JP2002181727A - 光学検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象からの散乱光に対して確実にフィル
タ処理を行うことができるとともに、その光利用効率が
向上される光学検査装置を提供する。 【解決手段】 光照射装置１０からの検査光が測定対象
Ｓによって回折及び散乱された散乱光を、結像レンズ２
０によって撮像装置４０での結像面Ｐ２へと結像する。
このとき、フーリエ面Ｐ１近傍に配置された反射型の空
間光変調器３０によって、測定対象Ｓの周期的なパター
ン構造に応じて偏光状態を変調するとともに、偏光ビー
ムスプリッタ２１及び偏光板２２によって偏光状態を選
択して、異物や欠陥などの異常個所の像が強調されるフ
ィルタ処理を行う。これにより、測定対象Ｓの異常個所
の検査において、散乱光に対する光利用効率、及びパタ
ーンからの光成分に対する遮光能力が向上される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定のパターンを
有する半導体ウエハなどの測定対象に対して、異物や欠
陥などの異常個所の有無を光学的測定によって検査する
光学検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回路パターンが形成された半導体ウエハ
など、所定のパターンを有する測定対象に対して、異物
や欠陥などの異常個所の有無を検査する方法として、従
来、測定対象に検査光を照射し、測定対象での回折及び
散乱などによって生じる散乱光を測定する光学的測定が
用いられている。

【０００３】すなわち、回路パターンなどの周期的なパ
ターン構造を有する測定対象からの散乱光をフーリエ変
換すると、そのフーリエ光像でのスペクトルは、パター
ン構造に対応した輝点や輝線などの規則的パターンによ
るスペクトルとなる。一方、測定対象の異常個所からの
散乱光をフーリエ変換すると、そのフーリエ光像でのス
ペクトルは、光像の全体に弱い光強度で広がるランダム
パターンによるスペクトルとなる。

【０００４】これに対して、散乱光を結像レンズによっ
てそのまま結像させるのではなく、散乱光をレンズによ
って一旦フーリエ変換し、フーリエ光像の段階でフィル
タ処理を行って規則的パターンによるスペクトル成分を
遮光して除去する。そして、その後に結像光像として結
像させてＣＣＤなどの撮像装置で撮像すれば、撮像され
る結像光像では、回路パターンなどの像が極力除去され
て、異物や欠陥などの異常個所の像が強調された結像光
像が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】散乱光からなるフーリ
エ光像に対する上記したフィルタ処理には、散乱光を物
理的に遮光するワイヤを用いて、測定対象のパターンに
対応したマスクパターンを構成し、このマスクパターン
をフーリエ光像が形成されるフーリエ面上に配列する方
法を用いることができる。ここで、このようなワイヤに
よる遮光を用いた方法では、開口が小さい上、ワイヤを
用いたマスクパターンでは具体的なマスクパターンの構
成の自由度が低いという問題がある。また、ワイヤを機
械的に動かしてマスクパターンを制御する必要があるた
め、装置が故障しやすくなる原因となる。

【０００６】また、フーリエ光像に対するフィルタ処理
に用いる空間フィルタとして、液晶パネル（ＬＣＤ：Li
quid Crystal Display）や空間光変調器（ＳＬＭ：Spat
ialLight Modulator）を用いることが検討されている。

【０００７】例えば、特開平７−９２２３６号公報に、
空間フィルタとして写真乾板や透過型ＬＣＤなどを用い
た構成の光学検査装置が記載されている。しかしなが
ら、写真乾板を用いた場合、そのフィルタ処理に実時間
性がなく、検査の作業効率などの面で問題がある。ま
た、透過型ＬＣＤや透過型ＳＬＭを用いた場合には、画
素電極などの回路部分によって透過率が低下するため、
検査に用いる散乱光に対して充分な光利用効率を得るこ
とができない。

【０００８】一方、特開平７−１０３９０７号公報に、
空間フィルタとして反射型ＳＬＭを用いた構成の光学検
査装置が記載されている。この構成では、測定対象から
の散乱光の反射型ＳＬＭへの導光と、反射型ＳＬＭで変
調されて反射された変調光の撮像装置への導光とを両立
させるため、測定対象と反射型ＳＬＭとの間にハーフミ
ラーを設置している。

【０００９】しかしながら、このようなハーフミラーを
用いた構成では、測定対象からの散乱光が撮像装置に到
達するまでにハーフミラーを２回通過することとなる。
このとき、撮像装置に到達する光量は、測定対象で生じ
た散乱光の光量の１／４となるため、光利用効率が大き
く低下し、測定対象からの微弱な散乱光を効率的に測定
することができない。

