JP6738254B2

JP6738254B2 - 欠陥検出装置及び欠陥観察装置

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Publication number: JP6738254B2
Application number: JP2016186700A
Authority: JP
Inventors: 祐子大谷; 青木　一雄; 一雄青木; 本田　敏文; 敏文本田; 伸彦神崎
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2020-08-12
Anticipated expiration: 2036-09-26
Also published as: US20180088469A1; JP2018054303A; US10642164B2

Description

本発明は、欠陥検出装置及び欠陥観察装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、半導体の基板であるウエハ上に異物又はショートや断線などのパターン欠陥（以下、異物やパターン欠陥を欠陥と表記する)が存在すると、配線の絶縁不良や短絡などの不良の原因になる。これらの欠陥は、製造プロセスに起因する種々の原因により混入されるため、製造工程中で発生した欠陥を早期に検出し、その発生源を突き止め、歩留まり低下を防ぐことが半導体デバイスを量産する上で重要になる。

広く運用されている欠陥発生原因の特定方法を説明する。まず、欠陥検査装置でウエハ上の欠陥位置を特定し、その座標情報に基づきＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）等で該当する欠陥を詳細に観察及び分類し、データベースと比較して欠陥の発生原因を推定する。

しかし、ＳＥＭの座標系と他の検査装置の座標系には乖離が存在するため、ＳＥＭに搭載した光学式顕微鏡で、他の検査装置で検出した欠陥を再度検査し、座標情報を修正し、修正後の座標情報に基づき詳細に観察する手法が用いられる。これにより、座標系の乖離を補正し、欠陥観察の成功率を向上させて高いスループットを維持することができる。

これに関連する技術として、例えば、特開２０１１−１０６９７４号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、高感度欠陥検出のため、検出光学系の瞳面上に欠陥散乱光を選択的に透過する瞳フィルタを有する光学式顕微鏡および電子顕微鏡を備えた欠陥観察装置が開示されている。

特開２０１１−１０６９７４号公報

半導体デバイスの高集積化に伴ってウエハ上に形成されるパターンはより微細化し、半導体デバイスにとって致命的となる欠陥のサイズも微小化・微細化している。欠陥サイズの微細化に伴い、欠陥から発生する反射・散乱光量が低下し、回路ノイズやウエハの表面ラフネスから発生する散乱光等に欠陥が埋もれてしまい、光学式顕微鏡での欠陥検出に失敗する恐れがある。

そのため、欠陥散乱光量を増加させる必要がある。欠陥散乱光量を増加させる手法の一つとして、複数光源の使用がある。しかし、欠陥からの散乱光、ウエハの表面ラフネスからの散乱光及び瞳フィルタは、照明の波長、偏光及び入射方向に依存性がある。このため、複数光線間において照明の入射方向差がある場合、欠陥検出感度が低下してしまう。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するものであり、その目的は、照明の波長、偏光及び入射方向に依存性がある場合であっても、欠陥検出感度を低下させることなく複数光線を使用して欠陥検出を行うことが可能な欠陥検出装置及び欠陥観察装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る欠陥検出装置は、試料上に対して照射する実質的に同一の波長及び実質的に同一の偏光をもつ複数の光線を前記試料上に集光させる集光レンズと、前記複数の光線を互いに近接させ、かつ前記集光レンズの光軸と平行な光路にする複数光線合成部とを有する照明部と、前記照明部によって前記試料上で発生した散乱光を検出する検出部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の態様に係る欠陥観察装置は、前記欠陥検出装置と、前記欠陥検出装置の前記検出部で検出された散乱光に基づく画像を取得し、この取得した画像に基づき欠陥の座標を算出する制御部と、を有し、前記欠陥検出装置の前記照明部は、前記検出部の瞳外に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、照明の波長、偏光及び入射方向に依存性がある場合であっても、欠陥検出感度を低下させることなく複数光線を使用して欠陥検出を行うことができる。

本発明の実施形態１における欠陥観察装置の全体構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１における欠陥観察装置の光学顕微鏡部の概略構成図である。本発明の実施形態1における光学顕微鏡部の検出系瞳面上に配置されるフィルタの例である。本発明の実施形態１における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態２における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態３における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態４における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態４における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態５における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態５における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態５における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態６における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。本発明の実施形態７における光学顕微鏡部の照明系の概略図である。

以下に、図を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。

実施形態１

最初に、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態１について説明する。図１は本発明の実施形態１に係る欠陥観察装置の全体構成を示すブロック図である。

欠陥観察装置１０００は、レビュー装置１００と、ネットワーク１２１と、データベース１２２と、ユーザインターフェース１２３と、記憶装置１２４と、制御システム部１２５で概略構成されている。また、欠陥観察装置１０００は、ネットワーク１２１を介して、他の検査装置である欠陥検査装置１０７とつながっている。

欠陥検査装置１０７は、試料１０１上に存在する欠陥を検出し、欠陥の位置座標やサイズなどの欠陥情報を取得する。欠陥検査装置１０７は、試料１０１上の欠陥に関する情報が取得できるものであればよい。

