(57)【要約】【課題】  試料に照明する照明条件を任意かつ容易に可変でき、さらに検出側の瞳フィルタの透過率、位相条件を変えることによって、より微細な欠陥を高感度に検出することができる欠陥検査装置を提供する。【解決手段】  被検査パターンの欠陥検査装置であって、照明光源４と、この照明光源４からの光量が調整され、照明範囲が形成されて出射した照明光の可干渉性を低減する回転拡散板２９と、この可干渉性が低減された光束を瞳上で形状を可変してウェハ１上に照射して結像する揺動ミラー１４，１９等と、ウェハ１からの反射光の結像により形成されたウェハ１の像を撮像して画像信号を検出するイメージセンサ３５と、この検出された検出画像を観察する観察カメラ３２と、検出された検出画像信号に関する情報に基づいてウェハ１に形成されたパターンの欠陥を検出する画像処理ユニット３７などを備える。【選択図】  図１ 
2005091182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源と、前記照明光源からの光量を調整する光量調整手段と、前記光量調整手段で調整された照明光の照明範囲を形成する照明範囲形成手段と、前記照明範囲形成手段から出射した照明光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段と、前記可干渉性低減手段により可干渉性が低減された光束を瞳上で形状を可変して試料上に照射して結像する照明手段と、前記照明手段による前記試料からの反射光を結像する結像手段と、前記結像手段の回折光を制御する回折光制御手段と、前記結像手段により形成された前記試料の像を撮像して画像信号を検出する画像検出手段と、前記画像検出手段で検出された検出画像を観察する観察手段と、前記画像検出手段で検出された検出画像信号に関する情報に基づいて前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記照明光源は、レーザあるいはランプであり、波長が３６５ｎｍ以下であることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記光量調整手段は、前記光量を低減可能なフィルタと、前記フィルタによって任意の透過光量を設定可能な光量設定系とを備え、
前記フィルタは、光軸を傾けて該フィルタからの反射光を光源に直接戻さないように設置されていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記照明範囲形成手段は、前記照明範囲を長方形に形成する長方形照明手段で構成され、
前記長方形照明手段は、対物レンズの瞳上で一方向の光源を複数生成する手段と、前記光源と直交する複数の光源を生成する手段とを備え、
前記光源を複数生成する手段は、対辺の寸法を変えることにより前記試料上で長方形の照明範囲を形成するものであることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記照明手段は、前記光束を瞳内で自在に移動かつ静止可能であり、前記試料と共役な位置で移動するように構成されていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記回折光制御手段は、前記試料と共役な位置あるいはその近傍に設置され、
前記結像手段は、結像倍率により複数設置し、切り替えて使用するように構成されていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記画像検出手段は、蓄積型のイメージセンサ、または紫外光に対して感度を有する時間遅延積分型（ＴＤＩ）のイメージセンサを有して構成され、
前記時間遅延積分型（ＴＤＩ）のイメージセンサは、アンチブルーミングＴＤＩセンサ、カバーガラスに有機薄膜コーティングを施した表面照射型ＴＤＩセンサ、あるいは裏面照射型ＴＤＩセンサであることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記欠陥検出手段は、参照画像信号を記憶する記憶部と、前記画像検出手段から検出される検出画像信号の正常部における特徴量と前記記憶部に記憶された参照画像信号の正常部における特徴量との対応関係を示す散布図を作成する散布図作成部と、前記散布図作成部で作成された散布図に基いて画像信号の階調値を補正する階調変換部と、前記階調変換部で補正された検出画像信号と前記参照画像信号とを比較することにより前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出部とを備えることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
前記欠陥検出手段は、検出するパターンの欠陥についての位置及び寸法に関する情報を出力するように構成されていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項１０】
試料上に形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、
前記試料の表面に可干渉性を低減させた紫外レーザ光を照射し、前記紫外レーザ光が照射された前記試料の表面を撮像して画像信号を得て、前記画像信号を処理することにより前記試料上の１００ｎｍ以下の欠陥を検出し、前記検出した１００ｎｍ以下の欠陥の前記試料上の位置に関する情報を出力することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査パターンの欠陥（ショートや断線など）や異物を検出するパターン検査、異物検査に係り、特に半導体ウェハや液晶ディスプレイ、ホトマスクなどの被検査パターンにおける欠陥・異物を検査する被検査パターンの欠陥検査装置及び方法に適用して有効な技術に関するものである。なお、以下において、欠陥は異物を含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討したところによれば、被検査パターンの欠陥を検出するパターン検査技術に関しては、以下のような技術が考えられる。
【０００３】
たとえば、従来、この種の検査装置は、特許文献１に記載のように、被検査パターンを移動させつつ、イメージセンサ等の撮像素子により被検査パターンの画像を検出し、検出した画像信号と定めた時間遅らせた画像信号の濃淡を比較することにより、不一致を欠陥として認識するものであった。
【０００４】
また、被検査パターンの欠陥検査に関する従来技術としては、特許文献２が知られている。この特許文献２には、メモリマット部などのパターン密度が高い領域と周辺回路などのパターン密度が低い領域とがチップ内に混在する半導体ウェハなどの被検査パターンにおいて、検出した画像上での明るさの頻度分布より被検査パターンの高密度領域と低密度領域との間での明るさあるいはコントラストが定めた関係となるべく、前記検出された画像信号をＡ／Ｄ変換して得られるディジタル画像信号に対して階調変換し、この階調変換された画像信号と比較する階調変化された画像信号とを位置合わせした状態で比較を行って、微細欠陥を高精度に検査する技術が記載されている。
【０００５】
また、フォトマスクのパターンを検査する従来技術としては、特許文献３において知られている。この特許文献３には、光源にエキシマレーザのようなＵＶレーザ光を用い、光路上に挿入した拡散板を回転させて可干渉性を低減させたＵＶ光をマスクに均一に照明し、得られるマスクの画像データから特徴量を計算して、フォトマスクの良否を判定することが記載されている。また、エキシマレーザを用いた投影露光装置は、特許文献４や特許文献５などにおいて知られている。
【特許文献１】特開平７−３１８３２６号公報
【特許文献２】特開平８−３２０２９４号公報
【特許文献３】特開平１０−７８６６８号公報
【特許文献４】特開昭５９−２２６３１７号公報
【特許文献５】特開昭６２−２３１９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記のような被検査パターンの欠陥を検出するパターン検査技術に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００７】