【００１０】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、測定対象からの散乱光に対して確
実にフィルタ処理を行うことができるとともに、その光
利用効率が向上される光学検査装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による光学検査装置は、所定のパター
ンを有する測定対象における異常個所の有無を光学的測
定によって検査する光学検査装置であって、（１）測定
対象に対して、所定の検査光を照射する光照射手段と、
（２）検査光が測定対象によって回折及び散乱されて生
じる散乱光を結像させる結像手段と、（３）結像手段に
よって形成されるフーリエ面近傍に配置され、結像手段
から入射された散乱光からなるフーリエ光像を測定対象
のパターンに応じて変調し反射して、変調光として出射
する反射型の空間光変調器と、（４）結像手段によって
形成される結像面近傍に配置され、空間光変調器から入
射された変調光からなる結像光像を撮像する撮像手段
と、（５）結像手段からの散乱光のうち、第１の偏光状
態の光成分が空間光変調器へと透過または反射されると
ともに、空間光変調器からの変調光のうち、第２の偏光
状態の光成分が撮像手段へと透過または反射される位置
に配置された偏光ビームスプリッタと、（６）空間光変
調器からの変調光のうち、第２の偏光状態の光成分が撮
像手段へと通過される位置に配置された偏光手段と、を
備えることを特徴とする。

【００１２】上記した光学検査装置においては、散乱光
のフーリエ光像に対するフィルタ処理に用いる空間フィ
ルタとして、反射型の空間光変調器による散乱光の偏光
状態の変調と、偏光ビームスプリッタによる偏光状態の
選択とを組み合わせて用いている。ここで、反射型の空
間光変調器は、１００％近い高い反射率を実現可能であ
る。したがって、回路部分によって透過率が制限される
透過型の空間光変調器に比べて、異常個所の検査におけ
る散乱光の光利用効率が向上される。

【００１３】さらに、結像手段（測定対象）からの散乱
光の空間光変調器への導光と、空間光変調器で変調され
て反射された変調光の撮像手段への導光とを両立させる
ため、通過毎に偏光状態の選択とは別に光量が減少して
しまうハーフミラーではなく、偏光状態の選択を兼ねた
偏光ビームスプリッタを用いている。これにより、散乱
光の光利用効率がさらに向上される。

【００１４】また、測定対象のパターンからの散乱光を
遮光して異常個所を強調するための偏光状態の選択につ
いては、偏光ビームスプリッタでは充分な消光比が得ら
れずに、その遮光能力が低下する場合がある。これに対
して、上記の構成では、偏光ビームスプリッタに加えて
さらに偏光手段を設け、この両者によって偏光状態の選
択を行っている。これにより、散乱光のうちのパターン
からの光成分に対する遮光能力が向上されて、偏光状態
の選択を確実に行うことができる。

【００１５】以上により、測定対象からの散乱光を用い
た光学的測定による異常個所の検査において、散乱光に
対する光利用効率、及び測定対象のパターンからの光成
分に対する遮光能力が向上される。したがって、測定対
象からの散乱光に対して確実にフィルタ処理を行うこと
ができるとともに、その光利用効率が向上される光学検
査装置が実現される。

【００１６】ここで、偏光手段は、偏光ビームスプリッ
タと撮像手段とが挟む位置に配置されていることが好ま
しい。

【００１７】偏光ビームスプリッタによる偏光状態の選
択を補う偏光手段では、散乱光（変調光）が偏光手段を
通過（透過または反射など）するときに光の位相歪を生
じ、それによって、結像面に形成される結像光像におけ
る解像力が低下する場合がある。これに対して、この偏
光手段を、偏光ビームスプリッタよりも撮像手段側で、
より撮像手段に近い位置に配置することによって、結像
光像に対する位相歪の影響が抑制され、高い解像力を保
持することができる。

【００１８】また、空間光変調器は、光書込み型の空間
光変調器であるとともに、空間光変調器に対して、フー
リエ光像を測定対象のパターンに応じて変調するための
マスクパターン像を書き込むパターン書込手段を備える
ことを特徴とする。これにより、フーリエ光像に対する
測定対象のパターンに応じた変調を効率的に行うことが
できる。なお、書き込むマスクパターン像としては、測
定対象のパターンによるフーリエ光像をあらかじめ取得
しておき、その光像に基づいて作成したマスクパターン
像を用いることが好ましい。

【００１９】さらに、偏光ビームスプリッタは、結像手
段と空間光変調器とが挟む位置に、結像手段からの散乱
光のうち、第１の偏光状態の光成分が空間光変調器へと
透過されるとともに、空間光変調器からの変調光のう
ち、第２の偏光状態の光成分が撮像手段へと反射される
ように配置されていることを特徴とする。

【００２０】偏光ビームスプリッタでは、通常、透過に
比べて反射において消光比が低くなっており、そのた
め、偏光状態の選択が充分に行えない場合がある。これ
に対して、空間光変調器から撮像手段へと導光される変
調光に対する偏光状態の選択に、偏光ビームスプリッタ
による反射を用いるとともに、偏光手段を併用して消光
比を高めることによって、充分な遮光能力を得ることが
できる。

【００２１】あるいは、偏光ビームスプリッタは、空間
光変調器と撮像手段とが挟む位置に、結像手段からの散
乱光のうち、第１の偏光状態の光成分が空間光変調器へ
と反射されるとともに、空間光変調器からの変調光のう
ち、第２の偏光状態の光成分が撮像手段へと透過される
ように配置されていることを特徴とする。

