特開 2024-150104 検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024150104

(43)【公開日】2024-10-23

(54)【発明の名称】検査装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20241016BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20241016BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 J

G01N21/64 Z

G01N21/88 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023063355

(22)【出願日】2023-04-10

(71)【出願人】

【識別番号】523133063

【氏名又は名称】株式会社ケイウェアシステムズ

(74)【代理人】

【識別番号】110002675

【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100109221

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 充広

(74)【代理人】

【識別番号】100171848

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 裕美

(72)【発明者】

【氏名】木村 一彦

【テーマコード（参考）】

2G043

2G051

4M106

【Ｆターム（参考）】

2G043AA03

2G043CA05

2G043DA06

2G043EA01

2G043EA14

2G043FA01

2G043HA01

2G043HA07

2G043HA09

2G043JA03

2G043KA03

2G043KA09

2G043LA03

2G051AA51

2G051AB07

2G051BA05

2G051BA10

2G051CA04

2G051CB01

2G051CB05

2G051CC12

2G051EC01

4M106AA01

4M106BA05

4M106CA18

4M106CA38

4M106DB04

4M106DB08

4M106DB16

4M106DH32

4M106DH39

(57)【要約】

【課題】 高精度の反射画像等を得ること。
【解決手段】検査装置１００は、照明レーザ光源装置１１を含む照明装置１０ａと、反射センサ２３を含む反射観察装置１０ｂとを有する表面欠陥検出系１０と、励起レーザ光源装置３１を含むＵＶ照射装置５０ａと、蛍光センサ４５，４６，４７を含む蛍光観察装置５０ｂとを有するフォトルミネッセンス検出系３０とを備え、照明レーザ光源装置１１による対象ＯＢへの照明光Ｉ１の照射と、励起レーザ光源装置３１による対象ＯＢへの励起光Ｅ１の照射とを共通光路で行いつつ、反射観察装置１０ｂによって計測光Ｉ２を取得し、蛍光観察装置５０ｂによって蛍光Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取得する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明レーザ光源装置を含む照明装置と、反射センサを含む反射観察装置とを有する表面欠陥検出系と、
励起レーザ光源装置を含むＵＶ照射装置と、蛍光センサを含む蛍光観察装置とを有するフォトルミネッセンス検出系とを備え、
前記照明レーザ光源装置による対象への照明光の照射と、前記励起レーザ光源装置による前記対象への励起光の照射とを行いつつ、前記反射観察装置によって計測光を取得し、蛍光観察装置によって蛍光を取得する、検査装置。

【請求項2】

前記照明レーザ光源装置による照明光の照射と、前記励起レーザ光源装置による励起光の照射とを並行して行う共通光路型光学系を含む、請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記表面欠陥検出系において、前記照明装置と前記反射観察装置とは、共焦点光学系である、請求項１に記載の検査装置。

【請求項4】

前記表面欠陥検出系は、マルチビーム型の光学系であり、複数のラインセンサによって得た画像を合成する、請求項１に記載の検査装置。

【請求項5】

斜入射光源装置を含む斜入射装置と、暗視野センサを含む暗視野観察装置と表面粗さ検出系をさらに備え、
前記斜入射装置及び前記表面粗さ検出系は、前記表面欠陥検出系及び前記フォトルミネッセンス検出系とともに共通光路型光学系の要素を構成する、請求項１に記載の検査装置。

【請求項6】

前記照明装置と前記反射観察装置と前記ＵＶ照射装置と前記蛍光観察装置と前記斜入射装置と前記暗視野観察装置とは、前記共通光路型光学系の要素として共用の対物レンズを有する、請求項５に記載の検査装置。

【請求項7】

前記フォトルミネッセンス検出系は、複数波長の励起光で前記対象を照明する、請求項１に記載の検査装置。

【請求項8】

前記フォトルミネッセンス検出系は、近紫外波長域、及び前記近紫外波長域よりも長波長の長波長域を含む複数波長域で前記対象からの蛍光を計測する、請求項１に記載の検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化珪素基板に代表される化合物半導体基板やその他の半導体基板に存在する欠陥を検出する検査装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ基板等を用いた半導体デバイスの製造工程において、製造上の歩留りを改良するためには、ＳｉＣ基板に存在する欠陥を検出することが重要である。ＳｉＣ基板に向けて照明ビームを投射し、ＳｉＣ基板から出射した反射光及びフォトルミネッセンス光を分離して検出し、反射画像及びフォトルミネッセンス画像を形成し、反射画像及びフォトルミネッセンス画像から欠陥像を検出し、欠陥を分類することが公知となっている（特許文献１及び２）。

【0003】

特許文献１及び２の装置では、単一波長の照明ビームから反射画像及びフォトルミネッセンス画像を得ており、反射画像を得るためのセンサや結像光学系を自由に選択し構成することができず、高精度の反射画像を得ることは容易でない。

【0004】

特許文献１及び２の装置では、スリットを透過させた単一波長の紫外線照明ビームから反射画像及びフォトルミネッセンス画像を得ているが、狭いスリットを透過した光の強度は弱いため、検出に必要な十分な光量の蛍光を発生させることが困難であり、高精度の反射画像を得ることは容易でない。また、反射計測用照明光の波長を紫外線とした場合、紫外域での画像センサの量子効率は低くて受光感度は小さいため、この点でも、Ｓ／Ｎ比の優れた反射画像を得ることは容易でない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５６３３０９９号公報

【特許文献2】特許第５７１３４１９号公報

【発明の概要】

【0006】

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、高精度の反射画像等を高速に得ることを目的とする。

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係る検査装置は、照明レーザ光源装置を含む照明装置と、反射センサを含む反射観察装置とを有する表面欠陥検出系と、励起レーザ光源装置を含むＵＶ照射装置と、蛍光センサを含む蛍光観察装置とを有するフォトルミネッセンス検出系とを備え、照明レーザ光源装置による対象への照明光の照射と、励起レーザ光源装置による対象への励起光の照射とを行いつつ、反射観察装置によって計測光を取得し、蛍光観察装置によって蛍光を取得する。

