WO2007069457A1 - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

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WO2007069457A1
WO2007069457A1 PCT/JP2006/323833 JP2006323833W WO2007069457A1 WO 2007069457 A1 WO2007069457 A1 WO 2007069457A1 JP 2006323833 W JP2006323833 W JP 2006323833W WO 2007069457 A1 WO2007069457 A1 WO 2007069457A1
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light
illumination light
inspection apparatus
wavelength
repetitive pattern
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PCT/JP2006/323833
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Takeo Oomori
Kazuhiko Fukazawa
Hideo Hirose
Original Assignee
Nikon Corporation
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Publication date
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Priority to JP2007540846A priority patent/JPWO2007069457A1/ja
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70625—Dimensions, e.g. line width, critical dimension [CD], profile, sidewall angle or edge roughness
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67288—Monitoring of warpage, curvature, damage, defects or the like
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Definitions

  • the present invention relates to a surface inspection apparatus and a surface inspection method for inspecting a defect of a repeated pattern formed on the surface of an object to be inspected.
  • a repetitive pattern formed on the surface of an object to be inspected (for example, a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate) is irradiated with illumination light for inspection, and this is repeated based on diffracted light that also generates repeated pattern force.
  • An apparatus for inspecting a pattern for defects is known (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-232122
  • a test object such as a semiconductor wafer has a pitch repeat pattern of the same level as the surface repeat pattern formed on the base. For this reason, in the defect inspection using the diffracted light described above, the diffracted light (noise light) generated in the repetitive pattern on the ground is mixed with the diffracted light (signal light) generated in the repetitive pattern on the surface, and the surface of the surface to be inspected is checked. In some cases, the returned pattern could not be checked for defects.
  • An object of the present invention is to provide a surface inspection apparatus and a surface inspection method that can satisfactorily inspect defects on a surface repetitive pattern by reducing the influence of a base.
  • the surface inspection apparatus of the present invention includes an irradiating means for irradiating illumination light to a repetitive pattern formed on the surface of an object to be examined, an irradiation direction of the illumination light, and a normal of the surface.
  • Setting means for setting an angle formed by the direction of the incident surface on the surface and the repeating direction of the repeating pattern to a predetermined value other than 0; and specularly reflected light generated from the repeating pattern when the illumination light is irradiated
  • a light receiving means for receiving light and outputting information related to the light intensity of the specularly reflected light; and a light intensity of the specularly reflected light output from the light receiving means.
  • Detecting means for detecting a defect of the repetitive pattern based on the information concerned, an angle ⁇ formed by the direction of the incident surface on the surface and the repetitive direction, the irradiation direction of the illumination light and the normal of the surface The angle ⁇ , the wavelength ⁇ of the illumination light, and the pitch ⁇ of the repetitive pattern satisfy the following conditional expression.
  • the said illumination light contains the light of a several different wavelength.
  • an adjusting unit that adjusts the light intensity of each wavelength of the illumination light according to the wavelength characteristic of the sensitivity of the light receiving unit.
  • an extracting unit that is disposed on at least one of the light path of the irradiation unit and the light receiving unit and extracts a predetermined polarization component.
  • first rotation means for rotating the test object about an axis orthogonal to the surface is provided.
  • a second rotating unit that rotates at least two of the irradiation unit, the light receiving unit, and the test object, respectively, about an axis that is orthogonal to the incident surface and is included in the surface. preferable.
  • the surface inspection method of the present invention irradiates illumination light with respect to a repetitive pattern formed on the surface of an object to be inspected, and uses regular reflection light that generates the repetitive pattern force when the illumination light is irradiated.
  • the direction of the incident surface on the surface including the irradiation direction of the illumination light and the normal line of the surface in detecting a defect of the repeated pattern based on information received and related to the light intensity of the specularly reflected light
  • an angle formed by the repeating direction of the repeating pattern is set to a predetermined value other than 0,
  • the angle ⁇ formed by the direction of the incident surface on the surface and the repeating direction, the angle ⁇ formed by the irradiation direction of the illumination light and the normal of the surface, the wavelength ⁇ of the illumination light, and the pitch of the repeating pattern ⁇ satisfies the following conditional expression.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a surface inspection apparatus 10 according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an external view of the surface of a semiconductor wafer 20.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining a concavo-convex structure of a repetitive pattern 22.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an inclination state between an incident surface (3A) of illumination light L1 and a repeating direction (X direction) of a repeating pattern 22.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the vibration plane of the linearly polarized light components L5 and L6 and the repetition direction of the layers when explaining the structural birefringence at normal incidence.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the reflectance and the thickness t of the substance 1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a wavelength selection filter switching mechanism.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an emission line spectrum included in light from a light source 31.
  • FIG. 10 is a diagram showing the wavelength characteristics of sensitivity of the image sensor 37.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the spectral intensity (before correction) of each wavelength of the illumination light L1.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the effective intensity (before correction) after light reception by the image sensor 37;
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the spectral transmittance of the wavelength selection filter 32.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the effective intensity (after correction) after light reception by the image sensor 37.
  • the surface inspection apparatus 10 includes a stage 11 that supports a test object 20, an alignment system 12, an illumination system 13, a light receiving system 14, and an image processing apparatus 15.
  • Consists of The illumination system 13 includes a light source 31, a wavelength selection filter 32, a light guide fiber 33, and a concave reflecting mirror 34.
  • the light receiving system 14 includes a concave reflecting mirror 35 similar to the concave reflecting mirror 34, an imaging lens 36, and an image sensor 37.
  • the test object 20 is, for example, a semiconductor wafer or a liquid crystal glass substrate.
  • a plurality of shot regions 21 are arranged on the surface (resist layer) of the test object 20, and each shot A repetitive pattern 22 to be inspected is formed in the region 21.
  • the repeat pattern 22 is a line 'and' space pattern such as a wiring pattern.
  • a plurality of line portions 2A are arranged at a constant pitch p along the short direction (X direction). It is. Between adjacent line portions 2A is a space portion 2B.
  • the arrangement direction (X direction) of the line portion 2A is referred to as “repetition direction of the repeating pattern 22”.
  • the surface inspection apparatus 10 is an apparatus that automatically performs a defect inspection of the repeated pattern 22 formed on the surface of the object to be tested 20 in the manufacturing process of the semiconductor circuit element and the liquid crystal display element. is there.
  • the test object 20 after the exposure (development) on the surface (resist layer) is completed is carried from the cassette or the development apparatus by a conveyance system (not shown) and is attracted to the stage 11.
  • the defect of the repetitive pattern 22 is a change in the structure of the repetitive pattern 22 (that is, duty ratio or cross-sectional shape), and a change (or a difference) in the line width D of the line portion 2A shown in FIG.
  • the stage 11 places the test object 20 on the upper surface and fixes and holds it, for example, by vacuum suction. Further, the stage 11 has a horizontal upper surface and does not have a tilt mechanism. For this reason, the test object 20 is kept in a horizontal state.
  • the stage 11 is provided with a mechanism for rotating the test object 20 around an axis orthogonal to the surface of the test object 20 (for example, a normal 1A at the center of the surface). By this rotation mechanism, the repeating direction (X direction in FIGS. 2 and 3) of the repeating pattern 22 of the test object 20 can be rotated within the surface of the test object 20.
  • the illumination system 13 (FIG. 1) irradiates the non-polarized illumination light L1 to the repetitive pattern 22 (FIGS. 2 and 3) formed on the surface of the test object 20.
  • the light source 31 is an inexpensive discharge light source such as a metalno, ride lamp, or mercury-silver lamp.
  • the wavelength selection filter 32 selectively transmits an emission line spectrum having a predetermined wavelength out of the light from the light source 31.
  • the light guide fiber 33 transmits the light from the wavelength selection filter 32.
  • the concave reflecting mirror 34 is a reflecting mirror whose inner surface is a reflecting surface, and the front focal point substantially coincides with the exit end of the light guide fiber 33, and the rear focal point is It is arranged so as to be approximately coincident with the surface of the object 20 to be examined.
  • the illumination system 13 is an optical system that is telecentric with respect to the object 20 side.
  • the light from the light source 31 passes through the wavelength selection filter 32, the light guide fiber 33, and the concave reflecting mirror 34, and then becomes non-polarized illumination light L 1.
  • the incident angle of the illumination light L1 is substantially the same at each point on the surface of the test object 20, and the normal at each point on the surface (the normal 1A at the center of the surface is illustrated in FIG. 1) and Corresponds to the angle ⁇ made with the illumination direction of the illumination light L1.
  • the incident includes the irradiation direction of the illumination light L1 and the surface normal 1A.
  • the repeat direction (X direction) of the repeat pattern 22 is set as follows with respect to the surface 3A (Fig. 4). That is, the angle ⁇ formed between the direction on the surface of the incident surface 3A and the repeating direction (X direction) is set to be inclined (0 ° to 90 °). The angle ⁇ is 45 degrees, for example.
  • Such an angle ⁇ is set by using the rotation mechanism of the stage 11 and the alignment system 12. While rotating the test object 20 around the normal line 1A by the stage 11, the outer edge of the test object 20 is illuminated by the alignment system 12, and the rotation direction of the external reference (for example, notch) provided at the outer edge is changed. The position is detected, and the stage 11 is stopped at a predetermined position. With such an alignment, the angle ⁇ (hereinafter referred to as “rotation angle ⁇ ”) can be set obliquely.
  • the rotation angle ⁇ is set obliquely as described above and the repetitive pattern 22 on the surface of the test object 20 is illuminated with the non-polarized illumination light L1 (incident angle ⁇ )
  • the rotation angle described above is used.
  • ⁇ , the incident angle ⁇ of the illumination light L1, and the wavelength of the illumination light L1 are set so as to satisfy the following conditional expression (1) according to the pitch ⁇ of the repetitive pattern 22.
