WO2022009325A1 - 光検査装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical inspection device that inspects a sample using light.
- Semiconductor devices and their miniaturization are becoming more and more important in modern society, and it is becoming important to inspect and evaluate the surface of semiconductor devices. In particular, it is necessary to inspect the flatness of the surface of semiconductor devices on the order of nanometers. Accurate detection of surface defects is important to ensure the performance, safety and reliability of semiconductor devices.
- the differential interference contrast optical system is one example, in which two coherent beams scan the surface of a semiconductor sample. Defects on the sample surface can be estimated by the inter-beam phase difference that occurs when the two beams hit the non-flat region. Therefore, in order to accurately detect defects, it is necessary to calibrate the phase of the inspection device.
- Phase calibration here refers to all operations that reduce and correct unintended phase shifts caused by, for example, mechanical problems or optical misalignment. These factors give rise to error in defect inspection results. This is because a phase shift that is not related to the presence of the defect occurs, which is considered to be the presence of the defect.
- a defect with a low aspect ratio is one in which the ratio of the height and width of the defect is small.
- Defects with a low aspect ratio are one of the defects that require the highest detection accuracy for accurate detection.
- a phase shift occurs between beams due to a mechanical problem of the inspection device, an optical misalignment, or the like, it becomes very difficult to detect a defect having a low aspect ratio.
- Patent Document 1 realizes an inspection device capable of detecting a defect having a relatively large size with high sensitivity and also detecting a minute defect having a change in height or depth of 1 nm or less.
- the objective lens 20 that projects the illumination beam from the illumination light source 1 toward the substrate 21 to be inspected and the incident illumination beam are converted into first and second sub-beams that have mutual interference.”
- the differential interference optical system 16 that synthesizes the sub-beams reflected on the surface of the substrate and emits an interference beam containing the phase difference information related to the height or depth of the substrate surface, and the light detection that receives the emitted interference beam. It has means 28.
- the retardation amount of the differential interference optical system is set so that a phase difference of (2m + 1) ⁇ or its vicinity is formed between the first and second subbeams when m is zero or a positive integer. Then, the surface of the substrate is scanned by the illumination beam in the inspection state where the luminance level of the background of the output signal output from the light detecting means is almost zero. ⁇ (See summary).
- Patent Document 2 “realizes a defect detection device capable of detecting defects with high resolution and significantly shortening the inspection time.
- the task of converting the radiated beam generated from the light source (1) into an m ⁇ n matrix-shaped optical beam array by the two-dimensional diffraction grating (3).
- Each light beam of this light beam array is focused in a minute spot shape by an objective lens (10) and projected onto a sample (11). Therefore, a two-dimensional optical spot array arranged in a matrix of m ⁇ n is formed on the sample (11). Since the sample stage (12) rotates and moves in translation in the r direction, the sample surface is scanned by m ⁇ n matrix-shaped light spots.
- the sample surface is spirally scanned by a band-shaped light beam having a scanning width, so that high-speed scanning becomes possible. Further, since the reflected beam from the sample surface is received by each light receiving element (19) separated by the light shielding member, a confocal optical system is formed, and as a result, the resolution of defect detection is further improved. ⁇ (See summary).
- a beam is separated into a P-polarized light component and an S-polarized light component by a birefringent element, and the beam spacing between these is called the shear amount ( ⁇ ).
- the surface of the sample is scanned using these two beams, and the reflected light from the sample is recombined to obtain interference light.
- the amount of shear is determined by the system characteristics.
- the differential interference contrast optical system inspects defects using the phase difference between two beams that scan the sample, accurate defect detection becomes difficult if a phase difference occurs regardless of the defect.
- causes of causing a phase difference unrelated to defects include, for example, (a) sample tilt, (b) aberration caused by misalignment of the optical system, (c) irregular fluctuation of light source power, and the like. ..
- the present invention has been made in view of the above problems, and in an optical inspection device using differential interference contrast, the influence of phase difference between beams, which is not related to defects, is suppressed, and even defects with a low aspect ratio are accurate.
- the purpose is to provide a technology that can be detected well.
- the optical inspection apparatus converts the time average of the first polarized light component and the time average of the second polarized light component into a phase difference between the beams, the phase difference, the instantaneous value of the first polarized light component, and the above.
- the defect height is calculated using the instantaneous value of the second polarization component.
- the optical inspection device in the optical inspection device using the differential interference contrast, the influence of the phase difference between beams unrelated to the defect is suppressed, and even a defect having a low aspect ratio can be detected with high accuracy. Can be done. Issues, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
- FIG. It is a block diagram of the optical inspection apparatus 100 which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a figure explaining the operation of a birefringent element 106. It is a schematic diagram which shows the case where the surface of a sample 114 is defective. It is a schematic diagram which contrasts a defect 401 with a high aspect ratio and a defect 402 with a low aspect ratio. It is a schematic diagram which shows the deviation of the detection signal in a sensor 118 and 119. It is a processing flow diagram explaining the operation of the processor 123. It is a processing flow diagram explaining the calibration procedure performed by the optical inspection apparatus 100. It is a side schematic diagram which shows the relationship between a beam spot size and a defect surface size.
- FIG. 3 is a schematic side view showing the relationship between the distance between two beams and the defect surface size.
- FIG. 3 is a schematic side view showing the relationship between the distance between two beams and the defect surface size.
- FIG. 3 is a schematic side view showing the relationship between the distance between two beams and the defect surface size.
- It is a top view explaining the beam spacing C.
- It is a schematic diagram which shows the relationship between the detection surface size and the beam spot size of a sensor 118 and 119.
- FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the relationship between the detection surface size and the beam spot size of a sensor 118 and 119. It is a schematic diagram which shows the relationship between the detection surface size and the beam spot size of a sensor 118 and 119. It is a schematic diagram which shows the relationship between the detection surface size and the beam spot size of a sensor 118 and 119. It is a schematic diagram which shows the relationship between the detection surface size and the beam spot size of a sensor 118 and 119. It is a figure explaining the procedure of acquiring the detection signal of a sensor in Embodiment 3. FIG. It is a block diagram of the optical inspection apparatus which concerns on Embodiment 4. FIG.
- FIG. 1 is a block diagram of an optical inspection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
- the laser source 101 emits a linearly polarized beam 102.
- the beam 102 passes through the irradiation lens 103, the half beam splitter 104, and the quarter wave plate 105, and reaches the birefringence element 106.
- the birefringent element 106 separates the beam 102 into two beams 110 (for example, a P-polarized light component) and 111 (for example, an S-polarized light component) having two different polarizing components.
- the distance 108 between the two beams is defined as the shear amount ⁇ .
- the beams 110 and 111 are emitted from the surface of the sample 114 via the objective lens 107, the relay lenses 109 and 112, and the mirror 113.
- the two beams reflected from the sample 114 pass through the same optical component and return to the birefringence element 106.
- the birefringence element 106 and the half beam splitter 104 combine the two beams, which causes interference between the beams to generate interference light.
- the interference light is separated into each polarization component by the polarization beam splitter 117 via the image pickup lens 116.
- Sensor 118 detects one polarization component and sensor 119 detects the other.
- Each sensor outputs detection signals 121 and 122, respectively.
- the processor 123 will be described later.
- FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the birefringent element 106.
