞれ少なくとも１回以上スキャンしなければならない。このためには、ステージの送りピッチは、スポットのＲ方向の大きさの半分以下とする必要がある。
　本実施例に係る光学式検査装置１の場合にも、一回の検査中に、試料１００の全面が、偏光状態が互いに異なる照明光のそれぞれにより照明されるため、スループットを落とさずに済む。
　本実施例の場合も、１回の検査中に、３つ以上の偏光条件を切り替えてもよい。このとき、全ての偏光条件のスポットが試料１００の全面を一度以上検査できるように、各偏光条件に対応するスポットが互いに重なる部分を十分に取る必要がある。Ｍ個の偏光条件を切り替える場合には、ステージの送りピッチは、スポットのＲ方向の大きさのＭ分の１以下に設定しなければならない。
（４）実施例３
　ここでは、レーザーの出力タイミングとドライバー電圧の切り替えタイミングのより好ましい関係について説明する。実施例１の説明で使用した図７では、ドライバー電圧波形が理想的に変化する場合を想定している。しかし、ドライバー１０４を高速に動作させると（電圧の切り替え周波数が高くなると）、図９に示すように、ドライバー１０４の出力電圧に鈍りが現れるようになる。すなわち、ドライバー１０４の応答速度に起因して、VhighとVlowの切り替え時における波形の鈍りが顕著になる。そこで、本実施例では、レーザー出力の間に、VhighとVlowの切り替えが完了するように、ＰＣ１０５による電圧の切り替えタイミングを設定する。
　図１０に、レーザーの出力タイミングとドライバー電圧の切り替えタイミングが適切なタイミングからずれた場合を示す。図１０では、VhighとVlowを切り替える途中で（遷移中に）レーザーが出力されているため、所望の偏光状態で試料１００に照明光を照射できない。そこで、本実施例では、ＰＣ１０５によるドライバー電圧の切り替えタイミングがレーザーの出力タイミングに対して適切なタイミングになるよう調整している。なお、ドライバー電圧のタイミングの調整のみでは上手く照明光の偏光を切り替えられないようであれば、レーザーの繰り返し周波数、偏光状態の切り替え時間間隔Tを適切に設定しなければならい。
（５）実施例４
　実施例１においては、照明光の偏光状態をＳ偏光状態とＰ偏光状態との間で切り替えているが、本実施例では、試料１００に対する照明光の照射角度を切り替える場合について説明する。図１１に、本実施例で採用する光学系の構成を示す。本実施例では、電気光学素子１１０の制御を通じ、照明光の照射角度の切り替えを実現する。図１１には、図２との対応部分に同一符号を付して示している。
　本実施例の場合、偏光ビームスプリッター（PBS：Polarizing Beam Splitter）１１０１を電気光学素子１１０の後段に配置し、分岐後の２つの照明光のそれぞれについてミラー２０２と対物レンズ２０１を配置する。偏光ビームスプリッター１１０１は、入射した光のうち、ある方向に振動する成分とそれに直交する方向に振動する光の成分とを分離する光学素子である。具体的には、偏光ビームスプリッター１１０１は、ある偏光成分の光を通過する一方、他の偏光成分の光を反射することにより光を２つの経路に分離する。
　本実施例におけるＰＣ１０５も、電気光学素子１１０に印加する電圧を切り替えることにより、電気光学素子１１０から出力される照射光の偏光方向を切り替え制御する。すなわち、偏光ビームスプリッター１１０１に入射する光の偏光状態を切り替える。光の偏光方向が切り替わると、これに同期して、偏光ビームスプリッター１１０１から出力される光の進行方向が切り替えられる。
　２つの方向に切り替えられた光は、いずれもミラー２０２などによって試料１００に向きを変え、対物レンズ２０１を通じて試料１００上に照射され、所望のスポット形状を形成する。照明光の試料１００に対する照射角度は、ミラー２０２や対物レンズ２０１などの配置により任意に設定することができるが、半導体検査では、照射角度を0度又は80度付近に設定することが多い。以下では、試料１００の表面に対する入射角0度を「垂直」と呼び、80度付近を「斜方」と呼ぶ。
