JPH1130589A

JPH1130589A - 面検査装置及び方法

Info

Publication number: JPH1130589A
Application number: JP9200758A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Komatsu; 宏一郎小松; Takeo Omori; 健雄大森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-02-02
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: JP3982014B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被検面の状態に拘わらず、確実にまた信頼性
の高い検査をすることのできる面検査装置及び面検査方
法を提供する。【解決手段】被検面３からの第１の回折光Ｌ２ａを受
光する第１の受光光学系１０１と、前記被検面３からの
第２の回折光Ｌ２ｂを受光する第２の受光光学系１０２
と、前記第１の受光光学系１０１で得られた前記被検面
３の画像を処理する第１の画像処理装置８ａと、前記第
２の受光光学系１０２で得られた前記被検面３の画像を
処理する第２の画像処理装置８ｂと、前記第１の画像処
理装置８ａと第２の画像処理装置８ｂで得られた情報を
処理して前記被検面３の表面状態を検出する中央演算装
置９とを備える面検査装置。中央演算装置を備えるの
で、２つの情報を加算、減算など重畳的に処理して、１
つの情報では区別のつかない面の状態を検出することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面検査装置及び面検
査方法に関し、特に表面に微細な繰り返しパターンの形
成された半導体基板などの表面の異常を検出する面検査
装置及び面検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体などの表面を検査する場
合、検査員がウェハなどをマクロ照明装置と呼ばれる光
源にかざして、目視にて表面からの散乱光や回折光を観
察し、異物や傷，またはパターンの線幅の異常やパター
ンむらなどの異常を発見していた。ところが、このよう
に検査員の目視による検査では、検査員の熟練度や検査
環境に大きく影響を受けてしまうという問題点があっ
た。そこで、特開平８−７５６６１号公報に開示されて
いるような自動化された装置が用いられていた。この装
置では、ウェハなどの被検物体に光源からの光を照射し
一つの受光光学系で検出するような構成をとっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような検査装置
によれば、被検物体からの回折光を検出する場合にはパ
ターンのピッチによって回折角が異なるので、メモリ素
子などの全面に一様なピッチで素子が形成されているよ
うなウェハの場合には、一度の計測で検査できるが、Ｃ
ＰＵやＡＳＩＣなど多種類の素子が違った領域に区分け
されて形成されているような場合には、それぞれの領域
でパターンピッチが異なり、回折光が生じないため検査
できない部分ができてしまった。

【０００４】さらに、パターン上にレジストの塗布され
た被検物体を検査しようとすると、レジスト膜の干渉の
ためにレジスト膜の厚さムラの影響を強く受けて回折光
の光量が大きく変化してしまい、プロセスにほとんど影
響を与えない程度の厚さムラでも異常と検出してしまう
という問題があった。特に、レジストの厚さが非対称に
なっている場合には回折光像がむらになりやすく、信頼
性の高い検査ができないという問題があった。

【０００５】そこで本発明は、被検面の状態に拘わら
ず、確実にまた信頼性の高い検査をすることのできる面
検査装置及び面検査方法を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による面検査装置は、図１に示
すように、被検面３からの第１の回折光Ｌ２ａを受光す
る第１の受光光学系１０１と；前記被検面３からの第２
の回折光Ｌ２ｂを受光する第２の受光光学系１０２と；
前記第１の受光光学系１０１で得られた前記被検面３の
画像を処理する第１の画像処理装置８ａと；前記第２の
受光光学系１０２で得られた前記被検面３の画像を処理
する第２の画像処理装置８ｂと；前記第１の画像処理装
置８ａと第２の画像処理装置８ｂで得られた情報を処理
して前記被検面３の表面状態を検出する中央演算装置９
とを備える。

【０００７】このように構成すると、第１の受光光学系
で被検面からの第１の回折光を受光し、その結果得られ
た被検面の画像を第１の画像処理装置で処理し、同様に
第２の受光光学系で被検面からの第２の回折光を受光
し、その結果得られた被検面の画像を第２の画像処理装
置で処理し、このようにして両画像処理装置で得られた
情報を中央演算装置が処理して被検面の表面状態が検出
される。中央演算装置を備えるので、２つの情報を加
算、減算など重畳的に処理して、１つの情報では区別の
つかない面の状態を検出することができる。

【０００８】この場合、請求項２に記載のように、（図
２、図３参照）前記被検面３を照明する照明光学系２０
２を備え；前記第１と第２の受光光学系１０３ａ、１０
３ｂのそれぞれの光軸ＡＸ３ａ、ＡＸ３ｂは、前記照明
光学系の光軸ＡＸ１に関してほぼ対称に配置されていて
もよい。この発明では、例えば図２、図３に示されるよ
うに、照明光を被検面に対して斜めに入射させ、交差し
て形成されているパターンからの回折光を受光する受光
光学系を対称に配置してもよいし、図４に示されるよう
に、照明光を被検面に対してほぼ垂直に入射させ、パタ
ーンからのプラスマイナスｎ（ｎは整数）次の回折光を
受光する受光光学系を対称に配置してもよい。

