(57)【要約】【課題】照明の光源にレーザを用いることによって発生する時間的・空間的コヒーレンスの問題、を解決して、光量の大きいレーザを用いて高速に高感度でパターンの欠陥を検査することを可能にする。【解決手段】  上記した課題を解決するために、ＤＵＶからＶＵＶ領域の複数の波長のレーザ光を照明する構成とした。これにより、レーザ光の時間的・空間的コヒーレンスも低減させた。また、ＶＵＶ光とＤＵＶ光とを照明した場合に発生する、色収差を補正するために、それぞれの波長の光を同軸照明とし、補正しきれない色収差は、検出光路を波長に対応した２系統に分岐し、それぞれの波長の像面にイメージセンサを配置して検出するようにした。これにより、解像度が高く、欠陥検査上のノイズも低減した画像を検出することを可能にした。【選択図】  図１
2006250944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された試料に偏光光を照射し、該照射による前記試料からの反射光のうち正反射光の光量を低減した光学像を形成し、該形成した光学像を検出し、該検出して得た信号を用いて前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記試料に波長の異なる複数の偏光光を照射することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記試料に照射する偏光光が、光路長の異なる複数の光路を経由した偏光光を合成したものであることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
パターンが形成された試料にレーザ光を照射し、該照射された試料表面の光学像を検出して画像信号を得、前記試料に照射するレーザの光量を検出し、該レーザの光量を検出して得た信号を用いて前記画像信号を補正し、該補正した画像信号を用いて前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
前記レーザ光が、パルス発振レーザ光であることを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記試料は一軸方向に連続的に移動するテーブル上に載置されており、前記パルス発振レーザ光の発振のタイミングと、前記光学像を検出して画像信号を得るタイミングと、前記画像信号を補正するタイミングとが、前記テーブルの移動と同期していることを特徴とする請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記試料に異なる複数の波長のレーザ光を照射し、該異なる波長のレーザ光ごとの光学像を別々に検出することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
試料に形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、前記試料に波長の異なる複数のレーザ光を対物レンズを介して照射し、該照射による前記試料からの反射光を該照射した複数の波長のレーザ光ごとに分離して該複数の波長ごとの光学像を形成し、該形成した複数の波長ごとの光学像を検出し、該検出した複数の波長ごとの光学像の検出信号を合成し、該合成した信号を用いて前記パターンの欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】
前記複数のレーザ光を偏光分離し、該分離した偏光光を前記試料に照射することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記複数のレーザ光がそれぞれパルスレーザ光であり、該パルスレーザの発振と前記光学像の検出とが同期していることを特徴とする請求項８記載の欠陥検査方法。
【請求項１１】
試料に形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、前記試料に波長が３００ｎｍよりも短いパルス発振レーザ光から偏光分離した偏光光を照射し、該照射による前記試料からの反射光のうち正反射光の光量を制御して光学像を形成し、該形成した光学像を光電変換素子で検出し、該検出した光学像の検出信号を処理することにより前記パターンの２００〜２０ｎｍの大きさの欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１２】
前記パルス発振レーザ光の波長が１５７ｎｍであることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査方法。
【請求項１３】
前記パルス発振レーザ光が、真空紫外レーザ光源から発射されたレーザ光であることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査方法。
【請求項１４】
試料に形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、前記試料に光路長長の異なる楕円偏光のレーザ光を対物レンズを介して照射し、該照射による前記試料からの反射光の０次光と高次回折光との振幅を調整し、該０次光と高次回折光との振幅を調整した反射光の光学像を検出し、該検出した光学像の検出信号を処理して前記パターンの欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１５】
前記反射光の０次光と高次回折光との振幅を調整することを、反射光の光路中に設置した１／２波長板と１／４波長板とを用いて行うことを特徴とする請求項１４記載の欠陥検査方法。
【請求項１６】
平面内で移動可能なテーブル手段と、波長の異なる２つのレーザ光を発射するレーザ光源手段と、該テーブル手段に載置したパターンが形成された試料に前記レーザ光源手段から発射された波長の異なる２つのレーザ光を照射する照明光学系手段と、該照明光学系手段の照射による前記試料からの反射光のうち正反射光の光量を低減した光学像を前記２つのレーザ光に対応させて形成する結像光学系手段と、該結像光学系手段で形成した前記２つのレーザ光に対応したそれぞれの光学象を検出する光電検出器を備えた検出手段と、該検出手段で前記２つのレーザ光に対応したそれぞれの光学象を検出して得た画像信号を合成する画像信号合成手段と、該画像信号合成手段で合成して得た合成画像信号を用いて前記試料に形成したパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１７】
前記照明光学系手段は、前記波長の異なる２つのレーザ光のそれぞれのコヒーレンスを低減するコヒーレンス低減部を有することを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査装置。
【請求項１８】
前記照明光学系手段は、前記波長の異なる２つのレーザ光のそれぞれのＰ偏光光成分とＳ偏光光成分とを異なる光路を経由させることを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査装置。
【請求項１９】
前記照明光学系手段は、前記波長の異なる２つのレーザ光の振動方向を調節するポラライザを更に有することを特徴とする請求項１６記載の欠陥検査装置。
【請求項２０】
平面内で移動可能なテーブル手段と、パルス発振レーザ光を発射するレーザ光源手段と、該テーブル手段に載置したパターンが形成された試料に前記レーザ光源手段から発射されたパルス発振レーザ光を照射する照明光学系手段と、前記試料に照射するパルス発振レーザ光の光量を検出する照度検出手段と、前記照明光学系手段の照射による前記試料からの反射光のうち正反射光の光量を低減した光学像を形成する結像光学系手段と、該結像光学系手段で形成した光学象を検出する光電検出器を備えた検出手段と、該検出手段で前記光学象を検出して得た画像信号を前記光量検出手段で検出した前記試料に照射するパルス発振レーザ光の光量の情報を用いて補正する照度変動補正手段と、該照度変動補正手段で補正した画像信号を用いて前記試料に形成したパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２１】
