(57)【要約】【課題】最上層のパターンのみの欠陥検出ができる表面検査装置を提供する。【解決手段】ワーク２０を偏光照明するための光源１０および偏光子２と、照明部による偏光が照射されたワーク２０からの反射光として回折光または正反射光を受光し、偏光照明と略直交する偏光成分を通過させる検光子３と、ワーク２０に所望のパターンを形成する前の像の信号強度分布とパターンを形成した後の像の信号強度分布を検光子３を通して検出する２次元撮像素子７と、パターンを形成する前後の信号強度分布の演算を行う演算処理部と、ワーク２０に形成されてパターンが正常状態の場合の像の強度分布を記憶する記憶部と、演算処理部による演算結果と記憶部に記憶されている信号強度分布と比較することにより、パターンの欠陥を検出する検査部とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2010078565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査基板を偏光照明するための照明部と、
前記照明部による偏光が照射された前記被検査基板からの反射光として回折光または正反射光を受光し、前記偏光照明と略直交する偏光成分を通過させる検光子と、
前記被検査基板に所望のパターンを形成する前の像の信号強度分布を第１信号強度分布、前記パターンを形成した後の像の信号強度分布を第２信号強度分布として、前記検光子を通して像の信号強度分布を検出する検出部と、
前記第１信号強度分布と前記第２信号強度分布とを演算する演算処理部と、
前記被検査基板に形成されてパターンが正常状態の場合の信号強度分布が予め記憶されている記憶部と、
前記演算処理部により演算された演算結果を、前記記憶部に記憶されている前記信号強度分布と比較することにより、パターンの欠陥を検出する検査部とを備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記第１信号強度分布が、前記被検査基板にレジストが塗布された後であって、所望のパターンを形成する前の像の信号強度分布であり、
前記第２信号強度分布が、前記レジストが塗布され、露光、現像して前記所望のパターンを形成した後の像の信号強度分布であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記偏光照明が、直線偏光照明であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記演算処理部が、次式
（第２信号強度分布）−（α×第１信号強度分布）
を用いて前記演算することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面検査装置。
但し、αは実数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面検査装置としては被検査基板からの回折光を受光するための被検査基板と、照明または受光光学系の光軸のなす角が可変であるように構成された装置（例えば、特許文献１を参照）、また、被検査基板を傾動させて回折光を受光しパターンの欠陥を検出する装置（例えば、特許文献２を参照）が周知となっている。また、表面検査方法としては、複数のパターンが積層している場合に最上層のパターンを検出する方法（例えば、特許文献３を参照）、また、パターンによる構造性複屈折による偏光状態の変化をクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいて欠陥を検出する方法が知られている（例えば、特許文献４を参照）。
【特許文献１】特開平１０−２３２１２２号公報
【特許文献２】特開平１１−００６８０３号公報
【特許文献３】特開２００２−１６２３６７号公報
【特許文献４】特開２００６−３４３１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記に挙げた表面検査装置及び方法においては、被検査基板が複数のパターンが積層されて構成されている場合に、最上層のパターンにおける欠陥のみを検出したい場合でも下層のパターンからの影響を受けるため、最上層のパターンの欠陥だけを検出することが困難になるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、最上層のパターンのみの欠陥検出ができる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る表面検査装置は、被検査基板を偏光照明するための照明部と、照明部による偏光が照射された被検査基板からの反射光として回折光または正反射光を受光し、偏光照明と略直交する偏光成分を通過させる検光子と、被検査基板に所望のパターンを形成する前の像の信号強度分布を第１信号強度分布、パターンを形成した後の像の信号強度分布を第２信号強度分布として、検光子を通して像の信号強度分布を検出する検出部と、第１信号強度分布と第２信号強度分布とを演算する演算処理部と、