【０００９】以上の装置では、請求項３に記載のよう
に、前記被検面に配置された被検物体の構造に応じて発
生する回折光を前記第１及び第２の受光光学系にて受光
するために、前記第１の受光光学系の光軸ＡＸ３ａと前
記被検面の法線Ｈを含む面と、前記第２の受光光学系の
光軸ＡＸ３ｂと前記被検面の法線Ｈを含む面とが、互い
に交差することを特徴としてもよい（図７参照）。

【００１０】このように構成すると、互いに交差する面
内に光軸を有する受光光学系を備えるので、例えば互い
に交差する２組のラインアンドスペースパターンが形成
された半導体基板などからの２方向の回折光を同時に受
光できる。即ち、プロセスにより回折光の生じる方向が
必ずしも一定でない場合がある。それは、メモリなどの
素子ではラインアンドスペースパターンが交差するよう
に配置されることが多く、また一般に回折光はそれらラ
インに直角な方向に生じるからである。その場合一方向
のみの受光系ではウエハを回転させて回折光をとらえな
くてはならず処理時間の低下を招く危険があるが、本発
明のような構成とすれば、それらを同時に計測できる。
一般的には、パターンは必ずしも直交しないのでパター
ンに合わせて回折光の生じる方向に受光系を設けるのが
よい。しかしながら、典型的には、例えば互いに直交す
る２組のラインアンドスペースパターンのように直交す
ることが多く、そのような場合は、互いに直交する面内
に光軸を有する受光光学系を備えように構成すればよい
（図３参照）。

【００１１】請求項４に係る発明による面検査方法は、
被検面を照明する照明工程と；照明工程で照明された被
検面から生じる第１の方向の回折光を受光する第１の受
光工程と；照明工程で照明された被検面から生じる第２
の方向の回折光を受光する第２の受光工程と；第１の受
光工程で得られた前記被検面の画像を処理する第１の画
像処理工程と；第２の受光工程で得られた前記被検面の
画像を処理する第２の画像処理工程と；前記第１の画像
処理工程と第２の画像処理工程とで得られた情報を処理
して前記被検面の表面状態を検出する工程とを備える。

【００１２】このように構成すると、照明工程で被検面
が照明され、そこから回折光が生じる。第１と第２の方
向の回折光を受光するそれぞれの工程を備えるので、複
数の画像が得られる。それぞれの画像処理工程を備える
ので、それらを例えば組み合わせて集中的に処理するこ
とができる。

【００１３】この方法では、請求項５に記載のように、
前記被検面には周期性を有するラインアンドスペースパ
ターンが形成されており；前記第１と第２の方向が、そ
れぞれ前記ラインアンドスペースパターンのラインに対
してほぼ垂直な方向であることを特徴としてもよい。

【００１４】半導体デバイスなどでは、ラインアンドス
ペースパターンが互いに直交するように形成されている
ことが多いが、第１と第２の方向が、それぞれそのよう
なラインアンドスペースパターンのラインに対してほぼ
垂直な方向であるので、各パターンからの回折光を第１
と第２の方向から受光することができる。

【００１５】以上の方法では、請求項６に記載のよう
に、前記第１と第２の方向が、それぞれ前記ラインアン
ドスペースパターンによるプラス１次回折光とマイナス
１次回折光の進行方向であってもよい。

【００１６】第１と第２の方向が、プラスマイナス１次
回折光の進行方向にあるので、被検面に関する対称な方
向の情報が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。

【００１８】図１は、本発明による第１の実施の形態を
示す側面図である。本実施の形態は、複数のピッチのパ
ターンに対応するために受光系を複数設けた例である。
基板ステージＳＴＧに載置されたウエハ等の基板３を照
明する照明光学系２０１が設けられている。基板３に対
して所定の入射角θ_iで照明光を照射する方向に、照明
コンデンサミラーである凹面鏡２が配置されており、そ
の焦点面にほぼ単色光を発する光源１が設けられてい
る。本実施の形態では、照明光学系２０１は光源１と凹
面鏡２とを含んで構成されている。

【００１９】光源１から射出された光束は、照明コンデ
ンサミラー２でほぼ平行な光束Ｌ１となり被検物体であ
る基板３に、入射角θ_iで照射される。図１中でＨは基
板表面の法線を示す。

【００２０】基板３上に形成されたパターンのうち、第
１のピッチｐ₁のｎ次の回折光はウェハ３の法線Ｈに対
してθ_1nの方向に進む。このθ_1nを回折角と呼ぶ。光の
波長をλとすると、これらの値の間には次式のような関
係がある。

【００２１】sinθ_i＋sinθ_1n＝ｎλ／ｐ₁ 同様に、ウェハ３上に形成されたパターンのうち、第２
のピッチｐ₂のｎ次の回折光の回折角θ_2nは、次式のよ
うに表せる。

