KR20080079173A - 표면검사장치 및 표면검사방법 - Google Patents

표면검사장치 및 표면검사방법 Download PDF

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다케오 오모리
가즈히코 후카자와
히데오 히로세
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

본 발명에서는, 하지(下地)의 영향을 저감하여 표면의 반복패턴의 결함 검사를 양호하게 실시한다. 그 때문에 본 발명은, 피검물체(20)의 표면의 반복패턴에 대해서 조명광(L1)을 조사하는 수단(13)과, 조명광의 조사방향과 표면의 법선(1A)을 포함한 입사면의 표면에 있어서의 방향과 반복패턴의 반복방향과의 이루는 각도를 0 이외의 소정치로 설정하는 수단(11,12)과, 조명광이 조사되었을 때에 반복패턴으로부터 발생하는 정반사광을 수광하고, 상기 정반사광의 광강도에 관련되는 정보를 출력하는 수광수단(14)과, 수광수단으로부터 출력되는 정보에 기초하여, 반복패턴의 결함을 검출하는 검출수단(15)을 구비한다. 또한, 입사면의 표면에 있어서의 방향과 반복방향과의 이루는 각도 φ, 조명광의 조사방향과 표면의 법선과의 이루는 각도 θ, 조명광의 파장 λ, 반복패턴의 피치 p는, 조건식(λ/[2cos(θ·Sin φ)]>p)을 만족한다.

Description

표면검사장치 및 표면검사방법{SURFACE INSPECTION APPARATUS AND SURFACE INSPECTION METHOD}
본 발명은, 피검물체의 표면에 형성된 반복패턴의 결함 검사를 실시하는 표면검사장치 및 표면검사방법에 관한 것이다.
피검물체(예를 들면 반도체 웨이퍼나 액정기판 등)의 표면에 형성된 반복 패턴에 검사용의 조명광을 조사하여, 이 때 반복패턴으로부터 발생하는 회절광에 기초하여, 반복패턴의 결함 검사를 실시하는 장치가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허공개공보 평성10-232122호
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 반도체 웨이퍼 등의 피검물체에는 표면의 반복패턴과 동일한 정도의 피치의 반복패턴이 하지(下地)에도 형성되고 있는 경우가 있다. 이 때문에, 상기의 회절광에 의한 결함검사에서는, 표면의 반복패턴으로 발생한 회절광(신호광)에, 하지(下地)의 반복패턴으로, 발생한 회절광(노이즈광)이 혼입하여, 검사할 표면의 반복패턴의 결함 검사를 양호하게 실시할 수 없는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 하지(下地)의 영향을 저감하여 표면의 반복패턴의 결함 검사를 양호하게 실시할 수 있는 표면검사장치 및 표면검사방법을 제공하는 것에 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 표면검사장치는, 피검물체의 표면에 형성된 반복패턴에 대해서 조명광을 조사하는 조사수단과, 상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선을 포함한 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복패턴의 반복방향과의 이루는 각도를 0 이외의 소정치로 설정하는 설정수단과, 상기 조명광이 조사되었을 때에 상기 반복패턴으로부터 발생하는 정반사광을 수광하고, 상기 정반사광의 광강도에 관한 정보를 출력하는 수광수단과, 상기 수광수단으로부터 출력되는 상기 정반사광의 광강도에 관한 정보에 기초하여, 상기 반복패턴의 결함을 검출하는 검출수단을 구비하고, 상기 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복방향과의 이루는 각도 φ, 상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선과의 이루는 각도 θ, 상기 조명광의 파장 λ, 및, 상기 반복패턴의 피치 p는, 다음의 조건식을 만족하는 것이다.
(λ/[2cos(θ·Sin φ)]>p
또한, 상기 조명광은, 복수의 다른 파장의 빛을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수광수단의 감도의 파장특성에 따라서, 상기 조명광의 각 파장의 광강도를 조정하는 조정 수단을 갖추는 것이 바람직하다.
또한, 적어도 상기 조사수단 및 상기 수광수단의 어느 한 개의 광로상에 배치되어, 소정의 편광성분을 추출하는 추출수단을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면에 직교하는 축을 중심으로 상기 피검물체를 회전시키는 제 1 의 회전수단을 갖추는 것이 바람직하다.
또한, 상기 입사면에 직교하여 상기 표면내에 포함되는 축을 중심으로 상기 조사수단과 상기 수광수단과 상기 피검물체와의 적어도 2개를 각각 회전시키는 제 2 회전수단을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면검사방법은, 피검물체의 표면에 형성된 반복패턴에 대해서 조명광을 조사하여, 상기 조명광이 조사되었을 때에 상기 반복패턴으로부터 발생하는 정반사광을 수광하여, 상기 정반사광의 광강도에 관한 정보에 기초하여, 상기 반복패턴의 결함을 검출하는 것에 있어서, 상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선을 포함한 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복패턴의 반복방향과의 이루는 각도를 0 이외의 소정치로 설정하고,
상기 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복방향과의 이루는 각도 φ, 상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선과의 이루는 각도 θ, 상기 조명광의 파장 λ, 및, 상기 반복패턴의 피치 p는, 다음의 조건식을 만족하는 것이다.
λ/[2cos( B·Sin φ)]>p
[발명의 효과]
본 발명의 표면검사장치 및 표면검사방법에 의하면, 하지(下地)의 영향을 저감하여 표면의 반복패턴의 결함 검사를 양호하게 실시할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태의 표면검사장치(10)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 반도체 웨이퍼(20)의 표면의 외관도이다.
도 3은 반복패턴(22)의 요철 구조를 설명하는 사시도이다.
도 4는 조명광(L1)의 입사면(3A)과 반복패턴(22)의 반복방향(X방향)과의 기울기 상태를 설명하는 도면이다.
도 5는 수직 입사의 구조성 복굴절을 설명할 때의 직선 편광성분(L5,L6)의 진동면과 층의 반복방향을 설명하는 도면이다.
도 6은 수직 입사의 구조성 복굴절을 설명할 때의 굴절률과 물질 1의 두께 t1와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 반사율과 물질 1의 두께 t1와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 파장 선택 필터의 전환 기구를 설명하는 도면이다.
도 9는 광원(31)으로부터의 빛에 포함되는 휘선 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 촬상소자(37)의 감도의 파장특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 조명광(L1)의 각 파장의 분광강도(보정전)를 설명하는 도면이다.
도 12는 촬상소자(37)에 의한 수광 후의 실효강도(보정전)를 설명하는 도면이다.
도 13은 파장 선택 필터(32)의 분광 투과율의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 촬상소자(37)에 의한 수광 후의 실효강도(보정 후)를 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.
