KR101304615B1

KR101304615B1 - 암시야 결함 검사 방법, 암시야 결함 검사 장치, 수차 해석 방법 및 수차 해석 장치

Info

Publication number: KR101304615B1
Application number: KR1020117013881A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 다니구찌; 다께또 우에노; 유끼히로 시바따; ?지 마에다; 데쯔야 마쯔이
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2013-09-05
Also published as: KR20110086737A; JP2010190885A; US20110286001A1; US8681328B2; JP5406677B2; WO2010084884A1

Abstract

조명계와 검출계, 온도ㆍ기압 등의 환경을 모니터링하는 정보 수집 기능, 모니터링 결과와 설계값, 이론 계산값 혹은 시뮬레이션 결과에 의해 도출한 이상값을 비교하여 모니터링 결과와 이상값을 근접하도록 장치를 교정하는 피드백 기능을 갖는 장치 상태 관리 기능을 포함함으로써, 장치 상태 및 장치 감도를 일정하게 유지하는 수단을 제공한다. 제어부(800)를 기록부(801), 비교부(802), 감도 예측부(803), 피드백 제어부(804)를 포함하는 구성으로 한다. 비교부(802)에 있어서, 기록부(801)로부터 송신된 모니터링 결과와 데이터베이스(805)에 격납된 이상값을 대비한다. 이상값과 모니터링 결과와의 차분이 소정의 임계값을 초과한 경우에는, 피드백 제어부(804)가 조명계와 검출계의 보정을 행한다.

Description

암시야 결함 검사 방법, 암시야 결함 검사 장치, 수차 해석 방법 및 수차 해석 장치{DARK-FIELD DEFECT INSPECTION METHOD, DARK-FIELD DEFECT INSPECTION DEVICE, ABERRATION ANALYSIS METHOD AND ABERRATION ANALYSIS DEVICE}

본 발명은, 반도체 제조나 자기 헤드 제조 라인에서 이용되는 암시야 결함 검사 장치의 장치 상태 모니터링 기능과 모니터링 결과에 기초한 장치 상태의 교정 기능, 특히 모니터링 결과에 기초한 장치 상태의 교정 기능과 이상 상태의 예측 기능을 구비한 장치 및 그 예측 방법에 관한 것이다.

암시야 결함 검사 장치란 관찰 시료에 의한 산란광을 관찰함으로써, 고콘트라스트ㆍ초미세 구조의 관찰을 행하여, 결함 검사를 행하는 것을 목적으로 한 검사 장치를 말한다.

반도체 제조 장치에서는, EES(Equipment Engineering System)라고 불리는 장치의 안정화, 장치간의 성능차 저감, 돌발적 고장의 예지를 목적으로 한 대처가 행해지고 있다. EES에서는, 프로세스 중의 각종 데이터를 대량으로 수집ㆍ보존하고, 처리함으로써, 상기 목적을 달성하는 것을 목표로 하고 있다.

반도체 제조나 자기 헤드 제조 라인에 있어서는, 검사 대상물의 미세화에 수반하여, 검출해야 할 결함 신호의 미약화가 진행되고 있다. 특히 암시야 결함 검사 장치에 있어서는, 결함 검출을 위해 산란광을 이용하고 있고, 미약광의 안정 검출에 대한 요구는 강하다. 미약광을 안정 검출하기 위해서는, 장치 상태를 높은 수준으로 일정하게 유지하는 것이 요구된다.

일본 특허 공개 제2007-273513호 공보(특허 문헌 1)에는, 암시 검사 장치에 탑재되어 있는 공간 필터의 자동 교정 기술이 개시되어 있다. 이것은, 피검 웨이퍼 상의 주기 패턴으로부터의 회절광을 동공 상에서 관찰하고, 투과광량이 최소로 되도록 공간 필터를 자동적으로 설치하는 것이다.

또한, 일본 특허 공개 제2007-248086호 공보(특허 문헌 2)에는, 검사 장치 내의 온도, 기압의 변화에 의한 결상 렌즈의 결상 위치 변화를 보정하는 기구를 구비한 장치에 대한 기술이 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2007-273513호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2007-248086호 공보

그러나, 상기 각 문헌의 반도체 검사 장치에 있어서도 장치 전체의 관리가 아니라, 일부의 기능을 관리하여 보정하는 것에 그치고 있다. 제조 라인에는 복수대의 검사 장치가 배치되는 경우가 많아, 장치간의 검출 감도를 일치시키는 것도 중요한 과제로 되고 있다. 또한, 제조 라인의 안정 운용을 위해, 검사 장치의 고장 예지도 요구된다.

본 발명의 목적은, 조명 광학계와 검출 광학계, 온도ㆍ기압 등의 환경을 모니터링하는 정보 수집 기능, 모니터링 결과와 설계값, 이론 계산값 혹은 시뮬레이션 결과에 의해 도출한 이상값을 비교하여 모니터링 결과와 이상값을 근접하도록 장치를 교정하는 피드백 기능을 갖는 장치 상태 관리 기능을 포함함으로써, 장치 상태 및 장치 감도를 일정하게 유지하는 수단을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기와 그 밖의 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.

본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.

본 발명의 대표적인 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 방법은, 피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 이 제1 센서가 취득한 신호에 기초하여 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 것으로서, 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 조명광 모니터링 스텝과, 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 스텝과, 이들의 조명광 모니터링 스텝과 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 검출 결과와 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 조명광과 검출계의 어느 하나 또는 양방을 조정하는 피드백 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 암시야 결함 검사 방법에 있어서, 조명광 모니터링 스텝은 정반사광을 이용하여 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 방법에 있어서, 조명광 모니터링 스텝은 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에서 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 방법에 있어서, 상기 조명광은 레이저를 광원으로 한 조명계에 의해서 생성되고, 조명광 모니터링 스텝에서 조명광 생성 과정의 광선의 계측 결과로부터 검사면 상에서의 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 추정하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 방법에 있어서, 검출계 모니터링 스텝은 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에 놓인 특성이 기지의 반사형 광학 소자에 스폿광을 경사진 방향으로 조명하여 얻어진 산란광을 제2 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 방법에 있어서, 조명광 모니터링 스텝 및 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과의 경시 변화를 기록하고, 통계 처리에 의해 장치의 이상을 판단하는 장치 이상 확인 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 방법에 있어서, 조명광 모니터링 스텝 및 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 이상값을 동시에 표시하는 검출 결과 출력 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하여도 된다.

본 발명의 대표적인 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 방법은, 피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 제1 센서가 취득한 신호에 기초하여 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 것으로서, 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 조명광 모니터링 스텝과, 검출계에 입력된 산란광을 제2 센서에 의해 검출하는 검출계 모니터링 스텝과, 조명광 모니터링 스텝 및 검출계 모니터링 스텝 실행 시의 온도 및 기압의 양방 또는 어느 한쪽을 측정하는 환경 측정 스텝과, 조명광 모니터링 스텝, 검출계 모니터링 스텝 및 환경 측정 스텝의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 검출 결과와 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 조명광과 검출계의 어느 하나 또는 양방을 조정하는 피드백 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 암시야 결함 검사 방법에 있어서, 조명광 모니터링 스텝 및 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 이상값을 표시하는 검출 결과 출력 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하여도 된다.

본 발명의 대표적인 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치는, 조명광을 출력하는 조명계와, 피검사물에 조사된 조명광의 산란광을 검출하는 검출계와, 제어부를 갖고, 피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 취득한 신호에 기초하여 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 것으로서, 조명계는 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 조명광 모니터링 수단을 갖고, 검출계는 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 수단을 갖고, 제어부는 조명광 모니터링 수단과 검출계 모니터링 수단의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 검출 결과와 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 조명광과 검출계의 어느 하나 또는 양방을 조정하는 것을 특징으로 한다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 조명광 모니터링 수단은 정반사광을 이용하여 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 조명광 모니터링 수단은 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에서 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 조명광은 조명계 내부의 레이저를 광원으로 하고, 조명광 모니터링 수단은 조명광 생성 과정의 광선의 계측 결과로부터 검사면 상에서의 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 추정하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 검출계 모니터링 수단은 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에 놓인 특성이 기지의 반사형 광학 소자에 스폿광을 경사진 방향으로 조명하여 얻어진 산란광을 제2 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 검출계 모니터링 수단은 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에 놓인 점광원과 특성이 기지의 투과형 광학 소자를 이용함으로써 얻어지는 소정의 광을 제2 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 조명광 모니터링 수단 및 검출계 모니터링 수단의 검출 결과의 경시 변화를 기록하고, 통계 처리에 의해 장치의 이상을 판단하는 장치 이상 확인 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하여도 된다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 조명광 모니터링 수단 및 검출계 모니터링 수단의 검출 결과와 이상값을 동시에 표시하는 검출 결과 출력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하여도 된다.

본 발명의 대표적인 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 장치는, 조명광을 출력하는 조명계와, 피검사물에 조사된 조명광의 산란광을 검출하는 검출계와, 제어부를 갖고, 피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 취득한 신호에 기초하여 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 것으로서, 조명계는 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포의 어느 하나 또는 양방을 계측하는 조명광 모니터링 수단을 갖고, 검출계는 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 수단을 갖고, 제어부는 조명광 모니터링 수단과 검출계 모니터링 수단의 검출 결과와 이상값을 비교하는 비교부와, 조명광 모니터링 수단 및 검출계 모니터링 수단 실행 시의 온도 및 기압의 양방 또는 어느 한쪽을 측정하는 환경 측정 수단과, 조명광 모니터링 수단, 검출계 모니터링 수단 및 환경 측정 수단의 검출 결과와 미리 산출해 둔 이상값을 비교하여, 각각의 검출 결과와 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 조명광과 검출계의 어느 하나 또는 양방을 조정하는 피드백 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

이 암시야 결함 검사 장치에 있어서, 조명광 모니터링 수단, 검출계 모니터링 수단 및 환경 측정 수단의 검출 결과와 각각의 이상값을 표시하는 검출 결과 출력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하여도 된다.

본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것에 의해서 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 이하와 같다.

