WO2012029222A1 - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method.
- a repeated pattern may be formed on a workpiece (for example, a semiconductor wafer).
- a workpiece for example, a semiconductor wafer.
- a defect such as a wiring insulation failure or a short circuit.
- the defect is a particle or crystal defect COP (Crystal Originated Particle) adhering to a sample which is an object to be inspected, a scratch caused by polishing, or the like.
- the size of defects, foreign matters, etc. of the fine pattern to be inspected has become several tens of nanometers or less. Since the size of defects and foreign matters to be detected is becoming smaller, reflection, diffraction, and scattered light from these are very weak and detection by an optical method is difficult. Therefore, the conditions of illumination light that enhances reflection, diffraction, and scattered light from defects and foreign matter, and detection conditions are being sought.
- the semiconductor structure is about 1/10 of the wavelength, the semiconductor has structural birefringence, and the polarization state of reflection, diffraction, and scattered light from the semiconductor strongly depends on the semiconductor structure.
- a wire grid polarizer or the like is a polarizing element utilizing the polarization characteristics of this subwavelength structure. Focusing on the polarization characteristics of this sub-wavelength structure, a method has been proposed in which the signal from the semiconductor pattern is reduced and the defect detection sensitivity is improved by controlling the incident and detection polarization states.
- Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2006-512588 discloses “a system and method for optically inspecting patterned and non-patterned objects, the polarization shift introduced by the pattern, and the pattern Determining the polarization of an incident light beam that is polarization-shifted by, and, in response to the determination, establishing a polarization state of the light beam to provide an incident light beam that impinges on the patterned object; In response to the method, a method comprising: filtering a reflected beam with polarized light; and generating a detection signal in response to detection of the filtered reflected light beam is disclosed.
- Patent Document 1 discloses a bright field inspection apparatus that irradiates illumination light onto the surface of an object to be inspected and detects specularly reflected light reflected from the surface of the object to be inspected.
- the dark field inspection apparatus that detects the scattered light scattered from the surface of the object and inspects the defects existing on the surface of the object to be inspected, detects defects and foreign matters of several tens of nanometers or less with high detection sensitivity. The technology is not disclosed.
- a defect inspection apparatus and defect inspection for detecting scattered light from a finer defect by suppressing scattered light from a repeated pattern portion are provided in a dark field inspection apparatus suitable for inspecting an inspection object at high speed.
- An irradiation optical system including a light source that emits illumination light and a polarization generation unit that adjusts a polarization characteristic of the illumination light emitted from the light source, and is irradiated by the irradiation optical system and scattered from the sample.
- a detection optical system including a polarization analysis unit that adjusts the polarization characteristics of the scattered light, and a detection unit that detects the scattered light adjusted by the polarization analysis unit, and processes the scattered light detected by the detection optical system.
- a signal processing system for detecting defects present in the sample and the polarization generation unit adjusts the polarization characteristics of the illumination light emitted by the light source based on a predetermined illumination condition, and performs the polarization analysis.
- the unit adjusts a polarization characteristic of the illumination light emitted from the light source based on a predetermined detection condition.
- the defect inspection apparatus is characterized in that the polarization characteristic of the illumination light is adjusted based on a predetermined detection condition in the detection step.
- FIG. 2 is a flowchart showing a first embodiment of an optical inspection method according to the present invention.
- 1 is a diagram showing a configuration of a polarization generator of a first example of an optical inspection apparatus according to the present invention.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ellipsometer of a first example of an optical inspection apparatus according to the present invention.
- FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image processing unit in a first embodiment of an optical inspection apparatus according to the present invention.
- FIG. 3 is a flowchart for setting inspection conditions of the first embodiment of the optical inspection method according to the present invention.
- FIG. 1 is a schematic view of a display unit of a first embodiment of an optical inspection apparatus according to the present invention. It is a figure which shows the mode of the change of the inspection conditions with respect to the circuit pattern shape on a sample. It is a figure which shows the structure of the polarization generator of the 2nd Example of the optical inspection apparatus which concerns on this invention. It is a figure which shows the structure of the ellipsometer of the 2nd Example of the optical inspection apparatus which concerns on this invention. It is a figure which shows the relationship between the polarization axis of incident linearly polarized light and detection linearly polarized light, and the scattered light intensity from a repeating pattern part.
- Defects include particles adhering to a sample as an object to be inspected, crystal defects COP (Crystal Originated Particle), scratches generated by polishing, and the like.
- the present invention is directed to foreign matters and defects on a repetitive pattern of a subwavelength structure formed on a semiconductor wafer.
- a typical repeating pattern includes elongated conductors and insulators parallel to each other, and is generally called a line and space pattern.
- a high-sensitivity defect inspection method using the structural birefringence of the repeating pattern of the sub-wavelength structure will be described.
- FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical inspection apparatus according to the present invention.
- the optical inspection apparatus according to the first embodiment includes an illumination optical system 110, a stage unit 170, an imaging optical system (detection optical system) 120, and a signal processing / control system 250.
- the illumination optical system 110 irradiates a sample (semiconductor wafer) 100 that is an object to be inspected with illumination light, and the detection optical system 120 detects scattered light scattered from the irradiated semiconductor wafer 100.
- the semiconductor wafer 100 is scanned by the stage unit 170.
- the signal processing / control system 250 processes the scattered light from the semiconductor wafer 100 detected by the detection optical system 120 to detect defects present in the semiconductor wafer.
- the illumination optical system 110 irradiates a linear beam to a laser light source 111, a beam shaping unit 112, a beam expander 113, a polarization generation unit 130 including a polarizing plate and a wavelength plate, and an inspection target (semiconductor wafer) 100.
- the linear beam generation unit 115 is configured.
- the laser light source 111 emits a laser beam.
- a gas laser, a semiconductor laser, a solid-state laser, a surface emitting laser, or the like can be used as the light source 111.
- As the wavelength infrared, visible range, and ultraviolet can be used.
- UV Ultra Violet
- DUV Deep Ultra Violet: Light in the ultraviolet region such as deep ultraviolet
- VUV Vauum Ultra Violet
- EUV Extra Ultra Violet
- the beam shaping unit 112 shapes the laser beam emitted from the laser light source 111.
- the intensity may be adjusted by an ND (Neutral Density) filter 112.
- the beam expander 113 expands the beam diameter of the light shaped by the beam shaping unit 112.
- the polarization generation unit 130 includes a polarizing plate and a wavelength plate, and adjusts the polarization characteristics of the light whose beam diameter is expanded by the beam expander 113.
- the polarization characteristic to be adjusted is determined based on a control signal from the polarization condition control unit 241 in the signal processing / control unit described later.
- the polarization generation unit 130 includes, for example, a 1 ⁇ 4 wavelength plate and a 1 ⁇ 2 wavelength plate. Adjust the rotation angle of the wave plate.
- FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the polarization generator 130 of the first embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention. A quarter wavelength plate 131 and a half wavelength plate 132 are provided.
- the order of the quarter-wave plate 131 and the half-wave plate 132 may be reversed.
- the rotation angles with the quarter-wave plate 131 and the half-wave plate 132 are set (rotation control).
- the linear beam generation unit 115 generates light from the polarization generation unit 130 whose polarization characteristics are adjusted into a linear beam.
- the lens unit includes, for example, a lens group including cylindrical lenses 115a and 115b.
- the generated linear beam 101 is formed so that the stage y direction is the longitudinal direction of the linear beam 101.
- the polarization generation unit 130 may be placed after the linear beam generation unit 115. In this case, it is possible to irradiate the semiconductor wafer 100 without causing a deviation in the beam whose polarization is adjusted by the polarization generator 130.
- the linear beam 101 thus formed is irradiated on the surface of the semiconductor wafer 100 such that the stage y direction is the longitudinal direction of the linear beam 101.
- the detection optical system 120 includes an objective lens 121, a spatial filter 123, an imaging lens 122, a polarization analyzer 140, and a line sensor 124.
- the objective lens 121 collects reflected, scattered, and diffracted light scattered from the surface of the semiconductor wafer 100.
- the spatial filter 123 blocks a part of the reflected, scattered, and diffracted light from the surface of the semiconductor wafer 100 collected by the objective lens 121.
- the spatial filter 123 is arranged at a pupil position on the exit side of the objective lens 121 or a position equivalent to the pupil position, and shields diffracted light having a repetitive pattern equal to or greater than the wavelength formed on the wafer 100.
- the imaging lens 122 transmits scattered light that is not shielded by the spatial filter 123.
- the polarization analyzer 140 includes a polarizing plate and a wave plate, and adjusts the polarization characteristics of the scattered light transmitted through the imaging lens 122.
- the polarization characteristic to be adjusted is determined based on a control signal from the polarization condition control unit 241 in the signal processing / control unit described later, as in the polarization generation unit 130.
- the polarization generation unit 140 includes, for example, a 1 ⁇ 4 wavelength plate, a 1 ⁇ 2 wavelength plate, and a polarizing plate, each of which individually controls rotation and is determined based on a control signal from the polarization condition control unit 241.
- the rotation angle of the quarter wavelength plate, the half wavelength plate, or the polarizing plate is adjusted according to the characteristics.
- FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the ellipsometer 140 of the first embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention.
- a quarter wavelength plate 141, a half wavelength plate 142, and a polarizing plate 143 are provided. At this time, the order of the quarter-wave plate 141 and the half-wave plate 142 may be reversed.
- the rotation angles of the quarter-wave plate 141, the half-wave plate 142, and the polarizing plate 143 are set (rotation control).
- the line sensor 124 forms an image on the detection surface of the line sensor 124 and detects the scattered light whose polarization characteristics have been adjusted by the ellipsometer 140.
- a TDI (Time Delay Integration) image sensor a time delay integration type image sensor, a CCD (Charge Coupled Device) sensor, or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor may be used.
- the positions of the polarization analyzer 140 and the imaging lens 122 may be reversed. A signal based on the scattered light detected in this way is sent to the signal processing / control unit 250.
