JP2004233163A - パターン欠陥検査方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、試料および光学系にダメージを与えることの少ない、微細な回路パターンを高い分解能で検出し、欠陥を検出する方法及び装置を提供することにある。
【解決手段】レシピを設定するレシピ設定手段３３００と、紫外レーザ光を出射するレーザ光源３と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記レシピ設定手段で設定されたレシピに応じて調整する光量調整手段４、１１と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段１４と可干渉性低減手段１７と可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系２０とを備えた照明光学系と、試料からの反射光を集光する集光光学系２０と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系１９と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号２１、２８を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置及びその方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】レシピを設定するレシピ設定手段３３００と、紫外レーザ光を出射するレーザ光源３と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記レシピ設定手段で設定されたレシピに応じて調整する光量調整手段４、１１と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段１４と可干渉性低減手段１７と可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系２０とを備えた照明光学系と、試料からの反射光を集光する集光光学系２０と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系１９と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号２１、２８を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置及びその方法である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被検査パターンの欠陥（ショートや断線など）や異物を検出するパターン検査、異物検査に係り、特に半導体ウェーハや液晶ディスプレイ、ホトマスクなどの被検査パターンにおける欠陥・異物を検査する被検査パターンの欠陥検査方法及びその装置に関する。以下、欠陥は異物を含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
被検査パターンの欠陥検査に関する従来技術としては、特開平８−３２０２９４号公報（従来技術１）が知られている。この従来技術２には、メモリマット部などのパターン密度が高い領域と周辺回路などのパターン密度が低い領域とがチップ内に混在する半導体ウェーハなどの被検査パターンにおいて、検出した画像上での明るさの頻度分布より被検査パターンの高密度領域と低密度領域との間での明るさ或いはコントラストが定めた関係となるべく、前記検出された画像信号をＡ／Ｄ変換して得られるディジタル画像信号に対して階調変換し、この階調変換された画像信号と比較する階調変化された画像信号とを位置合わせした状態で比較を行って、微細欠陥を高精度に検査する技術が記載されている。
【０００３】
また、フォトマスクのパターンを検査する従来技術としては、特開平１０−７８６６８号公報（従来技術２）において知られている。この従来技術３には、光源にエキシマレーザのようなＵＶレーザ光を用い、光路上に挿入した拡散板を回転させて可干渉性を低減させたＵＶ光をマスクに均一に照明し、得られるマスクの画像データから特徴量を計算して、フォトマスクの良否を判定することが記載されている。
【０００４】
また、ＵＶ又はＤＵＶレーザ光を用いたパターン欠陥検査装置の従来技術としては、さらに、特開２００１−１７６９４２号公報、特開２００１−１９４３２３号公報及び特開２００１−２９６５７０号公報が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３２０２９４号公報
【特許文献２】
特開平１０−７８６６８号公報
【特許文献３】
特開２００１−１７６９４２号公報
【特許文献４】
特開２００１−１９４３２３号公報
【特許文献５】
特開２００１−２９６５７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＬＳＩ製造においては、ウェーハ上に形成された回路パターンは、高集積化のニーズに対応し微細化してそのパターン幅が２００ｎｍからそれ以下になってきており、結像光学系の解像限界に達している。このため結像光学系の高ＮＡ化や光超解像技術の適用が進められている。
【０００７】
しかしながら、高ＮＡ化は、物理的に限界に達している。従って、検出に用いる波長を紫外光（ＵＶ光）や遠紫外光（ＤＵＶ光）の領域へ短波長化していくのが本質的なアプローチである。
【０００８】
ところが、パターンを転写する露光装置の光源の波長が短波長化しているため、レジストの感度もそれに対応するため、露光波長に感度が最も高い。そのため、検査波長が露光波長にきわめて近づくと、検査時にレジストが反応して、パターンの収縮、膨張が生じるなどにダメージが発生する可能性がある。一般に、ＳＥＭなどの二次電子を用いた観察では、ウェーハに与えるエネルギー密度が高いため、シュリンクと呼ばれる寸法が変化することが知られている。そのことからも、ＳＥＭと比較してエネルギー密度は低いが、照射する波長がレジストの感光波長と近いあるいは同じとなるため、影響があると考えられる。
【０００９】
また、システムＬＳＩのような、線幅の狭いメモリの部分や、ラフな配線部などが混在しているようなチップでは、検査光を照射することによって、その一部分に熱がたまり、バイメタル効果によってストレスマイグレーションと呼ばれる、パターンのはがれが生じることも懸念される。
【００１０】
さらに、最近では設計ルールが１００ｎｍ以下になると低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）の材料を使用することが必要となってきている。この低誘電率の低い材料は、膜がより柔らかくなるため機械的強度が低くなり、成膜時における密着性が低くなってしまう。そのため、上述したようにパターンのはがれが生じやすくなることになる。この低誘電率の材料としては、Ｃｕの配線にＣｕ／ＳｉＯ２やＣｕ／ＳｉＯＦなどが多く使用され、通常ＳｉＯＣやＳｉＯＮを使用してバリア層を形成する。さらに微細化するとより薄く、比伝導率が低い超低誘電率材料となり、新材料も開発され今後もより薄い材料を使用することになる。いずれにしても膜が柔らかいのは共通の特性である。その膜にもはがれのほかに、熱により拡散、不純物の紫外光による化学変化などが影響してデバイスに悪影響をもたらす可能性が考えられる。
【００１１】
また、サーマルバジェットと呼ばれる、デバイスにかけられる熱容量の限界値がある。これは、熱によるストレスを考慮してデバイス構造が変化しない時間を呼ぶ。たとえば、アニール時間や熱拡散などの行程がそれである。検査によって熱が加えられるとその限界値が越えることにより、デバイスの製造工程に影響を及ぼすことも考えられる。
【００１２】
また、検査においても、高速に検査を行う必要があるため、細く絞ったレーザビームを試料上で走査する方法は用いることはできない。逆にレーザビームを視野一杯に広げて照明を行うと、スペックルが発生し、また回路パターンのエッジ部分にリンギングと呼ばれるオーバーシュート、アンダーシュートが発生するため、良質の画像を得ることができない。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、紫外光又は紫外レーザ光を用いて検査対象となるデバイスにダメージを与えること無く、微細な回路パターンを高い分解能で高速に検出し、欠陥を検出するパターン欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、上記パターン欠陥検査方法及びその装置を用いて、超微細な半導体デバイスを製造することができるようにした半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定手段と、紫外レーザ光を出射するレーザ光源と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記レシピ設定手段で設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて調整する光量調整手段と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段と該照明範囲形成手段で形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段と該可干渉性低減により可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系とを備えた照明光学系と、試料からの反射光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置（パターン欠陥観察装置も含む）及びその方法である。
【００１６】
また、本発明は、検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定手段と、該レシピ設定手段によって設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて紫外レーザ光の光量を算出する光量算出手段と、紫外レーザ光を出射するレーザ光源と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記光量算出手段で算出された光量に調整する光量調整手段と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段と該照明範囲形成手段で形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段と該可干渉性低減により可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系とを備えた照明光学系と、試料からの反射光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置（パターン欠陥観察装置も含む）及びその方法である。
【００１７】
また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、さらに、前記検出光学系の検出器で検出された検出画像信号に基づいて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する画像処理部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記レシピ設定手段は、レシピ設定画面を有することを特徴とする。また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記光量調整手段は、前記レーザ光源から出射した紫外レーザ光をＯＮ／ＯＦＦに近い状態に制御可能な光学要素を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記光量調整手段は、前記レーザ光源から出射した紫外レーザ光をＯＮ／ＯＦＦに近い状態に制御可能な光学要素を有し、ＯＦＦに近い時間を任意に制御可能に構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記光量調整手段は、透過光量を可変するフィルタを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、光源に紫外光源または紫外レーザ光源を用い、光路中に紫外光または紫外レーザ光のスペックルの発生を抑制する手段を設け、スペックルによる可干渉性を低減させた紫外光を対象物表面に照射して、対象物の像を検出するようにした。ここで、紫外光は、遠紫外光も含むものとする。この紫外光のスペックルの発生を抑制する手段として、本発明では拡散板を配置し、光軸とほぼ垂直な向きに、光束と相対的な運動をさせる手段を設けるようにした。また、パターンコントラストを向上させるため、レーザの偏光状態が自在に制御できることに着目し、照明光の偏光の向き、楕円率を制御し、検出光の一部偏光成分を検出することを可能とした。
【００２１】
即ち、本発明では、上記目的を達成するために、パターン欠陥検査装置を、紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光等を出射する光源と、光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光を遮断する光路遮断手段と、この光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の光軸を計測する手段と、この光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の光量を調整する光量調整手段と、この光量調整手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の照明範囲を形成する照明範囲形成手段と、この照明範囲形成手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光を可干渉性を低減して試料上に照射する照射手段と、この照射手段によりレーザを照射された試料を撮像して画像信号を検出する画像検出手段と、この画像検出手段で検出した試料の画像信号に関する情報に基いて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えて構成した。
【００２２】
また、本発明は、紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光を出射する光源と、この光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の光量を調整する光量調整手段と、この光量調整手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の照明範囲を形成する照明範囲形成手段と、この照明範囲形成手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の可干渉性を低減して対物レンズを介して試料上に照射する照射手段と、該照射手段により可干渉性が低減されて照射された試料を前記対物レンズを介して撮像して画像信号を検出する画像検出手段と、該画像検出手段で検出された検出画像信号に関する情報に基いて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置である。
【００２３】
また、本発明では、上記パターン欠陥検査装置において、レーザ光若しくは紫外レーザ光の偏光の状態を制御させる偏光手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明では、上記パターン欠陥検査装置において、画像検出手段で検出した試料の画像信号を処理する画像処理手段を有し、直径３００ｍｍ相当のウエハを１時間あたり３枚以上のスループットに相当する速度で処理して、試料に形成されたパターンに対し１００ｎｍ程度以下の欠陥を含んで検出する構成とした。
【００２５】
また、本発明は、レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を試料の状態に応じて光量調整手段で調整し、該調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を照明範囲形成手段で形成し、該形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を可干渉性低減手段で低減し、該可干渉性が低減された紫外光束を照射光学系で試料上に照射する照明ステップと、試料からの反射光を集光光学系で集光し、該集光された反射光の回折光を回折光制御光学系で制御し、該制御して得られる試料からの反射光像を検出器で撮像して画像信号を検出する検出ステップとを有することを特徴とするパターン欠陥検査方法である。
【００２６】
また、本発明では、パターン欠陥検査方法において、可干渉性を低減した紫外レーザ光を直径３００ｍｍ相当のウエハ上に照射し、この紫外レーザ光を照射されたウエハを撮像してウエハの画像を検出し、この検出した紫外レーザ光を照射されたウエハの画像を処理してウエハに形成されたパターンの１００ｎｍ程度以下の欠陥を１時間あたり３枚以上ウエハのスループットで検出するようにした。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる被検査パターンの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。図１は、本発明に係わる装置の一実施例を示す図である。ステージ２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ（回転）ステージから構成され、被検査パターンの一例である半導体ウエハ（試料）１を載置するものである。
【００２８】
照明光学系は、照明光源３、光量調整手段の一つであるＯＮ／ＯＦＦに近い状態に切替えることのできるシャッタ４、光軸ずれを調整するミラー６、７、光量調整手段の一つであるＮＤフィルタ１１、ビームエキスパンダ１３、多点２次光源を形成する照明範囲形成光学系１４、ＮＡ（σ）を調整する開口絞り１５、可干渉性低減光学系１７および分割プリズム１８や対物レンズ２０等から構成される照射光学系で構成される。
【００２９】
照明光源３は、試料１には、７０ｎｍ程度以下のデザインルールのパターンが形成されている関係で、例えば波長２６６ｎｍや波長３５５ｎｍの紫外あるいは遠紫外レーザ光源で構成する。紫外レーザ光源としては、固体のＹＡＧレーザを非線形光学結晶等で波長変換して基本波の第３高調波（３５５ｎｍ）や、第４高調波（２６６ｎｍ）を発生する装置で構成される。また、波長１９３ｎｍ、波長１９５ｎｍあるいは波長２４８ｎｍなどのレーザ光源を使用してもかまわない。さらに、レーザ光源として存在するならば１００ｎｍ以下の波長でも良く、解像度が益々向上することになる。また、レーザの発振形態は、連続発振でも、パルス発振でも構わないが、ステージを連続走行させて被対象物１からの画像を検出する関係で、連続発振が好ましい。ステージ２は、ステージ制御回路３５によって図示しない方法によりＸ、Ｙ、θ方向の制御が可能である。Ｚステージ２’はＺステージ制御回路３６によって図示しない方法によりＺ方向の制御が可能である。
【００３０】
照明光源３からの光束Ｌ１は、シャッタ４によって光路を通過（ＯＮ）、遮断（ＯＦＦ）に近い状態に切替えられることが可能である。シャッタ４は駆動制御回路５により任意の時間で移動制御が可能である。なお、シャッタ４としては、光束Ｌ１を完全に遮断する必要はなく、遮断に近い状態（光量を著しく減少する）になればよい。即ち、シャッタ４としては、時間的に光量が著しく変化できるものであればよい。また、シャッタ４としては、光偏向器等の光音響変換器（ＡＯＭ）で構成し、該光音響変換器を駆動制御回路５で駆動して光の偏向等を変化させて光量を瞬時に著しく変化できるものであればよい。
