特許 5945126 欠陥検査方法および欠陥検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5945126

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】欠陥検査方法および欠陥検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20160621BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/956 A

   G01N21/88 H

【請求項の数】14

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-26146(P2012-26146)

(22)【出願日】2012年2月9日

(65)【公開番号】特開2013-164281(P2013-164281A)

(43)【公開日】2013年8月22日

【審査請求日】2014年3月19日

【審判番号】不服2015-16572(P2015-16572/J1)

【審判請求日】2015年9月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】松本 俊一

(72)【発明者】

【氏名】本田 敏文

(72)【発明者】

【氏名】芝田 行広

【合議体】

【審判長】 郡山 順

【審判官】 泉 卓也

【審判官】 渡戸 正義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１５６９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７６２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４９１５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01N21/84-21/958

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源から発射された照明光の光束を複数に分離し、
表面にパターンが形成されて一方向に連続的に移動している試料に前記複数に分離した
照明光を前記試料の表面に対して垂直な方向から第１の対物レンズを介して前記試料表面
の複数の領域に照射し、
該複数に分離した照明光が照射された前記試料の表面の複数の領域から反射して前記第
１の対物レンズに入射した複数の反射光を合成して該合成した反射光による前記試料表面
の光学像を結像させ、
該結像させた前記試料表面の光学像を第１のセンサで検出して第１の画像信号を得、
前記複数に分離した照明光が照射された前記試料の表面の複数の領域で発生した散乱光のうち前記試料の表面に対して傾斜した方向に配置した第２の対物レンズに入射した散乱光から前記パターンからの散乱光を遮光した残りの散乱光による光学像を結像させ、
該結像させた前記試料表面からの散乱光の光学像を第２のセンサで検出して第２の画像
信号を得、
前記第１の画像信号と前記第２の画像信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出する
欠陥検出方法であって、
前記試料に照射される照明光は、該照明光が照射された前記試料の表面の複数の領域が何れも前記第２の対物レンズの焦点深度内に入るように複数に分離されていることを特徴とする欠陥検査方法。

【請求項2】

前記第１の対物レンズに入射した反射光を結像させた前記試料表面の光学像は、微分干
渉像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3】

前記照明光が照射された前記試料の表面で発生して前記第１の対物レンズに対して前記
第２の対物レンズと対称な位置に配置された第３の対物レンズに入射した前記試料表面の
散乱光のうち前記パターンからの散乱光を除去した散乱光による光学像を結像させ、該結
像させた前記試料表面からの散乱光の光学像を第３のセンサで検出して第３の画像信号を
得、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号及び前記第３の画像信号とを処理して前記
試料上の欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。

【請求項4】

前記光源から発射された照明光を断面形状が一方向に長い光束に成型し、該断面形状が
一方向に長い光束を複数に分離し、該分離した一方向に長い複数の光束を前記試料の表面
に前記第１の対物レンズを介して照射することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記
載の欠陥検査方法。

【請求項5】

前記光源から発射された照明光の偏光の状態を調整し、該偏光の状態が調整された照明
光を複数の光束に分離し、該分離した複数の光束を前記試料の表面に前記第１の対物レン
ズを介して照射することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。

【請求項6】

試料表面の欠陥を検出する方法であって、
表面にパターンが形成されて一方向に連続的に移動している試料に光源から発射されて
複数に分離された照明光を前記試料の表面に対して垂直な方向から第１の対物レンズを介
して前記試料表面の複数の領域に照射し、
該複数に分離された照明光が照射された前記試料表面の複数の領域から反射して前記第
１の対物レンズに入射した複数の反射光を合成して該合成した反射光による前記試料表面
の光学像を第１のセンサで検出して第１の画像信号を得、
前記複数に分離した照明光が照射された前記試料の表面の複数の領域で発生して前記試料の表面に対して傾斜した方向に配置した第２の対物レンズに入射した前記試料表面の散乱光のうち前記パターンからの散乱光を遮光した残りの散乱光による光学像を第２のセンサで検出して第２の画像信号を得、
前記第１の画像信号と前記第２の画像信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出する第
１の欠陥検査工程と、
表面にパターンが形成されて一方向に連続的に移動している試料に光源から発射された
照明光を該試料の表面に対して斜め方向から照射し、
該照明光が斜め方向から照射された前記試料の表面から発生した散乱光のうち前記試料
の表面の垂直方向に配置した前記第１の対物レンズに入射した散乱光による像を前記第１
のセンサで検出して第３の画像信号を得、
前記照明光が斜め方向から照射された前記試料の表面から発生した散乱光のうち前記試
料の表面に対して傾斜した方向に配置した前記第２の対物レンズに入射した前記試料表面
の散乱光のうち前記パターンからの散乱光を遮光した残りの散乱光の像を前記第２のセン
サで検出して第４の画像信号を得、
前記第３の画像信号と前記第４の画像信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出する第
２の欠陥検査工程と
を、前記試料表面の検出する欠陥の種類に応じて切替えて行う欠陥検査方法であって、
前記第２の画像信号を得る工程において、前記試料に照射される照明光は、該照明光が照射された前記試料の表面の複数の領域が何れも前記第２の対物レンズの焦点深度内に入るように複数に分離されていることを特徴とする欠陥検査方法。

【請求項7】

前記照明光が照射された前記試料の表面で発生して前記第１の対物レンズに対して前記
第２の対物レンズと対称な位置に配置された第３の対物レンズに入射した前記試料表面の
散乱光のうち前記パターンからの散乱光を除去した散乱光による光学像を第３のセンサで
検出して第５の画像信号を得、前記第１の欠陥検査工程において前記第１の画像信号と前
記第２の画像信号及び前記第５の画像信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出すること
と、前記第２の欠陥検査工程において前記第３の画像信号と前記第４の画像信号及び前記
第５の画像信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出することとを、前記試料表面の検出
する欠陥の種類に応じて切替えて行うことを特徴とする請求項６記載の欠陥検査方法。

【請求項8】

前記第１の欠陥検査工程において、前記光源から発射された照明光を断面形状が一方向
に長い光束に成型し、該断面形状が一方向に長い光束を複数に分離し、該分離した一方向
に長い複数の光束を前記試料の表面に前記第１の対物レンズを介して照射することを特徴
とする請求項６又は７に記載の欠陥検査方法。

【請求項9】

前記第１の欠陥検査工程において、前記光源から発射された照明光の偏光の状態を調整
し、該偏光の状態が調整された照明光を複数の光束に分離し、該分離した複数の光束を前
記試料の表面に前記第１の対物レンズを介して照射することを特徴とする請求項６又は７
に記載の欠陥検査方法。