- the stage unit 170 includes an x stage 170a, a y stage 170b, a z stage 170c, and a ⁇ stage 170d.
- the x stage 170a is a stage that can be moved in the x direction by placing the semiconductor wafer 100 on which a fine pattern is formed on the surface, which is a sample to be inspected.
- each of the y stage 170b, the z stage 170c, and the ⁇ stage 170d can be moved in the y direction, the z direction, and the ⁇ direction by placing the semiconductor wafer 100 on which a fine pattern is formed on the surface that is the sample to be inspected. It is a stage.
- the signal processing / control unit 250 includes an image processing unit 200, an operation unit 210, a control unit 220, a polarization condition calculation unit 240, a polarization condition control unit 241, and a height detection unit 160.
- the image processing unit 200 processes an image by performing signal processing based on scattered light from the semiconductor wafer 100 detected by the line sensor 124. Specifically, two images based on scattered light acquired by the detection optical system 120 (an inspection image based on scattered light in a predetermined region on the semiconductor wafer 100 and an image that is originally the same as this inspection image may be used. An image based on scattered light from an area adjacent to the expected predetermined area (an image obtained by imaging an adjacent pattern or an adjacent die, (reference image)) is sent to the image processing unit 200. Then, defect candidates are extracted by comparing the two images, and defect determination, classification, and sizing are performed from the extracted defect candidate's characteristics such as scattered light distribution and intensity.
- FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the image processing unit in the first embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention.
- the alignment unit 2003 aligns the inspection die image 1241 and the previous die image recorded in the delay memory 2001.
- the result is temporarily stored in the memory 2005, and then the difference image of each image is obtained (subtracted) by the subtractor 2007.
- the scattered light from the defect is different from the scattered light from the normal part, an image in which the scattered light from the defect is emphasized is obtained. Since the normal part is dark and the defective part is bright, the obtained difference image is compared with the threshold image stored in the threshold value storage unit 2009 by the comparison unit 2011 and obtained by the comparison unit 2011.
- the defect determination unit 2013 determines the defect based on the result.
- the threshold image stored in the threshold storage unit 2008 is determined from, for example, the statistical brightness of a plurality of normal parts.
- the operation unit 210 operates the apparatus.
- the control unit 220 controls each part of the apparatus. For example, a detection result from a height detector 160 described later is received, and the positions of the x stage 170a, the y stage 170b, the z stage 170c, and the ⁇ stage 170d of the stage unit 170 are controlled, and a control signal is sent to the spatial filter 123. Or send.
- the polarization condition calculation unit 240 is the optimum polarization characteristic according to the circuit pattern on the surface of the semiconductor wafer, based on the scattered light intensity measured and detected in advance and the inspection condition data such as the polarization generation unit 130 and the polarization analysis unit 140. And the calculation result is transmitted to the polarization condition control unit 241.
- the polarization condition control unit 241 sends the optimum polarization characteristics received from the polarization condition calculation unit 240 to the polarization generation unit 130, the polarization analysis unit 140, and the like, and controls the polarization conditions.
- the height detection unit 160 detects the stage height of the stage unit 170 being inspected, and sends the detection result to the control unit 220. If there is a deviation in the stage height, the stage height deviation is corrected using a control signal from the controller 220 based on the detection result of the height detector.
- scattering from a repetitive pattern on a semiconductor wafer depends on the incident azimuth and elevation angle of the illumination optical system 110, the azimuth and elevation angle of the detection optical system 120, and the NA (Numerical Aperture) of the objective lens 121.
- the polarization characteristics of the light are determined, and the inspection is carried out after deriving the condition that the scattered light from the pattern part is most suppressed by the polarization generation unit 130 and the polarization analysis unit 140.
- FIG. 2 is a flowchart showing a first embodiment of the optical inspection method according to the present invention.
- the illumination optical system 110 converts the beam into a desired polarization state, and further shapes the beam into a linear shape (S100).
- the linearly shaped illumination light is applied to the semiconductor wafer 100 that is continuously moved in the x direction by the x stage 170a. Irradiate (S101). Reflected, scattered, and diffracted light (S102) generated from the semiconductor wafer 100 due to the irradiation of the illumination light formed into the linear shape is detected by the detection optical system 120 (S103), and an image is obtained from the signal photoelectrically converted by the line sensor 150. (S104), the acquired image is processed to perform defect determination, defect classification, sizing, and the like (S105).
- S100 the laser beam emitted from the light source 111 of the illumination optical system 110 is shaped by the beam shaping unit 112, and is adjusted by the polarization generator 130 so that the polarization characteristic is determined based on the control signal from the polarization condition controller 241. To do. Thereafter, the light from the polarization generation unit 130 whose polarization characteristics are adjusted by the linear beam generation unit 115 is generated into a linear beam.
- S101 the semiconductor wafer 100 is irradiated with the linear beam generated in S100. At this time, the optical dark field inspection apparatus scans the semiconductor wafer 100 (while moving the semiconductor wafer 100, the illumination optical system 110, and the detection optical system 120 continuously in one direction relatively). Irradiate.
- S104 The scattered light whose polarization characteristics have been adjusted in S103 is detected by the line sensor 124, and an image relating to the surface of the semiconductor wafer 100 is acquired.
- S105 The image acquired in S104 is subjected to image processing by the image processing unit 200 of the signal processing / control system 250, and defect determination, defect classification, and sizing are performed.
- the illumination optical system 110 is arranged in the longitudinal direction of the linear beam. It is installed at a position of 45 degrees azimuth with respect to the direction.
- diffracted light is generated perpendicular to the pattern structure.
- the structure of the semiconductor wafer to be inspected has many linear patterns in the principal axis x and y directions in FIG. Since diffracted light is generated perpendicular to the line pattern, there is much diffracted light in the y and x directions.
- the apparatus can be configured so that diffracted light from the line pattern does not enter the upper detection system as much as possible.
- the diffracted light that has entered the objective lens 121 is removed by the spatial filter 123 described above.
- the pitch (period) of the repetitive pattern and the diffraction angle (scattering angle) are in an inversely proportional relationship, the refraction is diffracted outside the NA of the objective lens 121. Only scattered light will be detected.
- the polarization characteristic of the repeated pattern portion is used.
- the repetitive pattern of the subwavelength structure is used as a polarizing element like a wire grid polarizer because of its strong polarization characteristics.
- the inventor of the present application has found that scattered light from the repetitive pattern portion having such a subwavelength structure is in a uniform polarization state at a relatively wide scattering angle. If this effect is utilized, the scattered light from the repetitive pattern portion incident on the NA of the objective lens 121 is increased by appropriately setting the polarization state of the illumination optical system 110 and the polarization state detected by the imaging optical system 120. Can be suppressed. 1 is configured such that the illumination polarization state of the illumination optical system 110 can be arbitrarily set by the polarization generator 130 and the detection polarization state of the detection optical system 120 can be arbitrarily set by the polarization analyzer 140.
- the defect inspection apparatus using both the polarization generator 130 and the ellipsometer 140 has been described. However, it is not always necessary to have both, and even if only one of them is used, a repeated pattern is used. Scattered light from the part is suppressed, and scattered light with reduced noise can be detected. Further, the polarization generator 130 and the ellipsometer 140 may not be used as necessary. In some cases, the quarter wavelength plate 131, the half wavelength plate 132, the quarter wavelength plate 141, and the half wavelength plate are used. 142 and a polarizing plate 143 may be taken in and out.
- FIG. 6 is a flowchart for setting the inspection conditions of the first embodiment of the optical inspection method according to the present invention.
- the inspection conditions here are the polarization conditions (polarization characteristics) of the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140 that minimize the scattered light from the repetitive pattern according to the repetitive pattern shape of the semiconductor wafer that is the object to be inspected. Point to. Since the polarization conditions of the polarization generation unit 130 and the polarization analysis unit 140 that minimize the scattered light from the repetitive pattern differ depending on the repetitive pattern shape of the semiconductor wafer, the optimum polarization condition is determined for each semiconductor wafer to be inspected. It is necessary to. In FIG.
- the polarization characteristics of the repetitive pattern depending on the azimuth and elevation angle of the illumination optical system 110, the azimuth and elevation angle of the detection optical system 120, and the NA of the objective lens 121 are determined (S150), and the scattered light from the repetitive pattern is minimized.
- the incident and detected polarization states are determined so as to satisfy the following conditions (S151).
- the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140 are set to inspection conditions that minimize repeated pattern scattered light. At this time, the set value of the inspection condition is displayed on the GUI as shown in FIG. 7 (S152). Finally, an image is acquired and the defect is detected under the inspection conditions determined in S152 that minimize the scattered light from the repetitive pattern (S153). At this time, since the polarization characteristics of the scattered light from the repeated pattern portion are different from the polarization characteristics of the foreign matter and the defect, the foreign matter and the defect can be revealed.
- the polarization characteristic of the repeated pattern portion is determined.
- the polarization characteristic of an object can be expressed by parameters of 16 elements of a Mueller matrix (4 ⁇ 4 matrix) M.
- the intensity I of the repeated pattern portion scattered light includes a Stokes vector S (4 ⁇ 1 vector) representing the polarization state of the illumination light generated by the polarization generator 130 and a Mueller matrix representing the polarization state detected by the polarization analyzer 140.
- a Stokes vector S (4 ⁇ 1 vector) representing the polarization state of the illumination light generated by the polarization generator 130
- a Mueller matrix representing the polarization state detected by the polarization analyzer 140.
- the polarization characteristic of the repeated pattern portion can be derived from the scattered light intensity of the repeated pattern portion obtained by 16 different combinations of the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140.
- Equation 1 if M is known, I can be calculated by giving the conditions of S and Ma. Here, the values of S and Ma that minimize the intensity of scattered light from the repeated pattern portion are obtained. Determining S means determining the polarization state generated by the polarization generator 130, and determining Ma means determining the polarization state detected by the polarization analyzer 140. Since S and Ma each consist of four terms, it is difficult to obtain the minimum I. For this reason, it is conceivable to use the Bemberg-Markert method, the steepest descent method, or the like, which is a multi-parameter optimization method, but it is not limited to these.