　本実施例の場合、図６に例示したＧＵＩ上のVhighの入力欄６０２とVlowの入力欄６０３に、「垂直」と「斜方」に対応するドライバー１０４の電圧値を設定すればよい。この場合、ＰＣ１０５は、試料１００に対して垂直に入射する光について取得したデータと、斜方に入射する光について取得したデータとを統合し、データ処理（ステップ３０５）を実行し、検査結果を出力（ステップ３０７）してもよい。
　本実施例に係る光学式検査装置１を用いれば、「垂直」方向の入射光でしか検出できない欠陥と、「斜方」方向の入射光でしか検出できない欠陥の両方を検出できるため、欠陥の見逃しを低減することができる。勿論、「垂直」方向と「斜方」方向の切り替えは時分割に実行される。また、入射方向の切り替えタイミングは、前述した実施例におけるレーザー出力のタイミングとドライバー電圧の切り替えタイミングと同じである。
　ところで、前述の説明では、「斜方」方向の入射光について検出したデータと、「垂直」方向の入射光について検出したデータとを統合する場合について説明したが、これら２つのデータを分離した上でそれぞれデータ処理（ステップ３０５）を実行し、独立した２つの検査結果を出力（ステップ３０７）してもよい。この場合、２つのデータに対する処理（ステップ３０４）は同じであっても、異なっていてもよい。照明角度に応じてデータ処理の内容を最適化することにより、感度を向上させることができる。この場合、「斜方」方向の入射光と「垂直」方向の入射光のいずれかでしか検出できない欠陥の見逃しを低減し、ある場合においては、２つの結果を比較することで欠陥種を推定することが可能な場合がある。
（６）実施例５
　本実施例では、照明光の偏光や照射角度ではなく、照明光のパワーを１回の検査中に時分割に切り替える場合について説明する。前述したように、光学式検査装置１は、散乱光量から欠陥の大きさを推定する。ところで、十分大きな欠陥からは強い散乱光が生じるため、検出器１０８の出力が飽和してしまうことがある。検出器１０８の出力が飽和してしまうと、正確な散乱光量が分からないため欠陥の大きさを正しく推定することができなくなる。
　そこで、本実施例では、検出器１０８の出力に飽和が起きにくい低パワーでの検査と、通常のパワーでの検査を時分割に実行することにより、スループットを大きく落とすことなく検出器１０８のダイナミックレンジを拡大し、従来よりも大きな欠陥まで、その大きさの推定を可能とする。
　図１２に、本実施例で採用する光学系の構成例を示す。本実施例では、電気光学素子１１０の制御を通じて、試料１００に入射する照明光のパワーを切り替える。なお、図１２には、図１１との対応部分に同一符号を付して示している。前述の実施例と同様、ＰＣ１０５も、電気光学素子１１０に印加する電圧を調整することにより、電気光学素子１１０から出力される照射光に含まれる２つの偏光成分の割合を調整する。
　本実施例の場合も、分岐後の光の進行方向は２つである。進行方向の一方にはダンパー１２０１が配置されている。ダンパー１２０１に入射される光は、検査に用いられることはない。ダンパー１２０１の配置により、好ましくない光の発生を低減することができる。偏光ビームスプリッター１１０１により分岐されたもう一方の光は、ミラー２０２及び対物レンズ２０１を通じて試料１００を照明する。
　電気光学素子１１０によって光の偏光状態を制御することにより、偏光ビームスプリッター１１０１を透過又は反射して試料１００を照射する照明光のパワーを調整することができる。図１３に、電気光学素子１１０の制御によって生じる偏光状態と、偏光ビームスプリッター１１０１を透過する光量との関係を示す。偏光ビームスプリッター１１０１を透過する光の振動方向は、入射光に対する偏光ビームスプリッター１１０１の配置の仕方により異なるため、図１３は１例である。
　図１３中の矢印は、光の振動方向を示している。また、矢印の長さは、透過する光量の大きさを表している。どの偏光状態の場合も、偏光ビームスプリッター１１０１の後段では直線偏光であり、透過率（パワー）が変調されている。この現象は、偏光ビームスプリッター１１０１の配置によらない。通常検査と同等のパワーにおいて検出器１０８の出力が飽和しないときには、通常検査と同等のパワーによる検査で得られた出力を採用する。一方、低パワー（通常検査よりも低いパワー）で検査したときの検出器１０８の出力が飽和していないときには、ＰＣ１０５は、低パワー時の検出器１０８の出力に基づいて、通常検査と同等のパワーにおける検査における散乱光量を推定する。