【請求項10】

表面にパターンが形成された試料の表面の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記試料を載置して一方向に連続的に移動可能なテーブル手段と、
前記試料を照明する照明光を発射する光源を有する光源手段と、
該光源手段から発射された照明光を前記テーブル手段に載置されて一方向に連続的に移
動している試料の表面に第１の対物レンズを介して照射する照明手段と、
該照明手段により照明光が照射された試料の表面からの反射光のうち前記第１の対物レ
ンズに入射した反射光による前記試料の表面の像を検出する第１の検出光学系と、
前記試料の表面に対して傾斜した方向に散乱した散乱光の像を検出する第２の検出光学
系と、
前記試料の表面の像を検出した前記第１の検出光学系からの検出信号と、前記散乱光の
像を検出した前記第２の検出光学系からの検出信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出
する信号処理手段とを備え、
前記照明手段は、前記光源手段から発射された照明光の光束を複数に分離する光束分離部を更に有して該光束分離部で複数の光束に分離された照明光を前記第１の対物レンズで集光して試料の表面の複数の領域に同時に照射し、
前記第１の検出光学系は、前記複数の光束で照明された試料表面の複数の領域からの反
射光のうち前記第１の対物レンズに入射した反射光を合成する合成部と、該合成部で合成
した反射光により前記試料の表面の像を結像させる第１の結像レンズと、該第１の結像レ
ンズで結像させた前記試料の表面の像を検出する第１のセンサとを有し、
前記照明手段は、前記試料に照射される照明光が照射された前記試料の表面の複数の領域が何れも前記第２の検出光学系の第２の対物レンズの焦点深度内に入るように前記照明光を複数に分離する
ことを特徴とする欠陥検査装置。

【請求項11】

前記第２の検出光学系は、前記試料の表面に対して傾斜した方向に配置した第２の対物
レンズと、前記照明手段により前記試料の表面に照射された照明光により該試料から発生
した散乱光のうち前記第２の対物レンズに入射した散乱光から前記試料に形成されたパタ
ーンからの散乱光を除去する空間フィルタと、該空間フィルタを透過した散乱光による光
学像を結像させる第２の結像レンズと、該第２の結像レンズで結像させた前記散乱光の像
を検出する第２のセンサとを備えた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】

前記第２の検出光学系と同じ構成を備える第３の検出光学系を更に備え、該第３の検出
光学系を前記第１の検出光学系に対して前記第２の検出光学系と対称な位置に配置したこ
とを特徴とする請求項１０又は１１に記載の欠陥検査装置。

【請求項13】

前記光源手段は、前記光源から発射した照明光の光路を第１の光路と第２の光路とに切
替える光路切替部と、該光路切替部により第１の光路に切替えられた照明光の断面を拡大
する第１のビームエキスパンダ部と、該第１のビームエキスパンダ部で断面が拡大された
照明光の断面形状を細長い形状に成型する第１のビーム成型ユニットと、前記光路切替部
により第２の光路に切替えられた照明光の断面を拡大する第２のビームエキスパンダ部と
、該第２のビームエキスパンダ部で断面が拡大された照明光の断面形状を細長い形状に成
型する第２のビーム成型ユニットと、該第２のビーム成型ユニットで断面形状を細長い形
状に成型された照明光を前記試料の表面の線状の領域に斜め方向から照射する斜方照明集
光光学系部とを有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の欠陥検査装置。

【請求項14】

前記光源手段は、偏光状態制御部を更に備え、前記光源から発射した照明光の偏光の状
態を前記偏光状態制御部で調整することを特徴とする請求項１３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、表面にパターンが形成された検査対象上の欠陥を、光を用いて得られる画像情報に基づいて検出する検査技術に関わり、特に半導体ウェハ基板等を検査対象とした微細欠陥の検出に適した欠陥検査方法および欠陥検査装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

パターン付基板、特に半導体ウェハ基板の検査においてはデバイスパターン微細化の進展に伴い、より微細な欠陥の検出が求められており、微細欠陥からの微弱な検出光を高感度に検出することが検査技術上の大きな課題となっている。

【0003】

半導体デバイスは多層構造で形成されており、その製造プロセスは、各層を形成する材料の成膜工程、ウェハ平坦化のためのＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程、リソグラフィ工程によるレジストパターン形成、形成されたレジストパターンに倣うように、成膜された材料を除去加工するエッチング工程などからなる。これら工程の各々において半導体ウェハの欠陥検査が行われるが、半導体デバイスの各層・各工程で用いられる材料は様々であり、また、欠陥の形態も各プロセスで異なり、成膜工程では異物、パターン形成のリソグラフィ工程およびエッチング工程ではパターンショートなどのパターン欠陥、研磨を行うＣＭＰ工程ではスクラッチ欠陥などが主な欠陥である。

【0004】

そして、これら欠陥の形態の相違は光応答挙動の相違となって表われ、ウェハ検査時の見え方の違いとなって表われる。レーザ散乱光型の欠陥検査では、異物等の高さのある欠陥から発生する散乱光と比較して、スクラッチ等の低段差の欠陥から発生する散乱光は小さく、検出が難しい。

【0005】

本技術分野の背景技術として、特開平９−８９７９０号公報（特許文献１）がある。この公報では、半導体リソグラフィ用マスクの欠陥検査において、透過型と反射型の２つの微分干渉系を設けてマスク全面の位相差量欠陥とマスク上の異物とを同時に検出し、かつマスク全面を高速で検査する技術に関して記載されている。また、特開２００４−１５６９７８号公報（特許文献２）では、半導体ウェハの検査において、微分干渉検出、等方的0次光振幅抑制検出、明暗視野複合照明検出など複数の光学検出方式を備え、これらにより多種多様な欠陥検出を行う技術に関して記載されている。また、特開２００９−９５２１４号公報（特許文献３）では、半導体ウェハの外周部を微分干渉観察して、ウェハ面に塗布された薄膜の端部の状態を検査する技術に関して記載されている。

【0006】

また、レーザ散乱光検出型の欠陥検査に関連して、光の波長よりも小さい微小物体からの散乱光信号は物体の大きさの6乗に反比例して減少し、照明波長の４乗に比例して増大することが”Principles of Optics”(M．Born、E．Wolf)（非特許文献１）に示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平９−８９７９０号公報

【特許文献2】特開２００４−１５６９７８号公報

【特許文献3】特開２０１１−９５２１４号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】”Principles of Optics 7th edition”(M.Born、E.Wolf) Cambridge University Press(1999)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

微分干渉方式は、低段差の欠陥を検査対象とする場合に有効な方式であるが、半導体ウェハの欠陥は様々な形状をしており、微分干渉方式のみでは欠陥の捕捉率が低下する。また、欠陥検査装置に微分干渉方式以外の検出方式も備えることで欠陥捕捉率を向上することが可能となるが、1つの検査試料に対して各々の方式の数だけ複数回の検査を行った場合、検査スループットが低下し、半導体製造の品質管理のためのインライン検査には不適当となる。

