(57)【要約】【課題】暗視野検査方式における欠陥検出感度向上の阻害要因である散乱光強度の強いパターン像のサイドローブを低減して、微小な異物などの欠陥を高い検出感度で検出することを可能にする。【解決手段】試料の表面の欠陥を検出する欠陥検査方法において、試料表面の像を撮像するときに、対物レンズのフーリエ変換面において対物レンズで集光された光のうち試料に形成されたパターンからの回折光を空間フィルタで遮光することを、フーリエ変換面において試料に形成されたパターンからの回折光が強く分布する領域の回折光を遮光パターンで遮光し、この遮光パターンの両側を透過した回折光により結像レンズを介して形成される像の光強度を低減パターンで低減するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にパターンが形成された試料を載置して平面内で移動可能なステージ部と、
該ステージ部に載置された試料の表面に斜め方向から光を照射する照明光学系と、
該照明光学系により光が照射された前記試料から散乱した光による記試料表面の像を撮像する検出光学系と、
該検出光学系で撮像した得られた前記試料表面の像を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する画像処理部と、
前記ステージ部と前記照明光学系と前記検出光学系と前記画像処理部とを制御する制御部とを備えた欠陥検査装置であって、
前記検出光学系は、前記照明光学系により光が照射された前記試料から散乱した光を集光する対物レンズと、該対物レンズのフーリエ変換面において前記試料に形成されたパターンからの回折光を遮光する空間フィルタと、該空間フィルタを透過した光による前記試料表面の像を結像する結像レンズと、該結像レンズで結像された前記試料表面の像を撮像するイメージセンサとを有し、
前記空間フィルタは、前記フーリエ変換面において前記試料に形成されたパターンからの回折光が強く分布する領域の回折光を遮光する遮光パターンと、該遮光パターンの両側を透過した回折光により前記結像レンズを介して形成される像の光強度を低減する低減パターンとを有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記空間フィルタの低減パターンは、前記遮光パターンの両側において、光の透過率を段階的に変化させたパターンであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の欠陥検査装置であって、前記結像レンズを介して前記対物レンズのフーリエ変換面における前記試料から散乱した光の像を観察するフーリエ変換面観察カメラと、前記結像レンズと前記対物レンズとを介して前記試料表面の像を観察する試料表面観察カメラとを有する観察光学系と、該観察光学系で観察した前記フーリエ変換面の画像と前記試料表面の画像とを表示する表示部とを更に備え、該表示部に前記観察光学系で観察した前記フーリエ変換面の画像と前記試料表面の画像とを表示した状態で前記空間フィルタの低減パターンの段階的に変化する透過率を調整することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記空間フィルタの低減パターンは、前記遮光パターンの一方の側に形成された位相差膜であって、該位相差膜を透過した光の位相を、前記遮光パターンの他方の側の前記位相差膜が形成されていない側を透過した光の位相に対してπずらすことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
表面にパターンが形成された試料を載置して平面内で移動可能なステージ部と、
該ステージ部に載置された試料の表面に斜め方向から、前記試料の表面の前記光を照射する領域に形成されたパターンに応じて強度の分布パターン又は偏光の分布パターンを変化させた光を照射する照明光学系と、
該照明光学系により光が照射された前記試料から散乱した光による記試料表面の像を撮像する検出光学系と、
該検出光学系で撮像した得られた前記試料表面の像を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する画像処理部と、
前記結像レンズを介して前記対物レンズのフーリエ変換面における前記試料から散乱した光の像を観察するフーリエ変換面観察カメラと、前記結像レンズと前記対物レンズとを介して前記試料表面の像を観察する試料表面観察カメラとを有する観察光学系と、
該観察光学系で観察した前記フーリエ変換面の画像と前記試料表面の画像とを表示する表示部と
前記ステージ部と前記照明光学系と前記検出光学系と前記画像処理部とを制御する制御部とを備えた欠陥検査装置であって、
前記照明光学系で前記試料の表面に照射する領域光の強度の分布パターン又は偏光の分布パターンを、前記観察光学系で観察した前記フーリエ変換面の画像と前記試料表面の画像とが表示された画面上で調整することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
ステージに載置された表面にパターンが形成された試料の表面に斜め方向から光を照射し、
該光が照射された前記試料から散乱した光による記試料表面の像を撮像し、
該撮像した得られた前記試料表面の像を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記試料表面の像を撮像することを、前記光が照射された前記試料から散乱した光を対物レンズで集光し、前記対物レンズのフーリエ変換面において前記対物レンズで集光された光のうち前記試料に形成されたパターンからの回折光を空間フィルタで遮光し、該空間フィルタで遮光されずに透過した光による前記試料表面の像を結像レンズで結像し、該結像レンズで結像された前記試料表面の像をイメージセンサで撮像することにより行い、