シャッタ４を通過した光束Ｌ１は、ミラー６とミラー７により光束Ｌ１の光軸を上下左右に調整可能である。ミラー６とミラー７は図示しない方法で上下左右方向に移動可能である。光路分割ミラー９は光束Ｌ１の一部光量を取り出し可能であり、その反射光を分割センサ１０に投影するように設置する。ミラー制御回路８は、分割センサ１０で光束ＬＩの光軸の位置を検出し、その位置が所定の位置から変化したときにミラー６とミラー７を移動制御することが可能である。図２７には分割センサ１０の実施例を示す。分割センサ１０は例えば４分割のセンサとする。センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力はアンプ回路１０ｄに送られ、図示しない方法によって信号１０ｅがミラー制御回路８に送られる。例えば、光束Ｌ１が中心であるときには、分割センサ１０の中央に照射され、位置Ｌ１ａとなる。このときには、各センサの出力が同じとなるため、ミラー制御回路８に信号１０ｅは送られない。光束Ｌ１が変動によって移動し、位置Ｌ１ｂあるいは位置Ｌ１ｃとなった場合には、センサの出力が変動するため、ミラー制御回路８に信号１０ｅを送ることになり、その照射している位置から変動方向、変動量が判断でき、図示しない方法によってミラー６とミラー７を移動し、常に位置Ｌ１ａになるように制御することで、照明光源３から出射される光束Ｌ１の光軸ずれを防止できる。
【００３１】
次に、光束Ｌ１の光量は、光量を制限するＮＤフィルタ１１により検査に必要な光量に制御される。ＮＤフィルタ１１は図示しない方法によりＮＤフィルタ制御回路１２の指令により駆動制御可能である。このＮＤフィルタ１１に遮光に近いフィルタを備えることによって、シャッタ４の機能も備えることが可能となる。要するにＮＤフィルタ１１も光偏向器も含めてシャッタ４も切替え速度の点では違いがあるが、光量を時間的に調整することができる点（光量調整手段）では同じである。なお、本実施例では、検査中の光量調整はＮＤフィルタ１１で行い、観察時の光量調整（遮断に近い状態を作る）は光偏向器も含むシャッタ４で行うものとする。
【００３２】
次に、光束Ｌ１は、ビームエキスパンダ１３により対物レンズ２０の瞳２０ａの大きさになるように拡大される。次に、該拡大された光束は、照明範囲形成光学系１４により試料１上の照明範囲が形成される（決定される）。次に、対物レンズ２０の瞳２０ａに入射するＮＡが開口絞り１５によって制限される。即ち、開口絞り１５は、対物レンズ２０の瞳２０ａと共役の位置に設置し、瞳２０ａに入射するＮＡを制限するものである。開口絞り１５は図示しない方法で開口絞り制御回路１６の指令により駆動制御可能である。
【００３３】
次に、光束は、可干渉性低減光学系１７を透過し、分割プリズム１８により対物レンズ２０に光束を導く。可干渉性低減光学系１７は、照明光源３から出射されるレーザ光の可干渉性を低減するものである。この可干渉性低減光学系１７は、時間的あるいは空間的コヒーレンスを低減するものであれば良い。可干渉性低減光学系１７としては、例えば、照明光源３からのレーザビームを対物レンズ２０の瞳２０ａ上で走査するための機構で構成することができる。
分割プリズム１８は、場合により偏光ビームスプリッタで構成され、照明光源３からの照明光を反射させて対物レンズ２０を通して試料１に対して例えば明視野照明を施すように構成している。このように分割プリズム１８から対物レンズ２０までの光学系を照射光学系と称する。分割プリズム１８を偏光ビームスプリッタで構成すると、照明光の偏光方向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過する作用をもつ。従って、照明光源３にレーザ光を用いると、元々偏光レーザ光であるため、分割プリズム１８によってこのレーザ光を全反射させることが可能となる。
【００３４】
試料からの回折像を制御する手段である偏光素子群１９は、試料と共役な位置あるいはその近傍に設置される。上記偏光素子群１９は、照明光及び反射光の偏光方向を制御して、パターンの形状、密度差により、反射光がイメージセンサ２１へ明るさむらとなって到達しないように、照明光の偏光比率を図示しない方法で任意に調整する機能を有するもので、例えば、１／２、１／４波長板で構成される。この１／２波長板、および１／４波長板の各々を光軸回りに回転制御して回転角を設定することによって、試料１上に形成された回路パターンから発する反射光の偏光状態、即ち、反射光の回折光が制御されることになり、例えば、０次回折光を減衰させ、高次回折光を殆ど減衰させることなくイメージセンサ２１によって検出でき、その結果パターンのコントラストが飛躍的に向上し、安定した検出感度を得ることができる。即ち、偏光素子群１９は、反射光の回折光を制御する回折光制御手段を構成する。
【００３５】
照明光は、照射光学系を構成する対物レンズ２０により試料１に照明され、その反射光を再び対物レンズ（集光光学系）２０によって取り込む。その反射光は、結像レンズ２２及びリレーレンズ２３によってのイメージセンサ２１に結像するように構成する。即ち、結像光学系としては、結像レンズ２２及びリレーレンズ２３によって構成される。イメージセンサ２１は、試料上換算で、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の画素寸法を有し、被検査パターンの一例である試料１からの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡画像信号を出力するものである。ところで、対物レンズ２０としては、屈折型のレンズでもよいが、反射型の対物レンズを用いてもよい。
【００３６】
さらに、分割プリズム１８と結像レンズ２２の光路中にビームスプリッタ２４を設け、その反射光をレンズ２５により例えばＣＣＤカメラのような検出器２６によって対物レンズ２０の瞳２０ａを観察可能にする。例えば、検出器２６による対物レンズ２０の瞳２０ａの観察によって、前述した光源の光軸ずれを防止することができる。図２８には検出器２６による瞳２０ａの観察の実施例を示す。
検出器２６には瞳２０ａの検出像２６ａが撮像されている。この断面Ａ−Ａでは波形２６ｂが検出される。例えば、光軸が一致している状態でこの波形２６ｂの重心位置２６ｃを求めることによって。ビームスプリッタ２４は反射を例えば５％程度になるようにし、ほとんどが透過光となるような光学特性を持たせることによって検査光量に影響しないようにする。
【００３７】
さらに結像レンズ２２とリレーレンズ２３の光路中にミラー（切替光学系）２７を挿入する。ミラー２７で反射した光束は、例えば結像レンズ２２の結像位置に設けられたＣＣＤカメラのような検出器２８に導かれる。すなわち、検出器２８によって試料１の像が観察可能となる。検出器２８は検出器制御回路２９によって撮像のタイミングを制御可能である。なお、このミラー２７は挿入／排出機構（図示せず）によって光路中に挿入あるいは排出可能である。検査時にはこのミラー２７を排出し、検査光量に影響しないようにする。このように、結像レンズ２２とイメージセンサ２１との間にリレーレンズ２３が配置されているので、検出器２８とイメージセンサ２１とでは、結像倍率を変えて撮像することが可能となる。検出器２８で撮像する際にはミラー２７が光路に挿入され、イメージセンサ２１で撮像する際にはミラー２７が光路から排出され、切り替えて使用可能となる。特に、観察（レビュー）する時、拡大画像を取りたい場合には、検出器２８で検出する画像の倍率を増大させればよい。
さらに、検出絞り３０を対物レンズ２０の瞳２０ａと共役位置に設置する。検出絞り３０は図示しない方法によって、検出絞り制御回路３１により検出時における瞳２０ａの径を制御可能である。イメージセンサ２１は駆動測度、タイミングなどの指令をイメージセンサ制御回路３２によって制御可能である。
【００３８】
さらに、試料１の表面と対物レンズ２０の焦点位置を常に合わせるため自動焦点検出系３３を対物レンズ２０の周辺に設置し、自動焦点検出系３３によって試料１の高さを検出し、その高さを高さ検出回路３４によって計測し、Ｚステージ制御回路３６に高さの偏差を入力することでＺステージ２’を制御して試料１の高さを合せることができる。
本体制御回路５０は、前述したすべての制御回路の制御とイメージセンサ２１からの信号を処理するものである。
なお、これらの光学系は、光学架台（図示せず）上に展開し、光源および照明光学系、検出光学系及びイメージセンサなどの光学系を一体化して構成する。その光学架台は、例えば門型のようにし、ステージ２の移動範囲に干渉しないような配置でステージ２を設置した定盤等に設置される。そのため、温度変化、振動等による外乱に対し、安定した検出が可能となる。
【００３９】
以上の構成により、照明光源３より出射された紫外光（例えば紫外レーザ光）Ｌ１は、ミラー６、７で反射され、光量を制限するＮＤフィルタ１１を透過し、ビームエキスパンダ１３で拡大され、可干渉性低減光学系１７、分割プリズム１８、および偏光素子群１９を介して対物レンズ２０に入射し、試料（半導体ウエハ）１上に照射される。即ち、紫外光は、対物レンズ２０の瞳２０ａに集光された後、試料１の上にケーラー照明される。試料１からの反射光は、試料１の垂直上方より対物レンズ２０、偏光素子群１９、分割プリズム１８、および結像レンズ２２、リレーレンズ２３を介してイメージセンサ２１で検出される。
【００４０】
検査時は、ステージ２を走査して試料１を等速度で移動させつつ、焦点検出系３３で、試料１の被検査面のＺ方向位置を常に検出し、対物レンズ２０との間隔が一定になるようにＺステージ２’をＺ方向に制御する。イメージセンサ２１は、試料１上に形成された被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を高精度で検出する。
【００４１】
以上説明したように、試料の表面に可干渉性を低減させた紫外レーザ光を照射し、該紫外レーザ光が照射された前記試料の表面を撮像して画像信号を得、該画像信号を処理することにより試料上の１００ｎｍ以下の欠陥を検出し、該検出した１００ｎｍ以下の欠陥の試料上の位置に関する情報を出力することによって、試料上に形成されたパターンの欠陥を検査することが可能となる。
【００４２】
図２は、本発明に係わる装置の本体制御回路５０の一実施例を示す図である。
本体制御回路５０は、Ａ／Ｄ変換器２００、階調変換部２０１、画像フィルタ２１５、遅延メモリ２０２、位置合わせ部２０３、局所階調変換部２０４、比較部２０５、ＣＰＵ２１２、画像入力部２０６、散布図作成部２０７、記憶手段２０８、表示手段２０９、出力手段２１０、および入力手段２１１等で構成される。
ここで、Ａ／Ｄ変換器２００、階調変換部２０１、画像フィルタ２１５、遅延メモリ２０２、位置合わせ部２０３、局所階調変換部２０４及び比較部２０５を画像処理部とする。
【００４３】
Ａ／Ｄ変換器２００は、イメージセンサ２１から得られる濃淡画像信号２１’をディジタル画像信号に変換して試料の画像信号を出力するものである。例えば１０ビットのものが使われる。階調変換器２０１は、Ａ／Ｄ変換器２００から出力される１０ビットディジタル画像信号に対して特開平８−３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施すものである。即ち、階調変換器２０１は、対数変換や指数変換、多項式変換等を施し、画像を補正するものであり、例えば８ビットディジタル信号で出力するように構成される。画像フィルタ２１５は、階調変換され補正された画像から、紫外光で検出された画像の特徴的なノイズを効率良く除去するフィルタである。遅延メモリ２０２は、デジタル参照画像信号を記憶する記憶部であり、画像フィルタ２１５からのデジタル画像信号を、繰り返される半導体ウエハを構成する１セル又は複数セルピッチまたは１チップまたは複数チップ分記憶して遅延させるものである。ここで、セルはチップ内のパターンの繰返し単位である。なお、画像フィルタ２１５は遅延メモリ２０２を通過した後でもよい。位置合わせ部２０３は、階調変換器２０１から出力される階調変換が施されたデジタル画像信号（試料から得られるデジタル検出画像信号）２１３と遅延メモリ２０２から得られるデジタル遅延画像信号（基準となるデジタル参照画像信号）２１４との位置ずれ量を正規化相関によって検出して画素単位に位置合わせを行なう部分である。局所階調変換部２０４は、特徴量（明るさ、微分値、標準偏差、テクスチャ等）の異なる信号を、該特徴量が一致するように双方若しくは一方の画像信号について階調変換する部分である。比較部２０５は、局所階調変換部２０４で階調変換されたデジタル画像信号（検出画像信号と参照画像信号）同士を比較して特徴量の相違に基いて欠陥を検出する部分である。即ち、比較部２０５は、遅延メモリ２０２から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した参照画像信号と検出した検出画像信号を比較する。即ち、画像処理部は、比較結果に関する情報（差画像あるいは該差画像を判定閾値で判定された特徴量）をＣＰＵ２１２に出力することになる。試料１上における配列データ等の座標を、キーボード、ディスク等から構成された入力手段２１１で入力しておくことにより、ＣＰＵ２１２は、試料１上における配列データ等の座標に基づいて、欠陥検査データ（欠陥についての位置及び寸法に関する情報）を作成して記憶手段２０８に格納する。この欠陥検査データは、必要に応じてディスプレイ等の表示手段２０９に表示することもでき、また出力手段２１０に出力することもできる。また、ステージ２などの各種駆動部分を検査条件や、検査状態に応じて制御をすることが可能である。なお、比較処理部２０５の詳細は、特開昭６１−２１２７０８号公報に示したもの等でよく、例えば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を２値化する不一致検出回路、２値化された出力より面積や長さ（投影長）、座標などを算出する特徴抽出回路からなる。画像入力部２０６は、位置合わせ部２０３で画素単位で位置合わせされた両画像の散布図を作成するために、同期或いは非同期で入力する部分である。散布図作成部２０７は、画像入力部２０６で入力された両画像について、カテゴリ別の検出画像の特徴量と参照画像の特徴量との間の散布図を作成し、例えば表示手段２０９に表示するものである。なお、画像処理部は、複数のアルゴリズムを搭載し、自動的に或いは指定によりこれらのアルゴリズムや判定しきい値を選択可能とした複数で構成してもよい。
【００４４】
図３は、本発明に係わる装置における画像処理の流れの一例を示す。画像フィルタ２１５の一例を説明する。まず、入力された画像２８０、２８０’に対し、必要に応じてノイズの除去と画質の改善を行い、Ｓ／Ｎを向上させる。ノイズ除去（ステップ２８１）には各種フィルタが用意され、対象物やノイズの質に応じて選択可能となっている。その例を挙げると、近傍の値を、重みをつけて用いる方法である。実際には着目画素に対してｎ×ｍの近傍の値にフィルタ係数をかけて加算するものである。
【００４５】
図４は本発明に係わる装置における画像処理のフィルタ処理の一例を示す。図４ではｍ＝ｎ＝３とし、各近傍画素値の重みが１／８の場合である。着目画素の値は（式１）となる。
【００４６】
Ｆ（ｉ、ｊ）＝Ｂ・１／８＋Ｄ・１／８＋Ｆ・１／８＋Ｈ・１／８＋Ｅ・１／２ （式１）
フィルタのサイズ、係数はルックアップテーブルを用いてフレキシブルに変えることができる。もう１つの例としてメディアン・フィルタがある。これは設定した近傍内の輝度値の中央値をとるものであり、特異点の影響を除去することができる。また、別の例はガウス関数を用いる。これは、まず画像ｆ（ｘ、ｙ）に対して平均０、分散σ２の２次元ガウス関数（式２）を（式３）によりたたみ込むことによって画像の平滑化を行う。
【００４７】
Ｇ（ｘ、ｙ）＝（１／２πσ２）・ｅｘｐ（−（ｘ２＋ｙ２）／２σ２） （式２）
【００４８】
【数１】
また、別の例ではフーリエ変換を利用し規則的に生じるノイズを除去することも可能である。
【００４９】
次にノイズの除去により劣化した画像を復元する（ステップ２８２）。その１つの例としてウィーナ・フィルタにより復元を行う。これは入力後の画像ｆ（ｘ、ｙ）と復元後の画像ｆ’（ｘ、ｙ）との平均２乗誤差が最小となるような画像を与えるものである。
【００５０】
更に、比較する検出画像２８０と参照画像２８０’間で見え方に大きな違いがないかを調べる。この評価指標としては、コントラスト、明るさのばらつき（標準偏差）、ノイズ成分の周波数などの特徴量がある。画像間でこれらの特徴量を演算し（ステップ２８３）、画像間でこれら演算された特徴量を比較して大きな差があれば（ステップ２８４）、まずは、これらの特徴量が近くなるような画像補正（画像の合わせ込み）（ステップ２８５）を行う。これは上記のウィーナ・フィルタを検出画像２８０と参照画像２８０’間で用いてもよい。また、検出処理において、感度低下判定を行い（ステップ２８６）、特徴量の合わせ込みができないレベルにあるときは、比較部２０５にて感度を低下させ、虚報の発生を押さえるようにする。
なお、画像処理部５０での詳細な欠陥算出方法については、特開２００１−１９４３２３号公報に示したもの等で実現可能である。
【００５１】
次に、照明光源３について説明する。高解像化のためには短波長化を行うことが必要であるが、その効果が最も得られる紫外の波長領域において高照度の照明を得る手段としてレーザを光源とするのが適していると考えられる。以上のように、紫外レーザ光を光源とすることには大きなメリットが存在する。本発明では、紫外レーザ光による照明を行う方法を示す。
【００５２】
図５には、通常の白色光で照明した場合の対物レンズ２０の瞳と視野の照明状況を示した。図中（ａ）は瞳を、（ｂ）は視野を示す。瞳１００での位置では光源の像１０１が結像し、視野１０２の位置では視野全体１０３にほぼ均一に照明される。
【００５３】
次に、図６には、レーザ光源で照明した場合を示す。同様に図中（ａ）は瞳を、（ｂ）は視野を示す。レーザの場合は、光源が小さいスポットであるため、（ａ）に示す瞳１００での光源像１０４は点になる。（ｂ）に示す視野１０２では視野中心にのみ照明１０５されることになる。たとえば同図（ｃ）のような断面のパターン１０６の場合、（ｄ）のような検出波形を持った像となる。このように回路パターン１０６をレーザ光で照明して回路パターンの画像を取得する場合、エッジ部分にオーバーシュート１０７、アンダーシュート１０８が発生したり、スペックル１０９が発生する。その原因は照明のσが小さいためである。このことは、対物レンズ２０下の視野に対して照明を様々な角度から行っていないものということができる。通常の白色光の照明では、瞳上にある大きさを持った照明を行い、視野に対して対物レンズのＮＡ（開口数）に匹敵する角度範囲を持った方向から照明を行っている。レーザ光のごとき可干渉（コヒーレンスを有する）をもつ光では、σ（瞳上での光源の大きさに比例する）は０となる。これは、可干渉な光は、その光源像が点であるため、瞳１００上での像が点になってしまうためである。もちろん、図７（ａ）のごとく、別なレンズ系により広げた光束１１０を瞳１００上に投影し、（ｂ）に示すごとく視野１０２の全体１１１にほぼ均一に照明することはできるが、レーザ光そのものにコヒーレンスがあるため、σ＝０の位置からすべての光がでているのと同じ結果（図６（ｂ）に示す１０５）を得てしまい、問題の解決とはならない。従って、レーザ光のコヒーレンスを低減する手段が必要となる。コヒーレンスを低減するには、時間コヒーレンスか空間コヒーレンスかのいずれかを低減させればよい。
【００５４】