- the polarization conditions of the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140 are set to arbitrary values, and the illumination light is irradiated onto the semiconductor wafer 100 using the illumination optical system 130. Then, reflected / diffracted / scattered light scattered from the semiconductor wafer 100 is detected using the detection optical system 120. At this time, the intensity of the detected scattered light is I, and the polarization conditions of the polarization generation unit 130 and the polarization analysis unit 140 correspond to S and Ma. In the present embodiment, it is necessary to obtain 16 combinations of I, S, and Ma. By obtaining M using this value, M becomes a known value, and S and Ma optimum for the inspection of the semiconductor wafer can be obtained.
- S is a function of the orientation of the quarter wave plate 131 and the half wave plate 132 constituting the polarization generator 130. If the polarization state S to be realized and the polarization state S to be realized are known, By calculating the Mueller matrix representing the polarization characteristics of the quarter-wave plate 131 and the half-wave plate 132, the orientation of each element can be easily calculated backward.
- Ma is a function of the orientation of the quarter-wave plate 141, the half-wave plate 142, and the polarizing plate 143 constituting the ellipsometer 140, and the orientation of each element can be easily back-calculated by Mueller matrix calculation. Is possible.
- the orientation of each element obtained here is used as the inspection condition.
- FIG. 7 is a schematic view of the display unit of the first embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention.
- the user in the flow for setting the inspection conditions, the user can set the polarization characteristics of the polarization generation unit 130 and the polarization analysis unit 140. Further, in the defect inspection flow, inspection can be performed based on the polarization characteristics of the optimum polarization generation unit 130 and polarization analysis unit 140 determined by the inspection condition setting flow, and what polarization condition is used for inspection. User can know.
- FIG. 8 is a diagram showing how the inspection conditions change with respect to the circuit pattern shape on the sample.
- the respective polarization characteristics are derived in advance, and the polarization generator
- the rotation of the wave plate is used for polarization control, but an electro-optic modulator or a magneto-optic modulator may be used.
- FIG. 9A is a diagram showing the configuration of a polarization generator of the second embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention
- FIG. 9B shows the polarization of the second embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention
- FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the analyzer
- FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the polarization axes of incident linearly polarized light and detected linearly polarized light, and the intensity of scattered light from the repeated pattern portion.
- the first embodiment is different from the first embodiment in that polarized light illumination, which is illumination light, is limited to linearly polarized light. Accordingly, the configurations of the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140 are different from those in the first embodiment. Here, only the details of the inspection condition setting flow shown in FIG. 6, which is the difference from the first embodiment, will be described.
- the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140 only need to be configured to handle only linearly polarized light, and can suppress scattered light from the repeated pattern portion to be inspected.
- FIG. 9A shows the configuration of the polarization generator 130.
- the polarization generator 130 includes only the 1 ⁇ 2 wavelength plate 132, and controls the polarization axis of the linearly polarized light of the beam in the direction of the 1 ⁇ 2 wavelength plate 132.
- FIG. 9B shows the configuration of the ellipsometer 140. Since only linearly polarized light needs to be extracted, the ellipsometer 140 only needs to be configured to include only the polarizing plate 143.
- the inspection conditions for the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140 are determined by the flow shown in FIG. 6, but the conditions can be easily set by limiting to linearly polarized light.
- the polarization characteristics of the object can be generally expressed by 16 parameters of each element of the Mueller matrix 4 ⁇ 4 matrix M. Consider the response of only linearly polarized light. Only 9 elements need to be considered. Therefore, the polarization characteristics of the repeated pattern portion can be derived from the scattered light intensity of the repeated pattern portion obtained by nine different combinations of the polarization generator 130 and the polarization analyzer 140.
- the step (S151) for determining the inspection condition is also linearly polarized light
- the Stokes vector S (4 ⁇ 1 vector) representing the polarization state of Equation 1 and one row of the Mueller matrix representing the polarization state detected by the polarization analyzer 140 Since the eye Ma (1 ⁇ 4 vector) is a function of the azimuth A of incident linearly polarized light and the azimuth B of detected linearly polarized light, respectively, the detected intensity I is a function of A and B.
- the intensity changes sinusoidally with changes in A and B, and takes a minimum value at certain values of A and B, which is close to zero.
- the azimuths A and B where the intensity I is the minimum value represent the incident and detected polarization states as inspection conditions.
- the step of determining the state of the polarization generator 130 that realizes the polarization state S and the state of the polarization analyzer 140 that realizes the polarization state Ma to be detected is to realize the desired incidence and detection orientations A and B.
- the polarization generator 130 controls the orientation of the half-wave plate 132, and the polarization analyzer 140 controls the polarizing plate 143.
- an inspection is performed under the condition (S152) (S153).
- the quarter-wave plate 131 and the half-wave plate in FIG. 3 are used in the same manner as in the first embodiment in order to correct a change in polarization caused by an optical element such as a lens in the illumination optical system 110.
- a method of controlling both rotations of 132 may be adopted.
- a third embodiment of the present invention will be described.
- the result of optical simulation is used instead of the actual measurement result in the step (S150) of determining the polarization characteristics of the repeated pattern portion in the detection condition setting flow of FIG.
- the electric field component of the scattered light from the repetitive pattern portion is calculated by optical simulation such as rigorous coupled wave analysis (Rigorous Coupled Wave Analysis, RCWA) and FDTD (Finite-difference time-domain) method, and the polarization characteristic is obtained.
- the simulation is performed under the same conditions as the measurement conditions described in the first embodiment.
- the polarization characteristics of the scattered light from the defect can also be calculated using optical simulation. If the polarization characteristics of both the repetitive pattern part and the defect are known, the ratio (S / I) of the scattered light intensity I from the repetitive pattern part to be detected and the scattered light intensity S from the defect is measured. The sensitivity can be maximized by performing the inspection under the conditions of the incident and detected polarization states. When obtaining the optimum polarization characteristic using the optical simulation result, it is not necessary to actually measure the scattered light under a plurality of experimental conditions in advance, so that it takes a short time to calculate the optimum inspection condition.
- the scattered light is actually measured using a reference wafer whose defect position and size are known, and the conditions of the incident and detected polarization states that maximize the S / I can be obtained by matrix calculation as in the first embodiment. it can.
- FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of a fourth embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention
- FIG. 12 is an image process in the fourth embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention. It is a block diagram which shows schematic structure of a part.
- the configuration of this embodiment is that an oblique detection system 120S is added to FIG. Similar to the upper detection system 120, the oblique detection system 120S includes an objective lens 121S and an imaging lens 122S that image reflected, diffracted and scattered light from the semiconductor wafer 100 illuminated by the illumination optical system 110, and a semiconductor pattern. Detects scattered light from the wafer imaged by the spatial filter 123S for removing the diffracted light pattern generated by the repeated pattern portion, the polarization analysis unit 140S composed of a polarizing plate and a wave plate, and the objective lens 121S and the imaging lens 122S.
- the line sensor 124 is provided.
- the state of the illumination optical system 110 is fixed, and the polarization conditions that minimize the scattered light from the repeated pattern portion are determined in each of the detection optical systems 120 and 120S.
- the image processing unit 200 in FIG. 12 Details of the image processing unit 200 in FIG. 12 will be described.
- the optical dark field inspection apparatus a large number of images are acquired while scanning a semiconductor wafer (moving the semiconductor wafer 100, the illumination optical system 110, and the detection optical system 120 continuously in one direction relatively).
- the inspection die images 1241 and 1242 acquired by the line sensors 124 and 124S are inspected.
- the image is aligned by the alignment units 2003 and 2004, and the result is temporarily stored in the memories 2005 and 2006, and then the difference images of the respective images are obtained (subtracted) by the subtraction units 2007 and 2008.
- the scattered light from the defect is different from the scattered light from the normal part, an image in which the scattered light from the defect is emphasized is obtained. Since the normal portion is dark and the defective portion is bright, the difference image obtained is compared with the threshold images stored in the threshold storage units 2009 and 2010 by the comparison units 2011 and 2012.
- the defect determination unit 2013 integrates the results obtained in 2011 and 2012 to determine the defect.
- the threshold image stored in the threshold storage units 2009 and 2010 is determined from, for example, the statistical brightness of the normal part.
- FIG. 13 shows a schematic configuration of the optical system of the fifth embodiment of the optical inspection apparatus according to the present invention.
- the illumination optical system 110 uses epi-illumination on the wafer
- the imaging optical system 120 is an oblique imaging system oblique to the wafer.
- the flow for performing inspection and the flow of image processing are the same as those in the first embodiment.
- an object of the present invention is to improve the defect detection sensitivity by detecting a stronger signal from the defect in the captured image acquired by the line sensor 124 and suppressing the signal from the repeated pattern.
- DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Wafer 101 ... Linear beam 110 ... Illumination optical system 111 ... Laser light source 112 ... ND filter 113 ... Beam expander 115 ... Linear beam production
Landscapes
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Abstract
照明光を出射する光源と、前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整する偏光生成部と、を備える照射光学系と、前記照射光学系により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整する偏光解析部と、前記偏光解析部により調整された散乱光を検出する検出部とを備える検出光学系と、前記検出光学系により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理系と、を備え、前記偏光生成部は、予め定めた照明条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記偏光解析部は、予め定めた検出条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置である。
Description
本発明は、欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
LSIや液晶基板を製造する際に、被加工対象物(例えば半導体ウェハ)上に繰り返しパターンが形成される場合がある。このようなLSIや液晶基板の製造において、被加工対象物の表面に異物が付着したり、欠陥が発生したりすると、例えば、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となる。近年の回路パターンの微細化に伴い、被加工対象物上に形成されるパターン(非欠陥部)と微細な異物や欠陥とを弁別することが困難になってきている。
ここで欠陥とは、被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥COP(Crystal Originated Particle)、研磨により生じるスクラッチなどである。
ここで欠陥とは、被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥COP(Crystal Originated Particle)、研磨により生じるスクラッチなどである。
半導体デバイスの微細化に伴い、検査対象である微細パターンの欠陥や異物などのサイズは数十ナノメートル又はそれ以下となっている。検出対象である欠陥や異物のサイズが小さくなってきているため、これらからの反射、回折、散乱光は非常に弱く、光学式手法による検出が困難となっている。そのため、欠陥や異物からの反射、回折、散乱光を強くする照明光の条件、および検出の条件が模索されている。特に、半導体の構造が波長の1/10程度のサブ波長構造においては、半導体は構造複屈折を有するため、それからの反射、回折、散乱光の偏光状態は半導体の構造に強く依存する。ワイヤーグリッド偏光子などは、このサブ波長構造の偏光特性を利用した偏光素子である。このサブ波長構造の偏光特性に着目し、入射および検出の偏光状態を制御することによって、半導体パターンからの信号を低下させ、欠陥の検出感度を向上させる方法が提案されている。
特許文献1(特表2006-512588号公報)には、「パターン化及び非パターン化物体を光学的に検査するためのシステム及び方法であって、上記パターンにより導入される偏光シフト、及び上記パターンにより偏光シフトされる入射光ビームの偏光を決定するステップと、上記決定に応答して、光ビームの偏光状態を確立して、上記パターン化された物体に当たる入射光ビームを与えるステップと、上記決定に応答して、偏光により反射ビームをフィルタするステップと、上記フィルタされた反射光ビームの検出に応答して検出信号を発生するステップと、を備えた方法」が開示されている。
特許文献1には、被検査対象物の表面に照明光を照射し、該被検査対象物の表面から反射する正反射光を検出する明視野検査装置が開示されているが、被検査対象物の表面から散乱する散乱光を検出して該被検査対象物の表面に存在する欠陥を検査する暗視野検査装置については、数十ナノメートル又はそれ以下の欠陥や異物を高検出感度で検出する技術については開示されていない。
本願では、検査対象を高速で検査するのに適した暗視野検査装置において、繰り返しパターン部からの散乱光を抑制することで、より微細な欠陥からの散乱光を検出する欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
(1)照明光を出射する光源と、前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整する偏光生成部と、を備える照射光学系と、前記照射光学系により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整する偏光解析部と、前記偏光解析部により調整された散乱光を検出する検出部とを備える検出光学系と、前記検出光学系により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理系と、を備え、前記偏光生成部は、予め定めた照明条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記偏光解析部は、予め定めた検出条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置。出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置である。
(2)出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法である。
(1)照明光を出射する光源と、前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整する偏光生成部と、を備える照射光学系と、前記照射光学系により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整する偏光解析部と、前記偏光解析部により調整された散乱光を検出する検出部とを備える検出光学系と、前記検出光学系により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理系と、を備え、前記偏光生成部は、予め定めた照明条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記偏光解析部は、予め定めた検出条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置。出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置である。
(2)出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法である。
微細な欠陥の検出感度を向上させた欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することができる。
本発明の実施例を、以下に説明する。
欠陥とは被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥COP(Crystal Originated Particle)、研磨により生じるスクラッチなどである。
欠陥とは被検査対象物である試料上に付着するパーティクルや結晶欠陥COP(Crystal Originated Particle)、研磨により生じるスクラッチなどである。
本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例を、図1乃至図8を用いて説明する。
本発明は、半導体ウェハに形成されたサブ波長構造の繰り返しパターン上の異物や欠陥を対象とする。典型的な繰り返しパターンは、細長く互いに平行な導体や絶縁体を含み、一般にライン&スペースパターンと呼ばれる。以下、このサブ波長構造の繰り返しパターンの構造複屈折を利用した高感度欠陥検査方法について記述する。
以下では、半導体ウェハの暗視野検査装置による検査を例にとって説明する。
図1は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例を示す図である。
実施例1に係る光学式検査装置は、照明光学系110、ステージ部170、撮像光学系(検出光学系)120及び信号処理・制御系250とを備えて構成されている。照明光学系110は、被検査対象物である試料(半導体ウエハ)100に照明光を照射し、照射された半導体ウェハ100から散乱する散乱光を検出光学系120により検出する。その際、ステージ部170により半導体ウェハ100を走査する。信号処理・制御系250は、検出光学系120により検出された半導体ウエハ100からの散乱光を処理して半導体ウエハに存在する欠陥を検出する。
実施例1に係る光学式検査装置は、照明光学系110、ステージ部170、撮像光学系(検出光学系)120及び信号処理・制御系250とを備えて構成されている。照明光学系110は、被検査対象物である試料(半導体ウエハ)100に照明光を照射し、照射された半導体ウェハ100から散乱する散乱光を検出光学系120により検出する。その際、ステージ部170により半導体ウェハ100を走査する。信号処理・制御系250は、検出光学系120により検出された半導体ウエハ100からの散乱光を処理して半導体ウエハに存在する欠陥を検出する。
(照明光学系110)
照明光学系110は、レーザ光源111、ビーム整形手段112、ビームエキスパンダ113、偏光板や波長板を備えてなる偏光生成部130、検査対象(半導体ウェハ)100に線状のビームを照射するための線状ビーム生成部115を備えて構成される。
レーザ光源111は、レーザビームを出射する。このとき、光源111には、気体レーザ、半導体レーザ、固体レーザや、面発光レーザなどが利用可能である。波長は赤外、可視域、紫外を用いることができるが、波長が短くなるほど光学的な分解能が向上するため、微細欠陥を見る際にはUV(Ultra Violet:紫外線)、DUV(Deep Ultra Violet:深紫外線)、VUV(Vacuum Ultra Violet:真空紫外線)、EUV(Extreme Ultra Violet:極端紫外線)などの紫外域の光を用いるとよい。
ビーム整形手段112は、レーザ光源111から出射されたレーザビームを整形する。ビーム整形手段112としては、例えば光源111より発振された光が直線偏光の場合、ND(Neutral Density)フィルタ112により強度を調整すればよい。 ビームエキスパンダ113は、ビーム整形手段112により整形された光のビーム径を拡大する。
偏光生成部130は、偏光板や波長板を備えて構成され、ビームエキスパンダ113でビーム径を拡大された光の偏光特性を調整する。調整すべき偏光特性は、後述の信号処理・制御部における偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる。偏光生成部130は、例えば1/4波長板や1/2波長板を備えて構成され、偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる偏光特性に応じて1/4波長板や1/2波長板の回転角を調整する。
図3は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光生成器130の構成を示す図である。1/4波長板131、1/2波長板132を備えて構成されている。このとき、1/4波長板131と1/2波長板132の順番は逆であっても良い。図1に示した偏光条件制御部241からの制御信号に基づき、1/4波長板131、1/2波長板132との回転角が設定(回転制御)される。