【0008】

上記検査装置では、照明レーザ光源装置と励起レーザ光源装置とを個別に用意するので、反射画像を得るためのセンサや光学系を自由に選択することができ、スリットを透過させる必要があるランプのような光源を用いることなく十分な光量を確保できるので、欠陥検出系を高精度とすることができる。

【0009】

本発明の具体的な側面によれば、上記検査装置において、照明レーザ光源装置による照明光の照射と、励起レーザ光源装置による励起光の照射とを並行して行う共通光路型光学系を含む。この場合、直接反射の計測光と励起による蛍光とを同時に計測することができ、検査速度を向上させることができる。

【0010】

本発明の別の側面によれば、表面欠陥検出系において、照明装置と反射観察装置とは、共焦点光学系である。この場合、基板表面からの反射光だけを選択的に検出することができるため、基板表面の欠陥だけを分離して検査することができる。

【0011】

本発明のさらに別の側面によれば、表面欠陥検出系は、マルチビーム型の光学系であり、複数のラインセンサによって得た画像を合成する。

【0012】

本発明のさらに別の側面によれば、斜入射光源装置を含む斜入射装置と、暗視野センサを含む暗視野観察装置と表面粗さ検出系をさらに備え、斜入射装置及び表面粗さ検出系は、表面欠陥検出系及びフォトルミネッセンス検出系とともに共通光路型光学系の要素を構成する。

【0013】

本発明のさらに別の側面によれば、照明装置と反射観察装置とＵＶ照射装置と蛍光観察装置と斜入射装置と暗視野観察装置とは、共通光路型光学系の要素として共用の対物レンズを有する。表面欠陥検出系と、フォトルミネッセンス検出系と、表面粗さ検出系とが共通する対物レンズを有することにより、表面欠陥検出系、フォトルミネッセンス検出系、及び表面粗さ検出系に関して、オートフォーカス系を共通化することが容易になり、計測を高精度化することができる。

【0014】

本発明のさらに別の側面によれば、フォトルミネッセンス検出系は、複数波長の励起光で対象を照明する。この場合、基板への励起光の侵入深さは波長に依存するため、深さが異なる欠陥の検査が可能になる。

【0015】

本発明のさらに別の側面によれば、フォトルミネッセンス検出系は、近紫外波長域、及び前記近紫外波長域よりも長波長の長波長域を含む複数波長域で対象からの蛍光を計測する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態の検査装置の全体構成を説明するブロック図である。

【図2】（Ａ）は、ステージ上の座標軸を示し、（Ｂ）は、ワークに対する対物レンズ等の相対的移動を説明する図である。

【図3】マルチビームを用いた画像取得方法の一例を示す図である。

【図4】（Ａ）及び（Ｂ）は、マルチビームを用いた画像取得方法の別例を示す図である。

【図5】（Ａ）～（Ｃ）は、表面欠陥検出系による表面検査時に、オートフォーカス系によるＡＦ動作が、迷光成分によって誤動作することを回避する手法を説明する図である。

【図6】欠陥レビュー動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である検査装置及びその動作について説明する。

【0018】

図１を参照して、実施形態の検査装置１００は、検査光学系２と、ステージ４と、制御装置８とを備える。検査装置１００による検査の対象ＯＢであるワークＷＯは、ステージ４上に支持されている。ワークＷＯは、例えばＳｉＣのウェハである。図面中で、ＸＹＺは、直交座標系を示す。光学系において、符号ＡＸは光軸を示す。

【0019】

検査光学系２は、垂直入射照明型の表面欠陥検出系１０と、垂直入射励起型の第１フォトルミネッセンス検出系３０と、斜入射励起型の第２フォトルミネッセンス検出系５０と、斜入射照明型の表面粗さ検出系７０と、エリア観察系９１と、オートフォーカス系９３とを備える。

【0020】

表面欠陥検出系１０は、照明装置１０ａとして、照明レーザ光源装置１１と、ビームエキスパンダ１２と、回折光学素子（ＤＯＥ）１３と、第１レンズ系１４と、偏光分離プリズム（ＰＢＳ）１５と、第２レンズ系１６と、１／４波長板１７と、ノマルスキープリズム１８と、対物レンズ２ａとを備える。ここで、照明レーザ光源装置１１は、例えば可視波長域における波長４４５ｎｍのレーザ照明光Ｉ１を出力する。レーザ照明光Ｉ１は、例えば紙面に垂直なＸ方向に電界面又は偏光面を有する。ビームエキスパンダ１２は、レーザ照明光Ｉ１の光線束の直径を例えば１ｍｍから５ｍｍの５倍程度に拡大する。回折光学素子１３は、レーザ照明光Ｉ１から多数のラインビームＬＢを形成する。ラインビームＬＢは、コリメートされた状態となっている。多数のラインビームＬＢをマルチビームとも呼ぶ。第１レンズ系１４は、一対のレンズ１４ａ，１４ｂを含み、偏光分離プリズム１５の物体側に瞳を投影する。偏光分離プリズム１５は、紙面に垂直なＸ方向に偏光面を有するレーザ照明光Ｉ１を反射する。第２レンズ系１６は、一対のレンズ１６ａ，１６ｂを含み、その射出側において対物レンズ２ａとの間に瞳を投影する。一対のレンズ１６ａ，１６ｂ間には、中間焦点位置ＩＦが配置されている。１／４波長板１７は、レーザ照明光Ｉ１を円偏光とする。ノマルスキープリズム１８は、微小凹凸を強調する微分干渉計測を可能にする。対物レンズ２ａは、レーザ照明光Ｉ１を多数の分離したラインビームＬＢとしてワークＷＯ上に入射させる。ワークＷＯの表面上には、多数のラインビームＬＢに対応するマルチラインパターンＬＰが投影される。ここで、多数のラインビームＬＢは、長手方向に直交する方向（具体的にはＹ方向）に関して互いに離間しており、等間隔で投影されている。照明装置１０ａにおいて、対物レンズ２ａは、表面欠陥検査のため、ワークＷＯに対してレーザ照明光Ｉ１を全体として垂直入射させる役割を有する。