そこで、本発明に係わる装置の可干渉性低減光学系１７によるコヒーレンス低減の原理説明図を図８に示す。同図（ａ）において、対物レンズ２０の瞳１００（２０ａ）において照明光を１１２の位置で照明し、次に１１２’の位置で、次に１１２”の位置で、…最後に１１２’”というように瞳２０ａ内を走査し、同図（ｂ）に示す視野１０２上を照明１１３となるようにする。これは、図５で説明した通常の白色光の照明での結果と同様の効果を得ることになる。また、同図（ｃ）に示すように、瞳１００上で渦巻き状１１４に走査してもよい。また、同図（ｄ）に示すように、瞳１００上で２次元に走査１１５してもよい。この間、各位置でスペックルとオーバーシュート、アンダーシュートの像が得られるが、得られた時刻がそれぞれ異なるために互いに干渉性はない。従って、それらをイメージセンサ２１上で加算若しくは積算すると、インコヒーレントな光源によるものと同じ像を得ることになる。イメージセンサ２１上で加算若しくは積算するためには、イメージセンサ２１は、試料上（視野上）換算で、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の画素寸法を有し、ＣＣＤのように蓄積型の検出器（具体的にはＴＤＩセンサ）が適している。即ち、蓄積型のイメージセンサとして、１次元センサを使うことを考える。
【００５５】
図９に示すようにイメージセンサ２１として１次元センサを用いる場合、視野１０２の全面を照明しても、検出に寄与する照明は領域３０１だけで、それ以外の光パワーの大部分を占める領域３００では検出に寄与しないことになる。そこで、照度を向上させるためには、図１０に示すように１次元センサに対して領域３０２のように線状の照明を行うと良いことになる。本発明では、イメージセンサ２１として、ＣＣＤセンサの中でも時間遅延積分形、即ちＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ＆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）式のセンサを用いることで構成する。ＴＤＩセンサの場合、短手方向には、視野上でＮ段（数十〜２５６段程度あるいは１０００段程度）のステージと呼ばれる受光部が並び、長手方向にはそのステージが複数個ならんで一元センサを形成する。
【００５６】
次に、照明範囲形成光学系１４について図１１を用いて具体的に説明する。即ち、図１１に示すように、ビームエキスパンダ１３出射後の照明範囲形成光学系１４にホモジナイザ３０３を使用することで、矩形の照明を実現可能である。ホモジナイザ３０３は、長方形のレンズアレイ３０４を複数配置したものを使用する。長辺Ｌと短辺ｌの差によって矩形の照明が可能である。Ｌ＝ｌの場合は円形照明となる。ところで、２次点光源を形成するレンズアレイ３０４の長辺及び短辺方向のそれぞれのピッチを変えることにより、試料上で長方形の照明範囲を変えることが可能となる。このように、レンズアレイ３０４を複数個（多数個）配置することによって、瞳上で複数（多数）の２次点光源を実現できるため、試料に対して照明むらを押さえることが可能である。
【００５７】
次に、光量を制限するＮＤフィルタ１１について図１２を用いて具体的に説明する。図１２（ａ）はＮＤフィルタ１１の配置を示した図、図１２（ｂ）はＮＤフィルタ１１の回転角度と透過率の関係を示した図である。レーザ光源３からの光束Ｌ１は、レーザ光源の安定化のため、最大出力で照射される。そのため、イメージセンサ２１に到達する光量を制限する必要がある。図１２（ａ）において、レーザ光源３からの光束はミラー６、７を反射してＮＤフィルタ１１に通過する。このとき、ＮＤフィルタ１１が光束に対して直角であった場合、その反射光は、再度ミラー６、７を反射してレーザ光源３の内部に戻ることになる。すると、レーザ光源３の共振器内でレーザ光が干渉し、レーザ出力が不安定になることになる。そこで、ＮＤフィルタ１１の光軸を光束に対して角度αだけ傾ける。角度αは、ＮＤフィルタ１１の入射面から反射した光束Ｒがレーザ光源３のレーザ出射口に直接戻らない角度に設定すれば良い。ＮＤフィルタ１１としては、例えば図１２（ｂ）に示すように透過率が回転角度によって変化するものを使用する。なおＮＤフィルタ１１は、矢印方向に回転可能であり、ＮＤフィルタ制御回路１２によって所定の回転角度で固定が可能である。
【００５８】
次に、開口絞り系１５について図１３を用いて具体的に説明する。図１３（ａ）には、本発明における開口絞り１５の一実施例を示す。開口絞り１５は、光束が透過する径ｄ１を変更することが可能である。ｄは対物レンズ２０の瞳２０ａの径と同じであり、ｄ１＝ｄが照明シグマ１に相当する。開口絞り１５の位置は、対物レンズの瞳２０ａ位置と共役な位置であり、照明シグマを変更することになる。検査レシピ又はレビューレシピとして設定される対象となる試料１の表面形状によって、本体制御回路５０のＣＰＵ１２１は、開口絞り制御回路１６を介して上記開口絞り１５の径ｄ１を任意に設定することが可能である。また、開口絞り１５を輪帯形状（擬似輪帯形状も含む）にすることも可能である。図１３（ｂ）には輪帯照明を実現するときの開口絞り１５ａを示す。内シグマｄ２と外シグマｄ３の組み合わせは自由とし、これらを組み合わせて使用すれば、さらに解像度の高い検出が実現可能である。
【００５９】
次に、可干渉性低減光学系１７の第１の実施例について図１４乃至図１６を用いて説明する。本第１の実施例では、レーザ光路中に照明光を拡散させる拡散板７０２を設置する方式でコヒーレンシ低減を実現している。図１４に示すように、コヒーレンシ低減光学系１７は、照明範囲形成光学系１４での点光源群をレンズ６００、６０１、６０２、６０３により対物レンズ２０の瞳２０ａ上に結像させ、レンズ６０１とレンズ６０２との光路中に拡散板７０２を挿入して構成される。拡散板７０２はモータ７０３により回転可能である。拡散板７０２は、試料１と共役付近６０７に設置する。なお、７００及び７０１はミラーで構成される。そして、拡散板７０２の形状を図１５に示す。図１５（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は拡散面の詳細図である。図１５（ｃ）は、同図（ａ）の断面Ｘ−Ｘを示したものである。拡散板７０２は、表面から観察すると、粒径が０．１ｍｍ程度の大きさで、多角形の形状あるいは円形である粒状７０４、７０５、７０６をランダムに配置して形成することが望ましい。また、断面も粒径に応じ、凹凸の量もランダムな形状をしていることが望ましい。この拡散板７０２をイメージセンサ２１の蓄積時間内で高速に回転させることで多数のレーザ光を瞳２０ａ上でランダムに走査（偏向）させて光干渉性を完全に無くすことが可能である。高速回転をさせる方法としては、モータ７０３にエアータービンモータを用いることで数ｋＨｚの回転数を実現することが可能である。しかしながら、数ｋＨｚの回転数を実現するためには、拡散板７０２とモータ７０３の取り付け状態によっては偏芯が生じて回転時に振動が生じてしまい、装置そのものの精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、拡散板７０２の回転数がイメージセンサ２１の蓄積時間に達しなくてもよい低速の回転数で実現可能な方法を提案する。図１６には、拡散板７０２の回転数と画像ノイズとの関係を示す。横軸は拡散板７０２の回転数であり、右方向は高速回転に相当する、縦軸は画像ノイズを示し、上方向はノイズが大きいことに相当する。画像ノイズとは、試料１上におけるコヒーレンシに相当するものである。実際にイメージセンサ２１で画像を取得し、波形７０７はそのときのランダムノイズを測定したものである。コヒーレンシが大きい場合は、画像ノイズが大きくなることになり、小さい場合は、十分にコヒーレンシが低減されていることに相当する。同図において、拡散板７０２の回転数を高速にすると画像ノイズは小さくなっていくことがわかる。画像ノイズは、欠陥判定におけるノイズ以下であればよいため、許容範囲内での回転数を設定すればよいことになる。この回転数は、イメージセンサ２１の蓄積時間の約１／４相当である。
【００６０】
次に、可干渉性低減光学系１７の第２の実施例について図１７を用いて説明する。本第２の実施例は、第１の実施例における拡散板７０２の位置に回転位相板７５０を設置したものである。図１７には回転位相板７５０の構成を示す。図１７（ａ）は正面図、同図（ｂ）は詳細を示した図、図１７（ｃ）は、同図（ａ）の断面Ｘ−Ｘを示した図である。位置７５１では、位相が変化しないような回転位相板の厚さ（λ）とする。段差を例えば、段差７５４では位相差（１／２λ）、段差７５２では（１／４λ）、及び段差７５３では（３／４λ）…だけずらして作成する。これらの、深さの異なる多数の段差をランダムに施す。この回転位相板７５０を、図１４に示したように拡散板７０２の変わりにモータ７０３に固定し、回転させることで、多数のレーザ光の位相を各段の深さに応じて変化させる（ランダムに位相変調させる）ことができるため、対物レンズ２０の瞳２０ａ上で走査されるのと同等になり、レーザの干渉性を低減することが可能である。
また、図１７（ｄ）に段差の上面を平坦ではなく突起状にした例を示す。突起の上面をそれぞれ、位置７５１’では、位相が変化しないような高さとし、段差７５４’では位相差１／２λ、段差７５２’では１／４λ、及び段差７５３’では３／４λ…だけずらして作成する。同様にレーザ光の位相を各段の深さに応じて変化させることができるため、レーザの干渉性を低減することが可能であり、かつ突起の角度が異なるため、光束が拡散する効果もあり、さらなるコヒーレンシの低減が可能である。
【００６１】
可干渉性低減光学系１７の第３の実施例について図１８を用いて説明する。本第３の実施例は、光源の像を走査する手段として共振型のガルバノミラーを使用した実施例である。照明光源３からの光束をレンズ６００により対物レンズ１４の瞳２０ａと共役な位置６０６に作成する。さらに、反射光をレンズ６０１とレンズ６０２により次の共役位置６０６’に作成する。この反射光をレンズ６０３により、対物レンズ２０の瞳２０ａに結像する。この共役位置６０６に上下方向に揺動可能なガルバノミラーａ６０５を、共役位置６０６’に左右方向に揺動可能なガルバノミラーｂ６０５’を設置する。なお、レンズ６０２とレンズ６０３の間には試料１と共役位置６５０が作成される。
【００６２】
次に、共振型のガルバノミラーの他の実施例を図１９に示す。ガルバノミラー６０５、６０５’の各々は、図１９に示すように、固定となる部分と揺動する部分を一体整形して作成される。すなわち、固定側６０８と６０９から張り出したバー６１０、６１０’によって揺動可能な面６０７が形成される。面６０７の表側には、コイル６１１を形成されている。コイル６１１の両端は、磁石６１２、６１３である。コイル６１１に電流６１４を流すことにより、磁石６１２、６１３と反発し、面６０７が該バー６１０、６１０’を回転中心として揺動する構造となっている。なお、面６０７の裏側はレーザ光を全反射するコーティングを施し、ミラーの役目を果たしている。一定の電流を流すと、裏側にミラー面を有する面６０７は一定の周波数で揺動することが確認されている。図２０に周波数特性を示す。共振周波数を横軸に、揺動角度を縦軸に示す。ピークを持つ周波数は、１０００Ｈｚから５０００Ｈｚで任意の周波数とする。この周波数を制御するためには、前述したバー６１０、６１０’の幅を変えることにより実現可能である。もちろん、１０００Ｈｚ以下の周波数も可能である。所定の周波数で揺動角度が最大となるような特性で製作する。図２１に電流値と揺動角度の関係を示す。電流を横軸に、揺動角度を縦軸に示す。流す電流に応じて、揺動角度も制限可能である。図１８のように配置したガルバノミラーでは、光束を上下左右に動作するため、同じ共振周波数の図１９に示すガルバノミラーを配置することが望ましい。
【００６３】
なお、ガルバノミラーの共振周波数は、イメージセンサ２１の蓄積時間に同期させることが望ましい。イメージセンサ２１は、駆動周波数と短手方向のステージ段数の積の時間で画像を取得する。例えば、駆動周波数が３００ＫＨｚとし、ステージ段数が５００段とした場合、６００Ｈｚで画像を取得することになる。
揺動する共振型のガルバノミラーの周波数が６００Ｈｚとなるように特性を設定すれば、蓄積時間で、一回転の揺動が実現可能である。または、共振型のガルバノミラーが製作時のばらつきなどにより、周波数が例えば６１１Ｈｚ等のように理想的な周波数と異なった場合は、イメージセンサ２１の駆動周波数を３０５．５ＫＨｚのように変更すれば、蓄積時間で、一回転の揺動が実現可能である。すなわち、イメージセンサでの画像取得時間と共振型のガルバノミラーの周波数をどちらかで合わすことによって、理想的な揺動と画像取得が可能となる。
【００６４】
次に、このようにＵＶ光、特にＤＵＶ光を検出できるイメージセンサ２１としてのＴＤＩセンサの実施例について説明する。図２２に表面反射型センサを示す。照明光源３として、ＤＵＶレーザ光源を使用する場合は、ＤＵＶに対して感度のあるイメージセンサを使用する必要がある。表面照射型イメージセンサ２００は、入射光１５０はカバーガラス１５１を透過し、ゲート１５４を通過してＣＣＤ１５５に入るため、短波長の入射光が減衰し４００ｎｍ以下の波長に対して感度がほとんどなく、ＤＵＶ光の有効検出はできない。
【００６５】
そこで、カバーガラスに有機薄膜コーティングを施し、ＤＵＶ光が入射されるとそれに応じて可視光を発光するようにすることで、可視光にしか感度のないイメージセンサでＤＵＶ光を検出する方法がある。図２３には有機薄膜コーティング方式のイメージセンサを示す。有機薄膜コーティング方式のイメージセンサ２０１は、カバーガラス１５１に有機薄膜コーティング１５２を施し、入射光１５０の透過光を有機薄膜コーティング面１５２で蛍光１５３を発するため、可視光でしか感度のない表面照射形イメージセンサでもＤＵＶ光を検出可能となる。図２４にその分光特性を示す。分光特性１５６は、通常の表面照射型イメージセンサ２００の特性である。４００ｎｍ以下の波長に対して感度がない。分光特性１５７は、有機薄膜コーティング方式のイメージセンサ２０１の特性である。４００ｎｍ以下の波長に対して感度が付加されるようになる。
【００６６】
さらにＤＵＶ光に対して感度をよくするためには、裏面照射型イメージセンサを使用すればよい。図２５に裏面照射型イメージセンサの構造を示す。裏面照射型イメージセンサ２０２は、入射光１５０はカバーガラス１５８を透過して、ゲート構造のない薄くした裏側１５９を通してＣＣＤに光が入射する。そのため、ゲート１６０を通過することがないため、図２４に示すように、分光特性１６１となり、量子効率が高く（例えば、３０％以上）ダイナミックレンジが大きくとれ（例えば、３０００以上）、４００ｎｍ以下の波長にも感度があり、２００ｎｍを切るような短波長照明に特に有利である。このようなイメージセンサの場合、いくつかの照明波長を用いるときも、ひとつのイメージセンサで対応可能である。また、イメージセンサをＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：時間遅延積分型）にすることで、感度を大きくすることができる。さらに、アンチブルーミングの特性をもたせることで、必要以上の検出光量が得られたときに、周囲の画素に電荷があふれるという課題を解決できる。このように、検査時の波長にもっとも量子効率のよいイメージセンサを用いることが望ましい。
【００６７】
さらに、紫外光による高解像度化に加え、前述したように偏向素子群１９を図示しない方法によって制御して試料からの周波数をフィルタリングすることにより、イメージセンサ２１で撮像するパターンのコントラストを向上することができる。パターンコントラストを向上させるため、偏向素子群１９の制御によって、紫外レーザ光の偏光状態を自在に制御できることに着目し、照明光の偏光の向き、楕円率を制御し、イメージセンサ２１で検出光の一部偏光成分を検出することを可能とした。紫外レーザ光による照明の特徴に単一波長であるということと、直線偏光であるということがある。このため、光路内に設けた偏光素子群１９に１／２波長板と１／４波長板とすることで、高効率にその偏光状態を制御することができる。制御は、例えば光軸を中心に１／２波長板と１／４波長板を回転すればよい。試料の形状によっては、照明の偏光状態によりパターンコントラストが大きく変化するため、偏光状態を制御可能（波長板を回転させて位置決め）とすることにより光学系の性能を向上することができる。より具体的には、偏光素子群１９の１／２波長板で直線偏光の向きを制御し、１／４波長板で楕円率を変えることができる。これにより、検出感度の向上が図れる。これらの組み合せにより、平行ニコルと直交ニコルも実現できる。勿論、円偏光状態も実現できる。なお、これらは、照明波長自体には依存しない。
【００６８】
また、上記概念が成立すれば、実現するための構成は任意のものでよい。勿論、対物レンズ２０の瞳２０ａと共役な位置に、空間フィルタを配置し、０次光を減衰させてもよい（空間フィルタにより、パターンからの回折光をブロックし、異物からの散乱光をイメージセンサに導くこともできる）。しかしながら、偏光を制御すると、高次の回折光をより効率的に抽出できる。発明者らの実験によると、約２０〜３００％コントラストが向上することが判明している。
【００６９】
次に、０次光を減衰する実施例について説明する。図２６に検出絞り３０の実施例を示す。検出絞り３０は対物レンズ２０の検出時における瞳２０ａを制限するものである。図２６（ａ）には検出絞り３０の全体図を示す。Ｄは瞳２０ａの大きさに相当する。外絞りＤ１、内絞りＤ２それぞれ図示しない方法で大きさを変更可能である。図２６（ｂ）は通常の状態を示し、外絞りＤ１を最大に解放し、内絞りＤ２を排除した状態であり、瞳２０ａでの全光束を検出できる。図２６（ｃ）は外絞りＤ１を最大に解放し、内絞りＤ２を３０’に設定した状態である。これによって、瞳２０ａの中央部分の光量を制限可能となる。すなわち、前述したように０次光を減衰させることに相当する。図２６（ｄ）は外絞りＤ１を３０”に設定し、内絞りＤ２を排除した状態である。これによって、瞳２０ａの周辺部分の光量を制限可能となり、対物レンズ２０のＮＡ（σ）を制限したことと同じ状態を作成することができる。これは、解像度を低下することになることから、試料１からのスポット的な反射光、すなわち配線を形成した試料１を検出するときに生じるグレインと呼ばれるものを抑制する効果がある。すなわち、スポット的な反射光は高次の回折光を発生することが多く、それを検出しなければグレインの影響を押さえることが可能である。解像度を低下することは高次の回折光を検出しないことになるため、図２６（ｄ）に示したような検出瞳３０の状態に設定することで効果がある。
【００７０】
上記の構成において、動作を説明する。図２９に試料がレジストで形成された場合の検査における線幅の変化の一例を示す。横軸は検査時の照明光量であり、右方向に照明光量が少なくなる。縦軸は、試料の線幅の変化であり、上方向に線幅の変化が大きい。検査レシピとしてＣＰＵ２１２に入力されて設定される、このような特性をもつ試料においては、ＣＰＵ２１２はＮＤフィルタ１１の透過光量を算出し、該算出された透過光量に基づいて例えばＮＤフィルタ制御回路１２によりＮＤフィルタ１１を制御して、線幅の変化の許容値よりも少ない照明光量で検査を行えば、試料に対して影響のない検査が可能である。また、レジスト以外にも照明光量に対して、線幅あるいは表面形状に対して、影響があると考えられる薄膜、金属膜などで形成された試料（検査レシピとしてＣＰＵ２１２に入力されて設定される）に対しても同様の特性があると考えられるため、例えばＮＤフィルタ１１を制御することにより、それらにおいても変化の許容値よりも少ない照明光量で検査を行えば、試料に対して影響のない検査が可能である。そのためには、本体制御回路５０のＣＰＵ２１２は、検査時において照明光を試料に必要以上に照射しないように光量調整手段１１、４を制御すれば良い。
【００７１】
さらに、光学系（特に照明光学系）においても光を透過させることによって、光学部品のダメージが懸念されたり、試料にダメージが生じたりするので、本体制御回路５０において、図３３及び図３４に示すレシピ設定手段を構成するレシピ設定画面３３００ａ、３３００ｂにおいて設定された検査条件及びレビュー条件を基にＣＰＵ２１２からの指令に基づいて検査時および観察時（レビュー時）において画像を取り込む期間のみ駆動制御回路５によりシャッタ４を開くように制御すればよい。
【００７２】
