JP2000193443A

JP2000193443A - パタ―ン欠陥検査方法及びその装置

Info

Publication number: JP2000193443A
Application number: JP10372769A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Shishido; 弘明宍戸; Yasuhiro Yoshitake; 康裕吉武; Toshihiko Nakada; 俊彦中田; Shunji Maeda; 俊二前田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、微細な回路パターンを高い分解能で
検出する方法及び装置を提供することにある。【解決手段】試料の像を検出する対物レンズと、その瞳
に対して照明を行うレーザ照明手段と、レーザ照明の可
干渉性を低減する手段と、蓄積型の検出器と、その検出
信号を処理する手段とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパターンの欠陥を検
出する方法及びその装置に係り、特に半導体ウェハや液
晶ディスプレイ、ホトマスクなどに形成されたパターン
の欠陥を検査するのに好適なパターン欠陥検査方法及び
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の検査装置は特開平７-３
１８３２６号（従来技術1）に記載のように、被検査パ
ターンを移動させつつ、ラインセンサ等の撮像素子によ
り被検査パターンの画像を検出し、検出した画像信号と
定めた時間遅らせた面俊信号の濃淡を比較することによ
り.不一致を欠陥として認識するものであった。

【０００３】また,被検査パターンの欠陥検査に関する
従来技術としては、特開平８-３２０２９４号公報（従
来技術2）が知られている。この従来技術2には、メモリ
マット部などのパターン密度が高い領域と周辺回路など
のパターン密度が低い領域とがチップ内に混在する半導
体ウエハなどの被検査パターンから検出された画像上で
の明るさ一頻度分布より被検査パターンの高密度領域と
低密度領域との間での明るさあるいはコントラストが階
調変換により定めた関係となるべく、前記検出された画
像信号をA/D変換して得られるディジタル画像信号に対
して階調変換し、この階調変換された画像信号と比較す
る階調変化された画像信号とについて関数近似し、これ
ら関数近似された曲線の間の差について積分し、この積
分値からの位置ずれの高精度検出に基づいて両階調変換
された画像信号を位置合わせした状態で被検査パターン
比較を行って微細欠陥を高精度に検査する技術が記載さ
れている。

【０００４】また、ホトマスクの検査の場合には、露光
光と検査光を同一にすることにより、露光時に影響がで
る有害欠陥だけを検出するという発想が従来よりあり、
紫外光（以下、ＵＶ光という)を露光光とするホトマス
クに対して露光光と同一のＵＶ光を光源として検査を行
う技術も開示されている。これらの発明には、ホトマス
ク上の回路パターンの外観を検査する技術として、特開
平８−９４３３８号公報（従来技術３）、特開平１０−
７８６６８号公報（従来技術４）などがある。また、位
相シフトマスクにおける位相シフタ量の計測を行うもの
に特開平１０−６２２５８号公報（従来技術５）、特開
平１０−７８６４８号公報（従来技術６）などがある。

【０００５】さらにプロセス中で用いられる材料の吸収
特性が可視光とＵＶ光とで異なることを利用し、可視光
とＵＶ光とで検査を行い、回路パターンや異物を光学的
に顕在化する技術が特開平４−１６５６４１号公報（従
来技術７）、特開平４−２８２４４１号公報（従来技術
８）にある。

【０００６】また、物体の外形を光学的に計測する手段
として干渉計というのがあるが、これに対してＵＶ光を
適用する発明が特開平４−３５７４０７号公報（従来技
術９）にある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年のLSI製造におい
ては、ウェーハ上に形成された回路パターンは、高集積
化のニーズに対応し微細化して、パターンの幅が０．２
５μｍからそれ以下になってきており、結像光学系の解
像限界に達している。このため結像光学系の高ＮＡ化や
光超解像技術の適用、画像処理の高度化が進められてい
る。前記従来技術１、２はこれらを適用したものであ
る。しかしながら、高NA化は、物理的に限界に達してお
り、また、高段差パターンに弱いという課題がある。ま
た光超解像技術や画像処理はその非線形な応答性から、
適用範囲が限られているという課題がある。

【０００８】従って、検出に用いる波長を、従来用いら
れている可視光からＵＶ光の領域へ短波長化していくの
が本質的なアプローチである。

【０００９】一方、ホトマスクに対して考案された露光
光と同一の光源を用いようという発想は、位相シフト量
を計測するための従来技術５、６に対して有効である。
これはシフト量が光源の波長と直接リンクするからであ
る。しかしながら、披検査試料の全面あるいはそれに匹
敵する広い領域の回路パターンの外観を検査して欠陥を
検出する場合、必ずしも露光光と同一にする（従来技術
３、４）のが適切な手法であるとは限らない。

【００１０】これは、露光によるウェハ上への転写性
は、光源波長や光学系の条件だけによって決まるもので
はないからである。露光量、レジスト特性、焦点ずれ
量、下地の光学特性、現像プロセスなど、さまざまな要
因が複雑に関連する。従って、従来技術３、４ではこれ
らの複雑な条件を含めてシミュレーションを行い、じっ
くりと一個の欠陥の転写性を解析するのには適している
が、短時間に多量の回路パターンを検査する技術とは異
なる。

