特開 2024-84208 検査装置及び検査方法

(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】P2024084208

(43)【公開日】2024-06-25

(54)【発明の名称】検査装置及び検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20240618BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 H

G01N21/956 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】22

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022198352

(22)【出願日】2022-12-13

(71)【出願人】

【識別番号】000115902

【氏名又は名称】レーザーテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(74)【代理人】

【識別番号】100129953

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 康弘

(72)【発明者】

【氏名】野澤 洋人

(72)【発明者】

【氏名】広田 裕也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 修

(72)【発明者】

【氏名】石渡 研志

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA51

2G051AB06

2G051AB07

2G051BA06

2G051BA10

2G051BA20

2G051BB01

2G051BB03

2G051BB05

2G051CA03

2G051CB01

2G051CB05

2G051DA08

(57)【要約】

【課題】検出速度及び検出感度を向上させることができる検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】本開示に係る検査装置１は、照明光ＬＬの波長を切り替える切替部ＬＳ２を含む光源ＬＳと、検査光学系１００と、レビュー光学系２００と、を備え、検査光学系１００は、暗視野照明された試料ＳＭＰからの光を集光する第１対物レンズ１２１を含み、レビュー光学系２００は、明視野照明された試料ＳＭＰからの光を集光する第２対物レンズ２１６を含み、第２対物レンズ２１６の倍率は、第１対物レンズ１２１の倍率よりも大きい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明光の波長を切り替える切替部を含む光源と、
第１照明光学系、第１検出光学系及び第１検出器を含む検査光学系と
第２照明光学系、第２検出光学系及び第２検出器を含むレビュー光学系と、
を備え、
前記第１照明光学系は、前記光源から出射した前記照明光で試料を暗視野照明し、
前記第１検出光学系は、前記第１照明光学系によって照明された前記試料からの光を集光する第１対物レンズを含み、
前記第１検出器は、前記第１照明光学系及び第１検出光学系の暗視野観察による前記試料からの光を検出し、
前記第２照明光学系は、前記照明光で前記試料を明視野照明する第２対物レンズを含み、
前記第２検出光学系は、前記第２照明光学系によって照明された前記試料からの光を集光する前記第２対物レンズを含み、
前記第２検出器は、前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系の明視野観察による前記試料からの光を検出し、
前記第２対物レンズの倍率は、前記第１対物レンズの倍率よりも大きい、
検査装置。

【請求項2】

前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系は、共焦点光学系を構成する、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記照明光は、近赤外線を含む、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項4】

前記光源は、前記照明光の波長を変化させることにより、前記試料における欠陥の検出位置を前記試料の表面から深さ方向に変化させる、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項5】

前記第１照明光学系は、前記試料に対する前記照明光の主軸の角度を変更する照明旋回軸を有する、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項6】

前記レビュー光学系は、第３照明光学系をさらに含み、
前記第３照明光学系は、前記照明光で前記試料を暗視野照明し、
前記第２検出光学系は、前記第３照明光学系によって照明された前記試料からの光を集光する前記第２対物レンズを含み、
前記第２検出器は、前記第３照明光学系及び前記第２検出光学系の暗視野観察による前記試料からの光を検出する、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項7】

前記第３照明光学系は、前記試料に対する前記照明光の角度を変更する照明旋回軸を有する、
請求項６に記載の検査装置。

【請求項8】

前記第３照明光学系は、
前記照明光を平行光に変換する第１レンズと、
前記第１レンズによって前記平行光に変換された前記照明光を集光する第２レンズと、
前記第２レンズで集光された前記照明光を収束光として反射させるミラーと、
前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの傾きを変更する角度変更手段と、
前記ミラーで反射した前記照明光が集光点で収束した後、発散光として入射する第３レンズであって、前記発散光を前記平行光に変換した前記照明光で前記試料を照明する前記第３レンズと、
を含み、
前記角度変更手段は、前記試料に対する前記照明光の前記角度が前記照明旋回軸を軸として変更するように、前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの前記傾きを変更し、
前記第２レンズの焦点と、前記第３レンズの焦点とは、前記ミラーと前記第３レンズとの間の前記集光点で一致する、
請求項７に記載の検査装置。

【請求項9】

前記試料は、前記試料の表面に所定の周期で形成されたパターンを有し、
前記第１検出光学系及び前記第２検出光学系の少なくともいずれかは、前記試料からの前記光に含まれる偏光を透過させる偏光フィルタを有する、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項10】

前記試料の前記表面に直交する方向に延びた回転軸の周りで前記試料を回転させる駆動手段またはステージ上に所定の回転角度で前記試料を設置する設置手段をさらに備え、
前記第１照明光学系及び前記第２照明光学系は、前記試料に対する前記照明光の入射角及び入射方向を変更可能である、
請求項９に記載の検査装置。

【請求項11】

前記検査光学系で検出した欠陥に対して、前記第２対物レンズの焦点位置を変化させることにより、前記第２検出器が検出した画像から、前記試料における前記欠陥の深さ方向の位置を特定する特定手段をさらに備えた、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項12】

光源において照明光の波長を切り替えるステップと、
第１照明光学系、第１検出光学系及び第１検出器を含む検査光学系において暗視野照明を用いて検査するステップと、
第２照明光学系、第２検出光学系及び第２検出器を含むレビュー光学系において明視野照明を用いて検査するステップと、
を備え、
前記検査光学系において前記暗視野照明を用いて検査するステップは、
前記第１照明光学系において前記照明光で試料を暗視野照明するステップと、
前記第１照明光学系によって照明された前記試料からの光を前記第１検出光学系の第１対物レンズで集光するステップと、
前記第１照明光学系及び前記第１検出光学系の暗視野観察による前記試料からの前記光を前記第１検出器で検出するステップと、
を有し、
前記レビュー光学系において明視野照明を用いて検査するステップは、
前記第２照明光学系において前記照明光で前記試料を明視野照明するステップと、
前記第２照明光学系によって照明された前記試料からの光を前記第２検出光学系の第２対物レンズで集光するステップと、
前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系の明視野観察による前記試料からの前記光を前記第２検出器で検出するステップと、
を有し、
前記第２対物レンズの倍率は、前記第１対物レンズの倍率よりも大きい、
検査方法。

【請求項13】

前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系は、共焦点光学系を構成する、
請求項１２に記載の検査方法。

【請求項14】

前記照明光は、近赤外線を含む、
請求項１２に記載の検査方法。

【請求項15】

前記照明光の前記波長を切り替えるステップでは、
前記照明光の前記波長を変化させることにより、前記試料における欠陥の検出位置を前記試料の表面から深さ方向に変化させる、
請求項１２に記載の検査方法。

【請求項16】

前記第１照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップでは、
前記第１照明光学系の照明旋回軸によって、前記試料に対する前記照明光の主軸の角度を変更する、
請求項１２に記載の検査方法。

【請求項17】

第３照明光学系を含む前記レビュー光学系において暗視野照明を用いて検査するステップをさらに備え、
前記レビュー光学系において前記暗視野照明を用いて検査するステップは、
前記第３照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップと、
前記第３照明光学系によって照明された前記試料からの光を前記第２検出光学系の前記第２対物レンズで集光するステップと、
前記第３照明光学系及び前記第２検出光学系の前記暗視野観察による前記試料からの前記光を前記第２検出器で検出するステップと、
を有する、
請求項１２に記載の検査方法。

【請求項18】

前記第３照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップでは、
前記第３照明光学系の照明旋回軸によって、前記試料に対する前記照明光の主軸の角度を変更する、
請求項１７に記載の検査方法。

【請求項19】

前記第３照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップでは、
前記第３照明光学系は、
前記照明光を平行光に変換する第１レンズと、
前記第１レンズによって前記平行光に変換された前記照明光を集光する第２レンズと、
前記第２レンズで集光された前記照明光を収束光として反射させるミラーと、
前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの傾きを変更する角度変更手段と、
前記ミラーで反射した前記照明光が集光点で収束した後、発散光として入射する第３レンズであって、前記発散光を前記平行光に変換した前記照明光で前記試料を照明する前記第３レンズと、
を含むようにし、
前記角度変更手段は、前記試料に対する前記照明光の前記角度が前記照明旋回軸を軸として変更するように、前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの前記傾きを変更し、
前記第２レンズの焦点と、前記第３レンズの焦点とは、前記ミラーと前記第３レンズとの間の前記集光点で一致する、
請求項１８に記載の検査方法。