前記照明光学系手段は、前記レーザ光のコヒーレンスを低減するコヒーレンス低減部を有することを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２２】
前記照明光学系手段は、前記レーザ光のＰ偏光光成分とＳ偏光光成分とを異なる光路を経由させることを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２３】
前記照明光学系手段は、前記レーザ光の振動方向を調節するポラライザを更に有することを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２４】
前記レーザ光源手段は波長が１５７ｎｍのパルス発振レーザ光を発射し、前記欠陥検出手段は前記パターンの２００〜２０ｎｍの大きさの欠陥を検出することを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【請求項２５】
前記結像光学系手段は、前記試料からの反射光の０次光と高次回折光との振幅を調整する１／２波長板と１／４波長板とを前記反射光の光路中に設けたことを特徴とする請求項２０記載の欠陥検査装置。
【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の製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成されたパターンの欠陥や異物欠陥などの検査や観察に用いる光学系とこの光学系を用いた欠陥検査方法及びその装置、並びに検査情報の効率的な活用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜プロセスを経て基板上に形成された微細なパターンの欠陥を検出するためには、フォーカス及びコントラストが高精度に調整された高品位の画像を得る必要がある。
【０００３】
従来欠陥検査の分野においてこのような高品位の画像を得るための技術として、特開２０００−３２３５４２号公報に開示されている対象物の画像検出方法に関するものがある。この従来技術は、光源にブロードバンドの白色光源を用いて、白色光の各波長帯域ごとにＺ方向の異なる場所に焦点を持たせ、対象物に段差がある場合に、対象物の表層と底面にピントが合うように２系統のイメージセンサを配置して像を検出するものである。この２系統のイメージセンサは、対物レンズの縦色収差に応じて、物体面にピントの合う位置は光軸方向に異なっている。従って、対物レンズの縦色収差を利用して、物体の異なる面をそれぞれのイメージセンサで画像を検出するものである。尚、検出光路において、２系統のイメージセンサ用に光路を分岐してから、それぞれのイメージセンサに到達するまでの光路には、それぞれの縦色収差に対応した光が透過するようにバンドパスフィルタが配置されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術は、ウェハ上の異なる面の画像を２系統のイメージセンサを用いて検出し、それぞれのイメージセンサにピントのあった画像を採用するものである。従って、２系統のイメージセンサで検出した画像から、新たな画像を生成するものではなく、ウェハ上の定められた領域について、２系統のイメージセンサで検出した画像のどちらかを選択して、欠陥検査に使うものである。しかし、半導体に代表される薄膜製造プロセスにおいては、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)処理によりウェハ表面は平坦化処理が施されており、上記のような２つのイメージセンサでウェハ上の異なる高さの画像を検出する必要はない。また、仮にウェハ上に段差があったとしても、ロジック製品では、構造が複雑であるため、２系統のイメージセンサで検出した画像の使い分けができない。
【０００５】
微細なパターンの欠陥を高精度に検出するには、照明光の波長を短波長化しなければならず、一般に、短波長の光源で検査に必要な十分な光量を確保するためには、レーザ光源を用いなければならない。しかし、照明にレーザ光源を用いる場合、光の干渉の問題、即ち時間的・空間的コヒーレンスの問題や試料表面に形成された薄膜によって生ずる干渉ノイズの問題、背景パターンとの明るさのコントラストの問題、パルス照明光の照度変動の問題等が発生する。
【０００６】
本発明の目的は、上記したような照明の光源にレーザを用いることによって発生する時間的・空間的コヒーレンスの問題、を解決して、光量の大きいレーザを用いて高速に高感度でパターンの欠陥を検査することを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明では、照明光の短波長化を図って光学系の基本解像度を向上させる構成とした。対象波長は、ＤＵＶ(Deep Ultra Violet)からＶＵＶ(Vacuum Ultra Violet)光を対象としている。これらの波長域における光源としては、VUV領域としてＦ2レーザ（波長１５７ｎｍ）がある。欠陥検査用光学系として、これらのレーザ光を照明に用いるためには、２つの技術課題がある。１つは、物体表面上に形成された光学的に透明な層間絶縁膜の膜厚むらに伴う検出画像の明るさむらの低減とコヒーレンシの低減である。絶縁膜の膜厚むらに伴う明るさむらは、複数の波長の光を照明する構成とすることにより低減した。また、この複数の波長の照明により、時間的コヒーレンスも低減することができる。
【０００８】
しかし、ＤＵＶからＶＵＶ領域の光は、透過率の高い硝材が限定されるため、例えばＶＵＶ光とＤＵＶ光を同軸照明した場合、色収差補正は不可能である。そこで、それぞれの波長の光を同軸照明し、補正しきれない色収差は、検出光路を波長に対応した２系統に分岐し、それぞれの波長の像面にイメージセンサを配置して検出する。これにより、目的とする物体面（同一面）について、２つの波長域でピントの合った２画像を検出する。この２つの画像を電気的に合成（２つの画像を用いて新たな画像を生成）することにより、解像度が高く、欠陥検査上のノイズも低減した画像を検出することが可能である。
【発明の効果】
【０００９】
以上に説明したように、本発明によれば、照明の光源にレーザを用いることによって発生する時間的・空間的コヒーレンスの問題、試料表面に形成された薄膜によって生ずる干渉ノイズの問題、背景パターンとの明るさのコントラストの問題、パルス照明光の照度変動の問題等を解決することができるので、光量の大きいレーザを用いて高速に高感度でパターンの欠陥を検査することができるようになった。特に、光源として真空紫外光（ＶＵＶ光）であるＦ２レーザ（波長：１５７ｎｍ）を採用することにより、２０〜３０ｎｍ程度の極微細なパターン欠陥を、高速に検出することができるようになった
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、ＤＵＶ〜ＶＵＶ領域の光を照明光として用い、基本解像度を向上するようにした。本発明者らは、照明に偏光を用いることにより、より微細な欠陥でもより高い解像度（高コントラスト）の画像が得られるということを見出した。しかし、照明にレーザ光源を用いると、光学部品の表面で反射して検出器に入る、いわゆる迷光の影響を受けて、検出感度が低下してしまう。本発明では、この迷光による検出感度低下の影響を回避するために、照明光学系に光路長の異なる複数の光路を設け、それぞれの光路を経て試料上に到達した照明光による画像を検出するようにした。
