(57)【要約】      （修正有）【課題】被検査対象物の表面から反射する正反射光を検出することで数十ナノメートル又はそれ以下の欠陥や異物を高検出感度で検出する暗視野検査装置を実現する。【解決手段】照明光を出射する光源と、前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整する偏光生成部と、を備える照射光学系と、前記照射光学系により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整する偏光解析部と、前記偏光解析部により調整された散乱光を検出する検出部とを備える検出光学系と、前記検出光学系により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理系と、を備え、前記偏光生成部は、予め定めた照明条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記偏光解析部は、予め定めた検出条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置である。【選択図】図１
2012047654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を出射する光源と、前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整する偏光生成部と、を備える照射光学系と、
前記照射光学系により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整する偏光解析部と、前記偏光解析部により調整された散乱光を検出する検出部とを備える検出光学系と、
前記検出光学系により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理系と、を備え、
前記偏光生成部は、予め定めた照明条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整し、
前記偏光解析部は、予め定めた検出条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整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、
前記偏光生成部は、１／２波長板と１／４波長板とを備えて構成され、
前記偏光解析部は、１／２波長板と１／４波長板と偏光板とを備えて構成されることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部は、前記偏光生成部および前記偏光解析部の偏光条件を制御する偏光条件制御部を備え、
前記偏光生成部および前記偏光解析部は、前記偏光条件制御部からの制御信号に基づき偏光特性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乃至３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部は、該試料の表面からの散乱光の実測結果に基づき前記偏光生成部および前記偏光解析部の偏光条件を算出する偏光条件算出部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の欠陥検査装置であって、
前記偏光条件算出部は、該実測結果に基づき、該試料の表面の回路パターンからの散乱光強度が最小となるような偏光条件を算出することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部は、該試料の表面からの散乱光に関する光学シミュレーション結果に基づき前記偏光生成部および前記偏光解析部の偏光条件を算出する偏光条件算出部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
前記照明光学系は、該試料の表面に対して垂直方向から照射することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、
前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、
前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、
前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、
前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性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８記載の欠陥検査方法であって、
前記照射工程では、１／２波長板と１／４波長板とにより予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、
前記検出工程では、１／２波長板と１／４波長板とにより予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の欠陥検査方法であって、
前記信号処理工程は、前記照射工程および前記検出工程において調整する偏光条件を制御する偏光条件制御工程を備え、
前記信号処理工程は、前記偏光条件制御工程における制御に基づき偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
前記信号処理工程は、該試料の表面からの散乱光の実測結果に基づき偏光条件を算出する偏光条件算出工程を備えることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の欠陥検査方法であって、
