検査装置及び検査方法

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【発明の名称】	検査装置及び検査方法
【発明者】	【氏名】菅沼洋
【要約】	【課題】半導体ウェハに形成された回路パターン等のような微細構造のパターンを迅速且つ適切に検査する。【解決手段】紫外線固体レーザ２からの紫外レーザ光で、被検査物である半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１を照明し、その反射光をフーリエ変換レンズ１７によりフーリエ変換する。そして、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像をＣＣＤ撮像素子１８により撮像し、撮像されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像をもとにして、Ｌ／Ｓパターン１０１の状態を検査する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】所定の周期の凹凸パターンを有する被検査物に対して照明光を照射して上記被検査物を照明する照明手段と、上記照明手段により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、上記フーリエ変換手段によりフーリエ変換された被検査物の反射光又は透過光を検出して上記被検査物のフーリエ変換像を撮像する撮像手段とを備え、上記撮像手段により撮像された上記被検査物のフーリエ変換像をもとに上記被検査物の状態を検査することを特徴とする検査装置。
【請求項２】上記凹凸パターンの回折効率の変化に起因する上記被検査物のフーリエ変換像の光量変化から、上記被検査物の凹凸パターンの変動を検査することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】上記凹凸パターンの回折効率の変化に起因する上記被検査物のフーリエ変換像の光量変化から、上記被検査物の凹凸パターンの凹部或いは凸部の幅の変動を検査することを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】上記照明手段は、上記被検査物に対する照明光の入射角度を可変にする入射角可変手段を備えることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項５】上記照明手段は、上記被検査物に対して照明光として紫外レーザ光を照射することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項６】上記被検査物に照射される紫外レーザ光の光路中に、スペックルノイズを打ち消すためのスペックル平均化手段を備えることを特徴とする請求項５記載の検査装置。
【請求項７】上記被検査物からの反射光又は透過光を偏光分離する偏光分離手段を備え、上記撮像手段が上記偏光分離手段により偏光分離された各偏光成分を各々個別に検出して上記被検査物のフーリエ変換像を各々個別に撮像することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項８】被検査物に対して照明光として紫外レーザ光を照射して上記被検査物を照明する照明手段と、上記照明手段により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、上記フーリエ変換手段によりフーリエ変換された被検査物の反射光又は透過光を検出して上記被検査物のフーリエ変換像を撮像する撮像手段とを備え、上記撮像手段により撮像された上記被検査物のフーリエ変換像をもとに上記被検査物の状態を検査することを特徴とする検査装置。
【請求項９】上記照明手段は、上記被検査物に対する紫外レーザ光の入射角を可変にする入射角可変手段を備えることを特徴とする請求項８記載の検査装置。
【請求項１０】上記被検査物に照射される紫外レーザ光の光路中に、スペックルノイズを打ち消すためのスペックル平均化手段を備えることを特徴とする請求項８記載の検査装置。
【請求項１１】上記被検査物からの反射光又は透過光を偏光分離する偏光分離手段を備え、上記撮像手段が上記偏光分離手段により偏光分離された各偏光成分を各々個別に検出して上記被検査物のフーリエ変換像を各々個別に撮像することを特徴とする請求項８記載の検査装置。
【請求項１２】所定の周期の凹凸パターンを有する被検査物を照明光により照明し、上記照明光により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換し、フーリエ変換された上記被検査物の反射光又は透過光を検出して上記被検査物のフーリエ変換像を撮像し、撮像された上記被検査物のフーリエ変換像をもとに上記被検査物の状態を検査することを特徴とする検査方法。
【請求項１３】上記凹凸パターンの回折効率の変化に起因する上記被検査物のフーリエ変換像の光量変化から、上記被検査物の凹凸パターンの変動を検査することを特徴とする請求項１２記載の検査方法。
【請求項１４】上記凹凸パターンの回折効率の変化に起因する上記被検査物のフーリエ変換像の光量変化から、上記被検査物の凹凸パターンの凹部或いは凸部の幅の変動を検査することを特徴とする請求項１３記載の検査方法。
【請求項１５】上記照明光の上記被検査物への入射角を上記被検査物に応じて最適な値に設定しながら上記被検査物を照明することを特徴とする請求項１２記載の検査方法。
【請求項１６】上記照明光の上記被検査物への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された上記被検査物のフーリエ変換像をそれぞれ撮像し、撮像された上記被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに上記被検査物の状態を検査することを特徴とする請求項１２記載の検査方法。
【請求項１７】上記被検査物を紫外レーザ光により照明することを特徴とする請求項１２記載の検査方法。
【請求項１８】被検査物を紫外レーザ光により照明し、上記紫外レーザ光により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換し、フーリエ変換された上記被検査物の反射光又は透過光を検出して上記被検査物のフーリエ変換像を撮像し、撮像された上記被検査物のフーリエ変換像をもとに上記被検査物の状態を検査することを特徴とする検査方法。
