WO2010044351A1 - 欠陥検出方法の高感度化 - Google Patents

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WO2010044351A1
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武弘 立▲崎▼
松本　俊一
渡辺　正浩
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for inspecting defects on a semiconductor wafer surface or a magnetic disk surface, and particularly suitable for inspecting a surface of a bare wafer without a semiconductor pattern, a wafer with a semiconductor pattern-free film, or a surface of a disk.
  • the present invention relates to a defect inspection apparatus.
  • a defect such as a short circuit or disconnection on the semiconductor substrate (wafer)
  • a defect but including a foreign substance or a pattern defect
  • This may cause a failure such as a short circuit.
  • finer defects also cause breakdown of capacitors and breakdown of gate oxide films. These defects are caused by various causes such as those generated from the moving parts of the transfer device, those generated from the human body, those generated by reaction inside the processing apparatus by the process gas, those mixed in chemicals and materials, etc. Are mixed in various states.
  • the defect inspection apparatus is an optical defect inspection apparatus that illuminates the surface of a semiconductor substrate with a laser and observes scattered light from the defect in a dark field to identify the position of the defect, a lamp, a laser, or an electron beam.
  • Patent Document 3 US Pat. No. 6,407,373
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-71803
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-23023
  • the position on the sample is detected by the optical microscope mounted on the SEM type defect inspection apparatus using the position information of the defect on the sample detected by the other inspection apparatus, and detected by the other inspection apparatus.
  • the spot size of the laser beam for illuminating the semiconductor substrate surface with dark field illumination is increased to increase the inspection throughput. Irradiating by scanning. For this reason, the accuracy of the position coordinates obtained from the position of the laser beam spot that scans the surface of the semiconductor substrate includes a large error component. If the SEM is used to observe the defect in detail based on the position information of the defect including such a large error component, it is in the field of view of the SEM that is observed at a magnification much higher than that of the optical defect inspection apparatus. In some cases, defects that you want to observe do not enter.
  • an object of the present invention is to detect an optical defect inspection apparatus or an optical appearance inspection apparatus when a defect detected by an optical defect inspection apparatus or an optical appearance inspection apparatus is observed in detail using an SEM. It is an object of the present invention to provide a defect observation apparatus that can detect a fine defect with high sensitivity, and can reliably enter the defect within the observation field of SEM, and can reduce the scale of the apparatus.
  • the present invention comprises an optical microscope means, an SEM observation means, and a stage means on which a sample can be placed and moved between the optical microscope means and the SEM observation means.
  • the optical system means darkens using the position information of the defect on the sample detected by the other inspection apparatus.
  • a dark field illumination optical system for detecting defects by field illumination is provided, and this dark field illumination optical system is composed of a polarization illumination unit for illuminating a sample with polarized light, and light reflected and scattered from a sample polarized by the polarization illumination unit.
  • the position of the defect is detected by an optical microscope using the position information of the defect on the sample detected by another inspection apparatus, and the sample is detected by another inspection apparatus.
  • the optical microscope uses the position information of the defect on the sample detected by another inspection apparatus and uses polarized light.
  • Specimens detected by other inspection devices by illuminating the dark field and detecting the polarized light from the reflected and scattered light from the dark field illuminated sample by blocking or reducing the reflected scattered light of the specific polarization component It is characterized by detecting an upper defect.
  • the defect to be observed when a defect detected by an optical defect inspection apparatus is observed in detail with an SEM or the like, the defect to be observed can be reliably placed in an observation field of view such as an SEM.
  • the throughput of the detailed inspection of the used defect can be increased.
  • the apparatus can be configured inexpensively and on a small scale.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the surface inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing details of the dark field illumination unit in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing details of the optical height detection apparatus in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing details of the optical microscope in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing details of a mechanism for switching the distributed polarizing element in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing in detail another example of a mechanism for switching the distributed polarization element in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the distribution direction of the transmission axis of the distributed polarizing element inserted into the optical microscope pupil plane in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the shape of the spatial filter inserted into the optical microscope pupil plane in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the scattered light simulation performed to determine the optical characteristics of the distributed polarizing element and the spatial filter in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a scattered light simulation result performed to determine the optical characteristics of the distributed polarizing element and the spatial filter in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the distribution direction of the transmission axis of the distributed polarizing element inserted into the optical microscope pupil plane in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example in which the distributed polarizing element and the spatial filter inserted into the optical microscope pupil plane are formed on one substrate in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a defect displacement amount calculation image obtained by dark field observation of an optical microscope in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a procedure for defect observation in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing a procedure for calculating the Z position in the third and fourth embodiments of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating details of a second configuration example of the optical microscope in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing details of a third configuration example of the optical microscope in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the configuration of the surface inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the configuration of the surface inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the configuration of the surface inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • Liquid crystal control device 501 Illumination light source 502 ... Optical filter 503 ... Wave plate 507 ... Lens group 701 ... Light source 702 ... Collection Lens 703 ... slit 704 ... projection lens 705 ... light receiving lens 706 ... detector 401 ... filter switching mechanism 402 ... holder 405 ... distributed polarizing element holder
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a defect detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the defect detection apparatus according to the present embodiment is an apparatus for observing defects generated during a manufacturing process in a device manufacturing process for forming a circuit pattern on a substrate (wafer) such as a semiconductor device.
  • SEM electron microscope for observing the wafer 1 to be inspected in detail
  • Z sensor Optical height detection system for focusing the electron microscope 5 on the surface of the sample 1
  • the optical microscope 14 includes a dark field illumination unit 101, an epi-illumination mirror 102 for guiding the laser emitted from the dark field illumination unit 101 to the vacuum chamber and controlling the illumination position on the surface of the sample 1, a vacuum sealed window 103, Mirror 104, objective lens 105 for collecting scattered light from sample 1 or performing bright field observation, objective lens height control mechanism 106, vacuum sealing window 107, half for introducing illumination necessary for bright field observation
  • the stage 3, the Z sensors 4 and 7, the SEM 5, the user interface 11, the database 12, the height control mechanism 106, and the solid-state image sensor 111 are connected to the control system 10, and the control system 10 is connected to the host system via the network 13. (Not shown).
  • the optical microscope 14 is configured to detect the position of the defect on the sample 1 detected by the optical defect inspection apparatus (not shown) of the defect detected by the optical defect inspection apparatus.
  • the height control mechanism 106 and the Z sensor 7 have a function as focusing means for performing sample focusing, and the control system 10 has a microscope 14.
  • the SEM 5 has a function of observing a defect whose position information is corrected by the control system 10.
  • the SEM 5 has a function as position correction means for correcting the position information of the defect based on the position information of the defect detected in step S2. ing.
  • the stage 3 places the wafer 1 to be inspected and moves between the optical microscope 14 and the SEM 5 so that defects detected by the optical microscope 14 can be observed with the SEM 5.
  • the objective lens 105 and the height control mechanism 106 are installed in the vacuum chamber 6.
  • As the configuration of the height control mechanism 106 for example, a configuration using a piezo element, or a Z direction along the linear guide using a stepping motor and a ball screw (a direction along the optical axis 115 of the imaging optical system 110). ), Or a configuration of moving in the Z direction along a linear guide using an ultrasonic motor and a ball screw.
  • the epi-illumination mirror 102 is used to guide the light emitted from the illumination light source 101 to the vacuum tube 6 as shown in FIG.
  • the epi-illumination mirror 102 may have a mechanism that rotates around two axes, the axis along the longitudinal direction of the illustrated mirror and the axis perpendicular to the drawing, in order to control the illumination position on the surface of the sample 1. Good. Details of each part will be described below with reference to FIGS. FIG. 2 shows details of the dark field illumination unit 101.
  • the dark field illumination unit 101 includes, for example, an illumination light source 501 that emits a visible light laser, an ultraviolet light laser, or a vacuum ultraviolet light laser, an optical filter 502 that adjusts the intensity of the illumination light, a wavelength plate 503 that adjusts the polarization direction of the illumination light,
  • the lens group 507 is configured to focus the illumination light on the sample 1.
  • the lens group 507 includes a plano-concave lens 504, an achromatic lens 505, and a cylindrical lens 506. This is a mechanism that can control the illumination area on the surface of the sample 1 from the entire field of view of the optical microscope 14 to the diffraction limit by selecting the lens focal length and adjusting the lens interval. Is feasible.
  • the illumination light source 501 is a laser oscillator.
  • the laser oscillator oscillates visible light (400 nm-800 nm) of 405 nm, 488 nm, 532 nm, ultraviolet light of 400 nm or less, or vacuum ultraviolet light of 200 nm or less, and can be used as either a continuous wave laser or a pulsed laser. Is possible. As these selection methods, when a continuous wave laser is used, it is cheap and stable, and a small device can be realized.
  • the wavelength of the illumination light source 501 is not limited to the above wavelength. When sensitivity is required, ultraviolet light is used.
  • the objective lens 105, the vacuum-sealed window 107, the half mirror 108, and the imaging optical system 110 are optical elements corresponding to the ultraviolet region such as synthetic quartz or reflective optical elements.
  • vacuum ultraviolet light is used.
  • the objective lens 105, the vacuum sealing window 107, the half mirror 108, and the imaging optical system 110 are optical elements corresponding to the vacuum ultraviolet region such as fused silica or reflective optics.
  • the entire optical path in the microscope 14 is placed in a vacuum or, for example, in a nitrogen gas atmosphere in order to prevent vacuum ultraviolet rays from being absorbed along with propagation. Since the purpose is to propagate vacuum ultraviolet rays, the gas to be filled is not limited to nitrogen.
  • P-polarized laser light is used for irradiation of the sample 1
  • S-polarized laser light is used when the surface of the sample 1 is covered with a metal thin film.
  • P-polarized light or S-polarized linearly polarized light is used for more efficiently observing scattered light and realizing observation with good S / N. That is, when observing a specular wafer, P-polarized illumination is suitable because S-polarized light has poor scattering ability and the amount of absolute scattered light decreases, resulting in poor efficiency. On the other hand, when observing a metal thin film, etc. If the P-polarized illumination is used, the scattered light from the substrate becomes strong, and minute defects or minute foreign objects cannot be observed, so that the S-polarized illumination is suitable. Further, in order to suppress scattered light from the substrate, illumination is performed at a low elevation angle of about 10 ° with respect to the substrate surface.
  • the mirror 104 has a mechanism (not shown) that moves together with the objective lens so that the objective lens 105 can be illuminated even when the objective lens 105 moves up and down.
  • the mirror 104 may have a mechanism (not shown) that is independently movable so that the illumination position in the field of view of the objective lens 105 can be changed.
  • FIG. 3 shows the Z sensor 4 or 7.
  • the Z sensor 4 or 7 includes a light source 701 that emits height measurement light, a slit 703, a condenser lens 702 that condenses the height measurement light emitted from the illumination 701, and a slit 703 as height measurement light.