【００１１】
また、試料表面の光学的に透明な膜の膜厚の影響を低減するために、複数の波長の照明光を同軸方向から照明する方式を実現するために、レンズ系で補正しきれない色収差は、検出光路上で波長ごとに光路を分岐して、それぞれの波長ごとの像を検出する構成とした。これら波長ごとに検出した画像を合成して１つの画像として画像処理を行い、欠陥を検出する。また、欠陥検出上有利な画像が検出できるように、ウェハ上で正反射した０次光の振幅を抑制し、高次回折光の振幅とバランスが調整できるようにする。さらに、薄膜干渉の影響を低減する照明方式として、ブリュースター角照明または全反射角照明を採用した。
【００１２】
本発明の実施形態の一例を、図１に示す。異なる波長のレーザ光源２及び３から出射したレーザ光を、ダイクロイックミラー８で同軸化して１本のレーザ光４とする。このレーザ光４は偏光ビームスプリッター(Polarizing Beam Splitter :以下PBSと記す)７に入射して、このＰＢＳ７を透過するＰ偏光成分とＰＢＳ７で反射して光軸を直角方向に曲げて出射するＳ偏光成分とに分離される。光軸を直角方向に曲げて出射したＳ偏光成分は、光路差光学系１０に入射する。光路差光学系１０に入射したＳ偏光成分の光は光路差を受けて、再びＰＢＳ７ｃで先にＰＢＳ７で分岐した光と同軸化される。これらの光は空間コヒーレンス低減部１５を透過した後、位相差量の異なる波長板５０，５１、対物レンズ２０を透過してウェハ１を照明する。
【００１３】
ウェハ１上のパターンで反射・回折・散乱した光のうち、対物レンズ２０のＮＡ(Numerical Aperture)内に伝搬した光は、再び対物レンズ２０に捕捉され、像面に光学像を結像する。尚、像検出光路においては、照明系に配置したダイクロイックミラー５と同様の分岐特性を持つダイクロイックミラー２５を配置しており、それぞれの波長で形成された光学像をそれぞれのイメージセンサ３０，３５で検出する。これは、レーザ光の波長に応じてレンズの硝材が限られ、色収差を補正することができなくなるため、レーザ光源２及び３のそれぞれの波長に応じた結像位置にイメージセンサを配置するものである。
【００１４】
本発明では、従来のＵＶ光（紫外光：波長（λ）＝３６５ｎｍ）を照明光源として用いた検査装置では検出が困難であった２０〜３０ｎｍ程度の極微小な欠陥を検出できるようにするために、より波長の短いＤＵＶ光（遠紫外光：λ＝３００〜１８０ｎｍ程度）やＶＵＶ光（真空紫外光：λ＝１８０〜１００ｎｍ程度、Ｆ２レーザの場合は、λ＝１５７ｎｍ）を照明光源として用いるようにした。また、照明光源としてレーザを用いた場合、レーザが有する高いコヒーレンスに起因する光の干渉の問題が発生する。本発明では、この問題を解決するために、２波長照明を採用して、時間的コヒーレンスを低減するようにした。
【００１５】
２系統のイメージセンサ３０，３５で検出した画像信号は、それぞれのＡ／Ｄ変換回路５２，５３でデジタル濃淡画像化される。これらのデジタル濃淡画像は、レーザ光の照度変動モニタ３３で検知した照度変動を正規化するため、照度変動補正回路６０に入力され、照明光量の変動を正規化する。それぞれ照度補正されたデジタル濃淡画像は、複数の画像を１つの画像に合成するため、画像合成回路８０に入力される。画像合成回路８０は、例えば２画像を電気的に足し合わせて、合成画像を作成する。この合成された画像は、画像処理部８５に入力され、画像の欠陥を抽出する計算を行う。尚、２系統のイメージセンサのうち、どちらか１つのイメージセンサで検出した画像を用いて検査することが可能なように、画像合成回路８０で画像合成しないモードも可能な構成になっている。
【００１６】
画像処理部８５で抽出した欠陥情報（欠陥の座標やサイズ及び分類結果など）は、欠陥表示が可能な表示用画面を備えたオペレーティングコンピュータ９５に転送される。また、検査情報管理システム２９６にも同様の情報が格納される。ウェハ１を搭載しているθステージ１１０，Ｚステージ１１５，Ｘステージ１２０，Ｙステージ１２５は、機構制御部（ＭＣ）９０でコントロールされている。また、オペレーティングコンピュータ９５は、検査装置をオペレーティングするものであり、機構部の動作を行う場合は、機構制御部９０に指示を出す。また、検査条件の設定など作業者とのインターフェースもオペレーティングコンピュータ９５で行う。
【００１７】
また、本発明では、ＶＵＶ領域の光源を搭載する。このため、光路中での光の減衰を最小限にするため、レーザ光源２及び３を出射したレーザ光がイメージセンサ３０及び３５に達するまでの光の経路を含む領域３８を窒素でパージする。なお、対物レンズ２０とウェハ１の間(Working Distance)は大気環境とする。これにより、ウェハ１は大気環境での取り扱いが可能であり、装置コストの低減及びウェハ搬送性を向上することが可能となる。
【００１８】
また、本実施例では、レーザ光源を用いて説明したが、レーザ光源をランプ光源に変更することなども容易に考えられる。また、２００ｎｍ以下の波長の照明光を用いることにより、解像度が向上し、大きさが３０〜２０ｎｍ程度の極微細な欠陥を検出することが可能となる。
【００１９】
光路差光光学系１０について、図１及び図２を用いて説明する。異なる波長のレーザ光源２及び３から出射してダイクロイックミラー８で同軸化したレーザ光４はＰＢＳ７で透過光（Ｐ偏光）と反射光（Ｓ偏光）とに分岐される。ＰＢＳ７で反射したＳ偏光成分は光路差光学系１０に導かれる。このＳ偏光は、１／２波長板８を通過することにより、ＰＢＳ７ａ、７ｂ及び全反射ミラー１０１と１０２とで形成される周回光路のＰＢＳ７ａに対してＰ偏光になるように位相差が与えられて、ＰＢＳ７ａを透過する。
【００２０】
透過した光は全反射ミラー１０１と１０２とで反射されて、１／２波長板１１を通過することにより、周回光路の出口側のＰＢＳ７ｂに対してＰ偏光成分とＳ偏光成分とが同等になるように位相差が与えられる。このため、周回光路の出口側のＰＢＳ７ｂに入射した光は、Ｓ偏光成分がＰＢＳ７ａの側に反射されて再び周回光路に入る。これに対して、Ｐ偏光成分はＰＢＳ７ｂを透過して１／２波長板１２に入射し、ＰＢＳ７ｃに対してＳ偏光になるように位相差が与えられたのち、ＰＢＳ７ｃに入射する。このＰＢＳ７で反射されて周回行路を経由した後にＰＢＳ７ｃに入射したＳ偏光は、ＰＢＳ７を透過してＰＢＳ７ｃに入射したＰ偏光と同軸化され、物体１を照明する照明光となる。
【００２１】
なお、周回光路においては、２周目以降もＰＢＳ７ｂにおいて、反射と透過の分岐が繰り返され、反射したＳ偏光は、さらに周回を繰り返す。さらに、ＰＢＳ７で反射されて周回光路を経由してＰＢＳ７ｃに入射するＳ偏光の光路長とＰＢＳ７を透過して直接ＰＢＳ７ｃに入射するＰ偏光の光路長との差は、以下に示すレーザ光４の可干渉距離以上の距離を持っており、ＰＢＳ７ｃで同軸化された光の時間的コヒーレンスが低減される。尚、（数１）に可干渉距離Ｌを求める数式を示す。
【００２２】
【数１】
2006250944.tif 000003
【００２３】
可干渉距離Ｌは、照明光の中心波長λcの２乗に比例し、照明光の波長幅に反比例する。例えば、照明光源として真空紫外光（ＶＵＶ光）を発生するＦ２レーザ（λ＝１５７ｎｍ）を用いた場合の可干渉距離Ｌは数十ｍｍである。
【００２４】
ここで、ＰＢＳ７でＰ偏光とＳ偏光とを分岐する分岐比を計算する一例を、図３に示す。ＰＢＳ７に入射したレーザ光４のＰ偏光成分はＰＢＳ７を透過し、Ｓ偏光成分は反射する。このため、入射したレーザ光４がＰ偏光の振動方向に対して角度θに振動面を有する直線偏光であった場合は、（数２）により、透過する光量が求まる。
【００２５】
【数２】
2006250944.tif 000004
【００２６】