(제 1 실시형태)
제 1 실시형태의 표면검사장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 피검물체(20)를 지지하는 스테이지(11)와, 얼라이먼트계(12)와 조명계(13)와, 수광계(14)와, 화상처리장치(15)로 구성된다. 조명계(13)는, 광원(31)과, 파장 선택 필터(32)와 라이트 가이드 파이버(33)와, 오목면 반사경(34)으로 구성된다. 수광계(14)는, 오목면 반사경(34)과 같은 오목면 반사경(35)과, 결상렌즈(36)와, 촬상소자(37)로 구성된다.
피검물체(20)는, 예를 들면 반도체 웨이퍼나 액정유리기판 등이다. 피검물체(20)의 표면(레지스터층)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 쇼트영역(21)이 배열되어, 각 쇼트영역(21)내에 검사할 반복패턴(22)이 형성되어 있다. 반복패턴(22)은, 배선 패턴 등의 라인·앤드·스페이스의 패턴으로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 라인부(2A)를 그 짧은 방향(X방향)에 따라서 일정한 피치 p로 배열한 것이다. 서로 이웃이 되는 라인부(2A)끼리의 사이는 스페이스부(2B)이다. 라인부(2A)의 배열방향(X방향)을 '반복패턴(22)의 반복방향'이라고 한다.
제 1 실시형태의 표면검사장치(10)는, 반도체 회로소자나 액정표시소자의 제 조공정에 있어서, 피검물체(20)의 표면에 형성된 반복패턴(22)의 결함 검사를 자동으로 실시하는 장치이다. 이 표면검사장치(10)에는, 표면(레지스터층)에의 노광·현상이 끝난 후의 피검물체(20)가, 도시하지 않은 반송계에 의해서 카셋트 또는 현상장치로부터 옮겨져 스테이지(11)에 흡착된다.
반복패턴(22)의 결함이란, 반복패턴(22)의 구조(즉 듀티비나 단면형상)의 변화이며, 도 3에 나타내는 라인부(2A)의 선폭 DA의 변화(또는 스페이스부(2B)의 선폭 DB의 변화)에 상당한다. 한편, 선폭 DA, DB가 변화해도 피치 p는 변하지 않는다. 이러한 결함은, 반복패턴(22)을 형성할 때의 노광 포커스의 어긋남에 기인하여, 피검물체(20)의 쇼트영역(21)마다 나타난다.
스테이지(11)는, 피검물체(20)를 표면에 얹어놓고 예를 들면 진공 흡착에 의해 고정 유지한다. 또한, 이 스테이지(11)는, 표면이 수평면이며, 틸트 기구를 갖지 않는다. 이 때문에, 피검물체(20)는 수평인 상태로 유지된다. 또한, 스테이지(11)에는, 피검물체(20)의 표면에 직교하는 축(예를 들면 표면의 중심에 있어서의 법선(1A))을 중심으로, 피검물체(20)를 회전시키는 기구가 설치된다. 이 회전기구에 의해, 피검물체(20)의 반복패턴(22)의 반복방향(도 2, 도 3의 X방향)을, 피검물체(20)의 표면내에서 회전시킬 수 있다.
조명계(13)(도 1)는, 피검물체(20)의 표면에 형성된 반복패턴(22)(도 2, 도 3)에 대해서, 비편광의 조명광(L1)을 조사한다. 광원(31)은, 메탈하라이드램프나 수은램프 등이 염가의 방전광원이다. 파장 선택 필터(32)는, 광원(31)으로부터의 빛 중 소정 파장의 휘선 스펙트럼을 선택적으로 투과한다. 라이트 가이드 파이버(33)는, 파장 선택 필터(32)로부터의 빛을 전송한다. 오목면 반사경(34)은, 구면의 안쪽을 반사면으로 한 반사경이며, 앞쪽 초점이 라이트 가이드 파이버(33)의 사출단과 대략 일치하고, 뒤쪽 초점이 피검물체(20)의 표면과 대략 일치하도록 배치된다. 조명계(13)는, 피검물체(20)측에 대해 텔레센트릭한 광학계이다.
이 조명계(13)에 있어서, 광원(31)으로부터의 빛은, 파장 선택 필터(32)와 라이트 가이드 파이버(33)와 오목면 반사경(34)을 통한 후, 비편광의 조명광(L1)이 되어 피검물체(20)의 표면 전체에 경사방향으로부터 입사한다. 조명광(L1)의 입사각은, 피검물체(20)의 표면의 각 점에 대해 대략 동일하고, 표면의 각 점에서의 법선(도 1에는 표면의 중심에 있어서의 법선(1A)을 예시)과 조명광(L1)의 조사방향과의 이루는 각도 θ에 상당한다.
또한, 비편광의 조명광(L1)(입사각 θ)에 의해 피검물체(20)의 표면의 반복패턴(22)을 조명할 때에는, 조명광(L1)의 조사방향과 표면의 법선(1A)을 포함한 입사면(3A)(도 4)에 대해서 반복패턴(22)의 반복방향(X방향)이 다음과 같이 설정된다. 즉, 입사면(3A)의 표면에 있어서의 방향과 반복방향(X방향)과의 이루는 각도 φ가 비스듬하게 설정된다(0도<φ<90도). 각도 φ는 예를 들면 45도이다.
이러한 각도의 설정은, 스테이지(11)의 회전 기구와 얼라이먼트계(12)를 이용하여 행하여진다. 스테이지(11)에 의해서 법선(1A)을 축으로 피검물체(20)를 회전시키면서, 얼라이먼트계(12)에 의해서 피검물체(20)의 바깥가장자리부를 조명하고, 바깥가장자리부에 설치된 외형 기준(예를 들면 노치)의 회전방향의 위치를 검 출하여, 소정의 위치에서 스테이지(11)를 정지시킨다. 이러한 얼라이먼트에 의해, 상기의 각도 φ(이하 '회전각 φ')를 비스듬하게 설정할 수 있다.
또한, 상기와 같이 회전각 φ를 비스듬하게 설정하고, 비편광의 조명광(L1)(입사각 θ)에 의해 피검물체(20)의 표면의 반복패턴(22)을 조명할 때, 상기의 회전각 φ, 조명광(L1)의 입사각 θ, 및, 조명광(L1)의 파장 λ는, 반복패턴(22)의 피치 p에 따라서, 다음의 조건식(1)을 만족하도록 설정된다.
(λ/[2cos(θ·Sin φ)]>p)…(1)
이 조건식(1)은, 조명광(L1)이 조사되었을 때에 반복패턴(22)으로부터 회절광이 발생하지 않도록 하기 위한 조건식이다. 회전각 φ와 입사각 θ와 파장 λ와 피치 p가 조건식(1)을 만족하는 경우, 반복패턴(22)으로부터 발생하는 빛에는 회절광이 포함되지 않고, 반복패턴(22)의 결함 검사를 회절광에 의해 실시할 수 없다. 본 실시형태의 표면검사장치(10)는, 반복패턴(22)으로부터 발생하는 정반사광(L2)에 의해서 반복패턴(22)의 결함 검사를 실시하는 것이다.