  • An imaging lens 704 that forms an image of the transmitted light (image of the slit 703) on the surface of the sample 1, a condensing lens 705 that condenses the height measurement light reflected by the sample 1, and a condensing lens 705. It comprises a detector 706 that detects the emitted height measurement light and converts it into an electrical signal. Information on the height measurement light converted into an electrical signal by the detector 706 is sent to the control system 10 to calculate the height.
  • the detector 706 a two-dimensional CCD or a line sensor, a two-part or four-part position sensor is used.
  • FIG. 4 shows a detailed configuration of the optical microscope 14.
  • the optical microscope 14 includes a dark field illumination unit 101, an epi-illumination mirror 102, a mirror 104, an objective lens 105, a height control mechanism 106, a half mirror 108, a bright field light source 109, an imaging optical system 110, and a solid-state image sensor 111. Composed.
  • the imaging optical system 110 includes a lens 113a that extracts the pupil plane 112a of the objective lens 105, a lens 113b that forms an image, and a filter unit 114 that is inserted into the extracted pupil plane 112b.
  • An example of the filter unit 114 is a distributed polarizing element.
  • a plurality of distributed polarizing elements having different characteristics in the filter unit 114 are held by the holder 401 (four types 114a to 114d in the example shown in FIG. 5) and inserted into the pupil plane 112b. To 114d can be switched. Further, the height control mechanism 106 and the solid-state image sensor 111 are connected to the control system 10.
  • the lens 113 a is used to draw out the pupil plane of the objective lens 105 to the outside and form it in the imaging optical system 110.
  • the lens 113 a drives the holder 402 to place the holder on the pupil plane taken out inside the imaging optical system 110.
  • a distributed polarizing element selected from a plurality of distributed polarizing elements 114a to 114d held at 402 is inserted.
  • the holder 402 may be a spatial polarizing element or a distributed polarizing element formed on the same substrate as the spatial filter.
  • the lens 113 a and the lens 113 b are a pair, and form an image of the sample 1 on the detection surface of the solid-state imaging device 111.
  • the ratio of reflection and transmission of the half mirror 108 may be arbitrary. However, when the light intensity of the bright field light source 109 is sufficiently secured, it is better to adopt a configuration in which more scattered light from the defect is guided to the imaging optical system 110 and the solid-state image sensor 111.
  • the bright field light source 109 can be a lamp or a laser.
  • FIG. 5 shows a mechanism 401 for switching the distributed polarization elements 114 a to 114 d inserted in the pupil plane 112 b of the objective lens 105 on the optical axis 115 of the imaging optical system 110.
  • the mechanism 401 includes a holder 402 for arranging a plurality of distributed polarizing elements 114a to 114d having different characteristics, and a rotation driving unit 403 for rotating the holder 402.
  • the holder 402 is a mechanism for switching to any one of the plurality of distributed polarizing elements 114a to 114d according to the type of micro defect to be detected.
  • the position of the holder 402 is set to a place where the distributed polarizing elements 114a to 114d are not installed in order to avoid disturbing the acquired image.
  • the holder 402 is switched to a place where a parallel plate glass having the same thickness as the distributed polarizing elements 114a to 114d is installed.
  • the parallel flat glass having the same thickness as the distributed polarizing elements 114a to 114d is installed is that when the distributed polarizing elements 114a to 114d are removed, the optical path length changes and the image of the sample 1 is not formed on the solid-state image sensor 111. This is to avoid it.
  • a mechanism for adjusting the position of the lens 113b that forms an image or the solid-state image pickup device 111 and forming the image on the solid-state image sensor 111 without using parallel flat glass may be used. In the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 6 shows another embodiment of a mechanism for taking in and out distributed polarizing elements 114a to 114d.
  • the mechanism 410 is a mechanism that slides the distributed polarizing element holder 405 and moves the distributed polarizing element 114e in and out of the optical axis 115 of the imaging optical system 110.
  • FIG. 6 shows the case where there is one distributed polarizing element 114e, there may be a plurality of distributed polarizing elements 114e.
  • a spatial filter may be used instead of the distributed polarizing element 114e.
  • FIGS. 7A and 7B show examples of polarization characteristics of the distributed polarization elements 114a and 114b inserted into the pupil plane 112b inside the imaging optical system 110.
  • FIG. 1002 is the outer periphery of the pupil
  • 9001 is the direction of the transmission polarization axis.
  • the distributed polarizing elements 114a and 114b are sized to cover the entire pupil plane 1002 at least in diameter, and the transmission polarization axis direction 9001 is different at each point of the distributed polarizing elements 114a and 114b.
  • the distributed polarizing elements 114a and 114b in which the transmission polarization axis direction 9001 is distributed in the plane are realized by joining linear polarizers, a photonic crystal, a wire grid polarizer, or a combination of a liquid crystal and a polarizer.
  • the photonic crystal is an optical element having a fine structure having a refractive index different from that of the light wavelength
  • the wire grid polarizer has optical anisotropy by periodically arranging conductive thin wires.
  • FIGS. 8A to 8D show an example in which spatial filters 1000a to 1000d are inserted in the pupil plane instead of the distributed polarization elements 114a to 114d illustrated in FIG.
  • spatial filters 1000a to 1000d having different shapes are installed in the switching mechanism 401 shown in FIG. 5 instead of the plurality of distributed polarizing elements 114a to 114d.
  • reference numeral 1002 denotes an outer periphery of the pupil
  • reference numerals 1003 to 1006 denote light shielding portions.
  • the values of ⁇ and ⁇ of the light shielding unit 1003 in the spatial filter 1000a shown in FIG. 8A and the light shielding unit 1004 in the spatial filter 1000b shown in FIG. 8B are obtained by scattered light simulation or actual measurement. It is determined based on the scattered light intensity distribution.
  • FIGS. 1-10 An example of a method for determining the transmission polarization axis direction 9001 and the values of l or ⁇ and ⁇ of the spatial filter shape will be described with reference to FIGS.
  • the scattered light simulation and terms necessary for determining the transmission polarization axis direction 9001 of the distributed polarization elements 114a to 114d will be described with reference to FIG.
  • the sample 1 is illuminated with a laser as illumination light obliquely from above, and the light scattered from the minute foreign matter or minute defect placed on the sample 1 is the optical element closest to the sample 1 of the imaging optical system.
  • the intensity distribution and the polarization distribution of the scattered light at the surface closest to the sample 1 are calculated.
  • the polarization component parallel to the incident surface is P-polarized light
  • the polarized light perpendicular to the P-polarized light is S-polarized light.
  • the side half of the illumination light incident 700 is referred to as the incident side and the other half is referred to as the exit side in the plane for which the intensity distribution or the polarization distribution is obtained.
  • the scattered light intensity distribution f from a minute defect or a minute foreign matter to be detected with high sensitivity by a scattered light simulation is obtained.
  • s (R, ⁇ ) and the distribution p of the P-polarized component of the scattered light p sp (R, ⁇ ) and S-polarized component distribution p ss (R, ⁇ ), and scattered light intensity distribution f from minute irregularities on the substrate surface f N (R, ⁇ ) and the distribution p of the P-polarized component of the scattered light p Np (R, ⁇ ) and S-polarized component distribution p NS (R, ⁇ ) is obtained.
  • the polarization transmission axis direction distribution h (r, ⁇ ) of the distributed polarization element 114 is the polarization axis distribution that most blocks scattered light from the minute irregularities on the substrate surface, that is, h (r, ⁇ ), or a polarization axis distribution that most transmits scattered light from a minute defect or minute foreign substance, that is, h (r, ⁇ ) that maximizes ⁇ in (Equation 2), or scattered light from minute irregularities on the substrate surface. It is determined as h (r, ⁇ ) that maximizes the polarization axis distribution that blocks and transmits the scattered light from the minute defect or minute foreign substance, that is, ⁇ in (Equation 3).
  • the method of determining the light shielding region g (r, ⁇ ) of the spatial filter is a method of optimizing the light shielding region g (r, ⁇ ) so as to maximize the ⁇ shown in (Equation 4), for example.
  • a spatial filter with a distribution that blocks the area where the scattered light from the micro unevenness on the substrate surface is strong, or a spatial filter that has a distribution that blocks the area where the scattered light from the micro unevenness on the substrate surface is strong is also a method of combining linear polarizers.
  • FIG. 10A to FIG. 10F show an example of the scattered light polarization distribution calculated by the scattered light simulation from the surface irregularities and the microstyrene latex (hereinafter referred to as PSL), which are the fine particles.
  • PSL microstyrene latex
  • Show. 10A shows the distribution of the P-polarized component of the scattered light (illumination wavelength 400 nm) by 30 nm PSL
  • FIG. 10B shows the distribution of the S-polarized component of the scattered light by 30 nm PSL
  • FIG. 10A shows the distribution of the P-polarized component of the scattered light (illumination wavelength 400 nm) by 30 nm PSL
  • FIG. 10B shows the distribution of the S-polarized component of the scattered light by 30 nm PSL
  • FIG. 10C shows the wafer to be inspected.
  • FIG. 10 (d) shows the S-polarized component distribution of the scattered light from the surface unevenness of the wafer 1 to be inspected
  • FIG. 10 (e) shows the scattered light from the PSL.
  • FIG. 10F shows the S-polarized light component distribution of the ratio of the scattered light from the surface irregularities of the wafer 1 to be inspected (hereinafter referred to as S / N)
  • S / N the scattered light by PSL has strong P-polarized light at the outer periphery of the pupil surface on the illumination light incident 700 side and the illumination exit 701 side, and S-polarized light at the outer periphery of the perpendicular pupil surface. I understand that it is strong.
  • the scattered light generated by the surface unevenness of the wafer 1 to be inspected has a strong P-polarized component on the illumination incident 700 side, and the direction of the illumination incident side 700 is ⁇ 45 °. It can be seen that in the direction, P-polarized light and S-polarized light have the same intensity and are 45 ° polarized light.
  • 10C and 10D show that the scattered light generated by the surface irregularities of the wafer 1 to be inspected is weak on the illumination emission 701 side.
  • the S / N calculated from FIGS. 10 (a) to 10 (d) is shown in FIGS. 10 (e) and 10 (f).
  • FIG. 10E shows the S / N of the P-polarized component
  • FIG. 10E shows the S / N of the P-polarized component
  • FIGS. 7A and 7B illustrate the distribution shape of the polarization polarizer 114 in the polarization transmission axis direction 9001, where 1002 indicates the edge of the distribution polarizer, and 9001 indicates the polarization transmission axis direction. ing.
  • the polarization transmission axis direction 9001 for collecting the scattered light from the PSL to the maximum is determined based on the scattered light distribution characteristics shown in FIGS. 10A and 10B. As shown in FIG. 11, the polarization transmission axis direction 9001 is a concentric circle parallel to the outer periphery of the pupil plane.