前記偏光条件算出工程は、該実測結果に基づき、該試料の表面の回路パターンからの散乱光強度が最小となるような偏光条件を算出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１０のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
前記信号処理工程では、該試料の表面からの散乱光に関する光学シミュレーション結果に基づき前記照明工程および前記検出工程の偏光条件を算出する偏光条件算出工程を備えることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
前記照明工程は、該試料の表面に対して垂直方向から照射する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、欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩや液晶基板を製造する際に、被加工対象物（例えば半導体ウェハ）上に繰り返しパターンが形成される場合がある。このようなＬＳＩや液晶基板の製造において、被加工対象物の表面に異物が付着したり、欠陥が発生したりすると、例えば、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となる。近年の回路パターンの微細化に伴い、被加工対象物上に形成されるパターン（非欠陥部）と微細な異物や欠陥とを弁別することが困難になってきている。
ここで欠陥とは、被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、研磨により生じるスクラッチなどである。
【０００３】
半導体デバイスの微細化に伴い、検査対象である微細パターンの欠陥や異物などのサイズは数十ナノメートル又はそれ以下となっている。検出対象である欠陥や異物のサイズが小さくなってきているため、これらからの反射、回折、散乱光は非常に弱く、光学式手法による検出が困難となっている。そのため、欠陥や異物からの反射、回折、散乱光を強くする照明光の条件、および検出の条件が模索されている。特に、半導体の構造が波長の１／１０程度のサブ波長構造においては、半導体は構造複屈折を有するため、それからの反射、回折、散乱光の偏光状態は半導体の構造に強く依存する。ワイヤーグリッド偏光子などは、このサブ波長構造の偏光特性を利用した偏光素子である。このサブ波長構造の偏光特性に着目し、入射および検出の偏光状態を制御することによって、半導体パターンからの信号を低下させ、欠陥の検出感度を向上させる方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１（特表２００６−５１２５８８号公報）には、「パターン化及び非パターン化物体を光学的に検査するためのシステム及び方法であって、上記パターンにより導入される偏光シフト、及び上記パターンにより偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、上記決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、上記パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、上記決定に応答して、偏光により反射ビームをフィルタするステップと、上記フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１２５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、被検査対象物の表面に照明光を照射し、該被検査対象物の表面から反射する正反射光を検出する明視野検査装置が開示されているが、被検査対象物の表面から散乱する散乱光を検出して該被検査対象物の表面に存在する欠陥を検査する暗視野検査装置については、数十ナノメートル又はそれ以下の欠陥や異物を高検出感度で検出する技術については開示されていない。
【０００７】
本願では、検査対象を高速で検査するのに適した暗視野検査装置において、繰り返しパターン部からの散乱光を抑制することで、より微細な欠陥からの散乱光を検出する欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）照明光を出射する光源と、前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整する偏光生成部と、を備える照射光学系と、前記照射光学系により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整する偏光解析部と、前記偏光解析部により調整された散乱光を検出する検出部とを備える検出光学系と、前記検出光学系により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理系と、を備え、前記偏光生成部は、予め定めた照明条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記偏光解析部は、予め定めた検出条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置。出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置である。
（２）出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法である。
【発明の効果】
【０００９】