【００２２】sinθ_i＋sinθ_2n＝ｎλ／ｐ₂ 次に本実施の形態の受光系の構成を説明する。図１中、
第１のピッチｐ₁のパターンの回折光を受光する第１の
受光光学系１０１は、基板３の法線Ｈに対して入射光Ｌ
１の入射方向と反対側の回折角θ_1nの方向に受光ミラー
である凹面鏡４ａ、その反射光の進行方向、受光ミラー
４ａの瞳付近に設けられた絞り５ａ、絞り５ａを通過し
た光の進行方向に設けられた結像レンズ６ａ、そして受
光ミラー４ａと結像レンズ６ａに関して基板３の表面と
共役な位置に設けられたＣＣＤ等の撮像素子７ａを含ん
で構成されている。

【００２３】基板３は一般的に受光光学系の光軸に対し
て傾斜している、即ちあおり角を有しているので、撮像
素子７ａはシャインプルーフの条件を充足するあおり角
をもって傾斜させて配置するのが望ましい。

【００２４】この第１の受光光学系１０１は、受光ミラ
ー４ａで基板３からの回折角θ_1nの第１の回折光Ｌ２ａ
を受光し、その反射光は受光ミラー４ａの瞳付近で絞り
５ａにより、前記の回折角θ_1n方向に進む回折光だけが
取り出される。

【００２５】その取り出された回折光は、結像レンズ６
ａにより撮像素子７ａの撮像面上に基板３の第１のピッ
チｐ₁のｎ次の回折光による像を形成する。形成された
像は、撮像面７ａで光電変換され、光強度に応じた電気
信号に変換される。

【００２６】全く同様に、第２のピッチｐ₂のパターン
の回折光を受光する第２の受光光学系１０２は、入射光
Ｌ１の入射方向と反対側、回折角θ_2nの方向の受光ミラ
ーである凹面鏡４ｂ、受光ミラー４ｂの瞳付近の絞り５
ｂ、絞り５ｂを通過した光の進行方向に設けられた結像
レンズ６ｂ、基板３の表面と共役な位置にシャインプル
ーフの条件を充足して設けられた撮像素子７ｂを含んで
構成されている。

【００２７】作用も第１の光学系と同様である。即ち、
基板３の第２のピッチｐ₂のｎ次の回折光による像が形
成され、その像は撮像面７ｂで光電変換され、光強度に
応じた電気信号に変換される。

【００２８】これらの検出された２つの像の電気信号
を、撮像面７ａ、７ｂとそれぞれ電気的に接続された画
像処理装置８ａ、８ｂに伝送される。これらの像を、あ
らかじめ画像処理装置８ａ、８ｂ内に入力してある欠陥
のない基板の像と比較することにより、基板３上に付着
した異物や表面の傷やパターンの異常が検出される。こ
れらの画像処理装置８ａ、８ｂで検出された結果は、中
央演算装置であるコンピュータ９で基板欠陥のデータと
してまとめられる。実施例としては、画像処理装置８
ａ、８ｂと、中央演算装置はまとめて１つの装置として
構成してもよい。

【００２９】受光光学系１０１、１０２は、それぞれ検
査すべきパターンの回折角θ_1n、θ_2nの方向に、不図示
の傾斜調節機構によって設定するように構成するのが望
ましい。

【００３０】本実施の形態は、ＡＳＩＣなどのピッチの
異なるパターンが形成された領域のあるような基板の検
査に有効である。異なるピッチのパターンの検査が同時
にできるので、デバイス製造のスループットを高くでき
る。

【００３１】また以上、複数のピッチ（ピッチｐ₁とピ
ッチｐ₂）のパターンに対応するために受光系を複数設
けた場合として説明したが、この装置をそのまま単一の
ピッチのパターンの次数の異なる回折光、例えばｎ次回
折光とｎ＋１次回折光を受光して検査する場合にも応用
できる。即ち、その場合は回折光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの一方
がｎ次の回折光で他方がｎ＋１次の回折光ということに
なる。このように一つのパターンについて複数の次数の
回折光を検出して検査することにより、検査の精度と信
頼性が向上される。

【００３２】図２と図３を参照して本発明の第２の実施
の形態を説明する。図２は第２の実施の形態の装置の斜
視図であり、図３は図２の装置を基板３の真上から見た
平面図である。

【００３３】本実施の形態は、パターンの繰り返しのあ
る方向が異なっている場合に、それぞれのパターンの方
向、換言すれば回折光の方向に応じて受光光学系を設け
た例である。不図示の基板ステージに載置されたウエハ
等の基板１３を照明する照明光学系２０２が設けられて
いる。照明光学系２０２は、基板１３に対して所定の入
射角θ_iで照明光を照射する方向に配置された、照明コ
ンデンサミラーである凹面鏡１２と、その焦点面に設け
られたほぼ単色光を発する光源１１とを含んで構成され
ている。

【００３４】光源１１から射出された光束は、照明コン
デンサミラー１２でほぼ平行な光束Ｌ１となり被検物体
である基板１３に、入射角θ_iで照射される。図２中で
Ｈは基板表面の法線を示す。