【0010】

本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、ＣＭＰ工程で発生する微細なスクラッチなどの低段差欠陥を含む種々の欠陥の検出に適した欠陥検査方法及びその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】

上記した課題を解決するために、本発明では、試料表面の欠陥を検出する方法において
、光源から発射された照明光の光束を複数に分離し、表面にパターンが形成されて一方向
に連続的に移動している試料に複数に分離した照明光を試料の表面に対して垂直な方向か
ら第１の対物レンズを介して試料表面の複数の領域に照射し、この複数に分離した照明光
が照射された試料の表面の複数の領域から反射して第１の対物レンズに入射した複数の反
射光を合成してこの合成した反射光による試料表面の光学像を結像させ、この結像させた
試料表面の光学像を第１のセンサで検出して第１の画像信号を得、複数に分離した照明光
が照射された試料の表面の複数の領域で発生した散乱光のうち試料の表面に対して傾斜し
た方向に配置した２の対物レンズに入射した散乱光からパターンからの散乱光を遮光した
残りの散乱光による光学像を結像させ、この結像させた試料表面からの散乱光の光学像を
第２のセンサで検出して第２の画像信号を得、第１の画像信号と第２の画像信号とを処理
して試料上の欠陥を検出するようにし、試料に照射される照明光を、この照明光が照射された試料の表面の複数の領域が何れも第２の対物レンズの焦点深度内に入るように複数に分離した。

【0012】

又、上記目的を達成するために、本発明では、試料表面の欠陥を検出する方法において
、表面にパターンが形成されて一方向に連続的に移動している試料に光源から発射されて
複数に分離された照明光を試料の表面に対して垂直な方向から第１の対物レンズを介して
試料表面の複数の領域に照射し、この複数に分離された照明光が照射された試料表面の複
数の領域から反射して第１の対物レンズに入射した複数の反射光を合成してこの合成した
反射光による試料表面の光学像を第１のセンサで検出して第１の画像信号を得、複数に分
離した照明光が照射された試料の表面の複数の領域で発生して試料の表面に対して傾斜し
た方向に配置した第２の対物レンズに入射した試料表面の散乱光のうちパターンからの散乱光を遮光した残りの散乱光による光学像を第２のセンサで検出して第２の画像信号を得、
第１の画像信号と第２の画像信号とを処理して試料上の欠陥を検出する第１の欠陥検査工
程と、表面にパターンが形成されて一方向に連続的に移動している試料に光源から発射さ
れた照明光を試料の表面に対して斜め方向から照射し、この照明光が斜め方向から照射さ
れた試料の表面から発生した散乱光のうち試料の表面の垂直方向に配置した第１の対物レ
ンズに入射した散乱光による像を第１のセンサで検出して第３の画像信号を得、照明光が
斜め方向から照射された試料の表面から発生した散乱光のうち試料の表面に対して傾斜し
た方向に配置した第２の対物レンズに入射した試料表面の散乱光のうちパターンからの散
乱光を遮光した残りの散乱光の像を第２のセンサで検出して第４の画像信号を得、第３の
画像信号と第４の画像信号とを処理して試料上の欠陥を検出する第２の欠陥検査工程とを
、試料表面の検出する欠陥の種類に応じて切替えて行うようにし、第２の画像信号を得る工程において、試料に照射される照明光は、この照明光が照射された試料の表面の複数の領域が何れも第２の対物レンズの焦点深度内に入るように複数に分離されている。

【0013】

更に上記目的を達成するために、本発明では、表面にパターンが形成された試料の表面
の欠陥を検査する欠陥検査装置を、試料を載置して一方向に連続的に移動可能なテーブル
手段と、試料を照明する照明光を発射する光源を有する光源手段と、この光源手段から発
射された照明光をテーブル手段に載置されて一方向に連続的に移動している試料の表面に
第１の対物レンズを介して照射する照明手段と、この照明手段により照明光が照射された
試料の表面からの反射光のうち第１の対物レンズに入射した反射光による試料の表面の像
を検出する第１の検出光学系と、試料の表面に対して傾斜した方向に散乱した散乱光の像
を検出する第２の検出光学系と、試料の表面の像を検出した第１の検出光学系からの検出
信号と、散乱光の像を検出した第２の検出光学系からの検出信号とを処理して試料上の欠
陥を検出する信号処理手段とを備えて構成し、照明手段は、光源手段から発射された照明
光の光束を複数に分離する光束分離部を更に有してこの光束分離部で複数の光束に分離さ
れた照明光を第１の対物レンズで集光して試料の表面の複数の領域に同時に照射し、第１
の検出光学系は、複数の光束で照明された試料表面の複数の領域からの反射光のうち第１
の対物レンズに入射した反射光を合成する合成部と、この合成部で合成した反射光により
試料の表面の像を結像させる第１の結像レンズと、この第１の結像レンズで結像させた試
料の表面の像を検出する第１のセンサとを備え、照明手段は、照明光が照射された試料の表面の複数の領域が何れも第２の検出光学系の第２の対物レンズの焦点深度内に入るように照明光を複数に分離するように構成した。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、上記に述べた構成とすることにより、半導体ウェハ表面の微細なスクラッチなどの浅い段差（溝）欠陥や、微小な異物やパータン欠陥などの微細な欠陥の高感度検出を可能とすると共に、形状の異なる多種多様な欠陥の捕捉率を向上し、かつ高スループットで検査を実現する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1A】本発明の実施例１における欠陥検査装置の基本構成を示すブロック図である。

【図1B】本発明の実施例１の欠陥検査装置において、落射照明を行っている状態の詳細な構成を示すブロック図である。

【図1C】本発明の実施例１の欠陥検査装置において、斜方照明を行っている状態の詳細な構成を示すブロック図である。

【図2A】微分干渉検出の原理を説明する図であって、照明光の経路を示す微分干渉顕微鏡の基本構成を示す正面図である。

【図2B】微分干渉検出の原理を説明する図であって、基板からの反射光の経路を示す微分干渉顕微鏡の基本構成を示す正面図である。

【図3】本発明における細線照明の原理を説明する検出光学系のブロック図である。

【図4】本発明の第２の実施例における４光束微分干渉方式を実現する微分干渉顕微鏡の基本構成を説明する斜視図である。

【図5】本発明の第３の実施例の欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、微細な欠陥を検出するのに適した欠陥検査方法及びその装置の実施例を、図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0017】