前記パターンからの回折光を前記空間フィルタで遮光することを、前記空間フィルタに形成した遮光パターンと低減パターンとを用いて行い、前記フーリエ変換面において前記試料に形成されたパターンからの回折光が強く分布する領域の回折光を前記遮光パターンで遮光し、該遮光パターンの両側を透過した回折光により前記結像レンズを介して形成される像の光強度を前記低減パターンで低減することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項７】
請求項６記載の欠陥検査方法であって、前記空間フィルタの低減パターンにより、前記遮光パターンの両側において、光の透過率を段階的に変化させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項８】
請求項７記載の欠陥検査方法であって、前記結像レンズを介して前記対物レンズのフーリエ変換面における前記試料から散乱した光の像を撮像し、前記結像レンズと前記対物レンズとを介して前記試料表面の像を撮像し、前記撮像したフーリエ変換面の画像と前記試料表面の画像とを画面上に表示し、前記フーリエ変換面の画像と前記試料表面の画像とを画面上に表示した状態で前記空間フィルタの低減パターンの段階的に変化する透過率を調整することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】
請求項６記載の欠陥検査方法であって、前記空間フィルタの低減パターンは、前記遮光パターンの一方の側に形成された位相差膜であって、前記結像レンズを介して形成される像の光強度を前記低減パターンで低減することを、前記位相差膜を透過した光の位相を、前記遮光パターンの他方の側の前記位相差膜が形成されていない側を透過した光の位相に対してπずらすことにより行うことを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイ製造工程に代表される薄膜プロセスを経て試料上に形成された微細パターンの欠陥や異物などを光学的に検査する装置などに適用する欠陥検査方法及びそれを用いた装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体ウェハ検査装置として、特表２００８−５４３１１４号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この特許文献１に記載されている検査装置の構成は、暗視野検出光学系のフーリエ変換面に回折光を遮光する遮光物を配置して空間フィルタリングしている。この遮光物のエッジをノコギリ歯状にすることにより、エッジ部での遮光率を連続的に変化させる手段が特徴である。
【０００３】
また、特開２００９−２５７９０３号公報（特許文献２）には、暗視野検査方式の空間フィルタリング手段として、液晶フィルタを用いた手段が記載されている。液晶フィルタは光を遮光／透過を切換える画素が２次元状に配置されており、任意の画素で遮光／透過を制御できることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５４３１１４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体ウェハの製造工程では、正常な配線パターンの中から欠陥を抽出する必要がある。光学式検査装置において欠陥を高感度に検出するためには、欠陥像を顕在化した画像を検出し、欠陥判定画像処理をする必要がある。このためには、散乱光強度の強いパターン像からのサイドローブを抑制する必要がある。このサイドローブを低減するためにはサイドローブの発生源であるパターンの回折像を空間フィルタにて遮光することが考えられるが、回折像の裾まで遮光すると検出レンズの遮蔽率が狭くなり検出系の解像度が低下して検査感度が低下する問題がある。
【０００６】
検査対象となる半導体ウェハの例では、品種（メモリ製品、ロジック製品）や配線ノードの世代に応じて、多層構造の層数や層毎の配線材料及び、パターン幅や形状、さらにはパターンを形成する処理工程が異なる。このため、検出したい欠陥は多種多様である。欠陥の代表例は、同一層や異なる層（層間配線）のショートやオープンである。これらの欠陥を高感度に検出するためには、欠陥像を顕在化した画像を検出し、欠陥判定画像処理をする必要がある。暗視野検出方式の検査装置において、欠陥像のコントラストが高い画像を検出する手法として空間フィルタリング技術がある。
【０００７】
空間フィルタは、正常な周期パターンからの回折光をフーリエ面で遮光するものである。空間フィルタリングして検出した画像は、回折光を遮光した正常パターンの画像が消えるため、検査感度を阻害する正常パターンの明るさ変動が低減し、感度向上に有利となる。特許文献１に、空間フィルタの遮光帯に関する記述がある。帯状の遮光帯のエッジ部をノコギリ歯のようにギザギザ形状にすることにより、遮光するエッジ部における遮光率を連続的に変化させている。これにより、空間フィルタを透過した光による像のサイドローブを低減する内容が記載されている。
【０００８】