여기서, 조건식(1)의 도출에 대해 간단하게 설명한다.
일반적인 회절의 식은, 상기의 회전각 φ가 0도인 경우에, 조명광의 입사각 θ와 회절각 d와 회절차수 m과 반복패턴(22)의 피치 p와 파장 λ을 이용하여, 다음의 식(2)에 의해 표시된다.
sind-sinθ =7 mλ/p…(2)
그리고, 각도 φ가 0도가 아닌 경우는, 반복패턴(22)의 반복방향과 피검물체(20)의 법선(1A)을 포함한 면(주단면)에 대해서 조명광과 회절광을 투영하여, 주 단면에 투영된 조명광의 입사각 θ'와 회절각 d'를 이용하여, 다음의 식(3)이 성립된다. 우변의 것(θ·sinφ)은, 주단면에 대한 조명광의 경사각도에 상당한다.
sind'-sinθ' = mλ/pcos(θ·sinφ) …(3)
식(3)에 있어서, 회절각 d'가 취할 수 있는 범위는, -90도≤d'≤90도이다. 입사각 θ'가 취할 수 있는 범위는, 0도≤θ'≤90도이다. 이 때문에, 식(3)의 좌변(=sind'-sinθ')의 최소치는 -2가 되고, 좌변이 -2 이상이 되는 조건이면, 반복패턴(22)으로부터 회절광이 발생한다.
한편, 좌변(=sind'-sinθ')이 -2보다 작아지는 조건에 있어서는, 반복패턴(22)으로부터 회절광이 발생하지 않는다. 좌변이 -2일 때에 발생하는 회절광은 마이너스의 차수 m이기 때문에, 반복패턴(22)으로부터 회절광이 발생하지 않는 조건은, -1차의 회절광이 발생하지 않는 조건이라고 생각하면 좋다. 따라서, 식(3)의 우변의 회절 차수 m에 -1을 대입하여, 좌변(=sind'-sinθ')이 -2보다 작아지는 조건을 생각하면, 상기한 조건식(1)을 얻을 수 있다.
조건식(1)을 만족하는 파라미터의 조합(입사각 θ, 회전각 φ, 파장 λ, 피치 p)에 대해서 예시한다. 예를 들면, 입사각 θ=15도, 회전각 φ=45도로 한 경우, 반복패턴(22)의 피치 p=180nm(라인부(2A)의 선폭 DA=90nm로 듀티비=1:1)이면, 파장 λ>350nm일 때에 조건식(1)을 만족한다. 또한, 입사각 θ와 회전각 φ가 상기의 예와 같고, 반복패턴(22)의 피치 p=110nm(선폭 DA=55nm)의 경우, 파장 λ>220 nm이면 조건식(1)을 만족한다.
또한, 입사각 θ=45도, 회전각 φ=45도로 한 경우는, 반복패턴(22)의 피치 p=180nm(선폭 DA=90nm)이면, 파장 λ>306nm일 때에 조건식(1)을 만족한다. 반복패턴(22)의 피치 p=110nm(선폭 DA=55nm)의 경우, 파장 λ>187nm일 때에 조건식(1)을 만족한다. 또한, 상기와 같은 구체적인 예에 한정하지 않고, 조건식(1)을 만족하도록 파라미터의 조합(입사각 θ, 회전각 φ, 파장 λ, 피치 p)을 선택함으로써, 반복패턴(22)으로부터 회절광이 발생하지 않게 할 수 있다.
제 1 실시형태의 표면검사장치(10)는, 비편광의 조명광(L1)에 의해서 피검물체(20)의 표면의 반복패턴(22)을 조명하여, 이 때 반복패턴(22)으로부터 발생하는 정반사광(L2)을 수광계(14)(도 1)에 의해서 수광하여, 정반사광(L2)의 광강도에 기초하여, 반복패턴(22)의 결함 검사를 실시하는 것이다.
반복패턴(22)으로부터 발생하는 정반사광(L2)의 방향은, 조명광(L1)의 입사면(3A)의 면내이며, 피검물체(20)의 표면의 각 점에서의 법선(도 1에는 표면의 중심에 있어서의 법선(1A)을 예시)에 대해서, 조명광(L1)의 입사각 θ와 같은 각도 θ만큼 기울어진 방향이다.
이러한 정반사광(L2)을 수광하기 때문에, 수광계(14)에서는, 오목면 반사경(35)의 광축(O35)을 입사면(3A)내에서, 피검물체(20)의 표면의 법선(1A)에 대해서 각도 θ만큼 기울여서 배치된다. 따라서, 반복패턴(22)으로부터의 정반사광(L2)는 광축(O35)을 따라서 진행되어, 수광계(14)에 이끌어지게 된다.
광축(O35)에 따라서 수광계(14)에 이끌어진 정반사광(L2)은, 오목면 반사 경(35)과 결상렌즈(36)를 통하여 집광되어, 촬상소자(37)에 입사한다. 이 때, 촬상소자(37)의 촬상면에는, 피검물체(20)의 표면의 각 점(반복패턴(22))으로부터의 정반사광(L2)의 광강도에 따라서, 피검물체(20)의 표면의 반사상이 형성된다. 촬상소자(37)는, 예를 들면 CCD 촬상소자 등이고, 촬상면에 형성된 피검물체(20)의 반사상을 광전변환하여 화상신호(정반사광(L2)의 광강도에 관한 정보)를 화상처리장치(15)에 출력한다.
여기서, 피검물체(20)의 반사상의 각 점에 있어서의 명암은, 피검물체(20)의 표면의 각 점(반복패턴(22))으로부터 발생하는 정반사광(L2)의 강약에 대략 비례한다. 또한, 정반사광(L2)의 강약은, 피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서의 반사율의 높낮이에 대략 비례한다. 또한, 각 점에 있어서의 반사율의 높낮이는, 각 점에 있어서의 굴절률에 따라 변화한다.
각 점에 있어서의 반사율과 굴절률과의 관계는, 일반적으로, 다음과 같이 설명할 수 있다. 투명매질 A로부터 투명매질 B에 경사방향으로부터 빛이 입사했을 때, 투명매질 B의 표면에 있어서의 반사율은, 빛의 P편광성분의 반사율 RP과 S편광성분의 반사율 RS과의 평균치가 된다. 반사율 RP, RS는, 투명매질 A로부터 투명매질 B에의 빛의 입사각을 θ1, 투명 매질 B내에서의 빛의 굴절각을 θ2로 하여 다음의 식(4), (5)로 표시된다.