即ち、レシピ設定手段で設定される試料（半導体素子）の種類に応じて設計データによって決まるチップの配列データに基づく照明光の照射と検査の関係を示した一実施例を図３０に示す。図３０（ａ）は試料の形状（チップの配列データ）を示したもので、試料１はパターン１ａが描画されておりこのパターン部１ａをイメージセンサ２１から検出される画像信号を基に検査する。図３０（ｂ）はステージ２のＸ方向の移動パターンである。検査方向はＸ方向とし、隣の検査エリアに移動する方向をＹ方向とする。図３０（ｃ）はシャッタ４の開閉パターンの一例を示す。同図において、検査開始位置からＸ方向にステージ２を移動する。パターン１ａの開始位置Ａを、本体制御回路５０からシャッタ駆動回路（シャッタ制御回路）５に与え、光源３の光が試料１に照射するようにシャッタ４を開側に移動する。ステージ２は本体制御回路５０からの指令に基づいてステージ制御回路３５によりＸ方向に移動し、パターン１ａの終了位置Ｂに到達したら、光源３の光が試料１に照射しないように駆動制御回路５により光偏向器を含むシャッタ４を閉側に移動する。次に、次列の検査のため、本体制御回路５０からの指令に基づいてＹ方向にステージを移動する。その後、Ｘ方向にステージを移動して、同様にパターン１ａの開始位置でシャッタ４の開閉動作を行う。図３０（ａ）の太線で描いた部分１０００ではシャッタ４を開き、細線１００１の部分ではシャッタ４を閉じる。このような本体制御回路５０からの指令に基づくシャッタ動作によって、必要部分でのみ光学系（特に照明光学系）に光を透過させないため、光学系のダメージを必要最小限に抑制することが可能である。即ち、シャッタ４を閉じるとき、完全に遮断する必要はなく、照射光量が著しく少なくなればよい。
【００７３】
また、検査時以外にも試料にダメージを与える可能性がある。例えば、検査条件を設定するために、パターンの配置、形状を確認するため、あるいは検査結果を確認するための観察時（レビュー時）である。検査時においては、高速のスキャン動作によって試料１に照射する光量でダメージを与えることは少ないが、検出器２８等を用いた観察時には試料１を静止させて画像を取得することになるため、照明光を試料１に照射する時間が長時間となる。そこで、図３４に示すレシピ設定手段を構成するレビューレシピ設定画面３３００ｂにおいてＣＰＵ２１２に対して設定されるパターンの配置、形状や検査結果を確認するための観察位置（レビュー位置）において、観察画像を取り込む時間Ｔだけシャッタ４を開くようにＣＰＵ２１２からの指令に基づいて制御すればよい。即ち、上記確認するための観察時（レビュー時）における照明光の照射と観察の関係を示した一実施例を図３１に示す。図３１（ａ）はステージ２の移動タイミングであり、同図（ｂ）はシャッタ４の駆動パターンを示す。例えば、図３１（ａ）において、ステージ２が観察位置に移動し、再度ステージ２が移動するタイミング１００４とする。ステージ２が停止した位置が観察位置とすると、図３１（ｂ）に示すタイミング１００５で、シャッタ駆動回路５を動作させ、シャッタ４を開閉する。即ち、シャッタ４を閉じるとき、完全に遮断する必要はなく、照射光量が著しく少なくなればよい。その時間は、検出器２８として例えばＣＣＤカメラを用いた場合にはその１回の蓄積時間Ｔを開の時間とする。必要な観察位置でのみ試料１に対して光を照射することによって、試料１に照射する光量を制限可能である。もちろん、この光量は試料１に対してダメージを与える光量ではない。
【００７４】
さらに、レビューレシピとして設定される、検査後における検査結果が正解であるかの確認のため、例えば検出器２８を用いて本体制御回路５０において観察する場合がある。その場合、その結果が焦点位置を変化させて（例えばＺステージ２’の移動させて）、観察することが考えられる。その場合、幾度も同じ場所を確認すると試料１に対して光が照射され続けることになるため、試料１にダメージを与えることになる。図３２に焦点位置が変化したときの照明光の照射と観察の関係とを示した一実施例を示す。図３２（ａ）はＺステージ２’の移動タイミングであり、同図（ｂ）はシャッタ４の駆動パターンを示す。例えば、同図（ａ）において、Ｚステージ２’が観察位置に移動し、タイミング１００６で連続移動するとする。（ｂ）に示すタイミング１００７で、シャッタ駆動回路５を動作させ、シャッタ４を開閉する。即ち、シャッタ４を閉じるとき、完全に遮断する必要はなく、照射光量が著しく少なくなればよい。そのとき検出器２８で観察される画像を逐次メモリ２２０に蓄えておくことで、焦点移動時の試料１の変化が本体制御回路５０において観察できることになる。再度、レビューレシピとして設定される、この位置で観察が必要となった場合、再度試料１に光を照射することなく、焦点が変化した位置で観察が可能となり、試料１に対するダメージを与えることがなくなる。
【００７５】
また、試料１によっては、ダメージを考慮する必要のない材料も存在する。例えば、ＳｉＮ４のような材料である。これらを検査、観察するときには上述したような制御は不要になる場合もある。本体制御回路５０のＣＰＵ２１２が、それらの材料によって、照射条件を設定し得るためには、例えば、図３３及び図３４に示す、検査条件を設定するレシピなどにおいて、その試料の状態（表面状態、材質、膜厚、ダメージ条件、チップの種類、チップの配列状態、プロセス工程など）を記憶手段２０８に記憶された設計データなどから、あらかじめ設定することで、上記照射条件を含めて検査条件を決めることが可能である。即ち、表示手段２０９に表示された図３３及び図３４に示すレシピの設定画面１００８において、上述した試料の状態を記入あるいは入力することによって、検査条件をＣＰＵ１２１に対して設定して記憶手段２０８に記憶することが可能となる。図３３は表示手段２０９に表示されて検査レシピをＣＰＵ１２１に対して入力して設定するための検査時における検査レシピ設定画面を示し、図３４は表示手段２０９に表示されてレビュー（観察）レシピをＣＰＵ１２１に対して入力して設定するためのレビュー時（観察時）におけるレビューレシピ設定画面を示す。
【００７６】
ＣＰＵ１２１は、図３３に示す、レシピ設定手段である検査レシピ設定画面３３００ａにおいて、検査条件設定用画像３３０２ａを表示し、試料の種類、試料の工程、試料の表面の材料、被検査パターンの形状および検査場所等の検査条件３３０１ａが入力されて設定され、入力されて記憶手段２０８に記憶された試料の種類毎の設計データを基に設定された試料の種類等に応じて試料上のチップ配列データを作成してウェハのマップ３３０３ａとして表示し、検査結果である欠陥サイズ、場所、カテゴリなど３３０４ａを表示する。
【００７７】
ＣＰＵ１２１は、さらに、図３４に示す、レシピ設定手段であるレビューレシピ設定画面３３００ｂにおいて、レビュー座標で指定されたレビュー画像３３０２ｂを表示し、試料の種類、試料の工程、試料の表面の材料および光量等のレビュー条件３３０１ｂが入力されて設定され、入力されて記憶手段２０８に記憶された試料の種類毎の設計データを基に設定された試料の種類等に応じて試料上のチップ配列データを作成してウェハのマップ３３０３ｂとして表示し、レビュー結果である欠陥サイズ、場所、カテゴリなど３３０４ｂを表示する。
【００７８】
このように、ＣＰＵ１２１は、検査時およびレビュー時において、レシピ設定手段で設定されたレシピ条件（検査条件およびレビュー条件）を基に、照明光学系や試料１にダメージが生じないようにステージ２の移動に対する照明条件（特に光量）を決定し、該照明条件に合うようにシャッタ４又はＮＤフィルタ１１を制御することにある。
【００７９】
次に、以上説明した被検査パターン欠陥検査装置を用いた場合の、半導体形成工程においての有効な活用方法について図３５を用いて説明する。ＬＳＩ等の半導体は、さまざまな工程を経て形成される。すなわち、各工程にて転写されたパターンが積層されてデバイスとなるが、その工程のなかで１箇所でも断線、ショートなどの欠陥があるとそれ以降の工程が不良として製作されることになる。そこで、例えば、絶縁膜形成工程３５０１で形成された絶縁膜上の欠陥を検査工程３５０２において本発明に係る被検査パターン欠陥検査装置を用いて検査して突発的な以上の有無を取得し、３５０３でそれを分析することで、例えば、絶縁膜を成膜する装置や表面を平坦に加工するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置へのフィードバックが可能となる。また、検出された欠陥部をレビューし（観察し）（３５０４）、致命欠陥でなければ、そのまま工程を通すことで不良率を低減させ、致命欠陥の場合にはレビュー装置等で不良解析を行い、不良であれば製造装置へ速やかにフィードバックをすることで大量の不良をだすことが無くなる。
【００８０】
以上説明したように、２６６ｎｍや２４８ｎｍあるいは１９２ｎｍなどの波長の紫外光を用いることによって、７０ｎｍルール程度以下のデバイスに対する欠陥検査を実現することができる。また、試料に対して必要最低限の光を照射することで、被検査対象物としてレジストや、Ｃｕダマシンなどにおけるの試料に対してダメージが懸念される材料の検査に適用することが可能となる。また、被検査対象物として、パターンがないところでも、スペックが生じないので、検出画像と参照画像とを比較しても、虚報が生じることなく、検査をすることが可能となる。
【００８１】
なお、照明光として用いている３６５ｎｍ程度以下の紫外光は、光エネルギーが高く、光学素子に照射されると、有機物などの汚染物質が紫外光のエネルギーによって分解あるいは反応して、表面に付着する。これに対しても、光学系に対して必要最低限の光を照射することで、光学系へのダメージも抑えることができる。さらに、図示しない方法で光学部品の表面に空気を強制排気する手段や、強制的に空気を吹き付ける手段を設けることにより、光学部品の劣化を防止することが可能である。
【００８２】
また、実施例においては、明視野光学系を説明したが、検出光学系に共焦点顕微鏡の構成を用いても同様の効果が得られる。
【００８３】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、レシピ設定画面３３００等のレシピ設定手段を用いて設定される検査時およびレビュー時（観察時）において、３６５ｎｍ程度以下の紫外光を試料に照射するエネルギを最小限に低減すること可能なため、短波長用のレジストに対してパターンの収縮、膨張が生じることなく検査が可能となる。
【００８４】
さらに、本発明の実施の形態によれば、レシピ設定画面３３００等のレシピ設定手段を用いて設定されるシステムＬＳＩのような、線幅の狭いメモリの部分や、ラフな配線部などが混在しているようなチップでも、３６５ｎｍ程度以下の紫外光を照射することによって、その一部分に熱がたまり、バイメタル効果によってストレスマイグレーションと呼ばれる、パターンのはがれが生じることなく、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）の材料のような柔らかく機械的強度が低くい膜のはがれのほかに、熱により拡散、不純物の紫外光による化学変化などが影響してデバイスに悪影響をもたらすこともなく、さらに、サーマルバジェットと呼ばれる、デバイスにかけられる熱容量の限界にも影響の小さくでき、高解像化に必須な短波長照明で、しかもその実用化に有利なレーザ光源により通常の放電管照明と同等以上の品質の像を、より高感度・高速に得ることができ、微細な欠陥を高感度に検出することができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、試料および光学系にダメージを与えることの少ない、微細な回路パターンを高い分解能で検出し、欠陥を検出することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の画像処理部を含む本体制御回路の一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る画像処理部の画像フィルタの処理についての説明図である。
【図４】本発明に係る画像処理部の画像フィルタの説明図である。
【図５】放電管照明による、検出対物レンズの瞳上と視野上の照明状況を示す図である。
【図６】レーザ照明による検出対物レンズの瞳上と視野上の照明状況、視野上のパターン及びそれからの検出信号を示す図である。
【図７】瞳上で広げたレーザ照明による検出対物レンズの瞳上と視野上の照明状況を示す図である。
【図８】本発明に係る可干渉性低減光学系によるコヒーレンス低減の原理説明図である。
【図９】本発明に係る視野上でのイメージセンサの検出範囲と照明領域の関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る視野上でのイメージセンサの検出範囲と照明領域の関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る照明用ホモジナイザの説明図である。
【図１２】本発明に係るＮＤフィルタ機構の一実施例の説明図である。
【図１３】本発明に係る開口絞りの実施例の説明図である。
【図１４】本発明に係る可干渉性低減光学系においてレーザ照明の空間的コヒーレンスを低減する第１の実施例の説明図である。
【図１５】本発明に係る拡散板の形状を説明する図である。
【図１６】本発明に係る拡散板の回転数とコヒーレンス（画像ノイズ）との関係を説明する図である。
【図１７】本発明に係るランダム位相板の説明図である。
【図１８】本発明に係る可干渉性低減光学系においてレーザ照明の空間的コヒーレンスを低減する第２の実施例の説明図である。
【図１９】本発明に係る共振型ミラーの説明図である。
【図２０】本発明に係る共振型ミラーの特性について説明する図である。
【図２１】本発明に係る共振型ミラーの特性について説明する図である。
【図２２】表面照射型ＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図２３】本発明に係る表面照射型ＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図２４】本発明に係るＴＤＩイメージセンサの特性を説明する図である。
【図２５】本発明に係る裏面照射型ＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図２６】本発明に係る検出絞り（検出フィルタ）を説明する図である。
【図２７】本発明に係る光軸を観察する分割センサを説明する図である。
【図２８】本発明に係る瞳観察の観察例を説明する図である。
【図２９】本発明に係る照明光量と試料の線幅の変化について説明する図である。
【図３０】本発明に係る検査時におけるステージ移動とシャッタ開閉について説明する図である。
【図３１】本発明に係る観察時（レビュー時）におけるステージ移動とシャッタ開閉について説明する図である。
【図３２】本発明に係るＺステージを移動させて観察する時におけるステージ移動とシャッタ開閉について説明する図である。
【図３３】本発明に係る検査レシピを設定する検査レシピ設定画面を説明する図である。
【図３４】本発明に係るレビューレシピを設定するレビューレシピ設定画面を説明する図である。
【図３５】本発明に係る製造工程における効果を説明する図である。
【符号の説明】
１…披検査試料、２…ステージ、３…光源、４…シャッタ、６，７…光軸ずれ調整用ミラー、１１…ＮＤフィルタ、１３…ビームエキスパンダ、１０…分割センサ、１５…開口絞り、１７…コヒーレンス低減光学系、１９…偏光素子群、２０…対物レンズ、２１…イメージセンサ、２２…結像レンズ、２３…リレーレンズ、２８…検出器、２６…瞳観察用検出器、５０…本体制御回路、２００…Ａ／Ｄ変換器、２０１…階調変換器、２０２…遅延メモリ、２０５…比較器、２１２…ＣＰＵ、２０８…記憶装置、２１５…画像フィルタ、３０３…ホモジナイザ、６０６…共振型ミラー、７０２…拡散板、７０３…モータ、７５０…回転位相板、３００３…レシピ設定画面。
【発明の属する技術分野】
本発明は被検査パターンの欠陥（ショートや断線など）や異物を検出するパターン検査、異物検査に係り、特に半導体ウェーハや液晶ディスプレイ、ホトマスクなどの被検査パターンにおける欠陥・異物を検査する被検査パターンの欠陥検査方法及びその装置に関する。以下、欠陥は異物を含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
被検査パターンの欠陥検査に関する従来技術としては、特開平８−３２０２９４号公報（従来技術１）が知られている。この従来技術２には、メモリマット部などのパターン密度が高い領域と周辺回路などのパターン密度が低い領域とがチップ内に混在する半導体ウェーハなどの被検査パターンにおいて、検出した画像上での明るさの頻度分布より被検査パターンの高密度領域と低密度領域との間での明るさ或いはコントラストが定めた関係となるべく、前記検出された画像信号をＡ／Ｄ変換して得られるディジタル画像信号に対して階調変換し、この階調変換された画像信号と比較する階調変化された画像信号とを位置合わせした状態で比較を行って、微細欠陥を高精度に検査する技術が記載されている。
【０００３】
また、フォトマスクのパターンを検査する従来技術としては、特開平１０−７８６６８号公報（従来技術２）において知られている。この従来技術３には、光源にエキシマレーザのようなＵＶレーザ光を用い、光路上に挿入した拡散板を回転させて可干渉性を低減させたＵＶ光をマスクに均一に照明し、得られるマスクの画像データから特徴量を計算して、フォトマスクの良否を判定することが記載されている。
【０００４】
また、ＵＶ又はＤＵＶレーザ光を用いたパターン欠陥検査装置の従来技術としては、さらに、特開２００１−１７６９４２号公報、特開２００１−１９４３２３号公報及び特開２００１−２９６５７０号公報が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３２０２９４号公報
【特許文献２】
特開平１０−７８６６８号公報
【特許文献３】
特開２００１−１７６９４２号公報
【特許文献４】
特開２００１−１９４３２３号公報
【特許文献５】
特開２００１−２９６５７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＬＳＩ製造においては、ウェーハ上に形成された回路パターンは、高集積化のニーズに対応し微細化してそのパターン幅が２００ｎｍからそれ以下になってきており、結像光学系の解像限界に達している。このため結像光学系の高ＮＡ化や光超解像技術の適用が進められている。
【０００７】
しかしながら、高ＮＡ化は、物理的に限界に達している。従って、検出に用いる波長を紫外光（ＵＶ光）や遠紫外光（ＤＵＶ光）の領域へ短波長化していくのが本質的なアプローチである。
【０００８】
ところが、パターンを転写する露光装置の光源の波長が短波長化しているため、レジストの感度もそれに対応するため、露光波長に感度が最も高い。そのため、検査波長が露光波長にきわめて近づくと、検査時にレジストが反応して、パターンの収縮、膨張が生じるなどにダメージが発生する可能性がある。一般に、ＳＥＭなどの二次電子を用いた観察では、ウェーハに与えるエネルギー密度が高いため、シュリンクと呼ばれる寸法が変化することが知られている。そのことからも、ＳＥＭと比較してエネルギー密度は低いが、照射する波長がレジストの感光波長と近いあるいは同じとなるため、影響があると考えられる。
【０００９】
また、システムＬＳＩのような、線幅の狭いメモリの部分や、ラフな配線部などが混在しているようなチップでは、検査光を照射することによって、その一部分に熱がたまり、バイメタル効果によってストレスマイグレーションと呼ばれる、パターンのはがれが生じることも懸念される。
【００１０】