【0021】

照明装置１０ａにおいて、ノマルスキープリズム１８は、駆動装置Ｍ１によって光路上の動作位置と光路外の退避位置との間で進退可能になっており、光路上での配置を微調整することができる。ノマルスキープリズム１８は、レーザ照明光Ｉ１の偏光成分を正常光と異常光との２成分に分離しつつ両光を横のＸ方向に分離し微小な水平距離（シャー）を発生させる。正常光と異常光とは、ワークＷＯ上で例えばＸ方向に離間した２点へ入射し、ワークＷＯで反射された計測光Ｉ２は、再びノマルスキープリズム１８を通過して同じ光路を逆行し、後述するマルチライン型の反射センサ２３に入射する。ワークＷＯ上において、正常光と異常光とが入射した２点の間に高低差がある場合、正常光と異常光とは位相がずれて合流時に干渉を起こすので、ワークＷＯに勾配の分布がある部分には明暗の輝度コントラストが発生し、ワークＷＯ表面の凹凸が強調される。

【0022】

表面欠陥検出系１０は、反射観察装置１０ｂとして、対物レンズ２ａと、ノマルスキープリズム１８と、１／４波長板１７と、第２レンズ系１６と、偏光分離プリズム（ＰＢＳ）１５と、バンドパスフィルタ２１と、再結像レンズ２２と、マルチライン型の反射センサ２３とを備える。以上のうち、対物レンズ２ａと、ノマルスキープリズム１８と、１／４波長板１７と、第２レンズ系１６と、偏光分離プリズム１５とは、照明装置１０ａと共通する要素である。バンドパスフィルタ２１は、波長４４５ｎｍのレーザ照明光Ｉ１を選択的に通過させ、後述するＡＦ用の計測光等が反射センサ２３に入射することを阻止する。反射センサ２３は、Ｙ方向に等間隔で配列された多数のラインセンサ２３ａを有する。ラインセンサ２３ａは、走査方向又はＹ方向に直交方向する方向に延びる検出面２３ｄを有する。各ラインセンサ２３ａは、多数のラインビームＬＢに対応する多数の計測光Ｉ２のパターン、つまりマルチライン像を検出する。ここで、マルチライン像を構成する多数のラインパターンは、長手方向に直交する方向つまりＹ方向に関して互いに離間しており、等間隔で結像されている。

【0023】

以上において、照明装置１０ａ及び反射観察装置１０ｂは、共焦点光学系となっており、深さ方向に分解能を持たせることができる。照明装置１０ａ及び反射観察装置１０ｂを共焦点光学系とすることにより、基板表面からの反射光だけを選択的に検出することができるため、基板表面の欠陥だけを分離して検査することができる。

【0024】

第１フォトルミネッセンス検出系３０は、ＵＶ照射装置３０ａとして、励起レーザ光源装置３１と、ビームエキスパンダ３２と、回折光学素子３３と、ミラー３４と、光源レンズ３５と、ダイクロイックミラー７１と、リレーレンズ系３６と、ダイクロイックミラー３７と、１／４波長板１７と、対物レンズ２ａとを備える。以上のうち、対物レンズ２ａと、１／４波長板１７とは、表面欠陥検出系１０の照明装置１０ａ又は反射観察装置１０ｂと共通する要素である。励起レーザ光源装置３１は、例えば波長２６６ｎｍ、波長３２５ｎｍ等の複数の紫外波長域で励起光Ｅ１を出力する。回折光学素子３３は、２次元的な方向に一様に励起光Ｅ１を回折させる。つまり、回折光学素子３３を経た励起光Ｅ１は、矩形断面を有するものとなる。

【0025】

第１フォトルミネッセンス検出系３０は、蛍光観察装置３０ｂとして、対物レンズ２ａと、１／４波長板１７と、ダイクロイックミラー３７と、分岐ハーフミラー３８と、ノッチフィルタ３９と、一対の蛍光分岐ダイクロイックミラー４０，４１と、結像レンズ４２，４３，４４と、蛍光センサ４５，４６，４７と、バンドパスフィルタ４８とを備える。以上のうち、対物レンズ２ａと、１／４波長板１７と、ダイクロイックミラー３７とは、ＵＶ照射装置３０ａと共通する要素である。第１の蛍光センサ４５は、例えば波長７００ｎｍ以上の赤外波長域で蛍光Ｐ１を検出する。第２の蛍光センサ４６は、例えば可視波長域で蛍光Ｐ２を検出する。第３の蛍光センサ４７は、例えば波長３８０－４００ｎｍの近紫外波長域で蛍光Ｐ３を検出する。バンドパスフィルタ４８は、駆動装置Ｍ２によって光路上の動作位置と光路外の退避位置との間で進退可能になっており、透過波長が異なる他のバンドパスフィルタと交換することができる。以上において、蛍光センサ４５，４６，４７は、具体的にはＴＤＩ(Time Delay Integration)センサであり、ステージをＹ方向に移動させながら蛍光Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を高感度で計測する。ＴＤＩセンサは、矩形の検出面を有し、矩形の検出面は、走査されるＹ方向に短く画素数が少なく、走査されないＸ方向に長く画素数が多い。ＴＤＩセンサは、ワークＷＯを走査によってＹ方向に移動させつつ撮像を行う。ＴＤＩセンサは、ワークＷＯの移動速度に合わせてＹ方向に電荷を転送するので、輝度値を積算することができ、検出光量を大きくでき感度を高めることができる。また、輝度値を積算することで平滑化効果もあるので、ノイズが低減される。