【００２２】偏光ビームスプリッタで、反射に比べて透
過において消光比が低くなっている場合には、このよう
に、変調光に対する偏光状態の選択に、偏光ビームスプ
リッタによる透過を用いるとともに、偏光手段を併用し
て消光比を高めることによって、同様に充分な遮光能力
を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
光学検査装置の好適な実施形態について詳細に説明す
る。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号
を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比
率は、説明のものと必ずしも一致していない。

【００２４】図１は、本発明による光学検査装置の第１
の実施形態を概略的に示す構成図である。図１におい
て、符号Ｓは、所定のパターンを有するとともに、異物
や欠陥などによる異常個所の有無を検査する対象となる
測定対象を示している。測定対象Ｓとしては、具体的に
は例えば、周期的なパターン構造で回路パターンが形成
された半導体ウエハなどがある。また、この測定対象Ｓ
は、ＸＹＺ座標上で任意の位置に駆動することが可能な
載置台１１上に載置されている。

【００２５】本光学検査装置は、測定対象Ｓに対して、
所定の検査光を照射する光照射装置１０と、検査光が測
定対象Ｓによって回折及び散乱されて生じる散乱光を結
像させる結像レンズ２０と、結像レンズ２０から入射さ
れた散乱光に対して必要な変調を行う反射型の空間光変
調器３０と、空間光変調器３０から入射された変調光を
撮像する撮像装置４０とを備えて構成されている。ま
た、結像レンズ２０から、空間光変調器３０及び撮像装
置４０へと散乱光または変調光が導光される光路上に、
偏光ビームスプリッタ２１と、偏光板２２とが設置され
ている。

【００２６】光照射装置１０は、例えばＳＨＧ−ＹＡＧ
レーザ光源などのレーザ光源が用いられ、レーザ光など
の検査光が、測定対象Ｓに対して小さい照射角度θで照
射されるように設置されている。これに対して、測定対
象Ｓからの散乱光を結像させるための結像レンズ２０
は、測定対象Ｓへの検査光及びその反射光の光路から外
れた測定対象Ｓに対向する位置、図１中においては測定
対象Ｓの上方の位置に配置されている。さらに、この結
像レンズ２０の後段（図１中の上方）に、結像レンズ２
０の光軸に沿って、偏光ビームスプリッタ２１及び空間
光変調器３０が直列に配列されている。

【００２７】測定対象Ｓからの散乱光は、結像レンズ２
０を介して偏光ビームスプリッタ２１へと入射される。
この偏光ビームスプリッタ２１では、単色光が入射され
たときに、入射方向と平行な出射方向に、Ｐ偏光の光成
分が透過される。また、入射方向と垂直な出射方向に、
Ｓ偏光の光成分が反射される。図１に示した構成におい
ては、測定対象Ｓ及び結像レンズ２０からの散乱光のう
ち、第１の偏光状態であるＰ偏光の光成分が偏光ビーム
スプリッタ２１を透過されて、空間光変調器３０へと導
光される。

【００２８】空間光変調器３０は、入射された散乱光が
反射される反射型の空間光変調器であり、例えば光書込
み型のＰＡＬ−ＳＬＭが用いられる。この空間光変調器
３０は、結像レンズ２０による散乱光の結像によって形
成されるフーリエ面Ｐ１近傍に配置されており、後述す
る偏光ビームスプリッタ２１及び偏光板２２による偏光
状態の選択と合わせて、散乱光からなるフーリエ光像に
対してフィルタ処理を行う空間フィルタとして機能す
る。すなわち、空間光変調器３０は、フーリエ面Ｐ１で
形成される散乱光のフーリエ光像に対して、測定対象Ｓ
の周期的なパターン構造に応じて、パターンの像が除去
されて異物や欠陥などの異常個所の像が強調されるよう
に変調を行う。

【００２９】具体的には、図１に示した構成において
は、偏光ビームスプリッタ２１を透過されて入射された
Ｐ偏光の散乱光からなるフーリエ光像に対して、測定対
象Ｓのパターンで散乱された規則的なスペクトル成分の
偏光状態が保存されるとともに、異常個所で散乱された
ランダムなスペクトル成分の偏光状態が保存されないよ
うに、偏光状態の変調を行う。そして、得られた変調光
を反射して、偏光ビームスプリッタ２１へと出射する。
なお、空間光変調器３０の構成及び機能等については、
具体的に後述する。

【００３０】空間光変調器３０からの変調光は、偏光ビ
ームスプリッタ２１へと再び入射される。そして、空間
光変調器３０からの変調光のうち、第２の偏光状態であ
るＳ偏光の光成分が偏光ビームスプリッタ２１で反射さ
れて、撮像装置４０へと導光される。