  • Conditional expression (1) is a conditional expression for preventing diffracted light from being generated from the repeated pattern 22 when the illumination light LI is irradiated.
  • the rotation angle ⁇ , the incident angle ⁇ , the wavelength, and the pitch satisfy the conditional expression (1), the light generated from the repetitive pattern 22 does not include diffracted light, and the defect inspection of the repetitive pattern 22 is performed using the diffracted light. It is not possible.
  • the surface inspection apparatus 10 of the present embodiment uses the regular reflection light L2 generated from the repeated pattern 22. The defect inspection of the repeated pattern 22 is performed.
  • conditional expression (1) will be briefly described.
  • the general diffraction equation is as follows, using the incident angle ⁇ of the illumination light, the diffraction angle d, the diffraction order m, the pitch p of the repeating pattern 22 and the wavelength of It is expressed by equation (2).
  • the illumination light and the diffracted light are projected onto the surface (main cross section) including the repetitive direction of the repetitive pattern 22 and the normal line 1A of the test object 20 to obtain the main cross section.
  • the incident angle ⁇ 'and diffraction angle d' of the illumination light projected on the following equation (3) holds. ( ⁇ • sin ⁇ ) on the right side corresponds to the inclination angle of the illumination light with respect to the main cross section.
  • Equation (3) the possible range of diffraction angle d 'is -90 degrees ⁇ d' ⁇ 90 degrees.
  • the possible range of incident angle ⁇ 'is 0 degrees ⁇ 0' ⁇ 90 degrees. Therefore, the minimum value of the left side ( Sind′ ⁇ sin ⁇ ′) of Equation (3) is ⁇ 2, and diffracted light is generated from the repetitive pattern 22 if the left side is ⁇ 2 or more.
  • conditional expression (1) is satisfied if the wavelength> 220 nm.
  • conditional expression (1) Long> Satisfy conditional expression (1) at 187 nm.
  • the surface inspection apparatus 10 of the first embodiment illuminates the repetitive pattern 22 on the surface of the object 20 to be inspected with non-polarized illumination light L1, and receives the reflected light L2 generated from the repetitive pattern 22 at this time. 14 (FIG. 1), and the defect inspection of the repeated pattern 22 is performed based on the light intensity of the regular reflection light L2.
  • the direction of specularly reflected light L2 generated from the repetitive pattern 22 is in the plane of the incident surface 3 mm of the illumination light L1, and is normal to each point on the surface of the object 20 (FIG.
  • the direction is inclined by an angle ⁇ equal to the incident angle ⁇ of the illumination light L1 with respect to the line 1A.
  • the optical axis 035 of the concave reflecting mirror 35 is angled with respect to the normal line 1 ⁇ of the surface of the object 20 within the entrance plane 3 ⁇ . It is placed tilted by ⁇ . Accordingly, the specularly reflected light L2 from the repeated pattern 22 travels along the optical axis 035 and is guided to the light receiving system 14.
  • the specularly reflected light L2 guided to the light receiving system 14 along the optical axis 035 is condensed via the concave reflecting mirror 35 and the imaging lens 36 and enters the image sensor 37.
  • a reflection image of the surface of the test object 20 is formed on the imaging surface of the image sensor 37 according to the light intensity of the regular reflection light L2 from each point (repetitive pattern 22) on the surface of the test object 20. Is done.
  • the image sensor 37 is, for example, a CCD image sensor or the like, and photoelectrically converts the reflected image of the test object 20 formed on the imaging surface to generate an image signal (information related to the light intensity of the regular reflected light L2) as an image processing device. Output to 15.
  • the brightness at each point of the reflected image of the test object 20 is substantially proportional to the intensity of the regular reflection light L2 generated from each point (repetitive pattern 22) on the surface of the test object 20.
  • the intensity of the regular reflected light L2 is approximately proportional to the level of reflectance at each point on the surface of the object 20 to be examined.
  • the level of reflectance at each point changes according to the refractive index at each point.
  • Transparent medium When light is incident on the transparent medium B from an oblique direction, the reflectance at the surface of the transparent medium B is the average of the reflectance R of the P-polarized component of light and the reflectance R of the S-polarized component.
  • the reflectances R and R are the incident angles of light from the transparent medium A to the transparent medium B, ⁇ 1, and within the transparent medium B
  • R (tan ( ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2) / tan ( ⁇ 1 + ⁇ 2)) 2 ⁇ ⁇ -(4)
  • the reflectance at the surface of B also changes depending on the incident angle 0 1 and the refraction angle 0 2.
  • the incident angle ⁇ 1 and the refraction angle ⁇ 2 depend on the refractive indexes nl and n2 of the transparent media ⁇ and ⁇ .
  • the reflectance on the surface of the transparent medium ⁇ (the average value of the reflectances R and R) is transparent.
  • the relationship between the reflectance and the refractive index at each point on the surface of the test object 20 is the same, and the reflectance at each point changes according to the refractive index at each point.
  • the bending rate at each point depends on the structure (duty ratio and cross-sectional shape) of the repetitive pattern 22 at each point. Specifically, for example, the line width D (or space portion 2B) of the line portion 2A shown in FIG. Line
  • the refractive index changes when the line width D of the line portion 2A of the repetitive pattern 22 changes.
  • the repetitive pattern 22 is modeled, and as shown in FIG. 5, the material 1 has a thickness t and a dielectric constant ⁇ , and the material 2 has a thickness t and a dielectric constant ⁇ .
  • Non-polarized illumination light is irradiated on this repeating pattern (repeating arrangement of layers of substances 1 and 2).
  • each polarized light contained in the illumination light has a linearly polarized light component L5 (Fig. 5 (a)) of the vibration plane parallel to the repeating direction of the layer (substance 1, 2) of the repeating pattern and perpendicular to the repeating direction. It is divided into linearly polarized light component L6 (Fig. 5 (b)) on the vibrating surface, and each polarized light component L5, L6 depends on structural birefringence (difference in refractive index due to repetitive pattern anisotropy). Reflects with different reflectivity.
  • the refractive index ⁇ is the refractive index for the linearly polarized light component L5.
  • Equation 10 The refractive index ⁇ in equation (10) is the linear polarization component L6
  • the refractive index n for unpolarized illumination light including the linearly polarized light component L5 in Fig. 5 (a) and the linearly polarized light component L6 in Fig. 5 (b) is approximately the refractive index n for the linearly polarized light component L5. (Equation (8)) and
  • n (n + n) / 2 to (11)
  • Figure 6 also shows the apparent refractive index n of the linearly polarized light component L5 parallel to the repeating direction of the layer and the apparent refractive index n of the linearly polarized light component L6 perpendicular to the repeating direction.
  • Substance 1 corresponds to the line portion 2A of the repetitive pattern 22, and the thickness t of the substance 1 corresponds to the line width D of the line portion 2A (FIG. 3).
  • Substance 2 is space part 2B
  • the thickness t of the substance 2 corresponds to the line width D of the space 2B.
  • the refractive index at each point on the surface of the test object 20 is the thickness t ( Repeat pattern 2
  • the reflectance at each point on the surface of the test object 20 is also the thickness t (line width D) of the substance 1.
  • the structure of the repeated pattern 22 is different at each point on the surface of the test object 20. If the line width D of the line part 2A (or the line width D of the space part 2B) changes,
  • the refractive index (n) of this part changes, and as a result, the reflectance also changes.
  • the specularly reflected light L2 generated at each point force on the surface of the test object 20 has a large line width D.
  • the light intensity increases as the line width D decreases.
  • the light intensity decreases as the line width D decreases.
  • the reflected image appears as light and dark.
  • the thicker the line width D of the line part 2A is
  • the reflected image becomes darker as the line width D where the image is brighter is narrower.
  • the brightness of the reflected image is determined by the object being examined.
  • the reflected image of the test object 20 reflecting the change in the structure of the pattern 22 is formed on the imaging surface of the image sensor 37, and the reflected image of the test object 20 is contrasted between the image sensor 37 and the image processing device 15.
  • Related information image signal
  • a defect for example, a line width D
  • a line width D of the repetitive pattern 22 is based on the image signal from the imaging element 37.
  • an image of the test object 20 is captured based on the image signal from the image sensor 37, and the luminance information is compared with the luminance information of the non-defective wafer image.
  • a non-defective wafer is one in which the repeated pattern 22 is formed on the entire surface with an ideal shape (eg, duty ratio 1: 1).
  • the brightness of the non-defective wafer image becomes a substantially constant value at the ideal location where the repeated pattern 22 is formed.
  • the brightness of the image of the test object 20 has a different value for each shot area 21 (FIG. 2) according to the normal Z abnormality of the repeated pattern 22.
  • the image of the test object 20 is an image of a relatively wide area (entire area or partial area) of the test object 20, and is also called a macro image.
  • the image processing device 15 compares the image of the test object 20 with the image of the non-defective wafer, determines the normal Z abnormality of the repetitive pattern 22 based on the luminance difference between the images, and repeats the pattern. Detect 22 defects. For example, if the luminance difference of each image is smaller than a predetermined threshold (allowable value), it is determined to be normal, if it is larger than the threshold, it is determined to be abnormal, and the abnormal part is determined as a defect. To detect.
  • An abnormal part (defect) is a part where the line width D of the line portion 2A of the repetitive pattern 22 becomes thicker or thinner than the design margin.
  • the following method can also be used for detection of a defect in the repeated pattern 22 by the image processing device 15. That is, the array data of the shot area 21 of the test object 20 and the threshold value of the brightness value are stored in advance, and the position of each shot area 21 in the captured image of the test object 20 is based on the above array data. And determine the brightness value of each shot area 21. Then, the defect value of the repeated pattern 22 is detected by comparing the brightness value of each shot area 21 with a threshold value stored in advance. The shot area 21 having a luminance value smaller than the threshold value may be determined as a defect.