본 발명의 대표적인 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치의 교정 방법에 의해, 암시야 결함 검사 장치의 장치 성능이 안정화된다. 또한, 장치간에서 동일한 조정 사양을 이용함으로써 장치간 감도차가 저감된다. 또한, 장치 고장의 예조를 검지함으로써, 장치 가동율이 향상된다.

도 1은 일반적인 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어부의 내부 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치에 있어서의 모니터링 처리 수순을 나타내는 플로우차트.
도 5는 조명계 모니터링부에 의한 모니터링 처리의 개념을 나타내는 개념도.
도 6은 조명계와 검출계의 모니터링에 사용하는 모니터링용 칩을 나타내는 도면.
도 7은 장치 교정 수순의 일례를 나타내는 개념도.
도 8은 임계값에 의한 장치 파라미터의 교정 처리에 관한 그래프.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 복수대의 암시야 결함 검사 장치의 성능 균일화의 처리 수순을 나타내는 플로우차트.
도 10은 암시야 결함 검사 장치의 예측 감도 μ의 거동에 의해, 어떠한 장해가 생각되는지를 나타내는 개념도.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 경고를 전하는 화면.
도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 13은 점광원 발생부의 구성을 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 장치의 조명계 모니터링의 구성을 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어부의 내부 구성을 도시하는 블록도.
도 17은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어부에 의한 모니터링 및 교정의 처리 수순을 나타내는 플로우차트.
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어부의 내부 구성을 도시하는 블록도.
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어부에 의한 모니터링의 처리 수순을 나타내는 플로우차트.
도 20은 장치 교정의 처리 수순을 나타내는 플로우차트.
도 21은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 제어부의 내부 구성을 도시하는 블록도.
도 22는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치에 있어서의 모니터링 처리 수순을 나타내는 플로우차트.
도 23은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 제어부(800-5)의 내부 구성을 나타내는 블록도.
도 24는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정의 수순을 나타내는 플로우차트.
도 25는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정의 수순을 나타내는 플로우차트.
도 26은 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정의 수순을 나타내는 플로우차트.

(종래의 실시 형태)

도 1은 일반적인 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 암시야 결함 검사 장치의 사항에 대해서, 이 도면을 이용하여 설명한다.

일반적인 암시야 결함 검사 장치는, 대물 렌즈(20), 공간 필터(21), 결상 렌즈(22), 센서(23), 레이저(101), 익스팬더(102), 어테뉴에이터(103), 편광 제어 소자(104), 미러(105A, 105B), 렌즈(106), XY 스테이지(300), Z 스테이지(400), 피검사물 높이 계측부(401), 신호 처리부(500), 모니터(501)를 포함하여 구성된다.

대물 렌즈(20)는 조명광(100)의 조사에 의해 피검사물 상의 이물, 결함, 패턴으로부터 산란, 회절된 광을, 피검사물(1)의 법선 방향에 수직인 방향(상방)으로부터 집광하는 대물 렌즈이다.

피검사물(1)은, 이 암시야 결함 검사 장치에 의해 검사되는 반도체 장치 등이다. 피검사물(1)은 XY 스테이지(300) 상에 재치된다.

대물 렌즈(20)는 피검사물(1)로부터의 산란광을 집광하기 위한 렌즈이다.

피검사물(1)에 형성된 패턴이 반복된 형상인 경우, 그 반복된 패턴으로부터 발생하는 회절광은, 대물 렌즈(20)의 사출 동공에 규칙적인 간격으로 집광한다. 공간 필터(21)는 동공면 상에서 이 반복된 패턴의 차광을 행하는 필터이다.

결상 렌즈(22)는, 반복된 패턴 이외(예를 들어 장해 발생 개소)로부터의 산란광, 회절광으로서 공간 필터(21)를 통과한 것을 센서(23) 상에 결상하기 위한 렌즈이다.

센서(23)는 결상 렌즈(22)에 의해서 집광 결상된 상을 전자 정보로서 신호 처리부(500)에 이송하기 위한 광 센서이다. 광 센서의 종별로서는 CCD나 CMOS 등이 일반적이지만, 여기서는 그 종별은 불문한다.

이하, 대물 렌즈(20), 공간 필터(21), 결상 렌즈(22), 센서(23)를 총칭하여 「검출계」라고 부른다.

레이저(101)는, 피검사물(1) 상에 원하는 빔을 형성하기 위한 조명광(100)을 조사한다. 이 조명광(100)에 의해 피검사물의 법선 방향에 대하여 각도를 갖는 방향으로부터 피검사물(1)의 표면을 조명하고, 피검사물(1) 상에 원하는 빔을 형성한다.

익스팬더(102)는, 조명광(100)을 일정한 배율의 평행 광속으로 확장하는 레이저빔 익스팬더이다.

어테뉴에이터(attenuator;103)는, 익스팬더(102) 통과 후의 조명광(100)의 광량ㆍ강도를 제어하기 위한 감쇠기이다.

편광 제어 소자(104)는, 편광판이나 파장판의 회전, 혹은 전압의 ONㆍOFF 제어에 의해서 액정의 분자의 방향을 바꾸고, 소자에 입사하는 광의 편광 방향을 절환하여, 편광 상태를 제어하는 소자이다.

미러(105A, 105B)는 편광 제어(전기장의 위상과 진폭 제어) 후의 조명광(100)을 피검사물(1)에 조사할 때에, 조사 각도의 조정을 행하기 위한 반사경군이다.

렌즈(106)는, 피검사물(1)에 조사하기 직전에 조사 개소에 조명광(100)을 수속시키기 위한 렌즈이다.

이하, 이들의 레이저(101), 익스팬더(102), 어테뉴에이터(103), 편광 제어 소자(104), 미러(105A, 105B)를 총괄하여 「조명계」라고 부른다.

XY 스테이지(300)는 피검사물(1)을 재치하기 위한 스테이지이다. XY 스테이지(300)를 평면 방향으로 이동함으로써, 피검사물(1)을 주사한다.

Z 스테이지(400)는, XY 스테이지(300)의 검사 기준면(피검사물(1)을 재치하는 면)을 수직 방향(Z 방향)으로 이동시키기 위한 스테이지이다.

피검사물 높이 계측부(401)는, 이 XY 스테이지(300)의 검사 기준면, 및 피검사물(1)의 높이를 측정하기 위한 계측기이다. Z 스테이지(400)와 피검사물 높이 계측부(401)에 의해서, 초점 위치 정렬을 자동으로 행하는 오토 포커스 기능을 제공한다.

신호 처리부(500)는, 센서(23)로부터 수취한 화상 데이터를 모니터(501)에서 표시 가능한 상태로 변환하기 위한 회로이다.

다음으로 전체의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 레이저(101)로부터의 조명광(100)에 의해, 피검사물의 법선 방향에 대하여 각도를 갖는 방향으로부터 피검사물(1)의 표면을 조명하고, 피검사물(1) 상에 원하는 빔을 형성한다.

상기 빔에 의해 피검사물 상의 이물, 결함, 패턴으로부터 산란, 회절된 광은, 피검사물의 법선 방향에 수직인 방향(상방)으로부터, 대물 렌즈(20)에 의해 집광된다.

피검사물(1)에 형성된 패턴이 반복된 형상인 경우, 그 반복된 패턴으로부터 발생하는 회절광은, 대물 렌즈의 사출 동공에 규칙적인 간격으로 집광하므로, 동공면 상에 놓인 공간 필터(21)에 의해 차광된다.

한편, 반복된 패턴 이외로부터의 산란광, 회절광은 공간 필터(21)를 통과하고, 결상 렌즈(22)로 유도되어, 센서(23) 상에 결상된다.

피검사물(1)은 XY 스테이지(300) 상에 재치되고, 이 XY 스테이지(300)에 의해 주사함으로써, 피검사물(1)로부터의 산란광의 2차원 화상을 얻는다. 이 때, 피검사물(1)과 대물 렌즈(20)와의 거리는 피검사물 높이 계측부(401)에 의해 측정되어 Z 스테이지(400)에 의해 조정된다.

센서(23)에 의해 취득된 2차원 화상은, 신호 처리부(500)에서 이물종, 결함종마다 분류되고, 이물이나 결함의 크기가 요구되고, 그 결과가 모니터(501)에 표시된다.

상기의 암시야 결함 검사 장치의 구성에서는, 장치 상태를 모니터링하는 전용의 기능은 없으며, 교정용 웨이퍼로부터의 산란광을 이용하여 장치 교정을 행한다. 그러나, 장치 구성이 복잡하고, 조정 개소도 많아, 수학적 기술이 곤란한 산란 현상을 이용하여, 장치 교정을 행하는 것은, 매우 곤란하다.

(제1 실시 형태)

상기의 종래의 실시 형태와 대비하는 형태로, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치에서는, 도 1의 암시야 결함 검사 장치의 구성 외에, 조명계 모니터링부(150)와, 검출계 모니터링부(250) 및 제어부(800)를 갖는다. 또한, 도 1에서 기재된 사항에 대해서는 본 도면에 있어서도 동일한 처리이다. 개개의 구성 부재의 설명, 전체의 동작에 대해서는 생략한다.

조명계 모니터링부(150)란, 조명광의 상태를 계측하는 센서 회로이다. 암시야 결함 검사 장치에 있어서는, 조명광을 피검사물에 닿게 하여, 그 산란광을 검출한다. 이 때, 조명광의 강도 분포와 편광 상태 분포에 피검사물로부터 생기는 산란광이 의존하고 있다. 그 때문에, 조명광 상태를 모니터링할 필요가 있다. 조명계 모니터링부(150)는, 광의 편광 상태 및 강도의 공간 2차원 분포를 계측하는 2차원 편광 계측 기능을 갖는다. 2차원 편광 계측 기능은, 편광판이나 파장판 등의 편광 소자와 검출기로 구성되고, 조명광의 정반사광인 피측정광의 원하는 편광 성분을 편광 소자에 의해 추출하고, 그 추출한 편광 성분을 검출기에 의해 검출한 신호로부터 피측정광의 강도 분포 및 편광 상태 분포를 결정한다.