欠陥検査装置１０７で取得された欠陥情報は、ネットワーク１２１を介して、記憶装置１２４または制御システム部１２５に入力される。記憶装置１２４は、ネットワーク１２１を介して入力された欠陥検査装置１０７で取得された欠陥情報を格納する。制御システム部１２５では、欠陥検査装置１０７から入力された欠陥情報、或いは、記憶装置１２４に格納された欠陥情報を読み込み、読み込んだ欠陥情報に基づいてレビュー装置１００を制御する。そして、欠陥検査装置１０７で検出された欠陥のいくつか或いはすべての欠陥を詳細に観察し、欠陥の分類や発生原因の分析等を行う。

次に、図１に示すレビュー装置１００の構成について説明する。
レビュー装置１００は、試料ホルダ１０２及びステージ１０３を備える駆動部と、光学式高さ検出器１０４と、光学顕微鏡部１０５と真空槽１１２と、ＳＥＭ１０６（電子顕微鏡部）と、レーザ変位計(図示せず)を備えて構成される。

試料１０１は、移動可能なステージ１０３に設置された試料ホルダ１０２上に載置される。ステージ１０３は、試料ホルダ１０２上に載置された試料１０１を、光学顕微鏡１０５とＳＥＭ１０６との間で移動させる。ステージ１０３の移動により、試料１０１に存在する観察対象欠陥は、ＳＥＭ１０６の視野内、或いは光学顕微鏡１０５の視野内に位置させることができる。

制御システム部１２５は、ステージ１０３、光学式高さ検出器１０４、光学顕微鏡部１０５、ＳＥＭ１０６、ユーザインターフェース１２３、データベース１２２及び記憶装置１２４に接続されている。このような構成の下、ステージ１０３の移動、光学顕微鏡部１０５の照明状態の変調・レンズ構成・画像の取得条件、電子顕微鏡部１０６による画像の取得・取得条件、光学式高さ検出器１０４の計測・計測条件等、各構成の動作及び入出力を制御する。また、制御システム１２５は、ネットワーク１２１を介して上位のシステム(例えば、欠陥検査装置１０７)と接続されている。

光学式高さ検出器１０４は、観察対象領域表面の変位に準じる値を計測する。ここでいう変位とは、観察対象領域の位置や振動の振幅や周波数、周期などの各種パラメータを含んでいる。具体的には、光学式高さ検出器１０４は、ステージ１０３上に存在する試料１０１の観察対象領域表面の高さ位置及び観察対象領域表面を基準とした垂直方向の振動を計測する。光学式高さ検出器１０４で計測した変位と振動は、信号として制御システム１２５へ出力され、ステージ１０３の移動シーケンスへフィードバックされる。

次に、図２を参照して、光学顕微鏡１０５の構成について説明する。
光学顕微鏡１０５は、暗視野照明光学系２０１と、明視野照明光学系２１１と、検出光学系２１０を有する。図２においては、真空槽１１２および真空封止窓１１１、１１３の表記を省略している。

明視野照明光学系２１１は、図２に示すように、白色光源２１２、照明レンズ２１３、ハーフミラー２１４、対物レンズ２０２を備えて構成される。白色光源２１２から出射される白色照明光は、照明レンズ２１３によって平行光に変換される。そして、この平行光は、ハーフミラー２１４によって、入射した光の半分が検出光学系２１０の光軸に平行な方向へ折り返され、対物レンズ２０２によって、観察対象領域上に集光して照射される。ハーフミラー２１４は、暗視野照明光学系２０１からの照明により試料１０１表面で発生した散乱光を検出器２０７へ透過させることが可能なダイクロイックミラーを用いてもよい。また、暗視野照明光学系２０１からの照明により試料１０１表面で発生した散乱光をより多く検出器２０７に到達させるため、明視野照明系２１１を使用しない場合には、ハーフミラー２１４を光軸３０１上から外せる構成としてもよい。

検出光学系２１０は、図２に示すように、対物レンズ２０２、レンズ系２０３、２０４、空間分布光学素子２０５、結像レンズ２０６、検出器２０７を有する。暗視野照明光学系２０１又は明視野照明光学系２１１から照射された照明により、試料１０１上の被照明領域から発生した反射・散乱光は対物レンズ２０２によって捕集され、レンズ系２０３、２０４および結像レンズ２０６を介して、検出器２０７上に結像される。検出器２０７によって、結像された光は電気信号に変換され、制御システム部１２５へ出力される。制御システム部１２５で処理された信号は、記憶装置１２４に保存される。また、保存された処理結果は、ユーザインターフェース１２３を介して表示される。

空間分布光学素子２０５は、検出光学系２１０の瞳面３０２上もしくは、レンズ系２０３、２０４によって結像された瞳面３０３上に配置される。そして、対物レンズ２０２によって捕集された光に対して、マスキングによる遮光、または透過する光の偏光方向の制御、透過する光の選択機能をもつ。空間分布光学素子２０５は、例えば、Ｘ軸方向の偏光のみを透過させるフィルタ、もしくはＹ軸方向の偏光のみを透過させるフィルタ、光軸３０１を中心に放射方向に振動する偏光のみを透過させるフィルタなどである。

また、試料１０１の表面粗さから発生する散乱光をカットするようにマスキングされたフィルタ、または試料１０１の表面粗さから発生する散乱光をカットするように透過偏光方向が制御されたフィルタでも構わない。切り替え機構２０８によって、異なる光学特性を有する複数の空間分布光学素子２０５の中から対象欠陥の検出に適した空間分布光学素子２０５を、検出光学系２１０の光軸３０１上に配置する。