【請求項１９】上記紫外レーザ光の上記被検査物への入射角を上記被検査物に応じて最適な値に設定しながら上記被検査物を照明することを特徴とする請求項１８記載の検査方法。
【請求項２０】上記紫外レーザ光の上記被検査物への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された上記被検査物のフーリエ変換像をそれぞれ撮像し、撮像された上記被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに上記被検査物の状態を検査することを特徴とする請求項１８記載の検査方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路等の微細パターンを有するデバイスの検査に用いられる検査装置及び微細パターンを有するデバイスを検査する検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気産業分野におけるデジタル化が進む中で、半導体集積回路の集積度の向上が盛んに行われている。そして、このように高度に集積された半導体集積回路を如何に効率良く低コストで提供できるかが、今後のデジタル電気産業の発展を左右する重要な課題となっている。
【０００３】半導体集積回路を低コストで効率良く生産するためには、製造プロセス中に発生する問題を迅速に且つ正確に検出することが重要である。このため、微細なパターンを精度良く検査できる検査装置に対する需要が高まっている。
【０００４】また、半導体集積回路以外でも、例えばハードディスクドライブに用いられる磁気ヘッド等、微細加工が要求されるデバイスを低コストで効率良く生産するためには、このような検査装置が非常に重要である。
【０００５】高い解像度を有する検査装置としては、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）等を用いたものが知られている。しかしながら、これら走査電子顕微鏡や原子間力顕微鏡は、検査に真空を必要とするので取り扱いが不便であると共に、デバイス全体を検査するのに時間がかかるという問題がある。
【０００６】これに対して、光学顕微鏡を用いる検査装置では、非破壊で真空を必要とせず、非接触で検査ができるという利点がある。近年、非線形光学結晶を用いてＹＡＧレーザ等の波長変換により紫外光を出射する固体レーザが開発されており、この固体レーザを照明光源として用い、高ＮＡの対物レンズを用いて照明光学系を構成すれば、光学顕微鏡においても、走査電子顕微鏡等に肉薄する解像度が得られることから、大きな期待が寄せられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、被検査物となる半導体集積回路等のパターンは近年益々微細化してきており、微細構造の寸法が照明光の波長と同程度にまで達するようになってきている。
【０００８】このような微細構造に照明光を照射すると、照明光に回折が生じることになる。そして、この回折が生じた光を像面にて観察すると、その回折の度合い、すなわち、微細構造の照明光に対する回折効率に応じて所定のパターンの強度分布が得られる。
【０００９】被検査物となる微細構造の回折効率は、微細構造のパターンの変動に応じて変わってくる。具体的には、例えば、その微細構造が所定の周期で凹部と凸部が並ぶ凹凸パターンである場合、凸部の幅の変動や凹部の深さの変動等に応じて微細構造の回折効率が変わる。そして、微細構造の回折効率に変化が生じると、像面にて観察されるパターンの強度分布に変化が生じる。したがって、この像面にて観察されるパターンの強度分布の変化から、微細構造のパターンの変動を検出することが可能である。
【００１０】このように、回折が生じた光の像面にて観察されるパターンの強度分布の変化から微細構造のパターンの変動を検出するようにすれば、光学顕微鏡の分解能を超えた非常に微細なパターン変動も検出することができるので、検査装置として非常に有用である。
【００１１】しかしながら、このような微細構造に対して照明光として部分コヒーレントな光を照射した場合、像面にて観察されるパターンと微細構造のパターンとの関係は線形ではない。部分コヒーレンスを考えても、通常は、スカラー結像理論として扱えるのは、微細構造の寸法が照明光の波長の３倍から５倍程度の物体までである。なぜなら、これ以上微細な構造の物体に対してはキルヒホッフの境界条件が成り立たないため、一般には、マックスウェル方程式を境界条件に対して解かなければならないからである。
【００１２】特に、上記微細構造の回折効率が所定の値を超えると、微細構造の像面にて観察されるパターンの強度分布には、微細構造のパターンの空間周波数の２倍の周波数成分が現れてくるようになる。したがって、この微細構造の像面にて観察されるパターンの強度分布から微細構造のパターンについての情報を得る場合、このような２倍の周波数成分についての判別を行う必要があり、このことが、微細構造のパターンを検査するための処理を複雑化し、検査の迅速性を阻害する要因となる。
【００１３】本発明は、以上のような実情に鑑みて創案されたものであって、微細構造のパターンを迅速且つ適切に検査することができる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る検査装置は、所定の周期の凹凸パターンを有する被検査物に対して照明光を照射して被検査物を照明する照明手段と、この照明手段により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、このフーリエ変換手段によりフーリエ変換された被検査物の反射光又は透過光を検出して被検査物のフーリエ変換像を撮像する撮像手段とを備えている。そして、この検査装置では、撮像手段により撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査するようにしている。
【００１５】具体的には、この検査装置では、例えば、被検査物の凹凸パターンの回折効率の変化に起因する被検査物のフーリエ変換像の光量変化から、被検査物の凹凸パターンの変動を検査するようにしている。
【００１６】すなわち、照明手段から被検査物の凹凸パターンに照明光を照射すると、その反射光又は透過光に回折が生じる。このとき、凹凸パターンに、例えば、凹部或いは凸部の幅の変動といったようなパターン変動が生じていると、凹凸パターンの回折効率がそのパターン変動に応じて変化することになる。