검출계 모니터링부(250)란, 검출계의 상태를 계측하는 센서 회로이다. 검출계 모니터링부(250)에는 하프 미러(24)와 센서(251)가 포함된다.

제어부(800)는, 조명계 모니터링부(150)와 검출계 모니터링부(250)에서 얻어진 값을 비교하여, 피드백 제어를 행하는 제어 회로이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어부(800)의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.

제어부(800)는, 기록부(801), 비교부(802), 감도 예측부(803), 피드백 제어부(804)를 포함하여 구성된다.

기록부(801)는, 모니터링한 조명계 모니터링부(150) 및 검출계 모니터링부(250)의 데이터를 기록하는 회로이다.

비교부(802)는, 기록부(801)에서 기록한 데이터를 데이터베이스(805) 내의 이상값과 비교하는 회로이다. 비교부(802)에서의 처리 전에, 모니터링 시의 광원이나 소자의 특성을 미리 산출해 둔다.

감도 예측부(803)는, 기록 데이터와 이상값의 차이로부터 현재의 장치 감도를 추정ㆍ예측하는 회로이다.

피드백 제어부(804)는, 감도 예측부(803)가 예측한 예측 감도에 따라서 장치의 각 가동부에 피드백을 거는 회로이다.

데이터베이스(805)는, 비교부(802)가 이용하는 이상값의 데이터베이스이다. 이 데이터베이스(805)에는, 이론 계산이나 광학 시뮬레이션 등에 의해서, 이상값을 입력해 둔다. 이 때, 광학 시뮬레이터에서는, 피검사물을 모델화하고, 조명 광학계의 조건에 의존하여 발생하는 피검사물로부터의 산란광 강도 등을 도출하고, 검사기에 의해 검출되는 광 강도를 계산한다. 이 데이터베이스(805)의 이상값의 파라미터로 하여는, 조명 광학계의 강도 분포, 편광 상태 분포, 결상 렌즈(22)의 초점 거리, 센서(23)의 감도 등의 정보를 포함한다. 이들의 파라미터는 사전에 특성을 파악해 둘 필요가 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치에 있어서의 모니터링 처리 수순을 나타내는 플로우차트이다.

우선, 조명계 모니터링부(150)가 조명계의 상태를 모니터링한다(스텝 S10). 또한, 검출계 모니터링부(250)가 검출계의 상태를 계측한다(스텝 S11). 스텝 S10 및 스텝 S11에서 얻어진 계측 결과는 비교부(802)에 이송된다. 이들의 계측 결과를, 비교부(802)는 데이터베이스(805) 내의 이상값과 비교하고, 또한 이상값과 계측 결과와의 「차이」로부터 검출 감도를 예측한다(스텝 S12). 그리고 예측한 검출 감도가 임의로 설정한 임계값과 대소 판정을 행한다(스텝 S13).

예측 감도가 임계값 이하인 경우에는, 광학계의 교정을 행한다(스텝 S14). 여기서 교정 개소가 모두 자동 제어 가능하면, 모든 교정 작업을 자동으로 행할 수 있도록 하여도 된다. 이 때 교정 개소는 미리 이론 계산 혹은 광학계 시뮬레이션으로 결정해 둔다.

한편, 예측 감도가 임계값 이상의 경우에는, 조명계 및 검출계의 검사를 개시한다(스텝 S15).

이들의 처리를 행한 후에, 다시 스텝 S10으로 되돌아간다.

이하, 조명계 모니터링부(150)의 모니터링 처리를 상세하게 설명한다. 도 5는 조명계 모니터링부(150)에 의한 모니터링 처리의 개념을 나타내는 개념도이다.

우선, 피검사물(1)에 대한 조사에 앞서서, 조명광(100)을 XY 스테이지(300) 상에 재치된 참조 미러(61)에 조사한다. 참조 미러(61)는 검사 대상인 피검사물(1) 상에 존재한다고 상정되는 이물, 피검사물(1)의 결함에 비해 표면의 요철이 적은 반사경이다. 이 참조 미러(61)의 크기는, 조명광의 확대 이상이다.

참조 미러(61)에 조사하여, 반사한 정반사광(600)의 2차원 편광 상태 분포(강도 분포)를 조명계 모니터링부(150)에 의해 계측한다. 참조 미러(61)의 재질 및 조명 앙각이 기지인 것을 이용함으로써, 반사에 의한 진폭과 위상의 변화를 주는 프레넬 계수를 제어부(800) 내지는 조명계 모니터링부(150)가 계산하고, 정반사광(600)의 강도 분포와 편광 상태 분포로부터 조명광(100)의 강도 분포와 편광 상태 분포를 산출한다.

상기한 바와 같이 계측과 이론 계산을 이용하여, 조명광의 2차원 편광 분포(강도 분포를 포함함)를 모니터링함으로써 후술하는 예측 감도 μ를 고정밀도로 구하는 것이 가능하게 된다.

조명광(100)의 강도 분포를 교정하기 위해서는 조명계인, 레이저(101), 익스팬더(102), 어테뉴에이터(103), 편광 제어 소자(104), 미러(105A, 105B) 등을 조정하고, 편광 분포를 교정하기 위해서는 편광 제어 소자(104) 등을 조정한다.

이상과 같이, 조명계의 모니터링을 행할 때, 정반사광(600)을 이용하여 교정에 이용하는 파라미터를 취득한다.

다음으로, 검출계 모니터링부(250)의 모니터링 처리를 상세하게 설명한다. 검출계 모니터링부(250)에서는 점광원이나 임의의 회절광이 얼마나 검출되는지를 하프 미러(24)와 센서(251)에 의해 계측하고, 상태를 파악한다.

처음에 점광원에 의한 검출계의 모니터링에 대해서 설명한다.

점광원으로부터 출사되는 광을 검출계에 도입하고, 대물 렌즈(20)와 결상 렌즈(22)에 의해 센서(23) 상에 결상한 점광원의 상을 관찰함으로써, 렌즈의 결상 특성인 분해능, 렌즈 투과 후에 의한 파면 수차의 변화 등을 모니터링한다. 또한, 스테이지 높이를 상하시키면서 점상을 측정함으로써, Z 스테이지(400)가 적절하게 기능하고 있는지를 확인할 수 있다. 또한, XY 스테이지(300)를 이동시키면서, 임의의 위치에서 Z 스테이지(400)를 상하시킨다. 이 상태에서 피검사물 높이 계측부(401)의 신호를 검출함으로써, XY 스테이지(300)의 이동에 의한 높이 방향의 변동을 계측할 수 있다. 렌즈와 XY 스테이지(300)와 Z 스테이지(400)의 조정 후, 점상을 센서(23)에 입사하고, 게인을 교정한다.

여기서 점광원은, 확산판 상에서 스폿으로 되도록 광속을 집광함으로써, 확산판 상으로부터 점광원을 얻어 사용한다. 여기서 이용하는 확산판은 산란광량의 앙각, 방위 의존성이 작은(이상적으로는 제로) 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는 확산판을 이용하고 있지만, 확산판 대신에 파장에 비해 직경이 작은 미소 구체를 이용하여, 이것에 조명광을 조사함으로써 얻어도 된다.

다음으로, 회절광을 이용한 검출계의 모니터링에 대해서 설명한다.

특정한 방향으로 회절하는 회절광은, 확산판이나 미소 구체 대신에 임의의 회절 격자에 의해 생성한다. 사출 동공 상에서는, 회절광의 방향에 의존한 방향으로 점상이 규칙적으로 배열된다. 이 점상의 규칙적인 배열을 차광하도록 공간 필터의 구동부와 실제의 이동 거리를 모니터링하여 교정함으로써, 피검사물이 갖는 특정한 주기 구조를 정밀하게 제거한다.

회절 격자에 관해서는, 복수의 서로 다른 방향, 주기의 홈이 있는 것을 준비함으로써, 보다 상세하게 공간 필터의 동작을 모니터링한다.

점광원 생성을 위한 확산판, 회절광 생성을 위한 회절 격자 모두 XY 스테이지(300) 상에 설치하고, 피검사물의 재치 전 혹은 후에 모니터링용 소자로서 이용한다.

도 6은 조명계와 검출계의 모니터링에 사용하는 모니터링용 칩(60)을 나타내는 도면이다.

이 모니터링용 칩(60)에는, 조명계 모니터링에서 이용하는 참조 미러(61), 검출계 모니터링의 점광원 생성에서 이용하는 확산판(62), 검출계 모니터링의 회절광 생성에서 이용되는 회절 격자(63A, 63B)가 포함된다. 이들을 하나로 통합함으로써, 스테이지 이동량이 감소되어, 효율적으로 장치의 모니터링을 실시할 수 있다.

다음으로, 장치 상태의 모니터링 결과를 이용한 장치 감도 예측과 장치 교정에 대해서 설명한다.

검사 장치의 검사 감도는, 반도체 웨이퍼 상의 검출 가능한 이물이나 결함의 크기, 혹은 이물이나 결함으로부터의 산란광 강도 그 자체를 가리킨다. 장치 상태가 이상으로부터 차이가 있으면, 검사 감도는 저하한다. 따라서, 모니터링한 장치 상태를 나타내는 물리량과, 그 물리량의 이상 상태와의 차이로부터 검사 감도를 나타내는 지표를 산출하여, 검사 감도를 일정 이상으로 유지하도록 장치 교정을 행한다.

여기서 「장치 상태를 나타내는 물리량」이란, 조명 광학계의 강도 분포, 편광 상태 분포, 검출 렌즈 초점 거리, 검출 감도 등을 나타낸다. 또한 각 물리량의 모니터링은, 피검사물을 계측하는 사이 또는 상시에 행한다.

이 때 모니터링하는 물리량의 이상값은, 설계값, 이론 계산값, 광학 시뮬레이션으로부터 산출한 값의 모두 혹은 어느 하나를 이용한다.

도 7은, 장치 교정 수순의 일례를 나타내는 개념도이다.