空間分布光学素子２０５は、必ずしも光軸３０１上に配置しなくてもよい。その場合、空間分布光学素子２０５と同じ光路長分を変化させるダミーの基板を光軸３０１上に配置する。切り替え機構２０８は、空間分布光学素子２０５と前記ダミー基板の切り替えも可能である。例えば、明視野観察をする場合や観察対象に適した光学素子２０５がない場合には、光学素子２０５によって、検出器２０７の取得画像が乱れる恐れがある。そのため、光学素子２０５を使用しない場合は、ダミー基板を光軸３０１上に配置すればよい。

図３に、図２に示した瞳面３０３上に配置された、瞳フィルタとしての空間分布偏光素子２０５の例を示す。図３（ａ）〜（ｈ）には、それぞれ形状の異なる瞳フィルタ２２５Ａ〜２２５Ｈが示されている。

図３（ａ）〜（ｈ）において、白部３４３が透過部、黒部３４２が遮光部、２３４が選択した偏光方向の光を透過する偏光子部である。偏光子部２３４は、領域を分割させ、その領域ごとに異なる透過偏光軸でもよい。瞳フィルタ２２５Ａ〜２２５Ｈの直径は瞳直径以上であれば良く、瞳フィルタ２２５Ａ〜２２５Ｈの中心は図２の検出光学系２１０の光軸３０１に一致するように配置される。

図３（ａ）に示す瞳フィルタ２２５Ａは、暗視野照明光学系２０１の入射方向３１２に対してほぼ直角方向に遮光部３４２の端があるフィルタであり、瞳内の入射側一部を遮光する構成である。

図３（ｂ）に示す瞳フィルタ２２５Ｂは、瞳内部で扇形の領域を遮光する遮光部３４２を有するフィルタである。図３（ｂ）の瞳フィルタ２２５Ｂは、瞳面３０３の中心（図２の検出光学系２１０の光軸３０１）に遮光部３４２の扇形の頂点を合わせている。

また、図３（ｃ）に示す瞳フィルタ２２５Ｃは、瞳内に後方散乱を遮光する扇形の遮光部と上方散乱を遮光する遮光部を合わせた遮光部３４２を有するフィルタである。

尚、図３（ｄ）に示す瞳フィルタ２２５Ｄは、遮光部３４２と遮光部２３３、ある方向の偏光をもつ光のみ透過させる偏光子部２３４を有する瞳フィルタである。

図３（ａ）〜（ｄ）に示した瞳フィルタ２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃ、２２５Ｄは、低入射角でＰ偏光の光を照射した時、試料１０１（被検査ウェハ）の表面微小凹凸により発生した散乱光を遮光する瞳フィルタの一例である。

ここで、瞳面３０３上に配置される瞳フィルタの遮光部３４２には、例えば黒色ツヤ消し表面処理を施された金属板等の遮光板、又は偏光素子と波長板の組み合わせ、又は偏光素子と液晶の組み合わせ、又はデジタルミラーアレイが使用される。

なお、試料１０１及び検出する微小異物または微小欠陥の形状や大きさや屈折率などの光学的性質によって散乱光の強度分布が異なるため、検出光学系２１０の瞳面３０３上に配置する瞳フィルタの光学特性は図３（ａ）〜（ｄ）に示した形状に限るものではない。瞳フィルタとしては、被検査ウエハの表面微小凹凸による散乱光の分布特性に合わせて、この散乱光成分を遮光するような形状でもよい。

次に、パターン起因の散乱光を除去する目的で図２の瞳面３０３付近に配置する空間マスク２２５Ｅ〜２２５Ｈの形状の例を図３（ｅ）〜（ｈ）に示す。

図３（ｅ）〜（ｈ）に示す各空間マスク２２５Ｅ〜２２５Ｈの例は、瞳面３０３上もしくは瞳面３０３付近に配置され、遮光部３４２がマスク部、透過部３４３が開口部を示す。ここでは、中央部に小さな開口３４３を９個設けた例（ｅ）、中央部に中程度の開口３４３を設けた例（ｆ）、中央部大きな開口３４３を設けた例（ｇ）および小さな開口３４２を２個設けた例（ｈ）を示したが、これに限らず、縦又は横縞の開口を設けてもよく、開口数や形状・大きさは適時設定可能である。

なお、瞳面３０３上の像は、被検査物の回折、散乱光の散乱角度成分を表しているため、どの位置にどの大きさの開口を設けるかを決めることによって、被検査物の回折、散乱光の取捨選択を行うことが可能となる。

表面粗さや対象欠陥からの散乱光分布は、照明波長、照明偏光及び照明の入射方向(入射角及び入射方位角)に依存するため、適切な空間分布光学素子（瞳フィルタ）２０５の光学特性も照明波長、照明偏光及び照明の入射方向に依存する。

高さ制御機構２０９は制御システム１２５からの指令に応じて、試料１０１上の観察対象表面と検出光学系２１０の焦点位置とを合わせるために用いられる。高さ制御機構２０９としては、リニアステージや超音波モータ、ピエゾステージ等がある。

検出器２０７としては、２次元ＣＣＤセンサ、ラインＣＣＤセンサ、複数のＴＤＩを平行に配置したＴＤＩセンサ群、フォトダイオードアレイ等がある。また、検出器２０７は、検出器２０７のセンサ面が、試料１０１の表面もしくは対物レンズの瞳面３０２と共役となるように配置する。