被検査基板に形成されてパターンが正常状態の場合の信号強度分布が予め記憶されている記憶部と、演算処理部により演算された演算結果を、記憶部に記憶されている信号強度分布と比較することにより、パターンの欠陥を検出する検査部とを備えて構成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る表面検査装置によれば、被検査基板にパターンを形成する前後で測定を行い、パターンを形成する前後の像強度分布を演算比較することにより、最上層のパターンのみの欠陥検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置１の概略構成を図１に示す。表面検査装置１は、半導体ウェハや液晶基板等の表面の異常（欠陥）の有無を自動的に検査する装置である。表面検査装置１は、偏光子２と、検光子３と、第１ミラー４と、第２ミラー５と、レンズ６と、２次元撮像素子７と、検出された画像信号等の信号処理を行う信号処理ユニット８と、信号処理ユニット８による処理結果を表示するモニター９と、光源１０等で構成される。偏光子２は、図示省略する偏光板で構成され、光源１０から発せられた発散光束は、偏光子２により直線偏光となり、偏光子２を通過した偏光光束は第１ミラー４で反射され、略平行な光束となり半導体ウェハ２０（以下、ウェハ２０と称する）を照明するようになっている。
【０００８】
また、光源１０は、図２に示すように、光を発生させる水銀ランプ１１と、楕円鏡１２と、コリメータレンズ１３と、波長選択フィルタ１４と、光の透過率が変更可能な減光フィルタ１５と、集光レンズ１６と、ランダムファイバー１７等で構成される。水銀ランプ１１は２４８ｎｍ付近の波長の光を発することのできるＤＥＥＰ―ＵＶランプであり、水銀だけでなくキセノンが混合されているタイプのものである。この水銀ランプ１１から発せられた光は楕円鏡１２で集光された後、コリメータレンズ１３でコリメートされ、波長選択フィルタ１４、減光フィルタ１５を通過し、集光レンズ１６で集光された後、ランダムファイバー１７に入射するようになっている。ランダムファイバー１７に入射した光はランダムファイバー１７の射出端１７ａより発散され、この発散光が射出されるようになっている。このランダムファイバー１７の射出端１７ａが図１における光源１０の射出端に相当する。
【０００９】
波長選択フィルタ１４は、水銀ランプ１１の輝線を選択できる切り替え式になっており、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、波長λ＝３１３ｎｍおよび、波長λ＝２４８ｎｍのフィルタを選択できるようになっている。この波長選択フィルタ１４により上述した波長λの光のみが選択的に透過するようになっている。構造性複屈折は波長が短いほど偏光状態の変化が大きいことから、なるべく波長が短い光を使用することが望ましいが、波長が短い場合、ランプのスペクトル分布や光学素子の透過率等の影響により光量が低下される等好ましくない要素もあることから、パターンの状況等により各種波長を使い分けることが可能な状態になっている。また減光フィルタ１５も状況に応じて各種透過率を切り替えられるようになっている。
【００１０】
第１ミラー４は、前側焦点が光源１０の射出端（ランダムファイバーの射出端１７ａ）と略一致するとともに、後側焦点がウェハ２０の表面に略一致するように配設され、偏光子２からの光を反射させ平行光束にしてウェハ２０の表面に導く。すなわち、光源１０からの光は、偏光子２および第１ミラー４を介し直線偏光となって、ウェハ２０の表面全体に入射する。なお、ウェハ２０の各点における直線偏光の入射角度は、平行光束のため同じである。また、ウェハ２０は、図示省略する傾動機構により、回転軸Ｒｗを中心に傾動可能に構成されている。
【００１１】
ウェハ２０から反射した正反射光は、第２ミラー５により収束光となり、偏光板からなる検光子３を通過するが、検光子３は、偏光子２による偏光成分とは直交した偏光成分、つまりポアンカレ球上で互いに対蹠点に位置する成分の偏光のみを通過させるようになっている。検光子３を透過した光はレンズ６によりほぼ平行な光束となり、２次元撮像素子７上にウェハ２０の像を形成する。このとき、第２ミラー５とレンズ６が協働してウェハ２０と２次元撮像素子７は共役に結ばれた状態になっている。
【００１２】
検光子３は、図示省略する回転駆動装置を用いて受光系の光軸を中心に透過軸の方位を回転可能に構成されており、検光子３の透過軸の方位は、上述した偏光子２の透過軸に対してほぼ９０度の傾斜角度で傾くように設定される（クロスニコル状態となる）。従って、第２ミラー５で反射した光が検光子３を透過すると、ウェハ２０表面からの正反射光のうち、照明光である直線偏光の偏光方向に対し略直交する偏光成分の光がレンズ６を透過して２次元撮像素子７の撮像面に結像される。その結果２次元撮像素子７の撮像面には、上述の偏光成分によるウェハ２０の像が形成される。
