JP3795657B2 - ヘテロダイン偏光による異物検査方法及びこの方法を実施する装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヘテロダイン偏光による異物検査方法及びこの方法を実施する装置に関し、特に高集積度の半導体製造の段階において分留まり低下の原因になるが如き微小異物あるいはパーティクルをヘテロダイン偏光解析を適用して検出するヘテロダイン偏光による異物検査方法及びこの方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高集積度の半導体製造の段階で分留まり低下の原因になっている微小異物あるいはパーティクルは、金属、有機物、無機物、あるいはこれらの混合したものより成り、光学的に観れば広義の複屈折物質である。一般に、直線偏光を複屈折物質に照射すると、その透過光あるいは反射光のパワーの一部あるいはほとんど全てが入射直線偏光と偏光面が直角な偏光面を有する直線偏光に変化し、その位相も相対的にずれるため、一般には楕円偏光となる。もちろん、入射直線偏光と複屈折物質の光軸との成す角度により、その透過光あるいは反射光の偏光状態は変化する。この微小異物に光を照射して、反射してくる光、屈折あるいは複屈折してくる光を解析して微小異物の検出をすることができる。微小異物に偏光を照射して異物を検出する方法が既に実用化されており、これにより従来は検出が困難であった微小な異物あるいは欠陥を高Ｓ／Ｎ比で検出することができるようになった。偏光による異物検査方法としては、例えば、日本国特許出願公開6-317534に開示される異物検査方法がある。以下、これについて簡単に説明する。
【０００３】
図１を参照して説明するに、レーザ光源１から放射されるレーザビームを偏光板２、偏光ビームスプリッタ５を介して２本の互いに直交する直線偏光であるｓ偏光及びｐ偏光に分離し、これら偏光を周波数シフタ９、１１で互いに異なるシフト周波数ω及び（ω＋△ω）で変調する。これら変調された両偏光は偏光ビームスプリッタ１２を介して合成され、互いに直交すると共に互いに相対的にシフト周波数△ωだけ異なる２本の直線偏光を有する１本のレーザビーム１２ａが生成される。このレーザビーム１２ａを偏光ビームスプリッタ１５によりｐ偏光１５ａとｓ偏光１５ｂに分離し、反射鏡１８、１９により反射して異なる２方向から可動ステージ２２上の被検査体２１の表面の同一検査スポット２０に照射する。
【０００４】
被検査体２１の表面の異物の無い領域では、反射鏡１８から被検査体表面に入射したｐ偏光は反射して偏光板２７に入射するが、偏光板２７の偏光軸をｐ偏光と直角に設定しておけば、入射したｐ偏光は遮断される。一方、異物の無い領域では反射鏡１９からのｓ偏光は被検査体表面で反射され、スポット２０を通りかつ反射鏡１８、１９における反射点とスポット２０を含む平面と直角な平面に関し、反射鏡１９と同じ側にある偏光板２７には入射しない。従って、微小異物の無い領域では、光電変換器２９での出力はない。一方、反射鏡１８、１９からのｐ偏光及びｓ偏光が被検査体表面に存在する微小異物あるいは微小欠陥を光ビームスポット２０で照射すると異物あるいは欠陥によりｐ偏光から偏光状態が変化した０次回折光（反射光）２３と、ｓ偏光から偏光状態が変化した散乱光２５とが偏光板２７に入射し、それらの、偏光板２７の偏光軸方向成分（ω変調成分及びω＋Δω変調成分）がそれぞれ通過して光電変換器２９に入る。従って、それら間の差周波数成分（ビート信号と呼ぶ）が光電変換器２９で光ヘテロダイン検出され、ビート信号処理装置３０はそのビート信号幅を測定することにより異物の大きさを計算する。偏光状態は異物あるいは欠陥のみにより変化を受け、異物あるいは欠陥により直線偏光状態が崩された光のみが偏光板２７を通って干渉光として光電変換器２９に入射しビート信号となるので、被検査面の検出すべき異物あるいは欠陥を回路パターンその他の異物あるいは欠陥以外のものとは区別して高いＳ／Ｎ比で検出検査することができる。しかしながら、この方式では光ヘテロダイン検波されたビート信号の強弱しか検出できないので、その異物の性質に関する情報は得ることができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の微小異物検査装置は、２本の互いに直交する直線偏光に分離したｐ偏光及びｓ偏光を異なる２方向から検査面表面の直径0.3μｍ 程度の同一の検査スポット２０に照射するものであり、被検査体表面においてｐ偏光とｓ偏光の照射スポットを一致させるための反射鏡１８、１９の調整及びｐ偏光及びｓ偏光相互の光軸合わせの調整は容易ではない。また、この微小異物検査装置は電子ビームを使用するＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer） の如き他の分析装置と併用することが行われるが、異物検査装置においてビームスプリッタ１５の延長面の互いに反対側に反射鏡１８、１９を配置しなければならず、併用される他方の分析装置の構成要素を配置する自由度を失わせることとなる。
【０００６】
更に、この微小異物検査装置は、レーザビームを２本の互いに直交する直線偏光であるｐ偏光及びｓ偏光に分離してその内の一方を検出用のプロービング光とすると共に、他方を参照光とするものであるので、双方の光量分配は１：１である。プロービング光は被検査面の表面に存在する異物あるいは欠陥により偏光状態が変化されて散乱光になるが、散乱光になる割合は数％であって大変に低い。即ち、検出信号の光量は少なく、信号強度は弱い。検出信号の光量をより多くするには、プロービング光により多くの光量が配分される光学装置を構成する必要がある。
【０００７】
従って、この発明の目的は、上述の問題を解消し、検出した異物の性質に関する情報を得ることができ、かつ簡単な構造で光り利用効率の高いヘテロダイン偏光による異物検査方法及びこの方法を実施する装置を提供するものである。
この発明によるヘテロダイン偏光による異物検査方法は、以下のステップを含む：
(a) 光源手段から出力される光ビームから直線偏光のプロービング光と、その直線偏光と同じ偏光の成分を少なくとも含む参照光とを生成し、
(b) 上記参照光と上記プロービング光に相対的に周波数差を与えるよう、少なくともそれらの一方の周波数を変調すると共に、上記周波数差の基準信号を生成し、
(c) 相対的に周波数差が与えられた上記プロービング光を被検査体に照射すると共に、上記プロービング光による照射スポットと上記被検査体とを相対的に移動し、
(d) 上記被検査体からの反射光と、周波数が相対的に変調された上記参照光とを光電変換手段に入射して上記相対的周波数差を光ヘテロダイン検波によりビート信号として検出し、
(e) 上記ビート信号と上記基準信号とから上記被検査体上の異物の性質を表すパラメータを抽出し、
(f) 抽出された上記パラメータを分析して上記異物についての情報を得る。
【０００８】
この発明によるヘテロダイン偏光による異物検査装置は、以下を含む：
可干渉性の光ビームを出力する光源手段と、
上記光源手段からの出力される光ビームから直線偏光のプロービング光と、その直線偏光と同じ偏光成分を少なくとも含む参照光とを生成するビームスプリッタ手段と、
上記参照光と上記プロービング光に相対的に周波数差を与えるよう、少なくともそれらの一方の周波数を変調すると共に、上記周波数差の基準信号を生成する周波数変調手段と、
相対的に周波数差が与えられた上記プロービング光を被検査体に照射すると共に、上記プロービング光による照射スポットと上記被検査体とを相対的に移動する走査手段と、
上記被検査体からの反射プロービング光と、相対的に変調された上記参照光とが入射され上記相対的周波数差を光ヘテロダイン検波によりビート信号として検出する光電変換手段と、
上記ビート信号と上記基準信号とから上記被検査体上の異物の性質を表すパラメータを抽出するパラメータ抽出手段と、
抽出された上記パラメータを分析して上記異物の情報を得る検出データ分析手段。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を実施例を参照して説明する。
図２を参照して第１実施例を説明するに、シングルモードのレーザ光を発生するレーザ光源１L から放射される可干渉性の光ビームを不要モード除去フィルタ２を介して偏光無依存性のビームスプリッタ３に入射し、２分岐する。２分岐された光ビームの内の一方である図において下方に進行する光ビームをプロービング光とし、直進する他方の光ビームを参照光とする。
【００１０】
参照光は偏光に関しては未分離状態であるが、必ずプロービング光と同一の偏光面成分を含んでいる。この参照光は、電気的発振器１５の発振する周波数Δωの基準信号SR(Δω)により駆動される周波数シフタ４で変調され、プロービング光とは異なる波長を有する参照光（即ち周波数がΔωだけずれた光）に変換される。この参照光は、更に、反射鏡１８において反射し、ビームスプリッタ１０に入射する。
【００１１】
一方、プロービング光は反射鏡５において反射した後、偏光フィルタ６により直線偏光のｐ波あるいはｓ波の何れかを選択される。ここでは偏光フィルタ６により選択されたプロービング光はｐ波であるものとする。このｐ波であるプロービング光は反射鏡７において反射し、被検査体２１を照射する。被検査体２１を照射して反射した反射波は光学的検出信号となり、反射鏡８において反射してビームスプリッタ１０に入射する。被検査体２１の表面の微小異物９を検出するには、反射鏡７としポリゴンミラーを使用して光ビームを走査させるように構成するか、あるいはステージ２２を移動するように構成する。
【００１２】
ビームスプリッタ１０に入射した光学的検出信号は、ここにおいて偏光未分離状態の参照光と合波し、合波した光ビームはウオラストンプリズムその他の偏光分離フィルタ１１に入射してプロービング光と同じｐ偏光成分のみが選択され、次いで、光電変換器１２の受光面において参照光のｐ偏光成分とｐ偏光のプロービング光とが光ヘテロダイン検波されて差周波数の信号、即ちビート信号SB(Δω)が得られる。この発明で重要なことは、基準信号SR(Δω)とこのビート信号SB(Δω)とから差分振幅、差分位相、又は差分ベクトルのようなパラメータを例えばミキサ、位相検出器、又はベクトル検波器のようなパラメータ抽出部１６で抽出し、基準信号SR(Δω)に対するビート信号SB(Δω)の振幅差分、位相差分、あるいはベクトル差分を得ることがでくるようにした点にある。これらの差分信号は異物の性質によって異なり、従って、これらの差分信号を得ることにより検出された異物のサイズのみならず、異物の性質に関する情報も得られることになる。
【００１３】
微小異物９が存在しない場合にパラメータ抽出部１６の出力レベルが零となるように、即ち、周波数シフタ４を駆動する変調信号（基準信号）SR(Δω)に等しくなる様に、このビート信号SB(Δω)の振幅及び位相を増幅器１３及び移相器１４により調整しておく。従って、プロービング光が微小異物９を照射すると、その偏光状態が変化を受け、偏光分離フィルタ１１を通過するプロービング光のｐ偏光成分のパワーが非常に小さくなり、光電変換器１２の出力ビート信号の振幅は非常に小さくなる。その結果、パラメータ抽出部１６から基準信号SR(Δω)がほぼそのまま出力される。このビート信号SB(Δω)と、電気的発振器１５の発振する周波数シフタ４の変調信号としての基準信号SR(Δω)をパラメータ抽出部１６において例えば電気ヘテロダイン検波し、被検査体２１の表面を照射するプロービング光を例えば反射鏡７の回動、あるいはステージ２２の移動により相対的に掃引し、その時パラメータ抽出部１６に出力として現われる差分信号を最終検出信号ＳD とし、この最終検出信号ＳD に基づいて検出データ分析装置１７により微小異物の大きさ、形状その他の特性を算出する。