たとえば、近年のＬＳＩ製造においては、ウェハ上に形成された回路パターンは、高集積化のニーズに対応し微細化してそのパターン幅が２００ｎｍ以下になってきており、パターン検査を行う光学系の解像限界に達している。このため検査用対物レンズの高ＮＡ化や超解像技術の適用が進められている。
【０００８】
しかしながら、検査用対物レンズの高ＮＡ化は、物理的に限界に達している。従って、検出に用いる波長を紫外光（ＵＶ光）や遠紫外光（ＤＵＶ光）の領域へ短波長化していくのが本質的なアプローチである。
【０００９】
検査においては、高速に検査を行う必要があるため、細く絞ったレーザビームを試料上で走査する方法は用いることはできない。逆にレーザビームを視野一杯に広げて照明を行うと、スペックルが発生し、回路パターンのエッジ部分にリンギングと呼ばれるオーバーシュート、アンダーシュートが発生するため、良質の画像を得ることができない。
【００１０】
また、デバイスには、主に、繰り返しパターンで形成されるメモリ製品や、主に、非繰り返しパターンで形成されるロジック製品など、検査対象となるパターンの構造が複雑かつ多様化してきており、ターゲットとなる欠陥を確実に見つけだすことが困難となってきている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、検査対象となるデバイスの構造に応じた照明条件を自在に変化させることによって、微細な回路パターンを高い分解能で高速に検出し、欠陥を検出するパターン欠陥検査装置及び方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記パターン欠陥検査装置及び方法を用いて、超微細な半導体デバイスを製造することができるようにした半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、パターン欠陥検査装置において、照明光源と、前記照明光源からの光量を調整する光量調整手段（ＮＤフィルタ等）と、前記光量調整手段で調整された照明光の照明範囲を形成する照明範囲形成手段（ホモジナイザ等）と、前記照明範囲形成手段から出射した照明光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段（回転拡散板等）と、前記可干渉性低減手段により可干渉性が低減された光束を瞳上で形状を可変して試料上に照射して結像する照明手段（揺動ミラー等）と、前記照明手段による試料からの反射光を結像する結像手段（結像レンズ等）と、前記結像手段の回折光を制御する回折光制御手段（偏光素子等）と、前記結像手段により形成された試料の像を撮像して画像信号を検出する画像検出手段（イメージセンサ等）と、前記画像検出手段で検出された検出画像を観察する観察手段（観察カメラ等）と、前記画像検出手段で検出された検出画像信号に関する情報に基づいて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段（画像処理ユニット等）とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明では、前記照明光源は、レーザあるいはランプであることを特徴とする。さらに、前記照明光源は、波長が３６５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明では、前記光量調整手段は、光量を低減可能なフィルタと、前記フィルタによって任意の透過光量を設定可能な光量設定系とを備えて構成することを特徴とする。さらに、前記フィルタは、光軸を傾けてフィルタからの反射光を光源に直接戻さないことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、前記照明範囲形成手段は、照明範囲を長方形に形成する長方形照明手段で構成することを特徴とする。さらに、前記長方形照明手段は、対物レンズの瞳上で一方向の光源を複数生成する手段と、前記光源と直交する複数の光源を生成する手段を備えて構成することを特徴とする。さらに、前記光源を複数生成する手段は、対辺の寸法を変えることにより、試料上で長方形の照明範囲を形成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明では、前記照明手段は、光束を瞳内で自在に移動かつ静止可能な構成にすることを特徴とする。さらに、前記照明手段は、試料と共役な位置で移動することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明では、前記回折光制御手段は、試料と共役な位置あるいはその近傍に設置することを特徴とする。さらに、前記結像手段は、結像倍率により複数設置し、切り替えて使用することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明では、前記画像検出手段は、蓄積型のイメージセンサを有して構成することを特徴とする。または、前記画像検出手段は、紫外光に対して感度を有する時間遅延積分型（ＴＤＩ）のイメージセンサを有することを特徴とする。さらに、前記時間遅延積分型（ＴＤＩ）のイメージセンサは、アンチブルーミングＴＤＩセンサであることを特徴とする。あるいは、前記時間遅延積分型（ＴＤＩ）のイメージセンサは、カバーガラスに有機薄膜コーティングを施した表面照射型ＴＤＩセンサであることを特徴とする。あるいは、前記時間遅延積分型（ＴＤＩ）のイメージセンサは、裏面照射型ＴＤＩセンサであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明では、前記欠陥検出手段は、参照画像信号を記憶する記憶部と、前記画像検出手段から検出される検出画像信号の正常部における特徴量と前記記憶部に記憶された参照画像信号の正常部における特徴量との対応関係を示す散布図を作成する散布図作成部と、前記散布図作成部で作成された散布図に基いて画像信号の階調値を補正する階調変換部と、前記階調変換部で補正された検出画像信号と参照画像信号とを比較することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出部とを有することを特徴とする。または、前記欠陥検出手段は、参照画像信号を記憶する記憶部と、前記画像検出手段から検出される検出画像信号と前記記憶部に記憶された参照画像信号とを比較することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出部とを有することを特徴とする。または、前記欠陥検出手段は、参照画像信号を記憶する記憶部と、前記画像検出手段から検出される検出画像信号の正常部における明るさと前記記憶部に記憶された参照画像信号の正常部における明るさとをほぼ同じようになるように画像信号の明るさを補正する明るさ補正部と、前記明るさ補正部で補正された検出画像信号と参照画像信号とを比較することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出部とを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明では、前記欠陥検出手段は、検出するパターンの欠陥についての位置及び寸法に関する情報を出力することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明では、試料上に形成されたパターンの欠陥を検査する方法であって、試料の表面に可干渉性を低減させた紫外レーザ光を照射し、前記紫外レーザ光が照射された前記試料の表面を撮像して画像信号を得て、前記画像信号を処理することにより試料上の１００ｎｍ以下の欠陥を検出し、前記検出した１００ｎｍ以下の欠陥の試料上の位置に関する情報を出力することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明では、可干渉性を低減した紫外レーザ光を直径３００ｍｍ相当のウェハ上に照射し、前記照射されたウェハを撮像してウェハの画像を検出し、前記検出したウェハの画像を処理してウェハに形成されたパターンの１００ｎｍ以下の欠陥を１時間あたり３枚以上ウェハのスループットで検出することを特徴とする。