【請求項20】

前記試料は、前記試料の表面に所定の周期で形成されたパターンを有し、
前記第１検出光学系及び前記第２検出光学系の少なくともいずれかは、前記試料からの前記光に含まれる偏光を透過させる偏光フィルタを有する、
請求項１２に記載の検査方法。

【請求項21】

前記第１照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップ及び前記第２照明光学系において前記照明光で前記試料を明視野照明するステップの少なくともいずれかでは、前記試料の前記表面に直交する方向に延びた回転軸の周りで前記試料を回転させ、または、ステージ上に所定の回転角度で前記試料を設置させ、前記試料に対する前記照明光の入射角及び入射方向を変更させる、
請求項２０に記載の検査方法。

【請求項22】

前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系の明視野観察による前記試料からの前記光を前記第２検出器で検出するステップでは、前記検査光学系で検出した欠陥に対して前記第２対物レンズの焦点位置を変化させることにより、前記第２検出器が検出した画像から、前記試料における前記欠陥の深さ方向の位置を特定する、
請求項１２に記載の検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検査装置及び検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体基板上に順次回路パターンを積み重ねることにより半導体装置を製造するプロセスにおいて、各工程のアライメントを検出する照明光の波長を変化させることにより、コントラストが最大の条件でアライメントを検出するアライメント装置が記載されている。

【0003】

特許文献２には、半導体装置を暗視野照明で照明することにより、半導体装置の欠陥による散乱光を複数の方向から検出する欠陥検出装置が記載されている。

【0004】

特許文献３には、半導体装置の欠陥による散乱光を複数のセンサを用いて検出する検査装置が記載されている。

【0005】

特許文献４には、半導体装置を照明する照明光の入射角度を変化させながら、半導体装置の欠陥による散乱光を検出することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０４－００３４１３号公報

【特許文献2】特開２００５－１５６５３７号公報

【特許文献3】特表２０１４－５２４０３３号公報

【特許文献4】特開２００７－１９２７５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

半導体基板等の内部欠陥を高倍率で検査する検査装置において、内部欠陥を高速で検査することは困難である。

【0008】

半導体基板等の明視野観察を行う検査装置では、深さ方向の検出領域を拡大させると面内方向の検査感度が低下する。これに対して、面内方向の検査感度を向上させると、深さ方向の検出領域が縮小する。このように、明視野観察を行う検査装置では、深さ方向の検出領域と面内方向の検査感度がトレードオフとなっている。

【0009】

一方、暗視野観察を行う検査装置では、欠陥の形状の分類及び深さ方向の分類を行うことが困難である。また、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、表面の欠陥を検出することはできるが、非破壊で内部欠陥を検出することは困難である。

【0010】

このように、既存の検査装置では、それぞれ課題を有していて、検出速度及び検出感度を向上させることができる検査装置が所望されている。

【0011】

本開示の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、検出速度及び検出感度を向上させることができる検査装置及び検査方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示に係る検査装置は、本開示に係る検査装置は、照明光の波長を切り替える切替部を含む光源と、第１照明光学系、第１検出光学系及び第１検出器を含む検査光学系と第２照明光学系、第２検出光学系及び第２検出器を含むレビュー光学系と、を備え、前記第１照明光学系は、前記光源から出射した前記照明光で試料を暗視野照明し、前記第１検出光学系は、前記第１照明光学系によって照明された前記試料からの光を集光する第１対物レンズを含み、前記第１検出器は、前記第１照明光学系及び第１検出光学系の暗視野観察による前記試料からの光を検出し、前記第２照明光学系は、前記照明光で前記試料を明視野照明する第２対物レンズを含み、前記第２検出光学系は、前記第２照明光学系によって照明された前記試料からの光を集光する前記第２対物レンズを含み、前記第２検出器は、前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系の明視野観察による前記試料からの光を検出し、前記第２対物レンズの倍率は、前記第１対物レンズの倍率よりも大きい。

【0013】

上記検査装置では、前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系は、共焦点光学系を構成してもよい。

【0014】

上記検査装置では、前記照明光は、近赤外線を含んでもよい。

【0015】

上記検査装置では、前記光源は、前記照明光の波長を変化させることにより、前記試料における欠陥の検出位置を前記試料の表面から深さ方向に変化させてもよい。

【0016】

上記検査装置では、前記第１照明光学系は、前記試料に対する前記照明光の主軸の角度を変更する照明旋回軸を有してもよい。

【0017】

上記検査装置では、前記レビュー光学系は、第３照明光学系をさらに含み、前記第３照明光学系は、前記照明光で前記試料を暗視野照明し、前記第２検出光学系は、前記第３照明光学系によって照明された前記試料からの光を集光する前記第２対物レンズを含み、前記第２検出器は、前記第３照明光学系及び前記第２検出光学系の暗視野観察による前記試料からの光を検出してもよい。

【0018】

上記検査装置では、前記第３照明光学系は、前記試料に対する前記照明光の角度を変更する照明旋回軸を有してもよい。

【0019】

上記検査装置では、前記第３照明光学系は、前記照明光を平行光に変換する第１レンズと、前記第１レンズによって前記平行光に変換された前記照明光を集光する第２レンズと、前記第２レンズで集光された前記照明光を収束光として反射させるミラーと、前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの傾きを変更する角度変更手段と、前記ミラーで反射した前記照明光が集光点で収束した後、発散光として入射する第３レンズであって、前記発散光を前記平行光に変換した前記照明光で前記試料を照明する前記第３レンズと、を含み、前記角度変更手段は、前記試料に対する前記照明光の前記角度が前記照明旋回軸を軸として変更するように、前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの前記傾きを変更し、前記第２レンズの焦点と、前記第３レンズの焦点とは、前記ミラーと前記第３レンズとの間の前記集光点で一致してもよい。

【0020】

上記検査装置では、前記試料は、前記試料の表面に所定の周期で形成されたパターンを有し、前記第１検出光学系及び前記第２検出光学系の少なくともいずれかは、前記試料からの前記光に含まれる偏光を透過させる偏光フィルタを有してもよい。

【0021】

上記検査装置では、前記試料の前記表面に直交する方向に延びた回転軸の周りで前記試料を回転させる駆動手段またはステージ上に所定の回転角度で前記試料を設置する設置手段をさらに備え、前記第１照明光学系及び前記第２照明光学系は、前記試料に対する前記照明光の入射角及び入射方向を変更可能でもよい。

【0022】

上記検査装置では、前記検査光学系で検出した欠陥に対して、前記第２対物レンズの焦点位置を変化させることにより、前記第２検出器が検出した画像から、前記試料における前記欠陥の深さ方向の位置を特定する特定手段をさらに備えてもよい。

【0023】

本開示に係る検査方法は、光源において照明光の波長を切り替えるステップと、第１照明光学系、第１検出光学系及び第１検出器を含む検査光学系において暗視野照明を用いて検査するステップと、第２照明光学系、第２検出光学系及び第２検出器を含むレビュー光学系において明視野照明を用いて検査するステップと、を備え、前記検査光学系において前記暗視野照明を用いて検査するステップは、前記第１照明光学系において前記照明光で試料を暗視野照明するステップと、前記第１照明光学系によって照明された前記試料からの光を前記第１検出光学系の第１対物レンズで集光するステップと、前記第１照明光学系及び前記第１検出光学系の暗視野観察による前記試料からの前記光を前記第１検出器で検出するステップと、を有し、前記レビュー光学系において明視野照明を用いて検査するステップは、前記第２照明光学系において前記照明光で前記試料を明視野照明するステップと、前記第２照明光学系によって照明された前記試料からの光を前記第２検出光学系の第２対物レンズで集光するステップと、前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系の明視野観察による前記試料からの前記光を前記第２検出器で検出するステップと、を有し、前記第２対物レンズの倍率は、前記第１対物レンズの倍率よりも大きい。