  • the distribution shape in the polarization transmission axis direction 9001 that transmits a polarized component having a high ratio of the scattered light component from the minute defect or the minute foreign material in the scattered light from the minute unevenness on the surface of the wafer 1 to be inspected is shown in FIG. 10F, for example, a distribution shape in the polarization transmission axis direction 9001 that transmits only the P-polarized light at the outer peripheral portion of the pupil on the illumination emission 701 side.
  • the polarization distribution of the distributed polarizing element inserted into the imaging optical system pupil plane is The distribution shape in the polarization transmission axis direction 9001 shown in FIGS. 7A, 7B and 11 is not limited.
  • An example of the shape of the spatial filters 1000a to 1000d is shown in FIGS. 8 (a) to 8 (d).
  • the diameters d of the spatial filters 1000a to 1000d need only be equal to or larger than the pupil diameter.
  • FIG. 8A shows a spatial filter 1000a having the end of the light shielding portion 1003 in a direction substantially perpendicular to the incident direction 700 of dark field illumination.
  • l ⁇ d / 2 the pupil
  • the spatial filter 1000a shown in FIG. 8A can be used to shield the P-polarized component of the scattered light generated by the minute surface irregularities of the wafer 1 to be inspected shown in FIG.
  • FIG. 8B shows an example of a spatial filter 1000b having a light shielding portion 1004 that shields a fan-shaped region having an azimuth angle ⁇ apex angle ⁇ inside the pupil.
  • the fan-shaped vertex of the light shielding unit 1004 is aligned with the center of the pupil plane (the optical axis 115 of the imaging optical system 110), but the vertex of the light shielding unit 1004 is not necessarily the imaging optical. It does not have to coincide with the optical axis 115 of the system 110.
  • the spatial filter 1000b shown in FIG. 8B is the surface of the wafer to be inspected shown in FIG. It is an example of the spatial filter which light-shields only the P polarization component of the scattered light by a micro unevenness
  • the angle ⁇ is determined by the shape and size of the minute defect or minute foreign object to be observed or the sensitivity required for the measurement, and can be arbitrarily selected between 0 ° ⁇ ⁇ 360 °.
  • a spatial filter 1000c having an island-shaped light shielding portion 1005 in the pupil may be used.
  • a spatial filter 1000d having a light shielding portion 1006 having a shape obtained by combining a plurality of the spatial filters 1000a to 1000c shown in FIGS. 8A to 8C may be used.
  • a light shielding plate such as a metal plate having a black matte surface treatment, a combination of a polarizing element and a liquid crystal, or a digital mirror array Consists of. Any one of the distributed polarization elements 114a to 114d inserted into the pupil plane 112b and any one of the spatial filters 1000a to 1000d may be formed on the same substrate.
  • An example of the composite filter 1200 is shown in FIG. As shown. In the composite filter 1200 shown in FIG.
  • reference numeral 115 denotes an optical axis of the imaging optical system 110
  • 1001 denotes a light shielding portion
  • 9001 denotes a transmission polarization axis direction.
  • any one of the distributed polarizing elements 114a to 114d inserted into the pupil plane 112b and any one of the spatial filters 1000a to 1000d may be used at the same time, and an example thereof is shown as a composite filter 1201 in FIG.
  • reference numeral 115 denotes an optical axis of the imaging optical meter 110
  • 1001 denotes a light shielding portion
  • 9001 denotes a transmission polarization axis direction. Since the intensity distribution of the scattered light differs depending on the optical properties such as the shape, size, refractive index and the like of the minute foreign matter or minute defect to be detected, the light shielding characteristics of the spatial filter inserted into the imaging optical system pupil plane 112b are shown in FIG.
  • the shape is not limited to a) to FIG. 8 (d).
  • the spatial filter only needs to have a shape that shields the scattered light component in accordance with the distribution characteristics of the scattered light due to the minute unevenness of the surface of the wafer 1 to be inspected.
  • the operation in the configuration of the defect observation apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the sample 1 is transferred onto the sample holder 2 in the vacuum chamber 4 through a load lock chamber (not shown). Then, the sample 1 is moved into the field of view of the optical microscope 14 under the control of the stage 3. At this time, there is a possibility that the sample 1 is deviated from the focal position of the optical microscope.
  • the objective lens 105 and the mirror 104 are moved in the Z direction using the height control mechanism 106 so that the sample 1 is set at the focal position of the optical microscope 14. .
  • a method of determining the amount of movement in the Z direction will be described later.
  • wafer alignment for aligning the reference position of the wafer 1 with the reference of the stage 3 must be performed. This wafer alignment is performed using a bright field observation image.
  • illumination light is emitted from the bright field illumination 109, reflected by the half mirror 108, and irradiated onto the sample 1 using the objective lens 105.
  • the reflected light from the sample 1 passes through the imaging optical system 110 and forms an image on the solid-state imaging device 111.
  • the bright field light source 109 is, for example, a lamp.
  • the filter 114 inserted into the imaging optical system 110 is switched to a parallel plate glass having the same thickness.
  • the defect is moved into the field of view of the optical microscope 14 in accordance with the position information of the defect detected by the defect inspection apparatus, and a defect image is acquired by the dark field observation method of the optical microscope 14.
  • a defect image is acquired by the dark field observation method of the optical microscope 14.
  • the dark field observation method will be described.
  • illumination light is emitted from the illumination unit 101.
  • the illumination light may be laser light or lamp light, but it is desirable to use laser light because laser light can increase illuminance.
  • the surface of the sample 1 at the focal position is irradiated.
  • the light scattered by the sample 1 is collected by the objective lens 105, guided to the imaging optical system 110, imaged at the imaging position of the solid-state imaging device 111, converted into an electrical signal by the solid-state imaging device 111, It is sent to the control system 10.
  • the image acquired by the dark field detection method of the optical microscope 14 is accumulated in the control system 10 as a gray image or a color image.
  • the center position of the visual field range 302 of the SEM 5 and the positional shift amounts 304a and 304b of the defect 302 are calculated, and the shift amounts are registered as coordinate correction values.
  • the sample 1 is moved on the stage 3 so that the defect 303 enters the field of view 302 of the SEM 5 using the coordinate correction value, and observed with the SEM 5.
  • the image of the observed defect is transmitted to the control system 10, and processing such as display on the user interface 11, registration in the database 12, and automatic defect classification is performed.
  • the flow of defect observation will be described with reference to FIG.
  • the sample 1 is aligned (6001). This is performed by the method described above by bright field observation with the optical microscope 14.
  • the stage 3 is moved so that the defect to be observed on the sample 1 enters the field of view of the optical microscope 14 using the position information of the defect detected in advance by another defect inspection apparatus (6002).
  • the objective lens 105 is moved by the height control mechanism 106 to perform focusing (6003). If a defect is searched from the image acquired by the optical microscope 14 and the solid-state imaging device 111 (6004) and a defect is detected (6005-YES), the defect detection position by the optical microscope 14 and other defect inspection devices in advance. Using the position information of the defect detected in advance by another defect inspection apparatus, the amount of deviation of the visual field position of the SEM 5 with respect to the defect is calculated from the difference from the position information of the detected defect. (6006).
  • the position information of the defect detected in advance by the other defect inspection apparatus is corrected (6007), and the defect whose position information is corrected is moved to the field of view of the SEM 5 for observation. (6008).
  • the observed information is sent to the control system 10 and registered in the database 11.
  • a representative number of them are extracted and obtained by detecting the extracted defects with the position information detected in advance by another defect inspection apparatus and the optical microscope 14.
  • the amount of deviation between the position of the defect detected in advance by another defect inspection apparatus and the visual field position of the SEM 5 is obtained from the position information of each defect.
  • the positional information obtained by detecting in advance by another defect inspection apparatus is also corrected for defects that are not detected by the optical microscope 14 other than the representative few points.
  • the defect information is not necessary (6009-NO)
  • the observation is ended (60010)
  • the observation is necessary (6009-YES)
  • the defect position information to be observed is acquired, and the above-described optical microscope 14 is obtained.
  • the process proceeds.
  • the defect cannot be detected by the above-described defect detection procedure (6005-NO)
  • it is considered that the defect is outside the field of view of the optical microscope 14, and therefore, even if the periphery of the field of view of the optical microscope 14 is searched. Good.
  • the sample 1 When searching for the peripheral portion (6012-YES), the sample 1 is moved by an amount corresponding to the visual field (6011), and processing is performed from the above-described defect detection procedure. Further, when the vicinity search is not performed (6012-NO), the process proceeds according to the procedure. There is also a method in which the defect position correction amount for each defect is calculated in advance and registered in the database, and after the calculation of the position correction amounts for a plurality of defects or all the defects is completed, inspection is performed by the SEM 5. Next, a method for calculating the Z position will be described with reference to FIG. FIG.
  • the Z sensors 4 and 6 which includes a light source 701, a condenser lens 702, a slit 703, a light projection lens 704, a light reception lens 705, and a detector 706.
  • the illumination light source is, for example, a laser oscillator or a lamp
  • the detector 705 is, for example, a CCD camera or a CCD linear sensor. The operation of the Z sensors 4 and 6 will be described.
  • Light emitted from the illumination light source 701 is applied to the slit 703 by the illumination condenser lens 702 and condensed on the surface of the sample 1 by the light projection lens 704.
  • the light reflected by the sample 1 passes through the light receiving lens 705 and is collected on the detector 706.
  • the Z position calculation method first, the light detection position of the detector 706 when the sample 1 is at the reference height is stored. Next, when the height changes, the position of light detection in the detector 706 changes. Therefore, by measuring the relationship between the amount of movement of the light detection position and the height change of the sample 1 in advance, The height of the sample 1 can be calculated from the change.
  • the case where observation is performed using an SEM is described as an example.
  • other electron microscopes such as STEM, microfabrication equipment using a focused ion beam, and analysis equipment using an X-ray analyzer
  • the present invention can be applied to a method and an apparatus that enable more detailed observation than the optical observation method. Another method for calculating the Z position will be described with reference to FIG. FIG.
  • This method uses an image acquired with an optical microscope.
  • the objective lens is moved to the lowest point (the point where the objective lens is closest to the sample) using the Z control mechanism 105 (1101).
  • an image is acquired by the detector 108 and sent to the control system 10 (1102).
  • the objective lens 104 is moved upward by the Z control mechanism 105 (1103).
  • one stage relates to the resolution of Z position detection, and is desirably 1/2 or less of the focal depth of the objective lens 104.
  • the optical microscope 14 includes a dark field illumination unit 101, an incident mirror 102, a mirror 104, an objective lens 105, a height control mechanism 106, an imaging optical system 110, a solid-state imaging device 111, an objective lens rotation mechanism 117, and a liquid crystal control device 118. It is configured.