微細な欠陥の検出感度を向上させた欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る光学式検査装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明に係る光学式検査方法の第1の実施例を示すフロー図である。
【図３】本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光生成器の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光解析器の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る光学式検査方法の第1の実施例の検査条件を設定するフロー図である。
【図７】本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の表示部の概略図である。
【図８】試料上の回路パターン形状に対する検査条件の変化の様子を示す図である。
【図９（ａ）】本発明に係る光学式検査装置の第２の実施例の偏光生成器の構成を示す図である。
【図９（ｂ）】本発明に係る光学式検査装置の第２の実施例の偏光解析器の構成を示す図である。
【図１０】入射直線偏光と検出直線偏光の偏光軸と繰り返しパターン部からの散乱光強度の関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る光学式検査装置の第４の実施例の光学系の概略の構成を示す図である。
【図１２】本発明に係る光学式検査装置の第４の実施例における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係る光学式検査装置の第５の実施例の光学系の概略の構成を示すである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施例を、以下に説明する。
欠陥とは被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、研磨により生じるスクラッチなどである。
【実施例１】
【００１２】
本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例を、図１乃至図８を用いて説明する。
【００１３】
本発明は、半導体ウェハに形成されたサブ波長構造の繰り返しパターン上の異物や欠陥を対象とする。典型的な繰り返しパターンは、細長く互いに平行な導体や絶縁体を含み、一般にライン＆スペースパターンと呼ばれる。以下、このサブ波長構造の繰り返しパターンの構造複屈折を利用した高感度欠陥検査方法について記述する。
【００１４】
以下では、半導体ウェハの暗視野検査装置による検査を例にとって説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る光学式検査装置の第１の実施例を示す図である。
実施例１に係る光学式検査装置は、照明光学系１１０、ステージ部１７０、撮像光学系（検出光学系）１２０及び信号処理・制御系２５０とを備えて構成されている。照明光学系１１０は、被検査対象物である試料（半導体ウエハ）１００に照明光を照射し、照射された半導体ウェハ１００から散乱する散乱光を検出光学系１２０により検出する。その際、ステージ部１７０により半導体ウェハ１００を走査する。信号処理・制御系２５０は、検出光学系１２０により検出された半導体ウエハ１００からの散乱光を処理して半導体ウエハに存在する欠陥を検出する。
【００１６】
（照明光学系１１０）
照明光学系１１０は、レーザ光源１１１、ビーム整形手段１１２、ビームエキスパンダ１１３、偏光板や波長板を備えてなる偏光生成部１３０、検査対象（半導体ウェハ）１００に線状のビームを照射するための線状ビーム生成部１１５を備えて構成される。
レーザ光源１１１は、レーザビームを出射する。このとき、光源１１１には、気体レーザ、半導体レーザ、固体レーザや、面発光レーザなどが利用可能である。波長は赤外、可視域、紫外を用いることができるが、波長が短くなるほど光学的な分解能が向上するため、微細欠陥を見る際にはＵＶ（Ultra Violet:紫外線)、ＤＵＶ（Deep Ultra Violet:深紫外線）、ＶＵＶ（Vacuum Ultra Violet:真空紫外線）、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet:極端紫外線）などの紫外域の光を用いるとよい。
ビーム整形手段１１２は、レーザ光源１１１から出射されたレーザビームを整形する。ビーム整形手段１１２としては、例えば光源１１１より発振された光が直線偏光の場合、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ１１２により強度を調整すればよい。
ビームエキスパンダ１１３は、ビーム整形手段１１２により整形された光のビーム径を拡大する。
偏光生成部１３０は、偏光板や波長板を備えて構成され、ビームエキスパンダ１１３でビーム径を拡大された光の偏光特性を調整する。調整すべき偏光特性は、後述の信号処理・制御部における偏光条件制御部２４１からの制御信号に基づき決まる。偏光生成部１３０は、例えば１／４波長板や１／２波長板を備えて構成され、偏光条件制御部２４１からの制御信号に基づき決まる偏光特性に応じて１／４波長板や１／２波長板の回転角を調整する。
図３は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光生成器１３０の構成を示す図である。１／４波長板１３１、１／２波長板１３２を備えて構成されている。このとき、１／４波長板１３１と１／２波長板１３２の順番は逆であっても良い。図１に示した偏光条件制御部２４１からの制御信号に基づき、１／４波長板１３１、１／２波長板１３２との回転角が設定（回転制御）される。