【００１３】
２次元撮像素子７は、不図示のＣＣＤ撮像素子を有するＣＣＤカメラであり、撮像面に形成されたウェハ２０の像を光電変換して、画像信号を信号処理ユニット８に出力する。信号処理ユニット８は、２次元撮像素子７から入力されたウェハ２０の画像信号に基づいて、ウェハ２０の画像を所定のビットのデジタル画像に変換する。そして信号処理ユニット８により生成されたウェハ２０の画像（デジタル画像）がモニター９で出力表示される。このようにして、モニター９を介してウェハ２０の表面を観察することが可能になるが、ウェハ２０上に存在するラインアンドスペース等のパターンは２次元撮像素子７の画素よりも微細となっているため、このパターンの形状まで表示することはできず、画像の明暗のみ表示できるようになっている。
【００１４】
以上のように構成される表面検査装置１において、ウェハ２０の表面を検査する検査方法について、以下で説明する。まず、ウェハ２０は最上層へのレジスト膜への露光、現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、図示省略するウェハホルダに吸着保持される。検査対象となるウェハ２０の表面は、図３に示すように、複数の露光ショット２２が形成されており、各露光ショット２２にはレジストを塗布、露光、現像し、図４に示すように、の中に所定の繰り返しパターン（ライン・アンド・スペースパターン）２３が形成されている。繰り返しパターン２３は、複数のライン部２３ａが所定の方向に沿って一定のピッチで配列されたレジストパターンである。隣り合うライン部２３ａ同士の間はスペース部２３ｂであり、このライン部２３ａとスペース部２３ｂによりライン・アンド・スペースパターンが構成されている。このようなパターンとなっている露光ショット２２に対して、図５または図６に示すように、直接偏光３１を照射すると、パターンが有する構造性複屈折の効果により反射光は楕円偏光３２に変化する。
【００１５】
また、このときのパターンにおけるラインとスペースの比、テーパー度、エッジラフネス等の周期構造の形状に異常または欠陥が生じている場合は、構造性複屈折に変化が生じるため、ゼロ次光（正反射光）の偏光状態が変化する。偏光状態が変化すると検光子３が透過する光量が変化するので、ウェハ２０上のパターンの中に正常なパターンと異常なパターンの両方が存在する場合には、モニター９上で明るさが異なったように見えることになる。
【００１６】
上述したような正常なパターンと異常なパターンの両方が存在する状態について、この状態を予めＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等により測定し正常であることが確認されているパターンの明るさを記憶しておけば、明るさが異なるパターンが存在していた場合にどちらが正常なパターンであるかに関する識別が可能となり、パターンの異常を検出することができる。
【００１７】
ただし、ウェハ２０上のパターンが複数層形成されている場合には、下層の寸法ムラ（幅や厚み等、但し、下層のパターンは正常と判断されたもので正常の範囲内のムラ）を捉えることがある。例えば、図７に示すように、ウェハ２０の表面に、エッチングされたＳｉ層４４と、Ｓｉ層４４の上に形成されたＳｉＯ２膜４３と、ＳｉＯ２膜４３の上に形成された被加工膜４２と、被加工膜４２の上にレジストを塗布、露光、現像をしてレジストパターン４１が形成されている場合には、最上層のレジストパターン４１の異常の有無を確認し、所定量以上の異常を検出した場合には、レジストを剥離して再度レジストを塗布、露光、現像を行うことが考えられる。ただし、この場合、下層部のＳｉＯ２膜４３、Ｓｉ層４４の部分にも構造性複屈折が生じるため、これらの下層部から反射されたゼロ次光（正反射光）の偏光状態が変化し、最上層のレジストパターン４１による偏光状態の変化のみを検出することができない。その結果、レジストパターン４１の異常または欠陥が許容範囲であるにもかかわらず、下層の寸法ムラ（幅や厚み等）に起因する偏光状態の変化も検出してしまうため、誤判定を起こす可能性がある。
【００１８】
上述した問題を解決するため、本発明に係る表面検査装置１においては、下層からの偏光変化の影響を排除するため、以下に示す方法で表面検査を行う。まず、図８に示すように、レジスト４５を最上層に塗布し、その直後にウェハ２０の画像を撮像する。なお、ここで撮像した画像を画像Ａとする。その後、図７に示すように、露光、現像によりレジストパターン４１を形成し、レジストパターン４１形成後のウェハ２０の画像を撮像する。ここで撮像した画像を画像Ｂとする。画像Ｂを撮像した後、後述する画像Ａと画像Ｂを比較する演算処理を行うことで、下層の寸法ムラ（幅や厚み等）による影響を排除することが可能になり、最上層のレジストパターン４１の異常（欠陥）のみを検出することができるとともに、欠陥でないものを欠陥と判定する誤検出、または欠陥を検出できないような事態を防止することができる。