【0024】

上記検査方法では、前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系は、共焦点光学系を構成してもよい。

【0025】

上記検査方法では、前記照明光は、近赤外線を含んでもよい。

【0026】

上記検査方法では、前記照明光の前記波長を切り替えるステップでは、前記照明光の前記波長を変化させることにより、前記試料における欠陥の検出位置を前記試料の表面から深さ方向に変化させてもよい。

【0027】

上記検査方法では、前記第１照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップでは、前記第１照明光学系の照明旋回軸によって、前記試料に対する前記照明光の主軸の角度を変更させてもよい。

【0028】

上記検査方法では、第３照明光学系を含む前記レビュー光学系において暗視野照明を用いて検査するステップをさらに備え、前記レビュー光学系において前記暗視野照明を用いて検査するステップは、前記第３照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップと、前記第３照明光学系によって照明された前記試料からの光を前記第２検出光学系の前記第２対物レンズで集光するステップと、前記第３照明光学系及び前記第２検出光学系の前記暗視野観察による前記試料からの前記光を前記第２検出器で検出するステップと、を有してもよい。

【0029】

上記検査方法では、前記第３照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップでは、前記第３照明光学系の照明旋回軸によって、前記試料に対する前記照明光の主軸の角度を変更してもよい。

【0030】

上記検査方法では、前記第３照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップでは、前記第３照明光学系は、前記照明光を平行光に変換する第１レンズと、前記第１レンズによって前記平行光に変換された前記照明光を集光する第２レンズと、前記第２レンズで集光された前記照明光を収束光として反射させるミラーと、前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの傾きを変更する角度変更手段と、前記ミラーで反射した前記照明光が集光点で収束した後、発散光として入射する第３レンズであって、前記発散光を前記平行光に変換した前記照明光で前記試料を照明する前記第３レンズと、を含むようにし、前記角度変更手段は、前記試料に対する前記照明光の前記角度が前記照明旋回軸を軸として変更するように、前記ミラーに入射する前記照明光に対する前記ミラーの前記傾きを変更し、前記第２レンズの焦点と、前記第３レンズの焦点とは、前記ミラーと前記第３レンズとの間の前記集光点で一致してもよい。

【0031】

上記検査方法では、前記試料は、前記試料の表面に所定の周期で形成されたパターンを有し、前記第１検出光学系及び前記第２検出光学系の少なくともいずれかは、前記試料からの前記光に含まれる偏光を透過させる偏光フィルタを有してもよい。

【0032】

上記検査方法では、前記第１照明光学系において前記照明光で前記試料を暗視野照明するステップ及び前記第２照明光学系において前記照明光で前記試料を明視野照明するステップの少なくともいずれかでは、前記試料の前記表面に直交する方向に延びた回転軸の周りで前記試料を回転させ、または、ステージ上に所定の回転角度で前記試料を設置させ、前記試料に対する前記照明光の入射角及び入射方向を変更させてもよい。

【0033】

上記検査方法では、前記第２照明光学系及び前記第２検出光学系の明視野観察による前記試料からの前記光を前記第２検出器で検出するステップでは、前記検査光学系で検出した欠陥に対して前記第２対物レンズの焦点位置を変化させることにより、前記第２検出器が検出した画像から、前記試料における前記欠陥の深さ方向の位置を特定してもよい。

【発明の効果】

【0034】

本開示によれば、検出速度及び検出感度を向上させることができる検査装置及び検査方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。

【図2】実施形態１に係る暗視野照明を行う第３照明光学系を例示した構成図である。

【図3】実施形態１に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

【図4】実施形態１に係る検査光学系において、暗視野照明を用いて検査する方法を例示したフローチャート図である。

【図5】実施形態１に係るレビュー光学系において、明視野照明を用いて検査する方法を例示したフローチャート図である。

【図6】実施形態１の別の例に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

【図7】実施形態１の別の例に係るレビュー光学系において、暗視野照明を用いて検査する方法を例示したフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本開示の好適な実施の形態を示すものであって、本開示の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

【0037】

（実施形態の概要）
実施形態の概要を説明する。本実施形態の検査装置は、半導体装置等の試料の欠陥を検査する際に、試料を照明する照明光である近赤外光（Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａ Ｒｅｄ、以下、ＮＩＲ光と呼ぶ。）等の波長を変化させつつ、低倍率の暗視野観察による検査と、高倍率の明視野観察または暗視野観察による検査とを組み合わせる。

【0038】

ＮＩＲ光を用いた低倍率の暗視野観察による検査は、高速検査及びフォーカス依存性が抑制された試料の検査を高感度で実施することができる。ＮＩＲ光及び共焦点光学系を用いた高倍率の明視野観察または暗視野観察による検査は、試料の欠陥の形状分類及び深さ方向分布の検査を実施することができる。

【0039】

光源は、例えば、半導体レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、以下、ＬＤと呼ぶ。）を含み、４５０ｎｍ、６５０ｎｍ、７５０ｎｍ、８２５ｎｍ及び９２５ｎｍ等の波長を有する照明光に切り替えることができる。また、光源は、光スイッチと組み合わせたファイバ光学系を含んでいる。なお、照明光に含まれる波長は、４５０ｎｍ、６５０ｎｍ、７５０ｎｍ、８２５ｎｍ及び９２５ｎｍに限らず、他の波長を含んでもよい。なお、光源は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下、ＬＥＤと呼ぶ。）を含んでもよい。

【0040】

低倍率の暗視野観察による検査光学系を、単に、検査光学系と呼び、高倍率の明視野観察または暗視野観察による検査光学系をレビュー光学系と呼ぶ場合がある。その場合には、本実施形態の検査装置は、検査光学系とレビュー光学系とを一体化している。光源は、検査光学系とレビュー光学系とで共用してもよい。光源は、検査光学系とレビュー光学系とで切り替えて使用してもよい。

【0041】

検査光学系は、暗視野観察のみ行ってもよい。検査光学系の暗視野照明は、例えば、ビームホモジナイザーを用いる。これにより、均一なライン状の照明を形成する。

【0042】

レビュー光学系は、暗視野観察及び明視野観察を行ってもよい。レビュー光学系に共焦点光学系を使用することで、試料の深さ方向のセクショニング効果を有するようにすることができる。レビュー光学系の暗視野照明は、２ｆ光学系とガルバノミラー（第３照明光学系として後述する。）を用いて照明角度を変化させた小型の照明装置を実現する。これにより、暗視野に適した欠陥についてもレビューが可能になる。ステージは、レビュー光学系と共焦点光学系とで共有してもよい。以下、図面を参照して、検査装置及び検査方法の詳細を説明する。

【0043】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。図１に示すように、検査装置１は、光源ＬＳ、ステージＳＴ、検査光学系１００及びレビュー光学系２００を備えている。検査装置１は、処理装置３００をさらに備えてもよい。光源ＬＳ、ステージＳＴ及び処理装置３００は、検査光学系１００及びレビュー光学系２００で共用されてもよい。なお、光源ＬＳ、ステージＳＴ及び処理装置３００は、検査光学系１００及びレビュー光学系２００において別々に設けられてもよい。

【0044】

検査装置１は、半導体装置等の試料ＳＭＰに存在する欠陥を検査する。図１では、説明の便宜上、ステージＳＴ及びサンプルＳＭＰは、検査光学系１００及びレビュー光学系２００にそれぞれ１個ずつ記載されている。しかしながら、ステージＳＴ及びサンプルＳＭＰは、検査光学系１００による検査及びレビュー光学系２００による検査に対応して、検査光学系１００とレビュー光学系２００との間で移動してもよい。