  • the non-defective shot area 21 may be specified, and defect detection may be performed based on the luminance value. Compare the brightness value of the image of the test object 20 with the brightness value of the limit sample image. It is also possible to determine the reference value of the luminance value by simulation and detect the defect of the pattern 22 repeatedly by comparison with the reference value. When a non-defective wafer is not used, there is an advantage that it is not necessary to make a dedicated wafer for the entire surface.
  • the light intensity of the specularly reflected light L2 generated from the repeated pattern 22 when the repeated pattern 22 on the surface of the test object 20 is illuminated.
  • the rotation angle ⁇ (Fig. 4) is set obliquely, and the rotation angle ⁇ , the incident angle ⁇ of the illumination light L1, the wavelength setting, and the repetition pattern 22 Set each part so that the pitch p satisfies the conditional expression (1).
  • the above setting is performed, and the diffracted light from the base (and the diffracted light from the surface) is not mixed into the regular reflected light L2 (signal light) as noise light. Therefore, it is relatively easy to detect changes in the regular reflection light L2 (signal light).
  • regular reflection light from the base is mixed in as regular noise light L2 (signal light) from the surface.
  • the ratio ratio of noise light to signal light
  • the ratio of noise light to signal light can be significantly reduced as compared with the case of defect inspection using conventional diffracted light.
  • the specularly reflected light generated from the test object 20 (most of which is the specularly reflected light L2 generated from the repetitive pattern 22 of the surface to be inspected) is used. By doing so, it is possible to reduce the influence of the base and to perform a good defect detection of the repetitive pattern 22 on the surface.
  • the type of light source is limited to those that are expensive and large, and are limited to illumination.
  • the material of the optical element constituting the system and the light receiving system is also not preferable because it is limited to expensive materials.
  • the defect inspection of the repeated pattern 22 is performed by using the specularly reflected light (mainly specularly reflected light L2 having a surface force) from the object 20 to be examined. It is possible to reliably cope with repetitive pitch miniaturization without the above constraints. That is, even if the pitch p of the repeating pattern 22 is sufficiently smaller than the wavelength of the illumination light, the defect inspection can be performed satisfactorily. However, this is not limited to the case where the pitch p is sufficiently smaller than the wavelength, and even if the pitch p is about the same as the wavelength ⁇ or the pitch ⁇ is larger than the wavelength ⁇ , the defect inspection of the repetitive pattern 22 can be performed. Needless to say.
  • the defect inspection can be reliably performed regardless of the pitch ⁇ of the repeated pattern 22. Furthermore, in the surface inspection apparatus 10 of the present embodiment, even when the pitch p of the repeated pattern 22 of the test object 20 is different, the test object 20 is kept in a horizontal state (the tilt adjustment of the stage 11 is performed). You can inspect the defect. For this reason, the preparation time until actually starting the defect inspection (that is, capturing the image of the object to be inspected 20) can be surely shortened, and the working efficiency is improved.
  • the stage 11 since the stage 11 does not have a tilt mechanism, the apparatus configuration is simplified.
  • an inexpensive discharge light source can be used as the light source 31 of the illumination system 13, and the overall configuration of the surface inspection apparatus 10 is inexpensive and simple.
  • a plurality of types of repeating patterns are formed on the surface of the object 20 to be tested, and even when repeating patterns having different pitches p and repeating directions (X direction) are mixed. By collectively collecting the reflection images of the surface of the object 20 to be inspected, it is possible to easily inspect the defects of all repeated patterns.
  • two types of repeating patterns having different repeating directions are a repeating pattern in the 0 degree direction and a repeating pattern in the 90 degree direction. These repeating patterns are orthogonal to each other in the repeating direction.
  • the rotation angle ⁇ (FIG. 4) is set to 45 degrees, the defect inspection conditions for each repeated pattern can be made common, and each defect inspection can be performed simultaneously and satisfactorily.
  • the design value of the line width D of the line portion 2A of the repetitive pattern 22 is 1/2 of the pitch p (the ideal of the line portion 2A and the space portion 2B).
  • the same good defect inspection can be performed.
  • the luminance value of the reflected image of the test object 20 may increase.
  • the wavelength ⁇ of the illumination light L1 can be appropriately selected by switching the wavelength selection filter 32 so as to satisfy the conditional expression (1) together with the rotation angle ⁇ , the incident angle ⁇ , and the pitch ⁇ . Furthermore, it is more preferable to select a wavelength included in the absorption band of the antireflection film (ARC) of the test object 20. In this case, the amount of light reaching the base is attenuated by absorption by the antireflection film, which is advantageous for separation of the surface and the base. This wavelength selection can be done by reading the information related to wavelength measurement and switching the wavelength selection filter 32. Yes.
  • the illumination light L1 includes light of a plurality of different wavelengths.
  • the plurality of wavelengths may be discrete wavelengths such as a plurality of emission spectrums, or may be continuous wavelengths such as a broad wavelength band.
  • the illumination light L1 includes a plurality of bright line spectra having different wavelengths.
  • Each wavelength ⁇ of the plurality of emission line spectra can be appropriately selected by switching the wavelength selection filter 32 so that the rotation angle ⁇ , the incident angle ⁇ , and the pitch satisfy the conditional expression (1), as described above. It is more preferable to select a wavelength included in the absorption band of the antireflection film of the object 20 to be tested.
  • a switching mechanism of the wavelength selection filter 32 for example, as shown in FIG. 8, a plurality of wavelength selection filters 32 having different transmission bands are attached to a disk-shaped turret 38, and the turret 38 is rotated by a driving mechanism such as a motor (not shown). Configuration is conceivable.
  • the light from the light source 31 includes a number of emission line spectra (e-line etc.) as shown in FIG. 9, for example, if the wavelength selection filter 32 of the transmission band ⁇ is arranged on the optical path,
  • h line (405 nm) and h line (405 nm) can be selectively transmitted and irradiated on the object 20 as illumination light L1. Furthermore, if it is exchanged for the wavelength selection filter 32 of the transmission band j8, the three emission line spectra of g-line, h-line and i-line (365 nm) are selectively transmitted, and the wavelength selection filter 32 of the transmission band ⁇ is exchanged. Then, three bright line spectra of h-line, i-line, and j-line (313 nm) can be selectively transmitted to irradiate the test object 20.
  • the specular reflection light L2 is generated from the object 20 by the emission line spectrum of each wavelength ⁇ , and the specular reflection light L2 of each wavelength ⁇ Are combined on the imaging surface of the image sensor 37.
  • the image signal output from the image sensor 37 to the image processing device 15 is information related to the light intensity after the synthesis of the regular reflection light L2 for each wavelength. In this case, the image processing apparatus 15 repeatedly performs the defect inspection of the pattern 22 based on the combined light intensity.
  • the interference fringes reflecting the film thickness unevenness are specularly reflected light L2 (signal) Light) If it overlaps with the reflected image, it becomes difficult to detect defects in the repeated pattern 22 on the surface.
  • the illumination light L1 has a single wavelength, if interference fringes reflecting the film thickness unevenness of the substrate occur, the interference fringes overlap the reflected image on the surface, and good defect inspection cannot be performed. .
  • the illumination light L1 includes a plurality of emission line spectra, even if interference fringes reflecting the film thickness unevenness of the base occur, the interference fringes for each wavelength.
  • the states (shapes) of are different, and the light intensity of the interference fringes of each wavelength ⁇ is combined to cancel the bright and dark patterns. For this reason, the contrast of the final interference fringes that overlap the reflected image on the surface can be reduced. That is, it is possible to reduce the influence of interference fringes reflecting the film thickness unevenness of the base.
  • the influence of the uneven film thickness is reduced and the surface
  • the defect inspection of the repeated pattern 22 can be performed satisfactorily.
  • the same effect can be obtained not only when the wavelengths included in the illumination light L1 are discrete but also when they are continuous.
  • the influence of the film thickness unevenness of the base can be reduced, the object to be inspected 20 In each of the shot regions 21 (Fig. 2), the formation pattern of the repeated pattern 22 is small in area (the exposed portion of the base is large in area), which is also effective for defect inspection.
  • the sensitivity of the image sensor 37 generally differs for each wavelength ⁇ .
  • the sensitivity to the wavelength near 500 nm is the highest, and the sensitivity decreases on the short wavelength side and the long wavelength side.
  • the sensitivity in the range of 400 to 550 nm is shown as an example.
  • the light intensity of each wavelength of the illumination light L1 is exemplified by the emission line spectrum (e-line, g-line, h-line in FIG. 9) included in the wavelength range of FIG.
  • the adjustment will be described.
  • the wavelength selective filter 32 selectively transmits the e-line, g-line, and h-line, if the spectral transmittance in the transmission band ⁇ of the wavelength-selective filter 32 is constant, the e-line and g-line included in the illumination light L1 , h-line spectral intensity is shown in Fig. 11, for example.
  • the specularly reflected light L2 generated from the test object 20 when the illumination light L1 is irradiated The spectral sensitivity of each wavelength (e-line, g-line, h-line) is the same as in Fig. 11.
  • the spectral transmittance in the transmission band ⁇ of the wavelength selective filter 32 is shorter at around 500 nm as shown in FIG. It is set to be higher on the side and on the long wavelength side.
  • the light intensity of each wavelength (e-line, g-line, h-line) of the illumination light L1 is adjusted according to the spectral transmittance of the wavelength selection filter 32 (Fig. 13), and after receiving light by the image sensor 37 As shown in Fig. 14, the effective intensity of can be constant for each wavelength ⁇ (e-line, g-line, h-line).
  • the interference fringes of each wavelength ⁇ reflecting the film thickness unevenness of the base can be sufficiently canceled out, and the influence of the film thickness unevenness of the base can be more effectively reduced.