【００３５】次に受光系の構成を説明する。図３の平面
図に示されるように、本実施の形態では、受光光学系１
０３ａと受光光学系１０３ｂとは、それぞれの光軸ＡＸ
３ａ、ＡＸ３ｂとが、照明光学系２０２の光軸ＡＸ１に
対してほぼ対称に配置されている。一実施例としては、
平面図上で光軸ＡＸ３ａとＡＸ３ｂはＡＸ１にそれぞれ
４５°をなしている。

【００３６】このように配置すると、半導体ウエハ等で
よく用いられる縦横に直交する繰り返しパターンに対処
できる。即ち、図３に示されているように、直交する例
えばラインアンドスペースパターンのラインがそれぞれ
の受光光学系の光軸に直交するように置けば、それぞれ
のパターンからの回折光がそれぞれの受光光学系に向か
うことになる。

【００３７】受光光学系１０３ａは、図１の実施の形態
の受光光学系１０１と全く同様に構成されている。即
ち、図３において、一方のパターンの回折光を受光する
第１の受光光学系１０３ａは、入射光Ｌ１の進行方向に
対して４５°の方向で、図２に示されるように基板１３
の法線Ｈに対して、回折角θ_3nの方向に受光ミラーであ
る凹面鏡１４ａ、その反射光の進行方向、受光ミラー１
４ａの瞳付近に設けられた絞り１５ａ、絞り１５ａを通
過した光の進行方向に設けられた結像レンズ１６ａ、そ
して受光ミラー１４ａと結像レンズ１６ａに関して基板
１３の表面と共役な位置に設けられたＣＣＤ等の撮像素
子１７ａを含んで構成されている。また、基板１３は受
光光学系１０３ａの光軸に対してあおり角を有している
ので、撮像素子１７ａはシャインプルーフの条件を充足
するあおり角をもって配置するのが望ましいのも、図１
の実施の形態と同様である。

【００３８】全く同様に、他方のパターンの回折光を受
光する第２の受光光学系１０３ｂが、受光光学系１０３
ａと対称に配列されている。即ち、回折角θ_3nの方向の
受光ミラーである凹面鏡１４ｂ、受光ミラー１４ｂの瞳
付近の絞り１５ｂ、絞り１５ｂを通過した光の進行方向
に設けられた結像レンズ１６ｂ、基板１３の表面と共役
な位置にシャインプルーフの条件を充足して設けられた
撮像素子１７ｂを含んで構成されている。

【００３９】このような構成において、基板１３上に形
成された繰り返しパターンのうち第１の方向に回折する
回折光を受光ミラー１４ａで集光し、そこで反射された
光は絞り１５ａで所定の回折角の回折光だけが選別さ
れ、結像レンズ１６ａで撮像面１７ａに基板１３の第１
の回折像を結像する。同様に、基板１３上に形成された
繰り返しパターンのうち第２の方向に回折する回折光を
受光ミラー１４ｂで集光し、そこで反射された光は絞り
１５ｂで所定の回折角の回折光だけが選別され、結像レ
ンズ１６ｂで撮像面１７ｂに基板１３の第２の回折像を
結像する。これらの回折像を、それぞれあらかじめ画像
処理装置１８ａ、１８ｂ内に入力してある欠陥のない像
と比較することにより、ウェハ１３上に付着した異物や
表面の傷やパターンの異常を検出し、コンピュータ１９
で基板欠陥データにするのは、第１の実施の形態と同様
である。

【００４０】基板１３上に形成された繰り返しパターン
の２つの回折方向にそれぞれ十分な光量の像ができるよ
うに、入射光の入射してくる面は、先に説明したよう
に、２つの回折方向の中線と基板１３の面の法線を含ん
でいるのが望ましく、また、図３の平面図に示されるよ
うに、入射光学系はパターンに対して４５度の角度をな
すように入射するのが望ましい。

【００４１】受光光学系１０３ａ、１０３ｂは、それぞ
れ検査すべきパターンの回折角θ_3nの方向に、不図示の
傾斜調節機構によって設定するように構成するのが望ま
しい。

【００４２】また、検査すべきパターンは、方向が異な
るだけでピッチは同一として説明したが、もちろん異な
るピッチの場合にも適用でき、あるいは一方をｎ次回折
光、他方をｎ＋１次回折光等異なる次数の回折光の検査
にも適用でき、その場合は回折角はθ_3n、θ_3n’（不図
示）となり、それぞれ受光光学系の方向が設定される。

【００４３】本実施の形態は、異なる方向例えば縦横に
周期性のある繰り返しパターンが形成された領域のある
ような基板の場合の検査に有効である。２方向のパター
ンの検査が同時にできるので、デバイス製造のスループ
ットを高くできる。