【0026】

ワークＷＯがＳｉＣ基板又はウェハである場合、ワークＷＯを励起光Ｅ１で照明すると、無欠陥であってもバンド端発光が生じる。具体的には、ＳｉＣウェハは、波長３８０－４００ｎｍにおいて蛍光が発生する。ＳｉＣウェハに欠陥が存在する場合、例えば波長４８０ｎｍにおいて蛍光が発生し、波長３８０－４００ｎｍにおける蛍光が減少する。ＳｉＣウェハに欠陥や不純物が存在する場合、例えば波長４２０ｎｍや波長４５０ｎｍ近辺において蛍光が発生するとの報告もある。さらに、ＳｉＣウェハに欠陥や不純物が存在する場合、赤外域において蛍光が発生するとの報告もある。

【0027】

第２フォトルミネッセンス検出系５０は、斜入射型の光学系であり、ＵＶ照射装置５０ａとして、兼用レーザ光源装置５１と、ビームエキスパンダ５２と、ミラー５８と、回折光学素子５３と、光源レンズ５５と、穴あきミラー５９と、リレーレンズ系３６と、ダイクロイックミラー３７と、１／４波長板１７と、対物レンズ２ａとを備える。以上のうち、リレーレンズ系３６と、ダイクロイックミラー３７と、１／４波長板１７と、対物レンズ２ａとは、第１フォトルミネッセンス検出系３０と共通する要素である。兼用レーザ光源装置５１は、例えば波長３５５ｎｍの紫外波長域で励起光Ｅ２を出力する。回折光学素子５３は、円錐面に沿った方向に励起光Ｅ２を回折させる。つまり、回折光学素子５３を経た励起光Ｅ２は、円環断面を有するものとなる。このような円環断面の励起光Ｅ２を用いることで、光軸ＡＸのまわりの全方向から斜め照明をすることができ、欠陥検出に方向性が生じることを抑制できる。

【0028】

第２フォトルミネッセンス検出系５０は、蛍光観察装置５０ｂとして、対物レンズ２ａと、１／４波長板１７と、ダイクロイックミラー３７と、分岐ハーフミラー３８と、ノッチフィルタ３９と、一対の蛍光分岐ダイクロイックミラー４０，４１と、結像レンズ４２，４３，４４と、蛍光センサ４５，４６，４７と、バンドパスフィルタ４８とを備える。以上のうち、対物レンズ２ａと、１／４波長板１７と、ダイクロイックミラー３７とは、蛍光観察装置５０ｂ又はＵＶ照射装置３０ａと共通する要素である。

【0029】

表面粗さ検出系７０は、斜入射型の光学系であり、ＵＶ照射装置７０ａとして、兼用レーザ光源装置５１と、ビームエキスパンダ５２と、ミラー５８と、回折光学素子５３と、光源レンズ５５と、穴あきミラー５９と、リレーレンズ系３６と、ダイクロイックミラー３７と、１／４波長板１７と、対物レンズ２ａとを備える。ＵＶ照射装置７０ａは、第２フォトルミネッセンス検出系５０のＵＶ照射装置５０ａとしても機能している。本明細書において、ＵＶ照射装置７０ａを斜入射装置ＯＲと呼び、兼用レーザ光源装置５１を斜入射光源装置ＯＳと呼ぶ。

【0030】

表面粗さ検出系７０は、観察装置７０ｂとして、対物レンズ２ａと、１／４波長板１７と、ダイクロイックミラー３７と、リレーレンズ系３６と、ダイクロイックミラー７１と、バンドパスフィルタ７２と、結像レンズ７３と、散乱光センサ７４とを備える。以上のうち、対物レンズ２ａと、１／４波長板１７と、ダイクロイックミラー３７と、リレーレンズ系３６とは、ＵＶ照射装置７０ａと共通する要素である。散乱光センサ７４は、第２フォトルミネッセンス検出系５０のＵＶ照射装置５０ａによって斜入射照明されたワークＷＯの表面で散乱された励起光Ｅ２をそのまま計測光Ｉ３として検出する。散乱光センサ７４は、具体的にはＴＤＩセンサであり、ステージをＹ方向に移動させながら計測光Ｉ３を高感度で計測する。本明細書において、観察装置７０ｂを暗視野観察装置ＤＲと呼び、散乱光センサ７４を暗視野センサＤＳと呼ぶ。

【0031】

エリア観察系９１は、表面欠陥検出系１０の一部を用いたものであり、第１照明ＬＥＤ９１ａと、偏光分離プリズム９１ｃと、ハーフミラー９１ｅと、ノッチフィルタ９１ｇと、観察用ダイクロイックミラー９１ｉと、バンドパスフィルタ９１ｋと、結像レンズ９１ｍと、ＣＣＤカメラ９１ｏとを備える。第１照明ＬＥＤ９１ａは、可視波長域において広い帯域で発光する。第１照明ＬＥＤ９１ａは、具体的には白色ＬＥＤである。第１照明ＬＥＤ９１ａを点灯することにより、偏光分離プリズム９１ｃ、ハーフミラー９１ｅ、ノッチフィルタ９１ｇ、及び観察用ダイクロイックミラー９１ｉを介して、観察照明光Ｌ２を表面欠陥検出系１０の第２レンズ系１６以降に導く。この際、ワークＷＯに入射する観察照明光Ｌ２は、偏光分離プリズム９１ｃや１／４波長板１７を経て円偏光を含むものとなっており、対物レンズ２ａを介してワークＷＯに入射する。ワークＷＯで反射された観察照明光Ｌ２は、対物レンズ２ａから表面欠陥検出系１０を逆行し、観察用ダイクロイックミラー９１ｉによって表面欠陥検出系１０外に取り出され、ハーフミラー９１ｅや偏光分離プリズム９１ｃで反射され、結像レンズ９１ｍ等を経てＣＣＤカメラ９１ｏに入射する。第１照明ＬＥＤ９１ａを点灯してＣＣＤカメラ９１ｏによって撮影される画像は、通常の顕微鏡観察に相当するものである。この際、バンドパスフィルタ９１ｋについて、透過波長が異なるものに切り替えることで、見たい波長の観察画像を取得することができる。