  • the effective intensity after light reception by the image sensor 37 is constant for each wavelength ⁇ , the influence of the film thickness unevenness of the base can be reduced most effectively, but the present invention is not limited to this. Even if the effective intensity after light reception is not constant for each wavelength ⁇ , if the light intensity of each wavelength ⁇ of the illumination light L1 is adjusted so as to correct the wavelength characteristics of the sensitivity of the image sensor 37, the film thickness unevenness of the substrate It is possible to increase the effect of reducing the influence of
  • the wavelength band selected by the wavelength selection filter 32 is not limited to the above-described wavelength bands ⁇ ,
  • the test object 20 is illuminated by the non-polarized illumination light L1, but the present invention is not limited to this. If the surface of the test object 20 or the ground force does not generate diffracted light and has a wavelength (a wavelength satisfying conditional expression (1)), illumination with polarized light (for example, linearly polarized light) may be performed. In this case, the polarizing plate can be removed from the light path of illumination system 13 and Z or light receiving system 15. And a predetermined polarization component may be extracted. When polarizing plates are inserted into both the illumination system 13 and the light receiving system 15, it is preferable to arrange them so that the transmission axes of the polarizing plates are orthogonal to each other (so-called cross-col arrangement).
  • polarized light for example, linearly polarized light
  • the reflectance on the surface can be increased, and the amount of the underlying object is increased accordingly. The impact can be reduced.
  • polarized light for example, linearly polarized light
  • the rotation angle ⁇ (FIG. 4) to 45 degrees.
  • the linearly polarized light may be either P-polarized light or S-polarized light, but it is more preferable to illuminate with S-polarized light in order to capture only the surface change. Also, it is more preferable to illuminate with P-polarized light to capture changes including the internal structure of Noturn. Since the reflectance and transmittance of P-polarized light and S-polarized light with respect to the surface of the object to be inspected 20 are different, it is possible to capture changes only in the surface or changes including the internal structure.
  • the stage 11 does not have a tilt mechanism.
  • the stage 11 (test object 20) may be rotatable around the axis (tilt axis) included in the surface of the test object 20 perpendicular to the entrance surface 3A (Fig. 4)! / ⁇
  • the illumination system At least two of 13, the light receiving system 14, and the test object 20 may be rotated about the tilt axis.
  • a two-dimensional sensor such as a CCD is used as the image sensor 37, but a one-dimensional sensor may be used.
  • the one-dimensional sensor which is the image sensor, and the stage on which the semiconductor wafer (liquid crystal substrate), which is the test object, is moved relative to each other, and the one-dimensional sensor is the entire surface of the semiconductor wafer (liquid crystal substrate). Scan the image so that it captures the entire image of the surface.

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Abstract

　本発明では、下地の影響を低減して表面の繰り返しパターンの欠陥検査を良好に行う。そのために本発明は、被検物体２０の表面の繰り返しパターンに対して照明光Ｌ１を照射する手段１３と、照明光の照射方向と表面の法線１Ａとを含む入射面の表面における方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を０以外の所定値に設定する手段１１,１２と、照明光が照射されたときに繰り返しパターンから発生する正反射光を受光し、該正反射光の光強度に関わる情報を出力する受光手段１４と、受光手段から出力される情報に基づいて、繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段１５とを備える。また、入射面の表面における方向と繰り返し方向との成す角度φ、照明光の照射方向と表面の法線との成す角度θ、照明光の波長λ、繰り返しパターンのピッチｐは、条件式（λ/[２cos(θ・sinφ)]＞ｐ）を満足する。

Description

明 細 書
表面検査装置および表面検査方法
技術分野
[0001] 本発明は、被検物体の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を行う表面 検査装置および表面検査方法に関する。
背景技術
[0002] 被検物体 (例えば半導体ウェハや液晶基板など）の表面に形成された繰り返しバタ ーンに検査用の照明光を照射し、このとき繰り返しパターン力も発生する回折光に基 づいて、繰り返しパターンの欠陥検査を行う装置が知られている（例えば特許文献 1 を参照)。
特許文献 1：特開平 10— 232122号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかし、半導体ウェハなどの被検物体には表面の繰り返しパターンと同程度のピッ チの繰り返しパターンが下地にも形成されていることがある。このため、上記の回折光 による欠陥検査では、表面の繰り返しパターンで発生した回折光 (信号光）に、下地 の繰り返しパターンで発生した回折光 (ノイズ光）が混入し、検査すべき表面の繰り返 しパターンの欠陥検査を良好に行えないことがあった。
[0004] 本発明の目的は、下地の影響を低減して表面の繰り返しパターンの欠陥検査を良 好に行える表面検査装置および表面検査方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明の表面検査装置は、被検物体の表面に形成された繰り返しパターンに対し て照明光を照射する照射手段と、前記照明光の照射方向と前記表面の法線とを含 む入射面の前記表面における方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成す 角度を 0以外の所定値に設定する設定手段と、前記照明光が照射されたときに前記 繰り返しパターンから発生する正反射光を受光し、該正反射光の光強度に関わる情 報を出力する受光手段と、前記受光手段から出力される前記正反射光の光強度に 関わる情報に基づいて、前記繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段とを備え 、前記入射面の前記表面における方向と前記繰り返し方向との成す角度 φ、前記照 明光の照射方向と前記表面の法線との成す角度 Θ、前記照明光の波長 λ、および 、前記繰り返しパターンのピッチ Ρは、次の条件式を満足するものである。