【００１１】この場合、高価で取り扱いの難しい露光用
の光源を検査に適用して検査を行うよりも、欠陥の検出
に的を絞った光源により、検出転写する可能性をもった
欠陥を極力高い感度で徹底して検出することがこの問題
に対する現実的な解決手段となる。

【００１２】この場合、解像度を高めることが目的でＵ
Ｖ光を用いるので、従来技術７、８のように解像度を低
下させる可視光を併用することは出来ない。

【００１３】また、高速に検査を行う必要があるため、
従来技術９のように細く絞ったレーザビームを用いるこ
とは出来ない。ＵＶ光の領域では、高輝度な放電ランプ
がないためにレーザでの高輝度照明が必須であるが、逆
にレーザビームを視野いっぱいに広げて照明を行うと、
レーザの干渉による干渉縞パターン、いわゆるスペック
ルが発生し、また回路パターンのエッジ部分にオーバー
シュート、アンダーシュートが発生するため、画像を得
ることが出来ない。

【００１４】本発明の目的は、上記課題を解決し、微細
な回路パターンを高い分解能で高速に検出する方法及び
装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源にＵＶレーザ光源を用い、光路中
にＵＶレーザのスペックルの発生を抑制する手段を設
け、可干渉性を低減させたＵＶ光を対象物表面に照射し
て、対象物の像を検出するようにした。

【００１６】このＵＶレーザのスペックルの発生を抑制
する手段として、より具体的には１）光源からの光を対
物レンズの瞳上の１点に集光し、その集光点を検出器の
蓄積時間にタイミングを合わせて瞳上を走査する、２）
レーザ光源から射出されたＵＶ光を光軸ずらしを行った
光ファイバの束に入射させ、射出した光を対物レンズの
瞳上に集光する、３）光路長をレーザ光源の可干渉距離
以上に変化させた光ファイバ群に入射させ、射出した光
を対物レンズの瞳上に集光する、４）それらの組み合わ
せにより瞳上を照明する、等の手段を設けるようにし
た。

【００１７】すなわち、本発明では、パターン欠陥検査
装置を、紫外線のレーザを発射するレーザ光源手段と、
このレーザ光源手段から発射した紫外線のレーザの可干
渉性を低減する可干渉性低減手段と、可干渉性低減手段
で可干渉性を低減した紫外線のレーザを試料上に照射す
る照射手段と、この照射手段により紫外線のレーザを照
射された試料の像を検出する像検出手段と、この像検出
手段で検出した試料の像に関する情報基いて試料に形成
されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備え
て構成したことを特徴とするものである。

【００１８】また、本発明では、パターン欠陥検査装置
を、紫外線のレーザを発射するレーザ光源手段と、この
レーザ光源手段から発射した紫外線のレーザの可干渉性
を低減させる可干渉性低減手段と、この可干渉性低減手
段を通過した紫外線のレーザを試料上に照射する対物レ
ンズ手段と、この対物レンズ手段を介して紫外線のレー
ザを照射された試料の像を検出する像検出手段と、比較
画像信号を記憶する記憶手段と、試料の像を検出した像
検出手段から出力される試料の画像信号を記憶手段に記
憶されている比較画像信号と比較することにより前記試
料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手段
とを備えて構成したことを特徴とするものである。

【００１９】また、本発明では、パターン欠陥検査装置
を、紫外線のレーザを発射するレーザ光源手段と、この
レーザ光源手段から発射した紫外線のレーザの可干渉性
を低減させる可干渉性低減手段と、この可干渉性低減手
段を通過した紫外線のレーザを試料上に照射する対物レ
ンズ手段と、試料を載置してＸＹ平面内で移動可能なテ
ーブル手段と、対物レンズ手段を介して紫外線のレーザ
を照射された試料の像を検出する時間遅延積分型のイメ
ージセンサ手段と、テーブル手段の移動と時間遅延積分
型のイメージセンサ手段の撮像とのタイミングを制御す
る制御手段と、比較画像信号を記憶する記憶手段と、時
間遅延積分型のイメージセンサ手段で検出した試料の像
に基く画像信号を記憶手段に記憶されている比較画像信
号と比較して試料に形成されたパターンの欠陥を検出す
る欠陥検出手段とを備えて構成したことを特徴とするも
のである。

【００２０】また、本発明では、パターン欠陥検査装置
を、紫外線のレーザ光源と、この紫外線のレーザ光源か
ら射出された紫外線のレーザの可干渉性を下げる可干渉
性低減手段と、この可干渉性低減手段でを通過した紫外
線のレーザを対物レンズの瞳に投射する投射手段と、こ
の投射手段により対物レンズの瞳に投射された紫外線の
レーザを対物レンズを介して対象物の検出視野において
ほぼ一様に照明する照明手段と、この照明手段によりほ
ぼ一様に照明された対象物の像を検出する像検出手段
と、この像検出手段で検出した対象物の像から得られる
画像データを予め記憶されている画像データと比較して
対象物上の欠陥を検出する検出手段とを備えて構成した
ことを特徴とするものである。