ここで、本発明の実施形態１に係る暗視野照明光学系２０１の概略構成を図４に示す。
尚、本発明の実施形態では、照明部（暗視野照明光学系２０１）は、試料１０１上に対して照射する実質的に同一の波長及び実質的に同一の偏光をもつ複数の光線（光線A、光線B）を試料１０１上に集光させる集光レンズ２５５と、複数の光線（光線A、光線B）を互いに近接させ、かつ集光レンズ２５５の光軸と平行な光路にする複数光線合成部（２７０、２７３）とを有する。そして、照明部（暗視野照明光学系２０１）によって試料１０１上で発生した散乱光は、図２に示す検出器２０７によって検出される。

具体的には、暗視野照明光学系２０１は、光源２５０Ａ、２５０Ｂ、ビーム成形光学系２５１Ａ、２５１Ｂ、ＰＢＳ２７０、組合せ波長板２７１、偏光子２７２、１／２波長板２７３、集光レンズ２５５を有する。組み合せ波長板２７１は、１／２波長板部と位相変調機能を持たないダミー部で構成される。光源２５０Ａ、２５０Ｂは、ほぼ同一の波長、ほぼ同一偏光のレーザである。ＰＢＳ２７０、１／２波長板２７３、組合せ波長板２７１、瞳フィルタは波長依存性があるため、光線の波長差は、波長の１％以下が好ましい。図４は、光源２５０Ａ、２５０Ｂが照射する光の偏光方向がＰＢＳ２７０に対しＰ偏光、かつ、試料１０１をＰ偏光で照射する例を示している。しかし、本実施形態はそれに限定するものではない。

光源２５０Ａから照射された光線Ａは、ビーム成形光学系２５１Ａを通じて、適切な大きさの円もしくは楕円形状のビーム径をもつ平行光に変換される。光線ＡはＰ偏光であるためＰＢＳ２７０を透過し、組合せ波長板２７１のダミー部２７１０、偏光子２７２を透過し、集光レンズ２５５を介して試料１０１上に集光して照明する。

一方、光源２５０Ｂは、光源２５０Ａと同じ偏光方向が射出されるように配置され、光源２５０Ｂから照射された光線Ｂは、１／２波長板２７３により、９０°回転した偏光方向に変換される。次に、光線Ｂは、ビーム成形光学系２５１Ｂを通じて、光線Ａと同様に適切なビーム形状の平行光に変換し、ＰＢＳ２７０で反射され、光線Ａと近接し、並行な光路をとる。その後、光線Ｂは、組合せ波長板２７１の１／２波長板部２７１１を通過し、Ｓ偏光からＰ偏光に変換され、偏光子２７２を通過し、集光レンズ２７２により、試料１０１上に集光して照明する。

これにより、実質的に同一の波長、実質的に同一偏光の２光線（光線Ａ、光線Ｂ）をほぼ同じ入射方向から試料１０１上に照射することが可能となる。ここで、実質的に同一の波長とは、２光線（光線Ａ、光線Ｂ）の波長差が最大で平均波長の±１％以内であることを意味する。また、実質的に同一偏光とは、２光線（光線Ａ、光線Ｂ）の偏光軸範囲が±10°以内、好ましくは、±4°以内であることを意味する。また、消光比は、50：1、好ましくは、100：1である。ここで、偏光軸方向は光束全体の偏光方向の中心であり、消光比は光束での偏光方向のばらつきを示す。

２光線（光線Ａ、光線Ｂ）の波長差及び偏光軸範囲を上記数値範囲に設定する意義は、瞳フィルタの効果を維持するためである。具体的には、瞳フィルタの効果は、試料１０１からの散乱光(ノイズ)を除去する一方で、微小異物または欠陥からの散乱光を透過させ、Ｓ／Ｎ比を向上させて異物や欠陥からの信号を顕在化させることである。

消光比が低い光というのは、Ｐ偏光とＳ偏光が混在している光である。試料や欠陥からの散乱光は、照明の偏光方向によって大きく変化する。そのため、瞳フィルタは照明偏光に合わせて，それぞれ設計される。例えば、Ｐ偏光用に設計した瞳フィルタでは、照明のＳ偏光成分で生じる試料からの散乱光(ノイズ)を除去できない。

１／２波長板２７３はなくてもよい。その場合、光源２５０Ｂは光源２５０Ａに対し９０°回転して載置することで、Ｓ偏光を照射させる。部品数を削減できるメリットがある。ただし、光源の照射する光線品質に縦横差がある場合は、図４に示すように光源２５０Ａ、２５０Ｂは同じ向きに載置し、１／２波長板を用い、片方の光線の偏光方向を９０°回転して使用する方が良い。例えば、ＬＤレーザの場合、ＬＤ素子の構造的に、電圧がかかる方向とそれに対し直交する方向ではビームの品質が異なる。１／２波長板２７３を用いることで、光源２５０Ａと光源２５０Ｂの設置向きを揃えることができるため、光線間のビーム品質差を低減することができる。

