JP5022959B2 - 反射屈折型対物レンズを用いた欠陥検査装置 - Google Patents
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Description
また、照明により半導体基板底の配線ショート部まで照明光を照射することで高感度な欠陥検出を実現する方法について、非特許文献2に記載されている。しかし、シュヴァルツシルド型反射対物レンズはレンズ中心に反射膜あるいは反射面があるため、シュヴァルツシルド型反射対物レンズを用いた垂直落射照明を行うことはできない。そこで、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと試料面の間にミラーを設置し、あるいは、シュヴァルツシルド型反射対物レンズ群と検出器の間にミラーを設置し、光源からの光を試料上に垂直落射照明する方法について、特許文献2に開示されている。
また、特許文献3には光源からの光を試料上に斜方照明あるいは垂直落射照明し、試料に付着した異物を、屈折反射型対物レンズを介して検出する照明および検出方法に関して記載されている。
また、特許文献2には、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと試料面の間にミラーを設置することで、垂直落射照明が可能な構成であるが、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと試料面の間にスペースを十分に確保しなければならないため、NAを大きくできないという課題があった。また特許文献2には、シュヴァルツシルド型反射対物レンズと検出器の間にミラーを設置し、さらにシュヴァルツシルド反射対物レンズに穴をあけることで垂直落射照明が可能な構成も提案されているが、シュヴァルツシルド反射型対物レンズを通過する欠陥からの正反射光は結像されず検出面でフレア成分となるため、低SNという課題があった。
また、特許文献3に開示されている反射屈折型対物レンズは垂直落射照明が可能な構成であるが、反射屈折型対物レンズ中心を通過する欠陥からの正反射光は結像されず検出面ではフレア成分となるため、低SNという課題があった。
(1)光源と、前記光源から照射された照明光を反射させるハーフミラーと、前記ハーフミラーにより反射された照明光による試料からの反射光を集光させる反射屈折型対物レンズと、前記反射屈折型対物レンズを透過した前記反射光を結像させる結像レンズと、前記試料からの正反射光が前記結像レンズにより結像する位置に設けられた遮断部材を有するリレーレンズと、前記遮断部材により前記正反射光が遮断された反射光を検出する検出器とにより構成される検査光学系と、前記検出器で検出された信号に基づき前記試料の欠陥を検出する演算処理部とを有する欠陥検査装置である。
(2)(1)記載の欠陥検査装置であって、前記反射屈折型対物レンズは、前記試料からの第一の反射光を屈折させる屈折型レンズと、前記第一の反射光の一部を反射させる第一の反射面と、前記反射面により反射された第二の反射光を反射する領域と前記試料による正反射光を通過させる領域とを有する反射部材とを有することを特徴とする欠陥検査装置である。
第一の実施例について図1を用いて説明する。図1は被検査対象物(ウエハ)1を検査する検査光学系に関する。
検査光学系は、ウエハ1に照明光を照射するための照明用光源211、照明用光源211により照射された照明光を折り返してウエハ1に照射させるためのハーフミラー205a、凸型反射部材207、凹型反射面206および屈折型レンズ群208とを有し照明光の垂直落射照明を可能にする反射屈折型対物レンズ、反射屈折型対物レンズを透過したウエハ1からの反射光を結像する結像レンズ204、反射光に含まれるウエハ1からの正反射光が結像レンズ204により結像される位置に設けられた遮断部材213aと、遮断部材213aを設けた第一リレーレンズ203、第一リレーレンズに設けられた遮断部材213aによって正反射光が遮断された残りの反射光を透過させる第二リレーレンズ202、第二リレーレンズ202を透過した反射光を検出する検出器201aとを有して構成される。ここでは、凸型反射部材207と凹型反射面206および屈折型レンズ群208とにより反射屈折型レンズ群を構成する。
図1の照明用光源211から照射された照明光は、ハーフミラー205aにより折り返されウエハ1表面に垂直落射照射され、反射光が発生する。反射光に含まれる散乱光は、凹型反射面206にて反射され凸型反射部材207にて再度反射される。また、反射光に含まれる正反射光成分は、凸型反射部材207の中央部分に設けられた光の透過領域を通過する。散乱光は結像レンズ204により一旦結像した後、リレーレンズ203および202を透過し、検出器201aで再度結像し検出される。また、正反射光は結像レンズ204により結像され、遮断部材213aで遮断される。その結果、散乱光のみが検出器201aにより検出されることになるため、フレア成分が除去されてノイズを低減した検出が可能となり、高SNが実現する。なお、ハーフミラー205aの代わりにビームスプリッタを用いてもよい。
また、図6(b)は凸型反射部材207の別の形態を示した凸型反射部材207bである。凸型反射部材207bは凸型屈折型レンズにより構成されていてもよく、図6(b)では凸型反射部材207bとしてレンズに反射膜を塗布し反射面227bを形成している。この場合にも凸型屈折型部材207bの中央部分に反射膜を塗布しない光の透過領域237bを設けることにより、垂直落射照明を実現することができる。なお、反射膜の領域は図6(b)に示す領域に限られず、任意に決定することができる。また、反射膜の設けられた凸型反射部材207の代わりに、反射屈折型対物レンズを構成する屈折型レンズ群208に反射膜を設けることで、凸型反射部材207と兼用してもよい。