他の方式による光路差光学系１０'の一例を、図４に示す。図４の場合、ＰＢＳ４７にレーザ光４が入射してＳ偏光成分が反射されＰ偏光成分が透過するところまでは、図１及び図２で説明した構成と同じである。図４の構成において、ＰＢＳ４７で反射されたレーザ光４のＳ偏光成分は、第１の光路差光学系１７の側に出射する。この第１の光路差光学系１７は、２枚の全反射ミラー１０３と１０４とで構成されている。このような構成において、第１の光路差光学系１７に入ったＳ偏光光は、２枚の全反射ミラー１０３と１０４とで反射されてＰＢＳ４７ａに入射し、ＰＢＳ４７を透過したＰ偏光と再び同軸化される。ここで、第１の光路差光学系１７の光路長は、ＰＢＳ４７を透過して直接ＰＢＳ４７ａに入射するＰ偏光の光路長と、可干渉距離以上の差がある。
【００２７】
ＰＢＳ４７ａで合成された光は、１／４波長板４８を通過することにより円偏光になり、ＰＢＳ４７ｂに入射して再びＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離され、Ｓ偏光成分は第２の光路差光学系１８に入射する。この第２の光路差光学系１８に入射したＳ偏光は、２枚の全反射ミラー１０５と１０６とにより反射されて、ＰＢＳ４７ｃに入射してＰＢＳ４７ｂを透過したＰ偏光成分と再び合成される。  この第２の光路差光学系１８の光路長は、第１の光路差光学系１７の光路長よりも、レーザ光４の可干渉距離に相当する距離以上長い。
【００２８】
ここで、第２の光路差光学系１８に入射するＳ偏光は、ＰＢＳ４７ａで合成されたＰ偏光成分とＳ偏光成分とが１／４波長板４８を透過することにより円偏光に変換された光から分岐されたものなので、その振幅は、第１の光路差光学系１７を通過した光（Ｓ偏光成分）と通過しなかった光（Ｐ偏光成分）のそれぞれの振幅の半分になる。
【００２９】
ここで、第１の光路差光学系１７を通過するＳ偏光の光路長と第１の光路差光学系１７を通過せずにＰＢＳ４７からＰＢＳ４７ａに直接到達するＰ偏光の光路長との差をＬ１，第２の光路差光学系１８を通過するＳ偏光の光路長と第２の光路差光学系１８を通過せずにＰＢＳ４７ｂからＰＢＳ４７ｃに直接到達するＰ偏光の光路長との差をＬ２とする。この場合、第１の光路差光学系１７と第２の光路差光学系１８により、互いの光路長の差がそれぞれ可干渉距離よりも大きい４系統の光線が形成される。これは、(1)２系統の光路差を通過していない（光路差０）光線(2)第１の光路差光学系のみを通過した光線（光路差Ｌ１）(3)第２の光路差光学系のみを通過した光線（光路差Ｌ２）(4)第１及び第２の光路差光学系を通過した光線（光路差Ｌ１＋ｌ２）である。この４系統の光線のそれぞれの振幅は、原理上同等である。しかし、実際上は振幅に多少の差が生じることがある。この場合、１／４波長板の設定状態によって、このバランスを調整することが可能である。
【００３０】
このように大きな光路長差を持つ４系統の光を照明光として用いることにより、イメージセンサ３０及び３５上における迷光（光学部品などで不要な反射をして、ウェハに届かずに直接イメージセンサに到達する光など）による干渉の影響を低減することができる。これによりノイズのレベルが低減できて、欠陥検査の閾値のレベルを低く押さえることが可能になり、高感度な欠陥検査を実現することができる。
【００３１】
さらに、図１及び図２では１／２波長板を用いた場合について、また、図４では１／４波長板を用いた場合について説明したが、波長板の設定の仕方によっては、どちらの波長板を用いても同様の効果を得ることができる。従って、図２及び図４に示した構成は、ほんの一例であり、様々なアプリケーションが可能である。
【００３２】
次に、図５を用いてレーザ光の空間的コヒーレンス低減部１５の詳細を説明する。光路差光学系１０又は１０'を通ったレーザ光４は、ビームエキスパンダ１５１に入射してビーム径が拡大された後、第１の拡散板１５０に入射し、レーザ光の指向性が拡散される。
【００３３】
次に、この拡散光は、第１のレンズ系１５２を透過した後、ロッドレンズで構成されるフライアイレンズ１５５に入射する。フライアイレンズ１５５の射出端においては、第１の拡散板１５０の拡散度に応じて、点光源群が形成され、これが２次光源となる。この２次光源を射出した光は、第２の拡散板１６０に入射する。この第２の拡散板１６０は回転可能な構成となっており、モータ１６５によって回転駆動される。モータ１６５により第２の拡散板１６０を回転させると、第２の拡散板１６０に入射した光の位相が時間的に乱されるために、コヒーレンスが低減される。この第２の拡散板１６０を透過した光は、第２のレンズ系１５３により、対物レンズ２０の射出瞳２１の位置に２次光源像を結像する。これにより、物体面において、照度分布の均一なケーラー照明となる。なお、先に示した光路差光学系と第１及び第２の拡散板さらにはフライアイレンズ１５５を組合わせることにより、レーザ光の時間的・空間的なコヒーレンスを低減することができる。
【００３４】
ここで、第２の拡散板１６０の構成の一例を、図６に示す。拡散板はドーナッツ上に配置されている。これをモータ１６５で回転させることにより、照明光の位相を時間的に乱すことが可能となる。この拡散板の回転周期は、画像を取り込む周期と同期を取ることが望ましい。例えば、画像取込周期をＴ１とした場合、拡散板１６０の回転周期は、Ｔ１／ｎとする。ここで、ｎは自然数とする。
【００３５】
図７に、電気的絶縁膜がウェハ１の表面に膜付けされたモデルの膜厚と反射率の関係を示す。絶縁膜として、Ｓｉｏ2をモデルとしている。尚、照明光は波長１９３ｎｍの単色であり、入射光は０〜５０°の照明とブリュースター角（５７．５°）付近となる５０〜６０°の２種類について計算した。また、絶縁膜とＳｉｏ2の屈折率は波長１９３ｎｍのものである。
【００３６】
０〜５０°照明（ランダム偏光）では、膜厚の増加に伴って、反射率が振動する。これは、薄膜干渉によるものであり、膜厚が変わると絶縁膜の表面で反射した光と、薄膜に入射して空気中に出てきた光の光路差が変わるために、膜厚の変動により反射率が振動する。この振動は反射率３％〜２８％の幅で振れており、２５％の振動幅がある。この反射率変動は、像面に形成される光学像の明るさを示している。このため、ウェハ１上に形成されたパターンを比較検査する場合、比較する２つの領域で絶縁膜の膜厚が異なると明るさの差が大きくなる。この絶縁膜の膜厚変動が、デバイスにとって致命性がない場合は、この明るさむらは、欠陥検出上ノイズとなる。
【００３７】
逆に、膜厚変動がデバイスにとって致命性がある場合は、これを検出する必要があるため、膜厚に対する反射率の変動が大きい方が検出しやすい。しかし、半導体製造工程の例では、この膜厚変動はデバイスに致命性がないため、絶縁膜の膜厚に応じて反射率の変動幅が大きいと、検査感度の観点からはノイズとなる。この反射率変動幅を低減する方式として、本発明では、ブリュースター角照明を採用した。ブリュースター角照明とは、Ｐ偏光の光を特定の角度で照明すると、絶縁膜と空気の界面で反射がおこらず、全て透過するものである。このため、薄膜干渉の原因となる振幅分割がおこらず、膜厚変動に伴う反射率変動がなくなる。図７にＰ偏光で入射角５０〜６０°で照明した場合の計算結果も示している。
【００３８】
このブリュースター角付近の照明では、反射率の変動が０．５％〜３％程度に低減できる。従って、ブリュースター角付近の入射角でＰ偏光照明することにより、絶縁膜の膜厚変動に伴う明るさむらを低減することが可能である。これにより、検査上のノイズが低減されるため、欠陥検出感度が向上する。次に、ブリュースター角で照明するための一例について、図５を用いて説明する。照明光の入射角は、対物レンズ２０の瞳２１の位置に形成される２次光源像の形状で決定される。
【００３９】