조명계와 검출계를 모니터링한 물리량을 Fi로 하고, 이것을 비교부(802)에 송신한다(스텝 S50). 물리량 Fi와 이상값 Gi의 차이의 제곱을 Ai로 가중치 부여한

에 의해, 이상값 데이터베이스와 비교를 행한다(스텝 S51).

모든 모니터링값의 이상으로부터의 차이를

로 나타낸다. 수학식 2에서 구한 E에 의해 표시되는 감도에 관한 지표,

를 이용하여 감도 예측부(803)는 감도를 예측한다(스텝 S52).

이 지표를 모니터(501)를 경유하여 외부 출력함으로써, 조작자가 시각적으로 장치 상태를 판단하는 기준으로 하는 것도 가능하다(스텝 S53). 또한, μ에 대해서 소정의 임계값을 설정해 두고, μ가 임계값 이하로 되었을 때에 장치 파라미터를 교정하는 처치를 취하여도 된다(스텝 S54).

도 8은 임계값에 의한 장치 파라미터의 교정 처리에 관한 그래프이다. 이 도면에서는 임계값 83을 기준으로 한다. 여기서 임계값 83은 장치 성능에 관한 파라미터이며, 안정 검사 등 장치의 사용 목적에 의해 그 값이 결정된다. 고감도 검사 마이크로의 값이 임계값 83 이하로 되면, μ의 값이 1에 근접하도록 교정을 행한다. 교정 후에는 다시 모니터링을 실시, 교정의 효과의 유효성을 확인한다.

이 감도 예측부(803)에 의해 예측된 감도(예측 감도) μ는, 장치간의 성능 균일화에 이용할 수 있다. 즉, 검출 감도를 나타내는 모든 지표에 있어서, 복수대의 암시야 결함 검사 장치의 성능을 완전히 일치시키는 것은 현실적이지 않다. 따라서, 예측 감도의 통계값을 목표값으로 하여 성능의 균일화를 도모한다. 도 9는 본 실시 형태에 있어서의 복수대의 암시야 결함 검사 장치의 성능 균일화의 처리 수순을 나타내는 플로우차트이다.

우선, 복수대의 암시야 결함 검사 장치 각각에 대해서 예측 감도 μ를 도출한다(스텝 S1020). 복수대의 암시야 결함 검사 장치 각각의 예측 감도 μ로부터 통계량 μ'를 감도의 기준으로 한다(스텝 S1021). 그리고, 각 장치의 μ가 μ'로 되도록, 각 장치의 피드백 제어부(804)가 장치 교정을 실시한다(스텝 S1022).

또한, 조명광이나 검출계 등의 장치 교정에 관한 파라미터 외에, 장치 내의 환경을 나타내는 파라미터인 온도, 기압, 습도의 파라미터도 동시에 모니터링한다. 일반적으로 광학 소자의 특성은, 사용 환경에 의해 변동한다. 예를 들면, 렌즈를 구성하는 글래스의 굴절률은 온도 의존성을 갖고, 렌즈 주변의 온도에 의해서 초점 거리, 파면 수차 등이 변동한다. 따라서, 광학 소자 조정 시에는, 상기의 장치 환경에 관한 파라미터를 고려할 필요가 있다.

모든 혹은 일부의 모니터링한 물리량, 예측 감도 μ의 경시 변화, 피검사물의 측정 시간을 기록하고, 장치의 상태 파악과 고장의 예지에 활용한다. 또한, 각물리량의 모니터링은, 피검사물을 계측하는 사이, 상시, 1주일에 1회 등 정기적으로, 혹은 장치의 전원 투입 시에 행한다.

도 10은 암시야 결함 검사 장치의 예측 감도 μ의 거동에 의해, 어떠한 장해가 생각되는지를 나타내는 개념도이다.

예를 들면 도 10의 (a)와 같이, 교정을 반복하여도 모니터링값이 바로 저하되는 경우, 또는 도 10의 (b)와 같이, 교정하여도 모니터링값이 개선되지 않는 경우 등은, 장치 자체에 어떠한 문제를 포함하고 있다고 상정된다. 따라서, 조작자(혹은 장치 관리자)는 부품 교환 등의 필요성을 감지하여 취할 수 있다. 또한, 도 10의 (c)와 같이 시간적으로 주기적으로 모니터링값이 변화되는 경우, 장치 내외 중 어느 것인가에 모니터링값의 변동 요인이 있다고 생각된다.

예측 감도 μ가 단기간에 소정의 횟수 임계값 이하로 된 경우에는 모니터(501)에 경고를 보내어도 된다. 도 11은 본 실시 형태에서의 경고를 전하는 화면이다.

이와 같이 개개의 암시야 결함 검사 장치 각각에 대해서 예측 감도 μ를 도출하여 교정을 행할 뿐만 아니라, 복수의 암시야 결함 검사 장치의 예측 감도 μ로부터 통계량 μ'를 구하고, 통계량 μ'에 근접하도록 개개의 암시야 결함 검사 장치의 교정을 행함으로써, 장치간 감도차의 경감을 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한 통계량 μ' 대신에, 광학 시뮬레이션에 의해 도출한 장치 상태를 나타내는 물리량을 도출하고, 그 물리량으로부터 추정한 검출 감도를 장치 교정의 기준으로 하여 이용하여도 된다.

이하, 본 실시 형태의 변형예를 설명한다.

도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면의 암시야 결함 검사 장치의 구성에서는, 검출계의 모니터링에 이용하는 점광원 발생부(155)를 XY 스테이지(300) 측부에 갖는다. 이 점광원 발생부(155)를 이용하여 검출계의 모니터링을 행하는 점이 도 2의 암시야 결함 검사 장치와 상위하다.

도 13은 이 점광원 발생부(155)의 구성을 나타내는 도면이다.

점광원 발생부(155)에는 광원(70)과 투과형 공간 필터(71)를 포함한다. 이 광원(70)이 출력하는 광을, 투과형 공간 필터(71)를 통하여 검출계에 입사한다.

또한 도 14는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면의 암시야 결함 검사 장치에서는, XY 스테이지(300) 상에 있어서 직접, 조명광의 2차원 편광 분포를 계측하고 있다. 즉, XY 스테이지(300) 측부에 조명계 모니터링부(150)를 갖고, 이것을 이용하여 측정하는 사이에 조명광의 2차원 편광 분포를 모니터링한다. 정반사광(600)을 이용하는 방법과 비교하여, 보다 정확하게 조명광의 상태를 모니터링할 수 있다. 또한, 이와 같은 경우, 모니터링용 칩(60)에는 검출계 모니터링의 점광원 생성에서 이용하는 확산판(62), 검출계 모니터링의 회절광 생성에서 이용되는 회절 격자(63A, 63B)가 있으면 되고, 참조 미러(61)는 불필요해진다.

도 15는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 다른 암시야 결함 검사 장치의 조명계 모니터링의 구성을 나타내는 도면이다. 본 도면의 조명계 모니터링에 있어서는, 조명계가 피검사면에 도달하기 전에, 고도 분포와 편광 상태 분포를 모니터링하고, 검사면에서의 상태를 이론 계산으로 유도한다. 조명계의 도중에서, 하프 미러(107) 등을 이용하여 한쪽을 조명광(100)으로 하고, 다른 쪽을 모니터링용의 광으로서 조명계 모니터링부(151)에 의해 검출한다.

광학 소자군(108, 109)은, 각각 익스팬더(102), 어테뉴에이터(103), 편광 제어 소자(104), 미러(105), 렌즈(106) 중 어느 하나로 이루어진다.

조명계 모니터링부(151)에서는, 2차원의 편광 상태 분포를 계측하고, 하프 미러(107) 투과 후의 소자인 편광 소자나 미러 등의 광학 특성으로부터, 피검사면에서의 조명광(100)의 상태를 산출한다. 여기서, 광의 편광 상태(강도 분포를 포함함)는, 1×4의 벡터를 이용하여 표시할 수 있고, 이것을 스토크스 벡터라고 한다. 또한, 광학 소자는 스토크스 벡터를 연결하는 4×4의 행렬로서 기술할 수 있고, 이것을 뮐러(Muller) 행렬이라고 한다. 제어부(800) 또는 조명계 모니터링부(151)는, 이 스토크스 벡터, 뮐러 행렬을 이용하여 조명광의 편광 상태를 계산한다.

이 형태의 가장 큰 메리트는, 광로 내에서 광을 분기시켜 검출하고 있기 때문에, 리얼타임의 모니터링이 가능한 점이다. 또한, 본 도면의 암시야 결함 검사 장치에 있어서도, 모니터링용 칩(60)에는 참조 미러(61)는 필요 없다.

(제2 실시 형태)

다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.

이 제2 실시 형태의 구성은 도 2에 나타낸 암시야 결함 검사 장치의 구성과 동일하다. 제1 실시 형태와의 상위점은, 제어부(800)에서의 처리이다.

본 실시 형태에 있어서 제어부(800)는, 조명광(100)의 강도ㆍ편광 상태를 모니터링하는 조명계 모니터링부(150), 검출계의 결상 성능, 공간 필터(21)의 구동 정보, XY 스테이지(300), Z 스테이지(400)와, 피검사물 높이 계측부(401)로 이루어지는 오토 포커스 등의 모니터링을 행하는 검출계 모니터링부(250)를 제어한다.

도 16은, 본 실시 형태에 따른 제어부(800-2)의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.

이 제어부(800-2)는 기록부(801), 비교부(802), 피드백 제어부(804)를 포함한다.

기록부(801)는 모니터링한 데이터를 기록하는 회로이다.

비교부(802)는 기록부(801)가 기록한 기록 데이터를 미리 이론 계산이나 광학 시뮬레이션 등에 의해 산출해 둔 장치 상태와 모니터링 결과를 대응짓는 데이터베이스(805)와 비교하는 회로이다.

피드백 제어부(804)는, 실측값과의 차이가 작아지는 데이터베이스(805)의 값을 구하고, 그 데이터베이스의 값을 계산하였을 때에 가정한 장치 상태를 실제의 장치의 상태로 하고, 이상의 장치 상태로 되도록 장치의 각 부에 피드백 제어를 거는 회로이다.