【0032】

なお、エリア観察系９１の第１照明ＬＥＤ９１ａを消灯し、第１フォトルミネッセンス検出系３０の励起レーザ光源装置３１を点灯することで、直接入射型の蛍光顕微鏡観察が可能になる。また、第１照明ＬＥＤ９１ａを消灯し、第２フォトルミネッセンス検出系５０の兼用レーザ光源装置５１を点灯することで、斜入射型の蛍光顕微鏡観察が可能になる。

【0033】

オートフォーカス系９３は、表面欠陥検出系１０の一部（具体的には、第２レンズ系１６、対物レンズ２ａ等）を用いたものであり、第２照明ＬＥＤ９３ａ、バンドパスフィルタ９３ｒと、ストライプパターンマスク９３ｓと、偏光分離プリズム９３ｃと、結像レンズ９３ｍと、ハーフミラー９１ｅと、観察用ダイクロイックミラー９１ｉと、ハーフミラー９３ｊと、第１ＣＣＤセンサ９３ｐと、第２ＣＣＤセンサ９３ｑとを備える。第２照明ＬＥＤ９３ａは、可視波長域において広い帯域で発光する。第２照明ＬＥＤ９３ａは、具体的には白色ＬＥＤである。バンドパスフィルタ９３ｒは、多数のバンドパスフィルタを組み込んだターレットによって、所望の透過波長特性を持つものに切り替えることができ、監視用のＡＦ光Ｌ３の波長、つまりＡＦ用の照明波長を観察中又は計測中の波長に対応させることができる。ストライプパターンマスク９３ｓは、ワークＷＯ表面にストライプパターンを投影するためのものである。ワークＷＯ表面に投影されるストライプパターンがシャープであれば、フォーカスが合った状態である。

【0034】

対物レンズ２ａ、第２レンズ系１６、結像レンズ９３ｍ等によってワークＷＯ上のストライプパターンが第１ＣＣＤセンサ９３ｐ及び第２ＣＣＤセンサ９３ｑ上に投影される。ＣＣＤセンサ９３ｐ，９３ｑは、イメージセンサであり、ＡＦ制御回路７ｂによって動作を制御されている。ＡＦ制御回路７ｂは、ＣＣＤセンサセンサ９３ｐ，９３ｑによって検出した画像のコントラストから対物レンズ２ａが合焦状態か、前ピン状態か後ピン状態かを判定することができ、そのようなフォーカス状態又はずれ状態を制御装置８に出力することができる。なお、第１ＣＣＤセンサ９３ｐは、合焦状態に対して前側にシフトさせた状態に配置され、第２ＣＣＤセンサ９３ｑは、合焦状態に対して後側にシフトさせた状態に配置されている。よって、レンズ用ステージ５によって対物レンズ２ａを上下のＺ方向に移動させつつ、第１ＣＣＤセンサ９３ｐによって検出されるパターンのコントラストと、第２ＣＣＤセンサ９３ｑによって検出されるパターンのコントラストとが一致する位置で対物レンズ２ａの昇降を停止させることで合焦状態を達成することができる。

【0035】

オートフォーカス系９３による合焦状態の調整は、ワークＷＯ表面での状態に限らず、ワークＷＯの深さ方向にシフトさせることができる。例えば蛍光Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の計測では、ワークＷＯの内部にピントを合わせることができる。例えばイメージセンサであるＣＣＤセンサ９３ｐ，９３ｑによる検出結果に対してオフセットをかけた位置に対物レンズ２ａをシフトさせることで、ワークＷＯの内部にピントを合わせることができる。

【0036】

表面欠陥検出系１０に付随して、駆動回路６ａが設けられている。駆動回路６ａは、制御装置８の制御下で動作し、照明レーザ光源装置１１によってワークＷＯに対する垂直入射型の照明を行わせつつ、反射センサ２３による検出結果を保存する。

【0037】

第１フォトルミネッセンス検出系３０に付随して、光源駆動回路６ｂやセンサ駆動回路６ｃが設けられている。光源駆動回路６ｂは、制御装置８の制御下で動作し、励起レーザ光源装置３１によってワークＷＯに対する垂直入射型の光励起を行わせる。センサ駆動回路６ｃは、制御装置８の制御下で動作し、蛍光センサ４５，４６，４７による検出結果を保存する。

【0038】

第２フォトルミネッセンス検出系５０に付随して、光源駆動回路６ｄが設けられている。光源駆動回路６ｄは、制御装置８の制御下で動作し、兼用レーザ光源装置５１によってワークＷＯに対する斜入射型の光励起を行わせる。なお、斜入射型の光励起による蛍光は、蛍光センサ４５，４６，４７によって検出され、センサ駆動回路６ｃは、蛍光センサ４５，４６，４７による検出結果を保存する。

【0039】

表面粗さ検出系７０に付随して、センサ駆動回路６ｅが設けられている。センサ駆動回路６ｅは、制御装置８の制御下で動作し、散乱光センサ７４によって斜入射型の照明がされたワークＷＯからの散乱光の検出を行う。なお、斜入射型の照明は、光源駆動回路６ｄによって駆動された兼用レーザ光源装置５１によって行われる。

【0040】

エリア観察系９１に付随して、カメラ駆動回路７ａが設けられている。カメラ駆動回路７ａは、制御装置８の制御下で動作し、第１照明ＬＥＤ９１ａによって照明光を射出させつつ、ＣＣＤカメラ９１ｏによってワークＷＯのエリア画像を取得させエリア画像を記録する。