RP = (tan(θ1-θ2)/tan(θ1+θ2))2 …(4)
RS = (sin(θ1-θ2)/sin(θ1+θ2))2 …(5)
이러한 식(4), (5)로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 편광성분의 반사율 RR, RS가, 매질 경계에서의 입사각 θ1, 굴절각 θ2에 의존하여 변화하기 때문에, 반사율 RR, RS의 평균치(투명매질 B의 표면에 있어서의 반사율)도, 입사각 θ1, 굴절각 θ2에 의존하여 변화하게 된다.
또한, 투명매질 A, B의 굴절률을 n1, n2로 하면, 스넬의 법칙으로부터, 입사각 θ1, 굴절각 θ2의 사이에는, 다음의 식(6)이 성립된다. 이 때문에, 입사각 θ1, 굴절각 θ2는, 투명매질 A, B의 굴절률 n1, n2에 의존하게 된다.
n1·sinθ1 = n2·sinθ2 …(6)
따라서, 투명매질 B의 표면에 있어서의 반사율(반사율 RR, RS의 평균치)은, 투명매질 A, B의 굴절률 n1, n2에 의존하여 변화하는 것을 알 수 있다.
피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서의 반사율과 굴절률과의 관계도 마찬가지로, 각 점에 있어서의 반사율은, 각 점에 있어서의 굴절률에 따라서 변화한다. 그리고, 각 점에 있어서의 굴절률은, 각 점에 있어서의 반복패턴(22)의 구조(듀티비나 단면형상)에 따라서, 구체적으로는 예를 들면 도 3에 나타내는 라인부(2A)의 선폭 DA(또는 스페이스부(2B)의 선폭 DA)에 따라서 변화한다.
반복패턴(22)의 라인부(2A)의 선폭 DA가 변화했을 때에 굴절률이 변화하는 모습은, 구조성 복굴절이라고 하는 현상에 의해 설명할 수 있다. 간단히 하기 위해서, 조명광을 수직 입사시킨 경우에서 설명한다. 또한, 이 설명을 위해서, 반복패턴(22)을 모델화하여, 도 5에 나타내는 바와 같이, 두께 t1, 유전율 ε1의 물질 1과 두께 t2, 유전율 ε2의 물질 2로 이루어지는 층이, 조명 파장에 비해 충분히 짧은 반복 주기로, 평면상에 복수개 배열된 것으로 한다.
이 반복패턴(물질 1, 2로 이루어지는 층의 반복 배열)에 비편광의 조명광이 조사되면, 조명광에 포함되는 각 편광은, 반복패턴의 층(물질 1, 2)의 반복방향에 평행한 진동면의 직선 편광성분(L5)(도 5(a))와 반복방향으로 수직인 진동면의 직선 편광성분(L6)(도 5(b))으로 나뉘어져, 각 편광성분(L5,L6)마다, 구조성 복굴절(반복패턴의 이방성에 기인하는 굴절률의 차이)에 따른 다른 반사율로 반사한다.
도 5(a)에 나타내는 직선 편광성분(L5)에서는, 층(물질 1,2)을 횡단하도록 전기장이 인가되어, 이 전기장에 따라 작은 분극이 생긴다. 전기장에서 보면, 각층의 분극은 직렬로 나열된다. 이 때의 외관의 유전율 εX는, 차식(7)에 의해 표시할 수 있다. 그리고, 수직 입사의 경우, 유전율 εX의 물질에 있어서의 굴절률 nX는, 차식(8)에 의해서 표시된다. 식(8)의 굴절률에는, 직선 편광성분(L5)에 대한 굴절률이다.
[식 1]
Figure 112007079003640-PCT00001
…(7)
nX =
Figure 112007079003640-PCT00002
…(8)
또한, 도 5(b)에 나타내는 직선 편광성분(L6)에서는, 층(물질 1,2)의 길이방향에 따라서 전기장이 인가되어, 이 전기장에 따라서 분극이 생긴다. 전기장에서 보면, 각층의 분극은 병렬로 나열한다. 이 때의 외관의 유전율 εY는, 층의 두께(t1+t2)의 가중평균이 되어, 차식(9)에 의해 표시할 수 있다. 그리고, 수직 입사의 경우, 유전율 εY의 물질에 있어서의 굴절률 nY은, 차식(10)에 의해서 표시된다. 식(10)의 굴절률 nY은, 직선 편광성분(L6)에 대한 굴절률이다.
[식 2]
Figure 112007079003640-PCT00003
…(9)
Figure 112007079003640-PCT00004
…(10)
그리고, 도 5(a)의 직선 편광성분(L5)과 도 5(b)의 직선 편광성분(L6)을 포함한 비편광의 조명광에 대한 굴절률 nAVE는, 개략, 직선 편광성분(L5)에 대한 굴절률 nX(식(8))과, 직선 편광성분(L6)에 대한 굴절률 nY(식(10))와의 평균치가 되어, 다음의 식(11)에 의해 표시할 수 있다.
nAVE = (nX+nY)/2 …(11)
또한, 피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서의 굴절률(상기한 비편광의 조명광에 대한 굴절률 nAVE)과, 층(물질 1,2)을 구성하는 물질 1의 두께 t1와의 관계를 도시하면, 도 6에 나타내게 된다. 도 6에는, 층의 반복방향으로 평행한 직선 편광성분(L5)의 외관의 굴절률 nX, 반복방향에 수직인 직선 편광성분(L6)의 외관의 굴절률 nY도 더불어 도시하였다.
도 6의 계산에서는, 물질 1을 레지스터(유전율 ε1=2.43)로 하고, 물질 2를 공기(유전율 ε2=1)로 하고, 층의 두께(t1+t2)를 100nm로 하였다. 층의 두께(t1+t2)는, 반복패턴(22)의 피치 p에 대응한다. 또한, 물질 1은 반복패턴(22)의 라인부(2A)에 대응하고, 물질 1의 두께 t1은 라인부(2A)의 선폭 DA에 대응한다(도 3). 물질 2는 스페이스부 2B에 대응하고, 물질 2의 두께 t2는 스페이스부(2B)의 선폭 DB에 대응한다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서의 굴절률(상기한 비편광의 조명광에 대한 굴절률 nAVE)은, 층을 구성하는 물질 1의 두께 t1(반복패턴(22)의 라인부(2A)의 선폭 DA)에 의존하여 변화하게 된다.
또한, 도 6에 나타내는 물질 1의 두께 t1(선폭 DA)와 피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서의 굴절률(nAVE)과의 관계로부터, 표면의 각 점에 있어서의 반사율과 물질 1의 두께 t1(선폭 DA)와의 관계를 계산하면, 도 7과 같이 된다. 도 7에서는, 표면의 반사율을 나타내고 있으므로, 두께 t1=0일 때의 반사율은 0%이다.