照明光学系110は、レーザ光源111、ビーム整形手段112、ビームエキスパンダ113、偏光板や波長板を備えてなる偏光生成部130、検査対象(半導体ウェハ)100に線状のビームを照射するための線状ビーム生成部115を備えて構成される。
レーザ光源111は、レーザビームを出射する。このとき、光源111には、気体レーザ、半導体レーザ、固体レーザや、面発光レーザなどが利用可能である。波長は赤外、可視域、紫外を用いることができるが、波長が短くなるほど光学的な分解能が向上するため、微細欠陥を見る際にはUV(Ultra Violet:紫外線)、DUV(Deep Ultra Violet:深紫外線)、VUV(Vacuum Ultra Violet:真空紫外線)、EUV(Extreme Ultra Violet:極端紫外線)などの紫外域の光を用いるとよい。
ビーム整形手段112は、レーザ光源111から出射されたレーザビームを整形する。ビーム整形手段112としては、例えば光源111より発振された光が直線偏光の場合、ND(Neutral Density)フィルタ112により強度を調整すればよい。 ビームエキスパンダ113は、ビーム整形手段112により整形された光のビーム径を拡大する。
偏光生成部130は、偏光板や波長板を備えて構成され、ビームエキスパンダ113でビーム径を拡大された光の偏光特性を調整する。調整すべき偏光特性は、後述の信号処理・制御部における偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる。偏光生成部130は、例えば1/4波長板や1/2波長板を備えて構成され、偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる偏光特性に応じて1/4波長板や1/2波長板の回転角を調整する。
図3は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光生成器130の構成を示す図である。1/4波長板131、1/2波長板132を備えて構成されている。このとき、1/4波長板131と1/2波長板132の順番は逆であっても良い。図1に示した偏光条件制御部241からの制御信号に基づき、1/4波長板131、1/2波長板132との回転角が設定(回転制御)される。
線状ビーム生成部115は、偏光特性が調整された偏光生成部130からの光を線状ビームに生成する。例えば、例えばシリンドリカルレンズ115a、115bを備えるレンズ群により構成される。このとき、生成される線状ビーム101はステージy方向が線状ビーム101の長手方向となるように形成される。
このとき、偏光生成部130は線状ビーム生成部115の後におかれていても良い。この場合は偏光生成部130で偏光調整されたビームにずれが生じることなく半導体ウエハ100に照射することが可能となる。
このようにして形成された線状ビーム101は、ステージy方向が線状ビーム101の長手方向となるように半導体ウエハ100の表面に照射される。
このとき、偏光生成部130は線状ビーム生成部115の後におかれていても良い。この場合は偏光生成部130で偏光調整されたビームにずれが生じることなく半導体ウエハ100に照射することが可能となる。
このようにして形成された線状ビーム101は、ステージy方向が線状ビーム101の長手方向となるように半導体ウエハ100の表面に照射される。
(検出光学系120)
検出光学系120は、対物レンズ121、空間フィルタ123、結像レンズ122、偏光解析器140、ラインセンサ124とを備えて構成される。
対物レンズ121は、半導体ウエハ100の表面から散乱した反射、散乱、回折光を集光する。
空間フィルタ123は、対物レンズ121にて集光された半導体ウエハ100の表面からの反射、散乱、回折光の一部を遮光する。ここで、空間フィルタ123は、対物レンズ121の出射側の瞳位置又は瞳位置と等価な位置に配置され、ウェハ100上に形成された波長と同等かそれ以上の繰り返しパターンによる回折光を遮光する。
結像レンズ122は、空間フィルタ123で遮光されなかった散乱光を透過させる。
検出光学系120は、対物レンズ121、空間フィルタ123、結像レンズ122、偏光解析器140、ラインセンサ124とを備えて構成される。
対物レンズ121は、半導体ウエハ100の表面から散乱した反射、散乱、回折光を集光する。
空間フィルタ123は、対物レンズ121にて集光された半導体ウエハ100の表面からの反射、散乱、回折光の一部を遮光する。ここで、空間フィルタ123は、対物レンズ121の出射側の瞳位置又は瞳位置と等価な位置に配置され、ウェハ100上に形成された波長と同等かそれ以上の繰り返しパターンによる回折光を遮光する。
結像レンズ122は、空間フィルタ123で遮光されなかった散乱光を透過させる。
偏光解析器140は、偏光板や波長板を備えて構成され、結像レンズ122で透過された散乱光の偏光特性を調整する。調整すべき偏光特性は、偏光生成部130と同様に、後述の信号処理・制御部における偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる。偏光生成部140は、例えば1/4波長板や1/2波長板、偏光板を備えて構成され、これらはそれぞれが個別に回転制御し、偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる偏光特性に応じて1/4波長板や1/2波長板、偏光板の回転角を調整する。これにより、入射される光の偏光状態によらず、偏光解析器140では任意の入射偏光を生成することが可能となる。
図4は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光解析器140の構成を示す図である。1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143を備えて構成されている。このとき、1/4波長板141と1/2波長板142との順番は逆であっても良い。図1に示した偏光条件制御部241からの制御信号に基づき、1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143の回転角が設定(回転制御)される。
図4は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の偏光解析器140の構成を示す図である。1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143を備えて構成されている。このとき、1/4波長板141と1/2波長板142との順番は逆であっても良い。図1に示した偏光条件制御部241からの制御信号に基づき、1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143の回転角が設定(回転制御)される。
ラインセンサ124は、偏光解析器140において偏光特性が調整された散乱光をラインセンサ124の検出面上に結像させて、検出する。例えば、TDI(Time Delay Integration)イメージセンサ:時間遅延積分型イメージセンサ、CCD(Charge Coupled Device)センサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサを用いればよい。
このとき、偏光解析部140と結像レンズ122との位置は逆であっても良い。
このようにして検出された散乱光に基づく信号は、信号処理・制御部250に送られる。
このとき、偏光解析部140と結像レンズ122との位置は逆であっても良い。
このようにして検出された散乱光に基づく信号は、信号処理・制御部250に送られる。
(ステージ部170)
ステージ部170は、xステージ170a、yステージ170b、zステージ170c、θステージ170dを備えて構成される。
xステージ170aは、検査対象試料である表面に微細なパターンが形成された半導体ウェハ100を載置してx方向に移動可能なステージである。
yステージ170b、zステージ170c、θステージ170dもそれぞれ同様に、検査対象試料である表面に微細なパターンが形成された半導体ウェハ100を載置してy方向、z方向、θ方向に移動可能なステージである。
ステージ部170は、xステージ170a、yステージ170b、zステージ170c、θステージ170dを備えて構成される。
xステージ170aは、検査対象試料である表面に微細なパターンが形成された半導体ウェハ100を載置してx方向に移動可能なステージである。
yステージ170b、zステージ170c、θステージ170dもそれぞれ同様に、検査対象試料である表面に微細なパターンが形成された半導体ウェハ100を載置してy方向、z方向、θ方向に移動可能なステージである。
(信号処理・制御部250)
信号処理・制御部250は、画像処理部200、操作部210、制御部220、偏光条件算出部240、偏光条件制御部241、高さ検出部160とを備えて構成される。
信号処理・制御部250は、画像処理部200、操作部210、制御部220、偏光条件算出部240、偏光条件制御部241、高さ検出部160とを備えて構成される。
画像処理部200は、ラインセンサ124で検出した半導体ウェハ100からの散乱光に基づき信号処理して画像を処理する。
具体的には、検出光学系120において取得した散乱光に基づく2枚の画像(半導体ウエハ100上の所定の領域における散乱光に基づく検査画像と、本来この検査画像と同一の画像であることが期待される該所定の領域に隣接する領域からの散乱光に基づく画像(隣接パターン又は隣接ダイを撮像して得た画像、(参照画像)))が、画像処理部200に送られる。そして、2枚の画像を比較処理して欠陥候補を抽出し、この抽出した欠陥候補の散乱光分布や強度などの特徴から、欠陥判定、分類・サイジングが行われる。
具体的には、検出光学系120において取得した散乱光に基づく2枚の画像(半導体ウエハ100上の所定の領域における散乱光に基づく検査画像と、本来この検査画像と同一の画像であることが期待される該所定の領域に隣接する領域からの散乱光に基づく画像(隣接パターン又は隣接ダイを撮像して得た画像、(参照画像)))が、画像処理部200に送られる。そして、2枚の画像を比較処理して欠陥候補を抽出し、この抽出した欠陥候補の散乱光分布や強度などの特徴から、欠陥判定、分類・サイジングが行われる。
図5は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
ラインセンサ124で取得された検査ダイの画像1241について、検査ダイの画像1241と遅延メモリ2001に記録してある1つ前に検査して得たダイの画像とについて位置合わせ部2003で位置合わせを行い、その結果を一旦メモリ2005に記憶させてから減算部2007でそれぞれの画像の差画像を求める(減算する)。このとき、欠陥からの散乱光は、正常部からの散乱光と異なることから、欠陥からの散乱光が強調された画像が得られる。正常部は暗く、欠陥部は明るい画像が取得されるため、求めた差画像を比較部2011でしきい値記憶部2009に記憶しておいたしきい値画像と比較し、比較部2011で得られた結果から欠陥判定部2013にて欠陥の判定を行う。しきい値記憶部2008に記憶しておくしきい値画像は、たとえば、複数の正常部の統計的な明るさから決定する。
操作部210は、装置を操作する。
制御部220は、装置の各部位を制御する。例えば、後述の高さ検出器160からの検出結果を受信し、ステージ部170のxステージ170a、yステージ170b、zステージ170c、θステージ170dの位置を制御したり、空間フィルタ123に制御信号を送ったりする。
ラインセンサ124で取得された検査ダイの画像1241について、検査ダイの画像1241と遅延メモリ2001に記録してある1つ前に検査して得たダイの画像とについて位置合わせ部2003で位置合わせを行い、その結果を一旦メモリ2005に記憶させてから減算部2007でそれぞれの画像の差画像を求める(減算する)。このとき、欠陥からの散乱光は、正常部からの散乱光と異なることから、欠陥からの散乱光が強調された画像が得られる。正常部は暗く、欠陥部は明るい画像が取得されるため、求めた差画像を比較部2011でしきい値記憶部2009に記憶しておいたしきい値画像と比較し、比較部2011で得られた結果から欠陥判定部2013にて欠陥の判定を行う。しきい値記憶部2008に記憶しておくしきい値画像は、たとえば、複数の正常部の統計的な明るさから決定する。