第二の実施例について図2を用いて説明する。ここでは、実施例1との相違箇所のみ説明する。図2の検査光学系では、ウエハ1からの正反射光が結像レンズ204によって結像される位置に遮断部材213bの設けられた空間フィルタ209を配置した構造である。空間フィルタ209に設けられた遮断部材213bによってウエハ1からの正反射光が遮断されるため、実施例1と同様に、検出器201bではウエハ1からの散乱光のみが検出され、フレア成分の除去による高SNを実現することができる。
正反射光が結像レンズ204により結像する位置に遮断部材213bを有する空間フィルタ209を設けることで、光が透過することのできない領域を形成しウエハ1表面に照射した正反射光を遮断することができるため、フレア成分として検出されるノイズを低減することができる。
第三の実施例について図3を用いて説明する。ここでは、実施例1および実施例2との相違箇所のみ説明する。図3の検査光学系では、ウエハ1の正反射光が結像レンズ204により結像する位置に円柱状の折り返しミラー213cを設けた空間フィルタ209を配置し、また、この折り返しミラー213cにより折り返されるように照明用光源211を配置した構造である。この折り返しミラー213cが、正反射光の遮断を行う遮断部材と照明光を折り返して垂直落射照明を行う折り返し部材としての両方の役割を果たす。
ウエハ1からの正反射光が結像レンズ204によって結像される位置に遮断部材213bの設けられた空間フィルタ209を設けることで、光が透過することのできない領域を形成しウエハ1表面に照射した正反射光を遮断することができるため、フレア成分として検出されるノイズを低減し、高SNを実現することができる。また、折り返し部材との兼用により、検査光学系の小型化、製造段階における工程数の減少による低コスト化を実現できる。
図15(a)の欠陥検査装置は、基板設置台304、xyzステージ301、302、303およびステージコントローラ305を有して構成されるステージ部300と、照明用光源211、折り返しミラー205より構成される照明光学系と、検出器201および251、リレーレンズ202、203、結像レンズ204、ハーフミラー252、凹型反射面206、遮断部材207、複数の屈折型レンズ208群により構成される検出光学系を有する検査光学系200と、1次元検出器201、251からの出力をA/D変換して得られるデジタル信号とステージコントローラ305から得られるステージ駆動信号とを用いてデジタル画像を得、このデジタル画像を処理して基板上の欠陥を検出する演算処理部400および全体制御部417とにより構成される。
検査光学系200は、図1に示した実施例1の検査光学系と同様の構成となっているが、ウエハ1からの散乱光がハーフミラー252を通して2つの検出器201および251で検出される点が異なる。検出器201および251では、異物の形状の違いにより異なるP波とS波の偏光を取得する。検出器は単数または3つ以上あってもよいが、P波とS波の双方を取得することでより厳密な解析が可能となる。
図15(a)の検査光学系200で取得された結像は光学像が受光されて光電変換され、光電変換された信号は演算処理部400へと送られる。
演算処理部400と照明用光源211、ステージコントローラ305はそれぞれ全体制御部417に接続され制御されている。
図15に示した欠陥検査装置により、複数波長による色収差補正を可能にし、ウエハ1の膜厚変化による光量変動を低減することができる。また、中心穴を有する凹型反射面206および中心部分に光の透過領域237を設けた凸型遮断部材207により垂直落射照明が可能となり、配線ショート部を十分な強度で照明することができる。この結果、ショート欠陥の検出が可能になる。さらに、凸型遮断部材207の中心部分に設けられた光の透過領域237を通過する正反射光は、遮断部材213にて遮断されフレア成分が排除できるため、高SNの欠陥検出が可能となる。また、ウエハ1と屈折型レンズ群208との間に大きなスペースを設ける必要もなくなるので、高NAを実現することもできる。
なお、図15に示した欠陥検査装置における検査光学系には図1に示した実施例1の検査光学系と同様の検査光学系を図示したが、図2の実施例2または図3の実施例3の検査光学系およびその他これらと同様の機能を有する検査光学系を用いても構わない。
このような構成においてウエハ1上の欠陥を検出する方法について以下に説明する。
検査光学系200aは図15(a)に示した検査光学系200と同様の方法により散乱光を検出する。図16(a)には検査光学系200aおよび200b各々に検出器201aおよび201bが1つずつ設けられているが、検出器は複数個設けられていてもよく、任意に決定することができる。次に照明光学系100および検出光学系200bによる散乱光の検出方法について説明する。照明光学系100の照明用光源101から照射されたレーザビームは、凹レンズ102、凸レンズ103、グレーティング104およびミラー105を経てウエハ1に対して水平方向に対して斜めに照射される。照明光学系100の照射によるウエハ1からの散乱光は、ウエハ1表面に対して斜め方向に設置した検出光学系200bを構成する複数の屈折型レンズ208b、中心部分に光の透過領域を有する207b、中心穴がある凹型反射面206b、結像レンズ204b、リレーレンズ202b、203bを通して検出器201bで結像され、光学像が受光されて光電変換される。検査光学系を複数箇所に構成することにより、ウエハ1に対して異なる仰角方向に散乱した散乱光を別々に検出でき、これらの信号を処理して統合することにより欠陥の分類性能を向上させることができる。図16(a)(b)の演算処理部400は図15(a)(b)に示した演算処理部と同様の構造である。演算処理部400と照明用光源101および211、ステージコントローラ305とはそれぞれ全体制御部417により接続されており、全体制御部417により演算処理部400と照明用光源101および211、ステージコントローラ305とは制御されている。