즉, 제1 실시 형태에서는, 현실의 측정 결과와 이상값을 대비하여, 장치의 현상을 추정ㆍ예측하는 감도 예측부(803)가 존재하였지만, 본 실시 형태에서는 그와 같은 추정은 행하지 않는 점이 상위한다.

도 17은, 이 제어부(800-2)에 의한 모니터링 및 교정의 처리 수순을 나타내는 플로우차트이다.

우선, 조명계 모니터링부(150)가 조명계의 모니터링을 행한다(스텝 S1030). 또한 검출계 모니터링부(250)가 검출계의 상태를 모니터링한다(스텝 S1031). 스텝 S1030 및 스텝 S1031의 모니터링 결과는, 비교부(802)에 이송된다. 비교부(802)는 데이터베이스(805)와 대비하여, 현재의 암시야 결함 검사 장치의 장치 상태를 결정한다(스텝 S1032). 비교부(802)는 데이터베이스(805)와 대비하여 구한 장치 상태와 임의로 설정한 장치 기준을 비교한다(스텝 S1033).

기준 이하의 경우에는, 광학계의 조정을 행하고(스텝 S1034), 그 후 다시 조명계의 모니터링(스텝 S1030)으로 되돌아간다. 이 때, 교정 개소는, 미리 이론 계산 혹은 광학 시뮬레이션으로 결정해 둔다. 이 때, 광학 시뮬레이터에서는, 피검사물을 모델화하고, 조명 광학계의 조건에 의존하여 발생하는 피검사물로부터의 산란광 강도 등을 도출하고, 검사기에 의해 검출되는 광 강도를 계산한 결과를 이용하여, 구성 개소를 결정하여도 된다.

한편, 기준 이상이면, 조작자에게 경보 등을 보내는 등에 의해 암시야 결함 검사 장치의 검사를 행한다(스텝 S1035).

(제3 실시 형태)

다음으로 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다.

본 발명에 따른 암시야 결함 검사 장치는, 피검사물(1)의 표면을 조명광(100)에 의해 피검사물(1)의 법선 방향에 대하여 각도를 갖는 방향으로부터 조명하고, 피검사물(1) 상에 원하는 빔을 형성한다. 그 빔에 의해 피검사물(1) 상의 이물, 결함, 패턴으로부터 산란, 회절된 광은, 피검사물(1)의 법선 방향에 수직인 방향(상방)으로부터 대물 렌즈(20)에 의해 집광된다.

피검사물(1)에 형성된 패턴이 반복된 형상인 경우, 그 반복된 패턴으로부터 발생하는 회절광은, 대물 렌즈(20)의 사출 동공에 규칙적인 간격으로 집광하기 때문에, 동공면 상에 놓인 공간 필터(21)에 의해 차광된다. 한편, 반복된 패턴 이외로부터의 산란광, 회절광은 공간 필터(21)를 통과하고, 결상 렌즈(22)로 유도된다. 그 후, 이들의 산란광, 회절광은 센서(23) 상에 결상된다. 피검사물(1)은 XY 스테이지(300) 상에 재치되고, XY 스테이지(300)에 의해, X 방향, Y 방향으로 주사함으로써, 그 피검사물(1)의 산란광의 2차원 화상을 얻는다. 이 때, 피검사물과 렌즈와의 거리는 피검사물 높이 계측부(401)에 의해 측정된다. 이 피검사물 높이 계측부(401)에 의해 측정된 정보는, Z 스테이지(400)에 의해 조정된다. 센서(23)에 의해 취득된 2차원 화상을 바탕으로, 신호 처리부(500)에서 이물과 결함의 유무가 판정된다. 이 때, 신호 처리부(500)에서 이물종과 결함종마다 분류하여, 크기를 구하고, 그 결과를 모니터(501)에 표시한다.

조명광(100)이 복수의 광학 소자, 레이저(101), 익스팬더(102), 어테뉴에이터(103), 편광 제어 소자(104), 미러(105A, 105B), 렌즈(106)에 의한 「조명계」에 의해 생성되는 것은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 조명광(100)의 강도, 편광 상태를 모니터링하기 위한 조명계 모니터링부(150), 검출계 모니터링부(250), 검출계의 모니터링용 광원을 생성하는 모니터링용 칩(60)을 제어하는 제어부(800-3)를 갖는 점도 동일하다.

도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어부(800-3)의 내부 구성을 도시하는 블록도이다. 이 제어부(800-3)는 기록부(801), 비교부(802), 감도 예측부(803)를 포함하여 구성된다.

기록부(801)는, 모니터링한 데이터를 기록하는 회로이다.

비교부(802)는, 기록부(801)가 기록한 기록 데이터와 이상값의 데이터베이스(805)를 비교하는 회로이다.

감도 예측부(803)는, 기록 데이터와 이상값과의 차이로부터 장치 감도를 예측하는 회로이다.

데이터베이스(805)는 미리 모니터링 시의 광원이나 소자의 특성을 산출해 두고, 그들을 이용하여 이론 계산이나 광학 시뮬레이션 등에 의해서 작성된 이론값의 데이터베이스이다. 이 때, 광학 시뮬레이터에서는, 피검사물을 모델화하고, 조명 광학계의 조건에 의존하여 발생하는 피검사물로부터의 산란광 강도 등을 도출하고, 검사기에 의해 검출되는 광 강도를 계산한 결과를 데이터베이스로서 이용하여도 된다.

즉 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 상위하고, 본 실시 형태에서는, 피드백 제어부(804)가 존재하지 않는다. 이에 의해, 장치에 대한 자동 보정을 행하지 않는 환경에서는, 경량인 회로 구성을 실현하는 것이 가능하게 된다.

도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어부(800-3)에 의한 모니터링의 처리 수순을 나타내는 플로우차트이다.

우선 조명계 모니터링부(150)가 조명계의 상태를 모니터링한다(스텝 S1060). 또한, 검출계 모니터링부가 검출계의 상태를 계측한다(스텝 S1061). 이들의 검출값은 비교부(802)에 이송된다.

비교부(802)는, 이들의 계측 결과를 수집하고, 데이터베이스(805)의 이론값과 비교한다. 그리고, 데이터베이스(805)의 이상값과 모니터링값의 차이로부터 검출 감도를 예측한다(스텝 S1062).

또한, 조명계 모니터링부(150)의 모니터링 처리, 검출계 모니터링부(250)의 모니터링 처리는 제1 실시 형태의 그것과 동일하므로 생략한다. 도 5 및 도 6, 그들의 설명을 확인해 주세요.

다음으로, 장치 상태의 모니터링 결과를 이용한 장치 감도 예측에 대해서 설명한다. 검사 장치의 검사 감도는, 반도체 웨이퍼(피검사물(1)) 상의 검출 가능한 이물ㆍ결함의 크기, 혹은 이물이나 결함으로부터의 산란광 강도 그 자체를 가리킨다. 장치 상태가 이상적인 조건으로부터 차이가 있으면, 검사 감도는 저하한다. 따라서, 모니터링한 장치 상태를 나타내는 물리량과, 그 물리량의 이상 상태와의 차이로부터 검사 감도를 나타내는 지표를 산출하여, 검사 감도를 일정 이상으로 유지하도록 장치 교정을 행한다.

여기서, 장치 상태를 나타내는 물리량이란, 조명계의 강도 분포, 편광 상태 분포, 검출 렌즈 초점 거리, 검출기 감도 등을 나타낸다. 또한, 각 물리량의 모니터링은 피검사물(1)을 계측하는 사이 또는 상시에 행한다. 이 때, 모니터링하는 물리량의 이상값은 설계값, 이론 계산으로 구한 값, 광학 시뮬레이션으로부터 산출한 값의 모두 혹은 어느 하나를 이용한다. 또한, 조명계, 검출계 등의 파라미터 외에, 장치 내의 환경을 나타내는 파라미터인 온도, 기압, 습도의 파라미터도 동시에 모니터링한다. 일반적으로, 광학 소자의 특성은, 사용 환경에 의해 변동한다. 예를 들면, 렌즈를 구성하는 글래스의 굴절률은 온도 의존성을 갖고, 렌즈 주변의 온도에 의해서 초점 거리, 파면 수차 등이 변동한다. 따라서, 광학 소자 조정 시에는, 상기의 장치 환경에 관한 파라미터를 고려해 둘 필요가 있다.

도 20은 장치 교정의 처리 수순을 나타내는 플로우차트이다. 이 도면을 이용하여 장치 교정의 처리 수순을 설명한다.

우선, 조명계 및 검출계 각각의 물리량을 조명계 모니터링부(150) 및 검출계 모니터링부(250)로부터 수취한다(스텝 S70). 이 실제의 검출값을 Fi로 정의한다.

Fi와 이상값 Gi의 차이를 제곱하여 Ai로 가중치 부여한 수학식 1에 의해, 데이터베이스(805)에 격납된 각 이상값과의 대비를 행한다(스텝 S71). 모든 모니터링값의 이상으로부터의 어긋남을 나타내는 수학식 2를 이용한 수학식 3을 지표로 하여 감도를 예측한다(스텝 S72). 이 지표를 모니터(501)를 경유하여 외부 출력함으로써, 조작자가 시각적으로 장치 상태를 판단하는 기준으로 하는 것을 가능하게 한다(스텝 S73).

(제4 실시 형태)

다음으로 본 발명의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 있어서도, 암시야 결함 검사 장치의 구성은 도 2와 마찬가지이다.

피검사물(1)의 표면을, 레이저(101)로부터 발광되는 조명광(100)에 의해 피검사물(1)의 법선 방향에 대하여 각도를 갖는 방향으로부터 조명하고, 피검사물(1) 상에 원하는 빔을 형성한다. 그 빔에 의해 피검사물(1) 상의 이물, 결함, 패턴으로부터 산란ㆍ회절된 광은, 피검사물(1)의 법선 방향에 대하여 수직인 방향(상방)으로부터, 대물 렌즈(20)에 의해 집광된다. 피검사물(1)에 형성된 패턴이 반복된 형상인 경우에, 그 반복된 패턴으로부터 발생하는 회절광은, 대물 렌즈(20)의 사출 동공에 규칙적인 간격으로 집광되기 때문에, 동공면 상에 놓인 공간 필터(21)에 의해 차광된다. 한편, 반복된 패턴 이외로부터의 산란광, 회절광은 공간 필터(21)를 통과하고, 결상 렌즈(22)로 유도되어, 센서(23) 상에 결상한다.