また、ＰＢＳ２７０後の光線Ａと光線Ｂ間隔が十分に大きく、光線が重ならない場合、偏光子２７２はなくてもよい。ＰＢＳ２７０で、光線Ａと光線Ｂの間隔を近接させた場合、組合せ波長板２７１によって、本来意図しない領域を通過する可能性がある。その場合、照射偏光方向と直交する偏光成分をもつため、照明偏光のピュリティを低下させ、検出感度低下の要因になる。そこで、偏光子２７２により、照明偏光に直交する偏光成分を除去することで照明偏光のピュリティを維持する。この偏光子２７２の代わりに消光比、透過率の高いＰＢＳを用いても良い。この場合、消光比は、１００：１以上であることが好ましい。

図４は光源２５０Ａ、２５０ＢがＰ偏光の光を射出する場合について記載したが、光源２５０Ａ、２５０ＢがＳ偏光の光を射出してもよい。その場合、１／２波長板２７３は、光源２５０ＡからＰＢＳ２７０上の光線Ａ軸上に配置され、光線Ｂ上の１／２波長板２７３は取り除かれる。

図４では、ビーム成形光学系２５１Ａ、２５１Ｂ後に光線Ａと光線Ｂを近接させて平行にしているが、その限りではない。例えば、光源とビーム成形光学系の間、もしくはビーム成形光学系内に、ＰＢＳ２７０を配置し、２光線を近接させて平行にしてもよい。この場合、ビーム成形光学系の全てもしくは一部を共通化することができるため、部品点数を削減することが可能となる。ただし、２光線の光軸は同軸ではないため、２光線共通部の光学部品のサイズが大きくなる。また、ビーム成形光学系が共通のため、２光源の機差を調整によって吸収することが難しくなる。加えて、曲率の大きいレンズの場合、球面収差等のレンズ収差の影響も大きくなるデメリットが有る。図４に示すように集光レンズのみを共通化する場合は、別々のビーム成形光学系をもつため、光源間の機作を吸収しやすい。一方で、共通部品が少ないため部品点数の多さ、装置容積の大きさにデメリットがある。いずれの場合においても、集光レンズに入射する２光線は互いに平行な光軸をもつ。

図４の構成以外にも、装置をコンパクトにするため、光線は適宜ミラーで折り返しを行っても構わない。また、一方のビーム成形光学系を構成するレンズの一部を焦点距離の異なる別のレンズに交換する機構を備え、試料１０１上の照明スポットサイズを変更してもよい。レンズの切り替えは制御システム１２５により制御される。

制御システム１２５は、欠陥検査装置１０７が出力した欠陥情報、または記憶装置１２４に格納された欠陥情報を読み込み、読み込んだ欠陥情報に基づき光学顕微鏡１０５の視野に観察すべき欠陥が入るようにステージ１０３を制御する。そして、光学顕微鏡１０５で検出した画像に基づき、欠陥検査装置１０７とレビュー装置１００との間の欠陥座標ずれを算出し、記憶装置１２４に格納された欠陥座標情報を補正する。

ＳＥＭ１０６は、電子線源１５１、引き出し電極１５２、偏向電極１５３、対物レンズ電極１５４を備える電子線照射系と、二次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６を備える電子検出系を有する。ＳＥＭ１０６の電子線源１５１から1次電子が放出され、放射された1次電子は、引出電極１５２によってビーム状に引き出して加速される。そして、偏向電極１５３によって加速された1次電子ビームの軌道はＸ方向及びＹ方向に制御され、対物レンズ電極１５４によって、軌道を制御された1次電子ビームは試料１０１の表面に収束し照射され走査される。1次電子ビームが照射して走査された試料１０１の表面からは、２次電子や反射電子等が発生する。

２次電子検出器１５５は、発生した２次電子を検出し、反射電子検出器１５６は、反射電子などの比較的高エネルギの電子を検出する。ＳＥＭ１０６の光軸上に配置されたシャッター(図示せず)は、電子線源１５１から照射された電子線の試料１０１上への照射開始・停止を選択する。

ＳＥＭ１０６の測定条件は、制御システム部１２５により制御され、加速電圧、電子線のフォーカスや観察倍率を変更することができる。ＳＥＭ１０６は、光学顕微鏡１０５で撮像された画像を用いて補正された欠陥座標情報に基づき欠陥を詳細観察する。ここで、一般的な欠陥観察フローについては、上記特許文献１に開示されているので、その説明は省略する。

また、本実施形態に記載する複数光源では、一部の光源が寿命や故障等により停止した場合において、残りの正常な光源を用い検査自体を継続することができ、装置稼働率の低下を抑制できるという利点がある。

実施形態２

次に、図５を参照して、本発明の実施形態２について説明する。図５は、実施形態２における光学顕微鏡部の照明系を説明する図である。本実施形態におけるレビュー装置の構成は図１〜３と同様であるため、その説明は省略する。

本実施形態においては、２光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にする手段が、第１の実施例と異なる。光源２５０Ａ、２５０Ｂは同じ向きに載置する。光源２５０Ａから照射されたＰ偏光の光は、ビーム成形光学系２５１Ａにより、適切なビーム形状の平行光に変換される。一方、光源２５０Ｂから照射されたＰ偏光の光線Ｂは、ビーム成形光学系２５１Ｂにより、適切なビーム形状の平行光にされ、ミラー２７４で光路を折り曲げ、光線Ａに近接し、光線Ａと平行な光軸になる。