- the elliptically polarized beam 102 is separated into a P-polarized light component (beam 111) and an S-polarized light component (beam 110).
- the two beams propagate through the objective lens 107 on a parallel optical path separated by a shear amount ⁇ .
- the shear amount is determined by the internal characteristics of the birefringence element 106, the distance from the birefringence element 106 to the objective lens 107, and the like.
- the two beams scan the surface of the sample 114.
- the phase difference between the beams is constant, and no phase shift or beam intensity fluctuation occurs. If there is a defect on the surface of the sample 114 and the optical path length of one beam is longer (or shorter) than that of the other, a phase difference between the beams occurs, and the detected value of the beam intensity fluctuates accordingly. Based on this, it is possible to detect that the surface of the sample 114 is defective.
- the defect height can be estimated according to the following equation (1).
- I is a signal detected by the sensor 118 or 119. If is a signal value representing the average height of the surface of the sample 114 (that is, the surface height when there is no defect).
- ⁇ is the laser wavelength.
- I0 is a constant.
- ⁇ is the phase difference between the beams that occurs when two beams hit the defect height ⁇ h.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing a case where the surface of the sample 114 is defective. When the beam is scanning the surface of sample 114, the following three conditions occur.
- FIG. 4 is a schematic diagram comparing a defect 401 with a high aspect ratio and a defect 402 with a low aspect ratio.
- Each defect is a protrusion defect relative to the same flat surface 403.
- the contrast between the detection signals obtained at a certain shear amount ⁇ difference between the defect heights at which each beam hits, ⁇ h1 and ⁇ h2 in FIG. 4
- the contrast between the detected signals is small, so that higher accuracy is required.
- the influence of the phase difference between beams caused by causes other than the defect height is suppressed.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing the deviation of the detection signals in the sensors 118 and 119. It is assumed that the sensors 118 and 119 are composed of an array sensor in which the detection elements 120 are arranged in an array. When scanning a flat area, it is desirable that the detection values of the detection elements 120 of the sensors 118 and 119 are all the same. However, for example, when the sample 114 is tilted or aberration is generated due to the misalignment of the optical element, the detection value of each detection element 120 is not uniform, and the detection value of the detection element 120 between the sensor 118 and 119 is not uniform. May be different. This corresponds to a phase difference between the sensors 118 and 119 from the beginning. The processor 123 of FIG. 1 corrects such an initial phase difference between the sensors 118 and 119 by the following procedure.
- the detection signals 121 and 122 are first stored in the memory 124.
- the processor 123 calculates the time average Ip ⁇ of the P polarization component Ip and the time average Is ⁇ of the S polarization component Is (125).
- the time length for calculating the time average can be specified by the user, for example, via the user interface 150.
- the shift can be leveled by obtaining the time average of each beam component.
- the time average of each beam component can be converted to a value corresponding to the inter-beam phase difference caused by the initial tilt of the sample 114.
- the instantaneous fluctuation of the beam intensity can be converted into a value corresponding to the phase difference between the beams.
- the value corresponding to this initial phase difference is defined as ⁇ in the following equation (2).
- ⁇ can be calculated by the second equation of the equation (2) using Ip ⁇ and Is ⁇ .
- Ip and Is depend on ⁇ , respectively, and also on the height difference ⁇ h at the point where each beam hits. Therefore, Ip and Is can be expressed as Ip ( ⁇ , ⁇ h) and Is ( ⁇ , ⁇ h) as these functions. It should be added that ⁇ h can be expressed by the second equation of the equation (1) (or the third equation of the equation (2)).
- the defect height ⁇ h when the sample 114 is tilted is the instantaneous value Ip ( ⁇ , ⁇ h) of Ip, the instantaneous value Is ( ⁇ , ⁇ h) of Is, the time average Ip ⁇ of Ip, and Is. It can be calculated based on the first equation of Equation 2 according to the time average Is ⁇ of.
- the processor 123 calculates ⁇ h according to the above (127 to 128).
- the processor 123 time-integrates ⁇ h to obtain the final defect height h (129 to 130). ..
- the processor 123 converts the obtained h into a binary representation (131) and outputs the result (132).
- FIG. 6 is a processing flow diagram illustrating the operation of the processor 123.
- the processor 123 acquires the detected values of the P polarization component Ip and the S polarization component Is stored in the memory 124, and calculates their time averages Ip ⁇ and Is ⁇ .
- the processor 123 corrects the initial phase difference between the beams by calculating ⁇ , and further calculates the instantaneous value ⁇ h of the defect height.
- the processor 123 calculates the defect height h by time-integrating ⁇ h, converts it into a digital representation, and outputs it.
- the phase difference between the beams 110 and 111 which occurs especially in the inspection process of the sample 114, can be dynamically corrected.
- the phase difference caused by the inclination of the sample 114 and the time-dependent fluctuation of the beam intensity corresponds to this.
- the procedure of FIG. 6 may be performed in combination with the dynamic calibration described later.
- FIG. 7 is a processing flow diagram illustrating a calibration procedure performed by the optical inspection device 100.
- the optical inspection device 100 may perform static calibration as an initial calibration.
- the calibration procedure is as follows.
- the processor 123 determines whether or not there is a phase difference between the beams 110 and 111 before starting the inspection of the sample 114.
- This phase difference is caused by, for example, misalignment or angular misalignment of the optical element (particularly misalignment between the birefringence element 106 and the objective lens 107), sensor misalignment or angular misalignment, and the like.
- misalignment or angular misalignment of the optical element particularly misalignment between the birefringence element 106 and the objective lens 107
- sensor misalignment or angular misalignment and the like.
- the phase difference between the beams, lens aberration, interference pattern on the sensor, etc. may be monitored, but at least the phase difference needs to be determined.
- the processor 123 seeks to correct the phase difference between the beams by adjusting at least one of the following positions, angles, or positions and angles: (a) objective lens 107, (b) birefringence element. 106, (c) any lens, (d) sensor 118 or 119.
- a mechanism for adjusting these positions and angles for example, a stepping motor or the like can be used.
- the processor 123 adjusts these positions and angles by controlling its mechanism.
- the processor 123 corrects the parameters affected by the adjusted position and angle according to the adjusted values. For example, it is conceivable to correct the gain of each sensor, each parameter of the optical system, and the like.
- the processor 123 repeats the above procedure until the phase difference between the beams 110 and 111 falls below the threshold value. When the phase difference is within the threshold value, the measurement of the sample 114 can be started.
- a phase difference between the beams 110 and 111 that is not caused by defects may occur.
- Examples of the cause of such a phase difference include a positional deviation and an angular deviation of the birefringent element 106. Therefore, the optical inspection device 100 may perform dynamic calibration according to the following procedure while the inspection of the sample 114 is being carried out.
- the processor 123 determines whether or not there is a phase difference between the beams 110 and 111 while the sample 114 is being inspected. If there is no phase difference, continue the inspection. If there is a phase difference, at least one of the positions or angles of the birefringence element 106 is adjusted, and the parameters affected by the adjusted position and angle are corrected according to the adjusted values. The processor 123 repeats the above procedure until the phase difference between the beams 110 and 111 falls below the threshold value.
- the optical inspection apparatus 100 converts the time average Ip ⁇ of the P polarization component and the time average Is ⁇ of the S polarization component into the phase difference ⁇ between the beams, and the phase difference ⁇ and the instantaneous S polarization component.