図16の欠陥検査装置によれば、複数波長による色収差補正を可能にし、ウエハ1の膜厚変化による光量変動が低減できる。また、折り返しミラー205と反射部材207の中心部分に光の透過領域237を設けることで、垂直落射照明が可能となり、配線ショート部を十分な強度で照明することができる。この結果、ショート欠陥の検出が可能になる。また、ウエハ1からの正反射光は、検出器201aおよび201b手前で遮断部材により遮断されフレア成分が排除できるので、高SNの欠陥検出が可能となる。さらに、ウエハ1の表面の略垂直方向に対して異なる仰角に散乱した散乱光を分離して検出できるので、これらの信号を処理して統合することにより欠陥の分類性能の向上を図ることができる。斜入射による照射によっては配線上の異物の散乱光を捉えやすくなり、垂直入射による照射によっては配線下の異物の散乱光を捉えやすくなるため、欠陥の特性に応じた照射方法を選択することができる。
104グレーティング、105 ミラー、200、200a、200b 検査光学系、
201a、201b、201c、201、251 検出器、
202 第一リレーレンズ、203 第二リレーレンズ
202a、202b、203a、203b リレーレンズ、
204、204a、204b 結像レンズ、205a 、205b 252 ハーフミラー、
206、206a、206b 凹型反射面、207、207a 、207b 凸型反射部材、
208、208a、208b 屈折型レンズ群、209 空間フィルタ、
211a、211b、211c、211d レーザ光
212a、212b、212c ダイクロイックミラー 213、213a、213b 遮断部材
213c 折り返しミラー 214 照明光
227a、227b 反射面、237、237a、237b 中心穴・光の透過領域、
300 ステージ部、301、302、303 XYZステージ、304 基板設置部、
305 ステージコントローラ、400 演算処理部、417 全体制御部、
501 ラインアンドスペース、502 ドットパターン、
503、504 配線ショート部、4001、4001a、4001b、4201 A/D変換機、
4002、4002a、4002b、4202 データ記憶部、
4003、4003a、4003b、4203 閾値算出処理部、
4007、4007a、4007b、4207 異物検出処理回路部、
4008、4008a、4008b、4208 特徴量算出回路部、4010 統合処理部、
4110、4110a、4110b、4310 検出画像信号、
4120、4120a、4120b、4320 閾値画像信号、
Claims (10)
- 光源と、
前記光源から試料表面への垂直方向の照射に対する反射光を集光させる反射屈折型対物レンズと、
前記反射屈折型対物レンズを透過した前記反射光を結像させる結像レンズと、
前記反射光のうち正反射光が前記結像レンズにより結像する位置に設けられた遮断部材と、
前記遮断部材により前記正反射光が遮断された反射光を検出する検出器と、
前記検出器で検出された信号に基づき前記試料の欠陥を検出する演算処理部と
を有し、
前記反射屈折型対物レンズは、前記反射光を屈折させる屈折型レンズと、前記反射光のうち散乱光を反射させる第一の反射面とを有し、
前記屈折型レンズは、前記第一の反射面により反射された前記散乱光を反射する第二の反射面を有することを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検査装置であって、
前記遮断部材は、前記結像レンズと前記検出器との間に設けられたリレーレンズに設けられていることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検査装置であって、
前記遮断部材は、前記結像レンズと前記検出器との間に設けられた空間フィルタに設けられていることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項3記載の欠陥検査装置であって、
前記遮断部材は、前記空間フィルタに設けられた円柱状の部材であることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項2記載の欠陥検査装置であって、
前記遮断部材は、前記リレーレンズの表面に塗布された反射膜であることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項3記載の欠陥検査装置であって、
前記遮断部材は、前記空間フィルタに塗布された遮断膜であることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項4記載の欠陥検査装置であって、
前記円柱状の部材は、前記光源からの照明光を反射する面を有することを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
前記反射屈折型対物レンズは、前記反射光を屈折させる屈折型レンズと、前記反射光のうち散乱光を反射させる第一の反射面と、前記第一の反射面により反射された前記散乱光を反射する領域と前記正反射光を通過させる領域とを有する反射部材とを有することを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項8記載の欠陥検査装置であって、
前記光源から照射された照明光を反射して前記試料に照射するハーフミラーを有することを特徴とする陥検査装置。 - 請求項9記載の欠陥検査装置であって、
前記第一の反射面は、前記ハーフミラーと前記試料との間に設けられていることを特徴とする欠陥検査装置。
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