  • the imaging optical system 110 includes only the imaging lens 116, and the distributed polarization element 114 is fixed to the pupil plane 112a of the objective lens 105.
  • the lens system for taking out the pupil plane 112a of the objective lens 105 to the outside of the objective lens, the half mirror 108, and the bright field illumination 109 are omitted, and the configuration becomes simple.
  • a mechanism 117 that rotates the objective lens 105 around the central axis of the objective lens 105 may be provided to adjust the angle of the distributed polarization element 114.
  • the rotation mechanism 117 is connected to the control system 10.
  • the optical microscope 14 includes a dark field illumination unit 101, an epi-illumination mirror 102, a mirror 104, an objective lens 105, a height control mechanism 106, an imaging optical system 110, a solid-state imaging device 111, a liquid crystal control device 118, and a polarizing plate 119. ing.
  • the imaging optical system 110 includes an imaging lens 116, and a liquid crystal element is fixed to the pupil plane 112a of the objective lens 105 as the distributed polarization element 114. In this case, as shown in FIG.
  • the transmission polarization axis of the distributed polarizing element can be controlled by a combination of the liquid crystal control device 118 provided outside the objective lens and the polarizing plate 119, and the polarization characteristic of the liquid crystal is made non-polarized.
  • Bright field observation is possible, and there is an advantage that high sensitivity dark field observation is possible by providing polarization characteristics.
  • the liquid crystal control device 118 is connected to the control device 10. In this case, there is an advantage that the objective lens rotating mechanism 117 can be omitted. In order to perform bright field observation, the half mirror 108 and the bright field illumination 109 are used. (Second Embodiment) Next, a second embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the half mirror 108 and the bright field illumination 109 are not arranged. Therefore, there exists an advantage which becomes a simple structure shown in FIG.
  • components having the same numbers as those in FIG. 1 have the same functions as those described with reference to FIG. 1.
  • focusing of the optical microscope 14 is performed using the Z sensor 7 or image processing based on the dark field image acquired by the optical microscope 14 described above.
  • the optical microscope 14 may be configured to fix the distributed polarization element 114 to the pupil plane 112a of the objective lens 105 as shown in FIG. (Third embodiment)
  • FIG. (Third embodiment) A third embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the Z sensor 7, the half mirror 108, and the bright field illumination 109 of the microscope 14 are not arranged. Therefore, there is an advantage that a simple configuration shown in FIG. 19 is obtained and a space for installing an objective lens having a larger numerical aperture is secured for the objective lens 105.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same functions as those described with reference to FIG.
  • focusing of the optical microscope 14 is performed by using the Z sensor 4 or image processing based on the dark field image acquired by the optical microscope 14 described above.
  • the optical microscope 14 may be configured to fix the distributed polarization element 114 to the pupil plane 112a of the objective lens 105 as shown in FIG.
  • FIG. 20 A fourth embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the Z sensor 7 of the microscope 14 is not arranged. Therefore, there is an advantage that a simple configuration shown in FIG. 20 is obtained and a space for installing an objective lens having a larger numerical aperture is secured for the objective lens 105.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same functions as those described with reference to FIG.
  • the focusing of the optical microscope 14 is performed by image processing based on the bright field image or dark field image acquired by the optical microscope 14 described above.
  • the optical microscope 14 may be configured to fix the distributed polarization element 114 to the pupil plane 112a of the objective lens 105 as shown in FIG.

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Abstract

　光学式欠陥検査装置または光学式外観検査装置で検出した欠陥を観察する電子顕微鏡５において、欠陥を再検出する光学顕微鏡１４を搭載し、この光学顕微鏡１４で暗視野観察する際に瞳面に分布偏光素子及び空間フィルタを挿入する構成とする。

Description

欠陥検出方法の高感度化
　本発明は半導体ウェハ表面又は磁気ディスク表面の欠陥を検査する装置に関し、特に、半導体パターン無しベアウェハ、若しくは半導体パターン無し膜付ウェハ等の表面、またはディスクの表面の欠陥等を検査するのに好適な欠陥検査装置に関する。
　例えば、半導体デバイスの製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物又はショートや断線などのパターン欠陥（以下、欠陥と記述するが異物やパターン欠陥を含むものとする）が存在すると、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、ウェハ上に形成する回路パターンの微細化に伴い、より微細な欠陥がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊原因にもなる。これらの欠陥は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置の内部で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど、種々の原因により種々の状態で混入される。このため、製造工程中で発生した欠陥を検出し、欠陥の発生源をいち早く突き止め、不良の作り込みを食い止めることが半導体デバイスを量産する上で重要になる。
　従来、欠陥の発生原因を追究する方法には、まず、欠陥検査装置で欠陥位置を特定し、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）等で該欠陥を詳細に観察及び分類し、データベースと比較して欠陥の発生原因を推定する方法があった。
　ここで、欠陥検査装置とは、半導体基板の表面をレーザーで照明し、欠陥からの散乱光を暗視野観察して欠陥の位置を特定する光学式欠陥検査装置や、ランプ又はレーザー、または電子線を照射して、半導体基板の明視野光学像を検出して、これを参照情報と比較することにより半導体基板上の欠陥位置を特定する光学式外観検査装置やＳＥＭ式検査装置である。この様な観察方法に関しては、特許文献１（特開平７−２７０１４４号公報）又は特許文献２（特開２０００−３５２６９７号公報）に開示されている。
　また、ＳＥＭで欠陥を詳細に観察する装置に関しては、特許文献３（米国特許第６４０７３７３号公報）、特許文献４（特開２００７−７１８０３号公報）及び特許文献５（特開２００７−２３５０２３号公報）にそれぞれ、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いてＳＥＭ式の欠陥検査装置に装着された光学顕微鏡で試料上の位置を検出して他の検査装置で検出して得た欠陥の位置情報を修正した上でＳＥＭ式の欠陥観察装置で欠陥を詳細に観察（レビュー）する方法およびその装置、並びにＳＥＭ式の欠陥観察装置で欠陥を観察するときに、試料表面の高さを光学的に検出して試料表面をＳＥＭの焦点位置に合わせる事が記載されている。