図１Ａは、実施例１における欠陥検査装置の概略の構成を示すブロック図である。実施例１における欠陥検査装置は、照明光学系ユニット１０００、上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１及び１２００−２、信号処理ユニット１３００、ステージユニット１４００、制御ユニット１５００を備えて構成されている。斜方検出光学系１２００−１と１２００−２とは上方検出光学系１１００、に対して左右対称に配置されている。斜方検出光学系１２００−１と１２００−２とは基本的に同じ構成を有し、同じ機能を備えているので、以下の説明では、斜方検出光学系１２００−１について説明し、斜方検出光学系１２００−２の説明は省略する。

【0018】

図１Ｂは、実施例１における欠陥検査装置の照明光学系ユニット１０００、上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１及び信号処理ユニット１３００の内部の構成を示すブロック図である。図１Ｂでは、斜方検出光学系１２００−２の表示を省略する。また、以降の図においても、斜方検出光学系１２００−２の表示を省略する。

【0019】

照明光学系ユニット１０００は光源１０１、偏光状態制御手段１０２、第１のビームエキスパンダ１０３、第１のビーム成型ユニット１０４、ミラー１０１１、１０１２、１０１３、第２のビームエキスパンダ１０３０、第２のビーム成型ユニット１０４０、斜方照明集光光学系１１７０を備えている。偏光状態制御手段１０２は１／２波長板であり、照明光学系の光軸周りに回転できるような駆動手段１０２ｄを具備している。ミラー１０１２は、光源１０１から出射した照明光の光路に対して図示していない手段により出し入れが可能な構成になっている。

【0020】

図１Ｂに示した構成において、光源１０１から射出した照明光は、偏光状態制御手段１０２を透過してミラー１０１１と１０１２とで光路を変更されて第１のビームエキスパンダ１０３に入射し、第１のビームエキスパンダ１０３でビーム径が拡大された後、第１のビーム成型ユニット１０４を透過して、上方検出光学系１１００の内部に到達する。

【0021】

上方検出光学系１１００は、偏光ビームスプリッタ（Polarized Beam Splitter：ＰＢＳ）１０５、１／２波長板１０６、ノマルスキプリズム１０７、第１の対物レンズ１１７、第１の結像レンズ１１８、第１のイメージセンサ１１９を備えている。

【0022】

照明光学系ユニット１０００から発射されて上方検出光学系１１００の内部に到達した照明光は、ＰＢＳ１０５に入射し、直線偏光成分がＰＢＳ１０５で下方に反射されて対物レンズ１１７を透過してウェハ１０を落射照明する。このときＰＢＳ１０５で下方の１/２波長板の側に反射される光量は、偏光状態制御手段１０２で制御される。即ち、ウェハ１０を落射照明する照明光量は、偏光状態制御手段１０２で調整される。また、ビーム成型ユニット１０４は後に述べるビームの断面形状が細長い細線照明を形成する光学ユニットであり、アナモルフィックプリズム、あるいはシリンドリカルレンズ等のアナモルフィック光学素子によって構成される。

【0023】

照明光学系ユニット１０００から発射されてＰＢＳ１０５で下方に反射された照明光は、１／２波長板１０６およびノマルスキプリズム１０７を透過して２つの光束に分割され、第１の対物レンズ１１７を通過して２つの細線照明光となり、ウェハ１０上の細長い領域１００１と１００２を落射照明する。ここで、１／２波長板１０６およびノマルスキプリズム１０７には上方検出光学系１１００の光軸を中心に回転可能なように駆動系１０６ｄ、１０７ｄが具備されており、上記２光束に分割される照明光の状態を制御できるようになっている。

【0024】

上方検出光学系１１００は、微分干渉顕微鏡を構成している。以下に、微分干渉顕微鏡について説明する。

【0025】

低段差の欠陥を検出する光学技術としては、微分干渉方式が知られている。その原理について図２Ａと図２Ｂとを用いて説明する。

【0026】

図２Ａは微分干渉方式の照明部分に関して説明する図である。照明光２１０は直線偏光であり、ＰＢＳ２０１（図１ＢのＰＢＳ１０５に相当）に入射して下方に反射し、１／２波長板２０２（図１Ｂの１／２波長板１０６に相当）を透過して偏光方向が４５゜回転される。この照明光がノマルスキプリズム２０３（図１Ｂのノマルスキプリズム１０７に相当）を透過すると、偏光方向が直交した２つの照明光に偏角Δで分離される。２つの照明光、２１１、２１２に分割され、対物レンズ２０４（図１Ｂの第１の対物レンズ１１７に相当）を通して試料２００の２点を照明する。この２点の離間方向を微分干渉のシアー方向と呼ぶ。また離間距離ΔＳはシアー量と呼び、偏角Δと対物レンズの焦点距離ｆから決定され、ΔＳ＝ｆ×ｔａｎ（Δ）の関係がある。

【0027】

シアー量ΔＳが大きいほど、段差検出の感度は良くなるが、一方でΔＳの値は検出画像の横分解能に影響し、一般には対物レンズの解像限界以下に設定する必要がある。ΔＳに対物レンズの解像限界よりも大きな値を設定した場合、微分干渉像が２重像となって像の品質が劣化するためである。

【0028】

図２Ｂは微分干渉方式の検出部分に関して説明する図である。試料２００上の２点に照射された照明光２１１及び２１２による試料２００からの反射光２２１、２２２は対物レンズ２０４を透過し、ノマルスキプリズム２０３で合成されて、照明時と同一の光路をたどって１／２波長板２０２を透過する。ここで、試料２００が平坦、すなわち反射光２２１、２２２の位相差がゼロであれば１／２波長板により元の照明光２１０と同じ偏光状態に戻って、ＰＢＳ２０１で反射されて元の光路を戻ることになる。しかし、試料２００に段差があり、分岐された照明光２１１、２１２が異なる高さの部分を照明した場合、反射光２２１、２２２には試料の段差に応じて位相差が生じる。

【0029】

これら位相差を持つ反射光がノマルスキプリズム２０３で合成されると、合成された反射光の偏光状態は元の照明の偏光状態から変化しており、１／２波長板を透過後も元の照明光２１０とは異なる偏光状態となり、その変化した偏光成分がＰＢＳ２０２を透過して、結像レンズ２０５を通して検出器２０６へ結像される。これにより、試料の段差を像の明るさとして検出することが可能となる。

【0030】

光の干渉現象を用いて検出を行う方式であるため、照明光源は干渉性の良い単波長光源が必要となる。そのため、照明光源は複数の波長を放射するランプ光源から波長選択フィルタを用いて単波長を取り出すようにしても良く、また単一の波長を放射するレーザ光源を用いても良い。

【0031】

また、検出感度を上げるためには、照明光源の単波長化が有効である。これは、上記に説明した様に、試料の段差による位相変化の程度が大きいほど、反射光の位相変化の程度も大きくなり、高さ検出信号も大きくなるが、ここで、試料の段差をΔｈ、光源の波長をλとすると、位相変化量は２×Δｈ／λとなり、同じ段差Δｈを検出する場合でも、波長λを小さくすることで位相変化量が大きくなることによるものである。