【００２３】
すなわち、７０ｎｍ以下のデザインルールのパターンを検査して半導体デバイスを製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、試料に照明する照明条件を任意かつ容易に可変できることが可能なため、さまざまな工程においても最適な照明条件で検査が可能となり、さらに通常の照明では検出できなかった欠陥も顕在化できることが可能となる。さらに、検出側の瞳フィルタの透過率、位相条件を変えることによって、顕在化された欠陥部の情報をさらに向上でき、より微細な欠陥を高感度に検出することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係わるパターン欠陥検査装置及び方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
図１は、本発明に係わるパターン欠陥検査装置の一実施の形態を示す図である。本実施の形態において、ウェハ１は、ウェハチャック１ａにより、ステージ２の最上面に、たとえば真空吸着などによって固定される。ステージ２は、Ｙステージ２ａ、Ｘステージ２ｂ、θステージ２ｃ、Ｚステージ２ｄで構成される。ウェハチャック１ａはＺステージ２ｄに固定される。Ｘステージ２ｂは定速走行が可能である。Ｙステージ２ａはステップ移動が可能である。θステージ２ｃは、ウェハチャック１ａを回転可能であり、ステージ２の進行方向とウェハ１の傾きを補正可能である。Ｚステージ２ｄはウェハ１を上下移動可能である。それぞれの移動は、ステージ制御回路３によって図示しない方法により制御が可能である。
【００２７】
照明光源４は、例えば波長３５５ｎｍや波長２６６ｎｍの紫外あるいは遠紫外レーザ光源であり、ウェハ１の表面を照明する光源である。このレーザ光源としては、固体ＹＡＧレーザを非線形光学結晶等で波長変換して基本波の第３高調波（３５５ｎｍ）や、第４高調波（２６６ｎｍ）を発生する装置で構成される。また、波長１９３ｎｍ、波長１９５ｎｍあるいは波長２４８ｎｍなどのレーザ光源を使用しても構わない。さらに、レーザ光源として存在するならば１００ｎｍ以下の波長でも良く、解像度が益々向上することになる。また、レーザの発振形態は、連続発振でも、パルス発振でも構わないが、ステージ２を連続走行させてウェハ１からの画像を検出する場合は、連続発振が好ましい。パルス発信でも発信周波数の高いものも連続発信レーザと同様に扱うことができる。
【００２８】
照明光源４からの光束は、ミラー５，６により照明光学系に導く。ＮＤフィルタ７により、照明光学系に導く光量を調整可能である。ＮＤフィルタ７は図示しない方法によりＮＤフィルタ制御回路８の指令により駆動可能である。図２によりＮＤフィルタ７について説明する。（ａ）はＮＤフィルタの配置を示した図、（ｂ）はＮＤフィルタの回転角度と透過率の関係を示した図である。照明光源４からの光束は、レーザの安定化のため、最大出力で照射される。そのため、検査に必要な光量を設定する必要がある。（ａ）において、照明光源４からの光束はミラー５を反射してＮＤフィルタ７に通過する。このとき、ＮＤフィルタ７が光束に対して直角であった場合、その反射光は、再度ミラー５を反射して照明光源４の内部に戻ることになる。すると、照明光源４の共振器内でレーザ光が干渉し、レーザ出力が不安定になることになる。
【００２９】
そこで、ＮＤフィルタ７は光束に足して角度αだけ傾ける。角度αは、ＮＤフィルタ７から反射した光束Ｒが照明光源４のレーザ出射口に直接戻らない角度に設定すれば良い。ＮＤフィルタ７としては、例えば（ｂ）に示すように透過率が角度によって変化するものを使用する。なおＮＤフィルタ７は、図示しない方法で回転可能であり、ＮＤフィルタ制御回路８によって所定の角度で固定が可能である。もちろん、透過率を制限した固定ＮＤフィルタを何種類か準備し、これを切り替えても同様に扱うことができる。但し、この状態においても固定ＮＤフィルタは光束に足して角度αだけ傾けるように配置する。
【００３０】
次に、照明光源４からの光束は、ビームエキスパンダ８ａにより光束を拡大され、ビームシェイパー９を透過する。図３は一般的な照明光源４の強度分布を示す。通常、レーザの強度分布は中心が高くなるガウシアン分布である。ガウシアン分布では中心の強度分布が極端に強いため、試料面での均一な照度分布を作成するのは困難である。図４にビームシェイパー９を透過後の強度分布を示す。図示しない方法によって、ガウシアン分布を押しつぶすように、明るい部分を平均化が可能である。
【００３１】
ビームエキスパンダ８ａは、図示しない方法によって切り替え制御系８’によって複数の倍率に切り替えることが可能である。もちろん複数の倍率切り替えはズームレンズでも良い。
【００３２】
ビームシェイパー９を透過した光束は、ホモジナイザ１０を透過したのち、ミラー１１、集光レンズ１３を透過後、ミラー１２よって縦揺動ミラー１４に照射される。縦揺動ミラー１４は光軸に対して縦方向に移動可能なゴニオステージ１６で保持される。縦揺動ミラー１４は制御回路１５によって制御可能である。ゴニオステージ１６は制御回路１７によって制御可能である。縦揺動ミラー１４で反射した光束は、２個のリレーレンズ１８によって横揺動ミラー１９で反射される。横揺動ミラー１９は光軸に対して横方向に移動可能なゴニオステージ２１によって保持される。横揺動ミラー１９は制御回路２０によって制御可能である。ゴニオステージ２１は制御回路２２によって制御可能である。
【００３３】
横揺動ミラー１９で反射した光束は、さらに２個のリレーレンズ２３と結像レンズ２４を透過し、偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳとする）２５によって直角に曲げられ、偏光素子２６を透過し、対物レンズ２７の瞳２８に集光される。すなわち、照明光源４からの光束は前述したレンズ群により、対物レンズ２７の瞳２８に結像させるケーラ照明を実現している。なお、縦揺動ミラー１４と横揺動ミラー１９の設置位置はそれぞれ対物レンズ２７の集光位置、すなわちウェハ１の表面と共役な関係にあるものとする。
【００３４】
回転拡散板２９は、レーザによって生じる可干渉性を低減するものである。一般にレーザのようなコヒーレントな光で照明すると、干渉性が高くスペックルノイズと呼ばれる干渉縞が発生し、検出画像にノイズとして表れる。そこで、回転拡散板を照明光路中に挿入し、これを回転させることで、時間的、空間的なコヒーレンシを低減することが可能である。発明者らの実験によると、この回転拡散板２９は対物レンズ２７の焦点面と共役な位置には配置せず、若干デフォーカスさせることでその効果が得られることが判明している。
【００３５】
対物レンズ２７としては、屈折型のレンズで説明をしているが、反射型の対物レンズを用いてもよい。ＰＢＳ２５は、照明光の偏光方向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過する作用を持つ。従って、照明光源にレーザ光を用いると、元々偏光レーザ光であるため、偏光を合わせることによって、ＰＢＳ２５によってこのレーザ光を全反射させることが可能となる。
【００３６】
さらに、紫外光による高解像度化に加え、前述したように偏光素子２６を図示しない方法によって偏光素子制御回路２９ａで制御することにより、パターンのコントラストを向上できる。パターンコントラストを向上させるため、偏光素子２６の制御によって、紫外レーザ光の偏光状態を自在に制御できることに着目し、照明光の偏光の向き、楕円率を制御し、イメージセンサ３５で検出光の一部偏光成分を検出することを可能とした。紫外レーザ光による照明の特徴に単一波長であるということと、直線偏光であるということがある。このため、光路内に設けた偏光素子２６を１／２波長板と１／４波長板を組み合わせることで、高効率にその偏光状態を制御することができる。
【００３７】