【００２１】また、本発明は、レーザ光源から波長が４
００ｎｍよりも短いレーザを発射し、この発射したレー
ザを可干渉性低減手段を介して試料上に照射し、このレ
ーザを照射された試料の像を検出し、この検出した試料
の像に関する情報基いて試料に形成されたパターンの欠
陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法で
ある。

【００２２】また、本発明は、レーザ光源から紫外線の
レーザを発射し、この発射した紫外線のレーザを可干渉
性低減手段と対物レンズとを介して試料上に照射し、こ
の紫外線のレーザを照射された試料の像を対物レンズを
介して検出し、この対物レンズを介して検出して得た試
料の像の画像信号を記憶手段に記憶されている比較画像
信号と比較することにより試料に形成されたパターンの
欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法
である。

【００２３】また、本発明は、レーザ光源から紫外線の
レーザを発射し、この発射した紫外線のレーザの可干渉
性低減手段と対物レンズとを介して平面内で移動するテ
ーブル上に載置された試料上に照射し、対物レンズを介
して紫外線のレーザを照射された試料の像を時間遅延積
分型のイメージセンサでテーブルの移動に同期させて検
出し、この時間遅延積分型のイメージセンサ手段で検出
した試料の像に基く画像信号を予め記憶されている比較
画像信号と比較して試料に形成されたパターンの欠陥を
検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法であ
る。

【００２４】また、本発明は、レーザ光源から発射した
紫外線のレーザを対物レンズの瞳上で走査し、この瞳上
で走査した紫外線のレーザを対物レンズを介して試料上
に照射し、この紫外線のレーザを照射された試料の像を
蓄積型の検出器で検出し、この蓄積型の検出器で検出し
て得た試料の画像信号を用いて試料に形成されたパター
ンの欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査
方法である。

【００２５】また、本発明は、光源から発射したコヒー
レント光のコヒーレンシーを光路の途中で低減させ、こ
のコヒーレンシーを低減させた光を対物レンズを介して
試料上に照射し、このコヒーレンシーを低減させた光を
照射された試料の像を対物レンズを介して蓄積型の検出
器で検出し、この蓄積型の検出器で検出した試料の像か
ら得た画像信号を予め記憶されている比較画像信号と比
較することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検
出することを特徴とするパターン欠陥検査方法である。

【００２６】更に、本発明は、レーザ光源から紫外線の
レーザを発射し、この発射した紫外線のレーザを可干渉
性低減手段と対物レンズとを介して回路パターンを形成
した半導体ウェハ上に照射し、紫外線のレーザを照射さ
れた半導体ウェハの回路パターンの像を対物レンズを介
して固体撮像素子で検出し、この固体撮像素子で検出し
た回路パターンの像に基く画像信号を予め記憶されてい
る比較画像信号と比較することにより、半導体ウェハ上
の０．２μｍよりも小さい欠陥を検出することを特徴と
するパターン欠陥検査方法である。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明に係わる被検査パターンの
欠陥検査方法及びその装置の実施例を図面を用いて説明
する。図１は、本発明に係わる装置の一例を示す図であ
る。２はX,Y,Z,θ（回転）ステージであり、被検査パタ
ーンの一例である半導体ウエハ１を載置するものであ
る。７は対物レンズである。３は被検査パターンの一例
である半導体ウエハ１を照明する照明光源（ＵＶレー
ザ）である。５は偏光ビームスプリッタであり、照明光
源７からの照明光を反射させて対物レンズ７を通して半
導体ウエハ１に対して例えば明視野照明を施すように構
成している。６は１／４波長板であり偏光ビームスプリ
ッタ５と組み合わせて高効率のハーフミラーを構成す
る。４は光源からのレーザビームを対物レンズ７の瞳上
を走査するための走査機構である。８はイメージセンサ
であり、被検査パターンの一例である半導体ウエハ１か
らの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡画像信号を出
力するものである。９はA/D変換器であり、イメージセ
ンサ８から得られる濃淡画像信号をディジタル画像信号
に変換するものである。

【００２８】ステージ２を走査して被検査パターンの一
例である半導体ウエハ１を等速度で移動させつつ、イメ
ージセンサ８により半導体ウエハ１上に形成された被検
査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を検出する。

【００２９】１０は、階調変換器であり、A/D変換器９
から出力されるディジタル画像信号に対して特開平８-
３２０２９４号公報に記載されたような階調変換を施す
ものである。即ち、階認変換器１０は、対数変換や指数
変換、多項式変換等を施し、半導体ウェハ上にプロセス
で形成された薄膜により照明光が薄膜干渉をおこし、明
るさむらが生じた画像を補正するものである。階調変換
器１０からは、例えば８ビットディジタル信号で出力す
るように構成する。１１は遅延メモリであり、階調変換
器１０からの出力画像信号を繰り返される半導体ウェハ
を構成する1セル又は複数セルピッチまたは１チップま
たは１ショット分記憶して遅延させるものである。