【００１４】
この実施例において、図３の波形Ａは電気的発振器１５の発振する基準信号SR(Δω)としての周波数シフタ４の変調信号である。波形Ｂは、ステージ２２の移動又はプロービング光の掃引によりプロービング光の照射ビームスポットが被検査対象の微小異物９を横切って相対的に移動した場合のビート信号波形を示す。この例では、被検査体表面上の複屈折物質である微小異物９がプロービング光により照射され、偏光状態が区間Δｔでｐ偏光成分が他の偏光状態、例えばｓ偏光状態に変化したことを、ビート信号SB(Δω)の振幅が減少したことにより表している。被検査体表面上の複屈折物質である微小異物にプロービング光が照射されない時（区間Δｔの外）は、パラメータ抽出部１６に与えられるビート信号SB(Δω)は波形Ａと同一の周波数、振幅、位相の波形である。波形Ａと波形Ｂとを例えばヘテロダイン検波した結果が差分信号の波形Ｃである。差分波形の包絡線はほぼ微小異物の光ビームによる横断長の形状を表わしており、時間軸上の波形Ｃの継続時間Δｔをプロービング光のステージ２２に対する相対移動速度で割ったものが微小異物の光ビームによる横断寸法を表わす。微小異物が存在せず、波形Ａと波形Ｂとが同一の周波数、振幅、位相の波形を示している間は波形Ａと波形Ｂをミキシングした結果の出力はゼロである。
【００１５】
図２中に波線で示すように偏光分離フィルタ１１を合波用ビームスプリッタ１０とこうで光電変換器１２の間に配置する代わりに、ビームスプリッタ３から合波用ビームスプリッタ間での参照光光路中に配置してもよい。その場合、異物で偏光状態が例えばｐ偏光からｓ偏光に変化されたプロービング光は、光電変換器１２に入射するので、参照光（ｐ偏光）と干渉しない（ヘテロダイン検波は起こらない）が、直流成分として検出されるのであまり好ましくない。
【００１６】
ところで、以上のヘテロダイン偏光による異物検査装置の構成において、プロービング光は被検査体２１で反射後に参照光と再び合波されて光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波されるので、受光面における双方の光量をほぼ等しくするようにビームスプリッタ３の分岐光量を配分すると、信号検出の信号対雑音比Ｓ／Ｎを向上することができる。図２の実施例では、周波数シフタ４を参照光の光路（ビームスプリッタ３から反射鏡１８を経てビームスプリッタ１０に至る光路）中に挿入した場合を示したが、プロービング光の光路（ビームスプリッタ３から反射鏡５、７、被検査体２１、反射鏡８を経てビームスプリッタ１０に至る光路）中に配置してもよいことは明かである。
【００１７】
以上説明したように、この第１実施例は光学的プロービングは１種類の偏光成分のみを利用してを行い、光学的プロービングの結果、得られるビート信号SB(Δω)と基準信号SR(Δω)とから所望のパラメータの差分信号を得て、その差分信号の電気的な信号処理により異物の情報を得るものである。
図４を参照して第２実施例を説明する。図４において、図２と対応するものには同様の番号を付けてある。シングルモードのレーザ光を発生するレーザ光源１L から放射される可干渉性の光ビームを不要モード除去フィルタ２を介して偏光無依存性のビームスプリッタ３に入射し、２分岐する。２分岐された光ビームの内の一方である図において下方に進行する光ビームをプロービング光とし、直進する他方の光ビームを参照光とする。
【００１８】
直進する参照光は偏光に関しては未分離状態であるが、必ずプロービング光と同一の偏光面成分を有する。この参照光は、電気的発振器１５R の発振する周波数ω2 の信号SR(ω2) により駆動される周波数シフタ４R で変調され、プロービング光とは異なる光波長を有する光（即ち周波数がΔωだけづれた光）に変換される。参照光は、更に、反射鏡１８において反射し、ビームスプリッタ１０に入射する。
【００１９】
一方、プロービング光は、第２の発振器１５ｐの発振する周波数ω1 の信号SP(ω1) により駆動されるプロービング光周波数シフタ４ｐにより変調されてから反射鏡５に入射し、これにより反射した後に、偏光フィルタ６により直線偏光のｐ波あるいはｓ波の何れかを選択される。ここでは偏光フィルタ６により選択されたプロービング光はｐ偏光であるものとする。このｐ偏光であるプロービング光は反射鏡７において反射し、微小異物９を照射する。微小異物９を照射して反射した反射波は光学的検出信号となり、反射鏡８において反射してビームスプリッタ１０に入射する。被検査体２１に対するプロービング光ビームの走査は、反射鏡７としてポリゴンミラーを使用して光ビームを少し走査させて実現してもよいし、ステージ２２を移動することにより相対的に光ビームを走査させてもよい。
【００２０】
ビームスプリッタ１０に入射した光学的検出信号はここにおいて偏光未分離状態の参照光と再び合波し、合波した光ビームはウオラストンプリズムその他の偏光分離フィルタ１１に入射して同一の偏光成分、ここではｐ偏光成分のみが選択され、次いで、光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波されて電気信号に変換される。この電気信号に変換された信号が周波数Δω=｜ω1-ω2｜のビート信号SB(Δω)である。
【００２１】
このビート信号SB(Δω)は、微小異物９が存在しない場合に周波数シフタ４P及び４Rを駆動する変調信号SP(ω1)とSR(ω2)間の差周波数信号SR(Δω)であるミキサ１９の出力信号（基準信号）に等しくなる様に、その振幅及び位相を狭帯域電気的増幅器１３及び移相器１４により調整しておく。この第２実施例においては第１実施例の増幅器１３に対応する増幅器を狭帯域電気的増幅器１３により構成している。この狭帯域電気的増幅器１３は光電変換器１２の１／ｆ雑音を除去すべく導入されたものであり、光電変換器１２の受光面においてヘテロダイン検波して得られる変調信号ω1とω2の差周波数信号であるビート信号SB(Δω)の周波数Δωを、光電変換器１２の１／ｆ雑音レベルとホワイト雑音レベルがほぼ等しくなる周波数（一般にコーナ周波数と呼ばれる）より高く選び、狭帯域電気増幅器１３の中心周波数をそのビート周波数を一致させている。第１の発振器１５P の発振する信号周波数ω1 及び第２の発振器１５R の発振する信号周波数ω2 を第２のミキサ１９においてミキシングし、差周波数Δω＝｜ω1−ω2｜を帯域通過型フィルタ２３で選択し、これを基準信号SR(Δω)としている。
【００２２】
このビート信号SB(Δω)と、第２のミキサ１９から帯域通過型フィルタ２３により抽出した差周波数Δω＝｜ω1−ω2｜の基準信号SR(Δω)とをパラメータ抽出部１６において例えば電気ヘテロダイン検波し、パラメータ抽出部１６の出力として現われる差分信号ＳD を最終検出信号とし、この最終検出信号ＳD に基づいて検出データ分析装置１７により微小異物の大きさ、形状その他の特性を算出する。
【００２３】
この実施例において、図５の波形Ａは、第１の発振器１５P の発振する信号周波数ω1 の信号SP(ω1)と 電気的発振器１５R の発振する信号周波数ω2 の信号SR(ω2) を第２のミキサ２１においてミキシングした結果である差周波数Δω＝｜ω1−ω2｜の信号波形であり、基準信号SR(Δω)である。波形Ｂはプロービング光の掃引又はステージ２２の移動により、プロービング光が複屈折物質である微小異物を横切って相対移動したときのビート信号SB(Δω)の波形を示す。区間Δｔで微小異物を照射してｐ偏光のほとんどの成分が他の偏光状態、例えばｓ偏光に変化したことを振幅が減少したことにより検出している。微小異物以外の領域にプロービング光が照射されている時は波形Ａと同一の周波数、振幅、位相の波形である。波形Ａと波形Ｂとをミキシングした結果の差分信号波形が波形Ｃである。差分信号波形の区間Δｔはほぼ微小異物の横断長を表わしており、時間軸上の波形Ｃの継続時間Δｔを異物あるいはプロービング光の相対移動速度で割ったものが微小異物の寸法を表わす。微小異物が存在せず、波形Ａと波形Ｂとが同一の周波数、振幅、位相の波形を示している領域では波形Ａと波形Ｂをミキシングした結果の出力は零である。
【００２４】
この第２実施例においても、単一偏光成分のプロービング光は対象物を検出後に参照光と再び合波されて光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波されるので、受光面における双方の光量がほぼ等しくなるようにビームスプリッタ３の光量配分をすると、信号検出の信号対雑音比Ｓ／Ｎを向上することができる。図４の実施例においても、偏光分離フィルタ１１をビームスプリッタ３と合波用ビームスプリッタ１０の間の参照光光路中に配置してもよい。
【００２５】
図６を参照して第３実施例を説明する。第３実施例は図２の第１実施例において反射鏡８、１８を省略し、ビームスプリッタ１０で周波数シフタ４及び被検査体２１からの光を合波するように配置する場合を示す。勿論、偏光分離フィルタ１１は図２の実施例と同様にビームスプリッタ１０と光電変換器１２の間の光路中に配置してもよい。
【００２６】
シングルモードレーザ光を発生するレーザ光源１L から放射される可干渉性の光ビームを不要モード除去フィルタ２を介して偏光無依存性のビームスプリッタ３に入射し、２分岐する。２分岐された光ビームの内の一方である図において下方に進行する光ビームをプロービング光とし、直進する他方の光ビームを参照光とする。
【００２７】
参照光は、電気的発振器１５の発振する信号により駆動される周波数シフタ４で変調され、プロービング光とは異なる光波長を有する光、即ち周波数がΔωだけずれた光に変換され、更に、参照光は偏光分離フィルタ１１によりプロービング光と同一の偏光が選択され、ビームスプリッタ１０に入射する。
一方、プロービング光は反射鏡５において反射した後、偏光フィルタ６に与えられ、例えば直線偏光のｐ波が選択透過される。このｐ波であるプロービング光は反射鏡７において反射し、被検査体２１の表面を照射する。被検査体２１から反射した反射波は光学的検出信号として、ビームスプリッタ１０に入射される。
【００２８】
ビームスプリッタ１０に入射した光学的検出信号は、これと同一の偏光面を有して光周波数がΔωだけ異なる参照光とここにおいて再び合波され、光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波され、ビート信号SB(Δω)が得られる。
このビート信号SB(Δω)は、微小異物９が存在しない場合に周波数シフタ４を駆動する変調信号SR(Δω)に等しくなる様に、その振幅及び位相を増幅器１３及び移相器１４により調整しておく。このビート信号SB(Δω)と、電気的発振器１５の発振する基準信号SR(Δω)としての周波数シフタ４の変調信号をパラメータ抽出部１６において例えば電気ヘテロダイン検波し、パラメータ抽出部１６の出力として現われる差分信号を最終検出信号ＳD とし、この最終検出信号ＳD に基づいて検出データ分析装置１７により微小異物の大きさ、形状その他の特性を算出する。
【００２９】
この様に、図６に示すこの第３実施例の動作原理は、図２の第１実施例の動作原理と全く同様であり、また基準信号SR(Δω)、ビート信号SB(Δω)、及び差分信号ＳD のそれぞれの波形も図３の波形Ａ，Ｂ，及びＣに示したものと全く同様になる。
【００３０】
図７はこの発明による第４実施例の構成を示す。この実施例は図４の第２実施例において、図６の第３実施例と同様に反射鏡８、１８を省略してビームスプリッタ１０で周波数シフタ４及び検査対象物２１からの光を合波するように配置すると共に、偏光分離フィルタ１１を周波数シフタ４とビームスプリッタ１０の間の光路中に配置して、合波する前に参照光からプロービング光と同じ偏光成分を選択する場合を示す。従って、この実施例の動作原理は図４の実施例と全く同様であり、その説明を省略する。また、図７における基準信号SR(Δω)、電気検出信号SB(Δω)及び差分信号ＳD の波形は図５における対応する信号の波形Ａ，Ｂ，Ｃと全く同様である。