조명광(100)이 조명계에 의해서 생성되는 것은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

피검사물(1)은 XY 스테이지(300) 상에 재치되고, XY 스테이지(300)에 의해 X, Y 방향(평면 방향)으로 주사된다. 이에 의해, 센서(23)가 피검사물(1)의 산란광의 2차원 화상을 얻을 수 있다.

피검사물(1)과 대물 렌즈(20)와의 거리는 피검사물 높이 계측부(401)에 의해 측정되고, Z 스테이지(400)에 의해 조정된다. 이 조정에 의해, 오토 포커스 기능을 실현하는 것이 가능하다.

센서(23)가 취득한 2차원 화상을 바탕으로, 신호 처리부(500)는 이물ㆍ결함의 유무를 판정한다. 신호 처리부(500)는 이물과 결함종마다 분류하여, 크기를 구하고, 그 결과를 모니터(501)에 표시한다.

제어부(800-4)는 조명계 모니터링부(150), 검출계 모니터링부(250), 모니터링용의 광원을 생성하는 모니터링용 칩(60)을 제어한다. 또한, 조명계 모니터링부(150)와 검출계 모니터링부(250)의 구성ㆍ거동 및 모니터링용 칩(60)의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 생략한다.

도 21은 본 실시 형태의 제어부(800-4)의 내부 구성을 도시하는 블록도이다. 제1 실시 형태가 피드백까지 고려하고 있는 것에 대해, 본 실시 형태에서는, 각 모니터링부의 검출 결과를 모니터(501)에 출력하는 것뿐이다. 따라서, 제어부(800-4)에는 기록부(801)만 포함된다. 기록부(801)는 모니터(501)에 각 모니터링부의 검출 결과를 출력하기 위한 출력 제어 회로이다. 또한, 필요가 있으면, 데이터베이스(805)로부터 각종 조건에 따른 이상적인 값을 읽어 낼 수 있도록 하여도 된다.

도 22는 본 실시 형태에 따른 암시야 결함 검사 장치에 있어서의 모니터링 처리 수순을 나타내는 플로우차트이다. 이것을 이용하여 제어부(800-4)의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 조명계 모니터링부(150)가 모니터링 결과를 기록부(801)에 송신한다(스텝 S1080). 또한 검출계 모니터링부(250)도 모니터링 결과를 기록부(801)에 송신한다(스텝 S1081). 기록부(801)는 필요가 있으면 데이터베이스(805)로부터 각종 조건에 따른 이상적인 값을 읽어내어, 각 모니터링부의 검출 결과와 합쳐서 모니터(501)에 출력한다(스텝 S1082).

이상의 구성을 취함으로써, 모니터링한 값을 모니터(501)로부터 암시야 결함 검사 장치의 조작자에게 개시하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 조작자는 적절하게 암시야 결함 검사 장치의 장치 상태를 확인할 수 있어, 결과적으로 암시야 결함 검사 장치의 조정의 계기로 하는 것이 가능하게 된다.

(제5 실시 형태)

이하, 제5 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태와 제1 실시 형태와의 상위점은, 검출 렌즈의 파면 수차의 모니터링 방법에 대해서 상세의 것으로 한 점에 있다.

본 실시 형태에 있어서의 암시야 결함 검사 장치의 구성은 제1 실시 형태에 따른 도 2와 마찬가지이다. 따라서 도 2를 참고로 하면서, 장치 구성을 설명한다.

레이저(101)로부터 발광되는 조명광(100)에 의해 피검사물(1)의 표면을, 법선 방향에 대하여 각도를 갖는 방향으로부터 조명함으로써, 피검사물(1) 상에 원하는 빔을 형성한다.

상기 빔에 의해 피검사물(1) 상의 이물, 결함, 패턴으로부터 산란ㆍ회절된 광은, 피검사물(1)의 법선 방향에 대하여 수직인 방향(도면에서는 상방)으로부터, 대물 렌즈(20)에 의해 집광된다. 피검사물(1)에 형성된 패턴이 반복된 형상인 경우에는, 그 반복된 패턴으로부터 발생하는 회절광은 대물 렌즈(20)의 출사 동공에 규칙적인 간격으로 집광된다. 이 때문에, 이 회절광은 동공면 상에 놓인 공간 필터(21)에 의해 차광된다.

한편, 반복된 패턴 이외로부터의 산란광, 회절광은 공간 필터(21)를 통과하고, 결상 렌즈(22)로 유도되어, 센서(23) 상에 결상한다. 또한, 공간 필터(21)의 위치에 있어서, 도시하지 않은 하프 미러에서 광을 분기시켜, 동공면을 관찰하는 검출기를 본 실시 형태에서는 구비한다.

피검사물(1)은 XY 스테이지(300) 상에 재치된다. 또한 피검사물(1)은 XY 스테이지(300)에 의해 XY 방향(평면 방향)으로 주사된다. 이에 의해, 센서(23)는 피검사물(1)의 산란광의 결상 화상을 얻을 수 있다.

피검사물(1)과 대물 렌즈(20)와의 거리는 피검사물 높이 계측부(401)에 의해 측정된다. 그리고 이 측정 결과에 의해 Z 스테이지(400)에 의해서, 피검사물(1)과 대물 렌즈(20)와의 거리가 조정된다. 이 피검사물(1)과 대물 렌즈(20)와의 거리의 조정에 의해, 오토 포커스 기능을 실현하는 것이 가능하게 된다.

센서(23)가 취득한 결상 화상을 바탕으로, 신호 처리부(500)는 이물ㆍ결함의 유무를 판정한다. 신호 처리부(500)는, 이물과 결함종마다 분류하여, 크기를 구하고, 그 결과를 모니터(501)에 표시한다.

본 실시 형태에 있어서도, 제어부(800-5)는, 조명계 모니터링부(150)와 검출계 모니터링부(250)에서 얻어진 값을 비교하여, 피드백 제어를 행하는 제어 회로이다. 도 23은 본 실시 형태에 따른 제어부(800-5)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.

본 실시 형태에 따른 제어부(800-5)는, 기록부(801), 비교부(802), 수차 동정부(810), 감도 예측부(803), 피드백 제어부(804)를 포함하여 구성된다.

비교부(802)는, 기록부(801)에서 기록한 데이터를 데이터베이스(805) 내의 이상값과 비교하는 회로이다. 비교부(802)에서의 처리 전에, 모니터링 시의 광원이나 소자의 특성에 의존한 모니터링값을 미리 산출해 둔다.

수차 동정부(810)는, 검출 렌즈의 파면 수차를 동정하기 위해 이용하는 회로이다.

데이터베이스(805)는, 비교부(802)가 이용하는 이상값의 데이터베이스이다. 이 데이터베이스(805)에는, 이론 계산이나 광학 시뮬레이션 등에 의해 구해진 이상값을 입력해 둔다. 이 데이터베이스(805)의 이상값의 파라미터로 하여는, 조명 광학계의 강도 분포, 편광 상태 분포, 결상 렌즈(22)의 초점 거리, 대물 렌즈와 결상 렌즈의 파면 수차에 의해 열화된 상, 센서(23)의 감도 등의 정보를 포함한다. 이들을 파라미터로 하고, 사전에 많은 이론 계산을 행하여, 데이터베이스를 작성한다.

이하, 조명계의 모니터링, 검출계의 모니터링의 수법에 대해서 설명한다. 여기서는, 제1 실시 형태와의 상위점인 검출 렌즈의 결상 특성을 나타내는 파면 수차의 모니터링 방법에 주력하여 설명한다. 또한, 광학계의 구성은 도 2와 마찬가지이다.

대물 렌즈(20)와 결상 렌즈(22)로 이루어지는 검출 렌즈의 파면 수차의 영향에 의해, 센서(23)에 결상되는 상은 넓어진다.

여기서 파면 수차는, 동공면에서의 공간 2차원의 위상 분포로 표시되고, 이 위상 분포는 제르니케(Zernike) 다항식으로 분해할 수 있다. 이 제르니케 다항식의 각 항이 구면 수차, 코마 수차, 비점 수차 등의, 다른 수차 성분을 나타내고 있다. 제르니케 계수란, 이 제르니케 다항식의 각 항의 수차 성분의 크기를 나타내는 가중치 부여 계수의 것을 말한다. 본 실시 형태에서는, 장치 상에서 얻어지는 상과, 파면 수차를 나타내는 제르니케 계수를 파라미터로 하여, 이론적으로 산출한 수차에 의존하는 상의 분포 함수를 비교하여, 검출 렌즈의 파면 수차를 나타내는 제르니케 계수를 해석한다.

이 제르니케 계수의 해석 시에 사용하는 광으로서는, 피검사 대상물로부터의 산란광을 이용하여도 되고, 검출계 모니터링 시에 이용하는 회절 격자로부터의 회절광, 혹은 점광원을 이용하여도 된다. 어떠한 경우도, 파면 수차에 의한 상의 변화로부터, 파면 수차의 크기를 역산한다. 또한, 이하에서는 점상을 이용한 경우에 대해서 설명한 것으로 한다.

도 24는 본 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정의 수순을 나타내는 플로우차트이다. 이것을 이용하여 검출 렌즈의 수차 동정 플로우를 설명한다.

점광원으로부터 출사된 광을 결상 렌즈(22)로 유도하여, 센서(23) 상에서 결상시키고, 신호 처리부(500)는 결상한 점상을 제어부(800-5) 내의 기록부(801)에 기록한다(스텝 S2001). 또한, 미리 파면 수차를 나타내는 제르니케 계수를 파라미터로 하여, 검출 렌즈의 파면 수차가 다양한 경우의 점상을 이론적으로 계산하고, 데이터베이스(805)에 기록해 둔다(스텝 S2002).