制御は、例えば光軸を中心に１／２波長板と１／４波長板を回転すればよい。試料の形状によっては、照明の偏光状態によりパターンコントラストが大きく変化するため、偏光状態を制御可能（波長板を回転させて位置決め）とすることにより光学系の性能を向上することができる。より具体的には、偏光素子２６群の１／２波長板で直線偏光の向きを制御し、１／４波長板で楕円率を変えることができる。これにより、検出感度の向上が図れる。これらの組み合せにより、平行ニコルと直交ニコルも実現できる。もちろん、円偏光状態も実現できる。なお、これらは、照明波長自体には依存しない。
【００３８】
また、上記概念が成立すれば、実現するための構成は任意のものでよい。もちろん、照明する光学系の対物レンズ２７の瞳２８と共役な位置に、図示しない空間フィルタを配置し、０次光を減衰させてもよい（空間フィルタにより、パターンからの回折光をブロックし、異物からの散乱光をイメージセンサに導くこともできる）。しかしながら、偏光を制御すると、高次の回折光をより効率的に抽出できる。発明者らの実験によると、約２０〜３００％コントラストが向上することが判明している。
【００３９】
対物レンズ２７の瞳２８に集光した光束は、ウェハ１の表面に照明され、その反射光は、再び対物レンズ２７によって取り込まれ、偏光素子２６、ＰＢＳ２５を透過し、ビームスプリッタ３０によって光路を２分岐する。反射した光束は、結像レンズ３１によって対物レンズ２７の瞳２８の像が観察カメラ３２に結像されるように配置する。このビームスプリッタ３０は、観察カメラ３２で必要最小限の光量となるように反射光量を最小限にしている。また、結像レンズ３１’によってウェハ１の像が観察カメラ３２に結像されるように結像レンズ３１’を配置する。結像レンズ３１と３１’は図示しない方法によってレンズ切り替え制御回路３１ａによって切り替えが可能である。
【００４０】
このビームスプリッタ３０を透過した光束は、結像レンズ３３ａと結像レンズ３３ｂによってイメージセンサ３５に結像される。このイメージセンサ３５はウェハ上換算で、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の画素寸法を有し、ウェハ１からの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡画像信号を出力するものである。ここで、画素寸法に範囲があるのは、結像レンズ３３ｂの倍率を変えれば実現可能である。たとえば、結像レンズ３３ｂの倍率を何種類か搭載し、結像レンズ移動制御系３４によって図示しない方法により、所望の倍率にすれば実現できる。もちろん、この結像レンズ３３ｂはズーム機構を持ったレンズでも同様の効果がある。瞳フィルタ４１は、対物レンズ２７の瞳２８と共役な位置に配置されている。この瞳フィルタ４１は何種類か搭載し、瞳フィルタ制御系４１’によって図示しない方法により切り替えが可能である。
【００４１】
イメージセンサ３５の出力は、ドライバ３６を介して画像処理ユニット３７に信号が送られる。このドライバ３６は、イメージセンサ３５の駆動周波数、ゲイン、オフセットなども外部信号によって設定できる構成である。画像処理ユニット３７や、その他の制御系は本体制御回路４０によってすべての制御が可能である。
【００４２】
次に、画像処理ユニット３７を説明する。図５は、本発明に係わるパターン欠陥検査装置の画像処理ユニット３７の一例を示す図である。画像処理ユニット３７は、Ａ／Ｄ変換器２００、階調変換部２０１、画像フィルタ２１５、遅延メモリ２０２、位置合わせ部２０３、局所階調変換部２０４、比較部２０５、ＣＰＵ２１２、画像入力部２０６、散布図作成部２０７、記憶手段２０８、表示手段２０９、出力手段２１０、および入力手段２１１等で構成される。
【００４３】
イメージセンサ３５で得られた濃淡信号は、ドライバ３６を介して画像処理ユニット３７に送られ、Ａ／Ｄ変換器２００により、ディジタル画像信号に変換してウェハ１の画像信号を出力するものである。例えば１０ビットのものが使われる。階調変換部２０１は、Ａ／Ｄ変換器２００から出力される１０ビットディジタル画像信号に対して特開平８−３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施すものである。すなわち、階調変換部２０１は、対数変換や指数変換、多項式変換等を施し、画像を補正するものであり、例えば８ビットディジタル信号で出力するように構成される。
【００４４】
画像フィルタ２１５は、階調変換され補正された画像から、紫外光で検出された画像の特徴的なノイズを効率良く除去するフィルタである。遅延メモリ２０２は、参照画像信号を記憶する記憶部であり、画像フィルタ２１５からの出力画像信号を、繰り返される半導体ウェハを構成する１セル又は複数セルピッチまたは１チップまたは複数チップ分記憶して遅延させるものである。ここで、セルはチップ内のパターンの繰返し単位である。なお、画像フィルタ２１５は遅延メモリ２０２を通過した後でもよい。
【００４５】
位置合わせ部２０３は、階調変換部２０１から出力される階調変換が施された画像信号（試料から得られる検出画像信号）２１３と遅延メモリ２０２から得られる遅延画像信号（基準となる参照画像信号）２１４との位置ずれ量を正規化相関によって検出して画素単位に位置合わせを行なう部分である。
【００４６】
局所階調変換部２０４は、特徴量（明るさ、微分値、標準偏差、テクスチャ等）の異なる信号を、この特徴量が一致するように双方若しくは一方の画像信号について階調変換する部分である。比較部２０５は、局所階調変換部２０４で階調変換された検出画像信号同士を比較して特徴量の相違に基いて欠陥を検出する部分である。すなわち、比較部２０５は、遅延メモリ２０２から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した参照画像信号と検出した検出画像信号を比較する。
【００４７】
ウェハ１上における配列データ等の座標を、キーボード、ディスク等から構成された入力手段２１１で入力しておくことにより、ＣＰＵ２１２は、ウェハ１上における配列データ等の座標に基づいて、欠陥検査データを作成して記憶手段２０８に格納する。この欠陥検査データは、必要に応じてディスプレイ等の表示手段２０９に表示することもでき、また出力手段２１０に出力することもできる。なお、比較部２０５の詳細は、特開昭６１−２１２７０８号公報に示したもの等でよく、例えば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を２値化する不一致検出回路、２値化された出力より面積や長さ（投影長）、座標などを算出する特徴抽出回路からなる。
【００４８】
画像入力部２０６は、位置合わせ部２０３で画素単位で位置合わせされた両画像の散布図を作成するために、同期あるいは非同期で入力する部分である。散布図作成部２０７は、画像入力部２０６で入力された両画像について、カテゴリ別の検出画像の特徴量と参照画像の特徴量との間の散布図を作成し、例えば表示手段２０９に表示するものである。
【００４９】
図６は、本発明に係わるパターン欠陥検査装置における画像処理の流れの一例を示す。画像フィルタ２１５の一例を説明する。まず、入力された検出画像２８０と参照画像２８０’に対し、必要に応じてノイズの除去（２８１）と画質の改善を行い、Ｓ／Ｎを向上させる。ノイズ除去には各種フィルタが用意され、対象物やノイズの質に応じて選択可能となっている。その例を挙げると、近傍の値を、重みをつけて用いる方法である。実際には着目画素に対してｎ×ｍの近傍の値にフィルタ係数をかけて加算するものである。
【００５０】
図７は、本発明に係わるパターン欠陥検査装置における画像処理のフィルタ処理の一例を示す。図７ではｍ＝ｎ＝３とし、各近傍画素値の重みが１／８の場合である。着目画素の値は（式１）となる。
【００５１】
【数１】
2005091182.tif 000003
フィルタのサイズ、係数はルックアップテーブルを用いてフレキシブルに変えることができる。もう１つの例としてメディアン・フィルタがある。これは設定した近傍内の輝度値の中央値をとるものであり、特異点の影響を除去することができる。また、別の例はガウス関数を用いる。これは、まず画像ｆ（ｘ、ｙ）に対して平均０、分散σ2の２次元ガウス関数（式２）を（式３）によりたたみ込むことによって画像の平滑化を行う。