操作部210は、装置を操作する。
制御部220は、装置の各部位を制御する。例えば、後述の高さ検出器160からの検出結果を受信し、ステージ部170のxステージ170a、yステージ170b、zステージ170c、θステージ170dの位置を制御したり、空間フィルタ123に制御信号を送ったりする。
偏光条件算出部240は、予め実測して検出した散乱光強度や偏光生成部130や偏光解析部140などの検査条件のデータに基づき、該半導体ウエハの表面の回路パターンに応じた最適な偏光特性を算出し、算出結果を偏光条件制御部241に送信する。
偏光条件制御部241は、偏光条件算出部240から受信した最適な偏光特性を偏光生成部130や偏光解析部140などに送り、偏光条件を制御する。
高さ検出部160は、検査中のステージ部170のステージ高さを検出し、検出結果を制御部220に送る。ステージ高さにずれが生じている場合は、この高さ検出部での検出結果に基づき制御部220からの制御信号を用いてステージの高さずれを補正する。
偏光条件制御部241は、偏光条件算出部240から受信した最適な偏光特性を偏光生成部130や偏光解析部140などに送り、偏光条件を制御する。
高さ検出部160は、検査中のステージ部170のステージ高さを検出し、検出結果を制御部220に送る。ステージ高さにずれが生じている場合は、この高さ検出部での検出結果に基づき制御部220からの制御信号を用いてステージの高さずれを補正する。
詳細は後述するが、本発明では、照明光学系110の入射方位、仰角、検出光学系120の方位、仰角、対物レンズ121のNA(Numerical Aperture)に依存する半導体ウェハ上の繰り返しパターンからの散乱光の偏光特性を決定し、偏光生成部130と偏光解析部140にて繰り返しパターン部からの散乱光を最も抑制する条件を導出した上で検査を実施する。
図2は、本発明に係る光学式検査方法の第1の実施例を示すフロー図である。
照明光学系110によりビームを所望の偏光状態とし、さらに線状に整形し(S100)、この線状に成形した照明光をxステージ170aによりx方向に連続的に移動している半導体ウェハ100に照射する(S101)。この線状に成形した照明光の照射により半導体ウェハ100から発生した反射、散乱、回折光(S102)を検出光学系120にて検出し(S103)、ラインセンサ150により光電変換された信号から画像を取得し(S104)、取得した画像に処理を施し欠陥判定、欠陥分類およびサイジングなどを行う(S105)。
照明光学系110によりビームを所望の偏光状態とし、さらに線状に整形し(S100)、この線状に成形した照明光をxステージ170aによりx方向に連続的に移動している半導体ウェハ100に照射する(S101)。この線状に成形した照明光の照射により半導体ウェハ100から発生した反射、散乱、回折光(S102)を検出光学系120にて検出し(S103)、ラインセンサ150により光電変換された信号から画像を取得し(S104)、取得した画像に処理を施し欠陥判定、欠陥分類およびサイジングなどを行う(S105)。
次に各ステップの詳細な動作内容を説明する。
(S100)
S100では、照明光学系110の光源111から出射されたレーザビームをビーム整形手段112にて整形し、偏光生成部130によって偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる偏光特性となるように調整する。その後、線状ビーム生成部115にて偏光特性が調整された偏光生成部130からの光を線状ビームに生成する。
(S101)
S101では、S100で生成された線状ビームを半導体ウェハ100に照射する。
このとき、光学式の暗視野検査装置では、半導体ウェハ100を走査しながら(半導体ウェハ100と照明光学系110及び検出光学系120とを相対的に一方向に連続的に移動させながら)照明光を照射する。
(S100)
S100では、照明光学系110の光源111から出射されたレーザビームをビーム整形手段112にて整形し、偏光生成部130によって偏光条件制御部241からの制御信号に基づき決まる偏光特性となるように調整する。その後、線状ビーム生成部115にて偏光特性が調整された偏光生成部130からの光を線状ビームに生成する。
(S101)
S101では、S100で生成された線状ビームを半導体ウェハ100に照射する。
このとき、光学式の暗視野検査装置では、半導体ウェハ100を走査しながら(半導体ウェハ100と照明光学系110及び検出光学系120とを相対的に一方向に連続的に移動させながら)照明光を照射する。
(S102)
S101において半導体ウェハ100に照射された線状ビームにより、半導体ウエハ100からは反射、散乱、回折光が発生する。
(S103)
S102において発生した反射、散乱、回折光を、検出光学系120の対物レンズ121により集光し、空間フィルタ123を用いて対物レンズ121にて集光された半導体ウエハ100の表面からの反射、散乱、回折光をの一部を遮光する。その後、結像レンズ122により透過された空間フィルタ123で遮光されなかった散乱光について偏光解析器140で偏光特性を調整する。
S101において半導体ウェハ100に照射された線状ビームにより、半導体ウエハ100からは反射、散乱、回折光が発生する。
(S103)
S102において発生した反射、散乱、回折光を、検出光学系120の対物レンズ121により集光し、空間フィルタ123を用いて対物レンズ121にて集光された半導体ウエハ100の表面からの反射、散乱、回折光をの一部を遮光する。その後、結像レンズ122により透過された空間フィルタ123で遮光されなかった散乱光について偏光解析器140で偏光特性を調整する。
(S104)
S103で偏光特性が調整された散乱光をラインセンサ124により検出し、半導体ウエハ100の表面に関する画像を取得する。
(S105)
S104で取得した画像に対して、信号処理・制御系250の画像処理部200で画像処理を行い、欠陥判定、欠陥分類およびサイジングを行う。
S103で偏光特性が調整された散乱光をラインセンサ124により検出し、半導体ウエハ100の表面に関する画像を取得する。
(S105)
S104で取得した画像に対して、信号処理・制御系250の画像処理部200で画像処理を行い、欠陥判定、欠陥分類およびサイジングを行う。
ここで、繰り返しパターンの回折光について詳細に説明する。図1では、欠陥からの散乱光を検出する際に妨げとなる、正常な繰り返しパターン(欠陥を有さない繰り返しパターン)からの回折光を除去するため、照明光学系110を線状ビームの長手方向に対して方位45度の位置に設置している。
一般に、回折光はパターン構造に垂直に生じる。検査対象である半導体ウェハの構造は、図1の主軸x、y方向のライン状パターンが多い。回折光は、ライン状パターンに垂直に生じるため、y,x方向に多く回折光がある。照明の仰角と、検出の対物レンズ121のNAを適切に設定することで、上方の検出系に、ライン状パターンからの回折光がなるべく入らないよう装置を構成することができる。対物レンズ121内に入ってきた回折光に関しては、前述の空間フィルタ123にて除去する。なお、本発明で着目するサブ波長構造の繰り返しパターン部では、繰り返しパターンのピッチ(周期)と回折角(散乱角)とが反比例の関係にあることから、対物レンズ121のNAより外側に回折し、散乱光のみが検出されることになる。
一般に、回折光はパターン構造に垂直に生じる。検査対象である半導体ウェハの構造は、図1の主軸x、y方向のライン状パターンが多い。回折光は、ライン状パターンに垂直に生じるため、y,x方向に多く回折光がある。照明の仰角と、検出の対物レンズ121のNAを適切に設定することで、上方の検出系に、ライン状パターンからの回折光がなるべく入らないよう装置を構成することができる。対物レンズ121内に入ってきた回折光に関しては、前述の空間フィルタ123にて除去する。なお、本発明で着目するサブ波長構造の繰り返しパターン部では、繰り返しパターンのピッチ(周期)と回折角(散乱角)とが反比例の関係にあることから、対物レンズ121のNAより外側に回折し、散乱光のみが検出されることになる。
本実施例では、繰り返しパターン部からの信号を抑制するために、繰り返しパターン部の偏光特性を利用する。サブ波長構造の繰り返しパターンは、その強い偏光特性からワイヤーグリッド偏光子のように偏光素子として利用されている。本願の発明者は、このようなサブ波長構造の繰り返しパターン部からの散乱光は比較的広い散乱角において一様な偏光状態となることを見出した。この効果を利用すると、照明光学系110の偏光状態と撮像光学系120にて検出する偏光状態を適切に設定することで、対物レンズ121のNA内に入射する繰り返しパターン部からの散乱光を大きく抑制することができる。本実施例で示す図1の装置は、照明光学系110の照明偏光状態は偏光生成器130、検出光学系120の検出偏光状態は偏光解析器140にて任意に設定できるよう構成されている。
本実施例では、偏光生成器130および偏光解析器140の両方を用いる欠陥検査装置を説明したが、両方を有することは必ずしも必要ではなく、いずれか一方のみを用いた場合であっても繰り返しパターン部からの散乱光を抑制し、ノイズを減らした散乱光の検出が可能となる。
また、偏光生成器130および偏光解析器140は必要に応じて用いなくてもよく、場合によって1/4波長板131、1/2波長板132や1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143を出し入れするような構造であっても良い。
また、偏光生成器130および偏光解析器140は必要に応じて用いなくてもよく、場合によって1/4波長板131、1/2波長板132や1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143を出し入れするような構造であっても良い。
図6は、本発明に係る光学式検査方法の第1の実施例の検査条件を設定するフロー図である。ここでの検査条件とは、被検査対象物である半導体ウエハの繰り返しパターン形状に応じて、繰り返しパターンからの散乱光を最小とする偏光生成部130や偏光解析部140の偏光条件(偏光特性)を指す。繰り返しパターンからの散乱光を最小とする偏光生成部130や偏光解析部140の偏光条件は、半導体ウエハの繰り返しパターン形状に応じて異なるため、検査対象となる半導体ウエハごとに最適な偏光条件を決定することが必要である。
図6では、照明光学系110の方位、仰角、検出光学系120の方位、仰角、対物レンズ121のNAに依存する繰り返しパターンの偏光特性を決定し(S150)、繰り返しパターンからの散乱光が最小となるように入射と検出の偏光状態を決定し、これを検査条件とする(S151)。繰り返しパターン散乱光が最小となる検査条件に偏光発生器130と偏光解析器140を設定する。このとき、検査条件の設定値は図7に示すようにGUIに表示する(S152)。最後に、S152により決定した、繰り返しパターンからの散乱光が最小となる検査条件にて画像を取得、欠陥検出を行う(S153)。このとき、異物や欠陥の偏光特性は、繰り返しパターン部からの散乱光の偏光特性が異なるので、異物や欠陥を顕在化することができる。
図6では、照明光学系110の方位、仰角、検出光学系120の方位、仰角、対物レンズ121のNAに依存する繰り返しパターンの偏光特性を決定し(S150)、繰り返しパターンからの散乱光が最小となるように入射と検出の偏光状態を決定し、これを検査条件とする(S151)。繰り返しパターン散乱光が最小となる検査条件に偏光発生器130と偏光解析器140を設定する。このとき、検査条件の設定値は図7に示すようにGUIに表示する(S152)。最後に、S152により決定した、繰り返しパターンからの散乱光が最小となる検査条件にて画像を取得、欠陥検出を行う(S153)。このとき、異物や欠陥の偏光特性は、繰り返しパターン部からの散乱光の偏光特性が異なるので、異物や欠陥を顕在化することができる。
次に各ステップの詳細な動作内容を説明する。
(S150)