しかし、検査対象となるウェハ面内のパターンは多様な配線が形成されており、パターンによっては遮光するエッジ部の遮光率の傾斜や、遮光する帯の長さなどサイドローブを低減する適正寸法が変化する。特許文献１では、遮光帯を機械的な板で形成しているため、任意のこの適正寸法に遮光帯を設定するためには、それぞれの適正値に対応した遮光帯をおのおの準備し、設定する複雑な機構が必要となる。また、回折光に応じて、遮光率を2次元的に連続的に変化させることにより、2次元状にサイドローブを低減する効果が期待できるが、特許文献１では遮光帯を板で形成しているため、遮光率の2次元的変化に対応することが出来ないという課題がある。
【０００９】
また、特許文献２には液晶フィルタを用いて、2次元状に光を遮光/透過する手段が記載されている。これは、遮光/透過の２段階の切り替えであり、遮光する回折光のエッジ部で遮光率を段階的に変化させることについては記載されていない。このため、遮光部のエッジ部を透過した光による像にサイドローブが発生し、感度を阻害する要因となる。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、暗視野検査方式における欠陥検出感度向上の阻害要因である散乱光強度の強いパターン像のサイドローブを低減して、微小な異物などの欠陥を高い検出感度で検出することを可能にする欠陥検査方法及びそれを用いた装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、欠陥検査装置を、表面にパターンが形成された試料を載置して平面内で移動可能なステージ部と、このステージ部に載置された試料の表面に斜め方向から光を照射する照明光学系と、この照明光学系により光が照射された試料から散乱した光による試料表面の像を撮像する検出光学系と、この検出光学系で撮像した得られた試料表面の像を処理して試料の表面の欠陥を検出する画像処理部と、ステージ部と照明光学系と検出光学系と画像処理部とを制御する制御部とを備えて構成し、検出光学系は、照明光学系により光が照射された試料から散乱した光を集光する対物レンズと、この対物レンズのフーリエ変換面において試料に形成されたパターンからの回折光を遮光する空間フィルタと、この空間フィルタを透過した光による試料表面の像を結像する結像レンズと、この結像レンズで結像された試料表面の像を撮像するイメージセンサとを有し、空間フィルタは、フーリエ変換面において試料に形成されたパターンからの回折光が強く分布する領域の回折光を遮光する遮光パターンと、この遮光パターンの両側を透過した回折光により結像レンズを介して形成される像の光強度を低減する低減パターンとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、欠陥検査装置を、表面にパターンが形成された試料を載置して平面内で移動可能なステージ部と、このステージ部に載置された試料の表面に斜め方向から、試料の表面の光を照射する領域に形成されたパターンに応じて強度の分布パターン又は偏光の分布パターンを変化させた光を照射する照明光学系と、この照明光学系により光が照射された試料から散乱した光による試料表面の像を撮像する検出光学系と、この検出光学系で撮像した得られた試料表面の像を処理して試料の表面の欠陥を検出する画像処理部と、結像レンズを介して対物レンズのフーリエ変換面における試料から散乱した光の像を観察するフーリエ変換面観察カメラと、結像レンズと対物レンズとを介して試料表面の像を観察する試料表面観察カメラとを有する観察光学系と、この観察光学系で観察したフーリエ変換面の画像と試料表面の画像とを表示する表示部と、ステージ部と照明光学系と検出光学系と画像処理部とを制御する制御部とを備えて構成し、照明光学系で試料の表面に照射する領域光の強度の分布パターン又は偏光の分布パターンを、観察光学系で観察したフーリエ変換面の画像と試料表面の画像とが表示された画面上で調整することを特徴とする。
【００１３】
更に、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、ステージに載置された表面にパターンが形成された試料の表面に斜め方向から光を照射し、この光が照射された試料から散乱した光による料表面の像を撮像し、この撮像した得られた試料表面の像を処理して試料の表面の欠陥を検出する欠陥検査方法において、試料表面の像を撮像することを、光が照射された試料から散乱した光を対物レンズで集光し、対物レンズのフーリエ変換面において対物レンズで集光された光のうち試料に形成されたパターンからの回折光を空間フィルタで遮光し、この空間フィルタで遮光されずに透過した光による試料表面の像を結像レンズで結像し、この結像レンズで結像された試料表面の像をイメージセンサで撮像することにより行い、パターンからの回折光を空間フィルタで遮光することを、空間フィルタに形成した遮光パターンと低減パターンとを用いて行い、フーリエ変換面において試料に形成されたパターンからの回折光が強く分布する領域の回折光を遮光パターンで遮光し、この遮光パターンの両側を透過した回折光により結像レンズを介して形成される像の光強度を低減パターンで低減するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、暗視野検査方式における感度阻害要因である散乱光の強いパターン像のサイドローブを低減することが可能となり、欠陥検出感度（検査感度）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１に係る欠陥検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器の構成を示す断面図である。