【００３１】
図２、４、６及び７の各実施例では、レーザ光源１L はｐ偏光成分及びｓ偏光成分の両方を含むレーザ光を出力するものとして説明したが、レーザ光源１L がｐ偏光又はｓ偏光の一方のみを出力するか、あるいはレーザ光源１L の出力側に直線偏光フィルタを設け、ｐ偏光又はｓ偏光のみを選択して透過させ、測定光学系に与えてもよい。その場合の実施例を例えば図６及び７の実施例に適用した例として図８及び９にそれぞれ示す。
【００３２】
図８の実施例では、レーザ光源１L の出力側に直線偏光フィルタ２’を設け、例えばｐ偏光のみを透過させ、ビームスプリッタ３に与える。ビームスプリッタ３は偏光無依存性のものであり、入射ｐ偏光をプロービング光ビームと参照光ビームに分岐し、それぞれ反射鏡５及び周波数シフタ４に与える。プロービング光は既にｐ偏光とされているので、図６の実施例における偏光フィルタ６は不要であり、設けられていない。その他の構成は図６の構成と同様である。この実施例において、レーザ光源１L として例えばｐ偏光のみを出力するものを使用すれば、偏光フィルタ２' も不要となる。
【００３３】
図９の実施例においても同様にレーザ光源１L の出力側に偏光フィルタ２' を設け、例えばｐ偏光のみを選択透過させ、偏光状態無依存性のビームスプリッタ３により参照光ビームとプロービング光ビームに分岐している。また、図７における偏光フィルタ６は使用されない。その他の構成は図７の場合と同様である。
前述したように、この発明の原理は、光源からのｐ偏光又はｓ偏光の一方のみのプロービング光を被検査体２１に照射し、プロービング光に対し相対的に周波数シフトされた同じ光源からの参照光のプロービング光と同じ偏光成分とのビートを光電変換器１２により光ヘテロダイン検波し、得られたビート信号と基準信号とから所望のパラメータの差分信号を得ることにある。従って、前述した各実施例では、偏光無依存性のビームスプリッタ３により上記光源からのレーザ光を２分岐し、プロービング光ビームと参照光ビームに同じ直線偏光成分を必ず含むようにしたが、これとは別の方法により、この発明の同じ原理を実施することが可能である。その例を図６及び７の実施例の変形例としてぞれぞれ図１０及び１１に示す。
【００３４】
図１０に図６と対応させて示すように、この実施例では図６における偏光無依存性のビームスプリッタ３の代わりに、偏光ビームスプリッタ２３を設け、レーザ光源１L からのレーザ光をｐ偏光とｓ偏光に分離し、それぞれプロービング光と参照光とする。従って、図６における偏光フィルタ６も省略される。図１０に示すのとは逆にｐ偏光を参照光とし、ｓ偏光をプロービング光としてもよいが、ここでは図に示す例で説明する。ｐ偏光のプロービング光は反射鏡５、７の適当な配置により被検査体２１に照射され、一方、ｓ偏光の参照光は周波数シフタ４に与えられる。
【００３５】
この実施例で特徴的なことは、偏光分離プリズム２３と合波用ビームスプリッタ１０の間の参照光光路中に1/4 波長板２４が配置され、ｓ偏光をｐ偏光に変換していることである。この例では、1/4 波長板２４は周波数シフタ４と合波用ビームスプリッタ１０の間の光路中に配置され、1/4 波長板２４によりｐ偏光に変換された参照光は合波用ビームスプリッタ１０で被検査体２１からの反射プロービング光と合波される。その合波ビームは偏光軸がｐ偏光に一致された偏光フィルタ１１を通して光電変換器１２に与えられる。その他の構成は図６の場合と同様である。従って、この実施例においても前述した各実施例と同様に、プロービング光を、それと同じ偏光の参照光と光電変換器１２の受光面で干渉させることができ、従って光ヘテロダイン検波が可能である。なお、ｐ偏光とｓ偏光は互いに干渉しない。この実施例においては、光源１L からのｐ偏光成分の全パワーをプロービング光として被検査体２１に照射することができるので、光源からのレーザ光の使用効率が前述の各実施例より改善できる利点がある。
【００３６】
図１１は図１０で説明した方法を図７の実施例に適用した場合の実施例を示す。この実施例でも、図７における偏光無依存性ビームスプリッタ３の代わりに偏光ビームスプリッタ２３が設けられ、偏光フィルタ６を省略し、また偏光ビームスプリッタ２３と合波用ビームスプリッタ１０の間の参照光光路中に1/4 波長板２４が設けられている。その他の構成は図７の実施例と同様であり、説明を省略する。図２及び４の各実施例に付いても図１０及び１１で説明したと同様に、偏光無依存性ビームスプリッタ３の代わりに偏光分離プリズム２３で置き換え、1/4 波長板２４を参照光光路中に配置することにより同様の変形が可能であることは明かである。
【００３７】
前述の図２、４、６〜１１の各実施例では、基準信号SR(Δω)とビート信号SB(Δω)をパラメータ抽出部１６で例えば混合し、得られた差分信号を検出信号ＳD として使う場合に付いて説明した。これは、プロービング光のｐ偏光成分が複屈折性の異物によりそのパワーの一部又は全部が例えばｓ偏光に変換されてしまうため、ビート信号SB(Δω)の振幅が低下するかほとんど零となることを利用しており、その振幅変化を、ビート信号SB(Δω)と基準信号SR(Δω)との電気ヘテロダイン検波で差分信号として得ることにより検出するものである。しかしながら、一般に半導体基板上の微小異物はその物質の種類、大きさ、向きにより、プロービング光に対し、この様な偏光の変化を与える場合もあるし、振幅を変化させる場合もあるし、位相を変化させる場合もあるし、これらの組み合わせで変化をさせる場合もある。そのため、検出されるビールと信号は異物の種類、大きさ、向きなどにより、その位相、振幅又はそれら両方が変化する。
【００３８】
図１２の波形Ｂは、波形Ａに示す基準信号SR(Δω)に対し、検出されたビート信号SB(Δω)の波形例を示し、異物の区間Δｔにおいてビート信号SB(Δω)の位相が変化した場合と示している。また、図１３の波形は、波形Ａに示す基準信号SR(Δω)に対し、検出されたビート信号SB(Δω)の他の波形例を示し、異物区間Δｔにおいてビート信号の振幅と位相の両方（即ち信号ベクトル）が変化した場合を示している。従って、ビート信号の位相、振幅を解析することにより、異物に付いてのより詳しい情報を得ることができる。即ち、ビート信号の位相、振幅あるいはその両方は異物の性質を表すパラメータとして利用することができる。前述の実施例では、パラメータ抽出部１６により、これらパラメータのうち、ビート信号の振幅変化を検出する場合であり、ビート信号の位相変化を検出するには、前述の各実施例におけるパラメータ抽出部１６として位相検出器を設ければよい。それによって、例えば図１２の波形Ｃに示すように、異物区間Δｔでプロービング光が受けた位相変化に対応する検出波形が得られる。また、ビート信号のベクトル変化を検出するには、前述の各実施例におけるパラメータ抽出部１６としてベクトル検波器を設け、プロービング光が異物により受ける位相と振幅の変化を図１３の波形Ｂに示すビート信号SB(Δω)の位相と振幅の変化として検出し、図１３の波形Ｃに示すように、振幅情報と位相情報を得ることができる。
【００３９】
以上の実施例においては、光路は空間光路により構成したものとしてきたが、プロービング光を被検査対象物に照射する光路及び被検査対象物から反射する光を受光する光路を除いて、光学素子相互間の光路はこれを光ファイバにより構成することができる。
検出データ分析装置１７は、以下の通りにビート信号SB(Δω)と基準信号SR(Δω)から抽出されたパラメータの信号を電子計算機により演算処理して微小異物の形状、サイズを算出することができる。即ち、半導体ＩＣのように、回路が形成された半導体基板の表面は、形成されている回路の配線パターンや、配置されている電子素子が表面に凹凸パターンを形成しており、これらの凹凸のエッヂによりプロービング光の偏光状態及び／又は位相が変化を受けるため、これらパターンもこの発明の装置により検出されてしまうことになる。そのような回路パターンは、微小異物の検出にはじゃまである。そこで、そのような回路パターンを除去するため、図２、４、６〜１１の各実施例における検出データ分析装置１７を例えば図１４に示すように構成し、図１５に示す測定手順に従って測定を行う。
【００４０】
図１４に示すように、検出データ分析装置１７は、パラメータ抽出部１６からのパラメータ検出信号ＳD のエンベロープを検出し、そのエンベロープをＡ／Ｄ変換して取り込む入力インタフェース１７Ａと、この発明による測定装置よる測定手順がプログラムとして格納されているＲＯＭ１７Ｅと、画像データ処理を行うためのＲＡＭ１７Ｄと、基準パターンデータが格納されている基準データメモリ１７Ｍ１と、検出パターンデータを格納する検出データメモリ１７Ｍ２と、測定手順に従ってデータの制御及び処理を実行するＣＰＵ１７Ｃとから構成され、これらはバス１７Ｆを介して互いに接続されている。更に、必要に応じて検出された異物の画像データを出力インタフェース１７Ｆを介して表示器１７Ｇに与え、表示を行うように構成してもよい。
【００４１】
基準データメモリ１７Ｍ１には、予め異物の存在しない半導体基板についてこの発明の装置により走査して得たパターンデータが基準パターンデータとして格納されている。その基準パターンデータの生成も、以下に説明する検査対象の半導体基板の検査の手順と同じ手順で行われる。測定を開始する前に、ステージ２２の移動速度、及び移動範囲を設定して、測定を開始する。
【００４２】
ステップＳ１で、ビームスポットの座標(x,y) での検出信号ＳD に基づくデータを検出データメモリ１７Ｍ２の対応アドレス(x,y) に書き込む。
ステップＳ２で、(x,y) 走査が予め設定した全範囲に付いて終了したか判定する。
終了してなければ、ステップＳ３でステージ２２の位置(x,y) を移動し、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１を繰り返す。
【００４３】
走査が設定した全範囲に付いて終了していれば、ステップＳ４で、基準データメモリ１７Ｍ１内の基準パターンデータと、検出データメモリ１７Ｍ２内の検出パターンデータとの差分パターンデータをＲＡＭ１７Ｄ上に生成する。
次に、ステップＳ５において、差分パターンデータを分析し、異物の位置及び大きさを特定し、測定を終了する。
【００４４】
この様に、微小異物の存在しない半導体基板についての検査結果を基準パターンデータとして基準データメモリに予め記憶しておき、実際の検査対象半導体基板の検査結果の検出パターンと基準パターンの差分をとることにより、バックグラウンドとしての被検査半導体基板自身が持つ固有のパターンをキャンセルし、異物、欠陥のみを抽出することができる。また、微小異物の存在しない検査対象物を準備するに際して、完全な微小異物の存在しない１個の完全な検査対象物を準備することができない場合、当該検査対象物を複数個準備してこれら検査対象物の微小異物の存在しない領域を寄せ集めて１個の完全な検査対象物を合成することもできる。
【００４５】
ここで、図１で示した従来技術の構成と図７で示したこの発明の技術による構成を互いに対応させてそれぞれ光学系のみを図１６及び１７に書き直し、２偏光プロービング（従来技術）と１偏光プロービング（この発明）を光利用効率の点で比較した結果を図１８の表に示す。図１８の表は、図１６及び１７における光路中の位置(1)、(2)、(3)、(4)でのプロービング光と参照光の光量を、レーザ光源の光量を１としたときの相対値で示してある。図１７におけるビームスプリッタＢＳの分岐比は、以下の条件で位置(4) 、即ち光電変換器への入射位置でプロービング光と参照光の光量比がほぼ１：１となるよう予め決めてある。両図１６及び１７について、各点での光量を計算するための共通条件は以下の通りである。