다음으로, 제어부(800-5) 내의 비교부(802)에 의해, 스텝 S2001에서 취득한 점상과 스텝 S2002에서 계산한 다수의 점상의 각각의 차분을 구하고, 화상의 일부 혹은 전체에서 잔류 강도를 계산한다(스텝 S2003). 그리고, 제어부(800-5) 내의 수차 동정부(810)에서, 차분 화상의 잔류 강도가 가장 낮았던 점상을 유사 점상으로 하고, 유사 점상을 계산하였을 때의 수차를, 결상 렌즈 수차로 동정한다(스텝 S2004).

또한 차분 화상을 이용하는 대신에, 각 화상의 강도 분포의 프로파일을, 화상 내의 복수의 축에서 차분을 기준으로 하여, 유사 점상을 탐색하여도 된다.

여기서, 점광원은, 확산판 상에서 스폿으로 되도록 광속을 집광함으로써, 확산판 상으로부터 점광원을 얻어 사용한다. 이 때 이용하는 확산판은 산란광량의 앙각, 방위에의 의존성이 작은 것(이상적으로는 0)인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는 확산판을 사용하는 취지를 기재하였지만, 확산판 대신에 파장에 비해 직경이 작은 미소 구체를 이용하여, 조명광을 이에 조사함으로써 얻어도 된다. 또한, XY 스테이지(300)의 끝에 점광원 그 자체를 설치하여도 된다.

또한, 수차 이외의 조명계와 검출계의 모니터링, 결과의 장치에의 피드백은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의해서, 데이터베이스로부터 근사하는 파면 수차의 데이터를 추출함으로써 모니터링에 의한 결상 렌즈(22)의 자동 교정을 고속으로 실행하는 수단을 제공하는 것이 가능하게 된다.

(제6 실시 형태)

이하, 제6 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.

본 실시 형태는 제5 실시 형태의 처리 플로우의 일부를 변경함으로써, 보다 고정밀도의 자동 교정 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 25는 본 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정의 수순을 나타내는 플로우차트이다. 이것을 이용하여, 제6 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정 플로우를 설명한다. 또한, 이 실시 형태에서도 점상을 이용한 경우에 대해서 설명하는 것으로 한다.

점광원으로부터 출사된 광을 결상 렌즈(22)로 유도하여, 센서(23) 상에서 결상시키고, 신호 처리부(500)는 결상한 점상을 제어부(800-5) 내의 기록부(801)에 기록한다(스텝 S2101). 또한 미리 수차를 나타내는 제르니케 계수를 파라미터로 하여 검출 렌즈의 파면 수차가 다양한 경우의 점상을 이론적으로 계산하여, 데이터베이스(805)에 기록해 둔다(스텝 S2102).

다음으로, 제어부(800-5) 내의 비교부(802)에 의해 스텝 S2101에서 취득한 점상과 스텝 S2102에서 계산한 다수의 점상의 각각의 차분을 구한다. 그리고, 비교부(802)는 차분 화상의 일부 또는 전부에서 잔류 강도를 산출하고, 그 잔류 강도의 최소값과 임의로 정한 임계값을 비교한다(스텝 S2103).

이 때, 최소의 잔류 강도가 임계값 이상이면(스텝 S2103 : "아니오"), 수차 파라미터를 바꾸고, 임계값 이하로 될 때까지 다수의 점상을 이론 계산하여, 유사 점상을 탐색한다.

한편, 최소의 잔류 강도가 임계값 이하이면(스텝 S2103 : "예"), 제어부(800-5) 중의 수차 동정부(810)에서, 차분 화상의 잔류 강도가 가장 낮았던 점상을 유사 점상으로 한다(스텝 S2104). 이 유사 점상을 계산하였을 때의 수차를, 결상 렌즈 수차로 동정함으로써 결상 렌즈(22)의 자동 교정이 완료된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의해서, 데이터베이스로부터 근사하는 파면 수차의 데이터를 추출함으로써 모니터링에 의한 결상 렌즈(22)의 자동 교정을 고속 또한 고정밀도로 실행하는 수단을 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 수차 동정에 이용하는 것은 점상이 아니어도, 피검사물로부터의 산란광을 이용하여도 되고, 검출기 모니터링 시에 이용하는 회절 격자로부터의 회절광을 이용하여도 된다.

또한, 차분 화상을 이용하는 대신에, 각 화상의 강도 분포의 프로파일을, 화상 내의 복수의 축에서 차분을 기준으로 하여, 유사 점상을 탐색하여도 된다.

(제7 실시 형태)

이하, 제7 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.

본 실시 형태와 본 실시 형태의 상위점은, 결상 렌즈(22)의 수차 동정 플로우만이므로, 그 밖의 설명은 생략한다.

도 26은 본 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정의 수순을 나타내는 플로우차트이다. 이것을 이용하여, 제7 실시 형태에 따른 검출 렌즈의 수차 동정 플로우를 설명한다.

점광원으로부터 출사된 광을 검출 렌즈로 유도하여, 센서(23) 상에 결상시킨다. 이 결상한 점상으로부터 구한 화상 데이터는 제어부(800-5) 중의 기록부에 기록된다(스텝 S2201).

또한, 미리 수차를 나타내는 제르니케 계수를 파라미터로 하고, 검출 렌즈의 파면 수차가 다양한 경우의 점상을 이론적으로 계산한다. 그리고, 이 계산 결과를 데이터베이스(805)에 기록해 둔다(스텝 S2202).

다음으로, 제어부(800-5) 내의 비교부(802)에 의해, 스텝 S2201에서 취득한 점상의 화상 데이터와, 스텝 S2202에서 데이터베이스(805) 중에 격납한 다수의 점상의 계산 결과와의 사이에서 각각 차분을 구한다. 그리고, 차분 화상의 일부 또는 전부에서 잔류 강도를 산출하고, 그 잔류 강도의 최소값으로 되는 화상을 선택한다. 여기서 수차의 변화가 작을 때에는, 점상의 강도 분포의 변화는 수차에 대한 변화를 근사할 수 있다(스텝 S2204).

이 스텝 S2204에서 구한 강도 분포의 변화를 선형 변화 혹은 비선형 변화로 하고, 수학식을 가정한다. 이 가정이 성립되는 범위에서 최적화 수법을 이용하여, 잔류 강도가 최소로 되는 수차 파라미터를 탐색한다(스텝 S2205). 이 최적화 수법으로서는, Levenberg-Marquardt법이나 최급강하법 등을 이용하는 것이 생각되지만, 이들에는 구애되지 않는다.

탐색한 잔류 강도의 최소값과 임의로 설정한 임계값을 비교하여(스텝 S2206), 이 최소값이 임계값 이하의 경우에는(스텝 S2206 : "예"), 차분 화상의 잔류 강도가 가장 낮았던 점상을 유사 점상으로 추정한다. 그리고 이 유사 점상으로 추정된 점상의 수차를, 결상 렌즈 수차로 동정한다(스텝 S2207).

한편 이 스텝 S2206에서 구한 최소값이 임계값보다 큰 경우(스텝 S2206 : "아니오"), 로컬 미니멈(국소적인 최소값)일 가능성이 높다. 따라서, 최적화 수법의 각 수차 파라미터간의 상관 관계 등에 의한 제약 조건을 재고하여, 다시 최적화를 행한다.

이 때, 차분 화상을 이용하는 대신에, 각 화상의 강도 분포의 프로파일을, 화상 내의 복수의 축에서 차분을 기준으로 하여, 유사 점상을 탐색하여도 된다.

또한, 제5 실시 형태와 마찬가지로, 수차 동정을 이용하는 것은 점상이 아니어도, 피검사물로부터의 산란광을 이용하여도 되고, 검출기 모니터링 시에 이용하는 회절 격자로부터의 회절광을 이용하여도 된다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능한 것은 물론이다.

본 발명은, 반도체 제조, 자기 헤드 제조에 있어서의 암시야 결함 검사 장치에서의 적용을 상정하여 설명하였다. 그러나, 반드시 이 용도에 구애되는 것이 아니며, 전자 현미경이 아니면 확인할 수 없는 미생물들의 검사 등의 기술 분야에 적용하는 것도 가능하다.

20 : 대물 렌즈
21 : 공간 필터
22 : 결상 렌즈
23 : 센서
24 : 하프 미러
60 : 모니터링용 칩
100 : 조명광
101 : 레이저
102 : 익스팬더
103 : 어테뉴에이터(attenuator)
104 : 편광 제어 소자
105A, 105B : 미러
106 : 렌즈
150 : 조명계 모니터링부
250 : 검출계 모니터링부
251 : 센서
300 : XY 스테이지
400 : Z 스테이지
401 : 피검사물 높이 계측부
500 : 신호 처리부
501 : 모니터
800, 800-2, 800-3, 800-4 : 제어부
801 : 기록부
802 : 비교부
803 : 감도 예측부
804 : 피드백 제어부
805 : 데이터베이스