[0006] λ /[2cos( 0 · sin φ )] > p
また、前記照明光は、複数の異なる波長の光を含むことが好ましい。
また、前記受光手段の感度の波長特性に応じて、前記照明光の各波長の光強度 を調整する調整手段を備えることが好まし ヽ。
また、少なくとも前記照射手段および前記受光手段の何れか 1つの光路上に配置 され、所定の偏光成分を抽出する抽出手段を備えることが好ま ヽ。
[0007] また、前記表面に直交する軸を中心に前記被検物体を回転させる第 1の回転手段 を備えることが好ましい。
また、前記入射面に直交して前記表面内に含まれる軸を中心に前記照射手段と前 記受光手段と前記被検物体との少なくとも 2つをそれぞれ回転させる第 2の回転手段 を備えることが好ましい。
[0008] 本発明の表面検査方法は、被検物体の表面に形成された繰り返しパターンに対し て照明光を照射し、該照明光が照射されたときに前記繰り返しパターン力も発生する 正反射光を受光し、該正反射光の光強度に関わる情報に基づいて、前記繰り返しパ ターンの欠陥を検出するに当たって、前記照明光の照射方向と前記表面の法線とを 含む入射面の前記表面における方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成 す角度を 0以外の所定値に設定し、
前記入射面の前記表面における方向と前記繰り返し方向との成す角度 φ、前記照 明光の照射方向と前記表面の法線との成す角度 Θ、前記照明光の波長 λ、および 、前記繰り返しパターンのピッチ ρは、次の条件式を満足するものである。
[0009] λ /[2cos( 0 · sin φ )] > p
発明の効果
[0010] 本発明の表面検査装置および表面検査方法によれば、下地の影響を低減して表 面の繰り返しパターンの欠陥検査を良好に行うことができる。 図面の簡単な説明
[0011] [図 1]第 1実施形態の表面検査装置 10の全体構成を示す図である。
[図 2]半導体ウェハ 20の表面の外観図である。
[図 3]繰り返しパターン 22の凹凸構造を説明する斜視図である。
[図 4]照明光 L1の入射面 (3A)と繰り返しパターン 22の繰り返し方向 (X方向)との傾き 状態を説明する図である。
[図 5]垂直入射の構造性複屈折を説明する際の直線偏光成分 L5,L6の振動面と層 の繰り返し方向とを説明する図である。
[図 6]垂直入射の構造性複屈折を説明する際の屈折率と物質 1の厚さ tとの関係を示
1
す図である。
[図 7]反射率と物質 1の厚さ tとの関係を示す図である。
1
[図 8]波長選択フィルタの切替機構を説明する図である。
[図 9]光源 31からの光に含まれる輝線スペクトルの一例を示す図である。
[図 10]撮像素子 37の感度の波長特性を示す図である。
[図 11]照明光 L1の各波長の分光強度 (補正前)を説明する図である。
[図 12]撮像素子 37による受光後の実効強度 (補正前)を説明する図である。
[図 13]波長選択フィルタ 32の分光透過率の一例を示す図である。
[図 14]撮像素子 37による受光後の実効強度 (補正後)を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第 1実施形態）
第 1実施形態の表面検査装置 10は、図 1に示す通り、被検物体 20を支持するステ ージ 11と、ァライメント系 12と、照明系 13と、受光系 14と、画像処理装置 15とで構成 される。照明系 13は、光源 31と、波長選択フィルタ 32と、ライトガイドファイバ 33と、 凹面反射鏡 34とで構成される。受光系 14は、凹面反射鏡 34と同様の凹面反射鏡 3 5と、結像レンズ 36と、撮像素子 37とで構成される。
[0013] 被検物体 20は、例えば半導体ウェハや液晶ガラス基板などである。被検物体 20の 表面（レジスト層）には、図 2に示すように、複数のショット領域 21が配列され、各ショッ ト領域 21の中に検査すべき繰り返しパターン 22が形成されて 、る。繰り返しパターン 22は、配線パターンなどのライン 'アンド'スペースのパターンであり、図 3に示すよう に、複数のライン部 2Aをその短手方向 (X方向)に沿って一定のピッチ pで配列したも のである。隣り合うライン部 2Aどうしの間は、スペース部 2Bである。ライン部 2Aの配 列方向 (X方向)を「繰り返しパターン 22の繰り返し方向」という。
[0014] 第 1実施形態の表面検査装置 10は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造ェ 程において、被検物体 20の表面に形成された繰り返しパターン 22の欠陥検査を自 動で行う装置である。この表面検査装置 10には、表面（レジスト層）への露光 '現像が 終わった後の被検物体 20が、不図示の搬送系によってカセットまたは現像装置から 運ばれ、ステージ 11に吸着される。
[0015] 繰り返しパターン 22の欠陥とは、繰り返しパターン 22の構造 (すなわちデューティ 比や断面形状)の変化であり、図 3に示すライン部 2Aの線幅 Dの変化 (またはスぺ
A
ース部 2Bの線幅 Dの変ィ匕）に相当する。なお、線幅 D ,Dが変化してもピッチ pは変
B A B
わらない。このような欠陥は、繰り返しパターン 22を形成する際の露光フォーカスの ずれに起因し、被検物体 20のショット領域 21ごとに現れる。
[0016] ステージ 11は、被検物体 20を上面に載置して例えば真空吸着により固定保持する 。さらに、このステージ 11は、上面が水平面であり、チルト機構を持たない。このため 、被検物体 20は水平な状態に保たれる。また、ステージ 11には、被検物体 20の表 面に直交する軸 (例えば表面の中心における法線 1A)を中心に、被検物体 20を回 転させる機構が設けられる。この回転機構により、被検物体 20の繰り返しパターン 22 の繰り返し方向（図 2,図 3の X方向）を、被検物体 20の表面内で回転させることができ る。
[0017] 照明系 13 (図 1)は、被検物体 20の表面に形成された繰り返しパターン 22 (図 2,図 3)に対して、非偏光の照明光 L1を照射する。光源 31は、メタルノ、ライドランプや水 銀ランプなどの安価な放電光源である。波長選択フィルタ 32は、光源 31からの光の うち所定波長の輝線スペクトルを選択的に透過する。ライトガイドファイバ 33は、波長 選択フィルタ 32からの光を伝送する。凹面反射鏡 34は、球面の内側を反射面とした 反射鏡であり、前側焦点がライトガイドファイバ 33の射出端と略一致し、後側焦点が 被検物体 20の表面と略一致するように配置される。照明系 13は、被検物体 20側に 対してテレセントリックな光学系である。
[0018] この照明系 13において、光源 31からの光は、波長選択フィルタ 32とライトガイドフ アイバ 33と凹面反射鏡 34とを介した後、非偏光の照明光 L1となって被検物体 20の 表面全体に斜め方向から入射する。照明光 L1の入射角は、被検物体 20の表面の 各点にお 、て略同一であり、表面の各点での法線（図 1には表面の中心における法 線 1Aを例示）と照明光 L1の照射方向との成す角度 Θに相当する。
[0019] また、非偏光の照明光 L1 (入射角 Θ )により被検物体 20の表面の繰り返しパターン 22を照明する際には、照明光 L1の照射方向と表面の法線 1Aとを含む入射面 3A ( 図 4)に対して繰り返しパターン 22の繰り返し方向（X方向）が次のように設定される。 つまり、入射面 3Aの表面における方向と繰り返し方向（X方向）との成す角度 φが斜 めに設定される（0度く φく 90度)。角度 φは例えば 45度である。
[0020] このような角度 φの設定は、ステージ 11の回転機構とァライメント系 12とを用いて 行われる。ステージ 11によって法線 1Aを軸に被検物体 20を回転させながら、ァライ メント系 12によって被検物体 20の外縁部を照明し、外縁部に設けられた外形基準（ 例えばノッチ）の回転方向の位置を検出し、所定の位置でステージ 11を停止させる。 このようなァライメントにより、上記の角度 φ (以下「回転角 φ」）を斜めに設定すること ができる。
[0021] さらに、上記のように回転角 φを斜めに設定して、非偏光の照明光 L1 (入射角 Θ ) により被検物体 20の表面の繰り返しパターン 22を照明する際、上記の回転角 φ、照 明光 L1の入射角 Θ、および、照明光 L1の波長えは、繰り返しパターン 22のピッチ ρ に応じて、次の条件式 (1)を満足するように設定される。
λ /[2cos( Θ -sin )] >p …ひ）
この条件式 (1)は、照明光 LIが照射されたときに繰り返しパターン 22から回折光が 発生しないようにするための条件式である。回転角 φと入射角 Θと波長えとピッチ と が条件式 (1)を満足する場合、繰り返しパターン 22から発生する光には回折光が含 まれず、繰り返しパターン 22の欠陥検査を回折光により行うことはできない。本実施 形態の表面検査装置 10は、繰り返しパターン 22から発生する正反射光 L2によって 繰り返しパターン 22の欠陥検査を行うものである。
[0022] ここで、条件式 (1)の導出について簡単に説明する。
一般的な回折の式は、上記の回転角 φが 0度の場合に、照明光の入射角 Θと回折 角 dと回折次数 mと繰り返しパターン 22のピッチ pと波長えとを用いて、次の式 (2)によ り表される。
sina— sin Q =ιη λ /ρ · '·(2)
そして、角度 φが 0度でない場合は、繰り返しパターン 22の繰り返し方向と被検物 体 20の法線 1Aとを含む面 (主断面）に対して照明光と回折光とを投影し、主断面に 投影された照明光の入射角 Θ 'と回折角 d'と用い、次の式 (3)が成り立つ。右辺の（Θ • sin φ )は、主断面に対する照明光の傾斜角度に相当する。
[0023] sind' - sin Θ ' = m λ /pcos( θ · sin ) … ）
式 (3)において、回折角 d'の取り得る範囲は、— 90度≤d'≤90度である。入射角 Θ 'の取り得る範囲は、 0度≤ 0 '≤ 90度である。このため、式 (3)の左辺（= sind'— sin θ ')の最小値は— 2となり、左辺が— 2以上となる条件であれば、繰り返しパターン 22か ら回折光が発生する。
[0024] 一方、左辺（ = sind'— sin 0 ')が— 2より小さくなる条件においては、繰り返しパター ン 22から回折光が発生しない。左辺が— 2のときに発生する回折光はマイナスの次 数 mであるため、繰り返しパターン 22から回折光が発生しない条件は、— 1次の回折 光が発生しない条件と考えればよい。そこで、式 (3)の右辺の回折次数 mに— 1を代 入し、左辺（ = sind'— sin 0 ')が— 2より小さくなる条件を考えれば、上記した条件式（ 1)を得ることができる。