【００１７】そして、回折が生じた被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換手段によりフーリエ変換し、被検査物のフーリエ変換像を撮像手段により撮像すると、撮像されたフーリエ変換像に現れる各回折次光の光の光量が、凹凸パターンの回折効率に応じて変化することになる。
【００１８】したがって、撮像されたフーリエ変換像に現れる各回折次光の光の光量変化を検出すれば、被検査物の凹凸パターンの変動、例えば、凹部或いは凸部の幅等の変動を検出することができる。
【００１９】本発明に係る検査装置によれば、以上のように、撮像手段により撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態が検査されるので、被検査物の検査を迅速且つ適切に行うことができる。
【００２０】なお、この検査装置では、照明手段が、被検査物に対する照明光の入射角度を可変にする入射角可変手段を備えることが望ましい。このように、照明手段が被検査物に対する照明光の入射角度を可変にする入射角可変手段を備える場合には、例えば、照明光の被検査物に対する入射角を被検査物に応じた最適な入射角に設定して、被検査物の検査を効果的に行うことが可能となり、また、照明光の入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査することが可能となり、被検査物の検査をより適切に行うことができる。
【００２１】また、この検査装置では、照明手段が、被検査物に対して照明光として紫外レーザ光を照射することが望ましい。このように、照明手段が被検査物に対して照明光として非常に短波長の光である紫外レーザ光を照射するようにした場合には、照明光として可視光を照射する場合に比べて、より微細なパターンを有する被検査物の検査を適切に行うことができる。
【００２２】なお、照明手段が被検査物に対して照明光としてコヒーレントな光である紫外レーザ光を照射する場合には、スペックルノイズが生じるので、被検査物に照射される紫外レーザ光の光路中に、スペックルノイズを打ち消すためのスペックル平均化手段を備えることが望ましい。
【００２３】また、この検査装置は、被検査物からの反射光又は透過光を偏光分離する偏光分離手段を備え、この偏光分離手段により偏光分離された各偏光成分を撮像手段が各々個別に検出して、被検査物のフーリエ変換像を各々個別に撮像することが望ましい。このように、被検査物からの反射光又は透過光を偏光分離手段により偏光分離し、偏光分離された各偏光成分を撮像手段により各々個別に検出して、被検査物のフーリエ変換像を各々個別に撮像するようにした場合には、被検査物の偏光依存性を利用して多面的に検査を行うことが可能となり、被検査物の検査をより適切に行うことができる。
【００２４】また、本発明に係る他の検査装置は、被検査物に対して照明光として紫外レーザ光を照射して被検査物を照明する照明手段と、この照明手段により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、このフーリエ変換手段によりフーリエ変換された被検査物の反射光又は透過光を検出して被検査物のフーリエ変換像を撮像する撮像手段とを備えている。そして、この検査装置では、撮像手段により撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査するようにしている。
【００２５】この検査装置によれば、撮像手段により撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態が検査されるので、被検査物の検査を迅速且つ適切に行うことができる。また、この検査装置では、照明手段が照明光として紫外レーザ光を照射して被検査物を照明するので、照明光として可視光を照射する場合に比べて、より微細なパターンを有する被検査物の検査を適切に行うことができる。
【００２６】なお、この検査装置では、照明手段が、被検査物に対して照明光としてコヒーレントな光である紫外レーザ光を照射するので、照明された被検査物の像にスペックルノイズが生じる。したがって、この検査装置では、被検査物に照射される紫外レーザ光の光路中に、スペックルノイズを打ち消すためのスペックル平均化手段を備えることが望ましい。
【００２７】また、この検査装置では、照明手段が、被検査物に対する紫外レーザ光の入射角度を可変にする入射角可変手段を備えることが望ましい。このように、照明手段が被検査物に対する紫外レーザ光の入射角度を可変にする入射角可変手段を備える場合には、例えば、紫外レーザ光の被検査物に対する入射角を被検査物に応じた最適な入射角に設定して、被検査物の検査を効果的に行うことが可能となり、また、紫外レーザ光の入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査することが可能となり、被検査物の検査をより適切に行うことができる。
【００２８】また、この検査装置は、被検査物からの反射光又は透過光を偏光分離する偏光分離手段を備え、この偏光分離手段により偏光分離された各偏光成分を撮像手段が各々個別に検出して、被検査物のフーリエ変換像を各々個別に撮像することが望ましい。このように、被検査物からの反射光又は透過光を偏光分離手段により偏光分離し、偏光分離された各偏光成分を撮像手段により各々個別に検出して、被検査物のフーリエ変換像を各々個別に撮像するようにした場合には、被検査物の偏光依存性を利用して多面的に検査を行うことが可能となり、被検査物の検査をより適切に行うことができる。
【００２９】また、本発明に係る検査方法は、所定の周期の凹凸パターンを有する被検査物を照明光により照明し、照明光により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換し、フーリエ変換された被検査物の反射光又は透過光を検出して被検査物のフーリエ変換像を撮像し、撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査することを特徴としている。
【００３０】この検査方法によれば、撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態が検査されるので、被検査物の検査を迅速且つ適切に行うことができる。
【００３１】なお、この検査方法においては、照明光の被検査物への入射角を被検査物に応じて最適な値に設定しながら被検査物を照明することが望ましい。このように、照明光の被検査物への入射角を被検査物に応じて最適な値に設定しながら被検査物を照明することにより、被検査物の検査をより効果的に行うことができる。