【図３Ａ】実施例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器の平面図である。
【図３Ｂ】実施例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器によるサイドローブ抑制効果の概念を示すグラフである。
【図４】実施例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器の画素配置を示す空間光変調器の平面図である。
【図５】実施例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器のパラメータ設定ＧＵＩを表示した表示画面の正面図である。
【図６】実施例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器の遮光パターンの寸法を設定する手順を示すフロー図である。
【図７】実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器の平面図である。
【図８】実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の空間光変調器による回折光の位相差付加によるサイドローブ抑制の概念を説明するグラフと空間光変調器の側面図である。
【図９Ａ】実施例１の変形例２に係る欠陥検査装置の空間フィルタのデフォーカスによるサイドローブ抑制の概念を説明するための比較例で、空間フィルタがフーリエ変換面上に有るときの検出光学系の一部を示す側面図である。
【図９Ｂ】実施例１の変形例２に係る欠陥検査装置の空間フィルタのデフォーカスによるサイドローブ抑制の概念を説明するための検出光学系の一部を示す側面図である。
【図１０】実施例２に係る欠陥検査装置におけるウェハのパターンと照明光の強度分布又は偏光分布を示す図である。
【図１１】実施例２に係る欠陥検査装置における照明光学系の、実施例１の構成と異なる部分を示す照明光学系の一部と検出光学系のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、半導体ウェハやＴＦＴ基板等の薄膜プロセスを経て製造される基板の表面に付着した微小な異物を光学的に検査する方法及びその装置に関するものであって、光を照射した基板からの回折光の強度分布を調整して検出することにより、強い回折光を遮光した場合にその周辺から発生するサイドローブを低減し、欠陥検出感度を高くして微小な異物欠陥を検出できるようにしたものである。  
以下に、図を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
実施例１における半導体ウェハ欠陥検査装置１００の構成を図１に示す。  
半導体ウェハ欠陥検査装置１００は、照明光学系２０、ステージ部３０、検出光学系４０、画像処理部６０、システム制御部６５、機構制御部７０を備えている。
【００１８】
照明光学系２０は、照明光源１０、ビームエクスパンダ１２、アナモルフィックプリズム１４、平面ミラー１５、波長板ユニット１７、光学ユニット１８を備えている。
【００１９】
またステージ部３０は、試料である半導体ウェハ１を保持するチャック２、Ｚ方向に移動可能なＺステージ３、Ｚ軸周りに回転可能な回転ステージ５、Ｘ方向に移動可能なＸステージ７、Ｙ方向に移動可能なＹステージ８を備えている。
【００２０】
検出光学系４０は、半導体ウェハ１からの散乱光を集光する対物レンズ４１、集光された散乱光の偏光状態を調整する波長板ユニット４２、半導体ウェハ１の正状パターンからの回折光を遮光する空間光変調器４３、空間光変調器４３を透過した散乱光を結像させる結像レンズ４５、結像した散乱光の像を検出するイメージセンサ５０、結像レンズ４５とイメージセンサ５０との間で散乱光の光路に対して出し入れ可能なミラー４６、ミラー４６で反射された散乱光の光路上にあって散乱光の光路を２つに分岐するハーフミラー４７、ハーフミラー４７で分岐された一方の散乱光による対物レンズ４１の瞳面の像を観察する瞳観察カメラ４８、ハーフミラー４７で分岐された他方の散乱光による半導体ウェハ１の表面の像を観察するウェハ表面観察カメラ４９を備えている。
【００２１】
次に、各部の動作を説明する。  
検査対象となる半導体ウェハ１はチャック２に吸着され、このチャック２がＺステージ3、Ｚ軸周りに回転する回転ステージ5、Ｘステージ７、Ｙステージ８に搭載されている。Xステージ７とＹステージ８による平面内での運動により、ウェハ１を全面検査する。なお、YZθの3軸ステージを用いた螺旋状の走査手段によっても全面を検査することが可能である。検査用の照明光源１０としては、レーザがあり、連続発振やパルス発振の何れでもよい。レーザの候補としては、YAG高調波の波長532nm、355nm、266nm、213nmやガスレーザの248nm（KrF）、193nm（ArF）、157nm（F2）がある。
【００２２】
照明光源１０を発振したレーザ１１は、ビームエクスパンダ１２で所定のビーム径に設定され、アナモルフィックプリズム１４で特定の方向のみが拡大されて、光軸に垂直な断面の形状が楕円状の光束となる。ここで、特定の方向とはウェハ1上にて、集光される方向である。アナモルフィックプリズム１４で断面が楕円状に形成された光束は、平面ミラー１５で反射して、ウェハ１に対する偏光の状態を調整するために配置された回転可能な1/2波長板や1/4波長板で構成される波長板ユニット１７に入射する。この波長板ユニット１７にて、検査対象となるウェハ１を高感度に検査可能な偏光の状態に設定される。波長板ユニット１７を透過したレーザ１１は、ウェハ１上を線状に照明する光学ユニット２０に入射し、線状の集光ラインにてウェハ１上を照明する。ウェハ１上においては、X方向に長手、Y方向に細い線状照明光３５となる。