- the defect height H is calculated using the value Ip ( ⁇ , ⁇ h) and the instantaneous value Is ( ⁇ , ⁇ h) of the S polarization component.
- FIG. 8A and 8B are side schematic views showing the relationship between the beam spot size and the defect surface size. For simplification of the description, only one beam is shown. As shown in FIG. 8A, when the beam spot size A is sufficiently smaller than the defect surface size B, the detection result has sufficient resolution. This is because detection results that are sufficiently different for each position on the defect surface can be obtained. On the other hand, when the beam spot size A is larger than the defect surface size B as shown in FIG. 8B, the reflected light intensity does not change significantly even if the beam scans the defect surface. This is because the reflected light intensity remains almost unchanged while the beam covers the defect. Therefore, in order to improve the defect detection accuracy, it is desirable that A ⁇ B.
- FIG. 9A is a schematic plan view showing the relationship between the beam spot size and the defect surface size. It is moved along the beam spot 601 and the scanning direction 603. The beam spot size A may be smaller than the surface size B of the defect 602 in the scanning direction 603. FIG. 9A satisfies this condition.
- FIG. 9B is a schematic plan view showing the relationship between the beam spot size and the defect surface size. Since the beam spot size A may be smaller than the surface size B of the defect 602 in the scanning direction 603, the beam spot size in the direction not parallel to the scanning direction 603 (for example, the direction orthogonal to the scanning direction 603) is set. , May be larger than the defect surface size in that direction.
- FIG. 9B is an example thereof.
- FIG. 10A is a schematic side view showing the relationship between the distance between two beams and the defect surface size.
- the beam spacing C is defined as the plane distance between the central axes of each beam. If the beam spacing C is too small, the defect heights detected by the two beams will be approximately equal, especially for low aspect ratio defects. As a result, the phase difference between the beams is very small, and the contrast between the beams is also very small. This can make it very difficult to detect particularly low aspect ratio defects.
- FIG. 10B is a schematic side view showing the relationship between the distance between the two beams and the defect surface size. If the beam interval C is made sufficiently large, the problem as shown in FIG. 10A can be avoided. Specifically, the two beams may not be incident on the surface of the same defect at the same time. That is, it is desirable that B ⁇ C.
- the optical inspection device 100 should satisfy at least A ⁇ C.
- FIG. 11 is a plan view illustrating the beam interval C.
- the beam spacing C is the spacing between the two beam center axes along the beam scan direction in the plan view of the surface of the sample 114. Even when the beam pot shape is not circular as in the lower part of FIG. 11, the beam interval C can be defined in the same manner. In other words, it is desirable that the direction in which the two beams are separated from each other coincides with the beam scanning direction.
- FIG. 12A is a schematic diagram showing the relationship between the detection surface size and the beam spot size of the sensors 118 and 119. A ⁇ C is satisfied. However, since most of the beam spot 911 does not enter the detection surface, most of the beam power is not detected and is discarded. This undetected portion will not be used for defect detection and is therefore not energy efficient. In addition, the portion that does not contribute to the detection result acts as a noise contribution. Therefore, it may not be possible to obtain sufficient detection accuracy especially for defects having a small contrast between beams such as low aspect ratio defects.
- FIG. 12B is a schematic diagram showing the relationship between the detection surface size and the beam spot size of the sensors 118 and 119. A ⁇ C is satisfied, and the beam spot size A is slightly larger than the plane size of the detection surface. In this case, since most of the beam spot 921 is incident on the detection surface, the problem as shown in FIG. 12A can be reduced.
- FIG. 12C is a schematic diagram showing the relationship between the detection surface size and the beam spot size of the sensors 118 and 119.
- a ⁇ C is satisfied, and the beam spot size A is smaller than the plane size of the detection surface.
- the problem as shown in FIG. 12A can be reduced.
- the portion not incident on the detection surface is smaller than that in FIG. 12B, the detection efficiency can be further improved.
- the sensors 118 and 119 and each optical element are configured so that the surface area of the detection surface becomes larger than the area of the beam spot when the beam hits the detection surface. Is desirable. Furthermore, it is desirable that the size of the detection surface is larger than the beam spot size in the beam scan direction.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing the relationship between the detection surface size and the beam spot size of the sensors 118 and 119. It is the same as in FIGS. 12A to 12C that A ⁇ C is satisfied.
- the sensors 118 and 119 can be configured as a two-dimensional array sensor in which the detection elements are arranged in a two-dimensional array. In this case, the size of the detection surface in the beam scan direction can be increased by arranging two or more detection elements in that direction. By making the beam spot size A smaller than the enlarged detection surface, the same effect as in FIG. 12C can be exhibited.
- ⁇ Embodiment 2 Defect surface size B> For defects with a small plane size, it is necessary to sufficiently secure the beam spacing C by satisfying B ⁇ C. However, for defects with a large plane size, it may be difficult to always satisfy B ⁇ C. This is because if the beam interval C is too large, the following disadvantages may occur.
- the beam spot size A is made as small as possible (preferably a size similar to the detection surface of the sensor), and C is made as large as possible (preferably larger than B). It can be said that it is desirable that the size is large and the stability of the phase difference and the inspection efficiency are not impaired.
- the beam spot size of the laser light emitted by the laser source 101 the optical characteristics of the optical element such as the birefringent element 106, and the like. Should be adjusted appropriately. The same applies to the conditions described in FIGS. 9A to 9B (A ⁇ B in the scanning direction).
- FIG. 14 is a diagram illustrating a procedure for acquiring a detection signal of a sensor in the third embodiment of the present invention. Since the configuration of the optical inspection device 100 is the same as that of the first embodiment, the matters related to the detection signal will be described below.
- the detection signal output by the sensor due to the incident light spot on the detection surface may be superimposed on each detection element line.
- the detection signal can be emphasized by integrating the detection signals at each time. This makes it possible to obtain a detection signal having sufficient intensity, especially when the reflected light is weak such as a low aspect ratio defect.
- FIG. 15 is a block diagram of the optical inspection device according to the fourth embodiment of the present invention.
- the optical inspection device 100 described in the first to third embodiments can be used in combination with another optical inspection device.
- an example of using the oblique incident inspection device 200 for inspecting the defect of the sample 114 by irradiating the sample 114 with light from diagonally above will be described.
- the oblique incident inspection device 200 irradiates the sample 114 with light from diagonally above through the mirror 220, and detects the light reflected from the sample 114 by the optical unit 210.
- the optical unit 210 has a lens 212 and a detector 211.
- the controller 230 controls each part of the oblique incident inspection device 200.