【0045】

検査光学系１００は、第１照明光学系１１０、第１検出光学系１２０及び第１検出器１３０を含む。第１照明光学系１１０は、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明する。よって、検査光学系１００は、第１照明光学系１１０、第１検出光学系１２０及び第１検出器１３０を用いて、暗視野観察による検査を行う。検査光学系１００は、低倍率で高速の暗視野観察による検査を行ってもよい。

【0046】

レビュー光学系２００は、第２照明光学系２１０、第２検出光学系２２０、第３照明光学系２３０及び第２検出器２４０を含む。第２照明光学系２１０は、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを明視野照明する。よって、レビュー光学系２００は、第２照明光学系２１０、第２検出光学系２２０及び第２検出器２４０を用いて、明視野観察による検査を行う。第２照明光学系２１０及び第２検出光学系２２０は、共焦点光学系を構成してもよい。よって、レビュー光学系２００は、高倍率の明視野観察による共焦点光学系を用いた検査を行ってもよい。一方、第３照明光学系２３０は、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明する。よって、レビュー光学系２００は、第３照明光学系２３０、第２検出光学系２２０及び第２検出器２４０を用いて、暗視野観察による検査を行う。

【0047】

以下で、＜光源＞、＜ステージ＞、＜試料＞、＜低倍率の暗視野観察を行う検査光学系＞、＜高倍率の明視野観察を行うレビュー光学系＞、＜高倍率の暗視野観察を行うレビュー光学系＞及び＜検査方法＞を説明する。

【0048】

＜光源＞
光源ＬＳは、光源部ＬＳ１、切替部ＬＳ２、光スイッチＬＳ４を含む。光源ＬＳは、さらに、スペックルキラーＬＳ３を含んでもよい。

【0049】

光源部ＬＳ１は、照明光ＬＬを生成する。例えば、光源部ＬＳ１は、ＬＤまたはＬＥＤである。光源部ＬＳ１は、複数の中心波長を有する照明光ＬＬを生成する。例えば、複数のＬＤ等がそれぞれ異なる中心波長を有する照明光ＬＬを生成してもよい。このようにして、光源部ＬＳ１は、複数の中心波長を有する照明光ＬＬを生成する。照明光ＬＬは、ＮＩＲ光を含んでもよい。照明光ＬＬの複数の中心波長は、例えば、４５０ｎｍ、６５０ｎｍ、７５０ｎｍ、８２５ｎｍ及び９２５ｎｍ等を含む。光源部ＬＳ１は、これ以外の中心波長を有する照明光ＬＬを生成してもよい。

【0050】

切替部ＬＳ２は、照明光ＬＬの波長を切り替える。具体的には、切替部ＬＳ２は、上記のいずれかの中心波長を有する照明光ＬＬから他の中心波長を有する照明光ＬＬに切り替える。切替部ＬＳ２は、光源部ＬＳ１におけるＬＤ等を切り替えることにより、照明光ＬＬの波長を切り替えてもよいし、バンドパスフィルタ等により、照明光ＬＬの波長を切り替えてもよい。このようにして、光源ＬＳは、照明光ＬＬの波長を変化させることにより、試料ＳＭＰにおける欠陥の検出位置を試料ＳＭＰの表面から深さ方向に変化させる。

【0051】

スペックルキラーＬＳ３は、照明光ＬＬに含まれるスペックルを低減させる。光スイッチＬＳ４は、照明光ＬＬの出射先を、第１照明光学系１１０、第２照明光学系２１０及び第３照明光学系２３０のいずれかに切り替える。

【0052】

＜ステージ＞
ステージＳＴは、検査対象である試料ＳＭＰを載置する。ステージＳＴの上面をステージ面ＳＴ１と呼ぶ。試料ＳＭＰは、ステージ面ＳＴ１上に載置される。

【0053】

ここで、検査装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標軸系を導入する。ステージ面ＳＴ１に直交する方向をＺ軸方向とし、＋Ｚ軸方向を上方、－Ｚ軸方向を下方とする。ステージ面ＳＴ１をＸＹ面とする。なお、上方及び下方は、説明の便宜のためのものであり、検査装置１が配置される方向を示すものではない。

【0054】

ステージＳＴは、ステージ面ＳＴ１をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能である。また、ステージＳＴは、Ｚ軸方向に延びた回転軸の周りで回転可能である。ステージＳＴは、駆動手段ＳＴ２を有してもよい。駆動手段ＳＴ２は、ステージ面ＳＴ１及び試料ＳＭＰをＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動をスキャンと呼んでもよい。また、駆動手段ＳＴ２は、ステージ面ＳＴ１及び試料ＳＭＰをＺ軸方向（試料ＳＭＰの表面に直交する方向）に延びた回転軸の周りで回転させる。これにより、第１照明光学系１１０及び第２照明光学系２１０は、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの入射角及び入射方向を変更可能である。また、ステージＳＴは、ステージＳＴ上に所定の回転角度で試料ＳＭＰを設置する設置手段を備えてもよい。駆動手段ＳＴ２は、例えば、モータ、ピエゾ素子等を用いたアクチュエータ等である。なお、駆動手段ＳＴ２は、ステージ面ＳＴ１及び試料ＳＭＰをＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させることができれば、モータ、ピエゾ素子等を用いたアクチュエータ等にかぎらない。

【0055】

駆動手段ＳＴ２は、試料ＳＭＰに対する第１照明光学系１１０及び第１検出光学系１２０の相対位置を変化させる。これにより、駆動手段ＳＴ２は、照明光ＬＬで、試料ＳＭＰをＸ軸方向及びＹ軸方向にスキャンすることができる。また、駆動手段ＳＴ２は、第１対物レンズ１２１のＺ軸方向のフォーカスを合わせてもよい。なお、試料ＳＭＰに対する第１照明光学系１１０及び第１検出光学系１２０の相対位置を変化させることができれば、駆動手段ＳＴ２は、ステージＳＴに設けられる代わりに、第１照明光学系１１０及び第１検出光学系１２０に設けられてもよい。すなわち、駆動手段ＳＴ２は、第１照明光学系１１０及び第１検出光学系１２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能とするとともに、Ｚ軸方向に延びた回転軸の周りに回転可能としてもよい。

【0056】

＜試料＞
試料ＳＭＰは、材料として、例えば、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）を含んでもよい。試料ＳＭＰがシリコンを含む場合には、ＮＩＲ光を含む照明光ＬＬは、波長に応じて、試料ＳＭＰの深さ方向の検出位置を変えることができる。例えば、波長を短くすることにより、試料ＳＭＰの表面及び表面付近に存在する欠陥（表面欠陥）を検出することができる。波長を長くすることにより、試料ＳＭＰの深さ方向に存在する欠陥（内部欠陥）を検出することができる。なお、試料ＳＭＰは、材料として、シリコンを含むものに限らず、他の半導体材料等、シリコン以外の半導体材料を含んでもよいし、絶縁材料、導電材料等を材料に含んでもよい。

【0057】

試料ＳＭＰは、表面に、Ｚ軸方向に延びた溝及び柱等の構造を有してもよいし、配線等のライン及びスペースを有する構造を有してもよい。試料ＳＭＰの表面に形成された溝、柱、ライン及びスペース等は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、並びに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向から傾いた方向に延びた構造を有してもよい。このように、試料ＳＭＰは、試料ＳＭＰの表面に所定の周期で形成された溝、柱、配線及びスペースの少なくともいずれかを有してもよい。試料ＳＭＰの表面に所定の周期で形成された溝、柱、配線及びスペースをパターンと呼んでもよい。

【0058】

例えば、３次元トランジスタや３次元フラッシュメモリー等のように、試料ＳＭＰの表面の面内方向におけるサイズが波長と同等以下の構造がシリコンにより形成されている場合には、可視光と同程度の波長の照明光ＬＬは、そのような周期的な構造の影響を受けるので、試料ＳＭＰの表面欠陥及び内部欠陥を検出することが困難な場合がある。一方、ＮＩＲ光を含む照明光ＬＬは、そのような周期的な構造に影響を受けずに試料ＳＭＰの内部に透過されるので、試料ＳＭＰの表面欠陥及び内部欠陥を検出することができる。