【００２３】
ウェハ１上の線状照明光３５が照射された領域で、ウェハ１に形成されたパターンや欠陥にて散乱した光を対物レンズ４１にて捕捉し、波長板ユニット４２にて散乱光の偏光の状態を調整する。この波長板ユニット４２は、少なくても1/4波長板が構成されており、1/2波長板と組合わせて用いることも可能である。これらの波長板ユニット４２を透過した光のうち正常パターンからの回折光が、対物レンズ４１のフーリエ変換面に配置された空間光変調器４３により遮光される。空間光変調器４３で遮光されずに透過した光は、結像レンズ４５にてイメージセンサ５０上にウェハ１の暗視野像を結像させる。
【００２４】
イメージセンサ５０としては、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)タイプ、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプやアバランシェ・フォトダイオード及び、MPPC (Multi−Pixel Photon Counter)原理のイメージセンサ等のうちの何れかを用いる。図１に示した構成では、Yステージを等速走査させながら１次元のイメージセンサ５０で連続的に画像を検出する。また、この１次元イメージセンサ５０としては、TDI（Time Delay Integration）センサや、デュアルラインセンサ等の複数ラインセンサであってもよい。これらのセンサを用いることにより、より高速に検査を行うことが可能になる。
【００２５】
イメージセンサ５０にて検出した像は画像処理部６０に入力され、Ａ/Ｄ変換されでデジタル画像が形成された後に、ダイ比較やセル比較などの画像処理により欠陥候補を判定し、この欠陥候補の情報をシステム制御部６５に送られる。このシステム制御部６５は、装置に動作を指示するユーザとのGUI（Graphical User Inter−face）を表示する表示画面を備えており、このユーザが検出した欠陥の情報であったり、過去の検査履歴や検査レシピの閲覧が可能となっている。ユーザが指示した命令に応じて、機構制御部７０を介して、各機構が動作する。制御される機構としては、照明光源１０のON/OFF、ビームエクスパンダ１２の拡大率、波長板ユニット１７の回転角、線状照明ユニット２０のフォーカシング、波長板ユニット４２の回転角、空間光変調器４３の各画素の遮光率制御および、Ｚステージ３、回転ステージ５、Ｘステージ７、Ｙステージ８の動作や画像処理部６０への画像取り込みタイミングの指示などがある。
【００２６】
図２に空間光変調器４３を空間フィルタリングデバイスとして用いた例を示す。図１の波長板ユニット４２にて偏光を制御された入射光１５０は、第１偏光板１５５にて透過軸に対応した直線偏光のみが透過する。この第１偏光板１５５を透過する光は、欠陥からの散乱光の偏光を透過し、正常パターンからの散乱光を遮光するように波長板ユニット４２にて偏光を制御する。空間光変調器４３はTFT(Thin Film Transistors)基板１６０にて、透明電極１８０の印加電圧を制御して２つの配向膜１６５、１７５の間に封入されている液晶１７０の配列を変更する。この液晶１７０の配列に応じて、第２偏光板１８５を透過する透過光１９０の透過率を制御可能とする。この空間光変調器４３は、２次元のアレイ状に画素が配列されており、１画素５０５ごとに光の透過率を制御可能である。この空間光変調器４３はレーザ１１の波長に対してダメージを受けない適合性が必要である。特に、DUV(Deep Ultraviolet)領域では、液晶１７０がダメージを受けないようにする必要があり、候補としてはフッ素置換基を持つシクロヘキサン誘導体混合物などがある。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂに空間光変調器４３による透過率制御の概念を示す。図３Ａには、対物レンズ４１のフーリエ変換面に配置した空間光変調器４３の平面図を示す。フーリエ変換面の開口４３１に空間光変調器４３の画素５０５が複数画素覆われている。1画素の形状は正方形や長方形のような四角形が一般的であり、短軸のサイズは50um〜300um程度である。ここでは、短軸方向の１次元に画素５０５が配列されている形態で説明するが、２次元状に画素を配列されている形態も考えられる。ウェハ１のパターンに応じて回折光４３２が検出された例を示しており、図３Ａの断面Ｘ−Ｘにおける回折光の強度波形を図３Ｂの（ａ）に示す。回折光は強度が強く検出されている領域である。
【００２８】
断面Ｘ−Ｘにおける空間光変調器４３の透過率特性を図３Ｂの（ｂ）に示す。回折光が強く分布する領域の透過率は低く設定（最低透過率又は遮光に設定）し、回折光の強度が低下するエッジ部の透過率は段階的に高くする。そして回折光が分布していない領域は透過率を最高に設定する。この透過特性に設定した空間光変調器４３を透過した光を図３Ｂの（ｃ）に示す。段階的に遮光した回折光のエッジ部では多少の回折光４３３が透過する。この透過した回折光４３３がガウス分布形状となるように、空間光変調器４３の画素の透過率を制御する必要がある。これにより、結像レンズ４５にて結像されるパターン像は、検査感度を阻害するサイドローブが抑制され、検査感度向上に有利な検査画像を得ることができる。ここで、サイドローブが低減される原理は、フーリエ変換面にて、空間光変調器４３にて透過した回折光の分布をガウス分布形状にすることにより、結像レンズ４５にて逆フーリエ変換してイメージセンサ５０上に結像される像もガウス分布形状になることによる。