S150では、繰り返しパターン部の偏光特性を決定する。一般に物体の偏光特性はミューラー行列(4×4行列)Mの各要素16個のパラメータで表現することができる。繰り返しパターン部散乱光の強度Iは、偏光生成器130により生成された照明光の偏光状態を表すストークスベクトルS(4×1ベクトル)と、偏光解析器140にて検出する偏光状態を表すミューラー行列の1行目Ma(1×4ベクトル)を用いて、
I=Ma・M・S …(数1)
と表すことができる。
(S150)
S150では、繰り返しパターン部の偏光特性を決定する。一般に物体の偏光特性はミューラー行列(4×4行列)Mの各要素16個のパラメータで表現することができる。繰り返しパターン部散乱光の強度Iは、偏光生成器130により生成された照明光の偏光状態を表すストークスベクトルS(4×1ベクトル)と、偏光解析器140にて検出する偏光状態を表すミューラー行列の1行目Ma(1×4ベクトル)を用いて、
I=Ma・M・S …(数1)
と表すことができる。
ここで、Sは偏光生成器130を構成する1/4波長板131、1/2波長板132の方位に依存する。また、Maは偏光解析器140を構成する1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143の方位に依存する。したがって、偏光生成器130と偏光解析器140のそれぞれ4通りずつの異なる16通りの組み合わせによる繰り返しパターン部の散乱光強度から、繰り返しパターン部の偏光特性を導出することができる。
(S151)
次に検査条件を決定するステップ(S151)を説明する。数1において、Mが既知であれば、SとMaの条件を与えることでIを計算することができる。ここで、繰り返しパターン部からの散乱光強度が最小となるSとMaの値を求める。Sを決定することは、偏光生成器130により生成する偏光状態を決めることであり、Maを決定することは、偏光解析器140にて検出する偏光状態を決めることを意味する。SとMaはそれぞれ4つの項からなるため、最小となるIを求めるのは困難である。そのため、複数パラメータの最適化手法であるベンバーグ・マーカート法や最急降下法などを用いることが考えられるが、これらには拘らない。
次に検査条件を決定するステップ(S151)を説明する。数1において、Mが既知であれば、SとMaの条件を与えることでIを計算することができる。ここで、繰り返しパターン部からの散乱光強度が最小となるSとMaの値を求める。Sを決定することは、偏光生成器130により生成する偏光状態を決めることであり、Maを決定することは、偏光解析器140にて検出する偏光状態を決めることを意味する。SとMaはそれぞれ4つの項からなるため、最小となるIを求めるのは困難である。そのため、複数パラメータの最適化手法であるベンバーグ・マーカート法や最急降下法などを用いることが考えられるが、これらには拘らない。
具体的には、任意の値に偏光生成部130と偏光解析部140の偏光条件を設定し、照明光学系130を用いて半導体ウエハ100上に照明光を照射する。そして、半導体ウエハ100から散乱した反射・回折・散乱光を検出光学系120を用いて検出する。このとき、検出した散乱光の強度がIであり、偏光生成部130と偏光解析部140の偏光条件がSとMaに相当する。本実施例では、このIとSとMaとの組み合わせを16通り得ることが必要である。この値を用いてMを求めることでMが既知の値となり、当該半導体ウエハの検査に最適なSとMaとを得ることができる。
(S152)
次に、偏光状態Sを実現する偏光生成器130の状態と、検出する偏光状態Maを実現する偏光解析器140の状態を決定するステップ(S152)を説明する。Sは偏光生成器130を構成する1/4波長板131、1/2波長板132の方位の関数であり、偏光生成器130への入射偏光状態と実現したい偏光状態Sが既知であれば、1/4波長板131、1/2波長板132の偏光特性を表すミューラー行列計算により、各素子の方位は容易に逆算可能である。同様に、Maは偏光解析器140を構成する1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143の方位の関数であり、各素子の方位は、ミューラー行列計算により、容易に逆算可能である。ここで求めた、各素子の方位を検査条件とする。
次に、偏光状態Sを実現する偏光生成器130の状態と、検出する偏光状態Maを実現する偏光解析器140の状態を決定するステップ(S152)を説明する。Sは偏光生成器130を構成する1/4波長板131、1/2波長板132の方位の関数であり、偏光生成器130への入射偏光状態と実現したい偏光状態Sが既知であれば、1/4波長板131、1/2波長板132の偏光特性を表すミューラー行列計算により、各素子の方位は容易に逆算可能である。同様に、Maは偏光解析器140を構成する1/4波長板141、1/2波長板142、偏光板143の方位の関数であり、各素子の方位は、ミューラー行列計算により、容易に逆算可能である。ここで求めた、各素子の方位を検査条件とする。
(S153)
最後に、S152にて求めた検査条件にて、ウェハ検査を行う(S153)。正常な繰り返しパターン部からの散乱光を抑制することで、異物や欠陥からの散乱光を顕在化し、高感度な検出が可能となる。
最後に、S152にて求めた検査条件にて、ウェハ検査を行う(S153)。正常な繰り返しパターン部からの散乱光を抑制することで、異物や欠陥からの散乱光を顕在化し、高感度な検出が可能となる。
図7は、本発明に係る光学式検査装置の第1の実施例の表示部の概略図である。
例えば、検査条件を設定するフローにおいて、ユーザが偏光生成部130および偏光解析部140の偏光特性を設定することが可能である。また、欠陥検査フローにおいては、検査条件設定フローにより決定した最適な偏光生成部130および偏光解析部140の偏光特性に基づき検査を行うことができ、どのような偏光条件で検査を行っているかをユーザが知ることができる。
例えば、検査条件を設定するフローにおいて、ユーザが偏光生成部130および偏光解析部140の偏光特性を設定することが可能である。また、欠陥検査フローにおいては、検査条件設定フローにより決定した最適な偏光生成部130および偏光解析部140の偏光特性に基づき検査を行うことができ、どのような偏光条件で検査を行っているかをユーザが知ることができる。
検査時は、ウェハの全面を検査するため、ステージをx方向に走査し、照明光学系110と半導体ウェハの位置を相対的に変化させる。
図8は、試料上の回路パターン形状に対する検査条件の変化の様子を示す図である。図8のように、走査方向にy方向ライン&スペース部301と、x方向ライン&スペース部302の異なる繰り返しパターン部が並んでいる場合、それぞれの偏光特性をあらかじめ導出しておき、偏光生成器130と偏光解析器140の条件を条件Aから条件Bに高速で切り替えることにより、各繰り返しパターン部にて最適な検査を行うことができる。なお、本実施例では、偏光制御に波長板の回転を用いているが、電気光学変調器、磁気光学変調器を用いてもよい。
図8は、試料上の回路パターン形状に対する検査条件の変化の様子を示す図である。図8のように、走査方向にy方向ライン&スペース部301と、x方向ライン&スペース部302の異なる繰り返しパターン部が並んでいる場合、それぞれの偏光特性をあらかじめ導出しておき、偏光生成器130と偏光解析器140の条件を条件Aから条件Bに高速で切り替えることにより、各繰り返しパターン部にて最適な検査を行うことができる。なお、本実施例では、偏光制御に波長板の回転を用いているが、電気光学変調器、磁気光学変調器を用いてもよい。
第2の実施例を図9A、9B、10を用いて説明する。
図9Aは、本発明に係る光学式検査装置の第2の実施例の偏光生成器の構成を示す図であり、図9Bは、本発明に係る光学式検査装置の第2の実施例の偏光解析器の構成を示す図であり、図10は、入射直線偏光と検出直線偏光の偏光軸と繰り返しパターン部からの散乱光強度の関係を示す図である。
図9Aは、本発明に係る光学式検査装置の第2の実施例の偏光生成器の構成を示す図であり、図9Bは、本発明に係る光学式検査装置の第2の実施例の偏光解析器の構成を示す図であり、図10は、入射直線偏光と検出直線偏光の偏光軸と繰り返しパターン部からの散乱光強度の関係を示す図である。
実施例1とは、照明光である偏光照明が直線偏光に限られる点が異なる。これにより、偏光生成器130と偏光解析器140の構成が実施例1とは異なる。ここでは、第1の実施例との違いである図6に示した検査条件設定フローの詳細のみを説明する。
半導体ウエハの繰り返しパターンの形状によっては、直線偏光を入射した場合に、正反射光のみならず、散乱光においても比較的広範囲な散乱角において一様な直線偏光となる場合がある。このとき、偏光生成器130と偏光解析器140は直線偏光のみを扱うことのできる構成であればよく、検査対象である繰り返しパターン部からの散乱光を抑制できる。
図9Aに偏光生成器130の構成を示す。光源111が直線偏光を発振するレーザの場合、偏光生成器130は1/2波長板132のみからなり、1/2波長板132の方位にてビームの直線偏光の偏光軸を制御する。
また、図9Bに偏光解析器140の構成を示す。直線偏光のみを抽出すればよいので、偏光解析器140は偏光板143のみを備えて構成されていれば良い。
また、図9Bに偏光解析器140の構成を示す。直線偏光のみを抽出すればよいので、偏光解析器140は偏光板143のみを備えて構成されていれば良い。
実施例1と同様に、図6のフローにて偏光生成器130と偏光解析器140の検査条件を決定するが、直線偏光に限定していることで、容易に条件を設定することができる。繰り返しパターン部の偏光特性の決定するステップ(S150)において、一般に物体の偏光特性はミューラー行列4×4行列Mの各要素16個のパラメータで表現することができるが、直線偏光のみの応答を考えると9個の要素のみを考慮すればよい。したがって、偏光生成装置130と偏光解析器140のそれぞれ3通りずつの異なる9通りの組み合わせによる繰り返しパターン部の散乱光強度から、繰り返しパターン部の偏光特性を導出することができる。
検査条件を決定するステップ(S151)も直線偏光の場合には、数1の偏光状態を表すストークスベクトルS(4x1ベクトル)と、偏光解析器140にて検出する偏光状態を表すミューラー行列の1行目Ma(1x4ベクトル)は、それぞれ入射直線偏光の方位A、検出直線偏光の方位Bの関数となるため、検出強度Iは、A、Bの関数となる。繰り返しパターンからの散乱光がほぼ直線偏光の場合、A、Bの変化に伴い、強度は正弦的に変化し、あるA、Bの値で最小値をとり、それは0に近接する。この強度Iが最小値となる方位A、Bが検査条件となる入射と検出の偏光状態を表す。
偏光状態Sを実現する偏光生成器130の状態と、検出する偏光状態Maを実現する偏光解析器140の状態を決定するステップ(S152)は、所望の入射、検出方位A、Bを実現するように、偏光生成器130は1/2波長板132の方位、偏光解析器140は偏光板143を制御する。最後に(S152)の条件にて検査を実施する(S153)。正常な繰り返しパターン部からの散乱光を抑制することで、異物や欠陥からの散乱光を顕在化し、高感度な検出が可能となる。
なお、偏光生成器130については、照明光学系110中のレンズ等の光学素子による偏光変化を補正するために、実施例1と同様に図3の1/4波長板131と1/2波長板132の回転を共に制御する方式をとってもよい。
本発明の第3の実施例を説明する。本実施例では、図6の検出条件設定フローにおける繰り返しパターン部の偏光特性を決定するステップ(S150)にて、実際の計測結果ではなく、光学シミュレーションの結果を用いる。厳密結合波解析(Rigorous Coupled Wave Analysis、RCWA)やFDTD(Finite-difference time-domain)法などの光学シミュレーションにより、繰り返しパターン部からの散乱光の電場成分を計算し、偏光特性を求める。このとき、実施例1に示した計測条件と同様の条件にてシミュレーションを実施する。
また、計測対象となる欠陥の形状が明らかな場合には、欠陥からの散乱光の偏光特性も光学シミュレーションを用いて計算することができる。繰り返しパターン部と欠陥の両方の偏光特性がわかれば、検出される繰り返しパターン部からの散乱光強度Iと欠陥からの散乱光強度Sの比(S/I)を計測し、S/Iが最大となる入射、検出偏光状態の条件にて検査を行うことで、感度を最大化できる。