　光学式の欠陥検査装置を用いて半導体基板表面の欠陥を検出する場合、検査のスループットを上げるために、半導体基板表面を暗視野照明するためのレーザビームのスポットサイズを大きくして半導体基板表面を走査して照射している。このため、半導体基板表面を走査するレーザビームスポットの位置から求める位置座標の精度は、大きな誤差成分を含んでしまう。
　このような大きな誤差成分を含んだ欠陥の位置情報に基づいてＳＥＭを用いて欠陥を詳細に観察しようとすると、光学式の欠陥検査装置よりも遥かに高い倍率で観察するＳＥＭの視野の中に、観察したい欠陥が入らない場合がある。このような場合、ＳＥＭの視野内に見たい欠陥の画像を入れるために、ＳＥＭの視野内を移動させながら欠陥を探すことになるが、そのための時間がかかってしまい、ＳＥＭ観察のスループットが低下する原因になってしまう。
　そこで、本発明の目的は、光学式の欠陥検査装置又は光学式外観検査装置で検出した欠陥をＳＥＭを用いて詳細に観察する場合において、光学式の欠陥検査装置又は光学式外観検査装置で検出した微細欠陥を高感度で検出し、確実にＳＥＭの観察視野内に入れることができ、かつ、装置規模を小さくできる欠陥観察装置を提供することにある。
　上記目標を達成する為に、本発明では、光学式顕微鏡手段と、ＳＥＭ観察手段と、試料を載置して光学式顕微鏡手段とＳＥＭ観察手段との間を移動可能なステージ手段とを備えて、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いてこの欠陥を観察する欠陥観察装置において、光学系手段は他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて暗視野照明により欠陥を検出する暗視野照明光学系を備え、この暗視野照明光学系を、試料を偏光照明する偏光照明部と、この偏光照明部により偏光照明された試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させて検出する検出光学系部とを備えて構成した。
　また、上記目標を達成する為に、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて欠陥の位置を光学式顕微鏡で検出して他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正し、この位置情報を修正した欠陥をＳＥＭで観察する欠陥観察方法において、光学式顕微鏡は他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて偏光光を暗視野照明し、この偏光光を暗視野照明された試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させて検出することにより他の検査装置で検出した試料上の欠陥を検出することを特徴とする。
　本発明によれば光学式欠陥検査装置で検出した欠陥をＳＥＭ等で詳細に観察する場合において、観察対象の欠陥を確実にＳＥＭ等の観察視野内に入れることができるようになり、ＳＥＭ等を用いた欠陥の詳細検査のスループットをあげることができる。また、装置を安価かつ小規模で構成することができる。
　図１は、本発明の第１の実施形態における表面検査装置の構成の一例を示す図である。
　図２は、本発明の第１の実施形態において、暗視野照明ユニットの詳細を示す図である。
　図３は、本発明の第１の実施形態において、光学式高さ検出装置の詳細を示す図である。
　図４は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡の詳細を示す図である。
　図５は、本発明の第１の実施形態において、分布偏光素子を切り替える機構の詳細を示す図である。
　図６は、本発明の第１の実施形態において、分布偏光素子を切り替える機構の別の例を詳細に示す図である。
　図７は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡瞳面に挿入される分布偏光素子の透過軸の分布方向の例を示した図である。
　図８は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡瞳面に挿入される空間フィルタの形状の例を示す図である。
　図９は、本発明の第１の実施形態において、分布偏光素子および空間フィルタの光学特性を決定する為に行った散乱光シミュレーションの説明をする図である。
　図１０は、本発明の第１の実施形態において、分布偏光素子および空間フィルタの光学特性を決定する為に行った散乱光シミュレーション結果の例を示す図である。
　図１１は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡瞳面に挿入される分布偏光素子の透過軸の分布方向の例を示した図である。
　図１２は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡瞳面に挿入される、分布偏光素子と空間フィルタを一基板上に形成した例を示す図である。
　図１３は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡の暗視野観察で取得された欠陥の位置ずれ量算出画像を示す図である。
　図１４は、本発明の第１の実施形態において、欠陥観察の手順を示す図である。
　図１５は、本発明の第３及び第４の実施形態において、Ｚ位置算出の手順を示す図である。
　図１６は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡の第二の構成例の詳細を示す図である。
　図１７は、本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡の第三の構成例の詳細を示す図である。
　図１８は、本発明の第２の実施形態における、表面検査装置の構成の一例を示す図である。
　図１９は、本発明の第３の実施形態における、表面検査装置の構成の一例を示す図である。
　図２０は、本発明の第４の実施形態における、表面検査装置の構成の一例を示す図である。
　１・・・試料
　２・・・試料ホルダ
　３・・・ステージ
　４・・・光学式高さ検出装置
　５・・・電子顕微鏡
　６・・・真空槽
　７・・・光学式高さ検出装置
　１０・・・制御システム
　１１・・・ユーザーインターフェース
　１４・・・光学顕微鏡
　１０１・・・暗視野照明ユニット
　１０２・・・落射ミラー
　１０４・・・ミラー
　１０５・・・対物レンズ
　１０６・・・高さ制御機構
　１０８・・・ハーフミラー
　１０９・・・明視野照明
　１１０・・・結像光学系
　１１１・・・固体撮像素子
　１１３・・・レンズ群
　１１４・・・分布偏光素子
　１１６・・・結像レンズ
　１１７・・・対物レンズ回転機構
　１１８・・・液晶制御装置
　５０１・・・照明光源
　５０２・・・光学フィルタ
　５０３・・・波長板
　５０７・・・レンズ群
　７０１・・・光源
　７０２・・・集光レンズ
　７０３・・・スリット
　７０４・・・投光レンズ
　７０５・・・受光レンズ
　７０６・・・検出器
　４０１・・・フィルタ切り替え機構
　４０２・・・ホルダ
　４０５・・・分布偏光素子ホルダ
　以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
　図１に、本発明の実施の形態における欠陥検出装置の構成の一例を示す。本実施形態の欠陥検出装置は、半導体デバイス等の基板（ウェハ）上に回路パターンを形成するデバイス製造工程において、製造工程中に発生する欠陥を観察する装置であって、被検査対象のウェハ１、この試料を搭載する試料ホルダ２、この試料ホルダ２を移動させて試料１の全面を顕微鏡の下に移動可能なステージ３、被検査ウェハ１を詳細観察する観察する電子顕微鏡（以下ＳＥＭと記述）５、電子顕微鏡５の焦点を試料１の表面に合わせる為の光学式高さ検出システム（以下Ｚセンサと記述）４、試料１の欠陥を光学的に再検出して試料１上の欠陥の詳細位置情報を取得する光学顕微鏡１４、光学顕微鏡１４の焦点を合わせる為のＺセンサ７、電子顕微鏡５と光学顕微鏡１４の対物レンズ１０５を収納する真空漕６、電子顕微鏡５およびＺセンサ４およびＺセンサ７および高さ制御機構１０６および固体撮像素子１１１を制御する制御部１０、ユーザーインターフェース１１、データベース１２、光学式欠陥検査装置等の上位システムへ接続するネットワーク１３で構成されている。
　さらに、光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、暗視野照明ユニット１０１より出射されたレーザーを真空槽へ導きかつ試料１表面上での照明位置を制御する落射ミラー１０２、真空封し窓１０３、ミラー１０４、試料１よりの散乱光を採光するまたは明視野観察をする為の対物レンズ１０５、対物レンズの高さ制御機構１０６、真空封し窓１０７、明視野観察に必要な照明を導入するハーフミラー１０８、明視野光源１０９、試料１の像を固体撮像素子へ結像させる結像光学系１１０、固体撮像素子１１１、分布偏光素子および空間フィルタ切り替え機構４０１（図５参照）を備えて構成されている。また、ステージ３、Ｚセンサ４および７、ＳＥＭ５、ユーザーインターフェース１１、データベース１２、高さ制御機構１０６、固体撮像素子１１１は制御システム１０と接続され、制御システム１０はネットワーク１３を介して上位のシステム（図示せず）と接続されている。
　以上のように構成される欠陥観察装置において、特に、光学顕微鏡１４は光学式欠陥検査装置（図示せず）で検出された試料１上の欠陥の位置を光学式欠陥検査装置で検出した欠陥の位置情報を用いて再検出（以下検出と記述）する機能を有し、高さ制御機構１０６とＺセンサ７は試料焦点合わせを行う焦点合わせ手段としての機能を有し、制御システム１０は顕微鏡１４で検出された欠陥の位置情報に基づいて欠陥の位置情報を補正する位置補正手段としての機能を有し、ＳＥＭ５は制御システム１０で位置情報を補正された欠陥を観察する機能を有する構成となっている。ステージ３は、被検査ウェハ１を載置して、光学顕微鏡１４で検出した欠陥がＳＥＭ５で観察できるように、光学顕微鏡１４とＳＥＭ５との間を移動する。
　対物レンズ１０５及び高さ制御機構１０６は真空漕６内に設置されている。高さ制御機構１０６の構成としては、例えばピエゾ素子を用いて移動させる構成、又は、ステッピングモータとボールネジを用いてリニアガイドに沿ってＺ方向（結像光学系１１０の光軸１１５に沿った方向）へ移動させる構成、又は、超音波モータとボールネジを用いてリニアガイドに沿ってＺ方向へ移動させる構成などを用いることが出来る。
　落射ミラー１０２は、図１に示すように照明光源１０１より射出された光を真空漕６に導く為に用いる。なお、落射ミラー１０２は、試料１表面上の照明位置を制御する為に、図示したミラーの長手方向に沿った軸周りと図面に垂直な軸周りの二軸で回転する機構を有してもよい。
　以下、各部の詳細を図２~図２０を用いて説明する。
　図２は、暗視野照明ユニット１０１の詳細を示す。暗視野照明ユニット１０１は、例えば可視光レーザーや紫外光レーザーや真空紫外光レーザーを出射する照明光源５０１、照明光の強度を調整する光学フィルタ５０２、照明光の偏光方向を調整する波長板５０３、照明光を試料１に絞るレンズ群５０７で構成されている。レンズ群５０７は、平凹レンズ５０４、アクロマートレンズ５０５、シリンドリカルレンズ５０６で構成されている。レンズ焦点距離の選択とレンズ間隔の調整により、試料１表面における照明領域を光学顕微鏡視１４の視野全域から回折限界まで制御可能な機構であり、シリンドリカルレンズにより斜方照明であるが円形の照射領域が実現可能である。
　照明光源５０１は、レーザー発振器である。レーザー発振器は例えば４０５ｎｍや４８８ｎｍ、５３２ｎｍの可視光（４００ｎｍ−８００ｎｍ）、または４００ｎｍ以下の紫外光、または２００ｎｍ以下の真空紫外光を発振するものであり、連続発振レーザーやパルス発振レーザーのどちらでも使用可能である。これらの選択方法としては、連続発振レーザーを用いると安価で安定し、小型の装置が実現可能である。照明光源５０１の波長は上記の波長に限るものではない。感度が必要な場合は紫外光を用い、その場合は対物レンズ１０５、真空封し窓１０７、ハーフミラー１０８、結像光学系１１０が合成石英等の紫外領域対応光学素子または反射型光学素子となる。さらに感度が必要な場合は真空紫外光を用い、その場合は対物レンズ１０５、真空封し窓１０７、ハーフミラー１０８、結像光学系１１０が融解石英等の真空紫外領域対応光学素子または反射型光学素子となり、さらに顕微鏡１４における光路全体が、真空紫外線が伝播と共に吸収されることを防ぐ為に真空中または例えば窒素ガス雰囲気中に設置される。真空紫外線を伝播させることが目的なので、充満させる気体は窒素に限らない。
　試料１の照射には、試料１が鏡面ウェハである場合はＰ偏光したレーザー光を用い、試料１の表面が金属薄膜で覆われている場合はＳ偏光したレーザー光を用いる。Ｐ偏光又はＳ偏光の直線偏光を用いるのは、より散乱光を効率よく観測し、Ｓ／Ｎのよい観測を実現する為である。すなわち、鏡面ウェハを観察する場合にＳ偏光では散乱能が悪くなり絶対的な散乱光量が減少してしまい効率が悪くなるためにＰ偏光照明が適しており、一方、金属薄膜等を観測する場合にＰ偏光照明をすると基板よりの散乱光が強くなり微小欠陥または微小異物を観測できなくなるためにＳ偏光照明が適している。