【0041】

オートフォーカス系９３に付随して、ＡＦ制御回路７ｂが設けられている。ＡＦ制御回路７ｂは、制御装置８の制御下で動作し、第２照明ＬＥＤ９３ａからＡＦ光を射出させつつ、ＣＣＤセンサ９３ｐ，９３ｑによって取得した画像のコントラスト状態を判断する。

【0042】

対物レンズ２ａは、レンズ用ステージ５に支持されて上下のＺ方向に移動可能になっている。レンズ用ステージ５は、レンズ駆動装置５ａによって動作を制御されており、制御装置８の制御下で、対物レンズ２ａをＺ方向に微動させて、反射センサ２３によって検出される像のフォーカス状態を調整する。

【0043】

ステージ４は、ワークＷＯを支持してＸＹ方向やＺ方向に移動させることができ、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りに回転させることができる。ステージ４は、ステージコントローラ４ａによって動作を制御されており、制御装置８の制御下で、ワークＷＯを既定位置に精密に移動させることができ、ワークＷＯを所定の経路に沿って所望の速度で移動させることができる。

【0044】

以上において、（１）表面欠陥検出系１０の照明装置１０ａ及び反射観察装置１０ｂを構成する光学要素（光源やセンサを含む。以下同様。）と、（２）第１フォトルミネッセンス検出系３０のＵＶ照射装置３０ａ及び蛍光観察装置３０ｂを構成する光学要素と、（３）第２フォトルミネッセンス検出系５０のＵＶ照射装置５０ａ及び蛍光観察装置５０ｂを構成する光学要素と、（４）表面粗さ検出系７０のＵＶ照射装置７０ａ及び観察装置７０ｂを構成する光学要素と、（５）エリア観察系９１を構成する光学要素と、（６）オートフォーカス系９３を構成する光学要素とは、全体で共通光路型光学系１０２を構成している。共通光路型光学系１０２において、特に対物レンズ２ａは、表面欠陥検出系１０、第１フォトルミネッセンス検出系３０、第２フォトルミネッセンス検出系５０、表面粗さ検出系７０、エリア観察系９１、及びオートフォーカス系９３のすべてに供用されるものとなっている。照明光Ｉ１の照射と励起光励起光Ｅ１の照射とを並行して行う共通光路型光学系１０２、直接反射の計測光Ｉ２と励起による蛍光Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とを同時に計測することができ、検査速度を向上させることができる。また、対物レンズ２ａは、表面欠陥検出系１０と、フォトルミネッセンス検出系３０，５０と、表面粗さ検出系７０とに共通するものとなっているので、表面欠陥検出系１０、フォトルミネッセンス検出系３０，５０、及び表面粗さ検出系７０に関して、オートフォーカス系９３を共通化することが容易になり、計測を高精度化することができる。

【0045】

制御装置８は、コンピュータであり、演算処理装置、記憶装置、通信装置等を備え、プログラムやオペレータの指示に従って動作する。

【0046】

図２（Ａ）は、ステージ４上の座標軸を示し、図２（Ｂ）は、ステージ４やワークＷＯに対する対物レンズ２ａ等の相対的移動を説明する図である。この場合、Ｙ方向が主走査方向であり、Ｘ方向が副走査方向である。対物レンズ２ａの直下は、検査領域ＩＲとなっている。対物レンズ２ａ又は検査領域ＩＲは、軌跡ＴＲに沿って段階的に移動する。検査領域ＩＲには、マルチラインパターンＬＰが投影されている。軌跡ＴＲは、実線で示す主走査の軌跡ＴＲ１と、点線で示す副走査の軌跡ＴＲ２とを含む。結果的に、検査領域ＩＲは、ワークＷＯの表面Ｗａ全体をカバーするように移動する。

【0047】

図３は、多数のラインビームＬＢからなるマルチビームを用いた画像取得方法の一例を示す図である。図中において、４つのブロックは、１フレームの時間経過（Ｔ＝０，１，２，３）を示し、各ブロック中のパターン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、ワークＷＯ上に形成された仮想的なパターンを示す。矢印Ｖは、ステージ４又はワーク（図２（Ｂ）参照）の移動を示し、矢印Ｖ'は、ラインビームの相対的な移動を示す。この場合、仮にＰ／Ｗ_０＝２，ｎ＝２（ビーム本数５）とし、ラインビームＬＢを１ステップでＷ_Ｏ×５移動させている。ここで、値Ｐはビーム間ピッチを示し、値Ｗ_０はビームサイズを示し、値ｎは任意の正数を示す。図示の例では、５つのラインビームＬＢの検出結果を第３→第１→第４→第２→第５の順にメモリ上で並べ替える必要があり、走査の最初と最後における端の２つのラインビームＬＢの検出結果は無駄になるが、ワークＷＯを一定速度で移動させつつワークＷＯ上のパターンを連続的に取得し再構成することができる。例えば図４（Ａ）に示すように、Ｐ／Ｗ_０＝２、ｎ＝３（ビーム本数７）とし、ラインビームＬＢを１ステップでＷ_Ｏ×７移動させてもよい。この場合、７つのラインビームＬＢの検出結果を第４→第１→第５→第２→第６→第３→第７の順にメモリ上で並べ替える。また、Ｐ／Ｗ_０は、２に限らず３以上とすることもできる。具体的には、例えば図４（Ｂ）に示すように、Ｐ／Ｗ_０＝３、ｎ＝２（ビーム本数７）とし、ラインビームＬＢを１ステップでＷ_Ｏ×７移動させてもよい。この場合、７つのラインビームＬＢの検出結果を第５→第３→第１→第６→第４→第２→第７の順にメモリ上で並べ替える。以上から明かなように、２回目のマルチビーム又はラインビーム群は、第１回目のマルチビーム中のｎ＋１番のラインビームＬＢの次に並ぶ。一般的には、マルチビームに含まれるビーム本数ＮはＮ＝ｎ×（Ｐ／Ｗ_０）＋１で与えられ、ステージ速度ｖはｖ＝Ｗ_０×Ｎ／Ｔで与えられる。

