(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の方向に周期的なパターンを有する試料面を照明する照明光学系と、
前記照明光の偏光方向を前記パターンの周期方向と同一方向にすることが可能な偏光手段と、
前記試料面の像を形成する観察光学系と
を備える検査装置において、
前記パターンの周期方向と同一の偏光方向である照明光が前記試料面に照射された際に前記試料面からの反射光に基づく画像データを前記複数の方向に対して複数取得する撮像手段と、
前記撮像手段によって取得された前記複数方向の周期パターンの画像データのうち、各方向のコントラストの高い画像データだけを加え合わせ、何れの周期方向のパターンに対してもコントラストが高いパターン像を合成する加算手段と
を備えていることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記偏光手段は前記照明光学系の光軸上に回転可能に配置されたポラライザであることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記偏光手段による照明光の偏光方向を変える駆動手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、検査装置に関し、特に半導体を検査・測定するのに有効な検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の検査装置としては、レーザ光源と、周期的なパターンを有する試料面を照明する照明光学系と、試料面の像を形成する観察光学系と、観察光学系によって形成された試料面の像を撮像するＣＣＤカメラ等を備え、半導体のように不透明な試料を検査するとき、反射照明又は落射照明と呼ばれる照明を行う照明光学系を構成して、試料の上方から試料を照明し、照明光の偏光方向をパターンの周期方向と一致させてコントラストの高い試料像を得る技術が知られている（特開平１１−３５２４０８号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の検査装置では、複数方向のパターンを有する試料を検査するとき、照明光の偏光方向がパターンの周期方向と一致した一方向のパターンだけを高いコントラストで表示させることができるだけで、試料の全体像を高いコントラストで表示させることはできなかった。
【０００４】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は複数方向に形成されたパターンを有する場合であっても、コントラストの高い試料面の全体像を得ることができる検査装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、複数の方向に周期的なパターンを有する試料面を照明する照明光学系と、前記照明光の偏光方向を前記パターンの周期方向と同一方向にすることが可能な偏光手段と、前記試料面の像を形成する観察光学系とを備える検査装置において、前記パターンの周期方向と同一の偏光方向である照明光が前記試料面に照射された際に前記試料面からの反射光に基づく画像データを前記複数の方向に対して複数取得する撮像手段と、前記撮像手段によって取得された前記複数方向の周期パターンの画像データのうち、各方向のコントラストの高い画像データだけを加え合わせ、何れの周期方向のパターンに対してもコントラストが高いパターン像を合成する加算手段とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の検査装置において、前記偏光手段は前記照明光学系の光軸上に回転可能に配置されたポラライザであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の検査装置において、前記偏光手段による照明光の偏光方向を変える駆動手段を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１はこの発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成図である。
【００１１】
検査装置は、光源１１と、リレーレンズ１２と、リレーレンズ１３と、開口絞り１４と、リレーレンズ１５と、視野絞り１６と、ポラライザ（偏光手段）１７と、リレーレンズ１８と、ハーフミラー１９と、対物レンズ２０と、結像レンズ２１と、ＣＣＤカメラ（撮像手段）２２と、駆動部（駆動手段）２３と、制御部２４とディスプレイ２５とを備える。
【００１２】
リレーレンズ１２と、リレーレンズ１３と、開口絞り１４と、リレーレンズ１５と、視野絞り１６と、ポラライザ１７と、リレーレンズ１８と、ハーフミラー１９と、対物レンズ２０とで照明光学系が構成される。
【００１３】
この照明光学系は試料面５ａに対してケーラー照明を達成できるように構成されている。なお、試料５はステージ６に載置されている。
【００１４】
対物レンズ２０と、ハーフミラー１９と、結像レンズ２１と、ＣＣＤカメラ２２とで観察光学系が構成される。
【００１５】
光源１１としては非偏光の光を発するハロゲンランプやキセノンランプが用いられる。
【００１６】
開口絞り１４は光の強さを調節し、照明光学系の照明条件を変更する。
【００１７】
視野絞り１６は照明範囲の大きさや形状を決める。
【００１８】
ポラライザ１７は照明光学系の光軸Ｌ１上で回転させることによって照明光の偏光方向を変える。ポラライザ１７としては例えば特定の振動方向をもつ直線偏光のみを通す偏光フィルタが使われる。
【００１９】
ハーフミラー１９は光源１１からの光を反射させるとともに、試料面５ａで反射された光を透過させる。この試料面５ａには０．１〜０．２μｍ程度の微細な凹凸からなる周期的なパターンが形成されている。
【００２０】