【0059】

＜低倍率の暗視野観察を行う検査光学系＞
次に、低倍率の暗視野観察を行う検査光学系１００を説明する。第１照明光学系１１０は、光源ＬＳから出射した照明光ＬＬで試料ＳＭＰを照明する。第１照明光学系１１０は、照明光ＬＬが試料ＳＭＰの少なくとも一部を透過するように、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを照明してもよい。第１照明光学系１１０は、インテグレーション光学系を含んでもよい。第１照明光学系１１０は、これ以外のレンズ及びミラー等の光学部材を含んでもよい。

【0060】

インテグレーション光学系は、例えば、ビームホモジナイザーである。ビームホモジナイザーは、均一なライン状の照明光を形成することができる。ビームホモジナイザーは、ファイバＦＢ、コリメータ１１１及びレンズ１１２を含んでもよい。ファイバＦＢは、断面が円形のファイバでもよいし、断面が矩形のファイバでもよい。コリメータ１１１は、コンデンサレンズを含んでもよい。レンズ１１２は、マイクロレンズアレイ及び凸レンズを含んでもよい。

【0061】

ファイバＦＢは、光スイッチＬＳ４に接続されている。光スイッチＬＳ４で照明光ＬＬの出射先が第１照明光学系１１０に切り替えられた場合に、ファイバＦＢは、照明光ＬＬをコリメータ１１１に導く。コリメータ１１１は、ファイバＦＢによって導かれた照明光ＬＬを平行光に変換する。レンズ１１２は、コリメータ１１１によって平行光に変換された照明光ＬＬを均一なライン状の照明光に成形する。レンズ１１２は、第１検出光学系１２０の第１対物レンズ１２１のＮＡの外側から試料ＳＭＰを照明する。

【0062】

第１照明光学系１１０は、照明旋回軸１１３を有してもよい。照明旋回軸１１３は、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの主軸の角度を変更する。第１照明光学系１１０は、照明旋回軸１１３を軸として鉛直方向に旋回することにより、照明光ＬＬの主軸と、ステージ面ＳＴ１と、のなす角度を変化させることができる。試料ＳＭＰの表面に特定の方向に延びた周期的な構造が形成されている場合には、そのような周期的な構造は、回折格子と同様の作用を起こすことがある。そのような周期的な構造による回折光の影響で、試料ＳＭＰの欠陥の検出感度が低減する場合がある。そこで、第１照明光学系１１０を、照明旋回軸１１３を軸として鉛直方向に旋回させることにより、回折光を低減させる。

【0063】

第１検出光学系１２０は、第１対物レンズ１２１及び偏光切替え部１２２を含んでいる。第１検出光学系１２０は、これ以外のレンズ及びミラー等の光学部材を含んでもよい。第１対物レンズ１２１は、第１照明光学系１１０によって照明された試料ＳＭＰからの光を集光する。第１照明光学系１１０は、対物１２１レンズのＮＡの外側から試料ＳＭＰを照明するので、第１対物レンズ１２１は、照明光ＬＬが試料ＳＭＰの欠陥で散乱した散乱光を集光する。よって、試料ＳＭＰからの光は、散乱光を含む。第１検出光学系１２０は、暗視野観察における試料ＳＭＰの欠陥の散乱光を集光する。

【0064】

偏光切替え部１２２は、Ｐ偏光素子、Ｓ偏光素子及び無偏光素子を含んでもよい。Ｐ偏光素子は、Ｐ偏光成分を透過させる。Ｓ偏光素子は、Ｓ偏光成分を透過させる。無偏光素子は、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分のいずれも透過させる。偏光切替え部１２２は、Ｐ偏光素子、Ｓ偏光素子及び無偏光素子のうち、いずれかの偏光素子を選択可能に設けられている。偏光切替え部１２２は、Ｐ偏光素子、Ｓ偏光素子及び無偏光素子のいずれかの偏光素子を選択することにより、散乱光等の試料ＳＭＰからの光に含まれるＰ偏光及びＳ偏光等を透過させる。試料ＳＭＰの表面に形成された溝、柱、ライン及びスペース等の構造の配列方向によっては、偏光方向により資料内部への侵入長が変わることがある。この場合には、散乱光を検出するのに適切な偏光フィルタ素子が偏光切替え部１２２によって選択される。

【0065】

第１検出器１３０は、第１照明光学系１１０及び第１検出光学系１２０の暗視野観察による試料ＳＭＰからの光を検出する。例えば、第１検出器１３０は、第１検出光学系１２０で導かれた試料ＳＭＰからの光を検出することにより、暗視野観察による欠陥の散乱光を検出する。第１検出器１３０は、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む。暗視野観察により検出される散乱光は、光量が小さい場合がある。したがって、第１検出器１３０は、光量を積算して検出するＴＤＩであることが望ましい。なお、第１検出器１３０は、ＴＤＩに限らず、ラインセンサ等の他の検出器を含んでもよい。試料ＳＭＰを照明する照明光ＬＬがライン状である場合には、試料ＳＭＰからの光は、第１検出器１３０の受光面にライン状に集光される。第１検出器１３０は、検出結果のデータを処理装置３００に出力する。

【0066】

＜高倍率の明視野観察を行うレビュー光学系＞
次に、高倍率の明視野観察を行うレビュー光学系２００を説明する。レビュー光学系２００において、第２照明光学系２１０及び第２検出光学系２２０は、共焦点光学系を構成してもよい。すなわち、共焦点光学系は、第２照明光学系２１０及び第２検出光学系２２０を含む。第２照明光学系２１０は、第２検出光学系２２０を構成する光学部材を含んでいる。よって、第２照明光学系２１０は、第２検出光学系２２０を兼ねている。

【0067】

第２照明光学系２１０は、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを照明する。第２照明光学系２１０は、例えば、ファイバＦＢ、ビームスプリッタ２１１、レンズ２１２、ミラー２１３、レンズ２１４、レンズ２１５、第２対物レンズ２１６及び偏光切替え部２１７を含む。第２照明光学系２１０は、さらに、レンズ及びミラー等の他の光学部材を含んでもよい。

【0068】

ファイバＦＢは、光スイッチＬＳ４に接続されている。光スイッチＬＳ４で照明光ＬＬの出射先が第２照明光学系２１０に切り替えられた場合に、ファイバＦＢは、照明光ＬＬをビームスプリッタ２１１に導く。ビームスプリッタ２１１は、ハーフミラーでもよい。ビームスプリッタ２１１は、入射した照明光ＬＬの一部を透過し、一部を反射する。ビームスプリッタ２１１がハーフミラーの場合には、入射した照明光ＬＬの半分を透過して、残り半分を反射する。ビームスプリッタ２１１で反射された照明光ＬＬは、レンズ２１２によって平行光に変換される。平行光に変換された照明光ＬＬは、ミラー２１３に入射する。ミラー２１３は、照明光ＬＬをレンズ２１４の方向に反射する。

【0069】

ミラー２１３には、走査手段２１３ａが取り付けられてもよい。走査手段２１３ａは、ミラー２１３の傾きを変化させ、ミラー２１３に入射する照明光ＬＬの入射角及び反射角を変化させる。走査手段２１３ａは、例えば、ガルバノモータ、ポリゴンモータ等のアクチュエータ等である。なお、走査手段２１３ａは、ミラー２１３に入射する照明光ＬＬの入射角及び反射角を変化させることができれば、ガルバノモータ、ポリゴンモータ等のアクチュエータ等に限らない。

【0070】

走査手段２１３ａが取り付けられたミラー２１３は、例えば、ガルバノミラーである。走査手段２１３ａは、第２対物レンズ２１６の視野において、試料ＳＭＰの照明位置を走査する。具体的には、走査手段２１３ａは、ミラー２１３の傾きを変えることにより、試料ＳＭＰの照明位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に走査する。照明光ＬＬがライン状の場合には、走査手段２１３ａは、ラインに直交する方向に走査してもよい。