- the optical inspection device 100 irradiates the sample 114 with light from the normal direction. Since the light reflected from the sample 114 propagates along the normal direction, it can be detected independently of the light emitted by the oblique incident inspection device 200. Therefore, the optical inspection device 100 and the oblique incident inspection device 200 can be used at the same time.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
- the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
- Optical inspection device 101 Laser source 104: Half beam splitter 106: Birefringence element 107: Objective lens 114: Sample 118: Sensor 119: Sensor 123: Processor
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Abstract
本発明は、微分干渉コントラストを用いる光検査装置において、欠陥とは関係ないビーム間位相差の影響を抑制し、低アスペクト比の欠陥であっても精度よく検出することができる技術を提供することを目的とする。本発明に係る光検査装置は、第1偏光成分の時間平均と第2偏光成分の時間平均をビーム間の位相差に変換し、その位相差と、前記第1偏光成分の瞬時値と、前記第2偏光成分の瞬時値とを用いて、欠陥高さを算出する(図1参照)。
Description
本発明は、光を用いて試料を検査する光検査装置に関する。
半導体デバイスとその小型化は現代社会においてますます重要性を増しており、半導体デバイスの表面を検査および評価することが重要になってきている。特に半導体デバイス表面の平坦性をナノメートルオーダで検査することが必要である。表面欠陥を正確に検出することは、半導体デバイスの性能、安全性、信頼性を確保するために重要である。
半導体ウエハを検査する従来の光学システムは通常、光干渉技術を用いる。微分干渉コントラスト光学システムはその1例であり、2つのコヒーレントビームによって半導体サンプルの表面をスキャンする。サンプル表面上の欠陥は、2つのビームが非平坦領域に当たったとき生じるビーム間位相差によって推定することができる。したがって欠陥検出を正確に実施するためには、検査装置の位相校正をすることが必要である。
ここでいう位相校正は、例えば機械的問題や光学的位置ずれなどによって生じる意図しない位相シフトを減少させ訂正する全ての動作のことである。これら要因は、欠陥検査結果のエラーを生じさせる。欠陥の存在とは関係ない位相シフトが生じ、これにより欠陥が存在しているとみなされるからである。
低アスペクト比の欠陥は、欠陥の高さと幅の比率が小さいもののことである。低アスペクト比の欠陥(すなわち高さ方向の勾配が小さい欠陥)は、正確に検出するために最も高い検出精度が必要な欠陥の1つである。検査装置の機械的問題や光学的位置ずれなどによってビーム間の位相シフトが生じると、低アスペクト比の欠陥を検出することは非常に困難となる。
下記特許文献1は、『比較的大きなサイズの欠陥を高感度で検出できると共に、高さ又は深さの変化量が1nm又はそれ以下の微細な欠陥も検出できる検査装置を実現する。』ことを課題として、『照明光源1からの照明ビームを被検査基板21に向けて投射する対物レンズ20と、入射した照明ビームを、互いに干渉性を有する第1及び第2のサブビームに変換すると共に、基板の表面で反射したサブビーム同士を合成し、基板表面の高さ又は深さと関連する位相差情報を含む干渉ビームを出射させる微分干渉光学系16と、出射した干渉ビームを受光する光検出手段28と有する。微分干渉光学系のリターデーション量は、mを零又は正の整数とした場合に、第1と第2のサブビームとの間に(2m+1)π又はその近傍の位相差が形成されるように設定し、前記光検出手段から出力される出力信号のバックグランドの輝度レベルがほぼ零となる検査状態において基板表面を照明ビームにより走査する。』という技術を開示している(要約参照)。
下記特許文献2は、『高い分解能で欠陥検出することができると共に検査時間を大幅に短縮できる欠陥検出装置を実現する。』ことを課題として、『光源(1)から発生した放射ビームを2次元回折格子(3)によりm×n本のマトリックス状の光ビームアレイに変換する。この光ビームアレイの各光ビームは対物レンズ(10)により微小スポット状に集束して試料(11)に投射する。従って、試料(11)上にはm×n個のマトリックス状に配列された2次元光スポットアレイが形成される。試料ステージ(12)は回転移動すると共にr方向にも並進移動するため、試料表面はm×n個のマトリックス状の光スポットにより走査されることになる。この結果、試料表面はスキャン幅の帯状の光ビームによりスパイラルスキャンされるので、高速走査可能になる。さらに、試料表面からの反射ビームは、遮光部材により分離された各受光素子(19)により受光されるので、コンフォーカル光学系が構成され、この結果、欠陥検出の分解能が一層高くなる。』という技術を開示している(要約参照)。
小欠陥を検出する際の上記課題において、重要となるのは、計測する欠陥サイズとその計測のために用いる手法との間の関係を検討することである。形状や境界が明確に検出できるような欠陥であれば、微分干渉技術などを用いなくとも、欠陥からのビーム散乱によって容易に検出可能である。これに対して、高さ方向の勾配が小さく、表面からの立ち上がりが明確に検出できない低アスペクト比の欠陥は、欠陥からの散乱光を単純に用いても検出困難である。欠陥自体と試料表面との間の形状的コントラストが乏しいので、欠陥からの散乱光が非常に弱いからである。このような場合は、微分干渉コントラスト光学システムを用いるのが有用である。
微分干渉光学システムにおいては、複屈折素子によってビームがP偏光成分とS偏光成分へ分離され、これらの間のビーム間隔はシャー量(δ)と呼ばれる。この2つのビームを用いて試料表面をスキャンし、試料からの反射光を再結合して干渉光を得る。シャー量はシステム特性によって定まる。2つのビームを用いて試料の平坦性を検査するとき、試料表面の凹凸に起因して生じる2つのビーム間の位相シフトを干渉光から抽出することにより、その凹凸を検査できる。
微分干渉光学システムは、試料をスキャンする2つのビーム間の位相差を用いて欠陥を検査するので、欠陥とは関係なく位相差が生じると、正確な欠陥検出が困難となる。欠陥とは関係ない位相差を生じさせる原因としては例えば、(a)試料の傾き、(b)光学系の位置ずれに起因する収差、(c)光源パワーの不規則な変動、などが挙げられる。
特許文献1~2のような従来の光検査装置においては、上記(a)~(c)のような検査装置の機械的問題や光学的位置ずれなどによって生じる、欠陥起因以外のビーム間位相シフトを補正する具体的手法については、検討していない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、微分干渉コントラストを用いる光検査装置において、欠陥とは関係ないビーム間位相差の影響を抑制し、低アスペクト比の欠陥であっても精度よく検出することができる技術を提供することを目的とする。
本発明に係る光検査装置は、第1偏光成分の時間平均と第2偏光成分の時間平均をビーム間の位相差に変換し、その位相差と、前記第1偏光成分の瞬時値と、前記第2偏光成分の瞬時値とを用いて、欠陥高さを算出する。