【００１７】
線状ビーム生成部１１５は、偏光特性が調整された偏光生成部１３０からの光を線状ビームに生成する。例えば、例えばシリンドリカルレンズ１１５a、１１５bを備えるレンズ群により構成される。このとき、生成される線状ビーム１０１はステージｙ方向が線状ビーム１０１の長手方向となるように形成される。
このとき、偏光生成部１３０は線状ビーム生成部１１５の後におかれていても良い。この場合は偏光生成部１３０で偏光調整されたビームにずれが生じることなく半導体ウエハ１００に照射することが可能となる。
このようにして形成された線状ビーム１０１は、ステージｙ方向が線状ビーム１０１の長手方向となるように半導体ウエハ１００の表面に照射される。
【００１８】
（検出光学系１２０）
検出光学系１２０は、対物レンズ１２１、空間フィルタ１２３、結像レンズ１２２、偏光解析器１４０、ラインセンサ１２４とを備えて構成される。
対物レンズ１２１は、半導体ウエハ１００の表面から散乱した反射、散乱、回折光を集光する。
空間フィルタ１２３は、対物レンズ１２１にて集光された半導体ウエハ１００の表面からの反射、散乱、回折光の一部を遮光する。ここで、空間フィルタ１２３は、対物レンズ１２１の出射側の瞳位置又は瞳位置と等価な位置に配置され、ウェハ１００上に形成された波長と同等かそれ以上の繰り返しパターンによる回折光を遮光する。
結像レンズ１２２は、空間フィルタ１２３で遮光されなかった散乱光を透過させる。
【００１９】
偏光解析器１４０は、偏光板や波長板を備えて構成され、結像レンズ１２２で透過された散乱光の偏光特性を調整する。調整すべき偏光特性は、偏光生成部１３０と同様に、後述の信号処理・制御部における偏光条件制御部２４１からの制御信号に基づき決まる。偏光生成部１４０は、例えば１／４波長板や１／２波長板、偏光板を備えて構成され、これらはそれぞれが個別に回転制御し、偏光条件制御部２４１からの制御信号に基づき決まる偏光特性に応じて１／４波長板や１／２波長板、偏光板の回転角を調整する。これにより、入射される光の偏光状態によらず、偏光解析器１４０では任意の入射偏光を生成することが可能となる。
図４は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光解析器１４０の構成を示す図である。１／４波長板１４１、１／２波長板１４２、偏光板１４３を備えて構成されている。このとき、１／４波長板１４１と１／２波長板１４２との順番は逆であっても良い。図１に示した偏光条件制御部２４１からの制御信号に基づき、１／４波長板１４１、１／２波長板１４２、偏光板１４３の回転角が設定（回転制御）される。
【００２０】
ラインセンサ１２４は、偏光解析器１４０において偏光特性が調整された散乱光をラインセンサ１２４の検出面上に結像させて、検出する。例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセンサ：時間遅延積分型イメージセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサを用いればよい。
このとき、偏光解析部１４０と結像レンズ１２２との位置は逆であっても良い。
このようにして検出された散乱光に基づく信号は、信号処理・制御部２５０に送られる。
【００２１】
（ステージ部１７０）
ステージ部１７０は、ｘステージ１７０ａ、ｙステージ１７０ｂ、ｚステージ１７０ｃ、θステージ１７０ｄを備えて構成される。
ｘステージ１７０ａは、検査対象試料である表面に微細なパターンが形成された半導体ウェハ１００を載置してｘ方向に移動可能なステージである。
ｙステージ１７０ｂ、ｚステージ１７０ｃ、θステージ１７０ｄもそれぞれ同様に、検査対象試料である表面に微細なパターンが形成された半導体ウェハ１００を載置してｙ方向、ｚ方向、θ方向に移動可能なステージである。
【００２２】
（信号処理・制御部２５０）
信号処理・制御部２５０は、画像処理部２００、操作部２１０、制御部２２０、偏光条件算出部２４０、偏光条件制御部２４１、高さ検出部１６０とを備えて構成される。
【００２３】
画像処理部２００は、ラインセンサ１２４で検出した半導体ウェハ１００からの散乱光に基づき信号処理して画像を処理する。
具体的には、検出光学系１２０において取得した散乱光に基づく２枚の画像（半導体ウエハ１００上の所定の領域における散乱光に基づく検査画像と、本来この検査画像と同一の画像であることが期待される該所定の領域に隣接する領域からの散乱光に基づく画像（隣接パターン又は隣接ダイを撮像して得た画像、（参照画像）））が、画像処理部２００に送られる。そして、２枚の画像を比較処理して欠陥候補を抽出し、この抽出した欠陥候補の散乱光分布や強度などの特徴から、欠陥判定、分類・サイジングが行われる。
【００２４】
図５は、本発明に係る光学式検査装置の第１の実施例における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
ラインセンサ１２４で取得された検査ダイの画像１２４１について、検査ダイの画像１２４１と遅延メモリ２００１に記録してある１つ前に検査して得たダイの画像とについて位置合わせ部２００３で位置合わせを行い、その結果を一旦メモリ２００５に記憶させてから減算部２００７でそれぞれの画像の差画像を求める（減算する）。このとき、欠陥からの散乱光は、正常部からの散乱光と異なることから、欠陥からの散乱光が強調された画像が得られる。正常部は暗く、欠陥部は明るい画像が取得されるため、求めた差画像を比較部２０１１でしきい値記憶部２００９に記憶しておいたしきい値画像と比較し、比較部２０１１で得られた結果から欠陥判定部２０１３にて欠陥の判定を行う。しきい値記憶部２００８に記憶しておくしきい値画像は、たとえば、複数の正常部の統計的な明るさから決定する。