Claims

피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 상기 제1 센서가 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 방법으로서,
상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 스텝과,
상기 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 상기 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 스텝과,
상기 조명광 모니터링 스텝과 상기 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 상기 검출 결과와 상기 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하는 피드백 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 스텝은 정반사광을 이용하여 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 스텝은 상기 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에서 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명광은 레이저를 광원으로 한 조명계에 의해서 생성되고,
상기 조명광 모니터링 스텝에서 상기 조명광의 생성 과정의 광선의 계측 결과로부터 검사면 상에서의 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 추정하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 검출계 모니터링 스텝은 상기 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에 놓인 특성을 알고 있는 반사형 광학 소자에 스폿광을 경사진 방향으로 조명하여 얻어진 상기 산란광을 상기 제2 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 검출계 모니터링 스텝은 상기 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에 놓인 점광원과 특성을 알고 있는 투과형 광학 소자를 이용함으로써 얻어지는 소정의 광을 상기 제2 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 스텝 및 상기 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과의 경시 변화를 기록하고, 통계 처리에 의해 장치의 이상을 판단하는 장치 이상 확인 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 스텝 및 상기 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 상기 이상값을 동시에 표시하는 검출 결과 출력 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 상기 제1 센서가 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 방법으로서,
상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 스텝과,
상기 검출계에 입력된 상기 산란광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 상기 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 스텝과,
상기 조명광 모니터링 스텝 및 상기 검출계 모니터링 스텝 실행 시의 온도 및 기압의 양방 또는 어느 한쪽을 측정하는 환경 측정 스텝과,
상기 조명광 모니터링 스텝, 상기 검출계 모니터링 스텝 및 상기 환경 측정 스텝의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 상기 검출 결과와 상기 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하는 피드백 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제9항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 스텝 및 상기 검출계 모니터링 스텝의 상기 검출 결과와 상기 이상값을 표시하는 검출 결과 출력 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
조명광을 출력하는 조명계와, 피검사물에 조사된 상기 조명광의 산란광을 검출하는 검출계와, 제어부를 갖고, 상기 피검사물의 표면을 조명하는 상기 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 상기 산란광의 신호를 상기 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 장치로서,
상기 조명계는 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 수단을 갖고,
상기 검출계는 상기 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 상기 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 수단을 갖고,
상기 제어부는 상기 조명광 모니터링 수단과 상기 검출계 모니터링 수단의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 상기 검출 결과와 상기 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 수단은 정반사광을 이용하여 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 수단은 상기 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에서 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 조명광은 상기 조명계 내부의 레이저를 광원으로 하고,
상기 조명광 모니터링 수단은 상기 조명광의 생성 과정의 광선의 계측 결과로부터 검사면 상에서의 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 추정하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 검출계 모니터링 수단은 상기 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에 놓인 특성을 알고 있는 반사형 광학 소자에 스폿광을 경사진 방향으로 조명하여 얻어진 상기 산란광을 상기 제2 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 검출계 모니터링 수단은 상기 피검사물의 검사면으로 되는 스테이지 상에 놓인 점광원과 특성을 알고 있는 투과형 광학 소자를 이용함으로써 얻어지는 소정의 광을 상기 제2 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 수단 및 상기 검출계 모니터링 수단의 상기 검출 결과의 경시 변화를 기록하고, 통계 처리에 의해 장치의 이상을 판단하는 장치 이상 확인 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 수단 및 상기 검출계 모니터링 수단의 상기 검출 결과와 상기 이상값을 동시에 표시하는 검출 결과 출력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
조명광을 출력하는 조명계와, 피검사물에 조사된 상기 조명광의 산란광을 검출하는 검출계와, 제어부를 갖고, 상기 피검사물의 표면을 조명하는 상기 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 상기 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 장치로서,
상기 조명계는 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 수단을 갖고,
상기 검출계는 상기 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 초점 검출 렌즈의 결상 특성 및 상기 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 수단을 갖고,
상기 제어부는 상기 조명광 모니터링 수단과 상기 검출계 모니터링 수단의 검출 결과와 이상값을 비교하는 비교부와,
상기 조명광 모니터링 수단 및 상기 검출계 모니터링 수단 실행 시의 온도 및 기압의 양방 또는 어느 한쪽을 측정하는 환경 측정 수단과,
상기 조명광 모니터링 수단, 상기 검출계 모니터링 수단 및 상기 환경 측정 수단의 검출 결과와 미리 산출해 둔 이상값을 비교하여, 각각의 상기 검출 결과와 상기 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하는 피드백 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제19항에 있어서,
상기 조명광 모니터링 수단, 상기 검출계 모니터링 수단 및 상기 환경 측정 수단의 검출 결과와 각각의 상기 이상값을 표시하는 검출 결과 출력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계 센서에 의해 취득하고, 상기 센서가 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 방법으로서,
상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 스텝과,
상기 검출계 센서에 입력된 광을 검출계의 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 초점 거리를 검출하는 제1 검출계 모니터링 스텝과,
상기 검출 렌즈에 의해 결상된 상과 수차를 파라미터로 하여 이론 계산에 의해 도출한 다수의 상으로부터 유사상을 탐색함으로써 상기 검출 렌즈의 수차를 동정(同定)하는 제2 검출계 모니터링 스텝과,
상기 조명광 모니터링 스텝과 상기 제2 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 2 이상의 이상값을 비교하여, 상기 제2 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 이상값과의 차분 중의 최소값이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하는 피드백 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
제21항에 있어서,
상기 제2 검출계 모니터링 스텝에서 점상을 이용하여 상기 유사상을 탐색하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 방법.
피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 센서에 의해 취득하고, 상기 센서가 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 장치로서,
상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 수단과,
상기 검출계에 입력된 광을 검출계의 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 초점 거리를 검출하고, 또한, 검출 렌즈에 의해 검출된 상과 수차를 파라미터로 하여 이론 계산에 의해 도출한 다수의 상을 대비함으로써 유사상을 탐색함으로써 검출 렌즈의 수차를 동정하는 검출계 모니터링 수단과,
상기 조명광 모니터링 수단과 상기 검출계 모니터링 수단의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 상기 검출 결과와 상기 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하는 피드백 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
제23항에 있어서,
검출계 모니터링 수단에 의해 점상을 이용하여 상기 유사상을 탐색하는 것을 특징으로 하는 암시야 결함 검사 장치.
피검사물의 표면을 조명하는 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 산란광의 신호를 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 상기 제1 센서가 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 장치의 결상 렌즈의 파면 수차를 구하기 위한 수차 해석 방법으로서,
상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 스텝과,
상기 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 상기 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 스텝과,
상기 조명광 모니터링 스텝과 상기 검출계 모니터링 스텝의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 상기 검출 결과와 상기 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하는 피드백 제어 스텝
을 포함하며,
상기 결상 렌즈의 수차를 동정하는 제어부는 기지의 강도 분포를 갖는 광을 입사광으로서 상기 결상 렌즈를 투과시켜 그 투과광 분포의 화상을 취득하고, 취득한 화상의 데이터와 파면 수차를 파라미터로 하여 이론적으로 산출한 투과광 분포의 화상 데이터를 비교하여, 양자가 유사하면 유사한 투과광 분포의 화상을 계산하였을 때에 파라미터로서 이용한 파면 수차를 상기 결상 렌즈의 파면 수차로 동정하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 방법.
제25항에 있어서,
상기 파면 수차를 파라미터로 하여 이론적으로 산출한 투과광 분포의 화상 데이터로서 복수의 투과 분포의 화상을 계산하고, 그 중에서, 상기 결상 렌즈의 투과광 분포의 화상과 유사한 것을 선택하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 방법.
제25항에 있어서,
상기 결상 렌즈를 통하여 센서에 결상된 상 또는 점광원을 결상한 상의 강도 분포를 이용하여 상기 결상 렌즈의 파면 수차를 동정하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 방법.
제25항에 있어서,
유사 화상의 판정에, 취득 투과광 분포의 화상과 산출한 투과광 분포의 화상과의 차분인 차분 화상 및 차분 화상의 일부 혹은 전부의 잔류 강도를 지표로서 이용하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 방법.
제25항에 있어서,
투과광의 화상 내의 복수의 축에 있어서 강도 분포의 프로파일을 비교하여, 상기 화상 데이터를 비교하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 방법.
조명광을 출력하는 조명계와, 피검사물에 조사된 상기 조명광의 산란광을 검출하는 검출계와, 제어부를 갖고, 상기 피검사물의 표면을 조명하는 상기 조명광에 의해 상기 피검사물 표면으로부터 생기는 상기 산란광의 신호를 상기 검출계의 제1 센서에 의해 취득하고, 취득한 신호에 기초하여 상기 피검사물 상의 이물이나 결함을 검출하는 암시야 결함 검사 장치의 결상 렌즈의 수차를 구하는 수차 해석 장치로서,
상기 조명계는 상기 조명광의 강도의 공간 2차원 분포 및 편광 상태의 공간 2차원 분포를 계측하는 조명광 모니터링 수단을 갖고,
상기 검출계는 상기 검출계에 입력된 광을 제2 센서에 의해 검출함으로써 검출 렌즈의 결상 특성 및 상기 피검사물을 재치하는 스테이지 동작 상태를 검출하는 검출계 모니터링 수단을 갖고,
상기 제어부는 상기 조명광 모니터링 수단과 상기 검출계 모니터링 수단의 검출 결과와 이상값을 비교하여, 각각의 상기 검출 결과와 상기 이상값과의 차분이 허용값 이하로 되도록 적어도 상기 조명광의 편광 상태를 조정하며,
상기 수차 해석 장치는 기지의 강도 분포를 갖는 광을 입사광으로서 결상 렌즈를 투과시켜, 그 투과광 분포의 화상을 센서에 의해서 취득하고, 파면 수차를 파라미터로 하여 이론적으로 산출한 투과광 분포의 화상을 비교하고,
양자가 유사하면, 상기 수차 해석 장치는 유사한 투과광 분포의 화상을 계산하였을 때에 파라미터로서 이용한 파면 수차를 상기 결상 렌즈의 파면 수차로 동정하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 장치.
제30항에 있어서,
다른 수차를 파라미터로 하고, 복수의 투과광 분포의 화상을 계산하여, 그 중에서 상기 수차 해석 장치가 상기 결상 렌즈의 투과광 분포의 화상과 유사한 화상을 선택하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 장치.
제30항에 있어서,
상기 결상 렌즈 및 상기 센서에 의해 결상된 상, 혹은 점광원을 결상한 점상의 강도 분포를 이용하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 장치.
제30항에 있어서,
유사 화상의 판정에, 취득 투과광 분포의 화상과 산출한 투과광 분포의 화상과의 차분인 차분 화상, 및 차분 화상의 일부 혹은 전부의 잔류 강도를 지표로서 이용하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 장치.
제30항에 있어서,
투과광의 화상 내의 복수의 축에서 강도 분포의 프로파일을 비교하여, 상기 화상을 비교하는 것을 특징으로 하는 수차 해석 장치.