本発明に係る光検査装置によれば、微分干渉コントラストを用いる光検査装置において、欠陥とは関係ないビーム間位相差の影響を抑制し、低アスペクト比の欠陥であっても精度よく検出することができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る光検査装置100の構成図である。レーザ源101は線形偏光ビーム102を出射する。ビーム102は、照射レンズ103、ハーフビームスプリッタ104、4分の1波長板105を通過して、複屈折素子106へ到達する。複屈折素子106は、ビーム102を2つの互いに異なる偏光成分のビーム110(例えばP偏光成分)と111(例えばS偏光成分)へ分離する。両ビーム間の間隔108は、シャー量δとして定義される。ビーム110と111は、対物レンズ107、リレーレンズ109と112、ミラー113を介して試料114表面に対して出射される。
図1は、本発明の実施形態1に係る光検査装置100の構成図である。レーザ源101は線形偏光ビーム102を出射する。ビーム102は、照射レンズ103、ハーフビームスプリッタ104、4分の1波長板105を通過して、複屈折素子106へ到達する。複屈折素子106は、ビーム102を2つの互いに異なる偏光成分のビーム110(例えばP偏光成分)と111(例えばS偏光成分)へ分離する。両ビーム間の間隔108は、シャー量δとして定義される。ビーム110と111は、対物レンズ107、リレーレンズ109と112、ミラー113を介して試料114表面に対して出射される。
試料114から反射した2つのビームは、同じ光学部品を通過して複屈折素子106へ戻る。複屈折素子106とハーフビームスプリッタ104は2つのビームを合波し、これによりビーム間で干渉が生じて干渉光が生成される。干渉光は撮像レンズ116を介して偏光ビームスプリッタ117によって各偏光成分へ分離される。センサ118は一方の偏光成分を検出し、センサ119は他方を検出する。各センサはそれぞれ検出信号121と122を出力する。プロセッサ123については後述する。
図2は、複屈折素子106の動作を説明する図である。楕円偏光ビーム102は、P偏光成分(ビーム111)とS偏光成分(ビーム110)へ分離される。2つのビームは対物レンズ107を介して、シャー量δを隔てた平行光路上を伝搬する。シャー量は、複屈折素子106の内部特性、複屈折素子106から対物レンズ107までの距離、などによって定まる。
2つのビームは試料114表面をスキャンする。ビームが試料表面の平坦箇所を照射しているとき、ビーム間の位相差は一定であり、位相シフトやビーム強度変動は生じない。試料114表面の欠陥があり、一方のビームの光路長が他方よりも長い(または短い)場合、ビーム間の位相差が生じ、これにともなってビーム強度の検出値が変動する。これに基づき試料114表面に欠陥があることを検出できる。
欠陥高さは、下記式(1)にしたがって推定することができる。Iはセンサ118または119が検出した信号である。Ioffは試料114表面の平均高さ(すなわち欠陥がない場合における表面高さ)を表す信号値である。λはレーザ波長である。I0は定数である。Δθは、欠陥高さΔhに対して2つのビームがヒットしたとき生じるビーム間の位相差である。
図3は、試料114表面に欠陥がある場合を示す模式図である。ビームが試料114表面をスキャンしているとき、以下の3つの状態が生じる。
(ケース1)
試料114表面が平坦であれば、ビーム間で新たな位相差は生じず、センサ118と19が検出する信号強度も変わらない。この場合、各センサにおいて式(1)のΔh=0であり、I=Ioffである。これはビーム110と111との間の位相差Δθ=0に相当する。
試料114表面が平坦であれば、ビーム間で新たな位相差は生じず、センサ118と19が検出する信号強度も変わらない。この場合、各センサにおいて式(1)のΔh=0であり、I=Ioffである。これはビーム110と111との間の位相差Δθ=0に相当する。
(ケース2)
試料114表面から突き出した突起303(Δh>0)がある場合、2つのビームがこれにヒットすると、正位相差が生じ、加算的干渉が生じていずれか一方のセンサの検出強度が増加し、他方の検出強度が対称的に減少する。各センサはこの信号強度変動を検出してその検出信号を出力する。各センサは、高さ304に対応する位相シフトを表す検出信号を出力する。ビームが突起303の頂部を通過すると、検出信号の変動は、平坦部から突起303の頂部へビームが向かっているときの反対向きとなる。
試料114表面から突き出した突起303(Δh>0)がある場合、2つのビームがこれにヒットすると、正位相差が生じ、加算的干渉が生じていずれか一方のセンサの検出強度が増加し、他方の検出強度が対称的に減少する。各センサはこの信号強度変動を検出してその検出信号を出力する。各センサは、高さ304に対応する位相シフトを表す検出信号を出力する。ビームが突起303の頂部を通過すると、検出信号の変動は、平坦部から突起303の頂部へビームが向かっているときの反対向きとなる。
(ケース3)
試料114表面に穴がある場合、ケース2とは反対に、まず負位相差が生じる。ビームが穴の底部を通過すると、検出信号の変動は、平坦部から穴の底部へビームが向かっているときの反対向きとなる。
試料114表面に穴がある場合、ケース2とは反対に、まず負位相差が生じる。ビームが穴の底部を通過すると、検出信号の変動は、平坦部から穴の底部へビームが向かっているときの反対向きとなる。
図4は、高アスペクト比の欠陥401と低アスペクト比の欠陥402を対比する模式図である。各欠陥は同じ平坦面403を基準とする突起欠陥である。あるシャー量δにおいて得られる検出信号間のコントラスト(各ビームがヒットする欠陥高さ間の差分、図4におけるΔh1とΔh2)は、欠陥401と402との間で大きく異なる。低アスペクト比の欠陥402においては、検出信号間のコントラストが小さいので、より高い精度が求められる。また欠陥高さ以外の原因によって位相差が生じると、検出精度に対して大きな影響を及ぼすので、正確な高さ検出がさらに困難となる。そこで本実施形態1においては、欠陥高さ以外の原因によって生じるビーム間位相差の影響を抑制することを図る。
図5は、センサ118と119における検出信号のずれを示す模式図である。センサ118と119は、検出素子120をアレイ状に並べたアレイセンサによって構成されているものとする。平坦箇所をスキャンしているとき、センサ118と119それぞれの検出素子120の検出値は、全て同じであることが望ましい。しかし例えば試料114が傾き、あるいは光学素子の位置ずれによって収差が生じている場合などにおいては、各検出素子120の検出値は均一ではなく、センサ118と119との間で検出素子120の検出値が異なる場合がある。これは、センサ118と119との間で初めから位相差が生じていることに相当する。図1のプロセッサ123は、以下の手順により、このようなセンサ118と119との間の初期位相差を補正する。
検出信号121と122は、まずメモリ124内に格納される。プロセッサ123は、P偏光成分Ipの時間平均Ip ̄とS偏光成分Isの時間平均Is ̄を算出する(125)。時間平均を算出する時間長は、例えばユーザインターフェース150を介してユーザが指定することができる。試料114が傾いており、ビーム間の位相がその傾きに起因して初めからずれている場合、各ビーム成分の時間平均を求めることにより、そのずれを平準化することができる。換言すると、各ビーム成分の時間平均は、試料114の初期傾きに起因して生じるビーム間位相差に相当する値へ変換することができる。ビーム強度の瞬時変動についても同様にビーム間位相差に相当する値へ変換できる。この初期位相差に相当する値を、下記式(2)におけるΔβとして定義する。Δβは、Ip ̄とIs ̄を用いて、式(2)の2番目の式によって算出できる。
IpとIsは、それぞれΔβに依拠するとともに、各ビームがヒットする箇所の高さ差分Δhにも依拠する。したがってIpとIsは、これらの関数として、Ip(Δβ,Δh)、Is(Δβ,Δh)と表すことができる。なおΔhは、式(1)の2番目の式(または式(2)の3番目の式)によって表すことができることを付言しておく。
以上によれば、試料114が傾いているときの欠陥高さΔhは、Ipの瞬時値Ip(Δβ,Δh)、Isの瞬時値Is(Δβ,Δh)、Ipの時間平均Ip ̄、およびIsの時間平均Is ̄にしたがって、式2の1番目の式に基づき算出することができる。プロセッサ123は以上にしたがってΔhを算出する(127~128)。
Δhは欠陥高さの瞬時値(ある時点における2つのビーム間の高さ差)であるので、最終的な欠陥高さhを求めるために、プロセッサ123はΔhを時間積分する(129~130)。プロセッサ123は、得られたhをバイナリ表現に変換し(131)、その結果を出力する(132)。