　また、基板よりの散乱光を抑制するために、基板表面に対して１０°程度の低仰角で照明することとする。ミラー１０４は対物レンズ１０５が上下動した際にも対物レンズ１０５視野内を照明可能なように対物レンズと共に可動する機構（図示せず）を有する。または、ミラー１０４は対物レンズ１０５視野内の照明位置を変えられるように独立して可動な機構（図示せず）を有していても良い。
　図３は、Ｚセンサ４または７を示す。Ｚセンサ４または７は、高さ測定光を出射する光源７０１、スリット７０３、照明７０１より出射された高さ測定光をスリット７０３へ集光する集光レンズ７０２、高さ測定光としてスリット７０３を透過した光の像（スリット７０３の像）を試料１の表面に結像させる結像レンズ７０４、試料１で反射してきた高さ測定光を集光する集光レンズ７０５、集光レンズ７０５で集光された高さ測定光を検出して電気信号へ変換する検出器７０６を備えて構成されている。検出器７０６で電気信号へ変換された高さ測定光の情報は制御システム１０へ送られ高さが算出される。尚、検出器７０６としては、二次元ＣＣＤ又はラインセンサ、２分割又は４分割のポジションセンサを用いる。
　図４は、光学顕微鏡１４の詳細構成を示す。光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、落射ミラー１０２、ミラー１０４、対物レンズ１０５、高さ制御機構１０６、ハーフミラー１０８、明視野光源１０９、結像光学系１１０、固体撮像素子１１１を備えて構成される。結像光学系１１０は、対物レンズ１０５の瞳面１１２ａを取り出すレンズ１１３ａ、像を結像させるレンズ１１３ｂ、取り出した瞳面１１２ｂに挿入するフィルタ部１１４を備えて構成される。フィルタ部１１４の例としては分布偏光素子がある。本実施例においては、フィルタ部１１４に特性の異なるを分布偏光素子をホルダ４０１で複数保持して（図５に示した例では１１４ａから１１４ｄの４種類）瞳面１１２ｂに挿入する分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを切り換えることが可能な構成としている。また、高さ制御機構１０６、固体撮像素子１１１は制御システム１０と接続されている。
　レンズ１１３ａは対物レンズ１０５の瞳面を外部へ引き出して結像光学系１１０の内部に形成する為に用い、ホルダ４０２を駆動して、結像光学系１１０の内部に取り出した瞳面上にホルダ４０２で保持する複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの中から選択した分布偏光素子を挿入する。ホルダ４０２は、分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの代わりに、空間フィルタまたは空間フィルタと同一基板上に形成された分布偏光素子を挿入しても良い。レンズ１１３ａ及びレンズ１１３ｂは二つ一組で、試料１の像を固体撮像素子１１１の検出面上へ結像させる。
　ハーフミラー１０８の反射と透過の比率は任意でよい。ただし、明視野光源１０９の光強度が十分確保される場合は、欠陥からの散乱光をより多く結像光学系１１０及び固体撮像素子１１１へ導く構成とする方がよりよい。
　明視野光源１０９はランプ、又はレーザーを用いることができる。レーザーを用いる場合はハーフミラー１０８をダイクロイックミラーへ交換することにより、照明を明るくし、より多くの散乱光を固体撮像素子１１１へ導くことができる。または、暗視野観察をする際には、ハーフミラー１０８を結像光学系１１０及び対物レンズ１０５の光軸１１５から外す機構（図示せず）を有してもよい。その場合はより多くの散乱光を固体撮像素子１１１へ導ける利点がある。
　図５は、対物レンズ１０５の瞳面１１２ｂに挿入された分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを結像光学系１１０の光軸１１５上で切り替える機構４０１を示す。機構４０１は特性の異なる複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを配置するホルダ４０２、ホルダ４０２を回転させる軸ための回転駆動部４０３を備えて構成される。ホルダ４０２は、検出する微小欠陥の種類に応じて複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄのうちの何れかに切り替える機構である。一方、明視野観察をする場合には、取得画像が乱れることを回避する為にホルダ４０２の位置を分布偏光素子１１４ａから１１４ｄが設置されていない場所に設定して観察する。又は、ホルダ４０２に分布偏光素子１１４ａから１１４ｄと同厚の平行平板ガラスを設置した場所へ切り替える。分布偏光素子１１４ａから１１４ｄと同厚の平行平板ガラスを設置するのは、分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを外すと光路長が変化して固体撮像素子１１１に試料１の像が結像しなくなることを回避するためである。又は、平行平板ガラスを設置せず、像を結像させるレンズ１１３ｂ又は固体撮像措置１１１の位置を調整し、固体撮像素子１１１に結像させる機構を用いても良い。
　図５に示した実施例では、特性の異なる複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄをホルダ４０２に設置した場合について説明したが、複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの代わりに特性の異なる複数の空間フィルタをホルダ４０２に設置してそれらを切り換えて用いるようにしても良い。空間フィルタをホルダ４０２に設置する場合で明視野観察する場合には、取得画像が乱れることを回避する為にホルダ４０２の位置を空間フィルタが設置されていない場所に設定して観察する。又は、ホルダ４０２に空間フィルタと同厚の平行平板ガラスを設置した場所へ切り替える。又は、又は、平行平板ガラスを設置せず、像を結像させるレンズ１１３ｂ又は固体撮像措置１１１の位置を調整し、固体撮像素子１１１に結像させる機構を用いても良い。
　図６は、分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを出し入れする機構の別の実施形態を示す。機構４１０は、分布偏光素子ホルダ４０５がスライドし分布偏光素子１１４ｅを結像光学系１１０の光軸１１５より出し入れする機構である。図６では分布偏光素子１１４ｅが１つの場合について示しているが、複数であっても良い。また、この実施形態においても分布偏光素子１１４ｅの代わりに空間フィルタを用いても良い。また、分布偏光素子１１４と空間フィルタを組み合わせて用いてもよい。
　図７（ａ）及び（ｂ）は、結像光学系１１０内部の瞳面１１２ｂに挿入する分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂの偏光特性の例を示す。１００２は瞳外周であり９００１は透過偏光軸方向である。分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂは、その直径が最低でも瞳面１００２全体を覆う大きさであり、分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂの各点で透過偏光軸方向９００１が異なっている。
　面内で透過偏光軸方向９００１が分布する分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂは、直線偏光子のつなぎ合わせ、又はフォトニック結晶、又はワイヤーグリッドポラライザ、又は液晶と偏光子の組み合わせによって実現される。ここで、フォトニック結晶とは光の波長以下の周期で屈折率が異なる微細構造よりなる光学素子であり、ワイヤーグリドポラライザとは導電性細線を周期的に配列して光学的異方性を持たせた偏光素子である。
　図８（ａ）乃至（ｄ）に、フィルタ１１４として図５に例示した分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの代わりに空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄを瞳面に挿入する場合の例を示す。この例においては、図５に示した切替機構４０１に、複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの代わりに形状の異なる空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄを設置する。図８（ａ）乃至（ｄ）において、１００２が瞳外周、１００３乃至１００６が遮光部である。
　図８（ａ）に示した空間フィルタ１０００ａにおける遮光部１００３の１、及び図８（ｂ）に示した空間フィルタ１０００ｂにおける遮光部１００４のθ及びφの値は、散乱光シミュレーションあるいは実測によって求められる散乱光強度分布を基にして決定する。
　透過偏光軸方向９００１および空間フィルタ形状のｌまたはθ及びφの値の決定方法の一例を、図９及び図１０を用いて説明する。
　初めに、分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの透過偏光軸方向９００１を決定する上で必要となる散乱光シミュレーションと用語を図９を用いて説明する。散乱光シミュレーションは、試料１に斜め上方より照明光であるレーザーを照明し、試料１上に置かれた微小異物または微小欠陥より散乱された光を結像光学系の試料１に最も近い光学素子の試料１に最も近い表面での、散乱光の強度分布と偏光分布を計算するというものである。散乱光の偏光は、入射面と平行な偏光成分をＰ偏光とし、Ｐ偏光と垂直方向の偏光をＳ偏光とする。また、以降、強度分布または偏光分布を求めた面の中で、照明光入射７００の側半分を入射側、残り半分を射出側と呼ぶ。
　次に分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの偏光透過軸分布ｈ（ｒ，θ）および空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの遮光領域ｇ（ｒ，θ）を決定する方法について述べる。
　初めに、散乱光シミュレーションによって高感度で検出したい微小欠陥または微小異物よりの散乱光強度分布ｆｓ（ｒ，θ）及び散乱光のＰ偏光成分の分布ｐｓｐ（ｒ，θ）とＳ偏光成分の分布ｐｓｓ（ｒ，θ）、および基板表面の微小凹凸よりの散乱光強度分布ｆＮ（ｒ，θ）及び散乱光のＰ偏光成分の分布ｐＮｐ（ｒ，θ）とＳ偏光成分の分布ｐＮＳ（ｒ，θ）、を求める。
　分布偏光素子１１４の偏光透過軸方向分布ｈ（ｒ，θ）は、基板表面の微小凹凸よりの散乱光を最も遮断する偏光軸分布、すなわち（数１）のΠを最小化するｈ（ｒ，θ）、または微小欠陥または微小異物よりの散乱光を最も透過させる偏光軸分布、すなわち（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）、または基板表面の微小凹凸よりの散乱光を遮断し微小欠陥または微小異物よりの散乱光を透過させる偏光軸分布、すなわち（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）として決定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　一方、空間フィルタの遮光領域ｇ（ｒ，θ）を決定する方法は、例えば（数４）に示したΨを最大化するように遮光領域ｇ（ｒ，θ）を最適化するという方法である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　より簡単に、基板表面の微小凹凸よりの散乱光が強い領域を遮光する分布をもつ空間フィルタとする方法、または基板表面の微小凹凸よりの散乱光が強い領域を遮光する分布をもつ空間フィルタと直線偏光子を組み合わせる方法もある。
　次に分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの偏光透過軸方向分布及び空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの遮光特性の決定方法について、散乱光シミュレーション結果の例を挙げて具体的に説明する。
　図１０（ａ）乃至（ｆ）に散乱光シミュレーションによって算出された、被検査ウェハ１の表面の微小凹凸及び微小粒子であるｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ　ｌａｔｅｘ（以降、ＰＳＬと記述）よりの散乱光偏光分布の一例を示す。
　図１０（ａ）は３０ｎｍＰＳＬによる散乱光（照明波長４００ｎｍ）のＰ偏光成分の分布を、図１０（ｂ）は３０ｎｍＰＳＬによる散乱光のＳ偏光成分の分布を、図１０（ｃ）は被検査ウェハ１の表面凹凸よりの散乱光のＰ偏光成分分布を、図１０（ｄ）は被検査ウェハ１の表面凹凸よりの散乱光のＳ偏光成分分布を、図１０（ｅ）はＰＳＬよりの散乱光と被検査ウェハ１の表面凹凸よりの散乱光の比（以降、Ｓ／Ｎと記述）のＰ偏光成分分布を、図１０（ｆ）はＳ／ＮのＳ偏光成分分布を示す。