도 7로부터, 피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서의 반사율도, 물질 1의 두께 t1(1 선폭 DA)에 의존하여 변화하는 것을 알 수 있다. 한편, 도 7의 계산에서는, 상기의 회전각 φ(도 4)가 0도가 아닌 경우를 상정하여, 입사광의 P편광성분과 S편광성분과의 각각에 대해서, 반복방향과 평행한 편광성분(L5)의 외관의 굴절률 nX, 반복방향과 수직인 편광성분(L6)의 외관의 굴절률 nY로부터 반사율을 계산하여 서로 더하고 있다.
이와 같이, 피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서, 반복패턴(22)의 구조에 이상이 생겨 라인부(2A)의 선폭 DA(또는 스페이스부(2B)의 선폭 DB)가 변화하면, 그 부분의 굴절률(nAVE)이 변화하여, 결과적으로 반사율도 변화하게 된다.
피검물체(20)의 표면의 각 점에 있어서의 반사율의 변화는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 라인부(2A)의 선폭 DA가 굵을수록 반사율이 높고, 선폭 DA가 가늘수록 반사율이 낮아지는 경향에 있다.
이 때문에, 피검물체(20)의 표면의 각 점으로부터 발생하는 정반사광(L2)은, 선폭 DA가 굵을수록 광강도가 강하고, 선폭 DA가 가늘수록 광강도가 약해져, 그 강약이 피검물체(20)의 반사상의 명암이 되어 나타난다. 즉, 라인부(2A)의 선폭 DA가 굵은 부분만큼 반사상이 밝고, 선폭 DA가 가는 부분만큼 반사상이 어두워진다. 반사상의 명암은, 피검물체(20)의 쇼트영역(21)(도 2)마다 나타난다.
본 실시형태의 표면검사장치(10)(도 1)에서는, 라인부(2A)의 선폭 DA의 변화(반복패턴(22)의 구조의 변화)를 반영한 피검물체(20)의 반사상이 촬상소자(37)의 촬상면에 형성되어, 촬상소자(37)로부터 화상처리장치(15)에 대해서, 피검물체(20)의 반사상의 명암에 관한 정보(화상, 신호)가 출력된다. 이 때문에, 화상처리장치(15)에서는, 촬상소자(37)로부터의 화상신호에 기초하여, 반복패턴(22)의 결함(예를 들면 선폭 DA의 변화등의 구조의 변화)을 검출할 수 있다.
예를 들면, 촬상소자(37)로부터의 화상신호에 기초하여 피검물체(20)의 화상을 집어넣어, 그 휘도 정보를 양품 웨이퍼의 화상의 휘도 정보와 비교한다. 양품 웨이퍼란, 반복패턴(22)이 이상적인 형상(예를 들면 듀티비 1:1)으로 표면 전체에 형성된 것이다. 양품 웨이퍼의 화상의 휘도는, 이상적인 반복패턴(22)의 형성 개소에 있어 대략 일정치가 된다. 이에 대해, 피검물체(20)의 화상의 휘도는, 반복패턴(22)의 정상/이상에 따라서 각 쇼트영역(21)(도 2)마다 다른 값을 갖는다. 한편, 피검물체(20)의 화상은, 피검물체(20)의 비교적 넓은 영역(전영역 또는 일부 영역)의 화상으로, 매크로 화상이라고도 불린다.
화상처리장치(15)에서는, 피검물체(20)의 화상과 양품 웨이퍼의 화상을 비교하여, 각 화상의 휘도차에 기초하여 반복패턴(22)의 정상/이상을 판단하여, 반복패턴(22)의 결함을 검출한다. 예를 들면, 각 화상의 휘도차가 미리 정한 역치(허용치)보다 작으면 정상이라고 판단하고, 역치보다 크면 이상이라고 판단하여, 이상의 개소를 결함으로 검출한다. 이상의 개소(결함)란, 반복패턴(22)의 예를 들면 라인 부(2A)의 선폭 DA가 설계 마진을 넘어 굵어지거나 가늘어지거나 한 개소이다.
또한, 화상처리장치(15)에 의한 반복패턴(22)의 결함의 검출에는, 상기한 양품 웨이퍼의 화상과 비교하는 방법 외에, 다음과 같은 방법을 이용할 수도 있다. 즉, 피검물체(20)의 쇼트영역(21)의 배열 데이터와 휘도치의 역치를 미리 기억해 두고, 집어 넣은 피검물체(20)의 화상에 있어서의 각 쇼트영역(21)의 위치를 상기의 배열 데이터에 기초하여 파악하여, 각 쇼트영역(21)의 휘도치를 구한다. 그리고, 각 쇼트영역(21)의 휘도치와 미리 기억하고 있는 역치를 비교함으로써, 반복패턴(22)의 결함을 검출한다. 역치보다 휘도치가 작은 쇼트영역(21)을 결함이라고 판단하면 좋다.
또한, 피검물체(20)의 쇼트영역(21)마다의 반복패턴의 배치는 같기 때문에, 양품의 쇼트영역(21)을 특정하여, 그 휘도치를 기준에 결함 검출을 실시해도 좋다. 피검물체(20)의 화상의 휘도치와 한계 샘플의 화상의 휘도치를 비교해도 좋다. 시뮬레이션으로, 휘도치의 기준을 결정하여, 그 기준치라는 비교에 의해서 반복패턴(22)의 결함을 검출해도 좋다. 양품 웨이퍼를 이용하지 않는 경우, 전면 양품의 전용 웨이퍼를 만들 필요가 없게 된다는 이점이 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에서는, 피검물체(20)의 표면의 반복패턴(22)을 조명했을 때에 반복패턴(22)으로부터 발생하는 정반사광(L2)의 광강도에 기초하여 반복패턴(22)의 결함 검사를 실시할 때, 상기의 회전각 φ(도 4)를 비스듬하게 설정함과 함께, 이 회전각 φ와 조명광(L1)의 입사각 θ 와 파장 λ과 반복패턴(22)의 피치 p가 조건식(1)을, 만족하도록 각 부분을 설정한다.
이러한 설정을 실시하면, 피검물체(20)의 표면의 반복패턴(22)으로부터 회절광이 발생하는 일은 없고, 또한, 반복패턴(22)과 동일한 정도의 피치의 반복패턴이 하지(下地)에 형성되고 있는 경우에는, 하지(下地)의 반복패턴으로부터 같은 회절광이 발생하는 일도 없다. 따라서, 표면의 반복패턴(22)에서 발생한 정반사광(L2)(신호광)에, 표면의 반복패턴(22)으로부터의 회절광(노이즈광)이나, 하지(下地)의 반복패턴으로부터의 회절광(노이즈광)이 혼입하는 일은 없다.