さらに、最近では設計ルールが１００ｎｍ以下になると低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）の材料を使用することが必要となってきている。この低誘電率の低い材料は、膜がより柔らかくなるため機械的強度が低くなり、成膜時における密着性が低くなってしまう。そのため、上述したようにパターンのはがれが生じやすくなることになる。この低誘電率の材料としては、Ｃｕの配線にＣｕ／ＳｉＯ２やＣｕ／ＳｉＯＦなどが多く使用され、通常ＳｉＯＣやＳｉＯＮを使用してバリア層を形成する。さらに微細化するとより薄く、比伝導率が低い超低誘電率材料となり、新材料も開発され今後もより薄い材料を使用することになる。いずれにしても膜が柔らかいのは共通の特性である。その膜にもはがれのほかに、熱により拡散、不純物の紫外光による化学変化などが影響してデバイスに悪影響をもたらす可能性が考えられる。
【００１１】
また、サーマルバジェットと呼ばれる、デバイスにかけられる熱容量の限界値がある。これは、熱によるストレスを考慮してデバイス構造が変化しない時間を呼ぶ。たとえば、アニール時間や熱拡散などの行程がそれである。検査によって熱が加えられるとその限界値が越えることにより、デバイスの製造工程に影響を及ぼすことも考えられる。
【００１２】
また、検査においても、高速に検査を行う必要があるため、細く絞ったレーザビームを試料上で走査する方法は用いることはできない。逆にレーザビームを視野一杯に広げて照明を行うと、スペックルが発生し、また回路パターンのエッジ部分にリンギングと呼ばれるオーバーシュート、アンダーシュートが発生するため、良質の画像を得ることができない。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、紫外光又は紫外レーザ光を用いて検査対象となるデバイスにダメージを与えること無く、微細な回路パターンを高い分解能で高速に検出し、欠陥を検出するパターン欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、上記パターン欠陥検査方法及びその装置を用いて、超微細な半導体デバイスを製造することができるようにした半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定手段と、紫外レーザ光を出射するレーザ光源と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記レシピ設定手段で設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて調整する光量調整手段と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段と該照明範囲形成手段で形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段と該可干渉性低減により可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系とを備えた照明光学系と、試料からの反射光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置（パターン欠陥観察装置も含む）及びその方法である。
【００１６】
また、本発明は、検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定手段と、該レシピ設定手段によって設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて紫外レーザ光の光量を算出する光量算出手段と、紫外レーザ光を出射するレーザ光源と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記光量算出手段で算出された光量に調整する光量調整手段と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段と該照明範囲形成手段で形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段と該可干渉性低減により可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系とを備えた照明光学系と、試料からの反射光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置（パターン欠陥観察装置も含む）及びその方法である。
【００１７】
また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、さらに、前記検出光学系の検出器で検出された検出画像信号に基づいて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する画像処理部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記レシピ設定手段は、レシピ設定画面を有することを特徴とする。また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記光量調整手段は、前記レーザ光源から出射した紫外レーザ光をＯＮ／ＯＦＦに近い状態に制御可能な光学要素を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記光量調整手段は、前記レーザ光源から出射した紫外レーザ光をＯＮ／ＯＦＦに近い状態に制御可能な光学要素を有し、ＯＦＦに近い時間を任意に制御可能に構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記パターン欠陥検査装置において、前記光量調整手段は、透過光量を可変するフィルタを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、光源に紫外光源または紫外レーザ光源を用い、光路中に紫外光または紫外レーザ光のスペックルの発生を抑制する手段を設け、スペックルによる可干渉性を低減させた紫外光を対象物表面に照射して、対象物の像を検出するようにした。ここで、紫外光は、遠紫外光も含むものとする。この紫外光のスペックルの発生を抑制する手段として、本発明では拡散板を配置し、光軸とほぼ垂直な向きに、光束と相対的な運動をさせる手段を設けるようにした。また、パターンコントラストを向上させるため、レーザの偏光状態が自在に制御できることに着目し、照明光の偏光の向き、楕円率を制御し、検出光の一部偏光成分を検出することを可能とした。
【００２１】
即ち、本発明では、上記目的を達成するために、パターン欠陥検査装置を、紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光等を出射する光源と、光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光を遮断する光路遮断手段と、この光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の光軸を計測する手段と、この光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の光量を調整する光量調整手段と、この光量調整手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の照明範囲を形成する照明範囲形成手段と、この照明範囲形成手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光を可干渉性を低減して試料上に照射する照射手段と、この照射手段によりレーザを照射された試料を撮像して画像信号を検出する画像検出手段と、この画像検出手段で検出した試料の画像信号に関する情報に基いて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えて構成した。
【００２２】
また、本発明は、紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光を出射する光源と、この光源から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の光量を調整する光量調整手段と、この光量調整手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の照明範囲を形成する照明範囲形成手段と、この照明範囲形成手段から出射した紫外光、レーザ光若しくは紫外レーザ光の可干渉性を低減して対物レンズを介して試料上に照射する照射手段と、該照射手段により可干渉性が低減されて照射された試料を前記対物レンズを介して撮像して画像信号を検出する画像検出手段と、該画像検出手段で検出された検出画像信号に関する情報に基いて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置である。
【００２３】
また、本発明では、上記パターン欠陥検査装置において、レーザ光若しくは紫外レーザ光の偏光の状態を制御させる偏光手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明では、上記パターン欠陥検査装置において、画像検出手段で検出した試料の画像信号を処理する画像処理手段を有し、直径３００ｍｍ相当のウエハを１時間あたり３枚以上のスループットに相当する速度で処理して、試料に形成されたパターンに対し１００ｎｍ程度以下の欠陥を含んで検出する構成とした。
【００２５】
また、本発明は、レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を試料の状態に応じて光量調整手段で調整し、該調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を照明範囲形成手段で形成し、該形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を可干渉性低減手段で低減し、該可干渉性が低減された紫外光束を照射光学系で試料上に照射する照明ステップと、試料からの反射光を集光光学系で集光し、該集光された反射光の回折光を回折光制御光学系で制御し、該制御して得られる試料からの反射光像を検出器で撮像して画像信号を検出する検出ステップとを有することを特徴とするパターン欠陥検査方法である。
【００２６】
また、本発明では、パターン欠陥検査方法において、可干渉性を低減した紫外レーザ光を直径３００ｍｍ相当のウエハ上に照射し、この紫外レーザ光を照射されたウエハを撮像してウエハの画像を検出し、この検出した紫外レーザ光を照射されたウエハの画像を処理してウエハに形成されたパターンの１００ｎｍ程度以下の欠陥を１時間あたり３枚以上ウエハのスループットで検出するようにした。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる被検査パターンの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。図１は、本発明に係わる装置の一実施例を示す図である。ステージ２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ（回転）ステージから構成され、被検査パターンの一例である半導体ウエハ（試料）１を載置するものである。
【００２８】
照明光学系は、照明光源３、光量調整手段の一つであるＯＮ／ＯＦＦに近い状態に切替えることのできるシャッタ４、光軸ずれを調整するミラー６、７、光量調整手段の一つであるＮＤフィルタ１１、ビームエキスパンダ１３、多点２次光源を形成する照明範囲形成光学系１４、ＮＡ（σ）を調整する開口絞り１５、可干渉性低減光学系１７および分割プリズム１８や対物レンズ２０等から構成される照射光学系で構成される。
【００２９】
照明光源３は、試料１には、７０ｎｍ程度以下のデザインルールのパターンが形成されている関係で、例えば波長２６６ｎｍや波長３５５ｎｍの紫外あるいは遠紫外レーザ光源で構成する。紫外レーザ光源としては、固体のＹＡＧレーザを非線形光学結晶等で波長変換して基本波の第３高調波（３５５ｎｍ）や、第４高調波（２６６ｎｍ）を発生する装置で構成される。また、波長１９３ｎｍ、波長１９５ｎｍあるいは波長２４８ｎｍなどのレーザ光源を使用してもかまわない。さらに、レーザ光源として存在するならば１００ｎｍ以下の波長でも良く、解像度が益々向上することになる。また、レーザの発振形態は、連続発振でも、パルス発振でも構わないが、ステージを連続走行させて被対象物１からの画像を検出する関係で、連続発振が好ましい。ステージ２は、ステージ制御回路３５によって図示しない方法によりＸ、Ｙ、θ方向の制御が可能である。Ｚステージ２’はＺステージ制御回路３６によって図示しない方法によりＺ方向の制御が可能である。
【００３０】
照明光源３からの光束Ｌ１は、シャッタ４によって光路を通過（ＯＮ）、遮断（ＯＦＦ）に近い状態に切替えられることが可能である。シャッタ４は駆動制御回路５により任意の時間で移動制御が可能である。なお、シャッタ４としては、光束Ｌ１を完全に遮断する必要はなく、遮断に近い状態（光量を著しく減少する）になればよい。即ち、シャッタ４としては、時間的に光量が著しく変化できるものであればよい。また、シャッタ４としては、光偏向器等の光音響変換器（ＡＯＭ）で構成し、該光音響変換器を駆動制御回路５で駆動して光の偏向等を変化させて光量を瞬時に著しく変化できるものであればよい。
シャッタ４を通過した光束Ｌ１は、ミラー６とミラー７により光束Ｌ１の光軸を上下左右に調整可能である。ミラー６とミラー７は図示しない方法で上下左右方向に移動可能である。光路分割ミラー９は光束Ｌ１の一部光量を取り出し可能であり、その反射光を分割センサ１０に投影するように設置する。ミラー制御回路８は、分割センサ１０で光束ＬＩの光軸の位置を検出し、その位置が所定の位置から変化したときにミラー６とミラー７を移動制御することが可能である。図２７には分割センサ１０の実施例を示す。分割センサ１０は例えば４分割のセンサとする。センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力はアンプ回路１０ｄに送られ、図示しない方法によって信号１０ｅがミラー制御回路８に送られる。例えば、光束Ｌ１が中心であるときには、分割センサ１０の中央に照射され、位置Ｌ１ａとなる。このときには、各センサの出力が同じとなるため、ミラー制御回路８に信号１０ｅは送られない。光束Ｌ１が変動によって移動し、位置Ｌ１ｂあるいは位置Ｌ１ｃとなった場合には、センサの出力が変動するため、ミラー制御回路８に信号１０ｅを送ることになり、その照射している位置から変動方向、変動量が判断でき、図示しない方法によってミラー６とミラー７を移動し、常に位置Ｌ１ａになるように制御することで、照明光源３から出射される光束Ｌ１の光軸ずれを防止できる。
【００３１】
次に、光束Ｌ１の光量は、光量を制限するＮＤフィルタ１１により検査に必要な光量に制御される。ＮＤフィルタ１１は図示しない方法によりＮＤフィルタ制御回路１２の指令により駆動制御可能である。このＮＤフィルタ１１に遮光に近いフィルタを備えることによって、シャッタ４の機能も備えることが可能となる。要するにＮＤフィルタ１１も光偏向器も含めてシャッタ４も切替え速度の点では違いがあるが、光量を時間的に調整することができる点（光量調整手段）では同じである。なお、本実施例では、検査中の光量調整はＮＤフィルタ１１で行い、観察時の光量調整（遮断に近い状態を作る）は光偏向器も含むシャッタ４で行うものとする。
【００３２】
次に、光束Ｌ１は、ビームエキスパンダ１３により対物レンズ２０の瞳２０ａの大きさになるように拡大される。次に、該拡大された光束は、照明範囲形成光学系１４により試料１上の照明範囲が形成される（決定される）。次に、対物レンズ２０の瞳２０ａに入射するＮＡが開口絞り１５によって制限される。即ち、開口絞り１５は、対物レンズ２０の瞳２０ａと共役の位置に設置し、瞳２０ａに入射するＮＡを制限するものである。開口絞り１５は図示しない方法で開口絞り制御回路１６の指令により駆動制御可能である。
【００３３】
次に、光束は、可干渉性低減光学系１７を透過し、分割プリズム１８により対物レンズ２０に光束を導く。可干渉性低減光学系１７は、照明光源３から出射されるレーザ光の可干渉性を低減するものである。この可干渉性低減光学系１７は、時間的あるいは空間的コヒーレンスを低減するものであれば良い。可干渉性低減光学系１７としては、例えば、照明光源３からのレーザビームを対物レンズ２０の瞳２０ａ上で走査するための機構で構成することができる。
分割プリズム１８は、場合により偏光ビームスプリッタで構成され、照明光源３からの照明光を反射させて対物レンズ２０を通して試料１に対して例えば明視野照明を施すように構成している。このように分割プリズム１８から対物レンズ２０までの光学系を照射光学系と称する。分割プリズム１８を偏光ビームスプリッタで構成すると、照明光の偏光方向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過する作用をもつ。従って、照明光源３にレーザ光を用いると、元々偏光レーザ光であるため、分割プリズム１８によってこのレーザ光を全反射させることが可能となる。
【００３４】
試料からの回折像を制御する手段である偏光素子群１９は、試料と共役な位置あるいはその近傍に設置される。上記偏光素子群１９は、照明光及び反射光の偏光方向を制御して、パターンの形状、密度差により、反射光がイメージセンサ２１へ明るさむらとなって到達しないように、照明光の偏光比率を図示しない方法で任意に調整する機能を有するもので、例えば、１／２、１／４波長板で構成される。この１／２波長板、および１／４波長板の各々を光軸回りに回転制御して回転角を設定することによって、試料１上に形成された回路パターンから発する反射光の偏光状態、即ち、反射光の回折光が制御されることになり、例えば、０次回折光を減衰させ、高次回折光を殆ど減衰させることなくイメージセンサ２１によって検出でき、その結果パターンのコントラストが飛躍的に向上し、安定した検出感度を得ることができる。即ち、偏光素子群１９は、反射光の回折光を制御する回折光制御手段を構成する。
【００３５】
照明光は、照射光学系を構成する対物レンズ２０により試料１に照明され、その反射光を再び対物レンズ（集光光学系）２０によって取り込む。その反射光は、結像レンズ２２及びリレーレンズ２３によってのイメージセンサ２１に結像するように構成する。即ち、結像光学系としては、結像レンズ２２及びリレーレンズ２３によって構成される。イメージセンサ２１は、試料上換算で、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の画素寸法を有し、被検査パターンの一例である試料１からの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡画像信号を出力するものである。ところで、対物レンズ２０としては、屈折型のレンズでもよいが、反射型の対物レンズを用いてもよい。
【００３６】
さらに、分割プリズム１８と結像レンズ２２の光路中にビームスプリッタ２４を設け、その反射光をレンズ２５により例えばＣＣＤカメラのような検出器２６によって対物レンズ２０の瞳２０ａを観察可能にする。例えば、検出器２６による対物レンズ２０の瞳２０ａの観察によって、前述した光源の光軸ずれを防止することができる。図２８には検出器２６による瞳２０ａの観察の実施例を示す。
検出器２６には瞳２０ａの検出像２６ａが撮像されている。この断面Ａ−Ａでは波形２６ｂが検出される。例えば、光軸が一致している状態でこの波形２６ｂの重心位置２６ｃを求めることによって。ビームスプリッタ２４は反射を例えば５％程度になるようにし、ほとんどが透過光となるような光学特性を持たせることによって検査光量に影響しないようにする。
【００３７】