【0032】

本実施例では、図１Ｂに示すように微分干渉照明のシアー方向をステージ走査方向（ｘ方向）に、細線照明の長手方向をｙ方向に取るものとして説明する。

【0033】

また、本実施例ではこのように、照明領域を絞った細線照明を行うが、これは検査対象に対する照明の照度（照明のエネルギー密度）を高くすることにより、検査スループットの向上を図ることが目的の一つである。このため、光源１０１には直線偏光を放射し、集光性の良い高コヒーレント光源であるレーザ光源を使用することが望ましい。また、前記したように微分干渉検出の感度を向上させるためには光源の短波長化が有効である。加えて、これも前記したように、欠陥からの散乱光を増大させるためにも光源の短波長化が有効であり、本実施例では光源１０１にＵＶ(Ultra Violet)レーザを用いる。たとえばＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)−ＴＨＧ(third harmonic generation)の波長３５５ｎｍ固体レーザ、あるいはＹＡＧ−ＦＨＧ (Fourth harmonic generation)の波長２６６ｎｍ固体レーザ、あるいはＹＡＧ−ＦＨＧとＹＡＧ基本波の和周波による２１３ｎｍ、１９９ｎｍ、１９３ｎｍ固体レーザ等である。

【0034】

細線照明により細長い領域１００１と１００２とが照明されたウェハ１０からの反射光のうち対物レンズ１１７に入射した反射光は、ノマルスキプリズム１０７、１／２波長板１０６を透過して進む。ウェハ１０の表面の凹凸状態を反映して変化した反射光の偏光成分が、ＰＢＳ１０５を透過して、第１の結像レンズ１１８により第１のイメージセンサ１１９の位置にウェハの微分干渉像を形成する。図１Ｂに示す通り、第１の検出光学系の光軸はウェハ１０の表面に垂直である。

【0035】

一方、ウェハ１０の表面の垂直軸から傾いた光軸を持つ斜方検出光学系１２００−１は、細線照明により照明された細長い領域１００１あるいは１００２あるいはその両方からの正反射光は検出せず、細長い領域１００１あるいは１００２から発生する散乱光のうち第２の対物レンズ１２７に入射した散乱光を、第２の結像レンズ１２８で第２のイメージセンサ１２９の位置に結像させ、第２のイメージセンサ１２９上にウェハの散乱光像を形成する。本実施例では、斜方検出光学系１２００−１の光軸の傾斜方向はステージ走査方向（ｘ方向）に平行とする。

【0036】

斜方検出光学系１２００−１にはウェハ１０上に形成されたパターンからの回折光を遮光して欠陥からの散乱光信号のみを透過する空間フィルタ１２０、および欠陥からの散乱光とウェハ表面からの散乱光ノイズの偏光成分の相違を利用して、欠陥からの散乱光を透過して、ウェハ表面からの散乱光ノイズを遮光する偏光フィルタ１２１により、欠陥からの散乱光信号を有効に検出するように構成する。

【0037】

１３００は信号処理ユニットであり、第１および第２のイメージセンサ１１９、１２９により光電変換されたアナログの検出画像信号を、第１および第２の信号変換ユニット１３１、１３２により増幅してデジタル信号への変換が行われ、画像処理ユニット１３３により、検出画像からの欠陥抽出がなされる。欠陥抽出においては第１の検出系で得られた微分干渉画像を予め設定したしきい値と比較して、しきい値よりも大きい部分を欠陥として抽出する欠陥抽出処理、および第２の検出系で得られた散乱光画像を予め設定したしきい値と比較して、しきい値よりも大きい部分を欠陥として抽出する欠陥抽出処理、ならびに微分干渉画像と散乱光画像の両方の情報を比較処理して得られた画像からの欠陥を抽出する処理を行うように構成する。

【0038】

制御ユニット１５００は前記照明光学系１０００、上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１、信号処理ユニット１３００、ステージユニット１４００を制御する。

【0039】

ステージユニット１４００はウェハ１０を載置して、ｘｙｚ方向に移動可能な機構であり、上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１でウェハ１０の全面を検査出来るようなｘｙ方向への移動ストロークを持ち、ウェハ１０の厚さバラツキ等に関わらず、上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１の焦点範囲内にウェハ１０の表面（検査面）のｚ位置を制御させるようにｚ方向への移動ストロークを持つよう構成される。

【0040】

検査時のステージユニット１４００のステージ移動はたとえば次のように制御される。図１Ｂに示すように、ウェハ１０はｙ方向を長手方向（長さLi）とする細長い領域１００１、１００２が照明光学系１０００から発射された照明光によって照明される。検査時にはウェハ１０はステージユニット１４によりｘ方向に連続的に移動して、上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１によりスキャンされたウェハ像を取得する。この例では、たとえば移動開始位置をウェハ端面Ws1とし、逆側のウェハ端面We１まで到達するまでｘステージを移動し、この間を上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１によりスキャンする。

【0041】

ウェハ端面We1に到達すると、次のスキャンのため、ｙステージにより照明長さLiだけｙ方向にステップ送りされて、ｘステージによりウェハ端面Ws2からWe2まで連続的に移動して、先と同様に上方検出光学系１１００、斜方検出光学系１２００−１によりスキャンされたウェハ像を取得する。これを繰り返すことでウェハ１０の全面の検査を行う。

【0042】

また、スキャン中にウェハ１０が上方検出光学系１１００及び斜方検出光学系１２００−１の焦点範囲から外れると、取得したウェハ像の品質が劣化し、欠陥検出感度が低下する。このためスキャン中にはｚステージにより常にウェハ表面（検査面）のｚ位置が上方検出光学系１１００及び斜方検出光学系１２００−１の焦点範囲にあるように制御される。

【0043】

本実施例は、検査対象のウェハ１０の細長い領域１００１、１００２を第１のビーム成型ユニット１０４で細長く成形された照明光で照明し、ｘステージの連続移動でウェハ１０をスキャンしてウェハ画像を取得する方式であるので、第１および第２のイメージセンサ１１９、１２９はラインセンサであることが望ましい。具体的にはＣＣＤ（Charge Coupled Device）ラインセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）ラインセンサ、ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサ、である。あるいはPD(PhotoDiode)一次元アレイ、ＡＰＤ(Avalanche PhotoDiode)一次元アレイ、ＰＭＴ（PhotoMultiplier Tube）一次元アレイを用いても良い。

【0044】

本実施例における細線照明の必要性について、図３を用いて説明する。
斜方検出光学系１２００−１は、検査対象であるウェハ１０の検査面に対して、仰角θｄ傾いた光軸を持ち、対物レンズ１２７の開口はθｏ、すなわち対物レンズ１２７の開口数：ＮＡｏは、
ＮＡｏ＝ｓｉｎθｏ ・・・(数１)
であるとする。