하지(下地)로부터의 회절광은 콘트라스트가 높고, 만일 하지로부터의 회절광이 노이즈광으로서 혼입해 있으면, 이 회절광 성분에 의한 콘트라스트의 변화에 묻혀져, 검사할 표면으로부터의 정반사광(L2)(신호광)의 변화가 검출하기 어려워져 버린다.
그런데, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에서는, 상기와 같은 설정을 실시하여, 하지(下地)로부터의 회절광(및 표면으로부터의 회절광)이 노이즈광으로서 정반사광(L2)(신호광)에 혼입하는 일은 없기 때문에, 상대적으로 정반사광(L2)(신호광)의 변화를 파악하기 쉬워진다.
또한, 표면으로부터의 정반사광(L2)(신호광)에는, 하지(下地)로부터의 정반사광이 노이즈광으로서 혼입한다. 그러나, 그 비율(신호광에 대한 노이즈광의 비율)은, 종래의 회절광에 의한 결함 검사의 경우보다 현격히 작다. 즉, 본 발명의 정반사광에 의한 결함 검사의 경우에는, 종래의 회절광에 의한 결함 검사의 경우와 비교하여, 신호광에 대한 노이즈광의 비율을 현격히 작게 할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에 의하면, 피검물체(20)로부터 발생한 정반사광(그 대부분은 검사할 표면의 반복패턴(22)으로부터 발생한 정반사광(L2))을 이용함으로써, 하지(下地)의 영향을 저감하여 표면의 반복패턴(22)의 결함 검사를 양호하게 실시할 수 있다.
또한, 종래의 회절광에 의한 결함 검사에서는, 원리적으로, 반복패턴의 피치가 소정치(=(회절 차수)×(조명광의 파장)÷2)보다 작아지면 회절광이 발생하지 않고, 결함 검사를 실시할 수 없다. 또한, 반복피치가 소정치 근방에서도, 장치내에서의 조명계나 수광계의 배치에 제약이 있어, 회절광에 의한 결함 검사를 실시하는 것은 어렵다. 반복피치의 미세화에 대응하기 위해서는, 조명광의 파장을 짧게 하여 상기의 소정치를 작게 하게 되지만, 광원의 종류가 고가이고 대규모인 것으로 한정되고, 조명계나 수광계를 구성하는 광학 소자의 재료도 고가의 것으로 한정되기 때문에, 바람직하지 않다.
이에 대해, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에서는, 피검물체(20)로부터의 정반사광(주로 표면으로부터의 정반사광(L2))을 이용하여 반복패턴(22)의 결함 검사를 실시하기 때문에, 상기와 같은 제약이 없고, 반복피치의 미세화에도 확실히 대응할 수 있다. 즉, 반복패턴(22)의 피치 p가 조명광의 파장 λ과 비교하여 충분히 작아도, 그 결함 검사를 양호하게 실시할 수 있다. 다만, 피치 p가 파장 λ과 비교하여 충분히 작은 경우에 한정되지 않고, 피치 p가 파장 λ과 동일한 정도이더라도, 피치 p가 파장 λ보다 커도, 반복패턴(22)의 결함 검사를 실시할 수 있는 것 은 말할 필요도 없다. 즉, 반복패턴(22)의 피치 p에 관계없이, 그 결함 검사를 확실히 실시할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에서는, 피검물체(20)의 반복패턴(22) 의 피치 p가 다른 경우에서도, 피검물체(20)를 수평인 상태로 유지한 채로(스테이지(11)의 틸트 조정을 실시하지 않고), 그 결함 검사를 실시할 수 있다. 이 때문에, 실제로 결함 검사를 개시하기(즉 피검물체(20)의 화상을 집어넣기)까지의 준비시간을 확실히 단축할 수 있어 작업 효율이 향상한다.
또한, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에서는, 스테이지(11)가 틸트 기구를 갖지 않기 때문에, 장치 구성이 간소화된다. 또한, 조명계(13)의 광원(31)으로서 염가의 방전광원을 이용할 수 있어, 표면검사장치(10)의 전체 구성이 염가로 간소한 것이 된다.
또한, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에서는, 피검물체(20)의 표면에 복수 종류의 반복패턴이 형성되어, 피치 p나 반복방향(X방향)의 다른 반복패턴이 혼재하고 있는 경우에서도, 피검물체(20)의 표면의 반사 화상을 일괄로 집어넣는 것에 의해, 모든 반복패턴의 결함 검사를 간단하게 실시할 수 있다.
예를 들면, 반복방향이 다른 2 종류의 반복패턴은, 0도 방향의 반복패턴과 90도 방향의 반복패턴으로 있다. 이들 반복패턴은, 서로, 반복방향이 직교하고 있다. 이 경우, 상기의 회전각 φ(도 4)를 45도로 설정하면, 각각의 반복패턴의 결함 검사의 조건을 공통화할 수 있어, 각각의 결함 검사를 동시에 또한 양호하게 실시할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 표면검사장치(10)에서는, 반복패턴(22)의 라인부(2A)의 선폭 DA의 설계치가 피치 p의 1/2인(라인부(2A)와 스페이스부(2B)와의 이상적인 듀티비가 1:1이다) 경우에 한정되지 않고, 이상적인 듀티비가 1:1 이외의 경우에서도, 마찬가지로 양호한 결함 검사를 실시할 수 있다. 이 경우, 반복패턴(22)의 형상 변화에 따라서는 피검물체(20)의 반사 화상의 휘도치가 커지기도 한다.
한편, 조명광(L1)의 파장 λ에 대해서는, 회전각 φ와 입사각 θ와 피치 p와 함께 상기 조건식(1)을, 만족하도록 파장 선택 필터(32)를 바꾸어 적당히 선택하면 좋지만, 또한, 피검물체(20)의 반사 방지막(ARC)의 흡수대에 포함되는 파장을 선택하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 반사 방지막에서의 흡수에 의해서 하지(下地)에 도달하는 광량이 감쇠하기 때문에, 표면과 하지(下地)와의 분리에 유리하게 된다. 이러한 파장 λ의 선택은, 검사 레시피로부터 파장 λ에 관한 정보를 읽어내어, 파장 선택 필터(32)를 바꾸어 실시하면 좋다.
(제 2 실시형태)
여기에서는, 조명광(L1)이 복수의 다른 파장의 빛을 포함한 예에 대해 설명한다. 복수의 파장이란, 복수의 휘선 스펙트럼과 같이 이산적인 파장이라도 상관없고, 넓은 파장 대역과 같이 연속적인 파장에서도 상관없다. 이하의 설명에서는, 조명광(L1)이 복수의 다른 파장의 휘선 스펙트럼을 포함하는 것으로 한다.