Filter:透過率１００％
PBS(Polarization Beam Splitter):透過率７０％、光量分岐ｐ波：ｓ波＝１：１
BS(Beam Splitter):透過率８０％、光量分岐比３：９７
合波１：１
FS(Frequency Shifter):透過率７０％
PF(Polarization Filter):透過率７０％、光量分岐ｐ波：ｓ波＝１：１
Particle p→s、s→p 変換率:変換率１０％、反射率５％
Laser出力光量:１.０００
以上の結果により、この発明による１偏光プロービングの方が２偏光プロービングの場合と比較して、光電変換器に受光面における光量が多く、高感度になることが理解される。そして、プロービング光と参照光の光量比は２偏光プロービングの場合は１：１０であり、１偏光プロービングの場合は約１：１となり、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、光学的プロービングはｐ偏光又はｓ偏光のいずれか１種類の偏光成分を使用して行い、光学的プロービングの結果である光ビームを光ヘテロダイン検波して得られるビート信号SB(Δω)は電気的に信号処理して異物を検出することにより、光学的プロービングを実施する光学装置を簡単に構成することができると共に、異物検査信号強度を大きくすることができる。
【００４７】
即ち、２種類の偏光成分を使用して光学的プロービングする光学装置と比較して、光学装置を簡単に構成することができるところから、当該異物検査装置と他の分析機器を併用する場合の機器配置の自由度を大きくすることができる。
そして、光学的プロービングに２種類の偏光成分を使用する異物検査装置の場合、互いに直交する直線偏光であるｐ波及びｓ波に分離して一方をプロービング光とすると共に他方を参照光とするので、双方の光量分配は必然的に１：１である。ところが、プロービング光が被検査面の表面に存在する異物、欠陥により偏光解消されて散乱光になる割合は数％と低く、検出信号の光量は少なくて信号強度を強くすることができない。これに対して、この発明は、プロービング光は検査対象物を照射検出してから参照光と再び合波されて光電変換器の受光面でヘテロダイン検波される場合、受光面における双方の光量をほぼ等しくするようにビームスプリッタの分岐光量を配分することができ、これにより高Ｓ／Ｎ比のビート信号を得ることができる。
【００４８】
また、ビート周波数をコーナ周波数より少し高い領域に設定し、光学的プロービングを実施して得られた光信号を電気信号に変換したビート信号SB(Δω)を増幅する増幅器として狭帯域電気的増幅器１３を使用し、その通過帯域の中心周波数をビート周波数と等しく設定して光電変換器１２の出力の通過帯域を制限することにより、光電変換器１２の１／ｆ雑音を除去することができる。
【００４９】
更に、検査対象を照射するに使用される反射鏡を検査対象の或る面積を掃引照射するポリゴンミラーにより構成するか、あるいは被検査体２１を載せるステージ２２を、その面と平行に移動可能とすることにより、異物に対するプロービング光の照射を相対的に掃引することができ、従って、異物の大きさ、形状を測定することができる。しかも、パラメータ抽出部１６によりビート信号と基準信号とから異物の性質に対応した所望のパラメータの差分信号を得ることができる。
【００５０】
そして、検出データ分析装置１７を、異物の存在しない検査対象物の検査結果を基準パターンとして予め記憶した基準パターンメモリを具備し、実際の検査対象物の検査結果を記憶するデータメモリを具備し、両メモリの記憶内容の差分を演算処理して異物をキャンセルして抽出するものとすることにより、異物の抽出検査を迅速的確に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のヘテロダイン偏光による異物検査装置の構成を示す図。
【図２】この発明の第１実施例の構成を示す図。
【図３】図２における基準信号と、電気検出信号と、差分信号の波形を示す図。
【図４】この発明の第２実施例の構成を示す図。
【図５】図４における基準信号と、電気検出信号と、差分信号の波形を示す図。
【図６】この発明の第３実施例の構成を示す図。
【図７】この発明の第４実施例の構成を示す図。
【図８】図６の変形実施例を示す図。
【図９】図７の変形実施例を示す図。
【図１０】図６又は８の変形実施例を示す図。
【図１１】図７又は９の変形実施例を示す図。
【図１２】微小異物によりプロービング光の位相が変化される場合の基準信号波形に対する電気検出信号と差分信号の波形を示す図。
【図１３】微小異物によりプロービング光の位相と振幅が変化される場合の基準信号波形に対する電気検出信号と差分信号の波形を示す図。
【図１４】ビート信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【図１５】微小異物検出処理手順を示すフロー図。
【図１６】光利用効率を比較するため図１の装置を書き直した図。
【図１７】光利用効率を比較するため図４の装置を書き直した図。
【図１８】図１６と１７の装置の各部における光量の比較を示す表。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヘテロダイン偏光による異物検査方法及びこの方法を実施する装置に関し、特に高集積度の半導体製造の段階において分留まり低下の原因になるが如き微小異物あるいはパーティクルをヘテロダイン偏光解析を適用して検出するヘテロダイン偏光による異物検査方法及びこの方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高集積度の半導体製造の段階で分留まり低下の原因になっている微小異物あるいはパーティクルは、金属、有機物、無機物、あるいはこれらの混合したものより成り、光学的に観れば広義の複屈折物質である。一般に、直線偏光を複屈折物質に照射すると、その透過光あるいは反射光のパワーの一部あるいはほとんど全てが入射直線偏光と偏光面が直角な偏光面を有する直線偏光に変化し、その位相も相対的にずれるため、一般には楕円偏光となる。もちろん、入射直線偏光と複屈折物質の光軸との成す角度により、その透過光あるいは反射光の偏光状態は変化する。この微小異物に光を照射して、反射してくる光、屈折あるいは複屈折してくる光を解析して微小異物の検出をすることができる。微小異物に偏光を照射して異物を検出する方法が既に実用化されており、これにより従来は検出が困難であった微小な異物あるいは欠陥を高Ｓ／Ｎ比で検出することができるようになった。偏光による異物検査方法としては、例えば、日本国特許出願公開6-317534に開示される異物検査方法がある。以下、これについて簡単に説明する。
【０００３】
図１を参照して説明するに、レーザ光源１から放射されるレーザビームを偏光板２、偏光ビームスプリッタ５を介して２本の互いに直交する直線偏光であるｓ偏光及びｐ偏光に分離し、これら偏光を周波数シフタ９、１１で互いに異なるシフト周波数ω及び（ω＋△ω）で変調する。これら変調された両偏光は偏光ビームスプリッタ１２を介して合成され、互いに直交すると共に互いに相対的にシフト周波数△ωだけ異なる２本の直線偏光を有する１本のレーザビーム１２ａが生成される。このレーザビーム１２ａを偏光ビームスプリッタ１５によりｐ偏光１５ａとｓ偏光１５ｂに分離し、反射鏡１８、１９により反射して異なる２方向から可動ステージ２２上の被検査体２１の表面の同一検査スポット２０に照射する。
【０００４】
被検査体２１の表面の異物の無い領域では、反射鏡１８から被検査体表面に入射したｐ偏光は反射して偏光板２７に入射するが、偏光板２７の偏光軸をｐ偏光と直角に設定しておけば、入射したｐ偏光は遮断される。一方、異物の無い領域では反射鏡１９からのｓ偏光は被検査体表面で反射され、スポット２０を通りかつ反射鏡１８、１９における反射点とスポット２０を含む平面と直角な平面に関し、反射鏡１９と同じ側にある偏光板２７には入射しない。従って、微小異物の無い領域では、光電変換器２９での出力はない。一方、反射鏡１８、１９からのｐ偏光及びｓ偏光が被検査体表面に存在する微小異物あるいは微小欠陥を光ビームスポット２０で照射すると異物あるいは欠陥によりｐ偏光から偏光状態が変化した０次回折光（反射光）２３と、ｓ偏光から偏光状態が変化した散乱光２５とが偏光板２７に入射し、それらの、偏光板２７の偏光軸方向成分（ω変調成分及びω＋Δω変調成分）がそれぞれ通過して光電変換器２９に入る。従って、それら間の差周波数成分（ビート信号と呼ぶ）が光電変換器２９で光ヘテロダイン検出され、ビート信号処理装置３０はそのビート信号幅を測定することにより異物の大きさを計算する。偏光状態は異物あるいは欠陥のみにより変化を受け、異物あるいは欠陥により直線偏光状態が崩された光のみが偏光板２７を通って干渉光として光電変換器２９に入射しビート信号となるので、被検査面の検出すべき異物あるいは欠陥を回路パターンその他の異物あるいは欠陥以外のものとは区別して高いＳ／Ｎ比で検出検査することができる。しかしながら、この方式では光ヘテロダイン検波されたビート信号の強弱しか検出できないので、その異物の性質に関する情報は得ることができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の微小異物検査装置は、２本の互いに直交する直線偏光に分離したｐ偏光及びｓ偏光を異なる２方向から検査面表面の直径0.3μｍ 程度の同一の検査スポット２０に照射するものであり、被検査体表面においてｐ偏光とｓ偏光の照射スポットを一致させるための反射鏡１８、１９の調整及びｐ偏光及びｓ偏光相互の光軸合わせの調整は容易ではない。また、この微小異物検査装置は電子ビームを使用するＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer） の如き他の分析装置と併用することが行われるが、異物検査装置においてビームスプリッタ１５の延長面の互いに反対側に反射鏡１８、１９を配置しなければならず、併用される他方の分析装置の構成要素を配置する自由度を失わせることとなる。
【０００６】
更に、この微小異物検査装置は、レーザビームを２本の互いに直交する直線偏光であるｐ偏光及びｓ偏光に分離してその内の一方を検出用のプロービング光とすると共に、他方を参照光とするものであるので、双方の光量分配は１：１である。プロービング光は被検査面の表面に存在する異物あるいは欠陥により偏光状態が変化されて散乱光になるが、散乱光になる割合は数％であって大変に低い。即ち、検出信号の光量は少なく、信号強度は弱い。検出信号の光量をより多くするには、プロービング光により多くの光量が配分される光学装置を構成する必要がある。
【０００７】
従って、この発明の目的は、上述の問題を解消し、検出した異物の性質に関する情報を得ることができ、かつ簡単な構造で光り利用効率の高いヘテロダイン偏光による異物検査方法及びこの方法を実施する装置を提供するものである。
この発明によるヘテロダイン偏光による異物検査方法は、以下のステップを含む：
(a) 光源手段から出力される光ビームから直線偏光のプロービング光と、その直線偏光と同じ偏光の成分を少なくとも含む参照光とを生成し、
(b) 上記参照光と上記プロービング光に相対的に周波数差を与えるよう、少なくともそれらの一方の周波数を変調すると共に、上記周波数差の基準信号を生成し、