【００３０】１２は比較器であり、階調変換器１０から
出力される階調変換が施された画像信号と遅延メモリ１
１から得られる遅延画像信号とを比較し、欠陥を検出す
るものである。

【００３１】比較器１２は、遅延メモリ１１から出力さ
れるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した画像と検出
した画像を比較するものであり、設計情報に基づいて得
られる半導体ウエハ１上における配列データ等の座標
を、キーボード、ディスク等から構成された入力手段１
５で入力しておくことによりＣＰＵ１３は、比較器によ
る比較の結果を入力された半導体ウエハ１上における配
列データ等の座標に基づいて、欠陥検査データを作成し
て記憶装置１４に格納する。この欠陥検査データは、必
要に応じてディスプレイ等の表示手段に表示することも
でき、また出力手段に出力することもできる。

【００３２】なお、比較器の詳細は、特開昭61-212708
号公報に示されているようなものでもよく、例えば、画
像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像
検出回路、差画像を2値化する不一致検出回路、2値化さ
れた出力より面積や長さ（投影長）、座標などを貸出す
る特徴抽出回路等からなる。

【００３３】次に、光源３について説明する。前記した
ように、高解像化のためには短波長化を行うことが必要
であるが、その効果がもっとも得られるＵＶ光（紫外
光）またはＤＵＶ（遠紫外光）の波長領域において、高
照度の照明を得ることは難しい。ＵＶ光源としては、放
電ランプが優れており、特に水銀キセノンランプはＵＶ
領域での輝線が他の放電ランプと比べて強い。

【００３４】図２には、水銀キセノンランプの波長に対
する放射強度の一例を示したが、従来の可視光の広い波
長範囲に比べて、ＤＵＶ領域での輝線は全出力光の１〜
２％にすぎない（可視域では３０％程度ある）。また、
光の放射が方向性なく出る放電ランプから出た光を試料
上まで導ける効率は、慎重に設計した光学系の場合でも
著しく低く、結局、ＵＶ領域での放電ランプによる照明
では、十分な光量を確保することが大変難しい。

【００３５】また、試料上での照度（輝度）向上をねら
って大出力の放電ランプを用いても、それらは小出力の
ものと比べて発光輝点のサイズが大きくなっているだけ
なので、結局、輝度（単位面積あたりの光パワー）を向
上させることにはならない。

【００３６】従って、中心波長が４００ｎｍ以下、好ま
しくは３００ｎｍよりも短いＵＶまたはＤＵＶ（以下、
これらを合わせてＵＶという）領域で有効な、高輝度の
照明を行うにはレーザを光源とするするのが適している
と考えられる。本発明は、このＵＶレーザを光源として
試料の照明を行う場合の、課題を解決する手段を提供す
るものである。

【００３７】図３に、通常の白色光で照明した場合の対
物レンズ瞳と試料上の視野の照明状況を示した。図中Ａ
Ｓは瞳を、ＦＳは視野を示す。瞳位置では光源の像が結
像３１し、視野の位置では視野全体がほぼ均一に照明３
２される。

【００３８】次に、図４に、レーザ光源で照明した場合
を示す。この場合、瞳位置での光源像４１は点になる。
試料上の視野で照明４２された回路パターンは、たとえ
ば同図ｃ）のような断面のパターンの場合、ｄ）のよう
な検出波形を持った像となる。

【００３９】このように、回路パターンをレーザ光で照
明し、回路パターンの画像を取得する場合に、エッジ部
分にオーバーシュート、アンダーシュートが発生したり
スペックルが発生する原因は、照明のσが小さいためで
ある。このことは、対物レンズ下の試料上の視野に対し
て、様々な角度からの照明を行っていないともいうこと
ができる。一方、通常の白色光の照明では、瞳上にある
大きさを持った照明を行い、試料上の視野に対して、対
物レンズのＮＡ（開口数）に匹敵する角度範囲を持った
方向から照明を行っている。

【００４０】レーザ光のような可干渉（コヒーレンスを
有する）な光では、σ（瞳上での光源の大きさに比例す
る）は０となる。これは、可干渉な光は、その光源像が
点であるため、瞳上での像も点になってしまうためであ
る。もちろん、図５のごとく、別なレンズ系により広げ
た光束５１を瞳上に投影することは出来るが、レーザに
コヒーレンスがあるため、結局はσ＝０の位置からすべ
ての光がでているのと同じ結果５２を得てしまい、問題
の解決とはならない。従って、レーザ光のコヒーレンス
を低減する手段が必要となる。コヒーレンスを低減する
には、時間コヒーレンスか空間コヒーレンスかのいずれ
かを低減させればよい。そこで本発明では、検査装置の
対物レンズの瞳上に光源の像を結像し、たとえば、最初
に図６ａ）中の６１の位置を照明し、次に６２の位置
を、次に６３の位置を……というように走査し、視野上
を照明６５することを提案する。この間、各位置でスペ
ックルとオーバーシュート、アンダーシュートの像が得
られるが、得られた時刻がそれぞれ異なるために互いに
干渉性はない。従って、それらを検出器上で加算する
と、結局インコヒーレントな光源によるものと同じ像を
得ることになる。検出器上で加算するためには、検出器
はＣＣＤイメージセンサのように蓄積型の検出器が適し
ている。