さらに結像レンズ２２とリレーレンズ２３の光路中にミラー（切替光学系）２７を挿入する。ミラー２７で反射した光束は、例えば結像レンズ２２の結像位置に設けられたＣＣＤカメラのような検出器２８に導かれる。すなわち、検出器２８によって試料１の像が観察可能となる。検出器２８は検出器制御回路２９によって撮像のタイミングを制御可能である。なお、このミラー２７は挿入／排出機構（図示せず）によって光路中に挿入あるいは排出可能である。検査時にはこのミラー２７を排出し、検査光量に影響しないようにする。このように、結像レンズ２２とイメージセンサ２１との間にリレーレンズ２３が配置されているので、検出器２８とイメージセンサ２１とでは、結像倍率を変えて撮像することが可能となる。検出器２８で撮像する際にはミラー２７が光路に挿入され、イメージセンサ２１で撮像する際にはミラー２７が光路から排出され、切り替えて使用可能となる。特に、観察（レビュー）する時、拡大画像を取りたい場合には、検出器２８で検出する画像の倍率を増大させればよい。
さらに、検出絞り３０を対物レンズ２０の瞳２０ａと共役位置に設置する。検出絞り３０は図示しない方法によって、検出絞り制御回路３１により検出時における瞳２０ａの径を制御可能である。イメージセンサ２１は駆動測度、タイミングなどの指令をイメージセンサ制御回路３２によって制御可能である。
【００３８】
さらに、試料１の表面と対物レンズ２０の焦点位置を常に合わせるため自動焦点検出系３３を対物レンズ２０の周辺に設置し、自動焦点検出系３３によって試料１の高さを検出し、その高さを高さ検出回路３４によって計測し、Ｚステージ制御回路３６に高さの偏差を入力することでＺステージ２’を制御して試料１の高さを合せることができる。
本体制御回路５０は、前述したすべての制御回路の制御とイメージセンサ２１からの信号を処理するものである。
なお、これらの光学系は、光学架台（図示せず）上に展開し、光源および照明光学系、検出光学系及びイメージセンサなどの光学系を一体化して構成する。その光学架台は、例えば門型のようにし、ステージ２の移動範囲に干渉しないような配置でステージ２を設置した定盤等に設置される。そのため、温度変化、振動等による外乱に対し、安定した検出が可能となる。
【００３９】
以上の構成により、照明光源３より出射された紫外光（例えば紫外レーザ光）Ｌ１は、ミラー６、７で反射され、光量を制限するＮＤフィルタ１１を透過し、ビームエキスパンダ１３で拡大され、可干渉性低減光学系１７、分割プリズム１８、および偏光素子群１９を介して対物レンズ２０に入射し、試料（半導体ウエハ）１上に照射される。即ち、紫外光は、対物レンズ２０の瞳２０ａに集光された後、試料１の上にケーラー照明される。試料１からの反射光は、試料１の垂直上方より対物レンズ２０、偏光素子群１９、分割プリズム１８、および結像レンズ２２、リレーレンズ２３を介してイメージセンサ２１で検出される。
【００４０】
検査時は、ステージ２を走査して試料１を等速度で移動させつつ、焦点検出系３３で、試料１の被検査面のＺ方向位置を常に検出し、対物レンズ２０との間隔が一定になるようにＺステージ２’をＺ方向に制御する。イメージセンサ２１は、試料１上に形成された被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を高精度で検出する。
【００４１】
以上説明したように、試料の表面に可干渉性を低減させた紫外レーザ光を照射し、該紫外レーザ光が照射された前記試料の表面を撮像して画像信号を得、該画像信号を処理することにより試料上の１００ｎｍ以下の欠陥を検出し、該検出した１００ｎｍ以下の欠陥の試料上の位置に関する情報を出力することによって、試料上に形成されたパターンの欠陥を検査することが可能となる。
【００４２】
図２は、本発明に係わる装置の本体制御回路５０の一実施例を示す図である。
本体制御回路５０は、Ａ／Ｄ変換器２００、階調変換部２０１、画像フィルタ２１５、遅延メモリ２０２、位置合わせ部２０３、局所階調変換部２０４、比較部２０５、ＣＰＵ２１２、画像入力部２０６、散布図作成部２０７、記憶手段２０８、表示手段２０９、出力手段２１０、および入力手段２１１等で構成される。
ここで、Ａ／Ｄ変換器２００、階調変換部２０１、画像フィルタ２１５、遅延メモリ２０２、位置合わせ部２０３、局所階調変換部２０４及び比較部２０５を画像処理部とする。
【００４３】
Ａ／Ｄ変換器２００は、イメージセンサ２１から得られる濃淡画像信号２１’をディジタル画像信号に変換して試料の画像信号を出力するものである。例えば１０ビットのものが使われる。階調変換器２０１は、Ａ／Ｄ変換器２００から出力される１０ビットディジタル画像信号に対して特開平８−３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施すものである。即ち、階調変換器２０１は、対数変換や指数変換、多項式変換等を施し、画像を補正するものであり、例えば８ビットディジタル信号で出力するように構成される。画像フィルタ２１５は、階調変換され補正された画像から、紫外光で検出された画像の特徴的なノイズを効率良く除去するフィルタである。遅延メモリ２０２は、デジタル参照画像信号を記憶する記憶部であり、画像フィルタ２１５からのデジタル画像信号を、繰り返される半導体ウエハを構成する１セル又は複数セルピッチまたは１チップまたは複数チップ分記憶して遅延させるものである。ここで、セルはチップ内のパターンの繰返し単位である。なお、画像フィルタ２１５は遅延メモリ２０２を通過した後でもよい。位置合わせ部２０３は、階調変換器２０１から出力される階調変換が施されたデジタル画像信号（試料から得られるデジタル検出画像信号）２１３と遅延メモリ２０２から得られるデジタル遅延画像信号（基準となるデジタル参照画像信号）２１４との位置ずれ量を正規化相関によって検出して画素単位に位置合わせを行なう部分である。局所階調変換部２０４は、特徴量（明るさ、微分値、標準偏差、テクスチャ等）の異なる信号を、該特徴量が一致するように双方若しくは一方の画像信号について階調変換する部分である。比較部２０５は、局所階調変換部２０４で階調変換されたデジタル画像信号（検出画像信号と参照画像信号）同士を比較して特徴量の相違に基いて欠陥を検出する部分である。即ち、比較部２０５は、遅延メモリ２０２から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した参照画像信号と検出した検出画像信号を比較する。即ち、画像処理部は、比較結果に関する情報（差画像あるいは該差画像を判定閾値で判定された特徴量）をＣＰＵ２１２に出力することになる。試料１上における配列データ等の座標を、キーボード、ディスク等から構成された入力手段２１１で入力しておくことにより、ＣＰＵ２１２は、試料１上における配列データ等の座標に基づいて、欠陥検査データ（欠陥についての位置及び寸法に関する情報）を作成して記憶手段２０８に格納する。この欠陥検査データは、必要に応じてディスプレイ等の表示手段２０９に表示することもでき、また出力手段２１０に出力することもできる。また、ステージ２などの各種駆動部分を検査条件や、検査状態に応じて制御をすることが可能である。なお、比較処理部２０５の詳細は、特開昭６１−２１２７０８号公報に示したもの等でよく、例えば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を２値化する不一致検出回路、２値化された出力より面積や長さ（投影長）、座標などを算出する特徴抽出回路からなる。画像入力部２０６は、位置合わせ部２０３で画素単位で位置合わせされた両画像の散布図を作成するために、同期或いは非同期で入力する部分である。散布図作成部２０７は、画像入力部２０６で入力された両画像について、カテゴリ別の検出画像の特徴量と参照画像の特徴量との間の散布図を作成し、例えば表示手段２０９に表示するものである。なお、画像処理部は、複数のアルゴリズムを搭載し、自動的に或いは指定によりこれらのアルゴリズムや判定しきい値を選択可能とした複数で構成してもよい。
【００４４】
図３は、本発明に係わる装置における画像処理の流れの一例を示す。画像フィルタ２１５の一例を説明する。まず、入力された画像２８０、２８０’に対し、必要に応じてノイズの除去と画質の改善を行い、Ｓ／Ｎを向上させる。ノイズ除去（ステップ２８１）には各種フィルタが用意され、対象物やノイズの質に応じて選択可能となっている。その例を挙げると、近傍の値を、重みをつけて用いる方法である。実際には着目画素に対してｎ×ｍの近傍の値にフィルタ係数をかけて加算するものである。
【００４５】
図４は本発明に係わる装置における画像処理のフィルタ処理の一例を示す。図４ではｍ＝ｎ＝３とし、各近傍画素値の重みが１／８の場合である。着目画素の値は（式１）となる。
【００４６】
Ｆ（ｉ、ｊ）＝Ｂ・１／８＋Ｄ・１／８＋Ｆ・１／８＋Ｈ・１／８＋Ｅ・１／２ （式１）
フィルタのサイズ、係数はルックアップテーブルを用いてフレキシブルに変えることができる。もう１つの例としてメディアン・フィルタがある。これは設定した近傍内の輝度値の中央値をとるものであり、特異点の影響を除去することができる。また、別の例はガウス関数を用いる。これは、まず画像ｆ（ｘ、ｙ）に対して平均０、分散σ２の２次元ガウス関数（式２）を（式３）によりたたみ込むことによって画像の平滑化を行う。
【００４７】
Ｇ（ｘ、ｙ）＝（１／２πσ２）・ｅｘｐ（−（ｘ２＋ｙ２）／２σ２） （式２）
【００４８】
【数１】
【００４９】
次にノイズの除去により劣化した画像を復元する（ステップ２８２）。その１つの例としてウィーナ・フィルタにより復元を行う。これは入力後の画像ｆ（ｘ、ｙ）と復元後の画像ｆ’（ｘ、ｙ）との平均２乗誤差が最小となるような画像を与えるものである。
【００５０】
更に、比較する検出画像２８０と参照画像２８０’間で見え方に大きな違いがないかを調べる。この評価指標としては、コントラスト、明るさのばらつき（標準偏差）、ノイズ成分の周波数などの特徴量がある。画像間でこれらの特徴量を演算し（ステップ２８３）、画像間でこれら演算された特徴量を比較して大きな差があれば（ステップ２８４）、まずは、これらの特徴量が近くなるような画像補正（画像の合わせ込み）（ステップ２８５）を行う。これは上記のウィーナ・フィルタを検出画像２８０と参照画像２８０’間で用いてもよい。また、検出処理において、感度低下判定を行い（ステップ２８６）、特徴量の合わせ込みができないレベルにあるときは、比較部２０５にて感度を低下させ、虚報の発生を押さえるようにする。
なお、画像処理部５０での詳細な欠陥算出方法については、特開２００１−１９４３２３号公報に示したもの等で実現可能である。
【００５１】
次に、照明光源３について説明する。高解像化のためには短波長化を行うことが必要であるが、その効果が最も得られる紫外の波長領域において高照度の照明を得る手段としてレーザを光源とするのが適していると考えられる。以上のように、紫外レーザ光を光源とすることには大きなメリットが存在する。本発明では、紫外レーザ光による照明を行う方法を示す。
【００５２】
図５には、通常の白色光で照明した場合の対物レンズ２０の瞳と視野の照明状況を示した。図中（ａ）は瞳を、（ｂ）は視野を示す。瞳１００での位置では光源の像１０１が結像し、視野１０２の位置では視野全体１０３にほぼ均一に照明される。
【００５３】
次に、図６には、レーザ光源で照明した場合を示す。同様に図中（ａ）は瞳を、（ｂ）は視野を示す。レーザの場合は、光源が小さいスポットであるため、（ａ）に示す瞳１００での光源像１０４は点になる。（ｂ）に示す視野１０２では視野中心にのみ照明１０５されることになる。たとえば同図（ｃ）のような断面のパターン１０６の場合、（ｄ）のような検出波形を持った像となる。このように回路パターン１０６をレーザ光で照明して回路パターンの画像を取得する場合、エッジ部分にオーバーシュート１０７、アンダーシュート１０８が発生したり、スペックル１０９が発生する。その原因は照明のσが小さいためである。このことは、対物レンズ２０下の視野に対して照明を様々な角度から行っていないものということができる。通常の白色光の照明では、瞳上にある大きさを持った照明を行い、視野に対して対物レンズのＮＡ（開口数）に匹敵する角度範囲を持った方向から照明を行っている。レーザ光のごとき可干渉（コヒーレンスを有する）をもつ光では、σ（瞳上での光源の大きさに比例する）は０となる。これは、可干渉な光は、その光源像が点であるため、瞳１００上での像が点になってしまうためである。もちろん、図７（ａ）のごとく、別なレンズ系により広げた光束１１０を瞳１００上に投影し、（ｂ）に示すごとく視野１０２の全体１１１にほぼ均一に照明することはできるが、レーザ光そのものにコヒーレンスがあるため、σ＝０の位置からすべての光がでているのと同じ結果（図６（ｂ）に示す１０５）を得てしまい、問題の解決とはならない。従って、レーザ光のコヒーレンスを低減する手段が必要となる。コヒーレンスを低減するには、時間コヒーレンスか空間コヒーレンスかのいずれかを低減させればよい。
【００５４】
そこで、本発明に係わる装置の可干渉性低減光学系１７によるコヒーレンス低減の原理説明図を図８に示す。同図（ａ）において、対物レンズ２０の瞳１００（２０ａ）において照明光を１１２の位置で照明し、次に１１２’の位置で、次に１１２”の位置で、…最後に１１２’”というように瞳２０ａ内を走査し、同図（ｂ）に示す視野１０２上を照明１１３となるようにする。これは、図５で説明した通常の白色光の照明での結果と同様の効果を得ることになる。また、同図（ｃ）に示すように、瞳１００上で渦巻き状１１４に走査してもよい。また、同図（ｄ）に示すように、瞳１００上で２次元に走査１１５してもよい。この間、各位置でスペックルとオーバーシュート、アンダーシュートの像が得られるが、得られた時刻がそれぞれ異なるために互いに干渉性はない。従って、それらをイメージセンサ２１上で加算若しくは積算すると、インコヒーレントな光源によるものと同じ像を得ることになる。イメージセンサ２１上で加算若しくは積算するためには、イメージセンサ２１は、試料上（視野上）換算で、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の画素寸法を有し、ＣＣＤのように蓄積型の検出器（具体的にはＴＤＩセンサ）が適している。即ち、蓄積型のイメージセンサとして、１次元センサを使うことを考える。
【００５５】
図９に示すようにイメージセンサ２１として１次元センサを用いる場合、視野１０２の全面を照明しても、検出に寄与する照明は領域３０１だけで、それ以外の光パワーの大部分を占める領域３００では検出に寄与しないことになる。そこで、照度を向上させるためには、図１０に示すように１次元センサに対して領域３０２のように線状の照明を行うと良いことになる。本発明では、イメージセンサ２１として、ＣＣＤセンサの中でも時間遅延積分形、即ちＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ＆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）式のセンサを用いることで構成する。ＴＤＩセンサの場合、短手方向には、視野上でＮ段（数十〜２５６段程度あるいは１０００段程度）のステージと呼ばれる受光部が並び、長手方向にはそのステージが複数個ならんで一元センサを形成する。
【００５６】
次に、照明範囲形成光学系１４について図１１を用いて具体的に説明する。即ち、図１１に示すように、ビームエキスパンダ１３出射後の照明範囲形成光学系１４にホモジナイザ３０３を使用することで、矩形の照明を実現可能である。ホモジナイザ３０３は、長方形のレンズアレイ３０４を複数配置したものを使用する。長辺Ｌと短辺ｌの差によって矩形の照明が可能である。Ｌ＝ｌの場合は円形照明となる。ところで、２次点光源を形成するレンズアレイ３０４の長辺及び短辺方向のそれぞれのピッチを変えることにより、試料上で長方形の照明範囲を変えることが可能となる。このように、レンズアレイ３０４を複数個（多数個）配置することによって、瞳上で複数（多数）の２次点光源を実現できるため、試料に対して照明むらを押さえることが可能である。
【００５７】
次に、光量を制限するＮＤフィルタ１１について図１２を用いて具体的に説明する。図１２（ａ）はＮＤフィルタ１１の配置を示した図、図１２（ｂ）はＮＤフィルタ１１の回転角度と透過率の関係を示した図である。レーザ光源３からの光束Ｌ１は、レーザ光源の安定化のため、最大出力で照射される。そのため、イメージセンサ２１に到達する光量を制限する必要がある。図１２（ａ）において、レーザ光源３からの光束はミラー６、７を反射してＮＤフィルタ１１に通過する。このとき、ＮＤフィルタ１１が光束に対して直角であった場合、その反射光は、再度ミラー６、７を反射してレーザ光源３の内部に戻ることになる。すると、レーザ光源３の共振器内でレーザ光が干渉し、レーザ出力が不安定になることになる。そこで、ＮＤフィルタ１１の光軸を光束に対して角度αだけ傾ける。角度αは、ＮＤフィルタ１１の入射面から反射した光束Ｒがレーザ光源３のレーザ出射口に直接戻らない角度に設定すれば良い。ＮＤフィルタ１１としては、例えば図１２（ｂ）に示すように透過率が回転角度によって変化するものを使用する。なおＮＤフィルタ１１は、矢印方向に回転可能であり、ＮＤフィルタ制御回路１２によって所定の回転角度で固定が可能である。
【００５８】
次に、開口絞り系１５について図１３を用いて具体的に説明する。図１３（ａ）には、本発明における開口絞り１５の一実施例を示す。開口絞り１５は、光束が透過する径ｄ１を変更することが可能である。ｄは対物レンズ２０の瞳２０ａの径と同じであり、ｄ１＝ｄが照明シグマ１に相当する。開口絞り１５の位置は、対物レンズの瞳２０ａ位置と共役な位置であり、照明シグマを変更することになる。検査レシピ又はレビューレシピとして設定される対象となる試料１の表面形状によって、本体制御回路５０のＣＰＵ１２１は、開口絞り制御回路１６を介して上記開口絞り１５の径ｄ１を任意に設定することが可能である。また、開口絞り１５を輪帯形状（擬似輪帯形状も含む）にすることも可能である。図１３（ｂ）には輪帯照明を実現するときの開口絞り１５ａを示す。内シグマｄ２と外シグマｄ３の組み合わせは自由とし、これらを組み合わせて使用すれば、さらに解像度の高い検出が実現可能である。
【００５９】
次に、可干渉性低減光学系１７の第１の実施例について図１４乃至図１６を用いて説明する。本第１の実施例では、レーザ光路中に照明光を拡散させる拡散板７０２を設置する方式でコヒーレンシ低減を実現している。図１４に示すように、コヒーレンシ低減光学系１７は、照明範囲形成光学系１４での点光源群をレンズ６００、６０１、６０２、６０３により対物レンズ２０の瞳２０ａ上に結像させ、レンズ６０１とレンズ６０２との光路中に拡散板７０２を挿入して構成される。拡散板７０２はモータ７０３により回転可能である。拡散板７０２は、試料１と共役付近６０７に設置する。なお、７００及び７０１はミラーで構成される。そして、拡散板７０２の形状を図１５に示す。図１５（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は拡散面の詳細図である。図１５（ｃ）は、同図（ａ）の断面Ｘ−Ｘを示したものである。拡散板７０２は、表面から観察すると、粒径が０．１ｍｍ程度の大きさで、多角形の形状あるいは円形である粒状７０４、７０５、７０６をランダムに配置して形成することが望ましい。また、断面も粒径に応じ、凹凸の量もランダムな形状をしていることが望ましい。この拡散板７０２をイメージセンサ２１の蓄積時間内で高速に回転させることで多数のレーザ光を瞳２０ａ上でランダムに走査（偏向）させて光干渉性を完全に無くすことが可能である。高速回転をさせる方法としては、モータ７０３にエアータービンモータを用いることで数ｋＨｚの回転数を実現することが可能である。しかしながら、数ｋＨｚの回転数を実現するためには、拡散板７０２とモータ７０３の取り付け状態によっては偏芯が生じて回転時に振動が生じてしまい、装置そのものの精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、拡散板７０２の回転数がイメージセンサ２１の蓄積時間に達しなくてもよい低速の回転数で実現可能な方法を提案する。図１６には、拡散板７０２の回転数と画像ノイズとの関係を示す。横軸は拡散板７０２の回転数であり、右方向は高速回転に相当する、縦軸は画像ノイズを示し、上方向はノイズが大きいことに相当する。画像ノイズとは、試料１上におけるコヒーレンシに相当するものである。実際にイメージセンサ２１で画像を取得し、波形７０７はそのときのランダムノイズを測定したものである。コヒーレンシが大きい場合は、画像ノイズが大きくなることになり、小さい場合は、十分にコヒーレンシが低減されていることに相当する。同図において、拡散板７０２の回転数を高速にすると画像ノイズは小さくなっていくことがわかる。画像ノイズは、欠陥判定におけるノイズ以下であればよいため、許容範囲内での回転数を設定すればよいことになる。この回転数は、イメージセンサ２１の蓄積時間の約１／４相当である。