【００３２】また、この検査方法においては、照明光の被検査物への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された被検査物のフーリエ変換像をそれぞれ撮像し、撮像された被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査することが望ましい。このように、照明光の入射角を変えながら被検査物を照明し、撮像された被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査するようにすれば、被検査物の検査をより適切に行うことができる。
【００３３】また、この検査方法においては、被検査物を紫外レーザ光により照明することが望ましい。このように、非常に短波長の光である紫外レーザ光により被検査物を照射するようにした場合には、被検査物を可視光を照射する場合に比べて、より微細なパターンを有する被検査物の検査を適切に行うことができる。
【００３４】また、本発明に係る他の検査方法は、被検査物を紫外レーザ光により照明し、紫外レーザ光により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換し、フーリエ変換された被検査物の反射光又は透過光を検出して被検査物のフーリエ変換像を撮像し、撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査することを特徴としている。
【００３５】この検査方法によれば、撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態が検査されるので、被検査物の検査を迅速且つ適切に行うことができる。また、この検査方法によれば、非常に短波長の光である紫外レーザ光により被検査物を照明するようにしているので、被検査物を可視光を照射する場合に比べて、より微細なパターンを有する被検査物の検査を適切に行うことができる。
【００３６】なお、この検査方法においては、紫外レーザ光の被検査物への入射角を被検査物に応じて最適な値に設定しながら被検査物を照明することが望ましい。このように、紫外レーザ光の被検査物への入射角を被検査物に応じて最適な値に設定しながら被検査物を照明することにより、被検査物の検査をより効果的に行うことができる。
【００３７】また、この検査方法においては、紫外レーザ光の被検査物への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された被検査物のフーリエ変換像をそれぞれ撮像し、撮像された被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査することが望ましい。このように、紫外レーザ光の入射角を変えながら被検査物を照明し、撮像された被検査物の複数のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査するようにすれば、被検査物の検査をより適切に行うことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは、本発明に係る検査装置を用いて、半導体集積回路等の回路パターンが形成された半導体ウェハの検査を行う例について説明するが、本発明に係る検査装置は、この例に限定されるものではなく、微細なパターンの検査に対して広く適用可能であり、例えば、ハードディスクドライブに用いられる磁気ヘッドの検査や、微細なパターンが形成されたフラットパネルディスプレイの検査等にも有効である。
【００３９】本発明に係る検査装置は、半導体ウェハに形成された回路パターンを照明光により照明し、その透過光又は反射光をフーリエ変換して、回路パターンのフーリエ変換像を観察することによって、半導体ウェハに形成された回路パターンの状態を検査するようにしている。すなわち、検査する回路パターンのフーリエ変換像には、半導体ウェハの透過率或いは反射率や回路パターンの位相等を空間周波数についてフーリエ変換した分布が現れる。本発明に係る検査装置では、このフーリエ変換像に現れる分布を検出し、これをもとに半導体ウェハに形成された回路パターンの状態を検査するようにしている。
【００４０】半導体ウェハに形成された回路パターンは、縦方向或いは横方向に凹部と凸部とが所定の周期で並ぶ凹凸パターン（Ｌ／Ｓパターン：Line and Space Pattern）よりなるものが多く、本発明に係る検査装置は、このようなＬ／Ｓパターンの状態を検査する検査装置として特に好適である。
【００４１】本発明に係る検査装置により、半導体ウェハに形成されたＬ／Ｓパターンの状態を検査する原理について、図１を参照して説明する。
【００４２】被検査物である半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１に照明光を照射すると、Ｌ／Ｓパターン１０１が回折格子として働き、照明光に回折が生じる。そして、回折が生じた照明光の透過光又は反射光をフーリエ変換レンズ１０２を用いてフーリエ変換し、フーリエ像面に結像するＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を観察すると、そのフーリエ変換像には、Ｌ／Ｓパターン１０１にて回折された照明光の各回折次光が特定の点に集中した分布が得られる。
【００４３】ここで、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像に現れる照明光の各回折次光の強度は、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率に依存し、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率が変化すると、そのフーリエ変換像に現れる照明光の各回折次光の強度が変化する。また、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率は、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状に依存し、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状が変化すると、その回折効率も変化する。したがって、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像に現れる照明光の各回折次光の強度を検出することによって、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状変化についての情報を得ることができる。