ブリュースター角となる入射角５７°付近で照明するためには、瞳２１位置において輪帯状の２次光源像を結像させる必要がある。このため、フライアイレンズ１５５の射出端付近に輪帯状の開口絞り１５６を配置することにより、ブリュースター角付近の入射角で照明することができる。尚、この開口絞りは、フライアイレンズ１５５の射出端以外に、対物レンズ２０の射出瞳２１と共役な位置がある場合は、この共役位置付近に配置することも考えられる。また、光軸に対して５７°付近で反射，回折，散乱した光のみをイメージセンサに到達させることにより、薄膜干渉による反射率むらを低減させることも可能である。これは、対物レンズ２０の瞳２１位置あるいは、これと共役な像側(イメージセンサ側)の位置に空間フィルタ（図示せず）を配置し、ウェハ１上で反射，回折，散乱した光のうち、光軸に対して５７°付近で反射，回折，散乱した光のみをイメージセンサに到達させるものである（ブリュースター角検出）。このブリュースター角検出の場合は、照明光の入射角をブリュースター角に限定する必要はない。
【００４０】
以上、ブリュースター角照明とブリュースター角検出方式について説明したが、これらを併用することも容易に考えられる。また、開口絞り１５６及び空間フィルタは、ウェハ１の絶縁膜の有無等により、異なる形状のものを設置できるようにすることが考えられる。
【００４１】
次に、Ｐ偏光照明するための方策について、放射状ポラライザを用いた例を、図８を用いて説明する。
【００４２】
光源から出たレーザ光は、直線偏光であるが第１及び第２の拡散板等で偏光は乱される。このため、ウェハ１をＰ偏光照明するためには、対物レンズの射出瞳面２１において偏光は光軸を中心として放射状に振動させる必要がある。この方策として、対物レンズ２０の瞳位置２１と共役な位置に照明光の振動方向について、光軸を中心に放射方向のみを透過させるフィルタ（放射状ポラライザ）１３０を設けることにより、ウェハ１上において、Ｐ偏光照明をすることが可能となる。尚、このフィルタ１３０は、対物レンズ２０の瞳位置２１或いはその共役位置以外の照明光路、あるいは検出光路に置いても効果がある。また、第１及び第２の拡散板を照明系に配置しない場合や、拡散板透過後も振動方向に偏りがある場合は、上記フィルタ１３０を配置しても、均等な偏光照明をすることができない。このため、振動方向の偏りを無くす手法を図９に示す。尚、この例では拡散板を図示していない。
【００４３】
レーザ光源２から出射した直線偏光４は、ビームエキスパンダー１９０により、ビーム径が拡大される。これらの光は、回転する１／２波長板５８に入射し、この１／２波長板５８の回転周波数の４倍の速度で偏光が回転して出射する。尚、回転１／２波長板５８は、モータ１８５で駆動されて回転する。
【００４４】
１／２波長板５８を透過した光は、さらに、１／２波長板５８ａ，５８ｂ，５８ｃを透過する。このとき、それぞれの１／２波長板５８ａ，５８ｂ，５８ｃを透過する度に、振動面の回転速度は４倍になる。尚、この例では１／２波長板５８ａ，５８ｂ，５８ｃを固定しているが、１／２波長板５８と同様に、回転させる構成にしても良い。これらの１／２波長板５８，５８ａ，５８ｂ，５８ｃを透過した光は、回転偏光照明光となってビームスプリッタ１９で反射されて対物レンズ２０に入射し、ウェハ１上に照明される。なお、回転偏光照明光によりウェハ１をＰ偏光照明するためには、図８に示した放射状ポラライザ１３０を、図９に示すように、空間的コヒーレンス低減部１５とビームスプリッタ１９との間に配置する。尚、放射状ポラライザ１３０を検出光路に配置する構成として、ビームスプリッタ１９とイメージセンサ３０との間に配置する構成も考えられる。
【００４５】
また、薄膜干渉を発生させない照明方式として、照明光を基板の表面で全反射させる全反射角照明方式がある。照明光を基板の表面で全反射させるための全反射角θcを算出する式を（数３）に示す。
【００４６】
【数３】
2006250944.tif 000005
【００４７】
ここで、ｎ１は空気中の屈折率，ｎ２は絶縁膜の屈折率を示す。
【００４８】
全反射角照明を実現するためには、入射角を９０°に設定する必要がある。これを実現するのは構造上困難である。このため、絶縁膜表面で反射率を高めるためには、入射角を極力大きくし（９０°に近づけ）、Ｓ偏光で照明する必要がある。Ｓ偏光照明を実現するためには、対物レンズ２０の瞳２１面上において、照明光の振動方向を光軸中心とした円周方向にする必要がある。これを実現するには、照明光路上に、図１０に示す特性を有したポラライザ１３１を配置すればよい。また、図８及び図１０に示したポラライザ１３０及び１３１を照明光路に配置する説明をしたが、検出系に同様の特性を有したアナライザ（図示せず）を配置しても、同等の効果を得ることができる。この例では、対物レンズ２０を通して照明するＴＴＬ(Through The Lens)方式について説明したが、対物レンズの外側から照明する暗視野照明方式も考えられる。この方式は、オフアクシス照明と呼ばれている。
【００４９】
図１１に、照明光の偏光と正反射光（０次光）の偏光及び高次回折光の偏光を示す。瞳面２１において、照明光の偏光２０１が円周方向の振動をしているとする。この光がウェハ１上のパターンを照明する。なお、ウェハ上の半球２２は、対物レンズ２０による屈折の様子を模式的に示している。ウェハ上で正反射した０次光は、瞳位置２１において光軸対称な位置に伝搬する。このときの偏光は照明光と同じ円周方向に振動面を有する。これに対して、高次回折光は、ウェハ１に形成されたパターンの方向に応じて、回折する方向が異なる。このため、照明光に対して、高次回折光の伝搬する方向が異なるため、高次回折光の瞳面２１における振動方向２１０は、照明光の振動方向２０１及び０次光の振動方向２０５に対して、異なる振動面となる。なお、ウェハ１に対する偏光は、照明光，０次光，高次回折光共に同じであり、保存されている。これを模式的に示した図を、図１２に示す。
【００５０】
図１２において、対物レンズ２０の瞳面２１における照明光の振動方向を２０１に示す。ウェハ１上のパターンによって生じる＋１次光の分布を２２０に示す。また、―１次光の分布を２２１に示す。ここで、瞳面２１で２０１の振動方向を有する照明光によるウェハ１からの反射光のうち、再び対物レンズ２０に捕捉された０次光は２０５の位置に到達する。これに対して、＋１次回折光は２１０に到達する、このとき、瞳面における振動方向は０次光と高次回折光では異なる（ウェハに対する振動方向は同じである）。このため、偏光照明をした場合は、＋１次回折光を多く透過する偏光フィルタを検出光路に配置することにより０次光を抑制し、＋１次回折光を含む高次回折光を効率的に透過させる事が可能である。この高次回折光は、０次光よりもパターン情報を多く含んでいるため、高次回折光を効率的に検出することにより、光学像のコントラストを高めることが可能となる。あるいは、所望のコントラストに調節することが可能となる。
【００５１】
これを実現する一例を図１３に示す。レーザ光源２を出射した直線偏光はＰＢＳ１９でＳ偏光が反射されて、ウェハ１の側へ向かう照明光となる。この照明光は、１／２波長板５０で楕円の方位角が，また、１／４波長板５１で楕円率が調整されて、所望の楕円率と楕円の方位角を有する楕円偏光となる。この照明光が対物レンズ２０を介してウェハ１に照明される。ウェハ１上で反射・回折・散乱した光は再び対物レンズ２０に捕捉され、１／２波長板５０，１／４波長板５１を透過し、ＰＢＳ１９に入射する。このＰＢＳ１９に入射した光のうち、０次光がＰＢＳ１９を透過する割合は、１／４波長板５１で調整される照明の楕円率でほぼ決定される。すなわち、１／４波長板を調整して照明の楕円率を扁平にする（楕円率を０に近づける）と、イメージセンサ３０および３５の側に透過する０次光の割合は低減する。
【００５２】