　図１０（ａ）及び図１０（ｂ）より、ＰＳＬによる散乱光は照明光入射７００側と照明射出７０１側の瞳面外周部でＰ偏光が強く、その直角方向瞳面外周部でＳ偏光が強いことがわかる。一方、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）より、被検査ウェハ１の表面凹凸により発生する散乱光は、照明入射７００の側ではＰ偏光成分が強く、照明入射側７００の方向±４５°方向ではＰ偏光とＳ偏光が同強度であり４５°偏光であることがわかる。また、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）より照明射出７０１側においては被検査ウェハ１の表面凹凸により発生する散乱光は微弱であることがわかる。
　図１０（ａ）ないし図１０（ｄ）より算出したＳ／Ｎを図１０（ｅ）および図１０（ｆ）に示す。図１０（ｅ）はＰ偏光成分のＳ／Ｎを示し、図１０（ｆ）はＳ偏光成分のＳ／Ｎを示す。
　被検査ウェハ１の表面凹凸からの散乱光を遮断する偏光透過軸方向９００１の分布を持
つ構成の分布偏光子１１４は、例えば図１０（ｃ）および図１０（ｄ）より、図７（ａ）及び図７（ｂ）に例示したように決定することができる。図７（ａ）および図７（ｂ）は分布偏光子１１４の偏光透過軸方向９００１の分布形状を例示したものであり、１００２が分布偏光子の縁を示し、９００１は偏光透過軸方向を示している。照明光の入射面と瞳面の交線上及びその近傍ではＳ偏光透過であり、照明入射７００の方向に対して±４５°傾いた方向では、４５°偏光透過であり、瞳面の照明出射７０１の側ではＰ偏光透過であり、瞳中央部及び照明入射と直角方向の瞳周辺部ではＳ偏光透過分布となる。また、ＰＳＬからの散乱光を最大限に採光するための偏光透過軸方向９００１の分布形状は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示した散乱光分布特性に基づいて決定され、例えば、図１１に示すような瞳面外周に平行な同心円状の偏光透過軸方向９００１となる。
　また、被検査ウェハ１表面の微小凹凸からの散乱光に占める微小欠陥又は微小異物からの散乱光成分の比率が高い偏光成分を透過させる偏光透過軸方向９００１の分布形状は、図１０（ｅ）および図１０（ｆ）より決定することができ、例えば、照明出射７０１の側の瞳外周部のＰ偏光のみを透過させるような偏光透過軸方向９００１の分布形状となる。
　なお、検出する微小異物または微小欠陥の形状や大きさや屈折率等の光学的性質によって散乱光の強度分布および偏光分布が異なる為、結像光学系瞳面に挿入する分布偏光素子の偏光分布は図７（ａ）及び図７（ｂ）及び図１１に示した偏光透過軸方向９００１の分布形状に限るものではない。
　空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの形状の一例を図８（ａ）乃至図８（ｄ）に示す。空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの直径ｄは瞳直径以上であれば良く、空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの中心は結像光学系１１０の光軸１１５に一致するように配置され、遮光部１００３乃至１００６が含まれる。図８（ａ）は暗視野照明の入射方向７００に対して略直角方向に遮光部１００３の端がある空間フィルタ１０００ａであり、図８（ａ）の例ではｌ＜ｄ／２であり、瞳内の入射側一部を遮光する構成である。図８（ａ）に示した空間フィルタ１０００ａは、図１０（ｃ）に示した被検査ウェハ１の表面微小凹凸により発生した散乱光のＰ偏光成分を遮光する為に用いることができ、略ｌ＝ｄ／２とすることにより被検査ウェハ１の表面微小凹凸により発生する散乱光のＰ偏光成分およびＳ偏光成分の両方を遮光する空間フィルタとして機能する。ただし、観測対象である微小欠陥または微小異物の形状や大きさまたは測定で必要とする感度によってはｌ＞ｄ／２とした空間フィルタを用いてもよい。例えば、図１０（ｅ）に示したようにＳ／Ｎの高い部分を選択的に検出したい場合は、ｌはほぼ０．８ｄとなる。
　［００５３］
　図８（ｂ）は、瞳内部で方位角φ頂角θの扇形の領域を遮光する遮光部１００４を有する空間フィルタ１０００ｂの例を示す。図８（ｂ）の空間フィルタ１０００ｂは、瞳面の中心（結像光学系１１０の光軸１１５）に遮光部１００４の扇形の頂点を合わせているが、必ずしも遮光部１００４の頂点が結像光学系１１０の光軸１１５と一致している必要は無い。図８（ｂ）に示した空間フィルタ１０００ｂは、図１０（ｃ）に示した被検査ウェハ表面
微小凹凸による散乱光のＰ偏光成分のみを遮光する空間フィルタの一例である。なお、観測対象である微小欠陥または微小異物の形状や大きさまたは測定で必要とする感度によって角度θは決定され、０°＜θ＜３６０°の間で任意に選択可能である。
　また、図８（ｃ）に示すように、瞳内に島状の遮光部分１００５を有する空間フィルタ１０００ｃであってもよい。または、図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示した空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｃとを複数組み合わせた形状の遮光部１００６を有する空間フィルタ１０００ｄを用いても良い。
　瞳面１１２ｂに挿入される空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの遮光部分１００３乃至１００６には、例えば黒色ツヤ消し表面処理を施された金属板等の遮光板、又は偏光素子と液晶の組み合わせ、又はデジタルミラーアレイにより構成される。
　瞳面１１２ｂに挿入される分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄのうちの何れかと空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄのうちの何れかを同一基板に形成してもよく、その一例を図１２（ａ）に複合フィルタ１２００として示す。図１２（ａ）に示した複合フィルタ１２００おいて、１１５は結像光学系１１０の光軸、１００１は遮光部、９００１は透過偏光軸方向を示す。図１２（ａ）に例示した、空間フィルタと分布偏光素子とを同一基板上に形成した複合フィルタ１２００は、被検査ウェハ１の表面の微小凹凸よりの散乱光のＰ偏光成分を遮光し、かつＰＳＬよりの散乱光を選択的に取得する偏光分布を持つ分布偏光素子の組み合わせである。これは（数３）のΩと（数４）のΨを共に最大化させる分布偏光素子の偏光透過軸分布ｈ（ｒ，θ）および空間フィルタの遮光領域ｇ（ｒ，θ）の組み合わせである。分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄのうちの何れかと空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄのうちの何れかを同一基板上に形成する方法としては、フォトニック結晶、又は偏光素子と液晶、または遮光版とワイヤーグリッドポラライザの組み合わせ等が考えられる。
　瞳面１１２ｂに挿入される分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄのうちの何れかと空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄのいずれかを同時に組み合わせて用いても良く、その一例を複合フィルタ１２０１として図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示した複合フィルタ１２０１において、１１５は結像光学計１１０の光軸、１００１は遮光部、９００１は透過偏光軸方向を示す。
　なお、検出する微小異物または微小欠陥の形状や大きさや屈折率等の光学的性質によって散乱光の強度分布が異なる為、結像光学系瞳面１１２ｂに挿入する空間フィルタの遮光特性は図８（ａ）ないし図８（ｄ）に示した形状に限るものではない。空間フィルタとしては、被検査ウェハ１の表面微小凹凸による散乱光の分布特性に合せて、この散乱光成分を遮光するような形状であれば良い。
　図１に示した欠陥観察装置の構成における動作を説明する。まず、試料１は、図示されていないロードロック室を介して真空チャンバ４内の試料ホルダ２上へ移送される。そして、試料１は、ステージ３の制御により、光学顕微鏡１４の視野内へ移動される。この時点では試料１が光学顕微鏡の焦点位置からずれている可能性がある。試料１の高さが焦点位置からずれている場合は、光学顕微鏡１４の焦点位置に試料１が設定されるように高さ制御機構１０６を用いて対物レンズ１０５及びミラー１０４をＺ方向に移動する。Ｚ方向の移動量決定方法は後述する。
　他の欠陥検査装置（図示せず）で検出されたウェハ１上の欠陥の位置情報を用いて、図１に示した欠陥観察装置のステージ３に載置したウェハ１上の欠陥を観察するためには、ステージ３の基準にウェハ１の基準位置を合わせるウェハアライメントを行わなければならない。このウェハアライメントは、明視野観察画像を用いて行う。明視野検出時には、明視野照明１０９より照明光を射出し、ハーフミラー１０８で反射されて対物レンズ１０５を用いて試料１へ照射される。試料１からの反射光は、結像光学系１１０を通り、固体撮像素子１１１に結像される。ここで、明視野光源１０９は例えばランプである。本実施形態の明視野観察では、結像光学系１１０に挿入されるフィルタ１１４は同厚の平行平板ガラスに切り替えられる。試料１の外形（試料１がウェハであれば例えばオリエンテーションフラットやノッチ）でアライメントを行う場合は、試料１の位置決めポイント及び外形の数点の画像を取得して処理すればよい。
　ウェハアライメントの後、欠陥検査装置で検出された欠陥の位置情報に従って、欠陥を光学顕微鏡１４の視野内に移動し、光学顕微鏡１４の暗視野観察方法で欠陥画像を取得する。このとき、各欠陥位置において試料１の高さが光学顕微鏡１４の焦点位置より外れている場合は、後述する方法によって焦点合わせを行う。
　ここで、暗視野観察方法について説明する。暗視野観察方法は、照明ユニット１０１より照明光を射出する。照明光はレーザー光でもランプ光でも良いが、レーザー光の方が照度を強くできるため、レーザー光を用いるのが望ましい。
　照明ユニット１０１より射出された光は、落射ミラー１０２で反射されＺ方向へ向きを変えられ、真空封し窓１０３を通って真空漕６に導かれ、ミラー１０４によって方向を変えられて光学顕微鏡１４焦点位置にある試料１表面へ照射される。試料１で散乱された光は、対物レンズ１０５にて集光し、結像光学系１１０に導かれ、固体撮像素子１１１撮像位置に結像され、固体撮像素子１１１にて電気信号へ変換され、制御システム１０に送られる。
　［００６４］
　上記の光学顕微鏡１４の暗視野検出方法で取得された画像は、濃淡画像またはカラー画像として制御システム１０に蓄積される。制御システムでは、図１３のようにＳＥＭ５の視野範囲３０２の中心位置と欠陥３０２の位置ずれ量３０４ａ及び３０４ｂを算出し、該ずれ量を座標補正値として登録する。この後、座標補正値を用いて欠陥３０３がＳＥＭ５の視野３０２内に入るようにステージ３で試料１を移動し、ＳＥＭ５にて観察する。観察された欠陥の画像は制御システム１０に送信され、ユーザーインターフェース１１への表示とデータベース１２への登録、自動欠陥分類等の処理を行う。
　欠陥観察の流れを図１４で説明する。
　まず、試料１のアライメントを行う（６００１）。これは光学顕微鏡１４による明視野観察によって前述した方法によって行う。次に、予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を用いて試料１上の観察したい欠陥が光学顕微鏡１４の視野に入るようにステージ３を移動させる（６００２）。次に高さ制御機構１０６にて対物レンズ１０５を移動させて焦点合わせを行う（６００３）。
　光学顕微鏡１４と固体撮像素子１１１にて取得した画像より欠陥を探索し（６００４）、欠陥を検出したのであれば（６００５−ＹＥＳ）、光学顕微鏡１４による欠陥検出位置と予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報との差から予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を用いてこの欠陥をＳＥＭで観察しようとしたときの欠陥に対するＳＥＭ５の視野位置のズレ量を算出する（６００６）。この算出したズレ量を基にして前記予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を補正し（６００７）、この位置情報が補正された欠陥をＳＥＭ５の視野へ移動し、観察を行う（６００８）。このとき、観察された情報は制御システム１０へ送られ、データベース１１に登録される。尚、観察すべき欠陥が多数ある場合には、そのうちの代表的な数点を抽出し、それら抽出した欠陥の予め他の欠陥検査装置によって検出された位置情報と光学顕微鏡１４で検出して得たそれぞれの欠陥の位置情報とから、予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置とＳＥＭ５の視野位置のずれ量を求める。この求めたずれ量の情報を用いて、代表的な数点以外の光学顕微鏡１４で検出しなかった欠陥についても予め他の欠陥検査装置で検出して得た位置情報を補正する。