【００４４】本発明を適用した検査装置では、以上の原理を利用して、半導体ウェハ１００に形成されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を撮像し、例えば、撮像されたフーリエ変換像と、予め得られた正しいＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像とを比較することによって、不良のＬ／Ｓパターン１０１を判別することが可能である。
【００４５】本発明を適用した検査装置の一構成例を図２に示す。この図２に示す検査装置１は、被検査物である半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１に、照明光として紫外レーザ光を照射し、その反射光をフーリエ変換して、フーリエ面に結像されるＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を撮像し、このフーリエ変換像をもとに、Ｌ／Ｓパターン１０１の検査を行うように構成されている。
【００４６】この検査装置１は、被検査物である半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１を照明する照明光の光源として、紫外線固体レーザ２を用いている。この紫外線固体レーザ２は、ＹＡＧレーザ等の固体レーザを非線形光学結晶を用いて波長変換し、例えば、波長が２６６ｎｍ程度の紫外レーザ光を出射するようにしたものである。
【００４７】検査装置の検査能力は、検査対象に照射する照明光の波長に依存し、照明光の波長が短波長である方がより微細な構造の検査が可能となる。本発明を適用した検査装置１は、照明光の光源として紫外線固体レーザ２が用いられ、短波長の紫外レーザ光で半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１を照明するようになされているので、微細な構造のＬ／Ｓパターン１０１の検査を適切に行うことができる。特に、半導体ウェハ１００に形成されるＬ／Ｓパターン１０１は近年益々微細化されてきており、凸部の幅（以下、線幅という。）が０．１８μｍ程度にまでなってきている。そして、このＬ／Ｓパターン１０１は、今後、更に微細化される傾向にある。本発明を適用した検査装置１では、短波長の紫外レーザ光を照明光として用いることにより、このように非常に微細化されたＬ／Ｓパターン１０１についても適切に検査が行えるようになされている。
【００４８】また、照明光が短波長の光であれば、この照明光により照明された被検査物のフーリエ変換像を広い空間周波数帯域について観察することができるので、被検査物である半導体ウェハ１００に形成されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を観察する検査装置１では、短波長の紫外光レーザを照明光として用いることが非常に有効である。また、照明光の波長に対するＬ／Ｓパターン１０１の凹部の深さの比や、照明光の波長に対するＬ／Ｓパターン１０１の線幅変動の比が大きいほど、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率の変化が、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状変化に対して敏感になるため、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率の変化に依存するフーリエ変換像の変化をもとにＬ／Ｓパターン１０１の形状変化を検査する検査装置１では、短波長の紫外レーザ光を照明光として用いることが非常に有効である。
【００４９】さらに、紫外線固体レーザ２は、装置自体が小型であり、水冷が不要である等、取り扱い上でも優れており、検査装置１における照明光の光源として最適である。
【００５０】なお、本発明に係る検査装置において、照明光の光源は、以上のような紫外線固体レーザ２に限定されるものではなく、例えば、ＩｎＧａＮ系の青色半導体レーザ等を用いるようにしてもよい。
【００５１】検査装置１において、紫外線固体レーザ２から出射された照明光（紫外レーザ光）は、集光レンズ３及び紫外光用ファイバ４により導かれ、レンズ５を介して回転拡散板６上に集光するようになされている。
【００５２】検査装置１は、干渉性の良いレーザ光を照明光として用いているので、スペックルノイズが生じることになる。検査装置１では、このスペックルノイズを打ち消さないと、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を適切に観察することができない。そこで、この検査装置１においては、スペックルノイズを打ち消すためのスペックル平均化手段として、回転拡散板６を照明光の光路中に配設している。そして、照明光がこの回転拡散板６を透過するようにすることで、スペックルノイズを打ち消すようにしている。
【００５３】なお、本発明に係る検査装置において、スペックル平均化手段は、以上のような回転拡散板６に限定されるものではなく、例えば、ファイバのバンドル等を用いるようにしてもよい。
【００５４】検査装置１において、回転拡散板６を透過した照明光は、コンデンサーレンズ７を介して第１のビームスプリッタ８に入射するようになされている。
【００５５】第１のビームスプリッタ８は、被検査物である半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１に照射する照明光の光路と、Ｌ／Ｓパターン１０１にて反射された反射光の光路とを分離するためのものである。そして、この検査装置１においては、第１のビームスプリッタ８により反射された照明光が、対物レンズ９を介して、半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１に照射されるようになされている。
【００５６】半導体ウェハ１００は、検査用ステージ１０上に載置されている。検査用ステージ１０は、半導体ウェハ１００を支持すると共に、この半導体ウェハ１００を水平方向や垂直方向に移動させ、所定の検査位置に位置決めする機能を有している。この検査用ステージ１０は、検査装置１の各機構の動作を制御する制御用コンピュータ１１に接続されており、この制御用コンピュータ１１から供給される制御信号に基づいて、当該検査用ステージ１０上に載置された半導体ウェハ１００を移動させ、所定の検査位置に位置決めする。この検査装置１では、以上のように、検査用ステージ１０によって所定の検査位置に位置決めされた半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１に、紫外線固体レーザ２からの紫外光レーザが照明光として照射されるようになされている。