【0071】

ミラー２１３で反射した照明光ＬＬは、レンズ２１４で収束光に変換される。レンズ２１４を透過した照明光ＬＬは、集光点で集光された後、発散光としてレンズ２１５に入射する。レンズ２１５は、照明光ＬＬを平行光に変換する。レンズ２１４及びレンズ２１５は、例えば、リレーレンズである。レンズ２１５を透過した照明光ＬＬは、第２対物レンズ２１６に入射する。

【0072】

第２対物レンズ２１６は、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを明視野照明する。第２対物レンズ２１６は、照明光ＬＬが試料ＳＭＰの少なくとも一部を透過するように、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを明視野照明してもよい。第２対物レンズ２１６は、駆動手段２１６ａを取り付けられてもよい。駆動手段２１６ａは、第２対物レンズ２１６を光軸方向に移動させる。駆動手段２１６ａは、試料ＳＭＰに対する第２対物レンズ２１６の相対位置を変化させる。第２対物レンズ２１６の光軸方向は、第２対物レンズ２１６のフォーカス軸である。よって、駆動手段２１６ａは、第２対物レンズ２１６の焦点位置を光軸方向に移動させる。これにより、照明光ＬＬの焦点位置Ｆに対して、試料ＳＭＰを光軸方向にスキャンすることができる。

【0073】

駆動手段２１６ａは、例えば、モータ、ピエゾ素子等を用いたアクチュエータ等である。なお、駆動手段２１６ａは、第２対物レンズ２１６を光軸方向に移動させることができれば、モータ、ピエゾ素子等を用いたアクチュエータ等にかぎらない。また、ステージＳＴの駆動手段ＳＴ２によって、第２対物レンズ２１６の焦点位置を光軸方向に移動させることができれば、駆動手段２１６ａは必ずしも設けられなくてもよい。

【0074】

共焦点光学系１０を構成するため、照明光ＬＬは、第２対物レンズ２１６の焦点面（フォーカス面）に照明領域を形成する。なお、焦点面は、焦点Ｆを通って、第２対物レンズ２１６の光軸に直交する平面である。照明領域は、例えば、ライン状である。例えば、スリットやシリンドリカルレンズを用いることで、ライン状の照明光を生成してもよい。なお、照明領域は、点状でもよい。

【0075】

第２照明光学系２１０及び第２検出光学系２２０は、第３対物レンズ２１８をさらに含んでもよい。第３対物レンズ２１８は、第２対物レンズ２１６と倍率が異なる。第３対物レンズ２１８が第２対物レンズ２１６よりも低倍率の場合には、第２検出光学系２２０は、広い視野での欠陥の撮像が可能となる。一方、第３対物レンズ２１８が第２対物レンズ２１６よりも高倍率の場合には、第２検出光学系２２０は、高分解能での欠陥の撮像が可能となる。第２対物レンズ２１６及び第３対物レンズ２１８の倍率は、第１検出光学系１２０の第１対物レンズ１２１の倍率よりも大きい。一例として、第１対物レンズ１２１の倍率は、１～１０倍程度であり、第２対物レンズ２１６の倍率は、１００倍程度であり、第３対物レンズ２１８の倍率は、１０倍～５０倍程度である。

【0076】

例えば、第２対物レンズ２１６及び第３対物レンズ２１８は図示しないレボルバ等に取り付けられている。第２対物レンズ２１６及び第３対物レンズ２１８は、照明光ＬＬの光路中に選択的に挿入される。つまり、第２対物レンズ２１６及び第３対物レンズ２１８の一方が光路中に挿入され、他方が光路中から取り出される。

【0077】

照明光ＬＬは、試料ＳＭＰを照明する。そして、照明光ＬＬで照明された試料ＳＭＰからの光は、第２検出光学系２２０を戻っていく。第２検出光学系２２０は、第２照明光学系２１０と同様の光学部材を含んでいる。よって、第２検出光学系２２０は、第２照明光学系２１０によって照明された試料ＳＭＰからの光を集光する第２対物レンズ２１６を含む。照明光ＬＬで照明された試料ＳＭＰからの光は、例えば、試料ＳＭＰの表面及び試料ＳＭＰの内部で反射した反射光、試料ＳＭＰの回折光、及び、試料ＳＭＰの欠陥の散乱光を含んでもよい。

【0078】

試料ＳＭＰからの光は、第２対物レンズ２１６で平行光に変換される。第２対物レンズ２１６を透過した平行光は、レンズ２１５に入射する。レンズ２１５は、試料ＳＭＰからの光を収束光に変換する。レンズ２１５を透過した光は、集光点で集光された後、発散光としてレンズ２１４に入射する。レンズ２１４は、発散光を平行光に変換する。

【0079】

レンズ２１４を透過した光は、ミラー２１３で反射されて、レンズ２１２に入射する。ミラー２１３に走査手段２１３ａが取り付けられている場合には、試料ＳＭＰからの光は、ミラー２１３でデスキャンされる。そして、ミラー２１３で反射された光は、レンズ２１２で集光されて、ハーフミラー等のビームスプリッタ２１１に入射する。ビームスプリッタ２１１を透過した光は、第２検出器２４０に入射する。

【0080】

なお、試料ＳＭＰからの光は、偏光切替え部２１７を介して第２検出器２４０に入射してもよい。偏光切替え部２１７の機能は、検査光学系１００における偏光切替え部１２２の機能と同様である。

【0081】

レンズ２１２は、結像レンズであり、試料ＳＭＰからの光を第２検出器２４０の受光面に集光している。第２検出器２４０は、例えば、ラインセンサを含む。照明領域がライン状である場合には、ラインＣＣＤまたはラインＣＭＯＳセンサを用いてもよい。この場合には、第２検出器２４０の受光面には、複数の画素がライン列に配列されている。

【0082】

第２検出器２４０は、照明光ＬＬで照明した試料ＳＭＰからの光を検出する。よって、第２検出器２４０は、第２照明光学系２１０及び第２検出光学系２２０の明視野観察による試料ＳＭＰからの光を検出する。第２検出器２４０は、検出結果のデータを処理装置３００に出力する。

【0083】

第２検出器２４０の受光面は、第２対物レンズ２１６の焦点面とは互いに共役な位置に配置されている。第２対物レンズ２１６で集光された照明光ＬＬが、焦点面において、ライン状の照明領域を形成する。なお、第２対物レンズ２１６で集光された照明光ＬＬが、焦点面において、点状の照明領域を形成してもよい。第２検出器２４０の受光面では、試料ＳＭＰからの光がライン状または点状に集光される。焦点面から光軸方向にずれた面からの光は、第２検出器２４０の画素の外側に入射する。このようにすることで、共焦点光学系を構成することができる。

【0084】

上記の例では、第２対物レンズ２１６の焦点面から共役な位置に第２検出器２４０を配置していたが、スリットまたはピンホールを用いて共焦点光学系を構成してもよい。例えば、ライン状の照明領域に沿ったスリット、または、点状の照明領域に対応したピンホールを焦点面と共役な位置に配置する。第２検出器２４０がスリットまたはピンホールを通過した光を検出するように、スリットまたはピンホールの後ろ側に第２検出器２４０を配置する。ライン状の照明光ＬＬの場合には、第２検出器２４０は、スリット方向に沿って複数の画素が配列されたラインセンサとする。

【0085】

このような構成とすることにより、焦点面からの光がスリットまたはピンホールを通過し、焦点面からずれた面で反射された反射光は、遮光される。よって、共焦点光学系を構成することができる。

【0086】

本実施形態の検査装置１において、第２検出器２４０は、共焦点光学系を介して、試料ＳＭＰからの光を検出する。共焦点光学系では、駆動手段ＳＴ２または２１６ａにより、フォーカス方向にスキャンして、試料ＳＭＰに対する第２対物レンズ２１６の相対位置を変化させる。これにより、試料ＳＭＰの欠陥の深さ情報を得ることができる。