【0048】

図５（Ａ）～５（Ｃ）は、表面欠陥検出系１０による表面検査時に、オートフォーカス系９３によるＡＦ動作が、様々な光学素子で発生する迷光成分によって誤動作することを回避する手法を説明する図である。図５（Ａ）は、ノマルスキープリズム１８の機能を説明する図であり、レーザ照明光Ｉ１の偏光成分を正常光と異常光との２成分に分離し、正常光と異常光とは、ワークＷＯ上で例えばＹ方向に離間した２点へ入射し、ワークＷＯで反射された計測光Ｉ２は、再びノマルスキープリズム１８を通過して同じ光路を逆行する。この際、突起Ｗｂについては、一方斜面と他方斜面とに傾斜ＳＬ＋，ＳＬ－が存在する。図５（Ｂ）は、傾斜ＳＬ＋，ＳＬ－が輝度コントラストに与える影響を説明する図であり、ノマルスキープリズム１８の背景位相（つまりリタデーション）を９０度に設定している場合、輝度コントラストは、傾斜ＳＬ＋に応じて増加して明るくなり、傾斜ＳＬ－に応じて減少して暗くなるため、２タイプの傾斜ＳＬ＋，ＳＬ－を区別することができる。図５（Ｃ）は、表面欠陥検出系１０によるワークＷＯ表面の微分干渉計測時におけるレーザ照明光Ｉ１の検出強度と、オートフォーカス系９３によるＡＦ光の検出強度とを示す概念図であり、横軸は、ノマルスキープリズム１８によるリタデーションβを示す。具体例において、レーザ照明光Ｉ１の照明波長は、λ_ＤＩＣ＝４４５ｎｍであり、ＡＦ光の波長は、λ_ＡＦ～５６０ｎｍである。微分干渉計測時は、レーザ照明光Ｉ１が黒丸（●）のような状態（最大傾斜状態）で検出されることが望ましい。これにより、光強度の変化である傾きが最大となり、感度が最も高くなり、突起Ｗｂの判定、つまり欠陥形状の凹凸判定が容易になる。一方、ＡＦ光については、白丸（〇）のような状態（極小状態）で検出されることが望ましい。この場合、ワークＷＯに向かうＡＦ光は、例えば右回り円偏光でノマルスキープリズム１８に入射し、ワークＷＯで反射されたＡＦ光は、例えば左回り円偏光でノマルスキープリズム１８から射出され、直交した状態となっている。よって、ＡＦ光やその波長域の迷光が、偏光分離プリズム９３ｃによってカットされてオートフォーカス系９３の第１ＣＣＤセンサ９３ｐと第２ＣＣＤセンサ９３ｑとによって検出されることを回避できる。特に、ワークＷＯがＳｉＣウェハである場合、可視波長域でＳｉＣウェハは透明に近いので（反射率約１０％）、反射光強度が小さい。あらゆる光学素子で発生する迷光成分を除去して、光学的なＳ／Ｎ比を高くすることが重要である。つまり、レーザ照明光Ｉ１が黒丸で示す最大傾斜状態であり、かつ、ＡＦ光が白丸で示す極小状態となっている目標箇所にノマルスキープリズム１８によるリタデーションβを設定することで、微分干渉計測時にＡＦ動作がが迷光に影響されることを抑制することができる。リタデーションβについては、以下のような関係が成り立っている。

ＡＦ光の波長λ_ＡＦがレーザ照明光Ｉ１の照明波長λ_ＤＩＣ/４の整数倍である場合、レーザ照明光Ｉ１を黒丸で示す最大傾斜状態にし、かつ、ＡＦ光を白丸で示す極小状態にする目標箇所への調整が容易となる。ＡＦ光の波長は、バンドパスフィルタ９３ｒの切り換えによる透過特性の調整によって調整可能である。リタデーションβについては、上記のようにノマルスキープリズム１８の位置をずらすことで調整可能である。

【0049】

図６は、欠陥レビュー動作を説明する図である。レビュー動作は、ワークＷＯの全体検査後に行われる。ワークＷＯの全体検査では、表面欠陥検出系１０と、第１フォトルミネッセンス検出系３０と、第２フォトルミネッセンス検出系５０と、表面粗さ検出系７０とを同時並行して動作させて、ワークＷＯ全体について、垂直入射照明型の表面欠陥情報と、垂直入射励起型の蛍光分布情報と、斜入射励起型の蛍光分布情報と、斜入射照明型の表面粗さ情報とを一括して検出する。一方、レビュー動作では、欠陥等の異常があった箇所に移動して異常個所の個別観察を可能にする。

【0050】

まず、制御装置８の制御下でステージ４を移動させ、ワークＷＯの欠陥位置又は異常位置に対物レンズ２ａが対向する状態とする（ステップＳ１１）。次に、制御装置８の制御下でオートフォーカス系９３を動作させ、ＡＦ動作を行わせる（ステップＳ１２）。制御装置８は、この位置における欠陥又は異常の種類を判定する（ステップＳ１３）。

【0051】

欠陥又は異常がワークＷＯの表面又は外部のものである場合、励起レーザ光源装置３１の動作をオフとし（ステップＳ１４）、エリア観察系９１の第１照明ＬＥＤ９１ａの動作をオンとする（ステップＳ１５）。制御装置８は、エリア観察系９１による観察が可能か否かを判断する（ステップＳ１６）。エリア観察系９１による観察が可能であれば（ステップＳ１６でＹＥＳ）、エリア観察系９１のＣＣＤカメラ９１ｏによってワークＷＯのエリア画像を取得させる（ステップＳ１７）。エリア観察系９１による観察が不可能であれば（ステップＳ１６でＮＯ）、異常箇所の近傍領域でワークＷＯの相対的走査を行いつつ表面欠陥検出系１０によって画像を取得し表面欠陥情報を取得する（ステップＳ１８）。これにより、異常箇所の欠陥画像を取得しオペレータに提示することができる。