【００４１】この場合の走査は、同図ｂ）やｃ）のごと
く螺旋状走査６６でもテレビ状（ラスタ）走査６７でも
よいし、さらにほかの走査でも良く、ただ、走査されれ
ばよい。ただし、走査は、検出器の蓄積時間以内におこ
なわなくてはならないことは言うまでもない。従って、
走査を検出器の動作と同期をとって行うと良い。

【００４２】このようにして、図６では、ａ）ＦＳのよ
うな視野全体に対する照明６５の像を得ることができ
る。

【００４３】また、図示していないが、レーザ光源から
出射したＵＶレーザ光の光路中にフライアイレンズを挿
入することにより、複数の点光源からなる二次光源を形
成し、この複数の点光源からなる二次光源の像を前記し
た対物レンズの瞳上に結像させ、この二次光源の像の位
置を対物レンズの瞳上で時間的に変化させても、同様の
効果を得ることができる。

【００４４】ここで、検出器を蓄積型の検出器、しかも
披検査試料を顕微鏡のような狭い視野で高速に全面走査
するのに有利な１次元センサ（例えば、ＣＣＤイメージ
センサなどの固体撮像素子）を使うことを考える。図７
に示すように、１次元センサ７１に対し、視野全面を照
明しても、検出に寄与する照明は領域７２だけで、その
光パワーの大部分を占める領域７３は、検出には寄与し
ていない。照度を向上させるためには、図８に示すよう
に、１次元センサ７１に対して領域８２のように線状の
照明を行うのが良い。（視野上でＣＣＤイメージセンサ
を、ＣＣＤイメージセンサのセンサアレイの並び方向と
直角な方向に走査させることにより２次元画像が得られ
る）その場合、瞳上で、図９に示すように、Ｙ方向（図中太
い実線で示した９１の長手方向）を長手とする照明を行
うことで、試料上の視野には、ＣＣＤイメージセンサ７
１の形に合わせた照明９２を行うことができる。また、
瞳上での走査は、Ｘ方向に対して行う。このとき、その
走査の周期Ｔｓは、ＣＣＤイメージセンサの蓄積時間Ｔ
ｉより短く行う。これにより画像の加算ができる。問題
は、この走査では、照明が瞳上Ｙ方向に最初から広がっ
ているために、Ｙ方向の走査ができないという点にあ
る。このため、視野上でＣＣＤイメージセンサのＹ方向
に生じるオーバーシュート・アンダーシュートを低減で
きない。逆に、瞳上でのＹ方向の走査を行おうとしてＹ
方向の長さを短くすると、視野上でのＹ方向の幅が広が
ってしまい、照度が低下する。

【００４５】この問題に対し、本発明では、図１０に示
すように、ＣＣＤイメージセンサの中でもＴＤＩイメー
ジセンサ（Time Delay Integration image sencor：時
間遅延積分型イメージセンサ：複数の１次元イメージセ
ンサを２次元に配列した構造を有し、各１次元イメージ
センサの出力を定めた時間遅延しては対象の同一位置を
撮像した隣接する１次元イメージセンサの出力と加算し
ていくことにより、検出光量の増加を図ったタイプのイ
メージセンサ：以下ＴＤＩイメージセンサという）を用
いることで解決される。ＴＤＩイメージセンサの場合、
視野上でＮ段（数十〜１００段）のＣＣＤイメージセン
サが並ぶため、視野上で照明されるエリアの幅がＮ倍に
広がっても、照明光は検出に有効に利用される。

【００４６】このため、瞳上での集光１０２のＹ方向の
長さは、ＣＣＤイメージセンサの場合の約１／Ｎにする
事ができ、瞳上でＸとＹの両方向に走査できるようにな
る。これにより、視野上でＴＤＩイメージセンサのＸ・
Ｙの両方向に生じるオーバーシュート・アンダーシュー
トを低減でき、良好な検出画像を得られる。

【００４７】また、瞳上の走査周期Ｔｓは、ＴＤＩイメ
ージセンサの１段の蓄積時間のＮ倍よりも短くあればよ
い。ただし、視野上に生じる照度分布を考慮すると、よ
り均一な検出のためには、ＴｓはＴｉのＮ倍の１／２よ
り短い方が良い。

【００４８】また、視野上で均一な照明を行うために
は、レーザ光源からの光を直接瞳上に集光するのではな
く、フライアイやインテグレータを通してから集光する
と良い。