これに対して、高次回折光（±１次回折光他）は、パターンの方向性に応じてイメージセンサ３０および３５の側に到達する割合が異なる。従って、１／２波長板５０と１／４波長板５１とを調整して楕円率と楕円の方位角とを適当に設定することにより、イメージセンサ３０および３５とに到達する０次光と高次回折光の振幅を調整する事が可能となり、イメージセンサ３０および３５上に形成される光学像のコントラストを調整することが可能となる。これにより、欠陥検出に有利な光学像を形成することが可能となり、検査感度の向上が実現できる。
【００５３】
この光学系を用いて検出した画像の一例を、図１４に示す。図１４の（ａ）は、通常の顕微鏡でウェハ１の画像を検出したものであり、図１４の（ｂ）は図１３に示す本発明の光学系を用いて検出した画像である。（ａ）では、横方向に配線されているラインとスペースが分離できておらず、配線の形状不良が検査できない。これに対して、本発明による画像（ｂ）では、ラインとスペースが高コントラストに分離されており、ラインアンドスペースの検査を高感度に行うことが可能であることがわかる。
【００５４】
また、縦方向に形成されたラインアンドスペースを検出したときの対物レンズ２０の後側焦点位置（瞳位置：フーリエ変換面）の画像を図１５に示す。図１５の（ａ）には通常照明の瞳像示し、図１５の（ｂ）には本発明の光学系を用いたときの瞳像を示す。（ａ）では、瞳全体に分布している０次光と左右の周辺に分布している±１次回折光の光強度（明るさ）が同等程度であるのに対し、（ｂ）に示したように、本発明による光学系を用いた場合では、±１次回折光を強調して検出できている。これにより、本発明の方が、より微細なパターン形状が光学像に復元されることがわかる。したがって、本発明によれば、通常の光学系を用いた場合に比べて、より微細なパターン欠陥を検出することが可能となる。
【００５５】
次に、本発明の光学系を用いて、光学像のパターンコントラストを調整する方法を図１６に示す。横軸にウェハ１上を正反射した０次光がＰＢＳ１９で透過する割合を示す。縦軸に像面におけるパターンコントラストを示す。０次光透過率を変換させることにより、像面における０次光と高次回折光の割合を調節することが可能となり、パターンコントラストが変化する。
【００５６】
一般に、光学像のコントラストを向上させるためには、０次光と高次回折光の振幅を同等程度にすると良い。なお、このコントラストとは、パターン部の明るさとその背景であるスペース部の明るさの違いであるため、このコントラストは背景とパターン部の反射率によって左右される。また、０次光と高次回折光の割合は、パターンの周波数や材質及び照明光の偏光の方位角や対物レンズのＮＡ(Numerical Aperture)等によって左右される。しかし、０次光と高次回折光の振幅を制御することにより、パターンコントラストを所望の状態に調整できる。なお、コントラストを調整するためには、楕円偏光の方位角と楕円率を調整する必要があり、１／２波長板５０と１／４波長板５１とを回転可能な構成（電動回転）とする必要がある。
【００５７】
次に、本発明を用いた場合の検査感度向上の効果を、図１７に示す。例えば、検査対象となるウェハ１上に図１７（ａ）に示すようなパターンが形成されていたとする。尚、図１７（ａ）のパターンは、ウェハ１上に形成された１つのダイ２８０を模式的に示している。このパターンの中には、パターンピッチの粗い領域２８２とパターンピッチの密な領域２８６及びパターンピッチが中間の領域２８４がある。ここで、通常の光学系でこれらの画像を検出した例を図１７（ｂ）に示す。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示すラインＡ−Ａの光強度分布を示しており、パターンピッチの粗い領域（パターン周波数の低い領域）では、十分なコントラストが得られる。しかし、パターンピッチが密になる（パターン周波数が高くなる）と、パターンコントラストは低減する。
【００５８】
欠陥検査上、パターンピッチの密な方が欠陥による致命性が高くなるため、検査上はパターンピッチの密な領域を高コントラストに検出したいが、通常の光学系ではこれは不可能である。これに対して、本発明による光学系を用いた場合には、０次光と高次回折光の振幅の割合を調整することが可能となり、図１７（ｃ）に示すようにパターンピッチの粗い領域のパターンコントラストを維持したまま、パターンピッチの密な領域のパターンコントラストを高めることが可能となる。これにより、致命性の高い密パターン部を検査するときでも高コントラストな光学像を得ることができるので、検査感度を高感度に維持した状態で検査することが可能になる。
【００５９】
また、本発明ではパターンピッチの粗い領域を検査する場合には、１／２波長板５０と１／４波長板５１とを調整してコントラストを通常照明と同等とする事により、検査感度を損うことなく画像を検出することができる。
【００６０】
次に、レーザ光の照度むらを補正する手法を図１８に示す。例えば、レーザ光源がパルス発振の場合は、各パルスに強度ばらつきがあると、ウェハ１上において時間的に照度むらが発生する。この照度むらは、パルス発振周波数が大きくなると顕著になる傾向がある。したがって、高速な検査を行うためには、この照度むらの問題が無視できなくなる。
【００６１】
パルス周波数が一定であると仮定すると、検査速度を高速化すると画像の１画素を撮像ために照明されるパルスが少なくなる。このため、照明の各パルスに強度変動があると、検出された画像の明るさが異なる。これは、一見、パターンの反射率の違いと見分けがつかず、検査上ノイズとなる。この照度むらを補正する為には、照明の照度をモニタリングする必要がある。
【００６２】
図１８に示す構成は、ウェハ１をＸ方向に定速走査させながら、１次元イメージセンサで画像を検出する構成である。例えば、レーザ光源から出射したレーザ光のうち、ウェハ１の照明光とならない光を光量計５５に入射させる。この光量モニタ５５で検出した光量を画像照度補正回路に入力する。この画像照度補正回路にはイメージセンサ３０で検出した画像をＡ／Ｄ変換したデジタル画像も入力される。画像が検出されたときの照度をＩｒｅｆ（ｔ），画像の明るさをＩ（ｔ，ｙ）とすると、図１８の６０に示す式で各画素の光量を補正する（Ｉｃａｌ）。尚、ｋは係数である。これにより、照明光の照度変動を正規化することが可能である。
【００６３】
図１９には、照度補正機能を搭載した構成を示す。レーザ光がパルス照明の場合は、１画素を検出する蓄積時間の間に１パルス以上の照明が必要である。従って、イメージセンサ３０の画像取込とパルス照明の同期を取ることが望ましい。しかし、１次元イメージセンサ３０で画像を検出する場合は、ウェハ１を走査するステージとの同期も取る必要がある。これを実現する１例として、ステージの移動量をリニアスケールなどの測長器（図示せず）で検出して得た信号２４１（Ｘ方向）および２４２（Ｙ方向）を用い、予め設定した画像サンプリング周期に応じて、同期パルス発信器２４０から同期信号２４３をパルス制御部２５０に入力する。パルス制御部２５０からは、同期信号２４３に応じて同期パルス信号２４４がレーザ光パルス発振ドライバー２３０に出力され、この同期パルス信号２４４を受けてレーザ光光源２からレーザ光をパルス発振する。
【００６４】
また、パルス制御部２５０からは、イメージセンサ３０のドライバ３１にも同期パルス信号２４５が入力されて、レーザ光光源２からレーザ光が発振されるタイミングとイメージセンサ３０で画像を取り込むタイミングとの同期が取れるように制御される。図１９では記載を省略したが、レーザ光源４及びイメージセンサ３５についても同様な制御が行われる。
【００６５】
さらに、パルス制御部２５０からは照度補正部６０へも同期パルス信号２４６が出力され、照度補正部６０では、レーザ光光源２からレーザ光が発振されるタイミングおよびイメージセンサ３０で画像を取り込むタイミングに合わせて照度モニタ５５から出力されるレーザ光の照度の検出信号を取り込み、イメージセンサ３０で取込んだ画像に対して照度むらの補正を行う。