図５では、光源２５０Ａ，２５０ＢからＰ偏光の光線が射出され、試料１０１上にＰ偏光で照射する場合を説明したが、これに限定されるものではない。また、ミラー２７４を光源とビーム成形光学系の間、もしくはビーム成形光学系内に配置することで、光線Ａと光線Ｂで光学系の一部を共通化し、部品点数の削減、装置容積の削減をしてもよい。ただし、光源２５０Ａと２５０Ｂ間の機差が大きい場合は、図５に示すようにビーム成形光学系後にミラー２７４を配置し、それぞれのビーム成形光学系において光源の機差を吸収する方が良い。

実施形態３

次に、図６を参照して、本発明の実施形態３について説明する。図６は、実施形態３における光学顕微鏡部の照明光を説明する図である。本実施形態におけるレビュー装置の構成は図１〜３と同様であるため、その説明は省略する。

本実施形態においては、２光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にする手段が、実施形態１と異なる。光源２５０Ａから照射された直線偏光の光線Ａは、ビーム成形光学系２５１Ａ、ダイクロイックミラー２７５、集光レンズ２５５を通り、試料１０１上を集光照射する。一方、光源２５０Ａと同一の波長と偏光方向の光を照射する光源２５０Ｂから照射された光線Ｂは、ＡＯ(音響光学素子)周波数シフタ２７６によって波長を微量シフトさせる。ダイクロイックミラー２７５を、光線Ａを透過、波長変調後の光線Ｂを反射するように設計することで、ほぼ同一の波長、ほぼ同一偏光の光線Ａと光線Ｂを互いに近接かつ平行にすることが可能となる。

上記実施形態１と同様、検出光学系の瞳フィルタに波長依存性があるため、光線Ａと光線Ｂの波長差は、波長の±１％以内が良い。また、本実施形態では、ＡＯ周波数シフタ２７６により変調された光線Ｂをダイクロイックミラー２７５で反射する場合を述べたが、逆でも良い。また、光源の波長バラツキが大きく、光源の選別によりダイクロイックミラー２７５での反射、透過を選択可能な場合、ＡＯ周波数シフタ２７６を使用せず、光線Ａ、光線Ｂに適した波長の光源２５０Ａ，２５０Ｂをそれぞれ選別して使用してもよい。

実施形態４

次に、図７、図８を参照して、本発明の実施形態４について説明する。
上記実施形態１〜３では、２光線を用い、試料１０１を照明する方法について述べたが、照射する光線数は２本に限らず、３本以上の光線を照射してもよい。図７、図８は、３光線を用いた実施形態４における光学顕微鏡部の照明光を説明する図である。本実施形態におけるレビュー装置の構成は図１〜３と同様であるため、その説明は省略する。

複数光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にする手段が、図７は上記実施形態２と同様にミラー２７４である。また、図８は上記実施形態１と同様にＰＢＳ２７０と組合せ波長板２７１である。この時、試料１０１上に照射する光線の入射方向差が最小になるように、集光レンズ２５５の光軸に対して複数光線を入射する。例えば、試料１０１に対して同じ入射角で複数光線を照射する場合、集光レンズ２５５の光軸に対して、複数光線の光軸は、平行かつ左右対称に配置する。

また、光線本数が奇数本の場合は、１光線の光軸は、集光レンズ２５５の光軸と同軸にし、残りの偶数本数の光線は集光レンズ２５５の光軸に対し、左右対称に配置する（図７、図８参照）。この時、それぞれの入射方向に合わせて、試料１０１上での同じ照明スポットサイズを得るために、ビーム成形光学系後の光線のビーム形状が異なっても良い。また、入射方向差が小さいため，ビーム成形光学系後の光線のビーム形状がすべて同じでも良い。

また、図７はではミラー２７４、図８ではＰＢＳ２７０と組合せ波長板２７１を用いているが、複数光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にする手段は、これに限らず、ダイクロイックミラーでもよいし、それらを組み合わせて実現してもよい（図示せず）。ダイクロイックミラーを用いる場合、各光線の光軸を集光レンズ２５５の光軸と同軸にするとよい。偏光子２７２の代わりに、ＰＢＳを用いてもよい。

実施形態５

次に、本発明の実施形態５について説明する。上記実施形態１〜４では、複数光源から得られた複数の光線から構成される実施形態について述べた。実施形態１〜４の光源は、例えば、ビーム品質の良いシングルモードのレーザである。

実施形態５では、単一光源から照射された光線を分割して得られた、複数の光線から構成される実施形態について述べる。実施形態５の光源は、そのまま使用するにはビーム品質が悪く、偏光方向の純度の低さや、照明ムラなどの問題が有る光源を想定している。例えば、マルチモードのレーザ光源や、複数のＬＤ素子配したＬＤモジュールや、ファイバーバンドル型のＬＤモジュールである。マルチモードのレーザはシングルモードのレーザに比べ高出力なものが多いが、ビームの品質が悪く、集光時の照明ムラ等の問題から照明に使用することが難しい。

これに対して、光線を分割してから、可干渉距離以上に十分な光路長をおいて、再度重ね合わせことで、分割された光線間の干渉性が失われるため、平均化効果により照明ムラが低減される。これは、照明ムラが、同一光線内での干渉に起因するためである。これにより、従来は使用できなかったマルチモード高出力レーザを光学顕微鏡の照明光源２５０として使用することが可能となる。光源には、可干渉距離が短い光源を使用すると装置容積を小さくできるメリットが有る。例えば、マルチモードＬＤがある。