【0045】

照明光源の波長をλとするとき、対物レンズ１２７の焦点深度：ＤＯＦは、
ＤＯＦ＝λ／（ｓｉｎθｏ）^２ ・・・(数２)
である。

【0046】

２つの細線照明光により照明されるウェハ１０上の細長い領域１００１、１００２は照明幅Ｗｉを持ち、シアー量ΔＳ離間しているが、これら照明が斜方検出光学系１２００−１の対物レンズ１２７の焦点深度の範囲内から外れると、斜方検出光学系１２００−１に焦点範囲外からの散乱光が入射し、斜方検出光学系１２００−１で取得する散乱光画像にボケの成分が混入することになり、散乱光画像の品質が低下して、欠陥検出感度の低下に繋がる。

【0047】

このような感度低下が生じないためには２つの細線照明光により照明されるウェハ１０上の細長い領域１００１、１００２の照明範囲Ｗｉ＋ΔＳが斜方検出光学系１２００−１の対物レンズ１２７焦点深度範囲内にあること、すなわち、
ＤＯＦ／sinθd＞Ｗｉ＋ΔＳ ・・・(数３)
が成り立つことが必要である。

【0048】

これに加えて、ｚステージの制御精度によってもウェハ１０の検出位置が斜方検出光学系１２００−１の光軸方向に移動することになる。ｚステージの制御精度を±Δｚとした場合、その検出位置変動は、
±Δｚ／cosθｄ ・・・(数４)
である。

【0049】

これらを合わせて、斜方検出系１２００−１でボケが生じない散乱光画像を取得する条件は、
ＤＯＦ／sinθｄ＞｛（Ｗｉ＋ΔＳ）＋２×（Δｚ／cosθd） ・・・(数５)
が必要となる。

【0050】

本実施例ではこれまで、ステージ走査方向（ｘ方向）に対し、細線照明光により照明されるウェハ１０上の細長い領域１００１、１００２の長手方向をｙ方向（ステージ走査方向に直交）、斜方検出光学系１２００−１の光軸の傾斜方向をｘ方向として説明してきたが、この構成は斜方検出光学系１２００−１のイメージセンサ１２９の全域で、焦点の合った画像として散乱光画像を検出するための前提となる構成である。加えて、上記に述べたように細線照明光により照明されるウェハ１０上の細長い領域１００１、１００２の線幅Ｗｉおよびシアー量ΔＳ、およびｚステージ制御精度Δｚが、斜方検出光学系１２００−１で合焦な散乱光画像を取得するために必要な要件である。

【0051】

ここで、上方検出光学系１１００の対物レンズ１１７は細線照明光により照明されるウェハ１０上の細長い領域１００１、１００２を絞り込むレンズも兼ねているが、その開口数を斜方検出光学系１２００−１の対物レンズ１２７と同じＮＡｏであるとすると、細線照明の線幅Ｗｉは、レーリーの回折限界の式により 、
Ｗｉ＝１．２２×λ／ＮＡｏ ・・・（数６）
が、細線照明として形成可能な最も小さな線幅となる。

【0052】

同様に、レーリーの回折限界の式により、シアー量ΔＳの設定も、
ΔＳ＝０．６１×λ／ＮＡｏ ・・・（数７）
が、上方検出で取得する微分干渉像の品質を劣化させないためのシアー量となる。

【0053】

これらを合わせて細線照明光により照明されるウェハ１０上の細長い領域１００１、１００２の照明範囲の幅はＷｉ＋ΔＳとなるが、斜方検出光学系１２００−１に設置されたイメージセンサ（ラインセンサ）１２９のステージ走査方向（図ではｘ方向）の画素サイズＷｄ１は、上方検出光学系１１００の倍率をＭとしたときに、
Ｗｄ１≧Ｍ×（Ｗｉ＋ΔＳ）×ｓｉｎθｄ ・・・（数８）
であることが望ましい。これは、イメージセンサ１２９が照明範囲のすべてから生じる散乱光を検出することにより、散乱光検出の効率を向上させて、検査スループットの向上を図るためである。

【0054】

仮に、イメージセンサ１２９の画素サイズが
Ｗｄ１＜Ｍ×（Ｗｉ＋ΔＳ）×ｓｉｎθｄ ・・・（数９）
であり、検出範囲が照明範囲の一部に限られる場合、イメージセンサ１２９の検出範囲外となる照明光が有効利用されず、検出光が低減して検査スループットが低下するためである。

【0055】

同様に上方検出光学系１１００のイメージセンサ１１９に関しても、照明光の利用効率の観点から
Ｗｄ１≧Ｍ×Ｗｉ ・・・（数１０）
であることが望ましい。

【0056】

また、本実施例における検査装置においては装置コスト低減の観点から、上方検出光学系１１００および斜方検出光学系１２−１それぞれの対物レンズ１１７・１２７、および結像レンズ１１８・１２８ならびにイメージセンサ１１９・１２９は共通化することを想定しており、イメージセンサの１１９、１２９のステージ走査方向の画素サイズＷｓ１は、（数８）、（数１０）で既定される数値のうち、装置の構成に応じて大きい値を設定すれば良い。

【0057】

ところで、イメージセンサ１１９、１２９のステージ走査方向に直交する方向（y方向、センサ配列方向）画素サイズＷｄ２は、Ｗｄ１と同じである必要は無く、対物レンズ１１７、１２７の解像度、すなわちレーリーの回折限界の指揮から定義される（数７）を基準にこれをサンプリング数Ｎ（Ｎ＝１、２・・・）でサンプリングされるよう設定すればよい。

【0058】

すなわち
Ｗｄ２＝（０．６１×λ／ＮＡｏ）／Ｎ （Ｎ＝１、２・・・）・・・(数１１)
とする。

【0059】

サンプリング数Ｎは、ナイキスト定理から最低でも２、可能であれば４程度が適当であり、但しこれ以上サンプリング数を大きくしても（画素サイズを小さくしても）検査画像の画質向上の意味からは有効ではなく、検査エリアが小さくなり検査スループットが低下することになるので、上記の範囲で適切に設定する必要がある。

【0060】

以上により、本実施例におけるイメージセンサの画素は、一般的にはステージ走査方向とそれに直交する方向で大きさが異なる、すなわちＷｄ１＞Ｗｄ２の長方形画素であることが望ましい。