【００２９】
空間光変調器４３を透過した光は、イメージセンサ５０上に画素５０５の周期性に起因した回折光も集光する。この画素５０５の回折光は検査ウェハ１に起因した光ではないため、感度阻害要因となる。このため、画素５０５の周期性による回折光をイメージセンサ５０上に到達しないようにすることが望ましい。この空間光変調器４３の画素の配列例を図４に示す。ウェハ１上の線状照明光３５が照射された領域の幅方向がイメージセンサ５０の領域が短い方向になるため、これと対応する画素５０５の並び方向（紙面左右）にずらして配置する。
【００３０】
暗視野検査装置にて空間光変調器４３を用いる場合、多様なパターンに対応して空間光変調器４３の各画素５０５を適切な透過率に設定する必要がある。この設定手法を検査装置のGUI(Graphical User Interface)の例として図５に示す。先ず、図１に示した半導体ウェハ検査装置１００において、ミラー４６を対物レンズ４１からイメージセンサ５０を結ぶ検出光学系４０の光軸上に挿入して、対物レンズ４１から結像レンズ４５を透過したウェハ１からの散乱光の光路を、瞳観察カメラ４８及びウェハ表面観察カメラ４９の方向に変換する。この状態で、GUI画面２００のウェハ像表示領域５１０にウェハ表面観察カメラ４９で取得した画像をリアルタイム表示した例を示す。線状照明光３５が照射された領域がメモリ部２０１と周辺回路部２０２をまたがるように照明されている。
【００３１】
断面Ｂ−Ｂ検出像表示領域５２０には、ウェハ像表示領域５１０に表示されたウェハ像の断面Ｂ−Ｂの検出像を表示する。この断面Ｂ−Ｂの検出像に示す通り、線状照明光３５が照射されている周辺回路部２０２は散乱光強度が高く、メモリ部２０１は比較的散乱光強度が低くて暗く検出される。散乱光強度が強い周辺回路部２０２の検出像２０５からサイドローブ２０７が発生し、メモリ部２０１にこのサイドローブ２０７が検出される。このときのフーリエ変換面（FT面）の画像を瞳観察カメラ４８で取得し、ＦＴ像表示領域５３０に表示する。このＦＴ像表示領域５３０に表示されたＦＴ面の画像より、空間光変調器４３にて透過率を低下させる幅Eと透過率を傾斜させる幅Fの暫定中心値とE，Fの可変範囲を設定領域５３１で設定する。この可変範囲のE，Fについて、空間光変調器４３の遮光位置５３２を画面上で指示して開口４３１の内側を左から右へ又は右から左へ移動させながら、断面Ｂ−Ｂ検出像表示領域５２０に表示された断面Ｂ−Ｂ検出像の領域CとDの明るさと遮光位置との関係を明るさモニタ表示領域５４０に表示してモニタする。これを自動的に実施する機能を設けることにより、例えば領域Cでは遮光位置がG1，G3のときにメモリ部の明るさを抑制可能なことが容易に検知できる。
【００３２】
また、領域Dの周辺回路部は、遮光位置がG1，G2のときに明るさを抑制できることが検知できる。この結果より、５３３a，５３３b，５３３cの回折光に対応する遮光位置G1，G2，G3にてメモリ部、周辺回路部の明るさを抑制し、検査感度を向上することが可能となる。しかし、検査ニーズとして、メモリ部の領域Cのみを高感度に検査したい場合がある。この場合は、メモリ領域Cの明るさ抑制に効かないG2を遮光すると、必要以上に開口４３１の面積に対する遮光部の面積が大きくなり、光学系の解像度を低下させることになる。このため、メモリ領域Cを重視した検査を行なう場合は、G1、G3のみ遮光することが望ましい。逆に、周辺回路部の領域Dを重視した検査を行なう場合は、G1，G2のみを遮光することにより、明るさの抑制と不要な解像度低下を両立することが可能となる。
【００３３】
上記に説明した空間光変調器４３の設定の手順を、図６を用いて説明する。  
先ず、ミラー４６を図示していない駆動手段を用いて検出光学系４０の光軸に挿入する（Ｓ６０１）。次に、ウェハ表面観察カメラ４９で光学系４０を介してウェハ１の表面の画像を観察し、ウェハ１の画像をＧＵＩ画面２００のウェハ像表示領域５１０に表示する（Ｓ６０２）。次に、Ｘステージ７又はＹステージ８を駆動しながらＧＵＩ画面２００のウェハ像表示領域５１０に表示されたウェハ１の画像上で重要な検査領域を指定する（Ｓ６０３）。次に、ウェハ像表示領域５１０で指定した重要な検査領域の画像上で光強度を検出するＢ−Ｂ断面を指定してＢ−Ｂ断面の光強度の分布を断面Ｂ−Ｂ検出像表示領域にグラフ表示する（Ｓ６０４）。また、ウェハ像表示領域５１０で指定した重要な検査領域のフーリエ変換面上の画像を瞳観察カメラ４８で撮像して、ＧＵＩ画面２００のＦＴ像表示領域５３０に表示する（Ｓ６０５）。
【００３４】
次に、断面Ｂ−Ｂ検出像表示領域に表示されたＢ−Ｂ断面の光強度の分布のグラフ上でメモリ部２０１に対応する領域Ｃと周辺回路部２０２に対応する領域Ｄとを指定する（Ｓ６０６）。次に、ＧＵＩ画面２００のＦＴ像表示領域５３０の設定領域５３１において、空間光変調器４３の遮光パターン５３２の寸法ＥとＦとを設定する（Ｓ６０７）。次に、空間光変調器４３を操作して寸法ＥとＦとを設定した遮光パターン５３２をフーリエ変換面上で移動（スキャン）させて、ＧＵＩ画面２００の明るさモニタ表示領域５４０にＳ６０６で指定した領域Ｃと領域Ｄの明るさの変化を表示する（Ｓ６０８）。
【００３５】