【００３１】また、偏光ビームスプリッタ２１と撮像装
置４０とが挟む位置には、偏光板２２が配置されてい
る。この偏光板２２は、偏光ビームスプリッタ２１によ
る変調光の反射と同様に、空間光変調器３０及び偏光ビ
ームスプリッタ２１からの変調光のうち、第２の偏光状
態の光成分が透過されるように設置されている。この偏
光ビームスプリッタ２１及び偏光板２２によって、空間
光変調器３０からの変調光に対する偏光状態の選択が行
われる。

【００３２】撮像装置４０は、例えばＣＣＤカメラが用
いられ、結像レンズ２０による散乱光（変調光）の結像
によって形成される結像面Ｐ２近傍に配置されている。
この撮像装置４０は、空間光変調器３０から偏光ビーム
スプリッタ２１及び偏光板２２を介して入射された変調
光からなる結像光像を撮像する。

【００３３】また、本実施形態においては、上記した光
書込み型の空間光変調器３０に対して、測定対象Ｓのパ
ターンに応じてフーリエ光像を変調するためのマスクパ
ターン像を書き込むパターン書込部５０が設けられてい
る。このパターン書込部５０は、空間光変調器３０への
書込光を供給するレーザダイオードなどの書込用光源５
１と、空間光変調器３０へと書き込むマスクパターン像
を表示する液晶パネル（ＬＣＤ）５２と、液晶パネル５
２を透過することによってマスクパターン像が形成され
た書込用光源５１からの書込光を空間光変調器３０へと
結像する結像レンズ５３とを有して構成されている。

【００３４】空間光変調器（ＳＬＭ）３０及び液晶パネ
ル（ＬＣＤ）５２の動作は、それぞれＳＬＭ制御部６１
及びＬＣＤ制御部６２を介して、検査制御部６０によっ
て制御されている。ＳＬＭ制御部６１は、例えば、空間
光変調器３０に対して必要な電圧の印加等を行う。ま
た、ＬＣＤ制御部６２は、例えば、液晶パネル５２に対
してマスクパターン像の表示の指示等を行う。

【００３５】以上の構成において、測定対象Ｓに対して
光照射装置１０から検査光が照射されると、検査光が測
定対象Ｓによって回折及び散乱されて、散乱光を生じ
る。そして、測定対象Ｓの上方に向けて所定の角度範囲
内の散乱角度で散乱された散乱光は、結像レンズ２０及
び偏光ビームスプリッタ２１を介して反射型の空間光変
調器３０へと入射される。このとき、フーリエ面Ｐ１に
おいて、散乱光のフーリエ光像（フーリエイメージ）が
形成される。

【００３６】空間光変調器３０は、パターン書込部５０
によって書き込まれているマスクパターン像に基づい
て、フーリエ光像の各スペクトル成分（各光像部分）に
対して、上記したように偏光状態の変調を行う。そし
て、この空間光変調器３０によるフーリエ光像の偏光状
態の変調と、変調光に対する偏光ビームスプリッタ２１
及び偏光板２２による偏光状態の選択とを組み合わせる
ことによって、測定対象Ｓのパターンに応じた強度変調
によるフーリエ光像のフィルタ処理が行われる。

【００３７】このとき、結像面Ｐ２において形成される
測定対象Ｓからの散乱光の結像光像（結像イメージ）で
は、散乱光の像のうち、測定対象Ｓのパターンによる像
が極力除去（遮光）される。これにより、異物や欠陥な
どの異常個所による像が強調された結像光像が、撮像装
置４０によって撮像される。以上の光学的測定によって
得られた結像光像を用いて、測定対象Ｓにおける異物や
欠陥などの異常個所の有無が検査される。

【００３８】次に、本実施形態による光学検査装置の効
果について説明する。

【００３９】一般に、測定対象Ｓからの散乱光を用いた
光学的測定による異物や欠陥などの異常個所の検査にお
いては、異常個所からの散乱光は非常に微弱である。こ
のため、このような異常個所の有無の検査では、散乱光
に対する光利用効率、及び異常個所以外の測定対象Ｓの
パターンからの光成分に対する遮光能力を充分に高くす
ることが求められる。

【００４０】これに対して、図１に示した光学検査装置
においては、測定対象Ｓからの散乱光のフーリエ面Ｐ１
でのフーリエ光像に対し、異常個所を強調するためのフ
ィルタ処理に用いる空間フィルタとして、反射型の空間
光変調器３０による散乱光の偏光状態の変調と、偏光ビ
ームスプリッタ２１による偏光状態の選択とを組み合わ
せて用いている。ここで、反射型の空間光変調器３０
は、１００％近い高い反射率を実現可能である。したが
って、回路部分によって透過率が制限される透過型の空
間光変調器や液晶パネルに比べて、散乱光に対する光利
用効率を向上することができる。

【００４１】さらに、結像レンズ２０（測定対象Ｓ）か
らの散乱光の空間光変調器３０への導光と、空間光変調
器３０で変調されて反射された変調光の撮像装置４０へ
の導光とを両立させるため、通過毎に偏光状態の選択と
は別に光量が減少してしまうハーフミラーではなく、偏
光状態の選択を兼ねた偏光ビームスプリッタ２１を用い
ている。これにより、散乱光の余分な損失が防止される
ので、散乱光に対する光利用効率がさらに向上される。