【００６６】
以上の構成により、照明の光源にレーザを用いることによって発生する時間的・空間的コヒーレンスの問題、試料表面に形成された薄膜によって生ずる干渉ノイズの問題、背景パターンとの明るさのコントラストの問題、パルス照明光の照度変動の問題等を解決することが可能になり、光源として真空紫外光（ＶＵＶ光）であるＦ２レーザ（波長：１５７ｎｍ）を採用することにより、５０ｎｍ程度以上の大きさの欠陥はもちろんのこと、２０〜３０ｎｍ程度の極微細なパターン欠陥を、高感度で高速に検出することが可能になった。尚、パルス発振レーザー光源を用いて高速に画像を検出するためには、パルス発振を高周波する必要がある。これは、画像を検出するためには、イメージセンサ３０の蓄積時間の範囲内に、少なくても１パルス以上の照明が必要であることによる。
【００６７】
しかし、ウェハ１に照明される光のエネルギーが高いと、ウェハ１に形成されたパターンにダメージを与える。このため、１画素の画像を得るためには、複数のパルスで照明する必要がある。このパルス数は、材質によるが３０パルス以上必要である。従って、高速画像検出（例えば、５０Ｇｐｐｓ[Giga pixel per second]）を行うためには、パルス発振の高周波化が必要である。理想的には、連続発振が良いが、パルス発振の場合は５０ＫＨｚ以上の周波数が必要である。
【００６８】
また、画像取込速度を維持したままイメージセンサ３０の蓄積時間を長くできるＴＤＩ(Time Delay Integration)イメージセンサの併用も必要である。尚、ＴＤＩイメージセンサとは、ウェハ１の光学像が走査する速度に同期して、像の走査方向に配列されたＣＣＤ素子の電荷を転送しながら蓄積させる方式である。先に示した画像検出速度５０Ｇｐｐｓを実現するには、電荷を遅延積分するステージ数が２０００以上必要になる。これにより、高速画像検出が可能となり、検査装置の高スループット化が実現できる。
【００６９】
以上に説明したような、本発明による光学系を採用した図１に示す検査装置を用いてパターン欠陥を検査する場合のフローチャートを図２０に示す。レーザ光源２及び４から出射したレーザ光４を光路差光学系１０に導入して複数の波長(λ1，λ2)のコヒーレンスを低減し、再度直線偏光にする。この直線偏光を波長板を用いて楕円偏光にし、対物レンズを介して試料１を照明する。このとき、照明光の照度をモニタリングする。照明により試料１で反射，回折し対物レンズで集光された光は、先の波長板を透過する。このとき、正反射光である０次光はほぼ直線偏光に変換される。これらの光は、特定の偏光成分が検出光路に導かれる。
【００７０】
検出光路においては、ダイクロイックミラーで光路を波長分岐し、それぞれの波長に対応する像面に結像する。これらの光学像をそれぞれイメージセンサで検出して光電変換し、ビデオ信号で濃淡情報を出力する。このビデオ信号をデジタル信号に変換する。次に、照明光の照度をモニタリングした信号を用いて、照度むらに起因した画像の明るさむらを補正する。
【００７１】
次に、波長分離して検出した複数のデジタル画像を合成する。この合成した画像は位置合わせ処理部に入力される。また、合成画像は遅延メモリにも取り込まれ、比較するピッチに対応した時間遅延させてから位置合わせ部に入力される。例えば、ダイ比較を行う場合は、合成して処理部に入力された画像と遅延メモリに取込まれた隣接ダイの画像との位置合わせをおこなう。次に、この位置合せが終わった画像同士を比較検査して、差異の特徴量を算出して欠陥を抽出し、抽出した欠陥の情報を出力する。この出力する欠陥の情報には、欠陥の画像が含まれる場合もある。
【００７２】
以上、検査装置及び検査結果の管理，活用方法について実施例を示してきたが、ここに示した例はほんの一例であり、これらの実施例を組み合わせた実施例も本発明の範囲内であることは言うまでもない。例えば、レーザ光源をランプ光源に変更することなども容易に考えられる。
【００７３】
つぎに、以上の検査装置を有効に活用し、製造ラインを効率的に運営するシステムを図２１に示す。ます、ウェハ１が製造ラインに投入され、製造装置群２９２により処理される。特定の処理が施された途中の工程で、本発明などの検査装置３００で検査が実施される。この検査装置３００により、それまでの工程で製造されたパターンの異常を検知する。多層膜の場合はこれらの工程が繰り返される。以上の生産工程を流れたウェハが最終的に完成され、後工程（ダイ切断やリード線形成やパッケージ等）を経て製品となる。各検査装置で検知したプロセスの異常は、必要に応じて解析装置で異常の原因や対策内容を解析する。
【００７４】
本発明では、逐次検出される検査結果やその対策内容を生産情報管理システム２９６に蓄積し、異常の早期発見及び予測を行い、不良品を極力低減するシステムを構築するものである。このシステムを図２２に示す。検査装置で検出した欠陥情報は、欠陥情報データベース２９７と欠陥情報照合システム２９８に入力される。また、欠陥情報照合システム２９８は、歩留まり・製造装置情報管理システム２９９と情報の照合が可能である。
【００７５】
図２１に示した生産情報管理システム２９６とは、欠陥情報データベース２９７と欠陥情報照合システム２９８及び歩留まり・製造装置情報管理システム２９９で構成されている。欠陥情報データベース２９７は、製造ラインの立ち上げ時から検出された欠陥情報を蓄積する。データとしては、検査結果であるＡＤＣ(Auto Defect classification)結果と検査時にリアルタイムで検出した欠陥部の画像及び欠陥部の座標と画像処理で算出した欠陥特徴量を格納する。
【００７６】
また、これらの欠陥に対して、欠陥発生原因と対策結果及び欠陥致命性についても情報を格納していく。また、欠陥情報照合システム２９８では、検査により得られた検査結果（ＡＤＣ結果，欠陥部の画像，欠陥部の座標，欠陥特徴量）を基に、これまでに得られている欠陥情報データベースの各種情報と照合・検索を行い、欠陥の致命性などを判断する。これにより、致命性が高い欠陥であると判断された場合は、過去の欠陥データとの相関をとる。過去の欠陥データとの相関がある場合は、欠陥情報データベース２９７に保存されている対策情報を参照し
て、対策内容を提案する。
【００７７】
また、過去の発生したことのない欠陥であった場合は、解析装置で欠陥の原因や欠陥発生装置を解析し、対策を実施する。また、これらの欠陥情報は、歩留まりの推移や製造装置のメンテナンス状況などと統計的に相関を求めていくことにより、欠陥と歩留まりの因果関係や欠陥と装置状況の因果関係を明らかにできる可能性がある。これにより、歩留まりの予測や装置のメンテナンス状況を把握し、歩留まり低下が予測された場合は、早急に対策を講じることが可能となる。また、これらの欠陥発生状況や対策状況は、逐一欠陥情報データベース２９７や歩留まり・製造装置情報管理システム２９９にデータを蓄積していくことにより、データの信頼性や予測の信頼性を向上する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】偏光を用いた光路差光学系の基本構成を示す正面図である。
【図３】ＰＢＳを透過する光の振幅を算出する説明するＰＢＳの斜視図である。
【図４】光路差光学系の他の一実施例を示す正面図である。
【図５】コヒーレンスを低減する照明光学系の概略構成を示すブロック図である。
【図６】（ａ）回転拡散板の側面図、（ｂ）回転拡散版の正面図である。
【図７】ＳｉＯ２の膜厚と反射率の関係を示すグラフである。
【図８】放射ポラライザの正面図である。
【図９】照明光の振動方向の偏りを是正する光学系の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】ポラライザの正面図である。
【図１１】ウェハ表面と対物レンズの瞳面における０次光と高次回折光の偏光の状態を示す模式図である。