光学シミュレーション結果を用いて最適な偏光特性を求める場合は、予め複数の実験条件で散乱光を実測することが不要なため、最適な検査条件の算出にかかる時間が短くて済む。
光学シミュレーション結果を用いて最適な偏光特性を求める場合は、予め複数の実験条件で散乱光を実測することが不要なため、最適な検査条件の算出にかかる時間が短くて済む。
また、欠陥の位置および大きさが既知の基準ウエハなどを用いて散乱光を実測し、実施例1のような行列計算によってS/Iが最大となる入射、検出偏光状態の条件を求めることもできる。
本発明の第4の実施例を図11、12を用いて説明する。
図11は、本発明に係る光学式検査装置の第4の実施例の光学系の概略の構成を示す図、図12は、本発明に係る光学式検査装置の第4の実施例における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
図11は、本発明に係る光学式検査装置の第4の実施例の光学系の概略の構成を示す図、図12は、本発明に係る光学式検査装置の第4の実施例における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
本実施例の構成は、実施例1の構成である図1に斜方検出系120Sを加えたことにある。上方検出系120と同様に、斜方検出系120Sは、照明光学系110により照明された半導体ウェハ100からの反射、回折、散乱光を結像する対物レンズ121Sと結像レンズ122S、半導体パターンのうちの繰り返しパターン部分により生じる回折光パターンを除去する空間フィルタ123S、偏光板や波長板からなる偏光解析部140S、対物レンズ121Sと結像レンズ122Sにて結像されるウェハからの散乱光を検出するラインセンサ124を備えている。
本実施例では、照明光学系110に対して、検出光学系120、120Sの2つがある。したがって、検査条件の最適化において、照明光学系110の状態を固定し、検出光学系120、120Sのそれぞれにて繰り返しパターン部からの散乱光が最小となるような偏光条件を決定する。
図12の画像処理部200の詳細を説明する。光学式の暗視野検査装置では、半導体ウェハを走査しながら(半導体ウェハ100と照明光学系110及び検出光学系120とを相対的に一方向に連続的に移動させながら)多数の画像を取得する。図11に示すように、ラインセンサ124、124Sで取得された検査ダイの画像1241、1242それぞれについて、検査ダイと遅延メモリ2001,2002に記録してある1つ前に検査して得たダイの画像と位置合わせ部2003、2004で位置合わせを行い、その結果を一旦メモリ2005,2006に記憶させてから減算部2007,2008でそれぞれの画像の差画像を求める(減算する)。このとき、欠陥からの散乱光は、正常部からの散乱光と異なることから、欠陥からの散乱光が強調された画像が得られる。正常部は暗く、欠陥部は明るい画像が取得されるため、求めた差画像を比較部2011,2012でしきい値記憶部2009,2010に記憶しておいたしきい値画像と比較し、比較部2011,2012で得られたそれぞれの結果を欠陥判定部2013で統合して欠陥の判定を行う。しきい値記憶部2009,2010に記憶しておくしきい値画像は、例えば、正常部の統計的な明るさから決定する。
本発明の第5の実施例を図13を用いて説明する。
図13は、本発明に係る光学式検査装置の第5の実施例の光学系の概略の構成を示すである。
第1の実施例との違いは、照明光学系110がウェハに対し落射照明とし、撮像光学系120をウェハより斜め方向の斜方撮像系にしたことである。検査を行うときのフロー、画像処理のフローは実施例1と同様である。
図13は、本発明に係る光学式検査装置の第5の実施例の光学系の概略の構成を示すである。
第1の実施例との違いは、照明光学系110がウェハに対し落射照明とし、撮像光学系120をウェハより斜め方向の斜方撮像系にしたことである。検査を行うときのフロー、画像処理のフローは実施例1と同様である。
本実施例では、照明光学系110を落射照明としたことで、繰り返しパターン部の立体構造の下部まで照明光が到達するため、繰り返しパターン部の下部にある異物や欠陥からの散乱光をより強く検出でき、より高感度な異物や欠陥の検査が可能となる。つまり、ラインセンサ124にて取得する撮像画像において、欠陥からより強い信号を検出し、繰り返しパターンからの信号を抑制することで、欠陥の検出感度を向上させることを目的とする。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
100…ウェハ
101…線状ビーム
110…照明光学系
111…レーザ光源
112…NDフィルタ
113…ビームエキスパンダ
115…線状ビーム生成部
115a、115b…シリンドリカルレンズ
120…撮像光学系
121…結像レンズ
122…対物レンズ
123…空間フィルタ
124…TDIセンサ
1241…撮像画像
130…偏光発生器
131…1/4波長板
132…1/2波長板
140…偏光解析器
141…1/4波長板
142…1/2波長板
143…偏光板
160…高さ検出部
170…ステージ部
170a…xステージ
170b…yステージ
170c…zステージ
170d…θステージ
200…画像処理部
210…操作部
220…制御部
230…表示部
250…信号処理・制御系
301…x方向ライン&スペース部
302…y方向ライン&スペース部
400…モニタ
401…入射偏光
402…検出偏光
2001,2002…遅延メモリ
2003,2004…位置合わせ部
2005,2006…メモリ
2007,2008…減算部
2009,2010…しきい値記憶部
2011,2012…比較部
2013…欠陥判定部
2014…分類・サイジング部
101…線状ビーム
110…照明光学系
111…レーザ光源
112…NDフィルタ
113…ビームエキスパンダ
115…線状ビーム生成部
115a、115b…シリンドリカルレンズ
120…撮像光学系
121…結像レンズ
122…対物レンズ
123…空間フィルタ
124…TDIセンサ
1241…撮像画像
130…偏光発生器
131…1/4波長板
132…1/2波長板
140…偏光解析器
141…1/4波長板
142…1/2波長板
143…偏光板
160…高さ検出部
170…ステージ部
170a…xステージ
170b…yステージ
170c…zステージ
170d…θステージ
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210…操作部
220…制御部
230…表示部
250…信号処理・制御系
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401…入射偏光
402…検出偏光
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2005,2006…メモリ
2007,2008…減算部
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2011,2012…比較部
2013…欠陥判定部
2014…分類・サイジング部
Claims (14)
- 照明光を出射する光源と、前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整する偏光生成部と、を備える照射光学系と、
前記照射光学系により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整する偏光解析部と、前記偏光解析部により調整された散乱光を検出する検出部とを備える検出光学系と、
前記検出光学系により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理系と、を備え、
前記偏光生成部は、予め定めた照明条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整し、
前記偏光解析部は、予め定めた検出条件に基づいて前記光源により出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検査装置であって、
前記偏光生成部は、1/2波長板と1/4波長板とを備えて構成され、
前記偏光解析部は、1/2波長板と1/4波長板と偏光板とを備えて構成されることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部は、前記偏光生成部および前記偏光解析部の偏光条件を制御する偏光条件制御部を備え、
前記偏光生成部および前記偏光解析部は、前記偏光条件制御部からの制御信号に基づき偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部は、該試料の表面からの散乱光の実測結果に基づき前記偏光生成部および前記偏光解析部の偏光条件を算出する偏光条件算出部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項4記載の欠陥検査装置であって、
前記偏光条件算出部は、該実測結果に基づき、該試料の表面の回路パターンからの散乱光強度が最小となるような偏光条件を算出することを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検査装置であって、
前記信号処理部は、該試料の表面からの散乱光に関する光学シミュレーション結果に基づき前記偏光生成部および前記偏光解析部の偏光条件を算出する偏光条件算出部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1記載の欠陥検査装置であって、
前記照明光学系は、該試料の表面に対して垂直方向から照射することを特徴とする欠陥検査装置。 - 出射された照明光の偏光特性を調整して検査対象物である試料に照射する照射工程と、
前記照射工程により照射され該試料から散乱する散乱光の偏光特性を調整して検出する検出工程と、
前記検出工程により検出した該散乱光を処理して該試料に存在する欠陥を検出する信号処理工程と、を備え、
前記照射工程では、予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、
前記検出工程では、予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項8記載の欠陥検査方法であって、
前記照射工程では、1/2波長板と1/4波長板とにより予め定めた照明条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整し、
前記検出工程では、1/2波長板と1/4波長板とにより予め定めた検出条件に基づいて出射された該照明光の偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項8記載の欠陥検査方法であって、
前記信号処理工程は、前記照射工程および前記検出工程において調整する偏光条件を制御する偏光条件制御工程を備え、
前記信号処理工程は、前記偏光条件制御工程における制御に基づき偏光特性を調整することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項8記載の欠陥検査方法であって、
前記信号処理工程は、該試料の表面からの散乱光の実測結果に基づき偏光条件を算出する偏光条件算出工程を備えることを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項11記載の欠陥検査方法であって、
前記偏光条件算出工程は、該実測結果に基づき、該試料の表面の回路パターンからの散乱光強度が最小となるような偏光条件を算出することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項8記載の欠陥検査方法であって、
前記信号処理工程では、該試料の表面からの散乱光に関する光学シミュレーション結果に基づき前記照明工程および前記検出工程の偏光条件を算出する偏光条件算出工程を備えることを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項8記載の欠陥検査方法であって、
前記照明工程は、該試料の表面に対して垂直方向から照射することを特徴とする欠陥検査方法。
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