図6は、プロセッサ123の動作を説明する処理フロー図である。プロセッサ123は、メモリ124に格納されているP偏光成分IpとS偏光成分Isそれぞれの検出値を取得し、それらの時間平均Ip ̄とIs ̄を算出する。プロセッサ123は、Δβを算出することによってビーム間の初期位相差を補正し、さらに欠陥高さの瞬時値Δhを算出する。プロセッサ123は、Δhを時間積分することによって欠陥高さhを算出し、これをデジタル表現に変換して出力する。
図6の手順により、特に試料114の検査過程において生じるビーム110と111との間の位相差を、動的に補正することができる。例えば試料114の傾きやビーム強度の経時的変動に起因する位相差がこれに相当する。図6の手順は、後述の動的校正と組み合わせて実施してもよい。
<実施の形態1:静的校正と動的校正>
図7は、光検査装置100が実施する校正手順を説明する処理フロー図である。光検査装置100は、以上の動作に加えて、初期キャリブレーションとして静的校正を実施してもよい。校正手順は以下の通りである。
図7は、光検査装置100が実施する校正手順を説明する処理フロー図である。光検査装置100は、以上の動作に加えて、初期キャリブレーションとして静的校正を実施してもよい。校正手順は以下の通りである。
プロセッサ123は、試料114の検査を開始する前において、ビーム110と111との間の位相差があるか否かを判定する。この位相差は、例えば光学素子の位置ずれまたは角度ずれ(特に複屈折素子106と対物レンズ107との間におけるずれ)、センサ位置ずれまたは角度ずれ、などによって生じる。ビーム間の位相差に加えて、レンズ収差、センサ上の干渉パターン、などを監視してもよいが、少なくとも位相差を判定すれば足りる。
プロセッサ123は、以下のうち少なくともいずれかの位置、角度、または位置と角度を調整することにより、ビーム間の位相差を補正することを図る:(a)対物レンズ107、(b)複屈折素子106、(c)いずれかのレンズ、(d)センサ118または119。これらの位置および角度を調整するための機構としては、例えばステッピングモータなどを用いることができる。プロセッサ123はその機構を制御することによりこれらの位置および角度を調整する。
プロセッサ123は、調整後の位置および角度によって影響されるパラメータを、調整後の値にしたがって訂正する。例えば各センサのゲイン、光学系の各パラメータ、などを訂正することが考えられる。
プロセッサ123は、ビーム110と111との間の位相差が閾値以下に収まるまで、以上の手順を繰り返す。位相差が閾値以下に収まれば、試料114の測定を開始することができる。
試料114の検査を継続する過程において、欠陥に起因しないビーム110と111との間の位相差が生じる場合がある。このような位相差の原因としては、例えば複屈折素子106の位置ずれや角度ずれが挙げられる。そこで光検査装置100は、試料114の検査を実施している間において、以下の手順により動的校正を実施してもよい。
プロセッサ123は、試料114の検査を実施している間において、ビーム110と111との間の位相差があるか否かを判定する。位相差がなければ検査を継続する。位相差がある場合は、複屈折素子106の位置または角度のうち少なくともいずれかを調整するとともに、調整後の位置および角度によって影響されるパラメータを、調整後の値にしたがって訂正する。プロセッサ123は、ビーム110と111との間の位相差が閾値以下に収まるまで、以上の手順を繰り返す。
<実施の形態1:まとめ>
本実施形態1に係る光検査装置100は、P偏光成分の時間平均Ip ̄とS偏光成分の時間平均Is ̄をビーム間の位相差Δβに変換し、位相差Δβと、S偏光成分の瞬時値Ip(Δβ,Δh)と、S偏光成分の瞬時値Is(Δβ,Δh)とを用いて、欠陥高さHを算出する。各偏光成分の時間平均を算出することにより、欠陥に起因しないビーム間の動的な位相シフトを平滑化することができる。さらにこれをビーム間の位相差に変換することにより、微分干渉光学システムの原理にしたがって(すなわち式1から派生した式2にしたがって)、欠陥高さHを推定することができる。
本実施形態1に係る光検査装置100は、P偏光成分の時間平均Ip ̄とS偏光成分の時間平均Is ̄をビーム間の位相差Δβに変換し、位相差Δβと、S偏光成分の瞬時値Ip(Δβ,Δh)と、S偏光成分の瞬時値Is(Δβ,Δh)とを用いて、欠陥高さHを算出する。各偏光成分の時間平均を算出することにより、欠陥に起因しないビーム間の動的な位相シフトを平滑化することができる。さらにこれをビーム間の位相差に変換することにより、微分干渉光学システムの原理にしたがって(すなわち式1から派生した式2にしたがって)、欠陥高さHを推定することができる。
<実施の形態2>
低アスペクト比の欠陥を正確に検出するためには、ビーム110と111との間の間隔を適切にセットすることが重要である。さらに、ビームスポットのサイズと欠陥の表面サイズとの間の関係も重要である。本発明の実施形態2では、これらについて検討する。光検査装置100の構成は実施形態1と同じである。
低アスペクト比の欠陥を正確に検出するためには、ビーム110と111との間の間隔を適切にセットすることが重要である。さらに、ビームスポットのサイズと欠陥の表面サイズとの間の関係も重要である。本発明の実施形態2では、これらについて検討する。光検査装置100の構成は実施形態1と同じである。
図8Aと図8Bは、ビームスポットサイズと欠陥表面サイズの関係を示す側面模式図である。説明を簡易化するため、1つのビームのみ図示する。図8Aのように、ビームスポットサイズAが欠陥表面サイズBよりも十分小さい場合、検出結果は十分な解像度を有する。欠陥表面上の位置ごとに十分異なる検出結果が得られるからである。これに対して図8BのようにビームスポットサイズAが欠陥表面サイズBよりも大きい場合、ビームが欠陥表面をスキャンしても、反射光強度は大きく変化しない。ビームが欠陥を覆っている間は反射光強度がほぼ変わらないからである。したがって欠陥検出精度を高めるためには、A<Bであることが望ましい。
図9Aは、ビームスポットサイズと欠陥表面サイズの関係を示す平面模式図である。ビームスポット601とスキャン方向603に沿って移動させる。ビームスポットサイズAは、スキャン方向603における欠陥602の表面サイズBよりも小さければよい。図9Aはこの条件を満たしている。
図9Bは、ビームスポットサイズと欠陥表面サイズの関係を示す平面模式図である。ビームスポットサイズAは、スキャン方向603において欠陥602の表面サイズBよりも小さければよいので、スキャン方向603に対して平行ではない方向(例えばスキャン方向603に対して直交する方向)におけるビームスポットサイズは、その方向における欠陥表面サイズより大きくてもよい。図9Bはその1例である。
図10Aは、2つのビーム間の間隔と欠陥表面サイズとの間の関係を示す側面模式図である。ビーム間隔Cは、各ビームの中心軸間の平面距離として定義される。ビーム間隔Cが小さ過ぎると、特に低アスペクト比欠陥においては、2つのビームがそれぞれ検出する欠陥高さはほぼ等しいことになる。その結果、ビーム間の位相差は非常に小さくなり、ビーム間コントラストも非常に小さい。これにより、特に低アスペクト比欠陥を検出することが非常に困難となる可能性がある。
図10Bは、2つのビーム間の間隔と欠陥表面サイズとの間の関係を示す側面模式図である。ビーム間隔Cを十分大きくすれば、図10Aのような問題を回避できる。具体的には、2つのビームが同じ欠陥の表面に対して同時に入射しないようにすればよい。すなわちB<Cとすることが望ましい。
以上の検討によれば、ビームスポットサイズA、欠陥表面サイズB、ビーム間隔Cは、A<B<Cを満たすことが望ましいといえる。ただしBは光検査装置100が調整することができないパラメータであるので、光検査装置100としては、少なくともA<Cを満たすべきであることになる。
図11は、ビーム間隔Cを説明する平面図である。ビーム間隔Cは、試料114の表面の平面図における、ビームスキャン方向に沿った2つのビーム中心軸間の間隔である。図11下段のようにビームポット形状が円形ではない場合であっても、ビーム間隔Cは同様に定義することができる。換言すると、2つのビームが互いに対して離間している方向は、ビームスキャン方向と一致していることが望ましい。
図12Aは、センサ118と119の検出面サイズとビームスポットサイズの関係を示す模式図である。A<Cは満たしている。しかしビームスポット911の大部分が検出面に対して入射しないので、ビームパワーの大部分は検出されず破棄されることになる。この検出されない部分は欠陥検出のために用いられないことになるので、エネルギー効率はよくない。また検出結果に対して寄与しない部分はノイズ寄与分として作用することになる。したがって特に低アスペクト比欠陥のようにビーム間コントラストが小さい欠陥においては充分な検出精度が得られない可能性がある。