【００４４】本発明の第３の実施の形態を図４を参照し
て説明する。本実施の形態は、非対称性をもってパター
ンが形成されてしまった基板も、プロセス上問題のない
程度の非対称性を欠陥として検出しないように、そのよ
うなパターンのむらを無視して検査を行なえるようにし
た装置の例である。

【００４５】図４において、基板ステージＳＴＧに載置
されたウエハ等の基板２３を照明する照明光学系２０３
が設けられている。照明光学系２０３は、基板２３の真
上から照明光を照射する方向に配置された、照明コンデ
ンサレンズ２２と、その焦点面に設けられたほぼ単色光
を発する光源２１とを含んで構成されている。

【００４６】光源２１から射出された光束は、照明コン
デンサレンズ２２でほぼ平行な光束Ｌ１となり被検物体
である基板２３に、入射角９０°で、即ち法線Ｈと同方
向に照射される。

【００４７】受光光学系１０４ａと受光光学系１０４ｂ
とは、それぞれの光軸ＡＸ４ａ、ＡＸ４ｂとが、照明光
学系２０３の光軸ＡＸ１に対して（基板２３の法線Ｈに
対して）ほぼ対称に配置されている。

【００４８】このように構成された装置に、基板の例え
ばラインアンドスペースパターンのラインがそれぞれの
受光光学系の光軸に直交するように置くことができ、パ
ターンからの同次数の回折光がそれぞれの受光光学系に
向かうことになる。

【００４９】受光光学系１０４ａ、１０４ｂは、図１の
実施の形態の受光光学系１０１と同様に構成されている
が、一部凹面鏡の代わりに凸レンズが用いられている。
即ち、図４において、パターンのｎ次回折光を受光する
第１の受光光学系１０４ａは、図４に示されるように基
板２３の法線Ｈに対して、回折角θ_4nの方向に受光レン
ズである凸レンズ２４ａ、その先で受光レンズ２４ａの
瞳付近に設けられた絞り２５ａ、絞り２５ａを通過した
光の進行方向に設けられた結像レンズ２６ａ、そして受
光レンズ２４ａと結像レンズ２６ａに関して基板２３の
表面と共役な位置に設けられたＣＣＤ等の撮像素子２７
ａを含んで構成されている。撮像素子２７ａがシャイン
プルーフの条件を充足するあおり角をもって配置するの
が望ましいのも、第１、第２の実施の形態と同様であ
る。

【００５０】受光光学系１０４ｂは、受光光学系１０４
ａと対称に配置されているものであり、構成は全く同様
であるので説明を省略する。

【００５１】撮像素子２７ａ、２７ｂは、加算機３０に
電気的に接続されている。さらに加算機３０は、画像処
理系２８、コンピュータ２９にそれぞれ電気的に接続さ
れている。

【００５２】本実施の形態の作用を説明する。光源２１
から射出された光束は、照明コンデンサレンズ２２でほ
ぼ平行な光束となり、被検物体である基板２３をほぼ垂
直に照明する。基板２３上のパターンのピッチｐに対す
るｎ次の回折光の回折角θ_4nは、次式で表される。

【００５３】sinθ_4n＝ｎλ／ｐこの場合には、垂直入射なのでｎ次の回折光は正負の二
つの方向に進む。先に構成を説明した受光光学系１０４
ａ、１０４ｂは、これらの回折光をそれぞれ受光するよ
うに入射角が、それぞれ回折角プラスθ_4n、マイナスθ
_4nに設定される。受光光学系１０４ａ、１０４ｂは、そ
れぞれ集光レンズ２４ａ、２４ｂで回折光を集光し、そ
れぞれ検出する回折光を絞り２５ａ、２５ｂで選別しそ
れぞれ結像レンズ２６ａ、２６ｂで撮像素子の受光面２
７ａ、２７ｂ上に、それぞれ基板２３の回折光の像を形
成する。

【００５４】それぞれの撮像素子で光強度に比例する画
像信号に変換された後、それぞれの画像信号の各画素が
基板上の同じ点を観察するように補正された後、各画素
ごとに加算機３０で加え合わせられ、ウェハ画像信号と
する。

【００５５】このウェハ画像信号とあらかじめ画像処理
系２８に記憶させておいた欠陥のない基板による画像信
号と比較し、基板２３上に付着した異物や傷やパターン
の異常を検出し、コンピュータ２９で基板欠陥データに
まとめる。

【００５６】基板２３上で図５の（ａ）に示されるよう
に、基板上に塗布されたレジスト面の上面が傾いている
ときの±１次光の回折光強度を、図５の（ｂ）に示す。
傾いた方向の回折光の強度が強くなり、反対側の回折光
が弱くなっていることがわかる。

【００５７】この状態を「ブレーズされている」とい
う。回折光の強弱は、プラス１次回折光とマイナス１次
回折光で相殺されるような大きさになるので、光強度
は、±１次光の光強度の和をとると、ブレーズされてい
てもほぼ一定の値をとることがわかる。このためこのよ
うな光強度の和を求めれば、レジストの細かい膜厚むら
による表面のむらは検出することなく検査を行なうこと
ができる。