【００４２】また、測定対象Ｓのパターンからの散乱光
を遮光して異常個所を強調するための偏光状態の選択に
ついては、偏光ビームスプリッタ２１のみでは充分な消
光比が得られずに、その遮光能力が低下する場合があ
る。すなわち、ＰＡＬ−ＳＬＭなどの空間光変調器の単
体では、約１０００の消光能力を有しているが、偏光ビ
ームスプリッタ２１の消光能力が充分でないと、全体と
しての消光能力が低下して、パターンからの光成分に対
する遮光能力が充分に得られない場合がある。

【００４３】これに対して、上記の構成では、偏光ビー
ムスプリッタ２１に加えてさらに偏光板２２を設け、こ
の両者によって偏光状態の選択を行っている。これによ
り、偏光状態の選択をより確実に行うことができ、散乱
光のうちのパターンからの光成分に対する遮光能力が向
上される。このとき、撮像装置４０によって撮像される
結像光像では、異常個所が充分に強調された光像を得る
ことができる。

【００４４】以上により、測定対象Ｓからの散乱光を用
いた光学的測定による異常個所の検査において、散乱光
に対する光利用効率、及び測定対象のパターンからの光
成分に対する遮光能力が向上される。したがって、測定
対象からの散乱光に対して確実にフィルタ処理を行うこ
とができるとともに、その光利用効率が向上される光学
検査装置が実現される。

【００４５】また、本実施形態においては、偏光ビーム
スプリッタ２１を、結像レンズ２０と空間光変調器３０
とが挟む位置に配置している。そして、結像レンズ２０
からの散乱光のうち、Ｐ偏光（第１の偏光状態）の光成
分が空間光変調器３０へと透過されるとともに、空間光
変調器３０からの変調光のうち、Ｓ偏光（第２の偏光状
態）の光成分が撮像装置４０へと反射されるように、散
乱光及び変調光が導光される光路をそれぞれ設定してい
る。

【００４６】偏光ビームスプリッタにおいては、通常、
透過に比べて反射において消光比が低くなっており、そ
のため、偏光状態の選択が充分に行えない場合がある。
そのような消光比の一例を示すと、Ｓ偏光の光に対する
透過率をＴｓ、反射率をＲｓとして、その消光比Ｔｓ／
（Ｔｓ＋Ｒｓ）が１／４００程度、また、Ｐ偏光の光に
対する透過率をＴｐ、反射率をＲｐとして、その消光比
Ｒｐ／（Ｔｐ＋Ｒｐ）が１／５０程度である。このと
き、Ｓ偏光の光成分の反射において、本来透過されるこ
とによって除去されるＰ偏光の光成分が残留してしま
う。

【００４７】これに対して、空間光変調器３０から撮像
装置４０へと導光される変調光に対する偏光状態の選択
に、偏光ビームスプリッタ２１による反射を用いるとと
もに、偏光板２２を併用して全体としての消光能力を高
めることによって、散乱光のパターンからの光成分に対
する遮光能力を充分に得ることができる。

【００４８】また、偏光板２２の配置については、図１
に示すように、偏光ビームスプリッタ２１と撮像装置４
０とが挟む位置とすることが好ましい。偏光ビームスプ
リッタ２１の前後両側にそれぞれ偏光板を設置する構成
とすることも可能であるが、上記の構成とすることによ
って、余分な光学素子を除いて、光学検査装置の構成を
簡単化することができる。

【００４９】さらに、偏光板２２の位置を、偏光ビーム
スプリッタ２１と撮像装置４０とが挟む位置とすること
によって、撮像装置４０で撮像される測定対象Ｓの結像
光像における解像力を向上させることができる。近年の
半導体ウエハ等では、形成される回路パターンは非常に
微細なものとなってきており、このような測定対象Ｓで
の異常個所を検査する場合、結像光像における解像力を
高めることが重要である。

【００５０】すなわち、結像レンズ２０による散乱光の
結像については、回折限界まで解像できるため、その解
像力は充分である。一方、結像レンズ２０から撮像装置
４０までの光路中に偏光板２２などの光学素子が設置さ
れると、散乱光（変調光）が光学素子を通過するときに
光の位相歪を生じ、それによる結像光像での解像力の低
下が問題となる。

【００５１】これに対して、偏光板２２を、偏光ビーム
スプリッタ２１よりも撮像装置４０側で撮像装置４０に
より近い位置、好ましくは撮像装置４０の直前の位置に
配置する。このとき、偏光板２２で位相歪を生じてから
撮像装置４０まで導光される距離が極力短くされるの
で、撮像装置４０で撮像される結像光像に対する位相歪
の影響が抑制されて、高い解像力を保持することができ
る。なお、このような偏光板による解像力の低下につい
て、ＵＳＡＦチャートを用いて、偏光板からＣＣＤカメ
ラまでの距離を変えて解像力の比較を行ったところ、偏
光板がＣＣＤカメラに近いほど高い解像力が得られるこ
とが確認された。