図９を用いて、光源２５０に高強度のマルチモードレーザを用いた場合について説明する。光源２５０から照射された直線偏光の光線を、ビーム成形光学系２５１によってビーム径を成形し、１／４波長板２７７によって円偏光に変換し、ＰＢＳ２７０によりＰ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる。これにより、それぞれ光線Ａ、光線Ｂに２分割する。２分割された偏光方向の異なる２光線を、実施形態１と同様にＰＢＳ２７０と組合せ波長板２７１を用い、互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にする。この２光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にする手段は、実施形態２のミラー２７４や、実施例３のダイクロイックミラー２７５でもよい。ミラー２７４やダイクロイックミラー２７５を用いる場合は、光線Ａまたは光線Ｂのどちらかに１／２波長板を入れ、２光線の偏光方向を揃える必要がある。また、ダイクロイックミラー２７５を用いる場合は、図１１に示すように一方の光線の波長を変調させるため、ＡＯ周波数シフタも必要である。

また、１／４波長板２７７を使用せず、図１０に示すようにハーフミラー２７８によって光線を２分割してもよい。この時、２光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路に手段は、上記実施形態１〜３と同様の手段を用いれば良い。図１０では、上記実施形態１と同様に、１／２波長板２７３とＰＢＳ２７０と組合せ波長板２７１を用いる方法を示している。ここで、偏光子２７２の代わりに、ＰＢＳを用いてもよい。図９、図１０では、ビーム成形光学系２５１通過後に光線を分割しているが、それに限らず、光源２５０とビーム成形光学系２５１の間、もしくはビーム成形光学系２５１中で光線を分割してもよい。

図１１に示すようにダイクロイックミラー２７５を用いる場合は、分割した２光線を、ダイクロイックミラーで同軸にできる。このため、光源２５０の直後で光線を分割し、ビーム成形光学系２５１の前で分割した２光線を同軸にすると、光学部品サイズを小さく、かつ部品点数を少なくできるメリットがある。図１１は光線分割にハーフミラー２７８を用いたが、図９のように１／４波長板２７７とＰＢＳ２７０を用いて分割してもよい。

実施形態６

次に、図１２を参照して、本発明の実施形態６について説明する。本実施形態６におけるレビュー装置の構成は図１〜図３と同様であるため、その説明は省略する。上記実施形態５では、単一光源から照射された光線を２分割して得られた、２光線から構成される実施形態について述べたが、本実施形態は、単一光源から照射された光線を３本以上に分割し得られた、複数光線から構成される実施形態について述べる。

上記実施形態５で述べた複数光線の重ね合わせによる平均化の効果は、重ね合わせる光線本数が多いほど、照明ムラ低減効果がある。一方，集光レンズ２５５上で個々の光線は非同軸であるため、分割ビーム数が多いほど、集光レンズ２５５の光軸に対し最遠方ビームとの間隔が大きくなり、大きな集光レンズ２５５が必要になる。加えて、集光レンズ２５５の収差の影響が大きくなる。特に、集光レンズ２５５の焦点距離が短い場合、より収差の影響は大きくなる。集光レンズ２５５の焦点距離が十分長い場合は、収差の影響を低減できるが照明光学系の光路長が伸びて容積が長大になる。

図１２は、直線偏光の単一光源２５０を１／４波長板２７７とＰＢＳ２７０により、３本の光線に分割し、ＰＢＳ２７０と組合せ波長板２７１を用いる照明系を示す。分割した３光線を、互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にし、集光レンズ２５５で、試料１０１の同一領域を同一波長、同一偏光、ほぼ同一な入射方向で照射する。

光線の分割方法は、図１２によらず、上記実施形態５で述べたように、ハーフミラーを用いても良い。また、光源２５０に無偏光の光源を使用する場合は、１／４波長板２７７を用いず、ＰＢＳ２７０のみで分割することもできる。

また、上記実施形態４で述べたように、本実施形態においても、試料１０１上に照射する光線の入射方向差が最小になるように、集光レンズ２５５の光軸に対して複数光線を入射する。例えば、試料１０１に対して同じ入射角で複数光線を照射する場合、集光レンズ２５５の光軸に対して、複数光線の光軸は、平行かつ左右対称に配置する。また、光線本数が奇数本の場合は、１光線の光軸は、集光レンズ２５５の光軸と同軸にし、残りの偶数本数の光線は集光レンズ２５５の光軸に対し、左右対称に配置する。この時、それぞれの入射方向に合わせて、試料１０１上での同じ照明スポットサイズを得るために、ビーム成形光学系後の光線のビーム形状が異なっても良い。また、入射方向差が小さいため，ビーム成形光学系後の光線のビーム形状がすべて同じでも良い。

また、図１２は、複数光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光路にする手段に、ＰＢＳ２７０と組合せ波長板２７１を用いているが、これに限らず、実施形態２のようにミラーや、実施例３のようにダイクロイックミラーを用いてもよいし、それらを組み合わせて実現してもよい（図示せず）。ダイクロイックミラーを用いる場合、各光線の光軸を集光レンズ２５５の光軸と同軸にするとよい。また、図１２では、偏光子２７２を用いて照明の偏光方向の純度を上げているが、偏光子２７２の代わりに、ＰＢＳを用いてもよい。もし、実施形態２のミラーや、実施形態３のダイクロイックミラーを用いる場合は、偏光子２７２はなくても良い。