【００５８】さらに、第２の実施の形態と第３の実施の
形態とを組み合わせたものを、第４の実施の形態として
図６に示す。これは、特にＡＳＩＣの検査に応用して好
適なものである。

【００５９】図６において、基板３３を照明する照明光
学系２０４は、第３の実施の形態の照明光学系２０３と
全く同様に構成されている。即ち照明光学系２０４は、
基板３３の真上から照明光を照射する方向に配置され
た、照明コンデンサレンズ３２と、その焦点面に設けら
れたほぼ単色光を発する光源３１とを含んで構成されて
いる。作用も照明光学系２０３と同様であるので説明を
省略する。

【００６０】受光光学系１０５ａ、１０５ｂ、１０５
ｃ、１０５ｄは、受光光学系１０４ａと、同一の構成を
有している。即ち、回折角θ_5nの方向に受光レンズであ
る凸レンズ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、その先で
受光レンズの瞳付近に設けられた絞り３５ａ、３５ｂ、
３５ｃ、３５ｄ、絞りを通過した光の進行方向に設けら
れた結像レンズ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、そし
て受光レンズと結像レンズに関して基板３３の表面と共
役な位置に設けられたＣＣＤ等の撮像素子３７ａ、３７
ｂ、３７ｃ、３７ｄを含んで構成されている。これら撮
像素子がシャインプルーフの条件を充足するあおり角を
もって配置するのが望ましいのも、先の実施の形態と同
様である。

【００６１】受光光学系１０５ａと１０５ｂ、受光光学
系１０５ｃと１０５ｄ、それぞれが法線Ｈに対して対称
に配置されている。

【００６２】撮像素子３７ａ、３７ｂは、加算機４０ａ
に電気的に接続されており、撮像素子３７ｃ、３７ｄ
は、加算機４０ｂに電気的に接続されている。さらに加
算機４０ａ、４０ｂは、画像処理系３８、コンピュータ
３９にそれぞれ電気的に接続されている。

【００６３】このように構成された装置には、基板の例
えば２つのラインアンドスペースパターンのラインがそ
れぞれの受光光学系の光軸に直交するように置くことが
でき、パターンからの同次数の回折光がそれぞれ対称に
配置された受光光学系に向かうことになる。典型的に
は、２つのラインアンドスペースパターンは直交してい
るので、４つの受光光学系は法線Ｈの回りに９０°つづ
離れて等角で配置される。

【００６４】即ち受光光学系１０５ａと１０５ｂ、受光
光学系１０５ｃと１０５ｄの組み合わせに注目すれば第
３の実施の形態を２つ合わせたものと見ることができ、
受光光学系１０５ａと１０５ｃ、受光光学系１０５ｂと
１０５ｄの組み合わせに注目すれば第２の実施の形態を
２つ合わせたものと見ることができる。作用はそれぞれ
の実施の形態で説明した通りである。

【００６５】このようにして、本実施の形態によれば、
２方向の周期性パターンを同時に、またブレーズされて
いる場合でも、レジストの細かい膜厚むらによる表面の
むらは検出することなく検査を行なうことができる。し
たがって、２方向を同時にまたプロセス上問題のない軽
度のむら等を欠陥として拾うことなく検査できるので、
製造のスループットを著しく向上することができる。

【００６６】以上説明したように、本発明の面検査装置
によれば、パターンを有するような被検物体上に付着し
た異物や傷、またはパターンの線幅の異常やパターンむ
らなどの異常を確実に高いスループットをもって検査す
ることができるので、メモリなどの半導体ウェハや液晶
表示パネルなどのような半導体デバイスの検査に応用し
て好適である。

【００６７】即ち、第１と第２の実施の形態によれば、
今までチップ全面に一様に素子が形成されているメモリ
のようなものの検査だけでなく、ＣＰＵやＡＳＩＣなど
の素子の形成されているピッチが異なるものに対しても
十分な検査が時間を増やすことなく行なえる。さらに、
第３、第４の実施の形態ではプロセスに影響を与えない
程度のレジストむらを検出することなく、基板上に付着
した異物や傷やパターンの異常などを検出することがで
きる。

【００６８】また、それぞれの実施の形態においてはＣ
ＣＤ等の撮像素子面上にできる像の大きさの変動を抑え
るため、基板は受光レンズまたは受光ミラーの前側焦点
位置に配置し、絞りを受光レンズまたは受光ミラーの後
側焦点位置で、かつ結像レンズの前側焦点位置に配置し
て、両側テレセントリック光学系にすることが望まし
い。