このモニタ表示領域５４０に表示された領域Ｃと領域Ｄの明るさの変化の情報から所望の回折像を遮光できたかをＧＵＩの画面上でチェックし（Ｓ６０９）、十分に遮光できていないと判断した場合にはＳ６０７に戻って、寸法ＥとＦとのを調整した設定値を変更してＳ６０８を再度実行する。一方、Ｓ６０９で所望の回折像を十分に遮光できたと判断した場合には、その時の遮光パターンの寸法ＥとＦとを決定する（Ｓ６０９）。次に、他に重要な検査領域が無いかをチェックし（Ｓ６１０）、他にある場合には（ＮＯ）Ｓ６０３に戻ってＳ６０９までの処理を実行する。一方、他に重要な検査領域が無い場合には（ＹＥＳ），ミラー４６を検出光学系４０の光軸の位置から後退させて空間光変調器４３の設定を終了する。
【００３６】
本実施例によれば、検査対象領域のパターン形状の特性に応じてサイドローブを低減することが可能になりノイズのレベルを低減できるので、より高い検出精度を確保することができる。
【００３７】
[変形例１]  
実施例１の変形例１として、図１に示した空間光変調器４３の別形態の空間フィルタリング手段７４３を図７に示す。フーリエ変換面に配置した空間フィルタリング手段７４３の開口７４８にウェハ１で発生した回折光７４７が伝搬しており、これを空間フィルタリング手段７４３に形成した遮光物７４６にて遮光する。この遮光物７４６は、実施例１で示した空間光変調器４３や、従来からあるエッジが直線状の遮光帯であってもよい。
【００３８】
本変形例においては、空間フィルタリング手段７４３に形成した遮光物７４６の一方のエッジに、空間フィルタリング手段７４３を通過する光に対して位相差を付加する膜である位相差膜７５２を配置する。位相差量は概ねπ/2〜3π/2であり、典型的にはπの位相差が適切である。また、位相差膜７５２により位相差を付加された光と空間フィルタリング手段７４３の位相差膜７５２以外の部分を通過した光の振幅は同等程度であることが望ましい。位相差膜７５２以外の部分を通過した回折光は、フーリエ変換面において位相が揃っているため、遮光物の両脇から抜けた回折光の一方に位相差膜７５２により位相差πを付加することにより、結像レンズ４５にて集光した光のうち、空間フィルタリング手段７４３の遮光物７４６の両側を透過した光は、干渉により弱め合う。このため、イメージセンサ５０の検出面に形成される像の明るさやサイドローブを低減できる。
【００３９】
図８に、本変形例における位相差も利用した空間フィルタリング手段７４３の断面形状と光強度との関係を示す。図８の(a)はフーリエ変換面における回折光強度分布と位相差膜が形成されていない遮光パターン７４６１が形成された空間フィルタリング手段７４３１との関係を示す図である。このような強度分布を持つ回折光を空間フィルタリング手段７４３１でフィルタリングすると、空間フィルタリング手段７４３１を透過した光は、図８の(b)のグラフに示すような光強度分布を持つことになり、サイドローブによる回折光８４９ａ，８４９ｂが発生する。
【００４０】
これに対して、本変形例では、位相差膜７５２を有する遮光パターン７４６が形成された空間フィルタリング手段７４３を用いて回折光８４９ｂに対して回折光８４９ａに位相差πを付加する。これにより、図１に示した結像レンズ４５でイメージセンサ５０の検出面に形成される像において、回折光８４９ａの成分と回折光８４９ｂの成分とは互いに打ち消しあうことになり、イメージセンサ５０で検出されなくなる。この空間フィルタリング手段７４３を、図示していないフーリエ変換面内で移動可能な機構に取り付けることにより、遮光位置に応じて位置を調整することができる。
【００４１】
本変形例によれば、遮光物の両脇から抜けた回折光によるサイドローブを打ち消して、より感度の高い欠陥検出を行うことができる。
【００４２】
[変形例２]  
実施例１の変形例２として、空間フィルタをフーリエ変換面からデフォーカスした位置に配置することにより、パターン像のサイドローブを低減する手法を図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。
【００４３】
図９Ａは、変形例２の比較例であり、図１に示した空間光変調器４３を概ね対物レンズ４１のフーリエ変換面５３に配置した例である。この比較例では。ウェハ１のパターン９で回折した光を対物レンズ４１のフーリエ変換面５３に配置した空間光変調器４３で回折光５１を遮光する。このとき、フーリエ変換面５３の回折像のエッジ部を透過する光がガウス分布状になるように制御することにより、像面に形成されるパターン像のサイドローブを低減する。しかし、フーリエ変換面５３の回折像のエッジ部を透過する光が常にガウス分布状になるように制御することは難しい。
【００４４】
これに対し、本変形例２においては、図９Ｂに示すように、空間光変調器４３をフーリエ変換面５３からデフォーカスさせた位置に配置する構成とした。これにより、光軸５４に平行な回折光５１は遮光されるが、光軸５４に対して大きく傾いた光は空間光変調器４２を透過する。この透過した光をフーリエ変換面に逆追跡すると、回折像はガウス分布状になる。これにより、像面におけるパターン像のサイドローブを低減することが期待できる。なお、このデフォーカスを利用する場合、空間フィルタとしては、図１に示した空間光変調器４３のように回折光のエッジ部の透過率を段階的に変調したものでなく、エッジ部が直線状の金属の板などによる遮光帯でも効果がある。
【００４５】
本変形例によれば、空間フィルタを比較的簡単な構成で形成してもサイドローブを低減することができ、より感度の高い欠陥検出を行うことができる。
【実施例２】
【００４６】
本発明による第２の実施例を、図１０及び図１１を用いて説明する。  