実施形態７

次に、図１３を参照して、本発明の実施形態７について説明する。本実施形態７では、光源２５０に無偏光の光源を用いる。本実施形態におけるレビュー装置の構成は図１〜図３と同様であるため、その説明は省略する。

光源２５０に無偏光の光源を用いる点が実施形態５と異なる。無偏光の光源としては、例えばファイバーバンドル型のＬＤモジュールや、ＬＤスロットモジュールなどがある。本実施形態においては、光源２５０が無偏光であるため、１／４波長板２７７を使用せず、そのままＰＢＳ２７０で光線を分割することができる。分割した複数光線を互いに近接かつ平行な光軸をもつ光線にする手段は、実施形態１〜６と同様であるため、その説明を省略する。

図１３では、ＰＢＳ２７０と組合せ波長板２７１によって、複数光線を揃えているが、これに限らない。また、光源２５０から照射された無偏光の光を、ＰＢＳ２７０で分割後、片方の光線をＡＯ周波数シフタで波長をシフトさせた後、分割した複数の光線を、ダイクロイックミラーで同軸に揃えても良い。また、上記実施形態６のように光線の分割数は２本に限らず、３本以上の複数本に分割してもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施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可能である。

１０１試料
１０２試料ホルダ
１０３ステージ
１０４光学式高さ検出器
１０５光学顕微鏡
１０６電子顕微鏡
１０７欠陥検査装置
１１１、１１３真空封止窓
１１２真空槽
１２１ネットワーク
１２２ライブラリ
１２３ユーザインターフェース
１２４記憶装置
１２５制御システム
１５１電子線源
１５２引き出し電極
１５３偏向電極
１５４対物レンズ電極
１５５二次電子検出器
１５６反射電子検出器
２０１暗視野照明光学系
２０２対物レンズ
２０３、２０４レンズ系
２０５空間分布光学素子
２０６結像レンズ
２０７検出器
２０８切り替え機構
２０９高さ制御機構
２１０検出光学系
２１１明視野照明光学系
２１２白色光源
２１３照明レンズ
２１４ハーフミラー
２５０光源
２５１、２５２、２５６平凸レンズ
２５３、２５４シリンドリカルレンズ
２５５集光レンズ
２６０ 1／２波長板
２６１ＮＤフィルタ
２７０ＰＢＳ
２７１組合せ波長板
２７２偏光子
２７３１／２波長板
２７４ミラー
２７５ダイクロイックミラー
２７６ＡＯ周波数シフタ
２７７１／４波長板
３０１光軸
３０２、３０３瞳面
１０００欠陥観察装置

Claims

試料上に対して照射する実質的に同一の波長及び実質的に同一の偏光をもつ複数の光線を前記試料上に集光させる集光レンズと、前記複数の光線を互いに近接させ、かつ前記集光レンズの光軸と平行な光路にする複数光線合成部とを有する照明部と、
前記照明部によって前記試料上で発生した散乱光を検出する検出部と、
を有し、
前記複数の光線の波長差は最大で平均波長の±１％以内であり、前記複数の光線の偏光軸範囲は±10°以内であり、
前記複数光線合成部は、１／２波長板部と位相変調機能を持たないダミー部で構成される組合せ波長板を有し、
前記組合せ波長板は、前記複数の光線の第１の光線が前記ダミー部を透過し、前記複数の光線の第２の光線が前記１／２波長板部を通過し、前記第１の光線と前記第２の光線が前記集光レンズを介して前記試料上に集光することにより、前記実質的に同一の波長及び前記実質的に同一の偏光をもつ前記複数の光線が前記試料上に照射されるように配置されることを特徴とする欠陥検出装置。
前記検出部は、瞳面上に波長依存性及び偏光依存性をもつフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
前記複数の光線は、複数の光源から照射されることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
前記複数の光線は、単一の光源から照射された光線を分割して得た光線であることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
前記複数光線合成部は、偏光ビームスプリッターを更に有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
前記複数光線合成部と前記集光レンズの間に、前記複数の光線の偏光方向を１００：１以上の消光比を有するように設定する偏光子もしくは偏光ビームスプリッターが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の欠陥検出装置。
前記複数の光源は同じ偏光方向の光線を照射する向きに載置され、一部の前記複数の光源から照射された光線の偏光方向を１／２波長板で９０度回転させることを特徴とする請求項５に記載の欠陥検出装置。
前記複数の光線は、前記集光レンズの光軸に対して軸対称に入射することを特徴とする請求項３に記載の欠陥検出装置。
前記単一光源は直線偏光の光線を照射する光源であって、前記直線偏光の光線を分割する分割部はハーフミラーであることを特徴とする請求項４に記載の欠陥検出装置。
前記単一光源は直線偏光の光線を照射する光源であって、前記直線偏光の光線を分割する分割部は１／４波長板と偏光ビームスプリッターを有することを特徴とする請求項４に記載の欠陥検出装置。
一部の前記複数の光線が前記集光レンズの光軸とは異軸であることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
請求項１に記載の欠陥検出装置と、
前記欠陥検出装置の前記検出部で検出された散乱光に基づく画像を取得し、この取得した画像に基づき欠陥の座標を算出する制御部と、
を有し、
前記欠陥検出装置の前記照明部は、前記検出部の瞳外に配置されていることを特徴とする欠陥観察装置。