【００４９】次に、空間的なコヒーレンスを低減させる
手段について説明する。空間的なコヒーレンスを低減さ
せるためには、レーザの可干渉距離よりも長い光路差を
持った光を得れば良く、より具体的には、図１１に示す
ように、レーザの出力光を個々の長さを変えて束ねた光
ファイバ１１１またはガラスロッドに対して入射させれ
ば、その出力光はそれぞれインコヒーレント（干渉性が
ない）光になる。これをそれぞれ瞳上に配置すればオー
バーシュート・アンダーシュート・スペックルがない画
像が得られる。

【００５０】また、この方式では、レーザ光源の可干渉
距離は短い方が良く、そのためには、図１１ａ）に示す
ような、発振波長の帯域Δλ１が狭く、単一の縦モード
（発振スペクトル）で発振するものよりは、同図ｂ）に
示すような縦モードが複数あるΔλ２が広いものが適し
ている。

【００５１】また、他の空間的コヒーレンスを低減する
考案としては、光ファイバに光軸をずらして入射させた
ときに、射出光の横モード（空間分布、空間に対する光
強度Ｉ）が変化するという現象を利用するものがある。
通常、このようなモード変化は、産業上の利用に対して
不利な現象とされ、横モードの変化の低減に努力するの
が一般的であるが、本発明では、これを逆手に取り、図
１２に示すように、故意に様々な光軸ずらしをおこない
ファイバ１２１に入射させ、様々に横モードを変化させ
た射出光ａ）、ｂ）ｃ）、ｄ）、ｅ）……を作り出す。
その結果、得られた射出光は互いにインコヒーレントと
なるので、これらを瞳上に配置する。

【００５２】図１３には、レーザ光源３からの射出光
を、偏光ビームスプリッタ１３１により互いに直行する
偏波面を持つ２つの光１３３／１３４に分離した様子を
示す。１３２は方向を変えるためのミラーである。

【００５３】互いに直行する偏波面を持った光には可干
渉性がないので、非常に簡単な構成で可干渉性のない光
を得ることができる。この方式では２つの光しか得るこ
とができないが、これをすでに述べた方式と合わせるこ
とにより、可干渉性のない光を容易に得ることができ
る。

【００５４】また、互いに独立した光源には可干渉性が
ないので、図１４に示すように独立した光源１４１、１
４２、１４３、１４４……を用いて、そのまま対物レン
ズ７の瞳の各点を照明するようにしてもよい。

【００５５】また、これに前述の偏光ビームスプリッタ
ーによる方法を組み合わせれば、図１５に示すように、
レーザ光源を倍にした効果が得られる。また、ビームの
数を同じにすれば、偏光ビームスプリッタを用いること
により、レーザ光源の数を１／２にでき、価格を低く抑
えることができる。

【００５６】以上、ＵＶレーザのコヒーレンスを低減さ
せ、このコヒーレンスを低減させたＵＶレーザにより瞳
上の複数の点を照明し、対物レンズで集光して像を得る
手段を複数示したが、これらは互いに組み合わせること
もでき、また、これらと同等の低減方法を用いるもので
あっても良い。

【００５７】また、図示はしていないが、ＵＶレーザの
光路途中に拡散板を挿入し、この拡散板を回転又は往復
動させることにより、ＵＶレーザの空間的コヒーレンス
と時間的コヒーレンスとを同時に低減させることもでき
る。更に、この拡散板を上記した他のコヒーレンスを低
減させる手段と組み合わせて用いてもよい。

【００５８】本発明によれば、波長の短いＵＶレーザま
たはＤＵＶレーザを可干渉性を低減して用いることがで
きるので、０．２μｍよりも小さいパターン幅を有する
回路パターンの欠陥を、十分な精度で検出することがで
きる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光源から出射し
た高輝度なＵＶ光を、可干渉性を低減させて試料上に照
明できるので、従来の可視光を照明光として用いた場合
と比べて、高解像度の像を得ることが可能になり、欠陥
を高感度に検出することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の
実施例を示す構成図である。