図１０の(a)にウェハ１のパターンの像を示す。本実施例は、ウェハ１のパターン形状に応じた照明制御を行うことによりパターン像のサイドローブを抑制する手法に関するものである。ウェハ１上には、同じパターンが形成されているダイがX，Y方向に規則正しく形成されている。さらに、ダイ内のメモリ部２０１や周辺回路部２０２もX，Y方向に規則正しくパターンが形成されている。画像を検出するウェハ１の走査方向がY方向であった場合、検査のためにウェハ１の端から他方の端までＹ方向に直線走査する間、例えば周辺回路部２０２は、線状照明光１０３５による照射領域が隣接するダイ間で周辺回路部２０２の同じ位置が走査されることになる。
【００４７】
これを利用して本実施例では、パターンが形成されている領域ごとに照明光の強度を変えてウェハを照明するようにした。すなわち、図１０の(b)に示すとおり、散乱光強度が強くてサイドローブが大きくなる周辺回路部２０２については、照明光強度を低くすることにより検出像のサイドローブを低減するようにした。これに対して、微細な繰り返しパターンが形成されているメモリ部２０１については、照明光強度を周辺回路部２０２よりも高く設定することにより、微小欠陥からの散乱光の光量を確保することを可能にした。このように、本実施例においては、線状照明光１０３５による照明領域の長手方向において、照明強度を制御するようにした。
【００４８】
また、図１０の(c)に周辺回路部２０２からの散乱光を抑制する手法として、線状照明光１０３５の偏光を利用した例を示す。周辺回路部２０２を照明する光の偏光は、周辺回路部２０２の散乱光効率が低くなる照明の偏光に設定する。図１０の(ｃ)の例では、S偏光である。これに対して、メモリ部２０１の欠陥からの散乱光を多く検出し、検査感度が有利な偏光がP偏光であった場合は、このメモリ部２０１が通過する照明光の偏光をP偏光に設定する。このように、線状照明光１０３５の長手方向の偏光を制御することにより、検出像のサイドローブを低減することが可能である。
【００４９】
本実施例における、図１０の(b)及び(c)に示した線状照明光１０３５の照明長手方向の強度制御及び偏光制御を行なう手段を図１１に示す。本実施例においては、実施例１の照明光学系２０の一部を図１１に示したような構成に置き換えたもので、それ以外の部分については実施例１で説明したものと同じであるので、説明を省略する。
【００５０】
図１１に示した構成は、実施例１で図１を用いて説明した構成に対して、波長板ユニット１７と光学ユニット２０との間に、空間光変調器４２ａを設けたものである。光強度分布６２は、照明光源１０から発信されたレーザ１１が空間光変調器４２ａに入射する前の光強度分布を示す。また、光強度分布６３は、空間光変調器４２ａを透過したレーザ１１の光強度分布を示す。光変調器４２ａは、ウェハ１に照射する線状照明光１０３５に図１０の（ｂ）に示したような光量分布特性を持たせる。すなわち、空間光変調器４２ａにおいて、ウェハ１に形成された各ダイの周辺回路部２０２に照射される照明光の透過率が低減され、メモリ部２０１に照射される照明光の透過率は最大透過率となるように設定する。これにより、照明光の強度分布の制御が可能である。ここで、空間光変調器４２ａの構成は、実施例１において図２を用いて説明した構成と同じ構成のものを用いる。
【００５１】
本実施例における空間光変調器４２ａの調整は、実施例１で図５を用いて説明したのと同様に、瞳観察カメラ４８で観察したフーリエ変換面の像及びウェハ表面観察カメラ４９で観察したウェハ表面の像が表示されたＧＵＩの画面上で行う。
【００５２】
また、図１０の(c)に示したような偏光制御を行う場合は、図１１の空間光変調器４２ａの射出側（ウェハ１の側）の偏光板（実施例１で説明した図２の空間光変調器４２の第２偏光板１８５に相当）を外して、透明電極間(図２の空間光変調器４２のＴＦＴ基板１６０と透明電極１８０の間)の電位差を制御することにより、液晶１７０を画素単位での偏光制御が可能となる。
【００５３】
以上の実施例で示した構成や機能については、様々な組合せが考えられる。これらの組合せについても本発明の範囲内であることは明らかである。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・ウェハ    ２・・・チャック    ３・・・Zステージ    ５・・・θステージ    ７・・・Ｘステージ    ８・・・Yステージ    ９・・・配線パターン    １０・・・レーザ    １２・・・ビームエクスパンダ    １４・・・アナモルフィックプリズム    １５・・・平面ミラー    １７・・・波長板ユニット    ２９・・・線状照明ユニット    ３５・・・線状照明光    ４０・・・対物レンズ    ４１・・・波長板ユニット    ４２・・・空間光変調器    ４５・・・結像レンズ    ４８・・・開口    ５０・・・イメージセンサ    ５１・・・ガラス基板    ５２・・・位相差膜    ５３・・・フーリエ変換面    ６０・・・画像処理部    ６５・・・システム制御部    ７０・・・機構系制御    １５５・・・第１偏光板    １６０・・・TFT基板    １６５・・・配向膜    １７５・・・配向膜    １７０・・・液晶    １８０・・・透明電極    １８５・・・第２偏光板    ２０１・・・メモリ部    ２０２・・・周辺回路部    ５０５・・・空間光変調器の１画素。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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