【００６９】次に本発明の面検査方法の実施の形態を説
明する。基板（被検面）に照明光Ｌ１を照射する。被検
面から生じる第１の方向の回折光を第１の受光光学系で
受光し、被検面から生じる第２の方向の回折光を第２の
受光光学系で受光する。第１の方向の回折光による被検
面の画像を撮像素子に形成し、第１の画像処理装置で画
像処理する。同様に、第２の方向の回折光による被検面
の画像を別の撮像素子に形成し、第２の画像処理装置で
画像処理する。このようにして得られた被検面に関する
画像情報を中央演算装置であるコンピュータに送り、基
準画像と比較することにより、被検面の表面状態例えば
欠陥を検出する。２つの情報を集中的に、即ち重畳的
に、参照しつつまたお互いに補正の対象として用いて、
一方で欠陥の疑いのある画像状態も、真の欠陥であるか
を他方で確認するように処理することもできる。例え
ば、２つの情報を加算、減算など重畳的に処理して、１
つの情報では区別のつかない面の状態を検出することが
できる。あるいは２つの情報を同時に扱うことができる
ので、検査のスループットを向上させることができる。

【００７０】図１に示されるように、基板３に同方向の
異なるピッチを有する２種類のパターンが形成されてい
る場合は、第１の方向の回折光Ｌ２ａと第２の方向の回
折光Ｌ２ｂはそれぞれのピッチに対応する、異なった回
折角を有する同次の回折光である。このように２種類の
回折光から得られる情報が１回で得られるので検査のス
ループットが高まる。また、１つの演算装置で集中的
に、あるいは重畳的に処理することにより、信頼性の高
い検査が可能となる。

【００７１】図２、図３に示されるように、基板１３に
異なった方向の２種類のパターンが形成されている場合
は、回折光Ｌ３ａとＬ３ｂはそれぞれのパターンの方向
に対応する、同じ大きさの回折角を有し、基板の法線Ｈ
回りで異なった方向の同次の回折光である。特にパター
ン同士が直角に配置されている基板を検査するときは、
第１と第２の方向はお互いに垂直である。このように２
方向のパターンに関する情報が同時に得られるので検査
のスループットが高まる。

【００７２】図４に示されるように、基板２３に垂直に
照明光を照射する場合は、回折光Ｌ４ａとＬ４ｂは対称
な方向に生じる同次の回折光例えばプラス１次光とマイ
ナス１次光となる。対称な方向の回折光を検出するの
で、例えばレジストの細かい膜厚むらによる表面のむら
は検出することなく検査を行なうことができる。したが
って、製品として問題とならない軽度の欠陥を拾うこと
がないので、製造のスループットを向上することができ
る。

【００７３】さて、次に、図２および図３に示した第２
の実施の形態の変形例としての第５の実施の形態を図７
を参照しながら説明する。なお、図７において図２及び
図３と同じ機能を持つ部材には、同じ符号を付してあ
る。

【００７４】メモリなどの素子では繰り返しパターンが
直交して並ぶことが多いが、パターンの形状によっては
回折光の生じる方向は必ずしも直交するとは限らない。
例えば、図７（ａ）に示したようなパターン、即ち複数
の平行な第１の線分群に複数の平行な第２の線分群が９
０°以外の角度で交差して形成されたパターン、具体的
にはエスカレータのループ状の回転手すりを真横から見
たような形状のパターンでは回折光は直交した方向には
生じないで、概してパターンの直線部に直交する方向に
生じると考えてよい。

【００７５】この回折光を受光するためには、図７
（ｂ）に示したような位置（図３では２つの受光光学系
の光軸は直角をなす配置であったが、本実施の形態で
は、鋭角をなす配置）に送光系１１〜１２（光源１１は
不図示）および受光系１４ａ〜１７ａ（凹面鏡１４ａの
み図示）、１４ｂ〜１７ｂ（凹面鏡１４ｂのみ図示）を
配置する必要がある。

【００７６】図示のように、基板１３上に形成されたパ
ターンの形状（図７（ａ））によって回折光の生じる方
向が変化するのに応じて、送光系１１〜１２および受光
系１４ａ〜１７ａ、１４ｂ〜１７ｂを移動させるため
に、それぞれ相対的に移動できるように、少なくとも２
つの受光系１４ａ〜１７ａ、１４ｂ〜１７ｂ、または送
光系１１〜１２および受光系１４ｂ〜１７ｂに駆動部
（受光系１４ｂ〜１７ｂ用として５１、受光系１４ａ〜
１７ａ用として５２、又は受光系１４ｂ〜１７ｂ用とし
て５１、送光系１１〜１２用として５２’）を設けてプ
ロセス（被検面のパターン構造）に応じて移動させるよ
うにするのが望ましい。

【００７７】本実施の形態では、コンピュータ９は駆動
部５１、５２（あるいは５２’）に接続されており、駆
動系（５１、５２又は５１、５２’）の駆動量を制御す
る制御手段としても機能するように構成されている。ま
た、コンピュータ９には入力手段５０が接続されてお
り、プロセス情報等をコンピュータ９に入力できるよう
になっている。

【００７８】このような、コンピュータ９により制御さ
れた駆動部による駆動により、図７（ａ）中、受光系１
４ａ〜１７ａの光軸は図（ａ）のパターンの第１の線分
群の線分に直角な方向に、受光系１４ｂ〜１７ｂの光軸
は図（ａ）のパターンの第２の線分群の線分に直角な方
向に調整されている。また送光系１１〜１２の光軸は両
受光系の光軸のなす角を２等分する方向となる。