(c) 相対的に周波数差が与えられた上記プロービング光を被検査体に照射すると共に、上記プロービング光による照射スポットと上記被検査体とを相対的に移動し、
(d) 上記被検査体からの反射光と、周波数が相対的に変調された上記参照光とを光電変換手段に入射して上記相対的周波数差を光ヘテロダイン検波によりビート信号として検出し、
(e) 上記ビート信号と上記基準信号とから上記被検査体上の異物の性質を表すパラメータを抽出し、
(f) 抽出された上記パラメータを分析して上記異物についての情報を得る。
【０００８】
この発明によるヘテロダイン偏光による異物検査装置は、以下を含む：
可干渉性の光ビームを出力する光源手段と、
上記光源手段からの出力される光ビームから直線偏光のプロービング光と、その直線偏光と同じ偏光成分を少なくとも含む参照光とを生成するビームスプリッタ手段と、
上記参照光と上記プロービング光に相対的に周波数差を与えるよう、少なくともそれらの一方の周波数を変調すると共に、上記周波数差の基準信号を生成する周波数変調手段と、
相対的に周波数差が与えられた上記プロービング光を被検査体に照射すると共に、上記プロービング光による照射スポットと上記被検査体とを相対的に移動する走査手段と、
上記被検査体からの反射プロービング光と、相対的に変調された上記参照光とが入射され上記相対的周波数差を光ヘテロダイン検波によりビート信号として検出する光電変換手段と、
上記ビート信号と上記基準信号とから上記被検査体上の異物の性質を表すパラメータを抽出するパラメータ抽出手段と、
抽出された上記パラメータを分析して上記異物の情報を得る検出データ分析手段。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を実施例を参照して説明する。
図２を参照して第１実施例を説明するに、シングルモードのレーザ光を発生するレーザ光源１L から放射される可干渉性の光ビームを不要モード除去フィルタ２を介して偏光無依存性のビームスプリッタ３に入射し、２分岐する。２分岐された光ビームの内の一方である図において下方に進行する光ビームをプロービング光とし、直進する他方の光ビームを参照光とする。
【００１０】
参照光は偏光に関しては未分離状態であるが、必ずプロービング光と同一の偏光面成分を含んでいる。この参照光は、電気的発振器１５の発振する周波数Δωの基準信号SR(Δω)により駆動される周波数シフタ４で変調され、プロービング光とは異なる波長を有する参照光（即ち周波数がΔωだけずれた光）に変換される。この参照光は、更に、反射鏡１８において反射し、ビームスプリッタ１０に入射する。
【００１１】
一方、プロービング光は反射鏡５において反射した後、偏光フィルタ６により直線偏光のｐ波あるいはｓ波の何れかを選択される。ここでは偏光フィルタ６により選択されたプロービング光はｐ波であるものとする。このｐ波であるプロービング光は反射鏡７において反射し、被検査体２１を照射する。被検査体２１を照射して反射した反射波は光学的検出信号となり、反射鏡８において反射してビームスプリッタ１０に入射する。被検査体２１の表面の微小異物９を検出するには、反射鏡７としポリゴンミラーを使用して光ビームを走査させるように構成するか、あるいはステージ２２を移動するように構成する。
【００１２】
ビームスプリッタ１０に入射した光学的検出信号は、ここにおいて偏光未分離状態の参照光と合波し、合波した光ビームはウオラストンプリズムその他の偏光分離フィルタ１１に入射してプロービング光と同じｐ偏光成分のみが選択され、次いで、光電変換器１２の受光面において参照光のｐ偏光成分とｐ偏光のプロービング光とが光ヘテロダイン検波されて差周波数の信号、即ちビート信号SB(Δω)が得られる。この発明で重要なことは、基準信号SR(Δω)とこのビート信号SB(Δω)とから差分振幅、差分位相、又は差分ベクトルのようなパラメータを例えばミキサ、位相検出器、又はベクトル検波器のようなパラメータ抽出部１６で抽出し、基準信号SR(Δω)に対するビート信号SB(Δω)の振幅差分、位相差分、あるいはベクトル差分を得ることがでくるようにした点にある。これらの差分信号は異物の性質によって異なり、従って、これらの差分信号を得ることにより検出された異物のサイズのみならず、異物の性質に関する情報も得られることになる。
【００１３】
微小異物９が存在しない場合にパラメータ抽出部１６の出力レベルが零となるように、即ち、周波数シフタ４を駆動する変調信号（基準信号）SR(Δω)に等しくなる様に、このビート信号SB(Δω)の振幅及び位相を増幅器１３及び移相器１４により調整しておく。従って、プロービング光が微小異物９を照射すると、その偏光状態が変化を受け、偏光分離フィルタ１１を通過するプロービング光のｐ偏光成分のパワーが非常に小さくなり、光電変換器１２の出力ビート信号の振幅は非常に小さくなる。その結果、パラメータ抽出部１６から基準信号SR(Δω)がほぼそのまま出力される。このビート信号SB(Δω)と、電気的発振器１５の発振する周波数シフタ４の変調信号としての基準信号SR(Δω)をパラメータ抽出部１６において例えば電気ヘテロダイン検波し、被検査体２１の表面を照射するプロービング光を例えば反射鏡７の回動、あるいはステージ２２の移動により相対的に掃引し、その時パラメータ抽出部１６に出力として現われる差分信号を最終検出信号ＳD とし、この最終検出信号ＳD に基づいて検出データ分析装置１７により微小異物の大きさ、形状その他の特性を算出する。
【００１４】
この実施例において、図３の波形Ａは電気的発振器１５の発振する基準信号SR(Δω)としての周波数シフタ４の変調信号である。波形Ｂは、ステージ２２の移動又はプロービング光の掃引によりプロービング光の照射ビームスポットが被検査対象の微小異物９を横切って相対的に移動した場合のビート信号波形を示す。この例では、被検査体表面上の複屈折物質である微小異物９がプロービング光により照射され、偏光状態が区間Δｔでｐ偏光成分が他の偏光状態、例えばｓ偏光状態に変化したことを、ビート信号SB(Δω)の振幅が減少したことにより表している。被検査体表面上の複屈折物質である微小異物にプロービング光が照射されない時（区間Δｔの外）は、パラメータ抽出部１６に与えられるビート信号SB(Δω)は波形Ａと同一の周波数、振幅、位相の波形である。波形Ａと波形Ｂとを例えばヘテロダイン検波した結果が差分信号の波形Ｃである。差分波形の包絡線はほぼ微小異物の光ビームによる横断長の形状を表わしており、時間軸上の波形Ｃの継続時間Δｔをプロービング光のステージ２２に対する相対移動速度で割ったものが微小異物の光ビームによる横断寸法を表わす。微小異物が存在せず、波形Ａと波形Ｂとが同一の周波数、振幅、位相の波形を示している間は波形Ａと波形Ｂをミキシングした結果の出力はゼロである。
【００１５】
図２中に波線で示すように偏光分離フィルタ１１を合波用ビームスプリッタ１０とこうで光電変換器１２の間に配置する代わりに、ビームスプリッタ３から合波用ビームスプリッタ間での参照光光路中に配置してもよい。その場合、異物で偏光状態が例えばｐ偏光からｓ偏光に変化されたプロービング光は、光電変換器１２に入射するので、参照光（ｐ偏光）と干渉しない（ヘテロダイン検波は起こらない）が、直流成分として検出されるのであまり好ましくない。
【００１６】
ところで、以上のヘテロダイン偏光による異物検査装置の構成において、プロービング光は被検査体２１で反射後に参照光と再び合波されて光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波されるので、受光面における双方の光量をほぼ等しくするようにビームスプリッタ３の分岐光量を配分すると、信号検出の信号対雑音比Ｓ／Ｎを向上することができる。図２の実施例では、周波数シフタ４を参照光の光路（ビームスプリッタ３から反射鏡１８を経てビームスプリッタ１０に至る光路）中に挿入した場合を示したが、プロービング光の光路（ビームスプリッタ３から反射鏡５、７、被検査体２１、反射鏡８を経てビームスプリッタ１０に至る光路）中に配置してもよいことは明かである。
【００１７】
以上説明したように、この第１実施例は光学的プロービングは１種類の偏光成分のみを利用してを行い、光学的プロービングの結果、得られるビート信号SB(Δω)と基準信号SR(Δω)とから所望のパラメータの差分信号を得て、その差分信号の電気的な信号処理により異物の情報を得るものである。
図４を参照して第２実施例を説明する。図４において、図２と対応するものには同様の番号を付けてある。シングルモードのレーザ光を発生するレーザ光源１L から放射される可干渉性の光ビームを不要モード除去フィルタ２を介して偏光無依存性のビームスプリッタ３に入射し、２分岐する。２分岐された光ビームの内の一方である図において下方に進行する光ビームをプロービング光とし、直進する他方の光ビームを参照光とする。
【００１８】
直進する参照光は偏光に関しては未分離状態であるが、必ずプロービング光と同一の偏光面成分を有する。この参照光は、電気的発振器１５R の発振する周波数ω2 の信号SR(ω2) により駆動される周波数シフタ４R で変調され、プロービング光とは異なる光波長を有する光（即ち周波数がΔωだけづれた光）に変換される。参照光は、更に、反射鏡１８において反射し、ビームスプリッタ１０に入射する。
【００１９】
一方、プロービング光は、第２の発振器１５ｐの発振する周波数ω1 の信号SP(ω1) により駆動されるプロービング光周波数シフタ４ｐにより変調されてから反射鏡５に入射し、これにより反射した後に、偏光フィルタ６により直線偏光のｐ波あるいはｓ波の何れかを選択される。ここでは偏光フィルタ６により選択されたプロービング光はｐ偏光であるものとする。このｐ偏光であるプロービング光は反射鏡７において反射し、微小異物９を照射する。微小異物９を照射して反射した反射波は光学的検出信号となり、反射鏡８において反射してビームスプリッタ１０に入射する。被検査体２１に対するプロービング光ビームの走査は、反射鏡７としてポリゴンミラーを使用して光ビームを少し走査させて実現してもよいし、ステージ２２を移動することにより相対的に光ビームを走査させてもよい。
【００２０】
ビームスプリッタ１０に入射した光学的検出信号はここにおいて偏光未分離状態の参照光と再び合波し、合波した光ビームはウオラストンプリズムその他の偏光分離フィルタ１１に入射して同一の偏光成分、ここではｐ偏光成分のみが選択され、次いで、光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波されて電気信号に変換される。この電気信号に変換された信号が周波数Δω=｜ω1-ω2｜のビート信号SB(Δω)である。
【００２１】
このビート信号SB(Δω)は、微小異物９が存在しない場合に周波数シフタ４P及び４Rを駆動する変調信号SP(ω1)とSR(ω2)間の差周波数信号SR(Δω)であるミキサ１９の出力信号（基準信号）に等しくなる様に、その振幅及び位相を狭帯域電気的増幅器１３及び移相器１４により調整しておく。この第２実施例においては第１実施例の増幅器１３に対応する増幅器を狭帯域電気的増幅器１３により構成している。この狭帯域電気的増幅器１３は光電変換器１２の１／ｆ雑音を除去すべく導入されたものであり、光電変換器１２の受光面においてヘテロダイン検波して得られる変調信号ω1とω2の差周波数信号であるビート信号SB(Δω)の周波数Δωを、光電変換器１２の１／ｆ雑音レベルとホワイト雑音レベルがほぼ等しくなる周波数（一般にコーナ周波数と呼ばれる）より高く選び、狭帯域電気増幅器１３の中心周波数をそのビート周波数を一致させている。第１の発振器１５P の発振する信号周波数ω1 及び第２の発振器１５R の発振する信号周波数ω2 を第２のミキサ１９においてミキシングし、差周波数Δω＝｜ω1−ω2｜を帯域通過型フィルタ２３で選択し、これを基準信号SR(Δω)としている。