복수의 휘선 스펙트럼의 각 파장 λ은, 상기와 같이, 회전각 φ와 입사각 θ와 피치 p와 함께 조건식(1)을 만족하도록, 파장 선택 필터(32)를 바꾸어 적당히 선택하면 좋고, 피검물체(20)의 반사 방지막의 흡수대에 포함되는 파장을 선택하는 것이 보다 바람직하다.
파장 선택 필터(32)의 변환 기구로서는, 예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이, 투과 대역이 다른 복수의 파장 선택 필터(32)를 원반형상의 터릿(38)에 부착하여, 터릿(38)을 도시하지 않은 모터 등의 구동기구에 의해 회전시키는 구성을 생각할 수 있다.
광원(31)으로부터의 빛이 예를 들면 도 9에 나타내는 다수의 휘선 스펙트럼(e선 등)을 포함한 경우, 투과대역 α의 파장 선택 필터(32)를 광로상에 배치하면, e선(546nm), g선(436nm), h선(405nm)의 3개의 휘선 스펙트럼을 선택적으로 투과하여, 조명광(L1)으로서 피검물체(20)에 조사할 수 있다. 또한, 투과대역 β의 파장 선택 필터(32)로 교환하면, g선, h선, i선(365nm)의 3개의 휘선 스펙트럼을 선택적으로 투과하고, 또한, 투과대역 γ의 파장 선택 필터(32)로 교환하면, h선, i선, j선(313nm)의 3개의 휘선 스펙트럼을 선택적으로 투과하여, 피검물체(20)에 조사할 수 있다.
그리고, 조명광(L1)이 복수의 휘선 스펙트럼을 포함한 경우에는, 각 파장 λ의 휘선 스펙트럼에 의해 피검물체(20)로부터 정반사광(L2)이 발생하여, 각 파장 λ의 정반사광(L2)의 광강도가 촬상소자(37)의 촬상면에 있어서 합성된다. 또한, 촬상소자(37)로부터 화상처리장치(15)에 출력되는 화상신호는, 각 파장 λ의 정반사광(L2)의 합성 후의 광강도에 관한 정보가 된다. 이 경우, 화상처리장치(15)는, 합성 후의 광강도에 기초하여 반복패턴(22)의 결함 검사를 실시하게 된다.
피검물체(20)의 하지(下地)에 막두께 얼룩짐이 있는 경우, 이 막두께 얼룩짐을 반영한 간섭무늬(하지(下地)에서의 간섭에 의한 명암의 모양)가, 검사할 표면으로부터의 정반사광(L2)(신호광)에 의한 반사상과 겹쳐져 버리면, 표면의 반복패턴(22)의 결함을 검출하기 어려워진다. 조명광(L1)이 단일 파장의 경우, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐을 반영한 간섭무늬가 발생하면, 이 간섭무늬가 표면의 반사상과 겹쳐져 버려, 양호한 결함 검사를 실시할 수 없다.
그러나, 본 실시형태의 표면검사장치에서는, 조명광(L1)이 복수의 휘선 스펙트럼을 포함하기 때문에, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐을 반영한 간섭무늬가 발생해도, 각 파장 λ마다 간섭무늬 상태(형상)가 달라, 각 파장 λ의 간섭무늬의 광강도가 합성되어 명암의 모양을 서로 지운다. 이 때문에, 표면의 반사상과 겹쳐지는 최종적인 간섭무늬의 콘트라스트를 작게 할 수 있다. 즉, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐을 반영한 간섭무늬의 영향을 경감할 수 있다.
이와 같이, 복수의 휘선 스펙트럼을 포함한 조명광(L1)에 의해서 피검물체(20)을 조명함으로써, 하지(下地)에 막두께 얼룩짐이 있는 경우에서도, 그 막두께 얼룩짐의 영향을 저감하여 표면의 반복패턴(22)의 결함 검사를 양호하게 실시할 수 있다. 조명광(L1)에 포함되는 복수의 파장이 이산적인 경우에 한정하지 않고, 연속적인 경우에도 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐의 영향을 저감할 수 있으므로, 피검물체(20)의 각 쇼트영역(21)(도 2)에 대해 반복패턴(22)의 형성 개소가 면적(面積)적으로 작아(하지의 노출 개소가 면적적으로 커서) 프로세스의 결함 검사에도 유효하 다.
또한, 촬상소자(37)의 감도는 일반적으로 각 파장 λ마다 달라, 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이, 500nm 부근의 파장에 대한 감도가 가장 높고, 그것보다 단파장측이나 장파장측에서는 감도가 저하한다. 도 10에서는 일례로서 400∼550nm의 범위의 감도를 나타내었다. 이러한 촬상소자(37)의 감도의 파장특성에 따라서, 조명광(L1)의 각 파장의 광강도를 조정함으로써, 하지(下地)의 막두께 얼룩의 영향을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
여기서, 광원(31)으로부터의 빛 중, 도 10의 파장 범위에 포함되는 휘선 스펙트럼(도 9의 e선, g선, h선)을 예로, 조명광(L1)의 각 파장의 광강도의 조정에 대해서 설명한다. 파장 선택 필터(32)에 의해서 e선, g선, h선을 선택적으로 투과할 때, 파장 선택 필터(32)의 투과대역 α에 있어서의 분광 투과율이 일정하면, 조명광(L1)에 포함되는 e선, g선, h선의 분광 강도는 예를 들면 도 11과 같이 된다.
이 경우, 조명광(L1)이 조사되었을 때에 피검물체(20)로부터 발생하는 정반사광(L2)의 각 파장 λ(e선, g선, h선)의 분광 감도는 도 11과 같게 되지만, 이것을 도 10에 나타내는 감도 특성의 촬상소자(37)에 의해서 수광하면, 수광 후의 e선, g선, h선의 분광 강도(이하 '실효강도')는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 단파장측에서 낮아져 버린다. 이 때문에, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐을 반영한 각 파장 λ의 간섭무늬를 서로 지우는 것이, 단파장측에서 불충분하게 되어 버린다.
따라서, 촬상소자(37)의 감도의 파장특성(도 10)을 고려하여, 파장 선택 필터(32)의 투과대역 α에 있어서의 분광 투과율을, 도 13에 나타내는 바와 같이, 500nm부근에서, 낮고, 그것보다 단파장측이나 장파장측에서는 높아지도록 설정한다. 이 경우, 파장 선택 필터(32)의 분광 투과율(도 13)에 따라서, 조명광(L1)의 각 파장 λ(e선, g선, h선)의 광강도가 조정되어 촬상소자(37)에 의한 수광 후의 실효강도를, 도 14에 나타내는 바와 같이, 각 파장 λ(e선, g선, h선) 마다 일정하게 할 수 있다.