【００５２】次に、図１に示した実施形態の光学検査装
置に用いられる反射型の空間光変調器３０の構成、及び
フーリエ光像を変調してフィルタ処理を行う機能につい
て、具体的に説明する。図２は、光学検査装置に用いら
れる空間光変調器の一例を示す構成図である。なお、図
２における左・右方向は、それぞれ図１における下・上
方向に対応している。

【００５３】この空間光変調器３０は、光書込み型の空
間光変調器であり、それぞれ外側の側面に反射防止コー
ト（ＡＲコート）３１ａ、３２ａが形成されたガラス製
などの一対の透明基板３１、３２を有して構成されてい
る。これらの透明基板３１、３２は、図２に示すよう
に、それぞれ、透明基板３１が散乱光入射端（変調光出
射端）、透明基板３２が書込光入射端を構成している。

【００５４】透明基板３１及び３２の間には、透明基板
３１側から、透明電極３３、液晶層３５、誘電体多層膜
ミラー３７、光導電体層３６、及び透明電極３４が、順
次積層されている。透明電極３３、３４は、好ましくは
インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなり、この透明電極
３３、３４間には、ＳＬＭ制御部６１によって、数ボル
ト程度の交流電圧などの必要な電圧が印加される。

【００５５】散乱光入射端側の透明電極３３の内側に
は、ネマチック液晶などの光変調材料からなる液晶層３
５が設けられている。この液晶層３５は、配向層３５ａ
及びスペーサ３５ｂによって固定されるとともに、その
液晶分子が透明電極３３、３４の面に平行となるように
一様に配向されている。

【００５６】一方、書込光入射端側の透明電極３４の内
側には、アモルファスシリコンなどの光導電材料からな
る光導電体層３６が設けられている。この光導電体層３
６は、所定の波長域内の波長を有する書込光がパターン
書込部５０から入射されることによって、その各部位で
の結晶構造が書込光の光強度分布に応して可逆的に変化
し、電気抵抗が変化して導電性を示す光導電性を有す
る。

【００５７】また、液晶層３５及び光導電体層３６の間
には、誘電体多層膜ミラー３７が設けられている。この
誘電体多層膜ミラー３７としては、散乱光の波長（光照
射装置１０から供給される検査光の波長）を含む所定の
波長域の光を反射するように多層膜を形成したものが用
いられる。

【００５８】以上の空間光変調器３０の構成において、
透明基板３２側から書込光が入射されると、書込光によ
るマスクパターン像の各部位での光強度に応じて、光導
電体層３６の各部位で電気的インピーダンスが変化す
る。これにより、光導電体層３６とともに透明電極３
３、３４に挟まれている液晶層３５に対して印加される
電圧（分圧）が、その各部位において、光導電体層３６
での電気抵抗の変化に応じて変化する。

【００５９】このとき、液晶層３５の各部位における液
晶分子の向きが、それぞれ印加された電圧に応じて変化
する。すなわち、書込光によるマスクパターン像の光強
度分布に対応する複屈折率分布が液晶層３５内に誘起さ
れる。この状態で、透明基板３１側から散乱光が入射さ
れると、散乱光が液晶層３５によって受ける偏光状態の
変調は、液晶層３５の各部位における複屈折率に依存す
る。例えば、散乱光の偏光方向が液晶分子の配向方向に
４５°の角度をなすように散乱光が入射されると、散乱
光の偏光状態が変調されて出射時に変化する。

【００６０】したがって、この構成によれば、空間光変
調器３０に入射された散乱光から形成されたフーリエ光
像に対して、マスクパターン像に対応する液晶層３５の
複屈折率分布によって各スペクトル部分の変調が行われ
ることとなる。そして、変調された散乱光は、誘電体多
層膜ミラー３７で反射されて、変調光として透明基板３
１側から再び出射される。

【００６１】測定対象Ｓでの回路パターンなどの周期的
なパターンによって形成されるフーリエ光像、及びマス
クパターン像に対応した遮光パターン像の一例を、図３
（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ模式的に示す。

【００６２】メモリウエハなどの測定対象Ｓからの散乱
光では、回路パターンなどの周期的なパターン構造を有
するパターンからの散乱光成分は、フーリエ面Ｐ１にお
いて形成される散乱光のフーリエ光像ＦＰにおいて、図
３（ａ）の光像部分Ａによって例示されているように、
輝点や輝線などの規則的パターンによるスペクトルとな
る。一方、測定対象の異物や欠陥などの異常個所からの
散乱光成分は、フーリエ光像ＦＰにおいて、図３（ａ）
の光像部分Ｂによって例示されているように、光像の全
体に弱い光強度で広がるランダムパターンによるスペク
トルとなる。