【0052】

欠陥又は異常が内部のものである場合、励起レーザ光源装置３１の動作をオンとし（ステップＳ２４）、エリア観察系９１の第１照明ＬＥＤ９１ａの動作をオフとする（ステップＳ２５）。制御装置８は、オペレータの指示やプログラムの指定に基づいて観察したい波長域のバンドパスフィルタ４８や蛍光センサ４５，４６，４７を選択する（ステップＳ２６）。その後、制御装置８は、第１フォトルミネッセンス検出系３０等を動作させ、ワークＷＯの蛍光画像を取得させる（ステップＳ２７）。

【0053】

欠陥又は異常が表面及び内部に存在する場合、制御装置８は、これらの画像を合成し、制御装置８に設けられたディスプレイ（不図示）に表示させる（ステップＳ２８）。画像の合成に際して、色付けや領域の仕分けや３次元表示を行うこともできる。

【0054】

以上で説明した実施形態の検査装置１００は、照明レーザ光源装置１１を含む照明装置１０ａと、反射センサ２３を含む反射観察装置１０ｂとを有する表面欠陥検出系１０と、励起レーザ光源装置３１を含むＵＶ照射装置５０ａと、蛍光センサ４５，４６，４７を含む蛍光観察装置５０ｂとを有するフォトルミネッセンス検出系３０とを備え、照明レーザ光源装置１１による対象ＯＢへの照明光Ｉ１の照射と、励起レーザ光源装置３１による対象ＯＢへの励起光Ｅ１の照射とを行いつつ、反射観察装置１０ｂによって計測光Ｉ２を取得し、蛍光観察装置５０ｂによって蛍光Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取得する。

【0055】

上記検査装置１００では、照明レーザ光源装置１１と励起レーザ光源装置３１とを個別に用意するので、反射画像を得るためのセンサや光学系を自由に選択することができ、表面欠陥検出系１０を高精度とすることができる。

【0056】

また、上記検査装置１００において、フォトルミネッセンス検出系３０，５０は、複数波長の励起光Ｅ１で対象を照明する。この場合、対象ＯＢ又はワークＷＯである基板への励起光Ｅ１の侵入深さは波長に依存するため、基板において深さが異なる欠陥の検査が可能になる。

【0057】

この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、検査対象であるワークＷＯは、ＳｉＣウェハに限らず、Ｇａ_２Ｏ_３やＧａＮのような他の化合物半導体基板、或いはＳｉウェハであってもよい。

【0058】

上記実施形態では、第１の蛍光センサ４５によって波長７００ｎｍ以上の赤外波長域で蛍光Ｐ１を検出し、第２の蛍光センサ４６によって可視波長域で蛍光Ｐ２を検出し、第３の蛍光センサ４７によって波長３８０－４００ｎｍの近紫外波長域で蛍光Ｐ３を検出するとしたが、２つの蛍光センサによって２波長域の蛍光を計測することもできる。この場合、例えば第１の蛍光センサ４５又は第２の蛍光センサ４６を省略することができる。

【符号の説明】

【0059】

２…検査光学系、２ａ…対物レンズ、４…ステージ、４ａ…ステージコントローラ、５…レンズ用ステージ、５ａ…レンズ駆動装置、６ａ…駆動回路、６ｂ…光源駆動回路、６ｃ…センサ駆動回路、６ｄ…光源駆動回路、６ｅ…センサ駆動回路、７ａ…カメラ駆動回路、７ｂ…ＡＦ制御回路、８…制御装置、１０…表面欠陥検出系、１０ａ…照明装置、１０ｂ…反射観察装置、１１…照明レーザ光源装置、１５…偏光分離プリズム、１６ａ，１６ｂ…レンズ、１８…ノマルスキープリズム、２１…バンドパスフィルタ、２２…再結像レンズ、２３…反射センサ、２３ａ…ラインセンサ、３０…第１フォトルミネッセンス検出系、３０ａ…ＵＶ照射装置、３０ｂ…蛍光観察装置、３１…励起レーザ光源装置、３３…回折光学素子、３５…光源レンズ、３６…リレーレンズ系、３７…ダイクロイックミラー、３８…分岐ハーフミラー、３９…ノッチフィルタ、４０，４１…蛍光分岐ダイクロイックミラー、４２，４３，４４…結像レンズ、４５，４６，４７…蛍光センサ、５０…第２フォトルミネッセンス検出系、５０ａ…ＵＶ照射装置、５０ｂ…蛍光観察装置、５１…兼用レーザ光源装置、５３…回折光学素子、７０…表面粗さ検出系、７０ａ…ＵＶ照射装置、７０ｂ…観察装置、７１…ダイクロイックミラー、７２…バンドパスフィルタ、７４…散乱光センサ、９１…エリア観察系、９１ｃ…偏光分離プリズム、９１ｅ…ハーフミラー、９１ｇ…ノッチフィルタ、９１ｉ…観察用ダイクロイックミラー、９１ｋ…バンドパスフィルタ、９１ｍ…結像レンズ、９１ｏ…ＣＣＤカメラ、９３…オートフォーカス系、９３ｃ…偏光分離プリズム、９３ｊ…ハーフミラー、９３ｍ…結像レンズ、９３ｐ，９３ｑ…ＣＣＤセンサ、９３ｓ…ストライプパターンマスク、１００…検査装置、１０２…共通光路型光学系、ＡＸ…光軸、ＤＲ…暗視野観察装置、ＤＳ…暗視野センサ、Ｅ１，Ｅ２…励起光、Ｉ１…レーザ照明光、Ｉ２，Ｉ３…計測光、ＩＦ…中間焦点位置、ＩＲ…検査領域、ＬＢ…ラインビーム、ＯＢ…対象、ＯＲ…斜入射装置、ＯＳ…斜入射光源装置、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…蛍光、ＴＲ…軌跡、ＷＯ…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】