　本実施例では、例えば通常検査のパワーが得られる偏光状態として、１００％の透過率が得られるＰ偏光状態を使用し、低パワーが得られる偏光状態として、５０％の透過率が得られる円偏光を使用する。勿論、これらは一例であり、他の透過率間での切り替えでも良いし、３種類以上の透過率間の切り替えでも良いし、連続的な透過率の切り替えでも構わない。
　本実施例のように、電気光学素子１１０の制御による偏光状態の調整を通じて、検査に使用する照射光のパワーを切り替えることにより、パワーを切り替えずに検査する場合に比してより大きな欠陥まで検査することが可能となる。なお、ＰＣ１０５には、検出器１０８の出力が飽和しているか否かに応じ、電気光学素子１１０による偏光状態の調整量を制御する（パワーを更に低下させる）機能を設けてもよい。
　本実施例の場合も、１回の検査中に、３つ以上のパワー条件を切り替えてもよい。このとき、２つのパワー条件を切り替えた場合に比べて、検出器１０８のダイナミックレンジが更に広がる場合がある。また、検査するパワー条件を増やすときであっても、光学素子の追加などのハード的な変更は不要である。
（７）実施例６
　前述したいずれの実施例においても、検出器１０８と集光器１０９の組は１つに限らず、複数組でもよい。検出器１０８と集光器１０９を複数組設置する場合、発生した散乱光の空間分布を推定することが可能になる。例えば各検出器１０８の出力に対して個別にデータ処理（ステップ３０５）と欠陥検出（ステップ３０６）を実行し、複数の検査結果を出力（ステップ３０７）してもよい。欠陥形状、欠陥種によっては、散乱光の空間分布が異なるため、これらを比較することで欠陥種や欠陥形状を推定できる場合がある。更に散乱光の空間分布と、実施例１において説明した複数の偏光状態での検査結果、又は実施例４で説明した複数の照明方向での検査結果を組み合わせることにより、組み合わせなかった場合より多くの欠陥種を推定することができる。
　この場合、複数の検出器１０８の出力を統合し、統合後のデータに対してデータ処理（ステップ３０５）、欠陥検出（ステップ３０６)、検査結果出力（ステップ３０７）を実行してもよい。複数の検出器１０８の出力を統合することにより、検出器１０８の出力にランダムに生じるノイズを低減し、検出器１０８と集光器１０９が１組しか無い場合に比べてより高感度な検査を行うことができる。
　更に、検出器１０８と集光器１０９を複数組用いる場合、検出器１０８のダイナミックレンジを拡大できる場合がある。欠陥からの散乱光は空間分布をもつため、複数の検出器１０８の出力の全てが同時に飽和しないことが多い。複数の検出器１０８の出力の中の幾つかが飽和した場合、飽和した検出器１０８の出力を用いず、飽和していない検出器１０８の出力のみを採用することにより、散乱光量を正確に推定することができる。このとき、検出器１０８と集光器１０９を１組しか用いない場合に比べ、検出器１０８のダイナミックレンジを拡大することができ、より大きい欠陥までその大きさを推定できる。これに、実施例５で説明したパワーの切り替え機能を組み合わせることにより、更に推定できる欠陥の大きさを拡大することができる。ただし、検出器１０８と集光器１０９を１組しか用いない場合には、それらが複数組ある場合に比べて装置の構成部品数が減るため、より安価に装置を製作することができる。
１…光学式検査装置、
１００…試料、
１０１…ステージ、
１０２…ビーム形成部、
１０３…光源、
１０４…ドライバー、
１０５…ＰＣ、
１０６…Ａ／Ｄコンバータ、
１０７…増幅器、
１０８…検出器、
１０９…集光器、
１１０…電気光学素子、
１１１…ハーフミラー、
１１２…検出器、
２０１…対物レンズ、
２０２…ミラー、
６０１…ＧＵＩ画面、
６０２、６０３、６０４…入力欄、
１１０１…偏光ビームスプリッター、
１２０１…ダンパー。

Claims (14)

  1. 　試料の任意の領域に光を照射する照明光学部と、
    　前記照明光学部に指示を与える制御部と、