【００７９】このとき、あらかじめ各プロセスウエハで
検査する位置を決めておいて、検査する際にプロセスの
情報を入力手段５０へ入力して、この情報に応じて、コ
ンピュータ９は、駆動系（５１、５２又は５１、５
２’）を介して受光系および送光系の位置を移動させ
る。

【００８０】または、コンピュータ９は、駆動系（５
１、５２又は５１、５２’）を介してＣＣＤ１７ａ、１
７ｂからの信号が最大となるように受光系をスキャン
（移動）して、回折光の強度が最大になる位置で画像を
取り込み、信号処理系で画像の回転調整をして検査して
もよい。

【００８１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、２つの受
光光学系を設けたので、被検面の状態に拘わらず、確実
にまた信頼性の高い検査をすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である面検査装置の
概略を示す側面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態である面検査装置の
概略を示す斜視図である。

【図３】図２の面検査装置を上方から見た平面図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施の形態である面検査装置の
概略を示す斜視図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の原理を説明する基
板のレジスト部分の側断面図とレジストの傾きと回折光
強度との関係を示す線図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態である面検査装置の
概略を示す斜視図である。

【図７】ある被検物体のパターンの構造を示す平面図
（ａ）と、本発明の第５の実施の形態である面検査装置
を上方から見た平面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１光源２照明コンデンサミラー３基板４ａ、４ｂ受光ミラー５ａ、５ｂ絞り６ａ、６ｂ結像レンズ７ａ、７ｂ撮像素子（ＣＣＤ）８ａ、８ｂ画像処理装置９コンピュータ１１、２１、３１光源１２照明コンデンサミラー１３、２３、３３基板１４ａ、１４ｂ受光ミラー１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３５ａ〜ｄ絞り１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６ａ〜ｄ結像レ
ンズ１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ、３７ａ〜ｄ撮像素
子（ＣＣＤ）１８ａ、１８ｂ画像処理装置１９、２９、３９コンピュータ２８、３８画像処理装置３０、４０ａ、４０ｂ画像加算機２０１、２０２、２０３、２０４照明光学系１０１、１０３ａ、１０４ａ第１の受光光学系１０２、１０３ｂ、１０４ｂ第２の受光光学系１０５ａ〜ｂ受光光学系Ｈ法線ＡＸ３ａ、ＡＸ３ｂ、ＡＸ４ａ、ＡＸ４ｂ光軸Ｌ１照明光Ｌ２ａ、Ｌ３ａ、Ｌ４ａ第１の回折光Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂ、Ｌ４ｂ第２の回折光Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄ回折光ＳＴＧ基板ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検面からの第１の回折光を受光する第
１の受光光学系と；前記被検面からの第２の回折光を受
光する第２の受光光学系と；前記第１の受光光学系で得
られた前記被検面の画像を処理する第１の画像処理装置
と；前記第２の受光光学系で得られた前記被検面の画像
を処理する第２の画像処理装置と；前記第１の画像処理
装置と第２の画像処理装置で得られた情報を処理して前
記被検面の表面状態を検出する中央演算装置とを備える
ことを特徴とする；面検査装置。
【請求項２】前記被検面を照明する照明光学系を備
え；前記第１と第２の受光光学系のそれぞれの光軸は、
前記照明光学系の光軸に関してほぼ対称に配置されてい
ることを特徴とする；請求項１に記載の、面検査装置。
【請求項３】前記被検面に配置された被検物体の構造
に応じて発生する回折光を前記第１及び第２の受光光学
系にて受光するために、前記第１の受光光学系の光軸と
前記被検面の法線を含む面と、前記第２の受光光学系の
光軸と前記被検面の法線を含む面とが、互いに交差する
ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の、
面検査装置。
【請求項４】被検面を照明する照明工程と；照明工程
で照明された被検面から生じる第１の方向の回折光を受
光する第１の受光工程と；照明工程で照明された被検面
から生じる第２の方向の回折光を受光する第２の受光工
程と；第１の受光工程で得られた前記被検面の画像を処
理する第１の画像処理工程と；第２の受光工程で得られ
た前記被検面の画像を処理する第２の画像処理工程と；
前記第１の画像処理工程と第２の画像処理工程とで得ら
れた情報を処理して前記被検面の表面状態を検出する工
程とを備えることを特徴とする；面検査方法。
【請求項５】前記被検面には周期性を有するラインア
ンドスペースパターンが形成されており；前記第１と第
２の方向が、それぞれ前記ラインアンドスペースパター
ンのラインに対してほぼ垂直な方向であることを特徴と
する；請求項４に記載の、面検査方法。
【請求項６】前記第１と第２の方向が、それぞれ前記
ラインアンドスペースパターンによるプラス１次回折光
とマイナス１次回折光の進行方向であることを特徴とす
る；請求項５に記載の、面検査方法。