【００５７】ここで、照明光が照射されるＬ／Ｓパターン１０１は、上述したように、凹部と凸部とが所定の周期で並ぶ凹凸パターンであるので、Ｌ／Ｓパターン１０１に照射された照明光は、このＬ／Ｓパターン１０１によって回折されることになる。
【００５８】半導体ウェハ１００に照射された照明光は、この半導体ウェハ１００により反射され、その反射光が、対物レンズ９を介して、第１のビームスプリッタ８に再び入射する。そして、第１のビームスプリッタ８を透過した反射光が、第２のビームスプリッタ１２に入射する。なお、対物レンズ９としては、例えば、開口数が０．９程度の高開口数のレンズが用いられる。そして、対物レンズ９は、アクチュエータ２０によって、検査用ステージ１０上に載置された半導体ウェハ１００に近接離間する方向に移動可能に保持されており、制御用コンピュータ１１からの制御信号に基づいて、アクチュエータ２０が対物レンズ９を半導体ウェハ１００に近接離間する方向に移動操作することによって、対物レンズ９の自動焦点制御が行われるようになされている。
【００５９】第２のビームスプリッタ１２は、半導体ウェハ１００にて反射された反射光の光路を２つに分離するためのものである。そして、この検査装置１においては、第２のビームスプリッタ１２に入射した反射光のうち、第２のビームスプリッタ１２により反射された光を、第１の結像レンズ１３を介して、第１のＣＣＤ（charge-coupled device）撮像素子１４上に結像させるようになされている。したがって、この検査装置１では、第１のＣＣＤ撮像素子１４によって、Ｌ／Ｓパターン１０１の照明光が照射された部分全体の像が撮像されることになる。この第１のＣＣＤ撮像素子１４によって撮像されたＬ／Ｓパターン１０１の像は、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率に応じた強度分布をもつ画像である。
【００６０】この検査装置１において、第１のＣＣＤ撮像素子１４は、制御用コンピュータ１１に接続されており、この第１のＣＣＤ撮像素子１４により撮像されたＬ／Ｓパターン１０１の像を制御用コンピュータ１１に取り込むことができるようになされている。検査装置１では、この第１のＣＣＤ撮像素子１４により撮像されたＬ／Ｓパターン１０１の像を制御用コンピュータ１１によって処理して各種の情報を取得し、例えば、被検査物である半導体ウェハ１００が所定の検査位置からずれているときは、検査用ステージ１０を駆動して半導体ウェハ１００を所定の検査位置に移動させ、また、対物レンズ９の焦点位置がずれているときは、対物レンズ９を移動させて焦点を合わせるといったような、適切な検査を行うために必要とされる各機構の制御を行うようにしている。
【００６１】また、この検査装置１においては、第２のビームスプリッタ１２に入射した反射光のうち、第２のビームスプリッタ１２を透過した光を、第２の結像レンズ１５、可変アパーチャ１６、フーリエ変換レンズ１７を介して、第２のＣＣＤ撮像素子１８上に結像させるようになされている。
【００６２】可変アパーチャ１６は、照明光により照明されたＬ／Ｓパターン１０１のうち、観察したい部分からの反射光のみを抽出するためのものである。すなわち、この可変アパーチャ１６は、照明光により照明されたＬ／Ｓパターン１０１のうち、観察したい部分からの反射光のみを透過して、それ以外の部分を遮断するようになされている。なお、この可変アパーチャ１６は、制御用コンピュータ１１に接続されており、制御用コンピュータ１１による制御により、反射光の透過させる部分を任意に変更することができるようになされている。なお、照明光により照明されたＬ／Ｓパターン１０１のうち、観察したい部分からの反射光のみを抽出する手段は、以上のような可変アパーチャ１６に限定されるものではなく、例えば、パターン毎に予めマスクを用意しておき、このマスクを切り替えて用いるようにしてもよい。また、Ｌ／Ｓパターン１０１の照明光が照射された部分の全体を観察したい場合には、このような手段を設けなくてもよい。
【００６３】フーリエ変換レンズ１７は、可変アパーチャ１６を透過した反射光をフーリエ変換するためのものである。この検査装置１では、Ｌ／Ｓパターン１０１に照射された照明光の反射光を、このフーリエ変換レンズ１７によってフーリエ変換し、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を第２のＣＣＤ撮像素子１８によって撮像するようにしている。
【００６４】そして、この検査装置１において、第２のＣＣＤ撮像素子１８は、制御用コンピュータ１１に接続されており、この第２のＣＣＤ撮像素子１８により撮像されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を制御用コンピュータ１１に取り込むことができるようになされている。検査装置１では、この第２のＣＣＤ撮像素子１８により撮像されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を制御用コンピュータ１１によって処理することにより、Ｌ／Ｓパターン１０１の検査を行うようにしている。具体的には、検査装置１は、例えば、第２のＣＣＤ撮像素子１８により撮像されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像と、予め得られた正しいＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像とを比較することによって、不良のＬ／Ｓパターン１０１を判別するようにしている。
【００６５】Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像には、上述したように、Ｌ／Ｓパターン１０１にて回折された照明光の各回折次光が特定の点に集中した分布が得られる。そして、この各回折次光の強度が、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状変化に応じて変化する回折効率に応じた強度となるので、この各回折次光の強度から、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状変化を推定することができる。