【図１２】対物レンズの瞳面における０次光と高次回折光の偏光の状態を示す模式図である。
【図１３】０次光と高次回折光の振幅制御を行う光学系の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】（ａ）従来の光学系で観察した配線パターンの画像、（ｂ）本発明による光学系で観察した配線パターンの画像である。
【図１５】（ａ）従来の光学系でラインアンドスペースパターンを観察したときに対物レンズの後側焦点位置の画像、（ｂ）本発明による光学系でラインアンドスペースパターンを観察したときに対物レンズの後側焦点位置の画像である。
【図１６】０次光の透過率とパターンコントラストの関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）ウェハ上に形成されたダイの平面図、（ｂ）ダイを従来の光学系で観察したときに得られるダイの画像のＡ−Ａライン上に相当する部分の信号、（ｃ）ダイを本発明による光学系で観察したときに得られるダイの画像のＡ−Ａライン上に相当する部分の信号である。
【図１８】照明の照度変動補正部の概略構成を示すブロック図である。
【図１９】照度変動機能を搭載した観察光学系の概略構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明によるパターン欠陥検査の信号の処理の流れを示すフローチャートである。
【図２１】本発明による欠陥検査装置を用いた生産情報管理システムの概略の構成を示す斜視図である。
【図２２】本発明による欠陥検査装置から生産情報管理システムに出力する検査結果の情報の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…ウェハ，２…レーザ光源，４…照明光，１０…光路差光学系，２０…対物レンズ，２１…対物レンズの瞳、３０…イメージセンサ，５０…Ａ／Ｄ変換器，６０…照度補正回路，８０…画像合成回路，８５…画像処理部，９０…機構経コントローラ，９５…オペレーションコントローラ，１５５…フライアイレンズ，１６０…回転拡散板，１８０…照明光の振動方向，２８０…ダイエリア，２９６…生産情報管理システム，３００…検査装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月17日(2006.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から発射されたレーザを該レーザの光軸を中心に放射状の振動成分または円周方向の振動成分の何れかを透過させる偏光板を介して対物レンズの外側から試料に照射し、該照射による前記試料からの反射光のうち前記対物レンズを透過した反射光を該対物レンズを介して検出し、該検出して得た信号を処理して前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。    
【請求項２】
前記対物レンズを透過した反射光を結像させ、該結像させた光学像をイメージセンサで検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記検出して得た信号を記憶しておいた参照信号と比較することにより、前記試料上の欠陥として前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出することを特徴とする請求項２記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
レーザ光源から発射されたレーザを試料に対物レンズの外側から照射し、
該照射による前記試料からの反射光のうち前記対物レンズを透過した反射光を該対物レンズの瞳面に配置した前記対物レンズの光軸に対して半径方向の振動成分または円周方向の振動成分の何れかの振動成分の偏光を透過する特性を有する偏光板を介して検出し、
該検出して得た信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
前記対物レンズを透過して前記偏光板を透過した反射光を結像させ、該結像させた像をイメージセンサで検出することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記検出して得た信号を記憶しておいた参照信号と比較することにより、前記試料上の欠陥として前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出することを特徴とする請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記レーザ光源から発射されたレーザが、パルス発振レーザであることを特徴とする請求項１または４に記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
前記試料に照射するレーザが、パルス発振レーザ光源から発射されたパルス発振レーザの１パルスのレーザを複数のパルスのレーザに分割したレーザであることを特徴とする請求項７記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
前記試料に照射するレーザが、パルス発振レーザ光源から発射されたパルス発振レーザを光路長が異なる複数の光路に分岐して形成したレーザであることを特徴とする請求項７記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
レーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザを試料に照射する照射光学系と、
該照射光学系で前記レーザを照射された前記試料からの反射光を集光する対物レンズ部と、
該対物レンズ部の瞳面に配置されて該対物レンズ部で集光された前記試料からの反射光のうち前記対物レンズ部の光軸に対して半径方向の振動成分または円周方向の振動成分の何れかの振動成分の偏光を透過する特性を有する偏光板と、
該偏光板を透過した光を検出する検出部と、
該検出部で検出して得た信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する信号処理部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記対物レンズを透過した前記試料からの反射光を結像させる結像レンズ部を更に備え、該結像レンズ部により前記偏光板を透過した反射光を結像させ、該結像させた像を前記検出部で検出することを特徴とする請求項１０記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記信号処理部は、前記検出部で検出して得た信号を記憶しておいた参照信号と比較することにより、前記試料上の欠陥として前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出することを特徴とする請求項１０記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、パルス発振レーザを発射することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
前記照明光学系は、前記レーザ光源から発射されたパルス発振レーザの１パルスのレーザを複数のパルスのレーザに分割して前記試料に照射することを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記照明光学系は、前記レーザ光源から発射されたパルス発振レーザを光路長が異なる複数の光路に分岐して前記試料に照射することを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査装置。