　次に、欠陥情報が必要でない場合は（６００９−ＮＯ）、観察終了とし（６００１０）、観察が必要である場合（６００９−ＹＥＳ）は観察したい欠陥位置情報を取得し、上述した光学顕微鏡１４へ欠陥を移動する手順へ戻り、処理を進める。なお、上述した欠陥検出手順で欠陥検出できなかった場合（６００５−ＮＯ）は、欠陥が光学顕微鏡１４の視野の外にいることが考えられるため、光学顕微鏡１４の視野周辺部を探索してもよい。周辺部を探索する場合（６０１２−ＹＥＳ）は、視野に相当する分だけ試料１を移動し（６０１１）、上述した欠陥検出手順から処理を行う。また、周辺探索をしない場合（６０１２−ＮＯ）は、手順に従って処理を進める。
　各欠陥に対して欠陥位置の補正量を予め算出してデータベースに登録しておき、複数の欠陥又は全ての欠陥の位置補正量算出が終了した後に、ＳＥＭ５にて検察する方法もある。
　次に、Ｚ位置の算出方法を図３で説明する。図３は、Ｚセンサ４および６の構成を示しており、光源７０１、集光レンズ７０２、スリット７０３、投光レンズ７０４、受光レンズ７０５、検出器７０６で構成される。照明光源は例えばレーザー発振器やランプであり、検出器７０５は例えばＣＣＤカメラ、ＣＣＤリニアセンサである。
　Ｚセンサ４及び６の動作を説明する。照明光源７０１より射出された光は照明集光レンズ７０２にてスリット７０３へ照射され、投光レンズ７０４にて試料１表面へ集光される。試料１で反射された光は、受光レンズ７０５を通って検出器７０６へ集光される。Ｚ位置算出法としては、まず、試料１が基準高さにある場合の検出器７０６の光検出位置を記憶しておく。次に、高さが変化すると、検出器７０６における光検出の位置が変化するため、光検出位置の移動量と試料１の高さ変化の関係を予め測定しておくことにより、光検出位置の変化より試料１の高さを算出することができる。
　本実施形態は、ＳＥＭを用いて観察する場合を例にして説明しているが、ＳＴＥＭ等の他の電子顕微鏡や、収束イオンビームを用いた微細加工機器、Ｘ線分析装置を用いた分析機器等、光学式観察方法よりも詳細な観察を可能とする方法及び機器に適用可能である。
　Ｚ位置を算出する別の方法を図１５で説明する。図１５は、Ｚ位置算出手順を示している。本方法は、光学顕微鏡で取得した画像を用いる方法である。まず、Ｚ制御機構１０５を用いて対物レンズを最下点（対物レンズが最も試料に近い点）に移動させる（１１０１）。次に、検出器１０８にて画像を取得し、制御システム１０に送る（１１０２）。このとき、視野内に試料のエッジや回路パターンが入っている場合は明視野観察した画像を用いることが望ましく、該パターンが無く、エッジも無い場合は暗視野観察した画像を用いることが望ましい。画像取得後、Ｚ制御機構１０５にて対物レンズ１０４を１段階上へ移動させる（１１０３）。ここで、１段階とはＺ位置検出の分解能に係り、対物レンズ１０４の焦点深度の１／２以下が望ましい。対物レンズ１０４を移動した後、再び画像取得を行う。該Ｚ移動と画像取得は予め設定した範囲で行われるものであり、設定範囲を超えた場合は画像取得を終了し（１１０４）、Ｚ位置算出へ進む（１１０５）。
　Ｚ位置算出処理の一例を説明する。初めに、取得した各画像の最大輝度点を探索し、その輝度と該最大輝度点を取得したＺ位置をグラフにプロットする（１１０６）。次に、グラフ１１０６における最大輝度を算出する。この際、各計測点を曲線で近似し、最大輝度点を算出することが望ましい。算出された最大輝度点のＺ位置が対物レンズ１０５の焦点が最も合っている位置となる。
　上記Ｚ算出方法を用いる場合は、Ｚセンサ７を省略することができ、簡潔な構成となる。
　本実施の形態における、光学顕微鏡１４の第二の構成例を図１６で説明する。光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、落射ミラー１０２、ミラー１０４、対物レンズ１０５、高さ制御機構１０６、結像光学系１１０、固体撮像素子１１１、対物レンズ回転機構１１７、液晶制御装置１１８より構成されている。結像光学系１１０は結像レンズ１１６のみで構成され、分布偏光素子１１４が対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定される構成である。
　この場合、対物レンズ１０５の瞳面１１２ａを対物レンズ外部へ取り出すレンズ系、ハーフミラー１０８、明視野照明１０９を省略し、簡易な構成となる利点がある。
　この場合、分布偏光素子１１４の角度調整を行う為に対物レンズ１０５を対物レンズ１０５中心軸周りで回転させる機構１１７を備えてもよい。その場合、回転機構１１７は制御システム１０と接続している。
　本実施の形態における、光学顕微鏡１４の第三の構成例を図１７で説明する。光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、落射ミラー１０２、ミラー１０４、対物レンズ１０５、高さ制御機構１０６、結像光学系１１０、固体撮像素子１１１、液晶制御装置１１８、偏光板１１９より構成されている。結像光学系１１０は結像レンズ１１６で構成され、分布偏光素子１１４として液晶素子を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成である。この場合、図１７に示すように分布偏光素子の透過偏光軸は対物レンズ外部に設けた液晶制御装置１１８と偏光板１１９の組み合わせにより制御可能であり、液晶の偏光特性を非偏光とすることで明視野観察が可能となり、偏光特性を持たせることにより高感度暗視野観察が可能となる利点がある。液晶制御装置１１８は制御装置１０と接続されている。この場合、対物レンズ回転機構１１７を省略できる利点がある。明視野観察を実施するにはハーフミラー１０８及び明視野照明１０９を用いる構成とする。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明に関る欠陥検査装置の第２の実施形態について図１８を用いて説明する。本第２の実施形態において第１の実施形態と相違する点は、ハーフミラー１０８および明視野照明１０９を配置しない点である。そのため、図１８に示す簡便な構成となる利点がある。図１８に示した構成において、図１の構成と同じ番号を付したものは図１を用いて説明したものと同様な機能を有する。
　この場合、光学顕微鏡１４の焦点合わせは、Ｚセンサ７を用いるか、前述した光学顕微鏡１４で取得した暗視野画像を基とした画像処理にて行う。
　この場合、光学顕微鏡１４を図１６に示すように、分布偏光素子１１４を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成としてもよい。
　（第３の実施形態）
　本発明に関る欠陥検査装置の第３の実施形態について図１９を用いて説明する。本第３の実施形態において第１の実施形態と相違する点は、顕微鏡１４のＺセンサ７、ハーフミラー１０８、明視野照明１０９を配置しない点である。そのため、図１９に示す簡便な構成となり、また、対物レンズ１０５をより開口数の大きな対物レンズを設置する空間が確保される利点がある。図１９に示した構成において、図１の構成と同じ番号を付したものは図１を用いて説明したものと同様な機能を有する。
　この場合、光学顕微鏡１４の焦点合わせは、Ｚセンサ４を用いるか、前述した光学顕微鏡１４で取得した暗視野画像を基とした画像処理にて行う。
　この場合、光学顕微鏡１４を図１６に示すように、分布偏光素子１１４を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成としてもよい。
　（第４の実施形態）
　本発明に関る欠陥検査装置の第４の実施形態について図２０を用いて説明する。本第４の実施形態において第１の実施形態と相違する点は、顕微鏡１４のＺセンサ７を配置しない点である。そのため、図２０に示す簡便な構成となり、また、対物レンズ１０５をより開口数の大きな対物レンズを設置する空間が確保される利点がある。図２０に示した構成において、図１の構成と同じ番号を付したものは図１を用いて説明したものと同様な機能を有する。
　この場合、光学顕微鏡１４の焦点合わせは、前述した光学顕微鏡１４で取得した明視野画像または暗視野画像を基とした画像処理にて行う。
　この場合、光学顕微鏡１４を図１６に示すように、分布偏光素子１１４を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成としてもよい。

Claims (13)

  1. 光学式顕微鏡手段と、ＳＥＭ観察手段と、試料を載置して前記光学式顕微鏡手段と前記ＳＥＭ観察手段との間を移動可能なステージ手段とを備えて、他の検査装置で検出した前記試料上の欠陥の位置情報を用いて該欠陥を観察する欠陥観察装置であって、前記光学系手段は前記他の検査装置で検出した前記試料上の欠陥の位置情報を用いて暗視野照明により欠陥を検出する暗視野照明光学系を備え、該暗視野照明光学系は前記試料を偏光照明する偏光照明部と、該偏光照明部により偏光照明された前記試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させて検出する検出光学系部とを有することを特徴とする欠陥観察装置。
  2. 前記検出光学系部は、前記試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させることにより、前記試料からの散乱光に占める前記試料上の微小欠陥又は微小異物からの散乱光成分の比率が高い偏光成分を透過させることを特徴とするクレーム１記載の欠陥観察装置。
  3. 前記検出光学系部は、透過偏光軸方向が場所により異なる分布偏光素子により、前記試料からの散乱光に占める前記試料上の微小欠陥又は微小異物からの散乱光成分の比率が高い偏光成分を透過させることを特徴とするクレーム２記載の欠陥観察装置。
  4. 前記検出光学系部は、透過偏光軸方向が場所により異なる分布偏光素子により、前記試料表面の微小凹凸から反射散乱した光成分の比率が高い偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させることを特徴とするクレーム２記載の欠陥観察装置。
  5. 前記検出光学系部は、空間フィルタにより前記試料の表面の微小凹凸からの反射散乱光を遮光又は減光させて前記試料表面の欠陥からの反射散乱光を透過させることを特徴とするクレーム２記載の欠陥観察装置。
  6. 前記検出光学系は、透過偏光軸方向が場所により異なる分布偏光素子及び空間フィルタを同時に用いることにより、前記試料からの散乱光に占める前記試料上の微小欠陥又は微小異物からの散乱光成分の比率が高い偏光成分を選択的に透過させ、試料表面の微小凹凸からの反射散乱光を遮光又は減光させることを特徴とするクレーム２記載の欠陥観察装置。
  7. 前記偏光照明部は、偏光させたレーザーを発射し、該偏光させたレーザーで前記試料を暗視野照明することを特徴とするクレーム１記載の欠陥観察装置。
  8. 他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて該欠陥の位置を光学式顕微鏡で検出して前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正し、該位置情報を修正した欠陥をＳＥＭで観察する欠陥観察方法であって、前記光学式顕微鏡は前記他の検査装置で検出した前記試料上の欠陥の位置情報を用いて偏光光を暗視野照明し、該偏光光を暗視野照明された前記試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させて検出することにより前記他の検査装置で検出した前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする欠陥観察方法。
  9. 該偏光光を暗視野照明された前記試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させることにより、前記試料からの散乱光に占める前記試料上の微小欠陥又は微小異物からの散乱光成分の比率が高い偏光成分を透過させて前記試料上の微小欠陥又は微小異物からの散乱光を検出することを特徴とするクレーム８記載の欠陥観察方法。
  10. 前記試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させることを、透過偏光軸方向が場所により異なる分布偏光素子により前記試料表面の微小凹凸から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させることにより行うことを特徴とするクレーム９記載の欠陥観察方法。
  11. 前記試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させることを、空間フィルタにより前記試料の表面からの反射散乱光を遮光又は減光させて前記試料表面の欠陥からの反射散乱光を透過させることにより行うことを特徴とするクレーム９記載の欠陥観察方法。
  12. 前記試料から反射散乱した光のうち特定の偏光成分の反射散乱光を遮光又は減光させることを、透過偏光軸方向が場所により異なる分布偏光素子と空間フィルタを組み合わせて用いることにより、前記試料からの散乱光に占める前記試料上の微小欠陥又は微小異物からの散乱光成分の比率が高い偏光成分を選択的に透過させ、試料表面の微小凹凸からの反射散乱光を遮光又は減光させることを特徴とするクレーム９記載の欠陥観察方法。
  13. 前記偏光光を暗視野照明することを、偏光させたレーザで前記試料を暗視野照明することにより行うことを特徴とするクレーム９記載の欠陥観察方法。
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