[0025] 条件式 (1)を満足するパラメータの組み合わせ (入射角 Θ，回転角 φ，波長 λ，ピッチ ρ)について例示する。例えば、入射角 Θ = 15度、回転角 φ =45度とした場合、繰り 返しパターン 22のピッチ p = 180nm (ライン部 2Αの線幅 D = 90nmでデューティ比
A
= 1 : 1)であれば、波長え〉 350nmのときに条件式 (1)を満足する。また、入射角 Θ と回転角 φが上記の例と同じで、繰り返しパターン 22のピッチ p= 110nm (線幅 D
A
= 55nm)の場合、波長え〉 220nmであれば条件式 (1)を満足する。
[0026] さらに、入射角 Θ =45度、回転角 φ =45度とした場合は、繰り返しパターン 22の ピッチ p= 180nm (線幅 D = 90nm)であれば、波長え〉 306nmのときに条件式 (1)
A
を満足する。繰り返しパターン 22のピッチ p = 110nm (線幅 D = 55nm)の場合、波
A
長え〉 187nmのときに条件式 (1)を満足する。また、上記のような具体例に限らず、 条件式 (1)を満足するようにパラメータの組み合わせ (入射角 Θ，回転角 φ，波長 λ，ピ ツチ Ρ)を選択することで、繰り返しパターン 22から回折光が発生しな 、ようにすること ができる。
[0027] 第 1実施形態の表面検査装置 10は、非偏光の照明光 L1によって被検物体 20の 表面の繰り返しパターン 22を照明し、このとき繰り返しパターン 22から発生する正反 射光 L2を受光系 14 (図 1)によって受光し、正反射光 L2の光強度に基づいて、繰り 返しパターン 22の欠陥検査を行うものである。
繰り返しパターン 22から発生する正反射光 L2の方向は、照明光 L1の入射面 3Αの 面内であり、被検物体 20の表面の各点での法線（図 1には表面の中心における法線 1Aを例示）に対して、照明光 L1の入射角 Θと等しい角度 Θだけ傾いた方向である。
[0028] このような正反射光 L2を受光するため、受光系 14では、凹面反射鏡 35の光軸 03 5を入射面 3Α内で被検物体 20の表面の法線 1 Αに対して角度 Θだけ傾けて配置さ れる。したがって、繰り返しパターン 22からの正反射光 L2は光軸 035に沿って進行 し、受光系 14に導かれることになる。
光軸 035に沿って受光系 14に導かれた正反射光 L2は、凹面反射鏡 35と結像レン ズ 36とを介して集光され、撮像素子 37に入射する。このとき、撮像素子 37の撮像面 には、被検物体 20の表面の各点 (繰り返しパターン 22)からの正反射光 L2の光強度 に応じて、被検物体 20の表面の反射像が形成される。撮像素子 37は、例えば CCD 撮像素子などであり、撮像面に形成された被検物体 20の反射像を光電変換して画 像信号 (正反射光 L2の光強度に関わる情報)を画像処理装置 15に出力する。
[0029] ここで、被検物体 20の反射像の各点における明暗は、被検物体 20の表面の各点（ 繰り返しパターン 22)から発生する正反射光 L2の強弱に略比例する。さらに、正反 射光 L2の強弱は、被検物体 20の表面の各点における反射率の高低に略比例する 。また、各点における反射率の高低は、各点における屈折率に応じて変化する。 各点における反射率と屈折率との関係は、一般に、次のように説明できる。透明媒 質 A力も透明媒質 Bへ斜め方向から光が入射したとき、透明媒質 Bの表面における 反射率は、光の P偏光成分の反射率 Rと S偏光成分の反射率 Rとの平均値となる。
P S
反射率 R ,Rは、透明媒質 Aから透明媒質 Bへの光の入射角を Θ 1、透明媒質 B内で
P S
の光の屈折角を Θ 2として、次の式 (4)ズ 5)で表される。
[0030] R = (tan( θ 1 ~ Θ 2)/tan( Θ 1 + Θ 2))2 · · - (4)
P
R =(sin( Θ 1 - Θ 2)/sin( θ 1 + θ 2)† … ）
s
これらの式 (4)ズ5)から分力るように、各偏光成分の反射率 R ,Rが、媒質境界での
P S
入射角 θ 1,屈折角 Θ 2に依存して変化するため、反射率 R ,Rの平均値 (透明媒質
P S
Bの表面における反射率)も、入射角 0 1,屈折角 0 2に依存して変化することになる
[0031] さらに、透明媒質 Α,Βの屈折率を nl,n2とすると、スネルの法則より、入射角 θ 1,屈 折角 Θ 2の間には、次の式 (6)が成り立つ。このため、入射角 θ 1,屈折角 Θ 2は、透 明媒質 Α,Βの屈折率 nl,n2に依存することになる。
nl -sin Q I =n2-sin 0 2 · '·(6)
したがって、透明媒質 Βの表面における反射率 (反射率 R ,Rの平均値）は、透明
P S
媒質 Α,Βの屈折率 nl,n2に依存して変化することが分かる。
[0032] 被検物体 20の表面の各点における反射率と屈折率との関係も同様であり、各点に おける反射率は、各点における屈折率に応じて変化する。そして、各点における屈 折率は、各点における繰り返しパターン 22の構造 (デューティ比や断面形状）に応じ て、具体的には例えば図 3に示すライン部 2Aの線幅 D (またはスペース部 2Bの線
A
幅 D )に応じて変化する。
B
[0033] 繰り返しパターン 22のライン部 2Aの線幅 Dが変化したときに屈折率が変化する様
A
子は、構造性複屈折という現象により説明できる。簡単のために、照明光を垂直入射 させた場合で説明する。また、この説明のために、繰り返しパターン 22をモデルィ匕し 、図 5に示す通り、厚さ t，誘電率 ε の物質 1と、厚さ t，誘電率 ε の物質 2と力もなる
1 1 2 2
層が、照明波長に比べて十分短い繰り返し周期で、平面上に複数個配列されたとす る。
[0034] この繰り返しパターン (物質 1,2からなる層の繰り返し配列）に非偏光の照明光が照 射されると、照明光に含まれる各偏光は、繰り返しパターンの層 (物質 1,2)の繰り返し 方向に平行な振動面の直線偏光成分 L5(図 5(a))と、繰り返し方向に垂直な振動面 の直線偏光成分 L6(図 5(b))とに分かれ、各偏光成分 L5,L6ごとに、構造性複屈折 ( 繰り返しパターンの異方性に起因する屈折率の差）に応じた異なる反射率で反射す る。
[0035] 図 5(a)に示す直線偏光成分 L5では、層 (物質 1,2)を横切るように電場が印加され、 この電場に応じて小さな分極が生じる。電場から見ると、各層の分極は直列に並ぶ。 このときの見かけの誘電率 ε は、次式 (7)により表すことができる。そして、垂直入射
X
の場合、誘電率 ε の物質における屈折率 ηは、次式 (8)によって表される。式 (8)の
X X
屈折率 ηは、直線偏光成分 L5に対する屈折率である。
X
[0036] [数 1]
( t .+ t 2)£ 1 , 2
ί X = ； ■ ( 7)
η χ= V ε χ -'-(8 )
[0037] また、図 5(b)に示す直線偏光成分 L6では、層 (物質 1,2)の長手方向に沿って電場 が印加され、この電場に応じて分極が生じる。電場から見ると、各層の分極は並列に 並ぶ。このときの見かけの誘電率 ε は、層の厚さ (t +t )の加重平均となり、次式 (9)
Y 1 2
により表すことができる。そして、垂直入射の場合、誘電率 ε の物質における屈折率
Υ
ηは、次式 (10)によって表される。式 (10)の屈折率 ηは、直線偏光成分 L6に対する
Υ Υ
屈折率である。
[0038] [数 2]
η Υ= V f γ ·■·( ! 0 ) [0039] そして、図 5(a)の直線偏光成分 L5と図 5(b)の直線偏光成分 L6とを含む非偏光の 照明光に対する屈折率 n は、概略、直線偏光成分 L5に対する屈折率 n (式 (8))と
AVE X
、直線偏光成分 L6に対する屈折率 n (式 (10))との平均値となり、次の式 (11)により
Y
表すことができる。
n = (n +n ) /2 〜(11)
AVE X Y
さらに、被検物体 20の表面の各点における屈折率 (上記した非偏光の照明光に対 する屈折率 η )と、層 (物質 1,2)を構成する物質 1の厚さ tとの関係を図示すると、図
AVE 1
6に示すようになる。図 6には、層の繰り返し方向に平行な直線偏光成分 L5の見かけ の屈折率 n，繰り返し方向に垂直な直線偏光成分 L6の見かけの屈折率 nも併せて
X Y
図示した。
[0040] 図 6の計算では、物質 1をレジスト (誘電率 ε = 2.43)とし、物質 2を空気 (誘電率
1
ε = 1)とし、層の厚さ (t +t )を lOOnmとした。層の厚さ (t +t )は、繰り返しパターン
2 1 2 1 2
22のピッチ pに対応する。また、物質 1は繰り返しパターン 22のライン部 2Aに対応し 、物質 1の厚さ tはライン部 2Aの線幅 Dに対応する（図 3)。物質 2はスペース部 2B
1 A
に対応し、物質 2の厚さ tはスペース部 2Bの線幅 Dに対応する。
2 B
[0041] 図 6から分力るように、被検物体 20の表面の各点における屈折率 (上記した非偏光 の照明光に対する屈折率 n )は、層を構成する物質 1の厚さ t (繰り返しパターン 2
AVE 1
2のライン部 2Aの線幅 D )に依存して変化することになる。
A
さらに、図 6に示す物質 1の厚さ t (線幅 D )と被検物体 20の表面の各点における
1 A
屈折率 (n )との関係から、表面の各点における反射率と物質 1の厚さ t (線幅 D )
AVE 1 A との関係を計算すると、図 7のようになる。図 7では、表面の反射率を示しているので、 厚さ t =0のときの反射率は 0%である。
1
[0042] 図 7から、被検物体 20の表面の各点における反射率も、物質 1の厚さ t (線幅 D )
1 A に依存して変化することが分かる。なお、図 7の計算では、上記の回転角 φ (図 4)が 0 度でない場合を想定し、入射光の P偏光成分と S偏光成分との各々について、繰り返 し方向と平行な偏光成分 L5の見かけの屈折率 n，繰り返し方向と垂直な偏光成分 L
X
6の見かけの屈折率 nから反射率を計算して足し合わせて!/、る。
Y
[0043] このように、被検物体 20の表面の各点において、繰り返しパターン 22の構造に異 常が生じ、ライン部 2Aの線幅 D (またはスペース部 2Bの線幅 D )が変化すると、そ
A B
の部分の屈折率 (n )が変化し、結果として反射率も変化することになる。
AVE
被検物体 20の表面の各点における反射率の変化は、図 7に示す通り、ライン部 2A の線幅 Dが太いほど反射率が高ぐ線幅 Dが細いほど反射率が低くなる傾向にある
A A
[0044] このため、被検物体 20の表面の各点力 発生する正反射光 L2は、線幅 Dが太い
A
ほど光強度が強ぐ線幅 Dが細いほど光強度が弱くなり、その強弱が被検物体 20の