【００２２】
このビート信号SB(Δω)と、第２のミキサ１９から帯域通過型フィルタ２３により抽出した差周波数Δω＝｜ω1−ω2｜の基準信号SR(Δω)とをパラメータ抽出部１６において例えば電気ヘテロダイン検波し、パラメータ抽出部１６の出力として現われる差分信号ＳD を最終検出信号とし、この最終検出信号ＳD に基づいて検出データ分析装置１７により微小異物の大きさ、形状その他の特性を算出する。
【００２３】
この実施例において、図５の波形Ａは、第１の発振器１５P の発振する信号周波数ω1 の信号SP(ω1)と 電気的発振器１５R の発振する信号周波数ω2 の信号SR(ω2) を第２のミキサ２１においてミキシングした結果である差周波数Δω＝｜ω1−ω2｜の信号波形であり、基準信号SR(Δω)である。波形Ｂはプロービング光の掃引又はステージ２２の移動により、プロービング光が複屈折物質である微小異物を横切って相対移動したときのビート信号SB(Δω)の波形を示す。区間Δｔで微小異物を照射してｐ偏光のほとんどの成分が他の偏光状態、例えばｓ偏光に変化したことを振幅が減少したことにより検出している。微小異物以外の領域にプロービング光が照射されている時は波形Ａと同一の周波数、振幅、位相の波形である。波形Ａと波形Ｂとをミキシングした結果の差分信号波形が波形Ｃである。差分信号波形の区間Δｔはほぼ微小異物の横断長を表わしており、時間軸上の波形Ｃの継続時間Δｔを異物あるいはプロービング光の相対移動速度で割ったものが微小異物の寸法を表わす。微小異物が存在せず、波形Ａと波形Ｂとが同一の周波数、振幅、位相の波形を示している領域では波形Ａと波形Ｂをミキシングした結果の出力は零である。
【００２４】
この第２実施例においても、単一偏光成分のプロービング光は対象物を検出後に参照光と再び合波されて光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波されるので、受光面における双方の光量がほぼ等しくなるようにビームスプリッタ３の光量配分をすると、信号検出の信号対雑音比Ｓ／Ｎを向上することができる。図４の実施例においても、偏光分離フィルタ１１をビームスプリッタ３と合波用ビームスプリッタ１０の間の参照光光路中に配置してもよい。
【００２５】
図６を参照して第３実施例を説明する。第３実施例は図２の第１実施例において反射鏡８、１８を省略し、ビームスプリッタ１０で周波数シフタ４及び被検査体２１からの光を合波するように配置する場合を示す。勿論、偏光分離フィルタ１１は図２の実施例と同様にビームスプリッタ１０と光電変換器１２の間の光路中に配置してもよい。
【００２６】
シングルモードレーザ光を発生するレーザ光源１L から放射される可干渉性の光ビームを不要モード除去フィルタ２を介して偏光無依存性のビームスプリッタ３に入射し、２分岐する。２分岐された光ビームの内の一方である図において下方に進行する光ビームをプロービング光とし、直進する他方の光ビームを参照光とする。
【００２７】
参照光は、電気的発振器１５の発振する信号により駆動される周波数シフタ４で変調され、プロービング光とは異なる光波長を有する光、即ち周波数がΔωだけずれた光に変換され、更に、参照光は偏光分離フィルタ１１によりプロービング光と同一の偏光が選択され、ビームスプリッタ１０に入射する。
一方、プロービング光は反射鏡５において反射した後、偏光フィルタ６に与えられ、例えば直線偏光のｐ波が選択透過される。このｐ波であるプロービング光は反射鏡７において反射し、被検査体２１の表面を照射する。被検査体２１から反射した反射波は光学的検出信号として、ビームスプリッタ１０に入射される。
【００２８】
ビームスプリッタ１０に入射した光学的検出信号は、これと同一の偏光面を有して光周波数がΔωだけ異なる参照光とここにおいて再び合波され、光電変換器１２の受光面において光ヘテロダイン検波され、ビート信号SB(Δω)が得られる。
このビート信号SB(Δω)は、微小異物９が存在しない場合に周波数シフタ４を駆動する変調信号SR(Δω)に等しくなる様に、その振幅及び位相を増幅器１３及び移相器１４により調整しておく。このビート信号SB(Δω)と、電気的発振器１５の発振する基準信号SR(Δω)としての周波数シフタ４の変調信号をパラメータ抽出部１６において例えば電気ヘテロダイン検波し、パラメータ抽出部１６の出力として現われる差分信号を最終検出信号ＳD とし、この最終検出信号ＳD に基づいて検出データ分析装置１７により微小異物の大きさ、形状その他の特性を算出する。
【００２９】
この様に、図６に示すこの第３実施例の動作原理は、図２の第１実施例の動作原理と全く同様であり、また基準信号SR(Δω)、ビート信号SB(Δω)、及び差分信号ＳD のそれぞれの波形も図３の波形Ａ，Ｂ，及びＣに示したものと全く同様になる。
【００３０】
図７はこの発明による第４実施例の構成を示す。この実施例は図４の第２実施例において、図６の第３実施例と同様に反射鏡８、１８を省略してビームスプリッタ１０で周波数シフタ４及び検査対象物２１からの光を合波するように配置すると共に、偏光分離フィルタ１１を周波数シフタ４とビームスプリッタ１０の間の光路中に配置して、合波する前に参照光からプロービング光と同じ偏光成分を選択する場合を示す。従って、この実施例の動作原理は図４の実施例と全く同様であり、その説明を省略する。また、図７における基準信号SR(Δω)、電気検出信号SB(Δω)及び差分信号ＳD の波形は図５における対応する信号の波形Ａ，Ｂ，Ｃと全く同様である。
【００３１】
図２、４、６及び７の各実施例では、レーザ光源１L はｐ偏光成分及びｓ偏光成分の両方を含むレーザ光を出力するものとして説明したが、レーザ光源１L がｐ偏光又はｓ偏光の一方のみを出力するか、あるいはレーザ光源１L の出力側に直線偏光フィルタを設け、ｐ偏光又はｓ偏光のみを選択して透過させ、測定光学系に与えてもよい。その場合の実施例を例えば図６及び７の実施例に適用した例として図８及び９にそれぞれ示す。
【００３２】
図８の実施例では、レーザ光源１L の出力側に直線偏光フィルタ２’を設け、例えばｐ偏光のみを透過させ、ビームスプリッタ３に与える。ビームスプリッタ３は偏光無依存性のものであり、入射ｐ偏光をプロービング光ビームと参照光ビームに分岐し、それぞれ反射鏡５及び周波数シフタ４に与える。プロービング光は既にｐ偏光とされているので、図６の実施例における偏光フィルタ６は不要であり、設けられていない。その他の構成は図６の構成と同様である。この実施例において、レーザ光源１L として例えばｐ偏光のみを出力するものを使用すれば、偏光フィルタ２' も不要となる。
【００３３】
図９の実施例においても同様にレーザ光源１L の出力側に偏光フィルタ２' を設け、例えばｐ偏光のみを選択透過させ、偏光状態無依存性のビームスプリッタ３により参照光ビームとプロービング光ビームに分岐している。また、図７における偏光フィルタ６は使用されない。その他の構成は図７の場合と同様である。
前述したように、この発明の原理は、光源からのｐ偏光又はｓ偏光の一方のみのプロービング光を被検査体２１に照射し、プロービング光に対し相対的に周波数シフトされた同じ光源からの参照光のプロービング光と同じ偏光成分とのビートを光電変換器１２により光ヘテロダイン検波し、得られたビート信号と基準信号とから所望のパラメータの差分信号を得ることにある。従って、前述した各実施例では、偏光無依存性のビームスプリッタ３により上記光源からのレーザ光を２分岐し、プロービング光ビームと参照光ビームに同じ直線偏光成分を必ず含むようにしたが、これとは別の方法により、この発明の同じ原理を実施することが可能である。その例を図６及び７の実施例の変形例としてぞれぞれ図１０及び１１に示す。
【００３４】
図１０に図６と対応させて示すように、この実施例では図６における偏光無依存性のビームスプリッタ３の代わりに、偏光ビームスプリッタ２３を設け、レーザ光源１L からのレーザ光をｐ偏光とｓ偏光に分離し、それぞれプロービング光と参照光とする。従って、図６における偏光フィルタ６も省略される。図１０に示すのとは逆にｐ偏光を参照光とし、ｓ偏光をプロービング光としてもよいが、ここでは図に示す例で説明する。ｐ偏光のプロービング光は反射鏡５、７の適当な配置により被検査体２１に照射され、一方、ｓ偏光の参照光は周波数シフタ４に与えられる。
【００３５】
この実施例で特徴的なことは、偏光分離プリズム２３と合波用ビームスプリッタ１０の間の参照光光路中に1/4 波長板２４が配置され、ｓ偏光をｐ偏光に変換していることである。この例では、1/4 波長板２４は周波数シフタ４と合波用ビームスプリッタ１０の間の光路中に配置され、1/4 波長板２４によりｐ偏光に変換された参照光は合波用ビームスプリッタ１０で被検査体２１からの反射プロービング光と合波される。その合波ビームは偏光軸がｐ偏光に一致された偏光フィルタ１１を通して光電変換器１２に与えられる。その他の構成は図６の場合と同様である。従って、この実施例においても前述した各実施例と同様に、プロービング光を、それと同じ偏光の参照光と光電変換器１２の受光面で干渉させることができ、従って光ヘテロダイン検波が可能である。なお、ｐ偏光とｓ偏光は互いに干渉しない。この実施例においては、光源１L からのｐ偏光成分の全パワーをプロービング光として被検査体２１に照射することができるので、光源からのレーザ光の使用効率が前述の各実施例より改善できる利点がある。
【００３６】
図１１は図１０で説明した方法を図７の実施例に適用した場合の実施例を示す。この実施例でも、図７における偏光無依存性ビームスプリッタ３の代わりに偏光ビームスプリッタ２３が設けられ、偏光フィルタ６を省略し、また偏光ビームスプリッタ２３と合波用ビームスプリッタ１０の間の参照光光路中に1/4 波長板２４が設けられている。その他の構成は図７の実施例と同様であり、説明を省略する。図２及び４の各実施例に付いても図１０及び１１で説明したと同様に、偏光無依存性ビームスプリッタ３の代わりに偏光分離プリズム２３で置き換え、1/4 波長板２４を参照光光路中に配置することにより同様の変形が可能であることは明かである。
【００３７】
前述の図２、４、６〜１１の各実施例では、基準信号SR(Δω)とビート信号SB(Δω)をパラメータ抽出部１６で例えば混合し、得られた差分信号を検出信号ＳD として使う場合に付いて説明した。これは、プロービング光のｐ偏光成分が複屈折性の異物によりそのパワーの一部又は全部が例えばｓ偏光に変換されてしまうため、ビート信号SB(Δω)の振幅が低下するかほとんど零となることを利用しており、その振幅変化を、ビート信号SB(Δω)と基準信号SR(Δω)との電気ヘテロダイン検波で差分信号として得ることにより検出するものである。しかしながら、一般に半導体基板上の微小異物はその物質の種類、大きさ、向きにより、プロービング光に対し、この様な偏光の変化を与える場合もあるし、振幅を変化させる場合もあるし、位相を変化させる場合もあるし、これらの組み合わせで変化をさせる場合もある。そのため、検出されるビールと信号は異物の種類、大きさ、向きなどにより、その位相、振幅又はそれら両方が変化する。
【００３８】