図12Bは、センサ118と119の検出面サイズとビームスポットサイズの関係を示す模式図である。A<Cを満たし、かつビームスポットサイズAは検出面の平面サイズよりもわずかに大きい。この場合は、ビームスポット921の大部分が検出面に対して入射するので、図12Aのような問題を低減することができる。
図12Cは、センサ118と119の検出面サイズとビームスポットサイズの関係を示す模式図である。A<Cを満たし、かつビームスポットサイズAは検出面の平面サイズよりも小さい。この場合は、ビームスポット931の大部分が検出面に対して入射するので、図12Aのような問題を低減することができる。さらに検出面に対して入射しない部分が図12Bよりも小さいので、検出効率をさらに向上できる。
図12Cの条件を満たすためには、ビームが検出面に対してヒットしたとき、検出面の表面積がビームスポットの面積よりも大きくなるように、センサ118および119と各光学素子が構成されていることが望ましい。さらには、ビームスキャン方向において、検出面のサイズがビームスポットサイズよりも大きいことが望ましい。
図13は、センサ118と119の検出面サイズとビームスポットサイズの関係を示す模式図である。A<Cを満たしているのは図12A~図12Cと同様である。センサ118と119は、検出素子を2次元配列状に配置した2次元アレイセンサとして構成することができる。この場合、ビームスキャン方向における検出面のサイズは、その方向に2つ以上の検出素子を配置することによって拡大することができる。ビームスポットサイズAをその拡大した検出面よりも小さくすることにより、図12Cと同様の効果を発揮することができる。
<実施の形態2:欠陥表面サイズBについて>
平面サイズが小さい欠陥については、B<Cを満たすことにより、ビーム間隔Cを十分確保することが必要である。しかし平面サイズが大きい欠陥については、B<Cを常に満たすことが難しい場合がある。ビーム間隔Cが大き過ぎると、以下のような不利益が生じる可能性があるからである。
平面サイズが小さい欠陥については、B<Cを満たすことにより、ビーム間隔Cを十分確保することが必要である。しかし平面サイズが大きい欠陥については、B<Cを常に満たすことが難しい場合がある。ビーム間隔Cが大き過ぎると、以下のような不利益が生じる可能性があるからである。
(Cが大き過ぎる場合の不利益その1)
複屈折素子106によって生じるビーム110と111との間の位相差の安定性が損なわれる可能性がある。シャー量δが大きくなると、複屈折素子106もこれにともなって厚くする必要がある。これにより、ビーム110と111との間の位相差の安定性が減少する。複屈折素子106の位置や角度がわずかにずれるのみで大きな位相シフトが生じることになるからである。
複屈折素子106によって生じるビーム110と111との間の位相差の安定性が損なわれる可能性がある。シャー量δが大きくなると、複屈折素子106もこれにともなって厚くする必要がある。これにより、ビーム110と111との間の位相差の安定性が減少する。複屈折素子106の位置や角度がわずかにずれるのみで大きな位相シフトが生じることになるからである。
(Cが大き過ぎる場合の不利益その2)
検査面全体をスキャンするためには、ビームを検査面上の全ての位置に対して照射する必要がある。ビーム間隔Cが離れ過ぎると、ビームを全ての位置に対して照射するために過大な時間を要し、これにより検査時間が増大する。
検査面全体をスキャンするためには、ビームを検査面上の全ての位置に対して照射する必要がある。ビーム間隔Cが離れ過ぎると、ビームを全ての位置に対して照射するために過大な時間を要し、これにより検査時間が増大する。
したがって実際に光検査装置100を実装する際には、ビームスポットサイズAをできる限り小さくする(望ましくはセンサの検出面と同程度のサイズ)とともに、Cをできる限り大きくする(望ましくはBよりも大きく、かつ位相差の安定性と検査効率を損ねない程度)ことが望ましいといえる。
以上の条件(A<C、望ましくはA<B<C)を実現するためには、例えばレーザ源101が出射するレーザ光のビームスポットサイズ、複屈折素子106などの光学素子の光学特性、などを適切に調整すればよい。図9A~図9Bで説明した条件(スキャン方向においてA<Bとなる)についても同様である。
<実施の形態3>
図14は、本発明の実施形態3においてセンサの検出信号を取得する手順を説明する図である。光検査装置100の構成は実施形態1と同様であるので、以下では検出信号に関する事項について説明する。
図14は、本発明の実施形態3においてセンサの検出信号を取得する手順を説明する図である。光検査装置100の構成は実施形態1と同様であるので、以下では検出信号に関する事項について説明する。
検出素子を2次元配列状に配置したアレイセンサによってセンサ118と119を構成した場合、検出面に対して光スポットが入射することによりセンサが出力する検出信号を検出素子ラインごとに重畳することができる。例えば時刻1において光スポットが検出素子ライン1に対して入射し、時刻2において光スポットが検出素子ライン2に対して入射するものとする。各時刻における検出信号を積算することにより、検出信号を強調することができる。これにより、特に低アスペクト比欠陥のように反射光が弱い場合において、十分な強度の検出信号を得ることができる。
<実施の形態4>
図15は、本発明の実施形態4に係る光検査装置の構成図である。実施形態1~3で説明した光検査装置100は、別の光検査装置と併用することができる。本実施形態4においては、試料114の斜め上から光を照射することにより試料114の欠陥を検査する斜方入射検査装置200を併用する例を説明する。
図15は、本発明の実施形態4に係る光検査装置の構成図である。実施形態1~3で説明した光検査装置100は、別の光検査装置と併用することができる。本実施形態4においては、試料114の斜め上から光を照射することにより試料114の欠陥を検査する斜方入射検査装置200を併用する例を説明する。
斜方入射検査装置200は、ミラー220を介して試料114に対して斜め上から光を照射し、試料114から反射した光を光学ユニット210によって検出する。光学ユニット210は、レンズ212と検出器211を有する。制御器230は斜方入射検査装置200が備える各部を制御する。
光検査装置100は、試料114に対して法線方向から光を照射する。試料114から反射する光は法線方向に沿って伝搬するので、斜方入射検査装置200が照射する光から独立して検出することができる。したがって光検査装置100と斜方入射検査装置200を同時に用いることができる。
<本発明の変形例について>
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
100:光検査装置
101:レーザ源
104:ハーフビームスプリッタ
106:複屈折素子
107:対物レンズ
114:試料
118:センサ
119:センサ
123:プロセッサ
101:レーザ源
104:ハーフビームスプリッタ
106:複屈折素子
107:対物レンズ
114:試料
118:センサ
119:センサ
123:プロセッサ
Claims (13)
- 光を用いて試料を検査する光検査装置であって、
レーザビームを出射するレーザ源、
前記レーザビームを第1偏光状態の第1ビームと第2偏光状態の第2ビームに分離する複屈折素子、
前記試料から反射された前記第1ビームと前記試料から反射された前記第2ビームを合波して第3ビームを生成する第1偏光分離器、
前記第3ビームを前記第1偏光状態の第1成分と前記第2偏光状態の第2成分へ分離する第2偏光分離器、
前記第1成分を検出する第1センサと前記第2成分を検出する第2センサを有する検出器、
前記第1センサが検出した前記第1成分と前記第2センサが検出した前記第2成分との間の位相差を用いて前記試料の表面上の欠陥高さを算出するプロセッサ、
を備え、
前記プロセッサは、前記第1成分の第1時間平均と前記第2成分の第2時間平均を算出し、
前記プロセッサは、前記第1時間平均と前記第2時間平均を、前記欠陥高さを算出する際に用いる前記第1成分と前記第2成分との間の位相差に対応する第2位相差に変換し、