【図２】放電管照明の発光スペクトルを説明する図であ
る。

【図３】放電管照明による、検出対物レンズの瞳上と視
野上の照明状況を示す図である。

【図４】レーザー照明による検出対物レンズの瞳上と視
野上の照明状況および、視野上のパターン、およびそれ
からの検出信号を示す図である。

【図５】瞳上で広げたレーザー照明による検出対物レン
ズの瞳上と視野上の照明状況を示す図である。

【図６】本発明に係るレーザー照明による検出対物レン
ズの瞳上と視野上の照明状況を示す図である。

【図７】本発明に係る視野上でのＣＣＤイメージセンサ
検出器と照明領域の関係を示す図である。

【図８】本発明に係る視野上でのＣＣＤイメージセンサ
検出器と照明領域の関係を示す図である。

【図９】本発明に係るレーザー照明による検出対物レン
ズの瞳上と視野上のＣＣＤイメージセンサ検出器と照明
状況を示す図である。

【図１０】本発明に係るレーザー照明による検出対物レ
ンズの瞳上と視野上のＴＤＩイメージセンサ検出器と照
明状況を示す図である。

【図１１】本発明に係るレーザー照明の空間的コヒーレ
ンスを低減する考案を説明する図である。

【図１２】本発明に係るレーザー照明の空間的コヒーレ
ンスを低減する考案を説明する図である。

【図１３】本発明に係るレーザー照明の空間的コヒーレ
ンスを低減する考案を説明する図である。

【図１４】本発明に係るレーザー照明の空間的コヒーレ
ンスを低減する考案を説明する図である。

【図１５】本発明に係るレーザー照明の空間的コヒーレ
ンスを低減する考案を説明する図である。

【符号の説明】

１…披検査試料、２…ステージ、３…レーザ光源、４…
コヒーレンス低減光学系、７…対物レンズ、８…検出
器、１９…信号処理回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中田俊彦神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者前田俊二神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA49 CC18 CC19 DD03 DD11 GG04 GG22 HH17 JJ00 JJ03 JJ26 LL03 LL10 LL36 LL37 MM16 PP12 QQ03 QQ11 QQ14 QQ24 QQ25 QQ27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外線のレーザを発射するレーザ光源手段
と、該レーザ光源手段から発射した紫外線のレーザの可
干渉性を低減する可干渉性低減手段と、該可干渉性低減
手段で可干渉性を低減した紫外線のレーザを試料上に照
射する照射手段と、該照射手段により紫外線のレーザを
照射された前記試料の像を検出する像検出手段と、該像
検出手段で検出した前記試料の像に関する情報基いて前
記試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出
手段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装
置。
【請求項２】前記可干渉性低減手段は、前記レーザ光源
手段の少なくとも時間的コヒーレンスを低減させる手段
であることを特徴とする前記請求項１に記載のパターン
欠陥検査装置。
【請求項３】前記可干渉性低減手段は、照射レンズの瞳
上に集光した光点を走査する手段を含むことを特徴とす
る前記請求項２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項４】紫外線のレーザを発射するレーザ光源手段
と、該レーザ光源手段から発射した紫外線のレーザの可
干渉性を低減させる可干渉性低減手段と、該可干渉性低
減手段を通過した前記紫外線のレーザを試料上に照射す
る対物レンズ手段と、該対物レンズ手段を介して紫外線
のレーザを照射された前記試料の像を検出する像検出手
段と、比較画像信号を記憶する記憶手段と、前記試料の
像を検出した前記像検出手段から出力される前記試料の
画像信号を前記記憶手段に記憶されている比較画像信号
と比較することにより前記試料に形成されたパターンの
欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とす
るパターン欠陥検査装置。
【請求項５】紫外線のレーザを発射するレーザ光源手段
と、該レーザ光源手段から発射した紫外線のレーザの可
干渉性を低減させる可干渉性低減手段と、該可干渉性低
減手段を通過した前記紫外線のレーザを試料上に照射す
る対物レンズ手段と、前記試料を載置してＸＹ平面内で
移動可能なテーブル手段と、前記対物レンズ手段を介し
て前記紫外線のレーザを照射された前記試料の像を検出
する時間遅延積分型のイメージセンサ手段と、前記テー
ブル手段の移動と前記時間遅延積分型のイメージセンサ
手段の撮像とのタイミングを制御する制御手段と、比較
画像信号を記憶する記憶手段と、前記時間遅延積分型の
イメージセンサ手段で検出した前記試料の像に基く画像
信号を前記記憶手段に記憶されている比較画像信号と比
較して前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出する
欠陥検出手段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥
検査装置。
【請求項６】前記可干渉性低減手段が、前記対物レンズ
手段の瞳上で前記紫外線のレーザを走査することを特徴
とする請求項４又は５に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項７】前記可干渉性低減手段が、長さを変えた複
数の光ファイバまたはガラスロッドからなる光路部を有
し、前記レーザ光源手段から発射した紫外線のレーザを
前記光路部の複数の光ファイバまたはガラスロッドの一
端から入射して他端から前記対物レンズの側へ出射する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載のパターン欠陥
検査装置。
【請求項８】前記可干渉性低減手段が、複数の光ファイ
バまたはガラスロッドからなる光路部を有し、前記レー