【0087】

＜高倍率の暗視野観察を行うレビュー光学系＞
次に、高倍率の暗視野観察を行うレビュー光学系２００を説明する。第３照明光学系２３０は、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを照明する。図２は、実施形態１に係る暗視野照明を行う第３照明光学系２３０を例示した構成図である。図２に示すように、第３照明光学系２３０は、レンズ２３１、レンズ２３２、ミラー２３３、角度変更手段２３３ａ及びレンズ２３４を含んでもよい。第３照明光学系２３０は、これら以外のレンズ及びミラー等の光学部材を含んでもよい。

【0088】

レンズ２３１は、ファイバＦＢから出射した照明光ＬＬを集光する。レンズ２３１は、例えば、コリメートレンズであり、ファイバＦＢから出射した照明光ＬＬを平行光に変換する。レンズ２３２は、レンズ２３１によって平行光に変換された照明光ＬＬを集光する。レンズ２３２は、照明光ＬＬをミラー２３３に対して集光する。ミラー２３３は、レンズ２３２によって集光された照明光ＬＬを収束光として反射させる。

【0089】

ミラー２３３は、角度変更手段２３３ａを取り付けられてもよい。角度変更手段２３３ａは、ミラー２３３に入射する照明光ＬＬに対するミラー２３３の傾きを変更する。具体的には、角度変更手段２３３ａは、照明光ＬＬのステージ面ＳＴ１及び試料ＳＭＰに対する角度を変化させるように、ミラー２３３の傾きを変化させる。よって、第３照明光学系２３０は、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの角度を変更する照明旋回軸２３５を有している。角度変更手段２３３ａは、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの主軸の角度が照明旋回軸２３５を軸として変更するように、ミラー２３３に入射する照明光ＬＬに対するミラー２３３の傾きを変更する。

【0090】

このように、照明旋回軸２３５を軸として鉛直方向に照明光ＬＬを旋回させることにより、照明光ＬＬの主軸と、ステージ面ＳＴ１と、のなす角度を変化させることができる。角度変更手段２３３ａは、例えば、ガルバノモータ、ステッピングモータ等のアクチュエータ等である。なお、角度変更手段２３３ａは、照明光ＬＬのステージ面ＳＴ１及び試料ＳＭＰに対する角度を変化させるように、ミラー２３３の傾きを変化させることができれば、ガルバノモータ、ステッピングモータ等のアクチュエータ等に限らない。

【0091】

角度変更手段２３３ａが取り付けられたミラー２３３は、例えば、ガルバノミラーである。角度変更手段２３３ａは、第２対物レンズ２１６の視野において、試料ＳＭＰの照明位置を変更させる。試料ＳＭＰの表面に特定の方向に延びた周期的な構造が形成されている場合には、そのような周期的な構造は、回折格子と同様の作用を起こすことがある。そのような周期的な構造による回折光の影響で、試料ＳＭＰの欠陥の検出感度が低減する場合がある。そこで、照明光ＬＬの主軸を、照明旋回軸２３５を軸として鉛直方向に旋回させることにより、回折光を低減させることができる。

【0092】

ミラー２３３で反射した照明光ＬＬは、レンズ２３４に入射する。レンズ２３４には、ミラー２３３で反射した照明光ＬＬが集光点で収束した後、発散光として入射する。レンズ２３４は、入射した発散光を平行光に変換した照明光で試料ＳＭＰを照明する。つまり、レンズ２３４は、平行光の照明光ＬＬで試料ＳＭＰを照明する。

【0093】

本実施形態の第３照明光学系２３０は、暗視野照明する照明光ＬＬの照明角をなるべく広い範囲で任意に変更できる構成とされている。具体的には、レンズ２３４の像面位置Ａ１は、レビュー光学系２００の第２対物レンズ２１６の視野位置とする。また、レンズ２３４の物体面位置Ａ２は、ミラー２３３の位置とする。そして、ミラー２３３に対して、照明光ＬＬを入射する。角度変更手段２３３ａは、ミラー２３３の傾きを変更する。レンズ２３４の物体面位置Ａ２で出射角度を変えることで、照明位置を変えずに照明角度だけを変化させる。レンズ２３４の焦点位置Ａ３にレンズ２３２の焦点位置Ａ４を置くことで、照明位置に平行光を入射させることができる。すなわち、第３照明光学系２３０は、レンズ２３２の焦点と、レンズ２３４の焦点とは、ミラー２３３とレンズ２３４との間の集光点で一致させている。これにより、第２対物レンズ２１６の視野領域内で照明角度が均一となり、試料ＳＭＰを均一に照明することができる。

【0094】

このようにして、第３照明光学系２３０は、照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明する。第３照明光学系２３０は、照明光ＬＬが試料ＳＭＰの少なくとも一部を透過するように照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明してもよい。第２対物レンズ２１６は、第３照明光学系２３０によって照明された試料ＳＭＰからの光を集光する。第２検出器２４０は、第３照明光学系２３０及び第２検出光学系２２０の暗視野観察による試料ＳＭＰからの光を検出する。

【0095】

なお、第３照明光学系２３０において、第２検出器２４０のフレームレート（ラインセンサではラインレート）に同期させて、ミラー２３３を狭い角度で高速に振ることで、スペックルノイズを軽減させることもできる。

【0096】

処理装置３００は、例えば、プロセッサとメモリなどを備えたコンピュータであり、試料ＳＭＰの欠陥を検出するための処理を実行する。処理装置３００は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）及びサーバ等の情報処理装置である。処理装置３００は、検出結果を表示するためのモニタや、ユーザからの入力を受け付けるためのキーボード、マウス、タッチパネルなどの入力機器を備えている。処理装置３００は、走査手段２１３ａ、角度変更手段２３３ａ、駆動手段ＳＴ２及び駆動手段２１６ａを制御する。処理装置３００は、検査光学系１００及びレビュー光学系２００で検出された検出データを収集する。例えば、処理装置３００は、検査光学系１００で検出した欠陥に対して、第２対物レンズ２１６の焦点位置を変化させることにより、第２検出器２４０が検出した画像から、試料ＳＭＰにおける欠陥の深さ方向の位置を特定してもよい。よって、処理装置３００は、試料ＳＭＰにおける欠陥の深さ方向の位置を特定する特定手段としての機能を有している。

【0097】

＜検査方法＞
次に、検査方法を説明する。図３は、実施形態１に係る検査方法を例示したフローチャート図である。図３のステップＳ１０に示すように、照明光ＬＬを切り替える。照明光ＬＬの出射先を検査光学系１００の第１照明光学系１１０とする。例えば、光源ＬＳにおいて、切替部ＳＴ２は、光源部ＳＴ１１が生成する照明光ＬＬの波長を切り替えてもよい。

【0098】

次に、ステップＳ２０に示すように、第１照明光学系１１０、第１検出光学系１２０及び第１検出器１３０を含む検査光学系１００において暗視野照明を用いて検査する。次に、ステップＳ３０に示すように、照明光ＬＬの出射先を検査光学系１００からレビュー光学系２００に切り替える。次に、ステップＳ４０に示すように、第２照明光学系２１０、第２検出光学系２２０及び第２検出器２４０を含むレビュー光学系２００において明視野照明を用いて検査する。

【0099】

図４は、実施形態１に係る検査光学系１００において暗視野照明を用いて検査する方法を例示したフローチャート図である。図４のステップＳ２１に示すように、第１照明光学系１１０において照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明する。光源ＬＳから出射した照明光ＬＬが試料ＳＭＰの少なくとも一部を透過するように、第１照明光学系１１０において照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明してもよい。ステップＳ２１では、第１照明光学系１１０の照明旋回軸１１３によって、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの主軸の角度を変更させてもよい。

【0100】

次に、ステップＳ２２に示すように、第１照明光学系１１０によって照明された試料ＳＭＰからの光を第１検出光学系１２０の第１対物レンズ１２１で集光する。次に、ステップＳ２３に示すように、第１照明光学系１１０及び第１検出光学系１２０の暗視野観察による試料ＳＭＰからの光を第１検出器１３０で検出する。