結像レンズ２１は試料面５ａからの反射光を集光しＣＣＤカメラ２２の撮像面２２ａに試料面５ａの像を結像させる。
【００２１】
ＣＣＤカメラ２２は照明光の複数の偏光方向における画像データを取得し、この画像データをメモリ２４Ａに記憶する。
【００２２】
駆動部２３はモータ（図示せず）を備え、このモータによってポラライザ１７を照明光学系の光軸Ｌ１上で回転させる。ポラライザ１７は例えば歯車やベルトを介してモータの回転軸に連結されている。
【００２３】
制御部２４はスイッチ２６が押されたとき、予め決められた制御フローにしたがって駆動部２３を駆動し、ポラライザ１７を所定角度（例えば４５°）づつ動かす。
【００２４】
ポラライザ１７の回転速度としては、９０°回転させるのに０．数秒が好ましい。
【００２５】
制御部２４は信号処理部（加算手段）２４Ｂを有する。この信号処理部２４ＢでＣＣＤカメラ２２で取得された画像データのうち、コントラストが高いパターンの像の画像データだけを加え合わせる処理（画素間演算）を行う。
【００２６】
光源１１からの光はリレーレンズ１２、リレーレンズ１３、開口絞り１４、リレーレンズ１５、視野絞り１６、ポラライザ１７、リレーレンズ１８を通り、ハーフミラー１９に入射する。
【００２７】
ハーフミラー１９によって反射された光は、対物レンズ２０を通して試料面５ａをケーラー照明する。そのため、試料面５ａの所定領域が全体にむらなく照明される。このとき、ポラライザ１７は直線偏光だけを通す。
【００２８】
試料面５ａからの反射光は光路（観察光学系）を逆行し、対物レンズ２０、ハーフミラー１９及び結像レンズ２１を通ってＣＣＤカメラ２２の撮像面２２ａに結像する。
【００２９】
ＣＣＤカメラ２２で取得された試料面５ａの画像データはメモリ２４Ａに記憶される。
【００３０】
スイッチ２６が押されたとき、制御部２４は駆動部２３を駆動し、ポラライザ１７を回転させる。
【００３１】
そのため、メモリ２４Ａにはポラライザ１７の回転位置に応じた複数の試料面５ａの画像データが記憶される。
【００３２】
ポラライザ１７の回転によって照明光の偏光方向が試料面５ａのパターンの周期方向と同一方向になったとき、パターンの像のコントラストが高くなり、メモリ２４Ａにはコントラストの高いパターンの像の画像データが記憶される。
【００３３】
一方、照明光の偏光方向が試料面５ａのパターンの周期方向と直交する方向になったとき、パターンの像のコントラストが低くなり、メモリ２４Ａにはコントラストの低いパターンの像の画像データが記憶される。
【００３４】
信号処理部２４Ｂではメモリ２４Ａに記憶された画像データのうち、コントラストが高いパターンの像の画像データを加え合わせ、ディスプレイ２５に試料面５ａの像として表示させる。
【００３５】
例えば、Ｘ、Ｙ方向で直交するパターンを有する試料面５ａの場合、Ｘ方向のコントラストが高いパターンの像の画像データとＹ方向のコントラストが高いパターンの像の画像データとを加え合わせれば、最終的にＸ、Ｙ方向にコントラストが高いパターン像が合成されて表示される。ここで、Ｘ方向とは例えば図と平行な方向であり、Ｙ方向とは例えば図と直交する方向である。
【００３６】
そのため、ディスプレイ２５には、コントラストの低いパターンの像の画像データが取り除かれた、どの方向に対してもコントラストの高い試料面５ａの像が表示される。
【００３７】
この実施形態によれば、試料面５ａに形成されたパターンの周期が解像力の限界に近い場合であっても、安価かつ簡単な構成でコントラストの高い試料面５ａの像を得ることができ、回路パターンの検査やパターン幅等の測定を正確に行うことができる。
【００３８】
また、上記実施形態ではポラライザ１７を回転させたが、ポラライザ１７を回転させる代わりにステージ６に回転機構を設けて、ステージ６を回転させるようにしてもよい。
【００３９】
更に、上記実施形態ではポラライザ１７をモータを備えた駆動部２３で回転させて照明光の偏光方向を変えたが、モータを用いず、ポラライザ１７を手動で回転させてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では光源１１としてハロゲンランプやキセノンランプを用いたが、直線偏光のレーザ光（極紫外域又は可視域）を出射するレーザ光源を用いてもよい。レーザ光源を用いることによってパワーの大きな照明光を得ることができる。
【００４１】
更に、レーザ光源を用い、試料及びレーザ光源の一方を回転させることによってポラライザを用いることなく照明光の偏光方向を変えるようにしてもよい。
【００４２】
また、λ／２波長板を用いることによって照明光の偏光方向を変えるようにしてもよい。
【００４３】
更に、斜光照明（試料面に対して照明光を斜め上方から入射させる照明方法である。この場合、開口絞りの開口部は瞳の中心位置からずれた位置に設けられる）の場合には、ポラライザ１７の代わりに、開口絞り１４の位置に配置された遮光板等を回転させることで実施形態と同様の効果を奏することができる。これにより、回路パターンの長手方向からの照明が可能になる。
【００４４】
また、開口絞りとしてはスリット状の開口部を備えるものを用いてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の検査装置によれば、複数方向に形成されたパターンを有する場合であっても、コントラストの高い試料面の全体像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成図である。
【符号の説明】
５  試料
１７  ポラライザ（偏光手段）
２２  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
２３  駆動部（駆動手段）
２４Ｂ  信号処理部（加算手段）
【図１】
0004662194.tif 000002