図１２の波形Ｂは、波形Ａに示す基準信号SR(Δω)に対し、検出されたビート信号SB(Δω)の波形例を示し、異物の区間Δｔにおいてビート信号SB(Δω)の位相が変化した場合と示している。また、図１３の波形は、波形Ａに示す基準信号SR(Δω)に対し、検出されたビート信号SB(Δω)の他の波形例を示し、異物区間Δｔにおいてビート信号の振幅と位相の両方（即ち信号ベクトル）が変化した場合を示している。従って、ビート信号の位相、振幅を解析することにより、異物に付いてのより詳しい情報を得ることができる。即ち、ビート信号の位相、振幅あるいはその両方は異物の性質を表すパラメータとして利用することができる。前述の実施例では、パラメータ抽出部１６により、これらパラメータのうち、ビート信号の振幅変化を検出する場合であり、ビート信号の位相変化を検出するには、前述の各実施例におけるパラメータ抽出部１６として位相検出器を設ければよい。それによって、例えば図１２の波形Ｃに示すように、異物区間Δｔでプロービング光が受けた位相変化に対応する検出波形が得られる。また、ビート信号のベクトル変化を検出するには、前述の各実施例におけるパラメータ抽出部１６としてベクトル検波器を設け、プロービング光が異物により受ける位相と振幅の変化を図１３の波形Ｂに示すビート信号SB(Δω)の位相と振幅の変化として検出し、図１３の波形Ｃに示すように、振幅情報と位相情報を得ることができる。
【００３９】
以上の実施例においては、光路は空間光路により構成したものとしてきたが、プロービング光を被検査対象物に照射する光路及び被検査対象物から反射する光を受光する光路を除いて、光学素子相互間の光路はこれを光ファイバにより構成することができる。
検出データ分析装置１７は、以下の通りにビート信号SB(Δω)と基準信号SR(Δω)から抽出されたパラメータの信号を電子計算機により演算処理して微小異物の形状、サイズを算出することができる。即ち、半導体ＩＣのように、回路が形成された半導体基板の表面は、形成されている回路の配線パターンや、配置されている電子素子が表面に凹凸パターンを形成しており、これらの凹凸のエッヂによりプロービング光の偏光状態及び／又は位相が変化を受けるため、これらパターンもこの発明の装置により検出されてしまうことになる。そのような回路パターンは、微小異物の検出にはじゃまである。そこで、そのような回路パターンを除去するため、図２、４、６〜１１の各実施例における検出データ分析装置１７を例えば図１４に示すように構成し、図１５に示す測定手順に従って測定を行う。
【００４０】
図１４に示すように、検出データ分析装置１７は、パラメータ抽出部１６からのパラメータ検出信号ＳD のエンベロープを検出し、そのエンベロープをＡ／Ｄ変換して取り込む入力インタフェース１７Ａと、この発明による測定装置よる測定手順がプログラムとして格納されているＲＯＭ１７Ｅと、画像データ処理を行うためのＲＡＭ１７Ｄと、基準パターンデータが格納されている基準データメモリ１７Ｍ１と、検出パターンデータを格納する検出データメモリ１７Ｍ２と、測定手順に従ってデータの制御及び処理を実行するＣＰＵ１７Ｃとから構成され、これらはバス１７Ｆを介して互いに接続されている。更に、必要に応じて検出された異物の画像データを出力インタフェース１７Ｆを介して表示器１７Ｇに与え、表示を行うように構成してもよい。
【００４１】
基準データメモリ１７Ｍ１には、予め異物の存在しない半導体基板についてこの発明の装置により走査して得たパターンデータが基準パターンデータとして格納されている。その基準パターンデータの生成も、以下に説明する検査対象の半導体基板の検査の手順と同じ手順で行われる。測定を開始する前に、ステージ２２の移動速度、及び移動範囲を設定して、測定を開始する。
【００４２】
ステップＳ１で、ビームスポットの座標(x,y) での検出信号ＳD に基づくデータを検出データメモリ１７Ｍ２の対応アドレス(x,y) に書き込む。
ステップＳ２で、(x,y) 走査が予め設定した全範囲に付いて終了したか判定する。
終了してなければ、ステップＳ３でステージ２２の位置(x,y) を移動し、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１を繰り返す。
【００４３】
走査が設定した全範囲に付いて終了していれば、ステップＳ４で、基準データメモリ１７Ｍ１内の基準パターンデータと、検出データメモリ１７Ｍ２内の検出パターンデータとの差分パターンデータをＲＡＭ１７Ｄ上に生成する。
次に、ステップＳ５において、差分パターンデータを分析し、異物の位置及び大きさを特定し、測定を終了する。
【００４４】
この様に、微小異物の存在しない半導体基板についての検査結果を基準パターンデータとして基準データメモリに予め記憶しておき、実際の検査対象半導体基板の検査結果の検出パターンと基準パターンの差分をとることにより、バックグラウンドとしての被検査半導体基板自身が持つ固有のパターンをキャンセルし、異物、欠陥のみを抽出することができる。また、微小異物の存在しない検査対象物を準備するに際して、完全な微小異物の存在しない１個の完全な検査対象物を準備することができない場合、当該検査対象物を複数個準備してこれら検査対象物の微小異物の存在しない領域を寄せ集めて１個の完全な検査対象物を合成することもできる。
【００４５】
ここで、図１で示した従来技術の構成と図７で示したこの発明の技術による構成を互いに対応させてそれぞれ光学系のみを図１６及び１７に書き直し、２偏光プロービング（従来技術）と１偏光プロービング（この発明）を光利用効率の点で比較した結果を図１８の表に示す。図１８の表は、図１６及び１７における光路中の位置(1)、(2)、(3)、(4)でのプロービング光と参照光の光量を、レーザ光源の光量を１としたときの相対値で示してある。図１７におけるビームスプリッタＢＳの分岐比は、以下の条件で位置(4) 、即ち光電変換器への入射位置でプロービング光と参照光の光量比がほぼ１：１となるよう予め決めてある。両図１６及び１７について、各点での光量を計算するための共通条件は以下の通りである。
Filter:透過率１００％
PBS(Polarization Beam Splitter):透過率７０％、光量分岐ｐ波：ｓ波＝１：１
BS(Beam Splitter):透過率８０％、光量分岐比３：９７
合波１：１
FS(Frequency Shifter):透過率７０％
PF(Polarization Filter):透過率７０％、光量分岐ｐ波：ｓ波＝１：１
Particle p→s、s→p 変換率:変換率１０％、反射率５％
Laser出力光量:１.０００
以上の結果により、この発明による１偏光プロービングの方が２偏光プロービングの場合と比較して、光電変換器に受光面における光量が多く、高感度になることが理解される。そして、プロービング光と参照光の光量比は２偏光プロービングの場合は１：１０であり、１偏光プロービングの場合は約１：１となり、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、光学的プロービングはｐ偏光又はｓ偏光のいずれか１種類の偏光成分を使用して行い、光学的プロービングの結果である光ビームを光ヘテロダイン検波して得られるビート信号SB(Δω)は電気的に信号処理して異物を検出することにより、光学的プロービングを実施する光学装置を簡単に構成することができると共に、異物検査信号強度を大きくすることができる。
【００４７】
即ち、２種類の偏光成分を使用して光学的プロービングする光学装置と比較して、光学装置を簡単に構成することができるところから、当該異物検査装置と他の分析機器を併用する場合の機器配置の自由度を大きくすることができる。
そして、光学的プロービングに２種類の偏光成分を使用する異物検査装置の場合、互いに直交する直線偏光であるｐ波及びｓ波に分離して一方をプロービング光とすると共に他方を参照光とするので、双方の光量分配は必然的に１：１である。ところが、プロービング光が被検査面の表面に存在する異物、欠陥により偏光解消されて散乱光になる割合は数％と低く、検出信号の光量は少なくて信号強度を強くすることができない。これに対して、この発明は、プロービング光は検査対象物を照射検出してから参照光と再び合波されて光電変換器の受光面でヘテロダイン検波される場合、受光面における双方の光量をほぼ等しくするようにビームスプリッタの分岐光量を配分することができ、これにより高Ｓ／Ｎ比のビート信号を得ることができる。
【００４８】
また、ビート周波数をコーナ周波数より少し高い領域に設定し、光学的プロービングを実施して得られた光信号を電気信号に変換したビート信号SB(Δω)を増幅する増幅器として狭帯域電気的増幅器１３を使用し、その通過帯域の中心周波数をビート周波数と等しく設定して光電変換器１２の出力の通過帯域を制限することにより、光電変換器１２の１／ｆ雑音を除去することができる。
【００４９】
更に、検査対象を照射するに使用される反射鏡を検査対象の或る面積を掃引照射するポリゴンミラーにより構成するか、あるいは被検査体２１を載せるステージ２２を、その面と平行に移動可能とすることにより、異物に対するプロービング光の照射を相対的に掃引することができ、従って、異物の大きさ、形状を測定することができる。しかも、パラメータ抽出部１６によりビート信号と基準信号とから異物の性質に対応した所望のパラメータの差分信号を得ることができる。
【００５０】
そして、検出データ分析装置１７を、異物の存在しない検査対象物の検査結果を基準パターンとして予め記憶した基準パターンメモリを具備し、実際の検査対象物の検査結果を記憶するデータメモリを具備し、両メモリの記憶内容の差分を演算処理して異物をキャンセルして抽出するものとすることにより、異物の抽出検査を迅速的確に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のヘテロダイン偏光による異物検査装置の構成を示す図。
【図２】この発明の第１実施例の構成を示す図。
【図３】図２における基準信号と、電気検出信号と、差分信号の波形を示す図。
【図４】この発明の第２実施例の構成を示す図。
【図５】図４における基準信号と、電気検出信号と、差分信号の波形を示す図。
【図６】この発明の第３実施例の構成を示す図。
【図７】この発明の第４実施例の構成を示す図。
【図８】図６の変形実施例を示す図。
【図９】図７の変形実施例を示す図。
【図１０】図６又は８の変形実施例を示す図。
【図１１】図７又は９の変形実施例を示す図。
【図１２】微小異物によりプロービング光の位相が変化される場合の基準信号波形に対する電気検出信号と差分信号の波形を示す図。
【図１３】微小異物によりプロービング光の位相と振幅が変化される場合の基準信号波形に対する電気検出信号と差分信号の波形を示す図。
【図１４】ビート信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【図１５】微小異物検出処理手順を示すフロー図。
【図１６】光利用効率を比較するため図１の装置を書き直した図。
【図１７】光利用効率を比較するため図４の装置を書き直した図。
【図１８】図１６と１７の装置の各部における光量の比較を示す表。
Claims (36)
- ヘテロダイン偏光による異物検査方法において、以下のステップを含む：
(a) 光源手段から出力される光ビームから直線偏光のプロービング光と、その直線偏光と同じ偏光の成分を少なくとも含む参照光とを生成し、
(b) 上記参照光と上記プロービング光に相対的に周波数差を与えるよう、少なくともそれらの一方の周波数をシフトすると共に、上記周波数差の基準信号を生成し、
(c) 相対的に周波数差が与えられた上記プロービング光を被検査体に照射すると共に、上記プロービング光による照射スポットと上記被検査体とを相対的に移動し、
(d) 上記被検査体からの反射光と、周波数が相対的にシフトされた上記参照光とを光電変換手段に入射して上記相対的周波数差を光ヘテロダイン検波によりビート信号として検出し、
(e) 上記ビート信号と上記基準信号から上記被検査体上の異物の性質を表すパラメータを抽出し、