【0101】

なお、検査光学系１００において暗視野照明を用いて検査する際には、照明光ＬＬの波長を変化させることにより、試料ＳＭＰの深さ方向において、広範囲に欠陥の検査を行ってもよい。また、欠陥の検査のために、試料ＳＭＰの表面に平行な方向へスキャンさせてもよいし、試料ＳＭＰの表面に直交する方向に延びた回転軸の周りで試料ＳＭＰを回転させてもよい。

【0102】

図５は、実施形態１に係るレビュー光学系２００において明視野照明を用いて検査する方法を例示したフローチャート図である。図５のステップＳ３１に示すように、第２照明光学系２１０において照明光ＬＬで試料ＳＭＰを明視野照明する。光源ＬＳから出射した照明光ＬＬが試料ＳＭＰの少なくとも一部を透過するように、共焦点光学系を構成する第２照明光学系２１０において照明光ＬＬで試料ＳＭＰを明視野照明してもよい。例えば、検査光学系１００による検査で欠陥を検出した際の照明光ＬＬの波長を用いて検査する。

【0103】

次に、ステップＳ３２に示すように、第２照明光学系２１０によって照明された試料ＳＭＰからの光を第２検出光学系２２０の第２対物レンズ２１６で集光する。次に、ステップＳ３３に示すように、第２照明光学系２１０及び第２検出光学系２２０の明視野観察による試料ＳＭＰからの光を第２検出器２４０で検出する。

【0104】

なお、レビュー光学系２００において明視野照明を用いて検査する際には、検査光学系１００による検査で欠陥を検出した際の照明光ＬＬの波長を用いて検査してもよいし、照明光ＬＬの波長を変化させてもよい。また、検査光学系１００で検出した欠陥に対して第２対物レンズ２１６の焦点位置を変化させることにより、試料ＳＭＰにおける欠陥の深さ方向の位置を特定してもよい。さらに、試料ＳＭＰの表面に平行な方向へスキャンさせてもよいし、試料ＳＭＰの表面に直交する方向に延びた回転軸の周りで試料ＳＭＰを回転させてもよい。

【0105】

ステップＳ３３では、処理装置３００を用いて、検査光学系１００で検出した欠陥に対して第２対物レンズ２１６の焦点位置を変化させることにより、第２検出器２４０が検出した画像から、試料ＳＭＰにおける欠陥の深さ方向の位置を特定してもよい。

【0106】

図６は、実施形態１の別の例に係る検査方法を例示したフローチャート図である。図６のステップＳ５０及びＳ６０に示すように、本実施形態の検査方法は、図３の検査方法に加えて、さらに、照明光を切り替えるステップ及び第３照明光学系を含むレビュー光学系において暗視野照明を用いて検査するステップを備えてもよい。ステップＳ５０及びＳ６０は、ステップＳ４０の後に行ってもよい。また、ステップＳ５０及びＳ６０は、ステップＳ２０とステップ３０との間に行ってもよい。

【0107】

図７は、実施形態１の別の例に係るレビュー光学系２００において暗視野照明を用いて検査する方法を例示したフローチャート図である。図７のステップＳ４１に示すように、第３照明光学系２３０において照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明する。光源ＬＳから出射した照明光ＬＬが試料ＳＭＰの少なくとも一部を透過するように、第３照明光学系２３０において照明光ＬＬで試料ＳＭＰを暗視野照明してもよい。

【0108】

次に、ステップＳ４２に示すように、第３照明光学系２３０によって照明された試料ＳＭＰからの光を第２検出光学系２２０の第２対物レンズ２１６で集光する。次に、ステップＳ４３に示すように、第３照明光学系２３０及び第２検出光学系２２０の暗視野観察による試料ＳＭＰからの光を第２検出器２４０で検出する。ステップＳ４１では、第３照明光学系２３０の照明旋回軸２３５によって、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの主軸の角度を変更してもよい。

【0109】

次に、本実施形態の検査装置１の効果を説明する。本実施形態の検査装置１は、低倍率の暗視野観察による検査光学系１００と、高倍率の明視野観察または暗視野観察によるレビュー光学系２００とを一体化させている。これにより、試料ＳＭＰの欠陥の検出速度と検出感度とを共に向上させることができる。

【0110】

例えば、高倍率の明視野の検査とレビューを兼ねた光学系を用いていたが、倍率を上げるとスループットが低下し、検査可能な深さが浅くなり、倍率を下げると検査感度も低下するというトレードオフの関係にあった。

【0111】

これに対して、本実施形態では、検査光学系１００によって欠陥を高速に検出し、レビュー光学系２００によって非破壊で欠陥の形状等を検出することができる。よって、検査のスループットを向上させ、高感度で検査することができる。

【0112】

レビュー光学系２００は、共焦点光学系を含む。よって、試料ＳＭＰの欠陥の深さ方向の分布及び形状の検出感度を向上させることができ、セクショニング効果を有するようにすることができる。また、本来、トレードオフとされている試料ＳＭＰの欠陥の深さ方向における検出領域の拡大と、面内方向の検査感度の向上とを両立させることができる。

【0113】

検査装置１は、照明光ＬＬの波長を切り替える切替部ＬＳ２を含む。照明光ＬＬの波長によって、照明光ＬＬが到達する試料ＳＭＰ中の深さを変えるがことできる。これにより、試料ＳＭＰにおける欠陥の検出位置を試料ＳＭＰの表面から深さ方向に変化させることができる。

【0114】

第１照明光学系１１０及び第３照明光学系２３０は、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの主軸の角度を変更する照明旋回軸１１３及び２３５を有している。試料ＳＭＰが溝、柱、配線及びスペース等の周期構造を有する場合に、周期構造による回折光の影響を低減することができる。

【0115】

第３照明光学系２３０は、レンズ２３１、レンズ２３２、ミラー２３３及びレンズ２３４を含み、レンズ２３２の焦点と、レンズ２３４の焦点とは、ミラー２３３とレンズ２３４との間の集光点で一致させている。これにより、第２対物レンズ２１６の視野領域内で照明角度を均一とし、試料ＳＭＰを均一に平行光で照明することができる。

【0116】

また、第３照明光学系２３０は、レンズ２３４の位置を変化させなくても、ミラー２３３の角度変更手段２３３ａにより、試料ＳＭＰに対する照明光ＬＬの主軸の角度を変更することができる。よって、第２検出光学系２２０における第２対物レンズ２１６の近傍の狭い空間にも第３照明光学系２３０を配置させることができ、レビュー光学系２００を小型化することができる。

【0117】

また、第１検出光学系１２０及び第２検出光学系２２０は、偏光切替え部１２２及び２１７を有するので、試料ＳＭＰが溝、柱、配線及びスペース等の周期構造を有する場合に、周期構造による偏光の影響を低減することができる。

【0118】

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。また、実施形態の概要及び実施形態１の各構成は、適宜、組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0119】

１ 検査装置
１００ 検査光学系
１１０ 第１照明光学系
１１１ コリメータ
１１２ レンズ
１１３ 照明旋回軸
１２０ 第１検出光学系
１２１ 第１対物レンズ
１２２ 偏光切替え部
１３０ 第１検出器
２００ レビュー光学系
２１０ 第２照明光学系
２１１ ビームスプリッタ
２１２ レンズ
２１３ ミラー
２１３ａ 走査手段
２１４、２１５ レンズ
２１６ 第２対物レンズ
２１６ａ 駆動手段
２１７ 偏光切替え部
２１８ 第３対物レンズ
２２０ 第２検出光学系
２３０ 第３照明光学系
２３１、２３２ レンズ
２３３ ミラー
２３３ａ 角度変更手段
２３４ レンズ
２３５ 照明旋回軸
２４０ 第２検出器
３００ 処理装置
ＦＢ ファイバ
ＬＬ 照明光
ＬＳ 光源
ＬＳ１ 光源部
ＬＳ２ 切替部
ＬＳ３ スペックルキラー
ＬＳ４ 光スイッチ
ＳＭＰ 試料
ＳＴ ステージ
ＳＴ１ ステージ面
ＳＴ２ 駆動手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】