【００１９】
上述した画像Ａと画像Ｂを比較する演算処理について、例えば以下の式（１）を用いて演算を行い、最上層のレジストパターン４１の異常（欠陥）のみを検出することができる。式（１）では、画像Ａと画像Ｂの輝度差分を求めている。式（１）のαは補正係数であり、実数である。
画像Ｂ−α×画像Ａ      （１）
【００２０】
上記で画像Ａと画像Ｂを比較する演算処理の一例として式（１）について説明したが、下層とレジストパターン４１の形状によっては、式（１）より複雑な式を用いた方が適切な場合もある。したがって、画像Ａと画像Ｂを比較する演算式については、パターンに応じて実験的に決めることが望ましい。
【００２１】
以上、上述の実施形態においては、最上層がレジストパターンである場合について説明したが、レジストパターンに限られることなく、例えば、エッチングパターンであっても本発明を適用することができる。
【００２２】
また、上述の実施形態においては、最上層の異常（欠陥）を選択的に検出する例について示したが、これに限られることなく、例えば最上層の画像を画像Ｃ、その下層の画像を画像Ｂとしたとき、例えば画像Ｂ―α×画像Ｃ（αは上述したαと同じ補正係数）のような式を用いて演算することにより、下層や中間層の異常（欠陥）を選択的に検出することができる。
【００２３】
さらに、上述の実施形態においては、多層構造のパターンに本発明を適用した例について説明したが、これに限られることなく、単層構造のパターンにおいても例えばレジストの塗布ムラ等の影響により像強度分布が変化するため、本発明を適用することができる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、多層構造においても単層構造においても最上層に形成したパターンがレジストパターンであれば、許容できない欠陥を検出したときにはレジストを除去し、再度レジストを塗布してパターンを再形成することができる。
【００２５】
そして、上述した実施形態においては、ウェハに照射する偏光を直線偏光に限定して説明したが、これに限られることなく、円偏光、または楕円偏光を照射しそれと直交する偏光を受光して撮像しても同様の効果を得ることができる。円偏光又は楕円偏光による照射を行う場合は、偏光子２の後側に波長板を挿入する必要がある。
【００２６】
上述の実施形態においては、ウェハからのゼロ次光（正反射光）を受光する例について説明したがこれに限られることなく、円偏光又は楕円偏光による照明の場合はウェハを不図示の傾動機構により回転軸Ｒｗを中心に傾動させることにより特定次数の回折光を受光するようにしてもよい。下層のパターンの周期構造と最上層のパターンの周期構造が異なる場合には下層からのゼロ次以外の回折光と、最上層からのゼロ次以外の回折光が異なる角度で射出するため、回折光を用いることにより下層と最上層の分離をより容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図２】光源の概略構成図である。
【図３】複数の露光ショットをウェハ上方向から見た拡大図である。
【図４】ウェハ上に並ぶラインアンドスペースを示した図である。
【図５】パターンに直線偏光が入射する様子を示した図である。
【図６】パターンから楕円偏光が射出する様子を示した図である。
【図７】下層を有する構造上のレジストパターンが形成されている図である。
【図８】下層を有する構造上にレジストが塗布されていることを示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    表面検査装置                  ２    偏光子
３    検光子                        ７    ２次元撮像素子
８    信号処理ユニット              ９    モニター
１０  光源                          ２０  ウェハ
２２  露光ショット                  ２３  繰り返しパターン
４１  レジストパターン              ４５  レジスト
５０  ウェハ
【図１】
2010078565.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010078565.tif 000005
【図４】
2010078565.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010078565.tif 000008
【図７】
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【図８】
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