    　前記試料からの光を検出する少なくとも１つの検出部と
    　を備え、
    　前記照明光学部は、光を生成する光源部と、前記光源部で生成された光を入射する電気光学素子部とを含み、
    　前記電気光学素子部は、前記制御部からの指示に基づいて、前記光源部で生成された光を所望の偏光状態に調整し、前記試料に照射する
    　ことを特徴とする検査装置。
  2. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記電気光学素子部は、前記光源から入射した光の偏光状態を前記制御部から指示を受けた電圧に応じて調整する
    　ことを特徴とする検査装置。
  3. 　請求項２に記載の検査装置において、
    　前記電圧は、Ｐ偏光に対応する電圧と、Ｓ偏光に対応する電圧である
    　ことを特徴とする検査装置。
  4. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記電気光学素子部は、前記光源から入射した光の偏光状態を前記制御部から指示を受けたタイミングに応じて調整する
    　ことを特徴とする検査装置。
  5. 　請求項４に記載の検査装置において、
    　前記制御部は、前記光源部で生成された光の繰り返し周波数に基づき、前記タイミングを指示する
    　ことを特徴とする検査装置。
  6. 　請求項５に記載の検査装置において、
    　前記タイミングは、前記光源部からの光が前記電気光学素子部に入射されていないタイミングである
    　ことを特徴とする検査装置。
  7. 　請求項５に記載の検査装置において、
    　前記制御部は、前記光の繰り返し周波数に基づく前記タイミングで、前記光源から入射した光の偏光状態をＳ偏光状態又はＰ偏光状態に切替え、
    　前記Ｓ偏光状態により照射される領域と、当該領域の隣に位置する前記Ｐ偏光状態により照射される領域との間隔が、前記Ｓ偏光状態及び前記Ｐ偏光状態のうちの何れかにより照射される領域の走査方向の距離の半分以下である
    　ことを特徴とする検査装置。
  8. 　請求項４に記載の検査装置において、
    　前記制御部は、トラック毎に前記タイミングを指示する
    　ことを特徴とする検査装置。
  9. 　請求項８に記載の検査装置において、
    　前記試料を保持して回転及び並進が可能なステージの並進方向の送りピッチが、光が照射される領域の並進方向の大きさの半分以下である
    　ことを特徴とする検査装置。
  10. 　請求項６に記載の検査装置において、
    　前記タイミングは、前記制御部からの指示により前記電気光学素子部が電圧を切替える際の電圧が遷移している時間間隔と、前記繰り返し周波数のタイミングとが重ならないように設定される
    　ことを特徴とする検査装置。
  11. 　請求項４に記載の検査装置において、
    　前記制御部は、前記試料を保持して回転するステージの動作に基づき、前記タイミングを指示する
    　ことを特徴とする検査装置。
  12. 　請求項２に記載の検査装置において、
    　前記制御部又は前記照明光学部に対する指示入力として、前記電圧の値及び前記電圧を切替えるタイミングを入力可能な表示部を有する
    　ことを特徴とする検査装置。
  13. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記電気光学素子部は、
    　前記試料に照射する前記光を分岐する分岐部と、
    　分岐された前記光を互いに異なる入射角で前記試料に照射する分岐光照射部と
    　を備えることを特徴とする検査装置。
  14. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記電気光学素子部は、
    　前記試料に照射する前記光を分岐する分岐部と、
    　分岐された前記光のうち一つの光を前記試料に照射する分岐光照射部と
    　を備えることを特徴とする検査装置。
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