ザ光源手段から発射した紫外線のレーザを前記光路部の
複数の光ファイバまたはガラスロッドの一端に斜め方向
からから入射して他端から前記対物レンズの側へ出射す
ることを特徴とする請求項４又は５に記載のパターン欠
陥検査装置。
【請求項９】紫外線のレーザ光源と、該紫外線のレーザ
光源から射出された紫外線のレーザの可干渉性を下げる
可干渉性低減手段と、該可干渉性低減手段でを通過した
紫外線のレーザを対物レンズの瞳に投射する投射手段
と、該投射手段により前記対物レンズの瞳に投射された
紫外線のレーザを対物レンズを介して対象物の検出視野
においてほぼ一様に照明する照明手段と、該照明手段に
よりほぼ一様に照明された前記対象物の像を検出する像
検出手段と、該像検出手段で検出した前記対象物の像か
ら得られる画像データを予め記憶されている画像データ
と比較して対象物上の欠陥を検出する検出手段とを備え
たことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項１０】レーザ光源から波長が４００ｎｍよりも
短いレーザを発射し、該発射したレーザを可干渉性低減
手段を介して試料上に照射し、該レーザを照射された前
記試料の像を検出し、該検出した前記試料の像に関する
情報基いて前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出
することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
【請求項１１】レーザ光源から紫外線のレーザを発射
し、該発射した紫外線のレーザを可干渉性低減手段と対
物レンズとを介して試料上に照射し、該紫外線のレーザ
を照射された前記試料の像を前記対物レンズを介して検
出し、該対物レンズを介して検出して得た前記試料の像
の画像信号を記憶手段に記憶されている比較画像信号と
比較することにより前記試料に形成されたパターンの欠
陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
【請求項１２】レーザ光源から紫外線のレーザを発射
し、該発射した紫外線のレーザの可干渉性低減手段と対
物レンズとを介して平面内で移動するテーブル上に載置
された試料上に照射し、前記対物レンズを介して前記紫
外線のレーザを照射された前記試料の像を時間遅延積分
型のイメージセンサで前記テーブルの移動に同期させて
検出し、該時間遅延積分型のイメージセンサ手段で検出
した前記試料の像に基く画像信号を予め記憶されている
比較画像信号と比較して前記試料に形成されたパターン
の欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方
法。
【請求項１３】前記可干渉性低減手段を介して前記試料
に照射される紫外線のレーザが、空間的に可干渉性が低
減されていることを特徴とする請求項１０乃至１２の何
れかに記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１４】前記可干渉性低減手段が長さの異なる複
数の光ファイバまたはガラスロッドを備え、前記紫外線
のレーザが前記可干渉性低減手段の長さの異なる複数の
光ファイバまたはガラスロッドを通過することにより前
記紫外線のレーザが前記空間的に可干渉性を低減される
ことを特徴とする請求項１３記載のパターン欠陥検査方
法。
【請求項１５】前記可干渉性低減手段が複数の光ファイ
バまたはガラスロッドを備え、前記紫外線のレーザが前
記可干渉性低減手段の複数の光ファイバまたはガラスロ
ッドに斜め方向から入射して該複数の光ファイバまたは
ガラスロッドを通過することにより前記紫外線のレーザ
が前記空間的に可干渉性を低減されることを特徴とする
請求項１３記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１６】前記可干渉性低減手段を介して前記試料
に照射される紫外線のレーザが、前記試料上で時間的に
可干渉性が低減されて検出されることを特徴とする請求
項１０乃至１２の何れかに記載のパターン欠陥検査方
法。
【請求項１７】前記可干渉性低減手段を介して前記試料
に照射される紫外線のレーザにより前記試料上に形成さ
れるスペックルの位置を前記検出の時間よりも短い時間
で変化させることにより前記紫外線のレーザの前記時間
的な可干渉性を低減させることを特徴とする請求項１６
記載のパターン欠陥検査方法。
【請求項１８】レーザ光源から発射した紫外線のレーザ
を対物レンズの瞳上で走査し、該瞳上で走査した紫外線
のレーザを前記対物レンズを介して試料上に照射し、該
紫外線のレーザを照射された前記試料の像を蓄積型の検
出器で検出し、該蓄積型の検出器で検出して得た前記試
料の画像信号を用いて前記試料に形成されたパターンの
欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方
法。
【請求項１９】前記紫外線のレーザを対物レンズの瞳上
で走査する周期が、前記蓄積型の検出器の蓄積時間より
も短いことを特徴とする請求項１８に記載のパターン欠
陥検査方法。
【請求項２０】光源から発射したコヒーレント光のコヒ
ーレンシーを光路の途中で低減させ、該コヒーレンシー
を低減させた光を対物レンズを介して試料上に照射し、
該コヒーレンシーを低減させた光を照射された前記試料
の像を前記対物レンズを介して蓄積型の検出器で検出
し、該蓄積型の検出器で検出した前記試料の像から得た
画像信号を予め記憶されている比較画像信号と比較する
ことにより前記試料に形成されたパターンの欠陥を検出
することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
【請求項２１】レーザ光源から紫外線のレーザを発射
し、該発射した紫外線のレーザを可干渉性低減手段と対
物レンズとを介して回路パターンを形成した半導体ウェ
ハ上に照射し、前記紫外線のレーザを照射された前記半
導体ウェハの前記回路パターンの像を前記対物レンズを
介して固体撮像素子で検出し、該固体撮像素子で検出し
た前記回路パターンの像に基く画像信号を予め記憶され
ている比較画像信号と比較することにより、前記半導体
ウェハ上の０．２μｍよりも小さい欠陥を検出すること
を特徴とするパターン欠陥検査方法。