操作部２１０は、装置を操作する。
制御部２２０は、装置の各部位を制御する。例えば、後述の高さ検出器１６０からの検出結果を受信し、ステージ部１７０のｘステージ１７０ａ、ｙステージ１７０ｂ、ｚステージ１７０ｃ、θステージ１７０ｄの位置を制御したり、空間フィルタ１２３に制御信号を送ったりする。
【００２５】
偏光条件算出部２４０は、予め実測して検出した散乱光強度や偏光生成部１３０や偏光解析部１４０などの検査条件のデータに基づき、該半導体ウエハの表面の回路パターンに応じた最適な偏光特性を算出し、算出結果を偏光条件制御部２４１に送信する。
偏光条件制御部２４１は、偏光条件算出部２４０から受信した最適な偏光特性を偏光生成部１３０や偏光解析部１４０などに送り、偏光条件を制御する。
高さ検出部１６０は、検査中のステージ部１７０のステージ高さを検出し、検出結果を制御部２２０に送る。ステージ高さにずれが生じている場合は、この高さ検出部での検出結果に基づき制御部２２０からの制御信号を用いてステージの高さずれを補正する。
【００２６】
詳細は後述するが、本発明では、照明光学系１１０の入射方位、仰角、検出光学系１２０の方位、仰角、対物レンズ１２１のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に依存する半導体ウェハ上の繰り返しパターンからの散乱光の偏光特性を決定し、偏光生成部１３０と偏光解析部１４０にて繰り返しパターン部からの散乱光を最も抑制する条件を導出した上で検査を実施する。
【００２７】
図２は、本発明に係る光学式検査方法の第1の実施例を示すフロー図である。
照明光学系１１０によりビームを所望の偏光状態とし、さらに線状に整形し（Ｓ１００）、この線状に成形した照明光をｘステージ１７０ａによりｘ方向に連続的に移動している半導体ウェハ１００に照射する（Ｓ１０１）。この線状に成形した照明光の照射により半導体ウェハ１００から発生した反射、散乱、回折光（Ｓ１０２）を検出光学系１２０にて検出し（Ｓ１０３）、ラインセンサ１５０により光電変換された信号から画像を取得し（Ｓ１０４）、取得した画像に処理を施し欠陥判定、欠陥分類およびサイジングなどを行う（Ｓ１０５）。
【００２８】
次に各ステップの詳細な動作内容を説明する。
（Ｓ１００）
Ｓ１００では、照明光学系１１０の光源１１１から出射されたレーザビームをビーム整形手段１１２にて整形し、偏光生成部１３０によって偏光条件制御部２４１からの制御信号に基づき決まる偏光特性となるように調整する。その後、線状ビーム生成部１１５にて偏光特性が調整された偏光生成部１３０からの光を線状ビームに生成する。
（Ｓ１０１）
Ｓ１０１では、Ｓ１００で生成された線状ビームを半導体ウェハ１００に照射する。
このとき、光学式の暗視野検査装置では、半導体ウェハ１００を走査しながら（半導体ウェハ１００と照明光学系１１０及び検出光学系１２０とを相対的に一方向に連続的に移動させながら）照明光を照射する。
【００２９】
（Ｓ１０２）
Ｓ１０１において半導体ウェハ１００に照射された線状ビームにより、半導体ウエハ１００からは反射、散乱、回折光が発生する。
（Ｓ１０３）
Ｓ１０２において発生した反射、散乱、回折光を、検出光学系１２０の対物レンズ１２１により集光し、空間フィルタ１２３を用いて対物レンズ１２１にて集光された半導体ウエハ１００の表面からの反射、散乱、回折光をの一部を遮光する。その後、結像レンズ１２２により透過された空間フィルタ１２３で遮光されなかった散乱光について偏光解析器１４０で偏光特性を調整する。
【００３０】
（Ｓ１０４）
Ｓ１０３で偏光特性が調整された散乱光をラインセンサ１２４により検出し、半導体ウエハ１００の表面に関する画像を取得する。
（Ｓ１０５）
Ｓ１０４で取得した画像に対して、信号処理・制御系２５０の画像処理部２００で画像処理を行い、欠陥判定、欠陥分類およびサイジングを行う。
【００３１】
ここで、繰り返しパターンの回折光について詳細に説明する。図１では、欠陥からの散乱光を検出する際に妨げとなる、正常な繰り返しパターン（欠陥を有さない繰り返しパターン）からの回折光を除去するため、照明光学系１１０を線状ビームの長手方向に対して方位４５度の位置に設置している。
一般に、回折光はパターン構造に垂直に生じる。検査対象である半導体ウェハの構造は、図１の主軸ｘ、ｙ方向のライン状パターンが多い。回折光は、ライン状パターンに垂直に生じるため、ｙ,ｘ方向に多く回折光がある。照明の仰角と、検出の対物レンズ１２１のＮＡを適切に設定することで、上方の検出系に、ライン状パターンからの回折光がなるべく入らないよう装置を構成することができる。対物レンズ１２１内に入ってきた回折光に関しては、前述の空間フィルタ１２３にて除去する。なお、本発明で着目するサブ波長構造の繰り返しパターン部では、繰り返しパターンのピッチ（周期）と回折角（散乱角）とが反比例の関係にあることから、対物レンズ１２１のＮＡより外側に回折し、散乱光のみが検出されることになる。
【００３２】
本実施例では、繰り返しパターン部からの信号を抑制するために、繰り返しパターン部の偏光特性を利用する。サブ波長構造の繰り返しパターンは、その強い偏光特性からワイヤーグリッド偏光子のように偏光素子として利用されている。本願の発明者は、このようなサブ波長構造の繰り返しパターン部からの散乱光は比較的広い散乱角において一様な偏光状態となることを見出した。この効果を利用すると、照明光学系１１０の偏光状態と撮像光学系１２０にて検出する偏光状態を適切に設定することで、対物レンズ１２１のＮＡ内に入射する繰り返しパターン部からの散乱光を大きく抑制することができる。本実施例で示す図１の装置は、照明光学系１１０の照明偏光状態は偏光生成器１３０、検出光学系１２０の検出偏光状態は偏光解析器１４０にて任意に設定できるよう構成されている。