【００６０】
次に、可干渉性低減光学系１７の第２の実施例について図１７を用いて説明する。本第２の実施例は、第１の実施例における拡散板７０２の位置に回転位相板７５０を設置したものである。図１７には回転位相板７５０の構成を示す。図１７（ａ）は正面図、同図（ｂ）は詳細を示した図、図１７（ｃ）は、同図（ａ）の断面Ｘ−Ｘを示した図である。位置７５１では、位相が変化しないような回転位相板の厚さ（λ）とする。段差を例えば、段差７５４では位相差（１／２λ）、段差７５２では（１／４λ）、及び段差７５３では（３／４λ）…だけずらして作成する。これらの、深さの異なる多数の段差をランダムに施す。この回転位相板７５０を、図１４に示したように拡散板７０２の変わりにモータ７０３に固定し、回転させることで、多数のレーザ光の位相を各段の深さに応じて変化させる（ランダムに位相変調させる）ことができるため、対物レンズ２０の瞳２０ａ上で走査されるのと同等になり、レーザの干渉性を低減することが可能である。
また、図１７（ｄ）に段差の上面を平坦ではなく突起状にした例を示す。突起の上面をそれぞれ、位置７５１’では、位相が変化しないような高さとし、段差７５４’では位相差１／２λ、段差７５２’では１／４λ、及び段差７５３’では３／４λ…だけずらして作成する。同様にレーザ光の位相を各段の深さに応じて変化させることができるため、レーザの干渉性を低減することが可能であり、かつ突起の角度が異なるため、光束が拡散する効果もあり、さらなるコヒーレンシの低減が可能である。
【００６１】
可干渉性低減光学系１７の第３の実施例について図１８を用いて説明する。本第３の実施例は、光源の像を走査する手段として共振型のガルバノミラーを使用した実施例である。照明光源３からの光束をレンズ６００により対物レンズ１４の瞳２０ａと共役な位置６０６に作成する。さらに、反射光をレンズ６０１とレンズ６０２により次の共役位置６０６’に作成する。この反射光をレンズ６０３により、対物レンズ２０の瞳２０ａに結像する。この共役位置６０６に上下方向に揺動可能なガルバノミラーａ６０５を、共役位置６０６’に左右方向に揺動可能なガルバノミラーｂ６０５’を設置する。なお、レンズ６０２とレンズ６０３の間には試料１と共役位置６５０が作成される。
【００６２】
次に、共振型のガルバノミラーの他の実施例を図１９に示す。ガルバノミラー６０５、６０５’の各々は、図１９に示すように、固定となる部分と揺動する部分を一体整形して作成される。すなわち、固定側６０８と６０９から張り出したバー６１０、６１０’によって揺動可能な面６０７が形成される。面６０７の表側には、コイル６１１を形成されている。コイル６１１の両端は、磁石６１２、６１３である。コイル６１１に電流６１４を流すことにより、磁石６１２、６１３と反発し、面６０７が該バー６１０、６１０’を回転中心として揺動する構造となっている。なお、面６０７の裏側はレーザ光を全反射するコーティングを施し、ミラーの役目を果たしている。一定の電流を流すと、裏側にミラー面を有する面６０７は一定の周波数で揺動することが確認されている。図２０に周波数特性を示す。共振周波数を横軸に、揺動角度を縦軸に示す。ピークを持つ周波数は、１０００Ｈｚから５０００Ｈｚで任意の周波数とする。この周波数を制御するためには、前述したバー６１０、６１０’の幅を変えることにより実現可能である。もちろん、１０００Ｈｚ以下の周波数も可能である。所定の周波数で揺動角度が最大となるような特性で製作する。図２１に電流値と揺動角度の関係を示す。電流を横軸に、揺動角度を縦軸に示す。流す電流に応じて、揺動角度も制限可能である。図１８のように配置したガルバノミラーでは、光束を上下左右に動作するため、同じ共振周波数の図１９に示すガルバノミラーを配置することが望ましい。
【００６３】
なお、ガルバノミラーの共振周波数は、イメージセンサ２１の蓄積時間に同期させることが望ましい。イメージセンサ２１は、駆動周波数と短手方向のステージ段数の積の時間で画像を取得する。例えば、駆動周波数が３００ＫＨｚとし、ステージ段数が５００段とした場合、６００Ｈｚで画像を取得することになる。
揺動する共振型のガルバノミラーの周波数が６００Ｈｚとなるように特性を設定すれば、蓄積時間で、一回転の揺動が実現可能である。または、共振型のガルバノミラーが製作時のばらつきなどにより、周波数が例えば６１１Ｈｚ等のように理想的な周波数と異なった場合は、イメージセンサ２１の駆動周波数を３０５．５ＫＨｚのように変更すれば、蓄積時間で、一回転の揺動が実現可能である。すなわち、イメージセンサでの画像取得時間と共振型のガルバノミラーの周波数をどちらかで合わすことによって、理想的な揺動と画像取得が可能となる。
【００６４】
次に、このようにＵＶ光、特にＤＵＶ光を検出できるイメージセンサ２１としてのＴＤＩセンサの実施例について説明する。図２２に表面反射型センサを示す。照明光源３として、ＤＵＶレーザ光源を使用する場合は、ＤＵＶに対して感度のあるイメージセンサを使用する必要がある。表面照射型イメージセンサ２００は、入射光１５０はカバーガラス１５１を透過し、ゲート１５４を通過してＣＣＤ１５５に入るため、短波長の入射光が減衰し４００ｎｍ以下の波長に対して感度がほとんどなく、ＤＵＶ光の有効検出はできない。
【００６５】
そこで、カバーガラスに有機薄膜コーティングを施し、ＤＵＶ光が入射されるとそれに応じて可視光を発光するようにすることで、可視光にしか感度のないイメージセンサでＤＵＶ光を検出する方法がある。図２３には有機薄膜コーティング方式のイメージセンサを示す。有機薄膜コーティング方式のイメージセンサ２０１は、カバーガラス１５１に有機薄膜コーティング１５２を施し、入射光１５０の透過光を有機薄膜コーティング面１５２で蛍光１５３を発するため、可視光でしか感度のない表面照射形イメージセンサでもＤＵＶ光を検出可能となる。図２４にその分光特性を示す。分光特性１５６は、通常の表面照射型イメージセンサ２００の特性である。４００ｎｍ以下の波長に対して感度がない。分光特性１５７は、有機薄膜コーティング方式のイメージセンサ２０１の特性である。４００ｎｍ以下の波長に対して感度が付加されるようになる。
【００６６】
さらにＤＵＶ光に対して感度をよくするためには、裏面照射型イメージセンサを使用すればよい。図２５に裏面照射型イメージセンサの構造を示す。裏面照射型イメージセンサ２０２は、入射光１５０はカバーガラス１５８を透過して、ゲート構造のない薄くした裏側１５９を通してＣＣＤに光が入射する。そのため、ゲート１６０を通過することがないため、図２４に示すように、分光特性１６１となり、量子効率が高く（例えば、３０％以上）ダイナミックレンジが大きくとれ（例えば、３０００以上）、４００ｎｍ以下の波長にも感度があり、２００ｎｍを切るような短波長照明に特に有利である。このようなイメージセンサの場合、いくつかの照明波長を用いるときも、ひとつのイメージセンサで対応可能である。また、イメージセンサをＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：時間遅延積分型）にすることで、感度を大きくすることができる。さらに、アンチブルーミングの特性をもたせることで、必要以上の検出光量が得られたときに、周囲の画素に電荷があふれるという課題を解決できる。このように、検査時の波長にもっとも量子効率のよいイメージセンサを用いることが望ましい。
【００６７】
さらに、紫外光による高解像度化に加え、前述したように偏向素子群１９を図示しない方法によって制御して試料からの周波数をフィルタリングすることにより、イメージセンサ２１で撮像するパターンのコントラストを向上することができる。パターンコントラストを向上させるため、偏向素子群１９の制御によって、紫外レーザ光の偏光状態を自在に制御できることに着目し、照明光の偏光の向き、楕円率を制御し、イメージセンサ２１で検出光の一部偏光成分を検出することを可能とした。紫外レーザ光による照明の特徴に単一波長であるということと、直線偏光であるということがある。このため、光路内に設けた偏光素子群１９に１／２波長板と１／４波長板とすることで、高効率にその偏光状態を制御することができる。制御は、例えば光軸を中心に１／２波長板と１／４波長板を回転すればよい。試料の形状によっては、照明の偏光状態によりパターンコントラストが大きく変化するため、偏光状態を制御可能（波長板を回転させて位置決め）とすることにより光学系の性能を向上することができる。より具体的には、偏光素子群１９の１／２波長板で直線偏光の向きを制御し、１／４波長板で楕円率を変えることができる。これにより、検出感度の向上が図れる。これらの組み合せにより、平行ニコルと直交ニコルも実現できる。勿論、円偏光状態も実現できる。なお、これらは、照明波長自体には依存しない。
【００６８】
また、上記概念が成立すれば、実現するための構成は任意のものでよい。勿論、対物レンズ２０の瞳２０ａと共役な位置に、空間フィルタを配置し、０次光を減衰させてもよい（空間フィルタにより、パターンからの回折光をブロックし、異物からの散乱光をイメージセンサに導くこともできる）。しかしながら、偏光を制御すると、高次の回折光をより効率的に抽出できる。発明者らの実験によると、約２０〜３００％コントラストが向上することが判明している。
【００６９】
次に、０次光を減衰する実施例について説明する。図２６に検出絞り３０の実施例を示す。検出絞り３０は対物レンズ２０の検出時における瞳２０ａを制限するものである。図２６（ａ）には検出絞り３０の全体図を示す。Ｄは瞳２０ａの大きさに相当する。外絞りＤ１、内絞りＤ２それぞれ図示しない方法で大きさを変更可能である。図２６（ｂ）は通常の状態を示し、外絞りＤ１を最大に解放し、内絞りＤ２を排除した状態であり、瞳２０ａでの全光束を検出できる。図２６（ｃ）は外絞りＤ１を最大に解放し、内絞りＤ２を３０’に設定した状態である。これによって、瞳２０ａの中央部分の光量を制限可能となる。すなわち、前述したように０次光を減衰させることに相当する。図２６（ｄ）は外絞りＤ１を３０”に設定し、内絞りＤ２を排除した状態である。これによって、瞳２０ａの周辺部分の光量を制限可能となり、対物レンズ２０のＮＡ（σ）を制限したことと同じ状態を作成することができる。これは、解像度を低下することになることから、試料１からのスポット的な反射光、すなわち配線を形成した試料１を検出するときに生じるグレインと呼ばれるものを抑制する効果がある。すなわち、スポット的な反射光は高次の回折光を発生することが多く、それを検出しなければグレインの影響を押さえることが可能である。解像度を低下することは高次の回折光を検出しないことになるため、図２６（ｄ）に示したような検出瞳３０の状態に設定することで効果がある。
【００７０】
上記の構成において、動作を説明する。図２９に試料がレジストで形成された場合の検査における線幅の変化の一例を示す。横軸は検査時の照明光量であり、右方向に照明光量が少なくなる。縦軸は、試料の線幅の変化であり、上方向に線幅の変化が大きい。検査レシピとしてＣＰＵ２１２に入力されて設定される、このような特性をもつ試料においては、ＣＰＵ２１２はＮＤフィルタ１１の透過光量を算出し、該算出された透過光量に基づいて例えばＮＤフィルタ制御回路１２によりＮＤフィルタ１１を制御して、線幅の変化の許容値よりも少ない照明光量で検査を行えば、試料に対して影響のない検査が可能である。また、レジスト以外にも照明光量に対して、線幅あるいは表面形状に対して、影響があると考えられる薄膜、金属膜などで形成された試料（検査レシピとしてＣＰＵ２１２に入力されて設定される）に対しても同様の特性があると考えられるため、例えばＮＤフィルタ１１を制御することにより、それらにおいても変化の許容値よりも少ない照明光量で検査を行えば、試料に対して影響のない検査が可能である。そのためには、本体制御回路５０のＣＰＵ２１２は、検査時において照明光を試料に必要以上に照射しないように光量調整手段１１、４を制御すれば良い。
【００７１】
さらに、光学系（特に照明光学系）においても光を透過させることによって、光学部品のダメージが懸念されたり、試料にダメージが生じたりするので、本体制御回路５０において、図３３及び図３４に示すレシピ設定手段を構成するレシピ設定画面３３００ａ、３３００ｂにおいて設定された検査条件及びレビュー条件を基にＣＰＵ２１２からの指令に基づいて検査時および観察時（レビュー時）において画像を取り込む期間のみ駆動制御回路５によりシャッタ４を開くように制御すればよい。
【００７２】
即ち、レシピ設定手段で設定される試料（半導体素子）の種類に応じて設計データによって決まるチップの配列データに基づく照明光の照射と検査の関係を示した一実施例を図３０に示す。図３０（ａ）は試料の形状（チップの配列データ）を示したもので、試料１はパターン１ａが描画されておりこのパターン部１ａをイメージセンサ２１から検出される画像信号を基に検査する。図３０（ｂ）はステージ２のＸ方向の移動パターンである。検査方向はＸ方向とし、隣の検査エリアに移動する方向をＹ方向とする。図３０（ｃ）はシャッタ４の開閉パターンの一例を示す。同図において、検査開始位置からＸ方向にステージ２を移動する。パターン１ａの開始位置Ａを、本体制御回路５０からシャッタ駆動回路（シャッタ制御回路）５に与え、光源３の光が試料１に照射するようにシャッタ４を開側に移動する。ステージ２は本体制御回路５０からの指令に基づいてステージ制御回路３５によりＸ方向に移動し、パターン１ａの終了位置Ｂに到達したら、光源３の光が試料１に照射しないように駆動制御回路５により光偏向器を含むシャッタ４を閉側に移動する。次に、次列の検査のため、本体制御回路５０からの指令に基づいてＹ方向にステージを移動する。その後、Ｘ方向にステージを移動して、同様にパターン１ａの開始位置でシャッタ４の開閉動作を行う。図３０（ａ）の太線で描いた部分１０００ではシャッタ４を開き、細線１００１の部分ではシャッタ４を閉じる。このような本体制御回路５０からの指令に基づくシャッタ動作によって、必要部分でのみ光学系（特に照明光学系）に光を透過させないため、光学系のダメージを必要最小限に抑制することが可能である。即ち、シャッタ４を閉じるとき、完全に遮断する必要はなく、照射光量が著しく少なくなればよい。
【００７３】
また、検査時以外にも試料にダメージを与える可能性がある。例えば、検査条件を設定するために、パターンの配置、形状を確認するため、あるいは検査結果を確認するための観察時（レビュー時）である。検査時においては、高速のスキャン動作によって試料１に照射する光量でダメージを与えることは少ないが、検出器２８等を用いた観察時には試料１を静止させて画像を取得することになるため、照明光を試料１に照射する時間が長時間となる。そこで、図３４に示すレシピ設定手段を構成するレビューレシピ設定画面３３００ｂにおいてＣＰＵ２１２に対して設定されるパターンの配置、形状や検査結果を確認するための観察位置（レビュー位置）において、観察画像を取り込む時間Ｔだけシャッタ４を開くようにＣＰＵ２１２からの指令に基づいて制御すればよい。即ち、上記確認するための観察時（レビュー時）における照明光の照射と観察の関係を示した一実施例を図３１に示す。図３１（ａ）はステージ２の移動タイミングであり、同図（ｂ）はシャッタ４の駆動パターンを示す。例えば、図３１（ａ）において、ステージ２が観察位置に移動し、再度ステージ２が移動するタイミング１００４とする。ステージ２が停止した位置が観察位置とすると、図３１（ｂ）に示すタイミング１００５で、シャッタ駆動回路５を動作させ、シャッタ４を開閉する。即ち、シャッタ４を閉じるとき、完全に遮断する必要はなく、照射光量が著しく少なくなればよい。その時間は、検出器２８として例えばＣＣＤカメラを用いた場合にはその１回の蓄積時間Ｔを開の時間とする。必要な観察位置でのみ試料１に対して光を照射することによって、試料１に照射する光量を制限可能である。もちろん、この光量は試料１に対してダメージを与える光量ではない。
【００７４】
さらに、レビューレシピとして設定される、検査後における検査結果が正解であるかの確認のため、例えば検出器２８を用いて本体制御回路５０において観察する場合がある。その場合、その結果が焦点位置を変化させて（例えばＺステージ２’の移動させて）、観察することが考えられる。その場合、幾度も同じ場所を確認すると試料１に対して光が照射され続けることになるため、試料１にダメージを与えることになる。図３２に焦点位置が変化したときの照明光の照射と観察の関係とを示した一実施例を示す。図３２（ａ）はＺステージ２’の移動タイミングであり、同図（ｂ）はシャッタ４の駆動パターンを示す。例えば、同図（ａ）において、Ｚステージ２’が観察位置に移動し、タイミング１００６で連続移動するとする。（ｂ）に示すタイミング１００７で、シャッタ駆動回路５を動作させ、シャッタ４を開閉する。即ち、シャッタ４を閉じるとき、完全に遮断する必要はなく、照射光量が著しく少なくなればよい。そのとき検出器２８で観察される画像を逐次メモリ２２０に蓄えておくことで、焦点移動時の試料１の変化が本体制御回路５０において観察できることになる。再度、レビューレシピとして設定される、この位置で観察が必要となった場合、再度試料１に光を照射することなく、焦点が変化した位置で観察が可能となり、試料１に対するダメージを与えることがなくなる。
【００７５】
また、試料１によっては、ダメージを考慮する必要のない材料も存在する。例えば、ＳｉＮ４のような材料である。これらを検査、観察するときには上述したような制御は不要になる場合もある。本体制御回路５０のＣＰＵ２１２が、それらの材料によって、照射条件を設定し得るためには、例えば、図３３及び図３４に示す、検査条件を設定するレシピなどにおいて、その試料の状態（表面状態、材質、膜厚、ダメージ条件、チップの種類、チップの配列状態、プロセス工程など）を記憶手段２０８に記憶された設計データなどから、あらかじめ設定することで、上記照射条件を含めて検査条件を決めることが可能である。即ち、表示手段２０９に表示された図３３及び図３４に示すレシピの設定画面１００８において、上述した試料の状態を記入あるいは入力することによって、検査条件をＣＰＵ１２１に対して設定して記憶手段２０８に記憶することが可能となる。図３３は表示手段２０９に表示されて検査レシピをＣＰＵ１２１に対して入力して設定するための検査時における検査レシピ設定画面を示し、図３４は表示手段２０９に表示されてレビュー（観察）レシピをＣＰＵ１２１に対して入力して設定するためのレビュー時（観察時）におけるレビューレシピ設定画面を示す。
【００７６】
ＣＰＵ１２１は、図３３に示す、レシピ設定手段である検査レシピ設定画面３３００ａにおいて、検査条件設定用画像３３０２ａを表示し、試料の種類、試料の工程、試料の表面の材料、被検査パターンの形状および検査場所等の検査条件３３０１ａが入力されて設定され、入力されて記憶手段２０８に記憶された試料の種類毎の設計データを基に設定された試料の種類等に応じて試料上のチップ配列データを作成してウェハのマップ３３０３ａとして表示し、検査結果である欠陥サイズ、場所、カテゴリなど３３０４ａを表示する。
【００７７】