따라서, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐을 반영한 각 파장 λ의 간섭무늬를 충분히 서로 지울 수 있어, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐의 영향을 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 촬상소자(37)에 의한 수광 후의 실효강도를 각 파장 λ마다 일정하게 하면, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐의 영향을 가장 효과적으로 저감할 수 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 수광 후의 실효강도가 각 파장 λ마다 일정하지 않아도, 촬상소자(37)의 감도의 파장특성을 보정하도록 조명광(L1)의 각 파장 λ의 광강도를 조정하면, 하지(下地)의 막두께 얼룩짐의 영향의 저감 효과를 높일 수 있다.
한편, 파장 선택 필터(32)에서 선택하는 파장대역(도 9)은, 상기한 파장 대역 α, β, γ에 한정되지 않는다. 피검물체(20)의 표면이나 하지(下地)로부터 회절광이 발생하지 않는 파장(조건식(1)을 만족시키는 파장)이면, j선보다 짧은 파장 대역(예를 들면 240nm∼313nm)의 빛을 이용해도 좋고, e선보다 긴 파장 대역의 빛을 이용해도 좋다. 또한, 조명광(L1)에 포함되는 파장의 수도 상기와 같은 3개에 한정하지 않고, 2개라도 4개 이상이라도 좋다.
(변형예)
상기한 실시형태에서는, 비편광의 조명광(L1)에 의해 피검물체(20)를 조명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 피검물체(20)의 표면이나 하지(下地)로부터 회절광이 발생하지 않는 파장(조건식(1)을 만족시키는 채우는 파장)이면, 편광(예를 들면 직선편광)에 의한 조명을 실시해도 좋다. 이 경우, 조명계(13) 및/또는 수광계(15)의 광로상에 편광판을 끼우고 떼기 가능하게 배치하여, 소정의 편광성분을 추출하면 좋다. 조명계(13)와 수광계(15)와의 쌍방에 편광판을 삽입하는 경우에는, 각 편광판의 투과축이 서로 직교하는 배치(소위 크로스 니콜의 배치)로 하는 것이 바람직하다.
정반사광(L2)에 의한 결함 검사시에, 피검물체(20)를 편광(예를 들면 직선 편광)에 의해서 조명하면, 표면에서의 반사율을 높일 수 있어, 그 만큼 하지(下地)의 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 직선편광으로 조명하는 경우에는, 상기의 회전각 φ(도 4)를 45도로 설정하는 것이 바람직하여, 결함 검사의 감도를 높일 수 있다. 직선 편광으로서는 P편광이라도 S편광이라도 상관없지만, 표면만의 변화를 파악하기 위해서는 S편광으로 조명하는 편이 보다 바람직하다. 또한, 패턴의 내부 구조를 포함한 변화를 파악하기 위해서는 P편광으로 조명하는 것이 보다 바람직하다. 피검물체(20)의 표면에 대한 P편광, S편광의 반사율, 투과율이 다르기 때문에, 표면만의 변화를 파악하거나 내부구조도 포함한 변화를 파악하거나 하는 것이 가능해진다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 스테이지(11)가 틸트 기구를 갖지 않는 예로 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 입사면(3A)(도 4)에 직교하여 피검물체(20)의 표면내에 포함되는 축(틸트축)을 중심으로 스테이지(11)(피검물체(20))를 회전 가능하게 해도 좋다.
또한, 조명계(13)와 수광계(14)와 피검물체(20)와의 적어도 2개를, 각각 상기의 틸트축을 중심으로 회전시켜도 좋다. 이러한 구성으로 하면, 피검물체(20)에 대한 조명광(L1)의 입사각 θ를 변화시킬 수 있고, 입사각 θ의 변화에 의해서 반사율이 바뀌기 때문에, 피검물체(20)의 표면의 변화를 보다 파악하기 쉽게 하는 것이 가능해진다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 촬상소자(37)로서 CCD 등의 2차원 센서를 이용했지만, 1차원 센서를 이용해도 좋다. 이 경우, 촬상소자인 1차원 센서와 피검물체인 반도체 웨이퍼(또는 액정기판)를 얹힌 스테이지를 상대 이동시켜, 1차원 센서가 반도체 웨이퍼(또는 액정기판)의 표면 전체를 주사하도록하여, 그 표면 전면의 화상을 집어넣도록 하면 좋다.

Claims (7)

  1. 피검물체의 표면에 형성된 반복패턴에 대해서 조명광을 조사하는 조사수단과,
    상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선을 포함한 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복패턴의 반복방향과의 이루는 각도를 0 이외의 소정치로 설정하는 설정수단과,
    상기 조명광이 조사되었을 때에 상기 반복패턴으로부터 발생하는 정반사광을 수광하여, 상기 정반사광의 광강도에 관한 정보를 출력하는 수광수단과,
    상기 수광수단으로부터 출력되는 상기 정반사광의 광강도에 관한 정보에 기초하여, 상기 반복패턴의 결함을 검출하는 검출수단을 구비하고,
    상기 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복방향과의 이루는 각도 φ, 상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선과의 이루는 각도 θ, 상기 조명광의 파장 λ, 및, 상기 반복패턴의 피치 p는, 다음의 조건식을 만족하는
    λ/[2cos(θ·Sin φ)]>p
    것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조명광은, 복수의 다른 파장의 빛을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수광수단의 감도의 파장특성에 따라서, 상기 조명광의 각 파장의 광강도를 조정하는 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 조사수단 및 상기 수광수단의 어느 1개의 광로상에 배치되어, 소정의 편광성분을 추출하는 추출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 표면에 직교하는 축을 중심으로 상기 피검물체를 회전시키는 제 1 회전수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입사면에 직교하여 상기 표면 내에 포함되는 축을 중심으로 상기 조사수단과 상기 수광수단과 상기 피검물체와의 적어도 2개를 각각 회전시키는 제 2 회전수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  7. 피검물체의 표면에 형성된 반복패턴에 대해서 조명광을 조사하여, 상기 조명광이 조사되었을 때에 상기 반복패턴으로부터 발생하는 정반사광을 수광하고, 상기 정반사광의 광강도에 관한 정보에 기초하여, 상기 반복패턴의 결함을 검출하는 것에 있어서,
    상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선을 포함한 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복패턴의 반복방향과의 이루는 각도를 0 이외의 소정치로 설정하고,
    상기 입사면의 상기 표면에 있어서의 방향과 상기 반복방향과의 이루는 각도 φ, 상기 조명광의 조사방향과 상기 표면의 법선과의 이루는 각도 θ, 상기 조명광의 파장 λ, 및, 상기 반복패턴의 피치 p는, 다음의 조건식을 만족하는
    λ/[2cos(θ·Sin φ)]>p
    것을 특징으로 하는 표면검사방법.
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