【００６６】ところで、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率に変化をもたらす要因としては、Ｌ／Ｓパターン１０１の線幅の変動や凹部の深さの変動、Ｌ／Ｓパターン１０１の空間周波数の変動等の形状変化の他にも、半導体ウェハ１００の材料の屈折率の変動等、様々な要因が考えられる。したがって、これら複数の要因が同時に変動する場合には、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像から特定の要因の変動を一意的に検出することはできない。
【００６７】しかしながら、半導体集積回路等の回路パターンの製造プロセスの中で、特定のプロセスでの不良を検査する上では、そのプロセスで不良となる要因はある程度限定されるので、検査装置１によってそのプロセスにおける特定の要因の変動を検出することが可能となる。例えば、あるプロセスにおいて、Ｌ／Ｓパターン１０１の線幅が変動する可能性があり、他の要因の変動を無視できるとすれば、検査装置１によって、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像をもとに、Ｌ／Ｓパターン１０１の線幅の変動を検出することが可能となる。
【００６８】具体的には、リソグラフィ工程においては、デフォーカスや収差が発生して結像状態が劣化すると、その影響が、主にＬ／Ｓパターン１０１の線幅の変動として現れる。すなわち、結像状態の劣化によってぼけが生じることにより、Ｌ／Ｓパターン１０１の線幅が太くなる。このように、結像状態の劣化に起因してＬ／Ｓパターン１０１の線幅が太くなると、Ｌ／Ｓパターン１０１の回折効率が変化して、検査装置１の第２のＣＣＤ撮像素子１８により撮像されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像に現れる各回折次光の強度が変化することになる。したがって、この場合には、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像に現れる各回折次光の強度変化をモニタリングすることで、Ｌ／Ｓパターン１０１の線幅の変動を検出することが可能となる。
【００６９】本発明を適用した検査装置１においては、以上のように、被検査物である半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１からの反射光をフーリエ変換レンズ１７によりフーリエ変換し、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を第２のＣＣＤ撮像素子１８によって撮像し、この第２のＣＣＤ撮像素子１８によって撮像されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像をもとにして、Ｌ／Ｓパターン１０１の状態を検査するようにしているので、例えばＬ／Ｓパターン１０１の線幅の変動等、Ｌ／Ｓパターン１０１の状態の検査を迅速且つ適切に行うことができる。
【００７０】詳述すると、これまでの検査装置では、Ｌ／Ｓパターン１０１の線幅の検査を行う場合、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換していない像、すなわち、本発明を適用した検査装置１の第１のＣＣＤ撮像素子１４により撮像されるＬ／Ｓパターン１０１の像をもとに、パターンと直交する方向の断面について平均化処理を行って、Ｌ／Ｓパターン１０１の線幅の検査を行うようにしていた。しかしながら、この手法では、ＣＣＤ撮像素子の各ピクセル毎の信号とノイズを同時に積分することになり、Ｓ／Ｎ比の観点からは問題があった。
【００７１】これに対して、本発明を適用した検査装置１では、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を第２のＣＣＤ撮像素子１８により撮像するので、必要な情報が第２のＣＣＤ撮像素子１８の一部のピクセルに集中して現れることになり、信号のみが積分されたかたちで光から電気信号への変換が行われる。したがって、この検査装置１では、Ｓ／Ｎ比が高い信号を検出することができ、Ｌ／Ｓパターン１０１の状態の検査を極めて適切に行うことができる。
【００７２】また、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像には、上述したように、Ｌ／Ｓパターン１０１にて回折された照明光の各回折次光が特定の点に集中した分布が得られる。したがって、このＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像からＬ／Ｓパターン１０１の状態を検査する検査装置１では、複雑な検査物体の像を理想的な物体の像と比較するのに比べて、画像処理のアルゴリズムを簡略化することができるので、検査の精度向上や処理の迅速化を図ることが可能となる。
【００７３】また、Ｌ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像には、Ｌ／Ｓパターン１０１にて回折された照明光の各回折次光が特定の点に集中した分布が得られるので、このＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像からＬ／Ｓパターン１０１の状態を検査する検査装置１では、照明光としての紫外レーザ光の光量を少なくしても適切に検査を行うことが可能である。したがって、この検査装置１では、例えば、紫外レーザ光による露光によって破壊が懸念されるエッチング前のレジスト等に対しても、破壊を生じさせることなく適切に検査を行うことが可能である。
【００７４】なお、以上説明した検査装置１では、照明光である紫外レーザ光を半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１に対して垂直に照射するようにしているが、照明光の入射角を、検査するＬ／Ｓパターン１０１に応じた最適な値に設定すると、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状変化等に対する回折効率の変化が最も敏感となり、Ｌ／Ｓパターン１０１の形状変化等をより適切に検査することが可能となる。ここで、照明光の最適な入射角は、検査するＬ／Ｓパターン１０１に応じてそれぞれ異なった値となる。したがって、検査装置１としては、照明光の入射角を可変にする手段を備え、検査するＬ／Ｓパターン１０１に応じて照明光の入射角を変えながら、Ｌ／Ｓパターン１０１に応じて最適な入射角に設定して検査を行うようになされていることが望ましい。