【００５２】
【数２】
2005091182.tif 000004
【００５３】
【数３】
2005091182.tif 000005
また、別の例ではフーリエ変換を利用し規則的に生じるノイズを除去することも可能である。
【００５４】
次に、ノイズの除去により劣化した画像を復元（２８２）する。その１つの例としてウィーナ・フィルタにより復元を行う。これは入力後の画像ｆ（ｘ、ｙ）と復元後の画像ｆ’（ｘ、ｙ）との平均２乗誤差が最小となるような画像を与えるものである。
【００５５】
更に、比較する検出画像と参照画像間で見え方に大きな違いがないかを調べる。評価指標は、コントラスト、明るさのばらつき（標準偏差）、ノイズ成分の周波数などがある。画像間でこれらの特徴に大きな差があればまずは、これらの特徴量を演算（２８３）し、その後、演算した特徴量を比較（２８４）して画像の合わせ込み（２８５）を行う。また、検出処理において、特徴量の合わせ込みができないレベルにあるときは、比較部にて感度を低下させ虚報の発生を押さえるようにする。その後感度低下の判定（２８６）を行い、結果を表示手段２０９などに流すものである。なお、画像処理ユニット３７での詳細な欠陥算出方法については、特開２００１−１９４３２３号公報に示したもの等で実現可能である。
【００５６】
次に、ウェハ１に照明する形状について説明する。図８に示すようにイメージセンサとして１次元センサを用いる場合、視野３００の全面を照明しても、検出に寄与する照明は領域３０１だけで、それ以外の光パワーの大部分を占める領域では検出に寄与しないことになる。そこで、照度を向上させるためには、図９に示すように１次元センサに対して領域３０２のように線状の照明を行うと良いことになる。本発明では、イメージセンサとして、ＣＣＤセンサの中でも時間遅延積分形、すなわちＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  ＆Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）式のセンサを用いることで構成する。ＴＤＩセンサの場合、短手方向には、視野上でＮ段（数十〜２５６段程度あるいは１００００段程度）のステージと呼ばれる受光部が並び、長手方向にはそのステージが複数個並んで一元センサを形成する。
【００５７】
この矩形の照明を実現する例を図１０を用いて説明する。ホモジナイザ１０は、長方形のレンズアレイ３０４を複数配置したものを使用する。長辺Ｌ１と短辺Ｌ２の差によって照明される範囲が異なるため、矩形の照明が可能である。Ｌ１＝Ｌ２の場合は円形照明となる。また、レンズアレイ３０４を複数個配置することによって、瞳上で複数の点光源を実現でき、これを対物レンズ２７の瞳２８に結像することになるため、ビームシェイパー９と合わせて試料に対して照明むらを抑えられることが可能である。
【００５８】
次に、回転拡散板の説明を行う。回転拡散板２９の形状を図１１に示す。（ａ）は、正面図であり、（ｂ）は拡散面の詳細図である。（ｃ）は、（ａ）の断面Ｘ−Ｘを示したものである。回転拡散板２９は、表面から観察すると、粒径が０．１ｍｍ程度の大きさで、多角形の形状あるいは円形である粒状７０４，７０５，７０６をランダムに配置して形成することが望ましい。また、断面も粒径に応じ、凹凸の量もランダムな形状をしていることが望ましい。この回転拡散板２９をイメージセンサ３５の蓄積時間内で高速に回転させることで時間的、空間的なコヒーレンシを低減することができ、光干渉性を無くすことが可能である。
【００５９】
高速回転をさせる方法としては、エアータービンモータを用いることで数ｋＨｚの回転数を実現することが可能である。しかしながら、数ｋＨｚの回転数を実現するためには、回転拡散板２９とモータの取り付け状態によっては偏芯が生じて回転時に振動が生じてしまい、装置そのものの精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、回転拡散板２９の回転数がイメージセンサ３５の蓄積時間に達しなくてもよい低速の回転数で実現可能な方法を提案する。
【００６０】
図１２に、回転拡散板の回転数と画像ノイズの関係を示す。横軸は回転拡散板の回転数であり、右方向は高速回転に相当する。縦軸は画像ノイズを示し、上方向はノイズが大きいことに相当する。画像ノイズとは、試料上におけるコヒーレンシに相当するものである。実際にイメージセンサ３５で画像を取得し、波形７０７はそのときのランダムノイズを測定したものである。コヒーレンシが大きい場合は、画像ノイズが大きくなることになり、小さい場合は、十分にコヒーレンシが低減されていることに相当する。同図において、回転拡散板の回転数を高速にすると画像ノイズは小さくなっていくことがわかる。画像ノイズは、欠陥判定におけるノイズ以下であればよいため、許容範囲内での回転数を設定すればよいことになる。この回転数は、イメージセンサの蓄積時間の約１／４相当である。
【００６１】
また、回転拡散板２９の位置に回転位相板を設置しても同様な効果が得られる。図１３に回転位相板７５０の構成を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は詳細を示した図、（ｃ）は、（ａ）の断面Ｘ−Ｘを示した図である。位置７５１では、位相が変化しないような回転位相板７５０の厚さとする。段差を例えば、段差７５４では位相差１／２λ、段差７５２では１／４λ、及び段差７５３では３／４λ…だけずらして作成する。これらの、深さの異なる多数の段差をランダムに施す。この回転位相板を、回転拡散板２９の変わりにモータに固定し、回転させることで、レーザ光の位相を格段の深さに応じて変化させることができるため、レーザの干渉性を低減することが可能である。また、（ｄ）に段差の上面を平坦ではなく突起状にした例を示す。突起の上面をそれぞれ、位置７５１’では、位相が変化しないような高さとし、段差７５４’では位相差１／２λ、段差７５２’では１／４λ、及び段差７５３’では３／４λ…だけずらして作成する。同様にレーザ光の位相を各段の深さに応じて変化させることができるため、レーザの干渉性を低減することが可能であり、かつ突起の角度が異なるため、光束が拡散する効果もあり、さらなるコヒーレンシの低減が可能である。
【００６２】
次に、揺動ミラーについて説明する。図１４は、揺動ミラーの配置を示した図である。片側を縦方向に、もう片側を横方法に揺動可能に配置する。縦揺動ミラー１４は制御回路１５により光軸中心に対して、揺動角度θ１だけ上下に揺動できる。横揺動ミラー１９は制御回路２０により光軸中心に対して、揺動角度θ２だけ左右に揺動できる。リレーレンズ１８により揺動ミラー１４，１９は同一な共役位置である。
【００６３】
図１５に、揺動ミラーの構造を説明する。揺動ミラー１４，１９は、固定とする部分と揺動する部分を一体整形して作成される。すなわち、固定側６０８と６０９から張り出したバー６１０，６１０’によって揺動可能な面６０７を有する。面６０７は、コイル６１１が形成されている。コイル６１１の両端は、磁石６１２，６１３である。コイルに電流６１４を流すことにより、磁石６１２，６１３と反発し、面６０７が揺動する構造となっている。なお、面６０７の裏側はレーザ光を全反射するコーティングを施し、ミラーの役目を果たしている。一定の電流を流すと、面６０７は一定の周波数で揺動することが確認されている。
【００６４】
図１６に、周波数特性を示す。共振周波数を横軸に、揺動角度を縦軸に示す。ピークを持つ周波数は、１０００Ｈｚから５０００Ｈｚで任意の周波数とする。この周波数を制御するためには、前述したバー６１０，６１０’の幅を変えることにより実現可能である。もちろん、１０００Ｈｚ以下の周波数も可能である。所定の周波数で揺動角度が最大となるような特性で製作する。縦方向、横方向に同じ位相で揺動させるためには、同じ共振周波数の揺動ミラーを使用することが望ましい。
【００６５】