A
反射像の明暗となって現れる。すなわち、ライン部 2Aの線幅 Dが太い部分ほど反射
A
像が明るぐ線幅 Dが細い部分ほど反射像が暗くなる。反射像の明暗は、被検物体
A
20のショット領域 21 (図 2)ごとに現れる。
[0045] 本実施形態の表面検査装置 10 (図 1)では、ライン部 2Aの線幅 Dの変化 (繰り返し
A
パターン 22の構造の変化）を反映した被検物体 20の反射像が撮像素子 37の撮像 面に形成され、撮像素子 37から画像処理装置 15に対して、被検物体 20の反射像 の明暗に関わる情報 (画像信号）が出力される。このため、画像処理装置 15では、撮 像素子 37からの画像信号に基づいて、繰り返しパターン 22の欠陥（例えば線幅 D
A
の変化などの構造の変化)を検出することができる。
[0046] 例えば、撮像素子 37からの画像信号に基づいて被検物体 20の画像を取り込み、 その輝度情報を良品ウェハの画像の輝度情報と比較する。良品ウェハとは、繰り返 しパターン 22が理想的な形状 (例えばデューティ比 1： 1)で表面全体に形成されたも のである。良品ウェハの画像の輝度は、理想的な繰り返しパターン 22の形成箇所に おいて略一定値となる。これに対し、被検物体 20の画像の輝度は、繰り返しパターン 22の正常 Z異常に応じて各ショット領域 21 (図 2)ごとに異なる値を持つ。なお、被検 物体 20の画像は、被検物体 20の比較的広 ヽ領域 (全領域または一部領域)の画像 であり、マクロ画像とも呼ばれる。
[0047] 画像処理装置 15では、被検物体 20の画像と良品ウェハの画像とを比較し、各画 像の輝度差に基づ 、て繰り返しパターン 22の正常 Z異常を判断し、繰り返しパター ン 22の欠陥を検出する。例えば、各画像の輝度差が予め定めた閾値 (許容値)よりも 小さければ正常と判断し、閾値よりも大きければ異常と判断し、異常の箇所を欠陥と して検出する。異常の箇所 (欠陥）とは、繰り返しパターン 22の例えばライン部 2Aの 線幅 Dが設計マージンを超えて太くなつたり細くなつたりした箇所である。
A
[0048] また、画像処理装置 15による繰り返しパターン 22の欠陥の検出には、上記した良 品ウェハの画像と比較する方法の他に、次のような方法を用いることもできる。すなわ ち、被検物体 20のショット領域 21の配列データと輝度値の閾値を予め記憶しておき 、取り込んだ被検物体 20の画像における各ショット領域 21の位置を上記の配列デー タに基づいて把握し、各ショット領域 21の輝度値を求める。そして、各ショット領域 21 の輝度値と予め記憶している閾値とを比較することで、繰り返しパターン 22の欠陥を 検出する。閾値より輝度値が小さいショット領域 21を欠陥と判断すればよい。
[0049] さらに、被検物体 20のショット領域 21ごとの繰り返しパターンの配置は同様である ため、良品のショット領域 21を特定し、その輝度値を基準に欠陥検出を行ってもよい 。被検物体 20の画像の輝度値と限界サンプルの画像の輝度値とを比較してもよ 、。 シミュレーションで輝度値の基準を決定し、その基準値との比較によって繰り返しバタ ーン 22の欠陥を検出してもよい。良品ウェハを用いない場合、全面良品の専用ゥェ ハを作る必要がなくなるという利点がある。
[0050] 上記したように、本実施形態の表面検査装置 10では、被検物体 20の表面の繰り返 しパターン 22を照明したときに繰り返しパターン 22から発生する正反射光 L2の光強 度に基づいて繰り返しパターン 22の欠陥検査を行う際、上記の回転角 φ (図 4)を斜 めに設定すると共に、この回転角 φと照明光 L1の入射角 Θと波長えと繰り返しパタ ーン 22のピッチ pとが条件式 (1)を満足するように各部を設定する。
[0051] このような設定を行うと、被検物体 20の表面の繰り返しパターン 22から回折光が発 生することはなぐまた、繰り返しパターン 22と同程度のピッチの繰り返しパターンが 下地に形成されている場合には、下地の繰り返しパターンから同様の回折光が発生 することもない。したがって、表面の繰り返しパターン 22で発生した正反射光 L2 (信 号光）に、表面の繰り返しパターン 22からの回折光 (ノイズ光)や、下地の繰り返しパ ターン力もの回折光 (ノイズ光）が混入することはない。
[0052] 下地力 の回折光はコントラストが高ぐ仮に下地力 の回折光がノイズ光として混 入していると、この回折光成分によるコントラストの変化に埋もれて、検査すべき表面 力もの正反射光 L2 (信号光)の変化が検出し難くなつてしまう。
ところが、本実施形態の表面検査装置 10では、上記のような設定を行い、下地から の回折光 (および表面からの回折光）がノイズ光として正反射光 L2 (信号光）に混入 することはないため、相対的に正反射光 L2 (信号光)の変化を捉え易くなる。
[0053] また、表面からの正反射光 L2 (信号光）には、下地からの正反射光がノイズ光とし て混入する。しかし、その割合 (信号光に対するノイズ光の割合）は、従来の回折光 による欠陥検査の場合より格段に小さい。つまり、本発明の正反射光による欠陥検査 の場合には、従来の回折光による欠陥検査の場合と比較して、信号光に対するノィ ズ光の割合を格段に小さくすることができる。
[0054] したがって、本実施形態の表面検査装置 10によれば、被検物体 20から発生した正 反射光 (その大部分は検査すべき表面の繰り返しパターン 22から発生した正反射光 L2)を利用することで、下地の影響を低減して表面の繰り返しパターン 22の欠陥検 查を良好に行うことができる。
また、従来の回折光による欠陥検査では、原理的に、繰り返しパターンのピッチが 所定値（= (回折次数) X (照明光の波長 )÷ 2)より小さくなると回折光が発生せず、欠 陥検査を行うことができない。さらに、繰り返しピッチが所定値近傍でも、装置内での 照明系ゃ受光系の配置に制約があり、回折光による欠陥検査を行うことは難しい。繰 り返しピッチの微細化に対応するためには、照明光の波長を短くして上記の所定値 を小さくすることになるが、光源の種類が高価で大が力りなものに限定され、照明系 や受光系を構成する光学素子の材料も高価なものに限定されるため、好ましくない。
[0055] これに対し、本実施形態の表面検査装置 10では、被検物体 20からの正反射光（主 に表面力もの正反射光 L2)を利用して繰り返しパターン 22の欠陥検査を行うため、 上記のような制約がなぐ繰り返しピッチの微細化にも確実に対応できる。つまり、繰り 返しパターン 22のピッチ pが照明光の波長えと比較して十分に小さくても、その欠陥 検査を良好に行うことができる。ただし、ピッチ pが波長えと比較して十分に小さい場 合に限らず、ピッチ pが波長 λと同程度であっても、ピッチ ρが波長 λより大きくても、 繰り返しパターン 22の欠陥検査を行えるのは言うまでもない。つまり、繰り返しパター ン 22のピッチ ρに拘わらず、その欠陥検査を確実に行うことができる。 [0056] さらに、本実施形態の表面検査装置 10では、被検物体 20の繰り返しパターン 22 のピッチ pが異なる場合でも、被検物体 20を水平な状態に保ったままで (ステージ 11 のチルト調整を行わずに）、その欠陥検査を行える。このため、実際に欠陥検査を開 始する（つまり被検物体 20の画像を取り込む)までの準備時間を確実に短縮すること ができ、作業効率が向上する。
[0057] さらに、本実施形態の表面検査装置 10では、ステージ 11がチルト機構を持たない ため、装置構成が簡素化する。また、照明系 13の光源 31として安価な放電光源を用 いることができ、表面検査装置 10の全体構成が安価で簡素なものとなる。
また、本実施形態の表面検査装置 10では、被検物体 20の表面に複数種類の繰り 返しパターンが形成され、ピッチ pや繰り返し方向 (X方向)の異なる繰り返しパターン が混在している場合でも、被検物体 20の表面の反射画像を一括で取り込むことによ り、全ての繰り返しパターンの欠陥検査を簡単に行うことができる。
[0058] 例えば、繰り返し方向の異なる 2種類の繰り返しパターンは、 0度方向の繰り返しパ ターンと 90度方向の繰り返しパターンとである。これらの繰り返しパターンは、互いに 、繰り返し方向が直交している。この場合、上記の回転角 φ (図 4)を 45度に設定す れば、各々の繰り返しパターンの欠陥検査の条件を共通化でき、各々の欠陥検査を 同時に且つ良好に行うことができる。
[0059] さらに、本実施形態の表面検査装置 10では、繰り返しパターン 22のライン部 2Aの 線幅 Dの設計値がピッチ pの 1/2である（ライン部 2Aとスペース部 2Bとの理想的な
A
デューティ比が 1： 1である）場合に限らず、理想的なデューティ比が 1： 1以外の場合 でも、同様に良好な欠陥検査を行える。この場合、繰り返しパターン 22の形状変化 によっては被検物体 20の反射画像の輝度値が大きくなることもある。
[0060] なお、照明光 L1の波長 λについては、回転角 φと入射角 Θとピッチ ρと共に上記 条件式 (1)を満足するように波長選択フィルタ 32を切り替えて適宜選択すればょ ヽが 、さらに、被検物体 20の反射防止膜 (ARC)の吸収帯に含まれる波長を選択すること 力 り好ましい。この場合、反射防止膜での吸収によって下地に到達する光量が減 衰するため、表面と下地との分離に有利となる。このような波長えの選択は、検査レ シピカも波長えに関わる情報を読み出し、波長選択フィルタ 32を切り替えて行えばよ い。
[0061] (第 2実施形態）
ここでは、照明光 L1が複数の異なる波長の光を含む例について説明する。複数の 波長とは、複数の輝線スペクトルのように離散的な波長でも構わないし、ブロードな波 長帯域のように連続的な波長でも構わない。以下の説明では、照明光 L1が複数の 異なる波長の輝線スペクトルを含むとする。
[0062] 複数の輝線スペクトルの各波長 λは、上記と同様、回転角 φと入射角 Θとピッチ と 共に条件式 (1)を満足するように、波長選択フィルタ 32を切り替えて適宜選択すれば よぐ被検物体 20の反射防止膜の吸収帯に含まれる波長を選択することがより好まし い。
波長選択フィルタ 32の切り替え機構としては、例えば図 8に示す通り、透過帯域の 異なる複数の波長選択フィルタ 32を円盤状のターレット 38に取り付け、ターレット 38 を不図示のモータなどの駆動機構により回転させる構成が考えられる。
[0063] 光源 31からの光が例えば図 9に示すような多数の輝線スペクトル (e線など）を含む 場合、透過帯域 αの波長選択フィルタ 32を光路上に配置すれば、
Figure imgf000017_0001
436nm),h線 (405nm)の 3つの輝線スペクトルを選択的に透過し、照明光 L1として被検 物体 20に照射できる。さらに、透過帯域 j8の波長選択フィルタ 32に交換すれば、 g 線, h線, i線 (365nm)の 3つの輝線スペクトルを選択的に透過し、また、透過帯域 γの 波長選択フィルタ 32に交換すれば、 h線, i線, j線 (313nm)の 3つの輝線スペクトルを選 択的に透過し、被検物体 20に照射することができる。