【００７５】また、検査装置１が照明光の入射角を可変にする手段を備えていれば、Ｌ／Ｓパターン１０１に対する照明光の入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明されたＬ／Ｓパターン１０１のフーリエ変換像を第２のＣＣＤ撮像素子１８でそれぞれ撮像し、得られた複数のフーリエ変換像をもとにＬ／Ｓパターン１０１の状態を検査することによって、検査結果を補正しながら、より適切にＬ／Ｓパターン１０１の状態を検査することも可能となる。
【００７６】照明光の入射角を任意に変更する方法の一例を図３及び図４を参照して説明する。光源１１０から出射された光をグレーティング１１１により回折し、コンデンサレンズ１１２及び対物レンズ１１３を介して、被検査物である半導体ウェハ１００のＬ／Ｓパターン１０１に照射する照明光学系を考える。このとき、例えば、グレーティング１１１により回折された＋１次光或いは－１次光をフィルタリングしてＬ／Ｓパターン１０１に照射させるようにすれば、Ｌ／Ｓパターン１０１に対して照明光を斜めに入射させる、いわゆる斜入射照明が可能である。
【００７７】そして、グレーティング１１１を図中矢印Ｚで示す光軸方向に沿って、例えば図３に示す第１の位置ｐ１から図４に示す第２の位置ｐ２へと移動させると、光源１１０の虚像１１０ａ，１１０ｂが光源１１０から離間する方向に移動することになり、照明光として用いられる＋１次光或いは－１次光の検査対象１３４への入射角が大きくなる。
【００７８】このように、以上の照明光学系においては、グレーティング１１１を光軸方向へと移動操作することにより、Ｌ／Ｓパターン１０１に対する照明光の入射角を任意に変更することが可能である。
【００７９】検査装置１は、以上の原理を利用して、図５に示すように、紫外線固体レーザ２から出射される紫外レーザ光の光軸上にグレーティング１１１を配設すると共に、このグレーティング１１１を紫外レーザ光の光軸方向（図５中Ｚ方向）に移動操作する移動手段１１４を備えることにより、照明光である紫外レーザ光のＬ／Ｓパターン１０１に対する入射角を可変にすることが可能となり、例えば、紫外レーザ光のＬ／Ｓパターン１０１に対する入射角をＬ／Ｓパターン１０１に応じた最適な値に設定して検査を行い、または、異なる入射角でＬ／Ｓパターン１０１を照明して複数回検査を行い、得られた検査結果を補正することによって、Ｌ／Ｓパターン１０１の状態をより適切に検査することが可能となる。
【００８０】なお、以上は、移動手段１１４によってグレーティング１１１を紫外レーザ光の光軸方向に移動させることによって、Ｌ／Ｓパターン１０１に対する紫外レーザ光の入射角を可変にするようにした例について説明したが、Ｌ／Ｓパターン１０１に対する紫外レーザ光の入射角を可変にする手法は、以上の例に限定されるものではなく、例えば、格子定数の異なる複数のグレーティングを用意しておき、これら複数のグレーティングを切り替えながら、そのうちの任意の１つを紫外レーザ光の光軸上に選択的に配置させるようにしてもよい。
【００８１】また、Ｌ／Ｓパターン１０１の検査をより適切に行うには、検査装置１は、図６に示すように、Ｌ／Ｓパターン１０１からの反射光の光路中に偏光ビームスプリッタ１９を配設し、この偏光ビームスプリッタ１９によって偏光分離された各偏光成分のフーリエ変換像を各々個別に撮像して、得られた複数のフーリエ変換像をもとにＬ／Ｓパターン１０１の検査を行うことが有効である。
【００８２】この図６に示す検査装置１では、偏光ビームスプリッタ１９により偏光分離された各偏光成分を、結像レンズ１５ａ，１５ｂ及び可変アパーチャ１６ａ，１６ｂを介してフーリエ変換レンズ１７ａ，１７ｂにそれぞれ入射させるようにしている。そして、フーリエ変換レンズ１７ａ，１７ｂによってフーリエ変換された各フーリエ変換像を、ＣＣＤ撮像素子１８ａ，１８ｂでそれぞれ個別に撮像するようにしている。
【００８３】以上のように、Ｌ／Ｓパターン１０１からの反射光を偏光分離して、各偏光成分のフーリエ変換像を撮像し、これをもとにＬ／Ｓパターン１０１の検査をおこなうようにすれば、検査装置１は、Ｌ／Ｓパターン１０１の偏光依存性を利用して多面的に検査を行い、Ｌ／Ｓパターン１０１の検査をより適切に行うことが可能となる。
【００８４】なお、以上は、Ｌ／Ｓパターン１０１からの反射光を偏光ビームスプリッタ１９を用いて偏光分離するようにした例について説明したが、Ｌ／Ｓパターン１０１からの反射光を偏光分離する手段は、以上の例に限定されるものではなく、例えば、ウォラストンプリズム等を用いてＬ／Ｓパターン１０１からの反射光を偏光分離するようにしてもよい。
【００８５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に係る検査装置によれば、照明光により照明された被検査物からの反射光又は透過光がフーリエ変換手段によりフーリエ変換され、被検査物のフーリエ変換像が撮像手段により撮像され、これをもとに被検査物の状態が検査されるので、被検査物の検査を迅速且つ適切に行うことができる。
【００８６】また、本発明に係る検査装置は、照明光として非常に短波長の光である紫外レーザ光を照射して被検査物を照明することにより、照明光として可視光を用いる場合に比べて、より微細なパターンを有する被検査物の検査を適切に行うことができる。
【００８７】また、本発明に係る検査方法は、照明光により照明された被検査物からの反射光又は透過光をフーリエ変換し、被検査物のフーリエ変換像を撮像して、撮像された被検査物のフーリエ変換像をもとに被検査物の状態を検査するようにしているので、被検査物の検査を迅速且つ適切に行うことができる。
【００８８】また、本発明に係る検査方法では、非常に短波長の光である紫外レーザ光を照明光として用い、この紫外レーザ光により被検査物を照明するようにすれば、被検査物を可視光を照射する場合に比べて、より微細なパターンを有する被検査物の検査を適切に行うことができる。

【出願人】	【識別番号】０００００２１８５【氏名又は名称】ソニー株式会社
【出願日】	平成１１年１１月１７日（１９９９．１１．１７）
【代理人】	【識別番号】１０００６７７３６【弁理士】【氏名又は名称】小池晃（外２名）
【公開番号】	特開２００１－１４１４２８（Ｐ２００１－１４１４２８Ａ）
【公開日】	平成１３年５月２５日（２００１．５．２５）
【出願番号】	特願平１１－３２７２６１