【００６３】したがって、このフーリエ光像ＦＰに対し
て、規則的パターンによるスペクトルに相当する光像部
分Ａが遮光されるようにフィルタ処理を行えば、パター
ンの像が極力除去されて、異常個所の像が強調された結
像光像を得ることができる。

【００６４】そのようなフィルタ処理が可能な遮光パタ
ーン像の一例を図３（ｂ）に示す。なお、この遮光パタ
ーン像ＳＰは、空間光変調器３０による散乱光の変調
と、偏光ビームスプリッタ２１及び偏光板２２による偏
光状態の選択とによって行われる遮光のフーリエ光像上
でのパターンを、像として模式的に示したものである。

【００６５】図３（ｂ）に示した遮光パターン像ＳＰで
は、フーリエ光像ＦＰでの光像部分Ａにほぼ対応するパ
ターン部分Ｃを遮光パターンとし、一方、光像部分Ｂに
ほぼ対応するパターン部分Ｄを透過パターンとしてい
る。これによって、測定対象Ｓのパターンからの散乱光
による規則的パターンのスペクトル成分が選択的に遮光
される。

【００６６】このような遮光パターン像ＳＰの実現につ
いては、例えば、測定対象Ｓのパターンによるフーリエ
光像ＦＰをあらかじめ取得しておく。そして、その光像
に基づいて作成した遮光パターン像ＳＰに対応するマス
クパターン像を用いることが好ましい。

【００６７】具体的には、あらかじめ取得されたフーリ
エ光像ＦＰから遮光パターン像ＳＰを決定し、空間光変
調器３０に入射される散乱光の偏光状態、及び出射され
る変調光に対して偏光ビームスプリッタ２１及び偏光板
２２で選択される偏光状態とを考慮して、遮光パターン
像ＳＰが得られるマスクパターン像を作成する。そし
て、得られたマスクパターン像をＬＣＤ制御部６２によ
って液晶パネル５２に表示させて、パターン書込部５０
によって空間光変調器３０へと書き込んで、散乱光の変
調を行う。

【００６８】図４は、本発明による光学検査装置の第２
の実施形態を概略的に示す構成図である。本実施形態に
おいては、各構成要素の構成は、その配置等を除いて、
図１に示した第１の実施形態と同様である。なお、図４
においては、簡単のため、検査制御部６０、ＳＬＭ制御
部６１、及びＬＣＤ制御部６２について図示を省略して
いる。

【００６９】一方、その配置については、図１に示した
第１の実施形態においては、偏光ビームスプリッタ２１
を、結像レンズ２０と空間光変調器３０とが挟む位置に
配置しているのに対して、図４に示した第２の実施形態
においては、空間光変調器３０と撮像装置４０とが挟む
位置に、偏光ビームスプリッタ２１を配置している。そ
して、結像レンズ２０からの散乱光のうち、Ｓ偏光（第
１の偏光状態）の光成分が空間光変調器３０へと反射さ
れるとともに、空間光変調器３０からの変調光のうち、
Ｐ偏光（第２の偏光状態）の光成分が撮像装置４０へと
透過されるように、散乱光及び変調光が導光される光路
をそれぞれ設定している。

【００７０】偏光ビームスプリッタ２１で、反射に比べ
て透過において消光比が低くなっている場合には、この
ように、変調光に対する偏光状態の選択に、偏光ビーム
スプリッタ２１による透過を用いるとともに、偏光板２
２を併用して消光比を高めることによって、充分な遮光
能力を得ることができる。

【００７１】本発明による光学検査装置は、上記した実
施形態に限られるものではなく、様々な変形や構成の変
更が可能である。例えば、散乱光の変調に用いる反射型
の空間光変調器については、図２に示した構成のものに
限らず、様々なものを用いて良い。また、空間光変調器
へのマスクパターン像の書込みについては、空間光変調
器の構成に応じて適宜好適な方法を用いれば良い。

【００７２】また、偏光板の配置については、上記した
実施形態では偏光ビームスプリッタ及び撮像装置の間に
配置しているが、結像光像に対して要求される解像力な
どの条件によって、空間光変調器から撮像装置までの光
路上の様々な位置に設置して良い。

【００７３】なお、測定対象に対して照射される検査光
の偏光状態については、上記した実施形態については特
に限定されないが、偏光ビームスプリッタの配置や、偏
光状態を選択する条件などに応じて、適宜設定すること
が好ましい。

【００７４】例えば、図１に示した構成の光学検査装置
では、検査光の偏光状態をＳ偏光とすることが好まし
い。すなわち、回路パターンなどからの散乱光では、検
査光の偏光状態が比較的保存されるのに対して、異物や
欠陥などの異常個所からの散乱光では、検査光の偏光状
態は保存されにくい。したがって、検査光をＳ偏光とし
ておけば、散乱光が偏光ビームスプリッタを透過されて
空間光変調器へと入射される段階で、ある程度、異常個
所からの光成分を強調することができる。