【0061】

ところで、半導体ウェハの検査を対象とした場合、ウェハ研磨を行うＣＭＰ工程のスクラッチ欠陥などの微小な段差欠陥を検出することに対しては、図１Ｂで説明したような微分干渉検出を行うことが有効であるが、成膜工程における異物、パターン形成のリソグラフィ工程およびエッチング工程におけるパターンショートなどのパターン欠陥に対しては、ウェハ１０の表面を斜方照明してウェハ１０からの散乱光を検出する方が有効な場合がある。

【0062】

これを実現するためには、図１Ｂで説明したような上方検出光学系１１００の光軸上に配置された微分干渉検出のためのユニット、すなわちＰＢＳ１０５、１／２波長板１０６、ノマルスキプリズム１０７を上方検出光学系１１００の光軸から外れた位置に退避させ、その代わりに斜方検出光学系１２００−１と同様に空間フィルタ１１０、偏光フィルタ１１１を上方検出光学系１１００に導入可能な構成とすることが有効である。その構成を図１Ｃに示す。図１Ｃに示した上方検出光学系１１００´は、図１Ｂに示した上方検出光学系１１００からＰＢＳ１０５、１／２波長板１０６、ノマルスキプリズム１０７を図示していない駆動系で上方検出光学系１１００の光軸から外れた位置に退避させ、空間フィルタ１１０と偏光フィルタ１１１とを図示していない駆動系で上方検出光学系１１００の光軸上に設置した状態を示す。

【0063】

このような構成で、図１Ｃに示したように照明光学系１０００のミラー１０１２を図示していない駆動機構で図１Ｃの実線の位置まで後退させると、光源１０１から発射された照明光は、１／２波長板１０２を透過してミラー１０１１で反射した後、第２のビームエキスパンダ１０３０、第２のビーム成型ユニット１０４０を透過して、ミラー１０１３で反射されて斜方照明集光光学系１１７０に入射し、ウェハ１０を斜方から照明する。この場合、斜方照明集光光学系１１７０は、シリンドリカルレンズあるいはシリンドリカルミラーなどにより構成され、第２のビーム成型ユニット１０４０で線状に成形された照明光をウェハ１０に対して斜方から照明を行い、ウェハ１０の表面（検査面）の細長い領域１００５を細線照明する。

【0064】

この際の細線照明されるウェハ１０上の細長い領域１００５の線幅Ｗｉ２は、上記において説明したように、図３におけるシアー量ΔＳを差し引いて、斜方検出光学系１２００でボケの無い散乱光画像を取得できるように
ＤＯＦ／sinθｄ＞｛（Ｗｉ２）＋２×（Δｚ／cosθd） ・・・(数１２)
を満たすように、斜方照明集光光学系１１７０を構成することが必要である。

【0065】

斜方照明集光光学系１１７０により照明されたウェハ１０上の細長い領域１００５からの散乱光のうち、上方検出光学系１１００の対物レンズ１１７に入射した光は、対物レンズ１１７で集光されて空間フィルタ１１０に入射し、空間フィルタ１１０に形成された図示していない遮光パターンによりウェハ１０上に形成された繰り返しパターンからの回折光が遮光され、空間フィルタ１１０で遮光されなかったウェハ１０からの散乱光は偏光フィルタ１１１に入射してウェハ表面からの散乱光ノイズ成分が遮光される。偏光フィルタ１１１を透過したウェハ１０からの散乱光は第１の結像レンズ１１８により第１のイメージセンサ１１９上に結像され、第１のイメージセンサ１１９からの検出信号が第１の信号変換ユニット１３１へ出力される。

【0066】

一方、斜方照明集光光学系１１７０により照明されたウェハ１０上の細長い領域１００５からの散乱光のうち、斜方検出光学系１２００−１の対物レンズ１２７に入射した光は、対物レンズ１２７で集光されて空間フィルタ１２０に入射し、空間フィルタ１２０に形成された図示していない遮光パターンによりウェハ１０上に形成された繰り返しパターンからの回折光が遮光され、空間フィルタ１２０で遮光されなかったウェハ１０からの散乱光は偏光フィルタ１２１に入射してウェハ表面からの散乱光ノイズ成分が遮光される。偏光フィルタ１２１を透過したウェハ１０からの散乱光は第２の結像レンズ１２８により第２のイメージセンサ１２９上に結像され、第２のイメージセンサ１２９からの検出信号が第２の信号変換ユニット１３２へ出力される。

【0067】

第１の信号変換ユニット１３１及び第２の信号変換ユニット１３２で処理されてデジタル信号に変換された第１のイメージセンサ１１９からの検出信号及び第２のイメージセンサ１２９からの検出信号は、画像処理ユニット１３３へ送られてそれぞれの検出信号が統合され、欠陥抽出処理が行われる。

【0068】

本実施例においては、図１Ａに示したように、上方検出光学系１１００とその両側に斜方検出光学系１２００−１と１２００−２を対象に配置した構成について説明したが、図１Ｂ又は図１Ｃに示したように、斜方検出光学系は、１２００−１又は１２００−２の何れか一方だけを備える構成にしてもよい。

【0069】

本実施例によれば、ＣＭＰ工程のスクラッチ欠陥などの微小な段差欠陥または疵欠陥を検出するばあいには、図１Ｂで説明したように落射照明して微分干渉顕微鏡を用いた上方検出光学系１１００と斜方検出光学系１２００−１及び１２００−２でそれぞれ検出した信号を処理して検出し、成膜工程における異物、パターン形成のリソグラフィ工程およびエッチング工程におけるパターンショートなどのパターン欠陥を検出するばあいには、図１Ｃで説明したような斜方照明光学系と上方検出光学系１１００´とに切り替えて、斜方から線状照明されたウェハ１０からの散乱光を上方検出光学系１１００´と斜方検出光学系１２００−１及び１２００−２でそれぞれ検出した信号を統合処理して検出することにより、微小な段差欠陥または疵欠陥と異物及びパターン欠陥を検出することができる。

【実施例2】

【0070】

図４は、実施例２における欠陥検査装置の微分干渉光学系を説明する構成図の例である。既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

【0071】

実施例１では、微分干渉ユニットとして、１／２波長板１０６とノマルスキプリズム１０７を一つずつ（一組）使用して、細線照明によるウェハ１０上の細長い照明領域１００１、１００２をｘ方向にシアーする実施例について説明した。しかしこの場合、微分干渉によるウェハ１０の表面の段差検出が方向性を持つことになる。すなわち、ｘ方向に高さの違う段差に対しては、ｘ方向に離間する細線照明によるウェハ１０上の細長い照明領域１００１、１００２からの反射光による微分干渉検出で検出可能であるが、ｙ方向に高さの違う段差に対しては細線照明によるウェハ１０上の細長い照明領域１００１、１００２の干渉効果は表われず、検出が不可能である。