【００３３】
本実施例では、偏光生成器１３０および偏光解析器１４０の両方を用いる欠陥検査装置を説明したが、両方を有することは必ずしも必要ではなく、いずれか一方のみを用いた場合であっても繰り返しパターン部からの散乱光を抑制し、ノイズを減らした散乱光の検出が可能となる。
また、偏光生成器１３０および偏光解析器１４０は必要に応じて用いなくてもよく、場合によって１／４波長板１３１、１／２波長板１３２や１／４波長板１４１、１／２波長板１４２、偏光板１４３を出し入れするような構造であっても良い。
【００３４】
図６は、本発明に係る光学式検査方法の第1の実施例の検査条件を設定するフロー図である。ここでの検査条件とは、被検査対象物である半導体ウエハの繰り返しパターン形状に応じて、繰り返しパターンからの散乱光を最小とする偏光生成部１３０や偏光解析部１４０の偏光条件（偏光特性）を指す。繰り返しパターンからの散乱光を最小とする偏光生成部１３０や偏光解析部１４０の偏光条件は、半導体ウエハの繰り返しパターン形状に応じて異なるため、検査対象となる半導体ウエハごとに最適な偏光条件を決定することが必要である。
図６では、照明光学系１１０の方位、仰角、検出光学系１２０の方位、仰角、対物レンズ１２１のＮＡに依存する繰り返しパターンの偏光特性を決定し（Ｓ１５０）、繰り返しパターンからの散乱光が最小となるように入射と検出の偏光状態を決定し、これを検査条件とする（Ｓ１５１）。繰り返しパターン散乱光が最小となる検査条件に偏光発生器１３０と偏光解析器１４０を設定する。このとき、検査条件の設定値は図７に示すようにＧＵＩに表示する（Ｓ１５２）。最後に、Ｓ１５２により決定した、繰り返しパターンからの散乱光が最小となる検査条件にて画像を取得、欠陥検出を行う（Ｓ１５３）。このとき、異物や欠陥の偏光特性は、繰り返しパターン部からの散乱光の偏光特性が異なるので、異物や欠陥を顕在化することができる。
【００３５】
次に各ステップの詳細な動作内容を説明する。
（Ｓ１５０）
Ｓ１５０では、繰り返しパターン部の偏光特性を決定する。一般に物体の偏光特性はミューラー行列（４×４行列）Ｍの各要素１６個のパラメータで表現することができる。繰り返しパターン部散乱光の強度Ｉは、偏光生成器１３０により生成された照明光の偏光状態を表すストークスベクトルＳ（４×１ベクトル）と、偏光解析器１４０にて検出する偏光状態を表すミューラー行列の１行目Ｍa（１×４ベクトル）を用いて、
Ｉ=Ma・M・Ｓ  …（数１）
と表すことができる。
【００３６】
ここで、Ｓは偏光生成器１３０を構成する１／４波長板１３１、１／２波長板１３２の方位に依存する。また、Ｍaは偏光解析器１４０を構成する１／４波長板１４１、１／２波長板１４２、偏光板１４３の方位に依存する。したがって、偏光生成器１３０と偏光解析器１４０のそれぞれ４通りずつの異なる１６通りの組み合わせによる繰り返しパターン部の散乱光強度から、繰り返しパターン部の偏光特性を導出することができる。
【００３７】
（Ｓ１５１）
次に検査条件を決定するステップ（Ｓ１５１）を説明する。数１において、Ｍが既知であれば、ＳとＭａの条件を与えることでＩを計算することができる。ここで、繰り返しパターン部からの散乱光強度が最小となるＳとＭａの値を求める。Ｓを決定することは、偏光生成器１３０により生成する偏光状態を決めることであり、Ｍａを決定することは、偏光解析器１４０にて検出する偏光状態を決めることを意味する。ＳとＭａはそれぞれ４つの項からなるため、最小となるＩを求めるのは困難である。そのため、複数パラメータの最適化手法であるベンバーグ・マーカート法や最急降下法などを用いることが考えられるが、これらには拘らない。
【００３８】
具体的には、任意の値に偏光生成部１３０と偏光解析部１４０の偏光条件を設定し、照明光学系１３０を用いて半導体ウエハ１００上に照明光を照射する。そして、半導体ウエハ１００から散乱した反射・回折・散乱光を検出光学系１２０を用いて検出する。このとき、検出した散乱光の強度がＩであり、偏光生成部１３０と偏光解析部１４０の偏光条件がＳとＭａに相当する。本実施例では、このＩとＳとＭａとの組み合わせを１６通り得ることが必要である。この値を用いてＭを求めることでＭが既知の値となり、当該半導体ウエハの検査に最適なＳとＭａとを得ることができる。
【００３９】
（Ｓ１５２）
次に、偏光状態Ｓを実現する偏光生成器１３０の状態と、検出する偏光状態Ｍａを実現する偏光解析器１４０の状態を決定するステップ（Ｓ１５２）を説明する。Ｓは偏光生成器１３０を構成する１／４波長板１３１、１／２波長板１３２の方位の関数であり、偏光生成器１３０への入射偏光状態と実現したい偏光状態Ｓが既知であれば、１／４波長板１３１、１／２波長板１３２の偏光特性を表すミューラー行列計算により、各素子の方位は容易に逆算可能である。同様に、Ｍaは偏光解析器１４０を構成する１／４波長板１４１、１／２波長板１４２、偏光板１４３の方位の関数であり、各素子の方位は、ミューラー行列計算により、容易に逆算可能である。ここで求めた、各素子の方位を検査条件とする。
【００４０】
（Ｓ１５３）
最後に、Ｓ１５２にて求めた検査条件にて、ウェハ検査を行う（Ｓ１５３）。正常な繰り返しパターン部からの散乱光を抑制することで、異物や欠陥からの散乱光を顕在化し、高感度な検出が可能となる。
【００４１】
図７は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の表示部の概略図である。
例えば、検査条件を設定するフローにおいて、ユーザが偏光生成部１３０および偏光解析部１４０の偏光特性を設定することが可能である。また、欠陥検査フローにおいては、検査条件設定フローにより決定した最適な偏光生成部１３０および偏光解析部１４０の偏光特性に基づき検査を行うことができ、どのような偏光条件で検査を行っているかをユーザが知ることができる。