【００７５】

【発明の効果】本発明による光学検査装置は、以上詳細
に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、
散乱光のフーリエ光像に対するフィルタ処理に、反射型
の空間光変調器による偏光状態の変調と、偏光ビームス
プリッタ及び偏光板による偏光状態の選択とを用いる上
記の光学検査装置によれば、異常個所の検査における散
乱光の光利用効率と、偏光状態の選択による遮光能力と
が向上される。したがって、測定対象からの散乱光に対
して確実にフィルタ処理を行うことができるとともに、
その光利用効率が向上される光学検査装置が実現され
る。

【００７６】このような構成の光学検査装置では、個々
の測定対象の検査に対して、空間光変調器に書き込むマ
スクパターン像を変更すれば良いので、マスクパターン
の構成の自由度が高い。したがって、様々な回路パター
ンを有する半導体ウエハなどの検査に対して、効率的に
対応することが可能である。また、光利用効率及び遮光
能力が向上されたことにより、微細なパターン構造や小
さい異常個所に対しても判別が可能となり、異常個所の
検査能力が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学検査装置の第１の実施形態を概略的に示す
構成図である。

【図２】図１に示した光学検査装置に用いられる空間光
変調器の一例を示す構成図である。

【図３】空間光変調器によるフーリエ光像のフィルタ処
理について模式的に示す図である。

【図４】光学検査装置の第２の実施形態を概略的に示す
構成図である。

【符号の説明】

１０…光照射装置、１１…載置台、２０…結像レンズ、
２１…偏光ビームスプリッタ、２２…偏光板、３０…反
射型の空間光変調器、４０…撮像装置、５０…パターン
書込部、５１…書込用光源、５２…液晶パネル、５３…
結像レンズ、６０…検査制御部、６１…ＳＬＭ制御部、
６２…ＬＣＤ制御部、３１、３２…透明基板、３１ａ、
３２ａ…反射防止コート、３３、３４…透明電極、３５
…液晶層、３６…光導電体層、３７…誘電体多層膜ミラ
ー。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA49 BB02 BB18 CC19 FF41 FF49 GG04 HH12 JJ03 JJ09 JJ26 LL04 LL20 LL21 LL33 LL37 NN08 PP12 2G051 AA51 AB01 AB07 BA10 BA11 CA03 CB06 CC07 CC11 CC20 DA07 EB01 2H042 CA06 CA14 CA17 2H049 BA01 BA05 BB01 BB03 BB05 BB63 BC23

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のパターンを有する測定対象におけ
   る異常個所の有無を光学的測定によって検査する光学検
   査装置であって、 前記測定対象に対して、所定の検査光を照射する光照射
   手段と、 前記検査光が前記測定対象によって回折及び散乱されて
   生じる散乱光を結像させる結像手段と、 前記結像手段によって形成されるフーリエ面近傍に配置
   され、前記結像手段から入射された前記散乱光からなる
   フーリエ光像を前記測定対象の前記パターンに応じて変
   調し反射して、変調光として出射する反射型の空間光変
   調器と、 前記結像手段によって形成される結像面近傍に配置さ
   れ、前記空間光変調器から入射された前記変調光からな
   る結像光像を撮像する撮像手段と、 前記結像手段からの前記散乱光のうち、第１の偏光状態
   の光成分が前記空間光変調器へと透過または反射される
   とともに、前記空間光変調器からの前記変調光のうち、
   第２の偏光状態の光成分が前記撮像手段へと透過または
   反射される位置に配置された偏光ビームスプリッタと、 前記空間光変調器からの前記変調光のうち、前記第２の
   偏光状態の光成分が前記撮像手段へと通過される位置に
   配置された偏光手段と、を備えることを特徴とする光学
   検査装置。
2. 【請求項２】 前記偏光手段は、前記偏光ビームスプリ
   ッタと前記撮像手段とが挟む位置に配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の光学検査装置。
3. 【請求項３】 前記空間光変調器は、光書込み型の空間
   光変調器であるとともに、 前記空間光変調器に対して、前記フーリエ光像を前記測
   定対象の前記パターンに応じて変調するためのマスクパ
   ターン像を書き込むパターン書込手段を備えることを特
   徴とする請求項１記載の光学検査装置。
4. 【請求項４】 前記偏光ビームスプリッタは、前記結像
   手段と前記空間光変調器とが挟む位置に、前記結像手段
   からの前記散乱光のうち、前記第１の偏光状態の光成分
   が前記空間光変調器へと透過されるとともに、前記空間
   光変調器からの前記変調光のうち、前記第２の偏光状態
   の光成分が前記撮像手段へと反射されるように配置され
   ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記
   載の光学検査装置。
5. 【請求項５】 前記偏光ビームスプリッタは、前記空間
   光変調器と前記撮像手段とが挟む位置に、前記結像手段
   からの前記散乱光のうち、前記第１の偏光状態の光成分
   が前記空間光変調器へと反射されるとともに、前記空間
   光変調器からの前記変調光のうち、前記第２の偏光状態
   の光成分が前記撮像手段へと透過されるように配置され
   ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記
   載の光学検査装置。