【0072】

これを解決するためには、図４に示すように、第２の１／２波長板１０６０、第２のノマルスキプリズム１０７０を用いて、照明光束をｙ方向にもシアーすることが有効である。

【0073】

具体的にはＰＢＳ１０５を透過したｙ方向の直線偏光を持つ照明光を第１の１／２波長板１０６で偏光方向を４５゜回転させ、第１のノマルスキプリズム１０７で光束をｘ方向に２分割した後、上記2分割した照明光束を、第２の１／２波長板１０６０で更に偏光方向を４５゜回転させて、第２のノマルスキプリズム１０７０でｙ方向へそれぞれ２分割して、４光束の照明光を形成し、対物レンズ１１７を通してウェハ００１を４つの細線照明で照明する。

【0074】

このように、４分割された照明光束により、ｘ方向にもｙ方向にも微分干渉による段差検出の感度を持つ構成とすることが可能となる。この場合、ウェハ００１は4つの細線照明光束１００１ａ、１００１ｂ、１００２ａ、１００２ｂで照明されることになるが、ｙ方向へのシアー量も、微分干渉検出を行う上方検出光学系１１の解像度程度の微小量であるため、斜方検出系１２に対する細線照明の状態は実施例１の場合とほとんど変化無く、その他の部分は実施例１の構成のまま、それに加えて第２の１／２波長板１０６０、第２のノマルスキプリズム１０７０を加えることで、本実施例の実施が可能である。

【実施例3】

【0075】

図５は、実施例３における検査装置を説明する構成図の例である。既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

【0076】

微分干渉検出は、微小段差欠陥の検出には有効な手段であるが、必ずしもすべての欠陥を有効に検出できる手段とは限らない。半導体ウェハの検査を対象とした場合、ウェハ研磨を行うＣＭＰ工程のスクラッチ欠陥に対しては、微分干渉検出で検出可能であるが、成膜工程における異物、パターン形成のリソグラフィ工程およびエッチング工程におけるパターンショートなどのパターン欠陥に対しては、上方検出系１１も、斜方検出系１２と同様な散乱光検出光学系とすることが有効な場合がある。

【0077】

これを実現するためには、実施例１において図１Ｂを用いて説明した上方検出光学系１１００の光軸上に配置された微分干渉検出のためのユニット、すなわちＰＢＳ１０５、１／２波長板１０６、ノマルスキプリズム１０７を着脱可能とし、その代わりに、図５に示すようにハーフミラー１０５０と空間フィルタ１１０、偏光フィルタ１１１を上方検出光学系に導入可能な構成とすることが有効である。

【0078】

実施例１においては、図１Ｃを用いて説明したように、照明光学系ユニット１０００のミラー１０１２の位置を後退させて光路を切り替え、斜方照明集光光学系１１７０を通してウェハ１０を斜方照明し、ウェハ１０からに散乱光を上方検出光学系１１００´と斜方検出光学系１２００−１とで検出する構成を示したが、本実施例では、照明光学系ユニット１０００のミラー１０１２の位置を後退させず、第１のビームエキスパンダ１０３、第１のビーム成型ユニット１０４を透過させて、照明光学系ユニット１１０１の内部に導入してハーフミラー１０５０に照射し、ハーフミラー１０５０で下方に反射された照明光を対物レンズ１１を透過させてウェハ１０上に落射照明する構成とした。

【0079】

この場合、第１の実施例からの変化は、ＰＢＳ１０５、１／２波長板１０６、ノマルスキプリズム１０７が、上方検出光学系から外れただけであるので、ウェハ１０上の細長い領域１００３を照明する細線照明は、実施例１で説明した細線照明の条件を必然的に満たし、上方検出光学系１１００´と斜方検出光学系１２００−１との両方でボケの無い散乱光画像を検出することは可能である。

【0080】

また、図５に示した構成においては、実施例１で説明したのと同様に、照明光学系ユニット１０００のミラー１０１２を光源１０１から発射された照明光の光路から後退させることにより、光源１０１から発射された照明光を第２のビームエキスパンダ１０３０、第２のビーム成型ユニット１０４０を通して、斜方照明集光光学系１１７０を通して、ウェハに対して斜方照明することも可能である。この場合斜方照明集光光学系１１７０は、ウェハ１０に対して斜方から照明を行い、ウェハ１０の表面（検査面）の細長い領域１００４に細線照明光を照射する手段であり、シリンドリカルレンズあるいはシリンドリカルミラーなどにより構成されるが、この際の細線照明光が照射されて細長い領域１００４の線幅は、実施例1において説明したように、図３におけるシアー量ΔＳを差し引いて、斜方検出光学系１２００−１でボケの無い散乱光画像を取得できるように、数１２に示した関係を満たすように、斜方照明集光光学系１１７０を構成することが必要である。

【0081】

対物レンズ１１を透過させた照明光により落射照明されたウェハ１０からの反射光・散乱光を検出した第１のイメージセンサ１１９及び第２のイメージセンサ１２９から出力された検出信号、及び、斜方照明集光光学系１１７０により斜方照明されたウェハ１０から発生した散乱光を検出した第１のイメージセンサ１１９及び第２のイメージセンサ１２９から出力された検出信号は、それぞれ信号処理ユニット１３０１に入力され処理されて、ウェハ１０上の欠陥が検出される。

【0082】

本実施例によれば、上方検出光学系１１０１を、微分干渉検出のためのユニット、すなわちＰＢＳ１０５、１／２波長板１０６、ノマルスキプリズム１０７と、通常の落射照明を行いウェハからの反射光を検出するためのハーフミラー１０５０と空間フィルタ１１０、偏光フィルタ１１１とから成るユニットを交換可能な構成としたことにより、１台の欠陥検査装置で検出可能な欠陥の種類をより多くし、より多くのプロセスに対応した欠陥の検出を行うことができるようになった。

【符号の説明】

【0083】

１０・・・ウェハ １５００・・・制御ユニット １０００・・・照明光学系ユニット １０１・・・光源 １０２・・・偏光状態制御手段 １０３・・・ビームエキスパンダ １０４・・・ビーム成型ユニット １０５・・・ＰＢＳ １１００、１１００´、１１０１・・・上方検出光学系 １０６・・・１/２波長板 １０７・・・ノマルスキプリズム １１７・・・第１の対物レンズ １１８・・・第１の結像レンズ １１９・・・第１のイメージセンサ １２００−１、１２００−２・・・斜方検出光学系 １２７・・・第２の対物レンズ １２８・・・第２の結像レンズ １２９・・・第２のイメージセンサ １３００、１３０１・・・信号処理ユニット １３３・・・画像処理ユニット １４００・・・ステージユニット １０６０・・・第２の１/２波長板 １０７０・・・第２のノマルスキプリズム １０３０・・・第２のビームエキスパンダ １０４０・・・第２のビーム成型ユニット １１７０・・・斜方照明集光光学系

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】