【００４２】
検査時は、ウェハの全面を検査するため、ステージをｘ方向に走査し、照明光学系１１０と半導体ウェハの位置を相対的に変化させる。
図８は、試料上の回路パターン形状に対する検査条件の変化の様子を示す図である。図８のように、走査方向にｙ方向ライン＆スペース部３０１と、ｘ方向ライン＆スペース部３０２の異なる繰り返しパターン部が並んでいる場合、それぞれの偏光特性をあらかじめ導出しておき、偏光生成器１３０と偏光解析器１４０の条件を条件Ａから条件Ｂに高速で切り替えることにより、各繰り返しパターン部にて最適な検査を行うことができる。なお、本実施例では、偏光制御に波長板の回転を用いているが、電気光学変調器、磁気光学変調器を用いてもよい。
【実施例２】
【００４３】
第２の実施例を図９Ａ、９Ｂ、１０を用いて説明する。
図９Ａは、本発明に係る光学式検査装置の第２の実施例の偏光生成器の構成を示す図であり、図９Ｂは、本発明に係る光学式検査装置の第２の実施例の偏光解析器の構成を示す図であり、図１０は、入射直線偏光と検出直線偏光の偏光軸と繰り返しパターン部からの散乱光強度の関係を示す図である。
【００４４】
実施例１とは、照明光である偏光照明が直線偏光に限られる点が異なる。これにより、偏光生成器１３０と偏光解析器１４０の構成が実施例１とは異なる。ここでは、第１の実施例との違いである図６に示した検査条件設定フローの詳細のみを説明する。
【００４５】
半導体ウエハの繰り返しパターンの形状によっては、直線偏光を入射した場合に、正反射光のみならず、散乱光においても比較的広範囲な散乱角において一様な直線偏光となる場合がある。このとき、偏光生成器１３０と偏光解析器１４０は直線偏光のみを扱うことのできる構成であればよく、検査対象である繰り返しパターン部からの散乱光を抑制できる。
【００４６】
図９Ａに偏光生成器１３０の構成を示す。光源１１１が直線偏光を発振するレーザの場合、偏光生成器１３０は１／２波長板１３２のみからなり、１／２波長板１３２の方位にてビームの直線偏光の偏光軸を制御する。
また、図９Ｂに偏光解析器１４０の構成を示す。直線偏光のみを抽出すればよいので、偏光解析器１４０は偏光板１４３のみを備えて構成されていれば良い。
【００４７】
実施例１と同様に、図６のフローにて偏光生成器１３０と偏光解析器１４０の検査条件を決定するが、直線偏光に限定していることで、容易に条件を設定することができる。繰り返しパターン部の偏光特性の決定するステップ(Ｓ１５０)において、一般に物体の偏光特性はミューラー行列４×４行列Ｍの各要素１６個のパラメータで表現することができるが、直線偏光のみの応答を考えると９個の要素のみを考慮すればよい。したがって、偏光生成装置１３０と偏光解析器１４０のそれぞれ３通りずつの異なる９通りの組み合わせによる繰り返しパターン部の散乱光強度から、繰り返しパターン部の偏光特性を導出することができる。
【００４８】
検査条件を決定するステップ（Ｓ１５１）も直線偏光の場合には、数１の偏光状態を表すストークスベクトルＳ（４ｘ１ベクトル）と、偏光解析器１４０にて検出する偏光状態を表すミューラー行列の１行目Ｍa（１ｘ４ベクトル）は、それぞれ入射直線偏光の方位Ａ、検出直線偏光の方位Ｂの関数となるため、検出強度Ｉは、Ａ、Ｂの関数となる。繰り返しパターンからの散乱光がほぼ直線偏光の場合、Ａ、Ｂの変化に伴い、強度は正弦的に変化し、あるＡ、Ｂの値で最小値をとり、それは０に近接する。この強度Ｉが最小値となる方位Ａ、Ｂが検査条件となる入射と検出の偏光状態を表す。
【００４９】
偏光状態Ｓを実現する偏光生成器１３０の状態と、検出する偏光状態Ｍａを実現する偏光解析器１４０の状態を決定するステップ（Ｓ１５２）は、所望の入射、検出方位Ａ、Ｂを実現するように、偏光生成器１３０は１／２波長板１３２の方位、偏光解析器１４０は偏光板１４３を制御する。最後に（Ｓ１５２）の条件にて検査を実施する（Ｓ１５３）。正常な繰り返しパターン部からの散乱光を抑制することで、異物や欠陥からの散乱光を顕在化し、高感度な検出が可能となる。
【００５０】
なお、偏光生成器１３０については、照明光学系１１０中のレンズ等の光学素子による偏光変化を補正するために、実施例１と同様に図３の１／４波長板１３１と１／２波長板１３２の回転を共に制御する方式をとってもよい。
【実施例３】
【００５１】
本発明の第３の実施例を説明する。本実施例では、図６の検出条件設定フローにおける繰り返しパターン部の偏光特性を決定するステップ（Ｓ１５０）にて、実際の計測結果ではなく、光学シミュレーションの結果を用いる。厳密結合波解析（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、ＲＣＷＡ）やＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ）法などの光学シミュレーションにより、繰り返しパターン部からの散乱光の電場成分を計算し、偏光特性を求める。このとき、実施例１に示した計測条件と同様の条件にてシミュレーションを実施する。
【００５２】
また、計測対象となる欠陥の形状が明らかな場合には、欠陥からの散乱光の偏光特性も光学シミュレーションを用いて計算することができる。繰り返しパターン部と欠陥の両方の偏光特性がわかれば、検出される繰り返しパターン部からの散乱光強度Ｉと欠陥からの散乱光強度Ｓの比（Ｓ／Ｉ）を計測し、Ｓ／Ｉが最大となる入射、検出偏光状態の条件にて検査を行うことで、感度を最大化できる。
光学シミュレーション結果を用いて最適な偏光特性を求める場合は、予め複数の実験条件で散乱光を実測することが不要なため、最適な検査条件の算出にかかる時間が短くて済む。
【００５３】
また、欠陥の位置および大きさが既知の基準ウエハなどを用いて散乱光を実測し、実施例１のような行列計算によってＳ／Ｉが最大となる入射、検出偏光状態の条件を求めることもできる。