ＣＰＵ１２１は、さらに、図３４に示す、レシピ設定手段であるレビューレシピ設定画面３３００ｂにおいて、レビュー座標で指定されたレビュー画像３３０２ｂを表示し、試料の種類、試料の工程、試料の表面の材料および光量等のレビュー条件３３０１ｂが入力されて設定され、入力されて記憶手段２０８に記憶された試料の種類毎の設計データを基に設定された試料の種類等に応じて試料上のチップ配列データを作成してウェハのマップ３３０３ｂとして表示し、レビュー結果である欠陥サイズ、場所、カテゴリなど３３０４ｂを表示する。
【００７８】
このように、ＣＰＵ１２１は、検査時およびレビュー時において、レシピ設定手段で設定されたレシピ条件（検査条件およびレビュー条件）を基に、照明光学系や試料１にダメージが生じないようにステージ２の移動に対する照明条件（特に光量）を決定し、該照明条件に合うようにシャッタ４又はＮＤフィルタ１１を制御することにある。
【００７９】
次に、以上説明した被検査パターン欠陥検査装置を用いた場合の、半導体形成工程においての有効な活用方法について図３５を用いて説明する。ＬＳＩ等の半導体は、さまざまな工程を経て形成される。すなわち、各工程にて転写されたパターンが積層されてデバイスとなるが、その工程のなかで１箇所でも断線、ショートなどの欠陥があるとそれ以降の工程が不良として製作されることになる。そこで、例えば、絶縁膜形成工程３５０１で形成された絶縁膜上の欠陥を検査工程３５０２において本発明に係る被検査パターン欠陥検査装置を用いて検査して突発的な以上の有無を取得し、３５０３でそれを分析することで、例えば、絶縁膜を成膜する装置や表面を平坦に加工するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置へのフィードバックが可能となる。また、検出された欠陥部をレビューし（観察し）（３５０４）、致命欠陥でなければ、そのまま工程を通すことで不良率を低減させ、致命欠陥の場合にはレビュー装置等で不良解析を行い、不良であれば製造装置へ速やかにフィードバックをすることで大量の不良をだすことが無くなる。
【００８０】
以上説明したように、２６６ｎｍや２４８ｎｍあるいは１９２ｎｍなどの波長の紫外光を用いることによって、７０ｎｍルール程度以下のデバイスに対する欠陥検査を実現することができる。また、試料に対して必要最低限の光を照射することで、被検査対象物としてレジストや、Ｃｕダマシンなどにおけるの試料に対してダメージが懸念される材料の検査に適用することが可能となる。また、被検査対象物として、パターンがないところでも、スペックが生じないので、検出画像と参照画像とを比較しても、虚報が生じることなく、検査をすることが可能となる。
【００８１】
なお、照明光として用いている３６５ｎｍ程度以下の紫外光は、光エネルギーが高く、光学素子に照射されると、有機物などの汚染物質が紫外光のエネルギーによって分解あるいは反応して、表面に付着する。これに対しても、光学系に対して必要最低限の光を照射することで、光学系へのダメージも抑えることができる。さらに、図示しない方法で光学部品の表面に空気を強制排気する手段や、強制的に空気を吹き付ける手段を設けることにより、光学部品の劣化を防止することが可能である。
【００８２】
また、実施例においては、明視野光学系を説明したが、検出光学系に共焦点顕微鏡の構成を用いても同様の効果が得られる。
【００８３】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、レシピ設定画面３３００等のレシピ設定手段を用いて設定される検査時およびレビュー時（観察時）において、３６５ｎｍ程度以下の紫外光を試料に照射するエネルギを最小限に低減すること可能なため、短波長用のレジストに対してパターンの収縮、膨張が生じることなく検査が可能となる。
【００８４】
さらに、本発明の実施の形態によれば、レシピ設定画面３３００等のレシピ設定手段を用いて設定されるシステムＬＳＩのような、線幅の狭いメモリの部分や、ラフな配線部などが混在しているようなチップでも、３６５ｎｍ程度以下の紫外光を照射することによって、その一部分に熱がたまり、バイメタル効果によってストレスマイグレーションと呼ばれる、パターンのはがれが生じることなく、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）の材料のような柔らかく機械的強度が低くい膜のはがれのほかに、熱により拡散、不純物の紫外光による化学変化などが影響してデバイスに悪影響をもたらすこともなく、さらに、サーマルバジェットと呼ばれる、デバイスにかけられる熱容量の限界にも影響の小さくでき、高解像化に必須な短波長照明で、しかもその実用化に有利なレーザ光源により通常の放電管照明と同等以上の品質の像を、より高感度・高速に得ることができ、微細な欠陥を高感度に検出することができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、試料および光学系にダメージを与えることの少ない、微細な回路パターンを高い分解能で検出し、欠陥を検出することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の画像処理部を含む本体制御回路の一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る画像処理部の画像フィルタの処理についての説明図である。
【図４】本発明に係る画像処理部の画像フィルタの説明図である。
【図５】放電管照明による、検出対物レンズの瞳上と視野上の照明状況を示す図である。
【図６】レーザ照明による検出対物レンズの瞳上と視野上の照明状況、視野上のパターン及びそれからの検出信号を示す図である。
【図７】瞳上で広げたレーザ照明による検出対物レンズの瞳上と視野上の照明状況を示す図である。
【図８】本発明に係る可干渉性低減光学系によるコヒーレンス低減の原理説明図である。
【図９】本発明に係る視野上でのイメージセンサの検出範囲と照明領域の関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る視野上でのイメージセンサの検出範囲と照明領域の関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る照明用ホモジナイザの説明図である。
【図１２】本発明に係るＮＤフィルタ機構の一実施例の説明図である。
【図１３】本発明に係る開口絞りの実施例の説明図である。
【図１４】本発明に係る可干渉性低減光学系においてレーザ照明の空間的コヒーレンスを低減する第１の実施例の説明図である。
【図１５】本発明に係る拡散板の形状を説明する図である。
【図１６】本発明に係る拡散板の回転数とコヒーレンス（画像ノイズ）との関係を説明する図である。
【図１７】本発明に係るランダム位相板の説明図である。
【図１８】本発明に係る可干渉性低減光学系においてレーザ照明の空間的コヒーレンスを低減する第２の実施例の説明図である。
【図１９】本発明に係る共振型ミラーの説明図である。
【図２０】本発明に係る共振型ミラーの特性について説明する図である。
【図２１】本発明に係る共振型ミラーの特性について説明する図である。
【図２２】表面照射型ＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図２３】本発明に係る表面照射型ＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図２４】本発明に係るＴＤＩイメージセンサの特性を説明する図である。
【図２５】本発明に係る裏面照射型ＴＤＩイメージセンサを説明する図である。
【図２６】本発明に係る検出絞り（検出フィルタ）を説明する図である。
【図２７】本発明に係る光軸を観察する分割センサを説明する図である。
【図２８】本発明に係る瞳観察の観察例を説明する図である。
【図２９】本発明に係る照明光量と試料の線幅の変化について説明する図である。
【図３０】本発明に係る検査時におけるステージ移動とシャッタ開閉について説明する図である。
【図３１】本発明に係る観察時（レビュー時）におけるステージ移動とシャッタ開閉について説明する図である。
【図３２】本発明に係るＺステージを移動させて観察する時におけるステージ移動とシャッタ開閉について説明する図である。
【図３３】本発明に係る検査レシピを設定する検査レシピ設定画面を説明する図である。
【図３４】本発明に係るレビューレシピを設定するレビューレシピ設定画面を説明する図である。
【図３５】本発明に係る製造工程における効果を説明する図である。
【符号の説明】
１…披検査試料、２…ステージ、３…光源、４…シャッタ、６，７…光軸ずれ調整用ミラー、１１…ＮＤフィルタ、１３…ビームエキスパンダ、１０…分割センサ、１５…開口絞り、１７…コヒーレンス低減光学系、１９…偏光素子群、２０…対物レンズ、２１…イメージセンサ、２２…結像レンズ、２３…リレーレンズ、２８…検出器、２６…瞳観察用検出器、５０…本体制御回路、２００…Ａ／Ｄ変換器、２０１…階調変換器、２０２…遅延メモリ、２０５…比較器、２１２…ＣＰＵ、２０８…記憶装置、２１５…画像フィルタ、３０３…ホモジナイザ、６０６…共振型ミラー、７０２…拡散板、７０３…モータ、７５０…回転位相板、３００３…レシピ設定画面。
Claims (21)
- 検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定手段と、
紫外レーザ光を出射するレーザ光源と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記レシピ設定手段で設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて調整する光量調整手段と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段と該照明範囲形成手段で形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段と該可干渉性低減により可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系とを備えた照明光学系と、
試料からの反射光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。 - 検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定手段と、
該レシピ設定手段によって設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて紫外レーザ光の光量を算出する光量算出手段と、
紫外レーザ光を出射するレーザ光源と該レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を前記光量算出手段で算出された光量に調整する光量調整手段と該光量調整手段で光量が調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を形成する照明範囲形成手段と該照明範囲形成手段で形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を低減する可干渉性低減手段と該可干渉性低減により可干渉性が低減された紫外光束を試料上に照射する照射光学系とを備えた照明光学系と、
試料からの反射光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光された反射光の回折光を制御する回折光制御光学系と該回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を撮像して画像信号を検出する検出器とを備えた検出光学系とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。 - さらに、前記検出光学系の検出器で検出された検出画像信号に基づいて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する画像処理部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記レシピ設定手段は、レシピ設定画面を有することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記光量調整手段は、前記レーザ光源から出射した紫外レーザ光をＯＮ／ＯＦＦに近い状態に制御可能な光学要素を有することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記光量調整手段は、前記レーザ光源から出射した紫外レーザ光をＯＮ／ＯＦＦに近い状態に制御可能な光学要素を有し、ＯＦＦに近い時間を任意に制御可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記光量調整手段は、透過光量を可変するフィルタを有することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記フィルタは、入射面で反射する反射光を前記レーザ光源に戻さないように構成したことを特徴とする請求項７記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記検出光学系の前記検出器において、検査する際と観察する際とで、前記回折光制御光学系を通して得られる試料からの反射光像を切替光学系で切り替えて撮像して検査用の画像信号を検出する第１の検出器と観察用の画像信号を検出する第２の検出器とで構成することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記第１の検出器は、蓄積型のイメージセンサで構成することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記画像処理部は、デジタル参照画像信号を記憶する記憶部と、前記第１の検出器から検出されてデジタル信号に変換されたデジタル検出画像信号の正常部における明るさと前記記憶部に記憶されたデジタル参照画像信号の正常部の明るさとをほぼ同じように少なくとも一方のデジタル画像信号の明るさを補正する明るさ補正部と、該明るさ補正部で補正されたデジタル検出画像信号とデジタル参照画像信号とを比較することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出部とを有することを特徴とする請求項３記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記画像処理部は、デジタル参照画像信号を記憶する記憶部と、前記第１の検出器から検出されてデジタル信号に変換されたデジタル検出画像信号の正常部における特徴量と前記記憶部に記憶されたデジタル参照画像信号の正常部における特徴量との対応関係を示す散布図を作成する散布図作成部と、該散布図作成部で作成された散布図に基いて少なくとも一方のデジタル画像信号の局所の階調値を補正する局所階調変換部と該局所階調変換部で補正されたデジタル検出画像信号とデジタル参照画像信号とを比較することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出部とを有することを特徴とする請求項３記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記回折光制御光学系は、偏光素子群で構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
- レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源から出射したレーザ光の可干渉性を低減して試料上に照射する照明光学系と、該照明光学系により照射された試料の画像を検出する検出光学系と、該検出光学系で検出された試料の画像を処理する画像処理部とを備え、直径３００ｍｍ相当のウエハを１時間あたり３枚以上のスループットに相当する速度で処理して、前記試料に形成されたパターンに対し１００ｎｍの欠陥を含んで検出することを特徴とするパターン欠陥検査装置。
- 検査時及び／又はレビュー時において、
検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定ステップと、
レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量をレシピ設定ステップで設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて光量調整手段で調整し、該調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を照明範囲形成手段で形成し、該形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を可干渉性低減手段で低減し、該可干渉性が低減された紫外光束を照射光学系で試料上に照射する照明ステップと、
試料からの反射光を集光光学系で集光し、該集光された反射光の回折光を回折光制御光学系で制御し、該制御して得られる試料からの反射光像を検出器で撮像して画像信号を検出する検出ステップとを有することを特徴とするパターン欠陥検査方法。 - 検査時及び／又はレビュー時において、
検査レシピ及び／又はレビューレシピを設定するレシピ設定ステップと、
該レシピ設定ステップで設定された検査レシピ及び／又はレビューレシピに応じて紫外レーザ光の光量を算出する光量算出ステップと、
レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を光量算出ステップで算出された光量になるように光量調整手段で調整し、該調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を照明範囲形成手段で形成し、該形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を可干渉性低減手段で低減し、該可干渉性が低減された紫外光束を照射光学系で試料上に照射する照明ステップと、
試料からの反射光を集光光学系で集光し、該集光された反射光の回折光を回折光制御光学系で制御し、該制御して得られる試料からの反射光像を検出器で撮像して画像信号を検出する検出ステップとを有することを特徴とするパターン欠陥検査方法。 - さらに、画像処理部において前記検出器で検出された検出画像信号に基づいて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する画像処理ステップを有することを特徴とすると請求項１５又は１６記載のパターン欠陥検査方法。
- レシピ設定ステップにおいて、検査レシピ及び／又はレビューレシピの設定をレシピ設定画面上で行うことを特徴とする請求項１５又は１６記載のパターン欠陥検査方法。
- 前記光量の調整を、ＯＮ／ＯＦＦに近い状態に制御可能な光学要素を用いて行うことを特徴とする請求項１５又は１６記載のパターン欠陥検査方法。
- レーザ光源から出射した紫外レーザ光の光量を試料の状態に応じて光量調整手段で調整し、該調整された紫外レーザ光の試料への照明範囲を照明範囲形成手段で形成し、該形成された照明範囲の紫外レーザ光の可干渉性を可干渉性低減手段で低減し、該可干渉性が低減された紫外光束を照射光学系で試料上に照射する照明ステップと、
試料からの反射光を集光光学系で集光し、該集光された反射光の回折光を回折光制御光学系で制御し、該制御して得られる試料からの反射光像を検出器で撮像して画像信号を検出する検出ステップとを有することを特徴とするパターン欠陥検査方法。 - 可干渉性を低減した紫外レーザ光を直径３００ｍｍ相当のウエハ上に照射し、該照射されたウエハを撮像してウエハの画像を検出し、該検出したウエハの画像を処理してウエハに形成されたパターンの１００ｎｍ以下の欠陥を１時間あたり３枚以上ウエハのスループットで検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
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