(f) 抽出された上記パラメータを分析して上記異物の情報を得る。 - 請求項１記載の異物検査方法において、上記ステップ(b) は、上記プロービング光と上記参照光の一方に上記差周波数の変調信号により上記周波数シフトを与えることにより他方に対し周波数をずらし、それによってその差の周波数に等しい周波数の上記ビート信号を得る。
- 請求項２記載の異物検査方法において、上記ステップ(e) は、上記変調信号を基準信号とし、上記基準信号と上記ビート信号の振幅差分信号を、上記パラメータを表す検出信号として求め、上記ステップ(f) はその検出信号から異物についての情報を得る。
- 請求項２記載の異物検査方法において、上記ステップ(e) は、上記変調信号を基準信号とし、上記基準信号と上記ビート信号の位相差分信号を、上記パラメータを表す検出信号として求め、上記ステップ(f) はその検出信号から異物についての情報を得る。
- 請求項２記載の異物検査方法において、上記ステップ(e) は、上記変調信号を基準信号とし、上記基準信号と上記ビート信号のベクトル差分信号を、上記パラメータを表す検出信号として求め、上記ステップ(f) はその検出信号から異物についての情報を得る。
- 請求項１記載の異物検査方法において、上記ステップ(b) は、上記プロービング光と、上記参照光をそれぞれ互いに異なる第１周波数の変調信号と第２周波数の変調信号で変調し、それによって上記第１周波数と上記第２周波数の差の周波数の上記ビート信号を得ると共に、上記第１周波数と第２周波数の変調信号をミキサ手段により混合して差周波数の信号を基準信号として得る。
- 請求項６記載の異物検査方法において、上記ステップ(e) は、上記基準信号と上記ビート信号の振幅差分信号を上記パラメータを表す検出信号として求める。
- 請求項６記載の異物検査方法において、上記ステップ(e) は、上記基準信号と上記ビート信号の位相差分信号を上記パラメータを表す検出信号として求める。
- 請求項６記載の異物検査方法において、上記ステップ(e) は、上記基準信号と上記ビート信号のベクトル差分信号を上記パラメータを表す検出信号として求める。
- 請求項１記載の異物検査方法において、上記ステップ(a) は、上記光源手段からのｐ偏光とｓ偏光を含む光ビームを偏光無依存性ビームスプリッタにより２つのビームに分岐し、一方のビームから偏光フィルタにより上記ｐ偏光とｓ偏光の一方を抽出して上記プロービング光とし、他方のビームを上記参照光とする。
- 請求項１記載の異物検査方法において、上記ステップ(a) は、上記光源手段からの直線偏光を偏光無依存性ビームスプリッタにより２つのビームに分岐し、一方のビームを上記プロービング光とし、他方のビームを上記参照光とする。
- 請求項１記載の異物検査方法において、上記ステップ(a) は、上記光源手段からのｐ偏光とｓ偏光を含むレーザ光を偏光ビームスプリッタでｐ偏光ビームとｓ偏光ビームに分岐し、一方をプロービング光とし、他方を1/4 波長板を通して上記一方の偏光と同じ偏光に変換して上記参照光とする。
- 請求項１、２又は６記載の異物検査方法において、上記ステップ(d) は、上記被検査体からの反射プロービング光と上記参照光を合波用ビームスプリッタで合波し、合波ビームとして上記光電変換手段に入射させる。
- 請求項１３記載の異物検査方法において、上記合波ビームを上記プロービング光と同じ偏光方向の偏光フィルタを通して上記光電変換手段に入射させる。
- 請求項３、４、５、７、８又は９のいずれか記載の異物検査方法において、検査開始前に上記被検査体の表面の異物の無い領域において、上記検出信号が零に近づくように、上記ビート信号の位相と振幅を調整しておくステップを含む。
- 請求項１５記載の異物検査方法において、上記ビート信号の振幅は上記光電変換手段の出力を増幅する狭帯域増幅手段によって調整し、その増幅手段の中心周波数は上記光電変換手段のコーナ周波数より高く選ばれており、上記ビート信号の周波数は、上記狭帯域増幅手段の中心周波数となるよう上記変調信号の周波数が選ばれている。
- 請求項３、４、５、７、８又は９のいずれか記載の異物検査方法において、上記ステップ(c) は上記被検査体の表面の検査対象領域を上記照射スポットで相対的に走査するステップを含み、上記ステップ(f) は、予め異物の無い被検査体と同様の対象物を上記方法により検査して得た上記検出信号に基づくパターンデータを基準パターンデータとしてメモリ手段に保持しておき、上記被検査体の検査により得られた検出信号に基づく検出パターンデータと上記基準パターンデータとの差分パターンデータを生成し、それによって異物を検出する。
- 請求項１０、１１又は１２記載の異物検査方法において、上記ビームスプリッタは上記光電変換手段に入射する上記プロービング光と上記参照光の光量がほぼ等しくなるように分岐比が予め決められている。
- ヘテロダイン偏光による異物検査装置において、以下を含む：
可干渉性の光ビームを出力する光源手段と、
上記光源手段からの出力される光ビームから直線偏光のプロービング光と、その直線偏光と同じ偏光成分を少なくとも含む参照光とを生成するビームスプリッタ手段と、
上記参照光と上記プロービング光に相対的に周波数差を与えるよう、少なくともそれらの一方の周波数をシフトさせると共に、その周波数差の基準信号を生成する周波数変調手段と、
相対的に周波数差が与えられた上記プロービング光を被検査体に照射すると共に、上記プロービング光による照射スポットと上記被検査体とを相対的に移動する走査手段と、
上記被検査体からの反射プロービング光と、周波数が相対的にシフトされた上記参照光とが入射され上記相対的周波数差を光ヘテロダイン検波によりビート信号として検出する光電変換手段と、
上記ビート信号と上記基準信号とから上記被検査体上の異物の性質を表すパラメータを抽出するパラメータ抽出手段と、
抽出された上記パラメータを分析して上記異物の情報を得る検出データ分析手段。 - 請求項１９記載の異物検査装置において、上記周波数変調手段は、上記周波数差と等しい周波数の変調信号を発生する発振手段と、上記プロービング光と上記参照光の上記一方の光路中に配置され、上記変調信号により駆動されて上記一方の周波数を他方に対しシフトさせる周波数シフト手段とを含み、それによってその差の周波数に等しい周波数の上記ビート信号を上記光電変換手段において生成させる。
- 請求項２０記載の異物検査装置において、上記パラメータ抽出手段は、上記基準信号としての上記変調信号と上記ビート信号とが与えられ、それら間の振幅差分信号を上記パラメータを表す検出信号として生成するミキサ手段を含み、上記検出データ分析手段はその検出信号から異物の情報を得る。
- 請求項２０記載の異物検査装置において、上記パラメータ抽出手段は、上記基準信号としての上記変調信号と上記ビート信号とが与えられ、それら間の位相差分信号を上記パラメータを表す検出信号として生成する位相差検出手段を含み、上記検出データ分析手段はその検出信号から異物の情報を得る。
- 請求項２０記載の異物検査装置において、上記パラメータ抽出手段は、上記基準信号としての上記変調信号と上記ビート信号とが与えられ、それら間のベクトル差分信号を上記パラメータを表す検出信号として生成するベクトル差分検出手段を含み、上記検出データ分析手段はその検出信号から異物の情報を得る。
- 請求項１９記載の異物検査装置において、上記周波数変調手段は、互いに異なる第１周波数の変調信号と第２周波数の変調信号をそれぞれ生成する第１及び第２発振手段と、上記プロービング光の光路中と上記参照光の光路中にそれぞれ配置され、上記第１周波数と上記第２周波数の変調信号により駆動されて上記プロービング光と上記参照光の周波数をそれぞれ上記第１及び第２周波数だけシフトさせ上記第１周波数と上記第２周波数の差の周波数の上記ビート信号を上記光電変換手段に生成させる第１及び第２周波数シフト手段と、上記第１周波数と第２周波数の変調信号を混合して差周波数の信号を上記基準信号として生成する第１ミキサ手段とを含む。
- 請求項２４記載の異物検査装置において、上記周波数変調手段は、上記パラメータ抽出手段は、上記基準信号と上記ビート信号が与えられ、それら間の振幅差分信号を上記パラメータを表す検出信号として生成する第２ミキサ手段を含み、上記検出データ分析手段はその検出信号に基づいて異物の情報を得る。
- 請求項２４記載の異物検査装置において、上記パラメータ抽出手段は上記基準信号と上記ビート信号が与えられ、それら間の位相差差分信号を上記パラメータを表す検出信号として生成する位相差検出手段を含み、上記検出データ分析手段はその検出信号に基づいて異物の情報を得る。
- 請求項２４記載の異物検査装置において、上記パラメータ抽出手段は上記基準信号と上記ビート信号が与えられ、それら間のベクトル差分信号を上記パラメータを表す検出信号として生成するベクトル検出手段を含み、上記検出データ分析手段はその検出信号に基づいて異物の情報を得る。
- 請求項１９記載の異物検査装置において、上記ビーム生成手段は上記光源手段からのｐ偏光とｓ偏光を含む上記光ビームを２つのビームに分岐する偏光無依存性ビームスプリッタと、分岐された一方のビームから上記ｐ偏光とｓ偏光の一方を上記プロービング光として透過させる偏光フィルタを含み、他方の分岐されたビームを上記参照光とする。
- 請求項１９記載の異物検査装置において、上記ビーム生成手段は、上記光源手段からの直線偏光を偏光依存せずに２つのビームに分岐し、一方のビームを上記プロービング光とし、他方のビームを上記参照光として出力する偏光無依存性ビームスプリッタを含む。
- 請求項１９記載の異物検査装置において、上記ビーム生成手段は、上記光源手段からのｐ偏光とｓ偏光を含むレーザ光をｐ偏光ビームとｓ偏光ビームに分岐し、一方をプロービング光として出力する偏光ビームスプリッタと、他方をその偏光方向を９０゜回転して上記一方の偏光と同じ偏光方向の上記参照光として出力する1/4 波長板とを含む。
- 請求項１９記載の異物検査装置において、上記被検査体からの反射プロービング光と上記参照光を合波ビームとして上記光電変換手段に入射させる合波用ビームスプリッタが設けられている。
- 請求項３１記載の異物検査装置において、上記合波ビームを上記プロービング光と同じ偏光方向の偏光フィルタを通して上記光電変換手段に入射させる偏光フィルタ手段が設けられている。
- 請求項２１、２２、２３、２５、２６又は２７のいずれか記載の異物検査装置において、上記光電変換手段の出力側に検査開始前に上記被検査体の表面の異物の無い領域において、上記検出信号が零となるように、上記ビート信号の位相と振幅を調整する増幅手段と移相手段が設けられている。
- 請求項３３記載の異物検査装置において、上記増幅手段は狭帯域増幅手段であり、その増幅手段の中心周波数は上記光電変換手段のコーナ周波数より高く選ばれており、上記ビート信号の周波数が、上記狭帯域増幅手段の中心周波数となるよう上記変調信号の周波数が選ばれている。
- 請求項２１、２２、２３、２５、２６又は２７のいずれか記載の異物検査装置において、上記走査手段は上記被検査体の表面の検査対象領域を上記照射スポットで相対的に走査する手段を含み、上記検出データ分析手段は、予め異物の無い被検査体と同様の対象物を上記方法により検査して得た上記検出信号に基づくパターンデータを基準パターンデータとして保持するメモリ手段と、上記被検査体の検査により得られた検出信号に基づく検出パターンデータと上記基準パターンデータとの差分パターンデータを生成し、その差分パターンデータによって異物を検出する手段を含む。
- 請求項２８、２９又は３０記載の異物検査装置において、上記ビームスプリッタは上記光電変換手段に対する上記プロービング光と上記参照光の光量がほぼ等しくなるように分岐比が予め選択されている。
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