図１７に、電流値と揺動角度の関係を示す。電流を横軸に、揺動角度を縦軸に示す。電流を流さない場合は、コイルに電流が流れないため共振しない。そのため、中立の位置で静止する。電流を正、負方向交互に流すことで共振する周波数で揺動することになる。この揺動角度は、電流を制御することで任意に設定可能である。さらに、揺動ミラーの共振周波数は、イメージセンサ３５の蓄積時間に同期させることが望ましい。例えば、駆動周波数が３００ＫＨｚとし、ステージ段数が５００段とした場合、６００Ｈｚで画像を取得することになる。揺動する共振型の揺動ミラーの周波数が６００Ｈｚとなるように特性を設定すれば、蓄積時間で、一回転の揺動が実現可能である。または、共振型の揺動ミラーが製作時のばらつきなどにより、周波数が例えば６１１Ｈｚ等のように理想的な周波数と異なった場合は、イメージセンサの駆動周波数を３０５．５ＫＨｚのように変更すれば、蓄積時間で、一回転の揺動が実現可能である。すなわち、イメージセンサでの画像取得時間と共振型の揺動ミラーの周波数をどちらかで合わすことによって、理想的な揺動と画像取得が可能となる。
【００６６】
次に、揺動ミラーの揺動方法について説明する。揺動ミラー１４，１９はそれぞれ独立した制御が可能である。ここで制御とは揺動角度を示す。
【００６７】
まず、縦揺動ミラー１４を駆動させ、横揺動ミラー１９は静止した状態を説明する。図１８は縦揺動ミラー１４を制御する例を示す。横軸を時間、縦軸を電流とする。前述したように電流の変化量は揺動角度となる。縦揺動ミラー１４に与える電流のパターンを８００とする。図１９にウェハ１を設置したときに得られる瞳２８の観察カメラ３２の画像を示す。ウェハ１は鏡面ウェハとする。図１８のＡの時間では、照明のスポットは瞳２８内の最下方８０１に位置する。時間Ｂでは同様に最上方８０２に位置する。時間Ｃすなわち電流が０の時には瞳中央８０３に位置することになる。図２０に１周期で駆動したときの観察カメラ３２の画像を示す。観察カメラの撮像周期は、イメージセンサの駆動周期と一致させた場合と想定する。１駆動周期によってスポット８０４の形状となる。このスポット８０４の瞳２８の観察カメラの光量分布を図２１に示す。（ａ）は断面Ａ−Ａの光量分布、（ｂ）は断面Ｂ−Ｂの光量分布である。揺動方向には移動した範囲で均一な照度分布が得られる。揺動しない方向はスポットに応じた照度分布が得られることになる。
【００６８】
次に、横揺動ミラー１９を駆動させ、縦揺動ミラー１４を静止した状態を説明する。図２２は横揺動ミラー１９を制御する例を示す。横軸を時間、縦軸を電流とする。横揺動ミラー１９に与える電流のパターンを８０５とする。図２３に瞳２８の観察カメラ３２の画像を示す。図２２のＡの時間では、照明のスポットは瞳２８内の最左方８０６に位置する。時間Ｂでは同様に最右方８０７に位置する。時間Ｃすなわち電流が０の時には瞳中央８０８に位置することになる。図２４に１周期で駆動したときの観察カメラ３２の画像を示す。１駆動周期によってスポット８０９の形状となる。このスポット８０９の瞳２８の観察カメラの光量分布を図２５に示す。（ａ）は断面Ａ−Ａの光量分布、（ｂ）は断面Ｂ−Ｂの光量分布である。揺動方向には移動した範囲で均一な照度分布が得られる。揺動しない方向はスポットに応じた照度分布が得られることになる。すなわち縦揺動ミラー１４を揺動したときと９０度回転した方向に照度分布が得られることになる。
【００６９】
次に、双方の揺動ミラーを同時に駆動したときの状態を説明する。図２６は双方の揺動ミラーを制御する例を示す。横軸を時間、縦軸を電流とする。横揺動ミラー１９に与える電流のパターンを８１０、縦揺動ミラー１４に与える電流のパターンを８１１とする。図２７に瞳２８の観察カメラ３２の画像を示す。図２６のＡの時間では、照明のスポットは瞳内の最右方８１２に、時間Ｂでは最下方８１３に、時間Ｃでは最左方８１４に、時間Ｄでは最上方８１５にそれぞれ位置することになり、１周期でもとに戻ることになる。図２８に１周期で駆動したときの観察カメラ３２の画像を示す。スポット８１６の形状となる。このスポット８１６の瞳２８の観察カメラの光量分布を図２９に示す。（ａ）は断面Ａ−Ａの光量分布、（ｂ）は断面Ｂ−Ｂの光量分布である。このようにリング状の照度分布が形成されることになる。
【００７０】
この形状は輪帯照明と同じ形状となり、同じ効果が得られることになる。輪帯の形状を変えるためには、揺動ミラーの振幅を換えることによって実現できる。また、静止時のスポット形状の大きさを変えることによって瞳全面に照明できるフラットな照明も実現できることになる。このスポット形状は、ビームエキスパンダ８ａの倍率によって決まっているため、このビームエキスパンダ８ａの倍率を大きくすれば大きなスポット径が実現でき、小さくすればより小さな輪帯が実現できることになる。ビームエキスパンダ８ａの倍率を変えるためには、複数の倍率のビームエキスパンダを切り替えることで実現可能である。また、ビームエキスパンダをズームレンズとすれば、自由な倍率のスポットが実現可能となる。
【００７１】
ビームエキスパンダの倍率を大きくしたときの一例を説明する。図２６と同様な制御を行う。図３０に瞳２８の観察カメラ３２の画像を示す。図２６のＡの時間では、照明のスポットは瞳２８内の最右方８１７に、時間Ｂでは最下方８１８に、時間Ｃでは最左方８１９に、時間Ｄでは最上方８２０にそれぞれ位置することになり、１周期でもとに戻ることになる。図３１に１周期で駆動したときの観察カメラ３２の画像を示す。スポット８２１の形状となる。このスポット８２１の瞳２８の観察カメラの光量分布を図３２に示す。（ａ）は断面Ａ−Ａの光量分布、（ｂ）は断面Ｂ−Ｂの光量分布である。瞳２８全面に一様な照明が実現できる。
【００７２】
次に、斜方照明について説明する。斜方照明は、揺動ミラーを設置したゴニオステージを制御することで実現可能である。図３３に斜方照明を実現する一例の詳細図を示す。図１４と同様な構成であるが、揺動ミラーは揺動方向と同じ方向に角度を可変可能なゴニオステージに設置される。片側を縦方向に、もう片側を横方向に揺動可能にゴニオステージを配置する。縦ゴニオステージ１６は制御回路１７により角度β１に主光線の角度を可変できる。横縦ゴニオステージ２１は制御回路２２により角度β２に主光線の角度を可変できる。同様にリレーレンズ１８により揺動ミラー１４、１９は同一な共役位置である。なお、揺動ミラー１４，１９には電流を与えないため中央で静止状態である。図３４に双方のゴニオステージが初期位置、すなわち光軸が移動していないときの瞳２８の観察カメラ３２の画像を示す。照明のスポット８２２は瞳２８内の中央に位置する。この状態は通常の落斜照明である。
【００７３】
次に、縦方向に揺動可能なゴニオステージ１６を移動した状態を説明する。図３３においてβ１を上方向に移動した時には、図３５に示すようにスポット８２２は瞳２８内の下方に位置する。また、図３３においてβ１を下方向に移動した時には、図３６に示すようにスポット８２２は瞳２８内の上方に位置する。
【００７４】
同様に、横方向に揺動可能なゴニオステージ２１を移動した状態を説明する。図３３においてβ２を右方向に移動した時には、図３７に示すようにスポット８２２は瞳２８内の左方に位置する。また、図３３においてβ１を下方向に移動した時には、図３８に示すようにスポット８２２は瞳２８内の右方に位置する。
【００７５】
このように、主光線を瞳上で斜めから照明することによって斜方照明が実現できることになる。双方の位置を組み合わせることによってさまざまな角度を設定できることになる。
【００７６】
さらに、揺動ミラーとゴニオステージの位置を組み合わせれば、図３９に示すような４重極照明、図４０、図４１に示すような２重極照明が実現できることはいうまでもない。なお、これらの図は瞳位置での画像である。
【００７７】
なお、共振ミラー、ゴニオステージを制御することによって主光線が移動する方向と瞳の観察カメラにおける方向は、必ずしも本実施の形態の方向と一致するとは限らず、種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００７８】