【実施例４】
【００５４】
本発明の第４の実施例を図１１、１２を用いて説明する。
図１１は、本発明に係る光学式検査装置の第４の実施例の光学系の概略の構成を示す図、図１２は、本発明に係る光学式検査装置の第４の実施例における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
【００５５】
本実施例の構成は、実施例１の構成である図１に斜方検出系１２０Ｓを加えたことにある。上方検出系１２０と同様に、斜方検出系１２０Ｓは、照明光学系１１０により照明された半導体ウェハ１００からの反射、回折、散乱光を結像する対物レンズ１２１Ｓと結像レンズ１２２Ｓ、半導体パターンのうちの繰り返しパターン部分により生じる回折光パターンを除去する空間フィルタ１２３Ｓ、偏光板や波長板からなる偏光解析部１４０Ｓ、対物レンズ１２１Ｓと結像レンズ１２２Ｓにて結像されるウェハからの散乱光を検出するラインセンサ１２４を備えている。
【００５６】
本実施例では、照明光学系１１０に対して、検出光学系１２０、１２０Ｓの２つがある。したがって、検査条件の最適化において、照明光学系１１０の状態を固定し、検出光学系１２０、１２０Ｓのそれぞれにて繰り返しパターン部からの散乱光が最小となるような偏光条件を決定する。
【００５７】
図１２の画像処理部２００の詳細を説明する。光学式の暗視野検査装置では、半導体ウェハを走査しながら（半導体ウェハ１００と照明光学系１１０及び検出光学系１２０とを相対的に一方向に連続的に移動させながら）多数の画像を取得する。図１１に示すように、ラインセンサ１２４、１２４Ｓで取得された検査ダイの画像１２４１、１２４２それぞれについて、検査ダイと遅延メモリ２００１，２００２に記録してある１つ前に検査して得たダイの画像と位置合わせ部２００３、２００４で位置合わせを行い、その結果を一旦メモリ２００５,２００６に記憶させてから減算部２００７，２００８でそれぞれの画像の差画像を求める（減算する）。このとき、欠陥からの散乱光は、正常部からの散乱光と異なることから、欠陥からの散乱光が強調された画像が得られる。正常部は暗く、欠陥部は明るい画像が取得されるため、求めた差画像を比較部２０１１，２０１２でしきい値記憶部２００９，２０１０に記憶しておいたしきい値画像と比較し、比較部２０１１，２０１２で得られたそれぞれの結果を欠陥判定部２０１３で統合して欠陥の判定を行う。しきい値記憶部２００９，２０１０に記憶しておくしきい値画像は、例えば、正常部の統計的な明るさから決定する。
【実施例５】
【００５８】
本発明の第５の実施例を図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明に係る光学式検査装置の第５の実施例の光学系の概略の構成を示すである。
第１の実施例との違いは、照明光学系１１０がウェハに対し落射照明とし、撮像光学系１２０をウェハより斜め方向の斜方撮像系にしたことである。検査を行うときのフロー、画像処理のフローは実施例１と同様である。
【００５９】
本実施例では、照明光学系１１０を落射照明としたことで、繰り返しパターン部の立体構造の下部まで照明光が到達するため、繰り返しパターン部の下部にある異物や欠陥からの散乱光をより強く検出でき、より高感度な異物や欠陥の検査が可能となる。つまり、ラインセンサ１２４にて取得する撮像画像において、欠陥からより強い信号を検出し、繰り返しパターンからの信号を抑制することで、欠陥の検出感度を向上させることを目的とする。
【００６０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６１】
１００…ウェハ
１０１…線状ビーム
１１０…照明光学系
１１１…レーザ光源
１１２…ＮＤフィルタ
１１３…ビームエキスパンダ
１１５…線状ビーム生成部
１１５ａ、１１５ｂ…シリンドリカルレンズ
１２０…撮像光学系
１２１…結像レンズ
１２２…対物レンズ
１２３…空間フィルタ
１２４…ＴＤＩセンサ
１２４１…撮像画像
１３０…偏光発生器
１３１…１／４波長板
１３２…１／２波長板
１４０…偏光解析器
１４１…１／４波長板
１４２…１／２波長板
１４３…偏光板
１６０…高さ検出部
１７０…ステージ部
１７０ａ…ｘステージ
１７０ｂ…yステージ
１７０ｃ…zステージ
１７０ｄ…θステージ
２００…画像処理部
２１０…操作部
２２０…制御部
２３０…表示部
２５０…信号処理・制御系
３０１…ｘ方向ライン＆スペース部
３０２…ｙ方向ライン＆スペース部
４００…モニタ
４０１…入射偏光
４０２…検出偏光
２００１，２００２…遅延メモリ
２００３，２００４…位置合わせ部
２００５，２００６…メモリ
２００７，２００８…減算部
２００９，２０１０…しきい値記憶部
２０１１，２０１２…比較部
２０１３…欠陥判定部
２０１４…分類・サイジング部
【図１】
2012047654.tif 000003
【図２】
2012047654.tif 000004
【図３】
2012047654.tif 000005
【図４】
2012047654.tif 000006
【図５】
2012047654.tif 000007
【図６】
2012047654.tif 000008
【図７】
2012047654.tif 000009
【図８】
2012047654.tif 000010
【図９（ａ）】
2012047654.tif 000011
【図９（ｂ）】
2012047654.tif 000012
【図１０】
2012047654.tif 000013
【図１１】
2012047654.tif 000014
【図１２】
2012047654.tif 000015
【図１３】
2012047654.tif 000016