前記プロセッサは、前記第1成分の瞬時値、前記第2成分の瞬時値、および前記第2位相差を用いて、前記欠陥高さの検出値の瞬時値を算出し、
前記プロセッサは、前記欠陥高さの検出値の瞬時値を時間積分することにより、前記欠陥高さを算出する
ことを特徴とする光検査装置。 - 前記光検査装置はさらに、前記第1時間平均を算出するために用いる前記第1成分の時間長と前記第2時間平均を算出するために用いる前記第2成分の時間長を指定する指定入力を受け取るインターフェースを備え、
前記プロセッサは、前記指定入力が指定する時間長にわたって、前記第1時間平均と前記第2時間平均を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記プロセッサは、前記第1時間平均と前記第2時間平均を前記第2位相差へ変換することにより、前記欠陥高さに起因することなく生じる前記第1成分と前記第2成分との間の位相差を、前記欠陥高さを検出するために用いる前記第1成分と前記第2成分との間の位相差から除去する
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記光検査装置はさらに、
前記試料に対して前記第1ビームと前記第2ビームを照射する対物レンズ、
前記複屈折素子の位置および角度と前記対物レンズの位置および角度を調整する調整機構、
を備え、
前記プロセッサは、前記欠陥高さを検査していないとき、前記第1成分と前記第2成分との間の位相差が許容範囲内に収まっていない場合は、
前記複屈折素子の位置、前記複屈折素子の角度、前記対物レンズの位置、前記対物レンズの角度、
のうち少なくともいずれかを調整することにより、前記第1成分と前記第2成分との間の位相差を前記許容範囲内に収める
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記光検査装置はさらに、
前記試料に対して前記第1ビームと前記第2ビームを照射する対物レンズ、
前記複屈折素子の位置および角度と前記対物レンズの位置および角度を調整する調整機構、
を備え、
前記プロセッサは、前記欠陥高さを検査しているとき、記第1成分と前記第2成分との間の位相差が許容範囲内に収まっていない場合は、
前記複屈折素子の位置、前記複屈折素子の角度、
のうち少なくともいずれかを調整することにより、前記第1成分と前記第2成分との間の位相差を前記許容範囲内に収める
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記レーザ源と前記複屈折素子は、前記試料の表面上における前記第1ビームと前記第2ビームとの間のビーム間隔が、前記試料の表面上における前記第1ビームと前記第2ビームの光スポットサイズよりも大きくなるように、構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記レーザ源は、縦幅と横幅のうち一方が他方よりも小さい線形ビームスポットを有する前記レーザビームを出射し、
前記レーザ源と前記複屈折素子は、前記試料の表面上における前記第1ビームと前記第2ビームとの間のビーム間隔が、前記試料の表面上における前記線形ビームスポットの短辺長さよりも大きくなるように、構成されている
ことを特徴とする請求項6記載の光検査装置。 - 前記光検査装置は、前記第1ビームと前記第2ビームを前記試料の表面上においてスキャンし、
前記複屈折素子は、前記スキャンの方向と平行な方向へ、前記第1ビームと前記第2ビームとの間を離隔する
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記検出器の検出面は、前記試料から反射されたビームが前記検出面に対して入射したときのビームスポットサイズよりも大きい面積を有する
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記検出器は、検出セルを1次元以上の配列状に並べたセンサアレイとして構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。 - 前記検出器は、前記検出セルを2次元配列状に並べたセンサアレイとして構成されており、
各前記検出セルの検出面の表面積の合計は、前記試料から反射されたビームが前記検出面に対して入射したときのビームスポットサイズよりも大きい
ことを特徴とする請求項10記載の光検査装置。 - 前記検出器は、前記検出セルを2次元配列状に並べたセンサアレイとして構成されており、
前記レーザ源は、縦幅と横幅のうち一方が他方よりも小さい線形ビームスポットを有する前記レーザビームを出射し、
前記プロセッサは、前記センサアレイのうち第1部分に対して入射したビームを検出することにより得られる第1信号と、前記センサアレイのうち前記第1部分とは異なる第2部分に対して入射したビームを検出することにより得られる第2信号とを積算することにより、前記センサアレイが出力する検出信号を増幅する
ことを特徴とする請求項10記載の光検査装置。 - 前記光検査装置はさらに、前記試料の表面に対して斜め上から光を照射することにより前記試料の欠陥を検出する欠陥検出システムを備える
ことを特徴とする請求項1記載の光検査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/026659 WO2022009325A1 (ja) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | 光検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/026659 WO2022009325A1 (ja) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | 光検査装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2022009325A1 true WO2022009325A1 (ja) | 2022-01-13 |
Family
ID=79552442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/026659 WO2022009325A1 (ja) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | 光検査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2022009325A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08233668A (ja) * | 1996-02-05 | 1996-09-13 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光ファイバ式分布形温度センサ |
JP2012068201A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Lasertec Corp | 欠陥検査方法及び検査装置 |
JP2014038028A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Oki Electric Ind Co Ltd | 信号処理装置及び方法、並びにプログラム及び記録媒体 |
-
2020
- 2020-07-08 WO PCT/JP2020/026659 patent/WO2022009325A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08233668A (ja) * | 1996-02-05 | 1996-09-13 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光ファイバ式分布形温度センサ |
JP2012068201A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Lasertec Corp | 欠陥検査方法及び検査装置 |
JP2014038028A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Oki Electric Ind Co Ltd | 信号処理装置及び方法、並びにプログラム及び記録媒体 |
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