また、このような照明方式は、対物レンズに到達するまでの瞳と共役位置にさまざまな遮光フィルタを用いて実現できることはいうまでもない。たとえば、輪帯形状に応じた遮光フィルタを用いれば、本実施の形態と同様に瞳位置で輪帯照明は実現できる。または、ビームエキスパンダ８ａのあとに、ビームシェイパー９の変わりに、円錐レンズを組み合わせたコーンレンズのようなものを使用して中心部分の光量を周辺に分散する方法でも輪帯照明は実現できる。
【００７９】
図４２に、コーンレンズの概念図を示す。コーンレンズ８２６は円錐レンズ８２７と８２８を対向させて配置したものである。図４３に入射光の照度分布を示す。横軸にビーム位置、縦軸に光量を示す。このように、中心の強度分布が高い形状となっている。円錐レンズ８２７の中心付近に入射光をＡとすれば、円錐レンズ８２７によって屈折し、円錐レンズ８２８の稜線に入射し、出射光Ｂとして出射光する。図４４に出射光の照度分布を示す。横軸にビーム位置、縦軸に光量を示す。このように、周辺の強度分布が高い形状をとり、輪帯照明が実現できる。しかしながら、これらはいずれも照明形状が固定となってしまうことと、照明光を遮光するため、光量不足に陥ることになってしまうことは明らかである。しかし、照明範囲を固定で使用し、照明光量に余裕があり、光量低下を気にしないならば、このような構成においてもなんら問題とならない。
【００８０】
次に、ウェハ１の表面と対物レンズ２７の焦点位置を常に合わせる一例を説明する。自動焦点系３８は対物レンズ２７の周辺に設置し、図示しない方法によってウェハ１の高さを検出し、その高さを高さ検出回路３９によって計測し、ステージ制御回路３に高さの偏差を入力することでＺステージ２ｄを制御して、常にウェハ１の高さを合せることができる。
【００８１】
これらの光学系は、図示しない光学架台上に展開し、光源および照明光学系、検出光学系及びイメージセンサなどの光学系を一体化して構成する。その光学架台は、例えば門型のようにし、ステージ２の移動範囲に干渉しないような配置でステージ２を設置した定盤等に設置される。そのため、温度変化、振動等による外乱に対し、安定した検出が可能となる。
【００８２】
次に、このようにＵＶ光、特にＤＵＶ光を検出できるＴＤＩセンサの一例について説明する。図４５に表面反射型センサを示す。照明光源として、ＤＵＶレーザ光源を使用する場合は、ＤＵＶに対して感度のあるイメージセンサを使用する必要がある。表面照射型イメージセンサ１００は、入射光１５０はカバーガラス１５１を透過し、ゲート１５４を通過してＣＣＤ１５５に入るため、短波長の入射光が減衰し４００ｎｍ以下の波長に対して感度がほとんどなく、ＤＵＶ光の有効検出はできない。そこで、カバーガラスに有機薄膜コーティングを施し、ＤＵＶ光が入射されるとそれに応じて可視光を発光するようにすることで、可視光にしか感度のないイメージセンサでＤＵＶ光を検出する方法がある。
【００８３】
図４６に、有機薄膜コーティング方式のイメージセンサを示す。有機薄膜コーティング方式のイメージセンサ１０１は、カバーガラス１５１に有機薄膜コーティング１５２を施し、入射光１５０の透過光を有機薄膜コーティング面１５２で蛍光１５３を発するため、可視光でしか感度のない表面照射形イメージセンサでもＤＵＶ光を検出可能となる。
【００８４】
図４７に、分光特性を示す。分光特性１５６は、通常の表面照射型イメージセンサ１００の特性である。４００ｎｍ以下の波長に対して感度なない。分光特性１５７は、有機薄膜コーティング方式のイメージセンサ１０１の特性である。４００ｎｍ以下の波長に対して感度が付加されるようになる。
【００８５】
さらに、ＤＵＶ光に対して感度をよくするためには、裏面照射型イメージセンサを使用すればよい。図４８に裏面照射型イメージセンサの構造を示す。裏面照射型イメージセンサ１０２は、入射光１５０はカバーガラス１５１を透過して、ゲート構造のない裏側に光が入射する。そのため、ゲート１５４を通過することがないため、図４７に示すように、分光特性１６１となり、量子効率が高く（例えば、３０％以上）ダイナミックレンジが大きくとれ（例えば、３０００以上）、４００ｎｍ以下の波長にも感度があり、２００ｎｍを切るような短波長照明に特に有利である。このようなイメージセンサの場合、いくつかの照明波長を用いるときも、ひとつのイメージセンサで対応可能である。また、イメージセンサをＴＤＩにすることで、感度を大きくすることができる。さらに、アンチブルーミングの特性を持たせることで、必要以上の検出光量が得られたときに、周囲の画素に電荷があふれるという課題を解決できる。このように、検査時の波長に最も量子効率のよいイメージセンサを用いることが望ましい。
【００８６】
次に、瞳フィルタ４１について説明する。図４９に瞳フィルタ４１の説明図を示す。（ａ）は形状、（ｂ）は透過率の一例を示す。同図（ａ）において、中心の遮光部ｄと周辺の遮光部Ｄを有する。この透過率は、同図（ｂ）において、中心の遮光部ｄと周辺の遮光部Ｄの透過率を変化させる。この形状、透過率を組み合わせたものを何種類か搭載し、試料に応じて最適な条件を見つけ出す。また、この瞳フィルタ４１に位相条件を付加するとさらに検出条件が可変可能となる。
【００８７】
以上の構成により、動作を説明する。検査時は、ステージ２を走査してウェハ１を等速度で移動させつつ、自動焦点系３８で、ウェハ１の被検査面のＺ方向位置を図示しない方法で常に検出し、対物レンズ２７との間隔が一定になるようにＺステージ２ｄをＺ方向に制御する。イメージセンサ３５は、ウェハ１上に形成された被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を高精度で検出する。ウェハ１の工程においては、さまざまな材質、表面形状を有しており、それに伴って欠陥部の形状もさまざまな形状をしている。そのため、前述したように、照明条件を変えて検出することによって、条件出しによって所望の欠陥を抽出できる条件を見つけ出せることが可能となる。すなわち、欠陥に対して照射する方向によっては、欠陥部を顕在化できる条件が容易に設定できる。また、検出側の瞳フィルタ４１の透過率、位相条件を変えることによって、顕在化された欠陥部の情報をさらに向上できる。
【００８８】
図５０に、本実施の形態で説明した欠陥検査装置を用いた場合の、半導体形成工程においての有効な活用方法を示す。ＬＳＩ等の半導体は、さまざまな工程を経て形成される。すなわち、各工程にて転写されたパターンが積層されてデバイスとなるが、その工程のなかで１箇所でも断線、ショートなどの欠陥があるとそれ以降の工程が不良として製作されることになる。この検査装置を用いて、突発的な異常の有無を取得し、それの分析することで、例えば、膜厚装置へのフィードバックが可能となる（４００〜４０４）。また、検出された欠陥部を観察することによって不良解析を行い、致命欠陥でなければ、そのまま工程を通すことで不良率を低減させ、不良であれば製造装置へ速やかにフィードバックをすることで大量の不良を出すことが無くなる（４０５〜４０７）。
【００８９】
図５１に、別の実施の形態を示す。対物レンズ２７の瞳２８と共役位置に照明制限フィルタ４３を設置して照明条件を変えることができる一例である。照明制限フィルタ４３は複数配置し、図示しない方法によって照明制限フィルタ制御回路４４によって照明制限フィルタ４３を選択可能である。他の構成は図１と同様である。この照明制限フィルタ４３を変えて検出することによって、条件出しによって所望の欠陥を抽出できる条件を見つけ出せることが可能となる。
【００９０】
図５２に、さらに別の実施の形態を示す。１次元のイメージセンサをカメラに変えた一例である。カメラ４６はコントローラ４７によって制御される。カメラ４６の画像は、画像処理ユニット３７に送られる。他の構成は図１と同様である。検査においては、ステージ２の連続動作であっても、カメラ４６のシャッタ時間でステップ動作を行っても同様の画像を取得可能である。このときの揺動ミラーの周波数はカメラ４６のシャッタ時間に動機させることが望ましい。
【００９１】
また、前記実施の形態においては、明視野光学系を説明したが、検出光学系に共焦点顕微鏡の構成を用いても同様の効果が得られる。
【００９２】