[0064] そして、照明光 L1が複数の輝線スペクトルを含む場合には、各波長 λの輝線スぺク トルにより被検物体 20から正反射光 L2が発生し、各波長 λの正反射光 L2の光強度 が撮像素子 37の撮像面において合成される。また、撮像素子 37から画像処理装置 15に出力される画像信号は、各波長えの正反射光 L2の合成後の光強度に関わる 情報となる。この場合、画像処理装置 15は、合成後の光強度に基づいて繰り返しパ ターン 22の欠陥検査を行うことになる。
[0065] 被検物体 20の下地に膜厚ムラがある場合、この膜厚ムラを反映した干渉縞（下地 での干渉による明暗の模様)が、検査すべき表面力 の正反射光 L2 (信号光）による 反射像に重なってしまうと、表面の繰り返しパターン 22の欠陥を検出し難くなる。照 明光 L1が単一波長の場合、下地の膜厚ムラを反映した干渉縞が発生すると、この干 渉縞が表面の反射像に重なってしま 、、良好な欠陥検査を行うことができな 、。
[0066] しかし、本実施形態の表面検査装置では、照明光 L1が複数の輝線スペクトルを含 むため、下地の膜厚ムラを反映した干渉縞が発生しても、各波長えごとに干渉縞の 状態 (形状)が異なり、各波長 λの干渉縞の光強度が合成されて明暗の模様を打ち消 し合う。このため、表面の反射像に重なる最終的な干渉縞のコントラストを小さくするこ とができる。つまり、下地の膜厚ムラを反映した干渉縞の影響を軽減することができる
[0067] このように、複数の輝線スペクトルを含む照明光 L1によって被検物体 20を照明す ることで、下地に膜厚ムラがある場合でも、その膜厚ムラの影響を低減して表面の繰 り返しパターン 22の欠陥検査を良好に行うことができる。照明光 L1に含まれる複数 の波長が離散的な場合に限らず、連続的な場合にも同様の効果を得ることができる また、下地の膜厚ムラの影響を低減できるので、被検物体 20の各ショット領域 21 ( 図 2)において繰り返しパターン 22の形成箇所が面積的に小さい（下地の露出箇所 が面積的に大きい）プロセスの欠陥検査にも有効である。
[0068] さらに、撮像素子 37の感度は一般に各波長 λごとに異なり、例えば図 10に示す通 り、 500nm付近の波長に対する感度が最も高ぐそれより短波長側や長波長側では 感度が低下する。図 10では一例として 400〜550nmの範囲の感度を示した。このよ うな撮像素子 37の感度の波長特性に応じて、照明光 L1の各波長の光強度を調整 することで、下地の膜厚ムラの影響をより効果的に低減することができる。
[0069] ここで、光源 31からの光のうち、図 10の波長範囲に含まれる輝線スペクトル（図 9の e線, g線, h線)を例に、照明光 L1の各波長の光強度の調整について説明する。波長 選択フィルタ 32によって e線, g線, h線を選択的に透過する際、波長選択フィルタ 32 の透過帯域 αにおける分光透過率が一定であると、照明光 L1に含まれる e線, g線, h 線の分光強度は例えば図 11のようになる。
[0070] この場合、照明光 L1が照射されたときに被検物体 20から発生する正反射光 L2の 各波長え（e線, g線, h線)の分光感度は図 11と同様になる力 これを図 10に示す感 度特性の撮像素子 37によって受光すると、受光後の e線, g線, h線の分光強度 (以下 「実効強度」）は、図 12に示す通り、短波長側で低くなつてしまう。このため、下地の膜 厚ムラを反映した各波長 λの干渉縞の打ち消し合いが、短波長側で不十分となって しまう。
[0071] そこで、撮像素子 37の感度の波長特性（図 10)を考慮し、波長選択フィルタ 32の 透過帯域 αにおける分光透過率を、図 13に示す通り、 500nm付近で低ぐそれより 短波長側や長波長側では高くなるように設定する。この場合、波長選択フィルタ 32の 分光透過率（図 13)に応じて、照明光 L1の各波長え（e線, g線, h線)の光強度が調 整され、撮像素子 37による受光後の実効強度を、図 14に示す通り、各波長 λ (e線， g線, h線)ごとに一定とすることができる。
[0072] したがって、下地の膜厚ムラを反映した各波長 λの干渉縞を十分に打ち消し合うこ とができ、下地の膜厚ムラの影響をより効果的に低減することができる。撮像素子 37 による受光後の実効強度を各波長 λごとに一定とすれば、下地の膜厚ムラの影響を 最も効果的に低減できるが、本発明はこれに限定されない。受光後の実効強度が各 波長 λごとに一定でなくても、撮像素子 37の感度の波長特性を補正するように照明 光 L1の各波長 λの光強度を調整すれば、下地の膜厚ムラの影響の低減効果を高 めることができる。
[0073] なお、波長選択フィルタ 32で選択する波長帯域（図 9)は、上記した波長帯域 α , |8 , yに限定されない。被検物体 20の表面や下地力も回折光が発生しない波長 (条件 式 (1)を満たす波長）であれば、 j線より短い波長帯域 (例えば 240應〜 313應）の光を 用いてもよいし、 e線より長い波長帯域の光を用いてもよい。また、照明光 L1に含ま れる波長の数も上記のような 3つに限らず、 2つでも 4つ以上でもよい。
[0074] (変形例）
上記した実施形態では、非偏光の照明光 L1により被検物体 20を照明したが、本発 明はこれに限定されな 、。被検物体 20の表面や下地力 回折光が発生しな 、波長（ 条件式 (1)を満たす波長)であれば、偏光 (例えば直線偏光）による照明を行ってもよ い。この場合、照明系 13および Zまたは受光系 15の光路上に偏光板を揷脱可能に 配置し、所定の偏光成分を抽出すればよい。照明系 13と受光系 15との双方に偏光 板を挿入する場合には、各偏光板の透過軸が互いに直交するような配置 (いわゆる クロス-コルの配置）とすることが好まし 、。
[0075] 正反射光 L2による欠陥検査の際に、被検物体 20を偏光 (例えば直線偏光）によつ て照明すれば、表面での反射率を高くすることができ、その分だけ下地の影響を小さ くすることができる。また、直線偏光で照明する場合には、上記の回転角 φ (図 4)を 4 5度に設定することが好ましぐ欠陥検査の感度を高めることができる。直線偏光とし ては P偏光でも S偏光でも構わないが、表面のみの変化を捉えるには S偏光で照明 する方がより好ましい。また、ノターンの内部構造を含めた変化を捉えるには P偏光 で照明するのがより好ましい。被検物体 20の表面に対する P偏光, S偏光の反射率， 透過率が異なるため、表面のみの変化を捉えたり、内部構造も含めた変化を捉えたり することが可能となる。
[0076] また、上記した実施形態では、ステージ 11がチルト機構を持たな 、例で説明したが 、本発明はこれに限定されない。入射面 3A (図 4)に直交して被検物体 20の表面内 に含まれる軸 (チルト軸）を中心にステージ 11 (被検物体 20)を回転可能としてもよ!/ヽ さらに、照明系 13と受光系 14と被検物体 20との少なくとも 2つを、それぞれ上記の チルト軸を中心に回転させてもよい。このような構成とすれば、被検物体 20に対する 照明光 L1の入射角 Θを変化させることができ、入射角 Θの変化によって反射率が変 わるため、被検物体 20の表面の変化をより捉えやすくすることが可能となる。
[0077] また、上記した実施形態では、撮像素子 37として CCDなどの 2次元センサを用い たが、 1次元センサを用いても良い。この場合、撮像素子である 1次元センサと被検 物体である半導体ウェハほたは液晶基板)を載せたステージとを相対移動させ、 1次 元センサが半導体ウェハほたは液晶基板)の表面全体を走査するようにして、その表 面全面の画像を取り込むようにすればよ ヽ。

Claims

請求の範囲
[1] 被検物体の表面に形成された繰り返しパターンに対して照明光を照射する照射手 段と、
前記照明光の照射方向と前記表面の法線とを含む入射面の前記表面における方 向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を 0以外の所定値に設定する 設定手段と、
前記照明光が照射されたときに前記繰り返しパターンから発生する正反射光を受 光し、該正反射光の光強度に関わる情報を出力する受光手段と、
前記受光手段力 出力される前記正反射光の光強度に関わる情報に基づいて、 前記繰り返しパターンの欠陥を検出する検出手段とを備え、
前記入射面の前記表面における方向と前記繰り返し方向との成す角度 Φ、前記照 明光の照射方向と前記表面の法線との成す角度 Θ、前記照明光の波長 λ、および
、前記繰り返しパターンのピッチ ρは、次の条件式を満足する
λ /[2cos( Θ - sin )] > p
ことを特徴とする表面検査装置。
[2] 請求項 1に記載の表面検査装置において、
前記照明光は、複数の異なる波長の光を含む
ことを特徴とする表面検査装置。
[3] 請求項 2に記載の表面検査装置において、
前記受光手段の感度の波長特性に応じて、前記照明光の各波長の光強度を調整 する調整手段を備えた
ことを特徴とする表面検査装置。
[4] 請求項 1から請求項 3の何れか 1項に記載の表面検査装置において、
少なくとも前記照射手段および前記受光手段の何れか 1つの光路上に配置され、 所定の偏光成分を抽出する抽出手段を備えた
ことを特徴とする表面検査装置。
[5] 請求項 1から請求項 4の何れか 1項に記載の表面検査装置において、
前記表面に直交する軸を中心に前記被検物体を回転させる第 1の回転手段を備え た
ことを特徴とする表面検査装置。
[6] 請求項 1から請求項 5の何れか 1項に記載の表面検査装置において、
前記入射面に直交して前記表面内に含まれる軸を中心に前記照射手段と前記受 光手段と前記被検物体との少なくとも 2つをそれぞれ回転させる第 2の回転手段を備 えた
ことを特徴とする表面検査装置。
[7] 被検物体の表面に形成された繰り返しパターンに対して照明光を照射し、該照明 光が照射されたときに前記繰り返しパターン力も発生する正反射光を受光し、該正反 射光の光強度に関わる情報に基づいて、前記繰り返しパターンの欠陥を検出するに 当たって、
前記照明光の照射方向と前記表面の法線とを含む入射面の前記表面における方 向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との成す角度を 0以外の所定値に設定し、 前記入射面の前記表面における方向と前記繰り返し方向との成す角度 φ、前記照 明光の照射方向と前記表面の法線との成す角度 Θ、前記照明光の波長 λ、および 、前記繰り返しパターンのピッチ ρは、次の条件式を満足する
λ /[2cos( Θ - sin )] > p
ことを特徴とする表面検査方法。
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