以上のように構成したパターン欠陥検査装置を用いれば、ウェハの表面に可干渉性を低減させた紫外レーザ光を照射し、この紫外レーザ光が照射されたウェハの表面を撮像して画像信号を得て、この画像信号を処理することによりウェハ上の１００ｎｍ以下の欠陥を検出し、この検出した１００ｎｍ以下の欠陥のウェハ上の位置に関する情報を出力することができる。
【００９３】
また、可干渉性を低減した紫外レーザ光を直径３００ｍｍ相当のウェハ上に照射し、この照射されたウェハを撮像してウェハの画像を検出し、この検出したウェハの画像を処理してウェハに形成されたパターンの１００ｎｍ以下の欠陥を１時間あたり３枚以上ウェハのスループットで検出することができる。
【００９４】
特に、このパターン欠陥検査装置を半導体デバイスの製造に用いれば、７０ｎｍ以下のデザインルールのパターンを検査して半導体デバイスを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明に係るＮＤフィルタ機構を説明する図である。
【図３】本発明に係るレーザの強度分布について説明する図である。
【図４】本発明に係るビームシェパー透過後の強度分布について説明する図である。
【図５】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の画像処理ユニットを示す構成図である。
【図６】本発明に係る画像処理のフローについて説明する図である。
【図７】本発明に係る画像処理の画像フィルタについて説明する図である。
【図８】本発明に係る視野上でのイメージセンサの検出範囲と照明領域の関係を示す図である。
【図９】本発明に係る視野上でのイメージセンサの検出範囲と照明領域の関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る照明用ホモジナイザを説明する図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る回転拡散板の形状を説明する図である。
【図１２】本発明に係る回転拡散板の回転数とコヒーレンスを説明する図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るランダム位相板を説明する図である。
【図１４】本発明に係る揺動ミラーの配置を説明する図である。
【図１５】本発明に係る揺動ミラーの構造を説明する図である。
【図１６】本発明に係る揺動ミラーの周波数特性を説明する図である。
【図１７】本発明に係る揺動ミラーの電流値と揺動角度の関係を説明する図である。
【図１８】本発明に係る揺動ミラーの動作の一例を説明する図である。
【図１９】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図２０】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図２１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上での照度分布を説明した図である。
【図２２】本発明に係る揺動ミラーの動作の他の一例を説明する図である。
【図２３】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図２４】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図２５】（ａ），（ｂ）は本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上での照度分布を説明した図である。
【図２６】本発明に係る揺動ミラーの動作のさらに他の一例を説明する図である。
【図２７】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図２８】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図２９】（ａ），（ｂ）は本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上での照度分布を説明した図である。
【図３０】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図３１】本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上で観察した図である。
【図３２】（ａ），（ｂ）は本発明に係る揺動ミラーの動作を瞳上での照度分布を説明した図である。
【図３３】本発明に係るゴニオステージを説明する図である。
【図３４】本発明に係るゴニオステージによる動作を瞳上で観察した図である。
【図３５】本発明に係るゴニオステージによる動作を瞳上で観察した図である。
【図３６】本発明に係るゴニオステージによる動作を瞳上で観察した図である。
【図３７】本発明に係るゴニオステージによる動作を瞳上で観察した図である。
【図３８】本発明に係るゴニオステージによる動作を瞳上で観察した図である。
【図３９】本発明に係る４重極を瞳上で観察した図である。
【図４０】本発明に係る２重極を瞳上で観察した図である。
【図４１】本発明に係る２重極を瞳上で観察した図である。
【図４２】本発明に係るコーンレンズを説明した図である。
【図４３】本発明に係るコーンレンズに入射した照度分布を説明した図である。
【図４４】本発明に係るコーンレンズから出射した照度分布を説明した図である。
【図４５】本発明に係るＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図４６】本発明に係る他のＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図４７】本発明に係るＴＤＩイメージセンサの分光特性を説明する図である。
【図４８】本発明に係るさらに他のＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図４９】（ａ），（ｂ）は本発明に係る瞳フィルタを説明する図である。
【図５０】本発明に係る検査装置が使用されるフローを説明した図である。
【図５１】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図５２】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００９６】
１…ウェハ、１ａ…ウェハチャック、２…ステージ、２ａ…Ｙステージ、２ｂ…Ｘステージ、２ｃ…θステージ、２ｄ…Ｚステージ、３…ステージ制御回路、４…照明光源、５，６…ミラー、７…ＮＤフィルタ、８…ＮＤフィルタ制御回路、８’…切り替え制御系、８ａ…ビームエキスパンダ、９…ビームシェイパー、１０…ホモジナイザ、１１，１２…ミラー、１３…集光レンズ、１４，１９…揺動ミラー、１５，１７…制御回路、１６，２１…ゴニオステージ、１８…リレーレンズ、２０，２２…制御回路、２３…リレーレンズ、２４…結像レンズ、２５…偏光ビームスプリッタ、２６…偏光素子、２７…対物レンズ、２８…瞳、２９…回転拡散板、２９ａ…偏光素子制御回路、３０…ビームスプリッタ、３１，３１’…結像レンズ、３１ａ…レンズ切り替え制御回路、３２…観察カメラ、３３ａ，３３ｂ…結像レンズ、３４…結像レンズ移動制御系、３５…イメージセンサ、３６…ドライバ、３７…画像処理ユニット、３８…自動焦点系、３９…高さ検出回路、４０…制御回路、４１…瞳フィルタ、４１’…瞳フィルタ制御系、４３…照明制限フィルタ、４４…照明制限フィルタ制御回路、４６…カメラ、４７…コントローラ、２００…Ａ／Ｄ変換器、２０１…階調変換部、２０２…遅延メモリ、２０３…位置合わせ部、２０４…局所階調変換部、２０５…比較部、２０６…画像入力部、２０７…散布図作成部、２０８…記憶手段、２０９…表示手段、２１０…出力手段、２１１…入力手段、２１２…ＣＰＵ、２１５…画像フィルタ。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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